車載式布料機(jī)臂架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、摘 要 18米車載式布料機(jī)是一種由汽車底盤、混凝土輸送泵、可回轉(zhuǎn)和折疊伸縮的布料臂架系統(tǒng)等組成的高效混凝土澆筑設(shè)備。其中最重要的部件就是臂架系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)將混凝土通過(guò)臂架上的輸送管輸送到各種復(fù)雜的建筑施工位置；它的布料性能體現(xiàn)在高效的工作適應(yīng)性、靈活便捷的操作和機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的高可靠性。 18米車載式布料機(jī)是一個(gè)專門服務(wù)于農(nóng)村房屋和橋梁施工的短臂架產(chǎn)品，此產(chǎn)品的研發(fā)要求以二軸(橋)底盤上的最長(zhǎng)18米臂架為餌標(biāo)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)、分析及優(yōu)化。論文以農(nóng)村實(shí)際建設(shè)為依托，以設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)、高效18米布料臂架系統(tǒng)為目標(biāo)，圍繞材料力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析及機(jī)械系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)等方面中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了研究。 關(guān)鍵詞：車

2、載式布料機(jī)；臂架系統(tǒng)；短臂架 Abstract Concrete pump is the efficient concrete pouring equipment that consist of chassis、concrete pump、rotatable and collapsible telescopic cloth boom system. The most important part of the concrete pump is the boom system which transported conc

3、rete to the location of a variety of complex construction through the boom on the concrete pipes. In addition, the performance fabrics of the boom system works efficient、safe and adaptable,flexible and convenient to operate. 18m pump is the product that specialized service in the construction of rur

4、al houses and bridges short jib. The research、analysis and optimization of the 18m pump is with two axes (bridge) on the chassis of the longest 18 ??meters boom as standard bait. Around the mechanics of materials analysis, dynamic analysis and structural optimization design and mechanical control sy

5、stem design and other aspects of the key technical issues, the research rely on the actual construction of rural, aim to design a high quality, efficient 18 m boom pump system. Keywords: Vehicle-mounted spreader; Boom system;Short boom 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1

6、 1.1 車載式布料機(jī)介紹 1 1.2 車載式布料機(jī)的發(fā)展概況 2 1.3 短臂架布料機(jī)的現(xiàn)狀與趨勢(shì) 4 1.4 課題來(lái)源及設(shè)計(jì)內(nèi)容 5 1.4.1 課題來(lái)源 5 1.4.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 6 第2章 方案論證 7 2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo) 7 2.2 方案的擬定 7 2.2.1 布料機(jī)樣式的確定 7 2.2.2 布料機(jī)臂架基本參數(shù)的確定 8 2.3 整體方案 9 第3章 泵車臂架系統(tǒng) 10 3.1 臂架載荷分析 10 3.2 臂架的設(shè)計(jì)原則 10 3.3 臂架具體參數(shù)的計(jì)算 10 3.3.1 節(jié)臂3尺寸及其鉸接零件尺寸的計(jì)算 11 3

7、.3.2 節(jié)臂2尺寸及其鉸接零件尺寸的計(jì)算 21 3.3.3 節(jié)臂1尺寸及其鉸接零件尺寸的計(jì)算 31 3.4 回轉(zhuǎn)支撐裝置的選擇 43 3.4.1 載荷的確定 44 3.4.2 回轉(zhuǎn)支承裝置的受力分析 44 3.4.4 回轉(zhuǎn)支承裝置的強(qiáng)度計(jì)算 46 3.5 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的選擇及其傳動(dòng)分析 47 3.5.1 回轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算 47 第4章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 49 4.1 液壓系統(tǒng)工作原理 49 4.2 系統(tǒng)的動(dòng)作要求如下 50 4.3 PLC的選擇 50 4.3.1 PLC品牌的選擇 50 4.3.2 S7-200系列CPU的選擇 51 4.3

8、.3 PLC的I/O資源配置 52 4.4 控制系統(tǒng)硬件連線圖 54 結(jié) 論 55 致 謝 56 參考文獻(xiàn) 57 CONTENTS 摘 要 2 Abstract 3 Chapter 1 Introduction 6 1.1 Fabric machine Introductionn 6 1.2 Vehicle overview of the development is the fabric machine 7 1.3 status and trends of the Short

9、boom pump 9 1.4 Source topics and Design content 10 1.4.1 Source topics 10 1.4.2 Design content 11 Chapter 2 Demonstration program 12 2.1 Design Goals 12 2.2 Program development 12 2.2.1Determination of fabric machine style 12 2.2.2Pump truck boom determine the basic parameters 13

10、 2.3Overall program 14 Chapter 3 Pump truck boom system 15 3.1 Boom load analysis 15 3.2 design principles of the boom 15 3.3 Calculation of specific parameters of the boom 16 3.3.1 Its hinged arm three dimensions part size calculation 17 3.3.2 Size and hinged arm 2 part size calculatio

11、n 27 3.4 selection of the rotary support device 49 3.4.1 load determination 49 3.4.2 Stress Analysis of slewing device 50 3.4.4 calculations of the Slewing unit strength 52 3.5 selection and Transmission Analysis of the Rotary drive device 53 3.5.1 calculation of the Rotary drag torq

12、ue 53 Chapter 4 Hydraulic System Design 55 4.1 theory of Hydraulic System 55 4.2 requirements of Operation of the system 56 4.3 Selection of the PLC 56 4.3.1 Selection of the PLC brand 56 4.3.2 Selection of the S7-200 series CPU 57 4.3.3 The PLC I / O resource allocation 58 4.4 Co

13、ntrol system hardware connection diagram 59 Conclusion 62 Thanks 63 References 64 V 第1章 緒論 1.1 車載式布料機(jī)介紹 車載式布料機(jī),也可以稱作臂架式混凝土泵車,可以將它定義為:將混凝土泵和液壓折疊式臂架都安裝在汽車或拖掛車底盤上,沿著臂架架設(shè)輸送的管道,通過(guò)最末端的軟管,最終輸出混凝土的設(shè)備[1]?；炷帘密嚨幕窘Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-1。 1、底盤部分 2、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 3、液壓部分4、臂架系統(tǒng) 5、泵送系統(tǒng) 6、底架 圖1-1 混

14、凝土泵車的基本結(jié)構(gòu)圖 泵車臂架擁有折疊、回轉(zhuǎn)及變幅的功能，因此實(shí)際應(yīng)用中能夠在臂架所能及的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行布料。泵車應(yīng)用于建筑施工作業(yè)之中,能夠非常便捷、合理的應(yīng)用于各種混凝土輸送情況,特別是垂直輸送的情況,既可以完成混凝土現(xiàn)場(chǎng)的輸送，又可以兼顧布料作業(yè)，且能保證二者同時(shí)進(jìn)行,具有非常良好的泵送性能、布料范圍廣泛、澆筑的速度快、澆筑質(zhì)量高、保持現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境的清潔、減輕作業(yè)人員工作的強(qiáng)度、機(jī)動(dòng)性好和轉(zhuǎn)移方便等諸多優(yōu)點(diǎn),所以得到人們的普遍青睞[2]。特別是在基礎(chǔ)和低層施工以及頻繁轉(zhuǎn)移工地的時(shí)候,能夠更好的凸顯出它的優(yōu)越性。只要是在臂架活動(dòng)范圍之內(nèi),就可以任意地改變混凝土的澆筑位置,而不需要在現(xiàn)場(chǎng)鋪

