课程设计（论文）QY8型汽车起重机液压系统设计.doc

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1、学 号： 0120818380604课 程 设 计题 目QY-8型汽车起重机液压系统设计学 院物流工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级机设0806班姓 名指导教师2011年12月25日本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：评 定 项 目评分成绩1图纸(20分)2平时表现（30分）3设计说明书（30分） 4答辩（20分）总分备注：成绩等级：优（90分100分）、良（80分89分）、中（70分79分）、及格（60分69分）、60分以下为不及格。最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日课程设计任务书学生

2、姓名： 专业班级： 机设0806 指导教师： 工作单位： 武汉理工大学 题 目: 初始条件：QY-8型汽车起重机，他的整体工作机构均采用液压系统。这是单泵多执行元件组成的串联、开式混合系统，可分为支腿、回转、起升、伸缩和变幅5个液压回路，各部分具有相对独立性。他的主要技术参数有：起重量、起升高度、起重力矩、幅度和各机构工作速度等。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）一、 进行工况分析二、 确定液压系统的主要参数三、 制定基本方案和绘制液压系统图四、 液压元件的选择和专业件的设计五、 液压系统性能验算六、 参考文献（不少于5篇）时间安排：11月日11

3、月日: 布置任务,阅读指导书,查阅相关资料；11月日11月日: 分析并确定液压系统,绘制液压系统原理图,计算并选择液压元件，撰写课程设计说明书；11月日11月日: 课程设计答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录1.概述- 1 -2.QY-8型汽车起重机典型工况的确定- 1 -3.QY-8型汽车起重机液压系统设计要求及有关设计参数- 2 -3.1对液压系统的要求- 2 -3.2液压系统设计参数- 2 -4.液压系统主要参数计算- 3 -4.1 起升液压马达负载分析计算：- 3 -4.2初选系统工作压力- 3 -4.3计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排量-

4、4 -4.3.1计算液压缸的主要结构尺寸- 4 -4.3.2计算液压马达的排量- 5 -4.3.4计算液压执行元件实际工作压力- 5 -4.3.5计算液压执行元件实际所需流量- 6 -5.制定系统方案和拟定液压系统图- 6 -5.1 指定系统方案：- 6 -5.2 指定系统方案：- 8 -6.液压元件的选择- 9 -6.1 液压泵的选择- 9 -6.2 液压马达的选择- 10 -6.3 液压阀的选择- 10 -6.4 油管内径计算- 11 -6.5 确定邮箱的有效容积- 11 -6.6 过滤器、压力表及其开关的选择- 11 -7.液压系统性能验算- 12 -7.1 验算回路中的压力损失- 12

5、 -8. 集成块的设计- 13 -参考文献- 14 -1.概述汽车起重机是我国近年来发展迅速的一种能在一定范围内垂直起升和水平移动物品的新型工程机械，动作间歇性和作业循环性是起重机的工作特点。他以汽车底盘为基础的自行式起重设备，具有较高的行驶速度，可以与装运工具的汽车编队行驶，机动性好；广泛运用于建筑、货站及野外吊装作业等，可在有冲击、振动、温度变化大和环境较差的条件下工作。其执行元件完成的动作比较简单，位置精度要求低，负载较大，因此一般采用中、高压手动控制系统，并非常重视系统的安全可靠性。其基本机构组成如图1所示。图1：1-载重汽车； 2-基本臂； 3-起升机构； 4-吊臂伸缩缸； 5-吊臂

6、变幅缸； 6-回转机构；7-支腿 此次我的设计课题是QY-8型汽车起重机的液压系统设计，他的整体工作机构均采用液压系统。这是单泵多执行元件组成的串联、开式混合系统，可分为支腿、回转、起升、伸缩和变幅5个液压回路，各部分具有相对独立性。他的主要技术参数有：起重量、起升高度、起重力矩、幅度和各机构工作速度等。2.QY-8型汽车起重机典型工况的确定表1：汽车起重机液压系统典型工况序号工况一次循环内容特点1基本臂：额定起重量的80%；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中长臂：额定起重量的50%；相应的工作幅度；吊重起升回转变幅下

7、降起升回转下降（中间制动一次）中长臂与出现的最多3最长臂：额定起重量的50%；相应的工作幅度；（主+副）卷扬起升回转变幅（主+副）卷扬下降（主+副）卷扬起升回转（主+副）卷扬下降（中间制动一次）起重吨位小，用于高空作业3.QY-8型汽车起重机液压系统设计要求及有关设计参数 3.1对液压系统的要求 一、具有足够的驱动力。 二、可靠和全面的安全保护装置。 三、较大的调速范围和平稳的动作性能。 四、具有多机构联合动作的能力以提高工作效率。 五、合理利用功率，降低发动机能耗。 六、抗污染能力强。 七、系统较简单、紧凑、“三化”程度高、操纵简便、易于调试、安装和维护。 3.2液压系统设计参数表2：液压系

