小型挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)】

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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.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(guó)小型挖掘機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀自20世紀(jì)90年代以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)也步入了快速發(fā)展期。近幾年來(lái)，小型工程機(jī)械作為后起之秀，在施工中，開(kāi)始部分取代中大型機(jī)械的位置，受到用戶的普遍歡迎。目前，我國(guó)小型挖掘機(jī)市場(chǎng)正處在高速發(fā)展階段。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程向深度和廣度的發(fā)展，道路和市政設(shè)施的修繕維護(hù)及城市小型工程項(xiàng)目的增多，其工程業(yè)務(wù)量占社會(huì)施工總量的比重越來(lái)越大。據(jù)測(cè)算，一臺(tái)10噸位小型挖掘機(jī)的作業(yè)效率可以替代3050個(gè)勞動(dòng)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(jī)的需求量不斷上升。在中國(guó)，挖掘機(jī)市場(chǎng)市場(chǎng)十年來(lái)幾乎平均每以30%速度遞增，從1995年2503臺(tái)到2004年48921臺(tái)，凈增19.54倍。2004年全國(guó)進(jìn)口液壓挖掘機(jī)18670臺(tái)、出口液壓挖掘機(jī)2749臺(tái)，2005年國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)28812臺(tái)，同比增長(zhǎng)4.3%，進(jìn)口挖掘機(jī)18017臺(tái)，同比減少3.5%，出口挖掘機(jī)3839臺(tái)，同比增長(zhǎng)36.43%（其中6噸及以下小挖出口1345臺(tái)，同比增長(zhǎng)77.9%）。中國(guó)成為名副其實(shí)的世界最大的市場(chǎng)之一。目前，中國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)已成為中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)增長(zhǎng)最快的機(jī)種了，有舉足輕重的地位。但行業(yè)中產(chǎn)銷(xiāo)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(jī)專(zhuān)業(yè)企業(yè)如：日本久保田、竹內(nèi)、石川島、洋馬、小橋、長(zhǎng)野等、美國(guó)凱斯、山貓、英國(guó)JCB、德國(guó)雪孚等許多世界廠商也開(kāi)始挺進(jìn)中國(guó)市場(chǎng)。從全球范圍看，小型挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)處于市場(chǎng)成熟期，需求量穩(wěn)定并呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)。隨著中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工程機(jī)械市場(chǎng)也日趨好轉(zhuǎn)，世界知名工程機(jī)械廠商為了降低制造成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(guó)家，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、當(dāng)?shù)劁N(xiāo)售，并開(kāi)始進(jìn)入全球市場(chǎng)的供應(yīng)體系。從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)看，中國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)經(jīng)過(guò)10余年的快速發(fā)展，以外資企業(yè)占主導(dǎo)地位的中國(guó)中大型挖掘機(jī)市場(chǎng)格局日漸穩(wěn)定，已經(jīng)成為世界最大的挖掘機(jī)生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)之一。樂(lè)觀預(yù)計(jì)，5年之后中國(guó)挖掘機(jī)的年均需求量將達(dá)到100,000臺(tái)。但是小型挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)仍然處于市場(chǎng)導(dǎo)入和發(fā)展初級(jí)階段，需求正在持續(xù)快速的增長(zhǎng)。目前小型挖掘機(jī)僅占中國(guó)全部挖掘機(jī)銷(xiāo)售量比例的20%，而5年后這個(gè)數(shù)字預(yù)計(jì)將達(dá)到40%，產(chǎn)銷(xiāo)量達(dá)到近40000臺(tái)。這樣中國(guó)小型挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)將同其他消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)一樣，用10年的時(shí)間走完歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家30年的市場(chǎng)之路。挖掘機(jī)是工程機(jī)械的標(biāo)志性產(chǎn)品，部分中國(guó)工程機(jī)械企業(yè)也正以小挖為突破口，進(jìn)軍挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，并由此擴(kuò)展到其他小型工程機(jī)械。中國(guó)挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)基本走出了宏觀調(diào)控帶來(lái)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(shuō)明這一點(diǎn)。1.2 挖掘機(jī)的類(lèi)型挖掘機(jī)械的類(lèi)型與構(gòu)造型式繁多，可按照挖掘工作原理與過(guò)程、用途、構(gòu)造特征等進(jìn)行劃分。 按照挖掘機(jī)的作業(yè)過(guò)程；可分成周期作業(yè)式和連續(xù)作業(yè)式閥類(lèi)凡是挖掘、運(yùn)載、卸載等作業(yè)依次重復(fù)循環(huán)進(jìn)行的挖掘機(jī)為周期作業(yè)式，各種單斗挖掘機(jī)都屬于這一類(lèi)。凡是上述作業(yè)同時(shí)連續(xù)進(jìn)行的挖掘機(jī)為連續(xù)作業(yè)式，各種多斗挖掘機(jī)以及滾切式挖掘機(jī)、隧洞掘進(jìn)機(jī)等屬于這一類(lèi)。