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矿用洒水车洒水系统设计
专 业
作者姓名
指导教师
定稿日期：2013年07月12日
SGA5650矿用洒水车洒水系统设计
机械工程系毕业设计任务书
学 生 姓 名
设计(论文)题目
接受 任务 日期
指 导 教 师
专业班级
矿用洒水车洒水系统设计
完成任务日期
机械工程系
指导教师单位
设计论文内容目标设计论文要求1.洒水系统参数计算，包括离心式水泵计算，液压油泵和马达计算。
2.水泵、油泵、油马达、液压阀、联轴节等标准件选型。
3.液压阀集成块等非标准件设计。管路系统布置。
4.洒水系统效率计算，动态工作性能验算。
绘图软件采用AutoCAD和UGS NX4.0，参数计算采用MATLAB或EXCEL。设计完成后，提交SGA5650矿用洒水车洒水系统设计说明书一份，液压系统和水路系统原理图及阀组装配图一套。
第一二周： 确定题目，查阅文献资料，写文献综述和设计进度计划；
注：此表发给学生后由指导教师填写，学生按此表要求开展毕业设计（论文）工作。
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论文指导记录第三周： 根据资料，初步进行洒水系统驱动方案拟定；
第四至七周： 计算水泵、油泵、油马达工作参数，进行标准件的选型；
第八周： 编写洒水系统设计说明书，整理论文，准备答辩。
1.黄新华，洒水车用泵的改进设计，机电工程，2002，（5）；
参考资料2.张世亮，液压抽洒水车研究，机床与液压，2002（4）；
3.何存兴，液压传动与气压传动 . 武汉：华中科技大学出版社 . 2000 ；
4.龙天渝、蔡增基主编，流体力学，北京：中国建筑工业出版社，2004；
SGA5650矿用洒水车洒水系统设计
新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）成绩表
学 生 姓 名
设计(论文)题目
指导教师（签名）
指
导
教
师
评
语
答
辩
记
录
成绩： 提问教师签字：
年 月 日
答
辩
小
组
意
见 答辩成绩： 答辩小组组长签字：
年 月 日
专业班级
矿用洒水车洒水系统设计
指导教师单位
评阅成绩： 评阅教师签字：
年 月 日
矿用洒水车洒水系统设计
摘 要
矿用洒水车是一种矿山上长距离洒水除尘的设备，它是在矿用自卸汽车底盘上安装水罐和专用的喷洒水系统，具有洒水除尘，水炮灭火等多重功能。可以在矿山道路上复杂的路面和浮尘厚扬尘大环境中使用，洒水除尘，最大程度的减小浮尘污染，保证工人健康，减小设备耗损。
本文综合分析了矿用洒水车发展现状和趋势，并阐述了液压系统的设计计算的过程。洒水车设计的中心课题是如何正确选择水泵和确定泵的驱动型式以应用在汽车底盘上进行改装，要满足洒水车使用参数的要求，主要是合理选择水泵的技术参数，保证满足洒水车技术条件的要求，根据水泵的外形尺寸和传动方式，确定其安装位置和传动机构及其相应功能要求的管路布置和调节控制机构。
通过理论分析和设计计算，确定了SGA5650型矿用洒水车的洒水驱动方案和液压系统的主要参数，对液压系统进行了参数的匹配设计、计算、校核以及根据市场的具体情况对系统的各元件进行选型。结合矿用洒水车的工作实际状况，对矿用洒水车的液压驱动系统和水路系统进行功能设计，主要是对液压驱动系统的设计。
本文对液压系统进行了性能验算，主要是对系统的压力损失、发热温升和效率等进行验算。
关键词：矿用洒水车；液压驱动；性能验算
矿用洒水车洒水系统设计
Abstract
Mine is a mine with sprinkler water spray dust on the long-distance device,
which is in the mining dump truck chassis to install a dedicated spray tank and water
system, dust with water spray, water cannons fire and other multiple functions. Mine
complex in the road pavement and dust environment of the use of thick dust, water
spray dust, dust pollution, the greatest decrease, to ensure the health of workers and
reduce equipment wear and tear.
This comprehensive analysis of the mine water truck status and trends of
development and described the calculation of hydraulic system design process.
Sprinkler design the central subject is how to determine the correct choice of pumps
and pump-driven type to apply the modifications on the car chassis, use the
parameters to meet the sprinkler requirements, the main pump is a reasonable choice
of technical parameters, to ensure conditions meet the sprinkler technology
requirements, according to the pump dimensions and transmission mode, to
determine their location and installation of transmission and their corresponding
functional requirements of the piping arrangement and regulation and control
institutions.
Through theoretical analysis and design calculations to determine the type of
mine SGA5650 sprinkler sprinkler hydraulic system driven programs and the main
parameters of the hydraulic system of the parameters of the matching design,
calculation, checking, and the specific circumstances of the market system of the
components for selection. Combined with the work of mining the actual situation of
sprinklers on the mining hydraulic drive system for sprinkler and water system
functional design, primarily the design of the hydraulic drive system.
In this paper, checking the performance of hydraulic systems, mainly the system
pressure loss, temperature rise and efficiency for heat checking.
