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XXXXXXX
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目：全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
——直動(dòng)式溢流閥的設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： XXXXXXX
姓 名： XXXXXXX
指導(dǎo)教師： XXXXXXX（教授）
完成日期： 2012年5月27日
目錄
摘要 I
Abstract II
前 言 1
第一章 全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理 2
1.1設(shè)計(jì)依據(jù) 2
1.1.1全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 2
1.1.2設(shè)計(jì)參數(shù) 2
1.2全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理 3
1.2.1行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng) 3
1.2.2工作裝置液壓系統(tǒng) 6
1.2.3轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng) 8
第二章 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 10
2.1行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)若干問題 10
2.1.1液壓泵參數(shù)的確定 10
2.1.2液壓馬達(dá)的參數(shù) 11
2.2鉸接式車架的計(jì)算載荷 12
2.2.1兩缸軸線至鉸接點(diǎn)中心距離和行程確定 12
2.2.2轉(zhuǎn)向泵流量 12
2.2.3最小轉(zhuǎn)彎半徑 12
2.3工作裝置液壓系統(tǒng) 13
2.3.1活塞直徑和活塞桿直徑的確定 13
2.3.2液壓缸流量的計(jì)算 13
2.4原動(dòng)機(jī)功率選擇計(jì)算 14
2.4.1運(yùn)輸工況功率 14
2.4.2插入工況功率 15
第三章 非標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的設(shè)計(jì) 16
3.1動(dòng)臂液壓缸的設(shè)計(jì) 16
3.1.1液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
3.1.2液壓缸的作用能力、作用時(shí)間及儲(chǔ)油量的計(jì)算 17
3.1.3液壓缸壁厚的計(jì)算 18
3.1.4活塞桿的計(jì)算 18
3.1.5液壓缸零件的連接計(jì)算 20
3.2直動(dòng)式溢流閥的設(shè)計(jì) 23
3.2.1設(shè)計(jì)要求 23
3.2.2主要結(jié)構(gòu)尺寸的初步確定 23
3.2.3靜態(tài)特性計(jì)算 25
3.2.4彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 26
第四章 結(jié)束語(yǔ).................................................30
參考文獻(xiàn) 31
全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
——直動(dòng)式溢流閥的設(shè)計(jì)
摘要
目前國(guó)內(nèi)外的裝載機(jī)廣泛采用液壓技術(shù)，可使整個(gè)裝載機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到提高。裝載機(jī)主要用于裝卸運(yùn)作業(yè)。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：工作裝置液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)和行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算；標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的選擇計(jì)算；液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算；非標(biāo)件直動(dòng)式溢流閥和動(dòng)臂液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。行走機(jī)構(gòu)采用腳踏式操縱，先導(dǎo)控制的液控調(diào)速方式，使調(diào)速換向更為方便；工作裝置采用先導(dǎo)控制，使系統(tǒng)操作更加簡(jiǎn)便；轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用方向盤轉(zhuǎn)向，運(yùn)用人機(jī)學(xué)，使駕駛室的布置更為合理，便于操縱。整個(gè)系統(tǒng)安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊和維修方便。
Abstract
Recently, the loader uses the hydraulic technology widely to make the target of its technological economy improved. The loader is used to do loading and unloading operation. This design includes the following aspects: the calculation of the design of the hydraulic system of equipment, steering gear, and running gear; the calculation of the design of nonstandard direct-acting overflow valve and the moving armed hydraulic cylinder. The running gear uses pedal control and the method of piloted pilot-operated speed governing to make the speed governing and reversing gear done much easier. The equipment uses the indirect control to make system operation much easier. The steering gear uses the changing direction of steering wheel and ergonomics to make the arrangement of the cab more suitable and easier to control. The whole system is more safe and reliable, the structure of which is tighter knit, and it is convenient to maintain.
Key words: loader, hydraulic system, hydraulic cylinder, direct-acting overflow valve
I
前 言
一、研究或設(shè)計(jì)的目的和意義
裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施工機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。該課題結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和我省工程機(jī)械的應(yīng)用及發(fā)展，對(duì)裝載機(jī)液壓系統(tǒng)作較深入的分析研究。根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)及要求，完成裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)——直動(dòng)式溢流閥的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步掌握液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們進(jìn)一步鞏固、加深對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的掌握，使之系統(tǒng)化、綜合化；使我們獲得了從事科研工作的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)我們的獨(dú)立工作、獨(dú)立思考和綜合運(yùn)用已學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，尤其注重培養(yǎng)我們獨(dú)立獲取新知識(shí)的能力；培養(yǎng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理、文件表達(dá)、文獻(xiàn)查閱、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、工具書使用等方面的基本工作實(shí)踐能力；使我們樹立具有符合國(guó)情和生產(chǎn)實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn)，樹立嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識(shí)、善于與他人合作的工作作風(fēng)。
二、研究或設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
液壓技術(shù)式一門先進(jìn)的技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展再次將液壓、技術(shù)推向前進(jìn)，發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外的裝載機(jī)都采用液壓技術(shù)，可使整個(gè)裝載機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到提高，其發(fā)展趨勢(shì)是開發(fā)節(jié)能、高效、可靠、環(huán)保型產(chǎn)品，并研制無(wú)泄漏裝載機(jī)，微電子及機(jī)電液一體化技術(shù)將獲得越來越廣泛的應(yīng)用，安全性及舒適性是產(chǎn)品發(fā)展的重要目標(biāo)， 大型化與微型化仍是產(chǎn)品系列化的兩極方向，技術(shù)進(jìn)步、人才培養(yǎng)和售后服務(wù)將成為企業(yè)生存的三大關(guān)鍵內(nèi)在因素，集團(tuán)化、社會(huì)化與國(guó)際化是企業(yè)生存與發(fā)展的必由之路。
三、主要研究或設(shè)計(jì)內(nèi)容，需要解決的關(guān)鍵問題和思路
主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)5全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)、直動(dòng)式溢流閥和動(dòng)臂液壓缸的設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)液壓組件的選擇計(jì)算、液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算、非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)計(jì)算等。需要解決的關(guān)鍵問題是液壓系統(tǒng)無(wú)極調(diào)速回路及液壓系統(tǒng)安全保護(hù)回路的設(shè)計(jì)?？梢酝ㄟ^綜合應(yīng)用已學(xué)的理論知識(shí)解決設(shè)計(jì)中的問題。
第一章 全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理
1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)
1.1.1 全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
1、設(shè)計(jì)用于露天作業(yè)的前端式裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)，該裝載機(jī)的工作裝置、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)均采用液壓傳動(dòng)。
2、行走機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
3、工作裝置、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)，采用單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。
4、工作裝置為反轉(zhuǎn)連桿式。
5、行走機(jī)構(gòu)為輪胎式。
6、采用柴油機(jī)為動(dòng)力。
7、安全可靠、機(jī)構(gòu)緊湊、維修方便。
1.1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)
1、額定斗容5。
2、額定載重量10。
3、軸距3.5。
4、輪距2.8。
5、機(jī)重24。
6、工作裝置
（1）、工作壓力10—14；
（2）、轉(zhuǎn)斗缸最大推力22；鏟斗卸載時(shí)間3—6；轉(zhuǎn)斗時(shí)間2—5；轉(zhuǎn)斗缸行程520；
（3）、動(dòng)臂缸最大推力20；動(dòng)臂提升時(shí)間2—5；動(dòng)臂下降時(shí)間3—6；動(dòng)臂缸行程560。
7、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)
（1）、工作壓力10—14；
（2）、最大轉(zhuǎn)向阻力矩2100；
（3）、最大轉(zhuǎn)向角30—40°；
（4）、鉸接兩車架從最左到最右偏轉(zhuǎn)角所需時(shí)間為3—6。
8、行走機(jī)構(gòu)
（1）、工作壓力18—26；
（2）、最大行走速度15；
（3）、工作速度3—4；
（4）、最大牽引力30；
（5）、輪胎滾動(dòng)半徑680；
（6）、最大爬坡能力30°。
1.2 全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理
輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)包括行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)、工作裝置液壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)三個(gè)部分，見圖1.1。
1.2.1 行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)
行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)按其作用分為：主回路、補(bǔ)油和熱交換回路、調(diào)速和換向回路、主泵回零及制動(dòng)回路、補(bǔ)油回路和壓力保護(hù)回路。
1、主油路
由兩個(gè)獨(dú)立的閉式回路組成。
如圖1.2所示，斜軸式軸向柱塞變量泵5高壓油口→前輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)9（后輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)10）→斜軸式軸向柱塞變量泵5低壓油口。
圖1.2 主油路
2、補(bǔ)油和熱交換回路
（1）、補(bǔ)油回路
齒輪泵1→分流閥21→補(bǔ)油閥6→斜軸式軸向柱塞變量泵5的低壓側(cè)。
（2）、熱交換回路
前輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)9或后輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)10排出的部分熱油→梭閥
變速閥15（為圖示位）→背壓閥26→過濾器59→油箱61。
