汽车起重机液压系统CAD(毕业论文)

太原工业学院毕业设计11前言近年来，随着工程建设规模的扩大，起重安装工程量越来越大，吊装能力、作业半径和机动性能的更高要求促使起重机发展迅速，具有先进水平的塔式起重机和汽车起重机已成为机械化施工的主力。相对于其他起重机，汽车起重机不仅具有移动方便，操作灵活，易于实现不同位置的吊装等优点，而且对其进行驱动和控制的液压系统易于实现改进设计。随着液压传动技术的不断发展，汽车起重机已经成为各起重机生产厂家主要发展对象。CAD是计算机与工程设计紧密结合的综合应用技术。尽管各学科领域的CAD都是采用数值计算方法解决高精度、高速度工程设计，但由于CAD是和各学科专业内容紧密相关的，因此其技术特点与侧重点又有很大不同。机械类学科领域CAD的重点在于图形设计。包括完成设计、计算数据传递、绘图（包括二维、三维）以及性能分析，并能利用屏幕显示及人机对话。实现二维、三维之间的转换。自动控制专业则需解决多变量图解及系统的动态过程的数字仿真。对于一个完善的液压CAD系统是一个以C程数据库为中心，以图形为主要手段，包括设计计算、绘图、工程数据处理、动态仿真和优化等功能在内的集成的、结构开放的系统。CAD技术将计算机运算速度快、计算精度高、存储信息量大、逻辑运算能力强等优点和人具有创造性、组织能力的优势组合起来。液压传动应用于起重机上的优缺点（1）在起重机的结构和技术性能上的优点：来自汽车发动机的动力经油泵转换到工作机构，其间可以获得很大的传动比，省去了机械传动所需的复杂而笨重的传动装置。不但使结构紧凑，而且使整机重量大大的减轻，增加了整机的起重性能。同时还很方便的把旋转运动变为平移运动，易于实现起重机的变幅和自动伸缩。各机构使用管路联结，能够得到紧凑合理的速度，改善了发动机的技术特性。便于实现自动操作，改善了司机的劳动强度和条件。由于元件操纵可以微动，所以作业比较平稳，从而改善了起重机的安装精度，提高了作业质量。采用液压传动，在主要机构中没有剧烈的干摩擦副，减少了润滑部位，从而减少了维修和技术准备时间。（2）在经济上的优点液压传动的起重机，结构上容易实现标准化，通用化和系列化，便于大批量生产太原工业学院毕业设计2时采用先进的工艺方法和设备。此种起重机作业效率高，辅助时间短，因而提高了起重机总使用期间的利用率，对加速实现四个现代化大有好处。（3）缺点液压传动的主要缺点是漏油问题难以避免。为了防止漏油问题，元件的制造精度要求比较高。油液粘度和温度的变化会影响机构的工作性能。液压元件的制造和系统的调试需要较高的技术水平。从液压传动的优缺点来看，优点大于缺点，根据国际上起重机的发展来看，不论大小吨位都采用液压传动系统。纵观众多用户的反馈意见，液压式汽车起重机深受他们的欢迎和好评。太原工业学院毕业设计32液压CAD2.1液压CAD的发展液压CAD的研究开始于70年代，美国麦道飞机公司率先开发出预测液压元件和系统工作性能的AF-SS(AdvancedFluidSystemSimulation)仿真程序软件包，使液压设计从经验估计上升到定量分析的阶段。该包采用FORTRAN语言编程，可以用来分析飞机的液压系统。该包的功能包括：（1）液压系统稳态和准瞬态性能分析程序SSFAN；（2）液压瞬态分析程序HYTRAN；（3）液压系统频率响应程序HSFR；（4）液压瞬态热分析程序HYTTHA。80年代初，德国亚琛工业大学研制成功DSH(DigitalSimulationofHydraulicSystem)仿真系统。该系统采用模型库解决液压系统各种常用液压元件的动态模型，用户使用该系统前应预先根据系统所规定的特殊规则，建立仿真对象的描述文件，输入到程序中，程序可根据描述文件自动建模，并完成模型求解、结果数据处理和输出曲线绘制等工作。同期另一个影响较大的仿真软件是英国巴斯大学的HASP软件包，该包除具有DSH所有的性能外，还可以进行静态仿真。进入80年代后，交互式图形学逐渐进入液压领域，在绘图方面取得了更大的进步。