8、统设计参数机构名称设计参数数据起升马达钢丝绳所受最大静拉力14.33KN起升卷筒钢丝绳最外层直径411mm起升减速传动比21.6起升减速传动效率0.92支腿液压缸最大负载100KN行程0.6m伸缩时间全伸17s全缩17s伸缩液压缸最大负载200KN行程3m伸缩时间全伸36s全缩25s变幅液压缸最大负载260KN行程1m变幅时间全伸35s全缩20s4.液压系统主要参数计算 4.1 起升液压马达负载分析计算： 起升马达所受最大扭矩 式中： 钢丝绳所受最大静拉力，=14.33KN 起升卷筒钢丝绳最外层直径，=0.411m 起升减速传动比，=21.6 起升减速传动效率，=0.92 带入数据 取液压马达

9、的机械效率为0.95，则其负载转矩 4.2初选系统工作压力 根据液压马达负载，查找机械设计手册，初选系统工作压力P=18Mpa 4.3计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排量 4.3.1计算液压缸的主要结构尺寸 1）支腿液压缸的设计计算 粗略估计：吊重时支腿油缸最大轴向阻力F=100KN； 吊重时支腿油缸最大工作压力P1=18Mpa； 查机械设计手册，取油缸背压P2=0.5MPa; 取液压缸速度比=2； 油缸受压时 则无杆腔油压作用面积 无杆腔缸径 取D=100mm； 活塞杆直径 取d=70mm； 2）伸缩液压缸的设计计算 粗略估计：伸出时伸缩油缸最大轴向阻力F=200KN； 吊重时伸缩油缸最

10、大工作压力P1=18Mpa； 查机械设计手册，取油缸背压P2=2MPa; 取液压缸速度比=2； 油缸受压时 则无杆腔油压作用面积 无杆腔缸径 取D=125mm； 活塞杆直径 取d=90mm； 3）变幅液压缸的设计计算 粗略估计：变幅时变幅油缸最大轴向阻力F=260KN； 变幅时变幅油缸最大工作压力P1=18Mpa； 查机械设计手册，取油缸背压P2=1MPa; 取液压缸速度比=2； 油缸受压时 则无杆腔油压作用面积 无杆腔缸径 取D=160mm； 活塞杆直径 取d=110mm； 4.3.2计算液压马达的排量 起升马达为双向旋转的，设其回油路背压0.5MPa,机械效率为0.95，则 4.3.4计算

11、液压执行元件实际工作压力 按确定的液压缸结构尺寸和液压马达排量，计算工况液压执行元件实际 工作压力。执行元件名称工况载荷背压P2/MPa工作压力P1/MPa支腿缸伸出100kN0.512.73伸缩缸伸出200kN217.30变幅缸顶出260kN112.93起升马达吊重起升156Nm17.50表3：液压执行元件实际工作压力 4.3.5计算液压执行元件实际所需流量 根据最后确定的液压缸的结构尺寸或液压马达的排量及其运动速度或转速， 计算各液压执行元件实际所需流量。表4：液压执行元件实际所需流量执行元件名称工况运动速度结构参数流量/Ls-1支腿缸伸出0.03m/s0.0078m20.23缩回0.00

12、40m20.12伸缩缸伸出0.08m/s0.0123m21.05缩回0.12m/s0.0059m20.71变幅缸顶出0.03m/s0.0201m20.60缩回0.05m/s0.0106m20.53起升马达吊重起升1505.58r/min0.0544L/r1.375.制定系统方案和拟定液压系统图 5.1 指定系统方案：QY-8型汽车起重机的整体工作机构均采用液压系统。这是单泵多执行元件组成的串联、开式混合系统，可分为支腿、回转、起升、伸缩和变幅5个液压回路，各部分具有相对独立性。在工作原理上，他们可同时动作，但起重作业时，支腿不能动作。轻载时，可有两个以上的工作机构同时动作，以提高生产率。1.