12→調(diào)壓閥11→
前輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)9或后輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)10的殼體→過濾器60→油箱61。
注意：調(diào)壓閥22的開啟壓力＞調(diào)壓閥11的開啟壓力，才能實(shí)現(xiàn)正常的熱交換。
（3）、調(diào)速和換向回路
a、若腳踏先導(dǎo)閥17上位工作
齒輪泵1→分流閥21→斷流閥20（圖示位）→腳踏先導(dǎo)閥17上位→液動(dòng)閥25下端液動(dòng)閥25閥芯上移，下位工作。
先導(dǎo)泵3→液動(dòng)閥25下位→變量液壓缸24下腔→變量液壓缸24活塞桿伸出→杠桿機(jī)構(gòu)→斜軸式軸向柱塞變量泵5的缸體擺角↑或↓→斜軸式軸向柱塞變量泵5的流量↑或↓。
若斜軸式軸向柱塞變量泵5的缸體擺角方向改變，則斜軸式軸向柱塞變量泵5排油方向改變→前輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)9或后輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)10的轉(zhuǎn)向改變實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的前進(jìn)或后退。
b、若腳踏先導(dǎo)閥18上位工作
齒輪泵1→分流閥21→斷流閥20→腳踏先導(dǎo)閥18上位→液動(dòng)閥25上端液動(dòng)閥25閥芯下移，上位工作。
先導(dǎo)泵3→液動(dòng)閥25上位→變量液壓缸24上腔→變量液壓缸24活塞桿縮回→杠桿機(jī)構(gòu)→斜軸式軸向柱塞變量泵5的缸體擺角↓或↑→斜軸式軸向柱塞變量泵5的流量↓或↑。
若斜軸式軸向柱塞變量泵5的缸體擺角方向改變，則斜軸式軸向柱塞變量泵5排油方向改變→前輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)9或后輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)10的轉(zhuǎn)向改變實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的后退或前進(jìn)。
高速檔（變速閥15圖示位）
c、通過變速閥15，可得兩檔車速
低速檔（變速閥15左位）
（低壓控制油作用）
當(dāng)前輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)9或后輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)10為高速工況（即變速閥15為圖示位） 連通閥16左移，即是圖示位工作前后輪的油路連通；
當(dāng)前輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)9或后輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)10為高速工況（即變速閥15為左位）→連通閥16右移，左位工作前后輪油路不通。
（4）、主泵回零及制動(dòng)回路
調(diào)速閥27由離心調(diào)速器控制，離心調(diào)速器與發(fā)動(dòng)機(jī)是用帶輪連接。
離心調(diào)速器作用
a、若外負(fù)載F↑，超過發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速↓ 調(diào)速閥27左移，右位工作（為圖示位）；
b、液動(dòng)閥25的控制油→交替逆止閥19→調(diào)速閥27→油箱61；
c、斜軸式軸向柱塞變量泵5擺角減小直到零位→降低泵的輸出功率，避免發(fā)動(dòng)機(jī)因過載而熄火；
圖1.1 5立方全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)圖
停車時(shí)，斷流閥20左位工作，則連通腳踏先導(dǎo)閥17和腳踏先導(dǎo)閥18→隨動(dòng)閥25上下端控制油與油箱61相通→隨動(dòng)閥25回到中位→伺服變量機(jī)構(gòu)→斜軸式軸向柱塞變量泵5缸體擺角回零，為零→前輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)9和后輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)10制動(dòng)。
（5）、補(bǔ)油回路
制動(dòng)及超速吸空時(shí)，低壓油→補(bǔ)油閥13→前輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)9和后輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)10。
（6）、壓力保護(hù)回路
a、主回路高壓保護(hù)
系統(tǒng)的工作壓力＞過載閥7過載閥7開啟溢流。
b、低壓保護(hù)
調(diào)壓閥22控制補(bǔ)油壓力。
c、油馬達(dá)背壓保護(hù)
前輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)9和后輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)10排出的部分熱油→調(diào)壓閥14→背壓閥26→過濾器60→油箱61
當(dāng)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間不工作時(shí)，按下?lián)Q向閥8→將斜軸式軸向柱塞變量泵5吸排油口相通→前輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)9和后輪內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)10不轉(zhuǎn)動(dòng)裝載機(jī)不動(dòng)。
1.2.2 工作裝置液壓系統(tǒng)
1、轉(zhuǎn)斗液壓缸52活塞桿伸出
（1）、先導(dǎo)油路
將轉(zhuǎn)斗先導(dǎo)閥37的手柄向左按下
先導(dǎo)泵3→單向閥29→轉(zhuǎn)斗先導(dǎo)閥37左上位→轉(zhuǎn)斗液壓缸多路液動(dòng)換向閥45左端轉(zhuǎn)斗液壓缸多路液動(dòng)換向閥45左位工作。
（2）、主油路
進(jìn)油路：工作泵2→單向閥46→轉(zhuǎn)斗液壓缸多路液動(dòng)換向閥45左腔→轉(zhuǎn)斗液壓缸52活塞腔轉(zhuǎn)斗液壓缸52活塞桿向外伸出。
回油路：轉(zhuǎn)斗液壓缸52活塞桿腔油→轉(zhuǎn)斗液壓缸多路液動(dòng)換向閥45左腔→過濾器55→油箱61。
2、轉(zhuǎn)斗液壓缸52活塞桿縮回
（1）、先導(dǎo)油路
將轉(zhuǎn)斗先導(dǎo)閥37的手柄向右按下
先導(dǎo)泵3→單向閥29→轉(zhuǎn)斗先導(dǎo)閥37右上位→轉(zhuǎn)斗液壓缸多路液動(dòng)換向閥45右端轉(zhuǎn)斗液壓缸多路液動(dòng)換向閥45右位工作。
（2）、主油路
進(jìn)油路：工作泵2→單向閥46→轉(zhuǎn)斗液壓缸多路液動(dòng)換向閥45右腔→轉(zhuǎn)斗液壓缸52活塞桿腔轉(zhuǎn)斗液壓缸52活塞桿縮回。
回油路：轉(zhuǎn)斗液壓缸52活塞腔油→轉(zhuǎn)斗液壓缸多路液動(dòng)換向閥45右腔→過濾器55→油箱61。
3、轉(zhuǎn)斗液壓缸52補(bǔ)油和過載保護(hù)
補(bǔ)油：轉(zhuǎn)斗液壓缸52活塞腔或活塞桿腔吸空時(shí)，通過補(bǔ)油閥48補(bǔ)油。
過載保護(hù)：轉(zhuǎn)斗液壓缸52活塞腔或活塞桿腔過載時(shí)，通過過載閥49開啟溢流。
4、動(dòng)臂液壓缸53舉升
（1）、先導(dǎo)油路
將動(dòng)臂舉升先導(dǎo)閥38的手柄向右按下
先導(dǎo)泵3→單向閥29→動(dòng)臂舉升先導(dǎo)閥38右上位→動(dòng)臂舉升多路液動(dòng)換向閥42左端動(dòng)臂舉升多路液動(dòng)換向閥42左位工作。
（2）、主油路
進(jìn)油路：工作泵2→節(jié)流閥44→單向閥43→動(dòng)臂舉升多路液動(dòng)換向閥42左腔→動(dòng)臂液壓缸53活塞腔動(dòng)臂液壓缸53舉升。
回油路：動(dòng)臂液壓缸53活塞桿腔油→動(dòng)臂舉升多路液壓換向閥42左腔→過濾器55→油箱61.
