燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書（機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)）項(xiàng)目名稱： 100t 平板車懸掛液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名： 閆桂山、張 帥、宋旭通、孫永海指導(dǎo)教師： 郭 銳 職 稱： 講 師 2012-12-172 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）：機(jī)械工程學(xué)院 基層教學(xué)單位： 機(jī)電控制系 項(xiàng)目名稱100t 平板車懸掛液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名郭銳參加學(xué)生數(shù)(人)4項(xiàng)目考察知識(shí)點(diǎn)(1) 培養(yǎng)學(xué)生液壓元件及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。(2) 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)液壓系統(tǒng)的分析優(yōu)化能力。(3) 培養(yǎng)學(xué)生使用二維、三維CAD軟件以及液壓專業(yè)仿真軟件的能力。(4) 培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際操作、分析和解決問題的能力。(5) 提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力及實(shí)踐能力。項(xiàng)目需前期知識(shí)儲(chǔ)備掌握液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓伺服與比例控制系統(tǒng)、氣壓傳動(dòng)及控制三門課程，精通二維CAD繪圖、三維Solidworks設(shè)計(jì)、掌握PLC電氣控制基礎(chǔ)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)最大工作壓力：315bar系統(tǒng)最大流量：40L/min項(xiàng)目實(shí)施內(nèi)容要求1、原理、選型及計(jì)算說明書1份；說明書還包括電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)搭建等所有工作；2、系統(tǒng)原理圖；3、泵站三維圖；4、用氣動(dòng)力士樂試驗(yàn)臺(tái)，做一個(gè)框架車懸掛系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)以及電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)(包括電氣梯形圖等)。項(xiàng)目試驗(yàn)內(nèi)容要求完成框架車懸掛液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，搭建試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行動(dòng)作試驗(yàn)，在試驗(yàn)中記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，總結(jié)出心得感受，并得出實(shí)驗(yàn)測試報(bào)告1份。項(xiàng)目結(jié)題須提交材料(1)計(jì)算選型說明書1份(2)系統(tǒng)原理圖1張(A1)(3)泵站三維圖1張(A0)(4)實(shí)驗(yàn)測試分析報(bào)告1份小組成員分工閆桂山：液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算宋旭通：元件的選型及試驗(yàn)臺(tái)的搭建孫永海：PLC控制回路設(shè)計(jì)并進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)張 帥：泵站設(shè)計(jì)及說明書的撰寫 第 74 頁 共 74 頁小組分工及貢獻(xiàn)姓 名課題組分工閆桂山宋旭通張帥孫永海摘 要懸掛液壓系統(tǒng)是工程機(jī)械運(yùn)輸車諸多液壓系統(tǒng)之一，在運(yùn)輸車工作過程，懸掛液壓系統(tǒng)起到了提高運(yùn)輸車可靠性與穩(wěn)定性的功能，能夠很好地平穩(wěn)機(jī)身，在凹凸不平的路況，也起到減震作用。應(yīng)用了懸掛系統(tǒng)的運(yùn)輸車在我國有著廣闊的應(yīng)用前景。但是一直以來，由于分流集流閥的運(yùn)用，運(yùn)輸車的同步效率程度低、穩(wěn)定性差等問題一直是制約該類系統(tǒng)的不足，研發(fā)擁有更好性能的液壓系統(tǒng)對(duì)于提高運(yùn)輸車性能有很好的價(jià)值與意義。本設(shè)計(jì)采用負(fù)載敏感技術(shù),并引入雙管路防爆閥和壓力補(bǔ)償方法，有效地解決了平板車懸掛升降控制的穩(wěn)定性、精確性及同步性，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性也大大提高。關(guān)鍵詞：懸掛液壓系統(tǒng)、負(fù)載敏感技術(shù)、雙管路防爆閥、可靠性、壓力補(bǔ)償目錄小組分工及貢獻(xiàn)3摘 要4第1章 緒論81.1 課題背景81.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀101.2.1 工程車國外發(fā)展現(xiàn)狀101.2.2 工程車國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11第2章 平板車懸掛機(jī)構(gòu)簡介132.1 整車結(jié)構(gòu)132.2懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)132.3 懸掛機(jī)構(gòu)分析14第3章 平板車懸掛機(jī)構(gòu)可靠性分析163.1 可靠性的定義163.2 可靠性工程及任務(wù)163.2.1可靠性工程163.2.2可靠性工程的任務(wù)173.3平板車懸掛機(jī)構(gòu)可靠性分析173.3.1懸掛機(jī)構(gòu)可靠性概況173.3.2 懸掛鋼架受力分析193.3.3 solidworks有限元分析19第4章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)234.1 100T平板車懸掛液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)234.1.1 負(fù)載敏感系統(tǒng)234.1.2 雙管路防爆閥應(yīng)用274.1.3 壓力補(bǔ)償閥的應(yīng)用294.2 100T平板車懸掛液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求314.3 液壓系統(tǒng)的組成及工作原理314.3.1 系統(tǒng)組成314.3.2 工作原理34第5章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及元件選擇365.1 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)365.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)365.1.2 執(zhí)行元件的確定365.1.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù)375.2 泵及發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇385.2.1 概況385.2.2 液壓泵的選擇395.