热动专业毕业论文：混凝土拖泵整体式环保作业舱设计

1、热动专业毕业论文：混凝土拖泵整体式环保作业舱设计 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY本科生毕业论文设计 题 目混凝土拖泵整体式环保作业舱设计 学生姓名 指导教师 副教授 学 院 能源科学与工程学院 专业班级 热动0605 完成时间摘要 本设计对拖式混凝土泵的开展概况、开展趋势以及存在的问题进行了介绍,并对混凝土拖泵环保舱的作用及优缺点进行了分析。对环保仓内四个舱室的结构进行了逐个介绍,并对环保仓的根本结构进行了设计,使其满足降噪和散热目的。对柴油机正常运转时散发的热量进行了计算,并在此根底上计算了冷却系统的风量、散热器的迎风面积和冷却面积。提出了增加导流罩的方案,并分析了导流罩安

2、装位置对环保舱降噪和散热的影响。分析了隔音室的结构及降噪原理,并据此对隔音室进行了具体设计。最后分析了强化传热的原那么,并对混凝土拖泵环保舱进行了强化传热研究。本设计为封闭罩体内的降噪和强化传热研究提供参考和依据。 关键词:环保舱:降噪;强化传热; Abstract In this paper,development overview,trends and problems of the trailer concrete pump were introduced.The roles of enclosure of the trailer concrete pump and advantages

3、 and disadvantages of that were analyzed.The structure of four compartments was Introduced one by one, and the basic structure of encloser was designed in order to satisfy the need of noise reduction and cooling. The heat that was emitted by diesel engine during normal operation was calculated. On t

4、his basis, air flow of cooling system, frontal area and cooling area of radiator were calculated. Proposals were put forward to increase the dome. The impact of dome installation location on noise reduction and cooling was analyzed. The structure of encloser and noise theory was analyzed, and on thi

5、s basis, detail of the encloser was designed. At last, the principle of heat transfer enhancement were analyzed, and heat transfer enhancement of encloser was studied. This design provide reference and basis of noise reduction and enhanced heat transfer study within an encloser Keyword: encloser: no

6、ise reduction: heat transfer enhancement:目 录摘要及关键词 IAbstract and Keywords II第一章 文献综述11.1 引言11.2 混凝土拖泵的开展概况11.3 拖式混凝土泵存在的问题41.4 拖泵的开展趋势41.5 环保舱的作用与优缺点7 本课题主要研究内容8第二章 整体式环保作业舱总体结构设计92.1 混凝土拖泵的结构92.2 混凝土拖泵整体式环保作业舱结构布置10 2.2.1 机械室10 2.2.2 液控室11 2.2.3 发动机室11 2.2.4 风扇132.3环保舱根本结构方案设计142.4本章小结15第三章 整体式环保作业

7、舱传热方案设计163.1 环保舱冷却系统设计计算16 3.1.1 环保舱冷却系统的结构设计16 3.1.2 冷却系统热计算和散热器确实定183.2 风扇和导流罩的选择设计233.3 本章小结27第四章 整体式环保作业舱隔音方案设计284.1 隔音罩结构和降噪原理分析28 4.1.1 利用反射噪声的方法到达隔声效果28 4.1.2 利用吸音的方法实现降躁294.2 混凝土拖泵隔音室技术要求304.3 防噪方案的要求314.4 拖式混凝土泵隔音室具体设计32 4.4.1 背景技术32 4.4.2 设计方案33 4.4.3 实施方式33 4.4.4 优点37 4.4.5 关键点和保护点374.5 本

8、章小结37第五章 整体式环保作业舱强化传热研究385.1 强化传热的原那么385.2 环保舱强化传热研究405.3 本章小结41第六章 总结42参考文献43致谢44 第一章 文献综述1.1 引言 混凝土泵是将混凝土沿管道连续输送的机械。拖式混凝土泵(以下简称托泵)是一种安装在可以拖行的底价上并通过管道进行混凝土泵送施工的现代化建筑设备,广泛运用于现代化城市建设、机场、道路、桥梁、水里、电力、能源等混凝土建筑工程。具有作业平安、施工效率高、质量好、本钱低、且不会污染环境等。 一般情况下,高层建筑施工时用的托泵柴油机功率都很大,随之产生大量噪声。这对现场工作人员造成伤害。随着现在人们对居住环境的需

