畢業(yè)設(shè)計（論文）WY200挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、前言隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及基本建設(shè)范圍的持續(xù)拓寬，液壓挖掘機(jī)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)量和加快建設(shè)速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。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)的工作條件惡劣，要求實現(xiàn)的動作很復(fù)雜，于是它對液壓系統(tǒng)的設(shè)計提出了很高的要求，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，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計對推動挖掘機(jī)的發(fā)展具有重要的意義1。1.1 工程機(jī)械的發(fā)展概況在十八世紀(jì)以后，英

2、國、美國相繼完成工業(yè)革命。隨著城市及城市工業(yè)的發(fā)展，需要大量的勞動力，因此，農(nóng)村大批勞動力向城市轉(zhuǎn)移，這就促進(jìn)了拖拉機(jī)、播種機(jī)、收割機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械、城市施工機(jī)械的大發(fā)展。綜觀工程機(jī)械的發(fā)展過程，從其結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)以及性能來看：經(jīng)歷了動力技術(shù)革命、傳統(tǒng)技術(shù)革命、鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)革命、控制技術(shù)革命幾個階段，也所謂經(jīng)歷了幾次飛躍和更新?lián)Q代。首先是動力技術(shù)革命:隨著體積小、重量輕、強(qiáng)有力的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，解決了工程機(jī)械移動的動力源，促使工程機(jī)械的誕生和發(fā)展。其次是傳動技術(shù)革命:移動性動力源的問題解決之后，主要矛盾轉(zhuǎn)移到如何有效地傳遞動力、完成作業(yè)的焦點(diǎn)上。20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了液體傳動（液壓和液力），由于液

3、壓傳動具有功率密度高、結(jié)構(gòu)緊湊、容易實現(xiàn)各種運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)換以滿足復(fù)雜的 作業(yè)要求，速度剛性大、便于冷卻散熱，配置靈活、組裝方便、可靠耐用等獨(dú)到特點(diǎn)，以最小的空間、最靈便的途徑、傳遞最大的動力，而且動力特性好，具有許多優(yōu)良的傳動性能，傳動平穩(wěn)、自動防止過載，容易實現(xiàn)無極變速，操縱簡單輕便、控制性能好。因此，液壓技術(shù)作為機(jī)械傳動的一中有力的補(bǔ)充，以成功地用語一切需要中等以上功率輸出，以及需要對運(yùn)動工程進(jìn)行靈活控制和調(diào)節(jié)的地方，在工程機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用2-3。1.2挖掘機(jī)簡介1840年美國西部開發(fā)，進(jìn)行鐵路建設(shè)，產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造，有大臂、小臂和手腕，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

4、為動力在軌道上行走。但是此后的很長時間挖掘機(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。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)有力的技術(shù)支撐，是挖掘機(jī)技術(shù)上的一個飛躍 。同時，工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進(jìn)

5、行大規(guī)模國土開發(fā)的同時，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。1950年在意大利北部生產(chǎn)了第一臺液壓挖掘機(jī)。第一臺液壓挖掘機(jī)采用定量齒輪泵，中位開式多路閥，工作壓力為9mpa，所有執(zhí)行元件互相并聯(lián)連結(jié)。由單泵向6個執(zhí)行元件供油。由于早期液壓挖掘機(jī)主要采用了定量齒輪泵，不能按需改變供油流量，無法充分利用發(fā)動機(jī)的功率，因此其能量損失很大，不能滿足挖掘機(jī)復(fù)合動作的復(fù)雜要求，且可操縱性差。另外，早期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓

6、元件，配套件也不齊全，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定。從二十世紀(jì)六十年代到八十年代中期，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入了推廣和蓬勃發(fā)展的階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。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、電子計算機(jī)綜合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實現(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實的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了

7、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)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計，所以對其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實意義4。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)1.3.1國外研究狀況及發(fā)展動態(tài)從20世紀(jì)6

8、0年代液壓傳動技術(shù)開始應(yīng)用在挖掘機(jī)上至今，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)己經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)成熟的階段。目前國際上先進(jìn)的挖掘機(jī)產(chǎn)品的額定壓力大都在30mpa以上，并且隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢；流量通常在每分鐘數(shù)百升；功率在數(shù)百千瓦以上。如德國orensttein&koppe制造的目前世界上首臺最大的rh40型全液壓挖掘機(jī)，鏟斗容量達(dá)42立方米,液壓油源為18臺變量軸向柱塞泵，總流量高達(dá)10200l/min，原動機(jī)為2臺qsk60柴油發(fā)動機(jī)，總功率高達(dá)2014kw,由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，其各個功能部件都會受到惡劣環(huán)境的影響.系統(tǒng)的可靠性日益受到

9、重視。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計理論和方法，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、電子計算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗技術(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)強(qiáng)度研究方面，不斷提高設(shè)備的可靠性。美國提出了考核動強(qiáng)度的動態(tài)設(shè)計分析方法。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評定程序，研制了信息處理系統(tǒng)使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%，使用壽命超過1萬小時。近幾年來，隨著液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴(kuò)大，世界上著名的挖掘機(jī)生產(chǎn)商紛紛采用各種高新技術(shù)，來提高自己挖掘機(jī)在國際上的競爭力，主要表現(xiàn)在五個方面: (1)液壓系統(tǒng)逐漸從開式系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變;

