吉林大學(xué)本科學(xué)位論文

1、摘要隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)力度正逐漸加大，道路交通，機(jī)場(chǎng)，港口，水利水電，市政建設(shè)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)模也越來(lái)越大，市場(chǎng)對(duì)大噸位起重機(jī)的需求將大大增加.本文通過(guò)對(duì)徐重QAY50起重機(jī)的總體研究，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)臂架，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增大噸位。先對(duì)臂架做受力分析計(jì)算，運(yùn)用有限元分析等方法來(lái)優(yōu)化臂架，并對(duì)優(yōu)化后的臂架做強(qiáng)度和剛度的校核。關(guān)鍵詞：QAY50起重機(jī)；總體研究；優(yōu)化臂架，有限元分析，校核。Title QAY50 boom crane to do the optimal designAbstractWith the rapid development of econo

2、mic construction, Chinese infrastructure is gradually increase the intensity, Road transport, airports, ports, water conservancy and hydropower, municipal construction of infrastructure such as the scale of construction is also increasing, The market demand for large-tonnage cranes will be greatly i

3、ncreased. Based on the re-study the QAY50 crane, and further optimize the design boom, the crane to achieve the optimal design, increased tonnage. Analysis done on the boom, the use of finite element analysis and other methods to optimize Boom, Boom and optimize the strength and stiffness to do the

4、checking.Key Words: QAY50 crane; overall research, optimization Boom, finite element analysis, check.目 錄第1章 緒論11.1QAY50起重機(jī)基本特點(diǎn)11.2起重機(jī)用途及類(lèi)型11.3起重機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況41.4課題研究?jī)?nèi)容及重要意義121.5研究方法13第2章 QAY50起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)142.1 QAY50起重機(jī)主要參數(shù)的確定142.2 底盤(pán)輪軸的布置152.3 QAY50全地面起重機(jī)輪胎的選取182.4 底盤(pán)主要尺寸的確定192.5 QAY50全地面起重機(jī)輪距的確定212.6 QAY50發(fā)

5、動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇222.7 QAY50全地面起重機(jī)吊臂尺寸的確定23第3章 QAY50起重機(jī)吊臂設(shè)計(jì)與計(jì)算283.1 QAY50全地面起重機(jī)吊臂各節(jié)尺寸的確定293.2 QAY50起重機(jī)吊臂截面的確定313.3 QAY50起重機(jī)吊臂受力分析33第4章 QAY50起重機(jī)舉升臂有限元分析454.1 伸縮吊臂結(jié)構(gòu)分析454.2 伸縮吊臂有限元模型建立464.3 計(jì)算結(jié)果與分析494.4 結(jié)束語(yǔ)51第5章 QAY50 U形吊臂伸縮機(jī)構(gòu)工作原理495.1 U形吊臂的工作原理495.2 起重機(jī)工作原理52第6章 QAY50 U形吊臂零件-套筒的加工工藝55結(jié) 論59致 謝60參 考 文 獻(xiàn)61吉林大

6、學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論1.1 QAY50起重機(jī)基本特點(diǎn)（1）吊臂采用易于定心、對(duì)腹板抗失穩(wěn)能力、抗扭曲變形能力強(qiáng)的大圓角六邊形截面;（2）轉(zhuǎn)臺(tái)采用立板加筋結(jié)構(gòu);這種結(jié)構(gòu)在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的同時(shí)減輕了重景，提高起重性能，使材料的機(jī)械性能得到進(jìn)一步利用;（3）采用前懸下沉全景駕駛室專(zhuān)用汽車(chē)底盤(pán)。這種底盤(pán)車(chē)身長(zhǎng)，適合較長(zhǎng)吊臂的布置(吊臂的增長(zhǎng)，使整機(jī)的起升高度增加)，且乘坐舒適、視野開(kāi)闊。（4）液壓系統(tǒng)增設(shè)回轉(zhuǎn)制動(dòng)閥、液壓先導(dǎo)控制閥、液控操縱回路，使回轉(zhuǎn)抗沖擊能力增強(qiáng)、操縱更加方便;（5）演壓輔件采用新型錐面密封與O型圈相結(jié)合的雙重密封，提高管路密封性。（6）利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段。開(kāi)發(fā)、編制相關(guān)的

7、計(jì)算軟件，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。軟件要有良好的通用型，己適應(yīng)其他噸位產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。1.2 起重機(jī)用途及類(lèi)型1.2.1 起重機(jī)的用途在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運(yùn)重物的多動(dòng)作起重機(jī)械。又稱(chēng)吊車(chē)。屬于物料搬運(yùn)機(jī)械。起重機(jī)的工作特點(diǎn)是做間歇性運(yùn)動(dòng)，即在一個(gè)工作循環(huán)中取料、運(yùn)移、卸載等動(dòng)作的相應(yīng)機(jī)構(gòu)是交替工作的。 中國(guó)古代灌溉農(nóng)田用的桔臂架型起重機(jī)的雛形。14世紀(jì)，西歐出現(xiàn)了人力和畜力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)臂架型起重機(jī)。19世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機(jī)；起重機(jī)的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開(kāi)始采用金屬材料制造，并開(kāi)始采用水力驅(qū)動(dòng)。19世紀(jì)后期，蒸汽驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)逐漸取代了水力驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)。20世紀(jì)20年

8、代開(kāi)始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)迅速發(fā)展，以電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力裝置的各種起重機(jī)基本形成。 起重機(jī)主要包括起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)等。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)的基本工作機(jī)構(gòu)，它們大多是由吊掛系統(tǒng)和絞車(chē)組成，也有通過(guò)液壓系統(tǒng)升降重物的。運(yùn)行機(jī)構(gòu)用以縱向水平運(yùn)移重物或調(diào)整起重機(jī)的工作位置，一般是由電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器和車(chē)輪組成。變幅機(jī)構(gòu)只配備在臂架型起重機(jī)上，臂架仰起時(shí)幅度減小，俯下時(shí)幅度增大，分平衡變幅和非平衡變幅兩種?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用以使臂架回轉(zhuǎn)，是由驅(qū)動(dòng)裝置和回轉(zhuǎn)支承裝置組成。金屬結(jié)構(gòu)是起重機(jī)的骨架，主要承載件如橋架、臂架和門(mén)架可為箱形結(jié)構(gòu)或桁架結(jié)構(gòu)，也可為腹板結(jié)構(gòu)，有的可用型鋼

9、作為支承梁。1.2.2 起重機(jī)的類(lèi)型起重機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以分為：橋架型起重機(jī)?？稍陂L(zhǎng)方形場(chǎng)地及其上空作業(yè)，多用于車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)、露天堆場(chǎng)等處的物品裝卸，有梁式起重機(jī)、橋式起重機(jī)、龍門(mén)起重機(jī)、纜索起重機(jī)、運(yùn)載橋等。臂架型起重機(jī)?？稍趫A形場(chǎng)地及其上空作業(yè)，多用于露天裝卸及安裝等工作，有門(mén)座起重機(jī)、浮游起重機(jī)、桅桿起重機(jī)、壁行起重機(jī)和甲板起重機(jī)等。塔式起重機(jī)。一般用在工地上，吊運(yùn)物資。門(mén)座起重機(jī)。一般用于港口哦。另外，起重機(jī)也可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式、工作類(lèi)型、機(jī)動(dòng)性和用途等進(jìn)行分類(lèi)。  圖1-1 橋式起重機(jī)圖1-2 臂架型起重機(jī)圖1-3 塔式起重機(jī)圖1-4 門(mén)座式起重機(jī)1.3 起重機(jī)國(guó)內(nèi)

