1、.前言挖掘機作為一種多功能機械產(chǎn)品，目前被廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中。它能在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量，加快工程建設速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。近年從國內(nèi)情況來看，我國的挖土機市場90%被外國獨資或合資企業(yè)壟斷，我國挖土機行業(yè)整體發(fā)展水平較國外緩慢，在挖土機液壓系統(tǒng)方面的理論還相對國外比較薄弱。國內(nèi)大部分挖土機企業(yè)在挖土機液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)技術方面的研究具有一定基礎，但由于采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖土機產(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)的挖土機在國內(nèi)市場上基本失去了競爭力。液壓系統(tǒng)是挖土機的核心部分，通過挖土機液壓

2、系統(tǒng)設計計算優(yōu)化能有效的提高挖土機性能，本挖土機具有工作可靠、結構簡單、性能好、成本低、效率高等特點。我國是一個發(fā)展中國家，在遼闊的國土上正在進行大規(guī)模的經(jīng)濟建設，這就需要大量的土石方施工機械為其服務，而液壓挖掘機是最重要的一類土石方施工機械。因此，可以肯定液壓挖掘機的發(fā)展空間很大?？梢灶A見，隨著國家經(jīng)濟建設的不斷發(fā)展，液壓挖掘機的需求量將逐年大幅度增長。今后幾年我國液壓挖掘機行業(yè)將會有一個很大的發(fā)展，液壓挖掘機的年產(chǎn)量將會以高于20的速度增長。本設計根據(jù)給定的工作要求進行工況分析，以確定系統(tǒng)的主要參數(shù)，對液壓系統(tǒng)的基本回路的方案進行分析，擬訂液壓系統(tǒng)原理圖；選擇液壓元件并進行液壓系統(tǒng)的性能驗

3、算，最后完成工作圖，編制技術文件。希望本設計能為從事液壓工作的人員獻上微薄之力！摘要液壓挖掘機是工程機械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設工程的土方機械。液壓挖掘機利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達、液壓缸等）帶動各種構件動作，具有許多優(yōu)點。它對液壓系統(tǒng)的設計提出很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓系統(tǒng)中最為復雜的。因此，對挖掘機液壓系統(tǒng)的分析設計對推動我國挖掘機發(fā)展具有十分重要的意義。在搜集了國內(nèi)外挖掘機液壓系統(tǒng)相關資料的基礎上，了解了挖掘機液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史，并對挖掘機液壓系統(tǒng)的技術發(fā)展動態(tài)進行了分析總結。本次畢業(yè)設計課題是挖掘機液壓系統(tǒng)的設計。挖掘機由多個系統(tǒng)

4、組成，包括液壓系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)，工作裝置，底架，轉臺，油箱，發(fā)動機安裝等。本人的設計主要致力于分析和設計中型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的液壓元件。以液壓元件和液壓回路為主。關鍵詞：挖掘機液壓系統(tǒng)液壓泵 AbstractHydraulic excavator is an important species of construction machinery , is widely used in construction, railway, highway , water conservancy , mining and earthmoving machinery and other const

5、ruction projects . The use of a hydraulic excavator hydraulic components ( pumps , hydraulic motors , hydraulic cylinders , etc. ) to drive various components of the action , has many advantages . Its hydraulic system design high demands , its hydraulic system hydraulic system is also the most compl

6、ex . Therefore, the analysis and design of the excavator hydraulic system is of great significance for promoting the development of Chinas excavator .In the domestic excavator hydraulic system to collect relevant information , based on the understanding of the history of the excavator hydraulic syst

7、em , and technological development excavator hydraulic system dynamics were analyzed and summarized . The graduation project is designed excavator hydraulic system. A plurality of system components excavator including a hydraulic system, transmission control system , the working device , a chassis ,

8、 a turntable , fuel tank, the engine installation. I design focuses on the analysis and design of medium-sized hydraulic excavator hydraulic system components . Hydraulic components and hydraulic circuits based.Keywords: Excavator hydraulic system of excavator pump 目 錄前 言1第1章 液壓挖掘機結構與工作原理21.1 液壓挖掘機整

9、機性能21.2 液壓挖掘機結構31.3 液壓挖掘機傳動原理5第2章 挖掘機工況分析及液壓系統(tǒng)設計方案的確定 72.1 液壓挖掘機工況72.2 挖掘機液壓系統(tǒng)的設計要求122.3液壓系統(tǒng)方案擬定14第3章 液壓系統(tǒng)設計153.1 確定油缸所受的作用力153.1.1 鏟斗油缸作用力的確定153.1.2 斗桿油缸作用力的確定173.1.3 動臂油缸作用力的確定183.2 各油缸尺寸的確定193.2.1 鏟斗油缸尺寸的計算193.2.2 斗桿油缸尺寸的計算223.2.3 動臂油缸尺寸的計算223.3 液壓系統(tǒng)圖的擬定233.4 液壓元件的選擇243.5 各液壓缸和馬達流量的確定253.6 管路油管的選

