GKZ高空作業(yè)車(chē)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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高空作業(yè)車(chē)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要
高空作業(yè)車(chē)是將高空作業(yè)人員和必要的工具送至空中，并提供工作人員空中作業(yè)場(chǎng)所的機(jī)械。起重機(jī)是一種能在一定范圍內(nèi)垂直起升和水平移動(dòng)物品的機(jī)械，動(dòng)作間歇性和作業(yè)循環(huán)性是起重機(jī)工作的特點(diǎn)。
本次設(shè)計(jì)以徐州海倫哲工程機(jī)械有限公司研制開(kāi)發(fā)的“GKZ14型高空作業(yè)車(chē)”為研究對(duì)象，對(duì)該車(chē)上的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。此型號(hào)高空作業(yè)車(chē)除高空作業(yè)機(jī)構(gòu)外還設(shè)有起重裝置，一機(jī)多用。
高空作業(yè)部分主要是指控制上下臂變幅運(yùn)動(dòng)的液壓缸，控制上下臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)。起重部分主要是控制伸縮臂伸縮運(yùn)動(dòng)的液壓缸，以及控制起重鋼絲繩收進(jìn)放出的液壓馬達(dá)。本文著重高空作業(yè)機(jī)構(gòu)的變幅液壓缸和回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)略起重機(jī)構(gòu)。文中詳細(xì)記錄了高空作業(yè)機(jī)構(gòu)上臂液壓缸的設(shè)計(jì)過(guò)程,簡(jiǎn)略設(shè)計(jì)下臂液壓缸以及起重機(jī)構(gòu)部分的伸縮液壓缸;記錄了高空作業(yè)部分回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓馬達(dá)和起重部分起升機(jī)構(gòu)的液壓馬達(dá)的設(shè)計(jì)選型過(guò)程，以及液壓泵，油箱的選型過(guò)程。在確定液壓系統(tǒng)元件參數(shù)的基礎(chǔ)上，完成了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。
關(guān)鍵詞: 高空作業(yè)車(chē)；起重機(jī)構(gòu)；液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；液壓缸；液壓馬達(dá)
Abstract
The aerial platform vehicle sends high rise operation personnel and the tool of the necessity to the air, and provide the staff member with the high rise operation amenity machine.The derrick is a kind of machine that cans be perpendicular in the certain scope to rise to rise to move a product with level, the action by fits and starts and the homework circulation are the characteristicses of the derrick work, can press the main use and the structure characteristic classification.
The high rise operation mechanism mainly is the fluid cylinder that the control points a top and bottom arm to luffe, and the hydranlic moter to control top and bottom arm turns around.Jack mechanism mainly is a control flexible sport of flexible arm of the liquid press an urn, rise a heavy steel wire rope to accept into let out of the liquid press motor.This text emphasizes high rise operation mechanism to become a liquid to press an urn and turns round design, Chine is a jack mechanism slightly.Recorded high empty homework organization parts of upper arm liquids to press the design process of the urn in detail in the text, Chien designed slightly the arm liquid press the flexible liquid of the urn and the jack mechanism part to press an urn.It recorded high rise operation mechanism to turn round the liquid of the organization to press motor and rise heavy part to rise to rise the design that the liquid of the organization presses motor to choose a process in the text, and the liquid press a pump, the fuel tank chooses a process.Base on the system component parameter in hydranlic , completed the designion and calculation of the hydranlic system.
Keywords: aerial platform vehicle;jack mechanism ;hydranlic system design;fluid cylinder;hydrauhc motor.
前 言
高空作業(yè)車(chē)和起重機(jī)都廣泛應(yīng)用在船舶、建筑、市政建設(shè)、消防、港口等行業(yè)，有著廣闊的發(fā)展前景。本次設(shè)計(jì)以徐州海倫哲工程機(jī)械有限公司研制開(kāi)發(fā) “GKZ14型高空作業(yè)車(chē)” 為研究對(duì)象，對(duì)該車(chē)上的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。此型號(hào)高空作業(yè)車(chē)除高空作業(yè)機(jī)構(gòu)外還設(shè)有起重裝置，一機(jī)多用。
液壓傳動(dòng)是以流體（液壓液）作為工作介質(zhì)對(duì)能量進(jìn)行傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式，對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，它是一門(mén)新技術(shù)。但如從1650年帕斯卡提出靜壓傳遞原理，1850年開(kāi)始英國(guó)將帕斯卡原理先后應(yīng)用于液壓起重機(jī)、壓力機(jī)等算起，也已有二三百年的歷史了。而液壓傳動(dòng)在工業(yè)上的真正推廣使用，則是在20世紀(jì)中葉以后的事。近幾十年來(lái)，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，且滲透到液壓技術(shù)之中并與之緊密結(jié)合，使其應(yīng)用領(lǐng)域遍及到各個(gè)工業(yè)部門(mén)，已成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等必不可少的重要手段之一。