15、設(shè)臨時(shí)的管道,這樣就可以大大的縮短鋪助時(shí)間,進(jìn)一步提高工作效率。當(dāng)混凝土澆筑的需求量很大或者超大體積、超厚基礎(chǔ)混凝土的需要一次性澆筑時(shí),泵車的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)的更為明顯[3]。 目前,稍大規(guī)模的混凝土施工大都使用泵車泵送技術(shù),特別是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。泵車的使用范圍已經(jīng)拓展至水利、水電、地鐵、橋梁、大型基礎(chǔ)、高層建筑和民用建筑等工程。早已成為泵送混凝土施工機(jī)械的首選機(jī)型,在建筑施工過(guò)程中必不可少。泵車是由汽車底盤、混凝土輸送泵和臂架系統(tǒng)等組成用于輸送混凝土的專用車輛,一般情況下,我們可以大致將混凝土泵車看做由六大部分組成:底盤部分、泵送系統(tǒng)、臂架系統(tǒng)、操縱控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、底架[4]。

16、 1.2 車載式布料機(jī)的發(fā)展概況 混凝土泵的研究最早開(kāi)始于德國(guó)，1907年德國(guó)就開(kāi)始研究混凝土泵，并有人取得專利權(quán)。此后，與1913年美國(guó)也有人制造出混凝土泵樣機(jī)并取得專利。至1930年，德國(guó)制造了立式單杠的球閥活塞泵，這種泵由曲柄和搖桿傳動(dòng)，工作性能較差，使用價(jià)值不大。到1932年荷蘭人庫(kù)依曼制造出臥式缸的庫(kù)依曼型混凝土泵，成功的解決了混凝土泵的構(gòu)造原理問(wèn)題，大大的提高了工作的可靠性。此后混凝土泵即進(jìn)入小規(guī)模的試用階段[5]。 第二次世界大戰(zhàn)之后，各國(guó)陸續(xù)開(kāi)始經(jīng)濟(jì)恢復(fù)工作，建筑工程規(guī)模日益擴(kuò)大，混凝土泵的銷路較好，應(yīng)用日漸增多。五十年代中葉，聯(lián)邦德國(guó)的托克里特（Torket)公

17、司首先發(fā)展了用水作為工作液體的液壓缸，使混凝土泵車進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。1959年，聯(lián)邦德國(guó)的施文英公司生產(chǎn)出第一部全液壓的混凝土泵，它用油作為工作液體來(lái)驅(qū)動(dòng)活塞和閥門，使用后用壓力水沖洗泵和輸送管。這種液壓泵功率大，排量大，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，可做到無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，泵的活塞還可逆向動(dòng)作以減少堵塞的可能性，因而使混凝土泵的設(shè)計(jì)、制造和泵送施工技術(shù)日趨完善。此后，為了提高混凝土泵的機(jī)動(dòng)性，在六十年代中期又研制了混凝土泵車，并配備了可以回轉(zhuǎn)和伸縮的布料桿，使混凝土泵的澆筑工作更加靈活多變。在活塞式混凝土泵不斷完善的過(guò)程中，美國(guó)的查倫奇一考克兄弟(ChollengecookBors)公司于1963年又研制了一種新

18、型的擠壓式混凝土泵[6]。這種泵的工作原理與活塞式混凝土泵迥然不同，它是利用轉(zhuǎn)動(dòng)的滾輪擠壓軟管中的混凝土混合物而進(jìn)行輸送的[6]。 混凝土泵按驅(qū)動(dòng)方式分為活塞式混凝土泵和擠壓式混凝土泵兩種。活塞式混凝土泵是應(yīng)用最早也是最有發(fā)展前途的一種混凝土泵?；钊交炷帘弥校鶕?jù)驅(qū)動(dòng)力的不同，又有機(jī)械式活塞泵和液壓式活塞泵之分。擠壓式混凝土泵在六十年代后期盛行，但是由于這種混凝土泵的排量較小，輸送距離不如活塞式大，因而應(yīng)用逐漸減少[7]。混凝土泵根據(jù)其能否移動(dòng)以及移動(dòng)的方式，分為固定式、拖動(dòng)式和汽車式。汽車式混凝土泵，其工作機(jī)構(gòu)裝在汽車底盤上沮都帶有布料桿，移動(dòng)方便，機(jī)動(dòng)靈活，移至新的工作地點(diǎn)不需要進(jìn)行

19、太多準(zhǔn)備工作即可進(jìn)行澆筑，因而是目前大力發(fā)展的機(jī)種[8]。 泵車產(chǎn)品以德國(guó)施文英(Schwing)和塞勒(Scheele)公司最為著名，另外意大利、日本、美國(guó)等一些國(guó)家的泵車產(chǎn)量也有一定規(guī)模。近年來(lái)，泵車產(chǎn)品日趨完善，泵車臂架節(jié)數(shù)由最早的2-3節(jié)變?yōu)?-6節(jié):臂架長(zhǎng)度由十幾米變?yōu)樗氖嗝祝L(zhǎng)臂架達(dá)到62米;混凝土的理論輸送量由40m3/h 增至200m3/h 。泵送混凝土的壓力也由2.5MPa變?yōu)?2MPa[9]。 在我國(guó)，泵車的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的時(shí)間不長(zhǎng)，設(shè)計(jì)和制造水平相對(duì)較低。為了迅速縮短我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家設(shè)計(jì)和制造混凝土泵車的差距，國(guó)內(nèi)許多廠家紛紛與國(guó)外知名公司合作生產(chǎn)混凝土泵車

20、。其中有代表性的廠家有徐州工程機(jī)械廠(與德國(guó)合作)，北京城市建設(shè)工程機(jī)械廠(與意大利合作)，海城建設(shè)機(jī)械廠(與德國(guó)LSB公司合作)，湖北建設(shè)機(jī)械股份有限公司(與日本合作)等實(shí)現(xiàn)混凝土的商品化生產(chǎn)是我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)中的重大國(guó)策。商品混凝土由混凝土攪拌站的攪拌樓集中大量生產(chǎn)，由專用輸送設(shè)備運(yùn)至施工工地，再用泵送、布料等設(shè)備實(shí)現(xiàn)澆筑。在這一過(guò)程中餛凝土泵車扮演著重要角色，它可以一次同時(shí)完成現(xiàn)場(chǎng)混凝土的輸送和布料，具有泵送性能好，布料范圍大，能自由行走，機(jī)動(dòng)靈活和轉(zhuǎn)移方便等特點(diǎn)。尤其是在基礎(chǔ)、低層施工及需要頻繁轉(zhuǎn)移工地時(shí)，使用混凝土泵車更能顯示其優(yōu)越性。另外在泵車臂架活動(dòng)范圍內(nèi)可以任意改變澆筑位置，不需在

