液壓與氣壓傳動課程設計ZL50輪胎式裝載機液壓系統(tǒng)設計

1、液壓與氣壓傳動 課程設計專用紙 機制專業(yè)0704班 機電工程系液壓與氣壓傳動課程設計題目： zl50輪胎式裝載機液壓系統(tǒng)設計 專業(yè)： 機械設計制造及自動化 班級： 機制 姓名： 學號： 指導教師： 2010.6.1一.液壓傳動課程設計任務書1(一)、主要任務與目標1(二)、主要內(nèi)容1(三)、工作量要求1二：裝載機的簡介2（一）簡介2（二）液壓傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點：2（三）裝載機液壓系統(tǒng)的設計方法與要求2三：液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖3四：zl-50液壓傳動系統(tǒng)工作原理4（一）動臂液壓缸工作回路。4（二）轉(zhuǎn)斗液壓缸工作回路。4（三）自動限位裝置4（四）轉(zhuǎn)向液壓缸工作回路4五：各元件參數(shù)計算5（一）查閱資

2、料整理得表5（二）鏟斗液壓分析計算6（三）動臂液壓分析計算9（四）轉(zhuǎn)向液壓缸液壓分析計算12六、設計小結(jié)20七、參考文獻20八、心得體會21一.液壓傳動課程設計任務書(一)、主要任務與目標任務： zl50鉸接式輪胎裝載機液壓系統(tǒng)設計轉(zhuǎn)載機是用來裝卸成堆散料作業(yè)的機械，裝載機的舉重量為5噸。裝載機的基本動作是：將鏟斗插入物料向后翻轉(zhuǎn)鏟斗,保持載荷, 提升物料到一定高度,將物料運輸?shù)筋A定地點卸料。如此循環(huán)作業(yè)。裝載機露天工作，對液壓系統(tǒng)要求如下：1.工作性能好。2.壽命長,可靠性高。3.操縱性能好。4.便于維修和保養(yǎng)。目標：通過本題目的課程設計，使學生對所學的液壓與氣壓傳動課程知識有一個全面深刻的

3、認識，熟悉液壓系統(tǒng)設計的基本方法和過程；提高學生的動手能力和工程實踐能力。(二)、主要內(nèi)容（1）熟悉設計任務，明確設計及目標。（2）根據(jù)設計要求和已學過的設計流程，擬定系統(tǒng)工作原理圖。（3）計算各元件的參數(shù)并驗算。（4）元件選型。（5）編制文件，繪制速度、負載圖譜。(三)、工作量要求完成規(guī)定的任務，總字數(shù)30004000字。設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注二：裝載機的簡介（一）簡介裝載機是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設工程的土石方施式機械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進行推土、起重和其他物料如木

4、材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級公路施工中，裝載機用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進行推運土壤、刮平地面和牽引其他機械等作業(yè)。由于裝載機具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優(yōu)點，因此它成為工程建設中土石方施工的主要機種之一，同時也成為工程機械中發(fā)展最快、產(chǎn)銷量及市場需求最大的機種之一。（二）液壓傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點：一液壓傳動：以液體為工作介質(zhì)靠液體的壓力能來傳遞動力的傳動二工作原理特點：具有一定壓力的液體傳動；傳動過程經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換；傳動必須在密閉容器內(nèi)進行，而且容積要發(fā)生變化。三液壓傳動的優(yōu)點1.功率體積比大 2.可在實現(xiàn)無級調(diào)速 3.容

5、易實現(xiàn)自動化 4.平穩(wěn)，壽命長 5.易于實現(xiàn)過載保護 6.布置靈活四液壓傳動的缺點1石油資源有限，可燃。2不能保證嚴格的傳動比。 3易對環(huán)境造成污染。 4液壓傳動系統(tǒng)成本高5要求有單獨的能源，使用不方便。6故障不易檢查排除。（三）裝載機液壓系統(tǒng)的設計方法與要求液壓系統(tǒng)的設計基本包括四個步驟：明確設計依據(jù)，進行工況分析；確定液壓系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)圖；液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇；液壓系統(tǒng)的驗算和繪制工作圖、編制技術文件。在設計過程中不一定要嚴格按照這些步驟進行，有時可以交替進行，甚至要反復多次。對某些關鍵性的參數(shù)和性能難以確定時，要先經(jīng)過試驗，才能把設計方案確定下來。由于裝載機是在露天情況

