挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、內(nèi)容提要挖掘機(jī)作為我國(guó)工程機(jī)械的主力機(jī)種，被廣泛應(yīng)用于各種各樣的施工作 業(yè)中。挖掘機(jī)產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由于挖掘機(jī)的工 作條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作復(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)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)。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。根據(jù)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，論文中采用 通用多路閥，配以專用控制閥和簡(jiǎn)

2、單的電子控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一套 適合我國(guó)生產(chǎn)制造的LS恒功率控制單斗挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是SWE70 H型液壓挖掘機(jī)。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)，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)工作裝置中斗桿機(jī)構(gòu)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70t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)出我們挖掘 機(jī)的液壓系統(tǒng)方按圖，總體裝配圖以及相應(yīng)的部件圖和零件圖。圖 紙基本采用Auto CAD二維軟件繪圖。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

3、，具備挖掘，抓物，鉆孔，推土，清溝 和破碎等功能。平臺(tái)可360°旋轉(zhuǎn)，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)SummaryThe excavator is a main consrtuctionalmachine , which is now widely used invarious constructionsites.The core technique of excavator is hydraulic technique.Becauseofthe bad worki ng con diti on and con mplicated worki

4、ng moveme nts of the excavatot , it has high requitements for its hydraulic system.Since the excavator' shydraulic system is the most complicated one in all con struct ionalmach ines,thean alysis and research of its hydrau1ic system make very importa nt sens.On the basis of comprehensive co11ect

5、ionof re1atedinformation about theexcavator ' s hydraulic system at home and abroad, the main working conditions ofthe excavator are studied and the design requitmentsof its hydraulic system aresystematically summarized. Accord ing to the desig n pressure compe nsated hydraulic system is creativ

6、ely desig ned using gen eral multiple un til value equipped with special con tol valve and electr onic con tor systems,which has useful reference value for the future research and development of the excavator' s hydraulic system in our country.The nameof this graduated task is “ SWE70H ” medium

7、type hydraulicexcavator ” .This task isrequested by company. My task is to analyze and design thehydraulicsystem of the medium type hydraulic excavator. This task choose thedomestic excavator whose quality and character is most similar to our request as the basic type, further study the overseas adv

8、aneedtype. Then I designedprojects ofhydraulic system of our excavator,collectivity assemblagedraw ingand in terrelatedparts draw ing, accessory draw ing. All the bluepri nts draw n by the soft of AutoCAD.The stron gpo int of this hydraulic excavator is used servo forerunner con trol system. Ithas b

9、eautiful sculpt. Beijing provided with the fuction of excavating, grappling, drilling, pushing, cleaning channel and crashing etc. 360 °wwing plat roof,good quality,con trolli ngcomfortable, be widely used in con struct ion, supplyand citypla nning.目錄內(nèi)容提要LSummaryII一前言1.（一）挖掘機(jī)簡(jiǎn)介1.（二）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)

10、 2（三）本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容 5.二液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理 5.（一）液壓挖掘機(jī)整機(jī)性能 6.（二）液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu) 7.（三）液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)原理 9.三液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定 10（一）液壓挖掘機(jī)的工況 10（二）挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 14（三）挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析 15（四）液壓系統(tǒng)方案擬訂 16四液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)17（一）液壓系統(tǒng)方案及參數(shù)確定 17（二）執(zhí)行元件液壓缸及系統(tǒng)壓力的初選 18（三）計(jì)算工作裝置鏟斗液壓缸的主要尺寸 19（四）液壓系統(tǒng)原理圖的制定 22五液壓元件的選擇與專用件的設(shè)計(jì) 25（一）液壓泵的選擇和泵的參數(shù)的計(jì)算 26（二）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 28

11、（三）液壓閥的選擇 28（四）其他液壓元件的選擇 31（五）油箱容量的確定 33六液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 34（一）液壓系統(tǒng)壓力損失 34（二）液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算 36總結(jié)41參考文獻(xiàn)42致謝44、八、刖言液壓挖掘機(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)。

12、 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)挖掘機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)0（一）挖掘機(jī)簡(jiǎn)介挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，可以追溯到 1840年。當(dāng)時(shí)美國(guó)西部開發(fā)，進(jìn)行鐵 路建設(shè)，產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機(jī)械手的挖 掘機(jī)，它采用蒸汽機(jī)作為動(dòng)力在軌道上行走。 但是此后的很長(zhǎng)時(shí)間挖掘機(jī)沒有得到很 大的發(fā)展，應(yīng)用范圍也只局限于礦山作業(yè)中。導(dǎo)致挖掘機(jī)發(fā)展緩慢的主要原因是：其作業(yè)裝置動(dòng)作復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)范圍大，需要采 用多自由度機(jī)構(gòu)，古老的機(jī)械傳動(dòng)對(duì)它不

