毕业设计（论文）ZLJ5300THB12540泵车液压系统设计

邵阳学院毕业设计(论文)1. 绪论1.1 引言随着国内商品混凝土行业和建设机械租赁业务的快速发展，施工规模和范围的扩大及西部大开发，建设机械以及相关混凝土输送机械行业得到了高速发展，混凝土泵车的市场空间进一步扩大。 我国混凝土泵车团体用户主要是年生产能力在30立方米以上有资质的商品混凝土供应商、行业比较大的建设施工单位、各类有一定经济实力和经营规模的施工机械租赁企业、从原建设施工单位分离出来的设备管理部门等；个体用户主要是沿海发达地区的个体搅拌站和个体机械租赁部。目前在国内团体用户至少有8001家以上，按国际常规每家5辆的规模，今后几年其泵车拥有量将会达到4000辆左右，再加上个体用户的1000辆，这个数字非常可观。现在年成交量约在180辆左右，主要是团体消费，而个体消费增长缓慢的原因是价格问题。 目前，国内此类产品型谱和生产企业不断增加，产品性能、质量都在迅速提升。随着商品混凝土行业的发展，混凝土泵送机械规格更全，档次更高，泵车布料臂架朝更长的方向发展，由过去的37m占主流，逐步过渡到4245m为主，4756m同样受到市场青睐，如三一重工生产的SY5500THB-56泵车，臂架长度已达到56m，为目前国产最长臂架的泵车。随着工程进度的加快，泵送排量也有增大的要求，过去排量在6080m3/h的占60左右，现在排量要求80120m3/h的工程越来越多，如杭州湾跨海大桥使用的混凝土泵，基本上都是120m3/h的。 对混凝土泵的机动性要求越来越高。主要表现在泵车的市场需要增长很快，2002年比2001年增长95.56，2003年比2002年的增长幅度更大，超过了100。另外，车载泵的市场也逐步活跃起来，三一、楚天、中联、鸿得利等厂家都有新品上市。目前，柴油机动力越来越多，不仅泵车和车载泵要求使用柴油机动力，单拖式泵的比例也逐步增大。 液压系统向集成方向发展，普遍采用开式系统及恒功率控制，特别是大流量的泵，开式系统具有油温低、可靠性高、维修方便等诸多优势。同时，全液压控制技术、计算机控制技术取得了突破性进展。如三一产品的全液压换向和计算机闭环控制技术已经广泛应用。泵送压力已经有了大幅度提高，1971年以前，混凝土出口压力大多不超过.94MPa，后提高到5.888.38MPa，现在已达到22MPa，而且还有继续提高的趋势。同时，液压系统的压力也在不断提高，基本都在32MPa以上。因此，输送距离也在不断增加，最大水平输送距离已超过2000m，最大垂直泵送高度也可达500m以上。1.2 课题提出的背景1.2.1 课题提出的宏观背景我国臂架式混凝土泵车的起步开始于20世纪80年代初期，最初基本上是引进散件组装，或者是通过技贸结合方式引进技术生产与部分零件引进相结合的生产模式。20世纪50年代我国生产过机械式混凝土泵，由于当时的技术水平很低，生产批量很少，在20世纪80年代初，国产混凝土泵车的总保有量尚不足200台，臂架式混凝土泵车更是一项空白。在此期间，我国的一些大型混凝土浇筑工程，在很大程度上基本依靠进口设备。从20世纪80年代初开始，经过20余年的努力，我国臂架式混凝土泵车取得了长足的发展，设计水平、制造能力都有了很大提高。据统计，目前我国混凝土输送泵制造商已达100多家，分布于全国各地。但是由于各制造商的技术水平、制作工艺、生产能力等参差不齐，产品差距也较大。目前国内生产能力最强的企业是以三一重工、中联重科、徐州重型及福田重机为代表的第一梯队，第二梯队中以辽宁海诺、湖北建机、安徽星马和上海鸿得利等企业为主，它们的产量占了全行业的90%以上。 我国臂架式混凝土泵车近年来有了快速的发展，在产品的稳定性和工艺方面，虽然还不如国外的产品，但比20世纪的产品有了长足的进步。在性价比、售后服务等方面我国的产品具有明显的竞争优势，且更加符合国内的实际施工情况。其中，中联重科、三一重工在臂架式混凝土泵车的研发方面走在了同行的前面。中联重科制订了混凝土泵车标准，还研发了泵车远程维护与定位系统。三一重工的混凝土泵车，无论在泵送压力、泵送排量，还是在稳定性、可靠性等方面，都可与国外著名品牌产品相媲美，其泵送机械系列产品已热销到中东、北非及南亚等地。1.2.2 课题提出的行业背景(1) 我国泵车行业发展现状及存在的问题国产臂架式混凝土泵车因为起步较晚，近两年国内各企业纷纷加强了技术引进与质量控制，设计开发了具有自主知识产权的臂架式混凝土泵车，技术创新成为国内臂架式混凝土泵车发展的助推器。而各大部件的技术发展趋势也代表了内臂架式混凝土泵车整车的发展方向。但随着泵车行业的急速发展，其中也出现了不少的问题：1) 各制造商的技术水平、制作工艺、生产能力等参差不齐，产品差距也较大。目前国内生产能力最强的企业是以三一重工、中联重科、徐州重型及福田重机为代表的第一梯队，第二梯队中以辽宁海诺、湖北建机、安徽星马和上海鸿得利等企业为主，它们的产量占了全行业的90%以上。2) 环境污染严重，能耗高。泵车行业本身属于高能耗、高污染行业，生产过程中消耗大量资源和能源，产生的废气、废水、废渣、等对环境造成严重污染。