传动三级项目汇报

21米高空作业车传动系统设计,院系：机械工程学院专业：机电控制年级、班级：12级机控（3）班姓名：组长：王树杰组员：茹强、李岩斌、杨志猛指导教师：赵静一,小组成员分工,王树杰：系统原理的研究，液压元件的选择、系统的建模，相关的计算。李岩斌：线路的搭接茹强：相关的计算。杨志猛：相关资料的查询调研，PPT的制作,目录,摘要绪论液压系统设计高空作业部分液压系统的设计计算起重机构的液压部分设计液压泵的确定报告和总结,高空作业车,摘要,高空作业车是将高空作业人员和必要的工具送至空中，并提供工作人员空中作业场所的机械。起重机是一种能在一定范围内垂直起升和水平移动物品的机械，动作间歇性和作业循环性是起重机工作的特点。本次设计以徐州海伦哲工程机械有限公司研制开发的“GKZ14型高空作业车”为研究对象，对该车上的液压系统进行设计。此型号高空作业车除高空作业机构外还设有起重装置，一机多用。高空作业部分主要是指控制上下臂变幅运动的液压缸，控制上下臂回转运动的液压马达。起重部分主要是控制伸缩臂伸缩运动的液压缸，以及控制起重钢丝绳收进放出的液压马达。本文着重高空作业机构的变幅液压缸和回转液压马达设计，简略起重机构。文中详细记录了高空作业机构上臂液压缸的设计过程,简略设计下臂液压缸以及起重机构部分的伸缩液压缸;记录了高空作业部分回转机构的液压马达和起重部分起升机构的液压马达的设计选型过程，以及液压泵，油箱的选型过程。在确定液压系统元件参数的基础上，完成了液压传动系统的设计计算。,一.绪论,1.1.高空作业车的发展状况高空作业车是用于电力、通信线路工程安装和维修的专用车辆。作为一种工程机械设备，目前广泛应用在船舶、建筑、市政建设、消防、港口等行业，有着广阔的发展前景。我国高空作业机械的生产于20世纪70年代末开始起步，发展较快。现今，高空作业车已发展到其作业高度最高已到达72m(BRONTO公司生产)，且作业车的可靠性、安全性、舒适性、操作方便和简单的直接性等方面都有较大提高。在高空作业车辆中,空中作业的人机安全是十分重要的。随着经济技术的快速发展，国内外起重机市场对起重机大型产品的需求越来越大；我国近几年来通过实行积极的财政政策和内需拉动等手段，加强和改善宏观调控，集中必要力量建设一批大型工程，液压汽车起重机和高空作业车将有广阔的应用前景，将产生巨大的社会经济效益。目前国内使用的高空作业车大多采用吊篮式车辆,工作时需设有专用支腿,且在设计中必须考虑其稳定性。而直升式高空作业车无需专用支腿,工作相对稳定可靠,已逐步在城市的通信、电缆的安装和维护作业中得到应用1。,高空作业车辆升降机构的稳定可靠是实现安全作业的必要条件之一,这类设备的升降机构大多采用臂式(如市政工程车辆、汽车起重机、飞机除冰车等)或剪式(如飞机食品车、残疾旅客登机车等)升降机构,采用液压缸作为升降驱动力,液压缸需要随升降机构运动,因此液压缸与液压主回路须使用液压胶管连接。此时液压缸既作为升降时的动力,又作为施工作业时升降机构的支撑构件,因此液压缸及其连接管路对于整个系统安全起着非常重要的作用。,1.2.项目的意义高空作业车除高空作业机构外还设有起重装置，一机多用。液压系统设计在高空作业车的设计里占重要地位，例如起重工件装置主要由起升，变幅，吊臂升缩和回转等机构组成，这些机构都靠液压系统驱动，实现作业要求。液压系统元件的类型可分为动力元件，控制元件，执行元件，辅助元件等2。随着经济技术的快速发展，国内外起重机市场和高空作业车市场对这两种产品的需求越来越大，我国近年来通过实行积极的财政政策和内需拉动等手段，加强和改善宏观调控，集中必要力量建设一批大型工程，“GKZ14型高空作业车”将有广阔的应用前景，将产生巨大的社会经济效益。