畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）挖掘機(jī)設(shè)計(jì)

1、第一章 概述1.1挖掘機(jī)的功能及作業(yè)程序 液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械中主要的機(jī)械，它廣泛應(yīng)用于工程建筑、施工筑路、水利工程、國防工事等土石方施工以及礦山采掘作業(yè)。按傳動(dòng)形式可分為機(jī)械式和液壓式兩類挖掘機(jī)。目前中小型挖掘機(jī)幾乎都采用了液壓傳動(dòng)。液壓挖掘機(jī)較之機(jī)械式挖掘機(jī)具有體積小、重量輕、操作靈活方便、挖掘力大、易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)等特點(diǎn)，小型挖掘機(jī)由于其小巧、靈活、多功能和高效率等特點(diǎn)，極受用戶的歡迎。主要用于小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混凝土破碎、埋設(shè)電纜、自來水管道的鋪設(shè)、園林栽培及河道河溝清淤工程。小型挖掘機(jī)具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能，又具有運(yùn)輸、能耗、靈活性、適應(yīng)等方面的優(yōu)勢(shì)，非常適用于空

2、間狹小的施工場(chǎng)地作業(yè)，而且價(jià)格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便等優(yōu)點(diǎn)采用很功率變量泵還可以充分的利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率。近年發(fā)展起來的負(fù)載傳感控制技術(shù)在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用，使機(jī)器在滿足控制機(jī)各種功能的前提下，更加節(jié)省功率、提高效率，有更佳的經(jīng)濟(jì)效性、可靠性和先進(jìn)性。 單斗液壓挖掘機(jī)工作過程由動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)、平臺(tái)回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走等動(dòng)作組成。為了提高作業(yè)效率，在一個(gè)循環(huán)中可以組成符合動(dòng)作。1.挖掘作業(yè)，鏟斗和斗桿符合進(jìn)行工作；2.回轉(zhuǎn)作業(yè)，動(dòng)臂提升同時(shí)平臺(tái)回轉(zhuǎn)；3.卸料作業(yè)，斗桿干和鏟斗工作同時(shí)大臂可調(diào)整位置高度；4.返回，平臺(tái)回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂和斗桿配合回到挖掘開始位置，進(jìn)入下一個(gè)挖掘循環(huán)，在挖掘過程中

3、應(yīng)避免平臺(tái)回轉(zhuǎn)；圖1-1所示位單斗輪式挖掘機(jī)的示意圖，而作業(yè)程序見表1-1。 圖1-1 單斗輪式挖掘機(jī)示意圖1-鏟斗 2-鏟斗缸 3-斗缸 4-斗桿缸 5-動(dòng)臂 6-動(dòng)臂缸 7-回轉(zhuǎn)機(jī)械 8-行走機(jī)構(gòu)表1-1 單斗挖掘機(jī)作業(yè)程序1.2近年來挖掘機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r1.2.1 國內(nèi)外市場(chǎng)形勢(shì) 國外主要挖掘機(jī)制造商幾乎全部進(jìn)入中國，而外資進(jìn)入中國挖掘機(jī)行業(yè)，并經(jīng)過十幾年發(fā)展后，國企改制、中外合資等新興一批合資國企、民營、股份、個(gè)體企業(yè)風(fēng)起云涌地進(jìn)入中國挖掘機(jī)市場(chǎng)，說明挖掘機(jī)行業(yè)發(fā)展前景遠(yuǎn)大，經(jīng)濟(jì)效益可觀。與此同時(shí)，小型和微型挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)（包括外資企業(yè)）也在不斷增多。小型挖掘機(jī)主要由結(jié)構(gòu)件總成、覆蓋件總成

4、、行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電器系統(tǒng)和空調(diào)裝置等8大部分構(gòu)成,其中最為關(guān)鍵核心的是液壓系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)。小型挖掘機(jī)的工作性能和作業(yè)可靠性主要取決于液壓和動(dòng)力這兩大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和品質(zhì)，其他零部件的技術(shù)相對(duì)較低。目前小型挖掘機(jī)零部件國產(chǎn)化率達(dá)到70%，占采購成本的50%。 各大挖掘機(jī)制造商背后都有世界知名的零部件商作技術(shù)支撐，零部件技術(shù)的進(jìn)步帶動(dòng)整機(jī)性能和可靠性的提高。小型挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)中泵、閥、馬達(dá)等關(guān)鍵技術(shù)、工藝和知識(shí)產(chǎn)權(quán)基本掌握在日本、德國等少數(shù)國家的廠商手中，采購成本約占據(jù)了整機(jī)成本的40%。與挖掘機(jī)相配套的小型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也掌握在日本、美國、德國等發(fā)達(dá)國家手中。目前，我國挖掘機(jī)

