大型货轮专用加油车输送臂架系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828或 11970985 I 图 书 分类号： 密 级： 摘要 本文综述了国内外大型货轮专用加油车输送臂架发展概况，介绍了臂架系统的整体结构及其截面形状与尺寸以及每节输送臂的具体结构和臂与臂之间的连接方式。并用液压系统来实现大型货轮专用加油车输送臂架的收放、回转变幅。 本文重点介绍了大型货轮专用加油车输送臂架伸缩部分的设计、回转变幅结构的设计和液压系统的设计。 本次设计主要内容和要求：设计出大型货轮专用加油车完整的上车结构，绘制出支承臂架的总装配图和每节臂的结构图。设计出上车液压系统，绘制上车液压系统原理图。通过分 析和计算，确定每节臂的截面尺寸及截面形状，设计每节臂的具体结构和臂之间的连接方式，设计整个臂架的伸缩方式。并且设计加油车上车实现臂架伸缩，回转变幅所需的液压系统，计算选择合适的泵，油缸及阀等液压元件。 关键词 加油车；伸缩臂；液压元件 买文档就送您 01339828或 11970985 of of s of to of on of of of of of on in on to of of of on to of of 文档就送您 01339828或 11970985 录 1 绪论 . 1 述 . 1 内加油车的发展概况及趋势 . 2 外加 油车的发展概况及趋势 . 3 技术助推加油车输送臂的发展 . 3 2 输送臂架的机械部分设计 . 5 架结构形式 . 5 缩臂架连接尺寸的确定 . 5 架根部铰点位置的确定 . 5 架各节尺寸的确定 . 6 幅油缸铰点的确定 . 8 缩臂架的截面形状 . 8 形截面 . 9 形截面 . 9 边形及八边形截面 . 10 圆形截面 . 10 面特性 . 11 四节臂的截面设计 . 11 三节臂的截面设计 . 12 二节臂的截面设计 . 14 一节臂的截面设计 . 15 架受力分析 . 17 缩臂架的计算载荷 . 17 架的计算简图 . 18 3 液压系统设计及计算 . 19 压系统的组成部分 . 19 油车臂架对液压系统的要求 . 20 定基本方案 . 20 定调速方案 . 20 定压力控制方案 . 21 买文档就送您 01339828或 11970985 缩油路的设计 . 22 缩方式对臂架受力的影响 . 22 序伸缩机构 . 23 缩机构液压回路设计计算 . 25 转变 幅油路 的设计及计算 . 26 压缸变幅机构的形式 . 26 幅油路的设计及计算 . 26 转油路的设计 . 28 压缸的设计 . 28 压缸的参数确定 . 29 压泵的确定与所需功率的计算 . 30 箱的设计 . 31 箱容量计算 . 31 压系统性能的验算 . 31 路系统压力损失的验算 . 31 统发热温升的验算 . 32 结论 . 34 致谢 . 35 参考文献 . 36 附录 . 37 附录 1 . 37 附录 2 . 48 买文档就送您 01339828或 11970985 1 1 绪论 述 随着我国经济建设步伐的加快，许多大型的工程建设项目相继上马，市场对加油车机械的需求呈猛增势态。这些有利的外部条件，为加油车的发展提供了广阔的空间。加油车市 场虽然销量仍然较小，但技术含量和产品附加值较高，整个国内市场在中联等国内企业的带动下发展迅速。需求快速增长，市场空间扩大近年来，国内基础设施建设的持续发展带动了国内商品加油车的腾飞，施工规模和范围的扩大更是促进了工程机械以及相关机械的高速发展，为加油车提供了较大的市场空间。 