3) 近年来，随着全社会环保意识的增强，我国政府出台了一系列政策、措施加大节能、减排力度，各地方政府也制定相应法令、法规，整治行业污染，泵车行业面临资源、能源和环境问题的严峻挑战。4) 国内泵送机械所获得的专利主要以泵、泵的闸门及泵控制、液压、电器等为主，这说明国内企业对这些方面的研究比较重视，这也是国产泵送机械比较薄弱的领域。其次是泵的零配件及臂架方面，近20年间的专利数量只有100多项，这其中还包含国外企业申请的专利，这说明我国企业对臂架式泵送机械研发的投入还不足。(2) 国外泵车行业发展现状1) 底盘呈现多元化。底盘发动机为臂架式混凝土泵车的工作和行驶提供压力。其中五十铃底盘技术成熟，价格也相对便宜，沃尔沃底盘外观豪华，驾驶舒适，自动化程度高，采用柴油电喷技术，油耗低。2) 液压系统向集成化方向发展。液压系统是混凝土泵车的核心部分，液压系统质量的高低会直接影响主机工作性能和效率。臂架式混凝土泵车普遍采用开式系统及恒功率控制，特别是大流量的泵，开式系统具有油温低、可靠性高、维修方便等诸多优势。同时，全液压控制技术、计算机控制技术取得了突破性进展。全液压控制技术、计算机控制技术也取得了突破性进展，如三一产品的全液压换向和计算机闭环控制技术已经广泛应用。3) 节能、环保成为泵车发展趋势。提高混凝土泵车的节能、环保性能已经成为一种趋势，风冷却逐步替代水冷却，发动机的排放标准也在提高。4) 结构件更具适用性。臂架式混凝土泵车作业时常受上部空间所限制，要求臂架展开时顶部高度最低，4节以下的臂架折叠一般采用单一的R或Z形型式。5节以上臂架由于受空间限制，一般采用RZ组合折叠型式来实现臂架的展开、收拢，适用性、机动性和灵活性增强，特别是在隧道和室内作业施工中，效率明显提高。5) 土输出排量更大。中心泵送系统压力更高、输送量更大，将成为今后国外臂架式混凝土泵车中心泵送系统的发展趋势。随着臂架式混凝土泵车臂架越做越高，车型越做越大，其输送缸的缸径也越做越大，同时由于工程进度的要求越来越高，要求泵送排量在80120m3/h的工程越来越多，大排量将成为今后臂架式混凝土泵车的发展方向。此外，泵送压力越来越高。混凝土出口压力现在已达到22MPa，而且还有继续提高的趋势。图1.1 ZLJ5300THB125-40泵车整机外观图1.3 混凝土泵车的分类 混凝土泵的种类很多，可以按臂架长短、底盘、臂架展开方式或其他装置的情况分类。（1） 按臂架长短分类可以分为37米、40米、42米、44米、46米、47米、48米、49米、50米、52米、56米泵车。（2） 按底盘类:泵车由于施工的可靠性要求高,工作负荷大,对于底盘的采用,一般都采用国际知名品牌如瑞典VOLVO、德国Merceds-Benz、日本ISUZU等公司生产的专用底盘，其中VOLVO和Merceds-Benz等底盘采用柴油电喷技术,具有较好的燃油经济性和高标准的排放标准。近年来也出现了部分泵才采用国产底盘，如中联重科采用的浦沅专汽底盘和北汽福田采用的欧曼底盘。（3） 按臂架展开方式分类：按壁架展开方式一般分为R型、Z型、和RZ复合型。1.4 泵送机构的基本构造及工作原理（1） 混凝土泵车的基本构成：混凝土泵车大致由泵送机构. 混凝土分配机构、料斗及搅拌机构.电控系统等四大部分组成。每一部分均由不同的机构或零件组成,都承担不同的功能. 了解并掌握混凝土泵的每一部分基本结构及其工作原理,对泵车的正确使用和维修有很大的帮助.（2） 混凝土泵车的代号及主要性能参数：不同厂家对泵车的代号有不同的方式,但根据国家及行业的标准,泵车的主要技术性能参数可以从产品型号看出. ZLJ5300THB125-40企业代号特种车代号整机重量产品改型编号泵车标准代号泵送方量布料高度泵送机构是把液压能转换为机械能的动力执行机构，其功能是推动混凝土使其克服管道阻力而达到浇注部位。构造与工作原理如图1.2 ：图1.2 泵送机构构造图泵送机构是由动力部分、水箱、工作部分等组成。动力部分即主油缸，工作部分即混凝土缸，水箱的作用是支持连接主油缸与混凝土缸，并由所盛水对混凝土缸进行清洗、冷却、润滑等。泵送混凝土时，在主油缸和分配缸驱动下，若左侧混凝土缸与料斗连通，则右侧混凝土缸与分配阀连通。若油压使左侧混凝土缸向后移动，将料斗中的混凝土吸入该侧混凝土缸(吸料缸)，同时油压使右侧混凝土缸活塞向前移动，将该侧混凝土缸(排料缸)中的混凝土推入分配阀，经混凝土输送管道输送到浇注现场。当左侧混凝土缸活塞后移至行程终端时，触发水箱中的换向装置，两主油缸油压换向，分配阀油缸使分配阀与左侧混凝土缸连接，该侧混凝土缸活塞向前移动，将混凝土推入分配阀，同时，右侧混凝土缸与料斗连通，并使该侧混凝土缸活塞后移，将混凝土吸入混凝土缸。图1.3 图1.4 左侧混凝土缸活塞后移至行程终端时，触发换向装置，油缸换向，右侧混凝土缸活塞向前推送，开始下一轮泵送循环，从而实现连续泵送混凝土。以上情形为混凝土的正泵状态(图1.3)。