挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、目錄摘要 .1關(guān)鍵詞 .1ABSTRACT .2KEY WORDS .2引言 .31 課題設(shè)計(jì)要求 .41.1 使用要求 .41.2 性能要求 .42 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) .42.1 國(guó)外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài) .42.2 國(guó)內(nèi)研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài)3.53 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .63.1 液壓挖掘機(jī)的工況分析 .63.1.1挖掘機(jī)的典型作業(yè)流程: .63.1.2工況分析 .63.2 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定 .73.3 負(fù)載分析 .103.4 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作原理6.113.5 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作技術(shù)要求 .113.6 液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算7.123.6.1 動(dòng)臂液壓缸內(nèi)徑尺寸與活

2、塞桿直徑的確定 .123.6.2 液壓缸行程的確定 .133.7 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 .133.7.1 缸筒壁厚的計(jì)算 .133.7.2 液壓缸油口直徑的計(jì)算 .133.7.4 下蓋聯(lián)接螺釘強(qiáng)度校核計(jì)算.143.7.5 活塞桿柔度校核計(jì)算 .154 液壓系統(tǒng)原理圖的制定 .154.1 制定基本方案 .154.2 確定回路方式.174.3 選用液壓油液 .174.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 .175 選擇各執(zhí)行元件 .205.1 液壓泵的選擇 .205.2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 .205.3 液壓閥的選擇 .205.3.1 根據(jù)液壓閥額定壓力來(lái)選擇 .205.3.2 液壓閥的安裝方式的選擇 .205.

3、3.3 液壓閥的控制方式的選擇 .205.3.4 液壓閥的結(jié)構(gòu)形式的選擇11.205.4 其他液壓元件的選擇 .215.4.1 蓄能器的選擇.215.4.2 非橡膠管道的選擇.215.4.3 膠管的選擇 .225.5 油箱容量的確定 .22總 結(jié) .24參考文獻(xiàn) .25挖掘機(jī)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)電工程 專業(yè)學(xué)生 尹鵬摘要摘要: :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)。論文對(duì)挖掘機(jī)的各種工況進(jìn)行了分析，系統(tǒng)總結(jié)了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。課題以企業(yè)為依托。小型挖掘機(jī)由多個(gè)系統(tǒng)組成，包括液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)，

4、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)小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。本課題選擇了國(guó)內(nèi)的質(zhì)量和技術(shù)性能都接近設(shè)計(jì)要求的5t 挖掘機(jī)作為基型，并在此基礎(chǔ)上研究了國(guó)外的先進(jìn)機(jī)型，設(shè)計(jì)出挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)方案圖，總體裝配圖以及相應(yīng)的部件圖和零件圖,并對(duì)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了動(dòng)臂機(jī)構(gòu)原理圖，動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓缸。本液壓挖掘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是采用伺服先導(dǎo)操縱系統(tǒng)，造型美觀，具備挖掘，抓物，鉆孔，推土，清溝和破碎等功能。性能可靠，操作舒適，可廣泛應(yīng)用于建筑，市政，供水，供氣，供電農(nóng)林建設(shè)等工程。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī) 液壓系統(tǒng) 液壓閥引言液壓挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械，目前被廣泛應(yīng)用于水

5、利工程，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，它在減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量。加快建設(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。由于液壓挖掘機(jī)具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點(diǎn)，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。挖掘機(jī)液壓傳動(dòng)緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)。其結(jié)構(gòu)主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成（如圖所示） ，由于挖掘機(jī)的工作條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜，于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，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)已經(jīng)成為推動(dòng)挖

6、掘機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)。所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用，因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。1.鏟斗缸 2.斗桿缸 3.動(dòng)臂缸 4.回轉(zhuǎn)馬達(dá) 5.冷卻器 6.濾油器 7. 磁濾器 8.油箱 9.液壓泵 10.背壓閥 11. 后組合閥 12.前組合閥 13.中央回轉(zhuǎn)接頭 14.回轉(zhuǎn)制動(dòng)閥 15.限速閥 16.行走馬達(dá)圖 1.1 液壓挖掘機(jī)整體系統(tǒng)圖1 課題設(shè)計(jì)要求1.1 使用要求小型挖掘機(jī)主要用于城市、狹窄地區(qū)，代替人力勞動(dòng)。主要作業(yè)是挖掘、

7、裝載、整地、起重等，用于城市管道工程、道路、住宅建設(shè)、基礎(chǔ)工程和園林作業(yè)等。小型挖掘機(jī)體積小，機(jī)動(dòng)靈活，并趨向于一機(jī)多能，配備多種工作裝置，除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤(pán)、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤(pán)及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時(shí)，發(fā)展專門(mén)用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等?？傊且环N多用途萬(wàn)能型的城市建設(shè)機(jī)械。由于這種機(jī)械的特點(diǎn)很靠近人，因此在設(shè)計(jì)上除了要求耐久性、可靠性和作業(yè)效率等，還需著重考慮人、機(jī)、環(huán)境的協(xié)調(diào)，特別要注意以下幾點(diǎn)： 1(1) 安全性即機(jī)械作業(yè)過(guò)程中不要與周?chē)娜撕臀锵?/p>

8、碰撞，防傾翻穩(wěn)定性好。(2) 低公害即排放要求高、低震動(dòng)、低噪音，聲音要比較悅耳。(3) 與周?chē)h(huán)境能調(diào)和，形象要美觀，形體和色彩不要引起人們不愉快感，對(duì)人有親和感。(4) 盡量擴(kuò)大其使用功能，可裝多種附屬裝置，應(yīng)成為城市萬(wàn)能型工程機(jī)械。(5) 操縱簡(jiǎn)便，任何人一學(xué)就會(huì)，都能操縱。1.2 性能要求小型挖掘機(jī)具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能，又具有便于運(yùn)輸、能耗低、靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，非常適用于空間狹小的施工場(chǎng)地作業(yè)，而且價(jià)格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便，所以在小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混凝土破碎、電纜埋設(shè)、自來(lái)水管道的鋪設(shè)、園林栽培等工程中得到了廣泛的應(yīng)用。由于滿足基本的挖掘、裝載、整地、起重