6、下工作，因而對系統(tǒng)有如下地要求：設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注（1）工作性能好。應保證具有較高的生產(chǎn)率和工作平穩(wěn)性。（2）壽命長,可靠性高。（3）操縱性能好。（4）便于維修和保養(yǎng)設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注三：液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注四：zl-50液壓傳動系統(tǒng)工作原 理（一）動臂液壓缸工作回路。動臂液壓缸的進油路由工作液壓泵和輔助液壓泵供油。流量總和最大可達320升/分。分配閥采用傳并聯(lián)油路的多種閥，其中控制動臂的閥為四位閥。當四位閥處于圖示中位時，液壓缸鎖緊而液壓泵卸荷。此外，還能實現(xiàn)空斗迅速下降，甚至在發(fā)動機熄火的情況下也能將下鏟斗。回路工作壓力由分配閥中的安

7、全溢流閥調(diào)定為150公斤/厘米2。（二）轉(zhuǎn)斗液壓缸工作回路。裝載機在鏟取物料時一般要求先轉(zhuǎn)斗后提升動臂，所以轉(zhuǎn)斗液壓缸與動臂液壓缸采用串并聯(lián)油路連接，并將控制轉(zhuǎn)斗壓缸的三位閥放置在動臂液壓缸的四位閥之前，以保證轉(zhuǎn)斗液壓缸能優(yōu)先動作。在轉(zhuǎn)斗液壓缸的小腔油路中尚設有雙作用安全閥。它的作用是在動臂升降過程中，轉(zhuǎn)斗的連桿機構由于動作不相協(xié)調(diào)而受到某種程度的干涉，雙作用安全閥可起到緩沖補油作用（三）自動限位裝置在工作裝置和分流閥上裝有自動復位裝置，以實現(xiàn)工作中鏟斗自動放平，動臂提升自動限位動作。在動臂后鉸點和轉(zhuǎn)斗液壓缸處裝有自動復位行程開關，當行程開關脫開觸點，電磁閥斷電而復位，關閉進氣通道，閥體內(nèi)的壓

8、縮空氣從放氣孔排出。（四）轉(zhuǎn)向液壓缸工作回路裝載機要求具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向速度，也就是要求進入轉(zhuǎn)向液壓缸的油液流量恒定。轉(zhuǎn)向液壓缸的油液主要來自cb46轉(zhuǎn)向泵，該泵由主機的柴油發(fā)動機拖出，在發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速下，流量為77升/分。流量轉(zhuǎn)向閥的工作原理是：使轉(zhuǎn)向泵輸出的油液通過兩個節(jié)流孔，兩孔前后產(chǎn)生壓差d設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注五：各元件參數(shù)計算p=p1-p2和dp”=p2-p3，總壓差dp dp dp”p1-p3。液動分流閥左端控制油路接p1，右端接p2。設兩端油壓的作用面積均為f，閥芯即處在油壓p1與p2的推力和彈簧力p彈之和相平衡的位置。當轉(zhuǎn)向泵流量q1正常，dp達到規(guī)定值而p1/p3+p彈

9、/f時，分流閥被推至a工位，于是q20，輔助泵排油全部輸入工作裝油路。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低，使q1減小到p1 p3+p彈/f時，分流閥便逐漸被推向b工位，于是輔助泵開始向轉(zhuǎn)向油路輸油。由于增加樂流量q2，使p2上升，同時p1值也隨之上升，直到p1 /p3+p彈/f時，分流閥便停留在新的平衡位置。裝載機轉(zhuǎn)向機構要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此隨動閥采取負封閉的換向過渡形式，這樣還防止突然換向時系統(tǒng)壓力瞬時升高。同時還加了一個鎖緊滑閥來防止轉(zhuǎn)向液壓缸竄動。鎖緊閥的作用是在轉(zhuǎn)載機直線行駛時防止液壓缸竄動和降低關閉油路的速度，減少液壓沖擊，避免油路系統(tǒng)損壞。另一個作用是當轉(zhuǎn)向泵和輔助泵管路發(fā)生破損或油泵出現(xiàn)故障時，鎖緊

10、滑能自動回到關閉油路位置，從而保證機器不擺頭。（一） 查閱資料整理得下表表1.1動作名稱外負載/n速度/鏟斗快進50006鏟斗工進155000.5鏟斗快退50006鏟斗停止設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注表1.2動作名稱外負載/n速度/動臂快進1000016動臂工進490000.6動臂快退50008動臂停止表1.3動作名稱外負載/n速度/轉(zhuǎn)向缸快進1000016轉(zhuǎn)向缸工進145000.3轉(zhuǎn)向缸快退1000016轉(zhuǎn)向缸停止（二）鏟斗液壓分析計算（1）鏟斗的快進,工進,快退負載分別是： f=5000 f=15500 f=5000由表1.1數(shù)值繪制負載圖設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注由此可繪制出速度圖

