挖掘機(jī)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄摘要1關(guān)鍵詞1ABSTRACT2KEY WORDS2引言31 課題設(shè)計(jì)要求41.1 使用要求41.2 性能要求42 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)42.1 國(guó)外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)42.2 國(guó)內(nèi)研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài)53 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)63.1 液壓挖掘機(jī)的工況分析63.1.1挖掘機(jī)的典型作業(yè)流程:63.1.2工況分析63.2 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定73.3 負(fù)載分析103.4 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作原理113.5 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作技術(shù)要求113.6 液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算123.6.1 動(dòng)臂液壓缸內(nèi)徑尺寸與活塞桿直徑的確定123.6.2 液壓缸行程的確定

2、133.7 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算133.7.1 缸筒壁厚的計(jì)算133.7.2 液壓缸油口直徑的計(jì)算133.7.4下蓋聯(lián)接螺釘強(qiáng)度校核計(jì)算143.7.5 活塞桿柔度校核計(jì)算154 液壓系統(tǒng)原理圖的制定154.1 制定基本方案154.2確定回路方式174.3 選用液壓油液174.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖175 選擇各執(zhí)行元件205.1 液壓泵的選擇205.2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇205.3 液壓閥的選擇205.3.1 根據(jù)液壓閥額定壓力來(lái)選擇205.3.2 液壓閥的安裝方式的選擇205.3.3 液壓閥的控制方式的選擇205.3.4 液壓閥的結(jié)構(gòu)形式的選擇205.4 其他液壓元件的選擇215.4.1蓄能器

3、的選擇215.4.2非橡膠管道的選擇215.4.3 膠管的選擇225.5 油箱容量的確定22總 結(jié)24參考文獻(xiàn)2525摘 要在搜集了國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史，并對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析總結(jié)。論文對(duì)挖掘機(jī)的各種工況進(jìn)行了分析，系統(tǒng)總結(jié)了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。課題以企業(yè)為依托。小型挖掘機(jī)由多個(gè)系統(tǒng)組成，包括液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)，工作裝置，底架，轉(zhuǎn)臺(tái)，油箱，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝等。本人的設(shè)計(jì)主要致力于分析和設(shè)計(jì)小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。本課題選擇了國(guó)內(nèi)的質(zhì)量和技術(shù)性能都接近設(shè)計(jì)要求的5t挖掘機(jī)作為基型，并在此基礎(chǔ)上研究了國(guó)外的先進(jìn)機(jī)型，設(shè)

4、計(jì)出挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)方案圖，總體裝配圖以及相應(yīng)的部件圖和零件圖,并對(duì)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了動(dòng)臂機(jī)構(gòu)原理圖，動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓缸。本液壓挖掘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是采用伺服先導(dǎo)操縱系統(tǒng)，造型美觀，具備挖掘，抓物，鉆孔，推土，清溝和破碎等功能。性能可靠，操作舒適，可廣泛應(yīng)用于建筑，市政，供水，供氣，供電農(nóng)林建設(shè)等工程。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī) 液壓系統(tǒng) 液壓閥引 言液壓挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械，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(dòng)，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)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

5、施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。挖掘機(jī)液壓傳動(dòng)緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)。其結(jié)構(gòu)主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成（如圖所示），由于挖掘機(jī)的工作條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜，于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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，對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)挖掘機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)。所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用，因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率

6、和加速國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。1.鏟斗缸 2.斗桿缸 3.動(dòng)臂缸 4.回轉(zhuǎn)馬達(dá) 5.冷卻器 6.濾油器 7. 磁濾器 8.油箱 9.液壓泵 10.背壓閥11. 后組合閥 12.前組合閥 13.中央回轉(zhuǎn)接頭14.回轉(zhuǎn)制動(dòng)閥 15.限速閥16.行走馬達(dá)圖1.1 液壓挖掘機(jī)整體系統(tǒng)圖1 課題設(shè)計(jì)要求1.1 使用要求小型挖掘機(jī)主要用于城市、狹窄地區(qū)，代替人力勞動(dòng)。主要作業(yè)是挖掘、裝載、整地、起重等，用于城市管道工程、道路、住宅建設(shè)、基礎(chǔ)工程和園林作業(yè)等。小型挖掘機(jī)體積小，機(jī)動(dòng)靈活，并趨向于一機(jī)多能，配備多種工作裝置，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

7、、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(shí)，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等?？傊且环N多用途萬(wàn)能型的城市建設(shè)機(jī)械。由于這種機(jī)械的特點(diǎn)很靠近人，因此在設(shè)計(jì)上除了要求耐久性、可靠性和作業(yè)效率等，還需著重考慮人、機(jī)、環(huán)境的協(xié)調(diào)，特別要注意以下幾點(diǎn)： (1) 安全性即機(jī)械作業(yè)過(guò)程中不要與周圍的人和物相碰撞，防傾翻穩(wěn)定性好。(2) 低公害即排放要求高、低震動(dòng)、低噪音，聲音要比較悅耳。(3) 與周圍環(huán)境能調(diào)和，形象要美觀，形體和色彩不要引起人們不愉快感，對(duì)人有親和感。(4) 盡量擴(kuò)大其使用功能，可裝多種附屬裝置，應(yīng)成為城市萬(wàn)

