SQ6S伸缩臂式随车起重机设计计算书1.doc

SQ6S伸缩臂式随车起重机设计计算书1

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2020年4月19日
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SQ6S伸缩臂式随车起重机设计计算书
第一章 概述
SQ6S型随车起重机是以解放CA1165P1K2L2载重汽车为底盘，起重机直接安装在驾驶室和货箱之间的车架上，车架部分改装，动力以取力机构的形式从汽车发动机得到动力，各工作机构的动力皆来源于液压泵，在设计过程中，强调整车的性价比。
第二章 整车稳定性的计算
一、 装后起重机作业的主要参数和起重性能表：表一
类别
项目
单位
数值
起
重
机
性
能
参
数
最大额定起重量
Kg
6000
最大最小工作幅度
m
9.24/2.25
吊臂长度
m
4.16~9.46
最大起升高度
m
12
最大起升力矩
全缩
T.m
13.5
全伸
T.m
10.2
支腿
跨距
全缩
m
2.15
全伸
m
5
钢丝绳
直径
mm
11
长度
m
63
工作幅度(m)
额定起升重量(Kg)
臂长4.16
臂长6.81
臂长9.46
2.25
6000
3900
3500
3
4500
3700
3200
4
3300
2600
2500
5

2300

6

1900
1700
6.6

1700
1500
8

1250
9.2

1100
二、 底盘重心位置计算
1.根据底盘技术参数可知如下参数：表二
CA1165P1K2L2技术参数
类别
项目
单位
数值
桥
荷
分
配
空载
前桥
Kg
2870
中、后桥
Kg
4170
满载
前桥
Kg
3730
中、后桥
Kg
12310
轴矩
前桥至中桥
mm
3865
中桥至后桥
mm
1270
2.底盘本身重心距前桥的距离计算R
根据表二可知空载时汽车的桥荷情况，如图一可计算出R

根据力学公式可得：R=4170(3865+1270/2)/7040=2665mm
三、 吊机本身重心的计算
1． 吊机在全缩状态时的重心计算
1．1 各部件距回转中心的距离L(i)mm和各部件的重量G(i)Kg
1.1.1 吊勾总成 L(1)=3940 G(1)=54.1
1.1.2 伸缩臂总成 L(2)=1800 G(2)=723.4
1.1.3 起升机构 L(3)=-55 G(3)=95
1.1.4 转台与齿轮柱焊接 L(4)=-30 G(4)=207
1.1.5 油箱安装总成 L(5)=-215 G(5)=36
1.1.6 固定支腿与活动支腿装配 L(6)=-270 G(6)=506.8
1.1.7 回转基座装配 L(7)=0 G(7)=120
1.1.8 基座与固定腿焊接 L(8)= 0 G(8)=165
1.1.9 操纵系统 L(9)=250 G(9)=40
1.1.10 液压系统 L(10)=200 G(10)=200
1.1.11 变幅油缸 L(11)=280 G(11)=120
1.1.12 其它 L(12)= 0 G(12)=70
1.2 吊机自重：G(S)=G(i)=2337 Kg
1.3 吊机重心距回转中心距离：
L1 = G(i)L(i)/ G(S)=620 mm
2. 吊机在全伸状态时的重心计算
2.1 各部件距回转中心的距离L2(i)mm
经分析可知：只有吊勾和伸缩臂总成的重心发生变化
2.1.1 吊勾总成 L2(1)=9240
2.1.2 伸缩臂总成 L2(2)=4000
2.2 吊机重心距回转中心距离：
L1 = G(i)L(i)/ G(S)=1421 mm
3. 吊机在行驶状态下的桥荷分布：
根据上述计算全缩时吊机重心距回转中心距离为620mm。又根据设计图纸可知：回转中心距前桥的距离为1500mm。因此吊机重心距前桥距离为
620+1500=2120mm根据图二受力分析可知前、后桥增加的重量分别为R1、R2

R1 X 4500 =2337 X (4500-2120) = 1236 Kg
R2 = 2337-1236 = 1101 Kg
由此可知：行驶状态下前桥的桥荷为2870+1236=4106 Kg
4．整车在起吊最危险时稳定性计算 如图三所示可知：