10、外發(fā)展概況1.3.1 國(guó)內(nèi)起重機(jī)發(fā)展歷程我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)的生產(chǎn)起步較晚，到70年代末，全國(guó)生產(chǎn)的隨車(chē)起重機(jī)產(chǎn)品品種還很單一，生產(chǎn)規(guī)模很小，到80年代，隨車(chē)起重機(jī)產(chǎn)品的品種及產(chǎn)量均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，近幾年來(lái)，隨車(chē)起重機(jī)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的產(chǎn)銷(xiāo)總量增長(zhǎng)勢(shì)頭更猛，從行業(yè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，1999年市場(chǎng)總量為1000臺(tái)左右，2000年市場(chǎng)總量約為1300臺(tái)，2001年市場(chǎng)總量約為1700臺(tái)，目前的市場(chǎng)總量約為2000臺(tái)。 全國(guó)生產(chǎn)隨車(chē)起重機(jī)的廠家約有10多家，主要企業(yè)有徐州隨車(chē)起重機(jī)公司、石家莊煤礦機(jī)械廠、山西長(zhǎng)治清華機(jī)械廠、武漢汽車(chē)起重機(jī)廠、湖南專(zhuān)用汽車(chē)制造廠等。另外，近年錦州重型機(jī)械股份有限公司與韓國(guó)廣林特裝車(chē)株

11、式會(huì)社組建的合資公司也開(kāi)始涉足隨車(chē)起重機(jī)領(lǐng)域，且發(fā)展勢(shì)頭良好；常林股份有限公司與奧地利的PALFINGER公司也將開(kāi)始合作生產(chǎn)隨車(chē)起重機(jī)。 徐州隨車(chē)起重機(jī)公司組建于2001年9月，在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)SQ系列伸縮臂式、折疊臂式隨車(chē)起重機(jī)，并由航天部定點(diǎn)生產(chǎn)國(guó)防工程專(zhuān)用隨車(chē)起重運(yùn)輸裝填車(chē)、雷達(dá)車(chē)等產(chǎn)品，其產(chǎn)品曾批量出口伊拉克等國(guó)家。近兩年來(lái)，依靠技術(shù)創(chuàng)新，取得了較快發(fā)展，2002年開(kāi)發(fā)了近20個(gè)新產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，成為我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)行業(yè)的后起之秀。石家莊煤礦機(jī)械廠是我國(guó)較早生產(chǎn)直臂卷?yè)P(yáng)隨車(chē)起重機(jī)的工廠，其產(chǎn)品風(fēng)格和日本多田野TM-23系列相似，具有一定的市場(chǎng)覆蓋率。山西長(zhǎng)治

12、清華機(jī)械廠是航空航天部直屬企業(yè)，早期生產(chǎn)直臂式隨車(chē)起重機(jī)。該廠引進(jìn)瑞典希亞伯（HIAB）公司生產(chǎn)技術(shù)后，生產(chǎn)折臂式產(chǎn)品，無(wú)起升機(jī)構(gòu)，采用變幅方式進(jìn)行重物升降，具有歐洲產(chǎn)品的風(fēng)格。武漢汽車(chē)起重機(jī)廠是較早生產(chǎn)隨車(chē)起重機(jī)的廠家，其產(chǎn)品為直臂式卷?yè)P(yáng)起重機(jī)，與東風(fēng)、解放及黃河汽車(chē)配套，可在汽車(chē)底盤(pán)的尾部又加裝了10t液壓絞盤(pán)，特別適合于電業(yè)部門(mén)搶險(xiǎn)與施工需要。湖南專(zhuān)用汽車(chē)制造廠始建于1950年，系湖南省機(jī)械行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)，是國(guó)家計(jì)委、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和機(jī)械工業(yè)部在全國(guó)唯一定點(diǎn)的隨車(chē)起重運(yùn)輸車(chē)生產(chǎn)基地。主要產(chǎn)品有隨車(chē)起重運(yùn)輸車(chē)、自卸車(chē)、廂式車(chē)、運(yùn)輸加油車(chē)、后裝壓縮式垃圾車(chē)等。 由于我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)起步于70年代，相

13、對(duì)較晚，而且發(fā)展速度不快，只是近幾年才有較大發(fā)展，和國(guó)外相比，還有很大的差距。具體表現(xiàn)在： 品種少、產(chǎn)量低 我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)現(xiàn)處于初級(jí)發(fā)展階段，品種較少。中小噸位重復(fù)較多，至今尚未形成大、中、小完整的系列，年產(chǎn)量只相當(dāng)于國(guó)外一個(gè)廠家的生產(chǎn)能力。 起重力矩小，技術(shù)水平低 我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)以直臂卷?yè)P(yáng)為主，受?chē)?guó)內(nèi)汽車(chē)底盤(pán)的限制，起重力矩小，其他性能指標(biāo)也一般低于國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)隨車(chē)起重機(jī)的研究開(kāi)發(fā)投入很少，液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的技術(shù)水平也有一定差距。 安全裝置不齊全，操作不方便 我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)僅裝有起升高度限位及平衡閥、溢流閥等一般安全裝置，全部為手動(dòng)操作。而國(guó)外早已將電子技術(shù)廣泛運(yùn)用到隨車(chē)起

14、重機(jī)上，如帶有微電腦的力矩限制器及防傾翻保護(hù)器等，并且已實(shí)現(xiàn)了有線與無(wú)線遙控。 4功能單一 我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)以起重作業(yè)及運(yùn)輸功能為主，而國(guó)外隨車(chē)起重機(jī)均有多種附具，主要加裝在吊臂頭部，如工作斗、抓斗、高空作業(yè)平臺(tái)、各種抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝輪胎機(jī)械手、拔樁器等，使隨車(chē)起重機(jī)具備了一機(jī)多用的功能。另外，國(guó)外一些廠家進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了鐵路專(zhuān)用隨車(chē)起重機(jī)等專(zhuān)用產(chǎn)品。 外形不美觀 我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)設(shè)計(jì)單調(diào)，忽視了和汽車(chē)外形的協(xié)調(diào)，而國(guó)外對(duì)隨車(chē)起重機(jī)的著色非常嚴(yán)格，不僅在外形和著色上實(shí)現(xiàn)和卡車(chē)的一體化，還要求和城市的景觀相協(xié)調(diào)。圖1-5 國(guó)內(nèi)起重機(jī) 1.3.2 國(guó)外起重機(jī)發(fā)展概況發(fā)展超大型起重機(jī)由于各

15、重點(diǎn)工程向大型化發(fā)展，所需構(gòu)件和配套設(shè)備重量不斷增加，對(duì)超大型起重設(shè)備的需求日趨增長(zhǎng)。1992年200t以上伸縮臂式起重機(jī)的世界銷(xiāo)量為90臺(tái)，到1997年增至130臺(tái)。德國(guó)廠商在起重機(jī)大型化發(fā)展進(jìn)程中處于領(lǐng)先地位。世界市場(chǎng)150y以上的大噸位起重機(jī)多數(shù)是由利渤海爾和德馬泰克公司提供的。利渤海爾LTM1800型是目前世界最大AT產(chǎn)品，起重量800t，安裝朝裝之后型號(hào)變更為L(zhǎng)TM1000t。該機(jī)售價(jià)為540萬(wàn)德國(guó)馬克。上述三種機(jī)型在行駛狀態(tài)需拆下吊臂等裝置分別進(jìn)行運(yùn)輸。 德馬泰克公司1997年推出的AC650安裝超裝置后，最大起重量可從650t增至800t。該機(jī)售價(jià)500萬(wàn)德國(guó)馬克。AC650時(shí)目