加油车是交通行业的重要工具，随着国内航海行业和工程机械租赁业务的快速发展，施工规模和范围的扩大，以及西部大开发和东北老工业基地的相机开工建设，带动了加油车机械的高速发展，加油车的市场空间也得到了进一步扩大。目前，我国加油车使用单位正在迅 速增加，臂架生产企业和产量不断增加，产品性能、质量都在迅速提升。近两年加油车的市场需求量快速增加，增长幅度超过了 100。 目前，国内加油车市场可以为分两种类型，一种是以上海、广东、北京为代表的发达地区，这些地区竞争较为激烈、市场稳定，第二种是中西部等欠发达地区，这些地区市场刚刚起步，处于兴起阶段。随着臂架等核心技术的研制成功，特别是随着近年来中国的加油车市场，民族品牌的市场占有率终于赶超国外品牌，由过去的 10转变为 90，从而主导了我国的加油车市场。其中，中联的加油车就占据了国内市场的大半份额，成为国产 加油车的一线品牌和全球瞩目的长臂架、大排量加油车制造企业。中联在 2001年就曾与沃尔沃公司合作研发出了新一代智能型加油车，并迅速完成了臂长 37 56计和生产。还有 66前，我国加油车生产企业已达 10余家，年总生产能力 600辆，主要集中在东风、中联重科、辽宁海诺、安徽星马、上海普斯特和山东鸿达建工集团等企业，产量占全行业的 95。 加油车国产化的趋势也在愈加强化。与国外先进产品的差距在缩小中国臂架式加油车近年来有了快速的发展，在产品的稳定性和工艺方面，虽然还不如国外， 但在性价比、售后服务等方面，我国的产品具有明显的竞争优势，且更加符合国内的实际施工情况。 随着计算机技术的广泛应用和系统工程、优化工程、价值工程、人机工程等现代设计理论的不断发展，促使许多跨学科的现代设计方法出现，使臂架设计进入高质量、高效率的阶段。以有限元分析方法为基础的计算力学经历了由简单到复杂、由线性到非线性分析的发展过程。结构分析要解决的实际工程问题，早已不是一个简单的零件或结构件，而是多个复杂结构件的组合结构，或整个产品的大型复杂问题。作为结构的局部分析，必须引进局部的边界条件。但是，从结构总体受 力来看，局部的边界条件往往使结构的实际传力状况发生扭曲，结构件之间的弹性连接变为了刚性连接，无法正确反映结构件之间的实际传力关系。利用结构的这种局部分析结果评估结构整体受力后的结果，往往导致较大的误买文档就送您 01339828或 11970985 2 差。在工程设计中，局部分析不能替代整体分析，整体分析由于规模大、难度高，往往成为十分迫切与关键的瓶颈问题。但是，大容量、高速度计算机技术的发展，对整个产品进行结构分析，已经成为十分现实的问题了。加油车的整体求解，都是这类大型复杂结构分析的典型例子。加油车臂架的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将 机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现输送臂架的自动化和智能化。 大型货轮专用加油车输送臂架 的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使臂架具有更高的柔性，以 适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使加油车臂架具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，加油车臂架运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。 内加油车的发展概况及趋势 我国伸缩臂加油车产品是伴随着城市建筑结构的大型化和复杂化而发展起来的。国内加油车市场过去基本上被进口产品所占据。