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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）大 綱
設(shè)計(jì)(論文)題目：車(chē)載小型挖樹(shù)機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名： 陶偉 學(xué) 號(hào)： 1121111036
?！ I(yè)： M11車(chē)輛工
所在學(xué)院： 龍?bào)磳W(xué)院
指導(dǎo)教師： 李志臣
職 稱： 副教授
年 月 日
目 錄
目錄
摘要 Abstract
第一章 前言
1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)目的
1.2本課題的內(nèi)容和要求
1.2 課題研究的意義
第二章 林木移栽機(jī)機(jī)構(gòu)
2.1整體結(jié)構(gòu)及其主要參數(shù)
2.2主要部件結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)
第三章 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖
3.1制定基本方案
3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖
第四章 液壓元件的選型與計(jì)算
4.1 液壓泵的選擇
4.2 液壓閥的選擇
4.3 蓄能器的選擇
4.4 管道尺寸的確定
4.5 油箱容量的確定
第五章 液壓缸的計(jì)算
5.1 負(fù)載分析
5.2 提升液壓缸主要參數(shù)的確定
5.3 擬訂液壓系統(tǒng)圖
5.4 液壓元件的選擇
5.5 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告
設(shè)計(jì)(論文)題目：車(chē)載小型挖樹(shù)機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名： 陶偉 學(xué) 號(hào)： 1121111036
專 業(yè)： M11車(chē)輛工
所在學(xué)院： 龍?bào)磳W(xué)院
指導(dǎo)教師： 李志臣
職 稱： 副教授
年 月 日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)不少于1000字左右的文獻(xiàn)綜述：
1.整體結(jié)構(gòu)及其主要參數(shù)
1.1整體結(jié)構(gòu)
小型林木移栽機(jī)由主框架，提升架，鏟刀組件，鏟斗組件和液壓系統(tǒng)等組成，如圖2.1 所示。提升架可沿主框架上下運(yùn)動(dòng)，鏟斗可沿提升架上下運(yùn)動(dòng)。型林木移栽機(jī)可掛接在多種配套動(dòng)力（如各種輪式拖拉機(jī)）上，各工作部件由液壓油缸驅(qū)動(dòng)。工作時(shí)，通過(guò)操縱液壓系統(tǒng)的分配器，首先打開(kāi)鏟刀、鏟斗，通過(guò)調(diào)整移栽機(jī)的位置，將被挖林木置于鏟斗中心處，然后將提升架下移，于地面上，操縱鏟刀油缸將兩鏟刀入土后再操縱鏟斗油缸將鏟斗下挖至要求的深度后，通過(guò)提升架將鏟刀、鏟斗和林木同時(shí)提出地面，最后松開(kāi)鏟刀、鏟斗，將根部帶有圓臺(tái)型土塊的林木放入塑料盆中，以提高林木成活率，方便運(yùn)輸。
1.2主要參數(shù)
型林木移栽機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)：配套動(dòng)力18～22kw（拖拉機(jī)）
土球大端直徑600mm
林木胸徑80~120mm
工作效率50~80 株/小時(shí)使鏟刀、鏟斗置
2.課題研究的意義
隨著現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展、人們環(huán)境意識(shí)的不斷增強(qiáng)，城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境矛盾日益突出，建設(shè)生態(tài)園林，進(jìn)行城鄉(xiāng)綠化，營(yíng)造青山、碧水、藍(lán)天和諧的人居生態(tài)環(huán)境不僅是現(xiàn)代城鄉(xiāng)發(fā)展要求，更是人們對(duì)美好生活的渴望。城市環(huán)境的建設(shè)，不但促使了各地城市不斷增加環(huán)境和景觀的建設(shè)投入，同時(shí)也使我國(guó)園林事業(yè)呈現(xiàn)了飛速發(fā)展之勢(shì)。我國(guó)目前林木的移栽大都采用人工作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)效率低、成本高、成活率低。采用機(jī)械化作業(yè)可提高工效幾十倍甚至上百倍，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了城市園林化的步伐，同也降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。因此研制開(kāi)發(fā)適合常規(guī)配套動(dòng)力的林木移栽機(jī)械具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，其產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。
3.制定基本方案
3.1制定調(diào)速方案
液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問(wèn)題。
方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
速度控制通過(guò)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(lái)實(shí)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(lái)調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)合。
容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)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(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。
容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)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(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)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(kāi)式循環(huán)形式。在開(kāi)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(kāi)式回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。
3.2制定壓力控制方案
液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。
在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)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(shí)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(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來(lái)獲得所需的工作壓力。
3.3制定順序動(dòng)作方案
主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過(guò)電氣行程開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來(lái)控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開(kāi)關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。
另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無(wú)載啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過(guò)壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開(kāi)順序閥使壓力油通過(guò)，來(lái)啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。
3.4選擇液壓動(dòng)力源
液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)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(wú)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(duì)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(duì)長(zhǎng)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(guò)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(guò)相應(yīng)的精過(guò)濾器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過(guò)濾器或其他型式的過(guò)濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
3.2液壓系統(tǒng)原理圖方案
小型林木移栽機(jī)系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動(dòng)作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。
為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測(cè)元件（如壓力表、溫度計(jì)等）。
圖3.1 林木移栽機(jī)液壓原理圖
