畢業(yè)設(shè)計（論文）-液壓起重機伸支腿動作系統(tǒng)設(shè)計.doc

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文液壓起重機伸支腿動作系統(tǒng)設(shè)計摘要起重機械用來對物料作起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機械設(shè)備，它可以減輕體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率和在生產(chǎn)過程中進行某些特殊的工藝操作，實現(xiàn)機械化和自動化。本設(shè)計在分析鐵路起重機的功能、組成和工作特點的基礎(chǔ)上，并結(jié)合國內(nèi)外鐵路起重機的運用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，設(shè)計一款鐵路起重機底盤支腿液壓系統(tǒng)。在設(shè)計本機液壓系統(tǒng)中，通過閱讀大量國內(nèi)外相關(guān)資料和調(diào)研市場上已存在產(chǎn)品，對鐵路起重機的功能和工作原理進行深入的了解和分析，具體分析了鐵路起重機液壓系統(tǒng)的功能、組成、工作特點以及系統(tǒng)類型。根據(jù)鐵路起重機的工作特點對支腿液壓系統(tǒng)進行典型工況分析，確定液壓系統(tǒng)要求；結(jié)合液壓系統(tǒng)原理擬定支腿液壓系統(tǒng)底盤分布圖、支腿液壓管路圖。根據(jù)鐵路起重機的技術(shù)參數(shù)對液壓系統(tǒng)進行了設(shè)計計算，確定液壓系統(tǒng)元件；并結(jié)合支腿機構(gòu)的主要參數(shù)對支腿機構(gòu)強度校核與穩(wěn)定性分析，對支腿回路的組成原理和性能進行分析；通過對系統(tǒng)壓力損失的驗算和發(fā)熱校核，檢驗液壓系統(tǒng)設(shè)計的合理性。最后，進行整體結(jié)構(gòu)的三維建模仿真，實現(xiàn)整體的裝配。關(guān)鍵詞鐵路起重機；液壓系統(tǒng)；伸支腿動作系統(tǒng)；三維建模Moving system design of Landingleg of Hydramlic craneAbstractCrane is a kind of mechanical equipments used for lifting, moving, loading/unloading, and installing. It can lower the manual workload and upgrade productivity. It can be operated in some special environment, too, and work with high automatic level. Crane can operate whole objects, disintegrated materials, or liquid substances. The crane loads vary from time to time, so it is a periodic operational machine. A crane contains three major parts, mechanic components, a metal structure, and electrical devices. A cranes mechanical movements are multi-actions, such as raising, running, and rotating.The design analysis of railway crane on the basis of the functions, composition and characteristics of work, application situation and development trend of domestic and international railway crane, designed a hydraulic system for railway crane chassis legs. In the design of the hydraulic system, by reading a lot of relevant information already exists on the market and research products at home and abroad, for railway crane capabilities and in-depth understanding and analysis of the working principle, specific analysis of crane hydraulic system characteristics and system functions, composition, work type, summary of advantages and disadvantages in application of hydraulic railway crane. Legs according to the characteristics of railway crane hydraulic system analysis of typical conditions, determine the hydraulic system requirements; combination of hydraulic system for hydraulic system developed leg base map, the hydraulic support leg