10、擇273.7 液壓油箱的確定293.8 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升的驗算293.9 液壓裝置的結構設計30結 論31參考文獻32致謝34.第1章 液壓挖掘機結構與工作原理液壓挖掘機由于在動力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓傳動，靠液體的壓力能進行工作，相對機械傳動具有許多優(yōu)點: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1000:1能得到較低的穩(wěn)定轉速；快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運動慣性較小，并可作高速反轉；傳動平穩(wěn)，結構簡單，可吸收沖擊和振動；操縱省力靈活，易實現(xiàn)自動化控制；易實現(xiàn)標準化、通用化、系列化。因此液壓挖掘機逐步取代機械式挖掘機是必然的趨勢。單斗液壓挖掘機是裝有一只鏟斗并采用液壓傳

11、動進行挖掘作業(yè)的機械。它是目前挖掘機械中重要的機種。單斗液壓挖掘機的作業(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。回轉至卸上位置進行卸土，卸空后鏟斗再轉回并下降到地面進行下一次挖掘。當挖掘機挖完一段土后，機械移動一段距離，以便繼續(xù)作業(yè)。因此單斗液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的自行式上方機械。1.1 液壓挖掘機整機性能液壓挖掘機可分為:動力系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。液壓挖掘機作為一個有機整體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機械零部件性能有關，還與液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)性能有關。(1) 動力系統(tǒng)挖掘機工作的主要特點是環(huán)境溫度變化大，灰塵污物較多，負荷變化大，經(jīng)常傾斜工作，

12、維護條件差。因此液壓挖掘機原動力一般由柴油機提供，柴油機具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經(jīng)濟等特點，符號挖掘機工作條件惡劣，負荷多變的要求。挖掘機的額定負荷與汽車。拖拉機不同，汽車和拖拉機指在最高轉速下、連同機油泵、發(fā)電機等必要附件，分鐘內(nèi)的最大功率;挖掘機是指在額定轉速下一小時以上的額定功率。挖掘機采用車用柴油機時，最大功率指數(shù)降低。(2) 機械系統(tǒng)液壓挖掘機的機械系統(tǒng)部分是完成挖掘機各項基本動作的直接執(zhí)行者，主要包括:行走裝置是整個機器的支撐部分，承受機器的全部重量和工作裝置的反力，同時能使挖掘機作短途行駛.按照結構的不同，分履帶式和輪胎式?；剞D機構使挖掘機上車圍繞中央回轉軸作360度的

13、回轉的機構，包括驅(qū)動裝置和回轉支撐。工作裝置是挖掘機完成實際作業(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構形式，前面所述的反鏟裝置應用最為廣泛。(3) 液壓系統(tǒng)液壓挖掘機的回轉、行走和工作裝置的動作都由液壓傳動系統(tǒng)實現(xiàn)，原動機驅(qū)動雙聯(lián)液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥。通過司機的操縱，將壓力油單獨或同時送往液壓執(zhí)行元件(液壓馬達和液壓油缸)驅(qū)動執(zhí)行機構工作。液壓挖掘機的主要運動有整機行走、轉臺回轉、動臂升降、斗桿收放、鏟斗轉動等。這些運動都靠液壓傳動。根據(jù)以上工作要求，把各液壓元件用油管有機地連接起來地組合體既是液壓挖掘機地液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)地功能是把發(fā)

14、動機地機械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉變?yōu)橐簤耗?，傳送給油缸、油馬達等轉變?yōu)闄C械能，再傳動各執(zhí)行機構，實現(xiàn)各種運動和工作過程。液壓系統(tǒng)設計得合理與否，對挖掘機的性能起著決定性的作用。同樣的元件，若系統(tǒng)設計不同，則挖掘機性能差異很大。液壓系統(tǒng)習慣上按主油泵的數(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)液壓挖掘機控制系統(tǒng)是對發(fā)動機、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件(液壓缸、液壓馬達)等進行控制的系統(tǒng)。電子技術和計算機技術的飛速進步，使挖掘機有了越來越先進的控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機向高性能、自動化和智能化發(fā)展。目前挖掘機研究重點正逐步向智能化機電液控制系統(tǒng)方向轉移。1.2 液壓挖掘機結構(1) 液

15、壓挖掘機組成為了實現(xiàn)液壓挖掘機的各項功能，單斗液壓挖掘機需要兩個基本組成部分，即機體(或稱主機)和工作裝置。機體是完成挖掘機基本動作并作為驅(qū)動和操縱挖掘機進行工作的基礎，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛?？杉毞譃樾凶哐b置、回轉裝置、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和動力裝置。其中動力裝置、操縱機構、回轉機構和輔助設備均可在回轉平臺上，總稱上車部分，它與行走機構(又稱下車部分)用回轉支撐相連，平臺可以圍繞中央回轉軸作360的全回轉。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、起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作。挖掘機的基本性能決定于各部分的構造、性