21、現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)鋪設(shè)管道，節(jié)省輔助工時(shí)，提高工效。特別是在混凝土澆筑需求量大，超大體積及超厚基礎(chǔ)混凝土的一次澆筑和質(zhì)量要求高的工程中效果更加顯著。如新上海國(guó)際大廈底板混凝土17000m2，用12臺(tái)混凝土泵車，64h澆筑完畢；1995年10月上海建工集團(tuán)總公司集中了36輛混凝土泵車用于上海世界貿(mào)易商城基礎(chǔ)底板的一次性澆筑施工，連續(xù)26h共澆筑混凝土2.4萬(wàn)m，這些都表明了混凝土泵車在現(xiàn)代施工中所起的重要作用[10]。 1.3 短臂架布料機(jī)的現(xiàn)狀與趨勢(shì) 中國(guó)現(xiàn)在是世界上最大的混凝土機(jī)械生產(chǎn)國(guó)，也可以說(shuō)是一個(gè)混凝土機(jī)械生產(chǎn)的強(qiáng)國(guó)。就混凝土泵車這一塊而言：首先從數(shù)量上看，我國(guó)的產(chǎn)量占世界市場(chǎng)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，

22、三一、中聯(lián)單個(gè)企業(yè)一年的混凝土泵車的生產(chǎn)量就可滿足全歐洲一年的需求；其次從品種上看，臂架長(zhǎng)度從22米到58米的各種型號(hào)均有，2006年三一重工還研制出了世界上臂架最長(zhǎng)的66米泵車；從技術(shù)水平上看，雖然局部的如液壓元件，結(jié)構(gòu)件疲勞計(jì)算技術(shù)還落后于歐洲公司，但整車設(shè)計(jì)水平已經(jīng)領(lǐng)先，作為銷售的主流三橋和四橋底盤泵車，國(guó)內(nèi)的臂架長(zhǎng)度都能做得更長(zhǎng)，在海外市場(chǎng)更具競(jìng)爭(zhēng)力。從市場(chǎng)銷售上看，雖然在產(chǎn)品的穩(wěn)定性和工藝方面還不如國(guó)外，但在性價(jià)比、售后服務(wù)等方面，具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，且產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加符合國(guó)內(nèi)或者銷售地國(guó)家的實(shí)際施工情況[11]。 短臂架泵車是指臂架長(zhǎng)度在30米以下的，采用二橋或三橋底盤的泵車。

23、在國(guó)外，短臂架泵車依然在市場(chǎng)上保持相當(dāng)大的份額。以德國(guó)施維英為例，我們可以看到其臂架型譜在短臂架上有KVM24—4H、KVM26-4、KVM28 X等型號(hào)可選。而意大利的塞瑪(SERMAC)的最新資料上也有3222、4226、5232、4R32等中短型號(hào)供選擇，甚至還有2218、3224、4228這樣的泵車和攪拌輸送車整合的產(chǎn)品。反觀近年我國(guó)的臂架式混凝土泵車的市場(chǎng)中，中短臂架泵車所占份額卻非常低。究其原因，首先是國(guó)內(nèi)商品混凝土供貨商在向建筑商銷售商品混凝土?xí)r基本是同時(shí)提供泵車泵送服務(wù)的?；炷恋慕Y(jié)算每噸單價(jià)是與泵車臂長(zhǎng)緊密結(jié)合的，臂架越長(zhǎng)越貴。這就使得本來(lái)屬于短臂架泵車的市場(chǎng)被三十多米的中長(zhǎng)

24、臂架泵車所侵占；其次泵車生產(chǎn)廠商更愿意用有限的投入去生產(chǎn)和銷售更高附加值的長(zhǎng)臂架泵車以賺取更大的利潤(rùn)。但是我們應(yīng)該清楚的看到，短臂架泵車的發(fā)展窘境在近年中國(guó)混凝土機(jī)械市場(chǎng)是比較特殊的，隨著混凝土泵車市場(chǎng)的進(jìn)一步成熟，短臂架泵車必將迎來(lái)一個(gè)高速發(fā)展期。原因如下：(一)、混凝土泵車市場(chǎng)利潤(rùn)巨大，吸引許多其他行業(yè)的投資和廠商進(jìn)入。但較高的技術(shù)和資金門檻，使得短臂架泵車自然成為進(jìn)入此行業(yè)的突破口；(二)、隨著商品混凝土市場(chǎng)的進(jìn)一步成熟，用戶群及其的設(shè)備功能開(kāi)始細(xì)分。更多如別墅、涵洞、地溝等適合短臂架泵車的建筑施工方希望商品混凝土供貨商用成本更低的短臂架泵車施工。而短臂架泵車的靈活機(jī)動(dòng)、集成車載泵等多功

25、能的特點(diǎn)也大大拓展了自己的市場(chǎng)；(三)、2005年”十一五”規(guī)劃確定了鐵路建設(shè)為主要目標(biāo)：新建鐵路1萬(wàn)公里，2010年，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程將達(dá)到8.5萬(wàn)公里。其中橋梁箱梁、橋墩，無(wú)碴軌道的道床澆筑都是短臂架泵車的強(qiáng)項(xiàng)[12]。這一巨大的市場(chǎng)立即吸引了眾多各類設(shè)備提供商的眼球。 1.4 課題來(lái)源及設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.4.1 課題來(lái)源 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量的農(nóng)民工在城里獲得不少財(cái)富。基于中國(guó)都有落葉歸根的傳統(tǒng)思想，很多通過(guò)勞動(dòng)經(jīng)商致富的農(nóng)民都回到農(nóng)村建房。尤其在南方普遍的農(nóng)民都擁有一套鄉(xiāng)間小別墅，中國(guó)擁有龐大的農(nóng)村人口。因此農(nóng)村的住房建設(shè)量是非常大的，如果能把泵車技術(shù)引進(jìn)農(nóng)村建設(shè)中將回帶來(lái)巨大的

26、經(jīng)濟(jì)效益。但是農(nóng)村的羊腸小道對(duì)于布料機(jī)的進(jìn)出影響很大而導(dǎo)致農(nóng)村建設(shè)水平和速度一直處于二十世紀(jì)末的水平。針對(duì)這種情況，應(yīng)根據(jù)農(nóng)村具體實(shí)際去設(shè)計(jì)適合農(nóng)村建設(shè)的混凝土泵車。 1.4.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算節(jié)臂長(zhǎng)度分別為5.5-5.5-4的臂架的具體截面尺寸及臂架與臂架鉸接處的所用的銷釘直徑。根據(jù)具體的受力情況選擇合適行程及缸徑的液壓缸。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果在Pro/E中畫(huà)出立體圖并裝配出來(lái)，最后在Pro/E中模擬仿真運(yùn)動(dòng)。 選擇相應(yīng)的控制器設(shè)計(jì)出相應(yīng)的液壓控制系然后在PLC編寫(xiě)控制程序及畫(huà)出相應(yīng)的控制電路圖。 第2章

