1、挖掘機的液壓系統(tǒng)設計-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One 1期裔理工孝覘畢業(yè)設計（論文）題目：液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)設計作者陸佳屆別2008屆系別機械工程學院專業(yè)機械設計制造及其自動化指導教師李實職稱液壓系統(tǒng)是LI前挖掘機必不可少的組成部分，液壓系統(tǒng)通過改變圧強增大作 用力來工作。完整的液壓系統(tǒng)包括：動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件 和液壓油。挖掘機的工作環(huán)境復雜多變，所以對于液壓系統(tǒng)提出了很高的設計要 求。在搜集國內外液壓系統(tǒng)相關資料的基礎上，了解其發(fā)展過程，分析總結了液壓挖 掘機的技術發(fā)展動態(tài)，了解液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的結構。液壓挖掘機山多個系統(tǒng)組 成，包括

2、液壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、發(fā)動機、油箱、轉臺等等。本設計致力于 挖掘機的液壓系統(tǒng)的設訃。關鍵詞： 液壓系統(tǒng) 液壓挖掘機 液壓元件SummaryThe hydraulic system is an integral part of excavator hydraulic system is to work by changing the pressure to in crease the force. The intact hydraulic system is including: power comp on entsz the impleme ntati on of comp on en

3、ts, control compone nts, auxiliary comp on ents and hydraulic oil. The excavator working environment is complex and changeable, so it is very high requirement of design to hydraulic systemIn the collection of domestic and foreign hydraulic system on the basis of relevant information, understanding o

4、f its development process, analyzed and summarized the technology development of hydraulic excavator. Understand hydraulic excavator hydraulic system structure. Hydraulic excavator is composed of a plurality of system components, including the hydraulic system, drive system, control system, engine,

5、fuel tank, table and so on. My design focused on the design of hydraulic system of excavatorKeywords： hydraulic system excavator摘要IllSummaryIV第一章前言0前言0挖掘機的簡介1國內外的發(fā)展趨勢1國內發(fā)展趨勢1國外發(fā)展趨勢2本設計的主要內容3了解液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的結構3挖掘機液壓系統(tǒng)設計要求3第二章 液壓挖掘機結構與工作原理3液壓挖掘機的系統(tǒng)組成3動力系統(tǒng)3液壓系統(tǒng)4機械系統(tǒng)4控制系統(tǒng)4液壓挖掘機結構5液壓挖掘機組成5單斗反鏟液壓挖掘機5液壓挖掘機工作循環(huán)

6、過程6液壓挖掘機傳動原理6第三章挖掘機工況分析以及液壓系統(tǒng)設計方案的的確定7液壓系統(tǒng)的工況分析7挖掘工況分析9挖掘機液壓系統(tǒng)的設計要求9滿斗舉升回斗工況分析11卸載工況分析11空斗返回工況分析12挖掘機液壓系統(tǒng)的設計要求12動力性要求13操縱性要求13節(jié)能性要求14安全性要求14其它性能要求14液壓系統(tǒng)方案擬訂14第四章 液壓系統(tǒng)的設計15確定油缸所受的作用力15鏟斗油缸作用力的分析15斗桿油缸作用的確定18動臂油缸作用力分析19各油缸尺寸的確定20鏟斗油缸工作壓力的確定20缸徑D和油塞杠直徑的確定21缸壁厚和外徑的計算22斗桿油缸尺寸的計算22由鏟斗油缸計算步驟知斗桿缸受力平衡22缸壁厚和外

7、徑的計算23動臂缸的尺寸計算23山鏟斗油缸計算步驟知動臂油缸受力平衡23缸壁厚和外徑的計算23各液壓缸和馬達流量的確定24每個缸的流量計算25回轉馬達的流量的計算及選型25行走馬達的選用26主回路液壓泵的選擇27管路油管的選擇28油管內徑的確定28管接頭的選擇28螺塞的選用29液壓油箱的確定29液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和升溫的驗算29液壓裝置的結構設計30閥集成款30結論32參考文獻33致謝34第一章前言前言作為具有多功能這一特性的機械，液壓挖掘機被廣泛使用于交通運輸，礦山采掘 和電力工程等施工中，挖掘機減輕了作業(yè)難度，提高作業(yè)效率，加快建設速度以及提 高勞動生產率方面表現出十分顯著的作用。具有多種品種

8、、多功能、高質量及高效率 等特點的液壓挖掘機，受到了施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機的生產制造也日益發(fā) 展起來。液壓挖掘機和液壓傳動密不可分，液壓技術是其發(fā)展的基礎。液壓挖掘機的結構 主要是山發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成，惡劣的工 作條件，加上要實現復雜的動作，因此它對液壓系統(tǒng)的設汁提出了很高的要求，所以 對挖掘機液壓系統(tǒng)的分析設汁已經成為推動挖掘機發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。1.鏟斗缸2.斗桿缸3.動臂缸4.回轉馬達5.冷卻器6.濾油器7.磁濾器&油箱9.液壓泵10.背壓閥11.后組合閥12.前組合閥13.中央回轉接頭14.回轉制動閥15.限速閥16.行走馬達圖1液壓挖掘機整體

