汽车起重机总体设计计算书.docx
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汽车起重机总体设计计算书
汽车起重机总体设计计算书
汽车起重机总体设计计算书
汽车起重机
总体设计计算书
0
1
汽车起重机总体设计计算书
一整机主要技术性能参数
二总体计算参数的确定
三坐标系的建立
四行驶状态整机重心及轴荷计算
五变幅机构三铰点计算
六起重作业吊臂仰角起升高度计算
七吊臂伸缩机构计算
八吊臂强度起重量计算
九稳定性起重量计算
十吊臂强度校核计算
十一支腿反力计算
十二回转支承计算
十三回转机构计算
十四起升机构计算
十五整机作业稳定性及行驶稳定性计算
十六活动支腿危险截面强度校核计算
1
2
汽车起重机总体设计计算书
一整机主要性能参数
1最大额定起重量t16
2最大额定起重力矩t·m60
3基本臂最大起升高度m98
4全伸臂最大起升高度m30
5主臂加副臂最大起升高度m375
6支腿跨距纵向×横向m47×56
7主钩满载最大起升速度mmin单绳70
8副钩满载最大起升速度mmin65
9额定回转速度rmin25
10底盘型号CA5241JQZ
11驱动型式6×4
12发动机型号CA6DE2-22
额定功率kwrpm1622400
13轴距mm40651270
14接近角°162
15离去角°103
16最小转弯直径m20
17最高行驶速度kmh70
18最大爬坡度24
19整机外型尺寸m长×宽×高11971×2490×32
20整机重量t2342
底盘主要技术性能参数
车辆长m9532
车辆宽m2490
车辆高m2342
前轮距m2024
后轮距m1854
底盘整备质量kg8570
前轴kg3820
中后桥kg4750
厂定最大总质量kg24000
前轴允许最大载重质量kg6000
后轴允许最大载重质量kg18000
最小离地间隙mm250
车架满载上平面距地高度mm1345
2
3
汽车起重机总体设计计算书
二总体计算参数的确定
1整机行驶状态下车部分重量重心参数
名称GikgXicmYicmZicm
底盘857021090
固定支腿总成23901555
吊臂支架93362127
主吊钩216135156
下车液压系统52114586
液压油43418080
侧防护28355-5
油泵装置8328429
走台板37313083
工具箱131-16336
总计12708
注底盘整备质量
其中G前＝3820kgG底＝8570kg
G后＝4750kg
行驶状态下车重量重心计算
下车总重
G下＝∑Gi＝12708kg
重心至双后桥中心线水平距离
X下＝∑Gi×Xi＝166cm
∑Gi
重心至地面的垂直距离
Y下＝∑Gi×Yi＝84cm
∑Gi
重心至纵向中心线右侧的距离
Z下＝∑Gi×Zi＝0
∑Gi
3
4
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2上车固定部分重量重心参数
名称GikgXicmYicmZicm
转台及配重319320036615
操纵机构28284073
上车液压系统214893351
主副起升机构718238737
回转支承539060
回转机构11145360
操纵室及座椅21739575
总计5020
上车固定部分坐标系为回转支承下平面与回转中心之交点为原点
行驶状态上车固定部分重量重心计算
上车固定部分总重
G上固＝∑Gi＝5020kg
上车固定部分重心至回转中心水平距离
X上固＝∑Gi×Xi＝166cm上车坐标原点后方
∑Gi
上车固定部分重心至回转支承下平面垂直距离
Y上固＝∑Gi×Yi＝41cm上车坐标原点上方
∑Gi
上车固定部分重心至整机纵向中心线距离
Z上固＝∑Gi×Zi＝8cm整机行驶方向左侧
∑Gi
3整机行驶状态上车活动部分重量重心参数
名称GikgXicmYicmZicm
吊臂总成430250317855
变幅油缸549317-470
总计4896
上车活动部分坐标系原点为吊臂后铰点中心
行驶状态上车活动部分重量重心计算
4
5
汽车起重机总体设计计算书
上车活动部分重量
G上活＝∑Gi＝4896kg
上车活动部分重心距吊臂后铰点水平距离
X上活＝∑Gi×Xi＝477cm上车坐标系
∑Gi
上车活动部分重心距吊臂后铰点垂直距离
Y上活＝∑Gi×Yi＝151cm