通常簡(jiǎn)稱單斗挖掘機(jī)與多斗挖掘機(jī)兩類(lèi)。挖掘機(jī)的行走裝置型式有：履帶式、輪胎式、汽車(chē)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(jī)，此外還有浮式（船舶式）挖掘機(jī)，專(zhuān)用于水下采掘或港口疏浚（單斗或多斗）。1.3 小型挖掘機(jī)的特點(diǎn)小型挖掘機(jī)價(jià)格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便，具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。由于其小巧、靈活、多功能和高效率等特點(diǎn)，極受用戶的歡迎。第一，廣泛的適用性。小挖體積小，機(jī)動(dòng)靈活，非常適用于城鎮(zhèn)的各種管道開(kāi)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(jì)使其能夠在大型挖掘機(jī)無(wú)法施工的環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)。第二，鮮明的作業(yè)特點(diǎn)。小型挖掘機(jī)適合狹窄區(qū)域作業(yè)的最主要的特點(diǎn)就是其特殊動(dòng)臂和斗桿的設(shè)計(jì)。小型挖掘機(jī)的動(dòng)臂是與機(jī)身鉸接的，這就使其能夠在一個(gè)很大的范圍內(nèi)進(jìn)行擺動(dòng)。同時(shí)，這也使得挖掘機(jī)能夠便于在墻壁或是圍墻的旁邊進(jìn)行挖掘作業(yè)。小型挖掘機(jī)的橡膠履帶有助于減少挖掘機(jī)施工時(shí)對(duì)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(yùn)輸和轉(zhuǎn)移作業(yè)場(chǎng)地。小挖便于各個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)間的轉(zhuǎn)移，無(wú)需大型拖車(chē)或是重型卡車(chē)來(lái)進(jìn)行運(yùn)輸，小型的運(yùn)輸工具就可將其運(yùn)載。這樣不但能夠方便運(yùn)輸，還可以大大降低機(jī)器的運(yùn)輸費(fèi)用。第四，投資回報(bào)率高。小挖的價(jià)格便宜，成本回收快。以6噸級(jí)小挖為例，美歐日品牌機(jī)的價(jià)格在40萬(wàn)左右，韓國(guó)的機(jī)器價(jià)格在32萬(wàn)左右，國(guó)產(chǎn)機(jī)器價(jià)格在30萬(wàn)32萬(wàn)左右；而20噸級(jí)的中挖價(jià)格在70萬(wàn)100萬(wàn)左右。1.4 液壓挖掘機(jī)基本結(jié)構(gòu)和其選擇單斗液壓挖掘機(jī)是一種采用液壓傳動(dòng)并以一個(gè)鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。它是在機(jī)械傳動(dòng)單斗挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，是日前挖掘機(jī)械中重要的品種。它的作業(yè)過(guò)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(jìn)行卸土，卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到挖掘面進(jìn)行下一次挖掘。當(dāng)挖掘機(jī)挖完一段土后，機(jī)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(jī)械。單斗液壓按掘機(jī)為了實(shí)現(xiàn)上述周期性作業(yè)動(dòng)作的要求，設(shè)有下列基本組成部分：工作裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備等。因而常又把這類(lèi)機(jī)械概括成由：工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走裝置三大部分組成。鏟斗；2斗桿；3動(dòng)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(jī)的基本組成及傳動(dòng)示意圖Fig.1 Hydraulic excavators basic composition and the transmission schematic diagram液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，而各部分的運(yùn)動(dòng)則通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)上部轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點(diǎn)，同時(shí)操縱動(dòng)臂液壓缸，小腔進(jìn)油液壓缸回縮，使動(dòng)臂下降至鏟斗接觸挖掘面為止，然后操縱斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng)，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。斗裝滿后，將斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂液壓缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂升離挖掘面，隨之接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使斗轉(zhuǎn)到卸載地點(diǎn)，再操縱斗桿和鏟斗液壓缸回縮，使鏟斗反轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，將工作裝置轉(zhuǎn)至挖掘地點(diǎn)進(jìn)行第二次循環(huán)挖掘工作。2 液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案的確定2.1.1挖掘機(jī)型式的確定本設(shè)計(jì)采用單斗液壓挖掘機(jī)，其工作裝置采用反鏟裝置，行走裝置采用履帶式，回轉(zhuǎn)裝置采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。2.1.2單斗液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn) 單斗液壓挖掘機(jī)由于采用了液壓傳動(dòng)裝量而使其在結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能和使用效果等方面與機(jī)械傳動(dòng)的單斗挖掘機(jī)相比具有很多特點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)綜合敘述如下： (1)技術(shù)性能提高，工作裝置品種擴(kuò)大。單斗液壓挖掘機(jī)與同級(jí)機(jī)重的機(jī)械挖掘機(jī)相比挖掘力約提高一倍，液壓挖掘機(jī)最大挖掘力可達(dá)機(jī)重的1/2，而機(jī)械挖掘機(jī)只達(dá)機(jī)重的1/4。