壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計WORD版

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上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 1目 錄摘 要 3ABSTRACT40 引言 50.1 課題的來源、目的、意義以及理論價值 50.2 課題涉及學科的前沿展望及目前狀況 60.2.1 科學前沿與展望 60.2.2 目前狀況 81 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)基本機理及特點 91.1 系統(tǒng)的基本組成 91.2 系統(tǒng)的工作原理及應用 .101.3 CAFS 特點 102 壓縮空氣泡沫消防車產(chǎn)品性能 .113 取力器的結(jié)構設計 .153.1 取力器概述 .153.1.1 概述 .153.1.2 取力器的應用范圍 .173.1.3 取力器的選型 .173.2 取力器的設計思路 .193.2.1 問題的提出 .19上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 23.2.2 根據(jù)發(fā)動機的總功率確定配套消防水泵的型號 .193.2.3 取力點的選擇：根據(jù)發(fā)動機曲線圖進行選擇 .203.2.4 取力器傳動比的優(yōu)選法 .213.2.5 齒輪參數(shù)的確定 .243.2.6 校核 .253.3 取力器的結(jié)構設計 .253.3.1 發(fā)動機及水泵參數(shù)的確定 .253.3.2 取力器總傳動比及各級傳動比的確定 .263.3.3 齒輪傳動設計計算 .283.3.4 各軸尺寸設計 .423.3.5 傳動軸強度計算 .463.3.6 軸承的選擇及壽命計算 .493.3.7 潤滑與密封 .513.3.8 箱體結(jié)構 .544 干涉校合及齒輪嚙合度的模擬 .555 全文總結(jié) .63參考文獻 .65附 錄 .66譯 文 .67原文說明 .80上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 3摘 要本課題以壓縮空氣泡沫系統(tǒng)的基本原理和特點為基礎，通過對原取力傳動裝置的速比及整車動力性能的計算分析，以研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的壓縮空氣泡沫系統(tǒng)為目的，對壓縮空氣泡沫系統(tǒng)的取力傳動裝置進行設計。通過對國內(nèi)外關于本課題研究進展的調(diào)查、文獻檢索和方案論證，深入理解壓縮空氣泡沫系統(tǒng)的工作原理，在此基礎上，對原有結(jié)構進行改進設計，并完成改進后的取力器傳動裝置相關零件的二維圖紙。主要工作為對各零件的結(jié)構尺寸設計及強度校核。其中，重點是對齒輪的強度、嚙合度的計算及檢驗；對傳動軸的結(jié)構及強度進行計算和分析；對軸承進行使用壽命的計算；各軸端密封件及箱體的結(jié)構設計。最后以 UGS 公司的 Unigraphics NX 4.0 作為軟件平臺，對該取力傳動裝置的傳動系進行運動仿真，檢驗該裝置傳動系的運動干涉情況及各齒輪的嚙合度是否達到設計要求。關鍵詞：壓縮空氣泡沫系統(tǒng)，取力器，實體模型，運動仿真。上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 4The Design of Power Takeoff for Compressed Air Foam SystemABSTRACTBased on the fundamental principles and features of compressed air foam system(CAFS), this thesis devises a correspondent design of its power takeoff setting after careful analyses of the original design and calculations of its dynamic functions, which aims at a CAFS with a Self-dominated Intellectual Property Right. The new design begins with an in-depth research of international resources related to this subject. Then, an improved draft of the spare parts of the power takeoff setting is made, as a result of a thorough understanding of the CAFS functions.The major work is the