輪式起重機(jī)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計

輪式起重機(jī)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計,輪式起重機(jī)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計,輪式,起重機(jī),液壓缸,結(jié)構(gòu)設(shè)計 大 連 大 學(xué) 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 )開題報告 論 文 題 目： 輪式 起重機(jī)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名： 樂皓宇 指導(dǎo)教師（職稱）： 李吉 （教授） 2018 年 1 月 12 日 填 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1.論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域； 2.論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）； 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃。 四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通 過分析、研究、綜合 ，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相 關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1.開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2.開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論 文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5.開題報告的內(nèi)容，要求打印 并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?1 一、選題依據(jù) 1、研究領(lǐng)域 工程機(jī)械領(lǐng)域 、 CAD。 2、論文 研究 的理論意義和應(yīng)用價值 起重機(jī) 是用來對物料進(jìn)行起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝作業(yè)的機(jī)械， 完成靠人力無 法完成的物料搬運(yùn)動作，以減輕人們的體力勞動，提高生產(chǎn)效率，在工廠、車站、 礦山、港口、建筑工地、倉庫、水電站等多個領(lǐng)域的部門中得到了廣泛的應(yīng)用 。 近年來，隨著社會的發(fā)展，社會生活中對起重機(jī)的需求越來越大，所以起重機(jī) 的研發(fā)越來越緊迫，由于汽車式起 重機(jī)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(jī)發(fā)展很快。 輪式 起重機(jī)的 應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在如下幾方面 ： （ 1）裝卸貨物效率比較高。因為定位能力較好，貨物裝卸位置來回調(diào)整的時間 減少，工作效率得到提高。 （ 2）操作簡便快捷。準(zhǔn)備工作步驟簡單和時間較短，貨物裝卸簡便快捷。 （ 3）節(jié)省作業(yè)成本。適合裝卸體積較大的貨物，人力和物力成本得到節(jié)約。 起重機(jī)上的傳動機(jī)構(gòu)能完成復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動，減輕體力勞動，提高生產(chǎn)效率， 主要依賴液壓缸與各種傳動機(jī)構(gòu)密切配合，液壓缸在起重機(jī)主機(jī)中產(chǎn)值占比 3%- 7%，在液壓元件總產(chǎn)值中 約占 20%。起重機(jī)的液壓缸種類很多，而工況不盡相同， 特別是大噸位起重機(jī)液壓缸的種類更豐富。 圖 1 輪式 起重機(jī)上液壓缸的分布 單級液壓缸在 輪式 起重機(jī) 上的應(yīng)用比較多，如變幅機(jī)構(gòu)、支撐腿等，這類液壓 缸的 強(qiáng)度決定了最大起重量時整機(jī)起重性能，其自重直接影響整機(jī)傾覆穩(wěn)定性 。 因 而 單級液壓缸的 結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣，將直接影響整機(jī)的性能，如整機(jī)重量、整機(jī)重心 高度和整機(jī)穩(wěn)定性等。 