5、的關(guān)鍵部件必須依賴進(jìn)口，通過國際化采購提高了整機(jī)性能和可靠性。隨著國內(nèi)小挖市場(chǎng)的持續(xù)升溫，國產(chǎn)小挖關(guān)鍵配套件缺失的矛盾進(jìn)一步升級(jí)，無奈選擇進(jìn)口國外關(guān)鍵零部件的小挖生產(chǎn)企業(yè)，同時(shí)面臨采購“瓶頸”。據(jù)了解，多數(shù)小挖企業(yè)目前都面臨供不應(yīng)求的局面，市場(chǎng)持續(xù)升溫讓生產(chǎn)企業(yè)們不斷調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，但關(guān)鍵零部件的缺失，令這些企業(yè)不得以而為之。眾所周知，制約我國工程機(jī)械品質(zhì)提升的一個(gè)重要因素，就是基礎(chǔ)配套件的落后以及上游供應(yīng)鏈的薄弱。迫于競(jìng)爭(zhēng)的加劇，挖掘機(jī)制造企業(yè)對(duì)配套件質(zhì)量的要求越來越高，國產(chǎn)小挖企業(yè)幾乎都選擇進(jìn)口外國的關(guān)鍵零部件。 不僅如此，國產(chǎn)小挖企業(yè)選擇國外進(jìn)口關(guān)鍵零部件還面臨著種種困境。據(jù)了解，從國外進(jìn)

6、口零部件，不僅供貨期不能保證，導(dǎo)致企業(yè)無法進(jìn)一步提高產(chǎn)量；同時(shí)，從國外采購的全套液壓系統(tǒng)，占到了整機(jī)成本的30%，而且價(jià)格沒有商量的余地；加上售前、售后服務(wù)不到位等因素，大大制約了國產(chǎn)小挖的快速發(fā)展。1.2.2 近年來新技術(shù)在挖掘機(jī)中的應(yīng)用近年來高新技術(shù)的采用，挖掘機(jī)的新特點(diǎn)呈現(xiàn)出來。在主機(jī)中裝有電子控制系統(tǒng)后，能自動(dòng)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)的的全部功能，避免事故發(fā)生，安全可靠；液壓負(fù)載傳感系統(tǒng)的采用，可以控制一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行元件工作，微調(diào)性能非常好；液壓系統(tǒng)優(yōu)化后，采用兩臺(tái)變量泵，使執(zhí)行元件具有高度的獨(dú)立作業(yè)又可使挖掘機(jī)進(jìn)行平穩(wěn)的復(fù)合操作，縮短了工作循環(huán)周期；計(jì)算機(jī)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)-泵（e-p）系統(tǒng)中

7、使用功率模式選擇器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感系統(tǒng)和自動(dòng)怠速系統(tǒng)，可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況提供最佳的作業(yè)模式。 目前采用電子控制負(fù)荷傳感系統(tǒng)的最新型的液壓挖掘機(jī)，將液壓系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和其他機(jī)械系統(tǒng)合并成一個(gè)集成組件，即機(jī)電一體化系統(tǒng)。由于具有先進(jìn)的智能技術(shù)，司機(jī)在操縱挖掘機(jī)時(shí)，可根據(jù)作業(yè)工況選擇合適的功能模式，便可自動(dòng)進(jìn)行合適的挖掘作業(yè)，并具有極高的工作可靠性，大大提高生產(chǎn)率，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。1.2 wly10液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)根據(jù)前面對(duì)國內(nèi)外挖掘機(jī)市場(chǎng)及其其發(fā)展方向的分析，就可以準(zhǔn)確的對(duì)wly10挖掘機(jī)做準(zhǔn)確的定位。以滿足市場(chǎng)的需求。wly10液壓挖掘機(jī)選用進(jìn)口挖掘機(jī)專用橋、分動(dòng)箱。液壓系統(tǒng)主泵、主閥

8、、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用日本東芝進(jìn)口件。可靠性高，操作舒適，維修方便，使用范圍廣。該機(jī)主要用于城市建設(shè)，農(nóng)田水利建設(shè)，小城鎮(zhèn)建設(shè)，道路施工，管道、管線、光纜鋪設(shè)等中小型土石方工程。配多種屬具，可實(shí)現(xiàn)多種功能，拓寬使用范圍：該機(jī)采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，整體技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先。這種輪式挖掘機(jī)采用四輪驅(qū)動(dòng)，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到非道路2級(jí)。產(chǎn)品采用先導(dǎo)操縱負(fù)載傳感液壓系統(tǒng)，動(dòng)作協(xié)調(diào)有效，操作輕松簡(jiǎn)便，可有效降低駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。另外，東方紅wlyl0型輪式液壓挖掘機(jī)還采用了兩擋機(jī)械變速和變量泵、變量馬達(dá)相結(jié)合的變速方式，能夠滿足挖掘機(jī)對(duì)低速大驅(qū)動(dòng)力和高速行駛的要求。1.3 wly10液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)（見表1

9、-2）表1-2 wly10的主要參數(shù)型號(hào)東方紅wly10型式輪式反鏟液壓挖掘機(jī)外形尺寸(長(zhǎng)寬高) mm692024102965整機(jī)質(zhì)量kg10000標(biāo)準(zhǔn)斗容m30.4發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)康明斯b4.5t發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率kw74發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 rpm2200液壓系統(tǒng)負(fù)載傳感變量系統(tǒng)液壓系統(tǒng)壓力mpa28液壓系統(tǒng)閉鎖壓力mpa30液壓系統(tǒng)流量l/min120伺服系統(tǒng)壓力mpa3.5伺服系統(tǒng)流量l/min18轉(zhuǎn)向/制動(dòng)系統(tǒng)壓力mpa6轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)流量l/min23行走速度km/h（低速）8行走速度km/h（高速）28平臺(tái)回轉(zhuǎn)速度r/min12.4爬坡能力30最小地隙 mm263.5軸距mm2480輪距mm19

