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徐工50t汽车起重机伸缩臂系统设计

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软件简介

摘 要:臂架是起重机的主要承载构件。起重机通过臂架直接吊载,实现大的作业高度与幅度。臂架的强度决定了最大起重量时整机起重性能,其自重直接影响整机倾覆稳定性,因而臂架结构设计的优劣,将直接影响整机的性能,如整机重量、整机重心高度和整机稳定性等。所以要在保证臂架安全工作的条件下尽量减轻臂架的重量,这对提高整机质量和经济性具有很大的现实意义。本文主要根据QAY50吨汽车起重机工作要求来确定伸缩机构的结构和传动方案,进而采用传统的设计方法对主臂的三铰点、主臂的长度、及每节臂的长度、臂架的结构、液压缸尺寸进行确定,对臂架进行受力分析,利用有限元对臂架进行分析。
关键词:伸缩臂;液压缸;臂架结构,有限元分析
本课题针对徐工50t汽车起重机伸缩机构的分析和研究,从而改进汽车起重机的整机性能,降低成本,同时提高了起重机的作业能力及使用经济性。目前伸缩臂机构有两种形式,绳排系统和单缸插销式。绳排系统在中国已经应用的比较成熟,也是一种历史比较悠久的技术。此技术的优点是臂长变化容易、工作臂长种类多、可以带载伸缩、实用性很强,缺点是自重重、对整机稳定性的影响较大。而单缸插销式伸缩臂技术是典型的机、电、液一体化系统.而本课题的汽车起重机伸缩臂采用的是双缸双绳排系统,槽形截面,通过传统的设计方法对主臂的三铰点、主臂的长度、及每节臂的长度、液压缸尺寸进行确定,对臂架进行受力分析,利用有限元对臂架进行分析。