倾翻力矩： MQ = 7012 X 1100 = 7713200 Kg.mm
稳定力矩： MW = 2337 X (2228-1500)+7040 X 1672 = 13472216 Kg.mm
稳定系数S： S= MW /MQ =1.75
第三章 吊机结构件设计计算
一、 各臂的强度校核
如图四所示可知：各臂最危险截面分别在如图四所示的剖面上。

1．基本臂的强度校核
1.1 基本臂的最小截面模量WA=414388mm3其结果是由计算软件得出。其材料为HQ60屈服极限为500Mpa,许用应力为[]=500/1.5=333.33 Mpa
1.2 基本臂的所受的最大弯矩MA=G.L+G1.L1+G2.L2+G3.L3
其中G ---- 最大幅度时所吊的重量为1100Kg
其中G1 ---- 基本臂本身的重量 238Kg
其中G2 ---- 一节伸臂本身的重量 144Kg
其中G3 ---- 二节伸臂本身的重量 129Kg
其中L ---- 最大幅度时距截面的距离为8425mm
其中L1 ---- 基本臂重心到截面的距离为1050mm
其中L2 ---- 一节伸臂重心到截面的距离为4166mm
其中L3 ---- 二节伸臂重心到截面的距离为7035mm
MA=G.L+G1.L1+G2.L2+G3.L3=11024819Kg.mm
= MA/WA=26.6 Kg/mm2<[]
2．一节伸缩臂的强度校核
2.1 一节伸缩臂的最小截面模量WA=288027mm3其结果是由计算软件得出。其材料为HQ60屈服极限为500Mpa,许用应力为[]=500/1.5=333.33 Mpa
2.2 基本臂的所受的最大弯矩MA=G.L +G2.L2+G3.L3
其中G ---- 最大幅度时所吊的重量为1100Kg
其中G2 ---- 一节伸臂本身的重量 144Kg
其中G3 ---- 二节伸臂本身的重量 129Kg
其中L ---- 最大幅度时距截面的距离为5584mm
其中L2 ---- 一节伸臂重心到截面的距离为1330mm
其中L3 ---- 二节伸臂重心到截面的距离为4254mm
MA=G.L+ +G2.L2+G3.L3=6882686Kg.mm
= MA/WA=23.9 Kg/mm2<[]
3．二节伸缩臂的强度校核
3.1 一节伸缩臂的最小截面模量WA=228703mm3其结果是由计算软件得出。其材料为HQ60屈服极限为500Mpa,许用应力为[]=500/1.5=333.33 Mpa
3.2 基本臂的所受的最大弯矩MA=G.L +G3.L3
其中G ---- 最大幅度时所吊的重量为1100Kg
其中G3 ---- 二节伸臂本身的重量 129Kg
其中L ---- 最大幅度时距截面的距离为2779mm
其中L3 ---- 二节伸臂重心到截面的距离为1350mm
MA=G.L+ +G2.L2+G3.L3=3231050Kg.mm
= MA/WA=14.1 Kg/mm2<[]
二、伸缩臂总成的挠度校核
1.挠度的计算：由实际工况可知伸缩臂总成各臂都可认为悬臂梁结构。
因此也可简化如图四：其各个截面的惯性矩分别为
IA —惯性矩 I1 = 79729603mm4
IB —惯性矩 I2 = 51070540mm4
IC—惯性矩 I2 = 36819657mm4
由设计图样可知各臂的重量和距各截面的距离。
G －吊重的总重 1100kg
G1－基本臂的重量 238kg
G2－一节伸缩臂的重量 144kg
G3－二节伸缩臂的重量 129kg
2.1计算基本臂的挠度和转角
f基 由基本臂的重量和其所产生的弯矩两部分组成。
　2.1.1基本臂的所受的最大弯矩MA=G.L+G1.L1+G2.L2+G3.L3
其中G ---- 最大幅度时所吊的重量为1100Kg
其中G1 ---- 基本臂本身的重量 238Kg
其中G2 ---- 一节伸臂本身的重量 144Kg
其中G3 ---- 二节伸臂本身的重量 129Kg
其中L ---- 最大幅度时距截面的距离为8425mm
其中L1 ---- 基本臂重心到截面的距离为1050mm
其中L2 ---- 一节伸臂重心到截面的距离为4166mm
其中L3 ---- 二节伸臂重心到截面的距离为7035mm
MA=G.L+G1.L1+G2.L2+G3.L3=11024819Kg.mm
f基 ==26.55 mm
26.55÷2840=0.0093 r
f基==9.03 mm
9.03÷1240=0.0073 r
－搭接长度所产生的角度。L=908 间隙2mm
=2/908=-0.0022 r
2.2计算一节伸缩臂产生的挠度和转角
f一 由一节伸缩臂的重量和其所产生的弯矩两部分组成。
2.2.1 基本臂的所受的最大弯矩MA=G.L +G2.L2+G3.L3
其中G ---- 最大幅度时所吊的重量为1100Kg
其中G2 ---- 一节伸臂本身的重量 144Kg
其中G3 ---- 二节伸臂本身的重量 129Kg
其中L ---- 最大幅度时距截面的距离为5584mm
其中L2 ---- 一节伸臂重心到截面的距离为1330mm
其中L3 ---- 二节伸臂重心到截面的距离为4254mm
MA=G.L+ +G2.L2+G3.L3=6882686Kg.mm
f一 ==25.25 mm
25.25÷2805=0.009 r
f一==12.28 mm
12.28÷1400=0.0088 r
－搭接长度所产生的角度。L=912 间隙2mm
=2/912=-0.0022 r
2.3 计算二节伸缩臂产生的挠度和转角
f二 由二节伸缩臂的重量组成。
f==14.94 mm
2.4 伸缩臂总成的总挠度
fz= f基 +基f基+ f+L伸
= 26.55+9.03+25.25+12.28+14.94 + (0.0088+0.009+0.0093+0.0073-0.0044)×5584
=255.6 mm
三、齿轮柱校核计算
　　　因其最大起升力矩与SQ6Z的相同，因此在这不再重复计算。参见SQ6S即可。
四、 固定支腿与活动支腿强度校核
求支腿的支承反力
经分析得：吊臂与活动支腿在同一铅垂面内支腿所承受的力最大
如图五所示：

