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摘要
履帶起重機是一種廣泛應(yīng)用于港口、水電、鐵路及石油化工等大型工程項目中的移動式起重機械，主要由行走驅(qū)動系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及變幅等系統(tǒng)組成。履帶式起重機因存在機動性差的缺點，在小噸位起重機市場上已逐步被汽車起重機所取代，但履帶式起重機相對于汽車起重機具有后者所無法替代的臂長、起重力矩、帶載行駛能力及適應(yīng)惡劣地面的能力等優(yōu)勢，且近年來隨著履帶式起重機的自拆裝功能越來越完善，其工作效率得到大幅度的提高，因此在大噸位的起重機市場中，履帶式起重機得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。
起重機的液壓系統(tǒng)作為履帶起重機的重要組成部分，也隨著履帶起重機技術(shù)和液壓技術(shù)的的發(fā)展而不斷進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：履帶起重機；變幅；驅(qū)動系統(tǒng)
Abstract
Crawler crane is a widely used in ports, utilities, railways and petrochemical and other large projects in the mobile crane, mainly by driving systems, lift systems, Rotary, and the percentage changes and other system components. Track type crane due to exists mobility poor of shortcomings, in small tonnage crane market shàng has gradually was car crane by replaced, but track type crane relative yú car crane has which by cannot alternative of arm long, and lifting torque, and with contains driving capacity and the adapted bad ground of capacity, advantage, and in recent years with track type crane of since disassembly function increasingly perfect, its efficiency get substantially of improve, so in big tonnage of crane market in the, track type crane get widely of development and application.
Crane hydraulic crawler cranes as an important component of the system, also with the development of crawler crane and hydraulic technology and continuous improvement.
Keywords: crawler crane; change; driving system
目錄
第一章 緒論 1
1.1引言 1
1.2履帶式起重機概述 2
1.2.1履帶式起重機的分類 2
1.2.2液壓履帶起重機的發(fā)展概況 2
第二章 履帶起重機的液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計 6
2.1技術(shù)要求 6
2.2履帶式起重機的組成 6
2.3履帶式起重機液壓系統(tǒng)的概述 9
2.3.1起升液壓系統(tǒng) 9
2.3.2行走液壓系統(tǒng) 10
2.3.3回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng) 12
第三章 履帶起重機的液壓系統(tǒng)的回路設(shè)計 15
3.1 起升液壓系統(tǒng)的設(shè)計 15
3.1.1起升液壓系統(tǒng)的設(shè)計及工作原理 15
3.1.2起升液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 16
3.2行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計 19
3.2.1行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計 19
3.3回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的設(shè)計 21
3.3.1回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的設(shè)計 21
3.3.2回轉(zhuǎn)液壓回路的設(shè)計計算 22
3.4變幅液壓系統(tǒng)的設(shè)計 24
3.4.1變幅液壓系統(tǒng)的設(shè)計 24
3.4.2變幅伸縮回路的設(shè)計計算 25
3.5液壓閥的選擇 28
3.6液壓輔助元件選擇 29
第四章 系統(tǒng)各回路性能計算 32
4.1 系統(tǒng)各回路功率計算 32
4.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱驗算 32
4.2.1工作循環(huán)周期T 32
4.2.2油泵損失所產(chǎn)生的熱能H 33
4.2.3油箱散熱量 34
致 謝 36
參考文獻(xiàn) 37
IV
第一章 緒論
1.1引言
履帶起重機是一種廣泛應(yīng)用于港口、水電、鐵路及石油化工等大型工程項目中的移動式起重機械，主要由行走驅(qū)動系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及變幅等系統(tǒng)組成。履帶式起重機因存在機動性差的缺點，在小噸位起重機市場上已逐步被汽車起重機所取代，但履帶式起重機相對于汽車起重機具有后者所無法替代的臂長、起重力矩、帶載行駛能力及適應(yīng)惡劣地面的能力等優(yōu)勢，且近年來隨著履帶式起重機的自拆裝功能越來越完善，其工作效率得到大幅度的提高，因此在大噸位的起重機市場中，履帶式起重機得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。
履帶起重機是將起重作業(yè)部分裝在履帶底盤上、行走依靠履帶裝置的流動式起重機，可以進(jìn)行物料起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)。履帶起重機具有接地比壓小、轉(zhuǎn)彎半徑小、可適應(yīng)惡劣地面、爬坡能力大、起重性能好、吊重作業(yè)不需打支腿、可帶載行駛等優(yōu)點，并可借助更換吊具或增加特種裝置成為抓斗起重機、電磁起重機或打樁機等，實現(xiàn)一機多用，進(jìn)行樁工、土石方作業(yè)，在電力建設(shè)、市政建設(shè)、橋梁施工、石油化工、水利水電等行業(yè)應(yīng)用廣泛。履帶起重機的帶載行駛、臂長組合多、起重性能好、作業(yè)高度和幅度大是其獨有的無與倫比的優(yōu)勢，具有其他起重設(shè)備無法替代的地位。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國家基本建設(shè)的規(guī)模越來越大，需要吊運的物品的質(zhì)量、體積和起升高度都越來越大，履帶起重機愈來愈顯示其優(yōu)越性，市場容量迅速上升，引起了國際知名廠商的關(guān)注，國內(nèi)起重機行業(yè)也興起了履帶起重機開發(fā)熱潮。
自20世紀(jì)40年代液壓技術(shù)已較普遍地用于起重機、機床及工程機械。由于液壓傳動具有功率密度高，易于實現(xiàn)直線運動、速度剛性大、便于冷卻散熱、動作實現(xiàn)較為容易等突出的優(yōu)點，在工程機械中得到了廣泛的應(yīng)用, 使工程機械的作業(yè)精度及發(fā)動機的功率利用率有了顯著提高。
