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圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：
密 級(jí)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)
隨車(chē)起重機(jī)下車(chē)設(shè)計(jì)
THE INFRASTRUCTURE DESIGN OF LORRY-MOUNTED CRANE
學(xué)生姓名
陸衛(wèi)杰
學(xué)院名稱(chēng)
徐州工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
李清偉
2008年
6月
2日
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。
本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書(shū)
本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
摘 要
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，起重機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用越來(lái)越廣。本文首先介紹了隨車(chē)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)隨車(chē)起重機(jī)下車(chē)的各部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支承實(shí)現(xiàn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓控制系統(tǒng)設(shè)置了緩沖閥，可以實(shí)現(xiàn)自由滑轉(zhuǎn)和平穩(wěn)微動(dòng)；支腿機(jī)構(gòu)通過(guò)水平液壓缸和垂直液壓缸實(shí)現(xiàn)各支腿的收縮動(dòng)作，采用并聯(lián)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各支腿的同時(shí)動(dòng)作。
具體內(nèi)容主要包括：
1．支腿的選型與跨距的確定,穩(wěn)定性的校核與驗(yàn)算。
2．回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),支承裝置的選型與計(jì)算.
3．液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及液壓元件的選擇。
本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,節(jié)省投資，控制方便。對(duì)確定中、小隨車(chē)起重機(jī)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：隨車(chē)起重機(jī)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；支腿 ；液壓系統(tǒng)
Abstract
With the rapid development of the science and technology, the truck crane is widely used in the modernization production process.In the article, the structure of the truck crane is briefly introduced, The second part is designed:The pump is used to drive the rotation structure and the dead value is used in the hydraulic system in order to rotate steadily;The level and vertical hydraulic cylinder are used to drive the support legs.
This design main content includes:
1. The design of the type and span of the legs and the checkout of the stability;
2. The design of rotation structure and its type;
3. The design of hydraulic system and the choice of the hydraulicunits.
The advantage of the design is simple structure and operation. It can help to design truck crane.
Keywords： truck crane ; rotation fulcrum arrangement ; Leg；Hydraulic system
目 錄
1 緒論 1
1.1概論 1
1.2隨車(chē)起重機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展水平和趨勢(shì) 1
1.3隨車(chē)起重機(jī)的數(shù)字化簡(jiǎn)介 2
2 隨車(chē)起重機(jī)的技術(shù)參數(shù) 4
2.1主要性能參數(shù) 4
2.2參數(shù)確定 5
3 支腿型式選擇與計(jì)算 6
3.1支腿型式分類(lèi)及選擇 6
3.2 支腿跨距確定 6
3.3支腿受力分析 7
3.4活動(dòng)支腿危險(xiǎn)截面計(jì)算 8
4 底盤(pán)類(lèi)型與選擇 9
4.1汽車(chē)起重機(jī)底盤(pán)分類(lèi) 9
4.2底盤(pán)選擇和承載力計(jì)算 10
4.2.1底盤(pán)選擇 10
4.2.2起重車(chē)軸載質(zhì)量分配 10
5 起重車(chē)穩(wěn)定性計(jì)算 13
5.1起重車(chē)最不利工況 13
5.2起運(yùn)車(chē)最不利工況位置的整車(chē)質(zhì)量 14
5.3動(dòng)穩(wěn)定性校核計(jì)算 14
5.4靜穩(wěn)定性校核計(jì)算 17
6 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
6.1工況及載荷 19
6. 2 回轉(zhuǎn)支承選型及強(qiáng)度驗(yàn)算 19
6.2.1回轉(zhuǎn)支承選型 19
6.2.2回轉(zhuǎn)支撐強(qiáng)度驗(yàn)算 21
6.2.3回轉(zhuǎn)支撐聯(lián)接螺栓計(jì)算 21
6.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 22
6.3.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的類(lèi)型 22
6.3.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的布置型式選擇 22
6.3.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 22
7 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)及液壓原件選擇 28
7. 1液壓系統(tǒng)型式 28
7.1.1開(kāi)式和閉式系統(tǒng) 28
7.1.2單泵和多泵系統(tǒng) 28
7. 2液壓系統(tǒng)的控制 29
7.2.1定量節(jié)流控制系統(tǒng) 29
7.2.2變量系統(tǒng) 30
