本科毕业设计论文-hbt100混凝土泵推送机构设计说明书

PAGEPAGE42第页摘要HBT100混凝土输送泵是一种将达到泵送条件的混凝土通过水平或垂直铺设的管道连续的输送到建筑施工现场的混凝土输送机械。它被广泛的应用于城建、矿山、电力、能源、交通及其他部门的混凝土建筑工程中。本文主要是对HBT100混凝土输送泵的推送机构部分进行设计，推送机构是泵送混凝土的灵魂组件，其部件有主油缸、水箱和混凝土缸。在主油缸的设计中，本文进行了主油缸内径、外径、行程的计算和活塞、法兰盘、缓冲装置和导向装置的计算选定；水箱的设计过程主要进行了水箱的长、宽、高、容积的计算，主油缸与水箱、混凝土缸与水箱连接位置的确定，接近开关的选择，混凝土缸的设计中进行了混凝土缸内径、外径、缸长的计算，混凝土活塞与连接杆的选定。关键词混凝土输送泵；液压缸；活塞;水箱;混凝土缸

AbstractTheHBT100concretedeliverypumpwillbeonekindconformstothetransportationconditionconcretethepipelinewhichorverticalwilllaydownthroughthelevelcontinuouslytotransporttotheconstructionjoblocationconcretetransportationmachinery。Itwidelyisappliedtotheurbanconstruction，themine，theelectricpower，theenergy，thetransportationandinotherdepartmentsconcretebuildingprojects。ThispaperismainlytoHBT100concretedeliverypumppushmechanismpartdesign,pushingmechanismisthesoulofconcretepumpassembly,whichiscomposedofamainHydrauliccylinder,awatertankandaconcretecylinder.Onthemaincylinderdesign,Ihadamastercylinderdiameter,outsidediameter,distancecalculationandpiston,flange,bufferdeviceandaguidingdeviceforcalculationofselected;tankdesignprocessforthemainwatertankislong,wide,high,volumecalculation,amainHydrauliccylinderandawatertank,andthewatertankofconcretecylinderdeterminingconnectionposition,closetoswitchselection,concretecylinderdesignoftheconcretecylinderdiameter,diameter,lengthcalculationofcylinder,pistonandconnectingrodselectedconcrete.Keyword:Concretedeliverypump；Hydrauliccylinder；piston；Watertank；Concretecylinder

目录摘要 1目录 31、绪论 51.1混凝土泵简介 51.1.1国内泵送混凝土技术的发展 51.2泵送混凝土技术的特点 61.2.1施工效率很高 61.3设计目的 71.3.1设计课题 71.3.2设计大纲 7a) 设计原则 7b) 主要设计参数 71.3.3设计内容 7a) 推送机构的总体设计 7b) 零部件的设计 8c) 水箱的设计 8d) 混凝土缸及卡箍的设计 82设计概述及方案论证 92.1混凝土泵的基本结构和工作原理 92.1.1、液压活塞式混凝土泵 92.1.2液压式混凝土泵的基本组成 92.1.3液压活塞式混凝土泵的工作原理 92.2混凝土泵推送机构 102.2.1主油缸 102.2.2混凝土缸 112.3.3水箱 113推送机构设计 123.1主油缸的总体设计 123.2.液压缸主要参数尺寸的计算 133.2.1、液压缸主要性能参数的计算 153.3液压缸的主要参数的确定 183.4液压缸的主要零部件的设计计算 193.4.1、缸筒 193.4.2活塞杆 233.4.3活塞杆的导向套、密封圈和防尘 243.4.4活塞 253.4.5、缓冲装置 273.4.6排气阀 284、水箱的设计 314.1水箱总述 314.2水箱总体尺寸的确定 315、混凝土缸及卡箍的设计 365.1、混凝土缸长度及缸型的确定 365.2卡式接头的设计 366设计总结 39参考文献： 40附录一 41致谢 42

