XNW51306挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)挖掘機(jī)概述1.1挖掘機(jī)簡(jiǎn)介挖掘機(jī)是一種挖掘器械，它使用挖鏟在裝載面上方或下方挖掘材料，并且將其裝載到運(yùn)輸車中或卸載到堆料場(chǎng)地。挖掘機(jī)開挖的主要材料是煤炭、泥土和石塊等。挖掘機(jī)的發(fā)展速度在這幾年間逐步加快，現(xiàn)已成為工程建設(shè)中最常用的施工機(jī)械之一。1.2發(fā)展?fàn)顩r1.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)研發(fā)制造開始得相對(duì)較晚。撫順挖掘機(jī)廠自年生產(chǎn)首臺(tái)斗容量為立方米挖掘機(jī)以來，歷經(jīng)了測(cè)繪模仿、自主研發(fā)、開發(fā)改進(jìn)三個(gè)階段。中華人民共和國(guó)成立初期，我國(guó)挖掘機(jī)生產(chǎn)的歷史源于上世紀(jì)三四十年代對(duì)前蘇聯(lián)、、和挖掘機(jī)的模仿與改造，當(dāng)時(shí)由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求，接著是長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠的型挖掘機(jī)和杭州重型機(jī)械廠的挖掘機(jī)。這些廠家為中國(guó)液壓挖掘機(jī)行業(yè)的成長(zhǎng)壯大邁出了不可取代的一步。改革開放以來，我們汲取了國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，工廠在年代將國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品的性能指標(biāo)全面提升到國(guó)際水平，生產(chǎn)數(shù)量也一年接一年的增加。隨著我國(guó)對(duì)液壓挖掘機(jī)需求的不斷增加和多樣化，國(guó)有和中型企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，帶動(dòng)了其他機(jī)械行業(yè)的一些制造商加入液壓挖掘機(jī)行業(yè)。伴隨著挖掘機(jī)制造行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的越演愈烈，大型挖掘機(jī)制造企業(yè)之間的并購和資本運(yùn)作次數(shù)愈來愈多。國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的挖掘機(jī)制造企業(yè)越來越重視對(duì)行業(yè)市場(chǎng)的研究，尤其是對(duì)行業(yè)發(fā)展環(huán)境和買家的研究。所以大批國(guó)內(nèi)優(yōu)秀挖掘機(jī)品牌迅速發(fā)展起來，并逐漸成為中國(guó)乃至世界挖掘機(jī)制造業(yè)的領(lǐng)頭羊！1.2.2國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r從首臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)被研制出以來到現(xiàn)在已有多年的歷史。法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯和日本是單斗液壓挖掘機(jī)（斗容量為立方米）的主要生產(chǎn)國(guó)。自世紀(jì)年代以來，它們一直在生產(chǎn)超大型挖掘機(jī)。如美國(guó)馬里昂公司生產(chǎn)的立方米的剝離用挖掘機(jī)、斗容量為立方米的步行式拉鏟挖掘機(jī)、公司生產(chǎn)的立方米的步行式拉鏟挖掘機(jī)、立方米的剝鏟挖掘機(jī)等，是目前所有國(guó)家中最大的挖掘機(jī)。隨著全液壓挖掘機(jī)的迅速發(fā)展，控制方法的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，挖掘機(jī)從簡(jiǎn)易的杠桿操控演變到液壓操縱、氣動(dòng)操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控和計(jì)算機(jī)集成程序控制。在高危區(qū)域或水下工作中采用無線電操控，結(jié)合計(jì)算機(jī)控制接收機(jī)和激光制導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)工作的全自動(dòng)化。這一切都為全液壓挖掘機(jī)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。此外挖掘機(jī)駕駛員的工作環(huán)境更加安全，提升了駕駛員的工作條件。液壓挖掘機(jī)的駕駛室裝有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)，座椅可調(diào)，更加舒適，采用隔音裝置降低工作環(huán)境中的噪聲?？焖贁U(kuò)大電控及自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。世紀(jì)年代，為降低能源的損耗和對(duì)環(huán)境的保護(hù)，讓挖掘機(jī)的操作簡(jiǎn)便和作業(yè)安全，減小挖掘機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的噪音，提升駕駛員工作環(huán)境，挖掘機(jī)上逐漸在采用電子和自動(dòng)控制技術(shù)。先進(jìn)的挖掘機(jī)上一般都設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)怠速及油門控制系統(tǒng)、功率優(yōu)化系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等電控系統(tǒng)。