挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說明

PAGEPAGE10/52目 錄1前言……………………11.1挖掘機(jī)間介…………11.2 國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)………21.3 本設(shè)計(jì)的研究容…………………52液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理…………72.1液壓挖掘機(jī)整機(jī)性能………………72.2液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)……………………82.3 液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)原理……………103液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定………………123.1 液壓挖掘機(jī)的工況………………123.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求……173.3 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析…………193.4 液壓系統(tǒng)方案擬訂………………204液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………214.1 液壓系統(tǒng)方案及參數(shù)確定………214.2 執(zhí)行元件液壓缸及系統(tǒng)壓力的初選……………224.3 計(jì)算工作裝置鏟斗液壓缸的主要尺寸…………234.4 液壓系統(tǒng)原理圖的制定…………265液壓元件的選擇與專用件的設(shè)計(jì)…………………315.1 液壓泵的選擇和泵的參數(shù)的計(jì)算………………315.2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇………………335.3 液壓閥的選擇……………………335.4 其他液壓元件的選擇……………365.5 油箱容量的確定…………………386壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算……………………406.1 液壓系統(tǒng)壓力損失………………406.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算………41總 結(jié)………………46參考文獻(xiàn)………………47致 ………………49內(nèi)容提要挖掘機(jī)作為我國工程機(jī)械的主力機(jī)種,被廣泛應(yīng)用于各種各樣的施工作業(yè)中。挖掘機(jī)產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),由于挖掘機(jī)的工作條件惡劣,要現(xiàn)的動(dòng)作復(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)對(duì)推動(dòng)我國挖掘機(jī)發(fā)展具有十分重要的意義。在搜集了國外挖掘機(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。根據(jù)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,論文中采用通用多路閥,配以專用控制閥和簡單的電子控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)了一套適合我國生產(chǎn)制造的LS恒功率控制單斗挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)。WY200型液壓挖掘機(jī)。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)16~20t挖掘機(jī)作為基型,并在此基礎(chǔ)上研究了國外的先進(jìn)機(jī)型,設(shè)計(jì)出我們挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)方按圖,總體裝配圖AutoCAD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。平臺(tái)可360°旋轉(zhuǎn),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。SummaryTheexcavatorisamainconsrtuctionalmachine,whichisnowwidely usedinvariousconstructionsites.Thecoretechniqueexcavator is hydrau1ic technique. Becauseofthe bad workingcondition and conmplicated working movements of theexcavatot,it has highrequitementsforitshydraulicsystem.Sincetheexcavator’shydraulicsystemisthemostcomplicatedoneinallconstructionalmachines,theanalysisandresearchofitshydrau1icsystemmakeveryimportantsens.On the basis of comprehensive co11ection of re1atedinformationabouttheexcavator’shydraulicsystemathomeandabroad,themain workingconditionsoftheexcavatorareand the design requitments of its hydraulic system aresystematically summarized. According to the design pressurecompensatedhydraulicsystemiscreativelydesignedusinggeneralmultipleuntilvalueequippedwithspecialcontolvalveandelectroniccontorsystems,whichhasusefulreferencevalueforthefutureresearchanddevelopmentoftheexcavator’shydraulicsysteminourcountry.Thenameofthisgraduatedtaskis"WY200mediumtypehydraulicexcavator".Thistaskis requestedbycompany.Mytaskistoanalyze and design the hydraulic system of the medium typehydraulicexcavator.Thistaskchoosethedomesticexcavatorwhosequalityandcharacterismostsimilartoourrequestasthetype,furtherstudytheoverseasadvancedtype.ThenIdesignedprojects of hydraulic system of our excavator,collectivityassemblagedrawingandinterrelatedpartsdrawing,accessorydrawing.AlltheblueprintsdrawnbythesoftofAutoCAD.Thestrongpointofthishydraulicexcavatorisusedservoforerunnercontrolsystem.Ithasbeautifulsculpt.Beijingprovidedwiththefuctionofexcavating,grappling,drilling,pushing,cleaningchannelandcrashingetc.360°swwingplatroof,goodquality,controllingcomfortable,bewidelyusedinconstruction,supplyandcityplanning.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)。由于挖掘機(jī)的工作條件惡劣,要現(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)[1]。挖掘機(jī)簡介挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn),可以追溯到1840設(shè),產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造,有大臂、小臂和手腕,能行走和扭腰類似機(jī)械手的挖掘機(jī),展,應(yīng)用圍也只局限于礦山作業(yè)中。導(dǎo)致挖掘機(jī)發(fā)展緩慢的主要原因是:其作業(yè)裝置動(dòng)作復(fù)雜,運(yùn)動(dòng)圍大,需要采用多自由度機(jī)構(gòu),古老的機(jī)械傳動(dòng)對(duì)它不太適合。而且當(dāng)時(shí)的工程建設(shè)主要是國土開發(fā),大規(guī)模的筑路和整修場地等,大多是大面積的水平作業(yè),因此對(duì)挖掘機(jī)的應(yīng)用相對(duì)較少,在一定程度上也限制了挖掘機(jī)的發(fā)展。由于液壓技術(shù)的應(yīng)用,二十世紀(jì)四十年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)。隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動(dòng)技術(shù),挖掘機(jī)有了適合它的轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)多自由動(dòng)作,可以切削高的垂直壁面,挖掘深的基坑和溝槽的挖掘機(jī)得到了廣泛應(yīng)用[2]。1950泵,中位開式多路閥,工作壓力為9Mpa,6和品種增加很快,產(chǎn)量猛增。1968-1970年間,液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量己經(jīng)達(dá)到挖掘機(jī)總產(chǎn)量的83%,其時(shí)對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的研究也已經(jīng)十分成熟,液壓挖掘機(jī)已經(jīng)具有了同步控制系統(tǒng)和負(fù)載敏感系統(tǒng)L。自第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)誕生以來的160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)了良好的前提]據(jù)有關(guān)專家估算,全世界各種施工作業(yè)場約有65%至70%的土石方工程都是由挖掘機(jī)完成的。挖掘機(jī)是一種萬能型工程機(jī)械,目前已經(jīng)無可爭議地成為工程機(jī)械的第要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ),其液壓系統(tǒng)已成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)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(duì)其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)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。目前國際上先進(jìn)的挖掘機(jī)產(chǎn)品的額定壓力大都在30MPa以上,并且隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢；流量通常在每分鐘數(shù)百升；功率在數(shù)百千瓦以上。如德國Orensttein&Koppe制造的目前世界上首臺(tái)最大的RH40。型全液壓挖掘機(jī),鏟斗容量達(dá)42m3,液壓油源為18臺(tái)變量軸向柱塞泵,總流量高達(dá)10200L/min,原動(dòng)機(jī)為2臺(tái)QSK60柴油發(fā)動(dòng)機(jī),總功率高達(dá)2014kW,由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作,其各個(gè)功能部件都會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響.系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論,以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計(jì)理論和方法,并將疲勞損傷累積勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)強(qiáng)度研究方面,不斷提高設(shè)備的可靠<1>液壓系統(tǒng)逐漸從開式系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變;<2>系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)成為研究的<3><4>系統(tǒng)的操縱特性上升到很重要的地位;<5>液壓系統(tǒng)與電子控制的結(jié)合成為潮流]<1>開式向閉式液壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變采用三位六通閥,其特點(diǎn)是有兩條供油路,其中一條是直通供油路,另一條是并聯(lián)供油路。由于這種油路調(diào)速方式是進(jìn)油節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速同時(shí)起作用,其調(diào)速特性受負(fù)載壓力和油泵流量的影響,因此這種系統(tǒng)的操縱性能、調(diào)速性能和微調(diào)性能由于挖掘機(jī)作業(yè)工程中要求對(duì)液壓元件能很好地控制其運(yùn)動(dòng)速度和進(jìn)行微調(diào),而且在其工作的許多工況下要求多個(gè)執(zhí)行元件完成復(fù)合動(dòng)作,而長期以來使用的開式液壓系了閉式負(fù)載敏感系統(tǒng)<CLSS>。它可以采用一個(gè)油泵同時(shí)向所有液壓作用元件供油,每一個(gè)液壓作用元件的運(yùn)動(dòng)速度只與操縱閥的閥桿行程有關(guān),與負(fù)載壓力無關(guān),泵的流量按需提供,而且多個(gè)液壓作用元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)相互之間干擾小,因此操縱性好是目前日本小松公司已經(jīng)把大量挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)從開式系統(tǒng)改為閉式系統(tǒng)了。<2>節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用技術(shù),目前液壓挖掘機(jī)都選用其中一種控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能要求。負(fù)載敏感技術(shù)是一曼斯曼<Mannesmann>公司研制的一種負(fù)載傳感系統(tǒng),將其安裝在液壓系統(tǒng)中,可以從而實(shí)現(xiàn)在按需供流的同時(shí),使調(diào)速節(jié)流損失△P控制在很小的固定值,從而達(dá)到節(jié)能lzs.e57負(fù)流量控制技術(shù)是通過位于主控制閥后面的節(jié)流閥建立的壓力對(duì)主<HYUNDAI><KOMATSU立<HITACHI>為代表的許多國外著名品牌的挖掘機(jī)生產(chǎn)商都在自己的挖掘機(jī)液壓系好等特點(diǎn),但在起始點(diǎn)為重負(fù)荷下作業(yè)時(shí),因流量與負(fù)載有關(guān),所以可控制性較差]<3>提高負(fù)載能力和可靠性30MPa技術(shù)的進(jìn)步,有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢;流量通常Orensttein&Koppe挖掘機(jī),鏟斗容量達(dá)42立方米液壓油源為18臺(tái)變量軸向柱塞泵,總流量高達(dá)1002002臺(tái)QSK60柴油發(fā)動(dòng)機(jī),總功率高達(dá)2014kW,由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作,其各個(gè)功能部件都會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響。