汽车起重液压系统设计.docx

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1、汽车起重液压系统设计 汽车起重液压系统设计 1 绪论 1.1 汽车起重机简介 汽车起重机是一种将起重作业部分安装在汽车通用或专用底盘上、具有载重汽车行驶性能的轮式起重机。根据吊臂结构可分为定长臂、接长臂和伸缩臂三种，前两种多采用桁架结构臂，后一种采用箱形结构臂。根据动力传动，又可分为机械传动、液压传动和电力传动三种。因其机动灵活性好，能够迅速转移场地，广泛用于土木工程。 汽车起重机的主要技术性能有最大起重量、整机质量、吊臂全伸长度、吊臂全缩长度、最大起升高度、最小工作半径、起升速度、最大行驶速度等。 1.2 液压系统在汽车起重机上应用及其特点 1.2.1 液压系统在汽车起重机上的应用 现在普遍

2、使用的汽车起重机多为液压伸缩臂汽车起重机，液压伸缩臂一般有24节，最下(最外)一节为基本臂，吊臂内装有液压伸缩机构控制其伸缩。 液压系统要实现其工作目的必须经过动力源控制机构机构三个环节。其中动力源主要是液压泵，传输控制装置主要是一些输油管和各种阀的连接机构，执行机构主要是液压马达和液压缸。这三种机构的不同组合就形成了不同功能的液压回路。汽车起重机的液压系统由起升机构，回转机构，变幅机构，伸缩机构和支腿部分等组成，全为液压传动。 泵马达回路是起重机液压系统的主要回路，按照泵循环方式的不同有开式回路和闭式回路两种。 开式回路中马达的回油直接通回油箱，工作油在油箱中冷却及沉淀过滤后再由液压泵送入系

3、统循环，这样可以防止元件的磨损。但油箱的体积大，空气和油液的接触机会多，容易渗入。 闭式回路中马达的回油直接与泵的吸油口相连，结构紧凑，但系统结构复杂，散热条件差，需设辅助泵补充泄漏和冷却。而且要求过滤精度高，但油箱体积小，空气渗入油中的机会少，工作平稳。 1.2.2液压系统在汽车起重机上应用的特点 来自汽车发动机的动力经油泵转换到工作机构，其间可以获得很大的传动比，省去了机械传动所需的复杂而笨重的传动装置。不但使结构紧凑，而且使整机重量大大的减轻，增加了整机的起重性能。同时还很方便的把旋转运动变为平移运动，易于实现起重机的变幅和自动伸缩。各机构使用管路联结，能够得到紧凑合理的速度，改善了发动

4、机的技术特性。便于实现自动操作，改善了司机的劳动强度和条件。由于元件操纵可以微动，所以作业比较平稳，从而改善了起重机的安装精度，提高了作业质量。 采用液压传动，在主要机构中没有剧烈的干摩擦副，减少了润滑部位，从而减少了维修和技术准备时间。 液压传动的起重机，结构上容易实现标准化，通用化和系列化，便于大批量生产时采用先进的工艺方法和设备。此种起重机作业效率高，辅助时间短，因而提高了起重机总使用期间的利用率，对加速实现四个现代化大有好处。 1.3 汽车起重机液压系统的发展历程 中国的汽车起重机产业诞生于上世纪70年代，经过了近30年的发展，期间有过三轮主要的技术改进，分别为70年代引进苏联技术、8

5、0年代初的日本技术和90年代初的德国技术。但总体来，中国的汽车起重机产业始终走着一条自主创新的道路，有着自己清晰的技术发展脉络。尤其是近5年来，中国汽车起重机产业实现了一轮从外部经济总量到内在运营品质的高速发展，成为了一个发展稳定、市场化程度高的成熟产业。 高速发展的市场，是中国汽车起重机产业各个厂商有利的技术创新基础和环境。近几年来，中国汽车起重机产业的主力厂商在加速追赶国外先进水平的进程中，一直坚持自主的技术创新道路，基本上没有整体引进外国技术的做法，也使得中国汽车起重机产业在达到和接近国际先进水平的同时，在产品技术上拥有明显的中国特质。 受公路车辆行驶的限制，国外工程起重机在70吨级以上

6、，基本发展了全路面底盘技术，采用独立的油气缸悬挂方式，而中国起重机产业则继续在汽车板簧式技术上发展到目前的130吨级产品。这其中，形成了独用的多桥板簧平衡悬挂技术，解决了多桥车辆在设计中的桥荷平衡，以及行驶过程中单桥过载等问题，并且实现了多桥（四桥以上）车辆的多桥转向系统，满足了国家对公路车辆的最小转弯半径的要求，使得 汽车式大吨位起重机行驶基本达到与全路面起重机的独立悬挂相当的行驶能力。 另外，国内像徐州重工等重量级厂家，经过几年的自主摸索与创新，成熟掌握了全路面起重机的全部技术，制造出了200吨级及以上的超大型产品，虽然与国外最大800吨的产品还有一定差距，但是已经不存在不可跨越的障碍，中