1.3挖掘機(jī)的分類普通挖掘機(jī)由內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)。依據(jù)挖掘機(jī)噸位大小的不同，可以分為大型挖掘機(jī)（噸以上）、中型挖掘機(jī)（噸到噸）和小型挖掘機(jī)（噸到噸）。挖掘機(jī)有不同的移動(dòng)方式，分為履帶式與輪式。挖掘機(jī)有不同的傳動(dòng)方式，分為液壓式傳動(dòng)與機(jī)械式傳動(dòng)。不同的挖掘機(jī)也有不同的用途，有通用型挖掘機(jī)，礦用型挖掘機(jī)，船用挖掘機(jī)，特種挖掘機(jī)等。挖掘機(jī)還有不同的鏟斗，也可按照鏟斗來劃分各類挖掘機(jī)，比如正鏟挖掘機(jī)、反鏟挖掘機(jī)、拉鏟挖掘機(jī)和抓鏟挖掘機(jī)。1.3.1反鏟挖掘機(jī)反鏟式挖掘機(jī)挖掘時(shí)的特征是?？捎糜谕C(jī)面以下的開挖。適用于一至三類土（一類土為松軟土，二類土為普通土，三類土為堅(jiān)土）的開挖。主要用于挖開挖掘機(jī)停機(jī)面以下的坑、管路和溝渠，埋深不大，土壤含水量大。開挖深度最大為，開挖深度再時(shí)經(jīng)濟(jì)合理。清理出的物料倒在工作坑或溝渠兩端，可以由推土機(jī)清走，或者被自卸汽卡車運(yùn)走。圖1-1反鏟挖掘機(jī)1.3.2正鏟挖掘機(jī)正鏟挖掘機(jī)挖掘時(shí)的特征是。正鏟挖掘機(jī)鏟斗力大，可以在停機(jī)面以上開挖，最好在高度大于的干燥基坑開挖，但是要設(shè)置上坡道和下坡道。正鏟的鏟斗比同當(dāng)量的反鏟挖掘機(jī)的鏟斗大，可開挖含水量小于或者等于27%一至三類土（一類土為松軟土，二類土為普通土，三類土為堅(jiān)土），還可以和自卸卡車共同作業(yè)完成挖掘運(yùn)輸。圖1-2正鏟挖掘機(jī)1.3.3拉鏟挖掘機(jī)拉鏟挖掘機(jī)挖掘時(shí)的特征是。最好在停機(jī)面以下是一和二類土?xí)r工作。在作業(yè)時(shí)，應(yīng)用慣性力將鏟斗拋出，工作范圍較遠(yuǎn)。但是沒有反鏟挖掘機(jī)靈活和精準(zhǔn)。適用于大的深坑或在水下開挖。圖1-3拉鏟挖掘機(jī)1.3.4抓鏟挖掘機(jī)抓鏟挖掘機(jī)挖掘時(shí)的特征是。最好在停機(jī)面以下是一和二類土?xí)r工作，在一類土地區(qū)常用于開挖基坑、沉井等。特別適合挖又深又窄的坑，清理舊的溝渠以及挖取水中的淤泥等。有溝側(cè)開挖和定位開挖這兩種開挖形式。將抓斗做成柵條狀，抓鏟挖掘機(jī)還可用于裝載礦石塊、木材等。圖1-4抓鏟挖土機(jī)

1.4反鏟液壓挖掘機(jī)由于本次設(shè)計(jì)是圍繞反鏟挖掘機(jī)展開的，所以著重介紹反鏟液壓挖掘機(jī)。1.4.1反鏟液壓挖掘機(jī)的總體結(jié)構(gòu)反鏟液壓挖掘機(jī)的總體結(jié)構(gòu)有動(dòng)力裝置、工作裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備等，如圖1-5所示。圖1-5反鏟液壓挖掘機(jī)的總體結(jié)構(gòu)1-鏟斗；2-連桿；3-遙感；4-鏟斗油缸；5-斗桿；6-斗桿油缸；7-動(dòng)臂；8-中央回轉(zhuǎn)接頭；9-回轉(zhuǎn)馬達(dá)；10-電瓶；11-柴油箱；12-液壓油箱；13-主閥；14-消聲器；15-主泵；16-柴油機(jī)；17-配重；18-散熱器；19-冷凝器；20-行走馬達(dá)；21-履帶主鏈節(jié)；22-旋轉(zhuǎn)多路控制閥（可選件）；23-托鏈輪；24-履帶導(dǎo)向裝置；25-支重輪；26-空氣濾清器；27-緩沖彈簧；28-引導(dǎo)輪；29-履帶板；30-駕駛室；31-動(dòng)臂油缸常用的液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、輔助設(shè)備和駕駛室都安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，通常稱為上部轉(zhuǎn)臺(tái)。因此，反鏟液壓挖掘機(jī)可以概括為三部分：工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走機(jī)構(gòu)。工作裝置工作裝置——①動(dòng)臂、②斗桿、③鏟斗、④液壓油缸、⑤連桿、⑥銷軸、⑦管路上部轉(zhuǎn)臺(tái)上部轉(zhuǎn)臺(tái)——①發(fā)動(dòng)機(jī)、②減震器主泵、③主閥、④駕駛室、⑤回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、⑥回轉(zhuǎn)支承、⑦回轉(zhuǎn)接頭、⑧轉(zhuǎn)臺(tái)、⑨液壓油箱、⑩燃油箱、eq\o\ac(○,11)控制油路、eq\o\ac(○,12)電器部件、eq\o\ac(○,13)配重行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)——①履帶架、②履帶、③引導(dǎo)輪、④支重輪、⑤托輪、⑥終傳動(dòng)、⑦張緊裝置圖1-6反鏟液壓挖掘機(jī)總體結(jié)構(gòu)挖掘機(jī)通過柴油機(jī)將柴油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過液壓柱塞泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，液壓系統(tǒng)將液壓能分配給各執(zhí)行機(jī)構(gòu)（液壓缸、旋轉(zhuǎn)電機(jī)+減速器、行走電機(jī)+減速器），然后各執(zhí)行機(jī)構(gòu)將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)工作裝置的運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和整個(gè)機(jī)器的行走運(yùn)動(dòng)。