1、 本科毕业论文（20 届）5 吨汽车吊起重伸缩臂结构分析和设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 5 吨汽车吊起重伸缩臂结构分析和设计 1设计的主要任务及目标通过调研和查阅相关资料文献,掌握 5 吨汽车吊起重伸缩臂主要用途和工作原理,应用所学相关基础知识和专业知识,分析起重伸缩臂结构,载荷,对主要受力件强度进行计算分析,应用 CAD 三维造型或二维设计技术完成课题总成和关键零件结构设计和计算说明
2、书. 编写毕业设计论文.2设计的基本要求和内容(1) 掌握起重伸缩臂的结构及工作原理,绘制结构简图和原理简图(2) 了解零部件材料及制造,热处理工艺(3) 了解起重伸缩臂的实效模式(4) 制作起重伸缩臂的装配总图(5) 对起重伸缩臂及关键零件结构进行设计计算分析 ,重点是对实效件的分析(6) 编写毕业设计论文,总结设计取得的效果和体会,提出自己的论点和改进建议 3主要参考文献1张志文.起重机设计手册M.北京：中国铁道出版社，1997.2顾迪民.工程起重机M.哈尔滨：中国建筑工业出版社，1988.3孔云鹏.机械设计课程设计M.沈阳：东北大学出版社，2000.4徐格宁.起重运输机金属结构设计M北京
3、：机械工业出版社，19974进度安排序号 设计各阶段名称 起 止 日 期1 调研、查阅参考文献，收集资料，理解课题目标，确定设计思路，完成开题报告 3 月 03 日至 3 月 23 日2 毕业设计开题报告检查，毕业设计开题辅导 3 月 24 日至 4 月 13 日3 结构原理分析计算，设计毕业，准备中期检查 4 月 14 日至 5 月 04 日4 编写毕业设计论文，准备中期检查 5 月 05 日至 6 月 01 日5 毕业设计论文整理，完成毕业论文答辩 6 月 02 日至 6 月 22 日15 吨汽车吊起重伸缩臂结构分析和设计 摘要: 汽车吊是利用通用汽车底盘安装成的汽车起重机,它具有汽车的行
4、驶通过性能,机动灵活,用于流动性大,不固定的工作场合. 汽车吊臂架采用伸缩式箱形吊臂,吊臂重量在整机的设计中比重较大, 自重会影响整机的倾覆稳定性, 此外,吊臂的结构设计的优劣,决定了整机的重心高度, 整机的重量以及整机的稳定性,从而影响整机的起重性能. 所以在设计中要在安全的情况下,尽量减小吊臂自重,增大吊臂刚度以改善起重性能. 本次设计利用传统方法计算吊臂三饺点位置, 各节臂长度, 确定截面形状, 对吊臂进行载荷确定和强度分析.关键词: 伸缩臂, 臂架结构, 起重性能, 设计计算The lifting 5 tons cars telescopic structure analysis an
5、d designAbstract: the automobile crane truck crane chassis is installed by general motors, it is the vehicle through the performance, flexibility, for mobility, the workplace is not fixed. The automobile crane frame with telescopic box jib crane, the weight of a large proportion of the overall desig
6、n, the weight will affect the overturning stability in addition, the structure design, the advantages and disadvantages of the boom, determines the overall height of the center of gravity, the weight of the machine and the stability of the whole machine, thus affecting the lifting performance. So in
7、 the design in the security situation, to reduce the weight of the jib crane, increase the stiffness to improve the lifting performance. This design using the traditional calculation method of crane three dumplings point position, the arm length, the section shape, the boom of load determination and
8、 strength analysis.Keywords: telescopic boom, boom structure, lifting performance, design calculation2目录 1 绪论 .31.1 国内外起重机的发展概况和趋势 .31.2 伸缩臂结构的发展状况 .51.3 本课题的内容及意义 .62 QY5 汽车起重机的主要参数 .63 传动形式及伸缩臂伸缩方式的确定 .103.1 传动形式的确定 .103.2 伸缩方式的确定 .113.2.1 伸缩方式的类型 .113.2.2 伸缩方式对吊臂受力和起重性能的影响 .114 伸缩臂连接尺寸的设计计算 .134.
9、1 根部饺点位置的确定 .134.2 吊臂各节尺寸的确定 .154.3 变幅油缸铰点的确定 .164.3.1 变幅油缸根部饺点 位置的确定 .161O4.3.2 变幅油缸与吊臂支撑点 的确定 .1625 吊臂截面的确定以及箱形结构的截面特性 .175.1 吊臂截面的确定 .175.2 箱形结构的截面特性 .196 载荷的确定及强度分析 .206.1 作用于吊臂的载荷的确定及其组合 .206.1.1 自重 .216.1.2 吊重 .216.1.3 惯性力 .216.1.4 风载荷 W .226.1.5 载荷的组合 .236.2 对吊臂的强度分析计算 .246.2.1 求截面轴向压力 .24N6.