8、能型工程機(jī)械。(5) 操縱簡(jiǎn)便，任何人一學(xué)就會(huì)，都能操縱。1.2 性能要求小型挖掘機(jī)具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能，又具有便于運(yùn)輸、能耗低、靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，非常適用于空間狹小的施工場(chǎng)地作業(yè)，而且價(jià)格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便，所以在小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混凝土破碎、電纜埋設(shè)、自來(lái)水管道的鋪設(shè)、園林栽培等工程中得到了廣泛的應(yīng)用。由于滿足基本的挖掘、裝載、整地、起重等功能外，必須考慮到工作空間小(人力所不能至)、地形復(fù)雜、方便操作、可控，目前市場(chǎng)對(duì)小型挖掘機(jī)性能要求如下： (1) 改進(jìn)挖掘機(jī)可控性和控制精確性以及復(fù)合動(dòng)作。(2) 簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)、降低成本，達(dá)到大作業(yè)量與低油耗的動(dòng)態(tài)平衡。

9、(3) 改進(jìn)工作可靠性。(4) 改進(jìn)駕駛操作舒適性及降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高單位生產(chǎn)率。(5) 改進(jìn)操作安全性。(6) 低振動(dòng)、低噪音適用生活區(qū)工作。2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)2.1 國(guó)外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m³單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。例如，美國(guó)馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150m³剝離用挖掘機(jī)，斗容量132m³的步行式拉鏟挖掘機(jī)；B-E（布比賽路斯-伊利）公司生產(chǎn)的斗容量168.2m³的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量107m³的剝離

10、用挖掘機(jī)等，是世界上目前最大的挖掘機(jī)。從20世紀(jì)后期開(kāi)始，國(guó)際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。(1) 開(kāi)發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要，國(guó)外發(fā)展了斗容量在0.25m³以下的微型挖掘機(jī)，最小的斗容量?jī)H在0.01m³。另外，數(shù)量最多的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)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。(2) 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

11、機(jī)由簡(jiǎn)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(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制(3) 重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度，提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能。(4) 更新設(shè)計(jì)理論。提高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無(wú)限壽命設(shè)計(jì)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(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)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)的強(qiáng)度研究方面，促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競(jìng)爭(zhēng)力。    (5) 加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)

12、，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。(6) 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)。液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。(7) 迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。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。2.2 國(guó)內(nèi)研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài)早在1954年我國(guó)就已開(kāi)始生產(chǎn)機(jī)械式挖掘機(jī),當(dāng)時(shí)的

13、撫順重型機(jī)器廠(撫順挖掘機(jī)廠前身)引進(jìn)前蘇聯(lián)的機(jī)械式挖掘機(jī)W10012和W5012等國(guó)際20世紀(jì)3040年代的產(chǎn)品。由于國(guó)家H經(jīng)濟(jì)H建設(shè)的需要,后又H發(fā)展H10余家廠生產(chǎn),到1966年12年全國(guó)共生產(chǎn)了機(jī)械式挖掘機(jī)3000余臺(tái),后又延續(xù)生產(chǎn)到八十年代初。在80年代初引進(jìn)德國(guó)系列液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)（例如有德國(guó)Liebherr公司、Demag公司和O&P公司），浙江大學(xué)的馮培恩教授開(kāi)始率先著手研究挖掘機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)，首先實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)器人作業(yè)過(guò)程的分級(jí)規(guī)劃和局部自主控制。但是他們?cè)谌蝿?wù)規(guī)劃層面上只停留在仿真階段，還沒(méi)有提出顯著的實(shí)現(xiàn)方案。20世紀(jì)90年代初國(guó)內(nèi)幾家新進(jìn)入挖掘機(jī)待業(yè)的企業(yè)以“技

14、貿(mào)結(jié)合，合作生產(chǎn)”的方式聯(lián)合引進(jìn)日本小松制作所的PC系列挖掘機(jī)制造技術(shù)，由于 中國(guó)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)的擴(kuò)大，隨后不久在挖掘機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域出現(xiàn)了一個(gè)外資企業(yè)進(jìn)入中國(guó)的浪潮。從1994、1995年開(kāi)始，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的著名挖掘機(jī)制造企業(yè)先后在中國(guó)建立眾多的中外合資或外商獨(dú)資 挖掘機(jī)制造企業(yè)，生產(chǎn)世界一流水平的多種型號(hào)的挖掘機(jī)產(chǎn)品。截止至2001年年底，包括國(guó)有企業(yè)在內(nèi)，中國(guó)境內(nèi)生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的企業(yè)總數(shù)達(dá)20個(gè)左右，共生產(chǎn)挖掘機(jī)整機(jī)質(zhì)量從1.3-45t，100余個(gè)不同型號(hào)和規(guī)格的產(chǎn)品。2000年全國(guó)生產(chǎn)各種型號(hào)、規(guī)格的液壓挖掘機(jī)8111臺(tái)，共銷售7926臺(tái)，其中包括出口119臺(tái)。2001年全生產(chǎn)1

15、2569臺(tái)，銷售12397臺(tái)，其中包括出口468臺(tái)3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為機(jī)電一體化挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足挖掘機(jī)工作循環(huán)所需的全部技術(shù)要求，且靜動(dòng)態(tài)性能好、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作安全可靠、壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性好、使用維護(hù)方便。其中液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為挖掘機(jī)總體設(shè)計(jì)的一部分，必須要滿足整機(jī)工作要求，并要求進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算與分析驗(yàn)證，選取合適的各液壓元件。3.1 液壓挖掘機(jī)的工況分析液壓挖掘機(jī)的主要功能運(yùn)動(dòng)包括以下幾個(gè)動(dòng)作(如圖3.1所示):動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以及其它輔助動(dòng)作。除了輔助動(dòng)作 (例如整機(jī)轉(zhuǎn)向等)不需全功率驅(qū)動(dòng)以外，其它都是液壓挖掘機(jī)

