毕业设计汽车起重机起升机构和液压系统设计.doc

华东交通大学毕业设计（论文）任务书
姓名

学号

毕业届别
2007届
专业
机械设计
毕业设计（论文）题目
汽车起重机起升机构和液压系统设计
指导教师
程贤福
学 历
博士
职 称
讲师
具体要求：
1、设计参数：
起重量：Q=8t
起升速度：V=8m/min
起升高度：H=7.5m
工作级别：M4（中级JC%=25%）
2、设计内容及要求：
（1） 设计内容及要求
（2） 对起升机构进行设计计算
（3） 编写详细的设计计算说明书
（4） 绘制起升机构总体装配图（0#）
（5） 卷桶组装配图（1#）
（6） 卷桶压板零件图（3#）
（7） 卷桶轴图（3#）
（8） 液压系统原理图（1#）
（9） 毕业设计总结
进度安排：
第三周~第八周，了解关于汽车起重机起升机构和液压系统的相关知识，比如方面的知识。
第七周，完成开题报告，对毕业设计确定方案。
第八周~第十周，对起升机构的设计计算。
第十周～第十一周，对液压系统的设计。
第十二周～第十五周，完成绘图。
第十六周~第十七周，完成论文初稿，论文修改，准备答辩。
第十八周，答辩。
指导教师签字：
年 月 日
教研室意见：

教研室主任签字：
年 月 日
题目发出日期

设计（论文）起止时间

附注：

汽车起重机起升机构和液压系统的设计

摘 要
随着现代科学技术的迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。进入九十年代发展迅速，可是和国际先进水平还相差很远，主要表现在产品质量的稳定性、自动化、智能化方面。
本文对于汽车起重机的起升机构的设计进行了研究，对其主要部件：如卷筒、滑轮组、钢丝绳进行了计算与选择，针对卷筒与减速器之间的连接方案进行了比较及确定，以及选择液压泵、液压马达，并确定其液压油量大小，以及液压马达与减速器间连轴器的选择。这些对汽车起重机起升机构设计方案，具有很强的现实意义。
关键词：汽车起重机；起升机构；液压系统；设计

华东交通大学毕业设计
Design of hoisting mechanism and hydraulic system of truck crane
ABTRACT

Along with the modern science and technology rapid development,the industrial production scale expansion and the automaticityenhancement, the hoist crane applies in the modernization productionprocess more and more broadly, function increasingly big, more and more is also high to the hoist crane request. A development was very slow.Enters the 90's development to be rapid, but also differs with the international advanced level very far, mainly displays in the productquality stability, the automation, the intellectualized aspect.
In this passage, the design of truck crane winch section is studied in detail , to its major components: If a reel, the steel wire has carried on the computation and the choice has carried on the comparison and the determination in view of between a reel and the reduction gear connection plan, as well as the choice hydraulic pump, the oil motor, and determine its hydraulic pressure oil mass size, as well as between oil motor and reduction gearjunction box choice. To the design proposal of Truck Crane hoisting mechanism , these have the very strong practical significance

