工程機(jī)械液壓系統(tǒng)大學(xué)本科方案設(shè)計(jì)書

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)課題名稱：挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)：機(jī)械工程系班級：2008級1班姓名：楊情學(xué)號：08045110指導(dǎo)：劉艷賓重慶三峽職業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書課題名稱挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)工程機(jī)械運(yùn)用與維護(hù)班級08級工程 1班姓名楊情學(xué)號08045110預(yù)定完成日期：2010 年 3月 25日設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：劉艷賓教研室主任：劉艷賓任務(wù)下達(dá)日期：2010.11.301機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目：挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)二、任務(wù)與要求：三步驟及時(shí)間安排日期星期內(nèi)容第一分析題目，明確任務(wù)12月周準(zhǔn)調(diào)查研究，收集資料日1至備階12 月 段5 日12月6日至12月20日12月21至12月25 日第二周實(shí)施階段

2、第三周實(shí)施階段1、設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖；2 編制設(shè)計(jì)說明書；整理、修改并且完成論文。12月26至12月31 日第四審查設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量，確定成績周答辯教師： 劉艷賓2010年12月1 日說明：內(nèi)容一欄的行數(shù)可根據(jù)自己的計(jì)劃進(jìn)行增減2目錄概論 .1.1挖 掘 機(jī) 的 簡 介 .1.2液 壓 挖 掘 機(jī) 的 發(fā) 展 概 況 .1.2.1國外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢.1.2.2國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況.1.3設(shè) 計(jì) 的 內(nèi) 容 和 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 的 意 義 .1.4設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 的 安 排 .挖 掘 機(jī) 液 壓 系 統(tǒng) 的 計(jì) 算 .2.1液 壓 挖 掘 機(jī) 的 基 本 系 統(tǒng) .2.1.1挖

3、掘 機(jī) 液 壓 系 統(tǒng) 的 簡 介 .2.1.2YW-160 型 單 斗 液 壓 挖 掘 機(jī) 液 壓 系 統(tǒng) .2.2液 壓 挖 掘 機(jī) 工 作 裝 置 油 缸 作 用 力 的 確 定 .142.2.1動 臂 油 缸 作 用 力 分 析 .142.2.2鏟 斗 油 缸 工 作 受 力 分 析 .152.2.3斗 桿 油 缸 作 用 力 分 析 .172.3液 壓 元 件 的 計(jì) 算 .192.3.1液 壓 缸 內(nèi) 徑 .192.3.2缸 筒 壁 厚 .192.3.3缸 筒 壁 厚 驗(yàn) 算 .192.3.4活 塞 桿 計(jì) 算 .202.3.5活 塞 桿 強(qiáng) 度 計(jì) 算 .202.3.6確 定 液

4、 壓 系 統(tǒng) 的 工 作 壓 力 .202.3.7確 定 液 壓 缸 的 主 要 參 數(shù) 和 工 作 壓 力 .202.3.8確 定 液 壓 馬 達(dá) 的 排 量 和 工 作 壓 力 .212.3.9計(jì) 算 液 壓 缸 與 液 壓 馬 達(dá) 的 流 量 .21液 壓 元 件 的 選 擇 .213.1液 壓 缸 的 選 擇 .213.2液 壓 泵 的 選 擇 .223.3液 壓 馬 達(dá) 的 選 擇 .223.4發(fā) 動 機(jī) 的 選 擇 .22液 壓 系 統(tǒng) 回 路 的 設(shè) 計(jì) .234.1液 壓 缸 控 制 回 路 .2334.2液 壓 馬 達(dá) 控 制 回 路234.3計(jì) 算 系 統(tǒng) 所 需 的 最

5、大 流 量244.4壓 力 損 失 的 計(jì) 算244.5擬 定 液 壓 源 控 制 回 路25液 壓 系 統(tǒng) 性 能 驗(yàn) 算265.1液 壓 系 統(tǒng) 功 率 損 失265.2液 壓 油 油 溫 過 高 的 原 因 及 預(yù) 防 措 施276結(jié)論和展望306.1結(jié) 論306.2展 望30參 考 文 獻(xiàn)30致謝.4概論液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)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(shè)工程的突發(fā)機(jī)械。液壓挖掘機(jī)利用液壓組件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等）帶動各種構(gòu)件動作，具有如下有點(diǎn)：功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；無級調(diào)速，調(diào)速范圍大；啟動性能好，能實(shí)現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)；布置靈活，基本不受總

