汽车起重机毕业设计文献综述

本科毕业设计（论文）

文献综述

文献综述题目：汽车起重机液压技术

学院：机电学院

专业：机械设计制造及其自动化

学生姓名：XXX

学号：1234567890

指导教师：XXX

完成时间： 2017年3月12日

汽车起重机液压技术

摘要：本文阐述了目前国内外汽车起重机的发展概况和发展趋势，汽车起重机液压系统，分析液压系统漏油问题。还例举了部分汽车起重机液压系统上应用的技术：负载敏感平衡阀在汽车起重机液压系统上的应用；顺序阀在汽车起重机液压系统上的应用；智能液压缸在汽车起重机液压系统上的应用；平衡回路在汽车起重机液压系统上的应用；

关键词：汽车起重机；液压系统；负载敏感平衡阀；顺序阀；平衡回路

1 国内汽车起重机的发展概况和发展趋势

1.1国内汽车起重机的发展概况

中国汽车起重机行业诞生于上世纪的60年代，经过了近50多年的发展，经过了从模仿到自主研发，从小载重量到大载重量的发展历程。在发展初期以引进国外先进技术为主，先后有三次重要技术引进，分别为70年代引进苏联的技术，80年代引进日本的技术，90年代引进德国的技术[1]。从99年以来，随经济建设新一轮启动，工程起重机市场竞争格局发生巨大变化，各企业不断调整思路、更新观念、转换机制、提高核心竞争力，努力开发产品，开拓市场。但是总体来说，中国的汽车起重机产业始终走着自主创新的道路，有着自己清晰的发展脉络，尤其是近几年，中国的汽车起重机产业取得了长足的发展，虽然与国外相比还有一定的差距，这些差距主要体现在起重臂及起重臂的伸缩技术、底盘技术、电液控制技术、结构的优化设计以及配套零部件落后等方面，但是这个差距正在逐渐的缩小[2]。

经过十几年的努力，国内起重机厂家取得了巨大进步。现在国内徐工、三一、中联重科等汽车起重机生产企业自主研发的部分产品已经处于国际领先水平，与国外著名的汽车起重机生产企业的差距越来越小[3]。

1.2国内汽车起重机的主要发展趋势

（1）扩大产品的品种。在企业内部应建立完善的产品研究和开发体系，使产品系

列化，品种齐全，要形成大中小完整系列，增多产品数量，使生产规模不断的扩展。

（2）增大起重力矩。随着社会的发展，对机动灵活的大型起重机械的需求越来越大，这都是汽车式起重机发展的养分，所以增大其中力矩迫在眉睫。

（3）增加起重机功能。随着国民经济的快速发展，用户对汽车式起重机的使用上的要求越来越多，希望能够一机多用，已经不仅仅是在搬运重物时使用，而是满足在不同环境和工种的使用，这些都为未来起重机的发展找清了方向。

（4）全力打造自己的品牌。未来经济的全球化以及由此引发的一系列问题，使得竞争手段从传统的产品，价格等层次转嫁到品牌的竞争上来。所以各大汽车式生产企业努力打造自己的品牌，从而使自己发展壮大。

2 国外汽车起重机的发展概况和发展趋势

2.1国外汽车起重机发展概况

汽车起重机的市场主要集中在东亚、北美和欧洲。东亚约占销售量的40%，北美和欧洲各约占20%。国外汽车起重机发展的主要特点可以归纳为：多品种生产，标准化程度高和一机多用。

就分布于三大市场的产品而言，以德国为主的欧洲市场，其产品主要特点为：全地面起重机占主导地位，约占市场份额的80%；大吨位产品为主，利勃海尔公司占销售额的70%～80%，主要是100吨起重量以上的产品。技术先进，及时采用世界最新的技术成果；专用配套件多，这是欧洲发展汽车起重机得天独厚的条件。

以日本为主的东亚市场和以美国为主的北美市场，其产品主要特点有：越野汽车起重机占主导地位，约占70%～80%，其次为轮式起重机，全地面起重机所占比例较小；多系列生产，中大吨位居多；注重适应性和经济性。在保证产品性能和功能的前提下，大量采用通用配套件，而不强调追赶新技术，故产品可靠性较好。

在起重机行业内，国外的大型汽车起重机的发展比我国迅速，在技术和运用上已相当成熟，目前国际市场对汽车起重机的需求在不断增加，从而使国外各大汽车式起重机制企业在生产中更多的应用优化设计，机械自动化和自动化设备。目前国外的起重机企业主要是生产大吨位的起重机，而且有完善的设计体系，和一批先进的研发人员，不断的进行创新和完善。

