小型挖掘機(jī)底盤行駛液壓系統(tǒng)設(shè)計【行走機(jī)構(gòu)履帶式】

小型挖掘機(jī)底盤行駛液壓系統(tǒng)設(shè)計【行走機(jī)構(gòu)履帶式】,行走機(jī)構(gòu)履帶式,小型挖掘機(jī)底盤行駛液壓系統(tǒng)設(shè)計【行走機(jī)構(gòu)履帶式】,小型,挖掘機(jī),底盤,行駛,液壓,系統(tǒng),設(shè)計,行走,機(jī)構(gòu),履帶式 南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 系： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 車輛工程 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 設(shè)計(論文)題目： 起 迄 日 期: 2012年 1 月 10 日 ~ 5 月 10 日 設(shè)計(論文)地點: 南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師: 專業(yè)負(fù)責(zé)人: 發(fā)任務(wù)書日期: 2013 年 1 月 8 日  任務(wù)書填寫要求 1．畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生； 2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫； 4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號； 5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國標(biāo)GB 7714—2005《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性； 6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2008年3月15日”或“2008-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書 1.24號交貨 20號給點說明書給學(xué)生中期檢查 1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： 選題結(jié)合實際工程應(yīng)用，完成履帶式小型挖掘機(jī)的液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計，課題所涉及到的工程技術(shù)問題，具有一定的通用性和實用性。通過畢業(yè)設(shè)計能讓學(xué)生系統(tǒng)掌握主液壓系統(tǒng)設(shè)計方法，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生基本理論分析和解決工程實際問題的能力。，拓寬知識面，提高綜合運用基礎(chǔ)理論知識，解決工程設(shè)計問題的能力。 2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 課題內(nèi)容： 設(shè)計一個小型挖掘機(jī)的總體設(shè)計，挖掘機(jī)選用履帶式挖掘機(jī)。通過產(chǎn)品發(fā)展概況的了解，選擇確定液壓驅(qū)動系統(tǒng)的方法，行走控制方法以及液壓系統(tǒng)匹配設(shè)計方法與校核方法，完成主要方案選擇，液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配，發(fā)動機(jī)選型以及相關(guān)參數(shù)校核，得到液壓回路圖紙，完成畢業(yè)設(shè)計說明書的撰寫。 技術(shù)要求： 1．履帶式；2. 兩個液壓馬達(dá)分別驅(qū)動兩側(cè)履帶行走；3. 液壓制動系統(tǒng)；4.工作裝置液壓控制；5.剛性機(jī)架；6.剛性懸掛；7.有轉(zhuǎn)臺。 主要性能參數(shù)： 發(fā)動機(jī)功率 kw ≈20 最大爬坡角 30° 整機(jī)質(zhì)量 kg ≈1800 最高行駛速度km/h 4.5 整機(jī)寬度mm ≈1800 整機(jī)高度（行駛狀態(tài)）mm ≤2500 最大挖掘高度 mm 5000 鏟斗容量m3 ≈0.2 最大鏟掘力kN 30 最大挖掘深度 mm 3000 接地長度mm ≈1800 履帶寬度mm 300~400 上車回轉(zhuǎn)速度rpm 10 推土鏟尺寸（長×高）mm 1800×330 工作要求： 1. 開題報告字?jǐn)?shù)不小于2000字，外文翻譯不少于10000個印刷符（譯成中文不少于3000漢字），完成的翻譯稿要求段落內(nèi)容連續(xù)完整。 2. 進(jìn)行行走驅(qū)動液壓系統(tǒng)總體設(shè)計方案的選擇、論證和計算。 3. 對系統(tǒng)的組件進(jìn)行匹配計算與選型設(shè)計。 4. 整理設(shè)計文檔資料，給出系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)方案圖紙，要求計算機(jī)出圖。 5. 畢業(yè)設(shè)計說明書字?jǐn)?shù)不少于10000字，所有文檔資料要做成電子檔。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書 3．對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計論文、圖表、實物樣品等〕： （1）液壓挖掘機(jī)發(fā)展概況 （2）液壓驅(qū)動方案選擇 （3）發(fā)動機(jī)選型設(shè)計 （4）液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配與校核 （5）液壓驅(qū)動回路圖紙 4．主要參考文獻(xiàn)： [1] 趙坤. 全液壓平地機(jī)單泵雙馬達(dá)系統(tǒng)參數(shù)匹配與同步性研究 [D]. 西安; 長安大學(xué), 2011. [2] 張永華. 輪式銑刨機(jī)雙速液壓底盤性能匹配研究 [D]. 西安; 長安大學(xué), 2009. [3] 余亮. 瀝青混凝土攤鋪機(jī)行駛靜壓驅(qū)動系統(tǒng)研究 [D]. 西安; 長安大學(xué), 2001. [4] 姚懷新. 工程車輛液壓動力學(xué)關(guān)鍵問題的理論研究與實驗臺建設(shè) [D]. 西安; 長安大學(xué), 2006. [5] 孫博. 拋丸養(yǎng)護(hù)車低速行駛驅(qū)動系統(tǒng)研究 [D]. 西安; 長安大學(xué), 2010. [6] 朱學(xué)超. 小功率全液壓推土機(jī)行駛驅(qū)動系統(tǒng)研究 [D]; 長安大學(xué), 2008. [7] 趙坤. 全液壓平地機(jī)單泵雙馬達(dá)系統(tǒng)參數(shù)匹配和同步性研究 [D]; 長安大學(xué), 2011. [8] 張久林. 工程機(jī)械液壓行走系統(tǒng)的設(shè)計及理論研究 [D]; 同濟(jì)大學(xué), 2007. [9] 袁江. 小功率全液壓平地機(jī)行駛驅(qū)動系統(tǒng)研究 [D]; 長安大學(xué), 2009. [10] 袁超峰. TLC450運梁車液壓系統(tǒng)設(shè)計及行走液壓系統(tǒng)仿真分析 [D]; 燕山大學(xué), 2012. [11] 元萬榮. 滑移裝載機(jī)閉式行走系統(tǒng)研究 [D]; 吉林大學(xué), 2012. [12] 楊梅生. 采煤機(jī)液壓牽引系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析 [D]; 安徽理工大學(xué), 2011. [13] 吳衛(wèi)國. 50t輪胎式搬運機(jī)行走驅(qū)動液壓系統(tǒng)和卷揚液壓系統(tǒng)研究 [D]; 長安大學(xué), 2008. [14] 魏艷. 船體分段轉(zhuǎn)運車動力與液壓系統(tǒng)及其設(shè)計平臺軟件的研究 [D]; 武漢理工大學(xué), 2007. [15] 王月行. 拖式混凝土泵發(fā)動機(jī)-泵功率匹配控制系統(tǒng)研究 [D]; 吉林大學(xué), 2005. [16] 宋海林. 泵控馬達(dá)靜液驅(qū)動系統(tǒng)分析與研究 [D]; 吉林大學(xué), 2005. [17] 劉志敏. 智能型瀝青灑布車系統(tǒng)方案研究 [D]; 長安大學(xué), 2005. [18] 范斌. 滑移裝載機(jī)行走閉式液壓系統(tǒng)研究 [D]; 吉林大學(xué), 2011. [19] 陳峰. 深海底采礦機(jī)器車運動建模與控制研究 [D]; 中南大學(xué), 2005. [20] 陳豐峰. 裝載機(jī)行駛液壓傳動特性研究 [D]; 西安科技大學(xué), 2005. 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書 5．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進(jìn)度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2013年 1月 10 日 ~ 2月 29 日 3月 1 日 ~ 3 月 20 日 3月 20 日 ~ 3月 29 日 4月 1 日 ~ 4 月 24 日 5月 1 日 ~ 5月 10 日 完成開題報告 完成調(diào)研、參數(shù)準(zhǔn)備 計算與設(shè)計 撰寫論文 論文答辯 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 系意見： 系領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 1 目 錄 摘要 .1 ABSTRACT.2 目錄 .3 第一章 概 論 .4 1.1 挖掘機(jī)的簡介 .4 1.2 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 .5 1.2.1 國外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢 .7 1.2.2 國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 .9 第二章 液壓挖掘機(jī)總體方案設(shè)計 .10 2.1 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理 .10 2.1.1 液壓挖掘機(jī)整機(jī)性能 .10 2.1.2 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu) .12 2.1.3 液壓挖掘機(jī)傳動原理 .13 2.2 液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計方案的確定 .14 2.2.1 液壓挖掘機(jī)的工況 .14 2.2.