13、太適合。而且當(dāng)時(shí)的工程建設(shè)主要是國(guó)土開 發(fā)，大規(guī)模的筑路和整修場(chǎng)地等，大多是大面積的水平作業(yè)，因此對(duì)挖掘機(jī)的應(yīng)用相 對(duì)較少，在一定程度上也限制了挖掘機(jī)的發(fā)展。由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，二十世紀(jì)四十年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式 挖掘機(jī)。隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動(dòng)技術(shù)，挖掘機(jī)有了適合它的 傳動(dòng)裝置，為挖掘機(jī)的發(fā)展建立了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐， 是挖掘機(jī)技術(shù)上的一個(gè)飛躍 。 同時(shí)，工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進(jìn)行大規(guī)模國(guó)土開發(fā)的同時(shí)，也開 始進(jìn)行城市型土木施工，這樣，具有較長(zhǎng)的臂和桿，能裝上各種各樣的工作裝置，能 行走、回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由動(dòng)作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑

14、和溝槽的挖掘 機(jī)得到了廣泛應(yīng)用2。1950年在意大利北部生產(chǎn)了第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)。第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)采用定量齒 輪泵，中位開式多路閥，工作壓力為9Mpa所有執(zhí)行元件互相并聯(lián)連結(jié)。由單泵向 6 個(gè)執(zhí)行元件供油。由于早期液壓挖掘機(jī)主要采用了定量齒輪泵， 不能按需改變供油流 量，無法充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，因此其能量損失很大，不能滿足挖掘機(jī)復(fù)合動(dòng)作的 復(fù)雜要求，且可操縱性差。另外，早期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技 術(shù)，缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓元件，配套件也不齊全，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定。 從二十世紀(jì)六十年代到八十年代中期， 液壓挖掘機(jī)進(jìn)入了推廣和蓬勃發(fā)展的階段， 各 國(guó)挖掘機(jī)制造廠和品種增加很

15、快，產(chǎn)量猛增。1968-1970年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量己經(jīng) 達(dá)到挖掘機(jī)總產(chǎn)量的83%其時(shí)對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的研究也已經(jīng)十分成熟，液壓挖掘 機(jī)已經(jīng)具有了同步控制系統(tǒng)和負(fù)載敏感系統(tǒng) L。自第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)誕生以來的160多年當(dāng)中，挖掘機(jī)一直在不斷地飛躍發(fā)展， 其技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相對(duì)成熟穩(wěn)定的階段。目前國(guó)際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)， 對(duì)其控制方式不斷改進(jìn)和革新，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、無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下 作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī) 作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切，挖掘機(jī)的全

16、液壓化為其奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)， 創(chuàng) 造了良好的前提3 o據(jù)有關(guān)專家估算，全世界各種施工作業(yè)場(chǎng)約有65%g 70%勺土石方工程都是由挖掘機(jī)完成的。挖掘機(jī)是一種萬能型工程機(jī)械，目前已經(jīng)無可爭(zhēng)議地成為工程機(jī)械的第 一主力機(jī)種，在世界工程機(jī)械市場(chǎng)上己占據(jù)首位， 并且仍在發(fā)展擴(kuò)大。挖掘機(jī)的發(fā)展 主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，其液壓系統(tǒng)已成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨 著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機(jī)需要大幅度的技術(shù)進(jìn) 步，技術(shù)創(chuàng)新是液壓挖掘機(jī)行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面，挖掘機(jī)產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以對(duì)其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。（二）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及

17、發(fā)展動(dòng)態(tài)1國(guó)外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)從20世紀(jì)60年代液壓傳動(dòng)技術(shù)開始應(yīng)用在挖掘機(jī)上至今， 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)己經(jīng) 發(fā)展到了相當(dāng)成熟的階段。目前國(guó)際上先進(jìn)的挖掘機(jī)產(chǎn)品的額定壓力大都在30MPa以上，并且隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方 向發(fā)展的趨勢(shì)；流量通常在每分鐘數(shù)百升；功率在數(shù)百千瓦以上。如德國(guó)Orensttein&Koppe制造的目前世界上首臺(tái)最大的 RH40型全液壓挖掘機(jī)，鏟斗容量達(dá) 42m3, 液壓油源為18臺(tái)變量軸向柱塞泵，總流量高達(dá)10200L/min，原動(dòng)機(jī)為2臺(tái)QSK60柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)，總功率高達(dá)2014kW,由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)

