混凝土泵车臂架设计docx

  PAGE PAGE 10 绪论 概论 混泥土泵车是建筑、造桥、铺路等行业的重要工程作业机械，其最大的作用是输送混泥土到指定位置，能极大的减轻劳动强度，提升工作效率，缩短建筑周期，是机械行业较为重要的工程设备[1]。 混泥土泵车是在特定的汽车地盘上安装一套混泥土液压输送机构，输送机构的原动力主要来至汽车发动机，在汽车发动机上安装有分动箱，可把发动机输出的动力传输到液压泵和驱动桥上[2]。然后经过泵车上的臂架系统，将混泥土输送到一定的高度和距离上，供作业使用。混泥土泵车上的发动机是整个泵车系统的动力源，除了给泵车提供驱动力以外，对于泵车上的泵送机构、回转机构及搅拌机构的动力都是源至发动机。 混凝土泵车的国内外发展状况 混泥土泵车最先生产与20世纪初，至今已有一百多年的历史了，最先的混凝土泵车不够灵活，运动不方便，施工效率也低。随着科学技术的慢慢的提升，到了 60 年代，为了更快更好的实现混凝土的浇筑任务，车载式混凝土泵车应运而生，而后，新工艺、新材料、新制造及设计方法的出现，以及建筑行业较大的市场需求的推动，导致混泥土泵车的发展迅猛，性能答复提升，品种慢慢的变多，输送的范围也慢慢变得大[3]。 国外发展状况 混凝土泵车的研究至今已有一百多年的历史，据考证，德国是世界上最早开始研究混凝土泵车的国家，早在1907 年，德国就取得了混凝土泵车的相关专利并制造出了世界上第一台混凝土泵。在之后六年，美国人 Cornell 也同样获得了专利权并制造出混凝土泵。1927 年，德国的 Fritz Hell 设计出的新型混凝土泵车第一次获得在实际中的应用。二十世纪三十年代初，德国又制造了立式单缸球阀活塞泵，因其工作性能较差，德国的 Torkret 公司和美国的 Chain Belt 公司参考荷兰人 J.C.Kooyman 于 1932 年发明的库依曼型混凝土泵，极大的提高了混凝土泵工作的可靠性， 并在施工中得到了应用。现代混凝土泵仍保留着这种设计的基本特点，这也是混凝土泵车的早期雏形[3]。 混泥土泵车的生产企业较多，在国外，德国主要生产厂家有：普茨迈斯特（PUTZMEISTER）公司、施维英 （SCHWING）公司、莱西（REICH）公司等。意大利近几年在混凝土泵车方面发展迅速，主要有西法（CIFA）公司、莫克波（MECOB）公司、赛马（SERMAC）公司等。在亚洲，日本从上世纪七十年代开始全力发展混凝土泵车，主要生产厂家有：石川岛播磨、三菱重工、极东开发等，在韩国则有全进、韩宇和现代、三星等企业，近几年在混凝土泵车方面整体水平要低于欧洲，目前只有日本极东开发和韩国全进、韩宇等少数几家在国际市场上有一定的影响力。国外混凝土泵车技术在可靠性、排量、智能化程度等方面都表现出较为显著的优势，也对我国混凝土泵车的发展做出了巨大的贡献[4]。 国内发展状况 我国工程建设起步较晚，泵车的发展非常靠后的，大概在1970年年以后才开始设计混泥土泵车，只是小量设计生产，投入国营企业使用。早期的混泥土泵车的技术主要引进苏联的小型的泵车技术，展比只有24m，对于大型作业，有较大的局限性。改革开放以后，我们国家的经济增长迅猛，城市建设全方面推进，在国外引进了大量的混泥土输送设备，也积极和国外的大型泵车生产企业合作生产，吸收和掌握了大量的关键技术，引进了大量的技术人才，推动 了我国混泥土泵车的发展[4,16]。 经过半个世纪的发展，我国在混泥土泵车行业发展迅猛，已经走在了世界的前列，我国特定种类设备生产企业三一重工、徐工等企业设计生产的泵车臂架最长可达96m，达到世界领先水平。 