毕业设计（论文）-JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发（油箱设计开发）.pdf

JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 1 1 1 1页页 第 32323232页 1 绪论 1.11.11.11.1 引言 轮式自泵混凝土布料机是混凝土泵车和混凝土拖泵两者的综合体,也是重要的土木 施工机械。轮式自泵混凝土布料机利用牵引车头牵引实现远距离行驶，具有良好的机动 性能；在进入施工现场后，凭借自身动力以低度行驶，行驶到合适的工作位置以后进行 混凝土的浇注作业。而当代的轮式自泵混凝土布料机还存在一些需要改进的地方，改进 现役轮式混凝土布料机的部件，使布料机更加具有节能减排的经济效益，对刚刚经历了 金融危机的全球大部分国家，具有非常积极的意义和推动作用。各大相关机械企业也正 在从金融危机的影响中逐步恢复过来，现在它们需要生产的物品与使用的工具必须符合 当代社会的实际需求以及更加具有经济效益，因此这一次的研究，希望能对目前的轮式 自泵混凝土布料机市场起到一定的积极推动作用。此次毕业设计让我们对大学四年所学 的相关专业知识有了一次很好的复习机会，对于我们的实际操作能力，知识的合理利用 能力更是极大的提高。通过和老师同学的一起学习研究，更加增加了个人的团队意识， 动手能力等。 轮式自泵混凝土布料机因能够做到一次连续地完成水平输送和垂直输送混凝土，具 有相当高的工作效率，被广泛应用在道路、桥梁等施工中。本次设计通过参考各方面关 于轮式自泵混凝土布料机以及混凝土机械等的相关资料，国内混凝土机械的发展历史， 世界各国的技术现状和海内外混凝土机械及其部件的现在研究趋势以及未来发展趋势， 对混凝土机械设计做出了一次深刻的研究和思考。通过对上述资料的参考，在对轮式自 泵混凝土布料机油箱设计做出准确、 精细的判断与选择的前提下， 做好本次的毕业设计 。 由于轮式自泵混凝土布料机的油箱设计开发和拖泵油箱在工艺制造，型号选择，数 据参数等方面有许多相似的地方，所以本文对拖泵油箱的相关资料也多有借鉴。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 2 2 2 2页页 第 32323232页 1.2 国内外混凝土机械发展现状与趋势 在工业发达国家，混凝土机械因其是基本生产建设中的常用设备，在实际建设中需 求量很大，广泛应用于公路、铁路、港湾、水利等工程施工中，所以混凝土机械的生产 先进程度，是评价一个国家制造业水平的重要标志。 在历经了数十年的潜心发展研究后，我国的混凝土机械已经一跃成为了建设机械中 相当重要的组成部分。在整个建设机械行业中也是占有很大比重的，业已形成了规模可 观的生产能力，不断提高的产品性能，也同时刺激了市场竞争的白热化。 图 1.1混凝土布料机 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 3 3 3 3页页 第 32323232页 1.2.1 国外混凝土布料机发展现状 早在1907 年，德国就已经开始了对混凝土泵的研究开发，带动了整个欧美国家在 混凝土机械方面的发展较早起步。发展到目前为止，混凝土机械的制造技术已经发展到 了相当高的水平， 拥有已成系列化的各种产品。 生产的混凝土布料机均经过轻量化设计 ， 发展超长臂架技术，还发展多节臂技术。混凝土布料车与混凝土输送泵配套使用，能有 效地替代泵车施工，适应各种作业环境，大大降低购置成本，大大减少使用成本，节省 维护费用，维护保养简单，故障率低。普茨迈斯特、施维英、特卡等均是在国际上已具 有相当品牌影响力的成功企业，都具有非常雄厚的技术力量，所采用的电液比例和可编 程控制可靠性高、动态性能好。生产的布料机均具有材料强度高、重量轻等优点。 1.2.2 国内混凝土布料机发展现状 现在国内的混凝土机械生产企业已有200多家。但早在上世纪80年代初，中国在相 关领域的发展可谓是零。虽然国内混凝土输送泵的起点很低，在与国际知名品牌的产品 比较中存在着一定的差距，但随着中国大陆的改革开放的不断发展，国内的混凝土输送 泵业有了长足的进步。中联重科和三一重工作为国内相关领域的领军企业，也为其他中 小企业做出了表率作用，成功进军了国际市场，并占有相当可观的市场份额。 国内的建研公司也是紧跟住了改革开放的步伐，作为国内最早设计生产布料机的企 业之一，自1995年来就一直在专业研发生产混凝土布料机（车） ，产品于1998年即通过 建设部科技成果鉴定，为国内首创，并获建设部科技进步奖，技术性能水平一直为国内 领先。多年来，不断地创新、完善，填补了多项国内布料设备的空白。