隨車起重運輸車舉升機構設計帶開題報告.zip,起重,運輸車,舉升機,設計,開題,報告 隨車起重運輸車舉升機構設計 隨車起重運輸車舉升機構設計 摘 要 隨車起重運輸車（crane truck），它是通過液壓系統(tǒng)作用來完成舉升和搬運貨物的裝置，它一般和專門設計的專用汽車一起連接。起重機具有操縱性好、易轉(zhuǎn)移、既可以運輸又可以起重、資源利用率高、較便宜等優(yōu)點。 因為具有優(yōu)秀的靈活性以及可以提升貨物并的優(yōu)點，隨車起重運輸車現(xiàn)已經(jīng)被廣泛用于轉(zhuǎn)移貨物、土木工程、電力、現(xiàn)場操作、石材工業(yè)、救援等不同方面，如果再安裝附加設備的話，還可用再其他很多不同的領域發(fā)揮巨大的作用。伴隨著科技的不斷進步以及研究的不斷發(fā)展，隨車起重運輸車將會在未來更多不同的領域大放異彩。 本次設計主要針對的設計內(nèi)容是舉升機構尺寸的計算、強度校核以及液壓裝置的設計與計算。通過查閱資料發(fā)現(xiàn)目前市面上最為常見的徐工集團生產(chǎn)的起重機，所以本次設計通過計算與調(diào)研選用的也是徐工集團生產(chǎn)的起重機，液壓系統(tǒng)是整個起重機不可或缺的一部分，非常重要，所以本次設計也對液壓系統(tǒng)完成了相關的分析與計算設計。最后完成舉升機構的設計后還要完成對機械臂的強度校核，看其是否滿足要求。設計出能舉起 2300kg 的滿足強度要求和標準的新型舉升機構。 關鍵詞：起重裝置；液壓裝置；舉升機構 II ABSTRACT Lift trucks, or truck cranes for short, are equipment that lifts, turns, and lifts goods by means of hydraulic jacking and telescopic systems. They are usually mounted on trucks.The advantages of truck-mounted cranes are good maneuverability and rapid transfer. They can integrate hoisting and transport functions, improve resource utilization, and are much cheaper than car cranes. With the unique advantages of being able to lift, load, and be flexible, truck-mounted lift trucks are widely used for cargo handling in transportation, civil construction, power, telecommunications, field operations, stone industry, and docks. , rescue and long-distance transfer of goods, after the installation of additional devices, it can also be used for bridge maintenance, high overhead lines and testing operations. With the increasing scale of national infrastructure, the role of truck-mounted crane trucks in the lifting and transport industry and field operations will also increase. In this design, the design, calculation, selection and verification of the lifting mechanism, and the design and calculation of the hydraulic device are mainly performed. The crane used was the finished product produced by Xuzhou Construction Machinery Group Co., Ltd. The selection of the crane was completed through calculation, and the design, calculation and selection of the hydraulic device were also completed. Then the upper and lower arms of the entire lifting mechanism were checked for safety. Key Words：Lifting device；Hydraulic device；Lifting mechani 隨車起重運輸車舉升機構設計 目錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1 舉升機構研究現(xiàn)狀 1 1.2 發(fā)展趨勢 1 1.3 本次設計的主要內(nèi)容 2 2 隨車起重運輸車舉升機構的設計 3 2.1 總體方案的設計與分析 3 2.1.1 起重機的選擇 3 2.1.2 參數(shù)選擇 3 2.2 工作速度 4 2.3 舉升機構的設計與結構特點 4 2.4 回轉(zhuǎn)機構的設計 6 2.5 本章小結 7 3 液壓裝置的參數(shù)選擇與計算 8 3.1 液壓傳動系統(tǒng)的概述 8 3.2 液壓傳動系統(tǒng)的說明與分析 8 3.3 液壓傳動系統(tǒng)的設計 9 3.3 本章小結 15 4 隨車起重運輸車舉升機構穩(wěn)定性校核 16 4.1 材料的選擇 16 4.2 對上臂進行受力分析 16 4.3 下臂截面尺寸的確定 20 4.4 本章小結 25 5 結論 26 參 考 文 獻 27 附錄 1：外文翻譯 28 附錄 2：外文原文 31 致謝 34 1 緒論 1.1 舉升機構研究現(xiàn)狀 舉升機構的功能是懸掛和攜帶物體。