9、系統(tǒng)圖挖掘機的簡介從第一臺挖掘機的誕生，距今挖掘機歷史已有130多年，經歷了山蒸汽驅動斗 回轉挖掘機到電力驅動和內燃機驅動回轉挖掘機到應用機電一體化技術的全自動液壓 挖掘機的逐步發(fā)展過程。山于液壓技術的應用，20世紀40年代誕生了懸掛式挖掘 機，靈感來自于在拖拉機配裝液壓反鏟。拖式全回轉液壓挖掘機和履帶式全液壓挖掘 機相繼在50年代中期研發(fā)出來。進入到20世紀60年代，液壓挖掘機進入了發(fā)展的 黃金階段，各國挖掘機制造廠產量猛增，并且品種越發(fā)的多。國內外的發(fā)展趨勢國內發(fā)展趨勢我國的挖掘機發(fā)展較晚，1954年撫順挖掘機廠才生產出第一臺機械式單斗挖掘機， 至今，技術仍比較薄弱。建國初期，從仿制蘇聯的

10、挖掘機開始了我國挖掘機生產過程。山于發(fā)展經濟的需 要，先后共建立起十多家挖掘機制造廠。從20世紀60年代開始，我國開始液壓挖 掘機的研發(fā)。早期開發(fā)成功的產品主要有上海建筑機械廠的WYI00型、貴陽礦山機 器廠的W4-60型、合肥礦山機器廠的WY60型挖掘機等。隨后乂出現了長江挖掘機 廠的WYI60型杭州重型和機械廠的WY250型挖掘機等。他們是中國液壓挖掘機發(fā)展 道路上的重要里程碑。到20世紀80年代末，制造廠已達到30多家，品種更是已曲 40多種。斗容在立方米的挖掘機已成系列，船用和水路兩用的特種挖掘機也相繼 誕生。但是總的來說，和國際水平相比較，我國的挖掘機發(fā)展仍處于小規(guī)模，技術薄 弱階段

11、。通過改革開放，國外先進技術的引進，促進了我國挖掘機的發(fā)展。其中合 肥、上海、長江等挖掘機廠引進德國利勃海爾公司的A型、R型液壓挖掘機制造技 術。相繼杭州重型機械廠引進德國徳瑪克公司的H55和H85型液壓挖掘機生產技 術，還有山東推土機總廠、黃河工程機械廠、江西長林機械廠、山東臨沂工程機械廠 等聯合引進了日本小松制作所的PC100、PC400型液壓挖掘機的全套制造技術。 這些廠通過技術的引進、消化、吸收，全面的提高了國產液壓挖掘機的性能，產量也 逐年提高。國外發(fā)展趨勢發(fā)達的工業(yè)國家，挖掘機的發(fā)展很早，這些國家主要生產斗容量立方米的單斗 液壓挖掘機，并且從20世紀80年代就開始生產各種大型挖掘機

12、。比如，美國馬利 昂公司研制的步行式拉鏟挖掘機，此大型挖掘機的的斗容量達到130多立方米。還 有剝離式挖掘機，此挖掘機的斗容量已達150。伊利公司制造的步行式挖掘機，該種 挖掘機的斗容量是恐怖的107立方米。從20世紀后期開始，發(fā)達國家挖掘機的發(fā)展趨勢變?yōu)榇笮突⑽⑿突?、多功?化、專用化和自動化。1）研發(fā)多功能化的挖掘機。為滿足市場需要，國外開始研發(fā)特型挖掘機，此類挖 掘機以小著稱，斗容量僅為立方米左右。中小型挖掘機的發(fā)展趨勢開始向一機多能 的方向發(fā)展，為了滿足多樣的作業(yè)需求，配備了多種裝備，適用于抓、裝、拉、鏟等 等作業(yè)動作。并且相繼誕生了一些適用于特殊場合的特種挖掘機。2）重視先進的技術

13、，現代化工藝和新結構，挖掘機生產規(guī)模更具標準化。例如， 采用發(fā)動機自動轉速調整裝置的挖掘機，來自于德國阿特拉斯公司制造。確保挖 掘機在最合適的速度下完成動作。貝爾特公司采用了全自動液壓系統(tǒng)，使新C系 列LS型液壓挖掘機得到了更優(yōu)越的操縱特性，該系統(tǒng)可以根據需要調節(jié)流量的供 應，大大的提高了生產效率。日本住友集團在新研制的挖掘機上采用功率控制系 統(tǒng)，該系統(tǒng)運用了計算機技術，不僅節(jié)省了燃料，發(fā)動機和液壓功率也很大程度 的得到了節(jié)省，使零部件的壽命得到增加。德國挖掘機公司率先采用了帶有合流 性質的油泵自動調節(jié)系統(tǒng)，工作效率得到最大限度的提高。智能調節(jié)系統(tǒng)被日本 神鋼挖掘機公司運用在新型液壓機上，使各

14、種難度的作業(yè)操作變的簡單明了。 ECO（電子控制作業(yè)）技術被德意志利勃海爾公司研制出來，作業(yè)性能可以視情況調 整，取得了高效率、低油耗的效果。3）大力研制全液型挖掘機，釆用最前沿的技術不斷改進和革新控制方式，使 液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱等操縱方式逐步取代簡單的杠桿操縱。在危 險地區(qū)，如水下作業(yè)將采用無線電操縱，利用電子計算機接收器和激光導向相結 合的技術，實現作業(yè)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機的全液壓化是其基 礎和創(chuàng)造的前提。本設計的主要內容了解液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的結構挖掘機結構主要是曲發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部 分組成，山于挖掘機的工作環(huán)境惡劣，需要完成