Keyword: Truck Crane ;Hoisting mechanism ;Hydraulic system;Design

目 录
1 绪论……………………………………………………………………………1
1.1 概论…………………………………………………………………………1
1.2国内外轮式起重机发展概况和发展趋势…………………………………1
1.2.1国内轮式起重机发展现状 ………………………………………………1
1.2.2国外轮式起重机发展过程及主要机种 …………………………………2
2 起升机构的设计………………………………………………………………3
2.1 起升机构方案的选择………………………………………………………3
2.2 钢丝绳和卷筒的选择………………………………………………………3
2.2.1 选择起升机构滑轮组倍率………………………………………………3
2.2.2 钢丝绳的计算与选择……………………………………………………4
2.2.3 卷筒长度计算和直径计算………………………………………………5
2.2.4 卷筒与减速器之间的连接方式的选择…………………………………7
2.3 滑轮尺寸计算………………………………………………………………7
2.4 选择减速器…………………………………………………………………8
2.5 选择联轴器…………………………………………………………………8
2.6 选择制动器…………………………………………………………………8
3 液压系统的设计………………………………………………………………10
3.1 选择液压马达………………………………………………………………10
3.1.1 满载起升时液压马达输出功率…………………………………………10
3.1.2 计算满载起升时液压马达输出扭矩……………………………………10
3.1.3 确定液压马达工作油压…………………………………………………10
3.1.4 确定液压马达排…………………………………………………………11
3.1.5 计算液压马达转速和输入油量…………………………………………11
3.1.6 双泵合流时，校核液压马达最高转速…………………………………12
3.2 选择液压泵…………………………………………………………………12
3.2.1 确定液压泵最大工作压力………………………………………………12
3.2.2 确定液压泵流量…………………………………………………………13
3.2.3 液压泵所需功率…………………………………………………………13
结术语……………………………………………………………………………14
参考文献…………………………………………………………………………15
附录A ……………………………………………………………………………16
附录B ……………………………………………………………………………18
谢 辞 ……………………………………………………………………………20

1 绪论
1.1 概论
轮式起重机是工程机械产品中重要组成部分，它由于机动性好而被广泛应用于矿山、建筑、港口、油田等领域。轮式起重机主要有3种基本类型:汽车起重机、轮胎起重机、全路面起重机。在国内市场上，随着国家扩大内需政策的推动，投资的提高，个体和私营用户的壮大。
汽车起重机使用汽车底盘，因而具有汽车的快速行使性能，速度高，机动性好，可快速转移打使用地点迅速投入工作，特别适用于流动性大，经常变换作业地点的场所。由于汽车起重机大量采用汽车配件，也具有生产批量大和成本低的优点。目前，国内中小型汽车起重机都已液压化，基本技术也已系列化。
汽车起重机由于采用汽车底盘，则整体布置受到限制，车身长，转弯半径大，并且只能分别设置行驶和起重两个操作室，因此行驶不能配合起重作业（即不能吊重行驶） 。
1.2国内外轮式起重机发展概况和发展趋势
1.2.1国内轮式起重机发展现状
我国在1957年生产第一台5t机械式汽车起重机。自1979年开始，我国采用进口汽车底盘和关键液压件自行设计生产出了6t , 20t液压汽车起重机之后，国内一些起重机生产厂家采用技贸结合方式，经过多年来对引进技术的消化、吸收、移植，使国产轮式起重机某些新产品的性能水平达到了国际80年代初的水平，产品产量也逐年有所提高。
当前，国内轮式起重机厂自行设计的产品技术水平大多还相当于国际70年代初、中期水平，只有少数产品在吸收国外先进技术基础上，经过更新换代达到了80年代初的水平。随着国家经济建设的蓬勃发展，国家重点工程项目建设的纷纷上马，一些大型关键工程一般都采用国际公开招标方式采购机械设备。国外新型轮式起重机和二手设备因此大量进入中国市场，使国内用户对国外起重机性能、作业可靠性、效率等方面有了较深入一的了解，从而也认识到国产起重机无论在制造质量、外观造型方面，更主要的是在技术性能(可靠性与安全性、工作效率以及操作方便性、舒适性等)方面与国外轮式起重机差距较大。国内不少用户为了达到作业高效率以确保工期按时完成，宁可花较多的钱购买进口起重机或购买国外二手起重机。这种形势下，国产轮式起重机当然面临很大的冲击和压力。
目前国内轮式起重机产品差距主要表现在以下几个方面：
(1) 质量稳定性差
部分产品发生早期故障多，保修期内返修率高。故障多发生在液压系统、底盘、发动机与传动件上。液压系统渗漏问题普遍存在，其主要原因是制造、装配工艺不良和密封件质量问题。
(2) 产品品种单一
轮式起重机是工程机械行业中的一个重要类别，其技术含量、机电液一体化程度、对使用材料的要求和制造难度不亚于其他类型的工程机械。国内轮式起重机的生产主要仍以8-50 t汽车起重机为主。8t以下微型起重机基本上是空白，而60 t以上大型起重机产量有限，从而形成了一方面生产力过剩，另一方面许多重点工程所需的大型起重机尚需进口的局面。
(3) 产品自动化、智能化
目前，国外己将自动化技术与机械传动技术相结合，将先进的微电子技术、电力电子控制技术、液压技术、数据总线通信技术等应用到机械驱动和控制管理系统，实现了自动化和半自动化控制，从而大大提高了起重机的安全性和可靠性，并且降低了发动机油耗与排放值。
1.2.2国外轮式起重机发展过程及主要机种
轮式起重机最初是以诞生于1869年的蒸汽轨道式起重机发展而来的，经历了轨道式、实心轮胎式、充气轮胎式的发展变化过程。充气轮胎式起重机是20世纪30年代随着汽车工业的发展而出现的。
由于轮式起重机具有机动灵活、操作方便、效率高等特点，在二战后修复战争创伤和经济建设中得到广泛应用。早期的轮式起重机大多采用机械传动的析架式臂架。随着60年代中期液压技术的发展，液压伸缩臂轮式起重机得到迅速发展。到80年代末，中小吨位的轮式起重机已多数采用液压伸缩式臂架，仅有一部分大吨位汽车起重机仍采用析架式臂架。
20世纪60年代末期，特别是从70年代开始，随着大型建筑、石油化工、水电站等大型工程的发展，对轮式起重机的性能、工作效率和安全性提出了更高的要求。由于当时液压技术、电子技术、汽车工业的发展及新型高强度钢材的不断出现，使轮式起重机开始向大型化发展，并且在普通轮胎式起重机的基础上开发出越野轮胎起重机，随后又开发出全路面起重机。全路面起重机综合了汽车起重机高速行驶和越野轮胎起重机吊重行走及高通过性的特点，在近20多年得到很大发展。
20世纪60年代末期，特别是从70年代开始，随着大型建筑、石油化工、水电站等大型工程的发展，对轮式起重机的性能、工作效率和安全性提出了更高的要求。由于当时液压技术、电子技术、汽车工业的发展及新型高强度钢材的不断出现，使轮式起重机开始向大型化发展，并且在普通轮胎式起重机的基础上开发出越野轮胎起重机，随后又开发出全路面起重机。全路面起重机综合了汽车起重机高速行驶和越野轮胎起重机吊重行走及高通过性的特点，在近20多年得到很大发展。

