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本科机械毕业设计论文CAD图纸 QQ 401339828 摘要随着国民经济的快速发展，建筑结构的的大型化和复杂化对混凝土机械提出了越来越高的要求。具有众多优点和较高经济效益的混凝土泵车得到了普及和应用，混凝土泵车已成为当今建筑施工企业必不可少的专用设备。本文首先介绍了混凝土泵车的结构和特点，重点对混凝土泵车的回转机构和回转液压部分及臂架油缸进行了设计；同时对回转头部件与油缸相连的部件进行了强度校核，并根据泵车零部件标准确定了回转头的主要尺寸及组成部件。回转机构采用液压马达驱动减速器带动回转支承进行旋转，回转头安装在回转支承上随着回转支承转动，从而带动臂架在回转平台上在0360范围内转动，臂架展开收拢及其混凝土浇注时定位均是由变幅油缸推（拉）动变幅机构的运动来实现的。本设计的具体内容主要包括：1回转机构、回转液压部分的设计,回转支承装置的选型与计算。2回旋支承满足上车布料杆（含混凝土总量）的倾翻力矩的计算。3回转台的强度校核及臂架油缸设计系统方案可行，能满足泵车性能要求。本设计的主要特点是：机构简单,节省投资，控制方便。对目前国内的混凝土泵车的优化设计具有一定的参考价值。关键词：混凝土泵车；回转机构；回旋驱动部分；液压系统；臂架液压缸；回转台AbstractAs the rapid development of the national economy,incresing demands have been made by the large and complicated struction of the construction.Pump trucks with many advantages and economic benefits have been used widely and they have been the essential equipment during the contruction today. This paper firstly introduces the structur and features of the pump trucks with the most important of the design of the swing body and calculate the strength of the mechanical parts of the rotary and oil bank and make sure the main sizes and parts of the rotary head according the standard parts of the pump car. The-turn-around-organlitation,makes the decelation machine round by the liquid-press-machine,the rotary head which installed on rotary suface moves by it and makes the Arm turn around during 0360,the function of Arm machine is achieved by the moving of Oil Bank.The specific contents including:1. The specific of the Rotary and Rotarry hydraulic part,also the selection and calculation of the Rotarry support.2. The calculation of the rollover torqne of the Roundabout suport.3. The projct of thecalculation of rotarry base and the design of the oil urn is resonable and can meet the requirments.The main features of the design are:simle structure low investment convenient control.The design has some referent value to the domestic optinal design of pump trucks.Key word: Pumpcrete machine vehicle Swiveling mechanism Maneuver supporting Hydraulic system The tank of boom The turret本科机械毕业设计论文CAD图纸 QQ 401339828 目 录1 绪论11.1 概述11.2 国内外混凝土泵车的发展概况11.3 混凝土泵车的选择与技术管理32 泵车的基本组成及主要技术参数确定52.1 混凝土泵车的基本组成与构造52.1.1 混凝土泵车基本组成52.1.2 