起重機的液壓系統(tǒng)作為履帶起重機的重要組成部分，也隨著履帶起重機技術(shù)和液壓技術(shù)的的發(fā)展而不斷進(jìn)步。
1.2液壓履帶起重機概述
1.2.1 履帶式起重機的分類
履帶式起重機是一種依靠履帶裝置行走的移動式起重機械,在港口、水電、石油化工等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。液壓履帶起重機主要由臂桿部分、機臺、行走、起升和回轉(zhuǎn)部分等組成。由于履帶式起重機具有起重能力相對較大、而接地比壓小,轉(zhuǎn)彎半徑小,可帶載行走以及工況組合高度可自由更換等優(yōu)點,在各種起重作業(yè)中被廣泛應(yīng)用。
一般情況下,可將履帶式起重機分為:全開式液壓履帶起重機、全閉式液壓履帶起重機和開閉式混合液壓履帶起重機三類。以上幾種液壓系統(tǒng)的應(yīng)用范圍各
不相同：一般在中小噸位的起重機中,由于開式系統(tǒng)具有安全性好、可拓展節(jié)能性較好、成本低等優(yōu)勢而得到了廣泛的應(yīng)用;閉式液壓系統(tǒng)具有電氣控制性能好、結(jié)構(gòu)簡單、易于布置等優(yōu)點,但由于其安全性能受電控系統(tǒng)可靠性的限制且應(yīng)用成本較高,該類系統(tǒng)僅在國外一些企業(yè)的大噸位產(chǎn)品中應(yīng)用較廣；目前在國內(nèi)外的大多數(shù)履帶式起重機生產(chǎn)商中,大噸位的履帶起重機多采用開閉式混合的液壓系統(tǒng),即回轉(zhuǎn)等子系統(tǒng)采用閉式,而較為關(guān)鍵的起升系統(tǒng)絕大多數(shù)都采用開式液壓系統(tǒng)。
圖1-1履帶式起重機
1.2.2液壓履帶起重機的發(fā)展概況
我國的履帶式起重機研制工作起于20世紀(jì)80年代,雖然發(fā)展歷程還不足30年,但卻有著極高的發(fā)展速度。2008年,國內(nèi)起重機行業(yè)的總銷量超過30000臺,其中履帶式起重機的總銷量達(dá)到1500臺,同比增長高達(dá)111%之多。近年來,隨著中國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速以及能源、風(fēng)力、高鐵等重大工程項目的紛紛上馬,強勁的市場需求必將引導(dǎo)著中國的起重機行業(yè)朝著大型化的方向發(fā)展。盡管國內(nèi)起重機行業(yè)有著良好的發(fā)展前景,但由于液壓元件和電氣設(shè)計軟件等關(guān)鍵技術(shù)的缺失以及創(chuàng)新能力的不足,己使不少業(yè)內(nèi)人士察覺到了潛藏在起重機行業(yè)內(nèi)的危機。以履帶式起重機為例,不足30年的飛速發(fā)展歷程,在造就國內(nèi)一批知名企業(yè)的同時,也形成了十幾家低水平制造企業(yè)。國內(nèi)履帶式起重機產(chǎn)品不僅科技含量低于國外知名企業(yè),同質(zhì)化問題也較為嚴(yán)重。
除以上內(nèi)部因素之外,起重機行業(yè)外部因素的變化所帶來的影響也不容忽視。隨著國內(nèi)市場的開放,該行業(yè)內(nèi)的眾多國際知名企業(yè),如美國特雷克斯、德國利勃海爾、美國馬尼托瓦克的產(chǎn)品紛紛登陸中國市場,使原本己很激烈的市場競爭變得更加殘酷。這些公司的產(chǎn)品已形成系列化,不僅科技水平含量高于國內(nèi)產(chǎn)品,更是取得了較高的市場占有率。
以上諸多內(nèi)外因素己給我國傳統(tǒng)起重機行業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)。鑒于行業(yè)形勢的緊迫性與嚴(yán)峻性,為了設(shè)計、生產(chǎn)出具有中國特色的高科技含量的產(chǎn)品,提高產(chǎn)品在國內(nèi)甚至國際市場的競爭力,國內(nèi)相關(guān)履帶式起重機企業(yè)紛紛加大技術(shù)研發(fā)投入的比重,進(jìn)行多種技術(shù)路線的突破性嘗試,力爭提高產(chǎn)品科技含量,擺脫以往產(chǎn)品的低價位、低水平、功能滿足型的低端形象。近年來,國內(nèi)履帶式起重機行業(yè)在中小噸位產(chǎn)品上實現(xiàn)了突破,國產(chǎn)品牌的市場占有率較高,更有部分企業(yè)的產(chǎn)品己經(jīng)可以實現(xiàn)批量出口。然而,由于國內(nèi)相當(dāng)一部分企業(yè)在新技術(shù)應(yīng)用上的準(zhǔn)備不足,特別是液壓泵閥等上游產(chǎn)業(yè)工藝質(zhì)量水平的限制,在大噸位產(chǎn)品的市場上,國產(chǎn)產(chǎn)品仍未能實現(xiàn)真正意義上的突破。為此,在新技術(shù)工藝的應(yīng)用、產(chǎn)品性能的提高以及零部件系列等方面取得實質(zhì)性的突破,己成為國內(nèi)企業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。
1.3液壓履帶起重機液壓技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
隨著國家工業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,特別是建筑和安裝施工行業(yè)的發(fā)展,作為主要施工設(shè)備的工程機械在國家建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。由于液壓傳動具有功率密度高,易于實現(xiàn)直線運動、速度剛性大、便于冷卻散熱、動作實現(xiàn)容易等突出優(yōu)點,因而在工程機械中得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計,目前95%以上的工程機械都采用了液壓技術(shù),工程機械液壓產(chǎn)品在整個液壓工業(yè)銷售總額中占40%以上,現(xiàn)在采用液壓技術(shù)的程度己成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要指標(biāo)。最初,為了解決機械司機在回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向時遇到阻力大,速度慢等問題,從而引入了液壓系統(tǒng)。液壓技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個時期:
(l)初期發(fā)展時期 20世紀(jì)40-50年代是工程機械液壓技術(shù)發(fā)展的初期階段。在這一時期,人們只是將簡單的液壓元件和液壓系統(tǒng)應(yīng)用到工程機械上,來解決其它方式比較難以實現(xiàn)的問題(如執(zhí)行器的直線運動等)。這一時期,由于各種條件都不成熟,設(shè)備性能不高,所以整個系統(tǒng)的工作壓力比較低,一般在2-7MPa。
(2)高速發(fā)展時期 工程機械液壓技術(shù)的應(yīng)用在20世紀(jì)60年代進(jìn)入了高速發(fā)展時期。這一時期液壓系統(tǒng)的主要特點是高速、高壓化(系統(tǒng)壓力提高到20MPa)。系統(tǒng)壓力的提高使得液壓傳動功率密度大幅度增加(如液壓泵功率重量比由50年代的1/3kw/kg提高到了2kw/kg),液壓元件的重量明顯下降。液壓技術(shù)的應(yīng)用逐漸由工程機械工作裝置擴(kuò)展到轉(zhuǎn)向系、行走系、傳動系和制動系。在這一時期,人們研制出了全液壓挖掘機和叉車等工程機械。液壓技術(shù)趨于成熟。
(3)重視環(huán)境時期由于泵的工作體積與吸、壓腔的轉(zhuǎn)換會導(dǎo)致容腔壓力急劇變化,而這個變化傳給泵體就形成噪聲。因此,高速、高壓的結(jié)果必然導(dǎo)致噪聲。試驗證明:液壓泵壓力或排量每增加一倍,其噪聲約增加10dB,泵轉(zhuǎn)速每增加一倍,其噪聲約增加6dB,因此液壓系統(tǒng)噪聲限制了液壓傳動功率密度的進(jìn)一步提高。在20世紀(jì)70年代初、中期,工程機械液壓技術(shù)研究主要圍繞降低液壓系統(tǒng)及整機的工作噪聲。
