混凝土輸送泵車臂架系統(tǒng)設(shè)計(jì)【37米】,37米,混凝土輸送泵車臂架系統(tǒng)設(shè)計(jì)【37米】,混凝土,輸送,泵車臂架,系統(tǒng),設(shè)計(jì),37 摘 要 混凝土泵車是通過(guò)管道依靠壓力輸送混凝土的施工設(shè)備，它能一次連續(xù)地完成水平輸送和垂直輸送，工作強(qiáng)度極大。而臂架系統(tǒng)是混凝土泵車重要的工作部件之一，要求臂架系統(tǒng)具有較高的整體剛度和強(qiáng)度、良好的工作適應(yīng)性和可靠性。泵送系統(tǒng)要有較強(qiáng)的泵送能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。 本文主要針對(duì)泵車臂架系統(tǒng)及其配管、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及泵送電氣控制進(jìn)行了設(shè)計(jì)。制定了臂架系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以及相關(guān)元件選型方案，確定了相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，運(yùn)用CAD畫圖軟件進(jìn)行相關(guān)圖紙的繪制。 本文分析了泵車泵送系統(tǒng)的特點(diǎn)，針對(duì)泵車的臂架系統(tǒng)以及泵送系統(tǒng)的液壓回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行了相關(guān)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，并根據(jù)泵送系統(tǒng)的控制要求，進(jìn)行了基于PLC的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：泵車 CAD 液壓系統(tǒng) 電氣控制 ABSTRACT The concerte pump truck is one of construction facility that transport concrete by virtue of press throuth the pipe and it can transport the concrete with horizontal and vertical continuously.Its work strength is very high.The arm system is one of the very important equipment in concrete pump.It must have high strength and stiffness, good working adaptability and reliability. Pump system need have strong pump ability and stability . This paper designed the arm system、turret、pump system and electrical control. Developed boom system design and component selection program to determine the structural parameters, the use of CAD drawing software drawing drawings. This paper analyzes the characteristics of the pump pumping system, designed for the hydraulic circuit of the pump truck boom system and a pumping system, a member of the strength check, according to the control requirements of the pumping system, based on PLCelectrical control system design Keywords: Concrete pump CAD Hydraulic system Electrical control system 目 錄 第一章 緒論 1 第二章 臂架系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) 5 2.1臂架箱型結(jié)構(gòu)分析 5 2.2臂架鋼板及焊接性能 5 2.2.1鋼板性能 5 2.3臂架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 2.3.1第五臂架設(shè)計(jì) 7 2.3.2第四臂架設(shè)計(jì) 9 2.3.3第三臂架設(shè)計(jì) 11 2.3.4第二臂架設(shè)計(jì) 13 2.3.5第一臂架設(shè)計(jì) 14 2.5連桿的受力 16 2.5.1直連桿二設(shè)計(jì)及應(yīng)力校核 16 2.5.2彎連桿二設(shè)計(jì)及應(yīng)力校核 17 2.6臂架1號(hào)液壓缸的詳細(xì)設(shè)計(jì) 17 2.6.1液壓缸的結(jié)構(gòu)選型 17 2.6.2活塞桿內(nèi)徑及缸徑計(jì)算 18 2.6.3活塞及其密封的設(shè)計(jì) 20 2.6.4活塞桿的設(shè)計(jì) 22 2.6.5安裝連接元件 24 2.6.6連接油口設(shè)計(jì) 25 第三章 泵送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 3.1管路長(zhǎng)度及泵送阻力計(jì)算 26 3.2 泵送壓力計(jì)算 27 3.3活塞桿設(shè)計(jì) 27 3.4限位油缸的設(shè)計(jì) 28 3.5擺搖機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 28 第四章 泵送PLC自動(dòng)控制 30 4.1 泵送系統(tǒng)液壓回路 30 4.2泵送系統(tǒng)電氣自動(dòng)控制 34 4.2.1 泵送系統(tǒng)的PLC控制回路的設(shè)計(jì) 34 4.2.2 硬件選型圖 34 4.2.3 PLC流程圖 35 第五章 結(jié) 論 36 第六章 致 謝 37 第七章 參考文獻(xiàn) 38 第一章 緒論 2010年我國(guó)工程機(jī)械總產(chǎn)值達(dá)4000億人民幣，在十二五期間,我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)產(chǎn)值年均增長(zhǎng)率達(dá)17%，到2015年,工程機(jī)械行業(yè)總產(chǎn)值有望突破9000億元。在工程機(jī)械領(lǐng)域,混凝土泵車是一種重要的設(shè)備,廣泛應(yīng)用在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上,尤其在大型建筑中,例如高樓、水利設(shè)施、橋梁等,以其低消耗、低成本、施工周期短、高質(zhì)量、高效率、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn),逐漸成為我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備。 混凝土泵車是工程機(jī)械中結(jié)構(gòu)復(fù)雜,包含液壓、復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu),由于工作環(huán)境惡劣導(dǎo)致售后服務(wù)難度大,維修成本高,在目前高速發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域,因機(jī)械故障引起的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失持續(xù)上升如何建立完善的工程機(jī)械故障診斷服務(wù)體系,己經(jīng)成為當(dāng)前工程機(jī)械領(lǐng)域面臨的重大難題。 