10、40最大挖掘力kn54.5本文主要是根據(jù)這些參數(shù)設(shè)計(jì)wly10的液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。第二章 液壓系統(tǒng)的分析2.1設(shè)計(jì)思想 任何一個(gè)工程機(jī)械的設(shè)計(jì)都必須以市場(chǎng)位為導(dǎo)向，這樣設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品才可能為企業(yè)創(chuàng)造出預(yù)期的可觀效益。而我國的挖掘機(jī)市場(chǎng)是巨大的。近十年來幾乎平均每年以30%速度遞增，從1995年2503臺(tái)到2004年48921臺(tái)，凈增19.54倍。2004年全國進(jìn)口液壓挖掘機(jī)18670臺(tái)、出口液壓挖掘機(jī)2749臺(tái)，2005年國產(chǎn)挖掘機(jī)28812臺(tái)，同比增長(zhǎng)4.3%，進(jìn)口挖掘機(jī)18017臺(tái)，同比減少3.5%，出口挖掘機(jī)3839臺(tái)，同比增長(zhǎng)36.43%（其中6噸及以下小挖出口1345臺(tái)，同比增長(zhǎng)

11、77.9%）。中國成為名副其實(shí)的世界最大的市場(chǎng)之一。雖然市場(chǎng)巨大，但控制權(quán)掌握在在外國的手上，歐、美、日、韓為代表的外資企業(yè)的幾大品牌，其產(chǎn)量約占78%的市場(chǎng)份額，處于較高的質(zhì)量水平。但是其價(jià)格相對(duì)國內(nèi)產(chǎn)品來講來說比較高，鑒于上述情況，本文的任務(wù)就是設(shè)計(jì)出先進(jìn)的液壓系統(tǒng)，以突破外國產(chǎn)品獨(dú)霸天下的局面。2.2 wly10液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一.整機(jī)結(jié)構(gòu)布置與液壓管路布置應(yīng)合理可行，外形美觀，操作方便舒適，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮制造工藝，拆裝維修等；二. 底盤部分按標(biāo)準(zhǔn)輪挖底盤設(shè)計(jì)，帶推土鏟或支腿，車架采用整體箱型變截面設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠。行走、制動(dòng)、變速、換擋全部采用液壓控制。輪胎選用工程機(jī)

12、械輪胎。三.液壓系統(tǒng)的主泵、主閥、回轉(zhuǎn)減速機(jī)選用外國產(chǎn)品，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。行走驅(qū)動(dòng)采用變量馬達(dá)，可根據(jù)行駛阻力大小自動(dòng)改變排量，使挖掘機(jī)自動(dòng)改變速度；四.挖掘機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)采用全動(dòng)力液壓制動(dòng)系統(tǒng)，并且使之具有一定的先進(jìn)性，工作可靠。五.伺服系統(tǒng)采用先導(dǎo)閥控制，操縱輕便，控制準(zhǔn)確；六. 工作裝置動(dòng)臂采用雙油缸支撐，動(dòng)臂油缸小腔緩沖，斗桿油缸雙腔緩沖；2.3 液壓系統(tǒng)的分析2.3.1 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介液壓挖掘機(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、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

13、壓系統(tǒng)。液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)大致上有定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)和定量、變量復(fù)合系統(tǒng)等三種類型。定量系統(tǒng)：在液壓挖掘機(jī)采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨外載荷而變化，通常依靠節(jié)流來調(diào)節(jié)速度。根據(jù)定量系統(tǒng)中油泵和回路的數(shù)量及組合形式，分為單泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵雙回路定量系統(tǒng)及多泵多回路定量系統(tǒng)等。變量系統(tǒng)：在液壓挖掘機(jī)采用的變量系統(tǒng)中，是通過容積變量來實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的，其調(diào)速方式有三種：變量泵定量馬達(dá)調(diào)速、定量泵變量馬達(dá)調(diào)速和變量泵變量馬達(dá)調(diào)速。單斗液壓挖掘機(jī)的變量系統(tǒng)多采用雙泵雙回路。根據(jù)兩個(gè)回路的變量有無關(guān)連，分為功率變量系統(tǒng)和全功率變量系統(tǒng)兩種。其中的分功率變量系統(tǒng)的每個(gè)油泵

14、各有一個(gè)功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，油泵的流量變化只受自身所在回路壓力變化的影響，與另一回路的壓力變化無關(guān)，即兩個(gè)回路的油泵各自獨(dú)立地進(jìn)行恒功率調(diào)節(jié)變量，兩個(gè)油泵各自擁有一半發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率；全功率變量系統(tǒng)中的兩個(gè)油泵由一個(gè)總功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，使兩個(gè)油泵的擺角始終相同。同步變量、流量相等。決定流量變化的是系統(tǒng)的總壓力，兩個(gè)油泵的功率在變量范圍內(nèi)是不相同的。其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有機(jī)械聯(lián)動(dòng)式和液壓聯(lián)動(dòng)式兩種形式。2.3.2 wly10挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的擬定 wly10的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)采用雙泵雙回路總功率調(diào)節(jié)變量系統(tǒng)，并采用了負(fù)載傳感控制系統(tǒng)，使用兩擋機(jī)械變速和變量泵、變量馬達(dá)相結(jié)合的變速方式進(jìn)行變速，工作裝置動(dòng)臂采用

