混凝土泵车臂架液压缸轻量化研究
混凝土泵车臂架液压缸轻量化研究
目前混凝土泵车在工程中有着广泛的应用，根据工作环境,混凝土泵车在工作
时车臂架一般要伸展开，这时车臂架就会很长，本课题希望在不影响油缸安全及
可靠性的前提下，可以最大限度的降低液压缸的重量，从而达到理想的效果。为
了解决这一问题，本课题对车臂架液压缸进行轻量化研究。本课题首先对现有的
混凝土泵车臂架液压缸进行分析和设计计算，然后利用 AutoCAD 软件绘制工程图
纸。通过该设计，大大提高了混凝土泵车可靠性。
关键词 泵车，臂架，液压缸，轻量化
1 引言 1
2 混凝土泵车臂架液压缸的组成及其工作原理 1 2．1 液压缸组成 .1 2．2 液压缸工作原理 .2
3 液压缸轻量化分析与研究 3 3．1 液压缸系统的分析 .3 3．2 液压缸系统的计算 .4
3.2.1 材料选择 .4
3.2.2 液压缸基准参数 .4
3.2.3 液压缸缸筒 .4
3.2.4 活塞 .6
3.2.5 活塞杆 .6
3.2.6 导向套 .8
3.2.7 法兰 .9
3.2.8 压盖 .9 3．3 液压缸系统设计 .9
3.3.1 液压缸缸底 .9
3.3.2 液压缸缸筒 .10
3.3.3 耳环 . 11
3.3.4 活塞杆前段 .13
3.3.5 活塞杆 .14
3.3.6 活塞 .14
3.3.7 导向套 .15
3.3.8 压盖 .16
3.3.9 装配 .18
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 引言
混凝土输送泵车是利用压力将混凝土沿管道连续输送的机械。由泵体和输送管组
成。按结构形式分为活塞式、挤压式、水压隔膜式。泵体装在汽车底盘上，再装备可
伸缩或屈折的布料杆，就组成泵车。
混凝土泵车是在载重汽车底盘上进行改造而成的，它是在底盘上安装有运动和动
力传动装置、泵送和搅拌装置、布料装置以及其它一些辅助装置。混凝土泵车的动力
通过动力分动箱将发动机的动力传送给液压泵组或者后桥，液压泵推动活塞带动混凝
土泵工作。然后利用泵车上的布料杆和输送管，将混凝土输送到一定的高度和距离。
图 1.1 混凝土泵车工作图
本课题主要研究对混凝土泵车臂架液压缸的轻量化设计，从材料的选择方面入手，
通过换用不通的材料并适当地改进原有的液压缸设计方案，从而达到液压缸轻量化的
目的，在同样的工作压力之下使得混凝土泵车的臂架到达更高的作业高度。
2 混凝土泵车臂架液压缸的组成及其工作原理
液压系统是臂架式混凝土泵车的核心部分，它主要由液压泵、液压马达、液压缸、
蓄能器、过滤器、冷却器、阀门、压力表。油管及油箱等组成。液压系统分为四个子
系统，每个子系统各有一个液压泵驱动。液压系统质量的高低会直接影响主机工作性
能和效率。液压缸作为液压系统中的执行元件是本课题的研究对象。
2．1 液压缸组成
混凝土泵车臂架液压缸主要由压盖、活塞杆、活塞导向套、缸筒、耳环、液压缸
底等组成（如图 2.1 所示）。 图 2.1 液压缸示意图
一、压盖
压盖在液压缸的有活塞杆一端，通过螺纹与液压缸筒连接，在液压缸中起到固定
导向套的作用，同时也承受有杆端液压力，并密封液压缸。
二、导向套
导向套安装在压盖前端的缸筒内，导向套的主要作用是固定活塞杆并对有杆腔一
端密封，导向套内部安装的支撑环和密封圈是活塞杆的主要固定件和密封件。
三、活塞
活塞是液压缸得以工作的主要部件，活塞两端的压力差使得活塞在液压缸筒内运
动，活塞的运动带动活塞杆的运动，从而使液压差转化成杆件位移。
四、活塞杆
活塞杆与活塞相配合，是液压缸工作时的主要部件，液压缸内的压力差推动活塞
运动，再通过活塞杆传递到臂架支撑点。
活塞杆中间为空心杆件，前端以及末端的耳环都是实心件，前端主要与活塞连接，
处于末端处的耳环内有通孔，耳环与臂架支撑点连接时一般使用插销或者螺栓。
五、液压缸筒
缸筒是液压缸工作时的主要受力件，缸筒内壁承受液压系统的压力保证两端的压
力差能够推动活塞的运动，缸筒的强度要求很高以确保工作时不因压力过大而变形。
六、液压缸底
缸底通过焊接的方式与缸筒连接，缸底在无杆腔一侧作为缸筒内壁承受液压系统
的压力，缸筒外一侧则有耳环与臂架支撑点连接。
2．2 液压缸工作原理
在一定体积的液体上的任意一点施加的压力，能够大小相等地向各个方向传递.