当混凝土泵出现泵送不顺，发生堵塞或需将泵(或泵车)暂停，将输送管(或布料杆)内的混凝土抽回料斗时，可通过液压系统控制分配阀，使吸料缸口与输送管道相接，从而使混凝土料抽入混凝土缸体内。而处于排料工位的混凝土缸，则将混凝土抽回料斗中，同步完成吸排料动作后，分配阀换向，开始下一个吸排料过程，从而实现反抽的连续工作循环。以上情形为混凝土泵的反泵状态（图1.4）（3） 混凝土缸混凝土缸后端与水箱连接，前端与分配阀箱体连接并通过托架与机架固定。主油缸活塞杆伸入到混凝土缸内，活塞杆前端装有混凝土缸活塞。不同型号、不同厂家的混凝土泵，其混凝土缸的尺寸、连接方式也不一样。混凝土缸可用无缝钢管制造。由于混凝土缸同混凝土及水长期接触，承受着剧烈的摩擦及酸、碱物质的化学腐蚀，因此，在混凝土缸内壁镀有硬铬层，或经特殊热处理以提高其耐磨性能及抗腐蚀性能。混凝土缸活塞是一个将耐磨橡胶与钢制的活塞镶片浇铸成一整体的组合件。活塞镶片通过螺栓同活塞靠盘固定在一起，活塞靠盘的外表面也经过镀铬以防腐蚀。 图1.5 主油缸剖面图（4） 水箱水箱是用钢板焊成，既是储水容器，又是主油缸与混凝土缸的支持连接件。水箱上部有盖，打开窗盖可以加水并清洗水箱内部。水箱上还有一个水标尺，用来观察水位，水箱底部有放水口。在泵送机构工作时，水在混凝土缸后部随着橡胶活塞来回流动，所起的作用是：1) 清洗作用 清洗混凝土缸壁上每次泵送后残存的灰浆，以减少混凝土缸及橡胶活塞的磨损;2） 隔离作用 防止主油缸泄漏出来的液压油进入混凝土中而影响混凝土的质量; 3) 冷却润滑作用 冷却润滑混凝土缸橡胶活塞、活塞杆及活塞杆密封部位。整个水系统容量约100L。（5） 机械系统 料斗料斗是混凝土泵的承料器，料斗及搅拌装置的功用有两个方面：1) 混凝土运输设备向混凝土泵供料的速度同混凝土泵的输送速度不能完全一致，料斗可以起到中间调节作用;2) 搅拌装置对混凝土进行二次搅拌，可以改善混凝土的可泵性。搅拌装置还有向混凝土分配阀-混凝土缸喂料的作用，以提高混凝土泵的吸人效率。（6） 搅拌装置搅拌轴部件由搅拌轴、搅拌叶及搅拌叶座等组成。搅拌叶和搅拌叶座共有五副(若料斗内有管形阀，则搅拌器数目要少)，分为中间的和两侧的两种。它们安装后，中间搅拌叶片同搅拌轴轴线平行，两侧搅拌叶片则同搅拌轴轴线成450角。左侧和右侧搅拌叶片的安装方向相反，其方向应是当搅拌轴正转时把混凝土从料斗两侧赶向中间部位。搅拌轴的正转方向，从链轮端看应当是逆时针旋转。对于大排量的混凝土泵，其搅拌装置可采用大螺旋叶片，使混凝土能直接被送到混凝土缸吸料口。搅拌轴传动装置的形式有两种，一种是液压马达通过机械减速后驱动搅拌轴;另一种是液压马达直接驱动搅拌轴。而机械减速的方式又有链传动、蜗轮蜗杆传动，以及齿轮传动。当供油油泵排量一定，液压马达用小流量时获得高转速、小扭矩；当用大流量时获得低转速、大扭矩。当混凝土泵采用大排量(30m3h)、近距离输送时，搅拌液压马达用小流量、高转速、小扭矩；当混凝土泵采用小排量(l5 m3h)、远距离输送时，液压马达用大流量、低转速、大扭矩。1液压马达；2液压马达支座；3主动链轮；4被动链轮；5轴承座；6搅拌轴承；7搅拌轴；8密封盘；9压圈；10两侧搅拌叶；I1搅拌叶。 图1.6 搅拌装置图2液压系统设计2.1液压系统的发展前景液压传动2的出现已经有二、三百年的历史。1795年第一台水压机问世。机床上采用液压传动，如果从十九世纪末德国制造液压龙门铇床，美国制造液压六角车床、液压磨床算起，已经有一百多年的历史。但由于当时还没有成熟的液压元件，因而液压技术并没有得到普遍应用。上个世纪三十年代，各类机床（车、铣、磨、钻、镗、拉等机床）才刚刚开始采用液压传动。直到第二次世界大战以后，应用才逐渐普遍起来。 我国的液压技术从上世纪五十所代开始应用，1952年开始试制油压泵阀。（1961年上海压机床厂自行设计制造了我国第一台万能水压机）以液体的介质的液压传动具有无级调速和传动平稳的优点，故在现代机床上得到广泛应用；用其布置方便并易实现自动化，而在组合机床上应用较广；由于执行元件的输出力（或转矩）较大，操纵方便布置灵活，液压元件用电器易实现自动化和遥控。以气体的工作介质和气压传动，因工作压力较低（一般在1Mpa以下），且有可压缩性，所以传递动力小，运动不如液压传动平稳，但因空气粘度小，阻力损失小，速度快、所应灵敏，而适用于特殊环境下的传动。目前，机床液压仿形装置，液压自动化机床及其自动线已经大量出现。液压传动在高效率的自动、半自动机床组合机床，程控机床和数控机床上已经成为重要的组成部分。有的先进工业国家采用液压装置的机床类别（按品种计算）已经高达70%以上，机床传动系统有85%利用液压传动和控制。 液压技术正在向高压、高速、大流量、高效率、低噪音，集成比方向发展；新的液压元件和液压系统的计算机辅助设计、优化设计数字仿真。微机控制等新技术也日益发展、应用，并取得了很多显著成果（如：比例控制、二通插装阀、球式逻辑阀，交流液压技术，还出现了大量的机、电、液、计算机一体化的现代化设备）。 另外，近年来又在太阳跟踪系统、海浪模拟装置、船舶驾驶模拟地震再现、火箭助飞发射装置、宇宙环境模拟和高层建筑防震系统及紧急刹车装置等设施中，也采用了液压技术。 