系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論,以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(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)算日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序,研制了可靠性信息處理系統(tǒng),使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%,使用壽命超過1萬小時(shí)。<4>重視操縱特性不斷改進(jìn)和革新控制方式,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、液壓伺服操作和電氣控制,無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。各種高新技術(shù)的應(yīng)用,使得挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱特性大大提高。<5>電子一液壓集成控制成為當(dāng)前主要研究目標(biāo)電子控制技術(shù)與液壓控制技術(shù)相結(jié)合的電子一液壓集成控制技術(shù)近年來獲得了開發(fā)和研制出了許多新型電液自動(dòng)控制系統(tǒng),提高了挖掘機(jī)的自動(dòng)化程度,推動(dòng)著挖掘機(jī)的迅猛發(fā)展。目前國外先進(jìn)品牌的挖掘機(jī)在電液聯(lián)合控制方面的研究己趨成熟。美國林肯一貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng),可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量,避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。日本住友公司生產(chǎn)的FJ系列五中新型號(hào)挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助的功率控制系統(tǒng),利用精控模式選擇系統(tǒng),減少燃油、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗,并延長了零部件的使用壽命。國研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài)從國情況來看,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)在國市場上基本失去了競爭力,取一流的生產(chǎn)企業(yè)壟斷,國企業(yè)在該領(lǐng)域的研究幾乎是空白,這樣國的挖掘機(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20t級(jí)的中型液壓挖掘機(jī)為例,國產(chǎn)20t級(jí)挖掘機(jī)大多數(shù)是歐洲80年代初的技術(shù),同90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(tái)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)效率較國外偏低]本設(shè)計(jì)的研究容挖掘機(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(duì)象,對(duì)其現(xiàn)有的關(guān)鍵技術(shù)和控制方式進(jìn)行比較和研究,為挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一定的參考信息。<1>挖掘機(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>挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求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)要求和操縱性要求。<3>挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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)]液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理液壓挖掘機(jī)由于在動(dòng)力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓傳動(dòng),靠液體的壓力能進(jìn)行工作,相對(duì)機(jī)械傳動(dòng)具有許多優(yōu)點(diǎn):能無極調(diào)速且調(diào)速圍大,最大速度和最小速度之比可達(dá)1000:1能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；快速作用時(shí),液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣性較機(jī)是必然的趨勢。作業(yè)。因此單斗液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的自行式上方機(jī)械[8]。液壓挖掘機(jī)整機(jī)性能液壓挖掘機(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),如圖2.1所示。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)[9]。. .. .圖2.1 液壓挖掘機(jī)整體系統(tǒng)圖<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<2>機(jī)械系統(tǒng)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裝置的反力,同時(shí)能使<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)11/52. .. .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?傳送給油缸、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(duì)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。<4>控制系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件<液壓缸、液先進(jìn)的控制系統(tǒng),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[10]。液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)<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)輔助設(shè)備均可在回轉(zhuǎn)平臺(tái)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(tái)可以圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作3600的全回轉(zhuǎn)。工作裝置根據(jù)工作性質(zhì)的不同,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、綜合的效果[11]。<2>單斗反鏟液壓挖掘機(jī)1.6M3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)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12/52. .. .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(duì)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)。<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)和配套土方運(yùn)輸車輛一起進(jìn)入作業(yè)面,運(yùn)輸車輛倒接通,于是回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)上部平臺(tái)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)1、斗桿油缸2、動(dòng)臂3、油管4、動(dòng)臂油缸5、鏟斗6、斗齒7、側(cè)齒8、連桿9、搖桿10、鏟斗油缸11、斗桿圖2.2 反鏟挖掘機(jī)工作裝置作以加快作業(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13/52. .. .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(tái)回轉(zhuǎn)換向閥手柄,使上部平臺(tái)回轉(zhuǎn),帶動(dòng)鏟斗轉(zhuǎn)至運(yùn)輸車輛上方,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(tái)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)[12]。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。液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)示意圖,如圖2.3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動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)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14/52. .. .1、鏟斗 、斗桿 、動(dòng)臂 、連桿 、、、液壓油I、挖掘裝置 II、回轉(zhuǎn)裝置 III、行走裝置圖2.3 液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)示意圖統(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。液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定要了解和設(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,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(duì)同時(shí)作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。液壓挖掘機(jī)的工況液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括以下幾個(gè)動(dòng)作<如圖3.11、動(dòng)臂升降、斗桿收3、鏟斗裝卸 4、平臺(tái)臺(tái)回轉(zhuǎn) 、整機(jī)行走圖3.1 液壓挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)圖由于液壓挖掘機(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:<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)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間,工過程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)幼?lt;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[15]。15/52. .. .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)第2章挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和分析方法液壓馬達(dá)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。<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。挖掘工況分析作,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3.2,3.3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)作用完成復(fù)合動(dòng)作,如圖3.4,3.5所示。圖3.2 斗尖沿直線平整土地圖 圖3.3 斗尖沿直線切削斜坡圖16/52. .. .圖3.4鏟斗底壓整地面圖 圖3.5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)別也有采用三泵卸土處,此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作]當(dāng)斗桿和鏟斗復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí),供油情況如圖3.4a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),由油,如圖3.4b圖3.4 三泵供油系統(tǒng)示意圖當(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)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17/52. .. .斗桿供油,兩者復(fù)合動(dòng)作,如圖2.5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。回轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力越大,節(jié)流閥開度越小,節(jié)流效應(yīng)越大,則斗桿油缸回油壓增加,回轉(zhuǎn)力增大。圖3.5 溝槽側(cè)壁掘削和斜坡掘削時(shí),油泵供油連接情況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[17]。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(tái)轉(zhuǎn)向卸載由于卸載所需的回轉(zhuǎn)角度不同,隨液壓挖掘機(jī)相對(duì)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(duì)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(huì)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3.6a外放,有時(shí)還需要對(duì)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[18]。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2.6b三泵系統(tǒng)的供油情況如圖3.6c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。卸載工況分析