Key Word: Mine water truck; hydraulic drive; performance calculation
矿用洒水车洒水系统设计
目 录
摘 要 ................................................................................................... 1
Abstract ................................................................................................. 2
第 一 章 引 言 ................................................................................. 5
第 二 章 绪 论 ................................................................................. 6
2.1 矿用洒水车的简介 ..................................................................... 7
2.1.1 矿用洒水车的分类 ................................................................................. 7
2.1.2 矿用洒水车发展现状及趋势 ................................................................. 8
第 三 章 矿用洒水车的原理........................................................... 10
3.1 洒水车性能参数 ....................................................................... 10
3.2 结构组成及原理 ....................................................................... 11
3.3 载质量的确定 ........................................................................... 12
3.4 水泵和管路总成 ....................................................................... 14
3.5 本章小结 ................................................................................... 20
第 四 章 液压传动系统设计........................................................... 20
4.1 液压传动系统简介 ................................................................... 20
4.1.1 液压传动系统组成 ............................................................................... 21
4.1.2 液压传动系统型式 ............................................................................... 21
4.2 设计要求及工况分析 ............................................................... 23
4.2.1 设计要求 ............................................................................................... 23
4.2.2 动力分析 ............................................................................................... 24
4.2.3 液压马达的参数计算 ........................................................................... 26
4.3 拟定原理图，选择元件 ........................................................... 27
4.3.1 制定压力控制方案 ............................................................................... 27
4.3.2 液压系统原理图 ................................................................................... 27
4.3.3 液压泵的确定 ....................................................................................... 28
4.3.4 液压泵的工作原理 ............................................................................... 30
矿用洒水车洒水系统设计
4.3.5 液压泵的特点 ....................................................................................... 30
4.4本章小结 .................................................................................... 31
第 五 章 液压驱动系统参数校核 .................................................. 31
5.1 阀类元件的选择 ....................................................................... 36
5.2 管道的选择 ............................................................................... 37
5.3 油箱的设计 ............................................................................... 40
5.3.1 滤油器的选择 ....................................................................................... 41
5.4 本章小结 ................................................................................... 42
第 六 章 液压系统验算 ................................................................... 43
6.1 管路系统压力损失计算 ........................................................... 44
6.2 系统发热计算 ........................................................................... 46
6.3 系统效率验算 ........................................................................... 48
6.4 矿用洒水车洒水系统能量损失分析 ....................................... 49
6.5 本章小结 ................................................................................... 49
结 论 ................................................................................................. 49
致 谢 ................................................................................................. 50
参考文献 ............................................................................................. 52
矿用洒水车洒水系统设计
第 一 章 引 言
矿山大型矿用自卸车的主要运输道路多为泥石路面，加之我国大型露天矿山主要分布在干旱少雨的北方，以及矿山爆破粉碎作业的特点，矿山作业环境浮尘厚扬尘大，弥漫粉尘的空气已严重影响了设备的使用、安全和人员身体健康，矿山急需一种运载量大、洒布里程长、作业效率高的大型矿用洒水车来满足工作的需要。
矿用洒水车是在矿用自卸汽车底盘上或者专用运载底盘上安装水罐和专用的喷洒水系统，由矿用自卸车底盘和水罐总成、传动总成、水泵管路和操作系统组成。有洒水除尘，水炮灭火等多重功能。可以在矿山道路上复杂的路面和浮尘厚扬尘大环境中使用，洒水除尘，最大程度的减小浮尘污染，保证工人健康，减小设备耗损。
SGA5650型矿用洒水车是首钢重型汽车研究所研制开发的一种新车型，具有结构坚固、机动灵活、操作方便、爬坡能力大、燃油消耗低、便于维修保养等特点。该车适用于矿区道路洒水除尘，改善矿用自卸车的工作环境。另有消防装置、自流装置等多种功能集一车。它不但能进行常规的道路洒水，还可远距离消防、灭火、降尘、空间粉尘的处理；向无水源区输送工业用水以及远距离消防灭火和清洗车辆设备等，可谓一车多能。