德国斯图加特大学首次推出计算机设计液压原理图的程序包。GullickDobsonLtd推出了适用于采矿机械的液压CAD的专用软件包，该包除具有设计原理图功能之外，还可以生成三维阀块、绘制零件图及简单部件的装配图。亚琛工业大学还研制出一个涉及液压阀快的HYKON软件包，包内含有一个有多种液压软件结构数据的数据库，能根据设计人员输入的信息，布置阀块上的元件及连接螺孔，自动进行阀块孔道的设计和校核。当设计有错时能提示“错误信息”，并可用人机对话方式进行修改，最后可得阀块的各种视图。美国威格斯（VICKERS）公司利用CAD技术进行液压系统原理图的绘制和计算，进行液压泵、马达、阀、和集成阀块的方案设计及零、部件绘制。目前液压CAD软件的发展方向是设计、仿真、绘图一体化。如以色列Goldenbeng开发的液压CAD软件系列为HydroCalc,HydroSaft等。芬兰的坦佩雷大学液压研究所研制了液压插装阀快的CAD软件包。一些公司、学校也相继开发液压元件和系统的CAD太原工业学院毕业设计4软件包，其中某些软件不仅能对某些液压元件进行设计计算、绘制二维图形，还能建立三维立体模型。国内液压界的CAD研究起步约在80年代初开始。最初只是在用计算机对特定的液压系统或元件进行仿真，也有些研究涉及有限元分析、参数辨识和优化设计，后来才发展到设计和绘图。浙江大学1984年移植成功DSH程序并作了二次开发，扩充了液压管道静、动特性的功能，并对软件的算法、提高软件效率、本地化、国产化作了有效的尝试，推动了计算机CAD技术的进步。北京航空航天大学，西北工业大学在80年代初，对美国麦道公司的AFFS软件进行了移植取得了一定的成果。七五期间，由机电部北京自动化所负责，联合浙江大学、大连理工大学、上海交通大学、甘肃工业大学和大连液压件厂共同完成了“液压元件及系统的计算机辅助设计”的攻关项目，该项目建立了一个基本的液压CAD系统，包括基础理论、液压元件设计、图纸管理及液压系统设计的液压CAD系统。大连理工大学于1980-1985年间完成了液压系统原理图辅助设计软件包。随后结合“液压元件及系统计算机辅助设计(CAD)”d的攻关项目，开发了集成式液压系统CAD软件，该软件中还包含有标准液压元件图形库及数据库，利用该包进行集成式液压系统的设计已正式在生产中运行。浙江大学、上海交通大学及哈尔滨工业大学等校均在插装阀三维实体造型、液压泵CAD等方面各自开发了相应的软件。2.2液压CAD的功能一般CAD系统应具备计算、存储、输入、输出、对话等几方面的基本功能。就液压行业来说，近代CAD技术已能执行液压产品设计的任务，可以进行液压元件及系统的设计计算，包括参数设计、结构设计、应力分析、优化分析、结构综合、动态仿真、自动绘制工程图纸等。以下概述液压CAD技术的主要功能。绘制液压系统原理图为了绘制液压系统原理图，通常要调用液压元件图形符号库。液压元件图形符号库是根据国标液压气动图形符号（GB786-76）（新标准应为GB786.1-93）建立的。液压元件及系统的设计、计算和信息存储在设计液压元件时，根据确定的方案，采用常规算法进而确定元件的结构几何尺寸及材料的选择。对于液压系统，根据液压系统原理图，选择标准元件和设计计算非标准液压元件以及管路系统、连接太原工业学院毕业设计5尺寸等。这些功能均通过编制相应元件的设计计算软件而完成。此外，还可将现有产品的规格、数据及图纸存入计算机，构成图纸工程库、标准图形库、数据库，以供设计使用。零、部件图自动绘制可以采用人机对话方式或参数化绘图方式，输出二维或是三维图形，并能完成标注尺寸、形位公差及表面粗糙度的工作。液压集成块的辅助设计和校核利用CAD技术，不仅可以绘制集成块图形，且可以自动设计和校核孔道，因此得到广泛的应用。有限元分析和动态仿真液压元件处于高压、高速和恶劣的环境条件下工作，对于有结构紧凑要求时，能将多种方案的数据，通过有限元分析得到的多种结果，进行分析、评比、优选，避免样机试验分析的工作。