10、2.2 求截面剪力 .25yxT,6.2.3 求截面扭矩 .25ZM6.2.4 求截面上的弯矩 .25yx,6.2.5 吊臂强度计算 .27总结 .29参考文献 .30致谢 .311 绪论31.1 国内外起重机的发展概况和趋势最近几年随着工程建设规模的不断扩大，尤其是石油，化工，电站，高层建筑的作业不断增多，我们对工程起重机，尤其是大功率起重机的需求不断加大，伴随着现代科学技术的飞速发展，起重机上广泛应用了各种新技术，新材料，新工艺。这些都有力促进着起重机的发展。综合了解国内外现有工程起重机的产品及技术资料，发现起重机的发展趋势主要有以下几方面。第一，广泛应用液压技术，因为液压传动有重量轻，体
11、积小，可以无极调速，而且结构紧凑，操作轻便，运转平稳等优点，近年来，各种类型的工程起重机都广泛采用液压传动。最近几年，我国的主要工程机械厂，产品大多是液压起重机。国内现在已经成功研制了 3 5 8 12 16 32 40 65 等吨位级的伸缩臂式液压起重机。在国外，起重机在品种和产量方面发展较大，尤其大吨位级的起重机发展迅速。目前已经产出 200 吨位级液压起重机，而中小吨位级起重机已普遍用液压传动形式。液压及重机还会随着液压技术与原件的发展，得到更进一步的发展。第二，通用性起重机还是以中小型为主，且专用起重机向大型大功率发展。工程起重机仍然以发展中小型起重机为主，因为现代生活的建设工程量很多
12、，中小型起重机的应用可以大幅提高装卸与安装作业的机械化程度。国外目前普遍采用的工程起重机，数量上还是以中小型为主。但随着大型石油化工，高层建筑的发展，大型以及特大型起重机的发展势在必行，目前，国内外均已经生产出 100 吨位级以上的起重机。从发展的情况看，大型起重机以行家臂式起重机为主，伸缩臂式液压起重机因为受到臂重和行驶长度的限制，其发展有待进一步研究。第三，逐步采用国际标准，向着“三化”发展。 三化即标准化，系列化，通用化。各国在发展起重产品时都制定了自己的国家标准以及起重量系列，有的国家虽然未有起重量系列，但是各制造厂采用通用零件，为整个国家的生产和使用提供了便利。有的国家按照起升机构，
13、回转机构，驱动桥，转向桥等，不分用于什么起重机，一律标准化，系列化，通用化，使部件可以应用于两种类型起重机上。有的国家设计了系列化吊臂，比如大起重量起重机的副臂可作为小起重量起重机的主臂，而小起重量起重机的基本臂可作为大起重机的二节臂。还有的在设计时把相近吨位级的起重机部件通用化，如主副起升机构通用，回转机构通用。我国在这方面也有改进，分别制定了轮胎式起重机和塔式起重机的基本参数系列，还统一了产品型号4等级，制定了技术条件标准。在未来为了发展品种，增加产量，也为了满足现代化专业生产，起重机的“三化”水平势必进一步提高。现在许多国家不仅制定自己的产品标准，还很注重采用国际标准，这样有助于借助外国
14、发展成果，推动本国起重机的发展。第四，重视产品多样性，发展一机多用的产品。例如在设计工作装置时，除了设计钓钩外，还配备了电磁吸盘，抓斗，抓取器等取物装置。有的还可以设计钻孔，打桩等功能的一机多用产品。第五，多采用新技术，新材料，新工艺。这样可以有效减轻自重，提高起重性能，使起重机更加可靠安全的工作。新技术方面采用液压技术已经很成熟，有的已经采用液力传动。液力变矩器可与发动机匹配，有使发动机自动适应行驶条件的功能。此外，为防止起重机倾翻，又研制出了电子式起重力矩限制器。这种安全装置较为完善，载荷接近额定值时，会自动报警，超载时，这种装置可自动切断工作，以保证起重机整机的安全。利用新技术完善造作条
