毕业设计（论文）-混凝土泵车臂架液压系统设计

徐州工程学院毕业设计说明书混凝土泵车臂架系统液压设计HYDRAULICDESIGNOFBOOMSYSTEMOFCONCRETEDELIVERYTRUCK绪论1.1引言随着我国现代化进程的不断加速发展，我国建筑行业的不断发展与壮大，房地产业在近些年的蓬勃发展，的，以及，也在进一步扩张，市场需求量更是与日俱增。当前，我国混凝土泵车的产品类型和生产企业不断增多，呈现出一片光明的发展趋势，泵、、生产效率都在迅速提升。伴凝土，混凝土泵车也朝着更具有针对性、性能更好、品种齐全的方向发展；多年前，臂架长度达到三十七米的混凝土泵车为市场主力军，后来逐渐发展出42米、45米，随着市场需求的提升，47~72米的臂架范围的混凝土泵车也成为市场的主力军，比如现在国内泵车实现最大高度为中联重科制造的80米碳纤维臂架混凝土泵车，中联重科创造泵送C100高强度混凝土垂直高度522米世界纪录。随着施工进度要求的提升，混凝土泵车的工作效率也在逐步升高，过去排量为60～80m3/h的混凝土泵车是建筑业主力军，现在要求140/h以上泵送速度的工程增多，例如杭州湾跨海大桥工程使用的混凝土泵车，都是120/h的。随着国内施工环境的多样化，对混凝土泵车这种大型建筑机械的机动性能的要求也在提升。作为混凝土泵车最重要的机构，其液压系统在随着泵车的发展也得到了全面的发展，运行模式主要有开式系统与恒动率控制系统，开工作、、。混凝土泵车的泵送高度的不断攀升的背后是泵送压力的不断提升，，一般过4.95MPa，5.9MPa~8.4MPa，如今更是到达了22MPa以上，而且伴随着技术的不断突破和市场需求的，。与此，，32MPa，所以最大输送距离已经超过2000米已经不是难事，最大垂直高度达到了522米。1.2课题提出的背景1.2.1课题提出的宏观背景我国混凝土泵车行业在1980年左右起步，最初是靠从国外进口散装零件自，引进的生产运营模式。从改革开放到本世纪初，我国的发展，、极大地提高。，目前国内能够制造混凝土泵车的制造企业已经超过100家，分布于全国各地。但是因为每家厂商都有自己独特的生产流程与工艺路线，所以制造出来的泵车差异表较大，生产出来的泵车型号也是种类繁多。虽然我国近些年混凝土泵车技术取得了长足的发展，在产品的稳定性和生产制造工艺等方面不如外国产品，但是相比于40年前的空白我们是成功的，在产品的价格定位、售后服务等方面我国的产品具有极大的优势，而且更加符合国内的生产实际状况。在以中联重科和三一重工为主导的第一梯队的企业，其研发水准与工艺水平走在了行业的前沿。三一重工生产出来的的混凝土泵车，在产品性能、作业能力等诸多方面在行业中处于领先地位，甚至远销海外。1.2.2课题提出的行业背景1.2.2.1我国泵车行业发展现状以及存在的问题即使我国混凝土泵车行业起步较晚，但是近二三十年随着我国社会各项事业的飞速发展，混凝土泵车需求变大，国内各企业都加强了自身的产品竞争力，加大自身生产技术的投入，严格控制产品质量与品质，逐渐显露出一批优秀的混凝土泵车生产商。但是，随着混凝土泵车爆发式的发展，其中也出现了不少问题，具体如下：1）目前国内混凝土制造商各自为营，没有统一的执行标准，技术水准、生产工艺、产能情况各不相同，因而生产出来的产品没有统一的国家标准，各方面差异比较大，目前国内以三一重工、中联科技、徐工重型为主导的混凝土泵车发展势头势不可挡，其产品市场占有率达到60%以上。2）习近平总书记说过金山银山不如绿水青山，打好全行业的环境治理攻坚战刻不容缓，而重污染之地大型机械制造企业不能幸免，混凝土泵车制造过程中污染严重，能耗高于其他行业，在生产钢铁等高能耗生产材料的同时，排放出大量废水废气，对生态环境造成了彻底的毁坏。3）近几年来，从中央到地方政府，无一不对环保重视有加，出台了诸多政策、措施加大节能减排力度，环境受到保护的同时也限制了混凝土泵车整体行业的发展，发展受限，企业面临严峻的挑战。4）研发投入不足。我国生产制造能力不容置喙，但是在研发领域投入与生产制造领域的投入不成正比，目前所获得的集中、、液压、电气等方面，这也从侧面反映出我国对此方面比较重视，同时也是我国泵车领域发展比较薄弱的地方。其次是就是泵件及臂架，据数据统计，近二十多年我国在混凝土泵车臂架系统研发投入不够，获得的专利数更是不能和国外相比，所以我国目前存在混凝土泵车制造企业对臂架式泵车的研发投入还不够的问题。1.2.2.2国外泵车行业的发展现状1）多元化的底盘构造。底盘发动机是整个混凝土泵车进行工作作业的动力输出保障，其中，德国沃尔沃集团生产的德系混凝土泵车安全系数高、自动化程度高，而且更加人性化，采用了发动机电喷新技术，油耗低，使用维护成本较低。