混凝土泵车构造52.2 主要性能参数的确定63 混凝土泵车总体结构设计方案73.1 底盘系统设计与选型73.2 泵送系统设计73.3 臂架系统设计83.4 支腿油箱设计83.5 回转机构设计及回转台选型计算93.6 操纵控制系统设计104 回转机构设计114.1回转机构与回转支承装置简述114.2 回转支承装置的选择134.2.1 载荷的确定134.2.2 回转支承装置的受力分析134.2.3 回转支承装置的强度计算154.2.4 回转支承联接螺栓选型及强度校核164.3 回转驱动装置的传动分析174.3.1 回转阻力矩计算184.3.2 马达轴回转功率204.3.3 回转小齿轮设计204.4 减速器的选择234.4.1 明确选择所需技术要求234.4.2根据机械强度选规格234.4.3校核热功率234.4.4校核瞬时尖峰载荷234.4.5按机械设备总布局要求总体减速机型号235 泵车液压回转系统设计245.1 混凝土泵车液压系统简述245.2 电液比例换向阀在液压系统中的重要作用245.3 回转机构液压系统的设计255.4液压元件主要工作参数的计算与选择265.4.1 液压泵的选择计算265.4.2 液压马达的选择与计算275.4.3 液压控制阀的选择285.4.4 辅助装置的选择285.5 液压系统性能验算295.5.1 液压系统压力损失的验算295.5.2 液压系统总效率的验算305.5.3 液压系统发热温升的验算306 臂架液压油缸设计及回转台强度校核326.1 臂架液压缸的作用及结构326.1.1 液压缸的作用326.1.2液压缸的结构326.2 液压缸主要零件的材料及技术要求326.3 液压缸设计步骤336.4 液压缸主要零件的设计与计算336.4.1 缸筒计算336.4.2缸筒底部厚度计算346.4.3缸筒端部螺纹连接部分校核计算356.4.4 活塞杆及其部分计算356.4.5 最小导向长度的确定356.4.6 液压缸进、出油口尺寸的确定366.5 液压缸的强度校核366.5.1 缸筒壁厚校核366.5.2 活塞杆直径校核366.5.3 活塞杆的弯曲稳定性校核计算366.5.4 焊接缸筒的校核366.6 回转台的选型及强度校核376.6.1 回转台的主要结构376.6.2 回转台底板与回转支承联接螺栓处强度校核386.6.3 回转台油缸连接处的的强度校核39结论41致谢42参考文献43附录44英文原文44中文翻译591 绪论1.1 概述混凝土泵车是在拖式混凝土输送泵的基础上发展起来的一种专用机械设备，混凝土泵车的应用，将混凝土输送和浇注工序合二为一，节约了时间，节省了劳动力；同时完成水平和垂直输送，省去了起重环节，不需再设混凝土中间运转，保证了混凝土质量，与混凝土运输车相配合，实现了混凝土输送过程完全机械化大大提高了运输效率。混凝土泵车是将混凝土泵安装在汽车底盘上，利用柴油发动机的动力，通过动力分动箱将动力传给液压泵，然后带动混凝土泵工作。混凝土通过布料杆，可送到一定的高度与距离。对于一般性的建筑物施工，混凝土泵车有着独特的优越性，它移动方便，输送幅度与高度适中，可节省一台起重机，因此在一般建筑工地很受欢迎。1.2 国内外混凝土泵车的发展概况1.2.1 国外混凝土泵车的发展概述混凝土泵的研究最早开始于德国，1907年德国就开始研究混凝土泵，并取得专利权。此后，1913年美国制造出混凝土泵样机也取得专利。1932年荷兰人库依曼制造出卧式缸的库依曼型混凝土泵，成功的解决了混凝土泵的构造原理问题，大大提高了工作的可靠性。此后混凝土泵即进入小规模的试用阶段。第二次世界大战之，各国陆续开始经济恢复工作， 建筑工程规模日益扩大，混凝土泵的销路较好，应用日渐增多。五十年代中叶，联邦德国的托克里特公司首先发展了用水作为工作液体的液压泵，使混凝土泵车进入一个新的发展阶段。1959年，联邦德国的施维英(Schwing)公司生产出第一台全液压的混凝土泵，它用油作为工作液体来驱动活塞和阀，使用后用压力水冲洗泵和输送管。这种液压泵功率大、排量大、运输距离远，可做到无级调节，泵的活塞还可逆向动作以减少堵塞的可能性，因而使混凝土泵的设计、制造和泵送施工技术日趋完善。此后，为了提高棍凝土泵的机动性，在六十年代中期又研制了混凝土泵车，并配备了可以回转和伸缩的布料杆，使混凝土泵的浇筑工作更加灵活多变。在活塞式混凝土泵不断完善的过程中，美国的查伦奇一考克兄弟 (Chollenge-ookBors)公司于1963年又研制了一种新型的挤压式混凝土泵。这种泵的工作原理与活塞式混凝土泵迥然不同，它是利用转动的滚轮挤压软管中的混凝土混合物而进行输送的。混凝土泵按驱动方式分为活塞式混凝土泵和挤压式混凝土泵两种。活塞式混凝土泵是应用最早也是最有发展前途的一种混凝土泵。活塞式混凝土泵中，根据驱动力的不同， 又有机械式活塞泵和液压式活塞泵之分。挤压式混凝上泵在六十年代后期盛行，但是由于这种混凝土泵的排量较小，输送距离不如活塞式大，因而应用逐渐减少。混凝土泵根据能否移动以及移动的方式，分为固定式、拖动式和汽车式。德国斯维英公司1965年开始生产混凝土泵车，1968年推出42m布料杆泵车。1982 年该公司摒弃了刚注册专利的“S”管阀后推出了裙阀。与“S”形管阀相比，零部件受力情况得到改善,阀室流道短结构紧凑，并一直独家享有其专利。