毕业设计（论文）-工程车辆运输车总体结构及液压系统设计

图书分类号：密级：课程设计说明书工程运输车及液压系统设计 学生姓名学号班级指导教师专业名称学院名称2023年12月3日课程设计说明书整机结构设计与分析2.1基本参数翻斗翻转角度：0-45°卸料重量：3T整机自重：2T（翻斗组件自重300kg）2.2整机机械结构设计分析图2.1工程运输车整体结构示意图翻斗组件2-后门组件3-架体组件4-销轴5-后轮组件6-油缸7-马达传动齿轮组件9-液压组件10-前轮组件11-车头组件工程运输车的整机结构如上图2.1所示。整机由翻斗组件、后门组件、架体组件、销轴、后轮组件、油缸、马达、传动齿轮组件、液压组件、前轮组件和车头组件等11部分组成。整个机构动力由液压泵站系统9驱动，首先通过泵站驱动前轮左右马达7，马达经过传动啮合齿轮把动力传递给前轮组件进行前进，设置两个马达，用于控制左右轮子的前进，这样可以实现转弯、前进和后退等功能，控制马达正反转，进而实现了整机的前进与后退；同时，泵站驱动油缸6的伸出，实现翻斗组件的卸料。2.3受力分析图2.2工程运输车受力图经过分析可知，翻斗卸料在初始位置时，油缸受驱动力最大，分析此时的最大力，对油缸进行计算和选型。已知：翻斗组件自重和物料总重G1=（300+3000）×10=33000N，回转中心为O，L1=890mm，L2=363mm。油缸受力为F1。对O点分析，力矩和为零可知：所以：有：3液压系统的设计分析与计算3.1液压系统基本参数系统压力：27MPa系统流量：80L/min翻斗翻转角度：0-45°卸料重量：3T整机自重：2T（翻斗组件自重300kg）3.2液压系统原理图的设计图3.1液压系统原理图3.3液压系统原理图的分析本系统中，由泵1供油，泵1把排出来的一定排量的油液供给给整个支路，油液到达三位四通电磁换向阀11.1、11.2和11.3的中位P口，此时中位截止，油液不通。翻斗翻转系统：当三位四通电磁换向阀11.1的2YA通电，此时油液从换向阀11.1的P口经过换向阀的右位到达换向阀的A口，然后油液从A口经过叠加式双向液压锁12.1和叠加式双向节流阀13到达翻斗翻转油缸组的无杆腔，推动油缸缸杆伸出，进而控制翻斗升起动作；当三位四通电磁换向阀11.1的1YA通电，此时油液从换向阀11.1的P口经过换向阀的左位到达换向阀的B口，然后油液从B口经过叠加式双向液压锁12.1和叠加式双向节流阀13到达翻斗翻转油缸组的有杆腔，推动油缸缸杆缩回，进而控制翻斗收回。整个系统中先导式电磁溢流阀7的作用是调节系统的压力，同时还能实现卸荷功能；叠加式双向液压锁12.1的作用是完成升起或者收回的时候能锁死油路，防止误动造成安全事故；叠加式双向节流阀13的作用是调节升起和收回的速度，溢流阀15设定安全压力，当油缸超过安全压力后溢流，进而保护油缸组，蓄能器10的作用是在工作时候如发生油路震荡和冲击，蓄能器会吸收震荡，稳定油路，同时蓄能器还可以在系统压力较高的时候储存压力，当油路压力欠压的时候充当一个补油泵给系统短时间的提供动力油源，采用伺服变量泵3可以根据负载反馈，调节泵的排量，使得泵的排量始终适配执行机构动作，减少了能量浪费，油路中设置信号传感器，及时反馈油路的动态参数传递到PLC，进而通过控制器控制整个油路进一步动作。左行走系统：当三位四通电磁换向阀11.2的4YA通电，此时油液从换向阀11.2的P口经过换向阀的右位到达换向阀的A口，然后油液从A口经过叠加式双向液压锁12.2到达液压马达14.1的左腔，驱动马达顺时针旋转，进而控制前轮前进；当三位四通电磁换向阀11.2的3YA通电，此时油液从换向阀11.2的P口经过换向阀的右位到达换向阀的B口，然后油液从B口经过叠加式双向液压锁12.2到达液压马达14.1的右腔，驱动马达顺逆针旋转，进而控制前轮后退。整个系统中先导式电磁溢流阀7的作用是调节系统的压力，同时还能实现卸荷功能；叠加式双向液压锁12.2的作用是当不需要行走的时候锁死油路，防止误动造成安全事故；蓄能器10的作用是在工作时候如发生油路震荡和冲击，蓄能器会吸收震荡，稳定油路，同时蓄能器还可以在系统压力较高的时候储存压力，当油路压力欠压的时候充当一个补油泵给系统短时间的提供动力油源，采用伺服变量泵3可以根据负载反馈，调节泵的排量，使得泵的排量始终适配执行机构动作，减少了能量浪费，油路中设置信号传感器，及时反馈油路的动态参数传递到PLC，进而通过控制器控制整个油路进一步动作。