1.4.2反鏟液壓挖掘機(jī)動(dòng)力傳輸路線1）行走動(dòng)力傳輸路線：——————分配閥————————驅(qū)動(dòng)輪————2）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳輸路線：——————分配閥————————3）動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)傳輸路線：——————分配閥————4）斗桿運(yùn)動(dòng)傳輸路線：——————分配閥————5）鏟斗運(yùn)動(dòng)傳輸路線：——————分配閥————1.4.3反鏟液壓挖掘機(jī)的反鏟結(jié)構(gòu)反鏟液壓挖掘機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)形式是動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等主要部件相互鉸接。在液壓缸的作用下，構(gòu)件繞鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，完成開挖、吊運(yùn)和卸載。圖1-9反鏟工作裝置1-斗桿油缸；2-動(dòng)臂；3-液壓管路；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1.4.4反鏟液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使上部轉(zhuǎn)臺(tái)和工作裝置回轉(zhuǎn)，來完成挖掘和卸料。單斗液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置必須可以在機(jī)架上把轉(zhuǎn)臺(tái)支撐起來，還要讓回轉(zhuǎn)輕便靈活，并且不能傾斜，所以單斗液壓挖掘機(jī)都有安裝回轉(zhuǎn)支撐裝置和回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置，統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)裝置。圖1-14回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1-制動(dòng)器；2-液壓馬達(dá)；3-行星齒輪減速器；4-回轉(zhuǎn)齒圈；5-潤(rùn)滑油杯；6-中央回轉(zhuǎn)接頭1.4.5反鏟液壓挖掘機(jī)的行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)支撐單斗液壓挖掘機(jī)的整機(jī)質(zhì)量并且還要保證整機(jī)可以自由行走，反鏟液壓挖掘機(jī)的行走機(jī)構(gòu)大多采用履帶式和輪胎式。1)履帶式行走機(jī)構(gòu)a組成履帶式行走機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)輪、引導(dǎo)輪、支重輪、拖輪和履帶，這就是人們常說的“四輪一帶”，此外還包括緩沖彈簧、履帶張緊裝置和行走架（履帶架、底架和橫梁）等組成如圖1-15所示。圖1-151-托輪；2-鏈輪；3-終傳動(dòng)；4-支重輪；5-中央護(hù)板；6-前護(hù)板；7-張緊裝置；8-引導(dǎo)輪；9-履帶b工作原理挖掘機(jī)行走時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪在履帶張緊的一側(cè)和接地面產(chǎn)生拉力，來將支撐輪下面的履帶拉出，但是同地面接觸的履帶和地面之間有足夠的摩擦力來阻止支撐輪下面的履帶被拉出，驅(qū)動(dòng)輪被迫使履帶滾動(dòng)，引導(dǎo)輪用于引導(dǎo)履帶正常繞卷并阻止履帶發(fā)生偏移，使挖掘機(jī)能在支重輪的支撐下沿著履帶軌道方向移動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)履帶行走裝置，每條履帶各由一臺(tái)液壓泵通過對(duì)液壓回路的控制來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和原地旋轉(zhuǎn)，使挖掘機(jī)可以盡可能在各種地面上的移動(dòng)和轉(zhuǎn)向。下圖展示了液壓挖掘機(jī)的轉(zhuǎn)向情況。圖（a）展示了兩臺(tái)行走馬達(dá)反向旋轉(zhuǎn)，挖掘機(jī)原地旋轉(zhuǎn)。圖（b）展示了液壓泵僅向一側(cè)行走馬達(dá)供油，從而使挖掘機(jī)繞一側(cè)履帶轉(zhuǎn)向。圖（a）原地旋轉(zhuǎn)圖（b）繞一側(cè)履帶轉(zhuǎn)向圖1-162)輪胎式行走機(jī)構(gòu)輪胎式液壓挖掘機(jī)有多種類型，包括安裝在標(biāo)準(zhǔn)車底盤上的也有安裝在輪胎式拖拉機(jī)底盤上的。但是以上這兩種挖掘機(jī)的斗容斗小，工作裝置的旋轉(zhuǎn)角度受限。如果要求斗容量更大，性能要求更高，則需要配備專用的輪胎底盤行走裝置。專用的輪胎底盤行走裝置根據(jù)挖掘機(jī)的工作條件和行駛需求等，研發(fā)制造了專用行走裝置，可以使挖掘機(jī)的操作和駕駛操作在駕駛室內(nèi)進(jìn)行控制，所以能在特定的工況下更出色的完成指定的動(dòng)作。根據(jù)回轉(zhuǎn)中心位置的不同，專用輪胎底盤行走裝置可以按照回轉(zhuǎn)中心安置方位分為下面幾類：a全輪驅(qū)動(dòng)，沒有支撐腿，旋轉(zhuǎn)臺(tái)安置在兩輪的正中間，兩軸各輪胎之間的距離相同。優(yōu)點(diǎn)是支撐腿可以去掉，整機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，狹小地點(diǎn)工作時(shí)更加方便，機(jī)動(dòng)性好。缺點(diǎn)是工作時(shí)轉(zhuǎn)向橋負(fù)載大，操作費(fèi)力或者需要安裝液壓助力裝置。