随后在80年代中期，德国的施维英公司又开发了臂长为50m的泵车,并且产品已形成系列化。混凝土泵车布料杆的垂直高度1652m共13个品种,其混凝土输送量为56150m3/h,布料杆节数有二节、三节， 最多有四节，最大混凝土输送压力5.510.8Mpa。泵车底盘驱形式最大10X6,大中小机型规格齐全，便于用户选用。同时该公司亦很重视塔式臂架泵的开发，这种高大的泵送设备特别适用于工期较长的大型工程和在预制构件厂中装备应用。德国普茨曼斯特公司生产的混凝土泵车布料杆的长度也有13种。布料杆的垂直高度1662m，布料杆节数最多为五节；混凝土输送量66200m3/h。该公司生产的M62型泵车，臂架长度58m，五节臂，垂直布料高度62m,最大输送量200m3 /h。底盘形式12X6，总重62t，是当今世界上最大的混凝土泵车。近年来普兹迈斯特公司生产了支承宽度仅3m的混凝土泵车，使泵车可在狭窄的建筑工地作业；该公司生产的BRF2112H型泵车采用外斜支承，减轻了整机重量，臂架的运动和泵的工作利用无线电遥控，采用了集中润滑，液压系统符合节能要求。普茨迈斯特公司作为闭式系统的代表，坚持采用闭式系统，不断地提高和完善控制功能，使混凝土泵工作更精细、更可靠。坚持采用电开关换向，独立的摆动油缸控制系统，把技术特点放在主油泵排量控制上，促进了混凝土泵车技术的进一步发展和完善。1.2.2 我国混凝土泵车的发展概况混凝土泵车在国内实际工程中大规模应用，这只能从1979年算起。当时，上海宝钢工程从日本三菱重工引进了四部 DC-5115B型混凝土泵车，配以容量6m3的混凝土运输搅拌车，在各种大型钢筋混凝土工程上得到应用。与此同时，上海第八建筑工程公司仿制了前联邦德国托克里特以水作为压力介质的臂架式混凝土泵车。80年代，国产泵车年产量约在 50台左右。1983年湖北建设机械厂投资150万美元引进了日本石川岛播磨的IPF85B型混凝上泵车，研制生产了第一台楚天牌HJC517085臂架式混凝土泵车，并在1985年被国家经贸委确定为替代进口产品。1988年在引进的基础上，研制生产了具有国产底盘的 HBB85A型臂架式泵车并通过建设部鉴定，此时国产化率达84%。同时，利用这一技术开发的 HBT60型拖式混凝土泵也于当年通过鉴定投产。该泵车用的集流阀组和混凝土分配阀于1990年分别在贵州183厂和湖北建机公司研制成功。到 80年代末期，国产85B泵车在市场的保有量己达 120台量，打破了我国泵送机械市场依赖进口设备的局面。90年代初期，我国混凝土泵车系列化初具雏形。徐州混凝土机械厂与德国普茨迈斯特公司合作生产BC90- 32型臂架式混凝土泵车。至此我国自己生产的臂架式混凝土泵车，呈现多品种、系列化雏形。但国产化率比较低，销售价格比较昂贵。目前我国生产的混凝土泵车布料杆垂直高度有 17m、21m、27m、32m、36m、37m、42m、47m。臂架节数有三节和四节两种；混凝土输送量有 50m3/h、85m3/h、100m3/h、114m3/h、125m3/h；混凝土输出压力为4.68.2Mpa。主要选用底盘驱动形式为4X2和6X4两种型式的日本五十铃、国产北方奔驰、斯太尔等汽车底盘。泵车的臂架、底架、支腿、转台等主要钢结构均采用高强度钢板。液压系统有开式和闭式两种，其中对主油缸与阀油缸的控制，采用顺序回路和卸荷回路。液压系统中使用的各种阀的安装形式有分离式、集成式和插装式等多种。主油缸活塞的密封有多种形式，主要采用“U”形密封圈、“O”型活塞密封圈、活塞环密封圈。泵车混凝土分配阀形式主要有闸板阀、“S”管阀两种。同时在提高混凝土分配阀的使用寿命、减少磨损等方面做出了大量的、卓有成效的研究工作。通过上述工作，我国自行设计与制造的混凝土泵车得到了较大发展，年产量达到300400台，性能质量基本上能满足用户要求。现阶段，混凝土泵车主要集中在三一重工、中联重科、湖北建机、安徽星马、辽宁海诺等企业，产量占全行业的95%，相信在不长的时间内在产品质量上也能赶上世界先进水平。1.2.3 混凝土泵车技术的发展趋势从国内外发展泵送混凝土施工技术的具体情况可以看出混凝土泵车不仅能提高技术经济效益，而且能够改变施工现场的面貌，是反映一个国家建筑施工水平的重要指标之一。如本文所述和据近年来国内外的一些调查资料表明，混凝土泵车主要有以下几个方面的发展趋势：（1）向大排量方向发展。现在多数排量为 80m3/h左右，最大可达 204m3/h。（2）泵送压力向高压方向发展。目前国产最大泵送压力为105Mpa，而国外的最大压力为285MPa。（3）泵送高度与距离增大。最大垂直泵送高度可达432m。（4）泵车臂架向三节以上长臂架方向发展。德国普兹迈斯特公司生产的PM泵车臂架在四折以上，最长达62m。（5）由于混凝土泵泵送压力的不断提高，输送距高己经能够适应大部分混凝土摊铺工作，具有良好的机动性的布料杆泵车将占主导地位。（6）混凝土泵车向电气化、多功能化发展。（7）由于道路条件和施工现场建筑物密集，混凝土泵车也向小型化发展，但性能参数并没有降低。（8）对布料杆操作采用新技术如无线遥控技术、计算机技术、电液比例技术、负荷传感技术等。国外企业在泵车液压系统的设计中，除了使用通用液压元件外，还自行开发泵车专用液压元件。