WLY10液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、xxx理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） WLY10液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是WLY10小型液壓挖掘機(jī)。課題是受企業(yè)委托而立項(xiàng)。本人致力于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即液壓系統(tǒng)方案的擬定，系統(tǒng)管路圖的設(shè)計(jì)，液壓油箱的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路是從挖掘機(jī)總體以及各部分的工作性能和動(dòng)作要求入手，并以國(guó)內(nèi)的質(zhì)量和技術(shù)性能接近設(shè)計(jì)要求的挖掘機(jī)為基礎(chǔ)，研究國(guó)外的先進(jìn)機(jī)型，開(kāi)發(fā)出自己的全套液壓系統(tǒng)方案。圖紙采用auto CAD 繪制。 本液壓挖掘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是液壓系統(tǒng)采用先導(dǎo)伺服控制，造型美觀。除具有挖掘裝卸的功能外，還可以根據(jù)需要加裝不同的輔助設(shè)備，來(lái)進(jìn)行抓物，鉆孔，推土，清溝，破碎等作業(yè)。平

2、臺(tái)可360回轉(zhuǎn)，性能可靠，操縱工人勞動(dòng)強(qiáng)度改善?？蓮V泛應(yīng)用于建筑，市政，供水，供氣，供電，農(nóng)林及園藝建設(shè)等工程。 關(guān)鍵詞： 先導(dǎo)伺服控制系統(tǒng)，液壓挖掘機(jī)，液壓系統(tǒng)， DESIGN OF WLY10 HYDRAULIC EXCARATOR’S HYDRAULIC STSTEM ABSTRACT The name of the graduating task is WLY10 small type hydraulic excavator”. The task is requested by a company. My task is to design the

3、hydraulic system. That is to decide the theory, to design the pipeline and the tank of the hydraulic system. The way to solve the task is on the basis of the function of the whole and every part of the excavator. And we choose the domestic excavator whose quality and character is the most similar to

4、 our request as the basic type, further study the overseas advanced type. Then I designed the projects of the hydraulics system of the small type excavator. All the drawings are drawn using the software Auto CAD. The strongpoint of this hydraulic excavator is using servo forerunner control sy

5、stem. It has beautiful sculpt. With the capacity of excavating, grappling, drilling, pushing, clearing channel and crashing etc. Have a 360 swinging platform, good quality, comfortably controlled. Be widely used in construction, supplying and city planning. KEY WORDS: hydraulic excavator， hydraul

6、ic system， servo forerunner control system 7 目　錄 前　言 1 第1章 緒論 2 1.1挖掘機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 2 1.2液壓挖掘機(jī)的工作原理 2 1.2.1液壓挖掘機(jī)的工作原理和過(guò)程 2 1.2.2挖掘機(jī)的分類挖掘機(jī)的分類 4 1.3液壓挖掘機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 5 1.3.1國(guó)外挖掘機(jī)的發(fā)展水平及發(fā)展方向 5 1.3.2國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)的發(fā)展水平和發(fā)展趨勢(shì) 6 1.4 WLY10液壓挖掘機(jī)的技術(shù)參數(shù) 6 第2章 WLY10液壓挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)指導(dǎo) 8 2.1液壓機(jī)械傳動(dòng)裝置的組成與原理 8 2.2液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的介紹 10

7、 2.2.1基本要求 10 2.2.2類型 11 2.3 WLY10液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 12 2.4 WLY10液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 2.4.1 WLY10液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 13 2.4.2 WLY10液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的擬定 13 第3章WLY10液壓系統(tǒng)的計(jì)算 17 3.1液壓缸的計(jì)算 17 3.1.1液壓缸的基本參數(shù) 17 3.1.2液壓缸工作能力的計(jì)算 17 3.1.3 液壓缸的運(yùn)動(dòng)計(jì)算 18 3.1.4強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核 18 3.2主泵的選用及其計(jì)算 23 3.2.1 主泵類型的選擇 23 3.2.2 確定泵的額定壓力和流量 23 3.2.3

8、 確定驅(qū)動(dòng)功率 24 第4章 油箱的設(shè)計(jì)及計(jì)算 27 4.1油箱的設(shè)計(jì) 27 4.2油箱容量的計(jì)算 28 4.3 系統(tǒng)發(fā)熱量的計(jì)算 28 4.4 散熱量的計(jì)算 30 第5章 管道的設(shè)計(jì)與計(jì)算 32 5.1管道的設(shè)計(jì) 32 5.1.1管路設(shè)計(jì)的要求 32 5.1.2油管的選擇 32 5.2管道的計(jì)算 33 5.2.1 吸油管尺寸的計(jì)算 34 5.2.2 回油管尺寸的計(jì)算 34 結(jié)　論 36 謝 辭 37 參考文獻(xiàn) 38 外文資料翻譯 39 前　言 挖掘機(jī)是用來(lái)開(kāi)挖土壤的施工機(jī)械。它是利用鏟斗上的斗齒切削土壤并裝入斗內(nèi)，裝滿土后提升鏟斗并回到卸土

9、地點(diǎn)卸土，然后再使轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)，鏟斗下降到挖掘面，進(jìn)行下一次挖掘。挖掘機(jī)在建筑，筑路，水利，電力，采礦，石油，天然氣管道鋪設(shè)和軍事工程中被廣泛地采用。挖掘機(jī)主要用于主路工程塹壕的開(kāi)挖，水利工程中開(kāi)挖溝渠，運(yùn)河和疏浚河道，在采石礦場(chǎng)，露天開(kāi)采等工程中剝離和礦石的挖掘，建筑工程中開(kāi)挖基礎(chǔ)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程施工中約60%的土石方是靠挖掘機(jī)來(lái)完成的。此外，挖掘機(jī)更換工作裝置后還可進(jìn)行澆筑，起重，安裝，打樁，夯土等作業(yè)。 第1章 緒論 1.1挖掘機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 挖掘機(jī)有機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩類。其中的機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)已有一百五十多年的歷史，它是利用機(jī)械傳動(dòng)件（齒輪，鋼索滑輪組，卷筒等）帶動(dòng)各種機(jī)

10、構(gòu)動(dòng)作，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)，多用于礦山開(kāi)挖等作業(yè)；液壓傳動(dòng)挖掘機(jī)也有五十多年的歷史，它是利用液壓元件(液壓泵，液壓馬達(dá)，液壓缸等)帶動(dòng)各種構(gòu)件動(dòng)作，具有功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；無(wú)極調(diào)速，調(diào)試范圍大；啟動(dòng)性能好，能實(shí)現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)；布置靈活，基本不受總體結(jié)構(gòu)的限制；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，能自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；有過(guò)載保護(hù)功能；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操縱方便省力；液壓元件容易實(shí)現(xiàn)“三化”等許多優(yōu)點(diǎn)，尤其是中小型挖掘機(jī)均采用液壓傳動(dòng)。 我國(guó)的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從1954年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)第一臺(tái)斗容量為1m3的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測(cè)繪仿制，自主研制開(kāi)發(fā)和發(fā)展提高等三個(gè)

