zd2203推土機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、1 緒論1.1 前言以液壓技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)的推土機(jī)是工程機(jī)械領(lǐng)域中一種典型的土石方施工設(shè)備，液壓推土機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械推土機(jī)一樣，在國民經(jīng)濟(jì)與國家建設(shè)事業(yè)中，占據(jù)重要的地位。它廣泛應(yīng)用于鐵道建筑工程、公路工程、機(jī)場建設(shè)、水利工程、房屋建筑、市政工程、港口建設(shè)、礦山工程、地下工程、軍事工程等各種工程項(xiàng)目中，我國建國五十多年社會主義建設(shè)的實(shí)踐充分說明，如果沒有大量優(yōu)質(zhì)的推土機(jī)，是不可能高速高質(zhì)完成國家的建設(shè)項(xiàng)目的。至于人煙稀少，工作面狹窄，工作條件惡劣，高寒沙漠地帶，工程質(zhì)量要求嚴(yán)格的工程項(xiàng)目，沒有優(yōu)質(zhì)的推土機(jī)是絕對不可能完成任務(wù)的。推土機(jī)的覆蓋面廣，技術(shù)先進(jìn)，直接關(guān)系國家的建設(shè)事業(yè)，有不少領(lǐng)域等待著人

2、們?nèi)ヌ接懪c提高，是大有可為的。因此我們從國家建設(shè)事業(yè)出發(fā)，選擇了履帶式推土機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是大有前景的。液壓推土機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用，因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對于提高勞動生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。1.2 推土機(jī)簡介推土機(jī)（bulldozer）是一種多用途的自行式土方工程建設(shè)機(jī)械，它能鏟挖并移運(yùn)土壤。在道路建設(shè)施工中，推土機(jī)可完成路基基底的處理，路側(cè)取土橫向填筑高度不大于1m的路堤，沿道路中心線向鏟挖移運(yùn)土壤的路基挖填工程，傍山取土修筑半堤半塹的路基。此外，推土機(jī)還可

3、用于平整場地，堆集松散材料，清除作業(yè)地段內(nèi)的障礙物等。推土機(jī)在建筑、筑路、采礦、油田、水電、港口、農(nóng)林及國防各類工程中，都得到了十分廣泛的應(yīng)用。它擔(dān)負(fù)著切削、推運(yùn)、開挖、堆積、回填、平整、疏松、壓實(shí)等多種繁重的土方作業(yè)，是各類施工中不可缺少的主要設(shè)備。圖1.1 ZD220-3推土機(jī)實(shí)物圖1.3 推土機(jī)的發(fā)展歷程履帶式推土機(jī)(track-type tractor）由美國人Benjamin Holt在1904年研制成功，它是在履帶式拖拉機(jī)前面安裝人力提升的推土裝置而形成，當(dāng)時(shí)的動力是蒸汽機(jī)，之后又先后研制成功由天然氣動力驅(qū)動和汽油機(jī)驅(qū)動的履帶式推土機(jī)，推土鏟刀也由人力提升發(fā)展為鋼絲繩提升。Benj

4、amin Holt也是美國卡特彼勒（Caterpillar Inc.）公司的創(chuàng)始人之一，1925年Holt制造公司和C.LBest推土機(jī)公司合并，組成卡特彼勒推土機(jī)公司，成為世界首家推土設(shè)備制造者，并于1931年成功下線第一批采用柴油發(fā)動機(jī)的60推土機(jī)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前推土機(jī)動力已經(jīng)全部采用柴油機(jī)，推土鏟刀和松土器全部由液壓缸提升。推土機(jī)除履帶式推土機(jī)外，還有輪胎式推土機(jī)，它的出現(xiàn)要比履帶式推土機(jī)晚十年左右。由于履帶式推土機(jī)具有較好的附著性能，能發(fā)揮更大的牽引力，因此在國內(nèi)外，其產(chǎn)品的品種和數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過輪胎式推土機(jī)。在國際上，卡特彼勒公司是世界上最大的工程機(jī)械制造公司，其生產(chǎn)的履帶式推

5、土機(jī)有大、中、小共9 個(gè)系列D3-D11，最大的D11RCD，柴油機(jī)飛輪功率達(dá)到634kw；日本的小松（komatsu）公司列第二位，1947 年才開始引進(jìn)生產(chǎn)D50 履帶推土機(jī)，現(xiàn)在履帶式推土機(jī)有13 個(gè)系列，從D21-D575，最小的為D21，柴油機(jī)飛輪功率為29.5kw，最大的為D575A-3SD，柴油機(jī)飛輪功率達(dá)858kw，它也是當(dāng)前世界上最大的推土機(jī)；另外一家獨(dú)具特色的推土機(jī)制造企業(yè)是德國的利勃海爾集團(tuán)（Liebheer），其推土機(jī)全部采用靜液壓驅(qū)動，該技術(shù)歷經(jīng)十幾年的研究與發(fā)展，1972年推出樣機(jī)，1974 年開始批量生產(chǎn)PR721-PR731 和PR741靜液壓驅(qū)動履帶推土機(jī)，由

6、于液壓元件的限制，目前其最大功率僅為295Kw，型號為PR751礦用。 我國生產(chǎn)推土機(jī)，是新中國成立以后才開始的。最初是在農(nóng)用拖拉機(jī)上加裝推土裝置。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型礦山、水利、電站和交通等部門對中大型履帶式推土機(jī)的需求不斷增加，我國中大型履帶式推土機(jī)制造業(yè)雖有較大發(fā)展，但已不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。為此，自1979年以來，我國先后從日本小松公司和美國卡特彼勒公司引進(jìn)了履帶式推土機(jī)生產(chǎn)技術(shù)、工藝規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及材料體系，經(jīng)過消化吸收和關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，形成了目前以,20世紀(jì)80-90年代小松技術(shù)產(chǎn)品為主導(dǎo)的格局。 從20世紀(jì)60年代至今，國內(nèi)推土機(jī)行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)一直穩(wěn)定在4家左右，原因是

7、推土機(jī)產(chǎn)品的加工要求高、難度大，批量生產(chǎn)需要較大的投入，因此一般企業(yè)不敢輕易涉足。但是隨著市場的發(fā)展，從“八五”開始，國內(nèi)一些大中型企業(yè)根據(jù)自身實(shí)力，開始兼營推土機(jī)，如內(nèi)蒙古第一機(jī)械廠、徐州裝載機(jī)廠等，擴(kuò)充了推土機(jī)行業(yè)隊(duì)伍。與此同時(shí)，也有少數(shù)企業(yè)由于經(jīng)營不善、不適應(yīng)市場發(fā)展的需要開始走下坡路，有的已經(jīng)退出本行業(yè)。目前國內(nèi)推土機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)主要有：山推工程機(jī)械股份、河北宣化工程機(jī)械股份、上海彭浦機(jī)器廠、天津建筑機(jī)械廠、陜西新黃工機(jī)械有限責(zé)任公司、一拖工程機(jī)械等。1.4 國內(nèi)外推土機(jī)研究及發(fā)展?fàn)顟B(tài)1.4.1 國外推土機(jī)的發(fā)展趨勢目前，國外廣泛生產(chǎn)的推土機(jī)是履帶式推土機(jī)。為適應(yīng)工程發(fā)展的需要，20世紀(jì)

