强力水雾排烟消防车液压系统设计

２０１３年第９期　ＤＯＩ：１０．１１８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－４８５８．２０１３．０９．００５　液压与气动　２３　强力水雾排烟消防车液压系统设计　史俊青　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｓｔｒｏｎｇ　Ｗａｔｅｒ　Ｍｉｓｔ　Ｓｍｏｋｅ　Ｆｉｒｅ　Ｔｒｕｃｋ　ＳＨＩ　Ｊｕｎ－ｑｉｎｇ　（江苏建筑职业技术学院矿业与交通工程学院，江苏徐州２２１　１　１６）　摘　要：针对某消防企业强力水雾排烟消防车工作中的实际问题，从满足消防车风量大、风压高、风速　快、风雾射程远、灭火速度快、效率高，操作和维护简单方便的实际工作要求出发，进行详细的液压系统设计。　探讨了强力水雾排烟消防车液压系统的相关技术问题，实现了该消防车水泵、通风机、通风机车载工作台的　旋转、升降、俯仰等液压驱动与自动控制功能。　关键词：强力水雾；消防车；液压系统　中图分类号：ＴＨ１３７　文献标志码：Ｂ　文章编号：１０００－４８５８（２０１３）０９－００２３－０４　引言　（５）风机工作时可以俯仰，俯仰角度最大为３５。，　俯仰速度为１．５　ｍ／ｍｉｎ，俯仰最大行程为０．５　ｍ。　２液压系统设计　强力水雾排烟消防车是将细水喷雾灭火系统应用　于消防车上，该消防车的排烟通风机安装在车头后部　的车载工作台上，在风机的出风口安装多个水雾喷头，　通过强大的驱动功率使通风机产生强风，依靠风扇转　通过对消防车所提出的具体要求，经分析、比较，　制定了如图１所示的液压系统。　２．１风机动力回路　子叶片和整流系统在火场建立一个定向的流场，从雾　化喷嘴喷出的水滴受到气流冲击进一步雾化成微小的　水滴后被气流输送到较远处的着火点，水被雾化成微　小水滴后可以覆盖更大的面积并迅速蒸发吸热，由此　发挥出更强的灭火能力。该消防车的通风机、水泵、通　消防车工作时烟雾大、灰尘多，因此通风机动力回　路采用由液压泵３与液压马达６组成的闭式回路，以　免油液被污染。通风机采用液压马达直联驱动，为了　使通风机工作时油液能顺利进入液压马达６驱动风机　旋转，而通风机不工作时又能节省能量，因此采用了一　个位置机能为Ｍ型，另一位置机能为ｘ型的二位四通　电磁换向阀９来实现通风机启停运动的切换。在消防　风机车载工作台的旋转、工作台的升降、通风机的俯仰　全部由液压系统控制。　１设计要求　（１）通风机型号为ＦＺ５０—１１１３型轴流式通风机，　风机出风口安装有１２个水雾喷头，风机轴功率为１３０　ｋＷ，最大转速为１６００　ｒ／ｍｉｎ；　（２）水泵型号为ＸＢＤ－６５ＤＬ型多级消防泵，水泵　救援工作中通风机的风力应根据灾情进行调节，风力　的调节可通过节流阀５来调节液压马达的回油量，达　到调节马达及通风机转速，即调节通风机风力大小的　目的。在马达转速很低时，节流阀的通流面积要调得　很小，为了避免面积过小、节流口堵塞时回油路上的液　所需轴功率为２０　ｋＷ，最大转速为１５７０　ｒ／ｍｉｎ；　（３）驱动车载工作台旋转所需功率为１．２　ｋＷ，旋　转角度为３６０。内无死角，工作台最大转速为２３８　ｒ／ｍｉｎ；　压力升高，在节流阀侧边并联了一个单向阀７，这样当　节流口堵塞时，单向阀７就会打开，通过溢流阀８进行　收稿日期：２０１３－０３－０７　作者简介：史俊青（１９６４一），女，河南孟州人，副教授，硕士，　主要从事液压技术方面的科研和教学工作。　