(2)操作簡(jiǎn)便靈活。采用的液壓伺服（先導(dǎo)閥）操縱，手柄操縱力小于20N，而機(jī)械挖掘機(jī)操縱力達(dá)80200N；主操縱手柄為2個(gè)，故操縱輕便司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度大為減輕；駕駛室與機(jī)棚完全隔開(kāi)，噪音減小視野良好，振動(dòng)減輕，改善了司機(jī)的工作條件。(3)傳動(dòng)性能改善，工作平穩(wěn)安全可靠。采用液壓傳動(dòng)后能無(wú)級(jí)調(diào)速且調(diào)速范圍大；能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；液壓元件的運(yùn)動(dòng)慣性較小并可作高速反轉(zhuǎn)。(4)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)減少易損件機(jī)重小。同級(jí)的液壓挖掘機(jī)可比機(jī)械挖掘機(jī)總重量減輕3040。(5)液壓元件易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化系列化通用化。便于組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量減低成本。也便于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。(6)機(jī)構(gòu)布置合理緊湊。由于液壓元件采用油管連接，各機(jī)構(gòu)部件之間相互位置不受傳動(dòng)關(guān)系的影響限制，布置可較靈活合理緊湊。(7)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。便于與電氣動(dòng)聯(lián)合組成自動(dòng)控制和遙控系統(tǒng)。2.1.3所選機(jī)型的適用范圍主要用于小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混凝土破碎、埋設(shè)電纜、自來(lái)水管道的鋪設(shè)、園林栽培及河道河溝清淤工程。小型單斗液壓挖掘機(jī)具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能，又具有運(yùn)輸、能耗、靈活性、適應(yīng)、高效率等方面的優(yōu)勢(shì)，非常適用于空間狹小的施工場(chǎng)地作業(yè)。2.2液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)的確定2.2.1總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容根據(jù)學(xué)校指導(dǎo)老師提出的液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)的有關(guān)，在充分調(diào)查研究基礎(chǔ)上首先進(jìn)行液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)工作。總體設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有：分析或擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)， 確定設(shè)計(jì)思想原則，并提出整機(jī)結(jié)構(gòu)方案的初步設(shè)想；(1)液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)的確定；(2)液壓挖掘機(jī)各主要機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案確定；(3)各主要機(jī)構(gòu)作用力、速度、功率等分析計(jì)算；(4)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；(5)液壓挖掘機(jī)的平衡、穩(wěn)定、生產(chǎn)率以及其他總體特性的分析計(jì)算等。通過(guò)總體設(shè)計(jì)對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)作出初步全面的規(guī)劃，提出有關(guān)數(shù)據(jù)、資料、總體草圖等為進(jìn)一步設(shè)計(jì)、分析計(jì)算提供基礎(chǔ)。2.2.2小型液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)小型液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)（或稱基本參數(shù)）有以下幾類(lèi)：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)速等。(2)液壓系統(tǒng)參數(shù)，如主泵的流量、壓力等。主要性能參數(shù)，如整機(jī)工作質(zhì)量、主要部件質(zhì)量、鏟斗容量范圍或標(biāo)稱鏟斗質(zhì)量、挖掘機(jī)、牽引力等。(3)尺寸參數(shù)，如工作尺寸、機(jī)體外形尺寸和工作裝置尺寸等。其中最主要的參數(shù)有三個(gè)，即斗容量機(jī)重和發(fā)動(dòng)機(jī)功率。因?yàn)橥ㄟ^(guò)這三個(gè)參數(shù)可以從使用要求技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)動(dòng)力裝置的配備國(guó)際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及傳統(tǒng)習(xí)慣等方面反映液壓挖掘機(jī)的級(jí)別，故有主參數(shù)之稱。如：斗容量直接反映挖掘機(jī)的挖掘能力和效果，據(jù)此選擇施工配套的運(yùn)輸車(chē)輛，而土石方工程量也以體積計(jì)算。機(jī)械式挖掘機(jī)一般就以斗容量作為挖掘機(jī)分級(jí)的主要標(biāo)志，液壓挖掘機(jī)也有采用標(biāo)準(zhǔn)斗容量作為分級(jí)標(biāo)志的。但也有認(rèn)為，液壓挖掘機(jī)工作裝置多，同一機(jī)械可以設(shè)有多種不同斗容量的鏟斗（按土質(zhì)不同及施工尺寸要求），故斗容量分級(jí)不夠明確。發(fā)動(dòng)機(jī)功率反映了機(jī)械的動(dòng)力級(jí)，與其他參數(shù)有函數(shù)關(guān)系，如定量系統(tǒng)挖掘機(jī)0.1m3斗容量約需功率1215kW，影響挖掘機(jī)的性能，故也可作為挖掘機(jī)分級(jí)標(biāo)志，但也有認(rèn)為由于液壓系統(tǒng)不同，輔助設(shè)備能耗不同，或功率儲(chǔ)備不同，以功率分級(jí)亦不妥。機(jī)重則直接反映了機(jī)械本身的重量級(jí)，它對(duì)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)影響很大，因挖掘機(jī)挖掘能力的發(fā)揮功率的充分利用機(jī)械的穩(wěn)定性都要以一定的機(jī)重來(lái)保證，因此機(jī)重反映了挖掘機(jī)的實(shí)際工作能力，可用作標(biāo)志。