第三章 液壓挖掘機(jī)課件

1、第三章 液壓挖掘機(jī)挖掘機(jī)是用來開挖土方的一種施工機(jī)械，它是用鏟斗上的斗齒切削土壤并裝人斗內(nèi)，裝滿土后提升鏟斗并回轉(zhuǎn)到卸土地點(diǎn)卸土，然后再使轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、鏟斗下降到挖掘面，進(jìn)行下一次挖掘。挖掘機(jī)在建筑、筑路、水利、電力、采礦、石油、天然氣管道鋪設(shè)和軍事工程中被廣泛地使用。挖掘機(jī)主要用于筑路工程中的塹壕開挖，建筑工程開挖基礎(chǔ)，水利工程開挖溝渠、運(yùn)河和疏浚河道，在采石場、露天開采等工程中剝離和礦石的挖掘等。據(jù)統(tǒng)計，工程施工中約有60左右的土石方量是靠挖掘機(jī)完成的。此外，挖掘機(jī)更換工作裝置后還可進(jìn)行澆筑、起重、安裝、打樁、夯土和拔樁、破碎等作業(yè)。3.1挖掘機(jī)的分類及特點(diǎn)1、挖掘機(jī)的分類挖掘機(jī)械的類型較多，

2、可按照挖掘機(jī)工作原理、作業(yè)過程、用途和構(gòu)造特征進(jìn)行分類。按挖掘機(jī)作業(yè)過程分為周期作業(yè)式和連續(xù)作業(yè)式兩類。周期作業(yè)式挖掘機(jī)是指挖掘、鏟運(yùn)、卸載等作業(yè)依次重復(fù)循環(huán)進(jìn)行的挖掘機(jī)，各種單斗挖掘機(jī)屬于這一類。連續(xù)作業(yè)式挖掘機(jī)是指挖掘、鏟運(yùn)、卸載等作業(yè)連續(xù)進(jìn)行的挖掘機(jī)，包括多斗挖掘機(jī)、滾切式挖掘機(jī)及隧道挖進(jìn)機(jī)(銑切式)。按用途不同，單斗挖掘機(jī)分為通用型(或萬能型)和專用型挖掘機(jī)。在建筑工程中，建筑型單斗挖掘機(jī)是使用最多的、最基本的一種型式，通過更換工作裝置；可進(jìn)行挖掘、裝載、起重和打樁等作業(yè)，故常稱為通用型(萬能型)挖掘機(jī)。專用型單斗挖掘機(jī)包括采礦型、剝離型和隧洞式(短臂)。這些挖掘機(jī)一般只有一個工作裝置

3、，用以完成某一特定作業(yè)。按動力裝置分，有電驅(qū)動、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動、復(fù)合驅(qū)動。其中內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動較為普遍。 按傳動方式分，有機(jī)械傳動式、液力機(jī)械傳動式、全液壓傳動式。后兩種特別是全液壓驅(qū)動式越來越多地被采用。 按行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式分，有履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式、步行式和水陸兩用式等，其中履帶式挖掘機(jī)占的比例較大。連續(xù)作業(yè)式多斗挖掘機(jī)周期作業(yè)式單斗挖掘機(jī)挖掘機(jī)建筑型單斗挖掘機(jī)采礦型單斗挖掘機(jī)剝離型單斗挖掘機(jī)塔索型單斗挖掘機(jī)隧道挖掘機(jī)(組)履帶式步行式短臂式伸縮臂式鏈斗挖掘機(jī)鏈斗挖溝機(jī)成型斷面挖溝機(jī)輪斗式挖掘機(jī)滾切式挖掘機(jī)隧道聯(lián)合挖掘機(jī)主塔移動式主塔固定式履帶式輪胎式汽車式履帶式輪胎式汽車式2、特點(diǎn)及應(yīng)

4、用范圍1) 建筑型單斗挖掘機(jī) 建筑型單斗挖掘機(jī)的特點(diǎn)是，具有正鏟、反鏟、拉鏟、抓斗、起重吊鉤等35種工作裝置，可進(jìn)行多種作業(yè)，其中以反鏟應(yīng)用居多，斗容量一般在2m3以下。單斗挖掘機(jī)一般用一臺柴油機(jī)驅(qū)動，也有用一臺或多臺電動機(jī)驅(qū)動的。行走機(jī)構(gòu)有履帶式和輪胎式兩種。履帶式挖掘機(jī)的整機(jī)質(zhì)心位置低，行駛、作業(yè)穩(wěn)定性較好；輪胎式挖掘機(jī)的行駛速度較高，能較遠(yuǎn)距離的自行轉(zhuǎn)場。目前操縱方式主要采用液壓。適用于挖掘IIV級土壤（工程上總共分五級，按各種工具如鐵鍬、鎬等是否能挖動來衡量，I級土壤腳踩上去有腳印，用鐵鍬可輕易挖動。）及爆破后的VVI級巖石(按硬度分)。2) 采礦型單斗挖掘機(jī)該挖掘機(jī)的主要工作裝置為正

5、鏟，個別的配有拉鏟和起重裝置，斗容量一般為28m3，大多數(shù)采用機(jī)械傳動，主要用于露天礦的挖掘和裝載作業(yè)。3) 剝離型單斗挖掘機(jī)該挖掘機(jī)有履帶式和步行式兩種，多用于露天礦表層剝離、大型基建工程、河道疏浚和挖掘、土壤改良等工程中。履帶式剝離型單斗挖掘機(jī)采用正鏟，斗容量一般為453m3，可開挖IIV級土壤；而步行式的多采用拉鏟，斗容量一般為476.5m3，行走機(jī)構(gòu)的接地比壓小(當(dāng)整機(jī)質(zhì)量為1601400t時，接地比壓僅為78.4147.1kPa)，適宜于在松軟、沼澤地面作業(yè)。作業(yè)范圍很廣，被廣泛用于露天礦表層剝離、砂礫石開采、河道開挖及大型工壩、路基、橋基、水電站基礎(chǔ)開挖等工程。4) 隧道挖掘機(jī)該挖

6、掘機(jī)具有特種工作裝置和較小的轉(zhuǎn)臺尾部回轉(zhuǎn)半徑，專用于隧道、坑道、地鐵等狹窄的作業(yè)環(huán)境，可挖掘和裝載IIV級土壤或爆破后的VVI級巖石。5) 多斗挖掘機(jī)這是一種由若干個挖斗連續(xù)循環(huán)進(jìn)行挖掘作業(yè)的施工機(jī)械，主要用于從VI級以下土壤中挖取土方、開挖溝渠、剝離采料場或露天礦場的表面土壤、修理坡道以及裝卸松散物料等作業(yè)。3.2 液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)和選擇1、液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)有以下幾類：1) 尺寸參數(shù) 如工作尺寸、機(jī)體外形尺寸和工作裝置尺寸等。2) 質(zhì)量參數(shù) 如整機(jī)重量、各主要部件（或總成）的重量等。3) 功率參數(shù) 如發(fā)動機(jī)、液壓系統(tǒng)及主要機(jī)構(gòu)功率、力和速度等。4) 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)參數(shù)