2.2国外汽车起重机发展趋势

（1）设计、制造的计算机化、自动化。近年来，随着电子计算机的广泛应用，许

多国外起重机制造商从应用起重机辅助设计系统（CAD），提高到应用计算机进行起重机的模块设计。起重机采用模块单元化设计，不仅是一种设计方法的改革，而且将影响整个起重机行业的技术、生产和管理水平，老产品的更新换代，新产品的研制速度都将大大加快。对起重机的改进，只需更改几个模块；设计新的起重机只需新的不同模块进行组合，提高了通用化程度，可使单件小批量的产品，改成相对批量的模块生产，能使较少的模块形式，组合成不同规格的起重机，满足市场的需求，增强了竞争力。

（2）起重机控制元件的革新与应用。起重机的定位精度是对起重机的重要要求，多数采用转角码盘，齿轮链，激光头与钢板孔带来保证，定位精度通常为±3mm，高于1mm的精度需另加定位系统。在起重机起升速度和制动器方面的改进，则使用低速运行的起重机吊钩精确定位，起重机的刹车系统也应用微处理进行控制和监视工作。遥控系统用于汽车式起重机及其他移动式起重机械，这种系统包括在控制者身上的控制器，和安装在起重机上的接收器，控制器具有电磁辐射发生器，接收器与作用在起重机传动装置的操纵机械的转换部分相连。遥控器的使用不仅节省人力，提高工作效率，而且使操作者的工作条件有所改善。

（3）新材料、新工艺的应用。由于钢铁工业新技术的应用，刚才质量得以提高，在设计起重机主梁强度时，可使用较高的许用应力，而不需要较高的安全系数，以便减少起重机材料用量，从而降低设备的重量和价格，起重机配套的零部件的制造也得益于新材料的不断产生，使得起重机向更轻，更好的方向发展[1]。

3 汽车起重机液压系统

3.1液压已成为起重机械的核心技术

机器和工具是人类四肢的延长，电子传感器和控制软硬件是人类感官和思维的延长。契合了电子技术的液压控制和液压传动已成为现代起重机械不可或缺的核心技术。所谓“高端设备”，在很大程度上在于采用了高品质的液压元件和先进的液压系统。液压技术撑起了现代起重机械的半边天，很多整机的研发历史证实：成也液压，败也液压。可见，液压技术在现代起重机械产品研发与应用中的重要性[4]。

3.2汽车起重机液压系统组成

变幅回路：控制变幅油缸的伸缩，实现起重臂的起落动作[5]。变幅回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀和变幅液压缸组成。

伸缩回路：控制起重臂伸缩油缸的伸缩，实现起重臂各节臂的伸出和缩回。可伸缩

动力臂主要由主臂和副臂组成。伸缩回路主要由液压泵、换向阀、液压缸和平衡阀组成，根据伸缩高度和方式不同其液压缸的节数结构也就大不相同[6]。

回转回路：控制回转电机的转动，实现上车转台的全角度左右回转[7]。回转回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成，由于回转力比较小所以其结构没有起升回路复杂。

起升回路：包括主起升和副起升。控制起升电机的回转，实现主钩和副钩吊载时的上升和下降[8]。起升回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成。

控制油回路：控制上车主阀各联动动作，通过操纵控制手柄实现先导比例控制[9]。

支腿回路：汽车起重机设置支腿可以大大提高起重机的起重能力[10]。支腿回路主要由液压泵、水平液压缸、垂直液压缸和换向阀组成。支腿机构有三种基本形式：蛙式支腿、H型支腿和X型支腿。

4 汽车起重机液压系统漏油问题

4.1漏油现象概述

漏油现象按照问题的严重程度可分为渗油、滴油和流油，其中流油故障最严重，直接影响到整机是否能正常运转；按照漏油部位可分为动结合面和静结合面，动结合面主要包括：阀杆、油缸活塞杆、油泵齿轮等，静结合面主要包括：管接头、法兰安装面、阀体配合面等。

4.2常见的渗漏油原因

（1）装配质量不合格；（2）液压元件制作质量差；（3）密封件无法满足使用要求；（4）液压元件设计不合理；（5）液压油清洁度不达标

4.3渗漏油处理措施

（1）优化装配工艺，确保执行力；（2）认真检验液压件制作精度；（3）合理选用和检验密封件；（4）不断改进结构，优化设计；（5）定期维护保养，防止液压油的污染[11]；