15、復雜的動作，所以液壓系統(tǒng)的設 汁要滿足很苛刻的要求，液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)也是其他工程機械液壓系統(tǒng)中最 為復雜的。挖掘機液壓系統(tǒng)設訃要求液壓挖掘機一個工作循環(huán)分為四種工況：挖掘、滿舉回轉、卸載和卸載返回。進 行詳細的分析，總結各個工況各執(zhí)行元件的主要復合動作，根據它們的工作特點，分 析液壓挖掘機的系統(tǒng)設汁要求：動力性要求和操縱性要求。第二章液壓挖掘機結構與工作原理液壓挖掘機的系統(tǒng)組成液壓挖掘機可分為:動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，如圖所示。作 為一個有機體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機械零部件性能有這密切關系，必然也 離不開液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等性能的優(yōu)劣。動力系統(tǒng)挖掘機工作環(huán)境溫差大，

16、土石沙粒較多，負荷變化范圍大，經常傾斜工作，維護 條件惡劣。因此液壓挖掘機原動力的第一選擇就是柴油機，因為柴油機具有功率特性 曲線硬、可幕、燃油經濟等特點。液壓系統(tǒng)液壓傳動系統(tǒng)用來實現挖掘機的回轉、行走和工作裝置的運動等等動作，原動機驅 動雙聯液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥。通過司機的操縱，液壓泵將壓力 油單獨或同時送往液壓執(zhí)行元件來驅動執(zhí)行機構工作。液壓挖掘機的各種主要動作都 依靠液壓傳動來實現。根據各種運動的需要，有機的連接起液壓元件和油管，它們組 成的一個整體即是液壓系統(tǒng)。這個整體的功能就是用油液當做介質把機械能通過油泵 轉變?yōu)橐簤耗?，傳送給油缸、油馬達等再轉變?yōu)闄C械能，再傳動各

17、執(zhí)行機構，以實現 各種運動。機械系統(tǒng)機械系統(tǒng)彎沉挖掘機的各種動作，主要包括行走裝置、回轉機構還有工作裝 置。行走裝置將要負擔起支撐整個機械的重量，并且能夠保證挖掘機可以小范圍內行 駛。根據結構不同可分為輪胎和履帶式。回轉機構可以確保挖掘機上半部分繞著回轉 軸作360度回轉。挖掘機作業(yè)過程所用到的主要裝置是工作裝置，常用的裝置有 正、反鏟、起重、裝載等裝置，并且不同的結構形式可以適用于同一裝置上，實際運 用中，反鏟裝置得到了廣泛的喜愛?？刂葡到y(tǒng)液壓挖掘機控制系統(tǒng)用來控制發(fā)動機、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件（液壓 缸、液壓馬達）。電子計算機技術的快速進步，使得挖掘機的控制系統(tǒng)得到了先進的 技術支持

18、，促使液壓挖掘機的研究重點正逐步向智能化控制系統(tǒng)方向轉移。液壓挖掘機結構液壓挖掘機組成為了實現液壓挖掘機的各種運動，單斗液壓挖掘機有兩個基本組成部分，即機 體（或稱主機）和工作裝置。機體是完成挖掘機基本動作的基礎，可以是履帶牽引車輛 或為輪式牽引車輛。上車部分包括動力裝置、操縱裝置、回轉裝置和一些輔助裝置， 回轉平臺上裝配著上車部分。回轉支撐連接著回轉平臺和行走機構（乂稱下車部分）， 平臺可以繞著中央軸做360度的回轉。不同的工作性質配備不同的工作裝置，例如 配備反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置時，將分別完成挖掘、裝載、抓取、起重、破 碎、修坡、清溝等不同性質的工作。挖掘機的各部分的構造、性能決定

19、挖掘機的總體 性能。單斗反鏟液壓挖掘機反鏟裝置是挖掘機的主要工作裝置，口前得到很廣泛的適用。選用反鏟裝置的 液壓挖掘機的斗容量一般小于立方米，它分為整體臂式和組合臂式。整體鵝頸式動臂 結構適用于長期作業(yè)的挖掘機。該動臂有利于增加挖掘機深度，結構簡單、更經濟。 剛度相同時，其重量輕于組合動臂，所以該工作裝置受到廣泛的青睞。單斗液壓挖掘機最常用的結構型式為狡接式，即為動臂、斗桿和鏟斗等主要部 件彼此較接。在液壓缸的壓力作用下各部件繞較接點轉動，完成挖掘、提升和卸土等 動作。如圖所示，整體鵝頸式動臂反鏟挖掘機工作裝置主要山動臂、動臂油缸、斗 桿、斗桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、搖臂、連桿、銷軸等組成。斗桿

20、較接于動臂的上 端，斗桿與動臂的相對角度山斗桿油箱控制。當斗桿油缸伸縮時，斗桿繞動臂上較點 轉動。同理，鏟斗與斗桿前端較接，鏟斗油缸伸縮帶動鏟斗轉動。、斗桿油缸2、動臂3、油管4、動臂油缸5、鏟斗6、斗齒7、側齒8、連桿9、搖桿10、鏟斗油缸11斗桿圖反鏟挖掘機工作裝置液壓挖掘機匸作循環(huán)過程首先土石裝載車和液壓挖掘機進入施工場所，裝載?？吭诤线m位置。司機操控挖掘機行駛到作業(yè)地點，在執(zhí)行上面所訴動作時，同時操縱動臂油缸伸縮，動臂會下 降，直至鏟斗?？康降孛鏋橹?。然后司機通過控制斗桿和鏟斗油缸的換向閥，使得兩 個油缸大腔流進油液，繼而進行挖和裝的復合動作。鏟斗裝滿土石后，將兩油缸的操 縱把手扳回原

