3起重机液压系统设计

3.1液压系统

3.1.1 液压系统总体设计

起重机液压系统是用来控制起重机的起升机构、变幅机构（在起重机中，用来改变臂架的位置，增加主机的工作范围。）、回转机构、伸缩的系统。

液压系统包括吊臂的伸缩、重物的起升、上车的回转、吊臂的变幅和支腿的收放等部分。

本设计中轮胎式起重机得便最大重量为8吨（幅度为3米时）具有三节伸缩臂，其最大幅度为10.8米（这时允许吊重为0.04吨），最大起升高度为13.6米，起升速度为15.8米/分，平台回转速度为最大3转/分。

工作幅度：指起重机回转中心轴线至吊钩中心的距离。

该起重机行走部分采用EQ1092型通用汽车底盘，起重部分要求全液压传动。

3.1.2 确定对起重机液压系统的工作要求：

1、系统构成

根据主机设计需要，对吊臂的伸缩、变幅、起升，回转机构采用液压传动。同时，起重机支腿的收放亦采用液压传动，以缩短作业前的准备时间，在满足机器要求和使用要求条件的要求的前提下，系统构成的先进性主要表现在系统简单、结构紧凑，元件选择合理，三化（标准化、系列化、通用化）程度高，便于安装、调试、使用、维护、工作安全可靠，应急能力强的方面。要达到这些要求，仅有良好的元件是不够的，还必须有良好的系统设计方案。

2、经济性

经济性指标包括系统的造价和使用费，系统传动效率和功率利用等。这几项指标不是相互独立的，需做综合分析。

3、技术性能

技术性能包括调速范围、微动性能、启动、制动及换向动作灵敏性，传动平稳性，限速性能，缓冲、锁紧、补油、限压、缸荷等完善的功能及振动、噪声和外泄大小等。

根据以上三点，设计液压系统具体应满足以下几点要求：

a: 能够调速。当空钩或轻载时，吊钩可以快速升降；当满载就位时，应满足缓慢升降。

b :可以微动，微动是为了在工作机构起动或停止时，不至于引起吊重的振动与冲击，以保证起重机作业的安全。

c :当吊重在空中停止时，不得产生下滑现象。这对吊装作业，以及使吊重长时间停留在空中都是必要的。

d :能同时对几个动作联合操作。起重机的主要动作为起升、回转、变幅、吊臂伸缩、要求这四种动作可以单独或前一种与后三种任意一种组合进行，以提高作业效率。在联合操作中，希望各机构的工作速度一定。

e :液压系统应结构紧凑，安全可靠，使用维修方便。

3.1.3 拟定起重机的液压系统原理图

1、选择执行元件

吊臂伸缩、变幅及四个腿，都采用双作用液压缸驱动。

为了使传动机构结构紧凑，布置方便，起重机的回转与起升机构直接采用低速大扭矩马达驱动。

2、确定液压系统的基本形式

为了使系统结构简单，油液冷却条件尽可能改善，该机构采用开式液压传动系统。

考虑到各机构同时动作的需要，以及合理分配功率，采用大小泵供油的液压双泵系统，即起升液压马达单独由大泵供油。回转液压马达变幅、吊臂伸缩与支腿液压缸等组成串连系统，由小泵供油。

3、调速抉择方案

对于小型起重机，可以采用定量泵，通过调节发动机的转速，以改变液压泵的输出流量，从而达到调速的目的。同时，再配合以换向阀节流调速，基本上能满足该机对调速性能方面的要求，这种调速方法具有系统简单，工作可靠等优点。

4、选择拟定液压基本回路，并组成整机液压传动系统

a、工程起重机需要的起升机构，即卷筒——吊索机构实现垂直起升和下放重物。液压起升机构用‘、、液压马达通过减速器驱动卷筒。为了保证起重作业中的平稳性和稳平的衡动性，防止吊重超载下降，在该机构的起升油路中设置起升平衡阀，以组成平衡回路。同时在卷筒上安装起升机构制动器，以防止因马达内漏而造成的吊重打滑。

液压起升机构不靠平衡阀来锁住液压马达，而是利用闸瓦制动。所以平衡阀的承重静止能力没有严格要求，固此用于液压马达系统的平衡结构简单，造价便宜。

b、伸缩臂机构液压回路和变幅机构

伸缩臂机构也是一种举升和下放重物的机构，伸缩臂可以用不同的方法，即不采用电磁阀而用顺序阀，液压缸差动，机械结构等办法实现多个液压缸的顺序动作，还可以采用同步措施实现液压缸的同时动作。本设计起重机的变幅和吊臂伸缩机构均采用双作用液压缸，为了使变幅和伸缩动作平衡，以及停止动作后能保持固定的位置，在其油路安装平衡阀，以构成平衡回路。

c、回转油路

变幅机构在起重机中，用改变臂架的位置，增加主机的工作范围，回转油路使作业架作旋转运动，也是为了实现这个目的。起重机的回转动作要求平稳、准确，为了回转动作平稳，以及停止动作后的工作位置能保持固定，在回转机构内安装回转机构制动器，以防止因马达内漏而造成滑移，对于回转机构来说，缓冲是非常重要的，必须设置一对缓冲阀。

