液压机械臂的设计与仿真研究-机械毕业设计说明书论文CAD图
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液压机械臂的设计与仿真研究-机械毕业设计说明书论文CAD图,液压,机械,设计,仿真,研究,毕业设计,说明书,论文,CAD
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摘要混凝土泵车是将混凝土泵和液压机械臂都安装在汽车或拖挂车底上，并沿着液压机械臂敷设输送混凝土的管道，最后用末端软管运送混凝土的建筑工程专业机械1。其核心部分就是液压机械臂，其主要作用是起到支撑和承载的效果，其性能的好坏直接关系到混凝土泵车作业时的安全和稳定。随着国民经济的飞速发展，泵车需要浇筑的建筑物越来越复杂和庞大，为了高效完成浇筑作业，泵车的机械臂性能必须优越，而国内能够生产优良泵车臂架的企业很少，为此对于设计和改良用于混凝土泵车上的液压机械臂有着重要的社会意义。本文通过社会调研和参考相关的文献及标准对混凝土泵车发展历史进行了简单阐述，对国内外的发展现状及未来发展趋势进行了对比分析，在此基础上对泵车液压机械臂进行了设计和分析研究，包括结构设计、选材设计、液压控制设计、液压元件选型及受力分析、机械臂运动学分析、仿真分析等，并充分运用软件对设计内容进行建模仿真以及二维软件绘制出液压机械臂总体装配图，液压控制图，液压缸装配图及相应零件图。关键词 泵车；机械臂结构；液压设计；仿真分析 abstractConcrete pump truck is a kind of construction engineering professional machinery, which installs the concrete pump and hydraulic mechanical arm on the bottom of the car or trailer, and lays the concrete pipeline along the hydraulic mechanical arm, and finally uses the end hose to transport the concrete. Its core part is the hydraulic mechanical arm, its main role is to play a supporting and bearing effect, its performance is directly related to the safety and stability of concrete pump truck operation. With the rapid development of the national economy, the buildings that need to be poured by the pump truck are more and more complex and huge. In order to complete the pouring operation efficiently, the mechanical arm of the pump truck must have superior performance. However, there are few domestic enterprises that can produce excellent pump truck boom. Therefore, it has important social significance for the design and improvement of the hydraulic mechanical arm used on the concrete pump truck.In this paper, through social research and reference to relevant literature and standards, the development history of concrete pump truck is briefly described, and the development status and future development trend at home and abroad are compared and analyzed. On this basis, the design and analysis of the hydraulic mechanical arm of the pump truck are carried out, including structural design, material selection design, hydraulic control design, hydraulic component selection and stress analysis The robot arm kinematics analysis, simulation analysis, and make full use of three-dimensional software to model and simulate the design content, and two-dimensional software to draw the overall assembly drawing, hydraulic control drawing, hydraulic cylinder assembly drawing and corresponding parts drawing.Key words pump truck manipulator structure hydraulic design simulation analysisII目录摘要IabstractII目录11绪论11.1混凝土泵车概况11.2国内外泵车的发展现状21.2.1国外发展状况21.2.2国内发展状况31.3泵车液压机械臂的现状41.4课题研究的内容和意义52液压机械臂概况62.1引言62.2液压机械臂的组成72.3液压臂的折叠方式72.4机械臂的选材92.4.1机械臂材料92.4.2机械臂焊接概况102.5机械臂的连接装置113机械臂详细设计113.1引言113.2设计概述123.3第五节机械臂设计123.4第四节臂设计143.5第三节臂设计163.6第二节臂设计183.7第一节臂设计193.8机械臂连杆设计203.8.1直连杆的设计203.8.2弯连杆的设计204机械臂液压设计214.1引言214.2液压控制系统214.3机械臂电气控制系统234.4液压缸选型及校核计算254.4.1液压缸各零件的选材及加工要求254.4.2液压缸元件受力分析274.5其他液压元件的设计29结论32致谢33参考文献341绪论1.1混凝土泵车概况 混凝土泵车是一种用于建筑工程施工机械设备,其工作原理是利用压力持续将混凝土沿着管道泵送到指定浇筑位置。