11、（2）確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 查閱課本表8-7和表8-8可知，裝載機鏟斗的最大負載約為15500n時液壓系統(tǒng)宜取壓力p1=3 mpa。液壓缸可選用單活塞式的并在快進時左差動連接，這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積a1應為有桿腔工作面積a2的兩倍，既=a1/a2=2，而活塞桿直徑d與缸筒直徑d成d=0.707d的關系。按表8-3取p2=3mpa。有公式計算液壓缸面積：a2= =53.81a1=107.6d=0.117md=0.707d=0.082m設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注將這些直徑按gb/t2348-2001圓整成就近標準值得：d=0.11m d=0.082m由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為

12、a1=107.4a2=54.16經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。（3）根據(jù)上述d和d的值，可以液壓缸工作階段中的壓力，流量和功率，如下表：工況負載回油腔壓力進油腔壓力輸入流量輸入功率快進500030.9780.53240.5206工進1550031.50.0890.1335快退500030.9610.54160.5204繪制工況圖，如下圖：設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注（4）鏟斗液壓基本回路：裝載機在鏟取物料時一般要求先轉(zhuǎn)斗后提升動臂，所以轉(zhuǎn)斗液壓缸與動臂液壓缸采用串并聯(lián)油路連接，并將控制轉(zhuǎn)斗壓缸的三位閥放置在動臂液壓缸的四位閥之前，以保證轉(zhuǎn)斗液壓缸能優(yōu)先動作。在轉(zhuǎn)斗液壓缸的小腔油路中

13、尚設有雙作用安全閥。它的作用是在動臂升降過程中，轉(zhuǎn)斗的連桿機構由于動作不相協(xié)調(diào)而受到某種程度的干涉，雙作用安全閥可起到緩沖補油作用（三）動臂液壓分析計算（1） 鏟斗的快進,工進,快退負載分別是：f=10000 f= 49000 f=5000由表1.2數(shù)值繪制負載圖設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注由此可繪制出速度圖，如下圖（2）確定執(zhí)行元件主要參數(shù)查閱課本表8-7和表8-8可知，裝載機動臂的最大負載約為49000n時液壓系統(tǒng)宜取壓力p1=5 mpa。液壓缸可選用單活塞式的并在快進時左差動連接，這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積a1應為有桿腔工作面積a2的兩倍，既=a1/a2=2，而活塞桿直徑d與缸筒

14、直徑d成d=0.707d的關系。按表8-3取p2=3mpa。有公式計算液壓缸面積： a2=72.91設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注a1=145.8d=0.431md=0.707d=0.304m將這些直徑按gb/t2348-2001圓整成就近標準值得： d=0.43m d=0.30m由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為a1=0.145a2=0.074經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。（3）根據(jù)上述d和d的值，可以液壓缸工作階段中的壓力，流量和功率，如下表：工況負載回油腔壓力進油腔壓力輸入流量輸入功率快進1000030.141.1360.15工進4900030.350.0870.0304快退5

15、00030.070.5920.04繪制工況圖，如下圖：設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注（4）動臂液壓基本回路：動臂液壓缸的進油路由工作液壓泵和輔助液壓泵供油。流量總和最大可達320升/分。分配閥采用傳并聯(lián)油路的多種閥，其中控制動臂的閥為四位閥。當四位閥處于圖示中位時，液壓缸鎖緊而液壓泵卸荷。此外，還能實現(xiàn)空斗迅速下降，甚至在發(fā)動機熄火的情況下也能將下鏟斗?；芈饭ぷ鲏毫τ煞峙溟y中的安全溢流閥調(diào)定為150公斤/厘米2。（四）轉(zhuǎn)向液壓缸液壓分析計算（1）轉(zhuǎn)向液壓缸的快進,工進,快退負載分別是： f=10000 f=14500 f=10000由表1.3數(shù)值繪制負載圖由此可繪制出速度圖，如下圖設計內(nèi)容設計

