小型履帶式液壓挖掘機動臂液壓系統(tǒng)設計

1、小型履帶式液壓挖掘機動臂液壓系統(tǒng)設計摘要：本畢業(yè)設計主要通過對小型履帶式挖掘機動臂液壓系統(tǒng)的分析從而進行設計。首先通過對目前市面上的挖掘機的液壓系統(tǒng)的分析，初擬定動臂液壓系統(tǒng)。其次通過對動臂液壓缸在不同工況下的受力分析，確定液壓缸的型號和尺寸。再次對液壓系統(tǒng)中的各個元器件進行選型，同時根據各個型號的元器件的適用條件對液壓系統(tǒng)進行改進。最后繪出液壓系統(tǒng)原理圖、動臂液壓缸及其非標準件的cad圖、液壓缸的pro/e三維圖。關鍵詞：小型挖掘機；動臂液壓系統(tǒng)；動臂油缸。6 ton excavator hydraulic system design boomabstract：this graduation

2、 mainly through the project of small crawler excavator arm hydraulic system analysis and to design . first, he is currently on the market analysis of hydraulic system of excavator, hydraulic system of the development boom in the early. secondly through the boom hydraulic cylinder in the stress analy

3、sis under different conditions, determine the hydraulic cylinder type and size. selection of individual components in the hydraulic system again, at the same time depending on the individual model components to improve conditions for the application of the hydraulic system. last drawn hydraulic cyli

4、nder of the hydraulic system schematics, boom and standard parts for non-cad, hydraulic cylinder of pro/e three-dimensional charts .key words: small excavator; hydraulic boom system; boom cylinder第1章 緒 論1.1 挖掘機的功能及主要技術參數(shù)1.1.1 功能挖掘機作業(yè)過程是以切削刃切削土壤，實現(xiàn)破土、裝土、提升回轉、卸土，再返回第二次挖掘，挖完一段后,機械移位繼續(xù)挖掘。為實現(xiàn)上述周期性作業(yè)動作要求，

5、就需要以下組成部分：工作裝置、回轉機構、動力裝置、傳動裝置（液壓部分）、操縱裝置、行走裝置等。現(xiàn)通常按結構分為：工作裝置、回轉平臺、行走裝置。根據其構造和用途可以區(qū)分為：履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全回轉、非全回轉、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。工作裝置是直接完成挖掘任務的裝置。它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉動都用往復式雙作用液壓缸控制。為了適應各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機具?；剞D與行走裝置是液壓挖掘機的機體，轉臺上部設有動力裝置和傳動系統(tǒng)。發(fā)動機是液

6、壓挖掘機的動力源，大多采用柴油要在方便的場地， 也可改用電動機。行走裝置（也稱下車）由導向輪、驅動輪、支重輪、托帶輪、履帶、組合行走架、行走馬達減速機和張緊緩沖裝置等零部件組成。行走裝置是挖掘機的支柱，承受挖掘機的全部質量和挖掘機載荷，提供挖掘機行走、轉彎和爬坡的能力挖掘機工作時，行走裝置起到支撐和穩(wěn)定的作用。1.1.2主要技術參數(shù)：標準斗容0.21m³發(fā)動機額定功率39.5kw/2200rpm鏟斗最大挖掘力45kn斗桿最大挖掘力33kn1.2 挖掘機簡史第一臺手動挖掘機問世至今已有130多年的歷史，期間經歷了由蒸汽驅動斗回轉挖掘機到電力驅動和內燃機驅動回轉挖掘機、應用機電液一體化技

7、術的全自動液壓挖掘機的逐步發(fā)展過程。由于液壓技術的應用，20世紀40年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機，20世紀50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉液壓挖掘機和履帶式全液壓挖掘機。初期試制的液壓挖掘機是采用飛機和機床的液壓技術，缺少適用于挖掘機各種工況的液壓元件，制造質量不夠穩(wěn)定，配套件也不齊全。從20世紀60年代起，液壓挖掘機進入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機制造廠和品種增加很快，產量猛增。1968-1970年間，液壓挖掘機產量已占挖掘機總產量的83%，目前已接近100%。1.3 國內外的情況1.3.1 國外挖掘機目前水平及發(fā)展動向工業(yè)發(fā)達國家的挖掘機生產較早，法國、德國、美國、

8、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m³單斗液壓挖掘機的主要生產國，從20世紀80年代開始生產特大型挖掘機。例如，美國馬利昂公司生產的斗容量50-150m³剝離用挖掘機，斗容量132m³的步行式拉鏟挖掘機；b-e（布比賽路斯-伊利）公司生產的斗容量168.2m³的步行式拉鏟挖掘機，斗容量107m³的剝離用挖掘機等，是世界上目前最大的挖掘機。 從20世紀后期開始，國際上挖掘機的生產向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展。 1、開發(fā)多品種、多功能、高質量及高效率的挖掘機。為滿足市政建設和農田建設的需要，國外發(fā)展了斗容量在0.25