5 汽车起重机上应用的液压技术

5.1 负载敏感平衡阀在汽车起重机液压系统上的应用

新型负载敏感平衡阀主要由液控节流阀、液控单向阀和单向阀三部分组成，利用负载敏感技术，将负载下降由自重而引起的压力反馈到控制活塞的一端，使阀芯的位移随之产生相应的变化量，从而控制节流阀的开启量，该开启量在保证产生足够背压的条件下使油液全流量通过，既降低了能耗损失，也保证了负载的平稳下降。负载敏感平衡阀的工作原理如图1所示。

对应图5-1中换向阀的三个位置，负载敏感平衡阀有三种工况:

图 5-1 负载敏感平衡阀结构原理

(1)起升工况换向阀右位工作时，压力油从A口进入平衡阀，打开单向阀6，从B 口进入液压缸下腔，负载起升。

(2)静止承载工况换向阀中位工作时，系统卸荷，液控单向阀4在弹簧和液压缸下腔的压力作用下闭合，液压缸锁定。

(3)下降工况换向阀左位工作时，压力油进入液压缸有杆腔，一部分压力油通过C 口作用在液控单向阀控制活塞3的右端，打开液控单向阀4。在液压缸下腔由负载自重产生的压力通过平衡阀内部孔道作用于控制活塞8的左端，使节流阀芯7具有相应的开口量，液压缸下腔的油液全流量通过节流阀以及已开启的液控单向阀，经A口回油箱。负载增大，节流阀开口减小，负载减小，节流阀开口增大，从而产生一个与负载相适应

的背压，使负载平稳下降[12]。

5.2 顺序阀在汽车起重机液压系统上的应用

汽车起重机液压系统可以分为支腿收放和起重两大部分，各个部分都有相对的独立性。液压系统结构原理图见图5-2，该系统是一个单泵、开式液压系统。系统工作时，系统通过二位二通手动换向阀实现支腿收放和起重两大部分之间的油路切换，操作繁多，效率低。

图5-2 支腿液压系统图5-3 应用顺序阀的支腿液压

顺序阀的基本功能是以压力为信号，控制多个执行元件顺序动作汽车起重机支腿收放和起重两大部分之间，却有着明显的先后顺序关系，即必须先放好支腿，然后才能让起重机工作。当支腿放好后，该支路油压必然会升高，压力升高可以导通顺序阀，让油液流向起重支路，起重机部分工作。可见顺序阀的应用和其基本功能是一致的，可以实现汽车起重机两个部分正常工作。

根据工作参数与经验，选用DZ型先导式顺序阀，其压力范围0.3～21 MPa，流量范围也比较适宜在很多液压系统中，使用效果比较好。

改进后的液压系统结构原理图如图3所示，主要做了以下改进:(1)将支腿收放部分的手动三位四通换向阀安装位置调整到泵组出口处，为顺序阀的正常工作提供条件;(2)将原来的两位三通手动换向阀去掉，在起重部分支路中增加DZ型先导式顺序阀，在支腿放好后，压力升高，顺序阀导通，液压油进入起重部分支路工作[13]。

5.3 智能液压缸在汽车起重机液压系统上的应用

液压缸活塞上安装了磁铁组件，ELA是一个安装于液压缸外部的LDT，通过液压缸上的碳钢管利用霍尔效应技术感知液压缸活塞上的磁铁位置。当装有磁铁的活塞通过霍尔芯片时，电压会下降。微处理器，利用电压下降与电压，电流，PWM，或CANbus总线输出成一定比例的关系，计算出霍尔芯片的位置。例如，当液压缸完全缩回时,电压可能是0.55 V，随着液压缸伸出，电压逐渐增加，直到在完全伸出时达到最大值4.5 V。

传感器的精度通常是+-0.5 mm(0.02 in.)对大多数移动设备来说是适用的。将液压缸活塞的位置发送到ECM，然后对照已知的最大值延伸。在这之后，关于支腿状态的指示会发送到操作员，液压缸位置信号会在毫秒内更新[14]。

5.4 平衡回路在汽车起重机液压系统上的应用

汽起重机在在正常工作过程中，需要平衡回路来防止当起重机承受负载静止时以及带负载向下运动时,因为工作部件及负载的自重而自行下落或在向下运动中因负载自重而造成失控失速的不稳定运动。