1、绪论1.1混凝土泵简介在混凝土工程施工过程中，由于混凝土有时间的严格限制，所以其运输和浇筑是一项繁重的、关键性的工作。尤其是对大型钢筋混凝土构筑物和高层建筑，如何正确选择混凝土的运输工具和浇筑方法尤为重要，它往往能决定施工工期的长短和劳动量消耗的大小。最近几年，在建筑工程推广应用的泵送混凝土技术，以其效率高、费用低、节省劳力、水平和垂直运输可一次连续完成、使用狭窄施工现场等优点，愈来愈受到人们的重视。1.1.1国内泵送混凝土技术的发展我国在泵送混凝土技术方面起步较晚，自50年代才从国内引进混凝土泵，60年代初才考试仿照苏C-284型固定式混凝土泵制造，但一直未得到推广应用。70年代初，原第一机械工业部建筑机械研究所与原沈阳振捣器厂实用机型混凝土泵的研制工作，于1975年试制成功HB-8型固定式活塞泵。1978年6月，原国家建委电力工业部水电七局水工机械厂，参照日本700S-1型护凝土泵研制成功了HB-30型混凝土泵。1979年，上海第八建筑工程公司，仿制了德国托克利特式以水作为压力介质的带布料杆混凝土泵车，华东电力建设局设计了HBC-65型混凝土泵车。进入20世纪80年代，使我国混凝土泵研制和生产的兴旺发达时期，由于大规模基本建设的急需，促使生产企业竞相研制和生产新型的混凝土泵，使我国混凝土泵研制和生产迈出了可喜的一步。湖北建设机械股份公司、沈阳建设机械总公司、建设部中联建设产业公司、三一重工业集团有限公司、山东方圆集团公司、徐州三公建设机械厂等生产企业，所生产的混凝土泵和泵车的型号基本呢齐全，从小排量到大排量，从低压到高压基本都能生产，为我国不呢歌颂混凝土技术的发展均做出了一定贡献。其中沈阳建设机械总公司生产的HBT100型泵送压力已达16MP，三一种工业集团有限公司生产的三一牌HBT60Cxing泵送压力已达16.5MP，因而国产混凝土泵也能一泵高度达到200M以上。进入20年代90年代，高层建筑在我国大中城市蓬勃兴起，其中大多数是用混凝土泵输送混凝土拌合物，创造了一个又一个的一泵泵送的高度。如389.9M高的广州中天广场，用BSC1400HD-CAT型混凝土泵2台，将C60高强混凝土泵至146.4M，将C30和C50混凝土一泵泵至321.9M：384M高的深圳地王商业大厦，用BSC1400HD-CAT型混凝土泵，将混凝土泵送至325M：420.5Mgao的上海金茂大厦，一泵的泵送高度达到382M，创造了国内一泵泵送高度纪录。其他结构和构筑物，再利用泵送混凝土方面也取得了良好效果。如上海杨浦大桥的桥塌，用Putzmeister2100型混凝土泵对C50混凝土一泵高度达208M：上海东方明珠电视塔，将C60混凝土泵至180M、C50混凝土泵至225M、C40混凝土泵至350M：广东大亚湾90万KW压水堆型核电站反应堆的高强混凝土，也是用混凝土泵输送的：北京西客站、高205Mde武汉国际商贸中心大厦、高244.7M的青岛中银大厦等超高层建筑，多数都是用泵送混凝土。以上自已证明，我国在高层建筑混凝土泵送技术方面已接近国际先进水平。在大体积混凝土泵送施工方面，自90年代以来我国也取得了巨大成就。如上海中鑫大厦地板混凝土10000M3，采用6台混凝土泵车、70辆混凝土搅拌运输车，53H全部浇筑完毕：新上海国际大厦地板混尼姑凝土17000M3，采用12台混凝土泵车，100辆混凝土搅拌运输车，64H就浇筑完毕：大连麒端中心承台，厚4~6M、浇筑量为21000M3，分四块浇筑，其中最大的一块超过10000M3，用8台混凝土泵车、45辆混凝土搅拌运输车，65H就浇筑完毕。仅以上几例说明，我国在利用混凝土泵车和混凝土搅拌运输车方面，俄达到了较高的水平。我国地域广阔，各地区的经济实力差距较大，在推广应用泵送混凝土技术方面，发展还很不平衡，存在着“东热西冷”现象。由于我国预拌（商品）混凝土在混凝土总量中仅占8%左右。远远落后于日本、德国等发达国家，因此，推广泵送混凝土技术还相当艰巨，还是摆在建筑技术人员面前的一项重要任务。1.2泵送混凝土技术的特点泵送混凝土就是将预先搅拌好的混凝土，利用混凝土输送泵泵压得作用，沿管道实行垂直及水平方向输送的混凝土。泵送混凝土以其显著的特点，已在建筑工程中广泛推广应用。归纳起来，泵送混凝土由如下特点；1.2.1施工效率很高与常规混凝土的施工方法相比，施工效率高是其明显的优点。目前，世界上最大功率的混凝土泵的泵送量可达159M3/H，最大效率的混凝土泵的泵送量可达100M3/H左右，一般混凝土泵的泵送量可达60M3/H左右，其施工效率是其他任何一种施工机械难以相比的。1.施工占地较小根据施工现场的实践经验证明，混凝土泵可以设在远离或靠近浇筑点的任何一个方便的位置，由于混凝土泵的机身体积较小，所以特别适用于场地受到限制的施工现场。在配制合适的布料干后，施工现场不必为混凝土的输送、浇筑留置专用通道，在建筑物集中区特别适用。2.施工比较方便泵送混凝土施工的最大优势，是可使混凝土一次连续完成垂直和水平的输送、浇筑，从而减少了混凝土的到运次数，较好地保证了混凝土的性能：同时，输送管道也易于通过各种障碍地段直达浇筑地点，有利于结构的整体性。3.保护施工环境泵送混凝土是商品（预拌）混凝土，一般不在施工现场拌制，不仅节省了施工场地，而且减少了搅拌混凝土的粉尘污染，再加上泵送混凝土是通过管道封闭运输又减少了混尼姑凝土运输过程中的泥水污染，更加有利于施工的整洁.1.3设计目的毕业设计是专业教学规定的一项重要的综合性和结核性血液环节，是大学生专业知识深化和系统提高的重要过程，是对学生实践能力、理论联系实际能力和创新精神的中综合训练，是培养学生探究真理的科学精神、科学研究方法和优良思想品质等综合素质的重要途径。