WY100履帶式液壓挖掘機(jī)斗桿油缸液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、重慶交通大學(xué)交通建設(shè)與裝備綜合課程設(shè)計(jì)重慶交通大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)說明書 題 目： WY100履帶式液壓挖掘機(jī) 斗桿油缸液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 交通建設(shè)與裝備 班 級： 裝備1101班 姓 名： * 學(xué) 號： * 指導(dǎo)教師： * II摘 要液壓挖掘機(jī)應(yīng)用面廣、使用量大，在工程機(jī)械市場占有很重要的地位。目前已成為工程機(jī)械第一主力機(jī)械。對于液壓式挖掘機(jī)而言，其設(shè)計(jì)核心就是對液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于工程作業(yè)環(huán)境條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作復(fù)雜，于是它對液壓系統(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)中較為復(fù)雜的。因此，對挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)對推動(dòng)我國挖掘機(jī)發(fā)展具有十分重要的意義。本次課程設(shè)計(jì)

2、是在基于工程機(jī)械液壓傳動(dòng)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的理論知識上針對WY100型液壓挖掘機(jī)工作裝置斗桿油缸部分的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)采用伺服先導(dǎo)操縱系統(tǒng)、結(jié)合人機(jī)關(guān)系原理，使其具有造型美觀、操作舒適、性能穩(wěn)定可靠、具備多種作業(yè)功能的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)，斗桿油缸，WY100ABSTRACT Hydraulic excavator,a wide range of applications,the use of a large quantity,a very important position in the market engineering machinery,has now becom

3、e the first main machines of mechanical engineering.For the hydraulic excavator,the core of designing excavator is hydraulic technique.Because of the bad working condition and complicated working movements of the excavator, it has high requirements for its hydraulic system.Since the excavators hydra

4、ulic system is the pretty complicated one in all constructional machine, the analysis and research of its hydraulic system make very important to promote the development of excavator.The task of curriculum design based on the theoretical knowledge of Hydraulic Transmission of Engineering Machinery,

5、Theory of Machines, Mechanical Designing, etc, is the design of dipper cylinder hydraulic system for WY100 type hydraulic excavator. At the same time,adopting the servo pilot control system and combining with human-technology relationships make the excavator have beautiful sculpt,controlling comfort

6、able,good quality,multiple functions of working.KEY WORDS：Hydraulic excavator，dipper cylinder，WY100I重慶交通大學(xué)交通建設(shè)與裝備綜合課程設(shè)計(jì)目錄摘要.IABSTRACT.II第1章 緒論.11.1 挖掘機(jī)的功用及類型.11.2 發(fā)展動(dòng)態(tài).21.3 液壓傳動(dòng)應(yīng)用于挖掘機(jī)上的優(yōu)缺點(diǎn).31.4 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容.4第2章 液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)原理.52.1 液壓挖掘機(jī)整機(jī)組成.52.2 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu).62.3 液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)原理.8第3章 挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).103.1 液壓挖掘機(jī)的工作分析.

7、103.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求.153.3 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析.163.4 液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì).18第4章 工作裝置鏟斗油缸液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì).204.1 WY100液壓挖掘機(jī)參數(shù).234.2 斗桿液壓缸和系統(tǒng)壓力初選.244.3 斗桿液壓缸設(shè)計(jì)及校核.254.4 斗桿油缸主要設(shè)計(jì)參數(shù).27第5章 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算.285.1 計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率.285.2 計(jì)算液壓系統(tǒng)散熱功率.29第6章 結(jié)論.31參考文獻(xiàn).32第1章 緒論挖掘機(jī)是用來進(jìn)行土方開挖的一種施工機(jī)械。挖掘機(jī)的作業(yè)過程是用鏟斗的切削刃切土并把土裝入斗內(nèi)，裝滿土后提升鏟斗并回轉(zhuǎn)到卸土地點(diǎn)卸土，然后，再使轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)，鏟斗

8、下降到挖掘面，進(jìn)行下一次挖掘。1.1挖掘機(jī)的功用及類型挖掘機(jī)在建筑、筑路、水利、電力、石油等工程以及天然氣管道鋪設(shè)和現(xiàn)代軍事工程中，被廣泛使用。挖掘機(jī)的主要用途：在筑路工程中用來開挖塹壕，在建筑工程中用來開挖基礎(chǔ)，在水利工程中用來開挖溝渠、運(yùn)河和疏浚河道，在采石場、露天采礦等工程中用于剝離和礦石的挖掘等。持外還可對碎石隱形裝在作業(yè)，更換工作裝置后還可以進(jìn)行澆筑、起重、安裝、打樁夯土和拔樁的工作。1動(dòng)臂升降 2斗桿收放 3鏟斗裝卸 4 平臺臺回轉(zhuǎn) 5整機(jī)行走圖1.1 液壓挖掘機(jī)的工作運(yùn)動(dòng)挖掘機(jī)的種類很多，它可以按以下幾個(gè)方面分類。按動(dòng)力裝置分：有電驅(qū)式、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)式、復(fù)合驅(qū)動(dòng)式等；按傳動(dòng)裝置分：