目前，我国的混泥土泵车已实现全系列本土化设计和生产，除了保持本国的需求，也积极开发国际市场，拥有一定的国际市场占有率。而我国混泥土泵车的主要生产企业有三一重工、徐工及中联重科等企业，其中中联重科、徐工及三一重工生产的混泥土泵车占据中国整个混泥土泵车市场的90%，成为绝对主力。这一些企业生产的混泥土泵 车，在输送压力、输送排量及臂架系统改长度上都具有较大优势，可靠性和稳定能力较高，达到国际领先水平[3-4]。 混泥土泵车的发展的新趋势 随时代的发展，科技的进步，新材料的不断涌现，高强度、高韧性的复合材料的发展，动力设备的功率及扭矩逐步的提升，电子技术的发展，将直接影响未来的混泥土泵车的发展，未来发展趋势总结如下： 1、臂架系统更长及更高，能够很好的满足更多大型工程建设使用； 2、臂架系统灵活性更好，重量轻，强度更大，可靠性更稳定； 3、动力更加节能，动力和经济性能达到较好的平衡； 4、自动化程度更高，除了能手动控制，还可以制动控制臂展的范围及位置，混泥土浇筑的位置更加精确。 本课题研究的内容及意义 在建筑工程领域，混泥土泵车具有巨大作用，能有效的减轻建筑工人的工作量，加快混泥土输送浇筑效率，提升工作效率，缩短建筑周期。在地铁、医院、办公楼、居民住宅、桥梁等浇筑上都都能看到其身影，为城市的建设做出了及其重要的作用。因此，本次以混泥土泵车为研究对象，对其臂架系统来进行研究和设计，符合时代发展需要，研究和解决实际问题，具备极其重大意义。 本次课题主要研究内容为： 1、了解和掌握混泥土泵车的组成及工作原理； 2、确定混泥土泵车臂架系统的布置方式及基本尺寸； 3、设计混泥土泵车臂架系统的结构及主要零部件； 4、校核臂架、油缸和输送管等关键零部件的强度，保证设计合理，运行可靠。 混泥土泵车的组成及主要参数的选择 混凝土泵车的基本组成 混泥土泵车的结构外形如图2-1所示，其整体结构大致上可以分为臂架系统、汽车底盘、回转机构、电气系统、泵送系统及液压系统等6个部分所组成，协调工作，共同完成混泥土的输送浇筑工作[1]。 1-汽车底盘；2-臂架系统；3-回转机构；4-液压系统；5-电气系统；6-泵送系统图2-1 混泥土泵车的结构组成 汽车底盘最重要的包含车架、发动机、离合器、变速器、驱动桥、分动箱及等部分所组成。臂架系统主要由各个臂 架、连接的连杆、液压缸、输送管和连接件等零部件组成。回转机构主要由转台、啮合齿轮、固定转塔和支撑机构等零部件组成。泵送机构由液压缸、水箱、输送缸、活塞、料斗、摆摇机构及配管等零部件组成。泵车的液压系统主要大致上可以分为底部主泵送系统和臂架的液压输送系统两个部分。主泵送液压系统 主要由主泵送油路、搅拌油路、分配阀油路及水泵油路等部分所组成。臂架液压输送系统主要由液压输送泵、液压马达、各个控制阀、蓄能器及其余液压元器件组成[17]。电气系统主要由各部分控制柜及控制的电气元器件组成[4]。 混凝土泵车的工作原理 混泥土泵车的最大的作用是保证混泥土大范围内稳定可靠的输送，是重要的工程作业机械。本次设计的是一款4臂架的泵车臂架系统，4臂架的混泥土泵车的结构如图2-2所示，下面介绍其工作原理。 如图2-2所示，混泥土输送泵安装在汽车底板的尾部，其尾部还安装有混泥土料斗，工作时，混泥土搅拌车将混泥土卸料到泵车的料斗内，尾部的输送泵启动产生高压，将料斗内的混泥土押送至臂架系统的输送管，工程作业人员拿着臂架系统末端的软管，进行混泥土浇筑。