抢险救援消防车液压系统设计

1 绪论 言 火灾，是世界各国普遍关注的灾难性问题，它是发生频率较高的一种灾害，任何时间、任何地点都有可能发生，它不仅倾刻之间可能烧毁大量的物质财富，毁灭珍贵的历史文化遗产，甚至危及人们的生命安全。总之，火灾给人类带来的是破坏，是苦难、是死亡。 消防车车是输送灭火剂的抢险救援设备，具有行驶、输送灭火剂二种功能为一体的一种机械设备，具有机动灵活、方便高效、安全、及时抢险救援等特点。消防车 由汽车底盘 和其上装部分的专用装置组成。国内外生产的消防车多采用整车生产厂家提供的二类通用汽车底盘。其专用装置主要包括取力器、水泡沫液罐、器材箱、泵房、消防泵、真空泵、泡沫比例混合装置及消防枪炮等。其工作原理是：通过取力器装置将汽车底盘发动机的动力输出，并经一套传动装置驱动消防泵工作，通过消防泵、泡沫比例混合装置将水和泡沫按一定比例混合，再经消防炮和泡沫灭火枪喷出灭火。而液压系统作为消防车最重要组成部分，随着抢险救援要求的提高，人们对液压系统的要求也越来越高。 题提出的背景 题提出的宏观背景 近几年来，随着国家对安全工作的日益重视，以及有关部门对汶川地震和央视火灾等重大灾害的反省，特别一提的是消防部队的扩编，各地消防站的建立和增加，消防部队的消防装备大幅度增加，西部大开发；中部崛起；东北振兴；沿海经济发达地区对高性能、高品质消防车的采购能力增大。对抢险救援消防车的质量要求也越来越高。消防车的需求也越来越大，与此同时对消防车举升设备的技术要求也越来越高。 在抢险救援消防过程中，消防车机械需求量很大，其质量和效率也要求很好。消防车的保有量和质量在一定程度上反映了一个国家的经济实力、科技 发展水平、消防装备研制水平和消防力量的强弱。经过几十年的发展，我国消防车机械已成为抢险救援及其消防重要组成部分。目前，全国形成一定规模的国内消防车专业制造生产企业已经达到 30 多家，截止到 2008 年底已有 31 家通过消防车3这 31 家企业的产权形态看，有国有制、股份制和私营三种类型。其中，股份制企业和私营企业已经占到 70 以上。可以说，国内的消防车生产主要由股份制和私营企业唱主角。 30 多家企业中，共有合同制员工近万名，年产销消防车 4000 多台。这个数字非常可观。 题提出的行业背景 消防车是供消防部门用于灭火、辅助灭火或消防救援的机动技术装备，它能将消防指战员、灭火介质、消防器材等快速运至火场进行灭火。消防车作为人类同火灾作斗争的技术装备，在保护人民生命、财产安全方面发挥着重要作用。我国的消防事业一直受到党和政府的高度重视与支持，近年来，国产消防车无论是技术水平，还是品种规格以及生产能力都有了长足的发展，品种规格相对齐全，性能有了很大提高，质量相对稳定，已能基本满足消防部队灭火的实战需要。 我国消防车的现状 自 1932 年我国第一辆消防车在震旦机械铁工厂诞生至今，经过 71 年特别是近 10 年的飞速发展，国产消防车的产品品种日益增多，基本上能满足国内市场的需求。目前，国内约有 23 家消防车生产厂家生产的轻、中、重型三大系列消防车，其品种主要有：泵浦消防车、水罐消防车、泡沫消防车、干粉消防车、二氧化碳消防车、联用消防车、照明消防车、抢险救援消防车、举高消防车、云梯消防车、消防指挥车等。除了机场消防车，上述各种消防车都已具备生产能力，并已通过国家汽车产品公告。 车用消防泵性能提高，品种多样：车用消防泵作为普通消防车的“ U 脏”，在扑救火灾中发挥着重要作用，其性能的提高对于提升消防车水平、档次具有重要意义。近十年是我国消防水泵快速发展的十年，在借鉴、吸收国外先进技术的基础上，国产消防水泵日趋性能完善、结构简单、操作方便，并形成常压消防泵、中压消防泵、中低压消防泵、高低压消防泵等多品种、多规格的格局，可以满足各种消防车对水泵的要求。 目前存在的问题： 消防车的整体性能有待进一步提高；零部件可靠性差；标识、指示不全；有关国家标准、行业标准修订落后；消防车产品 管理办法巫需改进；个别地区、个别部门不具备生产资质、生产条件，私自拼装消防车。 