9、m³以下的微型挖掘機，最小的斗容量僅在0.01m³。另外，數(shù)量最的中、小型挖掘機趨向于一機多能，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，發(fā)展專門用途的特種挖掘機，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機等。2、迅速發(fā)展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，使挖掘機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，利用電子計算機控制接收器

10、和激光導向相結合，實現(xiàn)了挖掘機作業(yè)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機的全液壓化為其奠定了基礎和創(chuàng)造了良好的前提。3、重視采用新技術、新工藝、新結構，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產的挖掘機裝有新型的發(fā)動機轉速調節(jié)裝置，使挖掘機按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新c系列l(wèi)s-5800型液壓挖掘機安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調節(jié)流量，避免了驅動功率的浪費。還安裝了caps（計算機輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產的fj系列五種新型號挖掘機配有與液壓回路連接的計算機輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)

11、，減少燃油、發(fā)動機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)公司生產的挖掘機的油泵調節(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型液壓挖掘機上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經驗的駕駛員也能進行復雜的作業(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，可根據作業(yè)要求調節(jié)挖掘機的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型b系統(tǒng)挖掘機上采用最新的3114t型柴油機以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進一步提高了挖掘機的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國大宇公司在dh280型挖掘機上采用了ep

12、os-電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據發(fā)動機負荷的變化，自動調節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動機轉速始終保持在額定轉速附近，即發(fā)動機始終以全功率運轉，這樣既充分利用了發(fā)動機的功率、提高挖掘機的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動機因過載而熄火。4、更新設計理論，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計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優(yōu)化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術、疲勞強度分析方法等先進技術應用于液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產品的優(yōu)質高效率和競爭力。美國提出了考核動強度的動態(tài)設計分析方法，并創(chuàng)立了預測產品失效和更新的理論。日本制定

13、了液壓挖掘機構件的強度評定程序，研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎理論的指導下，借助于大量試驗，縮短了新產品的研究周期，加速了液壓挖掘機更新?lián)Q代的進程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機的運轉率達到85%-95%，使用壽命超過1萬小時。5、加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機采用帶有墜物保護結構和傾翻保護結構的駕駛室，安裝可調節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。6、進一步改進液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉變的明顯趨勢。因為變量系統(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時和增大流量來襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機可經常性地充分利用油泵

14、的最大功率。當外阻力增大時則減少流量（降低速度），使挖掘力成倍增長率加；采用三回路液壓系統(tǒng)。產生三個互不成影響的獨立工作運動。實現(xiàn)與回轉達機械的功率匹配。將第三泵在其他工作運動上接通，成為開式回路第二個獨立的快速成運動。此外，液壓技術在挖掘機上普遍使用，為電子技術、自動控制技術在挖掘機的應用與推廣創(chuàng)造了條件。7、迅速拓展電子化、自動化技術在挖掘機上的應用。20世紀70年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境的污染，使挖掘機的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機口音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應用電子和自動控制技術。隨著對挖掘機的工作效率、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

15、使了機電一體化在挖掘機上的應用，并使其各種性能有了質的飛躍。20世紀80年代，以微電子技術為核心的高新技術，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機上的應用，推動了電子控制技術在挖掘機上應用和推廣，并已成為挖掘機現(xiàn)代化的重要標志，亦即目前先進的挖掘機上設有發(fā)動機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)。1.3.2 國內挖掘機目前發(fā)展水平及狀況 2000年來，隨著國家新一輪經濟發(fā)展進入一個更深層次的階段，包括基礎設施建設、新的城鎮(zhèn)化建設等，刺激挖掘機行業(yè)進一步的發(fā)展。所以在2000年以后形成了一個高潮期。據統(tǒng)計，2000年國內挖掘機企業(yè)產量為8111臺、銷

16、售量為7926臺，與1999年相比，產銷量均增長30%以上。2000年全國液壓挖掘機產銷量近8000臺。 2002年是我國工程機械行業(yè)歷史上增長速度最快、經濟形勢最好的一年，堪稱“井噴之年”。挖掘機全年銷量1.9萬臺，同比增長58%，挖掘機成了整個工程機械行業(yè)中產、銷量增長最快的機種之一。 2003年國產挖掘機的價格優(yōu)勢仍然是十分明顯的。以13至14噸級的輪式挖掘機為例，雖然其關鍵零部件系國外配置，但價格與國外同等機型相比仍相差25萬至30萬元。小功率、多功能的挖掘機尤其受到青睞。通過快速換裝不同的工作裝置以完成挖、裝、填、夯、抓、刨、吊鉆、剪等多種作業(yè)，挖掘裝載機出現(xiàn)了需求不斷上升的勢頭。除

