畢業(yè)設(shè)計（論文）小型挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計（含全套CAD圖紙）

1、由于部分原因，說明書已刪除大部分，完整版說明書，cad圖紙等，聯(lián)系153893706小型挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計 摘 要：本文主要對小型挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計進行了闡述。在論文當(dāng)中，主要介紹了動臂、斗桿、鏟斗的液壓運動相關(guān)液壓原理介紹，包括液壓缸和液壓閥的設(shè)計。其主要是小型挖掘機動作時液壓系統(tǒng)的油路分析和各個液壓閥的控制原理進行了設(shè)計，并通過進一步計算確定了需要的液壓元件完成選型。運用cad軟件繪制了液壓系統(tǒng)原理圖，油缸零件圖和小型挖掘機的總體裝配圖。最后通過驗算證明了本設(shè)計的可行性。關(guān)鍵詞：挖掘機；動臂；斗桿；鏟斗；液壓系統(tǒng)；液壓缸；液壓閥small excavators hydraulic sys

2、tem(orient science&technology college of hunan agricultural university,changsha 410128,china)abstract：this paper mainly on small sized excavator hydraulic system design is discussed in this paper.in the thesis, mainly introduced the boom, dipper, bucket hydraulic motion related hydraulic principle i

3、s introduced, including the hydraulic cylinder and the hydraulic valve design.it is mainly small excavator hydraulic system oil movement analysis and various hydraulic valve control principles for the design, calculation and further identified the need for complete selection of hydraulic components.

4、using cad software to draw a diagram of hydraulic system, hydraulic cylinder part drawing and assembly drawing of small excavator overall.the results show the feasibility of this design.key words：excavator；boom；arm；bucket；hydraulic；hydraulic cylinder；hydraulic valve1 前言1.1 中國小型挖掘機市場現(xiàn)狀自20世紀90年代以來，中國經(jīng)

5、濟快速發(fā)展，中國工程機械行業(yè)也步入了快速發(fā)展期。近幾年來，小型工程機械作為后起之秀，在施工中，開始部分取代中大型機械的位置，受到用戶的普遍歡迎。目前，我國小型挖掘機市場正處在高速發(fā)展階段。隨著我國城鎮(zhèn)化進程向深度和廣度的發(fā)展，道路和市政設(shè)施的修繕維護及城市小型工程項目的增多，其工程業(yè)務(wù)量占社會施工總量的比重越來越大。據(jù)測算，一臺10噸位小型挖掘機的作業(yè)效率可以替代3050個勞動力，極大地降低了施工成本和管理成本，使得多功能小型挖掘機的需求量不斷上升。在中國，挖掘機市場市場十年來幾乎平均每以30%速度遞增，從1995年2503臺到2004年48921臺，凈增19.54倍。2004年全國進口液壓挖

6、掘機18670臺、出口液壓挖掘機2749臺，2005年國產(chǎn)挖掘機28812臺，同比增長4.3%，進口挖掘機18017臺，同比減少3.5%，出口挖掘機3839臺，同比增長36.43%（其中6噸及以下小挖出口1345臺，同比增長77.9%）。中國成為名副其實的世界最大的市場之一。目前，中國挖掘機行業(yè)已成為中國工程機械行業(yè)增長最快的機種了，有舉足輕重的地位。但行業(yè)中產(chǎn)銷量80%為日、韓、美等外資所占有，主要外資企業(yè)有：日立、小松、神鋼、斗山、現(xiàn)代、卡特、特雷克斯、利勃海爾、阿特拉斯、沃爾沃等世界著名大企業(yè)。還有一些世界小型挖掘機專業(yè)企業(yè)如：日本久保田、竹內(nèi)、石川島、洋馬、小橋、長野等、美國凱斯、山貓

7、、英國jcb、德國雪孚等許多世界廠商也開始挺進中國市場。從全球范圍看，小型挖掘機產(chǎn)業(yè)已經(jīng)處于市場成熟期，需求量穩(wěn)定并呈現(xiàn)緩慢上升趨勢。隨著中國、印度等發(fā)展中國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，工程機械市場也日趨好轉(zhuǎn)，世界知名工程機械廠商為了降低制造成本，增強市場競爭力，逐漸將生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到這些生產(chǎn)成本較低的國家，實現(xiàn)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、當(dāng)?shù)劁N售，并開始進入全球市場的供應(yīng)體系。從國內(nèi)市場看，中國挖掘機行業(yè)經(jīng)過10余年的快速發(fā)展，以外資企業(yè)占主導(dǎo)地位的中國中大型挖掘機市場格局日漸穩(wěn)定，已經(jīng)成為世界最大的挖掘機生產(chǎn)國和消費國之一。樂觀預(yù)計，5年之后中國挖掘機的年均需求量將達到100,000臺。但是小型挖掘機產(chǎn)業(yè)仍然處于市

