混凝土輸送泵車臂架系統(tǒng)設(shè)計【37米】
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摘 要
混凝土泵車是通過管道依靠壓力輸送混凝土的施工設(shè)備，它能一次連續(xù)地完成水平輸送和垂直輸送，工作強(qiáng)度極大。而臂架系統(tǒng)是混凝土泵車重要的工作部件之一，要求臂架系統(tǒng)具有較高的整體剛度和強(qiáng)度、良好的工作適應(yīng)性和可靠性。泵送系統(tǒng)要有較強(qiáng)的泵送能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。
本文主要針對泵車臂架系統(tǒng)及其配管、液壓驅(qū)動系統(tǒng)及泵送電氣控制進(jìn)行了設(shè)計。制定了臂架系統(tǒng)設(shè)計方案以及相關(guān)元件選型方案，確定了相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，運(yùn)用CAD畫圖軟件進(jìn)行相關(guān)圖紙的繪制。
本文分析了泵車泵送系統(tǒng)的特點，針對泵車的臂架系統(tǒng)以及泵送系統(tǒng)的液壓回路進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)行了相關(guān)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，并根據(jù)泵送系統(tǒng)的控制要求，進(jìn)行了基于PLC的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：泵車 CAD 液壓系統(tǒng) 電氣控制
ABSTRACT
The concerte pump truck is one of construction facility that transport concrete by virtue of press throuth the pipe and it can transport the concrete with horizontal and vertical continuously.Its work strength is very high.The arm system is one of the very important equipment in concrete pump.It must have high strength and stiffness, good working adaptability and reliability. Pump system need have strong pump ability and stability .
This paper designed the arm system、turret、pump system and electrical control. Developed boom system design and component selection program to determine the structural parameters, the use of CAD drawing software drawing drawings.
This paper analyzes the characteristics of the pump pumping system, designed for the hydraulic circuit of the pump truck boom system and a pumping system, a member of the strength check, according to the control requirements of the pumping system, based on PLCelectrical control system design
Keywords: Concrete pump CAD Hydraulic system Electrical control system
目 錄
第一章 緒論 1
第二章 臂架系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計 5
2.1臂架箱型結(jié)構(gòu)分析 5
2.2臂架鋼板及焊接性能 5
2.2.1鋼板性能 5
2.3臂架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 7
2.3.1第五臂架設(shè)計 7
2.3.2第四臂架設(shè)計 9
2.3.3第三臂架設(shè)計 11
2.3.4第二臂架設(shè)計 13
2.3.5第一臂架設(shè)計 14
2.5連桿的受力 16
2.5.1直連桿二設(shè)計及應(yīng)力校核 16
2.5.2彎連桿二設(shè)計及應(yīng)力校核 17
2.6臂架1號液壓缸的詳細(xì)設(shè)計 17
2.6.1液壓缸的結(jié)構(gòu)選型 17
2.6.2活塞桿內(nèi)徑及缸徑計算 18
2.6.3活塞及其密封的設(shè)計 20
2.6.4活塞桿的設(shè)計 22
2.6.5安裝連接元件 24
2.6.6連接油口設(shè)計 25
第三章 泵送機(jī)構(gòu)設(shè)計 26
3.1管路長度及泵送阻力計算 26
3.2 泵送壓力計算 27
3.3活塞桿設(shè)計 27
3.4限位油缸的設(shè)計 28
3.5擺搖機(jī)構(gòu)的設(shè)計 28
第四章 泵送PLC自動控制 30
4.1 泵送系統(tǒng)液壓回路 30
4.2泵送系統(tǒng)電氣自動控制 34
4.2.1 泵送系統(tǒng)的PLC控制回路的設(shè)計 34
4.2.2 硬件選型圖 34
4.2.3 PLC流程圖 35
第五章 結(jié) 論 36
第六章 致 謝 37
第七章 參考文獻(xiàn) 38
第一章 緒論
2010年我國工程機(jī)械總產(chǎn)值達(dá)4000億人民幣，在十二五期間,我國工程機(jī)械行業(yè)產(chǎn)值年均增長率達(dá)17%，到2015年,工程機(jī)械行業(yè)總產(chǎn)值有望突破9000億元。在工程機(jī)械領(lǐng)域,混凝土泵車是一種重要的設(shè)備,廣泛應(yīng)用在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上,尤其在大型建筑中,例如高樓、水利設(shè)施、橋梁等,以其低消耗、低成本、施工周期短、高質(zhì)量、高效率、機(jī)動靈活等優(yōu)點,逐漸成為我國基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備。
混凝土泵車是工程機(jī)械中結(jié)構(gòu)復(fù)雜,包含液壓、復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu),由于工作環(huán)境惡劣導(dǎo)致售后服務(wù)難度大,維修成本高,在目前高速發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域,因機(jī)械故障引起的人員傷亡和財產(chǎn)損失持續(xù)上升如何建立完善的工程機(jī)械故障診斷服務(wù)體系,己經(jīng)成為當(dāng)前工程機(jī)械領(lǐng)域面臨的重大難題。
1.1混凝土泵車的發(fā)展概況
自從水泥發(fā)明以后,混凝土輸送與澆注就一直是人們研究的對象,傳統(tǒng)的建筑施工方式是采用吊斗,效率低,不能滿足現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展要求,二十世紀(jì)初期歐洲就一直在研究混凝土輸送泵,但效果不佳,未能得到推廣應(yīng)用,直到二十世紀(jì)五十年代德國施維英公司才生產(chǎn)了世界上第一臺液壓驅(qū)動的拖式混凝土輸送泵得到了迅猛發(fā)展,結(jié)構(gòu)不斷完善,泵送能力也不斷增強(qiáng),到目前為止,混凝土泵送高度最高已達(dá)532m,泵送最長水平距離大2015m,最大理論泵送量達(dá)200m3/h,極大地提高了生產(chǎn)效率,尤其是在高層建筑施工中,己成為必備的設(shè)備,但是,在使用過程中,人們逐漸發(fā)現(xiàn)了托泵的一些局限性:準(zhǔn)備工作量大,管道出口不斷移動,工作量大,設(shè)備利用率低等。針對托泵的這些不足,在二十世紀(jì)七十年代,研制出了集行駛、泵送、布料功能于一體的混凝土泵。
