挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目 錄緒論-31.1 現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r-41.2 液壓傳動(dòng)的研究對(duì)象-41.3 液壓傳動(dòng)的組成-4 1.4 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)-51.3.1液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)-51.3.2 液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)-51.5 液壓技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用-61.4.1、液壓傳動(dòng)在各類機(jī)械中的應(yīng)用-61.4.2、液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展概況-7第1章 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)-8 2.1挖掘機(jī)的工作循環(huán)及對(duì)液壓系統(tǒng)的要求-8 2.2 WY100挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理-9第3章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-123.1明確設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析-123.2確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)-133.2.1液壓缸的載荷組成計(jì)算-133.2.2液壓馬達(dá)的負(fù)載-153.3計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)的排-153.3.1液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算-153.3.2液壓馬達(dá)的設(shè)計(jì)計(jì)算-163.4液壓泵的確定與所需功率的計(jì)算-173.4.1液壓泵的確定-173.4.2 選擇液壓泵的規(guī)格-183.5閥類元件的選擇-183.5.1.選擇依據(jù)-183.5.2.選擇閥類元件應(yīng)注意的問(wèn)題-183.6管道的選擇-193.6.1油管類型的選擇-193.6.2油管尺寸的確定-193.7油箱的設(shè)計(jì)-203.7.1油箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)-203.7.2油箱容量-203.8濾油器的選擇-203.9液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算-213.9.1回路壓力損失驗(yàn)算-213.9.2發(fā)熱溫升驗(yàn)算-22體會(huì)與感受 -23參考資料-24緒 論隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，液壓設(shè)備的年增長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它設(shè)備的年增長(zhǎng)率，其原因是由于液壓傳動(dòng)在許多領(lǐng)域是機(jī)械傳動(dòng)無(wú)法取代的。液壓傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)低速大噸位運(yùn)動(dòng)；采用適當(dāng)?shù)墓?jié)流技術(shù)可使運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度十分均勻穩(wěn)定；使用伺服、仿形、調(diào)速等機(jī)構(gòu)可使執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)精度達(dá)到很高，可以微米計(jì)；液壓系統(tǒng)各部分間是用管道連接的，其布局安裝有很大的靈活性，而其體積重量比卻比機(jī)械傳動(dòng)小得多，因此能夠成用其它方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)；液壓傳動(dòng)可以用很小的功率控制速度、方向；液壓元件體積小、重量輕，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，便于集中大批量生產(chǎn)。 由于采用集成、疊加、插裝技術(shù)，使裝配容易，造價(jià)低，比起機(jī)械傳動(dòng)來(lái)，它是一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。近年來(lái)微電子技術(shù)應(yīng)用到工程機(jī)械中，實(shí)現(xiàn)了智能化和自動(dòng)化，靜液壓傳動(dòng)裝置替代了傳統(tǒng)的液壓便矩齒輪箱傳動(dòng)，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展。總之，液壓技術(shù)在各行業(yè)中得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 為適合液壓技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)完成了這篇論文。本論文采用液壓技術(shù)，運(yùn)用了大學(xué)三年所學(xué)的綜合知識(shí)，結(jié)合即便從事這項(xiàng)工作的實(shí)際，設(shè)計(jì)了挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。由于自己的實(shí)踐水平有限，設(shè)計(jì)過(guò)程難免出現(xiàn)紕漏，敬請(qǐng)各位評(píng)委老師不吝賜教，提出寶貴的意見。