混凝土拖泵液压系统设计

1、邵阳学院毕业设计（论文）1绪论拖式混凝土泵简称混凝土泵或砼泵，是利用压力连续输送混凝土的施工设备1。它由泵体和输送管组成，安装有动力传动装置、泵送装置和搅拌装置以及其他一些辅助装置。混凝土拖泵通过内燃机或电动机的动力传给液压泵，液压泵推动活塞带动混凝土泵工作，然后利用布料机和输送管，将混凝土输送到一定的高度和距离。在作业中，混凝土拖泵的内燃机或电动机的动力驱动泵送机构、搅拌机构及分配机构等工作装置。而液压系统作为拖泵最重要组成部分，随着对施工要求的提高，人们对液压系统的要求也越来越高。1.1 混凝土拖泵的应用 如图1.1所示，HBT40C-1008D混凝土泵集多项专利技术于一身，液压系统采用双

2、泵双回路，动力系统采用国际知名品牌柴油发动机，泵送单元采用原装进口高压大排量变量油泵、分配单元采用S管阀形式；该产品以其卓越的性能被广泛运用于城镇建设、路桥建设、水利水电、隧道建设等施工现场。1.1.1 混凝土拖泵的主要特点：（1）动力系统、液压系统与泵送系统匹配合理，有效地降低了柴油的消耗；（2）高吸料性，实际泵送效率达到理论值80%以上；（3）配置更优化，原装进口沃尔沃、道依茨发动机为设备提供了强劲的动力，同时采用原装进口的液压元件及电气元件，大大地提高了设备使用的可靠性；（4）独特的分配油路缓冲技术，确保S管摆动到位，延长S管使用寿命；（5）电动高低压切换、液压顶升支腿的应用，简化了操作

3、方式；（6） 浓油润滑系统采用强制过滤、预压式双泵节能自动集中供油系统，供油充分、润滑效果更好，且节省消耗，比普通连续注油降低消耗50%以上；（7）具有自主知识产权的混凝土活塞快换装置，安全可靠，更换活塞更快捷、方便；（8）真正的智能控制技术，配置彩色触摸及文本显示屏，应用电子油门，降低环境噪声；（9）新型耐磨材料与焊接工艺的应用，使常用易损件的使用寿命成倍提高。图1.1 HBT40C-1008D混凝土泵结构图1.1.2 国内外研究现状及发展动态从最早的混凝土泵出现，至今已有90多年的历史。1907年德国开始研究混凝土泵，并取得专利权。此后，l9l3年美国Cornell Kee 设计出曲轴机械

4、传动的混凝土泵，取得专利权，并制造出第一台混凝土泵，但经过试运转后即搁置，未得到应用。1927年德国的弗利茨海尔(FritZ He11)又设计制造了混凝土泵，并第一次获得成功的应用。至1930年德国制造了立式单缸球阀活塞泵。这种泵是靠曲柄和摇杆传动，又是立式单缸，因而工作性能较差此后，荷兰人库依曼 (JCKooyman)在上述基础上进行了重大的改进，在1932年成功地将立式缸改为卧式缸，并设计制造了库依曼型混凝土泵。这种泵有一个卧式缸及两个由联杆操纵联动的旋转阀，它成功地解决了混凝土泵的构造原理问题，大大提高了工作的可靠性。至今，许多混凝土泵仍然保存了这种设计的基本特点，只是在动力和传动机构以

5、及分配阀方面进行了改进。由于库依曼型混凝土泵的流道合理，工作可靠，因而当时德国的拖克里特(Torkret)、法国的爱尔马科 (Almacoa)、美国的钦贝尔特(Chain Be1t)和英国混凝土泵公司都曾获得特许证制造和出售这种混凝土泵。我国在50年代从国外引进过混凝土泵，60年代初，上海重型机器厂生产了仿苏C-284型排量为40 立方米/小时的固定式混凝土泵，生产中虽有应用，但未能推广。70年代初，一机部建筑机械研究所（长沙建筑机械研究院前身）与原沈阳振捣器厂合作，于1975年研制成功排量为8 立方米/小时的HB-8型固定式活塞泵。1978年6月长沙建筑机械研究院与湖南常德机械厂合作，研制成