structural of the parts’s designing and strengh checking. Among them, the key point is to testing the gears’s strengh and meshing degrees, checking the axis and bearing’s strengh. At last, a modeling is built with UG as the auxiliary designing software, in order to simulate the working process of the setting.KEY WORDS: Compressed Air Foam System, Power Takeoff, Modeling, Working Process上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 5壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計陳佳杰 02610970 引言0.1 課題的來源、目的、意義以及理論價值隨著石油化學工業(yè)的發(fā)展石油化工類產(chǎn)品的火災頻頻發(fā)生，傳統(tǒng)滅火劑--水對其無能為力。所以從19世紀末以來人們就致力于開發(fā)并研制撲救可燃液體火災的方法和滅火劑，1890年勞蘭特首先研制成功了通過化學反應。產(chǎn)生化學泡沫的滅火方法并在工業(yè)上得到了應用。1937年薩莫發(fā)明了用天然蛋白質(zhì)水解制取蛋白泡沫滅火劑，此后蛋白泡沫滅火劑作為一種重要的泡沫滅火劑，一直使用至今。1964年美國科學家圖夫等人研制成功了水成膜泡沫滅火劑AFFF，20世紀70年代以后美英等國又研制出多用型水成膜泡沫滅火劑/抗溶水成膜泡沫滅火劑AFFF/AR、氟蛋白泡沫滅火劑FP、成膜氟蛋白泡沫滅火劑FFFP及抗溶成膜氟蛋白泡沫滅火劑FFFP/AR等多種泡沫滅火劑。我國在20世紀60年代出現(xiàn)了蛋白泡沫，到20世紀70年代中期以后也逐漸出現(xiàn)了氟蛋白泡沫水成膜泡沫抗溶水成膜泡沫等。泡沫滅火系統(tǒng)的基本組成為：水源、消防泵或消防車、泡沫比例混合裝置、泡沫產(chǎn)生設備或泡沫噴射設備、閥門、管路及控制設備等。系統(tǒng)通過泡沫比例混合裝置將泡沫滅火劑與消防泵打出的消防壓力水按規(guī)定比例自動混合形成泡沫混合液，通過管網(wǎng)將其送至泡沫產(chǎn)生設備或泡上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 6沫噴射設備，從而實施噴射泡沫滅火。泡沫滅火系統(tǒng)的構成如圖0.1 所示：圖0.1 泡沫滅火系統(tǒng)構成圖壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)（以下簡稱 CAFS）是當今世界消防領域最有前景的滅火系統(tǒng)，目前，在歐美國家 CAFS 已廣泛應用于城市、鄉(xiāng)村、高層建筑、野外消防和森林防火等各方面。而該系統(tǒng)在我國使用還處于發(fā)展階段。0.2 課題涉及學科的前沿展望及目前狀況0.2.1 科學前沿與展望在國外工業(yè)發(fā)達國家泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置和貯罐壓力式泡沫比例混合裝置同樣得到了廣泛生產(chǎn)和應用。在國外，全球著名的消防企業(yè)包括：Viking公司、Chemguard公司、Angus公司、Ansul公司等都生產(chǎn)有規(guī)格齊全的該類產(chǎn)品。比如，Viking公司生產(chǎn)有FOAMPAK系列泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置產(chǎn)品；Chemguard公司生產(chǎn)有BPP系列和ILBP系列產(chǎn)品；Angus公司生產(chǎn)有HELIJECTOR系列產(chǎn)品這些公司都無一例外的將該產(chǎn)品作為泡沫比例混合裝備的主要產(chǎn)品，加以重點推廣應用。上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 7如圖0.2所示為國外生產(chǎn)的泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置；圖0.3所示為國外采用泵入平衡壓力式泡沫滅火系統(tǒng)保護著巨大的易燃液體罐區(qū)。圖0.2 國外生產(chǎn)的泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置圖0.3 國外采用泵入平衡壓力式泡沫滅火系統(tǒng)保護大型油罐區(qū)(1)取得的主要成果：(Ⅰ)根據(jù)上海市科委下達的開發(fā)研究項目項目編號(02JG05017)“石油化工高效環(huán)保型滅火技術與設備的研究”，成功地研制開發(fā)出泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置產(chǎn)品，填補了國內(nèi)空白，其性能指標接近國外同類產(chǎn)品先進水平。