2）节能减排与环保成为全球发展的大趋势。不仅国内注重环境保护，国外在节能减排等方面也是一马当先。如何提高混凝土泵车的工作效率，降低运行功效都是各大厂商关心的技术难关。如今，随着新技术的发展、环保要求的提高，一批新产品相继问世，例如用风冷技术代替水冷技术、新能源动力等，都在提高自身的排放标准。3）混凝土泵车泵送效率高。混凝土泵车泵送压力增大、泵送量提高将是混凝土泵车未来发展的趋势，伴随着混凝土泵车臂架越来越大，尺寸越来越大，其输送泵的缸体也会越来越大，同时由于，，，泵送量要求在120m3/h以上已经是常规状态，大输送量将是以后混凝土泵车的发展方向。泵送压力也在向着更大的趋势发展。图1-1ZLJ5281THB37泵车整机外观图

2混凝土泵车原理2.1混凝土泵车分类泵车的种类繁多，按照臂架高度、泵送量、臂架数量、臂架展开方式可以分为以下几类：（1）按照臂架高度分类：短臂架（13~28米）、长臂架（31~47米）、超长臂架（51~62米）；（2）按照泵送量分类：小型（44~87m3/h）、中型（90~130m3/h）、大型（150~204m3/h）；（3）按照臂架数量分类：2、3、4、5臂架混凝土泵车；（4）按照臂架展开方式分类：R型、Z型、RZ复合型。2.2泵送机构的基本构造及其工作原理2.2.1混凝土泵车的基本构成混凝土泵车由底盘系统、臂架系统、泵送系统、液压系统、电控系统等五大部分组成。每一部分又由许多不同的工作机构和零件组成，承担着相应的功能。熟悉混凝土泵车的每一部分的组成和其工作原理，对泵车的使用和维护保养有着积极的意义。2.2.2混凝土泵车的代号及其主要性能参数不同的混凝土泵车生产厂商都有自己的一套标准，所以生产出来的泵车代号也各不相同，在这里，我依据国家及行业标准，对混凝土泵车的参数型号整理，如下表2-1。表2-1混凝土泵车性能参数表ZLJ5281THB125-37厂商代码特种车代号整机质量产品代号泵车代号泵送量布料高度泵送机构是把液压能转化为机械动能的执行机构，是混凝土泵车的核心机构，其构造与工作原理图如图2-2所示。图2-2泵送机构构造原理图3液压系统的设计3.1液压系统的发展前景作为机械传动的典型动力传递方式，液压传动已经有两百多年的历史，从世界上第一台液压机问世发展至今，液压系统在向着更高稳定性、更集成化、智能化、状态化、网络化发展。液压装置引用于机床上，也已近。，，像今天一样得到普遍的推广。二十世纪三十年代，虽然工业国家的各类机床已经采用了液压传动技术，但是知道二十世纪中期以后，液压技术在生产实践中才得到广泛的运用。纵观我国液压行业的发展，可以总结为起步较晚，发展较好八个字。1961年我国第一台万能水压机在上海机床厂问世，这是我国独立自主设计并制造的第一台以液压为驱动方式的水压机，填补了我国液压系统领域的空白。以液体为介质的液压传动技术，具有无极调速优点，因为其具有装机简单方便，所以在组合机床上应用广泛。除了用液体作为介质的传动，以气体作为介质的传动方式也得到了广泛的应用，因为以气体作为介质的传动方式工作压力较低，而且易于压缩，所以它有传递动力小，工作不稳定的缺点，但是由于空气的物理性质，它又具有小阻力、低粘度的特点，所以以空气为介质的液压传动技术速度快、反应快的优点，适合特种环境。当前，制造业即将进入4.0时代，液压系统也更加集成化、自动化，液压自动化机床与自动化生产线已经成为现代制造业的标配，有的国家液压机床占比已经超过70%，机床传动系统为液压传动和控制的超过85%。当前，液压技术正在向高精度化、智能化、状态化、网络化、集成化方向发展，具有高压、高速、大流量、高效率、低能耗的优点。并且在计算机技术加持下，新的液压元件在计算机辅助下，在数字仿真下，提高了作业的效率。除此之外，液压系统还出现在了除工程机械以外的各行各业，甚至在航天领域、防震减灾领域都发挥了重要的作用，总之，现在工业文明的快步前进少不了液压技术的推动。3.2液压系统的设计步骤及其要求，一个机械装备时，液压系统要同所有的其他系统一起同步进行，这样才能保证设计出的产品能够协调运行。设计时，要根据实际情况，因地制宜地选择不同的设计方案，将各种传动方式有机结合，充分发挥各系统的优点，将液压系统更高效的融合在机械设备中。3.2.1液压系统的设计步骤混凝土泵车的液压系统是各个机构相互配合工作，没有固定的工艺路线，因此各个步骤同时进行，互补互助。在明确设计任务与目标后，一般进行如下的步骤：（1）制定总体方案，拟定液压原理图；（2）分析工况，确定参数；（3）选择液压元件的执行方式；（4）选择液压元件；（5）液压系统性能校核；（6）绘制图纸。