起重机七节臂伸缩机构设计

于清江， 岳宏伟

（广林特装车（锦州）有限公司，辽宁 锦州121005）

0 引言

目前的起重机伸缩机构，通常三节臂采用一级伸缩液压油缸和一套伸缩臂钢丝绳组成，伸缩方式同步伸缩；四节臂采用一级伸缩液压油缸和二套伸缩臂钢丝绳组成，伸缩方式同步伸缩；五节臂采用二级伸缩液压油缸和两套伸缩臂钢丝绳组成，伸缩方式顺序和同步伸缩。多节臂伸缩机构采用单杠插销技术不成熟，在小吨位级别基本上还没有应用。伸缩机构直接影响到起重机工作幅度、起升高度技术指标。主要技术参数：起重臂完全缩回状态≤2.2 m，完全伸出状态≥10 m；起吊固定载荷200 kg；变幅角度范围0°～10°，不需要左右回转。其伸缩机构在合理利用顺序伸缩特点的基础上，主要采用六级伸缩液压油缸加两个管式顺序阀的七节臂伸缩机构。

1 产品结构设计

主要由一节臂、二节臂、三节臂、四节臂、五节臂、六节臂、七节臂、一级伸缩液压油缸、二、三级伸缩液压油缸、四、五级伸缩液压油缸、六级伸缩液压油缸等组成，如图1所示。

各级伸缩液压油缸与各节吊臂采用法兰和铰轴安装。各级伸缩液压油缸结构、缸径、杆径相同。一级伸缩液压油缸缸筒上的法兰与一节臂上的油缸支架通过螺栓、弹簧垫圈、螺母连接；一级伸缩液压油缸活塞杆与二节臂上油缸铰座长孔通过销轴连接。二级伸缩液压油缸缸筒上的法兰与二节臂上的油缸支架通过螺栓、弹簧垫圈、螺母连接；二级伸缩液压油缸活塞杆与三节臂上油缸铰座长孔通过销轴连接。依次类推，完成各节臂和各级伸缩液压油缸的连接。二～七节臂油缸铰座长孔补偿起吊载荷产生的挠度，提高各级伸缩液压油缸抗弯稳定性。通过各级伸缩液压油缸围绕在吊臂截面平面内安装，合理安排各级伸缩液压油缸油口管路的连接。

图1 产品结构设计

2 伸缩液压油缸设计

2.1 伸缩液压油缸结构

以三级伸缩液压油缸结构为例，如图2所示。

图2 三级伸缩液压油缸

活塞杆由杆头、活塞杆、钢管采用焊接形式组成。其中，杆头上有伸、缩工作油口。伸腔工作油口与油管通道钢管和无杆腔相通。缩腔工作油口与活塞杆内径和有杆腔相通。缸筒由缸筒、连接法兰、缸底采用焊接形式组成。各级伸缩液压油缸工作时，无杆腔和无杆腔相通，有杆腔和有杆腔相通。

2.2 求伸缩液压油缸外伸力

吊臂带载伸缩时载荷有：1）吊臂搭接处位置，上、下滑板处的摩擦力；2）吊臂自重（包括油缸质量）、货物质量产生的下滑力；3）起重钢丝绳沿着吊臂中心线方向的力[1]。以三级伸缩液压油缸为例求外伸力，进行受力分析，如图3所示。

图3 三级伸缩液压油缸受力分析

吊臂外伸时，用静力学求外伸力Fz的计算过程。建立坐标系XOY。

代入数值求得Fz=7120 N（计算过程省略）。

2.3 伸缩液压油缸强度校核

以三级伸缩液压油缸为例。

2.3.1 液压缸缸筒内径计算

2.3.2 活塞杆弯曲稳定计算

活塞杆的弯曲稳定计算一般可按“欧拉公式”进行[2]。

代入数值计算得，

3 工作原理

吊臂伸出：搬动手柄换向阀1换向位置处于左侧，液压油经过平衡阀2进入一级伸缩液压油缸3无杆腔，活塞杆带动二节臂伸出到位后。进入二级伸缩液压油缸4无杆腔，活塞杆带动三节臂伸出到位后。进入管式顺序阀5（1.5 MPa）升高的油压开启顺序阀。进入三级伸缩液压油缸6无杆腔，活塞杆带动四节臂伸出到位后，依次顺序伸出五节臂、六节臂、七节臂。液压系统如图4所示。

图4 液压系统

吊臂缩回：搬动手柄换向阀1换向位置处于右侧，液压油经过平衡阀2进入六级伸缩液压油缸10有杆腔，活塞杆带动七节臂缩回到位后，依次顺序缩回六节臂、五节臂、四节臂、三节臂、二节臂。吊臂在回缩时，由于自重和滑动阻力的变化等因素的影响，可能破坏预定的顺序[3]。

4 各级油缸管路的连接

设计上采用一级伸缩液压油缸活塞杆伸缩油口朝下，其它各级伸缩液压油缸活塞杆伸缩油口朝上；一、二、三级伸缩液压油缸缸筒上缩腔油口与四、五、六级伸缩液压油缸缸筒上缩腔油口左右对称布置。各级油缸管路的连接顺畅，保证横平竖直。各级伸缩液压油缸工作时，每一级伸缩液压油缸的伸出、缩回与其连接的伸缩管路也相应地伸出、缩回。各级油缸管路的连接如图5所示。

图5 各级油缸管路的连接

5 结语

因为产品应用在安装位置受限制的狭小空间，作业幅度较大，起吊固定载荷等要求。所以采用七节臂和六级伸缩液压油缸顺序伸缩机构设计。产品经过试验检测，达到预期效果。