7、国汽车起重机行业达到国际最先进水平已经是一个时间和进度问题。 中国汽车起重机底盘到目前已经应用了CAN总线控制系统，达到点对点、一点对多点（成组）及全局广播集中方式传送和接受数据，达到了防抱死防滑转、电喷发动机控制、自动变速，扭矩实时控制、经济运行速度等的自动计算控制，提高了操纵的自动性、系统的可靠性、人机界面的可视性，达到了真正意义上的信息集成和智能化。 上车起重机部分已经大量应用PLC可编程集成控制技术，带有总线接口的液压阀块、马达、油泵等控制和执行元件已较为成熟，液压和电气已实现了真正紧密的接合。可通过软件实现控制性能的调整，大幅度减化控制系统、减少液压元件、提高系统的可靠性，具备了实现

8、故障自动珍断、远程控制的能力。 最早的汽车起重机液压系统常用单泵供油，后来为了满足起升、变幅、后来为满足起升、变幅、伸缩、回转机构的独立工作、联合动作以及快速提升的要求，出现了双泵统选用多联齿轮泵。但齿轮泵存在压力受到限制和不能变量的缺陷，因而不能在闭式回路、功率匹配回路等系统中应用，故高压柱塞泵是发展的必然。 在液压系统的基本回路方面的发展趋势具体如下：（1）在调压回路中，采用安全阀来限制系统最高工作压力，防止系统过载，对起重机实现超重起吊安全保护作用。（2）在调速回路中，采用手动调节换向阀的开度大小来调整工件机构(起降机构除外)的速度。（3）在锁紧回路中，采用由液控单向阀构成的双向液压锁将

9、前后支腿锁定在一定位置上，工作可靠，安全，确保整个起吊过程中，每条支腿都不会出现软腿的现象，即使出现发动机死火或液压管道破裂的情况，双向液压锁仍能正常工作，且有效时间长。（4）在平衡回路中，采用经过改进的单向液控顺序阀作平衡阀，以防止在起升、吊臂伸缩和变幅作业过程中因重物自重而下降，且工作稳定、可靠，但在一个方向有背压，会对系统造成一定的功率损耗。（5）在多缸卸荷回路中，采用多路换向阀结构，其中的每一个三位四通手动换向阀的中位机能都为M型中位机能，并且将阀在油路中串联起来使用，这样可以使任何一个工作机构单独动作；这种串连结 构也可在轻载下使机构任意组合地同时动作，但采用6个换向阀串连连接，会使

10、液压泵的卸荷压力加大，系统效率降低，但由于起重机不是频繁作业机械，这些损失对系统的影响不大。（6）在制动回路中，采用由单向节流阀和单作用闸缸构成的制动器，利用调整好的弹簧力进行制动，制动可靠、动作快，由于要用液压缸压缩弹簧来松开刹车，因此刹车松开的动作慢，可防止负重起重时的溜车现象发生，能够确保起吊安全，并且在汽车发动机死火或液压系统出现故障时，能够迅速实现制动，防止被起吊的重物下落。 1.4 课题来源 汽车起重机的液压系统起着驱动和控制汽车起重机各机构动作的作用。其性能好坏对起重机有着十分重要的影响。目前，我国生产8吨汽车起重机的厂家较多，品种也很杂，不同的厂家和不同的品种，其液压系统和液压

11、元件都不一致，给生产、使用及维修带来很多麻烦，同时其性能也较低，不适于现代智能高效小型汽车起重机发展的需要。为此对传统汽车起重机的液压系统进行了如下几方面的研究。老8吨汽车起重机由于都是采用单泵单马达（定量式)、串联油路的开式系统，使所有的工作机构都靠一个油源供油，导致难于同时满足不同机构的速度和功率匹配的需要，例如起升机构为了满足起升速度的要求，需要较大的流量，而伸缩、变幅、回转及支腿则需要较小的流量即可，因此只好靠控制发动机的油门及在机构上采取一些措施解决这一矛盾，但这是有一定限度的。还存在一些问题，起升速度低，最高起升速度只有8mmin，起升速度调节范围小。如下式所示： 式中：D卷筒直径