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求 .19 第三章 挖掘機(jī)行駛液壓系統(tǒng)的設(shè)計 .20 3.1 底盤行駛液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 .20 3.2 液壓元件的選擇 .24 3.2.1 液壓泵的參數(shù)計算及選擇 .25 3.2.2 液壓馬達(dá)的計算與選擇 .25 3.2.3 柴油發(fā)動機(jī)的選擇 .26 3.2.4 液壓閥的選擇 .26 3.2.5 其他液壓元件的選擇 .28 3.2.6 油箱容量的確定 .31 3.3 液壓系統(tǒng)性能驗算 .31 3.3.1 液壓系統(tǒng)壓力損失 .31 3.3.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 .33 3.4 繪制液壓系統(tǒng)圖 .37 第四章 結(jié)論和展望 .38 4.1 結(jié)論 .38 4.2 展望 .38 參考文獻(xiàn) .39 1 摘要 液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、 采礦等建設(shè)工程的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等） 帶動各種構(gòu)件動作，具有許多優(yōu)點，于是它對液壓系統(tǒng)的設(shè)計提出了很高的要求，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，對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計對推 動我國挖掘機(jī)發(fā)展具有十分重要的意義。 本文設(shè)計了一個小型挖掘機(jī)的總體方案，挖掘機(jī)行走機(jī)構(gòu)選用履帶式。通過產(chǎn)品發(fā) 展概況的了解，選擇確定液壓驅(qū)動系統(tǒng)的方法，行走控制方法以及液壓系統(tǒng)匹配設(shè)計方 法與校核方法，完成了主要方案選擇，液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配，發(fā)動機(jī)選型以及相關(guān)參數(shù)校 核，最后通過 AUTOCAD 繪制了液壓回路圖紙。 關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)；液壓系統(tǒng)；液壓泵 2 Abstract Construction machinery hydraulic excavator is an important species, is a widely used in construction ,railway, highway, water conservancy, mining and other construction projects of Earthmoving Machinery. The use of hydraulic excavator hydraulic components (hydraulic pumps, hydraulic motors, hydraulic cylinders, etc.) bring a variety of component movement, has many advantages, so it is the design of the hydraulic system of the high demands, and its hydraulic system engineering machinery hydraulic system is the most complex. Therefore, the analysis of excavator hydraulic system design in promoting the development of Chinas excavator of great significance. This paper designs a small excavator overall program, selection of crawler excavator institutions. Understanding through product development profile, select the method to determine the hydraulic drive system, walking control method as well as the design of the hydraulic system matching method and checking method to complete a major program selection, match the parameters of the hydraulic system, engine selection, as well as the relevant parameter check, and finally by AUTOCAD draw hydraulic circuit drawings. Keywords：Excavators ；hydraulic system；hydraulic pump 3 目錄 摘要 .1 ABSTRACT .2 目錄 .3 第一章 概 論 .4 1.1 挖掘機(jī)的簡介 .4 1.2 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 .5 1.2.1 國外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢 .7 1.2.2 國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 .9 第二章 液壓挖掘機(jī)總體方案設(shè)計 .10 2.1 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理 .10 2.1.1 液壓挖掘機(jī)整機(jī)性能 .10 2.1.2 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu) .12 2.1.3 液壓挖掘機(jī)傳動原理 .13 2.2 液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計方案的確定 .14 2.2.1 液壓挖掘機(jī)的工況 .14 2.2.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求 .19 第三章 挖掘機(jī)行駛液壓系統(tǒng)的設(shè)計 .20 3.1 底盤行駛液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 .20 3.2 液壓元件的選擇 .24 3.2.1 液壓泵的參數(shù)計算及選擇 .25 3.2.2 液壓馬達(dá)的計算與選擇 .25 3.2.3 柴油發(fā)動機(jī)的選擇 .26 3.2.4 液壓閥的選擇 .26 3.2.5 其他液壓元件的選擇 .28 3.2.6 油箱容量的確定 .31 3.3 液壓系統(tǒng)性能驗算 .31 3.3.1 液壓系統(tǒng)壓力損失 .31 3.3.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 .33 3.4 繪制液壓系統(tǒng)圖 .37 第四章 結(jié)論和展望 .38 4.1 結(jié)論 .38 4.2 展望 .38 參考文獻(xiàn) .39 4 第一章 概 論 液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、 采礦等建設(shè)工程的突發(fā)機(jī)械。液壓挖掘機(jī)利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等） 帶動各種構(gòu)件動作，具有如下有點：功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；無級調(diào)速，調(diào)速 范圍大；啟動性能好，能實現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)；布置靈活，基本不受總體結(jié)構(gòu)的限制；運轉(zhuǎn) 平穩(wěn)，各種可靠，能自行潤滑，使用壽命長；有過載保護(hù)功能；容易實現(xiàn)自動化，操作 簡便省力等。因此，液壓挖掘機(jī)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)各項建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。 液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切 削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開 始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。 