21、位，從而使斗桿和鏟斗油缸停止進油，繼而調節(jié)動臂缸換向閥，使動臂 下腔進油使動臂提升，抬起滿載的鏟斗到半空，操縱換向手柄，使平臺回轉，使土石 轉移到裝載車的上面，再操縱斗桿油缸使鏟斗高度下降一點，在適當的高度使鏟斗卸 土。土方卸完后，使平臺回轉并且降低動臂，直到鏟斗回到作業(yè)點上方，以進行下一 工作循環(huán)。液壓挖掘機傳動原理液壓挖掘機通常采用三組液壓缸從而使工作裝置具有三個自山度，鏟斗可實現有 限的平面轉動，加上液壓馬達驅動回轉平臺運動，所以使鏟斗運動范圍擴大到有限的 空間。再通過行走馬達驅動行走，挖掘空間間斷性的得到擴大，從而滿足復雜的作業(yè) 動作要求。連桿原理被挖掘機應用于工作裝置上，各部分動作的

22、完成依賴于油缸的伸縮。 工作裝置山三組液壓缸、斗桿、動臂等組成。轉臺上狡接著動臂的一個狡點，動臂油 缸控制著動臂及整個工作裝置的運動。依靠斗桿缸的伸縮實現斗桿圍繞動臂較點運 動。斗桿末端餃接著鏟斗，通過鏟斗缸伸縮和連桿運動決定鏟圍繞較點運動。在作業(yè) 時，首先需要連接好回轉馬達，轉動轉臺，使鏟斗回轉到作業(yè)位置，并且還要操作換 向閥使動臂缸小腔流進油液完成液壓缸收縮運動，此時當鏟斗接觸到土石時，繼續(xù)操 作斗桿缸及鏟斗缸，兩個液壓缸因大腔流進油液從而伸長，從而驅動鏟斗運動作業(yè)。 鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停止動作并操縱動臂缸大腔進油，動臂抬起，同時接通 回轉馬達，使工作裝置回轉到卸載位置，再操縱鏟斗

23、缸和斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉進 行卸土。在實際挖掘作業(yè)中，由于挖掘機環(huán)境和挖掘機液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三 種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作可以采取多樣的配合形式。第三章挖掘機工況分析以及液壓系統(tǒng)設計方案的的確定要著手液壓系統(tǒng)的設計，首先要做到對其工作特性和作業(yè)要求的分析和總結，了 解各元件在工作時的流量需求惜況，對功率和力的需求，以及多個液壓作用元件之間 相互配合運動所滿足的要求和油泵對于流量和功率怎么同時分配給各液壓元件的問 題。液壓系統(tǒng)的工況分析挖掘機的基本運動包括以下動作（如圖所示）:動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉 臺回轉、整機行走以及其它輔助動作。除了輔助動作不需要全功率驅動，其它類型挖

24、掘機動作，都要考慮全功率驅動。挖掘工況分析挖掘過程主要以鏟斗缸或斗桿缸分別單獨動作來實現，或兩者復合動作，有時還 需要配以動臂液壓缸的動作。挖掘機在平整土地或切削斜坡時，需同時操縱動臂和斗桿，以確保斗尖沿直線運 動，如圖，所示。此時斗桿收回，動臂抬起，斗桿和動臂分別由獨立的油泵供油，以 保證彼此動作獨立，互不干擾，并要求泵的供油量要小，使油缸動作慢，易于控制。 如果要使鏟斗保持一定角度作業(yè)，就需要鏟斗、斗桿、動臂三者同時作用完成此復合 動作，如圖,所示。圖斗尖沿直線平整土地圖圖斗尖沿直線切削斜坡圖挖掘機液壓系統(tǒng)的設計要求液壓挖掘機需要做很多復雜的動作，且具有多種機構，如行走機構、回轉機構、 動

25、臂、斗桿和鏟斗等，具有多種自山度。這些主要機構需要經常實現起動、制動、換 向等動作，所以其外負載變化很大，造成更多的沖擊和振動，因此挖掘機的液壓系統(tǒng)的性能要求非常之高。根據液壓挖掘機的工作特點，在設計液壓系統(tǒng)時需要考慮如下 兒點：雙泵合流可以很好的提高挖掘機速度，所以斗桿挖掘機時多采用雙泵合流，當然 個別系統(tǒng)也會采用三泵合流。單獨采用鏟斗挖掘時，也有采用雙泵合流的悄況。以下 我們用三泵系統(tǒng)為例，來說明機械在做復合動作挖掘時油泵流量的分配情況和分合流 油路的連接惜況。液壓馬達使回轉平臺轉到卸土處，此時主要是山動臂和回轉平臺配 合所完成的復合動作9】。當斗桿和鏟斗相配合做復合動作挖掘時，供油悄況如

26、圖所示。當斗桿油壓接近溢 流閥的壓力時，溢流出的油液會同時供給鏟斗有效利用。當斗桿和動臂復合動作挖掘 時，動臂的作用是調節(jié)挖掘位置，挖掘動作主要山斗桿完成，因此采用斗桿優(yōu)先合 流、雙泵供油，如圖所示。4斗斗1-I桿a圖三泵供油系統(tǒng)示意圖當動臂、斗桿和鏟斗復合運動時，為防止同一油泵同時向不同的液壓元件供油產 生油壓不穩(wěn)的1W況，該系統(tǒng)采用每個油泵單獨給一個液壓元件供油。對于雙泵系統(tǒng)， 其在做復雜運作時各個液壓元件間發(fā)生流量分配不合理的可能性要比三泵系統(tǒng)大，所 以采用流量分配措施很必要，兩泵的流量分配和三泵系統(tǒng)類似。挖掘機要實施非水平角度作業(yè)時，為了保證效率，回轉力是必不可少的，因此回 轉馬達需要