国外消防车行业发展现状 当前世界各国开发应用的消防车，品种俱全，设备精良，不仅造型美观大方，而且其内在质量和实战功能都很好。近几年 ,世界各国消防车制造厂都瞄准市场要求 ,竞相推出新产品。其中生产多、应用广、发展快的消防车，主要有泵浦消防车、大型化学车、举高消防车、大型高级救护车及多功能巨型消防车。其中，国外的举高消防车和云梯消防车在高层建筑的抢险救援中起到了 举足千斤的作用，一直在世界的最尖端位置，引领着消防车的进步和发展。 我国消防车的发展方向 研制消防车专用底盘；提商消防车自动化程度；开发特种消防车；提高消防车制造水平；消防泵的关键技术的提升。 送机构的基本构造及工作原理 消防车的基本构成： 消防车大致由泵送机构、灭火介质分配机构、水箱、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。了解并掌握消防车的每一部分基本结构及其工作原理，对消防车的正确使用和维修有很大的帮助 . 消防车的代号及主要性能参数： 不同厂家对消防车的代号有不同的方式 ,但根据国家及行业的标准 ,消防车的主要技术性能参数表 12 0 0 企业代号 特种车代号 整机重量 产品改型编号 抢险救援消防车标准代号 泵送方量 表 随车吊概述 : 随车吊是一种架装于底盘上，集起重、运输为一体的新型高效起重运输装备。它的工作原理是通过从汽车变速箱中取力带动液压油泵旋转，向各液压工作元件提供高压油，从而实现随车吊的各种运动。随车吊以其快速、灵活、高效、便捷以及装卸、运输合二为一的优势被越来越多的用户认识并接受。国内已广泛应用于交通运输、土木建筑、通信电力及城市管网建设等行业的货物装卸及近距离转移货物、添加了附加装置的变型产品还被广泛应用于消防、军队、非开挖作业及工程抢险等领域。 直臂伸缩式随车吊从结构上分，主要由以下几大部分组成：吊臂 总成、伸缩油缸总成、回转机构总成、变幅油缸总成、操纵机构、机架总成、前后支腿总成、油泵取力机构总成等。 2 液压系统设计 压系统图的拟定 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。本次设计所参数来源于 抢险救援消防车主要技术参 产品型号 车参数 满载质量 11680轴 /后轴载荷（满载时） 4750/6930 电机最大功率 191高行驶速度 110km/h 外形尺寸（长宽高） 8200 2490 3200 驶室乘员数 1+2+4 人 底盘型号 数 6 发动机功率 1912500r/ 发动机最大扭矩 7451500r/ 最大车速 110km/h 轴距 4500油种类 柴油 照明发电系统 型号 额定功率 备功率 额定电压 220V/380V 额定频率 50定电流 率因数 动方式 电启动 牵引绞盘 型号 大拉力（公斤力） 10433 钢丝直径 13缆长度 60m 动力形式 液压 液压压力 21压流量 60 L/车吊 型号 11B 大起升质量时工作幅度 2m 最大工作幅度 大起升高度 11m 最大额定起升质量 5000它 润滑方式 节能式自动润滑 控制方式 手动 +遥控 消防管清洗方式 水洗 表 压系统方案设计 制定调速方案 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。 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。 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。 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。 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。 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。 抢险救援消防车液压系统各主要 回路的分析 消防车随车吊液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、支腿和控制六个主回路组成。