全地面起重機(jī)

1、 制動(dòng)系統(tǒng)選型分析

1.1 制動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

行車(chē)制動(dòng)采用雙管路氣制動(dòng)，連續(xù)制動(dòng)采用液力阻尼器，手制動(dòng)采用氣控彈簧加載來(lái)實(shí)現(xiàn)，行車(chē)制動(dòng)器采用氣壓驅(qū)動(dòng)楔塊式張開(kāi)裝置的雙向雙領(lǐng)蹄制動(dòng)器結(jié)構(gòu)。

1.2 制動(dòng)系統(tǒng)主要元器件選型分析

1.2.1 制動(dòng)器

行車(chē)制動(dòng)采用楔塊式制動(dòng)器有以下優(yōu)越性：①效率高；②有間隙自調(diào)機(jī)構(gòu)，保證使用過(guò)程中有良好的制動(dòng)力匹配以及良好的方向穩(wěn)定性；③熱穩(wěn)定性及高速制動(dòng)性能好。該制動(dòng)器的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是，氣室可以直接安裝在制動(dòng)器的底架上，以達(dá)到“凈化”車(chē)橋的目的。

1.2.2 液力阻尼器

液力阻尼器是利用油液的粘滯阻力來(lái)產(chǎn)生制動(dòng)力矩的裝置。該元件的特點(diǎn)是，車(chē)速越高，產(chǎn)生的阻力越大。其持續(xù)制動(dòng)能力可由下式來(lái)確定：

G×V×(i-f)×3600/778=Hrad×Arad×(Trad (1)

式中，Arad──散熱器的冷卻面積，m2；i—道路坡度，°；Hrad──發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的傳遞系數(shù)，Kcal/h·　(F·m2；f—滾動(dòng)阻力系數(shù)；V—車(chē)速，m/s；G—車(chē)重，N；(Trad—散熱器中水和空氣的平均溫差，(F；

通過(guò)式（1）可以確定在給定的道路坡度、路面狀況且不使用主制動(dòng)器時(shí)，該車(chē)的最大安全行駛速度。

2油氣懸掛對(duì)制動(dòng)性能的影響

2.1 靜不定問(wèn)題

為六軸車(chē)，采用油氣懸架后，克服一一般懸架結(jié)構(gòu)帶來(lái)的靜不定問(wèn)題，使得該車(chē)各車(chē)軸上的軸荷與路面結(jié)構(gòu)形狀無(wú)關(guān)。

2.2 縱向尺寸為16900mm，整備質(zhì)量約72000kg，采用油氣懸掛并作適當(dāng)布置，使制動(dòng)過(guò)程中軸荷轉(zhuǎn)移較小（道路附著系數(shù)(=0.8時(shí)其轉(zhuǎn)移量約為4.5%），而且第三、四軸軸荷基本恒定不變。

2.3 制動(dòng)點(diǎn)頭現(xiàn)象

油氣懸掛的剛度（C）可用下式來(lái)表示：

Vk0 dA Vk0 dV

c=(P0── —1) ── —AKP0── ── (2)

Vk df Vk 1 df

式中，P、V、P0、V0分別為任意位置及靜平衡時(shí)，氣體的絕對(duì)壓力和容積；K—多變系數(shù)；V=A×H，H—折算高度，A—有效面積，這里A為常數(shù)；f—高度位移。

對(duì)車(chē)輛多制動(dòng)工況下懸架變形分析和計(jì)算表明，由制動(dòng)產(chǎn)生的軸荷轉(zhuǎn)移不引起點(diǎn)頭現(xiàn)象。

3 整車(chē)制動(dòng)安全性能分析

3.1 制動(dòng)效能分析

3.1.1 制動(dòng)時(shí)間t

制動(dòng)系統(tǒng)可作簡(jiǎn)化：制動(dòng)時(shí)間由兩部分組成。其一：輔助時(shí)間t1，為制動(dòng)管路氣壓由0上升到90%最大壓力所消耗的時(shí)間；其二：為制動(dòng)持續(xù)時(shí)間t2。

1）制動(dòng)輔助時(shí)間t1

t1=t11 t12 t13 (3)