12、 03液压马达的容积效率 1q液压油泵的排量 1i卷扬机的减速比 2i钢丝绳的倍率 3q液压马达的排量 01液压油泵的容积效率 n发动机的转速 由式1-1可见，起升速度的大小，主要靠发动机的油门调节，当油门过小时，发动机的动力特性较差，容易灭火，轻载及空载时，速度太慢，生产率低。 汽车起重机，采用了双泵单马达、分合流油路的开式系统，可以根据各机构的不同速度和功率的要求，变幅、伸缩、回转及支腿用小泵2供油，起升用大泵l供油，起升与其余各机构都可以进行联合动作，提高工作效率，同时起升轻载及空载时，泵2与泵l可以同时合流供给起升，提高起升速度，扩大调速范围 式中：1q泵1的排量 2q泵2的排量 01

13、泵1的容积效率 02泵2的容积效率 由式1-2可见，除发动机的油门调节起升速度外，还可以通过分合流型式调节起升速度，当重载时，用分流方式，即泵2不参与起升工作，此时提升速度为低速；当空载或轻载时用合流方式。 2 液压系统性能分析与原理设计 2.1 汽车起重机典型工况分析及对液压系统要求 2.1.1汽车起重机的典型工况分析 根据起重机试验规范，以及很多操作者的实际经验，可确定表2.1的三种工况，作为轻型汽车起重机的典型工况。设计液压系统时要求各系统的动作能够满足这些工况要求。 表2.1汽车起重机典型工况表 序号工况一次循环内容特点 2.1.2汽车起重机对液压系统的要求 1. 起升回路 （1）能方

14、便的实现合分流方式转换，保证工作的高效安全。 （2）要求卷扬机构微动性好，起、制动平稳，重物停在空中任意位置能可靠制动，即二次下滑问题，以及二次下降时的重物或空钩下滑问题，即二次下降问题。 2. 回转回路 （1）具有独立工作能力。 （2）回转制动应兼有常闭制动和常开制动（可以自由滑转对中），两种情况。 3. 变幅回路 （1）带平衡阀并设有二次液控单向阀锁住保护装置。 （2）要求起落臂平稳，微动性好，变幅在任意允许幅值位置能可靠锁死。（3）要求在有载荷情况下能微动。 （4）平衡阀应备有下腔压力传感器接口，作为力矩限制器检测星号源。 4. 伸缩回路 本机伸缩机构采用三节臂（含有两个液压缸），由于本

15、机为轻型起重机为了使本机运用广泛，实现各节臂顺序伸缩。各节臂能按顺序伸缩，但不能实现同步伸缩。 5. 控制回路 （1）为了使操纵方便总体要求操纵手柄限制为两个。 （2）操纵元件必须具有45方向操纵两个机构联动能力。 6. 支腿回路 （1）要求垂直支腿不泄漏，具有很强的自锁能力（不软腿）。 （2）要求前后组支腿可以进行单独调整。 （3）要求支腿能够承载最大起重时的压力，并且有足够的防倾翻力矩。 （4）起重机行走时不产生掉腿现象。 2.2 对汽车起重机液压系统各主要回路的分析 汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、支腿和控制六个主回路组成。从图2.1可以看出，各个回路之间具有不同的功能、

16、组成和工作特点。 图2.1 汽车起重机各回路工作状态 2.2.1 起升回路 起升回路起到使重物升降的作用。起升回路的液压系统能方便的实现合分流方式转换，保证工作的高效安全。同时要求卷扬机构微动性好，起、制动平稳，重物停在空中任意位置能可靠制动。 液压传动起升机构的调速，通常是采用调节发动机油门改变液压泵流量和控制换向阀改变通道面积大小进行节流的联合调速法。此种调速法既简单又可靠，调速范围较大，调速平稳无极，也可实现起升机构工作速度的微调。但缺点是节流的功率损失较大，而且进一步提高升降速度受液压泵流量限制。为了提高起升机构工作速度，在多泵定量系统中，往往采用油泵并联调速，在系统中采用液压马达串、

17、并联供油的方法进行调速。 当液压马达串联时以高速工作，并联时获低速。在变量系统中可用变量马达调速。此外，当起重机的起升高度较大时，为了进一步提高空钩或轻载时的下降速度，在起升机构上往往设置重力下降装置，即在起升卷筒与传动轴间装有离合器，有液压系统保证空钩和载荷的重力下降时，打开离合器及制动器使起升卷筒与液压马达脱开自由转动，则空钩或重物在重力作用下，以较高的速度下降。 本系统为双泵单马达、分合流油路、开式系统如图2.2所示，根据各机构的不同速度和功率的要求，变幅、伸缩、回转及支腿用小泵2供油，起升用大泵l供油，起升与其余各机构都可以进行联合动作，提高工作效率，同时起升轻载及空载时，泵2与泵l可以同时合流供给起升，提高起升速度，扩大调速范围。当重载时，用分流方式，即泵2不工作，此时提升速度为低速；当空载或轻载时用合流方式，此时提升速度为高速。 图2.2起升回路