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開題報告 題目 汽車起重機伸縮臂系統(tǒng)設(shè)計 1.課題來源 近年來，隨著社會的發(fā)展，社會生活中對起重機的需求越來越大，所以起重機的研發(fā)越來越緊迫，由于汽車式起重機轉(zhuǎn)場靈活，從而方便快捷，所以進(jìn)幾年我國的汽車式起重機發(fā)展很快。但是，與國外汽車式起重機相比，國外汽車式起重機技術(shù)得到了飛速發(fā)展，為了降低整機成本，提高性能，整機質(zhì)量越來越小，在起重性能相同的情況下，自重約比十年前降低了２０％左右，由于車輛自重的減小，使車輛采用盡可能少的軸數(shù)（尤其是大噸位起重機），這樣，大大簡化了車輛的結(jié)構(gòu)，成本降低，同時提高了起重機的作業(yè)能力及使用經(jīng)濟性，所以，同等噸位的銷售價較前十年有大幅下降，對中國國內(nèi)市場造成了很大沖擊，因此，對我國的汽車式起重機的生產(chǎn)者來說是一個嚴(yán)峻的考驗。臂架是起重機的主要承載構(gòu)件。起重機通過臂架直接吊載，實現(xiàn)大的作業(yè)高度與幅度。臂架的強度決定了最大起重量時整機起重性能，其自重直接影響整機傾覆穩(wěn)定性，因而臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣，將直接影響整機的性能，如整機重量、整機重心高度和整機穩(wěn)定性等。所以要在保證臂架安全工作的條件下盡量減輕臂架的重量，這對提高整機質(zhì)量和經(jīng)濟性具有很大的現(xiàn)實意義。 2. 研究目的和意義 臂架是起重機的主要承載構(gòu)件。起重機通過臂架直接吊載，實現(xiàn)大的作業(yè)高度與幅度。臂架的強度決定了最大起重量時整機起重性能，其自重直接影響整機傾覆穩(wěn)定性，因而臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣，將直接影響整機的性能，如整機重量、整機重心高度和整機穩(wěn)定性等。所以要在保證臂架安全工作的條件下盡量減輕臂架的重量，這對提高整機質(zhì)量和經(jīng)濟性具有很大的現(xiàn)實意義。 3.國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 中國的汽車式起重機誕生于上世紀(jì)的10年代，經(jīng)過了近30年的發(fā)展，期間有過3次主要的技術(shù)改進(jìn)，分別為70年代引進(jìn)蘇聯(lián)的技術(shù)，80年代引進(jìn)日本的技術(shù)，90年代引進(jìn)德國的技術(shù)。但是總體來說，中國的汽車式起重機產(chǎn)業(yè)始終走著自主創(chuàng)新的道路，有著自己清晰的發(fā)展脈絡(luò)，尤其是進(jìn)幾年，中國的汽車式起重機產(chǎn)業(yè)取得了長足的發(fā)展，雖然與國外相比還有一定的差距，但是這個差距正在逐漸的縮小。而且我國目前在中小噸位的汽車式起重機的性能已經(jīng)完好，能夠滿足現(xiàn)實生產(chǎn)的要求。在不久的將來，我國的汽車式起重機行業(yè)一定會發(fā)展成為一個發(fā)展穩(wěn)定，市場化程度高的成熟產(chǎn)業(yè)。 許多專家認(rèn)為，高速發(fā)展的市場，是中國汽車式起重機產(chǎn)業(yè)各個廠商有利的技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)和環(huán)境。近幾年，中國汽車式起重機產(chǎn)業(yè)除了一家較小的公司與日本起重機品牌廠家合資以外，其余廠家一直在追趕國外先進(jìn)水平的進(jìn)程中，一直堅持自主的技術(shù)創(chuàng)新道路，基本上沒有整體引進(jìn)國外技術(shù)的做法，也使的中國汽車式起重機產(chǎn)業(yè)在達(dá)到和接近國際先進(jìn)水平的同時，在產(chǎn)品技術(shù)上有明顯的中國特質(zhì)。 中國汽車式起重機已經(jīng)大量使用PLC可編程集成控制技術(shù)，帶有總線接口的 液壓閥塊，液壓馬達(dá)，油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電器已實現(xiàn)了緊密的結(jié)合。可通過軟件實現(xiàn)控制性能的調(diào)整，大幅度簡化控制系統(tǒng)，減少液壓元件，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具備了實現(xiàn)故障自動診斷，遠(yuǎn)程控制的能力。 當(dāng)前我國新一代汽車起重機產(chǎn)品，起重作業(yè)的操作方式，大面積應(yīng)用先導(dǎo)比例控制，具有良好的微調(diào)性能和精控性能，操作力小，不易疲勞。通過先導(dǎo)比例手柄實現(xiàn)比例輸送多種負(fù)荷的無級調(diào)速，有效防止起重作業(yè)時的二次下滑現(xiàn)象，極大的提高了起重作業(yè)的安全性、可靠性和作業(yè)效率。 