高空作业车液压系统设计

2021-05-23 来源：乌哈旅游

GKZ高空作业车液压系统设计

徐州师范大学

开题报告及工作实施计划

院系专业年级、班级姓名指导教师开题报告日期

一、毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目研究方向课题来源 GKZ高空作业车液压系统设计国家部委省市厂矿自选 √ 备注课题类型理论应用工程跨学科研究研究技术研究其他 √ 一、课题综述及研究意义高空作业车作为一种工程机械设备，目前广泛应用在船舶、建筑、市政建设、消防、港口等行业，有着广阔的发展前景。我国高空作业机械的生产于20世纪70年代末开始起步，发展较快。现今，高空作业车已发展到其作业高度最高已到达72m(BRONTO公司生产)，且作业车的可靠性、安全性、舒适性、操作方便和简单的直接性等方面都有较大提高。本课题以徐州海伦哲工程机械有限公司研制开发 “GKZ14型高空作业车” 为研究对象，对该车上的液压系统系统进行设计。此型号高空作业车除高空作业机构外还设有起重装置，一机多用。液压系统设计在高空作业车的设计里占重要地位，例如起重工件装置主要由起升，变幅，吊臂升缩和回转等机构组成，这些机构都靠液压系统驱动，实现作业要求。从安全性、可靠性角度看高空车不同于一般的工程机械, 其特点是作业频率不高, 负荷较小, 但要求安全性, 可靠性较高。因此, 高空车液压系统应具备紧急停止装置。高空车在各执行机构动作的终点位置设限位装置, 尤其是对于折叠臂式及混合臂式的高空车应设中臂限位装置, 以确保整车的稳定性。高空车的变幅系统和伸缩系统的速度必须加以控制, 以防止产生“超速”现象。在高空车的下车支腿液压系统中, 还须防止“软腿”及“掉腿”现象。因此，为保证高空作业车的工作稳定、可靠、安全，作业灵活，效率高，设计出优良的液压系统就显得尤为重要。二、课题拟采取的研究方法和技术路线本课题 “GKZ14型高空作业车” 为研究对象，对该车的重要组成部分----液压系统进行设计和研究，以实现高空作业车的工作稳定、可靠、安全。主要研究过程如下： 1、收集、分析、消化原始资料，了解熟悉目前高空作业车液压系统的现状，控制方法，主要的元器件及有关技术参数分析存在的问题。 2、液压系统设计确定液压系统方案确定液压系统控制方式液压元器件的选择和有关计算 3、绘制标准液压系统工作图三、主要参考文献 1.王积伟等，液压与气压传动第二版，机械工业出版社，2005年 2.单斗液压挖掘机第二版、同济大学主编，中国建筑工业出版社 1986年12月 3.曹善华等:单斗挖掘机，机械工业出版社，1989年11月 4.乾孝保;液压挖掘机的节能措施，1986 5.计算机辅助设计，机械工业出版社，1994年10月 6.机械设计，西北工业大学机械原理教研室编，高等教育出版社 7.机械设计手册编委会,机械设计手册1,机械工业出版社,2004年8月 8.机械设计手册编委会,机械设计手册4,机械工业出版社,2004年8月 9.何存兴:液压元件华中工学院，机械工业出版社，1984年10月 10.黎启柏等：液压元拌手册，冶金工业出版社，机械工业出版社 11.机械工程师手册，机械工业出版社，2000年5月 12.液压传动，哈尔滨工业大学液压教研室编 1975年10月 13.周秋等:现代工程机械应用技术，长沙，国防科技人学出版社 14.陈强业，苗臻光.工程机械，机械工业出版社，1993 15.唐经世.工程机械.中国铁道出版社，1996 16.刘希平.工程机械构造图册.机械工业出版社，1990 17.郑训，刘杰.工程机械性能.人民交通出版社，1998 18.齐占庆，机床电器控制技术，机械工业出版社，2006 19.GRITFIN M J .Evaluation of vibration with respect to human response.SAE860047. 20.Mike Gunderloy，Mary Chipman.SQL Server7:In Record Time. 二、毕业设计（论文）工作实施计划

（一）毕业设计（论文）的理论分析与软硬件要求及其应达到的水平与结果本课题 “GKZ14型高空作业车” 为研究对象，对该车的重要组成部分----液压系统进行设计和研究。设计中，首先应分析该型作业车的作业方式、性能指标及各种安全方面的要求，制定出合理的液压系统方案以使工作臂和支腿实现预定的运动，保证作业车安全可靠的运行。要求计算准确、可靠，各元器件选择合理；系统原理图清晰，工作原理明确。要能综合运用所学理论知识，分析实际问题，并提出解决方案。掌握现代设计的基本理论和方法，充分利用计算机辅助设计。提高资料情报的收集整理能力，充分发恽图书资料的作用。加强英文资料的收集翻译能力，至少能阅读并翻译一篇以上的与本课题有关的英文文献。

（二）毕业设计（论文）工作进度与安排起讫日期工作内容和要求备注 **.04.09~**.04.15 确定设计题目、填写立题卡和开题报告 **.04.16~**.04.22 查阅资料，明确设计方向，有完整的思路 **.04.23~**.05.06 完成液压部分相关参数的确定和元器件型号的选择 **.05.7~**.05.10 完成液压系统图设计说明书 **.05.11~**.05.27 完成毕业论文 **.05.28~**.06.10 整理资料准备答辩三、对开题报告的审阅意见

课题以“GKZ14型高空作业车” 为研究对象，对该车的液压指导教师综合意见开题报告系统进行设计和研究，首先分析该型作业车的作业方式、性能指标及各种安全方面的要求，制定出合理的液压系统方案以使工作臂和支腿实现预定的运动，保证作业车安全可靠的运行。课题在选题上贴近生产实际，有一定的生产应用价值。课题难度适中，研究内容清楚明确；所采用的研究方法和技术路线切实可行；工作进度安排详细合理。同意开题！指导教师（签名）年月日审议意见教研室主任（签名）年月日院系意见教学院长（签名）年月日（论文）立题卡（理工类）院（系）专业班级

课题名称主要内容高空作业车的液压系统设计以徐州海伦哲工程机械有限公司研制开发 “GKZ14型高空作业车” 为研究对象，对该车上的液压系统设计。负责指导教师参加指导教师及职称蒋红旗指导教师蒋红旗毕业设计周数实验型自拟各做课题不同部分约60％应用已有程序 3号图纸张上机时数 4号图纸张调查研究有周无无教学型实验室建设 40％~20％机型总张数学生人数课题类型课题来源同课题学生分工形式 1人学生姓名设计型是计算型生产实践内容参数不同约80％完成部分程序 1号图纸张 1 张 9 科研纵向横向主要内容不同课题内容差异程度完成全部程序 0号图纸是计算机应用课题对学生综合能力培养设计绘图 2号图纸 1 张毕业实习环节实验及调研有周文献阅读及外文应用训练课题总工作量课题难度适当适当中文篇外文无实验研究独立完成 100％参加完成％篇文献翻译英文摘要偏多偏难是是偏少偏易教研室审查意见系（部）审核意见备注说明：（1）空格内打\"√\"或填上数字等负责指导教师日期

（2）本卡一式3份，指导教师、院（系）和教务科各一份教研室主任日期教学院长日期

摘要……………………………………………………………………………………1 Abstract………………………………………………………………………………2 前言……………………………………………………………………………………3 第1章绪论 …………………………………………………………………………4

1.1 高空作业车的发展状况……………………………………………………4 1.2 课题的来源和意义…………………………………………………………4 1.3 基本参数及主要技术性能指标……………………………………………5 第2章液压系统设计 ………………………………………………………………8

2.1 液压系统的构成……………………………………………………………8 2.2 液压系统设计概述…………………………………………………………8 2.3 设计依据……………………………………………………………………8 2.4 主要机构简述………………………………………………………………9 2.5 主要工作机构液压回路设计 ……………………………………………10 2.5.1 高空作业车起升机构的液压回路设计 ………………………………10 2.5.2 高空作业车吊臂伸缩机构液压回路设计 ……………………………12 2.5.3 高空作业车回转机构液压回路 ………………………………………12 2.5.4 高空作业车变幅机构液压回路设计 …………………………………13 2.6 整体液压回路设计 ………………………………………………………14 第3章高空作业部分液压系统的设计计算………………………………………18

3.1 上臂油缸的设计 …………………………………………………………18 3.1.1 确定液压缸类型和安装方式 …………………………………………18 3.1.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸 ……………………………18 3.2 下臂油缸的设计计算 ……………………………………………………23 3.2.1 确定液压缸类型和安装方式 …………………………………………23 3.2.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸 ……………………………23 3.3 回转机构液压马达设计 …………………………………………………28 3.3.1 转矩计算 ………………………………………………………………28 第4章起重机构的液压部分设计…………………………………………………31

