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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析
姓 名
專 業(yè)
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
鄭州科技學(xué)院電氣工程學(xué)院
二○一六年四月
摘要
汽車起重機(jī)是廣泛應(yīng)用于電力建設(shè)、市政建設(shè)、橋梁施工、石油化工、水利水電等行業(yè)的一種起重運(yùn)輸設(shè)備，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，對(duì)其需求越來越大，對(duì)其性能的要求也越來越高。
本文主要內(nèi)容包括：國內(nèi)外汽車起重機(jī)發(fā)展?fàn)顩r的比較，桁架臂的介紹，主臂、副臂及撐桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，臂架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算，臂架連接處強(qiáng)度的校核。同時(shí)完成臂架系統(tǒng)裝配圖，主臂、副臂及撐桿的裝配圖和相關(guān)零部件的工程圖。設(shè)計(jì)過程采用Pro/E軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模，并進(jìn)行虛擬裝配，最后應(yīng)用其工程圖模塊轉(zhuǎn)化為二維工程圖。本次設(shè)計(jì)并嚴(yán)格按照《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行設(shè)計(jì)，其性能和質(zhì)量滿足相關(guān)要求。
汽車起重機(jī)是在汽車或者汽車專用底盤上裝置起重設(shè)備，完成裝卸貨物和建筑構(gòu)件裝吊任務(wù)的汽車。它是一種行走式起重機(jī)械，所以也稱為汽車吊車。起重汽車廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸，建筑工程，油田,礦山，碼頭和國防部門，特別適用于貨物分散，場(chǎng)地狹窄，貨物起落高度大的施工現(xiàn)場(chǎng)。
關(guān)鍵字：汽車起重機(jī) 提升機(jī)構(gòu) 起重臂
ABSTRACT
Crane is widely used in power construction, municipal construction, bridge construction, petrochemicals, water conservancy and hydropower and other industries a lifting and transport equipment, with the development of economic construction, its growing demand for its performance requirements higher and higher.
The main contents include: comparison of domestic and foreign automobile crane development introduced truss arm, boom, jib and pole structure design, the arm strength, stiffness and stability calculations, the boom joint strength check. While completing boom system assembly drawing, drawing main boom and jib strut assembly drawing and associated parts. Design process using Pro / E software for three-dimensional solid modeling and virtual assembly, drawing its final application module into a two-dimensional drawing. The design and in strict accordance with the "crane design specifications," "Mechanical Design Handbook" design, performance and quality to meet the requirements.
Crane is in the car or cars special chassis means lifting equipment, loading and unloading of goods and the completion of building components mounted crane tasks cars. It is a walking type crane, it is also known automobile crane. Truck-mounted cranes are widely used in transportation, construction, oil fields, mines, docks and defense sectors, especially for goods scattered, narrow space, cargo landing height of the construction site.
Keywords: boom truck crane hoisting mechanism
目 錄
緒 論 1
畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與任務(wù) 1
產(chǎn)品概述 1
總體結(jié)構(gòu) 1
第一章 總體設(shè)計(jì) 2
1.1 概述 2
1.1.1起重臂 2
1.1.2變幅機(jī)構(gòu) 2
1.1.3提升機(jī)構(gòu) 2
1.1.4回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 3
1.2 設(shè)計(jì)要求 3
1.3 起重機(jī)的主要性能參數(shù) 3
1.4 總體設(shè)計(jì)、計(jì)算 4
1.4.1吊臂幾何尺寸的確定 4
1.4.2變幅油缸的長度 7
1.4.3起升機(jī)構(gòu)計(jì)算 9
1.4.4旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)計(jì)算 12
1.4.5滑輪計(jì)算 14
1.4.6支腿裝置 14
第二章 基本臂設(shè)計(jì)計(jì)算 15
2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算 15
2.1.1計(jì)算參數(shù) 15