18、工作，其各 個(gè)功能部件都會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。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)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)強(qiáng)度研究方面，不斷提高設(shè)備的可靠性。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%使用壽命超過1萬小時(shí)。近幾年來，隨著液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴(kuò)大，世界上著名的挖掘機(jī)生產(chǎn)商紛紛采用各種高新技術(shù)， 來提高自己挖掘機(jī)在

19、國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)駐馬店職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 力，主要表現(xiàn)在五個(gè)方面：(1)液壓系統(tǒng)逐漸從開式系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變；(2)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù) 成為研究的重點(diǎn)；(3)系統(tǒng)的高壓化和高可靠性發(fā)展趨勢(shì)日益凸顯；(4)系統(tǒng)的操縱特 性上升到很重要的地位;(5)液壓系統(tǒng)與電子控制的結(jié)合成為潮流4。(1) 開式向閉式液壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變采用三位六通閥，其特點(diǎn)是有兩條供油路，其中一條是直通供油路，另一條是并 聯(lián)供油路。由于這種油路調(diào)速方式是進(jìn)油節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速同時(shí)起作用，其調(diào)速特性受負(fù)載壓力和油泵流量的影響，因此這種系統(tǒng)的操縱性能、調(diào)速性能和微調(diào)性 能差。另外，當(dāng)液壓作用元件一起復(fù)合動(dòng)作時(shí)，相互干擾大，使得復(fù)合動(dòng)作操縱

20、非常 困難。由于挖掘機(jī)作業(yè)工程中要求對(duì)液壓元件能很好地控制其運(yùn)動(dòng)速度和進(jìn)行微調(diào)， 而且在其工作的許多工況下要求多個(gè)執(zhí)行元件完成復(fù)合動(dòng)作，而長(zhǎng)期以來使用的開式液壓系統(tǒng)無法滿足挖掘機(jī)的調(diào)速和復(fù)合動(dòng)作的要求。近年來在國(guó)外的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng) 中出現(xiàn)了閉式負(fù)載敏感系統(tǒng)(CLSS)。它可以采用一個(gè)油泵同時(shí)向所有液壓作用元件供 油，每一個(gè)液壓作用元件的運(yùn)動(dòng)速度只與操縱閥的閥桿行程有關(guān)，與負(fù)載壓力無關(guān)， 泵的流量按需提供，而且多個(gè)液壓作用元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)相互之間干擾小，因此操縱性好是閉式液壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。這種系統(tǒng)非常符合挖掘機(jī)操作的要求，它操縱簡(jiǎn)單， 對(duì)司機(jī)的操縱技巧要求低，在國(guó)際上己經(jīng)獲得較廣泛的使用，是挖掘

21、機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā) 展趨勢(shì)。目前日本小松公司已經(jīng)把大量挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)從開式系統(tǒng)改為閉式系統(tǒng)了。(2) 節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用目前液壓挖掘機(jī)上典型的節(jié)能技術(shù)基本上有兩種。即負(fù)載敏感技術(shù)和負(fù)流量控制 技術(shù)，目前液壓挖掘機(jī)都選用其中一種控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能要求。負(fù)載敏感技術(shù)是一種利用泵的出口壓力與負(fù)載壓力差值的變化而使系統(tǒng)流量隨之相應(yīng)變化的技術(shù)。德國(guó)曼內(nèi)斯曼(Mannesmann公司研制的一種負(fù)載傳感系統(tǒng)，將其安裝在液壓系統(tǒng)中，可以 控制一個(gè)或幾個(gè)液壓作用元件，而與對(duì)其施加的載荷無關(guān)。該系統(tǒng)不僅易于操縱，而 且微動(dòng)控制特性很好。其最大的特點(diǎn)就是可以根據(jù)負(fù)載大小和調(diào)速要求對(duì)油泵進(jìn)行控 制，從而實(shí)現(xiàn)在按需供流的同時(shí)，