9、有機(jī)械傳動(dòng)式、半液壓傳動(dòng)式、全液壓傳動(dòng)式；按行走機(jī)構(gòu)分：有履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式；按工作裝置分：有鉸接式和伸縮臂式。各種類型的挖掘機(jī)可根據(jù)需要換裝正鏟、反鏟、拉鏟和抓斗的任何一種工作裝置，都屬于一種循環(huán)作業(yè)機(jī)械。目前國際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，對其控制方式不斷改進(jìn)和革新，使挖掘機(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。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的前提。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)

10、代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機(jī)需要大幅度的技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)創(chuàng)新是液壓挖掘機(jī)行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面，挖掘機(jī)產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以對其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。挖掘機(jī)與液壓傳動(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)。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)展中的重要環(huán)節(jié)。1.2發(fā)展動(dòng)態(tài)1.2.1國外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)從20世紀(jì)60年代液壓傳動(dòng)技術(shù)開始應(yīng)用在挖掘機(jī)上至今，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)己經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)成熟的階段。近

11、幾年來，隨著液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴(kuò)大，世界上著名的挖掘機(jī)生產(chǎn)商紛紛采用各種高新技術(shù)，來提高自己挖掘機(jī)在國際上的競爭力，主要表現(xiàn)在五個(gè)方面：（1）液壓系統(tǒng)逐漸從開式向閉式轉(zhuǎn)變（2）系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)成為研究的重點(diǎn)（3）系統(tǒng)的高壓化和高可靠性發(fā)展趨勢日益凸顯（4）系統(tǒng)的操縱特性上升到很重要的地位（5）電子一液壓集成控制成為當(dāng)前主要研究目標(biāo)1.2.2國內(nèi)研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài)從國內(nèi)情況來看，我國挖掘機(jī)行業(yè)整體發(fā)展水平較國外緩慢，在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的理論還比較薄弱。國內(nèi)大部分挖掘機(jī)企業(yè)在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)技術(shù)方面的研究具有一定基礎(chǔ)，但由于采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖掘機(jī)產(chǎn)品在性能、質(zhì)量、作業(yè)效率、可靠性

12、等方面均較差，因此采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖掘機(jī)在國內(nèi)市場上基本失去了競爭力，取而代之的是采用各種高新技術(shù)的國外挖掘機(jī)產(chǎn)品。先進(jìn)的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)都被國際上一流的生產(chǎn)企業(yè)壟斷，國內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的研究幾乎是空白，這樣國內(nèi)的挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家就無法獨(dú)立制造出性能優(yōu)異的挖掘機(jī)，絕大部分的市場份額都被國外各種品牌的挖掘機(jī)所占據(jù)。以20t級的中型液壓挖掘機(jī)為例，國產(chǎn)20t級挖掘機(jī)大多數(shù)是歐洲80年代初的技術(shù)，同90年代初以來在國內(nèi)形成批量的日本小松、日立、神鋼以及韓國大宇、現(xiàn)代等機(jī)型相比，其主要差距柴油機(jī)功率偏低，液壓系統(tǒng)流量偏小，液壓系統(tǒng)特性差，導(dǎo)致平臺回轉(zhuǎn)速度低，行走速度低，各種性能參數(shù)均偏小，整機(jī)性能和作業(yè)效

13、率較國外偏低。1.3液壓傳動(dòng)應(yīng)用挖掘機(jī)上的優(yōu)缺點(diǎn)1.3.1 在挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能上的優(yōu)點(diǎn)（1）來自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)油泵轉(zhuǎn)換到工作機(jī)構(gòu)，其間可以獲得很大的傳動(dòng)比，省去了機(jī)械傳動(dòng)所需的復(fù)雜而笨重的傳動(dòng)裝置。不但使結(jié)構(gòu)緊湊，而且使整機(jī)重量大大的減輕，例如同功率液壓馬達(dá)的重量約只有電動(dòng)機(jī)的1/6左右。增加了整機(jī)的起重性能。（2）液壓傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置；既易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化，又易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制甚至計(jì)算機(jī)控制后，可實(shí)現(xiàn)大負(fù)載、高精度、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。（3）操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速(調(diào)速范圍達(dá)2000：1)，它還可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速；同時(shí)還很方

14、便的把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槠揭七\(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的變幅和自動(dòng)伸縮。各機(jī)構(gòu)使用管路聯(lián)結(jié)，能夠得到緊湊合理的速度，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)特性。便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，改善了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度和條件。由于元件操縱可以微動(dòng)，所以作業(yè)比較平穩(wěn)，從而改善了起重機(jī)的安裝精度，提高了作業(yè)質(zhì)量。1.3.2 在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)液壓傳動(dòng)的起重機(jī)，結(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，通用化和系列化，便于大批量生產(chǎn)時(shí)采用先進(jìn)的工藝方法和設(shè)備。一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運(yùn)動(dòng)面可自行潤滑，使用壽命長此種起重機(jī)作業(yè)效率高，輔助時(shí)間短，因而提高了起重機(jī)總使用期間的利用率，對加速實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化大有好處。1.3.3 主要缺點(diǎn)（1）液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比，這是