(Ⅱ)根據(jù)理論上的分析，證明了采用自動調(diào)壓供液裝置向射流式泡沫比例混合器供泡沫液時，只要保證供液壓力P 2與混合器噴嘴前消防水壓力P 1一致，即能得到定比例的泡沫混合液，即混合比R與消防水流量和壓力參數(shù)無關，僅取決于泡沫比例混合器的結(jié)構參數(shù)?；旌媳萊計算公式為式：上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 8………………(0.1)422 414(1)ADdqRd???????(Ⅲ)以現(xiàn)有供水系統(tǒng)中所采用的新型雙室隔膜控制閥為基礎，創(chuàng)新性地設計了調(diào)壓閥的結(jié)構，使該閥的出口壓力P 2 近似等于控制壓力P 1 ，從而保證式（0.1）的實現(xiàn)。(Ⅳ)建立了自動調(diào)壓供液裝置的數(shù)學模型，并利用計算機軟件MATLAB對自動調(diào)壓供液裝置的啟動特性進行了仿真試驗，試驗結(jié)果表明調(diào)壓閥開啟快速、穩(wěn)定，完全滿足設計要求。(Ⅴ)進行了大量的臺架試驗研究，試驗結(jié)果證實了研制的樣機完全滿足工程實際使用要求，同時證實了仿真試驗結(jié)果的正確性。(Ⅵ)本文提出的泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置產(chǎn)品系列的主要性能參數(shù)、選型設計方法及配置方案將成為本企業(yè)開發(fā)、生產(chǎn)該系列新產(chǎn)品的指南和技術依據(jù)。(2)展望該技術今后的研究方向包括如下三個方面：(Ⅰ)系列化：泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置產(chǎn)品系列規(guī)格及性能參數(shù)，產(chǎn)品系列化研究工作需進一步完成。(Ⅱ)國產(chǎn)化：泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置采用的供液泵和驅(qū)動水輪機為國外產(chǎn)品，為使本產(chǎn)品完全國產(chǎn)化，需要對這兩個重要部件進行研究設計。(Ⅲ)推廣應用：該技術由于其突出的優(yōu)點將具有廣闊的應用前景，研究其工程應用技術、大力推廣使用該項技術也是需要繼續(xù)完成的重要工作。上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 90.2.2 目前狀況目前在我國，由于泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置技術難度較高，設備關鍵部件性能要求高，其設計制造尚屬空白，其使用也剛剛起步，且僅限于進口國外產(chǎn)品。如寧波大榭島油罐區(qū)、天津新港油碼頭等極少數(shù)重大工程采用了國外生產(chǎn)的泵入平衡壓力式泡沫滅火系統(tǒng)。但是，完全依賴從國外進口一方面價格昂貴，另一方面無法深入掌握該項技術。由此可見，對該項技術進行研究，盡快開發(fā)研制出國內(nèi)自己的泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置系列產(chǎn)品成為一項迫切的課題。公安部上海消防研究所作為在消防裝備研究方面走在國內(nèi)最前沿的隊伍，在2001年下半年，將泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置的研究與開發(fā)列為重點新產(chǎn)品開發(fā)項目。2002年，上海市科委批準立項“石油化工高效環(huán)保型滅火技術與設備的研究“課題，本文所研究的內(nèi)容將成為該課題研究的主要內(nèi)容。隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國每年新建的大型石化項目、油品碼頭、油庫、機庫不下幾十項，此外每年還有若干舊工程改造項目，該項技術將有著廣泛的市場前景。隨著該項技術的不斷推廣使用，必將廣泛地，牢固地保護國家和人民生命財產(chǎn)安全，從而產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。1 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)基本機理及特點壓縮空氣泡沫系統(tǒng)以下簡稱 CAFS，CAFS 具有同時出 A、B 類泡沫的能力。上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 10A 類泡沫適用于：含碳固體可燃物火災。B 類泡沫適用于：甲、乙、丙類液體火災。1.1 系統(tǒng)的基本組成 壓縮空氣泡沫是通過機械方式將空氣與泡沫液混合，從而形成高度氣泡化和高能量的泡沫。