臂架系统主要控制泵车的作业范围，臂架系统中的各个臂架的伸展和收缩主要是依靠液压油缸推动。 通常情况下，底部臂架1的摆动范围是 之间，臂架2和臂架3的摆动范围是 ，末端臂架4的活动最为频繁，其摆动角度可在 之间。整个臂架系统下端连接的是回转机构，可在 范围内旋转。 1-泵送机构；2-支腿机构；3-配管总成；4-固定转塔；5-回转机构；6-臂架1油缸； 7-臂架1； 8-臂架输送管； 9-臂架2油缸； 10-臂架2；11-臂架3油缸；12-臂架3；13-臂架4油缸；14-臂架4； 15-末端软管 图 2-2 4臂架混凝土泵车工作结构图 臂架折叠方式的确定 臂架系统的折叠型式较多，根据臂架转动的方向和顺序不同，臂架的折叠型式可分为R型、Z型和RZ综合型3种类型，其结构示意如图2-3所示。 图2-3 臂架的折叠型式 R型的折叠方式如图2-3（a）所示，其各个臂架绕着中心抱团折叠，这类折叠型式，结构相对比较简单，布置折叠紧凑， 有较好的竖直空间利用率，所需要的臂展空间也比较小。但是这类折叠型式，由于有折叠的先后顺序，在伸展时， 先伸展后端，然后往前依次一段一段的展开，在折叠时，先折叠前端，然后往后一段一段的折叠，因此折叠和伸展的效率较慢，消耗时间多。臂架系统在收缩折叠时，臂架的整体重心靠后，增大后轮的负担。 这类折叠方式多用于小型的混泥土泵车系统，通常臂架只有3节或则4节的臂架。 Z型臂架折叠方式如图2-3（b）所示，其各个臂架的折叠和伸展都可以一起进行，不会像R型臂架一次折叠，因此，Z型臂架的折叠方式效率更加高，所用时间短。但是，Z型臂架采用的是反方向折叠，所需要的展开空间大，采用大三角连杆，增大的泵车的重量，结构较为复杂。Z型折叠方式主要使用在4节或者5节的的中长臂架中。 RZ综合型臂架折叠方式如图2-3（c）所示，其折叠采用收拢依次折弯，综合了R型和Z型的特点，具有折叠时间快，中心分布较为均匀的特点，在现在的泵车臂架系统中广泛采用[9]。 本次设计的混泥土泵车臂架的折叠方式选用RZ综合型。 臂架系统的设计原则 臂架系统主要考虑布料的作业范围，布料高度及布料长度，根据技术参数，综合考虑材料、加工工艺、加工成本及安全系数等因素，做到合理设计。总结设计原则为： 1、保证臂架具备比较好的强度、刚度、稳定性及可靠性； 2、布料高度及长度范围大，能保证布料范围的各项技术方面的要求； 3、臂架系统结构紧密相连，折叠收缩后高度低； 4、臂架布料灵活，稳定性高； 5、臂架定位精确，可精确快速的到达作业位置； 6、臂架系统外形好看； 7、臂架系统在满足强度、刚度及韧性等力学要求的情况下，具有较轻的质量， 成本低。 设计技术参数的选择 本次针对混泥土臂架系统的设计，其设计技术参数如表2-1所示。表 2-1 混凝土泵车设计技术参数 最大离地高度（m） 36.6 臂架水平长度（m） 32.62 臂节数量（节） 4 臂节长度（m） 8700/7860/7980/8080 臂展角度（°） 92/180/180/245 输送管直径（mm） 125 末端软管（m） 3 混泥土泵车臂架系统的结构分析与选择 臂架的结构分析 臂架系统的最大的作用是承载混泥土布料管，引导混泥土到指定位置卸料。其布料范围主要由臂架的长度和节数决定的。臂架的整体外形轮廓如图3-1所示，泵送系统的输送管道安装固定在臂架侧面，其伸缩和折叠随臂架同步进行。为了减轻臂架的重量，臂架一般前端窄，后端宽。一般会用钢板焊接而成[7]。 