车载式布料机臂架系统_毕业设计(编辑修改稿)

车载式布料机臂架系统_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

标是设计一款短臂架、适合穿行乡村羊肠小道的小型高效的混凝土布料机。 方案的拟定 布料机样式的 确定 1 手动式布料机 手动式布料机完全由人工操作，具体机构简单、机动灵活、操作方便、价格低廉，适合于混凝土平面浇注施工，目前市场较大，整机可绕回转支座回转，臂架分为两段，后臂可绕前臂回转，两处回转组合可实现臂长范围内的连续布料。 两外，伸缩支腿可调节高度和长度，立架可拆卸，以满足不同的施工要求。 2 塔式布料机 塔式布料机布料半径大，布料臂 25 节，一般采用液压式，也有少量机械式，根据施工现场的不同，可选用固定式、内爬式、行走式。 塔式布料机以管柱内爬式为主。 3 船用布料机 工作环境湿度大，海风含盐分，腐蚀性大，电气系统容易出故障。 要求在七级海风、船舶倾斜度 3 度、船体震动的条件下正常工作。 船体倾斜和摆动使整机产生附近载荷，影响布料机的动态特性。 船用布料机广泛应用与港口、桥梁的建设，特别在跨海大桥的建设中发挥了巨大作用。 4 车载式布料机 车载式布料机是将布料杆安装在载重汽车底盘上的混凝土布料设备，由低架、布料杆、液压缸连杆机构、等组成。 布料杆是由采用低合金高强度薄钢板组焊接的矩形断面钢结构臂架组成。 布料杆一般是由 4 节臂架铰接构成 ，各节臂架长度不一，8 视组合构造需要而定。 整个布料杆采用液压缸进行架设，可以垂直竖立，也可以水平伸出。 臂架与臂架之间通过铰接相连。 前一节臂架可围绕后一节臂架前段的铰点进行转动，借助液压缸连接杆机头实现伸展和折叠。 第一、二折叠角为 180度，第三、四折叠角为 240250度，整个不料杆可以转动 370 度。 因此，布料杆的活动面大，有效范围大，深受施工单位欢迎。 由于本次设计的目标是农村建设因此布料机需要经常转换施工地点，而且在农村也缺少适合吊装布料杆系统的起重机因此在样式上选择车载式布料机也就是泵车。 布料机 臂架基本参数的确定 臂架系统的基本参数主要有：节臂数、垂直布料高度（ m）、水平布料半径（ m）、折叠方式。 因本产品主要是针对农村地区建设而设计的混凝土布料系统，所以臂架的节数、每节臂架的长度、旋转角度角度、都要要根据广农村地区的具体路况及其楼房建设高度去设定。 从而使该布料系统能适应大部分的乡村建设。 具笔者考察，农村地区的路面宽度主要在 3米，转弯半径在 5米。 主要通行的车辆一般长度都在 6米内；楼房层数一般为 3层，每层高。 总高一般在 12左右。 综合上述，为适应农村建设的需求，该产品的 臂架系统的基本参数设置主要如表 21，22， 23所示。 表 21 臂架系统基本参数 节臂数 垂直布料高度（ m） 水平布料半径（ m） 折叠方式 3 18 M 表 22 臂架系统基本参数 长度（ m） 摆角 (176。 ) 节臂 1 162 节臂 2 180 节臂 3 +3（三米可拆装） 180 9 表 23 臂架系统主要参数 整体方案 根据臂架系统的基本参数最后确定整体方案，方案简图如图 21 所示 如图 21 最大理论输出量（ m179。 /h） 20 泵 送液压系统额定压力（ MPa） 20 允许最大骨料粒 (mm) 碎石 40 臂架管内径（ mm） 125 最大布料高度（ m） 最大布料半径（ m） 最大布料深度（ m） 末端软管长度（ m） 3 液压系统压力（ MPa) 16 臂架回转角度（ 176。 ） 360 10 第 3章 布料机 臂架系统 臂架载荷分析 及设计原则 泵车臂架所承受的交变载荷为脉动循环载荷，其主要来源于泵送系统，分两个方面，一是主油缸推送混凝土时通过输送管而传递给臂架的，它的方向根据输送配管的走向改变而改变，使臂架受力变得臂架复杂难以计算；其二是来自 S阀换向摆动油缸的横向冲击；另外，回转系统频繁的启动和制动过程对比较产生的惯性力，也是臂架一个主要的动载荷来源；还有臂架系统自重（包括作业期间输送管内的混凝土的重量）应力，也是一个十分重要的力源，至于发动机及传动轴高速旋转所产生的振动也会对臂架抖动产生微弱影响，相对泵送系统、回转系统、臂架系统自重的影响来说可以忽略不计。 因此，在进行臂架系统设计时，主要针对泵送系 统、回转系统动载荷和臂架系统自重可能对臂架结构产生的不利影响来对臂架系统的具体机构尺寸使其的强度、刚度、稳定性得到保证。 关于臂架系统的开发和探究历来都是工程师们关心的核心问题之一。 一方面我们希望臂架系统拥有满足需求的整体强度、刚度 ,同时对于工作环境能够有非常强的适应能力兼备较高的可靠性 ,另一方面动态特性也要比较合理 ,机动性较强。 为了满足臂架结构的稳定性、强度、刚度等各方面要求 ,但是泵车臂架的结构样式很多 ,为了能够得到、选用一个较好的臂架 ,我们应当遵循下列原则 :(1)拥有满足要求的稳定性、强度和刚度。 (2)重量尽可能小 ,尽可能轻便。 (3)在条件、技术允许情况下 ,臂架的伸展高度尽可能大 ,获得更大的布料范围。 (4)水平长度长 ,净水平长度尽可能长。 (5)大的下探深度。 (6)臂架打开的高度较低。 (7)布料方式较为灵活。 (8)结构样式紧凑。 (9)定位精准 ,误差较小。 (10)臂架外形尽可能美观 ,满足视觉要求等 [3]。 臂架具体参数的计算 11 本次设计的臂架为由合金钢板焊接而成的箱型断面结构，但是鉴于臂架的具体尺寸都是未知的，而臂架的水平受力大小主要取决于臂架垂直方向的受力。 故本次设计计算中先忽略臂架所受的水平弯矩和扭矩，只考虑臂架每一处所受的弯矩。 先算出主要用于承受垂直方向弯矩的那一部分截面的尺寸也就是截面的高度 y，臂架的截面如图 21，再针对臂架所受的扭矩、水平方向弯矩计算臂架整个截面的具体尺寸。 图 31 臂架截面 节臂 3尺寸及其铰接零件尺寸的计算 1 臂架截面高度 y的计算 第三节臂架垂臂架承受的垂直方向的载荷主要有：臂架自重、臂架管道及其混凝土的重力。 它们的位置及其节臂 3计算简图如图 32：   N5727232211  dK/LLG/LLGF 12 式中 G1—— 节臂 3的臂架管及其管内混凝 土 的重量， G G2—— 软管及其管内混凝土和人工牵引力等效作用力，  L13—— 臂架管及其管内混凝土重心相对节臂 3铰接点的距离  L23—— 臂架管支撑点到 B3铰接处的距离 4m23L L33—— 软管及其管内混凝土等效重心到节臂 3铰接处的距离  Kd—— 动载荷系数，一般取 节臂 3上的载荷分布简图如图 32： 图 32 节臂 3的受力分析及具体尺寸位置简图 因为臂架系统除了支撑臂架管外，主要支撑的还有自身的 重量。 如果设计的是普通的等截面尺寸的臂架，这样不仅会大大增加臂架13 的自身重量浪费材料而且还会增加臂架的不稳定性及其降低工作效率。 这些在都不利于该机械的推广和减低它自身的竞争力。 因此本节设计的重点是利用微积分去算出在截面宽度一定时对应的高度恰好为多少时可使整个臂架每一处能承受的最大弯矩都一样。 这样就能充分发挥每一处材料的作用。 鉴于臂架主要承受的载荷是垂直方向上的弯矩、而根据具体的推算在材料横截面积一定时，高度越大其承受的垂直方向的弯矩越大。 根据臂架设计经验，本次设计中采用的是 厚度为 Q550低合金 高强度钢板。 在以节臂 3与节臂 2铰接处为笛卡尔坐标系原点时， XYZ轴的分布如图 31所示。 根据材料力学分析在考虑臂架自身重量时，臂架承受的弯矩有两部分组成： 1臂架自身重力产生的弯矩MB、 2臂架管及其管内混凝土重力产生的弯矩 MA。 