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇415.3 閥類元件的選擇415.3.1 閥類元件的選擇依據(jù)415.3.2控制元件元件的選取425.4 其他輔助元件的選擇435.4.1 過濾器的選擇435.4.2冷卻器的選擇455.4.3液位液溫計(jì)的選擇455.4.4空氣濾清器的選擇465.4.5壓力表儀器的選擇46第6章 液壓泵站的設(shè)計(jì)476.1 概述476.2 泵站設(shè)計(jì)要點(diǎn)476.3 泵站設(shè)計(jì)496.4 本章小結(jié)49第7章 油箱設(shè)計(jì)517.1 概述517.2 油箱的分類517.3 油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)517.4 油箱的設(shè)計(jì)計(jì)算537.4.1 油箱外形尺寸確定537.4.2 油箱的三維建模547.5 本章小結(jié)54第8章 負(fù)載敏感泵仿真分析568.1 負(fù)載敏感泵數(shù)學(xué)建模568.1.1靜態(tài)特征方程568.1.2動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型578.2負(fù)載敏感泵matlab仿真分析618.2.1負(fù)載敏感泵的仿真建模618.2.2 負(fù)載敏感泵仿真分析62第9章 PLC控制回路模擬實(shí)驗(yàn)649.1 實(shí)驗(yàn)原理649.2 實(shí)驗(yàn)記錄及分析65第10章 液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試及維護(hù)6610.1 液壓元件的安裝6610.2 液壓系統(tǒng)調(diào)試6710.2.1調(diào)試前檢查6710.2.2系統(tǒng)的調(diào)試6710.3 系統(tǒng)維護(hù)68心得70參考文獻(xiàn)72第1章 緒論1.1 課題背景隨著我國交通、能源等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程的快速發(fā)展，加上建筑業(yè)和工業(yè)，特別是重工業(yè)和其周邊產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的運(yùn)輸車輛已經(jīng)無法滿足現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)輸要求，近年來大中型工程機(jī)械需求量和保有量連續(xù)快速增長。在眾多的工程機(jī)械中，特別是進(jìn)口設(shè)備中，采用液壓傳動(dòng)和全液壓驅(qū)動(dòng)十分普遍，如隧道掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)、大噸的運(yùn)梁車、吊車、升降臺(tái)車，以及攤鋪機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)等。 工程運(yùn)輸車(工業(yè)用重型車輛)在工程機(jī)械領(lǐng)域中是一重要分支，它適應(yīng)了現(xiàn)代化物流配送需要而蓬勃發(fā)展。工程運(yùn)輸車在20 世紀(jì)50 年代誕生于歐洲，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，形成了各具特色、成龍配套的工業(yè)用重型車輛系列，最大載重已達(dá)10000 噸以上。在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通建設(shè)、鋼廠、船廠、機(jī)場以及物流等行業(yè)。近年來，有些國內(nèi)企業(yè)(如鄭州大方公司、北戴河通連路橋與特種車輛公司)在國外成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，根據(jù)國內(nèi)市場需求，也開始涉足到工業(yè)用重型車輛的行業(yè)中來，但現(xiàn)在總體來說還處于起步階段。工程運(yùn)輸車輛之所以在現(xiàn)代物流市場，特別是項(xiàng)目物流中能夠站穩(wěn)腳跟除了市場需求強(qiáng)勁以外，另外一個(gè)重要因素就是現(xiàn)代公路網(wǎng)的發(fā)展。公路的建設(shè)以及建設(shè)的質(zhì)量都比以前有了顯著的提高，某些貨物的運(yùn)輸漸漸由鐵道運(yùn)輸轉(zhuǎn)變?yōu)楣愤\(yùn)輸。相比鐵道運(yùn)輸，公路網(wǎng)更能實(shí)現(xiàn)“門到門”的現(xiàn)代貨物運(yùn)輸需求。重型液壓工程運(yùn)輸車在物流配送方面的作用是無可替代的，它廣泛應(yīng)用于大件超重型貨物和工程設(shè)備結(jié)構(gòu)等的陸上運(yùn)輸。重型工程運(yùn)輸車輛是對(duì)大型零部件以及產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)輸和轉(zhuǎn)場的常用運(yùn)輸工具，是企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要組成部分。如圖 1-1 所示是重型工業(yè)用工程車輛典型的四個(gè)應(yīng)用示例。圖 1-1 重型工程車輛典型應(yīng)用總之，工程運(yùn)輸車在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用領(lǐng)域是非常廣泛與重要的。從工程機(jī)械分類的角度可用圖1-2 說明，重型液壓工程運(yùn)輸車輛在工程機(jī)械領(lǐng)域中的位置情況。圖 1-2 工程運(yùn)輸車輛在工程機(jī)械領(lǐng)域的位置1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 工程車國外發(fā)展現(xiàn)狀液壓工程運(yùn)輸車通常稱作工業(yè)用重型車，它的最大特點(diǎn)是液壓驅(qū)動(dòng)和升降，這項(xiàng)專利半個(gè)世紀(jì)前誕生于德國SCHEUERLE 重型車輛有限公司。在歐洲，有數(shù)家企業(yè)從事工業(yè)用重型車輛的研制開發(fā)，可以列舉的公司包括SCHEUERLE( 德國) 、NICOLAS( 法國) 、KAMAG(德國) 以及GOLDHOFER(德國)等，這些企業(yè)根據(jù)最終用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，為用戶制造出技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的現(xiàn)代化工業(yè)用重型車輛。半個(gè)世紀(jì)以來，這些公司不斷致力于開發(fā)新產(chǎn)品，越來越多的現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)用重型車輛。其產(chǎn)品的基本特點(diǎn)可以從結(jié)構(gòu)方面、液壓系統(tǒng)方面、電氣控制方面等方面的特點(diǎn)加以概括。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面一般具有下列特點(diǎn)：(1) 國外采用的底盤鋼架結(jié)構(gòu)由高強(qiáng)度鋼焊接而成，在外力扭矩作用下，有最佳的抗彎曲特性。(2) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為獨(dú)立轉(zhuǎn)向和拉桿轉(zhuǎn)向。獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可使車輛按任意轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)向，最小轉(zhuǎn)彎半徑為零，在對(duì)角線模式下可實(shí)現(xiàn)零到九十度任意方向斜行，由于其轉(zhuǎn)向靈活，在工業(yè)用重型車輛中廣泛應(yīng)用。(3) 制動(dòng)系統(tǒng)分為停車制動(dòng)和駐車制動(dòng)。停車制動(dòng)時(shí)，壓縮空氣或液壓油通過控制閥到制動(dòng)缸作用到剎車片。駐車制動(dòng)一般由馬達(dá)減速器內(nèi)置剎車裝置實(shí)現(xiàn)。(4) 系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)能根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際要求，可以將重型車輛分割成不同的模塊，便于重型車輛的生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝。在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，工業(yè)用重型車輛的控制系統(tǒng)一般均為液壓控制系統(tǒng)，包括液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、液壓懸掛系統(tǒng)以及液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其基本特點(diǎn)可概括說明如下：(1) 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為靜液壓系統(tǒng)，液壓泵的輸出通過閉式液壓回路與變量馬達(dá)相連，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓泵的排量，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行過載保護(hù)。