本文共分六章，主要內(nèi)容有：高空作業(yè)車(chē)發(fā)展?fàn)顩r；課題來(lái)源；液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述；液壓系統(tǒng)的構(gòu)成；主要工作機(jī)構(gòu)液壓回路的設(shè)計(jì)；整體液壓回路設(shè)計(jì)；上臂油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算；下臂油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)；伸縮機(jī)構(gòu)液壓缸設(shè)計(jì)；起升機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)計(jì)算等。其中著重高空作業(yè)機(jī)構(gòu)的變幅液壓缸和回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)略起重機(jī)構(gòu)的伸縮液壓缸和起升液壓馬達(dá)。液壓部分的設(shè)計(jì)計(jì)算主要要考慮動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)、泄漏、安全、經(jīng)濟(jì)性等方面的問(wèn)題，由于時(shí)間能力等方面的限制，在此次實(shí)際過(guò)程中考慮的問(wèn)題不是很周全。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，以《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》、《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》為根本，參考相關(guān)方面的教材、書(shū)籍以及論文。
在此次設(shè)計(jì)中，遇到很多問(wèn)題，動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)，油路的設(shè)計(jì)，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算等，在指導(dǎo)老師蔣紅旗老師的指導(dǎo)和幫助下，順利解決了這些問(wèn)題，在此謹(jǐn)致忠心的感謝。
由于學(xué)生水平有限，本文錯(cuò)誤之處和不妥之處必定不少，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。
第1章 緒 論
1.1 高空作業(yè)車(chē)的發(fā)展?fàn)顩r
高空作業(yè)車(chē)是用于電力、通信線(xiàn)路工程安裝和維修的專(zhuān)用車(chē)輛。作為一種工程機(jī)械設(shè)備，目前廣泛應(yīng)用在船舶、建筑、市政建設(shè)、消防、港口等行業(yè)，有著廣闊的發(fā)展前景。我國(guó)高空作業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)于20世紀(jì)70年代末開(kāi)始起步，發(fā)展較快?，F(xiàn)今，高空作業(yè)車(chē)已發(fā)展到其作業(yè)高度最高已到達(dá)72m(BRONTO公司生產(chǎn))，且作業(yè)車(chē)的可靠性、安全性、舒適性、操作方便和簡(jiǎn)單的直接性等方面都有較大提高。在高空作業(yè)車(chē)輛中,空中作業(yè)的人機(jī)安全是十分重要的。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外起重機(jī)市場(chǎng)對(duì)起重機(jī)大型產(chǎn)品的需求越來(lái)越大；我國(guó)近幾年來(lái)通過(guò)實(shí)行積極的財(cái)政政策和內(nèi)需拉動(dòng)等手段，加強(qiáng)和改善宏觀(guān)調(diào)控，集中必要力量建設(shè)一批大型工程，液壓汽車(chē)起重機(jī)和高空作業(yè)車(chē)將有廣闊的應(yīng)用前景，將產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)使用的高空作業(yè)車(chē)大多采用吊籃式車(chē)輛, 工作時(shí)需設(shè)有專(zhuān)用支腿, 且在設(shè)計(jì)中必須考慮其穩(wěn)定性。而直升式高空作業(yè)車(chē)無(wú)需專(zhuān)用支腿, 工作相對(duì)穩(wěn)定可靠, 已逐步在城市的通信、電纜的安裝和維護(hù)作業(yè)中得到應(yīng)用[1]。
高空作業(yè)車(chē)輛升降機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定可靠是實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)的必要條件之一,這類(lèi)設(shè)備的升降機(jī)構(gòu)大多采用臂式(如市政工程車(chē)輛、汽車(chē)起重機(jī)、飛機(jī)除冰車(chē)等)或剪式(如飛機(jī)食品車(chē)、殘疾旅客登機(jī)車(chē)等) 升降機(jī)構(gòu),采用液壓缸作為升降驅(qū)動(dòng)力,液壓缸需要隨升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),因此液壓缸與液壓主回路須使用液壓膠管連接。此時(shí)液壓缸既作為升降時(shí)的動(dòng)力,又作為施工作業(yè)時(shí)升降機(jī)構(gòu)的支撐構(gòu)件,因此液壓缸及其連接管路對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)安全起著非常重要的作用。
1.2 課題的來(lái)源和意義
本課題以徐州海倫哲工程機(jī)械有限公司研制開(kāi)發(fā) “GKZ14型高空作業(yè)車(chē)” 為研究對(duì)象，對(duì)該車(chē)上的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
此型號(hào)高空作業(yè)車(chē)除高空作業(yè)機(jī)構(gòu)外還設(shè)有起重裝置，一機(jī)多用。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)在高空作業(yè)車(chē)的設(shè)計(jì)里占重要地位，例如起重工件裝置主要由起升，變幅，吊臂升縮和回轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)組成，這些機(jī)構(gòu)都靠液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)要求。液壓系統(tǒng)元件的類(lèi)型可分為動(dòng)力元件，控制元件，執(zhí)行元件，輔助元件等[2]。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外起重機(jī)市場(chǎng)和高空作業(yè)車(chē)市場(chǎng)對(duì)這兩種產(chǎn)品的需求越來(lái)越大，我國(guó)近年來(lái)通過(guò)實(shí)行積極的財(cái)政政策和內(nèi)需拉動(dòng)等手段，加強(qiáng)和改善宏觀(guān)調(diào)控，集中必要力量建設(shè)一批大型工程，“GKZ14型高空作業(yè)車(chē)”將有廣闊的應(yīng)用前景，將產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)在整個(gè)高空作業(yè)車(chē)的設(shè)計(jì)里具有重要的意義，它使整個(gè)機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。其中安全性等方面的考慮，設(shè)計(jì)更是減少了故障的發(fā)生，相當(dāng)程度上確保運(yùn)行該高空作業(yè)車(chē)的工人的安全。
1.3 基本參數(shù)及主要技術(shù)性能指標(biāo)
作業(yè)車(chē)行駛狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù)（表一）：
類(lèi)別
項(xiàng)目
單位
數(shù)值
江鈴（五十鈴）
躍進(jìn)
尺寸參數(shù)
總長(zhǎng)
7170
總寬
1942
1952
總高
2860
質(zhì)量參數(shù)
乘坐人數(shù)（含駕駛員）
人
6
總質(zhì)量
4370
5020
軸荷
前橋
1720
1980
后橋
2650
3040
行駛參數(shù)
最高行駛速度
90
80
縱向通過(guò)角
27
橫向通過(guò)角
17
最小離地間隙
190
接近角
22
30
離去角
12
13
（表一）
作業(yè)車(chē)作業(yè)狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)表二）：
類(lèi) 別
項(xiàng) 目
單 位
數(shù) 據(jù)
主
要
性
能
參