总之，几乎所有工程领域，凡是有机械设备的场合，均可利用液压技术。因此可见其发展前景是非常光明的。2.2 液压系统的设计步骤及要求液压传动传动系统3是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际出发，有机地结合各式各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单工作可靠，成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。2.2.1液压系统的设计步骤设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。（1）确定液压执行元件的形式；（2）进行式况分析，确定系统的主要参数；（3）制定基本方案，拟定液压系统有原理图；（4）选择液压元件；（5）液压系统的性能验算；（6）绘制工程图，编制技术文件。2.2.2 液压系统的设计要求设计要求是进行每项式程设计的依据。在制定基本方案并进行进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。（1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；（2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；（3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；（4）各动作机构的载荷大小及其性质；（5）对调整范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；（6）自动化程度、操作控制方式的要求；（7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；（8）对效率、成本等方面的要求。2.3 液压系统图的拟定2.3.1 液压系统主要参数的确定通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于执行元件的运动速度和结构尺寸。ZLJ5300THB125-40混凝土泵车四臂主要技术参数最大理论混凝土输送量 低/高压m3/h120/80最大负载力230KN最大泵送混凝土压力 Mpa16/9工作行程560mm泵送系统最大功率 Kw/rpm195/2300上升流量18L/min混凝土输送缸缸径/行程 mm200/1800下降流量22L/min液压油路形式Mpa开式上升速度20mm/s泵送系统油压Mpa34下降速度30mm/s分配系统油压Mpa23上升时间28s搅拌系统油压Mpa14下降时间24s最高搅拌转速r/min32系统压力等级20MPa混凝土输送管内径125/150料斗容积 m3 0.6整车质量 kg30000出料口直径1802.3.2液压系统方案设计（1）制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现4。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。本系统采用变量泵调速，可以是手动变量调速，也可以是压力适应变量调速。（2）制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。（3）制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。（4）选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。在本次设计中，液压系统及电气控制系统关键元器件均采用国际和国内知名先进品牌的各类液压、电气元件、辅件和技术。本次设计全面满足要求的各项标准、规范要求，同时参考国际标准，对产品进行全面的优化设计。2.4液压系统图的绘制整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要部件连续工作。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。本液压系统原理图如图2.1： 图2.1 ZLJ5300THB125-40混凝土泵车液压原理图2.5液压系统动作说明液压系统采用双泵双回路，泵送油路和分配油路独立，互不干涉；双信号液控换向实现了泵送与分配完美协调，进而保障了混凝土泵的整体性能；新型分配缓冲专利技术，确保分配系统冲击更小。在主油泵压力油作用下，一缸前进，另一缸后退，当活塞运行到行程终点时，从泵送油缸前端逻辑阀拾取液压信号，控制分配液动阀换向，从而改变油泵进出油口方向，使泵送缸活塞运动方向改变，实现泵送油缸活塞交替前进后退。泵送油缸活塞行程终点装有单向阀，当活塞运行到终点前，泵送油缸单向阀将活塞前后两腔串通，防止活塞撞击缸底，并对两泵送油缸封闭腔进行补油。