汽车起重机液压系统

一 典型工况的确定

汽车起重机典型工况表

序号 基本臂； 1 额定起重量的80％； 相应的工作幅度； 工 况 一次循环内容 吊重起升－回转－下降－起升－回转－下降 （中间制动一次） 特 点 起重吨位大，动作单一，很少与回转等机构组合动作 基本臂； 2 额定起重量的80％； 相应的工作幅度； （主+副）卷扬起升－回转－（主＋副） 卷扬下降－（主＋副）卷扬起升－回转 －（主＋副）卷扬下降 （中间制动一次） 中长臂； 3 中长臂最大额定起重量的1/2； 相应的工作幅度； 中长臂； 4 中长臂最大额定起重量的1/2； 相应的工作幅度； （起升＋回转）－变幅－下降－起重机在额定主、副卷扬组合动作主要用于平吊安装或空中翻转 （起升＋回转）－下起重量的（50～降 （中间制动一次） （主+副）卷扬起升－回转－变幅－（主＋副）卷扬下降－（主＋副）卷扬起升 －回转－（主＋副）卷扬下降 （中间制动一次） 60）％的作业工况最多 中长臂，中等起重量工况出现机率大，此时的台装作业或空中翻转作业也很常用 很多工况并不是 最长臂； 最长臂最大额定起重量的5 1/2； 相应的工作幅度； （主＋副）卷扬起升－回转－变幅－（主+副）卷扬下降－（主＋利用汽车起重机起副）卷扬 下降 （中间制动一次） 吊吨位大的特点，而是利用它臂长特点进行高空作业 二 系统要求

根据汽车起重机的典型工作状况对系统的要求主要反映在对以下几个液压回路的要求上。

1. 起升回路

（1）主、副卷扬既能单动，又能同时动作，要求自动分流合流并将保证低压合流高压自动分流。

（2）副卷扬只要求单泵供油。

（3）要求卷扬机构微动性好，起、制动平稳，重物停在空中任意位置能可靠制动，即二次下滑问题，以及二次下降时的重物或空钩下滑问题，即二次下降问题。 2. 回转回路

（1）具有独立工作能力。

（2）回转制动应兼有常闭制动和常开制动（可以自由滑转对中），两种情况。 3. 变幅回路

（1）带平衡阀并设有二次液控单向阀锁住保护装置。

（2）要求起落臂平稳，微动性好，变幅在任意允许幅值位置能可靠锁死。 （3）要求在有载荷情况下能微动。

（4）平衡阀应备有下腔压力传感器接口，作为力矩限制器检测星号源。

4. 伸缩回路

本机伸缩机构采用四节臂（含有三个液压缸），由于本机为中型起重机为了使本机运用广泛，采用电液阀控制液压缸实现各节臂顺序伸缩。各节臂具有任意伸缩的选择性，但不能实现同部伸缩。 5. 控制回路

（1）为了使操纵方便总体要求操纵手柄限制为两个。

（2）操纵元件必须具有45°方向操纵两个机构联动能力。 6. 支腿回路

（1）要求垂直支腿不泄漏，具有很强的自锁能力（不软腿）。

（2）要求各支腿可以进行单独调整。

（3）要求水平支腿伸出距离足够大，能够满足最大吊重而不至于整机倾翻。 （4）要求垂直支腿能够承载最大起重时的压力。 （5）起重机行走时不产生掉腿现象。 三 各种执行元件的选择

1、动力元件 轴向柱塞双向变量泵（含辅助泵）、 轴向柱塞定量泵 2、执行元件 起升马达、 回转马达、 变幅油缸、 伸缩臂油缸 3、控制元件 功率限制阀、 压力记忆阀、 电磁阀、电液比例方向阀、 先导比例阀 、主副卷扬合流阀、变幅伸缩多路阀、 回转中位浮动阀、平衡阀、单向阀、手动比例电压控制阀

4、辅助装置 油箱、 滤油器、 各种管道及接头

四 液压系统设计计算

4.1 液压系统工作参数和各机构主要参数 4.1.1 工作机构主要参数 1. 起升机构 主卷扬：

单绳最大速度(空载) 110 m/min 单绳最大拉力(满载) 36 KN 卷筒直径 500mm 钢丝绳直径 21mm 钢丝绳层数 4 减速器速比 36.5 副卷扬：

单绳最大速度(空载) 50 m/min 单绳最大拉力(满载) 28 KN

卷筒直径 340mm 钢丝绳直径 17mm 钢丝绳层数 3 减速器速比 51.4 2. 回转机构

回转速度 1.5 r/min 回转阻力矩 104 K.Nm 减速器速比 1423.08 3. 变幅机构

最大行程 2842mm 变幅油缸最大轴向阻力 1320 KN 变幅时间 60 Sec

4. 伸缩机构

伸缩臂有五节，四节为伸缩臂，采用两套油缸和钢丝绳进行驱动。

第一级缸

行程 8000mm 油缸最大轴向阻力 1190 KN 速比 2.5 第二级缸

行程 8000mm 油缸最大轴向阻力 700 KN 速比 2.5 伸出时间 162 Sec 第三级缸

行程 8000mm 速比 2.5 油缸最大轴向阻力 450 KN 5. 支腿机构

垂直支腿：

吊重时支腿油缸最大反力 700 KN.m

行程 335mm 速比 2.78 水平支腿：

水平支腿伸出最大反力 180 KN.m 行程 1915mm 速比 2.04 4.1.2 液压系统参数

1. 液压系统型式

采用多泵多回路高压变量液压系统，其中主、副卷扬和回转为独立回路，主卷扬单动自动合流，伸缩、

变幅和支腿为单泵集中驱动回路，控制系统采用液压先导操作。 2. 液压系统参数

主卷扬:

工作压力 30.5 Mpa

补油压力 2.5Mpa; 流量 240 L/min 液压泵转速 2760 rpm 副卷扬:

工作压力 30.5 Mpa 补油压力 2.5Mpa; 流量 100 L/min 液压泵转速 2300 rpm 回转:

工作压力 26.5 Mpa 补油压力 2.5Mpa; 流量 82 L/min 液压泵转速 2760 rpm 变幅、伸缩和支腿:

工作压力 28 Mpa 补油压力 2.5Mpa; 流量 242 L/min 液压泵转速 2300 rpm 4.2 液压元件选择计算

4.2.1 液压马达和液压泵的选择计算

为了实现本机的功能和性能要求。本机主、副卷扬回路，回转回路采用的液压泵皆是双向电液比例排量泵。这种泵主要由一个主泵和一个副泵以及其他液压元件组成。 4.2.1.1 副卷扬回路 1. 副卷扬马达的选择 (1) 副起升卷筒扭矩

M?F2?Dj22njj2

式中: F2—副卷扬单纯最大拉力，F2=28KN;

Dj2—钢丝绳卷绕时的卷筒直径

Dj2?D0?(2n?1)dj2?340?(2?3?1)?17?425mm?0.425m

dj2——钢丝绳直径，dj2 ＝17mm

ηj—卷筒机械效率,由Dj2/ dj2= 25查《起重机设计手册》P91表8-7得

ηj =0.987

Mj2?28?0.4252?0.987?6.03KN.m

(2) 副卷扬马达的扭矩

MM2?Mj2i2.?2

式中: i2—副卷扬减速器速比, i2=51.4

η2—马达至减速器输出端机械效率, η2=0.93;

MM2?6.0351.4?0.93?0.1261KN.m?126.1N.m

(3) 副卷扬马达排量

qM2?2?MM2?PM2?M2

式中: ΔPM2—马达最大工作压差

?PM2?P进?P回?30.5?2.5?28MPa

η

M2m

—马达机械效率, η

qM2?M2m

=0.95(以下同);

?29.77L/min

2??126.128?0.95(4) 副卷扬马达的型号

查《曼勒斯曼公司液压元件手册》P295 表，选取德国曼勒斯曼公司(以下同)生产的定量

轴向柱塞马达A2FM32,其性能参数为:

排量

32.0 cm/r; 40 Mpa; 45 Mpa; 4750r/min;

流量3.1 l/min,压力 2.5Mpa。

3

额定压力 最大压力 允许转速 冲洗阀

2. 副卷扬泵的选择 (1) 副起升卷筒的转速

nj2?V2?.Dj2

式中: V2—副卷扬单绳最大速度 V2=50m/min nj2?50??0.425?37.47r/min

(2) 副卷扬马达转速

nM2?i2?nj2?51.4?37.47?1926r/min

(3) 副卷扬马达输入流量

QM2?qM2nM2?0.032?19260.95M2V

?M2V?64.88L/min

式中: η

M2V

—副卷扬马达容积效率, η =0.95

(4) 副卷扬泵输出流量

不计管路泄露

QB2?QM2?64.88L/min

(5) 副卷扬泵的排量 qB2?QB2nB2.?B2V?64.88?10002300?0.95?29.69cm/r

3

式中: nB2—副卷扬泵工作转速 2300r/min

η

B2V

—油泵容积效率，η

B2V

＝0.95

(6) 副卷扬泵的型号

查《曼勒斯曼公司液压元件手册》P161 表，选取轴向柱塞双响液控变量泵A4V56EL1.0，

控制方式为EL即先导电液比例控制双向变量和压力切断，带有一辅助泵和双向缓冲补油阀。

性能参数为： 最大排量 额定压力 最大压力 允许转速

4.2.1.2 主卷扬回路 1. 主卷扬马达的选择 (1) 主卷扬卷筒力矩

M?F1Dji2?i

56cm3/r 40 Mpa 45 Mpa 3400r/min

先导压力变化范围 0.6～1.8Mpa

j1

式中：F1—主卷扬单绳最大拉力 F1=36KN;

Dj1—钢绳4层卷绕时的卷筒直径

Dj1?D0?(2n?1)dji?500?(2?4?1)?21?647mm?0.647m

dj1——钢丝绳直径，dj1＝21mm

ηj—卷筒机械效率,由Dj1/ dj1=31查《起重机设计手册》P91表8-7得

ηj =0.99

Mj1?36?0.6472?0.99?11.76KN.m

(2) 主卷扬马达扭矩

MM1?Mj1i1?1?11.7636.5?0.93?0.346KN.m?346N.m

式中：i1—主卷扬减速器速比，i1=36.5

η1—马达至减速器输出端机械效率，η1=0.93

(3) 主卷扬马达排量

qM1?2?MM1?PM1?M1m?2??34628?0.95?433?0.817?10m/r?81.7cm/r

式中：ΔPM1马达进出口最大压差，

?PM1?P进?P回?30.5?2.5?28MPa

η

M1m

主卷扬马达机械效率，η

M1m

=0.95

(4) 主卷扬马达型号

选取定量轴向柱塞马达A2FM107。 马达性能参数为：

排量 106.7cm3/r 额定压力 最大压力 允许转速 冲洗阀

40 Mpa 45 Mpa 3000 r/min

流量 5.8 l/min,压力 2.5 Mpa

2. 主卷扬泵的选择 （1）主卷扬卷筒的转速

nj1?V1?110?54.15r/min

?.Dj1??0.647式中：V1—主卷扬单纯最大速度，V1=110m/min （2）主卷扬马达转速

nM1?i1?nj1?36.5?54.15?1976.5r/min

（3）主卷扬马达流量 QM1?式中：η

M1V

qM1nM1?M1V?106.7?10?3?1976.50.95M1V

?222.0L/min

—主卷扬马达容积效率，η=0.95;