这就要求我们能较全面的运用大学四年所学的只是，独立的解决某些共生技术问题，他的谜底在于进一步锻炼我们的综合运用理论只是分析问题、解决问题的能力。同时我们掌握本专业的基本理论、基本知识和基本能力的情况，检查我们是否完成了工程师的基本训练，是否具备了作为一名工程技术人员的基本素质。1.3.1设计课题HBT100混凝土泵推送机构的设计1.3.2设计大纲设计原则（1）设计应符合拖式混凝土泵国家标准GB/T1333-2004的规定；（2）本设计应符合机械制图等有关国家及行业标准的规定；（3）整机设计考虑标准化、通用化、系列化“三化”要求，而且有较好的技术经济指标；（4）考虑零、部件的继承性和延续性；（5）在符合设计要求的前提下，要考虑厂家的现状和要求，而且有较好的机设经济指标，满足生产的可行性；（6）本设计应遵循学校对毕业设计的有关规定和要求。主要设计参数（1）最大理论混凝土输送量105/55m3/h（2）混凝土推送压力16/9MPa（3）最大推送距离水平1200m或者垂直280m1.3.3设计内容推送机构的总体设计（1）总体方案的选择；（2）基本结构及工作原理的介绍；（3）绘制推送机构总装图。零部件的设计1主油缸的总体设计选择主油缸的类型；液压缸主要参数的选择；液压缸主要参数的计算及确定；2液压缸的主要零部件的设计缸筒的设计计算；活塞杆的设计计算；活塞杆的导向套、密封盒防尘装置的设计；活塞的结构形式的确定；缓冲装置和排气阀的设计；液压缸连接螺栓的选择；水箱的设计（1）箱体尺寸的确定；（2）受力板的尺寸确定；混凝土缸及卡箍的设计（1）混凝土缸长度的确定及缸型的确定；（2）卡箍的设计；2设计概述及方案论证2.1混凝土泵的基本结构和工作原理2.1.1、液压活塞式混凝土泵混凝土泵，按其构造和工作原理的不同，可以分为：活塞式、挤压式、隔膜式及气罐式等几种类型，在各种形式的混凝土泵中，应用最早、最多也是最具有生命力的为活塞式混凝土泵。其特点为：工作可靠、输送距离长而且易于控制。这种泵有机械式、液压（油）式和水压式等三种形式。机械式历史悠久，三已经基本淘汰；水压式目前用的不多，但是随着以水为工作介质的泵和阀的研究和应用，其无污染、介质（水）基本无成本的特点，将会成为未来的发展方向；而且目前普遍采用的是液压式。2.1.2液压式混凝土泵的基本组成液压活塞式混凝土泵的种类虽然很多，但是它们基本的组成部件是相同的，涂拖式混凝土泵主要由分配阀及料斗、推送机构、液压系统、电气系统、机架及行走装置、润滑系统、罩壳和输送管道等八个总成组成。在此我主要是对混凝土泵的推送机构进行设计。2.1.3液压活塞式混凝土泵的工作原理液压活塞式混凝土泵，是通过压力油推动活塞，再通过活塞推动混凝土缸中的工作活塞进行压送混凝土，液压活塞式混凝土泵分为单缸式和双缸式两种。双缸式在结构方面虽然较单缸式的复杂，但是因为是两个缸交替工作，故使输送工作比较连续、平稳、生产率高而且发动机的功率也得到了充分的利用。所以，大、中型的混凝土泵都是采用双缸式的，所以本设计也采用的是双缸式混凝土泵。如图2-1所示,泵送机构由两只主油缸（1、2），水箱3，幻向装置4，两只混凝土缸（5、6），两只混凝土活塞（7、8），料斗9，分配阀10，摆臂11，两只摆动油缸（12、13）和出料口14组成。如图1-1所示，混凝土缸活塞（7、8）分别与主油缸（1、2）活塞杆相连，在主油缸压力油的作用下，作往复运动；一缸前进，分配阀一端接出料口，另一端通过华键轴与摆臂相连，在摆动油缸的作用下，可以左右摆动。泵送混凝土时，在主油缸压力油的作用下，混凝土活塞7前进，混凝土活塞8后退，同时在摆动油缸的作用下，分配阀10与混凝土缸5连通，混凝土缸6与料斗9连通。这样，混凝土活塞8后退，便将料斗9内的混凝土吸入混凝土缸；同时混凝土活塞7前进，将混凝土缸内的混凝土送入分配阀后经出料口14排出。图2-1泵送原理图1、2—主油缸；3—水箱；4—换向机构；5、6—混凝土缸；7、8—混凝土缸活塞；9—料斗；10—分配阀；11—摆臂；12、13—摆动油缸；14—出料口当混凝土活塞后退至行程终端时，会触发水箱3中的换向装置4，使主油缸1、2换向，同时摆动油缸12、13也换向，使分配阀10与混凝土缸6连通，混凝土缸5与料斗9连通，而后混凝土活塞7后退，8前进。如此循环，从而实现连续泵送。2.2混凝土泵推送机构推送机构是混凝土泵的执行机构，他是把液压能转换为机械能，通过油缸的推拉交替工作，使混凝土客服管道的阻力输送到浇筑部位。他主要由主油缸、混凝土缸和水箱等三部分组成，如图2-2所示:2.2.1主油缸混凝土输送泵主油缸由油缸体、密封件、油口、缓冲装置和承兑的两组活塞及活塞杆等组成。主油缸的特点是：换向冲击大，一般要有缓冲装置。缓冲装置是混凝土泵的设计的关键技术之一，大多数厂家都是采用油缸端部安装单向节流阀的TR结构。当液压活塞快到行程终点时，越过缓冲油口时单向节流阀打开，使高压油有一部分经缓冲油口到低压腔，使两缸压差减小、活塞速度降低，达到缓冲的目的，并为活塞换向做准备；另外，还为密封腔自动补油，保证活塞行程的作用。