16、說明及計算過程備注（2）確定執(zhí)行元件主要參數(shù)查閱課本表8-7和表8-8可知，裝載機動臂的最大負載約為14500n時液壓系統(tǒng)宜取壓力p1=3 mpa。液壓缸可選用單活塞式的并在快進時左差動連接，這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積a1應為有桿腔工作面積a2的兩倍，既=a1/a2=2，而活塞桿直徑d與缸筒直徑d成d=0.707d的關系。按表8-3取p2=3mpa。有公式計算液壓缸面積： a2=50.34a1=100.68d=0.114md=0.707d=0.08m設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注（4）轉(zhuǎn)向缸液壓基本回路：裝載機要求具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向速度，也就是要求進入轉(zhuǎn)向液壓缸的油液流量恒定。轉(zhuǎn)向液壓缸的油

17、液主要來自cb46轉(zhuǎn)向泵，該泵由主機的柴油發(fā)動機拖出，在發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速下，流量為77升/分。流量轉(zhuǎn)向閥的工作原理是：使轉(zhuǎn)向泵輸出的油液通過兩個節(jié)流孔，兩孔前后產(chǎn)生壓差dp=p1-p2和dp”=p2-p3，總壓差dp dp dp”p1-p3。液動分流閥左端控制油路接p1，右端接p2。設兩端油壓的作用面積均為f，閥芯即處在油壓p1與p2的推力和彈簧力p彈之和相平衡的位置。當轉(zhuǎn)向泵流量q1正常，dp達到規(guī)定值而p1/p3+p彈/f時，分流閥被推至a工位，于是q20，輔助泵排油全部輸入工作裝油路。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低，使q1減小到p1 p3+p彈/f時，分流閥便逐漸被推向b工位，于是輔助泵開始向轉(zhuǎn)向油路輸

18、油。由于增加樂流量q2，使p2上升，同時p1值也隨之上升，直到p1 /p3+p彈/f時，分流閥便停留在新的平衡位置。設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注（五）選擇液壓元件及油路分析：（1）裝載機工作裝置液壓系統(tǒng)。它由一下部分組成：1轉(zhuǎn)斗液壓缸；2動臂液壓缸；3動臂液壓缸換向閥；4轉(zhuǎn)斗液壓缸換向閥；5單向閥；6液壓泵；7濾油器；8溢流閥；9緩沖補油閥；10油箱 方向控制閥設有動臂液壓缸換向閥和轉(zhuǎn)斗液壓缸換向閥，用來控制轉(zhuǎn)斗液壓缸的和動臂液壓缸的運動方向，使鏟斗和動臂能停在某一位置，并可以通過控制換向閥的開度來獲得液壓缸的不同速度。轉(zhuǎn)斗液壓缸換向閥是三位六通滑閥，它可控制鏟斗前傾、后傾和固定在某一位置等

19、三個動作，動臂液壓缸換向閥是四位六通滑閥，它可控制動臂上升、下降、固定和浮動等四個動作。動臂浮動位置可使裝載機在平地堆積作業(yè)時，工作裝置能隨地面情況自由浮動。 溢流閥控制系統(tǒng)壓力。 緩沖補油閥(雙作用閥)它由過載閥和單向閥組成，并聯(lián)裝在轉(zhuǎn)斗液壓缸的回路上，其作用由三個：當轉(zhuǎn)斗液壓缸滑閥在中位時，轉(zhuǎn)斗液壓缸前后腔均閉死，如鏟斗受到額外沖擊載荷，引起局部油路壓力劇升，將導致?lián)Q向閥和液壓缸之間的元件、管路的破壞。設置過載閥即能緩沖該過載油壓。在動臂升降過程中，使轉(zhuǎn)斗液壓缸自動進行泄油和補油。裝載機連桿機構上設有限位塊，當動臂在升降至某一位置時，可能會出現(xiàn)連桿機構的干涉現(xiàn)象。裝載機在卸載時，能實現(xiàn)鏟斗

20、靠自重快速下翻。并順勢撞擊限位塊，使斗內(nèi)剩料卸凈。當卸料時，壓力油進入轉(zhuǎn)斗液壓缸前腔實現(xiàn)轉(zhuǎn)斗。當鏟斗重心越過斗下餃點后，設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注鏟斗在重力作用下加速翻轉(zhuǎn)。但其速度受到液壓泵供油速度的限制，由于緩沖補油閻中的單向閥及時向轉(zhuǎn)斗液壓缸前腔補油，使鏟斗能快速下翻，撞擊限位塊，實現(xiàn)撞斗卸料。為了提高裝載機的作業(yè)效率，該系統(tǒng)采用雙泵合流、分流、轉(zhuǎn)向優(yōu)先的卸荷系統(tǒng)。當轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向泵向工作系統(tǒng)提供多余的油液。不轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向泵的全部油液經(jīng)合流單向閥進入工作裝置系統(tǒng)。當工作裝置系統(tǒng)壓力達到卸荷閥調(diào)定的壓力，轉(zhuǎn)向泵提供給工作裝置的油液經(jīng)卸荷閥流回油箱，從而使液力機械傳動系統(tǒng)提供更大的鏟入力。合