液压系统设计在整个高空作业车的设计里具有重要的意义，它使整个机器实现自动化。其中安全性等方面的考虑，设计更是减少了故障的发生，相当程度上确保运行该高空作业车的工人的安全。,1.3.高空作业车平台作业工作状态图,（图1.1）,二.液压系统设计,2.1.液压系统的构成采用折叠式工作臂结构，工作装置为液压驱动，360全回转。除高空作业机构外，还设有起重装置，一机多用。该系列车分为底盘（简称下车）和起重工作装置、高空作业装置（简称上车）两大部分。底盘的作用在于转移整机装置的作业场所，在起重或高空作业时用于支承上车，保持整机的稳定。起重工作装置和高空作业装置主要由起升、变幅、吊臂伸缩和回转等机构组成，起升机构和吊臂伸缩机构属于起重装置部分,变幅机构和回转机构属于高空作业装置部分，这些机构都靠液压系统驱动，实现作业要求。液压系统元件按构成类型可以分为动力元件、执行元件和辅助元件等。在此次液压系统设计过程中，将构成作业车主要工作机构的液压回路分成起升机构、变幅机构、回转机构、吊臂伸缩机构和支腿收放这几部分。其中起升机构和回转机构由液压马达控制，吊臂伸缩机构和上下吊臂的变幅由液压缸控制,在此次设计中主要是对这两部分进行液压设计，而支腿是用于支撑整机，同时调整整机平衡。,2.2.主要机构简述一、高空作业工作臂高空作业工作臂包括上臂和下臂。行驶状态时，两节工作臂折叠在一起，进行高空作业时，两节工作臂分别由上下臂油缸举升伸展至一定角度，将工作人员送至工作位置。上臂和下臂、下臂和转台铰接处设有专门的滑动轴承,保证工作臂转动时阻力小,运动平稳。二、工作平台（工作吊篮）工作平台的作用是将高空作业人员和必要的工具送至空中，并作为工作人员空中作业的场所。工作平台采用钢管焊接框架结构，周围设有护栏，右侧护栏开有侧门，方便人员进出，平台底板采用防滑的花纹铝板，平台周圈下部设有护围，防止工具和其它物品掉落。三、回转机构回转机构由液压马达、回转减速机以及回转小齿轮、回转支承等组成。进行回转时，液压马达输出动力，通过回转减速机减速后带动输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的齿圈啮合，由于回转支承的齿圈与车架刚性连接，因而回转减速机带动与之相连的转台回转。,四、动力系统高空作业和起重作业动力源为底盘发动机，其动力由取力器从底盘变速箱取出。取力器和变速箱之间的动力传递由机械式操纵系统控制，平时取力器与变速箱取力齿轮处于断开状态，当进行高空作业或起重作业时，操纵拉杆使取力器的滑移齿轮与变速箱的输出取力齿轮啮合，取力器输出轴带动油泵工作，从而将发动机的机械能转为液压能，为系统提供动力。五、中心回转接头中心回转接头由导电滑环、液压滑环两部分组成，它的作用是当作业车进行回转动作时，作业车转动部分与固定部分的电路及液压油路始终畅通。六、液压系统液压系统采用定量齿轮泵供油，系统工作压力为16MPa，油路中设有安全溢流阀，保证系统安全。液压系统通过电液比例流量阀对工作臂油缸、回转马达和卷扬马达供油，供油量大小由比例阀控制，输出流量和负荷变化无关，可使系统达到稳定的工作速度，并且能够实现无级调速。系统工作压力由电磁溢流阀调定。,支腿的收放由下车多路换向阀控制，下车多路换向阀可对个支腿的进回油分别控制，因此各支腿的伸缩量均可单独调节，使作业车能适应不同的路面状况。为了增加液压系统的安全性，在下车附设了手动泵作为应急液压源，当主动力源发生故障时，可用手动泵压杆操纵手动泵收回工作臂。当支腿油缸支起，下臂离开原始位置后，系统自动切断支腿油缸的回油油路，确保高空作业时支腿油缸不会因误操作而收回。上、下臂限位行程开关限制上、下臂最大仰角，当工作臂举升至最大仰角时，行程开关自动接通蜂鸣器，提醒操作者注意，同时系统切断油缸进油路，使工作臂不能继续举升，但工作臂的下落不受影响。