1、I 摘 要 随着经济建设的迅速发展，我国的基础建设力度正逐渐加大，道路交通，机场，港 口，水利水电，市政建设等基础设施的建设规模也越来越大，市场 汽车 起重机的需求 也随之 增加 。本文通过对 徐工 50 吨汽车起重机主臂进行研究， 进一步进行主臂设计，通过计算对主臂的三铰点、主臂的长度、及每节臂的长度、液压缸尺寸进行确定，选择零部件，确定主臂伸缩方式及主臂内钢丝绳的缠绕方法 ， 通过 SOLID WORKS 软件对主臂进行三维建模。 关键词： 50 吨汽车起重机、主臂设计、 三铰点 、 伸缩方式、 三维建模 II Abstract With the rapid development of
2、economic construction, Chinas infrastructure is gradually increase the intensity, road traffic, airports, ports, water conservancy and hydropower, municipal construction of infrastructure such as the scale of construction is also growing, crane truck crane market demand with the increase. Based on t
3、he Xu Gong 50 tons of truck crane boom study, further boom design, by calculating the main arm of the three hinges, the main arm length, and the length of each arm, hydraulic cylinder size identify, select Parts and components, identify the main telescopic arm and the boom in the way of winding rope
4、 method, SOLID WORKS software on the main arm for three-dimensional modeling. Keywords: 50-ton truck crane， the boom design， the three hinge points ， stretching，three-dimensional modeling III 目录 摘 要 . I ABSTRATE. II 1 绪论 .1 1.1 起重机械的工作特点及其在国民经济中的作用 . 1 1.2 国内汽车起重机的发展概况和发展趋势 . 2 1.2.1 国内汽车起重机的发展概况 .
5、2 1.2.2 国内汽车起重机发展趋势 . 3 1.3 国外汽车起重机发展概况及发展趋势 . 4 1.3.1 国外汽车起重机发展概况 . 4 1.3.2 国外汽车起重机发展趋势 . 5 1.4 SOLID WORKS 软件的介绍 . 6 1.5 本课题内容及重要意义 . 7 2 50 吨汽车式起重机的主要技术参数和工作级别 .8 2.1 50 吨汽车式起重机的主要技术参数 . 8 2.2 50 吨汽车起重机的工作级别 . 10 3 50 吨汽车起重机主臂尺寸的确定 . 13 3.1 吊臂跟部铰点位置的确定 . 13 3.2 吊臂各节尺寸的确定 . 14 3.3 变幅液压缸铰点的确定 . 15
6、3.4 吊臂截面的选择及截面尺寸确定 . 17 4 主臂伸缩机构的设计计算 . 19 4.1 臂架伸缩机构的驱动形式 . 19 4.2 臂架伸缩液压缸的计算及选择 . 20 4.2.1 缸筒内径计算 . 20 4.2.2 活塞杆直径 . 21 4.2.3 缸筒壁厚及外径计算 . 23 5 零部件的选择 . 24 5.1 钢丝绳的计算和选择 . 24 5.1.1 钢丝绳结构形式的选用 . 24 5.1.2 起升用钢丝绳直径的计算 . 24 5.1.3 主臂伸缩用钢丝绳的计算选用 . 25 5.2 滑轮及滑轮组的选择 . 25 5.2.1 构造和材料的选用 . 25 5.2.2 起升用滑轮尺寸的确