7、如作業(yè)周期、生產(chǎn)率等。液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)中最重要的參數(shù)有三個，即斗容量、機(jī)重和發(fā)動機(jī)功率。關(guān)于主參數(shù)斗容量、機(jī)重和發(fā)動機(jī)功率的概念，各國標(biāo)準(zhǔn)所定的含義略有不同。我國液壓挖掘機(jī)標(biāo)準(zhǔn)定義為：標(biāo)準(zhǔn)斗容量：指挖掘級或容重為18000N/m3的土壤時，鏟斗堆尖時的斗容量(m3)。為充分發(fā)揮挖掘機(jī)的挖掘力，對于不同等級或容重的土壤可以配備相應(yīng)不同斗容量的鏟斗(m3)?！咀ⅰ咳葜兀喝莘e重量，即單位體積土的重量，一般以N/m3或KN/m3計。分為自然狀態(tài)下的實(shí)土容重和松散狀態(tài)下的容重。土方工作量一般均按實(shí)土體積進(jìn)行計算。機(jī)重：是指帶標(biāo)準(zhǔn)反鏟或正鏟工作裝置和標(biāo)準(zhǔn)行走裝置時的整機(jī)工作質(zhì)量(t)。發(fā)動機(jī)功率：指發(fā)動

8、機(jī)的額定功率(12小時工作)，即正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下本身消耗以外的凈輸出功率（KW）。斗容量直接反映了挖掘機(jī)的挖掘能力和效果，據(jù)以選用施工中配套的運(yùn)輸車輛，而土石方工程量也以體積計算。液壓挖掘機(jī)也有采用標(biāo)準(zhǔn)斗容量作為分級標(biāo)志的。但也有認(rèn)為，液壓挖掘機(jī)工作裝置多，同一機(jī)械可以設(shè)有多種不同斗容量的鏟斗(按土質(zhì)不同及施工尺寸要求)，故斗容量分級不夠明確。功率反映了機(jī)械的動力級，與其它參數(shù)有函數(shù)關(guān)系，影響挖掘機(jī)的性能。例如定量系統(tǒng)挖掘機(jī)0.1m3斗容量約需功率1215kW，故也可作為挖掘機(jī)分級標(biāo)志。但也有認(rèn)為由于液壓系統(tǒng)不同，輔助設(shè)備能耗不同，或功率儲備不同，以功率分級亦不妥。機(jī)重則直接反映了機(jī)械本身的重量

9、級，它對技術(shù)參數(shù)指標(biāo)影響很大，因挖掘機(jī)挖掘能力的發(fā)揮、功率的充分利用、機(jī)械的穩(wěn)定性都要以一定的機(jī)重來保證，因此機(jī)重反映了挖掘機(jī)的實(shí)際工作能力，可用作分級標(biāo)志。以上三個主參數(shù)在國外均有用作分級標(biāo)志。如聯(lián)邦德國的OK公司、日本的日立建機(jī)等采用按標(biāo)準(zhǔn)斗容量分級；法國的Poclain公司采用以發(fā)動機(jī)功率圓整值作為系列分級標(biāo)志；而聯(lián)邦德國的Liebherr、Demag、Weyhausen以及法國的Richier公司等則以機(jī)重為系列分級標(biāo)志。我國按上述原因和國內(nèi)習(xí)慣曾采用斗容量為系列分級的主要標(biāo)志。新修訂的液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用機(jī)重與標(biāo)準(zhǔn)斗容為標(biāo)志，液壓挖掘機(jī)新產(chǎn)品設(shè)計或老產(chǎn)品的改進(jìn)、整頓、變型設(shè)計等

10、型式和參數(shù)的確定都應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。2、主要參數(shù)的選擇選擇確定液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)的基本依據(jù)是： 1) 設(shè)計任務(wù)書所規(guī)定的鏟斗容量、用途和作業(yè)要求、工作條件等等；2) 有關(guān)國內(nèi)外同類型、同等級液壓挖掘機(jī)的技術(shù)資料，國家以及企業(yè)的系列標(biāo)堆等；3) 理論分折或經(jīng)驗(yàn)計算；4) 使用單位的要求和制造廠的生產(chǎn)條件等。主要參數(shù)的選擇確定是液壓挖掘機(jī)總體方案設(shè)計中重要的環(huán)節(jié)，它與挖掘機(jī)整體和各主要機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式有密切關(guān)系，例如工作裝置尺寸往往必須在選定工作裝置結(jié)構(gòu)型式和布置方案后才能確定，而工作裝置的結(jié)構(gòu)方案選擇又必須滿足工作裝置尺寸的要求，因此結(jié)構(gòu)方案的選擇與主要參數(shù)的確定常常需要交叉反復(fù)進(jìn)行、并通過方案比較

11、后再確定。在確定主要參數(shù)時，必須正確處理先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系，正確處理相互制約的有關(guān)參數(shù)間的關(guān)系，例如過分地減輕機(jī)重，將影響機(jī)械挖掘力的發(fā)揮并導(dǎo)致有效工作尺寸的減小，甚至影響機(jī)械的強(qiáng)度和剛度。反之，則必然導(dǎo)致機(jī)械過于笨重，經(jīng)濟(jì)性很差。因此要實(shí)事求是地分析和滿足對各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求，盲目地提高或削弱某些參數(shù)都將帶來不良的結(jié)果，因?yàn)橥诰驒C(jī)是個有機(jī)的整體，共性能的優(yōu)劣不僅與各部件性能有關(guān)，更重要的是決定于各部件結(jié)構(gòu)特性的協(xié)調(diào)匹配。合理的主要參數(shù)應(yīng)該符合以下條件：1) 滿足實(shí)際使用要求實(shí)用性；2) 適合于生產(chǎn)廠的制造條件可能性；3) 充分利用發(fā)動機(jī)功率經(jīng)濟(jì)性；4) 與國內(nèi)外同類型產(chǎn)品相比有

12、較先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和可靠的工作性能先進(jìn)性。影響液壓挖掘機(jī)參數(shù)的因素很多，各參數(shù)之間又彼此影響制約，關(guān)系復(fù)雜。然而具有先進(jìn)性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的液壓挖掘機(jī)其總體參數(shù)間存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律性。最優(yōu)化而簡便的參數(shù)確定方法尚在研究之中。目前，可利用電子計算機(jī)進(jìn)行參數(shù)選擇過程中的多種方案比較，從而能較快地得到較理想的參數(shù)值。對于通用典型的挖掘機(jī)可用以下方法確定參數(shù)：1) 比擬法(或稱類比法)：即通過同類型機(jī)械的比擬(類比)得出參數(shù)值。2) 經(jīng)驗(yàn)公式計算法(或稱查表法)：按概率統(tǒng)計歸納得到的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行概略的計算，得出參數(shù)值； 3) 按標(biāo)準(zhǔn)選定法：即按照國家頒布的液壓挖掘機(jī)型式與基本參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

13、的數(shù)假范圍，結(jié)合擬采用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選定參數(shù)值；4) 理論分析計算法：即按擬定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在理論分析與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析計算，得出參數(shù)值。按以上方法(尤其是前三種方法)得出的參數(shù)值不可能是完全確切合適的，必須在設(shè)計過程中按結(jié)構(gòu)方案、強(qiáng)度以及挖掘機(jī)的特殊要求進(jìn)行方案比較加以修正確定。實(shí)際工作中還往往綜合使用以上方法，如采用類比法或經(jīng)驗(yàn)計算法后與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，有的參數(shù)再通過理論分析進(jìn)行核算來選定。采用比擬法和查表法進(jìn)行選擇計算參數(shù)的依據(jù)都是以相似理論為基礎(chǔ)，即認(rèn)為性能完善的標(biāo)準(zhǔn)型通用挖掘機(jī)，其各種參數(shù)幾乎都與它的主參數(shù)(機(jī)重)有一定的關(guān)系，而且相同結(jié)構(gòu)型式的挖掘機(jī)，工作條件相近則彼此間參數(shù)的比值