是一种使用非常广泛的建筑工程机械，也愈发成为一种不可替代的土建专业工程设备。主要适用于住房建筑、中大型基础建筑等民用建筑浇筑和交通运输工程、水电水利施工等国家级工程浇筑。混凝土泵车对国民基础建设有着十分重要的意义，近年来，随着国民经济的增长，国家加大了对国内基础建设和棚户区改造等的投入力度，在这样的大背景下，混凝土泵车得到了蓬勃发展且需求量供不应求，另外国内外市场竞争愈发激烈，使得泵车生产厂商在产品上不断地升级改造，机械臂节数和长度不断增加，布料管能输送混凝土的总高度也不断增大，泵车整体的适应性和可靠性也大范围提升23。混凝土泵车是将混凝土泵和液压机械臂安装在专用车辆底盘或者普通汽车底盘，是集混凝土泵送、浇筑于一体的基建专用工程设备4。它的出现不仅节省了大量的施工时间，而且在很大程度上解放了农民工的劳动强度，在完成浇筑质量的情况下也极大的减少了混凝土的浪费，因此备受人们青睐，混凝土结构主要由臂架系统、支腿、回转机构、泵送系统和汽车底盘等部分组成5，见图1.1。 图1-1混凝土泵车组成由于混凝土泵车主要是应用于基建行业的设备，其作业环境一般十分恶劣，所以目前行业内对泵车的要求很高，包括泵车每一个零部件。随着工业化的蓬勃发展，在高质量高速的作业情况下，劣质的混凝土泵车很容易发生事故。目前为止，因工程机械质量引发的安全事故正逐年增加。泵车是一种伸臂式作业机械，伸臂作业的机械往往存在很大的危险系数，其任何一个零部件出现质量问题都有可能引起泵车正常作业，严重时可能会影响车辆的操作性及安全性，进而造成安全事故的发生。所以我们对于泵车机械臂的设计必须谨慎认真。1.2国内外泵车的发展现状1.2.1国外发展状况自从混凝土被发明出以后，人们一直苦恼如何更好的运输混凝土，在之前，人们用最传统的方式运送，即人们用铁锨从起点运送到终点，这不仅不能满足建筑浇筑的要求，也极大的浪费了劳动力影响生产效率。为此人们就开始了对混凝土运输机械的研究工作，据有关资料考证，早在上世纪初，一些发达国家对输送混凝土输送泵展开了研究，其中德国代表性最强。德国于二十世纪初期就提出了混凝土泵设计的相关理论依据，并获得了混凝土泵的最早专利，成为世界上第一个生产出混凝土泵的国家。1919年美国工程师同样研发出混凝土泵送机构，1932年前后美国的Chain Belt公司和德国的Torkret公司发明了库伊曼型泵，此种混凝土泵有很高的可靠性，并应用于施工现场，现在混凝土泵依旧沿用此种设计的基本思想，这也就是混凝土泵车最早期的雏形6。1950年前后世界上第一台真正意义上的全液压式混凝土泵被德国的 Schwing公司制造成功7，60年代中期混凝土泵被安到了车辆上面，形成了新型泵车，此泵车以奔驰车为底盘，把塔吊臂架搬上了车载泵，不能遥控操作，只能完成简单的手动式布料功能，由于第一辆泵车操作性较为复杂，灵活性很差，因此并没有广泛生产和使用，1967年Schving公司设计出了42米长的折叠臂架式泵车，此型号摒弃了“S”管阀而是设计出结构更紧凑、阀室流道更短、整体受力情况更明显的裙阀。到八十年代中期，该企业设计出五十米的臂架式混凝土泵车，进而发展成系统化，它的布料管范围为十六米至五十二米，混凝土泵送量为五十六立方米每小时至一百五十立方米每小时，泵送压力为5.5兆帕至10.8兆帕891011。Schving公司凭借这优越的产品性能和齐全的产品规格，赢得了用户的支持，作为世界上混凝土泵车的启蒙者，Schving公司在泵车行业中的地位不容小觑。德国的Putzmeister公司（2012年被三一重工收购）也是国外优质的混凝土生产商，因其拥有一项先进的C型阀技术而被我国称为大象公司。他从上世纪八十年代中期就开始了混凝土泵车的研究，其生产的泵车布料高度范围为十六至六十二米，最多臂架节数高达五节作业泵送混凝土的量为66至200m/h。该企业在1986年时设计出当时世界上最大的M62型五节臂的臂架式泵车。普次迈斯特公司重视产品的研发和售后技术，曾经是世界上最大的泵车供应商，当时占领中国六成以上市场12。除了施为英公司和普次迈斯特公司外，国外还有很多从事混凝土泵车研发生产的企业。包括意大利的华星顿、CIFA（2008年已被我国中联重科收购），日本的石川播磨重工、三菱重工、新泻铁工所、极东开发，韩国的韩宇集团、全进集团、三星重工和现代等这些企业有着雄厚的技术13，所生产的泵车在排量、智能化程度、安全性和可靠性方面有着很优秀的表现，对世界上泵车的发展也做出了很多的贡献。1.2.2国内发展状况我国对于混凝土泵车的研究起步较晚，约在上世纪七十年代末才开始着手于混凝土泵车的研发和制造14，由于当时技术比较落后，国内新研制的混凝土泵车并没有得到施工单位的认可，随后经过近三十年的发展，泵车进入了快速发展阶段，国内涌现出一批优秀的混凝土泵车生产厂商，他们生产出泵车的质量和产量不断提高，国内研发水平有了很大的改善，约在改革开放时期，混凝土泵车首次应用于国内项目中，当时宝钢集团引进了由三菱重工生产的DB-5144B型号泵车，为我国后期研发和制造自主品牌混凝土泵车打下了深厚的基础。十年后，我国在参照国外混凝土泵车技术的条件下，经过国内设计师的设计与改良，成功研制出国内自主品牌泵车，并得到了国家住建部门和施工单位的认可。在1990年前后，国内的混凝土泵车生产规模迅速扩大，泵车生产的上下游产业链布局日趋完善。湖北建机与国外企业合作开发了IPE100B型泵车，其特点可以实现高低压的自由切换，弥补了国内市场的空白15。随着国内科技的发展，国内涌现出一大批研发、生产混凝土泵车的大型优质泵车生产商，目前具有龙头带动能力的混凝土泵车厂商包括徐工集团、中联重工、三一重工、柳州重工等企业，它们具有自主研发的核心技术和较强的生产制造能力。