（4）主卷扬泵输出流量

此时为主副卷扬泵联合供油，不计管路泄露，则总流量为QM1?QB1?QB2

QB1?QM1?QB2

式中：QB2—副卷扬泵流量，

QB2?qB2?nB2??B2V?29.69?2300?0.95?64.9L/min QB1?222.0?64.9?157.1L/min

（5）主卷扬泵排量 qB1?QB1nB1?B1V?157.1?10?32760?0.95?59.9cm/r

3式中：nB1—主卷扬泵工作转速，nB1=2760rpm

η

B1V

—主卷扬泵容积效率，η

B1V

=0.95

（6）主卷扬泵的型号

查《曼勒斯曼公司液压元件手册》P161 表，选取轴向柱塞双向液控变量泵A4V71EL2.0，

控制方式为EL即先导电液比例控制双向变量和压力切断，带有一辅助泵和双向缓冲补油阀。

性能参数为：

最大排量 额定压力 最大压力 允许转速

71cm/r 40Mpa 45Mpa 3200r/min 0.6～1.8 Mpa

3

先导压力变化范围

4.2.1.3 回转回路 1. 回转马达的选择 （1）回转马达阻力矩

MM3?MHmaxi???1041423.08?0.9?0.0812KN?m?81.2Nm

式中：MHmax—回转总阻力矩，MHmax=104KN.m;

i—回转减速器速比， i=1423.08; η—回转机械传动效率，η =0.90

（2）回转马达的排量

qM3?2?MM3?PM3?M3m?2??81.224?10?0.956?0.224?10m/r?22.4cm/r

?43式中：ΔPM3—回转马达工作压差，

?PM3?P进?P回?26.5?2.5?24MPa

η

M3m

—回转马达机械效率，η

M3m

=0.95

（3）回转马达的型号

查《曼勒斯曼公司液压元件手册》P295 表，选取定量轴向柱塞马达A2FM28

马达性能参数为：

排量

28cm3/r 40 Mpa 45 Mpa

额定压力 最大压力

允许转速 冲洗阀

4750r/min

流量2.5L/min，压力2.5 Mpa

2. 回转油泵的选择 （1）马达最大转速

nM3?i?nH?1423.08?1.5?2135r/min

式中：nH—回转速度，nH=0～1.5r/min,取nHmax=1.5r/min （2）回转马达流量

QM3?qM3?nM3?28?10?3?2135?M3V0.95M3V

?62.93r/min

式中：η

M3V

—回转马达容积效率，η=0.95

（3）回转油泵的输出流量

不计管路泄露

QB3?QM3?62.93L/min

（4）回转油泵排量

qM3?QB3nB3??B3V?62.93?10?32760?0.95?2.4?10m/r?24m/r

?53式中：nB3—回转油泵工作转速，nB3=2760r/min;

η

B3V

—回转油泵容积效率，η

B3V

=0.95

（5）回转油泵的型号

查《曼勒斯曼公司液压元件手册》P161 表，选取轴向柱塞双向液控变量泵A4V40EL1.0，

控制方式为EL即先导电液比例控制双向变量，带有一辅助泵和双向缓冲补油阀。

性能参数如下：

排量

40cm3/r 40 Mpa 45Mpa 3700r/min

流量2.5L/min，压力2.5 Mpa

额定压力 最大压力 允许转速 冲洗阀

4.2.1.4 变幅伸缩回路 1. 变幅油缸的选择 （1）无杆腔油压作用面积

A?F12P?1320?10362?28?10?0.02357m

2式中：F1—变幅油缸最大轴向阻力，F1=1320KN;

P—变幅油缸最大工作压力， P=28Mpa;

（2）无杆腔缸径

D?2F1P??2?1320?1028?3?0.1733m?173.3mm

查《袖珍液压气动手册》P259表9-7得：D=200mm;A=314.16 cm2，无杆腔油压作用面积； d=140mm，活塞杆径；A0=160.22 cm2为有杆腔油压作用面积； 2、变幅油路

（1）变幅油缸平均伸缩速度

V1?St1?2842?1060?3?0.0474m/s?2.84m/min

式中：S—变幅油缸工作行程，S=2842mm；

t1—升臂变幅时间，t1=60sec

（2）变幅油缸平均输入流量

Q'P1?V1?A?V?2.84?314.16?101?4?0.0892m/min?89.2L/min

3式中： ηV—油缸容积效率，ηV=1则双缸流量为

QP1?2QP1?2?89.2?178.4L/min

'（3）油泵输出流量

QB1?QP1?178.40.95LV

?LV?187.8L/min

式中：η

LV

—管路容积效率，η=0.95

3. 伸缩油缸的选择 （1）无杆腔油压作用面积

A??F?PF??PF???P?1190?1028?1063?0.0425m

2A????700?1028?1063?0.0250m

2A?????450?1028?1063?0.0161m

2式中：FⅠ、FⅡ、FⅢ—第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级油缸的最大轴向反力 ， FⅠ=1190KN，FⅡ=700KN，FⅢ=450KN；

P—各级液压缸的工作压力，均选P=28Mpa;

