小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)和工作裝置設(shè)計(jì)

1、吉林大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)和工作裝置設(shè)計(jì)the design of small hydraulic excavator hydraulic system and device 學(xué)生姓名：顧建 班級(jí)：410807 學(xué)號(hào)：41080728 學(xué) 院：機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化 指導(dǎo)教師：徐振國（講師） 摘要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)和工作裝置。設(shè)計(jì)思路是根據(jù)液壓挖掘機(jī)各部分的動(dòng)作要求，參照同類型其他液壓挖掘機(jī)來設(shè)計(jì)。工作裝置結(jié)構(gòu)圖和液壓系統(tǒng)圖采用cad2004繪制。 小型液壓挖掘機(jī)主要由結(jié)構(gòu)件、覆蓋件、工作裝置、行

2、走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電器系統(tǒng)等部分構(gòu)成,最關(guān)鍵核心的是液壓系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)。本文對(duì)小型液壓挖掘機(jī)做了簡(jiǎn)要介紹，分析了液壓挖掘機(jī)的主要?jiǎng)幼?，并根?jù)動(dòng)作要求設(shè)計(jì)了挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)和工作裝置。同時(shí)對(duì)回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置和各液壓缸的參數(shù)進(jìn)行初步估算。此液壓系統(tǒng)采用液壓先導(dǎo)控制，性能可靠，操縱強(qiáng)度低。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)；液壓系統(tǒng) ；工作裝置 ；液壓缸abstractthe subject of graduation design is a small hydraulic excavator hydraulic system and device. design concept is based

3、 on the various parts of the movement of hydraulic excavators requirements, taking into account the other same type hydraulic excavator design.working device structure diagram and hydraulic system diagram used autocad2004 drawing. mainly by the structure of small hydraulic excavator parts, covering

4、parts, working devices,walking devices, rotating equipment, hydraulic systems, power system, electrical system parts, the most critical core is the hydraulic system and power systems. in this paper, a small hydraulic excavator gives a brief introduction, analysis of the major movements of hydraulic

5、excavators and in accordance with movements to design the excavator hydraulic system and working devices. the same time, rotating equipment, walking equipment and the hydraulic cylinder parameters initial estimates. the hydraulic system adopts the hydraulic pilot control, reliable performance, manip

6、ulation of low intensity.key words：excavator;hydraulic system ；working device ；hydraulic urn 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）目錄第1章 緒論11.1 小型液壓挖掘機(jī)簡(jiǎn)介11.2 國內(nèi)外小挖的現(xiàn)狀和發(fā)展情況21.2.1 國外現(xiàn)狀和發(fā)展情況21.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀和發(fā)展情況21.3 本文擬達(dá)到的要求3第2章 小型液壓挖掘機(jī)工作裝置總體方案設(shè)計(jì)42.1 工作裝置構(gòu)成42.2 動(dòng)臂和斗桿的結(jié)構(gòu)形式72.3 鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇8第3章 工作裝置基本尺寸計(jì)算113.1 鏟斗參數(shù)的選擇113.2 動(dòng)臂和斗桿參數(shù)的確定113

7、.2.1動(dòng)臂和斗桿基本尺寸的選擇113.2.2斗桿寬度、鋼板厚度、許用應(yīng)力的選取12第4章 工作裝置挖掘力分析174.1 鏟斗油缸和斗桿作用力的確定174.2 動(dòng)臂油缸作用力的確定184.3 各液壓缸實(shí)際作用力的確定19第5章 小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)概述205.1 小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本組成及要求215.2 小型液壓挖掘機(jī)的基本動(dòng)作分析225.3 小型液壓挖掘機(jī)的基本回路分析235.3.1 限壓回路235.3.2 卸荷回路255.3.3 緩沖回路265.3.4 節(jié)流調(diào)速回路285.3.5 節(jié)流限速回路295.3.6 行走限速回路305.3.7 支腿順序回路和鎖緊回路31第6章 小型液壓挖

8、掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析336.1 液壓系統(tǒng)原理圖336.2 液壓系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)述356.3 液壓系統(tǒng)特殊部件作用356.4 液壓系統(tǒng)參數(shù)確定366.4.1 確定液壓系統(tǒng)的工作壓力366.4.2 確定液壓缸的主要參數(shù)和工作壓力376.4.3 液壓馬達(dá)所需流量386.4.4 確定液壓馬達(dá)的排量和工作壓力386.4.5 液壓泵流量和輸入功率的確定396.4.6 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的確定40第7章 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算407.1 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算407.2 油缸強(qiáng)度計(jì)算437.3 油缸穩(wěn)定性驗(yàn)算44總結(jié)47致謝48參考文獻(xiàn)49第1章 緒論就目前全球范圍來看，挖掘機(jī)無論是在技術(shù)上還是市場(chǎng)上都很成熟了，像歐美那些工業(yè)

9、發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)需求和供應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定。但由于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，以中國為代表的發(fā)展中國家和新興經(jīng)濟(jì)體對(duì)挖掘機(jī)的需求正不斷增多。特別是自從我國改革開放以來，隨著我國城鎮(zhèn)化率的不斷提高和公路鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目的不斷增多，施工建設(shè)也由以前的粗放型不斷向精細(xì)型發(fā)展，而且由于我國勞動(dòng)力成本的大幅上漲和施工建設(shè)對(duì)施工效率的要求越來越高，最終促使了以挖掘機(jī)等工程機(jī)械高效率的施工手段替代了高成本低效率的人工勞動(dòng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，液壓挖掘機(jī)在各種工程建設(shè)領(lǐng)域，特別是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面所發(fā)揮的作用越來越大，統(tǒng)計(jì)稱在工程施工中約65%70%的土石方量是由挖掘機(jī)來完成的，液壓挖掘機(jī)以其快速高效的

10、施工特點(diǎn)被人們所熟知，因此被人們作稱為工程機(jī)械之王。1.1 小型液壓挖掘機(jī)簡(jiǎn)介業(yè)界對(duì)小挖沒有比較明確的定義，一般認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)斗容量在0.25以下或者整機(jī)重在13t以下的挖掘機(jī)都是小型挖掘機(jī)。在公路養(yǎng)護(hù)、園林綠化、小區(qū)建設(shè)、市政工程及農(nóng)田建設(shè)等土方量分散、作業(yè)空間狹窄的工況下，小型挖掘機(jī)以其體積小、機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)受到廣大用戶的青睞。近幾年來，我國的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)建設(shè)帶動(dòng)了以挖掘機(jī)為代表的工程機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展，小挖作為其中一個(gè)重要力量也取得了迅速的發(fā)展。小挖以其價(jià)格便宜、功能多樣、機(jī)動(dòng)靈活、作業(yè)效率高等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為挖掘機(jī)這個(gè)子行業(yè)版塊的主力軍，受到大家的青睞。1.2 國內(nèi)外小挖的現(xiàn)狀和發(fā)展情況1.2.1

