混凝土泵车臂架液压系统设计5张CAD图

混凝土泵车臂架液压系统设计5张CAD图,混凝土泵,车臂架,液压,系统,设计,CAD 混凝土泵车臂架液压系统 摘 要 混凝土泵车近几年来发展的很快，而臂架的设计仍然是困扰国内泵车发展的重要方面。而液压系统应用到混凝土泵车臂架上会使臂架的机动性增强。所以我相信随着臂架液压系统的逐渐完善，会为与混凝土相关的产业带来巨大的商业价值。此次设计是通过计算液压元件需要的流量和压强进行选型，进而设计出整个液压系统的过程。 关键词：混凝土泵车；液压系统；柱塞泵； 流量 ； 压强 IV ABSTRACT Concrete pump growing fast in recent years, The boom design is still an important aspect of the development of troubled domestic pump. The hydraulic system is applied to the concrete pump Boom Boom mobility will increase. So I believe that with the gradual improvement of the boom hydraulic system, It will bring enormous commercial value and concrete-related industries. The design is carried out by calculating the selection of hydraulic components required flow and pressure, And then design the whole process of the hydraulic system. Keywords：Concrete pump truck ，The hydraulic system，Plunger pump，Traffic， The pressure ` 目录 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 课题提出的背景 2 1.2.1 课题提出的宏观背景 2 1.2.2 课题提出的行业背景 3 1.2.3 国内外混凝土泵车主要生产厂家介绍 3 第二章 液压传动在泵车中的应用 4 2.1 泵车的结构与工作原理 4 2.2 混凝土泵车的分类 4 2.3 液压传动的特点： 5 2.4 泵车的优点 5 第三章 液压系统的设计步骤及要求 7 3.1 液压系统的设计步骤 7 3.2 液压系统的设计要求 8 第四章 液压系统的设计 9 4.1 负载分析确定缸的主要参数 9 4.1.1 负载分析 9 4.1.2 液压缸类型的选择 9 4.1.3 缸筒尺寸分析 10 4.14 液压缸的安装方式 11 4.2 液压元件的选择 12 4.2.1 液压泵的参数计算 12 4.2.2 液压泵型号的选择 13 4.2.3 确定液压泵驱动功率 14 4.3 溢流阀的选择 15 4.3.1 额定压力计算 15 4.3.2 流量计算 16 4.3.3 选型 16 4.4 单向阀的选择 17 4.5 三位四通手动换向阀的选择 17 4.6 单向溢流阀的选择 18 4.7 梭阀的选择 19 4.8 压力阀 20 4.9 液压油的选择 21 4.10 过滤器的选择 22 4.11 压力表的选择 23 4.12 压力表开关的选择 24 第五章 油箱、油管的设计 25 5.1 油箱的设计 25 5.1.1 计算系统发热 25 5.1.2 散热计算 26 5.1.3 油箱容量的计算 26 5.1.4 油箱容量的选取 26 5.2 管子的计算 27 5.2.1 管子内径计算 27 5.2.2 壁厚的计算 27 第六章 系统性能验算 28 第七章 绘制图纸 28 第八章 总结 31 参考文献 33 元件列表 34 XXXX 第一章 绪论 1.1 引言 为了进一步加快我国的经济快速的发展，国家将加大对公路、铁路、航运的资金投入和政策支持。随之而来的是市场对混凝土机械的需求成直线增长的趋势。 所以这是一个市场广阔的行业。再加上禁止城市市区使用现场搅拌混凝土的政策使泵车、混凝土泵、混凝土搅拌站以及混凝土运输车等产品的生产或出口更加有利可图。其本身技术的成熟和发展也为国家的建设提供支持。现在国内混凝土商品行业的迅速发展加上机械租赁业务的快速发展都为混凝土运输业提供市场。在我混凝土泵车的用户分为两大类，一类是团体用户，一类是个体用户。团体用户主要有能够生产高于 30M3 的商品混凝土的供应商、规模较大的有资历的建设施工团体和单位还有其它有一定经济实力和经营规模较大的机械租赁企业等，个体用户则是某些小型的个体搅拌站以及个体租赁部等（同常位于沿海发达地区）。混凝土泵车的需求量暂时不是很大，一年成交只有 180 辆左右。