开题报告
题目 汽车起重机伸缩臂系统设计
1.课题来源
近年来，随着社会的发展，社会生活中对起重机的需求越来越大，所以起重机的研发越来越紧迫，由于汽车式起重机转场灵活，从而方便快捷，所以进几年我国的汽车式起重机发展很快。但是，与国外汽车式起重机相比，国外汽车式起重机技术得到了飞速发展，为了降低整机成本，提高性能，整机质量越来越小，在起重性能相同的情况下，自重约比十年前降低了２０％左右，由于车辆自重的减小，使车辆采用尽可能少的轴数（尤其是大吨位起重机），这样，大大简化了车辆的结构，成本降低，同时提高了起重机的作业能力及使用经济性，所以，同等吨位的销售价较前十年有大幅下降，对中国国内市场造成了很大冲击，因此，对我国的汽车式起重机的生产者来说是一个严峻的考验。臂架是起重机的主要承载构件。起重机通过臂架直接吊载，实现大的作业高度与幅度。臂架的强度决定了最大起重量时整机起重性能，其自重直接影响整机倾覆稳定性，因而臂架结构设计的优劣，将直接影响整机的性能，如整机重量、整机重心高度和整机稳定性等。所以要在保证臂架安全工作的条件下尽量减轻臂架的重量，这对提高整机质量和经济性具有很大的现实意义。
2. 研究目的和意义
臂架是起重机的主要承载构件。起重机通过臂架直接吊载，实现大的作业高度与幅度。臂架的强度决定了最大起重量时整机起重性能，其自重直接影响整机倾覆稳定性，因而臂架结构设计的优劣，将直接影响整机的性能，如整机重量、整机重心高度和整机稳定性等。所以要在保证臂架安全工作的条件下尽量减轻臂架的重量，这对提高整机质量和经济性具有很大的现实意义。
3.国内外现状及发展趋势
中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。
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。
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，而且有完善的设计体系，和一批先进的研发人员，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。
伸缩臂作为轮式起重机的主要受力构件，其重量一般占整机的13%~20%，而其在大型起重机的重量中所占的比例则更大。因此，伸缩臂的性能对大吨位轮式起重机在大幅度、高起升高度情况下性能的影响至关重要，而伸缩臂的关键技术在于伸缩机构的形式和臂架截面形式。
目前我国生产的轮式起重机以中、小吨位为主，普遍采用伸缩油缸加绳排的伸缩机构的形式，只是在细节上各具特点。该伸缩机构的特点是最末一、二节伸缩臂采用钢丝绳伸缩，其它伸缩臂用油缸伸缩，因而最末节伸缩臂的截面变化较大，大大降低了起重机在大幅度下的起重性能。同时采用该形式的起重机在五节以上伸缩臂应用时难度较大。西方发达国家生产50吨以上的中、大吨位轮式起重机时，普遍采用单缸插销形式的伸缩机构。该形式伸缩机构的采用大幅度提高了起重机的起重性能。
从B~aChina2007年博览会上可以看出，椭圆形伸缩臂、单缸插销式伸缩机构、自动伸缩臂系统构成了以德国利勃海尔(UEBHERR)代表的西方先进伸缩臂技术的核心，代表当前世界最高水平，是轮式起重机伸缩臂技术的发展方向。LTM1300起重臂的截面也采用了椭圆形截面，其截面上弯板为大圆弧槽形板，下弯板为椭圆形槽形板，且由下向上收缩，其重量优化，抗扭性能显著，具有固有的独特稳定性和抗屈曲能力。
GROVE和TADANO采用大圆弧六边形截面，根据需要，腹板上设计横向和纵向加强筋，提高腹板的抗屈曲能力。KATO采用四边形截面，也采用加筋解决腹板的抗屈曲能力，大圆弧六边形截面在国内己广泛使用。
目前国内仅徐工集团徐州重型机械厂一家推出QAY130、QAY160、QAY200、QAY240、QAY300五种吨位单缸插销式伸缩臂技术的全地面起重机，并采用进口高强度钢板，双缸加双绳排的伸缩机构，在吊臂伸缩时，臂节之间有宽大的滑块，保证了主臂的同心度，使重量和受力较好的传递，增大起重能力。独特的吊臂对中装置，使伸缩更方便，但国内其它厂家目前还没有使用这种截面形式。
轮式起重机的伸缩式吊臂是一个双向压弯构件，除受有整体强度、刚度、稳定性的约束外，主要受局部稳定性约束，因此把伸缩臂制成为箱形截面是合理的。归纳起来，伸缩臂可以制成几种典型箱形截面:矩形、梯形、倒置梯形、五边形、六边形、八边形、大圆角矩形以及椭圆形截面等。目前，利勃海尔推出的椭圆形截面是全地面起重机针对不同机型，它所设计的截面形状也有一定的差异。