17、了jcb、凱斯等品牌外，德工的wz25-20型也出現(xiàn)了較好的銷售趨勢。輪胎挖掘機的需求一直在穩(wěn)步增長，如常州現(xiàn)代的輪式挖掘機從0.25至0.92立方米都可生產，詹工可生產14至30噸級的輪式挖掘機，其中20噸級的輪式挖掘機的行駛速度可高達54公里/小時。目前我國輪式挖掘機的生產企業(yè)大約為10家。 2003年的大型挖掘機在我國一直處于薄弱地位，主要依賴進口。長挖的ce600-5型斗容達4立方米，常州現(xiàn)代的r450lc-5型挖掘機屬于43.53噸級，而德國的利勃海爾生產的600噸級的挖掘機最大斗容可達34立方米。 2003年小型挖掘機的需求繼續(xù)旺盛。2003年產銷3000多臺，而需求量在5000臺

18、/年左右。久負盛名的久保田已落戶上海，久保田生產從0.5至5噸的33個產品系列，年產量在1.2萬臺左右，久保田先推出無尾超小回轉機型的主導機型，以后陸續(xù)有其他型號上市，意欲占領中國20%的小型挖掘機市場，其產品的數(shù)字化液晶顯示、自動怠速功能博得了用戶的贊譽。凱斯的小型挖掘機同樣采用無尾回轉及動臂可回轉技術，采用橡膠履帶用于液壓錘、液壓剪的雙回路輔助輸出液壓回路，同樣受到使用單位的歡迎。 由于2003年以來我國固定資產投資規(guī)模增長過快，中央政府在2004年4月出臺了一系列宏觀調控政策，抑制投資過熱的行業(yè)。目前，宏觀調控已初見成效，經濟開始向“軟著陸”發(fā)展。2004年下半年開始，固定資產投資增速出

19、現(xiàn)較快的下降，挖掘機械行業(yè)增速隨之下降，并且下降幅度將高于固定資產投資的下滑速度。這必將對挖掘機行業(yè)帶來沖擊! 1999年-2004年履帶式挖掘機進出口量：中國挖掘機近三年增長極為迅速，雖然國內產銷量已成為國際上的挖掘機大國，但歷年仍有大量挖掘機產品進口，進出口逆差仍較大。2004年國內已形成的局面: 隨著我國挖掘機行業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，尚未引進外資的企業(yè)紛紛加快技術改造，引進技術合作、資產重組、強強聯(lián)合優(yōu)勢互補，創(chuàng)中國人自己發(fā)展之路。如柳工、玉柴、南特、卓爾、軍聯(lián)、山河智能、山東常林、徐工、臨工、黃工等相繼完成技改，成效顯著，爭創(chuàng)年千臺目標企業(yè)。同時，一些大型國企改制后也煥發(fā)出極強生命力。如長挖

20、改制后的四川邦立重機有限公司揚長避短搞發(fā)展，2004年目標大挖260臺，銷售收入3億元。2004年上半年研制出中國最大的液壓挖掘機100t級強力礦山型全液壓挖掘機，ce(d)1000-6斗容6m3、373kw。同時還為中國礦山研制出系列全液壓挖掘機ce400-6、ce420-6、ce(d)460-5、ce(d) 550-6、ce(d)650-6、ce(d)900-6系列產品供應市場，物美價廉，深受市場歡迎，已成為中國大型挖掘機研發(fā)基地。玉柴、卓爾、南 特、智能也正在成為中國小挖研發(fā)重要基地。柳工、臨工、三一、徐工、貴礦、力士德等將成為國產中噸位挖掘機名品與國外品牌抗衡的生產企業(yè)?？v觀我國液壓挖

21、掘機近40年的發(fā)展歷史,大致可以分成以下幾個階段:一、開發(fā)階段(19671977年):以測繪仿制為主的開發(fā)。通過多年堅持不懈的努力,克服一個一個的困難,有少量幾種規(guī)格的液壓挖掘機終于獲得初步成功,為我國挖掘機行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了重要的一步。 二、液壓挖掘機發(fā)展、提高并全面替代機械挖掘機階段(19781986年)。這個階段通過各主機廠引進技術(主要是德國挖掘機制造技術)的消化、吸收和移植,使我國液壓挖掘機產品的性能指標全面提高到國際70年代末80年代初的水平。全國液壓挖掘機的平均年產量達到1230臺。 三、液壓挖掘機生產企業(yè)數(shù)量增加,新加入挖掘機行業(yè)的國有大、中型企業(yè)以技貿結合、合作生產方式聯(lián)

22、合引進日本挖掘機制造技術(19871993年)。由于國內對挖掘機的需求量的不斷提高,新加入挖掘機行業(yè)的企業(yè)通過開發(fā)和引進挖掘機制造技術,其產品批量或小批量的投放國內市場或出口,打破了多年來主要由六大家挖掘機生產企業(yè)壟斷國內挖掘機市場的局面,形成了有益于提高產品質量、性能和產量的良性競爭。這個期間國內液壓挖掘機的年均產量提高到2000余臺。 四、國內液壓挖掘機供需矛盾日益擴大,國外各著名挖掘機制造廠商看好中國市場紛紛前來創(chuàng)辦合資、獨資挖掘機生產企業(yè)(1994年至今)。從1994年開始,特別到1995年在我國挖掘機行業(yè)掀起了一股不小的合資浪潮。其中美國卡特彼勒公司和日本神戶制鋼所率先在徐州金山橋開

