吉林大學本科學位論文

1、摘要隨著經濟建設的迅速發(fā)展，我國的基礎建設力度正逐漸加大，道路交通，機場，港口，水利水電，市政建設等基礎設施的建設規(guī)模也越來越大，市場對大噸位起重機的需求將大大增加.本文通過對徐重QAY50起重機的總體研究，進一步優(yōu)化設計臂架，來實現(xiàn)對起重機的優(yōu)化設計，增大噸位。先對臂架做受力分析計算，運用有限元分析等方法來優(yōu)化臂架，并對優(yōu)化后的臂架做強度和剛度的校核。關鍵詞：QAY50起重機；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起重機基本特點11.2起重機用途及類型11.3起重機國內外發(fā)展概況41.4課題研究內容及重要意義121.5研究方法13第2章 QAY50起重機的總體設計142.1 QAY50起重機主要參數(shù)的確定142.2 底盤輪軸的布置152.3 QAY50全地面起重機輪胎的選取182.4 底盤主要尺寸的確定192.5 QAY50全地面起重機輪距的確定212.6 QAY50發(fā)

5、動機主要性能指標的選擇222.7 QAY50全地面起重機吊臂尺寸的確定23第3章 QAY50起重機吊臂設計與計算283.1 QAY50全地面起重機吊臂各節(jié)尺寸的確定293.2 QAY50起重機吊臂截面的確定313.3 QAY50起重機吊臂受力分析33第4章 QAY50起重機舉升臂有限元分析454.1 伸縮吊臂結構分析454.2 伸縮吊臂有限元模型建立464.3 計算結果與分析494.4 結束語51第5章 QAY50 U形吊臂伸縮機構工作原理495.1 U形吊臂的工作原理495.2 起重機工作原理52第6章 QAY50 U形吊臂零件-套筒的加工工藝55結 論59致 謝60參 考 文 獻61吉林大

6、學本科畢業(yè)設計第1章 緒論1.1 QAY50起重機基本特點（1）吊臂采用易于定心、對腹板抗失穩(wěn)能力、抗扭曲變形能力強的大圓角六邊形截面;（2）轉臺采用立板加筋結構;這種結構在滿足強度要求的同時減輕了重景，提高起重性能，使材料的機械性能得到進一步利用;（3）采用前懸下沉全景駕駛室專用汽車底盤。這種底盤車身長，適合較長吊臂的布置(吊臂的增長，使整機的起升高度增加)，且乘坐舒適、視野開闊。（4）液壓系統(tǒng)增設回轉制動閥、液壓先導控制閥、液控操縱回路，使回轉抗沖擊能力增強、操縱更加方便;（5）演壓輔件采用新型錐面密封與O型圈相結合的雙重密封，提高管路密封性。（6）利用現(xiàn)代設計方法和手段。開發(fā)、編制相關的

7、計算軟件，提高設計質量和效率，縮短產品研發(fā)周期。軟件要有良好的通用型，己適應其他噸位產品的開發(fā)。1.2 起重機用途及類型1.2.1 起重機的用途在一定范圍內垂直提升和水平搬運重物的多動作起重機械。又稱吊車。屬于物料搬運機械。起重機的工作特點是做間歇性運動，即在一個工作循環(huán)中取料、運移、卸載等動作的相應機構是交替工作的。 中國古代灌溉農田用的桔臂架型起重機的雛形。14世紀，西歐出現(xiàn)了人力和畜力驅動的轉動臂架型起重機。19世紀前期，出現(xiàn)了橋式起重機；起重機的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開始采用金屬材料制造，并開始采用水力驅動。19世紀后期，蒸汽驅動的起重機逐漸取代了水力驅動的起重機。20世紀20年

8、代開始，由于電氣工業(yè)和內燃機工業(yè)迅速發(fā)展，以電動機或內燃機為動力裝置的各種起重機基本形成。 起重機主要包括起升機構、運行機構、變幅機構、回轉機構和金屬結構等。起升機構是起重機的基本工作機構，它們大多是由吊掛系統(tǒng)和絞車組成，也有通過液壓系統(tǒng)升降重物的。運行機構用以縱向水平運移重物或調整起重機的工作位置，一般是由電動機、減速器、制動器和車輪組成。變幅機構只配備在臂架型起重機上，臂架仰起時幅度減小，俯下時幅度增大，分平衡變幅和非平衡變幅兩種?；剞D機構用以使臂架回轉，是由驅動裝置和回轉支承裝置組成。金屬結構是起重機的骨架，主要承載件如橋架、臂架和門架可為箱形結構或桁架結構，也可為腹板結構，有的可用型鋼