4.1 伸缩机构液压缸设计 ……………………………………………………31 4.1.1 确定液压缸类型和安装方式 …………………………………………31 4.1.2 确定伸缩液压缸的主要性能参数和主要尺寸 ………………………31 4.2 起升机构液压马达设计计算 ……………………………………………34 第5章液压泵的确定………………………………………………………………36

5.1 液压泵的主要技术参数 …………………………………………………36 5.1.1 主要技术参数 …………………………………………………………36 5.1.2 各种泵的比较 …………………………………………………………36 5.2 液压泵的确定 ……………………………………………………………37 5.3 油箱的选择 ………………………………………………………………39 第6章支腿液压回路简介…………………………………………………………40 总结 …………………………………………………………………………………41 后记 …………………………………………………………………………………42 参考文献 ……………………………………………………………………………43

摘要

高空作业车是将高空作业人员和必要的工具送至空中，并提供工作人员空中作业场所的机械。起重机是一种能在一定范围内垂直起升和水平移动物品的机械，动作间歇性和作业循环性是起重机工作的特点。

本次设计以徐州海伦哲工程机械有限公司研制开发的“GKZ14型高空作业车”为研究对象，对该车上的液压系统进行设计。此型号高空作业车除高空作业机构外还设有起重装置，一机多用。

高空作业部分主要是指控制上下臂变幅运动的液压缸，控制上下臂回转运动的液压马达。起重部分主要是控制伸缩臂伸缩运动的液压缸，以及控制起重钢丝绳收进放出的液压马达。本文着重高空作业机构的变幅液压缸和回转液压马达设计，简略起重机构。文中详细记录了高空作业机构上臂液压缸的设计过程,简略设计下臂液压缸以及起重机构部分的伸缩液压缸;记录了高空作业部分回转机构的液压马达和起重部分起升机构的液压马达的设计选型过程，以及液压泵，油箱的选型过程。在确定液压系统元件参数的基础上，完成了液压传动系统的设计计算。

关键词: 高空作业车；起重机构；液压传动系统设计；液压缸；液压马达

Abstract

The aerial platform vehicle sends high rise operation personnel and the tool of the necessity to the air, and provide the staff member with the high rise operation amenity machine.The derrick is a kind of machine that cans be perpendicular in the certain scope to rise to rise to move a product with level, the action by fits and starts and the homework circulation are the characteristicses of the derrick work, can press the main use and the structure characteristic classification. The high rise operation mechanism mainly is the fluid cylinder that the control points a top and bottom arm to luffe, and the hydranlic moter to control top and bottom arm turns around.Jack mechanism mainly is a control flexible sport of flexible arm of the liquid press an urn, rise a heavy steel wire rope to accept into let out of the liquid press motor.This text emphasizes high rise operation mechanism to become a liquid to press an urn and turns round design, Chine is a jack mechanism slightly.Recorded high empty homework organization parts of upper arm liquids to press the design process of the urn in detail in the text, Chien designed slightly the arm liquid press the flexible liquid of the urn and the jack mechanism part to press an urn.It recorded high rise operation mechanism to turn round the liquid of the organization to press motor and rise heavy part to rise to rise the design that the liquid of the organization presses motor to choose a process in the text, and the liquid press a pump, the fuel tank chooses a process.Base on the system component parameter in hydranlic , completed the designion and calculation of the hydranlic system.

Keywords: aerial platform vehicle;jack mechanism ;hydranlic system design;fluid cylinder;hydrauhc motor.

前言

高空作业车和起重机都广泛应用在船舶、建筑、市政建设、消防、港口等行业，有着广阔的发展前景。本次设计以徐州海伦哲工程机械有限公司研制开发 “GKZ14型高空作业车” 为研究对象，对该车上的液压系统进行设计。此型号高空作业车除高空作业机构外还设有起重装置，一机多用。

液压传动是以流体（液压液）作为工作介质对能量进行传递和控制的一种传动形式，对于机械传动来说，它是一门新技术。但如从1650年帕斯卡提出静压传递原理，1850年开始英国将帕斯卡原理先后应用于液压起重机、压力机等算起，也已有二三百年的历史了。而液压传动在工业上的真正推广使用，则是在20世纪中叶以后的事。近几十年来，随着微电子和计算机技术的迅速发展，且渗透到液压技术之中并与之紧密结合，使其应用领域遍及到各个工业部门，已成为实现生产过程自动化、提高劳动生产率等必不可少的重要手段之一。

本文共分六章，主要内容有：高空作业车发展状况；课题来源；液压系统设计概述；液压系统的构成；主要工作机构液压回路的设计；整体液压回路设计；上臂油缸的设计计算；下臂油缸的设计计算；回转机构液压马达设计；伸缩机构液压缸设计；起升机构液压马达设计计算等。其中着重高空作业机构的变幅液压缸和回转液压马达设计，简略起重机构的伸缩液压缸和起升液压马达。液压部分的设计计算主要要考虑动作的实现、泄漏、安全、经济性等方面的问题，由于时间能力等方面的限制，在此次实际过程中考虑的问题不是很周全。

在设计过程中，以《机械设计手册4》、《起重机设计手册》为根本，参考相关方面的教材、书籍以及论文。

在此次设计中，遇到很多问题，动作的实现，油路的设计，液压马达转矩的计算等，在指导老师蒋红旗老师的指导和帮助下，顺利解决了这些问题，在此谨致忠心的感谢。由于学生水平有限，本文错误之处和不妥之处必定不少，敬请老师批评指正。

第1章绪论

1.1 高空作业车的发展状况

高空作业车是用于电力、通信线路工程安装和维修的专用车辆。作为一种工程机械设备，目前广泛应用在船舶、建筑、市政建设、消防、港口等行业，有着广阔的发展前景。我国高空作业机械的生产于20世纪70年代末开始起步，发展较快。现今，高空作业车已发展到其作业高度最高已到达72m(BRONTO公司生产)，且作业车的可靠性、安全性、舒适性、操作方便和简单的直接性等方面都有较大提高。在高空作业车辆中,空中作业的人机安全是十分重要的。随着经济技术的快速发展，国内外起重机市场对起重机大型产品的需求越来越大；我国近几年来通过实行积极的财政政策和内需拉动等手段，加强和改善宏观调控，集中必要力量建设一批大型工程，液压汽车起重机和高空作业车将有广阔的应用前景，将产生巨大的社会经济效益。目前国内使用的高空作业车大多采用吊篮式车辆, 工作时需设有专用支腿, 且在设计中必须考虑其稳定性。而直升式高空作业车无需专用支腿, 工作相对稳定可靠, 已逐步在城市的通信、电缆的安装和维护作业中得到应用[1]。

高空作业车辆升降机构的稳定可靠是实现安全作业的必要条件之一,这类设备的升降机构大多采用臂式(如市政工程车辆、汽车起重机、飞机除冰车等)或剪式(如飞机食品车、残疾旅客登机车等) 升降机构,采用液压缸作为升降驱动力,液压缸需要随升降机构运动,因此液压缸与液压主回路须使用液压胶管连接。此时液压缸既作为升降时的动力,又作为施工作业时升降机构的支撑构件,因此液压缸及其连接管路对于整个系统安全起着非常重要的作用。

1.2 课题的来源和意义

本课题以徐州海伦哲工程机械有限公司研制开发 “GKZ14型高空作业车” 为研究对象，对该车上的液压系统进行设计。

此型号高空作业车除高空作业机构外还设有起重装置，一机多用。液压系统设计在高空作业车的设计里占重要地位，例如起重工件装置主要由起升，变幅，吊臂升缩和回转等机构组成，这些机构都靠液压系统驱动，实现作业要求。液压系统元件的类型可分为动力元件，控制元件，执行元件，辅助元件等[2]。随着经济技术的快速发展，国内外起重机市场和高空作业车市场对这两种产品的需求越来越大，我国近年来通过实行积极的财政政策

和内需拉动等手段，加强和改善宏观调控，集中必要力量建设一批大型工程，“GKZ14型高空作业车”将有广阔的应用前景，将产生巨大的社会经济效益。

液压系统设计在整个高空作业车的设计里具有重要的意义，它使整个机器实现自动化。其中安全性等方面的考虑，设计更是减少了故障的发生，相当程度上确保运行该高空作业车的工人的安全。

1.3 基本参数及主要技术性能指标作业车行驶状态主要技术参数（表一）：

类别项目尺寸参数质量参数轴荷总长总宽总高乘坐人数（含驾驶员）总质量前桥后桥 mm mm 单位数值江铃（五十铃）跃进 7170 1942 2860 6 4370 1720 2650 90 27 17 190 22 12  1952   mm 人 kg 5020 1980 3040 80    kg kg 行驶参数最高行驶速度纵向通过角横向通过角最小离地间隙接近角离去角 km/h 00 mm 0 30 13 0

