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1、1. 緒論1.1 引言隨著國內(nèi)商品混凝土行業(yè)和建設(shè)機(jī)械租賃業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，施工規(guī)模和范圍的擴(kuò)大及西部大開發(fā)，建設(shè)機(jī)械以及相關(guān)混凝土輸送機(jī)械行業(yè)得到了高速發(fā)展，混凝土泵車的市場空間進(jìn)一步擴(kuò)大。 我國混凝土泵車團(tuán)體用戶主要是年生產(chǎn)能力在30立方米以上有資質(zhì)的商品混凝土供應(yīng)商、行業(yè)比較大的建設(shè)施工單位、各類有一定經(jīng)濟(jì)實(shí)力和經(jīng)營規(guī)模的施工機(jī)械租賃企業(yè)、從原建設(shè)施工單位分離出來的設(shè)備管理部門等；個(gè)體用戶主要是沿海發(fā)達(dá)地區(qū)的個(gè)體攪拌站和個(gè)體機(jī)械租賃部。目前在國內(nèi)團(tuán)體用戶至少有8001家以上，按國際常規(guī)每家5輛的規(guī)模，今后幾年其泵車擁有量將會達(dá)到4000輛左右，再加上個(gè)體用戶的1000輛，這個(gè)數(shù)字非常可觀。

2、現(xiàn)在年成交量約在180輛左右，主要是團(tuán)體消費(fèi)，而個(gè)體消費(fèi)增長緩慢的原因是價(jià)格問題。 目前，國內(nèi)此類產(chǎn)品型譜和生產(chǎn)企業(yè)不斷增加，產(chǎn)品性能、質(zhì)量都在迅速提升。隨著商品混凝土行業(yè)的發(fā)展，混凝土泵送機(jī)械規(guī)格更全，檔次更高，泵車布料臂架朝更長的方向發(fā)展，由以前的37m占主流，逐步過渡到4245m為主，4772m同樣受到市場青睞，如三一重工生產(chǎn)的SY5650THB-72泵車，臂架長度已達(dá)到72m，為目前國產(chǎn)最長臂架的泵車。隨著工程進(jìn)度的加快，泵送排量也有增大的要求，過去排量在6080m3/h的占60左右，現(xiàn)在排量要求80120m3/h的工程越來越多，如杭州灣跨海大橋使用的混凝土泵，基本上都是120m3/h

3、的。 對混凝土泵的機(jī)動性要求越來越高。主要表現(xiàn)在泵車的市場需要增長很快，2002年比2001年增長95.56，2003年比2002年的增長幅度更大，超過了100。另外，車載泵的市場也逐步活躍起來，三一、楚天、中聯(lián)、鴻得利等廠家都有新品上市。目前，柴油機(jī)動力越來越多，不僅泵車和車載泵要求使用柴油機(jī)動力，單拖式泵的比例也逐步增大。 液壓系統(tǒng)向集成方向發(fā)展，普遍采用開式系統(tǒng)及恒功率控制，特別是大流量的泵，開式系統(tǒng)具有油溫低、可靠性高、維修方便等諸多優(yōu)勢。同時(shí)，全液壓控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。如三一產(chǎn)品的全液壓換向和計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。泵送壓力已經(jīng)有了大幅度提高，1971年

4、以前，混凝土出口壓力大多不超過4.94MPa，后提高到5.888.38MPa，現(xiàn)在已達(dá)到22MPa，而且還有繼續(xù)提高的趨勢。同時(shí)，液壓系統(tǒng)的壓力也在不斷提高，基本都在32MPa以上。因此，輸送距離也在不斷增加，最大水平輸送距離已超過2000m，最大垂直泵送高度也可達(dá)500m以上。1.2 課題提出的背景1.2.1 課題提出的宏觀背景我國臂架式混凝土泵車的起步開始于20世紀(jì)80年代初，最初基本上是引進(jìn)散件組裝，或者是通過技貿(mào)結(jié)合方式引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)與部分零件引進(jìn)相結(jié)合的生產(chǎn)模式。20世紀(jì)50年代我國生產(chǎn)過機(jī)械式混凝土泵，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平很低，生產(chǎn)批量很少，在20世紀(jì)80年代初，國產(chǎn)混凝土泵車的總保有

5、量尚不足200臺，臂架式混凝土泵車更是一項(xiàng)空白。在此期間，我國的一些大型混凝土澆筑工程，在很大程度上基本依靠進(jìn)口設(shè)備。從20世紀(jì)80年代初開始，經(jīng)過20余年的努力，我國臂架式混凝土泵車取得了長足的發(fā)展，設(shè)計(jì)水平、制造能力都有了很大提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國混凝土輸送泵制造商已達(dá)100多家，分布于全國各地。但是由于各制造商的技術(shù)水平、制作工藝、生產(chǎn)能力等參差不齊，產(chǎn)品差距也較大。目前國內(nèi)生產(chǎn)能力最強(qiáng)的企業(yè)是以三一重工、中聯(lián)重科、徐州重型及福田重機(jī)為代表的第一梯隊(duì)，第二梯隊(duì)中以遼寧海諾、湖北建機(jī)、安徽星馬和上海鴻得利等企業(yè)為主，它們的產(chǎn)量占了全行業(yè)的90%以上。 我國臂架式混凝土泵車近年來有了快速的發(fā)

6、展，在產(chǎn)品的穩(wěn)定性和工藝方面，雖然還不如國外的產(chǎn)品，但比20世紀(jì)的產(chǎn)品有了長足的進(jìn)步。在性價(jià)比、售后服務(wù)等方面我國的產(chǎn)品具有明顯的競爭優(yōu)勢，且更加符合國內(nèi)的實(shí)際施工情況。其中，中聯(lián)重科、三一重工在臂架式混凝土泵車的研發(fā)方面走在了同行的前面。中聯(lián)重科制訂了混凝土泵車標(biāo)準(zhǔn)，還研發(fā)了泵車遠(yuǎn)程維護(hù)與定位系統(tǒng)。三一重工的混凝土泵車，無論在泵送壓力、泵送排量，還是在穩(wěn)定性、可靠性等方面，都可與國外著名品牌產(chǎn)品相媲美，其泵送機(jī)械系列產(chǎn)品已熱銷到中東、北非及南亞等地。1.2.2 課題提出的行業(yè)背景(1) 我國泵車行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題國產(chǎn)臂架式混凝土泵車因?yàn)槠鸩捷^晚，近兩年國內(nèi)各企業(yè)紛紛加強(qiáng)了技術(shù)引進(jìn)與質(zhì)量