pipe. According to the technical parameters of the crane on the design and calculation of hydraulic systems, hydraulic system components were identified and combined with leg mechanism of main parameters on leg strength and stability analysis of mechanism, composition theory and performance analysis of the leg loops through to system pressure loss calculation and heat checking, inspection of hydraulic system design of rationality.Keywords Railway crane;Hydraulic system;Outrigger hydraulic; 3D modeling不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印- II -目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題研究的意義11.2 國內(nèi)外發(fā)展趨勢31.3 課題研究的主要內(nèi)容6第2章 支腿的確定及液壓系統(tǒng)的設(shè)計72.1 起重機伸支腿的選擇72.1.1 伸支腿結(jié)構(gòu)形式的確定72.1.2 鉸接式伸支腿系統(tǒng)的工作原理72.1.3 支腿構(gòu)造及原理82.2 支腿液壓回路的設(shè)計102.2.1 支腿液壓回路的作用102.2.2 支腿液壓回路的性能要求102.2.3 液壓系統(tǒng)原理說明102.3 本章小結(jié)12第3章 起重機伸展腿動作系統(tǒng)元件確定133.1 支腿壓力的確定133.1.1 液壓系統(tǒng)各回路計算及主要元件的選擇133.2 支腿壓力計算133.2.1 液壓支腿單腿受力計算133.2.2 水平支腿液壓缸作用力的確定133.3 支腿鋼結(jié)構(gòu)的計算143.4 各種液壓缸尺寸的確定143.4.1 支腿液壓缸尺寸的確定143.4.2 支腿液壓油缸缸筒壁厚的計算153.4.3 液壓缸尾部法蘭盤連接螺栓設(shè)計與校核153.4.4 展腿液壓缸尺寸的確定173.4.5 展腿液壓缸缸筒壁厚的計算173.4.6 各種液壓缸工作壓力差的計算183.5 液壓缸伸縮速度及流量的計算193.5.1 支腿液壓缸伸縮速度及流量的計算193.5.2 展腿液壓缸伸縮速度及流量的計算203.6 液壓泵的工作壓力及排量的確定203.6.1 液壓泵額定工作壓力的確定203.6.2 液壓泵流量的計算213.6.3 液壓泵的選擇213.7 本章小結(jié)22第4章 伸支腿液壓系統(tǒng)附件選用234.1 液壓油箱的設(shè)計234.1.1 油箱的基本功能和分類234.1.2 油箱的設(shè)計要點234.1.3 油箱容積的確定244.1.4 油箱附件的選取254.2 油管的確定274.3 液壓油的選擇294.4 液壓系統(tǒng)能量分析計算294.4.1 各工況壓力損失的計算294.4.2 油箱的散熱功率304.4.3 冷卻器的選擇304.5 本章小結(jié)31結(jié)論32致謝33參考文獻34附錄36千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行- IV -第1章 緒論1.1 課題研究的意義研究液壓起重機伸支腿的意義：在于提高起重機的起重能力，提高整機的穩(wěn)定性，同時分散壓力,降低壓強，防止起重機在提重物的時由于壓力過大而將地面壓壞，同時支腿的穩(wěn)定及合理也能防止起重機在起重時產(chǎn)生側(cè)翻現(xiàn)象。起重機的支腿型式可分為蛙式支腿、H型支腿、X型支腿和輻射式支腿（如下圖所示），本文主要研究鉸接式伸支腿系統(tǒng)的設(shè)計與計算。1圖1-1 蛙式支腿 圖1-2 H式支腿圖1-3 X式支腿圖1-4 輻射式支腿圖1-5 鉸接式支腿1.2 國內(nèi)外發(fā)展趨勢最近幾年，隨著瑞典、挪威和芬蘭經(jīng)濟的緩和，政府加大了對建筑行業(yè)的支持力度，越來越多的可再生能源、油氣資源和基礎(chǔ)建設(shè)項目紛紛上馬。起重機公司期望歐洲地區(qū)的經(jīng)濟危機不要打破他們連續(xù)增長的記錄。由于北歐地區(qū)經(jīng)濟增長速度高于歐盟地區(qū)的平均值，各種項目紛紛上馬。保險洞察力報道說，去年春季以來，北歐地區(qū)建設(shè)項目提供了大規(guī)模貸款和投資的機會。瑞典的增長最大，達到了4.4%，其次是芬蘭的2.4%和丹麥的2%，充分顯示了經(jīng)濟增長的好勢頭。北歐區(qū)域經(jīng)濟形勢穩(wěn)定，政府負債比其他歐盟國家低，企業(yè)對地區(qū)經(jīng)濟增長充滿信心。由于瑞典、挪威和丹麥不使用歐元，受歐元區(qū)經(jīng)濟波動的影響要小。歐盟政府官方統(tǒng)計機構(gòu)歐盟統(tǒng)計局負責(zé)收集建筑統(tǒng)計數(shù)據(jù)。歐盟統(tǒng)計局的建筑生產(chǎn)指數(shù)是根據(jù)不同歐盟國家建筑工程量變化的比例來表達的。瑞典是北歐國家中建筑生產(chǎn)指數(shù)最高的國家，2011年第二季度達139.65，其次是芬蘭的129.37。瑞典和芬蘭是2009年以來季度建筑生產(chǎn)指數(shù)最高的國家。接著是挪威的106.7和丹麥的77.3.北歐地區(qū)建筑生產(chǎn)率要比歐盟國家的平均值高，略微高于德國和土耳其，只比波蘭、羅馬尼亞和黑山這樣的巴爾干地區(qū)國家火箭式上升的生產(chǎn)率要低。