5、動(dòng)臂液壓缸53下降
（1）、先導(dǎo)油路
將動(dòng)臂舉升先導(dǎo)閥38的手柄向左按下，按到左中位
先導(dǎo)泵3→單向閥29→動(dòng)臂舉升先導(dǎo)閥38左中位→動(dòng)臂舉升多路液動(dòng)換向閥42右端動(dòng)臂舉升多路液動(dòng)換向閥42右位工作。
（2）、主回路
進(jìn)油路：工作泵2→節(jié)流閥44→單向閥43→動(dòng)臂舉升多路液動(dòng)換向閥42右腔→動(dòng)臂液壓缸53活塞桿腔動(dòng)臂液壓缸53下降。
回油路：動(dòng)臂液壓缸53活塞腔油→動(dòng)臂舉升多路液動(dòng)換向閥42右腔→過濾器55→油箱61。
6、動(dòng)臂液壓缸53浮動(dòng)
將動(dòng)臂舉升先導(dǎo)閥38的手柄向左按下，按到左上位
先導(dǎo)泵3→單向閥29→動(dòng)臂舉升先導(dǎo)閥38左上位→液控單向閥51液壓?jiǎn)蜗蜷y51的液壓油逆向流動(dòng)→動(dòng)臂液壓缸53的活塞桿腔和活塞腔與油箱61相通，進(jìn)出油都可以。
7、動(dòng)臂液壓缸53補(bǔ)油和過載保護(hù)
補(bǔ)油：動(dòng)臂液壓缸53活塞腔或活塞桿腔吸空時(shí)，通過液控單向閥51補(bǔ)油。
過載保護(hù)：動(dòng)臂液壓缸53活塞腔或活塞桿腔過載時(shí)，通過過載閥50開啟溢流。
8、其他元件的作用
調(diào)壓閥36的作用是調(diào)節(jié)減壓閥式先導(dǎo)操縱閥的操縱油的壓力。
背壓閥39是使液動(dòng)換向閥51具有背壓。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火時(shí)，動(dòng)臂液壓缸53活塞腔的油通過單向閥41和節(jié)流閥40向動(dòng)臂舉升先導(dǎo)閥38和轉(zhuǎn)斗先導(dǎo)閥37緊急供應(yīng)操縱油。
9、工作泵（主泵）2過載保護(hù)
當(dāng)轉(zhuǎn)斗液壓缸52和動(dòng)臂液壓缸53不工作時(shí)，工作泵2→油箱61；
當(dāng)轉(zhuǎn)斗液壓缸52或動(dòng)臂液壓缸53工作時(shí)，系統(tǒng)過載，工作泵2→安全閥47→油箱61。
1.2.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)
1、直線行駛
方向盤不轉(zhuǎn)→全液壓轉(zhuǎn)向器31處于中位（圖示位）→液動(dòng)主控制閥32處于中位（圖示位）→轉(zhuǎn)向液壓缸54沒有液壓油通過裝載機(jī)直線行駛。
轉(zhuǎn)向泵4→定差溢流閥33→油箱61。
2、右轉(zhuǎn)彎
（1）、先導(dǎo)油路
順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤→螺桿軸向上移→全液壓轉(zhuǎn)向器31上移全液壓轉(zhuǎn)向器31下位工作。
先導(dǎo)泵3→全液壓轉(zhuǎn)向器31下腔→計(jì)量馬達(dá)進(jìn)口→計(jì)量馬達(dá)出口→液動(dòng)主控制閥32左端（液壓主控制閥左位工作）→液動(dòng)主控制閥32中的先導(dǎo)閥口→液動(dòng)主控制閥32的右端→全液壓轉(zhuǎn)向器31下位→過濾器55→油箱61。
（2）、主油路
進(jìn)油路：轉(zhuǎn)向泵4→液動(dòng)主控制閥32左腔→轉(zhuǎn)向液壓缸54A活塞腔和B活塞桿腔裝載機(jī)向右轉(zhuǎn)彎。
回油路：轉(zhuǎn)向液壓缸54A活塞桿腔和B活塞腔油→液動(dòng)主控制閥32左腔→過濾器55→油箱61。
3、左轉(zhuǎn)彎
（1）先導(dǎo)油路
逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤→螺桿軸向下移→全液壓轉(zhuǎn)向器31下移全液壓轉(zhuǎn)向器31上位工作。
先導(dǎo)泵3→全液壓轉(zhuǎn)向器31上腔→計(jì)量馬達(dá)進(jìn)口→計(jì)量馬達(dá)出口→液動(dòng)主控制閥32右端（液壓主控制閥右位工作）→液動(dòng)主控制閥32中的先導(dǎo)閥口→液動(dòng)主控制閥32的左端→全液壓轉(zhuǎn)向器31上位→過濾器55→油箱61。
（2）主油路
進(jìn)油路：轉(zhuǎn)向泵4→液動(dòng)主控制閥32右腔→轉(zhuǎn)向液壓缸54B活塞腔和A活塞桿腔裝載機(jī)向左轉(zhuǎn)彎。
回油路：轉(zhuǎn)向液壓缸54B活塞桿腔和A活塞腔油→液動(dòng)主控制閥32右腔→過濾器55→油箱61。
4、其他液壓元件的作用
液控主控制換向閥32、定差溢流閥33、安全閥34和梭閥35組成流量放大閥。
梭閥35把液動(dòng)主控制閥32的出口壓力引至定差溢流閥33的彈簧腔，液動(dòng)主控制閥32的進(jìn)口壓力作用定差溢流閥33的另一腔，使得液動(dòng)主控制閥32進(jìn)出口壓力差基本恒定，轉(zhuǎn)向液壓缸54的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)取決于液動(dòng)主控制閥32的閥口面積。
5、過載保護(hù)
當(dāng)先導(dǎo)泵工作時(shí)過載，先導(dǎo)泵3→直動(dòng)式溢流閥28→過濾器56→油箱61；當(dāng)工作裝置和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不工作時(shí)，先導(dǎo)泵3→換向閥8（右位工作）→過濾器56→油箱61。