这意味着当使用多个液压缸时，每个液压缸将按各自的速度拉或推，而这些速度取决
于移动负载所需的压力。在液压缸承载能力范围相同的情况下，承载最小载荷的液压
缸会首先移动,承载最大载荷的液压缸最后移动。为使液压缸同步运动,以达到载荷在
任一点以同一速度被顶升，一定要在系统中使用控制阀或同步顶升系统元件。
液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利
用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，
经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压缸把液体压力能转换为机械能，从而驱动
工作机构，实现直线往复运动。液压缸的运动依靠多个不同的部分，简要分析如下。
一、动力部分
将原动机的机械能转换为油液的压力能（液压能）的装置。例如：齿轮泵，柱塞
泵。
二、执行部分
执行部分是将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机的机械能的装置。例如：
液压缸。
三、控制部分
控制部分是用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向的装置。例如：压力控
制阀、流量控制阀和方向控制阀。
四、辅助部分
辅助部分是将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起贮油、过滤、测量和密
封等作用。例如：管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等。 3 液压缸轻量化分析与研究
本课题主要是针对液压缸的轻量化研究，因此需要从不同的方面来对液压缸进行
分析，设计和计算相关数据。
3．1 液压缸系统的分析
液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行
元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有
传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和
活塞有效面积及其两边的压差成正比。液压缸系统主要包含缸筒，活塞，活塞杆，导
向套，压盖这几个主要部件，在工作过程中活塞和活塞杆是运动件，导向套和压盖都
目前混凝土泵车在工程中有着广泛的应用，根据工作环境,混凝土泵车在工作
时车臂架一般要伸展开，这时车臂架就会很长，本课题希望在不影响油缸安全及
可靠性的前提下，可以最大限度的降低液压缸的重量，从而达到理想的效果。为
了解决这一问题，本课题对车臂架液压缸进行轻量化研究。本课题首先对现有的
混凝土泵车臂架液压缸进行分析和设计计算，然后利用 AutoCAD 软件绘制工程图
纸。通过该设计，大大提高了混凝土泵车可靠性。
关键词 泵车，臂架，液压缸，轻量化
1 引言 1
2 混凝土泵车臂架液压缸的组成及其工作原理 1 2．1 液压缸组成 .1 2．2 液压缸工作原理 .2
3 液压缸轻量化分析与研究 3 3．1 液压缸系统的分析 .3 3．2 液压缸系统的计算 .4
3.2.1 材料选择 .4
3.2.2 液压缸基准参数 .4
3.2.3 液压缸缸筒 .4
3.2.4 活塞 .6
3.2.5 活塞杆 .6
3.2.6 导向套 .8
3.2.7 法兰 .9
3.2.8 压盖 .9 3．3 液压缸系统设计 .9
3.3.1 液压缸缸底 .9
3.3.2 液压缸缸筒 .10
3.3.3 耳环 . 11
3.3.4 活塞杆前段 .13
3.3.5 活塞杆 .14
3.3.6 活塞 .14
3.3.7 导向套 .15
3.3.8 压盖 .16
3.3.9 装配 .18
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 引言
混凝土输送泵车是利用压力将混凝土沿管道连续输送的机械。由泵体和输送管组
成。按结构形式分为活塞式、挤压式、水压隔膜式。泵体装在汽车底盘上，再装备可
伸缩或屈折的布料杆，就组成泵车。
混凝土泵车是在载重汽车底盘上进行改造而成的，它是在底盘上安装有运动和动
力传动装置、泵送和搅拌装置、布料装置以及其它一些辅助装置。混凝土泵车的动力
通过动力分动箱将发动机的动力传送给液压泵组或者后桥，液压泵推动活塞带动混凝
土泵工作。然后利用泵车上的布料杆和输送管，将混凝土输送到一定的高度和距离。
图 1.1 混凝土泵车工作图
本课题主要研究对混凝土泵车臂架液压缸的轻量化设计，从材料的选择方面入手，