(2) 液壓懸掛系統(tǒng)能夠根據(jù)路面的情況自動(dòng)調(diào)整懸掛液壓缸的伸縮量，保證每個(gè)輪胎所承受的載荷相同。液壓懸掛系統(tǒng)也是車身的提升系統(tǒng)，可以均勻抬高車身的高度，當(dāng)某一輪胎需要更換時(shí)，可關(guān)閉這個(gè)輪胎的懸掛系統(tǒng)而使其它懸掛升起，要更換的輪胎被方便拆下而不需要其它設(shè)備。(3) 液壓管道防爆。液壓懸掛系統(tǒng)中聯(lián)接懸掛液壓缸的橡膠軟管上安裝防爆閥，當(dāng)橡膠軟管爆裂時(shí)，防爆閥能夠立刻關(guān)閉管路，使輪胎載荷補(bǔ)償特性不受損害。 (4) 液壓防滑。液壓防滑裝置安裝在液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上，液壓馬達(dá)的最大允許轉(zhuǎn)速被限制，當(dāng)液壓泵輸出流量最大時(shí)，防滑裝置起到差速鎖的作用，該裝置對(duì)前進(jìn)及后退都有效。1.2.2 工程車國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)大型工程機(jī)械制造企業(yè)也早已意識(shí)到該產(chǎn)品市場的巨大蘊(yùn)涵量，目前正在廣泛引進(jìn)國外先進(jìn)產(chǎn)品的同時(shí)，積極掌握國外先進(jìn)技術(shù)，研制發(fā)開符合中國國情的工業(yè)用重型車輛。目前在國內(nèi)，只有少數(shù)企業(yè)涉足到工業(yè)用重型車輛的研制開發(fā)領(lǐng)域，如武漢天捷專用汽車有限公司研制開發(fā)了100 噸液壓半掛運(yùn)輸車，上海電力環(huán)保設(shè)備總廠為秦沈客運(yùn)專線研制開發(fā)了450 噸運(yùn)梁車，但它們只能根據(jù)客戶需要開發(fā)單獨(dú)的產(chǎn)品，并不能系列的生產(chǎn)工業(yè)用重型車輛，主要原因是工業(yè)用重型車輛技術(shù)含量比較高，因此，國內(nèi)工業(yè)用重型車輛市場基本被極少數(shù)國外大企業(yè)占領(lǐng)，并且，國外企業(yè)正在積極進(jìn)入國內(nèi)市場，如德國SCHEUERLE 公司正擬在青島建廠進(jìn)行生產(chǎn)100 噸級(jí)平板車及物流裝卸設(shè)備，德國GOLDHOLFER 公司擬在上海建廠。通過吸引外國具有較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力與研發(fā)能力的公司到我國建廠，逐漸吸收和消化外資企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)與科學(xué)的管理經(jīng)驗(yàn)，這也是我國工業(yè)用重型車輛的一條行之有效的發(fā)展之路。在工程運(yùn)輸車這一領(lǐng)域，河南鄭州大方橋梁機(jī)械股份有限公司為國內(nèi)用戶研制了各級(jí)噸位的工程運(yùn)輸車，其銷售業(yè)績達(dá)到30 余臺(tái)次。在我國北方地區(qū)以北戴河通連特種車輛公司最為出眾，通連憑借以往工程機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)(如架橋機(jī)械等)，參考國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，與燕山大學(xué)等科研優(yōu)勢(shì)單位合作，自主研發(fā)了TLC 系列工程運(yùn)輸車，已經(jīng)成功投放市場，目前的產(chǎn)能迅速達(dá)到每月一臺(tái)次(100 噸級(jí))，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上與九百噸級(jí)架橋機(jī)聯(lián)合作業(yè)的TLC900(載重900 噸)也正在研發(fā)之中，通連特種車輛公司的產(chǎn)品還包括30 米高空作業(yè)車等，為我過節(jié)省了大量外匯和投資成本，填補(bǔ)了我國工程機(jī)械領(lǐng)域多項(xiàng)空白，極大提高了我國尤其是北方地區(qū)的工程機(jī)械技術(shù)水平。隨著中國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)用重型車輛將越來越廣泛被應(yīng)用，工業(yè)用重型車輛在交通建設(shè)、鋼廠、船廠、機(jī)場以及物流等行業(yè)的市場正在逐漸被開發(fā)出來。第2章 平板車懸掛機(jī)構(gòu)簡介2.1 整車結(jié)構(gòu) 平板車為“機(jī)一電一液”一體化產(chǎn)品。全車采用液壓驅(qū)動(dòng)、液壓懸掛、獨(dú)立轉(zhuǎn)向和車架液壓調(diào)平等技術(shù)。整車由車架、雙駕駛室(兩端)、動(dòng)力部分、行走驅(qū)動(dòng)部件、獨(dú)立轉(zhuǎn)向部件、液壓懸掛以及液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成，如圖2-l所示。整車為4軸線，每軸線2個(gè)懸掛，每個(gè)懸掛四個(gè)輪胎。設(shè)有前后兩個(gè)駕駛室，動(dòng)力艙中間布置，動(dòng)力源為一臺(tái)水冷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。圖2-1重型平板運(yùn)輸車整車結(jié)構(gòu)簡圖2.2懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平板車多個(gè)輪系通過液壓懸掛支撐安裝在車架下，支撐整個(gè)車體，承擔(dān)載荷并傳遞運(yùn)動(dòng)。多點(diǎn)液壓懸掛按照區(qū)域分組聯(lián)通，形成3點(diǎn)或4點(diǎn)穩(wěn)定支撐。平板車的整車的升降、調(diào)平，由液壓懸掛來實(shí)現(xiàn)，如圖2-2所示，為懸掛三維立體模型。其油缸為單作用柱塞缸，油缸通過關(guān)節(jié)軸承耳環(huán)與懸掛架及平衡臂連接。在液壓力的作用下柱塞缸往外伸，懸掛架與平衡臂之間夾角不斷變大，平板車可由最低伸至最高。在平板車及平板車自重作用下柱塞往回收，平板車可降至最低，同時(shí)通過懸掛油缸的伸縮動(dòng)作，平板車還可以適應(yīng)凹凸不平的路面。平板車液壓懸掛的采甩，除了提供整車升降和調(diào)平的功能外，更重要的是液壓油缸的伸縮補(bǔ)償功能保證了運(yùn)行過程中輪組均勻承載，避免打滑，以適應(yīng)路面不平的情況，維持運(yùn)行的安全可靠。平臺(tái)車升降設(shè)計(jì)原則是除了滿足各部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外，能得到規(guī)定的平板車高度的升降范圍。圖2-2 重型平板運(yùn)輸車懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理想的懸掛應(yīng)滿足：液壓缸定量進(jìn)排油，平板車勻速升降；液壓缸油壓一定時(shí)，車輪受力相對(duì)恒定，不隨懸掛高度而改變。2.3 懸掛機(jī)構(gòu)分析液壓懸掛有多種形式，本文以鉸接單作用平衡臂式懸掛油缸作為研究對(duì)象，其結(jié)構(gòu)可以簡化為平面滑塊搖桿機(jī)構(gòu)，如圖2-3所示。AB為懸掛架，與回轉(zhuǎn)支承相連，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承旋轉(zhuǎn)，而懸掛架由回轉(zhuǎn)支承帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)車架沒有升降運(yùn)動(dòng)，在懸掛機(jī)構(gòu)中相當(dāng)于機(jī)架；AC為懸掛液壓缸，其伸縮長度決定平板車升降高度；BCD為平衡臂，通過B、C、D三點(diǎn)分別與懸掛架、懸掛液壓缸及車橋輪軸連接。A點(diǎn)與B點(diǎn)之間的距離為a，B點(diǎn)與C點(diǎn)之間距離為b，L為懸掛處于中位時(shí)液壓缸的初始長度，為起始轉(zhuǎn)向角度，為轉(zhuǎn)動(dòng)角度。設(shè)當(dāng)懸掛轉(zhuǎn)角為時(shí)，液壓缸的行程為，則有圖2-3懸掛機(jī)構(gòu)簡圖轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的力平衡方程為其中，F(xiàn)為液壓缸的輸出力，N；為懸掛缸轉(zhuǎn)動(dòng)力臂，m；為輪胎受力中心D點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。G為輪軸中心受力，N。