起重臂伸缩机构原理的研究

有将绳排技术发展到 6 节甚至更多，但是对于中大
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图 3 单缸插销工作原理
1. 1 节臂 2. 臂销 3. 2 节臂 4. 3 节臂 5. 4 节臂 6. 缸销 7. 臂销
弹簧 8. 臂销螺杆 9. 伸缩油缸
（2）单缸伸缩机构自动伸缩的控制系统
该系统主要由控制器、显示器、操作手柄、长度
传感器、位置检测开关等电子元气件组成。 之所以
（1）4 节臂伸缩机构同步伸出工作原理 当伸缩油缸的无杆腔进油时，伸缩油缸的缸筒 前伸。 通过油缸缸筒上的绞点轴带动 2 节臂伸出， 实现 2 节臂与伸缩油缸同步伸出。 3 节臂的伸臂绳 一端固定在 3 节臂尾端拉索固定座上。 当 2 节臂与 伸缩油缸同步伸出时，在滑轮Ⅰ的作用下，3 节臂的 伸臂绳带动 3 节臂以油缸的 2 倍的速度伸出，其原 因是连接架上的滑轮Ⅰ行走一段距离，而缠绕滑轮 上的伸臂绳要补充 2 倍的行走距离长度，才能保证 该机构正常工作。 从而实现 2、3 节臂同步伸出。 四 节臂伸臂绳的一端固定在四节臂尾端铰接轴上，通 过 3 节臂头部的滑轮 2， 将绳的另一端固定在 2 节 臂的尾端。 在 2、3 节臂同步伸出的同时，4 节臂伸臂 绳带动 4 节臂以 3 节臂伸出速度的 2 倍伸出，即实 现 2、3 节臂同步伸出。 从而实现 2、3、4 节臂同步伸
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图 2 5 节臂伸缩机构工作原理 1. 1 节臂 2. 2 节臂 3. 4 节臂缩臂 绳 4. 3 节 臂 5. 4 节 臂 6. 5 节 臂 7. 4 节 臂 伸 臂 绳 8. 5 节 臂 伸 臂 绳 9. 5 节 臂 缩 臂 绳 10. Ⅱ号 伸
缩油缸 11. Ⅰ号伸缩油缸
目前市场上 5 节臂的轮式起重机均采用了此 伸缩机构。 2 单缸插销技术
臂一起也同时伸出。 当伸缩油缸 1 带动 2 节臂全部 决定了 每节臂的伸 出 量 必 须 是 0%、46%、92%或 者
伸出到 位 后 ，由 整 机 的 电 气 系 统 控 制 ，才 允 许 伸 缩 100%，而不能像油缸加绳排伸缩机构那样进行无级
油缸 2 可以前伸，否则，伸缩油缸 2 是不允许前伸 伸缩。 为保证伸缩臂伸缩过程的安全性、可靠性，该
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起重臂伸缩机构原理的研究— ——郑 红，等
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互锁性好，否则，很难实现吊臂的可靠伸缩。
性和可靠性，另外设计了一套应急操作系统，在自
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动伸缩系统出现故障时，利用应急操作系统可将吊
臂安全缩回。
3 结语
介绍了绳排系统以及单缸插销技术的原理和
结构，阐述了各自的利弊，虽然目前有些日本企业
选用 PLC 控制技术，是因为传统的继电器控制已无
法实现单缸伸缩机构复杂的逻辑控制要求，PLC 控
制较易实现复杂的逻辑控制、抗干扰能力强、适合
移动式起重机恶劣的工作环境。 能否实现吊臂的自
动伸缩，关键在于能否消除吊臂在伸缩过程中震动
和冲击的影响，实现长度和位置信号可靠的检测和
传输。 此外自动伸缩技术的实现必须建立在大量实
绳排系统在中国已经应用的比较成熟，也是一 种历史比较悠久的技术。 此技术的优点是臂长变化 容易、工作臂长种类多、可以带载伸缩、实用性很 强，缺点是自重重、对整机稳定性的影响较大。 现在 在 100 t 以下的起重机上应用的比较广泛， 其原理
节臂同步伸缩；4 节臂的一般单缸双绳排为 2.3.4 节 同步伸缩。
就是简单的滑轮原理。
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缩 回 ，同 时 也 带 动 3、4、5 节 臂 一 起 回 缩 ，直 至 回 缩
到原始位置为止。
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图 1 4 节臂伸缩机构工作原理