9、等功能外，必須考慮到工作空間小(人力所不能至)、地形復(fù)雜、方便操作、可控，目前市場(chǎng)對(duì)小型挖掘機(jī)性能要求如下： 2(1) 改進(jìn)挖掘機(jī)可控性和控制精確性以及復(fù)合動(dòng)作。(2) 簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)、降低成本，達(dá)到大作業(yè)量與低油耗的動(dòng)態(tài)平衡。(3) 改進(jìn)工作可靠性。(4) 改進(jìn)駕駛操作舒適性及降低 勞動(dòng)強(qiáng)度，提高單位生產(chǎn)率。(5) 改進(jìn)操作安全性。(6) 低振動(dòng)、低噪音適用生活區(qū)工作。2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)2.1 國(guó)外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。例如，美國(guó)馬利昂公司

10、生產(chǎn)的斗容量50-150m剝離用挖掘機(jī)，斗容量132m的步行式拉鏟挖掘機(jī)；B-E（布比賽路斯-伊利）公司生產(chǎn)的斗容量168.2m的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量107m的剝離用挖掘機(jī)等，是世界上目前最大的挖掘機(jī)。從20世紀(jì)后期開(kāi)始，國(guó)際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。(1) 開(kāi)發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要，國(guó)外發(fā)展了斗容量在0.25m以下的微型挖掘機(jī)，最小的斗容量?jī)H在0.01m。另外，數(shù)量最多的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能，配備了多種工作裝置除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸

11、盤(pán)、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤(pán)及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。(2) 迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)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(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制(3) 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，提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能。(4) 更新設(shè)計(jì)理論。提高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無(wú)限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方

12、法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面，促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競(jìng)爭(zhēng)力。 (5) 加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。(6) 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(shì)。液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。(7) 迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。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(cè)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

13、，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。2.2 國(guó)內(nèi)研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài)3早在1954年我國(guó)就已開(kāi)始生產(chǎn)機(jī)械式挖掘機(jī),當(dāng)時(shí)的撫順重型機(jī)器廠(撫順挖掘機(jī)廠前身)引進(jìn)前蘇聯(lián)的機(jī)械式挖掘機(jī)W10012和W5012等國(guó)際20世紀(jì)3040年代的產(chǎn)品。由于國(guó)家H經(jīng)濟(jì)H建設(shè)的需要,后又H發(fā)展H10余家廠生產(chǎn),到1966年12年全國(guó)共生產(chǎn)了機(jī)械式挖掘機(jī)3000余臺(tái),后又延續(xù)生產(chǎn)到八十年代初。在80年代初引進(jìn)德國(guó)系列液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)（例如有德國(guó)Liebherr公司、Demag公司和O&P公司），浙江大學(xué)的馮培恩教授開(kāi)始率先著手研究挖掘機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)，首先實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)器人作業(yè)過(guò)程的分級(jí)規(guī)劃和局部自主控制。但是他

14、們?cè)谌蝿?wù)規(guī)劃層面上只停留在仿真階段，還沒(méi)有提出顯著的實(shí)現(xiàn)方案。20世紀(jì)90年代初國(guó)內(nèi)幾家新進(jìn)入挖掘機(jī)待業(yè)的企業(yè)以“技貿(mào)結(jié)合，合作生產(chǎn)”的方式聯(lián)合引進(jìn)日本小松制作所的PC系列挖掘機(jī)制造技術(shù)，由于 中國(guó)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)的擴(kuò)大，隨后不久在挖掘機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域出現(xiàn)了一個(gè)外資企業(yè)進(jìn)入中國(guó)的浪潮。從1994、1995年開(kāi)始，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的著名挖掘機(jī)制造企業(yè)先后在中國(guó)建立眾多的中外合資或外商獨(dú)資 挖掘機(jī)制造企業(yè)，生產(chǎn)世界一流水平的多種型號(hào)的挖掘機(jī)產(chǎn)品。截止至2001年年底，包括國(guó)有企業(yè)在內(nèi)，中國(guó)境內(nèi)生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的企業(yè)總數(shù)達(dá)20個(gè)左右，共生產(chǎn)挖掘機(jī)整機(jī)質(zhì)量從1.3-45t，100余個(gè)不同型號(hào)和規(guī)格的產(chǎn)品

15、。2000年全國(guó)生產(chǎn)各種型號(hào)、規(guī)格的液壓挖掘機(jī)8111臺(tái)，共銷(xiāo)售7926臺(tái)，其中包括出口119臺(tái)。2001年全生產(chǎn)12569臺(tái)，銷(xiāo)售12397臺(tái)，其中包括出口468臺(tái)3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為機(jī)電一體化挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足挖掘機(jī)工作循環(huán)所需的全部技術(shù)要求，且靜動(dòng)態(tài)性能好、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作安全可靠、壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性好、使用維護(hù)方便。其中液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為挖掘機(jī)總體設(shè)計(jì)的一部分，必須要滿足整機(jī)工作要求，并要求進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算與分析驗(yàn)證，選取合適的各液壓元件。3.1 液壓挖掘機(jī)的工況分析液壓挖掘機(jī)的主要功能運(yùn)動(dòng)包括以下幾個(gè)動(dòng)作(如圖 3.1 所示):動(dòng)臂升降、斗桿收