8、70年代以來，大型履帶式推土機(jī)在品種和數(shù)量上都迅速發(fā)展?，F(xiàn)在生產(chǎn)大型履帶式推土機(jī)的廠商主要有美國卡特彼勒公司、日本小松公司、意大利Fiat-Allis公司等，其產(chǎn)品性能代表了當(dāng)代大型履帶式推土機(jī)的水平。近年來，國外推土機(jī)產(chǎn)品以電子信息技術(shù)為先導(dǎo)，在計(jì)算機(jī)故障診斷與監(jiān)控、精確定位與作業(yè)、發(fā)動機(jī)電子控制和人機(jī)工程學(xué)等方面，進(jìn)行了大量的研究應(yīng)用，主要表現(xiàn)在以下幾方面：GPS在推土機(jī)的應(yīng)用在GPS定位和導(dǎo)向的指引下，在施工成形要求、確定和控制機(jī)械運(yùn)動的方向和移動距離以及確定和控制作業(yè)裝置的動作和運(yùn)動軌跡時(shí)，可以不用人工操縱或簡化人工操縱，實(shí)現(xiàn)推土機(jī)的自動化和無人駕駛。計(jì)算機(jī)故障診斷系統(tǒng)機(jī)載計(jì)算機(jī)可根據(jù)

9、各種傳感器的檢測信號，結(jié)合專家知識庫對機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估，預(yù)測可能出現(xiàn)的故障，在出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出故障信息或指導(dǎo)駕駛員查找和排除故障。關(guān)鍵信息顯示管理系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，在辦公室的控制中心實(shí)時(shí)監(jiān)控推土機(jī)的作業(yè)狀態(tài)，據(jù)此向司機(jī)提供基于文字提示的精確的故障診斷信息。柴油發(fā)動機(jī)控制管理系統(tǒng)根據(jù)靜壓傳動裝置及推土機(jī)的工作狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)輸出功率與轉(zhuǎn)速，以滿足不同作業(yè)工況的需要，提高燃料的經(jīng)濟(jì)性。人機(jī)工程學(xué)的普遍應(yīng)用國外工程機(jī)械特別注重駕駛員與操作界面的協(xié)調(diào)，講求操作的舒適性。1.4.2 國內(nèi)推土機(jī)的發(fā)展趨勢推土機(jī)在我國的發(fā)展大致經(jīng)力了萌芽期（19501961年）、專業(yè)形成期（19611978年）

10、和產(chǎn)品系列形成期（1978年至今）等三個(gè)階段。通過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，特別是1978年以后，我國的推土機(jī)逐漸形成系列，通過引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)，提高了專業(yè)技術(shù)水平，使我國推土機(jī)的產(chǎn)量和品種都有了較大的增長，產(chǎn)品性能和技術(shù)水平達(dá)到了國際20世紀(jì)80年代末、90年代初的水平。目前全國生產(chǎn)推土機(jī)的廠家已有20多個(gè)，生產(chǎn)規(guī)格45300KW不等，年產(chǎn)量已有1萬臺以上?！笆濉?期間， 我國交通基礎(chǔ)建設(shè)投資力度將進(jìn)一步加大， 計(jì)劃完成鐵路建設(shè)投資12500億元人民幣，建設(shè)新線19800 km；新增公路里程400000km，其中高速公路30000 km。作為一種多用途的自行式土方工程建設(shè)機(jī)械，推土機(jī)將在陸續(xù)開展

11、的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中分得一杯羹。另外，宏觀調(diào)控后部分地區(qū)產(chǎn)品需求的恢復(fù)性增長、新農(nóng)村建設(shè)帶動的農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的增加以及仍將在一定時(shí)期內(nèi)維持高速增長的出口市場都將積極推動我國推土機(jī)市場的發(fā)展。今后我國推土機(jī)的發(fā)展主要考慮以下幾點(diǎn)：1）提高推土機(jī)的工作可靠性和使用壽命。國產(chǎn)履帶式推土機(jī)的可靠性和使用壽命與國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品相比還有比較大的差距。例如，美國卡特匹勒公司生產(chǎn)的履帶式推土機(jī)的使用壽命為1000012000h，日本小松公司的為800010000h，而國產(chǎn)的僅為300012000h。隨著國際先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的逐步采用、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，應(yīng)迅速提高國產(chǎn)推土機(jī)的可靠性和使用壽命。2）發(fā)展

12、大功率多功能用推土機(jī)。目前推土鏟的功率均在235KW以下，不能適用大型、特大型工程施工的需要，每年都需進(jìn)口1000臺左右的大型推土機(jī)。隨著我國基本建設(shè)的加快、大中型工程的增多，發(fā)展大功率推土機(jī)勢在必行。而且要積極研制開發(fā)多功能的工作裝置，以提高推土機(jī)的利用率和作業(yè)效率。3）擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、降低生產(chǎn)成本。國內(nèi)推土機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠中以履帶式推土機(jī)為主導(dǎo)產(chǎn)品的有11家。生產(chǎn)73KW以上廠家中年產(chǎn)量多為100200臺。產(chǎn)量小，成本高，未形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。因此必須擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，降低生產(chǎn)成本。4）發(fā)展機(jī)電液一體化。目前國產(chǎn)推土機(jī)的整體技術(shù)水平雖然有較大的提高，但由于近年來世界上技術(shù)發(fā)展很快，電子技術(shù)開始運(yùn)用于推土機(jī)

13、，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電液一體化。例如，在發(fā)動機(jī)上采用了電子調(diào)速器，極限負(fù)荷控制系統(tǒng)和燃油噴射系統(tǒng)等，能夠根據(jù)推土機(jī)作業(yè)情況，發(fā)動機(jī)工況，自動調(diào)整發(fā)動機(jī)性能，提高其適應(yīng)性；推土鏟采用自動控制的調(diào)平系統(tǒng)，提高了作業(yè)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化是國產(chǎn)推土機(jī)發(fā)展方向之一。5）提高安全、舒適性，符合環(huán)境保護(hù)法。國產(chǎn)推土機(jī)要進(jìn)一步滿足用戶要求和拓展國內(nèi)外市場，必須按國際FOPS和ROPS標(biāo)準(zhǔn)，在推土機(jī)上安裝防滾翻駕駛室并設(shè)置重要部件故障報(bào)警系統(tǒng)，以提高推土機(jī)的使用安全性。駕駛室內(nèi)的空調(diào)設(shè)施，防震可調(diào)座椅的設(shè)置等要符合人機(jī)工程學(xué)的要求,提高駕駛員的工作舒適性,降低了噪音,減少了振動,噪聲,震動,機(jī)械的涂飾等指標(biāo)均要

14、符合保護(hù)環(huán)境的要求。1.5 推土機(jī)的分類推土機(jī)可按用途、發(fā)動機(jī)功率、傳動方式、行走方式、推土鏟安裝方式及操作方式等進(jìn)行分類。用途可分為：普通型推土機(jī)和專用型推土機(jī)兩類；普通型推土機(jī)。這種推土機(jī)通用性好，廣泛應(yīng)用于各類土方工程的施工作業(yè)，是目前施工作業(yè)中廣為采用的推土機(jī)機(jī)種。專用型推土機(jī)。該類推土機(jī)包括浮體推土機(jī)、水陸兩用推土機(jī)、深水推土機(jī)、濕地推土機(jī)、爆破推土機(jī)、低噪音推土機(jī)、軍用高速推土機(jī)等。他們均屬于特殊條件下使用的專用推土機(jī)施工機(jī)械。 發(fā)動機(jī)的功率可分為：因?yàn)椴裼蜋C(jī)具有功率范圍寬，輸出扭矩大，燃料使用經(jīng)濟(jì)性好，故障少，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以推土機(jī)均采用柴油機(jī)為動力裝置。按柴油機(jī)的功率大小，

