液压系统设计1说明书

课程设计任务书

一、课程设计（论文）题目

JDY500混凝土搅拌机设计-----液压系统I

二、课程设计（论文）应达到的目的

⑴培养个人独立分析问题、解决问题的能力，并初步建立“系统设计”的思想；

⑵训练学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力；

⑶了解并掌握UG软件的建模、工程制图、运动仿真等模块；

⑷学习混凝土机械的主要零部件的功能及设计计算方法。

三、课程设计内容

⑴上料部分、倾翻部分的设计计算

⑵液压缸的设计计算

⑶液压泵，电机，液压阀，液压管件，液压油箱的选择

四、主要技术参数

⑴出料容量 500 L

⑵进料容量 800 L

⑶工作周期≤72 s

摘要

JDY500型单卧轴式强制式搅拌机是随着混凝土施工工艺的改进而发展起来的新型机。强制式单卧轴搅拌机兼有自落式和强制式两种机型的特点，即搅拌质量好、生产效率高耗能低，不仅能搅拌干硬性、塑性或低流动性混凝土，还可以搅拌轻骨料混凝土、砂浆或硅酸盐等物料。

上料系统采用液压缸及增速滑轮组机构，它是以液压缸活塞的伸缩，通过滑轮组牵引联结在料斗上的钢丝绳来实现的，料斗沿上料架上升的高度有液压缸活塞的行程决定。该系统结构简单、操作自由方便，减少了机械上料系统带来的冲击，使料斗运行平稳，并解决了料斗上下限位问题.卸料系统采用液压倾翻卸料机构。利用卸料液压缸活塞的伸缩倾翻搅拌筒卸料，搅拌筒的倾翻角度由液压缸的行程来决定。该机构具有机械式倾翻所无法比拟的良好使用性能，可针对不同混凝土的运输工具，完成一次卸料或分批卸料，操作自如方便，并解决了搅拌筒卸料时的限位问题。

关键词：混凝土搅拌机；液压系统；液压缸；油箱；

Abstract

With the improvement and construction technology to develop a new type of aircraft.JDY500single spot Coaxial compulsory concrete mixer come forth. Compulsory single horizontal axis mixer-style have both compulsory and the characteristics of the two models, namely mixing good quality and high production efficiency of low energy-consuming，can not only stir dry hard, plastic or low mobility of concrete, can also stir light Aggregate concrete, mortar or Portland, and other materials.

Coaxial-lying mainly compose by mixing concrete mixer device, stirring drive system, feeding system, discharge systems, electrical control system and the water supply system. Transmission system is divided into two parts which are stirring drive and hydraulic transmission, Stirring drive which is motor torque output through belt drive, and then after two gear reducer which reached to the stirring shaft couplings, stirring rotation axis achieve concrete mixing. Hydraulic transmission is the use of hydraulic systems to achieve carrying materials and unloading materials，to achieve workers lower operating in labor intensity. JDY500-mixer that is taking stirring drive system, hydraulic systems and other devices installed in a certain location on the mixer rack, and realization of the purpose of mixing machines in the ultimate.

Keywords：Concrete mixer；Hydraulic system；Hydraulic cylinder；tank

目录

第5章JDY500搅拌机液压系统的设计 (4)

5.1上料部分计算 (5)

5.1.1计算上料料重 (5)

5.1.2料斗重 (5)

5.1.3上料部分受力分析 (6)

5.2倾翻部分计算 (6)

5.3液压系统的优化改进 (7)

5.3.1液压系统的工作原理 (8)

5.3.2上料回程时工作状况分析计算 (8)

5.3.3液压系统的改进 (9)

5.4液压泵的选择 (10)

5.5液压电机的选择 (11)

5.6液压缸的设计计算 (12)

5.6.1提升液压缸的设计计算： (12)

5.6.2倾翻液压缸设计及计算： (13)

5.6.3液压缸的选取 (13)

5.7液压管件的选择 (14)

5.7.1提升液压管件的选择 (15)

5.7.2倾翻液压缸管件选择 (16)

5.8液压油箱的选择 (17)

5.9液压阀的选择 (18)

6.致谢 (19)

7.参考文献 (20)

8.结论 (21)

5.1上料部分计算

5.1.1上料料重计算

进料容量1800V L =，出料容量2500V L =

上料料重()3312 2.4510500109.812005G V g N ρ-=??=????=混 其中式中：ρ混——混凝土密度 g ——重力加速度

ρ混=31.8 2.45/t m -，取ρ混=2.453/t m

5.1.2料斗重

这里采用近似计算

()()23131105355215105251021022S ??=??+??++??++??????