目前的建研，是 布料设备的专业生产基地，拥有专业的研发人员与技术、专业的生产制造经验、专业的 品质与服务；产品种类齐全，能满足不同工程的施工需求。 图 1.2 HGY13混凝土布料机施工过程 但不可否认的是在国内除了像中联重科、三一重工和鸿得利等少数龙头企业以外， 大部分的生产厂家受到自身技术水平的限制等多方面影响，对产品核心技术开发的不重 视，造成了缺少自主创新能力的局面，多半都还停留在仿制水平的层面。对这种只看到 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 4 4 4 4页页 第 32323232页 眼前利益，忽视长远发展的情况，急需各方面通力合作改进，才能促进国内混凝土机械 更好的发展。 图 1.3 HBC37 混凝土布料车图片及其主要参数 有些搅拌站（楼）还增加了搅拌机动态负荷监测、混凝土物料稠度控制、除尘、消 声、废水处理等装置；混凝土泵送技术日臻成熟。我国的混凝土搅拌及输送机械尽管性 能有了较大提高，但在可靠性等方面与国外相比还有不小差距。 在控制系统中大多采用了微机自控方式，技术水平有了较大的提高，制造质量也得 到了改善，产品无论是可靠性、实用性还是经济性均有了显著的提高，部分产品已达到 或接近国际同类产品先进水平。产品性能的提高以及高性能产品的研制生产，提高了我 国混凝土机械的竞争力，有利于巩固国内市场，进而向国际市场迈进。我国混凝土机械 团体用户主要是年生产能力在 30 立方米以上有资质的商品混凝土供应商、行业比较大 的建设施工单位、各类有一定经济实力和经营规模的施工机械租赁企业、从原建设施工 单位分离出来的设备管理部门等；个体用户主要是沿海发达地区的个体搅拌站和个体机 械租赁部。 由此可见我国在混凝土输送泵方面， 发展是相当迅速的， 但与世界上这方面的强国 ， 如德国等相比，还是存在有一定的差距，所以前进的脚步要时刻保持。 1.2.3 混凝土布料机发展趋势 目前，国内此类产品型谱和生产企业不断增加，产品性能、质量都在迅速提升。随 着商品混凝土行业的发展，混凝土泵送机械规格更全，档次更高，布料臂架朝更长的方 向发展。对混凝土泵的机动性要求越来越高。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 5 5 5 5页页 第 32323232页 图 1.4 轮式混凝土布料车结构简图 节能技术方面 工程机械一直都是油耗子，噪音非常大，随着全世界环境保护意识的加强，混凝土 输送泵开始采用低噪音、低排放、低油耗的发动机和低噪音的油泵、分配阀和换向阀以 减小冲击降低噪音，适应全世界对环保的要求。 由于大型工程的施工需要，为满足在短时间内浇灌大量混凝土的需要，布料机的泵 送排量和泵送压力不断增大，泵送系统配置大直径的输送缸（直径为230mm，260mm， 280mm），具有吸料性能好，换向次数少的优点。 1.3 本课题研究的意义及主要内容 1.3.1 本课题研究的意义 在我国，过去油箱的设计制造都是有液压系统生产厂自行设计，以单件生产的形式 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 6 6 6 6页页 第 32323232页 进行。近期个别厂商开始利用CAD技术对油箱进行了优化的系列设计，逐步形成系列化 生产，他们可以集中资金，装备和专用工艺设备。 图 1.5 混凝土布料机油箱外观 油箱在液压系统中的主要功能是： （1）贮存供系统工作循环所需的油量； （2）散发系统工作过程中所产生的一部分热量； （3）促进油液中的空气分离及消除泡沫； （4）为系统提供元件的安装位置。 过去认为，油箱还起到分离和沉积油液中污物的作用，但近期的液压系统污染控 制理论，要求油箱不再是一个容纳污垢的场合，而要求在油箱中的油液本身是达到一定 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 7 7 7 7页页 第 32323232页 清洁度等级的油液，并以这样清洁的油液提供给液压泵和整个液压系统的工作回路，因 此对油箱的设计、制造、运行和维护都应按照以上这些功能的。 1.3.2 本课题研究的主要内容 油箱是液压系统中不可缺少的元件之一， 它除了储油外， 还起散热和分离油中泡沫 、 杂质等作用，隔离式油箱分为带折叠器的和带绕性隔离器的两种结构。当油泵工作时， 将有压气体通人折叠器或绕性隔离器中，通过它们的体积变化，在油箱内液面与外界空 气完全隔绝的情况下，保持油箱内液体的压力为一个大气压。一般折叠器或绕性隔离器 的体积要比油泵的最大流量大25%以上。为保证油箱内液体的压力，可装设低压报警器 或自动停机装置。为了保证液压系统的正常工作，必须将工作介质的温度控制在一定范 围内，油箱的温度控制常采用与电接点温度计相配合的温度控制器。