7、控制，設(shè)計(jì)開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的臂架式混凝土泵車，技術(shù)創(chuàng)新成為國內(nèi)臂架式混凝土泵車發(fā)展的助推器。而各大部件的技術(shù)發(fā)展趨勢也代表了內(nèi)臂架式混凝土泵車整車的發(fā)展方向。但隨著泵車行業(yè)的急速發(fā)展，其中也出現(xiàn)了不少的問題：1) 各制造商的技術(shù)水平、制作工藝、生產(chǎn)能力等參差不齊，產(chǎn)品差距也較大。目前國內(nèi)生產(chǎn)能力最強(qiáng)的企業(yè)是以三一重工、中聯(lián)重科、徐州重型及福田重機(jī)為代表的第一梯隊(duì)，第二梯隊(duì)中以遼寧海諾、湖北建機(jī)、安徽星馬和上海鴻得利等企業(yè)為主，它們的產(chǎn)量占了全行業(yè)的90%以上。2) 環(huán)境污染嚴(yán)重，能耗高。泵車行業(yè)本身屬于高能耗、高污染行業(yè)，生產(chǎn)過程中消耗大量資源和能源，產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣、等對環(huán)境造成

8、嚴(yán)重污染。3) 近年來，隨著全社會環(huán)保意識的增強(qiáng)，我國政府出臺了一系列政策、措施加大節(jié)能、減排力度，各地方政府也制定相應(yīng)法令、法規(guī)，整治行業(yè)污染，泵車行業(yè)面臨資源、能源和環(huán)境問題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。4) 國內(nèi)泵送機(jī)械所獲得的專利主要以泵、泵的閘門及泵控制、液壓、電器等為主，這說明國內(nèi)企業(yè)對這些方面的研究比較重視，這也是國產(chǎn)泵送機(jī)械比較薄弱的領(lǐng)域。其次是泵的零配件及臂架方面，近20年間的專利數(shù)量只有100多項(xiàng)，這其中還包含國外企業(yè)申請的專利，這說明我國企業(yè)對臂架式泵送機(jī)械研發(fā)的投入還不足。(2) 國外泵車行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1) 底盤呈現(xiàn)多元化。底盤發(fā)動機(jī)為臂架式混凝土泵車的工作和行駛提供壓力。其中五十鈴底盤技

9、術(shù)成熟，價(jià)格也相對便宜，沃爾沃底盤外觀豪華，駕駛舒適，自動化程度高，采用柴油電噴技術(shù)，油耗低。2) 液壓系統(tǒng)向集成化方向發(fā)展。液壓系統(tǒng)是混凝土泵車的核心部分，液壓系統(tǒng)質(zhì)量的高低會直接影響主機(jī)工作性能和效率。臂架式混凝土泵車普遍采用開式系統(tǒng)及恒功率控制，特別是大流量的泵，開式系統(tǒng)具有油溫低、可靠性高、維修方便等諸多優(yōu)勢。同時(shí)，全液壓控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。全液壓控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)也取得了突破性進(jìn)展，如三一產(chǎn)品的全液壓換向和計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。3) 節(jié)能、環(huán)保成為泵車發(fā)展趨勢。提高混凝土泵車的節(jié)能、環(huán)保性能已經(jīng)成為一種趨勢，風(fēng)冷卻逐步替代水冷卻，發(fā)動機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)

10、也在提高。4) 結(jié)構(gòu)件更具適用性。臂架式混凝土泵車作業(yè)時(shí)常受上部空間所限制，要求臂架展開時(shí)頂部高度最低，4節(jié)以下的臂架折疊一般采用單一的R或Z形型式。5節(jié)以上臂架由于受空間限制，一般采用RZ組合折疊型式來實(shí)現(xiàn)臂架的展開、收攏，適用性、機(jī)動性和靈活性增強(qiáng)，特別是在隧道和室內(nèi)作業(yè)施工中，效率明顯提高。5) 混凝土輸出排量更大。中心泵送系統(tǒng)壓力更高、輸送量更大，將成為今后國外臂架式混凝土泵車中心泵送系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。隨著臂架式混凝土泵車臂架越做越高，車型越做越大，其輸送缸的缸徑也越做越大，同時(shí)由于工程進(jìn)度的要求越來越高，要求泵送排量在80120m3/h的工程越來越多，大排量將成為今后臂架式混凝土泵車的

11、發(fā)展方向。此外，泵送壓力越來越高?；炷脸隹趬毫ΜF(xiàn)在已達(dá)到22MPa，而且還有繼續(xù)提高的趨勢。圖1.1 ZLJ5281THB37泵車整機(jī)外觀圖1.3 混凝土泵車的分類 混凝土泵的種類很多，可以按臂架長短、底盤、臂架展開方式或其他情況分類。（1） 按臂架長短分類可以分為37米、40米、42米、44米、46米、47米、48米、49米、50米、52米、56、58、60、62、72米泵車。（2） 按底盤類:泵車由于施工的可靠性要求高,工作負(fù)荷大,對于底盤的采用,一般都采用國際知名品牌如瑞典VOLVO、德國Merceds-Benz、日本ISUZU等公司生產(chǎn)的專用底盤，其中VOLVO和Merceds-Be

12、nz等底盤采用柴油電噴技術(shù),具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性和高標(biāo)準(zhǔn)的排放標(biāo)準(zhǔn)。近年來也出現(xiàn)了部分泵才采用國產(chǎn)底盤，如中聯(lián)重科采用的浦沅專汽底盤和北汽福田采用的歐曼底盤。（3） 按臂架展開方式分類：一般分為R型、Z型、和RZ復(fù)合型。1.4 泵送機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)造及工作原理（1） 混凝土泵車的基本構(gòu)成：混凝土泵車大致由泵送機(jī)構(gòu). 混凝土分配機(jī)構(gòu)、料斗及攪拌機(jī)構(gòu).電控系統(tǒng)等四大部分組成。每一部分均由不同的機(jī)構(gòu)或零件組成，都承擔(dān)不同的功能。了解并掌握混凝土泵的每一部分基本結(jié)構(gòu)及其工作原理，對泵車的正確使用和維修有很大的幫助.（2） 混凝土泵車的代號及主要性能參數(shù)：不同廠家對泵車的代號有不同的方式,但根據(jù)國家及行業(yè)的

13、標(biāo)準(zhǔn),泵車的主要技術(shù)性能參數(shù)表1.1可以從產(chǎn)品型號看出.表1.1ZLJ5281THB125-37企業(yè)代號特種車代號整機(jī)重量產(chǎn)品改型編號泵車標(biāo)準(zhǔn)代號泵送方量布料高度泵送機(jī)構(gòu)是把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功能是推動混凝土使其克服管道阻力而達(dá)到澆注部位。構(gòu)造與工作原理如圖1.2 ：圖1.2 泵送機(jī)構(gòu)構(gòu)造圖泵送機(jī)構(gòu)是由動力部分、水箱、工作部分等組成。動力部分即主油缸，工作部分即混凝土缸，水箱的作用是支持連接主油缸與混凝土缸，并由所盛水對混凝土缸進(jìn)行清洗、冷卻、潤滑等。泵送混凝土?xí)r，在主油缸和分配缸驅(qū)動下，若左側(cè)混凝土缸與料斗連通，則右側(cè)混凝土缸與分配閥連通。若油壓使左側(cè)混凝土缸向后移動，將料