15、雙油缸支撐，動(dòng)臂油缸小腔緩沖，斗桿油缸雙腔緩沖。根據(jù)這些對(duì)液壓系統(tǒng)的要求，現(xiàn)擬定其液壓原理圖如圖2-1所示，其負(fù)載感應(yīng)系統(tǒng)框圖如圖2-2所示：圖2-1 wly10液壓挖掘機(jī)液壓原理圖1-油箱 2-濾油器 3-旋轉(zhuǎn)閥門 4-柱塞泵 5-多路閥 6-回轉(zhuǎn)裝置 7-斗桿油缸 8-動(dòng)臂油箱 9-中央回轉(zhuǎn)接頭 10-行走馬達(dá) 11-鏟斗油缸 12-推土油缸 13-手柄式先導(dǎo)閥 14-手柄先導(dǎo)閥 15-腳踏式先導(dǎo)閥 16-手柄式先導(dǎo)閥 17-蓄能器 18-濕式電磁閥 19-單向閥 20-散熱器 21-單向閥 22-板式濾油器 23-溢流閥 24-主油路濾清器 25-左旋掛缸 26-右懸掛缸 雙聯(lián)泵采用斜軸

16、式柱塞變量泵，通過感應(yīng)器來控制兩泵的輸出功率，左泵輸出的壓力油通過多路閥，除了向回轉(zhuǎn)裝置、斗桿油缸、動(dòng)臂油缸、鏟斗油缸供油外，還向行走馬達(dá)供油。右油泵輸出的壓力油一路與蓄能器相連，作為應(yīng)急能源，使發(fā)動(dòng)機(jī)不工作或出現(xiàn)故障時(shí)仍能操縱工作機(jī)構(gòu)，另一路的壓力油通過先導(dǎo)閥進(jìn)入換向閥的遠(yuǎn)程操控口，來控制換向閥的換位；在每個(gè)液壓缸和相應(yīng)的換向閥之間都裝有安全閥和單向閥，以避免換向運(yùn)動(dòng)部件停動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的劇烈沖擊。手動(dòng)減壓閥式先導(dǎo)閥的操縱油路，扳動(dòng)手柄，壓力油經(jīng)手柄式先導(dǎo)閥進(jìn)入多路閥的遠(yuǎn)控口，從而控制多路閥的移動(dòng)，從而來控制油路的閉合。這種操縱系統(tǒng)操縱簡(jiǎn)單、動(dòng)作準(zhǔn)確。負(fù)載感應(yīng)系統(tǒng)框圖：圖2-2 負(fù)載感應(yīng)系統(tǒng)框圖

17、兩臺(tái)主泵的變量控制部分由伺服閥、單泵超壓截?cái)嚅yco、空載閉合閥nc(反向控制閥)、總功率變量控制閥tvc(扭變控制閥)等四部分。進(jìn)入伺服閥的信號(hào)壓力p決定主閥的排量大小，當(dāng)p等于先導(dǎo)閥控制壓力時(shí)，此時(shí)信號(hào)壓力最大，伺服閥位于右位（左位），此時(shí)主泵排量最大。當(dāng)壓力減小時(shí)主泵擺角減小，排量減小。截?cái)嚅yco、閉合閥nc、總功率控制閥tvc控制p的大小。 當(dāng)伺服閥位于中位時(shí)，主泵排出的油經(jīng)噴嘴傳感器使閉合閥nc換向，信號(hào)壓力被切斷，主泵的排量為零。采用負(fù)載傳感系統(tǒng)的好處：一. 泵僅向系統(tǒng)供給需要的流量，損失最小化，無溢流損失，便于節(jié)能。二. 當(dāng)流量和功率飽和時(shí)，各執(zhí)行元件的動(dòng)作都都同步按比例縮小。三.

18、 充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，并使發(fā)起動(dòng)機(jī)不至于過載。四. 提高作業(yè)效率。 第三章 液壓系統(tǒng)的計(jì)算3.1液壓缸的計(jì)算液壓缸是液壓挖掘機(jī)中的執(zhí)行元件，它的功能就是把液體壓力能轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能或者擺動(dòng)的機(jī)械能。在液壓挖掘機(jī)中使用的的是雙作用單桿活塞缸，其結(jié)構(gòu)上基本可以分為缸筒和活塞桿組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個(gè)部分。本文液壓缸的設(shè)計(jì)思路就是參照類似的挖掘機(jī)液壓缸，然后對(duì)其進(jìn)行校核。3.1.1液壓缸的基本參數(shù) 參照wy10履帶液壓挖掘機(jī)的液壓缸型號(hào)，其基本參數(shù)如表3-1所示表 3-13.1.2 液壓缸工作能力的計(jì)算根據(jù)負(fù)荷和工作裝置油缸鉸點(diǎn)布置，以及液壓系統(tǒng)的分析計(jì)算確定本機(jī)油缸所需的推力和