1． 求支腿支点A的反力F1
对O点取矩可得：F1＝1100X9240/2500=4065kgf
2． 校核固定支腿和活动支腿的强度
如图五所示可知： A－A和B－B截面分别是固定支腿和活动支腿最危险的两个截面。
2.1固定支腿的强度校核：
2.1.1固定支腿的截面模量WA=366235mm3其结果是由计算软件得出。其材料为HQ60屈服极限为500Mpa,许用应力为[]=500/1.5=333.33 Mpa
2.1.2固定支腿的所受的最大弯矩
MA=4065X(2500-1150+420)=7195050Kg.mm
= MA/WA=19.6 Kg/mm2<[]
2.2活动支腿的强度校核：
2.2.1固定支腿的截面模量WA=336318mm3其结果是由计算软件得出。其材料为HQ60屈服极限为500Mpa,许用应力为[]=500/1.5=333.33 Mpa
2.2.2固定支腿的所受的最大弯矩
MA=4065X(2500-1150)=5487750Kg.mm
= MA/WA=16.3 Kg/mm2<[]
五、轴类的剪切计算
　　因为SQ6S的轴与SQ6Z所用的轴的直径是一样的，以因为SQ6S的轴的受力要比SQ6Z的轴的受力小。因此在这不再重复计算，参见SQ6Z即可。
第四章 液压系统的设计计算
一、 液压系统压力计算
已知条件：最大起升重量Q＝6000Kg　（工作幅度在2.25m）
　　　　　滑轮组倍率　K1＝4　　　　　
滑轮组效率率　1＝0.9
　　　　　超载1.25倍吊重Q’＝7500Kg
　　　　　卷筒直径　D＝0.15m
　　　　　钢丝绳直径　d＝0.15m
起升马达排量　Qm=40ml/r
变幅缸缸径：0.16m
卷扬减速比：i =28.478
减速机效率：2＝0.95
　　　　　起升马达容积效率：3＝0.92
　　　　　卷筒绕绳层数：　K3＝5
1. 系统压力按超载1.25倍计算
　　　　　单绳拉力：P＝Q’/ K1. 1=1706.3Kgf
卷筒扭矩：M＝（D/2+ K3.d）p=221.8 Kgf.m
马达扭矩：M’= M / I2=8.2 Kgf.m
马达工作压力：P1＝628 M’/2 Q m=140 Kgf/cm2
油缸推力：油缸受力如图六