（４）车载工作台采用机械和液压相配合，达到举　升高度２　ｍ，而所需液压缸行程为０．５　ｍ，工作台升降　速度为６　ｍ／ｍｉｎ，所需液压缸产生的推力为３０　ｋＮ；　液压与气动　卸荷，以保护液压元件免受损坏。　２．２水泵动力回路　２０１３年第９期　机能为Ｙ型的三位四通换向阀２０与双向液压锁２２配　合，来保证液压缸的往复运动和停止。液压缸在驱动　工作台升降过程中，其升、降速度由回路上的两个单向　节流阀２１调节，即进油时油液从单向阀通过，回油时　油液从节流阀通过，通过调节节流阀的通流面积，来调　节液压缸驱动工作台的升降速度。同时在回路中安装　溢流阀２９来对回路进行限压保护。　２．４工作台俯仰动力回路　水泵同样采用液压马达直联驱动，回路的设计基　本与通风机回路相同，与风机回路不同的是：为了使回　路油温能够很好散热，水泵采用开式回路，由液压泵２　向水泵驱动马达１４供油。为了节能降耗、简化液压系　统，将水泵动力回路中的回油作为通风机闭式回路中　的补油，以满足通风机主回路因泄漏对油液量补油的　需求。考虑到油液的净化，在液压泵２的人口处添加　了过滤器。　通风机工作时其出风口可以俯仰，即通风机轴线　可以向上或向下倾斜。通风机的俯仰是通过工作台的　俯仰实现的，工作台俯仰同样采用液压缸驱动，其动力　回路与工作台升降动力回路设计原理相同，这里不再　赘述。　２．５工作台旋转动力回路　液压系统工作时，液压元件存在着容积和机械等　损失，这些损失所消耗的能量均转变成热能，使油温升　高。为了降低油液温度，液压系统采用水冷方式，用冷　却器对油液降温。由于该系统中有水泵进行喷雾灭　火，故冷却系统不另设水泵，就由该水泵向冷却器３０　和１０供水对油液进行冷却。　２．３工作台升降动力回路　车载工作台的旋转由液压马达直接驱动，由于工　作台既能顺时针、又能逆时针转动，并在３６０。内转动　无死角，且可停留在任意位置，因此采用双向液压马达　１９驱动，用中位机能为Ｙ型的三位四通换向阀１６与　双向液压锁１８配合，来满足工作台正反转及停留要　通风机安装在车载工作台上，根据火灾位置的不　同，工作台应能升降，以扩大消防车的灭火范围。工作　台的升降采用液压缸直接驱动，液压缸不仅能使工作　台升降，而且当工作台升降高度调好后，其调定好的位　置不受外界因素影响。为满足此要求，回路采用中位　求。液压马达正反转速度通过单向节流阀１７调节。　为了减少液压泵数量，工作台升降液压缸、俯仰液　压缸及工作台旋转液压马达可采用同一个液压泵１供　圆　４　Ａ　１～３．液压泵４．压力表５．节流阀６，１４，１９．液压马达７，１３．单向阀８，ｌ２，２９．溢流阀　９，ｌ】，２８．二位四通电磁换向阀１Ｏ，３Ｏ．冷却器１５．减压阀ｌ６，２０，２４．三位四通电磁换向阀　２３，２７．液压缸　１７，２１，２５．单向节流阀１８，２２，２６．双向液压锁图１强力水雾排烟消防车液压系统　２０１３年第９期　液压与气动　２５　油。由设计要求可知，工作台升降液压缸、俯仰液压缸　所需推力较大，可取较高压力，而工作台旋转回路所需　功率较小，可取较低压力，因此在工作台旋转回路中，　主要尺寸及所需行程，可以选择出工作台升降液压缸　及倾斜液压缸。　３．３液压泵的选择计算　液压泵的选择应根据执行元件的工况、功率大小　可采用减压阀１５减压来满足回路的要求，同时在回路　中安装溢流阀２９来对回路进行安全保护。　３主要液压元件选择计算　３．