14、斗中的混凝土吸入該側(cè)混凝土缸(吸料缸)，同時(shí)油壓使右側(cè)混凝土缸活塞向前移動，將該側(cè)混凝土缸(排料缸)中的混凝土推入分配閥，經(jīng)混凝土輸送管道輸送到澆注現(xiàn)場。當(dāng)左側(cè)混凝土缸活塞后移至行程終端時(shí)，觸發(fā)水箱中的換向裝置，兩主油缸油壓換向，分配閥油缸使分配閥與左側(cè)混凝土缸連接，該側(cè)混凝土缸活塞向前移動，將混凝土推入分配閥，同時(shí)，右側(cè)混凝土缸與料斗連通，并使該側(cè)混凝土缸活塞后移，將混凝土吸入混凝土缸。圖1.3 圖1.4 左側(cè)混凝土缸活塞后移至行程終端時(shí)，觸發(fā)換向裝置，油缸換向，右側(cè)混凝土缸活塞向前推送，開始下一輪泵送循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)泵送混凝土。以上情形為混凝土的正泵狀態(tài)(圖1.3)。當(dāng)混凝土泵出現(xiàn)泵送不

15、順，發(fā)生堵塞或需將泵(或泵車)暫停，將輸送管(或布料桿)內(nèi)的混凝土抽回料斗時(shí)，可通過液壓系統(tǒng)控制分配閥，使吸料缸口與輸送管道相接，從而使混凝土料抽入混凝土缸體內(nèi)。而處于排料工位的混凝土缸，則將混凝土抽回料斗中，同步完成吸排料動作后，分配閥換向，開始下一個(gè)吸排料過程，從而實(shí)現(xiàn)反抽的連續(xù)工作循環(huán)。以上情形為混凝土泵的反泵狀態(tài)（圖1.4）（3） 混凝土缸混凝土缸后端與水箱連接，前端與分配閥箱體連接并通過托架與機(jī)架固定。主油缸活塞桿伸入到混凝土缸內(nèi)，活塞桿前端裝有混凝土缸活塞如1.5所示。不同型號、不同廠家的混凝土泵，其混凝土缸的尺寸、連接方式也不一樣。圖1.5 主油缸剖面圖 混凝土缸可用無縫鋼管制造

16、。由于混凝土缸同混凝土及水長期接觸，承受著劇烈的摩擦及酸、堿物質(zhì)的化學(xué)腐蝕，因此，在混凝土缸內(nèi)壁鍍有硬鉻層，或經(jīng)特殊熱處理以提高其耐磨性能及抗腐蝕性能?；炷粮谆钊且粋€(gè)將耐磨橡膠與鋼制的活塞鑲片澆鑄成一整體的組合件?；钊偲ㄟ^螺栓同活塞靠盤固定在一起，活塞靠盤的外表面也經(jīng)過鍍鉻以防腐蝕。（4） 水箱水箱是用鋼板焊成，既是儲水容器，又是主油缸與混凝土缸的支持連接件。水箱上部有蓋，打開窗蓋可以加水并清洗水箱內(nèi)部。水箱上還有一個(gè)水標(biāo)尺，用來觀察水位，水箱底部有放水口。在泵送機(jī)構(gòu)工作時(shí)，水在混凝土缸后部隨著橡膠活塞來回流動，所起的作用是：1) 清洗作用 清洗混凝土缸壁上每次泵送后殘存的灰漿，以減少

17、混凝土缸及橡膠活塞的磨損;2）隔離作用 防止主油缸泄漏出來的液壓油進(jìn)入混凝土中而影響混凝土的質(zhì)量; 3) 冷卻潤滑作用 冷卻潤滑混凝土缸橡膠活塞、活塞桿及活塞桿密封部位。整個(gè)水系統(tǒng)容量約100L。（5） 機(jī)械系統(tǒng) 料斗料斗是混凝土泵的承料器，料斗及攪拌裝置的功用有兩個(gè)方面：1) 混凝土運(yùn)輸設(shè)備向混凝土泵供料的速度同混凝土泵的輸送速度不能完全一致，料斗可以起到中間調(diào)節(jié)作用;2) 攪拌裝置對混凝土進(jìn)行二次攪拌，可以改善混凝土的可泵性。攪拌裝置還有向混凝土分配閥-混凝土缸喂料的作用，以提高混凝土泵的吸人效率。（6） 攪拌裝置攪拌軸部件由攪拌軸、攪拌葉及攪拌葉座等組成。攪拌葉和攪拌葉座共有五副(若料斗

18、內(nèi)有管形閥，則攪拌器數(shù)目要少)，分為中間的和兩側(cè)的兩種。它們安裝后，中間攪拌葉片同攪拌軸軸線平行，兩側(cè)攪拌葉片則同攪拌軸軸線成450角。左側(cè)和右側(cè)攪拌葉片的安裝方向相反，其方向應(yīng)是當(dāng)攪拌軸正轉(zhuǎn)時(shí)把混凝土從料斗兩側(cè)趕向中間部位。攪拌軸的正轉(zhuǎn)方向，從鏈輪端看應(yīng)當(dāng)是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。對于大排量的混凝土泵，其攪拌裝置可采用大螺旋葉片，使混凝土能直接被送到混凝土缸吸料口。攪拌軸傳動裝置的形式有兩種，一種是液壓馬達(dá)通過機(jī)械減速后驅(qū)動攪拌軸;另一種是液壓馬達(dá)直接驅(qū)動攪拌軸。而機(jī)械減速的方式又有鏈傳動、蝸輪蝸桿傳動，以及齒輪傳動。當(dāng)供油油泵排量一定，液壓馬達(dá)用小流量時(shí)獲得高轉(zhuǎn)速、小扭矩；當(dāng)用大流量時(shí)獲得低轉(zhuǎn)速、大扭