7.3下車(chē)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30
7.4液壓缸的選擇 33
7.4.1缸體與缸蓋連接結(jié)構(gòu) 33
7.4.2活塞與活塞桿連接結(jié)構(gòu) 33
7.4.3活塞桿頭部結(jié)構(gòu)： 33
7.4.4導(dǎo)向套結(jié)構(gòu) 33
7.4.5密封與防塵結(jié)構(gòu) 33
7.4.6緩沖結(jié)構(gòu) 33
7.4.7垂直液壓缸的選擇 34
7.4.8水平液壓缸的選擇 35
7.4.9液壓缸主要零部件材料及技術(shù)要求 36
7.5其他液壓元件的選擇 36
7.6液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 37
結(jié)論 40
致謝 41
參考文獻(xiàn) 42
附錄 43
附錄一 43
英文原文 43
中文翻譯 59
68
1 緒論
1.1概論
隨車(chē)起重機(jī)可以裝在各種車(chē)輛上實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自裝自卸，配上不同的取物裝置能吊運(yùn)不同形狀物品，因而有著廣泛的用途。例如，用于林業(yè)部門(mén)的集材；建筑部門(mén)的混凝土構(gòu)件和材料的運(yùn)輸；小型集裝箱的裝卸；裝在鐵路工務(wù)車(chē)輛上用于線路維修；城市交通部門(mén)用來(lái)吊運(yùn)日用品；市政工程用來(lái)搞環(huán)境衛(wèi)生和綠化；供電部門(mén)用來(lái)立桿架線；部隊(duì)用來(lái)裝運(yùn)后勤物資；石油部門(mén)用來(lái)固定井架；野外勘測(cè) 部門(mén)用來(lái)轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)鹊取Ｔ诖昂痛a頭上，也可固定隨車(chē)起重機(jī)用來(lái)吊裝貨物。
1.2隨車(chē)起重機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展水平和趨勢(shì)
傳統(tǒng)的吊運(yùn)作業(yè)一般需要一輛汽車(chē)起重機(jī)與一輛貨運(yùn)卡車(chē)配合使用才能完成，而隨車(chē)起重機(jī)帶給用戶(hù)的價(jià)值是：一臺(tái)車(chē)輛同時(shí)具備貨運(yùn)與裝卸兩項(xiàng)功能。除此之外，隨車(chē)起重機(jī)的吊運(yùn)功能較普通起重吊運(yùn)設(shè)備優(yōu)點(diǎn)更多，它不僅具備強(qiáng)大的自我裝卸和設(shè)備安裝。在為用戶(hù)提供高效安全吊運(yùn)作業(yè)的同時(shí)，亦減少了作業(yè)時(shí)設(shè)備和人力的投入。隨車(chē)起重機(jī)在我國(guó)已廣泛應(yīng)用于貨物運(yùn)輸。我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)是20世紀(jì)80年代初，在軍事隨車(chē)起重機(jī)和鐵路用軌道起重機(jī)基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)并用于民用的，從市場(chǎng)狀況看，南方地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較高，隨車(chē)起重機(jī)的使用量也相對(duì)較大，但是90%的產(chǎn)品都是進(jìn)口品牌，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)目前總需求量在2000臺(tái)左右，其中一部分為軍品市場(chǎng)，由于我國(guó)大噸位汽車(chē)起重機(jī)市場(chǎng)份額還不是太大，隨車(chē)起重機(jī)起重能力在50-200kN.m的產(chǎn)品有較大潛力，起重能力太大的產(chǎn)品國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有通用底盤(pán)匹配。
國(guó)內(nèi)產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，存在外形單調(diào)、功能單一、操作不方便、安全性能低等問(wèn)題。我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)以直臂卷?yè)P(yáng)為主，受?chē)?guó)內(nèi)汽車(chē)底盤(pán)的限制，起重力矩小，其他性能指標(biāo)也低于國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品。尤其是液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的技術(shù)水平較低，安全裝置不齊全，操作不方便。一般只裝有起升高度限位及平衡閥、溢流閥等普通安全裝置，全部為手動(dòng)操作。而國(guó)外早已將電子技術(shù)廣泛運(yùn)用到隨車(chē)起重機(jī)上，如帶有微電腦的力矩限制器及防傾翻保護(hù)器等，并且已實(shí)現(xiàn)了有線與無(wú)線遙控。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品以起重作業(yè)及運(yùn)輸功能為主，而國(guó)外產(chǎn)品均有多種附具，主要加裝在吊臂頭部，如工作斗、抓斗、高空作業(yè)平臺(tái)、各種抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝輪胎機(jī)械手、拔樁器等，使隨車(chē)起重機(jī)具備了一機(jī)多用的功能。我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)設(shè)計(jì)單調(diào)，忽視了和汽車(chē)外形的協(xié)調(diào)。而國(guó)外對(duì)隨車(chē)起重機(jī)的著色非常嚴(yán)格，不僅在外形和著色上實(shí)現(xiàn)和卡車(chē)的一體化，還要求和城市的景觀相協(xié)調(diào)。?
歐洲隨車(chē)起重機(jī)主要的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式為折疊臂式，具有“多關(guān)節(jié)”、“可折疊”等優(yōu)點(diǎn)，幾乎都將有線遙控和無(wú)線遙控作為產(chǎn)品的選裝部件，提高了產(chǎn)品的使用便利性和操作安全性?？紤]到不同工作的需要，還將液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)作為選裝部件，從而將折疊臂隨車(chē)起重機(jī)和伸縮臂隨車(chē)起重機(jī)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，性能上更趨于完善。使之同時(shí)成為一種優(yōu)秀的空中作業(yè)平臺(tái)。加裝載人吊籃后，可根據(jù)需要將作業(yè)平臺(tái)升至高空、潛入橋下，配上相應(yīng)附件后，可擴(kuò)充功能以完成某些特定工作，如處理工作廢渣、吊運(yùn)型材、挖砂、掘土、鉆孔、植桿，甚至可用于交通事故救援。液壓控制系統(tǒng)和執(zhí)行元件的高質(zhì)量，使產(chǎn)品在零下40度到零上50度范圍內(nèi)都可以正常工作。?
