《液壓元件系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)裝載機(jī)液壓系統(tǒng)說明書

1、武漢理工大學(xué) 液壓元件系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)說明書目錄1.主要內(nèi)容及目的-11.1主要內(nèi)容-11.2本次設(shè)計(jì)目的-12.裝載機(jī)簡(jiǎn)介-12.1簡(jiǎn)介-12.2裝載機(jī)工作原理-22.3液壓傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)及定點(diǎn)分析-22.4液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟-23.液壓回路設(shè)計(jì)及功能的實(shí)現(xiàn)-24.液壓系統(tǒng)工況分析-44.1轉(zhuǎn)向液壓缸工作回路-44.2轉(zhuǎn)斗液壓缸工作回路-44.3動(dòng)臂液壓缸工作回路-54.4自動(dòng)限位裝置工作原理-55.液壓系統(tǒng)主要參數(shù)-55.1初選系統(tǒng)壓力-55.2系統(tǒng)液壓缸的計(jì)算與選型-65.2.1轉(zhuǎn)斗液壓缸的計(jì)算與選型-65.2.2動(dòng)臂液壓缸的計(jì)算與選型-75.2.3轉(zhuǎn)向液壓缸的計(jì)算與選型-85.3液壓泵排量的計(jì)算

2、與選型-95.3.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓泵1的選擇-95.3.2輔助系統(tǒng)液壓泵2的選擇-95.3.3工作裝置液壓泵3的選擇-106.液壓元件的選擇-107.液壓輔助元件的選擇-117.1過濾器的選擇-117.2蓄能器的設(shè)計(jì)選用-127.3油箱組件的選擇-127.4油管的計(jì)算選擇-128.系統(tǒng)回路驗(yàn)算-138.1液壓系統(tǒng)回路壓力流量驗(yàn)算-138.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算-149.集成塊的設(shè)計(jì)-1610.課程設(shè)計(jì)小結(jié)-1911.參考文獻(xiàn)-19裝載機(jī)液壓系統(tǒng)說明書1.主要內(nèi)容及目的1.1主要內(nèi)容 結(jié)合裝載機(jī)裝載及作業(yè)原理、作業(yè)動(dòng)作，基于其液壓轉(zhuǎn)向、液壓動(dòng)臂、液壓轉(zhuǎn)斗等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)以上功能的液壓回路。1.

3、2本次設(shè)計(jì)目的 通過本次不限題目的課程設(shè)計(jì)，增長(zhǎng)了自己的見識(shí)，提高了看圖、讀圖的能力，實(shí)際與理論（液壓元件系統(tǒng)）相結(jié)合，自己對(duì)液壓方面有了進(jìn)深刻、更全面的認(rèn)識(shí)，專業(yè)理論獲得了很好的提升，同時(shí)為即將步入社會(huì)的我們，對(duì)機(jī)械行業(yè)有了初步了解，為今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2.裝載機(jī)簡(jiǎn)介2.1簡(jiǎn)介裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施工機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)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(jìn)行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級(jí)公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料

4、場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一。部標(biāo)jb1603-75規(guī)定，露天裝載機(jī)的產(chǎn)品型號(hào)用拼音字母“z”來表示 ，輪胎式用“l(fā)”表示，其后的數(shù)字是額定載重量的“千牛（kn）”數(shù)，再后來的字母是a、b、c、d是指變形改進(jìn)設(shè)計(jì)的次序，在l后直接寫額定的載重量的kn數(shù)。 2.2裝載機(jī)工作原理 裝載機(jī)在裝取貨物時(shí)，首先將鏟斗放平，發(fā)動(dòng)機(jī)加力，鏟取重物，然后將鏟斗翻轉(zhuǎn)，使重物不致落下，提升動(dòng)臂，行至物料堆放處時(shí)，先提升動(dòng)臂，然后翻轉(zhuǎn)鏟斗，達(dá)到一定角度之后，重物由于自