主油泵A11VLO 主油泵为大排量轴向柱塞变量泵，带有恒功率控制装置、压力截流阀和电控变量控制阀。恒功率控制装置调节工作压力及泵的输出流量以致在恒定的转速下不超过预定的驱动功率。压力截流阀设定为32MPa，当达到预先设定的压力值时，它使泵的排量向最小摆回。（1） 泵送回路 图2.2 泵送回路液压原理图 该回路由吸油滤油器、主泵、电磁换向阀、高低压切换阀、串联的两个主油缸、散热器、回油过滤器以及与之并联的背压阀组成。 当电液换向阀电磁铁不通电时，滑阀处于中位，主泵输出的液压油经过液控换向阀后直接流往散热器或背压阀回至邮箱，泵送油缸不动作。 当电液换向阀一个电磁铁得电时，滑阀移动，主泵输出的液压油流入高低压切换阀再流入一个泵送油缸的有杆腔，推动活塞前进或者后退，另一泵送油缸的活塞则按照相反的方向运动，泵送油缸排出的液压油经散热器后回邮箱，形成一个开式回路。活塞退到头时，被安装在水箱中的接近开关感应到，引起电磁换向阀另一个电磁铁得电，电液换向阀换向，导致两个泵送油缸活塞反向运动。泵送油缸活塞行程中点装有但向阀，当活塞运行到终点时，单向阀将油缸有杆腔和无杆腔连通，行成缓冲，防止撞缸，并对油缸封闭腔进行补油。1) 泵送的高低压切换当两主油缸两无杆腔由高低压切换阀连通时，此时属于低压泵送，要转换为高压泵送只要旋转高低压转换开关，此时高低压转换的电磁阀另一端得电，控制油进入高低压切换阀的相反方向，此时两有杆腔相连通为高压泵送。主泵变量控制回路 图2.3 主泵变量控制回路图中主泵变量控制采用液控形式。恒压泵输出的少部分压力油，经电磁比例减压阀减压后，与主泵上的Y口连通，作用在行程限制器的阀芯上，油泵的排量由加在油口Y的压力来设定，随着压力的提高，泵的排量变大。所以调节电磁比例减压阀的出口压力，就可以调节泵的排量。主泵恒功率控制回路工作压力油在活塞上施加一个推力,控制活塞推动摇臂，使得恒功率控制阀芯发生位移。一个可从外部调整的弹簧力作用在摇臂的另一侧以确定恒功率设定值。如果共作压力超过设定的弹簧力，则恒功率阀被摇臂操作，使泵朝零输出摆动。减小摇臂上的有效力矩，从而使工作压力以输出流量减小的相同比率提高，达到输出功率恒定的目的。 恒功率控制越权于液控变量控制，即低于功率曲线时排量受液控压力的调整。如果设定流量或工作压力是功率曲线被超越，则功率控制取代液控变量，并按恒功率曲线调整排量。2) 主泵压力切断控制回路 压力切断是一种压力控制功能。泵输出的压力油直接作用在压力切断阀阀芯一端，另一端由一个弹簧力来平衡，当液压油的推力达到预定的弹簧力时，阀芯移动，时泵变量机构朝Vgmin摆回，压力迅速下降。压力切断功能越权于恒功率控制与液控变量控制，即在低于压力切断的预设压力时，恒功率控制与液控变量控制起作用。（2） 分配与润滑泵驱动回路图2.4 分配与润滑泵驱动回路该回路是一个典型的压力控制回路，由吸油过滤器、恒压变量泵，单向阀，电液换向阀，摆动油缸，卸荷溢流阀，蓄能器，卸荷开关，扩散器，回油过滤器，散热器，背压阀组成。当电液换向阀不通电时，阀芯处于中位，油路不通，恒压泵泵出的油经单向阀进入蓄能器，当蓄能器内压力达到卸荷溢流阀设定压力时，卸荷溢流阀开启，油回邮箱。同时恒压泵自动降低排量，减少流量。当电液换向阀一端电磁铁得电时阀芯移动，一摆动油缸油路接通，蓄能器内储存的压力油汇同恒压泵泵出的油一起进入摆动油缸，推动S管分配阀摆动。当电液换向阀另一端电磁铁得电时，另一摆动油缸油路接通，推动S管分配阀向相反方向摆动。（3） 搅拌冷却液压回路 图2.5 搅拌冷却液压回路搅拌冷却液压回路是一个典型的速度控制回路，它由吸油过滤器，齿轮泵，手动换向阀，溢流阀，回油过滤器，以及散热器组成。当手动换向阀阀芯处于中位时，压力油经过回油过滤器，冷却器直接流回邮箱，液压马达不转；此时仅仅起到对邮箱中的液压油进行冷却和过滤作用。当手动换向阀阀芯左移时，压力油从右侧进入液压马达，马达正转，当换向阀阀芯右移时马达反转。马达若在运转过程中超负载，会停止不动，液压油压力会升高，当达到溢流阀设定值时，阀芯打开溢流。（4） 吸油滤油器5过滤精度为100。当真空表超过0.02MPa，或电发讯器报警时，滤芯可能堵塞，应及时清洗或更换。（5） 回油滤油器过滤精度为20。当真空压力表超过0.35MPa时，滤芯可能堵塞，应及时清洗或更换。（6） 泵车臂架部分液压系统主要液压元件介绍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。1) 主油泵A7V005 A2F023臂架液压系统采用独立的油泵供油。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。2) 平衡阀它装于液压油缸的进出油口，它的作用1、油缸不运动时，起闭锁作用，从而锁定臂架的位置，防止臂架移动；2、平衡阀带有二次溢流功能，臂架振动过大闭锁腔的油液将溢流释放，起到保护臂架的功能；二次溢流压力出厂时已调定。3、臂架向下运动时，起到限速作用，防止臂架下滑和抖动。 