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開(kāi)題報(bào)告
題目 汽車(chē)起重機(jī)伸縮臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.課題來(lái)源
近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)生活中對(duì)起重機(jī)的需求越來(lái)越大，所以起重機(jī)的研發(fā)越來(lái)越緊迫，由于汽車(chē)式起重機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活，從而方便快捷，所以進(jìn)幾年我國(guó)的汽車(chē)式起重機(jī)發(fā)展很快。但是，與國(guó)外汽車(chē)式起重機(jī)相比，國(guó)外汽車(chē)式起重機(jī)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，為了降低整機(jī)成本，提高性能，整機(jī)質(zhì)量越來(lái)越小，在起重性能相同的情況下，自重約比十年前降低了２０％左右，由于車(chē)輛自重的減小，使車(chē)輛采用盡可能少的軸數(shù)（尤其是大噸位起重機(jī)），這樣，大大簡(jiǎn)化了車(chē)輛的結(jié)構(gòu)，成本降低，同時(shí)提高了起重機(jī)的作業(yè)能力及使用經(jīng)濟(jì)性，所以，同等噸位的銷(xiāo)售價(jià)較前十年有大幅下降，對(duì)中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)造成了很大沖擊，因此，對(duì)我國(guó)的汽車(chē)式起重機(jī)的生產(chǎn)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。臂架是起重機(jī)的主要承載構(gòu)件。起重機(jī)通過(guò)臂架直接吊載，實(shí)現(xiàn)大的作業(yè)高度與幅度。臂架的強(qiáng)度決定了最大起重量時(shí)整機(jī)起重性能，其自重直接影響整機(jī)傾覆穩(wěn)定性，因而臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，將直接影響整機(jī)的性能，如整機(jī)重量、整機(jī)重心高度和整機(jī)穩(wěn)定性等。所以要在保證臂架安全工作的條件下盡量減輕臂架的重量，這對(duì)提高整機(jī)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
2. 研究目的和意義
臂架是起重機(jī)的主要承載構(gòu)件。起重機(jī)通過(guò)臂架直接吊載，實(shí)現(xiàn)大的作業(yè)高度與幅度。臂架的強(qiáng)度決定了最大起重量時(shí)整機(jī)起重性能，其自重直接影響整機(jī)傾覆穩(wěn)定性，因而臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，將直接影響整機(jī)的性能，如整機(jī)重量、整機(jī)重心高度和整機(jī)穩(wěn)定性等。所以要在保證臂架安全工作的條件下盡量減輕臂架的重量，這對(duì)提高整機(jī)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
3.國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
中國(guó)的汽車(chē)式起重機(jī)誕生于上世紀(jì)的10年代，經(jīng)過(guò)了近30年的發(fā)展，期間有過(guò)3次主要的技術(shù)改進(jìn)，分別為70年代引進(jìn)蘇聯(lián)的技術(shù)，80年代引進(jìn)日本的技術(shù)，90年代引進(jìn)德國(guó)的技術(shù)。但是總體來(lái)說(shuō)，中國(guó)的汽車(chē)式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)始終走著自主創(chuàng)新的道路，有著自己清晰的發(fā)展脈絡(luò)，尤其是進(jìn)幾年，中國(guó)的汽車(chē)式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，雖然與國(guó)外相比還有一定的差距，但是這個(gè)差距正在逐漸的縮小。而且我國(guó)目前在中小噸位的汽車(chē)式起重機(jī)的性能已經(jīng)完好，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的要求。在不久的將來(lái)，我國(guó)的汽車(chē)式起重機(jī)行業(yè)一定會(huì)發(fā)展成為一個(gè)發(fā)展穩(wěn)定，市場(chǎng)化程度高的成熟產(chǎn)業(yè)。