1.1.1混凝土泵車國外發(fā)展概況
早在20世紀(jì)初,德國就取得了混凝泵的專利權(quán),隨后德國成為了世界上混凝土泵車最大成產(chǎn)地之一"1927年,德國工程師弗瑞茨.海爾成功設(shè)計了第一臺混凝土泵車,并成功應(yīng)用于生產(chǎn)"二戰(zhàn)之后,各國經(jīng)濟(jì)逐漸恢復(fù),基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大,混凝土泵車的市場需求不斷增加,從而促進(jìn)了混凝土泵車的發(fā)展。1930年,德國制造出了立式單缸球閥活塞泵"之前的混凝土泵都是在模擬水泵而生產(chǎn)的,工作性能較差,使用價值不大"1932年,荷蘭人庫伊曼將立式缸改成了臥式缸,制造了庫伊曼型混凝土泵,成功解決了混凝土泵的構(gòu)造原理問題,大大提高了混凝土泵的可靠性,為現(xiàn)代混凝土泵技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),此后,混凝土泵進(jìn)入了小規(guī)模的使用階段"1959年,聯(lián)邦德國的施文英(SChwing)公司生產(chǎn)出第一臺全液壓的混凝土泵,其動力源是液壓系統(tǒng),活塞運(yùn)動和閥門開關(guān)以及混凝土的輸送都是靠液壓來驅(qū)動"這種泵功率大,泵送排量大,輸送距離遠(yuǎn),并可進(jìn)行無級調(diào)節(jié)"泵的活塞還可逆向動作,減少了混凝土泵的堵塞,使混凝土泵的設(shè)計、制造和泵送施工技術(shù)日趨完善,此后,混凝土泵進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段。
德國作為生產(chǎn)混凝土泵車的強(qiáng)國,擁有一批規(guī)模大、技術(shù)水平高的混凝土泵車制造企業(yè),樸茨邁斯特(Putzmeister)公司是混凝土泵先進(jìn)技術(shù)的代表,它是世界著名的建筑機(jī)械制造商之一,因其專利技術(shù)一一C型閥而著稱,所以在中國又叫大象公司,其成立于1985年,主要從事開發(fā)、生產(chǎn)混凝土泵車、托泵等。其混凝土泵車特點:臂架折疊方式多為M型;泵送排量大、規(guī)格多;支腿型式主要采用X型支腿、前擺式多級伸縮支腿。1934年,德國施維英(SCHW工NG)公司建立,其主要生產(chǎn)四種產(chǎn)品:混凝土攪拌站、混凝土攪拌車、混凝土泵車和混凝土回收站。中國上海施維英機(jī)械制造有限公司創(chuàng)立于1995年,其生產(chǎn)的泵車臂架長度范圍16～61米之間,臂架大多是4節(jié)、結(jié)構(gòu)靈活輕巧。分配閥有兩種:S閥和群閥。日本石川島重工于1950年研制出了第一臺混凝土泵車,其技術(shù)主要來源于德國陶克萊特公司。之后，三菱公司引進(jìn)了德國施維英公司的技術(shù),開始成產(chǎn)混凝土泵。除了以上兩家企業(yè)外,極東開發(fā)(KyoKuto)、新瀉鐵工、營場(Kayaba)、光澤(Koyo)等企業(yè)生產(chǎn)水泥混凝土泵車振動性能與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。
1.1.2混凝土泵車國內(nèi)發(fā)展概況
1979年改革開放之后,我國從日本進(jìn)口混凝土泵車并應(yīng)用在上海寶鋼建設(shè)中。1982年,湖北建設(shè)機(jī)械廠生產(chǎn)了我國第一輛混凝土泵車,其技術(shù)來源于日本“石川島”。隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展,混凝土泵車需求量不斷增加,國內(nèi)的泵車生產(chǎn)廠家如雨后春筍,發(fā)展很快。但是，泵車上的關(guān)鍵零部件還是主要從國外進(jìn)口,國內(nèi)的幾大生產(chǎn)廠家主要從意大利、日本、德國引進(jìn)臂架等。近些年來,隨著國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,進(jìn)口零部件開始減少,逐漸形成了以自主生產(chǎn)為主和進(jìn)口為輔的配套模式。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,國內(nèi)混凝土泵車生產(chǎn)廠家的設(shè)計水平、制造能力、工藝水平得到了很大提高。目前,我國混凝土泵車生產(chǎn)領(lǐng)域呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢,大型企業(yè)主要有:三一重工、中聯(lián)重科、徐州工程機(jī)械廠、湖北建設(shè)、安徽星馬等,這些企業(yè)的年產(chǎn)量占據(jù)著全行業(yè)生產(chǎn)總值的百分之九十。2000年是我國泵車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個轉(zhuǎn)折點,從1999年國內(nèi)泵車銷量50輛增加到2003年的1000輛。其中三一重工在2000年前就開始這首自主生產(chǎn)長臂架泵車,并取得很大的成就，逐漸成為國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)長臂架企業(yè)的標(biāo)桿。如圖1所示為三一重工生產(chǎn)的混凝土泵車。
圖1 37米混凝土泵車實物圖
1.2 混凝土泵車臂架的研究現(xiàn)狀
混凝土泵車臂架是泵車結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件,由于泵車工作環(huán)境惡劣,臂架結(jié)構(gòu)復(fù)雜,受力多樣,導(dǎo)致臂架常常發(fā)生開裂甚至斷裂,發(fā)生機(jī)毀人亡的事故。在臂架系統(tǒng)方面,泵車的作業(yè)范圍受臂架長度的制約,臂架的長度決定其施工面積的大小,影響著泵車的施工效率"但是并不是臂架越長越好,因為隨著臂架長度的增加,要求車輛的地盤尺寸越大,在施工過程中需求的施工場地很大,且影響臂架的靈活性。總之,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步,臂架結(jié)構(gòu)朝著更長更智能的方向發(fā)展。在1970年前后,國際上主流混凝土泵車臂架長度大都在30米左右,到了九十年代又以37米長度的臂架為主流,最近幾年,45米左右長度的臂架受到市場的普遍歡迎。目前,三一重工生產(chǎn)出了72米長度的臂架,成為世界之最。為了適合在狹窄空間施工作業(yè)的需要,國內(nèi)外廠家普遍采用Z形、M形等多節(jié)臂折疊方式和單側(cè)支撐技術(shù),使得作業(yè)更加靈活,更便于狹窄施工場所作業(yè)。
因此,在要求臂架系統(tǒng)滿足剛度、強(qiáng)度的同時,對靈活性、可靠性以及動態(tài)特性也有很高的要求。這些對于設(shè)計者來說一直是重點和難點問題。目前,對臂結(jié)構(gòu)的研究狀況主要有以下幾點:
1.利用仿真手段對臂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析和屈曲分析,靜力分析主要是對臂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核,為臂架結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論指導(dǎo);屈曲分析主要是對臂架結(jié)構(gòu)中由連桿和油缸組成的六連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性分析,計算出連桿機(jī)構(gòu)的臨界載荷大小,為臂架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。