1989年前后，徐工集团借鉴了普兹迈斯特企业的先进泵车技术成功开发出32米长的混凝土泵车，是国内首家生产出泵车的公司16。上世纪九十年代末具有自主知识产权的37米长臂架式混凝土泵车由中联重科生产出来，成功的打破了西方发达国家对我国的技术壁垒和市场操纵17。本世纪处期，三一重工集团成功突破了56米的臂架式泵车，使我国混凝土泵车研发及生产能力位居全球前列。在此后几年，三一重工不断锤炼自己的技术，于2009年德国宝马展出展该公司自主研发的72米臂架式泵车，成为当时全球混凝土泵送量和布料总高度最大的混凝土泵车18。当前国内外泵车臂架长度最大的泵车是中联重科研制的总长度高达101米的七桥七节臂的101-7RZ型泵车19，见图1-2。图1-2 101-7RZ型泵车 徐工集团、三一重工和中联重科三大混凝土泵车生产商竞争发展，加上我国经济飞速发展使自主研发的泵车产量达到了新高峰，质量也有了质的改变，近些年来这三大生产商与各大高校强强联合，拥有一批专业的研发团队，使国产混凝土泵车的研发与生产能力不断提升，目前国产泵车占据了国内超过95%的市场份额。其中，中联重科成为国内混凝土泵车国家标准的制定和修改单位该企业起草了国内第一项泵车行业标准即QC/T718-2004混凝土泵车20。三一重工集团经过近些年的发展成为目前全球最大的大排量、大长臂泵车生产商，泵车年产量位居世界前列，并且拥有全面的产品体系。徐州重工研发的37米至75米等十多种型号混凝土泵车产品由于性能优良而远销国外，近年来随着这三大企业回收并购国外多家知名混凝土生产商，为国内引进了国外先进的泵车生产研发技术和制造工艺，是国内泵车的质量完全可以和国外媲美甚至有所超越，加上近些年国家出台了相关的政策西部大开发、棚户区改造、道路交通建设等都开阔了混凝土泵车的市场，未来混凝土泵车的发展将不可限量。预计到2022年我国泵车需求量量将超过百万台，比2020年增长约20%。预计在未来，我国基建行业投资将持续增加，这也暗示着混凝土泵车需求量也日益增加。1.3泵车液压机械臂的现状混凝土泵车的核心部分，在泵车作业时，它承载着全部混凝土的重量，加上混凝土泵车是伸臂式作业机械工作环境非常恶劣，不可控因素非常多，所以泵车作业时会出现液压机械臂出现裂纹甚至可能出现断臂的情况，引发很严重的安全事故，其安全事故案例见图1-3。图1-3 机械臂事故图因此设计和开发优良的液压机械臂是目前混凝土泵车的首要解决的问题。随着国家基础建设的快速发展，人们对机械臂所能达到的高度和稳定性有了越来越高的要求，此外在不改变机械臂力学性能的前提下如何实现臂架轻量化、长度化是目前探索的主要趋势。中联重科在机械臂设计中首次采用复合材料，在解决了臂架重量的同时保证了机械臂整体的刚度和强度而且增加了机械臂的长度。随着近些年来国内企业对产品的升级改造，我国泵车机械臂从从最初的十几米发展到现在的几十米，甚至目前中联重科已经突破了百米。但是增加了机械臂长度虽说可以增加作业效率，但是作业时空间和灵活性变差，所以我们在设计液压机械臂时不仅要考虑它的强度和刚度还要兼顾其灵活性和稳定性。这才是本次设计的重点，现在借助以下几种方法来帮助我们设计建模法：利用制图软件绘制设计的每一个零部件，然后按照一定的设计准则将其组装成完整的装配图，为仿真分析建立好模型基础。1. 运动仿真法：利用Solidworks提供的Motion插件可以实现本次设计机械臂的运动仿真分析，通过仿真可以使设计由静态转为动态，更好的检查出设计的产品是否达到了设计预期，从而得到后期设计的改进方案。2. 受力分析法：Solidworks中simulation插件可以为设计好的液压机械臂进行应力、应变等受力情况的分析，以及机械臂在受力状态下的稳定性等数据，为设计者提供科学合理的数据参考。3. 计算机控制法：基于传统的泵车产品每一节机械臂都是由人工通过控制遥感来控制其运动来使泵车较好的完成浇筑作业，但是要把每一节机械臂调整的最精准的位置往往比较困难而且比较消耗时间，为了提高作业时的效率，我们可以采用计算机来控制每一个变幅油缸的运动，进而使机械臂运动到最优的位置，精准完成浇筑作业工作。1.4课题研究的内容和意义本课题研究的主要内容是用于混凝土泵车上面的五节液压机械臂的设计，研究之初通过对徐州周边的大型混凝土生产厂商进行参观，对混凝土泵车有一个直观的认识，然后根据查阅的资料对混凝土泵车机械臂建模、受力分析。最后根据分析结果进行仿真研究。液压机械臂是混凝土泵车的核心部件，其主要作用是将支撑泵车将混凝土输送到远处。液压机械臂在泵车作业过程中承载着很大的重力载荷、风动载荷、一些突然的冲击载荷，在国民经济的飞速发展的大环境下，建筑的结构越来越复杂并且很多高大建筑物不断被设计出来，为了更好的满足现在建筑浇筑的要求，混凝土泵车的机械臂必须要有很好性能，混凝土泵车的机械臂系统由多节臂、连杆机构、变幅油缸、液压油路控制系统和PLC电气控制系统组成，对于大范围作业的多节臂泵车，机械臂的稳定是泵车作业高效性和安全性的保障，据资料显示，我国臂架式泵车起步较晚，相较西方发达国家我国自主研发能力和生产泵车臂架的稳定性稍微逊色，很多关键性零部件依赖于进口，在一定程度上削弱了我国自主泵车品牌的竞争力。如果能够对液压机械臂的设计结构及其性能进行优化，来提高泵车长期在恶劣环境下作业时的寿命、减轻机械臂自重载荷、降低泵车工作时的机械臂摆动，必将能使我国自主泵车蓬勃发展。为此对液压机械臂的设计与研究有着重大的意义。2液压机械臂概况2.1引言混凝土泵车是基建行业中一种常见的施工机械，其关键部件就是液压机械臂，机械臂承载着作业时全部的混凝土质量，其性能的优劣直接关乎着整个泵车的作业效率及作业安全性，本节主要研究五节机械臂的组成、整个液压臂的折叠方式、液压机械臂的选材及机械臂间的连接方式。2.2液压机械臂的组成混凝土泵车作业的高度完全取决于液压机械的节数以及每节机械臂的长度，但过多的机械臂节数又会影响泵车作业的安全性和效率，目前国内应用比较多的是三节臂、四节臂和五节臂，按照行业规范，泵车机械臂总长度与节数关系见表2-1。表2-1 机械臂长度与节数关系机械臂总长度（米）12L2012L3520L4240L60机械臂节数2345本次设计的液压机械臂为五节机械臂，由底座、五节机械臂、直连杆、弯连杆和变幅油缸组成，见图2-1。图2-1 机械臂组成本机械臂各零部件之间通过套有销轴的铰链连接，该链接方式可以满足各机械臂间相互运动的灵活性而且可以提高机械臂工作时的可靠性。