,2.3.主要工作机构液压回路的设计2.3.1高空作业车起升机构的液压回路设计(1)能源元件两个同轴连接的定量液压泵为整体液压系统提供油源。（2）执行元件4个水平支腿液压缸，实现水平支撑作用；4个垂直支腿液压缸，实现垂直支撑作用；1个调平液压缸，实现吊篮的高空角度平衡调整；1个变幅液压缸，来改变吊臂高空作业抬升角度；1个副臂调整液压缸，实现副臂的起升角度调整；1个回转液压马达，用以实现整体机构作业大角度调整；2个转向液压缸，用以使吊臂小腹角度的调整。1个制动液压缸，使回转马达实现刹车制动。,(3)控制调节元件2个三位四通弹簧复位手动换向阀，分别操纵水平垂直支腿的动作1个两位三通钢球定位式手动换向阀，使油路在支腿工作机构之间切换；4个转阀式手动开关阀，控制垂直支腿液压缸的动作；5个三位四通弹簧复位式手动换向阀，分别操纵回转、伸缩、变幅、调平、转向机构；11个溢流阀（安全阀），调整系统的工作压力；3个平衡阀，构成平衡回路；8个液控单向阀，形成双向液压锁；若干个单向阀，防止油液倒流。(4)子系统主要包括：回转子系统、副臂子系统、変幅子系统、调平子系统、转向子系统、水平支腿子系统、垂直支腿子系统。,2.3.2高空作业车支腿机构液压回路设计1.动作分析高空作业车不可能一直工作在比较平坦的平面上，因此高空作业车可以利用自带的支腿来调节车身处于一个比较水平位置，通过水平支腿伸出，然后调整不同的转阀来控制并不同的垂直支腿伸出的长度，以适应不同的工况。2.液压回路设计（1）垂直支腿子系统垂直支腿子系统的组成：该系统由液压缸、液控单向阀、转阀和手动操作阀组成。通过换向阀的左、中、右位换向来实现右路的改变，以实现液压缸杆的伸出缩回动作。支腿伸出油路分析进油路：液压泵换向阀下位转阀下位液控单向阀垂直支腿液压缸无杆腔回油路：垂直支腿液压缸有杆腔液控单向阀换向阀下位油箱,垂直支腿子系统的分析：垂直支腿回路如图档支腿处于支撑作业车或在车行走过程中支腿收起时，两液控单向阀关闭，避免出现支腿缩回的“软腿”现象或支腿自行滑落的“拖腿”现象。垂直支腿子系统中，四个垂直支腿液压缸分别由四个独立的转阀式两位开关阀控制，当只打开某个转阀是而其余的关闭时，则可单独调节某一个液压缸的伸缩量，从而可起到支腿调平的作用。,（2）水平支腿子系统水平支腿子系统的组成：该系统由水平支腿液压缸和手动操作阀组成。水平支腿子系统的伸出油路分析：近油路液压泵液控单向阀左位液压缸无杆腔回油路液压缸有杆腔液控单向阀左位油箱,水平支腿子系统分析：水平支腿回路不同于垂直支腿回路,由于水平支腿回路在完成水平方向支撑动作时,水平方向基本不受负载力的作用,因此不需要液控单向阀的锁紧,换向阀中位M机能,使水平支腿液压缸的两腔封闭,也可以代替双向液压锁起到锁紧作用.但由于滑阀阀芯存在间隙作用,阀的内泄漏严重事发在负载力大的情况下不能长时间锁紧。,（3）回转子系统回转子系统组成：该系统由单向阀（图中省略）、溢流阀、换向阀、梭阀、液压马达、制动器组成。回转子系统组成的油路分析液压马达单向阀换向阀液压马达梭阀制动器液压马达换向阀油箱回转子系统液压回路设计：,（图2.5.2）,回转子系统液压回路分析：梭阀：梭阀相当于有两个单向阀组合而成，有两个输入口和一个输出口，在液压回路中起逻辑“或”的作用。制动器：制动器一般都采用常闭式，即向制动器供压力油时，制动器打开，反之，则在弹簧力作用下使马达制动。控制过程分析如下：如图(2.5.2)所示，换向阀置于右位时，压力油经梭阀进入制动器液压缸，制动器松开。液压油同时经平衡阀中的单向阀进入回转机构液压马达，驱动其转动，使吊臂回转。换向阀置于左位时，液压油经单向节流阀进入回转机构液压马达的另一腔，同时经梭阀进入制动器液压缸，松开制动器，液压马达反转。