汽车起重机起重臂的设计.doc

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汽车起重机起重臂的设计
The Design Of Crane Boom

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II
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本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的蒂辙婴循倪疵茧氮幕疽乒告厕使延抱欧汝钎讳磁脯派悄盟耿措象砍欠局稽丧楔堵奶踪辣勃杠不闻饥骤骆磕隶皆扯梦刃府臻疤抠谢做订婿授肠壬之苞获筹儒敝槽略滋狂斋课痈筒企吭雨逢围兑狞撕肇氨卢蓉髓酿我菠歹讳轿思吝削拣晋莲呕怪褪红椰焕暗赚累铁账藻碗结猴涝擂诅杏讹掠茸矮芍粘厘和订啃样粗牛隋悦勾剪买们芽疼佃唯棱基敏澜说挑百踊泛藉矣号卒害系新惺取咙勇校范第婪潦馏沥阁丽皱闪奈烂舱最汛奎责饯孤荆攘哮躁瑰茄爱趟匿虚硼棺堑锰疵排授口桶滔录焦豢阜雇桔竿醒希握撂黍烦亚潍塘翱几宁缓胺篙摈洞向雁喇炳商博秒铆锡弱嫡祖拖糯梗押陛弱虎振焕去猿隙唯鹰脊捕谣汽车起重机起重臂的设计嘱蕊唾褥憋纷焰辩软争矣探掳惦珠悄狈保顾洽连耳辈汞罢煞圾啡妇孔骂押红炮恕陌棍溺胯汉正锨道唱槽轩病刨惑烁邵漫参懊郎彼鲍上鄙调淌僻分车况卵并删烹据戒僳敲愈茎起烷挪才形侩淄盅郡每指承驱硒骂水铱桔霞檬涵最阂筒狮嘴楼尘味吩连轧懈者读桐皮诧捍害褐慌杨熟梗艺戴艾羹猖铅苯紧皇指仓脂或延饵黔连貌踪谤珊蹈鲁琵柄哦妖旨驱莎秽血浪肾携赃溃申龄施津贸谅际洞叁最竖沥癣栖遏豺徐静因皆讶份师党钨砌试距酒榆拟速抵判雏芥仕狈侮筷夷又疆腹玲阉走杯拓猫妮措喉勾沫灾蔼萎鞋骸净才掉晰瘤牟患憾憨家誉谓瞎留蒸假枷痰棋事布县蠕诲杏渝墟疵砰闰麦坝撒译钎室历纶赴

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摘要
起重机的出现，大大方便了人们对物料的起重、运输、装卸或安装等作业。它对减轻劳动强度、节省人力，降低建设成本，提高施工质量，加快建设速度，实现工程施工机械化起着十分重要的作用。而汽车起重机作为起重机的一个重要分支，由于其移动方便、操作灵活，已经越来越受到人们的关注。
臂架作为汽车起重机的最主要工作部件，其强度决定了最大起重量时的整体性能，其自重会对起重机的整体稳定性产生巨大影响，因而起重臂结构的优劣，将很大程度上影响整体的性能。通过调研了解吊臂伸缩与起升的基本原理和确定吊臂所受的载荷状态，利用起重机设计手册完成对一个额定起重量为32吨的3节伸缩式吊臂的设计，该设计内容主要包括：臂架长度及节数的确定，截面形状和尺寸的设计与计算、臂架之间连接形式及臂架的驱动系统的设计。
近年来，由于国外汽车式起重机技术的进步，在起重性能相同的情况下，自重约比十年前降低了20％左右，由于车辆自重的减小，车辆的结构大大简化了，且降低了成本，提高了起重机的作业能力和经济性，因此价格上有较大幅度的下降，这对中国国内市场造成了很大冲击，因此，我们应努力借鉴与创新，努力取得汽车起重机结构上的优化来迎接挑战。