數(shù)
平臺(tái)額定載荷
200
平臺(tái)最大作業(yè)高度
14
平臺(tái)最大作業(yè)高度時(shí)作業(yè)幅度
1.9
平臺(tái)最大作業(yè)幅度
5.6
平臺(tái)最大作業(yè)幅度時(shí)作業(yè)高度
7.7
最大起重量
1300
最大起升高度
9
回轉(zhuǎn)速度
0--2
支腿收放時(shí)間
收
80
放
80
下臂變幅時(shí)間
40
上臂變幅時(shí)間
40
伸縮臂全伸時(shí)間
30
單繩起升速度
0--40
(表二)
高空作業(yè)車(chē)平臺(tái)作業(yè)工作狀態(tài)圖：
（圖1.1）
第2章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 液壓系統(tǒng)的構(gòu)成
GKZ系列車(chē)型采用折疊式工作臂結(jié)構(gòu)，工作裝置為液壓驅(qū)動(dòng)，360全回轉(zhuǎn)。除高空作業(yè)機(jī)構(gòu)外，GKZ系列車(chē)型還設(shè)有起重裝置，一機(jī)多用。該系列車(chē)分為底盤(pán)（簡(jiǎn)稱(chēng)下車(chē)）和起重工作裝置、高空作業(yè)裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)上車(chē)）兩大部分。底盤(pán)的作用在于轉(zhuǎn)移整機(jī)裝置的作業(yè)場(chǎng)所，在起重或高空作業(yè)時(shí)用于支承上車(chē)，保持整機(jī)的穩(wěn)定。起重工作裝置和高空作業(yè)裝置主要由起升、變幅、吊臂伸縮和回轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)組成，起升機(jī)構(gòu)和吊臂伸縮機(jī)構(gòu)屬于起重裝置部分, 變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)屬于高空作業(yè)裝置部分，這些機(jī)構(gòu)都靠液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)要求。液壓系統(tǒng)元件按構(gòu)成類(lèi)型可以分為動(dòng)力元件、執(zhí)行元件和輔助元件等。在此次液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，將構(gòu)成作業(yè)車(chē)主要工作機(jī)構(gòu)的液壓回路分成起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、吊臂伸縮機(jī)構(gòu)和支腿收放這幾部分。其中起升機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)控制，吊臂伸縮機(jī)構(gòu)和上下吊臂的變幅由液壓缸控制,在此次設(shè)計(jì)中主要是對(duì)這兩部分進(jìn)行液壓設(shè)計(jì)，而支腿是用于支撐整機(jī)，同時(shí)調(diào)整整機(jī)平衡，支腿收放部分的液壓設(shè)計(jì)在此次設(shè)計(jì)中不加以考慮。
2.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述
液壓系統(tǒng)有傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)之分,本次設(shè)計(jì)中所說(shuō)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言,主要是確定整個(gè)高空作業(yè)車(chē)的液壓回路,以及其間主要執(zhí)行元件、控制元件等的主要尺寸和基本性能參數(shù)。其實(shí)從結(jié)構(gòu)組成和工作原理來(lái)看，傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別，僅僅一類(lèi)以傳遞動(dòng)力為主，追求傳動(dòng)特性的完善，其執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)某個(gè)控制元件的操縱裝置（例如液壓泵、液壓馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)、控制閥的閥心等）而已。因此，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法只需略做調(diào)整，即可直接用于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除應(yīng)滿(mǎn)足主機(jī)要求的功能和性能外，還必須考慮符合質(zhì)量輕、體積小、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便等一般要求及工作可靠這一特別重要的要求。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，可以是充分發(fā)揮其組成元件的工作性能，也可以是著重追求其工作狀態(tài)的絕對(duì)可靠。前者著眼于效能，后者著眼于安全；實(shí)際的設(shè)計(jì)工作則常常是這兩種觀(guān)點(diǎn)不同程度的組合，考慮具體要求不同而有所側(cè)重[3]。
2.3 設(shè)計(jì)依據(jù)
此次液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)以徐州海倫哲工程機(jī)械有限公司研制開(kāi)發(fā) “GKZ14型高空作業(yè)車(chē)” 為模版，主要依據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》里液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟和方法[4]，以及《起重機(jī)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》里起重機(jī)液壓部分設(shè)計(jì)步驟和方法。
2.4 主要機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)述
一 高空作業(yè)工作臂
高空作業(yè)工作臂包括上臂和下臂。行駛狀態(tài)時(shí)，兩節(jié)工作臂折疊在一起，進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)，兩節(jié)工作臂分別由上下臂油缸舉升伸展至一定角度，將工作人員送至工作位置。上臂和下臂、下臂和轉(zhuǎn)臺(tái)鉸接處設(shè)有專(zhuān)門(mén)的滑動(dòng)軸承,保證工作臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻力小,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。
二 起重工作臂
起重工作臂由基本臂和伸縮臂組成。高空作業(yè)工作臂兼做起重基本臂。伸縮臂由伸縮油缸控制，不工作時(shí)，回縮至基本臂內(nèi)部，進(jìn)行起重作業(yè)時(shí)，伸縮臂根據(jù)需要的起重幅度和起升高度進(jìn)行伸縮。
三 工作平臺(tái)（工作吊籃）
工作平臺(tái)的作用是將高空作業(yè)人員和必要的工具送至空中，并作為工作人員空中作業(yè)的場(chǎng)所。GKZ系列車(chē)型的工作平臺(tái)采用鋼管焊接框架結(jié)構(gòu)，周?chē)O(shè)有護(hù)欄，右側(cè)護(hù)欄開(kāi)有側(cè)門(mén)，方便人員進(jìn)出，平臺(tái)底板采用防滑的花紋鋁板，平臺(tái)周圈下部設(shè)有護(hù)圍，防止工具和其它物品掉落。
四 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)、回轉(zhuǎn)減速機(jī)以及回轉(zhuǎn)小齒輪、回轉(zhuǎn)支承等組成。進(jìn)行回轉(zhuǎn)時(shí)，液壓馬達(dá)輸出動(dòng)力，通過(guò)回轉(zhuǎn)減速機(jī)減速后帶動(dòng)輸出軸上的小齒輪旋轉(zhuǎn)，小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的齒圈嚙合，由于回轉(zhuǎn)支承的齒圈與車(chē)架剛性連接，因而回轉(zhuǎn)減速機(jī)帶動(dòng)與之相連的轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)。