許多專(zhuān)家認(rèn)為，高速發(fā)展的市場(chǎng)，是中國(guó)汽車(chē)式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)各個(gè)廠商有利的技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)和環(huán)境。近幾年，中國(guó)汽車(chē)式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)除了一家較小的公司與日本起重機(jī)品牌廠家合資以外，其余廠家一直在追趕國(guó)外先進(jìn)水平的進(jìn)程中，一直堅(jiān)持自主的技術(shù)創(chuàng)新道路，基本上沒(méi)有整體引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的做法，也使的中國(guó)汽車(chē)式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)在達(dá)到和接近國(guó)際先進(jìn)水平的同時(shí)，在產(chǎn)品技術(shù)上有明顯的中國(guó)特質(zhì)。
中國(guó)汽車(chē)式起重機(jī)已經(jīng)大量使用PLC可編程集成控制技術(shù)，帶有總線(xiàn)接口的
液壓閥塊，液壓馬達(dá)，油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電器已實(shí)現(xiàn)了緊密的結(jié)合?？赏ㄟ^(guò)軟件實(shí)現(xiàn)控制性能的調(diào)整，大幅度簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，減少液壓元件，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具備了實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)診斷，遠(yuǎn)程控制的能力。
當(dāng)前我國(guó)新一代汽車(chē)起重機(jī)產(chǎn)品，起重作業(yè)的操作方式，大面積應(yīng)用先導(dǎo)比例控制，具有良好的微調(diào)性能和精控性能，操作力小，不易疲勞。通過(guò)先導(dǎo)比例手柄實(shí)現(xiàn)比例輸送多種負(fù)荷的無(wú)級(jí)調(diào)速，有效防止起重作業(yè)時(shí)的二次下滑現(xiàn)象，極大的提高了起重作業(yè)的安全性、可靠性和作業(yè)效率。
部分大型汽車(chē)式起重機(jī)還在伸縮臂上使用了單缸插銷(xiāo)的伸縮技術(shù)，通過(guò)液壓銷(xiāo)作用，以單個(gè)液壓油缸可完成多節(jié)伸臂的運(yùn)動(dòng)，并達(dá)到各種工況的程度控制和自動(dòng)伸縮，改變了以往能不油缸加內(nèi)部繩排的作業(yè)方式，使起重機(jī)相對(duì)更輕，拓展了起重機(jī)向更高工作高度發(fā)展的空間。
在走向國(guó)際市場(chǎng)的過(guò)程中，我國(guó)汽車(chē)式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)近幾年品質(zhì)水平的快速提高，也得到了國(guó)際擁護(hù)的高度肯定，由于產(chǎn)品使用規(guī)范，用戶(hù)的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)較高，出口產(chǎn)品的質(zhì)量反饋比在過(guò)內(nèi)有了明顯的減少，產(chǎn)品反映較好。這都為中國(guó)汽車(chē)式起重機(jī)行業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。
目前世界上約有百余家企業(yè)生產(chǎn)汽車(chē)起重機(jī)，但著名的也就右十余家，如美國(guó)的格魯夫、德國(guó)的利勃海爾、徳馬克、日本加藤、多田野等。生產(chǎn)的汽車(chē)起重機(jī)品種有數(shù)百種，90年代以來(lái)，生產(chǎn)，銷(xiāo)售各種噸位的起重機(jī)萬(wàn)余臺(tái)。
汽車(chē)起重機(jī)的市場(chǎng)主要集中在東亞、北美和歐洲。東亞約占銷(xiāo)售量的40%，北美和歐洲各約占20%。國(guó)外汽車(chē)起重機(jī)發(fā)展的主要特點(diǎn)可以歸納為：多品種生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高和一機(jī)多用。
目前，世界汽車(chē)起重機(jī)的生產(chǎn)，從技術(shù)上講，德國(guó)利勃海爾公司略占優(yōu)勢(shì)，但從企業(yè)規(guī)模上講，美國(guó)格魯公司居世界首位。而生產(chǎn)量則是日本的多田野和藤加最多。市場(chǎng)總的趨勢(shì)式供大于求，面對(duì)激烈競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)外各大公司除了紛紛增加投資、擴(kuò)大生產(chǎn)、提高自身的競(jìng)爭(zhēng)能力外，還通過(guò)聯(lián)合或兼并來(lái)提高在國(guó)際市場(chǎng)的份額。如1984年，美國(guó)格魯夫公司收購(gòu)了英國(guó)老牌企業(yè)科爾斯公司。1987年，德國(guó)克虜伯公司收購(gòu)了格的瓦爾德公司，稱(chēng)為當(dāng)時(shí)德國(guó)最大的起重機(jī)公司，但該公司1995年又被美國(guó)格魯夫公司收購(gòu)。1990年，日本多田野兼并了德國(guó)法恩公司等。