目前隨車起重運輸車的舉升機構分為直臂式和折臂式。此次的設計選擇是一種折臂式舉升機構。與直臂式相比，它主要具有不占用車廂空間，適用于空間和狹窄空間的優(yōu)點。 直臂式產(chǎn)品的特點是：臂架為五角形，全功率伸縮，轉(zhuǎn)臺以三個支點固定在機架上[1]。當在不平坦的道路上行駛時，這種支撐可以支撐起重機。日本車架上的扭轉(zhuǎn)應力還配備有舉升機構，該舉升機構具有軸向柱塞馬達的高起動轉(zhuǎn)矩，從而保證容易損壞貨物的平穩(wěn)起升，并且其支腿可以完全伸展或半伸展。而美國的舉升機構還有各種安全裝置，如振幅指示器，重量顯示器，過卷報警器和吊鉤安全止動銷。德國懸臂的橫截面為矩形，由高強度鋼制成。結的數(shù)量是 2-4 節(jié)。它可以安裝 1-2 個吊臂。臂架折疊并存放在主臂的側(cè)面。回轉(zhuǎn)機構有兩種齒條和回轉(zhuǎn)齒輪。后者由抗剪滾珠軸承和由低速高轉(zhuǎn)矩電機驅(qū)動的小齒輪組成[1]。 國內(nèi)的起重車舉升機構研制生產(chǎn) SQ 系列伸縮臂式和折臂式舉升機構，并擴展為多功能折臂式舉升機構，形成 1-20 噸的系列產(chǎn)品。舉升機構作業(yè)工具已不再局限于吊鉤， 各種高空作業(yè)平臺、夾具、籃筐、螺旋推運器、板叉、輪胎安裝機器人、打樁機等逐漸被采用[1]。長沙理工大學汽車與機械工程學院完成了隨車起重運輸車舉升機構參數(shù)化系統(tǒng)研發(fā)。利用 VB 語言對 SolidWorks 的二次開發(fā)實現(xiàn)，先要在 VB 集成環(huán)境中，完成有關類型庫的引用，通過 ActiveX Automation 訪問 SolidWorks 提供的主要對象。在 VB 編輯器中修改宏程序，利用尺寸驅(qū)動原理，通過尺寸參數(shù)值的變化來生成結構相同而參數(shù)不同的零件族使用SolidWorks 的API 對象對基本臂的驅(qū)動尺寸進行更改獲得新的草圖，并建立實體特征即可創(chuàng)建了另一個節(jié)臂的三維模型[2]。 1.2 發(fā)展趨勢 隨著科學技術的進步和發(fā)展，隨車起重運輸車的舉升機構目前正在朝裝配起重機發(fā)展，該起重機由液壓系統(tǒng)操作，可與多種液壓附件如叉、鉆、夾，而且支架可以完成更復雜、完整的操作和完整的功能，適用于包括各種復雜操作在內(nèi)的許多工作情況下的折疊臂升降機構的開發(fā)。舉升機構正朝向高性能、結構簡單、價格低廉、工作輔助時間少、操作高度和幅度隨時可變的方向發(fā)展。 9 1.3 本次設計的主要內(nèi)容 本次設計主要是對起重裝置的設計、計算、選型和校核及液壓系統(tǒng)的設計、計算等。主要內(nèi)容如下所示。 （1）舉升機構機械臂，整體布置的設計； （2）液壓系統(tǒng)各個液壓缸尺寸計算與設計以及液壓泵的選擇； （3）上、下機械臂的尺寸計算； （4）上、下機械臂的強度校核； （5）舉升機構整體與各主要零部件的三維圖形與裝配圖形繪制； 2 隨車起重運輸車舉升機構的設計 2.1 總體方案的設計與分析 2.1.1 起重機的選擇 起重機的重要組成部分有上臂、下臂、起重臂、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機構等零件。根據(jù)查閱《專用汽車》設計第二版，本次設計的隨車起重運輸車舉升機構最大起 升質(zhì)量選擇為 2300kg，現(xiàn)目前市面上最為常見的為徐工集團所生產(chǎn)的起重機，經(jīng)過查閱資料和調(diào)研本次設計選擇 SQ2SA1Q 型起重機。本次設計所選擇的起重機參數(shù)如表 2.1 所示。 表 2.1 起重機參數(shù) 2.1.2 參數(shù)選擇 本次設計的參數(shù)的選擇非常重要，參數(shù)的選擇會影響設計的舉升機構所能達到的工作程度，參數(shù)的選擇應該嚴格按照設計所需要達到的要求。 (1)起重量 起重量直額能被吊起的物體或被移運物體的最大質(zhì)量。本次設計選擇 2300kg 為最大起升質(zhì)量。 (2)起升高度 起升高度指能被吊起的物體所能達到的最大高度。本次設計選取 6300mm 為最大起升高度。 (3)幅度 幅度指舉升機構工作時吊鉤到回轉(zhuǎn)中心的距離。本次設計所選取的最大幅度與最小幅度如下所示。 最小幅度為：3500mm 最大幅度為：4000mm 2.2 工作速度 工作速度的設計同樣需要根據(jù)設計的舉升機構所要達到的工作速度來確定。主要內(nèi)容如下： 2.2.1 起升速度 貨物起升速度與許多要素相關，比如起重量、起升高度等要素。但是過分的提高起升速度將會增大動載荷，反而會降低整體的工作效率，所以要選擇適當?shù)钠鹕俣取? 本次設計選取 0.3m/s 為起升速度。 2.2.2 回轉(zhuǎn)速度 回轉(zhuǎn)速度會受到切向慣性力的影響，如果回轉(zhuǎn)速度過高的話，將會增加法線的垂直方向的受力，從而造成與預期相反的結果。 本次設計選取 2.5r/min 為回轉(zhuǎn)速度。 2.2.3 變幅速度 折疊臂式的舉升機構，舉升機構的變幅速度是工作時的角度的改變的速度，一般小于 12°/s。 