15、由于液壓油的可壓縮性和泄漏造成的。（2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。（3）由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏不僅污染場地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。（4）為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上要求較高，因此它的造價(jià)高，且對油液的污染比較敏感。 例如調(diào)試時(shí)出現(xiàn)閥卡現(xiàn)象，溢流閥卡造成液壓系統(tǒng)無壓力失去動(dòng)作，方向閥卡致使方向閥不能換向，某一動(dòng)作喪失等各種現(xiàn)象。1.4本設(shè)計(jì)的內(nèi)容挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的技術(shù)多種多樣，本文主要通過國外幾種知名品牌的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)為參考對象，對其現(xiàn)有的關(guān)鍵技術(shù)和控制方式進(jìn)行比較和研究，做出以下設(shè)計(jì)。（1）挖

16、掘機(jī)液壓系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)的分析研究大量搜集國內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的相關(guān)技術(shù)資料，系統(tǒng)了解挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史。分析總結(jié)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)。（2）液壓挖掘機(jī)整體結(jié)構(gòu)及工作過程分析對液壓挖掘機(jī)一個(gè)工作循環(huán)中的四種工況一挖掘工況、滿斗舉升回轉(zhuǎn)工況、卸載工況和卸載返回工況進(jìn)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)了每個(gè)工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動(dòng)作。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點(diǎn)，系統(tǒng)地總結(jié)了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、動(dòng)力性要求和操縱性要求。（3）WY100挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析了傳統(tǒng)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的單泵定量系統(tǒng)、雙泵定量系統(tǒng)和雙變量泵液壓系統(tǒng)，詳細(xì)分析了其主要優(yōu)點(diǎn)和存在的問題。本文在分析研

17、究了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了一套適合我國生產(chǎn)制造的單斗挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)旨在采用通用的多路閥系統(tǒng)，配以專用控制閥和簡單的伺服控制系統(tǒng)。（4）WY100液壓挖掘機(jī)斗桿油缸設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)有WY100型液壓挖掘機(jī)工作及性能參數(shù)，結(jié)合目前掌握的知識，對該型號液壓挖掘機(jī)斗桿油缸進(jìn)行設(shè)計(jì)。第2章 液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)原理2.1 液壓挖掘機(jī)整機(jī)組成液壓挖掘機(jī)可分為：動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。液壓挖掘機(jī)作為一個(gè)有機(jī)整體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機(jī)械零部件性能有關(guān)，還與液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)性能有關(guān)。油缸（動(dòng)臂、鏟斗、斗桿）液壓傳遞路線：發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器液壓泵多路閥

18、 回轉(zhuǎn)馬達(dá)行走馬達(dá)2.1.1動(dòng)力系統(tǒng)挖掘機(jī)工作的主要特點(diǎn)是環(huán)境溫度變化大，灰塵污物較多，負(fù)荷變化大，經(jīng)常傾斜工作，維護(hù)條件差。因此液壓挖掘機(jī)原動(dòng)力一般由柴油機(jī)提供，柴油機(jī)具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，符號挖掘機(jī)工作條件惡劣，負(fù)荷多變的要求。挖掘機(jī)的額定負(fù)荷與汽車。拖拉機(jī)不同，汽車和拖拉機(jī)指在最高轉(zhuǎn)速下、連同機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)等必要附件，巧分鐘內(nèi)的最大功率;挖掘機(jī)是指在額定轉(zhuǎn)速下一小時(shí)以上的額定功率。挖掘機(jī)采用車用柴油機(jī)時(shí)，最大功率指數(shù)降低。2.1.2機(jī)械系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)部分是完成挖掘機(jī)各項(xiàng)基本動(dòng)作的直接執(zhí)行者，主要包括：行走裝置是整個(gè)機(jī)器的支撐部分，承受機(jī)器的全部重量和工作

19、裝置的反力，同時(shí)能使挖掘機(jī)作短途行駛。按照結(jié)構(gòu)的不同，分履帶式和輪胎式?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使挖掘機(jī)上車圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作360°的回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)裝置和回轉(zhuǎn)支撐。工作裝置是挖掘機(jī)完成實(shí)際作業(yè)的主要組成部分，常用的有反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，而同一種裝置可以有多種結(jié)構(gòu)形式，前面所述的反鏟裝置應(yīng)用最為廣泛。2.1.3液壓系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)、行走和工作裝置的動(dòng)作都由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥。通過司機(jī)的操縱，將壓力油單獨(dú)或同時(shí)送往液壓執(zhí)行元件(液壓馬達(dá)和液壓油缸)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。液壓挖掘機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)有整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)

20、動(dòng)等。這些運(yùn)動(dòng)都靠液壓傳動(dòng)。根據(jù)以上工作要求，把各液壓元件用油管有機(jī)地連接起來地組合體既是液壓挖掘機(jī)地液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)地功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)地機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗埽瑐魉徒o油缸、油馬達(dá)等轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再傳動(dòng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)和工作過程。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)得合理與否，對挖掘機(jī)的性能起著決定性的作用。同樣的元件，若系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，則挖掘機(jī)性能差異很大。液壓系統(tǒng)習(xí)慣上按主油泵的數(shù)量、功率調(diào)節(jié)方式和回路的數(shù)量來分類。2.1.4控制系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件(液壓缸、液壓馬達(dá))等進(jìn)行控制的系統(tǒng)。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，使挖掘機(jī)有了越來越先進(jìn)的控制系統(tǒng)