27、提供液壓油以完成動作。當需要一直讓鏟斗緊貼斜壁進行作業(yè)時，斗桿缸 和回轉馬達需要同時進油，實現缸同時運動。由于同一油泵提供壓力油，所以要求運 用回轉優(yōu)先油路，保證鏟斗能正常的貼住斜壁，否則機械難以進行工作。節(jié)流效應取決于回轉壓力，壓力越大，效應越大。此時斗桿缸液壓油回油壓力將會持續(xù)增高，液 壓泵提供液壓油的壓力也隨之增大。伴著操縱桿移動距離的增大，回轉力隨著回轉馬 達油壓的增大而增大。挖掘過程中難免會遇到堅硬的物體，此時需要瞬間得到較大的 挖掘力，所以要求動力元件能瞬間暫時增壓，使主壓力閥得到較大的壓力。滿斗舉升回斗工況分析作業(yè)完成后，動臂油缸收縮將動臂抬起，滿斗舉升，回轉平臺隨著液壓馬達的作

28、 用旋轉到卸載處，此動作山回轉馬達和動臂配合完成。動臂以及鏟斗要求自動停留在 一個合適的卸載高度。山于卸載所需的回轉角度不同，隨液壓挖掘機相對于裝卸車的 位置而變，因此動臂提升速度和回轉馬達的回轉速度的相對關系必須有可調性。卸載 回轉角度越大，則要求回轉速度越快些，此時要求動臂的提升速度得慢些。在雙泵系統(tǒng)中，回轉起動時，由于慣性較大，油壓會升得很高，有可能從溢流閥 溢流，此時需要把溢流出的油液提供給動臂，如圖所示。在回轉和動臂提升的同時， 斗桿要向外放置，有時，因為環(huán)境的影響還需調整鏟斗。這些動作是由回轉馬達、動 臂、斗桿和鏟斗配合完成。山于滿斗提升時動臂油缸壓力增加到很高，變量泵只能得到很小

29、的流量，為了使 動臂提升、回轉、斗桿外放相互正常的配合動作，需要山一個油泵專門向動臂油缸供 油，以保證壓力的平衡，另一個油泵除了向回轉馬達和斗桿供油外，還有部分油供給 動臂油缸，如圖。但是由于動臂提升時油壓較高，避免損壞單向閥，所以單向閥大部 分時間處于關閉狀態(tài)，因此左側油泵只向回轉馬達和斗桿供油。三泵系統(tǒng)的供油惜況如圖所示。各個油泵分別向對應的一個液壓作用元件供油， 復合動作時并不會相互干擾。卸載匸況分析回轉至卸載位置時，制動轉向臺，通過斗桿調節(jié)，鏟斗油缸伸縮完成卸載動作。為了調整卸載位置，還需要動臂配合。卸載時，主要是斗桿以及鏟斗配合動作，加以動臂運動。a圖回轉舉升供油情況空斗返回工況分析

30、卸載動作完成后，轉臺轉動，同時動臂缸及斗桿缸復合動作，把空斗放到新的作 業(yè)位置。該工況需要三者相互合作完成動作。山于受到重力作用，尤其是動臂下降過 程中，壓力變低，變量泵得到較大流量，使得下降快，并需要以很快的速度回轉，因 此完成該工況動作時，回轉馬達將會得到一個油泵的所有流量，另一油泵的大部分油 供給動臂，其余部分油經節(jié)流閥供給斗桿，如圖所示。發(fā)動機在低轉速時油泵供油量較小，為了防止動臂因受重力迅速下降和動臂油缸 產生吸空現象，需要釆用補油回路，利用重力將動臂油缸無桿腔的油供至有桿腔。圖空斗返回供油情況挖掘機液壓系統(tǒng)的設計要求挖掘機需要完成很多繁復的動作，且具有多種機構，如行走、回轉、工作機

31、構等，此機械具有多自山度的特能。所有機構經常要承受較大范圍的負載沖擊以及振 動。所以液壓系統(tǒng)的設汁需要達到很高的規(guī)格才能滿足當今挖掘機的苛刻條件。依據 挖掘機的工作特性，需做到以下兒點。動力性要求確保發(fā)動機在沒超過最高功率的前提下，最大限度的利用其功率，使生產效率 最大化，這就是所說的動力要求。液壓系統(tǒng)要做到與發(fā)動機的完美匹配，尤其是在外 負載不斷變化的惜況下。確保當負載比較小時，實現油泵的大流量輸出，增快執(zhí)行元 件的速度。在雙泵系統(tǒng)中，合流方式很好的增大了發(fā)動機的工作效率。操縱性要求(1) 調速性要求調速的性能優(yōu)劣程度對于挖掘機來說具有很重要的作用，怎樣實現機器方便的 順從人員的操作控制，每

32、個元件的性能是否具有穩(wěn)定可幕性，本就是液壓系統(tǒng)設計中 必不可少要考慮的問題。機械在挖掘作業(yè)中會承受很大的外載變化，截然不同的工作 環(huán)境需要不同的功率，所以每個元件都需要有很高的性能。(2) 復合操縱性要求挖掘動作中每個執(zhí)行元件都可以單獨動作，更多的時候需要相互配合以完成復 雜的作業(yè)動作，因此考慮怎樣完成多個執(zhí)行元件互不影響的復朵運動也是挖掘機液壓 系統(tǒng)操縱性并不可少的一面?；パa影響運動，是多個執(zhí)行元件配合一起動作的前提，要實現互補干涉完成動 作，必須解決好流量的合理分配。對于行走機構，如何實現左、右馬達的相互配合動 作更需要引起高度重視。在行駛動作中，如果油液供應得不到滿足，將會導致兩側馬 達

