毕业设计论文高压喷水车水路系统的设计.docx
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毕业设计论文高压喷水车水路系统的设计
毕业设计论文-高压喷水车水路系统的设计
高压喷水车水路系统的设计
摘要
近年来,随着工业的迅猛发展,环境污染显得越来越严重.为了适应城市环境卫生建设的需要,我们要及时清理城市路面沙土灰尘,改善空气质量,采用普通洒水车已不能适应人们对高要求的环境质量的要求。
我们所做的高压喷水车正是适应这一要求而设计的。
该车不仅具有普通洒水车的洒水功能,更重要的是加入了高压喷水和高压喷雾两个功能。
高压喷水可清洗城市路面、路牙及隔离墩、广告牌、护栏等。
高压喷雾可喷出大量近似雾化的水滴,达到落尘改善空气质量的目的。
目前,国内的高压喷水车生产产量和技术水平还相对较低.希望可以用我们所学的知识,为该车在我国的发展做出贡献.
关键字:
高压喷水 喷雾 阀 液压集成块
THEPIPELINEDESIGNOFTHEHIGH
SPRAYTRUCK
ABSTRACT
Inrecentyears,alongwithindustrialdevelopment,thepollutionoftheenvironmentseemstobemoreandmoreserious.Forthedemandofcityenvironmentdevelopment,weneedtotidyupthecityroadsandysoildustontimetoimprovetheairquantity.Adoptthecommonsprinklertruck,itdonotadapttopeople”srequestoftheenvironmentquantity.Ourdesignofhighpressurespraystruckistoadapttothisrequest.
Thattrucknotonlyhasthecommonfunctionofthesprinklertruck,butalsoitspraysthewaterorsprayfogwiththehighpressure.Thehighpressuresprayscanwashthecityroad,roadtoothandadvertisecard,Thehighpressurespraysfogcanjetlargequantitydropofwater,attainingthepurposethatfallthedusttoimproveairquantity.Now,thelevelofourcountryinthehighspraytruckislower.Wehopeourdesignwilldosomehelptoit.
Keyword:
Thehighpressurespraysthewaterspayfogtheliquidpresstogatherwholepiece
第一章绪论……………………………………………………………………6
1.1.国内外高压喷水车现状……………………………………………6
1.2.国内该类车的发展前景……………………………………………6
第二章总体设计………………………………………………………………8
2.1.总体设计及其思路…………………………………………………8
2.2.重点难点……………………………………………………………8
第三章泵的计算和选择……………………………………………………8
3.1.高压泵部分…………………………………………………………9
3.1.1.高压喷水时的计算…………………………………………9
3.1.2.高压喷雾时的计算…………………………………………11
3.2.低压泵部分计算……………………………………………………11
3.3.泵的选择……………………………………………………………14
3.3.1.液压泵的分类………………………………………………14
3.3.2.液压泵的选用………………………………………………15
第四章阀的设计……………………………………………………………21
4.1.阀的简介……………………………………………………………21
4.2.电磁阀的种类………………………………………………………22
4.3.电磁阀的主要性能…………………………………………………23
4.4.电磁铁的选用………………………………………………………25
4.5.电磁阀的选用设计计算……………………………………………26