根據(jù)三角形面積公式：可得：即第3章 平板車懸掛機(jī)構(gòu)可靠性分析3.1 可靠性的定義 人們對(duì)于可靠性的一般理解，就是認(rèn)為可靠性表示元件、組件、零件、部件、總成、機(jī)器、設(shè)備、或整個(gè)系統(tǒng)等產(chǎn)品，在正常使用條件下是否長期可靠，性能能否長期穩(wěn)定的特性?？煽啃允且园l(fā)生故障的難易程度作為考慮問題的出發(fā)點(diǎn)，定量地用可靠度來衡量?？煽慷仁怯酶怕时硎镜漠a(chǎn)品的可靠性程度的，可定義為產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。但在除了有概率統(tǒng)計(jì)等量的概念外，尚還包括有預(yù)期使用條件，工作的滿意程度，正常工作期的長短等內(nèi)容。 3.2 可靠性工程及任務(wù)3.2.1可靠性工程可靠性工程的歷史始于第二次世界大戰(zhàn)，是對(duì)產(chǎn)品（零、部件，元、器件，總成，設(shè)備或系統(tǒng)）的失效及其發(fā)生的概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)、可靠性預(yù)測、可靠性試驗(yàn)、可靠性評(píng)估、可靠性檢驗(yàn)、可靠性控制、可靠性維修及失效分析的一門涉及面很廣、具有相當(dāng)深度的學(xué)科，與各邊緣學(xué)科有著密切的聯(lián)系的工程學(xué)科。它是立足于系統(tǒng)工程方法，運(yùn)用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)工具（屬可靠性數(shù)學(xué)），對(duì)產(chǎn)品的可靠性問題進(jìn)行定量分析；采用失效分析方法（可靠性物理）和邏輯推理對(duì)產(chǎn)品故障進(jìn)行研究，找出薄弱環(huán)節(jié)，確定提高產(chǎn)品可靠性的途徑，并綜合地權(quán)衡經(jīng)濟(jì)、功能等方面地得失，將產(chǎn)品可靠性提高到滿意的程度的一門學(xué)科。 3.2.2可靠性工程的任務(wù) 可靠性工程的任務(wù)是研究系統(tǒng)或設(shè)備在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用的各個(gè)階段，定性與定量的分析、控制、評(píng)估和改善系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性，并在設(shè)計(jì)中達(dá)到可靠性與經(jīng)濟(jì)性綜合平衡。它是近二十年來隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要而興起的一門綜合性應(yīng)用學(xué)科。眾所周知，系統(tǒng)的可靠性是指系統(tǒng)投入使用后，維持無故障工作的能力。因此，可靠性工程的任務(wù)就是保證系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和運(yùn)行的整個(gè)過程達(dá)到用戶所要求的可靠性。一般說來，零件、設(shè)備、裝置、系統(tǒng)等可靠性問題是在開始使用時(shí)就同時(shí)出現(xiàn)的，就產(chǎn)品而言，最基本的要求是不易損壞，即不易失效。然而，在某些情況下，失效是不可避免的現(xiàn)象，往往難以預(yù)測?？煽啃约夹g(shù)就是預(yù)防可預(yù)測故障的發(fā)生，減少不可預(yù)測故障的發(fā)生率，從而盡可能地減少故障所造成的損失。3.3平板車懸掛機(jī)構(gòu)可靠性分析 3.3.1懸掛機(jī)構(gòu)可靠性概況平板車液壓懸掛部件組是工程車使用性能得以實(shí)現(xiàn)的重要部件。實(shí)際安裝好以后的工程車懸掛部件組如圖3-1 所示，它包括懸掛鋼架、平衡臂、懸掛油缸、車橋以及安裝好的馬達(dá)、減速器和尚未安裝的左右輪胎。如果和人體相比，其在整車中的作用可以比作人的兩條腿部。工程車懸掛鋼架是工程車液壓懸掛部件組中的重要零件。其零件圖如圖3-2 所示，其頂部通過推力軸承連接車架平臺(tái)，上部圓孔是懸掛液壓缸的耳環(huán)安裝孔，下部圓孔通過銷軸連接平衡臂及車橋與輪胎。在整車運(yùn)行之中，它負(fù)責(zé)均衡分配所有輪胎之間的載荷，使得承載均勻、運(yùn)行平穩(wěn)，還負(fù)責(zé)整車的升降、轉(zhuǎn)向工作。圖3-1 液壓懸掛部件照片 圖3-2 液壓懸掛剛架零件圖3.3.2 懸掛鋼架受力分析首先，對(duì)液壓懸架進(jìn)行受力分析，滿載時(shí)，液壓油缸受力最大。以懸臂為研究對(duì)象，畫出其受力圖如圖3-3所示。圖3-3 液壓懸架懸臂受力圖圖3-3中G一液壓懸架滿載負(fù)荷；F液壓油缸作用力；N鉸鏈約束反力。懸臂是在3個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡，已知液壓懸架滿載負(fù)荷G的大小和方向以及液壓油缸作用力的方向，由正弦定理：可以求出各力的大小。3.3.3 solidworks有限元分析將懸臂的三維實(shí)體模型進(jìn)行solidworks有限元分析，定義材料的彈性模量E=210000 MPa，泊松比=0.3，屈服極限盯=345MPa，密度p=，采用solid45單元對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖3-4所示。solid45單元用于三維實(shí)體結(jié)構(gòu)模型。單元由8個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)合而成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有x、y、z方向的3個(gè)自由度。該單元具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力強(qiáng)化、大變形和大應(yīng)變的特征。因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度，所以每個(gè)6面體單元有24個(gè)自由度。3-4 懸架結(jié)構(gòu)立體圖與網(wǎng)絡(luò)剖分圖利用solidworks simulation求解器進(jìn)行靜力學(xué)分析，其變形和應(yīng)力分布云圖如圖3-5所示。由圖可以看出，對(duì)于懸臂的最大變形為0.04mm，最大應(yīng)力出現(xiàn)在懸臂與油缸的連接孔處，約為104MPa。整個(gè)懸架受力比較均勻、狀態(tài)良好。3-5（a） 懸掛剛架應(yīng)力云圖3-5（b） 懸掛鋼架受力位移云圖3-5（c） 懸掛剛架應(yīng)變?cè)茍D本文通過solidworks軟件分別建立了液壓懸架的懸掛剛架的實(shí)體模型、有限元分析模型，并利用Simulation有限元插件進(jìn)行了強(qiáng)度和變形分析。根據(jù)分析結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了懸掛剛架受力的可靠性。第4章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)重型平板車的載重都在100t以上，是運(yùn)輸大型零部件以及產(chǎn)品和轉(zhuǎn)場的常用工具，是企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要組成部分，在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通建設(shè)、鋼廠、船廠、機(jī)場以及物流等行業(yè)&重型平板車的作業(yè)對(duì)象復(fù)雜，負(fù)載變化比較大，這給重型平板車的微動(dòng)調(diào)節(jié)帶來了不利影響，同時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)合操作也出現(xiàn)了相互影響，其液壓控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響到整車的性能.4.1 100T平板車懸掛液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 4.1.1 負(fù)載敏感系統(tǒng)負(fù)載敏感系統(tǒng)是一個(gè)具有壓差反饋，在流量指令下實(shí)現(xiàn)泵對(duì)負(fù)載壓力隨動(dòng)控制的閉環(huán)系統(tǒng)。負(fù)載敏感系統(tǒng)是一種容積調(diào)速和節(jié)流調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)保證液壓泵的壓力和流量與系統(tǒng)所需的自動(dòng)匹配，具有節(jié)能作用。變量泵通過檢測和維持泵出口壓力和負(fù)載壓力之差，使泵的流量僅決定于系統(tǒng)回路中換向閥開口的大小，與負(fù)載壓力無關(guān)。