33、得到不同的行駛速度，造成挖掘機跑偏，很大程度上增加了安全隱患。另外，當多執(zhí)行元件同時動作時，各操縱閥都在最大限度下作業(yè)，往往會出現 油泵的最大供油量滿足不了系統(tǒng)所需要的總流量，此時因壓力油山于優(yōu)先供給低壓執(zhí) 行元件，這樣高壓執(zhí)行元件就會出現動作速度降低，甚至不動的現象。因此，調節(jié)多 執(zhí)行元件共同作用時流量分配問題也是液壓系統(tǒng)設計需著重考慮的問題。節(jié)能性要求挖掘機工作時間長，能量消耗大，所以液壓系統(tǒng)需要較高的工作效率，此時就要降低各個執(zhí)行元件和管路的能量損耗，因此挖掘機液壓系統(tǒng)設計中應做好各節(jié)能措 施。當對各個執(zhí)行元件進行調速控制時，油泵的輸出流量大于系統(tǒng)所需的總流量，所 以有一部分的流量將會損

34、失掉。出于效率，損失越小越好。當挖掘機處于空載狀態(tài)下 時，怎樣降低泵的輸出流量，降低空載回油的壓力，都是降低能量損耗的關鍵所在 10。安全性要求挖掘機的工作條件惡劣，載荷變化和沖擊振動大，挖掘機的使用壽命需經歷很大 的考驗，所以其液壓系統(tǒng)要具有良好的過載保護措施，以防止油泵過載和因外負載沖 擊而造成額外的損傷。其它性能要求對各個液壓作用元件的損傷保護，回轉機構和行走裝置可靠出現的制動和限速問 題，以及防止動臂因重力作用快速下降和整機超速溜坡等現象。要實現各液壓元件的標準化，系類化，可以降低挖掘機的制造成本。液壓挖掘機作業(yè)環(huán)境惡劣，各功能部件必須具有很高的可靠性和耐久性。山于挖掘機在建設施 工中

35、得到越來越多的青睞。提高挖掘機的性能，降低振動和噪音，環(huán)保性等人性化的 設計理念也越來越得到人們的重視。液壓系統(tǒng)方案擬訂(1) 液壓挖掘機一個工作循環(huán)可分為四種工況：挖掘工況、滿斗舉升回轉工況、 卸載工況和卸載返回工況。在詳細分析各工況的基礎上，分析各執(zhí)行元件在不同工況 下的配合動作后提出初步方案。(2) 依據其工作特點，總結設計要求。(3) 提出一種簡潔、客觀的液壓系統(tǒng)的研究方案，并且詳細的介紹設計步驟。第四章液壓系統(tǒng)的設計表格1主要參數動臂長度3520斗桿長度mm1520搖桿長度勸320最大挖掘半徑1H最大挖掘高度mm最大挖掘深度m最大卸載高度也鏟斗容量龍主機長/寬度加履帶平均接地比壓M/

36、m最大挖掘力135系統(tǒng)工作壓力Mpa25履帶板寬度加整機重要（帶推鏟/不帶推鏟）Kg8350/8150確定汕缸所受的作用力鏟斗油缸作用力的分析圖鏟斗油缸作用力分析反鏟裝置載作業(yè)過程中，當以轉斗挖掘為主時，其最大挖掘力為鏟斗油缸設計的 依據。最大挖掘深度時能保證具有最大挖掘力來分析確定鏟斗油缸的作用力。此時計 算位置為動臂下放到最低位置，鏟斗油缸作用力與斗桿較點的最大力臂。由圖計算鏟斗油缸作用力為：耳=牛乞(4-1)式中厶一鏟斗油缸作用力對搖臂與斗桿狡點的力臂(此位置為搖臂長度)對鏟斗與斗桿較點C的力臂已知lc =1200 nun 11 =320 mm320這時斗桿及動臂油缸處于封閉狀態(tài)，斗桿油

37、缸封閉力尸應滿足:尸/g n FgJB 土 FJb（4-2）2式中厶一斗桿油缸閉鎖力Fg對斗桿與動臂狡點B的力臂lB Flmax對斗桿與動臂錢點B的力臂I； -厲對斗桿與動臂較點B的力臂C挖掘阻力的法向分力，7%=O.2xFlmax 已知 /2 =320 nun lB =3500 mm I； =550 nunF產 02xFg=27KN135x3500 + 27x550320=KN3003鏟斗油缸閉鎖力用應滿足(4-3)式中厶一一動臂油缸閉鎖力用對較點A的力臂 lA - -F論對動臂下狡點A的力臂匕-厲對較點八的力臂已經 h =300 mm lA =5800 nun lA =4400 nun13

38、5x5800 + 27x4400=3006 KN斗桿油缸作用的確定當挖掘機以鏟斗挖掘時，其最大挖掘力則山斗桿油缸來保證。斗桿油缸最大作用 力的計算位置為動臂下方到最低位置，斗桿油缸作用力對斗桿與動臂較點有最大力 臂，即對斗桿產生最大作用力距，并使斗齒尖和較點3, C在一條直線上，如下圖所 示。 AN八5X1b. 7J4320圖斗桿油缸作用力分析與前面推導斗桿油缸作用力一樣，此時斗桿油缸作用力為:135X3500 =KN320而鏟斗油缸及動臂油缸處于閉鎖狀態(tài)，所以鏟斗油缸閉鎖力斥應滿足:p! FimaxC135x1200鏟斗油缸閉鎖力弓應滿足:h F tA + F、l； 135x5800 + 2