以便可以改正，并能找到目標(biāo)和方向。 第1章 現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r12 液壓傳動(dòng)的研究對(duì)象液壓傳動(dòng)是以研究有壓流體為傳動(dòng)介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)和控制的學(xué)科。液壓傳動(dòng)是基于流體力學(xué)的帕斯卡原理，主要利用流體的壓力能來(lái)進(jìn)行能量傳遞和控制的傳動(dòng)方式，它實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和控制的方法是利用各種元件組成具有所需功能的基本回路，在有若干基本回路有機(jī)組合成傳遞的控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和控制。因此，了解穿傳動(dòng)介質(zhì)的基本物理特性及力學(xué)特性，研究各類元件的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能，以及各種回路的性能和特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上形成對(duì)傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和使用，這就是本學(xué)科研究的對(duì)象。液壓傳動(dòng)所用的介質(zhì)是液體（主要是礦物油）。液壓傳遞動(dòng)力大（液體工作壓力高），運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但液體粘性較大，流動(dòng)過(guò)程阻力損失大因而不宜做遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)和控制。13 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下四部分組成：（1） 能量裝置 液壓泵（又稱動(dòng)力元件），其功能是將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，為系統(tǒng)提供動(dòng)力。（2） 執(zhí)行元件 液壓缸、液壓馬達(dá)，它們的功能是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（3） 控制元件 壓力、流量和方向控制閥，它們的作用是控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中液體的壓力、流量和流動(dòng)方向，以保證執(zhí)行元件達(dá)到所要求的輸出力（或力矩）、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向。（4）輔助元件 保證系統(tǒng)正常工作所需要的輔助裝置，包括管道、管接頭、油箱或貯氣罐、過(guò)濾器和指示儀表。13 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)1.3.1 液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)（1）體積小、重量輕，單位重量輸出的功率大。這是由于液壓傳動(dòng)可以采用很高的壓力（一般已達(dá)30MP，個(gè)別場(chǎng)合更高），因此具有體積小、重量輕的特點(diǎn)。如同功率下，液壓馬達(dá)的外形尺寸和重量為電動(dòng)機(jī)的12%左右。在中、大功率以及實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這一優(yōu)點(diǎn)尤為突出。（2） 可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)節(jié)方便。調(diào)速范圍一般可達(dá)100：1，甚至高達(dá)2000：1。（3） 操縱控制方便，與電子技術(shù)結(jié)合更易于實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離操縱。（4） 由于體積小、重量輕，因而慣性小，響應(yīng)速度快，啟動(dòng)、制動(dòng)和換向迅速。如一個(gè)中等功率的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)需要幾秒鐘，而液壓馬達(dá)只需0.1s。（5） 因執(zhí)行元件的多樣性（如液壓缸、液壓馬達(dá)等）和各元件之間僅靠管路連接。使得機(jī)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，布置靈活方便。（6） 易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，安全性好；采用礦物油作介質(zhì)，自潤(rùn)性好。1.3.2 液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)（1） 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的泄漏和油液的壓縮性，影響了傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，不易在溫度變化較大的場(chǎng)合工作。（2） 由于油液粘度隨溫度變化，容易引起工作性能的變化，所以液壓傳動(dòng)不宜在溫度變化范圍較大的場(chǎng)合工作。（3） 由于受液體流動(dòng)阻力和泄漏的影響，液壓傳動(dòng)的效率還不高。（4） 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)油液的污染比較敏感，必須有良好的防護(hù)和過(guò)濾措施。液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是主要的，液壓元件已標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，便于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和推廣應(yīng)用。