工作是通过中央控制系统控制油泵选择性给各个变幅油缸供油，推动液压杆运动，依次驱动机械臂连杆机构运动进而带动整个机械臂系统运动。2.3液压臂的折叠方式除了要长度、转角、节数外折叠方式也是机械臂的设计一个重要的设计因素，通常混凝土泵车作业环境比较复杂，多数作业环境十分恶劣，这就对机械臂的折叠空间有了极大的限制，一个适合的折叠方式可以让泵车即使在狭小的地方也可以高效的完成机械臂的折叠和展开以提高作业时的效率降低作业成本。机械臂的折叠方式多种多样，根据支点位置的不同可以分为上支点式、下支点式、前支点式、后支点式四种。上支点式指的是第一节机械臂在折叠在最上面，其余各节机械臂依次折叠在下面；下支点式与之完全相反；前支点式折叠是将支点放在泵车底盘的前部，后支点式与其相反。根据机械臂卷绕方式分为R（卷绕式） 型、Z（折叠式）型、RZ（混合折叠式）型三种形式21，简图见图2-2，模型图见图2-3。图2-2 折叠简图每种折叠方式都有其优越的特点，适用不同的作业环境需要，具体介绍如下其中上支点式优点是使每节机械臂间更紧凑的折叠，并可以使整车的重心降低这样可以保证泵车作业时不侧翻;下支点式优点是当机械臂设计的节数增多时通常也没有干涉的现象；前支点式优点在于减少泵车后桥的所承受的力；后支点式优点在于第一节机械臂设计长度增加很多通常也不会存在臂架间的干涉问题22。R型折叠方式最大的特点就是折叠更为紧凑，通过单向回折的方式实现机械臂的伸缩，可灵活的控制机械臂到达浇筑位置。但是R型也存在一些缺陷，就是在其展开和折叠的过程中需要交大的工作空间，且机械臂收起过程中会存在相互干涉的现象。一般情况下，对于五节机械臂系统来说，第三节机械臂通常要设计成折弯的形式，这大大增加了机械臂加工的难度，同时为了消除干涉问题不得不缩小各铰点取值范围23。Z型折叠方式主要优点在于机械臂展开和折叠的速度更为迅速，且可以在狭小的空间中完成机械臂的伸展，此种折叠方式多用于四节机械臂系统的泵车。RZ型折叠方式兼顾了R型和Z型的优点，不仅结构紧凑而且折叠和展开速度快，适用于复杂作业环境中的泵车。图2-3 折叠实物图2.4机械臂的选材2.4.1机械臂材料据调研，目前大多数混凝土机械臂制造厂会选用瑞典公司生产的WELDOX960钢板见图2-4，作为机械臂材料，该材料是一种低合金高强钢，是一种集性能、强度、韧性、寿命于一体的钢材，因其具备强度大、韧性高、均匀性好等优势被国内外多家工程机械公司认可，被应用于泵车机械臂，吊车伸缩臂、消防车大臂等一些要求比较高的零部件上。图2-4 WELDOX960钢板泵车机械臂是一种展臂式作业零件，其长度较大就相当于一根细长的悬臂梁，其重量载荷主要源与机械臂的自重，为减小机械臂自身重量，为了降低机械臂自重对其性能的影响，很多机械臂生产厂商采取改变机械臂截面形状来降低自重带来的影响，常见的机械臂截面形状见图2-5，本次设计的机械臂采用a型截面，该截面由四块钢板钢板焊接成薄壁矩形结构，相较其他截面形状，矩形截面不仅能够满足机械臂作业时整体的强度和刚度，而且大大降低了加工时的难度。图2-5机械臂常用截面2.4.2机械臂焊接概况我们所设计的机械臂使多块钢板用ED-FK高强焊丝和有一定强度和韧性的接头在特殊气体保护的工艺下焊接而成的空心臂架结构，焊接前先进行预热处理，焊接时焊接线的能量要维持在1.0-1.2KJ/mm。据资料显示，钢材的焊接性能与碳当量呈负相关关系，碳当量见（2-1）CEW=Mn/6+C+(V+Cr+Mo)/5+(Ni+Cu)/15（2-1）根据计算本次焊接碳当量值应控0.4到0.6之间，大于此范围很容易产生氢裂或冷裂纹等缺陷，为避免此类缺陷我们在焊接前需要增加预热、焊接完成时增加焊后热处理等工序。液压机械臂在泵车作业过程中需要承载大多数的动载荷和重载荷，所以我们对钢板间的焊缝有很高的要求，我们不仅要求钢板之间有很高的强度，而且要考虑钢板间的韧性和焊接区域裂纹敏感性，但是通常焊接金属的强度和韧性不成正比，当焊接强度很高时焊接处韧性一般会很低。我们在选择此种高强度钢材焊接时为保证焊接的坚韧性和持久性既要遵循“等强度匹配”原则又要做一些特殊处理。比如为保证韧性和降低冷裂纹发生几率，我们会使用比母材料强度略微低一点的焊缝材料完成焊接。为提高焊接成品率我们进行如下处理：（1） 预热对于平头焊道和根部焊道来讲，预热是一步很重要的焊前准备工艺。不做预热由于局部温度过高氢气在焊接过程中和焊接完成时很容易发生溢出，如果焊接的板材很厚，它的碳当量就会很高，为让钢板焊接完很快地冷却下来就必须进行一下预热处理，而当焊缝材料的碳当量高于母材或者多种不同的钢板进行焊接时，预热处理工艺就更有必要进行了。（2） 预处理为了保证焊缝的整洁与干燥，焊接前我们需要对焊缝进行清理以清理掉焊缝表面的油、锈、水、防锈漆、灰尘等杂质，在预热工艺完成后，我们就要把坡口周围的上述杂质清理掉以免影响到焊接的效果。（3） 焊后热处理焊后热处理的是指焊接完成后对焊接的机械臂进行正火、淬火、退火、回火四种热处理工艺的一种或几种工艺进行处理，焊接完成后做这一步工艺的主要目的是降低冷裂纹发生的概率和消除影响机械臂强度、韧性等性能的残余应力。2.5机械臂的连接装置目前泵车机械臂之间的连接有连杆式连接和弯板式连接，连接简图如图（a）弯板式连接（b）连杆式连接图2 -6机械臂连接装置简图弯板式连接方式：弯板式连接方式指的是在连接位置有一个形状像弯板一样的三铰点板，见图2-4（a），此种连接方式的优点在于应用比较早、结构紧凑。缺点是制造工艺繁琐，布置要求比较高，如果布置不当极易发生干涉现象24。连杆式连接方式：连杆式连接方式是指用二力连杆连接各臂，见图2-4（b），此种连接方式优点在于结构简单、比较容易加工制造并且布置比较简单不易发生干涉现象。缺点是转角比较小且复合铰点出受力复杂3。3机械臂详细设计3.1引言液压机械臂是混凝土泵车作业过程中主要的受力部件，因为泵车作业环境非常复杂，机械臂受力情况也复杂多变，当液压机械臂每一节臂都处于水平状态时五节机械臂就相当于一根细长的悬臂梁，这时受力最大，本节主要研究液压机械臂处于悬臂梁状态时每节机械臂的受力情况和机械臂受力时的强度分析以及油缸需要提供的最大推力和各节液压机械臂之间连杆的受力情况、受力校核和连接销轴材料设计直径设计。3.2设计概述此次设计的用于混凝土泵车上的机械臂可达最大浇筑高度为42米。