五 起升機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)和起升減速機(jī)組成。其工作原理是：起升液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)起升減速機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾筒將鋼絲繩收進(jìn)或放出，實(shí)現(xiàn)重物的提升和下降。
六 動(dòng)力系統(tǒng)
GKZ系列作業(yè)車(chē)高空作業(yè)和起重作業(yè)動(dòng)力源為底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其動(dòng)力由取力器從底盤(pán)變速箱取出。取力器和變速箱之間的動(dòng)力傳遞由機(jī)械式操縱系統(tǒng)控制，平時(shí)取力器與變速箱取力齒輪處于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行高空作業(yè)或起重作業(yè)時(shí)，操縱拉桿使取力器的滑移齒輪與變速箱的輸出取力齒輪嚙合，取力器輸出軸帶動(dòng)油泵工作，從而將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)為液壓能，為系統(tǒng)提供動(dòng)力。
在行駛狀態(tài)時(shí)，務(wù)必將取力器脫開(kāi)。
七 中心回轉(zhuǎn)接頭
中心回轉(zhuǎn)接頭由導(dǎo)電滑環(huán)、液壓滑環(huán)兩部分組成，它的作用是當(dāng)作業(yè)車(chē)進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，作業(yè)車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分的電路及液壓油路始終暢通。
八 液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)采用定量齒輪泵供油，系統(tǒng)工作壓力為16MPa，油路中設(shè)有安全溢流閥，保證系統(tǒng)安全。
液壓系統(tǒng)通過(guò)電液比例流量閥對(duì)工作臂油缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)和卷?yè)P(yáng)馬達(dá)供油，供油量大小由比例閥控制，輸出流量和負(fù)荷變化無(wú)關(guān)，可使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的工作速度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。系統(tǒng)工作壓力由電磁溢流閥調(diào)定。
支腿的收放由下車(chē)多路換向閥控制，下車(chē)多路換向閥可對(duì)個(gè)支腿的進(jìn)回油分別控制，因此各支腿的伸縮量均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，使作業(yè)車(chē)能適應(yīng)不同的路面狀況。
為了增加液壓系統(tǒng)的安全性，在下車(chē)附設(shè)了手動(dòng)泵作為應(yīng)急液壓源，當(dāng)主動(dòng)力源發(fā)生故障時(shí)，可用手動(dòng)泵壓桿操縱手動(dòng)泵收回工作臂。
九 電器系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)包括示廊燈、警示燈、照明燈（可選件）等燈具、上臂限位系統(tǒng)、下臂限位系統(tǒng)、上下車(chē)互鎖系統(tǒng)、蜂鳴器、轉(zhuǎn)臺(tái)控制箱和吊籃控制箱等部分。
示廊燈和汽車(chē)行車(chē)燈并聯(lián)，表示該車(chē)的輪廓。警示燈為夜間工作時(shí)顯示吊籃位置，提醒過(guò)往車(chē)輛和行人。照明燈在夜間工作時(shí)起照明作用。
當(dāng)支腿油缸支起，下臂離開(kāi)原始位置后，系統(tǒng)自動(dòng)切斷支腿油缸的回油油路，確保高空作業(yè)時(shí)支腿油缸不會(huì)因誤操作而收回。
上、下臂限位行程開(kāi)關(guān)限制上、下臂最大仰角，當(dāng)工作臂舉升至最大仰角時(shí)，行程開(kāi)關(guān)自動(dòng)接通蜂鳴器，提醒操作者注意，同時(shí)系統(tǒng)切斷油缸進(jìn)油路，使工作臂不能繼續(xù)舉升，但工作臂的下落不受影響。
蜂鳴器受蜂鳴器按鈕和上、下臂限位行程開(kāi)關(guān)控制，在作業(yè)車(chē)開(kāi)始作業(yè)及工作臂處于極限位置時(shí)起警示作用。
轉(zhuǎn)臺(tái)控制箱與吊籃控制箱的設(shè)置，使得全車(chē)即可在轉(zhuǎn)臺(tái)處操作，又可在吊籃處操作，兩處操作具有互鎖功能，不能在兩處同時(shí)對(duì)高空作業(yè)車(chē)進(jìn)行操作。
2.5 主要工作機(jī)構(gòu)液壓回路的設(shè)計(jì)
2.5.1高空作業(yè)車(chē)起升機(jī)構(gòu)的液壓回路設(shè)計(jì)
(1) 動(dòng)作分析
起升機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)和起升減速機(jī)組成。起升液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)起升減速機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾筒將鋼絲繩收進(jìn)或放出，實(shí)現(xiàn)重物的提升和下降。
(2) 液壓回路設(shè)計(jì)
(圖2.5.1)
1—液壓泵；2—油缸；3—換向閥；4—梭閥；5—單向節(jié)流閥；6--制動(dòng)器液壓缸；7—平衡閥；8—起升機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)。
換向閥：利用閥心在閥體中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使流液的通路接通、關(guān)斷，或改變流動(dòng)方向，從而使執(zhí)行元件啟動(dòng)、停止或改變運(yùn)動(dòng)方向。
梭閥：梭閥相當(dāng)于有兩個(gè)單向閥組合而成，有兩個(gè)輸入口和一個(gè)輸出口，在液壓回路中起邏輯“或”的作用。
單向節(jié)流閥：正向流動(dòng)時(shí)起單向閥作用，反向流動(dòng)時(shí)起節(jié)流閥作用。
平衡閥：可使運(yùn)動(dòng)速度不受載荷變化的影響，保持穩(wěn)定，附加的單向閥功能，密封性好，在管路損壞或制動(dòng)失靈時(shí)，可防止重物自由下落造成事故。
制動(dòng)器：制動(dòng)器一般都采用常閉式，即向制動(dòng)器供壓力油時(shí)，制動(dòng)器打開(kāi)，反之，則在彈簧力作用下使馬達(dá)制動(dòng)[5]。
以下開(kāi)始分析動(dòng)作控制過(guò)程：
如圖(2.5.1)所示，換向閥3置于右位時(shí)，壓力油經(jīng)梭閥4、單向節(jié)流閥5進(jìn)入制動(dòng)器液壓缸6，制動(dòng)器松開(kāi)。液壓油同時(shí)經(jīng)平衡閥7中的單向閥進(jìn)入起升機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)8，驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，使吊重起升?？繂蜗蚬?jié)流閥5的節(jié)流作用，制動(dòng)器松開(kāi)較起升機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)滯后，避免吊重在起升驅(qū)動(dòng)力矩未充分建立前下溜（“溜鉤”）。
換向閥3置于左位時(shí)，液壓油直接進(jìn)入起升機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)的另一腔，同時(shí)經(jīng)梭閥4、單向節(jié)流閥5進(jìn)入制動(dòng)器液壓缸6，松開(kāi)制動(dòng)器，液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)，吊重放下。此時(shí)，平衡閥7的遠(yuǎn)控口受到壓力油的作用，推動(dòng)平衡閥的閥芯，調(diào)節(jié)其開(kāi)度，使吊重平穩(wěn)下落。
換向閥3處在中位時(shí)，整個(gè)回路卸荷，制動(dòng)器液壓缸6在自身彈簧和單向節(jié)流閥5的作用下迅速剎住液壓馬達(dá)。這樣，即使液壓馬達(dá)有內(nèi)泄露也能保證吊重被迅速制動(dòng)住，實(shí)現(xiàn)空中可靠懸?；蚓臀弧?