9、求越来越高,降低施工噪音势在必行。 在托泵外部加隔音罩可以有效地降低噪声。但随之带来的是,隔音罩内部的传热问题。本文对混凝土托泵整体式环保仓进行设计,就是要使之在有效降噪的同事解决传热的问题。1.2 混凝土拖泵的开展概况 混凝土输送泵的研究是在上世纪初开始的, 1902年法国人最先取得了专利,1907年德国开始研究混凝土泵,1913年美国也有人取得了专利,并制造出第一台混凝土泵,但未能得到应用。1927年德国的弗瑞茨?海尔(Fritz Hell)设计制造了第一台混凝土泵,并第一次获得。 1930 年德国制造了立式单缸球阀活塞混凝土泵,这种泵是靠曲柄和摇杆机构进行传动、又是立式单缸,整机结构不佳

10、,因而工作性能较差。 1932年荷兰人库依曼(J?C?Kooyman)在立式缸根底上进行了较大改进,将立缸改为卧缸,制造了库依曼型混凝土泵,这种混凝土泵有一个卧式缸及两个由连杆操纵联动的旋转阀,极大地提高了混凝土泵工作的可靠性,为现代的混凝土泵技术的开展奠定了根底。由于库依曼泵的设计结构合理,工作可靠,因而当时众多的公司都曾获得许可证生产。 第二次世界大战后,由于战争造成的巨大破坏,战后重建的建筑工程规模很大,机械式混凝土泵的销路较好,应用日益增多。 50年代中期,原西德 Torkrer公司首先开展用水作工作介质的液压泵。 1959年原西德的施维英(Schwing)公司生产出真正的全液压的混凝

11、土泵,奠定了现代混凝土泵的技术根底。德国的混凝土泵的设计制造技术是世界上最优秀的,在泵送机械的开展方面始终走在前列,它代表了当今世界混凝土泵开展的最高水平,世界上最大的两个混凝土泵生产公司施维英(Schwing)公司和普茨迈斯特(Putzmeister)公司占据了市场的主导地位。产品种类、规格都很齐全,各自拥有独特的核心技术。如普茨迈斯特公司主要采用闭式液压系统、 S管分配阀等,而施维英公司那么是采用开式液压系统、采用独一无二的裙阀。混凝土泵在西德的应用也相当普遍。日本那么是从1950年开始,由石川岛播磨从西德引进的机械式输送泵,到上世纪 70年代才迅速开展的,主要厂商有:石川岛播磨重工、三菱

12、重工、极东开发、新协、新泻和新明和等。但进入 20世纪末,由于亚洲经济危机和日本经济的不景气,使得混凝土泵送机械的开展也缓慢下来。美国的混凝土泵也走在世界的前列,自1923年美国雷克斯(REX)研制出了第一台机械式混凝土泵,至今已有 80多年的历史。在20世纪50年代,液压式混凝土泵已有生产,60年代中期出现了拖动式混凝土泵,随着分配阀等关键问题的解决,进一步推进了混凝土泵的开展。 我国在 20世纪 50年代就曾从国外引进,生产过机械式混凝土泵,当时的技术水平很低,生产批量也很少。60年代初,上海重型机器厂又参照原苏联C-284型生产了排量为40m3/h的固定式泵,生产中虽有应用,但未能推广。

13、70年代初,原一机部建筑机械研究所与沈阳振捣器厂合作进行混凝土泵的研制,开发了 HB-8型混凝土泵。原国家建委建筑机械研究所又与湖南常德机械厂合作开发了 HB-15型混凝土泵。电力部水电七局的水工机械厂参照日本700S-1型混凝土泵研制成 HB-30型混凝土泵。此外,北京市建筑工程研究所与北京建筑机械修造厂、北京市橡胶二厂和六厂协作,于 1978年试制成功 HBJ-30型挤压式泵。 可见,我国从70年代开始,对各种型式的混凝土泵都进行了大力探索,但只有沈阳的 HB-8和夹江水工机械厂的HB-30形成了批量生产。 在 1980年初,国产混凝土泵的总保有量尚缺乏200台,混凝土泵车更是没有。在此期

14、间,我国的一些大型混凝土浇筑工程,在很大程度上根本依靠进口设备。如上海宝钢浇灌电站沉井和热风炉根底等。80年代中期,我国混凝土泵送机械取得了长足的开展,国家建设部为推动国内商品混凝土的开展,选择沈阳工程机械厂、湖北省建筑厂率先引进国际著名混凝土泵生产公司的先进技术,我国才开始进入泵送混凝土时代。1993年后,建设部长沙所向外转让HBT40/40A技术资料,使国内混凝土泵生产厂家激增,使混凝土泵进入广泛生产时期。 自 1993、1994年基建顶峰期之后,国内有几十家企业开始生产混凝土泵,但只有十几个厂家的年产量能超过 30台。竞争剧烈的市场迫使主要生产厂家千方百计地采用国际上先进的混凝土泵技术,