普茨曼斯特公司在泵车液压系统中用闭式回路，利用油泵的斜盘摆角的正负变化，达到混凝土泵送系统的换向，油泵换向后排量由零到最大，使油缸换速均匀，启动平缓。在混凝土泵车控制技术方面，国外生产的泵车大多数都安装了无线遥控系统，有的大型泵车采用了工业电视监控。机电一体化将是混凝土泵车今后的主要发展方向。1.3 混凝土泵车的选择与技术管理 选用混凝土泵车一般应考虑底盘和泵送混凝土的输送距离、排量、泵送压力三个参数。底盘体现越野能力与提供动力的能力，而另外三个参数受泵车臂架伸展长度的限制。国产泵车的输送垂直距离最大可达65m、最大排量为125m1/h，最大系送压力可达14Mpa。国产拖式混凝土泵的输送水平距离最大可达1500m、最大泵送压力可达15MPa。故一般应根据建筑物高度(深度)、现场施工状况来选择泵型、泵车。除了合理选用混凝土泵车以外，正确操作、精心维护更是重要一环。据上程实践统计，混凝土泵各部位发生故障的概率如下；分配闸阀占35、液压系统占20、电气系统占10、管道系统占25、其他占10，其中以分配阀磨损消耗最快，故要及时保养和更换。液压系统由于堵塞而造成压力过大、各部位密封不好而发生漏油现象或接头处不好而被撕开。此外，电气、仪表部分都较精密，使用不当或维护不周也常常失灵，所以要重视对设备的维护和提高操作人员的素质。 泵送混凝土进入建筑施工工地后必须解决一系列施工组织与管理问题，主要如下：配备专职协调监督人员，建立可靠敏捷的信息系统，使施工处于有序状态。制订浇注方案，解决施工速度、浇灌方向的线路、施工缝留置位置以及与模板、钢筋工序的配合关系，以使施工均衡连续。对于泵车位置选择，应了解工作区域的障碍物、地面承受负荷的能力、施工现场与公路阻隔的情况、有无作业盲区，并且必须使支腿延伸到它们的末端位置。对于固定式泵机，泵机位置和输送管铺设应符合管路宜直、弯管宜少、线路最短、节点牢靠、拆卸方便等。配置具有一定素质的机修、机管和操作人员井能及时排除设备出现的故障。解决关键工艺中的具体问题，以避免产生因施工工艺不正确而出现的各种质量问题。2泵车的基本组成及主要技术参数确定2.1 混凝土泵车的基本组成与构造2.1.1 混凝土泵车基本组成混凝土泵车主要由载重汽车底盘1、臂架回转装置2、臂架布料杆3、混凝土泵4、支腿5等部分组成，如图2-1所示。图2-1混凝土泵车基本组成1汽车地盘；2臂架回转装置；3臂架布料杆；4混凝土泵；5支腿2.1.2 混凝土泵车构造2.1.2.1 泵车底盘部分泵车底盘部分的基本构造可参见相关汽车司机手册：大部分泵车都是通过安装在地盘上的取力装置，由柴油机为泵车臂架部分和泵送部分提供动力。2.1.2.2 布料臂部分布料臂部分或称泵车上装部分，它安装在汽车底盘上，它与底盘的尺寸规格完全配套。臂架分为数节，每节由高强度钢板焊接而成，起到支撑混凝土输送管的作用，臂架的运动由节与节之间的液压油缸推动。臂架的回转靠臂架基座上的回转支承和回转机构进行驱动。臂架的动作可以由遥控器或比例阀操纵手柄进行控制。布料机构是把输送管安装在臂架上并在其末端安一段软管。其形式有接高、伸缩、折叠三种形式。初期的布料杆大多是在现场安装的接高式和伸缩式。目前多为折叠式，其俯仰、伸缩、旋转动作全部使用液压油缸控制，动作灵活。折叠式布料杆根据其折叠方式又分多种，如前下支点S型、前上支点Z型、前上支点Z卷绕型、后下支点苍绕型等。第一节臂的活动范围为，第二节臂的活动范围为，其余节臂的活动范围在之间。回转机构可使布料杆作回转。2.1.2.3 泵送部分泵送机构由两只主油缸、水箱、换向装置、一组混凝土活塞、料斗、分配阀、摆臂、一组摆动油缸和出料口组成。泵送混凝土料时，在主油缸作用下，一个混凝土活塞前进，另一个混凝土活塞后退。同时在摆动油缸的作用下，一个混凝土缸与分配阀连通，另一个混凝土缸与料斗相通。这样，后退的混凝土活塞将混凝土吸入混凝土缸；前进的混凝土活塞将混凝土缸内的混凝土料送入分配阀而泵出。当混凝土活塞后退至行程终端时，会感应换向装置，使主油缸换向、摆动油缸换向，从而实现连续泵送。2.2 主要性能参数的确定混凝土泵车的主要性能参数是混凝土泵车的工作性能指标，也是设计的主要依据。混凝土泵车的主要技术参数可归纳为专业技术参数和整车技术参数两部分。技术参数主要有：混凝土排出量、混凝土泵送压力及输送距离、泵送能力指数、布料装置工作范围、整机外形尺寸等，如表2-1。表2-1混凝土泵车主要性能参数最大理论输送量 m3/h120混凝土最大出口压力 MPa6.5额定工作压力 MPa32料斗容积 L550液压系统型式闭式油缸缸径行程 mm1302100液压油冷却风冷推荐塌落度 cm1223最大布料高度 m36最大布料半径 m32回转角度365臂节数量4臂节长度 mm8610/7760/7760/7700展臂角度100/180/180/270输送管直径 mm133壁厚 mm4末端软管长度 mm4000臂架液压缸工作压力 Mpa33动态试验压力 Mpa45往返速比1.37活塞杆理论推力 MN1.373 混凝土泵车总体结构设计方案混凝土臂架泵车是一种先进的混凝土输送设备，以其快速高效灵活方便等显著的特点，近年来已被广泛用于工业设施、民用建筑、国防工程等混凝土浇注工作。