所以小型挖掘機(jī)很適合這種結(jié)構(gòu)。b全輪驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)偏向固定軸一側(cè)，降低了轉(zhuǎn)向橋所承受的載荷，操作簡(jiǎn)便。在固定軸的一側(cè)安裝支撐腿，作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性得到了提升。所以中小型挖掘機(jī)適合這種結(jié)構(gòu)。c單橋驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)偏離中心位置，驅(qū)動(dòng)輪兩輪之間的距離較遠(yuǎn)，但是轉(zhuǎn)向軸短，兩個(gè)輪之間的距離近，轉(zhuǎn)向時(shí)繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在公路上行駛時(shí)可將鏟斗放在前延伸車架上。優(yōu)點(diǎn)是由于輪胎形成三支點(diǎn)布置，多以受力效果良好，轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑小，工作時(shí)四個(gè)支腿支撐。缺點(diǎn)是行走時(shí)在松軟地面會(huì)形成三道車轍，阻力較大，而且三支點(diǎn)底盤的穩(wěn)定性較差，所以小型挖掘機(jī)很適合這種結(jié)構(gòu)。d全輪驅(qū)動(dòng)，擁有四個(gè)支腿，轉(zhuǎn)臺(tái)距離固定軸一邊更近，前軸可以擺動(dòng)。由于中心偏后，所以轉(zhuǎn)向橋承受載荷較小，操作更加容易，并且大多配備大型輪胎和低壓輪胎，所以對(duì)工作環(huán)境地面情況的沒有太多要求。所以大型及中型挖掘機(jī)很適合這種結(jié)構(gòu)。圖1-17輪胎式行走機(jī)構(gòu)1-車架；2-回轉(zhuǎn)支撐；3-中央回轉(zhuǎn)接頭；4-支腿；5-后橋；6-傳動(dòng)軸；7-液壓馬達(dá)及變速箱；8-前橋

2原車分析與改造要求2.1原車結(jié)構(gòu)與原理分析2.1.1原車基本結(jié)構(gòu)組成原車XNW51360輪式挖掘機(jī)，基本結(jié)構(gòu)包括上車部分和下車部分，如圖2-1所示。上車部分位于回轉(zhuǎn)平臺(tái)之上，包括：鏟斗、連桿、鏟斗液壓缸、斗桿、斗桿液壓缸、動(dòng)臂、動(dòng)臂液壓缸、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、液壓閥、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、中央回轉(zhuǎn)接頭、液壓油冷卻器、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻器、蓄電池、駕駛室、操作臺(tái)、儀表盤、操作控制手柄及開關(guān)、照明等裝置。下車部分位于回轉(zhuǎn)平臺(tái)之下，包括：回轉(zhuǎn)支撐、車架、支腿、支腿液壓缸、前輪、前軸、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走液壓馬達(dá)、減速機(jī)、傳動(dòng)軸、后橋、后輪、推土鏟、推土鏟液壓缸等。圖2-1XNW51360輪式挖掘機(jī)示意圖1-鏟斗；2-鏟斗液壓缸；3-斗桿；4-斗桿液壓缸；5-動(dòng)臂；6-動(dòng)臂液壓缸；7-駕駛室；8-回轉(zhuǎn)平臺(tái)；9-支腿；10-后輪；11-回轉(zhuǎn)支撐；12-行走液壓馬達(dá)；13-前輪；14-推土鏟；15-推土鏟液壓缸2.1.2原車行走部分液壓傳動(dòng)原理XNW51360輪式挖掘機(jī)原車行走部分液壓傳動(dòng)原理如圖2-2所示。驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)路線：行走液壓馬達(dá)-減速機(jī)-傳動(dòng)軸總成-后橋總成（內(nèi)含差速器）-左、右后車輪。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)路線：轉(zhuǎn)向液壓缸-轉(zhuǎn)向拉桿總成—前輪。圖2-2XNW51360輪式挖掘機(jī)原車行走部分液壓傳動(dòng)原理2.2原車主要參數(shù)XNW51360輪式挖掘機(jī)主要參數(shù)配置如表2-1所示。表2-1XNW51360輪式挖掘機(jī)主要參數(shù)配規(guī)格主體尺寸鏟斗容重(m)0.3m運(yùn)輸總長(zhǎng)度(mm)8700動(dòng)臂長(zhǎng)度(mm)3100駕駛室全高(mm)1600斗桿長(zhǎng)度(mm)2100軸距(mm)2300噸位(噸)8輪距(mm)1160鏟斗反鏟最小離地間隙(mm)310廠商國(guó)產(chǎn)后端回轉(zhuǎn)半徑(mm)2150動(dòng)力傳統(tǒng)動(dòng)力上車寬度(mm)2000發(fā)動(dòng)機(jī)作業(yè)范圍發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)4105最大挖掘半徑(mm)5800額定功率(kw/rpm)51.5kw/2400r/min最大挖掘深度(mm)3450液壓系統(tǒng)最大挖掘高度(mm)6200主泵最大流里(L/min)150L/min最大卸載高度(mm)30002.3原車液壓傳動(dòng)原理原車液壓傳動(dòng)原理如圖2-3所示。圖2-3XNW51360輪式挖掘機(jī)原車液壓傳動(dòng)原理圖發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸通過分動(dòng)箱分別驅(qū)動(dòng)主泵1和主泵2。