轉(zhuǎn)向液壓缸54的高壓油→梭閥35→安全閥34→過濾器55→油箱61。
第二章 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定
2.1 行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)若干問題
1、由設(shè)計(jì)要求知：
最大行走速度=15
=（1-） （2-1）
式中： ——滑轉(zhuǎn)率，=0.03～0.05 ，取=0.04。
則： 理論行駛速度
=
=
=15.625
2、理論行駛速度
=2=0.377 （2-2）
式中： ——驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑（），=0.680；
——驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速（）。
則： =
=
=60.982
3、最大行駛速度發(fā)生在運(yùn)輸工況：最大牽引力產(chǎn)生在裝載機(jī)以作業(yè)速度插入料堆時(shí)。
4、進(jìn)行牽引力和扭矩計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮驅(qū)動(dòng)輪的數(shù)目。
2.1.1 液壓泵參數(shù)的確定
= （2-3）
式中： ——液壓泵的排量（）；
——液壓泵吸排油口壓力差（），
由設(shè)計(jì)要求知其工作壓力為18～26，取=25，其背壓為0.5，則=25-0.5=24.5=24.5；
——液壓泵的轉(zhuǎn)速（），
取=1000==104.667；
——最大行駛速度（），
=15 ==4.167；
——液壓泵與液壓馬達(dá)的總效率，取=0.8；
——行走時(shí)的最大牽引力（），
=+= + ；
——滾動(dòng)阻力()；
——爬坡阻力()，一般小坡度可取=0.3；
——滾動(dòng)阻力系數(shù)，取f=0.03；
——裝載機(jī)重量()，G=240000。
則 ==39600
注：由于系統(tǒng)是四輪驅(qū)動(dòng)，采用的2個(gè)泵，所以計(jì)算時(shí)要除以2。
——液壓馬達(dá)的變速范圍，
定量馬達(dá)=1，若采用變量泵系統(tǒng)，馬達(dá)的變速范圍=1。
則： =
=
=8.044
液壓泵的理論流量：
=
=8.044
=505.163
液壓泵的功率：
=
=
=210.485
2.1.2 液壓馬達(dá)的參數(shù)
液壓馬達(dá)的排量：
（2-4）
式中： ——液壓馬達(dá)的最大轉(zhuǎn)速（），
===6.135；
——液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，取=0.92；
——液壓馬達(dá)的進(jìn)出口壓力差（），
=25-1=24=24；
——最大牽引力（），
采用的是4馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，則：==19800。
則：
=
=6.098
其液壓馬達(dá)的理論流量：
=
=224.211
液壓馬達(dá)的扭矩：
=
=198000.680
=13464
=6.208
2.2.1 液壓缸流量的計(jì)算
活塞桿外伸速度：
= （2-18）
活塞桿縮回速度：
（2-19）
式中： ——缸的容積效率；取=0.85
1、動(dòng)臂液壓缸：
提升時(shí)間2～5，下降時(shí)間3～6，行程=560
===70 =14
===112 =11.2
即
=
=1564.458
=
=589.581
2、 鏟斗液壓缸：
鏟斗卸載時(shí)間3～6，轉(zhuǎn)斗時(shí)間2～5，行程=520
===104=10.4
===130 =13
即
=
=1500.735
=
=903.440
2.3 原動(dòng)機(jī)功率選擇計(jì)算
2.3.1 運(yùn)輸工況功率
（） （2-20）
式中： ——產(chǎn)生最大速度時(shí)的驅(qū)動(dòng)力（），
=；
——額定牽引力（），
=；
——機(jī)械的附著重量（），
四輪驅(qū)動(dòng)為機(jī)重，=240000；
——額定附著系數(shù)，=0.45～0.55，取=0.5。
——滾動(dòng)阻力，
=；
——機(jī)重（），=240000；
——滾動(dòng)阻力系數(shù)，取=0.03。
=
=2400000.5+2400000.03
=127200
——傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率，取=0.8；
——為轉(zhuǎn)向泵（空載）、工作泵（空載）消耗功率總和。
=
=12.240
=
=43.229
=+
=12.240+43.229
=55.469
則
=+55.469
=718.022
≈718
2.3.2 插入工況功率
（2-21）
式中： ——裝載機(jī)插入時(shí)的原動(dòng)機(jī)功率（）；
——最大插入阻力（），
最大牽引力=+=198004=79200
——裝載機(jī)自重（），=240000；
——滾動(dòng)阻力系數(shù)，=0.1；
——道路坡度，上坡為正，下坡為負(fù)，=10‰；
