小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設計

1、獨創(chuàng)性聲明本畢業(yè)設計（論文）是我個人在導師指導下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在標注中說明；其他同志對本設計（論文）的啟發(fā)和貢獻均已在謝辭中體現(xiàn)；其它內(nèi)容及成果為本人獨立完成。特此聲明。論文作者簽名： 日期：關于論文使用授權的說明本人完全了解福州大學至誠學院有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學院有權保留送交論文的印刷本、復印件和電子版本，允許論文被查閱和借閱；學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)字化或其他復制手段保存論文。保密的論文在解密后應遵守此規(guī)定。論文作者簽名： 指導教師簽名： 日期：小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設計摘要近年來，有關挖掘機液壓系統(tǒng)方面的文獻并不少見，

2、但文獻的內(nèi)容大多針對某一專題進行研究，系統(tǒng)地論述現(xiàn)代液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的論文卻較少，因此研究和設計液壓挖掘機液壓系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和理論意義。本論文主要概述挖掘機液壓技術的發(fā)展史及其目前在國內(nèi)的外發(fā)展情況，簡述了液壓挖掘機發(fā)展趨勢，本文對液壓挖掘機的常用液壓回路進行了簡單闡述和分析，對課題要求設計的小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)進行了方案設計及分析，并通過進一步計算確定了需要的液壓元件完成選型。運用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。最后通過驗算證明了本設計的可行性。關鍵詞：液壓系統(tǒng)，挖掘機，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 挖掘機及其液壓技術概述 . 11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . . 21.4 挖掘機發(fā)展趨勢 . . 32 挖掘機液壓系統(tǒng)概述 . . 52.1 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求 . 52.2 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本動作分析 . 62.3 挖掘機液壓系統(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 挖掘機液壓系統(tǒng)設計 . . 133.1 挖掘機的功用和對液壓系統(tǒng)的要求 . 133.2 挖掘機液壓系統(tǒng)分析 . 133.2.1 挖掘機的液壓系統(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)計算及選擇 . 184.1

8、 計算所需要的泵的流量 . 184.2回轉(zhuǎn)臺啟動力矩和制動力矩 . 194.2泵的選擇 . . 224.3油箱容積計算 . . 224.4油管尺寸計算 . . 234.5熱平衡驗算 . . 245 結論 . . 25參考文獻 . . 27致謝 . . 271 緒論1.1 選題意義隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，液壓挖掘機在各種工程建設領域，特別是基礎設施建設中所起的作用越來越明顯，液壓挖掘機作為一類快速、高效的施工機械愈來愈被人們所認識。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)主要23家主要挖掘機制造公司2009年挖掘機市場總計銷售各級別挖掘機約95,000臺，同比2008年大幅增長23%，再次創(chuàng)造中國挖掘機年度銷量記錄。挖掘機

9、的發(fā)展與液壓技術密不可分，二者相互促進，一方面，液壓技術是現(xiàn)代挖掘機的技術基礎，另一方面，挖掘機的發(fā)展又促進了液壓技術的提高。挖掘機的液壓系統(tǒng)復雜，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的許多先進技術都體現(xiàn)在挖掘機上。近年來，有關挖掘機液壓系統(tǒng)方面的文獻并不少見，但文獻的內(nèi)容大多針對某一專題進行研究，系統(tǒng)地論述現(xiàn)代液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的論文卻較少，因此研究挖掘機液壓系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和理論意義。1.2 挖掘機及其液壓技術概述挖掘機的發(fā)展史可追溯到 19 世紀三四十年代。美國實施西部大開發(fā)工程催生了以蒸汽機作為動力，模仿人體大臂、小臂和手腕構造，能行走和扭腰的挖掘機。隨后的一

10、百多年中，挖掘機并沒有得到很大發(fā)展，其原因一是當時的工程主要是國土開發(fā)、大規(guī)模的筑路和整修場地等，平面作業(yè)較多，使鏟土運輸機械成為當時的主力機種，二是挖掘機作業(yè)裝置動作多、運動范圍大、采用多自由度機構，機械傳動難以適應這些要求，而當時的液壓技術還不成熟，不能大規(guī)模地應用到實際工業(yè)中。隨著社會的不斷進步，工程建設和施工形式逐漸向土木施工方向發(fā)展，同時液壓技術也逐步得以完善，這些因素的變化反過來又促進挖掘機的不斷更新?lián)Q代。20 世紀 40 年代有了在拖拉機上配裝液壓鏟的懸掛式挖掘機，50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機和履帶式全液壓挖掘機，60 年代，當液壓傳動技術成為成熟的傳動技術時