其中底座高度0.5米，第一节臂长度为10米，第二节机械臂长度为8.5米，第三节机械臂长度为8米第四节机械臂长度为8米，第五节机械臂长度为7米，各节机械臂通过下方油缸工作来控制旋转角度，用于泵车时，通过各臂之间角度旋转的控制可以准确找到浇筑位置，保证作业时的精确性。当各个油缸伸展到极限时，就是整个机械臂展开的最大角度。本设计的机械臂展角数据见表3-1 表3-1 机械臂设计数据表部件长度（米）最大伸展角度回转台0.50臂一1090臂二8.5180臂三8180臂四8200臂五7240本次机械臂设计的思想是从第五节机械臂依次向前设计，由于本次设计的液压机械臂适用于混凝土泵车上的，所以设计时必须考虑到混凝土的载荷和布料管自重载荷。查资料得泵车布料管的单位长度质量m管为16.52Kg，单位长度管中混凝土的质量m混约为25 Kg 。3.3第五节机械臂设计机械臂的截面见图3-1，每节机械臂钢板厚度为8毫米，钢板密度为7850Kg/m后面设计不再赘述。第五节机械臂后面会有一段软管，方便人们进行浇筑，人们对末端软管的牵引力约为400N，末端管软管的长度为2.5米重量为35Kg。图3-1 机械臂截面本次设计第五节机械臂截面尺寸为H5=180mm,B5=130mm。第五节机械臂单位长度重量见（3-1）。求得第五节机械臂单位重量为mcan-5。mcan=2钢H+B(3-1)代入数据得mcan-5 =38.936Kg. 第五节机械臂总质量见（式3-2）。m5总=L5m混+m管+mcan5（3-2）代入数据得m5总=563.19Kg。末端软管工作时的质量见（式3-3）。m末=m软+m混L末（3-3）代入数据的末端软管工作时得总质量为97.5Kg.当第五节臂与第四节臂处于一条直线时，可以看作成悬臂梁结构，这时各部分受力处于最大状态。如图3-1.下面进行第五节机械臂强度校核和受力分析，第五节机械臂受力见图3-2（1）连接处强度计算当机械臂受力最大时，连接处的强度也最大，我们取连接处的H5max为250mm,B5max为130mm。第五节机械臂的惯性矩见（3-4）抗弯截面系数（3-5）。I5=B5H53b55312（3-4）W5=B5H53b5536H=2I5H（3-5）把H 5max=250mm,B5max= 130mm带入上式得I5= 9.15*106;W5=7.32*105本次设计第五节机械臂与第四节机械臂连接处最大弯矩见（3-6）及最大弯曲正应力见（3-7）。M5max=gm末l5+F牵l5+m混+m管+mcan5gl5l52（3-6）max=M5maxW（3-7）把I5= 9.15*106;W5=7.32*105带入上式得Mmax=9.56103Nm;max=130.62MPa因为WELDOX960钢板许用应力为960MPa大于130.6MPa。所以第五节臂得设计符合材料的强度要求。第五节机械臂受力情况见图3-2图3-2第五节机械臂受力L1为525mm;L2为680mm；L3为400mm运用软件建模得L4为4300mm.其中直连杆受到的推力见（3-8），弯连杆受到最大推力见（3-9）。F52max=MmaxL3=9.561030.4=2.39104N（3-8） F51max=MmaxL1=1.82104N（3-9）油缸的动载荷系数取为k= 1.2，根据下式算出油缸5的最大推力见（3-10）。F5油max=kF51max=1.821041.2=2.18104 N(3-10)下面我们销轴的尺寸、选材、力学计算、强度校核进行设计计算，因为销轴是一个连接件，机械臂伸展和缩回都会对销轴产生很大的摩檫力且销轴要承受很大的力，为此我们选择具有优良力学性能和很好耐磨性的SiMn钢作为销轴的材料。查阅资料的这种材料的屈服强度，抗拉强度，断裂后的延伸率为，为保证第五节机械臂工作时处于悬臂梁状态的安全性，我们3.5为安全系数n的值。销轴直径应满足的要求见（3-11）d销54Fn（3-11）代入数据得销轴的直径应大于54.51mm。因为销轴主要起两机械臂间的连接作用，承受载荷较大，如果轴直径设计的过于太小，在工作时强大载荷的加持下，会在销轴剪切力的作用下，使机械臂局部被撕裂，严重时会造成机械臂断臂进而引发巨大的安全事故，所以本次设计的第五节销轴直径要稍微取大一些，为减轻一些重量，我们将销轴设计为空心结构且外径取120mm。3.4第四节臂设计第四节机械臂的设计思路与第五节完全相同，第四节机械臂的截面尺寸取值为H5=335mm,B5=280mm，截面厚度为8mm。处于悬臂梁状态受力最大，其受力情况见图3-3。图3-3第四节机械臂受力情况第四节机械臂的总重量见（3-12）m4总=L4m混+m管+mcan4=L4(m混+m管+ 2钢H+B)(3-12) 整理得m4总 =950.08Kg。 油缸及连接件等附属连接件的重量m 4连约为90千克，则第四节臂与第三节机械臂连接处所受到的最大弯矩载荷见（3-13）。M4max=F牵+m5末gl5+l4+gm4l42+gm4连l4+gm5l4+l52 =1.03105Nm(3-13）下面我们对第四节臂进行校核,其惯性矩见（3-14），抗弯截面系数见（3-15）受到的最大弯曲正应力见（3-16）I4=B4H43b44312 =8.47105（3-14） W4=B4H43b4436H=2I4H=5.06104（3-15）max=M4maxW=203.56MPa（3-16）经过计算，第四节机械臂的最大拉应力为203.56MPa小于WELDOX960钢板许用应力，因此第四节机械臂的设计合理。按照第五节臂的研究方法，下面对第四节臂的连接件推力进行计算其中L1=728mm、L2=566mm、L3=252mm。直连杆4受到的的推力见（3-17），弯连杆的推力见（3-18），油缸的推力见（3-19）。F42max=MmaxL3 =4.09105N（3-17）F41max=F42maxL2L1=3.18105N（3-18）F4油max=kF41max=3.82105N（3-19） 此处用于连接连杆与油缸机械臂销轴的材料与第五节机械臂所用销轴的材料相同，其直径应满足的条件见（3-20）d销44nF（3-20）代入数据计算得d456.62mm,所以此处使用和第五节机械臂连接销轴相同的销轴完全符合设计的要求。3.5第三节臂设计随着国内基建行业的蓬勃发展，人们越来越追求高大的建筑，为此液压机械臂的尺寸也越做越大，但是如果每节机械臂都设计成直臂的形式，机械臂的存放空间就大大增加，并且机械臂展出和收回的过程当中会相互触碰造成干涉现象，为了减小机械臂的存放空间和机械臂工作时的相互干涉现象，我们把第三节臂设计成折弯臂的形式，其中弯臂径向距离为540mm。