汽车起重机构造与原理
一、汽车起重机基本术语
1、汽车起重机
起重作业部分安装在专用或通用汽车底盘上的起重机。参见图一
2、整机。
具有齐全的上车、下车及附属装置的起重机。
3、上车(起重机部分)
包括回转支承及其以上的全部机构的总和。
4、下车(运载车部分)
回转支承以下部分，包括底架、底盘、支腿等各部件、机构和装置的统称。(包括支腿在内的装载上车而行走的运载车)。
5、起重性能参数（参见表一）
5.1起重量：起吊物体的质量。
5.2总起重量：起吊物体的质量与取物装置质量之和。
5.3额定总起重量
起重机在各种工况和规定的使用条件下所允许起吊的最大总起重量。(工况，指不同的臂长和仰角；规定的使用条件，如打支腿、地面的平整度、风力、设备状况等规定的使用条件)
5.4最大额定总起重量
起重机用基本臂处于最小额定幅度，用支腿进行作业所允许的额定总起重量，并以此作为起重机的名义起重量。
6、幅度（参见图二、图三）
6.1幅度：起重机空钩时，回转中心垂线与吊钩中心之间的水平距离。
6.2工作幅度：起重作业时，回转中心垂线与吊钩中心之间的水平距离。
6.3最小工作幅度：起重机处于最大仰角时的工作幅度。
6.4额定幅度：某一额定总起重量所允许的最大工作幅度。
6.5最小额定幅度：最大额定总起重量所允许的最大工作幅度。
7、起重力矩：总起重量与相应的工作幅度的乘积。
8、起升高度：起重机起升到最高位置时，起重钩钩口中心到支承地面的距离。
9、倍率：动滑轮组的承载钢丝绳数与引入卷筒的钢丝绳数之比。
10、起升速度：平稳运动时，起吊物体的垂直位移速度。
10.1单绳速度：动力装置在额定转速下，在卷筒计算直径处第n层的钢丝绳速度。
10.2起重钩的起升(下降)速度
钢丝绳单绳速度除以起升滑轮组倍率得到的值。
11、变幅时间(速度)
变幅作业时，幅度从最大(最小)变到最小(最大)所用的时间。
12、最大回转速度
空载状态下，基本臂在最大仰角时，所能达到的最快回转速度。
13、起重臂伸(缩)时间(速度)
空载状态下，起重臂处于最大仰角，使吊臂由全缩(伸)状态运动到全伸(缩)状态所用的时间。
14、支腿收放时间(速度)
支腿以全收(放)状态，运动到全放(收)状态所用的时间。
15、仰角：（参见图二、图三）
在起升平面内，起重臂纵向中心线与水平线的夹角。
16、副臂安装角：（参见图二、图三）
起重机主臂轴线与副臂轴线在起升平面内的夹角。
17、起重臂长：
沿起重臂轴线方向，其根部销轴中心到头部定滑轮组中心的轴线距离。
18、起重特性曲线：
表示起重机作业性能的曲线。
18.1起重量特性曲线（参见表一）
在以总起重量和工作幅度为坐标轴的直角坐标系中，以一定臂长在不同工作幅度时的额定起重量为坐标点编制的曲线。
起重量特性曲线现在多用“起重特性表”来表示（日本KATO则叫额定总起重量表），它是用表格的形式来体现臂长，幅度与起重量之间的关系。
18.2起升高度特性曲线（参见图二、图三）
在以起升高度和幅度为坐标轴的直角坐标系中，以一定臂长在不同幅度时的空钩起升高度为坐标点绘制的曲线。
二、产品主要构成及名称
汽车起重机产品主要分成两大部分：底盘部分和起重机部分，又称上、下车。
1、底盘
汽车起重机底盘的作用是保证起重机具有行驶功能，能使起重机实现快速的远距离转移。
底盘可分为专用底盘和通用底盘两大类：通用底盘只适用于小吨位的起重机，一般不超过16T，浦沅曾经在斯太尔底盘上安装过25T汽车起重机，但终因重心太高，最终被淘汰。
专用底盘与通用底盘的最主要区别在于车架。前者是专用的能安装回转支承的车架，其特点不仅是承载能力大，而且具有极强的抗扭曲功能，而通用底盘则只有在其原底盘车架上再设计一个能安装回转支承，抗扭功能极强的辅助车架才能满足起重作业的需要。这样，通用底盘安装的起重机重心高，行驶速度受到了限制。另外，专用底盘为了限制整车高度，往往作成半驾驶室。