18/52. .. .回轉(zhuǎn)至卸載位置時(shí),轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng),用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度,用鏟斗油缸卸間以動(dòng)臂動(dòng)作。圖3.6 回轉(zhuǎn)舉升供油情況空斗返回工況分析當(dāng)卸載結(jié)束后,轉(zhuǎn)臺(tái)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3.7圖3.7 空斗返回供油情況發(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。行走時(shí)復(fù)合動(dòng)作進(jìn)行調(diào)整。在雙泵系統(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(huì)造成一側(cè)行走速度降低,19/52. .. .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(huì)造成事故[19]。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3.8a圖3.8 行走復(fù)合動(dòng)作時(shí)的幾種供油情況挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求挖掘機(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[20]: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,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。操縱性要求<1>調(diào)速性要求20/52PAGEPAGE22/52挖掘機(jī)對(duì)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(duì)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(duì)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)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(huì)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(huì)因壓力油優(yōu)先供給低壓時(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。節(jié)能性要求挖掘機(jī)工作時(shí)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(duì)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(huì)導(dǎo)致一部分流量降低泵的輸出流量,降低空載回油的壓力,也是降低能耗的關(guān)鍵]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(duì)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(duì)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。其它性能要求實(shí)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[21]。挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析壓系統(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；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壓系統(tǒng)圖通常十分復(fù)雜,對(duì)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(duì)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(duì)多路閥液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析：如圖3.9所示[22]。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2.9中己經(jīng)去掉了上述部分的油路><2> 對(duì)多路液壓系統(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,突出核容。去掉以下部分:油泵的負(fù)流量控制連接口FR和隊(duì);回油箱的連接口;與各個(gè)液壓作用元件的連接口AL1,BLl,AL2,BL2,AU,BL3,AL4,BL4和ARl,BR1,AR2,BR2,BR3,Rsl;各個(gè)閥桿先導(dǎo)操縱油路連接口all,bll,alt,b12,a13,b13,ajA,b14和arl、brl,ar2,br2,ar3,br3;回油口drl,dr2,dr3,dr4,dr5:通向各個(gè)閥桿的先導(dǎo)控制油路;與各個(gè)液壓作用元件油路有關(guān)的限壓閥、動(dòng)臂和斗桿的支持閥以及再生閥等。這些部分與多路閥的連接關(guān)系已經(jīng)知道,所以可以將其放到各個(gè)液壓作用元件的油路中去討論[27]。<3> 將簡化后的液壓系統(tǒng)連接起來,如圖2.10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3.9 多路閥液壓系統(tǒng)圖<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。<3>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。23/52PAGEPAGE52/52液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)WY2000.5-1.251.25I-VI]液壓系統(tǒng)方案及參數(shù)確定表4.1 WY200C液壓履帶式挖掘機(jī)主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目名稱標(biāo)準(zhǔn)斗容量單位m3數(shù)值1發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)6135K-16發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定輸出功率kW/r/min106/2100最大挖掘半徑m10.4最大挖掘高度m3/h7.78最大挖掘深度m6.46最大卸載高度m5.7回轉(zhuǎn)速度r/min0-13.2行走速度km/h*0-5.5爬坡能力%70作業(yè)循環(huán)時(shí)間S18-22主機(jī)長/寬度MPa0.077履帶平均接地比壓MPa0.048發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)r/min2100整機(jī)質(zhì)量t20.8理論生產(chǎn)率m3/h200最大挖掘力kN142系統(tǒng)工作壓力MPa36履帶板寬度m0.6主機(jī)運(yùn)輸尺寸<長X寬X高>mm9850x3000x3100執(zhí)行元件是液壓系統(tǒng)的輸出部分,必須滿足機(jī)器設(shè)備的運(yùn)動(dòng)功能、性能要求和結(jié)構(gòu)、安裝上的限制。根據(jù)所要求的負(fù)載運(yùn)動(dòng)形態(tài),選用不同的執(zhí)行元件配置,如下表所示運(yùn) 動(dòng) 方 左行走右行走外擺收回轉(zhuǎn)