我国从上世纪80年代初期开始引进混凝土臂架泵车制造技术，至今已有20多年，时间不算短，但目前大部分企业仍处于组装、仿制阶段，只有少数几家大的专业企业已经具备自主设计能力和制造能力，比如说三一重工、中联重科、鸿达集团、徐工集团、湖北建机等。2007年我国混凝土臂架泵车年产销量已达到2000台以右。3.1 底盘系统设计与选型目前国内大部分企业的底盘生产能力还比较弱，大多选用国外进口底盘，如VOLVO、五十铃、奔驰等底盘，其价格较高，供货周期较长。底盘选型：37m泵车大多选用进口VOLVO底盘，该底盘的可靠性、油耗、排放、动力性能、行驶性能均处于国际领先水平。在底盘取力器的选用上，主要有二种形式，一是底盘发动机自带全功率取力器，液压系统的主油泵直接联接在发动机的取力器上；二是在底盘后驱传动轴中间增加一个取力器即通常我们所说的分动箱，这样通过分动箱内的拨差来切换行驶和泵送两种不同状态。我国目前混凝土泵车普遍采用的是第二种取力形式，且充分考虑分动箱这一关键元件的可靠性，选用了德国原装进口的分动箱。在分动箱的传动比的选择上结合底盘发动力特征曲线（功率及扭矩曲线）和力士乐主油泵的额定转速的要求，确定选取发动机对分动箱最佳的输入转速1500r/min和分动箱的传动比，合理并充分发挥发动机和油泵的有用功率，来提高泵车的整车使用效率。3.2 泵送系统设计换向次数少排量大、吸料性能好积料少、推送换向冲击小噪音低、混凝土活塞寿命长润滑脂用量少等等是设计者追求的目标。为此，目前我国在设计中普遍采用大缸径长行程混输送缸，并将泵送系统与底盘安装角度减小了1，大大地改善了吸料性能；在S阀换向回路中加入高压储能器和可调节流阀，使换向时间缩短而冲击减小；混凝土泵送主油路采用闭式回路，主油泵换向，在双联主油泵辅助回路中采用了低压储能器为斜盘换向过零位时提供缓冲油，有效地降低主推送回路的换向冲击；混凝土活塞润滑方面一些厂家采用自动润滑，在实际工作中，因为泵送排量是任意可调的，主油缸活塞的缓冲行程随排量变化而变动，自动润滑很难准确地将润滑脂注入混凝土活塞的润滑油槽中，既无法有效为混凝土活塞提供良好的润滑，又大量浪费润滑油，增加了成本，而且大量润滑脂注入到混凝土中，对混凝土的质量产生负面影响，因此，我国设计专家通过反复考虑，决定采用手动润滑，工作时每隔1 小时手动为混凝土活塞注油润滑一次，这样基本克服了自动润滑的种种弊端。3.3 臂架系统设计3.3.1 臂架系统分析泵车臂架所承受的交变载荷为脉动循环载荷，其主要来源于泵送系统，分二两个方面，一是主油缸推送混凝土时通过输送管而传递给臂架的，它的方向根据输送配管的走向而改变，使臂架受力变得比较复杂难以计算；其二是来自S阀换向摆动油缸的横向冲击；另外，回转系统频繁的起动和制动过程对臂架产生的惯性力，也是臂架一个主要的动载荷来源；还有，臂架系统自重（包括作业期间输送管内的混凝土重量）应力，也是一个十分重要的力源，至于底盘发动机及传动轴高速旋转所产生的振动也会对臂架抖动产生微弱影响，相对泵送系统、回转系统、臂架系统自重的影响来说可以忽略不计。因此，在进行臂架系统设计时，主要针对泵送系统、回转系统动载荷和臂架系统自重可能对臂架结构产生的不利影响，来校核臂架系统的强度、刚度、稳定性。3.3.2 臂架形式设计臂架形式设计包括结构形式、折叠方式、输送布管等诸多方面的设计。臂架的结构形式基本都采用箱形结构，从垂直于臂架长度方向的截面来看，大致有下图3-1五种，根据设计者多年的计算分析和经验，认为下图(a)的截面形式较好，整个臂架应力流畅，无明显力流阻滞和应力集中，而且重量较轻，至于抗扭屈和截面的稳定性可以通过焊接横穿臂架两侧板的输送管支撑件来解决。图 3-1 臂架的截面形式臂架的折叠方式大致分为R形、Z形、RZ组合形，但有一点值得设计者注意，为了尽量降低整车的重心高度，提高行驶状态的稳定性，必须降低臂架折叠收拢后的高度，即在设计臂架时，通常将第三节臂设计成“Z”形弯臂，这时除考虑布管方便外，更应注意最大限度减少弯臂偏离一二臂节中性平面的距离，以减少偏心自重产生的扭矩。3.3.3 臂架变幅机构及液压油缸的设计臂架展开收拢及其混凝土浇注时定位均是由变幅油缸推（拉）动变幅机构的运动来实现的。变幅机构由两种平面四杆机构组合而成的曲柄滑块机构和双摇杆机构，设计中应注意的主要油缸的受力和活塞缸的稳定性等问题。3.4 支腿油箱设计 支腿油箱的结构形式可谓五花八门，风格各异。有X 形伸缩支腿泵送油箱和水箱外挂形式的；有前后全展开形支腿整体油水箱结构的；还有弧形支腿油水箱分别置于后支腿空腔的等等。如此种种结构形式，都必须遵守一个原则：支腿油水箱设计除了满足自身的强度刚度要求外，还必须满足泵车在作业状态下的稳定性条件：即当泵车的1.2倍自重载荷、1.3倍工作载荷、附加载荷和1.1倍的惯性力共同作用于最不利的倾覆线（支腿完全伸展开后四个支撑点的连线）时，其力矩之和大于零，否则，泵车在作业时有可能倾翻，造成重大安全事故。3.5 回转机构设计及回转台选型计算3.5.1 回转轴承的选型计算回转轴承大多采用进口品牌, 有法国的劳力士、德国的罗特艾德、意大利的拉里奥斯萨等。回转轴承选型主要是根据臂架系统对其产生的倾翻力矩大小来决定的，其次是考虑臂架系统在回转启动加速制动过程中产的最大旋转力矩、匀速转动额定旋转力矩以及回转轴承外圈齿轮的强度。