11、階段。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著改革開(kāi)放政策的逐步完善，國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)建設(shè)高潮推動(dòng)了我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展。從此我國(guó)液壓挖掘機(jī)的技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期，以合資企業(yè)為主體的液壓挖掘機(jī)發(fā)展勢(shì)頭相當(dāng)強(qiáng)勁。國(guó)產(chǎn)的，合作生產(chǎn)的，進(jìn)口的液壓挖掘機(jī)在我國(guó)各種工程建設(shè)中發(fā)揮出巨大的作用。 1.2液壓挖掘機(jī)的工作原理 1.2.1液壓挖掘機(jī)的工作原理和過(guò)程 挖掘機(jī)作業(yè)過(guò)程是以切削刃切削土壤，實(shí)現(xiàn)破土，裝土，提升回轉(zhuǎn)，卸土，再返回第二次挖掘，挖完一段后，機(jī)械移位繼續(xù)挖掘。 為實(shí)現(xiàn)上述周期性作業(yè)動(dòng)作要求，就需要以下組成部分：發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等。液壓系統(tǒng)由液壓泵

12、、控制閥、液壓缸、液壓馬達(dá)、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。 工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動(dòng)臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機(jī)可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機(jī)具。 回轉(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機(jī)的機(jī)體，轉(zhuǎn)臺(tái)上部設(shè)有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)是液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力源，大多采用柴油要在方便的場(chǎng)地， 也可改用電動(dòng)機(jī)。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給液壓馬達(dá)、液壓缸等執(zhí)行元件，推動(dòng)

13、工作裝置動(dòng)作，從而完成各種作業(yè)。 單斗液壓挖掘機(jī)工作過(guò)程由動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)、平臺(tái)回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走等動(dòng)作組成。為了提高作業(yè)效率，在一個(gè)循環(huán)中可以組成符合動(dòng)作。 1.挖掘作業(yè)，鏟斗和斗桿符合進(jìn)行工作； 2.回轉(zhuǎn)作業(yè)，動(dòng)臂提升同時(shí)平臺(tái)回轉(zhuǎn)； 3.卸料作業(yè)，斗桿干和鏟斗工作同時(shí)大臂可調(diào)整位置高度； 4.返回，平臺(tái)回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂和斗桿配合回到挖掘開(kāi)始位置，進(jìn)入下一個(gè)挖掘循環(huán)，在挖掘過(guò)程中應(yīng)避免平臺(tái)回轉(zhuǎn)； 圖1-1 單斗輪式挖掘機(jī)示意圖 1-鏟斗 2-鏟斗缸 3-斗缸 4-斗桿缸 5-動(dòng)臂 6-動(dòng)臂缸 7-回轉(zhuǎn)機(jī)械 8-行走機(jī)構(gòu) 作業(yè)程序 作業(yè)循環(huán) 動(dòng)作

14、特性 順序 部件動(dòng)作 挖 掘 挖掘和鏟斗回轉(zhuǎn)鏟斗提升到水平位置 __ __ 挖掘堅(jiān)硬土壤以斗桿液壓缸為主，挖掘疏松土壤三只液壓缸復(fù)合動(dòng)作以鏟斗液壓缸為主。 提升和回轉(zhuǎn) 鏟斗提升 轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)到卸載位置 __ ____ 鏟斗液壓缸推出，動(dòng)臂抬起，滿斗提升回轉(zhuǎn)馬達(dá)使工作裝置傳至卸載位置。 卸 載 斗桿縮回 鏟斗回轉(zhuǎn)卸載 __ ___ 鏟斗液壓缸縮回斗桿液壓缸動(dòng)作，視卸載高度動(dòng)臂液壓缸配合動(dòng)作。 復(fù) 位 轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn) 斗桿伸出，工作 裝置下降 _____ __ ______ 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將工作裝置轉(zhuǎn)會(huì)到工作挖掘面

15、，動(dòng)臂和斗桿液壓缸配合動(dòng)作將鏟斗降至地面。 表1-1 挖掘機(jī)作業(yè)程序單斗 1.2.2挖掘機(jī)的分類挖掘機(jī)的分類 1） 挖掘機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分類，可分為內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)和電力驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)。其中電動(dòng)挖掘機(jī)主要用于高原缺氧與地下礦井和其它一些易燃易爆場(chǎng)所。 2） 挖掘機(jī)按行走方式分類，可分為履帶式挖掘機(jī)和輪式挖掘機(jī)。 3） 挖掘機(jī)按傳動(dòng)方式分類，可分為液壓傳動(dòng)挖掘機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)。機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)主要用在一些大型礦山上。 4） 挖掘機(jī)按用途分類，可分為通用挖掘機(jī)，礦用挖掘機(jī)，船用挖掘機(jī)，特種挖掘機(jī)等。 5） 挖掘機(jī)按鏟斗分類，可分為正鏟挖掘機(jī)和反鏟挖掘機(jī)，正鏟挖掘機(jī)多用于挖掘機(jī)地表

16、以上的物質(zhì)，反鏟挖掘機(jī)多用于挖掘地表以下的物質(zhì)。 1.3液壓挖掘機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 1.3.1國(guó)外挖掘機(jī)的發(fā)展水平及發(fā)展方向 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。例如，美國(guó)馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150m剝離用挖掘機(jī)，斗容量132m的步行式拉鏟挖掘機(jī)；B-E（布比賽路斯-伊利）公司生產(chǎn)的斗容量168.2m的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量107m的剝離用挖掘機(jī)等，是世界上目前最大的挖掘機(jī)。 從20世紀(jì)后期開(kāi)始，國(guó)際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自

17、動(dòng)化的方向發(fā)展。 　　1、開(kāi)發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。 　　 2、迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)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(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。 　　3、重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。 4、更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無(wú)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)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面，促進(jìn)

18、了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競(jìng)爭(zhēng)力?！　? 5、加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。 　　6、進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)在油泵工作過(guò)程中，壓力減小時(shí)和增大流量來(lái)襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。此外，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。 　　7、迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，以微電子技術(shù)為核心的高新

19、技術(shù)，特別是微機(jī)、微處理器、傳感器和檢測(cè)儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，推動(dòng)了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。 1.3.2國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)的發(fā)展水平和發(fā)展趨勢(shì) 2000年來(lái)，隨著國(guó)家新一輪經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入一個(gè)更深層次的階段，包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、新的城鎮(zhèn)化建設(shè)等，刺激挖掘機(jī)行業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展。所以在2000年以后形成了一個(gè)高潮期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)企業(yè)產(chǎn)量為8111臺(tái)、銷售量為7926臺(tái)，與1999年相比，產(chǎn)銷量均增長(zhǎng)30%以上。2000年全國(guó)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)銷量近8000臺(tái)。 2002年是我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)歷史上增長(zhǎng)速度最快、經(jīng)濟(jì)形勢(shì)最好的一年，堪稱“井噴之年”

