1、 1 机电一体化专业毕业设计（论文） 论文标题： 液压起重机的液压系统设计 作者姓名： 指导教师： 完成时间： 实习单位： 2 目 录 摘要 3 一、 概述 3 （一） 关于起重机 3 （二） 液压起重机传动的优缺点 4 （三） 液压传动的工作原理及组成 4 （四） 起重机液压系统的应用现状和发展趋势 5 二、 起重机 液压系统的特点分析 6 （一） 起升机构液压回路 6 （二） 伸缩臂机构液压回路 7 （三） 变幅机构液压回路 8 三、 液压 传动系统的故障分析及排除 8 （一） 液压系统的主要故障 8 （二） 故障检查 9 （三） 液压系统的故障预防 9 （四） 液压系统的故障分析 10
2、（五） 液压系统的故障排除 10 四、 起重机重量的确定及机构件参数性能的确定 12 五、 参考文献 19 六、 结论 20 3 液压起重机的液压系统设计 内容摘要： 本文对液压 起重机的设计进行了研究，分章、节逐一论述了设计过程。在设计过程部分，首先对装载起重机的汽车的底盘进行选择，确定起重机的技术参数，重点就车载起重机的液压系统进行论述和设计，以及对起重机的主要机构如起升机构、回转机构的型式和计算方法做出论述，对回转机构机械装配部分也进行了设计，最后对影响起重机起重能力的支腿型式及其跨距的确定进行了简要说明 。 关键词： 液压 起重机 ， 液压系统 ， 回转机构 液压缸 一 、概述 （ 一
3、 ） 关于起重机 汽车起重机是装 在普通汽车底盘或特制汽车底盘上的一种起重机，其行驶驾驶室与起重操纵室分开设置。这种起重机的优点是机动性好，转移迅速。缺点是工作时须支腿，不能负荷行驶，也不适合在松软或泥泞的场地上工作。 汽车起重机的底盘性能等同于同样整车总重的载重汽车，符合公路车辆的技术要求，因而可在各类公路上通行无阻。此种起重机一般备有上、下车两个操纵室，作业时必需伸出支腿保持稳定。起重量的范围很大，可从 8 吨 1000 吨，底盘的车轴数，可从 2 10根。是产量最大，使用最广泛的起重机类型 。 汽车液压 起重机的外形结构 4 1-载重汽车； 2-回转机构； 3-支腿； 4-吊臂变幅缸；
4、5-基本臂 ； 6-吊臂伸缩缸； 7-起升 机构。 （ 二 ） 液压传动的优缺点 1、 液压传动系统的主要优点： （ 1） 在同等功率情况下，液压执行元件体积小、重量轻、结构紧凑。例如同功率液压马达的重量约只有电动机的 1/6 左右。 （ 2） 液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置； （ 3） 液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向； （ 4） 操纵控制方便，可实现大范围的无级调速 (调速范围达 2000： 1)，它还可以在运行的过程中进行调速； （ 5） 一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长； （ 6）
5、容易实现直线运动； （ 7） 既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、远程自动控制； （ 8） 液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。 2、 液压传动系统的主要缺点： （ 1） 液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成 的。 （ 2） 工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。 （ 3） 由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。 （ 4） 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价高