(3) 優(yōu)缺點(diǎn)分析
這種液壓回路只能靠調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和換向閥開(kāi)度的節(jié)流作用來(lái)調(diào)速，調(diào)速范圍小，能耗大，但它簡(jiǎn)單，容易配置，適宜用于這種中小型起重車(chē)。
2.5.2高空作業(yè)車(chē)吊臂伸縮機(jī)構(gòu)液壓回路設(shè)計(jì)
(1) 動(dòng)作分析
該高空作業(yè)車(chē)工作下臂兼做起重基本臂，伸縮臂由伸縮油缸控制，不工作時(shí)，回縮至基本臂內(nèi)部，進(jìn)行起重作業(yè)時(shí)，伸縮臂根據(jù)需要的起重幅度和起升高度進(jìn)行伸縮。該伸縮臂式起重機(jī)可采用單液壓缸或雙液壓缸變軸，變幅機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，其液壓回路與起升機(jī)構(gòu)相同。
(2) 液壓回路設(shè)計(jì)
此處吊臂伸縮機(jī)構(gòu)的液壓回路設(shè)計(jì)省略。
2.5.3高空作業(yè)車(chē)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓回路
(1) 動(dòng)作分析
進(jìn)行回轉(zhuǎn)時(shí)，液壓馬達(dá)輸出動(dòng)力，通過(guò)回轉(zhuǎn)減速機(jī)減速后帶動(dòng)輸出軸上的小齒輪旋轉(zhuǎn)，小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的齒圈嚙合，由于回轉(zhuǎn)支承的齒圈與車(chē)架剛性連接，因而回轉(zhuǎn)減速機(jī)帶動(dòng)與之相連的轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)[6]。
(2) 液壓回路設(shè)計(jì)
（圖2.5.2）
電磁換向閥：電磁換向閥借助于電磁鐵吸力推動(dòng)閥心動(dòng)作來(lái)改變流液流向。
梭閥：梭閥相當(dāng)于有兩個(gè)單向閥組合而成，有兩個(gè)輸入口和一個(gè)輸出口，在液壓回路中起邏輯“或”的作用。
單向節(jié)流閥：正向流動(dòng)時(shí)起單向閥作用，反向流動(dòng)時(shí)起節(jié)流閥作用。
制動(dòng)器：制動(dòng)器一般都采用常閉式，即向制動(dòng)器供壓力油時(shí)，制動(dòng)器打開(kāi)，反之，則在彈簧力作用下使馬達(dá)制動(dòng)。
控制過(guò)程分析如下：
如圖(2.5.2)所示，換向閥置于右位時(shí)，壓力油經(jīng)梭閥進(jìn)入制動(dòng)器液壓缸，制動(dòng)器松開(kāi)。液壓油同時(shí)經(jīng)平衡閥中的單向閥進(jìn)入回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，使吊臂回轉(zhuǎn)。
換向閥置于左位時(shí)，液壓油經(jīng)單向節(jié)流閥進(jìn)入回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)的另一腔，同時(shí)經(jīng)梭閥進(jìn)入制動(dòng)器液壓缸，松開(kāi)制動(dòng)器，液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)。
換向閥處在中位時(shí)，整個(gè)回路卸荷，制動(dòng)器液壓缸在自身彈簧的作用下迅速剎住液壓馬達(dá)。這樣，即使液壓馬達(dá)有內(nèi)泄露也能保證吊臂被迅速制動(dòng)住[13]。
2.5.4高空作業(yè)車(chē)變幅機(jī)構(gòu)液壓回路設(shè)計(jì)
(1) 動(dòng)作分析
行駛狀態(tài)時(shí)，兩節(jié)工作臂折疊在一起，進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)，兩節(jié)工作臂分別由上下臂油缸舉升升展至一定家度，將工作人員送至工作位置。上臂和下臂、下臂和轉(zhuǎn)臺(tái)鉸接處均設(shè)有專(zhuān)門(mén)的滑動(dòng)軸承，保證工作臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻力小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。
(2) 液壓回路設(shè)計(jì)：
(圖2.5.3)
電磁換向閥：電磁換向閥借助于電磁鐵吸力推動(dòng)閥心動(dòng)作來(lái)改變流液流向。
平衡閥：可使運(yùn)動(dòng)速度不受載荷變化的影響，保持穩(wěn)定，附加的單向閥功能，密封性好，在管路損壞或制動(dòng)失靈時(shí)，可防止重物自由下落造成事故。
以下簡(jiǎn)述動(dòng)作分析過(guò)程：
因?yàn)樯舷卤鄣囊簤涸O(shè)計(jì)很相似，所以分開(kāi)分析。先看左邊液壓缸的控制過(guò)程。如上圖所示，當(dāng)電磁換向閥置于左位時(shí)，油液經(jīng)過(guò)左邊單向節(jié)流閥的單向閥部分到達(dá)平衡閥，再經(jīng)過(guò)平衡閥到液壓缸的左腔，推動(dòng)活塞桿向外運(yùn)動(dòng)。而右腔的油液則從右邊的平衡閥到右邊的節(jié)流閥再流出。當(dāng)電磁換向閥置于右位時(shí)，油液經(jīng)右邊的單向節(jié)流閥和平衡閥到達(dá)液壓缸的右腔，推動(dòng)活塞桿向左運(yùn)動(dòng)，左腔的油液的經(jīng)左邊的平衡閥和單向節(jié)流閥流出。當(dāng)電磁換向閥處于中位時(shí)，液壓缸不運(yùn)動(dòng)[13]。
右邊液壓缸的控制過(guò)程如上。
2.6 整體液壓回路設(shè)計(jì)
結(jié)合以上能滿(mǎn)足起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、吊臂伸縮機(jī)構(gòu)動(dòng)作要求的液壓回路,完成整體液壓回路設(shè)計(jì)。如下圖（2.6.1）所示,分析運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程。
(圖2.6.1)
總圖分析：
圖中虛線(xiàn)部分是屬于控制油路。聯(lián)結(jié)兩個(gè)液壓馬達(dá)然后通回油箱的虛線(xiàn)是防止泄漏的。由于液壓馬達(dá)本身沒(méi)有密封裝置，它靠馬達(dá)外殼將泄漏的液壓油聚集起來(lái)，然后通過(guò)細(xì)管送回油箱。
單向節(jié)流閥，正向流動(dòng)時(shí)起單向閥作用，反向流動(dòng)時(shí)起節(jié)流閥作用。流液正向通過(guò)時(shí)可以順利通過(guò)該閥，反向通過(guò)時(shí)，則可根據(jù)調(diào)節(jié)節(jié)流閥節(jié)流口面積的方法來(lái)控制通過(guò)閥的流量，從而達(dá)到控制液壓缸和液壓馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度的目的。在系統(tǒng)圖中，高空作業(yè)部分的變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回路上都安裝了單向節(jié)流閥，主要是基于安全方面的考慮控制速度。例如當(dāng)工作人員在高空作業(yè)籃內(nèi)，上臂起升和下降時(shí)，如果速度高將會(huì)十分危險(xiǎn)，通過(guò)節(jié)流閥的調(diào)速后則可以使作業(yè)籃平穩(wěn)緩慢的上升和下降。