現(xiàn)在，歐洲隨車(chē)起重機(jī)主要廠家的產(chǎn)品從0.5噸米到100噸米之間的系列十分密集，品種超過(guò)100種，為用戶(hù)的選用提供了極大的便利，單臺(tái)產(chǎn)品最大起重量已超過(guò)60噸，產(chǎn)品的吊臂長(zhǎng)度從2米左右到30多米，最大起重力矩已超過(guò)100噸米。今后發(fā)展趨勢(shì)是多功能、大型化?，F(xiàn)在已開(kāi)發(fā)出裝6～8節(jié)伸縮臂的產(chǎn)品，液壓系統(tǒng)油缸壓力已達(dá)30～88MPa，比10年前約提高50％，從而使油缸尺寸縮小，可在油泵規(guī)格不變或略有減小的情況下，提高油缸工作速度。隨車(chē)起重機(jī)除用于普通起重作業(yè)外，還廣泛用于其他各種行業(yè)。如高空作業(yè)、橋梁維修、高空架線及檢測(cè)等。從80年代末到90年代，隨車(chē)起重機(jī)發(fā)展速度極快，世界隨車(chē)起重機(jī)年總產(chǎn)量已達(dá)10萬(wàn)臺(tái)左右。由于國(guó)外勞動(dòng)力成本很高，強(qiáng)調(diào)工作效率，施工中基本不存在人工裝卸。隨車(chē)起重機(jī)有使用靈活、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，所以在歐洲市場(chǎng)隨車(chē)起重機(jī)市場(chǎng)前景廣闊。?
1.3隨車(chē)起重機(jī)的數(shù)字化簡(jiǎn)介
隨著現(xiàn)代軍事科技的飛速發(fā)展特別是高科技大型作戰(zhàn)裝備的出現(xiàn)，為現(xiàn)代軍事交通保障提出了前所未有的需求，針對(duì)軍隊(duì)對(duì)高科技兵器裝備的實(shí)際需求，軍事交通學(xué)院，中國(guó)重汽，陜西建筑機(jī)械有限公司聯(lián)合研究開(kāi)發(fā)的第一臺(tái)大噸位的數(shù)字式隨車(chē)起重機(jī)已順利通過(guò)先期試驗(yàn)。該機(jī)采用電子和液壓雙重控制的裝卸起重機(jī)械、高科技兵器快速安裝定位和軍用橋梁拼裝架設(shè)的綜合能力。該機(jī)技術(shù)先進(jìn)，開(kāi)發(fā)難度較大，無(wú)論是在起重量、工作速度、整機(jī)自重等基本指標(biāo)上，還是在可靠性、操作舒適性等方面都代表了隨車(chē)起重機(jī)的先進(jìn)水平。
一.主要結(jié)構(gòu)
1.底盤(pán)：在設(shè)計(jì)中，多選底盤(pán)為斯太爾越野型，為驅(qū)動(dòng)，承載能力大，發(fā)動(dòng)機(jī)功率高，操縱、行駛性能優(yōu)良，整機(jī)可靠性高，通過(guò)性能好，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。底盤(pán)上裝有長(zhǎng)為6m的標(biāo)準(zhǔn)式車(chē)廂，可轉(zhuǎn)載25t貨物，可減少工作車(chē)輛數(shù)量，提高伴隨保障能力。
2.主臂及其伸縮機(jī)構(gòu)：起重機(jī)主臂采用薄壁低合金高強(qiáng)度鋼材制成箱型斷面。根據(jù)性能要求，主臂采用二節(jié)折疊式臂架，伸縮臂采用6節(jié)、6邊形截面。吊臂頭部裝有起升用的滑輪組，還可以在伸縮臂的端頭另附裝副臂。
3.轉(zhuǎn)臺(tái)：為便于折疊臂架的布置，采用立柱時(shí)轉(zhuǎn)柱、偏心式裝。轉(zhuǎn)臺(tái)置于車(chē)架后端，質(zhì)量可靠。
4.起升、回轉(zhuǎn)、變幅機(jī)構(gòu)：主副起升采用定量馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為定量行星減速器輸出軸上的小齒輪，使之繞固定在車(chē)架上的內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)。
5.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：一個(gè)獨(dú)立的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雙變量實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的輸出，液壓支腿通過(guò)底盤(pán)取得驅(qū)動(dòng)齒輪泵實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。
6.液電及控制系統(tǒng)。所有關(guān)鍵元件，主泵、主操縱閥、先導(dǎo)控制單元等均為進(jìn)口件。
7.其他機(jī)構(gòu)及安全裝置略。
2 隨車(chē)起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)
2.1主要性能參數(shù)
隨車(chē)起重機(jī)的主要性能參數(shù)是起重機(jī)工作性能指標(biāo)，也是設(shè)計(jì)的依據(jù)，主要包括起重量、工作幅度、起重力矩、起升高度、工作速度、自重、通過(guò)性能等。
表2-1參數(shù)表
1.額定起重量:汽車(chē)起重機(jī)額定起重量是在各種工況下安全作業(yè)所容許起吊重量的最大質(zhì)量值，包括取物裝置重量。
2.工作幅度:在額定起重量下，起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心的軸線距吊鉤中心的距離。工作幅度決定起重機(jī)的工作范圍。
3.起重力矩:起重機(jī)的工作幅度與相應(yīng)起重量的乘積為起重力矩，它是綜合起重量與幅度兩個(gè)因數(shù)的參數(shù)，能比較全面和確切地反映起重機(jī)的起重能力。
4.起升高度:吊鉤起升到最高位置時(shí)，鉤口中心到支撐地面的距離。在標(biāo)定起重機(jī)性能參數(shù)時(shí)，通常以額定起升高度表示。額定起升高度是指滿(mǎn)載時(shí)吊鉤上升到最高極限位置時(shí)從鉤口中心至支撐地面的跟離。對(duì)于動(dòng)臂式起重機(jī)，當(dāng)?shù)醣坶L(zhǎng)度一定時(shí)，起升高度隨幅度的減小而增加。
5.工作速度:汽車(chē)起重機(jī)的工作速度主要指起升、回轉(zhuǎn)、變幅、伸縮臂機(jī)構(gòu)及支腿收放的速度。起升速度指吊鉤平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，起吊物品的垂直位移速度;回轉(zhuǎn)速度指起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù);變幅速度指變幅時(shí)，幅度從最大(最小)變到最小(最大)所用的時(shí)間;伸縮臂速度指起重臂伸縮時(shí)，其頭部沿伸縮臂軸線的移動(dòng)速度。
6.自重:指起重機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)起重機(jī)本身的全部質(zhì)量，它是評(píng)價(jià)起重機(jī)的綜合指標(biāo)，反映了起重機(jī)設(shè)計(jì)、制造和材料的技術(shù)水平。
7.通過(guò)性能:是汽車(chē)起重機(jī)正常行使通過(guò)各種道路的能力。汽車(chē)起重機(jī)通過(guò)性能接近一般公路車(chē)輛。接近角、離去角、離地間隙越大，最小轉(zhuǎn)彎直徑越小，說(shuō)明整機(jī)通過(guò)性能越好。
2.2參數(shù)確定
參考同噸位產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)及所選底盤(pán)的參數(shù)情況初定主要技術(shù)參數(shù)為:
最大額定起重量(噸) : 6.3
最大起重量力矩(kN·m): 12.6
基本臂長(zhǎng)度(m) : 4
全伸臂長(zhǎng)度(m) : 9
主臂節(jié)數(shù): 3
最大工作幅度(m) : 8.2
最大起升高度(m) : 11
回轉(zhuǎn)速度(r/min): 0～2. 5
支腿跨距(m): 2.25～5.12
3 支腿型式選擇與計(jì)算
3.1支腿型式分類(lèi)及選擇