右行走系统：当三位四通电磁换向阀11.3的6YA通电，此时油液从换向阀11.3的P口经过换向阀的右位到达换向阀的A口，然后油液从A口经过叠加式双向液压锁12.3到达液压马达14.2的左腔，驱动马达顺时针旋转，进而控制前轮前进；当三位四通电磁换向阀11.3的5YA通电，此时油液从换向阀11.3的P口经过换向阀的右位到达换向阀的B口，然后油液从B口经过叠加式双向液压锁12.3到达液压马达14.2的右腔，驱动马达顺逆针旋转，进而控制前轮后退。整个系统中先导式电磁溢流阀7的作用是调节系统的压力，同时还能实现卸荷功能；叠加式双向液压锁12.3的作用是当不需要行走的时候锁死油路，防止误动造成安全事故；蓄能器10的作用是在工作时候如发生油路震荡和冲击，蓄能器会吸收震荡，稳定油路，同时蓄能器还可以在系统压力较高的时候储存压力，当油路压力欠压的时候充当一个补油泵给系统短时间的提供动力油源，采用伺服变量泵3可以根据负载反馈，调节泵的排量，使得泵的排量始终适配执行机构动作，减少了能量浪费，油路中设置信号传感器，及时反馈油路的动态参数传递到PLC，进而通过控制器控制整个油路进一步动作。3.4系统压力的确定额定负载为F1=80909N,系统工作压力由设备类型、载荷大小、结构要求和技术水平而定，还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济;反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。系统工作压力高，省材料，结构紧凑，重量轻，是液压的发展方向，但要注意治漏、噪声控制和可靠性问题的妥善处理。具体选择参考表3-1，3-2。表3-1按载荷选择工作压力载荷/kN＜55～1010～2020～3030～50＞50工作压力/MPa＜0.8～11.5～22.5～33～44～5≥5表3-2各类设备常用的工作压力设备类型压力范围/MPa压力等级说明设备类型压力范围/MPa压力等级说明机床、压铸机、汽车＜7低压低噪声、高可靠性系统油压机、冶金机械、挖掘机、重型机械21～31.5高压空间有限、响应速度高、大功率下降低成本农业机械、工矿车辆、注塑机、船用机械、搬运机械、工程机械、冶金机械7～212中压一般系统金刚石压机、耐压试验饥、飞机、液压机具＞31.5超高压追求大作用力、减轻重量综上可知，考虑到本机实际，取系统额定工作压力27MPa。3.5油缸结构尺寸计算设计多级驱动的油缸时，只需计算最小面积的驱动力即可，因为小面积的二级驱动可实现，那么大面积的一级驱动定会实现。3.5.1二级缸径设计计算缸径一般指的是油缸的缸筒的内径，它的大小决定了受压的截面积的大小，同时决定了液压油缸的运行的速度。油缸一般工作的时候回油的油路会和油箱接通的，接通后回油管的油压就是和油箱的油压是一样的，此时回油的油液压力一般为PO=0，已知二级缸筒受到额定载荷为80909N，额定工作压力P=27Mpa，则缸筒内径：D==参照标准系列表，取D=63mm其中：D——缸筒的内径F1——液压缸最大推力P——液压缸最高工作压力η——液压缸总效率，通常取η=95%3.5.2二级缸筒壁厚设计计算当壁厚δ＞油缸内径的时候，即δ＞时，按厚壁筒公式计算：δ=当壁厚δ小于或等于油缸的缸径D的时,按薄壁筒公式计算,δ=式中：P——液压缸最大工作压力（MPa）[σ]——许用应力（Mpa），[σ]=，其中，σb为材料强度极限，n为安全系数；通常取n=3.5～5，δ——缸筒的壁厚（mm）查阅相关资料可得，45号钢的σb=600Mpa，中大型的工况，所以它的安全系数取3，对应的[σ]=。薄壁公式计算：δ≥用薄壁筒公式正确。考虑留有加工余量，取δ=6缸体外径尺寸：D1＝D+2＝63+2×6＝75mm3.5.3三级缸杆设计计算首先根据速比的表选定速比因为油缸的公称压力为27MPa,选取速比为2通常是由速比μ得出计算出的，速比的定义是液压油缸收缩的速度与液压油缸伸出的速度之比，即：μ=。速比通常都是大于1的，如果速度比越大，那么油缸的活塞杆杆径就会越大越大，这样就会越有利于活塞杆的稳定性，一般情况下，μ在1.25～2范围内变化。考虑到活塞杆的稳定性和强度以及上表中的压力，取μ=2。d=D式中：d——活塞杆外径D——缸筒内径μ——速度比圆整并参考缸杆尺寸标准，取：d=45mm；综上可知：三级缸杆的直径d=45mm，二级缸筒的内径为63mm，二级缸筒的外径为75mm。