16、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?，要考慮全功率驅(qū)動(dòng)。3.1.1挖掘機(jī)的典型作業(yè)流程:(1) 整機(jī)移動(dòng)至合適的工作位置(2) 回轉(zhuǎn)平臺(tái)，使用工作裝置處于挖掘位置(3) 動(dòng)臂下降，并調(diào)整斗桿、鏟斗至合適位置(4) 斗桿、鏟斗挖掘作業(yè)(5) 動(dòng)臂升起(6) 回轉(zhuǎn)工作裝置至卸載位置(7) 操縱斗桿、鏟斗卸載1 一動(dòng)臂升降;2 一斗桿收放:3 一鏟斗裝卸;4 一轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn):5 一整機(jī)行走圖 3. 1 液壓挖掘機(jī)的工作運(yùn)動(dòng)3.1.2工況分析(1) 鏟斗挖掘工況:由鏟斗液壓缸單獨(dú)動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況。采用鏟斗液壓缸

17、進(jìn)行挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產(chǎn)率，因此，在一般土方工程挖掘中(III 級(jí)土以下土壤的挖掘)鏟斗挖掘最常用。(2) 斗桿挖掘工況:由斗桿液壓缸單獨(dú)動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況。在較堅(jiān)硬的土質(zhì)條件下工作時(shí)，為了能夠裝滿鏟斗，中小型液壓挖掘機(jī)在實(shí)際工作中常以斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘。(3) 聯(lián)合挖掘工況:由鏟斗、斗桿液壓缸復(fù)合動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況，必要時(shí)還需 配以動(dòng)臂液壓缸的動(dòng)作。主要用于需要軌跡控制的情況。當(dāng)單獨(dú)采用斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí)，挖掘軌跡以動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)為中心，鏟斗斗尖所作的圓弧線的長(zhǎng)度決定于斗桿液壓缸的行程。當(dāng)動(dòng)臂液壓缸位于最小長(zhǎng)度并以斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí)，可以得到最大挖掘深度尺寸，

18、并且也有較大的挖掘行程。(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。(5) 整機(jī)移動(dòng)工況:將整機(jī)移動(dòng)至合適的工作位置。(6) 姿態(tài)調(diào)整與保持工況:滿足停放、運(yùn)輸、檢修等需要。(7) 其他輔助作業(yè)工況:輔助工作裝置作業(yè)工況。在實(shí)際挖掘工作中，往往需要采用各液壓缸的復(fù)合工作。如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)，見(jiàn)圖 3.2 所示。此時(shí)斗桿收回，動(dòng)臂抬起，需要保證彼此動(dòng)作獨(dú)立，相互之間無(wú)干擾。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

19、鏟斗、斗桿、動(dòng)臂三者同時(shí)作用完成復(fù)合動(dòng)作，見(jiàn)圖3.3所示。這些動(dòng)作5決定于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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，因此需要回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和斗桿機(jī)構(gòu)復(fù)合動(dòng)作。a 一水平地面的挖削 圖 3.2 斗尖沿直線挖削 a-水平地面的切削和壓整 b-斜坡地面的切削和壓整圖 3.3 地面的切削和壓整單獨(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。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，

20、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。挖掘過(guò)程中還有可能碰到石塊、樹(shù)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，能提高主壓力閥的壓力。3.2 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定b 一斜坡地面的挖削液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)表明了液壓挖掘機(jī)的規(guī)格和主要技術(shù)性能，液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)分為發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、液壓系統(tǒng)參數(shù)、主要性能參數(shù)、尺寸參數(shù)四大類，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)速等，液壓系統(tǒng)參數(shù)包換主泵的流量、壓力等，主要性能參數(shù)包括整機(jī)工作質(zhì)量、主要部

21、件質(zhì)量、鏟斗容量范圍或標(biāo)稱鏟斗容量、挖掘力、牽引力等，尺寸參數(shù)包括工作尺寸、機(jī)體外形尺寸和工作裝置尺寸等，其中液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)中最重要的參數(shù)有三個(gè)，即斗容量、整機(jī)質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)功率，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這三個(gè)參數(shù)可以從使用要求、機(jī)械本身的技術(shù)性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、動(dòng)力裝置的配套、國(guó)際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及傳統(tǒng)習(xí)慣等方面反映液壓挖掘機(jī)的級(jí)別，故有主參數(shù)之稱。所以有時(shí)采用挖掘機(jī)的斗容量作為主參數(shù)。例如，機(jī)械式挖掘機(jī)一般就以斗容量作為挖掘機(jī)的主參數(shù)并作為主要分級(jí)指標(biāo)。但液壓挖掘機(jī)可更換的工作裝置多，而且同一機(jī)型可以根據(jù)作業(yè)對(duì)象或工作尺寸的要求換裝不同斗容的鏟斗。由于不同廠家的挖掘機(jī)采用不同的液壓系統(tǒng)，輔助設(shè)備能耗及功率

22、儲(chǔ)備也有所不同，而且同一型挖掘機(jī)在后續(xù)改進(jìn)時(shí)，也會(huì)改變發(fā)動(dòng)機(jī)功率，所以液壓挖掘機(jī)以功率分級(jí)不十分合理。整機(jī)質(zhì)量則直接反映了液壓挖掘機(jī)本身的重量等級(jí)，對(duì)其他技術(shù)參數(shù)影響較大，如挖掘能力的發(fā)揮、發(fā)動(dòng)機(jī)功率的充分利用、作業(yè)的穩(wěn)定性等要以一定的整機(jī)質(zhì)量來(lái)保證，因此整機(jī)質(zhì)量反映了挖掘機(jī)的實(shí)際工作能力，目前已被廣泛用作液壓挖掘機(jī)的分級(jí)指標(biāo)。比較其他同類型挖掘機(jī)，可得SWE50H的主要參數(shù)（如下表3.1，表3.2所示），其中圖3.4為液壓挖掘機(jī)的外觀尺寸圖，作業(yè)參數(shù)表3.2是根據(jù)圖3.4所示。圖 3.4 SWE50H 型液壓挖掘機(jī)的外觀尺寸圖表 3.1SWE50H 液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)整機(jī)重量（kg）468