d、支腿机构液压回路

对于汽车起重机来说，为了扩大作业面积和提高整体稳定性需要在车架上向轮胎外测伸出支腿，将整体支撑起来，使重心可以在轮胎覆盖范围以外，支腿覆盖范围内变化。支腿种类有整式、H式、X式和辐射式等。本设计选用H式，H式支腿由四组液压缸组成，每组包括一个水平缸和一个垂直缸，四个双向液压锁分别控制一个垂直液压缸，当支腿支撑车架静止时，垂直液压缸上腔液体承受重力负载，为了避免车架沉降，故需用连通上腔的液控单向阀起锁紧作用，防止俗称的“软腿现象”。当轮胎支撑车架时，垂直液压缸下腔液体承受支腿本身的重量，为了避免支腿降到地面，防止俗称的“掉腿”现象，故需要连通下腔的液控单向阀起锁紧作用，组合操作阀可使四个支腿同时动作，亦使每个支腿单独动作。

将上列的基本的回路有机的组合起来，即可组成液压传动系统图，为了使回转马达工作平稳，利用单向阻尼阀产生背压（背压为2～3Mpa）

e、设置辅助元件

考虑到管路使用寿命和布置紧凑起见，液压系统中主要管路均采用无缝钢管。在液压泵的吸油管路，安装网式滤油器，以防止较大的机械杂质进入液压泵内，在系统回路中安装精滤油器，以防止回油中的杂质。

文本框: 图3-1液压传动系统原理图（图 1-1 液压系统图）

3.1.4 液压系统概况

当起重机工作机构处于非工作状态时，CBQL—F40/F32齿轮油泵由取力箱通过传动轴驱动后，吸油口通过精滤油器从液压油箱吸油，32泵输出的工作油经过下车操纵组合阀后，再通过中心回转接头进入上车组合操纵阀流出，通过中心回转接头流回液压油箱，40泵输出的工作油直接通过中心回转接头进入上车组合操纵阀，再从上车组合操纵阀流出，通过中心回转接头流入油箱。

当操纵下车组合操纵阀的换向阀时，32泵输出的工作油不再进入上车，而进入下车操纵阀的绽阀中，再操纵实现下车水平支腿的伸缩及垂直支腿的收放动作。

当下车工作完毕后（即支腿打起后），上车即可工作，上车工作时，回转、变幅、伸缩时由32泵供油，起升由40泵供油，同时40泵和32泵还可以同时供起升机构，以实现快速起升和快速下降，40泵和32泵的分流是靠起升操纵阀的机能来实现的，回转油路可实现滑转功能，即回转操纵阀处于过渡位置时，回转制动器在回油备压下打开，并将回转马达的进油口连通，使回路马达处于浮动状态，避免回路和停止时的惯性冲击。

3.1.5 确定液压系统的工作压力

轮胎式起重机时以EQ1092通用汽车底盘为基础设计，为了减轻汽车承载量，要求液压传动装置机构紧凑，重量轻，参考其他液压汽车起重机的系统工作压力，初定该机构的液压系统工作压力在16M～25MPa范围内，根据初定压力，选用CBQL—F40/F32联齿轮油泵，该泵额定工作压力为20MPa，为了保证液压泵的使用寿命，系统压力应控制在不超过液压泵工作压力以下，因此，最后确定系统工作压力为20MPa。

3.2 确定起升和回转马达的计算依据

3.2.1 确定起升马达驱动的最大载荷力矩

起升马达驱动的最大载荷力矩，可按下式确定：

轮胎式起重机液压系统设计图1 （3.1）

式中：

——钢丝绳绕卷筒直径，当多层卷绕，，而n为卷绳最多层数，D为卷筒槽底直径，d为钢丝绳直径

——起重机最大额定起重量与吊具重量

——卷筒至离合器轴间的传动比

——起重滑轮倍率

——机构总传动效率

注：(D＝250mm； n=3; d=13mm; Q+q=8.16t; ; ; a=4 )

则：

（3.2）

根据已知，

所以有：

查液压手册选马达型号为ZM40斜盘式柱塞马达。

3.2.2 确定回转马达驱动的最大载荷力矩

回转机构的工作载荷就是回转阻力矩，起重机在回转起动时，回转阻力矩有下列阻力矩组成：

（3.3）

式中：

——回转支撑装置的摩擦阻力矩；

——由回转平台倾斜所引起的回转阻力矩；

——风压力所引起的阻力矩；

——回转起动所引起的回转阻力矩。

回转支撑装置的摩擦阻力矩：

回转支撑受回转平台上的全部载荷（图3-2），作用在回转支撑方面的垂直力有吊臂自重，配重,上车其它部分重量以及考虑到超载的重物和吊具重量。

同时，除作用在回转部分上的垂直力外，还有沿着吊臂方向的水平风力。吹在重物的是，吹在起重机上的是,水平方向的作用力还有回转时的离心力和垂直于吊臂面内的制动切向惯性力，重物的离心力为，切向惯性力为，起重机回转部分自重的离心力为，切向惯性力为，由于回转部分的重心靠近回转中心，故和常可忽略。作用在回转支撑装置上的水平力还有回转齿轮的啮合力，它的大小由小齿轮所传递的扭矩所决定，它的方向由小齿轮离吊臂轴线水平投影的位置而定，若回转中心有两个并成对布置，则此力相互抵消。