16、的主要?jiǎng)幼鳎紤]全功率驅(qū)動(dòng)。3.1.1挖掘機(jī)的典型作業(yè)流程:(1) 整機(jī)移動(dòng)至合適的工作位置(2) 回轉(zhuǎn)平臺(tái)，使用工作裝置處于挖掘位置(3) 動(dòng)臂下降，并調(diào)整斗桿、鏟斗至合適位置(4) 斗桿、鏟斗挖掘作業(yè)(5) 動(dòng)臂升起(6) 回轉(zhuǎn)工作裝置至卸載位置(7) 操縱斗桿、鏟斗卸載1一動(dòng)臂升降;2一斗桿收放:3一鏟斗裝卸;4一轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn):5一整機(jī)行走圖3. 1液壓挖掘機(jī)的工作運(yùn)動(dòng)3.1.2工況分析(1) 鏟斗挖掘工況:由鏟斗液壓缸單獨(dú)動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況。采用鏟斗液壓缸進(jìn)行挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產(chǎn)率，因此，在一般土方工程挖掘中(III級(jí)土以下土壤的挖掘)鏟斗挖掘最常用。(2) 斗

17、桿挖掘工況:由斗桿液壓缸單獨(dú)動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況。在較堅(jiān)硬的土質(zhì)條件下工作時(shí)，為了能夠裝滿鏟斗，中小型液壓挖掘機(jī)在實(shí)際工作中常以斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘。(3) 聯(lián)合挖掘工況:由鏟斗、斗桿液壓缸復(fù)合動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況，必要時(shí)還需 配以動(dòng)臂液壓缸的動(dòng)作。主要用于需要軌跡控制的情況。當(dāng)單獨(dú)采用斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí)，挖掘軌跡以動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)為中心，鏟斗斗尖所作的圓弧線的長(zhǎng)度決定于斗桿液壓缸的行程。當(dāng)動(dòng)臂液壓缸位于最小長(zhǎng)度并以斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí)，可以得到最大挖掘深度尺寸，并且也有較大的挖掘行程。(4) 空斗返回:卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，動(dòng)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(shí)是回轉(zhuǎn)和動(dòng)臂或斗

18、桿的復(fù)合動(dòng)作。(5) 整機(jī)移動(dòng)工況:將整機(jī)移動(dòng)至合適的工作位置。(6) 姿態(tài)調(diào)整與保持工況:滿足停放、運(yùn)輸、檢修等需要。(7) 其他輔助作業(yè)工況:輔助工作裝置作業(yè)工況。在實(shí)際挖掘工作中，往往需要采用各液壓缸的復(fù)合工作。如在平整土地或切削斜坡時(shí)，需要同時(shí)操縱動(dòng)臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖3.2所示。此時(shí)斗桿收回，動(dòng)臂抬起，需要保證彼此動(dòng)作獨(dú)立，相互之間無(wú)干擾。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(shí)，或者需要用鏟斗斗底壓整地面時(shí)，就需要鏟斗、斗桿、動(dòng)臂三者同時(shí)作用完成復(fù)合動(dòng)作，見(jiàn)圖3.3所示。這些動(dòng)作決定于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。當(dāng)進(jìn)行溝槽側(cè)壁掘削和斜坡切削時(shí)，為了有效地進(jìn)行垂直掘

19、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，因此需要回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和斗桿機(jī)構(gòu)復(fù)合動(dòng)作。b一斜坡地面的挖削a一水平地面的挖削 圖3.2斗尖沿直線挖削 a-水平地面的切削和壓整 b-斜坡地面的切削和壓整圖3.3地面的切削和壓整單獨(dú)采用斗桿挖掘時(shí)，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個(gè)別也有采用三泵合流。單獨(dú)采用鏟斗挖掘時(shí)，也有采用雙泵合流的情況。當(dāng)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止同一油泵向多個(gè)液壓作用元件供油時(shí)動(dòng)作的相互干擾，一般三泵系統(tǒng)中，每個(gè)油泵單獨(dú)對(duì)一個(gè)液壓作用元件供油較好。對(duì)于雙泵系統(tǒng)，其復(fù)合動(dòng)作時(shí)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

20、量分配，其流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。挖掘過(guò)程中還有可能碰到石塊、樹(shù)根等堅(jiān)硬障礙物，往往由于挖不動(dòng)而需要短時(shí)間增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時(shí)增壓，能提高主壓力閥的壓力。3.2 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)表明了液壓挖掘機(jī)的規(guī)格和主要技術(shù)性能，液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)分為發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、液壓系統(tǒng)參數(shù)、主要性能參數(shù)、尺寸參數(shù)四大類，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)速等，液壓系統(tǒng)參數(shù)包換主泵的流量、壓力等，主要性能參數(shù)包括整機(jī)工作質(zhì)量、主要部件質(zhì)量、鏟斗容量范圍或標(biāo)稱鏟斗容量、挖掘力、牽引力等，尺寸參數(shù)包括工作尺寸、機(jī)體外形尺寸和工作裝置尺寸等，其中液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)中最重要的參數(shù)有三個(gè)，即斗