20、。挖掘機(jī)全年銷量1.9萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)58%，挖掘機(jī)成了整個(gè)工程機(jī)械行業(yè)中產(chǎn)、銷量增長(zhǎng)最快的機(jī)種之一。 2003年國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)仍然是十分明顯的。以13至14噸級(jí)的輪式挖掘機(jī)為例，雖然其關(guān)鍵零部件系國(guó)外配置，但價(jià)格與國(guó)外同等機(jī)型相比仍相差25萬(wàn)至30萬(wàn)元。小功率、多功能的挖掘機(jī)尤其受到青睞。通過(guò)快速換裝不同的工作裝置以完成挖、裝、填、夯、抓、刨、吊鉆、剪等多種作業(yè)，挖掘裝載機(jī)出現(xiàn)了需求不斷上升的勢(shì)頭。 2003年的大型挖掘機(jī)在我國(guó)一直處于薄弱地位，主要依賴進(jìn)口。 小型挖掘機(jī)的需求繼續(xù)旺盛。2003年產(chǎn)銷3000多臺(tái)，而需求量在5000臺(tái)/年左右。 1.4

21、 WLY10液壓挖掘機(jī)的技術(shù)參數(shù) 表1—2 技術(shù)參數(shù) 型號(hào) WLY10 機(jī)重 10 外形尺寸（長(zhǎng)x寬x高） 6920x2410x2965 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) 原裝康明斯B4.5T 發(fā)動(dòng)機(jī)功率kW/min 74/2200 斗容m3 0.4 軸距mm 2480 輪外側(cè)距mm 2290 輪胎 14-17.5單輪 支腿型式 推土鏟 液壓系統(tǒng)壓力MPa 28 液壓系統(tǒng)流量L/min 200 變量泵 √ 最大回轉(zhuǎn)速度r/min 12.4 最高行走速度km/h 30 爬坡度 60% 最小離地間隙mm 263.5 最大挖掘深度mm 396

22、0 最大挖掘高度mm 6270 最大挖掘半徑mm 6980 最大載卸高度mm 4250 最大鏟斗挖掘力kN 54.5 第2章 WLY10液壓挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)指導(dǎo) 2.1液壓機(jī)械傳動(dòng)裝置的組成與原理 車輛液壓機(jī)械傳動(dòng)是指在礦山等中使用的重型載重汽車，裝載機(jī)，推土機(jī)等車輛行走機(jī)械的傳動(dòng)。目前，國(guó)內(nèi)外車輛行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)多采用液力機(jī)械傳動(dòng)，對(duì)于小型和大型車輛，也有采用全液壓傳動(dòng)和電動(dòng)輪的傳動(dòng)。 液壓機(jī)械傳動(dòng)的基本元件是行星齒輪系和液壓調(diào)速裝置組成。它與全液壓傳動(dòng)相比，優(yōu)點(diǎn)是效率高，與液力機(jī)械傳動(dòng)相比，除總效率高外，突出優(yōu)點(diǎn)是在傳遞同樣功率時(shí)，重量和尺寸均較小，耗費(fèi)材料少

23、，傳遞的力矩可以獨(dú)立控制，以使燃油消耗量降低。 液壓機(jī)械傳動(dòng)是一種功率分流系統(tǒng)，它有效地利用了液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，又保持了齒輪傳動(dòng)的優(yōu)越性，揚(yáng)長(zhǎng)避短，從而為高效率情況下，無(wú)級(jí)調(diào)速傳遞大容量（150KW以上，甚至可達(dá)1000KW）功率的車輛開(kāi)辟了一條新的途徑。 液壓機(jī)械傳動(dòng)裝置屬于雙功率傳動(dòng)系統(tǒng)的一種。液壓傳動(dòng)主要起調(diào)速作用，機(jī)械傳動(dòng)用來(lái)傳遞功率。設(shè)計(jì)時(shí)，要使液壓系統(tǒng)的功率僅占功率的一小部分（約占20~30%)而大部分功率直接經(jīng)機(jī)械系統(tǒng)傳遞，以獲得較高的效率。 機(jī)械系統(tǒng)主要用效率較高的2K—H行星機(jī)構(gòu)。例如去掉載重汽車的變扭器，變速箱以及輪邊減速器，裝上液壓傳動(dòng)裝置，如圖—所示。行星機(jī)構(gòu)它有三

24、個(gè)軸A,B,C其中任意兩個(gè)軸的轉(zhuǎn)速確定后，第三個(gè)軸才有確定的轉(zhuǎn)速，這三個(gè)軸轉(zhuǎn)速間的關(guān)系式為； 當(dāng)時(shí)，則 (1) 式中 — —分別為輸入軸，輸出軸，馬達(dá)軸的轉(zhuǎn)速； — —分別為太陽(yáng)齒輪，齒圈的齒數(shù)； 式中負(fù)號(hào)“-”的意義，是表示當(dāng)=0時(shí)與的轉(zhuǎn)向相反。 圖2—1 載重汽車行走機(jī)械傳動(dòng) 1—太陽(yáng)齒輪 2—行星齒輪 3—齒圈 4—12—齒輪 A,B,C—行星機(jī)構(gòu)三個(gè)軸 D，B，g，H，G—軸 ⅠⅡⅢ—離合器 ⅣⅥ—液壓泵 液壓馬達(dá)閥控馬達(dá)正反

25、轉(zhuǎn)，閥控離合器分離與結(jié)合，變速檔位以及傳動(dòng)方式如表所示。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，=常數(shù)，根據(jù)上述原理，可得到車輛前進(jìn)檔位動(dòng)作如表。 表2—1 車輛前進(jìn)檔位動(dòng)作 檔位 傳動(dòng)方式 馬達(dá)轉(zhuǎn)向 離合器 輸出軸轉(zhuǎn)速公式 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 直接檔 液壓機(jī)械 正 接合 接合 分離 機(jī)械檔 機(jī)械 正 接合 接合 分離 低速檔 液壓機(jī)械 正 接合 接合 分離 高速檔 液壓機(jī)械 反 接合 接合 分離 當(dāng)泵的排量不變，馬達(dá)排量由小到大，馬達(dá)（軸C）轉(zhuǎn)速由大到小，輸出軸轉(zhuǎn)速逐漸減小。它屬于恒功率調(diào)速。當(dāng)馬達(dá)的排量由大到

26、小，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速也由大到小，輸出軸的轉(zhuǎn)速逐漸升高。反之輸出軸轉(zhuǎn)速逐漸降低。它是恒扭矩調(diào)節(jié)。倒檔時(shí)，只要離合器Ⅰ分離，離合器Ⅱ與Ⅲ接合，就能夠獲得車輛后退，但應(yīng)在轉(zhuǎn)速較低的檔位上進(jìn)行。 2.2液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的介紹 按照挖掘機(jī)工作裝置和各個(gè)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)要求，把各種液壓元件用管路有機(jī)地連接起來(lái)的組合體，稱為挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。其功能是，以油液為工作介質(zhì)，利用液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗懿⑦M(jìn)行傳遞，然后通過(guò)液壓缸和液壓馬達(dá)等將液壓能轉(zhuǎn)反為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動(dòng)作。 液壓挖掘機(jī)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