如圖3.1，為林木移栽機(jī)液壓原理圖，其中包含：三位四通電磁換向閥；齒輪泵；油濾器；單向閥；液壓鎖；平衡閥；限位二位二通手動(dòng)換向閥；液壓缸組成。其中各液壓元件的作用：
齒輪泵：液壓動(dòng)力源
單向閥：防止回流現(xiàn)象產(chǎn)生
三位四通電磁換向閥：改變油路的流向
限位二位二通手動(dòng)換向閥：防止液壓缸超出規(guī)定行程
液壓鎖：防止液壓缸由于外界原因，在電磁閥中位時(shí)移動(dòng)
平衡閥：使液壓缸兩工作腔壓力平衡。
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2．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：
2.1機(jī)械化移栽目前存在的主要問(wèn)題
通過(guò)在樹(shù)木移植過(guò)程中的長(zhǎng)期實(shí)踐，列樹(shù)木的成活機(jī)里和移植技術(shù)要領(lǐng)等進(jìn)行了研究與總結(jié)。
2.1.1 移栽前應(yīng)考慮的因素
基本原理：①近似生境。實(shí)踐證明，若移植后的生境近似于原生生境，則移植的成活率較高，移植在近似生境中的樹(shù)木期生長(zhǎng)情況往往能恢復(fù)到原生生境狀態(tài)。樹(shù)木的生長(zhǎng)環(huán)境主要包括溫度、光照、水分等小氣候條件和土壤條件等，如果把處于不同生境中的樹(shù)木進(jìn)行移植，光度、溫度、濕度、及土壤等任一條件發(fā)生變化，其樹(shù)木的植株生長(zhǎng)就會(huì)受到影響或發(fā)生差異，有的甚至枯萎死亡，所以定植地的土壤條件進(jìn)行判定或測(cè)試，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果改善定植地的土壤生境條件，以提高樹(shù)木移植的成活率。樹(shù)木移植近似生境的原理一定程度上也是樹(shù)木移植宜近不宜遠(yuǎn)、適地適樹(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
②樹(shù)勢(shì)平衡。樹(shù)木移植時(shí)，樹(shù)木的地上部分和地下部分須保持平衡，樹(shù)木移植如對(duì)根系造成傷害，就必須根據(jù)其根系分布情況，對(duì)地上部分進(jìn)行修剪，使地上部分和地下部分的生長(zhǎng)情況基本保持平衡。閃為供給根系發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要來(lái)副阻上部分，對(duì)枝葉修剪過(guò)多不但會(huì)影響樹(shù)木的景觀，也會(huì)影響根系的生長(zhǎng)發(fā)育，所以在移植樹(shù)木時(shí)必須慎重考慮枝葉和根系的去留權(quán)衡問(wèn)題，盡量使地上部分和地下部分保持平衡。如地上部分所留比鍘超過(guò)地下部允昕留比例，則須通過(guò)人工養(yǎng)護(hù)彌補(bǔ)這種不平衡。
基本條件：①季節(jié)適時(shí)。移植樹(shù)木的成功率高低在很大程度上取決于移植樹(shù)木季節(jié)的選擇，而考慮適時(shí)選擇主要是因?yàn)榇藭r(shí)樹(shù)木的生理代謝較易得到平衡。一般情況下，常綠樹(shù)移植選擇在春季，即3月下旬至5月上旬。這段時(shí)期氣溫回升，雨量充足，光照適中，常綠樹(shù)在此期問(wèn)枝葉、根系處于生理生長(zhǎng)發(fā)育期，移植受損的傷口能及時(shí)產(chǎn)生愈合組織，即新芽新根能在短期內(nèi)得到恢復(fù)或修復(fù)。落葉樹(shù)—般則選擇在秋冬季，即樹(shù)木落葉后到發(fā)芽前。因此時(shí)樹(shù)木處于休眠期，而落葉樹(shù)大多數(shù)季相明顯，移植時(shí)都以保持全冠為宜，所以相對(duì)春季選擇秋冬季更為妥當(dāng)，但具體時(shí)間的選擇還需根據(jù)樹(shù)木的習(xí)性和物候特點(diǎn)來(lái)確定。適時(shí)選擇樹(shù)木的移植時(shí)間是建立在樹(shù)勢(shì)平衡這個(gè)基本原理之上的。
②斷根縮坨。從樹(shù)木薪防；代謝括動(dòng)的生理危度來(lái)看，樹(shù)木移植經(jīng)過(guò)掘起、搬運(yùn)、再種植，其根系大量受損，樹(shù)木的水分和有機(jī)物質(zhì)大量消耗，這就打破了地上部分和地下部分的平衡，因?yàn)榫S持樹(shù)木地上部分枝葉平衡主要依靠地下部分的根系來(lái)供給養(yǎng)分，而根系則主要通過(guò)大量的毛根和須根來(lái)完成，所以毛須根的數(shù)量和生理質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：
2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：
3.是否同意開(kāi)題：□ 同意 □ 不同意
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見(jiàn)：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū)
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設(shè)計(jì)（論文）題目：
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學(xué)生姓名：
陶偉
學(xué)??號(hào)：
1121111036
專????業(yè)：
M11車(chē)輛工程
所在學(xué)院：
龍?bào)磳W(xué)院
指導(dǎo)教師：
李志臣
職????稱：
副教授
發(fā)任務(wù)書(shū)日期：2014年12月3日
任務(wù)書(shū)填寫(xiě)要求
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫(xiě)，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系（院）領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書(shū)應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生。
2．任務(wù)書(shū)內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)，不得涂改或潦草書(shū)寫(xiě)；或者按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，要求正文小4號(hào)宋體，1.5倍行距，禁止打印在其它紙上剪貼。
3．任務(wù)書(shū)內(nèi)填寫(xiě)的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)所在專業(yè)及系（院）主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫(xiě)。
4．任務(wù)書(shū)內(nèi)有關(guān)“學(xué)院”、“專業(yè)”等名稱的填寫(xiě)，應(yīng)寫(xiě)中文全稱，不能寫(xiě)數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫(xiě)全號(hào)，不能只寫(xiě)最后2位或1位數(shù)字。
5．任務(wù)書(shū)內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫(xiě)，應(yīng)按照《金陵科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫(xiě)規(guī)范》的要求書(shū)寫(xiě)。
?6．有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。如“2002年4月2日”或“2002-04-02”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū)
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：
? 在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，任務(wù)承擔(dān)學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能分析和解決實(shí)際問(wèn)題，從而具備初步科學(xué)研究的能力。培養(yǎng)學(xué)生具備獨(dú)立的根據(jù)課題內(nèi)容進(jìn)行調(diào)查研究的能力，能夠在大量的中外文獻(xiàn)進(jìn)行檢索有用的與課題相關(guān)的文獻(xiàn)，為今后的工作奠定堅(jiān)實(shí)的能夠進(jìn)行獨(dú)立研究的能力。
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（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）：
1、熟悉車(chē)載小型挖樹(shù)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。
2、熟悉基本的液壓和控制系統(tǒng)知識(shí)，能使用AutoCAD軟件。
3、熟悉液壓控制系統(tǒng)的工作原理。
4、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作合理的液壓控制系統(tǒng)。
5、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
畢 業(yè)設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū)
3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括圖表、實(shí)物等硬件要求〕：
1、設(shè)計(jì)完善的車(chē)載小型挖樹(shù)機(jī)液壓控制系統(tǒng)，提交相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙。
2．撰寫(xiě)符合要求的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文或設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
4．主要參考文獻(xiàn)：
[1]顧正平，沈瑞珍。樹(shù)木栽植與養(yǎng)護(hù)機(jī)械發(fā)展概況[J].世界林業(yè)研究，2005,18（4）：40-44.