16、能及其綜合的效果。(2) 單斗反鏟液壓挖掘機反鏟裝置主要用于挖掘停機面以下的土壤。斗容量小于1.6的中小型液壓挖掘機通常選用反鏟裝置，它分為整體臂式和組合臂式。其中長期作業(yè)條件相似的挖掘機反鏟裝置大多采用整體鵝頸式動臂結構。采用這種動臂有利于加大挖掘深度，且結構簡單、價格低廉。剛度相同時，其重量比組合動臂輕，是目前應用最廣泛的液壓挖掘機工作裝置結構形式。鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機最常用的結構型式，動臂、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擺動，完成挖掘、提升和卸土等動作。整體鵝頸式動臂反鏟挖掘機工作裝置主要由動臂、動臂油缸、斗桿、斗一桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、搖臂、連桿、

17、銷軸等組成。裝置各運動部件之間全部采用銷軸鉸接，以動臂油缸來支撐和改變動臂的傾角，通過動臂油缸的伸縮可使動臂繞下。鉸點轉動實現(xiàn)動臂的升降。斗桿鉸接于動臂的上端，由斗桿油缸控制斗桿與動臂相對角度。當斗桿油缸伸縮時，斗桿可繞動臂上鉸點轉動。鏟斗與斗桿前端鉸接，并通過鏟斗油缸伸縮使鏟斗轉動。為增大鏟斗的轉角，通常采用搖臂連桿機構來和鏟斗聯(lián)。(3) 液壓挖掘機工作循環(huán)過程首先液壓挖掘機驅(qū)動行走馬達和配套土方運輸車輛一起進入作業(yè)面，運輸車輛倒車、調(diào)停，?？吭谕诰驒C的側方或后方。挖掘機司機扳動操縱手柄，使回轉馬達控制閥接通，于是回轉馬達轉動并帶動上部平臺回轉，使工作裝置轉向挖掘地點，在執(zhí)行上述過程的同時操

18、縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸上腔進油，將動臂下降，直至鏟斗接觸地面，然后司機操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進油，配合動作以加快作業(yè)進度，進行復合動作的挖掘和裝載: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，再操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸的下腔進油，將動臂提升，舉起裝滿土的鏟斗離開工作面，隨即扳動平臺回轉換向閥手柄，使上部平臺回轉，帶動鏟斗轉至運輸車輛上方，再操縱斗桿油缸使鏟斗高度稍降一些，并在適當?shù)母叨炔倏v鏟斗油缸使鏟斗卸土。土方卸完后，使平臺反轉并降低動臂，直到鏟斗回到作業(yè)點上方，以便進行下一工作循環(huán)。1.3 液壓挖掘機傳動原理液壓挖掘機采用三組液

19、壓缸使工作裝置具有三個自由度，鏟斗可實現(xiàn)有限的平面轉動，加上液壓馬達驅(qū)動回轉運動，使鏟斗運動擴大到有限的空間，再通過行走馬達驅(qū)動行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。液壓挖掘機由柴油機驅(qū)動液壓泵，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)驅(qū)動相應的機構進行工作。液壓挖掘機的工作裝置采用連桿機構原理，各部分的運動通過液壓缸的伸縮來實現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗5、斗桿11、動臂2、連桿8及相應的三組液壓缸1、4、10組成。動臂下鉸點鉸接在轉臺上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點轉動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉動;而鏟斗鉸接

20、于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉動。挖掘作業(yè)時，接通回轉馬達，轉動轉臺，使工作裝置轉到挖掘位置，同時操縱動臂缸小腔進油使液壓缸回縮;動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進油而伸長，使鏟斗進行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進油，使動臂抬起，隨即接通回轉馬達，使工作裝置轉到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉進行卸土。卸完后，工作裝置再轉至挖掘位置進行第二次挖掘循環(huán)。在實際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機液壓系通的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作配合隨機的。1、斗桿油缸 2、動臂 3、油管 4、動臂

21、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1-1 反鏟挖掘機工作裝置總之，液壓挖掘機是由多學科、多系統(tǒng)組成的有機整體，只有在系統(tǒng)層面上的各系統(tǒng)、各學科協(xié)同優(yōu)化才能獲取挖掘機整機的最佳性能。第2章 液壓挖掘機工況分析及液壓系統(tǒng)設計方案的確定要了解和設計挖掘機的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機的工作過程及其作業(yè)要求，掌握各種液壓作用元件動作時的流量、力和功率要求以及液壓作用元件相互配合的復合動作要求和復合動作時油泵對同時作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。2.1 液壓挖掘機的工況液壓挖掘機的作業(yè)過程包括以下幾個動作(如圖2-1所示):動臂升降、斗桿收放

22、、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(例如整機轉向等)不需全功率驅(qū)動以外，其它都是液壓挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。1、動臂升降 2、斗桿收放 3、鏟斗裝卸 4 、平臺臺回轉 5、整機行走圖2-1 液壓挖掘機的運動圖由于液壓挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機的工作有兩項特殊要求:(1)實現(xiàn)各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達的壓力和流量也能相應變化;(2)為了充分利用發(fā)動機功率和縮短作業(yè)循環(huán)時間，工作過程中往往要求有兩個主要動作(例如挖掘與動臂、提升與回轉)同時進行復合動作。液壓挖掘機一個作業(yè)循環(huán)的組成和動作的復合主要包括:(1