（表一）

作业车作业状态主要技术参数（见表二）：

类别主要性能参数最大起重量最大起升高度回转速度支腿收放时间下臂变幅时间上臂变幅时间伸缩臂全伸时间单绳起升速度 (表二)

项目平台额定载荷平台最大作业高度平台最大作业高度时作业幅度平台最大作业幅度平台最大作业幅度时作业高度单位 kg m m m m 数据 200 14 1.9 5.6 7.7 1300 9 0--2 kg m r/min 收放 S S 80 80 40 40 30 0--40 S S S m/min

高空作业车平台作业工作状态图：

（图1.1）

第2章液压系统设计

2.1 液压系统的构成

GKZ系列车型采用折叠式工作臂结构，工作装置为液压驱动，3600全回转。除高空作业机构外，GKZ系列车型还设有起重装置，一机多用。该系列车分为底盘（简称下车）和起重工作装置、高空作业装置（简称上车）两大部分。底盘的作用在于转移整机装置的作业场所，在起重或高空作业时用于支承上车，保持整机的稳定。起重工作装置和高空作业装置主要由起升、变幅、吊臂伸缩和回转等机构组成，起升机构和吊臂伸缩机构属于起重装置部分, 变幅机构和回转机构属于高空作业装置部分，这些机构都靠液压系统驱动，实现作业要求。液压系统元件按构成类型可以分为动力元件、执行元件和辅助元件等。在此次液压系统设计过程中，将构成作业车主要工作机构的液压回路分成起升机构、变幅机构、回转机构、吊臂伸缩机构和支腿收放这几部分。其中起升机构和回转机构由液压马达控制，吊臂伸缩机构和上下吊臂的变幅由液压缸控制,在此次设计中主要是对这两部分进行液压设计，而支腿是用于支撑整机，同时调整整机平衡，支腿收放部分的液压设计在此次设计中不加以考虑。 2.2液压系统设计概述

液压系统有传动系统和控制系统之分,本次设计中所说的系统设计主要是针对传动系统设计而言,主要是确定整个高空作业车的液压回路,以及其间主要执行元件、控制元件等的主要尺寸和基本性能参数。其实从结构组成和工作原理来看，传动系统和控制系统并无本质上的区别，仅仅一类以传递动力为主，追求传动特性的完善，其执行元件用来驱动某个控制元件的操纵装置（例如液压泵、液压马达的变量机构、控制阀的阀心等）而已。因此，传动系统的设计内容和方法只需略做调整，即可直接用于控制系统的设计。系统的设计除应满足主机要求的功能和性能外，还必须考虑符合质量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、使用维护方便等一般要求及工作可靠这一特别重要的要求。系统设计的出发点，可以是充分发挥其组成元件的工作性能，也可以是着重追求其工作状态的绝对可靠。前者着眼于效能，后者着眼于安全；实际的设计工作则常常是这两种观点不同程度的组合，考虑具体要求不同而有所侧重[3]。 2.3 设计依据

此次液压系统设计以徐州海伦哲工程机械有限公司研制开发 “GKZ14型高空作业车”

为模版，主要依据《机械设计手册4》里液压传动系统设计步骤和方法[4]，以及《起重机机设计手册》里起重机液压部分设计步骤和方法。 2.4 主要机构简述一高空作业工作臂

高空作业工作臂包括上臂和下臂。行驶状态时，两节工作臂折叠在一起，进行高空作业时，两节工作臂分别由上下臂油缸举升伸展至一定角度，将工作人员送至工作位置。上臂和下臂、下臂和转台铰接处设有专门的滑动轴承,保证工作臂转动时阻力小,运动平稳。二起重工作臂

起重工作臂由基本臂和伸缩臂组成。高空作业工作臂兼做起重基本臂。伸缩臂由伸缩油缸控制，不工作时，回缩至基本臂内部，进行起重作业时，伸缩臂根据需要的起重幅度和起升高度进行伸缩。三工作平台（工作吊篮）

工作平台的作用是将高空作业人员和必要的工具送至空中，并作为工作人员空中作业的场所。GKZ系列车型的工作平台采用钢管焊接框架结构，周围设有护栏，右侧护栏开有侧门，方便人员进出，平台底板采用防滑的花纹铝板，平台周圈下部设有护围，防止工具和其它物品掉落。四回转机构

回转机构由液压马达、回转减速机以及回转小齿轮、回转支承等组成。进行回转时，液压马达输出动力，通过回转减速机减速后带动输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的齿圈啮合，由于回转支承的齿圈与车架刚性连接，因而回转减速机带动与之相连的转台回转。五起升机构

起升机构由液压马达和起升减速机组成。其工作原理是：起升液压马达驱动起升减速机旋转，带动滚筒将钢丝绳收进或放出，实现重物的提升和下降。六动力系统

GKZ系列作业车高空作业和起重作业动力源为底盘发动机，其动力由取力器从底盘变速箱取出。取力器和变速箱之间的动力传递由机械式操纵系统控制，平时取力器与变速箱取力齿轮处于断开状态，当进行高空作业或起重作业时，操纵拉杆使取力器的滑移齿轮与变速箱的输出取力齿轮啮合，取力器输出轴带动油泵工作，从而将发动机的机械能转为液压能，为系统提供动力。

在行驶状态时，务必将取力器脱开。

七中心回转接头

中心回转接头由导电滑环、液压滑环两部分组成，它的作用是当作业车进行回转动作时，作业车转动部分与固定部分的电路及液压油路始终畅通。八液压系统

液压系统采用定量齿轮泵供油，系统工作压力为16MPa，油路中设有安全溢流阀，保证系统安全。

液压系统通过电液比例流量阀对工作臂油缸、回转马达和卷扬马达供油，供油量大小由比例阀控制，输出流量和负荷变化无关，可使系统达到稳定的工作速度，并且能够实现无级调速。系统工作压力由电磁溢流阀调定。

支腿的收放由下车多路换向阀控制，下车多路换向阀可对个支腿的进回油分别控制，因此各支腿的伸缩量均可单独调节，使作业车能适应不同的路面状况。

为了增加液压系统的安全性，在下车附设了手动泵作为应急液压源，当主动力源发生故障时，可用手动泵压杆操纵手动泵收回工作臂。九电器系统

电气系统包括示廊灯、警示灯、照明灯（可选件）等灯具、上臂限位系统、下臂限位系统、上下车互锁系统、蜂鸣器、转台控制箱和吊篮控制箱等部分。

示廊灯和汽车行车灯并联，表示该车的轮廓。警示灯为夜间工作时显示吊篮位置，提醒过往车辆和行人。照明灯在夜间工作时起照明作用。

当支腿油缸支起，下臂离开原始位置后，系统自动切断支腿油缸的回油油路，确保高空作业时支腿油缸不会因误操作而收回。

上、下臂限位行程开关限制上、下臂最大仰角，当工作臂举升至最大仰角时，行程开关自动接通蜂鸣器，提醒操作者注意，同时系统切断油缸进油路，使工作臂不能继续举升，但工作臂的下落不受影响。

蜂鸣器受蜂鸣器按钮和上、下臂限位行程开关控制，在作业车开始作业及工作臂处于极限位置时起警示作用。

转台控制箱与吊篮控制箱的设置，使得全车即可在转台处操作，又可在吊篮处操作，两处操作具有互锁功能，不能在两处同时对高空作业车进行操作。 2.5 主要工作机构液压回路的设计 2.5.1高空作业车起升机构的液压回路设计 (1) 动作分析

起升机构由液压马达和起升减速机组成。起升液压马达驱动起升减速机旋转，带动滚

筒将钢丝绳收进或放出，实现重物的提升和下降。 (2) 液压回路设计

(图2.5.1)

1—液压泵；2—油缸；3—换向阀；4—梭阀；5—单向节流阀；6--制动器液压缸；7—平衡阀；8—起升机构液压马达。

换向阀：利用阀心在阀体中的相对运动，使流液的通路接通、关断，或改变流动方向，从而使执行元件启动、停止或改变运动方向。

梭阀：梭阀相当于有两个单向阀组合而成，有两个输入口和一个输出口，在液压回路中起逻辑“或”的作用。

单向节流阀：正向流动时起单向阀作用，反向流动时起节流阀作用。

平衡阀：可使运动速度不受载荷变化的影响，保持稳定，附加的单向阀功能，密封性好，在管路损坏或制动失灵时，可防止重物自由下落造成事故。

制动器：制动器一般都采用常闭式，即向制动器供压力油时，制动器打开，反之，则在弹簧力作用下使马达制动[5]。以下开始分析动作控制过程：

如图(2.5.1)所示，换向阀3置于右位时，压力油经梭阀4、单向节流阀5进入制动器液压缸6，制动器松开。液压油同时经平衡阀7中的单向阀进入起升机构液压马达8，驱动其转动，使吊重起升。靠单向节流阀5的节流作用，制动器松开较起升机构液压马达旋转滞后，避免吊重在起升驱动力矩未充分建立前下溜（“溜钩”）。