(4)重視可靠性時期由于工程機械大多數(shù)是野外作業(yè)的施工機械,其液壓系統(tǒng)經(jīng)常受到塵埃、振動、高低溫、風(fēng)雨雪、臭氧等的侵襲,造成液壓油污染、引發(fā)故障。據(jù)統(tǒng)計,工程機械液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的最大原因來自于液壓油的污染,約占液壓系統(tǒng)故障的70%一,85%。因此在20世紀(jì)70年代后期,降低工程機械液壓系統(tǒng)污染,提高系統(tǒng)可靠性成為這一時期的主要研究課題。
(5)電子、計算機技術(shù)與液壓技術(shù)相結(jié)合時期進(jìn)入20世紀(jì)80年代,隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,單片機開始運用到工程機械控制中。人們把采用高速開關(guān)閥和步進(jìn)電機拖動的數(shù)字閥的脈寬調(diào)制(PWM)型電液伺服系統(tǒng)和數(shù)字增量控制電液伺服系統(tǒng)應(yīng)用到了工程機械液壓系統(tǒng)上,提高了液壓系統(tǒng)的效率,降低了生產(chǎn)成本。20世紀(jì)90年代,計算機技術(shù)得到了長足的發(fā)展,使現(xiàn)代控制理論在液壓系統(tǒng)中得以運用,促進(jìn)液壓應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展。單片機控制發(fā)動機功率調(diào)節(jié),以及變量泵及變量馬達(dá)的排量調(diào)節(jié),大大提高了液壓履帶起重機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的效率。同時,人們成功研制了智能型液壓履帶起重機,使起重機的作業(yè)精度及發(fā)動機的功率利用率有了顯著提高。計算機技術(shù)在液壓技術(shù)中的應(yīng)用標(biāo)志著
現(xiàn)代工程機械液壓傳動和液壓控制的最高水平。隨著計算機技術(shù)與液壓技術(shù)結(jié)合的不斷發(fā)展,計算機系統(tǒng)在起重機的性能檢測應(yīng)用得到不斷深入。在計算機技術(shù)的應(yīng)用支持下,液壓系統(tǒng)計算機檢測日趨成熟,在液壓系統(tǒng)設(shè)計的過程中所起的作用越來越大。
(6)未來的發(fā)展方向就目前情況看,如果沒有重大的技術(shù)突破和材料工藝革新,液壓技術(shù)將會在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行逐步的優(yōu)化和完善。主要集中在以下幾個方面:第一,減少能耗。目前的重要問題是容積損失和機械損失上,如果能解決這個問題,液壓效率將得到顯著提高。第二,被動維護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃泳S護(hù)。需要從現(xiàn)有的故障拆修轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^計算機控制系統(tǒng)提前發(fā)現(xiàn)隱患,預(yù)先處理,從而避免事故的發(fā)生,降低使用和保養(yǎng)成本。第三,進(jìn)一步深入機電一體化。開發(fā)高集成、智能化,且輕小型的液壓元器件,提高計算機在控制和檢測方面的應(yīng)用,全面提高起重機的安全性和工作效率。
第二章 履帶起重機的液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計
2.1技術(shù)要求
本文主要對履帶起重機的液壓系統(tǒng)的進(jìn)行設(shè)計，其主要技術(shù)參數(shù)如下：
1、履帶式，兩個液壓馬達(dá)分別驅(qū)動兩側(cè)履帶行走
2、剛性機架，剛性懸掛，有轉(zhuǎn)臺
3、最大起重量：50t；最大起升高度：9~50m；臂長：13~52m
4、整機自重：50t
5、行走速度：1.1km/h；起升速度：35m/min；回轉(zhuǎn)速度：2.7r/min
2.2履帶式起重機的組成
如下圖2-1所示,履帶式起重機主要由下列幾部分組成。
圖2-1 履帶式起重機的總體結(jié)構(gòu)
（1）取物裝置
履帶式起重機的取物裝置主要是吊鉤(抓斗、電磁吸盤等作為附屬裝置。
（2）吊臂
用來支承起升鋼絲繩、滑輪組的鋼結(jié)構(gòu),它可以俯仰以改變工作半徑。它直接裝在上部回轉(zhuǎn)平臺上。吊臂可以根據(jù)施工需要在基本吊臂基礎(chǔ)上接長。在必要時,還可在主吊臂的頂端裝一吊臂,擴(kuò)大作業(yè)范圍,這種吊臂稱副臂。
（3）上車回轉(zhuǎn)部分
它是在起重作業(yè)時可以回轉(zhuǎn)的部分包括裝在回轉(zhuǎn)平臺上除吊臂、配重、吊鉤等以外的全部機構(gòu)和裝置。
（4）行走部分
它是履帶式起重機的下部行走部分,是履帶式起重機的底盤,同時也是上車回轉(zhuǎn)部分的基礎(chǔ)。主要有履帶、驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、上托輪、行走馬達(dá)、行走減速箱、履帶張緊裝置、 履帶伸縮油缸等組成。
（5）回轉(zhuǎn)支承部分
它是安裝在下車底盤上用來支承上車回轉(zhuǎn)部分的,包括回轉(zhuǎn)支承裝置的全部回轉(zhuǎn)、滾動和不動的零部件和用來固定回轉(zhuǎn)支承裝置的機架等(不包括四轉(zhuǎn)小齒輪)。
（6）配重
配重是安裝在起重機回轉(zhuǎn)平臺尾部的具有一定形狀的鐵塊,目的是確保起重機能穩(wěn)定地工作。在必要時,這些鐵塊可以卸下后單獨搬運。
(7) 動力裝置
動力裝置即為動力源。在履帶式起重機上,大部分動力裝置為四沖程柴油發(fā)動機。在履帶式起重機上,它把內(nèi)燃機的機械能經(jīng)液壓油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?經(jīng)液壓油管和各種控制閥將液壓能傳給液壓馬達(dá)和液壓油缸,液壓馬達(dá)和液壓油缸再將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能驅(qū)動各工作機構(gòu)。
(8) 機械傳動部分
它把內(nèi)燃機的動力傳遞給液壓油泵,再把液壓馬達(dá)、液壓油缸的液壓能變成機械能,帶動各工作機構(gòu)。機械傳動部分主要由分動箱、減速箱、離合器、卷筒、軸、軸承、滑輪等部分組成。
(9) 液壓傳動系統(tǒng)
主要由液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓油缸、控制閥、液壓油管、液壓油箱等組成。液壓油泵把內(nèi)燃機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?液壓馬達(dá)把液壓能轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū)動各工作機構(gòu)。由于液壓傳動調(diào)速方便,傳動平穩(wěn),操縱輕便,元件體積小,重量輕,具有限速、自鎖功能、總體布置合理等優(yōu)點,在履帶式起重機上被廣泛應(yīng)用。液壓系統(tǒng)可分為三大部分即主油路系統(tǒng)（由主卷、副卷、變幅、左右行走、回轉(zhuǎn)等主要動作油路組成）、伺服油路系統(tǒng)（腳踏先導(dǎo)、手動先導(dǎo)控制及各主卷、副卷、變幅的棘爪剎車等油路所組成）、輔助油路系統(tǒng)（由履帶架伸縮油缸、支腿油缸、A型架升降、回油冷卻等油路組成）。
(10)控制裝置
控制裝置是用以操縱和控制起重機各工作機構(gòu),使各機構(gòu)能按要求進(jìn)行啟動、調(diào)速、換向、停止,從而實現(xiàn)起重機作業(yè)的各種動作?？刂蒲b置主要由操縱桿、控制閥、按鈕、開關(guān)、控制器等組成。
（11）工作機構(gòu)