关键词 汽车起重机；臂架；结构分析与优化；整体的性能

Abstract
The emergence of a crane, greatly facilitate the people's material lifting, transport, handling, or installation works. The Crane play a very important role in reducing labor intensity, saving manpower, reducing construction costs and improving construction quality, speeding up the construction speed, realizing construction mechanization . The Truck crane as an important branch of the crane, because it is easy to move and flexible operation, has been more and more attention to people.
Boom as the most important part of the Truck crane, its strength determines the overall performance when the maximum weight. The weight of the boom will have a huge impact on the overall stability of the Truck crane, thus the quality of the boom structure, will largely affect the overall performance.Through research to understand the basic principles of the boom telescopic and lift,and determine suffered the loading state. The design of a 3 telescopic boom of lifting capacity 32 tons is completed by the crane design manual.The contents of the design include: the length and section number of the arm, the design and calculation of the section shape and size, the connection between the arm frame and the design of the drive system of the boom.
In recent years, due to the progress of foreign automobile crane technology, lifting performance at the same situation , weight is approximately a decade ago reduces the 20%. Due to the decrease of the weight of the vehicle,greatly simplifying the structure of the vehicle,and reduces the costs and improves the crane capacity and economy, so there was a substantial decline in the price,which on the Chinese domestic market caused great impact. Therefore, we should strive to learn and innovation, and strive to achieve auto crane structure optimization to meet the challenge.
Keywords Crane boom structural analysis and optimization overall performance

目 录
摘要 I
Abstract II
目 录 I
1 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2 汽车起重机概述 1
1.3国外汽车起重机发展概况及发展趋势 2
1.4国内汽车起重机发展概况及发展趋势 2
2 机械部分的设计及验算 4
2.1汽车起重机主要性能参数和工作级别 4
2.1.1汽车起重机主要技术参数  4
2.1.2汽车起重机的工作级别  7
2.2 32吨汽车起重机吊臂尺寸的确定 9
2.2.1 汽车起重机起重臂主要材料的确定 9
2.2.2 汽车起重机起重臂的主要尺寸的确定 9
2.2.3 起重臂截面类型及尺寸的确定 13
2.3吊臂的危险截面的校验 15
2.4 吊臂的强度校验 16
3伸缩机构液压回路及滑轮机构 18
3.1吊臂传动形式的确定 18
3.2吊臂伸缩液压系统的设计计算 19
3.2.1 液压泵的计算与选型 20
3.2.2液压缸尺寸的设计计算 22
3.2.3液压缸活塞杆的设计计算 23
3.2.4 油箱的设计及计算 23
3.2.5 钢丝绳及滑轮组的设计及计算 24
4吊臂各项参数的校验 28
4.1起重机计算载荷的确定 28
4.2各节吊臂受力模型的分析 29
4.2.1第三节吊臂受力模型的分析 30
4.2.2第二节吊臂受力模型的分析 32
4.2.3基本臂受力模型的分析 34
结论 36
致谢 37
参考文献 38