液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利施工、露 天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石施工中不可缺少的一種重要 機(jī)械設(shè)備。 1.1 挖掘機(jī)的簡介 液壓挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械 1，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運輸，電力工 程和礦山采掘等機(jī)械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度 以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。根據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計，一臺斗量為 1.0m的液壓挖掘機(jī)挖掘土壤時，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)個工人一天的工 作量。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。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，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，要求實現(xiàn)的動作很復(fù)雜，于是它對液壓系統(tǒng)的設(shè)計提出了很高的 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，對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分 析設(shè)計已經(jīng)成為推動挖掘機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)。 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)特點: 挖掘機(jī)由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置和液壓系統(tǒng)構(gòu)成。下面以輪式液壓挖掘機(jī) 為例來說明一下： 5 單斗液壓挖掘機(jī)是一種周期性作業(yè)的自行式土方機(jī)械，它采用液壓傳動，由一個鏟 斗切削土裝入斗內(nèi)，然后提升裝滿土石的鏟斗，再回轉(zhuǎn)一定的角度進(jìn)行裝車，接下來空 當(dāng)斗回到原來的位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一個循環(huán)的挖掘，此外整機(jī)還要定期移位，使鏟斗能 在適當(dāng)位置上有效地作業(yè)，單斗挖掘機(jī)裝載，抓取起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清 溝等工作，挖掘機(jī)可分為提供動力和基本動作（行走回轉(zhuǎn)）的主機(jī)部分及進(jìn)行不同作業(yè) 的工作裝置部分，主機(jī)又可分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、工作裝置。 1、行走裝置 液壓挖掘機(jī)行走裝置的反力同時能使挖掘機(jī)作短距離行走，按結(jié)構(gòu)不同，可分為履 帶式、輪胎式兩類。履帶式行走裝置由履帶、支重輪、托鏈輪、驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、張緊 裝置、行走架液壓馬達(dá)、減速機(jī)等組成，液壓挖掘機(jī)的行走裝置采用液壓馬達(dá)、減速機(jī)、 驅(qū)動輪，每條履帶有各自的液壓馬達(dá)和減速機(jī)，由于兩個液壓馬達(dá)可獨立操作，因此， 機(jī)器的左右履帶可以同步前進(jìn)后退，也可以通過一條履帶制動來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，還可以通過 兩條履帶相反方向驅(qū)動，來實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，操作十分簡單。 2、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置一般采用定量馬達(dá)，經(jīng)過回 轉(zhuǎn)減速機(jī)兩行星齒輪與回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)齒圈相齒合而實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，體 積小、效率高速比大，承載能力強(qiáng)，發(fā)熱量和功率損失小，工作可靠等優(yōu)點，回轉(zhuǎn)支承 一般采用的滾動軸承，其中用的最廣泛的是單排滾球式和雙排式滾軸柱式回轉(zhuǎn)支承。 3、工作裝置 工作裝置是液壓挖掘機(jī)的主要組成部分之一，由于工作的不同，工作裝置不同類很 多常用挖掘、裝載和起重裝置也可以有很多形式，挖掘裝置一般采用斗杠油缸進(jìn)行挖掘， 動臂油缸主要用于調(diào)節(jié)切削角度，清除障礙以及挖掘結(jié)束時為裝滿鏟斗多用開啟斗底多 用開啟斗底的方式卸載，斗底的開啟、關(guān)閉也用了油缸。 4、液壓系統(tǒng) 液壓挖掘機(jī)的主要系統(tǒng)運動有整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、動臂升降，斗桿收放、鏟斗挖 掘等，根據(jù)以上的工作要求把各液壓元件用管路連接起來的組合體叫做液壓挖掘機(jī)的液 壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動機(jī)機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉徒o 油缸、馬達(dá)等邊為機(jī)能，再傳動各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)各種運動。國家規(guī)定 8 噸以下的挖 掘機(jī)采用定量泵 1。 1.2 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 6 第一臺手動挖掘機(jī)問世至今已有 130 多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動斗回轉(zhuǎn)挖 掘機(jī)到電力驅(qū)動和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動液壓挖掘機(jī) 的逐步發(fā)展過程。挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，可以追溯到 1840 年。當(dāng)時美國西部開 發(fā)，進(jìn)行鐵路建設(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)，它采用蒸汽機(jī)作為動力在軌道上行走。但是此后的很長時間挖掘機(jī)沒有 得到很大的發(fā)展，應(yīng)用范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)裝置動作復(fù)雜，運動范圍大，需要采用 多自由度機(jī)構(gòu)，古老的機(jī)械傳動對它不太適合。而且當(dāng)時的工程建設(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)，因此對挖掘機(jī)的應(yīng)用相對較少， 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)。隨著液壓傳動技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動技術(shù)，挖掘機(jī)有了適合它的傳動 裝置，為挖掘機(jī)的發(fā)展建立了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，是挖掘機(jī)技術(shù)上的一個飛躍 。同時， 工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進(jìn)行大規(guī)模國土開發(fā)的同時，也開始進(jìn)行城 市型土木施工，這樣，具有較長的臂和桿，能裝上各種各樣的工作裝置，能行走、回轉(zhuǎn)， 實現(xiàn)多自由動作，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。 自第一臺手動挖掘機(jī)誕生以來的 160 多年當(dāng)中，挖掘機(jī)一直在不斷地飛躍發(fā)展，其 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相對成熟穩(wěn)定的階段。目前國際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，對其控制方 式不斷改進(jìn)和革新，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 操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機(jī)綜合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用 無線電操縱，利用電子計算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的 完全自動化。