换向阀处在中位时，整个回路卸荷，制动器液压缸在自身弹簧的作用下迅速刹住液压马达。这样，即使液压马达有内泄露也能保证吊臂被迅速制动住。,（4）变幅液压回路子系统动作分析行驶状态时，两节工作臂折叠在一起，进行高空作业时，两节工作臂分别由上下臂油缸举升升展至一定家度，将工作人员送至工作位置。上臂和下臂、下臂和转台铰接处均设有专门的滑动轴承保证工作臂转动时阻力小，运动平稳。变幅液压回路子系统油路分析右侧系统缸伸出油路进油路液压泵换向阀单向阀单向阀液压缸无杆腔平衡阀的顺序阀回油路液压缸有杆腔平衡阀中的顺序阀节流阀换向阀油箱,回路分析平衡阀：可使运动速度不受载荷变化的影响，保持稳定，附加的单向阀功能，密封性好，在管路损坏或制动失灵时，可防止重物自由下落造成事故。,2.4整体液压回路设计结合以上能满足起升机构、变幅机构、回转机构、吊臂伸缩机构动作要求的液压回路,完成整体液压回路设计。如下图（2.6.1）所示,分析运动控制过程。,系统搭接图,总图分析：图中虚线部分是属于控制油路。联结两个液压马达然后通回油箱的虚线是防止泄漏的。由于液压马达本身没有密封装置，它靠马达外壳将泄漏的液压油聚集起来，然后通过细管送回油箱。,单向节流阀，正向流动时起单向阀作用，反向流动时起节流阀作用。流液正向通过时可以顺利通过该阀，反向通过时，则可根据调节节流阀节流口面积的方法来控制通过阀的流量，从而达到控制液压缸和液压马达运动速度的目的。在系统图中，高空作业部分的变幅机构和回转机构回路上都安装了单向节流阀，主要是基于安全方面的考虑控制速度。例如当工作人员在高空作业篮内，上臂起升和下降时，如果速度高将会十分危险，通过节流阀的调速后则可以使作业篮平稳缓慢的上升和下降。,中心回转接头。中心回转接头由导电滑环、液压滑环两部分组成，它的作用是当作业车进行回转动作时，作业车转动部分与固定部分的电路及液压油路始终畅通。,安全阀,保证系统压力稳定.当压力过大时,油液会溢流,三.起重机构的液压部分设计,起重机构部分主要由起升机构和伸缩机构两部分组成。其中伸缩机构主要是控制伸缩臂。高空作业车下臂兼做起重基本臂，伸缩臂在基本臂里面，由伸缩油缸控制，不工作时，回缩至基本臂内部，进行起重作业时，伸缩臂进行伸缩。起升机构则主要是用于实现重物的提升和下降。以下具体进行起重机构液压部分的设计：3.1伸缩机构液压缸设计上臂油缸具体设计如下：设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同,不记执行件质量。液压系统工作压力为P=16MPa。,3.1.1确定液压缸类型和安装方式根据主机的运动要求,按机械设计手册4表23.639,选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸。此类液压缸特点为活塞双向运动产生推、拉力。活塞在行程终了时不减速14。将缸体固定，活塞杆运动，按机械设计手册4表23.640液压缸的安装方式，选择合适的安装方式。考虑机构的结构要求，上臂起升、下降时液压缸的活塞杆进行伸缩实现运动需求。查机械设计手册4表23.6-40液压缸的安装(P23-176)选择法兰型安装方式4。,3.1.2确定伸缩液压缸的主要性能参数和主要尺寸根据主机的动力分析和运动分析,确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸:1)液压缸内径D的计算根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D计算公式：（4.1）式中D-液压缸内径（m）；F-液压缸推力（kM）；P-选定的工作压力（MPa）。