10、(2)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)成為研究的重點(diǎn); (3)系統(tǒng)的高壓化和高可靠性發(fā)展趨勢日益凸顯; (4)系統(tǒng)的操縱特性上升到很重要的地位;(5)液壓系統(tǒng)與電子控制的結(jié)合成為潮流5。(1) 節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用目前液壓挖掘機(jī)上典型的節(jié)能技術(shù)基本上有兩種。即負(fù)載敏感技術(shù)和負(fù)流量控制技術(shù)，目前液壓挖掘機(jī)都選用其中一種控制技術(shù)來實現(xiàn)節(jié)能要求。負(fù)載敏感技術(shù)是一種利用泵的出口壓力與負(fù)載壓力差值的變化而使系統(tǒng)流量隨之相應(yīng)變化的技術(shù)。德國曼內(nèi)斯曼(mannesmann)公司研制的一種負(fù)載傳感系統(tǒng)，將其安裝在液壓系統(tǒng)中，可以控制一個或幾個液壓作用元件，而與對其施加的載荷無關(guān)。該系統(tǒng)不僅易于操縱，而且微動控制特性很好。其最大的特點(diǎn)

11、就是可以根據(jù)負(fù)載大小和調(diào)速要求對油泵進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)在按需供流的同時，使調(diào)速節(jié)流損失p控制在很小的固定值，從而達(dá)到節(jié)能的目的lzs.e57負(fù)流量控制技術(shù)是通過位于主控制閥后面的節(jié)流閥建立的壓力對主泵的排量進(jìn)行調(diào)節(jié)的技術(shù)。日前以韓國(hyundai)、日本小松(komatsu)和日本日立(hitachi)為代表的許多國外著名品牌的挖掘機(jī)生產(chǎn)商都在自己的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中使用了負(fù)流量控制技術(shù)。這種控制技術(shù)具有穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、可靠性和維修性好等特點(diǎn)，但在起始點(diǎn)為重負(fù)荷下作業(yè)時，因流量與負(fù)載有關(guān)，所以可控制性較差6。(2) 提高負(fù)載能力和可靠性為了提高挖掘機(jī)的負(fù)載能力，直接的方法是提高其液壓系統(tǒng)工作

12、壓力、流量和功率。目前，國際上先進(jìn)的挖掘機(jī)產(chǎn)品的額定壓力大都在30mpa以上，并且隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢;流量通常在每分鐘數(shù)百升;功率在數(shù)百千瓦以上。如德國orensttein&koppe制造的型全液壓挖掘機(jī)，鏟斗容量達(dá)42立方米液壓油源為18臺變量軸向柱塞泵，總流量高達(dá)100200l/min，原動機(jī)為2臺qsk60柴油發(fā)動機(jī)，總功率高達(dá)2014kw,由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，其各個功能部件都會受到惡劣環(huán)境的影響。系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計理論和方法，并將疲勞

13、損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計、電子計算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗技術(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)強(qiáng)度研究方面，不斷提高設(shè)備的可靠性。美國提出了考核動強(qiáng)度的動態(tài)設(shè)計分析方法。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%，使用壽命超過1萬小時。(3) 重視操縱特性挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的操縱特性越來越受到重視。日前國際上迅速發(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、液壓伺服操作和電氣控制，無線電遙控、電子計算機(jī)綜合程序控制。各種高新技術(shù)的應(yīng)用，使得挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱特性

14、大大提高。(4) 電子一液壓集成控制成為當(dāng)前主要研究目標(biāo)電子控制技術(shù)與液壓控制技術(shù)相結(jié)合的電子一液壓集成控制技術(shù)近年來獲得了巨大發(fā)展，特別是傳感器、計算機(jī)和檢測儀表的應(yīng)用，使液壓技術(shù)和電子控制有機(jī)結(jié)合，開發(fā)和研制出了許多新型電液自動控制系統(tǒng)，提高了挖掘機(jī)的自動化程度，推動著挖掘機(jī)的迅猛發(fā)展。目前國外先進(jìn)品牌的挖掘機(jī)在電液聯(lián)合控制方面的研究己趨成熟。美國林肯一貝爾特公司新c系列l(wèi)s-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)。日本住友公司生產(chǎn)的fj系列五中新型號挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計算機(jī)輔助的功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動機(jī)功率和

15、液壓功率的消耗，并延長了零部件的使用壽命。1.3.2國內(nèi)研究及發(fā)展動態(tài)從國內(nèi)情況來看，我國挖掘機(jī)行業(yè)整體發(fā)展水平較國外緩慢，在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的理論還比較薄弱。國內(nèi)大部分挖掘機(jī)企業(yè)在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)技術(shù)方面的研究具有一定基礎(chǔ)，但由于采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖掘機(jī)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)的挖掘機(jī)在國內(nèi)市場上基本失去了競爭力，取而代之的是采用各種高新技術(shù)的國外挖掘機(jī)產(chǎn)品。先進(jìn)的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)都被國際上一流的生產(chǎn)企業(yè)壟斷，國內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的研究幾乎是空白，這樣國內(nèi)的挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家就無法獨(dú)立制造出性能優(yōu)異的挖掘機(jī)，絕大部分的市場份額都被國外各種品牌的挖掘機(jī)所占