23、0標(biāo)準(zhǔn)斗容（m3）0.18履帶板寬（mm）350高/寬/長(zhǎng)（mm）2593/1950/5321推土鏟寬 x 高(mm)1960 x300鏟斗挖掘力（kN）44斗桿挖掘力（kN）26.7最大牽引力（kN）45.2動(dòng)臂偏轉(zhuǎn)角度（）50(左)75(右)行走速度（km/h）4.5/2.4爬坡能力（）30接地比壓（kPa）31.3回轉(zhuǎn)速度（rpm）10.1發(fā)動(dòng)機(jī)YANMAR4TNV88-SSU最大扭矩（Nm）144排量（L）2.19功率/轉(zhuǎn)速（kW/rpm）27.1/2200燃油箱容量（L）99主泵類型2 個(gè)變量柱塞泵,1 個(gè)齒輪泵壓力（Mpa）24.5最大流量（L/min）45.82齒輪泵壓力（Mpa

24、）21最大流量（L/min）37液壓油箱容量（L）73表 3.2 SWE50H 型液壓挖掘機(jī)的作業(yè)參數(shù)最大挖掘高度4943mm最大卸載高度3389mm最大挖掘深度3302mm最大垂直挖掘深度2432mm最大挖掘半徑5504mm最大停機(jī)面挖掘距離5373mm輪距1950mm履帶總長(zhǎng)2502mm平臺(tái)離地間隙708mm底盤(pán)寬度1200mm履帶寬度350mm底盤(pán)離地間隙313mm履帶高度602mm運(yùn)輸長(zhǎng)度3180mm3.3 負(fù)載分析動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接。常見(jiàn)的有兩種具體布置方式。油缸前傾布置方案，如圖3.5A所示，動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂鉸接于E點(diǎn)。當(dāng)動(dòng)臂油臂全伸出，將動(dòng)臂舉升至上極

25、限時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)前方傾斜。油缸后傾布置方案，如圖3.5B所示，當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉升至上極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)后方傾斜。 當(dāng)兩方案的動(dòng)臂油缸安裝尺寸DE1、鏟斗最大挖掘H和地面 圖 3.5 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)油缸布置方案最大挖掘半徑R相等時(shí)，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即h1h2。此外，在后傾方案中，動(dòng)臂EF部分往往比前傾方案的長(zhǎng)，因此動(dòng)臂所受彎矩也比較大。以上為動(dòng)臂油缸后傾方案的缺點(diǎn)。然后，后傾方案動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C與動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)D的距離CD比前傾方案的大，則動(dòng)臂在上下兩極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸的作用力臂也就比較大。因此，在動(dòng)臂油缸作用力相同時(shí)，后傾方案能得到較大的動(dòng)臂作用矩，這

26、就是其優(yōu)點(diǎn)。為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘?qū)㈤L(zhǎng)動(dòng)臂CEF改成CE1F1（圖3.5B） ，并配以長(zhǎng)斗桿，在最大深度處挖掘時(shí)，采用鏟斗挖掘而不是斗桿挖掘，這樣得到的最大挖掘深度為h1h2。顯然，不論是動(dòng)臂油缸前傾還是后傾方案，當(dāng)C、D兩鉸點(diǎn)位置和CE長(zhǎng)度不變時(shí)，通過(guò)加大動(dòng)臂油缸長(zhǎng)度可以增大動(dòng)臂仰角，從而增大最大挖掘高度，但會(huì)影響到最大挖掘深度。所以，在布置動(dòng)臂油缸時(shí)，應(yīng)綜合考慮動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)、工作裝置的作業(yè)尺寸及動(dòng)臂舉升力和挖掘力等因素。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 圖 3.6 動(dòng)臂油缸作用力分析設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖3.6所示，此時(shí)動(dòng)

27、臂油缸作用力(N)為： (3.1)g31(l)bdt dAgAb bAFG lGG ll式中 鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離(m)dAl動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離(m)bAl斗桿質(zhì)心動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離(m)g Al 動(dòng)臂油缸作用力對(duì)鉸點(diǎn)的力臂(m)3l 斗桿所受重力(N)gG 動(dòng)臂所受重力(N)bG鏟斗及其裝載土壤的重力(N) dtG查閱相關(guān)資料，選取N+mg，N，N，dtG31.5 10gG34.3 10bG35.14 103.8m，=2.8m, =1.2m, =0.55m. dAlg AlbAl3l其中鏟斗的重力為N，根據(jù)公式31.5 10 (3.2) SmV (3.3)R

28、SVV k (3.4)Ssk式中 裝載土壤的質(zhì)量（kg）m 平均有效斗容量（）V3m鏟斗充滿系數(shù)（） ，根據(jù)工作環(huán)境，選擇充滿系數(shù)為 13m自然情況下土壤的密度，根據(jù)工作環(huán)境，選擇31750kg m疏松后的土壤密度S土壤的松散系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境，取Sk1.35Sk 代入數(shù)據(jù)，求得： 31296.3skg m233.3mkg33(14.39 12.046.17) 100.5560 10bFxN3.43.4 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作原理機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作原理6機(jī)電一體化液壓挖掘機(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

