1、1 南昌航空大學航空制造工程學院大學生科研創新項目研究報告項目名稱 汽車起重機主臂設計 項目負責人 班 級 專 業 機械設計制作及其自動化 聯系電話 電子郵件 指導教師 填表日期 2011 年 11 月 28 日 航制學院機械設計制造及其自動化系航制學院機械設計制造及其自動化系 制制二 0 一一年九月2項目名稱（中文）汽車起重機主臂設計項目名稱（英文）the boom design of truck crane項目實施時間起始時間：2011 年 11 月 完成時間：2011 年 12 月姓名年級專業聯系電話e-mail簽字項目負責人080311機械設計制造及其自動化080311機械設計制造及其

2、自動化080311機械設計制造及其自動化申請人或申請團隊成 員一、申請理由一、申請理由（包括自身具備的知識條件、自己的特長、興趣、已有的實踐創新成果等）寒窗十幾載，為的就是將來有朝一日學有所成，能夠為社會，為國家建設，為人民做出一些應有的貢獻，同時在這個過程中使自己的能力得到提高和得到社會的認可，實現自己的人生價值。如今，大學即將畢業，我所學的所有公共科目以及專課都已經結束，對這些科目所包含的知識有一定程度的熟悉和了解。作為機械專業的大學生，我的特長就是機械設計和制造，我也熱愛這個專業，能夠在設計和制造的過程中獲得愉悅的感覺。我覺得我有必要在這段即將畢業的時間里做些什么。恰逢學院安排此項目，為

3、提高自身的創新實踐能力，同時也為鞏固和提高已學專業知識，為將來能夠為社會，為國家建設做出更大貢獻，特此申請參與此項目3二二、研研究究項項目目的的意意義義中國的汽車式起重機誕生于上世紀的 10 年代，經過了近 30 年的發展，期間有過 3次主要的技術改進，分別為 70 年代引進蘇聯的技術，80 年代引進日本的技術，90 年代引進德國的技術。但是總體來說，中國的汽車式起重機產業始終走著自主創新的道路，有著自己清晰的發展脈絡，尤其是進幾年，中國的汽車式起重機產業取得了長足的發展，雖然與國外相比還有一定的差距，但是這個差距正在逐漸的縮小。而且我國目前在中小噸位的汽車式起重機的性能已經完好，能夠滿足現實

4、生產的要求。在不久的將來，我國的汽車式起重機行業一定會發展成為一個發展穩定，市場化程度高的成熟產業。 許多專家認為，高速發展的市場，是中國汽車式起重機產業各個廠商有利的技術創新基礎和環境。近幾年，中國汽車式起重機產業除了一家較小的公司與日本起重機品牌廠家合資以外，其余廠家一直在追趕國外先進水平的進程中，一直堅持自主的技術創新道路，基本上沒有整體引進國外技術的做法，也使的中國汽車式起重機產業在達到和接近國際先進水平的同時，在產品技術上有明顯的中國特質。中國汽車式起重機已經大量使用 plc 可編程集成控制技術，帶有總線接口的液壓閥塊，液壓馬達，油泵等控制和執行元件已較為成熟，液壓和電器已實現了緊密

5、的結合。可通過軟件實現控制性能的調整，大幅度簡化控制系統，減少液壓元件，提高系統的穩定性，具備了實現故障自動診斷，遠程控制的能力。近年來，隨著社會的發展，社會生活中對起重機的需求越來越大，所以起重機的研發越來越緊迫，由于汽車式起重機轉場靈活，從而方便快捷，所以進幾年我國的汽車式起重機發展很快。但是，與國外汽車式起重機相比，國外汽車式起重機技術得到了飛速發展，為了降低整機成本，提高性能，整機質量越來越小，在起重性能相同的情況下，自重約比十年前降低了左右，由于車輛自重的減小，使車輛采用盡可能少的軸數（尤其是大噸位起重機） ，這樣，大大簡化了車輛的結構，成本降低，同時提高了起重機的作業能力及使用經濟

6、性，所以，同等噸位的銷售價較前十年有大幅下降，對中國國內市場造成了很大沖擊，因此，對我國的汽車式起重機的生產者來說是一個嚴峻的考驗。臂架是起重機的主要承載構件。起重機通過臂架直接吊載，實現大的作業高度與幅度。臂架的強度決定了最大起重量時整機起重性能，其自重直接影響整機傾覆穩定性，因而臂架結構設計的優劣，將直接影響整機的性能，如整機重量、整機重心高度和整機穩定性等。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，這對提高整機質量和經濟性具有很大的現實意義。4三、項目方案三、項目方案（包括研究內容、研究方法、實驗方案、技術路線、可行性分析等）主臂的伸縮機構很多，可以從兩種角度進行分類，即按驅動