21、，使液壓挖掘機(jī)向高性能、自動(dòng)化和智能化發(fā)展。目前挖掘機(jī)研究重點(diǎn)正逐步向智能化機(jī)電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移。2.2液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)2.2.1液壓挖掘機(jī)組成為了實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的各項(xiàng)功能，單斗液壓挖掘機(jī)需要兩個(gè)基本組成部分，即機(jī)體(或稱主機(jī))和工作裝置。機(jī)體是完成挖掘機(jī)基本動(dòng)作并作為驅(qū)動(dòng)和操縱挖掘機(jī)進(jìn)行工作的基礎(chǔ)，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛?？杉?xì)分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和動(dòng)力裝置。其中動(dòng)力裝置、操縱機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備均可在回轉(zhuǎn)平臺上，總稱上車部分，它與行走機(jī)構(gòu)(又稱下車部分)用回轉(zhuǎn)支撐相連，平臺可以圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作360°的全回轉(zhuǎn)。工作裝置根據(jù)工作性質(zhì)的不同

22、，可配備反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，分別完成挖掘、裝載、抓取、起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作。挖掘機(jī)的基本性能決定于各部分的構(gòu)造、性能及其綜合的效果。2.2.2單斗反鏟液壓挖掘機(jī)反鏟裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤。斗容量小于1.6m³的中小型液壓挖掘機(jī)通常選用反鏟裝置，它分為整體臂式和組合臂式。其中長期作業(yè)條件相似的挖掘機(jī)反鏟裝置大多采用整體鵝頸式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)。采用這種動(dòng)臂有利于加大挖掘深度，且結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉。剛度相同時(shí)，其重量比組合動(dòng)臂輕，是目前應(yīng)用最廣泛的液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)形式。鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)型式，動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接，在液

23、壓缸的作用下各部件繞鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，完成挖掘、提升和卸土等動(dòng)作。如圖2.1所示，整體鵝頸式動(dòng)臂反鏟挖掘機(jī)工作裝置主要由動(dòng)臂、動(dòng)臂油缸、斗桿、斗一桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、搖臂、連桿、銷軸等組成。裝置各運(yùn)動(dòng)部件之間全部采用銷軸鉸接，以動(dòng)臂油缸來支撐和改變動(dòng)臂的傾角，通過動(dòng)臂油缸的伸縮可使動(dòng)臂繞下。鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂的升降。斗桿鉸接于動(dòng)臂的上端，由斗桿油缸控制斗桿與動(dòng)臂相對角度。當(dāng)斗桿油缸伸縮時(shí)，斗桿可繞動(dòng)臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。鏟斗與斗桿前端鉸接，并通過鏟斗油缸伸縮使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。為增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，通常采用搖臂連桿機(jī)構(gòu)來和鏟斗聯(lián)。圖2.1 液壓挖掘機(jī)簡圖2.2.3液壓挖掘機(jī)工作循環(huán)過程首先液壓挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)行走馬達(dá)和配套

24、土方運(yùn)輸車輛一起進(jìn)入作業(yè)面，運(yùn)輸車輛倒車、調(diào)停，?？吭谕诰驒C(jī)的側(cè)方或后方。挖掘機(jī)司機(jī)扳動(dòng)操縱手柄，使回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥接通，于是回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)上部平臺回轉(zhuǎn)，使工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘地點(diǎn)，在執(zhí)行上述過程的同時(shí)操縱動(dòng)臂油缸換向閥，使動(dòng)臂油缸上腔進(jìn)油，將動(dòng)臂下降，直至鏟斗接觸地面，然后司機(jī)操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進(jìn)油，配合動(dòng)作以加快作業(yè)進(jìn)度，進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作的挖掘和裝載：鏟斗裝滿后將斗桿油缸和鏟斗油缸的操縱手柄扳回中位，使鏟斗和斗桿油缸閉鎖，再操縱動(dòng)臂油缸換向閥，使動(dòng)臂油缸的下腔進(jìn)油，將動(dòng)臂提升，舉起裝滿土的鏟斗離開工作面，隨即扳動(dòng)平臺回轉(zhuǎn)換向閥手柄，使上部平臺回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鏟斗轉(zhuǎn)至運(yùn)輸車輛上

25、方，再操縱斗桿油缸使鏟斗高度稍降一些，并在適當(dāng)?shù)母叨炔倏v鏟斗油缸使鏟斗卸土。土方卸完后，使平臺反轉(zhuǎn)并降低動(dòng)臂，直到鏟斗回到作業(yè)點(diǎn)上方，以便進(jìn)行下一工作循環(huán)。2.3液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)原理液壓挖掘機(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。l鏟斗；2斗桿；3動(dòng)臂；4連桿；5、6、7液壓油缸；8安全閥；9分配閥；10油箱；1l、12油泵；13發(fā)動(dòng)機(jī)； 挖掘裝置；-回轉(zhuǎn)裝置；III行走裝置圖2.2 液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)示意圖液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)示意