5、重滑出鏟斗，翻轉(zhuǎn)鏟斗放平，落下動(dòng)臂即可繼續(xù)下一操作。2.3液壓傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)及定點(diǎn)分析 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn); 液壓傳動(dòng)：是以液體為工作介質(zhì)靠液體的壓力能來傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)。工作原理及特點(diǎn)：首先必須具有一定壓力的液體，其次傳動(dòng)過程經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換，并且，傳動(dòng)必須在密閉容積內(nèi)進(jìn)行，而且容積要發(fā)生變化。液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：1.功率體積比大 2.可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速 3.容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 4.工作平穩(wěn)，壽命長(zhǎng) 5.易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù) 6.布置靈活，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。液壓傳動(dòng)缺點(diǎn)：1.石油資源有限，可燃，費(fèi)用高 2.不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比 3.由于存在泄漏，一對(duì)環(huán)境造成污染 4.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)成本高 5.要求有單獨(dú)的能源，使用不

6、便 6.故障不已檢查排除裝載機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體思路2.4液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟1.明確設(shè)計(jì)依據(jù)，進(jìn)行工況分析；2.確定液壓系統(tǒng)方案；3.液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選擇；4.液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算和工況的選擇。3.液壓回路設(shè)計(jì)及功能的實(shí)現(xiàn) zl50裝載機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖1轉(zhuǎn)向泵 2輔助泵 3主泵 4流量轉(zhuǎn)換閥 5、9、12溢流閥 6轉(zhuǎn)向閥 7單向節(jié)流閥 8轉(zhuǎn)向油缸 10、11手動(dòng)換向閥 13、14壓力電磁閥 15動(dòng)臂液壓缸 16轉(zhuǎn)斗液壓缸 17儲(chǔ)氣筒zl50裝載機(jī)根據(jù)工作需要，已知該機(jī)鏟斗容量3 m3，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為164kw，額定轉(zhuǎn)速2200 r/min。本系統(tǒng)由三個(gè)泵共同驅(qū)動(dòng)，主泵3、輔助泵2和轉(zhuǎn)向泵

7、1組成兩個(gè)液壓回路，而這兩個(gè)回路是通過輔助泵聯(lián)系起來的。zl50裝載機(jī)的技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)zl50額定載重量5t額定鏟斗容量3.0發(fā)動(dòng)機(jī)總功率154.4 kw最大卸載高度2.85m最大卸載距離1.60m最大牽引力117.6kn最大轉(zhuǎn)彎半徑6.50m最大掘起力122.5kn機(jī)重16.8t外形尺寸長(zhǎng)6.70m寬2.94m高3.25m爬坡能力30最高行駛速度35 km/h軸距2760輪距2250工作裝置循環(huán)時(shí)間舉升時(shí)間8s卸載時(shí)間3s下降時(shí)間4.5s三項(xiàng)和時(shí)間15.5s工作特點(diǎn)：工作裝置動(dòng)作包括動(dòng)臂升降和鏟斗翻轉(zhuǎn)，兩者構(gòu)成單動(dòng)順序回路，它的特點(diǎn)是液壓泵再同一時(shí)間內(nèi)只能按先后順序向一個(gè)機(jī)構(gòu)供油，各機(jī)構(gòu)和

8、進(jìn)油通路按前后順序排列，前面的轉(zhuǎn)斗操縱閥動(dòng)作，后面的動(dòng)臂操縱閥進(jìn)油通路切斷；只有前面閥位于中位時(shí)，才能搬動(dòng)后面的閥使之動(dòng)作。重要元件工作原理：流量轉(zhuǎn)換閥4工作原理：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不高時(shí)，轉(zhuǎn)向泵和輔助泵流量都很少，流經(jīng)兩個(gè)節(jié)流孔的壓差很小，不足以使閥芯克服彈簧力而移動(dòng)，閥芯位于左端，輔助泵和轉(zhuǎn)向泵的流量全部流入轉(zhuǎn)向回路。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，流經(jīng)兩節(jié)流孔的流量增加，使兩個(gè)節(jié)流孔的前后壓差增加，閥芯克服彈簧力，略向右移，此時(shí)輔助泵的油液分為兩部分，分別為轉(zhuǎn)向右路和工作裝置右路供油。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增大時(shí)，節(jié)流孔壓差進(jìn)一步增大，當(dāng)閥芯移向右端極限位置時(shí)，則阻斷輔助泵流向轉(zhuǎn)向油路，輔助泵油液全部進(jìn)入工作