本次 設(shè)計綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的能力，進(jìn)一步鞏固和加深 對所學(xué)的知識，提高解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力 。培養(yǎng)自身 的設(shè) 計計算、工 程繪圖、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計算機(jī)應(yīng)用、 文字表達(dá)等基本工作實踐能力。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 國外 輪式 起重機(jī)已形成了多方位多體系的產(chǎn)品構(gòu)成，實現(xiàn)了產(chǎn)品品種系列化、 功能多元化和機(jī)電液一體化，廣泛用于一般起重吊裝與高空作業(yè)、設(shè)備檢測及維修 等行業(yè)。 瑞典是世界上生產(chǎn)制造 輪式 起重機(jī)比較早的國家， HIAB（希亞伯）公司生產(chǎn) 的一般用途折臂式產(chǎn)品的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸較小。日本主要的生產(chǎn)制造公 司有古河 UNIC、多田野、加藤等，各種類型的直臂式和折臂式產(chǎn)品都進(jìn)行生，而 主要是直臂式產(chǎn)品。 我國 輪式 起重機(jī)的生產(chǎn)起步較晚， 70年代末，全國生產(chǎn)的 輪式 起重機(jī)產(chǎn)品品 種還非常單一，生產(chǎn)規(guī)模也很??；到 80年代， 輪式 起重機(jī)產(chǎn)品的品種及產(chǎn)量逐步呈 增長趨勢 。 目前，全國具備一定生產(chǎn)規(guī)模的 輪式 起重機(jī)廠家約有 10 多家，國有企業(yè) 主要有中聯(lián)重型機(jī)械科技有限公司、徐州 輪式 起重機(jī)公司、石家莊煤礦機(jī)械廠、山 西長治清華機(jī)械廠等，民營企業(yè)主要有由湖南專用汽車制造廠改制后分立成的湖北 程力汽車公司起重機(jī)公司、江西江環(huán)汽車有限公司及湖南飛濤專用汽車公司等。 在起重機(jī)液壓缸設(shè)計與制造理論的基礎(chǔ)上，深入地分析影響液壓缸可靠性的因 素，構(gòu)建一個 比較有效的可靠性綜合評價模型對大噸位起重機(jī)液壓缸可靠性進(jìn)行綜 合評價，為液壓缸可靠性評價提供一個分析工具，進(jìn)而找出影響其可靠性的關(guān)鍵因 子，有針對性地提出相應(yīng)的對策和措施。 液壓缸可靠性影響因素包括設(shè)計、原材料、熱處理、加工制造、裝配、試驗、 使用等。由于影響因素多，所以控制環(huán)節(jié)較多，失控風(fēng)險大，特別是大噸位起重機(jī) 液壓缸因其缸徑桿徑大、行程長，在結(jié)構(gòu)形式、材料、密封件的選型上受到限制， 可靠性更加難以控制。液壓缸制作出來，需要解決筒體及桿體原材料問題、筒體內(nèi) 孔和桿體外圓加工問題、熱處理問題、密封件選型問題、試驗測試 問題等。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.本論文 重點(diǎn)解決的問題； （ 1）分析 輪式 起重機(jī)液壓系統(tǒng)的組成原理，各液壓缸的分布區(qū)位置及工作原理，重 點(diǎn)分析單級液壓缸的使用與功能。 （ 2）設(shè)計起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的上單級液壓缸、垂直支撐腿的單級液壓缸，包含了液壓 缸筒、活塞、活塞桿等部件的設(shè)計。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）； 1.）收集 輪式 起重機(jī)相關(guān)的文獻(xiàn)資料，掌握其液壓系統(tǒng)工作原理，各液壓缸的 分布位置及功能。 2）分析 起重機(jī)的 變幅機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理，設(shè)計變幅機(jī)構(gòu)上的單級液壓缸 ； 3） 分析起重機(jī)的支腿機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理，設(shè)計支腿機(jī)構(gòu)上的單級液壓缸； 4）完成上述單級 液壓缸筒、活塞、活塞桿等部件計算，材料選擇，導(dǎo)向、密封 形式，液壓缸的安裝等。 5） 計算選擇合適的 液壓 閥 、油管 等液壓元件； 6） 繪制裝配圖及主要零件圖，編寫設(shè)計說明書。 