6、功HB-l5油压活塞式混凝土泵，并经过了各种性能的测定和工业性试验。从70年代开始我国对各种型式的混凝土泵(包括活塞式和挤压式)进行了大量研制工作，有的已通过技术鉴定，有的已小批量生产并逐渐用于实际工程施工。 国内混凝土泵的发展简史：1992年长沙建筑机械研究院自主开发中联牌系列混凝土泵。至90年代末，以中联等品牌为主导的国产设备在我国市场上已占据垄断地位，一改过去大量依赖进口的状况。目前能在我国市场上仍占一席之地的国外品牌，仅剩德国大象（PM）和施维英（Schwing）两家，这是因为大象（PM）和施维英（Schwing）在上海设立了独资厂，很多零、部件已经开始国产化生产的原因。从产品技术方面

7、来看，先进的国产混凝土泵已大量采用现代技术，如PLC（可编程控制）智能软启动、液压伺服控制以及高耐磨材料技术等。从产品的质量和可靠性方面来看，由于采用全球采购，使用世界知名品牌厂家的产品配套，产品质量和可靠性都有了大幅度的提高。在产品应用领域方面，国产设备也在针对性拓展。除了用于高层建筑施工的机型外，近年来出现了巷道泵、轨道泵、防爆泵、淤泥泵、高原泵等等；布料机发展了固定式、内爬式、行走式、船载式等也得到了用户的广泛认同和喜爱。1.2 混凝土泵的分类混凝土泵的种类很多，可以按排量大小、工作原理、行走装置或配备其他装置的情况分类。按排量大小分类可分为小型、中型、大型三类。排量30mh的属小型泵；

8、排量40-80 mh的为中型泵；排量超80 mh的为大型泵。目前应用最多的是中型泵。按工作原理分类可分为：活塞式混凝土泵（机械式、液压式）挤压式混凝土泵压缩空气输送罐按移动方式分类可分为：固定式、拖挂式、自行式按驱动力分类可分为：电动式、内燃式按分配阀形式分类可分为：闸板阀式 、S管阀式1.3 混凝土泵的基本结构及工作原理混凝土泵大致由泵送机构、混凝土分配机构、清洗机构、料斗及搅拌机构等四大部分组成。每一部分均由不同的机构或零件组成,都承担不同的功能。了解并掌握混凝土泵的每一部分基本结构及其工作原理,对拖泵的正确使用和维修有很大的帮助。不同厂家对拖泵的代号有不同的方式,但根据国家及行业的标准,

9、拖泵的主要技术性能参数可以从产品型号看出。表1.1 拖泵的主要技术性能参数HBT立方/小时MPaKWSZ-/R-混凝土泵拖式泵送方量出口压力功率分配阀型原动力类型HBT40C-1008D表示最大出口压力为8MPa、额定功率为72.5KW的柴油机S阀拖式混凝土泵。1.3.1 泵送机构泵送机构是把液压能转换为机械能的动力执行机构，其功能是推动混凝土使其克服管道阻力而达到浇注部位。构造与工作原理如图1.2。图1.2 泵送系统结构图泵送机构是由动力部分、水箱、工作部分等组成。动力部分即主油缸，工作部分即混凝土缸，水箱的作用是支持连接主油缸与混凝土缸，并由所盛水对混凝土缸进行清洗、冷却、润滑等。1.3.

10、2 分配机构泵送混凝土时，在主油缸和分配阀油缸驱动下，若左侧混凝土缸与料斗连通，则右侧混凝土缸与分配阀连通。若油压使左侧混凝土缸向后移动，将料斗中的混凝土吸入该侧混凝土缸(吸料缸)，同时油压使右侧混凝土缸活塞向前移动，将该侧混凝土缸(排料缸)中的混凝土推入分配阀，经混凝土输送管道输送到浇注现场。当左侧混凝土缸活塞后移至行程终端时，触发水箱中的换向装置，两主油缸油压换向，分配阀油缸使分配阀与左侧混凝土缸连接，该侧混凝土缸活塞向前移动，将混凝土推入分配阀，同时，右侧混凝土缸与料斗连通，并使该侧混凝土缸活塞后移，将混凝土吸入混凝土缸。图1.3 图1.4左侧混凝土缸活塞后移至行程终端时，触发换向装置，