2 起升结构的设计
2.1 起升机构方案的选择
我们采用的是液压机械传动（简称液压传动）。
液压传动的起升机构，有高速液压马达传动和低速大扭矩液压马达传动两种类型。高速液压马达传动需通过减速器带动起身卷筒，具有重量轻、体积小、容积效率高、可与驱动油泵互换以及可以采用批量生产的标准减速器等特点，故广泛用于中小型起重机的起升机构中。低速大扭矩液压马达传动可以直接带动起升卷筒，传动简单，零件少起、制动性好，对油的失纯敏感性小。但容积效率低，易影响机构转速，体积和重量比较大。

图1起升机构
1-液压马达 2-联轴器 3-制动器 4-减速器 5-联轴器
6-卷筒 7-钢丝绳 8-吊钩滑轮组 9-上升极限位置限制器
2.2 钢丝绳和卷筒的选择
2.2.1 选择起升机构滑轮组倍率
起升机构滑轮组倍率的选择直接影响整个机构的设计。起升机构中常采用省力滑轮组。起升钢丝绳中的拉力与倍率直接有关。当起重量一定时，选择大的倍率可降低起升钢丝绳中的拉力，将会增加起升钢丝绳的总容量，从而增加卷筒尺寸。
表1 起重量与滑轮组倍率关系表

额定起重量
Q
3
5
8
12
16
25
40
65
倍 率
a
2
3
4～6
6
6～8
8～10
10
12～16
依据额定起重量选取倍率 a＝4 。
2.2.2 钢丝绳的计算与选择
选择起重钢丝绳是根据起升机构的最大静载荷来计算的。