此外，由于活塞杆不仅与油液接触，而且还和水、水泥浆、泥浆等接触，为了改善活塞杆的耐磨性和耐腐蚀性，在其表面一般都要镀层一层硬铬。图2-2推送机构组成图2.2.2混凝土缸混凝土缸后端与水箱连接，前端与料斗直接连接，通过拉杆固定在料斗与水箱之间。主油缸活塞杆伸入到混凝土缸内，活塞杆前端通过中间拉杆连接着混凝土缸活塞。中间活塞用45#圆钢制成，其两端有定位止口，两端分别与油缸活塞杆和混凝土活塞用螺栓连接。混凝土缸一般用无缝钢管制成，由于混凝土缸内壁与混凝土及水长期接触，承受着巨大的摩擦和化学腐蚀，因此，在混凝土缸内壁镀有硬铬层，或经过特殊热处理以提高其耐磨性和抗腐蚀性。混凝土活塞由活塞体、导向环、密封体、活塞头芯和定位盘等组成。各个零件通过螺栓固定在一起。混凝土密封体用耐磨的聚氨酯制成，其起导向、密封和运输混凝土的作用。2.3.3水箱水箱用钢板焊成，既是存水容器，又是主油缸与混凝土缸的支持连接件。其上有盖板，打开盖板可以清晰水箱内部，切可以观测水位。在推送机构工作中，水在混凝土缸活塞候补随着混凝土活塞来回流动，其起的租用主要是：清洗作用没清洗混凝土缸壁啥办法内粗推送后残存的灰浆，以减少缸壁和活塞的磨损；隔离作用，防止主油缸泄露出来的液压油进入混凝土而影响混凝土质量；冷却润滑作用，冷却润滑混凝土缸橡胶活塞、活塞杆及活塞杆密封部位。3推送机构设计3.1主油缸的总体设计主液压缸由主油缸、油缸活塞、活塞杆、油缸头及缓冲装置等组成，主油缸的作用是利用液压来驱动混凝土活塞作往复直线运动，图3-1为住液压缸的结构示意图。液压缸体用无缝钢管制成，内壁镀铬，提高耐磨性，使延长了使用寿命。主液压缸活塞和活塞杆分别采用球墨铸铁和碳钢制造。活塞上有两个支撑环压紧在液压缸的内壁上。为了改善活塞的耐磨性和耐腐蚀性，一般在其表面镀有一层铬。图3-1主油缸示意图液压缸的通用结构可按标准选用，除此之外，还应该满足下列要求：为了使混凝土活塞机器连接器全部退入水箱，液压缸的行程应大于其工作行程。为了避免换向冲击，在液压缸端部可设计缓冲装置。液压缸与水箱直接连接通常选用法兰盘，不但要保证连接精度，还应有良好的配合精度，与密封圈一起防止漏水。液压缸上应设置取信换向装置，避免混凝土活塞退入水箱，也避免液压缸活塞碰撞液压缸端部。在混凝土泵施工中，泵车液压缸活塞的密封效果将会直接影响混凝土泵的输送效率。液压活塞运动行程与混凝土缸活塞行程是一致的，液压缸活塞密封不良产生压力油泄露，将导致混凝土缸活塞行程变短，使泵送效率降低。因此，泵车液压缸活塞的密封，除对液压缸材料及密封件提出要求外，还应对密封件结合形式提出要求。据国外资料记载，密封件的密封效果主要取决于处于与密封的结构形式和作用在密封圈上的压力分布。近年来，通过参考引进国外泵车的先进技术，在我国自行研发设计的泵车中，先后试制了三种液压缸活塞密封圈，分别是：密封加档圈、组合密封圈、密封圈加“O“型圈。查文献（5）中表17-6-1液压缸的分类选择液压缸的类型：双作用单活塞杆带可缓冲式液压缸。特点：活塞双向作用产生推拉力，活塞在行程终点时缓冲，切缓冲速度可调节。安装方式：主油缸头部与水箱用螺栓连接，故选用头部法兰安装。3.2.液压缸主要参数尺寸的计算（1）初选系统的主要参数系统压力选定的是否合理直接关系到整个系统的设计合理程度。在液压系统功率一定的条件下，若系统压力选定过低，则液压元件、辅助的尺寸长度会增加。系统造价也相应的增加；若系统压力选的较高，则液压设备的重量、尺寸和遭劫会相应降低。然而，若系统压力选用过高，由于对在制造液压元、辅件的材质、密封、制造精度等要求的提高，反而会更大的增大或者增加液压设备的尺寸、重量和造价，其系统效率和使用寿命也会相应的下降。因此，不能一味的追求高压。系统压力主要根据液压设备的类型来定，对于不同的液压设备，由于工作条件的不同通常采用的压力范围也是不同，参考三一重工的《HBT100混凝土泵使用说明书》，以及同类产品的液压系统工作压力，选用液压缸额定压力为25Mpa。（2）液压缸内径的确定已选定液压缸额定压力为25Mpa，又已知要求混凝土输送压力位16Mpa，混凝土缸的内径初选为220mm，根据此选择主油缸缸径(3-1)为简化，可不考虑连通腔油压的影响，则主油泵液压系统工作压力混凝土腔活塞头泵送压力主油缸内径混凝土缸内径实际设计时考虑到油缸，混凝土缸的机械效率而造成的压力损失，下式计算：(3-2)主油缸机械效率混凝土缸(3-3)参考标准油缸，取（3）活塞杆直径的确定速比的选择计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置，速比不宜过大或过小，一面产生过大的背压或造成活塞杆过细，导致稳定性不好，可参考文献（5）中表17-6-3选定。表3-1速比参考表公称压力（Mpa）≤1012.5~20＞201.331.46~22因为额定压力为25Mpa＞20Mpa，故取=2.活塞杆直径的确定活塞杆是液压缸传递动力的重要元件，它承受拉力、压力、弯曲力和振动冲击等多种作用力，必须有足够的强度和刚度。对于双作用单边活塞液压缸活塞往复运动速度之比，即(3-4)故(3-5)D—主油缸内径，mmd—活塞杆的直径，mm--速比查文献（5）中表17-6-2取d=140mm。