27、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)。 2.2.1基本要求 液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作復(fù)雜，主機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、換向、負(fù)載變化大，沖擊和振動(dòng)頻繁，而且野外作業(yè)，溫度和地理位置變化大，因此根據(jù)挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求： 1）要保證挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動(dòng)作，也可以互相配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。 2）工作裝置的動(dòng)作和轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能作復(fù)合動(dòng)作，以提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)率。 3）履帶式挖掘機(jī)的左、右履帶分別驅(qū)動(dòng)，使挖掘機(jī)行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機(jī)的靈活性。 4）保證挖掘機(jī)的一切動(dòng)作可

28、逆，且無(wú)級(jí)變速。 5）保證挖掘機(jī)工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）有良好的過(guò)載保護(hù)；回轉(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。 為此，液壓系統(tǒng)應(yīng)做到： 1）有高的傳動(dòng)效率，以充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃料使用經(jīng)濟(jì)性。 2）液壓系統(tǒng)和液壓元件在負(fù)載變化大、急劇的振動(dòng)沖擊作用下，具有足夠的可靠性。 3）調(diào)協(xié)輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機(jī)持續(xù)工作時(shí)液壓油溫不超過(guò)80度，或溫升不超過(guò)45度。 4）由于挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)塵土多，液壓油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密封性能要好，液壓元件對(duì)油液污染的敏感性低，整個(gè)液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置

29、。 5）采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機(jī)設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)而提高挖掘機(jī)技術(shù)性能和減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 2.2.2類型 按液壓泵特性，液壓挖掘機(jī)采用的液壓系統(tǒng)大致上有定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)和定量、變量系統(tǒng)等三種類型。 1）定量系統(tǒng) 在液壓挖掘機(jī)采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨負(fù)載而變化，通常依靠節(jié)流來(lái)調(diào)節(jié)速度。根據(jù)定量系統(tǒng)中油泵和回路的數(shù)量及組合形式，分為單泵單回路、雙泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵雙回路定量系統(tǒng)及多泵多回路定量系統(tǒng)等。 2）變量系統(tǒng) 在液壓挖掘機(jī)采用的變量系統(tǒng)中，是通過(guò)容積變量來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的，其調(diào)節(jié)方式有三種：變量泵-定量馬達(dá)調(diào)速、定量泵-變量馬達(dá)

30、調(diào)速、變量泵-變量馬達(dá)調(diào)速。 液壓挖掘機(jī)采用的變量系統(tǒng)多采用變量泵-定量馬達(dá)的組合方式實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變量，且都是雙泵雙回路。根據(jù)兩個(gè)回路的變量有無(wú)關(guān)連，分為分功率變量系統(tǒng)和全功率變量系統(tǒng)兩種。其中的分功率變量系統(tǒng)的每個(gè)油泵各有一個(gè)功率調(diào)節(jié)機(jī)械，油泵的流量變化只受自身所在回路壓力變化的影響，與另一回路的壓力變化無(wú)關(guān)，即兩個(gè)回路的油泵各自獨(dú)立地進(jìn)行恒功率調(diào)節(jié)變量，兩個(gè)油泵各擁有一斗發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率；全功率變量系統(tǒng)中的兩個(gè)油泵由一個(gè)總功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，使兩個(gè)油泵的擺角始終相同，同步變量、流量相等。決定流量變化的是系統(tǒng)的總壓力，兩個(gè)油泵的功率在變量范圍內(nèi)是不相同的。其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有機(jī)械聯(lián)動(dòng)式和液壓聯(lián)動(dòng)

31、式兩種形式。 2.3 WLY10液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 任何一個(gè)工程機(jī)械的設(shè)計(jì)都必須以市場(chǎng)位為導(dǎo)向，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品才可能為企業(yè)創(chuàng)造出預(yù)期的可觀效益。而我國(guó)的挖掘機(jī)市場(chǎng)是巨大的。近十年來(lái)幾乎平均每年以30%速度遞增，中國(guó)成為名副其實(shí)的世界最大的市場(chǎng)之一。雖然市場(chǎng)巨大，但控制權(quán)掌握在在外國(guó)的手上，歐、美、日、韓為代表的外資企業(yè)的幾大品牌，其產(chǎn)量約占78%的市場(chǎng)份額，處于較高的質(zhì)量水平。但是其價(jià)格相對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品來(lái)講來(lái)說(shuō)比較高，鑒于上述情況，本文的任務(wù)就是設(shè)計(jì)出先進(jìn)的液壓系統(tǒng)，以突破外國(guó)產(chǎn)品獨(dú)霸天下的局面。 WLY10是一種小型輪式液壓挖掘機(jī)。它是輪胎行走、周期作業(yè)、建筑型的挖掘機(jī)。它行走速度

32、快、能遠(yuǎn)距離自行轉(zhuǎn)場(chǎng)及可快速更換多種作業(yè)裝置，以其機(jī)動(dòng)、靈活、高效的鮮明特點(diǎn)在機(jī)場(chǎng)、港口、油田、礦藏、城鄉(xiāng)建設(shè)、農(nóng)田水利快速搶修等的物料挖掘、搬移方面得到充分利用。 液壓輪式挖掘機(jī)由一個(gè)柴油機(jī)或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)液壓主泵，產(chǎn)生高壓油輸送到多路閥，由先導(dǎo)控制閥操縱經(jīng)多路閥送往有關(guān)液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá)等），驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。一般工作裝置工作過(guò)程中往往需兩個(gè)以上復(fù)合動(dòng)作以及動(dòng)臂、斗桿動(dòng)作的合流，以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率并縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間。 輪式挖掘機(jī)的行走一般采用液壓—機(jī)械傳動(dòng)，即高壓油由中心回轉(zhuǎn)體至行走液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)變速箱，再經(jīng)傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)車輛的行走。行走速度一般分為高低兩擋，

33、低擋為工作時(shí)行走速度，高擋為公路行駛速度。 2.4 WLY10液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.4.1 WLY10液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 一.整機(jī)結(jié)構(gòu)布置與液壓管路布置應(yīng)合理可行，外形美觀，操作方便舒適，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮制造工藝，拆裝維修等； 二. 底盤部分按標(biāo)準(zhǔn)輪挖底盤設(shè)計(jì)，帶推土鏟或支腿，車架采用整體箱型變截面設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠。行走、制動(dòng)、變速、換擋全部采用液壓控制。輪胎選用工程機(jī)械輪胎。 三.液壓系統(tǒng)的主泵、主閥、回轉(zhuǎn)減速機(jī)選用外國(guó)產(chǎn)品，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。行走驅(qū)動(dòng)采用變量馬達(dá)，可根據(jù)行駛阻力大小自動(dòng)改變排量，使挖掘機(jī)自動(dòng)改變速度； 四.挖掘機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)采用全動(dòng)力液壓制動(dòng)系統(tǒng)，