負(fù)載敏感變量泵節(jié)能原理：負(fù)載敏感變量泵能使泵的輸出壓力和流量自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載需求，大幅度提高液壓系統(tǒng)效率。其工作原理圖如圖4-1所示。圖4-1 變量泵負(fù)載敏感控制原理圖閥2的流量方程式中Q負(fù)載流量K流量系數(shù)A節(jié)流閥開口面積m與節(jié)流口形式有關(guān)的指數(shù)負(fù)載敏感控制閥4的閥芯在調(diào)節(jié)過程中發(fā)生的位移很小，彈簧的彈性系數(shù)也不大，因此可以認(rèn)為閥芯彈簧的設(shè)定壓力Fs為定值，則閥芯在靜止時(shí)的受力平衡程為，即式中閥芯彈簧設(shè)定壓力壓力油作用在閥芯上的有效面積結(jié)合原理圖4-1可以看出:1)當(dāng)閥芯彈簧壓力設(shè)定后，閥芯在平衡位置時(shí)恒定。當(dāng)需要改變負(fù)載速度時(shí)，只需改變節(jié)流閥2的節(jié)流口面積。例如，要提高負(fù)載速度，閥2開口面積A增加，由于此時(shí)Q還未發(fā)生變化，p將減小，則此時(shí)閥5的閥芯將左移，B、0口接通，壓力油進(jìn)入變量油缸6的右腔，推動(dòng)油缸活塞左移，使變量泵l的排量增加，流過閥2的負(fù)載流量Q增加，P增加，直至重新達(dá)到平衡條件，負(fù)載速度得到提高，完成了一輪調(diào)速過程，實(shí)現(xiàn)了按需供油；2)當(dāng)負(fù)載壓力PL變化時(shí)，例如PL減小，則p增大，由于閥2開口面積不變，通過閥2的流量增加。由于此時(shí)閥4的閥芯將右移，A、0口接通，變量油缸6的右腔與油箱接通，油缸活塞在彈簧推動(dòng)下右移，使變量泵1的排量減小，閥2流量減小，p減小，P6降低，直至重新達(dá)到平衡條件，p恢復(fù)到平衡狀態(tài)時(shí)的設(shè)定值。這樣在節(jié)流閥開度即截流面積固定的情況下，流過閥口的流量也保持恒定，從而使得執(zhí)行元件的動(dòng)作速度保持恒定，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了按需供壓。從而可以改善系統(tǒng)的調(diào)速特性并節(jié)約能源。負(fù)載敏感型變量泵不存在溢流損失。雖然系統(tǒng)節(jié)流損失依然存在，但由于節(jié)流閥兩端壓差恒定且較小(由閥芯彈簧設(shè)定，約IMPa2MPa)，因此系統(tǒng)的節(jié)流損失很小，其功率損耗為系統(tǒng)效率為：由于泵的出口壓力P。由負(fù)載決定，所以負(fù)載壓力越高，泵的出口壓力越高，其回路的效率也就越高，液壓回路的節(jié)能效果越好。另外，負(fù)載敏感控制泵工作時(shí)的壓力只需比負(fù)載壓力略高，而不必像恒壓泵那樣必須工作在一個(gè)較高的設(shè)定壓力，這有利于延長泵的壽命。負(fù)載敏感變量泵與壓力補(bǔ)償閥配合使用，可以實(shí)現(xiàn)單泵驅(qū)動(dòng)多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的獨(dú)立調(diào)速，各執(zhí)行元件不受外部負(fù)載變動(dòng)和其他執(zhí)行元件的干擾。由于負(fù)載敏感調(diào)速系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)按需供油，同時(shí)也能按需供壓，是能量損失很小的調(diào)速方案，所以負(fù)載敏感型變量泵系統(tǒng)非常適用于負(fù)載壓力較高、調(diào)速范圍較大的單泵、單負(fù)載系統(tǒng)或負(fù)載差異較大的單泵多負(fù)載系統(tǒng)。負(fù)荷敏感控制(LS)具有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)液壓元件的壽命增長，尤其是油泵的負(fù)荷比無LS的系統(tǒng)小。(2)流量調(diào)節(jié)更快、更準(zhǔn)確，與外負(fù)載無關(guān)。(3)節(jié)能，系統(tǒng)根據(jù)工作需要提供壓力和流量，無流量損失。(4)產(chǎn)生的熱量少，只需要較小的冷卻器或可不用冷卻器。(5)可使用比其他系統(tǒng)更少的油泵。(6)噪聲低。由于負(fù)載敏感變量泵的流量能夠根據(jù)工況和負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，具有效率高、脈動(dòng)小、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合工程機(jī)械負(fù)載變化劇烈、工況變換頻繁的特點(diǎn)，所以在工程機(jī)械上應(yīng)用非常廣泛，圖4-2為采用負(fù)載敏感變量泵的平板車懸掛液壓系統(tǒng)原理圖。4-2 負(fù)載敏感變量泵的平板車懸掛液壓系統(tǒng)原理圖4.1.2 雙管路防爆閥應(yīng)用1. 傳統(tǒng)管路防爆閥原理為了解決問題，工程中的通用做法是安裝傳統(tǒng)的管路防爆閥，用它來防止由于管路破裂而引起的執(zhí)行機(jī)構(gòu)下降失控，其工作原理及結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。防爆閥的B 口連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)懸掛缸，F(xiàn) 口連接易爆危險(xiǎn)管路。液壓油從F 到B 可以正常通過，從B 到F 由于節(jié)流的作用會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓差。在管路工作正常的情況下，從B 到F 產(chǎn)生的壓差不會(huì)超過彈簧力，閥芯維持一定的開口度，液壓油可以正常流通。如果危險(xiǎn)管路出現(xiàn)問題，從B 到F 的流量會(huì)大大的增加，當(dāng)壓差超過彈簧力時(shí)，閥芯會(huì)立刻關(guān)閉，負(fù)載能夠停留在管路破裂瞬間的位置上，直到F 端恢復(fù)正常壓力后，防爆閥方能開啟。4-3傳統(tǒng)防爆閥圖形符號(hào)和結(jié)構(gòu)原理如果平板車在架梁工況發(fā)生液壓懸掛系統(tǒng)軟管破裂，將直接影響平板車的縱向穩(wěn)定性，且平板車將混凝土箱梁從預(yù)制梁場運(yùn)輸?shù)郊芰汗さ氐淖钸h(yuǎn)距離可達(dá)20 km，如果平板車在運(yùn)輸混凝土箱梁的過程中懸掛液壓軟管出現(xiàn)爆管，防爆閥將封閉懸掛缸，此時(shí)平板車的懸掛將失去功能，平板車不能繼續(xù)行駛，必須進(jìn)行維修后才能繼續(xù)行駛。如果平板車懸掛軟管爆管的地點(diǎn)遠(yuǎn)離預(yù)制梁場，對(duì)平板車進(jìn)行維修將非常困難。由于以上原因，傳統(tǒng)的管路防爆閥不易用于這一場合，需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。2.雙管路防爆閥原理基于系統(tǒng)的可靠性原理，采用并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)可以大幅度提高系統(tǒng)的工作可靠性，因此為防止平板車車在運(yùn)輸過程中由于懸掛液壓軟管爆管而不能正常工作情況的發(fā)生，對(duì)懸掛液壓軟管采取冗余設(shè)計(jì)，用兩條液壓軟管將單個(gè)懸掛缸與懸掛主管路連接起來，懸掛液壓軟管的兩端均安裝防爆閥，工作原理如圖4-4所示。同一條懸掛液壓軟管上的防爆閥反向安裝，一個(gè)用來封閉懸掛主系統(tǒng)一側(cè)，一個(gè)用來封閉懸掛缸。4-4雙管路防爆閥原理為了使懸掛軟管和防爆閥安裝方便并工作可靠，在雙管路防爆閥原理的基礎(chǔ)上研究并開發(fā)了雙管路防爆閥結(jié)構(gòu)，如圖4-4所示?；谙到y(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中的冗余原理，在一個(gè)主閥體中安裝兩個(gè)防爆閥芯，在側(cè)閥體上連接外部管路。4-5雙管路防爆閥結(jié)構(gòu)1. 側(cè)閥體;2.O 形圈;3.主閥體;4.組合墊;4.螺堵;6.防爆閥芯4.1.3 壓力補(bǔ)償閥的應(yīng)用本設(shè)計(jì)采用負(fù)載傳感閥進(jìn)出口壓力補(bǔ)償相結(jié)合方案，原理圖如圖4-6所示圖4-6 壓力補(bǔ)償原理圖1.溢流閥 2.減壓閥 3.比例電磁鐵 4.梭閥 5.進(jìn)口壓力補(bǔ)償閥 6.主閥 7.出口壓力補(bǔ)償閥當(dāng)平板車偏載時(shí)，進(jìn)口壓力補(bǔ)償閥5能夠保證比例閥的進(jìn)口壓差恒定，能使懸掛升降控制與負(fù)載大小無關(guān)，而只和控制閥的閥芯開口大小成正比。