除上述两点之外，通用底盘与专用底盘之间配置上面基本相同。因通用底盘是大家司空见惯的产品，这里不作详细介绍。
三、起重机部分
汽车起重机的功能主要体现在起重机部分，故其主要性能参数、功能设置、各机构的配置及可靠性是一个产品品牌好坏的重要标志，也是用户选择某个产品的重要依据。
起重机部分主要由如下的机构和部件组成：
1、油泵及其取力、传动装置
油泵是液压汽车起重机各种动作的动力来源。油泵本身不能产生动力，油泵的动作一般是通过发动机驱动取力器(PTO)再传递给油泵而实现。这时，油泵可以泵出高压力油以驱动各种执行元件(液压缸、液压马达)以实现各种机构的动作。
1.1油泵取力方式
目前有底盘发动机取力和上车独立发动机取力两种。
底盘发动机取力时，取力器一般与底盘的变速箱相接，对于越野汽车起重机，也可以与分动箱连接。我们称之为变速箱取力或分动箱取力。
此时，取力器与油泵的连接一般通过传动轴，也有直接通过联接套连接的。通过传动轴连接的须考虑传动夹角(当量夹角，不超过6°，3°-6°之间，理论上是0°最好)，通过联接套连接的须不让油泵受到大的轴向力。
独立发动机取力时，油泵通过扭力减震器与发动机的飞轮直接相连。此时，发动机的动力通过其飞轮直接传给油泵。
底盘发动机取力，其优点是底盘与上车（起重作业部分）共用一个动力源，减轻了整机重量，降低了制造成本。它一般用于中、小吨位的汽车起重机上。目前我们的起重机70吨以下的产品都是用底盘发动机取力。
上车独立发动机取力，由于增加了一个发动机，其重量及制造成本相应较高。但是对于大吨位产品而言，起重用发动机其功率较底盘发动机功率要小许多，亦即其使用时油耗要少许多；故虽然其前期费用较高，但其使用成本可大幅下降。因此，目前100吨以上的起重机大都采用。随着世界能源的日趋紧张，油价的不断上涨，独立发动机取力有向中吨位起重机发展的趋势。
1.2  油泵的种类
作为汽车起重机用的动力泵一般有齿轮泵和柱塞泵两种。
齿轮泵是定量泵，其特点是对液压油的敏感小，但容积效率和使用压力相对较低（容积效率一般不超过0.92，使用压力不超过25MPa）；它另一个优点就是价格较低，故广泛用于中小吨位起重机上。
柱塞泵一般是变量泵，其最大的优点是容积效率高（大于0.97）、耐压高（可大于35MPa）。但由于其价格太高，目前主要用于中、大吨位起重机上。
2、支腿及其伸缩机构
汽车起重机为了增加中大幅度时的起重能力(由稳定性决定的)，都设计有可移动的支腿以增加起重时的稳定力矩。
支腿的形式常见有“H”型、“蛙”型、“幅射式”、“摆腿式”等四种。浦沅集团公司的产品这四种形式都采用过，但目前汽车起重机全部采用“H”型，其主要特点是受力明确，跨距可以作得很大，起重机易于调平。
支腿由固定支腿箱与活动支腿箱组成。固定支腿箱与车架焊接成一整体，活动支腿可以在其里面自由伸缩。活动支腿箱一般作成一节，但有时为了加大支腿的横向跨距，以便起重机获得较大稳定力矩，也有作成两节的（70t、100t、130t、300t）。
支腿的伸缩是由一个水平油缸带动的（参见图五）。如是两节活动支腿，则是通过一个水平油缸带动一级同步伸缩机构以实现两个活动支腿的同步伸缩。
在活动支腿上还安装一个垂直油缸，又称垂直支腿。其作用是在起重作业时将整个底盘抬起以增加作业的稳定性。
3、下车液压系统
设置下车液压系统的作用就是进行支腿各种动作的操纵。下车液压系统主要由下部操纵阀、水平油缸、垂直油缸、管路、支腿、液压锁、水平仪等元件组成。水平油缸的作用是实现支腿的水平伸缩，垂直油
