小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、獨(dú)創(chuàng)性聲明本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在標(biāo)注中說明；其他同志對(duì)本設(shè)計(jì)（論文）的啟發(fā)和貢獻(xiàn)均已在謝辭中體現(xiàn)；其它內(nèi)容及成果為本人獨(dú)立完成。特此聲明。論文作者簽名： 日期：關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解福州大學(xué)至誠學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)院有權(quán)保留送交論文的印刷本、復(fù)印件和電子版本，允許論文被查閱和借閱；學(xué)院可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其他復(fù)制手段保存論文。保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定。論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期：小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要近年來，有關(guān)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的文獻(xiàn)并不少見，

2、但文獻(xiàn)的內(nèi)容大多針對(duì)某一專題進(jìn)行研究，系統(tǒng)地論述現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的論文卻較少，因此研究和設(shè)計(jì)液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。本論文主要概述挖掘機(jī)液壓技術(shù)的發(fā)展史及其目前在國內(nèi)的外發(fā)展情況，簡述了液壓挖掘機(jī)發(fā)展趨勢(shì)，本文對(duì)液壓挖掘機(jī)的常用液壓回路進(jìn)行了簡單闡述和分析，對(duì)課題要求設(shè)計(jì)的小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)及分析，并通過進(jìn)一步計(jì)算確定了需要的液壓元件完成選型。運(yùn)用AutoCAD 繪制液壓系統(tǒng)原理圖、工作油箱總成、液壓布置圖、油箱零件圖。最后通過驗(yàn)算證明了本設(shè)計(jì)的可行性。關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)，挖掘機(jī)，Mini Hydraulic Excavator Hydraulic

3、 System of Design Abstract.In recent years, the excavator hydraulic systems, the literature is not uncommon, but most of the content documents of a topic for research, systematic exposition of modern hydraulicexcavator hydraulic system of the paper is less, so the research and design of hydraulic ex

4、cavator system has important practical and theoretical significance.Hydraulic excavator of this thesis outlines the history of technology and its current developments in the foreign country, outlines the development trend of hydraulic excavators, hydraulic excavators used this hydraulic circuit for

5、a simple set and analysis, subject to design small hydraulic excavator hydraulic system design and analysis, and by further calculation to determine the need for complete selection of hydraulic components. AutoCAD drawing using hydraulic system diagram, work tank assembly, hydraulic layout, tank par

6、ts diagram. Finally, tests prove the feasibility of this design.Keywords ：Hydraulic System，Excavator目 錄1 緒論 . . 11.1 選題意義 . . 11.2 挖掘機(jī)及其液壓技術(shù)概述 . 11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . . 21.4 挖掘機(jī)發(fā)展趨勢(shì) . . 32 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)概述 . . 52.1 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求 . 52.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本動(dòng)作分析 . 62.3 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本回路分析 . 62.3.1 限壓回路 . . 62.3.2 緩沖回路 . . 72

7、.3.3 節(jié)流回路 . . 82.3.4 行走限速回路 . 92.3.5 合流回路 . .112.3.6 閉鎖回路 . . 122.3.7 再生回路 . . 123 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) . . 133.1 挖掘機(jī)的功用和對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 . 133.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析 . 133.2.1 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖 . 133.2.2 系統(tǒng)工作循環(huán)分析 . 143.2.3 主要液壓元件在系統(tǒng)中的作用 . 153.2.4 液壓系統(tǒng)中幾種低壓回路的作用 . 163.3 液壓元件的選用 . . 163.3.2 液壓閥的選用 . 163.3.4 輔助元件的選用 . 174參數(shù)計(jì)算及選擇 . 184.1