[2]張英彥，顧正平.直鏟式樹(shù)木移植機(jī)下鏟阻力的探討[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1988.10（2）:P38-45.
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[4] 于建國(guó)，屈錦衛(wèi)。國(guó)內(nèi)外挖坑機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2006，（12）：P38-41
[5]周士昌.液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行禁忌470例[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，2002：P77-98
[6]顧正平.論樹(shù)木移植機(jī)在我國(guó)綠化事業(yè)中的發(fā)展前景與途徑[J].北京林學(xué)院學(xué)報(bào)，1982（3）：P150-155
[7]李小星，王為.土壤抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)與食品機(jī)械，
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金 陵 科 技 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表
學(xué)院
?龍?bào)磳W(xué)院
出題
教師
姓名
?李志臣
專? 業(yè)
? 車(chē)輛工程
?職稱
?副教授
申報(bào)題目名稱
?樹(shù)木移植機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
題目類型
√畢業(yè)設(shè)計(jì)????????? □畢業(yè)論文
公辦/民辦
?民辦
題目性質(zhì)
?A.工程設(shè)計(jì)
題目來(lái)源
A
B
C
D
?
?√
?
?
題目簡(jiǎn)介
液壓系統(tǒng)是林木移栽機(jī)的重要組成部分，主要包括液壓泵，液壓油缸、控制閥和油箱等，本課題通過(guò)應(yīng)用AutoCAD 技術(shù)對(duì)林木移栽機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算完成對(duì)液壓缸、電磁閥、液壓泵等選型。
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)要求（包括應(yīng)具備的條件）
1、項(xiàng)目學(xué)生要熟知樹(shù)木移植機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理及每個(gè)零部件的作用。
2、將液壓系統(tǒng)的各零部件的外形用AutoCAD設(shè)計(jì)。
3、能夠就研究過(guò)程和結(jié)果撰寫(xiě)符合要求的論文。
從事該課題必須應(yīng)具備的基本條件：應(yīng)具備計(jì)算機(jī)一臺(tái)，相關(guān)文獻(xiàn)從校園期刊網(wǎng)獲得。
題目預(yù)計(jì)
工作量大小
大
適中
小
題目預(yù)計(jì)
難易程度
難
一般
易
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所在專業(yè)審定意見(jiàn)：
?符合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題選題要求。
??????????? ?????????????????????????????????? 負(fù)責(zé)人：???陶偉? ???????????????2014??年? ?12?月 ??3?日
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
設(shè)計(jì)(論文)題目： 車(chē)載小型挖樹(shù)機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名： 陶 偉 指導(dǎo)教師： 李志臣
二級(jí)學(xué)院： 專 業(yè)： 車(chē)輛工程
班 級(jí)： 11車(chē)輛工程1班 學(xué) 號(hào)： 1121111036
提交日期： 2015年05月10日 答辯日期：2015年05月16日
摘 要
我國(guó)目前樹(shù)木移植大都采用人工作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)效率低、成本高、成活率低。小型車(chē)載挖樹(shù)機(jī)的研制有利于提高工效，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，加快城市園林化的步伐，同也降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。液壓系統(tǒng)是小型車(chē)載挖樹(shù)機(jī)的重要組成部分，主要包括液壓泵，液壓油缸、控制閥和油箱等。
本文主要針對(duì)小型車(chē)載挖樹(shù)機(jī)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，調(diào)查掌握了小型車(chē)載挖樹(shù)機(jī)及液壓系統(tǒng)的現(xiàn)況；接著，對(duì)該挖樹(shù)機(jī)結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行了分析，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)原理的分析提出了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)計(jì)算選擇了各液壓元件以及驗(yàn)算了液壓系統(tǒng)的合理性；然后，以鏟斗油缸為例對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與校核；最后，應(yīng)用AutoCAD軟件繪制了液壓系統(tǒng)原理圖及液壓缸的裝配圖和主要零部件圖。
本文的研究方法對(duì)今后各類小型機(jī)械、工程機(jī)械等的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)均具有很好的參考意義。
關(guān)鍵字：挖樹(shù)機(jī)；液壓系統(tǒng)；液壓缸
Abstract
Most of our current artificial trees transplant operations, labor-intensive, low working efficiency, high cost and low survival rate. Car digging machines small tree research will help improve efficiency, reduce labor intensity and speed up the pace of urban garden, with also reduce production costs, improve economic efficiency. Hydraulic system is a small car digging machine an important part of the tree, including hydraulic pumps, hydraulic cylinders, control valves and tanks and so on.
This paper mainly for small-car dug tree hydraulic control system design. First, the investigation and the status of the small car to dig trees and hydraulic systems; then, the digging machine tree structure and principle were analyzed by analysis of the structural principle of the hydraulic system design is proposed and selected by calculating each hydraulic components and checking the reasonableness of the hydraulic system; then, with bucket cylinder as an example of its detailed design and verification; and finally, the application of AutoCAD software to draw a schematic diagram of the hydraulic system and the hydraulic cylinder assembly drawings and major zero parts diagram.
Research methods in the future design of various types of hydraulic system of small machinery, engineering machinery, etc. have a good reference value.