8、場導(dǎo)入和發(fā)展初級階段，需求正在持續(xù)快速的增長。目前小型挖掘機僅占中國全部挖掘機銷售量比例的20%，而5年后這個數(shù)字預(yù)計將達到40%，產(chǎn)銷量達到近40000臺。這樣中國小型挖掘機產(chǎn)業(yè)將同其他消費品產(chǎn)業(yè)一樣，用10年的時間走完歐美等發(fā)達國家30年的市場之路。挖掘機是工程機械的標志性產(chǎn)品，部分中國工程機械企業(yè)也正以小挖為突破口，進軍挖掘機產(chǎn)業(yè)，并由此擴展到其他小型工程機械。中國挖掘機產(chǎn)業(yè)基本走出了宏觀調(diào)控帶來的不利影響，而且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和區(qū)域結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化。小挖產(chǎn)業(yè)近兩年的需求變化也說明這一點。1.2 挖掘機的類型挖掘機械的類型與構(gòu)造型式繁多，可按照挖掘工作原理與過程、用途、構(gòu)造特征等進行劃分。

9、按照挖掘機的作業(yè)過程；可分成周期作業(yè)式和連續(xù)作業(yè)式閥類凡是挖掘、運載、卸載等作業(yè)依次重復(fù)循環(huán)進行的挖掘機為周期作業(yè)式，各種單斗挖掘機都屬于這一類。凡是上述作業(yè)同時連續(xù)進行的挖掘機為連續(xù)作業(yè)式，各種多斗挖掘機以及滾切式挖掘機、隧洞掘進機等屬于這一類。通常簡稱單斗挖掘機與多斗挖掘機兩類。挖掘機的行走裝置型式有：履帶式、輪胎式、汽車式、步行式、軌道式，拖式等。履帶式與輪胎式采用廣泛。步行式主要用于剝離型挖掘機，此外還有浮式（船舶式）挖掘機，專用于水下采掘或港口疏浚（單斗或多斗）。1.3 小型挖掘機的特點小型挖掘機價格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便，具有獨特優(yōu)勢。由于其小巧、靈活、多功能和高效率等特點，極受

10、用戶的歡迎。第一，廣泛的適用性。小挖體積小，機動靈活，非常適用于城鎮(zhèn)的各種管道開挖、基礎(chǔ)施工、公用事業(yè)以及房屋維修等作業(yè)。小挖緊湊的體積、特殊的設(shè)計使其能夠在大型挖掘機無法施工的環(huán)境中進行作業(yè)。第二，鮮明的作業(yè)特點。小型挖掘機適合狹窄區(qū)域作業(yè)的最主要的特點就是其特殊動臂和斗桿的設(shè)計。小型挖掘機的動臂是與機身鉸接的，這就使其能夠在一個很大的范圍內(nèi)進行擺動。同時，這也使得挖掘機能夠便于在墻壁或是圍墻的旁邊進行挖掘作業(yè)。小型挖掘機的橡膠履帶有助于減少挖掘機施工時對狹窄施工范圍內(nèi)的景觀區(qū)域以及道路的損壞。第三，便于運輸和轉(zhuǎn)移作業(yè)場地。小挖便于各個施工現(xiàn)場間的轉(zhuǎn)移，無需大型拖車或是重型卡車來進行運輸，小

11、型的運輸工具就可將其運載。這樣不但能夠方便運輸，還可以大大降低機器的運輸費用。第四，投資回報率高。小挖的價格便宜，成本回收快。以6噸級小挖為例，美歐日品牌機的價格在40萬左右，韓國的機器價格在32萬左右，國產(chǎn)機器價格在30萬32萬左右；而20噸級的中挖價格在70萬100萬左右。1.4 液壓挖掘機基本結(jié)構(gòu)和其選擇單斗液壓挖掘機是一種采用液壓傳動并以一個鏟斗進行挖掘作業(yè)的機械。它是在機械傳動單斗挖掘機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是日前挖掘機械中重要的品種。它的作業(yè)過程是以鏟斗的切削刃(通常裝有斗齒)切削土壤并將土裝入斗內(nèi)，斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置進行卸土，卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到挖掘面進行下一次挖掘。