履帶式起重機的工作機構(gòu)主要包括卷揚機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)等。卷揚機構(gòu)可以實現(xiàn)吊鉤的垂直上下運動;變幅機構(gòu)可以實現(xiàn)吊鉤在垂直平面內(nèi)移動;回轉(zhuǎn)機構(gòu)可以實現(xiàn)吊鉤在水平平面內(nèi)移動。以上三種機構(gòu)的組合,能實現(xiàn)吊鉤在起重機能及范圍內(nèi)的任意運動。
（12） 操縱機構(gòu)
離合器、回轉(zhuǎn)制動、變幅制動、行走制動、鎖止機構(gòu)等由儲能器所儲存的工作油操縱,而儲能器的液壓油由發(fā)動機后部的一個液壓泵控制。從儲能器出來的壓力油被分配給電磁閥、液壓閥和離合器閥,通過操縱操作室中相應(yīng)的控制桿和開關(guān)控制這些閥,從而控制相應(yīng)的機構(gòu)。
（13）電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)可分為主電路、控制電路、監(jiān)測器電路、制動控制電路、力矩限制器電路和自動停止電路等部分。
（14）安全裝置
履帶式起重機上的安全裝置主要是為了履帶式起重機的安全操作。履帶式起重機上的安全裝置主要有:鉤過卷保護(hù)裝置、吊臂過傾保護(hù)裝置、力矩限制器、吊臂角度指示器、卷揚棘抓、變幅棘爪、制動器、回轉(zhuǎn)鎖銷等。
履帶起重機的工作機構(gòu)一般都設(shè)有起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu)。依靠起升機構(gòu)實現(xiàn)重物的垂直上下運動；依靠變幅機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)實現(xiàn)重物在兩個水平方向的移動；依靠行走機構(gòu)實現(xiàn)重物在履帶起重機所能及的范圍內(nèi)任意空間位置運動和使履帶起重機轉(zhuǎn)移工作場所。這四個機構(gòu)是履帶起重機的基本機構(gòu), 本課題主要對該四個機構(gòu)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。
2.3履帶式起重機液壓系統(tǒng)的概述
2.3.1起升液壓系統(tǒng)
履帶式起重機的起升系統(tǒng)的典型組成部分主要包括機械結(jié)構(gòu)、控制單元、液壓子系統(tǒng)等。操作者通過控制單元實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制，而機械傳動結(jié)構(gòu)如減速機等由液壓馬達(dá)來驅(qū)動，減速機輸出的扭矩再通過鋼絲繩與起升滑輪組來傳遞，從而實現(xiàn)對重物的起升控制。
起升液壓系統(tǒng)的形式較多樣化，結(jié)合當(dāng)前起重機市場主流產(chǎn)品的典型液壓系統(tǒng)，依據(jù)系統(tǒng)工作過程中油液循環(huán)方式的不同，可將履帶式起重機的起升液壓子系統(tǒng)化分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)兩大類，下面分別就這兩類基本系統(tǒng)的原理及特點進(jìn)行分析比較。
1.開式系統(tǒng)
當(dāng)前，在國內(nèi)外主流的履帶式起重機的起升液壓系統(tǒng)中，當(dāng)以開式液壓系統(tǒng)的應(yīng)用最為廣泛、最為成熟，圖2-2所示即為典型的開式系統(tǒng)的液壓原理圖。
1.泵 2.主溢流閥 3.液控?fù)Q向閥 4.平衡閥
5.馬達(dá) 6.制動單元 7.先導(dǎo)控制閥單元 8.二次溢流閥
圖 2-2 開式起升系統(tǒng)液壓原理圖
液壓泵一般會采用變量泵，操作者通過操作手柄對液壓泵的輸出流量進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)馬達(dá)的無級變速控制。起升系統(tǒng)的工作選擇通過液控?fù)Q向閥 3 來實現(xiàn)，液控?fù)Q向閥 3 處于左位時系統(tǒng)處于起升工況，右位時系統(tǒng)處于下降工況。在下降工作中，平衡閥 4 用來提供回油阻力，以消耗重物的勢能，從而保證重物的安全下放。
2. 閉式系統(tǒng)
閉式起升液壓系統(tǒng)在履帶起重機產(chǎn)品中也有著較廣地應(yīng)用，此類系統(tǒng)的基本液壓原理如圖2-3 所示。閉式起升液壓系統(tǒng)與開式系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，泵的吸油口與馬達(dá)出油口連通方式的不同，閉式系統(tǒng)中兩者是直接相連的。此外，閉式系統(tǒng)中的液壓變量泵與開式系統(tǒng)的變量泵也有所不同，閉式起升液壓系統(tǒng)的換向工作是由變量泵來實現(xiàn)，這就要求變量泵的斜盤擺角可以擺過零點。 因系統(tǒng)中不可避免的存在泄漏現(xiàn)象，在閉式回路中會設(shè)置有補油泵4和補油向閥3，補油單向閥3可以保證系統(tǒng)自動向低壓側(cè)進(jìn)行補油。為避免換向等操作所形成的
壓力沖擊，在閉式系統(tǒng)中還會設(shè)置有具有安全保護(hù)作用的高壓溢流閥 2，通常在液壓回路的兩側(cè)各設(shè)置有一個高壓溢流閥。
1.變量泵 2.緩沖溢流閥 3.補油單向閥 4.補油泵 5.起升馬達(dá)
圖2-3 閉式起升液壓系統(tǒng)原理圖
在閉式液壓起升系統(tǒng)中，重物的勢能主要依靠發(fā)動機進(jìn)行吸收，同時由于液壓管路的連接形式簡單，閉式起升液壓系統(tǒng)具有傳動效率高、發(fā)熱量小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點。但相對于開式起升系統(tǒng)，由于閉式起升系統(tǒng)對電氣控制系統(tǒng)的性能要求較高，不僅增加了技術(shù)開發(fā)的難度，更是增加了產(chǎn)品成本。
2.3.2行走液壓系統(tǒng)
履帶式起重機在行走機構(gòu)的設(shè)計上較其他類型起重機的行走機構(gòu)獨特，由于它在機械結(jié)構(gòu)上采用了履帶式結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動系統(tǒng)上采用了靜液壓傳動技術(shù)，因此履帶式起重機相對于其他類型的起重機具有承載能力大、接地比壓小以及轉(zhuǎn)彎半徑較小等特點。正因為此，履帶式起重機對惡劣的工作環(huán)境有著很強的適應(yīng)能力，這無疑為履帶式起重機產(chǎn)品保持旺盛市場生命力提供了一個重要籌碼。也正因此，行走驅(qū)動液壓系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，對履帶式起重機來說是非常重要的。
目前行走液壓驅(qū)動系統(tǒng)的類型較多，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外履帶式起重機主流產(chǎn)品中的典型液壓系統(tǒng)，并依據(jù)控制方式的不同，將履帶式起重機的行走液壓系統(tǒng)分為泵控系統(tǒng)以及負(fù)荷傳感系統(tǒng)兩大類，下面分別就這兩類基本系統(tǒng)的原理及特點進(jìn)行分析比較。
對于履帶起重機系統(tǒng)來說，在設(shè)計泵控行走液壓系統(tǒng)時常采用雙泵分別控制的設(shè)計，這種設(shè)計采用的是帶液壓連接的雙泵分功率控制，通常還會具有液壓行程限制功能。圖1.5所示為變量雙泵的原理圖，該類型的泵所采用的控制方式為總功率控制。每個泵分別配有一套獨立的恒功率調(diào)節(jié)裝置，雙泵的恒功率特性曲線通過兩個測量彈簧近似實現(xiàn)，工作壓力借助一個調(diào)節(jié)器3 中多級活塞的測量面作用于測量彈簧，而恒功率值可通過調(diào)整彈簧 2 的預(yù)緊力進(jìn)行設(shè)定。若系統(tǒng)壓力之和超過彈簧力，則恒功率控制閥右位接通，控制油流向變量活塞，泵回擺減少流量，從而實現(xiàn)恒功率控制。在系統(tǒng)壓力為 0 時，泵在控制彈簧的作用下向最大排量方向擺動。
1.變量泵 2.可調(diào)彈簧 3.調(diào)節(jié)器 4.補油泵 5.恒功率控制閥 6.變量缸
圖2-4變量雙泵原理圖