9、裝置油路，可使工作裝置作業(yè)速度提高。鎖緊閥及單向節(jié)流閥7的工作原理： 當(dāng)方向盤不動(dòng)時(shí)，路面引起的干擾力不能使前支架擺動(dòng)。單向節(jié)流閥的設(shè)置使得鎖緊閥的動(dòng)作打開時(shí)動(dòng)作迅速，切斷時(shí)比較緩慢，這有利于防止液壓沖擊。溢流閥9作用：當(dāng)機(jī)構(gòu)發(fā)生故障或者液壓缸故障時(shí)，系統(tǒng)壓力升高，為保護(hù)系統(tǒng)不受損壞，在工作裝置主油路上設(shè)置溢流閥，起溢流保護(hù)作用。雙溢流閥12作用：溢流閥調(diào)定壓力以后，對(duì)轉(zhuǎn)斗液壓缸起緩沖補(bǔ)油作用，當(dāng)動(dòng)臂升降時(shí)，如果鏟斗已傾翻到極限位置，鏟斗液壓缸必須隨動(dòng)以避免別勁，這時(shí)可通過閥12進(jìn)行補(bǔ)油。4.液壓系統(tǒng)工況分析4.1轉(zhuǎn)向液壓缸工作回路轉(zhuǎn)向裝載機(jī)的系統(tǒng)采用雙油缸液力推動(dòng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)流量轉(zhuǎn)換

10、閥，由于油路采用的是定量泵，因此系統(tǒng)流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，因此，比較合理的辦法是選用輔助泵和流量轉(zhuǎn)換閥4.首先由轉(zhuǎn)向泵供油到流量轉(zhuǎn)換閥4，液壓油經(jīng)過轉(zhuǎn)換閥4后，首先流經(jīng)單向節(jié)流閥7起先導(dǎo)作用，操縱手動(dòng)換向閥6右位（左位）時(shí)，可實(shí)現(xiàn)油缸8的伸出（縮回）動(dòng)作，即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的目的。同時(shí)還加了一個(gè)鎖緊滑閥來防止轉(zhuǎn)向液壓缸竄動(dòng)。鎖緊閥的作用是在裝載機(jī)直線行駛時(shí)防止液壓缸竄動(dòng)和降低關(guān)閉油路的速度，減少液壓沖擊，避免油路系統(tǒng)損壞。另一個(gè)作用是當(dāng)轉(zhuǎn)向泵和輔助泵管路發(fā)生破損或油泵出現(xiàn)故障時(shí)，鎖緊滑能自動(dòng)回到關(guān)閉油路位置，從而保證機(jī)器不擺頭。4.2轉(zhuǎn)斗液壓缸工作回路 裝載機(jī)在鏟取物料時(shí)一定是先轉(zhuǎn)斗，然后提升大臂，

11、因此，控制轉(zhuǎn)斗的先導(dǎo)閥與控制動(dòng)臂的先導(dǎo)閥是串聯(lián)連接，并將控制轉(zhuǎn)斗的三位閥11放在控制動(dòng)臂的四位閥之前，以保證轉(zhuǎn)斗液壓缸優(yōu)先動(dòng)作。在小腔回路中設(shè)有雙作用安全閥，作用是當(dāng)機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉時(shí)，起緩沖補(bǔ)油作用?？刂妻D(zhuǎn)斗液壓缸伸縮的三位閥位于右工位時(shí)，壓力油流經(jīng)閥體，進(jìn)入轉(zhuǎn)斗油缸，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗液壓油缸伸出；位于左工位時(shí)，壓力油流經(jīng)閥體，控制轉(zhuǎn)斗液壓油缸縮回。4.3動(dòng)臂液壓缸工作回路 控制轉(zhuǎn)斗的三位換向閥位于中位時(shí)，操縱四位閥10位于右極限工位時(shí)，壓力流流經(jīng)閥體進(jìn)入動(dòng)臂液壓缸，控制動(dòng)臂液壓缸伸出；位于左2位時(shí)，壓力油進(jìn)入動(dòng)臂油缸，控制動(dòng)臂液壓缸縮回；當(dāng)位于左極限工位時(shí)，既可實(shí)現(xiàn)允許動(dòng)臂液壓缸浮動(dòng)，以適應(yīng)費(fèi)平整工作