12、當(dāng)挖掘機挖完一段土后，機械移位，以便繼續(xù)工作，因此，是一種周期作業(yè)的自行式土方機械。單斗液壓按掘機為了實現(xiàn)上述周期性作業(yè)動作的要求，設(shè)有下列基本組成部分：工作裝置、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、動力裝置、傳動操縱機構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備等。因而常又把這類機械概括成由：工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺和行走裝置三大部分組成。鏟斗；2斗桿；3動臂；4連桿；5、6、7液壓缸挖掘裝置；回轉(zhuǎn)裝置；行走裝置圖1 液壓挖掘機的基本組成及傳動示意圖fig.1 hydraulic excavators basic composition and the transmission schematic diagram此處已刪除靜態(tài)特性計算靜態(tài)特性的

13、計算有兩個目的：一是根據(jù)靜態(tài)特性的設(shè)計要求，校核上面確定的主要結(jié)構(gòu)尺寸能否滿足對靜態(tài)特性的要求，并進行必要的調(diào)整與復(fù)算；二是求出主伐彈簧和調(diào)壓彈簧的剛度及預(yù)壓縮量，作為彈簧的設(shè)計依據(jù)。(1)在最高調(diào)定壓力下主伐芯的額定開口量： = (37) = =0.0723(cm)式中 主閥閥口流量系數(shù)，取=0.770.88，本式中取=0.80；油液重度，取=0.903（上調(diào)30-1號液壓油在油溫為，油液壓力為320時的值）；主閥座孔徑(cm)；公稱流量；主閥芯閥口處錐角半角（）；g 重力加速度（）；最高調(diào)定壓力。(2)卸荷時主閥芯的開口量 = (38) = =0.639(cm)式中 卸荷壓力（kgf/）；

14、 主閥閥口流量系數(shù)，取=0.770.88，本式中取=0.80；油液重度，取=0.885（上調(diào)30-1號液壓油在油溫為，油液壓力為010時的值）。(3)系統(tǒng)壓力為開啟壓力時導(dǎo)閥前油腔的壓力=- (39)= =277.5（）式中 主閥芯開啟壓力（kgf/）； 開啟壓力時的溢流量，根據(jù)設(shè)計要求規(guī)定: 0.01（06.67）（）；g重力加速度（）；阻尼孔直徑(cm)； 阻尼孔長度(cm)；油液重度，取=0.8995；油液運動粘度，取=0.235（）（上調(diào)30-1號液壓油在油溫為，油液壓力為200320時的值）； 阻尼孔面積，=0.005（）。(4)液壓卡緊阻力f f=0.27fld (40) =0.2

15、70.080.02722.8277.54 =0.906(kgf) 式中 f摩擦系數(shù)，取f=0.040.08； 液壓卡緊系數(shù)，取=0.027； l主閥芯與閥套的配合長度，取2（cm）； d主閥芯直徑（cm）； 導(dǎo)閥前油腔的壓力（kgf/）。(5)主閥彈簧剛度k與預(yù)壓縮量x kx=a-a-g- f (41)取主閥芯重力g=0.2(kgf)，a=5.72（cm）, a=6.154（cm）.代入上式得： kx=5.72300-6.154277.5-0.2-0.906=7(kgf)x=（15）=1.50.639=0.9585（cm）代入kx乘積式中得: k=7/0.9585=7.3（kgf/cm）取k=

16、7（kgf/cm） x=1（cm）式中 導(dǎo)閥前油腔的壓力（kgf/）；g主閥芯重力(kgf)；f液壓卡緊阻力(kgf)。(6)系統(tǒng)壓力為開啟壓力時導(dǎo)閥的開口量x x= (42) = =0.0032（cm）式中 c導(dǎo)閥閥口的流量系數(shù)，可取c=0.77；d導(dǎo)閥座孔徑（cm）；導(dǎo)閥芯錐角半角（）；油液重度，取=0.8995；g重力加速度（）；導(dǎo)閥前油腔的壓力（）；溢流量，=1.56l/min(26/sec)。 為了使導(dǎo)閥不受幾何精度和油液清潔度的影響，保證工作穩(wěn)定，求得的x值應(yīng)滿足： x0.003（cm）所以x的值滿足要求(7)調(diào)壓彈簧剛度與預(yù)壓縮量x = (43) 取 =0.1256（cm） x=

17、0.32（cm） 代入上面公式： = =107（kgf/cm） 取=107（kgf/cm） x =0.32（cm）式中 導(dǎo)閥座孔截面積；為了保證達到啟閉性能的要求，要求0.850.90，校核由上面上面求得的，x可求出兩者乘積，=0.8520.85,因此，可以達到啟閉特性的要求。(8)調(diào)成最高調(diào)定壓力時的閉合壓力根據(jù)經(jīng)驗公式得： =（0.950.98） (44) =0.965 =289.5（）288（）式中 開啟壓力（kgf/）(9)最低調(diào)定壓力最低調(diào)定壓力時是將調(diào)壓手輪全松，使調(diào)壓彈簧的預(yù)壓縮量=0，主閥的開口量達到卸荷壓力撕毀的開口量，設(shè)導(dǎo)閥油腔壓力=0，代入公式： = (45) = =3.