在起重機(jī)行業(yè)內(nèi)，國(guó)外的大型汽車(chē)起重機(jī)的發(fā)展比我國(guó)迅速，在技術(shù)和運(yùn)用上已相當(dāng)成熟，目前國(guó)際市場(chǎng)對(duì)汽車(chē)起重機(jī)的需求在不斷增加，從而使國(guó)外各大汽車(chē)式起重機(jī)制企業(yè)在生產(chǎn)中更多的應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)械自動(dòng)化和自動(dòng)化設(shè)備，這對(duì)起重機(jī)行業(yè)的發(fā)展造成了很大的影響。目前國(guó)外的起重機(jī)企業(yè)主要是生產(chǎn)大噸位的起重機(jī)，而且有完善的設(shè)計(jì)體系，和一批先進(jìn)的研發(fā)人員，不斷的進(jìn)行創(chuàng)新和完善。國(guó)外的制造企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到規(guī)模化的生產(chǎn)，技術(shù)含量比較高，而且液壓技術(shù)和電子技術(shù)在汽車(chē)起重機(jī)的設(shè)計(jì)中也已廣泛的應(yīng)用，很多企業(yè)的品牌在用戶(hù)的心中已經(jīng)打上了堅(jiān)實(shí)的烙印，這也使的國(guó)外起重機(jī)的繼續(xù)發(fā)展占有了更大的優(yōu)勢(shì)。
伸縮臂作為輪式起重機(jī)的主要受力構(gòu)件，其重量一般占整機(jī)的13%~20%，而其在大型起重機(jī)的重量中所占的比例則更大。因此，伸縮臂的性能對(duì)大噸位輪式起重機(jī)在大幅度、高起升高度情況下性能的影響至關(guān)重要，而伸縮臂的關(guān)鍵技術(shù)在于伸縮機(jī)構(gòu)的形式和臂架截面形式。
目前我國(guó)生產(chǎn)的輪式起重機(jī)以中、小噸位為主，普遍采用伸縮油缸加繩排的伸縮機(jī)構(gòu)的形式，只是在細(xì)節(jié)上各具特點(diǎn)。該伸縮機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是最末一、二節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂用油缸伸縮，因而最末節(jié)伸縮臂的截面變化較大，大大降低了起重機(jī)在大幅度下的起重性能。同時(shí)采用該形式的起重機(jī)在五節(jié)以上伸縮臂應(yīng)用時(shí)難度較大。西方發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)50噸以上的中、大噸位輪式起重機(jī)時(shí)，普遍采用單缸插銷(xiāo)形式的伸縮機(jī)構(gòu)。該形式伸縮機(jī)構(gòu)的采用大幅度提高了起重機(jī)的起重性能。
從B~aChina2007年博覽會(huì)上可以看出，橢圓形伸縮臂、單缸插銷(xiāo)式伸縮機(jī)構(gòu)、自動(dòng)伸縮臂系統(tǒng)構(gòu)成了以德國(guó)利勃海爾(UEBHERR)代表的西方先進(jìn)伸縮臂技術(shù)的核心，代表當(dāng)前世界最高水平，是輪式起重機(jī)伸縮臂技術(shù)的發(fā)展方向。LTM1300起重臂的截面也采用了橢圓形截面，其截面上彎板為大圓弧槽形板，下彎板為橢圓形槽形板，且由下向上收縮，其重量?jī)?yōu)化，抗扭性能顯著，具有固有的獨(dú)特穩(wěn)定性和抗屈曲能力。
GROVE和TADANO采用大圓弧六邊形截面，根據(jù)需要，腹板上設(shè)計(jì)橫向和縱向加強(qiáng)筋，提高腹板的抗屈曲能力。KATO采用四邊形截面，也采用加筋解決腹板的抗屈曲能力，大圓弧六邊形截面在國(guó)內(nèi)己廣泛使用。
目前國(guó)內(nèi)僅徐工集團(tuán)徐州重型機(jī)械廠一家推出QAY130、QAY160、QAY200、QAY240、QAY300五種噸位單缸插銷(xiāo)式伸縮臂技術(shù)的全地面起重機(jī)，并采用進(jìn)口高強(qiáng)度鋼板，雙缸加雙繩排的伸縮機(jī)構(gòu)，在吊臂伸縮時(shí)，臂節(jié)之間有寬大的滑塊，保證了主臂的同心度，使重量和受力較好的傳遞，增大起重能力。獨(dú)特的吊臂對(duì)中裝置，使伸縮更方便，但國(guó)內(nèi)其它廠家目前還沒(méi)有使用這種截面形式。
輪式起重機(jī)的伸縮式吊臂是一個(gè)雙向壓彎構(gòu)件，除受有整體強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的約束外，主要受局部穩(wěn)定性約束，因此把伸縮臂制成為箱形截面是合理的。歸納起來(lái)，伸縮臂可以制成幾種典型箱形截面:矩形、梯形、倒置梯形、五邊形、六邊形、八邊形、大圓角矩形以及橢圓形截面等。目前，利勃海爾推出的橢圓形截面是全地面起重機(jī)針對(duì)不同機(jī)型，它所設(shè)計(jì)的截面形狀也有一定的差異。
4.研究的內(nèi)容及技術(shù)路線(xiàn)