2.利用仿真手段對臂架結(jié)構(gòu)各性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,就是以混凝土泵車臂架結(jié)構(gòu)為研究對象,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和有限元分析等方法,對泵車臂架系統(tǒng)主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,建立起結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)與變形!應(yīng)力和固有頻率等參數(shù)之間的分線性全局映射關(guān)系,求出結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題所需目標(biāo)函數(shù)的近似值,從而完成泵車臂架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。
3.基于虛擬樣機(jī)的泵車臂架系統(tǒng)的動力學(xué)分析!運(yùn)動學(xué)分析和振動分析,在三維繪圖軟件里建立臂架結(jié)構(gòu)模型可以進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析,可以對連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,而且針對泵車在工作過程中臂架結(jié)構(gòu)劇烈振動的問題,可以利用ADAMS分析軟件建立臂架結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型,進(jìn)行振動特性動態(tài)相應(yīng)分析。
4.利用液壓仿真軟件,對液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,獲得液壓系統(tǒng)與臂架結(jié)構(gòu)振動性能之間的關(guān)系,利用高級建模仿真軟件AMESim對液壓油缸進(jìn)行仿真分析,獲得泵車泵送系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)對臂架結(jié)構(gòu)振動特性的影響規(guī)律。
5.開發(fā)混凝土泵車智能臂架,實現(xiàn)臂架末端澆注位置和臂架在姿態(tài)變化時運(yùn)動軌跡的計算機(jī)精確控制。目前泵車臂架只能由操作者直接拄制每一節(jié)臂架的動作,使臂架運(yùn)動到理想的工作位置。
1.3 混凝土泵車發(fā)展趨勢
隨著技術(shù)的更新進(jìn)步,泵車的發(fā)展表現(xiàn)在以下幾個方面:
在泵送系統(tǒng)方面。由于一些大型工程的施工需要,為滿足在短時間內(nèi)澆注大量混凝土的需要,泵車的泵送排量不斷增大"上世紀(jì)九十年代,混凝土泵車?yán)碚撆帕恳话阍?0m3/h,而現(xiàn)在混凝土泵車?yán)碚撆帕慷荚?00m3/h一140m3/h左右,國外最大理論排量達(dá)到20Om3/h。泵送系統(tǒng)配置大直徑的輸送缸(直徑為230mm、260mm、28Omm),具有吸料性能好,換向次數(shù)少的優(yōu)點,不僅較少了磨損,而且降低了運(yùn)營成本。分配閥形式主要采用S管閥"在易損件耐磨性方面,采用新耐磨材料、新工藝、新技術(shù),較好地解決了易損件磨損快、更換頻繁、影響設(shè)備正常施工等問題,使其壽命大大提高。
在節(jié)能技術(shù)方面。目前一般的泵車在任何工作強(qiáng)度下都是同一種耗油模式，因此在某些耗油的工作狀態(tài)下,泵車就會出現(xiàn)高耗油的現(xiàn)象,給資源帶來了極大的浪費(fèi)。針對這種情況,通過計算機(jī)自動判斷符合情況,并自動設(shè)定油耗模式,大大節(jié)約了成本。
在自動化、智能化方面。自動化、智能化是所有設(shè)備追求的目標(biāo),對于環(huán)境惡劣、勞動強(qiáng)度大的混凝土泵送設(shè)備尤其重要。目前，混凝土泵車自動化技術(shù)己取得了一定成就,比如:三一重工的專利技術(shù)圈自動高低壓切換、泵送排量無級調(diào)節(jié)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制等,但這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。今后，混凝土泵車將是電—液高度集成,充分利用數(shù)字控制技術(shù)、智能傳感等技術(shù)的高科技產(chǎn)品,主要以下一些特點:
(1)防堵管控制
堵管式混凝土泵送經(jīng)常遇到的事。堵管若能及早發(fā)現(xiàn)并采取正確的措施,一
般都能排除,但法宣太晚或沒有采取正確的措施,管道就可能堵死,引起長時間的施工中斷,甚至影響建筑質(zhì)量。防堵管控制采用壓力傳感器實時監(jiān)測管道,當(dāng)堵塞發(fā)生時,管道內(nèi)壓力會出現(xiàn)異常,壓力傳感器會講這一異常訊號傳到PLC,PLC將立即發(fā)出警示,同時自動采取疏通措施:先反泵2—3次,然后根據(jù)堵塞的情況調(diào)整泵送參數(shù)后進(jìn)行正泵疏通。由于計算機(jī)自動控制,總能在第一時間內(nèi)采取正確的措施,杜絕堵管的發(fā)生,保障施工順利進(jìn)行。
(2)防傾翻保護(hù)
首先混凝泵車的支腿展開后能自動進(jìn)行地面!支腿位置及整機(jī)水平等一系列檢測，發(fā)現(xiàn)有問題將會報警并鎖住臂架不能展開。臂架在運(yùn)動的時候,PLC仍會時刻監(jiān)控整車的穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)四條腿受力出現(xiàn)不穩(wěn)定情況時,臂架將會自動停止向危險的方向運(yùn)動,同時發(fā)出警示，最大限度保障安全。
(3)故障診斷
由于數(shù)字控制技術(shù)、智能傳感等技術(shù)的發(fā)展,最終將會出現(xiàn)故障自動診斷技術(shù),混凝土泵車將會有個良好的人機(jī)界面"計算機(jī)會對整機(jī)進(jìn)行監(jiān)控,出現(xiàn)問題時,計算機(jī)能自動識別并通過人機(jī)界面與操作者進(jìn)行交流,明確顯示故障的部位及故障的類型。例如，活塞磨損到一定程度,系統(tǒng)會自動提示更換活塞；或者是轉(zhuǎn)速不對、功率不足等等,系統(tǒng)都能自動向操作者提示。
整機(jī)重量方面,由于新材料的應(yīng)用、計算方法及實驗手段更加完善,使得布料臂的設(shè)計更加靈活、自重更輕、性能更強(qiáng)。
第二章 臂架系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計
2.1臂架箱型結(jié)構(gòu)分析
為減輕臂架重量，提高臂架強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性是改善臂架性能的主要途徑?？刹捎酶邚?qiáng)度材料，合理選擇截面形狀，使臂架自重減小，充分利用材料，正確的設(shè)計計算方法往往帶來事半功倍的效果。臂架有多種截面形式，如圖2所示，其中矩形截面是由翼緣板和和腹板焊接而成的。于其它截面相比，矩形截面的制造工藝簡單，具有較好的抗彎能力和抗扭強(qiáng)度。圖（a）的截面型式較好，整個臂架應(yīng)力流暢，無明顯力流阻滯和應(yīng)力集中，而且重量較輕，至于抗扭曲和截面的穩(wěn)定性可以通過焊接橫穿臂架兩側(cè)板的輸送管支撐件來解決。
圖2 臂架箱型結(jié)構(gòu)
2.2臂架鋼板及焊接性能
2.2.1鋼板性能
泵車臂架鋼板采用瑞典SSAB公司的WELDOX960鋼板
WELDOX系列鋼板是瑞典SSAB鋼鐵公司開發(fā)生產(chǎn)的超高強(qiáng)度鋼，集高強(qiáng)度與可焊性、長壽命于一身，WELDOX960作為新一代低合金高強(qiáng)鋼，具有細(xì)晶粒超潔凈度、高均勻性、高強(qiáng)度、高韌性和良好綜合性能的新材料。在國內(nèi)得到了較快的發(fā)展應(yīng)用，主要應(yīng)用范圍：壓力鋼管、采礦設(shè)備礦用自卸車體和汽車起重機(jī)、橋梁、鐵路、帆船龍骨、大的拱梁、斗鏟的頂邊的框架和主要的高韌性部件等領(lǐng)域。重量的減輕，減少了產(chǎn)品的總重量。
3.2.2焊接性能