Keyword：Hydraulic system; Hydraulic cylinders; Digging up tree
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1研究背景及意義 1
1.2液壓系統(tǒng)概述 1
1.3液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 2
1.3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 2
1.3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 2
第二章 總體分析 3
2.1主要參數(shù)選定 3
2.2車(chē)載小型挖樹(shù)機(jī)結(jié)構(gòu)原理分析 3
2.2.1整體結(jié)構(gòu) 3
2.2.2鏟斗組件 3
2.2.3鏟刀組件 4
2.2.4主框架和提升架 4
2.3車(chē)載小型挖樹(shù)機(jī)的工作特點(diǎn)分析 5
2.4工況分析 6
2.4.1 運(yùn)動(dòng)分析 6
2.4.2 負(fù)載分析（以提升液壓缸為例） 6
第三章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及液壓元件選型 8
3.1確定主要參數(shù) 8
3.1.1工作壓力的確定 8
3.1.2 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 8
3.2液壓回路的設(shè)計(jì) 9
3.2.1制定調(diào)速方案 9
3.2.2制定壓力控制方案 10
3.2.3制定順序動(dòng)作方案 10
3.2.4選擇液壓動(dòng)力源 11
3.2.5繪制液壓系統(tǒng)圖 11
3.3液壓元件的選型 12
3.3.1 液壓泵的選擇 12
3.3.2 液壓閥及輔助元件的選擇 12
3.3.3 蓄能器的選擇 13
3.3.4 管道尺寸的確定 13
3.3.5 油箱容量的確定 14
3.4液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 15
3.4.1 壓力損失的驗(yàn)算 15
3.4.2發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 16
第四章 液壓缸的設(shè)計(jì) 18
4.1主要尺寸的設(shè)計(jì)與校核 18
4.1.1 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 18
4.1.2 液壓缸工作行程的確定 19
4.1.3 缸蓋厚度的確定 19
4.1.4 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 20
4.1.5 缸體長(zhǎng)度的確定 20
4.1.6 固定螺栓得直徑 21
4.1.7 液壓缸強(qiáng)度校核 21
4.2液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
4.2.1 缸體與缸蓋的連接形式 22
4.2.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 23
4.2.3 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 23
4.2.4 密封裝置 24
4.2.5 緩沖裝置 24
4.3其他液壓缸結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù) 25
結(jié) 論 27
參考文獻(xiàn) 28
致 謝 29
30
車(chē)載小型挖樹(shù)機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1.1研究背景及意義
城市綠化是城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的核心內(nèi)容。其生態(tài)效應(yīng)是由綠量決定的，而綠量的大小則取決于組成城市綠化主導(dǎo)材料的各種類樹(shù)木所表現(xiàn)的葉面大小和樹(shù)冠覆蓋面積，所以種植樹(shù)木是短期內(nèi)加快城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)和提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要手段和途徑。據(jù)測(cè)定，樹(shù)木吸取CO2、制造O2的功能是草坪的5倍．1hm2樹(shù)木每年可吸收CO216t，釋放O212t，吸收量是草坪的3倍，年可滯塵0.9t，可吸收SO2300kg，畜水1500t，空氣濕度可增加54%?？梢?jiàn)，樹(shù)木產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)是非常明顯的。
在目前城市熱島效應(yīng)日趨明昱和人們對(duì)城市居住環(huán)境品質(zhì)要求不斷提高的新形勢(shì)下，在城市中推行種植有一定體量和相當(dāng)數(shù)量的樹(shù)木就顯得尤為重要瓤迫切。我國(guó)目前樹(shù)的移栽大都采用人工作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)效率低、成本高、成活率低。采用機(jī)械化作業(yè)可提高工效幾十倍甚至上百倍，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了城市園林化的步伐，同也降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。因此研制開(kāi)發(fā)適合常規(guī)配套動(dòng)力的挖樹(shù)機(jī)械具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，其產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。
1.2液壓系統(tǒng)概述
一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油。
動(dòng)力元件的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。
執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達(dá))的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
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，液壓閥可分為壓力控制閥、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(kāi)關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。
輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測(cè)壓接頭、壓力表、油位油溫計(jì)等。
液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。
液壓系統(tǒng)由信號(hào)控制和液壓動(dòng)力兩部分組成，信號(hào)控制部分用于驅(qū)動(dòng)液壓動(dòng)力部分中的控制閥動(dòng)作。
1.3液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
1.3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀
液壓技術(shù)自18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，已有300多年的歷史了，但其真正的發(fā)展只在第二次世界大戰(zhàn)后60多年的時(shí)間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速向民用工業(yè)轉(zhuǎn)移，在機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車(chē)等行業(yè)中逐步推廣。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了河大的發(fā)展，并滲透到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中去。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、搞度集成化的法相發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試、計(jì)算機(jī)直接控制、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性技術(shù)，以及污染控制技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。