15、以便在竞争中占据有利地位。对于使用者来说,混凝土泵本身的技术含量不易掌握,而更注意混凝土泵的可靠性以及对混凝土的适应性。因此混凝土适应性和泵送可靠性才是国产混凝土泵技术上最优先考虑的问题。特别是近十年来,更是得到了飞速开展,且已形成了较大的规模,据统计,我国的拖式混凝土泵生产厂家已到达一百多家,几乎普及全国各地,极大限度地满足了市场需求,几乎替代了进口产品。但是,各厂家产品的技术水平、制作工艺、生产能力等参差不齐,差距较大,大致可以分成三个层次,形成了以三一、中联为代表的第一梯队,为当今国内最高水平,其次是鸿得利、佳尔华、德邦重工、楚天等为代表第二梯队,开展后劲很足,第三梯队那么是其它技术水平

16、、生产能力都相对较小的厂家。在稳定性和某些工艺参数上,虽然与世界兴旺国家的产品还存在一些差距,但差距并不明显,相反,我们在价格、售后效劳等方面具有比较优势,且更加符合我国的实际施工情况。 同时,随着中国参加 WTO,市场竞争加剧,各厂家充分挖掘自己的潜力,发挥自身的优势,产品性能、质量不断提高,液压系统向集成方向开展,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。有的产品接近或到达世界先进水平,并参与国际竞争。如三一重工、中联重科的混凝土泵,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篦美。与此同时,液压系统

17、的压力也在不断提高,根本都在 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。2002年 9月,三一重工的90CH-2122D混凝土泵,在香港创造了单机垂直泵送 C60高强混凝土406米高的当今世界纪录。并进一步重视混凝土可泵性的研究,主要是对于高强度、大骨料、三级配混凝土的研究,现已能泵送混凝土的最低坍落度只有20mm,最大骨料粒径可达 80120mm。如三一重工的 HBT 120A-1410D三级配混凝土泵,已成功地应用于三峡工程的施工,三级配混凝土泵从经济、温度控制等与常规二级配泵有明显的技术优势。 2004年 9月12

18、月, HBT 120A三级配混凝土泵在贵州省鱼塘电站成功泵送 5万 m3混凝土,在工程中发挥着重要作用。 自 20世纪 70年代至今,各国的混凝土泵均有很大的开展,设计制造和泵送使用技术都逐步得到完善。尤其是近几年,在混凝土泵的机动性、稳定性、使用性能、技术性能等方面,都取得了突破性的进展,并被广泛使用。1.3 拖式混凝土泵存在的问题 国内工程机械有很多产品的结构,功能与国际著名品牌产品的结构形似而神非,有些只是依葫芦画瓢,照搬照抄,或只做些外表文章。简单的仿制导致设计结构及技术参数匹配不合理,许多细节没有得到很好处理。作业时间一长,一些隐含的深层次问题,如系统匹配、热平衡、油温及可靠性等方面

19、问题就逐渐暴露出来了,存在漏油、渗油等现象,外购、外协件的质量也难以保证。 国内拖式混凝土泵专业化生产水平低的小作坊式企业较多,大局部企业以自主生产为主,专业化生产水平很低,工艺落后,劳动生产率低。一些小公司、小作坊式企业纷纷起来生产混凝土机械,如在长沙等地一个地区就有数十家企业,这些小企业的技术创新能力低,生产产量低、产品质量差、价格低廉,严重冲击和影响着正常的市场销售。 国外的混凝土输送机械都编制了详细的使用维修说明书,规定了严格的操作规程,要求设备使用人员对混凝土泵送机械的原理、结构、操作及日常维护等进行深入了解,使设备在施工过程中使用起来得心应手,发挥的作用越来越大。进口混凝土机械价格

20、昂贵,备品、备件供货周期长,价格不菲,因而使用单位一般也会严格按使用操作规程进行操作,并特别注意维修和保养,使用起来故障少,使用寿命长,生产效率高;而国产混凝土输送机械价格相对来说就廉价得多,备品、配件供货也容易得到保证,相比之下使用单位对国产的混凝土输送机械使用要求有所松懈,操作使用者常不能严格按操作规程进行操作,不注重产品的液压系统清洁度,不注意产品的维修与保养工作。1.4 拖泵的开展趋势 我国从20世纪70年代开始探索开发混凝土泵,80年代引进技术开始制造混凝土泵,但真正意义上的国产混凝土泵制造应该从1993年中联重科的前身中联公司成立开始。经过20多年的开展,中国已经成为世界上最大的混