14、亦相近。對于這類挖掘機(jī)，尤其是中小型的，其外形尺寸、工作尺寸和斗容量、功率等參數(shù)可以參照選定作為比擬樣機(jī)的參數(shù)值，按相似原理用內(nèi)插法決定。按照相似原理，若相比擬兩機(jī)之機(jī)重參數(shù)值改變y倍時，即相似系數(shù)為：則其主要參數(shù)的比例為: 式中 L1，F(xiàn)1, q1， N1及L0，F(xiàn)0, q0， N0分別為擬設(shè)計的液壓挖掘機(jī)及比擬樣機(jī)的：線向尺寸，面積，斗容量和功率。采用比擬法確定參數(shù)時，可選用國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)先進(jìn)產(chǎn)品作為典型樣機(jī)或國內(nèi)外有關(guān)挖掘機(jī)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，求出相似系數(shù)y，按上述關(guān)系確定所設(shè)計液壓挖掘機(jī)的各主要參數(shù)。但應(yīng)注意比擬法只適用于同類型產(chǎn)品，即結(jié)構(gòu)型式、液壓系統(tǒng)相似，工作對象、條件基本相同者。輪胎式液

15、壓挖掘機(jī)大多數(shù)與履帶式液壓挖掘機(jī)采用通用的工作裝置和上部轉(zhuǎn)臺（包括發(fā)動機(jī)、液壓元件等)，因此有些參數(shù)如發(fā)動機(jī)功率、斗容量等一般相同。但由于底盤不同，也有些參數(shù)如工作尺寸，機(jī)體尺寸和機(jī)重有差別。一般情況下，輪胎式挖掘機(jī)的機(jī)重比同等級履帶式挖掘機(jī)略小，差別在10以下。比擬法中首先應(yīng)初步確定機(jī)重參數(shù)。而各部分重量亦可按比擬法初步估算。經(jīng)驗(yàn)公式計算法(查表法)是以液壓挖掘機(jī)的機(jī)重為指標(biāo)，對現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)的總體參數(shù)用概率方法得出各主要參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，以公式來確定挖掘機(jī)的各種參數(shù)。3.3 單斗液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)3.3.1 單斗液壓挖掘機(jī)的工況特點(diǎn)和對系統(tǒng)的要求1、主機(jī)工況特點(diǎn) 單斗液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包

16、括以下幾個間歇動作：動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以及其他輔助動作。除輔助動作(包括輪式挖掘的支腿收放、整機(jī)轉(zhuǎn)向等)不需全功率驅(qū)動以外，其它都是挖掘機(jī)的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。由于挖掘機(jī)的工作對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) 由于實(shí)現(xiàn)各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化，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)動機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時間，工作過程中往往要求有兩個主要動作(例如挖掘與提升、提升與回轉(zhuǎn))同時進(jìn)行（復(fù)合動作）。圖3.3-1所示是單斗液壓挖掘機(jī)一個作業(yè)循環(huán)的組成和動作的復(fù)合，包括：圖3.3-1 液壓挖掘機(jī)的作

17、業(yè)循環(huán)組成1) 挖掘 通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘，或兩者配合進(jìn)行挖掘，因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動作，必要時，配以動臂動作。2) 滿斗回轉(zhuǎn) 挖掘結(jié)束，動臂液壓缸將動臂頂起，滿斗提升，同時回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時，主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。3) 卸載 轉(zhuǎn)到卸土點(diǎn)時，轉(zhuǎn)臺制動，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，還要有動臂液壓缸的配合，此時，是斗桿和鏟斗的復(fù)合動作，間以動臂動作。4) 返回 卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空斗放到新的挖掘點(diǎn)，此時是回轉(zhuǎn)和動臂或斗桿的復(fù)合動作。實(shí)踐證明，除個別情況以外，挖掘

18、機(jī)工作時很少出現(xiàn)兩種以上的復(fù)合動作。2、對液壓系統(tǒng)的要求 單斗液壓挖掘機(jī)的動作繁復(fù)，主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動、制動，換向，外負(fù)荷變化很大，沖擊和振動多，而且野外工作，溫度和環(huán)境變化大，所以對液壓系統(tǒng)的要求是多方面的。根據(jù)挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)，液壓系統(tǒng)要滿足主機(jī)正常工作要求，即： 1) 要保證動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動作，也可以互相配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動作；2) 主機(jī)工作過程中，要求工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能作復(fù)合動作，以提高生產(chǎn)率；3) 履帶式挖掘機(jī)的左、右履帶要求分別驅(qū)動，使挖掘機(jī)行走方便，轉(zhuǎn)向靈活，并且可以原地轉(zhuǎn)彎；4) 挖掘機(jī)的一切動作都是可逆的，而且要求無級變速；5) 要求工作安全可

19、靠，各種作業(yè)液壓缸要有良好的過載保護(hù)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置要有可靠的制動和限速，要防止動臂因自重而快速下降和整機(jī)超速溜坡。根據(jù)挖掘機(jī)的工作環(huán)境和條件，液壓系統(tǒng)還應(yīng)滿足下列要求：1) 充分利用發(fā)動機(jī)功率，提高傳動效率；2) 系統(tǒng)和元件應(yīng)保證在外負(fù)荷變化大和急劇的振動沖擊作用下，具有足夠的可靠性；3) 力求減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，設(shè)置輕便耐振的冷卻裝置，使主機(jī)持續(xù)工作時，油溫不超過85，或溫升不大于45；4) 系統(tǒng)的密封性能要好。由于工作場地塵土多，油液容易污染，要求所用元件對油液污染的敏感性低，整個系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置；5) 為了減輕司機(jī)操作強(qiáng)度，要考慮采用液壓或電液伺服操縱裝置。3.3.2 液壓

20、系統(tǒng)的類型單斗液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)壓力和液壓泵特性可以分為中高壓和高壓定量系統(tǒng)，高壓變量系統(tǒng)。中高壓定量系統(tǒng)大多采用外嚙合齒輪泵，系統(tǒng)工作壓力為16MPa左右， 這種液壓泵具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，尺寸小，重量輕等特點(diǎn)，但是效率低。國外單斗挖掘機(jī)的中商壓定量系統(tǒng)也有采用雙作用葉片泵作為動力元件。高壓定量系統(tǒng)采用徑向偏心柱塞泵，系統(tǒng)工作壓力為32MPa左右，這種液壓泵結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，工作可靠，耐沖擊和振動，壓力高，壽命長，但調(diào)速困難。高壓變量系統(tǒng)大多采用恒功率調(diào)節(jié)的軸向柱塞泵，系統(tǒng)工作壓力32MPa左右， 當(dāng)外負(fù)荷變化時液壓泵能夠自動調(diào)節(jié)流量，達(dá)到充分利用發(fā)動機(jī)功率的目的，而且效率高，在中型和

21、大型挖掘機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用。在定量系統(tǒng)中，流量固定，不能因外負(fù)荷變化而使流量作相應(yīng)的變化，因此負(fù)荷小時不能提高作業(yè)速度，功率得不到充分利用。為了滿足作業(yè)要求，定量系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)功率要根據(jù)最大外負(fù)荷和作業(yè)速度來確定。其缺點(diǎn)是系統(tǒng)功率不能充分利用，泵的特性很硬，挖掘硬土?xí)r引起很大的溢流損失。定量泵簡單可靠，價格低廉，耐沖擊性能好，過去定量系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于小型液壓挖掘機(jī)上。目前僅為了節(jié)省成本，少量用于小型液壓挖掘機(jī)?；蛘咴陔p泵雙回路系統(tǒng)中，其中一個泵采用定量泵，用于機(jī)身回轉(zhuǎn)、大臂擺動、推土板起落。必要時也可和主泵合流，參與工作裝置的復(fù)合運(yùn)動。單斗液壓挖掘機(jī)的變量系統(tǒng)，通常采用變量泵定量馬達(dá)(或液壓缸)調(diào)