换向阀3置于左位时，液压油直接进入起升机构液压马达的另一腔，同时经梭阀4、单向节流阀5进入制动器液压缸6，松开制动器，液压马达反转，吊重放下。此时，平衡阀7的远控口受到压力油的作用，推动平衡阀的阀芯，调节其开度，使吊重平稳下落。换向阀3处在中位时，整个回路卸荷，制动器液压缸6在自身弹簧和单向节流阀5的作用下迅速刹住液压马达。这样，即使液压马达有内泄露也能保证吊重被迅速制动住，实现空中可靠悬停或就位。 (3) 优缺点分析

这种液压回路只能靠调节发动机转速和换向阀开度的节流作用来调速，调速范围小，能耗大，但它简单，容易配置，适宜用于这种中小型起重车。 2.5.2高空作业车吊臂伸缩机构液压回路设计 (1) 动作分析

该高空作业车工作下臂兼做起重基本臂，伸缩臂由伸缩油缸控制，不工作时，回缩至基本臂内部，进行起重作业时，伸缩臂根据需要的起重幅度和起升高度进行伸缩。该伸缩臂式起重机可采用单液压缸或双液压缸变轴，变幅机构由液压马达驱动，其液压回路与起升机构相同。 (2) 液压回路设计

此处吊臂伸缩机构的液压回路设计省略。 2.5.3高空作业车回转机构液压回路 (1) 动作分析

进行回转时，液压马达输出动力，通过回转减速机减速后带动输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的齿圈啮合，由于回转支承的齿圈与车架刚性连接，因而回转减速机带动与之相连的转台回转[6]。 (2) 液压回路设计

（图2.5.2）

电磁换向阀：电磁换向阀借助于电磁铁吸力推动阀心动作来改变流液流向。梭阀：梭阀相当于有两个单向阀组合而成，有两个输入口和一个输出口，在液压回路中起逻辑“或”的作用。

单向节流阀：正向流动时起单向阀作用，反向流动时起节流阀作用。

制动器：制动器一般都采用常闭式，即向制动器供压力油时，制动器打开，反之，则在弹簧力作用下使马达制动。控制过程分析如下：

如图(2.5.2)所示，换向阀置于右位时，压力油经梭阀进入制动器液压缸，制动器松开。液压油同时经平衡阀中的单向阀进入回转机构液压马达，驱动其转动，使吊臂回转。换向阀置于左位时，液压油经单向节流阀进入回转机构液压马达的另一腔，同时经梭阀进入制动器液压缸，松开制动器，液压马达反转。

换向阀处在中位时，整个回路卸荷，制动器液压缸在自身弹簧的作用下迅速刹住液压马达。这样，即使液压马达有内泄露也能保证吊臂被迅速制动住[13]。 2.5.4高空作业车变幅机构液压回路设计 (1) 动作分析

行驶状态时，两节工作臂折叠在一起，进行高空作业时，两节工作臂分别由上下臂油缸举升升展至一定家度，将工作人员送至工作位置。上臂和下臂、下臂和转台铰接处均设有专门的滑动轴承，保证工作臂转动时阻力小，运动平稳。 (2) 液压回路设计：

(图2.5.3)

电磁换向阀：电磁换向阀借助于电磁铁吸力推动阀心动作来改变流液流向。平衡阀：可使运动速度不受载荷变化的影响，保持稳定，附加的单向阀功能，密封性好，在管路损坏或制动失灵时，可防止重物自由下落造成事故。以下简述动作分析过程：

因为上下臂的液压设计很相似，所以分开分析。先看左边液压缸的控制过程。如上图所示，当电磁换向阀置于左位时，油液经过左边单向节流阀的单向阀部分到达平衡阀，再经过平衡阀到液压缸的左腔，推动活塞杆向外运动。而右腔的油液则从右边的平衡阀到右边的节流阀再流出。当电磁换向阀置于右位时，油液经右边的单向节流阀和平衡阀到达液压缸的右腔，推动活塞杆向左运动，左腔的油液的经左边的平衡阀和单向节流阀流出。当电磁换向阀处于中位时，液压缸不运动[13]。右边液压缸的控制过程如上。 2.6 整体液压回路设计

结合以上能满足起升机构、变幅机构、回转机构、吊臂伸缩机构动作要求的液压回路,完成整体液压回路设计。如下图（2.6.1）所示,分析运动控制过程。

(图2.6.1)

总图分析：

图中虚线部分是属于控制油路。联结两个液压马达然后通回油箱的虚线是防止泄漏的。由于液压马达本身没有密封装置，它靠马达外壳将泄漏的液压油聚集起来，然后通过细管送回油箱。

单向节流阀，正向流动时起单向阀作用，反向流动时起节流阀作用。流液正向

通过时可以顺利通过该阀，反向通过时，则可根据调节节流阀节流口面积的方法来控制通过阀的流量，从而达到控制液压缸和液压马达运动速度的目的。在系统图中，高空作业部分的变幅机构和回转机构回路上都安装了单向节流阀，主要是基于安全方面的考虑控制速度。例如当工作人员在高空作业篮内，上臂起升和下降时，如果速度高将会十分危险，通过节流阀的调速后则可以使作业篮平稳缓慢的上升和下降。

这部分结构主要是一个电磁式两位四通阀和一个先导式溢流四通

阀。按下手柄时，两位四通阀置于右位，由于阀端被堵，此油路不同；通常情况下，两位四通阀置于左位，则H型阀口使回路通顺，即使先导溢流阀的远程控制口接回了油箱。这是，泵输出的油液在很低的压力下通过阀口流回油箱实现卸荷作用。在整个液压系统图中，起重结构部分的动作是靠手动控制的，而高空作业部分的机构是靠电动控制的。当该两位四通阀位于右位时，由于油路不同，油液会绕过此机构到达高空作业机构，实现高空作业部分的动作。当该两位四通阀位于左位时，油路卸荷，油液直接流回油箱则相当于是高空作业机构的总开关没有开启，高空作业部分不能动作。此手动二位四通阀同时还有安全保护的作用。当高空作业部分出现故障时，可以按动手柄使二位四通阀置于左位，油路卸荷，高空作业部分不能动作。高空作业部分具体动作时还必须使变幅机构和回转机构的三位四通电磁阀通电[7]。

中心回转接头。中心回转接头由导电滑环、液压滑环两部分组成，它的

作用是当作业车进行回转动作时，作业车转动部分与固定部分的电路及液压油路始终畅通。

压力表。

电磁换向阀。通电时油路导通，不通电时，油路不导通。是高空作业机构的总开关。

只有它通了电，高空作业机构才可能动作。

安全阀,保证系统压力稳定.当压力过大时,油液会溢流。

第3章高空作业部分液压系统的设计计算

高空作业部分主要由变幅机构和回转机构构成，其中，变幅机构主要是指上下臂液压缸。上臂液压缸是联结上臂和下臂铰点的液压缸，它主要控制上臂的上升，下降动作。下臂液压缸是指下臂与支架之间的液压缸，它主要用于控制下臂的上升和下降动作。而回转机构主要是控制上下臂的回转动作，主要用一个液压马达来实现回转[8]。以下，就主上臂油缸，下臂油缸及控制回转的液压马达进行设计计算。 3.1上臂油缸的设计

设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同,不记执行件质量。液压系统工作压力为P=16MPa。

3.1.1 确定液压缸类型和安装方式

根据主机的运动要求,按《机械设计手册4》表23.6—39,选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸[4]。

下图为单杆活塞式双作用液压缸示意图：

（图3.1.1）

此类液压缸特点为活塞双向运动产生推、拉力。活塞在行程终了时不减速。将缸体固定，活塞杆运动，按《机械设计手册4》表23.6—40 液压缸的安装方式，选择合适的安装方式。考虑机构的结构要求，上臂起升、下降时液压缸的活塞杆进行伸缩实现运动需求。查《机械设计手册4》表23.6-40 液压缸的安装 (P23-176)选择耳环型安装方式，这种安装方式使液压缸在垂直面内可摆动,满足上臂动作要求[4]。 3.1.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸

根据主机的动力分析和运动分析,确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸 1) 液压缸内径D的计算

根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D

[4]

计算公式：

D =3.57102式中 D--液压缸内径（m）； F--液压缸推力（kM）； p--选定的工作压力（MPa）。其中F的计算过程如下：

当高空作业车上下臂处于如下状态时，如图3.1.2。上臂液压缸所受的力最大，即液压缸具备的最大力必须大于此时的力。

F （3.1） p上

( 图3.1.2)