3.2.1液压缸主要性能参数的计算（1）理论输送量参考文献（3），理论输送量是指混凝土泵每小时输送混凝土体积的理论值，(3-6)式中：--理论输量，--混凝土泵每一工作行程的理论容积，--混凝土泵每小时额定工作行程次数，次/h又=Al=(3-7)故-=即混凝土缸活塞每分钟工作行程次数为28.7次，又由于主油缸活塞杆伸入到混凝土缸内，活塞杆前端通过中间连杆连接着混凝土缸活塞，混凝土缸活活塞与主油缸活塞同步运动，故液压油缸活塞每分钟的额定工作行程次数也为28.7次。所以液压缸的流量Q=Vn=Sn(3-8)==1441.8L/min（2）流量单位时间内油压通过缸筒有效截面的体积称为流量，即Q=V/tL/min又V=vAtL(3-9)故Q=vAL/minV—液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积，L；t—液压缸活塞一次行程所需要的时间，min（3）活塞的运动速度单位时间内压力油推动活塞移动的距离，移动速度可以表示为m/min当活塞杆伸出时(3-10)当活塞杆缩回时(3-11)式中Q—流量，L/minD—液压缸内经，mmd—活塞杆直径，mmv—活塞杆运动速度，m/min当Q=常数时，V=常数，但是实际中，活塞在行程两端各有一个加、减速阶段，如图3-2所示，故上述公式中计算的数值均为活塞的最高运动速度。图3-2活塞运动速度示意图活塞的最高运动速度V受到活塞和活塞杆密封圈以及行程末端缓冲机构所能承受的动能所限制。活塞的最低速度v受到活塞和活塞密封件米擦里和加工精度的影响不能太低，以免产生爬行，一般（4）行程时间活塞在缸内完成全部行程所需要的时间(3-12)当活塞杆伸出时(3-13)当活塞杆缩回时(3-14)V—液压缸容积，LS—活塞行程，mQ—流量，L/minD—缸筒内径，md-活塞杆直径，mv-活塞杆运动速度，m/s（5）活塞杆的最大容许行程活塞行程S，在初步确定时，主要按照实际工作需要的长度来考虑，但这一动作行程并不一定是在液压缸稳定性所允许的行程，为了计算行程，首先应计算出活塞杆杆的最大允许计算长度。因为活塞杆一般为细长杆，当（10~15）d时，由欧拉公式推导出mm(3-15)式中，E—材料的弹性模数，钢材的E=2.1活塞杆界面惯性矩，F—活塞杆纵向压缩力，N(3-16)对于各种安装导向条件的液压缸计算长度查文献（5）中表17-6-4，选择液压缸的安装方式为：一段刚性固定，一端自由，那么，n=1/4带入数据则有(3-14)--最大计算长度，mmD—液压缸的内径，mmd—活塞杆直径，mmp—工作压力，Mpan—液压缸末端条件系数（安装及导向系数）3.3液压缸的主要参数的确定液压缸的工作压力：25Mpa液压缸的内径：200mm活塞杆直径：140mm活塞行程：1600mm3.4液压缸的主要零部件的设计计算3.4.1缸筒（1）缸筒结构缸筒和端盖采用法兰盘连接，其有点事：结构简单，易加工，易装卸。其缺点是：重量比螺纹连接的大，但是比拉杆连接的小，外径较大。（2）缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接件的缸筒还要有良好的焊接性能。根据液压缸的参数、用途和毛培的来源，并参考文献（5）中表17-6-7可选定其材料为35号钢，机械预加工后再调制处理。其参数为：（3）对缸筒的要求要有足够的强度，能够长期承受最高的工作压力及短期的动态冲击压力而不至于产生永久变形。要有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而致产生弯曲。内表面与活塞密封件及导向环的莫彩丽作用下，能长期工作而磨损小，尺寸公差等级足以保证活塞密封件的密封性。需要焊接的缸筒还要有良好的可焊性，以便于在焊上法兰盘后不至于产生裂纹或过大的变形。总之，缸筒是液压缸的主要零部件，它与缸盖、缸底、油口等零部件构成密封的容腔用以容纳压力油液，同时它还是活塞的“轨道”。设计液压缸缸筒时，应该正确的确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的内表面必须具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。（4）缸筒的计算以下缸筒的设计计算均参考文献(5)中表17-6-8液压缸的内径当液压缸的理论作用力F及供油压力p为已知时，则无活塞杆侧的缸筒内径D为：(3-18)有活塞杆侧(3-19)最后将以上各所得D值，选择最大的圆整到标准值，即取D=200mm，与前面选取的D值相同，再次验证了缸径D值选择的准确性。以上式中d—活塞杆直径，mP供油压力，MpaF1、F2分别为液压缸的理论推理和拉力，N缸筒壁厚缸筒壁厚为：(3-20)--缸筒材料要求的最小值，mm--缸筒外径公差余量，mm--腐蚀余量，mm关于的值，可按照下列情况分别进行计算：当可用薄壁缸筒的使用计算式m当m(3-21)上式中--缸筒内最高工作压力，Mpa缸筒材料的需用应力，MpaD—缸筒的内径，m实际上，当时，材料使用不够经济，应改用高屈服强度的材料。查文献（5）中表17-6-9，竹轩缸筒外径=245mm，则缸筒的外径我所设计的是GBT100混凝土泵，其额定压力为25Mpa，其内径为200mm，参照《机械设计手册》，初定其缸筒外径为245mm，材料为35钢。