11、 國外現(xiàn)狀和發(fā)展情況 國外小型挖掘機(jī)的生產(chǎn)始于二十世紀(jì)70年代，1985年以后，由于技術(shù)的不斷成熟，這種產(chǎn)品得到了快速發(fā)展。目前國外小挖產(chǎn)品在可靠性、操作的流暢性和舒適性等方面已經(jīng)非常完美，而且其駕駛室里美觀的內(nèi)飾及舒適的質(zhì)感也可與家用轎車媲美。國外專業(yè)生產(chǎn)小挖的公司主要分布在美國、日本、歐洲等國家，比較有代表性的公司比如日本的久保田、小松、洋馬等，美國的凱斯和山貓，德國的英孚和英國的jcb等。目前國外的小挖主要向著以一機(jī)多用的多功能化、以提高操作性能的智能化、以功率匹配控制的節(jié)能化、以有限元分析的可靠性設(shè)計(jì)、以基于微電子技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和以符合人機(jī)工程學(xué)的駕駛室設(shè)計(jì)等方向發(fā)展。1.2.

12、2 國內(nèi)現(xiàn)狀和發(fā)展情況 目前國內(nèi)已形成1.5t至13t全系列規(guī)格型號(hào)的小型挖掘機(jī) ，在國內(nèi)占據(jù)了大部分市場(chǎng)份額，而且出口量在逐年攀升，其中國內(nèi)生產(chǎn)小挖比較著名企業(yè)的是玉柴和山河智能?，F(xiàn)階段國內(nèi)小挖的技術(shù)水平相比于國外來說還有很大差距，主要體現(xiàn)在整機(jī)的功率匹配、操作的穩(wěn)定性和精確性、產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性以及人性化設(shè)計(jì)等方面?，F(xiàn)階段處于仿制后自主提高階段，生產(chǎn)的大部分是標(biāo)準(zhǔn)型小挖，缺乏自主創(chuàng)新開發(fā)能力，特別是在核心液壓元件和動(dòng)力方面受制于人，大部分配件都需要進(jìn)口。而且很多技術(shù)都來自于較成熟的大中型液壓挖掘機(jī)，在動(dòng)力匹配和技術(shù)創(chuàng)新方面有待進(jìn)一步突破，特別是國產(chǎn)液壓元件要替代進(jìn)口液壓元件還得不斷努力。1.

13、3 本文擬達(dá)到的要求本文設(shè)計(jì)的小型液壓挖掘機(jī)斗容量為0.2，整機(jī)重量為6噸。挖掘土壤級(jí)別為級(jí)以下。本文主要對(duì)由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、連桿機(jī)構(gòu)組成的工作裝置和液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的工作裝置和液壓系統(tǒng)要能滿足挖掘機(jī)基本動(dòng)作要求，并能完成復(fù)雜的復(fù)合動(dòng)作。本文主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括小挖工作裝置的總體設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)挖掘力分析，液壓系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)完成后對(duì)關(guān)鍵液壓元件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并校核。第2章 小型液壓挖掘機(jī)工作裝置總體方案設(shè)計(jì)2.1 工作裝置構(gòu)成 1油管；2動(dòng)臂油缸；3動(dòng)臂；4斗桿油缸；5斗桿；6鏟斗油缸；7曲柄；8連桿；9鏟斗；10側(cè)板；11斗齒。 圖 2.1.1 工作裝置組成圖圖2.1.1為小型液壓挖掘機(jī)

14、工作裝置組成圖和傳動(dòng)示意圖，反鏟工作裝置由曲柄7、連桿8、鏟斗9、斗桿5、動(dòng)臂3以及相應(yīng)的直線液壓缸6、4、2等組成。轉(zhuǎn)臺(tái)上連接動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)和動(dòng)臂油缸的一端，整個(gè)動(dòng)臂裝置隨著動(dòng)臂油缸的伸縮繞著動(dòng)臂下鉸點(diǎn)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂的動(dòng)作。斗桿缸兩端分別連接在動(dòng)臂和斗桿上，通過斗桿缸的伸縮使斗桿繞著動(dòng)臂上的那個(gè)鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。鏟斗和斗桿是鉸接的，鏟斗缸伸縮通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞著鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)挖掘和卸土等動(dòng)作。在進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí)，啟動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)，通過轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)使工作裝置轉(zhuǎn)動(dòng)需要挖掘的位置，同時(shí)控制操作桿使動(dòng)臂油缸的有桿腔進(jìn)油使動(dòng)臂油缸收縮，動(dòng)臂下降到鏟斗接觸挖掘面時(shí)開始操作斗桿油缸和鏟斗油缸，斗桿缸和鏟斗缸

15、的無桿腔進(jìn)油，使油缸伸長(zhǎng)，鏟斗就能進(jìn)行挖掘和裝置動(dòng)作了。鏟斗裝滿后，先停止斗桿缸和鏟斗缸的操作，再操作動(dòng)臂油缸使油缸無桿腔進(jìn)油，動(dòng)臂缸伸長(zhǎng)，整個(gè)工作裝置向上移動(dòng)，馬上啟動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)，轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)，工作裝置轉(zhuǎn)到卸載的位置，再操作鏟斗油缸和斗桿油缸使有桿腔進(jìn)油，油缸收縮，鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸載作業(yè)。之后挖掘機(jī)再回轉(zhuǎn)到挖掘位置進(jìn)行循環(huán)挖掘作業(yè)。但在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于挖掘工況、土質(zhì)情況和液壓系統(tǒng)等這些因素的不同，反鏟挖掘機(jī)在進(jìn)行工作時(shí)三個(gè)油缸的循環(huán)動(dòng)作是多樣和隨機(jī)的，要根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)來靈活運(yùn)用。上述過程一般只是一種理想化的工作過程。小型液壓挖掘機(jī)工作裝置的動(dòng)臂和斗桿是變截面的箱型結(jié)構(gòu)，鏟斗是由很薄的鋼板通過