北歐國家的建筑水平經(jīng)受住了2008年金融危機的沖擊，具有典型的快速恢復(fù)能力。“其大幅度下降后快速回升的V形曲線表明了其經(jīng)濟迅速恢復(fù)的能力，如芬蘭、瑞典、挪威、德國和波蘭等國?！庇捎诮ㄖM用依賴于歐盟國家的投資，許多北歐租賃公司活躍的波羅的海地區(qū)國家在2008年經(jīng)濟危機后的恢復(fù)速度較慢。北歐市場北歐是氣候比較惡劣的地區(qū)，冬季停工月份較多，氣溫之低使水泥很難硬化，所以要考慮預(yù)制構(gòu)件的運輸問題，但這對許多公司來說都可以應(yīng)對。Stefan Bohlin是瑞典租賃公司Lambertsson Sverige AB負責(zé)移動式起重機業(yè)務(wù)的經(jīng)理。該公司用3個品牌(WBM Hyrkranar、Ralling和Bararelaget Krancente)租賃全地面起重機和隨車起重機。Lambertsson公司的母公司是活躍于瑞典、挪威和芬蘭的建筑公司Peab.Bohlin說：“我們有60臺30t至300t的全地面起重機和10臺29tm至150tm的隨車起重機。這些起重機的租賃范圍覆蓋了從斯德哥爾摩到馬爾默的地區(qū)?！?Lambertsson在瑞典、挪威和芬蘭有大約300臺塔式起重機，目前我們還從荷蘭、德國和丹麥租起重機用于挪威和瑞典市場。Lambertsson公司2011年的成功證明了北歐經(jīng)濟在整個金融危機中的穩(wěn)定性?！敖衲陮ξ覀儊碚f是一個好年頭。我們在2009年有些下滑，但2010年增長得相當(dāng)不錯。瑞典政府在過去5年里干得不錯，所以瑞典的經(jīng)濟形勢非常好。如果與其他國家相比較的話，這里的建筑工作是當(dāng)務(wù)之急，但明年怎樣還不清楚?！彼a充說：“眾所周知，瑞典不在歐元區(qū)，但仍在歐盟內(nèi)，這就是原因所在。再看看挪威，那里有石油，而且它不在歐盟中?！苯柚己玫慕?jīng)濟形勢，移動式起重機租賃公司在大舉擴張。Bohlin說：“瑞典的移動式起重機租賃公司在壯大，收購了一些小起重機公司。小公司的數(shù)量越來越少了。在塔式起重機方面，我認為25年以來市場一直在上下波動。自從在瑞典和挪威開設(shè)辦事處以來，Lambertsson從2004年開始投資購買新的波坦起重機。早期階段，我們投大筆錢購買大型林登二手起重機。像Skanska這樣的建筑公司都有自己的起重機。NCC已經(jīng)將自己的起重機賣掉，目前像我們一樣從租賃公司租起重機用。我們的母公司Peab是當(dāng)今瑞典最大的建筑公司。”挪威的北歐起重機集團首席執(zhí)行官Trond Helge Skretting解釋了北歐起重機集團是如何通過收購家族企業(yè)Stangeland起重機公司和Kynningsrud公司而進入市場的。北歐起重機集團是通過合并兩家家族企業(yè)Stangeland和Kynningsrud的起重機業(yè)務(wù)而于2008年成立的。Stangeland起重機公司是挪威西海岸主要起重機提供商，有30年歷史，是從建筑行業(yè)和油氣行業(yè)發(fā)展起來的。同樣，Kynningsrud公司是挪威東海岸和瑞典的主要起重機提供商，有65年歷史，是從油氣行業(yè)和重型工業(yè)行業(yè)發(fā)展起來的?！拔覀儼褍杉夜镜钠鹬貦C分公司合并在一起，成立了北歐起重機集團，Kynningsrud和Stangeland各擁有50%的股份?！彪S著挪威東部業(yè)務(wù)的擴張，北歐起重機集團最近又收購了奧斯陸的TO Bull公司。“目前我們大量的業(yè)務(wù)是在挪威東部的建筑行業(yè)，那里正在建設(shè)許多建筑?！盨kretting計劃在2012年至2013年開辦一家混凝土構(gòu)件廠，為建筑商冬天施工提供混凝土構(gòu)件。Kim Emblem是挪威開展跨邊界業(yè)務(wù)的Vest Kran公司技術(shù)經(jīng)理，為挪威和土耳其提供起重運輸技術(shù)支持。其多樣化的機械設(shè)備包括有微型起重機、輪式起重機和塔式起重機，另外還有千斤頂和其它起重機設(shè)備?！?011年我們的增長不大，但我們?yōu)?012年至2013年的增長打下了基礎(chǔ)?！盓mblem認為建筑行業(yè)不景氣的原因是融資問題?！坝捎谝蟮墓蓹?quán)比例較高，它對所有需要融資的建筑項目都有影響。在購買新設(shè)備時會有相同的問題?！惫I(yè)部門的金融危機還沒有結(jié)束?！坝捎诮鹑谖C的影響，工業(yè)部門更加不穩(wěn)定，所以在這個市場上會有一些小困難?！辈还茉趺凑f，北歐地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)對50t至200t起重機的需求有增長?！芭餐屯炼涫袌隽己?，所以我們希望在這里有增長。” Emblem說。Vest Kran的Emblem希望土耳其的這家新機構(gòu)能夠提高冬季4個月時間的起重機利用率。“我們認為在土耳其的投資會有回報的，因為挪威和瑞典每年冬季的4個月時間活不多，而土耳其可以利用全年12個月的時間安排人和機器的工作。在目前價格這樣低的情況下這點尤其重要?！狈姨m工業(yè)重型吊裝和海洋運輸租賃公司Nostokonepalvelu的Matti Nieminen解釋說，這些市場正在從經(jīng)濟危機中恢復(fù)過來?！霸诠I(yè)領(lǐng)域，起重機的工作范圍非常不同?！彼f。它們一般作為出租、重型吊裝和運輸使用。這家公司還有一條用于海洋運輸?shù)臐L裝船。在我國，起重機的發(fā)展已有五十年的歷史了，由于受到客觀條件的的限制，一度發(fā)展較慢。直到進入九十年代，起重機才得到快速發(fā)展。