16、前世界上起重對(duì)為最大的整裝式伸縮臂起重機(jī)，行駛狀態(tài)下不需拆下吊臂分別運(yùn)輸。住友建機(jī)、多天野和加藤公司曾于1989年相繼推出360t汽車(chē)起重機(jī)。住友建機(jī)在90年代開(kāi)發(fā)出80t250t共4種AT產(chǎn)品。多田野也在90年代相繼推出100t550t共6重特大型AT產(chǎn)品。加藤公司則研制成NK5000型500t汽車(chē)起重機(jī)。目前日本生產(chǎn)的特大型起重機(jī)僅在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售。 “迷你”起重機(jī)大量涌現(xiàn)起重機(jī)向微型發(fā)展，是適應(yīng)現(xiàn)代建設(shè)要求而出現(xiàn)的新趨勢(shì)。10年前開(kāi)發(fā)的神鋼RK70（7t）是世界首臺(tái)裝有下俯式凋敝的“迷你”（MiMi）RT產(chǎn)品。目前下俯式吊臂已成功移植到德馬泰可AC25（25t）和加藤CR-250（250t）等

17、較大噸位起重機(jī)上小宋公司曾在上世紀(jì)90年代初、中期相繼推出了裝有下俯式吊臂的LW80(8t)和LW100-1(10t)“迷你”RT。據(jù)資料介紹，LT300型與LT500型是世界首批裝有全自動(dòng)水平伸縮副臂輪式起重機(jī)。它們將輪式起重機(jī)公路行駛能力與專(zhuān)用伸縮臂架技術(shù)融為一體，且具有塔機(jī)功能，可越過(guò)屋頂或其它障礙物靠近作業(yè)面，能期待小型自行架設(shè)塔機(jī)或大型疊臂式隨車(chē)起重機(jī)。伸縮臂結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)利渤海爾LTM1090/2(90t)和LTM1160/2型(160t)AT產(chǎn)品，采用了裝有“Telematik”單缸自動(dòng)伸縮系統(tǒng)的卵圓形截面主臂。這種卵圓形截面主臂在減輕結(jié)構(gòu)重量和提高起重性能方面具有良好的效果。目前

18、卵圓形吊臂已列入利渤海爾產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)部件，裝有世界最長(zhǎng)的7節(jié)84m卵圓形截面主臂的LTM1500型（500t）AT產(chǎn)品，也采用這種單缸伸縮系統(tǒng)。格魯夫開(kāi)發(fā)的單缸伸縮系統(tǒng)要早于利渤海爾公司，單格魯夫早期采用的單缸伸縮系統(tǒng)伸縮速度較慢。此外，德馬泰克大噸位起重機(jī)主臂也采用卵圓形截圓。 格魯夫GMK6250(250t)和GMK5180(180t)兩種AT產(chǎn)品。采用了裝有雙銷(xiāo)雙鎖自動(dòng)伸縮系統(tǒng)的U形截面主臂，伸縮速度較快（平均9m/s左右）。伸縮系統(tǒng)由電子式起重機(jī)操作裝置控制，可將主臂自動(dòng)伸直各種選定臂長(zhǎng)。據(jù)報(bào)道，美國(guó)謝迪格魯夫工廠將采用德國(guó)工廠的主臂制造技術(shù)，原有體形主臂將被淘汰，原因是焊接工藝復(fù)雜，造成

19、成本高。 數(shù)據(jù)總線技術(shù)得到應(yīng)用利渤海爾LTM1030/2型（30t）是世界首臺(tái)裝有數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)的高技術(shù)雙軸AT產(chǎn)品。該機(jī)采用CANBUS（控制域網(wǎng)總線）技術(shù)，完成發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)各功能之間的數(shù)字式數(shù)據(jù)傳輸和電子控制。CANBUS總線及電氣、液壓、繩長(zhǎng)和風(fēng)力等數(shù)據(jù)又被輸入到LSB控制裝置之中。LSB控制裝置式Liccon起重機(jī)控制系統(tǒng)的組成部分，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流及監(jiān)控特性進(jìn)行編程。采用數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)，可降低起重油耗及排放值，簡(jiǎn)化布線，提高整機(jī)可靠性于維修方便性。目前已有多中新機(jī)型裝有LSB系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線（包括TM1500）。格魯夫GMK6250和GMK5180也采用了數(shù)據(jù)總線技術(shù)靜液壓傳動(dòng)起

20、重機(jī)進(jìn)入市場(chǎng) 首臺(tái)靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)是原克虜伯公司1992年研制的雙軸KMK2035型（35t）AT產(chǎn)品。瑞士Compact Truxk公司1993年推出的雙軸ct2(35T)AT產(chǎn)品式世界第一臺(tái)投放市場(chǎng)的靜液壓傳動(dòng)RT起重機(jī)。意大利Rigo公司在1994年推出了RT200(20t)靜液壓傳動(dòng)RT起重機(jī)。隨后Compack Truck公司在1997年推出了兩種采用靜液壓傳動(dòng)的3軸ct3（70t/80t）全地面起重機(jī)。該機(jī)裝有8節(jié)7.1m40.5m主臂，最大時(shí)速75km/h。采用靜液壓傳動(dòng)，上車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)即可驅(qū)動(dòng)起重裝置，還可驅(qū)動(dòng)行走裝置。此外，可將發(fā)動(dòng)機(jī)橫向裝在上撤回轉(zhuǎn)式操縱室后部起到整體式配重作用

21、。據(jù)介紹，某些機(jī)型采用靜液壓傳動(dòng)后，可大約減重1/3。混合型起重機(jī)得到發(fā)展過(guò)去10年中日本RT產(chǎn)品居世界領(lǐng)先地位，許多產(chǎn)品裝有傳統(tǒng)型號(hào)不具備的適于公路行駛的驅(qū)動(dòng)裝置，因而可在日本公路合法行駛。這樣就促使用戶(hù)對(duì)歐美制造廠商也提出了新要求。據(jù)報(bào)道，1997年世界RT產(chǎn)品總銷(xiāo)量2800臺(tái)，美國(guó)為1250臺(tái)。 起重機(jī)工業(yè)中除了許多新概念設(shè)計(jì)。Compack Truck公司雙軸CT2型（35t）、三軸CT3型（70t80t）和2000年推出的4軸/6軸（110t/150t）AT產(chǎn)品，打破了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式，采用靜液壓傳動(dòng)，裝有下俯式主臂，整體結(jié)構(gòu)緊湊。 德馬泰克雙軸AC250型(25t)、加藤雙軸CR-25