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。 1）完成單級液壓缸的裝配圖、各零件圖（ CAD繪制）； 2）完成設(shè)計說明書一份； 3）外文資料翻譯； 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 本課題針對某汽車起重機(jī) 上的單級液壓缸的 結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)單級液壓缸所在位 置及功能 要求 ，確定液壓系統(tǒng) 傳動方案，進(jìn)而采用傳統(tǒng)的 理論力學(xué)計算方法和現(xiàn)代 計算機(jī)輔助設(shè)計 方法對 液壓缸 進(jìn)行設(shè)計和分析。 起重機(jī)主要的參數(shù)： 最大起重量： 60T； 起升高度為基本臂作業(yè) 10.2米，最長主臂作業(yè) 38米 ； 起重機(jī)的幅度 R=3m； 基本臂起重力矩為 150 tm，最長主臂的起重力矩為 85 tm； 2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃 ： 第 1-4 周 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求，收集參考文獻(xiàn) 資料，撰寫開題報 告； 學(xué)習(xí) 畢業(yè)設(shè)計中 所用軟件 等； 第 5-6 周 分析 輪式 起重的液壓系統(tǒng)組成及各部分的 功能，確定起重機(jī)液 壓缸的分布布置，液壓缸的類型等； 第 7-10周 針對起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)、支腿機(jī)構(gòu)用的單級液壓缸進(jìn)行詳細(xì)計算，確定液壓回路，關(guān)鍵液壓元器件選型等； 第 11-12周 完成 單級液壓的結(jié)構(gòu)設(shè)計，包含 液壓缸筒、活塞、活塞桿等部件計算，材料選擇，導(dǎo)向套、密封形式，液壓缸的安裝等。 第 12-13周 繪制液壓缸的裝配圖，各零部件的圖紙； 第 14-15周 撰寫設(shè)計說明書 ，翻譯外文文獻(xiàn)； 第 16周 進(jìn)一步完整設(shè)計資料，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯 PPT； 四 、 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A Monte Carlo simulation approach to the availability assessment of multi state systems operational dependenciesJ Reliability Engineering and System Safety 2007:82-92. 附文獻(xiàn)綜述 : 文獻(xiàn)綜述 1 起重機(jī) 的 應(yīng)用 現(xiàn)狀 起重機(jī)是用來對物料進(jìn)行起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝作業(yè)的機(jī)械，完成靠人力無 法完成的物料搬運(yùn)動作，以減輕人們的體力勞動，提高生產(chǎn)效率，在工廠、車站、 礦山、港口、建筑工地、倉庫、水電站等多個領(lǐng)域的部門中得到了廣泛的應(yīng)用。 起重機(jī)上的傳動機(jī)構(gòu)能完成復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動，減輕體力勞動，提高生產(chǎn)效率，主 要依賴液壓缸與各種傳動機(jī)構(gòu)密切配合，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，液壓缸在起重機(jī)主機(jī)中 產(chǎn)值占比 3%-7%，在液壓元件總產(chǎn)值中約占 20%1。起重機(jī)式一種循環(huán)的，間 歇運(yùn) 動的，短程搬運(yùn)物料的機(jī)械，一個工作循環(huán)，一般包括上料，運(yùn)送，卸料及回到原 位的過程，即取物裝置從取物地點(diǎn)，由起升機(jī)構(gòu)吧物料提起，由運(yùn)行回轉(zhuǎn)或變幅機(jī) 構(gòu)把物料移位，然后物料在指定的地點(diǎn)下放，接著進(jìn)行相反的動作，使取物裝置回 到原位，以便進(jìn)行下一步的工作循環(huán)，在兩個工作循環(huán)之間一般由短暫的停歇。起 重機(jī)工作時，各機(jī)構(gòu)經(jīng)常是處于啟動，制動，正向，反向，等相互交替的運(yùn)動狀態(tài) 之中。