15、推土機(jī)可分為小型推土機(jī)（140KW）、中型推土機(jī)（59103KW）和大型推土機(jī)（118235KW）、特大型推土機(jī)（功率235KW）等四類。按傳動方式可分為：機(jī)械傳動式推土機(jī)。它具有設(shè)計(jì)制造容易，工作可靠，傳動效率高，維修方便等優(yōu)點(diǎn)，但操作費(fèi)力，對負(fù)荷的使用性差，使推土機(jī)的作業(yè)效率受到一定影響。目前只是小型推土機(jī)采用機(jī)械傳動。液力機(jī)械傳動方式推土機(jī)。采用液力變矩器與動力換擋器組合的液力機(jī)械傳動，具有自動無級變速變矩，適應(yīng)為負(fù)荷變化的能力，且可自動換擋，減少換擋次數(shù)，操縱輕巧靈活，使推土機(jī)作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是：液力變矩在工作過程中容易發(fā)熱，降低了傳遞效率；同時(shí)傳遞裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，提高

16、了知道成本，維修較困難。目前大中型推土機(jī)采用這種傳動方式較為普遍。全液壓傳動式推土機(jī)。它自帶泵源，由液壓馬達(dá)直接驅(qū)動其行走。因?yàn)槿∠酥麟x合器，變速器，后橋等總成，所以結(jié)構(gòu)簡單，整機(jī)質(zhì)量減輕，操縱輕便，并可原地轉(zhuǎn)向。全液壓傳動式推土機(jī)制造成本較高，且耐用度和可靠性差，維修較困難。目前只在中等功率的推土機(jī)上采用全液壓傳動。電傳動式推土機(jī)。它由柴油機(jī)帶動發(fā)動機(jī)電動組，進(jìn)而驅(qū)動其行走裝置。電傳動總體布置方便，操縱輕便，且能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。行駛速度和牽引力可無級調(diào)節(jié)，對外界阻力有良好的適應(yīng)性，作業(yè)效率高。但由于質(zhì)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，目前只在大功率推土機(jī)使用，且以輪胎式推土機(jī)為主。另一類電傳動推土

17、機(jī)是采用動力電網(wǎng)的電力，可稱為電氣傳動，該推土機(jī)一般用于礦山開采和井下作業(yè)，因受電力和電纜的限制，它的使用范圍受到很大制約。但此類推土機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，不污染環(huán)境，作業(yè)效率高。 行走方式可分為：履帶式推土機(jī)。起耐用性好，牽引力大，接地比壓大，爬坡能力強(qiáng)，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，故具有優(yōu)越的作業(yè)能力，但機(jī)械質(zhì)量大，制造成本高。輪胎式推土機(jī)。其行駛速度快，機(jī)動性好，轉(zhuǎn)移迅速方便且不損壞路面，作業(yè)循環(huán)時(shí)間短，適合城市建設(shè)和道路維修工程中使用。制造成本底，維修方便。但它的附著性能差，在松軟、潮濕的場地上施工時(shí)，生產(chǎn)效率底，甚至無法施工。若遇到堅(jiān)硬，銳利的巖石，輪胎容易磨損，因此輪胎式推土機(jī)的使用受到

18、一定限制。按鏟刀方式可分為：固定式鏟刀推土機(jī)。起推土鏟在水平面內(nèi)與推土機(jī)縱向軸線固定為直角，也稱為直鏟式推土機(jī)。一般來說，從鏟刀的堅(jiān)固性和經(jīng)濟(jì)性考慮，小型及經(jīng)常重載作業(yè)的推土機(jī)都采用這種鏟刀安裝方式?；剞D(zhuǎn)式推土機(jī)。其推土鏟在水平面能回轉(zhuǎn)一定角度（也可成為直角）。它作業(yè)范圍較廣，可以直線行駛一側(cè)排土，適宜平地作業(yè)，也宜于橫坡鏟土側(cè)移。該推土機(jī)又稱活動式鏟刀推土機(jī)或角鏟式推土機(jī)。目前絕大多數(shù)推土機(jī)用柴油機(jī)是由蓄電池電動機(jī)啟動的，故柴油機(jī)操縱機(jī)構(gòu)大為簡化，其生產(chǎn)制造、技術(shù)使用及維修等日趨成熟。由于液壓控制技術(shù)的迅速發(fā)展，使現(xiàn)代推土機(jī)工作裝置的控制已實(shí)現(xiàn)液壓化，它具有切土立強(qiáng)、平整質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高等

19、優(yōu)點(diǎn)，可滿足工程建設(shè)對施工質(zhì)量的要求。1.6 本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容推土機(jī)是以履帶式拖拉機(jī)或輪胎式基礎(chǔ)車為主機(jī)體配以推土工作裝置和操縱機(jī)構(gòu)組成的自行土石運(yùn)輸施工機(jī)械，是工程機(jī)械中用途廣泛的一個(gè)機(jī)種。推土機(jī)的總體設(shè)計(jì)不僅包括各工作裝置的選型與設(shè)計(jì)，還牽涉到各個(gè)裝置之間的關(guān)聯(lián)和技術(shù)參數(shù)的相匹配問題。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為ZD220-3推土機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過對ZD220-3推土機(jī)液壓傳動系統(tǒng)、推鏟理論提升與下降高度、松土器松土深度和提升高度、變速轉(zhuǎn)向要求等各種工作狀況進(jìn)行分析確定各種參數(shù)，最終進(jìn)行液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。2 ZD220-3推土機(jī)液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 ZD220-3推土機(jī)液壓系統(tǒng)組成與功能分析 ZD

20、220-3推土機(jī)液壓系統(tǒng)可劃分為變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)和工作裝置(機(jī)具)液壓系統(tǒng)兩部分，其中變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)包括變速液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，由變速器、轉(zhuǎn)向器(轉(zhuǎn)向先導(dǎo)閥)、控制閥以及液壓缸組成，工作裝置液壓系統(tǒng)由各種控制閥和液壓缸組成。推土機(jī)在行駛和作業(yè)中，需要利用變速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制動，改變運(yùn)行速度、行駛方向或保持直線行駛，因此變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)要完成的工作任務(wù)就是改變推土機(jī)的速度，控制推土機(jī)的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或直行以及轉(zhuǎn)向制動。變速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本要求是操縱輕便靈活，工作穩(wěn)定可靠，使用經(jīng)濟(jì)耐久。轉(zhuǎn)向性能是保證推土機(jī)安全行駛，減輕駕駛?cè)藛T的勞動強(qiáng)度，提高作業(yè)生產(chǎn)率的主要因素。由于推土機(jī)在作業(yè)中需要頻繁地轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向

21、系統(tǒng)是否輕便靈活，對生產(chǎn)效率影響很大，而采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)這一要求的理想途徑。操作人員只需用極小的操作力和一般的操作速度操縱控制元件，就可以實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)向。它使作業(yè)時(shí)操作的繁重程度大為改善，并進(jìn)一步提高了生產(chǎn)率，同時(shí)也提高了行駛的安全性。推土機(jī)工作裝置(機(jī)具)液壓系統(tǒng)控制著推土機(jī)鏟斗和松土器的動作，要完成的工作任務(wù)就是鏟舉升、鏟傾斜、鏟浮動以及松土器舉升等動作。在推土機(jī)工作過程中，工作裝置的工作速度應(yīng)該是可調(diào)的，而且工作速度穩(wěn)定。鏟斗是推土機(jī)的主要工作裝置，在推土機(jī)工作過程中，通過推土機(jī)向前運(yùn)動的推力進(jìn)行鏟土或碎石，然后對土或碎石等材料進(jìn)行搬運(yùn)。鏟斗工作裝置要完成的動作包括舉升、保持