16、焊接而成的，而對(duì)應(yīng)的那三個(gè)油缸可簡(jiǎn)化為只承受拉壓載荷的桿，這樣工作裝置就可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理使的分析更加容易。最后小型單斗液壓挖掘機(jī)的工作裝置可以看做是由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、動(dòng)臂液壓油缸、斗桿液壓油缸、鏟斗液壓油缸以及曲柄連桿機(jī)構(gòu)所組成的具有三個(gè)自由度的六桿機(jī)構(gòu)，工作裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2.1.2所示，進(jìn)一步簡(jiǎn)化的工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖如圖2.1.3所示。小型液壓挖掘機(jī)經(jīng)下面的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化以后就是一組平面連桿機(jī)構(gòu)，其自由度為3，也即挖掘機(jī)工作裝置的工作位置是由動(dòng)臂油缸的長(zhǎng)度l1、斗桿油缸的長(zhǎng)度l2和鏟斗油缸的長(zhǎng)度l3決定的，當(dāng)l1、l2、l3這三個(gè)數(shù)值為某一確定的值時(shí)，挖掘機(jī)工作裝置的幾何位置也就確定了

17、。圖2.1.2 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1動(dòng)臂油缸；2動(dòng)臂；3斗桿油缸；4斗桿；5鏟斗油缸；6連桿；7曲柄；8鏟斗圖2.1.3 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖2.2 動(dòng)臂和斗桿的結(jié)構(gòu)形式動(dòng)臂是反鏟工作裝置的主要部件，分為整體式和組合式兩種結(jié)構(gòu)形式。整體式動(dòng)臂雖然能更換的工作裝置少，通用性較差，但其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、剛度大等很多優(yōu)點(diǎn)，所以整體式動(dòng)臂被廣泛運(yùn)用在液壓挖掘機(jī)上。而組合式動(dòng)臂是由輔助連桿或液壓缸用螺栓連接而成，上下動(dòng)臂之間的夾角由輔助連桿或者液壓缸來調(diào)節(jié)，從而在挖掘窄而深的基坑時(shí)，使用這種結(jié)構(gòu)形式的工作裝置能使垂直挖掘深度更大，提高挖掘作業(yè)的質(zhì)量和效率。雖然組合式動(dòng)臂能在較短時(shí)間內(nèi)調(diào)整挖掘機(jī)工作裝置

18、的作業(yè)尺寸和挖掘力，且能更換工作裝置，從而滿足多樣化的作業(yè)要求，但其使用組合動(dòng)臂而使質(zhì)量大，生產(chǎn)成本較高。本文所用的是整體式動(dòng)臂，如下圖2.2.1所示。圖2.2.1 整體式動(dòng)臂斗桿也有整體式和組合式兩種結(jié)構(gòu)形式，大部分挖掘機(jī)都采用整體式斗桿，因?yàn)槠滟|(zhì)量輕剛度大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造而且生產(chǎn)成本低，所有本文設(shè)計(jì)的小型液壓挖掘機(jī)也采用整體式斗桿。如下圖2.2.2所示。 圖2.2.2 整體式斗桿2.3 2.3 鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇 小型液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置鏟斗的形狀和尺寸由作業(yè)對(duì)象決定，不同的作業(yè)需求可以在一臺(tái)挖掘機(jī)上配備不同的鏟斗來作業(yè)。鏟斗與液壓缸的連接形式通常有四連桿機(jī)構(gòu)和六連桿機(jī)構(gòu)兩種，如圖2.3

19、.1所示。其中四連桿機(jī)構(gòu)是鏟斗液壓缸直接鉸接在鏟斗上，鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)角度較小，但鏟斗可獲得較大的工作力矩；六連桿機(jī)構(gòu)是鏟斗油缸通過曲柄連桿連接鏟斗，這種連接形式的特點(diǎn)是在相同的鏟斗液壓缸活塞桿行程的情況下，鏟斗可獲得較大的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，而且鏟斗機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能較好。 （a）四連桿機(jī)構(gòu) （b）六連桿機(jī)構(gòu) 1曲柄；2連桿 圖2.3.1鏟斗與液壓缸連接形式鏟斗結(jié)構(gòu)的形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)小型液壓挖掘機(jī)工作性能的影響很大，其設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下的設(shè)計(jì)要求：（1） 鏟斗的內(nèi)壁盡量不要設(shè)置凸緣和棱角等，要有利于物料在鏟斗里面流動(dòng)并迅速裝滿鏟斗，斗底縱向剖面形狀也應(yīng)該滿足各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（2） 斗齒的設(shè)計(jì)應(yīng)具有較小的切

20、削阻力，便于切入土壤。（3） 為了使物料不易從鏟斗中掉出來，鏟斗的寬度和物料的粒徑之比應(yīng)大于4，當(dāng)比值大于50時(shí)，物料尺寸可以忽略，物料看做是均質(zhì)的。（4） 鏟斗設(shè)計(jì)要利于物料在最短時(shí)間卸盡，提高作業(yè)效率。綜上考慮，選擇現(xiàn)在各大廠家廣泛使用的鏟斗，如下圖2.3.2所示。 綜上考慮，選用中型挖掘機(jī)常用的鏟斗結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。圖2.3.2 鏟斗其中，鏟斗的卡齒的安裝形式采用橡膠卡銷式，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.3.3所示。 1-卡銷 ；2 橡膠卡銷；3 齒座； 4斗齒圖2.3.3 卡銷式斗齒結(jié)構(gòu)示意圖第3章 工作裝置基本尺寸計(jì)算3.1 鏟斗參數(shù)的選擇 鏟斗容量q ：由設(shè)計(jì)任務(wù)書知q = 0.2

21、m3初選鏟斗最大轉(zhuǎn)角：=165度標(biāo)準(zhǔn)斗寬b：其可以由經(jīng)驗(yàn)公式和差分法選擇，當(dāng)q = 0.2 m3時(shí)，再參考其它機(jī)型的標(biāo)準(zhǔn)斗寬預(yù)初定b = 0.56m = 560mm挖掘半徑：按經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考同斗容的其它型號(hào)的機(jī)械，初選= 900mm 。鏟斗挖掘滿轉(zhuǎn)角（2）：在經(jīng)驗(yàn)公式 q = 0.5 × r2b（2-sin2）ks中，ks為土壤的松散系數(shù)，取值為1.25，將q = 0.2m3和b = 0.56m代入上式有：2-sin2 = 0.66 ，化簡(jiǎn)得： = 95/2 = 47.5鏟斗兩個(gè)鉸點(diǎn)之間的間距和的比值的選?。禾髮⒂绊憴C(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性，太小則影響鏟斗的結(jié)構(gòu)剛度3，初選特性參數(shù)k2 =