因此，用戶在選購起重機(jī)對比性能優(yōu)劣時，將液壓缸的可靠性作為首先考慮 的一個典型指標(biāo) 2。 2 液壓 傳動技術(shù)及液壓缸的應(yīng)用與發(fā)展 液壓缸是起重 機(jī)關(guān)鍵執(zhí)行元件，也是其液壓系統(tǒng)的重要元件，其能將液壓能轉(zhuǎn)化 機(jī)械能；液壓缸可靠性直接決定了起重機(jī)使用可靠性。 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)單元包括 缸底、缸筒、活塞、活塞桿、桿頭及各種密封件等。各結(jié)構(gòu)單元本身的結(jié)構(gòu)形式多 種多樣 ， 同一結(jié)構(gòu)形式的零件又有多型號的系列尺寸 ， 而且各結(jié)構(gòu)單元之間的聯(lián)接 方式又有多種類型 ， 是一種典型的樹狀結(jié)構(gòu)。 因此，可以說液壓元件及液壓系統(tǒng)的 可靠性將直接關(guān)系起重機(jī)的工作可靠性。液壓缸是液壓元件重要組成成員，液壓缸 可靠性問題受到越來越多的重視。 西安科技大學(xué)的曹春玲教授 7在液壓缸在 參數(shù)化設(shè)計 方面進(jìn)行了深 入研究，參 數(shù)化設(shè)計 也叫尺寸驅(qū)動 設(shè)計， 是指設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)外形大體一致 ，可 用一組參數(shù)來 約定其尺寸關(guān)系。參數(shù)化設(shè)計是技術(shù)在實際設(shè)計應(yīng)用中被提出來并得到發(fā)展的、有 著強(qiáng)大實用價值的技術(shù)。 參數(shù)化設(shè)計是技術(shù)在實際應(yīng)用中 不僅可使系統(tǒng)具有交互式 繪圖功能 ， 還具有自動繪圖的功能。利用參數(shù)化設(shè)計手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng) ， 將設(shè)計采用的知識和經(jīng)驗積累， 使設(shè)計人員在設(shè)計中減少因個人知識的局限性而造 成的錯誤 ， 減少重復(fù)性勞動操作 ， 減少信息的存儲量 ， 并大大提高設(shè)計速度 。 參數(shù)化設(shè)計是新一代智能化、集成化系統(tǒng)的核心技術(shù)之一 。清華大學(xué)的機(jī)械工 程學(xué)院 8在液壓系統(tǒng)的 集成化 設(shè)計進(jìn)行了系統(tǒng)研究，將液壓元件集成化。涉及 虛擬 產(chǎn)品的集成建模技術(shù)、虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的集成化、虛擬產(chǎn)品設(shè)計、測試和制造的 集成化等。 另外， 將人的知識和智能融入到虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中 ， 使新產(chǎn)品開發(fā)過 程實現(xiàn)自動化 ， 將智能化的知識和數(shù)字產(chǎn)品結(jié)合起來 ， 使其具有自律、分布、智能、 仿生和分形等特點(diǎn)。 液壓缸是液壓系統(tǒng)中最重要的執(zhí)行元件。液壓傳動的主要優(yōu)點(diǎn)是：體積小、重量 輕、能容量大；調(diào)速范圍大，可方便地實現(xiàn)無級調(diào)速；可方便靈活地布置傳動裝置； 與微電子技術(shù)結(jié)合，易于實現(xiàn)自動控制；可實現(xiàn)過載保護(hù)。 現(xiàn)在的液壓技術(shù)正在朝著以下幾個方面進(jìn)行飛速的發(fā)展： （ 1）節(jié)能。因為當(dāng)前能源的不斷緊缺，很多國家都把節(jié)能看作液壓技術(shù)不斷發(fā) 展的重要問題。上個世紀(jì)，一些科技發(fā)達(dá)的國家研制出了一些節(jié)能液壓元件，例如 負(fù)載敏感泵和具有低功率的電磁鐵等，為節(jié)能做出了一定的貢獻(xiàn)。 （ 2）液壓技術(shù)與微電子和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合。計算機(jī)控制和集成傳感器技術(shù)的 不斷普及，創(chuàng)造了充分的條件使液壓和電子技術(shù)的相互結(jié)合。微電子和計算機(jī)技術(shù) 的不斷發(fā)展過程中，各類數(shù)字泵和數(shù)字閥隨之出現(xiàn)，而且還出現(xiàn)了一種具有反饋的 閉環(huán)液壓裝置，其將單片機(jī)直接安裝在了液 壓系統(tǒng)中。 （ 3）將液壓系統(tǒng)的可靠性不斷的進(jìn)行提高。