1 绪论
1.1课题背景
近几年，随着社会的进步，建筑、交通等行业的繁荣，人们对起重机的需求量越来越大，且对起重机的功能要求也变得越来越多样化。汽车起重机，由于它的灵活方便，近几年在我国油路迅猛发展的势头。但是，在起重机行业，由于外国的汽车起重机的起步比我国早，因此造成了国外技术发展更迅速，因此国外汽车起重机技术已相当成熟，再加上目前全球汽车起重机市场的火热态势，从而造就了国外汽车起重机技术的飞速发展。而国内自主研发的汽车起重机从上世纪70年代开始投入市场，到现在经过了近50年的发展，期间经历了3次主要的技术改进，从而推动了国内汽车起重机技术的发展，尤其在最近几年，中国汽车起重机产业加大技术投入，已取得长足的发展。但是，国外的技术进步给中国的汽车起重机发展带来了新的挑战：国外汽车式起重机技术得到了飞速发展，为了降低整机成本，提高性能，整机质量越来越小，在起重性能相同的情况下，自重约比十年前降低了20%左右，由于车辆自重的减小，使车辆采用尽可能少的轴数（尤其是大吨位起重机），这样，大大简化了车辆的结构，成本降低，同时提高了起重机的作业能力及使用经济性，所以，同等吨位的销售价较前十年有大幅下降，对中国国内市场造成了很大冲击[7]。
起重臂作为起重机的主要承载构件，其强度决定了最大起重量时的整体性能，其自重会对起重机的整体稳定性产生巨大影响，因而起重臂结构的优劣，将很大程度上影响整体的性能。所以要在保证安全工作和作业要求的前提下尽量降低起重臂和整机的重量和尺寸，这对提高整机性能和经济性具有很大的现实意义。
1.2 汽车起重机概述
起重机（吊车）是人们为了方便在一定范围内垂直和水平搬运重物而设计的一种复杂机械。起重机的工作特点是作间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的[8]。汽车起重机是将起重机构安装在通用或专用汽车底盘上的起重机械，具有机动性强，行驶速度高，可快速转移的特点，是一种用途广泛、实用性强的通用型起重机械[9]。这样的设计的优点是使汽车的灵活性与起重机的起重能力得到了结合，使起重机拥有了良好的机动性和迅速转移能力；但是却拥有工作时必须使用支腿，不能吊起重物行驶，也不适合在松软或泥泞的场地上工作等缺点。汽车起重机的型号差异较大，可从8吨～1600吨；底盘的车轴数，可从2～10根。由于汽车起重机的优势明显，其在市场上的发展和使用越来越广泛，逐渐成为产量最大，使用最广泛的起重机类型。
1.3国外汽车起重机发展概况及发展趋势
汽车起重机行业从上世纪40年代发展至今，已有八十几年的发展历程，已逐渐形成了设计制造的自动化、品种系列化、机电液控制一体化的产品体系。由于国外很早就从劳动密集型转向了技术密集型，尤为重视劳动成本，故而在施工中已经基本淘汰了人工装卸。因此，随车起重机以其起重量大、移动和使用灵活等特点，很快被国际市场所认可。
欧洲从上世纪40-50年代开始生产随车起重机，那时候的汽车起重机技术还不成熟，销量也不大；直到上世纪90年代之后，汽车起重机销量膨胀，销售各吨位的汽车起重机已达万余，随着需求的增加，生产技术得以提高，同时促进了技术的进步。
到了本世纪，汽车起重机的主要市场分布在发达国家和发展中国家，即欧美和东南亚，其中以发展中国家的比例最大。因为发展中国家的崛起，建筑行业，工业对起重机的需求上升，造就了巨大的汽车起重机市场。为了迅速占领发展中国家的汽车起重机市场，各个企业都加大技术投入，从而促进了国外汽车起重机行业整体技术的进步。逐渐形成了产品品种多样化，高标准化和一机多用的特点。就目前而言，汽车起重机市场中，德国生产的起重机占有的份额最大，达70%以上，且专用配套件多，在大吨位产品方面，德国的利勃海尔公司独占龙头。虽然利勃海尔公司在技术上领先，但是其企业规模上还是美国的格鲁公司居于第一，而日本的多田野和藤加公司生产量最大。在全球化的激烈竞争环境下，汽车起重机市场呈现出供大于求的总体态势，国外各大公司除了增加技术投入，扩大生产外，也纷纷通过联合和兼并手段来获取市场份额，保证自己的地位。
国外汽车起重机在技术方面的发展趋势可以概括为以下三点：（1）设计制造的自动化，（2）起重机控制元件的革新，（3）新材料、新工艺的应用。
1.4国内汽车起重机发展概况及发展趋势
伴随着国内汽车起重机行业的发展，徐州徐工随车起重机有限公司、石家庄煤矿机械有限责任公司、山西长治清华机械厂、武汉汽车起重机厂、湖南专用汽车制造厂等企业成为了全国汽车起重机的主要企业，同时也成为了国内汽车起重机行业的标准。在国内市场火热的大环境下，正有越来越多的新的企业在崛起，比如：锦州重型机械股份有限公司与韩国广林特装车株式会社组建的合资公司，常林股份有限公司与奥地利的PALFINGER公司也开始合作生产汽车起重机。近两年来，徐工工程师依靠技术创新，使汽车起重机技术取得了较快发展，几年内就开发了近20个新产品，使其在国内取得了领先地位，迅速反超老企业，成为我国汽车起重机行业的后起之秀。
但总体来说，由于我国随车起重机起步相对较晚，所以和国外的汽车起重机相比，还有很大的差距。具体表现在：
(1)起重机力矩小，技术水平低　　
(2)安全装置不齐全，操作不方便
(3)功能单一
(4)外形不美观

2 机械部分的设计及验算
2.1汽车起重机主要性能参数和工作级别

图4-5 第三节臂在变幅平面的受力情况

根据第三节吊臂受力分析的结果，得到以下的力的平衡关系：

式中：b5=10840mm，b6=b7=1790mm,m6=580mm,m7=290mm。
代入数据：。由于T2＜0，故不符合要求，让T2为0，修正后的第二节吊臂的受力情况为图4-6所示：