23、) 挖掘:通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進行挖掘，或者兩者配合進行挖掘，因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復合動作，必要時，配以動臂動作。(2) 滿斗舉升回轉:挖掘結束，動臂液壓缸將動臂頂起，滿斗提升，同時回轉第2章挖掘機液壓系統(tǒng)的設計要求和分析方法液壓馬達使轉臺轉向卸土處，此時主要是動臂和回轉的復合動作。(3) 卸載:轉到卸土點時，轉臺制動，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，還要有動臂液壓缸的配合，此時是斗桿和鏟斗的復合動作，間以動臂動作。(4) 空斗返回:卸載結束，轉臺反向回轉，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空斗放到新的挖掘點，此時是回轉和動臂或斗桿的

24、復合動作。2.1.1 液壓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進行挖掘，或者兩者復合動作，必要時配以動臂液壓缸的動作。一般在平整土地或切削斜坡時，需要同時操縱動臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運動，如圖2-2，2-3所示。此時斗桿收回，動臂抬起，希望斗桿和動臂分別由獨立的油泵供油，以保證彼此動作獨立，相互之間無干擾，并且要求泵的供油量小，使油缸動作慢，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行切削時，或者需要用鏟斗斗底壓整地面時，就需要鏟斗、斗桿、動臂三者同時作用完成復合動作，如圖2-4,2-5所示單獨采用斗桿挖掘時，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個別也有

25、采用三泵合流。單獨采用鏟斗挖掘時，也有采用雙泵合流的情況。下面以三泵系統(tǒng)為例，來說明復合動作挖掘時油泵流量的分配情況和分合流油路的連接情況。液壓馬達使轉臺轉向卸土處，此時主要是動臂和回轉的復合動作。圖2-2 斗尖沿直線平整土地圖 圖2-3 斗尖沿直線切削斜坡圖圖2-4 鏟斗底壓整地面圖 圖2-5 鏟斗底保持一定角度切削圖當斗桿和鏟斗復合動作挖掘時，供油情況如圖2-6a 所示。當斗桿油壓接近溢流閥的壓力時，原來溢流的油液此時供給鏟斗有效利用;當鏟斗和動臂復合動作挖掘時，由于動臂僅僅起調(diào)解位置的作用，主要是斗桿進行挖掘，因此采用斗桿優(yōu)先合流、雙泵供油，如圖2-6b 所示。圖2-6 三泵供油系統(tǒng)示意

26、圖當動臂、斗桿和鏟斗復合運動時，為了防止同一油泵向多個液壓作用元件供油時動作的相互干擾，一般三泵系統(tǒng)中，每個油泵單獨對一個液壓作用元件供油較好。對于雙泵系統(tǒng)，其復合動作時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)流等措施進行流量分配，其流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。當進行溝槽側壁掘削和斜坡切削時，為了有效地進行垂直掘削，還要求向回轉馬達提供壓力油，產(chǎn)生回轉力，保持鏟斗貼緊側壁進行切削，因此需要同時向回轉馬達和斗桿供油，兩者復合動作?；剞D馬達和斗桿收縮同時動作，由同一個油泵供油，因此需要采用回轉優(yōu)先油路，否則鏟斗無法緊貼側壁，使掘削很難正常進行。在斗桿油缸活塞桿端回油路上設置可變節(jié)流閥

27、，此節(jié)流閥的開口度即節(jié)流程度由回轉先導壓力來控制?；剞D先導壓力越大，節(jié)流閥開度越小，節(jié)流效應越大，則斗桿油缸回油壓力增高，使得油泵的供油壓力也提高。因此隨著回轉操縱桿行程的增大，回轉馬達油壓增加，回轉力增大。挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅硬障礙物，往往由于挖不動而需要短時間增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時增壓，能提高主壓力閥的力。2.1.2 滿斗舉升回斗工況分析挖掘結束后，動臂油缸將動臂頂起，滿斗舉升，同時回轉液壓馬達使轉臺轉向卸載處，此時主要是動臂和回轉馬達的復合動作。動臂抬升和回轉馬達同時動作時，要求二者在速度上匹配，即回轉到指定卸載位置時，動臂和鏟斗自動提升到合適的卸載高度。由于卸載

28、所需的回轉角度不同，隨液壓挖掘機相對自卸車的位置而變，因此動臂提升速度和回轉馬達的回轉速度的相對關系應該是可調(diào)整的。卸載回轉角度大，則要求回轉速度快些，而動臂的提升速度慢些。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，此時應該將溢流的油供給動臂，如圖2-7a所示。在回轉和動臂提升的同時，斗桿要外放，有時還需要對鏟斗進行調(diào)整。這時是回轉馬達、動臂、斗桿和鏟斗進行復合動作。由于滿斗提升時動臂油缸壓力高，導致變量泵流量減小，為了使動臂提升和回轉、斗桿外放相互配合動作，由一個油泵專門向動臂油缸供油，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，如圖2-7b所