缸筒的壁厚验算对最终采用的壁厚应做四方面验算额定工作压力应低于一定的极限值，以保证工作安全：(3-22)而即所以满足要求。同时额定工作压力也应与完全塑性变形压力有一定的比列范围，以避免塑性变形的发生：(3-23)取而故也满足要求。此外，尚需要验证缸筒径向变形应处在容许范围内(3-24)式中--缸筒耐压试验压力，MpaE—缸筒材料弹性模数，MpaV-缸筒材料泊松比，对钢材，取V=0.3只需选择合适的密封圈，即可使变形量不超过密封圈允许的范围。最后还应该验算缸筒的爆裂压力(3-25)此值远远大于缸筒压力，所以本设计符合要求。缸筒制造加工要求缸筒内径D需要采取H7或者H8级配合，表面粗糙度等级Ra一般为0.16~0.32um，都需要进行研磨；热处理，调制硬度HB241-285；缸筒内径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差的一半；缸筒内径直线度公差在500mm长度上不大于0.03mm；缸筒断面T对缸径的锤子度在直径100mm上不大于0.04mm；当缸筒为尾部和中部耳型时：孔的轴线对缸径B的偏移不大于0.03mm；孔的轴线对缸径的垂直度在100mm长度上不大于0.1mm；轴径对缸径D轴线的垂直度在100mm长度上不大于0.1mm；此外还有通往油口、排气阀的内孔口必须倒角，不容许有飞边、毛刺，以免划伤密封件，为便于装配和不磨损坏密封件，缸筒内口应倒角15度，需要在刚同上焊接法兰盘、油口、排气阀时，都必须在半精加工之前进行，以免精加工后焊接截面引起内孔变形。如欲防止腐蚀生锈和提高寿命，在缸筒内表面可以镀铬，在井陉研磨或抛光，在缸筒外表面涂耐磨油漆。图3-3缸筒加工要求3.4.2活塞杆（1）活塞杆的材料和技术要求活塞杆采用实心杆，材料选用45号钢，调制处理，表面镀铬20~30mm。活塞杆要在导向套中滑动，一般采用H8/h7或H8/f7配合。太近了摩擦力太大；太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损。其圆度和圆柱度公差不大于直径公差的一般。安装活塞的轴径与外圆的同轴度公差不大于0.01mm，是为了保证活塞外圆与活塞外圆的同轴度，以避免活塞与缸筒、活塞杆与导向套的卡滞现象。安装活塞的轴肩断面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.01mm/100mm，以保证活塞安装不产生歪斜。活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.1~0.3um，太光滑了表面不能形成油膜，反而不利于润滑。为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面要井陉镀铬处理，铬层厚度0.03~0.05mm，并井陉抛光或磨销加工。对于工作条件恶劣、碰撞机会较多的情况下，工作表面需先经高频淬火后再镀铬。活塞杆内端的卡环槽、螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线的同心，特别是缓冲柱塞，最好与活塞杆做成一体。卡环槽取动配合公差，螺纹则取较紧的配合。（2）活塞杆的直径经前面计算已经确定活塞杆的直径为140mm。（3）活塞杆的强度校核活塞杆在稳定的工况下工作，只受轴向推力或拉力，可以静思的用直杆承受拉力在和的简单强度计算公式进行校核：(3-26)而对于无缝钢管=100~110Mpa故满足强度要求。F—活塞杆的作用力，N，取活塞杆伸出时的推力；d—活塞杆的直径，m；--材料的许用应力，Mpa3.4.3活塞杆的导向套、密封圈和防尘（1）导向套的结构活塞杆导向套装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封，外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。当导向套采用非耐磨材料时，其内圈还可以装设导向环，用作活塞杆的导向。导向套的典型结构有轴套式和端盖式两种，本设计采用的是端盖式，如图3-4所示.2）导向套的材料金属导向套一般采用摩擦系数小、耐磨性能好的青铜材料制作，非金属导向环可用塑料（PA）、聚四氟乙烯（PTFE+玻璃纤维）或聚三氟乙烯材料制作。（3）导向套长度的确定图3-4导向套及密封结构（导向套的主要尺寸是支撑长度，通常按活塞直径、导向套的型式、导向套的支撑能力和可能遇到的最大侧向负载等因素来考虑。通常可采用两端导向段，每段宽度一般约为d/3，两段中心距去2d/3。导向长度过短，使液压缸因配合间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作平稳性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满足：m而(3-27)缸径大于80mm，取导向套滑动面的长度A=（0.6~1）d=（1.6~1）*140=84~140mm，取A=100mm。活塞宽度B=（0.6~1）D=（0.6~1）*200=120~200mm，取B=150mm。（4）加工要求导向套外圈与端盖内孔的配合多为H8/f7，内孔与活塞杆外圆的配合多为H9/f9.