22、、下降、浮動和傾斜。根據(jù)推土機(jī)的工作要求，中小型推土機(jī)，除了鏟掘和推運(yùn)不太硬的土質(zhì)之外，還往往進(jìn)行回填和向一側(cè)推土，或者用推土鏟的一角在地面開小溝，或者用來平整具有一定坡度的平面。因此推土鏟要能夠在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)、在垂直面內(nèi)傾斜。而大型推土機(jī)的作業(yè)方式較少、應(yīng)用范圍較窄，主要要求它有強(qiáng)大的鏟掘能力和推運(yùn)能力，這樣，裝備有固定式立鏟即能滿足使用要求，但有時(shí)也要求推土鏟能在垂直面內(nèi)傾斜，以便利用鏟尖作業(yè)或適應(yīng)斜坡作業(yè)。大型推土機(jī)鏟斗的升降高度有時(shí)高達(dá)2m以上，因此加快鏟斗的下降速度對縮短推土機(jī)的作業(yè)循環(huán)時(shí)間、提高其生產(chǎn)率有著重要意義。為此，推土機(jī)大多在推土鏟升降回路上是用鏟斗快速下降閥，用以實(shí)現(xiàn)鏟斗

23、舉升缸的差動連接，并降低鏟斗舉升缸的排油(有桿)腔回油阻力，使鏟斗快速下降。中小型推土機(jī)發(fā)展早，使用時(shí)間長，由于其作業(yè)對象是中等堅(jiān)實(shí)度的土質(zhì)，僅用推土鏟即可完成鏟掘和推運(yùn)任務(wù)，因此推土鏟被公認(rèn)是推土機(jī)的傳統(tǒng)工作裝置。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對推土機(jī)鏟掘能力的要求不斷提高，由于不能只用提高牽引力的辦法來鏟掘路石和硬度很大的土質(zhì)，因此大、中型推土機(jī)配備了松土裝置。先將堅(jiān)硬土質(zhì)用松土裝置松散之后，再用推土鏟進(jìn)一步鏟掘和推運(yùn)，于是松土器成為大中型推土機(jī)不可缺少的工作裝置。此外，用松土器可代替打眼放炮的施工方法，從而大大降低工程造價(jià)。松土裝置大多置于推土機(jī)后部，與推土鏟配合，用于破碎堅(jiān)硬的土層或巖石

24、層。松土器使用刀齒切削角可調(diào)的四桿機(jī)構(gòu)，利用液壓缸使之動作。中間用一個(gè)液壓缸。起調(diào)整裂土刀升降的作用，上部用兩個(gè)并聯(lián)液壓缸代替桿件以調(diào)節(jié)松土刀的切削角。此外，松土裝置還有鉸鏈?zhǔn)胶蛶б簤簺_擊錘式等。松土器工作裝置要完成的動作包括舉升、下降。 表2.1 ZD220-3 推土機(jī)相關(guān)參數(shù)工作裝置及附件推土鏟型式角鏟/直傾鏟寬度4365/3725 mm高度1055/1315 mm最大提升高度1292/1210 mm最大下降量536/538 mm最大傾斜量500/735 mm鏟刀容量4.8/6.4 m松土器齒數(shù)3最大松土深度666 mm最大提升高度555 mm松土器重量2700 kg傳動裝置行走速度前進(jìn)檔

25、0-3.6 km/h前進(jìn)檔0-6.5 km/h前進(jìn)檔0-11.2 km/h后退檔0-4.3 km/h后退檔0-7.7 km/h后退檔0-13.2 km/h最大牽引力207kN尺寸型式角鏟/直傾鏟全長6060/5750 mm全寬4365/3725 mm全高（至排氣管頂端）3395 mm全高（至駕駛室頂端）3354 mm發(fā)動機(jī)型號康明斯NT855-C280(第三代)型式增壓水冷直列四沖程缸數(shù)-缸徑行程6-139.7152.4 mm活塞排量14010 ml額定功率/額定傳速162 kW/1800 r/min最大扭矩1078 N.m/1250 r/min燃油消耗率208 g/kW.h2.2 ZD220

26、-3推土機(jī)變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為推土機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足工作循環(huán)時(shí)對速度和方向控制所提出的全部技術(shù)要求，且靜動態(tài)性能好、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠、壽命長、經(jīng)濟(jì)性好、使用維護(hù)方便。2.2.1 ZD220-3推土機(jī)變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)原理分析ZD220-3推土機(jī)變速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用液力機(jī)械傳動方式、行星齒輪式動力換擋變速器、彈簧壓緊油式分離常結(jié)合式轉(zhuǎn)向離合器。 液力變矩器工作原理泵輪組件中的泵輪由螺栓和驅(qū)動殼連接，驅(qū)動齒輪由螺栓和驅(qū)動殼連接。驅(qū)動齒輪直接插入發(fā)動機(jī)飛輪齒圈內(nèi)，故泵輪隨發(fā)動機(jī)一起旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)輪由螺栓和導(dǎo)輪轂連接，導(dǎo)輪轂通過花鍵和導(dǎo)輪座連接，導(dǎo)輪座又通過

27、螺栓和變矩器殼連接，故導(dǎo)輪和變矩器殼一起，是不旋轉(zhuǎn)的。渦輪和渦輪轂用鉚釘鉚接在一起，再通過花鍵和渦輪輸出軸連接，渦輪輸出軸通過花鍵和聯(lián)軸節(jié)連接，將動力傳遞給其后的傳動系統(tǒng)。泵輪隨發(fā)動機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，將動力輸入，導(dǎo)輪不旋轉(zhuǎn)，渦輪旋轉(zhuǎn)，將動力輸出，三者之間相互獨(dú)立，輪間間隙約為2mm。 泵輪、渦輪、導(dǎo)輪自身由許多葉片組成，稱之為葉柵，葉片由曲面構(gòu)成，呈復(fù)雜的形狀。變矩器在工作時(shí)，葉柵中是需要充滿油液的，在泵輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵輪葉柵中的油液在離心力的作用下沿曲面向外流動，在葉柵出口處射向渦輪葉柵出口，然后沿渦輪葉柵曲面作向心流動，又從渦輪葉柵出口射向?qū)л喨~柵進(jìn)口，穿過導(dǎo)輪葉柵又流回泵輪。泵輪、渦輪、導(dǎo)輪葉

28、柵組成的圓形空間，稱之為循環(huán)圓。由于渦輪葉柵曲面形狀的設(shè)計(jì)，決定了渦輪和泵輪在同一方向旋轉(zhuǎn)。這樣，變矩器葉柵循環(huán)圓中的油液，一方面在循環(huán)圓中旋轉(zhuǎn)，一方面又隨泵輪和渦輪旋轉(zhuǎn)，從而形成了復(fù)雜的螺旋運(yùn)動，在這種運(yùn)動中，將能量從泵輪傳遞給渦輪。 渦輪的負(fù)荷是推土機(jī)負(fù)荷決定的。推土機(jī)的負(fù)荷由鏟刀傳遞給履帶行走系統(tǒng)，再傳給終傳動、轉(zhuǎn)向離合器、中央傳動、變速器和聯(lián)軸器總成，最終傳遞給變矩器渦輪。 渦輪負(fù)荷小時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度就快；負(fù)荷大時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度就慢。當(dāng)推土機(jī)因超載走不動時(shí)，渦輪的轉(zhuǎn)速也下降為0，成為渦輪的制動狀態(tài)。這時(shí)，因渦輪停止轉(zhuǎn)動，由泵輪葉柵射來的油液，以最大的沖擊穿過渦輪葉柵沖向?qū)л啠诓晦D(zhuǎn)的導(dǎo)輪葉柵

29、中轉(zhuǎn)換成壓力，該壓力反壓向渦輪，增大了渦輪的扭矩，該增加的扭矩和渦輪旋轉(zhuǎn)方向一致，此時(shí)渦輪輸出扭矩最大，為泵輪扭矩的2.54倍。渦輪隨著負(fù)荷增大，轉(zhuǎn)速逐漸降低，扭矩逐漸增加，這相當(dāng)于一個(gè)無級變速器在逐漸降速增扭。這種無級變矩的性能與易操縱而擋位較少的行星齒輪式動力換擋變速器相配合，使推土機(jī)獲得了優(yōu)異的牽引性能。 液力變矩器是依靠液力工作的。油液在葉柵中流動時(shí)，由于沖擊、摩擦，會消耗能量，使油發(fā)熱，故液力變矩器的傳動效率是較低的。目前，國內(nèi)外最好的液力變矩器其最高效率為88%。當(dāng)變矩器的渦輪因推土機(jī)超負(fù)荷而停止轉(zhuǎn)動時(shí)，由泵輪傳來的能量全部轉(zhuǎn)化成熱量而消耗掉，此時(shí)變矩器效率為0。要想提高變矩器的傳