进入新世纪后，国内工程机械生产厂家和部分有实力的专用生产厂家开始涉足加油车生产领域，致使加油车产品获得 了较快的发展。据统计， 2000 年共生产了 135 台，销售 125 台； 2001 年生产 237 台、销售 248 台； 2002 年生产 520台、销售 509台。进入 2003年，加油车市场销售继续呈现高速增长的态势， 179台（不含上海普茨迈斯特），已经超过 2001年全年市场销售量。因此预计 2003 年全年市场销售量将超过 800 余台。成为加油车机械产品中又一强势增长的产品。 目前国内加油车生产企业有 10 多家，其中市场销售规模较大的生产厂家约有 7 家左右。在大力发展加油车的基础上，伸缩臂产品获得了较快的 发展。由于加油车目前边际利润率较高，进入壁垒相对较为容易，也将吸引一部分生产企业进入，从而增加行业竞争的激烈性。 1999年以前，加油车还依赖进口。但是随着国内工程机械技术开发水平的逐步提高，各主要加油车生产企业在消化国外先进技术的基础上，自主开发研制，并生产了 26m，32m 等加油车。但仍然存在较多的问题，主要表现在：一是布料杆的技术含量较高，几乎依赖进口，只有数量很少的生产厂家掌握布料杆的生产制造技术；二是其他主要关键如臂架也是依赖进口，三是我国尚未有与该产品相匹配的汽车专用底盘，依赖的都是进口的。 特别是 十五规划的颁布对加油车机械市场规模的不断扩大和加油车的发展将起到积极的推动作用。 买文档就送您 01339828或 11970985 3 外加油车的发展概况及趋势 国际加油车臂架尺寸规格系列由于臂架尺寸规格参数是加油最重要的参数，根据德国、意大利、日本、韩国、中国加油车主要生产厂家的产品样本参数，对全球加油车臂架尺寸规格系列进行了统计，将加油车臂架尺寸规格系列的形成分成三个阶段。 第一阶段从 1965 1986年，由斯维茵 17 普茨迈斯特 62 架尺寸规格覆盖了 17 62照臂架尺寸规格划分形成了 16个品种系列，加油车臂架输送高度和水平距离满足了施工要求。 第二阶段为 1986 2007年，以 2007年初的 56个阶段的主要特点是中国超越德国普茨迈斯特，动摇并打破德国技术绝对垄断的时期。臂架尺寸规格覆盖了 20 66 成了 36个品种以上的加油车臂架尺寸规格系列型谱。虽然臂架尺寸规格覆盖范围扩展不大，但在臂架的品种数量方面却增加了一倍多。这些品种的增加主要表现在臂架尺寸规格。分布密度方面更好地满足了施工要求，促使加油车输送臂架尺寸规格系列的型谱。虽然臂架尺寸规格股改 扩展不大。但在臂架的品种数量方面却增加了一倍多。这些品种的增加主要体现在臂架尺寸规格分布密度方面更好地满足了要求，促使加油车臂架尺寸规格系列的型谱趋于完善。 目前，世界上桁架式臂架的加油车已有几种，吊臂长度在 60到 90米左右，最大者已达 100米。起重量超过 50吨的箱形伸缩臂的轮胎式起重机为数尚不多 (最大 100吨 )，发展历史不长。由于受到结构、材料、自重、行驶尺寸和臂端挠曲等限制，臂架不能太长，一般在 40米以内，个别最大者达 50米左右。 货轮专用加油车是输送燃油和液压油的专用机械，主要由油液输送臂架系统和下车组 成。它借助臂架系统可以将燃油的水平输送和垂直输送结合起来。货轮专用加油车具有机动灵活、输送程序简单、工作效率高等优点，由其最大的优点在于能够方便的输送燃油及液压油。 由于以上优点货轮专用加油车受到人们的普遍重视，逐渐成为港口上不可缺少的机械设备。在交通、能源、水利、等领域中发挥着重要的作用。 技术助推加油车输送臂的发展 （ 1）底盘呈现多元化。目前国内臂架式加油车的有沃尔沃、奔驰、五十铃底盘，采用国产底盘的臂架式加油车也在推向市场。