11、油缸换向，右侧混凝土缸活塞向前推送，开始下一轮泵送循环，从而实现连续泵送混凝土。以上情形为混凝土的正泵状态(图1.3)。当混凝土泵出现泵送不顺，发生堵塞或需将泵(或泵车)暂停，将输送管(或布料杆)内的混凝土抽回料斗时，可通过液压系统控制分配阀，使吸料缸口与输送管道相接，从而使混凝土料抽入混凝土缸体内。而处于排料工位的混凝土缸，则将混凝土抽回料斗中，同步完成吸排料动作后，分配阀换向，开始下一个吸排料过程，从而实现反抽的连续工作循环。以上情形为混凝土泵的反泵状态（图1.4）。1.3.3 清洗机构水箱是用钢板焊成，既是储水容器，又是主油缸与混凝土缸的支持连接件。水箱上部有盖，打开窗盖可以加水并清洗水

12、箱内部。水箱上还有一个水标尺，用来观察水位，水箱底部有放水口。在泵送机构工作时，水在混凝土缸后部随着橡胶活塞来回流动，所起的作用是：（1）清洗作用 清洗混凝土缸壁上每次泵送后残存的灰浆，以减少混凝土缸及橡胶活塞的磨损；（2）隔离作用 防止主油缸泄漏出来的液压油进入混凝土中而影响混凝土的质量；（3）冷却润滑作用 冷却润滑混凝土缸橡胶活塞、活塞杆及活塞杆密封部位。整个水系统容量约100L。1.3.4 料斗与搅拌机构料斗是混凝土泵的承料器，料斗及搅拌装置的功用有两个方面：（1）混凝土运输设备向混凝土泵供料的速度同混凝土泵的输送速度不能完全一致，料斗可以起到中间调节作用；（2）搅拌装置对混凝土进行二次

13、搅拌，可以改善混凝土的可泵性。搅拌装置还有向混凝土分配阀-混凝土缸喂料的作用，以提高混凝土泵的吸入效率。搅拌机构由搅拌轴、搅拌叶及搅拌叶座等组成。搅拌叶和搅拌叶座共有五副（若料斗内有管形阀，则搅拌器数目要少），分为中间的和两侧的两种。它们安装后，中间搅拌叶片同搅拌轴轴线平行，两侧搅拌叶片则同搅拌轴轴线成45角。左侧和右侧搅拌叶片的安装方向相反，其方向应是当搅拌轴正转时把混凝土从料斗两侧赶向中间部位。搅拌轴的正转方向，从链轮端看应当是逆时针旋转。对于大排量的混凝土泵，其搅拌装置可采用大螺旋叶片，使混凝土能直接被送到混凝土缸吸料口。搅拌轴传动装置的形式有两种，一种是液压马达通过机械减速后驱动搅拌轴

14、;另一种是液压马达直接驱动搅拌轴。而机械减速的方式又有链传动、蜗轮蜗杆传动，以及齿轮传动。当供油油泵排量一定，液压马达用小流量时获得高转速、小扭矩；当用大流量时获得低转速、大扭矩。当混凝土泵采用大排量(30 mh)近距离输送时，搅拌液压马达用小流量、高转速、小扭矩；当混凝土泵采用小排量(l5 mh)远距离输送时，液压马达用大流量、低转速、大扭矩。 图1.5 搅拌系统结构图1液压马达；2液压马达支座；3主动链轮；4被动链轮；5轴承座；6搅拌轴承；搅拌轴；密封盘；9压圈； 10两侧搅拌叶； 11中间搅拌叶33拖式混凝土泵一般就简称为混凝土泵或砼泵，是输送混凝土的施工设备，它能一次性连续完成水平运输

15、和垂直运输，效率高、劳动力省、综合费用低，尤其对于一些泵送距离远、工地狭窄和有障碍物的施工现场，用其他运输工具难以直接靠近施工工地，混凝土泵则更具突出的优势，在今天车载泵与泵车快速发展的时期仍然被广泛应用。我国拖式混凝土泵的生产在五十年代就有起步，但由于生产技术落后，一直到九十年代就有起步，但由于生产技术落后，一直到九十年代初期，我国混凝土泵送机械市场的90%以上为国外厂家占据，但随着中联、三一等企业的快速发展，目前国外品牌的混凝土拖泵以基本退出我国市场。我国的混凝土泵送设备技术已经站在世界的前端。2 液压系统的设计2.1 液压系统的发展前景液压传动2的出现已经有二、三百年的历史。1795年第