∑Gi
上车活动部分重心距整机纵向中心线距离
Z上活＝∑Gi×Zi＝48cm
∑Gi
4整机上下车几何参数的确定
上车回转中心距双后桥中心的水平距离X0
回转支承下平面中心距双后桥轮胎中心垂直距离Y0
变幅油缸后铰点中心距上车回转中心的水平距离X1
变幅油缸后铰点中心距回转支承下平面中心垂直距离Y1
吊臂后铰点中心距回转中心的水平距离X2
吊臂后铰点中心距回转支承下平面中心垂直距离Y2
伸缩油缸后铰点距吊臂后铰点的水平距离X3
伸缩油缸后铰点距吊臂后铰点的垂直距离Y3
后支腿中心距回转中心的水平距离X4
后支腿中心距回转支承下平面的垂直距离Y4
吊臂后铰点距吊臂轴线的距离C1
吊臂头部滑轮中心距吊臂轴线距离C2
副臂根部中心到吊臂轴线距离C3
变幅油缸上铰点距吊臂轴线距离C4
吊臂头部滑轮中心距吊钩中心距离C5
5
6
汽车起重机总体设计计算书
钢丝绳到吊臂后铰点的力臂C6
吊臂初始状态仰角A0
副臂工作时吊臂轴线距副臂轴线夹角A1
底盘轴距L2
底盘轮距LL
支腿横向跨距HK
支腿纵向跨距ZK
基本臂长L0
吊臂上两铰点距离L1
副臂臂长L2
中长臂长LZ
全伸臂长LM
动载系数K2
静载系数K1
水平力影响系数K3
液压油密度M0
基本臂额定仰角AA
中长臂额定仰角ABACAD
全伸臂额定仰角AE
基本臂额定起重量QA
中长臂额定起重量QBQCQD
全伸臂额定起重量QE
主臂副臂额定起重量Qb
下车重量G下
上车固定部分重量G上固
上车活动部分重量G上活
全车重量G全
变幅油缸重量G变
变幅油缸缸筒重量G变筒
6
7
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变幅油缸缸杆重量G变杆
伸缩油缸重量G伸
伸缩油缸缸筒重量G伸筒
伸缩油缸缸杆重量G伸杆
副臂重量G副
吊钩重量G钩
基本臂重心包括伸缩油缸及副臂lb1
中长臂重心lll
b2b3b4
全伸臂重心lb5
7
8
汽车起重机总体设计计算书
三坐标系的建立
O下车坐标系O上车坐标系
0
O吊臂坐标系O变幅铰点坐标系
12
在下车坐标系内的上车坐标位置XYZ
000
在上车坐标系内变幅油缸后铰点位置XYZ
111
在上车坐标系内吊臂后铰点位置XYZ
222
在吊臂坐标系内伸缩油缸后铰点位置XYZ
333
上车坐标系回转支承上平面原点下车坐标系双后桥中心原点
8
9
汽车起重机总体设计计算书
四行驶状态整机重心及前后轴荷计算
行驶状态上车重量重心计算
G上＝G上固G上活＝502048969916kg
GX×GX×′
X上＝上固上固上活上活其中X′上活＝130-X上活
G
上
50201664896×130477×
＝
10648
＝-81cm负号表示在上车坐标原点左侧
行驶状态整机重心及前后轴荷计算以全车坐标系双后桥中心
线左侧为正
GX×GX×
X全＝上上下下
G
车
GX×XGX上×上0下下
＝
G
车
991681×3012708166×
＝
23420
＝112cm
行驶状态整机重量G车＝23420kg
整车重心X车＝112cm
前轴轴荷P前
后桥桥荷P后
轴距L＝470cm
L
P×L＝G×L–X
后L车L全
GL×X车L全
P后＝
L
L
×23421470112
＝
470
＝17839kg
P＝G-P＝23421-17839＝5582kg
前车后
GY×GY×
99169512708×84×
上上下下
Y＝85cm
全
G23421
全
9
10
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五变幅机构三铰点计算
1变幅机构三铰点的合理确定
几何参数的计算
L＝980cmY＝635cm
001
L＝468cma＝695°a角的变化范围-3°～80°
12
X＝40cma＝205°
10
X＝130cmOO＝1815cm
212
2变幅油缸安装长度及油缸行程的计算
变幅油缸安装长度
′2′
2
′
′
OOOOOOOO＝a××2×cos
OO
2312131213
22
×＝××
18154687218154687cos145
＝2964cm其中′o
aa3
0
3变幅油缸行程H
′
H＝-H′＝2276cm其中H′＝688cm
OO
23
4变幅油缸全伸长度
10
11
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′