29、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。3.5 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作技術(shù)要求采用了柴油機(jī)-液壓泵復(fù)合控制。操作者根據(jù)工況，利用作業(yè)模式選擇開(kāi)關(guān)（功率預(yù)選開(kāi)關(guān)）選擇合理的功率模式：重載高速、正常工作、輕載低速。通過(guò)電子調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)和液壓泵的排量，使供給功率與負(fù)載需要功率相匹配。采用了電液比例控制技術(shù)，通過(guò)改變34B-R6/H6型帶閥芯位移反饋的電液比例方向閥的比例電磁鐵的輸入電流，不但可以改變閥的工作液流方向，而且可以改變閥口大小實(shí)現(xiàn)流量控制，是一種較為理想的電、液轉(zhuǎn)換和功率放大元件，與伺服控制相比具有成本低、抗干擾性好、能

30、量損失小、對(duì)油液清潔度無(wú)特殊要求等優(yōu)點(diǎn)。工況在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括單片主處理器模塊、面板控制系統(tǒng)、模擬信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換及光電隔離模塊、電源模塊及傳感器等部分。其中單片主處理器模塊是系統(tǒng)的核心部分，主要功能有面板的控制管理，A/D轉(zhuǎn)換部分的控制管理、模擬量、開(kāi)關(guān)量和轉(zhuǎn)換信號(hào)的輸入、處理和存儲(chǔ)。面板控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的入機(jī)接口，它包括鍵盤(pán)、聲光報(bào)警電路和點(diǎn)陣式液晶顯示器。模擬信號(hào)調(diào)理電路的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)各路模擬量信號(hào)的輸入和調(diào)整，將傳感器和敏感元件的輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足A/D轉(zhuǎn)換輸入要求的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換及光電隔離模塊的功能是將所有的被檢測(cè)轉(zhuǎn)變成為單片機(jī)所接受的數(shù)字量，具體包括開(kāi)關(guān)量、轉(zhuǎn)換信

31、號(hào)的整形、模擬量的A/D轉(zhuǎn)換和輸入輸出信號(hào)的光電隔離等。電源模塊將液壓挖掘機(jī)上的蓄電池或發(fā)電機(jī)輸出的+24V直流電轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)各模塊以及系統(tǒng)配備的傳感器所需的各種類型的電平電壓。傳感器處于液壓挖掘機(jī)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接口位置，是一個(gè)能量變換器，它直接從液壓挖掘機(jī)中提取被除數(shù)檢測(cè)的工況特征參數(shù)，感受狀態(tài)的變化并轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將來(lái)自各傳感器的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、儲(chǔ)存、分析加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。如利用壓力傳感器可實(shí)現(xiàn)過(guò)載情況下的路徑自主校正；利用超階級(jí)聲波測(cè)距傳感器能實(shí)現(xiàn) 回轉(zhuǎn)過(guò)程中的自動(dòng)避障。3.6 液壓缸主

32、要幾何尺寸的計(jì)算7 挖掘機(jī)各驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、液壓馬達(dá)、電液比例換向閥、動(dòng)臂缸、斗桿缸及齒輪傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)主要對(duì)動(dòng)臂缸進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。3.6.1 動(dòng)臂液壓缸內(nèi)徑尺寸與活塞桿直徑的確定由表3.1、表3.3、表3.4可知，小挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為時(shí)宜取液壓缸的工作壓力13，液壓缸選用單桿式，并在360 10bFNP610aP工作時(shí)進(jìn)行差動(dòng)連接。此時(shí)液壓缸無(wú)桿腔工作面積應(yīng)為有桿腔工作面積的兩倍。1A2A由于液壓缸回油路上必須具有背壓力存在，以防止挖掘機(jī)卸土后突然前沖，由表3.5,可取8.1P510aP表 3.3 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力負(fù)載 F/N50000工作壓力p/MPa5

33、7表 3.4 按主機(jī)類型選擇執(zhí)行元件工作壓力表 3.5 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/Mpa簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短，且直接回油箱可忽略不計(jì)由于是差動(dòng)式單桿連接，所以活塞桿直徑 d 與缸筒直徑 D 的關(guān)系為d=0.707D。根據(jù)公式機(jī)床主機(jī)類型磨床組合機(jī)床龍門(mén)刨床拉床農(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)中、大挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)構(gòu)工作壓力p/Mpa235881010162032=47.62 (3.5)116600000.8(13) 1

34、022FAPP2cm故有 D=77.9mm，d=0.707D=55.07mm (3.6)14/A當(dāng)按GB/T23481993將這些直徑圓整理成就近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得：D=80mm , d =63mm，由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為 (3.7)22/450.24ADcm2222()/419.08ADdcm3.6.2 液壓缸行程的確定液壓缸行程主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定。但為了簡(jiǎn)化工藝和降低成本，應(yīng)盡量采用GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)的液壓缸行程，則根據(jù)技術(shù)要求，取行程為630mm。3.7 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算3.7.1 缸筒壁厚的計(jì)算對(duì)于低壓系統(tǒng)或16時(shí)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算，公式如下：

35、/D (3.8)2 yP D式中 液壓缸缸筒厚度 試驗(yàn)壓力(Mpa)，當(dāng)工作壓力P16 Mpa時(shí)，=1.5P，當(dāng)工作壓yPyP力31.5P16 Mpa時(shí)，=1.25P，當(dāng)工作壓力P31.5Mpa時(shí)，=1.15P,yPyP這里應(yīng)取=1.5P =19.5Mpa。yP 液壓缸內(nèi)徑(m)D 缸體材料的許用應(yīng)力（Mpa），可通過(guò)下面公式求得： (3.9)bn 缸體材料的抗拉強(qiáng)度(Mpa)b 安全系數(shù)，=3.55，一般取=5nnn但對(duì)于鍛鋼45的許用應(yīng)力一般都取=110(Mpa) 則19.5 807.0912 110mm根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取液壓缸外直徑為=100mm.1D3.7.2 液壓缸油口直徑的計(jì)算