2.1.2設(shè)計(jì)計(jì)算 17
第三章 整體穩(wěn)定性計(jì)算 23
3.1前言 23
3.2穩(wěn)定性計(jì)算：（基本臂） 23
3.2.1計(jì)算工況 23
3.2.2側(cè)方穩(wěn)定 23
3.2.3后方穩(wěn)定性 25
3.3 全伸臂時(shí)穩(wěn)定性計(jì)算 26
3.3.1計(jì)算工況 26
3.3.2側(cè)方穩(wěn)定性 27
3.3.3后方穩(wěn)定性 27
第四章 起重特性曲線 29
4.1概述 29
4.2 吊臂強(qiáng)度起重特性曲線 29
4.2.1全縮臂工作時(shí) 29
4.2.2半伸臂工作時(shí) 29
4.2.3全伸臂工作時(shí) 30
4.3抗傾覆穩(wěn)定性曲線 30
4.4起重特性曲線的繪制 31
第五章 起重機(jī)的PLC設(shè)計(jì) 32
5.1 分析運(yùn)行過程 32
5. 2 I/O端口接線 32
5.3 起重機(jī)PLC自動(dòng)控制梯形圖 32
第六章 起升機(jī)構(gòu)裝配工藝 43
總結(jié) 44
參 考 文 獻(xiàn) 45
致 謝 46
汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析
緒 論
畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與任務(wù)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和技能，提高分析和解決問題能力的一個(gè)主要環(huán)節(jié),是學(xué)生走向工作崗位之前的工程基本訓(xùn)練，是完成培養(yǎng)合格高級(jí)人才基本訓(xùn)練的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其主要目的在于：
1．培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立解決問題的能力，并結(jié)合設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和研究的課題進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)理論知識(shí)。
2．培養(yǎng)搜集、閱讀和分析參考資料，運(yùn)用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書籍，編寫技術(shù)文件的能力，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究、電算和數(shù)據(jù)處理的能力；培養(yǎng)翻譯外文資料的能力；進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算及制圖等基本能力。
3．掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，理論研究和試驗(yàn)的一般程序和方法。
4．樹立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。
5. 樹立集體合作設(shè)計(jì)的協(xié)作精神。
產(chǎn)品概述
汽車起重機(jī)是在汽車或者汽車專用底盤上裝置起重設(shè)備，完成裝卸貨物和建筑構(gòu)件裝吊任務(wù)的汽車。它是一種行走式起重機(jī)械，所以也稱為汽車吊車。起重汽車廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸，建筑工程，油田,礦山，碼頭和國防部門，特別適用于貨物分散，場(chǎng)地狹窄，貨物起落高度大的施工現(xiàn)場(chǎng)。
汽車起重機(jī)是各種工程建設(shè)廣泛應(yīng)用的重要設(shè)備，它對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高施工效率，保證工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工程施工機(jī)械化起著十分重要的作用。
總體結(jié)構(gòu)
汽車起重機(jī)的總體機(jī)構(gòu)由上車部分（吊鉤，起重臂，提升機(jī)構(gòu)，變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)）。下車部分（行走部分.液壓泵及支腿）等構(gòu)成。汽車起重機(jī)使用汽車底盤，具有行駛速度高.轉(zhuǎn)移方便的特點(diǎn)。操縱部分采用兩個(gè)司機(jī)室，結(jié)構(gòu)分布合理，操作環(huán)境舒適，適用于在較長距離的工作場(chǎng)地之間移動(dòng)和作業(yè)。
第一章 總體設(shè)計(jì)
1.1 概述
本設(shè)計(jì)題目是汽車起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析，上車部分安裝在專用汽車底盤上，駕駛室為側(cè)置式窄型駕駛室，使起重臂在行駛狀態(tài)下能夠放在駕駛室的旁側(cè)，從而降低了整車的重心。該車具有良好的通過性能，機(jī)動(dòng)靈活，行駛速度高，可實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到作業(yè)場(chǎng)地后又能快速投入到工作中去。因此，特別適用于流動(dòng)性大，不固定的作業(yè)場(chǎng)所。
該車各工作機(jī)構(gòu)均采用液壓傳動(dòng)和操縱。具有結(jié)構(gòu)緊湊，操縱省力，元件尺寸小。在工作時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，工作平穩(wěn)，安全可靠，適用于各種安裝和裝卸作業(yè)。
下面是對(duì)各主要部分的綜述：
1.1.1起重臂
該機(jī)起重臂才用箱型三節(jié)式，其中有兩節(jié)是套裝的伸縮臂，這兩節(jié)臂的伸縮均靠裝在一節(jié)臂中的一個(gè)單級(jí)伸縮油缸完成的，起重臂的伸縮是在作業(yè)前完成的，在工作過程中起重臂不能隨意伸縮。在行駛狀態(tài)時(shí)，起重臂縮回。這種伸縮形式可整體提高起重性能，且搭接處的支反力較小?？紤]受力因素以及重心對(duì)起重性能的影響易采用同步伸縮機(jī)構(gòu)，各節(jié)伸縮臂同時(shí)以相同的行程比率進(jìn)行伸縮。由于同步伸縮的摩擦力是愈來愈大的，在接近全伸時(shí)摩擦力明顯升高，所以有采用滾動(dòng)摩擦的要求。臂桿采用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板焊接成箱型。
1.1.2變幅機(jī)構(gòu)
變幅機(jī)構(gòu)采用液壓油缸變幅，它具有結(jié)構(gòu)緊湊，自重小，工作平穩(wěn)。易于布置等優(yōu)點(diǎn)。前置式變幅油缸使得變幅推力小，可采用小直徑油缸。臂架懸臂部分短，對(duì)臂架受力有利，可明顯改善吊臂受力狀況，但臂架下方有效空間小，不易于小幅度吊起大體積重物等特點(diǎn)。