27、 方案論證 2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo) 為適應(yīng)農(nóng)村建設(shè)的需要，本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一款短臂架、適合穿行鄉(xiāng)村羊腸小道的小型高效的混凝土布料機(jī)。 2.2 方案的擬定 2.2.1 布料機(jī)樣式的確定 1 手動(dòng)式布料機(jī) 手動(dòng)式布料機(jī)完全由人工操作，具體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)靈活、操作方便、價(jià)格低廉，適合于混凝土平面澆注施工，目前市場(chǎng)較大，整機(jī)可繞回轉(zhuǎn)支座回轉(zhuǎn)，臂架分為兩段，后臂可繞前臂回轉(zhuǎn)，兩處回轉(zhuǎn)組合可實(shí)現(xiàn)臂長(zhǎng)范圍內(nèi)的連續(xù)布料。兩外，伸縮支腿可調(diào)節(jié)高度和長(zhǎng)度，立架可拆卸，以滿足不同的施工要求。 2 塔式布料機(jī) 塔式布料機(jī)布料半徑大，布料臂2-5節(jié)，

28、一般采用液壓式，也有少量機(jī)械式，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的不同，可選用固定式、內(nèi)爬式、行走式。塔式布料機(jī)以管柱內(nèi)爬式為主。 3 船用布料機(jī) 工作環(huán)境濕度大，海風(fēng)含鹽分，腐蝕性大，電氣系統(tǒng)容易出故障。要求在七級(jí)海風(fēng)、船舶傾斜度3度、船體震動(dòng)的條件下正常工作。船體傾斜和擺動(dòng)使整機(jī)產(chǎn)生附近載荷，影響布料機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。船用布料機(jī)廣泛應(yīng)用與港口、橋梁的建設(shè)，特別在跨海大橋的建設(shè)中發(fā)揮了巨大作用。 4 車載式布料機(jī) 車載式布料機(jī)是將布料桿安裝在載重汽車底盤上的混凝土布料設(shè)備，由低架、布料桿、液壓缸連桿機(jī)構(gòu)、等組成。 布料桿是由采用低合金高強(qiáng)度薄鋼板組焊接的矩形斷面

29、鋼結(jié)構(gòu)臂架組成。布料桿一般是由4節(jié)臂架鉸接構(gòu)成，各節(jié)臂架長(zhǎng)度不一，視組合構(gòu)造需要而定。整個(gè)布料桿采用液壓缸進(jìn)行架設(shè)，可以垂直豎立，也可以水平伸出。臂架與臂架之間通過(guò)鉸接相連。前一節(jié)臂架可圍繞后一節(jié)臂架前段的鉸點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，借助液壓缸連接桿機(jī)頭實(shí)現(xiàn)伸展和折疊。第一、二折疊角為180度，第三、四折疊角為240-250度，整個(gè)不料桿可以轉(zhuǎn)動(dòng)370度。因此，布料桿的活動(dòng)面大，有效范圍大，深受施工單位歡迎。 由于本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是農(nóng)村建設(shè)因此布料機(jī)需要經(jīng)常轉(zhuǎn)換施工地點(diǎn)，而且在農(nóng)村也缺少適合吊裝布料桿系統(tǒng)的起重機(jī)因此在樣式上選擇車載式布料機(jī)也就是泵車。 2.2.2 布料機(jī)臂架基本參數(shù)的確定

30、 臂架系統(tǒng)的基本參數(shù)主要有：節(jié)臂數(shù)、垂直布料高度（m）、水平布料半徑（m）、折疊方式。 因本產(chǎn)品主要是針對(duì)農(nóng)村地區(qū)建設(shè)而設(shè)計(jì)的混凝土布料系統(tǒng)，所以臂架的節(jié)數(shù)、每節(jié)臂架的長(zhǎng)度、旋轉(zhuǎn)角度角度、都要要根據(jù)廣農(nóng)村地區(qū)的具體路況及其樓房建設(shè)高度去設(shè)定。從而使該布料系統(tǒng)能適應(yīng)大部分的鄉(xiāng)村建設(shè)。具筆者考察，農(nóng)村地區(qū)的路面寬度主要在3米，轉(zhuǎn)彎半徑在5米。主要通行的車輛一般長(zhǎng)度都在6米內(nèi)；樓房層數(shù)一般為3層，每層高3.8米?？偢咭话阍?2左右。綜合上述，為適應(yīng)農(nóng)村建設(shè)的需求，該產(chǎn)品的臂架系統(tǒng)的基本參數(shù)設(shè)置主要如表2-1，2-2，2-3所示。 表2-1 臂架系統(tǒng)基本參數(shù) 節(jié)臂數(shù) 垂直布料

31、高度（m） 水平布料半徑（m） 折疊方式 3 20.3 18 M 表2-2 臂架系統(tǒng)基本參數(shù) 長(zhǎng)度（m） 擺角() 節(jié)臂1 5.55 162 節(jié)臂2 5.55 180 節(jié)臂3 4.18+3（三米可拆裝） 180 表2-3 臂架系統(tǒng)主要參數(shù) 最大理論輸出量（m/h） 20 泵送液壓系統(tǒng)額定壓力（MPa） 20 允許最大骨料粒(mm) 碎石40 臂架管內(nèi)徑（mm） 125 最大布料高度（m） 20.2 最大布料半徑（m） 18

32、.3 最大布料深度（m） 16.3 末端軟管長(zhǎng)度（m） 3 液壓系統(tǒng)壓力（MPa) 16 臂架回轉(zhuǎn)角度（） 360 2.3 整體方案 根據(jù)臂架系統(tǒng)的基本參數(shù)最后確定整體方案，方案簡(jiǎn)圖如圖2-1所示 如圖2-1 第3章 布料機(jī)臂架系統(tǒng) 3.1 臂架載荷分析及設(shè)計(jì)原則 泵車臂架所承受的交變載荷為脈動(dòng)循環(huán)載荷，其主要來(lái)源于泵送系統(tǒng)，分兩個(gè)方面，一是主油缸推送混凝土?xí)r通過(guò)輸送管而傳遞給臂架的，它的方向根據(jù)輸送配管的走向改變而改變，使臂架受力變得臂架復(fù)雜難以計(jì)算；其二是來(lái)自S閥換向擺動(dòng)油缸的橫向沖擊；另外，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程對(duì)比較產(chǎn)生的慣