6、，且对油液的污染比较敏感。 总的说来，液压传动的优点最突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服 。 （ 三 ） 液压传动的工作原理及组成 1、液压 传动的工作原理，可以用一个 液压千斤顶的工作原理来说明 。 5 液压千斤顶工作原理图 1 杠杆手柄 2 小油缸 3 小活塞 4， 7 单向阀 5 吸油管 6， 10 管道 8 大活塞 9 大油缸 11 截止阀 12 油箱 基本工作原理 : 液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质，而且传动中必须经过两次 能量转换 。 由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程 。 2、液压传动系统的组成 : 一个完整的
7、、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成： （ 1）、 动力装置 :它是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的是液压泵 。 （ 2）、 执行装置：它是把液压能转换成机械能的装置。其形式有作直线运动的液压缸，有作回转运动的液压马达，它们又称为液压系统的执行元件 。 （ 3）、 控制调节装置：它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。如溢流阀、节流阀、换向阀、截止阀等 。 （ 4）、 辅助装置：例如油箱，滤油器，油管等。它们对保证 系统正常工作是必不可少的 。 （ 5）、 工作介质：传递能量的流体，即液压油等 。 在同等输出功率下，液压传动装置的体积小
8、、重量轻、运动惯量小、动态性能好 。 （ 四 ） 汽车起重机液压系统的运用现状和发展趋势 随着国家现代化建设的飞速发展，科学技术的不断进步，现代施工项目对汽车起重机的要求也越来越高，高、深、尖液压技术在汽车起重机上的应用也越来越广泛，汽车起重机液压系统展示了强大的发展趋势。汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、控制五个主回路组成，我们通过对五个主回路现状的分析来探讨其发展趋势。 1、起升 液压系统：对起重机来说，起升动作是最频繁的动作。目前最常用的起升液压6 系统为定量泵、定量或变量马达开式液压系统，然而，现代施工对起升系统提出了新的要求：节能、高效、可靠以及微动性、平稳性好。为了适
9、应这些新的要求，以前的定量泵将逐步被先进可靠的具有负载反馈和压力切断的恒功率变量泵所取代，先前的定量马达或液控变量马达也将被电控变量马达所取代。这种系统将能有效的达到轻载高速、重载低速和节能的效果。 2、变幅液压系统：变幅液压系统的发展趋势也体现为节能高效，目前最先进的为变幅下降时充分利用吊臂和重物的重力势能，实 现重力下放，下放的速度由先导手柄来无级控制，变幅平稳没有冲击。 3、伸缩液压系统 : 对于具有五节以下伸缩臂的伸缩液压系统，国内一般采用同步或顺序加同步的伸缩方式，当采用两级油缸时，上下两油缸实现内部沟通，一般采用插装式平衡阀；对于具有五节以上伸缩臂的液压系统，采用单缸插销伸缩机构，
10、这种伸缩机构自重轻，能大幅提高起重机的起重性能，能有效的控制整机的重量，通过采用多油口和多平衡阀的油路来提高伸缩的效率 . 4、回转液压系统：回转也是起重机使用频繁的动作，但相对而言，回转所需功率最少，因而回转系统的最高要求 是：回转平稳，起重作业无侧载；回转系统的发展趋势为通过小马达。、大传动比来实现操作平稳，通过设立回转缓冲阀和自由滑转机能来实现吊重的自动对中功能，从而有效防止侧载的产生。 5、操纵、控制系统：机械式操纵是汽车起重机最简单、最广泛使用的一种操纵方式，液比例操纵系统在我厂也己广泛使用并相当成熟，操作性能得到了很大的提高；然而，最有发展前途的还是电比例操纵系统，借助于计算机技术
11、和可编程技术，汽车起重机将向智能化发展。 除此之外，液压系统在以下几方面也体现出明显的发展趋势：采用国际化配套，对系统性要求较高 的液压元件如泵、阀、马达等采用国际化配套可提高产品的可靠性，另外，国外使用成熟、量大价廉的元件在国内也广泛使用 。 二 、 起重机 液压系统特点分析 （ 一 ） 起升机构液压回路 工程起重机需要用起升机构，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 ，图 2-2-1是一种最简单的起升机构液压回路。 当换向阀 3处于右位时，通过液压马达 2、减速器 6和卷筒 7提升重物 c，实现吊重上升 。而换向阀处于右位时下放重物 c，实现负重