1.1.3提升機(jī)構(gòu)
提升機(jī)構(gòu)采用高速液壓馬達(dá)（變量軸向柱塞馬達(dá)）通過減速器帶動(dòng)提升卷筒，具有重量輕，體積小，容積效率高，可與驅(qū)動(dòng)油泵互換以及可采用批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)減速器等特點(diǎn)。起升機(jī)構(gòu)采用的減速器為兩級(jí)圓柱齒輪減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，重量輕，功率范圍大等特點(diǎn)。起升卷筒與減速器的連接是將減速器輸出軸加長，卷筒直接固定在軸上，其聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)簡單，扭矩通過卷筒軸傳至卷筒，對(duì)卷筒受力較為有利。提升機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)的單卷筒單軸式起升機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)緊湊，有利于整個(gè)機(jī)構(gòu)的布置，可提高生產(chǎn)率或進(jìn)行輔助工作，并且維修和調(diào)整均較方便。制動(dòng)器裝在低速軸上，制動(dòng)力矩大，但制動(dòng)平穩(wěn)。
1.1.4回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置采用低速大扭矩馬達(dá)，這樣就省去了減速裝置，使得結(jié)構(gòu)邊的緊湊?；剞D(zhuǎn)支承裝置采用交叉滾柱式內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)支承裝置。這種支承裝置的回轉(zhuǎn)摩擦阻力距小，承載能力大，高度低，可以降低整車重心，從而增大起重機(jī)的穩(wěn)定性能。
支腿機(jī)構(gòu)：
為了增加起重機(jī)穩(wěn)定性和減輕輪胎負(fù)荷，采用 "H" 型支腿，該支腿具有很高的穩(wěn)定性，用于大中型車輛。液壓油控制各支腿水平缸和垂直缸的動(dòng)作，并且采用自動(dòng)調(diào)平裝置，適合于不同路面作業(yè)。
上述各部分結(jié)構(gòu)似的該機(jī)具有了許多優(yōu)點(diǎn)。
1.2 設(shè)計(jì)要求
1.采用專用汽車底盤。
2.起重作業(yè)部分的傳動(dòng)形式為液壓驅(qū)動(dòng)。
3.吊臂截面為箱型結(jié)構(gòu)，且三節(jié)臂實(shí)現(xiàn)同步伸縮。
4.伸縮機(jī)構(gòu)采用一級(jí)油缸加滑輪組以減輕自重。
5.變幅機(jī)構(gòu)采用單缸前置式。
6.起升機(jī)構(gòu)采用高速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)行星齒輪減速器的傳動(dòng)形式。
7.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用低速大扭矩馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)小齒輪。
8. 底架采用 H 型液壓伸縮支腿。
1.3 起重機(jī)的主要性能參數(shù)
1. 最大起重量：額定起重量 16 t(r=3mm)
2. 最大起升高度：全伸臂 22 m. 半伸臂 15.5m. 全縮臂 9.0 m.
3. 支腿跨距： 4.8 m
4. 起重力矩：全伸臂 28 t*m. 全縮臂 48 t*m
5. 速度參數(shù)：吊鉤起升速度 12 m/min(m=6)
6.回轉(zhuǎn)速度： 0-2 r/min
1.4 總體設(shè)計(jì)、計(jì)算
1.4.1吊臂幾何尺寸的確定
在已知參數(shù) Rmin=3.0 m 時(shí)起升高度為 9.0 m （全縮臂）和 Rmin=5.0 m 起升高度為 22.0 m(全伸臂) 的條件下，通過幾何作圖確定三鉸點(diǎn)的位置，通過作圖得出動(dòng)臂的相關(guān)尺寸如下：
1. 基本臂工作時(shí)由圖2-1可計(jì)算得出基本臂長：
l= (1-1)
=
=9120 毫米
u1 =tg-1(H1+b-h)/(e+Rmin) (1-2)
=tg-1(900+1500-2235)/(3000+854)
所以得： u1=650
圖 1-1基本臂工作示意圖
2.半伸臂工作時(shí)：
l= (1-3)
=
=15542 mm
u=tg-1( H+b-h)/（e+Rmin）
=tg-1 (15500+1500-2235)/(854+4000)
所以得：u=71.80
3.全伸臂工作時(shí)：
l= (1-4)
=
=22056 mm
u3=tg-1 (H+b-h)/(e+Rmin)
=tg-1 (22000+1500-2235)/(854+5000)
所以得： u=74.6
上圖中各尺寸如下：
e1=390mm. e2=240mm e3=420mm e0=390mm e=854mm.
b=1500mm H1=9000mm. h=2235mm h-h0=1470mm
R=3000mm(全縮臂) 4000(半伸臂) 5000（全伸臂）。
l=1575mm l”=2120mm
l1=9120mm u1=65 l2=15542mm u2=71.80 l3=22056mm u3=74.6
4. 起重臂機(jī)構(gòu)尺寸的確定：見圖2-2。
圖 1-2起重臂機(jī)構(gòu)尺寸
∵ 基本臂工作長度l
(1-5)
∴基本臂結(jié)構(gòu)長度
在圖2-3中：
∵ (1-6)
∴伸縮臂的伸縮長度為
=(
=(22056-8520-600)/2
=6468mm
第二節(jié)臂外伸長度為 (1-7)
=+=6468+200=6668mm
第三節(jié)臂外伸長度為
=+=6468+400=6868mm
第二節(jié)臂搭接長度為=1558mm
第三節(jié)臂搭接長度為=1358mm
第二節(jié)臂結(jié)構(gòu)長度
=1558+6668
=8226mm
第三節(jié)臂結(jié)構(gòu)長度
=1358+6868
=8226mm
一二節(jié)臂間的結(jié)構(gòu)空距
=9120-8226-400
=494mm
二三節(jié)臂間的結(jié)構(gòu)空距
=8226+400+8226
=400mm
圖 1-3起重臂機(jī)構(gòu)尺寸
1.4.2變幅油缸的長度
要求；動(dòng)臂擺角 0—74.6。
由整機(jī)和工廠的工藝要求以及變幅油缸的工作壓力決定三鉸點(diǎn)最佳位置如下圖所示：
圖 1-4三鉸點(diǎn)最佳位置
a3=ctg-1 h0/l’ =ctg-1 765/1575 =64.09
a2=tg-1 (e3-e0)/lo =tg-1( 420-390)/4350 =0.395
a1=90-a2-a3 =90
變幅油缸的長度l5=
其中 a==
由圖知：
d=
=
=4350.10 mm
所以：
l= (1-8)
=2870.76 mm.