7、形式的不同，以及各節臂間的伸縮次序關系不同進行分類。按驅動形式的不同，可分為液壓、液壓機械和人力三種。采用液壓驅動時，執行元件選用液壓油缸，利用缸體和活塞桿的相對運動推動，推動下節臂的伸縮，在設計三節臂伸縮機構時，為了減輕重量，還可以利用吊臂之間的伸縮比例，采用鋼絲繩和滑輪組實現第三節臂的伸縮，以實現第三節臂的伸縮，這就形成了液壓機械驅動。在某些情況下可以取消伸縮機構，代之采用人力驅動，或采用推桿和繩索的器件，而輔之以人工安裝插銷等方法伸縮吊臂，這就形成了人力驅動。這幾種方法往往在小于等于三節臂的情況下使用。 對于擁有三節或三節以上的吊臂來講，各節臂的伸縮方式可以由不同的選擇，但是，大致可以分

8、為三類。（1）順序伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節伸縮臂必須按一定先后順序，完成伸縮動作。（2）同步伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節伸縮臂同時以相同的形成比例進行伸縮。（3）獨立伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節臂均能獨立進行伸縮。顯然，獨立伸縮機構，同樣也可以完成順序伸縮或同步伸縮的動作。在現實中，三節伸縮臂或三節以上的伸縮機構，往往式上述幾種伸縮機構的中和，而很少單獨采用某一種伸縮機構。在三節伸縮臂時，基本上采用一個液壓缸加一個滑輪組的同步伸縮機構。超過三節臂時，常用兩個液壓缸加一個滑輪組的伸縮機構，或采用三各液壓缸的伸縮機構，五節臂時為兩個液壓缸加兩個滑輪組，或最后一節的伸縮可用手動的或簡單的插

9、銷式伸縮機構。本次設計的五節臂伸縮，采用后種方法過于落后，顧采用第一種方法。即，用兩個液壓缸加兩個滑輪組的伸縮方式。四四、項目的創新點、特色和解決的關鍵技術項目的創新點、特色和解決的關鍵技術汽車起重機在現代工程建設中有著人力無法替代的優勢。在現代工程建設中，大型機械的運用使得工程的建造速度和質量有了提高，高質量的大型機械也體現了一個國家工程建設的水平。該汽車起重機采用液壓傳動，精度高，主臂采用多級伸縮機構，可以實現高度的較寬范圍的起吊，使用方便便捷。需主要解決主臂尺寸的設計，臂架伸縮機構的驅動形式和臂架伸縮液壓缸的計算和選擇，同時要求制造主臂材料擁有足夠的強度和減輕自身重量。5目目 錄錄摘要摘

10、要 2 1 緒論.2 21.1 起重機械的工作特點及其在國民經濟中的作用.21.2 國內汽車起重機的發展概況和發展趨勢.1.3 國外汽車起重機的發展概況和發展趨勢.61.4 本課題內容及重要意義.72 2 主臂伸縮機構的設計計算.7 72.1 臂架伸縮機構的驅動形式.72.2 臂架伸縮機構的液壓缸的計算及選擇.93 3 零部件的選擇.12123.1 鋼繩的計算和選擇 .123.2 滑輪及滑輪組的選擇 .14總結 .3737致謝 .3838參考文獻 .39396摘摘 要要 隨著經濟建設的迅速發展，我國的基礎建設力度正逐漸加大，道路交通，機場，港口，水利水電，市政建設等基礎設施的建設規模也越來越大

11、，市場汽車起重機的需求也隨之增加。本文通過對徐工 50 噸汽車起重機主臂進行研究，進一步進行主臂設計，通過計算對主臂的三鉸點、主臂的長度、及每節臂的長度、液壓缸尺寸進行確定，選擇零部件，確定主臂伸縮方式及主臂內鋼絲繩的纏繞方法，通過 solid works 軟件對主臂進行三維建模。關鍵詞：50 噸汽車起重機、主臂設計、三鉸點、伸縮方式、三維建模abstract with the rapid development of economic construction, chinas infrastructure is graduallyincrease the intensity, road tr

12、affic, airports, ports, water conservancy and hydropower, municipal construction of infrastructure such as the scale of construction is also growing, crane truck crane market demand with the increase. based on the xu gong 50 tons of truck crane boom study, further boom design, by calculating the mai

13、n arm of the three hinges, the main arm length, and the length of each arm, hydraulic cylinder size identify, select parts and components, identify the main telescopic arm and the boom in the way of winding rope method, solid works software on the main arm for three-dimensional modeling. keywords: 5