9、作為支承梁。1.2.2 起重機的類型起重機根據結構的不同可以分為：橋架型起重機?？稍陂L方形場地及其上空作業(yè)，多用于車間、倉庫、露天堆場等處的物品裝卸，有梁式起重機、橋式起重機、龍門起重機、纜索起重機、運載橋等。臂架型起重機?？稍趫A形場地及其上空作業(yè)，多用于露天裝卸及安裝等工作，有門座起重機、浮游起重機、桅桿起重機、壁行起重機和甲板起重機等。塔式起重機。一般用在工地上，吊運物資。門座起重機。一般用于港口哦。另外，起重機也可以根據驅動方式、工作類型、機動性和用途等進行分類。  圖1-1 橋式起重機圖1-2 臂架型起重機圖1-3 塔式起重機圖1-4 門座式起重機1.3 起重機國內

10、外發(fā)展概況1.3.1 國內起重機發(fā)展歷程我國隨車起重機的生產起步較晚，到70年代末，全國生產的隨車起重機產品品種還很單一，生產規(guī)模很小，到80年代，隨車起重機產品的品種及產量均呈增長趨勢，近幾年來，隨車起重機在國內市場的產銷總量增長勢頭更猛，從行業(yè)統(tǒng)計結果可以看出，1999年市場總量為1000臺左右，2000年市場總量約為1300臺，2001年市場總量約為1700臺，目前的市場總量約為2000臺。 全國生產隨車起重機的廠家約有10多家，主要企業(yè)有徐州隨車起重機公司、石家莊煤礦機械廠、山西長治清華機械廠、武漢汽車起重機廠、湖南專用汽車制造廠等。另外，近年錦州重型機械股份有限公司與韓國廣林特裝車株

11、式會社組建的合資公司也開始涉足隨車起重機領域，且發(fā)展勢頭良好；常林股份有限公司與奧地利的PALFINGER公司也將開始合作生產隨車起重機。 徐州隨車起重機公司組建于2001年9月，在消化吸收國外先進技術的基礎上生產SQ系列伸縮臂式、折疊臂式隨車起重機，并由航天部定點生產國防工程專用隨車起重運輸裝填車、雷達車等產品，其產品曾批量出口伊拉克等國家。近兩年來，依靠技術創(chuàng)新，取得了較快發(fā)展，2002年開發(fā)了近20個新產品，在國內處于領先地位，成為我國隨車起重機行業(yè)的后起之秀。石家莊煤礦機械廠是我國較早生產直臂卷揚隨車起重機的工廠，其產品風格和日本多田野TM-23系列相似，具有一定的市場覆蓋率。山西長治

12、清華機械廠是航空航天部直屬企業(yè)，早期生產直臂式隨車起重機。該廠引進瑞典希亞伯（HIAB）公司生產技術后，生產折臂式產品，無起升機構，采用變幅方式進行重物升降，具有歐洲產品的風格。武漢汽車起重機廠是較早生產隨車起重機的廠家，其產品為直臂式卷揚起重機，與東風、解放及黃河汽車配套，可在汽車底盤的尾部又加裝了10t液壓絞盤，特別適合于電業(yè)部門搶險與施工需要。湖南專用汽車制造廠始建于1950年，系湖南省機械行業(yè)重點企業(yè)，是國家計委、國家經貿委和機械工業(yè)部在全國唯一定點的隨車起重運輸車生產基地。主要產品有隨車起重運輸車、自卸車、廂式車、運輸加油車、后裝壓縮式垃圾車等。 由于我國隨車起重機起步于70年代，相

13、對較晚，而且發(fā)展速度不快，只是近幾年才有較大發(fā)展，和國外相比，還有很大的差距。具體表現(xiàn)在： 品種少、產量低 我國隨車起重機現(xiàn)處于初級發(fā)展階段，品種較少。中小噸位重復較多，至今尚未形成大、中、小完整的系列，年產量只相當于國外一個廠家的生產能力。 起重力矩小，技術水平低 我國隨車起重機以直臂卷揚為主，受國內汽車底盤的限制，起重力矩小，其他性能指標也一般低于國外先進產品。目前國內企業(yè)對隨車起重機的研究開發(fā)投入很少，液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的技術水平也有一定差距。 安全裝置不齊全，操作不方便 我國隨車起重機僅裝有起升高度限位及平衡閥、溢流閥等一般安全裝置，全部為手動操作。而國外早已將電子技術廣泛運用到隨車起