随着国产臂架式加油车市场的日趋成熟，整车利润率不断下降，为适应用户的不 同需求，采用国产底盘与进口底盘的臂架式加油都将在市场中占有自己的一席之地。 （ 2）液压系统向集成化方向发展。液压系统也是加油车的核心部分，液压系统质量的高低会直接影响主机工作性能和效率。臂架式加油车普遍采用开式系统及恒功率控制，特别是大流量的泵，开式系统具有油温低、可靠性高、维修方便等诸多优势。同时，全液压控制技术、计算机控制技术取得了突破性进展。全液压控制技术、计算机控制技术也取得了突破性进展，如全液压换向和计算机闭环控制技术已经广泛应用。 买文档就送您 01339828或 11970985 4 （ 3）节能、环保成为加油车以后的发展趋势。提高加油车的节能、环保 性能已经成为一种趋势，风冷却逐步替代水冷却，发动机的排放标准也在提高，大多达到欧或欧标准。 （ 4）结构件更具适用性。臂架式输送加油车作业时常受上部空间所限制，要求臂架展开时顶部高度最低， 4节以下的臂架折叠一般采用单一的 形型式。 5节以上臂架由于受空间限制，一般采用 拢，适用性、机动性和灵活性增强，特别是在隧道和室内作业施工中，效率明显提高。前几年，国产臂架的长度以 37两年有越来越长的趋势，今后将会有更长臂架的加油车走向市场。另外，臂架式加油车支腿作业时常受 场地空间所限制，尤其是大型臂架式加油车，因此臂架式加油车支腿设计呈现出个性化、多样化的特点。 （ 5）臂架技术有所进步。臂架技术是加油车的一项关键技术，过去一直为德国、美国等少数发达国家制造企业掌握。我国臂架式加油车近年来有了快速的发展，在产品的稳定性和工艺方面，虽然还不如国外的产品，但已经有了长足的进步，且更加符合国内的实际施工情况。 （ 6）油输出排量更大。中心输送系统压力更高、输送量更大，将成为今后国产臂架式加油车中心输送系统的发展趋势。随着臂架式加油车车臂架越做越高，车型越做越大，其输送缸的缸径也越做越 大，同时由于工程进度的要求越来越高，要求输送量在 80 120m 的工程越来越多，大排量将成为今后臂架式加油车的发展方向。此外，输送压力越来越高。出口压力现在已达到 22且还有继续提高的趋势。 （ 7）控制系统功能更多。臂架式加油车电气系统近两年发展较快，国内各生产厂家生产加油车电控系统由传统的 过触摸屏，可以实现人机对话，可将各种运行参数进行存储和显示，实现对整车的自动监控。一旦整机运行发生故障，除报警提示外还可以调出相关参数进行故障分析、诊断。同时，臂架智能 控制系统技术的应用，可实现臂架的等高水平变幅和进行输送。 除了设备的设计、制造等有了长足的发展外，设备的使用与维护水平也得到了相应的提高，广大设备使用人员对加油车的原理、结构、操作及日常维护等越来越熟悉，使设备在施工过程中使用起来得心应手，发挥的作用越来越大。随着我国城市建设的快速发展和交通、水利等基础建设规模的不断扩大，商品加油车的应用日益广泛，用户对加油车的需求会更加旺盛。可以预见，加油车将得到越来越多用户的青睐，国产加油也将继续呈现快速发展的局面。 买文档就送您 01339828或 11970985 5 2 输送臂架的机械部分设计 架结构形式 伸 缩式臂架多数制造成箱形结构 (结构简图如图 ，箱形结构内装有伸缩液压缸，在臂架的每个外节段内装有支承内节段的滚子或滑块支座。臂架的变幅采用液压缸来实现，臂架是以受弯为主的双向压弯构件，由于伸缩式吊臂的长度可以变化，故具有良好的通过性，适用范围广。臂架是双向压弯构件，除了受整体强度，刚度、稳定性的约束限制以外，局部稳定性约束也是必须要考虑的。