因此液壓傳動(dòng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)中有著廣闊的發(fā)展前途和應(yīng)用前景。1.4 液壓技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 1.4.1、液壓傳動(dòng)在各類機(jī)械中的應(yīng)用液壓傳動(dòng)在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用非常廣泛。有的設(shè)備是利用其能傳遞大的動(dòng)力，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，如工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械等；有的設(shè)備是利用它操縱控制方便，能較容易地實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜工作循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，如各類金屬切削機(jī)床、輕工機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、軍工機(jī)械、各類裝載機(jī)等。液壓傳動(dòng)在其他機(jī)械工業(yè)部門的應(yīng)用情況見下表所示：液壓傳動(dòng)在各類機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例行業(yè)名稱應(yīng)用場(chǎng)所舉例工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、壓路機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等起重運(yùn)輸機(jī)械汽車吊、港口龍門吊、叉車、裝卸機(jī)械、皮帶運(yùn)輸機(jī)等礦山機(jī)械鑿巖機(jī)、開掘機(jī)、開采機(jī)、破碎機(jī)、提升機(jī)、液壓支架等建筑機(jī)械打樁機(jī)、液壓千斤頂、平地機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械聯(lián)合收割機(jī)、拖拉機(jī)、農(nóng)具懸掛系統(tǒng)等冶金機(jī)械電爐爐頂及電極升降機(jī)、軋鋼機(jī)、壓力機(jī)等輕工機(jī)械打包機(jī)、注塑機(jī)、校直機(jī)、橡膠硫化機(jī)、造紙機(jī)等汽車工業(yè)自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車、汽車中的轉(zhuǎn)向器、減振器等智能機(jī)械折臂式小汽車裝卸器、數(shù)字式體育鍛煉機(jī)、模擬駕駛艙、機(jī)器人等1.4.2、液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展概況：液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，是一門發(fā)展較晚的技術(shù)。自18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)技術(shù)只有二三百年的歷史。直到20世紀(jì)30年代它才較普遍地用于起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭(zhēng)需要，出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機(jī)構(gòu)所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，液壓技術(shù)不斷應(yīng)用于各種自動(dòng)機(jī)及自動(dòng)生產(chǎn)線，從而使它在機(jī)械制造、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造等行業(yè)得到推廣應(yīng)用。 20世紀(jì)60年代以來(lái)，液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，并滲透到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中。液壓技術(shù)開始向高速、高壓、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)、計(jì)算機(jī)直接控制(CDC)、機(jī)電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。我國(guó)的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代，最初只應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備上，后來(lái)又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械。現(xiàn)在，我國(guó)的液壓元件隨著從國(guó)外引進(jìn)一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。盡管如此，我國(guó)的液壓元件與國(guó)外先進(jìn)的同類產(chǎn)品相比，在性能上，在種類上、在規(guī)格上仍存在著較大的差距。我國(guó)已瞄準(zhǔn)世界發(fā)展主流的液壓元件系列型譜，有計(jì)劃地引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外最先進(jìn)的液壓技術(shù)和產(chǎn)品，大力開展產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化工作。我國(guó)的液壓技術(shù)在21世紀(jì)必將獲得更快的發(fā)展。