消费团体主要是团体消费。由于价格和技术的原因个体消费量不是很大。但是它有很大的开发和发展空间，在不久的几十年里其需求量将会大幅提高。所以这方面的人才培养也是很关键的。 混凝土泵车的臂架是它工作的主要部件，从而也是设计和研究的重点。混凝土泵车的臂架通常是以四节为主。只有为了对大范围作业的需要时才会设计或购买四节以上的多节泵车。而对于四节以上的多节泵车对工人的技术水平要求很高还有劳动强度也很大。如果是人工控制，尤其是在高层建筑上或底层基础的功作难度会非常大。主要是因为泵车的的操作者不能观测到泵车工作的现场具体的状况。只能靠其他工人的帮助工作（同过哨声或旗语指挥）。为了解决这一问题， 液压控制系统随之产生，它的产生会极大的减小工人的劳动量并且能提高劳动效率。这样一来企业或个人会获得较高的经济效益的同时也为社会提高了社会效益。 在混凝土泵车发展之初，我国同常是引进国外的泵车技术。但是通过近年来国家对相关人才的培养和相关政策的扶植和帮助我国的混凝土泵车已经从完全 27 依赖国外进口慢慢向中国自己设计制造过渡，同时我们的泵车技术还有很多应该学习和进步的方面。例如混凝土泵车臂架系统的相关设计的产品并不能满足使用的需要，迫使许多企业仍然依赖外国的臂架系统的设计。但是泵车的臂架系统设计是决定泵车好坏的关键环节，所以混凝土泵车臂架的研究是一个非常重要的课题研究方向。 图 1.1 泵车 1.2 课题提出的背景 1.2.1 课题提出的宏观背景 混凝土臂架式泵车作为商品，已被列为商品混凝土施工的重要设备之一， 混凝土臂架式泵车的发展和创新会使混凝土的使用效率提高并且控制会更加方便。采用混凝土臂架式泵车相对一般泵车具有以下特点 1、泵送性能好 2、泵的布料范围大 3、灵活机动 4、移动转换方便。早在 20 世纪 80 年代，一些经济发达的国家中商品混凝土的比重已经超过半数，并且有的更高。例如，美国商品混凝土的比重为 84%，日本商品混凝土的比重为 78%，英国商品混凝土的比重为 60%。所以这也会使我国泵车的发展方向。今年来我国混凝土商品使用量大幅提升，目前我国北京、上海、广州等城市商品混凝土总用量的 60-80%左右。商品混凝土的广泛使用提高了原料的利用率同时也降低了商业成本，实践证明商品混凝土大约可以提高劳动生产率一倍以上，节约原料 10～15%同时降低施工成本 5%左右。商品混凝土泵车的迅速发展的同时并也会使与其相关的产业发展的更加迅猛。如商品混凝输送机械、搅拌输送机械以及商品混凝土施工技术。 1.2.2 课题提出的行业背景 表 1,1 泵车的发展表 1979 年我国最早使用的泵车 从日本引进到上海宝钢 1982 年我国第一家混凝土泵车厂产生 从日本引进臂架生产技术的湖北建设机械厂 1999 年三一重工成为国内最早自行研制长臂混凝土泵车企业 三一重工自行研制 37 米长臂架混凝土泵车 国内现在混凝土泵车生产的厂家 三一重工、中联重科、安徽星马、徐工科技、上海普斯麦斯特、辽宁海诺等 可见我国的混凝土泵车行业正在从依靠国外技术走向自主生产的道路，并不断的向前发展。而三一重工仍然是我国混凝土泵车的主要生产企业，国内市场中有半数以上的泵车来源于三一重工。 1.2.3 国内外混凝土泵车主要生产厂家介绍 ● 三一重工 三一重工是在我国第一个自行研制长臂混凝土泵车的企业。同时也是我国混凝土泵车最大的生产厂。目前，三一生产的泵车已经取代从国外进口的泵车品牌。国内占有半数以上的市场并且已经向其他国家出口。 ● 中联重科 中联重科的特色在泵车输送机械。主要研发起重机械、路面机械的生产以及相关新产品的研发。中联重科的前身是长沙建设机械研究院。中联重科从 2001 年生产混凝土泵车，最初是引进外国的臂架等部件进行组装现在慢慢转变成自己生产、独立开发的生产模式。 图 1.2 泵车 第二章 液压传动在泵车中的应用 2.1 泵车的结构与工作原理 泵车主要利用压力把混凝土输送出去的设备。泵体通常安装在底盘上再加上一些可曲折或者可以缩伸的布料杆这样就组成一个简单的泵车了。它的工作动力借助动力分动箱的传力作用到液压泵组/后桥上从而使液压泵推动活塞使混凝土泵运作。最后再利用布料管以及输送管将混凝土运送到指定的工作地点实现泵车的最后的工作。 2.2 混凝土泵车的分类 混凝土泵车的臂架高度为它的臂架完全展开时最高点到地面的垂直距离按照臂架的高度可以分为： ● 按照臂架的高度可以分为：短臂架(13~ 28m)、长臂架(31~47m)、超长臂架(51~62m)。 混凝土泵车的其它分类： ● 按照泵车的理论输送量分为以下几类： 小型(44~87m3/h)、中型(90~130m3/h)、大型(150~204m3/h)。 ● 按照工作时出口的工作压力也就是泵运送混凝土是的压力分： 低压(2.5~5.0MPa)、中压(6.1~8.5MPa)、高压(10.0~18.0MPa) 和超高压(22.0MPa)。 ● 按照臂架的节数可以分为：2、3、4、5 节臂。 ● 按泵车的驱动方式分为以下几类： 以汽车发动机驱动的、以拖挂车发动机驱动的、以单独发动机驱动的。 ● 按臂架折叠方式可分为：R 型、Z 型、RZ 型。 图 2.1 臂架折叠方式 2.3 液压传动的特点： ● 液压传动在同等的体积下会比电动机产生更大的动能。即在功率相同时液压装置会比电动机的体积要小、质量要轻从而使泵体的结构更加紧凑有利于装配。 ● 液压传动的时动作相对稳定，换向时冲击力不是很大所以易于实现频繁换向等操作。 ● 液压传动容易实现自动化并且能在很大范围内实现无极调速。不仅可以在大范围内调速，更重要的是可以在工作运行时进行调速。 ● 液压装置易于实现过载保护。 2.4 泵车的优点 混凝土泵车的发展对于商品混凝土的发展有很大的意义，也对国内经济的发展带来巨大的福利。现在人们很少再使用拖泵浇灌了而该用混凝土泵车浇灌。因为混凝土泵车相比拖泵有以下的优点： ● 有较高的自动化水平，一个人可以完成从泵送到布料的整个操作。通常会在泵车上安装无线遥控装置，从而会使操作者工作更加方便 ● 混凝土泵车的管道直接附在管道上而不用另配输送管道。所以泵车打开臂架就可以直接工作，这样就会大大缩短准备工作操作方面。 ● 卷折式的臂架会使泵车的工作更加灵活，并且会让混凝土的运输更加快。 ● 混凝土泵车的机动性能很强。如果这个地方完成之后，还可以转移到邻近的工作地点进行混凝土的输送。从而提高了泵车的使用效率，降低成本。 图 2.2（a） 展开第一节臂架 图 2.2（b） 展开第二节臂架 图 2.2（c） 展开第二节臂架 图 2.2（d） 展开第二节臂架 第三章 液压系统的设计步骤及要求 尽管液压系统传动系各自的特点不尽相同，但其组成形式类似，下面简述它们的组成. ● 动力装置 动力装置是将电动机具有的机械能变换成液压能的器件。他是整个液压系统动力的源泉。而液压系统的动力装置就是液压泵。它的作用就是为液压系统输送液压油。 ● 控制及调整装置 控制及调整装置是指各类阀的原件（有压力阀、流量阀、顺序阀）。它们的作用是用来控制油液或工作介质的压力、流量以及方向的，从而保证液压系统按照预期的设定工作。 ● 执行元件 执行元件包含各类缸和各类马达。其作用是将原来的压力能变换成机械能的原件，它的作用是在工作介质的作用下输出一定的力以及速度，以驱动工作机构做功 ● 辅助元件 除以上装置外的其它元件称为辅助元件 ● 工作介质 工作介质包含各种传动油液而在液压系统中通常指的是液压油。 3.1 液压系统的设计步骤 液压系统的设计属于泵车整体设计的一部分，其设计没有固定的统一步骤。每步的设计和计算并不是绝对分开的，所以有时要交替运算和设计，有时可能需要反复进行多次才能完成。一般说来，步骤如下： 明确系统设计要求进行工况分析 确定执行原件主要参数拟定系统原理图 选择元件否 验算是否通过是 绘制工作图、编制技术文件 3.2 液压系统的设计要求 设计要求是做任何设计必要的依据，在液压系统设计之前，应该考虑以下几个方面的内容： ● 在整个产品中分清那些动作是由液压系统完成的，并且了解各运动部件的具体运动形式和必要的运动速度。 ● 应该完成液压系统中装置的布局摆放和零件的大小以及安装形式等等。 ● 执行机构采用的荷载形式以及机构的尺寸。 ● 执行机构的运动的变化范围和机构的运动平稳性。 ● 每个执行行机构的运动先后次序，以及之间连系，以及完成特定动作的情况和控制手段。 ● 液压系统的安全性的好坏和制造成本的高低。 ● 液压系统的自动化水平的高低以及效率的大小和工作中温度升高等因素的影响。 ● 注意系统设计是环境方面的注意事项。如温度的变化范围，工作中的冲击大小等等。 第四章 液压系统的设计 4.1 负载分析确定缸的主要参数 4.1.1 负载分析 表 4.1 数据设定表 各臂架液压缸 外部负载 F/N 工作压力 P/MPA 工作速度 V/mm.s-1 臂架 4 G4=2500N F0=174000N 19 20 臂架 3 G3=26000N F0=351000N 24 20 臂架 2 G2=26000N F0=520000N 24 20 臂架 1 G1=28000N F0=730000N 28 20 4.1.2 液压缸类型的选择 液压缸是是液压系统中最常见的执行元件。其分类如下： 表 4.2 液压缸的种类表 单作用液压缸 活塞式液压缸 柱塞式液压缸 伸缩式液压缸 双作用液压缸 单活塞缸 双活塞刚 伸缩式套筒液压缸 组合式液压缸 串联缸 增压缸 多位缸 选用双作用单活塞液压缸，此活塞缸双向运动都会产生推力以及拉力。活塞整个运动过程中不减速。结构简单便于使用。图形如下 图 4.1 双作用单活塞液压缸 4.1.3 缸筒尺寸分析 1） 内径计算 液压缸缸筒的直径 D 的确定是根据负载大小和压力的大小计算的，计算出缸筒直径大小之后，再从 GB2348-1993 标准中选取最相近的标准值作为所设计的缸筒直径。 