起重機生產(chǎn)廠家也從以前的幾家發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)十家，例如：徐州工程機械集團有限公司、三一汽車制造有限公司、長沙中聯(lián)重工科技發(fā)展股份有限公司、北起多田野(北京)起重機有限公司、安徽柳工起重機有限公司、泰安工程機械總廠等。其中，徐州工程機械集團有限公司、長沙中聯(lián)重工科技發(fā)展股份有限公司是行業(yè)內(nèi)規(guī)模較大的企業(yè)。然而，不得不承認我國起重機水平與國際先進水平還相差很遠。主要表現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、自動化、智能化等方面。隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的規(guī)模不斷加大，許多生產(chǎn)場合都需要對設(shè)備、產(chǎn)品、零件、貨物等進行搬運和位移，起重機在起重運輸行業(yè)和野外作業(yè)發(fā)揮的作用也將越來越大，市場也必將越來越大。2010年12月22日，以“應(yīng)對新型市場、強化市場創(chuàng)新火暴市場下的冷思考”為主題的中國工程機械工業(yè)協(xié)會工程起重機分會年會在長沙召開。本次會議在分析了行業(yè)現(xiàn)狀的同時，亦為行業(yè)的良性發(fā)展提供了新的思路。根據(jù)工程起重機分會統(tǒng)計，截至2010年9月，我國起重機、履帶起重機、隨車起重機和輪胎起重機4大類起重機的銷量總計已突破3萬臺。其中，起重機和輪胎起重機同比增速接近40%；隨車起重機同比增速超過40%；而履帶起重機同比增速甚至超過了60%。但是，這種爆發(fā)式增長主要是源于第一季度的貢獻，5月以后，起重機銷量增速逐步放緩，平均每月下滑幅度為5%10%?？梢?，起重機行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了突破和關(guān)鍵階段，其增長步伐正在逐步減速，行業(yè)將面臨新一輪挑戰(zhàn)。2003年以來，我國起重機行業(yè)始終保持著高位運行，是工程機械中增速最快的機種之一，即使在深受金融危機影響的2008年，仍然保持了逆市增長。但是，這種繁榮能否一直持續(xù)？透過繁榮的表象，我們更應(yīng)該多一份理性思考。近幾年，寬松的貨幣政策和投資的拉動對市場的繁榮起到了很大刺激作用，但同時其所引發(fā)的弊端也正在顯現(xiàn)。信用銷售及融資租賃業(yè)務(wù)的推廣，使行業(yè)進入門檻不斷降低，市場被非正常放大，從而帶來了行業(yè)的膨脹，出現(xiàn)產(chǎn)能過剩、競爭無序、產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重等負面效應(yīng)。2010年，起重機行業(yè)總產(chǎn)能達到5萬臺以上，而市場需求約為3.5萬臺，供需比例將近1.5:1，產(chǎn)能遠大于市場需求。同時，市場向極端噸位發(fā)展的趨勢不斷加深，盲目追求產(chǎn)品的大型化和大噸位發(fā)展現(xiàn)象突出。而市場小噸位產(chǎn)品也大量增加，但這與國外小噸位起重機漸被隨車起重機所取代的發(fā)展趨勢相悖。投資效應(yīng)會逐步減退，國家貨幣政策的不斷收緊也迫使起重機乃至工程機械行業(yè)回歸理性。因此，市場長時間維持持續(xù)高速增長的難度在不斷加大，穩(wěn)步發(fā)展將成為常態(tài)。那么，繁榮過后，如何實現(xiàn)健康發(fā)展的思考就成為了重中之重。為了適合市場調(diào)整的節(jié)奏，行業(yè)應(yīng)不斷加大研發(fā)投入、加強技術(shù)升級、深化差異化服務(wù)；抓住國家加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)為工程機械行業(yè)帶來的機遇，拓展新的業(yè)務(wù)增長空間，在節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、高端裝備制造、新能源、新材料等產(chǎn)業(yè)尋求新的市場增長點；加強產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，加大國內(nèi)技術(shù)平臺及配套平臺的發(fā)展，著力行業(yè)自律工作，推動行業(yè)體系的不斷完善；同時，行業(yè)還應(yīng)擁有合理的利潤空間，以保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為企業(yè)提高核心競爭力奠定基礎(chǔ)。自2003年騰飛開始，工程起重機行業(yè)已經(jīng)經(jīng)過10年的持續(xù)快速發(fā)展，走過了市場的井噴與高潮。而今，在瘋狂喜悅之后，行業(yè)變得更加沉穩(wěn)和成熟，市場競爭不斷加劇，利潤率降低不可避免，間歇性增長和下滑將成為可能。在企業(yè)急劇擴張的同時，行業(yè)亦在反省為了追求眼前利益而偏離發(fā)展本源的模式是否能夠長久。所以，為了工程機械行業(yè)的長遠發(fā)展，行業(yè)應(yīng)加強危機意識、抓好自律工作、盡快調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及培育國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)等，促進行業(yè)的合理健康發(fā)展。