5.4.1采单向顺序阀的用平衡回路

图5-4所示为采用单向顺序阀的平衡回路，当1YA通电后活塞下行时，调节单向顺序阀的开启压力，使其稍大于立式液压缸下腔的背压。这样，活塞带动负载下行时这个压力就会平衡活塞及负载的自重，使负载能平稳的下落。当电磁铁IYA和2YA都断电即电磁换向阀处于中位时，由于采用M型中位机能此时活塞锁住不动。在这种平衡回路中当要求负载向下快速运动以及工作负载变小时系统的功率损失都将增大，又因单向顺序阀和换向阀的阀芯均为滑阀结构密封性能差，所以锁住时由于存在泄漏，活塞和负载不可能长时间不动，而是会缓慢的向下运动，因此这种平衡回路只适用负载基本不变、活塞锁住时闭锁要求不高的场合，对于负载变化较大的场合不太适用。

图5-4 采用单向顺序阀的平衡回路图5-5 采用外控顺序阀的平衡回路

5.4.2 用外控顺序阀的平衡回路

图5-5所示当电磁换向阀1YA通电即处于左位时活塞下行，系统压力油控制液控顺序阀的阀芯打开，此时背压消失，当活塞及负载快速下行时回路效率较高；换向阀处于

中位即当锁住不动时，系统来油被切断，从而控制液控顺序阀阀芯关闭。外控顺序阀平衡回路的优点是具有很好的密封性能，在闭锁时能长时间锁住不动，定位性能比较好，另外只有换向阀处于左位即液压缸上腔进油时活塞才向下运动，回路安全可靠；缺点是，当活塞快速向下运动时系统来不及补油从而使液压缸上腔压力降低，使外控顺序阀关闭，活塞停止运动，液压缸上腔补油，系统压力升高，外控顺序阀打开，活塞继续下行，如此反复，外控顺序阀总是工作于启闭的过渡状态很容易产生振动和冲击，因而平稳性较差。因此，这种回路适用于负载重量较小、闭锁时间不长的液压系统中.

5.4.3 采用液控单向阀单向节流阀的平衡回路

液控单向阀的阀芯结构为锥阀属于线密封，从而其密封性好泄漏量小，故活塞可以长时间停止不动。如图5-6所示，在回油路串联单向节流阀能够控制活塞向下运动的速度，防止系统产生振动和冲击。对于中低压系统采用此回路即可达到很好的效果，但是在高压情况下液压缸和管路易受冲击损坏系统可能会有运行平稳性较差现象[15]。

图6 液控单向阀-单向节流阀平衡回路

6 总结

经过查阅大量的文献，了解了起重机的分类、特点和使用范围，知道了汽车起重机上车构造及其液压系统的主要组成及工作原理，明确了STC120C型汽车起重机上车液压系统设计的主要内容和设计方案。

参考文献

[1]王文军．简述国内外汽车起重机的发展趋势[J]．科技与企业,2014,(1):2-2.

[2]王庆远、唐红美．汽车起重机发展趋势浅析［J］．工程机械文摘,2012,(2):48-50.

[3]曽祥东．汽车起重机、履带起重机结构原理与维修［M］．机械工业出版社,2011.5.

[4]刘忠君．起重机液压技术及发展趋势［J］．时代农机,2015,(12):17-18.

[5]张青、张瑞军．工程起重机结构与设计［M］．化学工业出版社,2008.7.

[6]苑兆腾．汽车起重机变幅液压系统及插装平衡阀的研究与分析［D］．天津理工大学,2015.

[7]白政民、杨飞．ZY40汽车起重机伸缩机构液压系统设计［J］．机床与液压,2011,(14):65-67.

[8]张质文．起重机设计手册［M］．北京:中国铁道出版社,1997.

[9]Hitchcox,Alan L．Truck crane gets complete makeover［J］．Hydraulics&Pneumatics;Cleveland64.2(Feb 2011):n/a.

[10]张桂平.汽车起重机液压系统常见故障及检修方法［J］．汽车维修,2015,(11):12-16.

[11]雷骏．汽车起重机漏油问题及处理措施［J］．科技经济导刊,2016,(13):69-69.

[12]叶鹏彦、赵秋霞、姚平喜．汽车起重机起升机构液压系统的节能改进［J］．液压与气

动,2015,(9):52-55,105.

[13]王洪波、王霂．顺序阀在汽车起重机液压系统上的应用［J］．机床与液压,2015,(8):n/a.

[14]Hitchcox,Alan.Smart cylinders stabilize cranes [J]．Hydraulics&Pneumatics;Cleveland(Sep

12,2013):n/a.

[15]刘丽娜、范晓静．浅析汽车起重机中的液压平衡回路［J］．液压与气动,2012,(2):90-92.