?

()()2221505025 4.3315 4.3310373.210S cm =++?+??=?

设上料斗的壁厚h=0.5cm

()373.20.57.8145.55M S h kg ρ=??=??=钢钢 其中：ρ钢——钢材的密度，取37.8/g cm ρ=钢 从安全角度考虑 取 200M kg =钢 ()2009.81960G N =?=钢 所以

料斗和料总重G 总： ()112005196013965G G G N =+=+=总钢

5.1.3上料部分受力分析

()N 11153

0.813965sina G

F s

=?==总

)(83796.013965cos G F N N a =?==总

）

（摩擦

N 27930.213965f F F

N =?==

其中：f ——摩擦系数 ，查《机械设计课程设计》表 4.2-6，0.15f =，但由于料斗与上料导轨相对运动是滚动形式，摩擦系数不大，考虑到工作情况，取0.2f =。

）

（摩擦N 13946279311153F F F s =+=+? 考虑到其他配重及摩擦力，取()15000F N =

由于使用液压驱动，受到液压杆伸长和速度的限制，这里考虑使用动滑轮组来达到提速和增加料斗行程的方式。选用8倍增速作用，则液压杆的理论推力

）

（理N 120000815000F =?= 5.2倾翻部分计算

搅拌筒与混凝土的总重量：

'G G G =+混总搅

)

(103.02

2.114.302.0536.12.114.301.0202.001.032

2m D Dl V =??+???=+=ππ搅

)4.803103.0108.739m V M （搅钢搅=??=?=ρ 考虑搅拌轴和其它部件，取1000M kg =搅 则 ()9800G M g N ==搅搅

()'

98001200521805G G G N =+=+=混总搅 'F G f =?总推

其中：f ——摩擦系数，查《机械设计课程设计》，搅拌机轴肩与支座是脂润滑，

0.10.15f =-，取0.15f =。

∴ ()'218050.153270.75F G f N =?=?=总推

易知F F >理推

5.3液压系统的优化改进

5.3.1液压系统的工作原理

液压系统由齿轮泵、油箱、液压缸、多路电磁换向阀、单向节流阀、先导式溢流阀、耐油橡胶臂等组成。齿轮泵由电机驱动．通过多路等换向问改变供油路线。将油箱内的液压油送入提升或倾翻油缸的上腔或下腔．使料斗上升或下降或使搅拌筒倾翻或复位。

液压原理图如下：

在这一系统中, 料斗上料和回程的速度都是由液压泵的流量决定, 为了加快上料斗回程速度, 提高工作效率, 降低液压系统的成本, 经过对搅拌机上料

斗回程时工作状况的分析计算, 我们对液压系统进行优化改进。

5.3.2上料回程时工作状况分析计算

由前面计算得，料斗对钢丝绳的拉力为：

）

（）（’。。。总。

总N 142053cos 15.0-53sin 200053fcos G -sin53G T =??== 为了减少油缸的行程和提高料斗的运行速度, 提升油缸使用了一个放大倍数为6的增速滑轮组, 当由料斗自重拉动油缸回程时, 这个增速滑轮组相当于8倍的省力滑轮组。此料斗对油缸的拉力为:

）（’N 1136014208T 8T =?=?= 上料回程时的各种阻力为：

密摩惯回P

P P P P +++= 其中：回P --回程阻力，当油流回油箱时，回P =0

惯P --油缸在起制动、换向时的惯性力, 本机的油缸工况可取惯P =0 摩P --油缸滑轮组的滚动摩擦阻力, 约为1000N 密P --液压缸密封圈的摩擦阻力, 约为1470N P=0+0+1000+1470=2470N, T>P. 5.3.3液压系统的改进