21、凝土泵生产国。2007年泵车销售约3000台,拖泵约为6500台。而同期,国外混凝土泵的总产量仅为12000台左右。 虽然中国混凝土泵最初引进过日本的技术,但真正成功的产品是借鉴欧洲技术自主开发的。以关键的液压系统为例,与液压挖掘机当初走技术引进?盲目国产化而失败的道路不同,混凝土泵一开始就采用国外优秀的液压元件。优点在于:1产品立足点高;2通过与外国专家的商业和技术交流,学到了最先进的技术和理念。20世纪90年代中国混凝土泵企业曾经百花齐放,涌现过各种各样的液压系统,其中有不少独特的创新。例如,中国制造商独具匠心开发了转速为3000r/min的A4V56泵闭式液压系统。当时国外主流制造商的开

22、式系统用的是A7VO或A8VO斜轴油泵和专用液压阀,中国制造商却大量使用大排量的斜A11VO190/260和工业阀。此外,中国制造商在全球率先开发了三级配混凝土泵,双动力混凝土泵,并首先使用PLC控制油泵的排量。 目前以三一重工、中联重科为代表的制造商所生产的混凝土泵已经到达了比较高的水平,但众多的混凝土泵制造企业还存在着产品同质化严重、技术创新能力较差、低价竞争等问题。中国的混凝土泵已走向世界,中国其他出口产品因为知识产权问题在国际上的“不公待遇,应该引起国内厂家的重视。创新是企业生命之源,混凝土泵的技术创新大有文章可做。另外,应该看到中国的混凝土机械经过十几年的高速开展,未来前景仍然非常乐

23、观,这也为我们混凝土泵技术的进一步开展提供了广阔的舞台。 在未来,混凝土泵的开展主要方向是:提高主机性能和作业效率,降低使用本钱,提高舒适性以及适应法规要求。 目前,拖泵主要朝着以下方向开展: 1、排量:以中等排量占多数,大局部托泵排量6080。但随着 大型工程建设的需要和施工进度的加快,排量有增大的趋势,如在东海大桥普遍采用hbt120c212c2120d托泵进行施工,目前,托泵的最大排量已超过150。 2、泵送压力:随着世界高层标志性建筑的兴建,泵送压力也有增大的要求,上海环球金融中心和阿联酋迪拜塔现在用的混凝土泵输送压力都到达了35mpa。 3、节能、环保:柴油机采用计算机控制节能技术,

24、降低油耗。风冷却逐步代替水冷却,发动机的排放标准提高,到达欧标准。 4、智能化:采用无线遥控,活赛自动退回,上下压自动切换和故障自动诊断技术,通过GPS远程监控各种实时数据。实现故障的自动检测及诊断。 5、易损件寿命:通过对耐磨损技术的研究,采用新材料、新工艺进一步提高眼镜板、切割环、活塞、输送缸和输送管等易损件寿命。 6、分配阀:目前,普遍采用S管阀,此外,还有闸板阀、裙阀、象鼻c阀等。对分派阀进行不断改进和创新,以适应干硬性、粗骨料混凝土的高压泵送,进一步提高分配阀的耐磨性和吸料性。 7、混凝土可泵性的研究,主要是对于高强度、干硬性和大骨料的混凝土的可泵性研究。如三一重工研制的HBT120

25、A三级配托泵已能泵送混凝土的最大骨料粒径可达80mm100mm。 8、主液压系统 目前国内主流泵送液压系统有3种。一种是全液压液控信号换向,电控油泵排量调节的开式系统,主要为三一重工所采用;第二种是以中联重科为代表的电信号换向,液控油泵排量调节的开式系统,几乎成为国内大多数混凝土拖泵的标准配置。绝大多数的液压系统均为双回路系统,即泵送和摆动回路分别由主油泵和恒压泵或齿轮泵供油。第三种系统是闭式系统。闭式系统本钱较高但换向冲击小,目前主要用在泵车上,在拖泵上根本已被淘汰。开式系统也可以研究出冲击小的系统,比方三一重工所开发的。但对其他一些厂家来说,与其花几年时间研究系统,不如直接采用成熟的闭式系