1.3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國(guó)液壓工業(yè)的真正發(fā)展是在六十年代開(kāi)始起步的，而液壓控制技術(shù)的發(fā)展則更晚一些，目前，液壓控制技術(shù)已成為一種極為廣泛的基礎(chǔ)技術(shù)，盡管我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域也獲得了極為廣泛的應(yīng)用，單液壓及控制技術(shù)長(zhǎng)期落后于國(guó)外的現(xiàn)狀還是嚴(yán)重制約了我國(guó)主體水平的提高和工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。因而迅速提高我國(guó)液壓技術(shù)和控制技術(shù)的數(shù)字化，具有極為重要的經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)，我國(guó)液壓氣動(dòng)密封行業(yè)堅(jiān)持技術(shù)進(jìn)步，加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，涌現(xiàn)出一批各具特色的高新技術(shù)產(chǎn)品。如北京機(jī)床所的直動(dòng)式電液伺服閥、杭州精工液壓機(jī)電公司的低噪聲比例溢流閥、寧波華業(yè)公司的電液比例流量閥，均為機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。為應(yīng)對(duì)我國(guó)加入WTO后的新形勢(shì)，我國(guó)液壓行業(yè)各企業(yè)加速科技創(chuàng)新，不斷提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，一批優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品成功地位國(guó)家重點(diǎn)工程和重點(diǎn)主機(jī)配套，取得較好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)。
第二章 總體分析
2.1主要參數(shù)選定
通過(guò)對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有小型挖樹(shù)機(jī)進(jìn)行調(diào)查，選定本次設(shè)計(jì)的車(chē)載小型挖樹(shù)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如下：
配套動(dòng)力18～22kw（拖拉機(jī)）
土球大端直徑600mm
樹(shù)胸徑80~120mm
工作效率50~80 株/小時(shí)
2.2車(chē)載小型挖樹(shù)機(jī)結(jié)構(gòu)原理分析
2.2.1整體結(jié)構(gòu)
小型挖樹(shù)機(jī)由主框架，提升架，鏟刀組件，鏟斗組件和液壓系統(tǒng)等組成，如圖2-1 所示。提升架可沿主框架上下運(yùn)動(dòng)，鏟斗可沿提升架上下運(yùn)動(dòng)。型挖樹(shù)機(jī)可掛接在多種配套動(dòng)力（如各種輪式拖拉機(jī)）上，各工作部件由液壓油缸驅(qū)動(dòng)。工作時(shí)，通過(guò)操縱液壓系統(tǒng)的分配器，首先打開(kāi)鏟刀、鏟斗，通過(guò)調(diào)整挖樹(shù)機(jī)的位置，將被挖樹(shù)置于鏟斗中心處，然后將提升架下移，使鏟刀、鏟斗置于地面上，操縱鏟刀油缸將兩鏟刀入土后再操縱鏟斗油缸將鏟斗下挖至要求的深度后，通過(guò)提升架將鏟刀、鏟斗和樹(shù)同時(shí)提出地面，最后松開(kāi)鏟刀、鏟斗，將根部帶有圓臺(tái)型土塊的樹(shù)放入塑料盆中，以提高樹(shù)成活率，方便運(yùn)輸。
圖2-1 小型挖樹(shù)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1-主框架2-提升架3-鏟刀組件4-鏟斗組件
2.2.2鏟斗組件
鏟斗組件主要包括鏟斗導(dǎo)軌、鏟斗油缸、鏟斗滑塊和鏟斗，如圖2-2 所示。鏟斗的運(yùn)動(dòng)軌跡由鏟斗導(dǎo)軌控制。為實(shí)現(xiàn)一定直徑樹(shù)的移栽要求，鏟斗小端直徑不能太小。鏟斗設(shè)計(jì)為半圓臺(tái)面形，導(dǎo)軌角度和圓臺(tái)的角度相同，以便使鏟斗滑快能自如的上下移動(dòng)。鏟斗的大端直徑為600mm，小端直徑為450mm，高為500mm，當(dāng)鏟斗架處于閉合狀態(tài)時(shí)鏟斗導(dǎo)軌與鉛垂方向的夾角為8.5°。
圖2-2 挖樹(shù)機(jī)鏟斗組件結(jié)構(gòu)示意圖
1-鏟斗導(dǎo)軌2-鏟斗油缸3-鏟斗滑塊4-鏟斗
油缸兩端均是鉸接形式，當(dāng)鏟斗油缸伸出時(shí)，活塞桿與連接的滑塊在鏟斗的滑軌上移動(dòng)，鏟斗慢慢張開(kāi)。反之，當(dāng)油缸縮回回時(shí)，鏟斗慢慢閉合。
2.2.3鏟刀組件
鏟刀組件主要包括鏟斗油缸、連接件、鏟刀臂和鏟刀，如圖2-3 所示。工作時(shí)鏟刀繞鏟刀臂旋轉(zhuǎn)，依靠鋒利的刀刃切斷樹(shù)的底根，同時(shí)鏟入泥土的鏟刀可以平衡一部分鏟斗的入土阻力，起到了地錨的作用，以防挖樹(shù)機(jī)被抬起。
圖2-3 挖樹(shù)機(jī)鏟刀組件結(jié)構(gòu)示意圖
1-鏟刀油缸2-連接件3-鏟刀臂4-鏟刀
2.2.4主框架和提升架
提升架通過(guò)滑塊安裝在主框架的導(dǎo)軌中，鏟刀、鏟斗等安裝在提升架上。在提升油缸的作用下，提升架、鏟刀及鏟斗沿主框架軌道上下運(yùn)動(dòng)，用來(lái)提升完成挖掘工作的鏟刀、鏟斗及所要移栽的樹(shù)，其結(jié)構(gòu)如圖2-4 所示。
圖2-4 挖樹(shù)機(jī)主框架和提升架結(jié)構(gòu)示意圖
2.3車(chē)載小型挖樹(shù)機(jī)的工作特點(diǎn)分析
挖樹(shù)機(jī)挖掘帶根樹(shù)木是在各有關(guān)部件和裝置協(xié)同動(dòng)作下完成的，樹(shù)木挖樹(shù)機(jī)的主要工作特點(diǎn)是：
（1）移動(dòng)作業(yè)
樹(shù)木挖樹(shù)機(jī)必須開(kāi)到苗圃地或待移栽的樹(shù)木前實(shí)施挖掘作業(yè)，其作業(yè)地點(diǎn)是不斷變動(dòng)的。
（2）順序動(dòng)作
在挖樹(shù)時(shí)樹(shù)木挖樹(shù)機(jī)要完成下列動(dòng)作：挖樹(shù)機(jī)構(gòu)直立（具有縱向傾斜機(jī)構(gòu)的挖樹(shù)機(jī)才有此動(dòng)作），挖樹(shù)機(jī)構(gòu)下降，鍬鏟打開(kāi)，鍬鏟閉合，鍬鏟鎖緊，調(diào)平墊使導(dǎo)軌架水平，穩(wěn)定器撐開(kāi)，鍬鏟按1—3—2的順序鏟入土中，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)上升，穩(wěn)定器收回，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)傾倒在車(chē)底板上。樹(shù)木挖樹(shù)機(jī)在向栽植坑植樹(shù)時(shí)要完成下列動(dòng)作：挖樹(shù)機(jī)構(gòu)直立，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)下降，穩(wěn)定器撐開(kāi)，鍬鏟按順序提升，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)提升，鍬鏟閉合，穩(wěn)定器收回，挖樹(shù)機(jī)構(gòu)傾倒在車(chē)廂底板上。這些動(dòng)作都是順序進(jìn)行的，在同一時(shí)間內(nèi)沒(méi)有兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。僅在需要加抉工作速度時(shí)，有些輔助動(dòng)作（如提升，收回穩(wěn)定器等）可以同時(shí)進(jìn)行，但對(duì)工作沒(méi)有影響。
（3）工作部件和各動(dòng)作的執(zhí)行元件呈空間分布
即在挖樹(shù)機(jī)的上、下、左，右等各部位都要布置傳動(dòng)部件，尤其是工作鏟呈環(huán)形布置時(shí)。
（4）有些部件運(yùn)動(dòng)的行程長(zhǎng)
如2ZS-100樹(shù)木挖樹(shù)機(jī)的鏟刀移動(dòng)量達(dá)97cm．大約翰樹(shù)木挖樹(shù)機(jī)鏟刀行程達(dá)160cm，但它們運(yùn)動(dòng)速度不高，對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度要求不高。本設(shè)計(jì)中升降缸的行程達(dá)到800mm，鏟土油缸的行程達(dá)到500mm。
（5）各工作部件和裝置的工作載荷不一致
其中以鍬鏟的下鏟阻力最大如20T一50型起苗機(jī)的單鏟下鏟阻力為15kN，2ZS-100型樹(shù)木挖樹(shù)機(jī)的下鏟阻力為30kN，其次是提升時(shí)的重力載荷。由于這時(shí)要將挖樹(shù)機(jī)構(gòu)和挖出的樹(shù)木及帶根士球一道提升，重力載荷達(dá)10～20kN，有些裝置的工作載荷則很小如鍬鏟開(kāi)合機(jī)構(gòu)、調(diào)平墊等。
（6）間歇作業(yè)
樹(shù)木挖樹(shù)機(jī)挖完一棵樹(shù)以后要由配套的運(yùn)載工具將樹(shù)運(yùn)到栽植點(diǎn)或運(yùn)送到地邊指定點(diǎn)，由其它運(yùn)輸工具集中轉(zhuǎn)運(yùn)。這時(shí)，動(dòng)力傳動(dòng)裝置停止工作。只有樹(shù)木挖樹(shù)機(jī)到達(dá)栽植點(diǎn)后，或在進(jìn)行下一輪作業(yè)時(shí)傳動(dòng)裝置才又開(kāi)始工作。