隨車(chē)起重機(jī)支腿從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上可分為四類(lèi)：
1.蛙式支腿：在支腿搖臂上開(kāi)有滑槽，當(dāng)支腿支腳著地后，油缸活塞頭部沿槽外滑，使力臂增大。因此滑槽式的蛙式支腿改善了在接地后水平位移的缺點(diǎn)，減小了油缸中閉鎖壓力。
2. H式支腿：此支腿外伸距離大，每一支腿有兩個(gè)液壓缸，即水平伸縮（或略帶傾斜的）和垂直支承液壓缸，支腿呈H形。為保證有足夠距離，左右支腿相互叉開(kāi)。H式支腿對(duì)地面適應(yīng)性好，易于調(diào)平，廣泛采用在中、大型起重機(jī)上。但H式支腿高度高，影響作業(yè)空間。同時(shí)，支腿必須與橫梁固接，以保證支腿結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定。
3. X式支腿：X式支腿的垂直支承液壓缸作用在活動(dòng)支腿的中間，活動(dòng)支腿外伸端直接支承在地面上，使支承更加穩(wěn)定。但X式支腿離地間隙小，在支腿向下運(yùn)動(dòng)時(shí)端部有水平位移。它與H型支腿常混合應(yīng)用在起重機(jī)上。
4.輻射式支腿：此結(jié)構(gòu)適合大型輪胎起重機(jī)上，由于大型輪胎起重機(jī)支腿反力非常大，所以車(chē)架結(jié)構(gòu)的高度大。為了減輕車(chē)架重量，減少車(chē)架變形，將支腿做成輻射式，使回轉(zhuǎn)支承裝置承受的全部力和力矩直接作用在支腿結(jié)構(gòu)上，這樣處理可減輕整個(gè)底盤(pán)重量5-10%。而對(duì)回轉(zhuǎn)支撐裝置處的變形可比通常的形式減輕一半左右。
綜上選擇常用的支腿結(jié)構(gòu)型式H型支腿。
3.2 支腿跨距確定
由于隨車(chē)起重機(jī)主要在側(cè)方工作，國(guó)家系列中又規(guī)定了幅度的最小值，所以某一噸位起重機(jī)的支腿橫向跨距不得超過(guò)某規(guī)定數(shù)值以滿(mǎn)足有效幅度要求。但跨距取大了，雖然在起重機(jī)工作時(shí)穩(wěn)定性好，但過(guò)大的穩(wěn)定性也是不必要的，有時(shí)甚至是有害的；因?yàn)楫?dāng)超載時(shí)，過(guò)大的穩(wěn)定性使起重機(jī)司機(jī)不感到超載的危險(xiǎn)，當(dāng)無(wú)自動(dòng)報(bào)警裝置時(shí)，而有使吊臂損壞的可能。因此支腿橫向跨距選取要適當(dāng)，原則上是起重機(jī)在吊臂強(qiáng)度允許的起重量時(shí)，其穩(wěn)定性達(dá)到規(guī)定的要求即可。
支腿橫向外伸跨距的最小值應(yīng)使保證最大起重量和其它各重力對(duì)該側(cè)支腿中心線作用的傾覆力矩和穩(wěn)定力矩處于平衡狀態(tài).見(jiàn)圖4-1。起重機(jī)在圖示位置工作時(shí)，有可能造成右側(cè)支腿略微翹起。按ZBT59001-87隨車(chē)起重運(yùn)輸汽車(chē)技術(shù)條件》要求兩支腿支撐時(shí)，與臂架方位相反一側(cè)的支腿離地?cái)?shù)據(jù)，最外緣的上翹量不大于60m m "，故此時(shí)地面對(duì)整車(chē)作用力F與ma、Q及mk的總和相等。對(duì)支腿中心取力矩可求出a值。
圖3-1支腿跨距
a=[(L+L1)m4+(r+L1)QK]/(mk+m4+QK) 式 （3.1）
式中a—支腿與車(chē)架中心的距離
L—起重臂質(zhì)心至立柱中心的距離
r—起重裝置的工作幅度
m4—起重臂質(zhì)量
Q—起重質(zhì)量
mk—不包括起重臂質(zhì)量的整車(chē)整備質(zhì)量
K—?jiǎng)虞d系數(shù),取K= 1. 2
注：動(dòng)載系數(shù)是考慮風(fēng)載荷、慣性力等對(duì)載荷Q產(chǎn)生的內(nèi)部附加動(dòng)載荷影響系數(shù),查文獻(xiàn),取K=1.2。
當(dāng)r=9m,Q=1400kg,L=4m,L1=0.3m, m4=600kg, mk=7600kg,代入上式得：
a=[(4+0.3)600+(9+0.3)14001.2] /(7600+600+14001.2)
=1.8m
由上分析可知，跨距的選擇要大于2a即可滿(mǎn)足起重機(jī)設(shè)計(jì)要求。
選取最大跨距為5.12m。
3.3支腿受力分析
起重機(jī)支腿壓力是指支腿在起重機(jī)吊重時(shí)所承受的最大法向反作用力。
按最危險(xiǎn)工況汽車(chē)大部分輪胎被支承油缸頂起，整車(chē)處三點(diǎn)支承狀態(tài)。若每個(gè)支腿上的壓力按均布載荷考慮，則：
F= G/3 式(3.2)
式中 F—單個(gè)支腿所承受的載荷
G—整車(chē)滿(mǎn)載時(shí)的重力
G=144000N,則F=144000/3=48000(N)
3.4活動(dòng)支腿危險(xiǎn)截面計(jì)算
活動(dòng)支腿危險(xiǎn)截面為固定支腿與活動(dòng)支腿的搭接處，對(duì)其強(qiáng)度和腹板的穩(wěn)定性需要進(jìn)行校核計(jì)算。截面尺寸及其余條件如下：
支腿最大反力：RD =48KN
支腿反力到危險(xiǎn)截面的距離：LD=1.615m
危險(xiǎn)截面對(duì)于X軸上部抗彎模量：WS=2.60 m3
腹板的高度：H0=0.3m
危險(xiǎn)截面對(duì)于X軸下部抗彎模量：WX=2.43 m3
腹板的厚度：=0.012m
許用應(yīng)力(材料選用HG60)：=322Mpa
由于：
，所以強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
截面腹板局部穩(wěn)定性驗(yàn)算：
由于
查表得：MPa
=81
所以截面局部不失穩(wěn)。
4 底盤(pán)類(lèi)型與選擇
在進(jìn)行起重機(jī)的設(shè)計(jì)前，要先選擇合適的底盤(pán)，確定基本的承載力，確保起重機(jī)的安全性能和使用壽命。
4.1汽車(chē)起重機(jī)底盤(pán)分類(lèi)
汽車(chē)起重機(jī)底盤(pán)按總體性能可分為通用汽車(chē)底盤(pán)、專(zhuān)用汽車(chē)底盤(pán)二種。通用汽車(chē)底盤(pán)(圖4-1 a)指通用汽車(chē)的二類(lèi)底盤(pán)。由于原汽車(chē)車(chē)架的強(qiáng)度和剛度滿(mǎn)足不了起重機(jī)在起重作業(yè)時(shí)的要求，故需要在原汽車(chē)底盤(pán)上增設(shè)帶有固定支腿和回轉(zhuǎn)支撐連接的副車(chē)架以實(shí)現(xiàn)對(duì)上車(chē)的支撐，所以整個(gè)起重機(jī)的重心較高，重量也較大，從而導(dǎo)致整機(jī)性能下降。但由于通用底盤(pán)的價(jià)格較低，在中小噸位的汽車(chē)起重機(jī)上比較常用。
專(zhuān)用的汽車(chē)底盤(pán)是按起重機(jī)要求專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的。專(zhuān)用底盤(pán)軸距較長(zhǎng)，車(chē)架剛性好，其駕駛室的布置有三種形式，一是正置駕駛室(與通用汽車(chē)一樣)，如圖4- la，二是側(cè)置的偏頭式駕駛室(圖4-lb)，三是前懸下沉式駕駛室(圖4-lc)。正置平頭駕駛室的汽車(chē)起重機(jī)行駛狀態(tài)，臂架放置在駕駛室上面，所以整車(chē)重心較高:側(cè)置偏頭式駕駛室的汽車(chē)起重機(jī)，其臂架位于駕駛室側(cè)方，行駛狀態(tài)整機(jī)重心大大降低，但駕駛室視野不良;前懸下沉式駕駛室的汽車(chē)起重機(jī)，盡管臂架置于駕駛室上方，但臂架位置不高，故起重機(jī)重心低，其駕駛室懸掛在前橋前面，使車(chē)身較長(zhǎng)，適合使用較長(zhǎng)臂架，且乘坐舒適、視野開(kāi)闊;不足之處在于駕駛室懸掛在前橋前，故前橋軸荷大，同時(shí)使車(chē)身增長(zhǎng)，接近角減小，通過(guò)性稍差。