外圆与圆柱度公差不大于0.03mm，圆度与圆柱度公差不大于直径公差的一般。内孔中的环形油槽和直油槽要浅要宽，足以保证良好的润滑。3.4.4活塞（1）活塞的结构形式由于活塞在液体压力作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应合适，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易破坏缸筒和活塞的混动配合表面；间隙过大，会英气液压缸内部泄漏，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。液压力的大小与活塞的有效面积有关，活塞直径应与缸筒内径保持一致，所以设计活塞的主要任务是确定活塞的结构形式。活塞的结构形式有两种：整体式在活塞圆周上开槽，安装密封圈，其结构简单，但给活塞的加工带来了困难，密封圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式主要受密封形式决定，但可多次拆装，密封件使用寿命长；组合式活塞结构多样，主要受密封型式决定。组合式活塞大多数可多次拆装，密封件使用寿命长。随着耐磨的导向环大量使用，多数密封圈与导向环联合使用，大大降低了活塞的加工成本。根据需要，液压油缸活塞选取整体式活塞，如图3-5所示：图3-5液压缸活塞图液压缸整体活塞采用O型密封圈，活塞与活塞杆的连接方式是螺钉连接。混凝土缸活塞选取组合式活塞，如图3-6所示，活塞与活塞杆的连接形式采用轴套式。活塞密封结构采取活塞环密封，摩擦阻力小，耐磨，寿命长，适合在高温、高速工况，适合在混凝土缸采用。（2）活塞材料无导向环活塞：用高强度铸铁HT200~300或球墨铸铁。有导向环活塞：用优质碳素钢20号、25号及45号，有的在外径套尼龙（PA）或聚四氟乙烯PEFE+玻璃纤维和聚三氟乙烯材料制成的支撑环。装配式活塞外环可以用锡青铜。本设计中液压缸采用无导向环活塞，活塞材料采用高强度合金铸铁。混凝土缸活塞材料采用优质碳素钢45号，活塞环采取橡胶IV-2.图3-6混凝土缸活塞（3）活塞尺寸及加工公差活塞宽度一般为活塞外径的0.6~1倍，但也可以根据密封件的型式、数量和安装导向环的沟槽尺寸而定。有时，可以结合中隔圈的布置确定活塞的宽度。活塞外径的配合一般采用f9，外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，断面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差的一般，表面粗糙度视结构形式不同而各异。3.4.5缓冲装置液压缸的活塞杆具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很大的动量，在它们的行程终端，当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分，会产生机械碰撞，产生很大的冲击压力和噪声。采用缓冲装置，就是为了避免这种机械碰撞，但冲击压力仍然存在，大约是工作压力的2倍，这就必然会严重影响液压缸和整个液压系统的强度和正常工作，缓冲装置可以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等引动不见在运动时对缸底和端盖的冲击，在它们的行程终端实现速度的减低，直至为零。缓冲装置的原理是使缸筒低压腔内油液（全部或部分）通过节流把动能转换为热能，热能则由循环的油液带到液压缸外。如图九所示，质量为m的活塞和活塞杆以速度v运动，当缓冲柱塞1进入缓冲腔2时，就在被折断的2的腔内产生压力Pc，液压缸运动的部分动能被2腔内的油液吸收，从而达到缓冲减速的目的。图3-7缓冲原理图液压缸活塞运动速度在0.1m/s以下时，不必采用缓冲装置，在0.2m/a以上时就必须采用缓冲装置。（1）一般的技术要求：穿冲装置应能以较短的缓冲行程Lo吸收最大的动能。缓冲过程中应尽量避免出现压力脉冲过高的缓冲腔压力峰值，使压力的变化能变的过程。缓冲腔内的峰值压力Pcmax1.5pi（pi为供油压力）。动能转换为热能使油液温度上升时，油液的最高温度不能超过密封件的允许极限。（2）缓冲装置的结构采用恒节流面积缓冲装置此类缓冲装置缓冲的过程中，由于节流面积不变，故在缓冲开始时，产生的缓冲制动力很大，但是很快就降下来了，最后不起什么作用，如图3-8所示，采用缓冲节流阀进行节流的缓冲装置，可根据液压缸的实际负载情况，调节节流孔的大小，即可以控制缓冲腔内的缓冲压力的大小。3.4.6排气阀如果排气阀装置设置不当或者没有设置时，压力油静茹液压缸后，缸内仍会有空气，由于空气具有压缩性和滞后扩张性，会造成整个液压系统在工作中的颤抖和爬行，影响正常的工作，所谓为了防止空气进入液压系统，必然在液压缸上安设排气阀，因为液压缸是液压系统最后的执行元件，会直接反应图3-8缓冲装置结构图出残留空气的危害，排气阀的位置要合理，水平安装的液压缸，其位置应设在缸体两端部的上方，锤子安装的液压缸，应设置在端盖的上方，均应与压力腔相同，以便安装后调试前排出液压缸内的空气，由于空气比油轻，总是向上浮动，不会让空气又存积的残留死角。