它由以下幾個子系統(tǒng)組成：·動力系統(tǒng)·水泵·空壓機·比例混合器·控制閥1.2 系統(tǒng)的工作原理及應用CAFS 系統(tǒng)的工作原理如圖 1.1，在混合好的泡沫液中注入一定比例的壓縮空氣，在一定長度的管路中經(jīng)過攪拌、混合就形成了壓縮空氣泡沫。由于泡沫在通過長的出口管路時與管壁產(chǎn)生摩擦，結(jié)果產(chǎn)生的是均勻的、高穩(wěn)定性的氣泡。因而壓縮空氣泡沫比一般的空氣泡沫具有更長的泡沫穩(wěn)定時間。圖 1.1 系統(tǒng)工作原理圖上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 111.3 CAFS 特點(1)高效能滅火CAFS 是水滅火的速度的 10 倍以上，普通泡沫的 3-5 倍，且復燃性小。由于壓縮空氣泡沫是高能量、高氣泡化的泡沫，有較強的貫穿力和漬濕力。泡沫中的水不僅可以降溫而且更有效了。當泡沫噴灑在火焰中或覆蓋在燃燒物上時，氣泡會釋放水蒸汽并逐漸變小，最后被燃燒物吸收。同時，泡沫還能覆蓋在燃燒物上將燃燒物和氧氣隔離而抑制燃燒，并能有效的減少煙霧，降低煙霧污染，提高消防隊員的能見度。(2)減小水帶重量，提高射程由于混合液中注有壓縮空氣，水帶的重量實際上減輕了 3-4 倍。水帶的載荷量小，機動性好，可以有效減少消防隊員的體力消耗。且因壓縮空氣泡沫可以在水帶內(nèi)壓縮，不僅大大提高了射程，同時具有儲能的作用，在系統(tǒng)無法工作時，消防員仍能通過儲能水帶工作，從而贏得幾十秒或幾分鐘的寶貴時間（水帶越長時間越長） 。(3)水、泡沫液用量小壓縮空氣泡沫大大延長了水的使用時間，在水資源缺乏或水非常有限時，顯得十分明顯。CAFS 還有很多常規(guī)系統(tǒng)所沒有的優(yōu)勢，如對環(huán)境破壞小，節(jié)省資金，水攜帶的污物少，無水擊現(xiàn)象，操作簡單等等。2 壓縮空氣泡沫消防車產(chǎn)品性能根據(jù)美國 NFPA 有關標準及壓縮空氣 A 類系統(tǒng)標準暫行規(guī)定（06 年由國家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心編制）中對 A 類泡沫系統(tǒng)主要技術要上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 12求：a.泡沫比例在相應壓力下整個流量范圍內(nèi)應保持其誤差范圍是 0±40%；b.系統(tǒng)應能調(diào)節(jié)泡沫干濕度；c.系統(tǒng)應能同時使用 2 支槍出干泡沫。根據(jù)國內(nèi)廠家生產(chǎn)的壓縮空氣泡沫車結(jié)合有關標準及 GB7956 標準，壓縮空氣泡沫消防車產(chǎn)品主要性能：a.保持原有泡沫消防車各消防功能；b.CAFS 操作全自動控制；c.泡沫消防能力：可接 2 支 1.5”槍或 1 門 2.5”炮；d.混合液流量：20L/S，壓縮空氣泡沫出口流量：94L/S；e.工作壓力：0.88Mpa，空壓機供氣能力：≥150CFM。表 2.1 為與該 CAFS 相匹配的泡沫消防車產(chǎn)品性能參數(shù)表。表 2.2 為與該 CAFS 相匹配的 CB20/20 中低壓水泵工況性能試驗數(shù)據(jù)表。本章提供了與取力器相匹配的部件的基本參數(shù)及實測數(shù)據(jù)，給出了取力器結(jié)構及外形設計的原始條件。上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 13表 2.1 泡沫消防車性能參數(shù)參 數(shù) 名 稱 性 能 參 數(shù)底盤型號 歐曼 BJ3138DHJHA發(fā)動型號 YC6J190-20額定功率（kw) 140軸距(m) 3800總質(zhì)量 8495前橋 3880整備質(zhì)量(kg)后橋 4615總質(zhì)量 13495前橋 6495滿載質(zhì)量(kg)后橋 7000整 車 基 本 參 數(shù)容罐裝載量(kg) 水 3500上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 14B 類泡沫 1500泡沫容罐量(L) A 類泡沫 200最高車速(km/h) 80乘員數(shù)（人）：（包括駕駛員） 3外形尺寸：長×寬×高(mm) 6400×2358×2700行駛制動 符合 GB7258 第 4.13 或 4.15 條規(guī)定制動性能 駐車制動 符合 GB7258 第 4.18 條規(guī)定最大真空度(kPa) ≥85最大吸深(m) ≥7引水裝置密封性(kPa) (1 分鐘內(nèi)真空度降落值) ≤2.6引水性能引水時間(s)：(7 米吸深時) ≤35消防泵型號 CB20/20 型中壓泵額定壓力(MPa) 1.0（低壓），2.0（中壓）整 車 消 防 性 能 水力性能額定流量(L/S) 40（低壓），20（中壓）表 2.2 中壓車用消防泵檢驗結(jié)果匯總表序號 流量(L/S) 出口壓力(Mpa) 