a. 倾翻力矩大小等于臂架系统的自重乘以其重心到回转轴承中心的距离，用数学式子表示为：式中：k 动载系数可取1.3；M 臂架系统的质量包括工作载荷质量(kg)；g 重力加速度(9.8m/s2)；L 臂架系统重心到回转轴承中心的距离(m)。b. 旋转力矩计算主要考虑到作业时负载起动力矩，启动后的加速力矩以及制动力矩。根据轴承滚动体（钢球滚子、圆柱体滚子）的不同形式有着不同计算方法，设计者可以按照供应商提供的回转轴承样本资料进行详细的计算。c. 齿轮的强度校核计算以上面的旋转力矩为负载，按照机械设计手册中的公式计算，然后确定齿轮的模数、齿宽，有关公式和详细计算过程本文不再阐述。3.5.2 回转减速机的选型计算回转减速机的选用，主要考虑两个方面因素：一是额定输出扭矩和峰值输出扭矩是否与臂架系统的旋转力矩相匹配；二是减速比是否符合臂架正常工作的回转速度要求。3.5.3 回转限位装置设计臂架系统回转普遍采用机械限位，使臂架在0365范围内来回转动，防止通过转塔内的臂架变幅油缸的控制油管被绞坏。最早还有一种不需回转限位的设计，臂架变幅油缸的控制油管通过中央回转接头与转塔内的油管相联，类似挖掘机的回转装置，不过这种方法在国内泵车设计中已很少被采用。3.6 操纵控制系统设计操纵系统是用来控制泵送系统和臂架系统进行混凝土浇注作业、机构润滑、输送管路清洗的装置，主要由电控箱、近控操作面板、无线遥控操作器、有线遥控操作器几个部分组成。主要功能有：发动启动停止调速功能、主油泵的排量调节功能、臂架的回转变幅定位功能、系统监控和故障诊断检修功能等等。操纵系统采用PLC可编程逻辑控制器代替传统的各种继电器、触点开关，将全部的操控动作通过程序汇编并输入到PLC中，极大地简化控制电路，缩小电控箱的体积，使操作变得简单易行，同时使操作控制硬件系统兼具“柔性”的特点，调整或变更控制参数，不需要改动电器元件，只要修改编程即可。4 回转机构设计4.1回转机构与回转支承装置简述混凝土泵车需要需要将混凝土输送到一定范围内任意一空间位置，故回转运动是必不可少的。回转机构将整个回转平台在回转支承装置上做全回转。回转运动可在左、右方向上任意进行。布料杆安装在回转台上，回转台的旋转是通过回转机构来实现的，如图4-1所示，是本设计泵车回转机构的结构简图。液压马达通过减速器带动回转小齿轮转动，从而驱动回转支承旋转，连同安装在其上的回转台一起转动，实现泵车臂架的泵送工作。图4-1 回转机构1回转支承；2紧固螺栓；3螺母；4回转台底板；5回转小齿轮；6减速器；7液压马达4.1.1 全回转机构由三部分组成：1. 回转机构的原动机，它是整机的传动分流装置中的一个传动元件，在机械传动中是某根轴，在电力传动中是电动机，在液压传动中是液压马达。它的动力是由混凝土泵车的总动力源内燃机供给，并经过机械传动、或电能、或液压变换而来的。2. 回旋机构的机械传动装置，一般起减速作用。3. 回转小齿轮，回旋机构通过它和回转支承装置上的大齿圈啮合，以实现回转平台的回转运动。在机械传动的回转机构传动装置中需要有正、反回转的换向装置，传动装置比较复杂。在电力和液压传动中，马达本身可以正、反转动，故不需机械的换向装置，同时可通过电气和液压元件进行调整。在电力和液压传动的回转机构中，回转马达有高速与低速之分。高速马达的工作转速大部分在每分钟1000转以上，输出扭矩较小，必须配以传动比为40100甚至更大的减速装置。低速大转矩液压马达的转速在0100转范围内，因此，可以直接在马达轴上装上回转小齿轮，若马达输出扭矩满足不了回转阻力矩的要求，则需适当放大扭矩，加设一机械减速装置。4.1.2 回转支承装置的类型回转支承装置是支承上部回转部分的一种装置，它起着轴承的作用。回转支承装置按结构可分为:立柱式和转盘式两大类。在混凝土泵车回转支承的设计过程中，根据近几年的经验和计算可知，一般选取转盘式回旋支承，它可承受较大的轴向载荷和傾翻力矩。转盘式回转支承一般也分为两种：支承滚轮式和滚动轴承式。滚动轴承式的支承装置是当前工程机械普遍采用的一种可回转支承装置。它的回转摩擦阻力矩小，承载能力大，高度低。回转支承装置高度低可以降低整车的重心，从而增加泵车的稳定性能。滚动轴承式支承装置按滚动体形状和排列方式可分为：单排滚球式、双排滚球式、交叉滚柱式等。回转支承除滚动体外，还有内外滚圈。滚圈可以是整体的，也可以是上、下两半的。整体的滚圈上没有大齿圈。内啮合的回转支承装置外观美观，尺寸紧凑，但齿圈加工稍有不便。内外滚圈各有高强度螺栓分别固定在回转台或底盘车架上。双排滚球式回转支承（如图4-2）：这种回转支承装置有上、下两排滚动体，它具有较大的接触压力角，能承受很大的轴向载荷和倾翻力矩；上、下两排滚球各自承受向下和向上的力，同时将上、下两排滚球的接触角做成大于45，故可提高其承载能力。图4-2 双排滚球式回转支承 4.1.3 回转机构的布置型式选择回转机构的布置有两种型式。第一种将回转机构布置在回转平台上，并随回转平台一起绕回转支撑装置的大齿圈回转，回转小齿圈即作自转运动又作公转运动。由于大齿圈的滚圈固定在底盘车架上，使回转机构的维修比较方便，但回转平台显得拥挤。第二种将回转机构布置在回转车架上，回转小齿轮带动大齿轮回转，而大齿圈的滚圈与回转平台连在一起。