12、下降，这时平衡阀 4 起平稳作用。当换向阀处7 于中位时，回路实现 承重静止。由于液压马达内部泄漏比较大，即使平衡阀的闭锁性能很好，但卷筒 吊索机构仍难以支撑重物 c。 如要实现承重静止，可以设置常闭式制动器，依靠制动液压缸 8 来实现。在换向阀右位 (吊重上升 )和左位 (负重下降 )时，泵 1 压出液体同时作用在制动缸下腔，将活塞顶起，压缩上腔弹簧，使制动器闸瓦拉开，这样液压马达不受制动。换向阀处于中位时，泵卸荷，压出口接近零压，制动缸活塞被弹簧压下，闸瓦制动液压马达，使其停转，重物 c 就静止于空中 。 某些起升机构要求开始举升重物时，液压马达产生一定的驱动力矩，然后制动缸才彻底拉 开制
13、动闸瓦，以避免重物 c 在马达驱动力矩充分形成前向下溜滑。所以在通往制动缸的支路上没单向节流阀 9，由于阀 9 的作用 。 ， 拉开闸瓦的时间放慢，有一段缓慢的动摩擦过程；同时，马达在结束负重下降后，换向阀 3 回复中位，阀 9 的单向阀允许迅速排出制动缸下腔的液体 ,使制动闸瓦尽快闸住液压马达，避免重物 C继续下降 。 （ 二 ） 伸缩臂机构液压回路 伸缩机构是一种多级式伸缩起重臂伸出与缩回的机构。图 2-2-2为伸缩臂机构液压回路。臂架有三节， I 是第 1节臂，或称基臂； n 是第 2 节臂； III 是第 3节臂；后一节臂可依靠液压缸相对 前一节臂伸出或缩进。 3 节臂只要两只液压缸
14、： 液压缸 6的活塞与基臂 I 铰接，而其缸体铰接于第 2节臂 II，缸体运动 相对 I 伸缩；液压缸 7 的缸体与第 2节臂 铰接，而其活塞铰接于第 3 节臂 ，活塞运动使 相对于 伸缩 。 第 2 和第 3 节臂是顺序动作的，对回路的控制可依次作如下操作 ： 1.手动换向阀 2 左位，电磁阀 3也左位，使液压缸 6 亡 腔压人液体，缸体运动将第 2节 8 相对于基臂 l伸出，第 3节臂 I 则顺势被 托起，但对 无相对运动，此时实现举重上升。 2手动换向阀仍左位，但电磁换向阀换右位，液压缸 6 因无液体压入而停止运动，臂 对臂 I也停止伸出，而液压缸 7下腔压入液体，活塞运动将 m相对于
15、伸出，继续举重上升。连同上一步序，可将 3臂总长增至最大，将重物举升至最高位。 3手动换向阀换为右位，电磁换向阀仍为右位，液压缸 7上腔压入液体，活塞运动臂 m相对于 缩回，为负重下降，故此时需平衡阀 5 作用 。 4手动换向阀仍右位，电磁换向阀换左位，液压缸 6下腔 压入液体，缸体运动将 相对于 I 缩回，亦为负重下降，需平衡阀 4作用。 如不按上述次序操作，可以实现多种不同的伸缩顺序，但不可能出现两个液压缸同时动作 。 伸缩臂机构可以不同的方法，即不采用电磁阀而用顺序阀，液压缸面积差动，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 。 （ 三 ） 变幅机构
16、液压回路 变幅机构在起重机、挖掘机和装载机等工程机械中，用于改变臂架的位置，增主机的工作范围。最常见的液压变幅机构是用双作用液压缸作液动机，也有采用液压马达和柱塞缸。 图 2-2-3为双作用液压缸变幅回路 。 插图 液压缸 6承受重物 c及臂架重量之和的分力作用，因此，在一般情况下应采用平衡阀3来达到负重匀速下降的要求，如图 2-2-3a)所示。但在一些对负重下降匀速要求不很严格的场合，可以采用液控单向阀 4 串联单向节流阀 5 来代替平衡阀，如图 2-2-3b)所示。其中阀 4的作用有：一是在承重静止时锁紧液压缸 6；二是在负重下降时泵形成一定压力打开控制口，使液压缸下腔排出液体而下降 。
17、三 、 液压传动系统的故障分析与排故 液压传动是以液压油为工作介质进行能量转换和动力传递的，它具有传送能量大、布局容易、结构紧凑、换向方便、 转动平稳均匀、容易完成复杂动作等优点，因而广泛应用于工程机械领域。但是，液压传动的故障往往不容易从外部表面现象和声响特征中准确地判断出故障发生的部位和原因，而准确迅速地查出故障发生的部位和原因，并及时排除。在工程机械的使用、管理和维修中是十分重要的 。 （ 一 ） 液压系统的主要故障 9 在相对运动的液压元件表面、液压油密封件、管路接头处以及控制元件部分，往往容易出现泄漏、油温过高、出现噪音以及电液结合部分执行动作失灵等现象。具体表现：一是管子、 管接头