图2 （a）右旋同向捻；（b）左旋交互捻
采用单联滑轮组，起升钢丝绳中最大拉力，由下式确定：
（N） （2－1）
式中 --——起重机最大起升载荷，包括吊具重量（N）
N；
a——起升滑轮组倍率 a＝4；
η——滑轮组总效率 η＝0.93。

＝21.94104 N
按选择系数C选择钢丝绳直径 (mm):
（2－2）
式中 C---——选择系数，
查GB381-83,工作级别,公称抗拉强度1850（N/mm3），选择系数C为0.091，安全系数n=1.5。

=13.48mm
圆整为整数，查国家标准GB1102－74，取d=13.48mm 。
查GB1102－74，可选取619－14－1850－－光－右－交 钢丝绳，其破坏拉力为N 。
2.2.3卷筒长度计算和直径计算
按钢丝绳在卷筒上的卷绕层数可为单层绕卷筒和多层绕卷筒。多层绕卷筒容绳量大。

图3 （a）单层绕卷筒 （b）多层绕卷筒
L-卷筒长度 , D-卷筒名义直径
多层绕卷筒表面通常切出导向螺旋槽，绳槽采用标准槽。

图4 卷筒尺寸

卷筒名义直径 D=(e-1) d （2－3）
式中 d——钢绳直径 d=14 mm；
e——筒绳直径比 e=16。
D=（16-1）14
=210 mm
取 D=250 mm。
卷筒长度 (mm) （2－4）
式中 ——，
取=16mm；
l——多层卷绕钢绳总长度；

＝75004＝30000mm；
n——多层卷绕圈数
取n=2。
mm
取 L= 310 mm 。

图5 绳槽尺寸
P-绳槽节距 h-绳槽深度 R-绳槽半径

其他尺寸： R=7.5 mm h=5.5 mm P=16 mm
2.2.4 卷筒与减速器之间的连接方式的选择
有几种不同形式：
（1）当马达轴与卷筒平行布置时，减速器通过一对开式齿轮传动与卷筒联接，结构比较简单。
（2）将减速器输出轴加长，卷筒直接固定在轴上，其联结结构简单，扭矩通过卷筒轴传至卷筒，对卷筒受力比较有力。
（3）减速器输出轴与卷筒轴分为二根轴，用连轴节连接，可以减少部分安装调整困难及机架变形的影响，但连轴节所占位置增加了轴向尺寸。
选择形式（2）。

2.3滑轮尺寸计算

图6 (a)热轧滑轮组构造 (b)绳槽尺寸
工作滑轮直径 D0ed (2－5)
式中 D0——按钢丝绳中心计算的滑轮直径（mm）；
d——钢丝绳直径（mm） d=14mm；
e——轮绳直径比系数，
工作级别M4,滑轮 e＝18。
D014
=252 mm
取 mm
2.4 选择减速器
起升机构采用的减速器通常有以下几种：圆柱齿轮减速器、行星齿轮减速器
涡轮减速器等。选择圆柱齿轮减速器型式。
卷筒多层绕时：
（） （2－6）
式中 m——滑轮组倍率 m=4 ；
v——物品起升速度（m/s） v=2/15 m/s ；
D——卷筒绳槽底部直径（m） D=250 mm ；
Z——钢绳在卷筒上的卷绕层数 Z=2 ；
d——钢丝绳直径（m） d=0.014 m。

。
根据液压马达输出功率（即减速器高速轴的输入功率）和卷筒转速（即减速器低速轴转速），从减速器承载能力表中查找合适的传动比和高速轴 转速，
查文献[3]表15-11 选择ZQ500型减速器，r=750 r/min ， 。

2.5 选择联轴器
在起升机构中两个地方需要联轴器：
（1） 减速器与卷筒轴的联接中：
由于选择减速器与卷筒的联接方式为将减速器输出轴加长，卷筒直接固定在轴上，其联结结构简单，扭矩通过卷筒轴传至卷筒。所以这里我们不需选择联轴器。
（2） 液压马达与减速器的联接中：
综合考虑液压马达与联轴器的许用扭矩，查文献[3]表8-3，选用套筒联轴器型，平键连接，其许用扭矩4.41～9800 N m 。