本次設計選取 10°/s 為變幅速度。 2.3 舉升機構的設計與結構特點 如圖 2.1 為折疊臂式隨車起重運輸車整車圖。 本次設計主要是舉升機構部分，包括支架、下節(jié)臂、上節(jié)臂、伸縮液壓缸、伸縮臂、折疊液壓缸、回轉(zhuǎn)機構。 2.3.1 起重臂 起重臂是舉升機構的重要組成部分，折疊式的起重臂起重能力較大。本次設計如圖 2.2 所示。 2.3.2 下節(jié)臂  圖 2.2 舉升機構的起重臂 下節(jié)臂的作用是可以通過不同的連桿配置，能自動調(diào)整外傾角、前束角以及使后輪獲得一定的轉(zhuǎn)向角度。本次設計如圖 2.3 所示。 2.3.3 上節(jié)臂 圖 2.3 舉升機構的下節(jié)臂 上節(jié)臂是舉升機構的第三級傳力部件，上節(jié)臂安裝在下節(jié)臂上，另一端與伸縮臂相連。本次設計如圖 2.4 所示。 2.4 回轉(zhuǎn)機構的設計  圖 2.4 舉升機構的上節(jié)臂 在操作過程中，要將貨物運輸?shù)街贫ǖ攸c，離不開回轉(zhuǎn)運動的作用。 因此設計的舉升機構必須可以進行回轉(zhuǎn)運動。所以在設計的時候，把起重臂的下端設計成可以和回轉(zhuǎn)機構齒條嚙合的齒輪。當左邊的液壓缸進油時候，右邊的液壓缸排油的時候，將機架向右推，帶動主臂逆時針轉(zhuǎn)動; 當右液壓缸進入機油時，左液壓缸排油， 然后推動機架向左移動并順時針驅(qū)動主臂。本次設計選擇的是齒輪齒條式回轉(zhuǎn)機構。本次設計如圖 2.3 所示： 圖 2.5 折疊式起重臂的回轉(zhuǎn)機構 2.5 本章小結 介紹了本次設計所采用的液壓系統(tǒng)的工作原理、工作特點、起重機選擇，方案說明，設計分析，結合了市場上現(xiàn)有的徐工生產(chǎn)的 SQ2SA1Q 型起重機以相關數(shù)據(jù)、方案得出本次設計的方案分析報告。通過大量收集舉升機構資料，初步確定最大起升質(zhì)量為 2300kg 的 SQ2SA1Q 型起重機。本次設計選擇的是齒輪齒條式回轉(zhuǎn)機構。本章設計主要是舉升機構部分，包括下節(jié)臂、上節(jié)臂、回轉(zhuǎn)機構。 3 液壓裝置的設計 3.1 液壓系統(tǒng)的組成 液壓系統(tǒng)是用液體作為工作介質(zhì)傳遞壓力，以實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)變。首先是液壓泵發(fā)揮作用將系統(tǒng)產(chǎn)生的動力也就是機械能轉(zhuǎn)化成為液壓能，再通過液壓系統(tǒng)的其他裝置裝置再將工作介質(zhì)所攜帶的液壓能轉(zhuǎn)化成為機械能，使起重機的舉升機構裝置能夠正常工作。本次設計的液壓傳動系統(tǒng)由五個以下部分構成： （1）動力部分—液壓泵。將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗堋? （2）執(zhí)行部分—液壓缸等。將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)槌蓹C械能。 （3）控制部分—可以控制系統(tǒng)中油液的流動方向、流量、或壓力的裝置。 （4）輔助部分—其他裝置。 （5）工作介質(zhì)—液壓油。為了滿足整個系統(tǒng)的工作需求，工作介質(zhì)必須要保證它的不可壓縮性和流動性。除此之外，還必須具有合適的粘度和合適的的粘溫特性。 3.2 液壓系統(tǒng)的工作原理 3.2.1 液壓系統(tǒng)的說明 液壓系統(tǒng)工作原理為首先是液壓泵發(fā)揮作用將系統(tǒng)產(chǎn)生的動力也就是機械能轉(zhuǎn)化成為液壓能，再通過液壓系統(tǒng)的其他裝置再將工作介質(zhì)所攜帶的液壓能轉(zhuǎn)化成為機械能，使舉升機構裝置能夠正常工作。本次設計液壓傳動系統(tǒng)如圖 3.1 所示。 液壓油在 13 號液壓泵的作用下獲得動力，隨后進入分配閥 14 和 5 中。Ⅰ-Ⅴ滑閥 此時處于中立位置，然后工作介質(zhì)液壓油頂開 16 號溢流閥，然后液壓油再經(jīng)過漏斗式濾清器 10 再流回液壓油箱 11。 通過控制滑閥Ⅳ來控制分配閥 5，控制液壓油進入 7 號液壓缸，以此來控制工作裝置進行不同的工作。 通過控制Ⅴ、液壓缸 8 可以使舉升機構完成升起動作或靠被舉升貨物的重力和活 塞桿的自身重力下降或著保持一定的高度。為了防止液壓系統(tǒng)過載，所以將安全閥 15 調(diào)到設定的壓力。安全閥是舉升機構的舉升質(zhì)量限制器。 3.2.2 液壓系統(tǒng)的優(yōu)點 圖 3.1 隨車起重運輸車液壓傳動系統(tǒng) 液壓傳動與其他傳動形式相比較，有以下特點： （1）相比較于其他傳動形式，在同等功率條件下液壓系統(tǒng)傳動體積更小，重量更輕， 靈活性更高。 （2）相比較于其他傳動形式，在同等功率條件下液壓系統(tǒng)傳動的傳遞過程更加均勻、平穩(wěn)， （3）相比較于其他傳動形式，在同等功率條件下液壓系統(tǒng)傳動的操作更加的簡單、方便，也更加的標準。 3.3 液壓傳動系統(tǒng)的設計 3.3.1 液壓缸的選型計算 設計液壓缸的時候，必須要充分考慮設計的要求以及預計達到的工作效果，以此為基礎來計算和設計液壓缸的結構和主要尺寸。 （1） 驅(qū)動液壓缸尺寸計算 ①液壓缸內(nèi)徑 D 的計算 計算公式： D = 3.57 ′10-2 （3.1） D --液壓缸的內(nèi)徑 F --液壓缸的推力 P --由設計要求可得選定工作壓力為 16MPa 19 Fh = G × (1) 2 × S + F1 × S  （3.2） 式中 G --上臂的重力,查閱資料取為 1500 N [3] S --上臂的長度，為 4300mm[3] F1--舉升機構最大起重力，由表 2.1 可得為 23000 N h h --最大起重力矩，由表 2.1 可得為 4.2TM 可得： F = 24315N 所以 D = 3.57 ′10-2 = 0.054m （3.3） 根據(jù)《機械設計手冊》的標準值，取為： D = 65mm ② 活塞桿直徑d 的計算  d = D  （3.4） 式中 d --活塞桿的直徑( m); D --液壓缸的直徑( m); j--速度比 查閱資料可得液壓缸速度比一般有 1.46、1.33、1.25 和 1.15 幾種 本次設計取 1.46，查閱《機械設計手冊》可得: 又因為 D = 65mm 所以可得：d=36.4mm 查閱《機械設計手冊》 取標準值 d=40mm。 ③液壓缸行程 S 的計算 d = 0.56D 查閱資料當上臂的活塞伸出量為最大的時候是上、下臂的夾角為1350 [4]時。 計算如下所示：  L = 1.25 m 又因為 S=0.5L 所以取 S=625mm ④液壓缸相關的結構尺寸的計算 1）缸筒的壁厚的計算 d3 d--液壓缸缸筒厚（m）； py D 2[s]  (3.5) py --試驗壓力（MPa）；取 py = 1.25 p ，即 py = 1.25 p = 1.25 ′16 = 20MPa D --液壓缸內(nèi)徑（m）； [s]--剛體材料的許用應力（ MPa ），取[s]= 100MPa 。代入，得： d= 20MPa ′ 65mm = 6.5mm 2 ′100MPa 所以缸筒壁厚為 6.5mm。 2）缸體外徑的計算 D1 = D + 2d D1 = 65 + 2 ′ 6.5 = 78mm 查《機械設計手冊》取得 D1 為 105mm。 （2）起伏液壓缸尺寸 與起伏液壓缸計算方法相同，計算過程在此省略。 1）液壓缸的內(nèi)徑 D 取 D=50mm 2) 活塞桿直徑d 取 d=26mm 3) 液壓缸行程 S S=860mm 4) 液壓缸相關的結構尺寸： 缸筒壁厚 d= 18mm 缸體外徑 D1=86mm。 （3）伸縮液壓缸尺寸 1）液壓缸內(nèi)徑 D 取 D=30mm 2)活塞桿直徑d 取 d=18mm 3) 液壓缸行程 S S=750mm 4) 液壓缸相關的結構尺寸： 缸筒壁厚 d= 16mm 缸體外徑 D1=62mm。 3.2.2 液壓泵的計算與選擇 1 ) 油泵工作壓力 P  P = Fmax 106 A  MPa （3.6） 式中 Fmax——油缸最大起重力，N； A——油缸橫截面積，m2。 2 ) 油泵理論流量QT Q = 60V L/min （3.7） T hnt 式中 V——油缸最大工作容積（ m3 ），按下式計算： V=（ Smax - S0 ） 式中 Smax 、S0 、D 的單位均是 m； pD2 ′ 103 4  L （3.8） t——起重時間，查閱資料取得t ≤ 20s ； hn——液壓泵容積效率hv = 0.85 ~ 0.9 。 3) 油泵排量 q  q = QT ′103 n  ml / r （3.9） 式中 QT ——油泵理論流量 L/min； n——油泵額定轉(zhuǎn)速 r/min。 4) 油泵的功率 N  N = PQn W ht  （3.10） 式中 P——油泵最大工作壓力，Pa； n Q ——油泵額定流量， m3/s ； ht ——油泵總效率，ht =0.8； W——油泵總功率，KW 按以上各式算出 P、QT 、ht 、W 后，根據(jù)計算結果選擇出設計所需要的油泵。 5) 油泵選型確定 液壓缸工作容積 V： V = (Smax - S0 ) pD 2 4 ′103 = 0.625 ′ p′ 0.1052 4 = 5.41L （3.11） 油泵流量QT ： QT  = 60V hnt  = 60 ′ 5.41L = 18.03L/min 0.9 ′ 20s  （3.12） 速度比 i 選擇為 1.25 舉升機構工作時發(fā)動機轉(zhuǎn)速： ne = 2200r/min 油泵的轉(zhuǎn)速 n 計算如下： 油泵的流量 q 計算如下： n = ne i = 2200 = 1760r/min 1.25 （3.13） q = QT ′103 = 18.03′1000 = 10.25mL/r （3.14） n 1760 綜合以上各式計算結果，選取齒輪泵為CB_Fc10型。CB_Fc10型此輪泵參數(shù)如下所示： 額定流量： q = 10.44 mL/r > 10.25 mL/r 符合要求 額定壓力： Pn = 14MPa 額定轉(zhuǎn)速： n = 1800r/min > 1760 r/min ，滿足要求功率 N： N = PnQn ht 本次設計整體設計完成后如圖 3.3 所示 = 6.4KW 圖 3.3 隨車起重運輸車舉升機構 3.3 本章小結 本章主要是對工作所需要的液壓系統(tǒng)進行了選擇、計算，并且對相關的元件進行了計算與設計，保證所設計的系統(tǒng)能夠維持穩(wěn)定工作，從而使舉升機構正常工作。計算結果如下： 驅(qū)動液壓缸的相關尺寸： 液壓缸內(nèi)徑 D =65mm ， 活塞桿直徑 d =40mm，液壓缸行程 S =625mm，缸筒壁厚 d= 6.5mm ，取液壓缸外徑為 105mm。起 伏液壓缸的相關尺寸：液壓缸內(nèi)徑 D =50mm，活塞桿直徑 d =26mm，液壓缸行程 S=860mm，缸筒壁厚 d= 18mm ，取液壓缸外徑為 86mm。伸縮液壓缸的相關尺寸： 液壓缸內(nèi)徑 D =30mm，活塞桿直徑 d =18mm，液壓缸行程 S =750mm，缸筒壁厚 d= 16mm，取液壓缸外徑為 62mm。選取齒輪泵型號為 CB_Fc10 型。 4 隨車起重運輸車舉升機構穩(wěn)定性校核 4.1 材料的選擇 根據(jù)查閱資料：現(xiàn)目前舉升機構的主要材料為Q235鋼，取鋼板的厚度為t = 4mm 。