《10t液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)功能分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》13000字（論文）

目錄10t液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)功能分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄293191.引文 設(shè)計(jì)總說明10t液壓挖掘機(jī)是中國礦山作業(yè)中最重要的設(shè)備，在中國礦山作業(yè)中起著重要的作用。本文基于10t液壓挖掘機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,分析了當(dāng)前傳統(tǒng)10t液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng),同時(shí)介紹了目前國內(nèi)研究使用更多的10t液壓挖掘機(jī),分析其液壓原理設(shè)計(jì),從而可以得到10t液壓挖掘機(jī)液壓控制優(yōu)勢,對傳統(tǒng)液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的功能進(jìn)行了分析,并討論了其液壓挖掘系統(tǒng)的基本液壓回路。工程機(jī)械在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)特別是城市建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。工程機(jī)械雖然種類繁多，但基本上可以分為動(dòng)力裝置、行走裝置和作業(yè)裝置。挖掘機(jī)行走裝置的主要功能是提供挖掘機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)力。車架、行走裝置、懸掛是挖掘機(jī)行走裝置的重要部件，所以挖掘機(jī)才能正常工作。底盤設(shè)計(jì)決定了整機(jī)的性能，合理的底盤設(shè)計(jì)是順利完成整機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)的重要保證。本文對行走裝置的部分液壓回路進(jìn)行了優(yōu)化，并在設(shè)計(jì)履帶裝置的基礎(chǔ)上，對支點(diǎn)輪、驅(qū)動(dòng)輪、支點(diǎn)鏈輪和導(dǎo)向輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：10t液壓挖掘機(jī)；液壓原理；分析；行走裝置1.引文挖掘機(jī)行業(yè)經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，從大量研究到自主研發(fā)，挖掘機(jī)技術(shù)已經(jīng)從機(jī)械技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤杭夹g(shù)，再到當(dāng)今的機(jī)電和液壓控制技術(shù)。目前8—200t的機(jī)器都已經(jīng)投放市場，目前，挖掘機(jī)市場的競爭非常激烈，挖掘機(jī)的制造公司的生存受到考驗(yàn)。但主要零部件的電機(jī)和液壓組件仍主要配備國外配件。盡管中國近年來建立了一個(gè)制造液壓挖掘機(jī)家用液壓零件的協(xié)會，但在推廣制造家用液壓零件的技術(shù)的基礎(chǔ)上，仍然很少安裝液壓零件。因此，應(yīng)不斷改進(jìn)研究和技術(shù)開發(fā)以及挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)，這將增加企業(yè)的社會和經(jīng)濟(jì)利益。1.110t液壓挖掘機(jī)介紹挖掘機(jī)與液壓傳動(dòng)是緊密聯(lián)系在一起的，其發(fā)展主要是基于液壓技術(shù)的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制部分組成，由于挖掘機(jī)的工作條件，要求動(dòng)作十分復(fù)雜，所以對液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，整個(gè)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中最復(fù)雜的就是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)。因此，對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)已經(jīng)成為挖掘機(jī)的重要組成部分。單斗液壓挖拓機(jī)是一種周期作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，它由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置三部分組成。工作裝置包括動(dòng)有、斗桿以及根據(jù)工作需要可更換的各種換裝設(shè)備，如正鏟、反鏟、裝載斗和抓斗等，其典型工作循環(huán)如下:(1)挖掘在堅(jiān)硬土城中挖掘時(shí)一般以斗桿動(dòng)作為主，用鏟斗缸調(diào)整切削角度，配合挖掘;在松軟土坡中挖翻時(shí)，則以鏟斗缸動(dòng)作為主;在由特殊要求的挖掘動(dòng)作中，則使鏟斗缸、斗桿缸和動(dòng)臂缸三者復(fù)合動(dòng)作.以保證鏟斗按特定軌跡運(yùn)動(dòng)。(2)滿斗提升及回轉(zhuǎn)挖掘結(jié)束，鏟斗缸推出，動(dòng)仲缸升起，滿斗提升;同時(shí)回轉(zhuǎn)馬達(dá)啟動(dòng)，轉(zhuǎn)臺向卸土方向回轉(zhuǎn)。(3)卸載轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)到卸載地點(diǎn).轉(zhuǎn)臺制動(dòng)斗桿缸調(diào)整卸料半徑.鏟斗缸收回，轉(zhuǎn)斗卸載。