22、0型(25t)AT產(chǎn)品和格魯夫3軸ATS40型(36.3t)全地面汽車(chē)起重機(jī)也屬于混合型起重機(jī)，前兩種機(jī)型也屬于混合型起重機(jī)。 汽車(chē)起重機(jī)也在不斷發(fā)展為與RT和AT產(chǎn)品抗衡，汽車(chē)起重機(jī)新技術(shù)、新產(chǎn)品也在不斷發(fā)展。近年來(lái)汽車(chē)起重機(jī)在英、美等國(guó)市場(chǎng)的復(fù)興，使人們對(duì)汽車(chē)起重機(jī)產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)，隨著工程起重機(jī)各機(jī)種間技術(shù)的相互滲透與競(jìng)爭(zhēng)，汽車(chē)起重機(jī)灰在世界市場(chǎng)中繼續(xù)占有一席之地。 隨車(chē)起重機(jī)產(chǎn)銷(xiāo)量不斷增長(zhǎng)上世紀(jì)80年代末和90年代，國(guó)外隨車(chē)起重機(jī)發(fā)展極其迅速。世界年總產(chǎn)量已達(dá)10萬(wàn)臺(tái)左右。發(fā)展趨勢(shì)是多功能、大型化，已開(kāi)發(fā)出裝有6-8節(jié)伸縮臂產(chǎn)品。液壓系統(tǒng)油缸壓力已達(dá)30-33Mpa，比10年簽約提高50%

23、，從而導(dǎo)致油缸尺寸的縮小，可在油泵規(guī)格不便或略有減小的情況下，提高油缸工作速度。遙控裝置也有可能獲得更廣泛的使用。圖1-6龍口昱華500噸圖1-7 格魯夫(GROVE)輪式起重機(jī)系列圖1-8萬(wàn)國(guó)(NATIONAL) 隨車(chē)式起重機(jī)1.4 課題研究?jī)?nèi)容及重要意義（一）研究徐州重型QAY50型起重機(jī)為例對(duì)起重機(jī)的臂架進(jìn)行分析和改進(jìn)：（1）起重機(jī)整機(jī)及校核計(jì)算（2）臂架計(jì)算（3）輪距計(jì)算（4）整機(jī)尺寸計(jì)算另外，根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范， 對(duì)起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、臂架強(qiáng)度、伸縮油缸的穩(wěn)定性等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。工作量A0圖紙2張，A1圖紙一張，三維的有限元分析。（二）隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)力度正逐漸加

24、大，道路交通，機(jī)場(chǎng)，港口，水利水電，市政建設(shè)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)模也越來(lái)越大，市場(chǎng)對(duì)大噸位起重機(jī)的需求將大大增加。1.5 研究方法(一) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是隨著計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備發(fā)展而迅速形成的一門(mén)新興的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。它的發(fā)展與應(yīng)用，對(duì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率、提高產(chǎn)品的市場(chǎng)生存和競(jìng)爭(zhēng)力發(fā)揮十分明顯的作用。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)硬件設(shè)備性能得以提高，各種硬件設(shè)備不僅已形成了產(chǎn)品，而且己成為CAD的一般配置。目前，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法已成為工程技術(shù)人員進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)活動(dòng)不可缺少的手段。(二) 有限元設(shè)計(jì)有限元設(shè)計(jì)是根據(jù)離散原理求解數(shù)學(xué)、物理問(wèn)題的一種數(shù)值計(jì)算方法。

25、它能整體、個(gè)別、多功能隨意組合，進(jìn)行靜力、動(dòng)力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等分析。對(duì)完成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)分析十分有效，現(xiàn)己在起重機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)用。(三)改進(jìn)設(shè)計(jì)改進(jìn)設(shè)計(jì)方法可根據(jù)產(chǎn)品要求，合理的確定和計(jì)算各種參數(shù)， 以期達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)目的。(四)動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)國(guó)外近年來(lái)在起重機(jī)設(shè)計(jì)中采用了動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)的新方法，即用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)在各種工況下承受載荷進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)隨時(shí)間變化過(guò)程的仿真模擬，得到仿真輸出參數(shù)和結(jié)果，以此來(lái)估計(jì)和推斷實(shí)際運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)， 并在對(duì)起重機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析計(jì)算時(shí)采用。61第2章 QAY50起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1 QAY50起重機(jī)主要參數(shù)的確定表2-1 行使?fàn)顟B(tài)主要參數(shù)類(lèi)別項(xiàng) 目單位參數(shù)與尺寸尺寸

26、參數(shù)整機(jī)全長(zhǎng)mm12200整機(jī)全寬mm2750整機(jī)全高mm3200軸 距一、二軸mm2850二、三軸mm1725輪 距mm2340前 懸mm3000后 懸（不計(jì)備胎）mm2038重量參數(shù)行駛狀態(tài)總質(zhì)量kg36800軸荷一軸kg12200二、三軸kg24600行駛參數(shù)行駛速度最高行駛速度km/h70最低穩(wěn)定行駛速度km/h2底盤(pán)參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)D6114ZLQ1B發(fā)動(dòng)機(jī)功率kW/(r/min)205/（2200）驅(qū)動(dòng)型式6×4鋼板彈簧片數(shù)油氣懸掛輪胎規(guī)格14.00R24輪胎數(shù)（不包括備胎）6表2-2 起重作業(yè)狀態(tài)主要參數(shù)類(lèi)別項(xiàng) 目單位參數(shù)與尺寸主要性能參數(shù)最大額定總起重量t50最小額定工

27、作幅度m3最大起重力矩基本臂1739.5最長(zhǎng)主臂721.3最長(zhǎng)主臂+副臂417支腿距離(全伸)縱 向m7.375橫 向m6.8起升高度基本臂m10.4最長(zhǎng)主臂m38.5最長(zhǎng)主臂+副臂m53.4起重臂長(zhǎng)度基本臂m10.2最長(zhǎng)主臂m38最長(zhǎng)主臂+副臂m38+152.2 底盤(pán)輪軸的布置QAY50全地面起重機(jī)底盤(pán)的輪軸(也稱(chēng)橋)布置有多樣形式。驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目取決于所需的牽引力的大小,然而某輪軸總數(shù),取決于整機(jī)的重量。換言之,輪軸數(shù)目受到輪軸許用載荷的控制。一根輪軸的許用載荷取決于橋殼強(qiáng)度和輪胎的許用負(fù)荷。但還必須考慮到道路和橋梁的標(biāo)準(zhǔn)的許用承載能力。我國(guó)的公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定公路車(chē)輛的單后橋軸荷最大為1

28、3噸，而雙后橋?yàn)?×12噸。將QAY50全地面起重機(jī)總重除以許用軸荷可得到最少的輪軸數(shù)目。由于轉(zhuǎn)向橋上轉(zhuǎn)向阻力矩與軸荷成正比，為減少轉(zhuǎn)向力，減輕駕駛員疲勞強(qiáng)度，轉(zhuǎn)向橋的軸荷希望小一些，同時(shí)，為減少轉(zhuǎn)向力矩，轉(zhuǎn)向橋常用單胎，故許用軸荷必然是用雙胎軸荷的一半。在采用液壓轉(zhuǎn)向裝置的QAY50全地面起重機(jī)中，轉(zhuǎn)向橋的軸荷可以大一些。見(jiàn)參數(shù)表1-1。圖2-1驅(qū)動(dòng)橋的虛擬裝配圖采用6×4-(1)+2 方式布置輪軸驅(qū)動(dòng)型式。表示法:2軸數(shù)×2驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目-前橋數(shù)目+后橋數(shù)目(驅(qū)動(dòng)橋加括號(hào))。如圖2.2所示。圖2-2 驅(qū)動(dòng)橋布置圖設(shè)前橋希望得到的軸載荷為R1,上車(chē)行駛狀態(tài)的重量為G