23、發(fā)區(qū)和與成都工程集團公司合作在成都相繼建立了生產液壓挖掘機的中外合資企業(yè),隨后日本小松制作所、日立建機株式會社、韓國大宇重工、韓國現(xiàn)代重工業(yè)以及德國利勃海爾、德國雪孚、德國atlas、瑞典volvo公司等都先后在中國建立了中外合資、外商獨資挖掘機生產企業(yè),生產具有世界先進水平的多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機產品。近幾年這些企業(yè)運營情況良好，發(fā)展速度很快。第2章 液壓系統(tǒng)分析與設計2.1 設計思想2.1.1 產品開發(fā)目的與適用范圍由于2004年我國經濟實行宏觀調控后，國內固定資產投資比例減小，嚴重影響了挖掘機的銷售市場。2003年13家企業(yè)共銷售挖掘機30139臺，其中15噸以下挖掘機銷售了2957

24、臺，占銷售總量的9.8%；2004年13家企業(yè)共銷售挖掘機2764臺，下降了9%。其中15噸以下挖掘機銷售了4631臺，占銷售總量的16.75%。增量為6.77%。2004年15噸以下的挖掘機比2003年增長56.58%。這說明宏觀調控對15噸以下小挖不但沒有影響，反而銷量增加，預計以后每年需要50007000臺的量。市場發(fā)展很快。目前生產小挖的企業(yè)有玉柴、山河、柳工、現(xiàn)代京城、大宇、日立等企業(yè)?？焖匍_發(fā)15噸以下挖掘機，以適應市場的需要。2003以來國家對農業(yè)的投資力度正在加大，另外我國西部開發(fā)建設，南水北調工程的啟動，將需要大量的工程機械產品，尤其是對中小型號的液壓挖掘機的需求量必將持續(xù)增

25、長。經過調研，610噸級液壓挖掘機在農業(yè)、農村、農民以及城鄉(xiāng)個體、私營、集體企業(yè)中具有較好市場。本產品主要用于民用建設、市政工程、農田水利、修筑道路、房產開發(fā)等土石方施工。2.1.2 設計指導思想一、貫徹“質量第一”的方針，力求結構合理，可靠性高。二、要貫徹“三化”原則，盡量考慮零部件的通用性，要投資少，見效快（標準化、通用化、系列化）。三、外協(xié)件應立足于國內，但液壓件盡量選國外產品，并有一定的先進性和可靠性。四、產品應符合國家、有關標準，并學習引用國外先進技術。2.2 液壓系統(tǒng)分析按照挖掘機工作裝置和各個機構的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機地連接起來的組合體，稱為挖掘機的液壓系統(tǒng)。其功能

26、是，以油液為工作介質，利用液壓泵將發(fā)動機的機械能轉變?yōu)橐簤耗懿⑦M行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達等將液壓能轉換為機械能，實現(xiàn)挖掘機的各種動作。2.2.1、基本要求： 液壓挖掘機的動作復雜，凡要機構經常啟動、制動、換向、負載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外作業(yè)，溫度和地理位置變化大，因此根據挖掘機的工作特點和環(huán)境特點，液壓系統(tǒng)應滿足如下要求： 1、要保證挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以互相配合實現(xiàn)復合動作。 2、工作裝置的動作和轉臺的回轉既能單獨進行，又能作復合動作，以提高挖掘機的生產率。3、保證挖掘機工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達等）有良好的過載保護；防止動臂因自重

27、而快速下降。為此，液壓系統(tǒng)應做到： （1）有高的傳動效率，以充分發(fā)揮發(fā)動機的動力性和燃料使用經濟性。 （2）液壓系統(tǒng)和液壓元件在負載變化大、急劇的振動沖擊作用下，具有足夠的可靠性。 （3）調協(xié)輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機持續(xù)工作時液壓油溫不超過80度，或溫升不超過45度。 （4）由于挖掘機作業(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，液壓元件對油液污染的敏感性低，整個液壓系統(tǒng)要設置濾油器和防塵裝置。 （5）采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機設置自動控制系統(tǒng)，進而提高挖掘機技術性能和減輕駕駛員的勞動強度。2.2.2、類型： 按液壓泵特性，液壓挖掘機采用的液壓系統(tǒng)

28、大致上有定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)和定量、變量系統(tǒng)等三種類型。 1、定量系統(tǒng) 在液壓挖掘機采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨負載而變化，通常依靠節(jié)流來調節(jié)速度。根據定量系統(tǒng)中油泵和回路的數(shù)量及組合形式，分為單泵單回路、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) 在液壓挖掘機采用的變量系統(tǒng)中，是通過容積變量來實現(xiàn)無級調速的，其調節(jié)方式有三種：變量泵-定量馬達調速、定量泵-變量馬達調速、變量泵-變量馬達調速。 液壓挖掘機采用的變量系統(tǒng)多采用變量泵-定量馬達的組合方式實現(xiàn)無級變量，且都是雙泵雙回路。根據兩個回路的變量有無關聯(lián)，分為分功率變量系統(tǒng)和全功率變量系統(tǒng)兩種。其