16、一台水压机问世，机床上采用液压传动，如果从十九世纪末德国制造液压龙门铇床，美国制造液压六角车床、液压磨床算起，已经有一百多年的历史。但由于当时还没有成熟的液压元件，因而液压技术并没有得到普遍应用。上个世纪三十年代，各类机床（车、铣、磨、钻、镗、拉等机床）才刚刚开始采用液压传动。直到第二次世界大战以后，应用才逐渐普遍起来。我国的液压技术从上世纪五十所代开始应用，1952年开始试制油压泵阀。（1961年上海液压机床厂自行设计制造了我国第一台万能水压机）以液体为介质的液压传动具有无级调速和传动平稳的优点，故在现代机床上得到广泛应用；用其布置方便并易实现自动化，因而在组合机床上应用较广；由于执行元件的

17、输出力（或转矩）较大，操纵方便布置灵活，液压元件用电器易实现自动化和遥控。以气体的工作介质和气压传动，因工作压力较低（一般在1Mpa以下），且有可压缩性，所以传递动力小，运动不如液压传动平稳，但因空气粘度小，阻力损失小，速度快、所应灵敏，而适用于特殊环境下的传动。目前，机床液压仿形装置，液压自动化机床及其自动线已经大量出现。液压传动在高效率的自动、半自动机床组合机床，程控机床和数控机床上已经成为重要的组成部分。有的先进工业国家采用液压装置的机床类别（按品种计算）已经高达70%以上，机床传动系统有85%利用液压传动和控制。 液压技术正在向高压、高速、大流量、高效率、低噪音，集成化方向发展；新的液

18、压元件和液压系统的计算机辅助设计、优化设计数字仿真。微机控制等新技术也日益发展、应用，并取得了很多显著成果（如：比例控制、二通插装阀、球式逻辑阀，交流液压技术，还出现了大量的机、电、液、计算机一体化的现代化设备）。另外，近年来又在太阳跟踪系统、海浪模拟装置、船舶驾驶模拟地震再现、火箭助飞发射装置、宇宙环境模拟和高层建筑防震系统及紧急刹车装置等设施中，也采用了液压技术。 总之，几乎所有工程领域，凡是有机械设备的场合，均可利用液压技术。因此可见其发展前景是非常光明的。2.2 液压系统的设计步骤及要求液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须

19、从实际出发，有机地结合各式各样的传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单工作可靠，成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统3。2.2.1 液压系统的设计步骤设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，大致可按如下的步骤进行。（1）明确液压系统使用要求，进行负载特性分析；（2）设计液压系统方案；（3）计算液压系统主要参数；（4）绘制液压系统工作原理图；（5）选择液压元件；（6）验算液压系统性能；（7）液压装置结构设计；（8）绘制工作图，编制文件，并提出电气系统设计任务书。2.2.2 液压系统的设计要求设计要求是进行每项式程设计的依据。在制定

20、基本方案并进行进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。（1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；（2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；（3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；（4）各动作机构的载荷大小及其性质；（5）对调整范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；（6）自动化程度、操作控制方式的要求；（7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；（8）对效率、成本等方面的要求。2.3 液压系统图的拟定2.3.1 液压系统主要参数的确定通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为

21、确定系统及各执行元件的参数提供依据。液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷,流量取决于执行元件的运动速度和结构尺寸。表2.1 HBT40C-1008D混凝土泵主要技术参数最大理论混凝土输送量 低/高压m/h 45最大泵送混凝土压力 Mpa 8泵送系统最大功率 Kw/rpm 72.5混凝土输送缸缸径/行程 mm180/1000 液压油路形式 开式泵送系统油压Mpa 31.5分配系统油压Mpa 25搅拌系统油压Mpa 16最高搅拌转速r/min 32混凝土输送管内径125/150最大理论输送距离 垂直/水平 m50/200整车质量 kg3500

22、2.3.2 液压系统方案设计 （1）制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现4。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用节流阀，故效率低，发热量大，多用于功

23、率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力

24、油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。本系统采用变量泵调速，可以是手动变量调速，也可以是压力适应变量调速。（2）制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可

25、考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。（3）制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路

26、联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。（4）选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供

27、油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。在本次设计中，液压系统及电气控制系统关键元器件均采用国际和国内知名先进品牌的各类液压、电气元件、辅件和技术。本次设

28、计全面满足要求的各项标准、规范要求，同时参考国际标准，对产品进行全面的优化设计。2.4 液压系统图的绘制整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免失误动作发生。要尽量减少能量损失环节，提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要部件连续工作。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘

29、制。系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。本液压系统原理图如图2.1： 图2.1 HBT40C-1008D液压系统原理图 液压系统动作说明（参见液压原理图2.1）液压系统采用双泵双回路，泵送油路和分配油路独立，互不干涉；双信号液控换向实现了泵送与分配完美协调，进而保障了混凝土泵的整体性能；新型分配缓冲专利技术，确保分配系统冲击更小。在主油泵压力油作用下，一缸前进，另一缸后退，当活塞运行到行程终点时，从泵送油缸前端逻辑阀拾取液压信号，控制分配液动阀换向，从而改变油泵进出油口方向，使泵送缸活塞运动方向改变，实现

30、泵送油缸活塞交替前进后退。泵送油缸活塞行程终点装有单向阀，当活塞运行到终点前，泵送油缸单向阀将活塞前后两腔串通，防止活塞撞击缸底，并对两泵送油缸封闭腔进行补油。主油泵A11VLO：主油泵为大排量轴向柱塞变量泵，带有恒功率控制装置、压力截流阀和电控变量控制阀。恒功率控制装置调节工作压力及泵的输出流量以致在恒定的转速下不超过预定的驱动功率。压力截流阀设定为32 MPa，当达到预先设定的压力值时，它使泵的排量向最小摆回。恒压泵A10VO28：A10VO28是用于开式回路的静压驱动轴向柱塞斜盘式变量泵，流量与驱动转速及泵排量成正比，通过调节斜盘的位置可无级改变流量。该泵带有恒压控制，在泵的控制范围内，

31、该恒压控制将液压系统中的压力保持恒定，泵仅供给执行元件所需的液压油量，压力可以在控制阀上无级设定。当恒压泵的压力达到调压阀压力时,恒压调定值不变而使伺服缸通过联杆推动油泵斜盘，减小油泵排量，达到节能之目的。当油路压力降低时，伺服缸通过联杆，使油泵斜盘改变角度，增大排量。图2.2补油泵出口油路可分为两路：第一路称为控制油路：自补油泵泵出来的压力油经电磁比例减压阀，电磁换向阀驱动伺服阀阀芯，实现主泵斜盘角度的改变，同时经过恒功率阀拾取信号，控制主泵输出功率恒定。电磁换向阀两端电磁铁交替得电，使液压油从不同端交替推动伺服阀阀芯，从而改变控制工作油路的方向，使其交替从不同方向推动伺服缸，伺服缸通过联杆

32、驱动主泵斜盘向不同方向倾斜，实现主泵进出方向的改变。第二路称为控制工作油路：当伺服阀阀芯被推动后，伺服缸某一端进油口打开，伺服缸产生位移，同时伺服缸又带动伺服阀的位移反馈杆，使伺服阀回到中位，切断伺服缸进油油路，使斜盘稳定在某一位置上。主泵送系统回路： 图2.3 HBT40C-1008D泵送系统液压原理图该回路由吸油滤油器、主泵、液控换向阀、高低压切换阀、串联的两个主油缸、散热器、回油过滤器以及与之并联的背压阀组成。当液控换向阀无控制油通过时，阀芯处于中位，主泵输出的液压油经过液控换向阀后直接流往散热器或背压阀回至邮箱，泵送油路锁死，泵送油缸不动作。当小液动阀得到分配油路的换向信号油时，阀芯移

33、动，主泵输出的液压油流入高低压切换阀再流入一个泵送油缸的有杆腔，推动活塞前进或者后退，另一泵送油缸的活塞则按照相反的方向运动，泵送油缸排出的液压油经散热器后回邮箱，形成一个开式回路。活塞退到头时，给分配油路一个换向信号导致分配系统换向，分配油路又给小液动阀一个换向信号，液控换向阀换向，导致两个泵送油缸活塞反向运动。泵送油缸活塞行程终点装有U型管，当活塞运行到终点时，单向阀将油缸有杆腔和无杆腔连通，行成缓冲，防止撞缸，并对油缸封闭腔进行补油。泵送的高低压切换回路：图2.4 HBT40C-1008D高低压切换液压原理图当两主油缸两无杆腔由高低压切换阀连通时，此时属于低压泵送，要转换为高压泵送只要旋