22、使調(diào)速節(jié)流損失 P控制在很小的固定值，從而達(dá) 到節(jié)能的目的Izs.e57負(fù)流量控制技術(shù)是通過位于主控制閥后面的節(jié)流閥建立的壓 力對(duì)主泵的排量進(jìn)行調(diào)節(jié)的技術(shù)。日前以韓國(guó)現(xiàn)代 (HYUNDAI)日本小松(KOMATSU) 和日本日立(HITACHI)為代表的許多國(guó)外著名品牌的挖掘機(jī)生產(chǎn)商都在自己的挖掘機(jī) 液壓系統(tǒng)中使用了負(fù)流量控制技術(shù)。這種控制技術(shù)具有穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、可靠性和 維修性好等特點(diǎn)，但在起始點(diǎn)為重負(fù)荷下作業(yè)時(shí)，因流量與負(fù)載有關(guān)，所以可控制性 較差呵。(3) 提高負(fù)載能力和可靠性為了提高挖掘機(jī)的負(fù)載能力，直接的方法是提高其液壓系統(tǒng)工作壓力、流量和功 率。目前，國(guó)際上先進(jìn)的挖掘機(jī)產(chǎn)品的額定

23、壓力大都在 30MPa以上，并且隨著材料科 學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢(shì) ；流量通駐馬店職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 常在每分鐘數(shù)百升；功率在數(shù)百千瓦以上。如德國(guó)Orensttein&Koppe制造的型全液壓 挖掘機(jī)，鏟斗容量達(dá)42立方米液壓油源為18臺(tái)變量軸向柱塞泵，總流量高達(dá)100200L/min，原動(dòng)機(jī)為2臺(tái)QSK6C柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，總功率高達(dá) 2014kW由于液壓挖掘機(jī) 經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，其各個(gè)功能部件都會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響。系統(tǒng)的可 靠性日益受到重視。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 限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并

24、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)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓 挖掘機(jī)強(qiáng)度研究方面，不斷提高設(shè)備的可靠性。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分 析方法。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)， 使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到 85%-95%使用壽命超過1萬小時(shí)。(4) 重視操縱特性挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的操縱特性越來越受到重視。日前國(guó)際上迅速發(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、液壓伺服操作和電氣控制，無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。各種高新技 術(shù)的應(yīng)用，使得挖

25、掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱特性大大提高。(5) 電子一液壓集成控制成為當(dāng)前主要研究目標(biāo)電子控制技術(shù)與液壓控制技術(shù)相結(jié)合的電子一液壓集成控制技術(shù)近年來獲得了 巨大發(fā)展，特別是傳感器、計(jì)算機(jī)和檢測(cè)儀表的應(yīng)用，使液壓技術(shù)和電子控制有機(jī)結(jié) 合，開發(fā)和研制出了許多新型電液自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高了挖掘機(jī)的自動(dòng)化程度，推動(dòng)著挖掘機(jī)的迅猛發(fā)展。目前國(guó)外先進(jìn)品牌的挖掘機(jī)在電液聯(lián)合控制方面的研究己趨成 熟。美國(guó)林肯一貝爾特公司新 C系列LS-5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系 統(tǒng)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。日本住友公司生產(chǎn)的FJ系列五中新型號(hào)挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助的功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選

26、擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗，并延長(zhǎng)了零部件的使用壽命。2國(guó)內(nèi)研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài)從國(guó)內(nèi)情況來看，我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)整體發(fā)展水平較國(guó)外緩慢，在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的理論還比較薄弱。國(guó)內(nèi)大部分挖掘機(jī)企業(yè)在挖掘機(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)的挖掘機(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)的挖掘機(jī)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上基本失去了競(jìng)爭(zhēng) 力，取而代之的是采用各種高新技術(shù)的國(guó)外挖掘機(jī)產(chǎn)品。先進(jìn)的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)都被 國(guó)際上一流的生產(chǎn)企業(yè)壟斷，國(guó)內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的研究幾乎是空白， 這樣國(guó)內(nèi)的挖掘 機(jī)生產(chǎn)廠家就無法獨(dú)立制造出性能優(yōu)異的挖掘機(jī)，絕大部分