1.1混凝土泵車的發(fā)展概況 自從水泥發(fā)明以后,混凝土輸送與澆注就一直是人們研究的對(duì)象,傳統(tǒng)的建筑施工方式是采用吊斗,效率低,不能滿足現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展要求,二十世紀(jì)初期歐洲就一直在研究混凝土輸送泵,但效果不佳,未能得到推廣應(yīng)用,直到二十世紀(jì)五十年代德國(guó)施維英公司才生產(chǎn)了世界上第一臺(tái)液壓驅(qū)動(dòng)的拖式混凝土輸送泵得到了迅猛發(fā)展,結(jié)構(gòu)不斷完善,泵送能力也不斷增強(qiáng),到目前為止,混凝土泵送高度最高已達(dá)532m,泵送最長(zhǎng)水平距離大2015m,最大理論泵送量達(dá)200m3/h,極大地提高了生產(chǎn)效率,尤其是在高層建筑施工中,己成為必備的設(shè)備,但是,在使用過(guò)程中,人們逐漸發(fā)現(xiàn)了托泵的一些局限性:準(zhǔn)備工作量大,管道出口不斷移動(dòng),工作量大,設(shè)備利用率低等。針對(duì)托泵的這些不足,在二十世紀(jì)七十年代,研制出了集行駛、泵送、布料功能于一體的混凝土泵。 1.1.1混凝土泵車國(guó)外發(fā)展概況 早在20世紀(jì)初,德國(guó)就取得了混凝泵的專利權(quán),隨后德國(guó)成為了世界上混凝土泵車最大成產(chǎn)地之一"1927年,德國(guó)工程師弗瑞茨.海爾成功設(shè)計(jì)了第一臺(tái)混凝土泵車,并成功應(yīng)用于生產(chǎn)"二戰(zhàn)之后,各國(guó)經(jīng)濟(jì)逐漸恢復(fù),基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大,混凝土泵車的市場(chǎng)需求不斷增加,從而促進(jìn)了混凝土泵車的發(fā)展。1930年,德國(guó)制造出了立式單缸球閥活塞泵"之前的混凝土泵都是在模擬水泵而生產(chǎn)的,工作性能較差,使用價(jià)值不大"1932年,荷蘭人庫(kù)伊曼將立式缸改成了臥式缸,制造了庫(kù)伊曼型混凝土泵,成功解決了混凝土泵的構(gòu)造原理問(wèn)題,大大提高了混凝土泵的可靠性,為現(xiàn)代混凝土泵技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),此后,混凝土泵進(jìn)入了小規(guī)模的使用階段"1959年,聯(lián)邦德國(guó)的施文英(SChwing)公司生產(chǎn)出第一臺(tái)全液壓的混凝土泵,其動(dòng)力源是液壓系統(tǒng),活塞運(yùn)動(dòng)和閥門開關(guān)以及混凝土的輸送都是靠液壓來(lái)驅(qū)動(dòng)"這種泵功率大,泵送排量大,輸送距離遠(yuǎn),并可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)"泵的活塞還可逆向動(dòng)作,減少了混凝土泵的堵塞,使混凝土泵的設(shè)計(jì)、制造和泵送施工技術(shù)日趨完善,此后,混凝土泵進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段。 德國(guó)作為生產(chǎn)混凝土泵車的強(qiáng)國(guó),擁有一批規(guī)模大、技術(shù)水平高的混凝土泵車制造企業(yè),樸茨邁斯特(Putzmeister)公司是混凝土泵先進(jìn)技術(shù)的代表,它是世界著名的建筑機(jī)械制造商之一,因其專利技術(shù)一一C型閥而著稱,所以在中國(guó)又叫大象公司,其成立于1985年,主要從事開發(fā)、生產(chǎn)混凝土泵車、托泵等。其混凝土泵車特點(diǎn):臂架折疊方式多為M型;泵送排量大、規(guī)格多;支腿型式主要采用X型支腿、前擺式多級(jí)伸縮支腿。1934年,德國(guó)施維英(SCHW工NG)公司建立,其主要生產(chǎn)四種產(chǎn)品:混凝土攪拌站、混凝土攪拌車、混凝土泵車和混凝土回收站。中國(guó)上海施維英機(jī)械制造有限公司創(chuàng)立于1995年,其生產(chǎn)的泵車臂架長(zhǎng)度范圍16～61米之間,臂架大多是4節(jié)、結(jié)構(gòu)靈活輕巧。分配閥有兩種:S閥和群閥。日本石川島重工于1950年研制出了第一臺(tái)混凝土泵車,其技術(shù)主要來(lái)源于德國(guó)陶克萊特公司。之后，三菱公司引進(jìn)了德國(guó)施維英公司的技術(shù),開始成產(chǎn)混凝土泵。除了以上兩家企業(yè)外,極東開發(fā)(KyoKuto)、新瀉鐵工、營(yíng)場(chǎng)(Kayaba)、光澤(Koyo)等企業(yè)生產(chǎn)水泥混凝土泵車振動(dòng)性能與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。 1.1.2混凝土泵車國(guó)內(nèi)發(fā)展概況 1979年改革開放之后,我國(guó)從日本進(jìn)口混凝土泵車并應(yīng)用在上海寶鋼建設(shè)中。1982年,湖北建設(shè)機(jī)械廠生產(chǎn)了我國(guó)第一輛混凝土泵車,其技術(shù)來(lái)源于日本“石川島”。隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展,混凝土泵車需求量不斷增加,國(guó)內(nèi)的泵車生產(chǎn)廠家如雨后春筍,發(fā)展很快。但是，泵車上的關(guān)鍵零部件還是主要從國(guó)外進(jìn)口,國(guó)內(nèi)的幾大生產(chǎn)廠家主要從意大利、日本、德國(guó)引進(jìn)臂架等。近些年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,進(jìn)口零部件開始減少,逐漸形成了以自主生產(chǎn)為主和進(jìn)口為輔的配套模式。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,國(guó)內(nèi)混凝土泵車生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)水平、制造能力、工藝水平得到了很大提高。目前,我國(guó)混凝土泵車生產(chǎn)領(lǐng)域呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢(shì),大型企業(yè)主要有:三一重工、中聯(lián)重科、徐州工程機(jī)械廠、湖北建設(shè)、安徽星馬等,這些企業(yè)的年產(chǎn)量占據(jù)著全行業(yè)生產(chǎn)總值的百分之九十。2000年是我國(guó)泵車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),從1999年國(guó)內(nèi)泵車銷量50輛增加到2003年的1000輛。其中三一重工在2000年前就開始這首自主生產(chǎn)長(zhǎng)臂架泵車,并取得很大的成就，逐漸成為國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)臂架企業(yè)的標(biāo)桿。如圖1所示為三一重工生產(chǎn)的混凝土泵車。 圖1 37米混凝土泵車實(shí)物圖 1.2 混凝土泵車臂架的研究現(xiàn)狀 混凝土泵車臂架是泵車結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件,由于泵車工作環(huán)境惡劣,臂架結(jié)構(gòu)復(fù)雜,受力多樣,導(dǎo)致臂架常常發(fā)生開裂甚至斷裂,發(fā)生機(jī)毀人亡的事故。在臂架系統(tǒng)方面,泵車的作業(yè)范圍受臂架長(zhǎng)度的制約,臂架的長(zhǎng)度決定其施工面積的大小,影響著泵車的施工效率"但是并不是臂架越長(zhǎng)越好,因?yàn)殡S著臂架長(zhǎng)度的增加,要求車輛的地盤尺寸越大,在施工過(guò)程中需求的施工場(chǎng)地很大,且影響臂架的靈活性?？傊?隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步,臂架結(jié)構(gòu)朝著更長(zhǎng)更智能的方向發(fā)展。在1970年前后,國(guó)際上主流混凝土泵車臂架長(zhǎng)度大都在30米左右,到了九十年代又以37米長(zhǎng)度的臂架為主流,最近幾年,45米左右長(zhǎng)度的臂架受到市場(chǎng)的普遍歡迎。目前,三一重工生產(chǎn)出了72米長(zhǎng)度的臂架,成為世界之最。為了適合在狹窄空間施工作業(yè)的需要,國(guó)內(nèi)外廠家普遍采用Z形、M形等多節(jié)臂折疊方式和單側(cè)支撐技術(shù),使得作業(yè)更加靈活,更便于狹窄施工場(chǎng)所作業(yè)。 因此,在要求臂架系統(tǒng)滿足剛度、強(qiáng)度的同時(shí),對(duì)靈活性、可靠性以及動(dòng)態(tài)特性也有很高的要求。這些對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)一直是重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。