洒水车的液压系统在使用过程中会出现系统过热的问题。据调查显示，洒水车液压系统的工作油温较高是影响系统及元件可靠性和整机作业效率的主要因素之一。因此如何保证洒水车液压系统在工作过程中热平衡处于正常运转状态，最大程度的减小能量损失是保证机器正常可靠作业的关键。
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矿用洒水车洒水系统设计
第 二 章 绪 论
目前，随着我国国民经济的高速稳步发展，煤炭工业和钢铁生产一直保持良好的增长态势，各类矿山，特别是大型露天矿山的建设方兴未艾，产量年年攀升。作为大型露天矿山主要运输工具——大型矿用自卸车也得到了迅速增长，据有关统计，目前我国大型露天矿山大型矿用自卸车的拥有量己达500余辆。然而，随着车流和运输量的迅速增长，工作环境保护的问题也变得越来越突出。根据GBJ22《厂矿道路设计规范》的规定，矿山大型矿用自卸车的主要运输道路多为泥石路面，加之我国大型露天矿山主要分布在干旱少雨的北方，以及矿山爆破粉碎作业的特点，矿山作业环境浮尘厚扬尘大，弥漫粉尘的空气已严重影响了设备的使用、安全和人员身体健康，矿山急需一种运载量大、洒布里程长、作业效率高的大型矿用洒水车来满足工作的需要。
据有关统计，由于矿石的成本有百分之五十是矿山运输车辆运输的成本，而车辆运输的成本大部分是由于车辆零件的耗损导致的。如果矿山车辆长期工作在浮尘厚，扬尘大的环境中就会加大车辆的耗损速度，势必会造成运输成本的上升。为此需要洒水车来进行降尘除尘的作用，控制成本，并保证工人在一个相对舒适的环境里工作，保证工人的身体健康。国内生产的这些洒水车装载吨位小，洒布宽度及里程都达不到运行经济性要求，作业效率低，但是开发和引进大型的洒水车成本相对较高。
为此本文对SGA5650型40吨矿用洒水车的洒水液压驱动系统和水路系统进行改进设计。SGA5650型矿用洒水车在新车试验中发现，水泵洒水量不均匀并且偏小, 液压系统的油压偏高。矿山多坡道，矿用洒水车洒水量受发动机转速影响较大，导致洒水车在上坡和下坡时洒水量不均。通过液压系统的改进使之实现洒水车上坡和下坡时洒水量不变,且增大洒水量。
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矿用洒水车洒水系统设计
2.1 矿用洒水车的简介
2.1.1 矿用洒水车的分类
矿用洒水车是一种用于矿山上长距离洒水除尘的设备，也是装有专用罐型容器的专用汽车。
它是在矿用自卸汽车底盘上或者专用运载底盘上安装水罐和专用的喷洒水系统，有洒水除尘，水炮灭火等多重功能。可以在矿山道路上复杂的路面和浮尘厚扬尘大环境中使用，洒水除尘，最大程度的减小浮尘污染，保证工人健康，减小设备耗损。
矿用洒水车按水罐容积的大小成系列。通常按矿用洒水车水罐容积的大小可以分为以下三种：
（1）轻型：水罐容积在20m3—40m3
，由普通矿用自卸汽车的底盘改装而成。
（2）中型：水罐容积在40m3—80m3
，由中型矿自卸用汽车的底盘改装而成。
（3）重型：水罐容积在100m3
以上，由重型电动轮矿用自卸汽车的底盘改装而成。
虽然不同的系列的矿用洒水车在结构上有差异，但是从基本结构上来看，它们都是由独立的洒水装置和运载底盘两大部分组成。因此，按上述两基本组成部分的主要特征，又可将矿用洒水车做如下分类：
（1）按运载底盘结构形式分：有普通矿用自卸车底盘和铰接式底盘两种类型。
（2）洒水驱动方式分：有液压驱动的矿用洒水车、气压驱动的矿用洒水车和机械式驱动矿用洒水车。
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矿用洒水车洒水系统设计
从国内外资料来看，大量使用的中型矿用洒水车均为中型矿用汽车的底盘改装而成，液压驱动的矿用洒水车，采用气压驱动的很少。
2.1.2 矿用洒水车发展现状及趋势
我国重型矿用电动轮自卸车的生产大约经历了独立开发、合作生产、国产化三个阶段, 生产厂家主要有3家即湖南湘潭电机厂、辽宁本溪重型汽车厂、江苏常州冶金机械厂。湘潭电机厂于1977年5月研制出国产第一台SF3100型108t电动轮自卸车样车, 其后经20余年的不断改进和完善, 该类车已形成了SF3102、SF3103、SF3102C、SF3102D 型4个系列, 分别适用于热带(最高环境工作温度可为50℃)、温带及高寒冷地区(最低环境工作温度为-35℃) , 并具备年产100 余台车的生产能力。从80 年代中期开始, 该厂在国家政策的扶持下, 通过技贸结合、技术引进、合作生产等方式与美国Dresser公司合作生产载重量为154t 的矿用电动轮自卸车, 逐步消化和掌握了美国Dresser公司转让的部分技术, 并把它用于SF31XX 系列108t 矿用电动轮自卸车的改进设计中, 以提高其整车性能和工作可靠性。此后, 该厂利用自身在电机设计、制造、车辆电气控制等方面的优势, 自主开发了美国G.E 公司不肯转让的主发电机、电动轮总成、电控装置等27 种关键部件, 并于1992年生产出国产化率达81% 的SF3150 型154t 矿用电动轮自卸车投入矿山运行, 通过1 年的矿山工业运行试验, 该车于1993 年年底通过了国家鉴定。辽宁本溪重型汽车厂生产矿用电动轮自卸车的历史与湘潭电机厂类似, 都起步于70 年代, 该厂于80 年代曾生产了10 余台LN 3101 型108t
电动轮自卸车, 其后由于多种原因已停产。江苏常州冶金机械厂主要是与美国Unit-Rig公司合作生产Mark236型154t矿用电动轮自卸车, 其产品在南芬铁矿使用。
目前我国生产大型矿用洒水车的主要生产厂家有内蒙古北方重型汽车股份有限公司和本溪北方机械重汽有限责任公司，生产的品种有30、40、60吨矿用洒水车，和北京首钢重型汽车制造厂生产的SGA5650型40吨洒水车。国外生产大型矿用自卸车的公司如卡特彼勒公司生产大型矿用洒水车，但向我国介绍的最大装载吨位为85吨。由于当前大型矿用洒水车都是在现有大型矿用自卸车底盘
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矿用洒水车洒水系统设计
技术的基础上开发的，而国内生产大型矿用自卸车的公司只有湘潭电机股份有限公司和北京首钢重型汽车股份有限公司有能力生产100吨级的矿用自卸车，故应矿山定货要求，湘潭电机股份有限公司承担了开发试制国内第一辆108吨矿用洒水车的任务。
截至目前，我国批量生产矿用洒水车的企业共有5家，他们是：北方重型汽车股份有限公司，北京首钢重型汽车制造厂，内蒙古北方重型汽车股份有限公司，本溪北方机械重汽有限责任公司，湘潭电机股份有限公司。
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矿用洒水车洒水系统设计
第 三 章 矿用洒水车的原理
SGA5650型矿用洒水车是首钢重型汽车研究所研制开发的一种新车型，具有结构坚固、机动灵活、操作方便、爬坡能力大、燃油消耗低、便于维修保养等特点。该车适用于矿区道路洒水除尘，改善矿用自卸车的工作环境。另有消防装置、自流装置等多种功能集一车。它不但能进行常规的道路洒水；还可远距离消防、灭火、降尘、空间粉尘的处理；向无水源区输送工业用水以及远距离消防灭火和清洗车辆设备等，可谓一车多能。
该车适合在坚硬的路面上行驶，路面承受载荷不能小于50t，弯道半径不能小于20m，纵向坡度不应超过11%，在长度不大于30m的坡道上，坡度可以放宽到15%，汽车不允许在没有铺设路面的松软道路上行驶，也不允许在坡度大于11%的路面上长距离运行，否则易出事故。
3.1 洒水车性能参数
（1）主要技术参数
①整车装载质量 40000kg
②整车整备质量 27000kg
③轴荷分配：
前轴（空载/重载） 12200kg/24000kg
后桥（空载/重载） 14800kg/41000kg
④最高车速 56km/h（五档）
⑤最小转弯直径（按前外轮压痕中心计算） 20m
⑥洒水宽度 14m
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矿用洒水车洒水系统设计
水炮射程 40m
⑦制动距离（30km/h） ≤18m
⑧发动机型号 KTA19-C525
（2）汽车外型尺寸
①长 8330mm
②宽 4100mm
③高 4230mm
④接近角 40.3°
⑤离去角 60°
⑥离地间隙（前轴/后桥） 700/550mm
⑦轴距 4200mm
⑧轮距（前轮/后轮） 2833/2537mm
3.2 结构组成及原理
矿用洒水车由矿用自卸车底盘和水罐总成、传动总成、水泵管路和操作系统组成。我国生产的矿用洒水车的底盘多采用矿用汽车生产厂家成熟的自卸车底盘。矿用洒水车主要由底盘、水罐、取力器、液压油泵、液压控制阀、液压马达、自吸式离心水泵、洒水和液压管路，消防水炮和洒水喷头组成。
矿用洒水车的工作原理：通过取力装置将汽车底盘的动力取出，并驱动液压系统的液压油泵，把机械能转化为液压能传给定量马达，马达通过联轴器驱动自吸式离心水泵，离心水泵把水罐里面的水通过洒水喷头喷洒到路面上或者通过水炮喷射灭火。因此，要求自卸车的底盘有足够的载重能力和强劲的输出功率。
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矿用洒水车洒水系统设计
3.3 载质量的确定
洒水车的载质量是在符合原汽车底盘最大总载质量的前提下，尽可能地增大有效载质量。因此在自卸汽车改装成洒水车，自卸汽车的零部件不能用于洒水车时，要都尽可能地拆除，重新选用洒水车的专用部件和加工件，在满足技术要求的前提下尽可能地轻量化，以提高洒水车的有效载质量。用公式表示为：
G载?G总?G装?G人 （2.1）
式中:
G装=汽车底盘质量+专用装置质量
G人=驾驶员质量+助手质量（按60kg/人考虑）
有效载质量确定后，结合洒水车重心高度的要求可以计算出水罐的容积和端面形状，再依据罐的容积大小布置隔仓结构和防波板，人孔直径按专用车标准的规定（JT/T288-95）,应不小于450mm。
根据汽车的原理，轴荷分配适当与否对洒水车的牵引性、通过性、稳定性和轮胎的使用寿命都有很大影响。一般汽车的轴载质量是根据公路运输车辆的法规限制和轮胎的负荷能力确定，理想的轴荷分配是满载时使每个轮胎的负荷大致相等，但为了提高汽车的驱动力，增加附着质量，常需要提高驱动轴的负荷，即增大后轴的轴载质量，同时满足国家允许轴载质量的限制。[6]