19、矩。當(dāng)混凝土泵采用大排量(30m3h)、近距離輸送時(shí)，攪拌液壓馬達(dá)用小流量、高轉(zhuǎn)速、小扭矩；當(dāng)混凝土泵采用小排量(l5 m3h)、遠(yuǎn)距離輸送時(shí)，液壓馬達(dá)用大流量、低轉(zhuǎn)速、大扭矩。1液壓馬達(dá)；2液壓馬達(dá)支座；3主動鏈輪；4被動鏈輪；5軸承座；6攪拌軸承；7攪拌軸；8密封盤；9壓圈；10兩側(cè)攪拌葉；I1攪拌葉。 圖1.6 攪拌裝置圖2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1液壓系統(tǒng)的發(fā)展前景液壓傳動2的出現(xiàn)已經(jīng)有二、三百年的歷史。1795年第一臺水壓機(jī)問世。機(jī)床上采用液壓傳動，從十九世紀(jì)末德國制造液壓龍門铇床，美國制造液壓六角車床、液壓磨床算起，已經(jīng)有一百多年的歷史。但由于當(dāng)時(shí)還沒有成熟的液壓元件，因而液壓技術(shù)并沒有得

20、到普遍應(yīng)用。上個(gè)世紀(jì)三十年代，各類機(jī)床（車、銑、磨、鉆、鏜、拉等機(jī)床）才剛剛開始采用液壓傳動。直到第二次世界大戰(zhàn)以后，應(yīng)用才逐漸普遍起來。 我國的液壓技術(shù)從上世紀(jì)五十所代開始應(yīng)用，1952年開始試制油壓泵閥。（1961年上海壓機(jī)床廠自行設(shè)計(jì)制造了我國第一臺萬能水壓機(jī)）以液體的介質(zhì)的液壓傳動具有無級調(diào)速和傳動平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，故在現(xiàn)代機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用；用其布置方便并易實(shí)現(xiàn)自動化，而在組合機(jī)床上應(yīng)用較廣；由于執(zhí)行元件的輸出力（或轉(zhuǎn)矩）較大，操縱方便布置靈活，液壓元件用電器易實(shí)現(xiàn)自動化和遙控。以氣體的工作介質(zhì)和氣壓傳動，因工作壓力較低（一般在1Mpa以下），且有可壓縮性，所以傳遞動力小，運(yùn)動不如液壓傳動

21、平穩(wěn)，但因空氣粘度小，阻力損失小，速度快、所應(yīng)靈敏，而適用于特殊環(huán)境下的傳動。目前，機(jī)床液壓仿形裝置，液壓自動化機(jī)床及其自動線已經(jīng)大量出現(xiàn)。液壓傳動在高效率的自動、半自動機(jī)床組合機(jī)床，程控機(jī)床和數(shù)控機(jī)床上已經(jīng)成為重要的組成部分。有的先進(jìn)工業(yè)國家采用液壓裝置的機(jī)床類別（按品種計(jì)算）已經(jīng)高達(dá)70%以上，機(jī)床傳動系統(tǒng)有85%利用液壓傳動和控制。 液壓技術(shù)正在向高壓、高速、大流量、高效率、低噪音，集成比方向發(fā)展；新的液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)字仿真。微機(jī)控制等新技術(shù)也日益發(fā)展、應(yīng)用，并取得了很多顯著成果（如：比例控制、二通插裝閥、球式邏輯閥，交流液壓技術(shù)，還出現(xiàn)了大量的機(jī)、電、液、

22、計(jì)算機(jī)一體化的現(xiàn)代化設(shè)備）。 另外，近年來又在太陽跟蹤系統(tǒng)、海浪模擬裝置、船舶駕駛模擬地震再現(xiàn)、火箭助飛發(fā)射裝置、宇宙環(huán)境模擬和高層建筑防震系統(tǒng)及緊急剎車裝置等設(shè)施中，也采用了液壓技術(shù)。 總之，幾乎所有工程領(lǐng)域，凡是有機(jī)械設(shè)備的場合，均可利用液壓技術(shù)。因此可見其發(fā)展前景是非常光明的。2.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟及要求液壓傳動傳動系統(tǒng)3是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各式各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單工作可靠，成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。2.2.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟

23、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。一般來說，在明確設(shè)計(jì)要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行。（1）確定液壓執(zhí)行元件的形式；（2）進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；（3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)有原理圖；（4）選擇液壓元件；（5）液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；（6）繪制工程圖，編制技術(shù)文件。2.2.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)式程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)行進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。（1）主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；（2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；（3）

24、液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式，運(yùn)動速度；（4）各動作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；（5）對調(diào)整范圍、運(yùn)動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；（6）自動化程度、操作控制方式的要求；（7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；（8）對效率、成本等方面的要求。2.3 液壓系統(tǒng)圖的擬定2.3.1 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定通過工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)及各執(zhí)行元件的參數(shù)提供依據(jù)。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。本次設(shè)計(jì)所參數(shù)來源于ZLJ5281THB37混凝土泵車主要

25、技術(shù)參數(shù)如表2.1。表2.1型號ZLJ5281THB泵送系統(tǒng)最大理論輸送量m3/h120/70混凝土最大出口壓力MPa11/7額定工作壓力MPa35泵送頻率min-122料斗容積L550上料高度mm1540液壓系統(tǒng)型式閉式/開式分配閥形式S管閥油缸缸徑行程mm1302100混凝土缸徑行程mm2302100液壓油冷卻風(fēng)冷推薦塌落度cm1223最大骨料尺寸mm40臂架及結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式37-4R最大布料高度m36.6最大布料半徑m32.6最大布料深度m24.9回轉(zhuǎn)角度365臂節(jié)數(shù)量4臂節(jié)長度mm8650/7860/7980/8080展臂角度100/180/180/270輸送管直徑mm125末端軟管

26、長度mm3000臂架最小打開高度mm8500支腿跨距（前后縱向） mm745069007100底盤及整車底盤型號CYZ51Q驅(qū)動方式64軸距mm4595+1310發(fā)動機(jī)型號6WF1A發(fā)動機(jī)最大功率kW/(r/min)265/1800發(fā)動機(jī)最大扭矩N.m/(r/min)1422/1100發(fā)動機(jī)排量cc14256燃料種類柴油燃油箱容積L380 鋁質(zhì)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)歐整車最高行駛速度km/h85整車質(zhì)量kg28190整車外形尺寸(長寬高)mm1165025003870其它潤滑方式節(jié)能式自動潤滑液壓油箱容積L650控制方式手動+遙控水泵最大壓力MPa7水箱容量L550混凝土管清洗方式水洗/干洗2.3.2液

27、壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（1）制定調(diào)速方案液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動方向和運(yùn)動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)4。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。容

28、積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能

29、量后，再排回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個(gè)封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。本系統(tǒng)采用變量泵調(diào)速，可以是手動變量調(diào)速，也可以是壓力適應(yīng)變量調(diào)速。（2）制定壓力控制方案液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考慮用增壓回路得

30、到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在系統(tǒng)的某個(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。（3）制定順序動作方案主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動到一定位置時(shí)，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場

31、合。另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動，經(jīng)過一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動作時(shí)，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號或打開順序閥使壓力油通過，來啟動下一個(gè)動作。（4）選擇液壓動力源液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定