焊接選取瑞典生產(chǎn)的ED-FK 1000高強(qiáng)焊絲，設(shè)計了WELDOX960高強(qiáng)鋼的混合氣體保護(hù)焊工藝，在預(yù)熱75℃、焊接線能量1.0～1.2KJ/mm、層間溫度80～85℃的條件下進(jìn)行多道焊接。
WELDOX高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板的合金含量低，碳當(dāng)量低，從而可用任何普通的電弧焊方法，就可將其焊在普通結(jié)構(gòu)鋼板上。在焊接WELDOX板時，其目標(biāo)是：在焊接接頭處獲得適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和良好的韌性。
國際焊接學(xué)會推薦的碳當(dāng)量公式為：
隨著碳當(dāng)量的增加，鋼材的焊接性能會變差，當(dāng)值大于0.4%～0.6%時，冷裂紋的敏感性將增大，焊接時需采取預(yù)熱、后熱等系列工藝措施。當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)鋼時，盡量減少冷裂紋的出現(xiàn)（氫裂或延期裂紋）至關(guān)重要。產(chǎn)生裂紋出現(xiàn)的主要原因是在有應(yīng)力出現(xiàn)的口有氫氣存在。
工程機(jī)械的工作工況大多需要承受動載荷及重載荷，對焊縫的要求除強(qiáng)度指標(biāo)外，還要求有較高的韌性。對于焊縫強(qiáng)度的選擇問題，長期以來其高強(qiáng)鋼的焊接大多采用“等強(qiáng)度匹配”，但對于諸如WELDOX系列鋼板，高強(qiáng)鋼，除考慮強(qiáng)度外，還必須考慮焊接區(qū)的韌性和裂紋敏感性。就焊縫金屬而言，強(qiáng)度越高，可達(dá)到的韌性水平往往越低，甚至低于木材的韌性水平。因此，在特殊情況下，對焊縫金屬強(qiáng)度要求可低于母材，或剛度很大的焊接結(jié)構(gòu)，為了減少焊接冷裂紋傾向，可選擇比母材強(qiáng)度低一些的焊接材料。
預(yù)熱
預(yù)熱對平頭焊縫和根部焊道最為重要。焊接過程中和焊接后的溫度越高，則氫氣越容易溢出；鋼板越厚，預(yù)熱的必要性越大，以補(bǔ)償厚板更快的冷卻速度，而且厚板的碳當(dāng)量值更高；對被剛性固定的工件焊接時，預(yù)熱也是必要的；對于不同鋼種的鋼焊接在一起時或焊接材料的碳當(dāng)量比母材高，預(yù)熱溫度由碳當(dāng)量最高的母材或焊接材料決定。
當(dāng)板厚大于時，必須分多層焊接，第一層用ER49-1進(jìn)行打底焊，第二層焊滿，焊接層間溫度控制在150～170℃之間，焊接速度30～36cm/min，電流220～260A,電壓22～28V,送絲速度為7～9m/min。
預(yù)處理
所有焊縫焊前必須保證焊道干燥、清潔，除掉其中表面的油、水、銹和防銹漆，預(yù)熱后必須用鋼刷清理焊縫區(qū)域以清除積碳。焊絲，坡口及坡口周圍范圍內(nèi)必須清理干凈，不得有影響焊接質(zhì)量的鐵銹、油污、水和涂料等異物。對于重要的焊縫，在焊縫兩端應(yīng)設(shè)置尺寸合適的引弧板和引出板時，應(yīng)注意防止在引弧和收弧處產(chǎn)生焊接缺陷。
焊后熱處理
WELDOX只有在設(shè)計規(guī)則有特殊要求時方進(jìn)行焊后熱處理。避免裂紋出現(xiàn)的方法有：焊前預(yù)熱母體材料：確保焊接面的清潔與干燥；選擇含氫量小的焊料；通過良好的焊接順序與工作的合理匹配減少收縮內(nèi)應(yīng)力。
（1） 確保焊接面的清潔和干燥。產(chǎn)生冷裂紋的主要原因時有應(yīng)力存在的焊縫金屬中有氫的存在。焊件在組裝前應(yīng)徹底清除坡口表面及附近母材上的氧化皮、鐵銹、油污、水分等，直至露出金屬光澤并保證清理范圍內(nèi)無裂紋與夾層等缺陷。
（2） 減少構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力。采用合理的焊接順序進(jìn)行裝焊，避免強(qiáng)力組對以減少構(gòu)件的殘余應(yīng)力：焊接組裝時應(yīng)將工件壓緊或墊置牢固，以防止因焊接受熱而產(chǎn)生附加的應(yīng)力和變形。
（3） 焊后消氫處理。在焊接完成后，立即將焊件后熱到150～200,并按每毫米板厚不少于進(jìn)行恒溫處理后緩冷（且總的恒溫時間不得小于），確保焊接接頭中的殘余氫能擴(kuò)散溢出，減少延遲冷裂紋的產(chǎn)生。
（4） 焊后熱處理。進(jìn)行焊后熱處理是為了減少焊接殘余應(yīng)力，高強(qiáng)鋼焊后壁板不進(jìn)行焊后熱處理，熱處理會使接頭的某些力學(xué)性能下降，如：沖擊韌度等。只有在設(shè)計規(guī)則有特殊說明時，方進(jìn)行焊后熱處理。
2.3臂架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
臂架的設(shè)計高度約為40m，設(shè)計應(yīng)該從第五節(jié)臂架依次向前，其載荷有管路的自重、混凝土重量、風(fēng)載、慣性力其外加載荷如人力對末端軟管的拽引等。
輸送管路所用鋼管密度
輸送管路的單位長度重量：
普通混凝土表觀密度。
輸送管路中單位長度混凝土重量：
取末端軟管的長度為，重量為
2.3.1第五臂架設(shè)計
設(shè)計流程圖如3所示。
圖3 臂架五設(shè)計流程圖
人對末端軟管的拽引力折合為
初步取臂架五的鋼板厚度為,由于其為薄壁箱型結(jié)構(gòu)，為懸臂梁。如圖4所示。
圖4 薄壁箱型
由于臂架五的縱向截面非規(guī)則形狀。故估取，
可估算臂架五的單位長度重量：
按臂架五長度為計算，臂架五的總重量為：
臂架五的受力分析如圖5可知，各臂架鉸接處受力最大時，即是該臂架水平時。此時臂架的重心離鉸接點最遠(yuǎn)，油缸的支撐力也是最大。
臂架五鉸接點附近的箱型結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算：
鉸接點附近的箱型：；
臂架的抗彎強(qiáng)度初步計算：
臂架五的鉸接端最大拉應(yīng)力計算：
采用鋼板的抗拉強(qiáng)度為 滿足
圖5 臂架五受力圖
其中，；；；
由Pro/E建模，測算得
由此可得，
動載系數(shù)
即臂架油缸五的最大推力負(fù)載為
實際設(shè)計時，考慮油缸的負(fù)荷裕量，取第五臂架油缸的為的型號。按工程車輛液壓缸的標(biāo)準(zhǔn)選型即可。不再詳細(xì)設(shè)計。
臂架鉸接處用柱銷，尺寸按以下材料性能計算：取材料為SiMn鋼，抗拉強(qiáng)度，屈服點，斷后伸長率，鋼材退火或高溫回火供應(yīng)狀態(tài)布氏硬度，，安全系數(shù)取。
橫向力F作用時，
若柱銷的直徑太小，對臂架的撕裂性顯著增加，因此，可以將此銷的尺寸加大，并作為空心銷，柱銷外徑尺寸定為。
2.3.2第四臂架設(shè)計
臂架四的受力如圖6所示：
圖6 臂架四受力圖
設(shè)計計算方法如同臂架五的設(shè)計。
初定；
臂架四的箱型截面，
鋼板厚度為
單位長度重量
由三維軟件測算得：
；;
由動載荷及油缸裕量，選取臂架四油缸為的型號
臂架間鉸接處用柱銷
柱銷尺寸按以下材料性能計算：取材料為SiMn鋼，抗拉強(qiáng)度σb≥885MPa屈服點σs≥ 735 MPa，斷后伸長率δ5≥ 15%，鋼材退火或高溫回火供應(yīng)狀態(tài)布氏硬度HBS≤ 229
安全系數(shù)取
橫向力F作用時，
因此，柱銷尺寸定為
臂架的抗彎強(qiáng)度初步計算：
鉸接點附近的箱型：；
臂架五的鉸接端最大拉應(yīng)力計算：
滿足鋼板抗拉強(qiáng)度要求。
2.3.3第三臂架設(shè)計
第三臂架為折彎臂架，如圖7所示。
圖7 臂架三
由臂架折疊時空間上避免干涉，故第三節(jié)臂架設(shè)計為折彎式。折彎距離為
相應(yīng)管路也應(yīng)該滿足空間上不干涉的基本要求。
初定臂架三長度為，鋼板厚度為
臂架三的箱型截面，，受力情況如圖8所示。
圖8 臂架三受力圖
；;
由裕量和動載，所以取液壓缸型號為75t
臂架間鉸接處用柱銷
柱銷尺寸按以下材料性能計算：取材料為SiMn鋼，安全系數(shù)取
橫向力F作用時，
因此，柱銷尺寸定為
臂架的抗彎強(qiáng)度初步計算：
；
臂架三的鉸接端最大拉應(yīng)力計算：
采用鋼板的抗拉強(qiáng)度為 滿足抗彎強(qiáng)度，抗扭強(qiáng)度的計算如下：