21、容量、整機(jī)質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)功率，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這三個(gè)參數(shù)可以從使用要求、機(jī)械本身的技術(shù)性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、動(dòng)力裝置的配套、國(guó)際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及傳統(tǒng)習(xí)慣等方面反映液壓挖掘機(jī)的級(jí)別，故有主參數(shù)之稱。所以有時(shí)采用挖掘機(jī)的斗容量作為主參數(shù)。例如，機(jī)械式挖掘機(jī)一般就以斗容量作為挖掘機(jī)的主參數(shù)并作為主要分級(jí)指標(biāo)。但液壓挖掘機(jī)可更換的工作裝置多，而且同一機(jī)型可以根據(jù)作業(yè)對(duì)象或工作尺寸的要求換裝不同斗容的鏟斗。由于不同廠家的挖掘機(jī)采用不同的液壓系統(tǒng)，輔助設(shè)備能耗及功率儲(chǔ)備也有所不同，而且同一型挖掘機(jī)在后續(xù)改進(jìn)時(shí)，也會(huì)改變發(fā)動(dòng)機(jī)功率，所以液壓挖掘機(jī)以功率分級(jí)不十分合理。整機(jī)質(zhì)量則直接反映了液壓挖掘機(jī)本身的重量等級(jí)，對(duì)其他

22、技術(shù)參數(shù)影響較大，如挖掘能力的發(fā)揮、發(fā)動(dòng)機(jī)功率的充分利用、作業(yè)的穩(wěn)定性等要以一定的整機(jī)質(zhì)量來(lái)保證，因此整機(jī)質(zhì)量反映了挖掘機(jī)的實(shí)際工作能力，目前已被廣泛用作液壓挖掘機(jī)的分級(jí)指標(biāo)。比較其他同類型挖掘機(jī)，可得SWE50H的主要參數(shù)（如下表3.1，表3.2所示），其中圖3.4為液壓挖掘機(jī)的外觀尺寸圖，作業(yè)參數(shù)表3.2是根據(jù)圖3.4所示。圖3.4 SWE50H型液壓挖掘機(jī)的外觀尺寸圖表3.1SWE50H液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)整機(jī)重量（kg）4680標(biāo)準(zhǔn)斗容（m3）0.18履帶板寬（mm）350高/寬/長(zhǎng)（mm）2593/1950/5321推土鏟寬x高(mm)1960x300鏟斗挖掘力（kN）44斗桿挖掘力

23、（kN）26.7最大牽引力（kN）45.2動(dòng)臂偏轉(zhuǎn)角度（°）50(左)75(右)行走速度（km/h）4.5/2.4爬坡能力（°）30接地比壓（kPa）31.3回轉(zhuǎn)速度（rpm）10.1發(fā)動(dòng)機(jī)YANMAR4TNV88-SSU最大扭矩（N·m）144排量（L）2.19功率/轉(zhuǎn)速（kW/rpm）27.1/2200燃油箱容量（L）99主泵類型2個(gè)變量柱塞泵,1個(gè)齒輪泵壓力（Mpa）24.5最大流量（L/min）45.8×2齒輪泵壓力（Mpa）21最大流量（L/min）37液壓油箱容量（L）73表3.2 SWE50H型液壓挖掘機(jī)的作業(yè)參數(shù)最大挖掘高度4943mm最

24、大卸載高度3389mm最大挖掘深度3302mm最大垂直挖掘深度2432mm最大挖掘半徑5504mm最大停機(jī)面挖掘距離5373mm輪距1950mm履帶總長(zhǎng)2502mm平臺(tái)離地間隙708mm底盤寬度1200mm履帶寬度350mm底盤離地間隙313mm履帶高度602mm運(yùn)輸長(zhǎng)度3180mm3.3 負(fù)載分析動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接。常見(jiàn)的有兩種具體布置方式。油缸前傾布置方案，如圖3.5A所示，動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂鉸接于E點(diǎn)。當(dāng)動(dòng)臂油臂全伸出，將動(dòng)臂舉升至上極限時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)前方傾斜。油缸后傾布置方案，如圖3.5B所示，當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉升至上極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線向

25、轉(zhuǎn)臺(tái)后方傾斜。 當(dāng)兩方案的動(dòng)臂油缸安裝尺寸DE1、鏟斗最大挖掘H和地面 圖3.5 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)油缸布置方案最大挖掘半徑R相等時(shí)，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即h1<h2。此外，在后傾方案中，動(dòng)臂EF部分往往比前傾方案的長(zhǎng)，因此動(dòng)臂所受彎矩也比較大。以上為動(dòng)臂油缸后傾方案的缺點(diǎn)。然后，后傾方案動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C與動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)D的距離CD比前傾方案的大，則動(dòng)臂在上下兩極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸的作用力臂也就比較大。因此，在動(dòng)臂油缸作用力相同時(shí)，后傾方案能得到較大的動(dòng)臂作用矩，這就是其優(yōu)點(diǎn)。為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘?qū)㈤L(zhǎng)動(dòng)臂CEF改成CE1F1（圖3.5B），并配以長(zhǎng)斗桿，在最大深度處挖掘

26、時(shí)，采用鏟斗挖掘而不是斗桿挖掘，這樣得到的最大挖掘深度為h1<h2。顯然，不論是動(dòng)臂油缸前傾還是后傾方案，當(dāng)C、D兩鉸點(diǎn)位置和CE長(zhǎng)度不變時(shí)，通過(guò)加大動(dòng)臂油缸長(zhǎng)度可以增大動(dòng)臂仰角，從而增大最大挖掘高度，但會(huì)影響到最大挖掘深度。所以，在布置動(dòng)臂油缸時(shí)，應(yīng)綜合考慮動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)、工作裝置的作業(yè)尺寸及動(dòng)臂舉升力和挖掘力等因素。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(lái)確定，其 圖3.6 動(dòng)臂油缸作用力分析設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖3.6所示，此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力(N)為： (3.1)式中 鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離(m)動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離(m)斗