（2）无杆腔缸径

D??4F??4?1190?103?P4F????28?106?0.2327m?232.7mm

D????P4F????4?700?103??28?106?0.1785m?178.5mm

D?????P?4?450?103??28?106?0.1431m?143.1mm

4. 伸缩油路

（1）伸缩缸平均伸出速度

V?'S1?S2?S3t1?(8000?8000?8000)?10162?3?0.148m/s?8.88m/min

式中：S1，S2 ，S3—Ⅰ缸，Ⅱ缸，Ⅲ缸工作行程，S1=S2= S3 =8000mm；

t1—全程伸出时间，t1=162s

（2）伸缩缸平均输入流量

Ⅰ缸输入流量

Q??VA?'?V?8.88?425.0?10?4?0.3774m/min?377.4L/min

3Ⅱ缸输入流量

Q???VA??'?V?8.88?250.0?10?4?0.222m/min?222.0L/min3

Ⅲ缸输入流量

Q????VA???'?V?8.88?161.0?10?4?0.1430m/min?143.0L/min

3式中：ηV—油缸容积效率，ηV=1

平均输入流量：

QP1?'Q??Q???Q???3?377.4?222.0?143.03?247.5L/min

（3）液压泵输出流量

Q'B1?QP1'?LV?247.50.95?260.5L/min

（4）满足变幅伸缩时油泵的输出流量

QB?max(QB1,QB1)?260.5L/min

'（5）液压泵的排量

qB4?QBnB4??B1V?260.5?1032300?0.95?119.2cm/r

3式中：nB4—油泵工作转速，nB4 = 2300 r/min；

η

B1V

—油泵容积效率，η

B1V

= 0.95

（6）液压泵的型号

查《曼勒斯曼公司液压元件手册》P137 表，选用轴向柱塞变量泵A2FO125，控制方式为

LRDS即恒功率控制，压力切断和负载感应控制。 性能参数如下： 最大排量 125.0 cm3

/r 额定压力

40Mpa 最大排量时的转速

45 Mpa

泵出口和负载的压力差

1.4～2.5 Mpa

此泵的性能已满足支腿回路需求了，本机支腿回路也采用此泵。 4.2.1.5 支腿回路 1、垂直支腿油缸的选择 （1）无杆腔油压作用面积

3A1700?101?FP?28?106?0.025m2

式中：F1—吊重时支腿油缸最大轴向阻力，F1=700KN;

P—吊重时支腿油缸最大工作压力， P=28Mpa;

（2）无杆腔缸径

3D4F11??P?4?700?1028?106???0.1785m?178.5mm

2、水平支腿油缸的选择 （1）无杆腔油压作用面积

3AF222?P?180?1028?106?0.0064m

式中：F2—伸出时支腿油缸最大轴向阻力，F2=180KN;

P—伸出时支腿油缸最大工作压力， P=28Mpa;

（2）无杆腔缸径

D4F2?1032??P?4?18028?106???0.0905m?90.5mm

4.2.2 液压阀的选择 1. 主副卷扬合流阀

该阀由主阀和先导电磁阀组成，主阀为三位二通液控阀，额定压力为32 Mpa，阀口最大流量56cm/r，电磁换向阀，额定压力31.5 Mpa，公称流量12L/min，该阀机能为三位六通常闭型。 2. 功率限制阀 闭式油路中应对回路的最大功率加以限制，使回路功率不超过规定值。主副卷扬泵的极限功率为40KW和30KW。选用LV061A0恒功率调节阀，主油路额定压力为40Mpa，最大先导压力为6 Mpa。 3. 压力值记忆阀

为了防止卷扬二次起升下降和下降启动时下滑，主副卷扬油路在起升管路上各装有压力值记忆阀，其型号为2324829。 4. 先导比例阀

用于控制主副卷扬泵，回转油泵的先导电液比例阀选取4TH6T型先导比例阀，最大输入压力5 Mpa，回油压力小于0.3 Mpa，先导流量16 L/min，负载压力损失为2.2 Mpa。该阀通过手动比例电压控制阀操纵，可控制两组执行元件独立动作并可实现手柄45°摆动时执行元件的复合动作。

用于控制变幅伸缩多路阀的动作的先导电液比例阀选CSDY6（射流式力反馈伺服阀），供油压力范围2.1～31.5Mpa，额定供油压力21Mpa，额定流量2～450L/min，该阀通过手动比例电压控制阀操纵，可实现手柄45°摆动时执行元件的复合动作。

5. 变幅伸缩多路阀

用一个二位六通转阀转换成变幅伸缩多路阀。制造参数要与泵4即A2FO160相适应。 6. 回转中位浮动阀

该阀由主阀和控制阀组成，主阀为插装式逻辑锥阀，额定压力为32 Mpa，A-A，B-B油道的额定流量为80 L/min，A-B，B-A油道额定流量40 L/min。控制阀为球式电磁换向阀24QDF6， 额定压力30.5 Mpa，公称流量12 L/min，阀机能为二位四通常闭型。 7. 平衡阀

变幅油路采用MHRB22F平衡阀，其性能参数如下：

额定压力

35 Mpa 42 Mpa 0.5～2.0 Mpa

3

最大闭锁压力 微调压力范围

伸缩油路选用FD25PA10/B00平衡阀。

4.2.3 液压辅助元件选择 4.2.3.1油路的通径 1. 油路的通径

油路的通径按多类油路的许用流速计算

压力管路 回油管路 吸油管路

V1 = 3～6 m/s，取V1 = 3 m/s V2 ≤ 3 m/s

V3 = 0.5～1.5 m/s，取V3 = 1 m/s

2. 卷扬油路

（1）主卷扬泵的工作油路

d1?4?QB1?10?3/(60??3)

式中：QB1—主副卷扬泵最大流量之和，QB1 =157.1 L/min

d1?4?157.1?10?3/(60??3)?0.0333m?33.3mm

查手册取d1 = 40mm

（2）主卷扬马达的工作管路

d2?4QM1/(?V)