   绳排系统在中国已经应用的比较成熟,也是一种历史比较悠久的技术。此技术的优点是臂长变化容易、工作臂长种类多、可以带载伸缩、实用性很强,缺点是自重重、对整机稳定性的影响较大。现在在100吨以下的起重机上应用的比较广泛,其原理如图,就是简单的滑轮原理。对于四节臂以上起重臂的伸缩机构又分为以下两种:多缸或多级缸加一级绳排、单缸或多缸加两级绳排。DEMAG和TADANO部分产品采用第一种伸缩机构,这种伸缩机构的特点是最末一节伸缩臂采用钢丝绳伸缩,其它伸缩臂采用多级缸或多个单级缸或多级缸和单级缸套用等方式直接用液压缸伸缩。因而最末伸缩臂的截面变化较大,其它臂节截面的变化较小。在过去,徐重、浦沅、长起跟随LIEBHERR技术多年,普遍使用第二种伸缩机构,使用单缸或双缸加绳排实现四节或五节臂的伸缩。这种伸缩方式在国内最先进,但解决五节臂以上起重臂的伸缩难度很大。北起、泰起、锦重等厂家采用第一种伸缩机构(多个单级缸加一级绳排),但由于技术落后,第二缸、第三缸的进回油依靠软管卷筒输送。现在,大多数5节臂的起重机使用的是双缸双绳排的技术,一般为第2节臂独立伸缩,第3.4.5节臂同步伸缩;4节臂的一般单缸双绳排为2.3.4节同步伸缩。其局限性在于最末一、二节伸缩臂采用钢丝绳伸缩,其它伸缩臂用油缸伸缩,因而最末伸缩臂的截面变化较大,大大降低了起重机在大幅度下的起重性能;同时,对于大吨位的起重机,对钢丝绳的要求也非常高,符合要求钢丝绳非常难加工。虽然有些日本企业有将绳排技术发展到6节甚至更多,但是对于中大吨位起重机,一般企业还是优先考虑单缸插销技术。
1.3.2单缸插销系统
   单缸插销式伸缩臂技术是典型的机、电、液一体化系统.以较典型的德国利勃海尔为例,作为伸缩臂伸缩的执行机构,主要由(见图)1.伸缩缸、2.拔销机构、3.缸销等组成,为保证伸缩臂伸缩过程的安全性、可靠性,该机构采用内置式互锁系统即在伸缩油缸上装的弹簧驱动缸销销定伸缩臂后,才机械释放该节臂和其他节臂的连接。该方式确保某一节伸缩臂和伸缩油缸互相锁定后才能释放该节臂和其它节臂的联接。利勃海尔将拔销装置置于伸缩机构上方,其优点是结构简单,自锁性强,便于实现;格鲁夫GROVE、德马格(DEMAG)、多田野(TADANO&FAUN)将拔销装置置于伸缩机构两侧,结构布置上比较困难,对加工、装配精度要求高,插拔销难度相对较大。缸销则都布置在伸缩机构的侧方。单缸伸缩机构要求动作灵活、可靠性高、响应速度快、互锁性好,否则,很难实现吊臂的可靠伸缩。 此技术采用单缸、互锁的缸销和臂销、精确测长电子技术,优点是重量最轻,对整机稳定性的影响最小,但技术难度大、成本较高、臂长种类少、伸缩时间长、臂长变化时麻烦。现在,徐重和浦沅等国内企业也成功研制出了此项技术,采用的是和LIEBHERR相似的拔销装置置于伸缩机构上方的形式。由于此技术对于电液的要求较高,尤其是在自动伸缩的PLC控制和伸缩系统的液压回路的设计上,国内企业的技术还不是太成熟,可靠性还不是太高,还有较长的路去走。
1.4本课题内容及重要意义
   近年来,随着社会的发展,社会生活中对起重机的需求越来越大,所以起重机的研发越来越紧迫,由于汽车式起重机转场灵活,从而方便快捷,所以进几年我国的汽车式起重机发展很快。但是,与国外汽车式起重机相比,国外汽车式起重机技术得到了飞速发展,为了降低整机成本,提高性能,整机质量越来越小,在起重性能相同的情况下,自重约比十年前降低了20%左右,由于车辆自重的减小,使车辆采用尽可能少的轴数(尤其是大吨位起重机),这样,大大简化了车辆的结构,成本降低,同时提高了起重机的作业能力及使用经济性,所以,同等吨位的销售价较前十年有大幅下降,对中国国内市场造成了很大冲击,因此,对我国的汽车式起重机的生产者来说是一个严峻的考验。臂架是起重机的主要承载构件。起重机通过臂架直接吊载,实现大的作业高度与幅度。臂架的强度决定了最大起重量时整机起重性能,其自重直接影响整机倾覆稳定性,因而臂架结构设计的优劣,将直接影响整机的性能,如整机重量、整机重心高度和整机稳定性等。所以要在保证臂架安全工作的条件下尽量减轻臂架的重量,这对提高整机质量和经济性具有很大的现实意义。
   根据QAY50汽车起重机工作要求来确定伸缩机构的结构和传动方案,进而采用传统的设计方法对主臂的三铰点、主臂的长度、及每节臂的长度、臂架的结构、液压缸尺寸进行确定,对臂架进行受力计算,采用ANSYS对臂架进行有限元分析。
2 QAY50汽车起重机主要技术参数和工作级别
2.1 QAY50起重机主要技术参数
  起重机的技术参数表征起重机的作业能力,汽车式起重机的主要技术参数包括起重量、起升高度、幅度、起重力矩等。这些参数表名起重机工作性能和技术经济指标,它是设计起重机的技术依据,也是生产使用中选择起重机技术性能的依据。
(1)起重量
    起重机起吊重物的质量称为起重量,通常以Q表示,单位为kg或t。起重机的起重参数通常是以额定起重量表示的。所谓额定起重量是指起重机在各种工况下安全作业所容许的起吊重物的最大质量的值,它是随着幅度的加大而减小的。带有吊钩的起重机的额定起重量不包括吊钩和滑轮组的自重。
  汽车式起重机的额定起重量随着吊臂的方位(侧方、后方、前方三个基本作业方位)不同而有所变化。汽车式起重机的额定起重量还分支腿全伸、不用支腿吊臂行驶3种情况。起重机吊重行使时,起重臂必须前置。起重机不用支腿作业和吊重行使时的额定起重量决定于轮胎、车桥(或轮对转向架)的承载能力。
   如上所术,由于汽车式起重机的各种工况比较复杂,考虑的因素较多,额定起重量不只一个时,通常称额定起重量为最大起重量。此次设计的是50吨汽车式起重机的主臂,所以取起重量为Q=50t。
(2)起升高度
   起升高度是指从地面或轨道顶面至取物装置最高起生位置的铅垂距离(吊钩取取钩环中心),单位为米。如果取物装置能下落到地面或轨面以下,从地面或轨面至取物装置最低下放位置间的铅垂距离称为下放深度。此时总起升高度H为轨面以上的起升高度h2和 轨面以下的下放深度h3之和,H=h2+h3。
   由于汽车式起重机的起升高度随着臂架仰角和臂架长度变化,在各种臂长和不同臂架仰角时可得相应的起升高度曲线。汽车式起重机起升高度的选择按作业要求而定。在确定起升高度时,应考虑配属的吊具、路基和汽车高度保证起重机能将最大高度的物品装入车内。
目  录
前言… 1
摘要… 2
1 绪论 2
1.1国内外汽车起重机发展概况及趋势 2
1.2伸缩臂结构发展现状 4
1.3伸缩臂机构形式介绍 6
1.4本课题内容及重要意义 7
2 QAY50汽车起重机主要技术参数和工作级别 7
2.1 QAY50起重机主要技术参数 7
2.2 QAY50汽车起重机的工作级别 9
3伸缩臂传动方案和臂架截面的确定 12
3.1伸缩臂传动方案的确定 12
3.2伸缩臂架截面的确定 14
4伸缩臂设计计算 17
4.1起重机伸缩臂尺寸的确定 17
4.2臂架伸缩液压缸的计算及选择 22
4.3伸缩臂受力计算 25
5伸缩臂有限元分析 31
5.1伸缩吊臂有限元模型建立 32
5.2 计算结果与分析 34
总结 37
致谢 38
参考文献 39

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