求推力F：F＝7500X2.47/.5=37050Kg
变幅缸所需压力：P＝F/S=37050/(16X16X.785)=18.4Kg/mm2
考虑到管路损失可确定溢流阀调定压力为P1＝20Mpa，即系统压力为20Mpa。
二、起升速度的计算
1．计算泵的流量Qb　
Q b＝=40X10000.92X103＝36.8L/min
其中为泵的排量单位：40mL/r，
为泵的容积效率： 0.92
为取力器输出转速：1000　r/min
2． 马达的转速
＝＝36.8X0.92X1000/40=846.4 r/min
3．　起升速度的计算
V=..
式中――卷筒转速
　　　――钢丝绳不同绕层对卷筒的直径
3.1 　卷筒转速
　　　＝/ i =846.4/28.48=29.7 r/min
3.2 钢丝绳单绳速度V=..
　　　第一层时：＝0.161m
第二层时：＝0.183m
第三层时：＝0.205m
　　因此：V1蝇＝29.7..0.161=15m/min
V2蝇＝29.7..0.183=17.1m/min
V3蝇＝29.7..0.205=19.1m/min
3.3 起升速度
V1 ＝15/4=3.75 m/min
V2 ＝17.1/4=4.275 m/min
V3 ＝19.1/4=4.775 m/min
起升速度的提高与降低也可由发动机的转速决定。
第五章　液压油缸的计算
一、 第一变幅油缸的计算：
根据设计图纸可知：缸径：160mm 杆径：110mm　额定压力为20Mpa
由系统压力可得输出力为40217Kgf，对照系统压力计算求得结果可知：第一变幅油缸符合工况要求。
a) 伸缩油缸的计算
由其工况可知：只要伸缩油缸的拉力满足提升重物所需的力，那么它的推力就能够不再计算。
3.1 第一伸缩缸：根据设计图纸可知：缸径：80mm 杆径：63mm额定压力为20Mpa
因此可得出第一伸缩缸的最大推力为10048Kgf
3.2 第二伸缩缸：根据设计图纸可知：缸径：70mm 杆径：50mm额定压力为20Mpa
因此可得出第二伸缩缸的最大推力为7693Kgf
根据起重性能吊机最大承载能力为7500 Kgf，因此能够满足起重要求。
b) 齿条油缸的推力计算
根据国外进口同等吨位的随车起重机的类比，估算该起重机的回转阻力矩为：1T.M
回转齿轮柱的节圆半径为：120mm，由此能够推算出齿条油缸的输出推力应该为：1/0.12＝8.3吨力
齿条油缸的直径为：100mm，额定压力为12Mpa
其输出的额定推力为：100X100X.785X12/10000=9.42吨力
因此齿条油缸能够满足要求。
第七章　机构运动时间计算
液压系统额定流量为40L/Min
下表为各液压油缸的技术参数及其运动时间计算结果
名称
缸径
杆径
行程
伸出时间s
回缩时间s
推荐流量L/min
第一变幅
160
110
674
20
11
40
第一伸缩
80
63
2650
20
8
40
第二伸缩
70
50
2650
16
9
40
回转油缸
100

776
15
15
25
支腿油缸
90
63
500
16
6
25
水平油缸
50
28
1430
14
10
25
说明：该计算结果为理论计算结果，没有考虑阀、锁的控制导致的速度减小，实际各机构地工作速度待高调试时予以调整和控制。各推荐流量的实现能够从多路阀各阀芯的开口量大小来调整。