16、據(jù)。以20t級的中型液壓挖掘機(jī)為例，國產(chǎn)20t級挖掘機(jī)大多數(shù)是歐洲80年代初的技術(shù)，同90年代初以來在國內(nèi)形成批量的日本小松、日立、神鋼以及韓國大宇、現(xiàn)代等機(jī)型相比，其主要差距柴油機(jī)功率偏低，液壓系統(tǒng)流量偏小，液壓系統(tǒng)特性差，導(dǎo)致平臺回轉(zhuǎn)速度低，行走速度低，各種性能參數(shù)均偏小，整機(jī)性能和作業(yè)效率較國外偏低。湖南省的三一重工、山河智能公司在液壓挖掘機(jī)的發(fā)展中也有顯著的成就。三一重工sy420c大型挖掘機(jī)，在性能方面：它強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)，提高了耐久性；低燃油消耗,高作業(yè)效率；按照高安全,低振動,低噪音設(shè)計的轎車化舒適操作環(huán)境來設(shè)計的。山河智能swe230lc履帶式液壓挖掘機(jī)，在性能方面：滿足經(jīng)濟(jì)性，改善

17、燒油消耗；負(fù)載效率高，作業(yè)效率高；合理的機(jī)器結(jié)構(gòu)和人機(jī)工程，保養(yǎng)更方便；總之國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展前景是一片光明的。1.4課題研究的內(nèi)容和意義1.4.1 課題研究的內(nèi)容挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的技術(shù)多種多樣，本文主要通過國外幾種知名品牌的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)為參考對象，對其現(xiàn)有的關(guān)鍵技術(shù)和控制方式進(jìn)行比較和研究，為挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計提供一定的參考信息。(1) 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展動態(tài)的分析研究大量搜集國內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的相關(guān)技術(shù)資料，系統(tǒng)了解挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史。分析總結(jié)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展動態(tài)。(2) 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計要求對液壓挖掘機(jī)一個工作循環(huán)中的四種工況一挖掘工況、滿

18、斗舉升回轉(zhuǎn)工況、卸載工況和卸載返回工況進(jìn)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)了每個工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動作。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點(diǎn)，系統(tǒng)地總結(jié)了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計要求:動力性要求和操縱性要求。(3) 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計分析傳統(tǒng)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的單泵定量系統(tǒng)、雙泵定量系統(tǒng)和雙變量泵液壓系統(tǒng)，詳細(xì)分析其主要優(yōu)點(diǎn)和存在的問題。本文在分析研究了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，設(shè)計了一套適合我國生產(chǎn)制造的單斗挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)。本設(shè)計旨在采用通用的多路閥系統(tǒng)，配以專用控制閥和簡單的伺服控制系統(tǒng)。1.4.2 課題研究的意義本課程設(shè)計分析總結(jié)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展動態(tài)，根據(jù)挖

19、掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，設(shè)計了一套適合我國生產(chǎn)制造的單斗挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)。對液壓挖掘機(jī)一個工作循環(huán)中的四種工況一挖掘工況、滿斗舉升回轉(zhuǎn)工況、卸載工況和卸載返回工況進(jìn)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)了每個工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動作。這些功能在通用挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)是不具備的。2液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理液壓挖掘機(jī)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(jìn)行工作，相對機(jī)械傳動具有許多優(yōu)點(diǎn):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(dá)1000:1能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動慣性較小，并可作高速反轉(zhuǎn)；傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動；操縱省力靈活，易實現(xiàn)自動化控

20、制；易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化。因此液壓挖掘機(jī)逐步取代機(jī)械式挖掘機(jī)是必然的趨勢。單斗液壓挖掘機(jī)是裝有一只鏟斗并采用液壓傳動進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。它是目前挖掘機(jī)械中重要的機(jī)種。單斗液壓挖掘機(jī)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?；剞D(zhuǎn)至卸上位置進(jìn)行卸土，卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到地面進(jìn)行下一次挖掘。當(dāng)挖掘機(jī)挖完一段土后，機(jī)械移動一段距離，以便繼續(xù)作業(yè) 7。2.1液壓挖掘機(jī)整機(jī)性能分析液壓挖掘機(jī)可分為:動力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，如圖2.1所示。液壓挖掘機(jī)作為一個有機(jī)整體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機(jī)械零部件性能有關(guān)，還與液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)性能有關(guān)。

21、圖2.1 液壓挖掘機(jī)整體系統(tǒng)圖(1) 控制系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對發(fā)動機(jī)、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件(液壓缸、液壓馬達(dá))等進(jìn)行控制的系統(tǒng)。電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，使挖掘機(jī)有了越來越先進(jìn)的控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)向高性能、自動化和智能化發(fā)展。目前挖掘機(jī)研究重點(diǎn)正逐步向智能化機(jī)電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移。(2) 動力系統(tǒng)挖掘機(jī)工作的主要特點(diǎn)是環(huán)境溫度變化大，灰塵污物較多，負(fù)荷變化大，經(jīng)常傾斜工作，維護(hù)條件差。因此液壓挖掘機(jī)原動力一般由柴油機(jī)提供，柴油機(jī)具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，符號挖掘機(jī)工作條件惡劣，負(fù)荷多變的要求。挖掘機(jī)的額定負(fù)荷與汽車。拖拉機(jī)不同，汽車和拖拉機(jī)指在最高轉(zhuǎn)