当温度低于要求的 最低值时， 电接点温度计通过继电器电路通电， 加热器开始工作，当温度升到调定值时 ， 加热电路断电，加热器停止工作。同理，当温度高于要求的最高值时，使冷却器电路通 电，冷却器开始工作；当油温降至调定值时，冷却器电路断电，冷却器停止工作。油温 控制的范围可通过电接点温度计进行调节。 在一些液压技术较发达的国家，已有一些厂商对油箱进行专业化生产，形成一些系 列化产品，或者由用户提出技术要求，油箱专业生产厂在自己系列化产品中略加修改， 完善后提供给用户，这可以使油箱产品具有较高的设计水平和制造质量，较低的成本及 很短的制造周期。在我国，过去油箱的设计制造都是有液压系统生产厂自行设计，以单 件生产的形式进行。近期个别厂商开始利用CAD技术对油箱进行了优化的系列设计，逐 步形成系列化生产，他们可以集中资金，装备和专用工艺设备，如：下料机、卷板机、 氩弧焊设备焊接用夹具、喷丸设备、酸洗磷化设备、精整和装配油箱用的电动工具，以 及储备较好的适用于油箱的原材料：钢板、涂漆、清洗液，以至设置一个良好的邮箱专 业装配场地和一套完善工艺流程。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 8 8 8 8页页 第 32323232页 2 油箱设计方案 2.1 引言 油箱的总体设计就是根据其主要用途、作业条件及实际生产需要等情况出发，合理 选择箱型、性能参数、油箱尺寸及总成的结构形式，并进行合理的安排。油箱总体设计 包括箱型的选择、油箱容积的计算，油箱内的油温控制，油箱内液位的控制和显示，油 箱内壁的处理等。 2.2 油箱设计方案论证 以前有一个观点在业内普遍受到认同，就是大家都认为油箱除了贮存供系统工作循 环所需的油量，散发系统工作过程中所产生的一部分热量，促进油液中的空气分离及消 除泡沫和为系统提供元件的安装位置等功能以外，还能够起到分离和沉积油液中污物的 作用。但现在的液压系统污染控制理论，对油箱的要求不再像以前那样是一个藏污纳垢 的场所， 而是提出了更高的需求： 在油箱中的油液本身是具有一定清洁程度等级的油液 ， 并用这样清洁的油液提供给液压泵和整个液压系统的工作回路。基于此，对混凝土布料 机的油箱的设计、制造、运行和维护都应该严格按照以上这些功能来操作实行。 整体式油箱是最难以维护的。最好的情况是拥有相对分开的独立元件，从任何方向 都较为容易进行拆装。事实上，小型油箱有时是安装在连铸设备上使用的的。 在油箱上直接安装清洗板,并且使其底部倾斜朝向油箱方向,然后在油箱底部的最 低点以及其他相对地点需要安装一个排水阀或排放阀，这是为了在必要情况下为完全排 水所考虑设计的。在油箱的顶部设置检修孔，用以拆卸空气过滤器和滤清器。 油箱上需要设置一个连接到便携式过滤元件的管路。这样的设计是考虑在各种情况 下，不会将污染物带入系统的可变过滤器类型。较之这个更好的方法是在主油箱的前端 设置一个预先装满的油箱。 在完成最后的细节上的设计之前，写下装配，涂漆，检验和维修等相关重要说明。 有如下重要信息需要注意： （1）如果油箱材料是使用铸铁的，注意不要将油漆漆在油箱的内表面，而且一定 要除去所有的砂砾和芯砂，以及外表面必须进行喷砂工艺。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 9 9 9 9页页 第 32323232页 （2）如果油箱材料是使用钢板的，必须干净彻底的清除所有的污垢，碎削和毛刺。 需要使用溶剂和抹布清除所有的油脂或油，之后再用干净的抹布擦干。如果发现油箱里 外略有生锈的地方，必须及时使用钢刷进行擦拭或将之摩擦干净。油箱表面如果发现产 生了严重锈蚀或有鳞状斑点情况的应该马上对其做喷丸处理。 （3）涂装技术的实施依靠于系统中使用的液压油。如果出现了其液压油油性重的 情况，对油箱内部表面的涂漆耐油性将会有很高的要求，所以油箱内部表面所使用的涂 漆需要使用有信誉的供应商推荐的耐油油漆。对于磷酸酯性耐火液压油，不要对其使用 油漆。因为耐磷酯的特殊涂料是可以进行直接使用的。经过现代的科学研究，早已经证 明液压油其本身是并不具有腐蚀性的，反而还可以提供必要的保护层。 （4）如果液压油的组成成分是一种由油水或水乙二醇乳液组成的混合物，其 油箱内表面不需要使用涂料。因为乳液极有可能会溶解剥离油箱内表面上的涂料。如果 应实际生产施工中的要求必须对油箱内表面进行油漆工艺，需要从乳液制造商那里获取 详细的资料以后，才能进行实际的操作。 2.3 油箱箱型简介 根据油箱液面与大气是否相通，可分为开式油箱和闭式油箱。 （1）开式油箱：开式油箱是应用最为广泛的一种类型。油箱内的液面与大气相通， 为了减少油液的污染，在油箱盖上设置了空气过滤器，使大气与油箱内的空气经过过滤 器相通。 （2）闭式油箱：闭式油箱是指箱内液面不与大气连接，而将通气孔与具有一定压 力的惰性气体相通。闭式油箱中又可以分为隔离式油箱和充气式油箱两种类型。 根据油泵与油箱相对的安装位置又可分为上置式油箱，下置式油箱和旁置式油箱三 种类型。 （1）上置式油箱：上置式油箱是把液压泵等装置安装在油箱盖板上。由于振动源 在油箱盖板上，因此油箱体和油箱盖板必须具有一定的刚度。 （2）下置式油箱：下置式油箱是把液压泵等装置安装在油箱下面，这种结构可大 大改善液压泵的吸入能力。 （3）旁置式油箱是把液压泵等装置安装在油箱旁边，如图3.5所示。其钢板厚度可 相应的减薄，侧板和盖板外表面可用型钢进行加固。当液压泵的自吸能力较差时，可采 用旁置式油箱，使油箱内的油面高于液压泵的吸油口，从而使液压泵得到较好的吸油效 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 10101010页页 第 32323232页 果。系统的流量和油箱的容量较大时，常采这种形式，尤其是在靠一个邮箱给多台液压 泵供油的场合。旁置式油箱设计时要注意，在泵的吸油口与油箱之间的管路上应该设置 一个手动截止阀，方便于液压泵的维修或者是在拆卸时防止油箱的油向外流动。而这个 截止阀上还必须要设置一个表明阀已经开启的电信号开关和只有当这个阀完全开启时， 液压泵才能启动的连锁装置。 图 2.1 常用油箱外形 2.4 油箱容积的计算 油箱的有效容积计算(油面高度为油箱高度 80%时的容积)应该根据液压系统发热、 散热平衡的原则来计算，这项计算在系统负载较大、长期连续工作时是必不可少的。但 对于一般情况来说，油箱的有效容积可以按照液压泵的额定流量 qp(L/min)大约估算出 来。 例如说，适用于机床或其它的一些固定式机械的估算式为： V=qp （2-1） 式中：V 为油箱的有效容积(L)； JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第11111111页页 第 32323232页 为与系统压力有关的经验数字：低压系统=24，中压系统=57，高压系统 =1012。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 12121212页页 第 32323232页 3 油箱的设计要点和类型的确定 3.1 引言 混凝土布料机的油箱根据油箱液面与大气是否相通，油箱的形状以及根据油泵与油 箱相对安装位置可将油箱分为多种类型。油箱作为液压系统中必不可少的元件之一，在 混凝土布料机机械中也占有重要的地位，所以对油箱的设计要掌握好许多要点。 3.2 油箱的用途和设计要点 在前面的章节中已经提到，油箱作为液压系统中不可缺少的元件之一，除了需要起 到储油的作用以外， 还起到了散热作用和分离混杂在油中间的泡沫及杂质等作用， 因此 ， 设计时应考虑到如下若干点： （1）混凝土布料机的油箱必须具有足够大的容积，以能满足散热的要求。在停车 时能够容纳液压系统中的所有油液，而且在工作时又可以保证拥有适当的油位要求。 （2）为了保持油箱内油液的清洁，吸油管和回油管都应该设置过滤器，安装的位 置应该要便于装拆和清洗。油箱应该有密封的顶盖，顶盖上设有带滤油网的注油口和带 空气过滤器的通气孔。在有些情况下，通气口和注油口是可以兼用的。 （3）吸油管及回油管应该插入最低油面以下，以防止吸油管吸空和回油冲溅产生 多余的气泡。关口一般的要求是与箱底，箱壁的距离不小于管径的三倍。吸油口和回油 口必须斜拉切成 45角，并且面向箱壁，这个样子的设计既增大了回油和吸油的截面， 又可以有效地防止回油冲击油箱底部的沉淀物。 （4）吸油管和回油管距离应该保持尽量远的距离，在中间设置隔板，并将吸油管 和回油管隔开， 用以增加油在箱体内的循环时间和距离， 以此来尽可能的增大散热效果 。 并且使油中的气泡和杂质有较长的时间可以来分离和沉淀，隔板的高度大概约为油箱内 油面高度的 2/3，另外还可以根据实际情况的需要，在隔板上安装过滤网。 （5）为了方便于放油，混凝土布料机的箱底应该倾斜，与水平面有一定角度。在 油箱的最低处安装设放油塞或者是阀口。以便放油和污物能够顺利地从放油孔中流出。 （6）油箱的底部要求距地面要在 150mm 以上。以方便于散热、放油和搬移。为了 防止生锈、防止凝水，油箱的内壁应该涂耐油的防锈涂料。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 13131313页页 第 32323232页 （7）混凝土布料机的油箱内壁上应该需安装有油面指示器以及油箱上应该安装温 度计等。 （8）为了防止油泵吸空，提高油泵的转速，可以设计充压油箱。