——裝載機(jī)的插入速度，=0.8～1.1；
——考慮其他阻力系數(shù)，=1.20～1.25，取=1.225；
——泵到馬達(dá)的總效率，取=0.8。
則 =
=79200
=52800
=
=80850
=80.85
第三章 非標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的設(shè)計(jì)
3.1 動(dòng)臂液壓缸的設(shè)計(jì)
如圖3.1所示，為動(dòng)臂液壓缸。當(dāng)左端進(jìn)油時(shí)活塞桿伸出，動(dòng)臂舉升；當(dāng)右端進(jìn)油時(shí)，動(dòng)臂下降；當(dāng)兩端都與油箱連通時(shí)，動(dòng)臂浮動(dòng)。
圖3.1 動(dòng)臂液壓缸
3.1.1 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
1、查表選用雙作用單活塞桿液壓缸，選用尾部耳環(huán)式安裝方式；
2、由于動(dòng)臂液壓缸采用2個(gè)，所以==100000；
3、系統(tǒng)的工作壓力為10～14，取系統(tǒng)的工作壓力為12，往復(fù)速比===2.21，則取=2，即缸徑=100，活塞桿直徑=80；
4、動(dòng)臂液壓缸的行程為560，速度為：提升時(shí)，=7
下降時(shí)，=11.2
流量為：提升時(shí)，=782.229
下降時(shí)，=589.581
查表得出供油口的直徑：=16。
3.1.2 液壓缸的作用能力、作用時(shí)間及儲(chǔ)油量的計(jì)算
1、如圖3.2，當(dāng)向有桿腔供油時(shí)，活塞桿向內(nèi)收進(jìn)時(shí)的拉力為：
圖3.2 雙作用液壓缸
（5-1）
式中：——活塞桿直徑（）；
——缸內(nèi)徑（）；
——工作壓力（）；
——液壓缸機(jī)械效率，一般取=0.95。
=
=51009.3
2、液壓缸的作用時(shí)間（油從活塞腔供入時(shí)的情況）：
（5-2）
式中：——缸內(nèi)徑（）；
——行程（）；
——流量（）。
=
=6.8
6＜＜9 ；符合條件。
3、液壓缸的儲(chǔ)油量：
= （5-3）
=
=5319.16
3.1.3 液壓缸壁厚的計(jì)算
≥ （5-4）
式中：——試驗(yàn)壓力（），
額定壓力≤16，
＞16，；
——缸內(nèi)徑（）；
——缸體材料許用拉應(yīng)力（），
采用無(wú)縫鋼管，=（100～110），取=105。
則 ≥
=
=0.00943
取=0.01=10，==0.091＜=0.1，為薄壁鋼筒。
3.1.4 活塞桿的計(jì)算
1、按強(qiáng)度條件驗(yàn)算活塞桿直徑：
查表得：=930＞10=80；
當(dāng)＞10時(shí)的受壓柱塞或活塞桿需作壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算（即是縱向彎曲極限力計(jì)算）。
2、縱向彎曲極限力計(jì)算
液壓缸受縱向力以后，產(chǎn)生軸線彎曲，當(dāng)縱向力達(dá)到極限力以后，缸產(chǎn)生縱向彎曲，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式，活塞桿直徑及行程有關(guān)。
細(xì)長(zhǎng)＞時(shí)： （5-5）
細(xì)長(zhǎng)≤時(shí): （5-6）
式中： ——活塞桿的計(jì)算長(zhǎng)度（），
查表得：取兩端鉸接，=930；
——活塞桿橫截面積回轉(zhuǎn)半徑（），
===20；
——活塞桿橫截面積轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（），
===2009600；
——活塞桿橫截面積（），
===5024；
——柔性系數(shù)，對(duì)鋼取=85；
——端蓋安裝形式系數(shù)，
查表得：=1；
——材料彈性模數(shù)（），
對(duì)鋼=206；
——材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值（），
對(duì)鋼≈490；
——系數(shù)，對(duì)鋼取。
==46.5，==85，
≤，
即有：
=
=1718566.093
3、縱向彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算：
≥ （5-7）
式中：——安全系數(shù)，一般取=2～4，取=3；
——活塞桿推力（），
===113982。
=1139823=341946
=1718566.093＞=341946，
符合條件。
3.1.5 液壓缸零件的連接計(jì)算
1、缸體和缸底的焊縫強(qiáng)度計(jì)算
缸體與缸底用電焊連接時(shí)焊縫應(yīng)力：
≤ （5-8）
式中：——活塞桿推力（），
===113982；
——焊接效率，可取=0.7；
——焊條材料的抗拉強(qiáng)度（），
其材料和缸體的抗拉強(qiáng)度差不多，取=105。
由圖3.3知：==110+210=130
==110+10=120
圖3.3 缸體與缸底焊接
即有：
=
=82.971
=82.971＜=105
符合條件。
2、缸體與缸蓋用法蘭連接的螺栓計(jì)算
許用應(yīng)力：
（5-9）
式中：——螺栓或拉桿的數(shù)量，
查表得：=12；
——螺栓螺紋部分危險(xiǎn)剖面計(jì)算面積（），
查表得：==78.5；