22、速，實(shí)現(xiàn)無級變量。變量泵在變量范圍以內(nèi)，功率基本上保持恒定，隨著外負(fù)荷的變化，液壓泵的輸出流量相應(yīng)變化，因此，負(fù)荷小時可以增大流量，加快作業(yè)速度，功率得到比較充分的利用。變量系統(tǒng)挖掘機(jī)的發(fā)動機(jī)功率一般是根據(jù)挖掘機(jī)工作中需要克服的平均負(fù)荷和作業(yè)速度來確定。變量系統(tǒng)由于下列特點(diǎn)，在液壓挖掘機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用：1) 作業(yè)速度與作業(yè)力之間可以自動調(diào)節(jié)，外負(fù)荷小時，可以減小作業(yè)力，增大作業(yè)速度，提高生產(chǎn)率；外負(fù)荷大時，可以增大作業(yè)力，降低作業(yè)速度，克服大負(fù)荷。2) 液壓泵經(jīng)常在滿負(fù)荷狀態(tài)工作，發(fā)動機(jī)功率利用比較充分。但變量系統(tǒng)的元件較復(fù)雜，成本也高。單斗液壓挖掘機(jī)的變量系統(tǒng)大多是雙泵雙回路，根據(jù)兩個回路

23、的變量有無關(guān)聯(lián)，分為分功率變量和全功率變量兩種。3）、系統(tǒng)比較(1) 功率利用由于定量系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)功率要按最大外負(fù)荷來確定，而變量系統(tǒng)的功率決定于平均負(fù)荷，當(dāng)作業(yè)速度相同時，同等級挖掘機(jī)采用定量系統(tǒng)所需功率約為變量系統(tǒng)的1.31.4倍，而功率利用率平均約為60。變量系統(tǒng)在變量范圍以內(nèi)理論上可得到100的功率利用。雙回路變量系統(tǒng)中，功率利用情況比較復(fù)雜。在雙泵雙回路系統(tǒng)合流狀態(tài)下，不管是全功率變量或分功率變量，功率利用是一樣的。但是，當(dāng)分流狀態(tài)下，單一動作時，全功率變量的分流功率利用要優(yōu)于分功率變量的分流功率利用，而且調(diào)節(jié)范圍大。(2) 主機(jī)工作性能和液壓泵壽命定量泵流量固定，所驅(qū)動執(zhí)行元件的運(yùn)

24、動速度穩(wěn)定，不因外負(fù)荷變化而變化，所以元件工作穩(wěn)定，運(yùn)動軌跡容易控制，有利于開挖平面或斜面等規(guī)則表面。同時由于定量泵不是永遠(yuǎn)在滿負(fù)荷情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，泵的壽命比較長。分功率變量系統(tǒng)的功率利用較好，然而由于各回路的流量要分別調(diào)整，動作的配合比較困難，尤其是挖掘機(jī)行走時，司機(jī)必須經(jīng)常手控調(diào)速，使兩條履帶動作協(xié)調(diào)。全功率變量系統(tǒng)的功率利用很好，兩臺泵的流量始終相等，司機(jī)易于掌握調(diào)速，尤其是履帶式挖掘機(jī)的左、右兩條履帶，由于行走馬達(dá)轉(zhuǎn)速相同，不管兩者阻力如何不同，仍能同步運(yùn)行，保證了主機(jī)的直線行駛性能。復(fù)合動作時，盡管一個回路上外負(fù)荷很大，由于流量相等，作業(yè)速度仍可加快。因此，全功率變量系統(tǒng)是目前采用最普遍

25、的液壓系統(tǒng)。但是，全功率變量系統(tǒng)中兩泵負(fù)荷不等，當(dāng)一泵空載時，另一泵仍可全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至超載運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，液壓泵壽命較短。2、恒功率與恒壓組合調(diào)節(jié)的變量系統(tǒng)為了充分利用發(fā)動機(jī)功率，降低能量損失和減少系統(tǒng)發(fā)熱，目前挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)廣泛采用了以下形式：a) 恒功率變量系統(tǒng)；柱塞泵的壓力和流量近似地按恒功率關(guān)系變化，負(fù)載變化引起泵的工況改變時不會影響原動機(jī)的工況，使原動機(jī)仍在高效率區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮原動機(jī)的功率，并且提高了低負(fù)載時液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度。恒功率泵配備較小的原動機(jī)便可得到同樣的最大流量和最高壓力（因?yàn)楹愎β时弥袎毫εc流量的最大值不是同時出現(xiàn)的）。由于上述優(yōu)點(diǎn)，恒功率泵被大量地應(yīng)用在液壓挖掘機(jī)上。

26、b) 恒壓控制變量系統(tǒng)；恒功率變量系統(tǒng)中，系統(tǒng)最大壓力pmax由安全溢流閥的調(diào)定壓力限定，若壓力超過pmax，壓力油經(jīng)過安全溢流閥流回油箱。由于挖掘機(jī)的外負(fù)荷有時會大幅度增長，使回路中油壓升高到超過最大壓力，這時；液壓功率就以溢流形式無謂地?fù)p耗，結(jié)果，系統(tǒng)發(fā)熱、功率浪費(fèi)。這種現(xiàn)象在礦用正鏟挖掘機(jī)中更為嚴(yán)重，若是大型機(jī)，攻率損失是十分可觀的。恒壓控制的變量系統(tǒng)使主回路上的流量基本無溢流損失，當(dāng)壓力大于系統(tǒng)最大工作壓力時，液壓泵不再輸出流量，作近似無溢流；無能量損失地自動卸荷；這種系統(tǒng)一般適用于功率大于220kW(300馬力)的大型礦用液壓挖掘機(jī)。c) 恒功率與恒壓組合調(diào)節(jié)的變量系統(tǒng)；將上述恒壓控

27、制應(yīng)用到恒功率變量系統(tǒng)中去，就是恒功率與恒壓組合調(diào)節(jié)的變量系統(tǒng)。該系統(tǒng)也有分功率調(diào)節(jié)和總功率調(diào)節(jié)兩種。圖3.3-2所示是這種系統(tǒng)的特性曲線，其特點(diǎn)是：圖3.3-2 恒功率恒壓調(diào)節(jié)變量組合的特性曲線(1)當(dāng)系統(tǒng)工作壓力p在開始變量壓力p0和恒壓控制順序閥開啟壓力pm之間時(p0<p<pm)，按照恒功率調(diào)節(jié)變量，即圖中BC段。(2)當(dāng)外負(fù)荷使系統(tǒng)工作壓力p超過順序閥開啟壓力pm時(pm <p<pmax)，恒壓調(diào)節(jié)的順序閥開啟，控制油路使油泵按照恒壓調(diào)節(jié)變量，即圖中AB段。因此，在一般負(fù)荷下，可以無級調(diào)速，充分利用功率，而當(dāng)大負(fù)荷時、可以使液壓泵輸出油量與執(zhí)行元件需要油量相平

28、衡，基本上無溢流損失。大型液壓挖掘機(jī)在大負(fù)荷或回轉(zhuǎn)起動過程中都會發(fā)生溢流現(xiàn)象，功率損失很大，。采用恒功率恒壓組合調(diào)節(jié)以后，可以大大改善這種情況。 3.3.3 合流方式圖3.3-3 手控合流單斗液壓挖掘機(jī)的雙泵雙回路系統(tǒng)中，為了提高生產(chǎn)率，要求動臂提升、斗桿收放和鏟斗轉(zhuǎn)動有較快的工作速度，因此，需要考慮雙泵合流問題。即雙泵雖然各自構(gòu)成獨(dú)立的回路，但必要時，可以向一個執(zhí)行元件共同供油。在中、小型挖掘機(jī)中，動臂液壓缸和斗桿液壓缸均能合流，大型挖掘機(jī)的鏟斗液壓缸也能合流。據(jù)統(tǒng)計，合流以后，可以縮短作業(yè)循環(huán)時間20%50%。雙泵合流有手控和自動兩種方式。（1）手控合流 手控合流就是利用手控或電磁操縱的合

