汽车起重机液压系统设计

1一：汽车起重机的工况分析根据起重机试验规范，以及很多操作者的实际经验，可确定表1.1的三种工况，作为轻型汽车起重机的典型工况。设计液压系统时要求各系统的动作能够满足这些工况要求。表1.1汽车起重机典型工况表序号工况一次循环内容特点1基本臂相应的工作幅度吊重起升-回转-下降-起升-回转-下降中间制动一次起重吨位大，动作单一。很少与回转等机构组合动作2全长臂相应的工作幅度卷扬起升-回转-下降-卷扬起升-回转-下降中间制动一次运用较多的情况，能满足小吨位的工作3最长臂；主臂加副臂相应的工作幅度起升+回转-变幅-下降-起升+回转-下降中间制动一次起重吨位小，一般在1～2吨之间二:汽车起重机对液压系统的要求根据汽车起重机的典型工作状况对系统的要求主要反映在对以下几个液压回路的要求上。1.起升回路（1）能方便的实现合分流方式转换，保证工作的高效安全。（2）要求卷扬机构微动性好，起、制动平稳，重物停在空中任意位置能可靠制动，即二次下滑问题，以及二次下降时的重物或空钩下滑问题，即二次下降问题。2.回转回路（1）具有独立工作能力。（2）回转制动应兼有常闭制动和常开制动（可以自由滑转对中），两种情况。3.变幅回路（1）带平衡阀并设有二次液控单向阀锁住保护装置。（2）要求起落臂平稳，微动性好，变幅在任意允许幅值位置能可靠锁死。（3）要求在有载荷情况下能微动。（4）平衡阀应备有下腔压力传感器接口，作为力矩限制器检测星号源。24.伸缩回路本机伸缩机构采用三节臂（含有两个液压缸），由于本机为轻型起重机为了使本机运用广泛，实现各节臂顺序伸缩。各节臂能按顺序伸缩，但不能实现同步伸缩。5.控制回路（1）为了使操纵方便总体要求操纵手柄限制为两个。（2）操纵元件必须具有45°方向操纵两个机构联动能力。6.支腿回路（1）要求垂直支腿不泄漏，具有很强的自锁能力（不软腿）。（2）要求前后组支腿可以进行单独调整。（3）要求支腿能够承载最大起重时的压力，并且有足够的防倾翻力矩。（4）起重机行走时不产生掉腿现象。三：汽车起重机液压系统的工作原理总成1支腿收放回路由于汽车轮胎支撑能力有限，且为弹性变形体，作业时很不安全，故在起重作业前必须放下前、后支腿，用支腿承重使汽车轮胎架空。在行驶时又必须将支腿收起，轮胎着地。为此，在汽车的前、后两端各设置两条支腿，每条支腿均配置有液压缸。如图3.1前支腿两个液压缸同时用一个三位四通手动换向阀7控制其收、放动作，而后支腿两个液压缸则用另一个三位四通手动换向阀11控制其收、放动作。为确保支腿能停放在任意位置并能可靠地锁住，在支腿液压缸的控制回路中设置了双向液压锁。当三位四通手动换向阀7工作在右位时，前支腿放下，其油路为：进油路：过滤器2→液压泵3→手动换向阀5左位→手动换向阀7右位→前支腿液压缸上腔。回油路：前支腿液压缸下腔→液控单向阀→手动换向阀7右位→支腿回路安全阀→油箱。当三位四通手动换向阀7工作在左位时，前支腿收回，其油路为：进油路：过滤器2→液压泵3→手动换向阀5左位→手动换向阀7左位→前支腿液压缸下腔。回油路：前支腿液压缸上腔→液控单向阀→手动换向阀7左位→支腿回路安全阀→油箱。3后支腿液压缸用三位四通手动换向阀11控制，其油路流动情况与前支腿油路类似。2吊臂变幅回路吊臂变幅是通过改变吊臂的起落角度来改变作业高度。吊臂的变幅运动由变幅液压缸驱动，变幅要求能带载工作，动作要平稳可靠。本机为小吨位吊车采用单个变幅液压缸变幅方式。为防止吊臂在停止阶段因自重而减幅，如图3.1在油路中设置了平衡阀15，提高了变幅运动的稳定性和可靠性。吊臂变幅运动由三位四通手动换向阀14控制，在其工作过程中，通过改变手动换向阀14开口的大小和工作位，即可调节变幅速度和变幅方向。吊臂增幅时，三位四通手动换向阀14右位工作，其油路为：进油路：过滤器2→液压泵3→手动换向阀5右位→手动换向阀14右位→平衡阀15中的单向阀→变幅液压缸下腔。