圖4-1底盤(pán)類(lèi)型圖
4.2底盤(pán)選擇和承載力計(jì)算
4.2.1底盤(pán)選擇
隨車(chē)起重機(jī)選用通用底盤(pán)時(shí)，要根據(jù)通用載重汽車(chē)的承載能力和最大總質(zhì)量來(lái)選擇。中、小型汽車(chē)起重機(jī)總質(zhì)量分別約為120%和140%的起重量，即將汽車(chē)滿(mǎn)載后的總重量乘上0. 70～0. 83得到的數(shù)值為改裝后的起重機(jī)最大額定起重量。為了保持原車(chē)軸荷的合理分配，在總布置時(shí)可通過(guò)改變上車(chē)三鉸點(diǎn)位置及配重的重量和距回轉(zhuǎn)中心的位置來(lái)調(diào)整。
當(dāng)選用專(zhuān)用底盤(pán)時(shí)，按起重機(jī)總質(zhì)量和底盤(pán)的橋荷來(lái)確定橋數(shù)，按發(fā)動(dòng)機(jī)取力器扭矩來(lái)選擇傳動(dòng)系各總成。專(zhuān)用底盤(pán)的變速箱、傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)和橋箱一般都選用現(xiàn)有的通用汽車(chē)底盤(pán)部件。汽車(chē)起重機(jī)的橋荷受到道路、橋梁標(biāo)準(zhǔn)的限制。在一般雙橋起重機(jī)底盤(pán)中，若前后橋都是單胎，則前、后橋荷各為總重的50%;若后橋?yàn)殡p胎，則后橋?yàn)?0%的總重。在三橋汽車(chē)底盤(pán)中，雙胎后雙橋總載荷為2X40%的總重，這主要是按輪胎數(shù)目來(lái)確定。
由于本起重機(jī)要達(dá)到較高的起升高度需要較長(zhǎng)主臂，故選用前懸下沉式駕駛室底盤(pán)。考察國(guó)內(nèi)底盤(pán)情況選用 EQ1141G7D1底盤(pán)，技術(shù)參數(shù)為:
底盤(pán)型號(hào) EQ1141G7D1
驅(qū)動(dòng)形式 42
起重能力(kN·m) 126
軸距(mm) 5600
車(chē)輛(長(zhǎng)寬高) (mm) 9650×2490×3250
底盤(pán)整備質(zhì)量(kg)(含固定支腿箱) 8205
廠定最大總質(zhì)量(kg) 14400
橋荷分配:前軸(kg) 520
后橋(kg) 740
接近角/離去角 34°/19°
最高車(chē)速(km/h) 85
最小轉(zhuǎn)彎直徑(m) 20
額定功率（kw） 132
最大扭矩(N m/r/min) 610/1500
4.2.2起重車(chē)軸載質(zhì)量分配
起運(yùn)車(chē)總體布置應(yīng)盡量使改裝后整車(chē)軸載質(zhì)量與原車(chē)相近，前置式起運(yùn)車(chē)如圖3-2所示，由于起重裝置的安裝.造成車(chē)廂縮短.使整車(chē)的軸載質(zhì)量發(fā)生變化。軸載質(zhì)量的計(jì)算隨著車(chē)輛行駛時(shí)起重臂所處位置的不同而不同?，F(xiàn)以車(chē)輛行駛時(shí).起重臂處在車(chē)廂上方為例介紹軸載質(zhì)量的計(jì)算方法。同理可求出 重臂處在駕駛室與車(chē)廂之間及起重臂處在駕駛室上方等情況的軸載質(zhì)量。具體介紹如 ：
圖4-2 整車(chē)軸載質(zhì)量分配
前軸軸載質(zhì)量
1)空載:
mk1=[m2L2+m1L1+m4L4+m3L3]/L 式（4.1）
2) 滿(mǎn)載:
mm1=[ m2L2+m1L1+m4L4+（mh+m3）L3] /L 式（4.2）
式中mk1—空載時(shí)的前軸軸載質(zhì)量
m2—汽車(chē)二類(lèi)底盤(pán)質(zhì)量
m4—起重臂質(zhì)量
m1—起重裝置立柱等部件的質(zhì)量
m3—車(chē)廂質(zhì)量
mm1—滿(mǎn)載時(shí)前軸的軸載質(zhì)量
mh—裝載貨物的質(zhì)量
L2—汽車(chē)一類(lèi)底盤(pán)質(zhì)心至后軸的距離
L4—起重臂質(zhì)心至后軸的距離
L1—立柱質(zhì)心至后軸的距離
L3—車(chē)廂質(zhì)心至后軸的距離
L—軸距
F1—地面對(duì)汽車(chē)后軸的作用力
F2—地面對(duì)汽車(chē)前軸作用力
m2=6000kg,m4=600kg,m1=1500kg,m3=500kg,mh=6300kg,L2=3.04m, L4=2.7m,L1=4.7m,L3=0.6m 帶入得，
mk1=(60003.04+15004.7+6002.7+5000.6)/5.6=4859(kg)
mm1=[60003.04+15004.7+6002.7+(6300+500)0.6]/5.6
=5534(kg)
后軸軸載質(zhì)量
空載：
mk2=mkmk1 式（4.3）
式中mk2—空載時(shí)的后軸軸載質(zhì)量
mK—汽車(chē)整備質(zhì)量
mk =8205kg, mk1=4859kg,得
mk2=82054859=3346(kg)
滿(mǎn)載:
mm2=mmmm1 式（4.4）
式中mm2—滿(mǎn)載時(shí)的后軸軸載質(zhì)量
mm—汽車(chē)最大總質(zhì)量
mm =14400kg, mm1=5534kg, 得
mm2=144005534=8866(kg)
5 起重車(chē)穩(wěn)定性計(jì)算
5.1起重車(chē)最不利工況
起重車(chē)在起重作業(yè)時(shí)，由于起吊過(guò)重的重物、操作失誤引起的過(guò)大慣性力、支撐面的沉陷或過(guò)大的風(fēng)力等原因，起重機(jī)往往突然喪失穩(wěn)定甚至傾翻肇事。因?yàn)槠鹬貦C(jī)的穩(wěn)定完全由機(jī)械自重來(lái)維持，故有一定的限度。往往起重機(jī)的結(jié)構(gòu)件（如吊臂、支腿等）和其零件強(qiáng)度還足夠能承受外來(lái)載荷時(shí)，起重機(jī)由于自重不夠而失去穩(wěn)定。但有時(shí)起重機(jī)穩(wěn)定性過(guò)大，在沒(méi)有起重量指示器的情況下，吊臂也可以由于超載而損壞。因此，起重機(jī)設(shè)計(jì)要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。
標(biāo)準(zhǔn)ZBT 59001-87指出：“穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)考慮最不利位置”。針對(duì)此原則，對(duì)起重車(chē)的工作情況分析如下：
起運(yùn)車(chē)起吊時(shí)，支腿伸出以撐實(shí)地面，此時(shí)后輪和兩支腿四支點(diǎn)構(gòu)成傾覆線，由于起運(yùn)車(chē)質(zhì)心對(duì)傾覆線的穩(wěn)定力矩相應(yīng)較小，當(dāng)起重裝置在整車(chē)側(cè)方起吊載荷時(shí)，穩(wěn)定性較差，并且起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心相對(duì)于汽車(chē)縱向中心向左偏移L1，故起運(yùn)車(chē)最不利工位應(yīng)在左側(cè)，當(dāng)起重臂中心線與傾覆線相交于P點(diǎn).即兩線處于相互垂直狀態(tài)時(shí).整車(chē)穩(wěn)定力矩最小，傾覆力矩最大.整車(chē)這時(shí)傾翻的可能性最大。此時(shí)正是起運(yùn)車(chē)的最不利位置。具體見(jiàn)圖5-1.圖中可用下式求得:
tg= 式(5.1)
圖5-1起運(yùn)車(chē)最不利工況位置
注：AB—后懸掛間距 CD—支腿跨距
OT—起重臂長(zhǎng) L—后軸中心至支腿中心距離
O—起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心 AD、BC—起運(yùn)車(chē)傾覆線