其模型见图3-4。图3-4第三节机械臂模型第三节机械臂的截面尺寸为H5=350mm,B5=320mm,截面钢板的厚度为8mm,总长度为8000mm,其受力分析如图所示其中L1=750mm,L2=575mm,L3=287mm。其受力见图3-5。图3-5第三节机械臂受力情况第三节机械臂总质量算法与上述机械臂算法相同，在此不再进行细节展示，其计算的结果为m3=837.24Kg，其连接件和油缸的总质量为90Kg。第三节机械臂的弯矩载荷见（3-21） M3max=（m末g+F牵）l4+l5+l3+m5连g（l4+l3）+m3gl32+m4连gl3+gm5l4+l52+l3（3-21）代入数据得M3max=1.58105Nm其强度校核如下，其惯性矩见（3-22）抗弯截面系数见（3-23）最大弯曲正应力见（3-24）I3=B3H33b33312（3-22）W3=B3H33b3336H=2I3H（3-23）代入数据计算出I3=1.03104,W3=5.90104,max=M3maxW=267.81MPa（3-24）经过计算，我们很明显可以看出WELDOX960钢板符合第三节机械臂的抗拉要求，但是第三节机械臂机构与上述两节机械臂不同，仅仅进行应力校核是不对的，因为它是折弯式机械臂，所以设计它时必须它的抗扭强度，其受到的扭矩见（3-25）。T=F牵d+gdm4连+m末+m5连+m4+m32+m5（3-25）抗扭截面系数见（3-26）Wt=21b1a（3-26）最大抗扭正应力见（3-27）。=TW（3-27）把数据带入上式得=7.3MPa小于板材的许用扭力，由此可以看出WELDOX960钢板既满足第三节机械臂的抗拉要求，又满足第三节机械臂的抗扭要求。第三节臂的直连杆的推力见（3-28）F32max=MmaxL3=6.26105N（3-28）第三节臂的弯连杆推力（3-29）F31max=F32maxL2L1=4.87105N（3-29）油缸的推力见（3-30）F3油max=kF31max=5.85105N（3-30）连接销轴的直径范围见（3-31）d3销4nF=73.4mm（3-31）故使用之前型号的销轴符合要求。3.6第二节臂设计第二节机械臂设计方法与第五节机械臂相同，其受力情况见图3-6。图3-6 第二节机械臂受力情况其中L1=990mm、L2=864mm、L3=621mm，第二节机械臂的截面尺寸设计为H2=360mm,B2=330mm，壁厚8mm,经计算第二节机械臂的总质量1083.43Kg将以上数据带入下式求得第第二节机械臂连接处承受的最大载荷见（3-32）。M2max=l2+l3+l4+l5（F牵+m末g）+gm5l52+l2+l3+l4+m2gl22+gm4l42+l3+l2+m3连gl2+gm3l32+l2+m5连gl4+l3+l2+m4连gl3+l2=5.39105Nm（3-33）第二节机械臂的惯性矩见（3-33），抗弯截面系数见（3-34）。I2=B2H23b22312=2.17104（3-33）W2=B2H23b2236H=1.21103（3-34）第二节机械臂最大弯曲正应力见（3-35）max=M2maxW=445.45MPa（3-35）经计算，第二节机械臂的最大拉应力小于板材的许用应力，设计符合规定。用于连接二三节机械臂的直连杆推力见（3-36）F22max=MmaxL3=8.68105N（3-36）弯连杆的推力见（3-37）F21max=F2maxL2L1=7.57105N（3-37）其油缸的推力见（3-38）F2油max=kF21max=9.09105N（3-38）销轴的直径范围见（3-39）d2销4nF=94.2mm（3-39）经过计算，之前设计的销轴符合本次销轴的直径要求3.7第一节臂设计第一节机械臂的截面尺寸为H2=365mm,B2=332mm，钢板厚度取8mm,长度为1200mm,按照以上机械臂设计计算方法我们可以求出第一节机械臂的总质量2135.28Kg。其为悬臂梁时的受力分析见图3-7，其中L1=915mm。图3-7 第一节机械臂受力第一节机械臂连接处承受的载荷见（3-40）M1max=m1gl12+（m末g+F牵）l1+l2+l3+l4+l5+gm5l52+l4+l3+l2+l1+gm3l32+l2+l1+gm4l42+l3+l2+l1+m2l22+l1+m4连g（l3+l2）+m3连gl2+m2连gl1+m5连g（l2+l3+l4）=9.96105Nm（3-40）下面我们对这节机械臂连接处进行强度校核，其惯性矩见（3-41），抗弯截面系数见（3-42），受到最大弯曲正应力见（3-43）。I1=B1H13b11312=2.36104（3-41）W1=B1H13b1136H=1.29103（3-42）max=M1maxW=772.10MPa（3-43）经校核该节臂受到的应力符合钢板的应力要求其处油缸的推力见（3-44）。F1油max=M1maxL1=1.09106N（3-44）3.8机械臂连杆设计3.8.1直连杆的设计本次设计的液压机械臂采用直连杆加弯连杆的形式来连接两相邻的机械臂和油缸，为了减少制造的难度，每处的直连杆都是相同的直连杆，直连杆的材料与销轴的材料相同，安全系数取3，其连接孔的直径范围见（3-45）d连4nF（3-45）经过比较我们我们选择直连杆销轴孔径为130mm，连杆厚度设计为150mm。设计详情见图3-8。图3-8直连杆设计其能承受的最大力见（3-46）。F=150DL=1.68106N（3-46）以上求得第一、二机械臂之间的连杆受力最大，受力为8.86105N1.68106N所以此次设计的直连杆合理。3.8.2弯连杆的设计弯连杆的设计与直连杆的设计方法相同，其连接处销口直接那个设计应满足直连杆销孔直径范围公式，经过计算比较，与油缸连接的销孔直径我们设计为100毫米，其余销孔直径我们设计为130毫米，整体厚度设计为280毫米。其设计详情见图3-9。图3-9 弯连杆设计其能承受最大力见（3-47）F=1502DL=1.82106N（3-47）其上求得弯连杆最大的受力为7.57105N1.82106N，因此该弯连杆的设计满足受力要求。4机械臂液压设计4.1引言泵车机械臂是一种重型机械，其机械臂的展合是由液压系统控制的，本次设计的控制系统由PLC芯片控制各液压元件的工作来使整体机械臂按照人们的意愿进行展开和收回。