其屈服強度σs = 235MPa ，查機械設計手冊的，對于塑性材料可取n=1.2 ~ 2.5可得安全 系數(shù)n = 1.3[4]。 許用正應力[σ] = σs n = 235 = 180.76MPa ； 1.3 許用切應力[t] = [s] = 180.76 = 104.36MPa ； 3 3 4.2 上臂的受力分析 上臂工作到水平位置時，此時的上臂受力最大。 G1—上臂自重 G—上下臂總重 FBy— B點剪力 圖4.1 上臂剪力圖與彎矩圖 圖中數(shù)據(jù)以及圖形皆為MATLAB生成，剪力圖中17.22KN會在后續(xù)計算中用到。取上臂自重G1 = 350kg ′ 9.8 = 3.43KN G = (100 + 200) ′ 9.8 = 2.02KN 通過幾何關系可得： EF 2 = BF 2 + BE 2 - 2BE ?BFcos35o EF 2 = 3272 +14002 - 2 ×1300 ×306 ×cos35o EF = 124mm BF 2 = BE 2 + EF 2 - 2BE ?EFcosθ cosθ = 0.986 sinθ= 0.165 對B取矩： l = BE sin θ = 1400 ′ 0.175 = 237.5mm FE · l = G1 · BC + G ·（BC + 350） 2 （4.1） 由以上各式可以得到： FE = 188KN FBX = FE cos θ = 188 ′ 0.986 = 176KN FEy = FE sinq= 29KN FBy = 29 - 7.84 - 2.94 = 18.22KN 4.2.1 上臂的截面尺寸的計算 有兩種方法可以來計算上臂的臂高[5]： 按結構質(zhì)量[5]最小時來計算的話，計算公式如下: h = （ 4.2 ） 式中： M max 為梁的最大彎矩； gn 為梁的厚高比； [s]許用正應力； 按強度條件[5]來計算的話，計算公式如下: H = （4.3） 式中：W 為抗彎截面系數(shù)； t 為梁的厚度。 本設計中選取的計算方法是按強度條件的計算方法。 由圖4.1可以得到最大的剪力為17.22，查閱資料得n=1.3[5] 最大彎矩M max = 17.22 ′1.3 = 22.4KN · m 上臂所需抗彎截面系數(shù)：W = M max [s] = 22.4 ′103 176.69 ′106  = 0.00013m3 由公式（4.3）得：H = = 0.6W （上下臂厚度都為t） （4.4） t 把計算所得的截面系數(shù)W = 0.00013m3 和t = 4mm代入上式（4.4）得可得上臂高： H = H = 140mm h = H - 2t 由上式可得： h = 132mm 型鋼[6]的抗彎截面系數(shù)：W =  BH 3 6H  bh3 - 6H  （4.5） （4.6） 把b = B - 2t、W、H、h 代入上式可得： 0.00013 = 可得上臂梁的寬度： B = 245mm b = B - 2t = 238mm B ′ 0.143 6 ′ 0.14 - (B - 0.008) ×0.1323 6 ×0.14 4.2.2 上臂的強度校核 上臂梁的尺寸確定后應對其進行強度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性效核,不滿足條件時應對前面選擇的數(shù)據(jù)進行修改。 BE段的正應力計算公式為σ = FBX A 梁的截面積：A = BH - bh 由BE段正應力計算公式可得 A = 0.0287 - 0.026 = 0.0027m2 F BX= 166KN （4.7） （4.8） 綜上所訴可計算出最大正應力為s= F 166 ′103 N 0.0027 ? S * m2 = 61.5MPa ￡ -[s] 滿 足 。 BE段所受的切應力計算公式為τ= Q Z （4.9） 2I Z ?t BE截面的最大靜矩的計算公式為S * = A y - A y  （4.10） Z 1 1 2 2 由上式可得： S *  = 0.205 ×0.14 0.14 - 0.197 ×0.132 0.132 × × Z 2 2 Z S * = 0.000293m3 BH 3 - bh 3 Z軸慣性矩[8]計算公式為 I Z = （4.11） 12 再由上式可以得到： IZ = 9 ′10-6 m4 圖4.3 上臂的截面圖 17.22′103 ′0.000293 29 綜上所訴可求得上臂梁的最大切應力τ = 2′0.004′9′10-6 = 70.1MPa￡[τ]滿足。 上臂梁的局部穩(wěn)定性校核： b = 197 ≈  1.49 ≈  強度最大，所以符合要求。 h 上臂梁整體穩(wěn)定性校核：W = A 求。 132 13′10-5 ≈ 0.0027  0.28mm在(0.2 ~ 0.3)B 之間，所以符合要 4.3 下臂截面尺寸的計算 4.3.1 下臂的受力分析 下臂工作到水平位置時上下臂受力情況如圖4.4所示是,此時下臂受力最大，由此來計算梁的受力情況。 