1575-挖掘機(jī)公裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)袁宇,挖掘機(jī),裝置,液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì),袁宇 1挖掘機(jī)公裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要: 液壓技術(shù)是現(xiàn)代挖掘機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)，其性能的優(yōu)劣決定著挖掘機(jī)工作性能的高低，目前液壓傳動(dòng)的許多先進(jìn)技術(shù)都體現(xiàn)在挖掘機(jī)上。本文在介紹挖掘機(jī)及其液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷史前提下，首先論述了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本回路，其次設(shè)計(jì)了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)，包括工作原理分析，系統(tǒng)工作循環(huán)和工作回路進(jìn)行分析，主要液壓元件在系統(tǒng)中的作用，液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)算、強(qiáng)度校核、泵的流量計(jì)算，閥及其他液壓元件的選擇；結(jié)合挖掘機(jī)的基本動(dòng)作，設(shè)計(jì)電氣控制電路。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)液壓系統(tǒng); 液壓缸; 挖掘機(jī)電氣系統(tǒng)The Design of Excavator Test PlatformAbstract: Hydraulic technology is the technical foundation of modern excavators, the merits of the function determines the level of excavators working, currently many advanced technology of hydraulic drive were reflected in the excavator. This paper introduces the technology of hydraulic excavators and its history, and under this premise, its discussed the basic circuit of hydraulic excavators. Followed by the design of the excavator hydraulic system, including the operating principle ,system duty cycle and working circuit analysis of the main hydraulic components in the system's role in the structural design of hydraulic cylinder and the size calculation, strength check, pump volume, valves and other hydraulic components of the selection; combination of the basic movements excavator, the design of electrical control circuit.Key words: Excavator hydraulic system; hydraulic cylinder; excavator working cycle electrical system 2前言挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)是挖掘機(jī)上重要的組成部分，它是挖掘機(jī)工作循環(huán)的的動(dòng)力系統(tǒng)。挖掘機(jī)的工作條件惡劣，且動(dòng)臂和底盤動(dòng)作非常頻繁，因此要求液壓系統(tǒng)工作穩(wěn)定，平均無故障時(shí)間長。因此，液壓系統(tǒng)的性能優(yōu)劣決定著挖掘機(jī)工作性能的高低。液壓技術(shù)的發(fā)展直接關(guān)系挖掘機(jī)的發(fā)展，挖掘機(jī)與液壓技術(shù)密不可分，二者相互促進(jìn)。液壓技術(shù)是現(xiàn)代挖掘機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)，挖掘機(jī)的發(fā)展又促進(jìn)了液壓技術(shù)的提高。挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)復(fù)雜，可以說目前液壓傳動(dòng)的許多先進(jìn)技術(shù)都體現(xiàn)在挖掘機(jī)上。挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成，它們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回路、支腿順序回路、支腿鎖止回路和先導(dǎo)閥操縱回路等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。隨著科技的進(jìn)步，挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)將更加復(fù)雜，功能更加多樣且便于操作控制，工作效率高，耗能少，先進(jìn)的液壓系統(tǒng)會(huì)使挖掘機(jī)在工程領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。31． 緒論1.1 選題意義隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，液壓挖掘機(jī)在各種工程建設(shè)領(lǐng)域，特別是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中所起的作用越來越明顯，液壓挖掘機(jī)作為一類快速、高效的施工機(jī)械愈來愈被人們所認(rèn)識(shí)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003 年我國挖掘機(jī)總銷售量突破 6 萬臺(tái)，其中國內(nèi)挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)銷量總和達(dá)到 3.48 萬臺(tái)，成為世界第一大挖掘機(jī)市場。挖掘機(jī)的發(fā)展與液壓技術(shù)密不可分，二者相互促進(jìn)，一方面，液壓技術(shù)是現(xiàn)代挖掘機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)，另一方面，挖掘機(jī)的發(fā)展又促進(jìn)了液壓技術(shù)的提高。挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)復(fù)雜，其性能的優(yōu)劣決定著挖掘工作性能的高低，可以說目前液壓傳動(dòng)的許多先進(jìn)技術(shù)都體現(xiàn)在挖掘機(jī)上。近年來，有關(guān)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的文獻(xiàn)并不少見，但文獻(xiàn)的內(nèi)容大多針對(duì)某一專題進(jìn)行研究，系統(tǒng)地論述現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的論文卻較少，因此研究挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。1.2 挖掘機(jī)及其液壓技術(shù)概述挖掘機(jī)的發(fā)展史可追溯到 19 世紀(jì)三四十年代。美國實(shí)施西部大開發(fā)工程催生了以蒸汽機(jī)作為動(dòng)力，模仿人體大臂、小臂和手腕構(gòu)造，能行走和扭腰的挖掘機(jī)。隨后的一百多年中，挖掘機(jī)并沒有得到很大發(fā)展，其原因一是當(dāng)時(shí)的工程主要是國土開發(fā)、大規(guī)模的筑路和整修場地等，平面作業(yè)較多，使鏟土運(yùn)輸機(jī)械成為當(dāng)時(shí)的主力機(jī)種，二是挖掘機(jī)作業(yè)裝置動(dòng)作多、運(yùn)動(dòng)范圍大、采用多自由度機(jī)構(gòu)，機(jī)械傳動(dòng)難以適應(yīng)這些要求，而當(dāng)時(shí)的液壓技術(shù)還不成熟，不能大規(guī)模地應(yīng)用到實(shí)際工業(yè)中。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，工程建設(shè)和施工形式逐漸向土木施工方向發(fā)展，同時(shí)液壓技術(shù)也逐步得以完善，這些因素的變化反過來又促進(jìn)挖掘機(jī)的不斷更新?lián)Q代。