39、7x 4400小 rF 噸= 3006 KNd*300斗桿最大挖掘力也受到挖掘機穩(wěn)定性條件的限制。當以斗桿油缸進行挖掘時，山于作用力臂的變化、結構自身的影響及鏟斗相對斗桿位 置的變化，斗桿挖掘機力也相應的變化。動臂油缸作用力分析動臂油缸作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內裝滿土壤的工作裝置至最大 卸載距離位置進行卸載來確定，其計算簡圖如下圖所示。圖動臂油缸作用力分析此時動臂油缸作用力為：(4-4)Fb = ( GJdA +GJ&A +GblbA)式中5, 一鏟斗及其裝載土壤重力Gg斗桿所受重力G,動臂所受重力4鏟斗質心到動臂下狡點A的水平距離L斗桿質心到動臂下鐵點A的水平距離lbA動臂質心到動

40、臂下較點A的水平距離Gdi = 2x10 N + ing ,選取Gf： = 4.3xlO3 N , Gb = 5.14xlO3 N , Am =加，lA = m t lbA =加,/ 3 = m o其中鏟斗的重力為1.5x10N,根據公式m psV(4-5)V = VRks(4-6)k,_卩P,(4-7)式中7裝載土壤的質量（kg）V 一平均有效斗容量（mP)一鏟斗充滿系數（T）,根據工作環(huán)境，選擇充滿系數為1。一自然情況下土壤的密度，根據工作環(huán)境，選擇q = 1750畑7 。一疏松后的土壤密度Es土壤的松散系數，根據工作環(huán)境，取怎= 1.35代入數據，求得：ps = 1296.3kg tny

41、m = 259.3RgFb = （26.64 4- 20.64 4- 6.18）%103 4- 0.3 = 363 x 103 AT各油缸尺寸的確定鏟斗油缸工作壓力的確定油缸工作壓力主要根據液壓設備的類型來確定，對不同用途的液壓設備，山于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設計時可用類比法來確定。表格2各設備工作壓力設備類型精加工機床組合機床拉床農業(yè)機床、小型工程機 械、匚程機 械輔助機構液壓機、重 型機械、大 中型挖掘 機、起重運 輸機械工作液壓3-55-1010-1616-32(Mpu )初選系統(tǒng)工作壓力為25 Mpa o缸徑D和油塞杠直徑d的確定挖掘機液壓缸均為單活塞杠液壓缸，其原理

42、圖如下所示表格3按匸作壓力選擇/D工作壓力山受力平衡得上心丄+竺(Ddb p,4 r)cm 4式中Pi 一液壓缸工作壓力，處算時可取系統(tǒng)工作壓力= pp =25MpaD 液壓缸回油腔背壓，可取兒d/D 活塞缸直徑與液壓缸內徑之比，按表取d/D =尸一工作循環(huán)中最大的負載，此處F = F，KN耳山 一液壓缸機械效率，一般取Tcm =將上式代入缸受力平衡方程式得D = tn =170nun 則 J = X 170=119nun 取整=120mm缸壁厚和外徑的訃算根據機械設汁手冊，在此液壓系統(tǒng)中，WD/6V16,故缸筒壁厚應用中等壁偉計算公式，此時：5 = + C(4-8)(2.3b-R)W巾：強度

43、系數，對無縫鋼管，4)=1 C：用來圓整壁厚數匕：試驗壓力，一般取最大工作壓力的(一)倍 D：缸筒內徑o 缸筒材料許用應力，無縫鋼o =100110Mpa式中py = py = Mpao 取 110MpaxPyDo =+ C(2.3b-Py)屮=+ C 取 =30 mm則缸外徑Di =)+2 5 =170+2 X 30=230取鏟斗缸工作行程為L =1350 mm斗桿油缸尺寸的計算山鏟斗油缸計算步驟知斗桿缸受力平衡押名斗”)P1D = m =292 nun 取整 ) =300 nun 則鏟斗油缸活塞桿/ = D=210 mm缸壁厚和外徑的計算S = +C = m +C =52mm +C 取整

44、=52mm(2.3Q 則外徑Di = D+2 5 =300+2X52=404ww 取整Di =400mm取斗桿缸工作行程L =1755 mm動臂缸的尺寸計算山鏟斗油缸計算步驟知動臂油缸受力平衡D = m = 145 mm 取整 D=145 mm則動臂油缸活塞桿d =取整d=100mm 缸壁厚和外徑的計算6 = + C = /? + C 取整各=25 mm(2.3Q-代艸則外徑 D = D+2 5 =145+2X25=199ww 取整D =200取動臂缸活塞工作行程=1655 mm液壓系統(tǒng)圖的擬定各液壓缸和馬達流量的確定取每個液壓缸的伸縮速度Vniax=6000/rw/mm根據前面計算出的各缸參

45、數如下：鏟斗缸：缸內徑D=170nun活塞缸徑J=120m/n行程L =1350mm斗桿缸:缸內徑D=300nun活塞缸徑d =210mm行程L“755mm動臂缸:缸內徑D=145mm活塞缸徑d =100nun行程=1655mm每個缸的流量計算Qnv D件9)鏟斗缸0= lxxi.72 X60=136L/min4斗桿缸 二 i x x 32 X 60=423 L/min4動臂缸(23=2X 丄 X X 1.452 X60=198 L/min4回轉馬達的流量的計算及選型轉啟動力矩一般應小于制動力矩。當回轉機構僅靠液壓制動時，啟動力矩小于或等于制動力矩M,可以取Mo(4-10)當回轉機構帶附加機械