缸的作用是实现支腿的垂直升降使起重机其它部分全部离地以提高起重作业的稳定性。双向液压锁安装在垂直缸上，作用是起重机作业时，防止垂直油缸回缩；行走时，防止垂直油缸伸出。支腿操纵阀的作用是通过操纵阀上各手柄的选择，实现支腿的各种动作，这种动作既可同时进行，也可单独操作；单独操作对垂直油缸尤其重要，这样可以将车架调平。水平仪的作用是可以检查调平的程度。
4、吊臂及其伸缩机构
吊臂是起重机最主要的部件之一，起重作业的几个主要参数都和它有直接关系。
吊臂分主臂和副臂两种。主臂是“自根部与转台相较接的较点至头部装设的主起升定滑轮组轴心线之间的起重臂。”
主吊臂分为很多节，至少有两节，目前一般直接实现伸缩的多节臂，最多作到五节，但通过其它各种形式实现的主臂伸缩(如自动插销形式等)可以作到八节。怎样实现更多级吊臂的自动伸缩，目前还是起重机行业的重大难题之一。
主吊臂的截面有四边形、六边形、八边形、十二边形、大圆角矩形及椭圆形等薄壁箱形结构。矩形截面是中小吨位起重机常用的截面形式，其工艺简单，具有较大的抗弯能力及抗扭钢度。这种臂自重较大，不适合在大吨位上应用。多边形截面吊臂腹板局部稳定性大，相对矩形截面的吊臂其材料更能得到充分的利用。
主吊臂的材料，为了减轻吊臂的自重，吊臂多采用高强度结构钢，现在在中小吨位的起重机上普遍采用HG70钢，在中大吨位的起重机上则大量使用800、960乃至于1100MPa超高强度的结构钢。高强度钢的使用，是一个企业设计与制造能力高低与否的重要分界之一。
副臂是铰接在主臂头部以延长吊臂的长度的一节或多节结构件。一般25T以下的起重机为一级副臂，25T以上的起重机有两级乃至于三级副臂。副臂既可布置在主臂侧面，也可布在主臂腹部。布置在主臂侧面的副臂为桁架式，此时如是两节，则又分为展开式和拉出式两种。展开式多为三角形截面；拉出式为矩形截面，里面的副臂为箱形。腹置的副臂以KATO的产品为代表，其特点是质量轻，截面形式为对称的槽形梁。
主臂的伸缩（参见图五）靠油缸的伸缩带动。二节主臂用一级油缸带动；三节主臂一般用一级油缸加一级同步伸缩机构实现；四节臂一般用一级油缸带动二级同步伸缩机构实现；五节主臂一般用二级油缸带动二级同步伸缩机构实现。
所谓的同步伸缩机构就是：一组伸出用钢丝绳和一组缩回用钢丝绳。
当油缸伸缩时，伸出、缩回钢丝绳同时跟着伸缩，并带动另外的吊臂同时伸缩。
吊臂做到六节以上时如仍用上述的伸缩形式，则其截面将会做得很大。最后导致整车重量超重、行驶能力与起重能力下降。
解决此一矛盾，目前最有效的方法就是采用自动插销机构实现吊臂的伸缩。它是利用一个油缸将吊臂一节节的伸出或缩回，其伸缩的过程是全自动的。其最大优点是结构简单、吊臂截面变化均匀、整个吊臂系统重量大幅下降；但由于其自动化程度要求高，制造成本与制造难度都较大，是目前汽车起重机最重大的技术课题之一。此外，这种伸缩方式所需要的时间较长，操作也较复杂。
5、起升机构
起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。驱动装置包括减速机、制动器、马达等部件；钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑组及动滑轮组（与吊钩作成一体）等；取物装置有吊钩、抓斗、电磁吸盘、吊具、挂环等多种形式，安全装置包括平衡阀、起升高度限位器、三圈过放装置、力矩限制器等。
起升机构的驱动形式有内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动三种。
液压驱动的起升机构，是由发动机带动液压泵，将工作油输入执行机构（液压缸或液压马达）使机构动作，通过控制输入执行机构的液体流量实现调速。液压驱动的优点是传动比大，可以实现大