在行走液壓傳動系統(tǒng)中，常采用利用負(fù)載敏感泵與帶壓力補償?shù)谋壤y組成的負(fù)荷傳感系統(tǒng)，其典型液壓原理圖如圖2-5所示。
泵的排量由 LS 閥控制，即流量控制，流量控制通過保證 LS 控制閥兩端的壓差來實現(xiàn)，若壓差發(fā)生變化，流量控制閥閥芯移動，壓力油推動變量活塞改變排量至壓差保持恒定值。
采用負(fù)荷傳感控制的行走液壓系統(tǒng)，能夠使系統(tǒng)流量與負(fù)載壓力無關(guān)，即可用于單個子系統(tǒng)的控制，也可同時控制多個子系統(tǒng)，由于僅使用一個泵源，降低了系統(tǒng)的應(yīng)用成本。但負(fù)載動作受流量飽和的約束，在系統(tǒng)流量不飽和時，若多個執(zhí)行器同時作業(yè)時，其流量超過液壓系統(tǒng)能夠提供的流量，低負(fù)載回路優(yōu)先得到補償，高壓負(fù)載回路的流量可能會出現(xiàn)不足，會影響負(fù)載工作速度，甚至停止。
圖2-5 負(fù)荷傳感系統(tǒng)
目前，采用負(fù)荷傳感技術(shù)的行走液壓系統(tǒng)在國內(nèi)履帶起重機生產(chǎn)商中應(yīng)用相對較多，比如徐工集團(tuán)、中聯(lián)重科等生產(chǎn)商在有關(guān)產(chǎn)品中均采用了此類系統(tǒng)。
2.3.3回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)
履帶起重機在進(jìn)行吊裝作業(yè)時，為能夠?qū)⒌踔匚镞\送到指定位置，通常需要完成兩個動作：一個是吊重物在垂直地面方向上的垂直運動，靠起升系統(tǒng)來實現(xiàn)；另一動作是吊重物在水平方向上的位移，需依靠回轉(zhuǎn)系統(tǒng)來實現(xiàn)。在大噸位的履帶起重機中，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的驅(qū)動是依靠靜液傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)的，由于回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量較大，在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)啟動、換向及制動等工況下通常會引起較大的壓力沖擊，因此，動作的平穩(wěn)性是評價履帶式起重機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。
回轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作時的平穩(wěn)性，主要依靠回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)來保證，因此液壓系統(tǒng)設(shè)計的合理性對回轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作性能起著決定性作用。參照對起升液壓系統(tǒng)的分類方法，依照液體循環(huán)方式的不同，目前，將大噸位履帶式起重機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)劃分為：開式回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)與閉式回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)。
圖2-6所示為典型的開式回轉(zhuǎn)液壓回路的原理圖，此類系統(tǒng)主要由液壓變量泵1、主溢流閥 2、回轉(zhuǎn)換向閥 3、自由回轉(zhuǎn)閥 4、回轉(zhuǎn)緩沖閥 5、制動油缸 6、回轉(zhuǎn)馬達(dá) 7以及液控單元 8 等組成?；剞D(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的工況主要包括回轉(zhuǎn)工況、自由回轉(zhuǎn)工況以及制動工況。
1.變量泵 2.主溢流閥 3.回轉(zhuǎn)換向閥 4.自由回轉(zhuǎn)閥
5.回轉(zhuǎn)緩沖閥 6.制動油缸 7.回轉(zhuǎn)馬達(dá) 8.液控單元
圖2-6 開式回轉(zhuǎn)液壓回路基本原理圖
在回轉(zhuǎn)啟動工況下，變量泵 1 從油箱吸油，液壓油流經(jīng)回轉(zhuǎn)換向閥 3 后驅(qū)動回轉(zhuǎn)馬達(dá) 7，回轉(zhuǎn)馬達(dá)一般為定量馬達(dá)，馬達(dá) 7 的轉(zhuǎn)速由泵的斜盤擺角控制，而馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向則有回轉(zhuǎn)換向閥 3 進(jìn)行控制。 當(dāng)起重機所吊裝重物的垂直方向與起重臂的中心面不在一個平面內(nèi)時，如此時對重物起升，會導(dǎo)致起重機承受較大的側(cè)向力。為避免這種情況的出現(xiàn)，操作者可通過開啟自由回轉(zhuǎn)閥 4，回轉(zhuǎn)機構(gòu)在負(fù)載作用下自由轉(zhuǎn)動，直至吊重物的重力方向與起重機中心面處于同一平面內(nèi)。
當(dāng)操作者選擇制動工況時，回轉(zhuǎn)換向閥 3 先回中位，液壓泵卸荷，由于回轉(zhuǎn)機構(gòu)慣性力較大，系統(tǒng)壓力會突然上升，當(dāng)壓力超過回轉(zhuǎn)緩沖閥 5 的溢流壓力時緩沖閥開啟，從而降低壓力沖擊。隨后制動油缸 6 的活塞外伸，對回轉(zhuǎn)機構(gòu)制動。 開式回轉(zhuǎn)液壓回路具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)散熱性好等特點，此外，近年來國內(nèi)外相關(guān)生產(chǎn)商將開式回轉(zhuǎn)液壓回路與全功率變量技術(shù)相結(jié)合，使系統(tǒng)的工作功率得到提高，節(jié)能效果突出。在此方面，日本的日立住友、神鋼等履帶式重機生產(chǎn)商的產(chǎn)品較具代表性。這一技術(shù)特點近年來逐步被國內(nèi)的生產(chǎn)商所認(rèn)可，如徐州重型機械有限公司以及中聯(lián)重科公司在相關(guān)產(chǎn)品中均應(yīng)用了此類技術(shù)。
閉式回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的技術(shù)在歐美的履帶式起重機生產(chǎn)商的大噸位產(chǎn)品中應(yīng)用較廣泛，如利勃海爾、馬尼托瓦克公司均能夠成熟地掌握閉式回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。閉式回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的基本液壓原理如圖2-7所示，典型的閉式回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)主要由變量泵、回轉(zhuǎn)緩沖閥、自由回轉(zhuǎn)閥、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、制動缸、補油泵以及補油單向閥等組成。閉式回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與閉式起升系統(tǒng)相似，相對于后者增加了自由回轉(zhuǎn)閥，另外在回轉(zhuǎn)緩沖閥的設(shè)計上與后者中的緩沖閥也有所區(qū)別。由于在閉式回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)中，泵的進(jìn)油口與馬達(dá)的回油口直接相連，液壓油是在封閉管路內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，所以能夠有效避免空氣混入油液內(nèi)，同時在結(jié)構(gòu)布置上也較為緊湊，但由于液壓油處于封閉回路內(nèi)，系統(tǒng)散熱條件較差。由于回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量較大，因此閉式回轉(zhuǎn)系統(tǒng)中也不可避免的存在壓力沖擊的問題，但閉式系統(tǒng)的換向和調(diào)速是靠改變泵和馬達(dá)的排量來實現(xiàn)，因此壓力沖擊較開式系統(tǒng)小。