2-61.3 課題研究的主要內(nèi)容本文主要論述輻射式起重機伸支腿的設(shè)計與研究，涉及內(nèi)容為： 對鐵路起重機的功能和工作原理進行深入的了解和分析，具體分析鐵路起重機液壓系統(tǒng)的功能、組成、工作特點以及系統(tǒng)類型；根據(jù)鐵路起重機的工作特點對支腿液壓系統(tǒng)進行典型工況分析，確定液壓系統(tǒng)要求；結(jié)合液壓系統(tǒng)原理擬定支腿液壓系統(tǒng)底盤分布圖、支腿液壓管路圖；根據(jù)鐵路起重機的技術(shù)參數(shù)對液壓系統(tǒng)進行了設(shè)計計算，確定液壓系統(tǒng)元件；結(jié)合支腿機構(gòu)的主要參數(shù)對支腿機構(gòu)強度校核與穩(wěn)定性分析，對支腿回路的組成原理和性能進行分析；通過對系統(tǒng)壓力損失的驗算和發(fā)熱校核，檢驗液壓系統(tǒng)設(shè)計的合理性；最后，進行整體結(jié)構(gòu)的三維建模仿真，實現(xiàn)整體的裝配。第2章 支腿的確定及液壓系統(tǒng)的設(shè)計2.1 起重機伸支腿的選擇2.1.1 伸支腿結(jié)構(gòu)形式的確定綜合當(dāng)前的各種起重機伸支腿和公開發(fā)表的文獻，起重機伸支腿系統(tǒng)設(shè)計遇到的主要問題和解決方法如下：(1)支腿油路漏油問題，原因是接頭松動，應(yīng)查找部位，擰緊；密封件損壞，應(yīng)更換；管路有裂紋，應(yīng)更換或焊補。(2)支腿收放失靈，雙向液壓鎖失靈，鎖內(nèi)柱塞被卡住不動，須拆洗、安裝和調(diào)整；柱塞磨損嚴重，應(yīng)更換新液壓鎖。(3)吊重時支腿自動縮回，原因有二：一是雙向液壓鎖中的單向閥密封性不好，應(yīng)拆下檢修，清洗后安裝、調(diào)整。二是液壓缸內(nèi)部泄漏，須拆下檢查活塞上的密封件，更換新密封件后重新安裝即可。(4)在行駛時支腿伸出，檢查手動控制閥：夜空單向閥閥座表面是否損壞或有塵，液控單向閥是否卡住，彈簧是否損壞，視情況更換；檢查油缸：密封圈是否損壞或磨損，油缸內(nèi)壁是否劃傷。7為增大起重機在起重時的起重能力，起重機設(shè)有支腿，支腿要求堅固可靠；伸縮方便，在起重機行駛時收回，工作時外伸撐地。現(xiàn)代輪式起重機支腿主要有蛙式支腿、X式支腿、輻射式支腿和H形支腿和鉸接式支腿五種形式，本文設(shè)計的支腿回路為鉸接式支腿的液壓回路8。2.1.2 鉸接式伸支腿系統(tǒng)的工作原理如下圖所示，活動支腿與車架鉸接，由人力或水平液壓缸實現(xiàn)支腿的水平擺動（收攏或放開），收腿時活動支腿緊靠車架大梁兩側(cè)，放開式根據(jù)需要支腿與車架形成不同發(fā)的夾角，從而改變跨度，以適應(yīng)不同場地和不同發(fā)熱作業(yè)性能要求。常用于大、中噸位的鐵路起重機上。如圖2-1所示9：圖2-1 鉸接式支腿2.1.3 支腿構(gòu)造及原理目前，我國大噸位鐵路起重機底架均采用的是鉸接式支腿。工作時4個支腿同時支在堅實的地面上將整車支起整車和重物的重量由4個支腿承受。如圖2-2所示：圖2-2 起重機三維結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的鐵路起重機采用的支腿結(jié)構(gòu)為鑄造式結(jié)構(gòu)如圖2-3所示：鑄造式支腿的基本結(jié)構(gòu)主要由上、下軸座板和支持梁組成。整體鑄造成型，各孔進行機械加工。圖2-3 鑄造支腿結(jié)構(gòu)示意圖支腿與底架和支腿油缸聯(lián)接方式如圖2.4所示上、下軸座板通過一根銷軸與底架連接，另一端與支腿油缸用螺栓剛性地連接在一起，支腿可繞銷軸旋轉(zhuǎn)。工作時油缸支承在地面上通過支腿將整車支起。從圖2.4可知，整車和重物的載荷通過底架作用在支腿的上、下軸座板上，理論上的承載方式是由上、下軸座板同時承受垂向載荷，使垂向載荷均勻作用在上、下軸座板上支持梁承受彎矩10根據(jù)現(xiàn)有資料和相關(guān)文獻，做出如圖2-4所示的支腿與支腿油缸連接示意圖11-15：圖2-4 支腿與支腿油缸連接示意圖2.2 支腿液壓回路的設(shè)計2.2.1 支腿液壓回路的作用支腿回路是用來驅(qū)動支腿，支撐整臺起重機的。支腿回路主要由液壓泵、水平液壓缸、垂直液壓缸和換向閥組成。鐵路起重機設(shè)置支腿可以大大提高起重機的起重能力。為了使起重機在吊重過程中安全可靠，支腿要求堅固可靠，伸縮方便。在行駛時收回，工作時外伸撐地。還可以根據(jù)地面情況對各支腿進行單獨調(diào)節(jié)16。2.2.2 支腿液壓回路的性能要求要求垂直支腿不泄漏，具有很強的自鎖能力（不軟腿）。要求各支腿可以進行單獨調(diào)整。要求水平支腿伸出距離足夠大，能夠滿足最大吊重而不至于整機傾翻。要求垂直支腿能夠承載最大起重時的壓力。起重機行走時不產(chǎn)生掉腿現(xiàn)象17。2.2.3 液壓系統(tǒng)原理說明在支腿液壓系統(tǒng)中共有八個液壓缸，即四個水平缸和四個垂直缸，這八個液壓缸屬于起重機下車液壓系統(tǒng)的一部分。根據(jù)已有的文獻資料可以做出該液壓系統(tǒng)的原理圖如下18：圖2-5 液壓系統(tǒng)原理圖如圖2-5所示支腿液壓系統(tǒng)還包括:閘閥，油箱，恒壓變量泵，單向閥，濾油器，壓力表，儲能器，液位計，溫度計，節(jié)流閥，泄荷閥，冷卻器，三位四通換向閥和液控單向閥。下車液壓支腿包括五個工作狀態(tài)19：無工作水平同步伸水平同步縮垂直同步伸垂直同步縮五個不同的工作狀態(tài)的過程分析：第一種：無動作，液壓油經(jīng)過濾油器過濾被變量泵吸入下車主油路，經(jīng)三位四通電磁換向閥的中位回到回油主油路經(jīng)回油過濾后流回油箱，同時冷卻器用來冷卻。第二種：水平同步伸，液壓油經(jīng)濾油器過濾后被泵吸入下車主供油路，此時電磁換向閥Y1，-Y2，-Y63，-Y4的a端帶電，使換向閥右位接通，液壓油經(jīng)換向閥右位進入水平液壓缸左側(cè)的無桿腔，實現(xiàn)水平伸的動作，有桿腔的回油經(jīng)多路閥被過濾后回油箱。第三種：水平同步縮，液壓油經(jīng)吸濾油器過濾后被泵吸入下車主供油路，此時電磁換向閥Y1，-Y2，-Y3，-Y4的b端帶電，使換向閥左位接通，液壓油經(jīng)換向閥右位進入水平液壓缸右側(cè)的有桿腔，實現(xiàn)水平縮的動作。