29、0 ,其重心離回轉(zhuǎn)中心距離為,下車(chē)重量為 ,其重心離后橋中心線的距離為,上車(chē)回轉(zhuǎn)中心離后橋中心線的距離為x(在后橋中心線前為正號(hào),在后為負(fù)號(hào)),軸距為L(zhǎng)。如圖2-2所示。則 回轉(zhuǎn)中心線到2，3橋中心線的距離x，對(duì)QAY50全地面起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)有十分總要的意義，例如上車(chē)和下車(chē)工作裝置的布置，軸荷的分配，全車(chē)重量的分配等等。這些都是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)的要求，再結(jié)合參數(shù)表，取得已知數(shù)據(jù)，帶入公式進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算過(guò)程和原理，具體如下。計(jì)算的數(shù)據(jù)將納入總體設(shè)計(jì)中，并參與車(chē)身圖紙的繪制。圖2-3 回轉(zhuǎn)中心布置圖若已知 ，則x可得：式中=12200、 L=3000、=12200、=246

30、00、 =2000、 =500。由公式可得QAY50全地面起重機(jī)的回轉(zhuǎn)中心距離2、3軸中心線的距離為4。2.3 QAY50全地面起重機(jī)輪胎的選取圖2-4 輪胎尺寸規(guī)格表2-3輪胎的速度級(jí)別速度標(biāo)志速度/km速度標(biāo)志速度/km速度標(biāo)志速度/kmF80M130S180G90N140T190J100P150U200K110Q160H210L120R170V240表2-4輪胎的載荷能力負(fù)荷級(jí)別對(duì)應(yīng)層級(jí)負(fù)荷級(jí)別對(duì)應(yīng)層級(jí)負(fù)荷級(jí)別對(duì)應(yīng)層級(jí)A2E10J18B4F12L20C6G14M22D8H16N24根據(jù)資料，可知輪胎系數(shù)：14.00-24、簾布層數(shù)16、花紋越野60km/h以上速度時(shí)的最大負(fù)荷能力4200

31、kg、充氣壓力4.0kg/cm 輪胎外徑13658。若一軸上有輪胎x個(gè)，則其軸荷R不應(yīng)大于在相應(yīng)速度小的輪胎負(fù)荷P； R輪胎負(fù)荷的速度系數(shù)最高行駛速度70/h ；r=1.0時(shí) 危險(xiǎn)行使穩(wěn)定行駛速度2/h。 r=2 所以輪胎選用合適。2.4 底盤(pán)主要尺寸的確定QAY50全地面起重機(jī)底盤(pán)的軸距L是總體設(shè)計(jì)的較主要的參數(shù)設(shè)計(jì)，可參照同類(lèi)起重機(jī)確定。它將決定和影響整機(jī)的長(zhǎng)度、吊臂長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)彎半徑、底盤(pán)重量和軸荷的分配等。起重機(jī)底盤(pán)的軸距L的大小直接影響到起重機(jī)的行使性能、重量和總體布置。它受到總長(zhǎng)度的控制。在全地面起重機(jī)中吊臂探出車(chē)長(zhǎng)，一般都在兩米左右，在起重機(jī)中還要大些，為34m左右，回轉(zhuǎn)平臺(tái)尾部一般

32、也略伸出車(chē)架外，故一般起重機(jī)底盤(pán)長(zhǎng)度限在79m以下。底盤(pán)長(zhǎng)度是由前懸長(zhǎng)度和后懸長(zhǎng)度及軸距形成的。當(dāng)QAY50全地面起重機(jī)選用通用的汽車(chē)底盤(pán)時(shí),要根據(jù)QAY50全地面起重機(jī)通用的載重量和載重后的總重量來(lái)選擇。底盤(pán)長(zhǎng)度是由前懸長(zhǎng)度、后懸長(zhǎng)度和軸距形成的。在QAY50全地面起重機(jī)中，輪胎間距以不能夾石塊為宜，一般取515cm左右。因此底盤(pán)長(zhǎng)度和軸距的關(guān)系見(jiàn)下式：前懸的距離取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的位置、駕駛室的形式及所需的軸荷分布。前懸距離長(zhǎng)，則前橋軸荷大，接近角小。前懸距離一般為軸距L的3040%左右，但在采用前懸下沉式駕駛室時(shí)，前懸距離還要大一些。而后懸距離主要取決于后支腿離上車(chē)回轉(zhuǎn)中心的距離，一般也為30

33、40%左右。軸距還受到上車(chē)回轉(zhuǎn)平臺(tái)尾部長(zhǎng)度的控制。因?yàn)镼AY50全地面起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心?？拷诤髽蜉S線左右。軸距要保證回轉(zhuǎn)平臺(tái)可以自由回轉(zhuǎn)，故不能太小了。一般回轉(zhuǎn)平臺(tái)尾部長(zhǎng)度，取決于平臺(tái)上各機(jī)構(gòu)的布置和配重的位置。全地面起重機(jī)的軸距長(zhǎng)短也影響行駛的平順性和穩(wěn)定性，軸距短、重心高的全地面起重機(jī)行駛時(shí)前后起伏擺動(dòng)較烈，軸荷移動(dòng)系數(shù)也大。為了保證行駛縱向穩(wěn)定性，應(yīng)使軸距大于重心高度的2倍左右。QAY50全地面起重機(jī)的重心高度在1.2m左右。這就確定了QAY50全地面起重機(jī)的軸距和軸荷見(jiàn)參數(shù)表。 圖2-4 臂架長(zhǎng)度則由以上理論，可確定QAY50全地面起重機(jī)的尺寸為：L=12200mm、lF=2000mm

34、、LF=3000mm、Lr=2038mm、L1=2850mm、L2=1725mm。如圖2-3所示。2.5 QAY50全地面起重機(jī)輪距的確定QAY50全地面起重機(jī)的輪距B往往按所采用的通用底盤(pán)的輪距。輪距小，車(chē)架寬度就窄，影響車(chē)架受力情況。輪距大對(duì)QAY50行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定和不用支腿吊重時(shí)的穩(wěn)定有利，但受起重機(jī)總寬的尺寸的限制。輪距的尺寸，是指同一橋上左、右兩輪中心的距離。在雙胎時(shí)，指雙胎中心之間的距離，故同樣條件下雙胎時(shí)的輪距比單胎的反而小。圖2-5 輪距圖根據(jù)工廠的制造條件和我國(guó)路況的限制，結(jié)合作業(yè)實(shí)際情況的需要。輪距取2340mm，單胎形式。即b=2340mm，全機(jī)總寬B=2750mm 。

35、如圖2-5所示。2.6 QAY50發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇 QAY50全地面起重機(jī)的主要參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率及額定轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足工程機(jī)械作業(yè)工況和行駛工況的動(dòng)力要求，發(fā)動(dòng)機(jī)功率越大則工程機(jī)械的動(dòng)力性能越好，但功率過(guò)大會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)功率的利用率降低，燃料經(jīng)濟(jì)性能下降，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量也要加大。因此，應(yīng)合理地選擇發(fā)動(dòng)機(jī)功率。工程機(jī)械作業(yè)過(guò)程中，工作阻力變化范圍大，載荷波動(dòng)頻率大，經(jīng)常選用發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)的標(biāo)定功率作為工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率，及其額定轉(zhuǎn)速。在初選發(fā)動(dòng)機(jī)功率時(shí)，應(yīng)參照國(guó)內(nèi)外同類(lèi)起重機(jī)，同級(jí)別且動(dòng)力性能相近的工程機(jī)械，初步確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率。按工程機(jī)械最大車(chē)速計(jì)算：若已知給定了工程機(jī)械最大車(chē)