33、性力，也是臂架一個(gè)主要的動(dòng)載荷來(lái)源；還有臂架系統(tǒng)自重（包括作業(yè)期間輸送管內(nèi)的混凝土的重量）應(yīng)力，也是一個(gè)十分重要的力源，至于發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)軸高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的振動(dòng)也會(huì)對(duì)臂架抖動(dòng)產(chǎn)生微弱影響，相對(duì)泵送系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、臂架系統(tǒng)自重的影響來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)。因此，在進(jìn)行臂架系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要針對(duì)泵送系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)動(dòng)載荷和臂架系統(tǒng)自重可能對(duì)臂架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響來(lái)對(duì)臂架系統(tǒng)的具體機(jī)構(gòu)尺寸使其的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性得到保證。 關(guān)于臂架系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和探究歷來(lái)都是工程師們關(guān)心的核心問(wèn)題之一。一方面我們希望臂架系統(tǒng)擁有滿足需求的整體強(qiáng)度、剛度,同時(shí)對(duì)于工作環(huán)境能夠有非常強(qiáng)的適應(yīng)能力兼?zhèn)漭^高的可靠性,另一方面動(dòng)態(tài)特

34、性也要比較合理,機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)。為了滿足臂架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、強(qiáng)度、剛度等各方面要求,但是泵車臂架的結(jié)構(gòu)樣式很多,為了能夠得到、選用一個(gè)較好的臂架,我們應(yīng)當(dāng)遵循下列原則:(1)擁有滿足要求的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和剛度;(2)重量盡可能小,盡可能輕便;(3)在條件、技術(shù)允許情況下,臂架的伸展高度盡可能大,獲得更大的布料范圍;(4)水平長(zhǎng)度長(zhǎng),凈水平長(zhǎng)度盡可能長(zhǎng);(5)大的下探深度;(6)臂架打開(kāi)的高度較低;(7)布料方式較為靈活;(8)結(jié)構(gòu)樣式緊湊;(9)定位精準(zhǔn),誤差較小;(10)臂架外形盡可能美觀,滿足視覺(jué)要求等[3]。 3.3 臂架具體參數(shù)的計(jì)算 本次設(shè)計(jì)的臂架為由合金鋼板焊接而成的箱型斷面結(jié)構(gòu)，但

35、是鑒于臂架的具體尺寸都是未知的，而臂架的水平受力大小主要取決于臂架垂直方向的受力。故本次設(shè)計(jì)計(jì)算中先忽略臂架所受的水平彎矩和扭矩，只考慮臂架每一處所受的彎矩。先算出主要用于承受垂直方向彎矩的那一部分截面的尺寸也就是截面的高度y，臂架的截面如圖2-1，再針對(duì)臂架所受的扭矩、水平方向彎矩計(jì)算臂架整個(gè)截面的具體尺寸。 圖3-1 臂架截面 3.3.1 節(jié)臂3尺寸及其鉸接零件尺寸的計(jì)算 1 臂架截面高度y的計(jì)算 第三節(jié)臂架垂臂架承受的垂直方向的載荷主要有：臂架自重、臂架管道及其混凝土的重力。它們的位置及其節(jié)臂3計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3-2： 式中G1——節(jié)臂3的臂架

36、管及其管內(nèi)混凝土的重量， G2——軟管及其管內(nèi)混凝土和人工牽引力等效作用力， L13——臂架管及其管內(nèi)混凝土重心相對(duì)節(jié)臂3鉸接點(diǎn)的距離 L23——臂架管支撐點(diǎn)到B3鉸接處的距離 L33——軟管及其管內(nèi)混凝土等效重心到節(jié)臂3鉸接處的距離 Kd——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，一般取 節(jié)臂3上的載荷分布簡(jiǎn)圖如圖3-2： 圖3-2 節(jié)臂3的受力分析及具體尺寸位置簡(jiǎn)圖 因?yàn)楸奂芟到y(tǒng)除了支撐臂架管外，主要支撐的還有自身的重量。如果設(shè)計(jì)的是普通的等截面尺寸的臂架，這樣不僅會(huì)大大增加臂架的自身重量浪費(fèi)材料而且還會(huì)增加臂架的不

37、穩(wěn)定性及其降低工作效率。這些在都不利于該機(jī)械的推廣和減低它自身的競(jìng)爭(zhēng)力。因此本節(jié)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是利用微積分去算出在截面寬度一定時(shí)對(duì)應(yīng)的高度恰好為多少時(shí)可使整個(gè)臂架每一處能承受的最大彎矩都一樣。這樣就能充分發(fā)揮每一處材料的作用。鑒于臂架主要承受的載荷是垂直方向上的彎矩、而根據(jù)具體的推算在材料橫截面積一定時(shí)，高度越大其承受的垂直方向的彎矩越大。 根據(jù)臂架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)中采用的是厚度為0.016m的Q550低合金高強(qiáng)度鋼板。在以節(jié)臂3與節(jié)臂2鉸接處為笛卡爾坐標(biāo)系原點(diǎn)時(shí)，XYZ軸的分布如圖3-1所示。根據(jù)材料力學(xué)分析在考慮臂架自身重量時(shí)，臂架承受的彎矩有兩部分組成：1臂架自身重力產(chǎn)生的彎矩MB、2臂

38、架管及其管內(nèi)混凝土重力產(chǎn)生的彎矩MA。 根據(jù)力學(xué)分析可得 （3-1） (3-2) （3-3） （3-4） (3-5) 式中ρ——Q550鋼板的密度， h——Q550鋼板的厚度， Kd——?jiǎng)虞d荷系數(shù)， [σ]——Q550的許用應(yīng)力 σs——Q550的屈服強(qiáng)度， σb——Q550的抗拉強(qiáng)度， 其中 聯(lián)立式子（3-1）、（3-2）、（3-3

39、）、（3-4）、（3-5）并帶入相應(yīng)的數(shù)據(jù)可得出式子 （3-6） 該方程在Pro/E中求曲線的編程較復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)采取取樣的方式：x軸每隔0.8(m)取一個(gè)點(diǎn)，y(m)只取正值。將x點(diǎn)值代入式（3-6）求得一系列相應(yīng)的y值，如下表（3-4）： 表3-4 y隨x在式（3-6）中變化表 x 0 0.8 1.6 2.4 3.2 4 y 0.1123 0.099 0.085 0.068 0.048 0 y=0是因?yàn)閤=4的位置處不承受彎矩，但這個(gè)位置還承受垂直向下大小為5727N的力 故此處應(yīng)計(jì)算滿足剪切力的最小的y值。根據(jù)受力分析可

40、得以下式子： (3-7) (3-8) 由式(3-7)、(2-8)求得 2 節(jié)臂橫截面寬度的計(jì)算 在Pro/E中畫(huà)出擬合出該曲線如圖2-3 圖3-3 節(jié)臂3截面高度變化曲線圖 通過(guò)Pro/E分析出該臂架的水平方向的迎風(fēng)面積s1為0.336m 其型心距離坐標(biāo)系原點(diǎn)距離為L(zhǎng)43為1.72m、臂架管的迎風(fēng)面積s2為1.34m （1）節(jié)臂3的風(fēng)載荷的計(jì)算 ① 風(fēng)力大小的計(jì)算 由文獻(xiàn)[13，23-24]表3-5、Pg2