20 世紀(jì) 40 年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓鏟的懸掛式挖掘機(jī)，50 年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)，60 年代，當(dāng)液壓傳動(dòng)技術(shù)成為成熟的傳動(dòng)技術(shù)時(shí)，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入了推廣和蓬勃發(fā)展吉階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快（見表 1—1） ，產(chǎn)量猛增。1968～1970 年間液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量已占挖掘機(jī)總產(chǎn)量的 83%，目前已接近 100%，所謂挖掘機(jī)在現(xiàn)代主要是指液壓挖掘機(jī)，機(jī)械式挖掘機(jī)已很少見，液壓傳動(dòng)技術(shù)為挖掘機(jī)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。4表 1-1 液壓挖掘機(jī)制造廠及型號(hào)增長情況Tab. 1-1 Hydraulic excavator factory and growth circumstance制造廠家 產(chǎn)品型號(hào)國別1963 1966 1969 1972 1963 1966 1969 1972西德 5 17 17 18 12 36 74 106美國 2 8 14 17 4 19 43 73法國 5 8 7 3 10 26 27 31意大利 3 6 8 11 3 7 18 42英國 3 6 9 9 3 12 22 28日本 — 4 13 14 — 6 28 44合計(jì) 18 49 68 72 32 106 212 324液壓傳動(dòng)是挖掘機(jī)的重要組成部分之一，目前常用的傳動(dòng)方式有機(jī)械傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和流體傳動(dòng)。流體傳動(dòng)包括液體傳動(dòng)和氣體傳動(dòng)，液體傳動(dòng)又分為液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)。所謂液壓傳動(dòng)是指在密閉的回路中，利用液體的壓力能來進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和分配的液體傳動(dòng)。在現(xiàn)代工業(yè)中液壓傳動(dòng)技術(shù)幾乎應(yīng)用于所有機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和控制，如操縱車輛轉(zhuǎn)向和制動(dòng)，控制和驅(qū)動(dòng)飛機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、采礦機(jī)械、食品機(jī)械和醫(yī)療機(jī)械等1650 年法國帕斯卡提出的封閉靜止流體中壓力傳遞的帕斯卡原理成為液壓傳動(dòng)的理論基礎(chǔ)，此后液壓傳動(dòng)理論不斷得以豐富和完善，如 1686 年牛頓揭示了粘性流體的內(nèi)磨擦定律，18 世紀(jì)建立了流體力學(xué)的兩個(gè)重要方程：連續(xù)性方程和伯努利方程。豐富的理論和實(shí)踐的需要促進(jìn)了液體應(yīng)用技術(shù)和成果的不斷涌現(xiàn)。1795 年英國人約瑟夫步拉默發(fā)明了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)；隨后出現(xiàn)在英國的工業(yè)革命促進(jìn)了液壓技術(shù)的迅速發(fā)展；到 1870 年液壓傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)被用來驅(qū)動(dòng)各種液壓設(shè)備，如液壓機(jī)、起重機(jī)、絞車、擠壓機(jī)、剪切機(jī)和鉚接機(jī)等； 1900 年，世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)軸向柱塞泵；1910 年及 1922 年海勒 .肖及漢斯.托馬斯研制出用油作工作介質(zhì)的徑向柱塞泵；1926 第一套由泵﹑控制閥和執(zhí)行元件組成的集成液壓系統(tǒng)在美國誕生；1936 年哈里?威克斯又發(fā)明了先導(dǎo)式液流閥。第二次世界大戰(zhàn)之后，美國麻省理工學(xué)院的布萊克本、李詩穎等人對(duì)液壓伺服控制問題作了深入的研究，于 1958 年制造了噴嘴擋板型電液伺服閥；20 世紀(jì)六十年代末，電液比例閥應(yīng)運(yùn)而生； 70 年代后期，德美等國相繼研制成負(fù)載敏感泵及大功率電磁閥；近年來，為適應(yīng)機(jī)電一體化、控制柔性化和計(jì)算機(jī)集中控制的要求，液壓系統(tǒng)的研究已由手動(dòng)控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制和信號(hào)控制。目前液壓技術(shù)的研究和發(fā)展動(dòng)向主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）提高效率，降低能耗。 （2）提高5技術(shù)性能和控制性能。 （3）發(fā)展集成、復(fù)合、小型化、輕量化元件。 （4）開展液壓系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)方面的研究與開發(fā)。 （5）加強(qiáng)以提高安全性和環(huán)境保護(hù)為目的研究開發(fā)。 （6）提高液壓元件和系統(tǒng)的工作可靠性。 （7）標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化。 （8）開展液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和系統(tǒng)性能分析研究 [20]。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從 1954 年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)第一臺(tái)機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體經(jīng)歷了測繪仿制、自主研發(fā)和發(fā)展提高三個(gè)階段。新中國成立初期，以測繪仿制前蘇聯(lián) 20 世紀(jì) 30～40 年代的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)為主，開始了我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史，由于當(dāng)時(shí)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，先后建立起十多家挖掘機(jī)生產(chǎn)廠，到 20 世紀(jì) 80 年代末，我國的中小型液壓挖掘機(jī)已形成系列，但總的說來，我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)批量小，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，與國際先進(jìn)水平相比，差距較大。改革開放以來，生產(chǎn)企業(yè)積極引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)了我國挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展，目前國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的產(chǎn)品性能指標(biāo)已達(dá)到 20 世紀(jì) 80 年代的國際水平，部分產(chǎn)品達(dá)到了 90 年代的水平。國外挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史較長，液壓技術(shù)的不斷成熟使挖掘機(jī)得到全面發(fā)展。德國是世界上較早開發(fā)研制挖掘機(jī)的國家，1954 年和 1955 年德國的德馬克和利渤海爾兩家公司分別開發(fā)了全液壓挖掘機(jī)；美國是繼德國以后生產(chǎn)挖掘機(jī)歷史最長、數(shù)量最大、品種最多和技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位的國家；日本挖掘機(jī)制造業(yè)是在二次大戰(zhàn)后發(fā)展起來的，其主要特點(diǎn)是在引進(jìn)、消化先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過大膽創(chuàng)新發(fā)展起來的；韓國是液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)的后起之秀，20 世紀(jì) 70 年代開始引進(jìn)技術(shù)，由于產(chǎn)業(yè)政策支持，很快進(jìn)入國際市場，并已擠入國際液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國之一。