8、 計(jì)算所需要的泵的流量 . 184.2回轉(zhuǎn)臺(tái)啟動(dòng)力矩和制動(dòng)力矩 . 194.2泵的選擇 . . 224.3油箱容積計(jì)算 . . 224.4油管尺寸計(jì)算 . . 234.5熱平衡驗(yàn)算 . . 245 結(jié)論 . . 25參考文獻(xiàn) . . 27致謝 . . 271 緒論1.1 選題意義隨著國民經(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)中所起的作用越來越明顯，液壓挖掘機(jī)作為一類快速、高效的施工機(jī)械愈來愈被人們所認(rèn)識(shí)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)主要23家主要挖掘機(jī)制造公司2009年挖掘機(jī)市場(chǎng)總計(jì)銷售各級(jí)別挖掘機(jī)約95,000臺(tái)，同比2008年大幅增長23%，再次創(chuàng)造中國挖掘機(jī)年度銷量記錄。挖掘機(jī)

9、的發(fā)展與液壓技術(shù)密不可分，二者相互促進(jìn)，一方面，液壓技術(shù)是現(xiàn)代挖掘機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)，另一方面，挖掘機(jī)的發(fā)展又促進(jìn)了液壓技術(shù)的提高。挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)復(fù)雜，其性能的優(yōu)劣決定著挖掘工作性能的高低，可以說目前液壓傳動(dòng)的許多先進(jìn)技術(shù)都體現(xiàn)在挖掘機(jī)上。近年來，有關(guān)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的文獻(xiàn)并不少見，但文獻(xiàn)的內(nèi)容大多針對(duì)某一專題進(jìn)行研究，系統(tǒng)地論述現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的論文卻較少，因此研究挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。1.2 挖掘機(jī)及其液壓技術(shù)概述挖掘機(jī)的發(fā)展史可追溯到 19 世紀(jì)三四十年代。美國實(shí)施西部大開發(fā)工程催生了以蒸汽機(jī)作為動(dòng)力，模仿人體大臂、小臂和手腕構(gòu)造，能行走和扭腰的挖掘機(jī)。隨后的一

10、百多年中，挖掘機(jī)并沒有得到很大發(fā)展，其原因一是當(dāng)時(shí)的工程主要是國土開發(fā)、大規(guī)模的筑路和整修場(chǎng)地等，平面作業(yè)較多，使鏟土運(yùn)輸機(jī)械成為當(dāng)時(shí)的主力機(jī)種，二是挖掘機(jī)作業(yè)裝置動(dòng)作多、運(yùn)動(dòng)范圍大、采用多自由度機(jī)構(gòu)，機(jī)械傳動(dòng)難以適應(yīng)這些要求，而當(dāng)時(shí)的液壓技術(shù)還不成熟，不能大規(guī)模地應(yīng)用到實(shí)際工業(yè)中。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，工程建設(shè)和施工形式逐漸向土木施工方向發(fā)展，同時(shí)液壓技術(shù)也逐步得以完善，這些因素的變化反過來又促進(jìn)挖掘機(jī)的不斷更新?lián)Q代。20 世紀(jì) 40 年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓鏟的懸掛式挖掘機(jī)，50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)，60 年代，當(dāng)液壓傳動(dòng)技術(shù)成為成熟的傳動(dòng)技術(shù)時(shí)

11、，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入了推廣和蓬勃發(fā)展吉階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快（見表 11），產(chǎn)量猛增。19681970年間液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量已占挖掘機(jī)總產(chǎn)量的 83%，目前已接近 100%，所謂挖掘機(jī)在現(xiàn)代主要是指液壓挖掘機(jī)，機(jī)械式挖掘機(jī)已很少見，液壓傳動(dòng)技術(shù)為挖掘機(jī)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。液壓傳動(dòng)是挖掘機(jī)的重要組成部分之一，目前常用的傳動(dòng)方式有機(jī)械傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和流體傳動(dòng)。流體傳動(dòng)包括液體傳動(dòng)和氣體傳動(dòng)，液體傳動(dòng)又分為液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)。所謂液壓傳動(dòng)是指在密閉的回路中，利用液體的壓力能來進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和分配的液體傳動(dòng)。在現(xiàn)代工業(yè)中液壓傳動(dòng)技術(shù)幾乎應(yīng)用于所有機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和控制，如操縱