18、5（） 式中 卸荷時主閥芯的開口量(cm)； k主閥彈簧剛度（kgf/cm）； x主閥彈簧預(yù)壓縮量（cm）； g主閥芯重力(kgf)； 主閥閥口流量系數(shù)，取=0.770.88，本式中取=0.80；主閥芯閥口處錐角半角（）；主閥座孔徑(cm)； a1主閥芯下側(cè)承壓面積(cm)。實際值略大于計算值，因為計算是假定=0，實際上由于流道損失總是大于零的。(10)最小溢流量所謂最小溢流量是指在某一調(diào)定壓力時，溢流閥所能通過的最小穩(wěn)定流量。由公式可得出： (46) 取=160320（），代入上式得： =9.81（l/min） =13.9（l/min）式中 調(diào)壓范圍； 主閥閥口流量系數(shù)，取=0.770.88

19、，本式中取=0.80； 主閥座孔徑(cm)； 主閥芯閥口處錐角半角（）；油液重度，取=0.8995；g重力加速度（）；(11)內(nèi)泄露量 =0.654 (47) =0.654 =2.385（cm/sec）=143cm/min式中 主閥芯直徑（cm）；主閥芯直徑與閥套間的單邊配合間隙，取=0.00115（cm）；公稱壓力，=320（）；l主閥芯與閥套的配合長度（cm）； zl處均壓槽數(shù)，z=7；均壓槽寬度，b=0.05（cm）；油液動力粘度，（上調(diào)30-1號液壓油在油溫為，油液壓力為200320時的值）。(12)緩沖有桿腔緩沖套是一個自對中套筒，可以自動調(diào)整同心度，并且因為緩沖套和活塞桿之間有較大

20、間隙，可以減小啟動壓力。緩沖柱塞采用鋼球限位，可以浮動。由于緩沖套和緩沖柱塞都具有浮動特征，故可以有很小的緩沖間隙，自動對心，消除同軸度誤差的影響，緩沖性能良好，可降低噪聲和沖擊載荷，延長機器壽命。3.3.3回轉(zhuǎn)液壓馬達設(shè)計與計算(1)液壓馬達額定壓力確定按照經(jīng)驗公式液壓馬達的額定壓力應(yīng)比系統(tǒng)工作壓力小25%以上，使液壓馬達有一定的壓力儲備。 p馬達=p系統(tǒng)/1.25=22.4mpa取標準 p馬達=20mpa。(2)根據(jù)馬達計算公式(已知t扭 =17345n.m; n轉(zhuǎn)=11.52r/min) p功= p馬達*q;留；q;留=q排*n轉(zhuǎn)p功= t扭*2*3.14* n轉(zhuǎn)由以上可得 p功=20.

21、913kw q排=20ml/r為了保證挖掘機能夠同時操作回轉(zhuǎn)和其他一個動作，取回轉(zhuǎn)馬達最大需求流量為50% qmax(qmax泵最大流量=63l/min),取容積效率為0.8；0.8* qmax *50%= q排*n轉(zhuǎn)*i傳動比i=103跟據(jù)以上數(shù)據(jù)決定選用意寧液壓igh28.5t2-b101a2fe45液壓回轉(zhuǎn)裝置，該回轉(zhuǎn)裝置自帶減速器。回轉(zhuǎn)裝置輸出扭矩為28.5kn*m ； i=101.0 ; 液壓馬達為力士樂a2fe45，靜制動扭矩為400-700n*m;圖 6 馬達參數(shù)fig.6 motor parameters3.3.4行走液壓馬達設(shè)計與計算(1)行走液壓馬達額定壓力確定按照經(jīng)驗公式

22、液壓馬達的額定壓力應(yīng)比系統(tǒng)工作壓力小25%以上，使行走液壓馬達有一定的壓力儲備。 p馬達=p系統(tǒng)/1.25=22.4mpa取標準 p馬達=20mpa。(2)根據(jù)馬達計算公式(已知t扭 =7.44kn.m; n轉(zhuǎn)=42.53r/min) p功= p馬達*q;留；q;留=q排*n轉(zhuǎn)p功= t扭*2*3.14* n轉(zhuǎn)由以上可得 p功=33.12kw；q排=39ml/r； 由于行走馬達是兩個主泵分別驅(qū)動，且行走時不需要其他動作，取行走馬達最大需求流量為90% qmax(qmax泵最大流量=63l/min),取容積效率為0.8；0.8* qmax *90%= q排*n轉(zhuǎn)*i；傳動比i=28；跟據(jù)以上數(shù)據(jù)