主泵1輸出的壓力油，經(jīng)過5聯(lián)多路換向閥，供給行走液壓馬達(dá)、回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)、斗桿液壓缸、左后支腿液壓缸、右后支腿液壓缸，其動(dòng)作分別由相應(yīng)的液控先導(dǎo)手柄控制。主泵2輸出的壓力油，經(jīng)過4聯(lián)多路換向閥，供給轉(zhuǎn)向液壓缸、動(dòng)臂液壓缸、鏟斗液壓缸、破碎錘，其動(dòng)作分別由相應(yīng)的液控先導(dǎo)手柄控制。發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)泵，其輸出的先導(dǎo)控制油，經(jīng)過安全鎖定閥（即二位四通手動(dòng)換向閥），給液控先導(dǎo)手柄提供控制油液。當(dāng)安全鎖定閥（即二位四通手動(dòng)換向閥）操縱桿完全松開時(shí)，該閥處于常態(tài)位置（右位），先導(dǎo)泵卸荷，液控先導(dǎo)手柄油路被切斷，所有液控先導(dǎo)手柄無控制油供給，因此，所有液控先導(dǎo)手柄動(dòng)作無效，挖掘機(jī)所有動(dòng)作被禁止，以保證安全，避免產(chǎn)生誤動(dòng)作。當(dāng)安全鎖定閥（即二位四通手動(dòng)換向閥）操縱桿拉起時(shí)，該閥處于工作位置（左位），液控先導(dǎo)手柄油路接通，先導(dǎo)泵給液控先導(dǎo)手柄供給控制油，挖掘機(jī)所有動(dòng)作禁止被解除，因此，所有液控先導(dǎo)手柄動(dòng)作有效，挖掘機(jī)可以進(jìn)行正常作業(yè)。安全要求：長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)、不工作時(shí)以及司機(jī)要離開座椅時(shí)，必須要求其將安全鎖定閥（即二位四通手動(dòng)換向閥）操縱桿完全松開，禁止挖掘機(jī)所有動(dòng)作，保證安全，否則，一旦觸碰到任一液控先導(dǎo)手柄，將會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，引發(fā)生產(chǎn)事故。2.4改造背景、任務(wù)與原則2.4.1改造背景原車—輪式挖掘機(jī)，是雞西市金榮礦山設(shè)備廠現(xiàn)役的一臺(tái)挖掘機(jī)（二手車），由于原車行走部是輪式行走機(jī)構(gòu)，適用于道路比較平整、工作場(chǎng)地環(huán)境良好的場(chǎng)所，不能夠適用于道路和工作場(chǎng)地高低起伏大、松散、濕滑、泥濘等惡劣環(huán)境，因此根據(jù)工作需要，要求將該挖掘機(jī)的行走部改造為履帶式行走機(jī)構(gòu)，其他部分做相應(yīng)的改造。2.4.2改造任務(wù)將XNW51360輪式挖掘機(jī)的行走部改造為履帶式行走機(jī)構(gòu)。2.4.3改造原則1）行走部改造為履帶式行走機(jī)構(gòu)，推土鏟取消，其他功能保留原車功能（動(dòng)作）。2）除行走速度外，其他性能保持原車不變。3)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，盡量使用原車零部件，少花錢，多辦事，辦實(shí)事。3履帶行走機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì)3.1履帶行走機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)組成履帶行走機(jī)構(gòu)總成包括車架、四輪一帶、履帶架、張緊裝置等如圖3-1所示。圖3-1履帶行走機(jī)構(gòu)總成履帶行走機(jī)構(gòu)基本組成分解如圖3-2至圖3-4所示。1）四輪一帶四輪一帶包括：驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪和拖輪，如圖3-2所示。2）履帶架如圖3-3所示。3）張緊裝置如圖3-4所示。張緊裝置由彈簧套筒、彈簧、彈簧座、油脂缸、導(dǎo)向輪滑架組成。張緊油脂缸的缸底頂在右側(cè)彈簧座上壓縮張緊彈簧，彈簧安裝在固定于履帶架上的彈簧套筒中，張緊油脂缸的活塞桿與導(dǎo)向輪滑架連接。利用手動(dòng)式、腳踏式或電動(dòng)注油槍往張緊油脂缸中注入黃甘油，使活塞桿頂出，由于缸底壓在左側(cè)的彈簧座上，壓縮彈簧，使其產(chǎn)生彈力（預(yù)緊力），而活塞桿與導(dǎo)向輪滑架連接，向右頂壓導(dǎo)向輪，從而使履帶張緊。圖3-2四輪一帶圖3-3履帶架圖3-4張緊裝置1-張緊彈簧；2-彈簧套筒；3-張緊油脂缸；4-導(dǎo)向輪滑架3.2履帶行走機(jī)構(gòu)主要機(jī)械結(jié)構(gòu)件的選型3.2.1履帶根據(jù)車重來選擇履帶參數(shù)，原輪式挖掘機(jī)車重：6800Kg，考慮到改造成履帶行走機(jī)構(gòu)后重量有所增加，因此車重按G=8000Kg進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。1）履帶節(jié)距t根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：得：式中：G——車重，G=7500Kg選標(biāo)準(zhǔn)值（同時(shí)考慮到現(xiàn)有備件）：履帶節(jié)距t=135mm。2）履帶接地長(zhǎng)度L根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：得：式中：G——車重，G=8t根據(jù)計(jì)算值并考慮到履帶架（現(xiàn)有備件）結(jié)構(gòu)尺寸，取接地長(zhǎng)度：L=2565mm。3）2條履帶中心距B根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：得：根據(jù)計(jì)算值并考慮到原車寬度，取2條履帶中心距B=1795mm。4）履帶板寬度b根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：得：取標(biāo)準(zhǔn)值，履帶板寬度b=400mm。