由以上计算结果可知, 不需要提升油缸提供回程压力, 料斗靠自重完全可以回程。

在改进后的油路系统中, 倾翻油缸的控制油路跟改进前的油路是完全一样的, 而提升油缸的控制油路在多路换向阀处作了改变, 并把提升油缸B 端的高压油管用一根通气管代替, 通气管出口接到油箱上部, 保证油缸回程吸气时吸人洁净的空气。

当电磁换向阀1YA 得电，压力油由换向阀和高压油管在A 端注入提升缸左

端，右腔空气经B 口由气管排出，油缸推动料斗上升。

当电磁换向阀2YA 得电，在料斗自重拉力T 的作用下, 液压缸活塞杆回缩, 左腔的液压油经A 口、油管、多路阀排回油箱,同时溢流阀打开, 液压泵的供油由溢流阀卸回油箱, 料斗由上料架顶端快速滑落回底端返回到装料位置。回落速度由单向节流阀的开口决定。

本机的液压系统做了以上的改进后, 可少使用一条高压油管, 降低成本一百多元, 当料斗回程时, 滋流阀起卸荷阀的作用, 使油泵卸荷, 降低功率损失和系统发热, 同时料斗在自身重力的作用返回装料位置, 返回速度不受油泵供油量的影响, 加快了料斗的回程速度, 提高了生产效率。

5.4液压泵的选择

液压缸主要参数的确定： 1.上升液压缸内径D 的计算

1

4D F

P π=

其中：F ——负载

F F =理

1P ——液压缸的工作压力，（该液压部分属于工程机械的辅助机构，工作

压力10~16a P MP =，取116a P MP =）

则

）

（mm 7.9716

120000

4D =??=

π 查《机械设计师手册（下）》得，取液压缸的内径）（mm 100D =

2.流量的计算

考虑搅拌机的工作周期72T s ≤，取活塞外推速度10.05/v m s =

14q

D v π=

则 214D v q π= 其中： q ——液压缸的流量 1v ——活塞外推速度

D ——液压缸内径

∴ ）（s /L 3925.04

50

100q 2=??=

π

考虑到成本及实际应用场合，拟选用CBF-E10型齿轮泵:

基本参数如下： 理论排量1mL r -? 压力()a MP 转速1min r -? 10

额定 最高 额定 最高 16

20

2500

3000

5.5液压电机的选择

确定液压泵的驱动功率：

由P=Pp*Qp/ηP

式中 p p ——液压泵的最大工作压力（Mpa ）； Q P ——液压泵的流量（m 3/s ）； η液压泵

类型

齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵

总效率 0.7～0.85 0.65～0.80 0.60～0.75 0.80～0.85 压力损失为0.8Mpa ，则

）（kW 8125.98

.03925.01020p 6=??=

查手册，选用Y160L ―6型三相异步电动机。 型号 额定功率\kW 额定电流\A 转速\r/min 效率\% 功率因数cos θ 堵转转矩

\额定转矩\r/min

堵转电流\额定电流\A 满载转速\r/min 最大转矩\额定转矩\r/min

Y160L ―6 11

24.6 970

87 0.78 2.0

6.5

1460 2.0

5.6液压缸的设计计算

5.6.1提升液压缸的设计计算：

1.内径D 的计算：

1

4D F

P π=

其中：F ——负载

F F =理

1P ——液压缸的工作压力，（该液压部分属于工程机械的辅助机构，工作

压力10~16a P MP =，取116a P MP =）

则 ）

（mm 7.9716

120000

4D =??=

π 查《机械设计师手册（下）》表，取去液压缸的内径）（mm 100D =

2.活塞杆直径的计算： 根据下表： 液压缸工作压力（p/MPa ） ≤10 12.5~20 >20 往复速度比Φ 1.33 1.46~2 2

选取往复运动速比5.1=Φ

根据速比的要求和液压缸的推力确定）

（mm 85.511

-D

d =Φ

Φ= 查表取55d mm = 3.缸筒壁厚的计算：

当0.080.3D

δ

=-时，可用下式来计算缸筒壁厚δ []max max

2.33P D

P δσ≥

-

其中式中：max P ——缸内最高工作压力

[]σ——缸筒许用应力，B

s

σσ=

B σ——缸筒材料的抗拉强度

S ——安全系数，通常取S=5

这里选用35号的碳素钢管，查《机械设计师手册》表得

B σ=520 ()a MP ，max P =20 ()a MP 代入上式得

）

（mm 28.122

.1792200

203-5

5203.211020==???≥

δ 液压缸用精密无缝钢管，优先选用尺寸系列，查表，取壁厚()12.5mm δ=

5.6.2倾翻液压缸设计及计算：

1.倾翻液压缸内径D 的计算：

11

4F

D P π=

考虑液压缸不是总沿着搅拌筒最大圆方向作用，取倾翻液压缸受力 F=15000N 。。其中1P 工作压力()a MP

∴ ）

（mm 6.3416

15000

4D 1=??=

π 取1D =40mm 2.活塞杆直径的计算

根据速比的要求和液压缸的推力确定,有前表选取往复运动速比5.1=Φ

）

（mm 97.211

-D

d =Φ

Φ= 查表机械设计手册 取）（mm 22d =

3.缸筒壁厚的计算

[]()max 1max 2040

4.4642.33 2.3104320

P D mm P δσ?≥

==-?-?

取 5.0mm δ=

5.6.3液压缸的选取

查《机械设计师手册》表，选用提升液压缸型号为DG 缸径 D /mm 杆径 d /mm

活塞面积）（24cm 10/-

推力

kN / 拉力

kN

/

最大行程

/mm

1A （大端） 2A (小端)

100 55 78.54 54.78 125.66 87.65 6000 40 22 12.57 8.77 20.11 14.03 1500

液压杆强度和稳定性校核

活塞杆的最长长度10B d L L ≤，所以其强度校核按下式进行 ()

[]22

04F

d d σσπ=

≤- 其中式中：F ——液压杆的最大作用力 d ——活塞杆直径 0d ——空心活塞杆的内径 σ——活塞杆的拉（压）应力 []σ——活塞杆材料的许用应力，[]s

S

σσ=，安全系数S=2-4，取

S=3。

这里采用实心活塞杆，00d =，活塞杆材料选用45号碳素钢，查表得，

340s a MP σ≥

取340s a MP σ=，[]）（a MP 3.1133

340

==

σ ∴ []）（）（MPa 3.113MPa 51.5055

120000

42

=?=??=

σπσ 符合要求。

5.7液压管件的选择

5.7.1提升液压管件的选择

钢管子内径按

v

q 1130

d v

≥计算 其中式中：v q ——液体流量()

3/m s ；（n V q L v =） v ——按管内油液推荐流速选定()/m s

管内油液的推荐流速v ：

对于吸油管道：12/v m s ≤-（一般取1/m s 以下）；对于压油管道 s /m 6-3v ≤;(压力高、管道较短时取大值，反之，取小值;油液粘度大时取小值；短管道及局部收缩处57/v m s =-)；对于回油管道： 1.5 2.5/v m s ≤-。

根据流量流速，可由机械设计手册图23.9-12求取管子内径

吸油管道内径，取0.8/v m s =，则()6

1416.710113025.7890.8d mm -?≥。

压油管道内径，取7/v m s =，则()6

2416.71011308.717d mm -?≥=

回油管道内径，取2/v m s =，则()6

3416.710113016.312d mm -?≥=

查《机械设计师手册（下）》表23.9-2得

吸油管道内径()132d mm =，外径()142D mm =，管接头422M ?， 压油管道内径()210d mm =，外径()218D mm =，管接头18 1.5M ?， 回油管道内径()320d mm =，外径()328D mm =，管接头M28?2，

5.7.2倾翻液压缸管件选择：

由于倾翻液压缸相对机架不能保持相对静止，所以倾翻液压缸的管道采用胶管联接。

胶管内径与流量有关，它们的关系如下式：

A=v

q 61v ?