表4.2 執(zhí)行元件配置執(zhí) 行 元 左液壓馬達(dá)右液壓馬達(dá)動(dòng)臂液壓缸斗桿液壓缸鏟斗液壓缸執(zhí)行元件液壓缸及系統(tǒng)壓力的初選一根斗桿、一根鏟斗油缸。要使機(jī)構(gòu)正常工作且具有平穩(wěn)性,兩動(dòng)臂液壓缸必須同步運(yùn)動(dòng),這就要求任何時(shí)刻進(jìn)出油路的壓力油,必須保持一定的壓力平衡。為此,采用平衡閥控制油路中液壓油的壓力值]根據(jù)挖掘機(jī)主要用于建筑施工、礦山的特點(diǎn),本設(shè)計(jì)選擇雙作用單活塞桿式液壓缸。<1>液壓缸參數(shù)的選擇每斗料的重量

M1.21.651980<Kg> 〕Gmg9.819404<KN> 〔4.2〕由卸料斗的尺寸圖按極限情況計(jì)算得所挖斗料自重G與鏟斗液壓缸產(chǎn)生的推力F在卸料斗底板軸承鉸接處轉(zhuǎn)距平衡拉 即 F L1=GL2〔4.3〕F 374.5=19404拉 得 F 19404120681.2<KN>拉 374.5壓力。2.3所示。表4.3 負(fù)載和工作壓力之間的關(guān)系F/KN＜1010—2070—140 140—250 ＞250工作壓力P/MPa0.8-1.21.5-2.510—1418—2132表4.4 各類機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力農(nóng)業(yè)機(jī)械、 液壓機(jī)重型小型工程機(jī) 械大中型挖設(shè)備類型 精加工機(jī)床 組合機(jī)床 拉

械、工程機(jī) 機(jī)起重運(yùn)輸機(jī)工作壓力P/Mpa

械輔助機(jī)構(gòu)0.8-2 3-5 5-10 1-16

械16-32由負(fù)載值大小查上表,參考同類型挖掘機(jī),取液壓缸工作壓力為25MPa選擇缸頭耳環(huán)帶襯套,活塞桿端連接方式選擇桿端外螺紋桿頭耳環(huán)帶襯套。又因其伸縮速度緩慢但壓力大,故選擇帶緩沖,油口連接方式選擇外螺紋]計(jì)算工作裝置鏟斗液壓缸的主要尺寸dDd=<0.3-0.5>D受壓時(shí)：d=<0.5-0.55>D<p1<5mpa> d=<0.6-0.7>D<5mpa<d=0.7D<p1>7mpa><1>液壓油缸的缸徑、桿徑和工作壓力確定根據(jù)技術(shù)條件：確定液壓缸徑和桿徑及行程為：缸徑D=Φ125mm,桿徑Φ85mm 由此計(jì)算出液壓系統(tǒng)工作壓力為：P= F1