27、桿質(zhì)心動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離(m) 動(dòng)臂油缸作用力對(duì)鉸點(diǎn)的力臂(m) 斗桿所受重力(N) 動(dòng)臂所受重力(N)鏟斗及其裝載土壤的重力(N) 查閱相關(guān)資料，選取N+mg，N，N，3.8m，=2.8m, =1.2m, =0.55m. 其中鏟斗的重力為N，根據(jù)公式 (3.2) (3.3) (3.4)式中 裝載土壤的質(zhì)量（kg） 平均有效斗容量（）鏟斗充滿系數(shù)（），根據(jù)工作環(huán)境，選擇充滿系數(shù)為1自然情況下土壤的密度，根據(jù)工作環(huán)境，選擇疏松后的土壤密度土壤的松散系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境，取代入數(shù)據(jù)，求得： 3.4 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作原理機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有三個(gè)自由度，鏟斗可實(shí)現(xiàn)

28、有限的平面轉(zhuǎn)動(dòng)，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鏟斗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大到有限的空間，再通過(guò)行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。3.5 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作技術(shù)要求采用了柴油機(jī)-液壓泵復(fù)合控制。操作者根據(jù)工況，利用作業(yè)模式選擇開(kāi)關(guān)（功率預(yù)選開(kāi)關(guān)）選擇合理的功率模式：重載高速、正常工作、輕載低速。通過(guò)電子調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門和液壓泵的排量，使供給功率與負(fù)載需要功率相匹配。采用了電液比例控制技術(shù)，通過(guò)改變34B-R6/H6型帶閥芯位移反饋的電液比例方向閥的比例電磁鐵的輸入電流，不但可以改變閥的工作液流方向，而且可以改變閥口大小實(shí)現(xiàn)流量控制，是一種較為理想的電

29、、液轉(zhuǎn)換和功率放大元件，與伺服控制相比具有成本低、抗干擾性好、能量損失小、對(duì)油液清潔度無(wú)特殊要求等優(yōu)點(diǎn)。工況在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括單片主處理器模塊、面板控制系統(tǒng)、模擬信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換及光電隔離模塊、電源模塊及傳感器等部分。其中單片主處理器模塊是系統(tǒng)的核心部分，主要功能有面板的控制管理，A/D轉(zhuǎn)換部分的控制管理、模擬量、開(kāi)關(guān)量和轉(zhuǎn)換信號(hào)的輸入、處理和存儲(chǔ)。面板控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的入機(jī)接口，它包括鍵盤、聲光報(bào)警電路和點(diǎn)陣式液晶顯示器。模擬信號(hào)調(diào)理電路的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)各路模擬量信號(hào)的輸入和調(diào)整，將傳感器和敏感元件的輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足A/D轉(zhuǎn)換輸入要求的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換及光電隔離模塊的功能是將

30、所有的被檢測(cè)轉(zhuǎn)變成為單片機(jī)所接受的數(shù)字量，具體包括開(kāi)關(guān)量、轉(zhuǎn)換信號(hào)的整形、模擬量的A/D轉(zhuǎn)換和輸入輸出信號(hào)的光電隔離等。電源模塊將液壓挖掘機(jī)上的蓄電池或發(fā)電機(jī)輸出的+24V直流電轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)各模塊以及系統(tǒng)配備的傳感器所需的各種類型的電平電壓。傳感器處于液壓挖掘機(jī)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接口位置，是一個(gè)能量變換器，它直接從液壓挖掘機(jī)中提取被除數(shù)檢測(cè)的工況特征參數(shù)，感受狀態(tài)的變化并轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將來(lái)自各傳感器的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、儲(chǔ)存、分析加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。如利用壓力傳感器可實(shí)現(xiàn)過(guò)載情況下的路徑自主校正；利用超

31、階級(jí)聲波測(cè)距傳感器能實(shí)現(xiàn) 回轉(zhuǎn)過(guò)程中的自動(dòng)避障。3.6 液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算 挖掘機(jī)各驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、液壓馬達(dá)、電液比例換向閥、動(dòng)臂缸、斗桿缸及齒輪傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)主要對(duì)動(dòng)臂缸進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。3.6.1 動(dòng)臂液壓缸內(nèi)徑尺寸與活塞桿直徑的確定由表3.1、表3.3、表3.4可知，小挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為時(shí)宜取液壓缸的工作壓力13×，液壓缸選用單桿式，并在工作時(shí)進(jìn)行差動(dòng)連接。此時(shí)液壓缸無(wú)桿腔工作面積應(yīng)為有桿腔工作面積的兩倍。由于液壓缸回油路上必須具有背壓力存在，以防止挖掘機(jī)卸土后突然前沖，由表3.5,可取8×.表3.3 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力負(fù)載F/N

32、<500050001000010000300003000050000>50000工作壓力p/MPa<0.811.522.5445>57表3.4 按主機(jī)類型選擇執(zhí)行元件工作壓力主機(jī)類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)液壓機(jī)中、大挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)構(gòu)磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力p/Mpa235881010162032表3.5 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/Mpa簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短，且直接回油箱可忽略不