其中式中：A ——胶管的通流面积()

2cm v q ——管内液体流量()/L s

v ——管内流速()/m s ，通常胶管允许流速6/v m s ≤，这里取

0.1/v m s =

代入数据，求得

()3211025001069.44461600.1

A mm -??=?=??

()9.405d mm ?=

查《机械设计师手册（下）》得，选用A 型钢丝缠绕液压管。由于使用频率

高及经常弯扭作用，所以胶管要按降低40%来计算.

∴选用液压管代号为10430A S ?-，内径10d mm =,其基本参数为： 内径()mm 钢丝层外径()mm

胶管外径()mm

工作压力/a MP

最小弯曲

半径

()mm

胶管长度

()m 尺寸 公差 尺

寸 公差

尺寸 公差 30 190

尺

寸 公

差

10

+0.4 -0.2

22

0.6+-

25

+1.0 -0.8

5

70+-

5.8液压油箱的选择

油箱的有效容积应根据液压系统发热、散热平衡的原则来计算，对于一般

的情况来说，油箱的容积可以按液压泵的确定流量p Q 估算出来。其中，可按下面的经验公式来确定油箱容量V:

p V Q α=

式中：p Q —— 液压泵的流量()

3/m s ； 系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 锻压机械 冶金机械 α 1～2 2～4

5～7

6～12

10

αα∴ ）

（L 125250010105Q V 3-p =???==α 查手册表液压泵站油箱公称容量系列，得160V L =。

5.9液压阀的选择

一．阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。

控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%以内的短时间过流量。

二．参考《机械设计手册》表23.7-125选取电磁换向阀，型号为：4WE10D10/OFL,本电磁换向阀配有强吸力、高性能的湿式电磁铁，具有高压、大流量、压力损失低等特点。其技术规格如下： 通径 10 介质 矿务油、磷酸酯 介质温度（℃） -30～80 介质粘度/m 2*s 1- （2.8～380）6-10? 额定流量（L/min ） 100

重量（kg ）

4.2～6.6 T 腔工作压力/MPa

16

三．参考《机械设计手册》表23.7-16选先导溢流阀

所选先导溢流阀的型号BT-03-*-32（参数如下）：

名称公称通径

/in 调压范围

/MPa

最大流量

/L*min1-

型号重量/kg

先导型溢流阀3/8 0.5～25.0 100 BT-03-*-3

2

5.0

四．参考《机械设计手册》选单向节流阀：

SR型节流阀用于工作压力基本稳定或允许流量随压力变化的液压系统，心控制执行元件的速度。

名称节流阀

公称通径/mm 10

型号SR-T-03-50

额定流量/Lmin1-

30

最小稳定流量/Lmin1-

3

重量/kg 1.5

最高工作压力/MPa 25

介质矿物液压油

介质粘度/mm2*s1-

15～400

介质温度/0C -15～70

致谢

首先，非常感谢机电学院提供的的这次课程设计暨卓越工程师班综合能力训练机会，使我在两周的学习训练中学到很多的专业的知识，并通过反复查阅相关资料学到了很多解决问题的办法，本次设计，特别要提到的是对机电学院刘强老师和郭宝良老师的致谢，能够顺利完成本次课程设计，特别感谢两位老师的全程指导和淳淳教诲，每天都会按时来做指导和讲解，及时解决我们的疑难和问题，在天气炎热的情况下，两位老师不顾环境恶劣，来到设计室，指导我们的设计，让我们大家都很感动。

其次，感谢卓越工程师班所有的同学，不厌其烦的为我解决设计中遇到的问题，并在一起研讨中得出解决问题的办法，一起进步成长。

参考文献

1.陈宜通.混凝土机械.北京.中国建材工业出版社.200

2.6

2.周士昌.机械设计手册（单行本）--液压传动与控制.北京.机械工业出版

社.2004.1

3.濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计（第九版）.北京.高等教育出版社.2013.5

4.王大康，卢颂峰.机械设计课程设计.北京.北京工业大学出版社.2000.2

5.唐建新，袁为新.混凝土搅拌机液压系统设计及其优化.南京.煤炭科学研究

总院南京研究所.1998.26

6.官忠范主编《液压传动系统》，机械工业出版社，2004