7、定及选用 . 26 5.2.3 滑轮组的选择 . 27 6 主臂的三维建模及装配 . 28 IV 6.1 基本臂的建模 . 29 6.1.1 基本臂臂箍的建模 . 29 6.1.2 理绳器的建模 . 32 6.1.3 变幅缸支撑座建模 . 33 6.1.4 基本臂的总装配 . 35 6.2 主臂建模总装配 . 36 结论 . 41 致谢 . 42 参考文献 . 43 附录 A. 44 附录 B. 56 1 1 绪论 1.1 起重机械的工作特点及其在国民经济中的作用 起重机械式用来对物料进行起重、运输、装卸和安装作业的机械。它可以完成靠人力无法完成的物料搬运动作，以减轻人们的体力劳动，提高生产效
8、率，在工厂、车站、矿山、港口、建筑工地、仓库、水电站等多个领域的部门中得到了广泛的应用，随着生产规模日益扩大，特别式现代化、专业化的生产需求，各种专门 用途的起重机相继产生，在许多重要的部门中，不仅式生产过程中的辅助机械，而且已成为生产流水作业生产线上不可缺少的重要机械设备它的发展对国民经济建设起着积极的促进作用。 起重机式一种循环的，间歇运动的，短程搬运物料的机械，一个工作循环，一般包括上料，运送，卸料及回到原位的过程，即取物装置从取物地点，由起升机构吧物料提起，由运行回转或变幅机构把物料移位，然后物料在指定的地点下放，接着进行相反的动作，使取物装置回到原位，以便进行下一步的工作循环，在两个
9、工作循环之间一般由短暂的停歇。起重机工作时，各机构经常是处于启动 ，制动，正向，反向，等相互交替的运动状态之中。 在高层建筑，冶金，化工，电站等大型项目的建设中，需要吊装和搬运的工程量日益增多，其中不少组合件的吊装和搬运重量达到几百吨。因此必须选用一些大型的起重机进行诸如锅炉及厂房设备的吊装工作。通常采用的大型起重机有龙门起重机，门座式起重机，塔式起重机，履带起重机，轮式起重机以及厂房内装置的桥式起重机等。 在公路，桥梁，水利电力等建设施工中，起重机的使用范围更式极为广泛，无论式装载设备器材，吊装厂房构件，安装电站设备，调运浇筑混凝土，模板，开挖废渣及其它建筑材料等均需使 用起重机械，尤其式水
10、电工程施工，不但工程规模浩大，而且地理条件特殊，施工季节性强，工程本身又很复杂，而且吊装搬运的设备， 建筑材料量大品种多。除了上面介绍的起重机外，在水电工程中还采用一些其它的大型设备，如缆索起重机，浮式起重机等，在电站厂房及建筑物上安装各种类型的起重机，供检修机组，启闭闸门，及起吊拦污栏之用，这些起重机由大型龙门起重机，固定卷扬起重机以及弧形闸门起重机等。这些专门用途的起重机一般吨位较大，如用起吊闸门的龙门起重机，和固定卷扬起重机，起到了工程起重机的作用，起重机在未来的国家建设当中，还将起 到更大的作用。 2 1.2 国内汽车起重机的发展概况和发展趋势 1.2.1 国内汽车起重机的发展概况 中
11、国的汽车式起重机诞生于上世纪的 10 年代，经过了近 30 年的发展，期间有过 3 次主要的技术改进，分别为 70 年代引进苏联的技术， 80 年代引进日本的技术， 90 年代引进德国的技术。但是总体来说，中国的汽车式起重机产业始终走着自主创新的道路，有着自己清晰的发展脉络，尤其是进几年，中国的汽车式起重机产业取得了长足的发展，虽然与国外相比还有一定的差距，但是这个差距正在逐渐的缩小。而且我国目前在中小吨位的汽车式起重机的性能已经完好，能够满足现实生产 的要求。在不久的将来，我国的汽车式起重机行业一定会发展成为一个发展稳定，市场化程度高的成熟产业。 许多专家认为，高速发展的市场，是中国汽车式起
12、重机产业各个厂商有利的技术创新基础和环境。近几年，中国汽车式起重机产业除了一家较小的公司与日本起重机品牌厂家合资以外，其余厂家一直在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国外技术的做法，也使的中国汽车式起重机产业在达到和接近国际先进水平的同时，在产品技术上有明显的中国特质。 中国汽车式起重机已经大量使用 PLC 可编程集成控制技 术，带有总线接口的液压阀块，液压马达，油泵等控制和执行元件已较为成熟，液压和电器已实现了紧密的结合。可通过软件实现控制性能的调整，大幅度简化控制系统，减少液压元件，提高系统的稳定性，具备了实现故障自动诊断，远程控制的能力。 当前我国新
13、一代汽车起重机产品，起重作业的操作方式，大面积应用先导比例控制，具有良好的微调性能和精控性能，操作力小，不易疲劳。通过先导比例手柄实现比例输送 多种负荷的无级调速，有效防止起重作业时的二次下滑现象，极大的提高了起重作业的安全性、可靠性和作业效率。 部分大型汽车式起重机还在伸缩臂 上使用了单缸插销的伸缩技术，通过液压销作用，以单个液压油缸可完成多节伸臂的运动，并达到各种工况的程度控制和自动伸缩，改变了以往能不油缸加内部绳排的作业方式，使起重机相对更轻，拓展了起重机向更高工作高度发展的空间。 在走向国际市场的过程中，我国汽车式起重机产业近几年品 质水平的快速提高，也得到了国际拥护的高度肯定，由于产