（7）每一工作循環(huán)的時(shí)期短
如2ZS-IOO型樹(shù)木挖樹(shù)機(jī)挖一棵樹(shù)的純作業(yè)時(shí)間只要l min。本設(shè)計(jì)中要求為60 s/顆。
2.4工況分析
2.4.1 運(yùn)動(dòng)分析
根據(jù)設(shè)計(jì)要求驅(qū)動(dòng)它的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)需完成鏟斗，鏟刀打開(kāi)—鏟斗鏟刀閉合掘土—提升—打開(kāi)的工作循環(huán)。其垂直上升林木的重力為5000N，機(jī)架本身重量為1000N，快速上升行程350mm，速度要求≥45mm/s；慢速上升行程為100mm，其最小速度為8mm/s；快速下降行程為450mm，速度要求≥55mm/s，其導(dǎo)軌面的夾角為90°，滑臺(tái)與導(dǎo)軌的最大間隙為2mm，起動(dòng)加速和減速時(shí)間均為0.5s，液壓缸的機(jī)械效率為0.91。則取：
快速上升速度為：V快升=45mm/s
慢速上升速度為：V慢升=8mm/s
快速下降速度為：V快降=55mm/s
2.4.2 負(fù)載分析（以提升液壓缸為例）
液壓缸所受外載荷F包括三種類型，分別為工作負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載、慣性負(fù)載即：
F = Fw+ Ff+ Fa
（1）工作負(fù)載Fw
對(duì)于本挖樹(shù)機(jī)來(lái)說(shuō)，即為沿垂直上升方向的樹(shù)重量與機(jī)架本身重量之和，故：
Fw=5000N+1000N=6000N
（2）導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載Ff
啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦力，對(duì)于平行導(dǎo)軌Ff可以由下式求的：
Ff=fFn/sin（∝/2）
由于林木為垂直起升，所以垂直作用于導(dǎo)軌的載荷可由其間隙和結(jié)構(gòu)尺寸求得Fn=120N，取fs=0.2，fd=0.1則有
靜摩擦負(fù)載：Ffs=（0.2×120/sin45）=33.94N
動(dòng)摩擦負(fù)載：Ffd=（0.1×120/sin45）=16.97N
（3）運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載Fa
Fa =
式中g(shù)——重力加速度；
——加速或減速時(shí)間，本設(shè)計(jì)中要求不大于0.2s，取=0.1s；
——時(shí)間內(nèi)的速度變化量。
故：
加速：Fa1=（G/g）×（△v/△t）=（6000/9.81）×（0.045/0.5）=55.05N
減速：Fa2=（G/g）×（△v/△t）=（6000/9.81）×（0.045-0.008）/0.5=45.26N
制動(dòng)：Fa3=（G/g）×（△v/△t）=（6000/9.81）×（0.008/0.5）=9.79N
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載（見(jiàn)表2-1），并畫(huà)出如圖2-2所示的負(fù)載循環(huán)圖。
表2-1工作循環(huán)各階段的外負(fù)載
序
工作循環(huán)
外負(fù)載F(N)
1
啟動(dòng)、加速
F =Fw+ Ffs+Fa1
6089
2
快速上升
F = Fw+Ffd
6017
3
減速
F = Fw+ Ffd+ Fa2
6062
4
慢速上升
F = Fw+Ffd
6017
5
制動(dòng)
F = Fw +Ffd + Fa3
6027
第三章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及液壓元件選型
3.1確定主要參數(shù)
3.1.1工作壓力的確定
執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負(fù)載循環(huán)圖中的最大負(fù)載來(lái)選取，也可以根據(jù)主機(jī)的類型了確定（見(jiàn)表3-1和表3-2）。
表3-1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力
負(fù)載/ KN
<5
510
1020
2030
3050
>50
工作壓力/MPa
<0.81
1.52
2.53
34
45
≥5
表3-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力
設(shè)備
類型
機(jī) 床
農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型
工程機(jī)械
液壓機(jī)、重型
機(jī)械等
磨床
組合
機(jī)床
龍門(mén)
刨床
拉床
工作壓力
0.8~2.0
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
所設(shè)計(jì)的挖樹(shù)機(jī)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，其值為6089N，其它工況時(shí)的負(fù)載都相對(duì)較低，參考表3-1和表3-2按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)選擇工作壓力的方法。
初選液壓缸的工作壓力：，背壓：
3.1.2 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定
為了節(jié)省能源宜選用較小流量的油源。利用單活塞缸差動(dòng)連接滿足快進(jìn)速度的要求，由此求得液壓缸無(wú)桿腔面積為:
由計(jì)算所得的液壓缸內(nèi)徑D按表3-4圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。
表3-4 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 (GB2348--1980) (mm)
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
320
400
500
630
注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值
故液壓缸內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)值：
根據(jù)快上和快下的速度比值來(lái)確定活塞桿的直徑：
求的：
由計(jì)算所得的活塞桿直徑按表3-5圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。
表3-5 活塞桿直徑系列 (GB2348--1980) (mm)
4
5
6
8
10
12
14
16
18
2
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
故液壓缸內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)值：
由此計(jì)算出液壓缸的實(shí)際有效面積為：
3.2液壓回路的設(shè)計(jì)
3.2.1制定調(diào)速方案
速度控制通過(guò)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(lái)實(shí)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(lái)調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)合。
容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)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(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。
容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)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。
3.2.2制定壓力控制方案
液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。
在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)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(shí)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(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來(lái)獲得所需的工作壓力。
3.2.3制定順序動(dòng)作方案
主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過(guò)電氣行程開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來(lái)控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開(kāi)關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。