20 世紀(jì) 60 年代，挖掘機(jī)進(jìn)入成熟期，各國挖掘機(jī)制造商紛紛采用液壓技術(shù)并與其它技術(shù)相結(jié)合，使產(chǎn)品的適應(yīng)性得到較快發(fā)展，產(chǎn)品壽命和質(zhì)量不斷提高操縱更加舒適，產(chǎn)品更加節(jié)能。例如美國卡特彼勒公司 1995 年以后推出的 300B 系列液壓挖掘機(jī)，采用一種命名為 maestro 的系統(tǒng)，通過載荷傳感液壓裝置，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，實(shí)現(xiàn)與液壓泵的嚴(yán)格匹配。Maestro 控制面板在機(jī)型上安裝兩種功率模式和四種工況狀態(tài)，允許用戶自行決定功率工況模式。再如韓國現(xiàn)代公司生產(chǎn)的 ROBEX450-3 型液壓挖掘機(jī)，有四種功率模式，通過集成化的電子控制系統(tǒng)自動(dòng)確定最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓泵的輸出參數(shù)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵的速度及液壓系統(tǒng)壓力與實(shí)際工況相適應(yīng)，從而獲得最高的生產(chǎn)率和最佳的燃油消耗。此種技術(shù)在日本小松、日立建機(jī)、神鋼、韓國大宇重工、德國的利渤海爾、英國的 JCB 等公司均得到普遍應(yīng)用，代表了當(dāng)代液壓挖掘機(jī)的最高水平。61.4 挖掘機(jī)發(fā)展趨勢隨著液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)化方向發(fā)展，挖掘機(jī)對(duì)液壓技術(shù)的要求不斷提高并呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：（1）迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)并進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時(shí)用增大流量來補(bǔ)償，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率；當(dāng)外阻力增大時(shí)則減少流量（降低速度） ，使挖掘力成倍增加；采用三回路液壓系統(tǒng)，產(chǎn)生三個(gè)互不成影響的獨(dú)立工作運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功率匹配，將第三泵在其他工作運(yùn)動(dòng)上接通，成為開式回路第二個(gè)獨(dú)立的快速運(yùn)動(dòng)。液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上的普遍使用，為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件，液壓、電子和自動(dòng)化技術(shù)日益結(jié)合，共同促進(jìn)挖掘機(jī)的控制性能不斷提高。挖掘機(jī)由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。20 世紀(jì) 70 年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對(duì)環(huán)境的污染，使挖掘機(jī)的操作更加輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機(jī)噪音，改善駕駛員工作條件，電子和自動(dòng)控制技術(shù)逐步應(yīng)用在挖掘機(jī)上。隨著對(duì)挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，機(jī)電一體化技術(shù)在挖掘機(jī)上得以廣泛應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。20 世紀(jì) 80 年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機(jī)、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，推動(dòng)了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，亦即目前先進(jìn)的挖掘機(jī)上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)怠速及油門控制系統(tǒng)、功率優(yōu)化系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等電控系統(tǒng)。所有這一切，都是挖掘機(jī)的全液壓化奠定的基礎(chǔ)并為挖掘機(jī)的全面發(fā)展創(chuàng)造了美好的前景。（2）重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如美國林肯貝爾特公司新 C 系列 LS-5800 型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)，還安裝了 CAPS（計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），提高了挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的 FJ 系列五種新型號(hào)挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗，并延長了零部件的使用壽命；德國奧加凱（O&K）公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的 904、905、 907、909 型液壓挖掘機(jī)上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作；德國利勃海爾公司開發(fā)7了 ECO（電子控制作業(yè)）的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機(jī)的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型 B 系統(tǒng)挖掘機(jī)上采用最新的3114T 型柴油機(jī)以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進(jìn)一步提高了挖掘機(jī)的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國大宇公司在 DH280 型挖掘機(jī)上采用了 EPOS 即電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動(dòng)機(jī)始終以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、提高挖掘機(jī)的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動(dòng)機(jī)因過載而熄火。82． 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)概述2.1 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求按照挖掘機(jī)工作裝置和各個(gè)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)要求，把各種液壓元件用管路有機(jī)地連接起來就組成一個(gè)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)。它是以油液為工作介質(zhì)、利用液壓泵將發(fā)元件將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動(dòng)作。挖掘機(jī)的工作裝置主要由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及相應(yīng)的液壓缸組成，它包括動(dòng)臂、斗桿、鏟斗三個(gè)液壓回路。挖掘機(jī)的動(dòng)作復(fù)雜，主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、換向，負(fù)載變化大，沖擊和振動(dòng)頻繁，而且野外作業(yè)，溫度和地理位置變化大，因此挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求（1）要保證挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動(dòng)作，也可以相互配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。