自卸车改装为洒水车时应对轴荷分配提出一定要求。自卸汽车一般为后轴双胎（4x2）驱动的汽车，满载时前后轴轴载质量按1/3和2/3的比例分配, 然后根据驾驶室形状是平头或长头再作适当的调整,具体数据范围可在有关手册上查到。依据轴荷分配可以初步确定水罐在汽车纵轴方向的安装位置。
首先，从汽车行驶稳定性考虑，洒水车的重心应在汽车的纵向垂直平面内，且应满足前后轴质量分配要求 ；其次，从汽车操纵稳定性、驱动和制动工况考
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矿用洒水车洒水系统设计
虑，洒水车的重心愈低愈好，且应满足轮胎尺寸和离地间隙的限制。根据力矩平衡的原理可以求出汽车重心的纵向位置
L1?G2?L/G总 （2.2）
L2?G1?L/G总 （2.3）
式中：
G总—洒水车的总质量
G1—洒水车前轴载质量
G2—洒水车后轴载质量
L—洒水车前后轴中心的距离
L1—洒水车重心距前轴中心的距离
L2—洒水车重心距后轴中心的距离
当洒水车各总成的质量为gi，各总成重心到前轴中心水平距离为xi，到地面的高度为yi
则后轴的载质量为：
G2??gi?xi/L（2.4）
前轴的载质量为：
G1?G总?G2 （2.5）
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矿用洒水车洒水系统设计
洒水车的重心高度为：
hg??gi?yi/G总（2.6）
从行驶稳定性和操纵稳定性的角度考虑，洒水车的重心应满足以下几个条件。
保证洒水车不发生侧翻的条件为：
B/2?hg??（2.7）
保证汽车不发生侧翻的条件为：当L2?L1时，L2/hg??，当L2?L1时，L1/hg??。其中，B为汽车的轴距；?为附着系数，一般为0.7到0.8。
3.4 水泵和管路总成
为了满足矿用洒水车的功能，矿用洒水车的水泵管路总成必须具有吸水——水罐和水罐——洒水的双重传输功能。 分为洒水部分、水炮部分、自流部分、辅助消防，系统由电磁阀操纵，液压驱动，主要功能为扇面喷洒降尘、远距离消防灭火、非动力状态下的洒水降尘、输送工业用水等。并具有一定的洒水压力。
该水车具有自流降尘、动力洒水降尘、消防灭火、输送工业用水等功能。其中自流降尘和动力洒水降尘是为降低车辆行驶中产生的扬尘而独立设计的两个独立系统。自流降尘是利用液体的虹吸自流原理，靠水箱内水位和出水口的压差进行洒水的，其优点是该系统不需要外设动力源，水流量只与水位差有关，而与发动机转速无关。动力洒水除尘其优点是出水口压力大，雾化质量好，覆盖面积大。
1 自流降尘操作：
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矿用洒水车洒水系统设计
（1）车辆投入运行前，贮气筒气压必须达到0.8MPa以上，以保证制动系统工作可靠。
（2）作业时，应及时打开驾驶室内的自流开关。
2 动力洒水除尘操作：
（1）洒水时应及时把洒水控制开关扳到洒水位置。
（2）作业场地干燥需大量洒水时，自流洒水除尘和动力洒水除尘可同时使用以满足现场需要。
（3）停止洒水时，关闭自流开关及动力洒水控制开关回中位即可。
3 消防水炮的操作与使用：
（1）使用消防水炮必须应由两人操作 （1人操作高压水炮，1个在驾驶操作车辆）
（2）水炮喷射前，应首先打开水炮底座上的操作手柄开关，将炮口位置和喷射角度调整到适当位置。
（3）将发动机转速降到怠速，将驾驶室内洒水控制开关扳到水炮位址。高压水喷出后，当水炮操作人员发出指令后，驾驶人员方可加速。
（4）不需高压水炮工作时，应首先将驾驶室内洒水控制开关扳回中位，再关闭水炮底座上的操作手柄开关。否则会给洒水系统带来致命损坏。
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矿用洒水车洒水系统设计
图2.1 改型前矿用洒水车液压系统原理图
1 油箱 2 液压泵一 3 液压泵二 4 转向泵
5 应急转向泵 6 电磁溢流阀 7 溢流节流阀 8 马达
9 动力转向缸 10 全液压转向器 11 梭阀 12 回油过滤器
13散热器
改型前洒水液压系统采用一个电磁溢流阀实现液压马达的加载（洒水）和卸荷，同时电磁溢流阀在液压马达加载洒水时还可实现安全阀功能。液压系统的原理图如图3.1所示，该液压系统由洒水液压系统和转向液压系统共同组成。矿用洒水车洒水驱动液压系统由液压油泵、液压阀块和液压马达等组成。为了实现洒水车上坡和下坡时洒水量不变，在液压马达的进油路上增加了一个溢流节流阀，该阀可以实现供给液压马达一个恒定的流量（当然，液压泵提供的油液不要低于
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矿用洒水车洒水系统设计
该流量），使液压马达的转速不随发动机的转速变化而变化。该系统的缺点显而易见，油路复杂，可靠性低，所以在新车试验过程中会出现液压系统油压偏高的现象，同时由于使用了溢流节流阀，致使液压系统效率较低并且液压系统发热现象比较严重。
图2.2 改型前矿用洒水车水路系统原理图
1 水罐 2 外部水源 3 过滤器一 4 过滤器二
5 球阀一 6 球阀二 7 水泵 8 球阀三
9 球阀四 10气控阀一 11水炮 12气控阀二
13洒水器
洒水车的水路系统主要由水罐、水泵、水炮、洒水器和各种阀和管道组成。气动阀一控制水泵输出的水去水炮或者洒水器，同样气动阀二控制自流洒水。该
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矿用洒水车洒水系统设计
系统可实现以下功能:
（1）洒水 关闭球阀二和球阀三，打开球阀一和球阀四。气控阀一处于右位，这样水泵就可以将水罐里的水送至洒水器进行洒水。
（2）打水炮（消防） 关闭球阀二和球阀三，打开球阀一和球阀四，气控阀一处于左位，水泵将水罐中的水送至水炮进行消防作业。
（3）向水罐中抽水 关闭球阀一和球阀四，打开球阀二和球阀三。此时，水泵从外部水源抽水至水罐。
（4）利用外部水源进行灭火 关闭球阀一和球阀三，打开球阀二和球阀四。气控阀一处于左位，这样，水泵就可以将外部水源直接射向火场。
（5）自流洒水 当水泵不工作时或者需要洒水量比较大时，可以通过气控阀二处于上位或者下位来控制自流洒水。M1
P1P2
图2.3 改型后用矿用洒水车水路与液压系统原理图
对改型后SGA5650 矿用洒水车液压系统设计进行详细的介绍，如图2.3所
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矿用洒水车洒水系统设计
示，左边是洒水水路系统，右边是液压系统。洒水液压系统由液压油泵、液压阀块和液压马达等组成。采用换向阀和溢流阀实现液压马达的加载（洒水）和卸荷，同时溢流阀在液压马达加载洒水时可实现安全阀功能。
图2.4 改型后矿用洒水车水路系统原理图
1 水罐 2 外部水源 3 过滤器一 4 过滤器二
5 球阀一 6 球阀二 7 水泵 8 球阀四
9 球阀三 10 水炮开关 11 水炮 12 安全阀
13 气控阀二 14 气控阀一 15 减压阀 16 洒水器
SGA5650矿用洒水车水路系统在原来水车水路系统的基础上，增加了若干功能，如从水池抽水，提供压力水口，水泵出口增加安全阀和减压阀。如图2.4所示，水路系统主要由水罐、水泵、水炮、洒水器、阀和和管道组成。该系统可实现以下功能:
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矿用洒水车洒水系统设计
（1）洒水 关闭球阀二、球阀三、球阀四和水炮开关,打开球阀一，并且气控阀一处于左位，这样水泵就能把水罐里的水经由洒水器洒出。
（2）打水炮（消防） 关闭球阀二、球阀三、球阀四，打开球阀一和水炮开关，并且气控阀一处于右位，水泵就能把水罐里的水通过水炮进行消防作业。
（3）向水罐里抽水 关闭球阀一、球阀四和水炮开关，打开球阀二、球阀三，并且气控阀一处于右位，这样水泵就能把外部水源里的水快速抽进水罐。
（4）提供压力水 关闭球阀二、球阀三和水炮开关，打开球阀一、球阀四，并且气控阀一处于右位，这样水泵就能从水罐通过球阀四向外提供压力水。
（5）自流洒水 当水泵不工作时或者需要洒水量比较大时，可以通过气控阀二处于上位或者下位来控制自流洒水。
（6）保持洒水喷头流量恒定 为了实现洒水车洒水量恒定，在水泵的出水口和洒水器之间加装减压阀，把减压阀调到一定压力，该阀可以实现供给洒水器一个恒定的流量（水泵提供的水量不要不低于该流量），使洒水喷头流量不随发动机的转速变化而变化，从而使洒水喷头流量恒定。
3.5 本章小结
本章对研究对象SGA5650型矿用洒水车技术参数、结构组成和工作原理进行了详细的阐述。
详细分析了SGA5650型矿用洒水车改型前后的液压系统和水路系统原理。在洒水液压系统采用一个电液换向阀实现液压马达的加载和卸荷，同时溢流阀在液压马达加载洒水时刻实现安全阀功能。水路系统在水泵出口增加安全阀和减压阀。
第 四 章 液压传动系统设计
4.1 液压传动系统简介
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矿用洒水车洒水系统设计
凡是以液体介质的压力能来传递能量的装置称为液压传动装置，整套传动装置的系统称为液压传动系统，或简称液压系统。
为实现工作机器的传动要求，可以通过许多途径来实现，对于同一个机器，可以设计出很多个液压传动系统。因此，在设计过程中，必须进行深入的分析比较，采用最合理和经济的液压传动系统。
4.1.1 液压传动系统组成
一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。
动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。
执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。
控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。
辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。
液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。
4.1.2 液压传动系统型式
21
矿用洒水车洒水系统设计
从不同的角度出发，可以把液压系统分成不同的形式.