33、計(jì)由于是差動(dòng)式單桿連接，所以活塞桿直徑d與缸筒直徑D的關(guān)系為d=0.707D。根據(jù)公式=47.62 (3.5)故有 D=77.9mm，d=0.707D=55.07mm (3.6)當(dāng)按GB/T23481993將這些直徑圓整理成就近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得：D=80mm , d =63mm，由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為 (3.7)3.6.2 液壓缸行程的確定液壓缸行程主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定。但為了簡(jiǎn)化工藝和降低成本，應(yīng)盡量采用GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)的液壓缸行程，則根據(jù)技術(shù)要求，取行程為630mm。3.7 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算3.7.1 缸筒壁厚的計(jì)算對(duì)于低壓系統(tǒng)或16時(shí)，液壓缸缸筒厚度一般按薄

34、壁筒計(jì)算，公式如下： (3.8)式中 液壓缸缸筒厚度 試驗(yàn)壓力(Mpa)，當(dāng)工作壓力P16 Mpa時(shí)，=1.5P，當(dāng)工作壓力31.5P16 Mpa時(shí)，=1.25P，當(dāng)工作壓力P31.5Mpa時(shí)，=1.15P,這里應(yīng)取=1.5P =19.5Mpa。 液壓缸內(nèi)徑(m) 缸體材料的許用應(yīng)力（Mpa），可通過(guò)下面公式求得： (3.9) 缸體材料的抗拉強(qiáng)度(Mpa) 安全系數(shù)，=3.55，一般取=5但對(duì)于鍛鋼45的許用應(yīng)力一般都取=110(Mpa)則根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取液壓缸外直徑為=100mm.3.7.2 液壓缸油口直徑的計(jì)算液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速度和油口最高液流速度而定，公式如下： (3

35、.10)式中 液壓缸油口直徑(m) 液壓缸內(nèi)徑(m) 液壓缸最大輸出速度(m/min) 油口液流速度(m/min)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=7m/min同時(shí)對(duì)于單桿油塞式液壓差動(dòng)聯(lián)接時(shí)，活塞的外伸速度為: (3.11)式中 液壓缸差動(dòng)聯(lián)接時(shí)，活塞外伸的速度，可視為油口液流的速度(m/min) 液壓泵流量(/s)，活塞桿面積，其公式如下: (3.12)式中 活塞桿直徑(m) 所以代入數(shù)據(jù)，解析以上公式得：，故取3.7.3 缸頭厚度計(jì)算本設(shè)計(jì)采用的是螺釘聯(lián)接法蘭缸頭，其厚度的計(jì)算公式為： (3.13)式中 法蘭厚度(m)法蘭內(nèi)徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=螺釘孔分布圓直徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，

36、取=法蘭材料的許用應(yīng)力(Mpa)，取45鋼，120 Mpa 法蘭受力總和(N)，其計(jì)算公式為： (3.14) 密封環(huán)內(nèi)徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取 密封環(huán)外徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取 系統(tǒng)工作壓力(pa)， pa 附加密封力(pa)，若采用金屬材料時(shí)，值取屈服點(diǎn)，此處取材料為45鋼，則=110Mpa代入數(shù)據(jù)，求出得：故取3.7.4下蓋聯(lián)接螺釘強(qiáng)度校核計(jì)算螺釘聯(lián)接可采用高強(qiáng)度螺釘M16×1.5(GB/T70.1-2000)聯(lián)接,兩端數(shù)量均為24件，螺釘精度等級(jí)為10.9級(jí)，其強(qiáng)度校核，公式如下：拉應(yīng)力： =7.7Mpa (3.15)剪應(yīng)力： =3.1Mpa (3.16)式中 ：螺

37、紋擰緊系數(shù)，此處取=1.25: 螺紋摩擦系數(shù),一般取=0.12：螺紋外徑，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=16mm：螺紋內(nèi)徑，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=-1.0825×1.514.4mm：數(shù)量為24B：B螺釘材料屈服強(qiáng)度，取45鋼，則 =110Mpa得：，符合工況要求，則驗(yàn)證合格，可取。3.7.5 活塞桿柔度校核計(jì)算活塞桿細(xì)比計(jì)算如下： = (3.17)此處：L為折算長(zhǎng)度，導(dǎo)向套中心至吊頭尺寸，約630mm，活塞桿直徑d=63mm，活塞桿許用細(xì)長(zhǎng)比，按規(guī)定拉力桿此處100。計(jì)算得，故滿足要求，則活塞桿長(zhǎng)度和缸筒長(zhǎng)度的取值合格。4 液壓系統(tǒng)原理圖的制定4.1 制定基本方案(1) 制定調(diào)速方案 液壓執(zhí)

38、行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問(wèn)題。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。速度控制通過(guò)改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來(lái)調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來(lái)達(dá)

39、到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速。調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。節(jié)流調(diào)速一般采用開(kāi)式循環(huán)形式。在開(kāi)式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開(kāi)式回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱

40、性好，但油箱體積大，容易混入空氣。容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個(gè)封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。經(jīng)過(guò)上述分析此方案選用 容積節(jié)流調(diào)速。(2) 制定壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。在液壓系統(tǒng)中，需要流量不大的高壓油時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供