當(dāng)對卸載位工及高度有嚴(yán)格要求時(shí).還需動(dòng)臂kr配合動(dòng)作。(4)卸載結(jié)束后.轉(zhuǎn)臺向反向回轉(zhuǎn)，同時(shí)動(dòng)臂缸與斗桿缸配合動(dòng)作，使空斗下放到新的挖掘位里。單斗液壓挖掘機(jī)在建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有十分廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的主要機(jī)械設(shè)備。1.210t液壓挖掘機(jī)中液壓原理的應(yīng)用現(xiàn)狀液壓系統(tǒng)由信號控制和液壓動(dòng)力兩部分組成，主要進(jìn)行能量之間的轉(zhuǎn)換。由于其具有控制穩(wěn)定且輸出的能量較為可靠的特點(diǎn)，自從開始應(yīng)用液壓系統(tǒng)以來，各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。目前，我國10t液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍停留在依靠經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)路線，設(shè)計(jì)方案是：第一:確定10t液壓挖掘機(jī)的工作環(huán)境，第二:分析環(huán)境和采礦條件第三:按要求設(shè)計(jì)10t液壓挖掘機(jī)，包括運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力要求等最后:進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，逐步進(jìn)行深入的闡述設(shè)計(jì)，對各部件參數(shù)、各液壓回路進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)出一套完整的液壓系統(tǒng)。傳統(tǒng)的10T液壓挖掘機(jī)，其液壓系統(tǒng)控制相對簡單，但精度不高，難以實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境對動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制。10t液壓挖掘機(jī)在工作過程中，由多個(gè)機(jī)構(gòu)共同完成大部分作業(yè)動(dòng)作，液壓系統(tǒng)在控制執(zhí)行器工作的過程中不可避免的會發(fā)生油液泄漏的情況，泄漏的流量會導(dǎo)致液壓壓力和液壓參數(shù)的變化，而這些變化無法通過液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整來適應(yīng)。本文通過查閱國內(nèi)外10t液壓挖掘機(jī)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)并學(xué)習(xí)，對傳統(tǒng)的10t液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使得新型10t液壓挖掘機(jī)可以根據(jù)環(huán)境的變化及時(shí)調(diào)整液壓參數(shù)，保證挖掘機(jī)工作的正常進(jìn)行。2.傳統(tǒng)10t液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)功能與分析液壓系統(tǒng)可以按照不同的方式分為不同的形式。根據(jù)液壓系統(tǒng)中液壓泵的數(shù)量，可分為單泵系統(tǒng)、雙泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng);根據(jù)液壓泵形式的差異，可分為定量泵系統(tǒng)和變量泵系統(tǒng);根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)供油方式的差異，可分為串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng);根據(jù)用途差異，可分為固定設(shè)備系統(tǒng)和行走設(shè)備系統(tǒng);根據(jù)主換向閥位于中間時(shí)液壓泵的工作狀態(tài)，可分為中間開式系統(tǒng)和中間閉式系統(tǒng)。另外，根據(jù)工作特性的差異，還可分為液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)。2.1常見10t液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)目前市場上普遍的10t液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)，主要區(qū)別就是液壓泵的數(shù)目不同，即是單泵系統(tǒng)、雙泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)。2.1.1單泵液壓系統(tǒng)在小功率10t液壓挖掘機(jī)中，變量泵液壓系統(tǒng)的成本要高于定量泵液壓系統(tǒng)，而且其組成也比較復(fù)雜，所以一般廠家都會選擇定量泵液壓系統(tǒng)。這種型號的液壓挖掘機(jī)采用機(jī)械調(diào)節(jié)執(zhí)行器的速度，大部分小型液壓挖掘機(jī)會用壓力控制閥來調(diào)節(jié)壓力。這種液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，操作難度不高，維護(hù)也比較方便，但效率低，能耗大，比較典型的此類液壓系統(tǒng)原理如下圖2-1所示。圖2-1單泵10t液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖雖然定量泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,成本低,但其在運(yùn)行過程中的能量轉(zhuǎn)換效率不高,這主要是因?yàn)?0t液壓挖掘機(jī)零件在工作中,變化范圍較大,同時(shí)由于大量的能量損失，也會造成10T液壓挖掘機(jī)在使用過程中溫度過高，使其在操作過程中過于危險(xiǎn)。