圖4.4 上下臂工作位置狀態(tài)一 Fax A點水平受力 Fay A點剪力 7.84和2.94皆為臂的自重[9] AH = 718mm ， AG = 1200mm ， 通過幾何關系可得： HG 2 = AG 2 + AH 2 - 2 AG · AHcos45o HG = 859mm AH 2 = AG 2 + HG 2 - 2 AG · HGcosθ cosθ = 0.8 力矩： l = AG · sinq= 720mm 對A點取矩得: sin θ = 0.6 720F = 7.84 4646 + 7.84 ×4646 - 7.84 5150 cos 75o + 2.9（4 4646 - 5150cos75o - 350） 1 × 2 × 2 F1 = 80.7KN FAy = F1 · sinq- 2.94 - 2 ′ 7.84 = 29.8KN FAX = F1 cosq= 64.56KN 如圖4.5所示，對B點取矩： 力矩 L = 1300 sin φ = 1300 ′ 0.165 = 214.5mm 214.5F = 7.84 5150 sin15o + 2.94 ×5150 sin15 o × 2 2 F2 = 42.6KN 圖中數(shù)據(jù)及圖形皆由MATLAB得到，其中29.8KN下面計算中用到 F = F - F cos84.5o - F cosq BX AX 2 1 FBX = -4.1KN F = F - F - F sin 84.5o - 7.84 By 1y Ay 2 FBy = -34.56KN 式中： FAy A點剪力； F1y G點剪力； 4.3.2 下臂的截面尺寸的計算 最大彎矩： M1max = 29.8′1.2 = 35.76KN · m M 2 max = 31.62 ′ 0.306 = 9.7KN · m 抗彎截面系數(shù)的計算公式為W = M1max [s] = 35.76 ′103 176.69 ′106 = 0.0002m3 按照強度條件下的計算公式可得： H 0 = = （上下臂厚度都為t） 因此把計算所得的截面系數(shù)W = 0.0002m3 和t = 4mm 代入上式得： 可得下臂高 H 0 = H 0 = 150mm h0 = H 0 -2t （4.12） h0 = 142mm b0 = B0 - 2t, W, H0 , h0 B H 3 型鋼的抗彎截面系數(shù)[8] W = 0 0 6H 0 b h3 - 0 0 6H 0  （4.13） B ×0.153 (B - 0.008) ×0.1423 把b0=B0-2t、W、H0、h0代入上式： 0.0002 = 0 - 0 綜上，下臂梁的寬度： B0 = 168mm b0 = B0 - 2t = 159mm 6 ×0.15 6 ×0.15 4.3.3 下臂的強度校核 下臂梁的尺寸確定后應對其進行強度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性效核,不滿足條件時應對前面選擇的數(shù)據(jù)進行修改。 下臂梁的正應力計算公式為s= FAX A 梁的截面積： A = 0.03285 - 0.02996 = 0.0029m 2 F AX= 64.56KN （4.14） 綜上述所述可求的下臂梁的最大正應力σ = 合要求。 64.56 ′103 N 0.0029 m2 = 22.3MPa ￡ -[s] 符 Z Q 下臂截面所受切應力[9]t= F · S *  （4.15） 2IZ · t 下臂截面最大靜矩[10] S * = A y - A y （4.16） Z 1 1 2 2 由上式可得： S *  = 0.219 ×0.15 0.15 - 0.211 ×0.142 0.142 × × Z 2 2 Z S * = 0.000337m3 計算Z軸慣性矩 [11]  B H 3 - b h3 IZ = 0 0 0 0 12  （4.18） Z 代入數(shù)據(jù)可得： I = 14 ′10-6 m4 綜上所訴可求得下臂梁的最大切應力 τ = 31.62 ′103 ′ 0.000337 2 ′ 0.004 ′14 ′10-6 = 95.1MPa ￡ -[t] 符合設計要求。 下臂梁的穩(wěn)定性校核結果為： b = 211 ≈ 1.49 ≈  強度最大，符合設計要求。 h 下臂梁的穩(wěn)定性校核結果為W = A 求。 4.4 本章小結 142 15′10-5 ≈ 0.0029  0.22mm，在（0.2-0.3）之間，滿足要 本章計算了上，下梁臂的相關尺寸，并查閱相關資料選擇了合適了材料，在通過受力分析與計算等對舉升機構的上下梁臂進行了強度校核，使其能夠達到要求，滿足標準。最后計算結果如下所示： 上臂外徑寬度B=245mm，內(nèi)徑寬度b=238mm； 下臂外徑寬度B=168mm，內(nèi)徑寬度b=159mm； 校核結果如下： 上臂梁的最大切應力滿足要求； 下臂梁的最大切應力滿足要求； 5 結論 本次設計主要完成了以下內(nèi)容：首先介紹了舉升機構的相關的概念，然后介紹了舉升機構的國內(nèi)和國外的不同的研究現(xiàn)狀以及近況，然后選擇了符合設計要求的起重機。此外還根據(jù)設計要求設計了液壓系統(tǒng)線路圖，最后對舉升機構的穩(wěn)定性及各項基本性能參數(shù)進行了校核，保證其能達到設計的要求。 截止目前，本次設計大部分已經(jīng)完成。最終結果如下所示： 液壓缸參數(shù)：驅(qū)動液壓缸的相關尺寸：液壓缸內(nèi)徑 D =65mm，活塞桿直徑 d =40mm，液壓缸行程 S =625mm，缸筒壁厚 d= 6.5mm ，取液壓缸外徑為 105mm。起 伏液壓缸的相關尺寸：液壓缸內(nèi)徑 D =50mm，活塞桿直徑 d =26mm，液壓缸行程 S=860mm，缸筒壁厚 d= 18mm ，取液壓缸外徑為 86mm。伸縮液壓缸的相關尺寸： 液壓缸內(nèi)徑 D =30mm，活塞桿直徑 d =18mm，液壓缸行程 S =750mm，缸筒壁厚 d= 16mm，取液壓缸外徑為 62mm。選取齒輪泵型號為 CB_Fc10 型。臂梁參數(shù)： 上臂外徑寬度B=245mm，內(nèi)徑寬度b=238mm； 下臂外徑寬度B=168mm，內(nèi)徑寬度b=159mm； 校核結果如下： 上臂梁的最大切應力滿足要求； 下臂梁的最大切應力滿足要求； 參 考 文 獻 [1]王鳳萍,孫影,鄭漪.國內(nèi)外隨車起重機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].