26、圖，如圖2.2所示，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。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)通過液壓缸的伸縮來實(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)臺上，通過動(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，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

27、腔進(jìn)油而伸長，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，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?？傊簤和诰驒C(jī)是由多學(xué)科、多系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，只有在系統(tǒng)層面上的各系統(tǒng)、各學(xué)科協(xié)同優(yōu)化才能獲取挖掘機(jī)整機(jī)的最佳性能。第3章 挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要了解和設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機(jī)的工作過程及其作業(yè)要求

28、，掌握各種液壓作用元件動(dòng)作時(shí)的流量、力和功率要求以及液壓作用元件相互配合的復(fù)合動(dòng)作要求和復(fù)合動(dòng)作時(shí)油泵對同時(shí)作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。3.1 液壓挖掘機(jī)的工作分析液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括以下幾個(gè)動(dòng)作(如圖1.1所示)：動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(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)。由于液壓挖掘機(jī)的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機(jī)的工作有兩項(xiàng)特殊要求：（1）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；(2)為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率和

29、縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，工作過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）滿斗舉升回轉(zhuǎn)：挖掘結(jié)束，動(dòng)臂液壓缸將動(dòng)臂頂起，滿斗提升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(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。（4）空斗

30、返回：卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺反向回轉(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。3.1.1挖掘工況分析挖掘過程中主要以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別單獨(dú)進(jìn)行挖掘，或者兩者復(fù)合動(dòng)作，必要時(shí)配以動(dòng)臂液壓缸的動(dòng)作。一般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)，如圖3.1，3.2所示。此時(shí)斗桿收回，動(dòng)臂抬起，希望斗桿和動(dòng)臂分別由獨(dú)立的油泵供油，以保證彼此動(dòng)作獨(dú)立，相互之間無干擾，并且要求泵的供油量小，使油缸動(dòng)作慢，便于控制。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

31、成復(fù)合動(dòng)作，如圖3.3，3.4所示。 圖3.1 斗尖沿直線平整土地圖 圖3.2 斗尖沿直線切削斜坡圖 圖3.3 鏟斗底壓整地面圖 圖3.4 鏟斗底保持一定角度切削圖單獨(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。下面以三泵系統(tǒng)為例，來說明復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)油泵流量的分配情況和分合流油路的連接情況。液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(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。圖3.5 三泵供油系統(tǒng)示意圖當(dāng)斗桿和鏟斗復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)，供油情況如圖3.5a所示。當(dāng)斗桿油壓接近溢流閥的壓力時(shí)，原來溢流的油液此時(shí)供給鏟斗有效利用；當(dāng)鏟斗和動(dòng)臂復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)

32、，由于動(dòng)臂僅僅起調(diào)解位置的作用，主要是斗桿進(jìn)行挖掘，因此采用斗桿優(yōu)先合流、雙泵供油，如圖3.5b所示。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)對一個(gè)液壓作用元件供油較好。對于雙泵系統(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。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，因此需要同時(shí)向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油，兩者復(fù)合動(dòng)作，如圖3.6所示。圖3.6 溝槽側(cè)壁掘削和斜坡掘削時(shí)，油

33、泵供油連接情況回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿收縮同時(shí)動(dòng)作，由同一個(gè)油泵供油，因此需要采用回轉(zhuǎn)優(yōu)先油路，否則鏟斗無法緊貼側(cè)壁，使掘削很難正常進(jìn)行。在斗桿油缸活塞桿端回油路上設(shè)置可變節(jié)流閥，此節(jié)流閥的開口度即節(jié)流程度由回轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力來控制?；剞D(zhuǎn)先導(dǎo)壓力越大，節(jié)流閥開度越小，節(jié)流效應(yīng)越大，則斗桿油缸回油壓力增高，使得油泵的供油壓力也提高。因此隨著回轉(zhuǎn)操縱桿行程的增大，回轉(zhuǎn)馬達(dá)油壓增加，回轉(zhuǎn)力增大。挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅(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。3.1.2滿斗舉升回斗工況分析挖掘結(jié)束后，動(dòng)臂油缸將動(dòng)臂頂起，滿斗舉升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺

34、轉(zhuǎn)向卸載處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)作。動(dòng)臂抬升和回轉(zhuǎn)馬達(dá)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，要求二者在速度上匹配，即回轉(zhuǎn)到指定卸載位置時(shí)，動(dòng)臂和鏟斗自動(dòng)提升到合適的卸載高度。由于卸載所需的回轉(zhuǎn)角度不同，隨液壓挖掘機(jī)相對自卸車的位置而變，因此動(dòng)臂提升速度和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)速度的相對關(guān)系應(yīng)該是可調(diào)整的。卸載回轉(zhuǎn)角度大，則要求回轉(zhuǎn)速度快些，而動(dòng)臂的提升速度慢些。在雙泵系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)，由于慣性較大，油壓會升得很高，有可能從溢流閥溢流，此時(shí)應(yīng)該將溢流的油供給動(dòng)臂，如圖3.7a所示。在回轉(zhuǎn)和動(dòng)臂提升的同時(shí)，斗桿要外放，有時(shí)還需要對鏟斗進(jìn)行調(diào)整。這時(shí)是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。由于滿斗提升時(shí)動(dòng)臂油缸壓力高