我國(guó)液壓挖掘機(jī)標(biāo)準(zhǔn)所定的定義為：(1)標(biāo)準(zhǔn)斗容量：指挖掘級(jí)或容重為18000N/m3的土壤時(shí)，鏟斗堆尖時(shí)的斗容量（m3）。為充分發(fā)揮挖掘機(jī)的挖掘力，對(duì)于不同等級(jí)的土可以配備相應(yīng)不同斗容量的鏟斗m3。(2)機(jī)重：是指帶標(biāo)準(zhǔn)反鏟或正鏟工作裝置和標(biāo)準(zhǔn)行走裝置時(shí)的整機(jī)質(zhì)量（t）。(3)發(fā)動(dòng)機(jī)功率：指發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率（12小時(shí)工作），即正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下本身消耗以外的輸出凈功率（kW）。2.2.3 選擇確定液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)的基本依據(jù)首先確定標(biāo)準(zhǔn)斗容VR =0.25m。整機(jī)質(zhì)量直接反映了液壓挖掘機(jī)本身的重量等級(jí)，對(duì)其他技術(shù)參數(shù)影響較大，如挖掘力的發(fā)揮、發(fā)動(dòng)機(jī)功率的充分利用、作業(yè)的穩(wěn)定性等都要以一定的整機(jī)質(zhì)量來(lái)保證，所以設(shè)計(jì)時(shí)需要先將其確定。在標(biāo)準(zhǔn)斗容、挖掘力、工作尺寸等參數(shù)的設(shè)定中，不同廠家會(huì)根據(jù)其各自的理念和方案，針對(duì)某一特定的挖掘環(huán)境及客戶要求對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這自然會(huì)導(dǎo)致同一噸位挖掘機(jī)的相應(yīng)參數(shù)呈現(xiàn)出一種“百花齊放”的狀態(tài)，但是通過(guò)對(duì)這些基本參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析顯示，從整體上講，這些參數(shù)的數(shù)據(jù)走向有一定的規(guī)律可以遵循。從而造就了這一代液壓機(jī)械和小型挖掘機(jī)的時(shí)代。2.3 整機(jī)參數(shù)確定2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)斗容與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系下文中斗容定義采用SAE（美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)斗容VR如公式(1)所示。VR = VS + VE (1)式中 VS 平裝斗容。鏟斗前后壁、側(cè)壁以及平裝面所包容的物料體積，m；VE 平裝面以上的物料以45安息角堆積的體積，m。圖1所示為整機(jī)質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)斗容的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。圖 2 標(biāo)準(zhǔn)斗容與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系Fig.2 Standard bucket capacity and overall quality由圖2可以看出，斗容數(shù)據(jù)點(diǎn)分布大致接近線性函數(shù)分布,但是在實(shí)際的曲線擬合過(guò)程中，要分別對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)用線性函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)等函數(shù)類(lèi)型進(jìn)行擬合，然后對(duì)擬合方程進(jìn)行近似精度比較，即比較方程中y與x的相關(guān)系數(shù)R與1的接近程度，越接近1說(shuō)明精度越高，最終選擇相對(duì)精度高的函數(shù)作為所求曲線函數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)斗容與整機(jī)質(zhì)量的擬合曲線經(jīng)分析比較以后選擇線性函數(shù)形式，曲線方程如公式（2）所示。y=510-5x-0.0618 (2)式中 y標(biāo)準(zhǔn)斗容，m；x整機(jī)質(zhì)量，。由圖1看出，擬合曲線和實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)存在著一定程度的偏差，有些點(diǎn)甚至偏差很大，因?yàn)閳D中所擬合的曲線只是一條趨勢(shì)走向曲線，得出的參數(shù)值不可能完全合適。在具體參數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，擬合曲線可以作為設(shè)計(jì)的初步參考，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)方案、強(qiáng)度以及挖掘機(jī)的特殊要求再按標(biāo)準(zhǔn)選定和進(jìn)行理論分析計(jì)算，綜合上述方法以后即可得到相應(yīng)的參數(shù)值。通過(guò)計(jì)算得：x=6036 kg。2.3.2 挖掘力與整機(jī)質(zhì)量的關(guān)系鏟斗切入物料是鏟斗挖掘力和斗桿挖掘力共同作用的結(jié)果，SAE對(duì)上述兩種挖掘力進(jìn)行了定義。計(jì)算公式分別如公式（3）所示。 式中 FB 鏟斗挖掘力，N；FS 斗桿挖掘力，N；PB 工作裝置液壓系統(tǒng)最大設(shè)定壓力，Pa；AB 鏟斗油缸作用面積，；AS 斗桿油缸作用面積，；lA 轉(zhuǎn)斗油缸作用力臂，mm；lB 搖桿作用力臂，mm；lC 連桿作用力臂，mm；lD 斗齒尖在轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)的作用半徑，mm；lE 斗桿油缸作用力臂，mm；lF 轉(zhuǎn)斗油缸在計(jì)算位置閉鎖時(shí)，斗齒尖在斗桿挖掘時(shí)的作用半徑，mm。圖 3 鏟斗、斗桿挖掘力與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系Fig.3 Bucket, the bucket rod digging force and overall quality relationship從數(shù)據(jù)的分布來(lái)看,兩種挖掘力的參數(shù)值大致隨著整機(jī)質(zhì)量的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，可以初步定為線性函數(shù)擬合。但是在擬合過(guò)程中，用階數(shù)為2的多項(xiàng)式擬合方法更能接近數(shù)據(jù)散點(diǎn)的分布。擬合后的兩種挖掘力同整機(jī)質(zhì)量的關(guān)系如公式（4）、（5）所示。y1 =-610-7x+0.0135x-17.695 （4）y2 =0.0047x+2.0409 （5）式中 y1 鏟斗挖掘力，kN；y2 斗桿挖掘力，kN；x 整機(jī)質(zhì)量，kg。通過(guò)計(jì)算得：y1 =41.93 kN y2 =30.41 kN。