运用动态仿真程序能预测分析设计方案的动态性能，提高设计质量。现已有多种仿真软件应用于液压CAD。太原工业学院毕业设计63数据库系统分析3.1需求分析在数据库应用系统开发的分析阶段，要在信息收集的基础上确定系统开发的可行性思路，也就是要求程序设计者通过对将要开发的数据库应用系统进行相关信息的收集，以确定总需求目标，开发的总体思路及开发所需的时间等。下面对该系统的情况作一概述。汽车起重机液压系统包含支腿收放、回转机构、起升机构、吊臂伸缩和吊臂变幅等五个部分，各部分都有相对的独立性。其中包含的液压元件主要有：泵和马达、液压阀、液压缸和一些辅助元件。下面介绍一些液压元件在汽车起重机液压系统中的作用。（1）支腿收放回路由于汽车轮胎的支撑能力有限，在起重作业时必须放下支腿，使汽车轮胎架空。汽车行驶时则必须收起支腿。前后各有两条支腿，每一条支腿配有一个液压缸。两条前支腿和两条后支腿分别用一个三位四通手动换向阀控制其收放。每一个液压缸上都配有一个双向液压锁，以保证支腿可靠的锁住，防止在起重作业过程中发生“软退”现象或行车过程中液压支腿自行下落。（2）回转机构回路回转机构中采用一个液压马达通过涡轮蜗杆减速箱和开式小齿轮来驱动转盘。转盘回转速度较低，一般每分钟为1至3转。驱动转盘的液压马达转速也不高，故不必设置马达制动回路。因此，回转回路比较简单，通过三位四通换向阀可获得左转、停转、右转三种不同工况。（3）起升机构回路起升机构是起重机的主要执行机构，它是一个由大扭矩液压马达带动的卷扬机。马达的正反转有一个手动的三位四通阀控制。马达的转速，即起吊速度可通过改变汽车发电机的转速来调节。在马达下降的回油路上有平衡阀，用以防止重物自由下落。由于设置了平衡阀，使得液压马达只有在进油路上有压力的情况下才能旋转。改进后的平衡阀使重物下降时不会产生“点头”现象。由于液压马达的泄漏比液压缸大的多，当负载吊在空中时，尽管油路中设有平衡阀，仍有可能产生“溜车”现象。为此，在太原工业学院毕业设计7液压马达上设有制动缸，以便在马达停转时，用制动器锁住起升液压马达。单向节流阀的作用是使制动器上闸快，松闸慢。前者是为使马达迅速制动，重物迅速停止下降；而后者则是避免当负载在半空中再次起升时，将液压马达拖动反转而产生滑降现象。（4）吊臂伸缩回路吊臂由基本臂和伸缩臂组成，伸缩臂套在基本臂之中。吊臂的伸缩是由一伸缩液压缸控制。为防止吊臂在自重作用下下落，伸缩回路中装有平衡阀。（5）吊臂变幅回路所谓变幅，就是用一液压缸改变起重臂的起落角度。变幅作业也要防止因自重而下降，因此吊臂变幅回路上也装有平衡阀。3.2功能介绍通过收集调查汽车起重机液压系统，根据实际功能需求，设计“汽车起重机液压系统CAD”的总体结构如图3.1所示。汽车起重机液压系统CAD图3.1“汽车起重机液压系统CAD”的总体结构其总体功能需求可归纳为以下几点（1）能够对液压元件的性能参数进行管理，如添加、修改、删除等。（2）能够对液压元件的性能参数根据条件查询。（3）能够查询液压元件职能符号，并调用。确定了总体目标后，就可以设计总体功能模块的逻辑模型了，如图3.2所示。液压元件性能参数液压元件职能符号太原工业学院毕业设计8图3.2总体功能模块汽车起重机液压系统CAD液压元件性能参数液压元件职能符号泵和马达参数查询液压阀参数查询液压缸参数查询滤油器参数查询蓄能器性能参数查询压力继电器性能参数查询太原工业学院毕业设计94创建数据库4.1数据库总体设计4.1.1概念设计数据库概念设计的目的是分析数据见内在的语义关联，在此建立一个数据的抽象模型——概念数据模型。（1）确定实体泵和马达、阀、液压缸、辅助件、液压元件图库（2）确定实体的属性泵和马达：元件名称、型号、排量、额定压力、最高压力、额定转速、最高转速、驱动功率、重量阀：元件名称、类型、型号、通径、额定流量、调压范围、卸荷压力、重量、电磁阀额定电压、额定压力、最高使用压力、开启压力、推荐流量、工作压力进口P、工作压力出口A、工作