特别针对于自吸 能力较差的油泵而且又没有设置任何辅助泵时，用充压油箱能够改善其自吸能力。一般 充气压规定为 70100kPa 之间。 基于以上八点关于油箱的设计要求，在本次设计课题中，需要好好掌握，真正利用 到实际的生产操作中。 3.3 油箱的类型和选择 3.3.1 油箱类型的研究 图 3.1 开式油箱示意图 1- 油箱体 2-清洗孔法兰 3-放油孔 4-油箱底 5-液位计 6-空气过滤器 7-回油口 8-滤器网 9-隔板 10-液压泵安装台 11-液压泵吸油口 12-过滤器 根据油箱液面与大气是否相通，可分为开式油箱和闭式油箱。 （1）开式油箱： 开式油箱是应用最为广泛的一种类型。油箱内的液面与大气相通，为了减少油液的 污染，在油箱盖上设置了空气过滤器，使大气与油箱内的空气经过过滤器相通。在潮湿 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 14141414页页 第 32323232页 地区应用的油箱，在空气滤清器上还应装有一定量的干燥剂。图3.1为开式油箱示意图。 （2）闭式油箱： 闭式油箱是指箱内液面不与大气连接，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相 通。闭式油箱中又可以分为隔离式油箱和充气式油箱两种类型。 隔离式油箱分为带折叠器的和带绕性隔离器的两种结构，工作原理见图 3.2。当油 泵工作时，将有压气体通人折叠器或绕性隔离器中，通过它们的体积变化，在油箱内液 面与外界空气完全隔绝的情况下，保持油箱内液体的压力为一个大气压。一般折叠器或 绕性隔离器的体积要比油泵的最大流量大 25%以上。为保证油箱内液体的压力，可装设 低压报警器，自动停机装置或自动紧急补充液压装置。 图 3.2 隔离式油箱 (a)带折叠器的油箱 1- 折叠器 2-保护筒 3-油箱隔板 4-油箱 5-密封垫 (b)带绕性隔离器的油箱 1- 绕性隔离器 2-进出气口 3-液压泵装置 4-液面 5-油箱 充气油箱又称为充压油箱，工作原理见图 3.3。通入经过滤清的压缩空气，使箱内 压力高于大气压。充气工具一般是小型空压机，压力为 0.70.8MPa，充气油箱的压力不 宜过高，以免油液中溶入过量的空气，一般以 0.050.07MPa 为最佳选用值。为防止箱 内压力过高或过低，充气油箱要设置安全阀、电接点压力表和报警器。这种油箱一般用 于水下作业的液压设备。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 15151515页页 第 32323232页 图 3.3 充气油箱 1- 液压泵 2-粗过滤器 3-充气油箱 4-电接点压力表 5-安全阀 6-减压阀 7-空气过滤器 8-冷却器 9-精过滤器 10-电接点温度计 根据油泵与油箱相对的安装位置又可分为上置式油箱，下置式油箱和旁置式油箱三 种类型。 （1）上置式油箱： 上置式油箱是把液压泵等装置安装在油箱盖板上。由于振动源在油箱盖板上，因此 油箱体和油箱盖板必须具有一定的刚度。其结构紧凑，应用极为普遍，尤其是需要经常 移动的设备上。他的上盖板有设计成可拆下和不可拆下（焊死）的两种。有些专业生产 油箱的厂商，对于较小的油箱进行系列化的批量生产，采用压铸件，如图 3.4 所示。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 16161616页页 第 32323232页 图 3.4 压铸件油箱 （2）下置式油箱： 下置式油箱是把液压泵等装置安装在油箱下面，这种结构可大大改善液压泵的吸入 能力，也可使设备的安装面积减少。这种安置方式，常常将油箱架高到使人能够在油箱 底穿越过去，以便对液压泵的进行安装与维修。 （3）旁置式油箱： 旁置式油箱是把液压泵等装置安装在油箱旁边，如图 3.5 所示。其钢板厚度可相应 的减薄，侧板和盖板外表面可用型钢进行加固。当液压泵的自吸能力较差时，可采用旁 置式油箱，使油箱内的油面高于液压泵的吸油口，从而使液压泵得到较好的吸油效果。 系统的流量和油箱的容量较大时，常采这种形式，尤其是在靠一个邮箱给多台液压泵供 油的场合。旁置式油箱设计时要注意，在泵的吸油口与油箱之间的管路上应该设置一个 手动截止阀，方便于液压泵的维修或者是在拆卸时防止油箱的油向外流动。而这个截止 阀上还必须要设置一个表明阀已经开启的电信号开关和只有当这个阀完全开启时，液压 泵才能启动的连锁装置。 图 3.5 旁置式油箱 根据油箱的形状可以分为矩形油箱和圆筒形油箱。 (1)矩形油箱： 矩形油箱是使用最为普通的一种油箱，它即方便于制造，又能够充分的利用空间。 所以，一般（容量小于 20001L）都采用这种形式。 (2)圆筒形油箱： JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 17171717页页 第 32323232页 圆筒形油箱通常用于容量较大的场合。它又有立式和卧式的两种，如图 3.7所示。 立式的由于油液深，上下部的温差比较大，必须考虑到使用油箱内部的油液具有良好的 循环。在内部清洁处理时和运输时都比较困难，因此这种油箱很少采用。所以容量较大 的常用卧式圆筒形油箱，它们可按压力容器的方法来制造，两端可选用标准化尺寸的封 头。制造和焊接工艺都很成熟，刚性也较好。如图 3.6 所示。 图 3.6 圆筒形油箱 3.3.1 油箱的选择 在详细了解了上述三大分类，共八种油箱类型后，本次设计对各种油箱类型继续进 行了更深入的研究。在分析了各种工作情况以及结合了整车设计的整体构想的情况下， 对于这次设计 JHBL30 型轮式自泵混凝土布料机的油箱，决定采用开式油箱的类型，安 装空气滤清器， 将液压泵等装置安置在油箱的上盖板上， 以及选择较为常见的矩形外观 。 这样选择的优点是方便于制造，可以合理利用好空间，结构紧凑，适用于安装在需要经 常移动的设备上，更好的发挥最大的经济效益。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 18181818页页 第 32323232页 4 油箱容积的计算 41 油箱容积的不同计算方法 4.1.1 根据用途确定油箱容积 油箱容量的确定是设计油箱的关键。油箱容积一般设置为油泵流量的 3 到 7 倍。对 于行走机械，或安装位置受到限制、冷却效果较好的液压设备，油箱容积可选小值；而 对于固定设备，以及空间面积不受限制的设备则可选择偏大地容积，如冶金机械的液压 系统的油箱通常是液压泵流量的 7 到 10 倍，锻压机械的液压系统的油箱则是液压泵流 量的 6 到 12 倍。 4.1.2 根据经验确定油箱的容积 油箱的容量是油箱的最基本参数。油箱的容量通常为液压泵每分钟排出体积额定值 的 3 到 5 倍。采用定量泵或者是不带压力补偿的变量泵时，油箱的容量至少要大于泵每 分钟排出体积的 3 倍以上。 当采用带压力补偿的变量泵时，应尽量提供至少为系统每分钟所需油液体积的平均 值（以升计）三倍的油箱容量。 特别要注意的是， 当液压系统需要尖峰流量时， 对应的油箱液面正好下降到最低点 ， 此时，液面还应高于泵的吸油口 75mm 或者是 1.5 倍管径，二者中取大值。当液压系统 处于最大回油量时，油箱液面达到最高位，此时，油箱内还应有 10%的储备容量（液面 以上的空气容积） ，以便于形成与大气接触的自由液面，供热膨胀和空气从液体中分离 之用。 4.1.3 根据液压系统的发热与散热关系确定油箱容积 油箱的容量也可以根据液压系统的发热与散热关系的计算以及对油箱允许的温升 来确定。按照这个方法计算的结果，我们可以制出图 4.1 。该表的用法如下：若已知油 箱的允许温升和供油系统的功率，即可以由表查找出油箱所需的容量。反之，也可以由 已经知道的油箱容积和功率等数据查找出油箱达到的温升。 如表中已经知道允许温升 35 和功率 11kW,即可以从表中查找出油箱的容量为 800L 。 混凝土布料机油箱中的油液温度一般推荐在 30 到 50，最高不应该超过 75， 最低不应该低于 15。对于工具机及其它德固定装置，工作温度可以允许在 40 道 55 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 19191919页页 第 32323232页 之间；对于行走机械来说，如装载车辆、工程机械的油箱，最高工作温度允许达到 75 ，在特殊情况下允许达到 85；对于高压系统，为减少泄露，工作温度不应超过 50 。建议当温度超过 65时就应该采用冷却装置对油液进行冷却。 图 4.1 油箱容积,功率,温升的关系图标 另外，油箱容积的大小也可以从散热角度方面出发设计，计算出系统的发热量和散 热量，从热平和的角度计算出油箱的容积。 液压系统的发热及散热计算如下： （1）液压泵功率损失所产生的热量1（J） 1=P（1-）t（3-1） 式中P液压泵的输入功率（W） ，P=pq/ ； 液压泵的总效率，一般=0.70.5，常取为 0.8 P液压泵出口工作压力（Pa） ； q液压泵的实际流量（m3/s） ； t工作时间（s） 如果一个工作循环中，有几个工序，则可根据各个工序的发散量，求出总平均发热 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 20202020页页 第 32323232页 量1（J）为 1=1/TP 1（1- ）tit（3-2） 式中T工作循环周期（s） ； t工序的工作时间（s） ； i工作的次序。 