32、系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。在本次設(shè)計(jì)中，液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)關(guān)鍵元器件均采用國際和國內(nèi)知名先進(jìn)品牌的各類液壓、電氣元件、輔件和技術(shù)。本次設(shè)計(jì)全面滿足要求的

33、各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求，同時(shí)參考國際標(biāo)準(zhǔn)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。2.4液壓系統(tǒng)圖的繪制整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件（如壓力表、溫度計(jì)等）。大型設(shè)備的關(guān)鍵部位，要附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時(shí)能迅速更換，保證主要部件連續(xù)工作。各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。對于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各

34、液壓執(zhí)行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。本液壓系統(tǒng)原理圖13如圖2.1： 圖2.1 ZLJ5281THB37混凝土泵車液壓原理圖2.5液壓系統(tǒng)動作說明液壓系統(tǒng)采用雙泵雙回路，泵送油路和分配油路獨(dú)立，互不干涉；雙信號液控?fù)Q向?qū)崿F(xiàn)了泵送與分配完美協(xié)調(diào)，進(jìn)而保障了混凝土泵的整體性能；新型分配緩沖專利技術(shù)，確保分配系統(tǒng)沖擊更小。在主油泵壓力油作用下，一缸前進(jìn)，另一缸后退，當(dāng)活塞運(yùn)行到行程終點(diǎn)時(shí)，從泵送油缸前端邏輯閥拾取液壓信號，控制分配液動閥換向，從而改變油泵進(jìn)出油口方向，使泵送缸活塞運(yùn)動方向改變，實(shí)現(xiàn)泵送油缸活塞交替前進(jìn)后退。泵送

35、油缸活塞行程終點(diǎn)裝有單向閥，當(dāng)活塞運(yùn)行到終點(diǎn)前，泵送油缸單向閥將活塞前后兩腔串通，防止活塞撞擊缸底，并對兩泵送油缸封閉腔進(jìn)行補(bǔ)油。主油泵A11VLO 主油泵為大排量軸向柱塞變量泵，帶有恒功率控制裝置、壓力截流閥和電控變量控制閥。恒功率控制裝置調(diào)節(jié)工作壓力及泵的輸出流量以致在恒定的轉(zhuǎn)速下不超過預(yù)定的驅(qū)動功率。壓力截流閥設(shè)定為32MPa，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的壓力值時(shí)，它使泵的排量向最小擺回。（1） 泵送回路 圖2.2 泵送回路液壓原理圖 該回路由吸油濾油器、主泵、電磁換向閥、高低壓切換閥、串聯(lián)的兩個(gè)主油缸、散熱器、回油過濾器以及與之并聯(lián)的背壓閥組成。 當(dāng)電液換向閥電磁鐵不通電時(shí)，滑閥處于中位，主泵輸出

36、的液壓油經(jīng)過液控?fù)Q向閥后直接流往散熱器或背壓閥回至郵箱，泵送油缸不動作。 當(dāng)電液換向閥一個(gè)電磁鐵得電時(shí)，滑閥移動，主泵輸出的液壓油流入高低壓切換閥再流入一個(gè)泵送油缸的有桿腔，推動活塞前進(jìn)或者后退，另一泵送油缸的活塞則按照相反的方向運(yùn)動，泵送油缸排出的液壓油經(jīng)散熱器后回郵箱，形成一個(gè)開式回路。活塞退到頭時(shí)，被安裝在水箱中的接近開關(guān)感應(yīng)到，引起電磁換向閥另一個(gè)電磁鐵得電，電液換向閥換向，導(dǎo)致兩個(gè)泵送油缸活塞反向運(yùn)動。泵送油缸活塞行程中點(diǎn)裝有但向閥，當(dāng)活塞運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，單向閥將油缸有桿腔和無桿腔連通，行成緩沖，防止撞缸，并對油缸封閉腔進(jìn)行補(bǔ)油。1) 泵送的高低壓切換當(dāng)兩主油缸兩無桿腔由高低壓切換閥連

37、通時(shí)，此時(shí)屬于低壓泵送，要轉(zhuǎn)換為高壓泵送只要旋轉(zhuǎn)高低壓轉(zhuǎn)換開關(guān)，此時(shí)高低壓轉(zhuǎn)換的電磁閥另一端得電，控制油進(jìn)入高低壓切換閥的相反方向，此時(shí)兩有桿腔相連通為高壓泵送。主泵變量控制回路 圖2.3 主泵變量控制回路圖中主泵變量控制采用液控形式。恒壓泵輸出的少部分壓力油，經(jīng)電磁比例減壓閥減壓后，與主泵上的Y口連通，作用在行程限制器的閥芯上，油泵的排量由加在油口Y的壓力來設(shè)定，隨著壓力的提高，泵的排量變大。所以調(diào)節(jié)電磁比例減壓閥的出口壓力，就可以調(diào)節(jié)泵的排量。主泵恒功率控制回路工作壓力油在活塞上施加一個(gè)推力,控制活塞推動搖臂，使得恒功率控制閥芯發(fā)生位移。一個(gè)可從外部調(diào)整的彈簧力作用在搖臂的另一側(cè)以確定恒功

38、率設(shè)定值。如果共作壓力超過設(shè)定的彈簧力，則恒功率閥被搖臂操作，使泵朝零輸出擺動。減小搖臂上的有效力矩，從而使工作壓力以輸出流量減小的相同比率提高，達(dá)到輸出功率恒定的目的。 恒功率控制越權(quán)于液控變量控制，即低于功率曲線時(shí)排量受液控壓力的調(diào)整。如果設(shè)定流量或工作壓力是功率曲線被超越，則功率控制取代液控變量，并按恒功率曲線調(diào)整排量。2) 主泵壓力切斷控制回路 壓力切斷是一種壓力控制功能。泵輸出的壓力油直接作用在壓力切斷閥閥芯一端，另一端由一個(gè)彈簧力來平衡，當(dāng)液壓油的推力達(dá)到預(yù)定的彈簧力時(shí)，閥芯移動，時(shí)泵變量機(jī)構(gòu)朝右擺回，壓力迅速下降。壓力切斷功能越權(quán)于恒功率控制與液控變量控制，即在低于壓力切斷的預(yù)設(shè)