计算F如下：下臂处于水平位置时,液压缸对伸缩臂的推力最大,即如下图所示时推力最大。,其中:G-伸缩臂自重,由计算为3.8510。F-液压缸对伸缩臂的推力。(4.2)查表23.4-1摩擦系数,取0.1。,图4.1.1,表23.4-1摩擦系数u,将u=0.1,代入式(4.2),得：将代入式（4.1）,得:按机械设计手册4表23.6-33(P23-173)给出的缸筒内径尺寸系列圆整成标准值。即取2)活塞杆直径d的计算根据速度比的要求来计算活塞杆直径d,式中d-活塞杆直径();D-液压缸直径()；-速度比。此处，取液压缸的往复运动速度比为1.46,由机械设计手册4表23.6-57(P23-191)4查得:将代入式(4.4)得:查机械设计手册4表23.6-34液压缸活塞杆外径尺寸系列4（摘自GB/T2348-1993）取液压缸活塞杆外径尺寸如下：,3)液压缸行程S的确定伸缩臂总长为2.8,查机械设计手册4表23.6-35液压缸活塞行程第一系列()4,由以上条件取S值如下:S=1250mm4)流量的计算由原始数据得,伸缩臂全伸时间30,且由上面计算可知液压缸活塞杆的行程为1250mm,则,液压缸活塞杆运动的最小速度查机械设计手册4表23.44知:v0.16m/s,取v最大0.12m/s。即，液压缸活塞杆运动的最大速度为：v=0.12m/s则液压缸流量,四.液压泵的确定,4.1液压泵选择表,4.2液压泵的确定泵的基本参数是压力、流量、转速、效率。一般应根据系统的实际工况来选择，为了提高系统的可靠性，延长泵的使用寿命，一般车辆用液压系统工作压力可选择为泵额定压力的50%-60%。选择泵的第二个重要因素是泵的流量或排量，泵的流量与工况有关，选择泵的流量需大于液压系统工作时的最大流量。泵的效率值是泵的质量好坏的体现，另外，泵的最高压力和最高转速不宜同时使用，以延长使用寿命13。根据液压缸的动作可知,3个液压缸同时动作且速度都为,且液压马达也动作时，系统所需流量最大而自动控制时系统所需流量最小,二者差距较大7。此处选择液压泵时我们考虑只执行一项动作时，液压泵所必须提供的功率，流量。这有利于减小流量的波动，化简系统的复杂程度。,（1）液压泵的最大工作压力液压泵最大工作压力，由下式确定：(5.1)式中-液压泵最大工作压力,Mpa；P1-液压缸的最大工作压力Mpa。其中P1=16Mpa。-管路损失。取则（2）液压泵的流量Qp液压泵的流量Qp：(5.2)式中Qp-液压泵的流量,；K-系统泄漏系数，取；-同时动作液压缸最大总流量，。,其中：液压缸最大流量为36.2L/Min。回转机构液压马达排量为3.140，转速为10-100。起重机构液压马达排量为10，转速为1-25。因为系统中有溢流阀等，取溢流量等总和3。代入式（5.1）得：即：选型：CBG2080/2063型号为CBG2080/2063的液压泵外形尺寸如下所示16:,4.3油箱的选择油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等7。查机械设计手册4表23.9-1油箱容量4：,图5.2.1,油箱容量与系统的流量有关,一般容量可取最大流量的35倍。取油箱容量为800L。,表23.9-1油箱容量JB/T79381999(L),（表十一）,总结,此次三级项目的设计过程，使得我们更深刻的理解了前期课堂上所学的各种液压回路的基本原理以及各种液压元件特性与功能。经过前期对有关项目资料的搜索收集，中期方案讨论、修改、再讨论的艰辛过程，我们明白了对液压传动的系统的设计要有足够的耐心与认真，尤其对液压元件的选择，要多方面考虑其性能及优缺点，最后做出最合理的选择。另外，对电路方面的收获更是不可小觑。试验的完成对我们提出