14、重機上，如帶有微電腦的力矩限制器及防傾翻保護器等，并且已實現(xiàn)了有線與無線遙控。 4功能單一 我國隨車起重機以起重作業(yè)及運輸功能為主，而國外隨車起重機均有多種附具，主要加裝在吊臂頭部，如工作斗、抓斗、高空作業(yè)平臺、各種抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝輪胎機械手、拔樁器等，使隨車起重機具備了一機多用的功能。另外，國外一些廠家進一步開發(fā)了鐵路專用隨車起重機等專用產品。 外形不美觀 我國隨車起重機設計單調，忽視了和汽車外形的協(xié)調，而國外對隨車起重機的著色非常嚴格，不僅在外形和著色上實現(xiàn)和卡車的一體化，還要求和城市的景觀相協(xié)調。圖1-5 國內起重機 1.3.2 國外起重機發(fā)展概況發(fā)展超大型起重機由于各

15、重點工程向大型化發(fā)展，所需構件和配套設備重量不斷增加，對超大型起重設備的需求日趨增長。1992年200t以上伸縮臂式起重機的世界銷量為90臺，到1997年增至130臺。德國廠商在起重機大型化發(fā)展進程中處于領先地位。世界市場150y以上的大噸位起重機多數(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產品，起重量800t，安裝朝裝之后型號變更為LTM1000t。該機售價為540萬德國馬克。上述三種機型在行駛狀態(tài)需拆下吊臂等裝置分別進行運輸。 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。該機售價500萬德國馬克。AC650時目

16、前世界上起重對為最大的整裝式伸縮臂起重機，行駛狀態(tài)下不需拆下吊臂分別運輸。住友建機、多天野和加藤公司曾于1989年相繼推出360t汽車起重機。住友建機在90年代開發(fā)出80t250t共4種AT產品。多田野也在90年代相繼推出100t550t共6重特大型AT產品。加藤公司則研制成NK5000型500t汽車起重機。目前日本生產的特大型起重機僅在國內銷售。 “迷你”起重機大量涌現(xiàn)起重機向微型發(fā)展，是適應現(xiàn)代建設要求而出現(xiàn)的新趨勢。10年前開發(fā)的神鋼RK70（7t）是世界首臺裝有下俯式凋敝的“迷你”（MiMi）RT產品。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、較大噸位起重機上小宋公司曾在上世紀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。據資料介紹，LT300型與LT500型是世界首批裝有全自動水平伸縮副臂輪式起重機。它們將輪式起重機公路行駛能力與專用伸縮臂架技術融為一體，且具有塔機功能，可越過屋頂或其它障礙物靠近作業(yè)面，能期待小型自行架設塔機或大型疊臂式隨車起重機。伸縮臂結構不斷改進利渤海爾LTM1090/2(90t)和LTM1160/2型(160t)AT產品，采用了裝有“Telematik”單缸自動伸縮系統(tǒng)的卵圓形截面主臂。這種卵圓形截面主臂在減輕結構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品標準部件，裝有世界最長的7節(jié)84m卵圓形截面主臂的LTM1500型（500t）AT產品，也采用這種單缸伸縮系統(tǒng)。格魯夫開發(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主臂也采用卵圓形截圓。 格魯夫GMK6250(250t)和GMK5180(180t)兩種AT產品。采用了裝有雙銷雙鎖自動伸縮系統(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)由電子式起重機操作裝置控制，可將主臂自動伸直各種選定臂長。據報道，美國謝迪格魯夫工廠將采用德國工廠的主臂制造技術，原有體形主臂將被淘汰，原因是焊接工藝復雜，造成

