挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),挖掘機(jī),液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 江西科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 密級(jí)： 學(xué)號(hào)： 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 工程挖土機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè)： _________ 班 級(jí)： _ 學(xué)生姓名： 王立杰 指導(dǎo)老師： 孫淑梅 完成日期： 學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性申明 本人鄭重申明：所呈交的論文（設(shè)計(jì)）是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究，所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名（手寫）： 簽字日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江西科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 保 密 □， 在 年解密后適用本授權(quán)書。 不保密 □。 （請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√” ） 學(xué)位論文作者簽名（手寫）： 指導(dǎo)老師簽名（手寫）： 摘要 液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等）帶動(dòng)各種構(gòu)件動(dòng)作，具有許多優(yōu)點(diǎn)。它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此，對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)對(duì)推動(dòng)我國(guó)挖掘機(jī)發(fā)展具有十分重要的意義。 在搜集了國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史，并對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析總結(jié)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。挖掘機(jī)由多個(gè)系統(tǒng)組成，包括液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)，工作裝置，底架，轉(zhuǎn)臺(tái)，油箱，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝等。本人的設(shè)計(jì)主要致力于分析和設(shè)計(jì)中型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的液壓元件。以液壓元件和液壓回路為主。 關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)　　液壓系統(tǒng)　　液壓泵 Abstract Hydraulic excavator is an important species of construction machinery , is widely used in construction, railway, highway , water conservancy , mining and earthmoving machinery and other construction projects . The use of a hydraulic excavator hydraulic components ( pumps , hydraulic motors , hydraulic cylinders , etc. ) to drive various components of the action , has many advantages . Its hydraulic system design high demands , its hydraulic system hydraulic system is also the most complex . Therefore, the analysis and design of the excavator hydraulic system is of great significance for promoting the development of China's excavator . In the domestic excavator hydraulic system to collect relevant information , based on the understanding of the history of the excavator hydraulic system , and technological development excavator hydraulic system dynamics were analyzed and summarized . The graduation project is designed excavator hydraulic system. A plurality of system components excavator including a hydraulic system, transmission control system , the working device , a chassis , a turntable , fuel tank, the engine installation. I design focuses on the analysis and design of medium-sized hydraulic excavator hydraulic system components . Hydraulic components and hydraulic circuits based. Keywords: Excavator hydraulic system of excavator pump 目 錄 前 言 1 第1章 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理 2 §1.1 液壓挖掘機(jī)整機(jī)性能 2 §1.2 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu) 4 §1.3 液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)原理 5 第2章 挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定 6 §2.1 液壓挖掘機(jī)工況 7 §2.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 8 §2.3液壓系統(tǒng)方案擬定 10 第3章 液壓元件設(shè)計(jì) 11 §3.1 確定油缸所受的作用力 12 §3.1.1 鏟斗油缸作用力的確定 13 §3.1.2 斗桿油缸作用力的確定 15 §3.1.3 動(dòng)臂油缸作用力的確定 17 §3.2 各油缸尺寸的確定 17 §3.2.1 鏟斗油缸尺寸的計(jì)算 18 §3.2.2 斗桿油缸尺寸的計(jì)算 19 §3.2.3 動(dòng)臂油缸尺寸的計(jì)算 20 第4章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 §2.3液壓系統(tǒng)方案擬定 21 §3.3 液壓系統(tǒng)圖的擬定 22 §3.4 液壓元件的選擇 23 第五章 挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定及驗(yàn)算 24 §3.5 各液壓缸和馬達(dá)流量的確定 25 §3.6 管路油管的選擇 27 §3.7 液壓油箱的確定 29 §3.8 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升的驗(yàn)算 29 §3.9 液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 結(jié) 論 30 參考文獻(xiàn) 31 致　謝 32 前言 挖掘機(jī)作為一種多功能機(jī)械產(chǎn)品，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中。它能在減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量，加快工程建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。近年從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，我國(guó)的挖土機(jī)市場(chǎng)90%被外國(guó)獨(dú)資或合資企業(yè)壟斷，我國(guó)挖土機(jī)行業(yè)整體發(fā)展水平較國(guó)外緩慢，在挖土機(jī)液壓系統(tǒng)方面的理論還相對(duì)國(guó)外比較薄弱。