29、流閥使回路合流。圖所示是一種復(fù)合回路的手控合流。該液壓系統(tǒng)中，除回轉(zhuǎn)換向閥3采用順序單動以外，其余均為串聯(lián)回路。泵1的壓力油通過此閥與泵2的壓力油合流，經(jīng)換向閥8導(dǎo)入動臂液壓缸。或經(jīng)換向閥9導(dǎo)入斗桿液壓缸。手控合流方式可以根據(jù)需要使兩個回路進(jìn)行合流或分流。例如，挖掘機(jī)動臂舉升時，通過合流閥，可以加快舉升速度。如果挖掘機(jī)動臂舉升和回轉(zhuǎn)同時動作，可以截斷兩泵通路，保證兩個獨(dú)立的復(fù)合動作。這種合流方式工作可靠、靈活性大。缺點(diǎn)是增加一個操作動作，如利用電磁操縱合流閥，可以減輕司機(jī)操作勞動強(qiáng)度。（2）自動合流圖3.3-5 液壓自動合流自動合流不需要獨(dú)立的合流閥，當(dāng)換向閥移位時，兩個回路的壓力油自動合流。

30、液壓自動合流(圖3.3-5)大多是閥內(nèi)合流，即換向閥移動以后，兩條回路自動接通而合流。三位八通換向閥4右移到位時，泵1和泵2的壓力油在閥內(nèi)合流以后，通往斗桿液壓缸大腔。同樣，閥7或閥8在位時，雙泵在閥內(nèi)合流，壓力油導(dǎo)入動臂液壓缸或鏟斗液壓缸。若操縱回轉(zhuǎn)換向閥3或行走換向閥5和6，有一泵卸載，對液壓馬達(dá)不合流。自動合流不要合流閥，省去一個操作動作，減輕了司機(jī)工作強(qiáng)度，工作也很可靠。但是，這種合流方式，只要挖掘機(jī)實(shí)現(xiàn)單一的挖掘動作(動臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動中任何一項(xiàng)動作)，液壓系統(tǒng)就雙泵合流，無法保證單一挖掘動作的單泵供油(即分流狀態(tài)的供油)，靈活性較差。3.3.4 WY60型履帶式單斗液壓挖

31、掘機(jī)液壓系統(tǒng)全功率變量系統(tǒng)是目前液壓挖掘機(jī)采用最普遍的液壓系統(tǒng)。國產(chǎn)WY60型單斗液壓挖掘機(jī)采用雙泵雙回路全功率變量系統(tǒng)，先導(dǎo)操縱。WY60型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)如圖3.3-6所示。該液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是：采用對流式順序單動和并聯(lián)相結(jié)合的主回路；各工作液壓缸都能雙泵合流；液壓馬達(dá)裝有多功能的液壓制動閥；設(shè)有油溫及油液污染指示信號器，以便及時對油液進(jìn)行冷卻和清洗濾油器。1、動力源發(fā)動機(jī)1帶動斜軸式雙聯(lián)軸向往塞泵2、3和齒輪泵4，系統(tǒng)最大工作壓力為25MPa，變量起始壓力為10MPa，最大流量為2×1251min。雙聯(lián)泵帶有全功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，根據(jù)整個系統(tǒng)的壓力進(jìn)行變量。2、先導(dǎo)操縱液壓挖掘機(jī)的作

32、業(yè)操縱回路主要是操縱換向閥移位，以改變各個機(jī)構(gòu)的動作方向或速度。由于挖掘機(jī)工作時動作頻繁，作業(yè)條件多變，需要經(jīng)常變換各個換向閥的位置，尤其是大型挖掘機(jī)，操作頻繁而費(fèi)力，司機(jī)易于疲勞，工作效率隨之降低，故一般要求手柄上操縱力小于4060N、踏板上操縱力低于80100N。目前液壓挖掘機(jī)大多采用先導(dǎo)操縱。即利用手柄操縱先導(dǎo)閥，使具有一定壓力的控制油進(jìn)入各個換向閥，推動閥桿移位，實(shí)現(xiàn)主機(jī)各機(jī)構(gòu)的動作。先導(dǎo)操縱的回路控制油壓力一般為35Mpa。圖3.3-6 WY60型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)先導(dǎo)操縱的優(yōu)點(diǎn)是：1)操縱輕便，作用在手柄上的力一般在25N以內(nèi)，減輕司機(jī)工作強(qiáng)度、提高工作效率；2)傳動與操縱利用同樣

33、介質(zhì)，裝置簡單、尺寸??；3)先導(dǎo)裝置可以與換向閥分開設(shè)置，用油管連接，便于管路布置；4)整套先導(dǎo)裝置是一個獨(dú)立單元，可以成為一個完整的控制系統(tǒng)，通用于一切工程機(jī)械；但是，先導(dǎo)操縱由于壓力低、控制油流經(jīng)管路時，受阻力影響而延遲反應(yīng)時間、減低控制精度，因此，操縱距離不宜太長。WY60型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的先導(dǎo)閥操縱系統(tǒng)自成獨(dú)立油路，由齒輪泵供油，該系統(tǒng)工作壓力為25MPa。3、限壓回路圖3.3-7 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。限壓的目的是：1) 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；2)根據(jù)工作需要，使系統(tǒng)中某部分

34、壓力保持在定值，或不超過某值，通常用溢流閥來實(shí)現(xiàn)，溢流閥可使系統(tǒng)按照調(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；a) 換向閥中位卸荷 b) 穿越換向閥卸荷圖3.3-8 卸荷回路單斗液壓挖掘機(jī)執(zhí)行元件的進(jìn)油和回油回路上常成對地并聯(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，若超過此壓力，限壓閥打開，進(jìn)行卸載，保護(hù)了液壓元件和管道免受損壞，這種限壓閥實(shí)際上起了卸荷閥的作用。例如，挖掘機(jī)鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸配合進(jìn)行挖掘時，動臂必然受力，為了維持正常工作，動臂液壓缸雖然處于“不工作狀態(tài)”，但必須具有足夠大的閉鎖力來抵抗拉伸或壓縮，這種閉鎖壓力有時大大超過系統(tǒng)的最大工

35、作壓力而使元件損壞，因此在液壓缸的進(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，閥2或3打開，向油箱回油。從理論上講，這種限壓閥的調(diào)定壓力，可以與液壓系統(tǒng)的壓力無關(guān)，而且調(diào)定壓力愈高，閉鎖力愈大，對機(jī)械作業(yè)有利，但是，過高的調(diào)定壓力影響液壓元件的強(qiáng)度和液壓管路的安全，一般情況下，高壓系統(tǒng)限壓閥的調(diào)定壓力不超過系統(tǒng)壓力的25，中高壓系統(tǒng)的限壓閥調(diào)定壓力可以調(diào)高25以上。每個工作液壓缸和換向閥之間裝有壓力為30MPa的限壓補(bǔ)油閥，保證了閉鎖壓力，以及液壓缸出現(xiàn)負(fù)壓時能夠從回油回路進(jìn)行補(bǔ)油，防止產(chǎn)生吸空現(xiàn)象。動臂液壓缸的大腔回路還裝有單向節(jié)流閥25，防止動臂超速下降。4、卸荷回路卸荷回路是