46、制動時，C最高可達2, 般取C=對于一定的回轉機構 來說，啟動力矩和制動力矩越大，則平臺回轉加速和減速度也越大，從而可提高回轉 速度，縮短回轉時間。但回轉加速度過大會增加動載荷和沖擊，同時啟動力矩和制動 力矩的增大也受地面附著條件的限制。地面附著條件可用附著力矩M,.表示。機械制 動一般取M廠(一)液壓制動可取M廠(-) 履帶式液圧挖掘機地面附著力矩的訃算可以采取下面的簡化公式(4-11)式中M尸地面附著力矩，Nm ；m整機質量，t:“一一地面附著系數，平板履帶板取帶筋履帶板取“汛1M()貝 lj M“=5000XX &34x9x =12225 Nm C又M B = M F =12225 X

47、=9780 Nm(4-12)_M。C=Nm(4-13)設經過四級減速，傳動比=3X3X2X1=18則馬達所受最大力Mo = =339 Nm(4-14)i理論排量 q = Ur(4-15)m化據此查手冊選出液壓馬達型號，軸向柱塞馬達25 (YCY) 14-1B排量25mL/r額定轉速 1500 r/miii行走馬達的選用液壓挖掘機行走速度有0KmJh和0 Km/h兩種可調高低速，故山上面選岀的 液壓馬達 40 CYCY) 14-1 Bo主回路液圧泵的選擇泵所需總流量qjKD件16)式中K系統(tǒng)滲漏系數，一般取一，此外取K=；為q一一各動作元件同時動作的最大流量之和。由上面的計算得知=136+423

48、+198=757 L/min貝 U傀= X757=厶/min本設計采用雙聯斜軸式定量柱塞泵，則每個泵所需要流量q= L/min液壓缸工作壓力的確定Pp-p(4-1是執(zhí)行元件的最高工作壓力，對于本系統(tǒng)的最高工作壓力是銷鎖油缸的入口壓力 工是從液壓泵出口液壓缸之間的管路損失。為則匕” =25+1=26 M/m參照產品選取壓力比系統(tǒng)最高壓力高10%-30%.額定流量不低于上述計算結果的液壓泵，可據此選擇泵型號160YCY-1B雙聯定量軸向柱塞泵，額定壓力為32 Mpa,最大排量 160 mL/min ,最高轉速 1750 r/min。管路汕管的選擇管路是液壓系統(tǒng)中液壓元件之間傳遞工作介質的各種油管的

49、總稱。管接頭用于油 管與油管和油管與液壓元件之間的連接，為了保證液壓元件之間工作的可靠性，管路 及管接頭應具有足夠的強度，良好的密封性，其壓力損失也要小，拆除方便11】。油管內徑的確定 油管的內徑取決于管路的種類及管內的流速。油管的內徑山下面的公式確定：dig(4-18)式中：Q一一流經管路的流量；V油管內的允許流速。對吸油管可取V二(1) m/s 般取lm/s,回油管可取() m/s ,壓力油 管：3 p 16Mpa時,取 V 5m/s。取整 =35mm對回油管有：dn對吸油管有：d取整d =45mm管接頭的選擇管接頭采用焊接式接頭，焊接式管接頭主要山接頭體螺母和接管組成，在接頭盒 接管之間

50、用0型密封圈密封。當接頭體擰入機體時，釆用金屬墊圈組合實現斷面密 封。接管和管路系統(tǒng)中的鋼管接頭用焊接連接，管接頭和機體的連接主要采用普通細 牙螺紋，根據機械設訃手冊選用焊接式管接頭。螺塞的選用螺塞主要用于堵塞工藝孔和油箱放油孔，以及缸筒需要堵死的地方。選用六角螺塞。液壓汕箱的確定油箱的容積一般是泵沒分鐘流量的3-5倍，當系統(tǒng)采用定量泵時油箱的容量不 能小于泵每分鐘流量的3倍。此系統(tǒng)中泵流量為560厶/min,則油箱容積V=560X 4=2240 Lo外形尺寸按1:設計,可得出油箱長X寬X高=1000X1400X1600(nun )液圧系統(tǒng)的發(fā)熱和升溫的驗算系統(tǒng)工作時液壓泵的輸入功率山前面的計

51、算可知n 2x560x25二二 KW60挖掘機工作時，液壓缸的最大輸出功率Pl = Vmax + 幾 Vnwc + Vmax + 2冗心(4-19)1750=x X X X X X60= KXV式中：X, 一液壓馬達的外工作負載力矩，Nm可一一液壓馬達旋轉角速度,rad/s. 則系統(tǒng)的總發(fā)熱功率已知油箱容積V=2240X 10“ m3= p2 = KW(4-20)則油箱近似散熱面積4為:(4-21)油箱通風良好，取油箱散熱系統(tǒng)G=17X KW 10-2則油壓升溫七69.2417x10_2x11.13=&(4-22)設環(huán)境升溫T2=25C則熱平衡溫度為：Tl=T2+AT=25+=80 在工程機械中，系統(tǒng)油溫的正常值為50-80,所以油箱的散熱平衡。液壓裝置的結構設計液壓裝置按配置形式可以分為集中配置和分散配置兩種形式。集中式配置主要用 于固定的液壓設備中，入機床及其自動線液壓系