目前,對(duì)臂結(jié)構(gòu)的研究狀況主要有以下幾點(diǎn): 1.利用仿真手段對(duì)臂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析和屈曲分析,靜力分析主要是對(duì)臂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核,為臂架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論指導(dǎo);屈曲分析主要是對(duì)臂架結(jié)構(gòu)中由連桿和油缸組成的六連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性分析,計(jì)算出連桿機(jī)構(gòu)的臨界載荷大小,為臂架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。 2.利用仿真手段對(duì)臂架結(jié)構(gòu)各性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,就是以混凝土泵車臂架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和有限元分析等方法,對(duì)泵車臂架系統(tǒng)主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,建立起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)與變形!應(yīng)力和固有頻率等參數(shù)之間的分線性全局映射關(guān)系,求出結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題所需目標(biāo)函數(shù)的近似值,從而完成泵車臂架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 3.基于虛擬樣機(jī)的泵車臂架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析!運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和振動(dòng)分析,在三維繪圖軟件里建立臂架結(jié)構(gòu)模型可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,可以對(duì)連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,而且針對(duì)泵車在工作過(guò)程中臂架結(jié)構(gòu)劇烈振動(dòng)的問(wèn)題,可以利用ADAMS分析軟件建立臂架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型,進(jìn)行振動(dòng)特性動(dòng)態(tài)相應(yīng)分析。 4.利用液壓仿真軟件,對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,獲得液壓系統(tǒng)與臂架結(jié)構(gòu)振動(dòng)性能之間的關(guān)系,利用高級(jí)建模仿真軟件AMESim對(duì)液壓油缸進(jìn)行仿真分析,獲得泵車泵送系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)對(duì)臂架結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的影響規(guī)律。 5.開發(fā)混凝土泵車智能臂架,實(shí)現(xiàn)臂架末端澆注位置和臂架在姿態(tài)變化時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算機(jī)精確控制。目前泵車臂架只能由操作者直接拄制每一節(jié)臂架的動(dòng)作,使臂架運(yùn)動(dòng)到理想的工作位置。 1.3 混凝土泵車發(fā)展趨勢(shì) 隨著技術(shù)的更新進(jìn)步,泵車的發(fā)展表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 在泵送系統(tǒng)方面。由于一些大型工程的施工需要,為滿足在短時(shí)間內(nèi)澆注大量混凝土的需要,泵車的泵送排量不斷增大"上世紀(jì)九十年代,混凝土泵車?yán)碚撆帕恳话阍?0m3/h,而現(xiàn)在混凝土泵車?yán)碚撆帕慷荚?00m3/h一140m3/h左右,國(guó)外最大理論排量達(dá)到20Om3/h。泵送系統(tǒng)配置大直徑的輸送缸(直徑為230mm、260mm、28Omm),具有吸料性能好,換向次數(shù)少的優(yōu)點(diǎn),不僅較少了磨損,而且降低了運(yùn)營(yíng)成本。分配閥形式主要采用S管閥"在易損件耐磨性方面,采用新耐磨材料、新工藝、新技術(shù),較好地解決了易損件磨損快、更換頻繁、影響設(shè)備正常施工等問(wèn)題,使其壽命大大提高。 在節(jié)能技術(shù)方面。目前一般的泵車在任何工作強(qiáng)度下都是同一種耗油模式，因此在某些耗油的工作狀態(tài)下,泵車就會(huì)出現(xiàn)高耗油的現(xiàn)象,給資源帶來(lái)了極大的浪費(fèi)。針對(duì)這種情況,通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷符合情況,并自動(dòng)設(shè)定油耗模式,大大節(jié)約了成本。 在自動(dòng)化、智能化方面。自動(dòng)化、智能化是所有設(shè)備追求的目標(biāo),對(duì)于環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大的混凝土泵送設(shè)備尤其重要。目前，混凝土泵車自動(dòng)化技術(shù)己取得了一定成就,比如:三一重工的專利技術(shù)圈自動(dòng)高低壓切換、泵送排量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制等,但這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。今后，混凝土泵車將是電—液高度集成,充分利用數(shù)字控制技術(shù)、智能傳感等技術(shù)的高科技產(chǎn)品,主要以下一些特點(diǎn): (1)防堵管控制 堵管式混凝土泵送經(jīng)常遇到的事。堵管若能及早發(fā)現(xiàn)并采取正確的措施,一 般都能排除,但法宣太晚或沒(méi)有采取正確的措施,管道就可能堵死,引起長(zhǎng)時(shí)間的施工中斷,甚至影響建筑質(zhì)量。防堵管控制采用壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道,當(dāng)堵塞發(fā)生時(shí),管道內(nèi)壓力會(huì)出現(xiàn)異常,壓力傳感器會(huì)講這一異常訊號(hào)傳到PLC,PLC將立即發(fā)出警示,同時(shí)自動(dòng)采取疏通措施:先反泵2—3次,然后根據(jù)堵塞的情況調(diào)整泵送參數(shù)后進(jìn)行正泵疏通。由于計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,總能在第一時(shí)間內(nèi)采取正確的措施,杜絕堵管的發(fā)生,保障施工順利進(jìn)行。 (2)防傾翻保護(hù) 首先混凝泵車的支腿展開后能自動(dòng)進(jìn)行地面!支腿位置及整機(jī)水平等一系列檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題將會(huì)報(bào)警并鎖住臂架不能展開。臂架在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,PLC仍會(huì)時(shí)刻監(jiān)控整車的穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)四條腿受力出現(xiàn)不穩(wěn)定情況時(shí),臂架將會(huì)自動(dòng)停止向危險(xiǎn)的方向運(yùn)動(dòng),同時(shí)發(fā)出警示，最大限度保障安全。 (3)故障診斷 由于數(shù)字控制技術(shù)、智能傳感等技術(shù)的發(fā)展,最終將會(huì)出現(xiàn)故障自動(dòng)診斷技術(shù),混凝土泵車將會(huì)有個(gè)良好的人機(jī)界面"計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)整機(jī)進(jìn)行監(jiān)控,出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),計(jì)算機(jī)能自動(dòng)識(shí)別并通過(guò)人機(jī)界面與操作者進(jìn)行交流,明確顯示故障的部位及故障的類型。