29、中的分功率變量系統(tǒng)的每個油泵各有一個功率調節(jié)機械，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，即兩個回路的油泵各自獨立地進行恒功率調節(jié)變量，兩個油泵各擁有一發(fā)動機輸出功率；全功率變量系統(tǒng)中的兩個油泵由一個總功率調節(jié)機構進行平衡調節(jié)，使兩個油泵的擺角始終相同，同步變量、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是不相同的。其調節(jié)機構有機械聯(lián)動式和液壓聯(lián)動式兩種形式。2.3 液壓系統(tǒng)圖的初擬定本機液壓系統(tǒng)與伺服操作系統(tǒng)原理圖見圖21。原理圖中表明了系統(tǒng)的工作原理和主要部件及限壓要求。本機采用變量串聯(lián)組合泵組成的開式液壓系統(tǒng)。變量泵最大流量為110

30、l/min，最大工作壓力為16mpa。采用變量泵、液壓缸容積式調速回路，液控單向閥鎖緊回路。變量泵采用恒功率控制。組合泵由柴油機飛輪經彈性聯(lián)軸器驅動，從液壓油箱中吸入液壓油。從泵排出的液壓油經多路閥分別進入回轉馬達、斗桿油缸、動臂油缸、鏟斗油缸和左、右行走馬達減速機。挖掘機可完成斗桿伸縮、平臺回轉和履帶行走等各項動作。若挖掘機不執(zhí)行動作時，則變量泵處于最小排量狀態(tài)，以減小發(fā)動機功率損失。油路上各執(zhí)行元件的安全閥、過載閥和補油閥均設在多路控制閥各主閥上，以保護整個系統(tǒng)。多路控制閥為分片組合式，閥內裝有液控單向閥，以防止動臂和斗桿在自重作用下下降速度過快。液壓油箱為全封閉式，上置預壓式空氣過濾器,

31、使油箱有一定預壓力油泵不吸空。油箱內設有隔箱，箱內開有回油口和裝有回油濾油器，其出口與油箱相通。1、油箱 2、進油濾油器 3、串聯(lián)泵 4、電磁閥 5、單向閥 6、溢流閥 7、電磁閥 8、動臂油缸 9、安全閥 10、液控單向閥 11、單向閥 12、散熱器 13、回油濾油器2.4 賄賂分析吸油回路：柴油機飛輪經彈性聯(lián)軸器驅動串聯(lián)泵3使液壓油經過進油濾油器2從油箱1中吸入液壓油。壓油回路：液壓油經串聯(lián)泵3增壓后經電磁閥4、單向閥5、電磁閥7、液控單向閥10進入動臂油缸8中?；赜突芈罚阂簤河蛷膭颖塾透字辛鞒鼋泦蜗蜷y10、散熱器11、回回油濾油器12流入油箱。在以上三個回路中電磁閥4、7的工作位置不同從

32、而使液壓油缸的活塞桿處于伸出獲回縮的狀態(tài)；當液壓油經過單向閥5后若壓力達到溢流閥6設定的溢流壓力，則此時液壓油經回油回路直接回流到油箱。當上裝工作裝置作用在動臂油缸活塞桿上的力使回路中的壓力突然上升至安全閥9設定的壓力時，此時液壓油經回油回路到油箱直至壓力降到低于安全閥的開啟壓力。當動臂因自重下降過快時，液控單向閥10組成液壓鎖，始終保持動臂的工作位置不變。第3章 液壓系統(tǒng)的計算3.1 液壓系統(tǒng)設計原始參數(shù)標準斗容0.21m³發(fā)動機額定功率39.5kw/2200rpm鏟斗最大挖掘力45kn斗桿最大挖掘力33kn3.2 油缸計算3.2.1動臂油缸簡介 動臂油缸的工作原理是通過高壓液體對

33、活塞有效作用面積的作用，把液壓能轉換為機械能對外載做功的裝置。在挖掘機中，動臂油缸起一個支撐動臂在垂直面內做往復旋轉運動的作用。動臂油缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。緩沖裝置與排氣裝置視具體應用場合而定，其他裝置則必不可少。3.2.2液壓缸類型的選擇根據常用液壓缸的結構形式，可將其分為四種類型：(1）活塞式單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿。如圖所示是一種單活塞液壓缸。其兩端進出口油口a和b都可通壓力油或回油，以實現(xiàn)雙向運動，故稱為雙作用缸。(2)柱塞式（）柱塞式液壓缸是一種單作用式液壓缸，靠液壓力只能實現(xiàn)一個方向的運動，柱 塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；