2.3.3 工作尺寸與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系目前，對(duì)于一些線性尺寸（外形尺寸、工作裝置尺寸、工作尺寸）還沒(méi)有具體的定義公式，只有近似的經(jīng)驗(yàn)公式通過(guò)查表來(lái)求得。最大挖掘高度、深度以及半徑均可以通過(guò)公式（6）求得。 Li=kli (6)式中 Li 工作尺寸，mm；kli 尺寸系數(shù)；x整機(jī)質(zhì)量，kg。最大挖掘高度、最大挖掘深度和最大挖掘半徑的尺寸系數(shù)kH 、kZ 、kR的推薦值分別為2.25、2.05、3.35。通過(guò)對(duì)圖示散點(diǎn)進(jìn)行線性函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)5種函數(shù)類(lèi)型擬合后近似精度的分析比較，最終確定最大挖掘半徑和最大挖掘高度采用二次多項(xiàng)式擬合，最大挖掘深度采用線性擬合。擬合關(guān)系如公式（7）、（8）、（9）所示。h1 =-510-6x+0.4892x+3350.4 (7)h2 =-410-5x+0.7526x+3239.3 (8) h3 =0.1689x+2810.3 (9)式中 h1 最大挖掘高度，mm；h2 最大挖掘半徑，mm；h3 最大挖掘深度，mm；x 整機(jī)質(zhì)量，kg。通過(guò)計(jì)算得：最大挖掘高度 h1 =6121.05 mm 最大挖掘半徑 h2 =6324.66 mm最大挖掘深度 h3 =3829.78 mm。圖4和圖5所示為整機(jī)質(zhì)量與工作尺寸的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。圖 4 最大挖掘高度。最大挖掘深度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系Fig.4 The maximum digging height.Maximum digging depth and the quality of machine relationship將主泵出口壓力處（手動(dòng)換向閥前）與副泵出口壓力處連通，在聯(lián)通中間加裝“流量控制閥”（必須是帶壓力補(bǔ)償?shù)哪欠N）和單向閥。主泵的手動(dòng)換向閥中位機(jī)能要改成Y型的。這樣才能保證在主泵馬達(dá)不旋轉(zhuǎn)的時(shí)候系統(tǒng)也能提供足夠的壓力和流量而不是卸荷的狀態(tài)。小泵的出口壓力處要加單向閥防止大泵過(guò)來(lái)的油使小泵反轉(zhuǎn)，并且保證大泵的溢流閥調(diào)節(jié)壓力要高于小泵的溢流閥調(diào)節(jié)壓力。這個(gè)方案只能用在馬達(dá)不工作的時(shí)候分流一部分流量給小泵，馬達(dá)工作地時(shí)候要看負(fù)載的壓力了，如果大泵和小泵同時(shí)工作。如果大泵的負(fù)載小，壓力低于小泵的工作壓力，就不行了，要反復(fù)調(diào)試到最佳的狀態(tài)。起碼大泵不工作的時(shí)候，大泵流量可以很輕松和小泵共同工作了。只要大泵的負(fù)載大那么它的壓力高了才能支援小泵流量。所以說(shuō)液壓系統(tǒng)還是我們現(xiàn)在所用的最好的系統(tǒng)設(shè)施。圖 5 最大挖掘半徑與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系Fig.5 The relationship between maximum digging radius and the quality of machine3 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)介紹所謂挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)就是根據(jù)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。液壓系統(tǒng)以油液為工作介質(zhì)，首先利用液壓泵把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液壓能，然后通過(guò)管路把液能傳給液壓執(zhí)行元件，通過(guò)液壓元件再把液壓元件轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)需要的各種機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作。小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)主要包括三大部分及泵送分，控制部分，執(zhí)行部分。3.1 壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)基本要求3.1.1 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)動(dòng)作要求(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）。具有良好的過(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。對(duì)液壓系統(tǒng)的基本要求(1)根據(jù)液壓挖掘機(jī)的作業(yè)動(dòng)作和環(huán)境特點(diǎn)，應(yīng)對(duì)液壓系統(tǒng)提出如下要求。(2)液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)具有高效率，充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。(3)整個(gè)液壓系統(tǒng)要有過(guò)載保護(hù)和防振動(dòng)沖擊作用。(4)液壓系統(tǒng)要具備經(jīng)濟(jì)適用散熱系統(tǒng)，保證油溫在工作有效規(guī)定范圍內(nèi)。(5)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)要有防塵和清理工作油液能力（自潔）。操作系統(tǒng)要求簡(jiǎn)潔，方便使用，有良好的操作舒適性。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須充分考慮后期保養(yǎng)檢修方便。3.2液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本類(lèi)型與特點(diǎn)液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)有定量，變量和定量變量復(fù)合系統(tǒng)三種類(lèi)型。定量系統(tǒng)定量系統(tǒng)采用定量泵提供壓力油的流量是恒定的，不會(huì)隨負(fù)荷變化而變法，及發(fā)動(dòng)機(jī)以恒功率工作，其功率平均 只用了約60%。為了獲得不同德工作速度，長(zhǎng)用多路閥來(lái)進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)熱量大，功率浪費(fèi)。單定量泵經(jīng)常在非滿負(fù)載下工作，其壽命比變量泵長(zhǎng)一些。由于定量系統(tǒng)流量固定，所以執(zhí)行元件工作相對(duì)穩(wěn)定，工作裝置易控制。