14、0-ton truck crane，the boom design，the three hinge points ，stretching，three-dimensional modeling71緒論1.1 起重機械的工作特點及其在國民經濟中的作用起重機械式用來對物料進行起重、運輸、裝卸和安裝作業的機械。它可以完成靠人力無法完成的物料搬運動作，以減輕人們的體力勞動，提高生產效率，在工廠、車站、礦山、港口、建筑工地、倉庫、水電站等多個領域的部門中得到了廣泛的應用，隨著生產規模日益擴大，特別式現代化、專業化的生產需求，各種專門用途的起重機相繼產生，在許多重要的部門中，不僅式生產過程中的輔助機械，而且

15、已成為生產流水作業生產線上不可缺少的重要機械設備它的發展對國民經濟建設起著積極的促進作用。起重機式一種循環的，間歇運動的，短程搬運物料的機械，一個工作循環，一般包括上料，運送，卸料及回到原位的過程，即取物裝置從取物地點，由起升機構吧物料提起，由運行回轉或變幅機構把物料移位，然后物料在指定的地點下放，接著進行相反的動作，使取物裝置回到原位，以便進行下一步的工作循環，在兩個工作循環之間一般由短暫的停歇。起重機工作時，各機構經常是處于啟動，制動，正向，反向，等相互交替的運動狀態之中。在高層建筑，冶金，化工，電站等大型項目的建設中，需要吊裝和搬運的工程量日益增多，其中不少組合件的吊裝和搬運重量達到幾百

16、噸。因此必須選用一些大型的起重機進行諸如鍋爐及廠房設備的吊裝工作。通常采用的大型起重機有龍門起重機，門座式起重機，塔式起重機，履帶起重機，輪式起重機以及廠房內裝置的橋式起重機等。在公路，橋梁，水利電力等建設施工中，起重機的使用范圍更式極為廣泛，無論式裝載設備器材，吊裝廠房構件，安裝電站設備，調運澆筑混凝土，模板，開挖廢渣及其它建筑材料等均需使用起重機械，尤其式水電工程施工，不但工程規模浩大，而且地理條件特殊，施工季節性強，工程本身又很復雜，而且吊裝搬運的設備，建筑材料量大品種多。除了上面介紹的起重機外，在水電工程中還采用一些其它的大型設備，如纜索起重機，浮式起重機等，在電站廠房及建筑物上安裝各

17、種類型的起重機，供檢修機組，啟閉閘門，及起吊攔污欄之用，這些起重機由大型龍門起重機，固定卷揚起重機以及弧形閘門起重機等。這些專門用途的起重機一般噸位較大，如用起吊閘門的龍門起重機，和固定卷揚起重機，起到了工程起重機的作用，起重機在未來的國家建設當中，還將起到更大的作用。81.2 國內汽車起重機的發展概況和發展趨勢1.2.1 國內汽車起重機的發展概況中國的汽車式起重機誕生于上世紀的 10 年代，經過了近 30 年的發展，期間有過 3次主要的技術改進，分別為 70 年代引進蘇聯的技術，80 年代引進日本的技術，90 年代引進德國的技術。但是總體來說，中國的汽車式起重機產業始終走著自主創新的道路，有

18、著自己清晰的發展脈絡，尤其是進幾年，中國的汽車式起重機產業取得了長足的發展，雖然與國外相比還有一定的差距，但是這個差距正在逐漸的縮小。而且我國目前在中小噸位的汽車式起重機的性能已經完好，能夠滿足現實生產的要求。在不久的將來，我國的汽車式起重機行業一定會發展成為一個發展穩定，市場化程度高的成熟產業。 許多專家認為，高速發展的市場，是中國汽車式起重機產業各個廠商有利的技術創新基礎和環境。近幾年，中國汽車式起重機產業除了一家較小的公司與日本起重機品牌廠家合資以外，其余廠家一直在追趕國外先進水平的進程中，一直堅持自主的技術創新道路，基本上沒有整體引進國外技術的做法，也使的中國汽車式起重機產業在達到和接

19、近國際先進水平的同時，在產品技術上有明顯的中國特質。中國汽車式起重機已經大量使用 plc 可編程集成控制技術，帶有總線接口的液壓閥塊，液壓馬達，油泵等控制和執行元件已較為成熟，液壓和電器已實現了緊密的結合。可通過軟件實現控制性能的調整，大幅度簡化控制系統，減少液壓元件，提高系統的穩定性，具備了實現故障自動診斷，遠程控制的能力。 當前我國新一代汽車起重機產品，起重作業的操作方式，大面積應用先導比例控制，具有良好的微調性能和精控性能，操作力小，不易疲勞。通過先導比例手柄實現比例輸送多種負荷的無級調速，有效防止起重作業時的二次下滑現象，極大的提高了起重作業的安全性、可靠性和作業效率。部分大型汽車式起

