汽车起重机变幅油缸稳定性及缸筒壁厚校核

摘 要：建立起重机三铰点数学模型，应用传统材料力学理论并结合查图法，且根据TC550汽车起重机变幅油缸实际工作中所承受的载荷，对变幅油缸稳定性及缸筒壁厚进行校核，使其安全可靠。

关键词：起重机；变幅油缸；稳定性；缸筒壁厚

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.058

汽车起重机属于流动式起重机械，具有移动及起重作业功能，汽车起重机因操作方便、转场速度快、工作效率高等优点，产品应具有广泛的使用性，能适应城市改造、水利运输、交通桥梁、石油化工、建筑安装等中大型项目建设，可广泛使用于工厂、矿山、油田、港口码头、建筑工地等作业场所和其它复杂的作业环境。

汽车起重机主要由起重臂、转台、专用底盘三大部件组成。其中起重臂是起重机的关键部件，为主要承载受力件；转台为上下车的联接部件，起重机变幅、回转、起升三大动作均通过转台实现。变幅油缸又为起重臂及转台之间联接件，通过其伸缩运动可改变起重臂仰角，使其适合不同高度及幅度作业。起重机起吊作业时变幅油缸承受巨大的轴向载荷，变幅油缸的设计对起重性能至关重要，所以对变幅油缸的稳定性和强度进行校核是必不可少的。

1 建立数学模型

1.1 建立数学模型

变幅油缸受力分析如图1所示，一般情况来说，变幅的运动速度都比较缓慢，起重臂的变幅惯性可忽略不计，由，得：

（1）

式中：

n——为变幅油缸的个数

Ln——为变幅油缸的力臂

N——为变幅油缸的受力

Lb——起重臂长度

Gb——起重臂自重

Q——为吊重载荷重量

LGb——为起重臂重心至臂尾铰点的距离

α——为起重臂仰角

ψ1——为起升动载系数，取1.1

1.2 起重臂及转台主要参数

起重臂基本臂长Lb/mm 11700

起重臂质量Gb/kg 11500

起重臂重心至臂尾铰点的距离LGb/mm 5840

起重臂尾铰点至至变幅油缸下铰点垂直距离H/mm 1000

起重臂尾铰点至回转中心水平距离E /mm 2300

变幅铰点至回转中心水平距离F /mm -350

2 变幅油缸稳定性、强度校核

起重机吊载重物时，变幅油缸承受巨大轴向压力。当轴向压力过大，就有可能材料未发生屈服而先发生屈服失稳。为避免变幅油缸发生失稳，对其进行稳定性校核凸显重要。针对TC550汽车起重机，根据实际应用情况，确定以下2种变幅油缸最危险工况进行校核。

当细长比时，按非等截面计算法计算临界载荷：

（kN）

式中：

——柔性系数，中碳钢取m=85；

——末端条件系数，两端铰接，取；

——活塞杆的临界载荷，；

——活塞杆材料的弹性模量；为；

k——形状系数，查图2；

式中：

——杆径截面转动惯量，

——缸筒截面转动惯量，

——空心活塞杆外径，；

——空心活塞杆内径，；

——缸筒外径，；

——缸筒内径，；

式中：

——活塞杆伸出长度，；

——油缸总长度，；

——等效转动惯量，，；

式中：

——缸筒部分长度，；

——活塞杆断面的回转半径，

空心活塞杆：

——活塞杆截面积，；

空心活塞杆：

2.1 工况一

通过（1）式方程计算得出工况一，变幅油缸推力N1=1822962N，此时油缸总长度L1=6038mm。

2.1.1 油缸稳定性校核

因变幅油缸细长比，按非等截面计算法计算临界载荷：

（安全系数nk=2～4）

式中：

k——形状系数，查形状系数图2，取k=0.65

——等效转动惯量，

2.1.2 缸筒壁厚校核

变幅油缸缸筒内径D=280mm、缸筒外径D=310mm，缸筒壁厚=17.5mm，材料采用27SiMn，屈服强度σS =800MPa.

因，按薄壁缸筒的计算公式进行校核：

因缸筒壁厚=17.5mm≥12.99mm，故满足要求。

式中：

D——缸筒内径，；

——液压缸压力，MPa

——缸筒材料的许用应力；

MPa

——缸筒材料的抗拉强度；

——安全系数，取2.5

2.2 工况二

通过（1）式方程计算得出工况二，变幅油缸推力N2=1874891N，此时油缸总长度L2=5596mm。

2.2.1 油缸稳定性校核

因变幅油缸细长比，按非等截面计算法计算临界载荷：

（安全系数nk=2～4）

式中：

k——形状系数，查形状系数图2，取k=0.70

——等效转动惯量，

2.2.2 缸筒壁厚校核

因，按薄壁缸筒的计算公式进行校核：

因缸筒壁厚=17.5mm≥13.22mm，故满足要求。

式中：

D——缸筒内径，；

——液压缸压力，MPa

3 结论

汽车起重机变幅油缸压杆稳定性直接影响起重机工作性能，对汽车起重机工作安全起着决定性作用，本文利用材料力學知识并结合查图法，对我公司的TC550汽车起重机，在最大起重量和最大起重力矩两种工况下，分别对变幅油缸稳定性和缸筒壁厚进行校核。研究结论为同类型起重机变幅油缸校核提供一种方法，为变幅油缸轻量化研究提供前期条件。

参考文献：

[1]张质文.起重机设计手册（上卷）[M].中国铁道出版社，2013：507

-510

[2]杨晓，李祥松.变幅油缸稳定性计算方法探讨[J].煤矿机械，2016

（03）：30-32.

[3]雷天觉.新编液压工程手册（下册）[M].北京理工大学出版社， 2005：1395-1405

基金项目：TC550A汽车起重机新产品开发项目

作者简介：单心泽（1975-），男，安徽蚌埠人，学士，工程师，研究方向：起重机产品及钢结构设计。