近年來，由于資源的減少，能源成本增加，所以10T液壓挖掘機(jī)廠家開始將定量泵系統(tǒng)改為變量單泵系統(tǒng)，這樣可以避免能量損失，同時(shí)也進(jìn)一步降低了10T液壓挖掘機(jī)的能耗，同時(shí)也解決了油溫升高的問題。2.1.2雙泵液壓系統(tǒng)單泵系統(tǒng)10T液壓挖掘機(jī)在完成一些復(fù)合動(dòng)作后，液壓系統(tǒng)只使用油源，所以當(dāng)兩個(gè)動(dòng)作回路差異較大或其中一個(gè)回路的負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，就會影響到其他動(dòng)作。為了解決一個(gè)泵影響不同液壓回路的問題，采用兩個(gè)泵作為系統(tǒng)的動(dòng)力源，從而避免了不同回路之間的相互作用。如圖2-2所示為雙泵液壓系統(tǒng)原理圖。圖2-2雙泵液壓原理圖在雙泵液壓系統(tǒng)中，大排量泵作為主泵，主要用來控制10T液壓挖掘機(jī)給鏟的回轉(zhuǎn)動(dòng)作和10T液壓挖掘機(jī)的舉升動(dòng)作，小排量泵作為輔助泵，主要用于控制10T液壓挖掘機(jī)進(jìn)給動(dòng)作等輔助運(yùn)動(dòng)。使用雙變量泵后，10T液壓挖掘機(jī)排量易于調(diào)節(jié)，具有良好的節(jié)能效果。2.1.3多泵液壓系統(tǒng)一般來說，10T液壓挖掘機(jī)中具有三個(gè)或三個(gè)以上泵的液壓系統(tǒng)就會被稱為多泵系統(tǒng)。多泵系統(tǒng)避免了泵間流量和壓力的干擾。如圖2-3所示為多泵液壓系統(tǒng)的原理圖。圖2-3多泵液壓系統(tǒng)原理圖2.2傳統(tǒng)10t液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)基本回路傳統(tǒng)10t液壓挖掘機(jī)的液壓回路主要由回轉(zhuǎn)液壓回路、給勁液壓回路和輔助液壓回路等組成。下面分別介紹這幾個(gè)回路在傳統(tǒng)10t液壓挖掘機(jī)中的應(yīng)用。2.2.1回轉(zhuǎn)液壓回路在10t液壓挖掘機(jī)的液壓回路中，回轉(zhuǎn)液壓回路主要包括調(diào)壓限壓回路和調(diào)速回路。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，主要采用變量馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主軸或用定量馬達(dá)通過變速箱驅(qū)動(dòng)主軸。2.2.2調(diào)壓限壓回路在常見的液壓回路中，系統(tǒng)壓力主要由泵口的溢流閥控制，當(dāng)系統(tǒng)壓力需要調(diào)節(jié)時(shí)，只需要調(diào)節(jié)溢流閥，使其能夠在系統(tǒng)壓力變化時(shí)，保證系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定。在限壓和調(diào)壓回路中，主要通過調(diào)整溢流閥不同的壓力而實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)壓力。在限壓回路中，溢流閥調(diào)整的壓力是系統(tǒng)中的最大壓力，這意味著在10t液壓挖掘機(jī)正常工作的時(shí)候，調(diào)整溢流閥，液壓系統(tǒng)的壓力不再變化。而在調(diào)壓回路中，溢流閥調(diào)整的壓力是系統(tǒng)中的工作壓力。這意味著當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時(shí)，由于10t液壓挖掘機(jī)所處的環(huán)境會發(fā)生變化，或者煤層發(fā)生變化，或者挖掘的過程中，10t液壓挖掘機(jī)受到的阻力等發(fā)生變化，都會導(dǎo)致系統(tǒng)所需壓力不同，這個(gè)時(shí)候就需要調(diào)節(jié)溢流閥，調(diào)壓回路和限壓回路通常都能在系統(tǒng)中看到，但是為了系統(tǒng)的安全考慮，一般情況下在10t液壓挖掘機(jī)工作狀態(tài)下都是將調(diào)壓回路代替限壓回路，并且并聯(lián)兩個(gè)溢流閥安裝在液壓泵的出口處，一個(gè)調(diào)整系統(tǒng)壓力，一個(gè)調(diào)整系統(tǒng)最大壓力。通常采用閉式系統(tǒng)的10T液壓挖掘機(jī)。為了適應(yīng)油流方向，溢流閥處于并聯(lián)狀態(tài)。如圖2-4所示。圖2-4閉式系統(tǒng)調(diào)壓回路2.2.3調(diào)速回路通過調(diào)節(jié)調(diào)速回路的容積，可以改變調(diào)速回路的速度。調(diào)速回路主要有三種形式。一種液壓系統(tǒng)由變量泵和定量馬達(dá)控制。這種系統(tǒng)能夠輸出恒定的轉(zhuǎn)矩，使得液壓系統(tǒng)能夠進(jìn)行恒速的轉(zhuǎn)動(dòng)。另一種是由定量泵和定量馬達(dá)組成的液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以輸出恒定的功率，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行所需的功率。第三個(gè)液壓系統(tǒng)由一個(gè)變量泵和一個(gè)變量馬達(dá)組成，可以放大前兩個(gè)的扭矩和功率。變量泵——雙定量馬達(dá)回路是變量泵——定量馬達(dá)容積調(diào)速的另一種型式，此型式即為將容積調(diào)速和有級調(diào)速結(jié)合起來。如圖2-5所示。通過能量守恒定律，即能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，總量保持不變，我們可以知道馬達(dá)的輸出功率等于泵的輸出功率乘以效率，也就是流量、壓力和效率的積。因?yàn)槭亲兞勘?，其流量和壓力都是不變的，所以功率不變，通變速保持恒?