——螺紋預(yù)緊系數(shù)，可取=1.35～1.6，取=1.4；
——液壓缸最大推力，
===113982；
即有：
=
=169.4
3、活塞與活塞桿半環(huán)連接的計(jì)算
活塞桿的拉力：
（5-10）
式中：——活塞桿直徑（）；
——缸內(nèi)徑（）；
——工作壓力（）。
即有：
=
=53694
活塞桿危險(xiǎn)斷面處的合成應(yīng)力（考慮近似等于活塞桿退刀槽處的拉應(yīng)力）：
（5-11）
式中：——活塞桿拉力（）；
——活塞桿危險(xiǎn)斷面處的直徑（），
查表得：=49；
——系數(shù)，可取=1.4；
——許用應(yīng)力（），
活塞桿采用調(diào)質(zhì)強(qiáng)度HB=240～270的40鋼，=400。
即有：
=
=39.883
＜
符合條件。
4、活塞桿與活塞肩部壓應(yīng)力驗(yàn)算
（5-12）
式中： ——活塞桿直徑（），=0.08；
——活塞上的鉆孔直徑（），
——作用于活塞上的工作壓力()；
——活塞上鉆孔的倒角尺寸()，
==0.804；
——許用壓應(yīng)力()，
活塞材料采用耐磨鑄鐵（A3），則=160。
=
=63.435
＜
符合條件。
3.2 直動(dòng)式溢流閥的設(shè)計(jì)
如圖3.4所示為滑閥型直動(dòng)式溢流閥，壓力油從進(jìn)油口進(jìn)入閥后，經(jīng)過阻尼孔作用在閥芯底下，閥芯的底面上受到油壓的作用形成一個(gè)向上的液壓力。當(dāng)液壓力小于彈簧力時(shí)，閥芯在調(diào)壓彈簧的預(yù)壓縮力作用下處于最下端，由底端螺塞限位，閥處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)液壓力等于或大于調(diào)壓彈簧力時(shí)，閥芯向上運(yùn)動(dòng)，上移封油長(zhǎng)度S后閥口開啟，進(jìn)口壓力油經(jīng)閥口流回油箱，此時(shí)閥芯處于受力平衡狀態(tài)。
圖3.4 直動(dòng)式溢流閥
3.2.1 設(shè)計(jì)要求
1、額定壓力=2.5；
2、額定流量為先導(dǎo)泵的出口流量，其=72.5。
3.2.2 主要結(jié)構(gòu)尺寸的初步確定
1、進(jìn)出油口直徑：
按額定流量和允許流速來確定，則：
= （5-13）
式中： ——額定流量()；
——允許流速()，一般取=6。
即 ==0.0160
取 =16
2、閥芯的直徑：
按經(jīng)驗(yàn)取 ～0.92）
=（0.5～0.82）16
=8～13.12
取 =13
3、閥芯活塞直徑：
按經(jīng)驗(yàn)取 =（1.6～2.3）
=（1.6～2.3）13
=20.8～29.9
取 =30
對(duì)閥的靜態(tài)特性影響很大，按上式選取時(shí)，對(duì)額定流量小的閥選較大的值。
4、節(jié)流孔直徑、長(zhǎng)度：
按經(jīng)驗(yàn)取 =0.08～0.2
=（7～19）
取 =0.2=2
=25
節(jié)流孔的尺寸和對(duì)溢流閥性能有重要影響。如果節(jié)流孔太大或太短，則節(jié)流作用不夠，將使閥的啟閉特性變差，而且工作中會(huì)出現(xiàn)較大的壓力振擺；反之，如果節(jié)流孔太小或太長(zhǎng)，則閥的動(dòng)作會(huì)不穩(wěn)定，壓力超調(diào)量也會(huì)加大。
5、閥芯溢流孔直徑和
和可根據(jù)結(jié)構(gòu)確定，但不要太小，以免產(chǎn)生的壓差過大，不利于閥的開啟。
6、閥體沉割直徑、沉割寬度
按經(jīng)驗(yàn)取 =+（0.1～1.5）
=30+（1～15）
=31～45
取 =40
按結(jié)構(gòu)確定，應(yīng)保證進(jìn)出油口直徑的要求。
7、調(diào)壓桿的有效長(zhǎng)度
應(yīng)保證閥芯的位移要求，即
≥
式中：——閥的最大開度，其大小見靜態(tài)特性計(jì)算。
8、直動(dòng)式溢流閥的其他尺寸按結(jié)構(gòu)要求定。
3.2.3 靜態(tài)特性計(jì)算
靜態(tài)特性計(jì)算主要內(nèi)容是根據(jù)要求的定壓精度和卸荷壓力確定彈簧及閥口
開度等主要參數(shù)。
1、額定開度計(jì)算
（5-14）
式中： ——額定壓力（）；
——閥芯直徑（）；
——油液密度；
——閥口流量系數(shù)，=0.78。
即有
=
=0.000509
2、按開啟比率確定彈簧的預(yù)壓縮量
溢流閥的開啟比率：
（5-15）
故彈簧的預(yù)壓縮量：
（5-16）
式中： ——閥口處液流的射出角（°）， =69°；
——一般在計(jì)算中可取=0.9～0.95。
即有
=
=-0.0375
3、確定彈簧的剛度
因 （5-17）
故
=
=8181.008
應(yīng)該注意，這里的預(yù)壓縮量是指閥口剛關(guān)閉時(shí)的數(shù)值，故包括了滑閥的封油產(chǎn)度。
4、按要求的卸荷壓力值，計(jì)算滑閥的最大開口量
（5-18）
式中： ——卸荷壓力（），通常取=（0.15～0.35），取=0.2。
即有
=
=0.0018
3.2.4 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算
1、選擇材料和許用切應(yīng)力
根據(jù)彈簧的工作條件，屬Ⅲ類載荷彈簧，選用碳素彈簧鋼絲。初步假定鋼絲的直徑=2.5，中徑=16，查表得其抗拉強(qiáng)度=1710。查表得其許用切應(yīng)力=0.5=0.51710=855。查表得其切變模量=79。