國(guó)內(nèi)大部分挖土機(jī)企業(yè)在挖土機(jī)液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)技術(shù)方面的研究具有一定基礎(chǔ)，但由于采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖土機(jī)產(chǎn)品在性能、質(zhì)量、作業(yè)效率、可靠性等方面均較差，因此采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖土機(jī)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上基本失去了競(jìng)爭(zhēng)力。液壓系統(tǒng)是挖土機(jī)的核心部分，通過(guò)挖土機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算優(yōu)化能有效的提高挖土機(jī)性能，本挖土機(jī)具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能好、成本低、效率高等特點(diǎn)。 我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，在遼闊的國(guó)土上正在進(jìn)行大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，這就需要大量的土石方施工機(jī)械為其服務(wù)，而液壓挖掘機(jī)是最重要的一類土石方施工機(jī)械。因此，可以肯定液壓挖掘機(jī)的發(fā)展空間很大?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，液壓挖掘機(jī)的需求量將逐年大幅度增長(zhǎng)。今后幾年我國(guó)液壓挖掘機(jī)行業(yè)將會(huì)有一個(gè)很大的發(fā)展，液壓挖掘機(jī)的年產(chǎn)量將會(huì)以高于20％的速度增長(zhǎng)。 本設(shè)計(jì)根據(jù)給定的工作要求進(jìn)行工況分析，以確定系統(tǒng)的主要參數(shù)，對(duì)液壓系統(tǒng)的基本回路的方案進(jìn)行分析，擬訂液壓系統(tǒng)原理圖；選擇液壓元件并進(jìn)行液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算，最后完成工作圖，編制技術(shù)文件。希望本設(shè)計(jì)能為從事液壓工作的人員獻(xiàn)上微薄之力！ 第一章 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理 液壓挖掘機(jī)由于在動(dòng)力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓傳動(dòng)，靠液體的壓力能進(jìn)行工作，相對(duì)機(jī)械傳動(dòng)具有許多優(yōu)點(diǎn):能無(wú)極調(diào)速且調(diào)速范圍大，最大速度和最小速度之比可達(dá)1000:1能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；快速作用時(shí)，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣性較小，并可作高速反轉(zhuǎn)；傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可吸收沖擊和振動(dòng)；操縱省力靈活，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化。因此液壓挖掘機(jī)逐步取代機(jī)械式挖掘機(jī)是必然的趨勢(shì)。 單斗液壓挖掘機(jī)是裝有一只鏟斗并采用液壓傳動(dòng)進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。它是目前挖掘機(jī)械中重要的機(jī)種。單斗液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過(guò)程是以鏟斗(一般裝有斗齒)的切削刃切削土壤并將土裝入斗內(nèi)，斗滿后提升。回轉(zhuǎn)至卸上位置進(jìn)行卸土，卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到地面進(jìn)行下一次挖掘。當(dāng)挖掘機(jī)挖完一段土后，機(jī)械移動(dòng)一段距離，以便繼續(xù)作業(yè)。因此單斗液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的自行式上方機(jī)械。 §1.1 液壓挖掘機(jī)整機(jī)性能 液壓挖掘機(jī)可分為:動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。液壓挖掘機(jī)作為一個(gè)有機(jī)整體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機(jī)械零部件性能有關(guān)，還與液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)性能有關(guān)。 (1) 動(dòng)力系統(tǒng) 挖掘機(jī)工作的主要特點(diǎn)是環(huán)境溫度變化大，灰塵污物較多，負(fù)荷變化大，經(jīng)常傾斜工作，維護(hù)條件差。因此液壓挖掘機(jī)原動(dòng)力一般由柴油機(jī)提供，柴油機(jī)具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，符號(hào)挖掘機(jī)工作條件惡劣，負(fù)荷多變的要求。挖掘機(jī)的額定負(fù)荷與汽車。拖拉機(jī)不同，汽車和拖拉機(jī)指在最高轉(zhuǎn)速下、連同機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)等必要附件，分鐘內(nèi)的最大功率;挖掘機(jī)是指在額定轉(zhuǎn)速下一小時(shí)以上的額定功率。挖掘機(jī)采用車用柴油機(jī)時(shí)，最大功率指數(shù)降低。 (2) 機(jī)械系統(tǒng) 液壓挖掘機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)部分是完成挖掘機(jī)各項(xiàng)基本動(dòng)作的直接執(zhí)行者，主要包括:行走裝置是整個(gè)機(jī)器的支撐部分，承受機(jī)器的全部重量和工作裝置的反力，同時(shí)能使挖掘機(jī)作短途行駛.按照結(jié)構(gòu)的不同，分履帶式和輪胎式?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使挖掘機(jī)上車圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作360度的回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)裝置和回轉(zhuǎn)支撐。工作裝置是挖掘機(jī)完成實(shí)際作業(yè)的主要組成部分，常用的有反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，而同一種裝置可以有多種結(jié)構(gòu)形式，前面所述的反鏟裝置應(yīng)用最為廣泛。 (3) 液壓系統(tǒng) 液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)、行走和工作裝置的動(dòng)作都由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥。通過(guò)司機(jī)的操縱，將壓力油單獨(dú)或同時(shí)送往液壓執(zhí)行元件(液壓馬達(dá)和液壓油缸)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。液壓挖掘機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)有整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)等。這些運(yùn)動(dòng)都靠液壓傳動(dòng)。根據(jù)以上工作要求，把各液壓元件用油管有機(jī)地連接起來(lái)地組合體既是液壓挖掘機(jī)地液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)地功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)地機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，傳送給油缸、油馬達(dá)等轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再傳動(dòng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)得合理與否，對(duì)挖掘機(jī)的性能起著決定性的作用。同樣的元件，若系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，則挖掘機(jī)性能差異很大。液壓系統(tǒng)習(xí)慣上按主油泵的數(shù)量、功率調(diào)節(jié)方式和回路的數(shù)量來(lái)分類。 (4) 控制系統(tǒng) 液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件(液壓缸、液壓馬達(dá))等進(jìn)行控制的系統(tǒng)。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，使挖掘機(jī)有了越來(lái)越先進(jìn)的控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)向高性能、自動(dòng)化和智能化發(fā)展。目前挖掘機(jī)研究重點(diǎn)正逐步向智能化機(jī)電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移。 §1.2 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu) (1) 液壓挖掘機(jī)組成 為了實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的各項(xiàng)功能，單斗液壓挖掘機(jī)需要兩個(gè)基本組成部分，即機(jī)體(或稱主機(jī))和工作裝置。機(jī)體是完成挖掘機(jī)基本動(dòng)作并作為驅(qū)動(dòng)和操縱挖掘機(jī)進(jìn)行工作的基礎(chǔ)，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛?？杉?xì)分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和動(dòng)力裝置。其中動(dòng)力裝置、操縱機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備均可在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，總稱上車部分，它與行走機(jī)構(gòu)(又稱下車部分)用回轉(zhuǎn)支撐相連，平臺(tái)可以圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作360°的全回轉(zhuǎn)。工作裝置根據(jù)工作性質(zhì)的不同，可配備反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，分別完成挖掘、裝載、抓取、起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作。挖掘機(jī)的基本性能決定于各部分的構(gòu)造、性能及其綜合的效果。 (2) 單斗反鏟液壓挖掘機(jī) 反鏟裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤。斗容量小于1.6的中小型液壓挖掘機(jī)通常選用反鏟裝置，它分為整體臂式和組合臂式。其中長(zhǎng)期作業(yè)條件相似的挖掘機(jī)反鏟裝置大多采用整體鵝頸式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)。采用這種動(dòng)臂有利于加大挖掘深度，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。剛度相同時(shí)，其重量比組合動(dòng)臂輕，是目前應(yīng)用最廣泛的液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)形式。鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)型式，動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，完成挖掘、提升和卸土等動(dòng)作。整體鵝頸式動(dòng)臂反鏟挖掘機(jī)工作裝置主要由動(dòng)臂、動(dòng)臂油缸、斗桿、斗一桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、搖臂、連桿、銷軸等組成。裝置各運(yùn)動(dòng)部件之間全部采用銷軸鉸接，以動(dòng)臂油缸來(lái)支撐和改變動(dòng)臂的傾角，通過(guò)動(dòng)臂油缸的伸縮可使動(dòng)臂繞下。鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂的升降。斗桿鉸接于動(dòng)臂的上端，由斗桿油缸控制斗桿與動(dòng)臂相對(duì)角度。當(dāng)斗桿油缸伸縮時(shí)，斗桿可繞動(dòng)臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。鏟斗與斗桿前端鉸接，并通過(guò)鏟斗油缸伸縮使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。為增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，通常采用搖臂連桿機(jī)構(gòu)來(lái)和鏟斗聯(lián)。 (3) 液壓挖掘機(jī)工作循環(huán)過(guò)程 首先液壓挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)行走馬達(dá)和配套土方運(yùn)輸車輛一起進(jìn)入作業(yè)面，運(yùn)輸車輛倒車、調(diào)停，?？吭谕诰驒C(jī)的側(cè)方或后方。挖掘機(jī)司機(jī)扳動(dòng)操縱手柄，使回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥接通，于是回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)上部平臺(tái)回轉(zhuǎn)，使工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘地點(diǎn)，在執(zhí)行上述過(guò)程的同時(shí)操縱動(dòng)臂油缸換向閥，使動(dòng)臂油缸上腔進(jìn)油，將動(dòng)臂下降，直至鏟斗接觸地面，然后司機(jī)操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進(jìn)油，配合動(dòng)作以加快作業(yè)進(jìn)度，進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作的挖掘和裝載:鏟斗裝滿后將斗桿油缸和鏟斗油缸的操縱手柄扳回中位，使鏟斗和斗桿油缸閉鎖，再操縱動(dòng)臂油缸換向閥，使動(dòng)臂油缸的下腔進(jìn)油，將動(dòng)臂提升，舉起裝滿土的鏟斗離開(kāi)工作面，隨即扳動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)換向閥手柄，使上部平臺(tái)回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鏟斗轉(zhuǎn)至運(yùn)輸車輛上方，再操縱斗桿油缸使鏟斗高度稍降一些，并在適當(dāng)?shù)母叨炔倏v鏟斗油缸使鏟斗卸土。土方卸完后，使平臺(tái)反轉(zhuǎn)并降低動(dòng)臂，直到鏟斗回到作業(yè)點(diǎn)上方，以便進(jìn)行下一工作循環(huán)。 §1.3 液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)原理 液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有三個(gè)自由度，鏟斗可實(shí)現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動(dòng)，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鏟斗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大到有限的空間，再通過(guò)行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。 液壓挖掘機(jī)由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。 液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，各部分的運(yùn)動(dòng)通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗5、斗桿11、動(dòng)臂2、連桿8及相應(yīng)的三組液壓缸1、4、10組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)動(dòng)臂缸的伸縮，使動(dòng)臂連同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。依靠斗桿缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng);而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過(guò)鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)操縱動(dòng)臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮;動(dòng)臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng)，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)。