19、成本高。 數(shù)據總線技術得到應用利渤海爾LTM1030/2型（30t）是世界首臺裝有數(shù)據總線管理系統(tǒng)的高技術雙軸AT產品。該機采用CANBUS（控制域網總線）技術，完成發(fā)動機傳動系統(tǒng)各功能之間的數(shù)字式數(shù)據傳輸和電子控制。CANBUS總線及電氣、液壓、繩長和風力等數(shù)據又被輸入到LSB控制裝置之中。LSB控制裝置式Liccon起重機控制系統(tǒng)的組成部分，可對整個系統(tǒng)數(shù)據流及監(jiān)控特性進行編程。采用數(shù)據總線管理系統(tǒng)，可降低起重油耗及排放值，簡化布線，提高整機可靠性于維修方便性。目前已有多中新機型裝有LSB系統(tǒng)數(shù)據總線（包括TM1500）。格魯夫GMK6250和GMK5180也采用了數(shù)據總線技術靜液壓傳動起

20、重機進入市場 首臺靜液壓傳動起重機是原克虜伯公司1992年研制的雙軸KMK2035型（35t）AT產品。瑞士Compact Truxk公司1993年推出的雙軸ct2(35T)AT產品式世界第一臺投放市場的靜液壓傳動RT起重機。意大利Rigo公司在1994年推出了RT200(20t)靜液壓傳動RT起重機。隨后Compack Truck公司在1997年推出了兩種采用靜液壓傳動的3軸ct3（70t/80t）全地面起重機。該機裝有8節(jié)7.1m40.5m主臂，最大時速75km/h。采用靜液壓傳動，上車發(fā)動機即可驅動起重裝置，還可驅動行走裝置。此外，可將發(fā)動機橫向裝在上撤回轉式操縱室后部起到整體式配重作用

21、。據介紹，某些機型采用靜液壓傳動后，可大約減重1/3?；旌闲推鹬貦C得到發(fā)展過去10年中日本RT產品居世界領先地位，許多產品裝有傳統(tǒng)型號不具備的適于公路行駛的驅動裝置，因而可在日本公路合法行駛。這樣就促使用戶對歐美制造廠商也提出了新要求。據報道，1997年世界RT產品總銷量2800臺，美國為1250臺。 起重機工業(yè)中除了許多新概念設計。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產品，打破了傳統(tǒng)驅動模式，采用靜液壓傳動，裝有下俯式主臂，整體結構緊湊。 德馬泰克雙軸AC250型(25t)、加藤雙軸CR-25

22、0型(25t)AT產品和格魯夫3軸ATS40型(36.3t)全地面汽車起重機也屬于混合型起重機，前兩種機型也屬于混合型起重機。 汽車起重機也在不斷發(fā)展為與RT和AT產品抗衡，汽車起重機新技術、新產品也在不斷發(fā)展。近年來汽車起重機在英、美等國市場的復興，使人們對汽車起重機產生新的認識，隨著工程起重機各機種間技術的相互滲透與競爭，汽車起重機灰在世界市場中繼續(xù)占有一席之地。 隨車起重機產銷量不斷增長上世紀80年代末和90年代，國外隨車起重機發(fā)展極其迅速。世界年總產量已達10萬臺左右。發(fā)展趨勢是多功能、大型化，已開發(fā)出裝有6-8節(jié)伸縮臂產品。液壓系統(tǒng)油缸壓力已達30-33Mpa，比10年簽約提高50%

23、，從而導致油缸尺寸的縮小，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)輪式起重機系列圖1-8萬國(NATIONAL) 隨車式起重機1.4 課題研究內容及重要意義（一）研究徐州重型QAY50型起重機為例對起重機的臂架進行分析和改進：（1）起重機整機及校核計算（2）臂架計算（3）輪距計算（4）整機尺寸計算另外，根據起重機設計規(guī)范， 對起升機構、回轉機構、臂架強度、伸縮油缸的穩(wěn)定性等進行設計計算。工作量A0圖紙2張，A1圖紙一張，三維的有限元分析。（二）隨著經濟建設的迅速發(fā)展，我國的基礎建設力度正逐漸加

24、大，道路交通，機場，港口，水利水電，市政建設等基礎設施的建設規(guī)模也越來越大，市場對大噸位起重機的需求將大大增加。1.5 研究方法(一) 計算機輔助設計(CAD)計算機輔助設計是隨著計算機及其外圍設備發(fā)展而迅速形成的一門新興的現(xiàn)代設計方法。它的發(fā)展與應用，對提高設計質量和效率、提高產品的市場生存和競爭力發(fā)揮十分明顯的作用。電子技術和計算機技術的發(fā)展使計算機輔助設計硬件設備性能得以提高，各種硬件設備不僅已形成了產品，而且己成為CAD的一般配置。目前，計算機輔助設計方法已成為工程技術人員進行創(chuàng)造性設計活動不可缺少的手段。(二) 有限元設計有限元設計是根據離散原理求解數(shù)學、物理問題的一種數(shù)值計算方法。