36、挖掘機(jī)各個機(jī)構(gòu)不工作時，使液壓泵盡可能以最低功率消耗進(jìn)行空轉(zhuǎn)，而不是溢流回油。常采用液壓泵以最低壓力進(jìn)行空轉(zhuǎn)的卸荷方式。根據(jù)回路組合形式，有換向閥中位卸荷和穿越換向閥卸荷兩種方式。在換向閥中位卸荷回路中，采用M型或MP型三位四通換向閥， 這種換向閥中位時，進(jìn)油口和回油口接通，工作油經(jīng)過各閥以后，以最低壓力返回油箱。中位卸荷常用于挖掘機(jī)高壓串聯(lián)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但若流量很大，換向閥受到?jīng)_擊較大，操縱不穩(wěn)。在穿越換向閥卸荷回路中，采用有過油通路的三位六通閥，閥在工作位置時，過油通路切斷；閥在中位時，工作油以最低壓力順次通過各換向閥的過油通路而卸荷。常用于中高壓和高壓并聯(lián)系統(tǒng)，工作可靠，操縱平

37、穩(wěn)。5、緩沖、補(bǔ)油、制動、限速回路單斗液壓挖掘機(jī)滿斗回轉(zhuǎn)時，由于上車轉(zhuǎn)動慣量很大，在起動、制動和突然換向時，引起很大的液壓沖擊，尤其是回轉(zhuǎn)過程中遇到障礙突然停車，液壓沖擊極大，使整個系統(tǒng)和元件產(chǎn)生振動和噪音，甚至引起破壞。所以在挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回路上通常設(shè)有緩沖閥?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的緩沖回路就是利用緩沖閥使液壓馬達(dá)高壓腔的油液超過一定壓力時獲得出路，消除液壓沖擊。緩沖限壓閥的調(diào)定壓力取決于所需制動力矩，通常低于系統(tǒng)最高工作壓力。履帶式液壓挖掘機(jī)下坡行駛時，因自重加速，可能導(dǎo)致超速溜坡事故，發(fā)生危險。此時，行走馬達(dá)超速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)生吸空現(xiàn)象，甚至損壞。因此，履帶行走裝置必須考慮行走液壓馬達(dá)的限速和補(bǔ)油，使馬

38、達(dá)轉(zhuǎn)速控制在安全容許范圍以內(nèi)?；剞D(zhuǎn)回路中的緩沖限壓閥，實(shí)際上還起了制動作用，只要油路壓力低于限壓閥調(diào)定壓力，馬達(dá)即被制動，其最大制動力矩由限壓閥決定。先導(dǎo)閥24操縱行走馬達(dá)12、16。行走馬達(dá)和回轉(zhuǎn)馬達(dá)都裝有液壓制動閥13、15和18，它們具有閉鎖、限速、制動和補(bǔ)油等多種功能。當(dāng)換向閥組10中相應(yīng)的換向閥中位時，制動閥的兩條回路與回油回路相通，作用在制動閥桿兩端的壓力平衡，閥桿也處于中位(即圖示位置)，液壓馬達(dá)的兩腔被封死，起制動和閉鎖作用。當(dāng)換向閥組10中的相應(yīng)換向閥在工作位置時，制動閥的一條回路接通高壓油路，壓力油通過節(jié)流孔推動閥桿右移(或左移)，使液壓馬達(dá)的一腔與高壓回路相通，另一腔回油

39、，馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)。挖掘機(jī)下坡行駛時若發(fā)生溜坡現(xiàn)象，行走馬達(dá)超速運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)油不及時，進(jìn)油回路壓力大大降低，作用在制動閥桿一端的壓力也大大降低，在回位彈簧作用下閥桿向中位移動，使回油通過發(fā)生節(jié)流，從而限制馬達(dá)轉(zhuǎn)速，起到了限速作用。液壓馬達(dá)一腔產(chǎn)生負(fù)壓時回油在背壓閥作用下，推開制動閥中位時的單向閥向該腔補(bǔ)油，使液壓馬達(dá)在任何情況下都不會發(fā)生吸空現(xiàn)象。6、合流油泵輸出的壓力油分兩路進(jìn)入由8個三位六通閥組成的雙向?qū)α魇介y組10，形成順序單動和并聯(lián)結(jié)合的主油路。 先導(dǎo)閥22、23操縱挖掘機(jī)的作業(yè)執(zhí)行元件的動作，扳動先導(dǎo)閥時控制油液推動相應(yīng)的換向閥離開中位，使壓力油進(jìn)人工作液壓缸19、20、21或回轉(zhuǎn)馬達(dá)17。3個

40、工作液壓缸都能實(shí)現(xiàn)閥外自動合流，其中斗桿液壓缸20的大小腔均可雙泵合流，而動臂液壓缸19和鏟斗液壓缸21只有大腔合流進(jìn)油，合流的過程由兩位閥11自動調(diào)節(jié)。7、輔助回路系統(tǒng)空載時油液經(jīng)換向閥組10、散熱器9和濾油器7返回油箱。若系統(tǒng)壓力超過25MPa，壓力油經(jīng)安全溢流閥流回油箱。 系統(tǒng)主回路中裝有0.71.0MPa的回油背壓閥。背壓閥之前引出一條預(yù)熱回路對行走馬達(dá)進(jìn)行預(yù)熱，以防“熱沖擊”咬傷配油軸和轉(zhuǎn)子。 油箱上的油溫指示器在油溫超過60時打開電磁開關(guān)，齒輪泵通過閥組5由齒輪馬達(dá)6帶動風(fēng)扇8轉(zhuǎn)動，對液壓油進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。3.3.5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計液壓系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容是系統(tǒng)設(shè)計和液壓元件選擇。液壓

41、系統(tǒng)的合理設(shè)計，要滿足機(jī)械傳動要求、并考慮動作配合和運(yùn)動速度，力求效率高，液壓元件容易制造或購置。此外，還要保證工作安全可靠，操作簡便，造價低廉和便于檢修。因此，必須充分了解所設(shè)計挖掘機(jī)的工作條件、負(fù)荷大小與變化、動作特性、元件配套和“三化”（標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化）要求等。液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟是：1) 工況分析和負(fù)荷確定 包括各機(jī)構(gòu)和裝置的運(yùn)動分析，外負(fù)荷、運(yùn)動速度和功率消耗的確定。 2) 系統(tǒng)主參數(shù)的確定 確定系統(tǒng)工作壓力、流量和液壓功率。3) 液壓系統(tǒng)方案擬定 包括液壓泵和執(zhí)行元件的類型和數(shù)量的確定，主回路的設(shè)計，主回路型式和基本回路的設(shè)計，用系統(tǒng)簡圖表示所擬方案。4) 液壓元件的選擇 包

42、括液壓泵、執(zhí)行元件、閥和其他輔助裝置的選擇計算和型式確定。5) 液壓系統(tǒng)驗(yàn)算 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失，熱量計算和溫升，液壓沖擊等。6) 繪制液壓系統(tǒng)圖和裝配圖。上述步驟在實(shí)際設(shè)計過程中，要按照具體情況，調(diào)整先后顧序或穿插進(jìn)行。一、工況分析和負(fù)荷確定工況分析是系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)，理想的情況是進(jìn)行工況分析時能繪出挖掘機(jī)一個工作循環(huán)中總負(fù)荷和功率變化的分析圖表。但是由于工作多變，繪制這樣的圖表往往很困難，所以一般只能分析工作循環(huán)過程中的最大負(fù)荷點(diǎn)或最大功率點(diǎn)，以這些點(diǎn)上的峰值作為系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。圖3.3-9液壓挖掘機(jī)液壓泵負(fù)荷圖a) 泵I壓力變化； b) 泵壓力變化1-平均負(fù)荷 2-實(shí)際負(fù)荷 I-挖掘 -轉(zhuǎn)斗