34、转高低压转换开关，此时高低压转换的电磁阀另一端得电，控制油进入高低压切换阀的相反方向，此时两有杆腔相连通为高压泵送。分配系统回路：图2.5 HBT40C-1008D分配系统液压原理图该回路是一个典型的压力控制回路，由吸油过滤器、恒压变量泵，单向阀，电液换向阀，摆动油缸，卸荷溢流阀，蓄能器，卸荷开关，扩散器，回油过滤器，散热器，背压阀组成。当电液换向阀不通电时，阀芯处于中位，油路不通，恒压泵泵出的油经单向阀进入蓄能器，当蓄能器内压力达到卸荷溢流阀设定压力时，卸荷溢流阀开启，油回邮箱。同时恒压泵自动降低排量，减少流量。当电液换向阀一端电磁铁得电时阀芯移动，一摆动油缸油路接通，蓄能器内储存的压力油汇

35、同恒压泵泵出的油一起进入摆动油缸，推动S管分配阀摆动。当电液换向阀另一端电磁铁得电时，另一摆动油缸油路接通，推动S管分配阀向相反方向摆动。搅拌系统回路： 图2.6 HBT40C-1008D搅拌系统液压原理图搅拌冷却液压回路是一个典型的速度控制回路，它由吸油过滤器，齿轮泵，手动换向阀，溢流阀，回油过滤器，以及散热器组成。当手动换向阀阀芯处于中位时，压力油经过回油过滤器，冷却器直接流回邮箱，液压马达不转；此时仅仅起到对邮箱中的液压油进行冷却和过滤作用。当手动换向阀阀芯左移时，压力油从右侧进入液压马达，马达正转，当换向阀阀芯右移时马达反转。马达若在运转过程中超负载，会停止不动，液压油压力会升高，当达

36、到溢流阀设定值时，阀芯打开溢流。吸油滤油器5：过滤精度为100。当真空表超过0.02MPa，或电发讯器报警时，滤芯可能堵塞，应及时清洗或更换。回油滤油器：过滤精度为20。当真空压力表超过0.35MPa时，滤芯可能堵塞，应及时清洗或更换。3 液压油缸的基本机构液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件，其功能就是将液压能转变成直线往复式的机械运动。3.1 液压缸的类型和特点下面分别介绍几种常用的活塞式液压缸。活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种5。（1）双杆式活塞缸。活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件

37、构成。根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。（2）单杆式活塞缸。活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。差动油缸，单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为：“差动连接”，差动连接缸左右两腔的油液压力相同，但是由于左腔(无杆腔)的有效面积大于右腔(有杆腔)的有效面积，故活塞向右运动，同时使右腔中排出的油液(流量为q)也进入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q)，从而也加快了活塞移动的速度。根据实际工作情况，为了减小整机重量和体积，在拖泵HBT40C-1008D中的泵送油缸选用单杆式。3.2 液压油缸的结构组成与选

38、型从上面所述的液压缸典型结构中可以看到，液压缸的结构基本上可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分，分述如下。（1）缸筒和缸盖6。一般来说，缸筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。液压缸缸体的常用材料为20，35，45号无缝钢管。当工作压力p16MPa时，使用20号无缝钢管；当工作压力p16MPa时，使用45号无缝钢管。缸筒和缸盖的常见结构形式：法兰连接式:结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。半环连接式:它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。螺

39、纹连接式:它的缸筒端部结构复杂，外径加工时要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。拉杆连接式:结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。焊接连接式:结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形。拖泵HBT40C-1008D的工作压力在31.5MPa左右，所以选用45号无缝钢管。由于工作条件恶劣，泵送油缸的密封使用寿命较短，需经常拆装，比较之下，缸筒和缸盖的连接选用法兰连接。（2）活塞与活塞杆。可以把短行程的液压缸的活塞杆与活塞做成一体，这是最简单的形式。但当行程较长时，这种整体式活塞组件的加工较费事，所以常把活塞

40、与活塞杆分开制造，然后再连接成一体。设计中几种常见的活塞与活塞杆的连接形式：螺母连接，它适用负载较小，受力无冲击的液压缸中。螺纹连接虽然结构简单，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。卡环式连接，活塞杆上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环以夹紧活塞，半环由轴套套住，而轴套的轴向位置用弹簧卡圈来固定。径向销式连接，用锥销把活塞固连在活塞杆上。这种连接方式特别适用于双出杆式活塞。根据实际情况和参考国内外的混凝土拖泵的活塞和活塞杆的连接结构，HBT40C-1008D连接方式选用螺母连接。（3）密封装置。液压缸中常见的密封装置。间隙密封7，它依靠运动间的微小间隙来防止泄漏。为了提高这种装置的密