例如，活塞磨損到一定程度,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示更換活塞；或者是轉(zhuǎn)速不對(duì)、功率不足等等,系統(tǒng)都能自動(dòng)向操作者提示。 整機(jī)重量方面,由于新材料的應(yīng)用、計(jì)算方法及實(shí)驗(yàn)手段更加完善,使得布料臂的設(shè)計(jì)更加靈活、自重更輕、性能更強(qiáng)。 第二章 臂架系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) 2.1臂架箱型結(jié)構(gòu)分析 為減輕臂架重量，提高臂架強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性是改善臂架性能的主要途徑。可采用高強(qiáng)度材料，合理選擇截面形狀，使臂架自重減小，充分利用材料，正確的設(shè)計(jì)計(jì)算方法往往帶來(lái)事半功倍的效果。臂架有多種截面形式，如圖2所示，其中矩形截面是由翼緣板和和腹板焊接而成的。于其它截面相比，矩形截面的制造工藝簡(jiǎn)單，具有較好的抗彎能力和抗扭強(qiáng)度。圖（a）的截面型式較好，整個(gè)臂架應(yīng)力流暢，無(wú)明顯力流阻滯和應(yīng)力集中，而且重量較輕，至于抗扭曲和截面的穩(wěn)定性可以通過(guò)焊接橫穿臂架兩側(cè)板的輸送管支撐件來(lái)解決。 圖2 臂架箱型結(jié)構(gòu) 2.2臂架鋼板及焊接性能 2.2.1鋼板性能 泵車臂架鋼板采用瑞典SSAB公司的WELDOX960鋼板 WELDOX系列鋼板是瑞典SSAB鋼鐵公司開發(fā)生產(chǎn)的超高強(qiáng)度鋼，集高強(qiáng)度與可焊性、長(zhǎng)壽命于一身，WELDOX960作為新一代低合金高強(qiáng)鋼，具有細(xì)晶粒超潔凈度、高均勻性、高強(qiáng)度、高韌性和良好綜合性能的新材料。在國(guó)內(nèi)得到了較快的發(fā)展應(yīng)用，主要應(yīng)用范圍：壓力鋼管、采礦設(shè)備礦用自卸車體和汽車起重機(jī)、橋梁、鐵路、帆船龍骨、大的拱梁、斗鏟的頂邊的框架和主要的高韌性部件等領(lǐng)域。重量的減輕，減少了產(chǎn)品的總重量。 3.2.2焊接性能 焊接選取瑞典生產(chǎn)的ED-FK 1000高強(qiáng)焊絲，設(shè)計(jì)了WELDOX960高強(qiáng)鋼的混合氣體保護(hù)焊工藝，在預(yù)熱75℃、焊接線能量1.0～1.2KJ/mm、層間溫度80～85℃的條件下進(jìn)行多道焊接。 WELDOX高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板的合金含量低，碳當(dāng)量低，從而可用任何普通的電弧焊方法，就可將其焊在普通結(jié)構(gòu)鋼板上。在焊接WELDOX板時(shí)，其目標(biāo)是：在焊接接頭處獲得適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和良好的韌性。 國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量公式為： 隨著碳當(dāng)量的增加，鋼材的焊接性能會(huì)變差，當(dāng)值大于0.4%～0.6%時(shí)，冷裂紋的敏感性將增大，焊接時(shí)需采取預(yù)熱、后熱等系列工藝措施。當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，盡量減少冷裂紋的出現(xiàn)（氫裂或延期裂紋）至關(guān)重要。產(chǎn)生裂紋出現(xiàn)的主要原因是在有應(yīng)力出現(xiàn)的口有氫氣存在。 工程機(jī)械的工作工況大多需要承受動(dòng)載荷及重載荷，對(duì)焊縫的要求除強(qiáng)度指標(biāo)外，還要求有較高的韌性。對(duì)于焊縫強(qiáng)度的選擇問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)其高強(qiáng)鋼的焊接大多采用“等強(qiáng)度匹配”，但對(duì)于諸如WELDOX系列鋼板，高強(qiáng)鋼，除考慮強(qiáng)度外，還必須考慮焊接區(qū)的韌性和裂紋敏感性。就焊縫金屬而言，強(qiáng)度越高，可達(dá)到的韌性水平往往越低，甚至低于木材的韌性水平。因此，在特殊情況下，對(duì)焊縫金屬?gòu)?qiáng)度要求可低于母材，或剛度很大的焊接結(jié)構(gòu)，為了減少焊接冷裂紋傾向，可選擇比母材強(qiáng)度低一些的焊接材料。 預(yù)熱 預(yù)熱對(duì)平頭焊縫和根部焊道最為重要。焊接過(guò)程中和焊接后的溫度越高，則氫氣越容易溢出；鋼板越厚，預(yù)熱的必要性越大，以補(bǔ)償厚板更快的冷卻速度，而且厚板的碳當(dāng)量值更高；對(duì)被剛性固定的工件焊接時(shí)，預(yù)熱也是必要的；對(duì)于不同鋼種的鋼焊接在一起時(shí)或焊接材料的碳當(dāng)量比母材高，預(yù)熱溫度由碳當(dāng)量最高的母材或焊接材料決定。 當(dāng)板厚大于時(shí)，必須分多層焊接，第一層用ER49-1進(jìn)行打底焊，第二層焊滿，焊接層間溫度控制在150～170℃之間，焊接速度30～36cm/min，電流220～260A,電壓22～28V,送絲速度為7～9m/min。 預(yù)處理 所有焊縫焊前必須保證焊道干燥、清潔，除掉其中表面的油、水、銹和防銹漆，預(yù)熱后必須用鋼刷清理焊縫區(qū)域以清除積碳。焊絲，坡口及坡口周圍范圍內(nèi)必須清理干凈，不得有影響焊接質(zhì)量的鐵銹、油污、水和涂料等異物。對(duì)于重要的焊縫，在焊縫兩端應(yīng)設(shè)置尺寸合適的引弧板和引出板時(shí)，應(yīng)注意防止在引弧和收弧處產(chǎn)生焊接缺陷。 焊后熱處理 WELDOX只有在設(shè)計(jì)規(guī)則有特殊要求時(shí)方進(jìn)行焊后熱處理。避免裂紋出現(xiàn)的方法有：焊前預(yù)熱母體材料：確保焊接面的清潔與干燥；選擇含氫量小的焊料；通過(guò)良好的焊接順序與工作的合理匹配減少收縮內(nèi)應(yīng)力。 （1） 確保焊接面的清潔和干燥。產(chǎn)生冷裂紋的主要原因時(shí)有應(yīng)力存在的焊縫金屬中有氫的存在。焊件在組裝前應(yīng)徹底清除坡口表面及附近母材上的氧化皮、鐵銹、油污、水分等，直至露出金屬光澤并保證清理范圍內(nèi)無(wú)裂紋與夾層等缺陷。 （2） 減少構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力。采用合理的焊接順序進(jìn)行裝焊，避免強(qiáng)力組對(duì)以減少構(gòu)件的殘余應(yīng)力：焊接組裝時(shí)應(yīng)將工件壓緊或墊置牢固，以防止因焊接受熱而產(chǎn)生附加的應(yīng)力和變形。 （3） 焊后消氫處理。在焊接完成后，立即將焊件后熱到150～200,并按每毫米板厚不少于進(jìn)行恒溫處理后緩冷（且總的恒溫時(shí)間不得小于），確保焊接接頭中的殘余氫能擴(kuò)散溢出，減少延遲冷裂紋的產(chǎn)生。 （4） 焊后熱處理。進(jìn)行焊后熱處理是為了減少焊接殘余應(yīng)力，高強(qiáng)鋼焊后壁板不進(jìn)行焊后熱處理，熱處理會(huì)使接頭的某些力學(xué)性能下降，如：沖擊韌度等。只有在設(shè)計(jì)規(guī)則有特殊說(shuō)明時(shí)，方進(jìn)行焊后熱處理。 2.3臂架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 臂架的設(shè)計(jì)高度約為40m，設(shè)計(jì)應(yīng)該從第五節(jié)臂架依次向前，其載荷有管路的自重、混凝土重量、風(fēng)載、慣性力其外加載荷如人力對(duì)末端軟管的拽引等。 輸送管路所用鋼管密度 輸送管路的單位長(zhǎng)度重量： 普通混凝土表觀密度。 輸送管路中單位長(zhǎng)度混凝土重量： 取末端軟管的長(zhǎng)度為，重量為 2.3.1第五臂架設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)流程圖如3所示。 圖3 臂架五設(shè)計(jì)流程圖 人對(duì)末端軟管的拽引力折合為 初步取臂架五的鋼板厚度為,由于其為薄壁箱型結(jié)構(gòu)，為懸臂梁。如圖4所示。 圖4 薄壁箱型 由于臂架五的縱向截面非規(guī)則形狀。