22、速下、連同機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)等必要附件，巧分鐘內(nèi)的最大功率;挖掘機(jī)是指在額定轉(zhuǎn)速下一小時以上的額定功率。挖掘機(jī)采用車用柴油機(jī)時，最大功率指數(shù)降低。(3) 機(jī)械系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)部分是完成挖掘機(jī)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(jī)器的支撐部分，承受機(jī)器的全部重量和工作裝置的反力，同時能使挖掘機(jī)作短途行駛.按照結(jié)構(gòu)的不同，分履帶式和輪胎式?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使挖掘機(jī)上車圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作360度的回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動裝置和回轉(zhuǎn)支撐。工作裝置是挖掘機(jī)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(jié)構(gòu)形式，前面所述的反鏟裝置應(yīng)用最為廣泛。(4) 液壓系統(tǒng)

23、液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)、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(jī)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(jī)的操縱，將壓力油單獨(dú)或同時送往液壓執(zhí)行元件(液壓馬達(dá)和液壓油缸)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。液壓挖掘機(jī)的主要運(yùn)動有整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、動臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動等。這些運(yùn)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(jī)地連接起來地組合體既是液壓挖掘機(jī)地液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)地功能是把發(fā)動機(jī)地機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗埽瑐魉徒o油缸、油馬達(dá)等轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再傳動各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)各種運(yùn)動和工作過程。液壓系統(tǒng)設(shè)計得合理與否，對挖掘機(jī)的性能起著決定性的作用。同樣的元件，若系統(tǒng)

24、設(shè)計不同，則挖掘機(jī)性能差異很大8。2.2液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)2.2.1液壓挖掘機(jī)整體組成為了實現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的各項功能，單斗液壓挖掘機(jī)需要兩個基本組成部分，即機(jī)體(或稱主機(jī))和工作裝置。機(jī)體是完成挖掘機(jī)基本動作并作為驅(qū)動和操縱挖掘機(jī)進(jìn)行工作的荃礎(chǔ)，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛?？杉?xì)分為行走裝置、回轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備均可在回轉(zhuǎn)平臺上，總稱上車部分，它與行走機(jī)構(gòu)(又稱下車部分)用回轉(zhuǎn)支撐相連，平臺可以圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作360度的全回轉(zhuǎn)。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

25、孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作。挖掘機(jī)的基本性能決定于各部分的構(gòu)造、性能及其綜合的效果。2.2.2液壓挖掘機(jī)工作裝置的組成液壓挖掘機(jī)工作裝置主要由動臂、動臂油缸、斗桿、斗桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、擺動桿和連桿組成。反鏟裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤。斗容量小于1.6 的中小型液壓挖掘機(jī)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(jī)反鏟裝置大多采用整體鵝頸式動臂結(jié)構(gòu)。采用這種動臂有利于加大挖掘深度，且結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。剛度相同時，其重量比組合動臂輕，是目前應(yīng)用最廣泛的液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)形式。鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)型式，動臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼

26、此鉸接，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點(diǎn)擺動，完成挖掘、提升和卸土等動作。如圖2.2所示，整體鵝頸式動臂反鏟挖掘機(jī)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、銷軸等組成。裝置各運(yùn)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(diǎn)轉(zhuǎn)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(dāng)斗桿油缸伸縮時，斗桿可繞動臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。鏟斗與斗桿前端鉸接，并通過鏟斗油缸伸縮使鏟斗轉(zhuǎn)動。為增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，通常采用搖臂連桿機(jī)構(gòu)來和鏟斗聯(lián)接。1、斗桿油缸 2、動臂 3、油管 4、動臂油缸 5、鏟斗 6、斗齒 7、側(cè)

27、齒 8、連桿 9、搖桿 10、鏟斗油缸 11、斗桿圖2.2 反鏟挖掘機(jī)工作裝置（1） 動臂結(jié)構(gòu)挖掘機(jī)工作裝置地動臂均由高強(qiáng)度鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)。動臂下部用一根銷軸鉸接在平臺前段中部，由兩只鉸接在平臺前部的動臂油缸支撐。動臂的整體式彎臂采用大圓弧度以減少該處的應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)簡單。動臂主要由上蓋板、下蓋板、左側(cè)板、右側(cè)板焊接而成。如圖2.3所示：圖2.3動臂結(jié)構(gòu)圖（2） 斗桿結(jié)構(gòu)挖掘機(jī)工作裝置的斗桿均由高強(qiáng)度鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單。斗桿主要由上蓋板、下蓋板、左側(cè)板、右側(cè)板焊接而成。如下圖2.3所示：圖2.3斗桿結(jié)構(gòu)（3）鏟斗結(jié)構(gòu)挖掘機(jī)工作裝置的鏟斗均由高強(qiáng)度鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)，結(jié)

28、構(gòu)簡單。鏟斗主要由上蓋板、下蓋板、左側(cè)板、右側(cè)板焊接而成。如下圖2.4所示：圖2.4鏟斗結(jié)構(gòu)(4) 液壓挖掘機(jī)工作循環(huán)過程 首先液壓挖掘機(jī)驅(qū)動行走馬達(dá)和配套土方運(yùn)輸車輛一起進(jìn)入作業(yè)面，運(yùn)輸車輛倒車、調(diào)停，停靠在挖掘機(jī)的側(cè)方或后方。挖掘機(jī)司機(jī)扳動操縱手柄，使回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥接通，于是回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動并帶動上部平臺回轉(zhuǎn)，使工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘地點(diǎn)，在執(zhí)行上述過程的同時操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸上腔進(jìn)油，將動臂下降，直至鏟斗接地面，然后司機(jī)操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進(jìn)油，配合動作以加快作業(yè)進(jìn)度，進(jìn)行復(fù)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