這部分結(jié)構(gòu)主要是一個(gè)電磁式兩位四通閥和一個(gè)先導(dǎo)式溢流四通閥。按下手柄時(shí)，兩位四通閥置于右位，由于閥端被堵，此油路不同；通常情況下，兩位四通閥置于左位，則H型閥口使回路通順，即使先導(dǎo)溢流閥的遠(yuǎn)程控制口接回了油箱。這是，泵輸出的油液在很低的壓力下通過(guò)閥口流回油箱實(shí)現(xiàn)卸荷作用。在整個(gè)液壓系統(tǒng)圖中，起重結(jié)構(gòu)部分的動(dòng)作是靠手動(dòng)控制的，而高空作業(yè)部分的機(jī)構(gòu)是靠電動(dòng)控制的。當(dāng)該兩位四通閥位于右位時(shí)，由于油路不同，油液會(huì)繞過(guò)此機(jī)構(gòu)到達(dá)高空作業(yè)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)部分的動(dòng)作。當(dāng)該兩位四通閥位于左位時(shí)，油路卸荷，油液直接流回油箱則相當(dāng)于是高空作業(yè)機(jī)構(gòu)的總開(kāi)關(guān)沒(méi)有開(kāi)啟，高空作業(yè)部分不能動(dòng)作。此手動(dòng)二位四通閥同時(shí)還有安全保護(hù)的作用。當(dāng)高空作業(yè)部分出現(xiàn)故障時(shí)，可以按動(dòng)手柄使二位四通閥置于左位，油路卸荷，高空作業(yè)部分不能動(dòng)作。高空作業(yè)部分具體動(dòng)作時(shí)還必須使變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的三位四通電磁閥通電[7]。
中心回轉(zhuǎn)接頭。中心回轉(zhuǎn)接頭由導(dǎo)電滑環(huán)、液壓滑環(huán)兩部分組成，它的作用是當(dāng)作業(yè)車(chē)進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，作業(yè)車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分的電路及液壓油路始終暢通。
壓力表。
電磁換向閥。通電時(shí)油路導(dǎo)通，不通電時(shí)，油路不導(dǎo)通。是高空作業(yè)機(jī)構(gòu)的總開(kāi)關(guān)。只有它通了電，高空作業(yè)機(jī)構(gòu)才可能動(dòng)作。
安全閥,保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定.當(dāng)壓力過(guò)大時(shí),油液會(huì)溢流。
第3章 高空作業(yè)部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
高空作業(yè)部分主要由變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中，變幅機(jī)構(gòu)主要是指上下臂液壓缸。上臂液壓缸是聯(lián)結(jié)上臂和下臂鉸點(diǎn)的液壓缸，它主要控制上臂的上升，下降動(dòng)作。下臂液壓缸是指下臂與支架之間的液壓缸，它主要用于控制下臂的上升和下降動(dòng)作。而回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要是控制上下臂的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，主要用一個(gè)液壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)[8]。以下，就主上臂油缸，下臂油缸及控制回轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
3.1上臂油缸的設(shè)計(jì)
設(shè)液壓缸單活塞桿雙向運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載力相同,不記執(zhí)行件質(zhì)量。液壓系統(tǒng)工作壓力為P=16MPa。
3.1.1 確定液壓缸類(lèi)型和安裝方式
根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求,按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6—39,選擇液壓缸類(lèi)型為單桿活塞式雙作用液壓缸[4]。
下圖為單桿活塞式雙作用液壓缸示意圖：
（圖3.1.1）
此類(lèi)液壓缸特點(diǎn)為活塞雙向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生推、拉力?；钊谛谐探K了時(shí)不減速。
將缸體固定，活塞桿運(yùn)動(dòng)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6—40 液壓缸的安裝方式，選擇合適的安裝方式[4]?？紤]機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，上臂起升、下降時(shí)液壓缸的活塞桿進(jìn)行伸縮實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)需求。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-40 液壓缸的安裝 (P23-176)選擇耳環(huán)型安裝方式，這種安裝方式使液壓缸在垂直面內(nèi)可擺動(dòng),滿(mǎn)足上臂動(dòng)作要求[4]。
3.1.2 確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸
根據(jù)主機(jī)的動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析,確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸
1) 液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算
根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來(lái)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D
計(jì)算公式：
=3.57 （3.1）
式中 --液壓缸內(nèi)徑（m）；
--液壓缸推力（kM）；
--選定的工作壓力（MPa）。
其中的計(jì)算過(guò)程如下：
當(dāng)高空作業(yè)車(chē)上下臂處于如下?tīng)顟B(tài)時(shí)，如圖3.1.2。上臂液壓缸所受的力最大，即液壓缸具備的最大力必須大于此時(shí)的力。
( 圖3.1.2)
有: （3.2）
其中:--上臂自重,由計(jì)算為7.5310 。
--上臂長(zhǎng)度，為5.950m。
--高空作業(yè)車(chē)吊籃最大承受力，由計(jì)算知為2.0。
--點(diǎn)到力的垂直距離，由計(jì)算得=1.796m。
代入公式(3.2)得:
將,代入式(3.1),
得:
按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-33給出的缸筒內(nèi)徑尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn)值[4]。
表23.6--33 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列
(摘自GB/T2348—1993) ()
8
40
125
（280）
10
50
（140）
320
12
63
160
（360）
16
80
（180）
400
20
（90）
200
（450）
25
100
（220）
500
32
（110）
250
(表三)
即取:
2)活塞桿直徑的計(jì)算
根據(jù)速度比的要求來(lái)計(jì)算活塞桿直徑
(3.3)
式中 --活塞桿直徑();
--液壓缸直徑();
--速度比
--活塞桿的縮入速度;
--活塞桿的伸出速度。
此處，取液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比為1.46,由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-57(P23-191)[4]查得:
(3.4)
將代入式(3.4) 得:
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-34 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）[4]
表23.6—34 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列
(摘自GB/T 2348—1993) ()
4
20
56
160
5
22
63
180
6
25
70
200
8
28
80
220
10
32
90
250
12
36
100
280
14
40
110
320
16
45
125
360
18
50
140
(表四)
取液壓缸活塞桿外徑尺寸如下：
。
3)液壓缸行程的確定
由于上下臂工作狀態(tài)最大夾角為,如下圖所示：
（圖3.1.3）