軸功率(kw) 泵效率(%) 備注1 0 2.024 44.26 02 3.89 2.033 48.64 16.273 7.01 2.032 50.68 28.13泵 額 定 轉(zhuǎn) 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 154 10.07 2.031 53.82 38.045 11.87 2.03 56.29 42.856 14.05 2.03 58.77 48.597 15.83 2.03 60.89 52.878 18.15 2.029 63.45 58.199 20.04 2.024 66.54 61.5510 22.27 2.007 68.8 65.1811 24.09 1.979 70.96 67.4812 26.26 1.959 72.22 71.613 27.95 1.936 75.83 71.79速 為2900 r/min 010203040506070801 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 1213流 量 (L/S)出 口 壓 力 (Mpa)軸 功 率 (kw)泵 效 率 (%)圖 2.1 中低壓車用消防泵工況性能圖3 取力器的結(jié)構設計上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 163.1 取力器概述3.1.1 概述大多數(shù)專用汽車都利用其本身的發(fā)動機給它的專用裝置提供動力。對于從汽車發(fā)動機取力的各種輔助裝置，可選用具有不同速比的各種規(guī)格的取力器。取力器的選擇應考慮以下幾個方面：a. 動力輸出軸需要多大的驅(qū)動力（扭矩）b. 根據(jù)驅(qū)動附加裝置所需扭矩的大小，決定采用何種取力型式c. 根據(jù)驅(qū)動附加裝置的位置和結(jié)構，確定取力器的位置和旋向d. 傳動系動力輸出端的尺寸e. 取力器的操縱型式根據(jù)取力器使用的目的不同，取力器大致分為如下四類：a. 變速器式b. 前驅(qū)動式c. 分動器式d. 飛輪式e. 離合器式f. 夾心式在確定了選用何種型式的取力器后，應根據(jù)附加裝置所要求的轉(zhuǎn)速來確定取力器的速比。取力器傳遞的最大扭矩(Nm)是以無附加重力，運動無沖擊、無振動為條件計算出來的。設計或選擇上裝附加裝置的傳動系和驅(qū)動零部件時應選擇較低的發(fā)上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 17動機轉(zhuǎn)速和較高的發(fā)動機負荷，此時發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性較好。同時，還要注意萬向節(jié)凸緣的傾角相同（最大傾角 8°+2°） ，傾角過大，會導致傳動軸振動，產(chǎn)生噪音，嚴重時會損壞附加裝置。由于大多數(shù)附加裝置都固定在車架上（或副車架） ，而取力器固定在變速器或發(fā)動機上，因此連接取力器和附加裝置的傳動軸最好做成伸縮式的。在受條件限制時，應做成至少有一端是可調(diào)整的。在傳動軸裝車前必須做好動平衡試驗。還應注意，常用功率范圍的選擇應盡可能使發(fā)動機轉(zhuǎn)速不要低于1200r/min。傳動軸的布置型式見下圖1.取力器 2.上裝動力附加裝置圖 3.1 傳動軸布置型式圖注意：a.取力器端與工作裝置端萬向節(jié)夾角的最大偏差值為 1°；b.取力器傳動軸能傳遞給附加裝置的最高轉(zhuǎn)速為 1000r/min或最大功率為 160ps。上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 183.1.2 取力器的應用范圍取力器的選取主要取決于附加裝置，要根據(jù)附加裝置確定取力器的位置、旋向、扭矩、速比等，下面介紹的僅為根據(jù)通常的設計進行的取力器匹配傳動比：i=0.37-0.48 用于自卸汽車舉升泵i=0.48-0.88 用于液壓起重機液壓泵i=0.88-1.54 用于液罐車液壓泵i=1.51-1.87 用于市政工程車高壓泵i=1.00（全功率取力） 用于混凝土攪拌車和液壓傳動車注：取力器的傳動比與取力器的總速比是不同的概念。一般地，取力器的傳動比僅指取力器本身，與取力器自己的結(jié)構有關。而取力器的總速比是指取力器輸出端的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速之比，它不但與取力器的傳動比有關，還與變速器或分動器有關。3.1.3 取力器的選型近幾年，我國專用車迅猛發(fā)展，對汽車取力器的需求日益增大。但是，由于很多改裝廠家和用戶對取力器的性能不是很了解，因取力器選型與汽車使用工況不匹配而致使取力器使用壽命縮短，甚至造成質(zhì)量事故的情況時有發(fā)生，給改裝廠家及用戶帶來了諸多不便并造成經(jīng)濟上的損失。故在取力器選型時應注意如下幾點：a. 確定所需取力器主要性能和參數(shù)不同用途的專用車輛需配置不同性能、參數(shù)的取力器。