图2.6 ZLJ5300THB125-40臂架系统液压原理图3) 回转限位阀通过阀块上的液控梭阀，工作时自动将回转机构的常闭制动器打开。360限位回转通过两电磁阀卸荷限位，同时还有过载功能和限速功能。也有回转限位阀是通过装在转台上的微动开关使主阀溢流的。其中阀组上的液控梭阀，工作时自动将回转机构的常闭制动器打开。同样，还有过载功能和限速功能。4) 比例多路阀多路阀属于负载感应阀。从原理图我们可以知道多路阀有安全阀（起压力保护和卸荷作用）、减压阀（给出控制油）、负载感应阀（流量条节）的作用，可以较好的控制执行元件的动作（不取决于负载，可多个执行元件同时独立动作）。阀块中LS口与变量泵相接，还可以起到变量与节能的作用。5) 液压锁支腿液压系统中也有一个很重要的液压元件就是液压锁，它的具体结构类似液控单向阀作用用是保证油缸伸出后容积腔闭锁，防止油缸位移。（7） 臂架部分工作原理臂架泵压力油经高压滤油器进入臂架多路阀，臂架回转及每一节臂架的动作均有一操纵杆，另外加上一片支腿阀的选择操纵杆（因为上下操纵均由一个泵供油，加上安全考虑，下车多路阀动作时，臂架操纵无效）。当臂架需要工作（支腿已操纵完毕，油路已转至上车）时，操纵多路阀的操纵杆，可以控制对应的臂架动作和臂架回转。手动操纵一般用于紧急状态，正常工作时，均通过有线遥控器的对应按钮对臂架进行控制。（8） 支腿部分液压原理臂架支腿液压系统如原理图所示，泵车支腿液压系统工作原理大同小异，主要是考虑油缸闭锁密封和收放自如。支腿液压系统与臂架液压系统采用统一的油泵供油，油泵压力经高压滤油器进入臂架多路阀，其中第一片或最后一片为支腿工作选择阀。臂架需要展开时，必须先打开个支腿。操纵支腿时，通过位于泵车两侧的操纵手柄和电控按钮进行协调控制。3 小臂液压油缸的设计和计算3.1 小臂液压油缸的方案选择液压缸的种类很多下面分别介绍几种常用的液压缸:1.活塞式液压缸 活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种。(1)双杆式活塞缸 活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。(2)单杆式活塞缸 所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。(3)差动油缸单杆活塞缸 在其左右两腔都接通高压油时称为：“差动连接”。 2.柱塞缸 它只能实现一个方向的液压传动，反向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对使用。这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触，运动时由缸盖上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需精加工，它特别适用于行程较长的场合。 3.其他液压缸(1)增压液压缸。增压液压缸又称增压器，它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得高压。它有单作用和双作用两种型式， 显然增压能力是在降低有效能量的基础上得到的，也就是说增压缸仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量。单作用增压缸在柱塞运动到终点时，不能再输出高压液体，需要将活塞退回到左端位置，再向右行时才又输出高压液体，为了克服这一缺点，可采用双作用增压缸， (2)伸缩缸。伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆内孔是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重运输车辆上。伸缩缸的外伸动作是逐级进行的。首先是最大直径的缸筒以最低的油液压力开始外伸，当到达行程终点后，稍小直径的缸筒开始外伸，直径最小的末级最后伸出。随着工作级数变大，外伸缸筒直径越来越小，工作油液压力随之升高，工作速度变快。(3)齿轮缸。它由两个柱塞缸和一套齿条传动装置组成，柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的传动，用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动。根据泵车的工作需要小臂液压缸应选用缸体固定的单杆式活塞缸。3.2 小臂液压缸承载力的计算液压缸承载力，是液压缸承受所有外部载荷的总称，它包括工作负载，外摩擦负载和惯性负载。承载力按下式计算6： PN=Pn+Pm+Pg (3.1)式中 PN 液压缸总承载力(N) Pn 工作负载(N) Pm外摩擦负载(N) Pg液压缸运动速度变化时产生的惯性负载(N)泵车臂架结构图如下：图3.1 臂架结构图3.2.1 四臂工作负载的分析举升油缸下端与三臂铰接，上端与滑架铰接，其作用力主要用于举升臂架，改变臂架与地面的角度，从而使之适应不同的工作要求。