第2章 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng) 挖掘機(jī)在工業(yè)和民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的高效率的機(jī)械設(shè)備。液壓挖掘機(jī)的組成1鏟斗 2斗桿 3動(dòng)臂 4轉(zhuǎn)臺(tái) 5行走機(jī)構(gòu) 上圖所為液壓挖掘機(jī)的組成圖。由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，向工作裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和性走機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件供油。工作裝置由動(dòng)臂3、斗桿2和鏟斗1組成，分別由液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4和行走機(jī)構(gòu)5由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。2.1 挖掘機(jī)的工作循環(huán)及對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 挖掘機(jī)的每一工作循環(huán)的主要?jiǎng)幼魇牵?挖掘以斗桿收回動(dòng)作為主，用鏟斗調(diào)整切削角度，配合挖掘； 提升回轉(zhuǎn)動(dòng)臂升起，滿斗提升，轉(zhuǎn)臺(tái)向卸載方向回轉(zhuǎn)； 卸載斗桿放出，鏟斗打開卸載； 返回卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，動(dòng)臂下降，使鏟斗下放到挖掘位開始下一次作業(yè)。 有時(shí)為了調(diào)整或轉(zhuǎn)移挖掘地點(diǎn)，還要作整機(jī)行走。 挖掘機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求是：（1） 由工作循環(huán)可知，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)合動(dòng)作。（2） 工作循環(huán)時(shí)間短（1225s），各執(zhí)行機(jī)構(gòu)起動(dòng)、制動(dòng)頻繁，負(fù)載變化大，因而振動(dòng)沖擊大，要求系統(tǒng)元件耐沖擊、抗振動(dòng)，有足夠的可靠性和完善的安全保護(hù)措施。（3） 負(fù)載變化大，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和提高傳動(dòng)效率。（4） 有超越負(fù)載工況，應(yīng)有動(dòng)臂超速下降、整機(jī)超速溜坡的限速措施。（5） 野外作業(yè)環(huán)境惡劣、溫度變化大，應(yīng)有防塵、過(guò)濾和冷卻裝置。（6） 執(zhí)行元件多，操作應(yīng)靈活方便、安全可靠。2.2 WY100挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理WY100型挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖 1、2液壓泵 3背壓閥 4、10補(bǔ)油閥 5阻尼孔 6回轉(zhuǎn)馬達(dá) 7雙速閥 8、9行走馬達(dá) 11中心回轉(zhuǎn)接頭 12限速閥 13、15多路換向閥組 14梭閥 16合流閥 17過(guò)載閥 18單向節(jié)流閥 19動(dòng)臂缸 20斗桿缸 21鏟斗缸 22磁性過(guò)濾器 23冷卻器 24精過(guò)濾器 25空氣過(guò)濾器 上圖所視為WY100型挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)圖。此挖掘機(jī)鏟斗容量為1立方米。液壓系統(tǒng)是雙泵雙回路變量系統(tǒng)，即兩臺(tái)恒功率變量泵1、2分別向兩組執(zhí)行元件供油；液壓泵1向回轉(zhuǎn)馬達(dá)6、鏟斗缸21、左行走馬達(dá)8供油；液壓泵2向動(dòng)臂缸19、斗桿缸20、右行走馬達(dá)9供油。每個(gè)執(zhí)行元件由三聯(lián)多路換向閥控制，并構(gòu)成串聯(lián)連接，即前一個(gè)執(zhí)行元件的回油是后一執(zhí)行元件的進(jìn)油。這樣可實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)（或兩個(gè)以上）執(zhí)行元件的復(fù)合動(dòng)作。每個(gè)執(zhí)行元件的進(jìn)、回油路均配有過(guò)載閥17。 液壓系統(tǒng)工作原理按回路說(shuō)明：（1） 一般操作回路 單個(gè)執(zhí)行元件動(dòng)作時(shí)，操縱某一手動(dòng)換向閥，切斷卸荷回路，使壓力油經(jīng)多路換向閥進(jìn)入相應(yīng)的執(zhí)行元件，回油經(jīng)多路換向閥、限速閥12回到總回油管B。 要同時(shí)操縱兩個(gè)執(zhí)行元件的動(dòng)作時(shí)，可同時(shí)操縱相應(yīng)的手動(dòng)換向閥，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)執(zhí)行元件的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。（2） 合流回路 合流閥16斷電狀態(tài)下，兩液壓泵分別向各自的多路換向閥組供油；需要合流時(shí)，電磁合流閥16通電，液壓泵1輸出的油液經(jīng)閥組15中的合流閥16進(jìn)入閥組13，使兩泵合流，從而提高閥組13所控制的執(zhí)行元件的工作速度。（3） 限速回路 閥組15、13的回油經(jīng)限速閥12到總回油管B，限速閥12是一個(gè)液控節(jié)流閥，其控制壓力油經(jīng)梭閥14取自兩多路換向閥組13和15的進(jìn)油口，當(dāng)兩個(gè)回路的進(jìn)油壓力均低于0.81.5Ma（即出現(xiàn)超越負(fù)載）時(shí)，限速閥12自動(dòng)對(duì)回油進(jìn)行節(jié)流，增加回油阻力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)限速作用。