抗扭截面系數(shù)計算公式如下：
滿足抗扭強(qiáng)度要求。
2.3.4第二臂架設(shè)計
初定臂架長度為，鋼板厚度為
臂架二的箱型截面，，受力如圖9所示。
圖9 臂架二受力圖
；;
所以臂架二的油缸二推力必須大于110t
臂架的抗彎強(qiáng)度初步計算：
；
臂架五的鉸接端最大拉應(yīng)力計算：
采用鋼板的抗拉強(qiáng)度為 滿足抗彎強(qiáng)度。由于臂架三的抗扭合格，因此臂架二的抗扭不用再加以校核。
臂架鉸接用柱銷
柱銷尺寸按以下材料性能計算：取材料為SiMn鋼，安全系數(shù)取
橫向力F作用時，
因此，柱銷尺寸定為
2.3.5第一臂架設(shè)計
初定臂架一長度為 鋼板厚度為10mm
臂架一的箱型截面，，受力如圖10所示。
臂架的抗彎強(qiáng)度初步計算：
；
臂架一的鉸接端最大拉應(yīng)力計算：
采用鋼板的抗拉強(qiáng)度為 滿足抗彎強(qiáng)度。臂架三的抗扭合格，因此臂架一的抗扭不再加以校核。
圖10 臂架一受力圖
油缸推力
因此，油缸的額定推力應(yīng)該大于120t
由各臂架的單位長度估算各臂架重量如表1-1。
表1-1 各臂架重量
臂架重量/kg
臂架一
臂架二
臂架三
臂架四
臂架五
計算過程估取值（按中部截面）
1520
688
588
439
127
Pro/E三維模型測量值
1702
835
604
426
154
其誤差率分別為：
；；
；
表2-2為各臂架油缸額定推力的詳細(xì)計算值和仿真值的統(tǒng)計，分析其誤差率，進(jìn)行數(shù)據(jù)修訂。
表2-2 各臂架油缸載荷
油缸型號/t
油缸一
油缸二
油缸三
油缸四
油缸五
詳細(xì)計算
115
108
71
31
7.6
Pro/E仿真
128
117
72
34
8.8
其誤差率分別為：
；；；
選取臂架油缸按仿真值選取。由于誤差值并沒有超出，故不用再修改臂架的鋼板厚度或者箱型結(jié)構(gòu)。
2.5連桿的受力
連桿編號與油缸編號相對應(yīng)，連桿受力表3-3。
表3-3 連桿受力
連桿受力/KN
連桿二
連桿三
連桿四
連桿五
直連桿
1170
720
340
88
彎連桿
1290
935
403
63
連桿材料的選取，四個直連桿和四個彎連桿均為高強(qiáng)抗拉鋼板焊接而成。鋼板材料為瑞典SSAB公司的WELDOX960鋼板，屈服極限
2.5.1直連桿二設(shè)計及應(yīng)力校核
連桿柱銷尺寸按以下材料性能計算：取材料為SiMn鋼，安全系數(shù)取
橫向力F作用時，
因此，柱銷尺寸定為。
無油軸承直徑，長度，
承壓面積：
最大承載能力為：
而臂架二在臂架一鉸接點處的最大負(fù)荷為，小于軸承能承受的最大承壓能力。其安全系數(shù)，
滿足使用要求。
由于連桿為受壓狀態(tài)，為了保證連桿不被壓潰，在連桿之間設(shè)計了兩道加強(qiáng)筋作為支撐。如圖11所示。
圖11 連桿結(jié)構(gòu)簡圖
2.5.2彎連桿二設(shè)計及應(yīng)力校核
圖12 彎連桿結(jié)構(gòu)簡圖
從圖12可以看出，與直連桿鉸接的孔的承壓面積較小，其尺寸由直連桿寬度和臂架二的內(nèi)側(cè)寬度共同決定。承壓面積：
最大承載能力為：
而直連桿二在直連桿一鉸接點處的最大負(fù)荷為，小于軸承能承受的最大承壓能力。其安全系數(shù)，滿足使用要求。
為了防止彎連桿與油缸二的活塞桿、直連桿二在臂架二運(yùn)動時發(fā)生干涉，將彎連桿二的加強(qiáng)筋設(shè)計為如圖所示的型式，最大限度的保證了其結(jié)構(gòu)的抗彎曲強(qiáng)度。
2.6臂架1號液壓缸的詳細(xì)設(shè)計
2.6.1液壓缸的結(jié)構(gòu)選型
通用型液壓缸典型結(jié)構(gòu)有三種，拉桿型液壓缸、焊接型液壓缸和法蘭型液壓缸。臂架油缸選型：雙作用無緩沖式液壓缸和焊接型液壓缸
焊接型液壓缸缸筒與后端蓋為焊接連接，缸筒與前端蓋連接有內(nèi)螺紋、內(nèi)卡環(huán)、外螺紋、外卡環(huán)、法蘭、鋼絲擋圈等多種形式。焊接型液壓缸的特點是外形尺寸較小，能承受一定的沖擊負(fù)載和嚴(yán)酷的外界工作條件。但由于受到前端蓋與缸筒用螺紋、卡環(huán)或鋼絲擋圈等連接強(qiáng)度的制約，缸筒內(nèi)徑不能太大和額定壓力不能太高。此處臂架油缸設(shè)計選擇內(nèi)卡環(huán)型式
液壓缸的主要性能參數(shù)：公稱壓力，也稱額定壓力，是液壓缸用以長期工作的壓力。國標(biāo)ISO3322-1975取為，最高允許壓力（）、缸筒內(nèi)徑。臂架系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力為31.5MPa,滿足上述要求。
活塞行程：由ISO4393-1978選取L=3230-2014=1216mm，取。
2.6.2活塞桿內(nèi)徑及缸徑計算
據(jù)液壓缸的供油壓力和負(fù)載（推力或拉力），缸筒內(nèi)徑D可按下列公式初步計算：
液壓缸的負(fù)載為推力：(m)
液壓缸實際使用推力（N）
液壓缸的負(fù)載率，一般取
液壓缸的總效率，一般取，取0.9
P液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力。（）
由標(biāo)準(zhǔn)取D=280mm
活塞桿伸出時的理論推力：
當(dāng)活塞桿縮回時的理論拉力：
上式中：D——活塞直徑（缸筒內(nèi)徑）（m）；
d——活塞桿直徑（m）；
——活塞無桿側(cè)有效面積（）；
——活塞有桿側(cè)有效面積（）；
——工作壓力（MPa）；
液壓缸負(fù)載率為實際使用推力（拉力）與理論額定推力（拉力）的比值：
用以衡量液壓缸在工作時的負(fù)載，通常采用 因此滿足使用要求。液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)：缸筒內(nèi)徑D=280,活塞桿內(nèi)徑d=140,按280GB/T2348-93選取混凝土泵車的臂架泵型號初選為：A2FO56，最大流量為112L/min活塞外推時，可達(dá)到的活塞最高線速度：
活塞回縮時，活塞最高線速度由回油速度決定。
其中：——活塞桿外推時的體積流量
——活塞桿內(nèi)拉時的體積流量
活塞桿全部伸出的時間為：，約兩分鐘。
另外，活塞的最高線速度，根據(jù)活塞和活塞桿選用的密封件是有所不同，液壓缸一般
液壓缸的效率
機(jī)械效率，由各運(yùn)動件摩擦損失所造成，在額定壓力下，通常取。
容積效率，由各密封件泄露所造成，裝活塞環(huán)時，
液壓缸主要零部件設(shè)計：
A缸筒：內(nèi)卡環(huán)形式結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸較小?？ōh(huán)削弱了缸筒壁厚，相應(yīng)的需加厚。裝拆時，密封件易被擦傷。為了防止端蓋移動，采用隔套加擋圈或者用螺釘連接，但增加了徑向尺寸。
缸筒設(shè)計計算：
d活塞桿直徑(m)
B缸筒壁厚計算
缸筒壁厚值，可按下式計算：
由，
[δ]缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）材料為27SiMn，材料的屈服強(qiáng)度
——安全系數(shù) 通常取，
根據(jù)液壓缸的重要程度和工作壓力大小等選?。üぷ鲏毫Υ?，可選小一些）此處取n=2
因此由標(biāo)準(zhǔn)值選取，缸筒外徑即可。為340mm
對缸筒材料，一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對焊接的缸筒，還要有良好的焊接性能。
目前，普遍采用的是熱軋或冷拔無縫鋼管?；蛴蓪I(yè)廠提供內(nèi)圓已經(jīng)過研磨和外圓已經(jīng)過精加工的高精度冷拔無縫鋼管，按所需長度切割下料。再根據(jù)與端蓋的連接形式進(jìn)行加工，就可以清洗裝配。
高精度冷拔無縫鋼管規(guī)格
內(nèi)徑，壁厚，內(nèi)徑精度,壁厚差%，表面粗糙度 材料可選為：20，35，45，。
缸筒加工要求：
缸筒內(nèi)徑可選用、或配合，內(nèi)徑的表面粗糙度：當(dāng)活塞選用橡膠密封件密封時，取為；當(dāng)活塞選用活塞環(huán)密封時，取為。
缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度可選取8級或9級精度。