22、0.29。3.2 動(dòng)臂和斗桿參數(shù)的確定 3.2.1動(dòng)臂和斗桿基本尺寸的選擇 初選動(dòng)臂轉(zhuǎn)角： = 120度由設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析知，最大挖掘半徑r的值很接近鏟斗挖掘半徑、動(dòng)臂長(zhǎng)度、斗桿產(chǎn)度三者之和+，即r=+；又由設(shè)計(jì)參數(shù)知，最大挖掘半徑r=6250mm；由經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考其它同斗容機(jī)型有下列關(guān)系存在：=1.8。綜上可知：r=+ 即：6250=900+1.8+ 得：=1910mm =1.8=3440按照經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考同斗容的其它型號(hào)的挖掘機(jī)，并結(jié)合計(jì)算出的動(dòng)臂和斗桿長(zhǎng)度，初步確定動(dòng)臂上蓋板的寬度：=280mm，斗桿上蓋板的寬度=190mm。斗桿寬度、鋼板厚度、許用應(yīng)力的選取 按照經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考同斗容

23、的其它型號(hào)的挖掘機(jī)，并結(jié)合計(jì)算出的斗桿長(zhǎng)度，選取斗桿寬度為：=190mm；挖掘機(jī)所用鋼板的厚度在我國一般為，初選底板厚度如圖4.2.2.1所示。10為斗桿側(cè)板的厚度； 12為斗桿底板和頂板的厚度；190為底板的寬度圖4.2.2.1 斗桿箱型結(jié)構(gòu) 在斗桿與動(dòng)臂鉸接處，由設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)即查表知，此處所受應(yīng)力最大，故此處的側(cè)板寬度h也是最大的，側(cè)板其他截面寬度按規(guī)律減少。 在挖掘機(jī)中選用的結(jié)構(gòu)鋼材一般為16mn，其有足夠大的屈服極限和良好的機(jī)械性能。其屈服極限。在斗桿中取安全系數(shù)，則斗桿的許用安全應(yīng)力為： 危險(xiǎn)截面的有效面積： （41） 該截面對(duì)y軸的慣性矩: （42） 該截面對(duì)z軸的慣性距: （43）

24、橫截面總面積: （44） 該危險(xiǎn)截面所受到的正應(yīng)力: （45） 該截面所受到的最大彎曲正應(yīng)力: （46） （47） 則截面所受到軸向拉應(yīng)力與彎曲應(yīng)力合成后有: （48） 由于剪應(yīng)力的大小相對(duì)于彎矩所產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力要小得多，為簡(jiǎn)化計(jì)算，在計(jì)算中簡(jiǎn)應(yīng)力忽略不計(jì)，僅在校核中用，則有： （49） 由4-1、4-2、4-3、 4-4、4-5解得h=380mm。3.2.2 動(dòng)臂寬度、鋼板厚度、許用應(yīng)力的選取 由分析知在動(dòng)臂拐點(diǎn)處所受到的應(yīng)力可能最大，是危險(xiǎn)截面。因此我們首先要選擇該截面進(jìn)行計(jì)算，算出截面最大寬度，然后再以此為基礎(chǔ)，就可以用作圖法或計(jì)算得到動(dòng)臂的其它結(jié)構(gòu)尺寸。由查閱相關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，初步

25、選擇：動(dòng)臂底板的寬度：底板的厚度：由于上動(dòng)臂所受的載荷較大，故取上動(dòng)臂側(cè)板的厚度，而下動(dòng)臂所受的載荷相對(duì)要小，故選擇下動(dòng)臂的側(cè)板的厚度為。許用應(yīng)力的選?。簞?dòng)臂鋼板所選的材料為挖掘機(jī)中所普遍采用的低合金結(jié)構(gòu)鋼16mn，其屈服極限，并初選安全系數(shù)則許用應(yīng)力： （4-10）應(yīng)力的計(jì)算與危險(xiǎn)截面尺寸的求取：危險(xiǎn)截面所圍成的面積：危險(xiǎn)截面所圍成的有效面積： （4-11） 則上動(dòng)臂的有效面積： （4-12）下動(dòng)臂的有效面積： （4-13）上動(dòng)臂危險(xiǎn)截面對(duì)y軸的慣性矩 （4-14）下動(dòng)臂危險(xiǎn)截面對(duì)y軸的慣性矩 （4-15）上動(dòng)臂危險(xiǎn)截面對(duì)z軸的慣性矩 （4-16）同理下動(dòng)臂危險(xiǎn)截面對(duì)z軸的慣性矩 （4-17

26、）上動(dòng)臂危險(xiǎn)截面中拉伸軸向力所產(chǎn)生的正應(yīng)力： （4-18）彎曲所產(chǎn)生的正應(yīng)力： （4-19）由應(yīng)力的合成有： （4-20）解之：第4章 工作裝置挖掘力分析4.1 鏟斗油缸和斗桿作用力的確定 鏟斗油缸作用力確定。反鏟裝置工作過程中，以反鏟最主要的位置最大挖掘深度時(shí)能保證最大挖掘力來分析確定鏟斗油缸作用力。此時(shí)，計(jì)算位置為動(dòng)臂下放到最低位置。鏟斗油缸作用力對(duì)鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)有最大力臂，如圖5.1.1。式中l(wèi)1鏟斗油缸作用力對(duì)搖臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（此位置為搖臂長(zhǎng)度），m；lcf1max對(duì)鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)c的力臂，m。斗桿油缸最大作用力計(jì)算位置為動(dòng)臂下放到最低位置，斗桿油缸對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)有最大力臂。即對(duì)

27、斗桿產(chǎn)生最大作用力矩，并使斗齒間和鉸點(diǎn)b、c在一條直線上，如圖5.1.1。圖5.1.1 鏟斗、斗桿油缸作用力分析4.2 動(dòng)臂油缸作用力的確定動(dòng)臂油缸作用力的確定。動(dòng)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(jìn)行卸載來確定，如圖5.2.1.式中g(shù)dt鏟斗及其裝載土壤的重力，n；gg斗桿所受重力，n；gb動(dòng)臂所受重力，n；lda鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)a的水平距離，m；lga斗桿質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)a的水平距離，m；lba動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)a的水平距離，m。圖5.2.1 動(dòng)臂油缸作用力分析4.3 各液壓缸實(shí)際作用力的確定挖掘機(jī)設(shè)計(jì)初，在其他參數(shù)還未確定的情況下。可以對(duì)