26、统快速占领市场。这就是为什么国内大多数厂家的泵车采用闭式系统的原因。由于采用PLC控制油泵排量具有调节方便的优点,本钱也低,以后普通开式系统的油泵排量控制将会全部采用电比例调节,即传统的LRDH2控制方式将会被LRDU2代替。 1极限负荷调节和自动功率分配。 目前国内外普遍采用的恒功率泵系统有一个很大的缺点,它只对主泵进行恒功率控制。 实际上,混凝土泵,尤其是泵车是由多个系统组成的,包括泵送系统、换向系统、搅拌、臂架控制、冷却和水泵等;柴油机本身也有冷却、发电等辅助功率消耗和备用功率。这些在分配功率时都要予以考虑,这就影响了主泵的功率分配和利用。泵送功率是决定混凝土泵工作效率的重要因素。如何利

27、用其他系统的充裕功率提高泵送功率,是提高发动机功率利用的重要途径。电子技术的开展为泵送功率的提高奠定了根底。混凝土泵,尤其是泵车,将会朝着极限负荷调节和自动功率分配的方向开展,主泵以外的多余功率将通过柴油机或直接地自动转移到主油泵,从而大大提高泵送功率,并使采用较小的发动机来降低采购本钱和节省油耗成为可能。 2功率模式选择。 混凝土泵的载荷按工况作业高度和输送距离等不同差异很大,液压系统的压力和需要的发动机功率变化往往很大。如果按照不同的工况来设置不同的功率模式比方轻载节能、重载满功率和自适应等,精确协调在不同作业模式下发动机的转速、油泵排量和功率,使发动机和泵的功率匹配更加合理,就能降低油耗

28、和噪声,延长主机的使用寿命。 以油泵的变功率原理为例。通过改变比例电磁铁控制电流的大小可以改变油泵的功率值。在混凝土泵高压大排量工况时,油泵输出最大设定功率;在轻负荷情况时,比例电磁铁5的电流上升,油泵的功率值下降。如果控制电流由计算机来调节,那么通过软件可以实现功率极限负荷调节、功率自动分配和功率模式选择等功能。计算机还同时对发动机进行功率设定,确定发动机的转速和油门开度。这样,可根据混凝土泵车不同的泵送工况,采用不同的发动机特性和液压泵特性,其特性曲线都是由计算机软件来决定的。 在混凝土泵的使用中,油泵的型号为A11VO/LE2DU2或A11VO/EP。后者为纯电控比例油泵,功能通过电控系

29、统实现;前者带机械的功率调节装置,优点是电控系统较为简单,即使发生故障,油泵仍可以以机械设定的功率和压力进行工作。国内已有制造商成功开发出混凝土泵的变功率系统,并开始批量投放市场。 托泵在施工时,发出大量噪音。因此现在愈多的托泵选择在外面套一层环保仓。但是新的问题又出现了,环保仓的结构如何在保持紧凑的同时,又能良好的通风散热。1.5 环保舱的作用与优缺点 在拖泵外面加一层隔音罩,形成环保仓,其主要作用是隔音降噪。在持续施工的的同时,不影响周围居民和现场工作人员的正常工作和生活。 优点是: 1、 隔声量高,隔声效果好 2、 选材好,特种加工工艺,质量好不变形,经久耐用 3、 抗风压性能强、密闭性

30、好 4、 防雨水渗漏、防灰尘与沙尘暴 5、 开启灵活、平安可靠 6、 造型美观、结构新颖、采光面大、擦洗方便 7、 平安防盗 8、 性价比高型号 缺点是: 1、结构复杂,本钱增加 2、传热效果降低 综合环保仓的优缺点,增加环保仓还是很有必要的。1.6 本课题主要研究内容 环保舱的整体方案是一个封闭的舱作为对象进行降噪、散热设计;本课题的原始目的是降噪,而设计中主要解决的却是与降噪相伴随的散热问题。本课题的主要研究内容就是通过柴油机热计算,及环保仓内合理结构设计,使之到达降噪和散热目的。 第二章 整体式环保作业舱总体结构设计2.1 混凝土拖泵的结构 拖式混凝土泵主要由主动力系统、泵送系统、液压和

31、电控系统组成 1主动力系统。拖式混凝土泵的原动力有柴油机和电动机两种,柴油机泵优点是适应性强。在某些施工工地,电力供应满足不了机器对大功率的要求,因为大排量的混凝土泵,要求功率一般都在100kW以上,柴油机可以不考虑电力供应问题。这也正是柴油机泵一直受到用户青睐的原因。而电动机泵优点是价格低,同时噪音也较小,这对日益提高环保要求的城市施工来说,电动机泵无疑比较适宜。 2泵送系统。此系统是混凝土泵的执行机构,用于将混凝土拌和物沿输送管道连续输送至浇筑现场。通常情况下,混凝土泵的泵送工况有高压小排量和低压大排量两种输送方式,用户可根据工程对混凝土输送高度或距离和排量的要求合理选择。 高压和低压的切