〔4.4〕(D2d2)4=〔2847×103〕/〔π×〔1252-852=32MPa式中F為鎖緊力,F=284KN<2>缸筒壁厚計(jì)算根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊,在此液壓系統(tǒng)中,3.2≤D/δ＜16,故缸筒壁厚應(yīng)用中等壁厚計(jì)算公式,此時(shí)：δ= PyD +C 〔4.5〕(2.3[]3Py)ψ：強(qiáng)度系數(shù),對(duì)無縫鋼管, ψ=1C：用來圓整壁厚數(shù) Py:液壓缸最高工作壓力Py=10Mpa D：缸筒徑[σ]=[σs]/2.5=175/2.5=70MPaδ=10×220/<2.3×60-3×10>+C=25mm故油缸缸筒外圓取D1=125mm.<3>缸筒強(qiáng)度校核根據(jù)SL41-93,缸體合成應(yīng)力按下式計(jì)算：222z1 n1 z1h1式中：[σ]=60MPa

zh1o縱向應(yīng)力：

=p(D2d2)=22MPa <4.7>z1

4D1o環(huán)向應(yīng)力： σ=pD1=75MPa <4.8>h1 h1 2P：工作壓力,P=32MPaD：油缸缸徑,D=Φ125mmd：油缸桿徑,d=Φ85mmδ：缸筒壁厚,δ=13.5mm2222z1 n1 z1h1zh1即:σ<[σ],符合要求.zh1<4>活塞桿長度和缸筒長度計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)要求的行程,來設(shè)計(jì)活塞桿的長度；本油缸的行程為1020mm,故油缸的活塞桿的長度為1265mm,缸筒的長度為1500mm。<5>活塞桿強(qiáng)度計(jì)算活塞桿受拉力最危險(xiǎn)截面是兩端連接螺紋的退刀槽橫截面,〔取截面直徑較少值〕其應(yīng)力計(jì)算如下：σn=式中σ為拉應(yīng)力： σ=τ為剪應(yīng)力： τ=

4k.F21k.k.F.d1 0.2d31

≤[σ] 〔4.9〕22<4.11>上面兩公式中,K：K1:螺紋摩擦系數(shù),一般取K1=0.12d1：活塞桿危險(xiǎn)截面處直徑,d1=80mmd0：螺紋外徑,d0=82mm[σ]：70MPa則：σ==38.4Mpa τ==25.9Mpa 得: 所以:σn<[σ],符合工況要求[26]。<6>下蓋聯(lián)接螺釘強(qiáng)度校核計(jì)算螺釘聯(lián)接采用高強(qiáng)度螺釘M20×80<GB/T70.1-2000>2410.94.104.11拉應(yīng)力： σ=4k.F=184.8MPa.z.d2.11剪應(yīng)力： τ=k.k.F.d01

=83.92MPa0.2.z,d31K：螺紋擰緊系數(shù),此處取K=1.25K1:螺紋摩擦系數(shù),一般取K1=0.12d1：螺紋徑,d1=16.752mmd0：螺紋外徑,d0=20mmZ：24o螺釘材料屈服強(qiáng)度,σ≥900Mpa<10.9s s[σ]=[σs]/2=450Mpa222

≈235.12MPa<]符合工況要求<7>活塞桿柔度校核計(jì)算活塞桿細(xì)比計(jì)算如下：λ=4L≤[λ] 〔4.12〕d此處：Ld=85mm,[λ]活塞桿許用細(xì)長比,按規(guī)定拉力桿此處[λ]≤100。計(jì)算得λ=4×1265/85=59.5＜[λ],故滿足要求。液壓系統(tǒng)原理圖的制定制定基本方案<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題。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對(duì)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(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng),現(xiàn)多采用插裝二者的結(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)]經(jīng)過上述分析此方案選用 容積節(jié)流調(diào)速。<2>制定壓里控制方案調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同,液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對(duì)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)力系統(tǒng)進(jìn)行控制的系統(tǒng)。按控制功能,可分為位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)和力〔或壓力〕控制系統(tǒng)；按控制元件,可分為發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、液壓泵控制系統(tǒng)、多路換向閥控制系統(tǒng)、執(zhí)行元件控制系統(tǒng)和整機(jī)控制系統(tǒng)。液壓控制閥控制系統(tǒng)：①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。②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2090采用負(fù)荷傳感控制系統(tǒng),其控制閃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,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)〕所需要的流量時(shí),多余的油液經(jīng)壓力補(bǔ)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LUOV〔LastUnabhangigeDurchfluss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LUDV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圍工作,也有的需要多級(jí)或無級(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。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(hào)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)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(hào)使卸荷閥關(guān)閉,建立起正常的工作壓力。定動(dòng)作時(shí),回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值,通過壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開順序閥使壓力油通過,來啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。<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)的需相差較大的情況,一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長時(shí)間所需流量較小的情況,要裝有粗過濾器,進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求,通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱,可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。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[29]。繪制液壓系統(tǒng)圖去掉重復(fù)多余的元件,力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系,避免誤動(dòng)作發(fā)閥。如圖４.１所示[30]圖4.1 液壓原理圖５ 液壓元件的選擇與專用件的設(shè)計(jì)動(dòng)力元件的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能,指液壓系統(tǒng)中的油泵,它向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵,它們的性能比較如圖5.1所示表5.1 各種液壓泵性能比較項(xiàng)目 齒輪泵<外嚙合> 葉片泵 斜軸式柱塞泵 斜盤式柱塞泵平衡式1-350排量1-500最高壓力<MPa> 1-25