上下臂鉸點(diǎn)位置如上所示,代入數(shù)據(jù)可求出線(xiàn)段的長(zhǎng)度,由此長(zhǎng)度計(jì)算上臂油缸的最大行程,計(jì)算過(guò)程如下:
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-35 液壓缸活塞行程第一系列()[4]。
表23.6—35 液壓缸活塞行程第一系列()
摘自(GB2349—1980)
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
(表五)
由以上條件取S值如下:
。
4)液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算
(1)缸筒壁厚的計(jì)算
按薄臂筒計(jì)算:
（3.5）
式中 --液壓缸缸筒厚度();
--試驗(yàn)壓力()。取，即，。
--液壓缸內(nèi)徑（m）；
--剛體材料的許用應(yīng)力（），取。
代入式（3.5）中，得：
（2）缸體外徑的計(jì)算
(3.6)
代入數(shù)據(jù)得:
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-60(P23-192)圓整液壓缸外徑為105[4]。
（3）流量的計(jì)算
由原始數(shù)據(jù)得,上臂的變幅時(shí)間小于等于40,且由上面計(jì)算可知液壓缸活塞桿的行程為1000,則,液壓缸活塞桿運(yùn)動(dòng)的最小速度[13]。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.4知:,取最大為0.12。即，液壓缸活塞桿運(yùn)動(dòng)的最大速度為：
則液壓缸流量
3.2下臂油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
設(shè)液壓缸單活塞桿雙向運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載力相同,不記執(zhí)行件質(zhì)量。液壓系統(tǒng)工作壓力為P=16MPa。
3.2.1 確定液壓缸類(lèi)型和安裝方式
根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求,按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6—39,選擇液壓缸類(lèi)型為單桿活塞式雙作用液壓缸。此類(lèi)液壓缸特點(diǎn)為活塞雙向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生推、拉力?；钊谛谐探K了時(shí)不減速。
與上一個(gè)液壓缸相似，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-40 液壓缸的安裝 (P23-176)選擇耳環(huán)型安裝方式[4]，這種安裝方式使液壓缸在垂直面內(nèi)可擺動(dòng),滿(mǎn)足下臂動(dòng)作要求。
3.2.2確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸
根據(jù)主機(jī)的動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析,確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸:
1) 液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算
根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來(lái)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D
計(jì)算公式：
=3.57 （3.7）
式中 --液壓缸內(nèi)徑（m）；
--液壓缸推力（kM）；
--選定的工作壓力（MPa）。
其中的計(jì)算過(guò)程如下：
當(dāng)高空作業(yè)車(chē)上下臂處于如下?tīng)顟B(tài)時(shí)，如圖3.2.1。上臂液壓缸所受的力最大。此時(shí)，上下臂夾角為，下臂水平放置，上臂抬起與下臂成夾角。
( 圖3.2.1)
把上下臂當(dāng)成一個(gè)整體，將所受力對(duì)點(diǎn)取矩[9]，得：
（3.8）
其中: --上臂自重,由計(jì)算為7.5310。
--高空作業(yè)車(chē)吊籃最大承受力，由計(jì)算知為2.0。
--下臂自重,由計(jì)算知其值是。
--點(diǎn)到力的垂直距離。
--點(diǎn)到上臂重力的垂直距離。
--點(diǎn)到下臂重力的垂直距離。
--最大起重量，由計(jì)算得。
--點(diǎn)到力的垂直距離，為5.6。
已知上下臂夾角為，上臂長(zhǎng)為5.950,下臂長(zhǎng)為5.6,且已知上下臂上各鉸點(diǎn)位置,通過(guò)計(jì)算得:
;
。
其中為點(diǎn)到力的垂直距離，計(jì)算過(guò)程如下所示：
已知尺寸如下圖（3.2.2）所標(biāo)示[18]。
(圖3.2.2)
由此計(jì)算得: 。
將所得數(shù)據(jù)代入公式(3.8)得:
將,代入式(3.7),
得:
按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-33(P23-173)給出的缸筒內(nèi)徑尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。
即取：
。
2)活塞桿直徑的計(jì)算
根據(jù)速度比的要求來(lái)計(jì)算活塞桿直徑
(3.9)
式中 --活塞桿直徑();
--液壓缸直徑();
--速度比
--活塞桿的縮入速度;
--活塞桿的伸出速度。
此處，取液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比為1.46,由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-57(P23-191)[4]查得:
(3.10)
將代入式(3.4) 得:
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-34 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）[4]取液壓缸活塞桿外徑尺寸如下：
3)液壓缸行程S的確定
首先計(jì)算下臂升至最大角時(shí)，下臂鉸點(diǎn)與底盤(pán)鉸點(diǎn)之間的距離[10]。
如下圖所示：
(圖3.2.3)
如上圖(3.2.3)所示，由計(jì)算得下臂升至最大角時(shí)，下臂鉸點(diǎn)與底盤(pán)鉸點(diǎn)之間的距離為：。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-35 液壓缸活塞行程第一系列(),由以上條件取S值如下:
。
4)液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算
(1)缸筒壁厚的計(jì)算[4]
按薄臂筒計(jì)算:
（3.11）
式中 --液壓缸缸筒厚度();
--試驗(yàn)壓力()。取，即，。
--液壓缸內(nèi)徑（m）；
--剛體材料的許用應(yīng)力（），取。
代入式（3.5）中，得：
（2）缸體外徑的計(jì)算
(3.12)
代入數(shù)據(jù)得:
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-60(P23-192)取液壓缸外徑為200[4]。
（3）流量的計(jì)算
由原始數(shù)據(jù)得,下臂的變幅時(shí)間小于等于40,且由上面計(jì)算可知液壓缸活塞桿的行程為800,則,液壓缸活塞桿運(yùn)動(dòng)的最小速度[13]。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.4知:,取最大為。即，液壓缸活塞桿運(yùn)動(dòng)的最大速度為：
則液壓缸流量
3.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)
3.3.1 轉(zhuǎn)矩計(jì)算[17]
(圖3.3.1)
其中，--平臺(tái)最大載荷；
--上臂和下臂總重。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3》表1.1—20 物體的摩擦系數(shù)[12] ?。?