缸筒斷面的垂直度可選用7級精度。
由液壓缸的安裝形式為耳環(huán)型或耳軸型時，后端蓋的耳環(huán)孔徑的中心對缸筒內(nèi)控軸線的垂直度可選取9級精度。
為了防止腐蝕以及其它使用的特殊要求，缸筒的內(nèi)表面鍍鉻，鍍層厚度為，鍍后研磨或拋光。
缸筒底部厚度計算
缸筒底部為平面時，其厚度可以按照四周鑲住的圓盤強(qiáng)度公式進(jìn)行近似的計算，如圖3.16所示。
式中缸筒底部厚度（m）
——計算厚度處的直徑0.25m
設(shè)計中由于要增加通油口，故取底部厚度為80mm，滿足強(qiáng)度要求
2.6.3活塞及其密封的設(shè)計
（1） 活塞的結(jié)構(gòu)形式
常用活塞的結(jié)構(gòu)形式分為整體活塞和分體活塞兩類，活塞的寬度一般由密封件、導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的安裝溝槽來決定。對長行程的液壓缸為了避免負(fù)載的側(cè)向力，可以結(jié)合中隔圈來確定活塞的寬度。
（2） 活塞的密封
活塞的密封選用準(zhǔn)則取決于壓力、速度、溫度和工作介質(zhì)等因素?；钊Ｓ玫拿芊庥虚g隙密封、活塞環(huán)、O型密封圈、Y型密封圈、U型密封圈、V型密封圈等橡膠密封件。選用較多的是以O(shè)型密封圈或特殊的外形輪廓橡膠密封件作為副密封件和聚四氟乙烯主密封件組合在一起使用。這種組合式密封顯著提高了密封性能，降低了摩擦阻力，無爬行現(xiàn)象，具有良好的動態(tài)及靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長、安裝溝槽簡單、拆裝方便。另一個特點是允許活塞外圓與缸筒內(nèi)壁有較大間隙。因為組合式密封能防止密封件擠入縫隙內(nèi)，這就降低了活塞與缸筒的加工要求，如圖13所示。
圖13 T型格萊圈
（3） 活塞的材料
無導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的活塞選用高強(qiáng)度鑄鐵HT200HT300、球墨鑄鐵和青銅等材料。
有導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的活塞：碳素鋼20號、35號及40號。本設(shè)計活塞材料采用40號碳素鋼
（4） 活塞的加工要求
圖14 活塞結(jié)構(gòu)圖
活塞外徑對內(nèi)孔的徑向跳動公差值按7級或8級精度選取。
端面T對內(nèi)孔軸線的垂直度公差值按7級精度選取。
活塞D的圓柱度公差值按9級、10級和11級精度選取。
如活塞有導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)時），活塞外徑D的公差、表面粗糙度等加工要求降低。
導(dǎo)向環(huán)的作用：
活塞的導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)），具有精確的導(dǎo)向作用，并可吸收活塞運(yùn)動時隨時產(chǎn)生的側(cè)向力。
帶導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的活塞，在缸筒內(nèi)運(yùn)動是非金屬接觸。因此，摩擦系數(shù)小，啟動時無爬行。
活塞安裝了導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）后，能改善活塞與缸筒的同軸度，使間隙均勻，故減少了泄漏。
導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）采用耐磨材料，使用壽命長，磨損后易于更換。
導(dǎo)向環(huán)能刮掉雜質(zhì)，防止雜質(zhì)嵌入密封圈。
導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）用填充聚四氟乙烯或纖維復(fù)合材料制成，具有良好的承載能力。
活塞的導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）有嵌入型、浮動型和組合型等三種形式。導(dǎo)向環(huán)如圖3.22所示。
圖15 導(dǎo)向環(huán)結(jié)構(gòu)圖
泵車臂架油缸活塞導(dǎo)向環(huán)采用了浮動型。用高強(qiáng)度塑料如聚四氟乙烯等制的導(dǎo)向環(huán)帶狀坯料，裝在活塞外圓的矩形截面溝槽內(nèi)，側(cè)向保持有間隙，導(dǎo)向環(huán)可在溝槽內(nèi)移動。
浮動型導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）尺寸計算
活塞用導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的數(shù)量及尺寸取決于活塞承受徑向力大小及導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）材料所允許的表面承壓能力。
活塞用導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的寬度可用下式初步計算：
式中 ——活塞承受的最大徑向力（N）；取為5000N
——安全系數(shù)一般取;取2
——活塞外圓直徑（m）;0.28m
——材料所允許的表面承壓能力（）
填充聚四氟乙烯：
在時，，最高工作溫度不超過；
纖維復(fù)合材料：
在時，，最高工作溫度不超過。
故選用聚四氟乙烯材料制作支撐環(huán)。
為了實現(xiàn)導(dǎo)向作用，導(dǎo)向環(huán)b不能太小，因此，取b=20mm
活塞用導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）的下料長度，如圖3.20所示。
式中 ——下料系數(shù)
填充聚四氟乙烯：
纖維復(fù)合材料：
——活塞外圓直徑（m）；
——導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）厚度(m).5mm
活塞用浮動導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）是采用專業(yè)廠提供的帶狀半成品制成，厚度和寬度以及安裝的溝槽結(jié)構(gòu)要素可參閱產(chǎn)品樣本。
2.6.4活塞桿的設(shè)計
活塞桿桿體采用實心桿，外端結(jié)構(gòu)采用外螺紋帶肩‘
螺紋直徑與螺距（） ，螺紋長度短型 125。
活塞桿的內(nèi)端結(jié)構(gòu)（活塞桿與活塞的連接）
所有的連接形式均需有鎖緊措施，防止活塞往復(fù)運(yùn)動時松動，還需考慮活塞與活塞桿之間的靜密封。
活塞桿直徑（桿徑）計算
對于雙作用單活塞桿的液壓缸，其活塞桿直徑d,可根據(jù)往返速比（即面積比）的要求，初步按下式計算活塞桿直徑d
按標(biāo)準(zhǔn)取
本設(shè)計由于無速比要求，按液壓缸的工作拉力和壓力要求計算活塞桿直徑d值。
活塞桿的強(qiáng)度計算：
在活塞桿的強(qiáng)度計算中，通常以液壓缸的活塞桿端部和缸筒后端蓋均為耳環(huán)鉸接式安裝方式作為基本情況來考慮。并另活塞桿全部伸出時，活塞桿端部與負(fù)載連接點與液壓缸支撐點之間的距離
由，知液壓缸為中行程型，須驗算活塞桿壓縮或拉伸強(qiáng)度和活塞桿的彎曲穩(wěn)定性；
（m）
式中 F——液壓缸的最大推力（或拉力）（N）;
——材料取，屈服強(qiáng)度
——安全系數(shù)一般；取3
——活塞桿直徑（m）
活塞桿直徑為160mm,滿足強(qiáng)度要求
活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算時，須考慮活塞桿的彎曲穩(wěn)定性驗算。
活塞桿通常是細(xì)長桿體，因此活塞桿的彎曲計算一般可按“歐拉公式”進(jìn)行。
活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷：
因此，活塞桿最大工作負(fù)荷應(yīng)按下式驗證
式中 ——活塞桿材料的彈性模數(shù)（）鋼材：；
——活塞桿橫截面慣性矩（）
圓截面：
——安裝及導(dǎo)向系數(shù)
——安全系數(shù)，一般取,
——安裝距m。
兩端鉸接，剛性導(dǎo)向，安裝及導(dǎo)向系數(shù)=1。.