5)平均接地比壓p平均接地比壓為0.038MPa<0.14MPa（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT238-91），所以，在潮濕等易陷地面的通過性好。3.3履帶行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置的選型設(shè)計(jì)3.3.1工況分析挖掘機(jī)在爬坡時(shí)，牽引力最大，因此按上坡行走工況進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。履帶式挖掘機(jī)的爬坡能力不小于50o。3.3.2參數(shù)計(jì)算1)牽引力計(jì)算由于爬坡時(shí)，鉆機(jī)需要的牽引力的最大，因此，設(shè)計(jì)時(shí)按上坡工況（爬50°坡）進(jìn)行計(jì)算。a上坡時(shí)牽引力F如圖3-5所示，鉆機(jī)上坡所需要的牽引力F圖3-5鉆機(jī)上坡重力分解圖式中：G——整機(jī)重力：80KNF——履帶與地面之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)：0.10b上坡時(shí)最大粘著力F′式中：G——整機(jī)重力：80KN——履帶與地面之間的粘著系數(shù)：0.6，見表3-1所示。表3-1履帶與不同地面之間的粘著系數(shù)路面土質(zhì)附著系數(shù)φ路面土質(zhì)附著系數(shù)φ混凝土0.45松散礫石0.50干粘土0.90壓實(shí)雪地0.25濕粘土0.70冰0.12壓實(shí)粘土0.70堅(jiān)實(shí)土路0.90干沙土0.30松散土路0.60濕沙土0.50煤場(chǎng)0.60巖石坑0.55由于履帶與地面之間的最大粘著力為30.85KN小于行走需要的牽引力66.42KN，行走時(shí)會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，因此必須采用帶履齒的履帶，以增加履帶的抓地能力，防止打滑。2）計(jì)算履帶驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩式中：F——鉆機(jī)上坡所需要的牽引力,由1）中知F=66.42KND——驅(qū)動(dòng)輪分度圓直徑：458mm3）計(jì)算一臺(tái)減速機(jī)需要輸出的扭矩式中：F——鉆機(jī)上坡所需要的牽引力,由1）中知F=66.42KND——驅(qū)動(dòng)輪分度圓直徑：458mm4）計(jì)算需要單臺(tái)液壓馬達(dá)輸出的扭矩T式中：——單臺(tái)減速機(jī)輸出扭矩，由3）中知=7.6KN﹒mi——減速機(jī)傳動(dòng)比:195）行走馬達(dá)所需要的排量V根據(jù)公式:得:式中：△P——液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力差，系統(tǒng)設(shè)定壓力20MPa，考慮背壓1MPa，則△P=20-1（MPa）T——單臺(tái)液壓馬達(dá)輸出的扭矩T，由4）中知T=400Nm——液壓馬達(dá)機(jī)械效率:0.956）液壓馬達(dá)排量選擇行走驅(qū)動(dòng)裝置的總排量式中：V——液壓馬達(dá)排量：139.17ml/ri——減速機(jī)傳動(dòng)比：193.3.3履帶行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置的選型根據(jù)3.3.2中的計(jì)算結(jié)果，選取行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置型號(hào)為：IKY2.53B-2900如圖3-6所示。圖3-6IKY2.53B-2900型行走驅(qū)動(dòng)裝置參數(shù)：減速機(jī)傳動(dòng)比：i=19總排量：2900ml/r液壓馬達(dá)排量：152ml/r最高工作壓力：31.5MPa減速機(jī)最大輸出扭矩：14000N﹒m3.3.4履帶行走驅(qū)動(dòng)裝置驗(yàn)算行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置型號(hào)為：IKY2.53B-29001）實(shí)際最大輸出扭矩T驗(yàn)算根據(jù)公式:得:式中：△P——液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力差，系統(tǒng)設(shè)定壓力20MPa，考慮背壓1MPa，則△P=20-1（MPa）V——IKY2.53B-2900型行走驅(qū)動(dòng)裝置的總排量：2900ml/r——液壓馬達(dá)機(jī)械效率:0.95實(shí)際最大輸出扭矩8335N﹒m>7.6KN﹒m（3.3.2中），因此扭矩滿足要求。2）行走速度計(jì)算a行走馬達(dá)輸入流量q計(jì)算行走時(shí)，兩臺(tái)液壓泵分別為兩臺(tái)行走液壓馬達(dá)供油，因此單臺(tái)馬達(dá)的輸入流量就等于單臺(tái)液壓泵的輸出流量。流量q：式中：——液壓泵的轉(zhuǎn)速（即發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，工作時(shí)?。?400-2100r/min）V——液壓泵的排量，原車為：40ml/r——液壓泵的容積效率：0.8b行走驅(qū)動(dòng)裝置輸出轉(zhuǎn)速n根據(jù)公式：得：c行走速度V根據(jù)公式：得：式中：D——驅(qū)動(dòng)輪分度圓直徑：458mm挖掘機(jī)的行走速度，由液控先導(dǎo)手柄來控制，速度范圍：0-1.9Km/h。結(jié)論：行走驅(qū)動(dòng)裝置IKY2.53B-2900滿足要求。