但執(zhí)行元件在復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，各機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度大大降低。變量系統(tǒng)恒功率變量泵能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，又不會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載。變量系統(tǒng)一般為雙泵雙回路系統(tǒng)，它能隨負(fù)載變法兒變法，使發(fā)動(dòng)機(jī)接近其設(shè)計(jì)功率工作，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的。小型單斗挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)系統(tǒng)多采用變量泵定量馬達(dá)組合方式實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。為了保證行走液壓馬達(dá)同步，采用全功率雙泵雙回路變量系統(tǒng)。因?yàn)槿β首兞肯到y(tǒng)中兩個(gè)油泵由同一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制，是兩個(gè)油泵的擺角始終相同，同步變法，流量相等。本設(shè)計(jì)選用液控軸向柱塞單向變量泵，（該泵自帶反饋控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)衡功率調(diào)節(jié)）節(jié)能效果非常好 。3.3系統(tǒng)的工作需要和工況分析(1)挖掘。通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別進(jìn)行單獨(dú)挖掘，或者兩者配合進(jìn)行挖掘。在挖掘過(guò)程中主要是鏟斗和斗桿有復(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)束后，動(dòng)臂缸將動(dòng)臂頂起、滿斗提升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(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。動(dòng)臂舉升和臂和鏟斗自動(dòng)舉升到正確的卸載高度。由于卸載所需回轉(zhuǎn)角度不同，隨挖掘機(jī)相對(duì)自卸車(chē)的位置而變，因此動(dòng)臂舉升速度和回轉(zhuǎn)速度相對(duì)關(guān)系應(yīng)該是可調(diào)整的，若卸載回轉(zhuǎn)角度大，則要求回轉(zhuǎn)速度快些，而動(dòng)臂舉升速度慢些。(3)卸載?；剞D(zhuǎn)至卸土位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗缸卸載。為了調(diào)整卸載位置，還需動(dòng)臂配合動(dòng)作。卸載時(shí)，主要是斗桿和鏟斗復(fù)合作用，兼以動(dòng)臂動(dòng)作。(4)空斗返回。卸載結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，同時(shí)動(dòng)臂缸和斗桿缸相互配合動(dòng)作，把空斗放到新的挖掘點(diǎn)，此工況是回轉(zhuǎn)、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、泵的流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)速度快，因此該工況的供油情況通常是一個(gè)泵全部流量供回轉(zhuǎn)，另一泵大部分油供動(dòng)臂，少部分油經(jīng)節(jié)流供斗桿。3.4液壓執(zhí)行元件執(zhí)行元件的類(lèi)型可根據(jù)挖掘機(jī)工作部件的特點(diǎn)來(lái)確定，通常情況下，對(duì)于行程不大的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以選擇液壓油缸；對(duì)于連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以選用液壓馬達(dá)；對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)小于一周的擺動(dòng)，可以選擇擺動(dòng)式液壓油缸。3.3.1液壓泵設(shè)計(jì)與計(jì)算(1)液壓泵的基本參數(shù)液壓泵有兩個(gè)壓力參數(shù)，一個(gè)為額定壓力，另一個(gè)為最高壓力。額定壓力是指在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)情況下所允許使用得工作壓力，這個(gè)壓力下可以保證泵較高的容積效率和使用壽命。但是額定壓力不是泵工作時(shí)的實(shí)際壓力，泵工作時(shí)的實(shí)際壓力取決與外負(fù)載和管路阻力。最大壓力是指泵在短時(shí)間內(nèi)超載說(shuō)允許的極限壓力，由液壓系統(tǒng)的安全閥限定，主要由密封性能和零件強(qiáng)度所決定，在此情況下，油泵仍能滿足允許的最低容積效率要求。(2)液壓泵的計(jì)算液壓泵的排量是指泵每旋轉(zhuǎn)一個(gè)弧度或每旋轉(zhuǎn)一周所排出液體的體積，以QP表示。液壓泵的流量是指泵在單位時(shí)間內(nèi)排出液體的體積，以QP表示。泵的容積效率=泵的實(shí)際流量值除以泵的理論流量值。齒輪泵容積效率為0.7-0.9；柱塞泵容積效率為0.85-0.98；機(jī)械效率=泵的理論轉(zhuǎn)矩除以泵的輸入轉(zhuǎn)矩；在確定液壓系統(tǒng)工作壓力（即液壓泵的出口壓力）時(shí)已經(jīng)選定了液壓泵的形式。這里是根據(jù)液壓系統(tǒng)所需要的流量來(lái)確定液壓泵的具體規(guī)格。液壓泵的額定壓力應(yīng)比系統(tǒng)工作壓力大25%以上 ，是液壓泵油一定的壓力儲(chǔ)備。由以上可得泵的輸出功率 (10)Qb=KQmax=(1.3*63)/60P=47.775KW(3)掘機(jī)齒輪泵設(shè)計(jì)齒輪泵具有外形尺寸小，重量輕。自吸性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，使用時(shí)工作可靠，耐沖擊，維護(hù)修理方便和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。 因此本機(jī)選用齒輪泵作為控制油路液壓驅(qū)動(dòng)泵。齒輪泵一般可分為外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，二者對(duì)比，內(nèi)嚙合齒輪結(jié)構(gòu)經(jīng)湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，有良好的高速性能，單加工復(fù)雜，流量脈動(dòng)大，高壓低速時(shí)容積率低；外嚙合齒輪泵工藝簡(jiǎn)單，加工方便。目前漸開(kāi)線圓柱直齒輪的外嚙合齒輪使用得比較多。