在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系通的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合隨機(jī)的。 1、斗桿油缸 2、動(dòng)臂 3、油管 4、動(dòng)臂油缸 5、鏟斗 6、斗齒 7、側(cè)齒 8、連桿 9、搖桿 10、鏟斗油缸 11、斗桿 圖1-1 反鏟挖掘機(jī)工作裝置 總之，液壓挖掘機(jī)是由多學(xué)科、多系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，只有在系統(tǒng)層面上的各系統(tǒng)、各學(xué)科協(xié)同優(yōu)化才能獲取挖掘機(jī)整機(jī)的最佳性能。 第二章 液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定 要了解和設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機(jī)的工作過(guò)程及其作業(yè)要求，掌握各種液壓作用元件動(dòng)作時(shí)的流量、力和功率要求以及液壓作用元件相互配合的復(fù)合動(dòng)作要求和復(fù)合動(dòng)作時(shí)油泵對(duì)同時(shí)作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。 §2.1 液壓挖掘機(jī)的工況 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過(guò)程包括以下幾個(gè)動(dòng)作(如圖2-1所示):動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以及其它輔助動(dòng)作。除了輔助動(dòng)作(例如整機(jī)轉(zhuǎn)向等)不需全功率驅(qū)動(dòng)以外，其它都是液壓挖掘機(jī)的主要?jiǎng)幼鳎紤]全功率驅(qū)動(dòng)。 1、動(dòng)臂升降 2、斗桿收放 3、鏟斗裝卸 4 、平臺(tái)臺(tái)回轉(zhuǎn) 5、整機(jī)行走 圖2-1 液壓挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)圖 由于液壓挖掘機(jī)的作業(yè)對(duì)象和工作條件變化較大，主機(jī)的工作有兩項(xiàng)特殊要求:(1)實(shí)現(xiàn)各種主要?jiǎng)幼鲿r(shí)，阻力與作業(yè)速度隨時(shí)變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化;(2)為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，工作過(guò)程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)幼?例如挖掘與動(dòng)臂、提升與回轉(zhuǎn))同時(shí)進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。 液壓挖掘機(jī)一個(gè)作業(yè)循環(huán)的組成和動(dòng)作的復(fù)合主要包括: (1) 挖掘:通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘，或者兩者配合進(jìn)行挖掘，因此，在此過(guò)程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動(dòng)作，必要時(shí)，配以動(dòng)臂動(dòng)作。 (2) 滿斗舉升回轉(zhuǎn):挖掘結(jié)束，動(dòng)臂液壓缸將動(dòng)臂頂起，滿斗提升，同時(shí)回轉(zhuǎn)第2章挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和分析方法液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。 (3) 卸載:轉(zhuǎn)到卸土點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，用斗桿液壓缸調(diào)節(jié)卸載半徑，然后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗卸載。為了調(diào)整卸載位置，還要有動(dòng)臂液壓缸的配合，此時(shí)是斗桿和鏟斗的復(fù)合動(dòng)作，間以動(dòng)臂動(dòng)作。 (4) 空斗返回:卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，動(dòng)臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空斗放到新的挖掘點(diǎn)，此時(shí)是回轉(zhuǎn)和動(dòng)臂或斗桿的復(fù)合動(dòng)作。 §2.1.1 液壓挖掘工況分析 挖掘過(guò)程中主要以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別單獨(dú)進(jìn)行挖掘，或者兩者復(fù)合動(dòng)作，必要時(shí)配以動(dòng)臂液壓缸的動(dòng)作。 一般在平整土地或切削斜坡時(shí)，需要同時(shí)操縱動(dòng)臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運(yùn)動(dòng)，如圖2-2，2-3所示。此時(shí)斗桿收回，動(dòng)臂抬起，希望斗桿和動(dòng)臂分別由獨(dú)立的油泵供油，以保證彼此動(dòng)作獨(dú)立，相互之間無(wú)干擾，并且要求泵的供油量小，使油缸動(dòng)作慢，便于控制。如果需要鏟斗保持一定切削角度并按照一定的軌跡進(jìn)行切削時(shí)，或者需要用鏟斗斗底壓整地面時(shí)，就需要鏟斗、斗桿、動(dòng)臂三者同時(shí)作用完成復(fù)合動(dòng)作，如圖2-4,2-5所示 單獨(dú)采用斗桿挖掘時(shí)，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個(gè)別也有采用三泵合流。單獨(dú)采用鏟斗挖掘時(shí)，也有采用雙泵合流的情況。下面以三泵系統(tǒng)為例，來(lái)說(shuō)明復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)油泵流量的分配情況和分合流油路的連接情況。液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。 圖2-2 斗尖沿直線平整土地圖 圖2-3 斗尖沿直線切削斜坡圖 圖2-4 鏟斗底壓整地面圖　　　　　 圖2-5 鏟斗底保持一定角度切削圖 當(dāng)斗桿和鏟斗復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)，供油情況如圖2-6a 所示。當(dāng)斗桿油壓接近溢流閥的壓力時(shí)，原來(lái)溢流的油液此時(shí)供給鏟斗有效利用;當(dāng)鏟斗和動(dòng)臂復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)，由于動(dòng)臂僅僅起調(diào)解位置的作用，主要是斗桿進(jìn)行挖掘，因此采用斗桿優(yōu)先合流、雙泵供油，如圖2-6b 所示。 圖2-6 三泵供油系統(tǒng)示意圖 當(dāng)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止同一油泵向多個(gè)液壓作用元件供油時(shí)動(dòng)作的相互干擾，一般三泵系統(tǒng)中，每個(gè)油泵單獨(dú)對(duì)一個(gè)液壓作用元件供油較好。對(duì)于雙泵系統(tǒng)，其復(fù)合動(dòng)作時(shí)各液壓作用元件間出現(xiàn)相互干擾的可能性大，因此需要采用節(jié)流等措施進(jìn)行流量分配，其流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。 當(dāng)進(jìn)行溝槽側(cè)壁掘削和斜坡切削時(shí)，為了有效地進(jìn)行垂直掘削，還要求向回轉(zhuǎn)馬達(dá)提供壓力油，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力，保持鏟斗貼緊側(cè)壁進(jìn)行切削，因此需要同時(shí)向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油，兩者復(fù)合動(dòng)作?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿收縮同時(shí)動(dòng)作，由同一個(gè)油泵供油，因此需要采用回轉(zhuǎn)優(yōu)先油路，否則鏟斗無(wú)法緊貼側(cè)壁，使掘削很難正常進(jìn)行。在斗桿油缸活塞桿端回油路上設(shè)置可變節(jié)流閥，此節(jié)流閥的開(kāi)口度即節(jié)流程度由回轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力來(lái)控制?