13、支腿回路 由于汽车轮胎支承能力有限，在其起吊重物前必须放下支腿作刚性支承，将轮胎架空。汽车行驶时必须将支腿收起。为保证起重机的稳重性，要求前支腿比后支腿先放、后收。前、后支腿用均为M型的换向阀组控制，其油路是串联的。为防止支腿在支承过程中发生“软腿”现象或在行驶过程中支腿自行下落，每一液压缸均设置双向液压锁，以保证可靠的锁紧。当操纵手动换向阀组时，可使支腿放下支承和收起。2.回转回路回转机构采用了低速大转矩液压马达，它通过齿轮、涡轮减速箱与底盘的内齿轮啮合的小外齿轮，驱动转盘以1r/min3r/min的速度回转。操纵手动控制阀组，可使液压马达正传、停转和反转。由于回转机构所需的功率较小，故其运

14、动时，其他机构可以同时运动，如起升、变幅和伸缩等。不同幅（仰）角时的起重量，应按操作规范进行。3.起升回路起吊机构是起重机的主要执行机构，它对液压系统的要求，除必须满足最大起重量和升降速度外，尚须满足调速性能好、换向冲击小、升降平稳，无爬行和超速现象。该机构采用低速大转矩液压马达驱动卷扬机。液压马达的正反转由手动控制阀组控制。液压马达的转速即起吊速度可通过改变发动机的转速调节。回路中设有平衡阀（由改进的液控顺序阀和单向阀组成），以防止在下放时重物因自重沉降，并且可防止其超速下降。由于设置了平衡阀，使得液压马达只有在其进油路建立起压力的情况下才能下放重物，同时也有益于液压马达运转的平衡性。改进后

15、的平衡阀使重物下降时不会产生“点头”现象。由于起升液压马达泄漏较大，当负载吊在空中时，尽管回路中设有平衡阀，仍有可能产生“溜车”现象。故在起升液压马达上设有制动液压缸，以使在液压马达停转时将其锁紧。制动缸松闸慢、抱闸快。抱闸快可使液压马达制动迅速（重物迅速停止下降），松闸慢可避免负载悬空而再次起升时，使液压马达反转而产生下滑现象。4.伸缩回路吊臂伸缩机构由基本臂组成，伸缩臂套装在基本臂内，行走时，应将伸缩臂收回。吊臂的伸缩由伸缩液压缸控制。为防止吊起因自重下滑，回路中设有平衡阀，提高了收缩运动的可靠性。5.变幅回路所谓变幅就是改变起重臂的仰角以改变作业半径，要求能带载变幅，动作要平稳。同样，为

16、防止变幅缸在基本臂的压力力自行收缩，回路中设有平衡阀，保证系统的安全可靠性。 5.2 指定系统方案： 液压系统图见图2图2; 1-液压泵；2-回转液压马达；3-伸缩液压缸；4-变幅液压缸；5-起升液压马达；6-制动缸；7-前支腿液压缸；8-后支腿液压缸；9-双向液压锁；10、13-手动控制阀组；11-安全阀；12-压力表；14、15、17-平衡阀；16-单向节流阀；18-回转接头；19-开关阀；20-过滤器；21-油箱。其工作过程如下： 1.支腿收放回路 油液过滤器20开关19回转街头18手动阀组A（左位）前支腿液压缸7无杆腔前支腿液压缸7有杆腔手动阀组A（左位） 手动阀组B（左位） 后支腿液

17、压缸8无杆腔后支腿液压缸8有杆腔手动阀组B（左位）后面回路。收回相反，阀组处于右位。2.回转回路支腿收放回路出来的油液手动阀组C（左位）回转液压马达2左转伸缩回路。马达2右转，则阀组C换到右位。3. 起升回路变幅回路来的油液手动阀组F（右位）平衡阀 17，起升马达5右转邮箱。马达5左转则阀组F处于左位。其中单向节流阀16在起升回路无动作时，不通油，制动缸制动。当起升回路动作是，阀16通油，制动缸有杆腔油液压缩无杆腔弹簧，制动缸不制动。4.伸缩回路回转回路来的油液手动阀组D（右位）平衡阀14伸缩缸3无杆腔伸缩缸3有杆腔变幅回路。伸缩缸3缩回则阀D处于左位。系统设有液控顺序阀，防止阀D处于左位时，

18、液压缸3在重物作用下快速缩回，提高系统的安全性。5. 变幅回路伸缩回路来的油液手动阀组E（右位）平衡阀15伸缩缸4无杆腔伸缩缸4有杆腔变幅回路。伸缩缸4缩回则阀D处于左位。同样，系统设有液控顺序阀，防止阀E处于左位时，液压缸4在重物作用下快速缩回，提高系统的安全性。6.液压元件的选择 6.1 液压泵的选择 (1) 液压泵工作压力的确定 是液压执行元件的最高工作压力，根据表3知为液压那大吊重起升时的压力，。是泵到执行元件间总的管路损失，取。 液压泵工作压力为 (2) 液压泵流量的确定 由表4知，系统最大流量发生在液压马达吊重起升工况，。取泄漏系数K为1.2，求得液压泵流量为 (3) 液压泵的型号