故估取， 可估算臂架五的單位長(zhǎng)度重量： 按臂架五長(zhǎng)度為計(jì)算，臂架五的總重量為： 臂架五的受力分析如圖5可知，各臂架鉸接處受力最大時(shí)，即是該臂架水平時(shí)。此時(shí)臂架的重心離鉸接點(diǎn)最遠(yuǎn)，油缸的支撐力也是最大。 臂架五鉸接點(diǎn)附近的箱型結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算： 鉸接點(diǎn)附近的箱型：； 臂架的抗彎強(qiáng)度初步計(jì)算： 臂架五的鉸接端最大拉應(yīng)力計(jì)算： 采用鋼板的抗拉強(qiáng)度為 滿足 圖5 臂架五受力圖 其中，；；； 由Pro/E建模，測(cè)算得 由此可得， 動(dòng)載系數(shù) 即臂架油缸五的最大推力負(fù)載為 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，考慮油缸的負(fù)荷裕量，取第五臂架油缸的為的型號(hào)。按工程車輛液壓缸的標(biāo)準(zhǔn)選型即可。不再詳細(xì)設(shè)計(jì)。 臂架鉸接處用柱銷，尺寸按以下材料性能計(jì)算：取材料為SiMn鋼，抗拉強(qiáng)度，屈服點(diǎn)，斷后伸長(zhǎng)率，鋼材退火或高溫回火供應(yīng)狀態(tài)布氏硬度，，安全系數(shù)取。 橫向力F作用時(shí)， 若柱銷的直徑太小，對(duì)臂架的撕裂性顯著增加，因此，可以將此銷的尺寸加大，并作為空心銷，柱銷外徑尺寸定為。 2.3.2第四臂架設(shè)計(jì) 臂架四的受力如圖6所示： 圖6 臂架四受力圖 設(shè)計(jì)計(jì)算方法如同臂架五的設(shè)計(jì)。 初定； 臂架四的箱型截面， 鋼板厚度為 單位長(zhǎng)度重量 由三維軟件測(cè)算得： ；; 由動(dòng)載荷及油缸裕量，選取臂架四油缸為的型號(hào) 臂架間鉸接處用柱銷 柱銷尺寸按以下材料性能計(jì)算：取材料為SiMn鋼，抗拉強(qiáng)度σb≥885MPa屈服點(diǎn)σs≥ 735 MPa，斷后伸長(zhǎng)率δ5≥ 15%，鋼材退火或高溫回火供應(yīng)狀態(tài)布氏硬度HBS≤ 229 安全系數(shù)取 橫向力F作用時(shí)， 因此，柱銷尺寸定為 臂架的抗彎強(qiáng)度初步計(jì)算： 鉸接點(diǎn)附近的箱型：； 臂架五的鉸接端最大拉應(yīng)力計(jì)算： 滿足鋼板抗拉強(qiáng)度要求。 2.3.3第三臂架設(shè)計(jì) 第三臂架為折彎臂架，如圖7所示。 圖7 臂架三 由臂架折疊時(shí)空間上避免干涉，故第三節(jié)臂架設(shè)計(jì)為折彎式。折彎距離為 相應(yīng)管路也應(yīng)該滿足空間上不干涉的基本要求。 初定臂架三長(zhǎng)度為，鋼板厚度為 臂架三的箱型截面，，受力情況如圖8所示。 圖8 臂架三受力圖 ；; 由裕量和動(dòng)載，所以取液壓缸型號(hào)為75t 臂架間鉸接處用柱銷 柱銷尺寸按以下材料性能計(jì)算：取材料為SiMn鋼，安全系數(shù)取 橫向力F作用時(shí)， 因此，柱銷尺寸定為 臂架的抗彎強(qiáng)度初步計(jì)算： ； 臂架三的鉸接端最大拉應(yīng)力計(jì)算： 采用鋼板的抗拉強(qiáng)度為 滿足抗彎強(qiáng)度，抗扭強(qiáng)度的計(jì)算如下： 抗扭截面系數(shù)計(jì)算公式如下： 滿足抗扭強(qiáng)度要求。 2.3.4第二臂架設(shè)計(jì) 初定臂架長(zhǎng)度為，鋼板厚度為 臂架二的箱型截面，，受力如圖9所示。 圖9 臂架二受力圖 ；; 所以臂架二的油缸二推力必須大于110t 臂架的抗彎強(qiáng)度初步計(jì)算： ； 臂架五的鉸接端最大拉應(yīng)力計(jì)算： 采用鋼板的抗拉強(qiáng)度為 滿足抗彎強(qiáng)度。由于臂架三的抗扭合格，因此臂架二的抗扭不用再加以校核。 臂架鉸接用柱銷 柱銷尺寸按以下材料性能計(jì)算：取材料為SiMn鋼，安全系數(shù)取 橫向力F作用時(shí)， 因此，柱銷尺寸定為 2.3.5第一臂架設(shè)計(jì) 初定臂架一長(zhǎng)度為 鋼板厚度為10mm 臂架一的箱型截面，，受力如圖10所示。 臂架的抗彎強(qiáng)度初步計(jì)算： ； 臂架一的鉸接端最大拉應(yīng)力計(jì)算： 采用鋼板的抗拉強(qiáng)度為 滿足抗彎強(qiáng)度。臂架三的抗扭合格，因此臂架一的抗扭不再加以校核。 圖10 臂架一受力圖 油缸推力 因此，油缸的額定推力應(yīng)該大于120t 由各臂架的單位長(zhǎng)度估算各臂架重量如表1-1。 表1-1 各臂架重量 臂架重量/kg 臂架一 臂架二 臂架三 臂架四 臂架五 計(jì)算過(guò)程估取值（按中部截面） 1520 688 588 439 127 Pro/E三維模型測(cè)量值 1702 835 604 426 154 其誤差率分別為： ；； ； 表2-2為各臂架油缸額定推力的詳細(xì)計(jì)算值和仿真值的統(tǒng)計(jì)，分析其誤差率，進(jìn)行數(shù)據(jù)修訂。 表2-2 各臂架油缸載荷 油缸型號(hào)/t 油缸一 油缸二 油缸三 油缸四 油缸五 詳細(xì)計(jì)算 115 108 71 31 7.6 Pro/E仿真 128 117 72 34 8.8 其誤差率分別為： ；；； 選取臂架油缸按仿真值選取。由于誤差值并沒(méi)有超出，故不用再修改臂架的鋼板厚度或者箱型結(jié)構(gòu)。 2.5連桿的受力 連桿編號(hào)與油缸編號(hào)相對(duì)應(yīng)，連桿受力表3-3。 表3-3 連桿受力 連桿受力/KN 連桿二 連桿三 連桿四 連桿五 直連桿 1170 720 340 88 彎連桿 1290 935 403 63 連桿材料的選取，四個(gè)直連桿和四個(gè)彎連桿均為高強(qiáng)抗拉鋼板焊接而成。鋼板材料為瑞典SSAB公司的WELDOX960鋼板，屈服極限 2.5.1直連桿二設(shè)計(jì)及應(yīng)力校核 連桿柱銷尺寸按以下材料性能計(jì)算：取材料為SiMn鋼，安全系數(shù)取 橫向力F作用時(shí)， 因此，柱銷尺寸定為。 無(wú)油軸承直徑，長(zhǎng)度， 承壓面積： 最大承載能力為： 而臂架二在臂架一鉸接點(diǎn)處的最大負(fù)荷為，小于軸承能承受的最大承壓能力。其安全系數(shù)， 滿足使用要求。 由于連桿為受壓狀態(tài)，為了保證連桿不被壓潰，在連桿之間設(shè)計(jì)了兩道加強(qiáng)筋作為支撐。如圖11所示。 圖11 連桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2.5.2彎連桿二設(shè)計(jì)及應(yīng)力校核 圖12 彎連桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 從圖12可以看出，與直連桿鉸接的孔的承壓面積較小，其尺寸由直連桿寬度和臂架二的內(nèi)側(cè)寬度共同決定。承壓面積： 最大承載能力為： 而直連桿二在直連桿一鉸接點(diǎn)處的最大負(fù)荷為，小于軸承能承受的最大承壓能力。其安全系數(shù)，滿足使用要求。 為了防止彎連桿與油缸二的活塞桿、直連桿二在臂架二運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生干涉，將彎連桿二的加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)為如圖所示的型式，最大限度的保證了其結(jié)構(gòu)的抗彎曲強(qiáng)度。 2.6臂架1號(hào)液壓缸的詳細(xì)設(shè)計(jì) 2.6.1液壓缸的結(jié)構(gòu)選型 通用型液壓缸典型結(jié)構(gòu)有三種，拉桿型液壓缸、焊接型液壓缸和法蘭型液壓缸。臂架油缸選型：雙作用無(wú)緩沖式液壓缸和焊接型液壓缸 焊接型液壓缸缸筒與后端蓋為焊接連接，缸筒與前端蓋連接有內(nèi)螺紋、內(nèi)卡環(huán)、外螺紋、外卡環(huán)、法蘭、鋼絲擋圈等多種形式。焊接型液壓缸的特點(diǎn)是外形尺寸較小，能承受一定的沖擊負(fù)載和嚴(yán)酷的外界工作條件。但由于受到前端蓋與缸筒用螺紋、卡環(huán)或鋼絲擋圈等連接強(qiáng)度的制約，缸筒內(nèi)徑不能太大和額定壓力不能太高。此處臂架油缸設(shè)計(jì)選擇內(nèi)卡環(huán)型式 液壓缸的主要性能參數(shù)：公稱壓力，也稱額定壓力，是液壓缸用以長(zhǎng)期工作的壓力。國(guó)標(biāo)ISO3322-1975取為，最高允許壓力（）、缸筒內(nèi)徑。臂架系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力為31.5MPa,滿足上述要求。 活塞行程：由ISO4393-1978選取L=3230-2014=1216mm，取。 