本节主要研究控制五节机械臂的液压系统、PLC控制系统、液压油缸的选型及负载校核、液压控制阀的选择及计算。4.2液压控制系统本次设计的液压机械臂油路控制图见图4-1图4-1 机械臂油路控制图其中1为液压油缸，2为液压油泵，3为油泵压力测量单元，4为单向阀，5为过滤器，6为溢流阀，7-11为三位四通电磁换向阀，12-21为带有旁通的顺序阀又称液压锁，22为连接四、五节臂的液压缸，23为连接三、四节臂液压缸，24为连接二三节臂的液压缸，25为连接一、二节臂的液压缸，26为第一节臂液压缸。其机械臂的展开和缩回是由电气系统控制，在液压机械臂动作时各电磁铁由电气系统控制其得失电情况，进而控制三位四通电磁换向阀运动来控制液压缸得失液压油，下面以第一节液压机械臂的展开与收回状况介绍电磁铁的得电和失电情况。当泵得到电信号时，开始工作，给液压系统供油，当电磁铁1YA得电时，液压缸26左油口进油、右油口回油，液压缸上升带动第一节机械臂上升，当1YA 失电2YA的点时11号三位四通电磁换向阀右端工作，液压缸右端油口进油，左端回油，液压缸下降带动第一节机械臂收回。当工作过程中要求第一节机械臂固定在某一位置时，首先用过电磁铁1YA或2YA得电把第一节机械臂调整到精确的位置，然后1YA、2YA同时处于失电作态使11号三位四通电池换向阀处于中位机能，液压缸26在两端带有旁通阀的顺序阀控制下处于锁定状态。后面几节运动时电磁铁的得电与失电分析与第一节臂相同，在此不再详细讲述，具体电磁铁得失电情况见表4-1。表4-1 电磁铁得电情况1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA臂一展开+臂二展开+臂三展开+臂四展开+臂五展开+臂一收回+臂二收回+臂三收回+臂四收回+臂五收回+其中+代表得电，空白代表失电。4.3机械臂电气控制系统为了更为智能的控制机械臂的展合，这里我们选用PLC作为机械臂的核心控制单元，该PLC电器接线原理见图4-2。图4-2 电器接线图PLC是电器控制的基本元件，因其功能强大被列为电器控制的首选，随着PLC行业的发展，PLC生产厂商和生产型号丰富多彩，本次选用的核心控制单元为西门子公司生产的S7-200 CPU226型PLC，其I/O接线原理见图4-3。 图4-3 PLC I/O接线图S7-200 CPU226型号PLC共提供24个输入信号引脚和16个输出信号引脚，本次所设计的机械臂PLC共有12个输入信号和11个输出信号25，每个输入信号所占的输入引脚地址和每个输出信号所占的输出信号引脚见表4-2。表4-2 I/O地址分配输入信号地址输出信号地址停止按钮SB1I0.0油泵启动线圈KMQ0.0油泵启动按钮SB2I0.1电磁铁1线圈KV1Q0.1臂1展开点动按钮SB3I0.2电磁铁2线圈KV2Q0.2臂1收回点动按钮SB4I0.3电磁铁3线圈KV3Q0.3臂2展开点动按钮SB5I0.4电磁铁4线圈KV4Q0.4臂2收回点动按钮SB6I0.5电磁铁5线圈KV5Q0.5臂3展开点动按钮SB7I0.6电磁铁6线圈KV6Q0.6臂3收回点动按钮SB8I0.7电磁铁7线圈KV7Q0.7臂4展开点动按钮SB9I1.0电磁铁8线圈KV8Q1.0臂4收回点动按钮SB10I1.1电磁铁9线圈KV9Q1.1臂5展开点动按钮SB11I1.2电磁铁10线圈KV10Q1.2臂5收回点动按钮SB12I1.3-4.4液压缸选型及校核计算4.4.1液压缸各零件的选材及加工要求液压缸是液压系统的执行机构，通常由油缸、活塞、活塞杆及密封装置组成。本次选择的适应较大冲击载荷和可适应恶劣工作环境的焊接型液压缸作为液压机械臂的控制油缸，其设计具体内容见图4-4。图4-4 液压缸整体设计其各零部件内容为1-耳环2-缸底3-活塞紧固螺母4-卡键帽5-卡键6-Y型密封圈7-支撑环8-活塞9-活塞杆10-缸筒11-缸盖12- O型密封圈13- Y型密封圈14-防尘圈圈15-紧固螺母16-O型密封圈。关键零件选材及技术要求如下：（1） 缸盖缸盖是连接在液压缸端部的零件，它的作用是封住液压缸的开口端，使液压缸内部形成一个封闭的油腔，因此它与液压缸刚体一样需要承受很大的载荷，因此我们选择35号钢或45号钢作为缸盖的铸造材料，公差等级控制在8级。(2)缸筒缸筒选材原则是该种材料必须具有很高的强度和很好的韧性，目前一些生产液压缸的厂商会选用冷拔钢管或热轧钢管作为液压油缸的制作材料。我们本次油缸的材料选择的是冷拔钢管，冷拔钢管是采用冷拔工艺生产的钢管，生产过程是将钢管放到冷拔机上，中间套上模具，在钢管两端加上强大的力进行拉拔，这种钢管一次成型，壁厚均匀、壁的厚度不大，具有很高的硬度和很强的韧性并且这种钢管作为液压油缸材料时，后续加工较为简洁，因此我们选择45号钢为原材料制作的冷拔钢管作为油缸的材料。缸筒的加工要求为缸筒表面不允许有冷隔、裂纹、缩孔和穿透性缺陷及严重的残缺类缺陷，缸筒的非加工表面的粗糙度不大于50微米、非加工表面褶皱深度不大于2毫米间距大于100毫米，在长期作业时油压加持和突然的冲击载荷加持下要有很好的强度和刚度从而保持油缸不变形。（3）活塞活塞是液压缸中的往复运动件，它可以减小液压缸侧向载荷冲击。此次设计的活塞材料采用40号钢来制作，因为液压油直接作用于活塞，所以设计时对活塞的密封要求很严格，下面详细介绍活塞的密封。此次设计的活塞见图4-5，活塞与缸筒之间采用Y型密封圈密封，活塞与活塞杆之间采用O型密封圈密封。图4-5 活塞密封圈设计图Y型密封圈的密封可以分为两种压力情况当没有油压的时候密封圈凭靠唇口自身的预压缩量来挤压密封圈，起到密封作用，当存在油压时，液压油会填满密封圈内唇和外唇之间的空隙，使两唇涨的更厉害从而起到密封作用，一般此种密封方式承受压力大约为20兆帕，当压力超过此范围时我们需要加装辅助支撑环，Y型密封圈的优点是密封性能优良，被密封的两物体之间运动平稳且摩擦阻力较小，耐磨性好允许加持的压力范围较大且结构简单价格低廉安装比较方便。活塞杆与活塞之间无相对运动，需要进行静密封，此处我们选择O型密封圈进行密封，O型密封圈装入活塞的卡槽后其截面在接触应力的作用下发生弹性形变，该弹性形变使密封圈与其接触位置产生一些压力，即使密封处的油压很小或者没有油压，密封圈也能凭借初始的弹性变形来密封，当被密封的内腔充满液压油时O型密封圈会向低压侧移动，同时弹性型变量会继续增加，使密封效果更佳优异。