从图 以看出，各个回路之间具有不同的功能、组成和工作特点。 图 汽车随车吊工作状态 起升回路： 起升回路起到使重物升降的作用。 回转回路： 回转回路起到使吊臂回 转，实现重物水平移动的作用。回转回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成。 回转机构使重物水平移动的范围有限， 但所需功率小，所以一般汽车起重机都设计成全回转式的，即可在左右方向任意进行回转。 液压驱动的小起重量起重机，通过液压回路和换向阀的合适机能，可以使回转机构不装制动器，同时保证回转部分在任意位置上停住，并避免冲击。高速液压马达的驱动形式，在汽车式、轮胎式和铁路起重机上应用广泛。如图 速大扭矩液压马达的转速每分钟在 0范围内，因此，可以直接在油马达轴上安装回转机构的小 齿轮，如马达输出扭矩不满足传动要求，可以加装机械减速装置。该形式在一些小吨位汽车起重机上有所应用。可以在液压马达输出轴上加装制动器。 图 低速大扭矩液压马达回转机构 采用低速大扭矩液压马达可以省去或减小减速装置，因此机构很紧凑。但低速大扭矩液压马达成本高，使用可靠性不如高速液压马达，加之可以采用结构紧凑、传动比大的行星传动或蜗轮传动，高速液压马达在起重机的回转机构中使用广泛。综上所述，回转机构设计为高速液压马达加装制动器的回转机构，其基本回路如下图 图 回转回路 变幅回路： 绝大部分工程起重机为了满足重物装、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度减小能提高起重量），需要经常改变幅度。变幅回路则是实现改变幅度的液压工作回路，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。变幅回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀和变幅液压缸组成（图 图 变幅回路 工程随车吊变幅按其工作性质可分为非工作性变幅和工作性变幅两种。非工作性变幅指只是在空载条件下改变幅度。它在空载时改变幅度，以调整取物装置的位置，而在重物装卸移动过程中，幅度不改变。这种变幅次数一般较少，而且采用较低的变幅速度，以减少变幅机构的驱动功率，这种变幅的变幅机构要求简单。工作性变幅能在带载的条件下改变幅度。为了提高随车吊的生产率和更好地满足装卸工作的 需要，常常要求在吊装重物时改变随车吊的幅度，这种类型的变幅次数频繁，一般采用较高的变幅速度以提高生产率。工作性变幅驱动功率较大，而且要求安装限速和防止超载的安全装置。与非工作性变幅相比，这种变幅要求的变幅机构较复杂，自重也较大，但工作机动性却大为改善。汽车随车吊由于使用了支腿，除了吊非常轻的重物之外，必须带载变幅。 伸缩回路： 具有臂架伸缩机构的起重机，不需要接臂和拆臂，缩短了辅助作业时间。臂架全部缩回以后，随车吊外形尺寸减小，提高了机动性和 通过性。臂架采用液压伸缩机构，可以实现无级伸缩和带载伸缩，扩大了汽车和轮胎起重机、铁路救援起重机在复杂使用条件下的使用功能。 伸缩回路主要由液压泵、换向阀、液压缸和平衡阀组成，根据伸缩高度和方式不同其液压缸的节数结构也就大不相同。 具有三节或三节以上的吊臂，各节臂的伸缩基本有三种形式：顺序伸缩、同步伸缩和独立伸缩。 顺序伸缩就是各节伸缩臂按一定先后次序完成伸缩动作。同步伸缩是指各节伸缩臂 以相同的行程比率同时伸缩。独立伸缩是指各节伸缩臂无关联地独立进行伸缩动作。显然，独立伸缩机构同样也可以完成顺序伸缩或同步 伸缩的动作。 图 臂架伸缩方式 （ a） （ b） 为了使随车吊各节伸缩臂伸出后的载荷和随车吊的起重量特性相适应，伸臂的顺序为 2（二节臂） 3（三节臂）的顺序伸出， 1 为基本臂，而缩回按相反的顺序，即 3 2 的顺序缩回。下面介绍实现顺序伸缩的几种方案。 图 即 号伸缩油缸活塞面积大， .号伸缩油缸活塞面积逐次减小。各活塞腔是联通的，各油缸活塞杆腔也是联通的。