计算液压缸负载力时,必须对液压缸所处的工作状况进行全面分析。首先正确地确定作用在液压缸上的力。在不同工作条件下，液压缸承受的力往往是变化的，这就需要求出最大的力。此液压缸在力臂处于水平位置时，作用在支承液压轴线上的分力为最大，所以此时受力最大（图3.1）。图3.2查阅相关资料1可知四臂处于水平状态时举升力与竖直方向成30度角，因此此时的作用力F0的竖直方向的分力F1可由如下公式表述出来： F1=G1L2/L1 (3.2) F0=F1/COS300 (3.3)式中 G1四臂铰接点右端即四臂的重量(N) l1举升油缸作用力对铰点的力臂(m) l2铰接点右端即四臂的质心到铰接点的水平距离(m)查阅相关资料1，选取G1=2500kg=25000N， l1=0.4m，l2=4.2m , 代入数据求得：F1 = G1l2/ l1 =262500N F0 = F1 / cos300 =303100N3.2.2 外摩擦负载的分析计算外摩擦负载是指液压缸在运动时所拖动的机构与导向或支撑件之间的摩擦力，泵车四臂油没有外摩擦力。3.2.3 惯性负载的分析 液压缸和运动过程并不是匀速运动,它必须经过启动加速运动匀速运动减速运动制动这样一个过程,在变速过程必然会产生惯性力,即惯性负载。由于在此液压缸工作中，缸筒运动的速度慢，所以惯性负载可以忽略。3.3 总承载力的计算液压缸在启动时承载力最大,因为它不但要克服工作负载、静摩擦力,而且还要克服惯性力。但此液压缸在实际工作时不是同时承受这三种力，它没有外摩擦力。所以只受重力和惯性力的影响。由于在此液压缸工作中，缸筒运动的速度慢，所以惯性负载可以忽略。通过以上对举升油缸作用力的计算，得出了举升油缸的主要技术数据，间接的为下面的举升机构液压系统的设计部分作基础。3.4 四臂臂架液压缸参数计算 3.4.1 液压缸内径尺寸与活塞杆直径的确定工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据，它的大小影响执行元件的尺寸和成本，乃至整个系统性能。工作压力选得高，执行元件和系统的结构紧凑，但对元件的强度、刚度及密封要求高，且要采用较高压力的液压泵；反之，如果工作压力选得低，就会增大执行元件及整个系统的尺寸，使结构变得庞大。所以应根据实际情况选取适当的工作压力。执行元件工作压力可以根据总负载值或者主机设备类型选取，如表3.1，表3.3所示。由负载值大小查表3.1，参考同类型混凝土泵车，取二臂液压缸工作压力为20MPa。表3.1 负载和工作压力之间的关系负载F/KN1010-2020-3030-5050工作压力 P/MPa0.8-1.21.5-2.53.0-4.04.0-5.05.0表3.2 各类液压设备常用的工作压力设备类型精加工机床半精加工机床粗加工或重型机床农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构液压机、重型机械、大中型挖掘机、起重运输机械工作压力P/MPa0.8-23-55-1010-1620-32油缸受最大载荷F=303100N时，活塞杆是工作在受压状态，如图3.3所示: 图3.3 活塞杆受压状态图1.计算液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有三个：缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。(1)缸筒内径D。液压缸的缸筒内径D是根据负载的大小来选定工作压力或往返运动速度比，求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D，再从GB234880标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。根据负载和工作压力的大小确定D：以无杆腔作工作腔时 (3.4)以有杆腔作工作腔时 (3.5)式中：pI为缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或负载的大小来确定；Fmax为最大作用负载。应为臂架上升时工作腔为无杆腔，又已知油缸受的最大载荷，根据公式一可得缸筒的内径D=138mm。(2)活塞杆外径d。活塞杆外径d通常先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。若速度比为v，则该处应有一个带根号的式子： (3.6)也可根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时，d=0.30.5D。受压力作用时：pI5MPa时，d=0.50.55D5MPapI7MPa时，d=0.60.7DpI7MPa时,d=0.7D根据公式可得d=94mm。