39、壓力時(shí)，恒功率控制與液控變量控制起作用。（2） 分配與潤滑泵驅(qū)動回路圖2.4 分配與潤滑泵驅(qū)動回路該回路是一個(gè)典型的壓力控制回路，由吸油過濾器、恒壓變量泵，單向閥，電液換向閥，擺動油缸，卸荷溢流閥，蓄能器，卸荷開關(guān)，擴(kuò)散器，回油過濾器，散熱器，背壓閥組成。當(dāng)電液換向閥不通電時(shí)，閥芯處于中位，油路不通，恒壓泵泵出的油經(jīng)單向閥進(jìn)入蓄能器，當(dāng)蓄能器內(nèi)壓力達(dá)到卸荷溢流閥設(shè)定壓力時(shí)，卸荷溢流閥開啟，油回郵箱。同時(shí)恒壓泵自動降低排量，減少流量。當(dāng)電液換向閥一端電磁鐵得電時(shí)閥芯移動，一擺動油缸油路接通，蓄能器內(nèi)儲存的壓力油匯同恒壓泵泵出的油一起進(jìn)入擺動油缸，推動S管分配閥擺動。當(dāng)電液換向閥另一端電磁鐵得電時(shí)

40、，另一擺動油缸油路接通，推動S管分配閥向相反方向擺動。（3） 攪拌冷卻液壓回路 圖2.5 攪拌冷卻液壓回路攪拌冷卻液壓回路是一個(gè)典型的速度控制回路，它由吸油過濾器，齒輪泵，手動換向閥，溢流閥，回油過濾器，以及散熱器組成。當(dāng)手動換向閥閥芯處于中位時(shí)，壓力油經(jīng)過回油過濾器，冷卻器直接流回郵箱，液壓馬達(dá)不轉(zhuǎn)；此時(shí)僅僅起到對郵箱中的液壓油進(jìn)行冷卻和過濾作用。當(dāng)手動換向閥閥芯左移時(shí)，壓力油從右側(cè)進(jìn)入液壓馬達(dá)，馬達(dá)正轉(zhuǎn)，當(dāng)換向閥閥芯右移時(shí)馬達(dá)反轉(zhuǎn)。馬達(dá)若在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中超負(fù)載，會停止不動，液壓油壓力會升高，當(dāng)達(dá)到溢流閥設(shè)定值時(shí)，閥芯打開溢流。（4） 吸油濾油器5過濾精度為100。當(dāng)真空表超過0.02MPa，或

41、電發(fā)訊器報(bào)警時(shí)，濾芯可能堵塞，應(yīng)及時(shí)清洗或更換。（5） 回油濾油器過濾精度為20。當(dāng)真空壓力表超過0.35MPa時(shí)，濾芯可能堵塞，應(yīng)及時(shí)清洗或更換。（6） 泵車臂架部分液壓系統(tǒng)泵車臂架部分液壓系統(tǒng)原理圖如圖2.6所示，臂架部分液壓系統(tǒng)主要液壓元件由主油泵、平衡閥、回轉(zhuǎn)緩沖制動閥、 比例多路閥、液壓鎖等組成。 圖2.6 ZLJ5281THB37臂架系統(tǒng)液壓原理圖1) 主油泵臂架液壓系統(tǒng)采用獨(dú)立的油泵供油。37米以下泵車臂架液壓系統(tǒng)一般采用的是定量泵A2F023加負(fù)載感應(yīng)閥系統(tǒng)；47m泵車液壓系統(tǒng)采用的是變量泵A7V005DRS加負(fù)載感應(yīng)系統(tǒng)。44m泵車液壓系統(tǒng)采用的是變量泵A7V005LRD5加

42、負(fù)載感應(yīng)閥系統(tǒng)。A2F023的參數(shù)如表2.2所示。表2.2排量/mLr壓力/MPa閉式系統(tǒng)35MPa開式系統(tǒng)35MPa轉(zhuǎn)矩/(Nm)重量/kg額定最高轉(zhuǎn)速/rmin流量/Lmin功率/KW轉(zhuǎn)速/rmin流量/Lmin功率/KW22.7354056001277440008853126122) 平衡閥它裝于液壓油缸的進(jìn)出油口，它的作用1、油缸不運(yùn)動時(shí)，起閉鎖作用，從而鎖定臂架的位置，防止臂架移動；2、平衡閥帶有二次溢流功能，臂架振動過大閉鎖腔的油液將溢流釋放，起到保護(hù)臂架的功能；二次溢流壓力出廠時(shí)已調(diào)定。3、臂架向下運(yùn)動時(shí)，起到限速作用，防止臂架下滑和抖動。3) 回轉(zhuǎn)限位閥通過閥塊上的液控梭閥，工

43、作時(shí)自動將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的常閉制動器打開。360限位回轉(zhuǎn)通過兩電磁閥卸荷限位，同時(shí)還有過載功能和限速功能。也有回轉(zhuǎn)限位閥是通過裝在轉(zhuǎn)臺上的微動開關(guān)使主閥溢流的。其中閥組上的液控梭閥，工作時(shí)自動將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的常閉制動器打開。同樣，還有過載功能和限速功能。4) 比例多路閥多路閥屬于負(fù)載感應(yīng)閥。從原理圖我們可以知道多路閥有安全閥（起壓力保護(hù)和卸荷作用）、減壓閥（給出控制油）、負(fù)載感應(yīng)閥（流量條節(jié)）的作用，可以較好的控制執(zhí)行元件的動作（不取決于負(fù)載，可多個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)獨(dú)立動作）。閥塊中LS口與變量泵相接，還可以起到變量與節(jié)能的作用。5) 液壓鎖支腿液壓系統(tǒng)中也有一個(gè)很重要的液壓元件就是液壓鎖，它的具體結(jié)構(gòu)類似

44、液控單向閥作用用是保證油缸伸出后容積腔閉鎖，防止油缸位移。（7） 臂架部分工作原理臂架泵壓力油經(jīng)高壓濾油器進(jìn)入臂架多路閥，臂架回轉(zhuǎn)及每一節(jié)臂架的動作均有一操縱桿，另外加上一片支腿閥的選擇操縱桿（因?yàn)樯舷虏倏v均由一個(gè)泵供油，加上安全考慮，下車多路閥動作時(shí)，臂架操縱無效）。當(dāng)臂架需要工作（支腿已操縱完畢，油路已轉(zhuǎn)至上車）時(shí)，操縱多路閥的操縱桿，可以控制對應(yīng)的臂架動作和臂架回轉(zhuǎn)。手動操縱一般用于緊急狀態(tài)，正常工作時(shí)，均通過有線遙控器的對應(yīng)按鈕對臂架進(jìn)行控制。（8） 支腿部分液壓原理臂架支腿液壓系統(tǒng)如原理圖所示，泵車支腿液壓系統(tǒng)工作原理大同小異，主要是考慮油缸閉鎖密封和收放自如。支腿液壓系統(tǒng)與臂架液壓