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了堅實的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的前 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)械的第一主 力機(jī)種，在世界工程機(jī)械市場上己占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴(kuò)大。挖掘機(jī)的發(fā)展主要以 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) 7 設(shè)計，所以對其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實意義 2。 1.2.1 國外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、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，從 20 世紀(jì) 80 年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。例如， 美國馬利昂公司生產(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)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化 和自動化的方向發(fā)展。 1)開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的 需要，國外發(fā)展了斗容量在 0.25m以下的微型挖掘機(jī)，最小的斗容量僅在 0.01m。另 外，數(shù)量最的的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能，配備了多種工作裝置除正鏟、反 鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振 搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。 與此同時，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘 機(jī)等。 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、無線電遙控、電子計算機(jī)綜 合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計算機(jī)控制接收器和激 光導(dǎo)向相結(jié)合，實現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化 為其奠定了基礎(chǔ)和創(chuàng)造了良好的前提。 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。 例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最 適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新 C 系列 LS-5800 型液壓挖掘機(jī)安 裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的浪費。還安裝了 CAPS（計算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能； 日本住友公司生產(chǎn)的 FJ 系列五種新型號挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計算機(jī)輔助功率 控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動機(jī)功率和液壓功率的消耗，并處長 了零部件的使用壽命；德國奧加凱（O挖掘機(jī)是指在額定轉(zhuǎn)速下一小時以上的額定功率。 挖掘機(jī)采用車用柴油機(jī)時，最大功率指數(shù)降低。 2 機(jī)械系統(tǒng) 液壓挖掘機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)部分是完成挖掘機(jī)各項基本動作的直接執(zhí)行者，主要包括: 行走裝置是整個機(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，同時能使挖 掘機(jī)作短途行駛.按照結(jié)構(gòu)的不同，分履帶式和輪胎式?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使挖掘機(jī)上車圍繞中 央回轉(zhuǎn)軸作 360 度的回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動裝置和回轉(zhuǎn)支撐。工作裝置是挖掘機(jī)完成實 際作業(yè)的主要組成部分，常用的有反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，而同一種裝置可以 有多種結(jié)構(gòu)形式，前面所述的反鏟裝置應(yīng)用最為廣泛。 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作都由液壓傳動系統(tǒng)實現(xiàn)，原動機(jī)驅(qū)動雙 聯(lián)液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥。通過司機(jī)的操縱，將壓力油單獨或同時 12 送往液壓執(zhí)行元件(液壓馬達(dá)和液壓油缸)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。液壓挖掘機(jī)的主要運動有 整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、動臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動等。這些運動都靠液壓傳動。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?給油缸、油馬達(dá)等轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再傳動各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)各種運動和工作過程。液壓 系統(tǒng)設(shè)計得合理與否，對挖掘機(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)是對發(fā)動機(jī)、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件(液壓缸、液壓 馬達(dá))等進(jìn)行控制的系統(tǒng)。電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，使挖掘機(jī)有了越來越先 進(jìn)的控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)向高性能、自動化和智能化發(fā)展。目前挖掘機(jī)研究重點正 逐步向智能化機(jī)電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移 10。 2.1.2 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu) 1 液壓挖掘機(jī)組成 為了實現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的各項功能，單斗液壓挖掘機(jī)需要兩個基本組成部分，即機(jī)體 (或稱主機(jī))和工作裝置。機(jī)體是完成挖掘機(jī)基本動作并作為驅(qū)動和操縱挖掘機(jī)進(jìn)行工作 的荃礎(chǔ)，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛。可細(xì)分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系 統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和動力裝置。其中動力裝置、操縱機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備 均可在回轉(zhuǎn)平臺上，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、打樁、破碎、修 坡、清溝等工作。挖掘機(jī)的基本性能決定于各部分的構(gòu)造、性能及其綜合的效果 11。 2 單斗反鏟液壓挖掘機(jī) 反鏟裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤。斗容量小于 1.6M 3 的中小型液壓挖掘 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臂結(jié)構(gòu)。采用這種動臂有利于加大挖掘深度，且結(jié)構(gòu)簡單、 價格低廉。剛度相同時，其重量比組合動臂輕，是目前應(yīng)用最廣泛的液壓挖掘機(jī)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，動臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼 13 此鉸接，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點擺動，完成挖掘、提升和卸土等動作。如圖 2. 1 所示，整體鵝頸式動臂反鏟挖掘機(jī)工作裝置主要由動臂、動臂油缸、斗桿、斗一 桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、搖臂、連桿、銷軸等組成。