取力器的性上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 19能和參數(shù)主要根據(jù)車輛的用途而定，并且必須與所連接的變速器、發(fā)動機、齒輪泵或空壓機的性能參數(shù)匹配。取力器在設計和制造過程中是嚴格按照行業(yè)標準制造，并已大致確定了其使用工況范圍。如自卸車，由于受其用途限制，單次連續(xù)工作時間不是很長，因而不必選擇功率太大，要求連續(xù)工作的取力器，以免造成不必要的資源浪費。而消防車、散裝水泥車、水泥攪拌運輸車、起重車及油田專用車等，因需要連續(xù)工作較長時間，就要選擇功率較大、能連續(xù)運轉(zhuǎn)的取力器。目前國內(nèi)已成功開發(fā)的發(fā)動機取力器使用及維護成本低，可靠性又較好，將逐漸替代離合器取力器、變速器一軸取力器等，而成為這些車輛的首選。取力器性能參數(shù)包括取力器相匹配變速器最大輸出扭矩、取力器速比、操縱方式、可持續(xù)工作時間、工作溫度等等。各項性能參數(shù)的選擇需根據(jù)要求而定。b. 確定取力方式取力器取力方式需有利于整車布置。取力器從汽車上取力的方式主要有飛輪取力、離合器取力、一軸取力及變速器取力。其中變速器取力又包括變速器前置取力、后置取力、側(cè)置取力等。取力器輸出方式也多種多樣，有單輸出、雙輸出、帶法蘭輸出、內(nèi)外花鍵輸出、直接連泵等等。使用時需根據(jù)自己不同的需求來選擇不同取力方式的取力器。c. 確定取力器接口尺寸取力器安裝方式不同，接口尺寸也不盡相同。取力器接口尺寸與發(fā)動機型號和變速器型號直接相關。發(fā)動機和變速器的生產(chǎn)廠家不同，連接尺寸和所開的取力窗口也不相同，所以必須確知所選底盤的發(fā)動機型上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 20號、變速器型號、使用工況和匹配的取力器參數(shù)。3.2 取力器的設計思路3.2.1 問題的提出1996 年第 3 期《消防技術與產(chǎn)品信息》中王學超先生《淺談消防車取力器設計》一文中，提出了消防車車用取力器的發(fā)展趨勢，并針對應用比較可靠、廣泛的夾心式取力器的設計提出了具體的設計思路。幾年來，隨著相關國家標準的頒布與實施，暴露出文中消防車夾心取力器的設計思路不盡完善。根據(jù) GA39.4-1992《水罐消防車通用技術條件》及 GA39.5-1992《泡沫消防車通用技術條件》附錄中要求的“功率輸出裝置的增速比：推薦不小于消防泵額定轉(zhuǎn)速與發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速之比的 1.21 倍” ，這就說明，作為功率輸出裝置的夾心取力器來說，其速比的確定首先應該滿足上述要求，這里就涉及到對應發(fā)動機型號的消防水泵的選擇。在上述兩標準的附錄中，針對消防泵與發(fā)動機的功率匹配中明確指出：“消防泵的軸功率與發(fā)動機總功率之比：推薦汽油機不大于 60%，柴油機不大于 65%”。顯然，上述標準的要求，是取力器設計過程中必須滿足的基本條件。3.2.2 根據(jù)發(fā)動機的總功率確定配套消防水泵的型號下面，以我廠擬進行的配備發(fā)動機型號為 RG8-11 型高速柴油機CWB536PHZ 型日產(chǎn)底盤用取力器的設計為例。此例中，發(fā)動機的型號已經(jīng)確定，擬訂配套消防水泵為 BD60 型車用消防水泵。發(fā)動機的總功率為，而配套 BD 消防水泵的各項參數(shù)如下：250Nkw?發(fā)水泵型號：BD60；上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 21揚程(H)：110m；流量(Q)：60L/s；轉(zhuǎn)速(n)：3000r/min；效率(η)：63.8%；水泵軸功率： =QH/75η=60×110/75×63.8%=137.93kw；N泵扭矩： =9550 / =9550×（137.93/1.36）M泵 泵 n泵/3000=322.85N·m。顯然， / =137.9/250=55.2%，依據(jù)上述兩標準的要求“消防泵N泵 發(fā)的軸功率與發(fā)動機總功率之比：柴油機不大于 65%”，符合該標準要求；同時，該發(fā)動機的額定轉(zhuǎn)速為 =2200r/min，而n發(fā)/ =3000/2200=1.36，依據(jù)上述標準的要求， “功率輸出裝置的增速n泵 發(fā)比：推薦不小于消防泵額定轉(zhuǎn)速與發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速之比的 1.21 倍” ，這樣，作為我們?nèi)×ζ髟O計中，其速比必須滿足≥1.21×1.36=1.65 的要求。從而引出我們?nèi)×ζ鞯脑O計中必須滿足的基本要求：其速比≥1.65的要求。3.2.3 取力點的選擇：根據(jù)發(fā)動機曲線圖進行選擇選擇的過程中必須結(jié)合該曲線圖中發(fā)動機功率——發(fā)動機轉(zhuǎn)速曲線圖以及發(fā)動機輸出扭矩——發(fā)動機轉(zhuǎn)速曲線圖加以綜合選擇。