29、鎖，再操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸的下腔進(jìn)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(zhuǎn)換向閥手柄，使上部平臺回轉(zhuǎn)，帶動鏟斗轉(zhuǎn)至運(yùn)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(dāng)?shù)母叨炔倏v鏟斗油缸使鏟斗卸土。當(dāng)土卸完后，使平臺反轉(zhuǎn)并降低動臂，直到鏟斗回到作業(yè)點(diǎn)上方，以便進(jìn)行下一工作循環(huán)9。2.3 液壓挖掘機(jī)傳動原理液壓挖掘機(jī)采用三組液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(zhuǎn)動，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn)運(yùn)動，使鏟斗運(yùn)動擴(kuò)大到有限的空間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴(kuò)大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。液壓挖掘機(jī)傳動示意圖，如圖2.5所示，

30、柴油機(jī)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(dá))驅(qū)動相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。液壓泵操作分配閥動臂壓液缸 斗桿液壓缸 鏟斗液壓缸發(fā)電機(jī)圖2.5 液壓挖掘機(jī)傳動示意液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，各部分的運(yùn)動通過液壓缸的伸縮來實現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗、斗桿、動臂、連桿及相應(yīng)的三組液壓缸組成。動臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)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(diǎn)轉(zhuǎn)動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動;而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。挖掘作業(yè)時，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時操縱動臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮;動臂

31、下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長，使鏟斗進(jìn)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(jìn)油，使動臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)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(jī)液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。3液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計方案的分析要了解和設(shè)計挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機(jī)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

32、互配合的復(fù)合動作要求和復(fù)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。3.1液壓挖掘機(jī)的工況分析液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括以下幾個動作(如圖3.1 所示):動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以及其它輔助動作。除了輔助動作(例如整機(jī)轉(zhuǎn)向等)不需全功率驅(qū)動以外，其它都是液壓挖掘機(jī)的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動10。1、動臂升降 2、斗桿收放 3、鏟斗裝卸 4 、平臺回轉(zhuǎn) 5、整機(jī)行走圖3.1 液壓挖掘機(jī)的運(yùn)動圖由于液壓挖掘機(jī)的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機(jī)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(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)

33、變化;(2)為了充分利用發(fā)動機(jī)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(zhuǎn))同時進(jìn)行復(fù)合動作。液壓挖掘機(jī)一個作業(yè)循環(huán)的組成和動作的復(fù)合主要包括:(1) 挖掘:通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘，或者兩者配合進(jìn)行挖掘，因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動作，必要時，配以動臂動作。(2) 滿斗舉升回轉(zhuǎn):挖掘結(jié)束，動臂液壓缸將動臂頂起，滿斗提升，同時挖掘機(jī)的液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。(3) 卸載:轉(zhuǎn)到卸土點(diǎn)時，轉(zhuǎn)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

34、時是斗桿和鏟斗的復(fù)合動作，配合動臂動作。(4) 空斗返回:卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空斗放到新的挖掘點(diǎn)，此時是回轉(zhuǎn)和動臂或斗桿的復(fù)合動作。3.1.1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(dú)進(jìn)行挖掘，或者兩者復(fù)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(yùn)動，如圖3.2，3.3所示。此時斗桿收回，動臂抬起，希望斗桿和動臂分別由獨(dú)立的油泵供油，以保證彼此動作獨(dú)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(jìn)行切削時，或者需要用鏟斗

35、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(fù)合動作，如圖3.4,3.5所示。圖3.2 斗尖沿直線平整土地圖 圖3.3 斗尖沿直線切削斜坡圖圖3.4 鏟斗底壓整地面圖圖3.5 鏟斗底保持一定角度切削圖單獨(dú)采用斗桿挖掘時，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個別也有采用三泵合流。單獨(dú)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(fù)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(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。當(dāng)斗桿和鏟斗復(fù)合動作挖掘時，供油情況如圖3.4a 所示。當(dāng)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(dāng)鏟斗

36、和動臂復(fù)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(jìn)行挖掘，因此采用斗桿優(yōu)先合流、雙泵供油，如圖3.4b 所示。圖3.4 泵供油系統(tǒng)示意圖當(dāng)動臂、斗桿和鏟斗復(fù)合運(yùn)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(dú)對一個液壓作用元件供油較好。對于雙泵系統(tǒng)，其復(fù)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(jìn)行流量分配，其流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。當(dāng)進(jìn)行溝槽側(cè)壁掘削和斜坡切削時，為了有效地進(jìn)行垂直掘削，還要求向回轉(zhuǎn)馬達(dá)提供壓力油，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力，保持鏟斗貼緊側(cè)壁進(jìn)行切削，因此需要同時向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油，兩者復(fù)合動作?；剞D(zhuǎn)馬