2.6.2活塞桿內(nèi)徑及缸徑計(jì)算 據(jù)液壓缸的供油壓力和負(fù)載（推力或拉力），缸筒內(nèi)徑D可按下列公式初步計(jì)算： 液壓缸的負(fù)載為推力：(m) 液壓缸實(shí)際使用推力（N） 液壓缸的負(fù)載率，一般取 液壓缸的總效率，一般取，取0.9 P液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力。（） 由標(biāo)準(zhǔn)取D=280mm 活塞桿伸出時(shí)的理論推力： 當(dāng)活塞桿縮回時(shí)的理論拉力： 上式中：D——活塞直徑（缸筒內(nèi)徑）（m）； d——活塞桿直徑（m）； ——活塞無(wú)桿側(cè)有效面積（）； ——活塞有桿側(cè)有效面積（）； ——工作壓力（MPa）； 液壓缸負(fù)載率為實(shí)際使用推力（拉力）與理論額定推力（拉力）的比值： 用以衡量液壓缸在工作時(shí)的負(fù)載，通常采用 因此滿足使用要求。液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)：缸筒內(nèi)徑D=280,活塞桿內(nèi)徑d=140,按280GB/T2348-93選取混凝土泵車的臂架泵型號(hào)初選為：A2FO56，最大流量為112L/min活塞外推時(shí)，可達(dá)到的活塞最高線速度： 活塞回縮時(shí)，活塞最高線速度由回油速度決定。 其中：——活塞桿外推時(shí)的體積流量 ——活塞桿內(nèi)拉時(shí)的體積流量 活塞桿全部伸出的時(shí)間為：，約兩分鐘。 另外，活塞的最高線速度，根據(jù)活塞和活塞桿選用的密封件是有所不同，液壓缸一般 液壓缸的效率 機(jī)械效率，由各運(yùn)動(dòng)件摩擦損失所造成，在額定壓力下，通常取。 容積效率，由各密封件泄露所造成，裝活塞環(huán)時(shí)， 液壓缸主要零部件設(shè)計(jì)： A缸筒：內(nèi)卡環(huán)形式結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸較小。卡環(huán)削弱了缸筒壁厚，相應(yīng)的需加厚。裝拆時(shí)，密封件易被擦傷。為了防止端蓋移動(dòng)，采用隔套加擋圈或者用螺釘連接，但增加了徑向尺寸。 缸筒設(shè)計(jì)計(jì)算： d活塞桿直徑(m) B缸筒壁厚計(jì)算 缸筒壁厚值，可按下式計(jì)算： 由， [δ]缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）材料為27SiMn，材料的屈服強(qiáng)度 ——安全系數(shù) 通常取， 根據(jù)液壓缸的重要程度和工作壓力大小等選取（工作壓力大，可選小一些）此處取n=2 因此由標(biāo)準(zhǔn)值選取，缸筒外徑即可。為340mm 對(duì)缸筒材料，一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒，還要有良好的焊接性能。 目前，普遍采用的是熱軋或冷拔無(wú)縫鋼管?；蛴蓪I(yè)廠提供內(nèi)圓已經(jīng)過(guò)研磨和外圓已經(jīng)過(guò)精加工的高精度冷拔無(wú)縫鋼管，按所需長(zhǎng)度切割下料。再根據(jù)與端蓋的連接形式進(jìn)行加工，就可以清洗裝配。 高精度冷拔無(wú)縫鋼管規(guī)格 內(nèi)徑，壁厚，內(nèi)徑精度,壁厚差%，表面粗糙度 材料可選為：20，35，45，。 缸筒加工要求： 缸筒內(nèi)徑可選用、或配合，內(nèi)徑的表面粗糙度：當(dāng)活塞選用橡膠密封件密封時(shí)，取為；當(dāng)活塞選用活塞環(huán)密封時(shí)，取為。 缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度可選取8級(jí)或9級(jí)精度。 缸筒斷面的垂直度可選用7級(jí)精度。 由液壓缸的安裝形式為耳環(huán)型或耳軸型時(shí)，后端蓋的耳環(huán)孔徑的中心對(duì)缸筒內(nèi)控軸線的垂直度可選取9級(jí)精度。 為了防止腐蝕以及其它使用的特殊要求，缸筒的內(nèi)表面鍍鉻，鍍層厚度為，鍍后研磨或拋光。 缸筒底部厚度計(jì)算 缸筒底部為平面時(shí)，其厚度可以按照四周鑲住的圓盤強(qiáng)度公式進(jìn)行近似的計(jì)算，如圖3.16所示。 式中缸筒底部厚度（m） ——計(jì)算厚度處的直徑0.25m 設(shè)計(jì)中由于要增加通油口，故取底部厚度為80mm，滿足強(qiáng)度要求 2.6.3活塞及其密封的設(shè)計(jì) （1） 活塞的結(jié)構(gòu)形式 常用活塞的結(jié)構(gòu)形式分為整體活塞和分體活塞兩類，活塞的寬度一般由密封件、導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的安裝溝槽來(lái)決定。對(duì)長(zhǎng)行程的液壓缸為了避免負(fù)載的側(cè)向力，可以結(jié)合中隔圈來(lái)確定活塞的寬度。 （2） 活塞的密封 活塞的密封選用準(zhǔn)則取決于壓力、速度、溫度和工作介質(zhì)等因素?；钊Ｓ玫拿芊庥虚g隙密封、活塞環(huán)、O型密封圈、Y型密封圈、U型密封圈、V型密封圈等橡膠密封件。選用較多的是以O(shè)型密封圈或特殊的外形輪廓橡膠密封件作為副密封件和聚四氟乙烯主密封件組合在一起使用。這種組合式密封顯著提高了密封性能，降低了摩擦阻力，無(wú)爬行現(xiàn)象，具有良好的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)、安裝溝槽簡(jiǎn)單、拆裝方便。另一個(gè)特點(diǎn)是允許活塞外圓與缸筒內(nèi)壁有較大間隙。因?yàn)榻M合式密封能防止密封件擠入縫隙內(nèi)，這就降低了活塞與缸筒的加工要求，如圖13所示。 圖13 T型格萊圈 （3） 活塞的材料 無(wú)導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的活塞選用高強(qiáng)度鑄鐵HT200HT300、球墨鑄鐵和青銅等材料。 有導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的活塞：碳素鋼20號(hào)、35號(hào)及40號(hào)。本設(shè)計(jì)活塞材料采用40號(hào)碳素鋼 （4） 活塞的加工要求 圖14 活塞結(jié)構(gòu)圖 活塞外徑對(duì)內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)公差值按7級(jí)或8級(jí)精度選取。 端面T對(duì)內(nèi)孔軸線的垂直度公差值按7級(jí)精度選取。 活塞D的圓柱度公差值按9級(jí)、10級(jí)和11級(jí)精度選取。 如活塞有導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)時(shí)），活塞外徑D的公差、表面粗糙度等加工要求降低。 導(dǎo)向環(huán)的作用： 活塞的導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)），具有精確的導(dǎo)向作用，并可吸收活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)隨時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力。 帶導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的活塞，在缸筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)是非金屬接觸。因此，摩擦系數(shù)小，啟動(dòng)時(shí)無(wú)爬行。 活塞安裝了導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）后，能改善活塞與缸筒的同軸度，使間隙均勻，故減少了泄漏。 導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）采用耐磨材料，使用壽命長(zhǎng)，磨損后易于更換。 導(dǎo)向環(huán)能刮掉雜質(zhì)，防止雜質(zhì)嵌入密封圈。 導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）用填充聚四氟乙烯或纖維復(fù)合材料制成，具有良好的承載能力。 活塞的導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）有嵌入型、浮動(dòng)型和組合型等三種形式。導(dǎo)向環(huán)如圖3.22所示。 