平板車懸掛缸為柱塞缸，整車下降時(shí)依靠自重實(shí)現(xiàn)柱塞缸的回縮，而常用的負(fù)荷傳感閥只在進(jìn)口裝有壓力補(bǔ)償閥，使懸掛缸的油液流回油箱時(shí)沒有流量調(diào)節(jié)，尤其是在平板車偏載造成載荷不均的情況下使平板車整車下降平穩(wěn)性以及同步性很差，因此在比例多路閥的出口安裝壓力補(bǔ)償閥7，也能夠?qū)覓旄谆亓饔鸵哼M(jìn)行流量調(diào)節(jié)，懸掛控制電液比例多路閥組如圖4-6 所示。該閥組共有4 塊基本閥塊組成，所有的基本閥壓力補(bǔ)償閥閥確保各個(gè)閥的輸出流量不受負(fù)載的影響梭閥的作用是取最高的負(fù)載壓力為負(fù)載反饋壓力LS； 采用進(jìn)出口壓力補(bǔ)償設(shè)計(jì)后，比例多路閥進(jìn)出口壓力能夠保持恒定，使比例多路閥的輸出流量不受負(fù)載影響，提高了懸掛系統(tǒng)的平穩(wěn)性，有利于控制控制油缸的同步性能。4.2 100T平板車懸掛液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 平板車多在野外工作，溫差變化大，工作條件比較惡劣，粉塵多及負(fù)載繁重，而且主機(jī)經(jīng)常處于起制動(dòng)狀態(tài)，外負(fù)載和沖擊很大。同時(shí)，希望平板車的生產(chǎn)率盡可能大。因而液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足以下幾方面要求。(1)首先要保證液壓系統(tǒng)有足夠可靠性。要選擇可靠、耐沖擊、抗污染能力強(qiáng)的液壓元件。要盡量減少系統(tǒng)發(fā)熱，主機(jī)連續(xù)工作油溫一般不能超過80oC。因平板車油箱不能太大，所以都要設(shè)置油冷卻器。(3)各裝置的液壓缸要有良好的過載保護(hù)措施。工作裝置液壓缸回路為防止重力超速，需有限速措施，例如液壓缸可用單向節(jié)流閥。(4)為保證液壓油的清潔度，必須設(shè)置可靠，高效能濾油裝置，這是確保液壓元件正常、可靠工作必不可少的措施。(5)良好的工作性能：保證工作裝置工作平穩(wěn)，操作靈活、輕便及具有較高的生產(chǎn)率等；(6)工作可靠，壽命長：保證液壓元件和輔助裝置在高溫和高寒條件工作可靠性和較長的使用壽命，并且具有適應(yīng)外載荷急劇變化的能力。4.3 液壓系統(tǒng)的組成及工作原理4.3.1 系統(tǒng)組成 圖4-7 平板車懸掛系統(tǒng)原理圖平板車懸掛液壓系統(tǒng)的組成如圖4-7所示：該系統(tǒng)有12個(gè)工作缸，均為活塞缸。主系統(tǒng)由柴油機(jī)帶動(dòng)負(fù)載敏感變量泵。詳細(xì)如下：（1）主油箱：有效容積為400L，油箱在系統(tǒng)中的功能主要是儲(chǔ)存油液，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱附件主要包含液位液溫計(jì)、空氣濾清器、回油過濾器、冷卻器等。（2）冷卻器：降低從系統(tǒng)工作中出來即將回入油箱的油液的溫度，以免降低泵的容積效率或使油液很快的變質(zhì)。該系統(tǒng)為行走機(jī)械系統(tǒng)，液壓站隨平板車一起運(yùn)動(dòng)，故選擇風(fēng)冷式冷卻器。（3）加熱器：加熱油箱中油液的溫度，以降低油液黏度，降低泵的吸油壓力。（4）空氣濾清器：將空氣過濾和加油過濾混合為一體，簡化油箱結(jié)構(gòu)，既有利于油箱中油液的凈化，又維持了油箱內(nèi)壓力與大氣壓的平衡。（5）液位液溫計(jì)：用以監(jiān)視觀察油箱中油液的位置，并記錄油箱內(nèi)油液的溫度。（6）液壓泵：液壓泵為能量轉(zhuǎn)換裝置，向系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的液體，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的液壓能，是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源。（7）柴油機(jī)：將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，用以驅(qū)動(dòng)泵。（8）吸油過濾器：在泵前設(shè)置吸油過濾器，防止大顆粒雜質(zhì)吸入泵內(nèi)，保護(hù)液壓泵。（9）回油過濾器：用于液壓泵回油精過濾，清除液壓系統(tǒng)中由于元件產(chǎn)生的金屬顆粒及密封件的橡膠雜質(zhì)等污染物，使流回油箱的油液保持清潔。（10）負(fù)荷傳感多路閥：用于控制液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向和不受負(fù)載干擾的無級(jí)調(diào)速。用此控制形式，幾個(gè)執(zhí)行元件可以互不干擾地以不同的壓力和速度同時(shí)運(yùn)動(dòng)，只要其流量的總和不超過油泵的流量。（11）梭閥：又可稱壓力選擇閥，用來獲取多個(gè)壓力不同壓力油路的最高壓力。（12）液壓鎖：使液壓缸活塞在任一位置停止，并可防止其停止后竄。（13）單向調(diào)速閥：調(diào)節(jié)某一方向油路的油液流速，用于平板車柱塞缸油路，限制超越負(fù)載的運(yùn)動(dòng)的速度。（14）截止閥：用于液壓系統(tǒng)壓力等各種管路上，控制油路的通斷。（15）壓力表：測量系統(tǒng)壓力，帶有壓力表開關(guān)，以防止沖擊引起的表針損壞，需要查看壓力時(shí)打開壓力表開關(guān)。（16）軟管：運(yùn)載液壓油，輸送流體，實(shí)現(xiàn)整個(gè)液壓系統(tǒng)中油液的循環(huán)，并便于安裝拆卸。（17）管接頭：是管道與管道，管道與其他元件的可拆卸連續(xù)件，如泵，控制閥等的連接。4.3.2 工作原理 平板車液壓懸掛系統(tǒng)采用負(fù)載敏感系統(tǒng)，負(fù)載敏感是指系統(tǒng)能自動(dòng)將所需壓力和流量信號(hào)到，傳到敏感控制閥和泵變量控制機(jī)構(gòu)的敏感腔，使其壓力參量發(fā)生變化，從而調(diào)整供油單元的運(yùn)行狀態(tài)，使其幾乎僅向系統(tǒng)提供負(fù)載所需的液壓功率，最大限度的減少能量損失，包括負(fù)載敏感和壓力補(bǔ)償兩個(gè)方面。根據(jù)負(fù)載敏感系統(tǒng)所采用的液壓源的類型，可以將負(fù)載敏感系統(tǒng)分為開中心和閉中心兩種。開中心系統(tǒng)采用輸出恒定流量的油源供油，譬如工作時(shí)轉(zhuǎn)速恒定的定量泵，以定差溢流閥作為負(fù)載敏感控制元件；而閉中心系統(tǒng)通常采用輸出流量隨負(fù)載需要而變化的油源供油，譬如通過改變排量實(shí)現(xiàn)輸出壓力適應(yīng)負(fù)載需求的變量泵，以油泵直接作為負(fù)載敏感控制元件。本次設(shè)計(jì)中的液壓系統(tǒng)為閉中心系統(tǒng)，液壓源的形式為軸向柱塞式斜盤式變量泵供油，系統(tǒng)的負(fù)載壓力-流量自適應(yīng)。系統(tǒng)的控制原理：(1) 利用梭閥網(wǎng)絡(luò)，將系統(tǒng)最高負(fù)載壓力引導(dǎo)至泵的負(fù)載敏感控制閥的敏感腔，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的排量，使泵的出口壓力與系統(tǒng)的最高負(fù)載壓力保持一定的差值Pd，其大小由壓差彈簧決定。(2) 換向閥位于中位時(shí)，供油油路被切斷，壓力迅速升高，而此時(shí)系統(tǒng)的最高負(fù)載壓力為零。當(dāng)泵的出口壓力達(dá)到并超過壓差彈簧調(diào)定壓力Pd時(shí)，補(bǔ)償閥閥芯向左運(yùn)動(dòng)，壓力油流向斜盤控制油缸，使泵的排量減小，直到泵的出口壓力穩(wěn)定在Pd值。此時(shí)，泵的輸出流量很小，僅滿足系統(tǒng)內(nèi)部泄漏的需要，而補(bǔ)償閥閥芯處于中位位置，此稱為低壓等待狀態(tài)。(3) 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向閥開啟時(shí)，負(fù)載敏感控制閥的敏感腔與供油油路相通，由于此時(shí)管路的流量仍為零，敏感腔壓力與泵的出口壓力相等，負(fù)載敏感閥閥芯在壓差彈簧作用下偏離中位位置向上運(yùn)動(dòng)，使得斜盤控制油缸的大腔與油箱連通，控制活塞在回復(fù)彈簧力作用下使泵的排量逐漸增大，油泵開始向執(zhí)行機(jī)構(gòu)供油。(4) 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨著流量的增大，節(jié)流閥閥口兩端產(chǎn)生較大的壓力降，于是在負(fù)載敏感閥的敏感腔與泵的出口之間形成一定的壓力差。