图3-1 臂架外形结构效果图 臂架的箱型结构的选择 臂架主要是采用4个钢板焊接而成，组成的一个箱型结构，可以将臂架看成一根细长的悬臂梁，其主要载荷为自重、输送管及输送管中混泥土的重量。要求臂架拥有较好的强度、刚度及韧性，并且质量轻。臂架有多种截面形式，各个截面的翼板和腹板式通过焊接而成，其箱型面结构如图3-2所示。 目前主要是采用采用（d）的箱型截面，其制造工艺简单、具备比较好的强度和刚度，抗弯和抗扭能力好。有的可以在箱型截面内部焊接支撑件增加强度和刚度。 本次设计的臂架选用图3-2（d）所示的箱型结构,该形式箱型结构，在三一重工、慧盟重工的悬臂上较多采用[16]。 图3-2 臂架的箱型结构 臂架材料的选择 混泥土泵车在工作作业中，臂架是主要的受力部件，其承受自身重量以外，还承受输送管及混泥土的重量。因此在材料的选择上，主要选择高强度、高韧性具备比较好的力学性能的钢板。本次设计的臂架材料选用瑞典 公司的 钢板材料。 系列的钢板是瑞典 公司开发的具有超高强度、刚性及可焊性及常规使用的寿命长的特点，在国内应用较多，特别是采矿设备、自卸车、起重机、桥梁的拱梁等等领域都有其应用。其重量轻，强度极高，因此使用比较广泛。 臂架焊接方式的分析 在臂架焊接过程中，需要仔细考虑焊接的顺序，焊接的设备、焊接的方法及冷却的方式，如果局部焊接不均匀，冷却不充分等原因都可能会导致金属结构的变化，内部组织单元的重新排序，最后导致臂架焊接后发生变形，甚至是龟 裂。因此，在焊接时必须要格外注意焊接的速度、方法、顺序、输入热量的因素[13]。 本次臂架系统的焊接，对于焊接材料选用瑞典生产的 高强度，高稳定性焊丝，焊接工艺选用 混合气体保护焊，焊接的方法是，先预热到75℃，保持焊接线能量在 ，控制层间温度在范围内，进行快点输多道焊接。 对于臂架系统，需要承受较大的扭矩，对焊接的质量和焊接后的变形控制要求比较高，一定要具有足够的焊接强 度，因此，在焊接时，有必要进行预热、热处理及憨厚热处理工艺技术要求，对焊接顺序做如下说明[13]。1、预热 预热是常见的焊接预处理方式，对于平头焊缝、根部焊道、夹角焊缝等类型常有必要进行预热。对于厚钢板在焊接中进行预热是特别有必要的，可以补偿后钢板较快的冷却速度。对于要求进行刚性固定的焊件，进行预热处理也是很有必要的，预热的温度主要与被焊接的材料、碳含量的比值、被焊接材料的厚度等因素有关系。 对于钢板厚度在8mm及以上时，需要采用多层焊接方式，第一层焊接一般会用ER49-1进行打底焊，第二层采用焊丝直接焊满。焊层之间的温度控制在 之间，焊接速度控制在 ，采用的电流， 的电压，送丝速度为 。 2、预处理 焊接时，需要对所有焊道进行清洁处理，除掉表面上的油、铁锈及杂质，预热后，采用钢刷清理焊缝区域的积碳、灰尘和杂质。对于坡口周围 范围内也需要清洁干净。 4、焊后热处理 焊后热处理需要避免裂纹、减少内应力等缺陷。避裂纹出现的方法主要有[13]： 1、焊前预热呗焊接材料； 2、确保焊接面周围 范围内清洁、干燥无铁锈； 3、选择含氢量小的焊接材料，比如选用 焊丝； 4、采取了合理的焊接顺序。 对于焊接中产生冷裂纹的根本原因有： 1、焊缝金属存在氢元素； 2、焊件周围有氧化皮、铁锈、有误等杂质； 在进行焊接时，有必要进行如下操作： 1、采取了合理的焊接顺序，减少焊接件的参与内应力； 2、焊接时，需要把工件固定牢固，表面焊接中产生附加的应力和变形； 3、焊接后进行消氢处理； 混泥土泵车的臂架系统在工作中是主要的受力部件，对于焊接的材料、顺序、方法等都都有必要进行严格的要求。