機(jī)械設(shè)計(jì)----礦用5噸型液壓挖掘機(jī)論文1

1、目 錄TU內(nèi)容提要UT3TUSummaryUT4TU緒論UT5TU1.1 前言UT5TU1.2課題設(shè)計(jì)要求UT6TU2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及展望7TU2.1 國(guó)外發(fā)展概況及展望UT7TU2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況及展望UT8TU3 SWE50H型液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)UT9TU3.1 SWE50H型液壓挖掘機(jī)的工況分析UT9TU3.2 SWE50H型液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定UT12TU3.3 負(fù)載分析UT15TU3.4 SWE50H型液壓挖掘機(jī)工作原理UT17TU3.5 SWE50H型液壓挖掘機(jī)工作技術(shù)要求UT18TU3.6 SWE50H型液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算UT19TU3.7 SWE50H型液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的

2、計(jì)算UT20TU4 SWE50H型液壓系統(tǒng)原理圖的制定UT23TU4.1制定基本方案UT23TU4.2 確定回路方式UT25TU4.3 選用液壓油液UT25TU4.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖UT26TU5各液壓元件的選擇UT30TU5.1 液壓泵的選擇UT30TU5.2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇UT30TU5.3 液壓閥的選擇UT30TU5.4 其他液壓元件的選擇UT31TU5.5 油箱容量的確定UT33TU6 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算UT35TU6.1 液壓系統(tǒng)壓力損失UT35TU6.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算UT36TU總 結(jié)UT40TU參考文獻(xiàn)UT40TU致謝UT41內(nèi)容提要通過(guò)觀察阜新礦用挖掘機(jī)，對(duì)其進(jìn)行

3、分析和搜集了國(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)展概況及展望，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)。該論文對(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，分析其工作原理，及液壓系統(tǒng)的計(jì)算。該畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題SWE50H型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。課題以是阜新礦山企業(yè)為依托，進(jìn)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀看，細(xì)致的研究了挖掘機(jī)的構(gòu)造。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

4、基礎(chǔ)上研究了國(guó)外的先進(jìn)機(jī)型，設(shè)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。圖紙基本采用Auto CAD二維軟件繪圖。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)用于礦山企業(yè)，工地建筑，城市工程等等。SummaryBy observation fuxin mining excavator, analyzing it, and collected after abandoning the hydraulic system and i

5、nformation on the basis of a hydraulic excavator system development and prospect, and overview for excavator hydraulic system and technology development also made an analytical review. the thesis for excavator various conditions of the analysis, systems reviewed after abandoning the hydraulic system

6、 design requirements and analyse its working mechanism and the hydraulic system to calculate. This graduation design swe50h hydraulic excavator for the issue of the hydraulic system design. subject to a fuxin mining enterprises to rely on the scene into a practical, and meticulously study the works.

7、 compact excavator excavator is a system, including hydraulic system and the drive system, device, system, work, to the tank and engine, the installation, etc. Of my design to the analysis and design a hydraulic excavator for the hydraulic system. the topics selected for the domestic and quality of

8、the technical performance approaches the 5t excavator as 基型 and based on this study of foreign advanced models, the hydraulic excavator system solutions. the general assembly drawing and its parts and components, and to move the organization of the design, a schematic diagram of the body still, the

9、hydraulic arm of the cylinder. Drawing two dimensional in auto stanzas basic cad drawing. the hydraulic excavator software is that the servo parichaya control system, goody appearance, mining and drilling, and pushed the soil, and so on function 清溝 broken. a dependable, operation and comfortable, is

10、 widely used in mining enterprises and sites, construction project, etc.緒 論1.1 前言液壓挖掘機(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

11、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)率和加速?lài)?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.

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)主要用于礦山工程、城市管道工程、道路、重工業(yè)、住宅建設(shè)、基礎(chǔ)工程等。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(pán)、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤(pán)及拉鏟等，以滿(mǎn)足各種施工的需要。與此同時(shí)，發(fā)展專(zhuān)門(mén)用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低嗓聲、水下專(zhuān)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

13、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?chē)娜撕臀锵嗯鲎玻纼A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?chē)h(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)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

14、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(mǎn)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。(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)外發(fā)展概況及展望2.1 國(guó)外發(fā)展概況及展望國(guó)外大型液壓挖掘機(jī)的開(kāi)發(fā)大約從上世紀(jì)70年代開(kāi)