15、件是国外发展起重机的一个倾向，保证司机视野良好，司机室隔热隔温外，还有远距离联系设备等。随着钢铁工业发展，高强度低合金钢被广泛应用于液压汽车起重机，这对减轻吊臂自重，提高起重性能有了突破性的进展。新材料，新技术的应用促使计工工艺的革命性改变，比如国外先进制造厂特别重视高强度钢的焊接工艺等。1.2 伸缩臂结构的发展状况伸缩臂是汽车起重机的主要受力构件，他的自重占整机重量的比重很大，一般13%20%,在越大型的起重机中，其吊臂自重所占的比重更大。所以，在起重机执行大幅度，大起升高度的动作时，伸缩臂的性能显得尤其重要，所以，设计伸缩臂的核心目的就是减轻臂的自重，增大吊臂刚度。而关键技术在于伸缩机构形
16、式和臂架截面形式的确定。汽车起重机在我国以中小吨位为主，其伸缩机构采用的大多是伸缩油缸加绳排的形式，但在细节上略有不同。这种机构的特点是最末一二节伸缩臂利用钢丝绳伸缩，不同于其它伸缩臂用油缸伸缩，这样最末届伸缩臂截面变化增大，在起重机大幅的工作时，起重性能大大降低。而在国外，一些发达国家设计的中大吨位的轮式起重机，单缸插销形式的伸缩机构被普遍应用，这种伸缩机构大幅提高了起重机起重性能。椭圆形的截面，上板是大圆弧槽形板，下板为椭圆槽形板，并且自下而上5的收缩使重量优化，使稳定性跟抗扭能力加大。徐工集团目前是国内较先进的重型机械厂，QAY130,QAY160,QAY200,QAY240,QAY30
17、0 这五种吨位的有单缸插销式伸缩臂技术的全地面起重机被先后推出。并且采用了高强度钢材，伸缩机构创新性的采用了双杠加双绳排的形式。吊臂伸缩时，臂节间的滑块保证了主臂同心度，这样可增大起重能力，重量跟受力也会较好传递。这种独特的吊臂对中装置国内其它企业还没有这种截面形式。伸缩式吊臂是个双向压弯构件，不但受整机强度，刚度稳定性的约束，还受局部稳定性约束，从这点考虑，把伸缩臂制成箱形截面是比较合理的，关于伸缩臂截面选择的问题，本文后面会有阐述。1.3 本课题的内容及意义最近几年，随着社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，起重机的需求量也越来越大，尤其是对中小型汽车起重机的需求，因为汽车起重机有着
18、别的起重机没有的一些特点，特别适应人们的现代生活，比如它灵活机动，方便快捷。但是与国外汽车起重机相比，还有很大差距。国外汽车起重机最近十年的发展取得了突飞猛进的胜利，为了降低整机成本，提高起重性能，整机质量也是越来越小，在不影响起重性能的情况下，吊臂自重比十年前降低了 20%。在这种情况下，车辆可以尽可能少的安装轴，这大大简化了车辆结构，降低了成本，又提高了起重作业能力，很经济实惠。随着这种起重机进入中国市场，由于其售价较低，性价比更好，因此，国产起重机行业面临相当大的挑战。臂架是起重机主要受力构件，起重时重物通过臂架吊载，实现高度和幅度的变化。臂架的强度决定着最大起重量下整机的起重性能，而自
19、重会影响整机的稳定性，所以臂架结构设计的好不不好，将会决定整机的质量是否合格，所以要在保证安全工作的前提下，尽量减轻臂架自重，对于提高整机质量有很大意义，并且经济性也得到了提高，具有很大的现实意义。本文依据 QY5 汽车起重机的工作要求及技术参数，利用传统设计方法对主臂三个饺点的位置，各节臂的长度，变幅油缸的饺点位置进行计算，对臂架进行载荷分析，受力分析，并计算其强度。62 QY5 汽车起重机的主要参数(1)起重量 Q汽车起重机起重量不包括钓钩重 q.起重量随吊臂的长短及角度的变化而变化，它由吊臂强度及整机稳定性所决定。临界起重量指吊起重物时，起重机处于稳定和倾覆的临界点时的起重量。额定起重量比临界起重量小，起重机铭牌上的数据指最大额定起重量。(2)工作幅度 R，有效幅度 A(如图 2-1)工作幅度 R，与吊臂长度 l 和仰角 有关，根据其几何关系有（2-1） ，吊臂仰角 一般可从 0 度到 75 度。elcos在系列标准中规定了一个值A，叫做有效幅度 A 的极限值，要满足下列公式 ； A （ 2-2） ，可见有效幅度的值不能规定的过大，如果有效幅度aAmin值过大，最大起重量时的工作幅度也会变大，吊臂受力也会增大。如此看来，吊臂的自重就会增大，从而使大幅度时的起重量变小， 恶化起重性能。(3)起重力矩 M