29、示。但是由于動臂提升時油壓較高，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)的供油情況如圖2-7c所示。各個油泵分別向一個液壓作用元件供油，復合動作時無相互干擾。2.1.3 卸載工況分析回轉至卸載位置時，轉臺制動，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。為了調(diào)整卸載位置，還需要動臂配合動作。卸載時，主要是斗桿和鏟斗復合動作，間以動臂動作。圖2-7 回轉舉升供油情況2.1.4 空斗返回工況分析當卸載結束后，轉臺反向回轉，同時動臂油缸和斗桿油缸相互配合動作，把空斗放在新的挖掘點。此工況是回轉馬達、動臂和斗桿復合動作。由于動臂下降有重力作用，壓力低、變量泵流量大、

30、下降快，要求回轉速度快，因此該工況的供油情況為一個油泵的全部流量供回轉馬達，另一油泵的大部分油供給動臂，少部分油經(jīng)節(jié)流閥供給斗桿。發(fā)動機在低轉速時油泵供油量小，為防止動臂因重力作用迅速下降和動臂油缸產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，可采用動臂下降再生補油回路，利用重力將動臂油缸無桿腔的油供至有桿腔。2.1.5 行走時復合動作分析在行走的過程有可能要求對作業(yè)裝置液壓元件(如回轉機構、動臂、斗桿和鏟斗)進行調(diào)整。在雙泵系統(tǒng)中，一個油泵為左行走馬達供油、另一個油泵為右行走馬達供油，此時如果某一液壓元件動作，使某一油泵分流供油，就會造成一側行走速度降低，影響直線行駛性，特別是當挖掘機進行裝車運輸或上下卡車行走時，行駛偏斜

31、會造成事故。為了保證挖掘機的直線行駛性，在三泵供油系統(tǒng)中，左右行走馬達分別由一個油泵單獨供油，另一個油泵向其它液壓作用元件(如動臂、斗桿、鏟斗和回轉)供油，如圖2-8a所示。對于雙泵系統(tǒng)，目前采用以下供油方式:一個油泵并聯(lián)向左、右行走馬達供油，另一個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供油，如圖2-8b所示;雙泵合流并聯(lián)向左、右行走馬達和作業(yè)裝置液壓作用元件同時供油，如圖2-8c所示。 圖2-8 行走復合動作時的幾種供油情況2.2 挖掘機液壓系統(tǒng)的設計要求液壓挖掘機的動作繁復，且具有多種機構，如行走機構、回轉機構、動臂、斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機械。這些主

32、要機構經(jīng)常起動、制動、換向，外負載變化很大，沖擊和振動多，因此挖掘機對液壓系統(tǒng)提出了很高的設計要求。根據(jù)液壓挖掘機的工作特點，其液壓系統(tǒng)的設計需要滿足以下要求: 2.2.1 動力性要求動力性要求就是在保證發(fā)動機不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動機的功率，提高挖掘機的生產(chǎn)效率。尤其是當負載變化時，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動機的良好匹配，盡量提高發(fā)動機的輸出功率。例如，當外負載較小時，往往希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元件的運動速度。雙泵液壓系統(tǒng)中就常常采用合流的方式來提高發(fā)動機的功率利用率。2.2.2 操作性要求 (1) 調(diào)速性要求挖掘機對調(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現(xiàn)

33、調(diào)速操縱控制，對各個執(zhí)行元件的調(diào)速操縱是否穩(wěn)定可靠，成為挖掘機液壓系統(tǒng)設計十分重要的一方面。挖掘機在工作過程中作業(yè)阻力變化大，各種不同的作業(yè)工況要求功率變化大，因此要求對各個執(zhí)行元件的調(diào)速性要好。(2) 復合操縱性要求挖掘機在作業(yè)過程中需要各個執(zhí)行元件單獨動作，但是在更多情況下要求各個執(zhí)行元件能夠相互配合實現(xiàn)復雜的復合動作，因此如何實現(xiàn)多執(zhí)行元件的復合動作也是挖掘機液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。當多執(zhí)行元件共同動作時，要求其相互間不千涉，能夠合理分配共同動作時各個執(zhí)行元件的流盤，實現(xiàn)理想的復合動作。尤其對行走機構來說，左、右行走馬達的復合動作問題，即直線行駛性也是設計中需要考慮的重要一方面。如果

34、挖掘機在行使過程中由于液壓泵的油分流供應，導致一側行走馬達速度降低，形成挖掘機意外跑偏，很容易發(fā)生事故。另外，當多執(zhí)行元件同時動作時，各個操縱閥都在大開度下工作，往往會出現(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)行元件就會因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)動作速度降低，甚至不動的現(xiàn)象。因此，如何協(xié)調(diào)多執(zhí)行元件復合動作時的流量供應問題也是挖掘機液壓系統(tǒng)設計中需要考慮的。(3) 節(jié)能性要求挖掘機工作時間長，能量消耗大，要求液壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個執(zhí)行元件和管路的能耗，因此在挖掘機液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。當對各個執(zhí)行元件進行調(diào)速控制時，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時必然