10-230平衡式3.5-403.5-141200-300

100-1000 4-50021-40 21-40最高轉(zhuǎn)速<r/mi

900-4000

0 750-3600 750-3600n> 1200-1800最高效率<%> 70-85

平衡式70-9060-70

88-95 85-92不易受污染影 對(duì)污染較敏感, 對(duì)污染最敏感,對(duì)污染的斜軸式對(duì)污染敏感性

響,隨著齒輪的

葉片磨損時(shí),效 配流盤受損傷 高,配流盤滑靴磨損,效率有所 率降低到很小 時(shí)效率降低 磨損時(shí)效率降降低1800r/mi1800r/minnin吸油性能 空度為-26664.4空度為-13332.2真空度為-3.99同軸斜式柱塞泵-54328.8Pa<-20~-26664.4Pa<-197-0Pa<-3-0cm-40cmHg> 0-20cmHg> Hg>300r/m1450-21450-1450-2噪聲<dB>

in

400r/min時(shí),噪 2400r/min時(shí),400r/min時(shí),噪聲76dB 噪聲87dB 聲77dB對(duì)過濾精度要求 30-50μm 20-30μm 15-25μm 15-25μm易出故障的部位

及軸頸磨損,引起橡膠密封損側(cè)板磨損

配油盤三角槽極易堵塞,污染物侵入摩擦副,發(fā)生異常磨損或卡殆,油液清潔和吸油通暢,易出現(xiàn)突發(fā)性故障

連桿組件磨損,連桿球頭從驅(qū)動(dòng)軸球窩中脫出,功率調(diào)節(jié)彈簧失效,兩對(duì)摩擦副磨損

所有變量泵的變量機(jī)構(gòu),三對(duì)摩擦副磨損液壓泵的選擇和泵的參數(shù)的計(jì)算液壓泵的工作壓力的確定1pPP+<5.1>1pP--是執(zhí)行元件的最高工作壓力,對(duì)于本系統(tǒng)的最高工作壓力是銷鎖油缸的入口壓力1P--是從液壓泵出口液壓缸之間的管路損失。管路復(fù)雜,進(jìn)口有調(diào)速閥,則取P=1Mpa。確定液壓泵的流量q qvp vp多液壓缸同時(shí)工作時(shí),而且系統(tǒng)使用蓄能器鋪助動(dòng)力源時(shí),則液壓泵輸出流量公式應(yīng)為P12t1P12t1P22t2...Pn2tnt1t2...tnvp pc

<5.2>其中K-系統(tǒng)泄露系數(shù),取K=1.2Tt-液壓系統(tǒng)工作周期Vi-每個(gè)液壓缸的工作周期中的總耗油z-液壓缸的個(gè)數(shù)銷鎖油缸的最大流量 Q2

Ai

104 <5.3>加料門油缸的最大流量

Q=60.101104=601Q=60.140.0031104=262根據(jù)以上可知: Qmax

=60大泵流量

Q=

80%=48小泵流量大泵排量

maxQ=Q

20%=12Qq 1Q

103=37小泵排量q

1 nDQ 2103=8.1Q2 nDq=0.9L/svp按照泵的排量q1

qP、q2 p

的值來選擇液壓泵選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上求的泵的排量q、q1 2

P、p

的值,按系統(tǒng)中給定的液壓泵的形式,從vp《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第四卷得雙聯(lián)柱塞泵：主泵:K3V112DT112ml/r,4中位負(fù)流量控制額定壓力—35MPa,4Mpa,大流量油泵為—32Mpa5.1[31～32]柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇液壓缸在整個(gè)循環(huán)運(yùn)動(dòng)中,系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的。所需功率變化較大,為滿足整個(gè)工作循環(huán)的需要,需按大功率段來確定發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。從液壓原理圖可以看出,快速運(yùn)動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的壓力和流量都較大,這時(shí),大小泵同時(shí)緊力外,還通過順序閥將壓力油供給加料門油缸。前面的計(jì)算已知,小泵供油壓力為PP1