4液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)改造任務(wù)和改造原則，液壓系統(tǒng)只需要進(jìn)行行走部分的重新設(shè)計(jì)，按照前面的計(jì)算選型結(jié)果，改造完成之后的液壓系統(tǒng)原理如圖4-1所示。圖4-1改造后的液壓系統(tǒng)原理圖4.1液壓系統(tǒng)傳動(dòng)原理發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸通過分動(dòng)箱分別驅(qū)動(dòng)主泵1和主泵2。主泵1輸出的壓力油，經(jīng)過5聯(lián)多路換向閥，供給右行走液壓馬達(dá)、回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)、斗桿液壓缸、左后支腿液壓缸、右后支腿液壓缸，其動(dòng)作分別由相應(yīng)的液控先導(dǎo)手柄控制。主泵2輸出的壓力油，經(jīng)過4聯(lián)多路換向閥，供給左行走液壓馬達(dá)、動(dòng)臂液壓缸、鏟斗液壓缸、破碎錘，其動(dòng)作分別由相應(yīng)的液控先導(dǎo)手柄控制。發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)泵，其輸出的先導(dǎo)控制油，經(jīng)過安全鎖定閥（即二位四通手動(dòng)換向閥），給液控先導(dǎo)手柄提供控制油液。當(dāng)安全鎖定閥（即二位四通手動(dòng)換向閥）操縱桿完全松開時(shí)，該閥處于常態(tài)位置（右位），先導(dǎo)泵卸荷，液控先導(dǎo)手柄油路被切斷，所有液控先導(dǎo)手柄無控制油供給，因此，所有液控先導(dǎo)手柄動(dòng)作無效，挖掘機(jī)所有動(dòng)作被禁止，以保證安全，避免產(chǎn)生誤動(dòng)作。當(dāng)安全鎖定閥（即二位四通手動(dòng)換向閥）操縱桿拉起時(shí)，該閥處于工作位置（左位），液控先導(dǎo)手柄油路接通，先導(dǎo)泵給液控先導(dǎo)手柄供給控制油，挖掘機(jī)所有動(dòng)作禁止被解除，因此，所有液控先導(dǎo)手柄動(dòng)作有效，挖掘機(jī)可以進(jìn)行正常作業(yè)。4.2液壓系統(tǒng)控制原理如圖4-1所示，改造后的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可分為以下2個(gè)子系統(tǒng)：4.2.1主系統(tǒng)（主回路）主系統(tǒng)（主回路）由主泵、5聯(lián)多路換向閥、4聯(lián)多路換向閥和各個(gè)執(zhí)行元件（包括左右行走液壓馬達(dá)、兩個(gè)支腿液壓缸、2個(gè)鉆架升降液壓缸、2個(gè)動(dòng)臂油缸、鏟斗液壓缸、斗桿液壓缸和回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)）組成。分別操縱相應(yīng)的液控先導(dǎo)手柄，通過控制5聯(lián)多路換向閥和4聯(lián)多路換向閥中相對(duì)應(yīng)的閥片，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)執(zhí)行元件的動(dòng)作。4.2.2先導(dǎo)系統(tǒng)（先導(dǎo)回路）先導(dǎo)系統(tǒng)（先導(dǎo)回路）由先導(dǎo)泵（排量18ml/r）、1個(gè)單聯(lián)液控比例先導(dǎo)手柄、2個(gè)雙聯(lián)（單軸）液控比例先導(dǎo)手柄（2個(gè)手柄）、2個(gè)十字（雙軸）液控比例先導(dǎo)手柄（1個(gè)手柄）組成。操縱相應(yīng)的液控先導(dǎo)手柄，分別通過控制5聯(lián)多路換向閥和4聯(lián)多路換向閥中相對(duì)應(yīng)的閥片，就可以控制相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行元件動(dòng)作。4.3主要液壓元件簡(jiǎn)介4.3.1液壓泵液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件即能源裝置，它能夠把電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，向液壓系統(tǒng)提供壓力油液。1）液壓泵分類a液壓泵按其排量是否可調(diào)分為：定量泵和變量泵，其職能符號(hào)如圖4-2所示。b液壓泵按結(jié)構(gòu)形式分為：齒輪泵、葉片泵和柱塞泵如圖4-3、圖4-4、圖2-5、圖2-6所示。圖4-2液壓泵的職能符號(hào)（從左到右依次為單向定量泵、單向變量泵、雙向定量泵、雙向變量泵）圖4-3齒輪泵圖4-4葉片泵圖4-5柱塞泵2）三種液壓泵的特點(diǎn)與用途：齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，但壓力低，容積效率低，主要用作輔助泵或潤(rùn)滑泵。葉片泵容積效率和壓力都比較高，流量比較穩(wěn)定，一般用于機(jī)床中壓系統(tǒng)。柱塞泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容積效率和壓力都高，主要用于大功率高壓系統(tǒng)。3）液壓泵的基本工作原理1-曲柄；2-連桿；3-缸體；4-活塞；5-吸油閥；6-排油閥圖4-6液壓泵的基本工作原理如圖4-6所示,曲柄1在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，通過連桿2傳動(dòng)活塞4在缸體3中做左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞4向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸缸內(nèi)體積A增大，壓強(qiáng)P變小，油箱中的液壓油在外部壓強(qiáng)的作用下，頂開吸油閥5，進(jìn)入A腔，實(shí)現(xiàn)吸油過程。