19、查机械设计手册，选用P5100F50型高压齿轮泵。性能参数如下： 最大排量 50 额定工作压力 23 最高工作压力 28 工作转速 2400 6.2 液压马达的选择 根据4.1和4.3.2的计算求得液压马达的排量为54.4 ，系统工作压力为18MPa,输出转矩为148.17 Nm。 查机械设计手册，选用MFB29型轴向柱塞马达。性能参数如下： 最大排量 61.60 最高转速 2400 最低稳定转速 50 最高工作压力 20.7 MPa 最大输出转矩 178 Nm6.3 液压阀的选择 表5：起重机液压阀明细表序号名称实际流量/Lmin-1选用规格A三位四通手动换向阀27.6HD-G02C6-10

20、BD63DMG-03-3C60-50E36DMG-03-3C60-50F82.2DMG-04-3C6-219液控单向阀13.84CG-03-C11溢流阀16DT-02-H-2214平衡阀85.2FD16FA1015平衡阀63.6FD12FA1016单向节流阀SRCG-03-5017平衡阀82.2FD16FA106.4 油管内径计算 油管内径 式中 通过管道内的流量（） 管道内允许流速（）表6：管道内径计算选择管路名称最大通过流量/Ls-1允许流速/ms-1管道内径/m实际取值/m泵吸油管20.80.0560.065泵排油管24.50.0240.025支腿回路换向阀前管道0.464.50.011

21、0.012工作回路压油管道1.374.500.0200.020 6.5 确定邮箱的有效容积初算邮箱容积 式中 液压泵每分钟排出压力油的容积（m3） 经验系数 带入数据 6.6 过滤器、压力表及其开关的选择根据安装位置和液压泵的要求，过滤器选择WU-160180； 压力表选择Y60，测压范围025MPa； 压力表开关选择 AF6EA30/X2507.液压系统性能验算 7.1 验算回路中的压力损失本系统较为复杂，有多个液压执行元件动作回路，其中环节较多，管路损失较大的为起升液压马达动作回路，故主要验算由泵到起升马达这段管路的损失。（1） 沿程压力损失主要是起升马达吊重起升时进油管路的压力损失。设此

22、管路长10m，管内径0.020m，吊重起升时通过流量1.37Ls-1，选用L-HM32液压油，正常运转后油的运动粘度，油的密度。油在管路中的实际流速为 油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为 按式求得沿程压力损失为 （2）局部压力损失 局部压力损失包括通过管路中的折管和管接头等处的管路局部损失，以及通过控制阀的局部损失。其中管路局部损失相对来说小得多，故主要计算通过控制阀的局部损失。参看液压系统原理图，从液压泵到起升液压马达要经过换向阀F，额定流量100/Lmin-1，额定压力损失0.3MPa；平衡阀17，额定流量200/Lmin-1，额定压力损失0.3MPa。 有以上计算结果，得到液压泵

23、到起升马达的总压力损失：主泵出口压力： 由计算结果，液压泵的实际出口压力距泵的额定压力还有一定的压力裕度，所选泵是合适的。根据各工况需要，确定系统最高工作压力18，也就是溢流阀11的调定压力。8. 集成块的设计（1） 集成块设计步骤 a.制作液压元件样板； b.决定通孔的孔径； C.集成块上液压元件的布置； D.集成块零件图的绘制。（2） 集成块尺寸的确定 把已经画好的手动换向阀集中在一起，根据液压系统的油路布置和手动换向阀的操 纵台的要求，把各阀件的油孔对应起来。各阀之间根据实际情况留有一定间隙。 1.测量总长度为285mm. 图3.集成块原理图 2.集成块的宽度 根据手动换向阀F的螺钉最外

24、缘的距离130mm，两侧各增加5mm，为140mm。 3.集成块高度 由于集成块侧面无阀件，则高度根据管路要求拟定，为140mm。（3） 试用Pro/E三维软件画集成块 试用Pro/e三维软件画立体图更只管，可以测量任意两点之间的距离，能有效保证 集成块内部管路不相较差或相距太小。立体图还可以直接转换成平面图，将任意面 剖视图转换成平面图。立体图集成块如图所示。图4.集成块立体图（4） 把集成块立体图转换成平面图 使用Pro/E软件可以把集成块的立体图转换成平面图，以便于加工使用。具体平面 图见图纸。参考文献1 张质文. 起重机设计手册. 中国铁道出版社. 1998.32 杜国森. 液压元件产品样本. 机械工业出版社. 1983.43 万会雄,明仁雄. 液压与气动传动. 国防工业出版社. 20034 李壮云. 液压元件与系统. 机械工业出版社. 2005.85 张利平. 液压气动系统设计手册. 机械工业出版社. 1997.96 成大先. 机械设计手册. 化学工业出版社. 2004.1