工程機械,2004(02):33-35+2. 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Kovalenko.Necessity of taking crack resistanc e into consideration in designing and building the units of truck-mounted cranes.S pringer Journal,2013 [17] Anonymous.Liebherr truck-mounted crane provides travelling benefits.ProQuest,201 4 [18] Thomas Berry.The truck-mounted shovel and dragline.ProQuest,2013 附錄 1：外文翻譯 隨車起重裝置的結構與設計 相對傳統(tǒng)的舉升機構,該舉升機構只采用了液壓缸,使液壓系統(tǒng)的管路簡單,控制方便,液壓系統(tǒng)的可靠性高,且安裝方便。上述的分析與計算,為該機構建立了結構與性能等參數(shù)間的數(shù)學關系。有關推銷與套筒間的摩擦與磨損,套筒導槽角和翻轉(zhuǎn)角度與舉升高度的適應性等問題,將有待進一步的分析研究和結構發(fā)。 隨車起重裝置在國外稱為隨車吊 。本文按國家標準稱其為隨車起重裝置。一輛安裝了隨車起重裝置的廂式貨車在貨物運輸中, 不僅顯示其防雨防塵的專有功能,而且在貨物的裝卸方面實現(xiàn)了機械化。 1 隨車起重裝置的發(fā)展 隨車起重裝置的發(fā)展, 在國外大體上可分為四個時期。第一代產(chǎn)品產(chǎn)生于本世紀 30 年代末, 其特點主要是單缸舉升, 而欄板翻轉(zhuǎn)靠手動, 起升質(zhì)量為500kg 左右, 欄板(又稱載物平臺) 觸地傾角9°～ 10°。目前, 這種產(chǎn)品在東南亞、日本仍在使用, 90 年代, 還在美國得到了新的發(fā)展。第二代產(chǎn)品產(chǎn)生于50 年代初的歐洲市場, 在第一代產(chǎn)品的基礎上增加了翻轉(zhuǎn)關門油缸。舉升與翻轉(zhuǎn)分別由二個獨立油缸實現(xiàn)。最常見的是四只油缸的型式, 也有雙缸的。起升質(zhì)量在500 kg 以上, 載物平臺觸地傾角10°, 翻轉(zhuǎn)動作憑操作者經(jīng)驗控制。該種產(chǎn)品目前主要用于美洲及東南亞地區(qū)。第三代產(chǎn)品產(chǎn)生于70 年代末的歐洲市場, 是在第二代產(chǎn)品的基礎上增加第五只油缸。這只油缸在液壓系統(tǒng)中主要起相對位置的記憶功能, 使載物平臺觸地、離地的翻轉(zhuǎn)動作不再由操作者控制而由液壓系統(tǒng)本身控制, 從而使升降過程相對平穩(wěn)與安全。觸地傾角一般為8°～ 10°。若兼作廂門用, 因平臺尺寸增大, 傾角也可能小于8°。目前該類產(chǎn)品普遍用于歐美地區(qū)。第四代產(chǎn)品產(chǎn)生于90 年代初, 其液壓系統(tǒng)及功能原理同第三代產(chǎn)品, 只增加了記憶油缸的尺寸, 使記憶動作的范圍進一步增大。它不同于第三代產(chǎn)品的關鍵在于其載物平臺增加特殊結構, 由一體改為兩體活動聯(lián)接, 使平臺觸地后不僅能自動翻轉(zhuǎn), 而且有一個下沉的動作, 使觸地傾角達到6°, 甚至在6以下。目前該產(chǎn)品在荷蘭、南斯拉夫和中國已申請了實用新型發(fā)明專利。國內(nèi)已有定型產(chǎn)品投放市場。從操作性能、安全可靠性等使用效果上, 第四代產(chǎn)品將逐漸取代了第二、三代產(chǎn)品。而第一代產(chǎn)品, 由于其結構簡單, 重量輕, 雖然技術含量低, 但具有便于維修等優(yōu)點, 在發(fā)展中國家將仍有一定的市場。隨車起重裝置在國內(nèi)的發(fā)展只是近十幾年的事情。1985 年原郵電部從日本進口了一批裝有隨車起重裝置的廂式車。此后, 由漢陽專用汽車研究所、湖北汽車配件廠和郵電部明水通信機械廠三家合作進行了國產(chǎn)化研制開發(fā), 歷時兩年多, 卻因多種原因而未能投入使用。1988 年初, 郵電部明水通信機械廠組織技術人員, 繼續(xù)研制。在北京市郵政局的大力協(xié)助下, 經(jīng)過近四年的努力, 產(chǎn)品質(zhì)量日漸趨于穩(wěn)定。國產(chǎn)化產(chǎn)品早期用汽車發(fā)動機作為動力。1992 年實現(xiàn)以汽車蓄電池作為液壓泵站的驅(qū)動力。1992 年以后, 隨車起重裝置因國內(nèi)廂式車的發(fā)展而開始發(fā)展起來, 技術水平也逐漸向國際靠近。據(jù)目前了解的情況, 國內(nèi)生產(chǎn)欄板起重裝置的企業(yè)包括明水郵電通信設備廠等至少有5 家, 產(chǎn)品結構型式有單缸、四缸、五缸及90 年代初的美國技術及最新型的五缸技術。盡管在產(chǎn)品結構形式上, 國際上的四代產(chǎn)品均在國內(nèi)都有生產(chǎn), 但就其發(fā)展而言, 仍處于起步階段。國內(nèi)市場的擴展, 還需要間與機遇。從時間上講可能不會太久, 從品種上講, 短時期內(nèi)將仍是以多種型式并存, 但最終可能是單缸產(chǎn)品和五缸產(chǎn)品為主。 2 隨車起重裝置的基本原理 隨車起重裝置的品種雖多,但其基本原但其基本原理卻是相同的,即平行四連桿機構的平行移動原理實際應用中, 是兩組平行的四連桿機構,分置于汽車縱梁兩側(cè), 同步動作, 而DCE 即為上文所說的載物平臺(欄板)。