１　液压马达的选择计算　和系统对工作性能的要求，先确定液压泵的类型，然后　按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号。　根据执行元件所承受的最大工作压力Ｐ及液压泵　出口到执行元件的压力损失卸，按照公式Ｐ　≥Ｐ＋△ｐ　计算出液压泵的最大工作压力。　根据各执行元件所需的最大工作流量和系统的泄　根据设计要求中所给的功率及转速，按照马达输　出转矩公式Ｔ＝９５５０　ｐ／ｎ、理论转矩公式　＝　叼　和　排量公式Ｖ＝２￣Ｔ，／△卢，可分别计算出驱动通风机、水　泵和车载工作台液压马达的输出转矩、理论转矩和排　漏量，按照公式ｇ　≥ｋｑ计算出液压泵的最大流量ｇ　。　根据计算出的液压泵的最大工作压力和流量，查液压　量，各液压马达的计算参数见表１。　表１各液压马达的计算参数　液压马达　输出转矩　理论转矩　计算排量　（Ｎｍ）　驱动通风机液压马达　７７５．９４　传动手册，选择液压泵。系统中各液压泵的型号及主　要技术参数见表３。　３．４液压控制阀的选择　（ｍＥ／ｒ）　１９８．８９　（Ｎｍ）　７９１．７８　在液压系统中，液压控制阀用来控制系统中的压　力、流量及油液的运动方向。根据系统的最大工作压　驱动水泵液压马达　驱动工作台液压马达　１２１．６６　４８．１５　１２４．１４　４９．１３　４５．８６　６１．７１　力和通过阀的实际最大流量，由设计手册和产品样本　来选择阀的规格和型号，被选定阀的额定压力和额定　根据所确定的系统液压力及计算出的马达排量，　查液压传动手册，对液压马达进行选择。所选液压马　达的型号及主要技术参数见表２。　３．２液压缸主要尺寸的计算　流量应略大于或等于系统的最大工作压力和阀的实际　流量，可避免阀产生液压卡紧和液动力，避免对阀的工　作品质产生不良影响。所选择的各液压阀的型号见　表４。　４结论　根据设计要求中所给的负载力和液压缸所承受的　液压力，按照公式Ａ＝Ｖ／ｐ、Ｄ＝，／４Ａ￣和ｄ＝０．４７Ｄ，　可分别计算出液压缸的无杆腔面积　、液压缸缸筒内　径　和液压缸活塞杆直径ｄ。按照所计算出的液压缸　按照企业对设计的要求，所设计的系统完全实现　了风量大、风压高、风速快、风雾射程远、灭火速度快、　灭火效率高，且操作和维护简单、方便。此系统已于　表２液压马达的型号及主要技术参数　液压马达　驱动通风机液压马达　驱动水泵液压马达　型号　Ａ２Ｆ２Ｏ０　Ａ２Ｆ４５　排量（ｍＥ／ｒ）　额定压力（ＭＰａ）　最高转速（ｒ／ｍｉｎ）　实际转速（ｒ／ｍｉｎ）　实际流量（Ｌ／ｍｉｎ）　２００　４４．３　８０　３５　３５　１Ｏ　２５００　３０００　４００　１６００　１５７０　２３８　３２０　７０　ｌ９　驱动工作台液压马达　ＢＭ—Ｄ８０　表３各液压泵的型号及主要技术参数　液压泵　通风机回路液压泵３　水泵回路液压泵２　型号　排量（ｍＥ／ｒ）　额定压力（ＭＰａ）　最高压力（ＭＰａ）　转速（ｒ／ｍｉｎ）　流量（Ｅ／ｍｉｎ）　功率（ｋＷ）　Ａ２Ｆ１６０　ＣＢＹ３０５０　１６０　５０．３　３５　２０　２０　４０　２５　２５　２６５０　２０００　２０００　４２４　１Ｏ０．６　８１．２　２４７　３７．３　３０．１　工作台旋转、升降液压缸、　ＣＢＹ３Ｏ４０　俯仰液压缸回路液压泵１　备注　４０．６　两齿轮泵可以选用ＣＢＹ３０５０／３０４０双联齿轮泵。　２６　ＤＯＩ：１０．１１８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－４８５８．２０１３．０９．