25、它能整體、個別、多功能隨意組合，進行靜力、動力、電場、磁場等分析。對完成結構復雜的系統(tǒng)分析十分有效，現(xiàn)己在起重機結構計算中應用。(三)改進設計改進設計方法可根據產品要求，合理的確定和計算各種參數(shù)， 以期達到最佳的設計目的。(四)動態(tài)仿真設計國外近年來在起重機設計中采用了動態(tài)仿真設計的新方法，即用計算機對機構與結構在各種工況下承受載荷進行運行狀態(tài)隨時間變化過程的仿真模擬，得到仿真輸出參數(shù)和結果，以此來估計和推斷實際運行的各種數(shù)據， 并在對起重機進行動態(tài)分析計算時采用。61第2章 QAY50起重機的總體設計2.1 QAY50起重機主要參數(shù)的確定表2-1 行使狀態(tài)主要參數(shù)類別項 目單位參數(shù)與尺寸尺寸

26、參數(shù)整機全長mm12200整機全寬mm2750整機全高mm3200軸 距一、二軸mm2850二、三軸mm1725輪 距mm2340前 懸mm3000后 懸（不計備胎）mm2038重量參數(shù)行駛狀態(tài)總質量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底盤參數(shù)發(fā)動機型號D6114ZLQ1B發(fā)動機功率kW/(r/min)205/（2200）驅動型式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)類別項 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最長主臂721.3最長主臂+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最長主臂m38.5最長主臂+副臂m53.4起重臂長度基本臂m10.2最長主臂m38最長主臂+副臂m38+152.2 底盤輪軸的布置QAY50全地面起重機底盤的輪軸(也稱橋)布置有多樣形式。驅動橋的數(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度和輪胎的許用負荷。但還必須考慮到道路和橋梁的標準的許用承載能力。我國的公路工程技術標準規(guī)定公路車輛的單后橋軸荷最大為1

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

29、0 ,其重心離回轉中心距離為,下車重量為 ,其重心離后橋中心線的距離為,上車回轉中心離后橋中心線的距離為x(在后橋中心線前為正號,在后為負號),軸距為L。如圖2-2所示。則 回轉中心線到2，3橋中心線的距離x，對QAY50全地面起重機的總體設計有十分總要的意義，例如上車和下車工作裝置的布置，軸荷的分配，全車重量的分配等等。這些都是本次畢業(yè)設計的重點。根據起重機設計手冊的要求，再結合參數(shù)表，取得已知數(shù)據，帶入公式進行計算。計算過程和原理，具體如下。計算的數(shù)據將納入總體設計中，并參與車身圖紙的繪制。圖2-3 回轉中心布置圖若已知 ，則x可得：式中=12200、 L=3000、=12200、=246

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

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

32、也略伸出車架外，故一般起重機底盤長度限在79m以下。底盤長度是由前懸長度和后懸長度及軸距形成的。當QAY50全地面起重機選用通用的汽車底盤時,要根據QAY50全地面起重機通用的載重量和載重后的總重量來選擇。底盤長度是由前懸長度、后懸長度和軸距形成的。在QAY50全地面起重機中，輪胎間距以不能夾石塊為宜，一般取515cm左右。因此底盤長度和軸距的關系見下式：前懸的距離取決于發(fā)動機的位置、駕駛室的形式及所需的軸荷分布。前懸距離長，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，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回轉中心的距離，一般也為30

33、40%左右。軸距還受到上車回轉平臺尾部長度的控制。因為QAY50全地面起重機回轉中心?？拷诤髽蜉S線左右。軸距要保證回轉平臺可以自由回轉，故不能太小了。一般回轉平臺尾部長度，取決于平臺上各機構的布置和配重的位置。全地面起重機的軸距長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行駛時前后起伏擺動較烈，軸荷移動系數(shù)也大。為了保證行駛縱向穩(wěn)定性，應使軸距大于重心高度的2倍左右。QAY50全地面起重機的重心高度在1.2m左右。這就確定了QAY50全地面起重機的軸距和軸荷見參數(shù)表。 圖2-4 臂架長度則由以上理論，可確定QAY50全地面起重機的尺寸為：L=12200mm、lF=2000mm