41、封能力，常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。摩擦环密封，它依靠套在活塞上的摩擦环(尼龙或其他高分子材料制成)在O形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。这种材料效果较好，摩擦阻力较小且稳定，可耐高温，磨损后有自动补偿能力，但加工要求高，装拆较不便，适用于缸筒和活塞之间的密封。密封圈(O形圈、V形圈等)密封8，它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，

42、性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入液压缸，使油液受污染，使密封件磨损，因此常需在活塞杆密封处增添防尘圈，并放在向着活塞杆外伸的一端。参考同类型的混凝土拖泵的密封方式，在此泵送油缸中，活塞和缸筒的密封选用摩擦环密封，端盖和活塞杆之间选用O型圈密封，端盖和缸体之间选用O型圈密封。（4）缓冲装置。液压缸一般都设置缓冲装置，特别是对大型、高速或要求高的液压缸，为了防止活塞在行程终点时和缸盖相互撞击，引起噪声、冲击，则必须设置缓冲装置。缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间

43、的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。在HBT40C-1008D混凝土拖泵中，缓冲装置设计为在油缸的两端分别接两根U型管，在活塞行程快要到达终点的时候，回油腔的压力油通过U型管流回进油腔，将压力快速降低，从而达到缓冲的目的。泵送油缸的结构图如下：图3.1 泵送液压油缸结构图4 泵送油缸的设计和计算液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系，对于不同的机种和机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。因此，在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制负载图，选定系统的工作压力，然后根据使用

44、要求选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。4.1 泵送油缸的设计内容和步骤（1）选择液压缸的类型和各部分结构形式； （2）确定液压缸的工作参数和结构尺寸；（3）结构强度、刚度的计算和校核；（4）导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计；（5）绘制装配图、零件图、编写设计说明书。4.2 计算泵送油缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有：行程、缸筒内径D、缸筒外径D2、活塞杆外径d和缸筒长度L、最小导向长度H、缸头和缸底厚度。（1）液压油缸行程液压缸行程主要依据机构的运动要求而定。但为了简化工艺和降低成本，应尽量采用GB/T2

45、348-1993标准的液压缸行程，则根据技术要求，取行程为1000mm。（2）缸筒内径D由负载的大小和选定的工作压力求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D，再从GB234880标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据，它的大小影响执行元件的尺寸和成本，乃至整个系统性能。工作压力选得高，执行元件和系统的结构紧凑，对元件的强度、刚度及密封要求也越高，且要采用较高压力的液压泵；反之，如果工作压力选得低，就会增大执行元件及整个系统的尺寸，使结构变得庞大。所以应根据实际情况选取适当的工作压力。执行元件工作压力可以根据总负载值或者主机设备类型选取，如表4.

46、1，表4.3所示。负载值大小查表4.1，参考同类型混凝土拖泵，取油缸受最大载荷F=200KN。工作压力大小查表2.1，取液压缸工作压力为31.5MPa。要求亏进、快退速度相等，现采用单杆式液压缸，并在工作时进行差动连接。背压力是指回油腔中卸荷不及而产生的背压力，对于普通液压缸可忽略不计。表4.1 负载和工作压力之间的关系负载F/KN1010-2020-3030-5050工作压力（P/MPa）0.8-1.21.5-2.53.0-4.04.0-5.05.0 表4.2 各类液压设备常用的工作压力设备类型精加工机床半精加工机床粗加工或重型机床农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构液压机、重型机械、大

47、中型挖掘机、起重运输机械工作压力P/MPa0.8-23-55-1010-1620-32表4.3 执行元件背压力系统类型背压力/Mpa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短，且直接回油箱可忽略不计油缸受最大载荷时，活塞杆是工作在受压状态，如图4.1所示:图4.1 活塞杆受压状态图根据负载和工作压力的大小确定D： (4-1)式中：p1为缸工作腔的工作压力， Fmax为最大作用负载。已知：p1=31.5MPa，Fmax=200KN，代入(4-1)求得：D=89.9

48、3mm。从GB234880标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径，取D=90mm。（3）缸筒壁厚的计算 对于中、低压系统，液压缸缸筒厚度一般按薄壁筒计算，公式如下： (4-2)式中：液压缸缸筒厚度；试验压力(Mpa)，当工作压力P16 Mpa时，=1.5P，当工作压力P16 Mpa时，=1.25P，这里应取=1.25P =39.375Mpa。D液压缸内径(m)缸体材料的许用应力（Mpa），可通过下面公式求得： (4-3)缸体材料的抗拉强度(Mpa)，缸体材料为45钢，一般取600至700MPa。安全系数，=3.55，一般取=5,但对于锻钢45的许用应力一般都取=120(Mpa)。则=14.