14、品使用规范， 用户的专业素质较高，出口产品的质量反馈比在过内有了明显的减少，产品反映较好。这都为中国汽车式起重机行业的发展打下了良好的基础。 3 1.2.2 国内 汽车起重机 发展趋势 我国的汽车式起重机的生产企业 要想在本领域生存与发展，需要做的事情还很多，由于市场需求的增大，也要求生产企业不断创新，在保证起重机性能的基础上还要不断开发出更大吨位的新产品， 满足市场的需求。只有这样才能从市场中获得养分和活力使自己生存，在生存中发展，在发展中壮大。 主要的发展趋势应该有以下几点： （ 1） 扩大产品的品种 。 在企业内部应建立完善的产品研究和开发体系，使产品系列化，品种 齐全， 要形成大中小完
15、整 系 列， 增 多产品数量，使生产规模不断的扩展。 （ 2） 增大起重力矩 。 目前我国生产的汽车式起重机大多是 50 吨以下的中小吨位的起重机， 大吨位生产的很少， 而， 随着社会的发展，对机动灵活的大型起重机械的需求越来越大，这都是汽车式起重机发展的养分， 所以增大其中力矩迫在眉睫。 （ 3） 增加起重机功能 。 随着国民经济的快速发展，用户对汽车式起重机的使用上的要求越来越多，希望能够一 机多用，已经不仅仅是在搬运重物时使用，而是满足在不同环境和工种的使用，这些都为未来起重机的发展找清了方向。 （ 4） 全力打造自己的品牌。 目前中国的汽车起重机生产企业，缺少自己的专业研究人员和开发队
16、伍，而是去模仿别人生 产的成品，没有发展方向和竞争力。未来经济的 全球化以及由此引发的一系列问题，使得竞争手段从传统的产品，价格等层次转嫁到品牌的竞争上来。所以各大汽车式生产企业应该 努力打造自己的品牌，从而使自己发展壮大。 （ 5） 开创自我空间占领市场。 我国的各大汽车式起重机生产企业要不断创新，大胆进行运行急智的改革，面向市场，结构 优化，人员重组，引进设备，进行刻苦的技术研发，在不断完善自我的前提下，占领市场。 4 1.3 国外 汽车起重机发展概况 及发展趋势 1.3.1 国外 汽车起重机发展概况 目前世界上约有百余家企业生产汽车起重机，但著名的也就右十余家，如美国的格鲁夫、德国的利勃
17、海尔 、徳马克、日本加藤、多田野等。生产的汽车起重机品种有数百种， 90 年代以来，生产，销售各种吨位的起重机万余台。 汽车起重机的市场主要集中在东亚、北美和欧洲。东亚约占销售量的 40%，北美和欧洲各约占 20%。国外汽车起重机发展的主要特点可以归纳为：多品种生产，标准化程度高和一机多用。 就分布于三大市场的产品而言，以德国为主的欧洲市场，其产品主要特点为： （ 1） 全地面起重机占主导地位，约占市场份额的 80%。 （ 2） 大吨位产品为主 ，利勃海尔公司占销售额的 70% 80%式 100 吨以上的产品。 （ 3） 技术先进，及时采用世界最新的技术成果。 （ 4） 专用配套件多，这以为欧
18、洲发展汽车起重机的得天独厚的条件。 以日本为主的东亚市场和以美国为主的北美市场，其产品主要特点有： （ 1） 越野汽车起重机占主导地位，约占 70% 80%，其次为轮式起重机，全地面起重机所占比例较小。 （ 2） 多系列生产，中大吨位居多。 （ 3） 注重适应性和经济性。在保证产品性能和功能的前提下，大量采用通用配套件，而不强调追赶新技术，故产品可靠性较好。 目前，世界汽车起重机的生产，从技术上讲，德国利勃海尔公司略占优势，但从企业规模上讲，美国格鲁公司居世界首位。而生产量则是日本的多田野和藤 加最多。市场总的趋势式供大于求， 面对激烈竞争，国外各大公司除了纷纷增加投资、扩大生产、提高自身的竞
19、争能力外，还通过联合或兼并来提高在国际市场的份额。如 1984 年，美国格鲁夫公司收购了英国老牌企业科尔斯公司。 1987 年，德国克虏伯公司收购了格的瓦尔德公司，称为当时德国最大的起重机公司，但该公司 1995 年 又被美国格鲁夫公司收购。 1990 年，日本多田野兼并了德国法恩公司等。 在起重机行业内，国外的大型汽车起重 机的发展比我国 迅速，在技术和运用上已相当成熟，目前国际市场对汽车起重机的需求在不断增加，从而使国外各大汽车 式起重机制企业在生产中更多的应用优化设计， 机械自动化和自动化设备，这对起重机行业的发展造成了很大的影响。目前国外的起重机企业主要是生产大吨位的起重机，而且有完善