45、系統(tǒng)采用統(tǒng)一的油泵供油，油泵壓力經(jīng)高壓濾油器進(jìn)入臂架多路閥，其中第一片或最后一片為支腿工作選擇閥。臂架需要展開時(shí)，必須先打開個(gè)支腿。操縱支腿時(shí)，通過位于泵車兩側(cè)的操縱手柄和電控按鈕進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。3液壓缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.1液壓油缸的方案選擇液壓缸的種類很多下面分別介紹幾種常用的液壓缸:(1).活塞式液壓缸 活塞式液壓缸根據(jù)其使用要求不同可分為雙桿式和單桿式兩種。1)雙桿式活塞缸 活塞兩端都有一根直徑相等的活塞桿伸出的液壓缸稱為雙桿式活塞缸，它一般由缸體、缸蓋、活塞、活塞桿和密封件等零件構(gòu)成。根據(jù)安裝方式不同可分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。2)單桿式活塞缸 所示，活塞只有一端帶活塞桿，單桿液壓

46、缸也有缸體固定和活塞桿固定兩種形式，但它們的工作臺移動范圍都是活塞有效行程的兩倍。3)差動油缸單桿活塞缸 在其左右兩腔都接通高壓油時(shí)稱為：“差動連接”。 (2)柱塞缸 它只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的液壓傳動，反向運(yùn)動要靠外力。若需要實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動，則必須成對使用。這種液壓缸中的柱塞和缸筒不接觸，運(yùn)動時(shí)由缸蓋上的導(dǎo)向套來導(dǎo)向，因此缸筒的內(nèi)壁不需精加工，它特別適用于行程較長的場合。 (3)其他液壓缸1)增壓液壓缸。增壓液壓缸又稱增壓器，它利用活塞和柱塞有效面積的不同使液壓系統(tǒng)中的局部區(qū)域獲得高壓。它有單作用和雙作用兩種型式，顯然增壓能力是在降低有效能量的基礎(chǔ)上得到的，也就是說增壓缸僅僅是增大輸出的壓力，并不能

47、增大輸出的能量。單作用增壓缸在柱塞運(yùn)動到終點(diǎn)時(shí)，不能再輸出高壓液體，需要將活塞退回到左端位置，再向右行時(shí)才又輸出高壓液體，為了克服這一缺點(diǎn)，可采用雙作用增壓缸， 2)伸縮缸。伸縮缸由兩個(gè)或多個(gè)活塞缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞桿內(nèi)孔是后一級活塞缸的缸筒，伸出時(shí)可獲得很長的工作行程，縮回時(shí)可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸，伸縮缸被廣泛用于起重運(yùn)輸車輛上。伸縮缸的外伸動作是逐級進(jìn)行的。首先是最大直徑的缸筒以最低的油液壓力開始外伸，當(dāng)?shù)竭_(dá)行程終點(diǎn)后，稍小直徑的缸筒開始外伸，直徑最小的末級最后伸出。隨著工作級數(shù)變大，外伸缸筒直徑越來越小，工作油液壓力隨之升高，工作速度變快。3)齒輪缸。它由兩個(gè)柱塞缸和一套齒條傳動

48、裝置組成，柱塞的移動經(jīng)齒輪齒條傳動裝置變成齒輪的傳動，用于實(shí)現(xiàn)工作部件的往復(fù)擺動或間歇進(jìn)給運(yùn)動。根據(jù)泵車的工作需要臂液壓缸應(yīng)選用缸體固定的單桿式活塞缸,即HSG型工程液壓缸，HSG型工程液壓缸為雙作用單活塞桿式液壓缸,具有安裝連接方式多樣以及可帶緩沖裝置等特點(diǎn)。綜上所選HSG缸液壓結(jié)構(gòu)如圖3.1所示圖3.13.2 液壓缸承載力的計(jì)算液壓缸承載力，是液壓缸承受所有外部載荷的總稱，它包括工作負(fù)載，外摩擦負(fù)載和慣性負(fù)載。承載力按下式計(jì)算6： PN=Pn+Pm+Pg (3.1)式中 PN 液壓缸總承載力(N) Pn 工作負(fù)載(N) Pm外摩擦負(fù)載(N) Pg液壓缸運(yùn)動速度變化時(shí)產(chǎn)生的慣性負(fù)載(N)泵車

49、臂架結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示：圖3.2 臂架結(jié)構(gòu)圖3.2.1臂工作負(fù)載的分析舉升油缸下端與下臂鉸接，上端與滑架鉸接，其作用力主要用于舉升臂架，改變臂架與地面的角度，從而使之適應(yīng)不同的工作要求。計(jì)算液壓缸負(fù)載力時(shí),必須對液壓缸所處的工作狀況進(jìn)行全面分析。首先正確地確定作用在液壓缸上的力。在不同工作條件下，液壓缸承受的力往往是變化的，這就需要求出最大的力。此液壓缸在力臂處于水平位置時(shí)，作用在支承液壓軸線上的分力為最大，所以此時(shí)受力最大（圖3.3）。圖3.3查閱相關(guān)資料1可知臂處于水平狀態(tài)時(shí)舉升力與豎直方向成度角，因此此時(shí)的作用力F0的豎直方向的分力F1可由如下公式表述出來： F1=G1L2/L1 (3

50、.2) F0=F1/COS (3.3)式中 G1臂鉸接點(diǎn)右端即臂的重量(N) l1舉升油缸作用力對鉸點(diǎn)的力臂(m) l2鉸接點(diǎn)右端即臂的質(zhì)心到鉸接點(diǎn)的水平距離(m)3.2.2 外摩擦負(fù)載的分析計(jì)算外摩擦負(fù)載是指液壓缸在運(yùn)動時(shí)所拖動的機(jī)構(gòu)與導(dǎo)向或支撐件之間的摩擦力，泵車四臂油沒有外摩擦力。3.2.3 慣性負(fù)載的分析 液壓缸和運(yùn)動過程并不是勻速運(yùn)動,它必須經(jīng)過啟動加速運(yùn)動勻速運(yùn)動減速運(yùn)動制動這樣一個(gè)過程,在變速過程必然會產(chǎn)生慣性力,即慣性負(fù)載。由于在此液壓缸工作中，缸筒運(yùn)動的速度慢，所以慣性負(fù)載可以忽略。3.3 總承載力的計(jì)算液壓缸在啟動時(shí)承載力最大,因?yàn)樗坏朔ぷ髫?fù)載、靜摩擦力,而且還要克

51、服慣性力。但此液壓缸在實(shí)際工作時(shí)不是同時(shí)承受這三種力，它沒有外摩擦力。所以只受重力和慣性力的影響。由于在此液壓缸工作中，缸筒運(yùn)動的速度慢，所以慣性負(fù)載可以忽略。通過以上對舉升油缸作用力的計(jì)算，得出了舉升油缸的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，間接的為下面的舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部分作基礎(chǔ)。3.4 各臂架液壓缸參數(shù)計(jì)算3.4.1液壓缸承載力的計(jì)算查閱相關(guān)資料1，及設(shè)計(jì)要求可得各液壓缸所受外力如表3.3所示。3.4.2 液壓缸內(nèi)徑尺寸與活塞桿直徑的確定工作壓力是確定執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)，它的大小影響執(zhí)行元件的尺寸和成本，乃至整個(gè)系統(tǒng)性能。工作壓力選得高，執(zhí)行元件和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，但對元件的強(qiáng)度、剛度及密封要求高