1 有: FhG()SF1S （3.2）

2其中:G--上臂自重,由计算为7.53105N 。 S--上臂长度，为5.950m。

F1--高空作业车吊篮最大承受力，由计算知为2.0106N。

h--a点到力F的垂直距离，由计算得h=1.796m。代入公式(3.2)得:

1 F(7.321055.9502.01065.950)1.796

2 7.87106N 将F7.87106N,p16MPa代入式(3.1),

得: D3.5710 0.79m

27.87103kN

16MPa按《机械设计手册4》表23.6-33给出的缸筒内径尺寸系列圆整D成标准值[4]。表23.6--33 液压缸内径尺寸系列 (摘自GB/T2348—1993) (mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 （280） 320 （360） 400 （450） 500 (表三) 即取:

D80mm

2)活塞杆直径d的计算

根据速度比的要求来计算活塞杆直径d dD1 (3.3) 式中 d--活塞杆直径(m); D--液压缸直径(m); --速度比

v2D2  22v1Dd v2--活塞杆的缩入速度(m/min); v1--活塞杆的伸出速度(m/min)。

此处，取液压缸的往复运动速度比为1.46,由《机械设计手册4》表23.6-57(P23-191)[4]

查得:

d0.56D (3.4)

将D80mm代入式(3.4) 得:

d44.8mm

查《机械设计手册4》表23.6-34 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）[4] 表23.6—34 液压缸活塞杆外径尺寸系列 (摘自GB/T 2348—1993) (mm)

4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 (表四)

取液压缸活塞杆外径尺寸如下： d50mm。 3)液压缸行程S的确定

由于上下臂工作状态最大夹角为2750,如下图所示：

56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 30

（图3.1.3）

上下臂铰点位置如上所示,代入数据可求出线段ab的长度,由此长度计算上臂油缸的最大行程,计算过程如下:

ab1.85920.495221.8590.495COS1500 2.3m

查《机械设计手册4》表23.6-35 液压缸活塞行程第一系列(mm)[4]。

表23.6—35 液压缸活塞行程第一系列(mm) 摘自(GB2349—1980) 25 500 50 630 80 800 100 1000 125 1250 160 1600 200 2000 250 2500 320 3200 400 4000 (表五)

由以上条件取S值如下:

S800mm。

4)液压缸结构参数的计算 (1)缸筒壁厚的计算按薄臂筒计算:

pyD2 （3.5）

式中 --液压缸缸筒厚度(m);

py--试验压力(MPa)。取py1.5p，即，py1.5p1.51624MPa。 D--液压缸内径（m）；

--刚体材料的许用应力（MPa），取100MPa。代入式（3.5）中，得： （2）缸体外径的计算

D1D2 (3.6) 代入数据得:

D18029.699.2mm

查《机械设计手册4》表23.6-60(P23-192)圆整液压缸外径D1为105mm[4]。（3）流量的计算

由原始数据得,上臂的变幅时间小于等于40S,且由上面计算可知液压缸活塞杆的行程为1000mm,则,液压缸活塞杆运动的最小速度S/t10004025mm/s[13]。

查《机械设计手册4》表23.4知:0.16m/s,取最大为0.12m/s。即，液压缸活塞杆运动的最大速度为：

0.12m/s

D2则液压缸流量qv

424MPa80mm9.6mm

2100MPa 3.140.0820.12436.2L/min 3.2下臂油缸的设计计算

设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同,不记执行件质量。液压系统工作压力为P=16MPa。

3.2.1 确定液压缸类型和安装方式

根据主机的运动要求,按《机械设计手册4》表23.6—39,选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸。此类液压缸特点为活塞双向运动产生推、拉力。活塞在行程终了时不减

速。

与上一个液压缸相似，查《机械设计手册4》表23.6-40 液压缸的安装 (P23-176)选择耳环型安装方式[4]，这种安装方式使液压缸在垂直面内可摆动,满足下臂动作要求。 3.2.2确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸

根据主机的动力分析和运动分析,确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸: 1) 液压缸内径D的计算

根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D 计算公式：

D=3.57102式中 D--液压缸内径（m）； F--液压缸推力（kM）； p--选定的工作压力（MPa）。其中F的计算过程如下：

当高空作业车上下臂处于如下状态时，如图3.2.1。上臂液压缸所受的力最大。此时，上下臂夹角为750，下臂水平放置，上臂抬起与下臂成夹角750。

F （3.7） p

( 图3.2.1) 把上下臂当成一个整体，将所受力对a点取矩[9]，得：

F1h1G1S1G2S2F2h2Fh （3.8）

其中:G1 --上臂自重,由计算为7.53105N。

F1--高空作业车吊篮最大承受力，由计算知为2.0106N。

G2--下臂自重,由计算知其值是856103N。

h1--点a到力F1的垂直距离。 S1--点a到上臂重力G1的垂直距离。 S2--点a到下臂重力G2的垂直距离。 F2--最大起重量，由计算得13106N。 h2--点a到力F2的垂直距离，为5.6m。

已知上下臂夹角为750，上臂长为5.950m,下臂长为5.6m,且已知上下臂上各铰点位置,通过计算得:

h14.06m; S14.83m; S22.8m; h0.477m。

其中h为点a到力F的垂直距离，计算过程如下所示：已知尺寸如下图（3.2.2）所标示[18]。

下臂：

(图3.2.2)

由此计算得: h0.477m。将所得数据代入公式(3.8)得:

2.0106N4.06m7.53105N4.83m8.56105N2.8m72.8106F0.477m

F1.02108N 将F1.02108N,p16MPa代入式(3.7), 得: D3.5710 D160mm

按《机械设计手册4》表23.6-33(P23-173)给出的缸筒内径尺寸系列圆整D成标准值。即取：

21.02105kN

16MPaD160mm。

2)活塞杆直径d的计算

根据速度比的要求来计算活塞杆直径d dD式中 d--活塞杆直径(m); D--液压缸直径(m); --速度比

1 (3.9) v2D2  v1D2d2 v2--活塞杆的缩入速度(m/min); v1--活塞杆的伸出速度(m/min)。

此处，取液压缸的往复运动速度比为1.46,由《机械设计手册4》表23.6-57(P23-191)[4]

查得:

d0.56D (3.10)

将D160mm代入式(3.4) 得: d89.6mm

查《机械设计手册4》表23.6-34 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）

[4]

取液压缸活塞杆外径尺寸如下：

d90mm 3)液压缸行程S的确定

首先计算下臂升至最大角时，下臂铰点与底盘铰点之间的距离[10]。如下图所示：

(图3.2.3)

如上图(3.2.3)所示，由计算得下臂升至最大角时，下臂铰点与底盘铰点之间的距离为：1758mm。

查《机械设计手册4》表23.6-35 液压缸活塞行程第一系列(mm),由以上条件取S值如下:

S800mm。 4)液压缸结构参数的计算 (1)缸筒壁厚的计算[4] 按薄臂筒计算: pyD2 （3.11）

式中 --液压缸缸筒厚度(m);

py--试验压力(MPa)。取py1.5p，即，py1.5p1.51624MPa。 D--液压缸内径（m）；

--刚体材料的许用应力（MPa），取100MPa。

代入式（3.5）中，得： （2）缸体外径的计算

D1D2 (3.12) 代入数据得:

D1160219.2198.4mm

查《机械设计手册4》表23.6-60(P23-192)取液压缸外径为200mm[4]。（3）流量的计算

由原始数据得,下臂的变幅时间小于等于40S,且由上面计算可知液压缸活塞杆的行程为800mm,则,液压缸活塞杆运动的最小速度S/t8004020mm/s[13]。

查《机械设计手册4》表23.4知:0.16m/s,取最大为0.12m/s。即，液压缸活塞杆运动的最大速度为：

0.12m/s

D2则液压缸流量qv

424MPa160mm19.2mm

2100MPa 3.140.1620.12436.2L/min 3.3回转机构液压马达设计 3.3.1 转矩计算[17]

(图3.3.1)

其中，F--平台最大载荷； G--上臂和下臂总重。

查《机械设计手册3》表1.1—20 物体的摩擦系数[12] 取：摩擦系数0.002。

f1F f2G

如上图(3.3.1)所示，力F对支架中心点取矩，得：

M1f1S200kg10103N/kg0.002(5.950m5.6m0.2m) 2.2103Nm 力G对支架中心点取矩，得：

M2f2S20.0021.609106N(5.620.2)