41、3表3-6、表3-7知 節(jié)臂3風(fēng)載荷 式中 c——風(fēng)載體型系數(shù)值， Kh——高度修正系數(shù)， q——標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓值，（N/m） s——節(jié)臂和臂架管的迎風(fēng)面積， Ffb3——節(jié)臂3本身的風(fēng)載荷，N Ffg3——節(jié)臂3的臂架管的風(fēng)載荷，N ② 風(fēng)載荷產(chǎn)生的水平彎矩的計(jì)算 式中Mf3——由風(fēng)力引起節(jié)臂3鉸接處的水平彎矩 （2）節(jié)臂3制動(dòng)載荷的計(jì)算 在本次設(shè)計(jì)中節(jié)臂3端點(diǎn)的切向速度為30m/min,切向加速度a3為0.2m/s[13]。 節(jié)臂3制動(dòng)力的計(jì)算 臂架部分因制動(dòng)產(chǎn)生的慣性力 水平彎矩的計(jì)算 （3）

42、截面寬度z的計(jì)算 （3-9) （3-10） (3-11) 連立式子（3-9）、（3-10）、（3-11）并帶入數(shù)據(jù)可求得節(jié)臂3在水平方向承受的最大彎矩處的節(jié)臂寬度z為0.058m 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果在Pro/E中建立節(jié)臂3的三維模型如圖3-4： 圖3-4 節(jié)臂3的三維模型圖 3 臂架鉸接處各部件的選擇及其計(jì)算 （1）液壓缸的選擇 臂2與臂3的鉸接簡(jiǎn)圖如圖3-5所示： 圖3-5 臂2與臂3的鉸接簡(jiǎn)圖 根據(jù)上文的分析知在臂架處于圖3-6的狀態(tài)是

43、臂架3產(chǎn)生的彎矩是最大的，而此狀態(tài)鉸接處的彎矩M為25616.137Nm 根據(jù)文獻(xiàn)[14,155]表4-37HSG系列工程液壓缸的結(jié)構(gòu)、型號(hào)說(shuō)明和技術(shù)規(guī)格查得選用HSG63/45AEEZ1行程為800mm的工程液壓缸。選擇該液的主要數(shù)據(jù)依據(jù)如下： 式中 F——液壓缸的最大推力 由上算出L為0.5134m ，L長(zhǎng)短合理可以增加臂架的穩(wěn)定性。因此選擇HSG63/45AEEZ1液壓缸。 （2） 節(jié)臂2、3鉸接處銷釘直徑及其桿1、2截面尺寸的計(jì)算 為了保證臂架驅(qū)動(dòng)液壓缸的安全，銷釘及其連桿的計(jì)算力矩及其力的來(lái)源全部采用臂架自身因各種因素產(chǎn)生的力和彎矩來(lái)計(jì)算。這樣可

44、以使在液壓缸受到破壞前銷釘或支撐桿先出現(xiàn)問(wèn)題。 銷釘直徑d1、d2的計(jì)算： 用于支撐節(jié)臂3的桿2的力偶L4可通Pro/E過(guò)找出臂架承受最大彎矩時(shí)桿2與臂架的連接簡(jiǎn)圖去測(cè)量出來(lái)，桿2與臂架的連接簡(jiǎn)圖如圖3-6所示 圖3-6 桿2與臂架的連接簡(jiǎn)圖 經(jīng)測(cè)量得L4為0.1m 銷釘采用45#鋼，它的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度 計(jì)算銷釘?shù)闹睆剑? 由剪切強(qiáng)度條件 得： 根據(jù)力的相互作用原理可知，在節(jié)臂2與節(jié)臂3連接處的銷釘在材料 相同時(shí)它的直徑d2=d1。 節(jié)臂3桿2截面的尺寸的計(jì)算 根據(jù)分析桿2的長(zhǎng)度為0.54m形狀如圖3-

45、7；其立體圖見(jiàn)圖3-8 圖3-7 桿2形狀圖 由許用壓應(yīng)力強(qiáng)度條件： 得 根據(jù)材料力學(xué)分析可知要校核壓桿的穩(wěn)定性，通過(guò)分析可用下式計(jì)算該支撐桿的直徑。 （3-12） （3-13） （3-14） （3-15） 式中 Fcr——壓桿的臨界力 nst——安全因數(shù)， E——45#彈性模量，

46、 I——慣性矩 μ——壓桿長(zhǎng)度系數(shù)， 聯(lián)立（3-12）、（3-13）、（3-14）、（3-15）式子并帶入數(shù)據(jù)可得 綜合上述計(jì)算取 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可畫(huà)出桿2的具體圖形如圖3-8所示： 圖3-8 支撐桿2的具體圖形 銷釘直徑d3、d4、d5的計(jì)算 節(jié)臂3鉸接處連接桿1的銷釘?shù)氖茏畲罄r(shí)的受力簡(jiǎn)圖如圖3-9所示： 圖3-9 節(jié)臂3鉸接處連接桿1的銷釘?shù)氖茏畲罄r(shí)的受力簡(jiǎn)圖 銷釘采用45#鋼，它的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度 計(jì)算銷釘?shù)闹?/p>

47、徑 由剪切強(qiáng)度條件 得 根據(jù)力的相互作用原理可知，在桿1與桿2連接處的銷釘承受的剪切力大小相等方向相反，又由圖3-9知F明顯小于F1，因此有d5=d4=d3= 0.027m。 桿1截面尺寸的計(jì)算 桿1受到最大拉力時(shí)，它的最小截面形狀如圖3-10；其立體圖見(jiàn)圖3-11。 圖中材料為45#，.根據(jù)受力分析可得下列式子： 桿1受的最大拉力 通過(guò)上述式子可求得： ，取 又因?yàn)闂U1承受的壓力遠(yuǎn)小于拉力故不用做考慮，綜上可畫(huà)出桿1的立體圖如圖3-11： 圖3-11 桿1立體圖 3.3.2 節(jié)臂2

48、尺寸及其鉸接零件尺寸的計(jì)算 1 臂架截面高度y的計(jì)算 第2節(jié) 節(jié)架垂臂架承受的垂直方向的載荷主要有：節(jié)臂2自重、節(jié)臂3、臂架管及其臂架管內(nèi)混凝土的重力。 圖3-12中 式中 G12——節(jié)臂2的臂架管及其管內(nèi)混凝土的重量 G1——節(jié)臂3的臂架管及其管內(nèi)混凝土的重量， G2——軟管及其管內(nèi)混凝土和人工牽引力等效作用力， G3——節(jié)臂3的重量 G4——節(jié)臂2與節(jié)臂3鉸接處液壓缸和支撐桿的重量， L12——節(jié)臂2的臂架管及其管內(nèi)混凝土重心相對(duì)節(jié)臂2與節(jié)臂1鉸接處的距離 L22——節(jié)臂2的臂架管支撐點(diǎn)到節(jié)臂2與節(jié)臂1鉸接處的距離