當(dāng)壓力差偏小時(shí)，閥芯位于中位偏下位置，斜盤控制油缸在彈簧力作用下使泵的排量不斷增大，出口壓力逐漸提高；當(dāng)壓力差偏大時(shí)，補(bǔ)償閥閥芯位于中位偏上位置，斜盤控制油缸在壓力油壓力作用下使泵的排量不斷減小，出口壓力逐漸降低；只有當(dāng)壓力差等于壓差彈簧設(shè)定值Pd時(shí)，閥芯位于中位位置，泵的排量保持不變。(5) 由于節(jié)流閥兩端壓差穩(wěn)定，因此流經(jīng)節(jié)流閥的流量與其閥口開度成正比，而且不受負(fù)載變化的影響。即泵的輸出壓力和流量與負(fù)載相適應(yīng)。(6) 在多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，為避免各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的壓力擾動(dòng)，閉中心系統(tǒng)也需要在各聯(lián)上配置定差減壓閥，以保持每一聯(lián)上的節(jié)流閥進(jìn)出口壓差恒定。(7) 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)，管路流量降為零，此時(shí)敏感腔壓力與泵的出口壓力相等，補(bǔ)償閥閥芯在壓差彈簧推動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)，致使泵的排量增大，壓力進(jìn)一步升高。當(dāng)泵的出口壓力達(dá)到泵內(nèi)系統(tǒng)限壓閥設(shè)定值Pmx時(shí)，系統(tǒng)限壓閥開啟，壓力油進(jìn)入控制油缸左腔并推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，泵的排量迅速下降，其出口壓力等于泵內(nèi)限壓閥設(shè)定的最高壓力。因此，泵處于高壓等待狀態(tài)，雖然壓力高，但流量很小，因而能量損失較小。第5章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及元件選擇5.1 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)5.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) （1）設(shè)計(jì)任務(wù)：100t 平板車懸掛液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2）機(jī)器用途：通用型，適用于廣泛應(yīng)用于機(jī)場、港口、火車站、工廠和大型倉庫。大大的提高了貨物中轉(zhuǎn)平移的效率。減少叉車和人力的消耗成本。（3）主要技術(shù)參數(shù)：系統(tǒng)最大工作壓力：315bar系統(tǒng)最大流量：40L/min5.1.2 執(zhí)行元件的確定1. 確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式液壓執(zhí)行元件的型式要根據(jù)機(jī)構(gòu)輸出動(dòng)作、經(jīng)濟(jì)學(xué)分析以及整機(jī)布置的要求等確定。一般，連續(xù)回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)用液壓馬達(dá)，直線動(dòng)作機(jī)構(gòu)用液壓缸。本設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)均用柱塞液壓缸。2. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載及速度分析所選缸為柱塞缸，負(fù)載的壓力為 液壓缸柱塞處于受壓狀態(tài)，從液壓泵到柱塞缸入口之間存在管路損失和多種閥的壓力損失，所以取進(jìn)油腔壓力為22MPa，即p1=22MPa，所選柱塞缸的內(nèi)徑為 整理后取d=0.1m，柱塞徑與缸外徑之比為5:7，則有缸外徑為D=0.14m。5.1.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù)確定系統(tǒng)主要參數(shù)的目的是為了擬訂系統(tǒng)原理圖，選擇或設(shè)計(jì)液壓元件提供依據(jù)。這些參數(shù)主要是系統(tǒng)工作壓力、液壓執(zhí)行元件的工作壓力和流量、液壓缸有效面積等。確定主要參數(shù)的依據(jù)是液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和速度；可供元件的種類、質(zhì)量和價(jià)格。1. 確定系統(tǒng)工作壓力平板車工作負(fù)載大，為使機(jī)器緊湊、輕便，一般都用高壓或中壓系統(tǒng)。根據(jù)國內(nèi)可供元件的條件，確定系統(tǒng)工作壓力為31.5MPa。2. 確定系統(tǒng)液壓缸參數(shù)1) 壁厚計(jì)算 根據(jù)公式 式中 強(qiáng)度系數(shù)，對(duì)于無縫鋼管，=1； Py試驗(yàn)壓力（MPa），工作壓力p16MPa時(shí)，Py=1.25P； 材料許用壓力161.75MPa。 計(jì)算得壁厚： 修正后取=0.015m。2) 缸底蓋厚度 根據(jù)公式 式中 D缸筒內(nèi)徑 D=110mm； P油缸壓力 P=22MPa； 材料許用壓力為161.75MPa， 根據(jù)法蘭連接安裝尺寸，去缸底厚度為80mm。柱塞的行程的計(jì)算 由公式： 式中 n末端條件系數(shù)，取n=2； nk安全系數(shù)6，取=7。所以L=294.67mm，取整L=300mm。結(jié)果匯總?cè)绫?-1表5-1 執(zhí)行元件柱塞缸的計(jì)算結(jié)果執(zhí)行元件負(fù)載kN速度m/s內(nèi)徑mm外徑mm工作壓力MPa柱塞缸108.30.125100140225.2 泵及發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇5.2.1 概況 液壓泵根據(jù)工作腔的容積變化而實(shí)現(xiàn)吸油和排油，也稱容積泵。液壓泵每轉(zhuǎn)一周排出的液體體積稱為排量，理論上泵的排量只取決于其工作機(jī)構(gòu)的幾何尺寸。對(duì)于定排量泵，其排量恒定；對(duì)于變排量泵，其排量和變量機(jī)構(gòu)的位置有關(guān)。如果不考慮泄露及液體的可壓縮性，定排量液壓泵的流量只取決于泵的轉(zhuǎn)速，與工作壓力無關(guān)。液壓泵的實(shí)際工作壓力取決于工作負(fù)載。而其額定工作壓力與泵的結(jié)構(gòu)型式無關(guān)，取決于泵的零件強(qiáng)度和在高壓下的泄漏。液壓泵有許多種類，根據(jù)構(gòu)件不同，液壓泵分為齒輪式、螺桿式、葉片式、柱塞式。液壓系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)液壓泵的原動(dòng)機(jī)有電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)指汽油機(jī)柴油機(jī)等，一般用于行走機(jī)械，而且不是由液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者選定的。固定設(shè)備系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)需要設(shè)計(jì)者選定。本系統(tǒng)為行走機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)選用柴油機(jī)，具體型號(hào)不許選定。根據(jù)使用的環(huán)境，決定開式、封閉扇冷式、防雨保護(hù)式、防爆式等形式及立式、臥式結(jié)構(gòu)。5.2.2 液壓泵的選擇（1）確定液壓泵的最大工作壓力 式中 執(zhí)行元件最大工作壓力；液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間的壓力損失。的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵?、流速不大的，取=（0.2-0.5）MPa；管路復(fù)雜、進(jìn)口有調(diào)速閥的，取=（0.5-1.5）MPa。這里取0.4MPa。由式5-1得， 在選擇液壓泵的額定壓力時(shí)應(yīng)該比系統(tǒng)最高壓力大25%60%，高壓系統(tǒng)壓力儲(chǔ)備宜取小值。（2）確定液壓泵流量 式中 k系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取1.11.5，大流量取小值，反之取大； 同時(shí)動(dòng)作液壓缸最大總流量，這里為工進(jìn)流量48L/min。（3）選擇規(guī)格液壓泵選擇力士樂軸向柱塞式斜盤變量泵，效率高，性能好。性能參數(shù)：型號(hào)： A4VSG40DR/G-RPPB10排量/cm3/s:40最大轉(zhuǎn)速/r/min：3700額定轉(zhuǎn)速/r/min：1500額定壓力/MPa：35最大流量/L/min：60峰值壓力/MPa：40最大功率/KW:35安裝形式：法蘭容積效率/%:94.6重量/Kg:47 5.