2.6选择制动器
制动器应满足下式要求：
TZ （2-7）
式中 ——制动安全系数，由文献[2]表2-2-7，取=1.5；
——机构总效率，取为 =0.8；
——卷筒卷绕直径（m）=0.25m；
——额定起升载荷(N) N；
——滑轮组倍率 m=4；
——传动机构传动比

TZ
=146.4 N m
查国家标准JB/ZQ 4388—1997 选取YWZ200/25型电力液压块式制动器，制动转矩为
200 N m 。
3 液压系统的设计

3.1 选择液压马达
3.1.1 满载起升时液压马达输出功率
输出功率
（KW） (3－1)
式中 ——起身载荷动载系数，＝1.25 ;
——额定起升载荷（N） N;
v——物品起升速度(m/s) v=2/15 m/s;
——机构总效率， 取 ＝0.8 。

= 6.7 （KW）

3.1.2 计算满载起升时液压马达输出扭矩
(N m) （3－2）
式中 ——减速器传动比 =20.49.
其他符号同上。

=222.7 N m

3.1.3 确定液压马达工作油压
＝－ （MPa） （3－3）
式中 ——液压泵输出压力(MPa） 先预取=61 MPa；
--——从液压泵至液压马达的油路压力损失，包括阀的局部损失和管路沿程损失，初算时可取＝1.0MPa 。
=61-1=60 MPa 。

3.1.4 确定液压马达排量
（3－4）
式中 ——液压马达输出扭矩；
——液压马达机械效率，
，、分别为液压马达的总效率和容积效率，从液压马达技术性能表中查到，先取＝0.81，＝0.9；
——液压马达工作压力差，
为液压马达背压，＝0.3 MPa～0.5 MPa，取为0.4 MPa。
按照以上公式，再参照榆次液压厂产品生产系列表，选择型号为YM－A22B－L油片马达，排量为22 ml/r，扭矩为1.39kgf m 。

3.1.5 计算液压马达转速和输入油量
减速器选定后，其实际传动比不可能与要求值一致，要保证额定起升速度，必须使液压马达转速满足：
（3－5）

由此得到满足起升速度要求的液压马达输入油量：
(m3/r) （3－6）
式中 ——液压马达容积效率，＝0.9；
——液压马达排量，＝22 m3/r。

m3/r
3.1.6 双泵合流时，校核液压马达最高转速
起升机构作业时，为了提高轻载或空钩的起升速度，从而提高起重机的工作效率，采用双泵合流（除主液压泵外，再将另一液压泵的油量同时输给液压马达），提高液压马达转速。此时液压马达的转速最高为，不许超过马达的最高转速[]
（3－7）
式中 -——液压马达在双泵合流时的最高转速（r/min）；
——双泵合流时，输入液压马达的油量（m3/min）；
——液压马达排量（m3/r）；
——液压马达容积效率；
——液压马达允许的最高转速，（）。

通过验算，满足要求。

3.2 选择液压泵
3.2.1 确定液压泵最大工作压力
(MPa) （3-8）
式中 ——液压马达输出扭矩（N m）；
——液压马达排量（m3/r）；
——液压马达机械效率，＝0.9；
——液压马达背压，取＝0.4 MPa；
——从液压泵到液压马达区间的压力损失（MPa），取＝1 MPa。

＝75.4 MPa 。
液压泵工作压力决定于负载的大小。选择液压泵时应预留10％～15％的压力裕量，以延长泵的寿命。

3.2.2 确定液压泵流量
(m3/min) （3-9）
式中 ——液压马达输入油量（m3/min)；
——液压泵至液压马达之间的容积效率，取＝0.9。

＝ （m3/min)