4.5.1.工作原理…………………………………………………27
4.5.2.滑阀机能…………………………………………………27
4.5.3.设计要求…………………………………………………27
4.5.4.结构设计…………………………………………………27
4.5.5.计算方法…………………………………………………30
第五章管道的选择…………………………………………………………36
5.1.管道简介…………………………………………………………36
5.2.钢管旋入端螺纹的连接…………………………………………37
5.3.管接头……………………………………………………………37
第六章集成块的设计………………………………………………………38
6.1.集成块的结构………………………………………………………38
6.2.液压集成块设计……………………………………………………39
6.3.液压集成块布局……………………………………………………39
6.4.确定位置与尺寸……………………………………………………39
6.5.集成块的设计步骤…………………………………………………40
6.6.集成块零件土的布置………………………………………………41
第七章密封…………………………………………………………………42
7.1.密封简介……………………………………………………………42
7.2.O型密封圈…………………………………………………………45
第八章与其他组员的接口…………………………………………………52
致谢……………………………………………………………………………53
参考文献………………………………………………………………………54
附录1调研报告
附录2开题报告
附录3外文资料
附录4外文资料翻译(注:
附录另附)
第一章绪 论
第一节.国内外高压喷水车现状
国外高压冲洗车生产企业有如下特点,多品种.小批量.厂家规模小,零部件专业化生产,如戴勒姆本茨汽车公司,相关产品的发展趋势主要有:
一车多用化,专用地盘专业化及新材料新技术和微电脑的应用等。
相比之下,国内高压冲洗车的生产企业,品种还比较单一,数量和品质远远不能满足国民经济发展需求.具体有长沙中标实业有限公司,以北京为主要市场,福建马龙牌高压冲洗车以南方为主要市场,扬州圣达牌高压冲洗车面向北京市场,北京清洁车辆厂也有类似的产品上海也有生产高压冲洗车的企业,其中以长沙中标公司生产的高压冲洗车最受市场欢迎。
第二节.国内此类车的市场发展前景
高压喷水车属于专用车类型,我国目前专用车市场饱有率低。
但专用车市场的技术含量高、批量小、专业化强等特征使国内厂家望而却步或涉猎不深。
在汽车工业“十五”规划中,国家提出了专用车发展战略,重点发展高性能、高可靠性、系列化的能适合高速公路使用条件的专用汽车。
发展应用电子信息技术、传感技术、自动控制技术、机电液一体化技术和智能化技术等高新技术的专用装置,国家重点扶植20--30家优势企业,重点发展、城市环卫车、市政作业车、施工工程车、机场专用车、油田专用车等高技术、高附加值产品。
第一步:
重组零散资本本,整合市场资源
2001年全国380家改装企业销售总量29.3万辆,平均每个专用车企业产销量不足1000辆,企业生产、销售成本高,无法形成规模效益。
国内专用车的生产方式主要有两种:
汽车制造商生产的基本型专用车,如大功率的牵引车,各类侧翻、后翻的自卸车等,这类模式可以进行大规模生产,目前像陕汽集团等制造商的牵引车、自却车有着很大的销售市场份额。
专用车公司购买制造商的底盘,经过加工上装专用装置生产的各类专用车,如油田、林业用的多种专用车等,这种生产模式特征是“小而全”,品种多、数量小、技术要求高。
国内专用车企业要迅速适应市场竞争必须走“资本联合”的道路,整合市场资源,形成营销网络、产品技术等竞争优势,真正使企业达到“1+1〉2”的整合优势。
通过强强联合,形成大规模的生产方式,使企业产销量迅速增长,实现企业的规模效益,从而形成“企业产销量↑--→边际成本↓--→产销量↑”--边际成本↓--→产销量↑--→边际成本↑--→产销量↑”的良性经营循环。
第二步:
嫁接先进技术,市场跟随策略现阶段,国产重型车处于传统载货车向专用车的过渡期。
国内企业应迅速适应全球汽车工业平台战略、模块化开发以及零部件采购体系,取得与国外重型车相同或相近的产品优势。
国内制造商可以通过引进国外一流技术,紧缩与国外品牌的技术差距,当前国内制造商的市场营销理念较为落后,市场行为基本上是停留在“生产型”的营销阶段,仅仅注重产品、服务的质量,缺乏市场需求的敏锐性、潮察力、生产规模及销售网络运作拓展力不足,没有建立起市场营销的权变机制.