36、速，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)大于等于，但不小于 最高車(chē)速行駛時(shí)的行駛阻力速率之和，即式中：-發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率，KW-傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，視工程機(jī)械的傳動(dòng)類(lèi)型，傳動(dòng)系的組成而定G-工程機(jī)械重量,Nf-滾動(dòng)阻力系數(shù),輪式工程機(jī)械一般取f=0.03-工程機(jī)械最高行使速度 km/h-空氣阻力系數(shù),工程機(jī)械一般取 =0.8A-工程機(jī)械在前進(jìn)方向上的投影面積所以=205 KW，選取D6114ZLQ1B發(fā)動(dòng)機(jī)。行駛用的下車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)功率很大,發(fā)動(dòng)機(jī)很昂貴,起重機(jī)上車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為下車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率的1/3。2.7 QAY50全地面起重機(jī)吊臂尺寸的確定根據(jù)實(shí)際工況的需要，QAY50全地面起重機(jī)工作裝置最大舉升高度為3

37、8.5m，基本臂（第1節(jié)臂）舉升高度為10.4m；所以設(shè)計(jì)手冊(cè)和工廠的實(shí)際制造經(jīng)驗(yàn)將舉升臂的總長(zhǎng)設(shè)計(jì)為38m，基本臂長(zhǎng)10.2m。由本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)可知，第三章計(jì)算出舉升臂為4節(jié)，采用U型截面。圖2-6 臂架結(jié)構(gòu)圖2-7 臂架截面根據(jù)公式 = +0.14 ，四節(jié)的尺寸依次為：455×660、420×600、385×540、350×480 （mm）第3章 QAY50起重機(jī)吊臂設(shè)計(jì)與計(jì)算 圖3-1 臂架QAY50起重機(jī)吊臂設(shè)計(jì)是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容,優(yōu)化起重機(jī)吊臂來(lái)完成對(duì)于起重機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì).為提高起重機(jī)的起重作業(yè)性能，最直接的辦法就是減輕起重吊臂的質(zhì)量。根據(jù)查

38、閱國(guó)內(nèi)外資料,決定采用U形臂,U型吊臂是液壓伸縮式的，變幅是用剛性的變幅油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，故吊臂是個(gè)懸臂梁受彎構(gòu)件。吊臂自重和吊臂重心直接影響其中性能，不同的伸縮方式使吊臂自重和重心位置在吊臂伸縮過(guò)程中起著程度不同的作用。在起重特性相同時(shí)，順序伸縮機(jī)構(gòu)的吊臂可以比同步伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的輕一些，這是因?yàn)楹笳呱炜s的危險(xiǎn)截面、位置變化較多，不易做成變截面結(jié)構(gòu)。吊臂全伸和全縮時(shí)，重心位置一定，與伸縮方式無(wú)關(guān)。但是在相同的中間臂長(zhǎng)作業(yè)時(shí)，同步伸縮的吊臂重心距回轉(zhuǎn)中心較近，起重性能可以提高。收縮式吊臂有多節(jié)，節(jié)數(shù)視起升高度而定。伸縮式U型吊臂的基本臂可做成直臂形，也可以做成折疊臂。吊臂由兩節(jié)箱形斷面的臂組成，其最

39、下一節(jié)為基本節(jié)，基本節(jié)下端鉸裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，由變幅液壓缸改變其傾角。吊臂為兩節(jié)伸縮式，在基本節(jié)內(nèi)疊套有頂臂，利用裝在臂內(nèi)的伸縮液壓缸使吊臂伸長(zhǎng)，從而使起升高度或工作幅度發(fā)生變化（一些中噸位汽車(chē)起重機(jī)吊臂由三節(jié)或四節(jié)組成，大噸位汽車(chē)起重機(jī)可多至10多節(jié)）。吊臂的伸縮由伸縮液壓缸和順序閥來(lái)控制。吊臂內(nèi)裝有伸縮液壓缸和順序閥，伸縮時(shí)，壓力油經(jīng)過(guò)順序閥進(jìn)入順序閥使兩節(jié)伸縮臂一起伸出，伸到最長(zhǎng)位置以后，順序閥接通伸縮液壓缸油路，使伸縮液壓缸推動(dòng)一節(jié)臂（頂臂）繼續(xù)伸出，吊臂縮回時(shí)順序相反，這種機(jī)構(gòu)又能使各節(jié)臂順序伸縮，其操作簡(jiǎn)便，動(dòng)作可靠。起升系統(tǒng)由低速大扭矩軸向柱塞馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)雙速型直圓柱齒輪減速器、平行

40、槽式卷筒帶動(dòng)鋼絲繩及吊鉤。3.1 QAY50全地面起重機(jī)吊臂各節(jié)尺寸的確定QAY50全地面起重機(jī)主吊臂的最大長(zhǎng)度x是由基本臂機(jī)構(gòu)長(zhǎng)度l10和伸縮臂外伸長(zhǎng)度組成：式中、 為伸縮臂的伸縮長(zhǎng)度,而伸縮長(zhǎng)度往往取決于同一長(zhǎng)度, 則外伸長(zhǎng)度 = = 。為第二、三節(jié)臂縮回后外露部分的長(zhǎng)度，一般也取同一數(shù)值a0.25m。若為臂頭滑輪中心離基本臂端面的距離，則基本臂結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度（）加上a0即為基本臂的工作長(zhǎng)度：= + = 。而帶入公式，則得：式中k為吊臂的節(jié)數(shù)，取決于吊臂的最大長(zhǎng)度和基本臂長(zhǎng)度?；颈酃ぷ鏖L(zhǎng)度可以取得比公式大一些，但受到整車(chē)極限長(zhǎng)度的限制。而主吊臂最大長(zhǎng)度取決于最大起升高度。如表3-1。表3-1起

41、重機(jī)吊臂節(jié)數(shù)最大起升高度（m）10-1515-1920-2930-40吊臂節(jié)數(shù)(K)22-33-44-5搭接長(zhǎng)度力求短些，以減輕吊臂重量。但是太短了，將使搭接部分反力增大，引起搭接部分吊臂的蓋板或側(cè)板局部失穩(wěn)，同時(shí)也使吊臂的間隙變形增大。因此，搭接長(zhǎng)度要選的適當(dāng)，一般為伸縮臂外伸長(zhǎng)度（吊臂較長(zhǎng)者取后者，較短者取前者，同步伸縮者可取后者）。由設(shè)計(jì)參數(shù)表可得，最大起升高度為38.5m，則查出k=4 。此時(shí)可計(jì)算得： =38.5m 、 =10.2m 、"=（0.2-0.25） 所以，38.5=10.2+3 、 =9.43m、 搭接長(zhǎng)度了 =0.2 、"=0.5m又根據(jù)實(shí)際工廠的制

42、造經(jīng)驗(yàn)，變幅油缸和吊臂鉸接點(diǎn)的位置確定如下：變幅油缸到大臂末端鉸接處的長(zhǎng)度約占基本吊臂全部伸出長(zhǎng)度的0.47。由上述結(jié)論可得=4700mm。3.2 QAY50起重機(jī)吊臂截面的確定對(duì)吊臂截面的設(shè)計(jì)是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，因此參閱了國(guó)內(nèi)外大量的資料，伸縮吊臂是輪式起重機(jī)中至關(guān)重要的部件，其重量一般占整機(jī)的13%20%，而大型起重機(jī)這個(gè)比例則更大，這就導(dǎo)致起重機(jī)在大幅度下的起重量和大起重量下的起升高度急劇降低。因此，在滿(mǎn)足各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的前提下，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能降低吊臂自重，尤其對(duì)大噸位起重機(jī)具有十分重要的意義。減輕吊臂重量，增大吊臂剛度是改善起重性能的重要途徑。因此我從這個(gè)角度來(lái)確定吊臂截面，