取整得 l=2870mm 即油缸縮回時(shí)長度。
由l5值重新確定角度a1.
a=cos-1( a
=cos-1(1750.957
=25.477
油缸全伸時(shí)的長度l5’為
l5’=
=4965.35 mm
取整后得l=4970 mm
重新確定吊臂工作時(shí)的最大仰角：
u
=74.777
吊臂擺角 u=0
變幅油缸行程 L=l=4970-2870=2100 mm
變幅油缸的伸縮比 c=l=4970/2870=1.732
油缸類型的選?。?
由受力分析可知，當(dāng)基本臂起吊最大額定起重量時(shí)，變幅油缸的工作壓力值最大。此時(shí)，Q吊具自重為G.起重臂自重為G=33.81KN。
變幅油缸的工作壓力為：
T=(R
=(3000+854)[1.2(156.8+3.92)+1/3 *33.81]/2120
=371.1 KN
查《機(jī)械手冊(cè)》，應(yīng)選取推力為407.15KN缸徑為180mm的標(biāo)準(zhǔn)工程液壓缸作為變幅油缸。
1.4.3起升機(jī)構(gòu)計(jì)算
起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)械的主要機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)重物的升降運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)采用液壓傳動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，由高速油馬達(dá)傳動(dòng)通過減速器帶動(dòng)起升卷筒減速器選用二級(jí)圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)減速器，起傳動(dòng)比i=40。
1.鋼絲繩直徑的確定：
選取單聯(lián)卷筒滑輪組倍率m=3~6,取m=6,x=1(多層卷繞)，，。
由已知條件得：
而(拉力)
鋼絲繩直徑,因工作級(jí)別為Ms，選取c=0.100()。所以d=16.95mm.，取d=17.5mm,(點(diǎn)接觸鋼絲繩6*37股)。
2. 根據(jù)起重量選取起重量為16tf的單鉤，其主要尺寸為：D=150mm,S=120mm,。（查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）該吊鉤截面為梯形，材料為20鋼。
3.確定卷筒尺寸:
.
卷筒長度,多層卷繞取n=4,
所以L=1.1*6*22000*17.5/[3.14*4*(300+4*17.5)]=546.8mm.,取L=550mm.卷筒壁厚：
強(qiáng)度校核:對(duì)于HT300的鑄鐵材料,抗壓強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度極限.
。
因是多層卷繞，鋼絲繩卷繞箍緊對(duì)卷筒產(chǎn)生的壓應(yīng)力，強(qiáng)度合格。
鋼絲繩卷繞產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力，其中
M=1/4*SL=1/4*28740*550=3951750
所以，
合成應(yīng)力：
所以：
4.各層卷繞直徑的確定：
第一層
第二層
第三層
第四層
5.起升油馬達(dá)的選擇：
選取二級(jí)臥式減速器傳動(dòng)比i=40,減速箱為ZQH型標(biāo)準(zhǔn)減速箱。
起升速度V=12m/min=0.2m/s 。
(1),滿載起升時(shí)需要油馬達(dá)輸出的力矩
=1.2（156.8+3.92）[300+（2*4-1）*17.5]/（2*6*40*0.9）
=188.6N*m
(2).油馬達(dá)工作壓力
選取MCY14-1B型油馬達(dá)，q馬=63ml/r
（3）.根據(jù)起升速度確定油馬達(dá)軸轉(zhuǎn)速
（4）.油馬達(dá)進(jìn)出口流量
(5).各卷繞層起升速度的確定：
第一層
同理，第二層 ，第三層 ，第四層 起升速度：
1.4.4旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)計(jì)算
此次設(shè)計(jì)的16t全液壓起重機(jī)采用的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置為低速大扭矩馬達(dá)來代替高速馬達(dá)配減速裝置的機(jī)構(gòu)。雖然低速大扭矩馬達(dá)本身重量和尺寸都較大，但省去了多級(jí)的減速裝置。低速大扭矩馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)，從而通過旋轉(zhuǎn)支承裝置實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用低速大扭矩馬達(dá)使得結(jié)構(gòu)顯得緊湊，工作平穩(wěn)，并可實(shí)現(xiàn)多周旋轉(zhuǎn)，但低速大扭矩馬達(dá)成本高。
回轉(zhuǎn)支承裝置采用交叉滾柱式內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)支承裝置。這種支承裝置的回轉(zhuǎn)摩擦阻力距小，承載能力大，高度低，可以降低整車重心，從而增大起重機(jī)的穩(wěn)定性能。交叉滾柱式旋轉(zhuǎn)支承裝置滾動(dòng)軸承的一列滾子中，軸線交叉布置，分別承受向上與向下的軸向力，故受力滾柱為總滾柱數(shù)的一半，但由于滾柱與滾道間的擠壓接觸面積大，故承載能力并不降低。
布置形式是將驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)放在起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分上，大齒輪固定在起重機(jī)非旋轉(zhuǎn)部分上，不運(yùn)動(dòng)，與其嚙合的小齒輪既自轉(zhuǎn)也圍繞大齒輪公轉(zhuǎn)。其目的是讓在行駛過程中回轉(zhuǎn)平臺(tái)不會(huì)左右擺動(dòng)，從而增加整車的穩(wěn)定性。
1.旋轉(zhuǎn)支承裝置的選擇：
交叉滾柱式選擇支承裝置：.（查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)）。
2.作用在支承裝置上的等效彎矩為：
其中G=33.81KN,C=600mm,G=53%*23*9.8=119.462KN.