（2）工作裝置的動(dòng)作和轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能復(fù)合動(dòng)作，以提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)率。（3）履帶式挖掘機(jī)的左、右履帶分別驅(qū)動(dòng)，使挖掘機(jī)行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機(jī)的靈活性。（4）保證挖掘機(jī)的一切動(dòng)作可逆，且無級(jí)變速。（5）保證挖掘機(jī)工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）有良好的過載保護(hù)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動(dòng)和限速；防止動(dòng)臂因自重而快速下降和整機(jī)超速溜坡。為此，液壓系統(tǒng)應(yīng)做到：（1）有高的傳動(dòng)效率，以充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃料使用經(jīng)濟(jì)性。（2）液壓系統(tǒng)和液壓元件在變化大的負(fù)載、急劇的振動(dòng)作用下，具有足夠的可靠性。（3）設(shè)置輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機(jī)持續(xù)工作時(shí)的液壓油溫不超過 80℃，或溫升不超過 45℃。（4）由于挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密封性能要好，液壓元件對(duì)油液污染的敏感性要低，整個(gè)液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。（5）采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機(jī)設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)而提高挖掘機(jī)技術(shù)性能和減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。因?yàn)榇苏n題只是挖掘機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，所以只要求對(duì)挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。92.2 挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)的挖掘動(dòng)作分析通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別進(jìn)行單獨(dú)挖掘，或者兩者配合進(jìn)行挖掘。在挖掘過程中主要是鏟斗和斗桿有復(fù)合動(dòng)作，必要時(shí)配以動(dòng)臂動(dòng)作。2.3 挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)的基本回路分析基本回路是由一個(gè)或幾個(gè)液壓元件組成、能夠完成特定的單一功能的典型回路，它是液壓系統(tǒng)的組成單元。液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中基本回路有限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流回路、行走回路、合流回路、再生回路、閉鎖回路、操縱回路等。2.3.1 限壓回路限壓回路用來限制壓力，使其不超過某一調(diào)定值。限壓的目的有兩個(gè)：一是限制系統(tǒng)的最大壓力，使系統(tǒng)和元件不因過載而損壞，通常用安全閥來實(shí)現(xiàn)，安全閥設(shè)置在主油泵出油口附近；二是根據(jù)工作需要，使系統(tǒng)中某部分壓力保持定值或不超過某值，通常用溢流閥實(shí)現(xiàn)，溢流閥可使系統(tǒng)根據(jù)調(diào)定壓力工作，多余的流量通過此閥流回油箱，因此溢流閥是常開的。液壓挖掘機(jī)執(zhí)行元件的進(jìn)油和回油路上常成對(duì)地并聯(lián)有限壓閥，限制液壓缸、液壓馬達(dá)在閉鎖狀態(tài)下的最大閉鎖壓力，超過此壓力時(shí)限壓閥打開、卸載保護(hù)了液壓元件和管路免受損壞，這種限壓閥（圖 2-1）實(shí)際上起了卸荷閥的作用。維持正常工作，動(dòng)臂液壓缸雖然處于“不工作狀態(tài)” ，但必須具有足夠的閉鎖力來防止活塞桿的伸出或縮回，因此須在動(dòng)臂液壓缸的進(jìn)出油路上各裝有限壓閥，當(dāng)閉鎖壓力大于限壓閥調(diào)定值時(shí)，限壓閥打開，使油液流回油箱。限壓閥的調(diào)定壓力與液壓系統(tǒng)的壓力無關(guān)，且調(diào)定壓力愈高，閉鎖壓力愈大，對(duì)挖掘機(jī)作業(yè)愈有利，但過高的調(diào)定壓力會(huì)影響液壓元件的強(qiáng)度和液壓管路的安全。通常高壓系統(tǒng)限壓閥的壓力調(diào)定不超過系統(tǒng)壓力的 25%，中高壓系統(tǒng)可以調(diào)至 25%以上。101- 換向閥 2- 溢流閥 3- 油缸圖 2-1 限壓回路上述各回轉(zhuǎn)回路中的緩沖（限壓）閥實(shí)際上起了制動(dòng)作用，換向閥 1 中位時(shí)回轉(zhuǎn)馬達(dá)兩腔油路截?cái)?，只要油路壓力低于限壓閥的調(diào)定壓力，回轉(zhuǎn)馬達(dá)即被制動(dòng)，其最大制動(dòng)力矩由限壓閥決定。當(dāng)回轉(zhuǎn)操縱閥回中位產(chǎn)生液壓制動(dòng)作用時(shí)，挖掘機(jī)上部回轉(zhuǎn)體的慣性動(dòng)能將轉(zhuǎn)換成液壓位能，接著位能又轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，使上部回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生反彈運(yùn)動(dòng)來回振動(dòng)，使回轉(zhuǎn)齒圈和油馬達(dá)小齒輪之間產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和噪聲，同時(shí)鏟斗來回晃動(dòng)，致使鏟斗中的土灑落，因此挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)油路中一般裝設(shè)防反彈閥。2.3.2 節(jié)流回路節(jié)流調(diào)速是利用節(jié)流閥的可變通流截面改變流量而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的，通常用于定量系統(tǒng)中改變執(zhí)行元件的流量。這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，能夠獲得穩(wěn)定的低速，缺點(diǎn)是功率損失大，效率低，溫升大，系統(tǒng)易發(fā)熱，作業(yè)速度受負(fù)載變化的影響較大。根據(jù)節(jié)流閥的安裝位置，節(jié)流調(diào)速有進(jìn)油節(jié)流調(diào)速和回油節(jié)流調(diào)速兩種111- 齒輪泵 2- 溢流閥 3- 節(jié)流閥 4- 換向閥 5- 油缸圖 2-3 節(jié)流回路圖 2-3 (A)為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，節(jié)流閥 3 安裝在高壓油路上，液壓泵 1 與節(jié)流閥串聯(lián)，節(jié)流閥之前裝有溢流閥 2，壓力油經(jīng)節(jié)流閥和換向閥 4 進(jìn)入液壓缸 5 的大腔使活塞右移。負(fù)載增大時(shí)液壓缸大腔壓力增大，節(jié)流閥前后的壓力差減小，因此通過節(jié)流閥的流量減少，活塞移動(dòng)速度降低，一部分油液通過液流閥流回油箱。反之，隨著負(fù)載減小，通過節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸的流量增大，加快了活塞移動(dòng)速度，液流量相應(yīng)地減少。這種節(jié)流方式由于節(jié)流后進(jìn)入執(zhí)行元件的油溫較高，增大滲漏的可能性，加以回油無阻尼，速度平穩(wěn)性較差，發(fā)熱量大，效率較低。圖 2-3 (B)為回油節(jié)流調(diào)速，節(jié)流閥安裝在低壓回路上，限制回油流量?；赜凸?jié)流后的油液雖然發(fā)熱，但進(jìn)入油箱，不會(huì)影響執(zhí)行元件的密封效果，而且回油有阻尼，速度比較穩(wěn)定。液壓挖掘機(jī)的工作裝置為了作業(yè)安全，常在液壓缸的回油回路上安裝單向節(jié)流閥，形成節(jié)流限速回路。如圖 2-3（C）所示，為了防止動(dòng)臂因自重降落速度太快而發(fā)生危險(xiǎn)，其液壓缸大腔的油路上安裝由單向閥和節(jié)流閥組成的單向節(jié)流閥。