式中：QM1—主副卷扬泵最大流量之和，

QM1?QB1?QB2?222.0L/min

d2?4?222.0?10?3/(60??3)?0.0396m?39.6mm

查《袖珍液压气动手册》P557表12-49取d2 = 40mm （3）副卷扬工作管路

d3?4QB2/(?V1) 式中：QB2—副卷扬泵流量，QB2=64.88L/min

d3?4?64.88?10?3/(60??3)?0.0214m?21.4mm

查《袖珍液压气动手册》P557表12-49取d3 = 25mm 3. 回转工作管路

d4?4QB3/(?V1) 式中：QB3—回转支撑最大流量，QB3=51.46L/min

d4?4?51.46?10?3/(60??3)?0.0191m?19.1mm

查《袖珍液压气动手册》P557 表12-49d4 = 20mm 4. 变幅、伸缩、支腿管路 （1）变幅缸小腔管路

d5?4QB4/(?V1) 式中：QB4—伸缩变幅泵最大流量，QB4 = 260.5L/min

d5?4?260.5?10?3/(60??3)?0.0429m?42.9mm

查《袖珍液压气动手册》P557表12-49取d5 = 50mm （2）伸缩缸管路

I、II、Ⅲ缸小腔油管

d6?d5?50mm

I、II、Ⅲ缸大腔油路

由于I、II、Ⅲ缩回时，油泵压力较大，泵排量较小，泵输出流量较小，故取

d7?d6?50mm

（3）支腿缸管路

水平支腿和垂直支腿均才用同样型号的油管

d7?d6?50mm

（3）变幅伸缩泵吸排油管路

排油管路

d7?d6?50mm

吸油管路

d10?4QB4/(?V3) 式中：QB4—伸缩变幅泵最大流量，QB4 = 260.5L/min

d10?4?260.5?10?3/(60??1)?0.0744m?74.4mm

取d10 = 80mm 4.2.3.2油箱选择 1、液压系统差流量

Q?QB1?QB2?QB3?QB?BV?567.31L/min

?157.1?64.88?51.46?265.50.952、油箱有效容积

V?(1~2)Q?(1~2)?567.31?567.31~1134.62L/min

查《袖珍液压气动手册》P526表12-36取V = 1250 L 4.2.3.3滤油器的选择 1、变幅伸缩支腿油路

回油路上采用上海高行液压件厂（以下同）生产的线隙式过滤器，查《液压袖珍气动手册》P499得，型号为XU-400×40-J，公称流量400 L/min，过滤精度为40微米, 最大压力损失0.035 Mpa 。

吸油路上采用线隙式滤油器，型号为XU-630×80-J，公称流量400 L/min，过滤精度80微米, 最大压力损失0.02 Mpa 。 控制油路

2、控制油路

压油路上采用纸质滤油器，型号为ZU-H63×80S，公称流量为63 L/min，公称压力5 Mpa，

最大压力损失0.35 Mpa，过滤精度80微米。

五 系统各回路性能计算 5.1 系统各回路功率计算 5.1.1 各回路功率选取

各个回路均采取恒功率控制（加恒功率器） 1.主卷扬回路 40KW 2.副卷扬回路 30KW 3.回转回路 25KW 4.伸缩、变幅、支腿回路 30KW 5.1.2 管路系统容积效率及压力效率计算 5.1.2.1容积效率 1. 卷扬、回转回路

由于卷扬、回转是相互独立的闭式油路，流量损失主要是冷却阀块使主油路中一部分油流回油池，以及作为控制油的一部分损失，对此凭经验取η2. 伸缩、变幅、支腿回路

伸缩、变幅、支腿机构，其内泄漏的大小与管路中各控制阀的配合间隙，密封长度，运动件直径，两端压降，油液粘度，加工质量等很多因素有关，并且在实际中，泄露值是一个变量，因此由公式QL=KQ（此公式见《 流体传动与控制》P224公式8-26）且取泄露系数0.05，其中Q为系统流量，则：QL=0.05Q

lv

吸油管路上采用线隙式滤油器，型号为XU-25×40-J，公称流量为25 L/min,最大压力

损失0.02 Mpa，过滤精度40微米。

=98%。

?LV?5.1.2.2 压力效率 1、卷扬机构

Q?QLQL?1?0.051?100%?95%

1）.合流时，在插装阀上的压力损失?P1?2bar，管路中压力损失取0.05P，则

??P??P1??P2?2?2?2?0.05?12502?14.5bar

(低压合流，压力按

?LP?1P计算，即?250bar) 2max2?250?14.5250?94.2

P??PPP??PP2）.单动时，只有管路上的压力损失

?LP??95%

2、回转：其阀类局部损失

?P?0

??P??P?0.05P

?LP?P?0.05PP?95%

3、伸缩、变幅、支腿机构

根据《机械设计手册》，平蘅阀?P1?4bar，换向阀?P2?3bar，管路压力

?P3?0.03Pmax取Pmax?25MPa(系统工作压力)则

?P3?0.03?250?7.5bar

??P??P1??P2??P3?4?3?7.5?14.5bar

250?14.5250?Lp?P???PP??94.2%

4、管路系统总效率

a.卷扬合流时 ?L??LV.?LP?98%?94.2%?92.3% b.卷扬单动时 ?L??LV.?LP?98%?95%?93.1% c.回转 ?L??LV.?LP?98%?95%?93.1% d.伸缩、变幅、支腿 ?L??LV.?LP?95%?94.2%?89.3% 5.2 系统各回路性能的验算 5.2.1 起升回路 5.2.1.1 双泵合流