代入數(shù)據(jù),上式可以求得： tg=1/3
5.2起運(yùn)車(chē)最不利工況位置的整車(chē)質(zhì)量
當(dāng)起重機(jī)在側(cè)方起吊載荷時(shí)，汽車(chē)車(chē)架作為非剛體將產(chǎn)生扭曲變形.造成整車(chē)另一側(cè)支腿翹起。作為穩(wěn)定力的汽車(chē)整備質(zhì)量m0此時(shí)只有部分質(zhì)量被使用.同時(shí)前后橋的懸架與車(chē)架未鎖定，屬?gòu)椥月?lián)接，這時(shí)穩(wěn)定力矩使用的部分整備質(zhì)量為m02。
m02= m0mamb 式（5.2）
式中：
ma—前橋質(zhì)量
mb—后橋質(zhì)量
ma=520kg, mb=740kg代入上式可求得：
m02=8205kg520kg740kg=6945kg
考慮汽車(chē)底盤(pán)一般以縱向中心線對(duì)稱(chēng)布置，根據(jù)圖5-2可求得m02g在支腿上的分力m01g。
圖5-2 支腿處分力的確定
m01g=m02g（LL5）/L 式(5.3)
式中：
L5—起重機(jī)支腿到m02的距離
L—汽車(chē)后軸到支腿的距離
g—重力加速度
m01是前置式起運(yùn)車(chē)穩(wěn)定性計(jì)算中的一個(gè)關(guān)鍵，如用m02作為穩(wěn)定力參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，將會(huì)產(chǎn)生較大程度的誤差。
如考慮為重力，則G01= m01g。
L5=1.66m,L=4.7m, m02=6945kg,代入上式可求得：
G01= m01g=694510(4.71.66)/4.7=44920N
5.3動(dòng)穩(wěn)定性校核計(jì)算
按標(biāo)準(zhǔn)ZBT 59001-87計(jì)算載荷如下表所示：
表5-1載荷
表中:PQ一為最大起升重量
慣性載荷是起重機(jī)在起吊載荷回轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)，由離心力與水平慣性力作用.造成載荷偏擺一個(gè)角而產(chǎn)生一水平分力PH。
PH= PQtg
查有關(guān)起重機(jī)械手冊(cè)，一般推薦= 4.5°。
PH=630010tg4.5°=4958(N)
風(fēng)載荷P w由風(fēng)載體形系數(shù)C，風(fēng)壓值q及迎風(fēng)面積A決定。
P w=CqA 式(5.4)
按標(biāo)準(zhǔn)ZBT 59001-87.工作狀態(tài)下的風(fēng)載荷q=125N/m2，風(fēng)載體形系數(shù)一般取C= 1.2～1.4。
結(jié)合前面分析綜合考慮場(chǎng)地傾斜、風(fēng)載荷及慣性力對(duì)工作中的起運(yùn)車(chē)穩(wěn)定性的影響，作出受力分析圖，如圖5-3所示。
圖5-3起運(yùn)車(chē)工作狀態(tài)受力分析
圖中：
G01—汽車(chē)整備質(zhì)量產(chǎn)生的重力；用于起吊載荷時(shí)的穩(wěn)定力
G1—起重機(jī)質(zhì)量產(chǎn)生的重力
G2—起重臂質(zhì)量產(chǎn)生的重力
PQ—最大臂幅下的起升載荷質(zhì)量產(chǎn)生的重力
PH—慣性載荷力
—場(chǎng)地傾斜角
PW1、PW2、PW3—垂直作用在汽車(chē)側(cè)面、起重臂、載荷上的風(fēng)載荷力
按7T3T 59001-87起運(yùn)車(chē)的起重機(jī)在給定的荷作用下，“當(dāng)傾覆力矩的代數(shù)和不大于穩(wěn)定力矩之和時(shí)，認(rèn)為起重車(chē)是穩(wěn)定的”這一準(zhǔn)則，起重車(chē)的作業(yè)穩(wěn)定性應(yīng)符合如下條件：
Mdw≥MdQ 式(5.5)
式中：
Mdw—作業(yè)穩(wěn)定性計(jì)算中穩(wěn)定力矩之和，大小為：
Mdw= G01[(L2+L1)cosh5sin] cos+
G1[L2cosh3sin]cos 式(5.6)
MdQ—作業(yè)穩(wěn)定性計(jì)算中傾覆力矩之和，大小為：
MdQ=G2[(h1+L3cos)L2coscos]+
1.1PQ[(h2+L4cos) L2coscos]+h4PW1+h6PW2+h2PW3+h1PH 式(5.7)
起重機(jī)在起吊載荷到目標(biāo)位置從空中突然放下時(shí)，因加速度和慣性，使載荷產(chǎn)生一個(gè)垂直方向的力；另外，起重機(jī)在起吊載荷回轉(zhuǎn)時(shí)，因離心力和水平慣性力的作用，使載荷偏擺一個(gè)角而產(chǎn)生一個(gè)水平分力PH?？紤]到上述兩力不可能同時(shí)發(fā)生，而且后一種力對(duì)傾覆產(chǎn)生的副作用更大，故將PH列入上面的公式。
由式(5.4)可以求得：
PW1=1.212510=1500(N)
PW2=1.21252.7=405(N)
PW3=1.21255=750(N)
G01=44920NG1=21000N，G2=6000N,PQ=14000N,PH=4958N,h1=3.79m, h2=3.2m, h3=2.2m, h4=1.6m, h5=1.3m, h6=2.5m, L1=0.3m, L2=2.26m, L3=4m, L4=9m代入公式(5.6)、(5.7)分別可得：
Mdw=44920[(2.26+0.3)cos21.3sin2]0.95+21000(1.7 cos22.2 sin2)0.95=153135(Nm)
MdQ=6000(1.05442.560.95)+1.114000(1.05492.560.95)+49584+1.61500+2.5405+7502.2 =148229(Nm)
顯然，Mdw≥MdQ，故滿(mǎn)足起重車(chē)的作業(yè)穩(wěn)定性要求。
5.4靜穩(wěn)定性校核計(jì)算
按ZBT 59001-87《隨車(chē)起重運(yùn)輸車(chē)技術(shù)條件》，計(jì)算載荷如下表所示：
表5-2載荷
表中：F—由主臂架和小臂的自身質(zhì)量折算的載荷。
聯(lián)系到圖5-2 (b)中的實(shí)際情況，F(xiàn)為動(dòng)臂、吊臂、伸縮臂折算到臂端的質(zhì)量所引起的載荷。G2為動(dòng)臂、吊臂、伸縮臂的質(zhì)心位置。
F=G2L3/L4 式(5.8)
代入數(shù)據(jù)可求得：F=2670N
在靜穩(wěn)定性校核計(jì)算中,其最不利的靜止位置應(yīng)是前面分析出的最不利工況處于靜止?fàn)顟B(tài)的情況，因此有：
Mjw=Mdw
式中：Mjw—靜穩(wěn)定性計(jì)算中穩(wěn)定力矩之和
按ZBT 59001-87《隨車(chē)起重運(yùn)輸車(chē)技術(shù)條件》，起運(yùn)車(chē)的靜穩(wěn)定性應(yīng)符合下式：
Mjw≥MjQ 式(5.10)
式中：MjQ—靜穩(wěn)定性計(jì)算中傾覆力矩之和
靜止?fàn)顟B(tài)下的傾覆力矩之和MjQ可用下式求得：
MjQ=G2[(h1+L2cos)L2coscos]+
(1.25PQ+0.1F)[(h2 +L4cos)L2coscos] 式(5.11)
代入數(shù)據(jù)得：
MjQ=6000(1.054+2.562.560.95)+(1.2514000+0.12670)(1.05492.560.95) =126926(Nm)
所以有 MjQ≤Mjw=Mdw=153135Nm ,故靜穩(wěn)定性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)條件。
6 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1工況及載荷