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

35、如圖2-5所示。2.6 QAY50發(fā)動機主要性能指標的選擇 QAY50全地面起重機的主要參數(shù)：發(fā)動機額定功率及額定轉速。發(fā)動機應滿足工程機械作業(yè)工況和行駛工況的動力要求，發(fā)動機功率越大則工程機械的動力性能越好，但功率過大會使發(fā)動機功率的利用率降低，燃料經濟性能下降，動力傳動系統(tǒng)的質量也要加大。因此，應合理地選擇發(fā)動機功率。工程機械作業(yè)過程中，工作阻力變化范圍大，載荷波動頻率大，經常選用發(fā)動機每小時的標定功率作為工程機械發(fā)動機的額定功率，及其額定轉速。在初選發(fā)動機功率時，應參照國內外同類起重機，同級別且動力性能相近的工程機械，初步確定發(fā)動機功率。按工程機械最大車速計算：若已知給定了工程機械最大車

36、速，選擇發(fā)動機的功率應大于等于，但不小于 最高車速行駛時的行駛阻力速率之和，即式中：-發(fā)動機額定功率，KW-傳動系的傳動效率，視工程機械的傳動類型，傳動系的組成而定G-工程機械重量,Nf-滾動阻力系數(shù),輪式工程機械一般取f=0.03-工程機械最高行使速度 km/h-空氣阻力系數(shù),工程機械一般取 =0.8A-工程機械在前進方向上的投影面積所以=205 KW，選取D6114ZLQ1B發(fā)動機。行駛用的下車發(fā)動機功率很大,發(fā)動機很昂貴,起重機上車發(fā)動機的額定功率為下車發(fā)動機的額定功率的1/3。2.7 QAY50全地面起重機吊臂尺寸的確定根據實際工況的需要，QAY50全地面起重機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；所以設計手冊和工廠的實際制造經驗將舉升臂的總長設計為38m，基本臂長10.2m。由本設計說明書可知，第三章計算出舉升臂為4節(jié)，采用U型截面。圖2-6 臂架結構圖2-7 臂架截面根據公式 = +0.14 ，四節(jié)的尺寸依次為：455×660、420×600、385×540、350×480 （mm）第3章 QAY50起重機吊臂設計與計算 圖3-1 臂架QAY50起重機吊臂設計是本次畢業(yè)設計的重點內容,優(yōu)化起重機吊臂來完成對于起重機的優(yōu)化設計.為提高起重機的起重作業(yè)性能，最直接的辦法就是減輕起重吊臂的質量。根據查

38、閱國內外資料,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實現(xiàn)，故吊臂是個懸臂梁受彎構件。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程中起著程度不同的作用。在起重特性相同時，順序伸縮機構的吊臂可以比同步伸縮機構的設計的輕一些，這是因為后者伸縮的危險截面、位置變化較多，不易做成變截面結構。吊臂全伸和全縮時，重心位置一定，與伸縮方式無關。但是在相同的中間臂長作業(yè)時，同步伸縮的吊臂重心距回轉中心較近，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)下端鉸裝在轉臺上，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)內疊套有頂臂，利用裝在臂內的伸縮液壓缸使吊臂伸長，從而使起升高度或工作幅度發(fā)生變化（一些中噸位汽車起重機吊臂由三節(jié)或四節(jié)組成，大噸位汽車起重機可多至10多節(jié)）。吊臂的伸縮由伸縮液壓缸和順序閥來控制。吊臂內裝有伸縮液壓缸和順序閥，伸縮時，壓力油經過順序閥進入順序閥使兩節(jié)伸縮臂一起伸出，伸到最長位置以后，順序閥接通伸縮液壓缸油路，使伸縮液壓缸推動一節(jié)臂（頂臂）繼續(xù)伸出，吊臂縮回時順序相反，這種機構又能使各節(jié)臂順序伸縮，其操作簡便，動作可靠。起升系統(tǒng)由低速大扭矩軸向柱塞馬達驅動，通過雙速型直圓柱齒輪減速器、平行