30、動效率，就要掌握推土機(jī)的負(fù)荷，使渦輪有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速、推土機(jī)有適當(dāng) 的速度；即當(dāng)推土機(jī)因負(fù)荷過大而走不動時(shí)，要及時(shí)減小負(fù)荷，提一下鏟刀或由II擋換為I擋。 行星齒輪式動力換擋變速器工作原理ZD220-3推土機(jī)變速器采用行星齒輪式動力換擋變速器的結(jié)構(gòu)，該變速器主要由四個(gè)行星排、四個(gè)固定式離合器和一個(gè)旋轉(zhuǎn)閉鎖離合器構(gòu)成。控制機(jī)構(gòu)采用液壓系統(tǒng)控制。搬動操縱閥手柄，進(jìn)入變速箱的液壓油止動住其中兩個(gè)離合器，使變速箱輸出軸得到某一個(gè)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，止動不同的兩個(gè)離合器，即得到不同的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速，共有三個(gè)前進(jìn)檔和三個(gè)倒檔。分別如下:表2.2 ZD220-3推土機(jī)檔位分配圖前進(jìn)一擋NO.1和NO.5前進(jìn)二擋NO.1和N

31、O.4前進(jìn)三擋NO.1和NO.3后退一擋NO.2和NO.5后退二擋NO.2和NO.4后退三擋NO.2和NO.3 轉(zhuǎn)向離合器和轉(zhuǎn)向制動器工作原理變速器的動力傳入中央傳動后，就從縱向傳動變?yōu)闄M向傳動，由橫軸分別傳給左、右兩個(gè)轉(zhuǎn)向離合器。 ZD220-3推土機(jī)的轉(zhuǎn)向離合器是彈簧壓緊、液壓分離、常嚙合、溫式摩擦片結(jié)構(gòu)型式。它包括外鼓、內(nèi)鼓、壓盤、外摩擦片、內(nèi)齒處、活塞、螺栓、套筒與活塞連接成一個(gè)整體，大、小彈簧支撐在內(nèi)鼓上，彈簧的安裝負(fù)荷推動活塞向右移動，帶動壓板將摩擦片和齒片壓緊在一起，實(shí)現(xiàn)接合傳力。彈簧共8組，總安裝負(fù)荷3.2T，有足夠的壓力壓緊摩擦片以傳遞力矩。 當(dāng)推土機(jī)需要轉(zhuǎn)向（如拉動左轉(zhuǎn)向拉

32、桿）時(shí)，淮壓油充入轉(zhuǎn)向離合器活塞和輪轂之間的油腔，油壓力推動活塞，帶動壓盤向左移動，摩擦片和齒片松開，不再傳遞力矩，推土機(jī)左側(cè)失去動力，在右側(cè)履帶的推動下向左轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向結(jié)束時(shí)，松開拉桿，液壓油在活塞推動下回流，轉(zhuǎn)向離合器重新接合傳力，推土機(jī)恢復(fù)直線行駛。 ZD220-3型推土機(jī)轉(zhuǎn)向制動器是液壓助力、浮動濕式制動帶式。它包括安裝在轉(zhuǎn)向離合器外鼓上的制動帶、助力活塞、連桿、浮動桿、連桿等零件。由于浮動機(jī)構(gòu)的優(yōu)越性能，不論離合器外鼓是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，制動時(shí)都很平穩(wěn)，不會產(chǎn)生制動沖擊。2.2.2 ZD220-3推土機(jī)變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)原理圖的擬定通過對ZD220-3推土機(jī)變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)原理的分析，可將該

33、液壓系統(tǒng)劃分為兩個(gè)獨(dú)立的子液壓系統(tǒng)：轉(zhuǎn)向制動液壓系統(tǒng)和變速液壓系統(tǒng)。 轉(zhuǎn)向制動液壓系統(tǒng)原理圖圖2.1 轉(zhuǎn)向制動液壓系統(tǒng)原理圖1粗濾器 2轉(zhuǎn)向泵 3細(xì)濾器 4分流閥 5溢流閥 6、7轉(zhuǎn)向閥 8、9轉(zhuǎn)向離合器液壓缸10安全閥 11油冷卻器 12背壓閥 13后橋箱 14同步伐 15、16安全閥 17、18制動閥19、20制動器液壓缸 A、B、C、D、E、F油壓測試點(diǎn)轉(zhuǎn)向泵2與分動箱連接，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，使油液自后橋箱13吸出并經(jīng)粗濾器1和精濾器3過濾而進(jìn)入分流閥4，由分流閥將液流流量按3：1的比例分配給轉(zhuǎn)向閥和制動回路。轉(zhuǎn)向閥的工作壓力由順序閥5來保證。順序閥溢出的油進(jìn)入變速回路后與變速回路的

34、油合流，然后進(jìn)入變矩器。在正常情況下，不操縱轉(zhuǎn)向手柄時(shí)，由分流閥流至左或右轉(zhuǎn)向閥的壓力油被封閉在轉(zhuǎn)向閥內(nèi)，不向轉(zhuǎn)向離合器供油，此時(shí)，轉(zhuǎn)向離合器處于接合狀態(tài)。在左、右轉(zhuǎn)向閥上都有一小孔，通過此小孔不斷向左、右轉(zhuǎn)向離合器補(bǔ)充少量油液，使離合器工作腔內(nèi)始終充滿油液。一旦操縱轉(zhuǎn)向閥，離合器就立即分離，提高了靈敏度。分別操縱閥6或7，可使左或右離合器分離，實(shí)現(xiàn)左或右轉(zhuǎn)向；若同時(shí)操縱閥6、7，使左右離合器同時(shí)分離，則推土機(jī)停駛。制動回路的工作原理與轉(zhuǎn)向回路相同，系統(tǒng)的壓力順序閥挑定。由在正常情況下，不操作制動手柄時(shí)，由分流閥流至左或右制動閥的壓力油被封閉在制動閥內(nèi)，不向制動液壓缸供油，此時(shí)，制動液壓缸不工

35、作。當(dāng)分別操作17或18制動閥時(shí)，使左或右制動液壓缸進(jìn)油，實(shí)現(xiàn)制動。 變速液壓系統(tǒng)原理圖圖2.2 ZD220-3推土機(jī)變速液壓系統(tǒng)原理圖1變速泵 2調(diào)壓閥 3快回閥 4減壓閥 5變速閥 6啟動安全閥 7換向閥 8液力變矩器 9溢流閥 10背壓閥來自變速泵的液壓油經(jīng)過濾器一路進(jìn)人調(diào)壓閥2，另一路進(jìn)入快回閥3。當(dāng)系統(tǒng)壓力逐步升高到某一值時(shí)，來自快回閥3的控制油經(jīng)調(diào)壓閥2的遙控口推動該閥閥心向左移動。此時(shí)液壓油經(jīng)溢流閥9向液力變矩器8供油，完成變矩器8的蝸輪輸出軸與變速箱輸入軸之間的動力輸出。當(dāng)變速閥5在空擋位置時(shí)，系統(tǒng)壓力油經(jīng)減壓閥4進(jìn)入第五離合器液壓缸，同時(shí)進(jìn)人啟動安全閥6，由于節(jié)流作用，緩慢推