1.變量泵 2.緩沖閥 3.補油單向閥
4.補油泵 5.自由回轉(zhuǎn)閥 6.液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá) 7.制動缸
圖2-7 閉式液壓起升系統(tǒng)的原理圖
不論是閉式還是開式回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)，在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)中普遍存在的技術(shù)難題仍是如何有效地減小系統(tǒng)壓力沖擊，增加系統(tǒng)的微動性以及穩(wěn)定性，這也是各大履帶起重機生產(chǎn)商競相努力的一個重要方向。因此，若想解決以上問題，必須對液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性進(jìn)行深入地研究，只有在充分了解回轉(zhuǎn)系統(tǒng)微動性、穩(wěn)定性的影響因素的基礎(chǔ)上，才能夠?qū)ο到y(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化、提升。
第三章 履帶起重機的液壓系統(tǒng)的回路設(shè)計
3.1 起升液壓系統(tǒng)的設(shè)計
3.1.1起升液壓系統(tǒng)的設(shè)計及工作原理
本文所研究的卷揚液壓系統(tǒng)為具有壓力切斷功能的開式泵控液壓系統(tǒng)。為提高液壓系統(tǒng)工作效率,卷揚系統(tǒng)采用變量泵與變量馬達(dá)組成的雙變量系統(tǒng);為實現(xiàn)卷揚輕載高速和重載低速的功能,系統(tǒng)采用的變量馬達(dá)具有壓力切斷功能。圖3-1所示,開式泵控液壓卷揚系統(tǒng)是由油箱1、主溢流閥2、換向閥3、平衡閥4、變量馬達(dá)5、制動油缸6、二次溢流閥7、控制閥塊8、變量泵9等元件組成。
卷揚液壓系統(tǒng)的實際工況可分為三種:安全靜止工況、起升工況、下落工況?，F(xiàn)結(jié)合圖3-1對各種工況下的液壓系統(tǒng)工作原理分析如下:
1.油箱 2.主溢流閥 3.換向閥 4.平衡閥 5.變量馬達(dá) 6.制動油缸
7.二次溢流閥 8.控制閥塊 9.變量泵
圖3-1起升系統(tǒng)液壓原理圖
安全靜止工況: 該工況的設(shè)計是為了在需要時能夠使重物安全地停留于空中任意位置并無下滑現(xiàn)象產(chǎn)生。當(dāng)控制手柄處于中位時,由于先導(dǎo)控制閥塊8無控制壓力油輸出,制動油缸6在彈簧的作用下迅速動作,推動制動片,對傳動軸進(jìn)行制動;同時由于先導(dǎo)油被切斷,換向閥3的兩個控制口壓力為零,主閥芯在彈簧的作用下處于中位,馬達(dá)B口直接回油;平衡閥4的控制端壓力為零,主閥芯開口關(guān)閉,無液壓油通過,平衡閥4與換向閥3之間的液壓油直接回油箱。通常情況下在制動缸6進(jìn)油管路上會設(shè)置單向節(jié)流閥,其目的是為了實現(xiàn)制動缸的快速伸出與慢速回縮。制動缸活塞快速伸出是為了迅速實現(xiàn)馬達(dá)的制動,快速的停止重物下落;而制動缸活塞慢速回縮則是為了避免二次起升過程中,重物拖動馬達(dá)反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的二次下滑現(xiàn)象。
起升工況:當(dāng)操作者推動手柄,手柄內(nèi)的轉(zhuǎn)角傳感器依據(jù)手柄轉(zhuǎn)角位移的變化來判斷操縱者的意圖并輸出相應(yīng)的脈寬調(diào)制信號。若手柄轉(zhuǎn)角越大,系統(tǒng)認(rèn)定操縱者追求的起升速度越高,輸出的占空比就越大,在該控制信號的控制作用下,變量泵輸出的排量隨轉(zhuǎn)角增大而增大,而馬達(dá)的排量則隨轉(zhuǎn)角的增大而減少。換向閥3在先導(dǎo)控制油的作用下處于左位,變量泵輸出的液壓油經(jīng)換向閥3后流經(jīng)平衡閥4,此時平衡閥處于左位機能,以單向閥的形式參與該工況,壓力油經(jīng)馬達(dá)A口驅(qū)動馬達(dá),從而實現(xiàn)重物的提升。
下降工況:在前面章節(jié)的內(nèi)容中已經(jīng)對下降工況的特殊性進(jìn)行了相關(guān)敘述,當(dāng)操作者推動手柄時,系統(tǒng)對馬達(dá)和變量泵的控制過程與起升工況相同,與起升工況所不同的是,平衡閥以可控液阻的方式參與系統(tǒng)工作過程。下降工況下的換向閥在先導(dǎo)控制油的作用下處于右位,變量泵輸出的液壓油經(jīng)換向閥后流向馬達(dá)B口,同時馬達(dá)B口的壓力油經(jīng)相關(guān)濾清器和阻尼后作用于平衡閥的控制端蓋,當(dāng)B口的壓力達(dá)到平衡閥預(yù)開啟壓力之后,平衡閥主閥芯打開,馬達(dá)A口的壓力油經(jīng)平衡閥后流回油箱,重物的下降速度由變量泵排量、變量馬達(dá)排量以及平衡閥共同決定。
3.1.2起升液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算
1. 卷揚馬達(dá)的選擇
(1) 卷揚卷筒力矩
式中：F1—卷揚單繩最大拉力 F1=36KN;
Dj1—鋼繩4層卷繞時的卷筒直徑
dj1——鋼絲繩直徑，dj1＝21mm
ηj—卷筒機械效率,由Dj1/ dj1=31查《起重機設(shè)計手冊》P91表8-7得
ηj =0.99
(2) 卷揚馬達(dá)扭矩
式中：i1—卷揚減速器速比，i1=36.5
η1—馬達(dá)至減速器輸出端機械效率，η1=0.93
(3) 卷揚馬達(dá)排量
式中：ΔPM1馬達(dá)進(jìn)出口最大壓差，
ηM1m卷揚馬達(dá)機械效率，ηM1m=0.95
(4) 卷揚馬達(dá)型號
選取定量軸向柱塞馬達(dá)A2FM107。
馬達(dá)性能參數(shù)為：
排量 106.7cm3/r
額定壓力 40 Mpa
最大壓力 45 Mpa
允許轉(zhuǎn)速 3000 r/min
沖洗閥 流量 5.8 l/min,壓力 2.5 Mpa
2.卷揚泵的選擇
（1）卷揚卷筒的轉(zhuǎn)速
式中：V1—卷揚單純最大速度，V1=110m/min
（2）卷揚馬達(dá)轉(zhuǎn)速
（3）卷揚馬達(dá)流量
式中：ηM1V—卷揚馬達(dá)容積效率，ηM1V=0.95;
（4）卷揚泵輸出流量
此時為主副卷揚泵聯(lián)合供油，不計管路泄露，則總流量為
式中：QB2—副卷揚泵流量，
（5）卷揚泵排量
式中：nB1—卷揚泵工作轉(zhuǎn)速，nB1=2760rpm
ηB1V—卷揚泵容積效率，ηB1V=0.95
（6）卷揚泵的型號
查《液壓元件手冊》P161 表，選取軸向柱塞雙向液控變量泵A4V71EL2.0，控制方式為EL即先導(dǎo)電液比例控制雙向變量和壓力切斷，帶有一輔助泵和雙向緩沖補油閥。
性能參數(shù)為：
最大排量 71cm3/r
額定壓力 40Mpa
最大壓力 45Mpa
允許轉(zhuǎn)速 3200r/min
先導(dǎo)壓力變化范圍 0.6～1.8 Mpa
3.2行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計
3.2.1行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計
液壓驅(qū)動行走系統(tǒng)的動力傳遞方式為分置式結(jié)構(gòu)，即動力箱帶動左、右變量泵，經(jīng)左右液壓馬達(dá)后傳遞到減速裝置，再經(jīng)減速后驅(qū)動左右履帶使機器行走。其整個動力傳遞路線如圖3-2所示。
圖3-2 液壓驅(qū)動行走系統(tǒng)傳動路線