34、并且使之具有一定的先進(jìn)性，工作可靠。 五.伺服系統(tǒng)采用先導(dǎo)閥控制，操縱輕便，控制準(zhǔn)確； 六. 工作裝置動(dòng)臂采用雙油缸支撐，動(dòng)臂油缸小腔緩沖，斗桿油缸雙腔緩沖； 2.4.2 WLY10液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的擬定 WLY10的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)采用雙泵雙回路總功率調(diào)節(jié)變量系統(tǒng)，并采用了負(fù)載傳感控制系統(tǒng)，使用兩擋機(jī)械變速和變量泵、變量馬達(dá)相結(jié)合的變速方式進(jìn)行變速，工作裝置動(dòng)臂采用雙油缸支撐，動(dòng)臂油缸小腔緩沖，斗桿油缸雙腔緩沖。根據(jù)這些對(duì)液壓系統(tǒng)的要求，現(xiàn)擬定其液壓原理圖如圖2-1所示，其負(fù)載感應(yīng)系統(tǒng)框圖如圖2-2所示： 圖2-2 WLY10液壓挖掘機(jī)液壓原理圖 1-油箱 2

35、-濾油器 3-旋轉(zhuǎn)閥門 4-柱塞泵 5-多路閥 6-回轉(zhuǎn)裝置 7-斗桿油缸 8-動(dòng)臂油箱 9-中央回轉(zhuǎn)接頭 10-行走馬達(dá) 11-鏟斗油缸 12-推土油缸 13-手柄式先導(dǎo)閥 14-手柄先導(dǎo)閥 15-腳踏式先導(dǎo)閥 16-手柄式先導(dǎo)閥 17-蓄能器 18-濕式電磁閥 19-單向閥 20-散熱器 21-單向閥 22-板式濾油器 23-溢流閥 24-主油路濾清器 25-左旋掛缸 26-右懸掛缸 雙聯(lián)泵采用斜軸式柱塞變量泵，通過(guò)感應(yīng)器來(lái)控制兩泵的輸出功率，左泵輸出的壓力油通過(guò)多路閥，除了向回轉(zhuǎn)裝置、斗桿油缸、動(dòng)臂油缸、鏟斗油缸供油外，還向行走馬達(dá)供

36、油。右油泵輸出的壓力油一路與蓄能器相連，作為應(yīng)急能源，使發(fā)動(dòng)機(jī)不工作或出現(xiàn)故障時(shí)仍能操縱工作機(jī)構(gòu)，另一路的壓力油通過(guò)先導(dǎo)閥進(jìn)入換向閥的遠(yuǎn)程操控口，來(lái)控制換向閥的換位；在每個(gè)液壓缸和相應(yīng)的換向閥之間都裝有安全閥和單向閥，以避免換向運(yùn)動(dòng)部件停動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的劇烈沖擊。 手動(dòng)減壓閥式先導(dǎo)閥的操縱油路，扳動(dòng)手柄，壓力油經(jīng)手柄式先導(dǎo)閥進(jìn)入多路閥的遠(yuǎn)控口，從而控制多路閥的移動(dòng)，從而來(lái)控制油路的閉合。這種操縱系統(tǒng)操縱簡(jiǎn)單、動(dòng)作準(zhǔn)確。 負(fù)載感應(yīng)系統(tǒng)框圖： 圖2-3 負(fù)載感應(yīng)系統(tǒng)框圖 兩臺(tái)主泵的變量控制部分由伺服閥、單泵超壓截?cái)嚅yCO、空載閉合閥NC(反向控制閥)、總功率變量控制閥TVC(扭變控制閥

37、)等四部分。進(jìn)入伺服閥的信號(hào)壓力p決定主閥的排量大小，當(dāng)p等于先導(dǎo)閥控制壓力時(shí)，此時(shí)信號(hào)壓力最大，伺服閥位于右位（左位），此時(shí)主泵排量最大。當(dāng)壓力減小時(shí)主泵擺角減小，排量減小。截?cái)嚅yCO、閉合閥NC、總功率控制閥TVC控制p的大小。 當(dāng)伺服閥位于中位時(shí)，主泵排出的油經(jīng)噴嘴傳感器使閉合閥NC換向，信號(hào)壓力被切斷，主泵的排量為零。 采用負(fù)載傳感系統(tǒng)的好處： 一. 泵僅向系統(tǒng)供給需要的流量，損失最小化，無(wú)溢流損失，便于節(jié)能。 二. 當(dāng)流量和功率飽和時(shí)，各執(zhí)行元件的動(dòng)作都都同步按比例縮小。 三. 充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，并使發(fā)起動(dòng)機(jī)不至于過(guò)載。 四.提高作業(yè)效率。 1

38、6 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第3章WLY10液壓系統(tǒng)的計(jì)算 3.1液壓缸的計(jì)算 液壓缸是液壓挖掘機(jī)中的執(zhí)行元件，它的功能就是把液體壓力能轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能或者擺動(dòng)的機(jī)械能。在液壓挖掘機(jī)中使用的的是雙作用單桿活塞缸，其結(jié)構(gòu)上基本可以分為缸筒和活塞桿組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個(gè)部分。本文液壓缸的設(shè)計(jì)思路就是參照類似的挖掘機(jī)液壓缸，然后對(duì)其進(jìn)行校核。 3.1.1液壓缸的基本參數(shù) 參照WY10履帶液壓挖掘機(jī)的液壓缸型號(hào)，其基本參數(shù)如表3-1所示 表 3-1 技術(shù)參數(shù) 油缸名稱 額定壓力 最大壓力 基本尺寸 缸內(nèi)徑 D 活塞外徑 行程

39、 安裝距 動(dòng)臂缸 30 34 85 55 950 1380 斗桿缸 30 34 95 65 1010 1530 鏟斗缸 30 34 90 55 800 1180 3.1.2液壓缸工作能力的計(jì)算 根據(jù)負(fù)荷和工作裝置油缸鉸點(diǎn)布置，以及液壓系統(tǒng)的分析計(jì)算確定本機(jī)油缸所需的推力和支力。 計(jì)算公式： 油缸大腔面積： F=pD/4 (cm) (3-1) 油缸小腔面積： F= p(D-d)/4 (cm) (3-2) 額定大腔推力： P=Fp (

40、N) (3-3) 額定小腔推力: P=Fp (N) (3-4) 最大大腔支承力: P=F p (N) (3-5) 最大小腔支承力: P"=F p1 (N) (3-6) 計(jì)算結(jié)果如圖所示（表3-2）： 表 3-2 計(jì)算結(jié)果 油缸名稱 面積 大腔 小腔 大腔 S1 小腔 S2 額定推力 最大支撐力 額定推力 最大支撐力 動(dòng)臂缸 5761.6 3297 170.15

41、 192.83 98.91 112.10 斗桿缸 7084.6 3768 212.54 240.88 113.04 128.11 鏟斗缸 6358.5 3938.9 190.76 216.19 119.51 135.46 3.1.3 液壓缸的運(yùn)動(dòng)計(jì)算 1、活塞運(yùn)動(dòng)速度 V=Q/S1 (m/s) V=Q/S2 (m/s) (3-7) 2、全程時(shí)間 t=h/ V (S) t=h/ V (S) (3-8) 計(jì)算結(jié)果如表3-3所示： 表3-3 油缸名稱 油泵