此外，斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸在相應(yīng)油路上也裝有單向節(jié)流閥。2.3.3 合流回路為了提高挖掘機(jī)生產(chǎn)效率、縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，要求動(dòng)臂提升、斗桿收放和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)有較快的作業(yè)速度，要求能雙（多）泵合流供油，一般中小型挖掘機(jī)動(dòng)臂液壓缸和斗桿液壓缸均能合流，大型挖掘機(jī)的鏟斗液壓缸也要求合流。目前采用的合流方式有閥外合流、閥內(nèi)合流及采用合流閥供油幾種合流方式。閥外合流的液壓執(zhí)行元件由兩個(gè)閥桿供油，操縱油路聯(lián)動(dòng)打開兩閥桿，壓力油通12過閥外管道連接合流供給液壓作用元件，閥外合流操縱閥數(shù)量多，閥外管道和接頭的數(shù)量也多，使用上不方便。閥內(nèi)合流的油道在內(nèi)部溝通，外面管路連接簡單，但內(nèi)部通道較復(fù)雜，閥桿直徑的設(shè)計(jì)要綜合平衡考慮各種分合流供油情況下通過的流量。合流閥合流是通過操縱合流閥實(shí)現(xiàn)油泵的合流，合流閥的結(jié)構(gòu)簡單，操縱也很方便。2.3.4 閉鎖回路圖 2-6 閉鎖回路 圖 2-7 再生回路動(dòng)臂操縱閥在中位時(shí)油缸口閉鎖，由于滑閥的密封性不好會(huì)產(chǎn)生泄露，動(dòng)臂在重力作用下會(huì)產(chǎn)生下沉，特別是挖掘機(jī)在進(jìn)行起重作業(yè)時(shí)要求停留在一定的位置上保持不下降，因此設(shè)置了動(dòng)臂支持閥組。如圖 2-6 所示，二位二通閥在彈簧力的作用下處于關(guān)閉位置，此時(shí)動(dòng)臂油缸下腔壓力油通過閥芯內(nèi)鉆孔通向插裝閥上端，將插裝閥壓緊在閥座上，阻止油缸下腔的油從 B 至 A，起閉鎖支撐作用。當(dāng)操縱動(dòng)臂下降時(shí)，在先導(dǎo)操縱油壓 P 作用下二位二通閥處于相通位置，動(dòng)臂油缸下腔壓力油通過閥芯鉆孔油道經(jīng)二位二通閥回油，由于閥芯內(nèi)鉆孔油道節(jié)流孔的節(jié)流作用，使插裝閥上下腔產(chǎn)生壓差，在壓差作用下克服彈簧力，將插裝閥打開，壓力油從 B 至 A。2.3.5 再生回路動(dòng)臂下降時(shí)，由于重力作用會(huì)使降落速度太快而發(fā)生危險(xiǎn)，動(dòng)臂缸上腔可能產(chǎn)生吸空，有的挖掘機(jī)在動(dòng)臂油缸下腔回路上裝有單向閥和節(jié)流閥組成的單向節(jié)流閥，使動(dòng)臂下降速度受節(jié)流限制，但這將引起動(dòng)臂下降慢，影響作業(yè)效率。目前挖掘機(jī)采用再生回路，如圖 2-7 所示，動(dòng)臂下降時(shí)，油泵的油經(jīng)單向閥通過動(dòng)臂操縱閥進(jìn)入動(dòng)臂油缸上腔，從動(dòng)臂油缸下腔排除的油需經(jīng)節(jié)流孔回油箱，提高了回油壓力，使得液壓油能通過補(bǔ)油單向閥供給動(dòng)臂缸上腔。這樣當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速和泵的流量較低時(shí)，能防止動(dòng)臂因重力作用下迅速下降而使動(dòng)臂缸上腔產(chǎn)生吸空?！?33． 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 挖掘機(jī)的功用和對(duì)液壓系統(tǒng)的要求液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)是由動(dòng)力元件(各種液壓泵),執(zhí)行元件(液壓缸.液壓馬達(dá)),控制元件(各種閥)以及輔助裝置(冷卻器.過濾器)用油管按一定方式連接起來組合而成。它將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能,以油液作為介質(zhì),經(jīng)動(dòng)力元件轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?進(jìn)行傳遞,然后再經(jīng)過執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機(jī)械能,實(shí)現(xiàn)主機(jī)的各種動(dòng)作。由于液壓系統(tǒng)的功能是傳遞,分配和控制機(jī)械動(dòng)力,因此是液壓挖掘機(jī)的關(guān)鍵部分。,液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成，它們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。挖掘—一般以斗桿缸動(dòng)作為主,用鏟斗缸調(diào)整切削角度,配合挖掘。有特殊要求的挖掘動(dòng)作,則根據(jù)作業(yè)要求,進(jìn)行鏟斗,斗桿和動(dòng)臂三個(gè)缸的復(fù)合動(dòng)作,以保證鏟斗按某一特定軌跡運(yùn)動(dòng)。挖掘機(jī)一般工作在施工場合,因此工作環(huán)境惡劣,這就要求挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)和執(zhí)行元件要有足夠的強(qiáng)度和非常好的密封性能。由于挖掘機(jī)的動(dòng)作頻繁,因此,液壓元件和管路要能夠承受頻繁的液壓沖擊,以保證挖掘機(jī)能夠長時(shí)間安全穩(wěn)定的工作。設(shè)計(jì)出便于操作，更加人性化，工作效率高，耗能少的挖掘機(jī)，才會(huì)在工程領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。3.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析3.2.1 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖如下 [1]：14A、B—液壓泵 1-鏟斗液壓缸 2-斗桿液壓缸 3-動(dòng)臂液壓缸 4 5 6-調(diào)速閥 7 8 11-三位四通換向閥 9-合流閥 10-梭閥 12-限速閥 13-單向閥 14-散熱器 15-濾油器 16-溢流閥圖示挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)中所用的是斜軸式徑向柱塞泵。它有兩個(gè)出油口，相當(dāng)于 A，B 兩臺(tái)泵供油。A 泵輸出的壓力油進(jìn)入三位四通電磁閥 7 和 8，分別驅(qū)動(dòng)鏟斗液壓缸 1 和動(dòng)臂液壓缸 3 動(dòng)作。泵 B 輸出的壓力油進(jìn)入三位四通換向閥 9 驅(qū)動(dòng)斗桿液壓缸 2 動(dòng)作。3.2.2 系統(tǒng)工作分析根據(jù)挖掘機(jī)的作業(yè)要求，液壓系統(tǒng)應(yīng)完成挖掘，上述工作由系統(tǒng)中的一般工作回路實(shí)現(xiàn)。（1） 通常以鏟斗缸或兩者配合進(jìn)行挖掘；必要時(shí)配以動(dòng)臂動(dòng)作。操縱換向閥 7處于右位，這時(shí)油液的流動(dòng)是：進(jìn)油路：A 泵—— 換向閥 7 右位——鏟斗液壓缸 1 大腔?；赜吐罚虹P斗液壓缸 1 小腔——調(diào)速閥 5——換向閥 7 右位——換向閥 8 中位——15合流閥 9 右位——限速閥 12 右位——單向閥 13——散熱器 14——濾油器 15——油箱。此時(shí)鏟斗缸活塞伸出，推動(dòng)鏟斗挖掘?；蛘咄瑫r(shí)操縱換向閥 7，8 使兩者配合進(jìn)行挖掘。必要時(shí)操作換向閥 11，使處于右位或左位，則 B 泵來油進(jìn)入斗桿液壓缸 2 的大腔或小腔，使液壓缸的動(dòng)作相互配合，提高挖掘效率。3.2.3 主要液壓元件在系統(tǒng)中的作用為了限制鏟斗，斗桿，動(dòng)臂因自重而快速下降，在其回路上均設(shè)置了單向節(jié)流閥4,5,6。該機(jī)在挖掘作業(yè)時(shí)，常需動(dòng)臂缸與斗桿缸快速動(dòng)作以提高生產(chǎn)效率。為此在系統(tǒng)中增加了合流閥 9。合流閥在圖示位置時(shí)，泵 A， B 不合流。當(dāng)操縱合流處于左位時(shí)A 泵輸出的壓力油經(jīng)合流閥 9 的左位進(jìn)入換向閥 11 與 B 泵一起向動(dòng)臂缸和斗桿缸供油，以加快動(dòng)臂和斗桿的動(dòng)作速度。在兩組多路閥的進(jìn)油路上設(shè)有安全閥以限制系統(tǒng)的最大工作壓力。在各液壓缸和液壓馬達(dá)的分支油路上均設(shè)有過載閥以吸收工作裝置的沖擊能量。3.3 液壓元件的選用3.3.1 泵的選用選用軸向柱塞泵，這種泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，容量大，壓力高，容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，壽命長，排量范圍大。3.3.2 液壓閥的選用（1） 溢流閥.