系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速為無級調(diào)速，可正，反向運轉(zhuǎn)，具有剎車制動功能，雙輪驅(qū)動，兩個驅(qū)動輪可獨立工作實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)速要實現(xiàn)無級調(diào)速則需有無極調(diào)速回路，根據(jù)工作要求選擇了容積調(diào)速回路來實現(xiàn)無級調(diào)速，具體采用了伺服變量泵，通過高速液壓泵來高速系統(tǒng)的速度，從而實現(xiàn)無極調(diào)速的目的；采用伺服變量 泵同時也實現(xiàn)了正、反轉(zhuǎn)，通過調(diào)整伺服閥既可以控制泵輸出油路的正、反向；系統(tǒng)的剎車功能的實現(xiàn)則需要設(shè)置剎車缸，勃勃剎車缸和馬達(dá)的作用來實現(xiàn)系統(tǒng)的制動，為保證剎車缸無供油時依然有效，剎車必須能夠自鎖，以保證安全。兩個驅(qū)動輪獨立工作則必須設(shè)置兩個單曲的驅(qū)動系統(tǒng)。
圖3-3所示為履帶式工程機械液壓驅(qū)動行走系統(tǒng)，它是由雙向伺服變量柱塞泵和定量柱塞液壓馬達(dá)以及隨動閥等組成。是一個閉式液壓系統(tǒng)，采用了變量泵容積式無級調(diào)速。根據(jù)閉式回路的特點，這個液壓傳動系統(tǒng)除了完成工作所必需的主油路（由變量泵和定量馬達(dá)組成）外，還有與泵一起設(shè)置的輔助泵和由它組成的輔助低壓回路以主冷卻回路等。輔助泵通過單向閥向主油路低壓區(qū)補油；一路經(jīng)手動伺服閥調(diào)節(jié)主泵斜盤傾擺角度；還有一路是經(jīng)溢流閥通入主泵和液壓馬達(dá)殼體，最后經(jīng)冷卻器回油箱，對工作中的泵和液壓馬達(dá)進(jìn)行冷卻。
為了完成對左右履帶的控制，在主油路中設(shè)置了手動伺服閥。它是由主泵斜盤伺服液壓缸的隨動閥與主泵斜盤伺服液壓缸配合控制其排油量，它經(jīng)常與主泵制成一體。工作中，可根據(jù)行走需要操作此閥的手柄，實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)速度的調(diào)節(jié)。此閥的操作手柄從中間位置向左，右操作方向和幅度，相應(yīng)確定主泵的斜盤方向和傾擺角角度，決定主泵的排油方向和排油流量，從而通過液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)換去控制履帶驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。因為左右驅(qū)動回路獨立，這樣，兩邊回路進(jìn)行統(tǒng)一控制，既可聯(lián)動實現(xiàn)車輛的前進(jìn)、后退及相應(yīng)的速度改變，又可分別動作，實現(xiàn)不同半徑的轉(zhuǎn)向或原地轉(zhuǎn)向。因為屬于隨動控制，主泵的流量變化是連續(xù)的，因而可以實現(xiàn)對行走系統(tǒng)的無級調(diào)速。
1-變量柱塞泵 2-輔助泵 3-濾油器 4-手動伺服閥 5 冷卻器
6-單向閥 7-梭閥 8 二位四通換向閥 9-液控?fù)Q向閥 10-溢流閥
11-順序閥 12-定量柱塞液壓馬達(dá) 13-卷揚馬達(dá)14-剎車缸
圖3-3 履帶式起重機液壓驅(qū)動行走系統(tǒng)簡圖
在主回路中，為了保證閉式傳動系統(tǒng)的正常工作，還設(shè)置了兩個安全閥，一個梭閥和一個低壓溢流閥組成的集成閥塊，安裝在液壓馬達(dá)上。兩個安全閥可以防止主回路在任意一個方向超載時過載溢流及液壓制動時過載補油用，并可以起制動作用。梭閥確保工作時給主油路低壓油路提供一個溢流通道，并有低壓溢流閥保持低壓區(qū)壓力，可以改善泵的及入性能，防止氣蝕現(xiàn)象和空氣滲入系統(tǒng)，同時也使其加入冷卻油路。冷卻回路可使冷卻油帶走液壓馬達(dá)在工作時產(chǎn)生的熱量，保證液壓馬達(dá)的正常運轉(zhuǎn)。其油路由輔助泵供給。制動回路主要由換向閥，液壓缸和一個順序閥組成，不公可以保證系統(tǒng)在工作時的制動，也可以在系統(tǒng)停止工作時自鎖，保證安全。制動回路的供油由輔助泵提供。
3.2.1行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計
1.馬達(dá)的選擇
(1)行走的扭矩
式中: F2—最大拉力，F(xiàn)2=28KN;
Dj2—直徑
dj2——鋼絲繩直徑，dj2 ＝17mm
ηj—卷筒機械效率,由Dj2/ dj2= 25查《起重機設(shè)計手冊》P91表8-7得
ηj =0.987
(2) 馬達(dá)的扭矩
式中: i2—減速器速比, i2=51.4
η2—馬達(dá)至減速器輸出端機械效率, η2=0.93;
(3)馬達(dá)排量
式中: ΔPM2—馬達(dá)最大工作壓差
ηM2m—馬達(dá)機械效率, ηM2m =0.95(以下同);
(4)馬達(dá)的型號
查《曼勒斯曼公司液壓元件手冊》P295 表，選取德國曼勒斯曼公司(以下同)生產(chǎn)的定量軸向柱塞馬達(dá)A2FM32,其性能參數(shù)為:
排量 32.0 cm3/r;
額定壓力 40 Mpa;
最大壓力 45 Mpa;
允許轉(zhuǎn)速 4750r/min;
沖洗閥 流量3.1 l/min,壓力 2.5Mpa。
2.泵的選擇
(1) 轉(zhuǎn)速
式中: V2—最大速度 V2=50m/min
(2)馬達(dá)轉(zhuǎn)速
(3)馬達(dá)輸入流量
式中: ηM2V—副卷揚馬達(dá)容積效率, ηM2V =0.95
(4) 泵輸出流量
不計管路泄露
(5) 泵的排量
式中: nB2—副卷揚泵工作轉(zhuǎn)速 2300r/min
ηB2V—油泵容積效率，ηB2V＝0.95
(6)泵的型號
查《曼勒斯曼公司液壓元件手冊》P161 表，選取軸向柱塞雙響液控變量泵A4V56EL1.0，控制方式為EL即先導(dǎo)電液比例控制雙向變量和壓力切斷，帶有一輔助泵和雙向緩沖補油閥。
性能參數(shù)為：
最大排量 56cm3/r
額定壓力 40 Mpa
最大壓力 45 Mpa
允許轉(zhuǎn)速 3400r/min
先導(dǎo)壓力變化范圍 0.6～1.8Mpa
3.3回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的設(shè)計
3.3.1回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的設(shè)計
對回轉(zhuǎn)機構(gòu),要求工作時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、無沖擊,幾個機構(gòu)同時工作時,其他機構(gòu)不能影響回轉(zhuǎn)機構(gòu)的速度和扭矩。目前在起重機上常用的回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)有共泵供油回路和單泵供油回路。小噸位履帶起重機上,常把和回轉(zhuǎn)機構(gòu)不同時工作的機構(gòu)(如小負(fù)載安裝用油缸等)合用一個泵供油,稱共泵供油回路。單泵供油回路系統(tǒng)分為單泵供油開式回路和閉式回路。這種回路由單獨一個液壓泵作為回轉(zhuǎn)機構(gòu)的動力源,形成一個與獨立液壓回路,從根本上避免與其他執(zhí)行回路的交涉,從而充分確?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)工作的獨立性,使其流量和壓力平穩(wěn),執(zhí)行機構(gòu)動作穩(wěn)定,不受其它機構(gòu)工作的影響。開式回路如圖3-4所示,它是通過換向閥來切換回轉(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)向。