。
第二章总体设计
第一节 总体设计及其思路
我的题目“高压喷水车水路系统的设计”处于小组设计的中心环节,其它几个环节都是围绕这个环节进行设计的。
所以在设计之初,我结合一些基础数据,对小组成员的一些数据进行了初步计算和估计,以利于他们尽快展开工作。
我的思路是这样的:
首先利用初始数据计算出泵的输入输出功率和转矩。
根据流量和压力等一些基础数据算出管道的直径,然后选取钢管。
根据钢管的参数和压力等因素选择管接头。
然后设计方向阀和减压阀以及溢流阀,最后根据阀的作用和外形参数在集成块上合理布置。
做出集成块的装配图。
第二节重点和难点
在对国内外高压喷水车情况有了了解的前提下,设计了二位二通阀和二位三通阀,对管路的进行了合理的布置,使空间的利用合理。
并第一次在该类罐式车上采用了液压集成块,使布局紧凑。
通过计算选择了合适的自吸式洒水泵(80QZB60/90N)和高压柱塞泵(KL45)。
另外还选用了卡套式管接头和无缝钢管管路。
最后,用1张A0图,2张A1图,8张A3图及一些计算来说明自己的成果。
此次题目的重点是液压集成块的设计和管路的布置以及阀的设计。
其中难点就是集成块的设计和阀的设计。
集成块的设计需要大量的空间想像,必要时还需要进行模型演示。
阀的设计需要大量的计算来确定各部分直径和各个参数。
第三章泵的计算和选择
第一节.高压泵部分
(一)高压喷水时的计算
1.高压泵的输入功率
高压泵的水的压力 P=10Mpa,流量q=152L/min
所以泵的输出功率
Psc=pq=(10×152)/60=25.3kw
高压泵的效率85%,所以泵的输入功率
Psr=Psc/80%=25.3/0.85=29.8kw
2.泵所需的转距
M=10×1000000×152×0.001/60/2Л=4044N·m
3.泵的排量
V=q/n=152/800=0.19L/min
4.泵的出口速度
高压清洗时,管道的长度约为15m,水枪射程为38-40米
当仰角为45°时,水枪射程达到最大40m
设水从出口到落地的时间为t,出口速度为v,
所以在y方向
1/2×gt=cos45°×v
在x方向
v×sin45°×t=40
可以得出cos45°×v×v×sin45°/5=40
所以v=
=20m/s
流量q=
×π×d×d×v=152
所以
×π×d×d=
d=
=0.013m=13mm
所以出口直径为13mm
5.水流速度和压力损失
根据钢管的推荐流量表,流量为152L/min的钢管内径为32,外径为42,壁厚为4.5mm,
〈1〉管内的水流速度
×π×d×d×v=
所以v=
=5.2m/s
〈2〉管道的压力损失
ΔP=
=
=0.26Mpa
(二)高压喷雾时的计算
喷头喷雾所需的冲击速度约为15m/s
水流分为三股,前喷管有2个,每个上有5个喷头,后喷管上有5个喷头。
按每个喷头的流量相等得
前喷管每个管分得5/22的流量
5/22×152=35L/min
每个喷头的流量为7L/min
后喷管的流量为
12/22×152=83L/min
1.喷头的直径
根据q=0.25×π×d×d×v
所以 v×0.25×π×d×d=
d=
=3.15mm
根据推荐钢管流量表
前喷管流量为35L/min,钢管内径为12mm,外径为18,后喷管流量为83L/min,钢管内径为20,外径为28
2.喷管的水流速度和压力损失
水流速度
0.25×π×d×d×v=
v=
=5.2m/s
前喷管的压力损失
ΔP=
=
=0.43Mpa
后喷管的水流速度
1.25×π×d×d×v=
v=
=4.4m/s
后喷管的压力损失
ΔP=
=
=0.19Mpa
第二节.低压泵部分
低压部分为洒水,其工作压力不高,约为2Mpa,低压泵的流量为600~800L/min.
1.泵的输出功率
Psc=pq=
=23.3kw
低压泵的效率为85%
泵的输入功率Psr=
=27.4kw
2.泵所需的转距
M=
×
×2×1000000=3715.5N·m
3.泵的排量
v=
=
=0.48L
4.管内的水流速度
要求的洒水宽度大于16m
前后喷架的宽度为4米
所以洒出水的距离为6米,喷架的高度为0.5m
设落地时间为t(45°方向喷出),出口速度为v
在y方向上
t1=
=
=
×v
假设t2时间内速度恒定,为vsin45°
t2=
所以 t=t1+t2=
×v+
=
×v
水平方向上
S=vsin45×
×v=6