回油路：变幅液压缸上腔→手动换向阀14右位→手动换向阀19中位→手动换向阀20中位→电磁阀33左位→油箱。吊臂减幅时，三位四通手动换向阀14左位工作，其油路为进油路：过滤器2→液压泵3→手动换向阀5右位→手动换向阀14左位→变幅液压缸上腔。回油路：变幅液压缸下腔→平衡阀15→手动换向阀14左位→手动换向阀19中位→手动换向阀20中位→电磁阀33左位→油箱。3吊臂伸缩回路吊臂由基本臂和伸缩臂组成，伸缩臂套装在基本臂内，由吊臂伸缩液压缸驱动进行伸缩运动。本系统是利用各油缸有效面积差控制伸缩顺，即Ⅰ号伸缩油缸活塞面积大，Ⅱ号伸缩油缸活塞面积小。各活塞腔是联通的，各油缸活塞杆腔也是联通的。很显然I号伸缩油缸先伸出，其次是Ⅱ号伸缩油缸伸出。平衡阀可以保证吊臂在载荷下平稳收缩，同时还可以防止因泄漏或管道破裂而造成吊臂回落。此外为了保证吊臂回缩时按预定的顺序，不至因自重和滑动阻力变化等因素影响。平衡阀的开启压力应该设定为足K1大，K2小。为使其伸缩运动平稳可靠，并防止在停止时因自重而下滑，如图3.1在油路中设置了平衡阀18。吊臂伸缩运动由三位四通手动换向阀19控制，当三位四通手动换向阀19工作在左位或右位时，分别驱动伸缩液压缸伸出或缩回。吊臂伸出时的油路为：进油路：过滤器2→液压泵3→手动换向阀5右位→手动换向阀14中位→手动换向阀19右位→平衡阀18中的单向阀→伸缩液压缸下腔。4回油路：伸缩液压缸上腔→手动换向阀19右位→手动换向阀20中位→电磁阀33左位→油箱。吊臂缩回时的油路为：进油路：过滤器2→液压泵3→手动换向阀5右位→手动换向阀14中位→手动换向阀19左位→伸缩液压缸上腔。回油路：伸缩液压缸下腔→平衡阀18→手动换向阀19左位→手动换向阀20中位→电磁阀33左位→油箱。4转台回转回路转台的回转由一个小转矩高速液压马达驱动。通过行星减速机构减速，转台的回转速度为0~5r／min。为了提高工作效率，并且确保安全，本系统加装由平衡阀、二次溢流阀、制动器组成的回转缓冲装置。如图3.1回转液压马达的回转由三位四通手动换向阀20控制，当三位四通手动换向20工作在左位或右位时，分别驱动回转液压马达正向或反向回转。其油路为：进油路：过滤器2→液压泵3→手动换向阀5右位→手动换向阀14中位→手动换向阀19中位→手动换向阀20左(右)位→正反转平衡阀23→回转液压马达。回油路：回转液压马达→正反转平衡阀23→手动换向阀20左(右)位→电磁阀33左位→油箱。5吊重起升回路吊重起升是系统的主要工作回路。吊重的起吊和落下作业由一个大转矩液压马达驱动卷扬机来完成。起升液压马达的正反转有一个三位四通换向阀32（如图3.1）控制。马达转速的调节(即起吊速度)主要通过改变泵一二分合流方式来实现，还可以通过调节发动机转速及电磁换向阀33的开口来调节。回路中设有平衡阀30，用以防止重物因自重而下滑。由于液压马达的内泄漏比较大，当重物吊在空中时，尽管回路中设有平衡阀，重物仍会向下缓慢滑落，为此，在液压马达的驱动轴上设置了制动器28。当起升机构工作时，在系统油压的作用下，制动器液压缸使闸块松开，当液压马达停止转动时，在制动器弹簧的作用下，闸块将轴抱死进行制动。当重物在空中停留的过程中重新起升时，有可能出现在液压马达的进油路还未建立起足够的压力以支撑重物时，制动器便解除了制动，造成重物短时间失控而向下滑落。为避免这种现象的出现，在制动器油路中设置了单向节流阀27。通过调节该节流阀开口的大小，能使制动器抱闸迅速，而松闸则能缓慢地进行。6汽车起重机液压系统总成根据各回路的分析得到汽车起重机液压系统的工作原理如图3.1所示。该系5统为中压系统，动力源采用双联齿轮泵，由汽车发动机通过底盘上的分动箱驱动。液压泵从油箱中吸油，输出的液压油经手动阀组输送到各个执行元件。整个系统由支腿收放、吊臂变幅、吊臂伸缩、转台回转和吊重起升五个工作回路所组成，且各部分都具有一定的独立性。