因此采用何种截面形式、设定多大的套接长度，使吊臂的自重较小，充分利用材料是伸缩式吊臂设计的关键技术。 臂架结构形式见图 2 图 2臂架结构形式 123 缩臂架连接尺寸的确定 臂架连接尺寸的确定包含下列的内容：一是臂架根部铰点位置的确定；二是臂架各节尺寸的确定；三是变幅油缸铰点的确定。 架根部铰点位置的确定 臂架根部铰点的位置与臂架长度、端面离地面高度和幅度有关。已知臂架工作长度见式（ c o s s i n)( 1式（ 式中0带有符号，在中心线以下者正，反之为负； 为臂架仰角。可见根部铰点离地高度 将使整车重心抬高。因此， h=2m。当 代入， 以 代入， 的值小于最大仰角m a x ）（ ，可从公式中求得基本臂工作长度，计算中忽略 （ 项，因为买文档就送您 01339828或 11970985 6 此项较小。再以最小幅度值 入，可得到臂架根部铰点离回转中心的距离 e。10m i n0 s co s ，代入数据得： e=架根部铰点离回转平台面的高度020 ， 2h 为回转支承的高度， 。 。 架各节尺寸的确定 本课题的最大输送距离为 32m。据资可阅，臂架的节数为 4。 臂架的最大长度即 32m， 由此可选臂架的节数为 4。令臂架幅度 00 4545 ,基本臂的长度见式（ s inc o s)(100 式（ 式中 0l 3 0 e 以 代入 ，其值小于最大仰角 ， =（ 。一般在计算中忽略（ 项，因为此项较小。 ) 由此得出 。 臂架的各节尺寸见图 22 图 2臂架的各节尺寸 买文档就送您 01339828或 11970985 7 图 2臂架的各节尺寸（ 2） 外露部分的长度见式 ( 4320 （ 式 ( 式中 0 2a 3缩回后外露部分的长度； 4a 则基本臂结构长度 1l 加上0般取同一数值（ a 0 )()(443322143210 式（ 式中 2l 3 4l 伸缩长度取同一数值 l 。 l 见式（ 0m a x )1( 式（ 综上所得 l =2l 、 3l、 4l 为 2l 、 3l 、 4l 为 上图可得在二三四节臂中的长度为 L加上伸出后仍在前节臂内的那部分搭接长度 L、则二节臂的结构长度为 222 。以此类推三四节臂的结构长度。 撘接长度力求短些，以减轻臂架自重。但是太短了，将是撘接部分反力增大，引起撘接部分臂架的盖板和侧板局部失稳；同时也使臂架的间隙变形增 大。因此，撘接长度要选的适当，一般为伸缩臂外伸长度的 2l =( 2l +a )=从上图可见各节伸缩臂插入前一节臂内都留有一断距离 c，这是结构上的需要，在此距离内要设置伸缩油缸的铰支座和其他需要的构件，其大小视具体情况而定，常在 此，前一节臂和后一节臂的结构长度有下列关系见式 （ 0302式（ 买文档就送您 01339828或 11970985 8 从上式可知后一节臂的撘接长度比前一节臂的撘接长度小一些，因为结构空距 在受力上也是合理的。 可求得： 2l =3l=4l = 综上：001 臂=臂l= 3臂l=臂l= 幅油缸铰点的确定 变幅油缸根部铰点（ 1O ）的位置，一般使其落在回转支承装置的滚道上，从而改善了平台的手里情况。当采用单边幅油缸时，其铰点 1O 离回转中心的距离 图 2臂架和变幅油缸铰点的相互位置 臂架根部铰点 幅油缸根部的铰点 1O 在求得 为铰点离滚道面的距离是构造所定，一般取 15厘米左右。 0)c o s (c o 1 8)( 212m i ）（ 已知 2201 )()(OO ，代入数据得 12 缩臂架的截面形状 伸缩臂架的材料一般是 16好采用高强度的低合金钢。伸缩臂架的截面一般呈矩形。其高宽比一般在 1 3 1 8 范围内。