以无杆腔工作时： D= P1 为缸工作腔的工作压力，可由臂架负载的大小决定 Fmax 最大作用负载 计算得： 表 4.3 液压缸内径的选取 液压缸 臂架 4 液压缸 臂架 3 液压缸 臂架 2 液压缸 臂架 1 液压缸 内径 D（mm） 107.9 136.4 166.1 182 实际取值 110 140 160 180 2） 活塞杆的外径 活塞杆的外径可有缸筒的内径近似得到，计算出外径后，再从 GB2348-1993 标准中选取最相近的标准值作为所设计的活塞杆直径 取 d=0.7D，计算得： 表 4.4 液压缸外径的选取 活塞杆的外径 （mm） 77 98 112 126 实际取值（mm） 80 100 110 125 (活塞杆的直径按 GB/T2348-1993 圆整取值) 3）计算液压缸的工作面积 pD2 A1= 4 p(D2 - d 2) A2= 4 其中 A1 为液压缸无杆腔作用的有效面积 A2 为液压缸有杆腔作用的有效面积 计算得 ： 表 4.5 液压缸工作面积表 面积 臂架 4 液压缸 臂架 3 液压缸 臂架 2 液压缸 臂架 1 液压缸 A（mm2） 9503 15393 20106 25446 A2（mm2） 4476 7539 10602 13175 4）液压缸流量的计算 液压缸的流量可以根据油液流经液压缸的面积和油液的流速的乘积确定进而根据流量的大小选择合适且经济的液压缸。公式为： Q=V*A 计算得： 表 4.6 液压缸的流量和速度表 臂架 4 液压 缸 臂架 3 液压 缸 臂架 2 液压 缸 臂架 1 液压 缸 前进 流 量 Q(l /min) 11.4 18.4 24．1 30.5 速 度 v （mm/S） 20 20 20 20 后退 流 量 Q(l /min) 10.7 18.1 25.4 31.6 速 度 v （mm/S） 40 40 40 40 4.14 液压缸的安装方式 液压缸可按实际工作需要选用合适的安装方式1.通用外形 7.尾部外法兰 2. 径向底座 8.头部轴销 3. 切向底座 9.尾部轴销 4. 轴向底座 10.中部轴销 5. 头部外法兰 11.尾部耳环 6. 头部内法兰 12.尾部球头 选用尾部外法兰，头部外法兰安装时安装螺钉受拉力较大，而尾部法兰安装时会使安装螺钉承受较小的拉力。 图 4.2（a）前端法兰安装方式图 4.2（b）后端法兰安装方式图 4.2 液压元件的选择 4.2.1 液压泵的参数计算 1） 液压泵的工作压力 液压泵的工作压力的选取应该能满足系统的工作压力的需要，并考虑到油路的损耗以及其他因素的影响。所以系统压力应满足： Pmax≥P1+∑ΔP （4.1） 其中：P1 -------液压缸最大工作压力；取 28 Mpa ∑ΔP 从液压泵出口到液压缸入之间总的管路损失以及其他因素影响的 总和。P 的准确计算要待元件选定并给出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：本系统中 P=0.5～1.5Mpa, 一般∑ΔP 取 0.5～1.5MPa 此次∑ΔP 取 1 MPa 知道液压缸最大工作压力为 28Mpa，进油路上压力折损约为 1Mpa，所以泵的最高工作压力为 29Mpa。选择泵的额定压力为 pn=（29+29*25%）=36.25Mpa。 2） 液压泵最大工作流量的计算泵的最小供油量 Q p 为 Q p=K*Q max+ Q （4.2） K----是系统的泄露系数，本系统 K 通常取值为 1.1～1.3，此次取 K 为 1.2. Q max---工作时需要的最大流量为 30.5 L/min Q 溢流阀最小稳定流量 溢流阀最小稳定流量为 0.05*10-3 m3/s=3 L/min 液压泵流量为 Q p=K*Q max+ Q=1.2*30.5+3=39.6 L/min 3）油泵排量计算 油泵的排量可由油泵的最大流量与油泵的转速确定。计算公式如下： q= Qp/N （4.3） 其中：Qp 为液压泵的流量 N----- 为油泵工作转速（ 转速一般取 600 r/min～ 6800 r/min），此次取 2000 r/min。计算得： q= Qp/N=39.6*103/2000=19.8ml/r 4.2.2 液压泵型号的选择 根据液压系统设计元器件选型手册，选择液压泵的型号 表 4.6 A2F 型柱塞泵技术规格表 型号 排量 额定压力 输出流量 驱动功率 转速 质量 A2F23 22.7mL/r 35 MPa 127 L/min 74 kw 5600r/min 12 kg 图形如下： 图 4.3 柱塞泵图 1 是斜盘 2 是柱塞 3 是缸体 4 是配流盘 5 是转动轴 A 是吸油窗口 B 是压油窗口口 柱塞泵是一种往复泵。柱塞泵的工作原理是依靠柱塞泵轴的偏心往复运动工作实现的。柱塞泵的吸油压油阀都是单向阀。柱塞向外运动时会是工作腔内的压力变小同时关闭出口阀。当工作腔的压力低于进口阀压力时才打开进口阀使油液进入。当柱塞向里推进时，会使工作腔的压力变大同时关闭进口阀。