52、，且要采用較高壓力的液壓泵；反之，如果工作壓力選得低，就會增大執(zhí)行元件及整個(gè)系統(tǒng)的尺寸，使結(jié)構(gòu)變得龐大。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?。?zhí)行元件工作壓力可以根據(jù)總負(fù)載值或者主機(jī)設(shè)備類型選取，如表3.1，表3.2所示。由負(fù)載值大小查表3.1，參考同類型混凝土泵車，取各臂液壓缸工作壓力。表3.1 負(fù)載和工作壓力之間的關(guān)系負(fù)載F/KN55-1010-2020-3030-5050工作壓力 P/MPa0.8-1.51.5-22.5-33.0-4.04.0-5.05.0表3.2 各類液壓設(shè)備常用的工作壓力設(shè)備類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)液壓機(jī)、重型機(jī)械、大中型挖掘機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械

53、磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力P/MPa0.8-23-52-88-1010-1820-32油缸受最大載荷F0，活塞桿是工作在受壓狀態(tài)，如圖3.4所示:0 圖3.4 活塞桿受壓狀態(tài)圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求及提供的相關(guān)參數(shù)如表3.3表3.3各臂液壓缸結(jié)構(gòu)簡圖所受外載荷F0/N工作壓力P/MPa工作速度V/(mm/s)臂架4G4=25000NL1=0.6mL=4.04m=15G=25000NF0=174258N2020臂架3G3=26000NL1=0.6mL=3.99m=15G=51000NF0=351087N2520臂架2G2=26000NL1=0.6mL=3.93m=15G=77000NF0=52210

54、1N2520臂架1G1=28000NL1=2.4mL=4.325m=75G=105000NF0=731139N2820(1)缸筒由液壓缸的結(jié)構(gòu)圖如圖3.5所示可知圖3.51）內(nèi)徑D。液壓缸的缸筒內(nèi)徑D是根據(jù)負(fù)載的大小來選定工作壓力或往返運(yùn)動速度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑D，再從GB234880標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計(jì)的缸筒內(nèi)徑。根據(jù)負(fù)載和工作壓力的大小確定D：以無桿腔作工作腔時(shí) (3.4)以有桿腔作工作腔時(shí) (3.5)式中：pI為缸工作腔的工作壓力，可根據(jù)機(jī)床類型或負(fù)載的大小來確定；Fmax為最大作用負(fù)載。應(yīng)為臂架上升時(shí)工作腔為無桿腔，又已知油缸受的最大載荷，根據(jù)公

55、式3.4和表3.3可得缸筒的內(nèi)徑分別為表3.4所示：表3.4臂架4液壓缸臂架3液壓缸臂架2液壓缸臂架1液壓缸缸筒內(nèi)徑D（mm）1051281631762）缸筒壁厚 對于高壓系統(tǒng)或3.216時(shí)，液壓缸缸筒厚度一般按中等壁厚筒計(jì)算，公式如下： (3.6)式中 液壓缸缸筒厚度 試驗(yàn)壓力(Mpa)，當(dāng)工作壓力P16 Mpa時(shí)，=1.5P，當(dāng)工作壓力P16 Mpa時(shí)，=1.25P，這里應(yīng)取=1.25P 液壓缸內(nèi)徑(m) 缸體材料的許用應(yīng)力（Mpa），可通過下面公式求得： (3.7) 缸體材料的抗拉強(qiáng)度(Mpa) 安全系數(shù)，=3.55，一般取=5但對于鍛鋼45的許用應(yīng)力一般都取=110(Mpa)-強(qiáng)度系數(shù)

56、，對于無縫鋼管，=1；C-計(jì)入壁厚公差及腐蝕的附加厚度，D1D+2，通常圓整到標(biāo)準(zhǔn)厚度值再根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取液壓外缸直徑D1如表3.5表3.5臂架4液壓缸臂架3液壓缸臂架2液壓缸臂架1液壓缸/MPa2531.2531.2535/mm10131719D1/mm1211521942193）缸筒長度L6。缸筒內(nèi)有導(dǎo)向套、緩沖柱塞、活塞故其長度為L6=L-L1-L5+C=L2+S+L4+C (3.8)式中： L-液壓缸的總長L1-左耳環(huán)離缸筒的距離L2-導(dǎo)向套長度S-行程L3-緩沖柱塞長度L4-活塞長度L5-右端蓋的安裝長度C-與后端蓋連接長度缸筒長度L6具體如表3.12所示。（2）活塞桿1）活塞桿

57、的連接方式活塞桿與活塞的連接采用螺紋連接，左端與左耳環(huán)采用焊接連接其結(jié)構(gòu)如圖3.6所示，選用45號鋼作為活塞桿的材料圖3.62）外徑d?；钊麠U外徑d通常先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。若速度比為，=則式子為： (3.9)也可根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，表3.5工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表3.6速度比要求確定d/D/1.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71根據(jù)表3.6與表3.7取公式d=0.7D,可得活塞桿外徑d如表3.8示。表3.8臂架4液壓

58、缸臂架3液壓缸臂架2液壓缸臂架1液壓缸活塞桿外徑d/mm73.589.6114123當(dāng)按GB/T23481993將這些直徑按表3.9圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值并由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積如表3.10所示表3.9液壓缸的公稱壓力系列（GB/T7938-1978）/MPa0.63，1.0，1.6，2.5，4，6.3，10，16，25，31.5， 40.0液壓缸內(nèi)徑系列（GB/T2348-1993）/mm8, 10, 12, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80,(90), 100, (110),125, (140),160,(180), 200, (220), (280), 320,(

59、360), 400, (450), 500活塞缸直徑系列（GB/T2348-1993）/mm4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25,28,32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100,110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280,320, 360活塞行程系列（GB/T2349-1980）/mm第一系列25，50，80，100，125，160，200，250，320，400，500，630，800，1000，1250，1600，2000，2500，3200，4000第二系列40，63，90，110，140，180，220，280，360，450，550，700，900，1100，1400，1800，2200，2800第三系列240，260，300，340，380，420，480，530，600，650，750，850，950，1050，1200，1300，1500，1700，1900，2100，2400，2600，3000，3400，3800A1= A2=表3.10臂架4液壓缸臂架3液壓缸臂架2液壓缸臂架1液壓缸D/mm100125160180d/mm7090110125A1/