49、 Kd——?jiǎng)虞d荷系數(shù)， 其中 節(jié)臂2上的載荷分布簡(jiǎn)圖如圖3-12： 圖3-12 節(jié)臂2上的載荷分布簡(jiǎn)圖 與節(jié)臂3相同節(jié)臂架2采用的也是厚度為0.016m的Q550低合金高強(qiáng)度鋼板。在以節(jié)臂1與節(jié)臂2鉸接處為笛卡爾坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，XYZ軸的分布如圖3.1所示。根據(jù)材料力學(xué)分析在考慮臂架自身重量時(shí)，臂架承受的彎有兩部分組成：1臂架自身重力產(chǎn)生的彎矩MB、2節(jié)臂2及其臂架管及其管內(nèi)混凝土重力對(duì)節(jié)臂2的彎矩與整個(gè)節(jié)臂3節(jié)臂2彎矩之和MA。 根據(jù)受力分析得在X坐標(biāo)軸處坐標(biāo)為X的右側(cè) （3-15） （3-16）

50、 （3-17） （3-18） (3-19) 式中 ρ——Q550鋼板的密度， h——Q550鋼板的厚度， Kd——?jiǎng)虞d荷系數(shù)， [σ]——Q550的許用應(yīng)力， σs——Q550的屈服強(qiáng)度， σb——Q550的抗拉強(qiáng)度， Mb3——節(jié)臂3與節(jié)臂2鉸接的處的彎矩， 其中 聯(lián)立式子（3-15）、（3-16）、（3-17）、（3-18）、（3-19）并帶入相應(yīng)的數(shù)據(jù)可得出式子： （

51、3-20） 該方程在Pro/E中求曲線的編程較復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)采取取樣的方式： x軸每隔0.8(m)取一個(gè)點(diǎn)，y(m)只取正值。y隨x依式（3-20）變化得表（3-5）： 表3-5 y隨x依式（3-20）變化表 x 0 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4.8 5.55 y 0.205 0.193 0.18 0.167 0.154 0.141 0.127 0.112 在Pro/E中畫(huà)出擬合出該曲線如圖3-13

52、圖3-13 節(jié)臂2截面高度變化曲線圖 2 節(jié)臂橫截面寬度的計(jì)算 根據(jù)節(jié)臂3的計(jì)算先假定節(jié)臂2的寬度為0.11m通過(guò)Pro/E分析當(dāng)節(jié)臂2的寬度為0.08m時(shí)臂架的質(zhì)量為294kg、水平方向的迎風(fēng)面積s3為0.936m 其型心距離坐標(biāo)原點(diǎn)距離為L(zhǎng)42為2.621m、臂架管的迎風(fēng)面積s4為0.744m 其型心坐標(biāo)具坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為L(zhǎng)12為2.775m，質(zhì)量為317.2kg （1）節(jié)臂2的風(fēng)載荷的計(jì)算 風(fēng)力大小的計(jì)算 根據(jù)文獻(xiàn)[13,23]表3-5、Pg23表3-6、表3-7知 節(jié)臂2風(fēng)載荷： 式中c——風(fēng)載體型系數(shù)

53、值，， Kh——高度修正系數(shù)， q——標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓值，（N/m） Ffb2——節(jié)臂2本身的風(fēng)載荷，N Ffg2——節(jié)臂2的臂架管的風(fēng)載荷，N 風(fēng)力產(chǎn)生的水平彎矩的計(jì)算 式中 L42——節(jié)臂2型心與節(jié)臂2鉸接處的距離 Mf2——由風(fēng)力引起節(jié)臂2鉸接處的水平彎矩 （2）節(jié)臂2制動(dòng)載荷的計(jì)算 分析可知臂架一字展開(kāi)水平澆注時(shí)的制動(dòng)力是最大的，這種狀態(tài)下節(jié)臂3端點(diǎn)的切向速度為30m/min，切向加速度為。 制動(dòng)力的計(jì)算 臂架部分因制動(dòng)產(chǎn)生的慣性力 式中 Fzb2——節(jié)臂2臂架部分因制動(dòng)產(chǎn)生的慣性力 ab2——

54、節(jié)臂2質(zhì)心的加速度 m——節(jié)臂2的質(zhì)量 其中 臂架管因制動(dòng)產(chǎn)生的慣性力 式中 Fzg2——臂架管因制動(dòng)產(chǎn)生的慣性力 ag2——節(jié)臂2的臂架管的質(zhì)心加速度 m——節(jié)臂2的臂架管的質(zhì)量 其中 制動(dòng)力產(chǎn)的水平彎矩Mz2的計(jì)算 （3） 截面寬度z的計(jì)算： （3-21) （3-22） (3-23) 聯(lián)立式子（3-21）、（3-22）、（3-23）并代入數(shù)據(jù)可求得節(jié)臂2在水平方向承受的最

55、大彎矩處的節(jié)臂寬度：。 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果在Pro/E中建立節(jié)臂2的三維模型如圖3-14： 圖3-14 節(jié)臂2的三維模型圖 3 臂架鉸接處各部件的選擇及其計(jì)算 （1） 液壓缸的選擇 節(jié)臂1與節(jié)臂2的鉸接簡(jiǎn)圖如圖3-15所示： 圖3-15 臂1與臂2的鉸接簡(jiǎn)圖 根據(jù)上文的分析知在臂架處于圖3-15的狀態(tài)是臂架3產(chǎn)生的彎矩是最大的，而此狀態(tài)鉸接處的彎矩M為85385.3Nm 根據(jù)文獻(xiàn)[14,144]表4-37HSG系列工程液壓缸的結(jié)構(gòu)、型號(hào)說(shuō)明和技術(shù)規(guī)格查得選用HSG125/90

56、AEEZ1行程為800mm的工程液壓缸。選擇該液的主要數(shù)據(jù)依據(jù)如下： 式中 F——液壓缸的最大推力 由上算出，L長(zhǎng)度合適，可以增加臂架的穩(wěn)定性。因此選擇HSG125/90AEEZ1液壓缸 （1） 節(jié)臂2鉸接處銷釘直徑d及其桿1、2截面尺寸的計(jì)算 銷釘直徑d1、d2的計(jì)算 用于支撐臂架2的桿2的力偶長(zhǎng)度L4可通過(guò)Pro/E軟件測(cè)出來(lái)如圖3-16： 圖3-16 臂架2支撐桿簡(jiǎn)圖 通過(guò)Pro/E可分析出 式中Fs——銷釘1承受的剪切力 銷釘采用45#鋼，它的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度 計(jì)算銷釘1

57、的直徑d1： 由剪切強(qiáng)度條件： 得： 根據(jù)力的相互作用原理可知，在節(jié)臂1與節(jié)臂2鉸接處銷釘2承的剪切力與銷釘1承受剪切力大小相等方向相反。因此有 桿2截面的尺寸的計(jì)算： 根據(jù)分析節(jié)臂2支撐桿桿2的長(zhǎng)度為0.60m形狀如圖3-17，其立體圖如圖3-18所示 圖3-17 節(jié)臂2支撐桿桿2簡(jiǎn)圖 圖中 、sd1未知、 由許用壓應(yīng)力強(qiáng)度條件： 得 ： 由壓桿的穩(wěn)定可知： （3-24） （3-25）