根據(jù)使用要求本機(jī)選用漸開(kāi)線圓柱直齒輪的外嚙合齒輪。由于多路閥采用手動(dòng)減壓閥式先導(dǎo)閥。手動(dòng)減壓閥式先導(dǎo)閥的控制油路由齒輪泵單獨(dú)供油，組成操縱回路。操縱先導(dǎo)閥手柄不同方向和位置，可使其輸出壓力在0-2.5MPa范圍內(nèi)變化，以控制液控多路閥的開(kāi)度和換向，是駕駛員在操縱先導(dǎo)閥是，既輕松又有操縱力和位置的感覺(jué)。為力保證油一定的操縱力，并在液壓泵不工作或損壞時(shí)還能是工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。在操縱回路中設(shè)置了儲(chǔ)能器。為了保證設(shè)計(jì)要求，取齒輪泵容積效率為0.8，機(jī)械效率為0.9。根據(jù)齒輪泵的工作壓力2.5MPa查液壓技術(shù)手冊(cè)-范存德主編 選用CB-B10型固定側(cè)板低壓泵，這種泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，工作可靠，適用于低壓液壓系統(tǒng)。CB-B10齒輪泵排量Q=10L/min，額定壓力為2.5MPa，轉(zhuǎn)速1450r/min,驅(qū)動(dòng)效率0.51，質(zhì)量2.14.其外圍最大尺寸為65*95*65.3.3.2液壓缸設(shè)計(jì)與計(jì)算 (1)活塞桿用精密磨削的高強(qiáng)度合金鋼來(lái)制造，對(duì)活塞桿表面進(jìn)行中頻淬火，硬度達(dá)到最高HRC62，并且在活塞桿表面鍍硬鉻并拋光到Ra0.08um,提供耐沖擊的表面，防止活塞桿拉傷和碰傷，延長(zhǎng)密封件壽命。所有活塞桿和活塞組件在最小橫截面處具有基于額定壓力下抗拉強(qiáng)度的起碼5倍的安全系數(shù)。(2)導(dǎo)向套根據(jù)挖掘機(jī)工況特點(diǎn)專(zhuān)門(mén)研制，由球墨鑄鐵制成，有很高的耐磨性，內(nèi)裝日本原裝進(jìn)口的滑動(dòng)軸承，該滑動(dòng)軸承最大承載壓力靜載270N/mm2,動(dòng)載140N/mm2,最高速度5m/s,摩擦系數(shù)0.020.07,工作溫度-200至280,導(dǎo)向面積很大使應(yīng)力減至最小，可以承受很大的側(cè)向載荷，延長(zhǎng)缸和密封件二者的壽命。(3)活塞桿密封件活塞桿密封件由防塵圈、活塞桿密封圈和液壓緩沖組成，能有效防止活塞桿液壓油滲漏。防塵圈是雙唇防塵圈，作用是防止粉塵、污物、砂粒及金屬屑的進(jìn)入，它大大的防止了刮傷，保護(hù)了導(dǎo)向元件，延長(zhǎng)了密封件的使用壽命，面向介質(zhì)的密封唇減少了剩余的油膜，聚氨脂材料保證在干摩擦?xí)r有極好的特點(diǎn)，增加耐磨性，由于對(duì)因氣候條件而引起的臭氧和輻射有很好的抵抗能力，延長(zhǎng)了使用壽命，工作溫度35至100，表面速度2ms?；钊麠U主密封圈是一種有兩道密封唇且在外徑處為緊配合的唇形密封，由于兩道唇口之間有額外的潤(rùn)滑劑，故大大地防止了干摩擦和磨損，耐沖擊、抗擠出，提高了零壓力下的密封性能，工作壓力40Mpa,工作溫度35至110，表面速度0.5ms。液壓緩沖的作用是吸收高負(fù)荷下的沖擊和波動(dòng)壓力，隔絕高溫流體，提高密封件的耐用度，壓力峰值可至100Mpa,由于在滑動(dòng)唇口上有可以泄放背壓的特殊形狀縫槽，能消除活塞桿密封圈和緩沖之間的壓力，將處于主密封和緩沖密封之間形成的壓力傳遞回系統(tǒng)。 (4) 液壓缸設(shè)計(jì)算外負(fù)載計(jì)算:斗桿挖掘時(shí)切削行程較長(zhǎng)，切土厚度在挖掘過(guò)程中可視為常數(shù)。斗桿在挖掘過(guò)程中總轉(zhuǎn)角為，在這轉(zhuǎn)角行程中鏟斗被裝滿。鏟斗缸外負(fù)載為最大時(shí)，缸內(nèi)壓力最大，此時(shí)挖掘力最大，其值為12： =CBAZX+D (11) =200+D =200+15000=165417+15000=170417(N)式中 C表示土壤硬度的系數(shù),對(duì)級(jí)土宜取C=5080，對(duì)級(jí)土宜取C=90150，對(duì)級(jí)土宜取C=160320，式中取C=200； R鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)到斗齒尖的距離，即轉(zhuǎn)斗切削半徑，取斗容量為1m,根據(jù)反鏟斗主要參數(shù)特性計(jì)算表，查表得R=1.15m；B切削刃寬度影響系數(shù),B=1+2.6b,其中b為鏟斗寬度,查表得b=1.25m；挖掘過(guò)程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半,查表得=；A切削角變化影響系數(shù),取A=1.3；Z帶有齒的系數(shù),取Z=0.75；X斗側(cè)臂厚度影響系數(shù),X=1+0.3s,其中s為側(cè)臂厚度,單位為cm,初步設(shè)計(jì)時(shí)可取X=1.15；D切削刃擠壓土壤的力,根據(jù)斗容大小在D=1000017000N范圍內(nèi)選取.設(shè)計(jì)容量為1m,取D=15000N；轉(zhuǎn)斗挖掘裝土阻力和法向挖掘阻力相對(duì)與很小，所以在計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)。液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算(1)根據(jù)鏟斗缸的最大外負(fù)載，可以設(shè)計(jì)計(jì)算鏟斗缸的結(jié)構(gòu)尺寸15： 當(dāng)推力驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載時(shí)： F= = (12)由此可求出缸筒內(nèi)徑為: D= =求出D=88mm本系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)，因此速比取=2d= (13)式中 系統(tǒng)背壓P=1MPa 系統(tǒng)最高壓力P=30Mpa根據(jù)查表GB/T23481993圓整得到D=90mm16(2)活塞桿直徑為 d=90=66.35(mm) (14)根據(jù)GB/T23481993規(guī)定的活塞桿尺寸圓整為d=66mm(3)最大工作行程 行程S=12D (15) S=12=1080（mm）根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1980規(guī)定的液壓缸行程系列圓整到S=1100mm(4)活塞有效計(jì)算長(zhǎng)度液壓缸的安裝尺寸，可查設(shè)計(jì)手冊(cè)得 安裝尺寸=+S=377+1100=1377（mm）當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，有效計(jì)算長(zhǎng)度為： L=1100+1100+377=2577（mm）S液壓缸的安裝尺寸(查設(shè)計(jì)手冊(cè)得到) 4(5)最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H(mm) (16) 取最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為600（mm）式中 L液壓缸最大行程； D缸筒內(nèi)徑。