很显然 I 号伸缩油缸先伸出，其次是 号和 号伸 缩油缸伸出。平衡阀 以保证吊臂在载荷下平稳收缩，同时还可以防止因泄漏或管道破裂而造成吊臂回落。此外为了保证吊臂回缩时按预定的顺序，不至因自重和滑动阻力变化等因素影响。平衡阀的开启压力应该设定为足 大， 小。 图 用单向顺序阀控制顺序的一种方案。扳动操纵阀 S，使 A 与 P 接通，同时 B 与 O 也通，此时伸缩油缸 I 伸出。油缸 I 伸出到位后，随着活塞腔油压力的升高，单向顺序阀 打开，于是伸缩油缸 伸出。 油缸伸出到位后，油压继续升高单向顺序阀 开启，于是伸缩油缸量开始伸出。该机构缩回过程同前一方案。 与前一方案比较，此方案对油缸面积无特殊要求，有利于减轻自重。图中的双单向阀 作用是使顺序阀中的溢流流入主油道，这样可以省去两根回油管和软管卷简。 图 动操纵阀 S， A 和 P、 B 和 力油经电液换向阀 平衡阀 入到伸缩油缸 I 活塞腔，伸缩油缸 I 开始伸出。若电液换向阀 位，则压力油改道上行，经电液换向阀 2 进入伸缩油缸 ，于是伸缩油缸 E 开始伸出。若电液换向阀 压力油二次改道上行，进入伸缩油缸伸出。 与前述方案比较，由于该机构装 有电液阀，从而需要设置电线和电线卷简，但该方案的伸缩顺序有可靠保证。综上所述伸缩回路选择差积式顺序伸缩回路。 图 差积式顺序伸缩原理 图 单向顺序阀顺序伸缩原理 图 电液换向阀顺序伸缩原理 支腿回路： 支腿回路主要由液压泵、水平液压缸、垂直液压缸和换向阀组成。 随车吊设置支腿机构，目的是增加起重机的稳定性及起重能力。支腿机构在作业时承受整机的自重和吊重，要求结构坚固，动作可靠。 目前支腿大都采用液 压支腿。支腿机构现在流行的有两种基本形式 ： H 型支腿和 X 型支腿（如图 图 图 12 1235汽车随车吊设置支腿可以大大提高起重机的起重能力。为了使随车吊在吊重过程中安全可靠，支腿要求坚固可靠，伸缩方便。在行驶时收回，工作时外伸撑地。还可以根据地面情况对各支腿进行单独调节 。 压系统类型的拟定 机液压系统分析 根据开式和闭式系统的优缺点、典型工况，结合国内外同类产品的具体情况，液压系统决定选用多泵多回路和多种型式的高压变量系统。为了使液压系统更加易于检修和使结构更简单明了，在起升、回转、伸缩、变幅、支腿和控制 6个液压回路中全部采用开式油路。 由于本机属于轻型随车吊，回转比较频繁，所以回转油路由变量泵和定量马达组成。 伸缩回路有两节伸缩臂和两个液压缸，液压缸与钢绳组合实现同时伸缩。 轻型随车吊的变幅机构，采用单缸回路。 为了提高效率，本轻型随车吊回转、伸 缩、变幅回路可以协调工作。因此采用了三个三位四通换向阀来分别控制三个动作，这样操作起来十分方便，简单。 支腿回路采用 H 式支腿，因为本机为轻型随车吊，支腿小幅度外伸，每一支腿有一个水平液压缸和垂直液压缸，支腿伸出后成 H 形。支腿回路的各油缸均采用手柄操纵换向阀来实现各种控制。回路中支腿油路液控单向阀可以防止支腿软腿现象。 根据汽车起重机的工况，支腿回路、回转回路、伸缩回路和变幅回路通常单独工作，所以可以采用同一个液压泵并联组合供油。 机构动作组合、分配及控制 各机构组合情况 图 2 11 各机构动作组合情况 支腿机构在起升过程中不能动作，但是支腿回路不工作时其他的回路均不能工作，起升与变幅，伸缩、回转回路要有组合动作功能，回转、伸缩、变幅回路之间不需要组合动作。各机构组合情况如图 动力分配情况 根据设计要求、工作情况、起重量等， 图 上车动力分配情况 救援消防车液压系统的工作原理如图 示。该系统为中压系统，动力支腿机构 回转机构 变幅机构 伸缩机构 起升机构 伸缩机构 变幅机构 回转机构 支腿机构 泵 2 泵 1 分动箱 合流 卷扬机构 源采用双联齿轮泵，由汽车发动机通过底盘上的分动箱驱动。液压泵从油箱中吸油，输出的液压油经手动阀组 A 和 B 输送到各个执行元件。整个系统由支腿收放、吊臂变幅、吊臂伸缩、转台回转和吊臂起升五个个工作回路所组成，且各部分都具有一定的独立性。