第四種：垂直同步伸，液壓油經(jīng)吸濾油器過濾后被泵吸入下車主供油路，此時電磁換向閥Y5，-Y6，-Y7，-Y8的a端帶電，使換向閥左位接通，液壓油經(jīng)換向閥右位經(jīng)液控單向閥進入垂直液壓缸上側(cè)的無桿腔，實現(xiàn)垂直伸的動作，有桿腔的回油經(jīng)過單項順序閥經(jīng)換向閥被過濾后回油箱（此時單項順序閥可防止動臂靜止時自動下垂）。第五種：垂直同步縮，液壓油經(jīng)吸濾油器過濾后被泵吸入下車主供油路，此時電磁換向閥Y5，-Y6，-Y7，-Y8的b端帶電，使換向閥右位接通，液壓油經(jīng)換向閥左位經(jīng)單項順序閥進入垂直液壓缸下側(cè)的有桿腔，實現(xiàn)垂直縮的動作，無桿腔的回油經(jīng)過液控單項閥經(jīng)多路閥被過濾后回油箱。（此時單項順序閥可防止動臂靜態(tài)時自動下垂）。2.3 本章小結(jié)本章對鐵路起重機的伸支腿結(jié)構(gòu)形式進行了確定，并分析了伸支腿動作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和工作原理，并給出了支腿與支腿油缸連接示意圖。對支腿液壓系統(tǒng)的原理進行了分析，指出了支腿液壓系統(tǒng)在工作過程中可能出現(xiàn)的問題以及性能要求，給出了液壓系統(tǒng)的原理圖并分析了各個工作狀態(tài)下的進給路線。第3章 起重機伸展腿動作系統(tǒng)元件確定3.1 支腿壓力的確定3.1.1 液壓系統(tǒng)各回路計算及主要元件的選擇系統(tǒng)工作壓力應(yīng)按整機性能要求，考慮經(jīng)濟性和液壓技術(shù)現(xiàn)有水平確定。在給定外負載下。系統(tǒng)的工作壓力越高，各液壓元件及管路系統(tǒng)的尺寸就越小。重量越輕.結(jié)構(gòu)越緊湊。但由此導(dǎo)致對密封、制造加工精度和元件材質(zhì)的要越嚴，維護和修理也越困難。況且系統(tǒng)工作壓力高到一定程度后，隨著高壓力對壁厚和密封要求的提高，系統(tǒng)的尺寸和重量反而會增加。由起重機設(shè)計手冊可知現(xiàn)有輪式起重機采用的工作壓力為: 中壓:10MPa25MPa，用于中小型輪式起重機；高壓:25MPa32MPa,用于大中型輪式起重機；超高壓:32MPa以上，用于特大型或有特殊要求的輪式起重機。本次設(shè)計的鐵路起重機屬于大型起重機，初選系統(tǒng)壓力為28MP20。3.2 支腿壓力計算3.2.1 液壓支腿單腿受力計算當(dāng)起重機重量達到最大時，單腿所受的力為（3-1） 式中：m車起重機整備狀態(tài)自重，為184tm物最大起重量，為160t則由公式可得K3.2.2 水平支腿液壓缸作用力的確定水平支腿液壓缸的作用是將支腿臂在需要的時候推出固定支腿，使支腿的到一定的跨距，其作用力較小，參考同類設(shè)計，這里假定其所受的最大外負載力為=100KN21。3.3 支腿鋼結(jié)構(gòu)的計算由已知可得，支腿鋼所受支撐反力為793.8KN，支腿鋼結(jié)構(gòu)中心長度為2000mm，取寬與高之比為2：3，選則材料為Q235，則(3-2)由數(shù)據(jù)可以算得mm取mm,則mm3.4 各種液壓缸尺寸的確定3.4.1 支腿液壓缸尺寸的確定由已知可得，缸筒內(nèi)徑D=280mm，則無桿腔面積為cm2由已知可得，活塞桿直徑為d=200mm,則面積cm2活塞桿強度的驗算活塞桿工作時，一般主要受軸向拉壓作用力，因此活塞桿的強度驗算可按直桿拉壓力公式計算，即(3-3)式中：活塞桿內(nèi)應(yīng)力液壓缸負載-活塞桿材料須用應(yīng)力，=/n，為材料的抗拉強度，n為安全系數(shù),一般取n35液壓缸材料為45無縫鋼，=440Mpa 經(jīng)計算滿足要求22。3.4.2 支腿液壓油缸缸筒壁厚的計算按薄壁計算缸筒壁厚，其計算公式為(3-4)式中： 最高允許壓力，MPa；缸筒內(nèi)徑，=280mm;缸筒材料的許用應(yīng)力，=MPa，其中為缸筒材料的屈服強度，缸筒材料為45鋼無縫鋼管，故=600MPa，為安全系數(shù)，取=2。mm圓整為=20mm23。3.4.3 液壓缸尾部法蘭盤連接螺栓設(shè)計與校核(3-5) 式中：支腿所受支撐反力，為793.8KN；相對剛度，取0.2；殘余預(yù)緊力，取1.5。由上述公式可以算得KN參照抗拉強度公式(3-6)取n=8得出mm選擇的螺栓參照抗剪強度公式(3-7)取得出mm則符合要求液壓缸的三維結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示24圖3-1 支腿液壓缸三維結(jié)構(gòu)圖3.4.4 展腿液壓缸尺寸的確定由已知可得，缸筒內(nèi)徑為125mm，則無桿腔面積為cm2由已知可得，活塞桿直徑為80mm，則面積為活塞桿強度的驗算可以算得活塞桿內(nèi)應(yīng)力，進行校核，經(jīng)計算滿足要求。253.4.5 展腿液壓缸缸筒壁厚的計算計算缸筒壁厚，其計算公式為 (3-8)pmax最高允許壓力，pmax =1.5pn=42MPa；D缸筒內(nèi)徑，D =125mm；缸筒材料的許用應(yīng)力，=MPa，其中為缸筒材料的屈服強度，缸筒材料為45鋼無縫鋼管，故=600MPa，為安全系數(shù)，取=2。mm圓整為10mm。26將各液壓缸尺寸總結(jié)如表3-1：表3-1 液壓缸尺寸液壓缸作用力（KN）缸筒內(nèi)徑 (mm）活塞桿直徑（mm）無桿腔面積(cm2)有桿腔面積（cm2）壁厚（mm）垂直液壓缸793.8280200 615.8 301.6 20水平液壓缸10012580 122.7 72.5 103.4.6 各種液壓缸工作壓力差的計算假設(shè)液壓缸回油壓力為零，則液壓缸的工作壓力差可由公式3-4計算得到27(3-9)式中：液壓缸作用力；液壓缸無桿腔的面積。