6、體結(jié)構(gòu)的限制；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各種可靠，能自行潤滑，使用壽命長；有超載保護(hù)功能；容易實(shí)現(xiàn)自動化，操作簡便省力等。因此，液壓挖掘機(jī)對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、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著廣泛的應(yīng)用，是各種土石施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。1.1挖掘機(jī)的

7、簡介液壓挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械1 ，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，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。根據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計(jì)，一臺斗量為 1.0m 3的液壓挖掘機(jī)挖掘土壤時(shí)， 每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)個工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對于提高勞動生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。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)。由于挖掘機(jī)的工作條件惡

8、劣，要求實(shí)現(xiàn)的動作很復(fù)雜，于是它對液壓系統(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，對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動挖掘機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)。液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):挖掘機(jī)由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置和液壓系統(tǒng)構(gòu)成。下面以輪式液壓挖掘機(jī)為例來說明一下：單斗液壓挖掘機(jī)是一種周期性作業(yè)的自行式土方機(jī)械，它采用液壓傳動，由一個鏟斗切削土裝入斗內(nèi)，然后提升裝滿土石的鏟斗，再回轉(zhuǎn)一定的角度進(jìn)行裝5車，接下來空當(dāng)斗回到原來的位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一個循環(huán)的挖掘，此外整機(jī)還要定期移位，使鏟斗能在適當(dāng)位置上有效地作業(yè)，單斗挖掘機(jī)裝載，抓取起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作，挖

9、掘機(jī)可分為提供動力和基本動作（行走回轉(zhuǎn)）的主機(jī)部分及進(jìn)行不同作業(yè)的工作裝置部分，主機(jī)又可分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、工作裝置。一、行走裝置液壓挖掘機(jī)行走裝置的反力同時(shí)能使挖掘機(jī)作短距離行走，按結(jié)構(gòu)不同，可分為履帶式、輪胎式兩類。履帶式行走裝置由履帶、支重輪、托鏈輪、驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、張緊裝置、行走架液壓馬達(dá)、減速機(jī)等組成，液壓挖掘機(jī)的行走裝置采用液壓馬達(dá)、減速機(jī)、驅(qū)動輪，每條履帶有各自的液壓馬達(dá)和減速機(jī)，由于兩個液壓馬達(dá)可獨(dú)立操作，因此，機(jī)器的左右履帶可以同步前進(jìn)后退，也可以通過一條履帶制動來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，還可以通過兩條履帶相反方向驅(qū)動，來實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，操作十分簡單。二、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括回

10、轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置一般采用定量馬達(dá)，經(jīng)過回轉(zhuǎn)減速機(jī)兩行星齒輪與回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)齒圈相齒合而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、效率高速比大，承載能力強(qiáng)，發(fā)熱量和功率損失小，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，回轉(zhuǎn)支承一般采用的滾動軸承，其中用的最廣泛的是單排滾球式和雙排式滾軸柱式回轉(zhuǎn)支承。三、工作裝置工作裝置是液壓挖掘機(jī)的主要組成部分之一，由于工作的不同，工作裝置不同類很多常用挖掘、裝載和起重裝置也可以有很多形式，挖掘裝置一般采用斗杠油缸進(jìn)行挖掘，動臂油缸主要用于調(diào)節(jié)切削角度，清除障礙以及挖掘結(jié)束時(shí)為裝滿鏟斗多用開啟斗底多用開啟斗底的方式卸載，斗底的開啟、關(guān)閉也用了油缸。四、液壓系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的主要

11、系統(tǒng)運(yùn)動有整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、動臂升降，斗桿收放、鏟斗挖掘等，根據(jù)以上的工作要求把各液壓組件用管路連接起來的組合體叫做液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動機(jī)機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達(dá)等邊為機(jī)能，再傳動各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動。國家規(guī)定 8 噸以下的挖掘機(jī)采用定量泵。1.2液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況第一臺手動挖掘機(jī)問世至今已有130 多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動斗回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。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

12、大臂、小臂和6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)作為動力在軌道上行走。但是此后的很長時(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)裝置動作復(fù)雜，運(yùn)動范圍大，需要采用多自由度機(jī)構(gòu)，古老的機(jī)械傳動對它不太適合。而且當(dāng)時(shí)的工程建設(shè)主要是國土開發(fā)，大規(guī)模的筑路和整修場地等，大多是大面積的水平作業(yè)，因此對挖掘機(jī)的應(yīng)用相對較少，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)。隨著液壓傳動技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動技術(shù)，挖掘機(jī)有了適合它的傳動裝置，為挖掘機(jī)的發(fā)展建立了強(qiáng)

