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1、轮式起重机伸缩臂液压和电气控制系统设计邹 勇[摘要] 起重臂是轮式起重机主要的受力构件,一般设计制作为箱形结构,起重臂内装有伸缩缸或伸缩系统和伸缩用滑块而具有伸缩功能，它的设计是否合理直接影响着起重机的整机自重、承载能力、整机稳定性,同时决定着起重机的发展。起重臂伸缩控制技术取决于伸缩机构的结构形式,起重机的单缸插销式伸缩机构采用单个油缸来推动各节臂的伸缩，采用机电液相结合的综合控制技术来实现单个伸缩油缸自动进行起重臂伸缩目标的控制。本设计主要研究内容如下：(1)通过对多种伸缩臂控制机理的优缺点的比较,选出一种
2、代表先进研究方向的伸缩臂控制机理,并对其进行详细分析研究与设计计算。(2)设计伸缩臂动作的液压控制回路,并对主要元件的主要参数进行设计计算,对系统一些主要静态指标进行计算。(3)设计出伸缩臂电气控制系统的控制流程图,并用西门子编程软件编制出伸缩臂动作的自动和手动控制程序,并进行仿真验证。关键词：伸缩臂；单缸插销；轮式起重机；液压；电气控制系统18轮式起重机是工程机械产品中重要组成部分，由于它的机动性好而被广泛应用于矿山、建筑、港口、油田等领域。轮式起重机主要有3种基本类型:汽车起重机、轮胎起重机、全路面起重机。
3、随着世界经济和吊装技术的发展，轮式起重机在国际国内市场销量都在不断提高，可以说市场巨大。第1章多种伸缩臂控制机理起重机伸缩控制技术取决于伸缩机构的结构形式，而伸缩机构的技术直接影响起重臂的自重、整机的性能，也是制约起重臂乃至起重机发展的关键技术。因而国外知名企业对伸缩机构的研究都很重视，都研制出了自己的专利技术。在轮式起重机各个部件中，吊臂是其中一个主要部件，其最大伸缩长度决定着起重机的最大工作幅度及最大起升高度。一般轮式起重机吊臂的伸缩节数为2－3节，每节臂长度一般为3m左右，这样其工作幅度大约在12m以下，
4、但有时用户需要在更大的工作幅度或高度作业，为满足这种需求，吊臂必须采用多节伸缩。下面介绍几种典型的伸缩臂结构和动作顺序，并对他们之间的优缺点进行比较，并选择其中的一种进行具体分析设计。1.1多节伸缩臂结构和控制原理1.1.1伸缩臂的总体结构图1.1伸缩臂结构示意图1.固定臂2.一节伸缩臂3.二节伸缩臂4.三节伸缩臂5.四节伸缩臂6.顶节臂7.伸缩油缸五节伸缩臂的结构如图1.1所示，伸缩油缸的组装示意图如图1.2所示。伸缩油缸放置在吊臂的内部，这使得吊臂外形简单，结构紧凑。一级缸的缸筒与二级缸的活塞杆铰接，二级缸
5、的缸筒与三级缸的活塞杆铰接。伸缩缸上的A,B,C,D分别与固定臂、一节伸缩臂、二节伸缩臂、三节伸缩臂铰接，当一、二、三级伸缩缸按顺序伸出时，带动一、二、三节伸缩臂按顺序依次伸出。四节伸缩臂及顶节臂是靠钢丝绳带动与三节伸缩臂同步伸缩的。油缸缩回时顺序则相反，三节伸缩臂在油缸的带动下首先回缩，四节伸缩臂及顶节臂在钢丝绳的带动下同步缩回。然后，二节伸缩臂、一节伸缩臂在油缸带动下依次缩回。可见吊臂的伸缩基本上为顺序伸缩，即伸出时截面大的臂先伸，回缩时截面小的臂先回，这样有利于使伸出后吊机的起升载荷与起重特性相适应。18
6、图1.2油缸组装示意图1.一级伸缩缸2.二级伸缩缸3.三级伸缩缸1.1.2油缸顺序伸缩的原理图1.3油缸顺序伸缩液压原理图1.手动换向阀2.平衡阀3.固定套4.中心套5，7，9，10单向阀6.固定套8.撞块18如图1.3所示，手动换向阀手把向前推，一级伸缩缸Al口进油，经过中心管、单向阀5进入一级伸缩缸的活塞腔，由于一级伸缩缸的活塞杆与固定臂相连是固定的，在压力油的作用下一级伸缩缸的缸筒外伸，活塞杆腔回油经过B1口回到多路换向阀，此时中心管跟随缸筒一起外伸，外伸到一定长度后，当中心管左端的固定套与活塞碰上时，中
7、心管被迫停止，如缸筒继续伸，则中心管右端的固定套将单向阀7打开，并使缸筒也停止运动。此时高压油通过单向阀7、油管到达二级伸缩缸的A2口，并通过中心管进入到二级伸缩缸的缸底。这时一级缸已停止运动，由于二级伸缩缸的活塞杆与一级伸缩缸的缸筒相连接，因此二级伸缩缸的活塞杆是不动的。这样在压力油的作用下二级伸缩缸的缸筒外伸，回油经B2,Bl回到换向阀。与一级伸缩缸同样的原理，二级伸缩缸伸到一定程度，打开单向阀4，并停止运动。高压油继而进入三级伸缩缸的A3口到达缸底，三级伸缩缸外伸。这样一、二、三级伸缩缸依次外伸，就完成了
8、顺序伸出。手动换向阀手把向后拉，一级伸缩缸的B1口即活塞杆腔进油，由于B2,B3在结构上与BI是相通的，因此二级缸和三级缸的活塞杆腔也同时有高压油。由于单向阀5,9是关闭的，一、二级缸的回油路不通。而单向阀10,7是打开的，三级缸活塞腔的油路可经过A3、单向阀10,A2口、单向阀7,A1口回到换向阀。因此三级缸首先回缩。当三级缸缩到规定的长度，缸筒上的撞块撞击二级缸上的撞块及推杆将单向