汽車(chē)起重機(jī)由于具有動(dòng)作靈活、集成化程度高、功率大、穩(wěn)定性好、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛受到各工程的青睞。汽車(chē)起重機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接影響整機(jī)的性能。因此汽車(chē)起重機(jī)的伸縮臂架設(shè)計(jì)技術(shù)被作為目前汽車(chē)起重機(jī)急需解決的主要關(guān)鍵技術(shù)之一。本課題針對(duì)某汽車(chē)起重機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)的分析和研究，根據(jù)工作要求確定伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方案，進(jìn)而采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)代先進(jìn)的分析方法對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。課題成果具有一定的理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。
本文主要根據(jù)QAY50汽車(chē)起重機(jī)工作要求來(lái)確定伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方案，進(jìn)而采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法對(duì)主臂的三鉸點(diǎn)、主臂的長(zhǎng)度、及每節(jié)臂的長(zhǎng)度、臂架的結(jié)構(gòu)、液壓缸尺寸進(jìn)行確定，通過(guò)傳統(tǒng)的力學(xué)對(duì)臂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。利用ANSYS對(duì)臂架進(jìn)行有限元分析。
5.工作的主要階段
1、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解伸縮臂結(jié)構(gòu)形式和臂架的伸縮原理為下一步打好基礎(chǔ)。
2、通過(guò)了解伸縮臂工作原理，分析比較順序伸縮、同步伸縮、獨(dú)立伸縮三種伸縮方式，確定合理的伸縮臂傳動(dòng)方案，進(jìn)而計(jì)算出伸縮臂各主要性能參數(shù)。
3、對(duì)通過(guò)計(jì)算得出的各伸縮臂性能參數(shù)進(jìn)行分析校核，確定是否合理。
4、利用軟件對(duì)臂架進(jìn)行有限元分析
5、根據(jù)最后確定的參數(shù)對(duì)伸縮臂進(jìn)行裝配。
6.工作進(jìn)度和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)
2009.12.5～2009.1.19 整理收集資料，明確課題任務(wù)，完成開(kāi)題報(bào)告（含文獻(xiàn)綜述），外文翻譯；
2010.3.1～2009.4.1 畢業(yè)實(shí)習(xí)、寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告；
2010.4.1～2009.5.31 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正文：即設(shè)計(jì)計(jì)算，建模編程，調(diào)試程序，繪圖，編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、論文或完成論文結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和撰寫(xiě)論文，提交初稿及修改論文，包括：論文提綱、理論分析及計(jì)算等；
2010.5.31～2009.6.6 整理設(shè)計(jì)（論文）資料，完善并提交設(shè)計(jì)（論文）成果。
7.小結(jié)
通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，希望能基本上掌握了汽車(chē)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)，及其主要的工作原理，并且通過(guò)查閱資料和圖紙，鍛煉了自己繪圖以及識(shí)圖的能力。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，在查閱資料之后，首先確定起重機(jī)伸縮臂的傳動(dòng)方案和臂架的截面，然后對(duì)起重機(jī)主臂所需要設(shè)計(jì)的部分進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得出了三鉸點(diǎn)的位置數(shù)值，各節(jié)臂的長(zhǎng)度值，液壓缸的主要尺寸；并參照QAY50汽車(chē)起重機(jī)的資料，選取截面形狀及尺寸。在上述數(shù)值確定之后，根據(jù)配合關(guān)系進(jìn)行裝配，在經(jīng)過(guò)裝配之后發(fā)現(xiàn)，很多地方出現(xiàn)干涉，從而可以看到，實(shí)際設(shè)計(jì)和裝配整機(jī)，還有著一定距離。
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