21、理的利用了發(fā)動機的功率，提高了整機的作業(yè)效率。（2）油路分析如下：、鏟斗收起與前傾鏟斗的收起與前傾由轉(zhuǎn)斗液壓缸工作回路實現(xiàn).當操縱手動換向閥使其右位工作時,鏟斗液壓缸活塞桿伸出，并通過搖臂斗桿帶動鏟斗翻轉(zhuǎn)收起進行鏟裝.其油路為:進油路:液壓泵手動換向閥右位鏟斗液壓缸無桿腔?；赜吐罚虹P斗液壓缸有桿腔手動換向閥右位精過濾器油箱。當操縱手動換向閥使其左位工作時，鏟斗液壓缸活塞桿縮回，并通過搖臂斗桿帶動鏟斗前傾進行卸載。其油路為：進油路：液壓泵手動換向閥左位鏟斗液壓缸有桿腔?；赜吐罚虹P斗液壓缸無桿腔手動換向發(fā)左位精過濾器油箱。當鏟斗在收起與前傾的過程中，若轉(zhuǎn)向液壓泵輸出流量正常，則流量轉(zhuǎn)換閥中的流量分

22、配閥工作在左位，使輔助液壓泵與主液壓泵形成并聯(lián)供油（動臂升降回路也是如此）。當操縱手動換向閥使其處于中位時，鏟斗液壓缸進，出油口被封閉，依靠換向閥的鎖緊作用，鏟斗在某一位置處于停留狀態(tài)。設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注動臂升降動臂的升降由動臂升降液壓缸工作回路實現(xiàn)。當操縱手動換向閥11使其工作在右位時，動臂升降液壓缸的活塞桿伸出，推動動臂上升，完成動臂提升動作。其油路為：進油路：液壓泵手動換向閥中位手動換向閥右位動臂升降液壓缸無桿腔?；赜吐罚簞颖凵涤袟U腔手動換向閥精過濾器油箱。當動臂提升到轉(zhuǎn)運位置時，操縱手動換向閥使其工作在中位，此時動臂升降液壓缸的進出油路被封閉，依靠換向閥的緊鎖作用使動臂固

23、定以便運轉(zhuǎn)。當鏟斗前傾卸載后，操縱手動換向閥使其工作在左位時，動臂升降液壓缸的活塞桿縮回，帶動動臂下降。其油路為：進油路：液壓泵手動換向閥中位手動換向閥左位動臂升降液壓缸有桿腔?；赜吐罚簞颖凵禑o桿腔手動換向閥中精過濾器油箱。折腰轉(zhuǎn)向輪式裝載機的車架采用前，后車鉸接機構，因此其轉(zhuǎn)向機構采用交接車架進行折腰轉(zhuǎn)向。裝載機鉸接車架折腰轉(zhuǎn)向過程是由轉(zhuǎn)向液壓缸工作回路來實現(xiàn)的，并要求具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向速度（即要求進入轉(zhuǎn)向液壓缸的油液流量恒定）。轉(zhuǎn)向液壓缸的油液主要來自轉(zhuǎn)向液壓泵，在發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速（1600r/min）下轉(zhuǎn)向液壓泵的流量為77l/min當發(fā)動機受其他負荷影響而轉(zhuǎn)速下降時，就會影響轉(zhuǎn)向速度的穩(wěn)定性。這時就需要從輔助液壓泵通過流量換向閥補入轉(zhuǎn)向泵所減少的流量，以保證轉(zhuǎn)向油路的流量穩(wěn)定。當流量換向閥在相應位置時，也可將輔助液壓泵多余的或全部液壓油共給工作裝置油路，以加快動臂升降液壓缸和鏟斗液壓缸的動作速度，縮短作業(yè)循環(huán)時間和提高生產(chǎn)效率。設計內(nèi)容設計說明及計算過程備注六、設計小 結(jié)七、參考文 獻此次液壓課程設計的過程中，要進行各種負載的分析、計算。通過分析得出的數(shù)據(jù)繪制負載圖、速度圖、液壓缸工況圖。在繪圖的過程中用到了cad制圖，在cad無法解決繪圖問題上