裝置各運動部件之間全部采用銷 軸鉸接，以動臂油缸來支撐和改變動臂的傾角，通過動臂油缸的伸縮可使動臂繞下。鉸 點轉(zhuǎn)動實現(xiàn)動臂的升降。斗桿鉸接于動臂的上端，由斗桿油缸控制斗桿與動臂相對角度。 當(dāng)斗桿油缸伸縮時，斗桿可繞動臂上鉸點轉(zhuǎn)動。鏟斗與斗桿前端鉸接，并通過鏟斗油缸 伸縮使鏟斗轉(zhuǎn)動。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)動行走馬達(dá)和配套土方運輸車輛一起進(jìn)入作業(yè)面，運輸車輛倒車、 調(diào)停，?？吭谕诰驒C(jī)的側(cè)方或后方。挖掘機(jī)司機(jī)扳動操縱手柄，使回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥接通， 于是回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動并帶動上部平臺回轉(zhuǎn)，使工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘地點，在執(zhí)行上述過程的 同時操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸上腔進(jìn)油，將動臂下降，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，配合動作以加快作業(yè)進(jìn) 1、斗桿油缸；2、動臂；3、油管；4、動臂油缸；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 度，進(jìn)行復(fù)合動作的挖掘和裝載:鏟斗裝滿后將斗桿油缸和鏟斗油缸的操縱手柄扳回中 位，使鏟斗和斗桿油缸閉鎖，再操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸的下腔進(jìn)油，將動臂 提升，舉起裝滿土的鏟斗離開工作面，隨即扳動平臺回轉(zhuǎn)換向閥手柄，使上部平臺回轉(zhuǎn)， 14 帶動鏟斗轉(zhuǎn)至運輸車輛上方，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?縱鏟斗油缸使鏟斗卸土。土方卸完后，使平臺反轉(zhuǎn)并降低動臂，直到鏟斗回到作業(yè)點上 方，以便進(jìn)行下一工作循環(huán) 12。 2.1.3 液壓挖掘機(jī)傳動原理 液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有三個自由度，鏟斗可實現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn) 動，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn)運動，使鏟斗運動擴(kuò)大到有限的空間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動 行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴(kuò)大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。 液壓挖掘機(jī)傳動示意圖，如圖 2.3 所示，柴油機(jī)驅(qū)動液壓泵，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，各部分的運動通過液壓缸的伸縮來實現(xiàn)。 反鏟工作裝置由鏟斗 1、斗桿 2、動臂 3、連桿 4 及相應(yīng)的三組液壓缸 5. 6. 7 組成。動 臂下鉸點鉸接在轉(zhuǎn)臺上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點轉(zhuǎn) 動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉(zhuǎn)動;而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連 桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉(zhuǎn)動。挖掘作業(yè)時，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，使工作裝置轉(zhuǎn) 到挖掘位置，同時操縱動臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮;動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗 桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟 斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進(jìn)油，使動臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝 置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，工作裝 置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)。在實際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條 件以及挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作配合可以是多 樣的、隨機(jī)的 13。 15 1、鏟斗；2、斗桿；3、動臂；4、連桿；5、動臂油缸；6、斗桿油缸；7、鏟斗油缸；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)傳動示意圖 總之，液壓挖掘機(jī)是由多學(xué)科、多系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，只有在系統(tǒng)層面上的各系 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。 2.2 液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計方案的確定 要了解和設(shè)計挖掘機(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作時的流量、力和功率要求以及液壓作用元件相互配合的復(fù)合 動作要求和復(fù)合動作時油泵對同時作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。 2.2.1 液壓挖掘機(jī)的工況 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括以下幾個動作(如圖 2.4 所示):動臂升降、斗桿收放、 鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以及其它輔助動作。除了輔助動作(例如整機(jī)轉(zhuǎn)向等)不 需全功率驅(qū)動以外，其它都是液壓挖掘機(jī)的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動 14。 16 1、動臂升降；2、斗桿收放；3、鏟斗裝卸；4 、平臺回轉(zhuǎn)；5、整機(jī)行走； 圖 2.4 液壓挖掘機(jī)的運動圖 由于液壓挖掘機(jī)的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機(jī)的工作有兩項特殊要求：(1)實 現(xiàn)各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和 流量也能相應(yīng)變化；(2)為了充分利用發(fā)動機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時間，工作過程中往 往要求有兩個主要動作(例如挖掘與動臂、提升與回轉(zhuǎn))同時進(jìn)行復(fù)合動作液壓挖掘機(jī)一 個作業(yè)循環(huán)的組成和動作的復(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)合動作，必要時，配以動臂動作。 （2）滿斗舉升回轉(zhuǎn)：挖掘結(jié)束，動臂液壓缸將動臂頂起，滿斗提升，同時回轉(zhuǎn)第 2 章挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求和分析方法液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是動 臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。 （3）卸載：轉(zhuǎn)到卸土點時，轉(zhuǎn)臺制動，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，還要有動臂液壓缸的配合，此時是斗桿和鏟 斗的復(fù)合動作，間以動臂動作。 （4）空斗返回：卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空 斗放到新的挖掘點，此時是回轉(zhuǎn)和動臂或斗桿的復(fù)合動作。 1、挖掘工況分析 挖掘過程中主要以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別單獨進(jìn)行挖掘，或者兩者復(fù)合動作， 必要時配以動臂液壓缸的動作 15。 一般在平整土地或切削斜坡時，需要同時操縱動臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運動， 17 如圖2.5，2.6所示。此時斗桿收回，動臂抬起，希望斗桿和動臂分別由獨立的油泵供油， 以保證彼此動作獨立，相互之間無干擾，并且要求泵的供油量小，使油缸動作慢，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，或者需要用鏟斗 斗底壓整地面時，就需要鏟斗、斗桿、動臂三者同時作用完成復(fù)合動作，如圖2.7,2.8 所示。 