圖2-5變量泵-定量馬達(dá)調(diào)速回路在10t液壓挖掘機(jī)的挖掘進(jìn)給回路中，為了能夠保證鏟頭裝置的速度和動(dòng)力輸出，通常在動(dòng)力頭的機(jī)械裝置中增加變速箱來調(diào)節(jié)其速度。通常情況下，需要對挖掘進(jìn)給機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和動(dòng)力性進(jìn)行測試，以便能夠在較復(fù)雜的挖掘工藝情況下，依然能夠采用這種容積調(diào)速回路進(jìn)行工作和挖掘支持。這樣調(diào)速回路，能夠提高回轉(zhuǎn)器的工作可靠性，滿足轉(zhuǎn)速和負(fù)載的需求。2.2.4給進(jìn)液壓回路在全液壓的10t液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)中，整體的運(yùn)動(dòng)是由局部趨向于整體的，所以液壓缸的給進(jìn)運(yùn)動(dòng)是由液壓缸的直接運(yùn)動(dòng)、液壓缸鏈條和液壓馬達(dá)鏈條的間接運(yùn)動(dòng)所組成的。2.2.5壓力控制回路壓力控制回路，即利用各種壓力閥控制系統(tǒng)或系統(tǒng)某一部分油液壓力的回路，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、減壓、增壓、卸荷和多級壓力等控制，滿足執(zhí)行元件對力或轉(zhuǎn)矩的要求。面對不同的液壓系統(tǒng)和工作情況，壓力控制回路的選擇也不同，通常主要為加壓和減壓。在加壓挖掘的壓力控制回路中，主要分為兩種，即溢流閥調(diào)壓回路和減壓回路。溢流閥調(diào)壓回路中所使用的溢流閥主要起定壓溢流的作用，在定量泵節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，定量泵提供的是恒定流量，當(dāng)系統(tǒng)壓力增大時(shí)，會使流量需求減小，此時(shí)溢流閥就會開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進(jìn)口壓力，從而使得有足夠穩(wěn)定的壓力來進(jìn)行挖掘。同樣，減壓回路中，溢流閥可作為卸荷閥來使用，主要起系統(tǒng)卸荷作用。在常用的減壓回路中，馬達(dá)運(yùn)行的方式主要是由先導(dǎo)壓力和恒壓來進(jìn)行控制。但兩種控制方式不能同時(shí)進(jìn)行，在不同的條件下有不同的控制方式，當(dāng)馬達(dá)的壓力低于恒壓時(shí)，其運(yùn)行主要通過先導(dǎo)壓力；當(dāng)馬達(dá)的壓力高于恒壓時(shí)，先導(dǎo)壓力無法對馬達(dá)進(jìn)行控制，由于恒壓的設(shè)定，馬達(dá)會被伺服閥自動(dòng)控制。如圖2-6所示，減壓閥可以隨時(shí)對工作壓力進(jìn)行控制，既方便又可以讓各回路的壓力互不干擾。圖2-6減壓回路10t液壓挖掘機(jī)作為一種工程設(shè)備的存在，其需要對各種復(fù)雜的環(huán)境所適應(yīng)。因此10t液壓挖掘機(jī)制造商為了10t液壓挖掘機(jī)能夠一機(jī)多用，于是將多種壓力控制回路進(jìn)行組合，使得10t液壓挖掘機(jī)能夠在不同的要求下進(jìn)行相應(yīng)的工作。如圖2-7所示，為ZDY1900(MKD一5S)型10t液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)工作原理。圖2-7ZDY1900S型10t液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)在背壓平衡回路中，將一個(gè)單向背壓閥串聯(lián)在回油的液壓回路中，如圖2-8所示。在進(jìn)行減壓10t液壓挖掘機(jī)時(shí)，多路換向閥處于閑置位置，這樣能夠保證油箱與液壓油缸的兩腔聯(lián)通。為了能夠使得回油腔在工作中平衡一部分10t液壓挖掘機(jī)的自重，通常調(diào)整多路換向閥的位置，使其能夠產(chǎn)生一定的背壓，以此來達(dá)到減壓挖掘的功能。這種回路的特點(diǎn)是能耗小，發(fā)熱少，能夠保證系統(tǒng)的功率需要和動(dòng)作穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，不但操作方便，也能夠較為容易的對其進(jìn)行調(diào)整和實(shí)時(shí)監(jiān)控。加壓10t液壓挖掘機(jī)的時(shí)候，應(yīng)該將進(jìn)給油缸的回油回路打開，使得其能夠釋放一部分的背壓，于是10t液壓挖掘機(jī)工作的進(jìn)給壓力恒定于一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)間。圖2-8背壓平衡回路將一個(gè)可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥串在油缸的線路中，便組成了回油節(jié)流調(diào)壓線路，如圖2-9所示。在實(shí)際中，這種回路比較常用，但在減壓挖掘工況中，這種回路依然存在許多缺點(diǎn)。首先節(jié)流調(diào)速控制回路中，很難準(zhǔn)確控制壓力的大小，并且很難調(diào)整壓力的準(zhǔn)確值。相對于背壓的回路，這種回路的性價(jià)比不高，挖掘速度過慢。當(dāng)液壓系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)泄的時(shí)候，系統(tǒng)中的節(jié)流閥也會發(fā)生失效。圖2-9回油節(jié)流調(diào)壓原理圖采用將調(diào)速閥串聯(lián)在給進(jìn)油缸的回油路上上的方法，即可得到利用調(diào)速閥控制減壓挖掘的油路，如圖2-10所示,在功率輸出相同的條件下，液壓系統(tǒng)具有操作簡單，維修方便且液壓元件易于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。在進(jìn)行液壓系統(tǒng)的安裝和運(yùn)輸過程中，都較其他的系統(tǒng)有較大優(yōu)勢，能夠適應(yīng)多工況的要求。調(diào)速閥和節(jié)流閥在這種回路中，有較大的差別。