13、有力的技術(shù)支撐，是挖掘機(jī)技術(shù)上的一個飛躍 。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)多自由動作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和溝槽的挖掘機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。自第一臺手動挖掘機(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)展到相對成熟穩(wěn)定的階段。目前國際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，對其控制方式不斷改進(jìn)和革新，使挖掘機(jī)由簡單的杠桿操縱發(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)綜合程控。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，

14、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)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機(jī)的全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。據(jù)有關(guān)專家估算，全世界各種施工作業(yè)場約有65%至 70%的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

15、統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以對其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2.1國外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢工業(yè)發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本是斗容量 3.5- 40m3單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，從20 世紀(jì) 80 年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50- 150m3剝離用挖掘機(jī)， 斗容量 132m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)； B-E（布比賽路斯 - 伊利）公司生產(chǎn)的斗容量 168.2m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量 107m3的剝離用挖掘機(jī)等，是世界上目前最大的挖掘機(jī)。7從 20 世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的

16、方向發(fā)展。1) 開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要，國外發(fā)展了斗容量在0.25m3以下的微型挖掘機(jī)，最小的斗容量僅在0.01m3。另外，數(shù)量最的的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能，配備了多種工作裝置除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時(shí)，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等。2 ）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

17、控制、無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程控。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)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了基礎(chǔ)和創(chuàng)造了良好的前提。3 ）重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新C 系列LS-5800 型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的浪費(fèi)。還安裝了CAPS（計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日

18、本住友公司生產(chǎn)的FJ 系列五種新型號挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動機(jī)功率和液壓功率的消耗，并處長了零部件的使用壽命；德國奧加凱（O&K)公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的904、905、907、909 型液壓挖掘機(jī)上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作；德國利勃海爾公司開發(fā)了ECO（電子控制作業(yè)）的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機(jī)的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特彼勒公司在新型B 系統(tǒng)挖掘機(jī)上采用最新的3114T型柴油機(jī)以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)

19、、功率方式選擇器等，進(jìn)一步提高了挖掘機(jī)的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國大宇公司在DH280 型挖掘機(jī)上采用了 EPOS- 電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷的變化，自動調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動機(jī)始終以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動機(jī)的功率、提高挖掘機(jī)的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動機(jī)因超載而熄火。4）更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國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8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)的強(qiáng)度研究方面，促進(jìn)

20、了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。美國提出了考核動強(qiáng)度的動態(tài)設(shè)計(jì)分析方法，并創(chuàng)立了預(yù)測產(chǎn)品失效和更新的的理論。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評定程序，研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，借助于大量試驗(yàn)，縮短了新產(chǎn)品的研究周期，加速了液壓挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程，并提高其可靠性和耐久性。例如，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)。5）加強(qiáng)對駕駛員的勞動保護(hù)，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。6）進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)

21、在油泵工作過程中，壓力減小時(shí)和增大流量來襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當(dāng)外阻力增大時(shí)則減少流量（降低速度），使挖掘力成倍增長率加；采用三回路液壓系統(tǒng)。產(chǎn)生三個互不成影響的獨(dú)立工作運(yùn)動。實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)達(dá)機(jī)械的功率匹配。將第三泵在其它工作運(yùn)動上接通，成為開式回路第二個獨(dú)立的快速成運(yùn)動。此外，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。7）迅速拓展電子化、自動化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20 世紀(jì) 70 年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境的污染，使挖掘機(jī)的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機(jī)口音，改善駕駛員工作條件，逐

22、步在挖掘上應(yīng)用電子和自動控制技術(shù)。隨著對挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機(jī)電一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。20 世紀(jì) 80 年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機(jī)、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用， 推動了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，亦即目前先進(jìn)的挖掘機(jī)上設(shè)有發(fā)動機(jī)自動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)。1.2.2國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況近年來，我國的挖掘機(jī)市場90%被外國獨(dú)資或合資企業(yè)壟斷，而國產(chǎn)品的價(jià)格優(yōu)勢仍然是十分明顯的。成