3.5、液压缸连接螺栓的选择图3-9水箱受力示意图由图3-9分析可知，当活塞处于系统最大压力P1时，如果受负荷为最大值F1（活塞伸出时的压力），由于油压P1作用，缸体收到F1相反的力F，力F使缸体与固定水箱侧板有脱离的趋势，且F=F1，故液压缸安装连接尺寸，取12个螺栓均匀分布的连接方式，如图3-10所示：参考文献（6）中表5-1-50，对螺栓组进行受力分析。各螺栓的截面直径一样，各螺栓受均匀的拉力(3-28)F1—联接的外载荷。Z螺栓的数量。图3-10螺栓联接分布图预紧力P0应满足紧密性要求，，其中，预紧系数K0值查文献（6）表5-1-54，取K0=2。参考文献（6）中表5-1-51，螺栓为预紧联接，受轴向载荷，且为变载荷，故螺栓的总拉力为：式中，Kc—螺栓的相对刚度系数，查文献（6）表5-1-55，取Kc=0.2.故单个螺栓的直径为：(3-29)式中--螺栓材料的屈服极限，此设计取Q235-A钢，查文献（6）中表5-1-57，知=235Mpa。n—安全系数，控制预紧力时，n=1.2~1.5，此处取n=1.3.取标准值d=38mm，查文献（6）中表5-1-77，选用六角头螺栓：螺栓GB/5782M38X100，其材料选用Q235-A钢，12个螺栓均匀分布于液压缸端部的法兰盘上，与之配合的螺母选定为：螺母GB6175-2000M38.4、水箱的设计4.1水箱总述水箱用钢板焊成，既是存水容器，又是主油缸住混凝土缸的支持连接件。其上面有盖板，打开盖板可以清洗水箱内部，切可以观测水位。在推送机构工作中，水在混凝土缸活塞候补随着混凝土活塞来回流动，其起的租用主要是：清洗作用没清洗混凝土缸壁啥办法内粗推送后残存的灰浆，以减少缸壁和活塞的磨损；隔离作用，防止主油缸泄露出来的液压油进入混凝土而影响混凝土质量；冷却润滑作用，冷却润滑混凝土缸橡胶活塞、活塞杆及活塞杆密封部位。在水箱盖定位槽上安装有接近开关，左右各有一个，接近开关实质是一个位移传感器，当吸入行程的主油缸上的感应套运行到接近开关的有效工作区域时，接近开关动作，主油缸及分配阀换向电磁铁得电，从而实现自动换向。接近开关地面与感应套的间隙应保持在3~5mm之间，距离太大感应无效；太小则感应套可能被撞坏接近开关。接近开关纵向位置应尽可能的靠后，以充分利用主油缸活塞行程，但以主油缸活塞不撞缸为原则。接近开关安装错位，感应距离太大，油污粘结在开关底面，或水温过高，都可能产生误动作。4.2水箱总体尺寸的确定水箱的容积要求其能容纳足够多的水以清洗混凝土缸壁上的灰浆，为了保证这一点，必须使混凝土缸背部入水后，水面仍能满过混凝土缸的上边缘。水箱示意图如图4-1所示：根据水箱的布置及整机结构限制，初定水箱高度H=500mm，宽度B=400mm，再由混凝土缸径D=220mm，行程1600mm，确定水箱的长度。由：(4-1)得，考虑卡式接头及混凝土缸和主油缸活塞连接所占用的水箱体积，以及一些其它辅件所占用水箱的体积，应对水箱的尺寸做适当的扩大，取A=800mm。图4-1水箱示意图水箱体积：(4-2)连接部分所占的体积：(4-3)故实际可容纳水：(4-4)考虑到其它附件所占体积，定水箱实际容积为V=157L。水箱与机架其它部分结构尺寸示意图：图4-2水箱结构尺寸图水箱主要受力板为图4-2所示的1、2两块侧板，其结构如图图十五所示，其主要受力如图4-3所示：图4-3水箱侧板示意图图4-4水箱侧板受力简图（1）按受剪估算受力板厚度t查文献（5）中取法兰直径=325mm，如图4-5所示：根据文献（12）受剪计算：(4-6)即图4-5水箱侧板剪力计算示意图故而所以t即可。式中，F1活塞伸出时的推力，Nd1主油缸法兰盘直径，mQ235钢的剪切极限，差得其值为125Mpa（2）按受弯矩计算受力板的厚度t由于两缸交替作用，故按受一个力的作用计算，简化为简支梁，其弯矩图如图4-6所示;A处反力：B处反力：C处弯矩：图4-6受力板弯矩图D处弯矩：E处弯矩：比较C、D、E三处弯矩，容易看出C处弯矩最大，但实际所受最大弯矩应该在D或E处，由以上计算可看出E处弯矩比D处大，故以E处弯矩校核，即(4-7)根据文献（12）弯矩校核计算：(4-8)而对于矩形受力板：(4-9)故：考虑到受力不均等其他因素，应适当加厚板的厚度，取定受力板厚t=60mm。5、混凝土缸及卡箍的设计5.1、混凝土缸长度及缸型的确定图5-1混凝土缸示意图根据设计要求，所设计的HBT100混凝土泵的混凝土缸径为220mm，行程为1600mm。混凝土缸实际长度包括两端定位孔的长度，其中混凝土缸与水箱和料斗的定位孔长度分别为50mm和30mm，活塞长度是150mm，混凝土缸尺寸分布图如图5-1所示。总长=50+150+1600+30=1830mm混凝土缸壁厚按油缸受压强度16Mpa来选择确定。查文献（5）中表17-6-9工程用液压缸外径系列，内径d=220mm时，可取外径为255mm，考虑到混凝土缸的压力要远远小于液压缸压力，故可是当的缩小其外径尺寸以降低制造成本，取其外径为D=245mm。混凝土缸用内径d=220mm，外径D=245mm的无缝钢管制成，由于其长期与水及混凝土接触，因此，在混凝土缸的内壁镀有层硬铬，以提高其耐磨性及耐腐蚀性，通常内壁镀硬铬层厚度为0.2~0.3mm，其