在王學超先生《淺談消防取力器的設計》一文中，僅僅依據(jù)發(fā)動機功率——發(fā)動機轉(zhuǎn)速曲線圖進行取力點的選擇，探討了取力點過于靠前與取力點過于靠后兩種情況，其限制條件不太明確，往往導致取力點選擇的不恰當。而依據(jù)發(fā)動機的特性并結(jié)合發(fā)動機輸出扭矩——發(fā)動機轉(zhuǎn)速曲線圖，將上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 22取力點的選擇在發(fā)動機輸出扭矩平穩(wěn)階段的中間部位，這樣取力點的選擇將更加恰當。圖 3.2 為該發(fā)動機的曲線圖，依據(jù)上述思路，初選取力點的位置為轉(zhuǎn)速是 1800r/min 處。這樣該取力器的速比為3000/1800=1.67，滿足速比≥1.65 的要求。圖 3.2 RG8-11 型高速柴油機發(fā)動機曲線圖3.2.4 取力器傳動比的優(yōu)選法（1）概述在許多專用汽車中，工作裝置的動力都來源于汽車發(fā)動機，通常通過取力器從汽車變速器或分動箱取力驅(qū)動，這是該類專用汽車的基本工作模式。在專用汽車改裝設計中，有些可直接選用由專用汽車配套廠家上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 23生產(chǎn)的通用取力器，但當無法選用合適的現(xiàn)成取力器時，必須設計專用取力器。傳動比是取力器的基本設計參數(shù)中最重要的一個，是取力器其他零部件結(jié)構參數(shù)選定的基礎。確定取力器傳動比是整個改裝設計中的一個重要環(huán)節(jié)。（2）專用汽車發(fā)動機驅(qū)動工作裝置的特點專用汽車的發(fā)動機主要為汽車行駛提供動力，驅(qū)動工作裝置的動力只占發(fā)動機所提供動力的一部分。因此，采用取力驅(qū)動的工作裝置作業(yè)時，發(fā)動機只在部分特性上工作，儲備功率較大。在裝用汽車的改裝設計中，由于發(fā)動機已由所選汽車型號決定，其匹配關系不能改變，因此只能按工作裝置來確定發(fā)動機的合理運行狀態(tài)。現(xiàn)在的一些汽車改裝廠設計取力器時，只把工作裝置的作業(yè)功率和轉(zhuǎn)速作為取力器傳動比選取的依據(jù)。但是，由于當發(fā)動機驅(qū)動工作裝置時具有較大的功率儲備，在很多轉(zhuǎn)速條件下，都可以滿足工作裝置的動力需求，這就使得取力器的傳動比具有多種選擇值，從而使取力器的設計具有一定的隨意性，這顯然是很不合理的。為此，在采用專用取力器的改裝設計中，首先需要討論的問題是，如何優(yōu)先選定取力器的傳動比，從而保證發(fā)動機在向工作裝置提供足夠動力的前提下，具有最經(jīng)濟的運行狀態(tài)。特別是對于需要工作裝置長時間工作的專用汽車，使發(fā)動機處于經(jīng)濟運行狀態(tài)，對保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性是十分重要的，也是完全必要的。（3）取力器傳動比的優(yōu)選(Ⅰ)機驅(qū)動工作裝置的最佳工作點上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 24如前所述，從汽車發(fā)動機取力驅(qū)動工作裝置時，發(fā)動機是處于部分特性工作的，其儲備功率較大，發(fā)動機在許多轉(zhuǎn)速下都可以提供工作裝置所需功率。發(fā)動機外特性曲線只能反映發(fā)動機最大供油位置時 、eMn?、和 的關系，利用一般的外特性曲線根本無法解決發(fā)動機在部eNn?eg分特性條件下工作的問題，必須利用發(fā)動機的萬有特性來解決。圖 3.3 為一般汽車發(fā)動機的萬有特性曲線示意圖，圖中橫坐標為轉(zhuǎn)速 n，縱坐標為轉(zhuǎn)矩 ，圖中的一組雙曲線代表等功率曲線族，另一組eM環(huán)形曲線代表等比油耗曲線族。圖 3.3 萬有特性曲線從萬有特性曲線上，很容易看到發(fā)動機最經(jīng)濟的負荷與轉(zhuǎn)速， 代0eg表最低比油耗，這一點發(fā)動機的運行經(jīng)濟性最好。愈內(nèi)層的等比油耗曲線，愈靠近 ，其比油耗愈小，運行經(jīng)濟性也愈好。0eg上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 25為保證工作裝置工作的動力性，發(fā)動機取力功率可按下式計算：……………………………………………………(3.1)123Nwt??式中： ——發(fā)動機取力功率(kw)；t——工作裝置所需功率(kw)；——取力時變速器的傳動效率；1?——取力時分動箱的傳動效率，若從變速器取力，計算時取 1；2——取力器的效率。3根據(jù)計算出的 ，可在圖 3.3 上找到相應的功率相同的曲線。