；剞D(zhuǎn)先導(dǎo)壓力越大，節(jié)流閥開(kāi)度越小，節(jié)流效應(yīng)越大，則斗桿油缸回油壓力增高，使得油泵的供油壓力也提高。因此隨著回轉(zhuǎn)操縱桿行程的增大，回轉(zhuǎn)馬達(dá)油壓增加，回轉(zhuǎn)力增大。 挖掘過(guò)程中還有可能碰到石塊、樹根等堅(jiān)硬障礙物，往往由于挖不動(dòng)而需要短時(shí)間增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時(shí)增壓，能提高主壓力閥的力。 §2.1.2 滿斗舉升回斗工況分析 挖掘結(jié)束后，動(dòng)臂油缸將動(dòng)臂頂起，滿斗舉升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸載處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)作。動(dòng)臂抬升和回轉(zhuǎn)馬達(dá)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，要求二者在速度上匹配，即回轉(zhuǎn)到指定卸載位置時(shí)，動(dòng)臂和鏟斗自動(dòng)提升到合適的卸載高度。由于卸載所需的回轉(zhuǎn)角度不同，隨液壓挖掘機(jī)相對(duì)自卸車的位置而變，因此動(dòng)臂提升速度和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)速度的相對(duì)關(guān)系應(yīng)該是可調(diào)整的。卸載回轉(zhuǎn)角度大，則要求回轉(zhuǎn)速度快些，而動(dòng)臂的提升速度慢些。 在雙泵系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)，由于慣性較大，油壓會(huì)升得很高，有可能從溢流閥溢流，此時(shí)應(yīng)該將溢流的油供給動(dòng)臂，如圖2-7a所示。在回轉(zhuǎn)和動(dòng)臂提升的同時(shí)，斗桿要外放，有時(shí)還需要對(duì)鏟斗進(jìn)行調(diào)整。這時(shí)是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。 由于滿斗提升時(shí)動(dòng)臂油缸壓力高，導(dǎo)致變量泵流量減小，為了使動(dòng)臂提升和回轉(zhuǎn)、斗桿外放相互配合動(dòng)作，由一個(gè)油泵專門向動(dòng)臂油缸供油，另一個(gè)油泵除了向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油外，還有部分油供給動(dòng)臂，如圖2-7b所示。但是由于動(dòng)臂提升時(shí)油壓較高，單向閥大部分時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)，因此左側(cè)油泵只向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油。 三泵系統(tǒng)的供油情況如圖2-7c所示。各個(gè)油泵分別向一個(gè)液壓作用元件供油，復(fù)合動(dòng)作時(shí)無(wú)相互干擾。 §2.1.3 卸載工況分析 回轉(zhuǎn)至卸載位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。為了調(diào)整卸載位置，還需要?jiǎng)颖叟浜蟿?dòng)作。卸載時(shí)，主要是斗桿和鏟斗復(fù)合動(dòng)作，間以動(dòng)臂動(dòng)作。 圖2-7 回轉(zhuǎn)舉升供油情況 §2.1.4 空斗返回工況分析 當(dāng)卸載結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，同時(shí)動(dòng)臂油缸和斗桿油缸相互配合動(dòng)作，把空斗放在新的挖掘點(diǎn)。此工況是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂和斗桿復(fù)合動(dòng)作。由于動(dòng)臂下降有重力作用，壓力低、變量泵流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)速度快，因此該工況的供油情況為一個(gè)油泵的全部流量供回轉(zhuǎn)馬達(dá)，另一油泵的大部分油供給動(dòng)臂，少部分油經(jīng)節(jié)流閥供給斗桿。 發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)油泵供油量小，為防止動(dòng)臂因重力作用迅速下降和動(dòng)臂油缸產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，可采用動(dòng)臂下降再生補(bǔ)油回路，利用重力將動(dòng)臂油缸無(wú)桿腔的油供至有桿腔。 §2.1.5 行走時(shí)復(fù)合動(dòng)作分析 在行走的過(guò)程有可能要求對(duì)作業(yè)裝置液壓元件(如回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗)進(jìn)行調(diào)整。在雙泵系統(tǒng)中，一個(gè)油泵為左行走馬達(dá)供油、另一個(gè)油泵為右行走馬達(dá)供油，此時(shí)如果某一液壓元件動(dòng)作，使某一油泵分流供油，就會(huì)造成一側(cè)行走速度降低，影響直線行駛性，特別是當(dāng)挖掘機(jī)進(jìn)行裝車運(yùn)輸或上下卡車行走時(shí)，行駛偏斜會(huì)造成事故。 為了保證挖掘機(jī)的直線行駛性，在三泵供油系統(tǒng)中，左右行走馬達(dá)分別由一個(gè)油泵單獨(dú)供油，另一個(gè)油泵向其它液壓作用元件(如動(dòng)臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn))供油，如圖2-8a所示。對(duì)于雙泵系統(tǒng)，目前采用以下供油方式:①一個(gè)油泵并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)供油，另一個(gè)油泵向其他液壓作用元件供油，其多余的油液通過(guò)單向閥向行走馬達(dá)供油，如圖2-8b所示;②雙泵合流并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)和作業(yè)裝置液壓作用元件同時(shí)供油，如圖2-8c所示。 圖2-8 行走復(fù)合動(dòng)作時(shí)的幾種供油情況 第三章 液壓元件的設(shè)計(jì) §3.1 確定油缸所受的作用力 §3.1.1 鏟斗油缸作用力的確定 反鏟裝置在作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鲿r(shí)，其最大挖掘力為鏟斗缸設(shè)計(jì)的依據(jù)。初步設(shè)計(jì)時(shí)按額定斗容及工作條件（土壤級(jí)別），參考有關(guān)資料可初選斗齒最大挖掘力（最大挖掘力有任務(wù)書要求為），并按反鏟最重要的工作位置——最大挖掘深度時(shí)能保證具有最大挖掘力來(lái)分析確定鏟斗油缸的工作力，如圖所示。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，可以忽略斗和土的質(zhì)量，并且忽略了各構(gòu)件質(zhì)量及連桿機(jī)構(gòu)效率影響因素，此時(shí)鏟斗油缸作用力為 （3-1） 式中 —鏟斗油缸作用力對(duì)搖臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（此位置為搖臂長(zhǎng)度） —對(duì)鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)C的力臂 已知 而這時(shí)斗桿及動(dòng)臂油缸均處于閉鎖狀態(tài)，斗桿油缸閉鎖力應(yīng)滿足 （3-2） 式中 —斗桿閉鎖力對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂，m； —對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)B的力臂，m； —對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)B的力臂，m； 圖3-1 鏟斗缸受力分析圖 ——挖掘阻力的法向分力，取 已知 動(dòng)臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足 （3-3） 式中 ——?jiǎng)颖塾透组]鎖力對(duì)鉸點(diǎn)A的力臂，m； ——對(duì)動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的力臂，m； ——對(duì)鉸點(diǎn)A的力臂，m。 已知 又動(dòng)臂缸兩個(gè)油缸同時(shí)作用，則每個(gè)缸閉 §3.1.2 斗桿油缸作用力的確定 當(dāng)挖掘機(jī)以斗桿挖掘時(shí)，其最大挖掘力則有斗桿油缸來(lái)保證。斗桿油缸最大作用力位置為動(dòng)臂下放到最低位置，斗桿缸作用力對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)有最大力臂，即對(duì)斗桿產(chǎn)生最大作用力矩，并使斗齒尖和鉸點(diǎn)B、C在一條直線上，如圖所示。 