37、達(dá)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(zhuǎn)優(yōu)先油路，否則鏟斗無法緊貼側(cè)壁，使掘削很難正常進(jìn)行。在斗桿油缸活塞桿端回油路上設(shè)置可變節(jié)流閥，此節(jié)流閥的開口度即節(jié)流程度由回轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力來控制。回轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力越大，節(jié)流閥開度越小，節(jié)流效應(yīng)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(zhuǎn)操縱桿行程的增大，回轉(zhuǎn)馬達(dá)油壓增加，回轉(zhuǎn)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，能提高主壓力閥的壓力。3.1.2滿斗舉升回斗工況分析挖掘結(jié)束后，動臂油缸將動臂頂起，滿斗舉升，同時回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸載處，此時主要

38、是動臂和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的復(fù)合動作。動臂抬升和回轉(zhuǎn)馬達(dá)同時動作時，要求二者在速度上匹配，即回轉(zhuǎn)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。由于卸載所需的回轉(zhuǎn)角度不同，隨液壓挖掘機(jī)相對自卸車的位置而變，因此動臂提升速度和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)速度的相對關(guān)系應(yīng)該是可調(diào)整的。卸載回轉(zhuǎn)角度大，則要求回轉(zhuǎn)速度快些，而動臂的提升速度慢些。在雙泵系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)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(yīng)該將溢流的油供給動臂，如圖3.5a 所示。在回轉(zhuǎn)和動臂提升的同時，斗桿要外放，有時還需要對鏟斗進(jìn)行調(diào)整。這時是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行復(fù)合動作。由于滿斗提升時動臂油缸壓力高，導(dǎo)致變量泵流量減

39、小，為了使動臂提升和回轉(zhuǎn)、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(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油外，還有部分油供給動臂，如圖3.5b 所示。但是由于動臂提升時油壓較高，單向閥大部分時間處于關(guān)閉狀態(tài)，因此左側(cè)油泵只向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油。三泵系統(tǒng)的供油情況如圖3.5c 所示。各個油泵分別向一個液壓作用元件供油，復(fù)合動作時無相互干擾。3.1.3卸載工況分析回轉(zhuǎn)至卸載位置時，轉(zhuǎn)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(fù)合動作，間以動臂動作。3.1.4空斗返回工況分析當(dāng)卸載結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，同時動臂油缸和斗桿

40、油缸相互配合動作，把空斗放在新的挖掘點(diǎn)。此工況是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動臂和斗桿復(fù)合動作。由于動臂下降有重力作用，壓力低、變量泵流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)馬達(dá)，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，如圖3.6 所示。圖3.5回轉(zhuǎn)舉升供油情況圖3.6空斗返回供油情況發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)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(bǔ)油回路，利用重力將動臂油缸無桿腔的油供至有桿腔。3.1.5行走時復(fù)合動作在行走的過程有可能要求對作業(yè)裝置液壓元件(如回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動臂、斗桿和鏟斗)進(jìn)行調(diào)整。在雙泵系統(tǒng)中，一個油泵為

41、左行走馬達(dá)供油、另一個油泵為右行走馬達(dá)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(cè)行走速度降低，影響直線行駛性，特別是當(dāng)挖掘機(jī)進(jìn)行裝車運(yùn)輸或上下卡車行走時，行駛偏斜會造成事故。為了保證挖掘機(jī)的直線行駛性，在三泵供油系統(tǒng)中，左右行走馬達(dá)分別由一個油泵單獨(dú)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(zhuǎn))供油，如圖3.7a 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(dá)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(dá)供油，如圖3.7b 所示;雙泵合流并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)和作業(yè)裝置液壓作用元件同時供油，如圖3.7c 所示

42、。圖3.7行走復(fù)合動作時的幾種供油情況3.2挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求液壓挖掘機(jī)的動作繁復(fù)，且具有多種機(jī)構(gòu)，如行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動臂、斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機(jī)械。這些主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常起動、制動、換向，外負(fù)載變化很大，沖擊和振動多，因此挖掘機(jī)對液壓系統(tǒng)提出了很高的設(shè)計要求。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計需要滿足以下要求。3.2.1動力性要求所謂動力性要求，就是在保證發(fā)動機(jī)不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動機(jī)的功率，提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率。尤其是當(dāng)負(fù)載變化時，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)的良好匹配，盡量提高發(fā)動機(jī)的輸出功率。例如，當(dāng)外負(fù)載較小時，往往希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元

43、件的運(yùn)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(jī)的功率利用率。3.2.2操縱性要求(1) 調(diào)速性要求挖掘機(jī)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)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(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計十分重要的一方面。挖掘機(jī)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(fù)合操縱性要求挖掘機(jī)在作業(yè)過程中需要各個執(zhí)行元件單獨(dú)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(fù)雜的復(fù)合動作，因此如何實現(xiàn)多執(zhí)行元件的復(fù)合動作也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。當(dāng)多執(zhí)行元件共同動作時

44、，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(fù)合動作。尤其對行走機(jī)構(gòu)來說，左、右行走馬達(dá)的復(fù)合動作問題，即直線行駛性也是設(shè)計中需要考慮的重要一方面。如果挖掘機(jī)在行使過程中由于液壓泵的油分流供應(yīng)，導(dǎo)致一側(cè)行走馬達(dá)速度降低，形成挖掘機(jī)意外跑偏，很容易發(fā)生事故。另外，當(dāng)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(fù)合動作時的流量供應(yīng)問題也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計中需要考慮的。3.2.3節(jié)能性要求挖掘機(jī)工作時間長，能