部分大型汽車式起重機還在伸縮臂上使用了單缸插銷的伸縮技術(shù)，通過液壓銷作用，以單個液壓油缸可完成多節(jié)伸臂的運動，并達(dá)到各種工況的程度控制和自動伸縮，改變了以往能不油缸加內(nèi)部繩排的作業(yè)方式，使起重機相對更輕，拓展了起重機向更高工作高度發(fā)展的空間。 在走向國際市場的過程中，我國汽車式起重機產(chǎn)業(yè)近幾年品質(zhì)水平的快速提高，也得到了國際擁護(hù)的高度肯定，由于產(chǎn)品使用規(guī)范，用戶的專業(yè)素質(zhì)較高，出口產(chǎn)品的質(zhì)量反饋比在過內(nèi)有了明顯的減少，產(chǎn)品反映較好。這都為中國汽車式起重機行業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 目前世界上約有百余家企業(yè)生產(chǎn)汽車起重機，但著名的也就右十余家，如美國的格魯夫、德國的利勃海爾、徳馬克、日本加藤、多田野等。生產(chǎn)的汽車起重機品種有數(shù)百種，90年代以來，生產(chǎn)，銷售各種噸位的起重機萬余臺。 汽車起重機的市場主要集中在東亞、北美和歐洲。東亞約占銷售量的40%，北美和歐洲各約占20%。國外汽車起重機發(fā)展的主要特點可以歸納為：多品種生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高和一機多用。 目前，世界汽車起重機的生產(chǎn)，從技術(shù)上講，德國利勃海爾公司略占優(yōu)勢，但從企業(yè)規(guī)模上講，美國格魯公司居世界首位。而生產(chǎn)量則是日本的多田野和藤加最多。市場總的趨勢式供大于求，面對激烈競爭，國外各大公司除了紛紛增加投資、擴大生產(chǎn)、提高自身的競爭能力外，還通過聯(lián)合或兼并來提高在國際市場的份額。如1984年，美國格魯夫公司收購了英國老牌企業(yè)科爾斯公司。1987年，德國克虜伯公司收購了格的瓦爾德公司，稱為當(dāng)時德國最大的起重機公司，但該公司1995年又被美國格魯夫公司收購。1990年，日本多田野兼并了德國法恩公司等。 在起重機行業(yè)內(nèi)，國外的大型汽車起重機的發(fā)展比我國迅速，在技術(shù)和運用上已相當(dāng)成熟，目前國際市場對汽車起重機的需求在不斷增加，從而使國外各大汽車式起重機制企業(yè)在生產(chǎn)中更多的應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計，機械自動化和自動化設(shè)備，這對起重機行業(yè)的發(fā)展造成了很大的影響。目前國外的起重機企業(yè)主要是生產(chǎn)大噸位的起重機，而且有完善的設(shè)計體系，和一批先進(jìn)的研發(fā)人員，不斷的進(jìn)行創(chuàng)新和完善。國外的制造企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到規(guī)?；纳a(chǎn)，技術(shù)含量比較高，而且液壓技術(shù)和電子技術(shù)在汽車起重機的設(shè)計中也已廣泛的應(yīng)用，很多企業(yè)的品牌在用戶的心中已經(jīng)打上了堅實的烙印，這也使的國外起重機的繼續(xù)發(fā)展占有了更大的優(yōu)勢。 伸縮臂作為輪式起重機的主要受力構(gòu)件，其重量一般占整機的13%~20%，而其在大型起重機的重量中所占的比例則更大。因此，伸縮臂的性能對大噸位輪式起重機在大幅度、高起升高度情況下性能的影響至關(guān)重要，而伸縮臂的關(guān)鍵技術(shù)在于伸縮機構(gòu)的形式和臂架截面形式。 目前我國生產(chǎn)的輪式起重機以中、小噸位為主，普遍采用伸縮油缸加繩排的伸縮機構(gòu)的形式，只是在細(xì)節(jié)上各具特點。該伸縮機構(gòu)的特點是最末一、二節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂用油缸伸縮，因而最末節(jié)伸縮臂的截面變化較大，大大降低了起重機在大幅度下的起重性能。同時采用該形式的起重機在五節(jié)以上伸縮臂應(yīng)用時難度較大。西方發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)50噸以上的中、大噸位輪式起重機時，普遍采用單缸插銷形式的伸縮機構(gòu)。該形式伸縮機構(gòu)的采用大幅度提高了起重機的起重性能。 從B~aChina2007年博覽會上可以看出，橢圓形伸縮臂、單缸插銷式伸縮機構(gòu)、自動伸縮臂系統(tǒng)構(gòu)成了以德國利勃海爾(UEBHERR)代表的西方先進(jìn)伸縮臂技術(shù)的核心，代表當(dāng)前世界最高水平，是輪式起重機伸縮臂技術(shù)的發(fā)展方向。LTM1300起重臂的截面也采用了橢圓形截面，其截面上彎板為大圓弧槽形板，下彎板為橢圓形槽形板，且由下向上收縮，其重量優(yōu)化，抗扭性能顯著，具有固有的獨特穩(wěn)定性和抗屈曲能力。 GROVE和TADANO采用大圓弧六邊形截面，根據(jù)需要，腹板上設(shè)計橫向和縱向加強筋，提高腹板的抗屈曲能力。