28、比同類型液壓挖掘機(jī)，采用經(jīng)驗(yàn)公式初步確定斗桿、動(dòng)臂、鏟斗液壓缸的作用力。圖5.3.1為對(duì)國內(nèi)外挖掘機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)圖，可以看出。鏟斗、斗桿最大作用力與整機(jī)質(zhì)量之間存在一定的線性關(guān)系。圖5.3.1 液壓缸作用力與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系圖可通過以下公式估算液壓缸作用力f2=6.55mf=0.75f2 f1=0.75f式中f 鏟斗油缸作用力，kn；f1斗桿油缸作用力，kn；f2動(dòng)臂油缸作用力，kn；m整機(jī)質(zhì)量，t。代入公式得 f2=39.3kn f=29.4kn f1=22.5kn第5章 小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)概述 把液壓挖掘機(jī)液壓元件用管路連接起來從而滿足液壓挖掘機(jī)工作裝置以及各個(gè)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的要求的系統(tǒng)，叫做

29、挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。它是以液壓油作為工作介質(zhì)，通過液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉统鋈?，最后?jīng)液壓馬達(dá)或者液壓缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，完成液壓挖掘機(jī)的各種動(dòng)作。5.1 小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本組成及要求通常挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)由工作裝置系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和行走系統(tǒng)這三個(gè)基本部分組成。其中工作裝置系統(tǒng)主要由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及相應(yīng)的液壓油缸，工作裝置實(shí)現(xiàn)的挖掘和卸載動(dòng)作由動(dòng)臂回路、斗桿回路和鏟斗回路這三個(gè)液壓回路聯(lián)合進(jìn)行控制；回轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要由回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)和回轉(zhuǎn)齒輪齒圈等組成，它由液壓系統(tǒng)回路里的回轉(zhuǎn)回路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)工作裝置和上回轉(zhuǎn)部分的左右轉(zhuǎn)向，方便工作裝置的挖掘和卸載動(dòng)作，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)

30、在工作時(shí)還必須滿足回轉(zhuǎn)迅速、啟動(dòng)和制動(dòng)無沖擊、合理分配各機(jī)構(gòu)流量等要求；行走系統(tǒng)主要是支撐挖掘機(jī)整機(jī)重量和完成挖掘機(jī)行走動(dòng)作的，主要分為履帶式結(jié)構(gòu)和輪胎式結(jié)構(gòu)，行走動(dòng)作通常是由行走馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)。單斗液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作復(fù)雜，主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、換向，外負(fù)荷變化很大，沖擊和振動(dòng)多，而且野外作業(yè)的溫度和環(huán)境變化大，所以對(duì)液壓系統(tǒng)的要求是多方面的。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)，液壓系統(tǒng)要滿足主機(jī)正常工作要求，即：（1）動(dòng)臂、斗桿和鏟斗要有獨(dú)立的傳動(dòng)系統(tǒng)和控制裝置，可以各自單獨(dú)動(dòng)作，也可以互相配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作;（2）工作過程中，要求工作裝置的動(dòng)作和轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能作復(fù)合動(dòng)作，以提高機(jī)械生產(chǎn)率；（

31、3）履帶式液壓挖掘機(jī)的左、右履帶要求獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，使機(jī)械行走方便，轉(zhuǎn)向靈活，并可以原地轉(zhuǎn)彎；（4）液壓挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)不需行走，行走時(shí)不能作業(yè)，所以行走裝置行走時(shí)，工作裝置和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不需要?jiǎng)幼?；?）液壓挖掘機(jī)的一切動(dòng)作都是可逆的，而且要求實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；（6）要求機(jī)械工作可靠，各種作業(yè)油缸要有良好的過載保護(hù)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置要有可靠的制動(dòng)和限速，能防止動(dòng)臂因自重而快速下降和整機(jī)超速溜坡的異常情況發(fā)生。為了達(dá)到上述要求，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)：（1） 傳動(dòng)效率高，動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性好；（2） 液壓元件可靠性高，能夠承受較大的負(fù)載和沖擊；（3） 在油箱里裝冷卻器，減少發(fā)熱量，盡量使液壓油溫低于8

32、0或溫升低于45；（4） 液壓系統(tǒng)的密封要好，裝設(shè)濾油器和防塵裝置，避免液壓油被粉塵和顆粒等污染；（5） 采用液壓伺服操作裝置，對(duì)駕駛室進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，提高液壓挖掘機(jī)工作性能，減少駕駛員的工作強(qiáng)度。5.2 小型液壓挖掘機(jī)的基本動(dòng)作分析小型液壓挖掘機(jī)的工作過程主要包括作業(yè)循環(huán)過程和整機(jī)移動(dòng)過程兩項(xiàng)動(dòng)作。小型液壓挖掘機(jī)的一個(gè)作業(yè)循環(huán)過程包括：挖掘通常以斗桿油缸動(dòng)作為主，然后用鏟斗油缸調(diào)整切削土壤的角度，兩者配合挖掘。有復(fù)雜的挖掘動(dòng)作，參照作業(yè)要求，實(shí)現(xiàn)鏟斗、斗桿和動(dòng)臂三個(gè)油缸的復(fù)合動(dòng)作，來保證鏟斗能夠按某一特定軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行挖掘。滿斗提升與回轉(zhuǎn)挖掘結(jié)束后，鏟斗缸伸出，滿斗開始提升，同時(shí)回轉(zhuǎn)馬達(dá)啟

33、動(dòng)，上回轉(zhuǎn)臺(tái)開始向卸土的方向回轉(zhuǎn)。卸載當(dāng)上轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)到卸土地點(diǎn)，轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行制動(dòng)。斗桿油缸開始調(diào)整卸載半徑，鏟斗油缸收縮，鏟斗卸載。返回當(dāng)卸載結(jié)束時(shí)，上轉(zhuǎn)臺(tái)向反方向回轉(zhuǎn)。同時(shí)，動(dòng)臂油缸和斗桿油缸兩者配合動(dòng)作，使空斗轉(zhuǎn)到于新的挖掘位置進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的挖掘作業(yè)。整機(jī)移動(dòng)過程包括：直線行駛對(duì)于履帶式挖掘機(jī)來說，行駛主要是由左右兩邊的馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)兩個(gè)馬達(dá)轉(zhuǎn)速一致時(shí)，挖掘機(jī)直線行駛。轉(zhuǎn)彎當(dāng)履帶式挖掘機(jī)行駛過程中要轉(zhuǎn)彎時(shí)，只要兩個(gè)馬達(dá)轉(zhuǎn)速不一樣即可，可邊走邊轉(zhuǎn)也可原地轉(zhuǎn)彎。5.3 小型液壓挖掘機(jī)的基本回路分析 液壓系統(tǒng)基本回路是由一個(gè)或者幾個(gè)液壓元件有機(jī)連接而成的、能夠完成特定動(dòng)作的典型液壓回路，它是挖掘