液壓履帶起重機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)由于其主機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量大,起制動沖擊載荷大易形成液壓沖擊等特點,最早使用了閉式回路系統(tǒng)。本次設(shè)計的50t履帶起重機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)采用此原理,如圖3-5單泵閉式回路系統(tǒng)所示。變量泵1)提供液壓動力和流量,從而實現(xiàn)馬達(dá)的運轉(zhuǎn)和速度的變化,通過改變泵的斜盤傾角變化,實現(xiàn)油液流向和流量的變化(省去了換向閥)。由于目前液壓部件制作的工藝問題,系統(tǒng)內(nèi)泄不可避免,為了補償系統(tǒng)損失,一般情況下主系統(tǒng)都配有補油泵7),并同時為控制主泵斜盤擺角變化的油缸提供動力。補油壓力根據(jù)系統(tǒng)損失和壓力由溢流閥4)設(shè)定,補油壓力約為0.5MPa?；剞D(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的壓力由溢流閥5)設(shè)定,回來溢流閥3)在系統(tǒng)受到因沖擊載荷引起的壓力沖擊和波動時起緩沖及泄壓的作用。電磁換向閥8)具有控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)進(jìn)、出油口通斷的功能,從而實現(xiàn)上車機臺的左右回轉(zhuǎn)。
1-馬達(dá) 2.補油緩沖閥 3.換向閥 4.溢流閥 5.主泵 6.背壓閥 7.吸油濾油器 8回油濾器
圖3-4 單泵供油開式回路原理圖
1.主泵2.泵控制閥3.緩沖閥4.補油溢流閥5.溢流閥6.漣芯
7.補油泵8.自由滑轉(zhuǎn)閥9.馬達(dá)10.制動器
圖3-5 單泵供油閉式回路
3.3.2回轉(zhuǎn)液壓回路的設(shè)計計算
1. 回轉(zhuǎn)馬達(dá)的選擇
（1）回轉(zhuǎn)馬達(dá)阻力矩
式中：MHmax—回轉(zhuǎn)總阻力矩，MHmax=104KN.m;
i—回轉(zhuǎn)減速器速比，i=1423.08;
η—回轉(zhuǎn)機械傳動效率，η =0.90
（2）回轉(zhuǎn)馬達(dá)的排量
式中：ΔPM3—回轉(zhuǎn)馬達(dá)工作壓差，
ηM3m—回轉(zhuǎn)馬達(dá)機械效率，ηM3m=0.95
（3）回轉(zhuǎn)馬達(dá)的型號
查《液壓元件手冊》P295 表，選取定量軸向柱塞馬達(dá)A2FM28
馬達(dá)性能參數(shù)為：
排量 28cm3/r
額定壓力 40 Mpa
最大壓力 45 Mpa
允許轉(zhuǎn)速 4750r/min
沖洗閥 流量2.5L/min，壓力2.5 Mpa
2. 回轉(zhuǎn)油泵的選擇
（1）馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速
式中：nH—回轉(zhuǎn)速度，nH=0～1.5r/min,取nHmax=1.5r/min
（2）回轉(zhuǎn)馬達(dá)流量
式中：ηM3V—回轉(zhuǎn)馬達(dá)容積效率，ηM3V=0.95
（3）回轉(zhuǎn)油泵的輸出流量
不計管路泄露
（4）回轉(zhuǎn)油泵排量
式中：nB3—回轉(zhuǎn)油泵工作轉(zhuǎn)速，nB3=2760r/min;
ηB3V—回轉(zhuǎn)油泵容積效率，ηB3V=0.95
（5）回轉(zhuǎn)油泵的型號
查《液壓元件手冊》P161 表，選取軸向柱塞雙向液控變量泵A4V40EL1.0，控制方式為EL即先導(dǎo)電液比例控制雙向變量，帶有一輔助泵和雙向緩沖補油閥。
性能參數(shù)如下：
排量 40cm3/r
額定壓力 40 Mpa
最大壓力 45Mpa
允許轉(zhuǎn)速 3700r/min
沖洗閥 流量2.5L/min，壓力2.5 Mpa
3.4變幅液壓系統(tǒng)的設(shè)計
3.4.1變幅液壓系統(tǒng)的設(shè)計
變幅系統(tǒng)液壓回路一般由一個或兩個油缸、平衡閥、主副溢流閥和多路閥等組成。在這一整套基本獨立完整的液壓回路結(jié)構(gòu)中,平衡閥安裝在油缸下部,使變幅油缸平穩(wěn)下降,并防止油缸下沉,因此平衡閥與油缸連接油管一定要采用高壓鋼管,以防軟管破損老化造成吊臂突然下跌。當(dāng)變幅油缸伸出時,變幅角度增大,跨距減小,起重量增大。變幅油缸縮回時情況相反。
履帶式起重機變幅系統(tǒng)液壓原理圖3-6所示:
圖中,排量80rec/min的泵為變幅系統(tǒng)工作的壓力源,排量100rec/min的泵為多路閥、平衡閥等提供控制壓力。R閥是回路中的主安全閥,在系統(tǒng)壓力過高時進(jìn)行泄荷以保護(hù)回路;PC閥是分流閥,當(dāng)提供的油液超出系統(tǒng)需要時進(jìn)行分流;SC閥是一個定差減壓閥,其進(jìn)行壓力補償,保證多路閥兩端壓力差為一個定值;三位五通換向閥用來控制變幅缸的動作,其在中位時P口與A口斷開,B口油液回油箱,變幅缸保持不動,左位時進(jìn)行減幅動作,吊臂被支起,右位時增幅,吊臂落下;平衡閥裝于增幅過程中的回油路中,其通過開口度的變化來控制油液的流速,起鎖緊和限速作用,從而使變幅動作平緩;PR閥既可用于增幅時的補油閥,也可用于減幅時的溢流閥;先導(dǎo)閥部分為控制部分,通過手柄來控制變幅動作。
1一泵 2一主溢流閥 3一分流閥 4一壓力補償閥 5一多路閥 6一溢流閥
7一平衡閥8一變幅油缸
圖3-6變幅系統(tǒng)液壓原理圖
3.4.2變幅伸縮回路的設(shè)計計算
1. 變幅油缸的選擇
（1）無桿腔油壓作用面積
式中：F1—變幅油缸最大軸向阻力，F(xiàn)1=1320KN;
P—變幅油缸最大工作壓力， P=28Mpa;
（2）無桿腔缸徑
查《袖珍液壓氣動手冊》P259表9-7得：D=200mm;A=314.16 cm2，無桿腔油壓作用面積； d=140mm，活塞桿徑；A0=160.22 cm2為有桿腔油壓作用面積；
2. 變幅油路
（1）變幅油缸平均伸縮速度
式中：S—變幅油缸工作行程，S=2842mm；
t1—升臂變幅時間，t1=60sec
（2）變幅油缸平均輸入流量
式中：ηV—油缸容積效率，ηV=1則雙缸流量為
（3）油泵輸出流量
式中：ηLV—管路容積效率，ηLV =0.95
3. 伸縮油缸的選擇
（1）無桿腔油壓作用面積
式中：FⅠ、FⅡ、FⅢ—第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級油缸的最大軸向反力 ，
FⅠ=1190KN，F(xiàn)Ⅱ=700KN，F(xiàn)Ⅲ=450KN；
P—各級液壓缸的工作壓力，均選P=28Mpa;
（2）無桿腔缸徑
4.伸縮油路
（1）伸縮缸平均伸出速度
式中：S1，S2 ，S3—Ⅰ缸，Ⅱ缸，Ⅲ缸工作行程，S1=S2= S3 =8000mm；
t1—全程伸出時間，t1=162s
（2）伸縮缸平均輸入流量
Ⅰ缸輸入流量
Ⅱ缸輸入流量
Ⅲ缸輸入流量
式中：ηV—油缸容積效率，ηV=1
平均輸入流量：
（3）液壓泵輸出流量
（4）滿足變幅伸縮時油泵的輸出流量
（5）液壓泵的排量
式中：nB4—油泵工作轉(zhuǎn)速，nB4 = 2300 r/min；
ηB1V—油泵容積效率，ηB1V = 0.95
（6）液壓泵的型號
查《曼勒斯曼公司液壓元件手冊》P137 表，選用軸向柱塞變量泵A2FO125，控制方式為LRDS即恒功率控制，壓力切斷和負(fù)載感應(yīng)控制。
性能參數(shù)如下：
最大排量 125.0 cm3/r
額定壓力 40Mpa
最大排量時的轉(zhuǎn)速 45 Mpa
泵出口和負(fù)載的壓力差 1.4～2.5 Mpa
此泵的性能已滿足支腿回路需求了，本機支腿回路也采用此泵。
3.5液壓閥的選擇
1.卷揚合流閥
該閥由主閥和先導(dǎo)電磁閥組成，主閥為三位二通液控閥，額定壓力為32 Mpa，閥口最大流量56cm3/r，電磁換向閥，額定壓力31.5 Mpa，公稱流量12L/min，該閥機能為三位六通常閉型。
2.先導(dǎo)比例閥
用于控制主副卷揚泵，回轉(zhuǎn)油泵的先導(dǎo)電液比例閥有三套，選取曼內(nèi)斯曼公司生產(chǎn)的4TH6T型先導(dǎo)比例閥，最大輸入壓力5 Mpa，回油壓力小于0.3 Mpa，先導(dǎo)流量16 L/min，負(fù)載壓力損失為2.2 Mpa。該閥通過手動比例電壓控制閥操縱，可控制兩組執(zhí)行元件獨立動作并可實現(xiàn)手柄45°擺動時執(zhí)行元件的復(fù)合動作。
用于控制變幅伸縮多路閥的動作的先導(dǎo)電液比例閥有一套，選國產(chǎn)的CSDY6（射流式力反饋伺服閥），供油壓力范圍2.1～31.5Mpa，額定供油壓力21Mpa，額定流量2～45