3.2.2液压系统的设计要求设计要求是进行液压设计的前提保障，在进行每一步的方案的设计时，必须了解到每一步的设计要求。（1）；（2）；（3）；（4）液压系统各个元件的负载；（5）操作方式的选取；（6）；（7）。3.3液压系统图的拟定3.3.1液压系统主要参数的确定为了确定液压系统的各项参数，需要对液压系统进行工况分析以及分析液压系统在运行过程中的速度负载等数据。选择液压系统液压元件时，要先确定系统压力和流量这两个重要参数，这两个数据是确定液压系统参数的重要数据来源。此次设计的主要数据来自ZLJ5281THB37混凝土泵车，其参数如表3-1所示。表3-1ZLJ5281THB37混凝土泵车参数表型号泵送系统臂架及结构形式续表3-1底盘及整车265/18001422/1100欧Ⅲkg其它续表3-13.3.2液压系统方案设计3.3.2.1制定调速方案，制定液压回路就必须先明确液压控制元件的运动问题。为了有效控制液压元件的运动方向，我们选用换向阀来解决之一问题。对于不同的液压系统，也会有不同的解决方案，如果液压系统流量偏小，采用换向阀执行，如果液压系统流量大，我们采用插装阀来控制液压元件的方向。解决完液压元件的方向控制问题，下面解决速率控制问题。通常采用节流阀调速、容积调速和容积节流调速相互配合的方法来调节液压元件的。在，回路。，“”，一对，；是回，。，因为此种调速方式必须使用闪流阀，所以故障率低，维护保养成本也比较低，但是还存在系统发热量较高、效率低的弊病。2)差压式变量叶片泵和节流阀组成的容积节流调速回路，回路的工作原理与限压式变量叶片泵和调速阀容积节流调速回路基本相似。混凝土泵车液压系统采用变量泵调速，可以选择手动变量调速，也可以选择压力适用调速。3.3.2.2制定顺序动作方案在，，依据具体情况采用不同的程序运行，分别有人工调节和随机调节两种运行模式。手动调节一般用于纯机械化的机构中，通常用手动式换向阀来控制。行程控制一般用于加工作业中，它通过电器元件进行工作，当液压元件运动到预先设定的指定位置时，电器元件检测到后发出电信号，并将电信号传递给电磁阀以此来推动执行机构执行工作任务。行程控制利用了电器开关方便快捷有效的特性，但是行程阀需要连接油路，因此只适用于管路，受限于使用方式，因此使用范围不广。除了上述控制方式以外，还有时间控制与压力控制。所谓时间控制就是在设定好的时间间隔内控制电动机运行的控制方式。举一个简单的例子，当，，，液压缸内的压力需要会回到正常工作数值，这个时候时间控制器就会发出电信号并将此信号传给卸荷阀，关闭后液压缸内压力恢复正常值，以此来保护系统平稳运行。以流体管道或密闭容器中的压力变化来作为参数反馈形成的叫做。，、压力控制装置和被反馈对象等重要组成部分。压力控制系统适用于生产性能要求较高的环境，比如液压夹具、液压挤压机等设备上。系统中某一个液压工作元件在，，，通过电信号打开顺序阀开通回路降低系统压力，启动下一个工步，如此循环。3.3.2.3选择液压动力源液压源作为整个液压系统最重要的部分之一，其作用是为整个系统提供工作介质。上文中提到的选择的节流调速装置采用定量供油方式，定量泵正常工作情，，到，，。为了降低成本达到节能减排的效果，在调节液压泵供油量的时候，要使供油量尽量与系统所需要的油量相平衡，如果系统工作需要大量的液压油，则采用多个液压泵供油的方式，以最大限度减少油量来提高液压系统的工作效率；如果液压系统在正常工作的情况下所需要得液压油量较少，则采用增设蓄能器的供油方式作为辅助。液压系统工作过程中，过滤清洗液压油是不可缺少的一部分。在液压泵入口处要装上粗过滤器，进入系统内部时，根据不同液压元件的要求，再加装精过滤器。为了防止液压油中的杂质积累，一般在回路上设置磁性过滤器。在不同的循环步骤中，还要注意温升对液压系统的影响，加装系。3.4液压系统图的绘制的拟定本着机构简单、避免重复、效率最大化的原则。各回路中的元件相互组合时要去掉重复的部分，力求结构精简，同时也要协调好各个液压元件之间的关系，防止发生互锁等矛盾性问题，尽量避免发生误动作，以影响系统的有序运转。尽可能减少各环节的能量损失，提高利用率，最大化节能减排。为了方便以后使用和维修，在液压系统中还要加装检测元件，比如温度表、压力表等。除此之外，为了减少工作过程中因故障而导致的停产时间过长，造成大的经济损失，减少维修过程的时间成本，在易损坏的部分还要加装备用件，方便施工过程中迅速更换，不能影响整体的进度。各个液压元件参照国标，在制图过程中，要标明各种液压符号、名称和动作，各个电磁阀的代号，并附有动作表。液压原理图如图3-1所示。图3-1ZLJ5281THB373.5液压系统动作说明，双通道在工作过程中互不干涉，相互独立。