23、都神鋼的挖掘機(jī)、凱斯的挖掘裝載機(jī)、JCB 的挖掘裝載機(jī)、常林的挖掘裝載機(jī)、柳工的挖掘機(jī)、詹工的挖掘機(jī)、玉柴的挖掘機(jī)以及山河智慧、南特的小挖等諸多企業(yè)的產(chǎn)品一一呈現(xiàn)在市場上。挖掘機(jī)在2003 年國內(nèi)產(chǎn)銷量達(dá)35000 臺，市場總量突破6 萬臺，升幅達(dá) 80% 。國產(chǎn)機(jī)的價(jià)格優(yōu)勢是十分明顯的，以13 至 14 噸級的輪式挖掘機(jī)為例，雖然其關(guān)鍵零部件系國外配置，但價(jià)格仍相差 25 萬至 30 萬元。小功率、多功能的挖掘機(jī)尤其受到青睞。通過快速換裝不同的工作裝置以完成挖、裝、填、夯、抓、刨、9吊鉆、剪等多種作業(yè)，挖掘裝載機(jī)出現(xiàn)了需求不斷上升的勢頭。除了JCB、凱斯等品牌外， 德工的 WZ 25-20

24、型也出現(xiàn)了較好的銷售趨勢。輪胎挖掘機(jī)的需求一直在穩(wěn)步增長，如常州現(xiàn)代的輪挖從0.25 至 0.92 立方米都可生產(chǎn)，詹工可生產(chǎn)14至 30 噸級的輪挖，其中 20 噸級的輪挖的行駛速度可高達(dá) 54 公里 /小時(shí)。目前我國輪挖的生產(chǎn)企業(yè)大約為 10 家。大型挖掘機(jī)在我國一直處于薄弱地位，主要依賴進(jìn)口。長挖的CE600 -5 型其斗容達(dá) 4 立方米，常州現(xiàn)代的 R450LC-5 型挖掘機(jī)屬于 43.53 噸級，而相比之下，德國的利勃海爾生產(chǎn)的 600 噸級的挖掘機(jī)最大斗容可達(dá) 34 立方米。小型挖掘機(jī)兼具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能, 又具有運(yùn)輸、能耗、靈活性、適應(yīng)性等方面優(yōu)勢 , 而且價(jià)格低、重量輕、

25、保養(yǎng)維修方便等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的。目前, 國內(nèi)外有關(guān)小型挖掘機(jī)的劃分標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一。這里, 我們暫且將整機(jī)質(zhì)量在10 噸或 10噸以下稱小型挖掘機(jī) ( 整機(jī)質(zhì)量等于或小于 4 噸的挖掘機(jī)稱作為微型挖掘機(jī)或叫做迷你型挖掘機(jī) ) ?？傊?, 中國挖掘機(jī)市場將持續(xù)呈波浪型發(fā)展, 從的發(fā)展觀來看, 要摒棄一切脫離實(shí)際的超前。4今后一個時(shí)期挖掘機(jī)市場火爆式的炎夏恐難遇到, 我們期待溫暖、柔和、生機(jī)勃勃的春天的到來。期望中國挖掘機(jī)市場能夠持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。國內(nèi)挖掘機(jī)的發(fā)展起步較晚，目前國內(nèi)市場上國產(chǎn)挖掘機(jī)大多數(shù)為20t 40t級的，超過50t 級的液壓挖掘機(jī)極少。1.3設(shè)計(jì)的內(nèi)容和設(shè)計(jì)內(nèi)容的意義設(shè)計(jì)的內(nèi)容

26、：A1、對挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；2、對液壓系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)性能分析；3、對液壓系統(tǒng)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。按照挖掘機(jī)工作裝置和各個機(jī)構(gòu)的傳動要求，把各種液壓組件用管路有機(jī)地連接起來的組合體，稱為挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。其功能是，以油液為工作介質(zhì)，利用液壓泵將發(fā)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗懿⑦M(jìn)行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達(dá)等將液壓能轉(zhuǎn)返為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動作。設(shè)計(jì)基本要求：液壓挖掘機(jī)的動作復(fù)雜，凡要機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換向、負(fù)載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外作業(yè)，溫度和地理位置變化大，因此根據(jù)挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：1) 要保證挖掘機(jī)動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動作