19、支力。 計(jì)算公式： 油缸大腔面積： f=pd/4 (cm)油缸小腔面積： f= p(d-d)/4 (cm) 額定大腔推力： p=fp (n)額定小腔推力: p=fp (n)最大大腔支承力: p=f p (n)最大小腔支承力: p=f p1 (n)計(jì)算結(jié)果如圖所示（表3-2）：表 3-23.1.2 液壓缸的運(yùn)動(dòng)計(jì)算1、活塞運(yùn)動(dòng)速度v=q/s1 (m/s) v=q/s2 (m/s)2、全程時(shí)間t=h/ v (s) t=h/ v (s)計(jì)算結(jié)果如表3-3所示：表3-3油缸名稱油泵流量油缸運(yùn)動(dòng)速度(m/s)全程時(shí)間 (s)q（l/min）大腔進(jìn)油v小腔進(jìn)油v大腔進(jìn)油t小腔進(jìn)油t動(dòng)臂缸1200.3350

20、.5762.841.64斗桿缸1200.2680.5043.772.0鏟斗缸1200.300.4772.671.673.1.3 強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核缸筒壁厚的校核(1)當(dāng)時(shí)，按薄壁孔強(qiáng)度校核。 （3-1）(2)當(dāng)，按第二強(qiáng)度理論校核。 （3-2）式中：缸筒試驗(yàn)壓力（缸的額定壓力時(shí)，；缸的額定壓力時(shí)，）； 缸筒材料的許用拉應(yīng)力； 缸筒內(nèi)徑； 缸筒壁厚；活塞桿強(qiáng)度校核：活塞桿的強(qiáng)度一般情況下時(shí)足夠的，主要是校核其穩(wěn)定性?；钊麠U的穩(wěn)定性校核：活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受得力不能超過使它保持穩(wěn)工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿的材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度以及

21、液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)?；钊麠U的穩(wěn)定性可按下式校核。 （3-3）式中：安全系數(shù)，一般取2-4。本文取3 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)，有 （3-4） 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)，且取20-120，則 （3-5） 式中：安裝長(zhǎng)度；活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，；柔性系數(shù)，本文中取85；支撐方式或安裝方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，本文取1；活塞桿材料的彈性模量；其材料為合金鋼，為；活塞桿橫截面慣性矩；活塞桿橫截面積；材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)數(shù)值；本文??；系數(shù)，本文取1/5000；1）動(dòng)臂缸校核：壁厚校核：其壁厚為12mm, 缸筒內(nèi)徑為85mm。材料為鑄鋼鋼管zg230-450，其為450mpa。由于所以按式（3-1）進(jìn)行校核。缸的

22、額定壓力,所以=37.5，帶入數(shù)據(jù)得其最小壁厚為：12mm所以動(dòng)臂缸壁厚滿足強(qiáng)度要求?；钊麠U穩(wěn)定性校核：由活塞桿的形狀以及尺寸，可算得 于是 其細(xì)長(zhǎng)比 而 因此用式（3-5）進(jìn)行校核：將其數(shù)值帶入（3-3）中得：其最大支撐力符合要求，所以活塞桿符合穩(wěn)定性要求。2）斗桿缸的校核： 缸壁厚校核：其壁厚為14.5mm, 缸筒內(nèi)徑為95mm。材料為鑄鋼鋼管zg230-450，其為450mpa。由于所以按式（3-1）進(jìn)行校核。缸的額定壓力,所以=37.5，帶入數(shù)據(jù)得其最小壁厚為：14.5mm所以動(dòng)臂缸壁厚滿足強(qiáng)度要求?；钊麠U穩(wěn)定性校核：由活塞桿的形狀以及尺寸，可算得 于是 其細(xì)長(zhǎng)比 而 因此用式3-5進(jìn)

23、行校核：將其數(shù)值帶入（3-3）中得：其最大支撐力符合要求，所以活塞桿符合穩(wěn)定性要求。3）鏟斗缸的校核： 缸壁厚校核：其壁厚為12mm, 缸筒內(nèi)徑為90mm。材料為鑄鋼鋼管zg230-450，其為450mpa。由于所以按式3-1進(jìn)行校核。缸的額定壓力,所以=37.5，帶入數(shù)據(jù)得其最小壁厚為：14.5mm所以動(dòng)臂缸壁厚滿足強(qiáng)度要求?；钊麠U穩(wěn)定性校核：由活塞桿的形狀以及尺寸，可算得 于是 其細(xì)長(zhǎng)比 而 因此用式3-5進(jìn)行校核：將其數(shù)值帶入（3-3）中得：大于其最大支撐力，符合要求，所以活塞桿符合穩(wěn)定性要求。到此，對(duì)液壓缸進(jìn)行了全面的校核，都符合強(qiáng)度以及穩(wěn)定性的要求，可以使用。3.2 主泵的選用及其計(jì)