58、 （3-26）式中Fcr——壓桿的臨界力 nst ——安全因數(shù)， E——45#彈性模量， I——慣性矩 μ——壓桿長(zhǎng)度系數(shù)， 聯(lián)立（3-24）、（3-25）、（3-26）式子并帶入數(shù)據(jù)可得： 綜上可知取sd1的大值， 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可畫(huà)出桿2的具體圖形如圖3-18所示 圖3-18 支撐桿2立體圖 銷釘3、4、5直徑d3、d4、d5的計(jì)算 節(jié)臂2鉸接處連接桿1銷釘?shù)氖茏畲罄r(shí)的受力簡(jiǎn)圖如圖3-19所示 圖3-

59、19 節(jié)臂2鉸接處連接桿1銷釘?shù)氖茏畲罄r(shí)的受力簡(jiǎn)圖 采用45#鋼，它的抗拉強(qiáng)度σs≧600MPa、屈服強(qiáng)度σb≧355MPa [σ]=(0.5σs+0.3σb)/n=（0.5600﹢0.3355）/1.35=265Mpa [τ]=[σs]/3=/3355=245MPa 計(jì)算銷釘3的直徑d3 由剪切強(qiáng)度條件： As≧Fs/[τ]得： 根據(jù)力的相互作用可知，銷釘3與銷釘4承受大小相等方向相反的剪切力。又根據(jù)銷釘?shù)氖芰?jiǎn)圖2.4.8可知F小于F1，故取d5=d4=d3=0.047m 桿1截面尺寸的計(jì)算 桿1受到最大拉力時(shí)，它的截面形狀如圖3-

60、20： 圖3-20 桿1受到最大拉力時(shí)的截面形狀圖 圖中材料為45#，H=0.016m.根據(jù)受力分析可得下列式子 A1=0.0162sd1 [σ]=265 MPa 式中——桿1受的最大拉力，F(xiàn)1=864750.7N 通過(guò)上述式子可求得 Sd1≧0.10m，取0.1m 因?yàn)闂U1主要承受拉應(yīng)力因此它的壓應(yīng)力和壓桿穩(wěn)定性就不行計(jì)算和校核。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可畫(huà)出桿1如圖3-21 圖3-21 桿1立體圖 3.3.3 節(jié)臂1尺寸及其鉸接零件尺寸的計(jì)算 1 臂架截面高度y的計(jì)算 第1節(jié)臂架垂臂架承受的垂直方向的載荷主要有：臂架1自重、臂架2、

61、臂架3、臂架管及其臂架管內(nèi)混凝土的重力。圖2-22中： F=F1+F2=17450.2N F1=G12L12/L22Kd=1908.3N F2=（G1+G2+G3+G4+G5+G6）Kd=15541.9N 式中 G12——節(jié)臂1的臂架管及其管內(nèi)混凝土的重量 G1——節(jié)臂2及節(jié)臂3的臂架管及其管內(nèi)混凝土的重量 G2——節(jié)臂3的軟管及其管內(nèi)混凝土和人工牽引力等效作用力 G3——節(jié)臂3的重量 G4——節(jié)臂2與節(jié)臂3鉸接處液壓缸和支撐桿的重量 G5——節(jié)臂2的重量

62、 G6——節(jié)臂1與節(jié)臂2鉸接處驅(qū)動(dòng)液壓缸及其支撐桿的重量 L11——節(jié)臂1的臂架管及其管內(nèi)混凝土重心相對(duì)節(jié)臂1與基座鉸接處的距離 L21——節(jié)臂1的臂架管支撐點(diǎn)到節(jié)臂1與基座鉸接處的距離 Kd——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，一般取Kd=1.2 其中 G12=（3+2+0.55+0.55m）52kg/m9.8N/kg=3180.56N G1=(7+0.275+5.55+0.275m）52kg/m9.8N/kg=6675.8N G3=109kg9.8N/kg=1068.2N G2=709.6N G4=392N G5=3087N

63、 G6=1019N L12=L21/2=2.775m L21=5.55m 節(jié)臂1上的載荷分布簡(jiǎn)圖如圖3-22： 圖3-22 節(jié)臂2上的載荷分布簡(jiǎn)圖 與節(jié)臂3、2相同節(jié)臂1采用的也是h=0.016m厚的Q550低合金高強(qiáng)度鋼板。在以基座與節(jié)臂1鉸接處為笛卡爾坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，XYZ軸的分布如圖3-1所示。根據(jù)材料力學(xué)分析在考慮臂架自身重量時(shí)，臂架承受的彎有兩部分組成：1臂架自身重力產(chǎn)生的彎矩MB、2節(jié)臂2、節(jié)臂3、臂架管及其管內(nèi)混凝土重力對(duì)臂架產(chǎn)生的彎矩MA。 通過(guò)受力分析得 MA=F（L-x)+Mb3+Mb2=17450.2（5.55-x)+2

64、5616.14+85385.3 =207849.9-17450.2x （3-27） MB==3014.4y(15.40125-5.55x+x/2） （3-28） Mx=MA+MB （3-29） Iy[σ]=Mxy （3-30） Iy=2hy/12 (3-3

65、1) 式中 ρ——Q550鋼板的密度，ρ=7850kg/m h——Q550鋼板的厚度，h=0.016m Kd——?jiǎng)虞d荷系數(shù)， Kd=1.2 [σ]——Q550的許用應(yīng)力 σs——Q550的屈服強(qiáng)度，σs=530MPa σb——Q550的抗拉強(qiáng)度，σb=670MPa Mb3——節(jié)臂3與節(jié)臂2鉸接處的彎矩，Mb3=25616.14Nm Mb2——節(jié)臂2與節(jié)臂1鉸接處的彎矩，Mb2=85385.3Nm 其中 [σ]=(0.5σs+0.35σb)/n 聯(lián)立式子（3-27）、（3-28）、（3-29）、（3-30）、(3-31)

66、并帶入相應(yīng)的數(shù)據(jù)可得出式子： 2027840y=207849.9-17450.2x+3014.4y(15.40125-5.55x+x/2) （2-32） 該方程在Pro/E中求曲線的編程較復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)采取取樣的方式： x軸每隔0.8(m)取一個(gè)點(diǎn)，y(m)只取正值。y隨x依式（3-32）變化得表（2-6）： 表3-6 y隨x依式（2-32）變化表 x 0 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4.8 5.55 y 0.332 0.317 0.304 0.290 0.276 0.262 0.248 0.234 2 節(jié)臂橫截面寬度的計(jì)算 根據(jù)節(jié)臂2及其節(jié)臂3計(jì)算先假定節(jié)臂1的寬度為0.15m 在Pro/E中畫(huà)出擬合出該曲線如圖3-23： 圖3-23 節(jié)臂1截面高度變