45、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(jī)液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。當(dāng)對各個執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)速控制時，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時必然會導(dǎo)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(dāng)挖掘機(jī)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(guān)鍵。3.2.4安全性要求挖掘機(jī)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(hù)措施，防止油泵過載和因外負(fù)載沖擊對各個液壓作用元件的損傷?；剞D(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。3.2.5其它性能要求實現(xiàn)零部件

46、的標(biāo)準(zhǔn)化、組件化和通用化，降低挖掘機(jī)的制造成本:液壓挖掘機(jī)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(jī)在城市建設(shè)施工中應(yīng)用越來越多，因此要不斷提高挖掘機(jī)的作業(yè)性能，降低振動和噪聲，重視其作業(yè)中的環(huán)保性。3.3 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本回路分析挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本回路包括回轉(zhuǎn)回路，行走回路，動臂，斗桿，鏟斗，回路等11。3.3.1 回轉(zhuǎn)回路液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動時由于上車轉(zhuǎn)動慣量打，在啟動，制動和突然換向時會引起很大的液壓沖擊。尤其是回轉(zhuǎn)過程中遇到障礙突然停車。液壓沖擊會使整個液壓系統(tǒng)和遠(yuǎn)見產(chǎn)生震動和噪音，甚至破壞。因此挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用特殊的回路來過載保護(hù)?；剞D(zhuǎn)回路見圖3.

47、8。圖3.8挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)回轉(zhuǎn)回路（1）緩沖回路本設(shè)計中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)緩沖閥式緩沖回路。這種緩沖回路在高，低壓回路之間并聯(lián)有緩沖閥，每一緩沖閥的高壓油口與另一緩沖閥的低壓油口相通。當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動，停止或反轉(zhuǎn)時，高壓腔的液壓油經(jīng)過緩沖閥直接進(jìn)入低壓腔，減小了液壓沖擊。兩個單向閥起補(bǔ)油的作用。（2）制動油路本設(shè)計中采用機(jī)械制動和液壓制動結(jié)合的方式對回轉(zhuǎn)馬達(dá)進(jìn)行制動?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)的制動型采用常閉式制動器。當(dāng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)停止供油時，制動油缸的先導(dǎo)壓力油回油箱，回轉(zhuǎn)制動器在彈簧的作用下制動。一旦油泵向馬達(dá)供油，先導(dǎo)壓力油同時進(jìn)入制動油缸，壓縮彈簧，制動解除。制動油路如圖3.9。圖3.9制動油路3.3.2 行走

48、回路行走回路如下圖3.10所示。和回轉(zhuǎn)回路相同，行走回路中也設(shè)置了制動油路。制動油缸為常閉式制動器。當(dāng)油泵向向行走馬達(dá)供油時，壓力油進(jìn)入制動油缸，壓縮彈簧，制動解除。此外，還設(shè)置了變速回路。這種回路由兩檔行駛速度，可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。圖中變速閥由先導(dǎo)壓力控制。當(dāng)變速閥上沒有先導(dǎo)壓力左右時，行走馬達(dá)以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。檔變速閥上有先導(dǎo)壓力作用時，變速閥動作使得壓力油進(jìn)入調(diào)節(jié)油缸的大腔，調(diào)節(jié)行走馬達(dá)的排量，使得行走馬達(dá)供油量增大并高速運(yùn)轉(zhuǎn)。圖3.10挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)行走回路3.3.3 動臂 斗桿 鏟斗回路（1）動臂、斗桿、鏟斗回路液壓挖掘機(jī)工作時，鏟斗上受到外負(fù)載的作用，這就需要動臂油缸和斗桿油缸必

49、須有足夠的壓力來承受。但是如果壓力過大會造成液壓元件和管道的破壞。為此，需要在動臂油缸和斗桿油缸的進(jìn)出油路上各安裝個一限壓閥，當(dāng)閉鎖壓力大于限壓閥的調(diào)定壓力時，可以實現(xiàn)卸荷，以保護(hù)液壓元件和管道。限壓油路如下圖3.11所示。圖中兩個單向閥起補(bǔ)油的作用圖3.11動臂、斗桿、鏟斗限壓補(bǔ)油回路（2）動臂支持防下落油路動臂操縱閥在中位時，油缸口閉鎖，由于滑閥的密封性不好會產(chǎn)生泄漏，動臂在重力作用下會產(chǎn)生下沉，這是不允許的 ，特別是挖掘機(jī)在進(jìn)行起重作業(yè)的時候，要求動臂停留在某一位置上保持不下降，因此設(shè)置了動臂支持閥，如圖3.12所示。在彈簧力的作用下，動臂油缸下腔壓力油通過支持閥閥芯內(nèi)的鉆孔通向支持閥上

50、端，將支持閥壓緊在閥座上，阻止動臂油缸下腔的壓力油從b流向a，起到閉鎖支撐的作用。當(dāng)操縱動臂下降時，在先導(dǎo)操縱油壓的作用下，液控單向閥開啟。動臂油缸下腔壓力油通過支持閥閥芯鉆孔油道經(jīng)液控單向閥回油。由于支持閥閥芯內(nèi)鉆孔油道節(jié)流孔的節(jié)流作用，使支持閥上下腔產(chǎn)生壓差，在壓差的作用下克服彈簧力，支持閥打開，壓力油從b流向a。圖3.12動臂支持防下落回路3.4液壓系統(tǒng)方案擬訂(1)在液壓挖掘機(jī)一個工作循環(huán)中的四種工況一挖掘工況、滿斗舉升回轉(zhuǎn)工況、卸載工況和卸載返回工況進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)每個工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動作后提出初步方案。(2)根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點(diǎn)，系統(tǒng)地總結(jié)出挖掘機(jī)液壓系