整个系统分为上下两部分，除液压泵、过滤器、溢流阀、阀组 A 及支腿部分外，其余元件全部装在可回转的上车部分。油箱装在上车部分，兼作配重。上下两部分油 路通过中心回转接头连通。支腿收放回路和其他动作回路采用一个二位三通手动换向阀进行切换。 图 抢险救援消防车液压系统图 支腿收放回路 由于汽车轮胎支撑能力有限，且为弹性变形体，作业时很不安全，故在起重作业前必须放下前、后支腿，用支腿承重使汽车轮胎架空。在行驶时又必须将支腿收起，轮胎着地。为此，在汽车的后端设置两条支腿，每条支腿均配置有液压缸。后支腿两个液压缸用另一个三位四通手动换向阀控制其收、 放动作。为确保支腿能停放在任意位置并能可靠地锁住，在支腿液压缸的控制回路中设置了双向液压锁。 吊臂变幅回路 吊臂变幅是通过改变吊臂的起落角度来改变作业高度。吊臂的变幅运动由变幅液压缸驱动，变幅要求能带载工作，动作要平稳可靠。本机为小吨位随车吊采用单个变幅液压缸变幅方式。为防止吊臂在停止阶段因自重而减幅，在油路中设置了平衡阀 ,提高了变幅运动的稳定性和可靠性。吊臂变幅运动由三位四通手动换向阀控制，在其工作过程中，通过改变手动换向阀开口 的大小和工作位，即可调节变幅速度和变幅方向。 吊臂增幅时，三位四通手动换向阀左位工作，其油路为： 进油路：过滤器液压泵手动换向阀右位手动换向阀左位平衡阀中的单向阀变幅液压缸下腔。 回油路：变幅液压缸上腔手动换向阀左位手动换向阀中位手动换向阀中位一油箱。 吊臂减幅时，三位四通手动换向阀右位工作，其油路为 进油路：过滤器液压泵手动换向阀右位手动换向阀右位变幅液压缸上腔。 回油路：变幅液压缸下腔平衡阀手动换向阀右位手动换向阀中位手动换 向阀中位油箱。 吊臂伸缩回路 吊臂由基本臂和伸缩臂组成，伸缩臂套装在基本臂内，由吊臂伸缩液压缸驱动进行伸缩运动。 本系统是利用各油缸有效面积差控制伸缩顺 ,即 号伸缩油缸活塞面积大， 号伸缩油缸活塞面积小。各活塞腔是联通的，各油缸活塞杆腔也是联通的。很显然 次是 号伸缩油缸伸出。 平衡阀 以保证吊臂在载荷下平稳收缩，同时还可以防止因泄漏或管道破裂而造成吊臂回落。此外为了保证吊臂回缩时按预定的顺序，不至因自 重和滑动阻力变化等因素影响。平衡阀的开启压力应该设定为足 ， 。 为使其伸缩运动平稳可靠，并防止在停止时因自重而下滑，在油路中设置了平衡阀。吊臂伸缩运动由三位四通手动换向阀控制，当三位四通手动换向阀工作在左位或右位时，分别驱动伸缩液压缸伸出或缩回。吊臂伸出时的油路为： 进油路：过滤器液压泵手动换向阀右位手动换向阀中位手动换向阀左位平衡阀 11中的单向阀伸缩液压缸下腔。 回油路：伸缩液压缸上腔手动换向阀左位手动换向阀中位油箱。 吊臂缩回时的油路为： 进油路：过滤器液压泵手动换 向阀右位手动换向阀中位手动换向阀右位伸缩液压缸上腔。 回油路：伸缩液压缸下腔平衡阀手动换向阀右位手动换向阀中位油箱。 转台回转回路 转台的回转由一个小转矩高速液压马达驱动。通过行星减速机构减速，转台的回转速度为 0了提高工作效率，并且确保安全，本系统加装由平衡阀、二次溢流阀、梭阀、制动器组成的回转缓冲装置。回转液压马达的回转由三位四通手动换向阀控制，当三位四通手动换向阀工作在左位或右位时，分别驱动回转液压马 达正向或反向回转。其油路为： 进油路：过滤器液压泵手动换向阀右位手动换向阀中位手动换向阀中位手动换向阀左 (右 )位正反转平衡阀回转液压马达。 回油路：回转液压马达正反转平衡阀手动换向阀左 (右 )位油箱。 吊重起升回路 吊重起升是系统的主要工作回路。吊重的起吊和落下作业由一个大转矩液压马达驱动卷扬机来完成。起升液压马达的正反转有一个三位四通换向阀控制。马达转速的调节 (即起吊速度 ) 主要通过改变泵一二分合流方式来实现， 还可以通过调节发动机转速及手动换向阀的开口来调节。回路中设有平衡阀，用以防止重物因自重而下滑。由于液压马达的内泄漏比较大，当重物吊在空中时，尽管回路中设有平衡阀，重物仍会向下缓慢滑落，为此，在液压马达的驱动轴上设置了制动器。当起升机构工作时，在系统油压的作用下，制动器液压缸使闸块松开，当液压马达停止转动时，在制动器弹簧的作用下，闸块将轴抱死进行制动。