32、换方式有更换胶管、阀块位置旋转及手动换向阀等,新开发产品大局部已采用全自动上下压切换技术,转动电控按钮,上下压切换可在瞬间完成,快捷方便。另外,新产品还多采用自动退活塞技术,只要一按按钮,混凝土活塞就可退回至水箱中,使用该项技术可大大缩短装拆混凝土活塞的时间,减轻操作者的劳动强度;同时可在任何必要的时刻,退出混凝土活塞以检查混凝土密封磨损情况,或者对其进行清理和保养,进而延长活塞的使用寿命。 3液压和电控系统。液压系统有开式系统和闭式系统,开式系统具有液压油温低,清洁度高的优点;闭式系统具有液压油箱小,结构紧凑的优点,国内产品大部采用这两种系统。电控系统一般采用PLC控制,有些产品还配备文本显

33、示器及触摸式按钮,具有良好的人机交流界面。分布在混凝土泵各局部的监测器将讯号送到PLC控制器,PLC控制器通过文本显示器显示混凝土泵的工作状态。当遇到异常时,系统内设的保护程序立即启动,保护混凝土泵不受损害,同时在文本显示器上显示出故障原因,可以方便故障诊断和。2.2 混凝土拖泵整体式环保作业舱结构布置 混凝土托泵整体式环保作业仓由风扇、发动机室、液控室、泵送室组成,泵送室泵送混凝土,液控室为泵送室提供液压动力,柴油机室由两台柴油机为液控室提供动力,风扇把环保仓内的的热空气抽出。各系统排列示意图如以下图:2.2.1 机械室 机械室包括一个料斗、支承和行走机构和泵送机构。根据分配阀的不同,泵送机

34、构可以分为S管阀泵送机构和闸板阀泵送机构。料斗主要用于储存混凝土,保证泵送机构工作时正常吸料,连续泵送。主要有上斗体、下斗体、筛网和料门等组成。图2.2为泵送系统工作状态。2.2.2 液控室 一个完整的液压系统由五个局部组成,即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能,指液压系统中的油泵,它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵,它们的性能比较如以下图所示 执行元件如液压缸和液压马达的作用是将液体的压力能转换为机械能,驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件即各种液压阀在液压系统中控制和调节液体的压力

35、、流量和方向。根据控制功能的不同,液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀平安阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等;流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等;方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同,液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质,有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类2.2.3 发动机室 本环保仓中的主动力系统由两台康明斯ISBE275 30柴油机组成,为液压系统提供动力。 康明斯水冷式发动机的正常温度在3

36、53K363K 8090 之间。此时,气缸壁473K573K 200300 ;气缸盖、活塞顶部的温度573K673K 300400;润滑油温度在343K363K 7090;动力性、经济性和排放性,零件的运动和磨损正常。 康明斯柴油机工作时,气缸内气体燃烧,汽缸壁温度急剧增高。这就需要冷 却系统带走多余的热量,使之在正常的温度承受范围之内。康明斯柴油机采用的是水冷式循环系统。 以下图为原康明斯柴油机冷却循环系统: 在本设计中为散热和结构需要,去掉柴油机自带风扇,详细设计见第三章。 节温器是发动机冷却系统中一个通过热胀冷缩原理,制成的一个开启冷却水大、小循环的闸门,节温器的工作原理是在水温低时,控

37、制冷却水在小循环内流动,可以使冷却水迅速升温。当水温高时,节温器翻开大. 分水管是柴油机冷却系统中的一个特殊管路,有假设干出口的钢管直接插入机体冷却水套,冷却水流通过这根管路到达水套内的不同位置,目前国内很多柴油机都采用了分水管。它最早来源于日本五十铃4JB1柴油机,其目的在于防止冷却水从机体的前端面流入后,对距离冷却水进口较近的气缸过度冷却,而对较远的那么冷却。 水泵的作用是对冷却液加压,保证其在冷却系统中循环流动。在本设计中,两台柴油机共用一个水泵、散热器和风扇。 冷却液在冷却系统中的循环路径:冷却液在水泵中增压后,经分水管进入发动机的机体水套。冷却液从水套壁周围流过并从水套壁吸热而升温。