同时为了协调两个回路，采用双信号液控换向方式，从而能够保证混凝土泵车工作的稳定性；为了降低泵车工作过程中的冲击力，采用新型分配缓冲技术。3.5.1泵送回路图3-2泵送回路液压原理图如上图所示，液压泵送回路由吸油滤油器、主泵、电磁换向阀、阀、、、。泵送回路由换向阀电磁铁控制，当电磁铁通电时，滑阀处于中间位置，泵送油箱停止工作，液压泵输出的液压油经过换向阀和散热器回到油箱；当电磁铁得电工作时，滑阀移动到一端，液压泵输出的液压油流经高低压换向阀再流入泵送油缸有杆腔，如此才能推动活塞运动，同理，另一个活塞也是如此运动，但是方向相反,泵送油缸输出的液压油也在会流入油箱前经过散热器进行降温,这样就形成了一个开式回路。3.5.1.1泵送高低压切换高低压切换阀将两个无杆腔连接，这个时候主油缸两个腔体接通，压力变低，则此时为低压状态，当需要结束低压状态转变为高压泵送状态时，高低压切换阀开始工作，高低压切换阀打开后，其电磁阀一端得电，液压油被高低压切换阀引入相反的方向油腔内，此时，为。图3-3主泵变量控制回路系统工作的时候，液压油给予活塞压力变大，，。在外部施加一个可调节的外力作用在摇臂上以此来调节恒功率。如果液压油给予活塞的压力大于施加的外力，则摇臂操控恒功率阀，直到泵的输出量为零。为了让系统的输出功率恒定，，。3.5.1.2主泵压力切断控制回路，，作，可以根据需要自行调节的负荷，当一段的液压油的压力达到施加的外力负荷时，压力切断阀工作，，。3.5.2分配与润滑泵驱动回路图3-4分配与润滑泵驱动回路在，、恒压变量泵、、、、、、卸荷开关、、。，，通，，，，当压力，，液压油流回油箱，，减少液压油流出量，压力进一步减小。当回路中的电液换向阀一端电磁铁得电时，处于中间位置的阀芯发生位移，接通回路，，缸内压力增大，推动分配阀发生位移。同理，当电液换向阀另一端电磁铁得电时，油路接通，S管向相反方向移动。3.5.3搅拌冷却液压回路图3-5搅拌冷却液压回路，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。，、冷却器流回油箱，，此过程是对。在，，马达正转，。，则启动保护程序，，，，，液压油流出，压力下降。3.5.4吸油滤油器吸油滤油器过滤精度为120μ，当真空表压力值显示超过0.02MPa时，或者电发汛器报警时，则滤芯堵塞，需要及时清洗或更换.3.5.5回油滤油器，，则滤芯堵塞，。3.5.6泵车臂架部分液压系统泵车臂架部分液压系统原理图如图3-6所示，臂架部分液压系统主要液压元件由主油泵、平衡阀、回转缓冲制动阀、比例多路阀、液压锁等组成。图3-6ZLJ5281THB37臂架系统液压原理图3.5.6.1主油泵在，37米以下泵车臂架液压系统一般采用的是定量泵A2F023加负载感应阀系统；47m泵车液压系统采用的是变量泵A7V005DRS加负载感应系统。44m泵车液压系统采用的是变量泵A7V005LRD5加负载感应阀系统。A2F023的参数如表3-2所示。表3-2A2F023参数表排量/mL·r压力/MPa闭式系统35MPa开式系统35MPa转矩/(N·m)重量/kg额定最高转速/r·min流量/L·min功率/KW转速/r·min流量/L·min功率/KW23354058001307540009055128123.5.6.2平衡阀平衡阀位于液压缸的进出口位置，有如下功能：1、平衡阀有稳定的开度锁定记忆装置功能，阀门开度变动后可恢复至原锁定位置。候，，，；2、，，此时平衡阀发挥二次溢流功能，保护臂架；3、除此之外，平衡阀还有限速功能，防止臂架向下运动过快。3.5.6.3回转限位阀在液压系统工作过程中，为了保护和限速，通常安装回转限位阀，通过阀体中的液控梭阀装置，将制动器打开，并利用电磁阀进行限位。3.5.6.4比例多路阀在，，通过负载感应器传递到进油口阀块的压力补偿旁边的溢流阀上。多路阀能够起到压力保护作用和协卸荷作用、流量调节作用和感应系统工作的压力等功能。与，。3.5.6.5臂架部分工作原理臂架泵将液压油从油箱输送到臂架多路阀，多路阀有三个走向，其中一个便为臂架油缸，臂架每一动作均有一个。作运行时，，，带动其他装置进行作业。正常情况下，通过有线遥控装置上的物理按钮进行控制，这样更加高效直观，若有紧急情况发生，则用手动操纵杆。4液压元件的设计和计算4.1液压油缸的方案选择，选择合适的液压缸不仅能提高工作效率，降低生产成本，还能提高企业效益，保护生态环境。下面介绍几款不同类型的液压缸，分心其特点，然后做出选择。