23、決定選用意寧液壓行走馬達igy7600t2-b45-42/53 行走裝置單側(cè)輸出扭矩為7.6kn*m ；用于附帶驅(qū)動，采用二級行星減速，帶停車制動器，總傳動比為45，液壓馬達低速檔排量為42m/l,高速檔排量為53m/l挖掘機的液壓系統(tǒng)是挖掘機上重要的組成部分，它是挖掘機工作循環(huán)的的動力系統(tǒng)。挖掘機的工作條件惡劣，且動臂和底盤動作非常頻繁，因此要求液壓系統(tǒng)工作穩(wěn)定，平均無故障時間長。因此，液壓系統(tǒng)的性能優(yōu)劣決定著挖掘機工作性能的高低。液壓技術(shù)的發(fā)展直接關(guān)系挖掘機的發(fā)展，挖掘機與液壓技術(shù)密不可分，二者相互促進。液壓技術(shù)是現(xiàn)代挖掘機的技術(shù)基礎(chǔ)，挖掘機的發(fā)展又促進了液壓技術(shù)的提高。挖掘機的液壓系統(tǒng)復(fù)

24、雜，可以說目前液壓傳動的許多先進技術(shù)都體現(xiàn)在挖掘機上。挖掘機的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成，它們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回路、支腿順序回路、支腿鎖止回路和先導(dǎo)閥操縱回路等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。隨著科技的進步，挖掘機的液壓系統(tǒng)將更加復(fù)雜，功能更加多樣且便于操作控制，工作效率高，耗能少，先進的液壓系統(tǒng)會使挖掘機在工程領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。據(jù)統(tǒng)計，2003 年我國挖掘機總銷售量突破 6 萬臺，其中國內(nèi)挖掘機生產(chǎn)企業(yè)銷量總和達到 3.48 萬臺，成為世界第一大挖掘機市場。下面圖7圖 7 馬達參數(shù)fig.7 motor parameter

25、s3.5擬定液壓系統(tǒng)原理圖根據(jù)挖掘機的動作和性能要求，先分別選擇液壓元件和基本回路，然后把它們根據(jù)實際情況有機地結(jié)合起來，形成一個能充分發(fā)揮.圖8原理圖fig.8 schematic diagram4 結(jié)論近年來，我國的工程機械取得了蓬勃的發(fā)展，其中，液壓傳動技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用。而且，隨著液壓傳動技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，它已成為下業(yè)機械、下程建筑機械等行業(yè)小可缺少的重要技術(shù)。然而，盡管液壓技術(shù)在機械能與壓力能的轉(zhuǎn)換方而，已取得很大進展，但它在能量損失和傳動效率上仍然存在著問題。因為，在液壓系統(tǒng)中，隨著油液的流動，有相當(dāng)多的液體能量損失掉，這種能量損失不僅體現(xiàn)在油液流動過程中的內(nèi)摩擦損失

26、上，還反映在系統(tǒng)的容積損失上，使系統(tǒng)能量利用率降低，傳動效率無法提高。高能耗和低效率又使油液發(fā)熱增加，使性能達小到理想的狀況，給液壓技術(shù)的進一步發(fā)展帶來障。因此，探索和研究高效液壓傳動技術(shù)，提高其綜合性能就成為了液壓技術(shù)領(lǐng)域研究的重點之一。參考文獻1 高衡，張全根.液壓挖掘機同編m.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981：13-152 章宏甲，黃誼.液壓傳動m.北京：主編機械工業(yè)出版社，2002：25-273 劉希平.工程機械構(gòu)造圖冊m.北京：主編機械工業(yè)出版社，1990：59-604 李玉琳.液壓元件與系統(tǒng)設(shè)計m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19915 陳育儀.工程機械優(yōu)化設(shè)計m. 北京：中國鐵道出版社，1987：29-426 蔡春源.新編機械設(shè)計手冊m. 遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1993：45-527 成大先.機械設(shè)計圖冊m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：6-15 8 鄭訓(xùn)，張鐵，黃厚寶等編著m.北京：機械工業(yè)出版社，2001：52-599 周士昌.液壓系統(tǒng)設(shè)計圖集m.北京：機械工業(yè)出版社，2003：38-3910 潘天宏.液壓挖掘機節(jié)能控制系統(tǒng)的研究m.湖南：