通过换用不通的材料并适当地改进原有的液压缸设计方案，从而达到液压缸轻量化的
目的，在同样的工作压力之下使得混凝土泵车的臂架到达更高的作业高度。
2 混凝土泵车臂架液压缸的组成及其工作原理
液压系统是臂架式混凝土泵车的核心部分，它主要由液压泵、液压马达、液压缸、
蓄能器、过滤器、冷却器、阀门、压力表。油管及油箱等组成。液压系统分为四个子
系统，每个子系统各有一个液压泵驱动。液压系统质量的高低会直接影响主机工作性
能和效率。液压缸作为液压系统中的执行元件是本课题的研究对象。
2．1 液压缸组成
混凝土泵车臂架液压缸主要由压盖、活塞杆、活塞导向套、缸筒、耳环、液压缸
底等组成（如图 2.1 所示）。 图 2.1 液压缸示意图
一、压盖
压盖在液压缸的有活塞杆一端，通过螺纹与液压缸筒连接，在液压缸中起到固定
导向套的作用，同时也承受有杆端液压力，并密封液压缸。
二、导向套
导向套安装在压盖前端的缸筒内，导向套的主要作用是固定活塞杆并对有杆腔一
端密封，导向套内部安装的支撑环和密封圈是活塞杆的主要固定件和密封件。
三、活塞
活塞是液压缸得以工作的主要部件，活塞两端的压力差使得活塞在液压缸筒内运
动，活塞的运动带动活塞杆的运动，从而使液压差转化成杆件位移。
四、活塞杆
活塞杆与活塞相配合，是液压缸工作时的主要部件，液压缸内的压力差推动活塞
运动，再通过活塞杆传递到臂架支撑点。
活塞杆中间为空心杆件，前端以及末端的耳环都是实心件，前端主要与活塞连接，
处于末端处的耳环内有通孔，耳环与臂架支撑点连接时一般使用插销或者螺栓。
五、液压缸筒
缸筒是液压缸工作时的主要受力件，缸筒内壁承受液压系统的压力保证两端的压
力差能够推动活塞的运动，缸筒的强度要求很高以确保工作时不因压力过大而变形。
六、液压缸底
缸底通过焊接的方式与缸筒连接，缸底在无杆腔一侧作为缸筒内壁承受液压系统
的压力，缸筒外一侧则有耳环与臂架支撑点连接。
2．2 液压缸工作原理
在一定体积的液体上的任意一点施加的压力，能够大小相等地向各个方向传递.
这意味着当使用多个液压缸时，每个液压缸将按各自的速度拉或推，而这些速度取决
于移动负载所需的压力。在液压缸承载能力范围相同的情况下，承载最小载荷的液压
缸会首先移动,承载最大载荷的液压缸最后移动。为使液压缸同步运动,以达到载荷在
任一点以同一速度被顶升，一定要在系统中使用控制阀或同步顶升系统元件。
液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利
用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，
经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压缸把液体压力能转换为机械能，从而驱动
工作机构，实现直线往复运动。液压缸的运动依靠多个不同的部分，简要分析如下。
一、动力部分
将原动机的机械能转换为油液的压力能（液压能）的装置。例如：齿轮泵，柱塞
泵。
二、执行部分
执行部分是将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机的机械能的装置。例如：
液压缸。
三、控制部分
控制部分是用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向的装置。例如：压力控
制阀、流量控制阀和方向控制阀。
四、辅助部分
辅助部分是将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起贮油、过滤、测量和密
封等作用。例如：管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等。 3 液压缸轻量化分析与研究
本课题主要是针对液压缸的轻量化研究，因此需要从不同的方面来对液压缸进行
分析，设计和计算相关数据。
3．1 液压缸系统的分析
液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行
元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有
传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和
活塞有效面积及其两边的压差成正比。液压缸系统主要包含缸筒，活塞，活塞杆，导
向套，压盖这几个主要部件，在工作过程中活塞和活塞杆是运动件，导向套和压盖都
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