20、重機還在伸縮臂上使用了單缸插銷的伸縮技術，通過液壓銷作用，以單個液壓油缸可完成多節伸臂的運動，并達到各種工況的程度控制和自動伸縮，改變了以往能不油缸加內部繩排的作業方式，使起重機相對更輕，拓展了起重機向更高工作高度發展的空間。在走向國際市場的過程中，我國汽車式起重機產業近幾年品質水平的快速提高，也得到了國際擁護的高度肯定，由于產品使用規范，用戶的專業素質較高，出口產品的質量反饋比在過內有了明顯的減少，產品反映較好。這都為中國汽車式起重機行業的發展打9下了良好的基礎。1.2.2 國內汽車起重機發展趨勢 我國的汽車式起重機的生產企業要想在本領域生存與發展，需要做的事情還很多，由于市場需求的增大，也

21、要求生產企業不斷創新，在保證起重機性能的基礎上還要不斷開發出更大噸位的新產品，滿足市場的需求。只有這樣才能從市場中獲得養分和活力使自己生存，在生存中發展，在發展中壯大。主要的發展趨勢應該有以下幾點： （1） 擴大產品的品種。在企業內部應建立完善的產品研究和開發體系，使產品系列化，品種齊全，要形成大中小完整系列，增多產品數量，使生產規模不斷的擴展。（2） 增大起重力矩。目前我國生產的汽車式起重機大多是 50 噸以下的中小噸位的起重機，大噸位生產的很少，而，隨著社會的發展，對機動靈活的大型起重機械的需求越來越大，這都是汽車式起重機發展的養分，所以增大其中力矩迫在眉睫。（3） 增加起重機功能。隨著國

22、民經濟的快速發展，用戶對汽車式起重機的使用上的要求越來越多，希望能夠一機多用，已經不僅僅是在搬運重物時使用，而是滿足在不同環境和工種的使用，這些都為未來起重機的發展找清了方向。（4） 全力打造自己的品牌。目前中國的汽車起重機生產企業，缺少自己的專業研究人員和開發隊伍，而是去模仿別人生產的成品，沒有發展方向和競爭力。未來經濟的全球化以及由此引發的一系列問題，使得競爭手段從傳統的產品，價格等層次轉嫁到品牌的競爭上來。所以各大汽車式生產企業應該 努力打造自己的品牌，從而使自己發展壯大。（5） 開創自我空間占領市場。我國的各大汽車式起重機生產企業要不斷創新，大膽進行運行急智的改革，面向市場，結構優化，

23、人員重組，引進設備，進行刻苦的技術研發，在不斷完善自我的前提下，占領市場。101.3 國外汽車起重機發展概況及發展趨勢 1.3.1 國外汽車起重機發展概況目前世界上約有百余家企業生產汽車起重機，但著名的也就右十余家，如美國的格魯夫、德國的利勃海爾、徳馬克、日本加藤、多田野等。生產的汽車起重機品種有數百種，90 年代以來，生產，銷售各種噸位的起重機萬余臺。汽車起重機的市場主要集中在東亞、北美和歐洲。東亞約占銷售量的 40%，北美和歐洲各約占 20%。國外汽車起重機發展的主要特點可以歸納為：多品種生產，標準化程度高和一機多用。就分布于三大市場的產品而言，以德國為主的歐洲市場，其產品主要特點為：（1

24、） 全地面起重機占主導地位，約占市場份額的 80%。（2） 大噸位產品為主，利勃海爾公司占銷售額的 70%80%式 100 噸以上的產品。（3） 技術先進，及時采用世界最新的技術成果。（4） 專用配套件多，這以為歐洲發展汽車起重機的得天獨厚的條件。 以日本為主的東亞市場和以美國為主的北美市場，其產品主要特點有：（1） 越野汽車起重機占主導地位，約占 70%80%，其次為輪式起重機，全地面起重機所占比例較小。（2） 多系列生產，中大噸位居多。（3） 注重適應性和經濟性。在保證產品性能和功能的前提下，大量采用通用配套件，而不強調追趕新技術，故產品可靠性較好。 目前，世界汽車起重機的生產，從技術上講

25、，德國利勃海爾公司略占優勢，但從企業規模上講，美國格魯公司居世界首位。而生產量則是日本的多田野和藤加最多。市場總的趨勢式供大于求，面對激烈競爭，國外各大公司除了紛紛增加投資、擴大生產、提高自身的競爭能力外，還通過聯合或兼并來提高在國際市場的份額。如 1984 年，美國格魯夫公司收購了英國老牌企業科爾斯公司。1987 年，德國克虜伯公司收購了格的瓦爾德公司，稱為當時德國最大的起重機公司，但該公司 1995 年又被美國格魯夫公司收購。1990 年，日本多田野兼并了德國法恩公司等。在起重機行業內，國外的大型汽車起重機的發展比我國迅速，在技術和運用上已相當成熟，目前國際市場對汽車起重機的需求在不斷增加