式中，t11──滯后時(shí)間，t11=l2/c,s；l2──制動(dòng)閥與制動(dòng)氣室間的距離，m；c──制動(dòng)液中聲速，m/s；t12──由制動(dòng)氣室推桿克服間隙所需位移引起的時(shí)間。

t12=(V0 Vs)(0.007l1 0.025l2),s

式中，V0──在活塞或膜片產(chǎn)生任何位移之前需充滿(mǎn)的制動(dòng)氣室的容積，m3；Vs──消除間隙所需充滿(mǎn)的制動(dòng)氣室的容積，m3；t13──制動(dòng)管路壓力達(dá)到儲(chǔ)氣筒最大壓力90%所需的時(shí)間,s，t13=0.042(l1 l2)(Vs V0 V2),s，V2──連桿制動(dòng)閥與制動(dòng)氣室的制動(dòng)管路的容積，m3。式中未列參數(shù)，由此根據(jù)給定的條件可得出輔助時(shí)間值。

2）制動(dòng)持續(xù)時(shí)間t2

制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)器開(kāi)始發(fā)生作用至車(chē)輛停止所用的時(shí)間t2：

t v2 1

t2=∫dt=∫ —dv,s (4)

0 V1 j

式中，V1──制動(dòng)初速度，m/s；V2──制動(dòng)末速度，m/s；j──制動(dòng)減速度，m/s2；

3.1.2 制動(dòng)距離S

分別由對(duì)應(yīng)于上述制動(dòng)時(shí)間所產(chǎn)生的距離組成。

t13 V2 t

S=(t11 t12 —)V1 ,∫ ∫jdvdt,m (5)

2 0 0

式中參數(shù)如前所述

3.2 制動(dòng)時(shí)車(chē)輛的方向穩(wěn)定性

由于該車(chē)采用多軸轉(zhuǎn)向（第1、2、3、5軸）和多橋驅(qū)動(dòng)（越野行駛時(shí)，第1、2、3、5、6軸驅(qū)動(dòng)；公路行駛時(shí)，第5、6軸驅(qū)動(dòng)），故在制動(dòng)過(guò)程中為保證良好的方向穩(wěn)定性，要求做到：

1）防止在干燥路面上以高減速度制動(dòng)時(shí)，后輪過(guò)早抱死，失去穩(wěn)定性。

2）防止在滑溜路面上以低減速度制動(dòng)時(shí)，前輪過(guò)早抱死，失去轉(zhuǎn)向能力。

車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程中，各車(chē)輪被利用附著系數(shù)（f）與制動(dòng)強(qiáng)度（q）的關(guān)系，可以明確反映出制動(dòng)過(guò)程各工況各車(chē)軸的抱死情況，即制動(dòng)穩(wěn)定性能。

3.2.1 制動(dòng)過(guò)程中受力分析

制動(dòng)過(guò)程中受力分析力學(xué)模型。

3.2.2 確立數(shù)學(xué)模型

六根橋中，第1和2軸、3和4軸、5和6軸各組成一個(gè)獨(dú)立的油氣懸掛系統(tǒng)，通過(guò)“釋放自由度法”，借助整車(chē)受力分析模型建立子力學(xué)模型和相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)分析計(jì)算，可以得出該機(jī)在各種制動(dòng)強(qiáng)度（qi）下的各軸軸荷

3.2.3 確定被利用附著系數(shù)

各軸在各種制動(dòng)工況下被利用附著系數(shù)（fi）可以用下式來(lái)確定：

fi=β(i)×qi×G/Zi (6)

式中，β(i)—第i軸制動(dòng)力分配系數(shù)，i=1，2……6；Zi—第i軸軸荷，N；G—整機(jī)重量，N；

3.3 試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果

汽車(chē)起重機(jī)制動(dòng)效能的計(jì)算值及試驗(yàn)結(jié)果。

利用附著系數(shù)計(jì)算值及表2試驗(yàn)表明，該機(jī)無(wú)論在干燥路面或滑溜路面，其方向穩(wěn)定性均滿(mǎn)足要求。

4 結(jié)論

1）試驗(yàn)結(jié)果和分析均表明，該車(chē)的制動(dòng)效能及方向穩(wěn)定性良好。制動(dòng)元器件適合并滿(mǎn)足了該車(chē)的各種工況。該車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型是成功的。

2）本文提出的制動(dòng)性能計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)相吻合。該方法可以用來(lái)預(yù)測(cè)多軸車(chē)輛的制動(dòng)性能并為制動(dòng)系統(tǒng)元器件選型提供可操作的方法。

3）車(chē)輛的制動(dòng)安全性能，除取決于制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、整車(chē)的制動(dòng)狀態(tài)及相關(guān)條件外，與車(chē)輛的行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式及其布置方式是密不可分的。