27、的市場(chǎng)份額都被國(guó)外各種 品牌的挖掘機(jī)所占據(jù)。以20t級(jí)的中型液壓挖掘機(jī)為例，國(guó)產(chǎn)20t級(jí)挖掘機(jī)大多數(shù)是 歐洲80年代初的技術(shù)，同90年代初以來在國(guó)內(nèi)形成批量的日本小松、日立、神鋼以及韓國(guó)大宇、現(xiàn)代等機(jī)型相比，其主要差距柴油機(jī)功率偏低，液壓系統(tǒng)流量偏小，液 壓系統(tǒng)特性差，導(dǎo)致平臺(tái)回轉(zhuǎn)速度低，行走速度低，各種性能參數(shù)均偏小，整機(jī)性能 和作業(yè)效率較國(guó)外偏低。（三）本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的技術(shù)多種多樣，本文主要通過國(guó)外幾種知名品牌的挖掘機(jī) 液壓系統(tǒng)為參考對(duì)象，對(duì)其現(xiàn)有的關(guān)鍵技術(shù)和控制方式進(jìn)行比較和研究，為挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一定的參考信息。1挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)的分析研究大量搜集

28、國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的相關(guān)技術(shù)資料，系統(tǒng)了解挖掘機(jī)液壓系統(tǒng) 的發(fā)展歷史。分析總結(jié)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)。2挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求對(duì)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)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)了每個(gè)工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動(dòng) 作。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點(diǎn)，系統(tǒng)地總結(jié)了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：動(dòng)力性要求和操縱性要求。3挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析了傳統(tǒng)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的單泵定量系統(tǒng)、雙泵定量系統(tǒng)和雙變量泵液壓系 統(tǒng)，詳細(xì)分析了其主要優(yōu)點(diǎn)和存在的問題。 本文在分析研究了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上,根據(jù)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，

29、設(shè)計(jì)了一套適合我國(guó)生產(chǎn)制造的單斗挖掘機(jī)液 壓系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)旨在采用通用的多路閥系統(tǒng)，配以專用控制閥和簡(jiǎn)單的伺服控制系統(tǒng)二液壓挖掘機(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)

30、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?；剞D(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 。（一）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)，如圖2.1所示液壓挖掘機(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)9 o圖2.1 液壓挖掘機(jī)整體系統(tǒng)圖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

31、，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，巧分鐘內(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

32、?；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

33、起來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)?液壓能，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 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

34、步向智能化機(jī)電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移10 0（二）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 工作的荃礎(chǔ)，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛。可細(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3600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

35、、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m 02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1.6M 3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。如圖

36、2. 1所示，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)臂油缸來支撐和改變動(dòng)臂的傾角，通過動(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)來和鏟 斗聯(lián)。3液壓挖掘機(jī)工作循環(huán)過程首先液壓挖掘機(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

37、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)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2.2 反鏟挖掘機(jī)工作裝置作以加快作業(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工作面，隨

38、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)12（三）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)傳動(dòng)示意圖，如圖2.3所示，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)

39、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)通過液壓缸的伸縮來實(shí) 現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗1、斗桿2、動(dòng)臂3、連桿4及相應(yīng)的三組液壓缸5. 6. 7 組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過動(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

40、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)液壓系統(tǒng)的不同， 反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循 環(huán)中的動(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的13。1、鏟斗2、斗桿3、動(dòng)臂4、連桿5、6、7、液壓油缸I、挖掘裝置II 、回轉(zhuǎn)裝置III 、行走裝置圖2.3 液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)示意圖總之，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。三液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定要

41、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。（一）液壓挖掘機(jī)的工況液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括以下幾個(gè)動(dòng)作（如圖3.1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?，要考慮全功率驅(qū)動(dòng)141、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3.1 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

42、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 作過程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)幼鳎ɡ缤诰蚺c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

43、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。1挖掘工況分析挖掘過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15。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3.2，3.3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

44、獨(dú)立的油 泵供油，以保證彼此動(dòng)作獨(dú)立，相互之間無干擾，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3.4,3.5所示。圖3.4鏟斗底壓整地面圖圖3.5鏟斗底保持一定角度切削圖單獨(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 說明復(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16。當(dāng)斗桿和鏟斗

45、復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)，供油情況如圖 3.4a所示。當(dāng)斗桿油壓接近溢流 閥的壓力時(shí)，原來溢流的油液此時(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3.4b所示。動(dòng)«油系統(tǒng)示意圖庁止同一油泵向多個(gè)液' 4 杵 圖3.4時(shí)，三泵供為了防0:斗桿和鏟斗復(fù)合運(yùn)動(dòng)般三泵系統(tǒng)中, 每個(gè)油泵單獨(dú)對(duì)一'個(gè)液壓作用、動(dòng)作時(shí)各液壓作用元件間 量分配當(dāng)動(dòng)臂 動(dòng)作的相互干擾， 于雙泵系統(tǒng) 用節(jié)流等措施進(jìn)行流當(dāng)進(jìn)行溝槽 達(dá)提供壓力油， 和斗桿供油，兩者復(fù)合動(dòng)作，如圖2.5所示?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿收縮同時(shí)動(dòng)作，由同一