26、，從而使國外各大汽車式起重機制企業在生產中更多的應用優化設計，機械自動化和自動化設備，這對起重機行業的發11展造成了很大的影響。目前國外的起重機企業主要是生產大噸位的起重機，而且有完善的設計體系，和一批先進的研發人員，不斷的進行創新和完善。國外的制造企業現在已經達到規模化的生產，技術含量比較高，而且液壓技術和電子技術在汽車起重機的設計中也已廣泛的應用，很多企業的品牌在用戶的心中已經打上了堅實的烙印，這也使的國外起重機的繼續發展占有了更大的優勢。1.3.2 國外汽車起重機發展趨勢 （1） 設計、制造的計算機化、自動化 近年來，隨著電子計算機的廣泛應用， 許多國外起重機制造商從應用起重機輔助設計系

27、統（cad） ，提高到應用計算機進行起重機的模塊設計。起重機采用模塊單元化設計，不僅是一種設計方法的改革，而且將影響整個起重機行業的技術、生產和管理水平，老產品的更新換代，新產品的研制速度都將大大加快。對起重機的改進，只需更改幾個模塊；設計新的起重機只需新的不同模塊進行組合，提高了通用化程度，可使單件小批量的產品，改成相對批量的模塊生產，能使較少的模塊形式，組合成不同規格的起重機，滿足市場的需求，增強了競爭力。（2） 起重機控制元件的革新與應用 起重機的定位精度是對起重機的重要要求，多數采用轉角碼盤，齒輪鏈，激光頭與鋼板孔帶來保證，定位精度通常為3，高于 1mm 的精度需另加定位系統。在起重機

28、起升速度和制動器方面的改進，則使用低速運行的起重機吊鉤精確定位，起重機的剎車系統也應用微處理進行控制和監視工作。 遙控系統用于汽車式起重機及其他移動式起重機械，這種系統包括在控制者身上的控制器，和安裝在起重機上的接收器 ，控制器具有電磁輻射發生器，接收器與作用在起重機傳動裝置的操縱機械的轉換部分相連。遙控器的使用不僅節省人力，提高工作效率，而且使操作者的工作條件有所改善。 起重機的距離檢測防撞裝置，采用無線電信號型的防撞裝置，防撞系統由三相系統組成，用來監控起重機前端行使距離，一般首先發出信號警示，接著將大車車速減小到 50%，最后切斷電機電源，將大車制動。（3） 新材料、新工藝的應用。 由于

29、鋼鐵工業新技術的應用，剛才質量得以提高，在設計起重機主梁強度時，可使用較高的許用應力，而不需要較高的安全系數，以便減少起重機材料用量，從而降低設備的重量和價格，起重機配套的零部件的制造也得益于新材料的不斷產生，使得起12重機向更輕，更好的方向發展。在機加工方面，大量采用少切削的精密鑄件，尤其是鋁合金鑄件見多，加工設備大量采用高精度，高效的加工中心，數控自動機床等，及保證了質量，又提高了勞動生產率，降低了成本，同時在機械線使用機械代替人工操作如焊接機械手和配用機械手等。國外起重機的未來發展之路是走向專業化，標準化，和系列化，只有這樣才能最快的制造和裝配出品種多樣化的產品1.4 本課題內容及重要意

30、義課題內容：學習 solid works 軟件，能熟練應用軟件進行建模，并進行裝配。通過計算確定基本參數，對各節臂的尺寸進行確定，對臂的鉸點進行確定。主臂運動方案的確定，大臂采用形式，伸縮方式以及鋼絲繩繞線方式等。在 solid works 環境下進行機械結構設計，建立 50 噸汽車起重機的基本臂的三維模型課題重要意義： 近年來，隨著社會的發展，社會生活中對起重機的需求越來越大，所以起重機的研發越來越緊迫，由于汽車式起重機轉場靈活，從而方便快捷，所以進幾年我國的汽車式起重機發展很快。但是，與國外汽車式起重機相比，國外汽車式起重機技術得到了飛速發展，為了降低整機成本，提高性能，整機質量越來越小，

31、在起重性能相同的情況下，自重約比十年前降低了左右，由于車輛自重的減小，使車輛采用盡可能少的軸數（尤其是大噸位起重機） ，這樣，大大簡化了車輛的結構，成本降低，同時提高了起重機的作業能力及使用經濟性，所以，同等噸位的銷售價較前十年有大幅下降，對中國國內市場造成了很大沖擊，因此，對我國的汽車式起重機的生產者來說是一個嚴峻的考驗。基本臂是起重機的最主要的部件，它的優劣直接關系到起重機的性能，所以加大對汽車式起重機的基本臂結構設計的研究，努力創新和借鑒外國經驗是當務之急。132主臂伸縮機構的設計計算2.1 臂架伸縮機構的驅動形式主臂的伸縮機構很多，可以從兩種角度進行分類，即按驅動形式的不同，以及各節臂