調(diào)速閥能夠保證系統(tǒng)的進(jìn)給油缸流量不隨系統(tǒng)負(fù)載的變化而改變，而節(jié)流閥則不具有這一優(yōu)點(diǎn)。只要閥口的開口量改變，那么其流量很容易受到系統(tǒng)負(fù)載的影響。圖2-10調(diào)速閥控制減壓回路2.2.6速度控制回路速度與流量是成正比的，被控制的對象雖然是流量，但反映出的效果則是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度變因此一般常把流量控制稱為速度控制。按被控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)方式以及調(diào)節(jié)方法,速度控制回路有調(diào)速、制動(dòng)、限速和同步回路等。主要為差動(dòng)回路、雙泵合流調(diào)速等。差動(dòng)回路是從無桿腔進(jìn)油，使有桿腔的油回到無桿腔。利用無桿腔和有桿腔的面積差，在同一壓強(qiáng)下，產(chǎn)生壓力差，驅(qū)動(dòng)液壓缸伸出。因?yàn)橛袟U腔的油回到了無桿腔，所以液壓缸能以較快速度動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)小流量高速度。盡管此回路速度有限，但是能夠比較經(jīng)濟(jì)的，不增加泵量的前提下，實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作。雙泵調(diào)速回路中，雙泵為一大一小，在進(jìn)行挖掘工作時(shí)，大泵提供旋轉(zhuǎn)的能量，小泵提供給進(jìn)系統(tǒng)工作的能量，雙泵共同合作，在挖掘時(shí)慢速給進(jìn)，結(jié)束時(shí)可以進(jìn)行鉆具的快速起下。以上的設(shè)計(jì)即考慮到液壓10t液壓挖掘機(jī)給進(jìn)時(shí)對給進(jìn)機(jī)構(gòu)工作速度的要求，也考慮到起下鉆時(shí)對給進(jìn)機(jī)構(gòu)工作速度的要求，可在保證給進(jìn)壓力滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，還大大增加了10t液壓挖掘機(jī)的工作效率，減少成本。2.2.7輔助液壓回路在10t液壓挖掘機(jī)的輔助液壓回路中，其主要功能是實(shí)現(xiàn)10t液壓挖掘機(jī)機(jī)身的調(diào)整，以滿足多種傾角的鉆孔要求或者實(shí)現(xiàn)卡夾機(jī)構(gòu)的夾持和松開等動(dòng)作，以滿足挖掘在挖掘過程中，對于鉆桿的控制等。因此在10t液壓挖掘機(jī)中的輔助液壓回路主要可分為機(jī)身起落的液壓回路，壓控液壓回路和卡夾機(jī)構(gòu)液壓回路。2.2.8控制機(jī)身起落的液壓回路控制機(jī)身起落的液壓回路，主要是由溢流閥來調(diào)整其所需的狀態(tài)壓力，因?yàn)槠溆捎透紫碌墓?jié)流閥來進(jìn)行工作速度的調(diào)節(jié)，所以此回路與給進(jìn)回路有許多共同的地方。在油缸的進(jìn)油口，串上一個(gè)液壓鎖，便可實(shí)現(xiàn)機(jī)身的鎖緊功能。由于機(jī)身的起落動(dòng)作，僅僅是在10t液壓挖掘機(jī)工作前后需要完成的調(diào)整動(dòng)作，需要很短的時(shí)間，對于挖掘的過程也沒有什么大的影響，因此在大部分的10t液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)過程中，沒有對這種液壓回路進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，而將此回路附帶在其他的液壓回路上，在工作的過程中需要用到起落功能的時(shí)候，再將此回路引入到工作中，實(shí)現(xiàn)機(jī)身的起落。但是在引入的過程中，也許會發(fā)生油液的泄漏，所以為了更方便的操作，需要用到自封式快速接頭來對油管進(jìn)行連接。2.2.9控制卡夾機(jī)構(gòu)的液壓回路卡夾的主要部分為卡盤和夾持器。在很多情況下，要使10t液壓挖掘機(jī)正常運(yùn)行，就需要卡盤之間的配合，比如挖掘、升降鉆具等。除此之外，卡夾之間的配合還能使10t液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作更為靈活，單獨(dú)一個(gè)元件和回路無法完成的。因此為了能夠使得這些動(dòng)作能夠完成的更協(xié)調(diào)，需要將卡夾機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確控制和調(diào)整。通常情況下，對于卡夾機(jī)構(gòu)的速度和力度等都有精確的要求?？▕A的形式多種多樣，需要根據(jù)實(shí)際的工作狀況來進(jìn)行選用，通常分為常開式、常閉式和全液壓松緊式等。當(dāng)前市場上通用的卡夾機(jī)構(gòu)主要是全液壓控制的。這樣的設(shè)計(jì)主要適用于一些大型的挖掘機(jī)構(gòu)。近些年來，部分礦用瓦斯抽采10t液壓挖掘機(jī)也采用了以上的設(shè)計(jì),如圖2-11的強(qiáng)力順煤層全液壓10t液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)所示，卡盤夾緊采用了蓄能器儲存的壓力油作用。圖2-11強(qiáng)力順煤層全液壓10t液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖傳統(tǒng)的液壓10t液壓挖掘機(jī)有很多的缺點(diǎn)，我們知道為了能夠使得10t液壓挖掘機(jī)操作方便，并且具有很強(qiáng)的可操作性，我們將10t液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的很簡單，主要由定量泵和手動(dòng)泵控制，這種系統(tǒng)簡單，但是自動(dòng)化程度不高，且容易受環(huán)境影響，不容易在多變量的環(huán)境中進(jìn)行長時(shí)間的工作。