（1）按油液的循环方式，液压系统可分为开式系统和闭式系统。开式系统是指液压泵从油箱吸油，油经各种控制阀后，驱动液压执行元件，回油再经过换向阀回油箱。这种系统结构较为简单，可以发挥油箱的散热、沉淀杂质作用，但因油液常与空气接触，使空气易于渗入系统，导致机构运动不平稳等后果。开式系统油箱大，油泵自吸性能好。开式系统中，液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。其结构紧凑，与空气接触机会少，空气不易渗入系统，故传动较平稳。工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复杂，因无油箱，油液的散热和过滤条件较差。为补偿系统中的泄漏，通常需要一个小流量的补油泵和油箱。由于单杆双作用油缸大小腔流量不等，在工作过程中会使功率利用下降，所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。
（2）按系统中液压泵的数目，可分为单泵系统，双泵系统和多泵系统。
（3）按所用液压泵形式的不同，可分为定量泵系统和变量泵系统。变量泵的优点是在调节范围之内，可以充分利用发动机的功率，但其结构和制造工艺复杂，成本高，可分为手动变量、尽可能控变量、伺服变量、压力补偿变量、恒压变量、液压变量等多种方式。
（4）按向执行元件供油方式的不同，可分为串联系统和并联系统。串联系统中，上一个执行元件的回油即为下一个执行元件的进油，每通过一个执行元件压力就要降低一次。在串联系统中，当主泵向多路阀控制的各执行元件供油时，只要液压泵的出口压力足够，便可以实现各执行元件的运动的复合。但由于执行元件的压力是叠加的，所以克服外载能力将随执行元件数量的增加而降低。并联系统中，当一台液压泵向一组执行元件供油时，进入各执行元件的流量只是液压泵输出流量的一部分。流量的分配随各件上外载荷的不同而变化，首先进入外载荷较小的执行元件，只有当各执行元件上外载荷相等时，才能实现同时动作。
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矿用洒水车洒水系统设计
液压传动机械性能的优劣，主要取决于液压系统性能的好坏，包括所用元件质量优劣，基本回路是否恰当等。系统性能的好坏，除满足使用功能要求外，应从液压系统的效率、功率利用、调速范围和微调特性、振动和噪声以及系统的安装和调试是否方便可靠等方面进行。
4.2 设计要求及工况分析
4.2.1 设计要求
在SGA3722 矿用汽车基础上改造而成的SGA5650矿用洒水车,发动机额定功率392 Kw/ (2100r/ min),最大总质量70000kg,最大装载容量40m3,最高车速56km/h。
在矿山,道路多为很长的坡道,而上坡和下坡时洒水车发动机的转速相差很大,
如重载上坡时发动机转速一般为2000r/min 左右,下坡时发动机转速一般约为1000r/min,如果水泵由发动机通过取力器直接驱动,由于水泵流量决定于转速,则洒水车上坡和下坡时洒水量相差很大。另外,打水炮(消防) 时,所需水泵的流量要比洒水时大很多, 用机械传动很难满足各种工况对洒水车水泵转速的不同要求,而利用液压传动,则可以很容易地实现洒水车的各种工况要求。[4]
2.洒水车液压驱动系统基本要求：
（1）水路喷头的流量基本保持稳定
为了保证矿用洒水车的洒水质量，满足矿山道路洒水除尘的要求，由于矿山道路的特点，基本上是上坡和下破的道路状况，所以在矿用洒水车工作的过程中，必须保证水路喷头的流量基本恒定，不受发动机工作转速变化的影响，与矿用汽车的行驶速度无关，从而避免在洒水过程中出现因道路情况变化而使洒水车频繁变化，而导致洒水泵的转速忽高忽低，造成上坡、下坡和平路洒水的不均匀，起不到洒水除尘的作用。
这就势必要求液压系统能够保证矿用洒水车的自吸离心泵的转速不随发动机转速的变化而变化，也就是洒水泵的恒速控制问题。
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矿用洒水车洒水系统设计
（2）耐液压冲击
由于液压马达在启动和停止转动工况之间会对液压系统产生较大的液压冲击，早成了液压系统的不稳定，缩短了传动元件的寿命，降低了系统的可靠性。所以液压系统设计时要考虑液压冲击的问题，使液压冲击的影响降到最低，提高整个系统的稳定性和寿命。
（3）最大程度的降低功率损失
液压传动是利用密封系统中的受压液体来传递运动和动力的一种传动方式。液压和机械传动相比，具有可实现低速大吨位运动，实现无级调速，运动部件运行平稳，容易实现过载保护及操作简单，易实现自动化等几个方面的优点，所以在传动方案中，液压传动是应用比较广泛的传动方式。但是液压传动也有不可避免的缺点，其中比较突出的缺点就是能量损失较大，传动效率较低。而能量损失中，又以功率损失占有较大比重。
液压系统的功率损失一方面会造成能量损失，使系统的总效率下降。另一方面损失的这部分功率会转化热能，使油温升高，导致油液粘性下降，造成系统泄漏；同时使油液氧化变质，导致液压设备出现故障。
因此在设计液压系统时，在满足使用要求的前提下，应充分考虑设法降低液压系统的功率损失。
4.2.2 动力分析
力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言，就是研究液压缸或液压马达的负载情况。
SGA5650矿用洒水车液压驱动系统中执行元件为液压马达，其负载取决于
24
矿用洒水车洒水系统设计
所选水泵的参数。
水泵的选型
水泵的选型要求选择水泵和确定水泵的驱动方式而应用在汽车底盘上进行改装，通过整体布局，确定罐体的有效容量，最大限度的提高技术经济性，满足最大允许总质量的限制条件和轴荷的合理分配，符合洒水车产品标准的技术要求，并最大限度的满足用户使用要求。满足洒水车使用参数要求，主要是合理选择水泵的技术参数，保证满足洒水车技术条件的要求，根据水泵的外形尺寸，传动方式，确定安装位置和传动机构及相应功能要求的管路布置及调节控制机构。
如何安装水泵则要根据水泵的机构特性、外形尺寸及传动方式和汽车底盘允许布置空间进行系统分析，合理布局，并保证水泵可靠的稳定工作和考虑安装、检修的方便性。
选择较理想的泵，要求流量大，扬程高，效益高，功率适中，成本低，安装检修方便，技术经济性好。80QSZ-60基本满足上述要求，该泵由浙江省设计院完成设计，并通过样机测试，并且获得了国家专利，该泵采用侧置取力驱动，安装与WX20-24a型泵和76ZB50型泵比较相似，比较简便，适合改装洒水车，适用车型广泛。而且旋向可根据取力器旋向做选择，便于取力器的选择。其泵的进、出口接管均可按需要调整方向，也可按用户要求改装直通接管，以充分满足不同的设计要求。
水泵采用80QSZ-60中低压车载消防泵,额定流量16.7L/s ,吸水高度7m,引水时间小45s。水炮采用PS30W型消防水炮, 360度回转, 可喷射水柱和90°开花水雾, 额定喷射压力0.8MPa, 最大射程不小于55 m, 洒水宽度14m。可用于道路洒水、降尘、消防灭火、冲爆堆和工业用水的输送等。
表3.1 80QSZ-60水泵参数
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矿用洒水车洒水系统设计
型号 转r/min
速 功kw
率 流L/s
量 扬程 自吸高效率
m
62
度m
7.5 68%
取力器
80QSZ-60 1500 14.7 16.7
侧置
4.2.3 液压马达的参数计算
系统参数主要是压力和流量，这是系统计算、元件选择、系统验算的依据。而无论哪种参数均以保证执行元件输出工况需要为前提的，因此，参数确定主要是执行元件的参数确定。
液压马达的排量按下式计算：
60000P （3.1）
?pmnm?v?m?1Vm?式中：
Vm—液压马达的排量 （mL/r）
P—水泵的功率（KW）
?v—液压马达的容积效率，取0.90
?m—液压马达的机械效率，取0.95
?1—液压马达和水泵之间联轴器的机械效率，取0.98