27、，也可以互相配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動作。102) 工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能作復(fù)合動作，以提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)率。3) 履帶式挖掘機(jī)的左、右履帶分別驅(qū)動，使挖掘機(jī)行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機(jī)的靈活性。4) 保證挖掘機(jī)的一切動作可逆，且無級變速。5) 保證挖掘機(jī)工作安全可靠，且各執(zhí)行組件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）有良好的超載保護(hù)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)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(jī)超速溜坡。為此，液壓系統(tǒng)應(yīng)做到：1) 有高的傳動效率，以充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)的動力性和燃料使用經(jīng)濟(jì)性。2) 液壓系統(tǒng)和液壓組件在負(fù)載變化大、急劇的振動沖擊作用下，具有足夠的可靠性。3) 調(diào)

28、協(xié)輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機(jī)持續(xù)工作時(shí)液壓油溫不超過 80 度，或溫升不超過 45 度。4) 由于挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密封性能要好，液壓組件對油液污染的敏感性低，整個液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。5) 采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機(jī)設(shè)置自動控制系統(tǒng)，進(jìn)而提高挖掘機(jī)技術(shù)性能和減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度。設(shè)計(jì)內(nèi)容的意義：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，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。液壓系統(tǒng)是挖掘機(jī)的核心部分，對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)

29、設(shè)計(jì)計(jì)算能有效的提高挖掘機(jī)性能。本次設(shè)計(jì)是以研究探討為主，了解液壓挖掘機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理，在此基礎(chǔ)上對液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)的一些部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)所得結(jié)果對液壓組件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等）進(jìn)行合理配置，使之能提高挖掘機(jī)的使用率、生產(chǎn)率適用范圍和使用壽命等。1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容的安排本次設(shè)計(jì)共分6 章。第一章介紹液壓挖掘機(jī)的發(fā)展歷程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；第二章對液壓挖掘機(jī)的液壓組件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等；第三章根據(jù)第二章所得結(jié)果對液壓挖掘機(jī)的液壓組件進(jìn)行合理選擇應(yīng)用；第四章對整個液壓挖掘機(jī)的液動系統(tǒng)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并繪制液壓回路圖。第五章對液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算，計(jì)算壓力損失；第六章為結(jié)論和展

30、望。挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的計(jì)算2.1液壓挖掘機(jī)的基本系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)的基本 參數(shù)定為：11正鏟斗容量 為 1.6m3 ；液壓泵的系 統(tǒng)工作 壓力 28MPa，最大排量 2140mL/L；回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá) 最大排量 140mL/r ；行走液 壓馬達(dá) 最大排量 2140mL/L。為了合理的選擇液壓組件，對這些液壓組件進(jìn)行分析計(jì)算，得到理論的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)選擇液壓組件。2.1.1挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的簡介液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成，它們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回路、支腿順序回路、支腿鎖止回路和先導(dǎo)閥操縱回路等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液

31、壓系統(tǒng)。一液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本類型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)大致上有定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)和定量、變量復(fù)合系統(tǒng)等三種類型。1定量系統(tǒng)在液壓挖掘機(jī)采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨外載荷而變化，通常依靠節(jié)流來調(diào)節(jié)速度。根據(jù)定量系統(tǒng)中油泵和回路的數(shù)量及組合形式，分為單泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵雙回路定量系統(tǒng)及多泵多回路定量系統(tǒng)等。2變量系統(tǒng)在液壓挖掘機(jī)采用的變量系統(tǒng)中，是通過容積變量來實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的，其調(diào)速方式有三種：變數(shù)泵定量馬達(dá)調(diào)速、定量泵變量馬達(dá)調(diào)速和變量泵變量馬達(dá)調(diào)速。單斗液壓挖掘機(jī)的變量系統(tǒng)多采用變量泵定量馬達(dá)的組合方式實(shí)現(xiàn)無極變量，且都是雙泵雙回路。根據(jù)兩個回路的變量有無

32、關(guān)連，分為功率變量系統(tǒng)和全功率變量系統(tǒng)兩種。其中的分功率變量系統(tǒng)的每個油泵各有一個功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，油泵的流量變化只受自身所在回路壓力變化的影響，與另一回路的壓力變化無關(guān)，即兩個回路的油泵各自獨(dú)立地進(jìn)行恒功率調(diào)節(jié)變量，兩個油泵各自擁有一半發(fā)動機(jī)輸出功率；全功率變量系統(tǒng)中的兩個油泵由一個總功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，使兩個油泵的擺角始終相同。同步變數(shù)、流量相等。決定流量變化的是系統(tǒng)的總壓力，兩個油泵的功率在變量范圍內(nèi)是不相同的。其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有機(jī)械聯(lián)動式和液壓聯(lián)動式兩種形式。2.1.2YW-160 型單斗液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)國產(chǎn)YW-160 型履帶式單斗液壓挖掘機(jī)的工作裝置、行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)裝置等均采用液壓驅(qū)