36、動該閥閥心移動，使閥口通道與主油路接通，這樣當(dāng)變速閥5換上擋時(shí)能迅速使壓力油進(jìn)入。如直接換上擋位置，剛啟動安全閥6進(jìn)油油路被截?cái)?，使機(jī)車不能行駛。當(dāng)變速閥在一擋位置時(shí)，液壓油經(jīng)快回閥3進(jìn)入減壓閥4減壓到125MPa，再經(jīng)啟動安全閥6、換向閥7，使變速箱的第五、第一離合器(或第二離合器)結(jié)合，機(jī)車得到前進(jìn)或后退一擋的速度。；當(dāng)變速閥5在二、三擋位置時(shí)，減壓工作原理與上相同。系統(tǒng)壓力油分別向第四、第一(或二)，第三、第一(或二)離合器供油，以得到不同的前進(jìn)與后退的速度。根據(jù)上述分析，擬定ZD220-3推土機(jī)變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)原理圖如下：圖2.3 ZD220-3推土機(jī)變速轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)原理圖1.12.1

37、3.14油濾清器 2變矩器回油泵 3變速泵 4轉(zhuǎn)向泵 5溢流閥 6背壓閥 7散熱器8分動箱 9變矩器 10潤滑油道 11潤滑油 15調(diào)壓閥 16快回閥 17減壓閥 18速度閥19.27.28安全閥 20方向閥 21先導(dǎo)閥 22.26分配閥 23順序閥 24右轉(zhuǎn)向閥 25左轉(zhuǎn)向閥2.3 ZD220-3推土機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)ZD220-3推土機(jī)工作裝置包括鏟斗和松土器，是推土機(jī)整機(jī)中的核心部分。工作裝置的性能將直接影響著推土機(jī)的工作效率。ZD220-3推土機(jī)工作裝置的動作分為推土板的垂直傾斜、升降以及松土器的升降運(yùn)動。對于推土板的垂直傾斜運(yùn)動，需用有控制推土板傾斜的液壓油缸，因其只有傾斜運(yùn)動，

38、固液壓油缸選為單活塞桿雙作用液壓油缸進(jìn)行控制；而對于推土板的的升降運(yùn)動，也可用單活塞雙作用液壓油缸進(jìn)行控制?？紤]到油缸的受力問題，可在兩邊個(gè)裝一個(gè)液壓油缸，使其受力均勻；同理，松土器的升降運(yùn)動同樣可采用單活塞雙作用液壓油缸進(jìn)行控制，以滿足要求。對于鏟刀垂直傾斜油缸，當(dāng)其工作時(shí)，即控制閥的中位時(shí)，油泵產(chǎn)生的壓力油要直回油箱；而當(dāng)其工作時(shí)，操縱控制閥，壓力油又能改變方向從而使油缸活塞桿能產(chǎn)生不同的運(yùn)動方向，即收縮及拉伸運(yùn)動。要滿足上述要求以及考慮到人體手感的舒適敏捷性，選控制閥三位六通手動換向閥進(jìn)行控制。同理，松土器的分析也一樣，控制閥也選用三位五通手動換向閥進(jìn)行控制。不同之處在于當(dāng)松土器松土碰到

39、堅(jiān)硬障礙物而不能松土?xí)r，如果這時(shí)沒有一個(gè)卸油裝置，則會使松土器油缸產(chǎn)生很大的壓力，從而降低液壓油缸的壽命甚至產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)。因而還需在與松土器有桿面相連的油路上連接一過載閥進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)考慮到當(dāng)松土器在很松的土壤上或者不平的路面上工作時(shí)，松土器油缸的活塞會在重力的作用下產(chǎn)生運(yùn)動，從而使油缸有桿腔產(chǎn)生氣泡，這對油缸是相當(dāng)不利；因而需有一補(bǔ)油裝置來防止上述情況產(chǎn)生。在這我們采用一單向閥直接裝在油缸與油箱之間，從而避免上述情況。除此之外，由于松土器通常在環(huán)境惡劣的情況下工作，油缸內(nèi)油壓變化很大，從而產(chǎn)生很大的震動，這震動會影響到油的正常運(yùn)行，固還需在油缸與油泵之間連接一單向閥來阻止干涉的產(chǎn)生。鏟刀升降

40、油缸是綜合上述兩種情況選擇控制閥的。其不同在于鏟刀有四個(gè)工作位：舉升、保持、下降以及浮動。因此其需選用四位六通手動換向閥。單向閥的選擇與松土器的選擇一樣。上述三種油缸還需滿足他們產(chǎn)生的運(yùn)動不能同時(shí)產(chǎn)生，否則就會產(chǎn)生干涉。下文將通過對工作裝置各種工況的分析，總結(jié)出工作裝置的各種工作要求，進(jìn)而設(shè)計(jì)出整個(gè)工作裝置的液壓系統(tǒng)2.3.1 ZD220-3推土機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)原理分析ZD220-3推土機(jī)的工作裝置主要包括鏟斗和松土器，它們的作用及對系統(tǒng)的要求分析如下： 鏟斗鏟斗指推土機(jī)正前方的推土擋板，有直傾齒和角齒之分。鏟斗的工作任務(wù)是包括通過推土機(jī)向前運(yùn)動的推力進(jìn)行鏟土或碎石、對土或碎石等材料進(jìn)行搬運(yùn)

41、以及利用推土鏟的一角在地面開小溝或用來平整具有一定坡度的平面。通過推土鏟斗作用的分析可知，鏟斗的主要動作包括鏟斗的升降、鏟斗的傾斜以及鏟斗的浮動，因此可分別設(shè)計(jì)兩條液壓回路和液壓缸，通過回路控制液壓缸的動作來實(shí)線鏟斗的升降和鏟斗的傾斜。 松土器松土器指推土機(jī)正后方齒形裝置，使用刀齒切削角可調(diào)的四桿機(jī)構(gòu)，利用外力驅(qū)動使之動作，主要的工作任務(wù)是碎石或松土。其主要動作包括松土器的上升和松土器的下降。因此可利用單條液壓回路控制液壓缸來實(shí)線其功能。通過上述分析，ZD220-3推土機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)可劃分為三條相對獨(dú)立的液壓回路：松土器工作回路、鏟斗升降工作回路、鏟斗傾斜工作回路，利用回路控制液壓缸的動作

42、來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的各項(xiàng)功能。回路框架圖如下：圖2.4 ZD220-3推土機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)框架圖2.3.2 ZD220-3推土機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖的擬定通過上文對工作裝置工況的分析，結(jié)合工作裝置液壓系統(tǒng)框架圖，初步擬定工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖如下:圖2.5 ZD220-3推土機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖1-推土鏟提升缸； 2-推土鏟傾斜缸； 3-快回閥； 4-工作泵； 5-轉(zhuǎn)向泵； 6-濾網(wǎng)； 7-濾油器； 8-粗濾器； 9-過載閥； 10、11-補(bǔ)油閥； 12-松土器閥； 13-鏟刀傾斜閥； 14-鏟刀提升閥； 15、16-補(bǔ)油閥； 17-安全閥； 18-濾油器； 19-松土器伺服閥； 20-傾

43、斜缸伺服閥； 21-推土鏟伺服閥； 23-松土器油缸24、26-進(jìn)口單向閥； 25-進(jìn)口單向流量閥； 27-后橋箱； 28-工作油箱； 29-粗濾器液壓系統(tǒng)工作原理如上圖所示,執(zhí)行元件包括鏟斗升降液壓缸1、鏟斗傾斜油缸2和松土器油缸8。為了提高鏟斗的下降速度,縮短其作業(yè)時(shí)間,在鏟斗升降回路上裝有快降閥3,用以降低鏟斗升降液壓缸的排油腔的回油阻力。鏟斗在快速下降過程中, 回油背壓增大,快降閥3在液控壓差的作用下將自動開啟,有桿腔的回油即通過快降閥3直接向鏟刀升降油缸2進(jìn)油腔補(bǔ)充供油, 從而加快了鏟斗的下降速度。多路換向閥12、13、14分別控制松土器油缸、鏟斗傾斜油缸、鏟斗升降油缸的動作,它們?yōu)?/p>

