起重機七節(jié)臂伸縮機構(gòu)設(shè)計

于清江， 岳宏偉

（廣林特裝車（錦州）有限公司，遼寧 錦州121005）

0 引言

目前的起重機伸縮機構(gòu)，通常三節(jié)臂采用一級伸縮液壓油缸和一套伸縮臂鋼絲繩組成，伸縮方式同步伸縮；四節(jié)臂采用一級伸縮液壓油缸和二套伸縮臂鋼絲繩組成，伸縮方式同步伸縮；五節(jié)臂采用二級伸縮液壓油缸和兩套伸縮臂鋼絲繩組成，伸縮方式順序和同步伸縮。多節(jié)臂伸縮機構(gòu)采用單杠插銷技術(shù)不成熟，在小噸位級別基本上還沒有應(yīng)用。伸縮機構(gòu)直接影響到起重機工作幅度、起升高度技術(shù)指標(biāo)。主要技術(shù)參數(shù)：起重臂完全縮回狀態(tài)≤2.2 m，完全伸出狀態(tài)≥10 m；起吊固定載荷200 kg；變幅角度范圍0°～10°，不需要左右回轉(zhuǎn)。其伸縮機構(gòu)在合理利用順序伸縮特點的基礎(chǔ)上，主要采用六級伸縮液壓油缸加兩個管式順序閥的七節(jié)臂伸縮機構(gòu)。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計

主要由一節(jié)臂、二節(jié)臂、三節(jié)臂、四節(jié)臂、五節(jié)臂、六節(jié)臂、七節(jié)臂、一級伸縮液壓油缸、二、三級伸縮液壓油缸、四、五級伸縮液壓油缸、六級伸縮液壓油缸等組成，如圖1所示。

各級伸縮液壓油缸與各節(jié)吊臂采用法蘭和鉸軸安裝。各級伸縮液壓油缸結(jié)構(gòu)、缸徑、桿徑相同。一級伸縮液壓油缸缸筒上的法蘭與一節(jié)臂上的油缸支架通過螺栓、彈簧墊圈、螺母連接；一級伸縮液壓油缸活塞桿與二節(jié)臂上油缸鉸座長孔通過銷軸連接。二級伸縮液壓油缸缸筒上的法蘭與二節(jié)臂上的油缸支架通過螺栓、彈簧墊圈、螺母連接；二級伸縮液壓油缸活塞桿與三節(jié)臂上油缸鉸座長孔通過銷軸連接。依次類推，完成各節(jié)臂和各級伸縮液壓油缸的連接。二～七節(jié)臂油缸鉸座長孔補償起吊載荷產(chǎn)生的撓度，提高各級伸縮液壓油缸抗彎穩(wěn)定性。通過各級伸縮液壓油缸圍繞在吊臂截面平面內(nèi)安裝，合理安排各級伸縮液壓油缸油口管路的連接。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計

2 伸縮液壓油缸設(shè)計

2.1 伸縮液壓油缸結(jié)構(gòu)

以三級伸縮液壓油缸結(jié)構(gòu)為例，如圖2所示。

圖2 三級伸縮液壓油缸

活塞桿由桿頭、活塞桿、鋼管采用焊接形式組成。其中，桿頭上有伸、縮工作油口。伸腔工作油口與油管通道鋼管和無桿腔相通。縮腔工作油口與活塞桿內(nèi)徑和有桿腔相通。缸筒由缸筒、連接法蘭、缸底采用焊接形式組成。各級伸縮液壓油缸工作時，無桿腔和無桿腔相通，有桿腔和有桿腔相通。

2.2 求伸縮液壓油缸外伸力

吊臂帶載伸縮時載荷有：1）吊臂搭接處位置，上、下滑板處的摩擦力；2）吊臂自重（包括油缸質(zhì)量）、貨物質(zhì)量產(chǎn)生的下滑力；3）起重鋼絲繩沿著吊臂中心線方向的力[1]。以三級伸縮液壓油缸為例求外伸力，進行受力分析，如圖3所示。

圖3 三級伸縮液壓油缸受力分析

吊臂外伸時，用靜力學(xué)求外伸力Fz的計算過程。建立坐標(biāo)系XOY。

代入數(shù)值求得Fz=7120 N（計算過程省略）。

2.3 伸縮液壓油缸強度校核

以三級伸縮液壓油缸為例。

2.3.1 液壓缸缸筒內(nèi)徑計算

2.3.2 活塞桿彎曲穩(wěn)定計算

活塞桿的彎曲穩(wěn)定計算一般可按“歐拉公式”進行[2]。

代入數(shù)值計算得，

3 工作原理

吊臂伸出：搬動手柄換向閥1換向位置處于左側(cè)，液壓油經(jīng)過平衡閥2進入一級伸縮液壓油缸3無桿腔，活塞桿帶動二節(jié)臂伸出到位后。進入二級伸縮液壓油缸4無桿腔，活塞桿帶動三節(jié)臂伸出到位后。進入管式順序閥5（1.5 MPa）升高的油壓開啟順序閥。進入三級伸縮液壓油缸6無桿腔，活塞桿帶動四節(jié)臂伸出到位后，依次順序伸出五節(jié)臂、六節(jié)臂、七節(jié)臂。液壓系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 液壓系統(tǒng)

吊臂縮回：搬動手柄換向閥1換向位置處于右側(cè)，液壓油經(jīng)過平衡閥2進入六級伸縮液壓油缸10有桿腔，活塞桿帶動七節(jié)臂縮回到位后，依次順序縮回六節(jié)臂、五節(jié)臂、四節(jié)臂、三節(jié)臂、二節(jié)臂。吊臂在回縮時，由于自重和滑動阻力的變化等因素的影響，可能破壞預(yù)定的順序[3]。

4 各級油缸管路的連接

設(shè)計上采用一級伸縮液壓油缸活塞桿伸縮油口朝下，其它各級伸縮液壓油缸活塞桿伸縮油口朝上；一、二、三級伸縮液壓油缸缸筒上縮腔油口與四、五、六級伸縮液壓油缸缸筒上縮腔油口左右對稱布置。各級油缸管路的連接順暢，保證橫平豎直。各級伸縮液壓油缸工作時，每一級伸縮液壓油缸的伸出、縮回與其連接的伸縮管路也相應(yīng)地伸出、縮回。各級油缸管路的連接如圖5所示。

圖5 各級油缸管路的連接

5 結(jié)語

因為產(chǎn)品應(yīng)用在安裝位置受限制的狹小空間，作業(yè)幅度較大，起吊固定載荷等要求。所以采用七節(jié)臂和六級伸縮液壓油缸順序伸縮機構(gòu)設(shè)計。產(chǎn)品經(jīng)過試驗檢測，達到預(yù)期效果。