2、彈簧鋼絲直徑
由彈簧直徑和彈簧中經(jīng)計(jì)算其旋繞比
==6.4
查得其曲度系數(shù)=1.23。
計(jì)算材料的直徑
≥ （5-19）
式中： ——彈簧的工作載荷（），
==306.788；
——許用切應(yīng)力（）；
——曲度系數(shù)，=1.23；
——旋繞比，=6.4。
即有 ≥
=
=2.46
根據(jù)GB135，取=2.5,與原假設(shè)吻合。
3、彈簧有效圈數(shù)
圈 （5-20）
式中： ——切變模量（）；
——彈簧中徑（）；
——旋繞比，=6.4；
——彈簧剛度（）。
則
=
=11.51圈
取有效圈數(shù)=11.5圈，取支承圈=2.5圈，則總?cè)?shù)
=11.5+2.5
=14圈
彈簧的幾何參數(shù)總結(jié)在表5.1：
表3.1 彈簧的幾何尺寸
名稱
代號(hào)
單位
計(jì)算方法或公式及其結(jié)果
材料直徑
2.5
彈簧中徑
16
彈簧內(nèi)徑
=16-2.5=13.5
彈簧外徑
=16+2.5=18.5
有效圈數(shù)
11.5
壓縮彈簧的
支承圈數(shù)
2.5
總?cè)?shù)
=11.5+2.5=14
節(jié)距
=（0.28～0.5）=4.48～8，取=6
間距
=6-2.5=3.5
自有高度
=611.5+22.5=74
壓縮彈簧高徑比
==4.625
螺旋角
（°）
==6.81
彈簧材料的展開長(zhǎng)度
4、壓縮彈簧穩(wěn)定性驗(yàn)算
高徑比較大的壓縮彈簧，軸向載荷達(dá)到一定值就會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎曲而失去穩(wěn)定性。為保證穩(wěn)定性，高徑比3.7＜=4.625＜5.3，采用兩端固定。
5、彈簧工作圖，如圖3.5：
圖3.5 彈簧工作圖
第四章 結(jié)束語(yǔ)
裝載機(jī)是一種作業(yè)效率高，機(jī)動(dòng)靈活，用途廣泛的工程機(jī)械，主要用于裝卸運(yùn)作業(yè)和地面平整工作。本設(shè)計(jì)完成了5全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)——直動(dòng)式溢流閥的設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括：液壓系統(tǒng)圖的擬定，元件的計(jì)算和選擇，系統(tǒng)的壓力損失計(jì)算和溫升計(jì)算，非標(biāo)件直動(dòng)式溢流閥和動(dòng)臂液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。
首先，行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)采用腳踏式操縱、先導(dǎo)控制的液控調(diào)速方式，使調(diào)速換向更為簡(jiǎn)便。系統(tǒng)設(shè)有補(bǔ)油和熱交換回路、主泵回零及制動(dòng)回路、補(bǔ)油回路和壓力保護(hù)回路，很好的增加了元件的耐用性。系統(tǒng)采用前后輪驅(qū)動(dòng)，空載行走時(shí)，采用前輪驅(qū)動(dòng)：載重行走時(shí)，采用前后輪驅(qū)動(dòng)，這樣作業(yè)效率增加，且節(jié)約燃料。由于液壓行走系統(tǒng)壓力損失和溫升很大，所以目前的裝載機(jī)的行走系統(tǒng)很少采用液壓，參考的東西比較少，所以在元件的選擇上，具有一定的盲目性。
工作裝置液壓系統(tǒng)采用先導(dǎo)控制，使得整個(gè)工作裝置操作起來更加簡(jiǎn)便。系統(tǒng)設(shè)有過載保護(hù)和吸空補(bǔ)油回路，很好的保護(hù)了系統(tǒng)中的各元件。動(dòng)臂液壓缸的控制部分設(shè)有浮動(dòng)位，簡(jiǎn)化了駕駛員的操作。
轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)采用方向盤轉(zhuǎn)向，運(yùn)用人機(jī)學(xué)，使駕駛室的布置更為合理，便于操縱。當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)狀況，駕駛員可以抱緊方向盤，更好的保證自己的安全。系統(tǒng)中采用流量放大器，使裝載機(jī)轉(zhuǎn)向更加靈活、準(zhǔn)確。
整個(gè)系統(tǒng)安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊和維修方便。
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[11]理論力學(xué)（M）.西北工業(yè)大學(xué)出版社 2004 尹冠生
附錄
名稱
序號(hào)
圖紙張數(shù)
圖幅
圖號(hào)
5全液壓輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)
1
1
A0
01-00-00-00
動(dòng)臂液壓缸
2
1
A1
01-01-00-00
缸頭
3
1
A3
01-01-01-00
缸筒
4
1
A4
01-01-01-01
直動(dòng)式溢流閥
5
1
A1
01-02-00-00
閥芯
6
1
A4
01-02-01-00
閥體
7
1
A2
01-02-02-00
32