侧板一般选用薄 钢板，厚度在 3 2 6 毫米范围内，侧板薄一些对于减轻臂架重量极为有效，但必需认真考虑其局部失稳的问题，有的在钢板上隔一定距离轧一条横向筋，以增加其刚度。有的为了减轻重量也可在侧板上开大孔，并卷边加强。下底板一般做得比上盖板厚些，一方面可以使截面中性轴下移，从而减少下底板上的压缩应力，一方面满足下底板局部稳定的需要，为了减轻自重，吊臂应尽量做成等强度式粱。整个臂架也可做成头稍细，根稍粗的棱锥体状，但大多数采用贴加强板买文档就送您 01339828或 11970985 9 的方法来改变截面的面积特性，在局部高应力处采用加强板局部加强。矩形的截面最危险处为四角焊缝处， 该处应力最大，也是最易产生应力集中之处。为了改善应力状况，可以采用其他截面形式。同时看到，在钢材相同截面积也相同时，不同的截面形式可以得到不同的抗弯模量和不同的抵抗局部失稳的能力。较合理的截面形式为椭圆形和八角形。梯形截面的横向抗弯刚度和抗扭刚度比矩形好。正梯形侧板的上半部拉应力较大，提高了侧板的稳定系数。倒梯形的下底板窄，可以避免下底板的局部失稳 (这常是吊臂破坏形式 )。 在生产实践和科学研究中，随着钢材性能的不断提高，为了减轻伸缩臂重量，人们对它的截面形式作过许多探讨。归纳起来有矩形截面、梯形截面、五边形 截面、六边形截面、八边形截面以及椭圆形截面等不同的截面形式。截面形式的不断变化使臂架的结构受力更加合理，整体重量更轻。 形截面 矩形截面 (结构简图如图 由上下盖板和腹板板焊接而成，与其它截面相比它制造工艺简单，具有良好的抗弯和抗扭刚度等优点，适用于 是这种截面对于更高强度的材料则不能充分发挥材料的承载能力。由于矩形截面的腹板较薄，必须考虑其局部失稳问题，一般在腹板上隔一定距离在受压区设置纵向筋，或在腹板外侧设置斜向筋，以增强腹板的抗屈曲能力。制造时，下盖 板比上盖板厚些，一方面可使中性轴下移，从而减小下盖板的压应力，另一方面满足下盖板的局部稳定性。局部高应力区如滑块支承处附近一般还用加强板进行局部加强。矩形截面和梯形截面见图 2 图 2形截面和梯形截面 形截面 梯形截面 (结构简图如图 的上盖板窄，下盖板宽，截面中性层靠下能发挥上盖板的机械性能，提高腹板的稳定性，前部滑块可接近腹板布置，后部滑块传递给上盖板的集中力因上盖板窄，产生的弯曲力矩减小。梯形截面的扭转刚度和横 向刚度均较矩形截面大，但是这种截面的下盖板宽，对局部稳定不利，材料性能得不到充分发挥，且需设侧买文档就送您 01339828或 11970985 10 向支承装置，这是梯形截面的缺点。倒置梯形截面的下盖板窄，上盖板宽，对提高下盖板的局部稳定性很有好处，材料能得到充分利用，且和梯形截面一样，具有较大的横向刚度与扭转刚度，倒置梯形伸缩臂对安装变幅油缸较为有利，但是这种截面对上盖板的局部弯曲和腹板的稳定性并不是很有利，亦需设侧向支承。 边形及八边形截面 六边形、八边形 (结构简图如图 和大圆角矩形截面的下盖板和腹板的实际计算宽度较小，有利于提高局部抗 失稳能力。前后滑块均支承在四角处，伸缩臂各板不产生局部弯曲，且能较好地传递扭矩与横向力，因此这三种截面的伸缩臂能较好地发挥材料机械性能，减轻结构自重。六边形和八边形见图 2 图 2六边形及八边形截面 圆形截面 椭圆形截面 (图 一种受力较理想的吊臂截面形式，适用于高强度材料，具有较强的抗屈曲能力，能充分发挥材料的性能，但是该截面需要侧向支承，制造工艺复杂，目前尚未普遍采用。椭圆形截面见图 2 图 2圆形截面 买文档就送您 01339828或 11970985 11 综上所得，由于本课题研究的是专用加油车 输送臂架，也就说本课题臂架所输送的介质为液体。通常油液都是用管状物来传输的，所以本课题臂架截面选取常用