液动机的发热量，也可按照上面两公式计算，但式中 P液动机的输入功率（W）,P=pq 液动机的总效率； P液动机的压力差（MPa） ； q液动机的入口流量（m3/s） 。 （2）阀内损失所产生的热量2（J） 其中以泵的全部流量流经溢流阀返回油箱时，发热量为最大，即 2=pqt（3-3） 式中p溢流阀的调整压力（Pa） ； q经过溢流阀流回油箱的流量（m3/s） 。 如计算其它阀门的发热量时，则上式中的p为该阀的压力降（Pa） ；q为流经该阀 的流量（m3/s） 。 （1） 管路及其它损失所产生的热量3 此项热量，包括很多复杂的因素，由于其值较小，加上管路散热的关系，在计算时 常予以忽略，一般可取全部能量的 0.030.05 倍，即 3=（0.030.05）pt（3-4） 也可根据各部分之压力降p及流量q代入式（6-5-3）中求得。在考虑此项发热量 时，必须相应考虑管路之散热。 系统总散热量为上述各项发热之和，即 =1+2+3+（3-5） （2） 液压系统的散热 液压系统各部分所产生的热量，在开始时一部分由运动介质及装置本身所吸收，较 少一部分向周围辐射，温度达到一定数值，散热量与发热量相平衡，系统即保持一定的 温度不再上升。 若只考虑油温上升所吸收的热量和油箱本身所散发的热量时，系统的温度 T 随运转 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 21212121页页 第 32323232页 时间 t 的变化关系如下： T=T0+Q/kA1-exp(-kA/cm*t)（3-6） 式中T油液温度（K） ； T0环境温度（K）； A油箱的散热面积（m2） ； C油液的比热容 （J/(kgK)） ， 矿物油一般可取c=16752093（J/(kgK)）； m油箱中油液的质量（kg） ； t运转的时间（s） ； k油箱的传热系数（W/(m2k)） 。 k值的一些实际数据如下： 周围通风很差时k=89 周围通风良好时k=15 用风扇冷却时k=23 用循环水强制冷却时k=110174 当t时，系统的平衡温度为 Tmax=T0+Q/kA（3-7） （3）油箱容积计算 由式（6-5-7） ，环境温度为T0时，最高允许温度为 Ty 的油箱的最小散热面Amin 为 Amin=Q/k(Ty-T0)(3-8) 如油箱尺寸的高、宽、长之比 1:1:1 至 1:2:3，油面高度达油箱高度的 0.8 时，油 箱靠自然冷却使系统保持在允许温度Ty以下时，则油箱散热面积可用下例近似公式计 算： A6.66*3V2（3-9） 式中V油箱的有效体积（m3） A油箱的散热面积（m3） 当k=15 W/(m2k)时，令A=Amin降式（3-9）代入式（3-8） ，得油箱自然散热时的 最小容积 Vmin=10-1(Q/Ty-T0)8 上述关于油箱的容量、 功率、 温升的计算公式，清楚地显示了三者之间的相互关系 。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 22222222页页 第 32323232页 用这些计算公式所列出的油箱容量、 功率和温升的关系， 如图 4.1 所示。图表的用法为 ： 若已知油箱的允许温升和供油系统的功率，即可从图表中查出油箱所需的容积，反之若 已知油箱的容积和功率亦可查出油箱的温升。如图表中已知容积为 1000L 和供油系统功 率为 11kW，即从图表中查出油箱的允许温升为 30。 42 油箱容积的确定 根据上述章节所提到的关于油箱的计算方法和公式，结合图表 4.1 所示的内容，此 次毕业设计所设计的 JHBL30 型轮式自泵混凝土布料机油箱的容积通过考虑各方面要素 和进行了严格仔细的计算后，得出油箱的容积为 1000L。这个容积的油箱较适合这次设 计研究的 JHBL30 型轮式自泵混凝土布料机的正常使用，能优化整车的性能。 43 油箱容积的标准 油箱的容量选定应该完全符合 GB287681液压泵站油箱公称容量系列里面的 规定。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 23232323页页 第 32323232页 5油箱内液面和油温的显示和控制 5.1 油箱内油温的显示和控制 为了保证液压系统的正常工作，必须将工作介质的温度控制在一定范围内，油箱的 温度控制常采用与电接点温度计相配合的温度控制器。当温度低于要求的最低值时，电 接点温度计通过继电器电路通电，加热器开始工作，当温度升到调定值时，加热电路断 电，加热器停止工作。同理，温度高于要求的最高值时，使冷却器电路通电，冷却器开 始工作，当油温降至调定值时，冷却器电路断电，冷却器停止工作。油温控制的范围可 通过点击诶单温度计进行调节。 