38、然后向上流入气缸盖水套,从气缸盖水套壁吸热之后经节温器及散热器进水软管流入散热器。在散热器中冷却液向流过散热器周围的空气散热而降温,最后经散热器出水软管返回水泵。2.2.4 风扇 风扇用来提高空气流速和流量,增强散热能力并冷却环保仓附件。风扇扇风量与直径、转速、叶片形状、叶片安装角及叶片数目有关。 如图2.10所示,环保仓内的空气被风扇抽出,在其过程中被散热器加热,最终排放到外界环境中。环保舱根本结构方案设计 整体式环保作业舱去掉了拖泵本身的外罩,取而代之的是具有隔音功能的隔音罩,外形尺寸相对更大,保证了拖泵各部件的安装位置,同时兼顾隔音问题。 图2.11为环保舱的大致外形尺寸。环保舱的设计长

39、度8050mm,泵送室长度1350mm。环保舱宽度3000mm,高2500mm。 在环保舱一侧设观察窗、施工操作窗和维修门,以便于日常检测维修。在环保舱尾端,设拖泵进出门,便于安装。 在环保舱的上部是进气口和排气口。其结构尺寸设计将在在第四章说明。 图2.11 本设计隔音舱大致外形尺寸 本章小结 在整体式环保舱的设计中,合理的机构设计是保证机械正常工作并满足其降噪和散热要求的根本。本章介绍了混凝土的结构和改造后环保舱的结构布置,并详细介绍了环保舱的四个舱室的位置和作用。另外,本章设计了环保仓的根本结构方案以及大致外形尺寸。为本文中的散热设计和降噪设计提供了框架。 第三章 整体式环保作业舱传热方

40、案设计3.1 环保舱冷却系统设计计算3.1.1 环保舱冷却系统的结构设计 环保舱内主要热源为动力系统和液压系统。动力系统是两台柴油机,液压系统散热占一小局部,主要来源是液压油箱。因为液压系统散热比重较小,在本设计中不予考虑。 环保舱内的动力系统为2台康明斯柴油机(康明斯 ISBE275 30相关技术参数如表所示),柴油机烟气换热可直接带走柴油机工作时产生的大局部热量,设计中间柴油机的排气出口设置在环保舱外,从而热量直接排出到舱外。 柴油机的另一局部散热为冷却系统向环保舱散热,再由环保舱风扇把这局部热量抽出。即在直接热源(冷却系统)和环境之间多出一个环节(环保仓内空气)。在设计中,省去两台柴油机

41、自带风扇,将从2台柴油机气缸壁流出的冷却水集合一处,经保温管道送到散热器散热。用环保舱的风扇代替柴油机冷却系统的自带风扇对散热器进行抽风。即对环保舱这一个“柴油机进行冷却水循环,通过散热器和风扇进行强制冷却,冷却系统参数设计合理,才能到达结构紧凑、冷却量足够、功耗小的效果。同时,冷却量受环境温度影响极大。试验说明环境温度由35升至40,冷却量下降5%10%。因为柴油机外表还要散出一小局部热量,设定比环境温度高5。设计是在环保仓环境温度为40、1个标准大气压下进行,要求冷却系统能满足该条件下柴油机保持正常运转的冷却要求。表3.1 康明斯 ISBE275 30技术参数型式直列六缸水冷功率(kw)2

42、02燃烧方式直喷,w型燃烧室额定转速(r/min)2700进气形式增压空气中冷现场测柴油机各局部的温度分布如下表:表3.2 柴油机各局部的温度分布柴油机烟气温度柴油机底部温度排气扇叶片温度柴油机冷却排风口外壁温度进气管温度拖泵机罩外壁温度液压油箱温度170175804838202840 图3.1为环保仓冷却系统的工作原理图: 1、缸体 2、汽缸盖 3、柴油机壁 4、环保舱进气口 5、柴油机进排气口 6、强吸风扇 7、强拍风扇 8、散热器 柴油机的尾气带走大局部热量从出气口排除。环保舱外部气体经过进气口进入环保舱内,经过热源(两台柴油机)后变热后通过强排风扇排出。两台柴油机的冷却循环如以下图。从

43、气缸加热后的热流体流经强拍风扇附近的散热器,冷却后回流循环。 这样设计的优点在于结构得到简化。同时柴油机散出的热量大局部都直接排除,而不滞留在环保舱内部。3.1.2 冷却系统热计算和散热器确实定 根据设计,散热器安装在强排风位置附近。选择列管散热器。设计散热管的有效厚度810mm,高930mm,宽465mm。换热器设计成1-2n行程,即空气为1行程,冷却水为2n行程。选用规格满足GB8162-87、要求。为了清灰方便,管群按正方形排列。选取管内径。 冷却系统的完善程度不仅依赖散热器的散热性能,还取决于与其相匹配的风扇风量,由于散热器的结构和大小受到总体布置的限制,冷却风量的大小受到风扇功率的限