由于最大推力小于失穩(wěn)臨界負(fù)荷，活塞桿不會縱向彎曲。
活塞桿的加工要求
活塞桿表面需鍍硬鉻，鍍層厚度，也有的要求鍍層厚度。防腐要求特別高的則要求先鍍一層軟鉻或鎳，鍍后再鍍硬鉻拋光。
活塞桿外徑公差；直線度；表面粗糙度，精度要求高時
活塞桿外徑的圓柱度公差值，應(yīng)按級精度選取。
活塞桿的導(dǎo)向 、密封與防塵：
在液壓缸的前端蓋內(nèi)，有對活塞桿導(dǎo)向的內(nèi)孔；有對缸筒有桿側(cè)腔密封的密封件；有活塞桿內(nèi)縮時刮除附著在表層的雜志、灰塵和水分的防塵圈。
以往活塞桿的密封多用形密封圈、窄斷面形密封圈及形密封圈。這些密封形式由于活塞桿與密封件之間是干摩擦，摩擦阻力大，往往導(dǎo)致密封唇過早磨損。因此，近年來較多選用組合式密封圈，如型斯特封，它由兩個不同元件組成；一個是用聚四氟乙烯加入青銅填料制造的階梯型密封圈（主密封件），另一個是形密封圈（彈性元件和副密封作用）。組合式密封圈（型斯特封）具有低摩擦阻力、啟動時無爬行、極低的泄漏量和抗磨損等特點。
活塞桿的防塵，以往多選用以無骨架防塵圈。目前多采用既可以防塵又可以密封雙唇形防塵圈
外唇起防塵作用，保持活塞桿表面干凈，內(nèi)唇相當(dāng)于密封唇口。當(dāng)活塞桿外伸時，通過主密封圈黏在活塞桿表層的油膜，即被雙唇形防塵圈的內(nèi)唇（密封唇口）刮下，這樣就在住密封圈與防塵圈之間保留一層油膜，起潤滑作用，提高了密封圈的使用壽命。
中隔圈
在長行程液壓缸中，由于安裝方式及負(fù)載的導(dǎo)向條件，可能使活塞桿的導(dǎo)向套受到過大的側(cè)向力而導(dǎo)致嚴(yán)重磨損，因此在長行程液壓缸內(nèi)須在活塞與側(cè)端蓋之間安裝一個中隔圈，使活塞桿在全部外伸時仍能有足夠的支撐長度。本臂架油缸行程長度,但由于泵車臂架的特殊性，其油缸的伸長量必須為定值，因此要限定油缸的伸縮長度，必須加中隔圈。中隔圈的長度由臂架油缸行程來制作。
2.6.5安裝連接元件
（1）耳環(huán)
根據(jù)使用的部位不同，耳環(huán)可分為桿用耳環(huán)和缸筒用耳環(huán)兩種。桿用耳環(huán)安裝在活塞桿的外端部，通常用螺紋連接。缸筒用耳環(huán)一般與缸筒的后端蓋為一體，也可焊在后端蓋上，但耳環(huán)的銷孔應(yīng)該在焊后加工。耳環(huán)應(yīng)選擇最小屈服點至少為，斷裂伸長率至少為的材料制成。設(shè)計中采用了45號鋼。
臂架油缸采用單耳環(huán)式（帶軸套），軸套為圓柱體，材料為青銅、鍍青銅雙金屬鋼帶或高強(qiáng)度塑料。耳環(huán)的銷孔一般用配合。
耳環(huán)銷孔支撐壓力的計算：
式中 ——耳環(huán)承受的最大推力或拉力（）；
——耳環(huán)的銷孔內(nèi)徑（）；
——耳環(huán)寬度（）；
——取45號鋼，為材料的抗拉強(qiáng)度（）。一般取
耳環(huán)的尺寸 當(dāng)耳環(huán)帶軸套時
圖16 耳環(huán)結(jié)構(gòu)圖
耳環(huán)的尺寸一般取，此處取L=120mm
耳環(huán)的軸套
通常用青銅套以過渡配合壓入耳環(huán)周孔內(nèi)。軸套內(nèi)圓也有在精加工前壓成多個梭形凹穴，錯開排列，以保存潤滑劑。由于臂架油缸為高負(fù)載。軸套可用薄軸瓦，即用鍍青銅雙金屬帶，有漸開形開口，裝入耳環(huán)周孔后用薄楔片入開口處使鋼帶外圓緊貼軸孔。
耳環(huán)用柱銷
柱銷尺寸按以下材料性能計算：取材料為45鋼，最低屈服強(qiáng)度，斷裂是延伸率。
橫向力F作用時，
因此，銷的材料應(yīng)該優(yōu)于45號鋼，選用SiMn鋼，抗拉強(qiáng)度σb≥885MPa屈服點σs≥ 735 MPa，斷后伸長率δ5≥ 15%，鋼材退火或高溫回火供應(yīng)狀態(tài)布氏硬度HBS≤ 229
由
安全系數(shù)：，滿足設(shè)計要求。因此，柱銷尺寸定為
2.6.6連接油口設(shè)計
由ISO8137 1986選取油口，由缸徑280mm，結(jié)構(gòu)如圖17，尺寸如表4-4所示。
圖 17
表4-4 油口尺寸
缸徑D
EC
EEmm
EA
ED
280
32
51.6
配接油口的為軟管，通油能力為。
第三章 泵送機(jī)構(gòu)設(shè)計
3.1管路長度及泵送阻力計算
混凝土泵車的泵送量為。
選取輸送管路為125A，則混凝土缸中混凝土的流速為：
輸送管中的流速為
向上垂直管路，向上垂直管水平換算系數(shù)為4,；
彎管共有10個，折彎半徑150mm，彎管每根水平換算系數(shù)為12，
；
錐形管（）水平換算系數(shù)為8，
水平管路，
折合為水平管路為：
輸送管路的沿程阻力計算
泵送阻力與輸料管直徑、管道長度、管路的角度變化及管路的錐度等有關(guān)。
混凝土在輸送管路中運(yùn)送時要克服其與管壁之間的剪切阻力和摩擦阻力。這兩種阻力與管路直徑、長度和混凝土的流速有關(guān)，可按圖18選取。
圖18 泵送阻力曲線圖
由輸送最大塌落度按15mm（塌落度越大，管路阻力損失越小），由125A管路為5in， 由最大排量得出壓降為
因此 屬于高壓級。
3.2 泵送壓力計算
混凝土泵的泵送壓力是至泵在工作時，混凝土缸的活塞推壓力。泵送壓力主要是用來克服混凝土的輸送阻力，包括輸料管中混凝土的流動阻力和混凝土與管壁間的摩擦力和黏附力，在垂直管中還要克服混凝土的重力。
輸送阻力與泵送壓力
在泵送混凝土的施工中，上述各種輸送阻力之和不能大于混凝土泵的最大泵送壓力，以保證混凝土泵的正常泵送工作。
設(shè)計中，混凝土缸的缸徑取標(biāo)準(zhǔn)缸徑，泵送系統(tǒng)壓力為31.5MPa，輸送缸行程為。
混凝土缸的面積：
液壓缸活塞面積：
液壓缸的泵送推力為：
液壓缸內(nèi)徑為：