42、流量 油缸運(yùn)動(dòng)速度(m/s) 全程時(shí)間 (S) Q （L/min） 大腔進(jìn)油 V 小腔進(jìn)油 V 大腔進(jìn)油 t 小腔進(jìn)油 t 動(dòng)臂缸 120 0.335 0.576 2.84 1.64 斗桿缸 120 0.268 0.504 3.77 2.0 鏟斗缸 120 0.30 0.477 2.67 1.67 3.1.4強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核 缸筒壁厚的校核 (1)當(dāng)時(shí)，按薄壁孔強(qiáng)度校核。 （3-9） (2)當(dāng)，按第二強(qiáng)度理論校核。 （3-10）

43、式中：—缸筒試驗(yàn)壓力（缸的額定壓力時(shí)，；缸的額定壓力時(shí)，）； —缸筒材料的許用拉應(yīng)力； —缸筒內(nèi)徑； —缸筒壁厚； 活塞桿強(qiáng)度校核： 活塞桿的強(qiáng)度一般情況下時(shí)足夠的，主要是校核其穩(wěn)定性。 活塞桿的穩(wěn)定性校核： 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受得力不能超過(guò)使它保持穩(wěn) 工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿的材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)?；钊麠U的穩(wěn)定性可按下式校核。 （3-11） 式中：—安全系數(shù)

44、，一般取2-4。本文取3 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)，有 （3-12） 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)，且取20-120，則 （3-13） 式中：—安裝長(zhǎng)度； —活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，； —柔性系數(shù)，本文中取85； —支撐方式或安裝方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，本文取1； —活塞桿材料的彈性模量；其材料為合金鋼，為； —活塞桿橫截面慣性矩； —活塞桿橫截面積； —材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)數(shù)值；本文取； —系數(shù)，本文取1/5000； 1）動(dòng)臂缸

45、校核： 壁厚校核： 其壁厚為12mm, 缸筒內(nèi)徑為85mm。材料為鑄鋼鋼管ZG230-450，其為450Mpa。由于 所以按式（3-9）進(jìn)行校核。 缸的額定壓力,所以=37.5，帶入數(shù) 據(jù)得其最小壁厚為： <12mm 所以動(dòng)臂缸壁厚滿足強(qiáng)度要求。 活塞桿穩(wěn)定性校核： 由活塞桿的形狀以及尺寸，可算得 于是 其細(xì)長(zhǎng)比 而 因此用式（3-13）進(jìn)行校核： 將其數(shù)值帶入（3-11）中得： 其最大支撐力符合要求，所以活塞桿符合穩(wěn)定性要求。 2）斗桿缸的校核：

46、 缸壁厚校核： 其壁厚為14.5mm, 缸筒內(nèi)徑為95mm。材料為鑄鋼鋼管ZG230-450，其為450Mpa。由于 所以按式（3-9）進(jìn)行校核。 缸的額定壓力,所以=37.5，帶入數(shù) 據(jù)得其最小壁厚為： <14.5mm 所以動(dòng)臂缸壁厚滿足強(qiáng)度要求。 活塞桿穩(wěn)定性校核： 由活塞桿的形狀以及尺寸，可算得 于是 其細(xì)長(zhǎng)比 而 因此用式(3-13)進(jìn)行校核： 將其數(shù)值帶入（3-11）中得： 其最大支撐力符合要求，所以活塞桿符合穩(wěn)定性要求。 3）鏟斗缸的校核：

47、 缸壁厚校核： 其壁厚為12mm, 缸筒內(nèi)徑為90mm。材料為鑄鋼鋼管ZG230-450，其為450Mpa。由于 所以按式(3-9)進(jìn)行校核。 缸的額定壓力,所以=37.5，帶入數(shù) 據(jù)得其最小壁厚為： <14.5mm 所以動(dòng)臂缸壁厚滿足強(qiáng)度要求。 活塞桿穩(wěn)定性校核： 由活塞桿的形狀以及尺寸，可算得 于是 其細(xì)長(zhǎng)比 而 因此用式(3-13)進(jìn)行校核： 將其數(shù)值帶入（3-11）中得： 大于其最大支撐力，符合要求，所以活塞桿符合穩(wěn)定性要求。到此，對(duì)液壓

48、缸進(jìn)行了全面的校核，都符合強(qiáng)度以及穩(wěn)定性的要求，可以使用。 3.2主泵的選用及其計(jì)算 3.2.1 主泵類型的選擇 在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓泵就是為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供能量的，它將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)外負(fù)載的需要。本系統(tǒng)采用雙聯(lián)泵的結(jié)構(gòu)。軸向柱塞泵由于徑向尺寸小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小所以轉(zhuǎn)速高，流量大，壓力高，變量方便，效率也較高；在各類液壓系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，又由于本液壓系統(tǒng)是恒功率變量系統(tǒng)，因此預(yù)選用恒功率變量軸向柱塞泵作為主泵。 3.2.2 確定泵的額定壓力和流量 1）泵的工作壓力 泵的工作壓力應(yīng)根據(jù)液壓缸的最高壓力來(lái)確定，即

49、 (3-14) 式中 —執(zhí)行元件的最高工作壓力，本文取34； —進(jìn)油路和回油路的總壓力損失（），對(duì)于節(jié)流調(diào)速和較簡(jiǎn)單的油路可取（0.2-0.5）；對(duì)于進(jìn)油路設(shè)有調(diào)速閥和較復(fù)雜的系統(tǒng)，可?。?.5-1.5）。本處取1。 代入數(shù)據(jù)： 根據(jù)產(chǎn)品樣本查出，選用額定壓力為35的液壓泵。 2）泵的輸出流量 泵的流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件的最高速度要求，所以泵的輸出流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所需要的最大流量和泄漏量來(lái)確定，即 式中 —系統(tǒng)的系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般取1.1-1.3（管路長(zhǎng)取大值，管路短取小值）。本文取1.2.