即使在工作的時(shí)候，這類10t液壓挖掘機(jī)工作性比較好，并且不容易出故障，但其對環(huán)境的適應(yīng)能力偏低，在工作的時(shí)候會產(chǎn)生大量的能量損耗，挖掘的效率偏低，容易受外界的影響，所以其有許多地方需要加強(qiáng)。3.行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1履帶3.1.1作用和布置方式挖掘機(jī)履帶要時(shí)刻支撐挖機(jī)總重，同時(shí)承受施工過程中產(chǎn)生的沖擊和不均勻載荷，所以它是挖掘機(jī)行走裝置的重要組成部分，而且履帶還要利用本體與地面之間的承受摩擦來傳遞來自驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力.履帶屬于易壞部件，因?yàn)槁膸г诮拥厝菀拙砣肽嗍?，所以履帶要有足夠的?qiáng)度和剛度，以獲得高耐磨性能和需求的強(qiáng)度的貼地能力。1—左鏈軌節(jié)；2—右鏈軌節(jié)；3—銷軸；4—銷套；5—鎖緊銷套；6—銷墊；7—鎖緊銷墊；8—鎖緊銷軸；9—螺栓；10—螺母；11—履帶板圖3-1履帶的典型結(jié)構(gòu)及其構(gòu)成如果有雜質(zhì)進(jìn)入會導(dǎo)致使用壽命下降，所以選擇密封性優(yōu)良的組成式履帶，三筋式履帶板筋比較多，所以強(qiáng)度和剛度相對高，負(fù)荷能力大，當(dāng)鏈軌繞過驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，可利用輪齒清除鏈軌節(jié)上的淤泥。所以本設(shè)計(jì)選擇三筋式履帶板。3.1.2確定履帶的寬度b，履帶支撐面長度L0通過查閱資料得知，履帶寬度公式：（3-1）式中M——是挖掘機(jī)總重，本課題挖掘機(jī)重量是6.3T；B——是履帶板寬度； 履帶的寬度的確定是非常重要的，履帶的寬度決定著接地比壓，按公式（3.1）算出履帶的寬度范圍。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)取履帶的寬度為400mm根據(jù)查閱資料得知，履帶支撐面長度公式：（3-2）式中G——是總重，本設(shè)計(jì)挖掘機(jī)總重是6.3T；［q］——是挖掘機(jī)的平均接地比壓，?。踧］=40Kpa得出。將已知的數(shù)據(jù)代入履帶支撐面長度滿足公式：（3-3）式中B——是履帶軌距；——是附著系數(shù)，取1；f——是摩擦系數(shù)，取0.1；經(jīng)過計(jì)算，符合公式要求，因此履帶的支撐面長度符合設(shè)計(jì)原則3.1.3確定履帶節(jié)距t0履帶節(jié)距公式：（3-4）根據(jù)這一條公式，代入已知的挖掘機(jī)機(jī)重，得履帶節(jié)距范圍本課題確定為。3.1.4確定履帶的帶長L根據(jù)公式：（3-5）式中——是尺寸系數(shù)；——是挖掘機(jī)總重，是6.3T；經(jīng)過計(jì)算，帶長的范圍得到確定，由于考慮到整體布局，取L為，在計(jì)算的結(jié)果上增加了。3.1.5履帶的高度H根據(jù)公式：(3-6)式中KT——是尺寸系數(shù)，范圍是0.3~0.35；M——是總機(jī)重；經(jīng)過計(jì)算得H=554mm～646mm，由于考慮到整體布局，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)大了17%，取H為750mm。3.1.6轉(zhuǎn)臺離地高度h1根據(jù)公式：(3-7)式中K0——是尺寸系數(shù)，范圍值是在0.37~0.42之間，.取0.4經(jīng)過計(jì)算得h1=740mm，由于考慮到整體布局，取h1=761mm3.1.7履帶板的強(qiáng)度計(jì)算及校核履帶的計(jì)算工況公式：（3-8）履帶銷的剪切強(qiáng)度：（3-9）所受拉伸應(yīng)力的危險(xiǎn)截面為銷孔的最窄處：（3-10）式中G——是挖掘機(jī)總重；——是三個(gè)銷孔寬度的總和為；R——履帶銷套半徑為27.5mm；r——履帶銷半徑為18mm；——履帶的計(jì)算工況；利用公式（3-8）得出=46.305KN，代入公式（3-10)，得到得數(shù)是許用拉伸應(yīng)力［］150~200MPa，［］，履帶的抗拉強(qiáng)度滿足要求。3.2驅(qū)動(dòng)輪3.2.1驅(qū)動(dòng)輪的作用和裝配及選型驅(qū)動(dòng)輪是行走裝置的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)輪分為直線型，凸型和凹形這三種類別，考慮到整體操作，齒形的構(gòu)造選為凹齒形。驅(qū)動(dòng)輪在銷套受到磨損時(shí)不能出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象，需要保證輪齒嚙合度高，履帶挖掘機(jī)等工程機(jī)械大多為后輪驅(qū)動(dòng)，后輪驅(qū)動(dòng)使行駛更加平穩(wěn)。挖掘機(jī)才能安全運(yùn)行。圖3-2驅(qū)動(dòng)輪示意圖3.2.2主要尺寸參數(shù)因?yàn)轵?qū)動(dòng)輪輪齒與履帶之間需要足夠的嚙合度，也就是節(jié)距相等，那么節(jié)距就。參看《工程機(jī)械底盤構(gòu)造與設(shè)計(jì)》，齒數(shù)Z確定是，所以它的名義齒數(shù)為。根據(jù)節(jié)圓半徑計(jì)算公式(3-11)式中——是驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)距；——是驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓半徑；——是驅(qū)動(dòng)輪的名義齒數(shù)；那么根據(jù)公式：（3-12）式中——是驅(qū)動(dòng)輪的齒根圓直徑；——是履帶銷套的直徑；所以通過計(jì)算，根據(jù)公式：（3-13）式中——是齒頂圓直徑；——是節(jié)圓直徑；——是履帶銷套的直徑；經(jīng)過計(jì)算，求得，取整，那么就是660mm為了得到驅(qū)動(dòng)輪的齒高，查找到齒高計(jì)算公式：（3-14）齒股半徑公式和齒谷距離計(jì)算公式：（3-15）（3-16）根據(jù)公式，求得齒谷半徑是，齒谷距離半徑3.2.3驅(qū)動(dòng)輪的強(qiáng)度計(jì)算利用上一節(jié)的數(shù)據(jù)，我們利用公式可以輕松得出的數(shù)據(jù)，那么根據(jù)抗彎截面系數(shù)公式：（3-17）式中b——是已經(jīng)知道的驅(qū)動(dòng)輪寬度：h——是已經(jīng)知道的驅(qū)動(dòng)輪齒高；所以可以利用公式（3-14）求得的已知數(shù)據(jù)齒高和已知驅(qū)動(dòng)輪寬度，并利用公式（3-17）得出抗彎截面系數(shù)為mm。