保证臂架系统有充足的强度、刚度和韧性。 臂架连接装置及变幅机构的选择 臂架连接装置的选择 混泥土泵车臂架连接装置主要有两种类型，分别为弯板式连接和连杆式连接，如图3-3所示。 图3-3 臂架连接装置 （A）弯板式连接装置；（B）连杆式连接装置 （1）弯板式连接装置 弯板式连接如图3-3（A）所示，连接处采用如同弯板的3铰点板，这类结构应用最为广泛，工作可靠，性能稳 定。 通过图3-3（A）能得出：机架数为l，臂杆数为4，弯连杆数为3，直连杆数为3， 液压缸构件数为8，运动副中有21个旋转副，4个移动副，没有高副。平面机构自由度计算公式为： （3.1） 式中： F——机构的自由度数； n——机构中活动构件数； ——机构中低副总数； ——机构中高副总数。 根据以上分析结果和式（3.1）得到弯板式4节臂泵车臂架系统的自由度数为： 因为机构的原动件为4个油缸，其数目与求得的自由度数一致，所以该机构的运动形式能确定。 （2）连杆式连接装置 连杆式连接装置的连接方式如图3-3（B）所示，该连接方式是由二力杆构件组成的。这种机构的特点是连接构件形状简单，制造工艺好，并易于实现空间布置，机构运动中相互制约少，但存在复合铰点受力复杂，折转角度有限等缺点。 通过图3-3（B）所示，该机构中机架数为1，臂杆数为4，连杆数为6，油缸构件数为8，运动副中有21个旋转副，4个移动副，没有高副。则连杆式臂架机构的自由度数为： 连杆式的自由度数目为4，油缸为4个，因此具有特定的运动形式。本次设计的混泥土泵车的臂架系统采用弯板式臂架连接装置。 变幅机构的选择 臂架的展开或则折叠都是通过臂架上的变幅油缸推动臂架的变幅连接机构实现的。油缸变幅机构如图3-4所示， 其具有结构紧密相连、制造成本低、自重轻、工作平稳等优点，在工程作业机械中应用较为普遍。 其中，当变幅角 小于90°或则略大于90°时，常采用三铰点变幅机构；当变幅角度更大时，远超于了 ，由于单缸三铰点变幅机构的运动死点存在，就不足以满足使用上的要求了。 本次设计混泥土泵车的臂架系统中，除了臂架底端的运动角度为92°外，第2段和第3段臂架的运动角度都为180°，第4段臂架的运动角度为245°。为满足变幅角度要求，采用三铰点变幅机构的基础上再串联一个四连杆机构。为减少三铰点变幅机构与四连杆机构在空间布局上的相互牵制，设计时所有铰点尽量不用复铰，因而形成了单缸六铰点变幅机构[16]。 图3-4 臂架间油缸变幅机构示意图 端部软管的选择 泵送系统的末端是橡胶软管，位于臂送系统输送管的末端，工程作业时，有作业工人牵引橡胶软管到制动点浇筑混泥土。橡胶软管位于混泥土输送装置的尾端，与混泥土经常接触，处于相对恶劣的环境中，要求橡胶软管耐 磨、抗腐蚀，能在-30℃~+70℃的环境中稳定工作，能承受正压和负压。 混泥土泵车的橡胶软管大致上可以分为三层，从内到外依次为橡胶内衬层、增强层、橡胶外覆层。而橡胶软管中间的增强层根据材料的不同，可分为 A、B、C、D 四种类型。A 型采用帘子布，B型采用钢丝缠绕层和帘子布层综合使用，C型和D型是钢丝缠绕形成的。尾端的橡胶软管的使用环境较为恶劣，接触混泥土粉尘较多，需要定期更换，末端的橡胶软管也是行业标准，采购和更换较为容易。为了对橡胶软管的制造及使用作出要求，我国颁发的GB/T 27571-2011对橡胶软管作出了明确的要求。 软管的压力损失较大，一般只用于端部排料，在不改变输送管道布置的情况下，经过控制软管，增大布料输送范围。