=4MPa,考慮大泵到銷鎖油缸路損失,大泵供油壓力應(yīng)為PP2

=4Mpa取泵的總效率

=0.8,泵的總驅(qū)動(dòng)功率為：pP=PqP=p1v1

Pqp1v1<5.4>

=89KWp考慮安全系數(shù),故取90KW;查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表得發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型號(hào)—6135K—16功率--106KW 轉(zhuǎn)速--2100r/min液壓閥的選擇9Mpa運(yùn)動(dòng)速度、方向,以及變換頻率,輸出力和力矩等。主泵原理圖如圖5.1所示在液壓系統(tǒng)中,液壓閥的選擇是非常重要的?？梢允瓜到y(tǒng)的設(shè)計(jì)合理,性能優(yōu)良,型的液壓控制閥,還需要考慮額定壓力,通過流量,安裝形式,動(dòng)作方式,性能特點(diǎn)因素]根據(jù)液壓閥額定壓力來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)液壓閥流量的選擇,可以按照產(chǎn)品標(biāo)明的公稱流量為依據(jù),根據(jù)產(chǎn)品有關(guān)流量曲線來確定。液壓閥的安裝方式的選擇是指液壓閥與系統(tǒng)的管路或其他閥的進(jìn)出油口的連接方式,一般有三種,螺紋連接方式,板式連接方式,法蘭連接方式。安裝方式的選擇要根據(jù)液壓閥的規(guī)格大小,以及系統(tǒng)的簡繁及布置特點(diǎn)來確定。液壓閥的控制方式的選擇系統(tǒng)的操縱需要和電氣系統(tǒng)的配置能力進(jìn)行選擇。液壓閥的結(jié)構(gòu)形式的選擇液壓閥的結(jié)構(gòu)方式分為：管式結(jié)構(gòu),板式結(jié)構(gòu)。一般按照系統(tǒng)的工作需要來確定液壓閥的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)以上的要求來選擇液壓控制閥,所選的液壓閥能滿足工作的需要。所以本液壓系統(tǒng)所選的液壓閥有中、高壓閥。具體規(guī)格型號(hào)和名稱見表5.2表5.2 液壓控制閥序號(hào) 代 號(hào) 名稱及規(guī)格 材料 數(shù)量1Q11F-16P-25不銹鋼截止閥成品22DBDW10B-1-50X/10UG24NZ5L電磁溢流閥成品13S20P1.0S型單向閥成品14S10P1.0S型單向閥成品15XJF-32/10蓄能器截止閥成品16DRV16-1-10/2單向節(jié)流閥成品19S6A1.0/2S型單向閥成品110ZDR6DP2-30/7.5YM疊加式減壓閥成品111Z1S6P-1-30/疊加式單向閥成品1124WE10J3X/CG24NZ5L電磁換向閥成品113ZDR10DP2-30/7.5YM疊加式減壓閥成品114Z2FS16-30/S2疊加式雙單向節(jié)流閥成品2154WEH16Y50/OF6AG24NETS2Z5L/B08電液換向閥成品116Z2FS16-30/S2疊加式雙單向節(jié)流閥成品217DR20-5-5X/10YM先導(dǎo)式減壓閥成品218DR20-5-5X/10Y先導(dǎo)式減壓閥成品1194WEH16E50/6AG24NETS2Z5L/B08電液換向閥成品1204WE10E3X/CG24NZ5L電磁換向閥成品121DB20-2-5X/315溢流閥成品222S20P1.0/單向閥成品123Z2FS10-20/疊加式雙單向節(jié)流閥成品124溢流閥成品125QJH—6WL高壓球閥DN6成品3選用主操作閥采用川崎KMX15R/B450,最大流量270L/min,能實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂提升合流、斗桿大小腔合流、斗桿再生回路、行走直線、動(dòng)臂提升優(yōu)先、回轉(zhuǎn)優(yōu)先、斗桿閉鎖等功能。原理圖如圖5.2所示圖5.2主操作閥原理圖其他液壓元件的選擇壓力繼電器的選擇能夠自動(dòng)感到壓力變化,但壓力達(dá)到預(yù)定壓力時(shí),可以自動(dòng)將電路進(jìn)行通斷的儀表。壓力預(yù)定值是根據(jù)壓力控制要求,預(yù)先在壓力校驗(yàn)臺(tái)還是調(diào)定的點(diǎn)觸點(diǎn)動(dòng)作的壓力值。根據(jù)要求查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得：HED10A20/35L24/2 壓力繼電器壓力表由液壓系統(tǒng)的壓力來選擇壓力表,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得：YN100-Ⅲ-0-16Mpa 壓力表YN100-Ⅲ-0-25Mpa 壓力表測壓軟管和測壓排氣接頭根據(jù)系統(tǒng)的壓力來選擇測壓軟管和測壓排氣接頭,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得：HF測壓軟管的有關(guān)參數(shù)：公稱通經(jīng)3.0mm,最大動(dòng)態(tài)壓力40Mpa,適用溫度m3/s~2600C。軟管通徑2.9m,最大靜大壓力64Mpa化學(xué)性能,耐酸性溶劑。HFH2-P2-3-P-1.000 測壓軟管 公稱通徑3.0mm,最大壓力40MpaPT-3測壓排氣接頭液位液溫計(jì),空氣濾清器和直回式回油過濾器的選擇依據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力和流量,系統(tǒng)的發(fā)熱量來選擇,由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得直回式回油過濾器 RFA-250*20FY液位液溫計(jì) YWZ-200TA液位液溫計(jì) WSSX-411,-40～80°C空氣濾清器 QUQ2-20*1.0蓄能器的選擇根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用,確定類型和主要參數(shù)。在本液壓系統(tǒng)中,液壓缸在短時(shí)間快速運(yùn)動(dòng),由蓄能器來補(bǔ)充供油,則計(jì)算公式為：A--液壓缸有效作用面積L—液壓缸的行程

△V=∑Alii

K-qvqvp

t<5.5>K—油液損失系數(shù),一般取K=1.2q--液壓泵流量△V=15.32Lvpt--動(dòng)作時(shí)間由以上公式得△V=15.32L考慮安全系數(shù)和其他方面△V取20L,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得NXQ1-L40/31.5 蓄能Φ219非橡膠管道的選擇（1）管道徑的計(jì)算qvqvqv--液體流量4qvv=1~2m/s1m/sv≤3~6m/s4qv再按照公式 d=算出管道徑：qv--液體流量--流速計(jì)算數(shù)值如表5.3所示管路名稱 通過流量表5.3 計(jì)算數(shù)值允許流速 管道徑實(shí)際取值/<L/s>/<m/s> /m/m大泵吸油管2.50.80.06210.065小泵吸油胳0.6350.90.03020.034大泵排油管2.5640.0270.034小泵排油管 0.62540.0130.018查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得：Φ18×2、Φ34×3、Φ65×4膠管的選擇40%及設(shè)計(jì)中應(yīng)主要下列事項(xiàng)：〔1〕膠管的彎曲半徑不宜過小,一般不應(yīng)小于320,膠管與管接頭聯(lián)接處應(yīng)留有一段直的部分,此段長不應(yīng)小于管外徑的兩倍?！?3%~4%,膠管安裝時(shí)避免處于拉緊狀態(tài)?！?膠管安裝是應(yīng)保證不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形,為便于安裝,可沿管長涂以色紋,以便檢查。〔4〕膠管的接頭軸線,應(yīng)盡量放置在運(yùn)動(dòng)的平面,避免兩端互相運(yùn)動(dòng)時(shí)膠管受力?！?〕膠管應(yīng)避免與機(jī)械上的尖角部分想接觸和摩擦,以免管子損壞。油箱容量的確定初步確定油箱的有效容積,跟據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定油箱的容量[34,]V=qv<5.6>式中qv--液壓泵每分鐘排出的壓力油的容積--經(jīng)驗(yàn)系數(shù)已知所選泵的總流量為207L/min,這樣,液壓泵每分鐘排出的壓力油體積為207L,查表5.4表5.4 油箱經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表系統(tǒng)類型系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓系統(tǒng)冶金系統(tǒng)1～22～45～76～1210得=8V=qv=6×0.207=1.242m3液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)壓力損失本系統(tǒng)較為復(fù)雜,有多個(gè)液壓缸執(zhí)行元件動(dòng)作回路,其中環(huán)節(jié)較多,管路損失較大的要算快速運(yùn)動(dòng)回路,故主要驗(yàn)算由泵到液壓缸這段管路的損失。沿程壓力損失沿程壓力損失,主要是液壓缸快速運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)油管路的損失。此管路長為5m,管徑0.0342.7L/s27mm2/s度為=918Kg/m3油在管路的實(shí)際流速=