與前面推導(dǎo)鏟斗油缸作用力一樣，忽略各構(gòu)件及斗中土壤質(zhì)量和連桿機(jī)構(gòu)效率影響因素，此時(shí)斗桿油缸作用力為 而鏟斗油缸及動(dòng)臂油缸處于閉鎖狀態(tài)，所以鏟斗油缸閉鎖力應(yīng)滿足 動(dòng)臂缸閉鎖力應(yīng)滿足 動(dòng)臂缸有兩個(gè)，則每個(gè)缸閉鎖力 圖3-2斗桿缸受力分析圖 §3.1.3 動(dòng)臂油缸作用力的確定 動(dòng)臂油缸的作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最大卸載距離位置進(jìn)行卸載來(lái)確定，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示，此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力為 （3-4） 式中： 圖3-3 動(dòng)臂油缸受力分析圖 ——鏟斗及其裝載土壤的的重力，N； ——斗桿所受重力，N； ——?jiǎng)颖鬯苤亓Γ琋； ——鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離，m； ——斗桿質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離，m； ——?jiǎng)颖圪|(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離，m。 每個(gè)缸的閉鎖力 §3.2 各油缸尺寸的確定 §3.2.1 鏟斗油缸尺寸的計(jì)算 （1） 鏟斗缸工作壓力的確定 液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來(lái)確定，對(duì)不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)可用類比法來(lái)確定。 設(shè)備類型 精加工機(jī)床 組合機(jī)床 拉　床 農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu) 液壓機(jī)、重型機(jī)械、大中型挖掘機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械 工作壓力 P/Mpa 0.8-2 3-5 5-10 1-16 16-32 表3-1 各類機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 初選系統(tǒng)工作壓力為25MPa （2）缸徑D和油塞桿直徑d的確定 挖掘機(jī)液壓缸均為單活塞桿液壓缸，其原理圖如下所示 圖3-4 液壓缸原理圖 工作壓力 d/D 表3-2 按工作壓力選取d/D 由缸受力平衡知 式中 ——液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力； ——液壓缸回油腔背壓，有表2所示，取； ——活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，按表3取d/D=0.7; ——工作循環(huán)中最大的外負(fù)載，此處 ——液壓缸機(jī)械效率，一般取 將上式代入缸受力平衡方程式得 （3-5） 圓整取 則 圓整取 （3）缸壁厚和外徑的計(jì)算 如按薄壁缸進(jìn)行計(jì)算則 （3-6） 式中 ——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的倍； ——缸筒材料許用應(yīng)力，無(wú)縫鋼管； 式中 取 此時(shí) 不滿足薄壁缸條件 故應(yīng)按中等壁厚計(jì)算公式計(jì)算 此時(shí) （3-7） ——強(qiáng)度系數(shù)，對(duì)無(wú)縫鋼管 ； ——用來(lái)圓整壁厚。 則 取 則缸外徑 有挖掘機(jī)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡和外型尺寸知 鏟斗缸工作行程為 §3.2.2 斗桿油缸尺寸的計(jì)算 ⑴ 由鏟斗缸計(jì)算步驟知斗桿缸受力平衡 圓整取 則缸油塞桿直徑 圓整取 ⑵ 缸壁厚和外徑的計(jì)算 由上面計(jì)算知按中等壁厚計(jì)算 圓整取 則外徑 ⑶ 由挖掘機(jī)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡和外型尺寸可得出斗桿缸工作行程 §3.2.3動(dòng)臂缸的尺寸計(jì)算 ⑴ 由上面計(jì)算知?jiǎng)颖鄹资芰ζ胶夤? 圓整取 則缸油塞桿直徑 圓整取 ⑵ 缸壁厚和外徑的計(jì)算 由上面計(jì)算知按中等壁厚計(jì)算 圓整取 則外經(jīng) ⑶ 根據(jù)挖掘機(jī)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡和外型尺寸可得出動(dòng)臂缸工作行程 第四章 挖掘機(jī)液系統(tǒng)的設(shè)計(jì) §4.1 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作繁復(fù)，且具有多種機(jī)構(gòu)，如行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機(jī)械。這些主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)、換向，外負(fù)載變化很大，沖擊和振動(dòng)多，因此挖掘機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)提出了很高的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足以下要求: §4.1.1 動(dòng)力性要求 動(dòng)力性要求就是在保證發(fā)動(dòng)機(jī)不過(guò)載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率。尤其是當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的良好匹配，盡量提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。例如，當(dāng)外負(fù)載較小時(shí)，往往希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。雙泵液壓系統(tǒng)中就常常采用合流的方式來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率。 §4.1.2 操作性要求 (1) 調(diào)速性要求 挖掘機(jī)對(duì)調(diào)速操縱控制性能的要求很高，如何按照駕駛員的操縱意圖方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)速操縱控制，對(duì)各個(gè)執(zhí)行元件的調(diào)速操縱是否穩(wěn)定可靠，成為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分重要的一方面。挖掘機(jī)在工作過(guò)程中作業(yè)阻力變化大，各種不同的作業(yè)工況要求功率變化大，因此要求對(duì)各個(gè)執(zhí)行元件的調(diào)速性要好。 (2) 復(fù)合操縱性要求 挖掘機(jī)在作業(yè)過(guò)程中需要各個(gè)執(zhí)行元件單獨(dú)動(dòng)作，但是在更多情況下要求各個(gè)執(zhí)行元件能夠相互配合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的復(fù)合動(dòng)作，因此如何實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行元件的復(fù)合動(dòng)作也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。 當(dāng)多執(zhí)行元件共同動(dòng)作時(shí)，要求其相互間不千涉，能夠合理分配共同動(dòng)作時(shí)各個(gè)執(zhí)行元件的流盤，實(shí)現(xiàn)理想的復(fù)合動(dòng)作。尤其對(duì)行走機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，左、右行走馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)作問(wèn)題，即直線行駛性也是設(shè)計(jì)中需要考慮的重要一方面。如果挖掘機(jī)在行使過(guò)程中由于液壓泵的油分流供應(yīng)，導(dǎo)致一側(cè)行走馬達(dá)速度降低，形成挖掘機(jī)意外跑偏，很容易發(fā)生事故。 另外，當(dāng)多執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，各個(gè)操縱閥都在大開(kāi)度下工作，往往會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)總流量需求超過(guò)油泵的最大供油流量，這樣高壓執(zhí)行元件就會(huì)因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)動(dòng)作速度降低，甚至不動(dòng)的現(xiàn)象。因此，如何協(xié)調(diào)多執(zhí)行元件復(fù)合動(dòng)作時(shí)的流量供應(yīng)問(wèn)題也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮的。 (3) 節(jié)能性要求 挖掘機(jī)工作時(shí)間長(zhǎng)，能量消耗大，要求液壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個(gè)執(zhí)行元件和管路的能耗，因此在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。當(dāng)對(duì)各個(gè)執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時(shí)必然會(huì)導(dǎo)致一部分流量損失掉。系統(tǒng)要求此部分的能量損失盡量小;當(dāng)挖掘機(jī)處于空載不工作的狀態(tài)下，如何降低泵的輸出流量，降低空載回油的壓力，也是降低能耗的關(guān)鍵。 (4) 安全性要求 挖掘機(jī)的工作條件惡劣，載荷變化和沖擊振動(dòng)大，對(duì)于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過(guò)載保護(hù)措施，防止油泵過(guò)載和因外負(fù)載沖擊對(duì)各個(gè)液壓作用元件的損傷?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動(dòng)和限速；防止動(dòng)臂因自重而快帶下降和整機(jī)超速溜坡。 (5) 其它性能要求 實(shí)現(xiàn)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、組件化和通用化，降低挖掘機(jī)的制造成本:液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件惡劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性;由于挖掘機(jī)在城市建設(shè)施工中應(yīng)用越來(lái)越多，因此要不斷提高挖掘機(jī)的作業(yè)性能，降低振動(dòng)和噪聲，重視其作業(yè)中的環(huán)保性。 §4.2 液壓系統(tǒng)方案擬訂 (1)　在液壓挖掘機(jī)一個(gè)工作循環(huán)中的四種工況一挖掘工況、滿斗舉升回轉(zhuǎn)工況、卸載工況和卸載返回工況進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)每個(gè)工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動(dòng)作后提出初步方案。 (2)　根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點(diǎn)，系統(tǒng)地總結(jié)出挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求:動(dòng)力性要求、操縱性要求、節(jié)能性要求、安全性要求和其它性能的要求。 (3)　提出一種有效、直觀的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)的步驟。 §4.3 液壓系統(tǒng)圖的擬定 本次設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示，該系統(tǒng)為高壓定量雙泵開(kāi)式系統(tǒng)，液壓泵2、3輸出的壓力油分別進(jìn)入兩組由四個(gè)手動(dòng)換向閥組成的多路換向閥A、B。進(jìn)入多路換向閥A的壓力油，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)、鏟斗缸，同時(shí)經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)左行走馬達(dá)；進(jìn)入多路閥B的壓力油，驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂缸和斗桿缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)右行走馬達(dá)。從多路閥A、B流出的壓力油都要經(jīng)過(guò)限速閥進(jìn)入總回油管，再經(jīng)背壓閥、冷卻器、濾油器流回油箱。當(dāng)單個(gè)換向閥處于中間位置時(shí)，構(gòu)成卸載回路。 圖3-5 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖 §4.4 液壓元件的選擇 序號(hào) 元件名稱 規(guī)格型號(hào) 數(shù)量 1 濾油器 ABZR-S0140-10-1X/M-A 2 2 冷卻器 2LQFW 1 3 背壓閥 S30A1.0 1 4 節(jié)流閥 MG20G1X/V 1 5 緩沖補(bǔ)油閥組 1 6 雙速閥 24E-H10B-T 2 7 補(bǔ)油單向閥 S20A1.0 1 8 中心回轉(zhuǎn)接頭 1 9 限速閥 DHG-04-3C 1 10 多路閥 WDF22.4.A 1 11 溢流閥 DADH10P1X/400 2 12 梭閥 KS-F32 1 13 合流閥 4HMM10-15 1 14 多路閥 DL1-25 1 15 截止閥 QJN-10WL 2 16 單向節(jié)流閥 MK6G1X/V 3 17 緩沖閥 DBD-10 12 表3 -3 系統(tǒng)元部件一覽表 第五章 挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定及驗(yàn)算 §5.1 各液壓缸和馬達(dá)流量的確定 1 取每個(gè)液壓缸的伸縮速度 根據(jù)前面計(jì)算出的各缸參數(shù)如下： 缸內(nèi)徑 活塞桿徑 缸內(nèi)徑 活塞桿徑 2 每個(gè)缸的流量計(jì)算 （3-8） （1） 鏟斗缸 （2）斗桿缸 (3)動(dòng)臂缸 平臺(tái)回轉(zhuǎn)啟動(dòng)力矩一般應(yīng)小于制動(dòng)力矩。當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)僅靠液壓制動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)力矩小于或等于制動(dòng)力矩，可以取 當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶附加機(jī)械制動(dòng)時(shí)，最高可達(dá)，一般取。對(duì)于一定的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，啟動(dòng)力矩和制動(dòng)力矩越大，則平臺(tái)回轉(zhuǎn)加速度和減速度也越大，從而可提高回轉(zhuǎn)速度，縮短回轉(zhuǎn)時(shí)間。但回轉(zhuǎn)加速度過(guò)大會(huì)增加動(dòng)載荷和沖擊，同時(shí)啟動(dòng)力矩和制動(dòng)力矩的增大也受地面附著條件的限制。地面附著條件可用地面附著力矩表示。機(jī)械制動(dòng)一般取，液壓制動(dòng)可取。 履帶式液壓挖掘機(jī)地面附著力矩的計(jì)算可以采用下面的簡(jiǎn)化公式 式中 ——地面附著力矩，； ——整機(jī)質(zhì)量，； ——地面附著系數(shù)，平板履帶板取，帶筋履帶板取。 則 又 設(shè)經(jīng)過(guò)四級(jí)減速，傳動(dòng)比 則馬達(dá)所受最大力矩 理論排量 據(jù)此可查手冊(cè)選出液壓馬達(dá)型號(hào) 軸向柱塞馬達(dá) 排量 額定轉(zhuǎn)速。 （4）、行走馬達(dá)的選用 液壓挖掘機(jī)行走速度有 、 兩種可調(diào)高低速，故由上面選出的液壓馬達(dá) 。 （5） 主回路液壓泵的選擇 泵所需總流量 式中 ——系統(tǒng)滲漏系數(shù)，一般取，此處?。? ——各動(dòng)作元件同時(shí)動(dòng)作的最大流量之和。 由上面計(jì)算得知 本設(shè)計(jì)采用雙聯(lián)斜軸式定量柱塞泵，則每個(gè)泵所需流量 液壓泵工作壓力的確定 液壓泵工作壓力 式中 ——液壓泵最大工作壓力； ——執(zhí)行元件最大工作壓力； ——進(jìn)油路壓力損失，較復(fù)雜系統(tǒng)取，此處取。 則 參照產(chǎn)品樣本選取額定壓力比系統(tǒng)最高壓力高10%~30%、額定流量不低于上述計(jì)算結(jié)果的液壓泵，可據(jù)此選擇泵型號(hào) 雙聯(lián)定量軸向柱塞泵，額定壓力為；最大排量。最高轉(zhuǎn)速。 §5.2 管路油管的選擇 管路是液壓系統(tǒng)中液壓元件之間傳遞工作介質(zhì)的各種油管的總稱。管接頭用于油管與油管和油管與液壓元件之間的連接，為了保證液壓元件之間工作的可靠性，管路及管接頭應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，良好的密封性，其壓力損失也要小，拆卸方便。 （1）油管內(nèi)徑的確定 油管的內(nèi)徑取決于管路的種類及管內(nèi)的流速。油管的內(nèi)徑由下面的公式確定： （3-9） 式中：Q—流經(jīng)管路的流量；v—油管內(nèi)的允許流速。 對(duì)吸油管可取v=（1～1.5）m/s一般取1m/s，回油管可取v＜（1.5～2.5）m/s，壓力油管：當(dāng)P＜2.5MPa時(shí)，取v=(3～4) m/s ,當(dāng)P=（2.5～16）MPa時(shí)，取v=（3～4）m/s ，當(dāng)P＞16MPa時(shí)，取v＞5m/s。 