由于梭閥的選擇作用，當(dāng)兩個(gè)回路中有一個(gè)壓力高于0.81.5MPa時(shí)，限速閥不起節(jié)流作用。因此，限速閥可以在整機(jī)下坡行走時(shí)起限速作用。另外，動(dòng)臂缸19活塞桿回縮、鏟斗缸21活塞桿回縮和斗桿缸20活塞桿外伸的回油路上均設(shè)計(jì)有單向節(jié)流閥，也起限速作用。（4） 調(diào)速回路 由于此系統(tǒng)采用手動(dòng)換向閥控制執(zhí)行元件的動(dòng)作，可以實(shí)現(xiàn)利用手動(dòng)控制換向閥的開口大小來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)、出口同時(shí)節(jié)流調(diào)速。左右行走馬達(dá)8和9為雙排內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)，雙排柱塞采用串、并聯(lián)連接（用電磁閥7控制）。電磁閥7斷電為并聯(lián)，馬達(dá)排量大，為低速檔；電磁飯7通電為串聯(lián)，馬達(dá)排量是并聯(lián)時(shí)的一半，為高速擋。（5） 背壓回路 總回油管B上設(shè)置背壓閥3，形成0.81MPa的回油背壓，保證內(nèi)曲線馬達(dá)的柱塞滾輪始終不脫離滾道。由背壓油路引出的管路C和A，分別經(jīng)補(bǔ)油閥10和4給行走馬達(dá)和回轉(zhuǎn)馬達(dá)補(bǔ)油（這是在馬達(dá)制動(dòng)時(shí)，為避免馬達(dá)某一側(cè)可能出現(xiàn)的吸空現(xiàn)象而設(shè)置的）。（6） 循環(huán)及加熱回路 從背壓油路引出的低壓熱油，經(jīng)阻尼孔節(jié)流減壓后，通向液壓馬達(dá)的殼體，使馬達(dá)殼體內(nèi)保持一定的循環(huán)熱油。其目的是：（1）將馬達(dá)殼體內(nèi)的磨損物沖洗掉；（2）對(duì)馬達(dá)殼體進(jìn)行預(yù)熱，防止溫差過(guò)大造成的馬達(dá)內(nèi)部零件卡死現(xiàn)象。 系統(tǒng)設(shè)有風(fēng)冷式冷卻器23，系統(tǒng)在連續(xù)工作的情況下，油溫可保持在5070攝氏度的范圍內(nèi)。主要回路上設(shè)有精過(guò)濾器24（帶報(bào)警發(fā)訊裝置），泄露油路設(shè)有磁性過(guò)濾器22，油箱上設(shè)有空氣過(guò)濾器25，都是用來(lái)維持系統(tǒng)油液清潔的。第3章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟大致如下：1.明確設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行工況分析。2.初定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。3.擬定液壓系統(tǒng)原理圖。4.計(jì)算和選擇液壓元件。5.估算液壓系統(tǒng)性能。6.繪制工作圖和編寫技術(shù)文件。根據(jù)液壓系統(tǒng)的具體內(nèi)容，上述設(shè)計(jì)步驟可能會(huì)有所不同，下面對(duì)各步驟的具體內(nèi)容進(jìn)行介紹。提示：在本論文里只對(duì)提升過(guò)程進(jìn)行計(jì)算和分析，兼有其它液壓系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)過(guò)程。提升過(guò)程：動(dòng)臂升起，滿斗提升。動(dòng)臂升起過(guò)程中：電磁合流閥16通電，液壓泵1、2同時(shí)對(duì)液壓缸19供油。3.1 明確設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)明確以下問(wèn)題，并將其作為設(shè)計(jì)依據(jù)。(1).主機(jī)的用途、工藝過(guò)程、總體布局以及對(duì)液壓傳動(dòng)裝置的位置和空間尺寸的要求。(2).主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求，如自動(dòng)化程度、調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、換向定位精度以及對(duì)系統(tǒng)的效率、溫升等的要求。(3).液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境，如溫度、濕度、振動(dòng)沖擊以及是否有腐蝕性和易燃物質(zhì)存在等情況。在上述工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)主機(jī)進(jìn)行工況分析，工況分析包括運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析，對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)還需編制負(fù)載和動(dòng)作循環(huán)圖，由此了解液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載和速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，以下對(duì)工況分析的內(nèi)容作具體介紹。運(yùn)動(dòng)分析 主機(jī)的執(zhí)行元件按工藝要求的運(yùn)動(dòng)情況，可以用位移循環(huán)圖(Lt)，速度循環(huán)圖(vt)，或速度與位移循環(huán)圖表示，由此對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析。(a) 位移循環(huán)圖 (b) 速度循環(huán)圖(1).位移循環(huán)圖Lt圖a為液壓機(jī)的液壓缸位移循環(huán)圖，縱坐標(biāo)L表示活塞位移，橫坐標(biāo)t表示從活塞啟動(dòng)到返回原位的時(shí)間，曲線斜率表示活塞移動(dòng)速度。該圖清楚地表明液壓機(jī)的工作循環(huán)分別由快速下行、減速下行、壓制、保壓、泄壓慢回和快速回程六個(gè)階段組成。