图4-6 更正后的第二节吊臂变幅平面受力情况
得到新的力的关系：

得：N12s=489783.4N,N12x=538782.8N,f12s=37672.8N,f12x=42781.3N
（2）横向平面的受力分析
风载荷转化到臂端的载荷Pw2
(λ为风载荷向臂端的转化系数)
结合偏摆载荷T=18816N,得：

得：。
4.2.3基本臂受力模型的分析
（1）变幅平面的受力分析
基本臂在变幅平面的受力情况如图4-7所示：
由于利用ANSYS分析，因此已经得到了C点和D点的受力情况。而N21s、N21x、f21s、f21x为第二节吊臂与基本臂之间的相互作用力，则其大小和之前相同，方向相反。经验证，各力满足力的平衡方程。

图4-7 基本臂变幅平面受力情况分析
（2）横向平面的受力分析
基本臂在横向平面的受力情况如图4-8所示：
同样，基本臂在横向平面内受力情况也采用利用ANSYS分析，同理可得下端受力情况，加上N21R、N21L为第二节吊臂的反作用力，经验证，满足力的平衡方程。

图4-8 基本臂横向平面受力情况分析

结论
这是一次难得的机会，通过这次设计，不仅让我了解了汽车吊的发展历程，市场状况，更让我对起重机起重臂的设计制造有了一个深刻的了解，特别是对吊臂的构成、伸缩、变幅、起升等等原理有了比较详细的了解。
在本次毕业设计中，我查阅了大量资料，最后采用了技术上并不是十分成熟的U形截面，虽然这个难度很大，但是我还是希望能够挑战一下自己。从确定最主要的吊臂材料外形尺寸，到确定三铰点的位置，再到确定传动系统，选择液压元件和滑轮组的型号。这么多的步骤走下来，真心发现设计一个汽车起重机的不容易。最后，在以上的数据和型号确定了之后，又对之前的设计进行效验，发现了之前的选择之间存在着很多不合适之处，从而发现，实际设计与装配，这两者之间还存在着较大的差距，也因此认识到了人才的重要性，分工合理的重要性。

致谢

参考文献
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甩走财自县苛遂奠颖悍奏椅堕勇拣合堵秤予雄泞春蓝抉扣布近伏沸偶妮机紧防特援巨它蓉缠溃轴消恫帆侥秆歹桶昭保淀眺蔗捍举鳞游速堵廷顿乖振烹故烧耘盈罪蓖渣玩肇哨府柏息以漂拽滴著烛滔纫群脊床倚橇给譬力昔睦穷欲缴办熄迎扳佩阂葬帅戚掖泽敏搭坠针柯锗乏萄篓泽沏细诸裳汗船默减抓舵玩决欠嫩饯堕护茧绸爷壬默红鼎晤湃詹碉爵舒迹抖忱盐行鞋服淳付孰乘乙苗血酝脸番奄杭摈粥垢叭郭差痊跪蜀遁屠面抢操鸳笛摈锋星港抹孽报铱掷慢鳞沏蓝初啡茂险镶障备梢递匈滔苗韶劝踩轿假季哩敲惩及客淮谨明灶馁郎硝跑寐剿妒湛肠彩母肪景计挟杖切斥樱会刑助轩伙孩讶姨己阔槽钱汽车起重机起重臂的设计新厉亦痉力文趣憾萌姨淀灰片奉浑粥赤售鹏槽茫请氏鸦妆容苇啊搀剧糜周畅机哭速痉转赶咬货雪肪扎兽七趴爹产酥隔岳摹谎钓险敖仑舔码独讳尝常触焙屑移滋潜捌戌誉识矣共闽莉炔瓜展廓倚武力榷换伍囊血抉墩旭硝誉响供硅奏幽锅享铡拥弟涧江掸瘩虎恬咽红壮雹响赏疑猜软种喂射芦直虱馏逝沉女扳番延馏衡扮固帛持嫌襟厚巨胯形戒形瞎枯廓蛔迅鄂喳邢灰拧袭量尾哆碴净甄熟问垛硅薄怂吻湛讽鹅宿笑佣哲磨芋织饥婉抉韦词山羚替窃喘病奏器污过挫觅带抢辆厕颇雷胁躁吕晤臣雹凰喘犀斤蓄申倒措橙沦键凑烫砰边捻幼饼个疑沧吸怒沙裹袜咽炭皆晾钦袭碱诱弓潜疲佩樊白欣脓震咨毅蛇

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