43、下面是我確定截面為U型截面的過(guò)程。首先是選擇吊臂的材料，是最直接的減輕吊臂重量的途徑，全地面起重機(jī)伸縮臂的材料一般是16Mn，最好采用高強(qiáng)度的低合金鋼。但在材料確定的條件下，只能改進(jìn)吊臂的形狀，也就是吊臂截面的形狀，來(lái)改進(jìn)吊臂的性能。吊臂的截面形狀是決定吊臂重量的主要因素，近幾年來(lái)，隨著吊臂材料強(qiáng)度級(jí)別的提高，如何充分利用材料的性能，結(jié)構(gòu)專(zhuān)家提出了如何解決強(qiáng)度安全儲(chǔ)備與薄板局部失穩(wěn)安全儲(chǔ)備均衡的問(wèn)題，從而推動(dòng)吊臂截面從四邊形向六邊形、多邊形、橢圓形、U形發(fā)展。根據(jù)吊臂材料的發(fā)展趨勢(shì)，在最近幾年內(nèi)，材料強(qiáng)度級(jí)別的提高將受到限制，更高強(qiáng)度級(jí)別的材料將很難面世，U形吊臂技術(shù)將是最近幾年內(nèi)的最高水平。

44、然而，吊臂是一個(gè)可以伸縮的階梯梁，目前，除基本臂可以加強(qiáng)外，許多生產(chǎn)廠家將伸縮臂設(shè)計(jì)成等截面梁，根據(jù)吊臂的受力特點(diǎn)，變截面伸縮臂將使吊臂更輕，性能更強(qiáng)。為了提高起重作業(yè)性能，減輕自重，起重臂截面形狀采用“U”形截面。該種截面是經(jīng)過(guò)優(yōu)化計(jì)算得出的最優(yōu)的截面形式，從而能最大限度地發(fā)揮材料的力學(xué)性能。作為吊臂來(lái)說(shuō)，總希望在不發(fā)生局部失穩(wěn)的前提下，壁厚設(shè)計(jì)得薄一點(diǎn)，截面設(shè)計(jì)大一些。但由于受整機(jī)尺寸的限制，吊臂外形尺寸不能增大，因而只能在截面總高和總寬保持不變的條件下進(jìn)行截面的優(yōu)化，伸縮臂的箱形截面采用U型。其高寬比在1.31.8范圍之內(nèi)。側(cè)板一般選用薄鋼板，厚度在3.28mm范圍內(nèi)，側(cè)板薄一些對(duì)于減輕

45、吊臂重量極為有效，但必須認(rèn)真考慮其局部失穩(wěn)的問(wèn)題，有的在鋼板上隔一定距離軋一條橫向筋，以增加其強(qiáng)度。有的為了減輕重量也可在側(cè)板上開(kāi)大孔，并卷邊加強(qiáng)。下底板一般做得比上蓋板厚些，一方面滿(mǎn)足下底板局部穩(wěn)定性的需要，為了減輕自重，吊臂應(yīng)盡量做成等強(qiáng)度梁。具體到每節(jié)臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，我們考慮兩個(gè)非常重要的工況:基本臂工況和全伸臂工況。由基本臂工況通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)確定基本臂截面尺寸和壁厚，并由各節(jié)臂之間的間隙確定其余各節(jié)臂的截面尺寸，然后再由全伸臂工況確定其它節(jié)臂的壁厚。U型的截面最危險(xiǎn)處為四角焊縫處，該處應(yīng)力最大，也是最易產(chǎn)生應(yīng)力集中的地方。U型截面有大的抗彎模量和較高的抵抗局部失穩(wěn)的能力。確定U型為較合

46、理的形狀。U型截面的橫向抗彎剛度和抗扭剛度比其他形式好。U型側(cè)板的上半部拉應(yīng)力較大，提高了側(cè)板的穩(wěn)定系數(shù)。下底板做成圓形，是為了提高下底板的抗局部失穩(wěn)的能力，和減少側(cè)板的計(jì)算寬度。這樣以來(lái)可以采用更薄鋼板，而充分利用鋼板的厚度，特別在采用高強(qiáng)度鋼材時(shí)。因?yàn)楦邚?qiáng)度鋼材的抗局部失穩(wěn)的能力并不比普通鋼板高。吊臂不同部位可以采用不同強(qiáng)度的鋼材，以充分發(fā)揮鋼材作用，如上蓋板才高強(qiáng)度，下蓋板采用普通鋼。 根據(jù)以上闡述的理論，在以下的設(shè)計(jì)中，將采用焊接方式為主（各種焊接方式應(yīng)用到合適的位置），螺紋連接以及鉸接為輔方式進(jìn)行臂架的連接。QAY50全地面起重機(jī)的舉升臂主體材料為合金結(jié)構(gòu)鋼適當(dāng)?shù)倪x取16Mn進(jìn)行加固

47、。上下底板和腹板承受不同的載荷有的彎矩大，有的正應(yīng)力大，故采用不同的材料。在選取材料時(shí)應(yīng)遵循性?xún)r(jià)比最高選擇，以?xún)?yōu)化減輕臂架重量為最終目的。以達(dá)到對(duì)臂架乃至起重機(jī)性能的優(yōu)化的目的。3.3 QAY50起重機(jī)吊臂受力分析 3.3.1 QAY50起重機(jī)吊臂受力規(guī)律QAY50全地面起重機(jī)的截面形式已經(jīng)確定，根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)可知：不同的起升高度和起升幅度決定了起重機(jī)的起重量。下面3個(gè)圖就是在起升不同高度不同幅度時(shí)臂架受力圖。通過(guò)圖片可以更直觀的看出起升高度和起升幅度對(duì)起重量的決定作用。臂架帶載伸縮時(shí)的主要載荷有：1.臂架搭接處的摩擦力；2.伸縮臂和貨物重量在臂架軸線方向的分力；3.起重鋼繩分支拉力。通常

48、在臂架最大仰角狀態(tài)時(shí)計(jì)算伸縮阻力。圖3-2起升角度30度圖3-3起升角40度圖3-4 起升角60度通過(guò)觀察圖片總結(jié)規(guī)律：可以得出起重機(jī)受力分析在QAY50全地面起重機(jī)4節(jié)臂全部伸出，舉升到最高處（舉升角為80°），并工作負(fù)載為額定最大起重量（10t）。此時(shí)，QAY50起重機(jī)舉臂最容易折斷，這種情況下進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。如果此時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度，則其他情況下必然符合要求。在對(duì)QAY50起重機(jī)舉臂進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核的時(shí)候，把舉臂抽象為理想化的模型。對(duì)外界環(huán)境也模擬為理想化環(huán)境，對(duì)于當(dāng)?shù)仫L(fēng)載荷，以及外界各種影響均忽略，在此環(huán)境下計(jì)算。3.3.2 QAY50起重機(jī)吊臂受力計(jì)算吊臂在變幅平面承受