(2).速度循環(huán)圖vt(或vL) 工程中液壓缸的運(yùn)動(dòng)特:圖b為三種類型液壓缸的vt圖. 實(shí)線所示,液壓缸開始作勻加速運(yùn)動(dòng)，然后勻速運(yùn)動(dòng),最后勻減速運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)3.2確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)3.2.1液壓缸的載荷組成計(jì)算工作載荷Fu 17000N運(yùn)動(dòng)部件受的重力G 15000N外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力Fn 30000N(1) 工作載荷FgFg=17000N（2） 導(dǎo)軌摩擦載荷FfFf=fFnf為摩擦因數(shù)摩擦因數(shù)f導(dǎo)軌類型導(dǎo)軌材料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)摩擦因數(shù)(f)滑動(dòng)導(dǎo)軌鑄鐵對(duì)鑄鐵啟動(dòng)時(shí)低速(v0.16m/s) 高速(v0.16m/s)0.150.20 0.10.12 0.050.08滾動(dòng)導(dǎo)軌鑄鐵對(duì)滾柱(珠) 淬火鋼導(dǎo)軌對(duì)滾柱(珠)0.0050.020.0030.006靜壓導(dǎo)軌鑄鐵0.005取f=0.1計(jì)算得Ff=4500N（3） 慣性載荷Fa Fa=Gv/gt g=10 m/ss 行走機(jī)械一般取v/t=0.51.5 m/ss取 v/t=1 m/ss計(jì)算得： Fa=1500N（4）液壓系統(tǒng)的外載荷FW起動(dòng)加速時(shí) FW=Fg+Fa+Ff穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí) FW=Fg+Ff減速制動(dòng)時(shí) FW=Fg-Fa+Ff計(jì)算得：起動(dòng)加速時(shí) FW=23000N穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí) FW=21500N減速制動(dòng)時(shí) FW=20000N3.2.2液壓馬達(dá)的負(fù)載工作機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓馬達(dá)必須克服的外負(fù)載為：M=Me+Mf+Mi(1)工作負(fù)載力矩Me。工作負(fù)載力矩可能是定值，也可能隨時(shí)間變化，應(yīng)根據(jù)機(jī)器工作條件進(jìn)行具體分析。(2)摩擦力矩Mf。為旋轉(zhuǎn)部件軸頸處的摩擦力矩，其計(jì)算公式為：Mf=GfR(Nm) 式中：G為旋轉(zhuǎn)部件的重量(N)；f為摩擦因數(shù)，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦因數(shù)，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦因數(shù)；R為軸頸半徑(m)。(3)慣性力矩Mi。為旋轉(zhuǎn)部件加速或減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩，其計(jì)算公式為： Mi=J=J(Nm)式中：為角加速度(r/s2)；為角速度的變化(r/s)；t為加速或減速時(shí)間(s)；J為旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm2)，J=1GD2/4g。式中：GD2為回轉(zhuǎn)部件的飛輪效應(yīng)(Nm2)。各種回轉(zhuǎn)體的GD2可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。根據(jù)式M=Me+Mf+Mi，分別算出液壓馬達(dá)在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各階段的負(fù)載大小，便可繪制液壓馬達(dá)的負(fù)載循環(huán)圖。3.3計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)的排量 3.3.1液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算(1).初定液壓缸工作壓力 液壓缸工作壓力主要根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段中的最大總負(fù)載力來(lái)確定，此外，還需要考慮以下因素：(a)各類設(shè)備的不同特點(diǎn)和使用場(chǎng)合。(b)考慮經(jīng)濟(jì)和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重；壓力選得高一些，則元件尺寸小，重量輕，但對(duì)元件的制造精度，密封性能要求高。所以，液壓缸的工作壓力的選擇有兩種方式：一是根據(jù)機(jī)械類型選；二是根據(jù)切削負(fù)載選。如下表所示：按負(fù)載選執(zhí)行文件的工作壓力負(fù)載/N50005001000010000200002000030000300005000050000工作壓力/MPa0.811.522.5334455按機(jī)械類型選執(zhí)行文件的工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械工程機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/MPaa235881010162032由上表可得：初選液壓缸的工作壓力為20MPa.(2)液壓缸主要尺寸的計(jì)算缸的有效面積和活塞桿直徑，可根據(jù)缸受力的平衡關(guān)系具體計(jì)算。也可以根據(jù)液壓缸的缸徑，活塞桿直徑，活塞行程，供油孔直徑選擇合適的液壓缸。 (3)液壓缸的流量計(jì)算液壓缸的最大流量： qmax=Avmax (m3/s) 式中：A為液壓缸的有效面積A1或A2(m2)；vmax為液壓缸的最大速度(m/s)。