43、 -正轉(zhuǎn) IV一提臂 -卸載 -回返 -降臂根據(jù)已有挖掘機(jī)的作業(yè)實(shí)測結(jié)果，液壓泵和發(fā)動機(jī)的負(fù)荷變化十分頻繁，系統(tǒng)設(shè)計的初始階段是無法探討其變化規(guī)律的。圖3.3-9所示是雙泵雙回路挖掘機(jī)的液壓泵實(shí)測負(fù)荷圖。該機(jī)為總功率變量系統(tǒng)，動臂和斗桿可以分流或合流，實(shí)測結(jié)果可見，當(dāng)圖中a、b疊加時，挖掘機(jī)在挖掘階段(即“I十I”)和提臂與正轉(zhuǎn)復(fù)合階段(即“十IV”)，負(fù)荷較大，可以根據(jù)這兩個工況來確定系統(tǒng)的總流量和發(fā)動機(jī)、液壓泵的功率，以保證整機(jī)正常工作和生產(chǎn)率的要求。但是，也有一些挖掘機(jī)當(dāng)爬坡和原地轉(zhuǎn)彎時負(fù)荷較大，此時，系統(tǒng)功率和流量要權(quán)衡主機(jī)性能和經(jīng)濟(jì)合理性等因素加以確定。因此，在系統(tǒng)設(shè)計階段，要根據(jù)工

44、況分析，求出負(fù)荷峰值(或接近峰值)，作為設(shè)計依據(jù)，也可以參考現(xiàn)有類似挖掘機(jī)的實(shí)測典型負(fù)荷圖，進(jìn)行分析比較，確定負(fù)荷情況。液壓缸和液壓馬達(dá)也要根據(jù)外負(fù)荷作相應(yīng)的負(fù)荷循環(huán)圖。二、系統(tǒng)主參數(shù)的確定系統(tǒng)工作壓力、流量、以及系統(tǒng)功率是液壓系統(tǒng)的主參數(shù)。在系統(tǒng)設(shè)計中，往往是先選定工作壓力，然后根據(jù)各執(zhí)行元件的運(yùn)動速度，來確定流量。系統(tǒng)工作壓力要根據(jù)技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)效果和制造可能性等三方面來確定。在外負(fù)荷已定情況下，系統(tǒng)壓力選得愈高，各液壓元件的幾何尺寸就越小，可以獲得比較緊湊的結(jié)構(gòu)，對大型挖掘機(jī)來說，更為重要，所以，一般應(yīng)盡可能選取較高的工作壓力。但是，壓力的選擇還要考慮制造、裝配、密封、維修等因素，壓力太

45、高，密封要求也高、制造維修困難，增大了液壓振動與沖擊，影響了元件壽命和可靠性，此外，壓力增高太多，元件與管道的壁厚相應(yīng)增加，尺寸與重量的減少率將愈來愈小。初選工作壓力以后，可以選擇元件，并推算元件所需流量，將同時工作的元件的流量相加，并取各相加數(shù)中最大值，就是系統(tǒng)流量。流量和液壓功率的計算方法如下：確定壓力與流量，應(yīng)該選用國家規(guī)定系列標(biāo)準(zhǔn)值。我國定有“流體傳動系統(tǒng)及元件公稱壓力系列”(GB/T 2346-2003)，適用于液壓挖掘機(jī)的公稱壓力系列值有： 10、12.5、16、20、25、32、40MPa；“液壓泵與馬達(dá)公稱排量系列”（GB/T 2347-1980），適用于液壓挖掘機(jī)的流量值有：

46、32、40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、100、500L/min。三、系統(tǒng)方案的擬定系統(tǒng)方案的擬定包括：初步確定主要液壓元件的類型，并把這些元件按照工作要求組合起來。1、確定元件類型元件的選擇取決于主機(jī)性能要求，要選用批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，重視“三化”。1) 液壓泵液壓泵的選擇要根據(jù)主機(jī)的性能和功率，為了充分利用系統(tǒng)功率，尤其是大、中型挖掘機(jī)，要選用恒功率調(diào)節(jié)的變量泵。所選液壓泵的額定壓力宜比系統(tǒng)工作壓力高25以上，使液壓泵有一定的壓力儲備。2) 執(zhí)行元件根據(jù)機(jī)構(gòu)或裝置的運(yùn)動形式選擇執(zhí)行元件，直線往復(fù)運(yùn)動用液壓缸，回轉(zhuǎn)運(yùn)動用液壓馬達(dá)，還要根據(jù)主機(jī)功率和外負(fù)荷

47、大小來確定執(zhí)行元件的臺數(shù)。中小型機(jī)常選用一臺，大型機(jī)則選用多臺，若用兩臺以上執(zhí)行元件，要考慮同步問題。2、擬定主回路包括確定循環(huán)形式，基本回路和調(diào)速方式。一般是按照主機(jī)負(fù)荷和運(yùn)動速度，參考同類型液壓系統(tǒng)加以擬定1) 回路循環(huán)形式分開式和閉式等種，開式系統(tǒng)是液壓挖掘機(jī)的基本循環(huán)形式，閉式系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)功率反饋，系統(tǒng)效率較高，也有用于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的。2) 基本回路 基本回路要滿足機(jī)構(gòu)或裝置的技術(shù)性能要求，有速度控制、壓力控制和方向控制等三種基本形式，起著調(diào)速、限壓、卸荷、緩沖、制動、鎖緊等作用?；净芈返慕M合，要注意避免組合以后的互相干擾。3) 調(diào)速方式容積調(diào)速和節(jié)流調(diào)速均有采用。容積調(diào)速具有效率高、調(diào)速

48、范圍大、溫升小等優(yōu)點(diǎn)，大多采用變量泵與液壓缸、液壓馬達(dá)的組合，適用于主機(jī)對力和力矩的要求高于對運(yùn)動速度的要求這一特點(diǎn)。節(jié)流調(diào)速采用節(jié)流閥、調(diào)速閥來調(diào)節(jié)流量，由于效率低、溫升大，除了輔助部分以外，挖掘機(jī)上很少采用。為了保征主機(jī)工作安全，整個液壓系統(tǒng)必須裝有安全溢流閥，各執(zhí)行元件大多裝有限壓閥。四、系統(tǒng)初步計算和液壓元件的選擇初步計算的目的在于確定元件參數(shù)，進(jìn)行元件選擇，并對各種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較。1、液壓缸的有效作用面積(cm2)根據(jù)系統(tǒng)工作壓力和外負(fù)荷決定。 式中F外負(fù)荷(N)p系統(tǒng)工作壓力(MPa)p0液壓缸回油腔的背壓(MPa) j液壓缸的機(jī)械效率，可取0.90.95根據(jù)活塞移動速

49、度v(m/min)，液壓缸的流量Q是：(L/min)式中 v活塞移動速度v(m/min) A液壓缸的有效作用面積(cm2)v 液壓缸的容積效率。液壓挖掘機(jī)的工作液壓缸沒有定型產(chǎn)品，一般要根據(jù)上述參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。2、液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)的理論排量q(ml/r)根據(jù)下式?jīng)Q定： 式中 M液壓馬達(dá)輸出扭矩(NM)； p液壓馬達(dá)進(jìn)出口油腔的壓力差（Mpa）； j液壓馬達(dá)機(jī)械效率（齒輪式和柱塞式可取0.90.95；葉片式可取0.850.9）液壓馬達(dá)的實(shí)際流量：式中 nmax液壓馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速（r/min） v液壓馬達(dá)的容積效率。根據(jù)上述參數(shù)盡量選用批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。3、液壓泵液壓泵的工作壓力pp(MPa)要大于執(zhí)行