溢流閥的基本功能是限定系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過載或維持壓力近似恒定。本系統(tǒng)中選用二級(jí)同心先導(dǎo)式溢流閥，安裝在泵的出油口處，用來恒定系統(tǒng)壓力，防止超壓，保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行。（2） 單向閥.系統(tǒng)中多處要用到單向閥，也是必不可少的元件，它用來防止油液倒流，從而使執(zhí)行元件停止運(yùn)動(dòng)，或保持執(zhí)行元件中的油液壓力。還可是保持一定的背壓。（4） 換向閥.在系統(tǒng)中為三位四通換向閥。在系統(tǒng)中換向閥的主要作用是改變壓力油進(jìn)入執(zhí)行元件的方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同的動(dòng)作要求，在三位四通的換向閥中，左右閥位要求能夠進(jìn)回油，中間的閥位要求禁止油液流通，以達(dá)到執(zhí)行元件動(dòng)作達(dá)到要求后停止或懸停在任一位置。3.3.3 液壓缸的選用選用工程機(jī)械用液壓缸，最高工作壓力 30MP。163.3.4 輔助元件的選用（1） 油管.由于系統(tǒng)工作壓力高，所以在系統(tǒng)中沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的管路中選用無縫鋼管，它能承受高壓，價(jià)格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，裝拆方便，所以適合用在高壓管道。在系統(tǒng)中有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的壓力管道選用高壓橡膠管。（2） 管接頭.在采用無縫鋼管的管路中，管接頭采用錐密封焊接式管接頭，他除了具有焊接頭的優(yōu)點(diǎn)外，由于它的 O 形密封圈裝在錐體上，使密封有調(diào)節(jié)的可能，密封更可靠。工作壓力為 34.5MP 工作溫度為-25—+80 攝氏度。在橡膠管的接頭處選用扣壓式膠管接頭，安裝方便，與鋼絲編織膠管配套總成，適合在油溫為-30—+80 攝氏度的環(huán)境工作。（3） 密封裝置.在液壓系統(tǒng)中密封裝置非常重要，它是用來防止工作介質(zhì)泄露及外界灰塵和異物的侵入，以保證系統(tǒng)建立起必要的壓力，使其能夠正常工作。密封裝置應(yīng)滿足在一定的壓力.濕度范圍內(nèi)具有良好的密封性能。密封裝置和運(yùn)動(dòng)件之間的摩檫力要小，摩檫系數(shù)要穩(wěn)定，抗腐蝕能力強(qiáng)，不易老化，工作壽命長，耐磨性好，磨損后在一定程度上能自動(dòng)補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便，價(jià)格低。其于以上幾點(diǎn)，在有相對(duì)運(yùn)動(dòng)且有摩檫的元件上使用 Y 型密封圈，其截面小，結(jié)構(gòu)緊湊。且 Y 型密封圈能隨壓力增高而增大，并能自動(dòng)補(bǔ)償磨損。在相對(duì)摩檫不嚴(yán)重或無相對(duì)摩檫的元件上用 O 型密封圈，其結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，密封性能好，摩檫力小，安裝方便。（4） 濾油器.在液壓系統(tǒng)中，不允許液壓油含有超過限制的固體顆粒和其他不溶性贓物。因?yàn)檫@些雜質(zhì)可以使間隙表面劃傷，造成內(nèi)部泄露量增加，從而降低效率增加發(fā)熱。這些雜質(zhì)還會(huì)使閥芯卡死，小孔或縫隙堵塞，潤滑表面破壞，造成液壓系統(tǒng)故障，膠狀物和淤渣等雜質(zhì)，將會(huì)引起元件粘著，酸類還將加速運(yùn)動(dòng)件的腐 蝕和使油液進(jìn)一步惡化。因此要采用濾油器對(duì)油液進(jìn)行過濾，以保證油液質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。因此選用網(wǎng)式濾油器安裝在泵吸油管上，這種濾油器壓力損失不超過 0.04 MPa ，結(jié)構(gòu)510?簡單，流通能力大，可以滿足泵的流量，清洗方便。（5） 蓄能器.它能把壓力油的液壓能儲(chǔ)存在耐壓容器里，待需要時(shí)又將其釋放出來的一種裝置。主要用途：做輔助動(dòng)力源.減小壓力 沖擊和壓力脈動(dòng)。在本系統(tǒng)中選用氣囊式蓄能器，這種蓄能器密封可靠，膠囊慣性小，反映靈敏，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，并有系列批量生產(chǎn) 。174 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算和泵的參數(shù)計(jì)算4.1 液壓缸設(shè)計(jì)算4.1.1 外負(fù)載計(jì)算斗桿挖掘時(shí)切削行程較長，切土厚度在挖掘過程中可視為常數(shù)。斗桿在挖掘過程中總轉(zhuǎn)角為 ，在這轉(zhuǎn)角行程中鏟斗被裝滿。鏟斗缸外負(fù)載為最大時(shí)，缸內(nèi)壓力最10?大，此時(shí)挖掘力最大，其值為： =C BAZX+D maxW??1.35max1RCOS??????=250 +D ??.5.????2.615.3071.5???=200 +120035.1.? ...0=206771+12000=218771(N)式中 C—表示土壤硬度的系數(shù),對(duì)Ⅱ級(jí)土宜取 C=50～80，對(duì)Ⅲ級(jí)土宜取 C=90～150，對(duì)Ⅳ級(jí)土宜取 C=160～320，式中取 C=250； R—鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)到斗齒尖的距離，即轉(zhuǎn)斗切削半徑，取斗容量為 1m ,根據(jù)3反鏟斗主要參數(shù)特性計(jì)算表，查表得 R=1.15m；B—切削刃寬度影響系數(shù),B=1+2.6b,其中 b 為鏟斗寬度,查表得 b=1.25m；—挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半,查表得 = ；max? max?5?A—切削角變化影響系數(shù),取 A=1.3；Z—帶有齒的系數(shù),取 Z=0.75；X—斗側(cè)臂厚度影響系數(shù),X=1+0.3s,其中 s 為側(cè)臂厚度,單位為 cm,初步設(shè)計(jì)時(shí)可取 X=1.15；D—切削刃擠壓土壤的力,根據(jù)斗容大小在 D=10000～17000N 范圍內(nèi)選取.設(shè)計(jì)容量為 1m ,取 D=12000N；3轉(zhuǎn)斗挖掘裝土阻力和法向挖掘阻力相對(duì)與 很小，所以在計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)。maxW184.1.2 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算(1) 根據(jù)鏟斗缸的最大外負(fù)載，可以設(shè)計(jì)計(jì)算鏟斗缸的結(jié)構(gòu)尺寸： 當(dāng)推力驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載時(shí)：??22max004mFWDPd?????????由此可求出缸筒內(nèi)徑為:D 21059D????????求出 D=99mm本系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)，因此速比 取 =2，d= ?12???式中 系統(tǒng)背壓 P =1MPa0系統(tǒng)最高壓力 P=30Mpa根據(jù)查表 GB/T2348—1993 圓整得到 D=100mm(2) 活塞桿直徑為d= = 100=70.7(mm)12D????根據(jù) GB/T2348—1993 規(guī)定的活塞桿尺寸圓整為 d=80mm(3) 最大工作行程行程 S=12D 2??時(shí)S=12x100=1200（mm）根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T—1980 規(guī)定的液壓缸行程系列圓整到 S=1250mm(4) 活塞有效計(jì)算長度液壓缸的安裝尺寸，可查設(shè)計(jì)手冊(cè)得安裝尺寸= +S=377+1250=1627（mm）1L當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，有效計(jì)算長度為：L=1250+1250+377=2877（mm）S—液壓缸的安裝尺寸(查設(shè)計(jì)手冊(cè)得到) (5) 最小導(dǎo)向長度19??125012.5LDHm???取最小導(dǎo)向長度為 120（mm）式中 L—液壓缸最大行程；D—缸筒內(nèi)徑。(6) 導(dǎo)向套長度A=（0.6～1.0）d =(48～80)mm導(dǎo)向套長度為 60mm(7) 活塞寬度B=（0.6～1.0）D =（60～100）mm活塞桿寬度 B=80mm式中 D—缸筒內(nèi)徑(8) 缸筒壁厚：材料的許用應(yīng)力計(jì)算??bn??