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇確定驅(qū)動(dòng)液壓泵的功率式中液壓泵的總效率，本系統(tǒng)采用的效率最高的柱塞泵，取0.8。按平均功率選出泵的總驅(qū)動(dòng)功率，柴油機(jī)允許的短時(shí)間超載量一般為25%。選擇濰柴柴油機(jī)型號(hào)：性能參數(shù)： 型號(hào): WD615 64G進(jìn)氣方式：增壓額定功率/KW:162轉(zhuǎn)速/rmin-1:2200最大扭矩/Nm：850耗油量g/KWh：210凈重/kg:5605.3 閥類元件的選擇5.3.1 閥類元件的選擇依據(jù)選擇控制閥的依據(jù)是系統(tǒng)的最高壓力和通過閥的實(shí)際流量以及閥的操縱、安裝方式等。需要注意的問題是：（1）各種閥類元件的規(guī)格型號(hào)，按液壓系統(tǒng)原理圖和系統(tǒng)工況提供的情況從產(chǎn)品樣本中選取，各種閥的額定壓力和流量。一般應(yīng)與其工作壓力和最大通過流量相接近，必要時(shí)，可允許其最大通過流量超過額定流量的20%。（2）確定通過閥的實(shí)際流量時(shí)，要注意通過管路流量與油路中串并聯(lián)的關(guān)系。（5）選擇壓力控制閥的時(shí)候，由于其調(diào)定壓力范圍有限，故最好不要選用比最高使用壓力還高的閥。否則，當(dāng)閥在低壓工作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)工作的不穩(wěn)定。（4）具體選擇時(shí)，應(yīng)注意溢流閥按液壓泵的最大流量選??；流量閥還需要考慮最小穩(wěn)定流量，以滿足低速穩(wěn)定性要求。（5）應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件，除在不得已時(shí)，才可自行設(shè)計(jì)專門的控制閥等。根據(jù)以上所述的依據(jù)和注意事項(xiàng)即可選擇閥類元件。5.3.2控制元件元件的選取1.負(fù)載傳感多路閥選擇力士樂M4 12 2X J 250 X型，該閥通徑為12mm,公稱壓力為35MPa，最大流量為50L/min進(jìn)油聯(lián)是閉芯式，閥芯機(jī)能為E,不帶壓力補(bǔ)償器，帶負(fù)載保持功能，不帶二次閥，操縱形式為電液操縱。2.液控單向閥用在平板車懸掛柱塞缸回路上，可在兩個(gè)方向防止柱塞在外力作用下移動(dòng)，起到保護(hù)作用。選用力士樂的Z2S6A2-60，最大壓力為31.5MPa，最大流量為60L/min.開啟壓力0.3MPa3. 截止閥泵吸油口：根據(jù)泵出口流量，綜合考慮過濾器的出口大小，選擇中蘇丹陽帶開閉發(fā)訊器的蝶閥DN65，通徑65mm。油箱上：選擇沈陽蝶閥廠手動(dòng)蝶閥，型號(hào)D71X-16，通徑80mm。 回油過濾器前：選擇沈陽蝶閥廠手動(dòng)蝶閥，型號(hào)D71X-16，通徑80mm。 4. 先導(dǎo)式溢流閥先導(dǎo)式溢流閥按液壓泵的最大流量選取，選用力士樂有定型產(chǎn)品的閥件，確定先導(dǎo)式溢流閥的規(guī)格。技術(shù)參數(shù)：型號(hào)：ZDB6VP1-40最高工作壓力/MPa:31.5調(diào)壓范圍/MPa:2131.5最大流量/L/min:60重量/Kg:1.2通徑/mm:65. 防爆閥為防止懸掛液壓軟管出現(xiàn)破裂，對(duì)液壓軟管破裂增加安全措施，可選用力士樂有定型產(chǎn)品的防爆閥閥件，確定先導(dǎo)式溢流閥的規(guī)格。 技術(shù)參數(shù)：型號(hào)：MHRB16FGA30通徑/mm：16最高工作壓力/MPa：35最大流量/L/min:200重量/Kg：0.86. 節(jié)流閥選用力士樂節(jié)流閥，需要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求，來選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥。 技術(shù)參數(shù)：型號(hào)：Z2FS2230通徑/mm：25最大流量/L/min:360最高工作壓力/MPa：35重量/Kg：0.85.4 其他輔助元件的選擇5.4.1 過濾器的選擇過濾器的功能是清除液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)中的固體污染物，使工作介質(zhì)保持情節(jié)，延長元器件的使用壽命，保證液壓元件工作性能可靠。液壓系統(tǒng)故障的75%左右是由介質(zhì)污染。在系統(tǒng)中安裝濾油器，是保證液壓系統(tǒng)正常工作的必要手段。過濾器按過濾原理區(qū)分主要有：表面型過濾器、深度型過濾器和磁性過濾器。除按過濾原理進(jìn)行分類外，過濾器還經(jīng)常按過濾精度、濾芯結(jié)構(gòu)與材料、安裝位置等進(jìn)行分類。過濾器的主要性能參數(shù)有：過濾精度、壓差特性和納垢容量等。1. 過濾器選擇原則在選用過濾器時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）有足夠的過濾精度，過濾精度是指通過濾芯的最大堅(jiān)硬顆粒的大小，以其直徑d達(dá)到公稱尺寸表示。其顆粒越小，精度越高。不同的液壓系統(tǒng)有不同的過濾精度要求。（2）有足夠的通油能力，通油過濾能力是指在一定過濾精度和壓降下允許通過濾油器的最大流量，不同類型的濾油器可通過的流量值有一定的限制，在選擇過濾器時(shí)按照系統(tǒng)的最大流量的25倍來選取。（5）濾芯便于清洗或更換。（4）濾芯及外殼應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，不至因?yàn)橛蛪憾茐?。?）有良好的抗腐蝕性，不會(huì)對(duì)油液造成化學(xué)的或機(jī)械的污染。（6）在規(guī)定的工作溫度下，能保持性能穩(wěn)定，有足夠的耐久性。（7）結(jié)構(gòu)盡量簡單緊湊。（8）價(jià)格低廉。2. 過濾器的選擇（1）吸油過濾器選擇溫州遠(yuǎn)東液壓有限公司生產(chǎn)的箱上YXL-40080F型吸油過濾器，該閥通徑為40mm，公稱流量為160 L/min，過濾精度為100，允許最大壓力損失為0.03MPa，連接方式為螺紋連接，安裝在油箱側(cè)邊，吸油筒體浸入油箱內(nèi)液面以下，過濾器慮頭露在油箱外。（2） 回油過濾器選擇溫州遠(yuǎn)東液壓有限公司生產(chǎn)的箱上YXH-10040FC型回油過濾器，該閥通徑為40mm，公稱流量為160 L/min ，過濾精度為30，允許最大壓力損失為0.35MPa，公稱壓力為1.6MPa，連接方式為螺紋連接，安裝在油箱上部，吸油筒體浸入油箱內(nèi)液面以下，過濾器慮頭露在油箱外。5.4.2冷卻器的選擇液壓系統(tǒng)工作時(shí)，因液壓泵、液壓缸的容積損失和機(jī)械損失，或控制元件及管路的壓力損失和液體摩擦損失等消耗的能量，幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱量。這些熱量除一部分散發(fā)到周圍空間，大部分使油液及元件的溫度升高。如果油液溫度過高，將嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的正常工作。一般規(guī)定液壓用油的正常溫度范圍為1566。當(dāng)油箱的自然散熱不能保證油液的正常溫度時(shí)，就必須采取強(qiáng)制冷卻的辦法，通過冷卻器來控制油箱的溫度，使之適合系統(tǒng)工作的要求。選擇冷卻器時(shí)應(yīng)首先要求冷卻器安全可靠、有足夠的散熱面積、壓力損失小、散熱效率高、體積小、重量輕等。然后根據(jù)使用場合，作業(yè)環(huán)境情況選擇冷卻器類型如使用現(xiàn)場有無冷卻水源，液壓站是否隨行走機(jī)械一起行動(dòng)，當(dāng)存在以上情況時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇風(fēng)冷式 而后是機(jī)械制冷式。本系統(tǒng)選用南京翰坤機(jī)電科技公司生產(chǎn)的ACE4型空氣冷卻器。此冷卻器由鋁材制成，最大工作壓力1.4MPa，體積小重量輕，安裝容易，維修簡單。5.4.3液位液溫計(jì)的選擇液位液溫計(jì)是用來觀察油液在油箱中高度的元件，以及油液溫度，應(yīng)設(shè)在注油口附近，以便注油時(shí)可以監(jiān)視液面。一般液位液溫計(jì)下刻線至少要比吸油過濾器或吸油管口上緣高出75mm，以免泵吸入空氣，液位液溫計(jì)上刻線對(duì)應(yīng)著油箱的油液容量。液位計(jì)與油箱連接處要密封。本系統(tǒng)采用的是黎明的YWZ-150T型液位計(jì)，它帶有溫度計(jì)。5.4.4空氣濾清器的選擇空