主卷扬泵A4V71EL2.0 副卷扬泵A4V56EL1.0 马达A2FM107 马达转速：

nM1?(Q1?Q2)?MVqM?(nB1qB1?B1V?nB2qB2?B2V)?M1VqMB1V

式中：η

B1V

、η

B2V

—主副卷扬泵的容积效率，η—主卷扬马达的容积效率，η

?3=η

B2V

=0.95

η

M1VM1V

=0.95

?3nM1?(2760?71?10?0.95?2300?56?10?0.95)?0.95106.7?10?3?2747r/min

卷筒速度：

nJ1?nM1i?274736.5?75.26r/min

单绳最大速度：

V绳max??DnJ1???0.647?75.26m/min

V绳max>110 m/min,单绳速度满足要求。

最大起升重量：

起升溢流阀压力为30.5 Mpa

N?2?Mn?M60000

60000?402??2760?0.85M?60000?N2??n??M??162.9N?m

式中：M—马达扭矩，

ηM—系统机械效率，取为0.85 卷筒扭矩：

MJ?M?i???162.9?36.5?0.93?5530Nm

单绳拉力：

F?2MJ?JDJ1?2?5530?0.990.647?16923N

合流最大起升重量：

G?F?mg?16923?119.8?18995kg

取G =19吨

5.2.1.2 副卷扬工作(马达为A2FM32)

马达转速：

nM2?Q?M2VqM2?nB2?qB2??B2V??M2VqM2

?2300?56.0?0.95?0.9532.0nM2i363351.4=3633 r/min

卷筒速度：

n卷???70.7r/min

单绳最大速度：

V绳max??Dj2n卷???0.425?70.7?94.3m/min

V绳max>50m/min，副卷扬系统满足要求。

5.2.1.3主卷扬额定载荷下的速度（此时为分流）

参数：最大单绳拉力，F = 36Kn

传动比 i = 36.5

卷筒计算直径D= Dj1 =647mm

卷

根据《起重机设计手册》得η

卷筒扭矩：

M?M卷?F?D2?卷=0.99

j1?36?10?0.6472?0.993?11.76KN.m

起升负载稳定上升作用于马达轴的扭矩：

M?Mj1M1i1??2?11.76?10336.5?0.93?346.4bar

式中：η2—马达至减速器输出端机械效率，η2=0.93

马达进出口压差：

?PM1?2?MM1qM1?M1m?PM1??2??346.4106.7?10?6?0.95=214.6 bar

?PB1?214.60.95?LB?225.9bar

ΔPB1<30.5 （系统调定压力）满足要求。

马达流量：

Q?612?N??P?612?40?0.9?0.95280?74.8L/m

马达转速：

nM1?Q??M1VqM1?74.8?0.95106.7?10?3?666.0r/min

卷筒速度：

n卷?nM1i?666.036.5?18.2r/min

单绳速度：

V单??Dn卷???0.647?18.2?37.01m/min

滑轮组倍率：

m?GF?40?10?9.836?1033?10.89?11

负载起升（下降）平均速度：

V?V单m?37.011?3.36m/min

5.2.1.4副卷扬额定负载的工作速度

参数：

最大单绳拉力 传动比

F=28KN i=51.4 D=425mm η

卷

卷筒计算直径 卷筒效率

=0.987

泵的限制功率 30KW

卷筒扭矩：

M卷?F?D2?卷?28?10?0.4252?0.9873?6.03KN

起升载荷稳定上升作用于马达轴的扭矩：

MM2?M卷i?? ?6.03?10351.4?0.93?126.15Nm

式中：η—卷筒到马达轴的传动功率，η=0.93

马达进出口压差：

?PM2?2?MM2qM2?M2m?2??126.1532.0?10?6?0.95?260.6bar

式中：η

M2m

—马达机械效率，η

M2m

=0.95

则，泵进、出口压力差：

?PB2??PM2?260.60.95?274.3bar

?LPΔPB2<30.5（系统调定压力）满足要求！

马达流量：

Q?612?N???PM2?612?30?0.9?0.95260.6?60.2L/min

马达转速：

nM2?Q??M2qM2?60.2?0.9532.0?10?3?1787r/min

卷筒速度：

n卷?nM2i?178751.4?34.77r/min

单绳速度：

V单???D?n卷?3.14?0.425?34.77?46.4m/min

滑轮组倍率：

m?G2F?40?10?9.82?28?1033?7m

（起吊重物按20吨计算，即主副卷扬可以同时起吊40吨负载）

负载起升（下降）平均速度：

V?V单m?46.47?6.63m/min

5.2.2 回转回路

参数：泵A4V40EL1.0，马达A2FM28

发动机输出转速 n=2760r/min 传动比 i=1423.08 阻力矩 M=104KN.m

5.2.2.1回转速度

泵的输出流量：

Q?n?q??B3V?2760?28?10?3?0.95?73.42L/min

马达最大转速：

nmax?Q??M3V??LVqM3?73.42?0.95?0.93124?10?3?2706r/min

式中：η

LV

—管路损失效率，η

LV

=0.931

回转速度：

n?nmaxi?27061423.08?1.9r/min

n>1.51r/min,回地转动惯性较大，速度不宜太高，该速度可以满足要求。 5.2.2.2 系统的工作压力

马达输出最大转矩：

Mmax?Mi??M1??M2?104?1031423.08?0.85?0.85?101.15Nm

式中：η

M1

、η

M2

—泵1，泵2（主副卷扬）的总效率，取η

M1

=ηM2=0.85

马达进出口压力差：

?P?2??MmaxqM3??M3m?2??101.1528?10?6?0.95?239bar

泵的进出口压力差：

?PB3??PM3?23.90.95?252bar

?LP由此ΔPB3<26.5 Mpa,压力满足要求。 5.2.2.3马达功率

N??PB3Q612?252?73.42612?30KW

5.2.3 伸缩回路

参数：

泵A2FO160 I缸， AⅠ=425.0cm

II缸，AⅡ=250.0cm2

2

Ⅲ缸，AⅢ=161.0cm2

η

LV

管路流量效率

行程

5.2.3.1 伸缩时间

泵的输出流量：

=0.95

S=8000mm

Q?n?q??B4V?2300?125.0?10?3?0.95?273.1L/min

I缸伸出时间：油缸内径DⅠ=232.7mm。

t伸??VQ?(?/4)?D??S?60Q2?60???0.2327?84?273.1?10?32?74.7s

速比： i?2.5 I缸缩回时间：

t缩??t伸?i?