4.研究的内容及技术路线
汽车起重机由于具有动作灵活、集成化程度高、功率大、稳定性好、操作方便等优点，广泛受到各工程的青睐。汽车起重机伸缩机构设计的好坏直接影响整机的性能。因此汽车起重机的伸缩臂架设计技术被作为目前汽车起重机急需解决的主要关键技术之一。本课题针对某汽车起重机伸缩机构的分析和研究，根据工作要求确定伸缩机构的结构和传动方案，进而采用传统的设计方法和现代先进的分析方法对其进行设计和分析。课题成果具有一定的理论研究价值和实际运用价值。
本文主要根据QAY50汽车起重机工作要求来确定伸缩机构的结构和传动方案，进而采用传统的设计方法对主臂的三铰点、主臂的长度、及每节臂的长度、臂架的结构、液压缸尺寸进行确定，通过传统的力学对臂架结构进行受力分析。利用ANSYS对臂架进行有限元分析。
5.工作的主要阶段
1、阅读相关文献资料，了解伸缩臂结构形式和臂架的伸缩原理为下一步打好基础。
2、通过了解伸缩臂工作原理，分析比较顺序伸缩、同步伸缩、独立伸缩三种伸缩方式，确定合理的伸缩臂传动方案，进而计算出伸缩臂各主要性能参数。
3、对通过计算得出的各伸缩臂性能参数进行分析校核，确定是否合理。
4、利用软件对臂架进行有限元分析
5、根据最后确定的参数对伸缩臂进行装配。
6.工作进度和实现目标
2009.12.5～2009.1.19 整理收集资料，明确课题任务，完成开题报告（含文献综述），外文翻译；
2010.3.1～2009.4.1 毕业实习、写实习报告；
2010.4.1～2009.5.31 完成毕业设计（论文）正文：即设计计算，建模编程，调试程序，绘图，编写毕业设计说明书、论文或完成论文结构的设计和撰写论文，提交初稿及修改论文，包括：论文提纲、理论分析及计算等；
2010.5.31～2009.6.6 整理设计（论文）资料，完善并提交设计（论文）成果。
7.小结
通过本次毕业设计，希望能基本上掌握了汽车起重机的结构，及其主要的工作原理，并且通过查阅资料和图纸，锻炼了自己绘图以及识图的能力。在本次毕业设计中，在查阅资料之后，首先确定起重机伸缩臂的传动方案和臂架的截面，然后对起重机主臂所需要设计的部分进行计算，计算得出了三铰点的位置数值，各节臂的长度值，液压缸的主要尺寸；并参照QAY50汽车起重机的资料，选取截面形状及尺寸。在上述数值确定之后，根据配合关系进行装配，在经过装配之后发现，很多地方出现干涉，从而可以看到，实际设计和装配整机，还有着一定距离。
参考文献
[1]张志文.起重机设计手册.北京：中国铁道出版社，1997.
[2]顾迪民.工程起重机.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.沈阳：东北大学出版社，2000.
[5]徐格宁 ．起重运输机金属结构设计．北京：机械工业出版社，1997
[6] 章宏甲，黄宜，王积伟主编.液压与气压传动.机械工业出版社.2005.5
[7] 蔡福海. 全地面起重机发展现状及其关键技术探讨. 工程机械与维修. 2006.09
[8] 李震. 中大吨位汽车起重机的伸缩机构. 建筑机械. 2005.04
[9] 周卫. 液压汽车起重机吊臂同步伸缩机构设计. 工程机械. 1987.12
[10] 王强华.一种新型四节臂同步伸缩机构. 工程机械. 1991.11
[11] 杨又林. 起重臂用挠性伸缩机构. 起重运输机械. 1985.07
[12] 雷天觉.液压传动设计手册.机械工业出版社.1988
[13] 官忠范.液压传动系统.机械工业出版社.1997
[14] 吕维镇. 伸缩臂式铁路救援起重机液压传动系统型式的研究. 铁道货运. 1994.01
[15] 李玉琳. 液压元件与系统设计.北京航空航天大学出版社,1991
[16] 张魁元. 汽车起重机伸缩机构的维修. 工程机械与维修. 2005.07
[17] 吴承彪. 汽车起重机吊臂伸缩机构故障的探讨. 工程机械与维修. 1998.06
[18] 吴承彪. 汽车起重机臂架机构故障的维修. 起重运输机械. 1999.02
[19] 刘永国. 汽车起重机伸缩臂回缩抖动分析. 工程机械. 1991.11
[20] 郝振铎. 大型伸缩臂式汽车起重机变幅铰点的选取. 工程机械. 1985.01 |