設計時,須解決以下三個問題:BC桿轉(zhuǎn)動的動力; BC桿轉(zhuǎn)動動力的作用點及作用形式;CD 桿在C 點觸地后, 必須有一個繞D 點轉(zhuǎn)動動作,以便E端觸地,方便貨物裝卸。 2.1 動力系統(tǒng) 隨車起重裝置在發(fā)展初期為汽車發(fā)動機通過取力器帶動油泵驅(qū)動。由于工作時發(fā)動機需要怠速運轉(zhuǎn), 現(xiàn)已很少采用。目前基本都采用微型液壓泵站驅(qū)動, 以汽車電瓶為動力源。微型泵站的基本構成有直流電動機(與汽車電瓶電壓匹配)、控制閥、齒輪泵、組合閥體(溢流、單向節(jié)流) 以及油箱、電機啟動開關、控制開關等。根據(jù)汽車電瓶電壓不同, 直流電機有12 V、24 V 兩種, 功率根據(jù)起重量不同有018 kW、110 kW、112 kW、115 kW、2 kW、3 kW 等。齒輪泵根據(jù)油缸數(shù)量(主要是液壓流量) 和液壓系統(tǒng)工作壓力選擇, 排量有1 m l、112 m l、116 m l、210 m l、215 m l、410 m l 多種規(guī)格, 齒輪泵最大輸出壓力可達25M Pa。液壓泵站國際產(chǎn)品的質(zhì)量已很穩(wěn)定, 國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量稍差, 主要是電磁閥質(zhì)量不過或體積偏大。 2.2 動力傳遞形式及作用點 動力均靠液壓油經(jīng)過壓力系統(tǒng)由油缸傳遞到B C 桿上。油缸數(shù)量和安裝位置不同, 以及采取的D C 桿的轉(zhuǎn)動方式的差異, 其動力傳遞的路線也不同。a1 單缸對中前置。鉸鏈B 為一長轉(zhuǎn)軸, 兩平行四連桿機構安裝于軸的兩端, 軸的中間連一轉(zhuǎn)臂, 接油缸活塞桿端, 油缸另一端固定于支架上, 力的傳遞為: 油缸→轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)軸→B C 桿, 工作過程如圖2。b1 單缸對中后置。油缸位于兩四連桿機構的中間位置, 兩四連桿的B C 桿 在中間用橫梁固定連為一體, 梁中間與油缸活塞桿聯(lián)接, 油缸另一端與支架聯(lián)接。c1 四缸及五缸型式。五缸結構中的第五缸是液壓記憶缸, 在液壓回路中, 只參與載物平臺觸地后平臺的翻轉(zhuǎn)動作, 而不參平臺升降, 其基本結構與四缸相同。四缸結構中B C 桿均為油缸, 這是不同于單缸的區(qū)別。 2.3 CD 桿的轉(zhuǎn)動 CD 桿的轉(zhuǎn)動, 四缸與五缸型式依靠油缸的收縮實現(xiàn), 單缸對中后置式, CD 桿無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)動(但可在最高位置實現(xiàn)翻轉(zhuǎn), 因結構較復雜, 在此不作介紹) ; 對于單缸對中前置式, 是以B C 桿的結構改變實現(xiàn)的。實際設計中,A D 桿也需要作一定的技術處理才能滿足要求。另外還要注意一點,D CE 只在D 點鉸接, 其它型式為D、C 兩點鉸接。 3 隨車重裝置技術參數(shù)的確定 隨車起重裝置的技術參數(shù)主要有: 額定起升質(zhì)量、升降行程、升降速度、桿件尺寸、平臺尺寸、電動機工作電壓及功率、齒輪泵排重(額定輸出流量)、控制閥型式及數(shù)量和油缸的缸徑及工作行程、額定工作壓力等。一般情況下, 設計開始時已知的參數(shù)為地板距地高度、電瓶電壓及容量、汽車縱梁間距及縱梁高度和汽車后懸尺寸等。已知參數(shù)是進行設計的基本依據(jù)。 34 附錄2：外文原文 Steeplechase lifting device structure and design Lifting Gear steeplechase and design of the structure of the lifting mechanism is relatively traditional, the tail plate lifting mechanism using only a single fuel tank, so that the hydraulic system of the pipe is simple, convenient control and high reliability of the hydraulic system, and and ease of installation. The above analysis and calculation of the institutions such as the structure and properties of the mathematical relationship between parameters. To promote inter-related with the sleeve of the friction and wear, the sleeve guide groove angle and flip angle and a high degree of adaptability, such as lifting will be subject to further research and the analysis of the structure of hair[17]. Lifting Gear steeplechase vehicle movements in foreign countries as the rear door (end plate), its installed in the car named after the tail. In this paper, according to na