4）全地面汽車(chē)起重機(jī)集眾多工程車(chē)輛的特點(diǎn)于一體。其制動(dòng)安全性能的分析，具有典型的代表意義。

全地面起重機(jī)，又稱(chēng)全路面起重機(jī)，英文名All terrain crane。

我國(guó)已實(shí)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)的千噸級(jí)全地面起重機(jī)的研發(fā)生產(chǎn)，這將使國(guó)內(nèi)的全地面起重機(jī)市場(chǎng)控制在中國(guó)企業(yè)自己的手中。

底盤(pán)設(shè)計(jì)技術(shù)中的關(guān)鍵是油氣懸架系統(tǒng)和多橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這兩項(xiàng)技術(shù)是全地面起重機(jī)的獨(dú)有技術(shù)。下面對(duì)油氣懸架系統(tǒng)進(jìn)行探討。

油氣懸架系統(tǒng)多橋底盤(pán)的必要條件，除了能起到多軸平衡的作用外，還能起到增加整機(jī)側(cè)傾剛度、克服制動(dòng)前傾、調(diào)節(jié)車(chē)架高度和鎖死懸架等功能。油氣懸架系統(tǒng)由油氣彈簧和配流系統(tǒng)組成。油氣彈簧是用氣體作為彈性元件，在氣體與活塞之間引入油液作為中間介質(zhì)；而配流系統(tǒng)則利用油液的流動(dòng)，平衡軸荷、阻尼振動(dòng)、調(diào)節(jié)車(chē)身高度等。油氣懸架系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)。

增強(qiáng)承壓能力油氣彈簧以鋼筒蓄能器作為彈性元件，能夠承受很高的壓力，通?？蛇_(dá)20MPa，因而體積小、質(zhì)量輕，用于重載軸荷時(shí)質(zhì)量比鋼板彈簧輕50%以上。

提高行駛的平順性油氣彈簧可以獲得很好的彈性特性曲線(xiàn)和較低的固有頻率，因而汽車(chē)的行駛平順性和舒適性大大優(yōu)于鋼板彈簧懸架，并減小了整車(chē)對(duì)地面的沖擊力。油氣懸架的變剛度彈性特性曲線(xiàn)可以防止發(fā)生懸架擊穿，對(duì)于越野行駛非常重要。

有效地平衡軸荷油氣懸架系統(tǒng)可以通過(guò)管路的連接，將不同車(chē)軸的油氣彈簧油缸連接起來(lái)，起到平衡軸荷作用。

增加整機(jī)的側(cè)傾剛度當(dāng)車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于離心力的作用，重心轉(zhuǎn)移，因而整車(chē)明顯傾斜。油氣懸架系統(tǒng)將左、右油氣彈簧串聯(lián)，可以大大加強(qiáng)整車(chē)的側(cè)傾剛度。選擇油氣懸架液壓缸最佳大、小腔面積比可以獲得理想的側(cè)傾剛度。同理，如果將前、后油氣彈簧油缸串聯(lián)，可以提高整機(jī)縱角向剛度，克服制動(dòng)點(diǎn)頭現(xiàn)象。

在技術(shù)方面已經(jīng)達(dá)到一個(gè)新的高度了，不過(guò)也不能利用技術(shù)去做一些比較危險(xiǎn)的項(xiàng)目，不要挑戰(zhàn)臨界值，最好能在保證安全的情況下工作。從安全的角度講完全不可以不支腿吊重，這樣很危險(xiǎn)，尤其是車(chē)身是使用彈簧鋼板的吊車(chē)更不行。

起升高度 主臂（m） 62.5

京城重工QAY160E全地面起重機(jī)性能參數(shù)

整機(jī)工作重量(kg) 60000

回轉(zhuǎn)速度(rpm) 1.5

最大額定總起重量（t） 160

轉(zhuǎn)臺(tái)尾部回轉(zhuǎn)半徑（mm） 4690

起升高度 基本臂（m） 14.5

起升高度 主臂（m） 62.5

京城重工QAY160E全地面起重機(jī)底盤(pán)

爬坡能力(%) 60

最小離地間隙(mm) 355

最小轉(zhuǎn)彎半徑（mm） 9500

行駛速度（km/h） 80

制動(dòng)距離（m） 10

發(fā)動(dòng)機(jī)

廢氣排放標(biāo)準(zhǔn) 國(guó)4標(biāo)準(zhǔn)

京城重工QAY160E全地面起重機(jī)整機(jī)尺寸

輪距（mm） 2543

總長(zhǎng)（mm） 15320

總寬（mm） 3000

總高（mm） 40002100433B