32、間的伸縮次序關系不同進行分類。按驅動形式的不同，可分為液壓、液壓機械和人力三種。采用液壓驅動時，執行元件選用液壓油缸，利用缸體和活塞桿的相對運動推動，推動下節臂的伸縮，在設計三節臂伸縮機構時，為了減輕重量，還可以利用吊臂之間的伸縮比例，采用鋼絲繩和滑輪組實現第三節臂的伸縮，以實現第三節臂的伸縮，這就形成了液壓機械驅動。在某些情況下可以取消伸縮機構，代之采用人力驅動，或采用推桿和繩索的器件，而輔之以人工安裝插銷等方法伸縮吊臂，這就形成了人力驅動。這幾種方法往往在小于等于三節臂的情況下使用。 對于擁有三節或三節以上的吊臂來講，各節臂的伸縮方式可以由不同的選擇，但是，大致可以分為三類。（1）順序伸縮

33、：指吊臂在伸縮過程中，各節伸縮臂必須按一定先后順序，完成伸縮動作。（2）同步伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節伸縮臂同時以相同的形成比例進行伸縮。（3）獨立伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節臂均能獨立進行伸縮。顯然，獨立伸縮機構，同樣也可以完成順序伸縮或同步伸縮的動作。在現實中，三節伸縮臂或三節以上的伸縮機構，往往式上述幾種伸縮機構的中和，而很少單獨采用某一種伸縮機構。在三節伸縮臂時，基本上采用一個液壓缸加一個滑輪組的同步伸縮機構。超過三節臂時，常用兩個液壓缸加一個滑輪組的伸縮機構，或采用三各液壓缸的伸縮機構，五節臂時為兩個液壓缸加兩個滑輪組，或最后一節的伸縮可用手動的或簡單的插銷式伸縮機構。本次設計

34、的五節臂伸縮，采用后種方法過于落后，顧采用第一種方法。即，用兩個液壓缸加兩個滑輪組的伸縮方式。圖 2.1 為 50 噸汽車起重機主臂設計的兩個液壓缸和兩套鋼絲繩系統組成的同步伸縮機構，圖中液壓缸 3 的活塞桿與基本臂由銷軸 1 相接，液壓缸 3 的缸體與二節臂通過銷軸 2 相接，液壓缸伸出時，直接帶動二節臂及其余的臂同時伸出，這個時候完成第一次的伸出動作。圖中液壓缸 14 的活塞桿與二節臂由銷軸 11 相接，液壓缸 14 的缸體與三節14臂由銷軸 13 相接；鋼絲繩 13 一端通過銷軸 11 與二節臂相接，繞過伸繩滑輪 17，另一端通過銷軸 16 與四節臂相接；鋼絲繩 18 一端通過銷軸 14

35、 與三節臂相接，繞過伸繩滑輪20，另一端與五節臂相接。液壓缸 2 在伸出的過程中，直接帶動三節臂向前運動，這時由于鋼絲繩 13 的長度是不變的，導致鋼絲繩 13 一端變長，另一端也得隨之運動，顧通過滑輪 17 帶動四節臂向前運動；四節臂在向前運動的時候，由于鋼絲繩 18 的長度是不變的，導致三節臂也五節臂之間的距離增大，顧通過伸繩滑輪 20，鋼絲繩帶動五節臂向前運動。上述過程綜合在一起是一個聯動的過程，彼此相連，同時運動，從而達到了同步伸縮的目的。縮回的過程是通過，回繩滑輪 3、7，鋼絲繩 5、9 的帶動實現的，其過程與吊臂伸繩的過程完全相同。 2.2 臂架伸縮液壓缸的計算及選擇2.2.1 缸

36、筒內徑計算主臂液壓缸定為 2 節，尺寸形狀可按如下進行設計計算，當主臂仰角為 56時，工作幅度為 3 米時，主臂吊最大載荷 q=50t,此時伸縮缸承受最大壓力t （2.1）max1.3 sin5659.4fq 圖 2.1 50 噸汽車起重機伸縮機構設計15 伸縮缸在工作時能夠達到的工作壓力按 30mpa 計算，根據公式如下 (2.2)4fdp式中:d液壓缸的內徑 f最大載荷 p工作壓力可得出，d=159mm,參見表 3.1，取 d=160mm。表 2-1 缸桶內徑選擇表8101216202532405063801001251602002503204002.2.2 活塞桿直徑 （1）計算活塞桿直