qv=2.7103

=2.93m/sd2 4 40.0342Re=d=2.930.034=3702＞2300 2.7105油在管路中呈紊流流動(dòng)狀態(tài),其沿程阻力系數(shù)為：=0.3164Re0.25 <6.1>根據(jù)公式p1=12求得沿程壓力損失為:d2p1=

0.316452.93237020.50.0342106=0.023MPa局部壓力損失局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失p2,以及通過控制閥的局部壓力損失p3慮通過控制閥的局部壓力損失]從系統(tǒng)圖中可以看出,從大泵的出口到油缸的進(jìn)油口,要經(jīng)過單向閥、電磁換向閥、單向調(diào)速閥、溢流閥。單向閥的額定流量為50L/min,額定壓力損失0.3MPa,電磁換向閥的額定流量為150L/min,額定壓力損失為0.2MPa,單向調(diào)速閥的額定流量為160L/min,額定0.3MPa120L/min0.2MPa通過各閥的局部壓力損失之和：p0.313.573.420.213.573.420.313.573.420.2173.42

3

50

150

160

120p=0.65MPa350L/min0.3MPa,電磁換向閥的額定流量150L/min0.2MPa160L/min,額定壓0.3MPa120L/min0.2MPa通過各閥的損失之和為:通過各閥的損失之和為:p0.313.573.420.213.573.420.313.573.420.213.573.42

3

50

150

=0.76Mpa以上計(jì)算結(jié)果是大小是同時(shí)工作的,所經(jīng)過的管道都是一樣的。則大小泵是同時(shí)工作的,所以大小泵到油缸之間總的壓力損失為pp1

p3

=0.023+0.76=0.783MP液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率[3]〔1〕液壓泵的功率損失P1z

P(1)th1 Tt

i1ri

pii

<6.2>式中T--工作循環(huán)周期〔stz—投入工作液壓泵的臺(tái)數(shù)；P--液壓泵的輸入功率〔Wri --各臺(tái)液壓泵的總效率；pitI〔s；i〔2〕壓執(zhí)行元件的功率損失P1MP(th2 Tt

j1rj

pj j<6.3>式中M—液壓執(zhí)行元件的數(shù)量；P--液壓執(zhí)行元件的輸入功率〔W；rj --液壓執(zhí)行元件的輸入效率；pjtj個(gè)執(zhí)行元件工作時(shí)間〔s；j〔3〕溢流閥的功率損失

Ppqvh3 y y

<6.4>式中 py

--溢流閥的調(diào)整壓力〔MPaqv--經(jīng)過溢流閥回油箱的流量〔m3/s。y〔4〕油液流經(jīng)閥或管道的功率損失Ppqv<6.5>h4式中p--通過閥或管路的壓力損失〔MPa；qv--通過閥或管路的流量〔m3/s。qv由以上各種損失構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的功率損失,即液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率PPPhr h1 h

PPPh3 h4i

<6.6>1T

FSWi

mTtWjj

)qvi

tpit i1 j該公式適用于回路比較簡單的液壓系統(tǒng),對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng),由于功率損失的環(huán)節(jié)太多,一一計(jì)算較麻煩,通常用下式計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率P=P-P<6.7>hr r c式中P是液壓系統(tǒng)的總輸入功率,P是輸出的有效功率。r c對(duì)于本系統(tǒng)來說,P就是正個(gè)工作循環(huán)中的雙泵的平均輸入功率r=1Zpqvt

=90KW <6.8>Pr Tii1

i iipir式中P是液壓系統(tǒng)的總輸入功率,P是輸出的有效功率。rP=1nF

cS=103.3KW <6.9>c Tti1

Wii式中 T--工作周期〔s；tz、n、m—分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)的數(shù)量；P、q、i vi

--第i臺(tái)泵的實(shí)際輸出壓力、流量、效率；ti〔s；iF、S--液壓缸外載荷及驅(qū)動(dòng)此載荷的行程〔N·m。Wi i總的發(fā)熱功率按照公式<7.7>

=P-Phr r c=103.3-3=103KW計(jì)算液壓系統(tǒng)的散熱功率液壓系統(tǒng)的散熱渠道主要是油箱表面,但如果系統(tǒng)外接管路較長,而且要考慮管道的散熱功率時(shí),也應(yīng)考慮管路表面散熱。P(KAK

A)T <6.10>hc 11 22=1.932+0.5=2.432KW式中 K--油箱的散熱系數(shù)1K--管路的散熱系數(shù)2A、A--分別為油箱、和管道的散熱面積1 2T--油溫與環(huán)境溫度之差K6.116.1〔W/m2℃〕冷卻條件冷卻條件K1通風(fēng)條件良好用風(fēng)扇冷卻循環(huán)水強(qiáng)制冷卻8～915～1723110～170管道的散熱系數(shù)見表6.2Phr

P,油溫會(huì)不斷升高,這時(shí),最大溫差,根據(jù)公式<6.10>環(huán)境PhcPT

hrKA KA11 22溫度為T0

,則油溫TT0

T0

。當(dāng)油箱的散熱面積不能再加大,或