46、Mz削口0玉作用元件供油時(shí)元件供油較好。對(duì)因此需要采一寸，為 產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力，保持鏟斗貼緊側(cè)壁進(jìn)行切削,間出現(xiàn)相互卜和三泵系統(tǒng)OMRMl I勺了有效地進(jìn)行垂直掘削還要求向回轉(zhuǎn)馬:的可能,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)流閥的開口度即節(jié)流程度 由回轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力來控制?；剞D(zhuǎn)先導(dǎo)壓力越大，節(jié)流閥開度越小，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

47、力，希望液壓系統(tǒng)能暫時(shí)增壓，能提高主壓力閥的壓力17 02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)

48、臂，如圖 3.6a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18 0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 2.6b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3.6c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)無相互干擾。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

49、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3.6回轉(zhuǎn)舉升供油情況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，如圖3.7所示。圖3.7空斗返回供油情況發(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)

50、臂下降再生補(bǔ)油回路，利用重力將動(dòng)臂油缸無桿腔的油供至有 桿腔。5行走時(shí)復(fù)合動(dòng)作在行走的過程有可能要求對(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19。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3.8a所示。對(duì)于雙泵系統(tǒng)，目前采用以下供油方式：一個(gè)

51、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， 其多余的油液通過單向閥向行走馬 達(dá)供油，如圖3.8b所示;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3.8c所示。（二）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 20:1動(dòng)力性要求所謂動(dòng)力性要求，就是在保證發(fā)動(dòng)機(jī)不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動(dòng)

52、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提高發(fā) 動(dòng)機(jī)的功率利用率。2操縱性要求（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)過程中需要各個(gè)

53、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)來說，左、右行走馬達(dá)的復(fù) 合動(dòng)作問題，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)操縱閥都在大開度下工作，往往會(huì)出現(xiàn)系 統(tǒng)總流量需求超過油泵的最大供油流量，這樣高壓執(zhí)行元件就會(huì)因

54、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?。划?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23 0（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

55、液壓系統(tǒng)要求有良好的 過載保護(hù)措施，防止油泵過載和因外負(fù)載沖擊對(duì)各個(gè)液壓作用元件的損傷。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動(dòng)和限速；防止動(dòng)臂因自重而快帶下降和整機(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21 0（三）挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中最重要也是最復(fù)雜的就是多路閥液壓系統(tǒng)。多路閥是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的重要部件，它確定了液壓泵向各個(gè)液壓作用元件的供油路線和供油方式

56、；確定了多個(gè)液壓作用元件同時(shí)作用時(shí)的流量分配情況和如何實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作；決定了挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性、動(dòng)作優(yōu)先和配合以及合流供油和直線行走性等 等。它的設(shè)計(jì)決定了能否更好地滿足挖掘機(jī)的作業(yè)要求和工況要求。挖掘機(jī)多路閥液壓系統(tǒng)圖通常十分復(fù)雜，對(duì)各種液壓作用元件的供油路線、回油路線以及控制油路等 紛雜在一起，很難對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一目了然，這樣就需要花費(fèi)很多的時(shí)間才能將其分析透徹。下面對(duì)多路閥液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析：如圖3.9所示22。簡(jiǎn)化步驟具體為：1為了突出挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的核心部分一多路閥液壓系統(tǒng)，首先去掉液壓泵及 其控制油路，各個(gè)液壓作用元件及其油路，如動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝 置，以及多路閥先導(dǎo)液壓操縱系統(tǒng)（圖2.9中己經(jīng)去掉了上述部分的油路）。2對(duì)多路閥液壓系統(tǒng)來說，重要的是供油道的設(shè)計(jì)。因此可以把上述系統(tǒng)圖進(jìn)一 步簡(jiǎn)化，突出核心內(nèi)容。去掉以下部分：油泵的負(fù)流量控制連接口 FR和隊(duì);回油箱的 連接口 ；與各個(gè)液壓作用元件的連接口 AL1, BLI, AL2, BL2, AU, BL3, AL4, BL4 和 ARI, BR1, AR2, BR2, AR3, BR3, Rsl; 各個(gè)閥桿先導(dǎo)操縱油路連接口 all