15、始。如日本日立建機(jī)公司在1972-1976年間開(kāi)發(fā)的UH12型正鏟大型液壓挖掘機(jī)，其斗容量為2.2m3工作重量336t；UH20型斗容量3.2m3，工作重量50t；UH30型斗容量4.4m3，工作重量75t。1979年，日立建機(jī)成功開(kāi)發(fā)了UH50型正鏟超大型液壓挖掘機(jī)，斗容量達(dá)8.2m3，工作重量175t。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，目前超大型液壓挖掘機(jī)的最大工作重量已直指1000t級(jí)，鏟斗斗容達(dá)到了50m³。由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、運(yùn)動(dòng)靈活及易于維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，超大型液壓挖掘機(jī)已形成逐步代替鋼索機(jī)械式或電動(dòng)式挖掘機(jī)（俗稱(chēng)電鏟）的趨勢(shì)。超大型液壓挖掘機(jī)主要用于各種大規(guī)模露天礦山的

16、開(kāi)采及大型基礎(chǔ)建設(shè)，同時(shí)還被用于填海造地工程及港灣河道疏通工程，其中正鏟式挖掘機(jī)占大部分。目前生產(chǎn)超大型挖掘機(jī)的廠商主要分布在美國(guó)、日本、德國(guó)等工程機(jī)械制造強(qiáng)國(guó)，著名的生產(chǎn)企業(yè)有利勃海爾、卡特彼勒、日立、小松、特雷克斯（O&K）等公司。1987年，當(dāng)時(shí)世界最大的日立EX3500型正鏟超大型挖掘機(jī)（斗容量18.8m3,工作重量330t）在日本開(kāi)發(fā)成功，并在這一年又開(kāi)發(fā)了斗容量22m3，工作重量420t的EX4200型正鏟超大型挖掘機(jī)。此時(shí)世界其它公司也相繼開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出超大型液壓挖掘機(jī)，如小松PC1600型、卡特彼勒5130型，利勃海爾R992、R994型，特雷克斯（O&K）RH20

17、型、RH90型等。1990年以后，超大型液壓挖掘機(jī)的斗容量不斷增加；機(jī)重不斷加大，目前已經(jīng)形成超大型礦山型與土方型液壓挖掘機(jī)系列。日立建機(jī)于2004年成功研發(fā)面向礦山用戶(hù)的EX8000超大型液壓挖掘機(jī)，鏟斗容量為40m3，大約相當(dāng)于6輛11噸翻斗車(chē)的容量，最大工作重量780t，是目前日本制造的最大級(jí)別的液壓挖掘機(jī)。該超大型液壓挖掘機(jī)不僅可順應(yīng)為降低采掘運(yùn)輸成本而不斷加大礦山自卸車(chē)載荷的趨勢(shì)，而且與鋼索式電動(dòng)挖掘機(jī)相比，超大型液壓挖掘機(jī)具有更好的機(jī)動(dòng)機(jī)和操作性，在降低運(yùn)營(yíng)成本方面也極具優(yōu)勢(shì)。至今，日立建機(jī)公司已經(jīng)向北美、澳大利亞、亞洲和南非等大型礦山交付了大約700臺(tái)多種型號(hào)的超大型液壓挖掘機(jī)，

18、在該級(jí)別中占據(jù)了全球最大的市場(chǎng)份額。超大型液壓挖掘機(jī)的快速發(fā)展與應(yīng)用主要得益于其具有良好的工作性能和耐久性、可靠性，極大地提高了挖掘機(jī)工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)越的操縱控制性及作業(yè)性能是超大型液壓挖掘機(jī)的顯著特點(diǎn)。超大型液壓挖掘機(jī)采用發(fā)動(dòng)機(jī)-油泵電氣控制系統(tǒng)，可以最大限度地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、降低油耗，使機(jī)械高效地工作。大部分超大型挖掘機(jī)采用故障檢測(cè)系統(tǒng)，利用裝設(shè)在駕駛室的顯示器為駕駛員提供各主要部件、系統(tǒng)及整機(jī)的工作狀況，機(jī)械操作的自動(dòng)化程度及適應(yīng)性大大提高。另外，超大型液壓挖掘機(jī)的工作裝置也有了極大的改進(jìn)，在斗桿與鏟斗之間采用了平行伸縮機(jī)構(gòu)，使鏟斗的工作范圍加大，作業(yè)性能提高。為使駕駛員容易觀察

19、到大型自卸車(chē)的裝卸狀況，許多超大型挖掘機(jī)駕駛室的前窗采用了前傾的形式，以使之具有良好的觀察視野。為改善駕駛員的工作條件，駕駛室內(nèi)均采用了大容量空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使駕駛員可以長(zhǎng)時(shí)間工作而不致感到疲勞。在一些超大型挖掘機(jī)上采用履帶接地長(zhǎng)度可伸縮機(jī)構(gòu)，按需改變挖掘機(jī)的接地面積，大大提高挖掘機(jī)的作業(yè)性能。2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況及展望早在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