液壓缸的最小流量： qmin=Avmin(m3/s) 式中：vmin為液壓缸的最小速度。液壓缸的最小流量qmin，應(yīng)等于或大于流量閥或變量泵的最小穩(wěn)定流量。若不滿足此要求時(shí)，則需重新選定液壓缸的工作壓力，使工作壓力低一些，缸的有效工作面積大一些，所需最小流量qmin也大一些，以滿足上述要求。流量閥和變量泵的最小穩(wěn)定流量，可從產(chǎn)品樣本中查到。3.3.2液壓馬達(dá)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)計(jì)算液壓馬達(dá)排量 液壓馬達(dá)排量根據(jù)下式?jīng)Q定：vm=6.28T/pmmin(m3/r) 式中：T為液壓馬達(dá)的負(fù)載力矩(Nm)；pm為液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力差(N/m3)；min為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，一般齒輪和柱塞馬達(dá)取0.90.95，葉片馬達(dá)取0.80.9。(2)計(jì)算液壓馬達(dá)所需流量液壓馬達(dá)的最大流量：qmax=vmnmax(m3/s)式中：vm為液壓馬達(dá)排量(m3/r)；nmax為液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速(r/s)。3.4液壓泵的確定與所需功率的計(jì)算3.4.1液壓泵的確定(1)確定液壓泵的最大工作壓力。液壓泵所需工作壓力的確定，主要根據(jù)液壓缸在工作循環(huán)各階段所需最大壓力p1，再加上油泵的出油口到缸進(jìn)油口處總的壓力損失p，即pB=p1+p p包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部壓力損失、管路沿程損失等，在系統(tǒng)管路未設(shè)計(jì)之前，可根據(jù)同類系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，一般管路簡(jiǎn)單的節(jié)流閥調(diào)速系統(tǒng)p為(25)105Pa，用調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)p為(515)105Pa，p也可只考慮流經(jīng)各控制閥的壓力損失，而將管路系統(tǒng)的沿程損失忽略不計(jì)，各閥的額定壓力損失可從液壓元件手冊(cè)或產(chǎn)品樣本中查找，也可參照下表選取。 常用中、低壓各類閥的壓力損失(pn)閥名pn(105Pa)閥名pn(105Pa)閥名pn(105Pa)閥名pn(105Pa)單向閥0.30.5背壓閥38行程閥1.52轉(zhuǎn)閥1.52換向閥1.53節(jié)流閥23順序閥1.53調(diào)速閥35(2)確定液壓泵的流量qB。泵的流量qB根據(jù)執(zhí)行元件動(dòng)作循環(huán)所需最大流量qmax和系統(tǒng)的泄漏確定。多液壓缸同時(shí)動(dòng)作時(shí)，液壓泵的流量要大于同時(shí)動(dòng)作的幾個(gè)液壓缸(或馬達(dá))所需的最大流量，并應(yīng)考慮系統(tǒng)的泄漏和液壓泵磨損后容積效率的下降，即qBK(q)max(m3/s) 系統(tǒng)壓力為20MPa流量為552l/min回油流量為35.6 l/min總流量為145.6 l/min取K=1.2 得：qB 0.0029 m3/s 式中：K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.11.3，大流量取小值，小流量取大值；(q)max為同時(shí)動(dòng)作的液壓缸(或馬達(dá))的最大總流量(m3/s)。 3.4.2 選擇液壓泵的規(guī)格：根據(jù)上面所計(jì)算的最大壓力pB和流量qB，查液壓元件產(chǎn)品樣本選擇與PB和qB相當(dāng)?shù)囊簤罕玫囊?guī)格型號(hào)。上面所計(jì)算的最大壓力pB是系統(tǒng)靜態(tài)壓力，系統(tǒng)工作過(guò)程中存在著過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)壓力，而動(dòng)態(tài)壓力往往比靜態(tài)壓力高得多，所以泵的額定壓力pB應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大25%60%，使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備。若系統(tǒng)屬于高壓范圍，壓力儲(chǔ)備取小值；若系統(tǒng)屬于中低壓范圍，壓力儲(chǔ)備取大值。因此，選用Y2B-C192-F型雙級(jí)葉片泵。3.5、閥類元件的選擇3.5.1.選擇依據(jù)選擇依據(jù)為：額定壓力，最大流量，動(dòng)作方式，安裝固定方式，壓力損失數(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等。3.5.2.選擇閥類元件應(yīng)注意的問(wèn)題(1)應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品，除非不得已時(shí)才自行設(shè)計(jì)專用件。(2)閥類元件的規(guī)格主要根據(jù)流經(jīng)該閥油液的最大壓力和最大流量選取。選擇溢流閥時(shí)，應(yīng)按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，應(yīng)考慮其最小穩(wěn)定流量滿足機(jī)器低速性能的要求。(3)一般選擇控制閥的額定流量應(yīng)比系統(tǒng)管路實(shí)際通過(guò)的流量大一些，必要時(shí)，允許通過(guò)閥的最大流量超過(guò)其額定流量的20%。本系統(tǒng)工作壓力在20 MPa左右，所以閥選用中、高壓閥。選用閥的型號(hào)如下：1 溢流閥 YF3-E20B2 背壓閥 B-2503 限速閥 QF-B10C4 單向節(jié)流閥 LCI-63B5 精過(guò)濾器 滬Q/FJO33/646 壓力表開關(guān) 4K-F100-17 三位四通換向閥 4WE6E50/OAG243.6 管道的選擇3.6.1油管類型的選擇液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應(yīng)有足夠的通流截面和承壓能力，同時(shí)，應(yīng)盡量縮短管路，避免急轉(zhuǎn)彎和截面突變。