24、算3.2.1 主泵類型的選擇在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓泵就是為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供能量的，它將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)外負(fù)載的需要。本系統(tǒng)采用雙聯(lián)泵的結(jié)構(gòu)。軸向柱塞泵由于徑向尺寸小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小所以轉(zhuǎn)速高，流量大，壓力高，變量方便，效率也較高；在各類液壓系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，又由于本液壓系統(tǒng)是恒功率變量系統(tǒng)，因此預(yù)選用恒功率變量軸向柱塞泵作為主泵。3.2.2 確定泵的額定壓力和流量 1）泵的工作壓力泵的工作壓力應(yīng)根據(jù)液壓缸的最高壓力來確定，即式中 執(zhí)行元件的最高工作壓力，本文取34； 進(jìn)油路和回油路的總壓力損失（），對(duì)于節(jié)流調(diào)速和較簡(jiǎn)單的油路可?。?.2-0.5）；對(duì)于進(jìn)油路設(shè)

25、有調(diào)速閥和較復(fù)雜的系統(tǒng)，可?。?.5-1.5）。本處取1。代入數(shù)據(jù)： 根據(jù)產(chǎn)品樣本查出，選用額定壓力為35的液壓泵。 2）泵的輸出流量 泵的流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件的最高速度要求，所以泵的輸出流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所需要的最大流量和泄漏量來確定，即式中 系統(tǒng)的系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般取1.1-1.3（管路長(zhǎng)取大值，管路短取小值）。本文取1.2. 執(zhí)行元件實(shí)際需要的最大流量（l/min）。本文取斗桿油缸的流量100 l/min。代入數(shù)據(jù)： 那么一個(gè)泵的額定輸出流量為60 l/min。根據(jù)產(chǎn)品樣本，選用泵的額定流量為60 l/min的產(chǎn)品。3.2.3 確定驅(qū)動(dòng)功率 由于液壓泵存在著容積損失和機(jī)械損失，為滿足液壓泵向

26、系統(tǒng)輸出的所需要的壓力和流量，液壓泵的輸入功率必須大于它的輸出功率。泵所需要的的驅(qū)動(dòng)功率為： 式中 泵的額定工作壓力，本文取30 ； 泵的額定流量，此處為 60 l/min； 泵的總效率，查表得0.95。代入數(shù)據(jù)： .3.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算1選用nachi pcl-120-18b-1s2-8443a 回轉(zhuǎn)馬達(dá)等價(jià)排量： =391cm3/r出軸小齒輪： m=6 z2=82. 選用回轉(zhuǎn)支承(單排球式) 滾道直徑: 634 球直徑: 22 內(nèi)圈齒數(shù): z1=833. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最大工作壓力p=10mpa 由第一泵供油 4. 參數(shù)計(jì)算:1）馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù): 代入數(shù)值算得 2） 平臺(tái)轉(zhuǎn)數(shù): 3）泵提供功率 .

27、4) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)速比式中 回轉(zhuǎn)馬達(dá)減速器速比為17.7；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)速比 i2=83/8=10.4； 5) 轉(zhuǎn)臺(tái)啟動(dòng)力矩：式中 ；1減速器機(jī)械效率為0.95；2回轉(zhuǎn)支承機(jī)械效率為0.95；帶入式中： 6） 校核附著力矩履帶式液壓挖掘機(jī)與地面的附著力矩： 式中: 附著系數(shù) 取0.5； g整機(jī)質(zhì)量 取10；代入數(shù)值： 取轉(zhuǎn)臺(tái)制臺(tái)力矩的允許值：令 式中 c經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取1.36代入數(shù)值： 由于 故可以制動(dòng)。第四章 油箱的設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1 油箱的設(shè)計(jì) 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲(chǔ)油外，還啟著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有許多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾器及液位計(jì)等。 圖4-1就是油箱的簡(jiǎn)圖

28、圖4-1 1液位計(jì) 2吸油管 3空氣過濾器 4回油管 5側(cè)板 6人孔蓋 7放油塞 8地腳 9隔板 10底板 11吸油過濾器 12蓋板 液壓泵通過2將油箱中的油液吸到泵中；3保證大氣中的塵埃，雜質(zhì)不進(jìn)入油箱，并且有通氣孔與大氣連接，從而保證液壓泵能正常吸油；液壓系統(tǒng)中的油液通過4流回油箱；10可阻擋沉淀雜質(zhì)進(jìn)入吸油管；11阻擋氣泡進(jìn)入吸油管；12用于固定液壓泵等裝置，并防止外界環(huán)境中的贓物進(jìn)入油箱。油箱設(shè)計(jì)的要求： 1）油箱應(yīng)具有足夠的容量，液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油面應(yīng)保持一定的高度以防液壓泵吸空。但為了防止系統(tǒng)中油液全部流回油箱時(shí)溢出油箱，油面不能太高，一般不應(yīng)超過油箱高度的80%。 2）吸油管與回