51、統(tǒng)的設(shè)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(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計方案，并詳細(xì)介紹設(shè)計的步驟。4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 液壓挖掘機(jī)具有多種機(jī)構(gòu)，包括動臂機(jī)構(gòu)、斗桿機(jī)構(gòu)和鏟斗連桿機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等。這些機(jī)構(gòu)經(jīng)常起動、制動、換向，外負(fù)載變換很大，沖擊和振動多，因此挖掘機(jī)對液壓系統(tǒng)提出了很高的設(shè)計要求。wy200液壓履帶式挖掘機(jī)采用全功率變量系統(tǒng)，先導(dǎo)液壓操縱，整體式多路閥等先進(jìn)結(jié)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具有操作輕便、使用安全可靠、發(fā)動機(jī)功率利用率高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)作業(yè)需要可配備0.5-1.28立方米四種反鏟斗及斗容為1.2和1.28立米方的兩種

52、正鏟斗。4.1 液壓系統(tǒng)方案及主要技術(shù)參數(shù)確定12根據(jù)技術(shù)條件確定wy200液壓履帶式挖掘機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表4.1所示。表4.1 wy200液壓履帶式挖掘機(jī)主要技術(shù)參數(shù)項目名稱單位數(shù) 值發(fā)動機(jī)型號6135k-16標(biāo)準(zhǔn)斗容量1.2發(fā)動機(jī)標(biāo)定輸出功率kw/r/min106/2100最大挖掘半徑m10.4最大挖掘深度m6.46最大卸載高度m5.7回轉(zhuǎn)速度r/min0-13.2行走速度km/h2.5-5.5爬坡能力%70作業(yè)循環(huán)時間s18-22主機(jī)長/寬度m0.077履帶平均接地比壓mpa0.048發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)r/min2100整機(jī)質(zhì)量t20.8理論生產(chǎn)率/h200最大挖掘力kn142系統(tǒng)工作壓力m

53、pa38履帶板寬度m0.8主機(jī)運(yùn)輸尺寸(長x寬x高)mm9860x3000x3120執(zhí)行元件是液壓系統(tǒng)的輸出部分，必須滿足機(jī)器設(shè)備的運(yùn)動功能、性能要求和結(jié)構(gòu)、安裝上的限制。根據(jù)所要求的負(fù)載運(yùn)動形態(tài)，選用不同的執(zhí)行元件配置，如表4.2所示。表 4.2執(zhí)行元件配置運(yùn) 動 方 式執(zhí) 行 元 件左行走右行走直線行走左液壓馬達(dá)右液壓馬達(dá)左液壓馬達(dá)+右液壓馬達(dá)工作裝置外擺內(nèi)收動臂液壓缸斗桿液壓缸鏟斗液壓缸回轉(zhuǎn)擺動液壓馬達(dá)4.2液壓元件的選擇液壓系統(tǒng)是由液壓元件和基本的控制回路組成的，而基本控制回路也是由液壓元件通過管道和閥體組合而成的，因此液壓元件是組成液壓系統(tǒng)最基本單元。按照功能和執(zhí)行任務(wù)不同，液壓元件

54、大致可以分為液壓動力元件，液壓執(zhí)行元件，液壓控制元件和輔助元件四大類。液壓動力元件的功能是為液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的液體，如液壓泵。液壓執(zhí)行元件的功能是將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，以驅(qū)動工作裝置，如液壓缸和液壓馬達(dá)。液壓控制元件是用來控制，調(diào)節(jié)液流方向、速度、流量、壓力等參數(shù)，使整個系統(tǒng)按要求協(xié)調(diào)的工作，如各種控制閥。輔助元件包括蓄能器、油箱、濾清器等。4.3執(zhí)行元件液壓缸及系統(tǒng)壓力的初選根據(jù)挖掘機(jī)主要用于建筑施工、礦山的特點(diǎn)，本設(shè)計選擇雙作用單活塞桿式液壓缸。單活塞桿式液壓缸只有一端有活塞桿，它主要由缸底、缸筒 缸頭 活塞 活塞桿 導(dǎo)向套 緩沖套 節(jié)流閥 帶放氣孔的單向閥及密封裝置等組成。由于鏟斗的內(nèi)收是為了鏟料，而外擺是為了卸料，工作裝置采用了兩根動臂液壓缸、一根斗桿、一根鏟斗油缸。要使機(jī)構(gòu)正常工作且具有平穩(wěn)性，兩動臂液壓缸必須同步運(yùn)動，這就要求任何時刻進(jìn)出油路的壓力油，必須保持一定的壓力平衡。為此，采用平衡閥控制油路中液壓油的壓力值。液壓缸參數(shù)的選擇液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，由已知條件及機(jī)械相關(guān)手冊有：設(shè)每斗料的重量為g 則根據(jù)相關(guān)條件得g的計算公式： （4.1）= v （4.2）其中密度，容量將相關(guān)的數(shù)據(jù)代入到公式（4.1）和（4.2）中得： 在這里設(shè)鏟斗液壓