当重物在空中停留的过程中重新起升时，有可能出现在液压马达的进油路还未建立起足够的压力以支撑重物时，制动器便解除了制动，造成重物短时间失控而向下滑落。为避免这种现 象的出现，在制动器油路中设置了单向节流阀。通过调节该节流阀开口的大小，能使制动器抱闸迅速，而松闸则能缓慢地进行。 险救援消防车液压系统的特点 该系统为双泵双回路、开式、串联系统，采用了换向阀串联组合，不仅各机构的动作可以独立进行，而且在轻载作业时，可实现起升和回转复合动作，以提高工作效率；系统中采用了平衡回路、缩紧回路和制动回路，保证了起重机的工作可靠，操作安全；采用了三位四通手动换向阀换向，不仅可以灵活方便地控制换向动作，还可通过手柄操纵来控制流量，实现节流调速。在起升工作中，除了分 合流油路可方便实现高低速切换外， 将节流调速方法与控制发动机转速的方法结合使用，可以实现各工作部件微速动作；各三位四通手动换向阀均采用了 换向阀处于中位时能使系统卸荷，可减少系统的功率损失，适宜于起重机进行间歇性工作。 注：平衡阀主要的功能不是锁定执行元件的位置 ,是用来防止执行器失速或惯性冲击的。 3 液压缸的设计和计算 压油缸的方案选择 压缸的种类 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。 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。 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。 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”。 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。 其他液压缸 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， 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。 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。 根据消防车的工作需要臂液压缸应选用缸体固定的单杆式活塞缸 ,即 工程液压缸为双作用单活塞杆式液压缸 ,具有安装连接方式多样以及可带缓冲装置等特点 。综上所选 液压结构如图 图 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： n+g (式中 液压缸总承载力 (N) 工作负载 (N) 外摩擦负载 (N) 液压缸运动速度变化时产生的惯性负载 (N) 工作负载的分析 举升油缸下端与下臂铰接，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 图 阅相关资料 1可知臂处于水平状态时举升力与竖直方向成 度角，因此此时的作用 力 竖直方向的分力 由如下公式表述出来： 11 ( 1/ (式中 臂铰接点右端即臂的重量 (N) 升油缸作用力对铰点的力臂 (m) 接点右端即臂的质心到 铰接点的水平距离 (m) 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。 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。 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。 臂架液压缸参数计算 压缸承载力的计算 查阅相关资料 1， 及设计要求可得各液压缸所受外力。 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 由负载值大小查表 考同类型抢险救援消防车，取各臂液压缸工作压力。 负载 F/0取 A=（ d。