18、处及密封面处的泄漏，它不仅增加了液压油的耗油量，脏污机器的表面 ，而且影响执行元件的正常工作。二是执行动作迟缓和无力，表现为推土机铲刀提升缓慢、切土困难，挖掘机挖掘无力、油马达转不起来或转速过低等。三是液压系统产生振动和噪音。四是其他元件出现异常 。 （ 二 ） 故障的检查 1、直接检查法：凭借维修人员的感觉、经验和简单工具，定性分析判断故障产生的原因，并提出解决的办法。 2、仪器仪表检测法 : 在直接观察的基础上，根据发生故障的特征和经验，采取各种检查仪器仪表，对液压系统的流量、压力、油温及液压元件转速直通式检测，对振动噪音和磨损微粒进行量的分析。 3、元件置换法：以备用元件逐 一换下可能发
19、生故障的元件，观察液压系统的故障是否消除，继而找出发生故障的部位和原因，予以排除。在施工现场，体积较大、不易拆装且储备件较少的元件，不宜采用这种方法。但对于如平衡阀、溢流阀及单向阀之类的体积小，易拆装的元件，采用置换法是比较方便的。 4、定期按时监控和诊断：根据各种机械型号、检查内容和时间的规定，按出厂要求的时间和部位，通过专业检测、监控和诊断来检测元器件技术状况，及时发现可能出现的异常隐患，这是使液压系统的故障消灭在发生之前的一种科学技术手段。当然，执行定期检测法，首先要培养一些专业技术检测人 员，使他们既精通工程机械液压元件的构造和原理，又掌握和钻研检测液压传动系统的各种诊断技术，在不断积
20、累靠人的直感判断故障经验的同时，逐步发展不解体诊断技术，来完成技术数据采集，辅以电脑来分析判断故障的原因及排除方法 。 （ 三 ） 液压系统的故障预防 1、 保证液压油的清洁度：正确使用标定的和要求使用的液压油及其相应的替代品 (详参工程机械油料手册 )，防止液压油中侵入污物和杂质。因为在液压传动系统中，液压油既是工作介质，又是润滑剂，所以油液的清洁度对系统的性能，对元件的可靠性、安全性、效率和使用寿命等影响极大。液压元件的配合精度极高，对油液中的污物杂质所造成的淤积、阻塞、擦伤和腐蚀等情况反应更为敏感。 造成污物杂质侵入液压油的主要原因，一是执行元件外部不清洁；二是检查油量状况10 时不注意
21、；三是加油时未用 120 目的滤网过滤；四是使用的容器和用具不洁净； 五是磨损严 重和损坏的密封件不能及时更换；六是检查修理时，热弯管路和接头焊修产生的锈皮以减少和防止液压系统故障的发生。 2、 防止液压油中混入空气：液压系统中液压油是不可压缩的，但空气可压缩性很大，即使系统中含有少量空气，它的影响也是非常大的。溶解在油液中的空气，在压力较低时，就会从油中逸出产生气泡，形成空穴现象；到了高压区，在压力的冲击下，这些气泡又很快被击碎，急剧受到压缩，使系统产生噪音。同时，气体突然受到压缩时，就会放出大量的热能，因而 引起局部受热，使液压元件和液压油受到损坏，工作不稳定，有时会引起冲击性振动。 故必
22、须防止空气进入液压系统。具体做法：一是避免油管破裂、接头松动、密封件损坏；二是加油时，避免不适当地向下倾倒；三是回油管插入油面以下；四是避免液压泵入口滤油器阻塞使吸油阻力增大，不能把溶解在油中的空气分离出来。 3、 防止液压油温度过度：液压系统中的油液的工作温度一般在 30 80范围内比较好，在使用时必须注意防止油温过高。如油箱中的油面不够，液压油冷却器散热性能不良，系统效率太低，元件容量小，流速过高，选用油液粘度不正确，它们 都会使油温升高过快。粘度高增加油液流动时的能量损耗，粘度低会使泄漏增多，因此在使用中能注意并检查这些问题，就可以预防油温过高。此外对液压油定期过滤，定期进行物理性能检验
23、，既能保证液压系统的工作性能，又能减少液压元件的磨损和腐蚀，延长油液和液压元件的使用寿命 。 （ 四 ） 液压系统的故障分析 1、 传动系统分析法：工程机械的液压传动系统如果维护得好，一般说来故障是比较少的。由于密封件老化、变质和磨损而产生外泄是很容易观察到的，根据具体情况可设法排除。但是如果液压元件的内部发生了故障是观察不到的，往往不容易一下子就 找出原因，有时虽然是同样的故障现象，但产生的原因却不一定相同，要想准确而迅速地找出液压元件的故障的部位和原因，首先要根据发生故障元件的构造图、系统图，分析了解和研究元件的工作原理和特性，再使了解的构造原理与实物对号，具体情况具体分析，检查寻找故障发生的部位和产生的原因，以便采取相应的技术措施来排除故障。 2、逻辑流程分析法：此方法是根据液压传动系统的基本原理进行逻辑分析，减少怀疑对象，逐步逼近找出故障发生的部位和原因 。