29、油管之間的距離應(yīng)盡量遠(yuǎn)，以增加油液的循環(huán)距離，并使它有充分的時(shí)間沉淀，排出氣泡，同時(shí)也有利于油液的冷卻。 3）吸油管必須插在油液中，并在它的底端安裝過濾器，以使液壓泵吸入情節(jié)的油液。吸油管與回油管端部應(yīng)制成45度，距箱底應(yīng)大于兩倍管徑，距箱壁應(yīng)大于三倍管距。4）為使漏到蓋板上的油液不至于流到地面上，油箱側(cè)壁應(yīng)高于蓋板（10-15）mm。 5）為了排凈存油和清洗油箱，油箱底板應(yīng)有適當(dāng)斜度；放油閥也應(yīng)安裝在箱底的最低處。6）油箱底應(yīng)設(shè)底腳，底腳高度一般為（150-200）mm，以利通風(fēng)散熱和排出箱內(nèi)油液。 7）為了防止油液被污染，注油孔上要加裝濾網(wǎng)；通氣孔上必須裝空氣過濾器。 8）油箱內(nèi)壁應(yīng)涂耐油

30、防銹涂料，以免生銹。4.2 油箱容量的計(jì)算 確定油箱容量的方法有兩種：一種時(shí)估算法，另一種是近似計(jì)算法。估算法一般應(yīng)用于不要求準(zhǔn)確計(jì)算的液壓系統(tǒng)的油箱容量，本文就是采用估算法來計(jì)算油箱所需的油量。 油箱所需要的容量：式中 油箱的有效容積； 系數(shù)；對(duì)于高壓系統(tǒng)一般取，本文取8； 液壓泵的額定流量（l/min）。本文取120 l/min。代入數(shù)據(jù)： 因此根據(jù)油箱容量jb/t79381999標(biāo)準(zhǔn)，選用1000l作為油箱的公稱容量。4.3 系統(tǒng)發(fā)熱量的計(jì)算 在液壓系統(tǒng)中，凡是系統(tǒng)中的損失都變成熱量散發(fā)出來。每一個(gè)周期中，每一個(gè)工況其效率不同，因此損失也就不同。一個(gè)周期的發(fā)熱功率計(jì)算公式為 （4-1）式

31、中 一個(gè)周期的平均發(fā)熱功率（w）； 一個(gè)周期的時(shí)間（s），取為4.5s； 第個(gè)工況的輸入功率（w）； 第個(gè)工況的輸入效率； 第個(gè)工況的持續(xù)時(shí)間（s）。 由表1-1可知，在液壓挖掘機(jī)的一個(gè)工作周期中，大致可以分為三個(gè)階段：第一階段回轉(zhuǎn)裝置的回轉(zhuǎn)以及在三個(gè)液壓缸的復(fù)合動(dòng)作下提升鏟斗以斗桿缸收縮為主；第二階段在三個(gè)液壓缸的作用下，主要是鏟斗和動(dòng)臂液壓缸推出為主，鏟斗挖掘物料，并提升。第三階段在回轉(zhuǎn)裝置作用下，轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，在鏟斗和斗桿的作用下進(jìn)行卸載主要以液壓缸的收縮為主。第一階段的發(fā)熱量計(jì)算：1） 回轉(zhuǎn)裝置發(fā)熱量的計(jì)算： 回轉(zhuǎn)裝置的輸入功率為； 回轉(zhuǎn)液壓缸的效率為為0.94； 此階段回轉(zhuǎn)馬達(dá)的持續(xù)

32、時(shí)間為2.1s；代入數(shù)值得： 2） 鏟斗以及斗桿缸收縮的發(fā)熱量的計(jì)算： 液壓缸的輸入功率為72； 液壓缸的工作效率為0.9； 液壓缸的收縮時(shí)間為1.8s；代入數(shù)據(jù)得 則第一階段的發(fā)熱量為： 第二階段的發(fā)熱量的計(jì)算 鏟斗和動(dòng)臂液壓缸推出的發(fā)熱量： 液壓缸的輸入功率為72； 液壓缸的工作效率為0.9； 液壓缸的平均運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2.5s；帶入數(shù)值得： 第三階段的發(fā)熱量的計(jì)算1） 回轉(zhuǎn)裝置的發(fā)熱量 回轉(zhuǎn)裝置的輸入功率為； 回轉(zhuǎn)液壓缸的效率為為0.94； 此階段回轉(zhuǎn)馬達(dá)的持續(xù)時(shí)間為2.5s；代入數(shù)值得： 2）鏟斗及斗桿收縮的發(fā)熱量的計(jì)算： 液壓缸的輸入功率為72； 液壓缸的工作效率為0.9； 液壓缸的平均

33、運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2s；代入數(shù)據(jù)得： 第三階段的發(fā)熱量為： 在一個(gè)周期內(nèi)的總的發(fā)熱量為： 帶入式4-1得系統(tǒng)的發(fā)熱功率為： 4.3 散熱量的計(jì)算 假定只考慮油箱散熱，不考慮其他部分散熱時(shí)，那么系統(tǒng)的發(fā)熱功率全部由油箱來散熱，這時(shí)油箱的散熱面積由下式計(jì)算： 式中 油箱的散熱面積（）； 油箱需要散熱的熱功率（）； 油溫（一般以考慮）與周圍環(huán)境的溫差（），本文取35；散熱系數(shù)。與油箱周圍通風(fēng)條件的好壞而不同，通風(fēng)條件很差時(shí)=8-9；良好時(shí)=15-17.5；風(fēng)扇強(qiáng)行冷卻時(shí)=20-23；強(qiáng)迫水冷時(shí)=110-175；本文使用強(qiáng)迫水冷，所以取=120；代入數(shù)值得： 在使用強(qiáng)迫水冷時(shí)，油箱內(nèi)的散熱面積應(yīng)為。根據(jù)油箱的