40、槽式卷筒帶動鋼絲繩及吊鉤。3.1 QAY50全地面起重機吊臂各節(jié)尺寸的確定QAY50全地面起重機主吊臂的最大長度x是由基本臂機構長度l10和伸縮臂外伸長度組成：式中、 為伸縮臂的伸縮長度,而伸縮長度往往取決于同一長度, 則外伸長度 = = 。為第二、三節(jié)臂縮回后外露部分的長度，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，則基本臂結構長度（）加上a0即為基本臂的工作長度：= + = 。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度和基本臂長度。基本臂工作長度可以取得比公式大一些，但受到整車極限長度的限制。而主吊臂最大長度取決于最大起升高度。如表3-1。表3-1起

41、重機吊臂節(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板局部失穩(wěn)，同時也使吊臂的間隙變形增大。因此，搭接長度要選的適當，一般為伸縮臂外伸長度（吊臂較長者取后者，較短者取前者，同步伸縮者可取后者）。由設計參數(shù)表可得，最大起升高度為38.5m，則查出k=4 。此時可計算得： =38.5m 、 =10.2m 、"=（0.2-0.25） 所以，38.5=10.2+3 、 =9.43m、 搭接長度了 =0.2 、"=0.5m又根據實際工廠的制

42、造經驗，變幅油缸和吊臂鉸接點的位置確定如下：變幅油缸到大臂末端鉸接處的長度約占基本吊臂全部伸出長度的0.47。由上述結論可得=4700mm。3.2 QAY50起重機吊臂截面的確定對吊臂截面的設計是本次畢業(yè)設計的重點內容，因此參閱了國內外大量的資料，伸縮吊臂是輪式起重機中至關重要的部件，其重量一般占整機的13%20%，而大型起重機這個比例則更大，這就導致起重機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，在滿足各項設計指標的前提下，采用優(yōu)化設計，盡可能降低吊臂自重，尤其對大噸位起重機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。因此我從這個角度來確定吊臂截面，

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

44、然而，吊臂是一個可以伸縮的階梯梁，目前，除基本臂可以加強外，許多生產廠家將伸縮臂設計成等截面梁，根據吊臂的受力特點，變截面伸縮臂將使吊臂更輕，性能更強。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。該種截面是經過優(yōu)化計算得出的最優(yōu)的截面形式，從而能最大限度地發(fā)揮材料的力學性能。作為吊臂來說，總希望在不發(fā)生局部失穩(wěn)的前提下，壁厚設計得薄一點，截面設計大一些。但由于受整機尺寸的限制，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。側板一般選用薄鋼板，厚度在3.28mm范圍內，側板薄一些對于減輕

45、吊臂重量極為有效，但必須認真考慮其局部失穩(wěn)的問題，有的在鋼板上隔一定距離軋一條橫向筋，以增加其強度。有的為了減輕重量也可在側板上開大孔，并卷邊加強。下底板一般做得比上蓋板厚些，一方面滿足下底板局部穩(wěn)定性的需要，為了減輕自重，吊臂應盡量做成等強度梁。具體到每節(jié)臂的優(yōu)化設計問題，我們考慮兩個非常重要的工況:基本臂工況和全伸臂工況。由基本臂工況通過優(yōu)化設計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型的截面最危險處為四角焊縫處，該處應力最大，也是最易產生應力集中的地方。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型側板的上半部拉應力較大，提高了側板的穩(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，和減少側板的計算寬度。這樣以來可以采用更薄鋼板，而充分利用鋼板的厚度，特別在采用高強度鋼材時。因為高強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度的鋼材，以充分發(fā)揮鋼材作用，如上蓋板才高強度，下蓋板采用普通鋼。 根據以上闡述的理論，在以下的設計中，將采用焊接方式為主（各種焊接方式應用到合適的位置），螺紋連接以及鉸接為輔方式進行臂架的連接。QAY50全地面起重機的舉升臂主體材料為合金結構鋼適當?shù)倪x取16Mn進行加固