M=(156.8+3.92)*3000+33.81*(4350*cos65-854)-119.42*600=443765KN*mm
V=
因?yàn)?
所以
其中，
圖1-5受力分析
(摩擦阻力矩)
(1-9)
R=3000mm,L=4560mm;
所以
傾斜阻力矩
其中
所以：
3.液壓馬達(dá)的計(jì)算：
(1).油馬達(dá)需要輸出的最大力矩：
（2）.油馬達(dá)的工作壓力：
（3）.油馬達(dá)的轉(zhuǎn)速:
選取IJMD-125型徑向柱塞馬達(dá)，q馬=6140ml/r, n馬=10r/min,
P馬=16Mpa。
1.4.5滑輪計(jì)算
1.4.6支腿裝置
為了增加起重機(jī)穩(wěn)定性和減輕輪胎負(fù)荷，采用“H”型支腿，該支腿具有對(duì)地面適應(yīng)行好，易于調(diào)平并有很高的穩(wěn)定性，用于大中型車輛。液壓油控制各支腿水平缸和垂直缸的動(dòng)作。該支腿采用自動(dòng)調(diào)平裝置，保證了起重機(jī)在不平場(chǎng)地工作時(shí)能夠自動(dòng)保持水平狀態(tài)，從而提高了起重機(jī)的穩(wěn)定性，這對(duì)提高起重量和增加吊臂長度有利。該機(jī)構(gòu)是將支腿油缸接地和底架傾斜聯(lián)系起來而達(dá)到底架調(diào)平的，這不但防止了用三個(gè)支腿油缸來支承底架的危險(xiǎn)，而且能夠在支腿油缸伸出最小行程的情況下來使底架保持水平。此外，當(dāng)?shù)准芩浇拥貢r(shí)，本裝置亦可將其指示出來，所以比起其他調(diào)平方法極大的提高了安全性。
第二章 基本臂設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算
箱形伸縮式吊臂應(yīng)按最小幅度吊起最大起重量的工況進(jìn)行計(jì)算。而最大幅度吊起最小起重量是由整機(jī)穩(wěn)定性決定的。
2.1.1計(jì)算參數(shù)
見圖3-1
基本參數(shù)有：e e
吊具重3.92KN. 吊臂重33.81KN. 起升滑輪組倍率6.
起升滑輪組效率0.952
吊臂材料取40Mn，其屈服極限, 彈性模量E= 吊臂傾角u=.
圖 2-1基本參數(shù)
取截面特性：
圖2-2（基本臂）
A=2(360*5+540*5)=9000 (2-1)
(2-2)
=1.449*10
二節(jié)臂
圖2-3（二節(jié)臂）
=1.176*10
三節(jié)臂
=0.93*10
圖2-4 （三節(jié)臂）
2.1.2設(shè)計(jì)計(jì)算
1.基本臂工況一：額定起重量工作幅度為基本臂工作時(shí)，臂架傾角制動(dòng)，工作最大風(fēng)壓，，風(fēng)向垂直于變幅平面。
（1）.計(jì)算簡圖及計(jì)算載荷
圖2-5受力分析
（2）.吊臂在變幅平面承受的載荷
1. 垂直載荷Q
取
Q =1.2(156.8+3.92)+1/3*1*33.81
=204.134KN
2.起升繩拉力S
=1.2(156.8+3.92)/6*0.952=33.76KN
3.軸向力P
=33.76*1+204.134*
=218.768KN
4.橫向力
=204.134*cos650
=86.271KN
5.由垂直力Q和起升繩拉力?S對(duì)吊臂軸線偏心引起的力矩
=1.2(156.8+3.92)*390sin65-33.76*240*cos0
=60.067KN*m
(3).吊臂在旋轉(zhuǎn)平面承受的載荷：
1．作用于臂端的側(cè)向力=,在此處影響很小，可以忽略不計(jì)，因此，
=
=（
=(156.8+3.92)tg3
=8.423KN
2.臂端力矩
=8.423*390
=3.28497KN*m
3.載荷Q在吊臂方向分力R
R=Qsinu
=204.134sin65
=185.008KN
4.變方向軸向力
=
=33.76KN
(4).臨界力計(jì)算；
1.變幅平面
因?yàn)椋?4350/9120 =0.477
可得
=
=5.23*
=
=1.0487
2.旋轉(zhuǎn)平面：
在式中通過下圖計(jì)算：
AD=
=
(5). 強(qiáng)度校核
1．應(yīng)力計(jì)算：
a.變幅平面內(nèi)力圖.
b.旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)力圖。
c.正應(yīng)力計(jì)算及校核.