(6)導(dǎo)向套長(zhǎng)度 A=（0.61.0）d (17) =(114.5120)mm導(dǎo)向套長(zhǎng)度為115mm(7)活塞寬度 B=（0.61.0）D (18) =（5490）mm活塞桿寬度B=80mm式中 D缸筒內(nèi)徑(8)缸筒壁厚：材料的許用應(yīng)力計(jì)算 (19) =式中 缸體材料的抗拉強(qiáng)度，缸體材料為，=800Mpa14n安全系數(shù).一般取n=5 (20) =7.99(mm)查缸筒壁厚度表，取=12mm式中 P-系統(tǒng)最高壓力,P=30Mpa。(9)缸筒外徑 (21)=90+212=114(mm)因?yàn)橐簤焊椎母淄彩菬o(wú)縫鋼管，因此缸筒內(nèi)部要留出5mm加工余量所以查手冊(cè)，選取內(nèi)徑為95mm的無(wú)縫鋼管。油缸強(qiáng)度計(jì)算：(1)已知參數(shù)：缸徑D=90 桿徑d=63 行程S=1100 缸筒壁厚=12有效計(jì)算長(zhǎng)度L=2577 (參數(shù)單位：mm)(2)油缸強(qiáng)度計(jì)算a. 活塞桿應(yīng)力校核=P8902/632 (22) =30902/632 =61.22Mpa活塞桿材質(zhì)為調(diào)質(zhì)，經(jīng)查表得強(qiáng)度極限為800Mpa14,材料的許用應(yīng)力為：=（n為安全系數(shù)）.由此可見(jiàn)，應(yīng)力完全滿足要求。 式中 油缸最大閉鎖壓力 b. 缸筒強(qiáng)度驗(yàn)算：由于缸筒壁厚與缸徑之比，屬于厚壁缸筒，可按材料學(xué)第二強(qiáng)度理論驗(yàn)算。 由此可見(jiàn),即為大柔度壓桿時(shí)，穩(wěn)定力為： (28)（N）式中 為長(zhǎng)度折算系數(shù)，對(duì)于兩端鉸接約束方式一般取1；f. 油缸最大閉鎖力 = (29)（N）式中 油缸最大閉鎖壓力g. 穩(wěn)定系數(shù) (30)由此可見(jiàn)，穩(wěn)定性可以滿足要求。(4)活塞和活塞密封件標(biāo)準(zhǔn)活塞為鑄件，并為同心度而配合于活塞桿?；钊揽柯菽概c活塞桿之間的螺紋旋合而牢靠鎖定，保證在高速度和高負(fù)載條件下的可靠工作?；钊芊饧坎捎眠M(jìn)口Parker和NOK產(chǎn)品?；钊麅啥税惭b由PTFE制成4mm厚度的納污環(huán)，由于它有雜質(zhì)浸沒(méi)功能，故可防止油缸內(nèi)的油因混有外界物質(zhì)而引起密封件的損壞，確保密封件有較長(zhǎng)的使用壽命，而且能起導(dǎo)向支承作用。支承環(huán)具有很高的耐壓承載能力，可以消除活塞與缸體之間的所有的金屬對(duì)金屬接觸，提供高的側(cè)向承載能力，吸收沖擊，增加接觸面積，避免劃傷缸體?；钊芊饧捎门煽说拈_(kāi)口式結(jié)構(gòu)的OK型密封件，耐沖擊負(fù)荷，摩擦阻力低，安裝簡(jiǎn)單，由于其密封圈特殊的材料性能，故在高壓和大間隙下均有較強(qiáng)的抗擠壓能力，工作壓力高達(dá)50Mpa。(5)溢流閥的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)要求:章設(shè)計(jì)的溢流閥是安裝在出油口處的溢流閥，它用來(lái)控制系統(tǒng)的最高壓力，防止超載，保護(hù)液壓系統(tǒng)安全，使液壓系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行18。根據(jù)系統(tǒng)的壓力，溢流閥設(shè)計(jì)要求如下：公稱壓力 =320（kgf/）公稱流量 =200（L/min）調(diào)壓范圍 =160-320（kgf/）起閉特性（調(diào)成最高調(diào)定壓力時(shí)）開(kāi)啟壓力 =300（kgf/）閉合壓力 =288（kgf/）溢 流 量 =1.56L/min(26/sec)0.85,因此，可以達(dá)到啟閉特性 全日制普通本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。同時(shí)，本論文的著作權(quán)由本人與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院、指導(dǎo)教師共同擁有。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：（作者手寫(xiě)簽名） 年 月 日目 錄摘 要1關(guān)鍵詞11 前言 2 1.1 中國(guó)挖掘機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀 2 1.2 小挖掘機(jī)的特點(diǎn) 3 1.3 挖掘機(jī)的類(lèi)型 3 1.4 液壓挖掘機(jī)基本結(jié)構(gòu)和其選擇42 液壓挖掘機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 5 2.1 設(shè)計(jì)方案確定 5 2.1.1 挖掘機(jī)型式的確定 5 2.1.2 單斗挖掘機(jī)的特點(diǎn) 5 2.1.3 所選機(jī)型的適用范圍 6 2.2 液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)和選擇6 2.2.1 總體設(shè)計(jì)內(nèi)容 6 2.2.2 小型挖掘機(jī)的主要參數(shù) 7 2.2.3 選擇確定液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)的基本依據(jù) 7 2.3 基本數(shù)據(jù)計(jì)算 8 2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)斗容與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系 8 2.3.2 挖掘力與整機(jī)質(zhì)量的關(guān)系 9 2.3.3 工作尺寸與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系 103 液壓系統(tǒng)12 3.1 壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)基本要求12 3.1.1 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)動(dòng)作要求12 3.1.2 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本類(lèi)型與特點(diǎn)13 3.2 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本類(lèi)型與特點(diǎn) 13 3.3 系統(tǒng)的工作需要和工況分析14 3.4 液壓執(zhí)行元件14 3.3.1 液壓泵設(shè)計(jì)與計(jì)算14 3.3.2 液壓缸設(shè)計(jì)與計(jì)算16 3.3.3 回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)與計(jì)算33 3.3.4 行走液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)與計(jì)算34 3.6 液壓系統(tǒng)最終方案的擬定364 結(jié)語(yǔ)37參考文獻(xiàn) 37致謝 38