橡胶软管大致上可以分为两种类型，即高压管和低压管。高压管主要细长用钢丝做骨架并包裹橡胶制成，可承受加大的输送压力，常规使用的寿命长。低压软管采用普通的橡胶软管，不能承受较大的压力，容易磨损，寿命寿命短。 目前，国内臂架系统的橡胶软管的型号基本统一，采用3m长，125mm管径的橡胶软管，本次设计的橡胶软管采用高压管[18]。 图3-5 端部软管 输送管的分析 输送管的最大的作用是输送混凝土，输送管的管径及安装布置将直接影响混泥土泵车的输送性能。输送管一般安装在输送管支架上，输送管支架安装在臂架上，通过螺栓或则焊接的方式来进行连接。臂架系统调节角度时，输送管的各连接轴段也会随着在管接头内转动，并且保证较好的密封性能。 输送管是整个臂架系统中的易损零件，混泥土在输送过程中，与输送管的内径发生连续摩擦。传统的输送管的 材料选用高耐磨铸造的钢管，常规使用的寿命可达到 ，目前的臂架系统的输送管常采用高强铝合金陶瓷材料，耐磨性更高，常规使用的寿命更长。 本次设计的输送管选用高强铝合金陶瓷材料。 连杆的选择 连杆零件是臂架之间的连接零件，是变幅机构中的连接件。安装在臂架的连接处，一般都液压油缸配合，共同完成对臂架摆幅角度的调整。按照连接形式的不同，可分为曲柄滑块式及双摇杆式两种类型，连杆连接的位置及组合方式将直接影响臂架系统的展开及折叠性能，在选择连杆零件时，要避免连杆变幅机构被锁死。连杆的选型中主要有直二力杆、弓形二力杆及三角结构连杆等类型，其结构如图3-6所示。 图3-6 连杆的形式 直连杆和弯连杆的结构相对比较简单，稳定性高，本设计的臂架系统选用直连杆和弯连杆组合成变幅机构。对于臂架系统的变幅机构，在设计时，需要注意以下几点要求： 1、重心 臂架系统的输送范围大，变幅机构连接处要考虑重心位置，让臂架系统的重心尽可能处理汽车底板的中心平面内。2、四杆机构 混凝土输送泵车的四杆机构不能与死点，传动角度合适，传动比适宜。3、摆动液压缸 液压缸的推力、行程及缸筒内径，活塞杆直径合适，能满足使用上的要求。4、构件不发生干涉 变幅机构的构件与臂架不发生干涉。 臂架系统的设计与计算 臂架系统中重量的初步计算 本次设计的胡泥土泵车的臂架系统的最大高度为36.6m，水平长度为32.62m，4个臂节，在计算和校核的时候， 应该从后端依次向前进行计算和校核。 臂架和混泥土输送管路所用钢密度为 ，已知混泥土输送管道的外径 ，混泥土输送管路的内径 ，则混泥土输送管道单位长度的重量为： （4.1） 参阅资料，普通混凝土的表观密度为 ，取表观密度 ，则混泥土输送管路中单位长度的混凝土重量为： （4.2） 末端软管的长度为3m，取重量为 。 臂架系统的工况分析 臂架系统展开的形态较多，臂架的不同展开角度决定了臂架的不同伸展位置，而臂架的展开角度主要由臂架连接的液压油缸来控制。其展开的工况较多，为了方便研究，本次设计把臂架的工况大致上可以分为5种类型，如图4-1所示 。 图4-1 臂架系统工况 第1中工况是水平工况，即4个臂节全部水平伸展，此时受到的载荷及扭矩最大，可以此种工况当做变截面的悬臂梁做处理；第2、3.4种工况为一般作业的工况，即有1个臂节或则多个臂节处于水平状态，在工程作业时，臂架 系统在回转机构杨旋转，会产生较大的水平惯性力，对垂直节臂有转矩作用。第5种工况为4个节臂都垂直伸展，这时，可将臂架系统当做压杆分析，是一种理想的状态，现实中不可能会出现。 