当工作腔的压力比出口压力大的时候才打开出口阀使液压油排出，从而实现供油的作用。在传动轴带着缸体一起工作及旋转时，斜盘会使其柱塞在缸体内来回运动从而完成吸油和排油的过程。工作容腔中储存的油液是通过配油盘的连接才能与泵的吸油和排油腔分别相连的。斜盘的倾斜角度可以通过变量机构来改变。从而通过调节斜盘的倾角达到变换排量的目的。 图 4.4 单作用液压泵的工作原理 叶片泵的工作原理如下： 转子旋转即叶片泵开始工作时，泵中的叶片在离心力和压力油的作用下，迫使叶片的顶端与定子表面压紧。从而使两个叶片与转子和定子的表面组成一个相对密闭的空间。吸油时，空间由小变大吸入更多的油液；而排油时龙剑由大变小， 开始排油。所以每当叶片旋转一周时，就会完成两次吸油与排油的动作。 4.2.3 确定液压泵驱动功率 取液压缸进油路上的压力损失为 1Mpa，则液压泵输出压力为 38Mpa。液压泵 的总效率ηp=0.8，液压泵流量为 56Mpa L/min。则液压泵所需的功率 p 为: P=pp*qp/ηp =38*106*56*10-3/60*0.8=44333.3 W 根据液压系统设计元器件选型手册，选择电动机的型号 表 4.7 电动机的型号表 型号 额定功率KW 额定电流A 转 速 r/min 效率% 噪声 振动速度mm/s 质量Kg 1 级 2 级 225M-2 45 84 2970 91.5 90 97 2.8 312 经检验，满足设计要求。 4.3 溢流阀的选择 溢流阀的选择主要考虑它们在系统中的作用、额定压力、最大流最等因素以外还应该注意压力损失数值、工作性能参数和使用寿命对元件的影响。 先根据在通过溢流阀的压强要求选定压力阀的类型以及精度的大小。再依据流经溢流阀的最大流量选取通径。 4.3.1 额定压力计算 溢流阀的调定压力就是液压泵的供油压力，即 Py = P +ΣΔp （4.4） 式中：Py 溢流阀的调定压力; P 液压系统执行元件的最大工作压力; ΣΔp--液压系统总的压力损失，即溢流阀的调定压力必须大于执行元件的工作压力和系统损失之和。 如果溢流阀在系统中起安全作用.则溢流阀的调定压力应按下式计算: Py≥(1.05-1.1)p+ΣΔp （4.5） 已知溢流阀的调定压力为 35Mpa，ΣΔp 取 1Mpa，计算得: Py≥1.05*35+1=37.75 Mpa 4.3.2 流量计算 溢流阀的流量按液压泵的额定流量选择，作溢流阀和卸荷阀用时不能小于泵的额定流量，做安全阀用时可小于泵的额定流量。 对于接人控制油路上的各类压力阀，由于通过的实际流量很小，因此可按该阀的最小额定流量规格选取.使液压装置结构紧凑。 已知柱塞泵的流量为 127 L/min，所以溢流阀的流量应大于 127 L/min，才能满足要求 4.3.3 选型 应该根据经过溢流阀的压强来选择溢流阀的种类。当是低压系统时应首先选用直动式溢流阀；在高压系统中应该首先选用先导式溢流阀。再根据空间位置的不同选择溢流阀是的外形，可能是板式的管式的还可以能是叠加式的。 如果选型不当可能会使溢流阀的动作变缓。通常溢流阀可分为两类。一类是直动式溢流阀另一类是先导式溢流阀。直动式溢流阀是通过油液的压力平衡弹簧的弹力。而先导式指进口的压力平衡先导阀的弹簧以及主阀的弹簧。 综上所述，溢流阀的型号选为 DBD S G1/4 G 10 NG10 表 4.8 DBD 型直动式溢流阀的性能参数规格表 通径 工作压力/PMa 介质 连接方式 进油口 出油口 6mm 40 31.5 矿物质液压油 板式连接 图 4.5 溢流阀图 4.4 单向阀的选择 单向阀的选择主要考虑它们在系统中的作用、额定压力、最大流最等因素以外还应该注意压力损失数值、工作性能参数和使用寿命对元件的影响。 先根据在通过单向阀的压强要求选定压力阀的类型以及精度的大小。再依据流经单向阀的最大流量选取通径。 根据液压系统设计元器件选型手册，选择液压泵的型号型号 S 10 P 0 0 通径为 10mm 流量为 18-15000L/min 最大压力为 31.5Mpa 介质粘度 mm2/s 2.8-380 介质温度-30-80 摄氏度 图形如下： 图 4.6 单向阀图 4.5 三位四通手动换向阀的选择 三位四通手动换向阀的选择主要考虑它们在系统中的作用、额定压力、最大流最等因素以外还应该注意压力损失数值、工作性能参数和使用寿命对元件的影响。 先根据在通过三位四通手动换向阀的压强要求选定压力阀的类型以及精度的大小。再依据流经三位四通手动换向阀的最大流量选取通径。即选择时要依据三位四通手动换向阀在系统中的作用、额定压力、最大流最、压力损失数值、工 作性能参数和使用寿命等因素选择。 通常按照液压系统的最大压力和通过阀的流量，从产品样本中选择三位四通手动换向阀的规格。 