这种布置对回转机构维修不便，但回转平台上显得比较利索。设计中选择了第二种布置方式。混凝土泵车在行驶时，应将回转平台固定在一定的位置上，不能左右摆动。因此，必须设有机械或液压的插销定位装置。4.2 回转支承装置的选择4.2.1 载荷的确定回转支承装置承受回转平台上的全部载荷。作用在回转支承装置上的垂直力有：臂架自重Gb，配重G3，其它部分总量Gq,以及考虑到混凝土等重量Gf，同时作用在回转部分上的力还有沿着吊臂方向上的水平风力W1，水平方向上的力还有回转时的离心力P1和垂直于吊臂平面内的制动切向惯性力P1,作用在回转支承上的水平力还有回转小齿轮的啮合力Pr,它的大小由小齿轮上所传递的扭矩所决定的，它的方向由小齿轮离吊臂轴线水平方向投影的位置而定。若回转机构有两个并成对布置，则此力相互抵消。现将上述载荷综合成垂直力Gp，弯矩M和水平力H三部分。 式(4.1) 式(4.2) 式(4.3)必须指出的是，在确定回转支承装置载荷时，是要选取受力最不利的工况。即泵车工作时的倾翻力矩为最大时的工况。在混凝土泵车中上，离心力P1和风力W引起的弯矩一般占重物引起弯矩的1/10左右。故可简化计算，可取： 式(4.4)且泵车所受的水平力H相对于整个载荷来说较小，根据经验可知远小于垂直力的1/10，为了设计安全考虑，现取为垂直力的1/10算。最大计算工况为混凝土泵车受最大倾翻力矩时的工况，即：把以上数据代入上式得：4713(N)4.2.2 回转支承装置的受力分析滚动轴承式回转支承装置的设计计算，有不考虑轴向间隙及考虑轴向间隙两种方法，它们分别取不同的许用应力。初步计算时可采用不考虑轴向间隙的间隙算法，但需要取得恨精确的计算结果时，可用考虑轴向间隙的方法。在本设计中，先计算不考虑轴向间隙的算法。为了便于进行回转支承的受力分析，在分析前，要对支承装置做些近似的假定：首先认为整个回转支承由于座圈和回转台、底架固接在一起，因而刚性很大，接近绝对刚体，没有相对的局部变形；其次认为弹性变形只发生在滚动体和滚道的接触处；同时还认为所以滚动体直径是完全相同的。4.2.2.1 初步确定滚动轴承的结构型式、尺寸和滚动体数量根据载荷的大小、加工、使用和维修条件，定出滚动支承的结构型式和尺寸，可按下式确定一排滚动体的数目Z：式中 D滚动体中心圆直径（mm）； d滚动体（滚珠）直径（mm）； K用以考虑为放置隔离圈而在滚动体间留空隙的系数，一般可取,在结构允许的条件下应取小值。4.2.2.2 计算滚动体上所受的最大载荷滚动体上载荷的分布如图4-3 所示。（1）垂直力Gp在滚动体上的分配垂直力Gp是平均分配到各个滚动体上的，所以，作用在一个滚动体上的垂直反力为：（2）水平力H在滚动体上的分配由水平力H产生的最大载荷：式中 i承受水平力的滚动体排数； K与滚动体形状与滚道有关的系数，滚珠轴承K=4.5。（3） 力矩M在滚动体上的分配力矩M产生的滚动体最大垂直反力为：4 图4-3滚动体上载荷分布示意图 （4） 在垂直力Gp、水平力H和力矩M的共同作用下，滚动体上所受的最大载荷因为滚动体与滚道的接触点法线不与轴承轴线平行或垂直，在泵车的回转支承装置中，此成一角度（如图4-4示），则一排滚动体将同时承受径向和轴向两个方向的载荷。这时，滚动体所受的最大法向力为： 图4-4滚动体与滚道接触受力简图根据以上载荷计算和分析，初选JB2300-84系列071.25.980F双排滚球式回转支承(02系列)，其参数如下：钢球直径 d=25mm螺栓孔个数 n=48内螺栓中心圆直径 Du=910mm 滚道中心圆直径 D0 =980mm钢球个数 n1=204钢球之间的隔离宽度 b=2mm接触角 =450螺栓直径 d1=22mm齿数 Z=954.2.3 回转支承装置的强度计算回转支承装置的强度计算是校核滚动体上受到最大正压力时的变形量。滚动体和滚道的塑性变形量之和不得超过的滚动体直径。在混凝土泵车回转支承中，内、外滚圈和滚动体材料选用强度高、耐磨性好的鉻锰高碳钢制造，常用牌号如GCr15、GCr15SiMn等（G表示滚动轴承钢），其表面淬火后硬度为HRC6065，同时其淬硬厚度在2.5mm以上，其相应的线接触许用应力为：其点接触的许用应力为线接触许用应力的22.5倍左右，则：因为回转支承的滚动体为滚球，则其点接触应力可由下式求得：式 (4.5)式中由文献二表8-3查得： 为点接触计算系数，可由文献二表8-4查的：1.2则滚动体的点接触应力为：计算额定静载荷Co：座圈材料采用GCr15，滚道表面硬度HRC65，查表得球式回转支承静容量系数,与滚道表面硬度HRC及滚动体直径d0有关,应力系数f0=7.3kg/mm2 ，回转支承能够承受的最大静承载能力（额定静载荷）为：为与标准的回转支承装置（）的静载荷相适应，计算当量载荷: 式(4.6)式中 KM, KH:系数，其中KM=5, KH=2.5，带入上式:选择系列化的标准回转支承装置，要使安全系数（表4-1）：表4-1 不同工作类型的安全系数工作类型机器举例【Ts】轻 工 作中 工 作较重工作重 工 作很重工作堆取料机、工程起重机塔式起重机、船用起重机抓取起重机、混凝土泵车单斗挖掘机、冶金用起重机斗轮挖掘机、隧道抛进机1.01.21.11.31.31.51.41.61.62.0而在混凝土泵车中，f实际值大于最大安全系数，所以选取此型号回转支承满足要求。