由表3-1及公式3-4-8可得各種液壓缸的工作壓力差，如表3-2所示：表3-2液壓缸工作壓力差 項目垂直液壓缸（KN）水平液壓缸（KN）液壓缸作用力（KN）793.8100無桿腔面積（cm2）615.8122.7（MPa）12.88.13.5 液壓缸伸縮速度及流量的計算3.5.1 支腿液壓缸伸縮速度及流量的計算平均速度為：(3-10)式中：垂直液壓缸的工作行程，440mm；伸出時間，40s?？傻胢/s支腿液壓缸流量的計算：(3-11)式中：垂直支腿液壓缸無桿腔面積，615.8則L/min當(dāng)4個支腿同時工作時的流量為：(3-12)帶入數(shù)據(jù)可得L/min3.5.2 展腿液壓缸伸縮速度及流量的計算平均速度為：(3-13)式中：水平液壓缸的工作行程，750mm；伸出時間，50s。可得m/s展腿流量計算(3-14)式中：水平支腿液壓缸無桿腔面積，122.7 帶入數(shù)據(jù)得：L/min當(dāng)4個支腿同時工作時的流量為： (3-15)帶入數(shù)據(jù)可得L/min3.6 液壓泵的工作壓力及排量的確定3.6.1 液壓泵額定工作壓力的確定液壓泵的工作壓力可按下式求得：(3-16)式中：儲備系數(shù)，一般取1.05-1.4；垂直液壓油缸伸腿工作時的壓力;沿程壓力損失和局部壓力損失之和。垂直支腿液壓缸額定作用力的計算垂直支腿液壓缸的作用是撐起起重機，因為垂直液壓缸是在起吊重物前工作，當(dāng)垂直支腿完全伸出后，由單項順序閥對液壓缸進行鎖止，此時有液壓鎖的作用保證起重機在起吊重物時各種工況都滿足支腿壓力的要求，下車支腿系統(tǒng)液壓泵只對支腿伸縮式提供動力，因此支腿系統(tǒng)的液壓泵工作壓力只需滿足起重機伸垂直支腿時垂直液壓缸工作壓力的需求，為安全起見，對垂直支腿液壓缸支腿反力進行如下計算，則垂直支腿液壓缸的作用力為28(3-17)式中：起重機整車自重，1803.2KN前支腿到重心的距離后支腿到重心的距離則有KNMPa一般取0.51.5MPa，本次取為1.5MPa。液壓泵的工作壓力可得MPa3.6.2 液壓泵流量的計算液壓泵額定流量由以下公式求得：(3-18)式中：系統(tǒng)泄漏系統(tǒng),其值為1.11.3,取1.1；液壓系統(tǒng)需要的最大流量L/min3.6.3 液壓泵的選擇根據(jù)液壓泵的額定工作壓力和額定流量的計算值，可選擇PCY14-1B斜盤式恒壓變量泵為支腿液壓回路油泵。該泵性能參數(shù)如下29排量 160L/r額定流量 240L/min額定壓力 31.5Mpa額定轉(zhuǎn)速 1500r/min液壓泵實際輸入流量的計算在本設(shè)計中，液壓泵由發(fā)動機奔馳歐姆460LA.E3A/1有在變速箱上的取力器驅(qū)動，設(shè)定取力器的傳動比使其滿足額定轉(zhuǎn)速為=145000r/min，故此泵輸入流量為：(3-19)式中：液壓泵的排量，=160ml/r；液壓泵的容積效率，=0.92。30帶入數(shù)據(jù)可得L/min3.7 本章小結(jié)本章對支腿和展腿的壓力進行了計算；對支腿液壓缸和展腿液壓缸的結(jié)構(gòu)進行了計算；對支腿液壓缸的法蘭盤連接螺栓進行了選取以及強度校核；對支腿液壓缸和展腿液壓缸的壓力差以及伸縮速度和流量進行了計算；最后，根據(jù)液壓缸的流量對系統(tǒng)的液壓泵進行了計算和選取。第4章 伸支腿液壓系統(tǒng)附件選用4.1 液壓油箱的設(shè)計4.1.1 油箱的基本功能和分類儲存工作介質(zhì)；散發(fā)系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的熱量；分離油液中混入的空氣；沉淀污染物及雜質(zhì)。油箱可分為開式油箱和閉式油箱二種。開式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過濾器。開式油箱結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形式。閉式油箱一般用于壓力油箱，內(nèi)充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達0.05MPa。如果按油箱的形狀來分，還可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用；圓罐形油箱強度高，重量輕，易于清掃，但制造較難，占地空間較大，在大型冶金設(shè)備中經(jīng)常采用。4.1.2 油箱的設(shè)計要點圖4-1為油箱簡圖。設(shè)計油箱時應(yīng)考慮如下幾點。 圖4-1 油箱1液位計；2吸油管；3空氣過濾器；4回油管；5側(cè)板；6入孔蓋；7放油塞；8地腳；9隔板；10底板；11吸油過濾器；12蓋板；（1）油箱必須有足夠大的容積。一方面盡可能地滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)；而工作時又能保持適當(dāng)?shù)囊何?。?）吸油管及回油管應(yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100m左右的網(wǎng)式或線隙式過濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過濾器?；赜凸芸谝鼻?5角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時也有利于散熱。（3）吸油管和回油管之間的距離要盡可能地遠些，之間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板高度為液面高度的2/33/4。（4）為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過濾器，注油及通氣一般都由一個空氣過濾器來完成。