36、液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速度和油口最高液流速度而定，公式v0v如下： (3.10)000.13/dD v v式中 液壓缸油口直徑(m)0d 液壓缸內(nèi)徑(m)D 液壓缸最大輸出速度(m/min)v 油口液流速度(m/min)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取=7m/min0v0v同時(shí)對(duì)于單桿油塞式液壓差動(dòng)聯(lián)接時(shí)，活塞的外伸速度為: (3.11)360vQvA式中 液壓缸差動(dòng)聯(lián)接時(shí)，活塞外伸的速度，可視為油口液流的速度(m/min)v 液壓泵流量(/s)，vQ3mvQ245.837128.6 /L min活塞桿面積，其公式如下:3A (3.12)234Ad式中 活塞桿直徑(m) 所以代入數(shù)據(jù)，解析以

37、上d2230.312 104Ad公式得：，232200.13 8 10128.6 10/(0.312 107)2.5 10dm 故取025dmm3.7.3 缸頭厚度計(jì)算本設(shè)計(jì)采用的是螺釘聯(lián)接法蘭缸頭，其厚度的計(jì)算公式為： (3.13)03 () cpcpF Ddhd式中 法蘭厚度(m)h法蘭內(nèi)徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取=cpdcpd9mm螺釘孔分布圓直徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取=0D0D12.5mm法蘭材料的許用應(yīng)力(Mpa)，取 45 鋼，120 Mpa 法蘭受力總和(N)，其計(jì)算公式為：F (3.14)222()44HFd Pddq 密封環(huán)內(nèi)徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取d6

38、dmm 密封環(huán)外徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取Hd8Hdmm 系統(tǒng)工作壓力(pa)， paP613 10P 附加密封力(pa)，若采用金屬材料時(shí)，值取屈服點(diǎn)，此處取材料qq為45鋼，則=110Mpaq代入數(shù)據(jù)，求出得：24223(12.59) 10(49 1364 11049 110) 109 10110 42.46 10hm故取30hmm3.7.4 下蓋聯(lián)接螺釘強(qiáng)度校核計(jì)算螺釘聯(lián)接可采用高強(qiáng)度螺釘M161.5(GB/T70.1-2000)聯(lián)接,兩端數(shù)量均為24件，螺釘精度等級(jí)為10.9級(jí)，其強(qiáng)度校核，公式如下：拉應(yīng)力： =7.7Mpa (3.15)204kFZd剪應(yīng)力： =3.1Mpa (

39、3.16)10310.2k kFdzd式中 ：螺紋擰緊系數(shù)，此處取=1.25kk: 螺紋摩擦系數(shù),一般取=0.121k1k：螺紋外徑，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取=16mm0d0d：螺紋內(nèi)徑，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取=-1d1d0d1.08251.514.4mm：數(shù)量為24zB：B螺釘材料屈服強(qiáng)度，取 45 鋼，則 =110Mpa 得：，符合工況要求，則驗(yàn)證合格，可取。231.310.01 nMpa3.7.5 活塞桿柔度校核計(jì)算活塞桿細(xì)比計(jì)算如下： = 24dL(3.17)此處：L 為折算長(zhǎng)度，導(dǎo)向套中心至吊頭尺寸，約 630mm，活塞桿直徑d=63mm，活塞桿許用細(xì)長(zhǎng)比，按規(guī)定拉力桿此處100。計(jì)算

40、得，故滿足要求，則活44 630/3.14 40.96 1019.6 塞桿長(zhǎng)度和缸筒長(zhǎng)度的取值合格。4 液壓系統(tǒng)原理圖的制定4.1 制定基本方案(1) 制定調(diào)速方案 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問(wèn)題。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。速度控制通過(guò)改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變

41、輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來(lái)調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速

42、。調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。節(jié)流調(diào)速一般采用開(kāi)式循環(huán)形式。在開(kāi)式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開(kāi)式回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個(gè)封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。經(jīng)過(guò)上述分析此方案選用 容積節(jié)流調(diào)速。(2) 制定壓力控制方案 8液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)

43、中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。在液壓系統(tǒng)中，需要流量不大的高壓油時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 在系統(tǒng)的某個(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來(lái)獲得所需的工作壓力?；谝陨峡刂葡到y(tǒng)方案分析本次設(shè)計(jì)選用閉式中心負(fù)荷傳感系統(tǒng)(CLSS)；采用的是雙泵雙回路恒功率控制液壓系統(tǒng)。(3) 指定順序動(dòng)作方案 主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械工作環(huán)境狀況復(fù)雜，補(bǔ)丁因數(shù)多，故操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥

44、控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過(guò)電氣行程開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來(lái)控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開(kāi)關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無(wú)載啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過(guò)壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開(kāi)順序閥使壓力油通過(guò)，來(lái)啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。本設(shè)計(jì)主要采用手動(dòng)控制，另根據(jù)壓力控制

45、CLSS 系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)操作，在計(jì)算機(jī)的直接操縱下自動(dòng)完成給定的挖掘任務(wù)，并具有一定得局部自主能力。即當(dāng)阻力過(guò)大挖掘過(guò)程中斷時(shí)，能自主修正挖掘路徑，直接完成挖掘過(guò)程。在回轉(zhuǎn)過(guò)程中，能自動(dòng)識(shí)別和避開(kāi)障礙物，達(dá)到原定的卸料位置。 (4) 選擇液壓動(dòng)力源 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無(wú)其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)

46、各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過(guò)濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過(guò)相應(yīng)的精過(guò)濾器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過(guò)濾器或其他型式的過(guò)濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。再根據(jù)調(diào)速方案及工程機(jī)械選用原則，主泵采用變量柱塞泵，輔助油泵采用齒輪泵。4.2 確定回路方式本液壓系統(tǒng)采用開(kāi)式回路。液壓系統(tǒng)回路中泵缸回路系統(tǒng)為開(kāi)式，泵馬達(dá)系統(tǒng)為閉式。開(kāi)式系統(tǒng)利用油箱可以散熱、沉淀雜質(zhì)的特點(diǎn)，并且油