3.2.3 液压泵所需功率
（KW） （3-10）
式中 ——液压泵的总效率，视液压泵类型而定，齿轮泵取＝0.7。

KW
选榆次液压件厂系列，GB－C57－FL型齿轮油泵。

结 束 语
本文主要是对起升机构的个组成部件进行了设计计算，在设计中，主要是对起升机构的卷筒和减速器的计算与选用，另外还有滑轮基本尺寸的计算及选用国家标准滑轮，特别是各个部分之间的联接形式的选择。
起升机构是起重机械的主要机构，用以实现重物的升降运动。起升机构通常有原动机、减速器、卷筒、制动器、离合器、钢丝绳滑轮组和吊钩等组成。液压传动的起升机构，液压马达传动需通过减速器带动起身卷筒，具有重量轻、体积小、容积效率高、可与驱动油泵互换以及可以采用批量生产的标准减速器等特点，故广泛用于中小型起重机的起升机构中。

27
参考文献
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[2] 张质文，虞和谦，王金诺，包起帆.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1998.
[3] 尹位中.实用起重机[M].北京：水利水电出版社，1988.
[4] 实用机械设计手册[M].北京：中国农业机械化科学研究院，1985.
[5] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.
[6] 贺利乐.建筑机械液压与液力传动[M].北京：机械工业出版社，2004.
[7] 纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.
[8] 申永胜.机械原理教程[M].北京：清华大学出版社，1998.
[9] 液压传动设计手册[M]. 上海：上海科学技术出版社，1981.
[10] 洪家娣，李明，黄兴元.机械设计指导[M].江西：江西高校出版社，2006.
附录A
英文资料
Compares the domestically produced hoist crane disparity with the overseas product
Recent year, was following the Chinese fixed asset investmentrapid growth, the infrastructure construction and the project projectunceasingly starts, causes the Chinese project mechanical professionto obtain the unprecedented development, also has received people moreand more many attention.
The technical strength should say, the Chinese hoist crane manufacturetechnology or is located the world front row, the multitudinousproduct also in domestic and foreign has the broad market. However,and so on the developed area compares with the European and Americandate, our technical strength or has the certain disparity. Accordingto the Chinese international tender network data display, the ranksurpassed 200 tons crawler cranes, surpasses 100 tons autohoistsmostly to have to carry on the international tender purchase, thisexplained at present domestic still did not have the mass productionsability in this aspect. European hoist crane average tonnage in 800tons, but China at present this numeral actually not to 200 tons.
The product structure because the technical ability limits, theChinese hoist crane also insufficiently consummates in the productstructure, with overseas is a worthy opponent with difficulty. TheChinese international tender network material demonstrated that, thespecification higher entire road surface hoist crane and the crawlercrane these two kind of products can be lower in the center domesticproduct, at present only has in the minority several professions themain item enterprise to have the certain productivity. But these twokind of products are in the middle of the hoist crane multitudinouscategory the tonnage biggest, its price also by far is higher than theordinary automobile or the tire type hoist crane.
The industrial chain link decision product competitive ability notonly the technical research and development strength, is in theindustrial chain downriver the manufacturing industry to willcertainly to be restrained the upstream industry influence. In China,did iron and steel enterprise's technical flaw also give the downriverthe project mechanical profession development to create the certaindegree restriction, quality specification and so on whether steelproducts degree of hardness, elasticity, ductility has directlyrelated the technology to realize. At the same time, automobileindustry development and hoist crane connection also extremely close,the motor car chassis technology is mature can to the hoist cranebearing capacity enhancement decisive function. However, Chinaobviously cannot and so on the developed country compare in thisaspect with the European and American date. Moreover, the downriverproject machinery rented the industry still to be at the developmentalstage, this also gave the hoist crane production enterprise to graspthe market trend, the consummation post-sale service has brought themore costs consumption.
The import and export structure looked from the hoist crane import andexport structure that, in the Chinese hoist crane profession overallexports primarily, the trade surplus is bigger, especially has theextremely broad market in Asia. Although in the technology withcountry's the and so on Europe and America competitor has the certaindisparity, but this certainly does not affect China to become thehoist crane the manufacture great nation. In center low end market,because in the price su