35、，導(dǎo)致變量泵流量減小，為了使動(dòng)臂提升和回轉(zhuǎn)、斗桿外放相互配合動(dòng)作，由一個(gè)油泵專門向動(dòng)臂油缸供油，另一個(gè)油泵除了向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油外，還有部分油供給動(dòng)臂，如圖3.7b所示。但是由于動(dòng)臂提升時(shí)油壓較高，單向閥大部分時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)，因此左側(cè)油泵只向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油。三泵系統(tǒng)的供油情況如圖3.7c所示。各個(gè)油泵分別向一個(gè)液壓作用元件供油，復(fù)合動(dòng)作時(shí)無相互干擾。圖3.7 回轉(zhuǎn)舉升供油情況3.1.3卸載工況分析回轉(zhuǎn)至卸載位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺制動(dòng)，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。為了調(diào)整卸載位置，還需要?jiǎng)颖叟浜蟿?dòng)作。卸載時(shí)，主要是斗桿和鏟斗復(fù)合動(dòng)作，間以動(dòng)臂動(dòng)作。3.1.4空斗返回工況分析當(dāng)卸載

36、結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，同時(shí)動(dòng)臂油缸和斗桿油缸相互配合動(dòng)作，把空斗放在新的挖掘點(diǎn)。此工況是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂和斗桿復(fù)合動(dòng)作。由于動(dòng)臂下降有重力作用，壓力低、變量泵流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)速度快，因此該工況的供油情況為一個(gè)油泵的全部流量供回轉(zhuǎn)馬達(dá)，另一油泵的大部分油供給動(dòng)臂，少部分油經(jīng)節(jié)流閥供給斗桿，如圖3.8所示。發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)油泵供油量小，為防止動(dòng)臂因重力作用迅速下降和動(dòng)臂油缸產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，可采用動(dòng)臂下降再生補(bǔ)油回路，利用重力將動(dòng)臂油缸無桿腔的油供至有桿腔。圖3.8 空斗返回供油情況3.1.5行走時(shí)復(fù)合動(dòng)作在行走的過程有可能要求對作業(yè)裝置液壓元件(如回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗)進(jìn)行調(diào)整。在雙泵系

37、統(tǒng)中，一個(gè)油泵為左行走馬達(dá)供油、另一個(gè)油泵為右行走馬達(dá)供油，此時(shí)如果某一液壓元件動(dòng)作，使某一油泵分流供油，就會造成一側(cè)行走速度降低，影響直線行駛性，特別是當(dāng)挖掘機(jī)進(jìn)行裝車運(yùn)輸或上下卡車行走時(shí)，行駛偏斜會造成事故。為了保證挖掘機(jī)的直線行駛性，在三泵供油系統(tǒng)中，左右行走馬達(dá)分別由一個(gè)油泵單獨(dú)供油，另一個(gè)油泵向其它液壓作用元件(如動(dòng)臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn))供油，如圖3.9a所示。對于雙泵系統(tǒng)，目前采用以下供油方式：一個(gè)油泵并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)供油，另一個(gè)油泵向其他液壓作用元件供油，其多余的油液通過單向閥向行走馬達(dá)供油，如圖3.9b所示；雙泵合流并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)和作業(yè)裝置液壓作用元件同時(shí)供油，如圖3

38、.9c所示。圖3.9 行走復(fù)合動(dòng)作時(shí)的幾種供油情況3.2挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作繁復(fù)，且具有多種機(jī)構(gòu)，如行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機(jī)械。這些主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)、換向，外負(fù)載變化很大，沖擊和振動(dòng)多，因此挖掘機(jī)對液壓系統(tǒng)提出了很高的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足以下要求：3.2.1動(dòng)力性要求所謂動(dòng)力性要求，就是在保證發(fā)動(dòng)機(jī)不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率。尤其是當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的良好匹配，盡量提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。例如，當(dāng)外負(fù)載較小時(shí)，往往希望增大油泵的輸出流量

39、，提高執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。雙泵液壓系統(tǒng)中就常常采用合流的方式來提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率。3.2.2操縱性要求（1）調(diào)速性要求挖掘機(jī)對調(diào)速操縱控制性能的要求很高，如何按照駕駛員的操縱意圖方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)速操縱控制，對各個(gè)執(zhí)行元件的調(diào)速操縱是否穩(wěn)定可靠，成為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分重要的一方面。挖掘機(jī)在工作過程中作業(yè)阻力變化大，各種不同的作業(yè)工況要求功率變化大，因此要求對各個(gè)執(zhí)行元件的調(diào)速性要好。（2）復(fù)合操縱性要求挖掘機(jī)在作業(yè)過程中需要各個(gè)執(zhí)行元件單獨(dú)動(dòng)作，但是在更多情況下要求各個(gè)執(zhí)行元件能夠相互配合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的復(fù)合動(dòng)作，因此如何實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行元件的復(fù)合動(dòng)作也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。當(dāng)多執(zhí)行元件共