4.1.1活塞式液压缸单活塞杆液压缸只在其中一端有一个活塞杆，其两端进出油口都可通过压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。活塞式液压缸和。：顾名思义，单杆式活塞缸是只有一端带有活塞杆的活塞缸，其工作台的有效移动行程是活塞的两倍。双杆式活塞缸：称为双杆式活塞缸，、缸盖、活塞、活塞杆和密封件组成。4.1.2柱塞式液压缸柱塞式液压缸作为一种单作用式液压缸，其工作过程只能形成一个方向上的位移，而且返回到原来的位置需要借助额外施加的力，柱塞不和缸套接触，极大地方便了缸套的加工，故适合行程比较大的作业。工作过程中，柱塞会受到压力，因此柱塞刚度要足够大,因为柱塞质量大,水平放置会磨损精密零件比如密封圈，故其工作状态常常处于竖直状态。4.1.3伸缩式液压缸伸缩式液压缸和柱塞式液压缸只具有单作用式结构不同，它具有多级活塞，多级活塞在工作过程中有先后顺序，一般从大到小，当完成预定工作时，空载回程则相反，活塞运动从小到大，结构比较紧凑，因为回程距离比较短。根据混凝土泵车的实际工作需求，，工程液压缸，，适应性强。综上所选HSG缸液压结构如图4-1所。图4-1HSG型液压缸结构简图4.2液压缸承载力的计算在，包括、，：（4-1）式中泵车臂架结构图如图4-2所示：图4-2臂架结构图4.2.1臂架工作负载的分析在，，举升上节臂架，，施工要求。，，才能因时制宜的分析出准确的数据。，，液压缸所承载的外力不同，需要求出最大的承载力，才能应对各种情况的负载，对臂架进行受力分析，，。受力分析如图4-3所示。图4-3臂架受力分析图由臂架受力分析图可知，α，作用力的竖直分量由下列公式求得（4-2）（4-3）公式中臂架的重量（N）（m）（m）4.2.2外摩擦负载分析力，外摩擦不可避免的存在，但是。4.2.3惯性负载分析在，都是经过启动、加速、匀速、减速、制动的过程，，，。但是由于混凝土泵车体型巨大，没有，。4.3总承载力计算液压缸在正常运作时所承受的负载与刚启动时的负载不同，液压缸刚启动时，需要承载巨大的惯性负载、静摩擦力、工作负载，启动正常工作后，没有外摩擦，故只受到惯性力与重力牵制，但是由于混凝土泵车工作几乎没有速度，所以惯性负载也可以忽略不计。综上分析，，为后期举升油缸液压系统提供数据支持。4.4各臂架液压缸参数计算4.4.1液压缸承载力计算查阅资料及根据设计要求可得各液压缸所受外力如表4-3所示。4.4.2液压缸内径尺寸与活塞杆直径的确定为了确定液压和活塞杆的尺寸数据，就要明确工作压力，了，。元件的选择和结构的紧凑相关，，执行元件的要求随之升高，执行元件结构紧凑，容易出现故障，相反，工作压力低，那么元件和整个液压系统的尺寸会增大，除此之外，工作压力的大小还对液压元件的强度和刚度有一定的要求。所以工作压力的选择也至关重要，如何选择工作压力要根据实际需要与特定的需求，尤其是负载总值，不能忽略。负载与工作压力关系如表4-1、4-2所示。表4-1负载和工作压力之间的关系表4-2各类液压设备常用的工作压力设备类型机床农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构液压机、重型机械、大中型挖掘机、起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力P/MPa0.9-23-62-98-1212-1820-32从上述分析可以得知，油缸所受最大载荷为,活塞处于正常工作状态，即受压状态。受力分析图如图4-4所示。图4-4活塞杆受压状态图根据设计要求及查得的相关资料可以得出各个臂架的相关参数，如表4-3。表4-3各臂架相关参数表所受外载荷/N工作压力P/MPa工作速度V/(mm/s)臂架4=25000N=0.6m=4.04m=15G=25000N=174258N2525臂架3=26000N=0.6mL=3.99m=15G=51000N=351087N2520续表4-3臂架2=26000N=0.6mL=3.93m=15G=77000N=522101N2520臂架1=28000N=2.4mL=4.325m=75G=105000N=731139N28204.4.2.1缸筒图4-5液压缸结构图确定液压缸内径D。由上述表格可以确定各个臂架的工作压力，由表格和下面的公式可以求得缸体的面积，从而计算出液压缸内经，再根据国标选择标准件。根据负载和工作压力确定内径D:①无杆腔作为工作腔（4-4）②有杆腔作为工作腔（4-5）上述公式中，为液压缸工作腔的工作压力，负荷大小决定工作压力大小；为负载最大值，选择，的最大负荷，根据公式和表4-3可以算得缸筒内径，如表4-4所示。表4-4各臂架液压缸内径（mm）（2）确定缸筒壁厚。