在曲Nt線 與點 之間，可用插值逼近法找出一條在 、 之間與曲線4e0g 1X2相切的具有相同比油耗的曲線 （虛線） ，切點為 X，該切點即是Ngein發(fā)動機輸出 時最經(jīng)濟的運行點，該點對應的發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速為 。t xN取力器傳動比的計算根據(jù)已經(jīng)確定的發(fā)動機和工作裝置的工作轉(zhuǎn)速，即可計算出取力器的傳動比：312xwni?……………………………………………………(3.2)式中： ——取力時變速器的傳動比；1i——取力時分動箱的傳動比，若問從變速器取力，計算是取 1；2——取力器的傳動比；3i——發(fā)動機在最佳工作點運行時的轉(zhuǎn)速；xn——取力器的輸出轉(zhuǎn)速。w3.2.5 齒輪參數(shù)的確定上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 26取力器速比確定后，在保證強度與可靠性的前提下，按最小模數(shù)與最小體積進行計算，確定齒輪參數(shù)，以保證取力器的體積小，重量輕。3.2.6 校核在確定具體的齒輪參數(shù)后，按照速比≥1.65 的要求進行重新校核，以保證滿足速比≥1.65 的要求。3.3 取力器的結(jié)構設計1. Ⅲ齒輪；2. Ⅲ軸；3.Ⅱ齒輪；4.Ⅱ軸；5. Ⅰ軸；6. Ⅰ齒輪；7. 箱體圖 3.4 取力器結(jié)構示意簡圖3.3.1 發(fā)動機及水泵參數(shù)的確定上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 27(1)發(fā)動機參數(shù)型號：YC6J190-20排量：6494(ml)額定功率：140(kw)額定轉(zhuǎn)速：2700(r/min)(2)水泵參數(shù)型號：CB20/20流量：30(L/s)揚程：150(m)效率：71.8%額定轉(zhuǎn)速：2900(r/min)3.3.2 取力器總傳動比及各級傳動比的確定(1)取力器的理論傳動比根據(jù) GA39.4-1992 及 GA39.5-1992 附錄中要求的“功率輸出裝置的增速比：推薦不小于消防泵額定轉(zhuǎn)速與發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速之比的 1.21 倍得出：290137i?≥取(2)取力器各級傳動比的分配傳動裝置總傳動比是各級傳動比的連乘積，即： 12·.nii?則， 12·.3ii?取 ≥取 =1.13； =1.16；得： 1.36.i???。?為Ⅲ齒輪與Ⅱ齒輪的傳動比， 為Ⅱ齒輪與Ⅰ齒輪的傳動比）1i 2上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 28(3)各軸的轉(zhuǎn)速、輸出功率和轉(zhuǎn)矩 a. 各軸的理論轉(zhuǎn)速…………………………………………………(3.3)290/minnr?Ⅲ泵…………………………………(3.4)156.37/i.riⅢⅡ………………………(3.5)221.9/in.?ⅡⅠ發(fā)b. 各軸的輸入功率傳動裝置總效率為： 012?式中： 為聯(lián)軸器傳動效率 0.99-0.995；0為滾動軸承傳動效率 0.98-0.995；1為圓柱齒輪傳動效率 0.96-0.98;2則，6301.90.970.85????所以， 2 214.9713.P kw???Ⅰ 發(fā).Ⅱ Ⅰ22150.0???Ⅲ Ⅱ泵（4）各軸的理論轉(zhuǎn)矩…………………(3.6)3.795068.29PTNmn?ⅠⅠ Ⅰ………………(3.7)15.4.1???ⅡⅡ Ⅱ………………(3.8).095032.89n?ⅢⅢ Ⅲ上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 29根據(jù)上述計算結(jié)果，列出各軸的運動和動力參數(shù)的匯總表，如下：表 3.1 各軸的運動和動力參數(shù)項目 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸轉(zhuǎn)速(r/min) 2212.39 2566.37 2900功率(kw) 131.77 125.27 119.09轉(zhuǎn)矩( )Nm?568.8 466.16 392.18傳動比 1.16 1.13效率 0.95 0.953.3.3 齒輪傳動設計計算(1)圓柱齒輪的幾何參數(shù)計算及載荷計算 costnm??1()tgt??bt??12()taz??tdm2t1cosbt???2td*atnh?cost??上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 壓縮空氣泡沫系統(tǒng)取力傳動裝置設計 301costnx???2t（運用黃金分割法求 ）1212'()[()]tttt tivxgzinv?????'t?'(cos)'tta??12('ttt txam??' 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