1. 1 节 臂 2. 2 节 臂 3. 4 节 臂 伸 臂 绳 4. 3 节 臂 5. 4 节 臂 缩 臂 绳 6. 4 节臂 7. 伸缩油缸 8. 3 节臂伸臂绳 9. 3 节臂缩臂绳
与 4 节臂同步回缩的原理弯曲相同。 如上节所述。 后才能释放该节臂和其它节臂的联接。 臂销释放
伸缩油缸 2 缩回到原始位置之后，伸缩油缸 1 才可 后，伸缩油缸伸出即可带动起重臂伸出。 起重臂单
以回缩。 伸缩油缸 1回缩的同时，一方面带动 2 节臂 缸伸缩机构要求动作灵活、可靠性高、响应速度快、 70
Industry Co., Ltd., Changsha 410100, China)
Abstract: With the rapid development of China economic construction, wheeled crane technology has been rapidly increasing, .telescopic boom technology as one of the most important technologies,have happdened earth-shaking changes. In this paper, a variety of telescopic lifting arm body composition and work principle were summarized and studyed. And the author hopes the reader design a more economical and less failure rate telescopic arm mechanism at the same time learning more about its development and changes, Key words: telescopic boom； single-cylinder bolt’s mechanism； wheeled crane
（1）单缸插销机构组成 作为伸缩臂伸缩的执行机构，主要由（见图 4） 伸缩缸、臂销机构、缸销机构、拔销机构等组成。 其 主要特点是采用单个油缸推动各节臂伸缩，在每节 臂 0%、46%、92%、100%处各有 1 个臂销孔，臂尾两 侧各有 1 个缸销孔，臂销位于每节臂的尾部，用于
所述）。 5 节主臂伸出的工作原理：伸缩油缸 1 的无 与相邻臂的锁定， 缸销位于伸缩油缸缸筒的缸帽
第 31 卷第 06 期 2010 年 06 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.31 No.06 Jun. 2010
起重臂伸缩机构原理的研究
郑 红 1， 吴国锐 2 （1. 湖南机电职业技术学院， 长沙 410100； 2. 三一重工， 长沙 410100）
摘 要： 随着我国经济建设的迅速发展，轮式起重机技术也得到迅速提高，伸缩臂技术作为轮 式起重机最重要的技术之一，有了翻天覆地变化。 本文对各种起重臂伸缩机构的组成及工作原理 进行了综述和研究，希望读者详细了解其发展变化的同时能有所启发，设计出更经济适用、更少故 障率的伸缩臂机构。
大幅度、高起升高度情况下的性能起到至关重要的 影响， 而伸缩臂的关键技术在于伸缩机构的型式。 目前我国生产的汽车起重机以中、 小吨位为主，普 遍采用伸缩油缸加绳排的伸缩机构的型式，只是在 细节上各具特点。 该伸缩机构的特点是最末 1、2 节 伸缩臂采用钢丝绳伸缩， 其它伸缩臂用油缸伸缩， 因而最末伸缩臂的截面变化较大，大大降低了起重 机在大幅度下的起重性能。 同时该型式在 5 节臂以 上伸缩臂应用时难度较大。 西方发达国家则主要生 产 50 t 以上的中 、大吨位轮式 起 重 机 ，伸 缩 机 构 普 遍采用单缸插销型式。 该技术特点是结构简单，空 间局限性小， 1 绳排系统
（2）5 节臂伸缩机构工作原理与结构 图 2 所示 5 节臂伸缩机构是由 2 组倒置油缸 和 2 组伸缩绳组成，伸缩油缸 1 的活塞杆铰点安装 在 1 节臂上，伸缩油缸 1 的缸筒铰点安装在 2 节臂 上， 伸缩油缸 2 的活塞杆铰点安装在 2 节臂上，伸 缩油缸 2 的缸筒铰点安装在 3 节臂上， 伸缩油缸 1 的缸筒骑在伸缩油缸 2 的缸筒上，用导向件保证其 在伸缩油缸 2 的缸筒上自由、稳定滑行。 伸缩油缸 2 及 通 过 2 组 伸 缩 臂 绳 带 动 3、4、5 节 臂 同 步 伸 出 的 原理同上述 4 节起重臂伸缩原理完全相同（如上节