那么我們就可以知道本課題的驅(qū)動(dòng)輪強(qiáng)度是否符合要求了彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式：（3-18）式中Wu——是抗彎界面系數(shù)；h——是齒高；由此可以得出結(jié)果擠壓強(qiáng)度計(jì)算公式：（3-19）式中b——是驅(qū)動(dòng)輪寬度；d——是是履帶銷套的直徑；由此可以得出那么滿足擠壓強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都滿足了。3.3輪邊減速器3.3.1輪邊減速器的選型查閱《行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》了解到，我們需要軸向和徑向尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求的減速器。因此本設(shè)計(jì)選用斜盤式軸向柱塞馬達(dá)和雙行星排減速機(jī)構(gòu)。根據(jù)設(shè)計(jì)原則，因?yàn)槲覀冃枰容^簡單的減速器，所以我們選擇軸固定行星式。查《行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》這本書。選擇三個(gè)行星齒輪3.3.2行星齒輪傳動(dòng)比計(jì)算圖3-3軸固定式行星齒輪減速器的原理圖液壓馬達(dá)將動(dòng)力傳遞給太陽輪，使得齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，最終傳動(dòng)了驅(qū)動(dòng)輪，（3-20）1和6指的是太陽輪，3和4指的是齒輪圈，5和2代表行星齒輪，齒輪1和6的齒數(shù)分別是14和13，齒圈3和4的齒數(shù)分別是76和71，行星齒輪是5和2齒數(shù)分別是是29和31。第一排行星輪6、5、4和系桿構(gòu)成差動(dòng)輪系，（3-21）第二排行星輪1、2、3構(gòu)成定軸輪系，（3-22）因此，（3-23）所以（3-24）（3-25）經(jīng)過計(jì)算其總傳動(dòng)比為40.543.4液壓馬達(dá)的主要參數(shù)液壓馬達(dá)是一種將液壓能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的元件，理論上，馬達(dá)的排量可以通過公式求得：(3-26)式中——是液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩；——是液壓馬達(dá)的有效工作壓力；——是液壓馬達(dá)的機(jī)械效率；通過查閱期刊資料，我們知道機(jī)械效率范圍一般為，并通過課本找到液壓馬達(dá)的有效工作壓力公式，和它的輸出轉(zhuǎn)矩公式：（3-27）（3-28）式（3-27）中——是液壓泵的出口壓力；——是壓力損失；——是回油背壓；通過查閱書籍資料，得知液壓泵的出口壓力范圍是25MPa~32MPa，本課題取。壓力損失一般為，本課題取。回油背壓一般取，本課題取。所以可以代入公式（3-27）得到液壓馬達(dá)的有效工作壓力是。式（3-28）中——是單條履帶的牽引力，是；——是節(jié)圓半徑，是；——總傳動(dòng)比，是；——是行走機(jī)構(gòu)效率，通常取；通過利用公式（3-28）得出液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩是根據(jù)公式（3-27）（3-28）的結(jié)果，代入公式（3-26）計(jì)算得出，馬達(dá)的理論排量是。通過查閱資料，馬達(dá)每分鐘的排量可以根據(jù)下行公式求出：（3-29）這需要知道馬達(dá)的最高輸出轉(zhuǎn)速，公式是：（3-30）已知道總傳動(dòng)比是現(xiàn)在需要知道驅(qū)動(dòng)輪的最高轉(zhuǎn)速，而已知驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)圓半徑和挖掘機(jī)最高移速，所以直接代入公式：（3-31）得出驅(qū)動(dòng)輪的最高轉(zhuǎn)速是45.45將結(jié)果代入公式（3-42）得到液壓馬達(dá)的最高輸出轉(zhuǎn)速：1842.54接著將結(jié)果代入公式（3-41）得到馬達(dá)每分鐘的排量就是24.21根據(jù)液壓馬達(dá)輸出功率公式：(3-32)式中——是單條履帶的牽引力，是；——是最低移動(dòng)速度，是；——是節(jié)圓半徑，是；——是行走機(jī)構(gòu)效率，通常?。磺蟮靡簤厚R達(dá)的輸出功率為最后根據(jù)這些參數(shù)，參考《液壓馬達(dá)選用與維修手冊》，選用型號為的斜軸式軸向柱塞液壓馬達(dá)。3.5支重輪3.5.1支重輪的介紹組合式履帶的支重輪分單凸緣和雙凸緣兩種。凸緣的作用是用來防止履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)脫軌。安裝在裝置兩側(cè)，輪架的下側(cè)，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，最低程度安裝四個(gè)，最多安裝七個(gè)。安裝時(shí)，每排支重輪前面有張緊機(jī)構(gòu)，后面有驅(qū)動(dòng)輪。所以，離張緊機(jī)構(gòu)最近的支重輪不能影響到張緊機(jī)構(gòu)的工作，最遠(yuǎn)的支重輪不影響驅(qū)動(dòng)輪工作。支重輪承受著挖掘機(jī)大部分重力，在挖掘機(jī)工作時(shí)經(jīng)常受到?jīng)_擊，所以支重輪所承受的負(fù)荷很大，經(jīng)受風(fēng)吹雨打，容易被腐蝕或者讓泥沙進(jìn)入輪中，因此要求結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的密封性，而且制造支重輪材料要有高耐磨性和耐壓性。