50、元件的最大工作壓力p1(Mpa)，即：式中p1從液壓泵到執(zhí)行元件的管路壓力損失（Mpa），初算時可?。汗?jié)流調(diào)速簡單管路0.20.5Mpa，調(diào)速閥調(diào)速復(fù)雜管路0.51.5Mpa。液壓泵的流量Qp(L/min)要大于該泵同時驅(qū)動若干執(zhí)行元件所需總流量Q(L/min)：Qp=K(Q)式中 K系統(tǒng)滲漏系數(shù)，取1.11.3。影響液壓泵選型的因素很多，除了上述壓力與流量以外，還要考慮工作條件、系統(tǒng)型式、調(diào)速方式等。4、液壓功率和發(fā)動機(jī)功率液壓泵或泵組的液壓功率是： Pp液壓泵的最大工作壓力（Mpa）；Qp液壓泵的最大流量（L/min）；液壓泵的總效率，柱塞泵取0.850.91；齒輪泵取0.750.85；R

51、變量系數(shù)，定量泵取R=1，變量泵取R=2。單斗液壓挖掘機(jī)用柴油機(jī)驅(qū)動，柴油機(jī)的功率必須能夠充分滿足主機(jī)工作過程中的動力需要。中小型機(jī)以反鏟為基本裝置，所以功率計算以反鏟為依據(jù)，大型機(jī)以正鏟為主，應(yīng)按正鏟挖掘工況進(jìn)行動力裝置選擇。發(fā)動機(jī)功率根據(jù)系統(tǒng)方案確定，若是變量系統(tǒng)，由于液壓泵經(jīng)常在滿載或甚至在超載情況下工作，功率利用系數(shù)比較高，據(jù)統(tǒng)計可達(dá)85以上，為了保證功率儲備，延長液壓泵和發(fā)動機(jī)的使用壽命，并考慮到輔助液壓泵、操縱系統(tǒng)、冷卻裝置等輔助設(shè)備的動力消耗，發(fā)動機(jī)功率可取為：N=(1.01.3)Ny式中 Ny液壓功率。初步估算時，發(fā)動機(jī)功率可?。篘=74q KW （變量系統(tǒng)）式中 q液壓挖掘機(jī)

52、的標(biāo)準(zhǔn)斗容量(m3)5、液壓閥根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過該閥的最大流量來選擇標(biāo)準(zhǔn)閥類或設(shè)計專用閥。選擇安全溢流閥時，要按液壓泵的最大流量；節(jié)流閥和調(diào)速閥要考慮最小穩(wěn)定流量，其他閥類按照 接入回路的最大流量選取。所選液壓閥允許通過的最大流量不應(yīng)超過公稱流量的120140%，若超過太大，則能量損失大，引起發(fā)熱、振動和噪音，使閥的性能變壞； 太小，則系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，很不經(jīng)濟(jì)。6、輔助元件 包括油管、管接頭、油箱、濾油器、冷卻裝置和密封件的選擇。 五、液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 初步擬定液壓系統(tǒng)和選定液壓元件以后，為了判斷設(shè)計質(zhì)量，往往要驗(yàn)算系統(tǒng)的管路壓力損失、發(fā)熱溫升和液壓沖擊等性能指標(biāo)。1、壓力損失 據(jù)統(tǒng)計，中小

53、型液壓挖掘機(jī)的壓力損失在0.83MPa之間，個別的高達(dá)4MPa，流量損失為總流量的520。 壓力損失包括沿程損失和局部損失兩部分。沿程損失是油液沿等截面直管流動時，由于管壁摩擦而造成的壓力損失，通常按快速工況，根據(jù)相應(yīng)的公式或圖表進(jìn)行計算。液壓挖掘機(jī)的快速工況往往是空載運(yùn)動，而且等截面直管數(shù)量很少，所以沿程損失是比較小的。局部損失是油液流經(jīng)各液壓元件、截面變化和彎管等處的壓力損失，高壓閥類的壓力損失在0.40.5MPa左右，多片閥組，每片壓力損失應(yīng)小于0.2kPa，單向閥應(yīng)小于0.5MPa，調(diào)速閥小于1MPa。在液壓挖掘機(jī)中，局部損失是主要損失，必須加以重視。液壓系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)該盡量避免不必要

54、的管路彎曲和節(jié)流，避免管徑突變，減少管接頭，采用元件集成化以減少局部損失。2、發(fā)熱和溫升挖掘機(jī)液壓油溫升太高，使油的質(zhì)量變壞，影響元件壽命和系統(tǒng)效率，一般情況下，若挖掘機(jī)的正常工作油溫是4050，則最高允許油溫是7085。溫升不要超過3545。系統(tǒng)的發(fā)熱由泵和執(zhí)行元件功率損失、溢流節(jié)流損失和閥及管道壓力損失等引起，驗(yàn)算時可按下式粗略地計算：泵和執(zhí)行元件功率損失引起的熱量 式中 Ny液壓功率 KW t液壓泵效率，取t=0.80.85溢流損失引起的熱量 式中 pe溢流閥的調(diào)定壓力(MPa)Qe溢流流量(L/min)閥的壓力損失引起的熱量 式中 p閥的壓力損失(MPa)Q閥的流量(L/min)總的發(fā)

55、熱量是Qh=Qh1+Qh2+Qh3系統(tǒng)靠管道和油箱散熱，若溫升超過了許可值，要采取冷卻措施。由于管道的發(fā)熱與散熱基本平衡，因此；通常只要計算油箱的散熱，油箱散熱量是：Qu=At (W)式中散熱系數(shù)（W/m2K），風(fēng)冷取23，循環(huán)水冷取110174；A油箱散熱表面積（m2）；t油箱和油箱外表面的溫差（）3、液壓沖擊液壓沖擊因油液和運(yùn)動機(jī)構(gòu)的慣性引起，影響元件壽命和系統(tǒng)安全。由于影響因素太多，難于精確計算。在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中常用下列措施來減小液壓沖擊：1) 保證工作時間不延長的原則下，盡量避免突然換向，可通過先導(dǎo)閥的控制來緩和主閥閥桿的換向速度。還可采用帶阻尼結(jié)構(gòu)的滑閥。2)在閥芯棱邊上開切口或做

56、出錐度斜面，以減慢滑閥完全關(guān)閉之前的油液速度。3 )在液壓缸或液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)置小型安全閥或限壓閥，其調(diào)定壓力可以是系統(tǒng)壓力的110125%，對液壓元件起保護(hù)作用。4) 適當(dāng)加大管徑，縮短管道長度，避免不必要的彎曲。六、繪制液壓系統(tǒng)圖和裝配圖系統(tǒng)方案和元件選型確定以后，繪制液壓系統(tǒng)圖，圖中應(yīng)標(biāo)明：系統(tǒng)布置，液壓泵和主要元件的主要技術(shù)規(guī)格，管路規(guī)格等，各個元件按照不工作位置標(biāo)出，繪圖時盡可能使元件的方向和位置與實(shí)際裝配時一致。裝配圖包括液壓泵裝置裝配圖，操縱機(jī)構(gòu)裝配圖，管路布置圖和總裝配圖。設(shè)計裝配圖要認(rèn)真考慮安裝、使用、調(diào)整、檢修的方便，力求位置緊湊、管路短、轉(zhuǎn)彎少，互相聯(lián)系的液壓元件盡可能放在一起，重視散熱問題，此外，還要注意減振和消音。【例】例：小型履帶式液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)如下：機(jī)械總重 G=10t行走速度 v1=02km/h回轉(zhuǎn)速度 n=010r/min動臂液壓缸推力 F1=250KN斗桿液壓缸推力 F2=250KN鏟斗液壓缸推力 F3=180KN根據(jù)不同形式的液壓泵和壓力進(jìn)行初步計算和比較。中間步驟略計算結(jié)果列表比較如下：項(xiàng) 目定