另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無(wú)載啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過(guò)壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開(kāi)順序閥使壓力油通過(guò)，來(lái)啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。
3.2.4選擇液壓動(dòng)力源
?液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)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(wú)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(duì)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(duì)長(zhǎng)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(guò)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(guò)相應(yīng)的精過(guò)濾器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過(guò)濾器或其他型式的過(guò)濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
3.2.5繪制液壓系統(tǒng)圖
小型挖樹(shù)機(jī)系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動(dòng)作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。
為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測(cè)元件（如壓力表、溫度計(jì)等）。
圖3-1 挖樹(shù)機(jī)液壓原理圖
如圖3-1，為挖樹(shù)機(jī)液壓原理圖，其中包含：三位四通電磁換向閥；齒輪泵；油濾器；單向閥；液壓鎖；平衡閥；限位二位二通手動(dòng)換向閥；液壓缸組成。
3.3液壓元件的選型
3.3.1 液壓泵的選擇
由工況圖可知，整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中液壓缸的最大工作壓力為2.0MPa。選取油路總壓力損失為0.3MPa。則泵的最大工作壓力為：
其次確定液壓泵的最大供油量，液壓缸所需的最大流量為38.2L/min，若取系統(tǒng)泄漏系數(shù)K=1.05，則泵的流量為：
根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，選用YB1-6.3/6.3型的雙聯(lián)齒輪泵，其額定壓力為6.3Mpa，容積效率η=0.85，總效率，所以驅(qū)動(dòng)該泵的電動(dòng)機(jī)的功率可由泵的工作壓力和輸出流量求出
由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，如果取泵的效率為，這時(shí)驅(qū)動(dòng)液壓泵所需電動(dòng)機(jī)功率為
根據(jù)此數(shù)據(jù)查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄，選擇Y90S-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。
3.3.2 液壓閥及輔助元件的選擇
（1）閥的規(guī)格
根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過(guò)該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。
控制閥的流量一般要選得比實(shí)際通過(guò)的流量大一些，必要時(shí)也允許有20%以內(nèi)的短時(shí)間過(guò)流量。
（2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。
表3-7 液壓元件型號(hào)及規(guī)格（GE系列）
序號(hào)
名 稱
通過(guò)流量
型號(hào)及規(guī)格
1
濾油器
11.47
XLX-06-80
2
齒輪泵
9.75
CB-50
3
單向閥
4.875
AF3-Ea10B
4
外控順序閥
4.875
XF3-10B
5
溢流閥
3.375
YF3-10B
6
三位四通電磁換向閥
9.75
34EF3Y-E10B
7
單向順序閥
11.57
AXF3-10B
8
液控單向閥
11.57
YAF3-Ea10B
9
二位二通電磁換向閥
8.21
22EF3-E10B
10
單向調(diào)速閥
9.75
AQF3-E10B
11
壓力表
Y-100T
12
壓力表開(kāi)關(guān)
KF3-E3B
13
柴油機(jī)
Y90S-6
3.3.3 蓄能器的選擇
根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用，確定其類型和主要參數(shù)。
（1）液壓執(zhí)行元件短時(shí)間快速運(yùn)動(dòng)，由蓄能器來(lái)補(bǔ)充供油，其有效工作容積為
????式中 A—液壓缸有效作用面積（m2）；
???? ????l—液壓缸行程（m）；
??? ?????K—油液損失系數(shù)，一般取K=1.2；
??? ????QP—液壓泵流量（m3/s）；
??? ?? ???t—?jiǎng)幼鲿r(shí)間（s）
（2）作應(yīng)急能源，其有效工作容積為：
????式中 ——要求應(yīng)急動(dòng)作液壓缸總的工作容積（m3）。
有效工作容積算出后，根據(jù)有關(guān)蓄能器的相應(yīng)計(jì)算公式，求出蓄能器的容積，再根據(jù)其他性能要求，即可確定所需蓄能器。
3.3.4 管道尺寸的確定
（1）管道內(nèi)徑計(jì)算
式中? Q—通過(guò)管道內(nèi)的流量（m3/s）；
???????? υ—管內(nèi)允許流速（m/s），見(jiàn)表3-8:
計(jì)算出內(nèi)徑d后，按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。
（2）管道壁厚δ的計(jì)算
表3-8 允許流速推薦值
管道
推薦流速/（m/s）
液壓泵吸油管道
0.5～1.5，一般常取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5～2.6
????式中 p—管道內(nèi)最高工作壓力（Pa）；
??? ???? ?d—管道內(nèi)徑（m）；
? [σ]—管道材料的許用
???? ???σb—管道材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）；
???????n—安全系數(shù)，對(duì)鋼管來(lái)說(shuō)，p＜7MPa時(shí)，取n=8；p＜17.5MPa時(shí)，取n=6；p＞17.5MPa時(shí)，取n=4。
3.3.5 油箱容量的確定
初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式（31）確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。
????油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為：V=αQV
????式中 QV—液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）；
???????? α—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見(jiàn)表3-9。
表3-9 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α
系統(tǒng)類型
行走機(jī)械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓機(jī)械
冶金機(jī)械
α
1～2
2～4
5～7
6～12
10
????在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時(shí)，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不低于最低限度。
3.4液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算
3.4.1 壓力損失的驗(yàn)算
（1）工作進(jìn)給時(shí)的進(jìn)油路壓力損失。運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為1.2m/mmin。進(jìn)給時(shí)的最大流量為14.73L/min。則液壓油在管內(nèi)流速v1為
v1 = = cm/min =8330cm/min = 139 cm/min