在液壓系統(tǒng)研發(fā)中更多的使用有限 元分析方法、進(jìn)行可靠性試驗以及不斷的發(fā)展新工藝技術(shù)等，大大的提高了液壓元 件的使用壽命。近些年來液壓技術(shù)也廣泛使用在航天航空等重要先進(jìn)領(lǐng)域，在使用 中對這種技術(shù)的研究得到了加強(qiáng)，并且在一定程度上獲得重要成果，從而對提高液 壓系統(tǒng)的可靠性起到了一定的促進(jìn)作用。 （ 4）液壓元件的高度集成化。使用疊加閥塊、集成塊和插裝閥塊，將各類控制 閥高度集成在液壓泵和其它各個執(zhí)行元件上，從而形成一個組合形式的液壓元件。 還有將單片機(jī)芯片等電子元件高度 集成在液壓系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)中，從而在一定程度 上完成了高度集成化的機(jī)電液一體化。 3 液壓缸分類及設(shè)計要求 液壓缸的結(jié)構(gòu)型式有活塞缸、柱塞缸、擺動缸三大類，活塞缸和柱塞缸實現(xiàn)往復(fù) 直線運(yùn)動，輸出速度和推力，擺動缸實現(xiàn)往復(fù)擺動，輸出角速度（轉(zhuǎn)速）和轉(zhuǎn)矩。 液壓缸除了單個地使用 外 ， 還可以兩個或多個地組合起來或和其他機(jī)構(gòu)組合起來使 用。 起重機(jī)的液壓缸種類很多，而工況不盡相同，特別是大噸位起重機(jī)液壓缸的種 類更豐富。對于起重機(jī)來說，多個機(jī)構(gòu)的動作依賴于作為執(zhí)行元件的液壓缸。用來 衡量液壓缸產(chǎn)品性能指標(biāo)有可靠性、安全性、緩沖 性能、清潔環(huán)保、作業(yè)噪聲、智 能化程度、經(jīng)濟(jì)性、制造水平、節(jié)能性等，而可靠性是液壓缸最主要的質(zhì)量性能指 標(biāo) 3。 Kenobi T 等 12設(shè)計發(fā)了液壓 缸 疲勞試驗裝置，可對推力為 30、 50、 150KN 等 在 10KHZ 件下進(jìn)行疲勞試驗。 Durga Rao K,等 13移動式液壓 缸的 耐用性和續(xù)航能力，對其聚四氟乙稀密封件 的密封性能、耐高壓性能、螺紋連接和支撐結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行了測試。 LI Yang 等 14以 35 的環(huán)境溫度條件和 250mm/s 的運(yùn)行速度為加速應(yīng)力，對液 壓虹進(jìn)行了加速壽命試驗，并將測試結(jié)果作為該 液壓社可靠性的指標(biāo)。 液壓缸可靠性影響因素包括設(shè)計、原材料、熱處理、加工制造、裝配、試驗、 使用等。由于影響因素多，所以控制環(huán)節(jié)較多，失控風(fēng)險大，特別是大噸位起重機(jī) 液壓缸因其缸徑桿徑大、行程長，在結(jié)構(gòu)形式、材料、密封件的選型上受到限制， 可靠性更加難以控制 。 4 建議與展望 （ 1）深入 對起重機(jī)液壓缸基礎(chǔ)理論及可靠性因素進(jìn)行分析。闡述起重機(jī)液壓缸 的應(yīng)用與發(fā)展趨勢、工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)及工作原理等基礎(chǔ)上，對大噸位起重機(jī)液壓缸 可靠性因素進(jìn)行深入分析，重點(diǎn)從設(shè)計可靠性因素、制造可靠性因素、使用可靠性 因素三方面進(jìn)行展開論述 ，并對液壓缸的設(shè)計與計算、密封、制造工藝、加工工藝 及質(zhì)量過程控制、常見故障形式及排除等影響液壓缸可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和因素進(jìn)行 深入分析。 （ 2）在 起重機(jī)液壓缸可靠性因素分析和可靠性評價指標(biāo)構(gòu)建原則的基礎(chǔ)上，構(gòu) 建一套大噸位起重機(jī)液壓缸可靠性評價指標(biāo)體系，提出了液壓缸可靠性評價準(zhǔn)則； 液壓缸可靠性影響因素包括設(shè)計、原材料、熱處理、加工制造、裝配、試驗、使用 等。 同時，構(gòu)建了大噸位起重機(jī)液壓缸可靠性評價模型，在該模型中，運(yùn)用層次分 析法確定各個評價指標(biāo)的權(quán)重，采用模糊評價模型來進(jìn)行大噸位起重機(jī)液壓缸可靠 性綜合評價。 審 核 意 見 指導(dǎo)老師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述封方面 進(jìn)行評閱） 簽字 日期 教研室主任意見 簽字 日期 學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見 簽字 日期 公章：機(jī)械工程學(xué)院