回轉(zhuǎn)支承裝置承受回轉(zhuǎn)平臺(tái)上的全部載荷，作用在回轉(zhuǎn)支承裝置上的垂直力有臂架自重Gb，上車(chē)其它部分重量G1和起升載荷PQ，以及相應(yīng)的沖擊或動(dòng)載作用。水平力有沿著臂架方向的風(fēng)力，吹在重物上的W1，吹在起重機(jī)上的W2，回轉(zhuǎn)時(shí)的離心力和垂直于臂架平面內(nèi)的制動(dòng)切向慣性力，重物的離心力P1，切向慣性力P11，起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分自重的離心力P2，切向慣性力P22。
由于回轉(zhuǎn)部分的重心靠近回轉(zhuǎn)中心，可忽略P11、 P22的作用。在回轉(zhuǎn)支承裝置上的水平力還有回轉(zhuǎn)齒輪的嚙合力Pr，它的大小由小齒輪上所傳遞的扭矩決定，方向由小齒輪離臂架軸線水平投影位置而定。由于沿臂架變幅平面內(nèi)(Z-X平面)的力矩大，而在與臂架變幅平面垂直平面內(nèi)(Z-Y平面)的水平力和力矩較小，在合成時(shí)Z-Y平面內(nèi)的力和力矩可不考慮，把載荷合成為垂直力GP，力矩M和水平力H得：
GP=KPQ+Gb+G1 式(6.1)
M=KPQR+GbLbG1L1+P1h+W1h+W2hW 式(6.2)
H=W1+ W2 +P1Prcosr 式(6.3)
式中K為超載系數(shù)K=0.55(1+),汽車(chē)起重機(jī)上離心力和風(fēng)力引起的力矩一般占起升載荷引起的力矩10%左右，則：
M=KPQR+GbLbG1L1 式(6.4)
同時(shí)水平力H一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到10%的GP ,取H=0. 1G。則：
GP=KPQ+Gb+G1 式(6.5)
M=KPQR+GbLbG1L1 式(6.6)
H=0.1 GP 式(6.7)
最大計(jì)算工況為起重機(jī)受最大起重力矩工況，即：PQ=63000N，R=2m，此時(shí)Gb =6000N、Lb=1m、G1=8000N、L1=0.3m，把以上數(shù)據(jù)代入上式得：
GP =1.263000+6000+8000=89600(N)
M =1.21.1630002+600080000.3=169920(Nm)
H =0.1 GP=8960(N)
6. 2 回轉(zhuǎn)支承選型及強(qiáng)度驗(yàn)算
6.2.1回轉(zhuǎn)支承選型
1) 結(jié)構(gòu)型式的選擇
常用回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)型式有四種：?jiǎn)闻徘蚴?、交叉滾柱式、雙排球式、三排柱式。
????由經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算可知：相同外形尺寸的回轉(zhuǎn)支承, 單排球式的承載能力高于交叉滾柱式和雙排球式。
在傾覆力矩160噸米載荷以下，選用單排球式回轉(zhuǎn)支承其性?xún)r(jià)比高于三排柱式回轉(zhuǎn)支承，為首選形式。當(dāng)傾覆力矩高于160噸米時(shí)應(yīng)該優(yōu)先考慮選用三排柱式回轉(zhuǎn)支承。
所以選擇單排球式支撐結(jié)構(gòu)。
2)單排回轉(zhuǎn)支撐系列的選擇
在國(guó)內(nèi)，目前單排球式回轉(zhuǎn)支承有3個(gè)系列的尺寸規(guī)格： HS系列，Q系列和01系列。各系列特點(diǎn)分別如下：
a.HS系列單排球式回轉(zhuǎn)支承是歷史的延續(xù)。以前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)支承的主要型式是交叉滾柱式，后來(lái)生產(chǎn)單排球式回轉(zhuǎn)支承以后，交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承被取代，為了保持主機(jī)的安裝尺寸不受影響，設(shè)計(jì)了外形及安裝尺寸與原來(lái)交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承完全相同但內(nèi)部結(jié)構(gòu)改為單排球式的HS系列單排球式回轉(zhuǎn)支承。其特點(diǎn)是外形尺寸大，例如：HSN1250.40的重量是470Kg, 而相同承載能力的QNA1250.40的重量是388 Kg, 所以HS系列回轉(zhuǎn)支承占用較多的資源，制造成本比相同的承載能力的Q系列和01系列回轉(zhuǎn)支撐高10%以上，同國(guó)外相同承載能力的回轉(zhuǎn)支撐相比差得更遠(yuǎn)。
因此，從節(jié)約成本和資源出發(fā)，HS系列應(yīng)該盡可能不用?？紤]到改變回轉(zhuǎn)支承后會(huì)改變主機(jī)的相關(guān)尺寸，因此這個(gè)過(guò)程會(huì)比較痛苦，但是新的設(shè)計(jì)不應(yīng)選用HS系列。
b.01系列單排球式回轉(zhuǎn)支承是1984年原機(jī)械部推出的以軸承編號(hào)為基準(zhǔn)的回轉(zhuǎn)支承系列。其安裝螺栓孔數(shù)量多，比較合理，但是滾道參數(shù)存在不合理匹配，例如011.45.1400與 011.35.1400回轉(zhuǎn)支承，其外形尺寸和安裝尺寸完全相同，其制造成本基本相同，但是011.45.1400使用的是直徑45mm鋼球，而011.35.1400使用的是直徑35mm鋼球，后者的承載能力降低了22％。所以在選用01系列單排球式回轉(zhuǎn)支撐應(yīng)注意選擇較大鋼球的規(guī)格。
c.Q系列單排球式回轉(zhuǎn)支承是1986年建設(shè)部在參考了01系列回轉(zhuǎn)支承的參數(shù)后，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后設(shè)計(jì)的單排球式回轉(zhuǎn)支承系列，相同承載能力的回轉(zhuǎn)支承的截面尺寸更緊湊，重量更輕，具有更好的性?xún)r(jià)比。
根據(jù)以上載荷計(jì)算和分析，初選JB2300-84系列QWC·800·25A單排四點(diǎn)球回轉(zhuǎn)支撐，其參數(shù)如下：
鋼球直徑 d=0.025 m
滾柱長(zhǎng)度 L=0.020 m
螺栓孔個(gè)數(shù) n=18
內(nèi)螺栓中心圓直徑 Du=0.736 m
滾道中心圓直徑 D0 =0.8 m
鋼球個(gè)數(shù) n1=86
鋼球之間的隔離寬度 b=0.002 m
接觸角 =450
螺栓直徑 d1=0. 020 m
齒數(shù) Z=118
6.2.2回轉(zhuǎn)支撐強(qiáng)度驗(yàn)算
計(jì)算額定靜容量Co：座圈材料采用50Mn，滾道表面硬度HRC=55，查表得應(yīng)力系數(shù)f0=3.5公斤/毫米2 。
Co= fod2nsin=3.51070.025286sin45=1330(kN)
根據(jù)組合后的外載荷，計(jì)算當(dāng)量軸向載荷Ceq:
Ceq=GP+(KMM/D0)+KHH 式(6.8)
KM, KH:系數(shù)，其中KM=5, KH=3.44
Ceq=89600+(5169920/0.8)+3.448960=1182(kN)
由于f=Co/Ceq=1330/1182=1.13
因隨車(chē)起重機(jī)f 為取值范圍1.0～1.25，f實(shí)際值在取值范圍內(nèi)，所以選取此型號(hào)的回轉(zhuǎn)支撐滿(mǎn)足條件。
6.2.3回轉(zhuǎn)支撐聯(lián)接螺栓計(jì)算
螺栓拉力計(jì)算：
螺栓最大拉力
P=(4M)/(Dun)Gp/n
=(4169920)/(0.73618)89600/18=46327 (N)
螺栓計(jì)算拉力
Pca1=1.75P=1.7546327=81071 (N)
螺栓直徑計(jì)算
d1=(4Pca1/[])1/2 式(6.9)
式中[]=/n+1
材料選用40Cr調(diào)制處理，=900MPa，安全系數(shù)n+1，按GB3811-86取1. 5，
d1=[(481071)/(900106/1.5)] 1/2