47、液循環(huán)大，敝熱條件好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此為大多數(shù)工程機(jī)械所采用。閉式回路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為緊湊，泵的自吸性好，系統(tǒng)與空氣接觸的機(jī)會(huì)較少，空氣不易滲入系統(tǒng)，故傳動(dòng)的平穩(wěn)性較好，且工作機(jī)構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，避免了在開(kāi)式系統(tǒng)換向過(guò)程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開(kāi)式系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，并且由于閉式系統(tǒng)本身沒(méi)有油箱，油液的散熱和過(guò)濾條件較開(kāi)式系統(tǒng)差。4.3 選用液壓油液在任何液壓系統(tǒng)中，液壓油是一至關(guān)重要的組成部分。它的功能是：有效地傳遞能量、潤(rùn)滑部件和作為一種散熱介質(zhì)。液壓系統(tǒng)能否可靠、靈敏、準(zhǔn)確、有效而且經(jīng)濟(jì)地工作，與所選用的液壓油的品種及性能密切相關(guān)。因此，正確選用液壓油是確

48、保液壓系統(tǒng)正常和長(zhǎng)期工作的前提。當(dāng)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)找出原因，采取正確的解決辦法是保護(hù)設(shè)備、避免造成重大損失的重要措施。由于液壓傳動(dòng)具有元件體積小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠、操作方便、易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多工業(yè)部門(mén)的傳動(dòng)系統(tǒng)被采用。不同工業(yè)部門(mén)由于使用要求、操作條件、應(yīng)用環(huán)境的差異，所用的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)差別也很大。正確選用液壓油品種，確保液壓系統(tǒng)長(zhǎng)期平穩(wěn)、安全運(yùn)行，是保證連續(xù)生產(chǎn)、節(jié)省材料消耗和提高經(jīng)濟(jì)效益的有效措施。4.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖該挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)采用雙泵雙向回路定量系統(tǒng)，由兩個(gè)獨(dú)立的回路組成。所用的油泵1為雙聯(lián)泵，分為A、B兩泵。八聯(lián)多路換向閥分為兩組，每組中的

49、四聯(lián)換向閥組為串聯(lián)油路。油泵A輸?shù)膲毫M(jìn)入第一組多路換向閥，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)、鏟斗油缸、輔助油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)右行走馬達(dá)7。該組執(zhí)行元件不工作時(shí)油泵A輸出的壓力油經(jīng)第一組多路換向閥中的合流閥進(jìn)入第二組多路換向閥，以加快動(dòng)臂或斗桿的工作速度。油泵B輸出的壓力油進(jìn)入第二組多路換向閥，驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂油缸、斗桿油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)左行走馬達(dá)8和推土板油缸6。該液壓系統(tǒng)中兩組多種換向閥均采用串聯(lián)油路，其回油路并聯(lián)，油液通過(guò)第二組多路換向閥中的限速閥 5 流向油箱。限速閥的液控口作用著由梭閥提供的A、B兩油泵的最大壓力，當(dāng)挖掘機(jī)下坡行走出現(xiàn)超速情況時(shí)，油泵出口壓力降低，限速閥自動(dòng)對(duì)回油進(jìn)行節(jié)流，防止溜

50、坡現(xiàn)象，保證挖掘機(jī)行駛安全。在左、右行走馬達(dá)內(nèi)部除設(shè)有補(bǔ)油閥外，還設(shè)有雙速電磁閥9，當(dāng)雙速電磁閥在圖示位置時(shí)馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞構(gòu)成串聯(lián)油路，此時(shí)為高速；當(dāng)雙速電磁閥通電后，馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞呈并聯(lián)狀態(tài)，馬達(dá)排量大、轉(zhuǎn)速降低，使挖掘機(jī)的驅(qū)動(dòng)力增大。為了防止動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等因自重而超速降落，其回路中均設(shè)有單向節(jié)流閥。另外，兩組多路換向閥的進(jìn)油路中設(shè)有安全閥，以限制系統(tǒng)的最大壓力，在各執(zhí)行元件的分支油路中均設(shè)有過(guò)載閥，吸收工作裝置的沖擊；油路中還設(shè)有單向閥，以防止油液的倒流、阻斷執(zhí)行元件的沖擊振動(dòng)向油泵的傳遞。SWE50H型單斗液壓挖掘機(jī)除了主油路外，還有如下低壓油路：9(1) 排灌油路 將背壓油

51、路中的低壓油，經(jīng)節(jié)流降壓后供給液壓馬達(dá)殼體內(nèi)部，使其保持一定的循環(huán)油量，及時(shí)沖洗磨損產(chǎn)物。同時(shí)回油溫度較高，可對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行預(yù)熱，避免環(huán)境溫度較低時(shí)工作液體對(duì)液壓馬達(dá)形成“熱沖擊”。(2) 泄油回路 將多路換向閥和液壓馬達(dá)的泄漏油液用油管集中起來(lái)，通過(guò)五通接頭和濾油器流回油箱。該回路無(wú)背壓以減少外漏。液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可通過(guò)檢查泄漏油路濾油器，判定是否屬于液壓馬達(dá)磨損引起的故障。(3) 補(bǔ)油油路 該液壓系統(tǒng)中的回油經(jīng)背壓閥流回油箱，并產(chǎn)生0.81.0MPa的補(bǔ)油壓力，形成背壓油路，以便在液壓馬達(dá)制動(dòng)或出現(xiàn)超速時(shí)，背壓油路中的油液經(jīng)補(bǔ)油閥向液壓馬達(dá)補(bǔ)油，以防止液壓馬達(dá)內(nèi)部的柱塞滾輪脫離導(dǎo)軌表面。