，取液压泵工作压力为16MPa，系?pm—液压马达的进出口压力差（MPa）统压力损失为1MPa，则马达进口压力为15MPa，进出口压差取14.5MPa
nm—液压马达的转速（r/min）即为水泵转速
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矿用洒水车洒水系统设计
Vm?60000P60000?14.7??70.4(mL/r)
?pmnm?v?m?114.5?1500?0.95?0.9?0.98根据液压马达的排量，选择M5100-F80马达，排量是80mL/r，最高转速在2500r/min。
表3.2 M5100-F80马达参数
型 号 输入流量L/min
额定
M5100-F80 177.8 21
最高
25 600~2200 50.4 240.8
压力MPa 输出工作转输出功转出扭距速（r/min） 率（kw） N·m
4.3 拟定原理图，选择元件
4.3.1 制定压力控制方案
液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。
在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。
在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。
SGA5650型矿用洒水车液压驱动系统中选用溢流阀来调节压力，电液换向阀来实现马达的负载和卸荷。
4.3.2 液压系统原理图
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矿用洒水车洒水系统设计
M1
P1
P2
图3.1 改型后用矿用洒水车液压系统原理图
对改型后SGA5650 矿用洒水车液压系统设计进行详细的介绍，如图3.1所示，左边是洒水液压系统，洒水液压系统由液压油泵、液压阀块和液压马达等组成。采用换向阀和溢流阀实现液压马达的加载（洒水）和卸荷，同时溢流阀在液压马达加载洒水时可实现安全阀功能。
4.3.3 液压泵的确定
确定液压泵的流量和排量，按液压马达的最大工作流量和泄漏量来确定液压泵的流量。
nmVm（3.2）
1000?vqm?qp?K?qm（3.3）
1000qpnp?pVp? （3.4）
28
矿用洒水车洒水系统设计
式中 ：
qm—液压马达的流量 （L/min）
nm—液压马达的转速（r/min）
?m—液压马达的容积效率，取0.90
?p—液压泵的容积效率，取0.90
Vm—液压马达的排量（mL/r）
Vp—液压泵的排量（mL/r）
K—系统泄漏系数
K=1.1
np—液压泵的转速（r/min）
220?080?195.56(L/min)
100?00.9
qm?
qp?1.1?195.?562(L/min)
1
Vp?
100?0215.11?118.09(mL/r)
230?00.?880.9根据液压手册和厂家的资料，选择液压泵为CBT-F563，排量为63mL/r，最高转速为2500r/min，液压泵为两个。
液压元件的选型为：
（1）液压泵：齿轮泵，型号为CB—B，排量为63mL/r，最大转速2500r/min，最大连续压力为20MPa。
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矿用洒水车洒水系统设计
（2）液压马达：齿轮马达，型号为M5100-F80马达，排量是80mL/r，最高转速在2500r/min，最大连续压力为25MPa。
（3）水泵：自吸离心水泵，型号80QSZ-60，额定流量为60m3/h,扬程为62m，轴功率为14.7kw，输入转速为1500r/min，效率为68%。
4.3.4 液压泵的工作原理
图3—1 液压泵工作原理图
液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，故一般称为容积式液压泵，图3-1所示的是一单柱塞液压泵的工作原理图，图中柱塞2装在缸体3中形成一个密封容积a，柱塞在弹簧4的作用下始终压紧在偏心轮1上。
原动机驱动偏心轮1旋转使柱塞2作往复运动，使密封容积a的大小发生周期性的交替变化。当a有小变大时就形成部分真空，使油箱中油液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀6进入油箱a而实现吸油；反之，当a由大变小时，a腔中吸满的油液将顶开单向阀5流入系统而实现压油。这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能，原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油。
4.3.5 液压泵的特点
单柱塞液压泵具有一切容积式液压泵的基本特点：
(1)具有若干个密封且又可以周期性变化空间。液压泵输出流量与此空间的
30
矿用洒水车洒水系统设计
容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其他因素无关。这是容积式液压泵的一个重要特性。
(2)油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。这是容积式液压泵能够吸入油液的外部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密闭的充压油箱。
(3)具有相应的配流机构，将吸油腔和排液腔隔开，保证液压泵有规律地、连续地吸、排液体。液压泵的结构原理不同，其配油机构也不相同。如图3-1中的单向阀5、6就是配油机构。
容积式液压泵中的油腔处于吸油时称为压油腔。吸油腔的压力决定于吸油高度和吸油管路的阻力吸油高度过高或吸油管路阻力太大，会使吸油腔真空度过高而影响液压泵的自吸能力，压油腔的压力则取决于外负载和排油管路的压力损失，从理论上讲排油压力与液压泵的流量无关。
容积式液压泵排油的理论流量取决于液压泵的有关几何尺寸和转速，而与排油压力无关。但排油压力会影响泵的内泄露和油液的压缩量，从而影响泵的实际输出流量，所以液压泵的实际输出流量随排油压力的升高而降低。
液压泵按其在单位时间内所能输出的油液的体积是否可调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。
4.4本章小结
本章对研究对象SGA5650型矿用洒水车液压传动系统进行了设计计算，并进行了详细阐述。详细的分析了液压传动系统的不同形势及设计要求，并拟定了原理图，选定元件。
第 五 章 液压驱动系统参数校核
矿山道路多为很长的坡道,而上坡和下坡时洒水车发动机的转速相差很大,如重载上坡时发动机转速一般为2000r/min左右,下坡时发动机转速一般约为1000 r/min左右,平路时发动机转速一般为1800r/min左右，打水炮时发动机的转速一般2300r/min左右，所以可以取以上四种典型工况进行验证计算。SGA5650
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矿用洒水车洒水系统设计
矿用洒水车液压油泵由发动机通过取力器驱动,发动机到油泵的速比为i1=0.8807，i2=0.8222。两个洒水泵的排量均为63mL/r，液压马达的排量为80mL/r。验证计算过程如下所示：液压马达的输入流量：
npVp?P1000qm?（3.5）式中：
qm—液压马达输入流量（L/min）
np—液压泵的转速（r/min）
VP—液压泵的排量（mL/r）
?P—液压泵的容积效率，取0.90
其中，nm?nei，i为发动机与油泵速比，液压泵为两个，
故qm??neiV1P1?nei2VP2??P1000
四种工况下，马达排量如下：表3.3 马达排量
ne/(r/min)
1000
1800
2000
2300
qm /(L/min)
96.5544
173.7980
193.1089
222.0752
nm?马达的转速：
式中 ：
1000qm?vVm （3.7）