范围的无级调速；机构紧凑；运转平稳；操作平稳、方便；过载保护性好。缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容易泄露。
液压驱动有三种驱动形式：
1、高速液压马达驱动。这种形式在液压起重机中应用最为广泛。特点是工作可靠、成本低、寿命长、效率高；可以采用批量生产的减速器与之配套，元器件便于采购。
2、低速大扭距液压马达驱动。低速大扭距液压马达转速低，输出扭距大，一般不需要减速传动装置，简化了机构。
3、液压缸驱动。液压缸是作直线往复运动，应用较多的是液压电梯和塔式起重机中的顶升机构，升降平台等。
5.1油压马达的种类：
轴向柱塞式。
定量与变量。
5.2卷扬减速机
由减速机、卷筒等组成，布置在上车的尾部。带副臂的起重机卷扬减速机一般都有两个。
减速机型式：普通轮系与行星轮系、摆线针轮减速机。
卷筒型式：螺旋槽与变形绳槽。
制动器：常用有片式制动、带式制动、蹄式制动。
5.3钢丝绳：
抗扭钢丝绳。
固定方式：与卷筒的连接，是通过楔块连接在卷筒体或卷筒侧挡板外的楔形套里；另一端则是与楔块一道嵌入楔套，外加绳夹，然后用楔套连接在吊臂头部或吊钩上。
根据工作强度级别，起重机用的钢丝绳安全系数在4.5以上。
钢丝绳的旋向，对于右上出绳的钢丝绳，选左旋。
5.4吊钩：
主吊钩，多倍率；副吊钩，单倍率。
主吊钩一般布置在底盘车架的中部（长途行驶），亦可布置在驾驶室前（短距离行驶）。
5.5自由下放机构
现代汽车起重机在极大地满足使用要求的同时，也在向着更高效率的方向发展。现在起重机的起升高度越来越高，而起重作业往往是从低处往高处时是吊重，而从高处向下时是空钩；此时人们已不满足于仅仅用提高升降速度的方法来提高效率，由此产生了空钩自由下放机构。
自由下放机构的机理是使吊钩作下降运动时，让卷筒与其驱动装置完全脱开而处于一种悬浮状态。这时，在没有外界驱动力作用的情况下，仅靠用吊钩的重量拉动卷筒使其转动，形成一种近似自由落体的运动以达到高速下降的目的。
在结构上是在减速机与卷筒之间加一个离合器。在起重作业时，通过弹簧力的作用，离合器将减速机与卷筒合在一起，系统通过液压马达驱动减速机带动卷筒转动以实现重物的升降。而要进行自由下放时，用一个外作用力（一般是液压驱动离合器作用缸），通过离合器将减速机与卷筒分离；此时卷筒处于一种悬浮状态，在一定的外力作用下，它就能自由转动。这时，原来布置在减速机前面的片式制动器，往往改用一种带式制动器，直接作用在卷筒上；如不是这样的结构，则在自由下降的过程中，在空中停留时，会产生极大的冲击（其冲击值随吊钩重量及下降的距离的加大而增加）。此时，也有保留以前片式制动器结构的，即片式制动器与带式制动器并存：正常作业停车时，采用片式制动；自由下降停车时，采用带式制动。
而采用离合器作为自由下降时停车制动的方式，极易导致离合器片或离合蹄表面摩擦材料的磨损。
自由下放装置的操纵，一定要遵循如下的程序：自由下放动作开始时，先脱开离合器，然后松开制动器；吊钩在空中停住时，一定要先踩下制动器，然后合上离合器。
自由下放装置使起重机下降的速度达到了极致，理应得到广泛的采用。但在实际上，并没有如人们期望的得到大量的应用。这源于此种机构存在一定的不足。如前所述，自由下放在空中停住时会产生巨大的冲击，对机构（卷扬机构、变幅机构、回转支承等）、结构件（转台、吊臂、车架、支腿等）和钢丝绳造成极大的影响。为将此影响控制在产品允许的范围，我们规定，只能是在空钩时才允许进行自由下放动作。这就缩小了它的使用范围。另一方面，自由下放机构的离合器往往采用离合蹄的形式，而离合蹄的张紧又是靠蓄能器提供的压力维持（脱离靠弹簧），这是一种开式的离合器系统。一旦此处出现故障，卷筒将无法进行正常作业；更有甚者，重物如在空中时，蓄能器处突然失效，将导致重物从空中自动落下，造成重大事故。因此，限制了它的广泛使用，并在一些地区遭到封杀。