根据液压系统设计元器件选型手册，选择三位四通手动换向阀的型号型号 4 WMM 16 D 50 通径 16mm 流量 300l/min 油口 A、B、P 的最高工作压力 35 油口 T 的最高工作压力为 25MPa WMM 型手动换向阀的工作原理为： 图形如下： 1 是阀体 2 是手柄 3 是阀芯 4 是复位弹簧 图 4.7 三位四通手动换向阀图 4.6 单向溢流阀的选择 单向溢流阀的选择主要考虑它们在系统中的作用、额定压力、最大流最等因素以外还应该注意压力损失数值、工作性能参数和使用寿命对元件的影响。 先根据在通过单向溢流阀的压强要求选定压力阀的类型以及精度的大小。再依据流经单向溢流阀的最大流量选取通径。 单向溢流阀是通过溢流阀何一个单向阀的并联组成的其作用大致与溢流阀相同，其选用也可参照溢流阀的选择标准。其功能包括溢流阀的作用和单向阀的作用职能符号如下图，当油液从下往上送油时单向阀打开，溢流阀关闭，行使单向阀的职能；而当油液从上往下运送液压油时溢流阀打开，单向阀关闭即行使溢流阀的职能。所以单向溢流阀是单向阀和溢流阀的组合体，其功能也更丰富，用途也更加广泛。 图 4.8 单向溢流阀图 根据液压系统设计元器件选型手册，选择单向溢流阀的型号综上所述，溢流阀的型号选为 ZL15 ZL15 型单向溢流阀的性能参数规格 最高工作压力 31.5 MPa 最大流量 31.5L/min 内泄流量≤3mL/min 4.7 梭阀的选择 梭阀的选择主要考虑它们在系统中的作用、额定压力、最大流最等因素以外还应该注意压力损失数值、工作性能参数和使用寿命对元件的影响。 先根据在通过梭阀的压强要求选定压力阀的类型以及精度的大小。再依据流 经梭阀的最大流量选取通径。 根据液压系统设计元器件选型手册，选择梭阀的型号SF 10 B-XX 梭阀的通径 d 为 10mm 工作温度 -40 摄氏度到 250 摄氏度额定压力 0.1MPa-32mpa 额定流量 75L/min 图 4.9 单向阀图 梭阀相当于两个单向阀，有两个进油口和一个出油口。当有一个进油口有信号输入时，出油口就有信号输出。当两个口都有信号输时，则压力高的进油口导通另一进油口堵死。只有两个进油口同时关闭时出油口才会关闭 4.8 压力阀 先根据在通过压力阀的压强要求选定压力阀的类型以及精度的大小。再依据流经压力阀的最大流量选取通径。减压阀安装时应注意进油口和出油口的方向， 不要错将油口接反。不工作时，应注意常把旋纽不要拧的过紧用适当拧松一些。从而使压力阀的膜片不会因长时间受压变形而影响压力阀的正常性能和使用寿命。 为了操作和维护方便，该阀一般直立安装在水平管道上 安装时，应使减压阀职能符号的箭头方向与管路中液压油的流向完全一致， 并且不能相反，这是非常关键的。 根据液压系统设计元器件选型手册，选择压力阀的型号DR 10 -4 5X 32 Y DR-5X 型先导式减压阀技术规格 安装位置 任意 进油压力至 35 MPa 质量 3.4kg 出口压力 10 MPa-35 MPa 背油压力至 35 MPa 最大流量 150 L/min 1 是主阀 2 是先导阀 3 是主阀芯插件 4、是节流口 5 是油口 6 是球阀 7 是节油口 8、15 是控制油路 9 是单向阀 10 是节流口 11 是弹簧 12 是弹簧腔 13 是控制活塞 14 是弹簧腔 16 是单向阀 图 4.10 减压阀图 4.9 液压油的选择 液压油有三大特性： • 密度（使油液具有质量和液感效应） • 粘性（使油液具有液阻效应） • 可压缩性和体积弹性模量（使油液具有容性效应），而容性效应会因液压油 中析出的空气以及含有油液的软管的变化而变化。自选用和使用时都应加以了解 表 4.9 活塞泵的数据表 泵型 适用粘度 40 摄氏度 粘度等级 活塞泵 轴向 27-117 32、46、68、100 径向 45-110 46、68、100、150 而 46 号抗磨液压油具有以下优点： ● 具有很好的年粘温性能，从而能确保每个液压元件在工作时能够被很好的润滑、冷却以及起到密封的作用。 ● 具有优异的极压抗磨型能从而可以相对减缓和减轻设备的磨损，所以可以延长泵和整个液压系统的使用寿命。 ● 具有良好的氧化安定性从而减轻油品的衰变速度。 ● 具有优良的抗乳化性以及过滤性可以让不慎混入液压油中的水与油液迅速分离，这样就会在很大程度上减少过滤器的堵塞。 ● 具有优良的抗泡性以及空气释放性从而可以确保系统平稳准确的传递静压能。 ● 具备优良的安定性能所以能与各种密封材料很好的适应。通常用在高压液压系统柱塞泵以及铜钢摩擦副的叶片泵中。 综上所述，选择 46 号抗磨液压油 4.10 过滤器的选择 过滤器的功能是清除液压系统工作介质中的固体污染物，使工作介质保持清洁，延长元器件的使用寿命，保证液压元件工作性能可靠。 表 4.10 过滤器数据表 工作类别 系统举例 油液清洁度 要求过滤器精度/um ISO4406 NAS1683 很重要 比例阀、柱塞泵、注塑机、潜水艇、高压 系统 16/13 7 10 过滤器的选择应注意以下几个方面： (1) 根据使用目的选择过滤器的种类，根据安装位置情况选择过滤器的安装形式。 (2) 过滤器应具有足够大的通油能力，并且压力损失要小。 （3）滤芯的更换及清洗应方便 （4）结构尽量简单、紧凑、安装形式合理，价格低廉。根据液压系统设计元器件选型手册，选择过滤器的型号选择 ZU-H、QU-H 型高压过滤器 型号 ZU/QU-H630*※B 通径 50mm 公称流量 630L/min 过滤精度 5um 公称压力 32MPa 压力损失 0.2 MPa 连接方式 板式 4.11 压力表的选择 压力表的选择主要依据液压泵的压强和液压系统要求的最小压力进度范围。还应考虑压力的价格、安装环境等因素。 根据液压系统设计元器件选型手册，选择压力表的型号 YTXG 型压力表技术规格 型号 YTXG -150 标度 0-40MPa 最小控制范围 3 MPa 指示精度 1.5 控制精度 2 4.12 压力表开关的选择 根据液压系统设计元器件选型手册，选择压力表开关的型号 表 4.10 KF 型压力表开关机技术参数表 型号 通径 压力 压力表接口螺纹 进油口螺纹 KF-L8/14E 8mm 35 MPa M14*1.5 M14*1.5 第五章 油箱、油管的设计 5.1 油箱的设计 油箱在液压系统中除了储油外，还起到散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。 其实油箱中有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液压计等有的就不一一列出了。计算油箱的方法如下: 1 是吸油管 2 是滤油器 3 是空气过滤器 4 是回油管 5 是顶盖 6 是液压指示器 7、9 是隔板 8 是放油塞 图 5.1 油箱的典型内部结构示意图 5.1.1 计算系统发热 在液压系统中，凡系统中的损失都变成热能散放出来。每个周期中，每一工况中其效率不同，因此损失也不同。一个周期发热的功率计算公式为： 1 ån  Ni(1 -hi)Ti H= T i=1 （5.1） 式中 H 一个周期的平均发热功率（w） T 一个周期时间(S) Ni 第 i 个工况的输入功率（w） Ηi 第 i 个工况的效率 Ti 第 i 个工况持续的时间（s） 5.1.2 散热计算 H 油箱的散热面积 A= KDT  （5.2） H 油箱需要散热的热功率 ΔT 油温（一般以 53 摄氏度考虑）与周围环境温度的温差 K 传热系数，与油箱周围通风条件的好坏有关，通风很 差 K=8-9，良好时 K=15-17.5,风扇强行冷却时 K=20-30，强迫水冷时 K=110-125. 环境温度设为 20 摄氏度，ΔT=35 摄氏度 K 取 17 5.1.3 油箱容量的计算 设油箱的长、宽、高之比为 a:b:c L= （5.3） 油箱的体积 V=al*bl*cl （5.4） 油箱的容量与系统的流量有关，一般可取最大流量的 3-5 倍。已知选用的柱塞泵的最大流量为 127L/min 油箱的容量为 127*5=635L 5.1.4 油箱容量的选取 根据 JB/T7938-1999 表 5.2 油箱容量图（L） 4 6.3 10 25 40 63 100 160 250 315 400 500 600 800 1000 1250 1600 2000 3150 4000 5000 6300 由表得：选取油箱容量为 600L 5.2 管子的计算 5.2.1 管子内径计算 管子内径 d（mm），按流速选取： d≥1130 (5.5） 式中 Qv 液体流量（m3/s） V 流速（m/s），推荐流速：对于吸油管 V≤1-2m/s(一般取 1m/s 以下)；对于压油管 V≤3-6 m/s （压力高、管道短或油粘度小的情况取大值，反之取小值） 根据钢管相关数据参照表选取： 表 5.3 钢管的尺寸表 公称通径DN/mm 钢 管 外 径 /mm 管接头连接螺纹/mm 公称压力 Pn/Mpa 推荐管路通过流量 ≤16 ≤25 ≤31.5 L/min-1 管壁厚度 12 18 M18*1.5 1.6 2 2.5 40 5.2.2 壁厚的计算 管壁厚度：&≥pd/2[σ] （5.6） 式中 P 工作压力（Mpa） d 管子内径（mm） [σ]—许用应力（Mpa）对于钢管[σ]= σb/S, σb 是抗拉强度，S XXXX 28 为安全系数，当 p<7mpa 时 S=8: 当 p<17.5mpa 时 S=6;当 p≥17mpa 时 S=4 结合此液压系统的压强管的公称直径进出油口的直径进出油口的壁厚都选为 2.5mm。 第六章 系统性能验算 因为本液压系统比较简单，所以压力损失验算可以忽略。又由于系统选用柱塞泵在整个液压系统中使用合理，同时油箱的容量选用值较大，系统的发热温升不大，所以不必进行温升的验算。 第七章 绘制图纸 图纸的绘制实际上是基于之前的计算和液压元件型号的选择的。同时也是整的设计当中最重要的一个环节。因为图纸是你与一线工人最直接最重要的对话。所以图纸的好坏关系到今后的运行与生产。