50、 —執(zhí)行元件實(shí)際需要的最大流量（L/min）。本文取斗桿油缸的流量100 L/min。 代入數(shù)據(jù)： 那么一個(gè)泵的額定輸出流量為60 L/min。根據(jù)產(chǎn)品樣本，選用泵的額定流量為60 L/min的產(chǎn)品。 3.2.3 確定驅(qū)動(dòng)功率 由于液壓泵存在著容積損失和機(jī)械損失，為滿足液壓泵向系統(tǒng)輸出的所需要的壓力和流量，液壓泵的輸入功率必須大于它的輸出功率。泵所需要的的驅(qū)動(dòng)功率為： （3-15） 式中 —泵的額定工作壓力，本文取30 ； —泵的額定流量

51、，此處為 60 L/min； —泵的總效率，查表得0.95。 代入數(shù)據(jù)： 3.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算 1. 選用NACHI PCL-120-18B-1S2-8443A 回轉(zhuǎn)馬達(dá) 等價(jià)排量： =391cm3/r 出軸小齒輪： m=6 Z2=8 2. 選用回轉(zhuǎn)支承(單排球式) 滾道直徑: φ634 球直徑: φ22 內(nèi)圈齒數(shù): Z1=83 3. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最大工作壓力P=10Mpa 由第一泵供油 4. 參數(shù)計(jì)算: 1）馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù):

52、代入數(shù)值算得 平臺(tái)轉(zhuǎn)數(shù): 3）泵提供功率 . 4) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)速比 式中 —回轉(zhuǎn)馬達(dá)減速器速比為17.7； —回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)速比 i2=83/8=10.4； 5) 轉(zhuǎn)臺(tái)啟動(dòng)力矩： 式中 ； 1—減速器機(jī)械效率為0.95； 2—回轉(zhuǎn)支承機(jī)械效率為0.95； 帶入式中： 6）校核附著力矩 履帶式液壓挖掘機(jī)與地面的附著力矩： 式中: —附著系數(shù) 取0.5；

53、 G—整機(jī)質(zhì)量 取10； 代入數(shù)值： 取轉(zhuǎn)臺(tái)制臺(tái)力矩的允許值： 令 式中 C—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取1.36 代入數(shù)值： 由于 故可以制動(dòng)。 26 第4章 油箱的設(shè)計(jì)及計(jì)算 4.1油箱的設(shè)計(jì) 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲(chǔ)油外，還啟著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有許多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過(guò)濾器及液位計(jì)等。 圖4-1 油箱簡(jiǎn)圖 1—液位計(jì) 2—吸油管 3—空氣過(guò)濾器 4—回油管 5—側(cè)板 6

54、—人孔蓋 7—放油塞 8—地腳 9—隔板 10—底板 11—吸油過(guò)濾器 12—蓋板 液壓泵通過(guò)2將油箱中的油液吸到泵中；3保證大氣中的塵埃，雜質(zhì)不進(jìn)入油箱，并且有通氣孔與大氣連接，從而保證液壓泵能正常吸油；液壓系統(tǒng)中的油液通過(guò)4流回油箱；10可阻擋沉淀雜質(zhì)進(jìn)入吸油管；11阻擋氣泡進(jìn)入吸油管；12用于固定液壓泵等裝置，并防止外界環(huán)境中的贓物進(jìn)入油箱。 油箱設(shè)計(jì)的要求： 1）油箱應(yīng)具有足夠的容量，液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油面應(yīng)保持一定的高度以防液壓泵吸空。但為了防止系統(tǒng)中油液全部流回油箱時(shí)溢出油箱，油面不能太高，一般不應(yīng)超過(guò)油箱高度的80%。 2）吸油管與回油管之間的距離

55、應(yīng)盡量遠(yuǎn)，以增加油液的循環(huán)距離，并使它有充分的時(shí)間沉淀，排出氣泡，同時(shí)也有利于油液的冷卻。 3）吸油管必須插在油液中，并在它的底端安裝過(guò)濾器，以使液壓泵吸入情節(jié)的油液。吸油管與回油管端部應(yīng)制成45度，距箱底應(yīng)大于兩倍管徑，距箱壁應(yīng)大于三倍管距。 4）為使漏到蓋板上的油液不至于流到地面上，油箱側(cè)壁應(yīng)高于蓋板（10-15）mm。 5）為了排凈存油和清洗油箱，油箱底板應(yīng)有適當(dāng)斜度；放油閥也應(yīng)安裝在箱底的最低處。 6）油箱底應(yīng)設(shè)底腳，底腳高度一般為（150-200）mm，以利通風(fēng)散熱和排出箱內(nèi)油液。 7）為了防止油液被污染，注油孔上要加裝濾網(wǎng)；通氣孔上必須裝空氣過(guò)濾器。

56、 8）油箱內(nèi)壁應(yīng)涂耐油防銹涂料，以免生銹。 4.2油箱容量的計(jì)算 確定油箱容量的方法有兩種：一種時(shí)估算法，另一種是近似計(jì)算法。估算法一般應(yīng)用于不要求準(zhǔn)確計(jì)算的液壓系統(tǒng)的油箱容量，本文就是采用估算法來(lái)計(jì)算油箱所需的油量。 油箱所需要的容量： （4-1） 式中 —油箱的有效容積； —系數(shù)；對(duì)于高壓系統(tǒng)一般取6-12，本文取8； —液壓泵的額定流量（L/min）。本文取120 L/min。 代入數(shù)據(jù)： 因此根據(jù)油箱容量JB/T7938—1999

57、標(biāo)準(zhǔn)，選用1000L作為油箱的公稱容量。 4.3 系統(tǒng)發(fā)熱量的計(jì)算 在液壓系統(tǒng)中，凡是系統(tǒng)中的損失都變成熱量散發(fā)出來(lái)。每一個(gè)周期中，每一個(gè)工況其效率不同，因此損失也就不同。一個(gè)周期的發(fā)熱功率計(jì)算公式為 （4-2） 式中 —一個(gè)周期的平均發(fā)熱功率（W）； —一個(gè)周期的時(shí)間（s），取為4.5s； —第個(gè)工況的輸入功率（W）； —第個(gè)工況的輸入效率； —第個(gè)工況的持續(xù)時(shí)間（s）。 由表1-1可知，在液壓挖掘機(jī)

58、的一個(gè)工作周期中，大致可以分為三個(gè)階段：第一階段—回轉(zhuǎn)裝置的回轉(zhuǎn)以及在三個(gè)液壓缸的復(fù)合動(dòng)作下提升鏟斗以斗桿缸收縮為主；第二階段—在三個(gè)液壓缸的作用下，主要是鏟斗和動(dòng)臂液壓缸推出為主，鏟斗挖掘物料，并提升。第三階段—在回轉(zhuǎn)裝置作用下，轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，在鏟斗和斗桿的作用下進(jìn)行卸載主要以液壓缸的收縮為主。 第一階段的發(fā)熱量計(jì)算： 1） 回轉(zhuǎn)裝置發(fā)熱量的計(jì)算： 回轉(zhuǎn)裝置的輸入功率為； 回轉(zhuǎn)液壓缸的效率為為0.94； 此階段回轉(zhuǎn)馬達(dá)的持續(xù)時(shí)間為2.1s； 代入數(shù)值得： 1） 鏟斗以及斗桿缸收縮的發(fā)熱量的計(jì)算： 液壓缸的輸入功率為72； 液壓

59、缸的工作效率為0.9； 液壓缸的收縮時(shí)間為1.8s； 代入數(shù)據(jù)得 則第一階段的發(fā)熱量為： 第二階段的發(fā)熱量的計(jì)算 鏟斗和動(dòng)臂液壓缸推出的發(fā)熱量： 液壓缸的輸入功率為72； 液壓缸的工作效率為0.9； 液壓缸的平均運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2.5s； 帶入數(shù)值得： 第三階段的發(fā)熱量的計(jì)算 1）回轉(zhuǎn)裝置的發(fā)熱量 回轉(zhuǎn)裝置的輸入功率為； 回轉(zhuǎn)液壓缸的效率為為0.94； 此階段回轉(zhuǎn)馬達(dá)的持續(xù)時(shí)間為2.5s； 代入數(shù)值得： 2）鏟斗