當(dāng)活塞4向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸缸內(nèi)體積A減小，壓強(qiáng)P增大，頂開排油閥6，將壓力油排出，實(shí)現(xiàn)排油過程。曲柄1連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，吸、排油過程循環(huán)進(jìn)行，壓力油就不斷供入系統(tǒng)。4）液壓泵的基本工作條件液壓泵，無論是齒輪泵、葉片泵還是柱塞泵，都必須滿足以下三個(gè)基本工作條件：a在結(jié)構(gòu)上具有一個(gè)或多個(gè)密封且大小可以周期性變化的工作容積；當(dāng)工作容積增大時(shí)，完成吸油過程；當(dāng)工作容積減小時(shí)，完成排油過程。b具有相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，將吸、排油過程分別進(jìn)行，使吸、排油過程交替進(jìn)行；c油箱必須通大氣，使液面的壓力必須恒等于大氣壓力，否則必須采用充壓油箱，防止吸空。4.3.2執(zhí)行元件液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件包括：液壓馬達(dá)和液壓缸。執(zhí)行元件功用：液壓馬達(dá)和液壓缸是將液壓系統(tǒng)中的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，都是執(zhí)行元件。1）液壓缸a單桿活塞式液壓缸單作用液壓缸—如圖4-7所示，活塞桿推出靠壓力油，縮回靠彈簧力。圖4-7單作用液壓缸推力F：速度v：b雙作用單桿活塞式液壓缸如圖4-8所示，活塞桿推出和縮回都靠壓力油作用。圖4-8雙作用單桿活塞式液壓缸推力F：速度v：拉力：速度：2）液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)將液壓系統(tǒng)中的壓力能轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，輸出一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。液壓馬達(dá)按速度分類為高速（小扭矩）液壓馬達(dá)，n<500rpm和低速（大扭矩）液壓馬達(dá)，n>500rpm。液壓馬達(dá)的職能符號(hào)如圖所示。圖4-9液壓馬達(dá)的職能符號(hào)從左到右依次為單向定量馬達(dá)、單向變量馬達(dá)、雙向定量馬達(dá)和雙向變量馬達(dá)按結(jié)構(gòu)形式分：液壓馬達(dá)也可分為齒輪式、葉片式和柱塞式液壓馬達(dá)三大類如圖4-10、圖4-11、圖4-12所示。a齒輪式液壓馬達(dá)工作原理如圖4-10所示，利用壓力油作用在輪齒上而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。圖4-10齒輪式液壓馬達(dá)及其工作原理圖b葉片式液壓馬達(dá)工作原理如圖2-16所示，利用壓力油作用在葉片上而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。圖4-11葉片式液壓馬達(dá)及其工作原理圖c柱塞式液壓馬達(dá)工作原理如圖2-17所示，利用壓力油作用在柱塞上而對(duì)輸出軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。圖4-12柱塞式液壓馬達(dá)及其工作原理圖1-斜盤；2-缸體；3-柱塞；4-配油盤；5-馬達(dá)軸；6-進(jìn)油盤窗口；7-回油盤窗口d液壓馬達(dá)的主要參數(shù)轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)/分（r/min或rpm）式中：q——馬達(dá)入口流量，L/minV——液壓馬達(dá)排量，mL/r（cm3/r）——液壓馬達(dá)容積效率輸出扭矩T牛﹒米（N﹒m）式中：△P——馬達(dá)入口壓力與出口壓力差，MPaV——液壓馬達(dá)排量，mL/r（cm3/r）——液壓馬達(dá)機(jī)械效率4.3.3液壓控制閥能夠改變液壓缸、液壓馬達(dá)等元件的啟停、運(yùn)動(dòng)方向、力或力矩、工作速度的控制元件叫作液壓控制閥，它是系統(tǒng)中十分重要的組件，它是通過調(diào)節(jié)壓系統(tǒng)中液體的流動(dòng)方向、壓力和流量來實(shí)現(xiàn)控制的。液壓系統(tǒng)的工作壓力通過該元件來改變，以防止載荷過大，使系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。液壓閥基本工作原理：都是利用閥芯在閥體內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)來控制閥口的通、斷及閥口的大小，實(shí)現(xiàn)壓力、流量和方向的控制。液壓閥按用途分類為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥；按控制方式分類為手動(dòng)、液動(dòng)、電磁閥、伺服控制閥和比例閥等；按結(jié)構(gòu)形式分類為滑閥、轉(zhuǎn)閥、錐閥和球閥等。1）方向控制閥控制液壓系統(tǒng)中液體流向是方向控制閥的主要任務(wù)，實(shí)現(xiàn)接通、斷開與改變方向來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的啟止和換向。方向控制閥的工作原理是控制閥芯和不同管路連接來改變管路中液體的流動(dòng)方向，用來不同工況的要求。如圖4-13至圖4-17所示。圖4-13單向閥圖4-14液控單向閥（液壓鎖）圖4-14雙向液控單向閥（簡(jiǎn)稱液壓鎖）圖4-15三位四通手動(dòng)換向閥圖4-16三位四通電磁換向閥圖4-17三位四通液動(dòng)換向閥2）壓力控制閥用途：壓力控制閥通過控制液壓系統(tǒng)油液壓力來實(shí)現(xiàn)控