12、車輛轉(zhuǎn)向和制動(dòng)，控制和驅(qū)動(dòng)飛機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、采礦機(jī)械、食品機(jī)械和醫(yī)療機(jī)械等1650 年法國帕斯卡提出的封閉靜止流體中壓力傳遞的帕斯卡原理成為液壓傳動(dòng)的理論基礎(chǔ)，此后液壓傳動(dòng)理論不斷得以豐富和完善，如 1686 年牛頓揭示了粘性流體的內(nèi)磨擦定律，18 世紀(jì)建立了流體力學(xué)的兩個(gè)重要方程：連續(xù)性方程和伯努利方程。豐富的理論和實(shí)踐的需要促進(jìn)了液體應(yīng)用技術(shù)和成果的不斷涌現(xiàn)。1795 年英國人約瑟夫步拉默發(fā)明了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)；隨后出現(xiàn)在英國的工業(yè)革命促進(jìn)了液壓技術(shù)的迅速發(fā)展；到 1870 年液壓傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)被用來驅(qū)動(dòng)各種液壓設(shè)備，如液壓機(jī)、起重機(jī)、絞車、擠壓機(jī)、剪切機(jī)和鉚接機(jī)等； 190

13、0 年，世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)軸向柱塞泵；1910 年及 1922 年海勒. 肖及漢斯. 托馬斯研制出用油作工作介質(zhì)的徑向柱塞泵；1926 第一套由泵控制閥和執(zhí)行元件組成的集成液壓系統(tǒng)在美國誕生；1936 年哈里威克斯又發(fā)明了先導(dǎo)式液流閥。第二次世界大戰(zhàn)之后，美國麻省理工學(xué)院的布萊克本、李詩穎等人對(duì)液壓伺服控制問題作了深入的研究，于 1958 年制造了噴嘴擋板型電液伺服閥；20 世紀(jì)六十年代末，電液比例閥應(yīng)運(yùn)而生；70 年代后期，德美等國相繼研制成負(fù)載敏感泵及大功率電磁閥；近年來，為適應(yīng)機(jī)電一體化、控制柔性化和計(jì)算機(jī)集中控制的要求，液壓系統(tǒng)的研究已由手動(dòng)控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制和信號(hào)控制。目前液壓技術(shù)的研

14、究和發(fā)展動(dòng)向主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）提高效率，降低能耗。（2）提高技術(shù)性能和控制性能。（3）發(fā)展集成、復(fù)合、小型化、輕量化元件。（4）開展液壓系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)方面的研究與開發(fā)。（5）加強(qiáng)以提高安全性和環(huán)境保護(hù)為目的研究開發(fā)。（6）提高液壓元件和系統(tǒng)的工作可靠性。（7）標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化。（8）開展液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和系統(tǒng)性能分析研究。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從 1954 年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)第一臺(tái)機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體經(jīng)歷了測(cè)繪仿制、自主研發(fā)和發(fā)展提高三個(gè)階段。新中國成立初期，以測(cè)繪仿制前蘇聯(lián) 20 世紀(jì) 3040 年代的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)為主，開始了我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史

15、，由于當(dāng)時(shí)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，先后建立起十多家挖掘機(jī)生產(chǎn)廠，到 20 世紀(jì) 80 年代末，我國的中小型液壓挖掘機(jī)已形成系列，但總的說來，我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)批量小，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，與國際先進(jìn)水平相比，差距較大。改革開放以來，生產(chǎn)企業(yè)積極引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)了我國挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展，目前國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的產(chǎn)品性能指標(biāo)已達(dá)到 20 世紀(jì) 80 年代的國際水平，部分產(chǎn)品達(dá)到了 90 年代的水平。國外挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史較長，液壓技術(shù)的不斷成熟使挖掘機(jī)得到全面發(fā)展。德國是世界上較早開發(fā)研制挖掘機(jī)的國家，1954 年和 1955 年德國的德馬克和利渤海爾兩家公司分別開發(fā)了全液壓挖掘機(jī)；美國是繼德國以后生