40、同動(dòng)作時(shí)，要求其相互間不千涉，能夠合理分配共同動(dòng)作時(shí)各個(gè)執(zhí)行元件的流盤，實(shí)現(xiàn)理想的復(fù)合動(dòng)作。尤其對行走機(jī)構(gòu)來說，左、右行走馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)作問題，即直線行駛性也是設(shè)計(jì)中需要考慮的重要一方面。如果挖掘機(jī)在行使過程中由于液壓泵的油分流供應(yīng)，導(dǎo)致一側(cè)行走馬達(dá)速度降低，形成挖掘機(jī)意外跑偏，很容易發(fā)生事故。另外，當(dāng)多執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，各個(gè)操縱閥都在大開度下工作，往往會出現(xiàn)系統(tǒng)總流量需求超過油泵的最大供油流量，這樣高壓執(zhí)行元件就會因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)動(dòng)作速度降低，甚至不動(dòng)的現(xiàn)象。因此，如何協(xié)調(diào)多執(zhí)行元件復(fù)合動(dòng)作時(shí)的流量供應(yīng)問題也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮的。3.2.3節(jié)能性要求挖掘機(jī)工作時(shí)

41、間長，能量消耗大，要求液壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個(gè)執(zhí)行元件和管路的能耗，因此在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。當(dāng)對各個(gè)執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時(shí)必然會導(dǎo)致一部分流量損失掉。系統(tǒng)要求此部分的能量損失盡量小；當(dāng)挖掘機(jī)處于空載不工作的狀態(tài)下，如何降低泵的輸出流量，降低空載回油的壓力，也是降低能耗的關(guān)鍵。3.2.4安全性要求挖掘機(jī)的工作條件惡劣，載荷變化和沖擊振動(dòng)大，對于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過載保護(hù)措施，防止油泵過載和因外負(fù)載沖擊對各個(gè)液壓作用元件的損傷?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動(dòng)和限速；防止動(dòng)臂因自重而快帶下降和整機(jī)超速溜坡。3.2.5其它性能要求實(shí)

42、現(xiàn)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、組件化和通用化，降低挖掘機(jī)的制造成本；液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件惡劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性；由于挖掘機(jī)在城市建設(shè)施工中應(yīng)用越來越多，因此要不斷提高挖掘機(jī)的作業(yè)性能，降低振動(dòng)和噪聲，重視其作業(yè)中的環(huán)保性。3.3挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中最重要也是最復(fù)雜的就是多路閥液壓系統(tǒng)。多路閥是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的重要部件，它確定了液壓泵向各個(gè)液壓作用元件的供油路線和供油方式；確定了多個(gè)液壓作用元件同時(shí)作用時(shí)的流量分配情況和如何實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作；決定了挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性、動(dòng)作優(yōu)先和配合以及合流供油和直線行走性等等。它的設(shè)計(jì)決定了能否更好地滿足挖掘機(jī)的作業(yè)要求和工

43、況要求。挖掘機(jī)多路閥液壓系統(tǒng)圖通常十分復(fù)雜，對各種液壓作用元件的供油路線、回油路線以及控制油路等紛雜在一起，很難對整個(gè)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一目了然，這樣就需要花費(fèi)很多的時(shí)間才能將其分析透徹。下面對多路閥液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，如圖3.9所示。簡化步驟具體為:（1）為了突出挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的核心部分多路閥液壓系統(tǒng)，首先去掉液壓泵及其控制油路，各個(gè)液壓作用元件及其油路，如動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置，以及多路閥先導(dǎo)液壓操縱系統(tǒng)(圖3.10中己經(jīng)去掉了上述部分的油路)。（2）對多路閥液壓系統(tǒng)來說，重要的是供油道的設(shè)計(jì)。因此可以把上述系統(tǒng)圖進(jìn)一步簡化，突出核心內(nèi)容。在圖中畫出了與上述三部分的連接口：泵的入口

44、PR和PL，油泵的負(fù)流量控制連接口FR和FL；回油箱的連接口R；與各個(gè)液壓作用元件的連接口AL1，BLl，AL2，BL2，AL3，BL3，AL4，BL4和ARl，BR1，AR2，BR2，AR3，BR3，Rsl；各個(gè)閥桿先導(dǎo)操縱油路連接口al1，bl1，al2，b12，a13，b13，al4，b14和ar1，br1，ar2，br2，ar3，br3；回油口dr1，dr2，dr3，dr4，dr5以及通向各個(gè)閥桿的先導(dǎo)控制油路。為了減少管路，減少流體阻力，使整個(gè)油路連接方便，在該閥上還集成了一些屬于各液壓作用元件油路的元件。例如：限壓閥、動(dòng)臂和斗桿的支持閥和再生閥等。圖3.10 多路閥液壓系統(tǒng)圖（3）