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

12、車輛轉(zhuǎn)向和制動，控制和驅(qū)動飛機、機床、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、采礦機械、食品機械和醫(yī)療機械等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的理論基礎，此后液壓傳動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 世紀建立了流體力學的兩個重要方程：連續(xù)性方程和伯努利方程。豐富的理論和實踐的需要促進了液體應用技術和成果的不斷涌現(xiàn)。1795 年英國人約瑟夫步拉默發(fā)明了世界上第一臺水壓機；隨后出現(xiàn)在英國的工業(yè)革命促進了液壓技術的迅速發(fā)展；到 1870 年液壓傳動技術已經(jīng)被用來驅(qū)動各種液壓設備，如液壓機、起重機、絞車、擠壓機、剪切機和鉚接機等； 190

13、0 年，世界上出現(xiàn)了第一臺軸向柱塞泵；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)明了先導式液流閥。第二次世界大戰(zhàn)之后，美國麻省理工學院的布萊克本、李詩穎等人對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 世紀六十年代末，電液比例閥應運而生；70 年代后期，德美等國相繼研制成負載敏感泵及大功率電磁閥；近年來，為適應機電一體化、控制柔性化和計算機集中控制的要求，液壓系統(tǒng)的研究已由手動控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制和信號控制。目前液壓技術的研

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

15、，由于當時國家經(jīng)濟建設的需要，先后建立起十多家挖掘機生產(chǎn)廠，到 20 世紀 80 年代末，我國的中小型液壓挖掘機已形成系列，但總的說來，我國的挖掘機生產(chǎn)批量小，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，與國際先進水平相比，差距較大。改革開放以來，生產(chǎn)企業(yè)積極引進、消化、吸收國外先進技術，促進了我國挖掘機行業(yè)的發(fā)展，目前國產(chǎn)液壓挖掘機的產(chǎn)品性能指標已達到 20 世紀 80 年代的國際水平，部分產(chǎn)品達到了 90 年代的水平。國外挖掘機生產(chǎn)歷史較長，液壓技術的不斷成熟使挖掘機得到全面發(fā)展。德國是世界上較早開發(fā)研制挖掘機的國家，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；美國是繼德國以后生

16、產(chǎn)挖掘機歷史最長、數(shù)量最大、品種最多和技術水平處于領先地位的國家；日本挖掘機制造業(yè)是在二次大戰(zhàn)后發(fā)展起來的，其主要特點是在引進、消化先進技術的基礎上，通過大膽創(chuàng)新發(fā)展起來的；韓國是液壓挖掘機生產(chǎn)的后起之秀，20 世紀 70 年代開始引進技術，由于產(chǎn)業(yè)政策支持，很快進入國際市場，并已擠入國際液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國之一。20 世紀 60 年代，挖掘機進入成熟期，各國挖掘機制造商紛紛采用液壓技術并與其它技術相結合，使產(chǎn)品的適應性得到較快發(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，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)動機的輸出功率，實現(xiàn)與液壓泵的嚴格匹配。Maestro 控制面板在機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，有四種功率模式，通過集成化的電子控制系統(tǒng)自動確定最佳的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和液壓泵的輸出參數(shù)，使得發(fā)動機、液壓泵的速度及液壓系統(tǒng)壓力與實際工況相適應，從而獲得最高的生產(chǎn)率和最佳的燃油消耗。此種技術在日本小松、日立建機、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用，代表了當代液壓挖掘機的最高水平。1.4 挖掘機發(fā)展趨勢隨著液壓挖掘機的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能

18、化、專用化和自動化方向發(fā)展，挖掘機對液壓技術的要求不斷提高并呈現(xiàn)如下特點：（1）迅速發(fā)展全液壓挖掘機并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(zhuǎn)變的明顯趨勢。因為變量系統(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時用增大流量來補償，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(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率；當外阻力增大時則減少流量（降低速度），使挖掘力成倍增加；采用三回路液壓系統(tǒng)，產(chǎn)生三個互不成影響的獨立工作運動，實現(xiàn)與回轉(zhuǎn)機構的功率匹配，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運動。液壓技術在挖掘機上的普遍使用，為電子技術、自動控制技術在挖掘機上的應用與推廣創(chuàng)造了

19、條件，液壓、電子和自動化技術日益結合，共同促進挖掘機的控制性能不斷提高。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。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，使挖掘機的操作更加輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機噪音，改善駕駛員工作條件，電子和自動控制技術逐步應用在挖掘機上。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，機電一體化技術在挖掘機上得以廣泛應用，并使其各種性能有了質(zhì)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)。所有這一切，都是挖