=0.013(m)
查表得：螺栓公稱(chēng)直徑20mm
疲勞破壞驗(yàn)算：
當(dāng)回轉(zhuǎn)支撐工作時(shí)，各螺栓中的力是變化的，此時(shí)材料的許用應(yīng)力要比靜許用應(yīng)力小，但比對(duì)稱(chēng)循環(huán)時(shí)的許用應(yīng)力大。這類(lèi)載荷相當(dāng)在一靜應(yīng)力的基礎(chǔ)上，加上一對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力。
其對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力
=0. 25P/ (2A1)
=(0.2546327)/[23.14(0.020/2)2]=18.5(MPa)
對(duì)稱(chēng)循環(huán)的許用應(yīng)力為:[] =0. 38/n式中：=340MPa為調(diào)制處理后的40Cr在0.3106循環(huán)次數(shù)內(nèi)(即回轉(zhuǎn)支撐裝置工作十年的循環(huán)次數(shù))的許用疲勞極限。n=4為疲勞極限的安全系數(shù)。[]=32. 3 MPa。由于<[]，所以螺栓在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不會(huì)疲勞破壞。
6.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6.3.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的類(lèi)型
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將整個(gè)回轉(zhuǎn)平臺(tái)（包括吊臂、起升機(jī)構(gòu)等）在回轉(zhuǎn)支承裝置上作全回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可在左、右方向上任意進(jìn)行。只有特定的起重機(jī)上，才設(shè)有非全回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)或干脆不設(shè)有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在需要時(shí)用行走機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整空間位置。
全回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由三部分組成：
(一)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)機(jī)。它是整機(jī)的傳動(dòng)分流裝置中的一個(gè)傳動(dòng)元件，在機(jī)械傳動(dòng)中是某根軸，在電力傳動(dòng)中是電動(dòng)機(jī)，在液壓傳動(dòng)中是液壓馬達(dá)。它的動(dòng)力是由起重機(jī)的總動(dòng)力源——內(nèi)燃機(jī)供給，并經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)、或電能、或液壓能變換而來(lái)的。
(二)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)裝置。一般是起減速作用。
(三)回轉(zhuǎn)小齒輪?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)它和回轉(zhuǎn)支承裝置上的大齒圈嚙合，以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
此回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)，而回轉(zhuǎn)馬達(dá)有高速和低速之分。高速馬達(dá)的工作速度大部分在每分鐘1000轉(zhuǎn)以上，輸出扭矩較小，必須配以傳動(dòng)比為40～100甚至更大的減速裝置。低速大扭矩液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速在0～100轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，因此可以直接在馬達(dá)軸上裝上回轉(zhuǎn)小齒輪，若馬達(dá)輸出扭矩滿(mǎn)足不了回轉(zhuǎn)阻力矩的要求，則需要適當(dāng)放大扭矩。采用低速大扭矩馬達(dá)，雖然馬達(dá)本身重量、尺寸都較大，但省去了多級(jí)的減速裝置。
由上分析，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用在低速大扭矩馬達(dá)上直接裝上小齒輪，通過(guò)小齒輪與大齒圈的嚙合，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
6.3.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的布置型式選擇
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的布置有兩種型式。第一種將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)布置在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，并隨回轉(zhuǎn)平臺(tái)一起繞回轉(zhuǎn)支撐裝置的大齒圈回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)小齒圈即作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于大齒圈的滾圈固定在底盤(pán)車(chē)架上，使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的維修比較方便，但回轉(zhuǎn)平臺(tái)顯得擁擠。第二種將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)布置在回轉(zhuǎn)車(chē)架上，回轉(zhuǎn)小齒輪帶動(dòng)大齒輪回轉(zhuǎn)，而大齒圈的滾圈與回轉(zhuǎn)平臺(tái)連在一起。這種布置對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)維修不便，但回轉(zhuǎn)平臺(tái)上顯得比較利索。設(shè)計(jì)中選擇了第二種布置方式。
6.3.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
1）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)阻力矩確定
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作載荷是回轉(zhuǎn)阻力矩Msw，起重機(jī)在回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)，回轉(zhuǎn)阻力矩Msw有下列阻力矩組成：
Msw=Mf+MS+MW+MP 式（6.10
式中Mf為回轉(zhuǎn)支撐裝置的摩擦阻力矩；MS為回轉(zhuǎn)平臺(tái)傾斜時(shí)引起的回轉(zhuǎn)阻力矩；Mw為風(fēng)壓引起的阻力矩；MP為回轉(zhuǎn)慣性引起的回轉(zhuǎn)阻力矩。
回轉(zhuǎn)支撐裝置的摩擦阻力矩Mf
Mf= Do/2，起動(dòng)時(shí)摩擦阻力矩最大Mf=1.5Mf。
式中是回轉(zhuǎn)支撐全部滾動(dòng)體上的總壓力；為滾動(dòng)體綜合摩擦系數(shù)，滾球式取0.007；