圖 2.5 斗尖沿直線平整土地圖 圖 2.6 斗尖沿直線切削斜坡圖 圖 2.7 鏟斗底壓整地面圖 圖 2.8 鏟斗底保持一定角度切削圖 單獨采用斗桿挖掘時，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個別也有采用三泵 合流。單獨采用鏟斗挖掘時，也有采用雙泵合流的情況。下面以三泵系統(tǒng)為例，來說明 復(fù)合動作挖掘時油泵流量的分配情況和分合流油路的連接情況。液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸 土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作 16。 當(dāng)斗桿和鏟斗復(fù)合動作挖掘時，供油情況如圖2.9a 所示。當(dāng)斗桿油壓接近溢流閥 的壓力時，原來溢流的油液此時供給鏟斗有效利用;當(dāng)鏟斗和動臂復(fù)合動作挖掘時，由 于動臂僅僅起調(diào)解位置的作用，主要是斗桿進(jìn)行挖掘，因此采用斗桿優(yōu)先合流、雙泵供 油，如圖2.9b 所示。 圖 2.9 三泵供油系統(tǒng)示意圖 18 當(dāng)動臂、斗桿和鏟斗復(fù)合運動時，為了防止同一油泵向多個液壓作用元件供油時動 作的相互干擾，一般三泵系統(tǒng)中，每個油泵單獨對一個液壓作用元件供油較好。對于雙 泵系統(tǒng)，其復(fù)合動作時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，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，因此需要同時向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗 桿供油，兩者復(fù)合動作，如圖2.5所示?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿收縮同時動作，由同一個油泵 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?；剞D(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 力增高，使得油泵的供油壓力也提高。因此隨著回轉(zhuǎn)操縱桿行程的增大，回轉(zhuǎn)馬達(dá)油壓 增加，回轉(zhuǎn)力增大。 挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅硬障礙物，往往由于挖不動而需要短時間 增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時增壓，能提高主壓力閥的壓力 17。 2、滿斗舉升回斗工況分析 挖掘結(jié)束后，動臂油缸將動臂頂起，滿斗舉升，同時回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸載 處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的復(fù)合動作。動臂抬升和回轉(zhuǎn)馬達(dá)同時動作時，要求二 者在速度上匹配，即回轉(zhuǎn)到指定卸載位置時，動臂和鏟斗自動提升到合適的卸載高度。 由于卸載所需的回轉(zhuǎn)角度不同，隨液壓挖掘機(jī)相對自卸車的位置而變，因此動臂提升速 度和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)速度的相對關(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，而動臂的提升速度慢些。 在雙泵系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)起動時，由于慣性較大，油壓會升得很高，有可能從溢流閥溢 流，此時應(yīng)該將溢流的油供給動臂，如圖2.10a所示。在回轉(zhuǎn)和動臂提升的同時，斗桿 要外放，有時還需要對鏟斗進(jìn)行調(diào)整。這時是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行復(fù)合動 作 18。 由于滿斗提升時動臂油缸壓力高，導(dǎo)致變量泵流量減小，為了使動臂提升和回轉(zhuǎn)、 斗桿外放相互配合動作，由一個油泵專門向動臂油缸供油，另一個油泵除了向回轉(zhuǎn)馬達(dá) 和斗桿供油外，還有部分油供給動臂，如圖2.10b所示。但是由于動臂提升時油壓較高， 單向閥大部分時間處于關(guān)閉狀態(tài)，因此左側(cè)油泵只向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油。 三泵系統(tǒng)的供油情況如圖2.10c所示。各個油泵分別向一個液壓作用元件供油，復(fù) 19 合動作時無相互干擾。 3、卸載工況分析 回轉(zhuǎn)至卸載位置時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。 為了調(diào)整卸載位置，還需要動臂配合動作。卸載時，主要是斗桿和鏟斗復(fù)合動作，間以 動臂動作。 圖 2.10 回轉(zhuǎn)舉升供油情況 4、空斗返回工況分析 當(dāng)卸載結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，同時動臂油缸和斗桿油缸相互配合動作，把空斗放 在新的挖掘點。此工況是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動臂和斗桿復(fù)合動作。由于動臂下降有重力作用， 壓力低、變量泵流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)速度快，因此該工況的供油情況為一個油泵 的全部流量供回轉(zhuǎn)馬達(dá)，另一油泵的大部分油供給動臂，少部分油經(jīng)節(jié)流閥供給斗桿， 如圖2.11所示。 圖 2.11 空斗返回供油情況 發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速時油泵供油量小，為防止動臂因重力作用迅速下降和動臂油缸產(chǎn)生 吸空現(xiàn)象，可采用動臂下降再生補(bǔ)油回路，利用重力將動臂油缸無桿腔的油供至有桿腔。 5、行走時復(fù)合動作 在行走的過程有可能要求對作業(yè)裝置液壓元件(如回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動臂、斗桿和鏟斗)進(jìn) 行調(diào)整。在雙泵系統(tǒng)中，一個油泵為左行走馬達(dá)供油、另一個油泵為右行走馬達(dá)供油， 此時如果某一液壓元件動作，使某一油泵分流供油，就會造成一側(cè)行走速度降低，影響 20 直線行駛性，特別是當(dāng)挖掘機(jī)進(jìn)行裝車運輸或上下卡車行走時，行駛偏斜會造成事故 19。 2.2.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求 液壓挖掘機(jī)的動作繁復(fù)，且具有多種機(jī)構(gòu)，如行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動臂、斗桿和 鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機(jī)械。這些主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常起動、制動、換向，外負(fù) 載變化很大，沖擊和振動多，因此挖掘機(jī)對液壓系統(tǒng)提出了很高的設(shè)計要求。根據(jù)液壓 挖掘機(jī)的工作特點，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計需要滿足以下要求 20: 動力性要求 所謂動力性要求，就是在保證發(fā)動機(jī)不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動機(jī)的功 率，提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率。尤其是當(dāng)負(fù)載變化時，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)的良好匹配， 盡量提高發(fā)動機(jī)的輸出功率。例如，當(dāng)外負(fù)載較小時，往往希望增大油泵的輸出流量， 提高執(zhí)行元件的運動速度。雙泵液壓系統(tǒng)中就常常采用合流的方式來提高發(fā)動機(jī)的功率 利用率。 21 第三章 挖掘機(jī)行駛液壓系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 底盤行駛液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 1、液壓系統(tǒng)參數(shù)確定 表 3.1 液壓履帶式挖掘機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 項目名稱 單位 數(shù)值 發(fā)動機(jī)功率 kW 20 最大爬坡角 30 整機(jī)質(zhì)量 kg 1800 最高行駛速度 km/h 4.5 整機(jī)寬度 mm 1800 整機(jī)高度（行駛狀態(tài)） mm 2500 最大挖掘高度 mm 5000 鏟斗容量 m3 0.2 最大鏟掘力 kN 30 最大挖掘深度 mm 3000 接地長度 mm 1800 履帶寬度 mm 300400 上車回轉(zhuǎn)速度 rpm 10 推土鏟尺寸（長高） mm 1800330 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)備的運動功能、性能要求和結(jié)構(gòu)、 安裝上的限制。