44、制,两者之间的合理匹配才能到达风扇耗功低、冷却效果好。从现有的一些性能试验结果来看,比较先进和合理的数据是单位柴油机标定功率风扇的风量为112122,此时散热器的散热系数较高,而风扇耗功占标定功率的3.5%一5.9%。考虑到直喷机型冷却量相对较少,因此选取冷却系统的风量为: . G112202245248(/h)12.56(/s)。 表3.3为华中科技大学能源与动力工程学院和玉柴机器股份技术中心对一台车用柴油机的冷却系统进行冷却系统水流和热流分布台架试验,利用流体系统仿真分析软件对整个冷却系统热平衡状态和冷却系统匹配性能进行仿真计算,并依据试验得到的相关结果验证了计算模型。 如表3.3所示,水

45、套、中冷器、机油冷却器的散热被冷却系统带走,废气换热通过管道导出环保仓。其他散热损失滞留在环保仓内部。那么 冷却系统带走的热量: (3.1) 废气换热: (3.2) 有效功: (3.3) 其他换热损失: (3.4) 。 得: (1)冷却系统空气流体的进出口温度 滞留在环保舱的热量将环保仓内的温度从20加热到40。即: (3.5) 得27.5。即散热器的入口空气温度为27.5。这局部空气将散热器冷却。 (3.6) 得46.1。即散热器的出口空气温度为46.1。 (2)冷却系统水流体的进出口温度 柴油机工作时,冷却水的正常温度应保持在7590,此时柴油机可发出最大功率,燃油消耗最经济,机件磨损也不

46、大。选择84。即冷却水出口温度: 根据我国散热器制造工艺的现状,以及外观造型上对散热器体积的严格要求,取压力盖开启压力88kPa,此时水的沸点温度达114。即冷却水进口温度: (3)流体的平均温度 (4)平均温度下的物性参数 时,水的物性参数: (5)流体对数平均温差 逆流时流体在换热器入口和出口的温差分别为: 那么流体对数平均温差为: 查图得,正交逆流的外侧补正系数,那么对数平均温差为: (6)管内水侧传热系数 散热器把冷却水从116冷却到87。散热器的散热量。 得0.06。为水在管内流动速度。 管程给热系数: 由式得: (7)管外空气侧传热系数 空气对流传热系数: 管群以长方形排列,管群在

47、垂直空气流动断面换热管长度0.77m,管群在最窄面上的面积: 管群最窄截面处的空气流速: 空气平均温度: 对长方形排列的管群当量直径为: 空气流动的雷诺数:由于空气雷诺数,空气对管群的对流传热系数可由以下公式计算。当S/d1.5时,查表得:,空气垂直流过管群,代入数值后空气对流传热系数: (8)总传热系数K 不考虑管壁及污垢热阻时,换热器的总传热系数为: (9)散热器的散热面积 (3.7) 其中为柴油机需散走的热量289.8KW;K为散热器散热系数。为水温与风温差。F为散热器的散热面积。那么 。 图3.1为散热器的设计图。散热器长810mm,宽465mm,宽930mm。其中 换热管的长770m

48、m。横排28根,纵排17根。 选择换热管的外径60mm,那么每根换热管的散热面积: 总换热面积:因为S ,即散热器满足散热要求。3.2 风扇和导流罩的选择设计如上图所示,因为气流与风叶的轴同方向,风扇采用轴流式吸风扇。 风扇的转速、叶型必须设计合理,与散热器相匹配,使工作点在风扇特性曲线的高效区,同时避开喘振区。因为散热器的通风量为12.56,所以风扇的设计风量12.56即45216。 轴流式风扇的显著特点是轮毂比小,叶片少而宽大,叶轮外没有圆筒状机壳,而只有一个轴向长度很短的导流罩。导流罩的安装对风扇是必需的,因为它可以明显改善风扇进口的气流别离,同时降低入流的湍流度。试验发现,添加进口导流罩后,风扇的气动噪声显著降低。最近,丁国良等人又通过数值计算和试验手段,仔细考察了导流罩的形状、轴向长度对风扇性能的影响。丁国良等发现导流罩形状的改变对气动性能影响不大,但对噪声影响明显,导流罩的轴向长度存在最正确值,而形状那么以双圆弧为佳。很明显,降低风扇的噪音也是本课题研究内容的重要组成局部。 清华大学流体声学实验室在半消声室内进行了风扇气动性能试验和噪声测试。根据ANSI/AMCA 210-99标准,建立出气风室-多喷嘴试验装置来测量风机的气动性能和