34、機(jī)液壓系統(tǒng)的組成單元。液壓系統(tǒng)是由基本回路組成的一個(gè)有機(jī)整體，主要包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速回路和節(jié)流限速回路、行走限速回路、支腿順序回路和鎖緊回路等。5.3.1 限壓回路 限壓回路是用來限制系統(tǒng)壓力的，使壓力值不超過其一調(diào)定值。限壓的目的有兩個(gè)：一，限制液壓系統(tǒng)的最高壓力，避免液壓系統(tǒng)和液壓元件因載荷過大而損壞，一般要用安全閥來實(shí)現(xiàn)限壓，安全閥通常安裝在液壓泵出油口附近油路上；二，保證系統(tǒng)中某部分的壓力保持定值或者不超過特定壓力值，一般用溢流閥來實(shí)現(xiàn)。溢流閥在調(diào)定系統(tǒng)壓力時(shí)，其多余的流量最終通過溢流閥流回油箱，因此溢流閥的閥口是常開的。 限壓回路不僅能限制系統(tǒng)壓力，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行

35、卸荷，還能保證挖掘機(jī)正常工作。如圖6.3.1.1所示來說明限壓回路的工作原理，當(dāng)換向閥l處在中位時(shí)，液壓泵與主回路斷開，處于不工作位置；若換向閥處于左位時(shí)，液壓泵與主回路接通，液壓缸上有負(fù)載w，則液壓缸無桿腔會(huì)受到很大的閉鎖壓力，當(dāng)此壓力很大的話，就有可能損壞管路和液壓元件，因此，液壓缸的進(jìn)出油路處都要安裝溢流閥2和3。當(dāng)閉鎖壓力大于溢流閥的調(diào)定壓力時(shí)，溢流閥2和3就都打開，液壓油流回油箱，從而實(shí)現(xiàn)卸荷；換向閥處于右位同理。溢流閥的調(diào)定壓力與液壓系統(tǒng)的壓力無關(guān)，通常溢流閥的調(diào)定壓力越大，液壓缸的閉鎖力就越大，對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)就越有利，但過高的壓力則會(huì)損壞管路和元件，所以一般情況下，高壓系統(tǒng)限壓閥

36、的壓力調(diào)定值通常為系統(tǒng)壓力的125%上下，若是中高壓系統(tǒng)的話比125%還要高。1換向閥；2、3溢流閥；4液壓缸圖6.3.1.1 限壓回路 5.3.2 卸荷回路 卸荷回路是設(shè)計(jì)是為了讓挖掘機(jī)在不工作時(shí)液壓泵能以最低的功率運(yùn)行，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗。液壓挖掘機(jī)卸荷回路通常有換向閥中位卸荷回路（6.3.2.1(a)）和穿越換向閥卸荷回路（6.3.2.1(b)）兩種。 在換向閥中位卸荷回路中，通常采用中位機(jī)能是m型的三位四通換向閥，當(dāng)挖掘機(jī)不工作時(shí)，換向閥處于中位，進(jìn)油口和出油口聯(lián)通，油液經(jīng)過系統(tǒng)能各個(gè)換向閥后流回油箱，實(shí)現(xiàn)卸荷功能。這種回路通常用于高壓的串聯(lián)液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但受系統(tǒng)沖擊影響大

37、而且操作很不穩(wěn)定。在穿越換向閥卸荷回路中，換向閥采用的是帶有過油通路三位六通換向閥，當(dāng)挖掘機(jī)不工作時(shí)，換向閥處于中位，液壓油液依次經(jīng)過換向閥通路以最低壓力流回油箱，最終實(shí)現(xiàn)卸荷。這種回路常用于高壓并聯(lián)系統(tǒng)，受液壓換向沖擊小，操作時(shí)比較平穩(wěn)而且工作可靠。 （a） 換向閥中位卸荷 （b） 穿越換向閥卸荷 圖6.3.2.1 卸荷回路5.3.3 緩沖回路 當(dāng)挖掘機(jī)的上轉(zhuǎn)臺(tái)在滿斗情況下回轉(zhuǎn)或者在啟動(dòng)、突然間換向和制動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生很大的液壓沖擊，從而產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，損壞液壓元件。挖掘機(jī)的緩沖回路就是為了解決這個(gè)液壓沖擊問題而設(shè)置在回轉(zhuǎn)回路中的，原理是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)馬達(dá)中的高壓油壓力過大時(shí)和低壓

38、油路連通，而且還能對(duì)馬達(dá)進(jìn)行補(bǔ)油。如下圖6.3.3.1所示為幾種比較常見的緩沖回路。 （a）直動(dòng)緩沖閥式 （b）并聯(lián)緩沖閥式 （c）成對(duì)單向閥式1高壓油路；2低壓油路；3、4緩沖閥；5、6、8、9單向閥；7換向閥圖6.3.3.1 緩沖回路 如圖（a）中所示，緩沖閥3和4安裝在回轉(zhuǎn)馬達(dá)的兩個(gè)油路1和2上，正常工作狀態(tài)下緩沖閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)馬達(dá)停轉(zhuǎn)這種情況時(shí)，在高壓油路1上的壓力油油壓會(huì)升高，壓力油則會(huì)打開緩沖閥3流回油箱，實(shí)現(xiàn)卸載和消除液壓沖擊；若馬達(dá)反轉(zhuǎn)時(shí)，不僅緩沖閥3會(huì)卸載和消除液壓沖擊，同時(shí)單向閥6打開從油箱吸油對(duì)馬達(dá)進(jìn)行補(bǔ)油，而且補(bǔ)油量很大。通常緩沖閥的調(diào)定壓力要低于系統(tǒng)工作的最高

39、壓力。 如圖（b）中所示，兩個(gè)緩沖閥是并聯(lián)在高低壓油路1和2之間的，當(dāng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)或者反轉(zhuǎn)時(shí)，高壓油路的高壓油就會(huì)經(jīng)過緩沖閥留到低壓油路，實(shí)現(xiàn)卸荷和消除液壓沖擊，同時(shí)在發(fā)轉(zhuǎn)時(shí)還能通過單向閥進(jìn)行補(bǔ)油，但補(bǔ)油量較少。 如圖（c）中所示，由四個(gè)單向閥5、6和8、9成對(duì)的并聯(lián)在回路里，只有一個(gè)緩沖閥3，當(dāng)馬達(dá)停轉(zhuǎn)時(shí)，高壓油先經(jīng)單向閥5留到緩沖閥3把3打開實(shí)現(xiàn)卸荷和消除液壓沖擊，若馬達(dá)反轉(zhuǎn)時(shí)還可經(jīng)過單向閥9補(bǔ)油。5.3.4 節(jié)流調(diào)速回路 在定量系統(tǒng)中為了改變執(zhí)行元件的流量通常是利用帶有可變截面的節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)速的，按照節(jié)流閥安裝位置不同，節(jié)流調(diào)速回路一般分為兩種：進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路（圖6.3.4.