=80165MPa式中 —缸體材料的抗拉強(qiáng)度，缸體材料為 ， =800Mpab?#4bn—安全系數(shù).一般取 n=5??2.3DP??????018.7.6m??查缸筒壁厚度 表，取 =12mm?式中 P-系統(tǒng)最高壓力,P=30Mpa。(9) 缸筒外徑2eD???=100+2x12=124(mm)4.1.3 油缸強(qiáng)度計(jì)算：(1) 已知參數(shù)：20缸徑 D=100 桿徑 d=80 行程 S=1250 缸筒壁厚 =12 有效計(jì)算長?度 L=2877 (參數(shù)單位：mm)(2) 油缸強(qiáng)度計(jì)算a. 活塞桿應(yīng)力 校核?????261.DPgmd??活塞桿材質(zhì)為 調(diào)質(zhì)，經(jīng)查表得強(qiáng)度極限 為 800Mpa,材料的許用應(yīng)力為：#45??b?= （n 為安全系數(shù)）.??bn?80165Ma由此可見， ，應(yīng)力完全滿足要求。 ??式中 —油缸最大閉鎖壓力gPb. 缸筒強(qiáng)度驗(yàn)算：由于缸筒壁厚與缸徑之比108.32D???，屬于厚壁缸筒，可按材料學(xué)第二強(qiáng)度理論驗(yàn)算。??????0.50.4132PD???????????????????，=????0.516.16.0????????????=8.65（mm）由此可見, ,即為大柔度壓桿時(shí)，穩(wěn)定力為：?1??2KEIFL???= 50????式中 —為長度折算系數(shù)，對(duì)于兩端鉸接約束方式 一般取 1；?f. 油缸最大閉鎖力= maxF24gPD?= 5.310?式中 —油缸最大閉鎖壓力gPg. 穩(wěn)定系數(shù)22maxKFN?=2.1由此可見，穩(wěn)定性可以滿足要求。4.2 泵的參數(shù)計(jì)算4.2.1 泵的壓力計(jì)算在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，要求泵的壓力高于系統(tǒng)壓力，差值以 10%—30%為宜 [15]。因此：??130%BP??=30?=34.4Mpa取泵的最高壓力 34BMa式中 P—系統(tǒng)最高壓力，P=30Mpa4.2.2 計(jì)算所需要的泵的流量(1) 設(shè)計(jì)要求每個(gè)液壓缸的伸縮速度 ，根據(jù)鏟斗缸計(jì)算初步確max60/inv?定其余液壓缸的參數(shù)：（單位：mm）a. 動(dòng)臂缸（2 個(gè)）：缸內(nèi)徑 D=100 活塞桿徑 d=70 b. 鏟斗缸：缸內(nèi)徑 D=100 活塞桿徑 d=80 c. 斗桿缸：缸內(nèi)徑 D=110 活塞桿徑 d=80(2) 每個(gè)缸的流量計(jì)算a. 動(dòng)臂缸（2 個(gè)）： ??2maxQRrv???=48.042L/minb. 斗桿缸： 2maxrv=16.956 L/min c. 鏟斗缸： ??2maxQRrv???=28.731 L/min式中 R—缸筒內(nèi)半徑r—活塞桿半徑23f. 系統(tǒng)總流量31maxBiQK????????=1.2×（48.042＋16.956＋28.731）=113(L/min)式中 K—系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取 1.1～1.3，本式中取 K=1.2；—同時(shí)工作的執(zhí)行元件流量之和的最大值。51maxiQ????????根據(jù)上面的計(jì)算，系統(tǒng)中選用主泵為雙聯(lián)斜軸式軸向柱塞泵，所以 A 泵的最大流量為 92 L/min，B 泵的最大流量為 21 L/min。4.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇4.3.1 泵的驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算??310NbpQPKW???633.4?????????=28.25（KW）式中 PN-液壓泵的額定壓力，取 PN=30MPa ；QN--液壓泵的額定流量，取3160mQS???；P?--液壓泵的總效率，從規(guī)格表中查出為 0.8 ；?--轉(zhuǎn)換系數(shù)：恒功率變量液壓泵取 0.4 ；4.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)算出的驅(qū)動(dòng)功率和泵的額定轉(zhuǎn)速選擇電動(dòng)機(jī)的規(guī)格。通常，允許電動(dòng)機(jī)短時(shí)間在超載 25%的狀態(tài)下工作。取電動(dòng)機(jī)的效率為 80%，則根據(jù)計(jì)算公式得到電動(dòng)機(jī)的功率為 35.31KW，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇型號(hào)為 YEJ200L2-2 的電動(dòng)機(jī)，其額定功率為37KW,轉(zhuǎn)速為 2950r/min. 245. 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算5.1 液壓系統(tǒng)壓力損失5.1.1 沿程壓力損失主要是液壓缸快速運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)油管路的損失，設(shè)定此管路長為 4m，管內(nèi)徑為0.02m。當(dāng)液壓缸快速運(yùn)動(dòng)時(shí)通過的流量為 45.8L/min，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后黏度為v=27mm2/s，油密度為 918kg/m3。油在管路實(shí)際流速：3'2245.810V=.46qvmd?????s' 3.1807eRv??油在管路中呈層流流動(dòng)狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為：80e??根據(jù)公式 '21Vpd????A求得沿程壓力損失為：216804.30.1pMPa???5.2.2 局部壓力損失局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路部壓力損失△P2，以及通過控制閥的局部壓力損失△P3，其中管路局部壓力損失相對(duì)來說小的多，故主要考慮通過控制閥的局部壓力損失。從系統(tǒng)圖中可以看出，從大泵的出口都油缸的進(jìn)油口，要經(jīng)過換向閥，單向調(diào)速閥，溢流閥。設(shè)定換向閥的額定流量為 160L/min，額定壓力損失為 0.3MPa，調(diào)速閥的額定流量為 150L/min，額定壓力損失為 0.2MPa，溢流閥的額定流量為 130L/min，額定壓力損25失為 0.3MPa，通過各閥的局部壓力損失之和：2 22145.83745.83745.8370.30. 01611p? ???????????????? ?????????????? ?=0.632MPa2 22245.83745.8370.30. 0.1611p? ????????????? ?????????????? ?=0.463MPa以上計(jì)算結(jié)果是大小泵同時(shí)工作的所經(jīng)過的管道都是一樣的，所以大小泵是到油缸之間總的壓力損失為：△P=△P1+△P2=1.095MPa5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升液壓系統(tǒng)工作中各種壓力損失，容積損失和機(jī)械損失組成系統(tǒng)總的能量損失。其中絕大部分變?yōu)闊崮?，使油液溫度升高。油液溫度過高對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響：加速油液變質(zhì)；油液黏度降低，系統(tǒng)泄露增大；及其產(chǎn)生熱變形，降低精度；使液壓元件中熱膨脹系數(shù)不同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件間隙變小甚至卡死而失效。為了保證系統(tǒng)正常工作，油液溫度必須控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。各種機(jī)械允許油溫（℃ ）液壓設(shè)備名稱 正常工作溫度 最高允許溫度 油及郵箱的溫升機(jī)床 30--55 55--70 50K 的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到更溫和的周邊切割速度，這將有所不同根據(jù)葉片形狀的固定槽。高速足夠的力量和剛度，因此主軸作為是一個(gè)初步或初始槽加工使用任 CFG 樁/高效深磨（HEDG）或絲電火花加工（EDWM）被需要。隨著前者，通常槽截面可能類似于階梯金字塔或與最廣泛的功能在磁盤的邊緣。在案例EDWM 中，形成更緊密的根鏡像的形式，為獲得更均勻磨損砂輪的模式提供了可能性。甲流程圖表其他制造業(yè)序列是由于在[6]。圖 3：電鍍超硬磨料砂輪。根槽研磨報(bào)道[6-9]本質(zhì)證明了該方法的可行性，使用純圓柱型金剛石和 CBN 砂輪，隨后充分形式輪子，當(dāng)兩個(gè)關(guān)鍵加工鎳基高溫合金，鉻鎳鐵合金 718 和 Udimet 720。