74.72.5?29.88s

II缸伸出时间：油缸内径DⅡ=178.5mm。

t伸?（?/4）?D???S?6060???0.1785?8????43.96s ?3QQ4?273.1?10V22速比：i?2.5

II缸缩回时间：

t缩??

t伸?i?43.962.5?17.58s

Ⅲ缸伸出时间：油缸内径DⅢ=143.1mm。

t伸???2（?/4）?D????S?6060???0.1431?8????28.26s ?3QQ4?273.1?10V2速比：i?2.5

Ⅲ缸缩回时间：

t缩????t伸???i?28.262.5?11.30s

5.2.3.2 伸缩速度

I缸伸出速度

V伸??St伸??8000?1074.7?3?0.107m/s

缩回速度 St缩??8000?1029.88?3V缩???0.268m/s

II缸伸出速度

V伸?? St伸??8000?1043.96?3?0.182m/s

缩回速度

St缩??8000?1017.58?3V缩???0.455m/s

Ⅲ缸伸出速度

V伸????St伸????8000?1028.26?3?0.283m/s

缩回速度

St缩????8000?1011.30?3V缩?????0.708m/s

平均伸出速度

V?V伸??V伸???V伸???3?0.107?0.182?0.2833?0.191m/s

V伸 >0.148m/s，所以伸缩速度可以满足要求。

5.2.4 变幅回路

参数：

各缸的有效内径D=Φ200mm（双缸），有效活塞杆外径d=Φ140mm,行程S=2842mm 5.2.4.1 变副时间

起臂时间：

t起?VQ?60??D?S总4Q2?60???0.2?2.842?24?349.6?10?32 ?30.63s

速比：

i?AA0?314.16160.22?1.96

落臂时间：

t落?t起i?30.631.96?15.63s

t起＜60 s，所以变幅时间满足要求。 5.2.4.2 变副速度

起臂速度：

V起?St起?2.84230.63?0.0928m/s?5.57m/min

落臂速度：

V落?St落?2.84215.63?0.182m/s?10.92m/min

结论：变副速度没做要求，根据实际情况，此速度可以满足要求。 5.2.5 支腿回路

由于支腿回路在起吊过程中不工作，所以其速度没有严格要求。以下将计算支腿工作时的性能。

5.2.5.1 垂直支腿油路的计算 （1）垂直油缸的伸出时间

垂直支腿各缸无杆腔的有效内径D1=178.5mm，四只支腿同时伸出，则有：

t伸?60??D??S1QB2?60???0.1785?0.335273.1?10?32?7.36s

式中：S1—垂直支腿的行程，S1=335mm; QB—泵的排量，QB=273.1L/min; （2）垂直油缸的缩回时间

t缩?t伸i1?7.362.78?2.65s

速比i1=2.78 （3）垂直支腿的伸出速度

V伸?s1t伸?0.3357.36?0.0455m/s?2.73m/min

（4）垂直支腿的缩回速度

V缩?s1t缩?0.3352.65?0.1264m/s?7.58m/min

5.2.5.2 水平支腿油路的计算 （1）水平油缸的伸出时间

四只水平支腿的无杆腔内径均为D2=90.5mm，四只水平支腿同时伸出，则有：

t伸?60??D2?S2QB2?60???0.0905?1.915273.1?10?32?10.82s

式中：S1—水平支腿的行程，S2=1915mm;

QB—泵的排量，QB=273.1L/min; （2）水平油缸的缩回时间

t缩?t伸i2?10.822.04?5.30s

速比i2=2.04

（3）水平油缸的伸出速度

V伸?s2t伸?1.91510.82?0.177m/s?10.62m/min

（4）水平油缸的缩回速度

V缩?s2t缩?1.9155.30?0.361m/s?21.66m/min

5.3液压系统的发热验算

由于液压阻力产生的压力损失以及整个系统的机械损失和容积损失组成了能量的总损失，这些能量根据守恒定律，它不会自行消失而是转化成了热能，从而使油液的温度升高，油温过高，不仅使油的性质发生变化，影响系统工作，而且会引起容积效率的下降，因此，油温必须控制在一定的范围内，保证基本臂最大起重量40个工作循环后，油箱内液压油的相对温升在不加冷却器的情况下，不超过75°C。 5.3.1 工作循环周期T