验的基础上，任何细节的忽略都将导致功败垂成。
（3）自动伸缩的液压系统
系统主要由控制伸缩油缸的液压回路和控制
吨位起重机， 一般企业还是优先考虑单缸插销技 术。
单缸伸缩机构要求动作灵活、可靠性高、响应 速度快、互锁性好，否则，很难实现吊臂的可靠伸 缩。 单缸插销技术采用单缸、互锁的缸销和臂销、精 确测长电子技术，优点是重量最轻，对整机稳定性 的影响最小，但技术难度大、成本较高、臂长种类 少、伸缩时间长、臂长变化时麻烦。 现在，徐重和浦 沅等国内企业也成功研制出了此项技术，采用的是 和 LIEBHERR 相似 的 拔 销 装 置 置 于 伸 缩 机 构 上 方 的形式。 由于此技术对于电液的要求较高，尤其是 在 自动伸缩的 PLC 控制和伸 缩系统 的 液 压 回 路 的 设计上，国内企业的技术还不是太成熟，可靠性还 不是太高，还有较长的路去走。
由于核电、钢铁、桥梁各种工程建设的大型化， 所需的配套设备构件等的重量也不断增加，对超大 型起重设备的需求也愈来愈多，起重机技术也随着 市场的步伐得到了长足发展。 伸缩缸加绳排的伸缩 机构技术已经不能满足需求，于是一种新型的伸缩 机构技术产生，单缸插销技术。 经过多年的发展，此 技术已经成熟并广泛应用于大吨位轮式起重机上。 其工作原理如图 3 所示。 单缸插销式伸缩臂技术是 典型的机、电、液一体化系统，现对伸缩臂中的几点 关键技术浅述如下：
当伸缩油缸有杆腔进油时，伸缩油缸的缸筒回 缩。 通过油缸缸筒的绞点轴带动 2 节臂同步回缩，3 节臂缩臂绳的一端固定在 3 节臂尾端，通过 2 节臂 尾端滑轮架 1 上的缩臂轮，将另一端固定在 1 节臂 头部上方的连接架上。 在 2 节臂回缩的同时，通过 2 节臂尾端滑轮架 1 上的缩臂轮带动 3 节臂以 2 节 臂 2 倍 的 回 缩 速 度 回 缩 。 即 实 现 2、3 节 臂 同 步 回 缩。 4 节臂缩臂绳的一端固定在 4 节臂的尾端，通过 3 节臂尾端滑轮架 2 上的缩臂轮将另一端固定在 2 节臂头部上方的连接架上。 在 3 节臂回缩的同时，3 节臂尾端滑轮架 2 上的缩臂轮带动 4 节臂以三 3 臂 2 倍 的 回 缩 速 度 回 缩 ， 即 实 现 3、4 节 臂 同 步 回 缩。 从而实现 2、3、4 节臂同步回缩。
杆腔进油时，缸筒前伸，由于伸缩油缸 1 的缸筒铰 处，用于伸缩油缸与各节臂的锁定，推动每节臂的
点安装在 2 节臂上，故伸缩油缸 1 的缸筒带动 2 节 伸缩。 起重臂伸出时按照 4、3、2 节臂顺序，缩时按
臂同时伸出。 套在 2 节臂里的 3、4、5 节臂随同 2 节 照 2、3、4 节臂顺序进行控制， 由于臂销孔的位置，
的。 5 节主臂缩回的工作原理：缩回的原则是伸缩油 机构采用内置式机械互锁系统，即在伸缩油缸上装
缸 2 缩回之后，才允许伸缩油缸 1 回缩。 这个程序 的油缸弹簧系统驱动缸销将伸缩油缸与起重臂锁
是由电气系统控制的。 伸缩油缸 2 缩回的同时，通 定之后， 才允许释放该节臂和其他节臂的连接臂
过 两 组 伸 缩 臂 绳 带 动 3、4、5 节 臂 同 步 回 缩 的 原 理 销。 该机构确保某一节伸缩臂和伸缩油缸互相锁定
关键词： 伸缩臂； 单缸插销式； 轮式起重机 中图分类号： TD528 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2010）06 － 0069 － 03
Research of Crane Telescopic Boom Theory
ZHENG Hong1， WU Guo-rui2 (1. Hunan Vocational and Technical Institute of Mechanical and Electrical, Changsha 410100, China； 2, Sany Heavy
0 引言
对于 4 节臂以上起重臂的伸缩机构又分为：①
伸缩臂作为轮式起重机的主要受力构件，其重 多缸或多级缸加一级绳排；②单缸或多缸加两级绳
量一般占整机的 13％～20％，而大型起重机占的比例 排。 现在，大多数 5 节臂的起重机使用的是双缸双
则更大。 因此，伸缩臂技术对大吨位轮式起重机在 绳排的技术， 一般为第 2 节臂独立伸缩， 第 3、4、5