60、及斗桿收縮的發(fā)熱量的計(jì)算： 液壓缸的輸入功率為72； 液壓缸的工作效率為0.9； 液壓缸的平均運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2s； 代入數(shù)據(jù)得： 第三階段的發(fā)熱量為： 在一個(gè)周期內(nèi)的總的發(fā)熱量為： 帶入式（4-2）得系統(tǒng)的發(fā)熱功率為： 4.4 散熱量的計(jì)算 假定只考慮油箱散熱，不考慮其他部分散熱時(shí)，那么系統(tǒng)的發(fā)熱功率全部由油箱來(lái)散熱，這時(shí)油箱的散熱面積由下式計(jì)算： （4-3） 式中 —油箱的散熱面

61、積（）； —油箱需要散熱的熱功率（）； —油溫（一般以考慮）與周圍環(huán)境的溫差（），本文取35； —散熱系數(shù)。與油箱周圍通風(fēng)條件的好壞而不同，通風(fēng)條件很差時(shí)=8-9；良好時(shí)=15-17.5；風(fēng)扇強(qiáng)行冷卻時(shí)=20-23；強(qiáng)迫水冷時(shí)=110-175；本文使用強(qiáng)迫水冷，所以取=120； 代入數(shù)值得： 在使用強(qiáng)迫水冷時(shí)，油箱內(nèi)的散熱面積應(yīng)為。根據(jù)油箱的容量，我們可以知道油箱可以擁有足夠的散熱面積。（油箱的容積為1）。 當(dāng)然系統(tǒng)還有其他的散熱裝置，油箱的散熱面積就小于這里計(jì)算的數(shù)值；也可以不用強(qiáng)迫水冷的方法，比如使用風(fēng)扇進(jìn)行散熱。這里就不多討

62、論了。 31 第5章 管道的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1管道的設(shè)計(jì) 所謂液壓系統(tǒng)中的管道是指，液壓系統(tǒng)中傳遞工作液體的管子。 5.1.1管路設(shè)計(jì)的要求 1.管子有足夠的強(qiáng)度和韌性，以保證在規(guī)定的壓力和溫度下傳遞適當(dāng)?shù)牧黧w而不至于破裂，同時(shí)要求管子要能耐腐蝕，以防油液污染變質(zhì)。 2.管子尺寸的選取要適當(dāng)。在一定的流速下若管子的內(nèi)徑偏小，則流速較高，壓力降和摩擦損失較大，效率低。管子內(nèi)徑大，流速低，壓力降小，效率高，但材料和成本等方面會(huì)造成浪費(fèi)，因此對(duì)管子內(nèi)徑的選擇得進(jìn)行必要的計(jì)算。 3.對(duì)于吸油管，阻力要小，盡量通暢，密封要好，防止液壓泵吸空或產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。 4

63、.回油管的尺寸必須大些，防止排油背壓大。液壓元件本身的泄油管一般與回油管分開(kāi)，單獨(dú)通回油箱，以免產(chǎn)生背壓和虹吸。 5.管子盡量短，彎曲角盡量小，接頭很配件盡量小。 6.為減小壓力損失和泄漏，高壓油管和超高壓油管應(yīng)靠近工作機(jī)構(gòu)；管道各處應(yīng)避免斷面的局部擴(kuò)大和縮小，避免急劇彎曲。 7.管道的最高處應(yīng)設(shè)有放氣裝置，用以放掉系統(tǒng)中的空氣。 8.與法蘭和聯(lián)結(jié)處的管子必須是直的，以保證聯(lián)結(jié)牢固可靠。此直線段的長(zhǎng)度一般可取管子直徑的2-3倍。 5.1.2油管的選擇 在實(shí)際中，有關(guān)可分為三大類：金屬管、橡膠軟管、尼龍塑料管。橡膠軟管和尼龍軟管一般都用在低壓的液壓系統(tǒng)中，本液壓系統(tǒng)的最高工作壓

64、力為34Mpa，屬于高壓系統(tǒng)； 金屬管中的鋼管能承受高壓，耐油，抗腐蝕和剛性都比較好，價(jià)格便宜，多用于高壓、大功率、裝配空間不受限制的情況下。高壓系統(tǒng)用無(wú)縫鋼管；低壓系統(tǒng)用焊接鋼管。因此本液壓系統(tǒng)中的高壓油路就采用無(wú)縫鋼管作為油管。 5.2管道的計(jì)算 對(duì)管道的計(jì)算主要是計(jì)算管子的內(nèi)徑和管子的壁厚，以保證能滿足液壓系統(tǒng)的流速和壓力的要求。 1）計(jì)算管子內(nèi)徑 其公式為： （5-1） 式中 —管子的內(nèi)徑（mm）； —

65、管內(nèi)流過(guò)的最大流量（）； —允許流速（）。 推薦允許流速可按表5-1選取。 表5-1 常用管路的允許流速 名稱 流速（m/s） 液壓泵吸油管 1-2 壓油管 中，低壓 2-4 高壓 5-6 回油管 1.5-2.5 閥內(nèi)通道和縮口 6 安全閥口或溢流閥口 30 值得注意的是，在選管子內(nèi)徑是，應(yīng)當(dāng)滿足壓油管、吸油管和回油管的適當(dāng)要求。 2）計(jì)算管子壁厚 其運(yùn)算公式為： （5-2） 式中 —管內(nèi)工作壓力M

66、pa； —油管內(nèi)徑（mm）； —油管材料許用應(yīng)力（Mpa）。， 為材料的抗拉強(qiáng)度，對(duì)于鋼管，=500 Mpa。為安全系數(shù)。對(duì)于鋼管，<7Mpa時(shí)，取=8；<17.5Mpa時(shí)，取=6；>17.5Mpa時(shí)，取=4。 應(yīng)當(dāng)指出，油管的內(nèi)外徑都是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，因此計(jì)算出的內(nèi)徑和壁厚應(yīng)查閱有關(guān)手冊(cè)，按標(biāo)準(zhǔn)選取。 5.2.1 吸油管尺寸的計(jì)算 吸油管內(nèi)徑的計(jì)算： —吸油管內(nèi)流過(guò)的最大流量取為0.002； —允許流速，參照表4-1可選用1.8. 代入數(shù)據(jù)得： 通過(guò)查表，其標(biāo)準(zhǔn)值可選32mm。 吸油管壁厚的計(jì)算： —吸油管的工作壓力，取30Mpa； —管子的內(nèi)徑，取50mm； —吸油管的需用壓力，對(duì)于鋼管來(lái)說(shuō) ； 代入數(shù)據(jù)得： 通過(guò)查表，可選其標(biāo)準(zhǔn)值5mm。 綜合計(jì)算所得的吸油管的內(nèi)徑和壁厚，通過(guò)查表可選用公稱