41、油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 在系統(tǒng)的某個(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來(lái)獲得所需的工作壓力?；谝陨峡刂葡到y(tǒng)方案分析本次設(shè)計(jì)選用閉式中心負(fù)荷傳感系統(tǒng)(CLSS)；采用的是雙泵雙回路恒功率控制液壓系統(tǒng)。(3) 指定順序動(dòng)作方案 主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械工作環(huán)境狀況復(fù)雜，補(bǔ)丁因數(shù)多，故操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過(guò)電氣行程開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來(lái)控制接續(xù)的動(dòng)

42、作。行程開(kāi)關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無(wú)載啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過(guò)壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開(kāi)順序閥使壓力油通過(guò)，來(lái)啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。本設(shè)計(jì)主要采用手動(dòng)控制，另根據(jù)壓力控制CLSS系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)操作，在計(jì)算機(jī)的直接操縱下自動(dòng)完成給定的挖掘任務(wù)，并具有一定得局部自主能力。即當(dāng)阻力過(guò)大挖掘過(guò)程中斷時(shí)，能自主修正挖掘路徑，直接完成挖

43、掘過(guò)程。在回轉(zhuǎn)過(guò)程中，能自動(dòng)識(shí)別和避開(kāi)障礙物，達(dá)到原定的卸料位置。  (4) 選擇液壓動(dòng)力源 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無(wú)其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。 油液的

44、凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過(guò)濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過(guò)相應(yīng)的精過(guò)濾器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過(guò)濾器或其他型式的過(guò)濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。再根據(jù)調(diào)速方案及工程機(jī)械選用原則，主泵采用變量柱塞泵，輔助油泵采用齒輪泵。4.2確定回路方式本液壓系統(tǒng)采用開(kāi)式回路。液壓系統(tǒng)回路中泵缸回路系統(tǒng)為開(kāi)式，泵馬達(dá)系統(tǒng)為閉式。開(kāi)式系統(tǒng)利用油箱可以散熱、沉淀雜質(zhì)的特點(diǎn)，并且油液循環(huán)大，敝熱條件好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此為大多數(shù)工程機(jī)械所采用。閉式回路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為緊湊，泵的自吸性好，系統(tǒng)與空氣接觸的機(jī)會(huì)較少，空

45、氣不易滲入系統(tǒng)，故傳動(dòng)的平穩(wěn)性較好，且工作機(jī)構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，避免了在開(kāi)式系統(tǒng)換向過(guò)程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開(kāi)式系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，并且由于閉式系統(tǒng)本身沒(méi)有油箱，油液的散熱和過(guò)濾條件較開(kāi)式系統(tǒng)差。4.3 選用液壓油液在任何液壓系統(tǒng)中，液壓油是一至關(guān)重要的組成部分。它的功能是：有效地傳遞能量、潤(rùn)滑部件和作為一種散熱介質(zhì)。液壓系統(tǒng)能否可靠、靈敏、準(zhǔn)確、有效而且經(jīng)濟(jì)地工作，與所選用的液壓油的品種及性能密切相關(guān)。因此，正確選用液壓油是確保液壓系統(tǒng)正常和長(zhǎng)期工作的前提。當(dāng)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)找出原因，采取正確的解決辦法是保護(hù)設(shè)備、避免造成重大損失的重要措施。由

46、于液壓傳動(dòng)具有元件體積小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠、操作方便、易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多工業(yè)部門的傳動(dòng)系統(tǒng)被采用。不同工業(yè)部門由于使用要求、操作條件、應(yīng)用環(huán)境的差異，所用的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)差別也很大。正確選用液壓油品種，確保液壓系統(tǒng)長(zhǎng)期平穩(wěn)、安全運(yùn)行，是保證連續(xù)生產(chǎn)、節(jié)省材料消耗和提高經(jīng)濟(jì)效益的有效措施。4.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖該挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)采用雙泵雙向回路定量系統(tǒng)，由兩個(gè)獨(dú)立的回路組成。所用的油泵1為雙聯(lián)泵，分為A、B兩泵。八聯(lián)多路換向閥分為兩組，每組中的四聯(lián)換向閥組為串聯(lián)油路。油泵A輸?shù)膲毫M(jìn)入第一組多路換向閥，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)、鏟斗油缸、輔助油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)右行走馬達(dá)7。

47、該組執(zhí)行元件不工作時(shí)油泵A輸出的壓力油經(jīng)第一組多路換向閥中的合流閥進(jìn)入第二組多路換向閥，以加快動(dòng)臂或斗桿的工作速度。油泵B輸出的壓力油進(jìn)入第二組多路換向閥，驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂油缸、斗桿油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)左行走馬達(dá)8和推土板油缸6。該液壓系統(tǒng)中兩組多種換向閥均采用串聯(lián)油路，其回油路并聯(lián)，油液通過(guò)第二組多路換向閥中的限速閥5流向油箱。限速閥的液控口作用著由梭閥提供的A、B兩油泵的最大壓力，當(dāng)挖掘機(jī)下坡行走出現(xiàn)超速情況時(shí)，油泵出口壓力降低，限速閥自動(dòng)對(duì)回油進(jìn)行節(jié)流，防止溜坡現(xiàn)象，保證挖掘機(jī)行駛安全。在左、右行走馬達(dá)內(nèi)部除設(shè)有補(bǔ)油閥外，還設(shè)有雙速電磁閥9，當(dāng)雙速電磁閥在圖示位置時(shí)馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞構(gòu)成串