＝H＝524cm
OOOO
2323
5变幅油缸最大仰角
222
OOOOOO
121323
a＝arccosa
××min
OO2OO
1213
＝80°其中amin取-3°
6变幅油缸推力计算
×××cos
QRXGSF＝a2BB
L
′
OOOOa××sin
1213i
L＝
′
OO
23
式中F变幅油缸推力kg
Q额定起重量kg
R额定工作幅度m
X2回转中心至吊臂后铰点的距离m
GB吊臂自重kg
S吊臂重心至吊臂后铰点的水平距离m
B
′
吊臂任意位置时之夹角
aiOOOO与
1213
L变幅油缸力臂m
a额定起重量工况下吊臂仰角
××
186478sin805
L＝＝185m
4739
′
其中ai＝60°205°＝805°OO＝4739m
23
基本臂工况下变幅油缸推力计算
16000×3751343022×345×cos60
F＝46400kg
185
11
12
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式中Q＝16000kgR＝375mG＝3919kg
B
SB＝2345ma＝60°L＝185m
S′＝1567mW＝50kgL＝179m
B0
变幅油缸最大工作压力P变
F46400
P变＝＝＝128Mpa
πD2363
4
主臂全伸副臂展开处于水平位置时且空载工况下变幅油缸最
大推力
′
WL×GS×××
503839191567
FB＝BB35375kg
0
L179
0
12
13
汽车起重机总体设计计算书
六起重作业吊臂仰角起升高度计算
RXCC
212
吊臂仰角aarccosarctg
22L
LCC
12
222
起升高度H
LCCRXHH
12212
式中R额定工作幅度
L臂长
C1吊臂后铰点到吊臂轴线的垂直距离205
C2吊臂端部滑轮中心到吊臂轴线的垂直距离485
H1吊臂后铰点到地面的高度2572
H2吊钩中心到吊臂端部滑轮组中心的垂直距离1200
X2吊臂后铰点到回转中心的水平距离1500
其中C0205mC0485mH2427cmH13m
1212
基本臂工况取臂长L98m额定工作幅度R3～8m
中长臂工况Ⅰ取臂长L167m额定工作幅度R4～14m
中长臂工况Ⅱ取臂长L236m额定工作幅度R5～20m
全伸臂工况取臂长L3005m额定工作幅度R6～22m
13
14
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工作幅度-----吊臂仰角-----起升高度计算表
臂长m98167236305
工作幅度mαHαHαHαH
36699
3561°97
37561°95
4059°9472°16978°241
4555°971°16776°240
5052°8669°16575°238
5548°8267°16374°237
6044°7765°16173°23577°307
7034°6361°15670°23275°304
8020°4257°15068°22873°301
9053°14265°22371°298
10048°13462°21869°294
12038°11257°20665°285
14025°7751°19061°275
16044°17156°262
18036°14752°245
20027°11247°229
22041°208
14
15
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七吊臂伸缩机构计算
伸缩机构伸缩力分析图
1计算参数
Q4000kg限吊臂带载伸缩4000kg
a70°全伸臂工况
Q×sina3760kg
Q×cosa1368kg
G4489kg
G3585kg
G2780kg
15
16
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G1045kg
1
G×sin460kg
4a
G×cos167kg
4a
Ga
3×sin550kg
G×cos200kg
3a
G×sin733kg
2a
G×cos267kg
2a
⑴四节臂受力分析
已知L8329mmL〃
14939mmL1071mmC151mmC〃95mm
e287mma602mmH483mmG483mmα70°