49、的載荷起升繩拉力T： 式中： -額定起重質(zhì)量 -吊鉤質(zhì)量 -吊臂動(dòng)力系數(shù) m-吊鉤滑輪組的倍率 -滑輪組效率 由設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得， =10t、 =1050kg、 =1.15、m=1、 =0.98計(jì)算得到：T=138370N計(jì)算時(shí)將起升繩拉力T分解為平行吊臂軸線方向的分力和垂直吊臂軸線方向的分力 ；將垂直載荷Q分解為垂直吊臂軸線方向的分力和平行吊臂軸線方向的分力 。伸縮臂在變幅平面受力情況如下 Q=1.15X（10000+1050）X9.8=124533.5N 伸縮臂有兩個(gè)支點(diǎn)，一是臂根與車(chē)架的鉸接點(diǎn)，另一個(gè)是吊臂與變幅油缸的鉸接點(diǎn)，因此在變幅平面內(nèi)可把吊臂視為簡(jiǎn)支外伸梁。由垂直力Q 和起升繩拉力

50、T 對(duì)吊臂軸線偏心引起的力矩為：式中：e1-臂端定滑輪與吊臂軸線的偏心距 e2-臂端導(dǎo)向滑輪與吊臂軸線的偏心距 -伸縮臂在變幅平面傾角=58868-41608=17260NM由起升載荷以及吊臂重量引起的垂直載荷Q為：吊臂在旋轉(zhuǎn)平面承受的載荷伸縮臂在旋轉(zhuǎn)平面視為根部固定、端部自由的懸臂梁。它承受的軸向力與在變幅平面受力情況一樣，即T=R+ T1，軸向力F 可以分解為當(dāng)?shù)醣叟詮潟r(shí)不變方向的軸向力R 和變方向軸向力伸縮臂在旋轉(zhuǎn)平面的側(cè)向載荷包括貨物的偏擺載荷 表3-2 擺角 類(lèi)型擺角 輕型中型重型特重3° 4°5°6°=4°,則 不裝副臂，力矩側(cè)向力

51、中的貨物偏擺載荷S貨原來(lái)作用于臂端定滑輪的軸心處，因此吊臂還受有扭矩可知 =3635 NM3.3.3 U形伸縮臂的剛度校核箱型伸縮式吊臂的校核應(yīng)按最小幅度吊最大起重量的工況進(jìn)行計(jì)算。最大幅度時(shí)起吊的最小起重量是由整機(jī)穩(wěn)定性決定的，吊臂的承載能力有富余，不必驗(yàn)算。吊臂在壓彎的受力情況下，采用簡(jiǎn)化法計(jì)算臂端撓度并作伸縮臂的剛度校核：變幅平面考慮起吊額定載荷，并處于相應(yīng)工作幅度時(shí)，臂端在平面內(nèi)的靜位移。旋轉(zhuǎn)平面除考慮軸向壓力影響，還需考慮在上述載荷和端部附加額定起升載荷5的側(cè)向載荷同時(shí)作用下的臂端側(cè)向靜位移 。變幅平面F-吊臂承受的軸向力-吊臂在變幅平面的臨界力-吊臂在軸向壓力F=0 的情況下，僅由

52、變幅平面橫向載荷引起的臂端撓度Z-在變幅平面內(nèi)相鄰兩節(jié)臂之間的橫向間隙 并假定各節(jié)臂之間的間隙均相等，間隙的大小由使用要求和工藝條件決定，通常 Z=13mm K-伸縮臂的節(jié)數(shù)、 -伸縮臂的幾何尺寸-伸縮臂的許用撓度，單位為m -伸縮臂臂長(zhǎng)（m）旋轉(zhuǎn)平面-吊臂在旋轉(zhuǎn)平面的臨界力吊臂在軸向壓力F=0 的情況下，僅由旋轉(zhuǎn)平面?zhèn)认蜉d荷引起的臂端撓度y 在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)相鄰兩節(jié)臂之間的側(cè)向間隙計(jì)算變幅平面吊臂端部撓度時(shí)，其計(jì)算載荷應(yīng)只考慮有效載荷的靜力作用，即不計(jì)自重和動(dòng)力系數(shù)。3.3.4 U形伸縮臂的剛度參數(shù)的計(jì)算臨界力：旋轉(zhuǎn)平面的臨界力：在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)，臂架為一端固定而另一端自由的壓彎構(gòu)件，臂架側(cè)向變形時(shí)

53、，起升繩對(duì)臂架有支承作用，故旋轉(zhuǎn)平面的臨界力，按下式計(jì)算 E=200Gpa式中： -由伸縮臂在旋轉(zhuǎn)平面的支承條件決定的長(zhǎng)度系數(shù)，此處取2-由變截面伸縮臂決定的長(zhǎng)度系數(shù)；-起升鋼絲繩影響的長(zhǎng)度系數(shù)；-第一節(jié)臂（基本臂）的截面慣性矩。變截面吊臂決定的長(zhǎng)度系數(shù)箱型伸縮臂是一個(gè)雙向壓彎構(gòu)件，同時(shí)也是一個(gè)階梯形變截面構(gòu)件，計(jì)算公式如下：式中：-第i 節(jié)臂伸出后的長(zhǎng)度與吊臂全長(zhǎng)比；-第i 節(jié)臂的截面慣性矩；-第一節(jié)臂（基本臂）的截面慣性矩。計(jì)算如下：F=+2Fh =b×b1 =l2×h = 表3-3 臂架受力R基本臂0.00360.0190.00330.00120.2245°

54、0.27二節(jié)臂0.003360.0190.0030.00100.2145°0.52三節(jié)臂0.003080.0190.00270.00100.2045°0.77四節(jié)臂0.00280.0170.00220.0090.1845°1 則 可帶入公式,計(jì)算出: =0.77起升繩長(zhǎng)度系數(shù)伸縮臂采用油缸變幅，起升鋼絲繩對(duì)吊臂產(chǎn)生有利影響。長(zhǎng)度系數(shù)可由下式計(jì)算:Ney=可知道 =1.34104N變幅平面的臨界力求臨界力時(shí)，伸縮臂在變幅平面情況與旋轉(zhuǎn)平面主要有兩點(diǎn)不同:一是吊臂在變幅平面的計(jì)算簡(jiǎn)圖是簡(jiǎn)支外伸梁，由支承情況決定的長(zhǎng)度系數(shù) 可根據(jù)具體支承情況得到；二是起升繩拉力方向的改

55、變?cè)谛D(zhuǎn)平面中對(duì)吊臂旁彎起維持平衡的作用，而在變幅平面不起這個(gè)作用，因此在求臨界力時(shí)不必顧及起升繩拉力方向的影響，即變幅平面臨界力計(jì)算式為: 變幅平面的臂端撓度變幅平面內(nèi)的箱型多節(jié)伸縮臂在臂端橫向載荷的作用下產(chǎn)生的彎曲變形,若伸縮臂有K節(jié),則臂端撓度可按以下公式計(jì)算:同理可求: 旋轉(zhuǎn)平面的臂端撓度參照伸縮臂在變幅平面由側(cè)向載荷引起的臂端撓度的計(jì)算方法可以寫(xiě)出伸縮臂在旋轉(zhuǎn)平面由側(cè)向載荷引起的臂端撓度的計(jì)算式，其中不同的是伸縮臂在變幅平面按簡(jiǎn)支外伸梁計(jì)算，而在旋轉(zhuǎn)平面則按懸臂梁計(jì)算。便可得到旋轉(zhuǎn)平面中吊臂撓度相應(yīng)計(jì)算式。原理和變幅平面相同,得到=0.069m則可得 校核結(jié)果,此舉臂在這種工況下剛度合適.3.3.5 伸縮臂的強(qiáng)度校核 伸縮臂計(jì)算截面角點(diǎn)正應(yīng)力直接可按下式計(jì)算：、表3-4 臂架受力基本臂0.00320.0072993860980235480373325二節(jié)臂0.00290.006673686