田口部分因子實(shí)驗(yàn)被用來確定關(guān)鍵經(jīng)營因素和水平，進(jìn)行測試主要在 6 萬轉(zhuǎn)，使磨削速度高達(dá) 45 米/秒國際利益的做法可能衡量從專利[10，11]最近接連發(fā)生，處理與初步/預(yù)光標(biāo)槽生產(chǎn)，充分形式插槽和根加工。這些文件規(guī)定方法和參數(shù)，但他們的邊界不能影響性能。下面的實(shí)驗(yàn)工作，它采用了商業(yè)杉木樹的根設(shè)計(jì)度（RR 特倫特） ，進(jìn)行了探索的效果超硬型（金剛石和 CBN） ，粒度和削減砂輪磨損，工件參數(shù)表31面粗糙度，切削力。2.試點(diǎn)工作2.1 設(shè)備，測試程序和運(yùn)行參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測試進(jìn)行了兩個(gè)高速加工（HSM）中心，第一個(gè)是 20,000 轉(zhuǎn)單位配備了兩個(gè)單獨(dú)的加裝高速主軸，在 3kW 的高達(dá) 6 萬轉(zhuǎn)，其他作業(yè)第一篇 400-4500 額定能夠在高達(dá) 9 萬轉(zhuǎn)，一起與輔助冷卻，潤滑和控制設(shè)備。安裝必要的紗錠的生產(chǎn) 2，由于多方面的不同單位的安排供應(yīng)連接。第二個(gè)是高速加工中心直線 馬達(dá)的機(jī)器，利用其自身的 6 萬轉(zhuǎn)主軸 （3 千瓦） ，并配備激光工具設(shè)置。 同時(shí)作出修改，以納入機(jī)高壓，高流速流體供應(yīng)，薄霧提取火的使用和二氧化碳滅火系統(tǒng)時(shí)雇用礦物油切削液。這是一種合成包氏通過提供雙過濾器 83 桿，140 升/分鐘抽水系統(tǒng)。特溫層流噴嘴的使用壓力監(jiān)測背后的噴嘴出口。雖然這里不詳細(xì)，立方氮化硼砂輪使用的測試比較水基切削液和礦物油的烯烴， 這些都是由德國的 Brinksmeier 等提出的，并且與后者在生活顯著改善與共識(shí)。 [12]和禮品等?；?。 [13]。圖 4 顯示在第一個(gè)高速的總體安排機(jī)時(shí)，使用 9 萬轉(zhuǎn)主軸，而圖 5 顯示在第二個(gè)直線電機(jī)安排表機(jī)器。圖 4：9 萬轉(zhuǎn)主軸和實(shí)驗(yàn)裝置的改造。工件 15 毫米和 36 毫米塊通常被厚在目的上安裝了夾緊件安裝在減振 palletisation（VDP的）系統(tǒng)。力測量涉及壓電 3 分量力測功機(jī)，相關(guān)的電荷放大器和分析軟件在桌面計(jì)算機(jī)上。32圖 5：6 萬轉(zhuǎn)直線電機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置單位。檢查的主要工具進(jìn)行使用陰影設(shè)置為 10 倍放大倍率的擬合帶有 X - y 的數(shù)字讀數(shù)。刀具磨損監(jiān)測使用石墨副本（3 毫米厚） ，其中削減預(yù)定時(shí)間在整個(gè)測試和測量在陰影（直徑的磨損結(jié)果的詳細(xì)其中杉木平均之間的所有測量樹轉(zhuǎn)折點(diǎn)/葉） 。工件表面粗糙度砂輪表面粗糙度和使用進(jìn)行評(píng)估針式輪廓配備了三維分析軟件。當(dāng)測量砂輪粗糙度（葉方） ，復(fù)制的化合物合成橡膠使用產(chǎn)生負(fù)面副本之后，快速固化聚型樹脂用于生產(chǎn)積極，勤奮副本為手寫筆測量合適。被切斷 0.8 毫米。數(shù)碼相機(jī)連接到筆記本電腦是用來記錄低倍率顯微鏡，掃描電子顯微鏡，而一（SEM）對(duì)用于砂輪分析/超硬磨粒磨損。圖 6 詳細(xì)單面插槽配置中使用目前整個(gè)工作中，加工石墨副本和樣品 B91（預(yù)適應(yīng)）砂輪。測試涉及金剛石; D46 和 CBN，B46，B76 和 B91 砂粒大小分別。圖 6：（1）單面槽， （二）加工石墨副本， （三）樣品 B91 砂輪。關(guān)于使用磨削，進(jìn)給速度的 2m/min 和 20μm 的切削深度的所有測試通過了。周邊切削速度根據(jù)不同的旋轉(zhuǎn)速度和主軸形狀的樅樹的根的形式，但數(shù)額高達(dá) 9000 萬?/秒。B91 和 B76 兩個(gè)砂輪便受到預(yù)處理或預(yù)穿著政權(quán)輪的目的是要截?cái)嗟哪p制造商反應(yīng)，降低工件表面粗糙度。通常情況下，流體在噴嘴壓力?3bar，其綜合流速?一三五升/米。2.2 結(jié)果與討論在金剛石和 CBN 磨料磨損的差異和相關(guān)的工件表面粗糙度，如圖 7 所示為 D46 和 B46 的產(chǎn)品在運(yùn)行時(shí)，對(duì) 6 萬轉(zhuǎn)第二個(gè)高速加工中心。統(tǒng)計(jì)分析（2 樣本 t -檢驗(yàn)）表明有一個(gè)顯著差異的手段在 5％的水平，與立方氮化硼提供一個(gè)較低的磨損磨粒率。工件表面粗糙度的結(jié)果（測量點(diǎn)與相應(yīng)的葉方）砂粒之間的不同類型提供了類似的趨勢鉆石的結(jié)果， （D46）生產(chǎn)的最低表面粗糙度，盡管高薩對(duì)鉆石的價(jià)值觀在磨削試驗(yàn)（啟動(dòng)和停止輪完成沙結(jié)果 D46 = 4.85 /3.58μm 和 B46 = 4.95 /2.78μm ） 。鑒于該行動(dòng)的看法基本上沒有垂直擺動(dòng)投身磨，它是可能是導(dǎo)致部分復(fù)制有關(guān)不準(zhǔn)確的（合成橡膠復(fù)合精確到為 0.1 微米，在硬件聚型樹脂，1 微米是給出） 。33圖 7：車輪磨損和工件轉(zhuǎn)速在 6 萬鐳圖 8 給出了三維（地形圖曲率補(bǔ)償）從 1 B46 采取硬副本當(dāng)新的砂輪磨損（?七五○○立方毫米材料刪除） 。雖然平均粒度和濃度大約相同的，該形態(tài)金剛石和 CBN 磨料的不同，以前者有更多的'塊狀'的形狀。無顯著該輪裝載觀察，也不在那里任何明顯的變色/燃燒的工件表面。圖 8：（1）新的 B46 和三維地形圖（二）穿 B46。當(dāng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)同 B46 9 萬轉(zhuǎn)主軸，B76 和 B91 砂輪顯示在圖 9 和圖 10 個(gè)細(xì)節(jié)車輪磨損和工件鐳分別。的'影響預(yù)處理對(duì) B76 和 B91 是清晰可見的車輪時(shí)，比無條件 B46 輪，它顯示一個(gè)初始步驟磨損程度的變化。此外，工件的 RAB76 和 B91 的顯示器比一個(gè)遠(yuǎn)較淺的反應(yīng)在 B46。該地塊的處置是鐳預(yù)期生產(chǎn)與細(xì)粒度較低表面粗糙度。試驗(yàn) B76 和 B91 與人中止在?三千五立方毫米作為工件表面粗糙度的要求沒有達(dá)到。34圖 9：粒度的影響和預(yù)處理對(duì)在 9 萬轉(zhuǎn)磨削砂輪磨損。圖 10：粒度的影響和預(yù)處理對(duì)工件鐳在 9 萬轉(zhuǎn)。圖 11 顯示了磨料粒度均勻分布磨一穿（?三五〇〇立方毫米刪除材料）B91 車輪在指定的位置，與同細(xì)節(jié)面積在更高的放大倍率時(shí)，新和破舊，沒有特別是采取以下清潔使用。沒有裝載或砂礫鈍化明顯可見，雖然有些紋理不見了。35圖 11：砂粒分布和磨損 SEM 照片。正常時(shí)，最大切削力在 6 萬轉(zhuǎn)經(jīng)營是在第一輪高速銑削機(jī)使用 B46?45N。共有主軸功率紀(jì)錄的水平，在第二在 6 萬為 B46 和 D46 機(jī)的車輪轉(zhuǎn) 1.03kW（穩(wěn)定）和 1.03?1.59kW（以上的時(shí)間測試）分別。實(shí)際磨削功率在這些數(shù)字部分是計(jì)算為 94W94 至 656W，并分別與相應(yīng)的特異性磨削為CBN 和精力最多 6.54J/mm345.79J/mm3 的金剛石砂輪。在非常低的值力量和權(quán)力反映手術(shù)的性質(zhì)（整理） 。為 B46 的磨損性能比較磨車輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 6 萬和 9 萬轉(zhuǎn)所示圖 12。較低的磨損是由于觀測到 9 萬轉(zhuǎn)結(jié)果未變形切屑厚度較小和在力量和權(quán)力預(yù)期效果。有但有關(guān)使用的實(shí)際考慮在任何潛在的工業(yè)應(yīng)用等高速（主軸壽命，可靠性，工具制造/平衡等） 。36圖 12：刈割對(duì)輪磨損速度。圖 13 詳細(xì)入境工件的葉區(qū)在 9 萬時(shí)毛刺形成的磨損（?3500 立方毫米刪除材料轉(zhuǎn)經(jīng)營）B46和 B91 車輪。該在 B91 預(yù)處理被認(rèn)為是主要的控制因素毛刺大小，這是達(dá) 4 毫米長。類似的毛刺，觀察與預(yù)處理后 B76 車輪。圖 13：在進(jìn)入毛刺為 B46 和 B91 9 萬轉(zhuǎn)。測試提出了關(guān)于機(jī)床配置，供液等不同主軸的安排是否適合不同的一些關(guān)切必要工具適配器的生產(chǎn)工具，不可避免的威脅和跳動(dòng)的變化，后者從 2 微米至 10 微米。這些方面將直接影響槽的準(zhǔn)確性，砂輪磨損和工件表面粗糙度。3.結(jié)論低的絕對(duì)磨損值錄得立方氮化硼而不是鉆石磨料，但是它并沒有可以評(píng)估砂礫形態(tài)的影響。穿以下預(yù)處理率明顯降低然而，預(yù)處理了一對(duì)毛刺的影響這是顯而易見的