41
Q4000kgf005S2000kg
⑵三节臂受力分析
16
17
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′
已知L1188mmL4092mmH534mmb180mmC185mm
22322
′
d80mmf005Z14996kgG586kgα70°
212
⑶二节臂受力分析
已知H575mmE4mme18mmL1790mmL4100mmG778mm
2BG2
17
18
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′
Z3150kgα70°f005α70°
2
⑷四节臂伸缩力Z1计算
Z-F-E–S-GQsin0
1114a
B-A-GQcos0
114a
FAf
11
EBf
11
′′′′[]
FCEHCBlSCGLeQaaLacosθsinθsincos0
114141
A
1
[〃〃]
GLeQLaSCQGfHCL
cosθsinθcosθsinθcosθ
4144
fCfHCL〃〃〃
4
代入数据得A12030kgB13565kgZ7498kg
111
⑸三节臂伸缩力Z2计算
Z-E-F–Z′-G×sinθ0
22213
EB×f
22
FA×f
22
B-A-G×cos0
222a
′′
×××××BL×EdF×a×GlZCcosGθbsinθ0
22222222222
GLfdLZCbGcosθ′′sinθ
A22222221896
2kg
faLfd
222
B2097kg
2
′
ZBfAfGsinθZ1575kg
22221
⑹二节臂伸缩力Z3计算
18
19
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′
Z-E-F–Z-G×sinθ0
33322
EB×f
33
FA×f
33
B-AG×cosθ0
332
H2H2
BLEeGeLFGeEcosθsinθ0
3B332G2
22
求得
H2
cossin
GLfeLθGeEθ
2GB2
2
990
A3kg
H2H2
feLGcosθfe
22
BAGcosθ1257kg
332
代入数据得Z332340kg缸底活塞杆受力
⑺伸缩液压缸缸筒无杆腔工作压力计算
π×D2
FP××η
4
4323402
4×F×
P169kg·fcm
22
31416095
πη××
××D
D2162
速比ψ25
2222
Dd16125
2伸缩液压缸稳定性计算缸筒
①用非等截面法计算临界载荷
22116
πE2J06108321π10
××××
PK039
K2×21269000N
L7207
JL
1
式中K形状系数α0559β098
JL
1
查表K039
19
20
汽车起重机总体设计计算书
5
E活塞杆材料的弹性模量对于钢E206×10Mpa
4
J活塞杆横截面惯性矩mm
J4
1缸筒横截面惯性矩mm
L液压缸的安装长度mm
L1活塞杆的安装长度mm
P液压缸工作腔最大压力Pa
活塞杆承受最大负载力
π
F62
×××PA21104222000016N
4
P1269000
nK3＞2
F422200
稳定性合格
②活塞杆强度校核
压杆不失稳的液压缸不一定就不会破坏还有活塞杆的强度问题
因此必须按下式作强度校核
FadFσ
kS
σ[12]≤
r2AFF2
kk
3
611921000051251269000
×××
×12
7222523921269000422200
××
σ
77Mpa〈s180Mpa
2
算得活塞杆的强度校核合格
式中σ计算应力MPa
σ活塞杆材料屈服极限对于45号钢σ360Mpa
SS
a由配合间隙和自重引起的液压缸初挠度通常取05
FAFdL意义同前
k
20
21
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八吊臂强度起重量计算
吊臂强度起重量计算见图计算分四种工况
1基本臂工况最大起重力矩60t·m16t×375m
臂长L98m幅度R375m仰角a61°
2中长臂工况Ⅰ最大起重力矩477t·m82t×7m
臂长L167m幅度R7m仰角a61°
3中长臂工况Ⅱ最
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