A1-A1
A2-A2
My
50.952*10
471.57967*10
Wy
1.449*10
1.449*10
Mz
72.85895*10
40.17771*10
Wz
1.16*10
1.16*10
Ky
1.0487
1.0487
Kz
1.1997
1.1997
A
9000
9000
-24.1
-24.1
±36.9
±341.3
+75.35 -75.35
+75.35 -75.35
+41.55 -41.35
+41.35 -41.35
+88.15 -62.55
+14.35 -136.35
+358.75 +275.65
-323.85 -406.95
強(qiáng)度合格。
（6）.剛度校核：
1.計(jì)算載荷：
=(156.8+3.92)+1/3*33.81=171.99KN
變幅平面水平力T=Qcosu=171.99*cos65=72.686KN
旋轉(zhuǎn)平面水平力T=8.423KN
2.剛度校核:
a.變幅平面:
,其中
所以
[f]=L’/50=6945/50=138.9mm>
b.旋轉(zhuǎn)平面：
<[f]
所以在兩個(gè)方向的剛度均滿足要求。
第三章 整體穩(wěn)定性計(jì)算
3.1前言
起重機(jī)的穩(wěn)定性表示起重機(jī)在各種情況下抵抗傾翻保持穩(wěn)定的能力。當(dāng)起重機(jī)承受的升力（包括自身的重力）對(duì)支承平面的傾覆軸線產(chǎn)生的傾覆力矩大雨穩(wěn)定力矩時(shí)，起重機(jī)就繞傾覆軸線傾翻。統(tǒng)計(jì)資料表明，在臂架式運(yùn)行起重機(jī)的重大事故中，喪失穩(wěn)定的傾翻事故約占60%。起重機(jī)傾翻必然導(dǎo)致機(jī)器和貨物破損，人身傷亡，后果極其嚴(yán)重。因此，在設(shè)計(jì)起重機(jī)時(shí)，必須保證起重機(jī)有足夠的抗傾覆穩(wěn)定性。
3.2穩(wěn)定性計(jì)算：（基本臂）
3.2.1計(jì)算工況
. 根據(jù)GB-3811-83規(guī)定，按起重機(jī)的特征分，汽車起重機(jī)屬動(dòng)性很大的起重機(jī)（工組）。驗(yàn)算工況是在最小幅度最大起重量，支腿全伸時(shí)的側(cè)方和后方穩(wěn)定性，根據(jù)
3.2.2側(cè)方穩(wěn)定
圖3-1側(cè)方穩(wěn)定性分析
其中，a=4800mm,
b=854mm,c=600mm,G=33.81KN.
故
=702508.86KN*mm
1.無風(fēng)靜載工況：
(3-1)
(3-2)
所以穩(wěn)定性合格。
2.有風(fēng)動(dòng)載工況：
載荷系數(shù)
因吊重鋼絲繩相對(duì)于鉛垂線的偏擺角所引起的重物水平分力為：
起重臂水平慣性力為：
與傾覆同向的風(fēng)力為：
所以：
=1.15*156.8（3000-4800/2）+（8.423+0.291）*9000+4.275*（9000-9120*/2）
=207425.436KN*mm
因?yàn)椋?
所以穩(wěn)定性合格。
1.突然卸載或吊具脫落工況：
此時(shí)載荷系數(shù)為
傾覆力矩為：
=-18816KN*mm<0
所以穩(wěn)定性合格。
終上所述，均大于0，側(cè)方穩(wěn)定性合格。
3.2.3后方穩(wěn)定性
基本臂工作起吊最大額定起重量時(shí)，其受力簡圖如下，
傾覆軸線為后支腿中心連線。
基本參數(shù)：b=854mm, c=600mm, d=1770mm, 。
圖4-2后方穩(wěn)定性分析
其中
G根=12.09KN
所以
=539206.56KN*mm
1.無風(fēng)傾載工況：
所以
故 穩(wěn)定性合格。
2.有風(fēng)動(dòng)載工況：
=321027.036KN*mm
故 穩(wěn)定性合格。
3.突然卸載或吊具脫落工況：
=-38572.8KN*mm<0
所以 穩(wěn)定性合格。
綜上所述：后方穩(wěn)定性驗(yàn)算合格。
3.3 全伸臂時(shí)穩(wěn)定性計(jì)算
3.3.1計(jì)算工況
根據(jù)GB3811-83規(guī)定，可知驗(yàn)算工況是指
最大起重量，支腿全伸時(shí)的側(cè)方和后方穩(wěn)定性。依據(jù)
，在此僅驗(yàn)算靜載無風(fēng)工況。
3.3.2側(cè)方穩(wěn)定性
圖如下：
圖4-3側(cè)方穩(wěn)定性分析
其中
所以
=670367.08KN*mm
其中
所以
故 側(cè)方穩(wěn)定性驗(yàn)算通過。
3.3.3后方穩(wěn)定性
見圖4-2
=225.4*（600+1770）+14.02*（854+1770）-19.79*（5000-1770）
=507064.78KN*mm
所以 后方穩(wěn)定性合格。
46
46
第四章 起重特性曲線
4.1概述
起重機(jī)的起重特性是由機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)和整體穩(wěn)定性三個(gè)因素綜合決定的。起重機(jī)的起重特性曲線是由吊臂強(qiáng)度起重特性曲線，抗傾覆穩(wěn)定起重特性曲線和設(shè)計(jì)時(shí)所給定的M值所決定的。根據(jù)計(jì)算公式可繪制出相應(yīng)的曲線，曲線與坐標(biāo)橫軸包圍的面積表示起重機(jī)安全工作的范圍。
4.2 吊臂強(qiáng)度起重特性曲線
4.2.1全縮臂工作時(shí)
變幅油缸支承處吊臂的彎矩為：
當(dāng)R=3000mm,,，,時(shí)，可上式求出彎矩
從而可以得到幅度R與起重量Q的關(guān)系式
即：
起重量
4.2.2半伸臂工作時(shí)
變幅油缸支承處吊臂的彎矩為:
當(dāng)R=4000m，
時(shí),可按上式求出彎矩
從而可以得到幅度R與起重量:
即
起重量
4.2.3全伸臂工作時(shí)
變幅油缸支承處吊臂的彎矩為:
當(dāng) R=5000mm,
時(shí),可按上式求出彎矩
從而可以得到幅度R與起重量:
即
起重量
4.3抗傾覆穩(wěn)定性曲線
由式：
可推出
其中.