本次按照界限状态工况1做多元化的分析和计算，如果工况1满足强度要求，则其余工况状态下也一定满足强度要求， 不加以计算和校核。 臂架4的设计与校核 初定，选择臂架4的钢板厚度 ，其为悬臂梁，横截面如图4-2所示。 图4-2 薄壁箱型结构示意图 臂架4纵向是非规则形状，截面平均取 ，可估算单位长度臂架4的重量： （4.3） 已知臂架4的长度为 ，臂架4阶段的总重量 为： （4.4） 末端软管总质量 为： （4.5） 臂架4的受力分析如图4-3所示，各臂架铰接处受力最大时，即是该臂架水平时。此时臂架的重心离铰接点最远，油缸的支撑力也是最大。 图4-3 臂架4的受力分析示意图 对臂架4铰接点附近的箱型结构可以进行强度校核： 铰接点附近的箱型是最大截面，取值 ，上下板边缘左右两边均留2mm，臂架的抗弯强度初步计算： （4.6） （4.7） 臂架4的铰接端取力矩 ，受力分析如图4-4所示。 图4-4 臂架4铰接端取力矩受力示意图 由于极限分析，末端软管呈水平状态，故人对于软管的支撑力 ，则臂架4的铰接端取力矩 为： （4.8） 计算的抗弯强度 ： （4.9） 采用WELDOX960钢板的许用强度为 ，所以满足强度要求。接着计算油缸推力和连接销轴的直径： 其中， ； ； 由此可得： （4.10） （4.11） 取动载系数 ，即臂架油缸4的最大推力负载为： （4.12） 实际设计时，考虑油缸的负荷裕量，第4节臂油缸选取永达的3YZ7-1油缸，压力16MPa,缸径40mm。 臂架铰接处用柱销，尺寸按以下材料性能计算：取材料为SiMn钢，抗拉强度 ，屈服点 ，断后伸长率 ，钢材退火或高温回火供应状态布氏硬度 ， ，安全系数取 。 横向力F作用时： （4.13） 若柱销的直径太小，对臂架的撕裂性明显地增加，因此，可以将此销的尺寸加大，并柱销设计为空心销，取第4节 臂柱销外径尺寸定为 。 4.3 臂架3的设计与校核 第3臂架为折弯臂架，如图4-5所示。 图4-5 臂架3折弯示意图 由臂架折叠时空间上避免干涉，故第3节臂架设计为折弯式。折弯距离为 相应管路也应该满足空间上不干涉的基础要求，初定臂架3的钢板厚度为  ，臂架3的箱型截面 ， ，受力情况如图4-6所示。 图4-6 臂架3受力图 计算臂架3的单位长度重量 ： （4.14） 臂架3的长度为 ，则臂架3阶段的总重 ： （4.15） 对铰接端部取力矩 ，受力分析如图4-7所示。 图4-7 臂架3铰接端取力矩受力示意图臂架3的铰接端取力矩 为： （4.16） 初定： ； ； （4.17） （4.18） 由裕量和动载，所以取液压缸型号为臂架间铰接处用柱销 柱销尺寸按以下材料性能计算：取材料为SiMn钢，安全系数取横向力F作用时： （4.19） 因此，柱销尺寸定为 臂架的抗弯强度初步计算，初定铰链连接处的箱型面尺寸为： ； 。 （4.20） 臂架3的铰接端抗弯强度的计算： （4.22） 采用钢板的抗拉强度为 满足抗弯强度。臂架3的铰接端的抗扭强度的计算： （4.21） （4.23） 抗扭截面系数计算公式如下： （4.24） （4.25） 臂架3满足扭转强度，整个臂架系统主要受弯矩较大，受扭矩较小，后面不加计算了。 臂架2的设计与校核 初定臂架2长度为 ，钢板厚度为 。 臂架2的箱型截面平均尺寸为： ， ，臂架2的受力如图4-8所示。 图4-8 臂架2受力图 臂架2单位长度重量 ： （4.26） 臂架2

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