当按GB/T23481993将这些直径圆整成就近标准值时得：D=140mm d =80mm 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为A1=153.86cm2 A2=125.60cm23.4.2 液压缸的流量确定在D、d确定后可求得如表3.3表3.3液压缸的流量、速度前进后退Q=18L/minQ=22L/minV=20mm/sV=30mm/s3.4.3 液压缸行程的确定液压缸行程主要依据机构的运动要求而定。但为了简化工艺和降低成本，应尽量采用GB/T2348-1993标准的液压缸行程，则根据技术要求，取行程为560mm。3.4.4 缸筒壁厚的计算 对于低压系统或16时，液压缸缸筒厚度一般按薄壁筒计算，公式如下： (3.7)式中 液压缸缸筒厚度 试验压力(Mpa)，当工作压力P16 Mpa时，=1.5P，当工作压力P16 Mpa时，=1.25P，这里应取=1.25P =25Mpa 液压缸内径(m) 缸体材料的许用应力（Mpa），可通过下面公式求得： (3.8) 缸体材料的抗拉强度(Mpa) 安全系数，=3.55，一般取=5但对于锻钢45的许用应力一般都取=110(Mpa)则根据机械设计手册，取液压外缸直径为=165mm.3.4.5 液压缸油口直径的计算液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度v和油口最高液流速度v0而定，公式如下： (3.9)式中 液压缸油口直径(m) 液压缸内径(m) 液压缸最大输出速度(m/min) 油口液流速度(m/min)，根据机械设计手册，取=0.7m/min=10mm3.4.6 缸底厚度计算该液压缸为平形缸底且有油孔，其材料是45号钢。 (3.10) 式中 缸底厚度缸底油孔直径试验压力液压缸内径缸底材料的许用应力，取安全系数n=5，则。由于缸的额定压力，所以取。得3.4.7 活塞杆柔度校核计算活塞杆细比计算如下： = (3.11)此处：L为折算长度，约560mm，活塞杆直径d=80mm，活塞杆许用细长比，按规定拉力杆此处120。计算得=，故满足要求，则活塞杆长度和缸筒长度的取值合格。3.5 液压泵的参数计算3.5.1 油泵工作压力计算液压泵的出口压力必需满足系统工作压力（），并考虑沿程压力流量损失和油泵的使用工作寿命等因素，根据招标文件要求，液压系统油泵最高工作压力应满足： (3.12) 其中：（油缸启动额定工作压力）（安全系数）（系统中沿程压力损失）故：3.5.2 油泵最大工作流量计算由表4.4可知，前进时所需流量最大是18L/min，油泵最大工作流量： (3.10) 其中：为系统的泄漏系数，取1.2。为：同时动作的液压缸最大总工作流量。液压泵供两个液压缸工作。故：3.5.3 油泵排量计算 (3.13) 其中：q为油泵排量为油泵最大工作流量。为底盘发动机工作转速，额定转速。 那么：油泵选用A10VO28DR恒压变量泵，在其变量范围内保持系统压力恒定不受泵流量变化的影响，变量泵仅供应工作必须的油液体积。如果压力超过设定值，则泵自动摆回小角度。所须压力可直接在泵上设定（阀内装，标准型），也可在用于带遥控型单独的顺序阀上设定。4液压系统性能验算4.1液压系统压力损失4.1.1 沿程压力损失沿程压力损失，主要是液压缸快速运动时进油管路的损失。设系统采用46号抗磨液压油，其工作环境温度为20-50时，设定此管路长为8m，管内径0.01m，当液压缸前进时通过的流量为18L/min，正常运转后的粘度为=60油在管路的实际流速 =3.83m/s (4.1)Re=6382300 (4.2)因为系统中采用是光滑的金属圆管，其临界雷诺数为2000-3000，而实际流动时的雷诺数为638，小于2000-3000，则管中应为层流，则阻力系数： (4.3)介质的密度为=890kg/m，则进油路上的沿程压力损失为: (4.4)求得沿程压力损失为:=689.7Pa4.1.2 局部压力损失液体流经如阀口、弯管、通流截面变化等局部阻力处所引起的压力损失。液流经过这些局部阻力处时，由于液流方向和流速均发生变化，在这里形成了旋涡，使液体的指点之间互相撞击，从而产生能量的损耗。局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道的具体结构而定，一般取沿程压力损失的10%，而后者与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失为qn和，则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失为为 (4.5) 从系统图中可以看出,从泵的出口到油缸的进油口,要经过单向阀、电磁换向阀、单向节流阀、溢流阀。设定单向阀的额定流量为60L/min，额定压力损失0.4MPa, 电磁换向阀的额定流量为160L/min,额定压力损失为0.3MPa, 单向节流阀的额定流量为150L/min,额定压力损失为0.2MPa。溢流阀的额定流量为130L/min,额定压力损失为0.3MPa。通过各阀的局部压力损失之和： =0.952 MPa (4.6) 4.1.3 总的压力损失由上面的计算所得可求出：