12、面上的操作，也可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，在系統(tǒng)不提供壓力油的情況下，動(dòng)臂液壓缸可實(shí)現(xiàn)控制縮回，保證安全的目的。4.4自動(dòng)限位裝置工作原理為了提高生產(chǎn)率，也避免液壓缸活塞桿經(jīng)常伸縮到極限位置而造成安全閥頻繁地啟閉，在工作裝置和先導(dǎo)閥上裝有自動(dòng)復(fù)位裝置，以實(shí)現(xiàn)工作鏟斗的自動(dòng)放平和動(dòng)臂提升自動(dòng)限位動(dòng)作。分別在動(dòng)臂鉸點(diǎn)和轉(zhuǎn)斗液壓缸處裝有自動(dòng)復(fù)位行程開關(guān)，當(dāng)行程開關(guān)碰到觸點(diǎn)后，壓力電磁閥13、14通電，使儲(chǔ)氣筒17的壓縮空氣經(jīng)電磁閥進(jìn)入轉(zhuǎn)斗或動(dòng)臂先導(dǎo)閥回位閥體，使滑閥回位。當(dāng)行程開關(guān)脫開節(jié)點(diǎn)，電磁閥斷電，電磁閥復(fù)位，關(guān)閉進(jìn)氣通道，回位閥體的壓縮空氣從放氣孔排出。5.液壓系統(tǒng)主要參數(shù)5.1初選系統(tǒng)壓力 壓力的選

13、擇要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備類型而定，還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間，經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在液壓系統(tǒng)功率一定的情況下，若系統(tǒng)壓力選得過低，則液壓元、輔件的尺寸和重量就增加，對(duì)某些設(shè)備來說，尺寸受到限制，系統(tǒng)造價(jià)也不經(jīng)濟(jì)；若系統(tǒng)壓力選得較高，則液壓設(shè)備的重量、尺寸和造價(jià)會(huì)相應(yīng)降低。然而，若系統(tǒng)壓力選用過高，由于對(duì)制造液壓元、輔件的材質(zhì)、密封、制造精度等要求的提高，反而會(huì)增大或增加液壓設(shè)備的尺寸、重量和造價(jià)，其系統(tǒng)效率和使用壽命也會(huì)相應(yīng)下降。參照液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)如下：按載荷選擇工作壓力載荷/kn5-1010-2020-3030-5050工作壓力/mpa1.2kw由此可見，油箱的散熱可以滿足系統(tǒng)的散

14、熱，不需要另設(shè)冷卻器。9.集成塊部分選定zl50裝載機(jī)由于技術(shù)成熟，控制轉(zhuǎn)斗和動(dòng)臂的手動(dòng)換向閥已做成標(biāo)準(zhǔn)集成塊df系列形式，因此選擇控制轉(zhuǎn)向的手動(dòng)閥和鎖緊閥以及控制轉(zhuǎn)向回路的壓力的溢流閥5共同做成集成塊形式。9.1集成塊設(shè)計(jì)步驟a.制作液壓元件樣板； b.決定通孔的孔徑，在元件孔徑基礎(chǔ)上加1mm；c.集成塊上液壓元件的布置；d.集成塊零件圖的繪制；9.2集成塊尺寸的確定先在裝配圖中把集成塊上的元件放置好，然后測(cè)量距離參照產(chǎn)品與技術(shù)中“關(guān)于閥件油路集成塊的設(shè)計(jì)”得出集成塊中各閥安裝位置的設(shè)計(jì)要求：9.2.1 方向閥的安裝布置方向類閥主要是指換向閥類、單向閥類，一般情況下，大換向閥安裝位置在閥板的

15、上面（特別是手動(dòng)換向閥類），這樣操作與調(diào)試維修方便；如果安裝面在右面，則大換向閥安裝位置在閥板的上面或前面。根據(jù)上面敘述：轉(zhuǎn)向換向閥6應(yīng)該放在集成塊的上表面；而鎖緊閥是由于手動(dòng)換向閥的工作自動(dòng)開啟的，因此，可將鎖緊閥放置在集成塊的后面。9.2.2 壓力閥的安裝布置壓力閥中最主要的時(shí)溢流閥的最主要的是溢流閥的安裝位置。溢流閥和換向閥是集成塊中最重要的兩種閥，他們位置恰當(dāng)，直接影響集成塊的尺寸大小。溢流閥的安裝應(yīng)該注意的是：溢流閥在前、后、左、右面上不能倒置安裝，即溢流閥的手柄軸線要朝上或水平。由于溢流閥壓力可調(diào)，故選裝在集成塊的前面，便于調(diào)試。9.3閥板的尺寸計(jì)算確定集成塊的外形尺寸除了在行走設(shè)