nm—液压马达的转速（r/min）
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矿用洒水车洒水系统设计
Vm—液压马达的排量（mL/r）
?v—液压马达的容积效率，取0.90
qm—液压马达输入流量（L/min）
四种工况下，马达转速如下：
表3.4 马达转速
ne/(r/min)
1000
1800
2000
2300
nm/(r/min)
1086.2373
1955.2272
2172.4747
2498.3459
n3i水泵的功率：Pi?3Pe(3.8)
nePe—水泵轴功率（kw）
ne—水泵额定转速(r/min)
Pi—转速为ni时水泵消耗功率(kw)
ni—水泵转速，即马达转速
四种工况下，水泵功率如下：
表3.5 水泵功率
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矿用洒水车洒水系统设计
n/(r/min)
1000
1800
2000
2300
P/Kw
19.58
32.56
44.66
67.92
根据水泵性能曲线，估测出水泵流量：
图3.2水泵性能曲线
34
矿用洒水车洒水系统设计
表3.6 水泵流量
n/(r/min)
1000
1800
2000
2300
60Pqm?v?m?1q/(m3/h)
80.1
86.4
97.2
124.9
马达进出口压力：?pm?（3.9）
式中：?pm—液压马达的进出口压力差（MPa）
P—水泵的功率（Kw）
qm—液压马达输入流量（L/min）
?v—液压马达的容积效率，取0.90
?m—液压马达的机械效率，取0.95
?1—液压马达和水泵之间联轴器的机械效率，取0.98
表3.7 马达进出口压力差
n/(r/min)
1000
1800
2000
2300
ΔPm/MPa
12.5211
13.4137
16.5602
21.9008
综上所述，液压驱动系统参数列表如下：n为发动机转速，qm为液压马达输
35
矿用洒水车洒水系统设计
入流量，nm为水泵转速，P水泵消耗功率，q为水泵流量，Δpm为马达进出口压差
表3.8 液压驱动系统参数表
n/(r/min) qm /(L/min)
1000
1800
2000
2300
96.5544
173.7980
193.1089
222.0752
nm/(r/min)
1086.2373
1955.2272
2172.4747
2498.3459
ΔPm/MPa
12.5211
P/Kw q/(m3/h)
19.58 80.1
86.4
97.2
124.9
13.4137 32.56
16.5602 44.66
21.9008 67.92
5.1 阀类元件的选择
1.选择依据
选择依据为：额定压力，最大流量，动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等。
2.选择阀类元件应注意的问题
(1)应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。
(2)阀类元件的规格主要根据流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。
(3)一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%。
3.溢流阀的作用
溢流阀在液压设备中主要起定压溢流作用和安全保护作用。
定压溢流作用：在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。当系
36
矿用洒水车洒水系统设计
统压力增大时，会使流量需求减小。此时溢流阀开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定（阀口常随压力波动开启）。
安全保护作用：系统正常工作时，阀门关闭。只有负载超过规定的极限（系统压力超过调定压力）时开启。溢流，进行过载保护，使系统压力不再增加（常
使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高10％～20％）。
图3.2溢流阀阀块
5.2 管道的选择
1.油管类型的选择
液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。
(1)钢管：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，
37
矿用洒水车洒水系统设计
性能好，使用广泛。
(2)铜管：紫铜管工作压力在6.5～10MPa以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。
(3)软管：用于两个相对运动件之间的连接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为2.5～8MPa，多用于低压管道。因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。
2.油管尺寸的确定
(1) 管内油液的流速V取值如下：
吸油管道取V=1-2m/s
压油管道取V=2.5-5m/s
短管道及局部收缩处取V=7-10m/s
回油管道取V=1.5-2.5m/s
一般而言，压力高或者管道较短时取大值，压力低或者管道较长时取小值，油液粘度大时取小值。
管子内径计算如下：
d?4.61q （3.10）
v式中：d—管子内径（mm）
q—油液的流量（L/min）；
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矿用洒水车洒水系统设计
v—管内油液的流速，可按推荐流速选取。
吸油管道：（v取1m/s）
d?4.61q222.075
?4.61??68.70mm （3.11）v1压油管道：（v取4m/s）
d?4.61q222.075
?4.61??34.35mm （3.12）v4短管道及局部收缩处：（v取8m/s）
d?4.61q222.075（3.13）
?4.61??24.29mm
v8回油管道：（v取2m/s）
d?4.61q222.075
?4.61??48.58mm （3.14）v2管道壁厚的计算：
t?pd （3.15）
2???式中：
t—金属管壁厚（mm）
p—工作压力（MPa）
d—管子内径（mm）
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矿用洒水车洒水系统设计
?—许用应力，对于钢管，??????b/n?
??b?为抗拉强度，n为安全系数，当p在7MPa—17.5MPa之间时，取n=6；当p>17.5MPa时，取n=4；对于铜管，取???≤25MPa。
计算得到两种管的壁厚分别为：1.4mm、1.0mm。
计算出管道内径和壁厚之后，按标准选取相应规格的油管分别为冷拔无缝钢管。管接头采用卡套式锥螺纹直通管接头。
5.3 油箱的设计
油箱在系统中的功能，主要是储油和散热，也起着分离油液中的气体及沉淀污物的作用。液压系统的散热主要依靠油箱，油箱大，散热面积快，但是所占空间大。根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积、形式和附件，以使油箱发挥作用。
1.油箱设计要点
(1)油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的80%。
(2)吸箱管和回油管的间距应尽量大。
(3)油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。
(4)注油器上应装滤网。
(5)油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。
2.油箱容量计算油箱的有效容量V可近似用液压泵单位时间内排出油液的体积确定。?