００６　液压与气动　２０１３年第９期　双列斜直线槽液体密封上游泵送效应的研究　肖明霞　，汤占岐　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｕｐｓｔｒｅａｍ　Ｐｕｍｐｉｎｇ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｓｅａｌ　ｗｉｔｈ　Ｄｏｕｂｌｅ—ｒｏｗ　Ｏｂｌｉｑｕｅ　Ｌｉｎｅ　Ｇｒｏｏｖｅｓ　ＸＩＡＯ　Ｍｉｎｇ．ｘｉａ　．＿．ＴＡＮＧ　Ｚｈａｎ．ｑｉ　（１．北方民族大学电气信息工程学院，宁夏银川７５００２１；２．北方民族大学化学与化学工程学院，宁夏银川７５００２１）　摘要：以双列斜直线槽液体密封端面间的液膜为研究对象，建立了求解端面液膜特性的控制方程，应用　ＣＦＤ软件对密封端面间的流场进行了数值模拟，计算了在不同槽深时的端面开启力和泄漏量。结果表明：双列　斜直线槽液体密封可产生动压效应和上游泵送效应，通过合理设计，可使泄漏量为零或使流体向上游泄漏。　关键词：机械密封；双列斜直线槽；泵送效应；零泄漏　中图分类号：ＴＨ１３７；ＴＢ４２文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１３）０９－００２６－０４　引言　上游泵送机械密封是一种非接触式密封，它可以　收稿日期：２０１３－０３　２５　基金项目：国家自然科学基金项目（６１１６３００２）；北方民族大学　实现被密封介质的零泄漏，与普通的接触式机械密封　相比，具有寿命长、能耗低、效率高、工作状态稳定及适　应性强等突出优点¨］，广泛应用于泵、压缩机和反应　国家民委化工技术基础重点开放实验室项目资助（２０１１ＳＹ０８）　作者简介：肖明霞（１９７８一），女，宁夏银川人，讲师，博士研究　生，主要从事信号处理，建模计算方面的科研和教学工作。　表４各液压阀的型号及主要参数　系统图中　序号　７　１３　型号　额定流量（Ｌ／ｍｉｎ）　额定压力（ＭＰａ）　系统图中　序号　３８０　８５　３５．０　３１．５　９　１ｌ　型号　额定流量（Ｌ／ｍｉｎ）　额定压力（ＭＰａ）　５ｏ０　１６０　３１．５　２５　Ｃ５Ｇ一８２５　ＣＩＴ－０６　ＤＳＨＧ－０６．２Ｂ　ＤＳＨＧ一０３．２Ｂ　１７　２１　２５　ＬＤＦ—Ｌ１０Ｈ　ＬＤＦ—Ｌ１　０Ｈ　ＬＤＦ．Ｌ１０Ｈ　３１．５　３１．５　３１．５　４０　４０　４０　１６　２０　２４　ＤＳＨＧ　１．３Ｇ４　ＤＳＨＧ－ｏ１．３Ｇ４　ＤＳＨＧ　１—３Ｇ４　６３　６３　６３　３１．５　３１．５　３１．５　ｌ８　２２　Ｓ０５一ｋ５　Ｓ０５一ｋ５　３０　３０　５０　５０　１５　８　Ｊ－Ｄ１０　ＹＦ—ＬＳＯＨ４　６３　５００　Ｏ．６～９　１６～３２　２６　５　Ｓ０５．ｋ５　ＤＶ３０　３０　４００　５０　３１．５　１２　２９　ＹＦ．Ｌ２ＯＨ　ＹＥＥ３一Ｅ２０　１００　１２０　７～２１　０．５～１６　２００７年应用于消防车上，此类型消防车自２００８年投　入市场以后，五年来，经过江苏、河南、安徽等地区用户　的使用验证，完全能满足用户的使用要求。　参考文献：　工业出版社，１９９９．　［２］　张利平．液压传动系统及设计［Ｍ］．北京：化学工业出版　社，２００５．　［３］　张利平．现代液压技术应用２２０例［Ｍ］．北京：化学工业　出版社，２００４．　［１］杨培元，朱福元．液压系统设计简明手册［Ｍ］．北京：机械　［４］　张利平．液压站设计与使用［Ｍ］．北京：海洋出版社，２００４．