37、徑 d 一般按液壓缸往復運動速度比計算，公式如下： （2.3）1dd 式中：d液壓缸直徑 -往復運動速度比，參見表 2.2，選擇=2。 可得出：d=113mm；參見表 2.3，選擇 d=125mm。表 2.2 速度比選擇壓力 mpa1012.52020速度比1.331.462表 2.3 活塞桿直徑尺寸系列456810121416182022252832354045505663708090100110125140160180200220250280320360（2）強度驗算 活塞桿工作時，一般主要受軸向主要拉壓作用力，因此活塞桿的強度驗算，可按直桿拉壓強度驗算，可按直桿拉壓公式計算， 即16 2

38、4fd（2.4）式中：-活塞桿內應力。 f液壓缸負載力。 -活塞桿材料許用應力，為材料的抗拉強度，材料為 45 號鋼， bnb故為b600mpa，n 為安全系數，一般取 n35，n 取 5。 將上述值代入， 式（2.3）成立，所以強度滿足要求。（3）穩定性驗算當活塞桿直徑與液壓缸安裝長度之比為 1：10 以上時，活塞桿容易出現不穩定狀態，產生縱向彎曲破壞，這時需要進行受壓穩定性計算。計算時吧液壓缸整體看成一個和活塞桿截面相等的桿件，采用歐拉公式計算出臨界壓縮載荷，再帶入壓桿穩定公式進行計算。tf歐拉公式為： (2.5)222tejfl式中：e材料的彈性模數，對鋼而言，e=mpa。52.1 10

39、 j活塞桿截面慣性矩，=。464dj51.2 10 l液壓缸安裝長度，由文獻1可知，此處選擇為 l=14.9m 液壓缸長度 l=7.5米 。 -長度折算系數，由文獻1可知，=1。計算可得=n。tf61.67 10 壓桿穩定公式為： （2.6）ttffn 式中：-安全系數，一般取=3.5。tntn將帶入上式，所得結果與式（2.4）不符合。tf參見表 2.3，重新選擇活塞桿直徑 d=140mm。將上述值代入式（2.3）進行強度驗算，式（2.3）成立，即滿足強度要求。所得=26.4n。將上述數值再次代入式（2.5） ，進行穩定性驗算，計算可知，所tf510得結果與式（2.4）相符合，可以確定尺寸為

40、d=140mm。172.2.3 缸筒壁厚及外徑計算液壓缸壁厚和外徑由強度條件確定1d（1）缸筒壁厚的確定 缸筒分為 2 種，當缸筒內徑 d 和壁厚的比值時，稱為薄壁缸筒，反之稱:10d為厚壁缸筒。 對薄壁缸筒 (2.7) 2xp d式中：-液壓缸的耐壓試驗壓力，當 p16mpa 時，=1.5p。當 p16mpa 時，xpxp=1.25p，p 為液壓缸工作壓力為 30mpa。xp -缸筒材料的許用應力，,為材料的抗拉強度，材料為 45 號 bnb鋼取=600mpa，n 為安全系數，一般取 n=5。b d缸筒內徑 d=160mm。將上述數值代入式（2.6）可得，=25mm。此時，不滿足式，所以所求

41、液壓缸不是薄壁缸筒，為厚壁缸筒。:6.4d:10d 對厚壁缸筒 （2.8） 0.4120.3xxpdp通過上式求得=9.13，取整為=10mm。即所得缸筒壁厚為 10mm。（2）缸筒外徑計算缸筒外徑為1d 12dd（2.9）所得結果為=180mm。1d通過計算得出液壓缸的基本參數為：缸筒內徑：160mm 活塞桿直徑：140mm 缸筒外徑：180mm 根據上述數值，參見徐工液壓件廠的伸縮缸技術參數選擇液壓缸的參數如下： 缸徑：160，桿徑：140，工作壓力：20mpa，實驗壓力：25mpa，行程：7500。183零部件的選擇3.1 鋼絲繩的計算和選擇鋼絲繩的選擇主要包括鋼絲繩結構形式的選用和鋼絲

42、繩直徑的確定。3.1.1 鋼絲繩結構形式的選用繞經滑輪和卷筒的工作機構鋼絲繩應選用線接觸鋼絲繩；在腐蝕環境中采用鍍鋅鋼絲繩。本機構所需鋼絲繩為繞經滑輪和卷筒，故選擇線接觸鋼絲繩。3.1.2 起升用鋼絲繩直徑的計算鋼絲繩的直徑 d 可通過下式計算即 (3.1)dc s式中：c選擇系數。 s鋼絲繩最大工作靜拉力。選擇系數 c 的確定與機構的工作級別由關，可通過下式確定。 （3.2）4bnck w 式中：n安全系數，由文獻1可知，n=5 k鋼絲繩捻制拆減系數，一般選取 k=0.82. -鋼絲繩充滿系數，由下式確定，。通常選ww 全部鋼絲斷面積總和鋼絲繩斷面毛面積取為=0.46。w -鋼絲繩的公稱抗拉