起重机的一个工作循环包括起升、回转、变幅、伸缩臂、下降、空载、回转、装料等工序。

5.3.1.1 起升工序

功率N1=40KW，时间t1=h/V

式中：h—额定负载时的起升高度=基本臂的60%，

h?11?60%?6.6m

V—起升工序速度，V=3.36m/min，则

t1?6.6?603.36?118s

5.3.1.2 回转工序（正转180°）

功率： N2=25KW

t2?T2?12n?602?1.9?16s

式中：n—回转速度，n=1.9r/min 5.3.1.3 变幅工序

因为吊额定负载时，幅度不允许变大，所以N3=0，t3=0

5.3.1.4 下降工序

N4=N1=40KW； t4=t1=118 s

5.3.1.5 空载回转（反转180°）

N5=N2=25KW； t5=t2=16 s

5.3.1.6 装载工序

N6=0，凭经验t6=150 s

5.3.1.7 伸缩工序

因吊额定载荷时是不变的，所以不能带载伸缩，此工序不计算发热。 于是周期：

T=t1+t2+t3+t4+t5+t6=118+16+0+118+16+150=418 s

5.3.2 油泵损失所产生的热能H

根据机械设计手册P68公式（11-51）

HP=N（1-η）×860（千卡/小时）

式中：N—油泵的功率（KW）

η油泵的总效率

5.3.2.1 主卷扬产生的热量

吊额定负载时副卷扬不工作

H升=N（1-η）×860×t/T

=40×（1-0.83）×860×118/418=1651（千卡/小时）

H降=H升=1651（千卡/小时） Hp1=H升+H降=3302（千卡/小时）

5.3.2.2 回转泵产生的热量

H正回=N（1-η）×860×t/T

=25×（1-0.83）×860×16/418=140（千卡/小时）

H反回=H正回=140（千卡/小时）

Hp2=H正回+H反回=140×2=280（千卡/小时）

5.3.4 马达产生的热量

HM=NM（1-η）×860（千卡/小时）

式中：NM—马达的功率

η—马达的总功率，η=0.9

5.3.4.1 起升马达产生的热量

H升=N. ηL（1-η）×860×t/T =40×0.931×（1-0.9）×860×118/418 =904（千卡/小时）

H降=H升=904（千卡/小时）

HM1=H升+H降=904×2=1808（千卡/小时）

5.3.4.2 回转马达产生的热能

H正回=N×ηL×（1-η）×860×t/T

=25×0.931×（1-0.9）×860×16/418=77（千卡/小时）

H反回=H正回=77（千卡/小时）

HM2=H正回+H反回=77×2=154（千卡/小时）

5.3.4.3 管路产生的热量

管路发热基本上可以与散热冷却相平衡，忽略不记。 5.3.4.4 系统的总发热量

H=Hp1+Hp2+HM1+HM2=3302+280+1808+154=5544（千卡/小时）

5.3.5 油箱散热量

油箱的散热面积由《机械设计手册》下册P48公式（11-178）计算

A?0.065V32?0.0651250?7.54m

322 由热平衡方程得公式：

??KiAi?CiGit??KiAi?CiGit

???H(1?e)???0e

式中：K—油箱的散热系数，取为13千卡/m2.时.℃（周围通风良好）

C1—油的比热，取为0.5千卡/公斤.℃ C2—钢的比热，取为0.12千卡/公斤.℃ γ—30#精密机床液压油的重度，γ=900千卡/m3 G1—循环油的质量

G2—油箱散热部分钢板的质量（千克） t—系统的工作时间

G1?V???1250?10?3?900?1125kg

G2?p钢?A???7850?7.54?0.003?178kg

（钢板厚度取为3mm，即δ=3mm）

当油与周围空气在开始工作时的温度Δτ

???554413?7.54?(1?e0

时

t?13?7.540.5?1350?0.12?178)?56.56(1?e?0.168t)

当汽车起重机连续工作40个工作循环时，其工作时间：

t?40?T3600?40?4183600?4.64（小时）

则 ???56.56?(1?e?0.168?4.64)?30.7?C Δτ<50℃所以，油箱温升满足要求。 参考文献

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[3] 上海煤矿机械研究所编·液压传动设计手册·［S］·上海人民出版社·1976 [4] 德国曼勒斯曼公司编写·曼勒斯曼公司液压元件手册·［S］ [5] 朱才新主编·液压传动与控制·［M］·重庆大学出版社·1998 [6] 许福玲 陈尧明编·液压与气压传动·［M］·机械工业出版社·2001 [7] 周士昌主编·液压系统设计图册·［M］·机械工业出版社·2003

[8] 扬国平 刘忠编·现代工程机械液压与液力实用技术·［M］·人民交通出版社 [9] 赵显新编·工程机械液压传动装置原理与检修·［M］·辽宁科学技术出版社 [10] 雷天觉主编·液压工程手册·［S］·机械工业出版社·1990 [11] 成大仙主编·机械设计手册·［S］·化学工业出版社

[12] 上海交通起重运输机械教研组编·起重运输机的液力传动·［M］·中国工业出版社 [13] 顾迪民主编·工程起重机·［M］·中国建筑工业出版社，1988

[14] 宋福荣 张志远·变量泵及马达输出特性的智能控制·［J］·太原重型机械学院，2000 [15] 刘新得主编·袖珍液压气动手册·［S］·机械工业出版社，2004 [16] 吴根茂主编·实用电液比例技术·［M］·浙江大学出版社，1993

[17] 王 意·流体技术和电子技术的结合与竞争·［J］·液压气动与密封，1999(1) [18] 路甬祥·电液、电气比例控制技术的新进展·［J］·机床与液压，1988(3) [19] 黄宗益·工程起重机电子控制·［J］·上海同济大学，1994(10) [20] 工程机械·1995～2004［J］ [21] 建筑机械·1995～2004［J］

[22] 液压与气动·1998～2004［J］

QY40液压汽车起重机液压系统元件明细表 1.主卷扬泵 2.副卷扬泵 3.回转泵

21.液控单向阀 22.可调平衡阀

23.二位六通转阀

25.I级液压缸 4.变幅、伸缩、支腿泵 24.三位四通电液比例换向阀 5.主卷扬马达 6.副卷扬马达

26. II7.回转马达 27.8.压力记忆阀(2只) 28.9.单向节流阀(2只) 29.10.制动油缸（3只） 30.11.二位三通液控换向阀(2只) 31.12.益流阀(5只) 32.13.三位三通液控换向阀(3只) 33.14.三位四通液控换向阀 34.15.三位五通电磁阀 35.16.梭阀(2只) 36.17.功率限制器(2只) 37.18.二位三通电磁换向阀(带节流阀) 38.19.电磁浮动阀

39.20.变幅液压缸 40. 41.

级液压缸

Ⅲ级液压缸 梭阀(2只) 平衡阀(三只) 电液换向阀组 电液换向阀组 水平液压缸(4只) 垂直液压缸(4只) 液控单向阀(4只) 支腿油路控制阀组 支腿油路转阀

手动比例电压控制阀 手动比例电压控制阀(副卷扬、回转) 滤油器(6只)

油箱 压力传感器

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