34、容量，我們可以知道油箱可以擁有足夠的散熱面積。（油箱的容積為1）。當(dāng)然系統(tǒng)還有其他的散熱裝置，油箱的散熱面積就小于這里計(jì)算的數(shù)值；也可以不用強(qiáng)迫水冷的方法，比如使用風(fēng)扇進(jìn)行散熱。這里就不多討論了。第四章 管道的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 管道的設(shè)計(jì) 所謂液壓系統(tǒng)中的管道是指，液壓系統(tǒng)中傳遞工作液體的管子。4.1.1管路設(shè)計(jì)的要求：1.管子有足夠的強(qiáng)度和韌性，以保證在規(guī)定的壓力和溫度下傳遞適當(dāng)?shù)牧黧w而不至于破裂，同時(shí)要求管子要能耐腐蝕，以防油液污染變質(zhì)。 2.管子尺寸的選取要適當(dāng)。在一定的流速下若管子的內(nèi)徑偏小，則流速較高，壓力降和摩擦損失較大，效率低。管子內(nèi)徑大，流速低，壓力降小，效率高，但材料和成本等

35、方面會(huì)造成浪費(fèi)，因此對(duì)管子內(nèi)徑的選擇得進(jìn)行必要的計(jì)算。 3.對(duì)于吸油管，阻力要小，盡量通暢，密封要好，防止液壓泵吸空或產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。 4.回油管的尺寸必須大些，防止排油背壓大。液壓元件本身的泄油管一般與回油管分開，單獨(dú)通回油箱，以免產(chǎn)生背壓和虹吸。 5.管子盡量短，彎曲角盡量小，接頭很配件盡量小。 6.為減小壓力損失和泄漏，高壓油管和超高壓油管應(yīng)靠近工作機(jī)構(gòu)；管道各處應(yīng)避免斷面的局部擴(kuò)大和縮小，避免急劇彎曲。 7.管道的最高處應(yīng)設(shè)有放氣裝置，用以放掉系統(tǒng)中的空氣。 8.與法蘭和聯(lián)結(jié)處的管子必須是直的，以保證聯(lián)結(jié)牢固可靠。此直線段的長(zhǎng)度一般可取管子直徑的2-3倍。4.1.2油管的選擇： 在實(shí)際中

36、，有關(guān)可分為三大類：金屬管、橡膠軟管、尼龍塑料管。橡膠軟管和尼龍軟管一般都用在低壓的液壓系統(tǒng)中，本液壓系統(tǒng)的最高工作壓力為34mpa，屬于高壓系統(tǒng)；金屬管中的鋼管能承受高壓，耐油，抗腐蝕和剛性都比較好，價(jià)格便宜，多用于高壓、大功率、裝配空間不受限制的情況下。高壓系統(tǒng)用無縫鋼管；低壓系統(tǒng)用焊接鋼管。因此本液壓系統(tǒng)中的高壓油路就采用無縫鋼管作為油管。4.2 管道的計(jì)算對(duì)管道的計(jì)算主要是計(jì)算管子的內(nèi)徑和管子的壁厚，以保證能滿足液壓系統(tǒng)的流速和壓力的要求。 1）計(jì)算管子內(nèi)徑 其公式為：式中 管子的內(nèi)徑（mm）； 管內(nèi)流過的最大流量（）； 允許流速（）。 推薦允許流速可按表4-2選取。表4-2 常用管路

37、的允許流速 值得注意的是，在選管子內(nèi)徑是，應(yīng)當(dāng)滿足壓油管、吸油管和回油管的適當(dāng)要求。 2）計(jì)算管子壁厚 其運(yùn)算公式為：式中 管內(nèi)工作壓力mpa； 油管內(nèi)徑（mm）； 油管材料許用應(yīng)力（mpa）。， 為材料的抗拉強(qiáng)度，對(duì)于鋼管，=500 mpa。為安全系數(shù)。對(duì)于鋼管，7mpa時(shí)，取=8；17.5mpa時(shí)，取=4。應(yīng)當(dāng)指出，油管的內(nèi)外徑都是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，因此計(jì)算出的內(nèi)徑和壁厚應(yīng)查閱有關(guān)手冊(cè)，按標(biāo)準(zhǔn)選取。4.2.1 吸油管尺寸的計(jì)算吸油管內(nèi)徑的計(jì)算： 吸油管內(nèi)流過的最大流量取為0.002； 允許流速，參照表4-1可選用1.8.代入數(shù)據(jù)得： 通過查表，其標(biāo)準(zhǔn)值可選32mm。吸油管壁厚的計(jì)算： 吸油管的工作壓力，取30mpa； 管子的內(nèi)徑，取50mm； 吸油管的需用壓力，對(duì)于鋼管來說；代入數(shù)據(jù)得： 通過查表，可選其標(biāo)準(zhǔn)值5mm。 綜合計(jì)算所得的吸油管的內(nèi)徑和壁厚，通過查表可選用公稱通徑為32mm，鋼管外徑為42mm的鋼管