常用的加热器是一种电阻丝加热管，直接插装入油箱的油液内，容易使附在加热管 周围的油液局部温度很高，造成烧损油液和积碳。所以有时不采用这种加热管加热的方 法，而是当油温过低时（这总是在液压系统停机后，要开始投入运行前） ，人工（或自 动）启动系统中某一台液压泵，使油液通过泵，溢流阀造成的能耗专程热量，使油液升 温。当然，这种方法只能在油液温度不至于低到液压泵不能启动的情况下，不能自吸时 才能应用。 当油温高于某一设定值时（这总是在液压系统停机后，要开始投入运行前） ，电接 点温度计给出信号，打开通往冷却器的冷却阀门，使流经冷却器的油液冷却。一般冷却 器设置在系统的回油管路上，在回油管进入油箱前。对于重要的或较大的液压系统，常 常在液压系统工作回路之外，另外独立设置一套冷却回路，有一台独立的泵进行循环。 在该回路中也往往再加一滤油器，组成一套独立的冷却-滤油回路。以保证该液压系 统的清洁度较高和油温较低。 注意在安装上述测温计时，测温点应放置在油箱中油液环流的途径中，以便测得油 箱中液体的平均温度。 在简单的液压系统和油箱中，并不设置油温控制装置和较高级的测温计，常常只在 油箱侧壁上装一个如图 5.1 中所示的液位计， 它也有一个乙醚温度计。 特别要注意的是 ， 通入这个温度计的油液是一个死区的油液，不能及时的反映油箱中真正的，随时变化着 的油温。 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 24242424页页 第 32323232页 5.2 油箱内液面的显示和控制 对于液压系统中的油箱的液面一般只是要求能够显示和发出报警信号。当液面到达 了最高限位或到达最低限位的时候，都需要能够发出警报信号。当液面超过低限位的某 一特别设定值的时候，再发出一个信号，这时整个系统能够自动停泵，用以避免液压泵 吸空。目前，技术上对液压系统还不要求能够做到在液面超过低限位时对油箱的液面自 动补充和排放。 图 5.1 浮子式液位发讯装置 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 25252525页页 第 32323232页 常用的液位发讯装置是浮子式液位发讯装置，如图 5.1 所示。是通过浮子上的永久 磁铁使干簧管接通而发讯的，其中干簧管的高度可根据需要调整。干簧管也可设置 2 个 或 3 个，分别发出 2 个或 3 个信号，使用十分方便。 这种浮子式液位发讯装置，实际上只能对液面的某些极限位置给出信号，而不能随 时显示油箱中任意一位置的油面值，因此在任何油箱上，还必须在油箱的侧壁及便于观 察的位置上， 装上一个能目视的透明的液位计。 在此液位计上刻出上下以诶按的限位线 。 常用的这类液位计如图 5.1 所示，较简单的液压系统的油箱，只装这一种目视的液位计 即可，而不必装液位发讯装置。 图 5.2 简易液位显示计基本尺寸 对于较大的油箱，油位变化较大时，可将这种液位计纵向排列几个，组成较大的液 位显示。 液位计型号说明: YWZ - * * (1)(2)(3) (1) 液位计 (2) 螺钉中心距(图 5.1 中 E) (3)T 为温度计 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 26262626页页 第 32323232页 安装方法:泊箱上安装螺钉的光孔为11mm 。 油箱内液位的控制可以通过液位发迅器或液位计进行检测。前者当液位低于要求时 会发出报警信号，目前应用的有浮子式液位发信装置。后者需要人工进行监视，当液位 低于要求时进行人工补充加油。 一种能显示油箱高、低液位的液位计见表 5.3 。该液位计可带有温度显示，温度范 围为-2080。 图 5.3 液位计的基本尺寸 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 27272727页页 第 32323232页 6 油箱的内壁处理方法及空气过滤器 61 油箱的内壁处理 油箱大都采用钢板焊接而成，油箱内壁处理的目的是清除焊接后产生的磷和铁锈。 对于一般使用要求的油箱，只要光整加工后即可使用。但当工作介质为水包油乳化液或 是水-乙二醇等易使油箱内壁锈蚀的介质时，应在油箱内壁涂一层与工作介质相容的塑 料薄膜或耐油清漆。油箱内壁在涂料之前采用以下几种方法进行处理 图 6.1 油箱内表面处理方法 JHBL30 轮式自泵混凝土布料机设计开发 （油箱设计开发） 第 28282828页页 第 32323232页 （1）喷丸使用喷丸方式是为了清除油箱内部焊接飞溅的溶渣、铁锈。 （2）喷砂喷砂是用砂子代替铁丸。喷砂处理后必须彻底清除砂子。 （3）酸清法喷砂处理不能彻底清除焊接飞溅的溶渣，容易生锈。所以必须使 用酸洗处理。 （4）表面处理法油箱