45、將簡化后的液壓系統(tǒng)連接起來，如圖3.11所示。該系統(tǒng)主要包括7個(gè)操縱閥， 5個(gè)二位二通閥A，B，C，D，E，1個(gè)插裝閥X和一些單向閥及節(jié)流閥。通過簡化后的液壓系統(tǒng)，可以清晰了解液壓泵的壓力油是如何通向各個(gè)液壓作用元件，以及在各種操縱情況下，液壓傳動(dòng)的路線和可能的供油方式、功率分配和流量 分配情況。圖3.11 多路閥液壓系統(tǒng)簡圖3.4液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)3.4.1液壓系統(tǒng)方案擬定（1）在液壓挖掘機(jī)一個(gè)工作循環(huán)中的四種工況一挖掘工況、滿斗舉升回轉(zhuǎn)工況、卸載工況和卸載返回工況進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)每個(gè)工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動(dòng)作后提出初步方案。（2）根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點(diǎn)，系統(tǒng)地總結(jié)出挖

46、掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求：動(dòng)力性要求、操縱性要求、節(jié)能性要求、安全性要求和其它性能的要求。（4）提出一種有效、直觀的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)的步驟。3.4.2制訂基本方案（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題。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對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實(shí)現(xiàn)。速度控制通過改變液壓執(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

47、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)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，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合。容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(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

48、于有負(fù)載荷的場合，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)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(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。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，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）制定壓力控制方案控制元件(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。 液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)）等所構(gòu)成的動(dòng)力系

49、統(tǒng)進(jìn)行控制的系統(tǒng)。液壓控制閥控制系統(tǒng)：先導(dǎo)型控制系統(tǒng) 換向控制閥的控制形式有直動(dòng)型（用手柄直接操縱換向閥主閥芯，目前少用）和先導(dǎo)型兩種。后者是用先導(dǎo)閥控制先導(dǎo)油液，再用先導(dǎo)油液控制換向閥的主閥芯，它又分為機(jī)液先導(dǎo)型和電液先導(dǎo)型兩類。負(fù)荷傳感控制系統(tǒng) 它包括負(fù)荷傳感控制閥和負(fù)荷傳感控制泵（或定量泵）。閥控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是節(jié)流式系統(tǒng)。在液壓挖掘機(jī)上，目前常用的是一般的三位六通多路閥，其滑閥的微調(diào)性能和復(fù)合操作性能差。20世紀(jì)90年代以來，在液壓挖掘機(jī)上開始采用負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)，其控制閥不論是中位開式方式還是中位閉式方式，都附帶有壓力補(bǔ)償閥。采用電子控制壓力補(bǔ)償?shù)囊簤和诰驒C(jī)液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)比較，

50、負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省能源消耗。普通三位六通換向閥無論采用定量泵還是變量泵，總要有一部分油液經(jīng)溢流閥溢掉，浪費(fèi)了能量。而使用負(fù)荷傳感變量系統(tǒng)，泵的流量全部用于負(fù)載上，泵的壓力僅比負(fù)荷壓力大13MPa；流量控制精度高，不受負(fù)荷壓力變化的影響；幾個(gè)執(zhí)行元件可以同步運(yùn)動(dòng)或以某種速比運(yùn)動(dòng)，且互不干擾。普通三位六通閥系統(tǒng)用的是并聯(lián)油路，當(dāng)幾個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，泵輸出的油液首先流向壓力低的執(zhí)行元件，不能同步。上述的負(fù)荷傳感控制閥只解決了滑閥的微調(diào)性能和復(fù)合操作性能，而沒有解決節(jié)省能源問題。定量泵和負(fù)荷傳感控制閥的系統(tǒng)也沒有節(jié)省能源消耗，因?yàn)楸盟敵龅牧髁砍^執(zhí)行元件（液壓缸和液壓馬達(dá)）所需要

51、的流量時(shí)，多余的油液經(jīng)壓力補(bǔ)償閥流回油箱（為保持壓差恒定）變?yōu)闊崮?。只有完全?fù)荷傳感控制系統(tǒng)才能解決節(jié)省能源問題。 完全負(fù)荷傳感控制系統(tǒng) 完全負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)由負(fù)荷傳感控制閥和負(fù)荷傳感控制變量泵組成。德國力士樂公司等在其生產(chǎn)的液壓挖掘機(jī)上設(shè)置了負(fù)荷傳感分流器LUOV（Last Unabhangige Durchfluss Vereilung)系統(tǒng)，其主要作用是：當(dāng)多個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)工作、所需的流量大于液壓泵的流量時(shí)，產(chǎn)生供油不足的現(xiàn)象，這不能使正在工作臺的執(zhí)行元件與負(fù)載壓力無關(guān)的控制得到保證。LUDV系統(tǒng)能保證在供油不足時(shí)所有執(zhí)行元件的工作速度按正比例下降，以獲得與負(fù)載壓力無關(guān)的控制。制定壓力控

52、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，也有的需要多級或無級連續(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)選用負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)；采用的是雙泵雙回路恒功率

53、控制液壓系統(tǒng)，帶四種功率控制模式、中位負(fù)流量控制，兩液壓主泵按全功率變量。（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)械的操縱機(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)，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開關(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)接比較方便的場合。另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動(dòng)，經(jīng)過一段時(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