O型密封圈的优点为结构简单拆装方便价格低廉，不仅可使进行静密封也可以用于动密封用于静密封时几乎能实现零泄露用于动密封时动摩擦阻力很小并且单件0型密封圈就可以实现双向密封的效果。活塞加工时的技术要求见图4-6。图4-6活塞设计图再加工活塞时D与D1径向跳动公差应取七级或八级公差值,T对D轴线的处置的公差也应取到七级公差值，D圆柱度公差取九级公差值，活塞与液压缸缸筒之间的公差尺寸配合采用基孔制间隙配合。（4）活塞杆活塞杆是一种需要承受较大载荷的细长杆，需要有很高的强度和韧性，该一般选择中碳钢作为制作材料通常选45号钢在进行调质处理和淬火处理，淬火深度为0.5至1毫米最后进行校直打磨镀铬镍合金和抛光处理。(5)耳环耳环是液压缸与被链接件连接的一个零件，通常一个液压缸上有两个耳环，一个是是缸筒用耳环，通常是与液压缸缸底一起铸造出来，也可以单独生产出来然后焊接在液压缸缸底处；另一个是活塞杆用耳环，通常有一个螺纹孔，通过螺纹与液压杆相连，为防止连接松动通常在连接处加装紧固螺母。这两种耳环的材料是采用45号钢。4.4.2液压缸元件受力分析（1）缸筒经查阅资料，泵车属于重型机械，通常挖掘机、起重运输机、泵车液压臂等的重型机械液压缸的工作压力是25兆帕，一般泵车机械臂液压缸机械效率=0.96，液压缸内径见（4-1）D缸=4FP（4-1）带入数据的D=89.12mm,我们这里缸筒内径取为90mm。液压缸缸筒厚度设计时应满足材料的许用应力，经查阅液压缸筒材料的许用应力为400MPa,所以液压缸的缸筒厚度见（4-2）缸=pmaxD2.3pmax3（4-2）经计算的缸筒的厚度为11.83mm,我们此次设计的液压缸缸筒厚度取整为20mm,缸筒的外径取值为114mm。我们本次设计的液压缸缸筒的底面是一个平面，所以缸底的厚度应满足的条件见（4-3）。底0.433D0pn（4-3）带入数据得底2.57mm,这里我们设计油缸底部厚为60mm（2） 活塞杆液压缸的活塞杆是一根细长杆，外端是带有外螺纹的带肩，螺纹是用于连接活塞和耳环的独特设计为了保证和活塞之间的连接不松动，且工作时无油液泄露我们设计时必须做好锁紧处理和密封处理，活塞杆的设计见图4-7。 图4-7 活塞杆设计图活塞杆的直径应满足条件见（4-4）d杆=D1（4-4）其中为往返速比，这里取2，取整得d杆=63mm。工作时活塞的受力分为两种，一种是推力，一种是拉力，下面对活塞杆的这两种受力进行计算分析其中推力见（4-5），拉力见（4-6）。F推=D2p4106（4-5）F拉=（D2d2）p4106（4-6）经计算F推= 1.42106N F拉=1.21106N因为活塞杆是一根细长杆且要承受很大的力，很容易发生折弯现象，我们在设计活塞杆时必须要对其强度和稳定性进行校核。其直径设计应满足的条件见（4-7）d2nsFs106=57.2mm（4-7）本次设计活塞杆的直径为63毫米符合活塞杆强度的要求。我们根据材料惯性矩，弹性模数等参数可以求出活塞杆失稳的临界载荷见（4-8）Fk=EJ2106LB2K2=1.89106N（4-8）活塞杆失稳的临界载荷远大于此次设计的活塞杆所承受的最大推力和最大拉力，所以本次设计的活塞杆在极限工作下也不会折弯失稳的问题。4.5其他液压元件的设计（1）液压泵本设计中五个液压油缸由同一个液压泵驱动，五个液压缸的驱动力有所不同为此我们选择变量泵，它可以通过输入信号的变化来改变泵油的流量和压力，市面上常见的变量泵有单作用叶片泵、轴向柱塞泵和径向柱塞泵，本设计选择轴向柱塞变量泵。（2）液压锁泵车在浇筑作业时往往需要机械臂保持在某一状态，但是在泵送水泥的过程中由于冲击载荷的存在会使活塞杆在液压缸中轻微移动，这轻微的位移就会使整个机械臂产生很大的晃动甚至严重时会使机械臂断臂或者倒塌，为此机械臂在作业时液压缸必须处于锁死状态，即使受到强大的冲击载荷也不能移动，行业内常用的液压锁死元件有液控单向阀和带有旁通阀的顺序阀，这两种阀都能很好的实现液压自锁，本次选用带有旁通阀的顺序阀作为液压锁。两种液压锁介绍如下1.液控单向阀 图4-8液控单向阀液控单向阀的结构见图4-8，这种阀为实现自锁安装时分别在液压缸两个油口各装一个此阀，左端的液控单向阀的控制油路接在右端油路上，右端阀的控制油路接在左油路上，当左端进油时右端单向阀打开使油从右端回流到油箱，当换向阀处于中位机能时，两个液控单向阀闭合实现液压缸的锁紧。 2.带有旁通阀的顺序阀图4-9带旁通阀的顺序阀带有旁通阀的顺序阀结构简图4-9.这种阀是一种组合阀，一般由先导式顺序阀和单向阀并联组装而成，在液压缸两油路上各安一套，左油路上顺序阀的控制油管接在右油路上，当左油路供油时右油路上顺序阀打开卸油，当换向阀处于中位机能时两侧顺序阀关闭在并联的单向阀的作用下完成自锁。（3）溢流阀图4-10溢流阀结构溢流阀的结构见图4-10。本次溢流阀接在油泵的出口，主要作用是保持系统中的压力，使压力能够稳定。当系统中的压力超过了一定的范围时，溢流阀会减小流量，确保系统中的压力不会超过规定范围，从而不会造成事故的发生。（4）进油过滤器图4-11 FRA-500过滤器油箱随着使用年限的增加底部会沉积一些杂质，这些杂质如果被液压泵泵送到液压系统可能会造成液压元件表面刮伤、卡死油管堵塞等危害严重影响液压元件的使用寿命和液压系统的安全性。为了避免上述危害我们必须在油泵后安装一个过滤器，本次选择的是FRA-500过滤器，其实物见图4-11。它能过滤掉三微米以上的杂质，过滤效率大于99.5%。（5）电磁换向阀图4-12 四位三通电磁换向阀本次设计选用的是三位四通电池换向阀，其中位机能为O型，结构见图4-12。该阀通过控制两端电磁铁得失电情况来改变阀芯与阀体的相对运动的方向从而实现液压油流的切断、换向和沟通、顺序动作、压力卸载等功能结论本次毕业设计的题目是液压机械臂的设计与仿真研究。设计到这里已经全部结束，但是还存在些许不足。本次设计研究混凝土泵车上面使用的五节液压机械臂。本文主要研究的内容为机械臂的选材及强度校核、液压控制系统的设计与液压元件的选择计算、液压机械臂的建模和运动仿真三大块内容。本次设计的机械臂是由8mm的WELDOX960钢板焊接而成，其受到载荷较大的就是各节机械臂的连接处，当机械臂水平展开时，机械臂就相当于一根细
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