33、動，其液壓系統(tǒng)如圖1 所示。該挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)采用雙泵雙向回路定量系統(tǒng)，由兩個獨(dú)立的回路組成。所用的油泵 1 為雙聯(lián)泵，分為A、 B 兩泵。八聯(lián)多路換向閥分為兩組，每組中的四聯(lián)換向閥組為串聯(lián)油路。油泵A 輸?shù)膲毫M(jìn)入第一組多路換向閥，驅(qū)動回轉(zhuǎn)馬達(dá)、鏟斗油缸、輔助油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動右行走馬達(dá)7。該組執(zhí)行組件不工12作時(shí)油泵A 輸出的壓力油經(jīng)第一組多路換向閥中的合流閥進(jìn)入第二組多路換向閥，以加快動臂或斗桿的工作速度。油泵B 輸出的壓力油進(jìn)入第二組多路換向閥，驅(qū)動動臂油缸、斗桿油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動左行走馬達(dá)8 和推土板油缸6。該液壓系統(tǒng)中兩組多種換向閥均采用串聯(lián)油路，其回油路并聯(lián)，油液通

34、過第二組多路換向閥中的限速閥5 流向油箱。限速閥的液控口作用著由梭閥提供的A、B 兩油泵的最大壓力，當(dāng)挖掘機(jī)下坡行走出現(xiàn)超速情況時(shí)，油泵出口壓力降低，限速閥自動對回油進(jìn)行節(jié)流，防止溜坡現(xiàn)象，保證挖掘機(jī)行駛安全。在左、右行走馬達(dá)內(nèi)部除設(shè)有補(bǔ)油閥外，還設(shè)有雙速電磁閥9，當(dāng)雙速電磁閥在圖標(biāo)位置時(shí)馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞構(gòu)成串聯(lián)油路，此時(shí)為高速；當(dāng)雙速電磁閥通電后，馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞呈并聯(lián)狀態(tài)，馬達(dá)排量大、轉(zhuǎn)速降低，使挖掘機(jī)的驅(qū)動力增大。為了防止動臂、斗桿、鏟斗等因自重而超速降落，其回路中均設(shè)有單向節(jié)流閥。另外，兩組多路換向閥的進(jìn)油路中設(shè)有安全閥，以限制系統(tǒng)的最大壓力，在各執(zhí)行組件的分支油路中均設(shè)有超載閥，

35、吸收工作裝置的沖擊；油路中還設(shè)有單向閥，以防止油液的倒流、阻斷執(zhí)行組件的沖擊振動向油泵的傳遞。YW-160 型單斗液壓挖掘機(jī)除了主油路外，還有如下低壓油路：1排灌油路。將背壓油路中的低壓油，經(jīng)節(jié)流降壓后供給液壓馬達(dá)殼體內(nèi)部，使其保持一定的循環(huán)油量，及時(shí)沖洗磨損產(chǎn)物。同時(shí)回油溫度較高，可對液壓馬達(dá)進(jìn)行預(yù)熱，避免環(huán)境溫度較低時(shí)工作液體對液壓馬達(dá)形成“熱沖擊”。2泄油回路。將多路換向閥和液壓馬達(dá)的泄漏油液用油管集中起來，通過五通接頭和濾油器流回油箱。該回路無背壓以減少外漏。液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可通過檢查泄漏油路濾油器，判定是否屬于液壓馬達(dá)磨損引起的故障。3補(bǔ)油油路。該液壓系統(tǒng)中的回油經(jīng)背壓閥流回油箱，