导向套具体参数如表 缓冲套塞 液压缸缓冲装置阻止活塞与 端凸缘碰撞并吸收碰撞产生的冲击。由于设置该缓冲装置，即使在外力施加在液压缸上，不会发生压力高于液压缸的设计强度的情况， 在设在液压缸中的液压缸缓冲装置中，该液压缸包括构成液压油的收集室的管子，进行直线运动的杆，固定在杆上并分隔了管子的收集室的活塞，和端凸缘，该液压缸缓冲装置包括装在杆上与活塞接近的缓冲套，如果在杆的直线运动中活塞接近杆侧端凸缘，在杆侧室中产生预定的缓冲压力，还包括设在缓冲套上的弹性体，阻止活塞与杆侧端凸缘碰撞并通过其弹性吸收冲击。 缓冲套塞在活塞与导向套中间其结构如图 细参数值如表 图 后端盖 端盖主要用于连接缸体，上有右耳环和进油口，起密封，阻挡灰尘的作用。故其在液压缸体中有很重要作用，其结构如图 体参数如表 里主要对缸底厚度进行计算。 图 液压缸为平形缸底且有油孔，其材料是 45号钢 。 )0(4 ( 式中 H 缸底厚度 d 缸底油孔直径 mm 试验压力 D 液压缸内径 m 缸底材料的许用应力，取安全系数 n=5，则 M P 由于缸的额定压力 M n ，所以取。 由上可得 H = 36 压缸的活塞、活塞杆、缓冲柱塞、后端盖、导向套、缸筒各参数如表 件图，液压缸零件参数如表 活塞 42 43 6 25 118 93 25 活塞杆 02 04 5 60 93 62 1650 缓冲柱塞 d 35 122 95 后端盖 51 r 177 90 27 80 55 导向套 21= 2 24 7 135 筒 长 表 液压缸的流量确定 在 D、 d 确定后可求得 Q=V A 如表 进 流量 Q/L/度 V/mm/s 20 后退 流量 Q/L/度 V/mm/s 40 表 压缸的流量、速度 压缸行程的确定 L = 1L + 2L =(2l )/2 根据机械设计手册查得 1l +2l ，S （ 2030） D,液压缸行程主要依据机构的运动要求而定。如图 图 为了简化工艺和降低成本，应尽量采用 2348准的液压缸行程，则根据技术要求，各液压缸行程如表 1l +2l /，公式如下： 000 . 1 3 /d D v v (式中 0d 液压缸油口直径 (m) D 液压缸内径 (m) v 液压缸最大输出速度 (m/0v 油口液流速度 (m/根据机械设计手册，取 0v = 0d = 27 活塞杆柔度校核计算 由于 10，活塞杆属于细长杆，细长杆（p）当临界应力小于或等于材料的比例极限p时，即 压杆发生弹性失稳。若令 （ 则p时，压杆发生弹性失稳。这类压杆又称为大柔度杆。对于不同的材料，因弹性模量 和比例极限 p各不相同， p的数值亦不相同。活塞杆采用 45号钢， 45 号钢， ， ， 86p 活塞杆细比 （ 称为柔度）计算如下： ( 此处： L 为折算长度，由于小臂活塞杆又长又小，故只要小臂活塞杆满足就可以， L 约 1650臂活塞杆直径 d=80 86p ,故满足要求，则活塞杆长度和缸筒长度的取值合格。 压泵的参数计算 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： (其中： 1P 51 （油缸启动额定工作压力） P P 的准确计算要待元件选定并给出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：本系统中P =取 1P 故： M P 25(a x 故选定的定量泵 足设计要求 泵最大工作流量计算 前 进 时 所 需 流 量 最 大 ， 油 泵 最 大 工 作 流 量 ： m ( 其中： K 为系统的泄漏系数， K = Q 为： 同时动作的液压缸最大总工作流量 。故： m 2 8 . 9 4 a x 故选定的定量泵 足设计要求 泵排量计算 其中： q 为油泵排量 油泵最大工作流量。 n 为油泵工作转速，一般转速为 。 那么： r e 13/2300/ 22.7 r/故选用 量柱塞泵满足设计要求。 4 液压系统性能验算 压系统压力损失 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