35、會導致一部分流量損失掉。系統(tǒng)要求此部分的能量損失盡量小;當挖掘機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，也是降低能耗的關鍵。(4) 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，對于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過載保護措施，防止油泵過載和因外負載沖擊對各個液壓作用元件的損傷?；剞D機構和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快帶下降和整機超速溜坡。(5) 其它性能要求實現(xiàn)零部件的標準化、組件化和通用化，降低挖掘機的制造成本:液壓挖掘機作業(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;由于挖掘機在城市建設施工中應用越來越多，因此要不斷提高挖掘機的作業(yè)性能，降

36、低振動和噪聲，重視其作業(yè)中的環(huán)保性。2.3 液壓系統(tǒng)方案擬訂(1)在液壓挖掘機一個工作循環(huán)中的四種工況一挖掘工況、滿斗舉升回轉工況、卸載工況和卸載返回工況進行詳細分析的基礎上，總結每個工況下各執(zhí)行機構的主要復合動作后提出初步方案。(2)根據(jù)液壓挖掘機的主要工作特點，系統(tǒng)地總結出挖掘機液壓系統(tǒng)的設計要求:動力性要求、操縱性要求、節(jié)能性要求、安全性要求和其它性能的要求。(3)提出一種有效、直觀的挖掘機液壓系統(tǒng)的設計方案，并詳細介紹設計的步驟。第3章 液壓系統(tǒng)的設計3.1 確定油缸所受的作用力3.1.1 鏟斗油缸作用力的確定反鏟裝置在作業(yè)過程中，當以轉斗挖掘為主時，其最大挖掘力為鏟斗缸設計的依據(jù)。初

37、步設計時按額定斗容及工作條件（土壤級別），參考有關資料可初選斗齒最大挖掘力（最大挖掘力有任務書要求為），并按反鏟最重要的工作位置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工作力，如圖所示。為簡單起見，可以忽略斗和土的質(zhì)量，并且忽略了各構件質(zhì)量及連桿機構效率影響因素，此時鏟斗油缸作用力為 （3-1）式中 鏟斗油缸作用力對搖臂與斗桿鉸點的力臂（此位置為搖臂長度） 對鏟斗與斗桿鉸點C的力臂已知 而這時斗桿及動臂油缸均處于閉鎖狀態(tài)，斗桿油缸閉鎖力應滿足 （3-2） 式中 斗桿閉鎖力對斗桿與動臂鉸點的力臂，m； 對斗桿與動臂鉸點B的力臂，m； 對斗桿與動臂鉸點B的力臂，m； 圖3-1 鏟斗缸

38、受力分析圖 挖掘阻力的法向分力，取 已知 動臂油缸閉鎖力應滿足 （3-3）式中 動臂油缸閉鎖力對鉸點A的力臂，m；對動臂下鉸點A的力臂，m；對鉸點A的力臂，m。 已知 又動臂缸兩個油缸同時作用，則每個缸閉3.1.2 斗桿油缸作用力的確定當挖掘機以斗桿挖掘時，其最大挖掘力則有斗桿油缸來保證。斗桿油缸最大作用力位置為動臂下放到最低位置，斗桿缸作用力對斗桿與動臂鉸點有最大力臂，即對斗桿產(chǎn)生最大作用力矩，并使斗齒尖和鉸點B、C在一條直線上，如圖所示。與前面推導鏟斗油缸作用力一樣，忽略各構件及斗中土壤質(zhì)量和連桿機構效率影響因素，此時斗桿油缸作用力為 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應

39、滿足 動臂缸閉鎖力應滿足 動臂缸有兩個，則每個缸閉鎖力 圖3-2斗桿缸受力分析圖 3.1.3 動臂油缸作用力的確定動臂油缸的作用力，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行卸載來確定，其計算簡圖如圖所示，此時動臂油缸作用力為 （3-4）式中：圖3-3 動臂油缸受力分析圖 鏟斗及其裝載土壤的的重力，N； 斗桿所受重力，N； 動臂所受重力，N； 鏟斗質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離，m； 斗桿質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離，m； 動臂質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離，m。 每個缸的閉鎖力3.2 各油缸尺寸的確定3.2.1 鏟斗油缸尺寸的計算（1） 鏟斗缸工作壓力的確定液壓缸工作壓

40、力主要根據(jù)液壓設備的類型來確定，對不同用途的液壓設備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設計時可用類比法來確定。設備類型精加工機床組合機床拉床農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械輔助機構液壓機、重型機械、大中型挖掘機、起重運輸機械工作壓力P/Mpa0.8-23-55-101-1616-32表3-1 各類機械常用的系統(tǒng)工作壓力初選系統(tǒng)工作壓力為25MPa（2）缸徑D和油塞桿直徑d的確定 挖掘機液壓缸均為單活塞桿液壓缸，其原理圖如下所示 圖3-4 液壓缸原理圖工作壓力 d/D 表3-2 按工作壓力選取d/D由缸受力平衡知 式中 液壓缸工作壓力，初算時可取系統(tǒng)工作壓力； 液壓缸回油腔背壓，有表