3.2≤D/δ<18为高压系统时，液压缸按照一般厚度计算，公式如下：（4-6）公式中（4-7）表4-5各臂架液压缸缸筒壁厚及外径参数表/MPa/mmD1/mm（3）。缸筒由导向套、缓冲柱塞、活塞等部件组成，所以其长度计算公式为：（4-8）公式中缸筒具体长度见表4-12。4.4.2.2活塞杆，，号钢锻造，结构图如图4-6所示。图4-6活塞杆结构图活塞杆的外径d通过运行速度来确定，然后再计算校核其强度。假设速度比为，则计算公式为（4-9）表4-6工作压力与d/D对照表表4-7速度比要求与d/D对照表/由表4-6与表4-7以及公式d=0.7D可以得出活塞杆外径，活塞杆外径表如下所示：表4-8活塞杆外径表由上述计算求得的数据再加上按照对照GB/T2348-1993，将数据化零为整，由此便求得液压缸的实际有效面积，如表4-10所示。表4-9国标对照表，，，，，，，，，，,,,,,,,,,,,,，,，,,,,,,,,,,,,，，，，，,,,,,，，，,,,,,（GB/T2349-1980）/mm，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，（4-10）（4-11）表4-10各臂架液压缸实际有效面积臂架4液压缸臂架3液压缸臂架2液压缸臂架1液压缸D/mm100125160180d/mm7090110125A1/mm2785012265.62009625434续表4-10A2/mm24003.55907.110597.513168.44.4.2.3活塞活塞结构：，、活塞环，结构图如图4-7所示.图4-7活塞结构图（2）材料：根据其所受载荷，选用强度较高的铸铁HT300。（3）加工公差：活塞的加工公差要求不高，密封，不超过0.05mm，不超过0.08mm/100mm,。4.4.2.4导向套，，连接部分有密封装置和防水防尘装置来保证密封性。，，。，宽度为5.8-28mm，导向套结构图如下所示。图4-8导向套结构图导向套最小导向长度（4-12）式中，，可取A=（0.7～1.0）D：在D>85mm时，可取A=（0.7～1.0）d。导向套具体参数如表4-12所示。4.4.2.5缓冲套对于液压油缸的缓冲套，有单向作用和双向作用两种，但是无论是单向作用还是双向作用，其作用效果不是一直持续的，现在的缓冲套工作形式主要有四种：第一种是以韩国为代表的柱塞式缓冲，第二种是缓冲套式缓冲，第三种是以欧美国家为代表的球面缓冲，最后一种是日本多用的可拆卸式缓冲。无论哪种形式的缓冲，只有油缸到达一定的位置时才起到缓冲作用，说白了缓冲就是为了防止油箱的刚性冲击对油缸的撞击损坏，但是两个缓冲套不能同时工作。其结构图如图4-9所示，参数值见表4-12。图4-9缓冲套赛4.4.2.6后端盖，、用，结构简图如图4-10所示，具体参数见表4-12。图4-10后端盖（4-13）式中—————，，则（4-14）由于液压缸的额定压力由上可知缸底厚度H如下表所示：表4-11缸底厚度液压缸的活塞、活塞杆、缓冲柱塞、后端盖、导向套、缸筒各参数如表4-12所示，，，其他液压缸参数见表4-12。表4-12各液压缸参数臂架4液压缸臂架3液压缸臂架2液压缸臂架1液压缸活塞L4112.5161616L4220252525L47384118118L4348599393L4425252525活塞杆L0170808590L0260606060L0348599393L0437496272L01635160016501715缓冲柱塞L335353535D82102122137d607595105后端盖L5132154177197L51708090100d117212732R60708090r4047.55562.5导向套L207.19.57.17.1L21=L227777L2135135135155L23=L259.79.79.79.7L246.36.36.36.3缸筒长L61515.51484.51526.51532.5.4.4.3液压缸流量的确定在液压缸内径与缸筒直径确定后，由公式可以求出液压缸流量，如下表所示。表4-13液压缸的流量、速度臂架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/min9.4214.7224.1230.52速度V/mm/s20202020后退流量Q/L/min9.614.1725.4331.59速度V/mm/s404040404.4.4液压缸行程的确定（4-15）根据机械设计手册查得HSG的，根据各个机构的运动情况，我们得到了液压缸的行程，同时考虑到工艺流程的简化和生产成本，依据GB/T2348-1993标准的液压缸行程，各项数据如下表所示：表4-14液压缸行程4.4.5液压缸油口直径的计算，计算公式如下：（4-16）式中－(m/min)求得的液压缸油口直径如下表所示：表4-15油口直径4.4.6活塞杆柔度校核计算那时，压杆此时发生弹性失稳，弹性模量和比例极限共同决定了的数值，归根到底是材料的选取决定的。