4.4起重特性曲線的繪制
將已知數(shù)據(jù)帶入4.2和4.3中的與R的關(guān)系式中即可得到起重機(jī)穩(wěn)定性和吊臂強(qiáng)度決定的起重特性曲線和起重特性表.
輸出結(jié)果及其曲線繪制如下
曲線如下：
第五章 起重機(jī)的PLC設(shè)計(jì)
又由于使用現(xiàn)場(chǎng)的條件不同，要求控制設(shè)備有隨機(jī)手動(dòng)控制功能，以保證運(yùn)行是的安全。采用PLC控制作為起重機(jī)質(zhì)量檢測(cè)的控制設(shè)備，可以很好地解決實(shí)際的要求和問題，我們采用西門子S7-200系列的PLC。
5.1 分析運(yùn)行過程
為了保證程序運(yùn)行的可靠，程序中設(shè)置了前進(jìn)與后退、左行與右行、上升與下降的互鎖觸點(diǎn)。
進(jìn)退機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程，運(yùn)行時(shí)分手動(dòng)操作和自動(dòng)操作。
5. 2 I/O端口接線
I/O端口接線圖
5.3 起重機(jī)PLC自動(dòng)控制梯形圖
傳統(tǒng)的電器圖，一般包括電器原理圖、電器布置圖及電器安裝圖。在PLC控制系統(tǒng)中，這一部分圖可以統(tǒng)稱為“硬件圖”。它在傳統(tǒng)電器圖的基礎(chǔ)上增加了PLC部分，因此在電器原理固中應(yīng)增加PLC的I/O連接圖。 在PLC控制系統(tǒng)的電器圖中包括程序圖(梯形圖)，可以稱它為"軟件圖"。向用戶提供“軟件圖”，可便于用戶生產(chǎn)發(fā)展或工藝改進(jìn)時(shí)修改程序，并有利于用戶在維修時(shí)分折和排除故障。
實(shí)現(xiàn)上述要求可通過設(shè)計(jì)PLC梯形圖來實(shí)現(xiàn)，程序由圖形方式表達(dá)，指令由不同的圖形符號(hào)組成，易于理解和記憶。在編制程序過程中，人們習(xí)慣于用文字或動(dòng)作流程圖表達(dá)系統(tǒng)的控制過程，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)PLC的控制程序(梯形圖)，這樣編寫的程序有很多不嚴(yán)密之處，在調(diào)試中會(huì)出現(xiàn)意想不到的錯(cuò)誤?；蛴肞LC中的繼電器符號(hào)通過狀態(tài)表法和邏輯表達(dá)式設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的PLC程序，雖所編程序嚴(yán)密，對(duì)于簡單控制系統(tǒng)尚可對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，往往卻需要大量中間過程，程序設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜，又極為費(fèi)時(shí)。編程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎樣去做的代碼或符號(hào)。從本質(zhì)上講，指令只是一些二進(jìn)制代碼，這點(diǎn)PLC與普通的計(jì)算機(jī)是完全相同的。同時(shí)PLC也有編譯系統(tǒng)，它可以把一些文字符號(hào)或圖形符號(hào)編譯成機(jī)器碼，所以用戶看到的PLC指令一般不是機(jī)器碼而是文字代碼，或圖形符號(hào)。
梯形圖：
Network 1 // 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題
LD I0.0
AN T37
TON T37, 50
Network 2
LD T37
LDN SM0.1
O C50
CTU C47, 6
Network 3
LD C47
A T37
LDN SM0.1
O C50
CTU C48, 9
Network 4
LD C48
A T37
LDN SM0.1
O C50
CTU C49, 6
Network 5
LD C49
AN T37
LDN SM0.1
O C50
CTU C50, 9
Network 6
LD I0.0
AN C47
AN C59
AN I0.1
LD I0.1
AN I0.0
OLD
= Q0.0
Network 7
LD C49
AN C47
AN C59
AN I0.2
LD I0.2
AN I0.0
OLD
= Q0.1
Network 8
LD I0.0
A C52
TON T40, 10
Network 9
LD T40
AN T41
TON T41, 10
Network 10
LD T41
LDN SM0.1
O C54
CTU C51, 14
Network 11
LD T41
A C51
LDN SM0.1
O C54
CTU C52, 23
Network 12
LD T41
A C52
LDN SM0.1
O C54
CTU C53, 14
Network 13
LD T41
A C53
LDN SM0.1
O C54
CTU C54, 23
Network 14
LD T41
AN C51
AN C59
AN I0.3
LD I0.3
AN I0.0
OLD
= Q0.2
Network 15
LD C52
AN C53
AN C59
AN I0.4
LD I0.4
AN I0.0
OLD
= Q0.3
Network 16
LD I0.0
AN T48
TON T48, 50
Network 17
LD T48
LDN SM0.1
O C58
CTU C55, 2
Network 18
LD T48
A C56
LDN SM0.1
ON C58
CTU C56, 3
Network 19
LD T48
A C56
LDN SM0.1
O C58
CTU C57, 2
Network 20
LDN T48
A C57
LDN SM0.1
O C58
CTU C58, 3
Network 21
LDN T48
AN C55
AN C59
AN I0.5
LD I0.5
AN I0.0
OLD
= Q0.4
Network 22
LD C56
AN C57
AN C59
AN I0.6
LD I0.6
AN I0.0
OLD
= Q0.5
Network 23
LD C37
LD SM0.1
CTU C59, 12
Network 24
LD C59