34、（）柱塞只靠缸套支承而不與缸套接觸，這樣缸套極易加工，故適于做長行程液壓缸； （）工作時柱塞總受壓，因而它必須有足夠的剛度； （）柱塞重量往往較大，水平放置時容易因自重而下垂，造成密封件和導向單邊磨損，故其垂直使用更有利。(3)伸縮式伸縮式液壓缸具有二級或多級活塞，伸縮式液壓缸中活塞伸出的順序式從大到小，而空載縮回的順序則一般是從小到大。伸縮缸可實現(xiàn)較長的行程，而縮回時長度較短，結構較為緊湊。此種液壓缸常用于工程機械和農業(yè)機械上。(4)擺動式擺動式液壓缸是輸出扭矩并實現(xiàn)往復運動的執(zhí)行元件，也稱擺動式液壓馬達。有單葉片和雙葉片兩種形式。定子塊固定在缸體上，而葉片和轉子連接在一起。根據進油方向，

35、葉片將帶動轉子作往復擺動。根據以上分析綜合知選用活塞式類型雙作用的液壓缸。3.3.3、液壓缸主要零件的結構和材料的選擇（1） 缸體的材料液壓缸的常用材料為20、35 、45號無縫鋼管。因為20號的力學性能略低，且不能調質，應用較少。35號鋼的焊接性能較好，粗加工后可調質。一般情況下，均采用45號鋼，并調質到241-285hb。（2） 缸蓋的材料液壓缸的缸蓋可選用35、45號鍛鋼或zg35、zg45號鑄鋼或ht200、ht300、ht350鑄鐵等材料。缸蓋中采用壓入導向套的結構，缸蓋選用45號鋼，導向套選用耐磨鑄鐵。( 3 ) 缸體和缸蓋的連接類型如下圖所示 圖2-5缸筒和缸蓋結構 (a)法蘭連

36、接式(b)半環(huán)連接式(c)螺紋連接式(d)拉桿連接式(e)焊接連接式1缸蓋2缸筒3壓板4半環(huán)5防松螺帽6拉桿挖掘機的缸體頭部、尾部采用法蘭連接，結構簡單，易加工，易裝卸，如圖（a）所示。（4）活塞及活塞桿的材料 液壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵、鋼、及鋁合金等，選用耐磨鑄鐵?；钊麠U分為實心桿和空心桿兩種，本次設計選用實心桿，材料選45號鋼。 ( 5 ) 活塞與活塞桿連接類型如圖 （b）（c）（d）用于工作壓力機械振動較大的情況，螺母聯(lián)接為常用的聯(lián)接方式。選用螺母聯(lián)接。活塞桿的端部采用外螺紋與端部的耳環(huán)聯(lián)接( 6 ) 密封裝置 液壓缸中常見的密封裝置如圖2-7所示。圖2-7(a)所示為間隙

37、密封，它依靠運動間的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細小的環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時的阻力。它的結構簡單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法恢復原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對運動速度較高的缸筒和活塞間使用。圖2-7(b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在o形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動補償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖2-7(c)、圖2-7(d)所示為密封圈(o形圈、v形圈等)密封，它利

38、用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動配合面之間來防止泄漏。它結構簡單，制造方便，磨損后有自動補償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。對于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。 圖2-7密封裝置(a)間隙密封(b)摩擦環(huán)密封(c)o形圈密封(d)v形圈密封3.3.4確定基本參數(shù)液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內徑d、鋼缸的長、度活塞桿的直徑，主要根據液壓缸的負載、活塞運動的速度和行程等因數(shù)來確定。1、液壓缸工作壓力的確定 由給定的

39、參數(shù)為標準鏟斗容量0.21，鏟斗挖掘力45kn，斗桿挖掘力33kn。再參照其他類型的挖掘機可知，該設計的為一臺小型的挖掘機。由機械設計手冊表23.4-3（如下）可查得：小型工程機械的工作壓力為1018mp，選定工作壓力為p=16mpa。表23.4-3各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力機械類型機床農業(yè)機械液壓機磨床組合機床龍門刨床拉床 小型機械重型機械工作壓力/mpa0.823528810101820322、動臂油缸作用力的確定動臂液壓缸作用力確定：閉鎖力工況分析：工況一： 鏟斗挖掘；動臂油缸全縮，斗桿鉛直，鏟斗油缸發(fā)揮最大挖掘力。此時動臂油缸和斗桿油缸處于閉鎖狀態(tài)，最大挖掘力為45kn。如下圖所示：動

40、臂油缸閉鎖力應滿足：ff=45knf=0kn由圖知：l=0.328m l=2.766m =3.797m計算得： f379.48kn工況二：鏟斗、斗桿共同作用挖掘。動臂油缸全縮，斗桿鉛直，此時動臂油缸處于閉鎖狀態(tài)，fqv共線，如下圖所示：動臂油缸閉鎖力應滿足：ff=0.75×45=33.75knf=0kn由圖知：l=0.347m l=4.55m =2.119m計算得： f442kn工況三：斗桿挖掘動臂油缸全縮，斗桿油缸對斗桿力臂最大，此時def=90°，fqv三點共線，此時鏟斗與動臂油缸均處于閉鎖狀態(tài)，斗桿油缸最大挖掘力為f=33kn。如下圖所示：動臂油缸閉鎖力應滿足：ff=