40、1（a）和回油節(jié)流調(diào)速回路（圖6.3.4.1（b）。 （a） 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路 （b） 回油節(jié)流調(diào)速回路 1定量泵；2液壓缸；3節(jié)流閥；4溢流閥；5換向閥；6濾油器；圖6.3.4.1 節(jié)流調(diào)速回路（a） 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。液壓泵前面有過濾,6，液壓泵后面安裝有溢流閥4和節(jié)流閥3，節(jié)流閥3和液壓泵串聯(lián)安裝在高壓油路上，液壓油先經(jīng)節(jié)流閥和換向閥再進(jìn)入液壓缸左側(cè)，然后液壓缸往右移。如果外負(fù)載變大，導(dǎo)致液壓缸大腔壓力變大，節(jié)流閥兩端壓差減小，流過節(jié)流閥的壓力油減少，最后液壓缸右移速度變慢；若外負(fù)載變小，同理可知，活塞缸移動(dòng)速度變快。這種回路由于油液先經(jīng)過節(jié)流閥，油溫會(huì)升高，發(fā)熱量大，泄露會(huì)增大，而且工

41、作不穩(wěn)定，效率低。（b） 回油節(jié)流調(diào)速回路。與進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路想比，主要是節(jié)流閥安裝在了回油路上，其他工作原理相同。由于節(jié)流閥安在了回油路上，油液經(jīng)過節(jié)流閥后直接流回油箱，冷卻效果好，而且工作較穩(wěn)定，效率高。5.3.5 節(jié)流限速回路 節(jié)流限速回路是在液壓挖掘機(jī)的回油路上安裝單向節(jié)流閥，從而來保證挖掘機(jī)工作裝置安全作業(yè)的，如圖6.3.5.1所示。動(dòng)臂缸、斗桿缸和鏟斗缸三個(gè)液壓缸的回油路上都有單向節(jié)流閥，可以防止動(dòng)臂等因自重而下降速度過快而導(dǎo)致危險(xiǎn)的發(fā)生。圖6.3.5.1 節(jié)流限速回路5.3.6 行走限速回路 為了防止履帶式液壓挖掘機(jī)下坡時(shí)因自重而加速行走導(dǎo)致溜車和行走馬達(dá)吸空，常在液壓系統(tǒng)中加入

42、行走限速回路，對(duì)行走馬達(dá)進(jìn)行限速和補(bǔ)油，如圖6.3.6.1所示。1換向閥；2、3壓力閥；4、5、6、7單向閥；8、9安全閥；10行走馬達(dá)圖5.3.6 行走限速回路當(dāng)換向閥處于左位1時(shí)，行走馬達(dá)10順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。若履帶式挖掘機(jī)下坡時(shí)，挖掘機(jī)超速行走馬達(dá)超速旋轉(zhuǎn)，則馬達(dá)左邊油路油壓將下降，從而使壓力閥3的截面開口變小，經(jīng)過壓力閥3的油液流量將減少，從而實(shí)現(xiàn)回油節(jié)流，達(dá)到限制挖掘機(jī)速度的目的；挖掘機(jī)行走馬達(dá)吸空時(shí)，進(jìn)油側(cè)油路上的壓力油不夠，單向閥7將打開，從油箱里吸油進(jìn)行補(bǔ)油。若行走馬達(dá)發(fā)生故障停轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)油側(cè)的油液壓力過高，安全閥9將打開，高壓油經(jīng)過安全閥9流回油箱，實(shí)現(xiàn)卸荷。當(dāng)換向閥處于2位時(shí)，同理

43、。5.3.7 支腿順序回路和鎖緊回路 這個(gè)回路是用在輪胎式液壓挖掘機(jī)上的，工作時(shí)前后支腿的收放要按照一定的順序進(jìn)行，所以要在回路中安順序閥，形成順序回路；同時(shí)還要在回路中安裝液壓鎖，保證支腿在外負(fù)載存在時(shí)不會(huì)縮回，形成鎖緊回路，兩者組成的回路如圖6.3.7.1所示。1換向閥；2、3順序閥；4、5單向閥；6、7液壓鎖；8、9液壓缸圖6.3.7.1 支腿順序回路和鎖緊回路 對(duì)于順序回路來說，支腿動(dòng)作的順序應(yīng)該是：后支腿液壓缸8伸前支腿液壓缸9伸前支腿液壓缸9縮后支腿液壓缸8縮，這一組順序動(dòng)作由順序閥2和3實(shí)現(xiàn)。當(dāng)換向閥1處于右位時(shí)液壓油進(jìn)入液壓缸8的無桿腔，后支腿伸出，回油分別經(jīng)液壓鎖6、單向閥5

44、和換向閥1最后返回油箱。當(dāng)后支腿伸出以后不動(dòng)，液壓油壓力升高，壓力達(dá)到順序閥2的調(diào)整壓力時(shí)，順序閥2打開，液壓油進(jìn)入液壓缸9的無桿腔腔使前支腿伸出，回油返回油箱。當(dāng)支腿伸出以后換向閥處于中位，壓力油使液控單向閥8和9(液壓鎖)鎖緊。 在順序回路中，順序閥的調(diào)定壓力值要大于上個(gè)動(dòng)作的最高工作壓力，才能實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作。第6章 小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析6.1 液壓系統(tǒng)原理圖 根據(jù)液壓挖掘機(jī)對(duì)系統(tǒng)的要求，采用雙泵雙回路定量系統(tǒng)，控制方式為液控?fù)Q向。液壓原理圖，如圖7.1.1。 圖7.1.1 液壓原理圖、多路閥組 .先導(dǎo)控制閥組1斗桿液壓缸； 2動(dòng)臂液壓缸； 3、4左右行走馬達(dá)； 5鏟斗液壓缸；6回轉(zhuǎn)馬