44、整體式三聯(lián)滑閥,屬于串聯(lián)連接, 這樣工作裝置既可單獨(dú)動作,又可實(shí)現(xiàn)復(fù)合動作。三聯(lián)閥分別由 3個(gè)回轉(zhuǎn)伺服閥 19、20、21控制,它們不受液壓油直接作用,而是通過連桿機(jī)構(gòu)推動閥芯移動, 連桿由伺服液壓缸帶動。閥 12是三位五通換向閥, 閥 13是三位六通換向閥，閥 14是四位六通換向閥,它能使鏟刀根據(jù)作業(yè)情況具有上升、固定、下降、浮動 4個(gè)位置。浮動位置是使鏟刀液壓缸兩腔與進(jìn)油路、回油路均相通,鏟刀自由支地, 隨地形高低而浮動。這對仿形推土和鏟刀例行平整地面作業(yè)是很需要的。溢流閥 17用來限制油泵 4的出口最大壓力, 以防液壓系統(tǒng)過載, 當(dāng)油壓超壓時(shí),溢流閥 17打開,壓力油自動卸載回油箱。一般

45、選擇溢流閥的開啟壓力為系統(tǒng)壓力的110 %左右。當(dāng)鏟刀或松土器下降時(shí), 在鏟刀和松土齒自重作用下,下降速度加快, 可能引起供油不足形成油缸進(jìn)油腔局部真空, 發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。此時(shí),由于進(jìn)油腔壓力下降,在壓力差作用下,補(bǔ)油閥 10、11打開,從油箱補(bǔ)油至油缸進(jìn)油腔,使油缸動作平穩(wěn)。當(dāng)松土齒于固定位置作業(yè)時(shí),由于突然的過載,油缸一腔油壓突然驟增, 造成油缸過載。裝設(shè)了過載閥 9后,當(dāng)達(dá)到過載閥 9開啟壓力時(shí), 過載閥 9打開, 油液卸載,從而避免液壓元件的意外損壞。過載閥的開啟壓力一般大于系統(tǒng)壓力 15 % 25 %。溢流閥和濾油器并聯(lián),當(dāng)油中雜質(zhì)堵塞濾油器時(shí),回油壓力增高,溢流閥被打開, 油液直接通

46、過溢流閥流回油箱。粗濾油器和精濾油器都是為了保持油液的清潔,濾去雜質(zhì)使液壓系統(tǒng)正常作業(yè)。一般粗濾油器安置在油泵吸油管上,以減小吸油阻力。精濾油器安置在回油管上,使濾油器不受高壓作用。液壓油箱 6起儲油、散熱作用。油箱容積主要考慮到油液的散熱,一般取為 2 4倍液壓泵額定流量。2.4 ZD220-3推土機(jī)整機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖經(jīng)上文分析，初定ZD220-3推土機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖如圖2.6所示。圖2.6 ZD220-3推土機(jī)液壓系統(tǒng)圖1、12、14油濾清器 2變矩器回油泵 3變速泵 4轉(zhuǎn)向泵 5工作泵 6背壓閥 7散熱器 8分動箱 9變矩器 10潤滑油道 11潤滑油 13、40溢流閥 15調(diào)壓閥 16快

47、回閥 17減壓閥 18速度閥 19安全閥 20、21方向閥 22、26分配閥 23順序閥 24右轉(zhuǎn)向閥25左轉(zhuǎn)向閥 27、28安全閥 29制動油缸 30推土鏟提升油缸 31快回閥 32推土鏟傾斜油缸 33過載閥 34補(bǔ)油閥 35松土器閥 36鏟刀傾斜閥 37鏟刀提升閥 38補(bǔ)油閥 39安全閥 41松土器伺服閥 42傾斜缸伺服閥 43鏟刀伺服閥 44松土油缸45進(jìn)口單向閥 46進(jìn)口單向流量閥3 ZD220-3推土機(jī)鏟刀系統(tǒng)受力分析與計(jì)算本設(shè)計(jì)中頂推架與推土鏟刀的連接方式采用直鏟式連接。推土機(jī)在工作的過程中鏟斗主要受切削阻力、鏟刀前積土的推移阻力、鏟刀刀刃與土壤摩擦阻力、土壤沿鏟刀上升的摩擦阻力等

48、力的作用。3.1 切削阻力的計(jì)算（N）式中：B為鏟刀寬度；為切削比阻力、w l; ，單位 ；為切削深度；由鏟土運(yùn)輸機(jī)械表3-1取，查產(chǎn)品數(shù)據(jù)可知B=372.5 cm ， ，。代入上式得：（KN）3.2 鏟刀前積土的推移阻力計(jì)算推移阻力由下式計(jì)算：式中：為鏟刀前積土重（N）； 為土壤與土壤間的摩擦系數(shù)，取=0.8；鏟刀前積土重可按下式計(jì)算：C為推土板鏟斗容量；為土壤的容重，查工程機(jī)械，一般?。?18KN/m；從而的出：=115.2（KN）則鏟刀錢積土的推移阻力為：（KN）3.3 鏟刀刀刃與土壤摩擦阻力計(jì)算圖3.1 鏟刀刃與土壤的摩擦阻力鏟刀刃與土壤摩擦阻力等于土壤對鏟刃的垂直反力與摩擦系數(shù)之積，

49、即：式中：為土壤對鏟刀的垂直反力，圖3.1所示； 為土壤與鋼鐵的摩擦系數(shù)； 為考慮刀刃磨損后，刀刃壓入土壤的比阻力； F為考慮磨損后鏟刀刃與地面接觸面積cm； X 為考慮磨損后鏟刀刃與地面接觸長度（見圖3.1），近似計(jì)算，取X=1 cm，=60，=0.75；鏟刀刃與土壤摩擦阻力為：（KN）3.4 土壤沿鏟刀上升摩擦阻力的水平分力計(jì)算圖3.2 土壤在鏟刀上的摩擦阻力結(jié)合圖3.2，土壤沿鏟刀上升的摩擦阻力的水平分力可按下式計(jì)算： 式中：為鏟刀的切削角，查產(chǎn)品數(shù)據(jù)取；為鏟刀前積土重；為土壤與鋼鐵的摩擦系數(shù)；代入數(shù)據(jù)有：（KN）3.5 鏟斗提升液壓缸推力的確定推土機(jī)在水平地面進(jìn)行強(qiáng)制切土?xí)r，油缸所具備

50、的推力由工作裝置平衡條件求出，如圖3.1所示。 圖3.3 推土板強(qiáng)制切土?xí)r計(jì)算參考產(chǎn)品數(shù)據(jù)初選推土機(jī)工作機(jī)構(gòu)的各個(gè)尺寸，如下： =2.5m； l=3m； l=2.35m； m=0.48m； G=1500kg；=45為所求油缸的推力。 其中：G為工作裝置重量；R為土壤反力；R為水平反力； R=UR 式中：為土壤承載能力系數(shù)，中等條件土壤取=5060（N/cm）。在這取中間值，取=55（N/ cm）；B為推土板寬度或刀片長度（cm）；X為考慮磨損后刀片沿土壤摩擦的寬度，如圖3.4所示，X=0.71.0（cm）。取X=1.0（cm）；為刀片與土壤的摩擦系數(shù)，考慮到土壤表面不平和切不平處土?xí)r刀片前棱工