3.6液压泵的选型1、泵的压力的确定（1）确定液压泵的最大工作压力Pp式中：P1—液压系统最大工作压力；P1=27MPa—进油路上总压力损失，=0.5MPa（简单系统0.2-0.5MPa，复杂系统0.5-1.5MPa）则：≥27+0.5=27.5MPa∵所选泵的最大压力一般要比最大工作压力大25%～60%∴选取的液压泵要求压力为2、液压泵流量的确定式中：K—系统泄露系数，一般取K=1.1～1.3，这里取K=1.2；—高压系统液压元件最大总流量，=80L/min（根据回路经验值）则：=1.2×80=96L/min故选择液压泵供油，型号为A10VSO71的变量泵，压力自适应负载变化，最高压力35MPa，最大流量107L/min(考虑损失以及震荡，泵流量能力需大于系统最大流量)。3.7电机功率的确定驱动功率为：式中：—泵最大压力，=35MPa—泵最大流量，=107L/min—总效率，=0.95则：电动机一般允许在短时间内超载0-25%，因此，取电机的功率为75KW。故根据《机械设计手册》第五卷，变频电机选定Y280S-4型三相异步变频电动机，其额定功率为75KW，同步转速为1500r/min3.8油箱容积计算油箱容量可按下面的经验公式计算得到;也可按系统发热温升计算公式确定。V=ξQp式中:V-油箱的有效容积(L);Qp-液压系统的额定流量(L/min);ξ-与系统压力有关的经验系数:低压系统ξ=2~5,中压系统ξ=5~7,高压系统ξ=10~12。对于行走机械或经常间断作业的设备，系数取较小值;对于安装空间允许的固定机械，或需借助油箱顶盖安放液压泵和电动机和液压集成装置时，系数可适当取较大值。由上式可知V=ξQp=10×80=800（L)又因液压油箱油液基本占据油箱2/3，所以油箱要比计算值大10%-25%所以，油箱设计为1000L油箱具体尺寸根据实际工况进行设计，总体积可以≥1000L表3-3油箱容量JB∕T7938-199946.310254063100160250315400500630800100012501600200031504000500063000图3.2油箱结构示意图3.9管路的设计依据工作压力、工作环境和液压装置的总体布局，对于具有不同管路长度的刚性连接，一般使用硬管。由于硬管流动阻力小，安全可靠性高且成本低，油管与执行机构的运动部分并未一起。所以初步选用硬管（钢管），材料为钢。

管道内径一般根据所通过的流量和允许流速，按下式计算：δ≥式中q—通过油管的最大流量;ν—油管中允许流速;d—油管内径;δ—油管壁厚;p—管内最高工作压力;σb—管材抗拉强度;n—安全系数。主吸油管：油液流经吸油管时允许流速为0.5-1.5m/s，取v=1.5m/s，吸油管初步选择为10号冷拔无缝钢管，钢管外径为35mm，吸油管管壁厚取5mm。管接头第一类为压油管与泵吸油口连接，选择法兰连接，型号尺寸同泵进油口；第二类为管道与管道之间，选择直接焊接；第三类为管道与油箱表面之间，采用法兰盘。同理可以计算出：回油管钢管外径25mm，壁厚3mm系统中压力管外径22mm，壁厚2mm。3.10液压元件选择各种阀门选型应该根据标准液压手册中列出的零件型号进行选择。各类阀门的额定压力和额定流量应接近其工作压力和最大流量，最大流量不得超过额定流量的20%。选择安全阀，以确保液压泵的总流量。此外，所有的压力阀都必须具有适当的压力控制范围，以使额定工作压力不高于工作压力。流量阀和阀门的最小恒定流量满足液压系统执行器的最小稳定速度。选择节流阀时，实际流量不得低于阀门额定流量，避免过度偏差误差（或恢复误差）。过滤精度应注意允许通过的流量满足系统使用和清洁回路；流量容量应大于或等于实际流量的两倍；过滤器的耐受压力应大于其安装现场的系统压力；适用场合一般根据产品样例检查职业代码描述。其余各阀的选择应注意系统最大压力和最大流量值，所选取型号规格要略大于最大压力和流量。表3-4各液压元件型号选择序号液压元件名称型号数量1吸油过滤器XU-16012精过滤器GU-H1013电机Y280S-414变量柱塞泵A10VSO7115先导式溢流阀DBW1016回油过滤器RF17三位四通电磁换向阀4WE10Y38蓄能器NXQ19单向阀S10110叠加式双向节流阀Z2FS10111冷却器SL-304112液位计YWZ113空气滤清器QUQ3114压力