虽然如此，其用途的广泛性还是无庸置疑的。目前，科技人员正对
6、回转机构
由回转支承和回转驱动装置组成。
越野汽车驱动有电机和液压两种驱动形式。汽车起重机用回转机构是液压驱动。
液压驱动有以下几种形式：
1、高速液压马达通过蜗轮减速机或行星减速机驱动。为了使回转能在任意位置平稳、无冲击的停住，在液压回路上加装有回转缓冲阀
2、低速大扭距液压马达驱动。该马达每转排量非常大，其输出轴的输出转速很小，可以省去减速机或减少减速机的速比，使机构紧凑。但此种马达成本高，使用时回转平稳性和可靠性不如高速液压马达。
由于上述的原因，加上可以采用机构紧凑，传动比大的行星传动或蜗轮传动，高速液压马达在起重机的回转机构中得到广泛使用。
回转用液压马达一般为定量柱塞马达。
回转用减速机：摆线针轮与行星轮系。
回转制动器：片式制动与蹄式制动。
回转支承：四点球，交叉滚柱；内啮合，外啮合。
7、变幅机构：
用来改变吊钩和重物幅度的机构，叫变幅机构。
现代起重机的变幅是通过一个或两个双作用油缸的伸缩，达到吊钩中心与回转中心的水平距离(即幅度)发生变化的机构。变幅机构实质就是一个或两个双作用油缸。
对一个油缸的变幅，我们称单缸变幅。
对两个油缸实现的变幅，我们称双缸变幅。
液压缸变幅机构特点是结构简单紧凑，易于布置。
变幅缸有三种布置方式：（1）前置。（2）后置。（3）后拉。
前置式特点：变幅推力小，可以采用小直径液压缸，这既能降低制造成本，又能提高起落笔的速度；臂架悬臂部分短，臂架受力有利；臂架下方有效空间小。
后置式特点：液压缸后移，对起重机稳定性有利；臂架下方有效空间大；需要的变幅推力大；臂架悬臂部分长，臂架受力状况恶化。
后拉式特点：主要用于定长格构式臂架（拐臂），前方有效空间大。
8、上车液压系统
上车液压系统的作用是将油泵输来的液压油通过上部操纵阀，供给起重机各个动作的执行元件(液压马达、液压缸)及保障起重机能可靠安全工作的各辅助元件(蓄能器、平衡阀等)，以实现起重机的回转、伸缩、变幅、升降、吊钩的自由下放等动作。汽车起重机的液压系统一般都采用一种开式系统。
液压系统由中心回转接头、主操纵阀、各执行元件(液压马达、液压缸)、液压油箱、液压辅件等组成。
中心回转接头是一种用来沟通上下车之间油、气、电路等的连接件。它安装在回转中心，其固定体与车架相接，回转通过一个拨板与转台相接(不是固接，实际上是转台，通过拨板带动回转体转动)。
主操纵阀是分配油液流向的机构。目前，普通采用的主操纵阀，是通过操纵手柄进行操纵的，这种阀操纵明确，故障后原因易于查，价格较低；但操纵吃力，微调性较差，起升时，会出现二次起升下滑。另外，世界上比较先进的操纵阀分别为液控比例操纵阀和电液比例操纵阀，一般用双遥杆操纵，操纵轻松，微调性良好，但成本较高，适宜于在中大吨位的汽车起重机上采用。
液压油箱的作用主要是存贮以及向起重机各动作机构提供液压油，同时进行液压油的滤清与散热。油箱既可布置在下车部分，亦可布置在上车部分。布置在下车，可用薄板件，油箱容量做得小，散热性能较
差；布置在上车可当配重用，容量要做得大，散热性能较好，系统中可以取消冷却器。
9、电气系统及仪表
电气系统是为了起重机正常、安全作业以及夜间作业(行驶)所必须设置的系统。起重机的安全作业(包括报警、切断等)主要靠电气来实现，故电气系统亦是起重机最重要的组成部分之一。
电气系统主要由各类照明灯、信号灯、行程开关、接近开关、传感器、继电器、电磁换向阀等组成。汽车起重机电气系统电压，柴油发动机的均为24V，汽油发动机的为12V，二者在使用上差别很大，不能混淆。
10、转台及其锁定机构
转台是用于安装上各部件、机构和起重臂等并装于回转支承上能水平回转的结构件。是起重机