41、2所示，??； 活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，按表3取d/D=0.7; 工作循環(huán)中最大的外負載，此處 液壓缸機械效率，一般取 將上式代入缸受力平衡方程式得 （3-5） 圓整取則 圓整?。?）缸壁厚和外徑的計算如按薄壁缸進行計算則 （3-6）式中 試驗壓力，一般取最大工作壓力的倍； 缸筒材料許用應力，無縫鋼管；式中 取 此時 不滿足薄壁缸條件故應按中等壁厚計算公式計算 此時 （3-7） 強度系數(shù)，對無縫鋼管 ； 用來圓整壁厚。則 取則缸外徑 有挖掘機實際運動軌跡和外型尺寸知鏟斗缸工作行程為3.2.2 斗桿油缸尺寸的計算 由鏟斗缸計算步驟知斗桿缸受力平衡 圓整取 則缸油塞桿直徑 圓整取 缸壁厚和外徑的

42、計算 由上面計算知按中等壁厚計算 圓整取 則外徑 由挖掘機實際運動軌跡和外型尺寸可得出斗桿缸工作行程 3.2.3動臂缸的尺寸計算 由上面計算知動臂缸受力平衡公式 圓整取則缸油塞桿直徑 圓整取 缸壁厚和外徑的計算 由上面計算知按中等壁厚計算 圓整取 則外經(jīng) 根據(jù)挖掘機實際運動軌跡和外型尺寸可得出動臂缸工作行程 3.3 液壓系統(tǒng)圖的擬定本次設計的挖掘機液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示，該系統(tǒng)為高壓定量雙泵開式系統(tǒng)，液壓泵2、3輸出的壓力油分別進入兩組由四個手動換向閥組成的多路換向閥A、B。進入多路換向閥A的壓力油，驅(qū)動回轉馬達、鏟斗缸，同時經(jīng)中央回轉接頭驅(qū)動左行走馬達；進入多路閥B的壓力油，驅(qū)動動臂缸和斗桿

43、缸，并經(jīng)中央回轉接頭驅(qū)動右行走馬達。從多路閥A、B流出的壓力油都要經(jīng)過限速閥進入總回油管，再經(jīng)背壓閥、冷卻器、濾油器流回油箱。當單個換向閥處于中間位置時，構成卸載回路。圖3-5 挖掘機液壓系統(tǒng)原理圖3.4 液壓元件的選擇 序號元件名稱規(guī)格型號數(shù)量1濾油器ABZR-S0140-10-1X/M-A22冷卻器2LQFW1 3背壓閥S30A1.01 4節(jié)流閥MG20G1X/V15緩沖補油閥組16雙速閥24E-H10B-T27補油單向閥S20A1.018中心回轉接頭19限速閥DHG-04-3C110多路閥WDF22.4.A111溢流閥DADH10P1X/400212梭閥KS-F32113合流閥4HMM1

44、0-15114多路閥DL1-25115截止閥QJN-10WL216單向節(jié)流閥MK6G1X/V317緩沖閥DBD-1012表3 -3 系統(tǒng)元部件一覽表3.5 各液壓缸和馬達流量的確定1 取每個液壓缸的伸縮速度 根據(jù)前面計算出的各缸參數(shù)如下： 缸內(nèi)徑 活塞桿徑 缸內(nèi)徑 活塞桿徑 2 每個缸的流量計算 （3-8） （1） 鏟斗缸（2）斗桿缸 (3)動臂缸平臺回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，可以取當回轉機構帶附加機械制動時，最高可達，一般取。對于一定的回轉機構來說，啟動力矩和制動力矩越大，則平臺回轉加速度和減速度也越大，從而可提高回轉速度，縮短回轉

45、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。地面附著條件可用地面附著力矩表示。機械制動一般取，液壓制動可取。履帶式液壓挖掘機地面附著力矩的計算可以采用下面的簡化公式 式中 地面附著力矩，； 整機質(zhì)量，； 地面附著系數(shù)，平板履帶板取，帶筋履帶板取。則 又 設經(jīng)過四級減速，傳動比 則馬達所受最大力矩理論排量據(jù)此可查手冊選出液壓馬達型號 軸向柱塞馬達 排量 額定轉速。（4）、行走馬達的選用液壓挖掘機行走速度有 、 兩種可調(diào)高低速，故由上面選出的液壓馬達 。（5） 主回路液壓泵的選擇 泵所需總流量 式中 系統(tǒng)滲漏系數(shù)，一般取，此處取； 各動作元件同時動