支重輪的材料可以在50Mn或55SiMn這兩個(gè)對象中中進(jìn)行選擇。1—螺塞；2—端蓋；3—軸；4—軸套；5—浮動(dòng)油封；6—浮動(dòng)油封環(huán)；7—O形圈；8—銷；9—輪體圖3-4支重輪典型結(jié)構(gòu)組成示意圖3.5.2個(gè)數(shù)的確定在允許范圍之內(nèi)，支重輪越多，接地比壓就越均勻，挖掘機(jī)的行駛越平穩(wěn)，為了使接地比壓分布比較均勻，一般根據(jù)支重輪的間距公式：(3-33)得出間距范圍，取。最后端支重輪到驅(qū)動(dòng)輪輪軸的間距：（3-34）得出間距范圍，取間距。最前端的支重輪與導(dǎo)向輪之間的距離：（3-35）取距離是代入支重輪的個(gè)數(shù)公式：（3-36）式中——是最前端支重輪到導(dǎo)向輪的間距；——是驅(qū)動(dòng)輪軸到最后端支重輪的間距；——是支重輪的間距；——是履帶支撐面的長度；代入經(jīng)過之前計(jì)算所得的數(shù)據(jù)，經(jīng)過簡單的計(jì)算，本小節(jié)確定支重輪的數(shù)目為5個(gè)。3.5.3輪與軸的強(qiáng)度及其檢驗(yàn)（3-36）根據(jù)上述公式和計(jì)算過程，輪的接觸應(yīng)力合格。在挖掘機(jī)行駛時(shí)候，遇到路面凹凸不平的路段，每側(cè)的單個(gè)支重輪所承受的載荷應(yīng)當(dāng)滿足公式為（3-37）圖3-5支重輪軸受力及應(yīng)力圖軸所受的最大彎矩：（3-38）軸的抗彎截面系數(shù)：(3-39)軸的彎曲強(qiáng)度公式：(3-40)式中——是軸所受的最大彎矩；——是軸的抗彎截面系數(shù)；根據(jù)公式（3-38）(3-39)得出軸的彎曲強(qiáng)度是47.3MPa所以支重輪軸的彎曲強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。3.6托鏈輪3.6.1托鏈輪的作用和布置方式為了讓履帶能牢牢的附著在各機(jī)輪上，并且具有足夠的張緊度，就需要有托鏈輪保證挖掘機(jī)的正常運(yùn)行，缺少托鏈輪作用的挖掘機(jī)，履帶與各機(jī)輪之間的摩擦力不足，同時(shí)履帶張進(jìn)度會嚴(yán)重下滑，機(jī)構(gòu)便會出軌進(jìn)而影響挖掘機(jī)正常功能。在行走裝置的上部和履帶的下部，以及兩側(cè)都要安裝一兩個(gè)。讓驅(qū)動(dòng)輪和履帶之間充分嚙合。1—端蓋；2—螺塞；3—螺釘；4—墊片；5—軸套；6—輪體；7—浮動(dòng)油封；8—浮動(dòng)油封環(huán)；9—端蓋；10—軸圖3-6拖鏈輪典型結(jié)構(gòu)3.6.2托鏈輪個(gè)數(shù)托鏈輪的個(gè)數(shù)由行走裝置上方履帶的長度決定，驅(qū)動(dòng)輪軸到導(dǎo)向輪軸的距離大于等于2米，行走裝置每側(cè)的托鏈輪數(shù)目選擇兩個(gè)，小于2米則選擇一個(gè)，本設(shè)計(jì)的行走裝置選擇兩個(gè)托鏈輪。3.7導(dǎo)向輪3.7.1導(dǎo)向輪的作用和布置方式導(dǎo)向輪的作用是引導(dǎo)挖掘機(jī)方向，圖3－7就是導(dǎo)向輪的位置，它后面就是第一個(gè)支重輪，如果與導(dǎo)向輪太遠(yuǎn)，導(dǎo)向效果會下降，同時(shí)，因?yàn)檠b置的空間有限，所以安裝導(dǎo)向輪的間距的最小不能小于履帶節(jié)距的三倍。導(dǎo)向輪可以增加與地面的接觸，減小壓強(qiáng)，使得履帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)，方向盤的大部分輪子是肩環(huán)在中間用作導(dǎo)向，突起的部分起到引導(dǎo)作用，兩邊的部分起到承重作用，一般它用40鋼或者40Cr的材料來制造，導(dǎo)向輪中間擋肩環(huán)兩側(cè)坡度會隨著距離增加而變小。1—輪體；2—浮動(dòng)油封；3—浮動(dòng)油封環(huán)；4—螺栓；5—墊圈；6—銷；7—連接板；8—密封圈；9—滑軌；10—軸套；11—螺塞圖3-7導(dǎo)向輪示意圖行走裝置液壓回路4.1液壓行走裝置介紹液壓行走是采用了液壓行走馬達(dá)，而使機(jī)械設(shè)備行走的方式，是工程機(jī)械經(jīng)常采用的一種車輛行走方式。它與機(jī)械行走相比，能夠適應(yīng)大扭矩場合，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜工況。為了彌補(bǔ)了液壓馬達(dá)扭矩小的缺點(diǎn)，液壓行走馬達(dá)通常是液壓馬達(dá)和減速機(jī)相配合，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。就像挖掘機(jī)就采用了液壓行走馬達(dá)，兩個(gè)履帶，一邊一個(gè)馬達(dá)，采用手動(dòng)操控方式，前進(jìn)倒退，轉(zhuǎn)向較為方便。4.2液壓行走系統(tǒng)液壓行走系統(tǒng)由液壓泵，多路閥，液壓馬達(dá)，回轉(zhuǎn)接頭等等組成，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵，液壓泵排出液壓油，經(jīng)過多路閥，到達(dá)液壓馬達(dá)，推動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。液壓泵在3噸以上的挖掘機(jī)上多采用負(fù)載敏感泵或負(fù)載敏感閥，來節(jié)約能源。在3噸以下的挖掘機(jī)上有的采用了柱塞泵，有的采用了齒輪泵。4.3限速行走回路挖掘機(jī)在下坡路段行走時(shí)，為了保證行車平穩(wěn)安全，需要采取降低挖掘機(jī)行駛速度的措施。選擇使用節(jié)流閥作為限速方式，節(jié)流閥的工作由梭閥提供的兩個(gè)液壓泵中壓力較大者控制。由于挖掘機(jī)行駛時(shí)存在道路阻力，所以挖掘機(jī)直線行走時(shí)，兩個(gè)液壓泵均能夠輸出較大的壓力，節(jié)流閥在梭閥引出的壓力油作用下處于上位，左、右液壓馬