43、強度，由文獻1可知，=1850n/。bb2mm將上述值帶入式（3.2）可得 c=0.096。最大靜拉力 s 的確定 采用單連滑輪組最大工作靜拉力 （3.3）qsm19 式中：起升載荷，=+，為額定起升載荷，為取物裝置的重力，qq0qq0qq由文獻1可知，=0.03，即=51.5。q0qq410 m滑輪組倍率，由文獻1可知，m=10。 -滑輪組效率，由文獻1可知，=0.92。 將上述值代入式（3.3）可得 s=5.6(n)。410 將式（3.2）和式（3.3）所得數值代入式（3.1）可得出 鋼絲繩直徑 d=22.72mm。 參見文獻1可知，可選用鋼絲繩型號為 6t(25)231850 光右交gb

44、110274。3.1.3 主臂伸縮用鋼絲繩的計算選用當滿載時，大臂仰角為 56，作用在缸的軸向力為：f=n,f 由50sin56f 460.31 108 根鋼絲繩來承擔（其中 4 根拉第 4 節臂，其中 4 根拉第 5 節臂） ，每根鋼絲繩繩承受的拉力為n。參見文獻1可知， ，選擇鋼絲繩直徑為 d=13mm，公稱抗拉強度為47.53 101700 n/，最小破斷拉力為 113kn。即型號為：6x（37）-13-1700-i-光-右交2mmgb1102-74。3.2 滑輪及滑輪組的選擇 滑輪用以支撐鋼絲繩，并能改變鋼絲繩的走向，平衡鋼絲繩分支的拉力，組成滑輪組達到省力或增速的目的。 3.2.1

45、構造和材料的選用 承受負載不大的滑輪，結構尺寸較小（直徑 d350mm） ，通常做成實體結構，用強度不低于鑄鐵 ht200 的材料制造。承受大載荷的滑輪，為了減輕重量，多做成筋板帶孔的結構，用強度不低于鑄鐵 ht200、球鐵 qt40-17 和鑄鋼 zg230-450 等材料制造。大型滑輪（直徑 d800mm）由輪緣及帶筋板的輪輻和輪轂焊接而成，單件生產時也易選擇焊接滑輪。鑄鐵滑輪適用于工作級別 m4 以下的機構，鋼制滑輪用于工作級別 m4 以上的機構。 滑輪大多裝在滾動軸承上，用尼龍和其它材料做成的滑動軸承，也開始在起重機的滑輪上使用。 20 鋼絲繩出入鋼絲繩繩槽的偏角過大時（5） ，繩槽側

46、壁將受到很大橫向力的作用，容易使槽口損壞，使鋼絲繩脫槽，為了減小鋼絲繩的磨損，在滑輪繩槽中可用鋁或聚酰胺作為墊襯材料，這使滑輪構造復雜，只有當鋼絲繩很長，在技術和經濟上要求較高時，才推薦使用。 根據上述描述，選擇滑輪的材料為鑄鐵 ht200，滑輪的構造為多筋板帶孔的結構。3.2.2 起升用滑輪尺寸的確定及選用 滑輪的主要尺寸是滑輪直徑 d,輪轂寬度 b 和繩槽尺寸，滑輪結構尺寸可按鋼絲繩直徑進行選定。（1） 工作滑輪直徑 （3.4）0de d 式中：-按鋼絲繩中心計算的滑輪直徑（mm） 。0d d鋼絲繩直徑。 -輪繩直徑比系數與機構工作級別，鋼絲繩結構有關。參見下表 3.1，e由于機構工作級別

47、為 m4，于是選得輪繩直徑比系數為 18。將數值帶入式（3.1）得出起升用滑輪414mm。0d （2）輪轂寬度 b 一般情況下，b=（1.51.8 ） （3.5）0d式中：-滑輪軸徑，此處設計為 30mm。參照上式取得 b=54mm。0d表 4.1 輪繩直徑比系數 機構工作級別e1m8m164m185m206m22.47m258m28 注：采用不旋轉鋼絲繩時，e 值應該比機構工作級別高一級的值選取。 對于流動式起重機，建議取 e=18，與工作級別無關。（3）滑輪繩槽尺寸21由于選用滑輪為鑄造滑輪，參見文獻1可選用，滑輪繩槽半徑為 11.5，表面粗糙度為 2 級的繩槽斷面，標記為繩槽斷面 11.5-2zbj