V=3.2m/s
5.各喷管的流量和管道直径
前喷管的流量为总量的5/22
所以 q=5/22×700=159L/min
后喷管的流量为总流量的12/22
所以 q=12/22×700=381.8L/min
每个喷头的流量为31.8L/min
q= 0.25×π×d×d×v
d=
=14.5mm
根据推荐流量表
前喷管的流量q=159L/min管的直径为25,外径为34,后喷管流量q=381.8L/min,管内径为40,外径为50,因为高低压管路使用同一条管路,因此,应取管路的平均值。
6.各喷管的压力损失
前喷管的速度
1.25×π×d×d×v=
所以v=
=5.4m/s
后喷管的速度
1.25×π×d×d×v=
v=
=13m/s
前喷管的压力损失
ΔP=
=
=0.13Mpa
后喷管的压力损失
ΔP=
=
=1.3Mpa
ΔP=
=
=0.19Mpa
第三节.泵的选择
液压传动是一种以液体作为工作介质,以静压力和流量作为特性参量进行能量转换、传递、分配的技术手段。
将机械能转换成液压能的装置叫液压泵。
因此,液压泵的输入参量为机械参量,输出为液压参量。
(1)液压泵的分类
液压泵的分类表如图3-1所示
图3-1
液压泵的主要参数
1)排量、流量
A:
排量V 泵每转一转,由其密封容腔几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫泵的排量
B:
理论流量 泵在单位时间内由密封容腔几何尺寸变化而得的排出液体的体积叫泵的排量
C:
瞬时流量 泵在每一瞬时的流量叫瞬时流量。
通常指泵的瞬时理论流量
D:
平均流量 泵按时间平均计算的流量叫泵的平均流量
E:
额定流量 在正常工作条件下,按实验标准规定必须保证的流量
F:
实际流量 泵工作时出口处的流量叫泵的实际流量
2)压力
A:
额定压力 在正常工作条件下,按实验标准规定能连续运转的最高压力叫泵的额定压力
B:
最高压力 按实验标准规定,允许短暂运行的最高压力叫泵的最高压力
C:
工作压力 泵实际工作时的压力叫泵的工作压力
3)功率
A:
输入功率 驱动泵轴的机械功率
B:
输出功率 输出的液压功率其值为泵输出的实际流量和压力的乘积
4)效率
A:
容积效率 泵的实际输出流量与理论流量的比值教容积效率
B:
机械效率 泵的理论扭矩由压力作用于泵的转子产生的液压扭矩和泵轴上实际输出扭矩之比叫泵的机械效率
C:
总效率 泵的输出液压功率与输入的机械功率之比叫泵的总效率。
5)转速
A:
额定转速 在额定压力下,能连续长时间运转的最高转速教泵的额定转速
B:
最高转速 在额定压力下,超过额定转速而允许短暂运行的最大转速叫最高转速
C:
最低转速 正常运转所允许的最低转速
6)吸入能力
最低吸入能力 在泵能正常运转而不发生气蚀的条件下吸入口处所允许的最高压力
(2)液压泵的选用
目前液压传动在各种机械上的应用越来越广,这些应用可分为两类:
一类是在工业上的应用,主要是指固定式设备上的应用,另一类是在行走机械上应用,指的是移动式设备上的应用,选择时有些不同。
〈1〉低压泵的选用
在低压洒水系统中,我们采用的是离心齿轮泵。
齿轮泵的工作原理是通过传动轴带动齿轮副啮合,在啮合过程中,形成一个连续的吸油、排油过程,这也就是齿轮泵的工作原理
1)齿轮泵的分类
齿轮泵的分类见表1-1
表3-1
2)齿轮泵的工作原理
1外啮合齿轮泵的工作原理
图3-2
如图3-2所示,外啮合齿轮泵中,在吸油区和排油区附近由两个齿轮的齿廓、壳体和侧盖板等形成两个密封的容积。
齿轮传动时在吸油区附近的封闭容积变大,在排油区附近的封闭容积变小。
由于齿轮的齿顶和壳体内孔表面间及齿轮端面和盖板间间隙很小,而且啮合齿的接触面接触紧密、起密封作用并把二腔隔开。
因此,齿轮传动时泵便连续地、周期性的排油。
2内啮合齿轮泵的工作原理
如图所示(360)内啮合齿轮泵是靠一个小齿轮1与一个相对较大的内齿环2相啮合而工作的,其中有一个月牙板3将吸油腔与压油腔隔开。
与外啮合齿轮泵不同的是,齿轮和齿轮环的转动方向相同。
3)齿轮泵的结构
我们选用的是中高压齿轮泵,其结构按轴向间隙自动补偿,结构可分为两种,一种是浮动轴套型结构,如图3-3所示,在B腔的8字形面积上作用着由C处引入的压力油。
用以使浮动轴套与齿轮端面按一定的压紧系数压紧,从而使其间形成适当的油膜。
浮动轴承中有DU材料轴承,在泵起动或空载时油压还未建立时。
O形密封圈的弹性可以使浮动轴套与齿轮间产生必要的预紧力,有助于提高容积效率与机械效率。