摩擦系數(shù)。
如上圖(3.3.1)所示，力對(duì)支架中心點(diǎn)取矩，得：
力對(duì)支架中心點(diǎn)取矩，得：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-3 各種液壓馬達(dá)的適用工況和應(yīng)用范圍,選取適合的液壓馬達(dá)類(lèi)型[4]。
表23.6-3 各種液壓馬達(dá)的適用工況和應(yīng)用范圍
馬達(dá)類(lèi)型
適用工況
應(yīng)用范圍
齒輪馬達(dá)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造簡(jiǎn)單,但轉(zhuǎn)速脈動(dòng)性較大,齒輪馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不大,速度平穩(wěn)性要求不高,噪聲限制不嚴(yán),適用于高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩情況下。
鉆床，通風(fēng)設(shè)備
葉片馬達(dá)
結(jié)構(gòu)緊湊，外型尺寸小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小。
磨床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，機(jī)床操縱機(jī)構(gòu)
擺線(xiàn)馬達(dá)
負(fù)載速度中等，體積要求小
塑料機(jī)械、煤礦機(jī)械、挖掘機(jī)
軸向柱塞馬達(dá)
結(jié)構(gòu)緊湊，徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，轉(zhuǎn)速較高負(fù)載大，有變速要求，負(fù)載轉(zhuǎn)矩小，低速平穩(wěn)性要求高。
起重機(jī)、鉸車(chē)、鏟車(chē)、內(nèi)燃機(jī)車(chē)、數(shù)控機(jī)床行走機(jī)械
徑向柱塞馬達(dá)
負(fù)栽轉(zhuǎn)矩較大，速度中等，徑向尺寸大
塑料機(jī)械，行走機(jī)械等
內(nèi)曲線(xiàn)徑向馬達(dá)
負(fù)載轉(zhuǎn)矩很大，轉(zhuǎn)速低，平穩(wěn)性高的場(chǎng)合
挖掘機(jī)、拖拉機(jī)、起重機(jī)、采煤機(jī)等
(表六)
由轉(zhuǎn)矩，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-18 1JMD型液壓馬達(dá)技術(shù)規(guī)格 1JMD-100
表23.6-18 1JMD型徑向柱塞液壓馬達(dá)技術(shù)規(guī)格
型號(hào)
排量
轉(zhuǎn)速
壓力/
轉(zhuǎn) 矩
/
功 率
/
機(jī) 械
效 率
偏
心
距
重
量
額定
最大
額定
最大
額定
最大
（%）
/
/
1JMD-40
0.201
10--400
16
22
0.47
0.645
19.2
26.4
91.5
16
44.5
1JMD-63
0.780
10—200
16
22
1.815
2.50
37.2
51.2
91.5
25
107
1JMD-80
1.608
10—150
16
22
3.75
5.16
57.8
79.2
91.5
32
160.4
1JMD-100
3.140
10—100
16
22
7.75
10.07
75.3
103
91.5
40
257
1JMD-125
6.140
10--75
16
22
14.30
19.70
110
151
91.5
50
521
(表七)
取馬達(dá)型號(hào)為：
1JMD-100
第4章 起重機(jī)構(gòu)的液壓部分設(shè)計(jì)
起重機(jī)構(gòu)部分主要由起升機(jī)構(gòu)和伸縮機(jī)構(gòu)兩部分組成。其中伸縮機(jī)構(gòu)主要是控制伸縮臂。高空作業(yè)車(chē)下臂兼做起重基本臂，伸縮臂在基本臂里面，由伸縮油缸控制，不工作時(shí)，回縮至基本臂內(nèi)部，進(jìn)行起重作業(yè)時(shí)，伸縮臂進(jìn)行伸縮。起升機(jī)構(gòu)則主要是用于實(shí)現(xiàn)重物的提升和下降。
以下具體進(jìn)行起重機(jī)構(gòu)液壓部分的設(shè)計(jì)：
4.1 伸縮機(jī)構(gòu)液壓缸設(shè)計(jì)
上臂油缸具體設(shè)計(jì)如下：
設(shè)液壓缸單活塞桿雙向運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載力相同,不記執(zhí)行件質(zhì)量。液壓系統(tǒng)工作壓力為P=16MPa。
4.1.1 確定液壓缸類(lèi)型和安裝方式
根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求,按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6—39,選擇液壓缸類(lèi)型為單桿活塞式雙作用液壓缸。此類(lèi)液壓缸特點(diǎn)為活塞雙向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生推、拉力?；钊谛谐探K了時(shí)不減速[14]。
將缸體固定，活塞桿運(yùn)動(dòng)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6—40 液壓缸的安裝方式，選擇合適的安裝方式?？紤]機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，上臂起升、下降時(shí)液壓缸的活塞桿進(jìn)行伸縮實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)需求。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-40 液壓缸的安裝 (P23-176)選擇法蘭型安裝方式[4]。
4.1.2確定伸縮液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸
根據(jù)主機(jī)的動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析,確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸:
1) 液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算
根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來(lái)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D
計(jì)算公式：
=3.57 （4.1）
式中 --液壓缸內(nèi)徑（m）；
--液壓缸推力（kM）；
--選定的工作壓力（MPa）。
計(jì)算如下：
下臂處于水平位置時(shí),液壓缸對(duì)伸縮臂的推力最大,即如下圖所示時(shí)推力最大。
( 圖4.1.1)
其中:--伸縮臂自重,由計(jì)算為3.8510。
--液壓缸對(duì)伸縮臂的推力。
(4.2)
查表23.4-1 摩擦系數(shù),取0.1 。
表23.4-1 摩擦系數(shù)
導(dǎo)軌類(lèi)型
導(dǎo)軌材料
運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
摩擦系數(shù)
滑動(dòng)導(dǎo)軌
鑄鐵對(duì)鑄鐵
起動(dòng)時(shí)
低速
()
高速
(
0.15—0.20
0.1—0.12
0.05—0.08
滾動(dòng)導(dǎo)軌
鑄鐵對(duì)滾柱(珠)
淬火鋼導(dǎo)軌對(duì)滾柱
0.005—0.02
0.003—0.006
靜壓導(dǎo)軌
鑄鐵
0.005
(表八)
將0.1 ,代入式(4.2),得：
將代入式（4.1）,得:
按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-33(P23-173)給出的缸筒內(nèi)徑尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。即取
2)活塞桿直徑的計(jì)算
根據(jù)速度比的要求來(lái)計(jì)算活塞桿直徑
(4.3)
式中 --活塞桿直徑();
--液壓缸直徑()；
--速度比。
此處，取液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比為1.46,由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-57(P23-191)[4]查得:
(4.4)
將代入式(4.4) 得:
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-34 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列[4]（摘自GB/T2348-1993）取液壓缸活塞桿外徑尺寸如下：
3)液壓缸行程的確定
伸縮臂總長(zhǎng)為2.8,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.6-35 液壓缸活塞行程第一系列()[4],由以上條件取S值如下:
。
4)流量的計(jì)算
由原始數(shù)據(jù)得,伸縮臂全伸時(shí)間 30,且由上面計(jì)算可知液壓缸活塞桿的行程為1250,則,液壓缸活塞桿運(yùn)動(dòng)的最小速度。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.4[4]知:,取最大為0.12。即，液壓缸活塞桿運(yùn)動(dòng)的最大速度為：
則液壓缸流量
4.2 起升機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)計(jì)算
起升液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)起升減速機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾筒將鋼絲繩收進(jìn)或放出，實(shí)現(xiàn)重物的提升和下降[14]。
4.2.1 轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
起重機(jī)構(gòu)的最大起重重
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