對(duì)吸油管有： 圓整取d=65mm。 對(duì)回油管有： 圓整取。 （2）管接頭的選擇 管接頭采用焊接式管接頭，焊接式管接頭主要由接頭體、螺母和接管組成，在接頭體和接管之間用O型密封圈密封。當(dāng)接頭體擰入機(jī)體時(shí)，采用金屬墊圈或組合實(shí)現(xiàn)端面密封。接管和管路系統(tǒng)中的缸管接頭用焊接連接，管接頭和機(jī)體的連接主要采用普通細(xì)牙螺紋，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第四卷表17-8-6選用焊接式管接頭。 （3）螺塞的選取 螺塞主要用于堵塞工藝孔和油箱放油孔，以及缸筒需要堵死的地方。選用六角螺塞（JB/ZQ4450-1997）其主要參數(shù)見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第四卷P17-674表17-8-78。 §5.3 液壓油箱的確定 油箱的容積一般區(qū)泵每分鐘流量的3-5倍，當(dāng)系統(tǒng)采用定量泵時(shí)油箱的容量不能小于泵每分鐘流量的3倍。此系統(tǒng)中泵流量為，則油箱容積。外型尺寸按設(shè)計(jì)，可得出油箱長(zhǎng)寬高。 §5.4 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升的驗(yàn)算 系統(tǒng)工作時(shí)液壓泵的輸入功率由前面的計(jì)算可知 挖掘機(jī)工作時(shí)，液壓缸的最大輸出功率 （3-10） 式中： ——液壓馬達(dá)的外工作負(fù)載力矩， ——液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s。 則系統(tǒng)的總發(fā)熱功率為： 已知油箱容積 則油箱近似散熱面積為： 油箱通風(fēng)良好，取油箱散熱系數(shù) 則油液溫升 （3-11） 設(shè)環(huán)境溫度 則熱平衡溫度為： 在工程機(jī)械中，系統(tǒng)油溫的正常值為50-80,所以油箱的散熱平衡。 §5.5 液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式 液壓裝置按配置形式可以分為集中配置和分散配置兩種形式。集中式配置主要用于固定的液壓設(shè)備中，如機(jī)床及其自動(dòng)線液壓系統(tǒng)。分散式配置主要用于移動(dòng)式液壓設(shè)備，如工程機(jī)械液壓系統(tǒng)等。本次設(shè)計(jì)的是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)，所以采用分散式配置，不需要進(jìn)行液壓站的設(shè)計(jì)。采用分散式配置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省占地面積。缺點(diǎn)是安裝維修較復(fù)雜，動(dòng)力源的震動(dòng)和油溫影響主機(jī)的精度。 2、閥集成塊 液壓閥集成塊在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中占有很重要的地位，它不僅便于集中管理，而且可以減少管路，提高液壓系統(tǒng)的工作可靠性。閥集成塊的設(shè)計(jì)原則為： （1）合理選擇集成閥的個(gè)數(shù)，若集成的閥太多，會(huì)使閥塊的體積過(guò)大，設(shè)計(jì)、加工困哪；集成的太少，集成的意義又不大。在本次設(shè)計(jì)中，每個(gè)塊上集成3個(gè)閥。 （2）在閥塊設(shè)計(jì)時(shí)，塊內(nèi)的油路應(yīng)盡量簡(jiǎn)捷，盡量減少深孔、斜孔，閥塊中的孔徑應(yīng)與通過(guò)的流量相匹配。 （3）閥塊設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意進(jìn)出油口的方向和位置，應(yīng)與系統(tǒng)的總體布置及管道連接形式匹配，并考慮安裝操作方便。 （4）閥塊設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮有水平或垂直安裝要求的閥，必須符合要求。需要調(diào)節(jié)的閥應(yīng)放在便于操作的位置，需要經(jīng)常檢修的閥應(yīng)安裝在閥塊的上方或外側(cè)。 （5）閥塊設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)置足夠數(shù)量的測(cè)壓點(diǎn)，以供閥塊試用。 結(jié) 論 課題挖掘機(jī)機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其說(shuō)明書的編寫終于完成。雖然不是很復(fù)雜，但通過(guò)這一設(shè)計(jì)實(shí)踐，我感到自己在這方面仍存在許多不足之處。對(duì)于我的本次設(shè)計(jì)，我覺(jué)得設(shè)計(jì)計(jì)算部分非常認(rèn)真。在各種機(jī)械設(shè)備上，液壓系統(tǒng)得到了廣泛的使用。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的結(jié)構(gòu)相適宜。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)的結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 此次設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中，利用油泵產(chǎn)生油壓，再經(jīng)過(guò)多路閥來(lái)控制液壓缸來(lái)達(dá)到控制油缸伸縮的效果。其中結(jié)合了需要的技術(shù)要求，根據(jù)計(jì)算來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱容積、油泵的型號(hào)及各種液壓元件的選擇。 本液壓系統(tǒng)原理圖是專為工程機(jī)械中的挖掘機(jī)而設(shè)計(jì)、制造，用于控制工作裝置進(jìn)行工作、回轉(zhuǎn)、行走。適用于建筑工地、道路的土方施工液壓原理圖的設(shè)計(jì)根據(jù)油缸伸縮所完成的挖掘循環(huán)動(dòng)作，保壓性能要求高，且短時(shí)間要求具有較大流量、較高挖掘速度的特點(diǎn)，采用發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，油泵做為液壓源用供應(yīng)系統(tǒng)所需壓力油。 根據(jù)已知的條件和性能要求，計(jì)算了液壓系統(tǒng)在挖掘工作時(shí)的受力情況，計(jì)算了液壓缸在不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的各種受力情況。參照了機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上的計(jì)算公式，根據(jù)計(jì)算所得的結(jié)果來(lái)選取各種液壓元件。對(duì)系統(tǒng)的性能、發(fā)熱溫升進(jìn)行了驗(yàn)算。并對(duì)液壓系統(tǒng)的液壓原理、操作進(jìn)行了說(shuō)明。 通過(guò)此設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)液壓原理和流體機(jī)械及有關(guān)課程和知識(shí)，提高了綜合運(yùn)用這些知識(shí)的能力。并為在今后走下工作崗位打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并提高了運(yùn)用設(shè)計(jì)資料，及熟知國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的能力。 參考文獻(xiàn) [1] 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)- 液壓傳動(dòng)部分 化學(xué)工業(yè)出版社 2004，1 [2] 張利平 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì) 化學(xué)工業(yè)出版社 2005，6 [3] 賈銘新 液壓傳動(dòng)與控制（第二版） 國(guó)防工業(yè)出版社 2001 [4] 孔德文.液壓挖掘機(jī)[M].化學(xué)工業(yè)出版社．2007.10 [5] 王守成.液壓元件及選用[M]．化學(xué)工業(yè)出版社．2007.4 [6] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第４卷)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1992.1 [7] 雷天覺(jué).新編液壓工程手冊(cè)[M].北京:理工大學(xué)出版社.1998 [8] 同濟(jì)大學(xué)主編.《單斗液壓挖掘機(jī)》[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1986 [9] 張鐵.《液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)原理及使用》[M].石油大學(xué)出版社.2002 [10] 黃宗益.《液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)概述》[