8.37103Nm

查《机械设计手册4》表23.6-3 各种液压马达的适用工况和应用范围,选取适合的液压马达类型[4]。

表23.6-3 各种液压马达的适用工况和应用范围马达类型齿轮马达适用工况应用范围结构简单,制造简单,但转速脉动性较大,齿轮钻床，通风设备马达负载转矩不大,速度平稳性要求不高,噪声限制不严,适用于高转速低转矩情况下。叶片马达结构紧凑，外型尺寸小，运动平稳，噪声小，磨床回转工作台，机床操纵机负载转矩较小。构塑料机械、煤矿机械、挖掘机摆线马达负载速度中等，体积要求小轴向柱塞结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，转速较起重机、铰车、铲车、内燃机马达高负载大，有变速要求，负载转矩小，低速平车、数控机床行走机械稳性要求高。径向柱塞负栽转矩较大，速度中等，径向尺寸大马达内曲线径负载转矩很大，转速低，平稳性高的场合向马达 (表六)

由转矩，查《机械设计手册4》表23.6-18 1JMD型液压马达技术规格 1JMD-100

塑料机械，行走机械等挖掘机、拖拉机、起重机、采煤机等

表23.6-18 1JMD型径向柱塞液压马达技术规格

型号排量转速压力/MPa 转矩 /kNm 功率 /kW 机械效率 m/Lr1 /rmin1 额最额定最大额定最大（%） /mm /kg 偏心距重量定大 1JMD-40 0.201 1JMD-63 0.780 1JMD-80 1.608 1JMD-100 3.140 1JMD-125 6.140 10--400 16 22 0.47 0.645 19.2 26.4 91.5 16 10—200 16 22 1.815 2.50 37.2 51.2 91.5 25 10—150 16 22 3.75 5.16 57.8 79.2 91.5 32 10—100 16 22 7.75 10.07 75.3 103 10--75 16 22 14.30 19.70 110 151 (表七)

取马达型号为：

1JMD-100

44.5 107 160.4 257 521 91.5 40 91.5 50

第4章起重机构的液压部分设计

起重机构部分主要由起升机构和伸缩机构两部分组成。其中伸缩机构主要是控制伸缩臂。高空作业车下臂兼做起重基本臂，伸缩臂在基本臂里面，由伸缩油缸控制，不工作时，回缩至基本臂内部，进行起重作业时，伸缩臂进行伸缩。起升机构则主要是用于实现重物的提升和下降。

以下具体进行起重机构液压部分的设计： 4.1 伸缩机构液压缸设计上臂油缸具体设计如下：

设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同,不记执行件质量。液压系统工作压力为P=16MPa。

4.1.1 确定液压缸类型和安装方式

根据主机的运动要求,按《机械设计手册4》表23.6—39,选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸。此类液压缸特点为活塞双向运动产生推、拉力。活塞在行程终了时不减速[14]。

将缸体固定，活塞杆运动，按《机械设计手册4》表23.6—40 液压缸的安装方式，选择合适的安装方式。考虑机构的结构要求，上臂起升、下降时液压缸的活塞杆进行伸缩实现运动需求。查《机械设计手册4》表23.6-40 液压缸的安装 (P23-176)选择法兰型安装方式[4]。

4.1.2确定伸缩液压缸的主要性能参数和主要尺寸

根据主机的动力分析和运动分析,确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸: 1) 液压缸内径D的计算

根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D 计算公式：

D =3.57102式中 D--液压缸内径（m）； F--液压缸推力（kM）； p--选定的工作压力（MPa）。

F （4.1） p

计算F如下：

下臂处于水平位置时,液压缸对伸缩臂的推力最大,即如下图所示时推力最大。

( 图4.1.1) 其中:G--伸缩臂自重,由计算为3.85103N。 F--液压缸对伸缩臂的推力。

FNG (4.2)

查表23.4-1 摩擦系数,取0.1 。表23.4-1 摩擦系数

导轨类型滑动导轨铸铁对铸铁导轨材料运动状态起动时低速 (v0.16m/s) 高速 (v0.16m/s) 滚动导轨铸铁对滚柱(珠) 淬火钢导轨对滚柱静压导轨铸铁 (表八)

将0.1 ,G3.85103N代入式(4.2),得： F385N 将F385N代入式（4.1）,得:

摩擦系数 0.15—0.20 0.1—0.12 0.05—0.08 0.005—0.02 0.003—0.006 0.005

D3.57102385N

16MPa 0.18m

按《机械设计手册4》表23.6-33(P23-173)给出的缸筒内径尺寸系列圆整D成标准值。

即取D20mm

2)活塞杆直径d的计算

根据速度比的要求来计算活塞杆直径d dD1 (4.3) 式中 d--活塞杆直径(m); D--液压缸直径(m)； --速度比。

此处，取液压缸的往复运动速度比为1.46,由《机械设计手册4》表23.6-57(P23-191)[4]

查得:

d0.56D (4.4)

将D20mm代入式(4.4) 得: d11.2mm

查《机械设计手册4》表23.6-34 液压缸活塞杆外径尺寸系列[4]（摘自GB/T2348-1993）取液压缸活塞杆外径尺寸如下： d12mm 3)液压缸行程S的确定

伸缩臂总长为2.8m,查《机械设计手册4》表23.6-35 液压缸活塞行程第一系列(mm)[4],由以上条件取S值如下: S1250mm。 4)流量的计算

由原始数据得,伸缩臂全伸时间 30S,且由上面计算可知液压缸活塞杆的行程为1250mm,则,液压缸活塞杆运动的最小速度S/t12503041.6mm/s。

查《机械设计手册4》表23.4[4]知:0.16m/s,取最大为0.12m/s。即，液压缸活塞杆运动的最大速度为：

0.12m/s

D2则液压缸流量qv

4 3.140.0220.1242.45L/min 4.2 起升机构液压马达设计计算

起升液压马达驱动起升减速机旋转，带动滚筒将钢丝绳收进或放出，实现重物的提升和下降[14]。 4.2.1 转矩的计算

起重机构的最大起重重量是1300Kg，以下计算重物对滚筒中心的转矩[18]。

滚筒齿轮减速机液压马达

（4.2.1）

其中，F是起重机构的最大起重量。 F1300Kg9.8103N/Kg

由高空作业车主要性能参数可知单绳起升速度为0--40m/min。取最大速度为40m/min，计算转矩。即重物起升速度为：

V40m/min；已知滚筒直径为：

d300mm；力F对滚筒中心点取矩：

MeFr （4.5）

其中：F—起重机最大起重量； r--滚筒半径。

将F，r150mm0.15m代入（式4.2.1）。计算得：

MeFrNm1.95103kNm 考虑成本问题选取齿轮减速机较大传动比为50，则此处液压马达所必须具备的输出转矩为39103Nm。

查《机械设计手册4》表23.6—22 QJM系列定量液压马达的技术参数，

表23.6—22QJM系列定量液压马达的技术参数型号排量 /Lr1 压/MPa 额最力转速范围最大输出转重量/kg 矩//Nm /rmin1 定大 1QJM52-2.0 1QJM52-2.5 1QJM52-3.2 1QJM52-4.0 1QJM52-5.0 1QJM52-6.3 1QJM61-8 1QJM61-10 1QJM61-16 1QJM61-20 2.0 2.5 3.2 4.0 5.0 6.3 8 10 16 20 20 31.5 20 31.5 20 31.5 10 16 10 16 10 16 20 31.5 20 31.5 10 16 10 16 (表九)

选定液压马达型号为：

1QJM61—20

1—320 1—320 1—250 1—200 1—160 1—125 1—63 1—50 1—32 1--25 8820 10783 14210 8918 11270 14210 36297 44115 35316 42183 180 180 180 180 180 180 500 500 500 500

第5章液压泵的确定

5.1 液压泵的主要技术参数

液压泵是将原动机（如电动机和内燃机等）的机械功率转换为液体压力能（液压能）的元件。通常分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵。 5.1.1 主要技术参数

主要技术参数如下[15]：

（1）泵的排量（mL/r）泵每转一周，所能排除的液体体积。

（2）泵的理论流量（L/min）在额定转速时、用计算方法得到的单位时间内泵能排出的最大流量。

（3）泵的额定流量（L/min）在正常工作条件下，保证泵长时间运转所能输出的最大流量。

（4）泵的额定压力（MPa）在正常工作条件下，能保证泵长时间运转的最高压力。（5）泵的最高压力（MPa）允许泵在短时间内超过额定压力运转时的最高压力。（6）泵的额定转速(r/min) 在额定压力下，能保证长时间正常运转的最高转速。（7）泵的最高转速（r/min) 在额定压力下，允许泵在短时间内超过额定转速时的最高转速。

（8）泵的容积效率（%）泵的实际输出流量和理论流量的比值。（9）泵的总效率（%）泵输出的液压功率与输入的机械效率的比值。（10）泵的驱动功率（kW）在正常工作条件下能驱动液压泵的机械效率。 5.1.2 各种泵的比较