36、并產(chǎn)生0.81.0MPa的補(bǔ)油壓力，形成背壓油路，以便在液壓馬達(dá)制動或出現(xiàn)超速時(shí)，背壓油路中的油液經(jīng)補(bǔ)油閥向液壓馬達(dá)補(bǔ)油，以防止液壓馬達(dá)內(nèi)部的柱塞滾輪脫離導(dǎo)軌表面。該液壓系統(tǒng)采用定量泵，效率較低、發(fā)熱量大，為了防止液壓系統(tǒng)過大的溫升，在回油路中設(shè)置強(qiáng)制風(fēng)冷式散熱器，將油溫控制在80以下。13圖 . YW 160 型單斗履帶式挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)油泵；、分配閥組；單向閥；速度限制閥；推土板油缸；、行走馬達(dá)；雙速閥；回轉(zhuǎn)馬達(dá)；動臂油缸；輔助油缸；斗桿油缸；鏟斗油缸；背壓閥；冷卻器；濾油器2.2液壓挖掘機(jī)工作裝置油缸作用力的確定對液壓挖掘機(jī)的油缸研究，先以動臂油缸、鏟斗油缸、斗桿油缸做為研究對象。2.2.

37、1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(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最大卸載距離位置進(jìn)行卸載來確定，其計(jì)算簡圖如下圖所示。14圖 . 動臂油缸作用力分析此時(shí)動臂油缸作用力為：Fb 1 （ Gbt l dAGg l gAGbl bA ）l3式中 Gbt 鏟斗及其裝載土壤重力GG 斗桿所受重力Gb 動臂所受重力l dA 鏟斗質(zhì)心到動臂下鉸點(diǎn)A 的水平距離l gA 斗桿質(zhì)心到動臂下鉸點(diǎn)A 的水平距離l bA 動臂質(zhì)心到動臂下鉸點(diǎn)A 的水平距離同樣根據(jù)受力平衡可求出斗桿油缸閉鎖力和鏟斗油缸閉鎖力。因?yàn)閯颖塾透字怀惺艽蟊邸⒍窏U、鏟斗及各液壓缸的自重，而不進(jìn)行挖掘動作，但是要承受很大的彎曲

38、力矩，要考慮液壓缸的抗彎能力，所以如果計(jì)算出動臂油缸所需過載壓力太大，只要采取增加動臂油缸徑和活塞桿徑的措施即可解決。2.2.2鏟斗油缸工作受力分析15圖 .鏟斗油缸作用力分析反鏟裝置載作業(yè)過程中，當(dāng)以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鲿r(shí)，其最大挖掘力為鏟斗油缸設(shè)計(jì)的依據(jù)。反鏟最重要的工作位置最大挖掘深度時(shí)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(shí)計(jì)算位置為動臂下放到最低位置，鏟斗油缸作用力與斗桿鉸點(diǎn)由最大力臂。由圖計(jì)算鏟斗油缸作用力為：FdF1 max l Cl1式中 l1 鏟斗油缸作用力對搖臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（此位置為要比長度）16l CF1max 對鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)C 的力臂這時(shí)斗桿及動臂油缸處于封閉

39、狀態(tài)，斗桿油缸封閉力F / g 應(yīng)滿足：/F / gF1max l B F2 l Bl2式中 l 2 斗桿油缸閉鎖力F / g 對斗桿與動臂鉸點(diǎn)B 的力臂l BF1 max 對斗桿與動臂鉸點(diǎn)B 的力臂l B/F2 對斗桿與動臂鉸點(diǎn)B 的力臂F 2 挖掘阻力的法向分力，F(xiàn)20.2F1 max動臂油缸閉鎖力Fb/ 應(yīng)滿足Fb/F1max l A F2l A/l3式中 l3 動臂油缸閉鎖力Fb/ 對鉸點(diǎn)的力臂l AF1 max 對動臂下鉸點(diǎn)的力臂l A/F2 對鉸點(diǎn)的力臂此外，最大鏟斗挖掘力在其工作位置能否實(shí)現(xiàn)，還受到挖掘機(jī)穩(wěn)定性的限制，因?yàn)橛锌赡芡诰蛄ι形催_(dá)到最大值時(shí)，挖掘機(jī)已經(jīng)失去穩(wěn)定。因此，選取鏟斗油缸最大推力時(shí)應(yīng)以保證挖掘機(jī)的穩(wěn)定為前提條件。2.2.3斗桿油缸作用力分析當(dāng)挖掘機(jī)以鏟斗挖掘時(shí)，其最大挖掘力則由斗桿油缸來保證。斗桿油缸最大作用力計(jì)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鉸點(diǎn)有最大力臂，即對斗桿產(chǎn)生最大作用力距，并使斗齒尖和鉸點(diǎn)，在一條直線上，如下圖所示。17圖