48、聯(lián)油路，此時(shí)為高速；當(dāng)雙速電磁閥通電后，馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞呈并聯(lián)狀態(tài)，馬達(dá)排量大、轉(zhuǎn)速降低，使挖掘機(jī)的驅(qū)動(dòng)力增大。為了防止動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等因自重而超速降落，其回路中均設(shè)有單向節(jié)流閥。另外，兩組多路換向閥的進(jìn)油路中設(shè)有安全閥，以限制系統(tǒng)的最大壓力，在各執(zhí)行元件的分支油路中均設(shè)有過(guò)載閥，吸收工作裝置的沖擊；油路中還設(shè)有單向閥，以防止油液的倒流、阻斷執(zhí)行元件的沖擊振動(dòng)向油泵的傳遞。SWE50H型單斗液壓挖掘機(jī)除了主油路外，還有如下低壓油路：(1) 排灌油路 將背壓油路中的低壓油，經(jīng)節(jié)流降壓后供給液壓馬達(dá)殼體內(nèi)部，使其保持一定的循環(huán)油量，及時(shí)沖洗磨損產(chǎn)物。同時(shí)回油溫度較高，可對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行預(yù)熱，避免

49、環(huán)境溫度較低時(shí)工作液體對(duì)液壓馬達(dá)形成“熱沖擊”。(2) 泄油回路 將多路換向閥和液壓馬達(dá)的泄漏油液用油管集中起來(lái)，通過(guò)五通接頭和濾油器流回油箱。該回路無(wú)背壓以減少外漏。液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可通過(guò)檢查泄漏油路濾油器，判定是否屬于液壓馬達(dá)磨損引起的故障。(3) 補(bǔ)油油路 該液壓系統(tǒng)中的回油經(jīng)背壓閥流回油箱，并產(chǎn)生0.81.0MPa的補(bǔ)油壓力，形成背壓油路，以便在液壓馬達(dá)制動(dòng)或出現(xiàn)超速時(shí)，背壓油路中的油液經(jīng)補(bǔ)油閥向液壓馬達(dá)補(bǔ)油，以防止液壓馬達(dá)內(nèi)部的柱塞滾輪脫離導(dǎo)軌表面。該液壓系統(tǒng)采用定量泵，效率較低、發(fā)熱量大，為了防止液壓系統(tǒng)過(guò)大的溫升，在回油路中設(shè)置強(qiáng)制風(fēng)冷式散熱器，將油溫控制在80以下。整機(jī)的液壓

50、系統(tǒng)圖（如圖4.1所示）由擬定好的控制回路及液壓源組合而成，從中分離出動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)明工作原理圖（如圖4.2所示）。機(jī)電一體化挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)是半自動(dòng)的，所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)是建立在WY100型挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)上，改進(jìn)工作裝置的自動(dòng)化控制，保證工作負(fù)載合理，防止在過(guò)量的情況下導(dǎo)致小挖掘機(jī)破壞。各液壓元件盡量采用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號(hào)的常態(tài)位置繪制。對(duì)于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動(dòng)作，注明各液壓元件的序號(hào)以及各電磁鐵的代號(hào)，并附有電磁鐵、行程閥。 分析比較動(dòng)臂機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖與整機(jī)系統(tǒng)圖，可以總結(jié)出：動(dòng)臂機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可以作

51、為一個(gè)單獨(dú)的液壓系統(tǒng)，并可以進(jìn)行半自動(dòng)化控制，其液壓元件選擇的合理與否直接影響著機(jī)電一體化液壓系統(tǒng)的快速控制能力。1 BM PC2 PCT812 3D/A接口 4液壓閥驅(qū)動(dòng)放大 5油泵 6冷卻器7濾油器8背壓閥 9節(jié)流閥10回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)11行走馬達(dá)12雙速電磁閥缸13補(bǔ)油單向閥 14緩沖補(bǔ)油閥組 15中央回轉(zhuǎn)接頭16限速閥 17冷卻器 18位移傳感器 19溢流閥20梭閥 21合流閥22電液比例方向閥23斗桿油缸24鏟斗油缸 25單向節(jié)流閥26動(dòng)臂油缸圖4.1 液壓原理圖1TBM PC 2PCT812 3D/A接口 4液壓閥驅(qū)動(dòng)放大器5油泵 6冷卻器 7濾油器 8背壓閥 9限速閥10溢流閥 11

52、梭閥 12電液比例方向閥 13冷卻閥14單向節(jié)流閥 15位移傳感器 16動(dòng)臂油缸圖4.2 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖5 選擇各執(zhí)行元件5.1 液壓泵的選擇由表3.1得，主泵的壓力為，最大流量為；齒輪泵的壓力為，最大流量為。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可查閱得：此液壓泵可采用NB3-G20F雙聯(lián)柱塞泵，主泵由2個(gè)柱塞式串聯(lián)變量柱塞泵組成。5.2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇取泵的總效率=0.8，泵的總驅(qū)動(dòng)功率為： = 23.74KW (5.1)考慮安全系數(shù),故取25KW;查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表得：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型號(hào)YANMAR功率27.1KW 轉(zhuǎn)速2200r/min5.3 液壓閥的選擇選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過(guò)閥的流量。液壓閥的作用是控制液壓系統(tǒng)的油流方向、壓力和流量，從而控制整個(gè)液壓系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，工作部件的運(yùn)動(dòng)速度、方向，以及變換頻率，輸出力和力矩等。5.3.1 根據(jù)液壓閥額定壓力來(lái)選擇選擇的液壓閥應(yīng)使系統(tǒng)壓力適當(dāng)?shù)陀诋a(chǎn)品標(biāo)明的額定值。對(duì)液壓閥