20、的设计体系，和一批先进的研发人员，5 不断的进行创新和完善。国外的制造企业现在已经达到规模化的生产， 技术含 量比较高，而且液压技术和电子技术在汽车起重机的设计中也已广泛的 应用， 很多企业的品牌在用户的心中已经打上了坚实的烙印，这也使的国外起重机的继续发展占有了更大的优势 。 1.3.2 国外 汽车起重机 发展趋势 （ 1） 设计、制造的计 算机化、自动化 近年来，随着电子计算机的广泛应用， 许多国外起重机制造商从应用起重机辅助设计系统（ CAD），提高到应用计算机进行起重机的模块设计。起重机采用模块单元化设计，不仅是一种设计方法的改革， 而且将影响整个起重机行业的技术、生产和管理水平，老产
21、品的更新换代，新产品的研制速度都将大大加快。对起重机的改进，只需更改几个模块；设计新的起重机只需新的不同模块进行组合，提高了通用化程度，可使单件小批量的产品，改成相对批量的模块生产，能使较少的模块形式，组合成不同规格的起重机，满足市场的需求，增强了竞争 力。 （ 2） 起重机控制元件的革新与应用 起重机的定位精度是对起重机的重要要求，多数采用转角码盘，齿轮链，激光头与钢板孔带来保证，定位精度通常为 3 ， 高于 1mm 的精度需另加定位系统。在起重机起升速度和制动器方面的改进，则使用低速运行的起重机吊钩精确定位，起重机的刹车系统也应用微处理进行控制和监视工作。 遥控系统用于汽车式起重机及其他移
22、动式起重机械，这种系统包括在控制者身上的控制器，和安装在起重机上的接收器 ，控制器具有电磁辐射发生器，接收器与作用在起重机传动装置的操纵机械的转换部 分相连。遥控器的使用不仅节省人力，提高工作效率，而且使操作者的工作条件有所改善。 起重机的距离检测防撞装置，采用无线电信号型的 防撞装置，防撞系统由三相系统组成，用来监控起重机前端行使距离，一般首先发出信号警示，接着将大车车速减小到 50%，最后切断电机电源，将大车制动。 （ 3） 新材料、新工艺的应用。 由于钢铁工业新技术的应用，刚才质量得以提高，在设计起重机主梁强度时，可使用较高的许用应力，而不需要较高的安全系数，以便减少起重机材料用量，从而
23、降低设备的重量和价格，起重机配套的零部件 的制造也得益于新材料的不断产生，使得起重机向更轻，更好的方向发展。 在机加工方面，大量采用少切削的精密铸件，尤其是铝合金铸件见多，加工设备大量采用高6 精度，高效的加工中心，数控自动机床等，及保证了质量，又提高了劳动生产率，降低了成本，同时在机械线使用机械代替人工操作如焊接机械手和配用机械手等。 国外起重机的未来发展之路是走向专业化，标 准化，和系列化，只有这样才能最快的制造和装配出品种多样化的产品 1.4 solid works 软件的介绍 美国 Solid Works 公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司，公 司宗旨是使每位设计工程师
24、都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新 CAD/CAE/CAM/PDM 系统，公司主导产品是世界领先水平的 Solid Works 软件 。 90 年代初，国际微机市场发生了根本性的变化，微机性能大幅提高，而价格一路下滑，微机卓越的性能足以运行三维 CAD 软件。为了开发世界空白的基于微机平台的三维 CAD 系统， 1993 年PTC 公司的技术副总裁与 CV 公司的副总裁成立 SolidWorks 公司，并于 1995 年成功推出了SolidWorks 软件，引起世界相关领域的一片赞叹。在 SolidWorks 软件的促动 下， 1998 年开始，国内、外也陆续推出了相关软件；原来运行在
25、UNIX 操作系统的工作站 CAD 软件，也从 1999 年开始，将其程序移植到 Windows 操作系统中。 由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千万的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以原来一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续 独立运作，成为 CAD行业一家高素质的专业化公司。 功能描述 （ 1） 、 Top Down(自顶向下 )的设计 （ 2） 、 Down Top (自下向上 )的设计 （ 3） 、配置管理 （ 4） 易用性及对传统数据格式的支持 （ 5） 零部件镜像 （ 6） .装配特征 （ 7） 工程图 （ 8） eDrawing