根據(jù)所要求的負(fù)載運動形態(tài)，選用不同的執(zhí)行元件配置，如下表 3.2 所 示 表 3.2 執(zhí)行元件配置 運動方式 執(zhí)行元件 左行走 左液壓馬達(dá) 右行走 右液壓馬達(dá) 直性行走 左液壓馬達(dá)+右液壓馬達(dá) 2、執(zhí)行元件馬達(dá)及系統(tǒng)壓力的初選 當(dāng)負(fù)載確定后，工作壓力就決定了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。若工作壓力低，則執(zhí)行 元件的尺寸就大，重量也大，完成給定速度所需的流量也大；若壓力過高，則密封要求 22 就高，元件的制造精度也就更高，容積效率也就會降低。所以應(yīng)根據(jù)實際情況選取適當(dāng) 的工作壓力。執(zhí)行元件工作壓力可以根據(jù)總負(fù)載值或主機(jī)設(shè)備類型選取，見表 3.3 和表 3.4。 表 3.3 負(fù)載和工作壓力之間的關(guān)系 負(fù)載 F/KN 10 1020 70140 140250 250 工作壓力 P/MPa 0.8-1.2 1.5-2.5 1014 1821 32 表 3.4 各類液壓設(shè)備常用工作壓力 設(shè)備類型 精加工機(jī)床 組合機(jī)床 拉床 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)、重型機(jī)械、 大中型挖掘機(jī)、起 重運輸機(jī)械 工作壓力 P/Mpa 0.8-2 3-5 5-10 10-16 16-32 由表 3.4 本設(shè)計選擇的工作壓力為：P=10MPa。 （1）確定液壓馬達(dá)的幾何參數(shù) 小型液壓挖掘機(jī)底盤行走系統(tǒng)執(zhí)行元件為液壓馬達(dá)，則其排量的計算式為 （3-1）mPTV/2ax 式中 T 為液壓馬達(dá)的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Nm） ； m為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率為 0.9；P 為 液壓馬達(dá)的工作壓力（Pa） ； V 為所求液壓馬達(dá)的排量（m 3/r） 。 液壓馬達(dá)所承受的負(fù)載： NTp 8.79560/95mm2643./ax 代入式（3-1）中，可得： rV/18.4 同樣，上式所求的排量也必須滿足液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 nmin的要求，即 （3-2）mini/q 式中 qmin 指能輸入液壓馬達(dá)的最低穩(wěn)定流量。排量確定后，可從產(chǎn)品檢本 中選擇液壓馬達(dá)的型號。 （2）液壓馬達(dá)最大流量的確定 對于液壓馬達(dá)，它所需的最大流量 qmax應(yīng)為馬達(dá)的排量 V 與其最大轉(zhuǎn)數(shù) nmax的乘積， 23 即 （3-3）min/019.in/6/1098. 334maxax rnVq 3、基本方案設(shè)計 (1)制定調(diào)速方案 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動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現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換 向閥的有機(jī)組合實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo) 控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用 密封空間的容積變化來實現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(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)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量 來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。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、運動速度高的液壓系統(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)行元件的流量，并使其 供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù) 雜。節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動沖擊較 小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路 的循環(huán)形式也就隨之確定了。節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵 從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好， 但油箱體積大，容易混入空氣。容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵 的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散 熱條件差 27。 經(jīng)過上述分析此方案選用容積節(jié)流調(diào)速。 (2) 制定壓力控制方案 控制元件(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù) 控制功能的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又 分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、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。 24 液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對發(fā)動機(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)： 先導(dǎo)型控制系統(tǒng) 換向控制閥的控制形式有直動型（用手柄直接操縱換向閥主閥 芯，目前少用）和先導(dǎo)型兩種。后者是用先導(dǎo)閥控制先導(dǎo)油液，再用先導(dǎo)油液控制換向 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。 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閥， 其滑閥的微調(diào)性能和復(fù)合操作性能差。20 世紀(jì) 90 年代以來，在液壓挖掘機(jī)上開始采用 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，負(fù)荷傳感 控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：節(jié)省能源消耗。普通三位六通換向閥無論采用定量泵還是變量 泵，總要有一部分油液經(jīng)溢流閥溢掉，浪費了能量。而使用負(fù)荷傳感變量系統(tǒng)，泵的流 量全部用于負(fù)載上，泵的壓力僅比負(fù)荷壓力大 1-3Mpa；流量控制精度高，不受負(fù)荷壓力 變化的影響；幾個執(zhí)行元件可以同步運動或以某種速比運動，且互不干擾。普通三位六 通閥系統(tǒng)用的是并聯(lián)油路，當(dāng)幾個執(zhí)行元件同時動作時，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，因為泵所輸出的流量 超過執(zhí)行元件（液壓缸和液壓馬達(dá)）所需要的流量時，多余的油液經(jīng)壓力補(bǔ)償閥流回油 箱（為保持壓差恒定）變?yōu)闊崮堋Ｖ挥型耆?fù)荷傳感控制系統(tǒng)才能解決節(jié)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 帶次級壓力補(bǔ)償閥的負(fù)荷傳感系統(tǒng)德國力士樂公司等）在其生產(chǎn)的液壓挖掘機(jī)上設(shè) 置了負(fù)荷傳感分流器 LUOV（Last Unabhangige Durchfluss Vereilung)系統(tǒng)，其主要作 用是：當(dāng)多個執(zhí)行元件同時工作、所需的流量大于液壓泵的流量時，產(chǎn)生供油不足的現(xiàn) 象，這不能使正在工作臺的執(zhí)行元件與負(fù)載壓力無關(guān)的控制得到保證。LUDV 系統(tǒng)能保證 在供油不足時所有執(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 28。 25 制定壓力控制方案 ：液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一 定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(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 泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。在液壓系統(tǒng)中，需要流量不大的高壓油時可考慮用 增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要 供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力 需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。 