46、作的最大流量之和。 由上面計算得知 本設計采用雙聯(lián)斜軸式定量柱塞泵，則每個泵所需流量 液壓泵工作壓力的確定液壓泵工作壓力 式中 液壓泵最大工作壓力； 執(zhí)行元件最大工作壓力； 進油路壓力損失，較復雜系統(tǒng)取，此處取。則 參照產(chǎn)品樣本選取額定壓力比系統(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(jù)此選擇泵型號 雙聯(lián)定量軸向柱塞泵，額定壓力為；最大排量。最高轉速。3.6 管路油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(zhì)的各種油管的總稱。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，

47、拆卸方便。（1）油管內(nèi)徑的確定油管的內(nèi)徑取決于管路的種類及管內(nèi)的流速。油管的內(nèi)徑由下面的公式確定： （3-9） 式中：Q流經(jīng)管路的流量；v油管內(nèi)的允許流速。對吸油管可取v=（11.5）m/s一般取1m/s，回油管可取v（1.52.5）m/s，壓力油管：當P2.5MPa時，取v=(34) m/s ,當P=（2.516）MPa時，取v=（34）m/s ，當P16MPa時，取v5m/s。對吸油管有：圓整取d=65mm。對回油管有：圓整取。（2）管接頭的選擇管接頭采用焊接式管接頭，焊接式管接頭主要由接頭體、螺母和接管組成，在接頭體和接管之間用O型密封圈密封。當接頭體擰入機體時，采用金屬墊圈或組合實現(xiàn)端

48、面密封。接管和管路系統(tǒng)中的缸管接頭用焊接連接，管接頭和機體的連接主要采用普通細牙螺紋，根據(jù)機械設計手冊第四版第四卷表17-8-6選用焊接式管接頭。（3）螺塞的選取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（JB/ZQ4450-1997）其主要參數(shù)見機械設計手冊第四版第四卷P17-674表17-8-78。 3.7 液壓油箱的確定油箱的容積一般區(qū)泵每分鐘流量的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，則油箱容積。外型尺寸按設計，可得出油箱長寬高。3.8 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升的驗算系統(tǒng)工作時液壓泵的輸入功率由前面的計算可知 挖掘

49、機工作時，液壓缸的最大輸出功率 （3-10） 式中：液壓馬達的外工作負載力矩， 液壓馬達旋轉角速度，rad/s。則系統(tǒng)的總發(fā)熱功率為： 已知油箱容積 則油箱近似散熱面積為： 油箱通風良好，取油箱散熱系數(shù)則油液溫升 （3-11）設環(huán)境溫度 則熱平衡溫度為： 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。3.9 液壓裝置的結構設計1、液壓裝置的結構形式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，如機床及其自動線液壓系統(tǒng)。分散式配置主要用于移動式液壓設備，如工程機械液壓系統(tǒng)等。本次設計的是挖掘機液壓系統(tǒng)，所以采用分散式配置，不需要進行液

50、壓站的設計。采用分散式配置的優(yōu)點是結構緊湊，節(jié)省占地面積。缺點是安裝維修較復雜，動力源的震動和油溫影響主機的精度。2、閥集成塊液壓閥集成塊在液壓系統(tǒng)的設計中占有很重要的地位，它不僅便于集中管理，而且可以減少管路，提高液壓系統(tǒng)的工作可靠性。閥集成塊的設計原則為：（1）合理選擇集成閥的個數(shù)，若集成的閥太多，會使閥塊的體積過大，設計、加工困哪；集成的太少，集成的意義又不大。在本次設計中，每個塊上集成3個閥。（2）在閥塊設計時，塊內(nèi)的油路應盡量簡捷，盡量減少深孔、斜孔，閥塊中的孔徑應與通過的流量相匹配。（3）閥塊設計時應注意進出油口的方向和位置，應與系統(tǒng)的總體布置及管道連接形式匹配，并考慮安裝操作方便

51、。（4）閥塊設計時還要考慮有水平或垂直安裝要求的閥，必須符合要求。需要調(diào)節(jié)的閥應放在便于操作的位置，需要經(jīng)常檢修的閥應安裝在閥塊的上方或外側。（5）閥塊設計時要設置足夠數(shù)量的測壓點，以供閥塊試用。結 論課題挖掘機機液壓系統(tǒng)設計，其說明書的編寫終于完成。雖然不是很復雜，但通過這一設計實踐，我感到自己在這方面仍存在許多不足之處。對于我的本次設計，我覺得設計計算部分非常認真。在各種機械設備上，液壓系統(tǒng)得到了廣泛的使用。液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓系統(tǒng)原理圖的設計要同主機的結構相適宜。著手設計時，必須從實際情況出發(fā)，有機的結合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設計出結構簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。此次設計的挖掘機液壓系統(tǒng)中，利用油泵產(chǎn)生油壓，再經(jīng)過多路閥來控制液壓缸來達到控制油缸伸縮的效果。其中結合了需要的技術要求，根據(jù)計算來確定發(fā)動機、油箱容積、油泵的型號及各種液壓元件的選擇。本液壓系統(tǒng)原理圖是專為工程機械中的挖掘機而設計、制造，用于控制工作裝置進行工作、回轉、行走。適用于建