初始设计时，油箱可按下列经验公式确定：
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矿用洒水车洒水系统设计
V???q（3.16）式中 ：
q—液压泵每分钟排出的液体体积 L
?—经验系数，低压系统取2-4，中压系统取5-7，高压系统取6-12，行走机械取1-2
油液系统属于行走机械，故取?=1，则油箱容量为224.89L,考虑到系统散热和其他原因，取V=300L。
5.3.1 滤油器的选择
滤油器是液压系统中的重要元件，它可以清除液压油中的污染物，保持油液的清洁度，确保系统元件的可靠性。
选择滤油器的依据有以下几点：
(1)承载能力：按系统管路工作压力确定。
(2)过滤精度：按被保护元件的精度要求确定，选择时可参阅表9-6。
(3)通流能力：按通过最大流量确定。
(4)阻力压降：应满足过滤材料强度与系数要求。
表3.9 滤油器过滤精度的选择
系统
低压系统
过滤精度(μm)
100～150
元件
滑阀
过滤精度(μm)
1/3最小间隙
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70×105Pa系统
100×105Pa系统
140×105Pa系统
电液伺服系统
高精度伺服系统
50
25
10～15
5
2.5
节流孔
流量控制阀
安全阀溢流阀
1/7孔径(孔径小于1.8mm)
2.5～30
15～25
考虑到系统压力过高，且要求精过虑，故选用纸质滤油器对供油进行精过滤，并且选用线隙式滤油器对回油进行粗过滤。
根据《机械设计手册》可知，高压液压系统一般要求过滤精度为10um选用意大利独资企业上海索菲玛液压设备有限公司生产的AMF1.200kP精滤器，型号为AMF80E/IECDI，过滤精度为10um。而粗过滤器的要求则不是很高，我们选用一般国产滤油器即可满足要求，根据系统的流量和过滤精度的要求，我们选用无锡液压件厂生产的线隙式滤油器，型号为XU-A400X30FS，其通径为65，额定流量为300L/min，过滤精度为30 um。
5.4 本章小结
本章为论文重点章节，主要对洒水车的液压驱动系统进行了设计计算。通过理论分析和设计计算，确定了SGA5650型矿用洒水车液压系统的主要参数，对液压系统进行了参数的匹配设计、计算、校核以及元件的选型。
主要元件选型如下：
（1）液压泵：齿轮泵，型号为CBT-F563，排量为63mL/r，最大转速2500r/min，最大连续压力为20MPa。
（2）液压马达：齿轮马达，型号为M5100-F80马达，排量是80mL/r，最高转速在2500r/min，最大连续压力为25MPa。
（3）水泵：自吸离心水泵，型号80QSZ-60，额定流量为60m3/h,扬程为62m，轴功率为14.7kw，输入转速为1500r/min，效率为68%。
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矿用洒水车洒水系统设计
液压驱动系统参数如下：
n/(r/min) qm /(L/min) nm/(r/min)
1000
1800
2000
2300
96.5544
173.7980
193.1089
222.0752
ΔPm/MPa P/Kw
19.58
32.56
44.66
67.92
q/(m3/h)
80.1
86.4
97.2
124.9
1086.2373
12.5211
1955.2272
13.4137
2172.4747
16.5602
2498.3459
21.9008
第 六 章 液压系统验算
为了判断液压系统的设计质量，需要对系统的压力损失、发热温升和效率等进行验算。由于液压系统的验算较复杂，只能采用一些简化公式近似地验算某些性能指标。
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矿用洒水车洒水系统设计
6.1 管路系统压力损失计算
液体在液压管道中的流动有两种状态：层流和紊流。在层流运动时，液体各质点平行于管道轴线方向流动，而紊流运动时，除了这一运动以外，尚有液体质点作横向涡流运动，液体在液压管道中的流动状态取决于一无因次数，其值与管道尺寸以及液体的流速和黏度有关。这个无因次数称之为雷诺数。
LupRe?? (4.1)
式中u为流体流动速度；L为流场的几何特征尺寸（如管道的直径）；p为流体的密度；μ为流体的粘度。
对于圆管内的流动，当Re〈2300时，流动总是层流；Re〉4000时，流动一般为湍流；其间为过渡区，流动可能是层流，也可能是湍流，取决于外界条件。
对于液压传动中的绝大多数液压管道，由于管道直径及流速不大，因而通常液流为层流状态。
当液压元件规格型号和管道尺寸确定之后，就可以较准确的计算系统的压力损失，压力损失包括：油液流经管道的沿程压力损失?ΔpL、局部压力损失Δpc和流经阀类元件的压力损失ΔpV，即：
?p=?pl+?pc+?pv (4.2)
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矿用洒水车洒水系统设计
计算沿程压力损失时，如果管中为层流流动，可按下经验公式计算：
?pl= 4.3?qL?106/d4(MPa) （4.3）
式中：q为通过管道的流量(m3/s)；L为管道长度(m)；d为管道内径(mm)；?为油液的运动粘度(mm2/s),取30?10-6
流经管道的局部压力损失可按下式估算：
?p?????22（4.4）
溢流阀的ΔpV值可按下式近似计算：
?pv=?pn(qv/qvn)2 (Pa) （4.5）
式中：qVn为阀的额定流量(m3/s)；qV为通过阀的实际流量(m3/s)；Δpn为阀的额定压力损失(Pa)。
沿程压力损失：
?pl?4.3?30?222.076?10-3/60?106/16.84?38.1(Pa)
吸油口压力损失：
0.9?103?1?p????1??450(Pa)
22??2回油口损失：
0.9?103?1?p????1.5??675(Pa)
22??2直角管接头损失：
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0.9?103?1?p????2??900(Pa)
22??2溢流阀压力损失：
?pv=400?(115/120)2?367.361(Pa)
换向阀压力损失：
0.9?103?1?p????2??900(Pa)
22??2系统宗压力损失：
?p=?pl+?pc+?pv?3.33(MPa)
6.2 系统发热计算
系统发热来源于系统内部的能量损失，如液压泵和执行元件的功率损失、溢流阀的溢流损失、液压阀及管道的压力损失等。这些能量损失转换为热能，使油液温度升高。油液的温升使粘度下降，泄漏增加，同时，使油分子裂化或聚合，产生树脂状物质，堵塞液压元件小孔，影响系统正常工作，因此必须使系统中油温保持在允许范围内。
温度过高的危害：
（1）使机械产生热变形，液压元件中热胀系数不同的运动部件因其配合间隙变小而卡死，引起动作失灵、影响液压系统的传动精度，导致部件工作质量变差。
（2）使油的粘度降低，泄漏增加，泵的容积效率和整个系统的效率会显著降低。由于油的粘度降低，滑阀等移动部件的油膜变薄和被切破，摩擦阻力增大，导致磨损加剧。
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