41、33knf=0kn由圖知：l=0.347m l=3.73m =2.407m計算得： f354kn工作力分析：工況一：動臂油缸作用使裝滿土的鏟斗提升至最大卸荷距離位置進行卸載來確定。此時斗桿油缸和鏟斗油缸閉鎖，僅由動臂油缸提供力。如下圖所示：此時動臂油缸作用力為：f=式中的 gd t-鏟斗及其裝載土壤的重力，n； gg-斗桿所受的重力，n； gb-動臂所受的重力，n； lda- 鏟斗質心到動臂下鉸點c的水平距離， m ； lga-斗桿質心到動臂下鉸點c的水平距離， m ； lba-動臂質心到動臂下鉸點c的水平距離， m ； l3-動臂油缸工作壓力f對動臂下鉸點c的力臂，m；由cad圖上知：lda

42、=4.3 m ； lga =3.26m ； lba=1.45 m ；參照其他類型的挖掘機數(shù)據，通過比擬法得： gg=2.2kn ； gb=2.7kn ； l3=0.382m ； =0.9kn+3.38×0.21×10kn=8kn； 其中土重=3.38×0.21×9.8n=7.1kn,鏟斗重=0.9kn計算得：=119kn工況二：鏟斗內裝滿土，動臂油缸全縮，斗桿鉛直。此時動臂油缸開始動作，使工作裝置提升。如下圖所示：此時動臂油缸作用力為：f=式中的 gd t-鏟斗及其裝載土壤的重力，n； gg-斗桿所受的重力，n； gb-動臂所受的重力，n； lda- 鏟

43、斗質心到動臂下鉸點c的垂直距離， m ； lga-斗桿質心到動臂下鉸點c的垂直距離， m ； lba-動臂質心到動臂下鉸點c的垂直距離， m ； l3-動臂油缸工作壓力f對動臂下鉸點c的力臂，m；由cad圖上知：lda=1.945m ； lga =2.257m ； lba=1.557 m ；l3=0.347m ；參照其他類型的挖掘機數(shù)據，通過比擬法得： gg=2.2kn ； gb=2.7kn ； l3=0.382m ； =0.9kn+3.38×0.21×10kn=8kn； 其中土重=3.38×0.21×9.8n=7.1kn,鏟斗重=0.9kn計算得： =

44、71.3kn故液壓缸的最大工作壓力為119kn。3 、缸筒的內徑d的計算根據載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸無活塞桿側的缸筒內徑d為：d= mm f1-液壓缸的理論推力，n p-供油壓力，mpa代入數(shù)據計算得：d=97mm根據機械設計手冊表20-6-2圓整得：d=100mm缸筒的外徑d根據機械設計手冊表20-6-9可得缸筒的外徑為：d=121mm4、活塞桿的直徑d根據速度比的要求來計算活塞桿的直徑d式中 d-活塞桿直徑（m） d-液壓缸直徑（m） -速度比液壓缸的往復運動速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25和1.15等幾種。根據下表選取速度比。表3-2 和p的關系工作壓力p/

45、mpa 10 12.520 20速度比 1.33 1.46；2 2由于工作壓力p=16mpa，故選取速度比=1.46。按公式代入數(shù)據，根據機械設計手冊表20-6-16有：d=56mm5、最小導向長度當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度（如圖4所示），若導向長度太小，將使油缸因間隙引起的初始撓度增大，從而影響油缸的工作穩(wěn)定性。對于一般油缸，其最小導向長度h應滿足下式要求 (m)式中 -油缸最大工作行程 (m)-缸筒內徑 (m)計算得：h85mm圖4 液壓缸最小導向長度一般導向套滑面的長度a,在缸筒內徑80mm取缸筒內徑的 0. 61.0倍;在缸筒內徑>

46、;80mm時則取活塞桿直徑的0.61.0倍?；钊麑挾热「淄矁葟降?.61.0倍,為了保證最小導向長度而過份地增大導向套長度和活塞寬度都是不適宜的。最好的方法是在導向套與活塞之間裝一隔套k，其長度由所需的最小導向長度決定。采用隔套不僅能保證最小導向長度，而且可以擴大導向套及活塞的通用性。 計算得：c=30mm6、液壓缸行程s的確定液壓缸行程s，主要依據機構的運動要求而定。s=lmax-lmin=1725-1078=647mm但為了簡化工藝和降低成本，根據機械設計手冊按標準系列值選取s=700mm。7、缸底厚度1）如圖（a）所示的平底缸底，按下式計算： 2）如圖（b）所示的帶孔的平底缸底，按下式計