為便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低處設(shè)置放油閥。對于不易開蓋的油箱，要設(shè)置清洗孔，以便于油箱內(nèi)部的清理。（5）油箱底部應(yīng)距地面150mm以上，以便于搬運、放油和散熱。在油箱的適當(dāng)位置要設(shè)吊耳，以便吊運，還要設(shè)置液位計，以監(jiān)視液位。（6）對油箱內(nèi)表面的防腐處理要給予充分的注意。常用的方法有： 酸洗后磷化。適用于所有介質(zhì)，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。 噴丸后直接涂防銹油。適用于一般礦物油和合成液壓油，不適合含水液壓液。因不受處理條件限制，大型油箱較多采用此方法。 噴砂后熱噴涂氧化鋁。適用于除水-乙二醇外的所有介質(zhì)。 噴砂后進行噴塑。適用于所有介質(zhì)。但受烘干設(shè)備限制，油箱不能過大。考慮油箱內(nèi)表面的防腐處理時，不但要顧及與介質(zhì)的相容性，還要考慮處理后的可加工性、制造到投入使用之間的時間間隔以及經(jīng)濟性，條件允許時采用不銹鋼制油箱無疑是最理想的選擇。4.1.3 油箱容積的確定油箱容量與系統(tǒng)的流量有關(guān)，一般容量可取最大流量的35倍。油箱中油液溫度一般推薦在3050，最高不應(yīng)超過75。歸于工具及其他固定裝置，工作溫度可允許在4055；對于行走機械，如裝載車輛、工程機械的油箱，最高溫度允許到75，在特殊情況下允許達到85；對于高壓系統(tǒng)，為減少泄漏，工作溫度不應(yīng)超過50，建議當(dāng)油溫超過65時，就應(yīng)采用冷卻裝置對油液進行冷卻。另外，油箱容量大小可從散熱角度去設(shè)計。計算出系統(tǒng)發(fā)熱量與散熱量，再考慮冷卻器散熱后，從熱平衡角度計算出油箱容量。 容量的計算油箱的容積一般為泵每分鐘流量的2-4倍，當(dāng)系統(tǒng)采用定量泵時油箱的容量不能小于泵每分鐘流量的2倍。此系統(tǒng)中泵流量為240L/min，則油箱容積為L/min，油箱的具體尺寸需根據(jù)汽車起重機上車系統(tǒng)實際布置情況確定?？偵嫌拖浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計為(1)油箱一般為長六面體，其長、寬、高之比可依主機總體布置決定，約在1：1：11：2：3之間；所以選擇油箱的尺寸為80、160、240 。(2)由于是大型油箱須先用角鋼焊成骨架，然后再焊上鋼板制成，壁板的厚度應(yīng)考慮油箱容積的大小及實際工況，在條件允許的情況下，盡量選薄些，以減輕油箱重量；則選定厚度為4mm(3)油箱底腳的高度一般在150 mm以上，以便散熱、搬移和放油，其壁厚應(yīng)為箱體壁厚的23倍。氣相通。通氣孔處應(yīng)設(shè)置空氣濾清器，它既能過濾空氣，又可利用其下部的濾油網(wǎng)作加油時的過濾裝置。(4)油箱的底面適當(dāng)傾斜，并在其最低位置處設(shè)置放油閥或放油塞。在箱壁的易見部位應(yīng)設(shè)置油面高度指示器。在油箱的側(cè)壁應(yīng)開設(shè)用于安裝清洗、維護的窗口，平時可用密封墊及蓋板封死，需要時打開。(5)泵的吸油管口所裝濾油器底面與油箱底面應(yīng)保持一定距離，其側(cè)面離箱壁應(yīng)有3倍管徑的距離，以使油液能從濾油器的四周和上、下面進入濾油器內(nèi)?；赜凸芸趹?yīng)插入最低油面以下，離箱底距離大于管徑的23倍，避免飛濺起泡?；赜凸芸趹?yīng)切成45。斜口，以增大出油面積，其斜口應(yīng)面向箱壁以利于散熱、減緩流速和雜質(zhì)沉淀。閥的泄漏油管應(yīng)在液面以上(不宜插入油中)，以免增加漏油腔的背壓。各進、回油管通過頂蓋的孑L均需裝密封圈，以防止油液污染。油箱的內(nèi)壁也必須進行加工處理。(6)新油箱須經(jīng)噴丸、酸洗和表面清洗，其內(nèi)壁可涂一層與工作液相容的塑料薄膜或耐油涂料。4.1.4 油箱附件的選取一般根據(jù)液壓系統(tǒng)的具體要求配置油箱附件。合理選用附件，可使油箱充分發(fā)揮作用。油箱附件主要包括空氣濾清器、吸油濾清器、回油濾清器、泄露回油口、液位液溫計組成其位置分布如圖4-1所示。 圖4-1 油箱部件分布圖對于開式油箱，空氣濾清器是必備的。它通常兼作注油口，其容量一般按泵最大流量的152倍選配，即使系統(tǒng)在峰值液面迅速變化時，也能使油箱保持足夠大的氣壓?？諝鉃V清器常置于油箱頂部，對于行走機械，要考慮油箱安裝位置，保證車輛行駛在上坡或下坡時油液不溢出。如圖4-2及表4-1所示 圖4-2 空氣濾清器表4-1 空氣濾清器規(guī)格型號 PAF2-F單向閥開啟壓力MPa 0.2、0.35、0.7空氣流量(m3/min)0.45、0.55、0.75過濾精度m 10、20、40油過濾網(wǎng)孔mm 0.5(可據(jù)用戶要求)適應(yīng)溫度 -20100聯(lián)接方式 法蘭(6只M416)重量kg 0.28吸油濾清器一般作為保護型過濾器，用于保護液壓泵不被較大顆粒的污染物損壞，常安裝在液壓油箱內(nèi)。眾所周知，在泵口安裝過濾器會增加吸油阻力。對于某些變量泵，其吸油口的真空度都有嚴格的要求。為了達到泵所需的真空度要求，可以不裝吸油濾清器，但系統(tǒng)必須安裝回油濾清器，以保證液壓油箱油液有較高的清潔度，使液壓泵不受大顆粒的污染物的損害。設(shè)有吸油濾清器的系統(tǒng)，為了達到泵吸油所需的真空度要求，特別在需冷起動的情況下，選配吸油濾清器須考慮：(1)選配的吸油濾清器過濾能力要適當(dāng)增大；(2)吸油管盡可能短、直；(3)盡量將油箱安裝在泵吸油口以上，以增加泵的吸油真空度；(4)吸油濾清器的過濾精度一般選擇40125m ；(5)在滿足液壓