KATO采用四邊形截面，也采用加筋解決腹板的抗屈曲能力，大圓弧六邊形截面在國內(nèi)己廣泛使用。 目前國內(nèi)僅徐工集團(tuán)徐州重型機械廠一家推出QAY130、QAY160、QAY200、QAY240、QAY300五種噸位單缸插銷式伸縮臂技術(shù)的全地面起重機，并采用進(jìn)口高強度鋼板，雙缸加雙繩排的伸縮機構(gòu)，在吊臂伸縮時，臂節(jié)之間有寬大的滑塊，保證了主臂的同心度，使重量和受力較好的傳遞，增大起重能力。獨特的吊臂對中裝置，使伸縮更方便，但國內(nèi)其它廠家目前還沒有使用這種截面形式。 輪式起重機的伸縮式吊臂是一個雙向壓彎構(gòu)件，除受有整體強度、剛度、穩(wěn)定性的約束外，主要受局部穩(wěn)定性約束，因此把伸縮臂制成為箱形截面是合理的。歸納起來，伸縮臂可以制成幾種典型箱形截面:矩形、梯形、倒置梯形、五邊形、六邊形、八邊形、大圓角矩形以及橢圓形截面等。目前，利勃海爾推出的橢圓形截面是全地面起重機針對不同機型，它所設(shè)計的截面形狀也有一定的差異。 4.研究的內(nèi)容及技術(shù)路線 汽車起重機由于具有動作靈活、集成化程度高、功率大、穩(wěn)定性好、操作方便等優(yōu)點，廣泛受到各工程的青睞。汽車起重機伸縮機構(gòu)設(shè)計的好壞直接影響整機的性能。因此汽車起重機的伸縮臂架設(shè)計技術(shù)被作為目前汽車起重機急需解決的主要關(guān)鍵技術(shù)之一。本課題針對某汽車起重機伸縮機構(gòu)的分析和研究，根據(jù)工作要求確定伸縮機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和傳動方案，進(jìn)而采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法和現(xiàn)代先進(jìn)的分析方法對其進(jìn)行設(shè)計和分析。課題成果具有一定的理論研究價值和實際運用價值。 本文主要根據(jù)QAY50汽車起重機工作要求來確定伸縮機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和傳動方案，進(jìn)而采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法對主臂的三鉸點、主臂的長度、及每節(jié)臂的長度、臂架的結(jié)構(gòu)、液壓缸尺寸進(jìn)行確定，通過傳統(tǒng)的力學(xué)對臂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。利用ANSYS對臂架進(jìn)行有限元分析。 5.工作的主要階段 1、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解伸縮臂結(jié)構(gòu)形式和臂架的伸縮原理為下一步打好基礎(chǔ)。 2、通過了解伸縮臂工作原理，分析比較順序伸縮、同步伸縮、獨立伸縮三種伸縮方式，確定合理的伸縮臂傳動方案，進(jìn)而計算出伸縮臂各主要性能參數(shù)。 3、對通過計算得出的各伸縮臂性能參數(shù)進(jìn)行分析校核，確定是否合理。 4、利用軟件對臂架進(jìn)行有限元分析 5、根據(jù)最后確定的參數(shù)對伸縮臂進(jìn)行裝配。 6.工作進(jìn)度和實現(xiàn)目標(biāo) 2009.12.5～2009.1.19 整理收集資料，明確課題任務(wù)，完成開題報告（含文獻(xiàn)綜述），外文翻譯； 2010.3.1～2009.4.1 畢業(yè)實習(xí)、寫實習(xí)報告； 2010.4.1～2009.5.31 完成畢業(yè)設(shè)計（論文）正文：即設(shè)計計算，建模編程，調(diào)試程序，繪圖，編寫畢業(yè)設(shè)計說明書、論文或完成論文結(jié)構(gòu)的設(shè)計和撰寫論文，提交初稿及修改論文，包括：論文提綱、理論分析及計算等； 2010.5.31～2009.6.6 整理設(shè)計（論文）資料，完善并提交設(shè)計（論文）成果。 7.小結(jié) 通過本次畢業(yè)設(shè)計，希望能基本上掌握了汽車起重機的結(jié)構(gòu)，及其主要的工作原理，并且通過查閱資料和圖紙，鍛煉了自己繪圖以及識圖的能力。在本次畢業(yè)設(shè)計中，在查閱資料之后，首先確定起重機伸縮臂的傳動方案和臂架的截面，然后對起重機主臂所需要設(shè)計的部分進(jìn)行計算，計算得出了三鉸點的位置數(shù)值，各節(jié)臂的長度值，液壓缸的主要尺寸；并參照QAY50汽車起重機的資料，選取截面形狀及尺寸。在上述數(shù)值確定之后，根據(jù)配合關(guān)系進(jìn)行裝配，在經(jīng)過裝配之后發(fā)現(xiàn)，很多地方出現(xiàn)干涉，從而可以看到，實際設(shè)計和裝配整機，還有著一定距離。 參考文獻(xiàn) [1]張志文.起重機設(shè)計手冊.北京：中國鐵道出版社，1997. 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