整个系统分为上下两部分，除液压泵、过滤器、溢流阀、手动阀组及支腿部分外，其余元件全部装在可回转的上车部分。油箱装在上车部分，兼作配重。上下两部分油路通过中心回转接头连通。支腿收放回路和其他动作回路采用一个二位三通手动换向阀5进行切换。图3.1汽车起重机液压系统图表3.2汽车起重机液压系统的工作情况表7汽车起重机液压系统的特点汽车起重机的液压系统有如下几个特点：1)该系统为双泵双回路、分合流油路、开式、串联系统，采用了换向阀串联组合，不仅各机构的动作可以独立进行，而且在轻载作业时，可实现起升和回转复合动作，以提高工作效率。2)系统中采用了平衡回路、锁紧回路和制动回路，保证了起重机的工作可靠，操作安全。3)采用了三位四通手动换向阀换向，不仅可以灵活方便地控制换向动作，还可通过手柄操纵来控制流量，实现节流调速。在起升工作中，除了分合流油路可方便实现高低速切换外，将节流调速方法与控制发动机转速的方法结合使用，可以实现各工作部件微速动作。4)各三位四通手动换向阀均采用了M型中位机能，使换向阀处于中位时能使系统卸荷，可减少系统的功率损失，适宜于起重机进行间歇性工作。6注：平衡阀主要的功能不是锁定执行元件的位置，是用来防止执行器失速或惯性冲击的。四：液压系统计算1汽车起重机液压系统参数的初定最大起重量8吨；最高提升速度maxV=18min/m；吊钩滑轮组倍率为M=6，效率2=0.95；钢丝绳导向滑轮效率=0.95；起升卷筒上钢丝绳最外层直径maxD=400mm；起升传动比i=20、效率ch=0.95；参看下表4.1根据液压马达负载，初选系统的工作压力为P=20MPa。表4.1各种机械常用的系统工作压力[2]机械类型机床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/aMP＜0.8～23～52～88～1010～1820～302起升马达的计算和选择（1）作用于钢丝绳上的最大静拉力[1]：max2QSM式中Smax—作用于钢丝绳上的最大静拉力，N；Q—起重量,Q=8000kg×9.8N/kg=78400NM—吊钩滑轮组倍率；2—吊钩滑轮组效率；—钢丝绳导向滑轮效率。max7840014478.360.950.95SN(2)起升马达所受最大扭矩[1]2maxmaxmax2chSDMi式中:2—动力系数，2=1+0.35V，其中V是最高起升速度，由于V=18m/min(4-1)(4-2)7=0.3m/s则2=1+0.35×0.3=1.105；Smax—作用于钢丝绳上的最大静拉力，N；maxD—起升卷筒上钢丝绳最外层直径，maxD=400mm；i—起升传动比，i=20；ch—起升效率，ch=0.95。max1.10514478.30.4168.412200.95MNm(3)液压马达的排量[2]max2mmMQP式中：Mmax—起升马达受到的最大扭矩，Mmax=168.41Nm；P—系统的工作压力，P=20Mpa；m—液压马达机械效率，通常取m=0.92；3623.14168.4157.48/20100.92mQcmr（4）液压马达转速[1]maxmaxmaxMiVnD式中：M—吊钩滑轮组倍率；i—起升传动比，i=20；maxV—最高提升速度，maxV=18min/m；maxD—起升卷筒上钢丝绳最外层直径，maxD=400mm；max620181720/min3.140.4nr(5)液压马达的选择根据马达所受到的压力、最大扭矩以及需要的转速和排量查[2]表3.2-3决定采用型号为CM4型的齿轮马达，该马达的具体参数如下：额定压力为20MPa，转速150～2000r/min，排量40～63ml/r，输出转矩115～180mN。3液压泵的计算与选择（1）液压泵的工作压力[1]2max112/mmMPNmQ式中：1P—液压马达的最大工作压力maxM—起升马达所受最大扭矩maxM=168.41mN(4-3)(4-4)(4-5)8Qm—起升马达排量(cm3/r)，