45、達(dá)；7限速閥；8、9、10多路閥組；11梭閥；12合流閥； 13、14、15多路閥組；16壓力表；17、18液壓泵；19冷卻器； 20濾油器； 21蓄能器；22齒輪泵； 23節(jié)流閥； 24、25、26、27、28、29先導(dǎo)控制閥。6.2 液壓系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)述主機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)先導(dǎo)控制閥組不工作時(shí)，液壓泵17、18提供的壓力油分別通過多路換向閥組、以及限速閥7返回油箱。齒輪泵22為先導(dǎo)控制油路供壓，壓力過大時(shí)則壓力油通過溢流閥流回油箱先導(dǎo)控制閥26、27中的電磁鐵6y、7y同時(shí)通電，來自齒輪泵22的壓力油控制多路換向閥組中的10、13換向閥，液壓挖掘機(jī)左右行走馬達(dá)開始工作，使挖掘機(jī)移動(dòng)到工作位置（先

46、導(dǎo)閥26、27單獨(dú)控制時(shí)液壓挖掘機(jī)單側(cè)行走）。到達(dá)工作地點(diǎn)后，通過控制先導(dǎo)控制閥24、25、28中的電磁鐵調(diào)整液壓挖掘機(jī)斗桿、動(dòng)臂和鏟斗液壓缸，使鏟斗調(diào)整到合適的切削角度。調(diào)整好鏟斗工作位置后，先導(dǎo)控制閥24中的電磁鐵1y通電，斗桿液壓缸伸出，完成挖掘動(dòng)作。挖掘完成后，先導(dǎo)控制閥25中的電磁鐵4y通電，動(dòng)臂油缸伸出，使動(dòng)臂提升到指定位置。控制先導(dǎo)控制閥29.使機(jī)身回轉(zhuǎn)，令鏟斗回轉(zhuǎn)到指定卸載位置。先導(dǎo)控制閥中28中的電磁鐵10y通電，鏟斗油缸收回，完成卸載（復(fù)雜的卸載動(dòng)作需要斗桿、動(dòng)臂和鏟斗液壓缸的復(fù)合動(dòng)作）。卸載結(jié)束后，控制先導(dǎo)控制閥29使機(jī)身反方向回轉(zhuǎn)。同時(shí)斗桿、動(dòng)臂、鏟斗液壓缸配合動(dòng)作使空

47、斗置于新的挖掘位置。6.3 液壓系統(tǒng)特殊部件作用限速閥。兩組多路換向閥一般采用串聯(lián)油路，其中回油路并聯(lián)。油液經(jīng)過限速閥7流回郵箱。限速閥7的液控作用著由梭閥11提供的17和18兩個(gè)油泵的最大壓力值。當(dāng)小型挖掘機(jī)在下坡行走發(fā)生超速的情況時(shí)，其油泵出口壓力將降低，限速閥7將自動(dòng)對(duì)回油路節(jié)流，防止溜坡現(xiàn)象的發(fā)生，保證液壓挖掘機(jī)行駛安全 。合流閥；多路換向閥組不工作時(shí)候通過合流閥，液壓泵17輸出的壓力油經(jīng)過合流閥進(jìn)入多路換向閥。以加快動(dòng)臂或斗桿的移動(dòng)速度。蓄能器；保持先導(dǎo)油路油壓穩(wěn)定和熄火后提供油壓還能完成幾個(gè)動(dòng)作的控制。節(jié)流閥；防止動(dòng)臂、斗桿、和鏟斗發(fā)生因重力超速現(xiàn)象，起限速作用。緩沖閥；用于緩沖慣

48、性負(fù)載所引起的壓力沖擊。節(jié)流閥2。進(jìn)入回轉(zhuǎn)馬達(dá)6內(nèi)部和殼體內(nèi)的液壓油溫度不同，會(huì)造成液壓馬達(dá)各零件熱膨脹程度不同，引起密封滑動(dòng)面卡死的熱沖擊現(xiàn)象。為此，在液壓馬達(dá)殼體上設(shè)有兩個(gè)油口，一個(gè)油口直接接回油箱，另一個(gè)油口經(jīng)節(jié)流閥32與有背壓回路（背壓?jiǎn)蜗蜷y33）相通，使部分回油進(jìn)入殼體。由于液壓馬達(dá)殼體內(nèi)經(jīng)常有循環(huán)油流過，帶走熱量，因此可以防止熱沖擊的發(fā)生。此外，循環(huán)油還能沖洗殼體內(nèi)磨損物。6.4 液壓系統(tǒng)參數(shù)確定6.4.1 確定液壓系統(tǒng)的工作壓力不考慮能量損耗的情況下，系統(tǒng)的功率為9式中p液壓泵的出口壓力，pa；q液壓泵的輸出流量，m3/s。取p=20mpa,則p=148kw提高系統(tǒng)的工作壓力就可

49、以減少系統(tǒng)中通過液壓元件的流量，從而減小相應(yīng)各液壓元件以至整個(gè)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量。6.4.2 確定液壓缸的主要參數(shù)和工作壓力通常根據(jù)最大移動(dòng)速度和最高轉(zhuǎn)速來計(jì)算液壓缸和液壓馬達(dá)的流量液壓缸所需流量10式中ag液壓缸的工作面積，m2；vmax液壓缸最大速度，m/s。斗桿、動(dòng)臂液壓缸同時(shí)工作時(shí)時(shí)，齒輪泵18能同時(shí)滿足兩液壓缸工作要求.根據(jù)液壓泵額定壓力，取p=5mpa。則斗桿液壓缸的工作面積動(dòng)臂液壓缸的工作面積鏟斗液壓缸的工作面積根據(jù)計(jì)算取f1=22.5kn,f2=39.3kn，f=29.4kn。v=0.5m/s則ag1=2.5×10-3m2ag2=4.2×10-3m2ag3=3.3×10-3m2qmax=(ag1+ag2+ag3)v=5×10-3m3/s6.4.3 液壓馬達(dá)所需流量液壓馬達(dá)流量計(jì)算公式如下式中q0馬達(dá)理論排量，m3/rad；max馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速，rad/s；v馬達(dá)容積效率。根據(jù)所選用的回轉(zhuǎn)馬達(dá)、行走馬達(dá)參數(shù)分別