51、作的可能性，取=1。 圖3.4 刀刃與地面接觸情況 整理上式則油缸的推力： 代入數(shù)據(jù)求得： St=6.54（KN）3.6 鏟斗提升液壓缸拉力的確定推土機(jī)切削終了，推土機(jī)由切削位置變?yōu)檫\(yùn)輸位置，工作裝置提升時(shí)，起升力既油缸拉力，由圖3.3可求出： 圖3.5 推土板起升受力計(jì)算 參考產(chǎn)品數(shù)據(jù)初選工作機(jī)構(gòu)的各個(gè)尺寸如下：l=2.9m；式中：為被抬起土壤的重量，其值為；C為推土板鏟斗容量；為土壤的容重，由工程機(jī)械查的，一般?。?=18KN/m；從而的出：（KN） 作用于工作裝置上土壤水平分力之和，即推土機(jī)的牽引力查詢產(chǎn)品參數(shù)可知P1 =207KN；整理上式則油缸所具備的拉力： 代入數(shù)據(jù)得：4 ZD22

52、0-3推土機(jī)鏟刀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 液壓缸設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1.1 液壓缸設(shè)計(jì)原則液壓缸的設(shè)計(jì)是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，由于液壓缸是液壓傳動的執(zhí)行元件，它和工作機(jī)構(gòu)有直接的聯(lián)系，對于不同的工作機(jī)構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求，因此在設(shè)計(jì)液壓缸之前，應(yīng)做好充分的調(diào)查研究，收集必要的原始資料和設(shè)計(jì)依據(jù)，包括機(jī)械用途、性能和工作條件；工作機(jī)構(gòu)的型式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、負(fù)載情況、行程大小和動作要求；液壓缸所選定的工作壓力和流量；同類型機(jī)械液壓缸的技術(shù)資料和使用情況以及有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范等。不同的液壓缸有不同的設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求，一般在設(shè)計(jì)液壓缸的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意下列幾個(gè)問題：在保證滿足設(shè)計(jì)要求的前提下

53、，盡量使液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，尺寸小，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)形式和標(biāo)準(zhǔn)件，使設(shè)計(jì)、制造容易，裝配、調(diào)整、維護(hù)方便。應(yīng)盡量使活塞桿在受拉力的情況下工作，以免產(chǎn)生縱向彎曲。為此，在雙出桿活塞式液壓缸中，活塞桿與支架連接處的螺栓固緊螺母應(yīng)安裝在支架外側(cè)。對單出桿活塞式油缸來講，應(yīng)盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大荷載。在確定液壓缸的固定形式時(shí)，必須考慮缸體受熱后的伸長問題。為此，缸體只應(yīng)在一端用定位銷固定，而讓另一端能自由伸縮。雙出桿液壓缸的活塞桿與支架之間不能采用剛性聯(lián)結(jié)。當(dāng)液壓缸很長時(shí)，應(yīng)防止活塞桿由于自重而產(chǎn)生過大的下垂而使局部磨損加劇。應(yīng)盡量避免用軟管連接。液壓操縱的推土機(jī),推土板的動作靠雙作用液壓油缸

54、來完成，因此油缸力必須綜合考慮推土板強(qiáng)制切土和從土中拔出推土板兩種工作狀態(tài)。推土板升降油缸的力取決于推土機(jī)的工作狀態(tài)和推土機(jī)的整機(jī)穩(wěn)定性。4.1.2 液壓缸參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)由表3.1、表3.2、表3.3，初選ZD220-3推土機(jī)液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載207KN時(shí)選取推鏟提升液壓缸的工作壓力1310，液壓缸選用單桿式。由于液壓缸回油路上必須具有背壓力存在，以防止推土機(jī)卸土后突然前沖，由表3.3取0.810。表4.1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力負(fù)載/KN50工作壓力p/MPa57表4.2 按主機(jī)類型選擇執(zhí)行元件工作壓力主機(jī)類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)液壓機(jī)中、大挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)構(gòu)

55、磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力p/Mpa235881010162032表4.3 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/Mpa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短，且直接回油箱可忽略不計(jì)如圖3.5為液壓缸為執(zhí)行元件的計(jì)算簡圖，其中是作用在活塞桿上的外載荷。除此之外，活塞還受摩擦載荷及慣性載荷。但由于活塞質(zhì)量和速度并不是很大，相比外載荷更是微不足道，因此可以忽略不計(jì)。液壓缸的外載荷有：推土?xí)r的推力：=6.54（KN）收推土板的拉力：=101（KN）易知，提升液壓缸在

56、受拉時(shí)載荷最大。取=101（KN）圖4.1 液壓缸計(jì)算見圖則有：為液壓缸工作腔壓力，13 。為液壓缸回油腔壓力，即背壓力，0.8。參考工程機(jī)械手冊取d=0.7D代入數(shù)據(jù)求得D=150mm d=103mm按GB/T2348-1993將所計(jì)算的與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得：160mm d=110 mm按標(biāo)準(zhǔn)算出：=106 A=200液壓缸筒壁厚計(jì)算液壓缸材料使用45#，其抗壓強(qiáng)度為58kg/cm,其厚度t為：t= S= 其中：P（kg/cm）為最大壓力；D(mm)為管內(nèi)徑；S為安全系數(shù)；為抗壓強(qiáng)度最低值； 則：t=10mm 故油缸缸筒外徑取D=180mm缸筒壁厚

57、校核 液壓缸缸筒壁厚校核時(shí)分薄壁和厚壁兩種情況。當(dāng)時(shí)為薄壁，壁厚按下式進(jìn)行校核： 當(dāng)時(shí)，壁厚按下式進(jìn)行校核： 式中D為缸筒內(nèi)徑；為缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力時(shí)取 當(dāng)時(shí)取 ； ， 為材料抗拉強(qiáng)度，為安全系統(tǒng)，一般取 。該系統(tǒng)中 ，代入數(shù)據(jù)校核符合要求。液壓缸筒長度計(jì)算 L=N+B+A+M+C 式中：N為活塞的最大工作行程；B為活塞寬度，一般為(0.6-1)D;A為活塞桿導(dǎo)向長度，取(0.6-1.5)D;M為活塞桿密封長度，由密封方式定；C為其他長度。本系統(tǒng)中，鏟斗的最大提升高度為1210mm，最大下降高度為538mm，按實(shí)際需求N取1100mm，液壓缸筒長度為L=1425mm。4.2 液壓泵的

58、選定液壓系統(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)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，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。

59、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)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。4.2.1 工作壓力的確定+ -是執(zhí)行元件的最高工作壓力, 工作裝置液壓系統(tǒng)中=13Mpa。-是從液壓泵出口液壓缸之間的管路損失。由于為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=1Mpa。4.2.2 選擇液壓泵的規(guī)格上文求得P為14Mpa，根據(jù)產(chǎn)品參數(shù)查得排量為247L/min，按系統(tǒng)中給定的液壓泵的形式，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五版第五卷選得CBG125齒輪泵，泵的工作壓力為16Mpa，公稱排量為125r/min，額定轉(zhuǎn)速為2000r/min。4

60、.3 液壓閥的選擇在液壓系統(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，安裝簡便，維修容易，并保證系正常工作的重要條件。不但要按系統(tǒng)需要選擇各種類型的液壓控制閥，還需要考慮額定壓力，通過流量，安裝形式，動作方式，性能特點(diǎn)因素。選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量。本系統(tǒng)工作壓力在14Mpa左右，所以液壓閥都選用中、高壓閥。液壓閥的作用是控制液壓系統(tǒng)的油流方向、壓力和流量，從而控制整個(gè)液壓系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作順序，工作部件的運(yùn)動速度、方向，以及變換頻率，輸出力和力矩等。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，安裝簡便，維修容易，并保證系正常工作的重要條件。不但要按系統(tǒng)功需要選擇各種類型的液壓控制閥，還需要考慮額定壓力，通過流量，安裝形式，動作方式，性能特點(diǎn)因素。4.3.1 液壓閥選定原則 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液壓閥的控制方式一般有四種，有手動控制，機(jī)