而图纸主要包含液压系统原理图，阀块的绘制以及装配图的绘制和其他零件图的绘制。其中液压系统原理图是最基础的也是最关键的一张图纸，因为之后的所有图纸都是根据原理图绘制和摆放的。通常也可以通过原理图的比较来比较设计思想的优劣。所以我首先画的图也是系统原理图。绘制如下： XXXX 阀块的设计也是液压系统中的重要环节。阀块的实际上是将多个液压元件组合在一个块体的元件。它是通过之间的油路管道相互作用的。并且不相关的管路之间不能相碰。所以油管的设计是整个设计当中最难得环节。绘制的图纸如下： 34 第八章 总结 毕业设计是我们交给学校的最后一项答卷，同时也是我们大学四年的一个总结。毕业设计是在大学中学习的重要一课，也是最难得一课。一方面他要求我们自己搜集资料，自己整理出有效的数据、文字资源并根据收集的材料和自己学到的理论知识设计出一套可行的方案。 首先选题使我遇到的第一个难题，有太多的课题可以研究，而我们应该选择最有价值、最能结合我们专业的课题。基于辅导老师的推荐我决定研究混凝土泵车的臂架液压系统。混凝土泵车近几年发展很快，而臂架的设计仍然是困扰国内泵车发展的重要方面。我相信随着臂架液压系统的逐渐完善，会为与混凝土相关的产业带来巨大的商业价值。 随着毕业设计的进行我对研究的臂架系统的认识更加深刻也更加感兴趣。但是一想到要自己设计还是不知如何开始。但是经过辅导老师对泵车结构和设计的系统介绍，再加上我之前的阅读和思考，我开始了我的设计历程。原本认为自己的专业知识学习的不错，。所以又要翻出原来的书本查阅从相关知识，但是当要用的时候却发现已忘却大半如机械制图 1、2 和机械设计基础和 CAD 积极机械制造技术基础和液压与气压传动和液压元件选型手册等等。设计时发现我们原本学习的知识点并不能完全覆盖设计所需的知识点。所以上网查阅手册、文献成为我解决疑惑的手段之一。但是事情并不是一帆风顺的，有时一个问题会拖很久都解决不了。很大程度上降低了我完成毕业设计的信心。后来辅导老师也发现了我们的问题，决定每周集合一次汇报我们毕业进展的情况，并帮助我们解决设计中遇到的困难以及设计的不足之处。功夫不负有心人，随着毕业设计有条不紊的进行， 一个个数据呈现在眼前，一张张图纸也逐渐完善，心中油然而生一种成功的喜悦。这次毕业设计也使我们同学的关系更近了一步，虽然我们的课题不同但是都是想通的。这样既避免了我们相互抄袭，也使我们的交流借鉴更加有意义。在做毕业设计中查看的资料难免有些不足，所以同学之间的交流会使你对查阅的资料更加准确更加深刻。毕业设计的完成的重要意义在，它于使我们把我理论知识转化成真实的物体并把它画出来。这使我们对将来从事的机械行业有一个总体的了解。 整个毕业设计完成，不仅使我对整个液压系统的整个设计有了全面的了解更重要的是学会了如何搜集资料和整理资料。这是对于我们这些即将步入社会或者已经步入社会的人来说是非常重要的。随着毕业设计的完成，心中的喜悦之情油然而生。回想这一路走来，有多少辛酸和困惑。所以我深刻的明白了只有经历过苦难的人才能真正品味到成功的喜悦。毕业设计的结束同时也意味着大学四年的结束。心中难免有些伤感。回想这四年的学习过程也是快乐和痛苦并存的。既然这样，那我们就带着这份四年青春的记忆去闯一闯自己未来的天地。 虽然在做毕业设计时遇到了很多困难，但总体而言我们是快乐的。因为我们相信通过这么长时间不懈的努力，我们可以为大学四年的学习生涯画上一个圆满的句号，也为即将走向社会的自己整理好自己的知识储备。总之，我认为这次的毕业设计让我收获很多，也让我对机械行业更加热爱。 参考文献 [1] 蒋继海，宋锦春，高常识. 液压与气压传动（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2009. [2] 周恩涛.液压元件选型手册[S].北京：机械工程出版社，2007. [3] 仝基斌，晏群.机械制图[M].北京：机械工程出版社，2008. [4] 刘延俊.液压元件使用指南[M].北京:化学工业出版社，2007. [5] 张忠远，韩玉勇.液压传动与气动技术[M].天津：南开大学出版社 2010. [6] 钟日铭.AutCAD 机械制图实例教程[M].北京：清华大学出版社 2012. [7] 许福玲，陈尧明.液压与气压传动（第二版）[M].北京：机械工程出版社，2007. [8] 戴丽，刘杰。基于多体运动学的混凝土泵车臂架的运动分析[J]。东北大学学报 2007 年第 10 期. 元件列表 液压元件列表 序号 代号 名称 数量 1 ZU/QU-H630×※B 过滤器 1 2 A2F23 柱塞泵 1 3 S10P00 单向阀 1 4 KF-L8/14E 压力表开关 1 5 YTXG -150 压力表 1 6 DBD S G1/4G 10 NG10 溢流阀 1 7 DR10-4 5X32Y 压力阀 4 8 4WMM16D50 三位四通换向阀 4 9 SF10B-XX 梭阀 4 10 ZL15 单向溢流阀 8 11 液压缸 4