基于以上控制系統(tǒng)方案分析本次設(shè)計選用負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)；采用的是雙泵雙回路 恒功率控制液壓系統(tǒng)，帶四種功率控制模式、中位負(fù)流量控制，兩液壓主泵按全功率變 量。 3.2 液壓元件的選擇 動力元件的作用是將原動機(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， 它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。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 3.5 所示 表 3.5 各種液壓泵性能比較 項目 齒輪泵(外嚙合) 葉片泵 斜軸式柱塞泵 斜盤式柱塞泵 排量(cm 3/r) 1-500 平衡式 1-350 不平衡式 10-230 100-1000 4-500 最高壓力(MPa) 1-25 平衡式 3.5-40 不平衡式 3.5-14 21-40 21-40 最高轉(zhuǎn)速(r/min) 900-4000 平衡式 1200-3000 不平衡式 1200-180 0 750-3600 750-3600 最高效率(%) 70-85 平衡式 70-90 不平衡式 60-70 88-95 85-92 對污染敏感性 不易受污染影響 ，隨著齒輪的磨 損，效率有所降 低 對污染較敏感，葉 片磨損時，效率降 低到很小 對污染最敏感， 配流盤受損傷時 效率降低 對污染的斜軸式 高，配流盤滑靴 磨損時效率降低 吸油性能 轉(zhuǎn)速為 1800r/min 轉(zhuǎn)速為 1800r/min 轉(zhuǎn)速為 1800r/mi 同軸斜式柱塞泵 26 時，允許吸入真 空度為-26664.4- 54328.8Pa(-20-4 0cmHg) 時，允許吸入真空 度為-13332.2-266 64.4Pa(-10-20cmHg ) n 時，允許吸入 真空度為-3.9997 -0Pa(-3-0cmHg) 噪聲(dB) 額定轉(zhuǎn)速 300r/mi n 時，噪聲 83dB 額定轉(zhuǎn)速 1450-240 0r/min 時，噪聲 76 dB 額定轉(zhuǎn)速 1450-2 400r/min 時，噪 聲 87dB 額定轉(zhuǎn)速 1450-24 00r/min 時，噪聲 77dB 對過濾精度要求 30-50m 20-30m 15-25m 15-25m 易出故障的部位 內(nèi)部摩擦副；支 承軸套端面、齒 輪及軸頸磨損， 引起橡膠密封損 壞、泵體內(nèi)孔及 兩側(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 軸球窩中脫出， 功率調(diào)節(jié)彈簧失 效，兩對摩擦副 磨損 所有變量泵的變 量機(jī)構(gòu)，三對摩 擦副磨損 3.2.1 液壓泵的參數(shù)計算及選擇 1、液壓泵的工作壓力的確定 (3-4)11pP -是執(zhí)行元件的最高工作壓力,對于本系統(tǒng)的最高工作壓力是銷鎖油缸的入口壓1P 力 -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1 。PMa110pPMPa 2、確定液壓泵的流量 vq 多液壓缸或液壓馬達(dá)同時工作時，而且系統(tǒng)使用蓄能器鋪助動力源時，則液壓泵輸 出流量公式應(yīng)為 （3-5） 3max1.209.10.285/min0.475/vpqK Ls 其中，K-系統(tǒng)泄露系數(shù)（一般 K=1.1-1.3） ，取 K=1.2 -每個執(zhí)行元件所需最大流量ax 按照泵的排量 、 的值來選擇液壓泵pPvq 3、選擇液壓泵的規(guī)格 27 根據(jù)以上求的泵的排量和 、 的值，按系統(tǒng)中給定的液壓泵的形式，從機(jī)械pPvq 設(shè)計手冊第四卷得雙聯(lián)柱塞泵：主泵:K3SP36C 柱塞式串聯(lián)變量雙泵。最大排量 36ml/r,最高使用壓力29.4MPa，最高輸入轉(zhuǎn)速 3000rpm，最大輸入扭矩 208Nm。 3.2.2 液壓馬達(dá)的計算與選擇 液壓馬達(dá)可根據(jù)其工作壓力、轉(zhuǎn)速和排量來選擇。由 3.1 節(jié)可知液壓馬達(dá)的理論排 量 ，理論流量 。選擇 BM 系列液壓馬達(dá)中型號為rmV/1098.34 min/019.3q BM1-200 的液壓馬達(dá)。 3.2.3 柴油發(fā)動機(jī)的選擇 液壓缸在整個循環(huán)運動中，系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的。所需功率變化較大，為 滿足整個工作循環(huán)的需要，需按大功率段來確定發(fā)動機(jī)的功率。 從液壓原理圖可以看出，快速運動時系統(tǒng)的壓力和流量都較大，這時，大小泵同時 參加工作，小泵排油壓力和流量均較大。此時，大小泵同時參與工作小泵排油除保證鎖 緊力外，還通過順序閥將壓力油供給加料門油缸。 前文已確定發(fā)動機(jī)功率為 20KW；查機(jī)械設(shè)計手冊發(fā)動機(jī)參數(shù)表得： 發(fā)動機(jī)機(jī)型號N385G。此發(fā)動機(jī)的參數(shù)如下：功率-22KW；轉(zhuǎn)速-2600r/min ； 額定扭矩-92.9Nm；額定扭矩轉(zhuǎn)速-1950r/min。 3.2.4 液壓閥的選擇 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 11Mpa 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，工作部件的運動速度、 方向，以及變換頻率，輸出力和力矩等。 28 圖 3.1 主泵原理圖 在液壓系統(tǒng)中，液壓閥的選擇是非常重要的。可以使系統(tǒng)的設(shè)計合理，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，性能特點因 素 33。 1、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。 2、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)的簡繁及布置特點來確定。 3、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)械控制，液壓控制，電氣控制。根 據(jù)系統(tǒng)的操縱需要和電氣系統(tǒng)的配置能力進(jìn)行選擇。 4、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)格型號和名稱見表 3.6 29 表 3.6 液壓控制閥 序號 代 號 名稱及規(guī)格 材料 數(shù)量 1 Q11F-16P-25 不銹鋼截止閥 成品 2 2 DBDW10B-1-50X/10UG24NZ5L 電磁溢流閥 成品 1 3 S20P1.0 S 型單向閥 成品 1 4 S10P1.0 S 型單向閥 成品 1 5 XJF-32/10 蓄能器截止閥 成品 1 6 DRV16-1-10/2 單向節(jié)流閥 成品 1 9 S6A1.0/2 S 型單向閥 成品 1 10 ZDR6DP2-30/7.5YM 疊加式減壓閥 成品 1 11 Z1S6P-1-30/ 疊加式單向閥 成品 1 12 4WE10J3X/CG24NZ5L 電磁換向閥 成品 1 13 ZDR10DP2-30/7.5YM 疊加式減壓閥 成品 1 14 Z2FS16-30/S2 疊加式雙單向節(jié)流閥 成品 2 15 4WEH16Y50/OF6AG24NETS2Z5L/B08 電液換向閥 成品 1 16 Z2FS16-30/S2 疊加式雙單向節(jié)流閥 成品 2 17 DR20-5-5X/10YM 先導(dǎo)式減壓閥 成品 2 18 DR20-5-5X/10Y 先導(dǎo)式減壓閥 成品 1 19 4WEH16E50/6AG24NETS2Z5L/B08 電液換向閥 成品 1 20 4WE10E3X/CG24NZ5L 電磁換向閥 成品 1 21 DB20-2-5X/315 溢流閥 成品 2 22 S20P1.0/ 單向閥 成品 1 23 Z2FS10-20/ 疊加式雙單向節(jié)流閥 成品 1 24 溢流閥 成品 1 25 QJH6WL 高壓球閥 DN6 成品 3 主操作閥原理圖如圖 3.2 所示 30 圖 3.2 主操作閥原理圖 3.2.5 其他液壓元件的選擇 1、壓力繼電器的選擇 能夠自動感到壓力變化，但壓力達(dá)到預(yù)定壓力時，可以自動將電路進(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)先在壓力校驗臺還是調(diào)定的點觸點動作的壓力值。 根據(jù)要求查機(jī)械設(shè)計手冊得： HED10A20/35L24/2 壓力繼電器 2、壓力表 由液壓系統(tǒng)的壓力來選擇壓力表，查機(jī)械設(shè)計手冊得： YN100-0-16Mpa 壓力表 YN100-0-25Mpa 壓力表 3、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,最大動態(tài)壓力 40Mpa，適用溫度 23/ms 。軟管通徑 2.9 mm，最大靜大壓力 64Mpa，化學(xué)性能，耐酸性溶劑。06C HFH2-P2-3-P-1.000 測壓軟管 公稱通徑 3.0mm， 最大壓力 40Mpa PT-3 測壓 31 排氣接頭 4、液位液溫計 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)計手冊得： 直回式回油過濾器 RFA-250*20FY 液位液溫計 YWZ-200TA 液位液溫計 WSSX-411，-4080C 空氣濾清器 QUQ2-20*1.0 5、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，液壓缸在短時間內(nèi)快速運動，由蓄能器來補(bǔ)充供油，則計算公式 為： ivpVAlKqt A-液壓缸有效作用面積 L液壓缸的行程 K油液損失系數(shù)，一般取 K=1.2 -液壓泵流量vpq t-動作時間 由以上公式得V=15.32L 考慮安全系數(shù)和其他方面V 取