52、該液壓系統(tǒng)采用定量泵，效率較低、發(fā)熱量大，為了防止液壓系統(tǒng)過(guò)大的溫升，在回油路中設(shè)置強(qiáng)制風(fēng)冷式散熱器，將油溫控制在80以下。整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖（如圖4.1所示）由擬定好的控制回路及液壓源組合而成，從中分離出動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)明工作原理圖（如圖4.2所示） 。機(jī)電一體化挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)是半自動(dòng)的，所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)是建立在 WY100 型挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)上，改進(jìn)工作裝置的自動(dòng)化控制，保證工作負(fù)載合理，防止在過(guò)量的情況下導(dǎo)致小挖掘機(jī)破壞。各液壓元件盡量采用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號(hào)的常態(tài)位置繪制。對(duì)于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名

53、稱和動(dòng)作，注明各液壓元件的序號(hào)以及各電磁鐵的代號(hào)，并附有電磁鐵、行程閥。 分析比較動(dòng)臂機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖與整機(jī)系統(tǒng)圖，可以總結(jié)出：動(dòng)臂機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可以作為一個(gè)單獨(dú)的液壓系統(tǒng)，并可以進(jìn)行半自動(dòng)化控制，其液壓元件選擇的合理與否直接影響著機(jī)電一體化液壓系統(tǒng)的快速控制能力。1 BM PC2 PCT812 3D/A 接口 4液壓閥驅(qū)動(dòng)放大 5油泵 6冷卻器 7濾油器 8背壓閥 9節(jié)流閥 10回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá) 11行走馬達(dá) 12雙速電磁閥缸 13補(bǔ)油單向閥 14緩沖補(bǔ)油閥組 15 中央回轉(zhuǎn)接頭 16限速閥 17冷卻器 18位移傳感器 19溢流閥 20梭閥 21合流閥22電液比例方向閥 23斗桿油缸 24鏟斗油缸 25單向

54、節(jié)流閥 26動(dòng)臂油缸圖4.1 液壓原理圖1TBM PC 2PCT812 3D/A 接口 4液壓閥驅(qū)動(dòng)放大器 5油泵 6冷卻器 7濾油器 8背壓閥 9限速閥 10溢流閥 11梭閥 12電液比例方向閥 13冷卻閥 14單向節(jié)流閥 15位移傳感器 16動(dòng)臂油缸圖 4.2 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖5 選擇各執(zhí)行元件105.1 液壓泵的選擇由表3.1得，主泵的壓力為，最大流量為124.5pPMpa；齒輪泵的壓力為，最大流量為145.8 2 /minvqL221pPMpa。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可查閱得：此液壓泵可采用NB3-G20F雙237 /minvqL聯(lián)柱塞泵，主泵由2個(gè)柱塞式串聯(lián)變量柱塞泵組成。5.2

55、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇取泵的總效率=0.8，泵的總驅(qū)動(dòng)功率為：p = 23.74KW (5.1)1122pvpvpP qP qw考慮安全系數(shù),故取25KW;查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表得：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型號(hào)YANMAR功率27.1KW 轉(zhuǎn)速2200r/min5.3 液壓閥的選擇選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過(guò)閥的流量。液壓閥的作用是控制液壓系統(tǒng)的油流方向、壓力和流量，從而控制整個(gè)液壓系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，工作部件的運(yùn)動(dòng)速度、方向，以及變換頻率，輸出力和力矩等。5.3.1 根據(jù)液壓閥額定壓力來(lái)選擇選擇的液壓閥應(yīng)使系統(tǒng)壓力適當(dāng)?shù)陀诋a(chǎn)品標(biāo)明的額定值。對(duì)液壓閥流量的選擇，可以按照產(chǎn)品標(biāo)明的公

56、稱流量為依據(jù)，根據(jù)產(chǎn)品有關(guān)流量曲線來(lái)確定。5.3.2 液壓閥的安裝方式的選擇液壓閥與系統(tǒng)的管路或其他閥的進(jìn)出油口的連接方式，一般有三種，螺紋連接方式，板式連接方式，法蘭連接方式。安裝方式 的選擇要根據(jù)液壓閥的規(guī)格大小，以及系統(tǒng)的簡(jiǎn)繁及布置特點(diǎn)來(lái)確定。5.3.3 液壓閥的控制方式的選擇液壓閥的控制方式一般有四種，有手動(dòng)控制，機(jī)械控制，液壓控制，電氣控制。根據(jù)系統(tǒng)的操縱需要和電氣系統(tǒng)的配置能力進(jìn)行選擇。5.3.4 液壓閥的結(jié)構(gòu)形式的選擇11液壓閥的結(jié)構(gòu)方式分為：管式結(jié)構(gòu)，板式結(jié)構(gòu)。一般按照系統(tǒng)的工作需要來(lái)確定液壓閥的結(jié)構(gòu)形式。選用主操作閥采用川崎KMX15R/B450，最大流量80.3/min，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂提升合流、斗桿大小腔合流、斗桿再生回路、行走直線、動(dòng)臂提升優(yōu)先、回轉(zhuǎn)優(yōu)先、斗桿閉鎖等功能。原理圖如圖5.1所示圖 5.1 主操作閥原理圖5.4 其他液壓元件的選擇5.4.1 蓄能器的選擇根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用，確定類型和主要參數(shù)。在本液壓系統(tǒng)中，液壓缸在短時(shí)間內(nèi)快速運(yùn)動(dòng)，由蓄能器來(lái)補(bǔ)充供油，則計(jì)算公式為： (5.2)vpi iVKAlq t式中 A各液壓缸有效作用面