A I0.0
= Q0.6
第六章 起升機(jī)構(gòu)裝配工藝
汽車起重機(jī)屬于小批量生產(chǎn)，起升機(jī)構(gòu)裝配精度要求不太高，一般采用自由公差，故采用自由公差，故采用調(diào)整裝配法進(jìn)行裝配，通過調(diào)整墊片來保證裝配精度。
起升機(jī)構(gòu)裝配流程圖如上：
總結(jié)
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，題目的要求是全液壓伸縮臂式起重機(jī)，其中起重臂的伸縮和幅度改變都要用到液壓油缸，以及調(diào)整起重機(jī)穩(wěn)定性的平衡之腿都靠液壓驅(qū)動(dòng)。其中駕駛室操控起重臂的旋轉(zhuǎn)，它是利用低速大扭矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的。進(jìn)一步又進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，再通過有關(guān)參考書進(jìn)行了簡單的設(shè)計(jì)計(jì)算。然后又繪制了平面圖，其中主要是起重臂的裝配圖，以及吊鉤的零件圖，還有起升機(jī)構(gòu)。通過設(shè)計(jì)計(jì)算與CAD繪圖，我溫習(xí)了有關(guān)力學(xué)、工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)等多方面的知識(shí)，掌握和鞏固了繪圖的基本技能。畢業(yè)設(shè)計(jì)教會(huì)了我如何思考如何動(dòng)手，我想其中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴都會(huì)讓我在走向工作崗位之后，令我收益匪淺。
本次設(shè)計(jì)主要側(cè)重于起重機(jī)的上車設(shè)計(jì)，動(dòng)臂采用同步伸縮機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用低速大扭矩馬達(dá)代替了減速裝置使得機(jī)構(gòu)變得緊湊等都是這次設(shè)計(jì)中好的方面。當(dāng)然在設(shè)計(jì)中也存在著一些不足之處，如起升機(jī)構(gòu)減速器輸出齒輪與卷筒安裝在同一根軸上，使得結(jié)構(gòu)簡化，并減小了其外形尺寸，但輸出軸安裝調(diào)整困難，這是由于在設(shè)計(jì)中缺乏經(jīng)驗(yàn)和考慮不周造成的，若將減速器的圓柱齒輪改為行星齒輪就可以避免這個(gè)問題。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 張進(jìn)之.熱連軋厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與發(fā)展[J].世界鋼鐵， 2004，4（1）：1~5
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致 謝
歷時(shí)數(shù)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于接近尾聲。時(shí)間在緊張而又愉悅的氣氛中悄然流去，經(jīng)過老師的指導(dǎo)、同學(xué)的幫助以及我自身的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)也已圓滿完成。此刻，當(dāng)我回過頭來，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)有了一個(gè)更為深入的認(rèn)識(shí)。它是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和技能的一種綜合性工程實(shí)踐訓(xùn)練，是培養(yǎng)我們創(chuàng)造能力、獨(dú)立工作能力，養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)和提高工程實(shí)踐能力的主要途徑，是提高分析和解決實(shí)際問題能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是我們走向工作崗位之前的工作基本訓(xùn)練。因此，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次具有重要意義的歷練。
首先，我要感謝的是陳玲老師的精心指導(dǎo)。有幸在陳老師的指導(dǎo)下完成畢業(yè)設(shè)計(jì)是一件讓人十分高興的事。陳老師對(duì)工作執(zhí)著的精神和認(rèn)真的態(tài)度，從側(cè)面深深地感染并影響著我們。盡管讓我完成一個(gè)未接觸過的設(shè)計(jì)項(xiàng)目有一定的困難，但是在老師的指導(dǎo)和幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)最終能夠順利的完成。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，陳老師經(jīng)常找我們見面，檢查設(shè)計(jì)的完成情況，并對(duì)我們不懂得地方做進(jìn)一步的講解。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，陳老師的教學(xué)工作很忙，但還是抽出休息時(shí)間，為我們仔細(xì)審閱圖紙，講解每一處錯(cuò)誤，直到設(shè)計(jì)過程全部結(jié)束，在此非常感謝她。
由于水平有限，加上實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)欠缺，在我們的設(shè)計(jì)中必然還存在著很多不完善和不合理的細(xì)節(jié)，甚至有錯(cuò)誤的地方，歡迎老師、同學(xué)指正。
此外，還要感謝寢室里的各位兄弟們，是他們的耐心解答了我許多細(xì)小繁多的問題，使我的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行的更為流暢順利。
再次對(duì)在設(shè)計(jì)中給過我?guī)椭椭С值睦蠋熀屯瑢W(xué)表示感謝！