圖15 導(dǎo)向環(huán)結(jié)構(gòu)圖 泵車臂架油缸活塞導(dǎo)向環(huán)采用了浮動(dòng)型。用高強(qiáng)度塑料如聚四氟乙烯等制的導(dǎo)向環(huán)帶狀坯料，裝在活塞外圓的矩形截面溝槽內(nèi)，側(cè)向保持有間隙，導(dǎo)向環(huán)可在溝槽內(nèi)移動(dòng)。 浮動(dòng)型導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）尺寸計(jì)算 活塞用導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的數(shù)量及尺寸取決于活塞承受徑向力大小及導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）材料所允許的表面承壓能力。 活塞用導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的寬度可用下式初步計(jì)算： 式中 ——活塞承受的最大徑向力（N）；取為5000N ——安全系數(shù)一般取;取2 ——活塞外圓直徑（m）;0.28m ——材料所允許的表面承壓能力（） 填充聚四氟乙烯： 在時(shí)，，最高工作溫度不超過(guò)； 纖維復(fù)合材料： 在時(shí)，，最高工作溫度不超過(guò)。 故選用聚四氟乙烯材料制作支撐環(huán)。 為了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向作用，導(dǎo)向環(huán)b不能太小，因此，取b=20mm 活塞用導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的下料長(zhǎng)度，如圖3.20所示。 式中 ——下料系數(shù) 填充聚四氟乙烯： 纖維復(fù)合材料： ——活塞外圓直徑（m）； ——導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）厚度(m).5mm 活塞用浮動(dòng)導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）是采用專業(yè)廠提供的帶狀半成品制成，厚度和寬度以及安裝的溝槽結(jié)構(gòu)要素可參閱產(chǎn)品樣本。 2.6.4活塞桿的設(shè)計(jì) 活塞桿桿體采用實(shí)心桿，外端結(jié)構(gòu)采用外螺紋帶肩‘ 螺紋直徑與螺距（） ，螺紋長(zhǎng)度短型 125。 活塞桿的內(nèi)端結(jié)構(gòu)（活塞桿與活塞的連接） 所有的連接形式均需有鎖緊措施，防止活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)松動(dòng)，還需考慮活塞與活塞桿之間的靜密封。 活塞桿直徑（桿徑）計(jì)算 對(duì)于雙作用單活塞桿的液壓缸，其活塞桿直徑d,可根據(jù)往返速比（即面積比）的要求，初步按下式計(jì)算活塞桿直徑d 按標(biāo)準(zhǔn)取 本設(shè)計(jì)由于無(wú)速比要求，按液壓缸的工作拉力和壓力要求計(jì)算活塞桿直徑d值。 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算： 在活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算中，通常以液壓缸的活塞桿端部和缸筒后端蓋均為耳環(huán)鉸接式安裝方式作為基本情況來(lái)考慮。并另活塞桿全部伸出時(shí)，活塞桿端部與負(fù)載連接點(diǎn)與液壓缸支撐點(diǎn)之間的距離 由，知液壓缸為中行程型，須驗(yàn)算活塞桿壓縮或拉伸強(qiáng)度和活塞桿的彎曲穩(wěn)定性； （m） 式中 F——液壓缸的最大推力（或拉力）（N）; ——材料取，屈服強(qiáng)度 ——安全系數(shù)一般；取3 ——活塞桿直徑（m） 活塞桿直徑為160mm,滿足強(qiáng)度要求 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，須考慮活塞桿的彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算。 活塞桿通常是細(xì)長(zhǎng)桿體，因此活塞桿的彎曲計(jì)算一般可按“歐拉公式”進(jìn)行。 活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷： 因此，活塞桿最大工作負(fù)荷應(yīng)按下式驗(yàn)證 式中 ——活塞桿材料的彈性模數(shù)（）鋼材：； ——活塞桿橫截面慣性矩（） 圓截面： ——安裝及導(dǎo)向系數(shù) ——安全系數(shù)，一般取, ——安裝距m。 兩端鉸接，剛性導(dǎo)向，安裝及導(dǎo)向系數(shù)=1。. 由于最大推力小于失穩(wěn)臨界負(fù)荷，活塞桿不會(huì)縱向彎曲。 活塞桿的加工要求 活塞桿表面需鍍硬鉻，鍍層厚度，也有的要求鍍層厚度。防腐要求特別高的則要求先鍍一層軟鉻或鎳，鍍后再鍍硬鉻拋光。 活塞桿外徑公差；直線度；表面粗糙度，精度要求高時(shí) 活塞桿外徑的圓柱度公差值，應(yīng)按級(jí)精度選取。 活塞桿的導(dǎo)向 、密封與防塵： 在液壓缸的前端蓋內(nèi)，有對(duì)活塞桿導(dǎo)向的內(nèi)孔；有對(duì)缸筒有桿側(cè)腔密封的密封件；有活塞桿內(nèi)縮時(shí)刮除附著在表層的雜志、灰塵和水分的防塵圈。 以往活塞桿的密封多用形密封圈、窄斷面形密封圈及形密封圈。這些密封形式由于活塞桿與密封件之間是干摩擦，摩擦阻力大，往往導(dǎo)致密封唇過(guò)早磨損。因此，近年來(lái)較多選用組合式密封圈，如型斯特封，它由兩個(gè)不同元件組成；一個(gè)是用聚四氟乙烯加入青銅填料制造的階梯型密封圈（主密封件），另一個(gè)是形密封圈（彈性元件和副密封作用）。組合式密封圈（型斯特封）具有低摩擦阻力、啟動(dòng)時(shí)無(wú)爬行、極低的泄漏量和抗磨損等特點(diǎn)。 活塞桿的防塵，以往多選用以無(wú)骨架防塵圈。目前多采用既可以防塵又可以密封雙唇形防塵圈 外唇起防塵作用，保持活塞桿表面干凈，內(nèi)唇相當(dāng)于密封唇口。當(dāng)活塞桿外伸時(shí)，通過(guò)主密封圈黏在活塞桿表層的油膜，即被雙唇形防塵圈的內(nèi)唇（密封唇口）刮下，這樣就在住密封圈與防塵圈之間保留一層油膜，起潤(rùn)滑作用，提高了密封圈的使用壽命。 中隔圈 在長(zhǎng)行程液壓缸中，由于安裝方式及負(fù)載的導(dǎo)向條件，可能使活塞桿的導(dǎo)向套受到過(guò)大的側(cè)向力而導(dǎo)致嚴(yán)重磨損，因此在長(zhǎng)行程液壓缸內(nèi)須在活塞與側(cè)端蓋之間安裝一個(gè)中隔圈，使活塞桿在全部外伸時(shí)仍能有足夠的支撐長(zhǎng)度。本臂架油缸行程長(zhǎng)度,但由于泵車臂架的特殊性，其油缸的伸長(zhǎng)量必須為定值，因此要限定油缸的伸縮長(zhǎng)度，必須加中隔圈。中隔圈的長(zhǎng)度由臂架油缸行程來(lái)制作。 2.6.5安裝連接元件 （1）耳環(huán) 根據(jù)使用的部位不同，耳環(huán)可分為桿用耳環(huán)和缸筒用耳環(huán)兩種。桿用耳環(huán)安裝在活塞桿的外端部，通常用螺紋連接。缸筒用耳環(huán)一般與缸筒的后端蓋為一體，也可焊在后端蓋上，但耳環(huán)的銷孔應(yīng)該在焊后加工。耳環(huán)應(yīng)選擇最小屈服點(diǎn)至少為，斷裂伸長(zhǎng)率至少為的材料制成。設(shè)計(jì)中采用了45號(hào)鋼。 臂架油缸采用單耳環(huán)式（帶軸套），軸套為圓柱體，材料為青銅、鍍青銅雙金屬鋼帶或高強(qiáng)度塑料。耳環(huán)的銷孔一般用配合。 耳環(huán)銷孔支撐壓力的計(jì)算： 式中 ——耳環(huán)承受的最大推力或拉力（）； ——耳環(huán)的銷孔內(nèi)徑（）； ——耳環(huán)寬度（）； ——取45號(hào)鋼，為材料的抗拉強(qiáng)度（）。一般取 耳環(huán)的尺寸 當(dāng)耳環(huán)帶軸套時(shí) 圖16 耳環(huán)結(jié)構(gòu)圖 耳環(huán)的尺寸一般取，此處取L=120mm 耳環(huán)的軸套 通常用青銅套以過(guò)渡配合壓入耳環(huán)周孔內(nèi)。軸套內(nèi)圓也有在精加工前壓成多個(gè)梭形凹穴，錯(cuò)開排列，以保存潤(rùn)滑劑。由于臂架油缸為高負(fù)載。軸套可用薄軸瓦，即用鍍青銅雙金屬帶，有漸開形開口，裝入耳環(huán)周孔后用薄楔片入開口處使鋼帶外圓緊貼軸孔。 耳環(huán)用柱銷 柱銷尺寸按以下材料性能計(jì)算：取材料為45鋼，最低屈服強(qiáng)度，斷裂是延伸率。 