4.2.4 回转支承联接螺栓选型及强度校核(参照袖珍机械设计师手册，毛谦德编)泵车回转支承装置的内、外滚圈各有一圈螺栓各自与回转部分或车架支承部分相连。回转部分上的全部载荷通过螺栓传至支承装置滚圈，经滚动体传到另一滚圈上，再经过螺栓传至车架。因此，连接螺栓的可靠性是回转支承装置正常工作的保证。根据以上回转支承的选型可初步选择与之相配的螺栓及其配件。初选螺栓：GB/T5782-1986 螺栓M222160：性能等级：8.8级，表面氧化，A级的六角头螺栓1). 螺纹连接的拧紧力矩计算回转支承装置的螺纹连接在装配时必须预紧，目的在于增强连接的刚性、紧密性和防松能力。拧紧螺母时，拧紧力矩T要克服螺纹副的摩擦力矩T1和螺母与被连接件(垫圈)支撑面的端面摩擦力矩T2。即： 式(4.7)式中 d螺纹公称直径（mm）； 预紧力（N）； K拧紧力矩系数，查表7-2，取k=0.2预紧力的计算：螺纹连接拧紧后的预紧力一般不得超过材料屈服点的80，一般可取： 式(4.8)查表7-9可知，=640Mpa；A螺栓危险剖面处的面积，。则： 带入上式拧紧力矩T：2). 螺栓组受力分析 转矩M作用在接合面内，在T的作用下，被连接件不得有相对滑动。 式(4.9)式中 可靠性系数，取=1.1； f接合面摩擦系数，取f=0.2。带入数据可知：=1.1718656/0.2960.49=84026.5N螺栓连接的强度校核是要校核螺栓危险截面的直径d，螺栓其他部分的结构尺寸校核都是根据等强度条件制定的，设计时只需根据螺栓的直径d查相应的标准即可。校核最大应力：校核最大应力副：经过校核，所选螺栓基本满足强度要求，即在设计中可以选用。根据以上分析计算，可选标准螺母及垫圈与螺栓相配合:螺母：GB/T6170-1986 M221.5： 性能等级：10级，不经表面处理，A级的1型六角螺母。垫圈：GB/T93-1987 规格：22mm，材料为65mn，表面氧化。4.3 回转驱动装置的传动分析目前在混凝土泵车回转机构中，液压马达与立式圆柱齿轮减速器传动是比较常用的一种。这种传动形式的优点是平面尺寸紧凑，传动效率高，是混凝土泵车回转机构驱动装置中较为理想的传动方案。4.3.1 回转阻力矩计算混凝土泵车回转时要克服的总回转阻力矩为: 式(4.10)式中 回转支承装置中的摩擦阻力矩； 由道路坡度引起的旋转阻力矩； 风阻力矩； 由惯性力造成的回转阻力矩。4.3.1.1 摩擦阻力矩的计算 式(4.11)式中 换算摩擦系数，可取=0.01； 滚动体法向反力之绝对值总和。值的计算：因为当回转支承受到力矩M的作用，下排有一部分滚动体的法向反力向下，其值按下式计算： 式(4.12)式中 ;带入数据可得：把此数据带入上式可得摩擦阻力矩：4.3.1.2 旋转阻力矩的计算混凝土泵车在陆地上工作时由于道路坡度引起的旋转阻力矩: 式中 k臂架、回转机构等旋转部分个构件的重量(kg)； 相应于上述重量的重心到回转轴线的距离(m)； 混凝土泵车的倾斜角（由地形坡度、土壤沉陷等引起）； 臂架旋转的角度。4.3.1.3 风力造成的旋转阻力矩的计算臂架工作时，有时会受到侧向风作用产生风载荷Fw，可用下式计算：式中 q风压，Pa；根据文献1表4-2可选，q=100Pa； c体形系数，据文献1表4-2可选，c=1.2； A臂架在垂直风向平面上的投影面积，查机械设计手册可取迎风面积的值为10。带入数据可得： 臂架与方向垂直时，由风力产生的回转阻力矩达到最大值:式中 l混凝土泵车臂架回转部分迎风面积形心到旋转轴线的距离（m）。4.3.1.4 惯性引起的回转惯性力矩的计算惯性引起的回转阻力矩有两部分组成：臂架中混凝土的回转惯性、臂架及其他布料臂等部分的惯性所引起的惯性阻力矩。臂架中混凝土惯性所引起的回转阻力矩:式中 w平台回转角速度，每分钟转速为n时，则 t启动时间，一般在秒左右。臂架及其他布料臂等部分的惯性所引起的回转阻力矩: 式(4.13)式中 V布料杆各段重心的回转速度； t回转启动时间，10s； Q各节杆臂、输送管和软管的质量，kg。布料杆在水平外伸状态下回转时，虽然启动时间延长，但惯性力矩仍然很大，故应将布料杆仰起后再进行回转。综上所述,带入式(4.10)总的回转阻力矩为：8180.4+3230+7896+5630=24936.4Nm4.3.2 马达轴回转功率 式(4.14)式中 马达超载系数，由机械设计手册查得，液压马达取为1；以千瓦计，则以千克-米计，代入数据可得：KW4.3.3 回转小齿轮设计（参照机械设计手册齿轮设计）小齿轮用45#钢，正火调质处理，硬度在HB230HB260,平均取HB245。齿面接触疲劳强度的计算：1. 初步计算转矩T： =695040.9Nmm齿宽系数： 由机械工程手册可查0.4接触疲劳极限： 710Mpa 580Mpa初步计算使用强度应力： 639MPa 522Mpa值 查机械设计表12.16，取=85初步计算小齿轮分度圆直径：165mm初步齿宽b： 0.4165=66mm由于m=12，可取小齿轮分度圆直径：mm齿宽系数取d=0.4
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