外啮齿轮泵内啮合式叶片泵单作双作用式定量变量复杂复杂大定量定变量量通轴式轴向柱塞泵斜盘式斜非通轴轴式式径向柱塞泵配流式阀式合式隔块摆线用式定量结构尺寸重量寿命价格最简小短最廉流量脉动抗污染能力耐冲击能力最大强较弱较简小短较廉小强简小短廉小强式式定量定变量量较简较简最复最复较复杂最大长杂最大长杂较大较短较小较小大较短较短较长较长较廉较廉昂贵小弱弱昂贵最昂最昂较昂贵小弱最强贵小弱最强贵大较弱较小最小小较弱较弱弱较弱较弱弱较强（表十） 5.2 液压泵的确定

泵的基本参数是压力、流量、转速、效率。一般应根据系统的实际工况来选择，为了提高系统的可靠性，延长泵的使用寿命，一般车辆用液压系统工作压力可选择为泵额定压力的50%--60%。选择泵的第二个重要因素是泵的流量或排量，泵的流量与工况有关，选择泵的流量需大于液压系统工作时的最大流量。泵的效率值是泵的质量好坏的体现，另外，泵的最高压力和最高转速不宜同时使用，以延长使用寿命[13]。

根据液压缸的动作可知,3个液压缸同时动作且速度都为120mm/s,且液压马达也动作时，系统所需流量最大而自动控制时系统所需流量最小,二者差距较大。此处选择液压泵时我们考虑只执行一项动作时，液压泵所必须提供的功率，流量。这有利于减小流量的波动，化简系统的复杂程度。

（1）液压泵的最大工作压力

[7]

液压泵最大工作压力Pp，由下式确定：

PpP1P （5.1）

式中 Pp--液压泵最大工作压力,Mpa； P1--液压缸的最大工作压力，Mpa。其中P116Mpa。

P--管路损失。取P0.5Mpa。则PpP1P160.516.5Mpa。（2）液压泵的流量Qp

液压泵的流量Qp：

QPK(Qmax) 式中 Qp--液压泵的流量,L/min； K--系统泄漏系数，取K1.2；

Qmax--同时动作液压缸最大总流量，L/min。其中：

液压缸最大流量为36.2L/min。

回转机构液压马达排量为3.140Lr1，转速为10--100rmin1。起重机构液压马达排量为10Lr1，转速为1--25rmin1。因为系统中有溢流阀等，取溢流量等总和3L/min。代入式（5.1）得： QPK(Qmax)3 即：

QP1.21133138.61L/min。选型：CBG 2080/2063

型号为CBG 2080/2063的液压泵外形尺寸如下所示[16]:

5.2）（

(5.2.1)

5.3 油箱的选择

油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等[7]。

查《机械设计手册4》表23.9-1 油箱容量[4]：

表23.9-1 油箱容量JB/T7938—1999(L) 4 250 1600 6.3 315 2000 10 400 3150 25 500 4000 40 630 5000 63 800 6300 100 1000 160 1250 (表十一)

油箱容量与系统的流量有关,一般容量可取最大流量的3—5倍。取油箱容量为800L。

第6章支腿液压回路简介

轮式起重机在起重作业时要由支腿支撑整机，汽车（轮胎）起重机大多采用H形支腿，铁路起重机受车辆限界的限制，多采用水平转动式支腿。这两种形式中每个支腿都有一个水平液压缸。支腿撑地应坚固可靠，不得回缩；行驶时，支腿收回，且不随路面颠簸而伸出或下落；支腿油路必须具有良好的闭锁能力，操纵方便，能调整起重机底架，保持水平。

中小型轮式起重机多采用转阀或手动换向阀的支腿液压回路，配以双向液压锁（一对液压单向阀）构成具有调平起重机底架和锁住支腿功能的支腿液压回路。用电磁换向阀取代转阀或手动换向阀，由电控系统也能实现单个或多个支腿同时动作，这在大中型轮式起重机上常有应用，其操纵较方便、灵活，但增加了维护、修理的难度和成本。

蛙式支腿的每个支腿只有一个液压缸。这种支腿形式的液压回路与具有调平起重机底架和锁住支腿功能的支腿液压回路相同，所不同的是仅有四个液压缸及其操纵元件，因此，较为简单。

目前，支腿液压回路大多采用手动，其构成简单，一般可以满足起重作业的要求，但它调平起重机底架的效率低，精度不高，这与操纵者的技术熟练程度有关。支腿自动调平系统能保证起重机底架有较高调平精度，应用较多的有光电自动调平支腿系统等[4]。

总结

转眼间，为期十三周的毕业设计就已接近尾声，虽然短暂，但却为我以后的工作生活奠定一个的重要的里程碑，同时为我的四年大学生活画上的一个完美的句号。

通过这次毕业设计不但使我巩固和重温了大学四年来我所学的专业理论知识，而且让我从中吸取了很多新的知识，尤其是增进了我对液压这一领域的了解和认识。毕业设计是将所学专业理论知识有机融合的一个过程，是对我们专业综合素质的一个考核。我的设计题目是高空作业车液压系统设计，由于液压系统设计比较烦琐，且设计又比较灵活，在整个设计过程中，我不断遇到各种各样的问题和困难，通过老师的悉心指导，同学之间的相互讨论，查阅大量的相关资料，都一一迎刃而解。充分发挥了我们设计小组的团队精神。

在设计过程中，高空作业机构的第一节桅柱作为起重机构的基本臂，两机构的动作又相互独立。在液压系统设计过程中，各个动作由不同的执行元件来控制。同时又在系统中加入安全控制部分，例如安全阀的加入，当回路中压力过大时可使油液溢流，使整个系统中压力维持恒定。手动换向阀的加入，在系统油路出现问题时可以直接按动手柄切断油路，使机构停止动作，防止事故的发生。

这次的毕业设计也很好地锻炼了我独立思考问题、分析问题、解决问题的能力。关键是掌握了独立思考问题的方法，在指导老师的指导下熟悉了独立进行项目设计的全过程以及设计过程中如何解决碰到的难题。在设计过程中经常会碰到书本上推荐的理论数据与工厂里实际应用不符合，这时候就必须理论联系实际综合考虑实际的应用性进行合理的选择，在设计过程中忽略了任何一个因素都可能对整个设计带来很大影响甚至导致失败，而为以后走上工作岗位成为一名优秀的工程技术人员奠定了坚实的基础。

后记

本课题的设计研究工作自始自终是在导师蒋红旗老师精心指导下完成的，字里行间凝聚着老师的智慧和心血。老师渊博的专业知识、严谨的治学态度和活跃的学术思想使我受益匪浅。给我的学习、生活以很大的影响，使我终生难忘，并将永远激励我奋发向上。值此，本人向恩师蒋红旗老师致以最崇高的敬意和最诚挚的感谢！

最后感谢所有关心、支持、帮助本人的各级领导、老师和同事！感谢各位专家教授，谢谢你们阅读本文，殷切期待你们的批评和指出！

感谢我们小组的其他同学在毕业设计时给予我的帮助！感谢给予我帮助的其他老师和同学们！

感谢大学四年来，所有教导过我、鼓励过我、帮助过我的老师和同学们！

参考文献

[1].周秋等,现代工程机械应用技术，国防科技人学出版社，2001年。

[2].单斗液压挖掘机第二版、同济大学主编，中国建筑工业出版社1986年12月。 [3].曹善华等,单斗挖掘机，机械工业出版社，1989年11月。

[4].机械设计手册编委会,机械设计手册4,机械工业出版社,2004年8月。 [5].计算机辅助设计，机械工业出版社，1994年10月。

[6].西北工业大学机械原理教研室编，机械设计，高等教育出版社，1984年。 [7].芮丰1YM128 型自动卷染机液压比例系统液压气动与密封,1999(6)。

[8].陈忠强,芮丰1 A10VSO 变量泵节能技术及应用流体传动及控制,2004(6)。 [9].何存兴,液压元件华中工学院，机械工业出版社，1984年10月。

[10].黎启柏等：液压元拌手册，冶金工业出版社，机械工业出版社，2000年。 [11].机械工程师手册，机械工业出版社，2000年5月。

[12]. 机械设计手册编委会,机械设计手册3,机械工业出版社,2004年8月。 [13].王积伟等，液压与气压传动第二版，机械工业出版社，2005年。 [14].陈强业、苗臻光,工程机械，机械工业出版社，1993。 [15].唐经世，工程机械.中国铁道出版社，1996。

[16].刘希平，工程机械构造图册，机械工业出版社，1990。

[17].机械设计手册编委会,机械设计手册1,机械工业出版社,2004年8月。 [18].邱宣怀主编，机械设计（第四版），高等教育出版社，2004年五月。

附外文翻译（译文）

高等教育新闻和Springer-Verlag 2006 年

平行数字控制机床的制造业工序的运动仿真

以提高平行工作母机的研究状态为目的, 本文介绍一个6－SPS结构的平行机器而且解释申请在制造业程序中运用运动学仿真的意义。微软C++6.0 应用编程接口功能处理三维图形处理库的方法来发展仿真软件。数据流程被呈现。最后，一个奇数叶双曲面体的仿真申请被运行在制造业的程序之前; 运动学仿真展示踪影计划理论基础制造业指导的可行性。

关键词：运动学仿真, 平行数字控制机器, 制造工序, 运动轨迹

1 介绍

平行数字控制机床, 也可称为多轴数字控制机床，虚拟的机器工具和平行的机械手,是以一个新颖的非线性工具为基础的非线性斯图尔特机制而且不同于传统的线工具。在过去的十年里, 工具已经受到很多研究员的注意，并且它的发展和申请取得了很多进步 [1,2]. 在这期间，平行数字控制母机的运动学仿真系统也已经被发展成实用的工具而且在平行数字控制机床的设计和研究中扮演一个很重要的角色。

运动学仿真现在已经在工具设计的许多方面被应用; 举例来说, 它有能探究空间目标而且搜寻终点的优势; 它也能检测有效的计划路径。此外，能通过实时的碰撞校合和数字控制机床的干涉来确保整个生产单位的安全[3].