47、算： （a） （b） （c） 圖5 幾種缸底結構3）如圖（c）所示的半球形缸底，按下式計算： 式中 缸底止口內徑（m）； 缸底材料的許用應力，缸底材料抗拉強度（pa）；安全系數(shù)，選用圖（b）的形式則帶入數(shù)據計算得：=11mm8、缸頭厚度的計算由于在液壓缸缸頭上有活塞桿導向孔，因此其厚度的計算方法與缸底有所不同。選用螺釘連接法蘭型缸頭：式中 h-法蘭厚度（m） f-法蘭受力總和（n） d-密封環(huán)內徑（m） -密封環(huán)外徑（m） p-系統(tǒng)工作壓力（pa） q-附加密封力（pa） -螺釘孔分布圓直徑（m） -密封環(huán)平均直徑（m） -法蘭材料的許用應力（pa）已知：采用o型密封圈d =56mm ,=62

48、mm, =59mm ，p =16mpa ,=130mm , =122mpa ；按公式代入數(shù)據，求得 h=13mm9、緩沖裝置設計液壓缸中緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時在活塞和缸蓋之間封住一部分油液，強迫它從小孔或細縫中擠出以產生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度達到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。液壓缸中使用的緩沖裝置的工作原理如圖9所示。最常用的是節(jié)流口可調式和節(jié)流口變化式兩種。其中，節(jié)流口可調式緩沖裝置在節(jié)流口調定后，工作原理上就相當于一個單孔口式的緩沖裝置。表3示節(jié)流口可調式和節(jié)流口變化式兩種緩沖裝置的主要性能。圖9 液壓缸的緩沖裝置原理采用螺母連接的緩

49、沖裝置。螺母根據機械設計手冊選用gb175-86 m36的螺母。10、排氣裝置液壓系統(tǒng)在安裝過程中或長時間停止工作之后會滲入空氣，油中也會混入空氣，由于氣體具有較大的可壓縮性，將使油缸工作中產生振動、顫抖和爬行，并伴隨有噪聲和發(fā)熱等系列不正?，F(xiàn)象。因此在設計油缸結構時，要保證能及時排除積聚在缸內的氣體。一般利用空氣比重較油輕的特點，在油缸內腔的最高部位設置進出油口或專門的排氣裝置如排氣螺釘、排氣閥等，使積聚于缸內的氣體排出缸外。圖2 排氣裝置的形式排氣裝置的形式和結構見圖2，一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞（圖c、e）由螺紋與缸筒或端蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，

50、缸內空氣從錐面空隙中擠出并經斜孔排出缸外。這種排氣裝置簡單方便，但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，會造成外泄漏。組合排氣塞一般由螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動下脫離密封面而排出空氣。錐閥可以采用圖a所示的錐面密封，也可以采用圖b所示的錐面密封，還可以采用圖g所示的鋼珠密封。后兩種排氣密封形式對高壓缸比較適用。選用圖c形式的排氣閥。根基機械設計手冊表20-6-23選m12的排氣閥。11、耳環(huán)和鉸軸耳環(huán)和鉸軸是液壓缸的安裝連接零件，見圖3，液壓缸的全部出力和負載重力 全靠耳環(huán)或鉸軸承載或傳遞，所以要保證其有足夠的強度。 圖3 耳環(huán)和鉸軸的形式 a）不帶襯套單

51、耳環(huán) b）帶襯套單耳環(huán) c）球鉸形單耳環(huán) d）、e）、f）鉸軸一般情況下，不帶襯套的單耳環(huán)尺寸，；帶襯套的單耳環(huán)尺寸，其余同不帶襯套的；球鉸型單耳環(huán)尺寸，鉸軸尺寸。選用帶襯套單耳環(huán)。12）密封件的選用（1）對密封件的要求在液壓元件中，液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊液壓缸，如擺動液壓缸等。液壓缸不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度的適應范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當?shù)臋C械強度，摩擦阻力小，容易制造和裝拆，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動補償磨損。密封件一般以斷面形狀分類，有o形、y形、u形、v形和yx形等。除o形

52、外，其他都屬于唇形密封件。（2）o形密封圈的選用液壓缸的靜密封部位主要有活塞內孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是o形密封圈。（3）動密封部位密封圈的選用由于o型密封圈用于往復運動存在起動阻力大的缺點，所以用于往復運動的密封件一般不用o形圈，而使用唇形密封圈或金屬密封圈。液壓缸動密封部位主要有活塞與缸筒內孔的密封、活塞桿與支撐座（或導向套）的密封等。活塞環(huán)是具有彈性的金屬密封圈，摩擦阻力小，耐高溫，使用壽命長，但密封性能差，內泄漏量大，而且工藝復雜，造價高。對內泄漏量要求不嚴而要求耐高溫的液壓缸，使用這種密封圈較合適。v形圈的密封效果一般，密封壓力通過壓圈可以調節(jié)，但摩擦阻力大，溫升嚴重。因其是成組使用，模具多，也不經濟。對于運動速度不高、出力大的大直徑液壓缸，用這種密封圈較好。u形圈雖是唇形密封圈，但安裝時需