20、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

21、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(xiāo)售7926臺(tái)，其中包括出口119臺(tái)。2001年全生產(chǎn)12569臺(tái)，銷(xiāo)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(mǎn)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)

22、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(mǎn)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)的主要?jiǎng)幼?，要考慮全功率驅(qū)動(dòng)。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

23、裝置至卸載位置(7) 操縱斗桿、鏟斗卸載由于液壓挖掘機(jī)的作業(yè)對(duì)象和工作條件變化較大，主機(jī)的工作有兩項(xiàng)特殊要求:實(shí)現(xiàn)各種主要?jiǎng)幼鲿r(shí)，阻力與作業(yè)速度隨時(shí)變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化;為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，工作過(guò)程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)幼?例如挖掘與動(dòng)臂、提升與回轉(zhuǎn))同時(shí)進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。液壓挖掘機(jī)一個(gè)作業(yè)循環(huán)的組成和動(dòng)作的復(fù)合主要包括: (1) 挖掘:通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘，或者兩者配合進(jìn)行挖掘，因此，在此過(guò)程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動(dòng)作，必要時(shí)，配以動(dòng)臂動(dòng)作。(2) 滿(mǎn)斗舉升回轉(zhuǎn):挖掘結(jié)束，動(dòng)臂液壓缸將動(dòng)臂頂起，滿(mǎn)斗提升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)

24、使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。(3) 卸載:轉(zhuǎn)到卸土點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，用斗桿液壓缸調(diào)節(jié)卸載半徑，然后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗卸載。為了調(diào)整卸載位置，還要有動(dòng)臂液壓缸的配合，此時(shí)是斗桿和鏟斗的復(fù)合動(dòng)作，間以動(dòng)臂動(dòng)作。圖3. 1液壓挖掘機(jī)的工作運(yùn)動(dòng)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(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(mǎn)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)

25、工況。3.1.1 挖掘工況分析(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(mǎn)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)采用鏟斗液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí)，挖掘軌跡以鏟斗與斗桿的鉸點(diǎn)為中心，鏟斗斗尖所作的圓弧線的長(zhǎng)度

26、決定于鏟斗液壓缸的行程。以鏟斗液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí)的挖掘行程較短，為了能夠裝滿(mǎn)鏟斗，需有較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤，所以一般挖掘機(jī)的斗尖最大挖掘力都在采用鏟斗液壓缸挖掘時(shí)實(shí)現(xiàn)。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。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。

27、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。a一水平地面的挖削 b一斜坡地面的挖削圖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)

28、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(lèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)

29、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(chēng)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(chēng)。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

30、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(lèi)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

31、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（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(lèi)型2

32、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(pán)寬度1200mm履帶寬度350mm底盤(pán)離地間隙313mm履帶高度602mm運(yùn)輸長(zhǎng)度3180mm司機(jī)室頂高2593mm運(yùn)輸寬度2080mm3.3 負(fù)載分析動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂前下

33、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。圖3.5 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)油缸布置方案油缸前傾布置方案，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)

34、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

35、缸的作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內(nèi)裝滿(mǎn)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) 圖3.6 動(dòng)臂油缸作用力分析查閱相關(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

36、（）鏟斗充滿(mǎn)系數(shù)（），根據(jù)工作環(huán)境，選擇充滿(mǎn)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)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(mǎn)足挖掘作業(yè)的要求。機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)示意圖，如圖3.7所示，利用各種傳感器，柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。機(jī)電一體

37、化液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，各部分的運(yùn)動(dòng)通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗1、斗桿2、動(dòng)臂3、連桿4及相應(yīng)的三組液壓缸5. 6. 7組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)動(dòng)臂缸的伸縮，使動(dòng)臂連同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。依靠斗桿缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng);而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過(guò)鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)操縱動(dòng)臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮;動(dòng)臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng)，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿(mǎn)后，鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂抬起，隨即接通回

38、轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)。在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。1、鏟斗 2、斗桿 3、動(dòng)臂 4、連桿 5、 6、 7、液壓油缸圖3.7 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)示意圖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(mén)和液壓泵的排量，使供給功率與負(fù)載需要功

39、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、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(pán)

40、、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(mǎn)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(lèi)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

41、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

42、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<500050001000010000300003000050000>50000工作壓力p/MPa<0.811.522.5445>57表3.4 按主機(jī)類(lèi)型選擇執(zhí)行元件工作壓力主機(jī)類(lèi)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(mén)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(lèi)型背壓力/Mpa

43、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

44、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4

45、5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)，取液壓外缸直徑為=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： (3.10)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

46、：，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)，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×

47、;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630

48、mm，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(mǎn)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)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

49、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)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

50、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

51、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。基于以上控制系統(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(lèi)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

52、，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)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)

53、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

54、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、