根据力学分析可得     xxxLFA 5727220984572723  （ 31） ()4B xM 4 x y d x g h K d     (32) BAx MMM  （ 33）   y MσI xy  （ 34） 122 3hyIy  (35) 式中 ρ—— Q550钢板的密度，7850kg/mρ h——Q550钢板的厚度，h Kd—— 动载荷系数， [σ]——Q550的许用应力 σs——Q550的屈服强度，530Mpasσ σb——Q550的抗拉强度，670Mpab 14 其中   n bs 35050  联立式子（ 31）、（ 32）、（ 33）、（ 34）、（ 35）并带入相应的数据可得出式子  248430145727229082027840 22 /  （ 36） 该方程在 Pro/E中求曲线的编程较复杂，本次设计采取取样的方式： x轴每隔 (m)取一个点， y(m)只取正值。 将 x点值代入式（ 36）求得一系列相应的 y值，如下表（ 34）： 表 34 y随 x在式（ 36）中变化表 x 0 4 y 0 y=0是因为 x=4的位置处不承受弯矩，但这个位置还承受垂直向下大小为 5727N的力 故此处应计算满足剪切力的最小的 y值。 根据受力分析可得以下式子：  τFyh 2 (37)   3στ  (38) 由式 (37)、 (28)求得m00104 .y  2 节臂横截面宽度的计算 在 Pro/E中画出拟合出该曲线如图 23 图 33 节臂 3截面高度变化曲线图 通过 Pro/E分析出该臂架的水平方向的迎风面积 s1为 178。 其15 型心距离坐标系原点距离为 L43为 、臂架管的迎风面积 s2为178。 （ 1）节臂 3的风载荷的计算 ① 风力大小的计算 由文献 [13， 2324]表 3 Pg23表 3表 37知 节臂 3风载荷 N611733602500141113 ....qsKcF hfb  式中 c—— 风载体型系数值，411 .c 212 .c  Kh—— 高度修正系数， q—— 标准风压值，（ N/m178。 ）pa250q s—— 节臂和臂架管的迎风面积， 21sss  Ffb3—— 节臂 3本身的风载荷， N Ffg3—— 节臂 3的臂架管的风载荷， N ② 风载荷产生的水平弯矩的计算 mN31802440272161171334333  ...LFLFM fgfbf 式中 Mf3—— 由风力引起节臂 3铰接处的水平弯矩 （ 2）节臂 3制动载荷的计算 在本次设计中节臂 3端点的切向速度为 30m/min,切向加速度 a3为[13 ]。 节臂 3制动力的计算 臂架部分因制动产生的惯性力 N821109203 ..amF zb  N0728518852203 ...amzg  水平弯矩的计算 mN7843774072857218211334333  ....LFLFM zgzbz 16 （ 3）截面宽度 z的计算   MzIz  （ 39) 122 3hzIz  （ 310） fz MMM 33  (311)  连立式子（ 39）、（ 310）、（ 311）并带入数据可求得节臂 3在水平方向承受的最大弯矩处的节臂宽度 z为 根据上述计算结果在 Pro/E中建立节臂 3的三维模型如图 34： 图 34 节臂 3的三维模型图 3 臂架铰接处各部件的选择及其计算 （ 1）液压缸的选择 臂 2与臂 3的铰接简图如图 35所示： 17 图 35 臂 2与臂 3的铰接简图 根据上文的分析知在臂架处于图 36的状态是臂架 3产生的弯矩是最大的，而此状态铰接处的弯矩 M为 m 根据文献[14,155]表 437HSG系列工程液压缸的结构、型号说明和技术规格查得选用 HSG63/。