另一种为弹性侧板式结构,如3-4图所示,这种结构的工作原理与上述浮动轴套式一样,不过是以弹性侧板来代替浮动轴套而已。
高压油引入弹性侧板的背部,由于高压油使弹性侧板变形,限制了侧板与齿轮端面的间隙,起到轴向间隙补偿作用。
图3-3
图3-4
〈2〉高压泵的选用
高压系统中我们选用了柱塞泵
我们采用的斜轴式轴向柱塞泵其传动轴线与缸体的轴线相交一个夹角。
这种泵的通常结构为柱塞通过连杆与主轴盘铰接,并由连杆的强制作用使柱塞往复运动。
使柱塞腔的封闭容积变化而输出有压流量,这种斜轴式轴向柱塞泵有双万向铰式和无铰式两类。
双铰式斜轴泵在传动轴和缸体上各有一个万向铰。
它可以保证缸体与传动轴等速旋转,克服了单铰式轴向柱塞泵中倾斜铰接盘的旋转为非等速运动的缺点。
但是铰式传动的结构和工艺均较复杂,目前已很少使用。
无铰式斜轴泵是20世纪40年代由联邦德国托马教授在万向铰式斜轴泵基础上改进发展而成的,它保持了双铰泵的优点,并结构简化、成本较低,已基本上取代了双铰泵而在各个工业部门得到了广泛的应用。
1)无铰式斜轴轴向泵主轴和缸体间传动的形式
1主轴与缸体之间传递运动的连接件是一个两端为球头的连杆,杆 体呈圆锥形,依靠连杆的锥体部分与柱塞内壁的接触带动缸体旋转如图3-5所示。
对锥形柱塞斜轴泵来说,连杆与柱塞合为一体,直接由柱塞的锥体部分与缸孔内壁接触,带动缸体旋转。
如图3-6所示
图3-5
图3-6
2连杆的大球头与主轴盘的球窝相配,连杆的小球头则与柱塞孔底部的球窝相连,主轴盘的球窝分布直径2R1大于柱塞孔分布圆直径2R2当主轴带动连杆大球头旋转时,连杆相对于柱塞轴线发生倾斜,直至连杆的锥体部分接触柱塞内壁,最后带动缸体旋转。
2)斜轴式轴向柱塞泵的配油方式
它与斜盘式轴向柱塞泵相同,采用端面配流,有球面配流和平面配流两种结构,但斜轴式轴向柱塞泵目前大部分以球面配流为主。
3)斜轴式轴向柱塞泵的变流量方式
通过改变缸体摆角值进行变量。
根据结构的不同,缸体只能单向摆动的为单向变量,缸体能双向摆动的为双向变量
4)优缺点
斜轴式轴向柱塞泵有如下优点
1塞的侧向力比斜盘式的轴向柱塞泵中柱塞的侧向力小的多,因此由侧向力引起的摩擦损失很小。
与斜盘式轴向柱塞泵相比,斜轴式轴向柱塞泵允许较大的缸体摆角。
一般斜盘式轴向柱塞泵的最大斜盘角度为20°左右,而通常斜轴式轴向柱塞泵的最大摆角为25°到28°。
目前一种新型锥形柱塞泵最大摆角可达40°
2由于主轴不需要穿过配流盘,因此配流盘的分布圆直径可以设计的比较小,在同样的工作压力下,摩擦副的比功值较小。
这对配流副的设计和液压泵的寿命是有利的
3由于旋转的质量较小和柱塞侧向力较小,斜轴式轴向柱塞泵允许较高的转速。
目前这类泵的转速高达3000r/min以上
4由于球铰处可以较好的锚固,有利于柱塞的回程,斜轴式轴向柱塞泵允许在自吸工况或较低的进口压力下运转,其自吸性能较斜盘式轴向柱塞泵为好
斜轴式轴向柱塞泵的缺点是
1对于双向摆缸式轴向柱塞泵来说,摆动缸体需要一定的空间,因此这种泵的体积较大,比较笨重,使用范围受到限制
2快速变量时需要克服较大的惯性矩
3不可能作成双轴串接或通轴式,因此集成化比较困难
4斜轴式轴向柱塞泵的工作压力受推力轴承承载能力的限制。
近年来,斜轴式轴向柱塞泵的轴承结构不断的改进提高,出现了一些可承受重载的轴承结构。
但我国自行生产的轴承目前尚难满足斜轴式轴向柱塞泵的发展需要
综合以上所述和上面的计算,我们选用KL45型高压泵和80QZB60/90N。
第四章 阀的设计
第一节.阀的简介
在液压系统中,液压控制阀用来控制液压系统中的压力、流量及油液的流动方向,从而控制液压缸或液压马达的起动、停止、速度、方向、力以及动作顺序等,以满足各种类型的液压设备对运动、速度、力或转距的要求。
任何一台液压设备或装置的液压系统中,液压阀无论在品种还是数量上都占有相当大的优势比重。
因此,液压阀的性能的好坏对液压系统的静态性、动作性、工作可靠性有直接影响。
在该喷水车中,采用的水压为10Mpa,流量在150L/min左右,压力不高,所以,我们采用电磁换向阀,采用类型为DSG型,它采用湿式电磁铁驱动阀芯动作,这种阀具有高压,大流量,压力损失低,动作可靠等优点。
如果换向阀是根据电信号的指令,由电磁铁或弹簧使阀芯实现换向或对中动作,从而达到改变油液流动方向的目的,这就是电磁换向阀。
第二节.电磁阀的种类
电磁换向阀的品种繁多,按其工作位置和通路数的多少可分为二位二通、二位三通、二
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