16、產(chǎn)挖掘機(jī)歷史最長、數(shù)量最大、品種最多和技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位的國家；日本挖掘機(jī)制造業(yè)是在二次大戰(zhàn)后發(fā)展起來的，其主要特點(diǎn)是在引進(jìn)、消化先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過大膽創(chuàng)新發(fā)展起來的；韓國是液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)的后起之秀，20 世紀(jì) 70 年代開始引進(jìn)技術(shù)，由于產(chǎn)業(yè)政策支持，很快進(jìn)入國際市場(chǎng)，并已擠入國際液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國之一。20 世紀(jì) 60 年代，挖掘機(jī)進(jìn)入成熟期，各國挖掘機(jī)制造商紛紛采用液壓技術(shù)并與其它技術(shù)相結(jié)合，使產(chǎn)品的適應(yīng)性得到較快發(fā)展，產(chǎn)品壽命和質(zhì)量不斷提高操縱更加舒適，產(chǎn)品更加節(jié)能。例如美國卡特彼勒公司 1995 年以后推出的 300B系列液壓挖掘機(jī)，采用一種命名為 maestro 的系統(tǒng)，

17、通過載荷傳感液壓裝置，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，實(shí)現(xiàn)與液壓泵的嚴(yán)格匹配。Maestro 控制面板在機(jī)型上安裝兩種功率模式和四種工況狀態(tài)，允許用戶自行決定功率工況模式。再如韓國現(xiàn)代公司生產(chǎn)的 ROBEX450-3 型液壓挖掘機(jī)，有四種功率模式，通過集成化的電子控制系統(tǒng)自動(dòng)確定最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓泵的輸出參數(shù)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵的速度及液壓系統(tǒng)壓力與實(shí)際工況相適應(yīng)，從而獲得最高的生產(chǎn)率和最佳的燃油消耗。此種技術(shù)在日本小松、日立建機(jī)、神鋼、韓國大宇重工、德國的利渤海爾、英國的 JCB等公司均得到普遍應(yīng)用，代表了當(dāng)代液壓挖掘機(jī)的最高水平。1.4 挖掘機(jī)發(fā)展趨勢(shì)隨著液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能

18、化、專用化和自動(dòng)化方向發(fā)展，挖掘機(jī)對(duì)液壓技術(shù)的要求不斷提高并呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：（1）迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)并進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時(shí)用增大流量來補(bǔ)償，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率；當(dāng)外阻力增大時(shí)則減少流量（降低速度），使挖掘力成倍增加；采用三回路液壓系統(tǒng)，產(chǎn)生三個(gè)互不成影響的獨(dú)立工作運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功率匹配，將第三泵在其他工作運(yùn)動(dòng)上接通，成為開式回路第二個(gè)獨(dú)立的快速運(yùn)動(dòng)。液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上的普遍使用，為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了

19、條件，液壓、電子和自動(dòng)化技術(shù)日益結(jié)合，共同促進(jìn)挖掘機(jī)的控制性能不斷提高。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(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。20 世紀(jì) 70 年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對(duì)環(huán)境的污染，使挖掘機(jī)的操作更加輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機(jī)噪音，改善駕駛員工作條件，電子和自動(dòng)控制技術(shù)逐步應(yīng)用在挖掘機(jī)上。隨著對(duì)挖掘機(jī)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，機(jī)電一體化技術(shù)在挖掘機(jī)上得以廣泛應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。20 世紀(jì) 80 年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機(jī)、微處理器、傳感器和檢測(cè)儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，推動(dòng)了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，亦即目前先進(jìn)的挖掘機(jī)上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)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)。所有這一切，都是挖