16、備上要求越小越好外，一般設(shè)計(jì)原則是適當(dāng)小些好。閥板上孔道間的尺寸控制是閥板涉及到核心，計(jì)算方法可分為兩種：1. 看壓力級(jí) p、a、b類孔：p孔道壓力16mpa的相鄰孔道間尺寸控制l（兩孔中心距）r1（一孔半徑）+r2（另一孔半徑）+5mm；p孔道壓力16mpa ；中高壓孔的相鄰孔道間尺寸控制孔徑16mm以上，lr1+r2+10mm；t類孔：相鄰孔道間尺寸控制lr1+r2+4mm（有背壓，+5mm）。2. 看孔端 孔端是螺紋的管接頭的相鄰空（特別是a、b孔）道間尺寸控制lr1（管接頭最大外直徑）+r2+10mm，有時(shí)由于閥板間孔道結(jié)構(gòu)限制，幾個(gè)孔的管接頭距離較近，可將管接頭靠近閥板的鏈接螺紋后部

17、分設(shè)計(jì)長(zhǎng)短不一的管接頭，則可方便地連接閥板和外接管。而zl50裝載機(jī)屬于作業(yè)行走機(jī)械，要求設(shè)計(jì)尺寸小。集成塊的長(zhǎng)度根據(jù)溢流閥和手動(dòng)換向閥的尺寸，考慮液壓系統(tǒng)油路布置，把各閥件的油孔對(duì)應(yīng)起來，元件最外兩端各留10mm，測(cè)量總長(zhǎng)度，初定閥塊長(zhǎng)度120mm，由于內(nèi)部油路相碰撞，考慮到手動(dòng)換向閥與溢流閥調(diào)節(jié)干擾，后將長(zhǎng)度選定為230mm。 集成塊的寬度根據(jù)手動(dòng)換向閥長(zhǎng)度尺寸，最外兩端各留10mm，確定閥板寬選取140mm。集成塊的高度根據(jù)溢流閥和鎖緊閥的尺寸比較，元件最外兩端各留10mm，選定閥塊高度200mm。9.4使用proe三維軟件畫集成塊使用proe三維軟件畫立體集成塊更直觀，可以測(cè)量任意兩點(diǎn)

18、之間的距離，能有效保證集成塊內(nèi)部管路不相交叉或相距太小。立體圖還可以直接轉(zhuǎn)換成平面圖，還可以把任意面剖視圖轉(zhuǎn)換成平面圖。立體集成塊如圖所示：如圖所示，紅色表示高壓油進(jìn)油管道，藍(lán)色表示低壓油回油管道，綠色代表?yè)Q向閥a口輸出端，黃色代表?yè)Q向閥b口輸出端。9.5使用proe繪圖軟件生成零件圖集成塊零件圖可使用proe軟件生成，見副本zl50-集成塊。 10.課程設(shè)計(jì)小結(jié)本次課程設(shè)計(jì)由于是自己選題，范圍較大，并且要求較寬，本著對(duì)裝載機(jī)的愛好，我在圖書館經(jīng)過廣泛涉獵經(jīng)典設(shè)計(jì)圖之后選擇zl50z裝載機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，知道了裝載機(jī)液壓回路的構(gòu)成及其復(fù)雜性，同時(shí)拓寬了自己的知識(shí)面，完成了由熟練動(dòng)手操作到掌握理論的逆變過程。在考慮眾多液壓系統(tǒng)時(shí)，我慢慢掌握一個(gè)道理，對(duì)于液壓系統(tǒng)，人們往往喜愛評(píng)價(jià)它們的優(yōu)劣性，而一個(gè)液壓系統(tǒng)的好壞不僅取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中壓力、流量等的選擇合理性和系統(tǒng)元件性能的的優(yōu)劣，還會(huì)因液壓系統(tǒng)所處的工作環(huán)境，污染防護(hù)和處理而異，系統(tǒng)的污染直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和元件的使用壽命，因此，設(shè)計(jì)系統(tǒng)回路時(shí)我們也應(yīng)該考慮到