活塞杆选用45号钢，E=220GPa，=86，则活塞杆柔度计算如下：（4-17）式子中，，，是否满足计算要求即可，L=1450mm，，，所以满足设计要求，故活塞杆与缸筒数值取得合适。4.5液压泵的参数计算4.5.1油泵工作压力计算考虑到沿程损耗以及磨损问题，液压系统油泵工作最大压力应满足下式：（4-18）式子中，液压缸最大工作压力=28MPa，是管路总损耗，目前先估算数值，这里取=0.5~1.5MPa，所以，所以选择的定量泵满足要求。4.5.2油泵最大工作流量计算由表4-8可得，前进时所需最大流量为30.5L/min，由此求得最大工作流量为：（4-19）式子中，K是漏油系数，取K=1.1~1.4,取中间值1.2.是液压缸最大工作流量。所以有如下式子：，满足设计要求。4.5.3油泵排量计算（4-20）式子中：q是油泵排量，为油泵转速，一般取值2400rpm，所以求得油泵排量为：，满足要求。4.6液压阀的选择液压阀是整个液压系统最重要的组成部分，液压阀的选取直接影响着液压系统的工作状况，液压阀决定了系统液压流量流动方向等重要问题，所以要根据工作压力和流量大小来确定液压阀。液压阀控制整个系统的工作压力、执行机构的工作顺序、元件的运动速率、方向都和液压阀的选取有关。4.6.1根据液压阀额定压力选择根据工作压力选择液压阀时，首先要明确液压系统的额定工作压力，因为选择时液压阀的额定压力要大于系统工作时的压力，根据液压阀铭牌上的额定压力和系统工作状态时的额定压力确定所要选择的液压阀。4.6.2液压阀安装方式液压阀安装时要根据液压阀的不同型号尺寸采取不同的安装方法，要根据设计的液压系统的具体情况、位置特点、简繁程度来选择。液压阀与系统管路接口要相匹配，一般有三种方式，螺纹连接方式，板式连接方式，法兰连接方式。4.6.3液压阀控制方式的选择液压阀的控制方式一般有手动控制、机械控制、液压控制、电气控制四种。选择何种控制方式,要依据液压系统的实际需求与配置高低来决定。4.6.4液压阀结构形式的选择为了满足工作需要，要根据系统的工作需要来选择液压缸结构形式，不同的结构形式有其不同的特点，有管式结构和板式结构两种。4.7液压元件成品件列表根据设计要求与实际工作需求选择合适的液压元件，以此减少生产成本，液压元件表如下。表6-1液压元件成品表序号POS.编码CODE代号STANDARDNO.名称DESCRIPTION数量QTY.1CYZ51QX底盘发动机Electromotor12201000602125A11VO190LRDH2/11RNZD12K32主油泵Variablepump13201000602081A10VO28DR/31R-PSC62K06恒压泵Constantpressurepump14201000601001AZ-PF-1X-022-X齿轮泵Gearpump15101120001002ZL12B-122(90u)吸油滤油器Suctionfilter16101120011003LXZ-620X100F吸油滤油器Suctionfilter17101120015001RFB-400X30回油滤油器Returnfilter18201030602034ZDR6DP1-40/2.5YM叠加减压阀Modularreducingvalve19201030601003DB30-2-30/360溢流阀Reliefvalve110201030622162H-4WEH25G-6X/6AG24NTJ8电液换向阀Electro-hydraulicdirectionalvalve111201039922001DG3V-3-2N-7-B-90液动换向阀Hydraulicdirectionalvalve2122010306221314WEH16E-6X/6AG24NNETJ8电液换向阀Electro-hydraulicdirectionalvalve113201030601002DB10-1-5X/345溢流阀Reliefvalve114DPS2-10-P-F-0-169逻辑阀Logicvalve2续表6-115201031641101NDVP-6-15节流截止阀Throttle-cutoffvalve116201030602002FDR5DP1-1X/55YS047减压阀Reducingvalve117101140001002NXQ-10/345蓄能器Accuumulator1182010306221054WE10H-3X/CG24NJ8电磁换向阀Solenoidoperateddirevtionalvalve119101010005003J6K-988液压马达Hydraulicmotor120201030601072ZDB10VP2-4X/300叠加溢流阀Modularreliefvalve1212010379550010169419021010+1166621020压力开关Pressureswitch122101030021002S10A12/M22×2.5单向阀Checkvalve123101050001007BSR-250HS6散热器Radiator124101030021008S20A12/M33×2单向阀Checkvalve125108080001001YWZ-150T油温油位计Indicator126101110002003QUQ2.5-20×1空气滤清器Aircleaner127108060003051YZ60-0.1-2.5真空压力表Vacuummeter128108060003001Z60-0.1-6真空表Vacuummeter229LX509/600回油扩散滤芯Filterelement230208060401003DS63-40MPa压力表Manometer131208060401002DS63-25MPa压力表Manometer232208060401001DS63-6MPa压力表Manometer133Z4PLUGGREY(074686)插头334Z4PLUG(B)BLACK(074686)插头3

5液压系统性能验算5.1液压系统压力损失5.1.1沿程压力损失在液压缸工作过程中，由于运动速度太快，导致在快速运动过程中损失了一部分压力，损失的这部分压力就叫做沿程压力损失。如果液压系统采用46号抗磨液压油，工作环境温度为15-50摄氏度，对臂架1进行校核计算，设第一节臂架管路长为9米，管内直径0.05米，液压缸运动时流量为30L/min，工作过程中粘度为液压油在管路中的实际速度为（5-1）（5-2）由于液压系统管路内壁摩擦系数较小，内壁摩擦力校，雷诺数取2200-3200，实际计算得到的数值为350，所以判定为层流，阻力系数计算如下：（5-3）管中介质的密度为，则沿程压力损失计算为：（5-4）求得5.1.2局部压力损失当液压系统正常工作时，液压油流经阀口、管道、拐弯处会受到阻力，由此产生的压力损失就叫做局部压力损失。由于液压油的流速和方向都发生突变，在这些部位容易形成旋涡，液体之间产生摩擦撞击，能量发生损耗。局部压力损失有多种，其中较为常见的是在安装管道和管道拐弯处的压力损失，而管道尺寸的大小影响着管道安装方式方法。一般情况下，局部压力损失为沿程压力损失的20%以下，局部压力损失还会在液压油通过阀体时产生，此时流量越大损失越大。设阀体额定流量为，额定压力损失为，则阀的压力损失为（5-5）从液压系统图上可以看到，由泵的出口到油缸进油口经过的地方有单向阀、电磁换向阀、单向节流阀、溢流阀等。这里假定单向阀流量为80L/min，压力损失定位0.6MPa,电磁换向阀的额定流量为140L/min,额定压力损失为0.4MPa,单向节流阀的额定流量为160L/min,额定压力损失为0.3MPa。溢流阀的额定流量为140L/min,额定压力损失为0.4MPa。则通过各阀的局部压力损失之和：（5-6）5.1.3总压力损失（5-7）5.2液压系统的发热温升计算5.2.1计算液压系统的发热功率液压系统除了做有用功，将能量输出为有效功率，其他所有的能量都以热能的形式损耗掉，从而提高了整个系统的温度，液压系统中产生额外热能的元件很多，比如液压缸、液压泵、溢流阀和单向阀，但是也有散热装置，油箱作为液压油的最终流向，起到冷却的作用。系统中功率损耗有如下几种：（1）液压泵功率损失为（5-8）式子中（2）液压执行元件功率损失（5-9）式子中（3）溢流阀的功率损失（5-11）式子中（4）液压油流过管道的功率损失（5-12）式子中构成了整个系统的功率损失，即液压系统发热功率（5-13）式子中即为整个系统的平均输入功率：（5-14）式子中为输出有效功率：（5-15）5.2.2系统散热与温升计算由上述5.2.1得知，液压系统散热主要依靠油箱，计算散热量首先要知道散热面积。油箱散热面积如下：（5-16）工作环境通风状况良好，取，则系统的温升为：（5-17）假设工作环境温度为20℃，则系统热平衡温升为：（5-18）

结