取標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑為，額定壓力為的缸筒外徑。
若取速比，則活塞桿直徑為
3.3活塞桿設(shè)計
活塞桿的較長，因此應(yīng)該校核其壓桿穩(wěn)定性。
壓桿的約束條件應(yīng)視為兩端鉸支，長度因素
活塞桿橫截面的慣性矩是
兩端鉸支細(xì)長壓桿臨界壓力的歐拉公式為
臨界壓力與實際最大壓力之比，為壓桿的工作安全因素，即
規(guī)定的穩(wěn)定安全因數(shù)為，所以活塞桿滿足穩(wěn)定要求。
3.4限位油缸的設(shè)計
限位油鋼的壓力油來自蓄能器，其壓力為系統(tǒng)壓力
主油缸有桿腔的面積必須小于限位油缸的面積
則限位油缸的缸徑
為防止主缸的慣性力沖擊使砼活塞退回水箱，限位油缸的直徑取
其防沖擊能力為：。
3.5擺搖機(jī)構(gòu)的設(shè)計
S管閥安裝在混凝土泵的集料斗中，在前后軸承的支承下，作往復(fù)擺動，其受力狀況十分復(fù)雜。在目前的條件下，S管閥的實際受力狀況很難作出準(zhǔn)確的定量分析。擺動阻力矩主要由以下組成：
——S管在擺動過程中，其側(cè)面受混凝土物料直接作用而產(chǎn)生與擺動方向相反的阻力矩
——S管在擺動過程中，產(chǎn)生的混凝土物料之間的剪切力矩
——S管擺動的慣性阻力矩
——S管擺動過程中，耐磨環(huán)與眼鏡板接觸面泵送切換開始的摩擦阻力矩
——S管擺動過程中，切割環(huán)切斷混凝土缸中混凝土料流的剪切阻力矩
——S管擺動的空載靜阻力矩
S管擺動過程的阻力矩很大，對排量為的混凝土泵，其阻力矩可達(dá)。這里主要是由于具有泵送壓力的混凝土對切割環(huán)的軸向壓力造成的，這推力占總阻力矩的。由于按最大泵送壓力，取擺動阻力矩取
由擺缸行程，其力矩（由Pro/E輔助設(shè)計得出）。
最大推力
缸體內(nèi)徑
取標(biāo)準(zhǔn)缸徑內(nèi)徑系列100mm,外徑121mm。以滿足惡劣的工況需求。
活塞桿直徑選取，按速比，選取。
驗算活塞桿的強(qiáng)度。
即 因此，活塞桿材料取45鋼即可滿足要求。
活塞桿的球頭和缸體球頭都用球鉸聯(lián)結(jié)，能很好地解決憋卡的問題和較好的潤滑效果。其球面軸承材料為ZCuAL10Fe3，機(jī)械性能優(yōu)于普通青銅，也能起一定的緩沖作用。而在混凝土泵車中，擺搖機(jī)構(gòu)的沖擊是造成臂架疲勞斷裂的重要原因。
搖塊的內(nèi)花鍵設(shè)計：
齒形為漸開線，按齒形定心，選用， 。
強(qiáng)度校核：
其中： ——傳遞的轉(zhuǎn)矩；
——鍵齒的載荷分布不均勻因子，?。?
——分度圓直徑；
——齒數(shù)，；
——鍵的工作長度，；
由傳遞最大轉(zhuǎn)矩為
工作時齒面所受壓力
花鍵使用連接工作方式為固定連接，工作時受到嚴(yán)重沖擊。齒面經(jīng)熱處理后許用壓力，滿足使用要求。
拉桿的設(shè)計：
砼活塞的推力，即油缸推力為：
拉桿的數(shù)量。
拉桿的材料為高強(qiáng)抗拉螺栓的材料為低碳合金鋼或中碳鋼，淬火并回火。其抗拉強(qiáng)度極限
考慮到螺紋連接的安全系數(shù)取
許用應(yīng)力
每根螺栓的應(yīng)力必須滿足，得出
拉桿的最小直徑徑向上圓整，取拉桿直徑，細(xì)牙螺紋，螺距，螺紋的小徑為，滿足設(shè)計要求。
第四章 泵送PLC自動控制
4.1 泵送系統(tǒng)液壓回路
泵送系統(tǒng)液壓回路有“正泵”和“反泵”兩種操作功能，“高壓”和“低壓”兩種工作方式，通過液壓和電氣系統(tǒng)來控制完成的。正泵是將料斗中的混凝土通過泵送機(jī)構(gòu)及管路源源不斷地送達(dá)作業(yè)面，反泵是將管道中的混凝土吸回料斗，達(dá)到排堵的目的，同時也可以作為清洗管道之用。高低壓泵送狀態(tài)切換（用油缸的無桿腔還是有桿腔去驅(qū)動泵送作業(yè)）。
（a）高壓 (b)低壓
圖19 高低壓原理圖
泵送系統(tǒng)液壓回路分為主回路、分配閥回路、自動高低壓切換回路、全液壓換向回路。液壓原理圖如圖23所示。
（一） 主回路
該回路由主油泵5、電磁溢流閥7、高壓過濾器10、主四通閥14、主油缸26組成。主油泵為恒功率并帶壓力切斷的電比例泵，電磁溢流閥7起安安全閥的作用，并可控制系統(tǒng)的帶載和卸荷。
主油缸26是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動左右輸送缸內(nèi)的砼活塞來回運(yùn)動；主四通閥14的A1、B1出油口則通過高低壓切換回路與左右主油缸的貨代腔油口A1H、B1H和活塞桿腔油口A1L、B1L連通，故它的換向最終致使鄒游輸送缸內(nèi)砼活塞運(yùn)動方向的改變。
（二） 分配閥回路
該回路由齒輪泵6、電磁換向閥8、溢流閥9、單向閥11、蓄能器13、擺動四通閥15、擺閥油缸27組成。其中由齒輪泵6、電磁換向閥8和溢流閥9形成恒壓油源，電磁換向閥8在泵送作業(yè)時一直處于得電狀態(tài)；在待機(jī)狀態(tài)下則進(jìn)行的斷電的循環(huán)，一保證蓄能器13的壓力不掉為零，又不至于使齒輪泵壓力油處于溢流狀態(tài)，消耗功能產(chǎn)生熱量。
擺閥油缸27是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動“S管”分配閥左右擺動；擺缸四通閥15的A、B出油口分別與左右擺閥油缸的活塞腔連通，故它的換向最終致使“S管”分配閥換向。
（三） 自動高低壓切換回路
該回路由插裝閥22、插裝閥23、電磁換向閥19.2和梭閥21組成。它的工作原理是利用插裝閥的通斷功能形成“高壓”和“低壓”兩種工作回路，并利用電磁換向閥以切斷控制壓力的來油方式來切換這兩種工作回路，其
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