47、。上下底板和腹板承受不同的載荷有的彎矩大，有的正應力大，故采用不同的材料。在選取材料時應遵循性價比最高選擇，以優(yōu)化減輕臂架重量為最終目的。以達到對臂架乃至起重機性能的優(yōu)化的目的。3.3 QAY50起重機吊臂受力分析 3.3.1 QAY50起重機吊臂受力規(guī)律QAY50全地面起重機的截面形式已經確定，根據起重機設計手冊可知：不同的起升高度和起升幅度決定了起重機的起重量。下面3個圖就是在起升不同高度不同幅度時臂架受力圖。通過圖片可以更直觀的看出起升高度和起升幅度對起重量的決定作用。臂架帶載伸縮時的主要載荷有：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)時計算伸縮阻力。圖3-2起升角度30度圖3-3起升角40度圖3-4 起升角60度通過觀察圖片總結規(guī)律：可以得出起重機受力分析在QAY50全地面起重機4節(jié)臂全部伸出，舉升到最高處（舉升角為80°），并工作負載為額定最大起重量（10t）。此時，QAY50起重機舉臂最容易折斷，這種情況下進行強度和剛度校核。如果此時滿足強度和剛度，則其他情況下必然符合要求。在對QAY50起重機舉臂進行強度和剛度校核的時候，把舉臂抽象為理想化的模型。對外界環(huán)境也模擬為理想化環(huán)境，對于當?shù)仫L載荷，以及外界各種影響均忽略，在此環(huán)境下計算。3.3.2 QAY50起重機吊臂受力計算吊臂在變幅平面承受

49、的載荷起升繩拉力T： 式中： -額定起重質量 -吊鉤質量 -吊臂動力系數(shù) m-吊鉤滑輪組的倍率 -滑輪組效率 由設計手冊中查得， =10t、 =1050kg、 =1.15、m=1、 =0.98計算得到：T=138370N計算時將起升繩拉力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 伸縮臂有兩個支點，一是臂根與車架的鉸接點，另一個是吊臂與變幅油缸的鉸接點，因此在變幅平面內可把吊臂視為簡支外伸梁。由垂直力Q 和起升繩拉力

50、T 對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：吊臂在旋轉平面承受的載荷伸縮臂在旋轉平面視為根部固定、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?shù)醣叟詮潟r不變方向的軸向力R 和變方向軸向力伸縮臂在旋轉平面的側向載荷包括貨物的偏擺載荷 表3-2 擺角 類型擺角 輕型中型重型特重3° 4°5°6°=4°,則 不裝副臂，力矩側向力

51、中的貨物偏擺載荷S貨原來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按最小幅度吊最大起重量的工況進行計算。最大幅度時起吊的最小起重量是由整機穩(wěn)定性決定的，吊臂的承載能力有富余，不必驗算。吊臂在壓彎的受力情況下，采用簡化法計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，并處于相應工作幅度時，臂端在平面內的靜位移。旋轉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的側向載荷同時作用下的臂端側向靜位移 。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（m）旋轉平面-吊臂在旋轉平面的臨界力吊臂在軸向壓力F=0 的情況下，僅由旋轉平面?zhèn)认蜉d荷引起的臂端撓度y 在旋轉平面內相鄰兩節(jié)臂之間的側向間隙計算變幅平面吊臂端部撓度時，其計算載荷應只考慮有效載荷的靜力作用，即不計自重和動力系數(shù)。3.3.4 U形伸縮臂的剛度參數(shù)的計算臨界力：旋轉平面的臨界力：在旋轉平面內，臂架為一端固定而另一端自由的壓彎構件，臂架側向變形時

53、，起升繩對臂架有支承作用，故旋轉平面的臨界力，按下式計算 E=200Gpa式中： -由伸縮臂在旋轉平面的支承條件決定的長度系數(shù)，此處取2-由變截面伸縮臂決定的長度系數(shù)；-起升鋼絲繩影響的長度系數(shù)；-第一節(jié)臂（基本臂）的截面慣性矩。變截面吊臂決定的長度系數(shù)箱型伸縮臂是一個雙向壓彎構件，同時也是一個階梯形變截面構件，計算公式如下：式中：-第i 節(jié)臂伸出后的長度與吊臂全長比；-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,計算出: =0.77起升繩長度系數(shù)伸縮臂采用油缸變幅，起升鋼絲繩對吊臂產生有利影響。長度系數(shù)可由下式計算:Ney=可知道 =1.34104N變幅平面的臨界力求臨界力時，伸縮臂在變幅平面情況與旋轉平面主要有兩點不同:一是吊臂在變幅平面的計算簡圖是簡支外伸梁，由支承情況決定的長度系數(shù) 可根據具體支承情況得到；二是起升繩拉力方向的改

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