在仿真系统的发展上有许多文章。大部份这些在一个现有的模拟制度上被很快地申请构造, 但是也带来一些问题: 极大的发展投资和不可实行的申请在自由的从计划模拟的特征物体痕迹。在提及中与收据控制机器工具申请平行, 本文介绍利用发展方法微软C++6.0 应用编程接口功能处理三维图形处理库的方法来发展运动学仿真的发展方法。

2 一种6－SPS 平行数字控制机床的结构

如图 1 所示, O－XYZ是基础平台静态坐标和P′－X ′ Y ′ Z ′是移动平台移动坐标。依照相反的运动学的模型: Ij=P+PjA−Bj (1)

Ij是矢量方向，P是从移动坐标起点到静态坐标起点。Pj 是从移动坐标中心点到移动坐标起点的矢量。 Bj 是从静态坐标的起源点到连接处中央点的矢量。 A是变化矩阵, 也叫做方向余弦点矩阵。

在过去的十年里, 斯图尔特坐标的研究已经受到很多的注意并且已经应用在像射击模拟器这样的广泛的各式各样的设备，平行的机械手操作者，工作母机被应用,六个自由度坐标测量装置。

在过去十年, Stewart 平台研究有受到的很多注意和被申请了在a 设备广品种, 譬如飞行防真器, 平行的机器人操作器, 机械工具, 六程度自由同等的测量设备。以实际条件下，一种6－SPS 平行数字控制机床的结构是基于斯图尔特坐标而且有一些潜在的有利的指向。譬如简单的结构, 更高的刚度, 更重的装货能力, 更加稳定运动学物产。

图1 6-SPS 结构和矢量描述。一个 6－ SPS 的平行数字控制工具描绘略图 b. 1.构成 2. 总体连接 3.腿 4.球形连接 5.主轴 6.移动坐标 7.基础坐标

静态

图2 模拟系统的主要界面

3 制造业模拟仿真的重要性

6－SPS 平行数字控制机床的运动被它自己结构特性所限制: 各条支架的长度限制姿势和位置。球形辅助大量的摇摆角度极限。

因此，平行工作母机的锐利工具一定被放置进特定的工作空间。然而, 当制造的时候从复杂的表面的部份释放, 它难以确定锐利的工具是否安全地放置进了工作空间，而且无论制造业的代码是不是错误的,不完全的或不合理的。代码确认, 包括格式的检查，整体的检查, 合理的检查，而且在制造工序开始之前完成系统的仿真。制造业程序被模拟保证数字控制程序无错误和有能力完成已定路线。显然地，所有这些程序对平行机工具的产品的实际重要性。

4 仿真软件设计的原则

仿真软件依照2000窗口下面的C++开放式绘图介面依照模组设计的原则。依照模组设计的原则, 系统发展使用物体-定向规画技术确定模块化系统和不联系系统的构成。确保系统的安全性和再现性,所有的核心组件使用成份物体模型和数据在系统组件之间的沟通以那为基础沟通成份口。输入来源计划模拟的痕迹是锐利的工具姿势文件,包括锐利工具的笛卡尔坐标点和锐利工具的正常矢量。依照一个线性模仿和时间直线性，模拟运行过程。在模拟程序不超越任何的被限制的情况的环境之下，运动轨迹文件将会生产被实际使用需要的那些腿的延长量的文件。系统仿真界面的主要界面被显示,如图 2所示。一些主要功能选项被列出, 像是运动轨迹编程，仿真和延长支架, 等等。主要的视野框架是一个三维的(3D立体) 并行机工具的坚固模型。在主要视野框架的正确区域上, 三个副框架从顶端到底部被放置, 分别地用来观察控制视觉的角度并且表示刀的姿势位置的叁数和那些支架的延长量。制造过程的模块仿真系统被显示在图3 。二个核心模块是踪影计划程序模块和制造业处理仿真模块。前者用轨迹追踪归档来提出对应的切割工具位置文件; 后者输入切割工具位置文件模仿制造过程。

图3 6-SPS平行数字控制机械工具制造业结构处理模仿系

当动态仿真开始初始化, 文件格式模块打开追踪，计划文件并且核对文本数据, 接着配置系统数据; 在检查工具根据数据的有效性以后, 系统根据切削刀具轨迹路线开始执行制造过程动态仿真。在这个过程期间, 系统只检查工作空间的安全性。只要存在约束条件。系统便会激活相应的判断功能并执行相应的行动。于是自动发出警告来通知用户发生了什么故障以及出现了什么错误。

为了模仿实际制造过程, 一个真正三维对象的参量必须和实际对应的机械加工刀具的参数一致。所有这数据由系统访问并且配置在参量配置模块中。这些数据代表 6-SPS 的实际尺寸, 譬如静态工作台上六个连接中心的绝对坐标值, 相对移动框架内，动态工作台上六点球体联结中心的坐标值，支架的最初长度，刀柄的直径和长度，球头半径等。

检查模块的作用是检查追踪数据的可靠性，并且确定切削刀具的位置是否在工作范围内。切削点坐标和常矢量方向余弦之间的关系由方程1决定。根据方程1可以计算移动工作台的参数，包括六个球体联结中心的坐标，之后计算六个支架的长度，图4显示了数据流程图。

加工过程仿真模块的输入源是切削刀具追踪文件。这个文件包括 (X 、Y 、Z) 位置点以及刀具切削(a, b, c)的信息,此处 X, Y, Z 是切削刀具点的位置坐标，a, b, c 是可以以三种方向余弦表示的形式。系统将这些数据装载到数据缓冲器，然后交换两个缓冲器。这样加工过程能够动态的显示出来。图5表示了动态仿真的数据流程图。

图4数据流程图

图5 动态仿真数据流程图

控制文件, 也称做实用加工制造文件，是数控代码的驱动文件，总之，追踪文件是一个含有追踪平面信息的临时中转文件。在检查追踪文件后，能够保证可靠性和正确性。完成动

态仿真后，能够证明追踪铣削平面的合理性。然而，实际加工过程需要实用加工控制文件。根据相应的机床刀具的控制要求。文件格式I/O检查模块产生的PMC文件和追踪文件一致。图6显示了PMC推理流程图，此处是静态参数。

图6 PMC推理流程图

追踪计划模块是加工过程动态仿真的代码模块。选择好实际零件表面后，模块产生切削刀具追踪计划文件。设置步骤如下：选择追踪类型。输入参数，设置追踪顺序，如此相应的直线模式，边界线模式等等。

设置追踪顺序，譬如，相应的直线模式，边界线模式等等。

在所有必需的参数值设置好后,模块根据插补精度和方程式1计算出特定表面的离散点坐标值。这些数据通过图7所示的特定的数据格式写入追踪文件。

图7特定数据格式

5 单叶双曲面仿真

x2y2z2 单叶双曲面是一种典型的复杂曲面。其方程是2221 （2）

abc式中，a10,b6,c8。

仿真步骤如下：设置追踪类型，输入所需参数，比如速度，插补周期，切削刀具刀柄

长度。然后单击追踪、创造文件菜单产生追踪文件，如图9所示，在核实文件可靠性后，单击按钮开始加工过程仿真。同时系统从缓冲器得到数据并显示位置，状态，支架的长度。如果追踪文件有错误，系统会检查错误，系统会检查错误并显示信息来告知错误类型和位置。

6 个结论

总之, 由于非线性关系，相信加工工具的动态控制更加复杂，为了维护加工过程的安全，在实际加工过程之前。测量与控制代码必须由仿真系统检查。而且，追踪文件的合理性可由仿真系统证明出。

在加工过程中对单叶双曲面应用仿真使，如果追踪文件会有错误，系统能够发现错误以避免任何故障，这种应用表明了仿真系统的实用价值。

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附件图纸

液压系统图

单杆活塞式液压缸

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