橫向力F作用時(shí)， 因此，銷的材料應(yīng)該優(yōu)于45號(hào)鋼，選用SiMn鋼，抗拉強(qiáng)度σb≥885MPa屈服點(diǎn)σs≥ 735 MPa，斷后伸長(zhǎng)率δ5≥ 15%，鋼材退火或高溫回火供應(yīng)狀態(tài)布氏硬度HBS≤ 229 由 安全系數(shù)：，滿足設(shè)計(jì)要求。因此，柱銷尺寸定為 2.6.6連接油口設(shè)計(jì) 由ISO8137 1986選取油口，由缸徑280mm，結(jié)構(gòu)如圖17，尺寸如表4-4所示。 圖 17 表4-4 油口尺寸 缸徑D EC EEmm EA ED 280 32 51.6 配接油口的為軟管，通油能力為。 第三章 泵送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1管路長(zhǎng)度及泵送阻力計(jì)算 混凝土泵車的泵送量為。 選取輸送管路為125A，則混凝土缸中混凝土的流速為： 輸送管中的流速為 向上垂直管路，向上垂直管水平換算系數(shù)為4,； 彎管共有10個(gè)，折彎半徑150mm，彎管每根水平換算系數(shù)為12， ； 錐形管（）水平換算系數(shù)為8， 水平管路， 折合為水平管路為： 輸送管路的沿程阻力計(jì)算 泵送阻力與輸料管直徑、管道長(zhǎng)度、管路的角度變化及管路的錐度等有關(guān)。 混凝土在輸送管路中運(yùn)送時(shí)要克服其與管壁之間的剪切阻力和摩擦阻力。這兩種阻力與管路直徑、長(zhǎng)度和混凝土的流速有關(guān)，可按圖18選取。 圖18 泵送阻力曲線圖 由輸送最大塌落度按15mm（塌落度越大，管路阻力損失越小），由125A管路為5in， 由最大排量得出壓降為 因此 屬于高壓級(jí)。 3.2 泵送壓力計(jì)算 混凝土泵的泵送壓力是至泵在工作時(shí)，混凝土缸的活塞推壓力。泵送壓力主要是用來(lái)克服混凝土的輸送阻力，包括輸料管中混凝土的流動(dòng)阻力和混凝土與管壁間的摩擦力和黏附力，在垂直管中還要克服混凝土的重力。 輸送阻力與泵送壓力 在泵送混凝土的施工中，上述各種輸送阻力之和不能大于混凝土泵的最大泵送壓力，以保證混凝土泵的正常泵送工作。 設(shè)計(jì)中，混凝土缸的缸徑取標(biāo)準(zhǔn)缸徑，泵送系統(tǒng)壓力為31.5MPa，輸送缸行程為。 混凝土缸的面積： 液壓缸活塞面積： 液壓缸的泵送推力為： 液壓缸內(nèi)徑為： 取標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑為，額定壓力為的缸筒外徑。 若取速比，則活塞桿直徑為 3.3活塞桿設(shè)計(jì) 活塞桿的較長(zhǎng)，因此應(yīng)該校核其壓桿穩(wěn)定性。 壓桿的約束條件應(yīng)視為兩端鉸支，長(zhǎng)度因素 活塞桿橫截面的慣性矩是 兩端鉸支細(xì)長(zhǎng)壓桿臨界壓力的歐拉公式為 臨界壓力與實(shí)際最大壓力之比，為壓桿的工作安全因素，即 規(guī)定的穩(wěn)定安全因數(shù)為，所以活塞桿滿足穩(wěn)定要求。 3.4限位油缸的設(shè)計(jì) 限位油鋼的壓力油來(lái)自蓄能器，其壓力為系統(tǒng)壓力 主油缸有桿腔的面積必須小于限位油缸的面積 則限位油缸的缸徑 為防止主缸的慣性力沖擊使砼活塞退回水箱，限位油缸的直徑取 其防沖擊能力為：。 3.5擺搖機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) S管閥安裝在混凝土泵的集料斗中，在前后軸承的支承下，作往復(fù)擺動(dòng)，其受力狀況十分復(fù)雜。在目前的條件下，S管閥的實(shí)際受力狀況很難作出準(zhǔn)確的定量分析。擺動(dòng)阻力矩主要由以下組成： ——S管在擺動(dòng)過(guò)程中，其側(cè)面受混凝土物料直接作用而產(chǎn)生與擺動(dòng)方向相反的阻力矩 ——S管在擺動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生的混凝土物料之間的剪切力矩 ——S管擺動(dòng)的慣性阻力矩 ——S管擺動(dòng)過(guò)程中，耐磨環(huán)與眼鏡板接觸面泵送切換開始的摩擦阻力矩 ——S管擺動(dòng)過(guò)程中，切割環(huán)切斷混凝土缸中混凝土料流的剪切阻力矩 ——S管擺動(dòng)的空載靜阻力矩 S管擺動(dòng)過(guò)程的阻力矩很大，對(duì)排量為的混凝土泵，其阻力矩可達(dá)。這里主要是由于具有泵送壓力的混凝土對(duì)切割環(huán)的軸向壓力造成的，這推力占總阻力矩的。由于按最大泵送壓力，取擺動(dòng)阻力矩取 由擺缸行程，其力矩（由Pro/E輔助設(shè)計(jì)得出）。 最大推力 缸體內(nèi)徑 取標(biāo)準(zhǔn)缸徑內(nèi)徑系列100mm,外徑121mm。以滿足惡劣的工況需求。 活塞桿直徑選取，按速比，選取。 驗(yàn)算活塞桿的強(qiáng)度。 即 因此，活塞桿材料取45鋼即可滿足要求。 活塞桿的球頭和缸體球頭都用球鉸聯(lián)結(jié)，能很好地解決憋卡的問(wèn)題和較好的潤(rùn)滑效果。其球面軸承材料為ZCuAL10Fe3，機(jī)械性能優(yōu)于普通青銅，也能起一定的緩沖作用。而在混凝土泵車中，擺搖機(jī)構(gòu)的沖擊是造成臂架疲勞斷裂的重要原因。 搖塊的內(nèi)花鍵設(shè)計(jì)： 齒形為漸開線，按齒形定心，選用， 。 強(qiáng)度校核： 其中： ——傳遞的轉(zhuǎn)矩； ——鍵齒的載荷分布不均勻因子，?。? ——分度圓直徑； ——齒數(shù)，； ——鍵的工作長(zhǎng)度，； 由傳遞最大轉(zhuǎn)矩為 工作時(shí)齒面所受壓力 花鍵使用連接工作方式為固定連接，工作時(shí)受到嚴(yán)重沖擊。齒面經(jīng)熱處理后許用壓力，滿足使用要求。 拉桿的設(shè)計(jì)： 砼活塞的推力，即油缸推力為： 拉桿的數(shù)量。 拉桿的材料為高強(qiáng)抗拉螺栓的材料為低碳合金鋼或中碳鋼，淬火并回火。其抗拉強(qiáng)度極限 考慮到螺紋連接的安全系數(shù)取 許用應(yīng)力 每根螺栓的應(yīng)力必須滿足，得出 拉桿的最小直徑徑向上圓整，取拉桿直徑，細(xì)牙螺紋，螺距，螺紋的小徑為，滿足設(shè)計(jì)要求。 第四章 泵送PLC自動(dòng)控制 4.1 泵送系統(tǒng)液壓回路 泵送系統(tǒng)液壓回路有“正泵”和“反泵”兩種操作功能，“高壓”和“低壓”兩種工作方式，通過(guò)液壓和電氣系統(tǒng)來(lái)控制完成的。正泵是將料斗中的混凝土通過(guò)泵送機(jī)構(gòu)及管路源源不斷地送達(dá)作業(yè)面，反泵是將管道中的混凝土吸回料斗，達(dá)到排堵的目的，同時(shí)也可以作為清洗管道之用。高低壓泵送狀態(tài)切換（用油缸的無(wú)桿腔還是有桿腔去驅(qū)動(dòng)泵送作業(yè)）。 （a）高壓 (b)低壓 圖19 高低壓原理圖 泵送系統(tǒng)液壓回路分為主回路、分配閥回路、自動(dòng)高低壓切換回路、全液壓換向回路。液壓原理圖如圖23所示。 （一） 主回路 該回路由主油泵5、電磁溢流閥7、高壓過(guò)濾器10、主四通閥14、主油缸26組成。主油泵為恒功率并帶壓力切斷的電比例泵，電磁溢流閥7起安安全閥的作用，并可控制系統(tǒng)的帶載和卸荷。 主油缸26是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)左右輸送缸內(nèi)的砼活塞來(lái)回運(yùn)動(dòng)；主四通閥14的A1、B1出油口則通過(guò)高低壓切換回路與左右主油缸的貨代腔油口A1H、B1H和活塞桿腔油口A1L、B1L連通，故它的換向最終致使鄒游輸送缸內(nèi)砼活塞運(yùn)動(dòng)方向的改變。 （二） 分配閥回路 該回路由齒輪泵6、電磁換向閥8、溢流閥9、單向閥11、蓄能器13、擺動(dòng)四通閥15、擺閥油缸27組成。其中由齒輪泵6、電磁換向閥8和溢流閥9形成恒壓油源，電磁換向閥8在泵送作業(yè)時(shí)一直處于得電狀態(tài)；在待機(jī)狀態(tài)下則進(jìn)行的斷電的循環(huán)，一保證蓄能器13的壓力不掉為零，又不至于使齒輪泵壓力油處于溢流狀態(tài)，消耗功能產(chǎn)生熱量。 擺閥油缸27是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)“S管”分配閥左右擺動(dòng)；擺缸四通閥15的A、B出油口分別與左右擺閥油缸的活塞腔連通，故它的換向最終致使“S管”分配閥換向。 （三） 自動(dòng)高低壓切換回路 該回路由插裝閥22、插裝閥23、電磁換向閥19.2和梭閥21組成。它的工作原理是利用插裝閥的通斷功能形成“高壓”和“低壓”兩種工作回路，并利用電磁換向閥以切斷控制壓力的來(lái)油方式來(lái)切換這兩種工作回路，其