49、766，即D2D+2=119.53125mm。在中、低压系统中，缸桶壁厚主要由结构工艺决定。根据实际设计要求取液压缸缸厚度为15mm，直径为D2=120mm。（4）活塞杆外径d计算根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时，d=0.30.5D。受压力作用时：p15Mpa时， d=0.50.55D5Mpap17Mpa时，d=0.60.7DP17Mpa时, d=0.7D已知p1 =31.5 Mpa , 则d=0.7D=63mm，根据活塞标准直径系列，取d=65mm。（5）最小导向长度H的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H。如果导向长度过小，将使液压

50、缸的初始挠度(间隙引起的挠度)增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向长度。对于一般的液压缸，其最小导向长度应满足下式：HLmax/20+D/2 (4-4)式中：Lmax为液压缸最大工作行程(mm);D为缸筒内径(mm)。HLmax/20+D/2=50+45=95取H=100mm。（6）液压缸缸筒长度L缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即： L=Lmax+B+H+M+C （4-5）式中：Lmax -活塞的最大工作行程；B-活塞宽度，一般为(0.6-1)D；H-活塞杆导向长度；M-活塞杆密封长度，由密封方式决定； C-其他长度。已知：Lmax =1000mm，取

51、B=1.0D=90mm，H=100mm。根据设计的实际需要取L= 1220mm。（7）缸头厚度计算本设计采用的是螺钉联接法兰缸头，其厚度的计算公式为： (4-6)式中：法兰高度(m)；法兰内径(m)，根据机械设计手册，取=6.510-2m；螺钉孔分布圆直径(m)，根据机械设计手册，取=1210-2m；法兰材料的许用应力(Mpa)，取45钢，120 Mpa；法兰受力总和(N)，其计算公式为： (4-7)密封环内径(m)，根据机械设计手册，取d=6.510-2m；密封环外径(m)，根据机械设计手册，取=7.510-2m；系统工作压力(pa)， P=31.5106pa；附加密封力(pa)，若采用金属

52、材料时，值取屈服点，此处取材料为45钢，则=120MPa；代入数据，求出得：=75272=236.35KN将F代入（4-6）,得：=0.0399m故取h=40mm。（8）缸底厚度计算该液压缸为平形缸底且有油孔，其材料是45钢。 (4-8) 式中：缸底厚度缸底油孔直径，参考同类型混凝土拖泵泵送油缸，取d0=0.02m试验压力MPa，由前面计算可知=39.375MPa液压缸内径缸底材料的许用应力，取安全系数n=5，一般取45号钢的许用应力为120MPa。代入(4-8)，得h=0.025m=25mm,取h=25mm。5 液压缸的校核5.1 强度校核 对液压缸的缸筒壁厚、活塞杆直径d和缸盖固定螺栓的直

53、径，在高压系统中必须进行强度校核。（1）缸筒壁厚校核：当D/10时为厚壁，壁厚按下式进行校核： (5-1)式中：D 缸筒内径；P 缸筒试验压力，当缸的额定压力pn16MPa时，取pt=1.5py，py为缸生产时的试验压力; 缸筒材料的许用应力，45号的无缝钢管的许用应力为120MPa。代入(5-1)，得0.003703m；满足要求。 在使用式(5-1)进行校核时，若液压缸缸筒与缸盖采用半环连接，应取缸筒壁厚最小处的值。（2）活塞杆直径校核9。活塞杆的直径d按下式进行校核：d (5-2) F=FmaxD2/d2 (5-3)式中：F 活塞杆上的作用力； 活塞杆材料的许用应力，取=120MPa。代入得d20mm，满足要求。5.2 活塞杆柔度校核计算活塞杆细长比计算如下：= (5-4)此处：L为折算长度，约1000mm，活塞杆直径d=65mm，活塞杆许用细长比，按规定拉力杆此处100。计算得=41.0(0.0650.065)m=49.88mm，故满足要求，则活塞杆长度和缸筒长度的取值合格。5.3 液压缸设计中应注意的问题 液压缸的设计和使用正确与否，直接影响到它的性能和易否发生故障。在这方面，经常碰到的是液压缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸或活塞下垂以及活塞杆的压杆失稳等问题。所以，在设计液压缸时，