(1)鋼管：中高壓系統(tǒng)選用無(wú)縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價(jià)格低，性能好，使用廣泛。(2)銅管：紫銅管工作壓力在6.510MPa以下，易變曲，便于裝配；黃銅管承受壓力較高，達(dá)25MPa，不如紫銅管易彎曲。銅管價(jià)格高，抗震能力弱，易使油液氧化，應(yīng)盡量少用，只用于液壓裝置配接不方便的部位。(3)軟管：用于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)件之間的連接。高壓橡膠軟管中夾有鋼絲編織物；低壓橡膠軟管中夾有棉線或麻線編織物；尼龍管是乳白色半透明管，承壓能力為2.58MPa，多用于低壓管道。因軟管彈性變形大，容易引起運(yùn)動(dòng)部件爬行，所以軟管不宜裝在液壓缸和調(diào)速閥之間。本系統(tǒng)為中高壓系統(tǒng)，因此，本系統(tǒng)用鋼管。3.6.2油管尺寸的確定(1)油管內(nèi)徑d按下式計(jì)算：d=式中：q為通過(guò)油管的最大流量(m3/s)；v為管道內(nèi)允許的流速(m/s)。一般吸油管取0.55(m/s)；壓力油管取2.55(m/s)；回油管取1.52(m/s)。(2)油管壁厚按下式計(jì)算： pd/2 式中：p為管內(nèi)最大工作壓力；為油管材料的許用壓力，=b/n；b為材料的抗拉強(qiáng)度；n為安全系數(shù)，鋼管p7MPa時(shí)，取n=8；p17.5MPa時(shí)，取n=6；p17.5MPa時(shí)，取n=4。根據(jù)計(jì)算出的油管內(nèi)徑和壁厚，查手冊(cè)選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管。3.7 油箱的設(shè)計(jì)油箱的作用是儲(chǔ)油，散發(fā)油的熱量，沉淀油中雜質(zhì)，逸出油中的氣體。其形式有開式和閉式兩種：開式油箱油液液面與大氣相通；閉式油箱油液液面與大氣隔絕。開式油箱應(yīng)用較多。3.7.1油箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)油箱應(yīng)有足夠的容積以滿足散熱，同時(shí)其容積應(yīng)保證系統(tǒng)中油液全部流回油箱時(shí)不滲出，油液液面不應(yīng)超過(guò)油箱高度的80%。(2)吸箱管和回油管的間距應(yīng)盡量大。(3)油箱底部應(yīng)有適當(dāng)斜度，泄油口置于最低處，以便排油。(4)注油器上應(yīng)裝濾網(wǎng)。(5)油箱的箱壁應(yīng)涂耐油防銹涂料。3.7.2油箱容量計(jì)算油箱的有效容量V可近似用液壓泵單位時(shí)間內(nèi)排出油液的體積確定。V=Kq取K=6q=0.0029 m3/sV=0.0174 m3中：K為系數(shù)，低壓系統(tǒng)取24，中、高壓系統(tǒng)取57；q為同一油箱供油的各液壓泵流量總和。3.8 濾油器的選擇選擇濾油器的依據(jù)有以下幾點(diǎn)：(1)承載能力：按系統(tǒng)管路工作壓力確定。(2)過(guò)濾精度：按被保護(hù)元件的精度要求確定，選擇時(shí)可參閱下表 (3)通流能力：按通過(guò)最大流量確定。(4)阻力壓降：應(yīng)滿足過(guò)濾材料強(qiáng)度與系數(shù)要求。濾油器過(guò)濾精度的選擇系統(tǒng)過(guò)濾精度(m)元件過(guò)濾精度(m)低壓系統(tǒng)100150滑閥1/3最小間隙70105Pa系統(tǒng)50節(jié)流孔1/7孔徑(孔徑小于1.8mm)100105Pa系統(tǒng)25流量控制閥2.530140105Pa系統(tǒng)1015安全閥溢流閥1525電液伺服系統(tǒng)5高精度伺服系統(tǒng)2.53.9 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算在確定了各個(gè)液壓元件之后，有時(shí)還要根據(jù)需要對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的某些技術(shù)性能進(jìn)行必要驗(yàn)算，以便對(duì)所選液壓元件和液壓系統(tǒng)參數(shù)作進(jìn)一步調(diào)整。液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算的項(xiàng)目很多，常見的有回路壓力損失驗(yàn)算和發(fā)熱溫升驗(yàn)算。3.9.1回路壓力損失驗(yàn)算壓力損失包括管道內(nèi)的沿程損失和局部損失以及閥類元件處的局部損失三項(xiàng)。管道內(nèi)的這兩種損失可用有關(guān)公式估算；閥類元件處的局部損失則須從產(chǎn)品樣本中查出。當(dāng)通過(guò)閥類元件的實(shí)際流量q不是其公稱流量qn時(shí)，它的實(shí)際壓力損失與其額定壓力損失間將呈如下的近似關(guān)系：計(jì)算液壓系統(tǒng)的回路壓力損失時(shí)，不同的工作階段要分開來(lái)汁算。回油路上的壓須折力損失一般到進(jìn)都算油路上去。計(jì)算時(shí)所得的總壓力損失如果與計(jì)算液壓元件時(shí)假定的壓力損失相差大太，則應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的修改。3.9.2發(fā)熱溫升驗(yàn)算這項(xiàng)驗(yàn)算是用熱平衡原理來(lái)對(duì)油液的溫升值進(jìn)行估計(jì)。單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的熱量Q(以W計(jì))是液壓泵輸入功率Pl和液壓執(zhí)行元件有效功率之差。假如這些熱量全部由油箱散發(fā)出去，不考慮系統(tǒng)其它部分的散熱效能，則油液溫升的估算公式可以根據(jù)不同的條件分別從有關(guān)的手冊(cè)中找出來(lái)。例如，當(dāng)油箱三個(gè)邊的尺寸比例在1：1：1到1：2：3之間、油面