管道流動(dòng)雷諾數(shù)為
= = = 111
＜2300，可見(jiàn)油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)
= = = 0.68
進(jìn)油管道BC的沿程壓力損失為
= = Pa
查閱換向閥4WE6E50/AG24的壓力損失 = Pa。忽略油液通過(guò)管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失為
= + = Pa = Pa
（2）工作進(jìn)結(jié)時(shí)的回油路壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，并且液壓缸有桿腔的工作面積為無(wú)桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則
= = 69.5cm/s
= = = 55.5
= = = 1.39
回油管道的沿程壓力損失為
= = Pa = Pa
查產(chǎn)品樣本知換向閥3WE6A50/ OAG24的壓力損失 = 0.025×Pa，換向閥4WE6E50/OAG24的壓力損失 = 0.025×Pa，調(diào)速閥2FRM5-20/6的壓力損失為 = 0.5×Pa。
回油路總壓力損失為
=+++=（0.05+0.025+0.025+0.5）×Pa =0.6×Pa
（3）變量泵出口處的壓力
= +
=3.2×Pa
查閱產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為：
4WE6E50/OAG24的壓力損失為 = Pa
3WE6A50/OAG24的壓力損失為 = Pa
據(jù)分析在差動(dòng)連接中，泵的出口壓力為
= +++ ++
= Pa
= 1.93×Pa
上述驗(yàn)算表明，不需要修改原設(shè)計(jì)。
3.4.2發(fā)熱溫升的驗(yàn)算
在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，注意考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量大，由于限壓式變量泵在流量不同時(shí)，效率相差極大，所以分別計(jì)算最大、最小時(shí)的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值最大者進(jìn)行分析。
當(dāng)v = 10cm/min時(shí)
= = = 0.785L/min
此時(shí)泵的效率為0.1，泵的出口壓力為3.2MPa，則有
= kw = 0.42 kw
= Fv = kw = 0.034kw
此時(shí)的功率損失為
=- = （0.718-0.41kw = 0.31kw
可見(jiàn)在工進(jìn)速度低時(shí)，功率損失為0.386kw，發(fā)熱量最大。
假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K =kw/(.℃),油箱的散熱面積A為
A = 0.065 = 0.065 = 1.92
系統(tǒng)的溫升為
==℃ = 20.1℃
對(duì)于一般機(jī)械允許溫升25~30℃，數(shù)控機(jī)床油液溫升應(yīng)該小于25℃，工程機(jī)械等允許的溫升為35~40℃。驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)，不必采取其他的冷卻措施。
第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)
4.1主要尺寸的設(shè)計(jì)與校核
液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來(lái)確定，對(duì)不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。所以設(shè)計(jì)時(shí)，可用類比法來(lái)確定。
同上，以提升液壓缸為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。前述已確定液壓缸的工作壓力，缸筒內(nèi)徑 D=80mm，活塞桿外徑d=36mm。
4.1.1 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算
液壓缸的壁厚一般指液壓缸中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可以知道，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分別規(guī)律因?yàn)楸诤竦牟煌鳟悺Ｒ话阌?jì)算時(shí)可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般采用無(wú)縫鋼管，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒壁厚公式計(jì)算
≥
式中 ——液壓缸壁厚（m）。
D——液壓缸內(nèi)徑（m）。
——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25~1.5）倍（MPa）。額定壓力≤16Mpa,取=1.5 MPa。
——缸筒材料的許用應(yīng)力。 = ，其中為材料抗拉剛度，n為安全系數(shù)，一般取n = 5。的值為：鍛鋼： = 110~120 MPa；鑄鋼： = 100~110 MPa；無(wú)縫鋼管： = 110~110 MPa；高強(qiáng)度鑄鐵： = 60MPa；灰鑄鐵： = 25MPa。
對(duì)于D/＜10時(shí)，應(yīng)該按材料力學(xué)中的厚壁圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。
對(duì)于脆性材料以及塑性材料
≥
式中的符號(hào)意思與前面相同。
液壓缸壁厚算出后，即可以求出缸體的外徑為：
≥ +
式中值應(yīng)該按無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或者按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。
在設(shè)計(jì)中，取試驗(yàn)壓力為最大工作壓力的1.5倍，即 = 1.5×2MPa =3MPa。而缸筒材料許用應(yīng)力取為= 100 MPa。
應(yīng)用公式 ≥ 得， ≥
下面確定缸體的外徑，缸體的外徑 ≥ + = 80+2×6mm =92mm。在液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得選取標(biāo)準(zhǔn)值=100mm。在根據(jù)內(nèi)徑D和外徑重新計(jì)算壁厚：==mm =10mm
4.1.2 液壓缸工作行程的確定
液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可以根據(jù)執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定，并且參照表4-1中的系列尺寸來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)值。
表4-1液壓缸活塞行程參數(shù)系列 （mm）
Ⅰ
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
Ⅱ
40
63
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3900
Ⅲ
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3800
注：液壓缸活塞行程參數(shù)依Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序優(yōu)先選用。
由已知條件知道最大工作行程為450mm,參考上表系列Ⅱ，取液壓缸工作行程為450mm。
4.1.3 缸蓋厚度的確定
一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效的厚度t按強(qiáng)度要求可以用下面兩式進(jìn)行進(jìn)似計(jì)算。
無(wú)孔時(shí)：
有孔時(shí)：
式中 ——缸蓋有效厚度（m）。
——缸蓋止口內(nèi)徑（m）。
——缸蓋孔的直徑（m）。
在此次設(shè)計(jì)中，利用上式計(jì)算可取t=25mm
4.1.4 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定
對(duì)于一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求
式中 ——液壓缸的最大行程。
——液壓缸的內(nèi)徑。
為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，如果過(guò)分增大和B都是不適宜的，必要時(shí)可以在缸蓋和活塞之間增加一個(gè)隔套K來(lái)增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定，即
在此設(shè)計(jì)中，液壓缸的最大行程為450mm，液壓缸的內(nèi)徑為80mm，所以應(yīng)用公式的 =mm =62.5mm。
活塞的寬度B一般取得B=（0.6~1.0）D；缸蓋滑動(dòng)支撐面的長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定。
當(dāng)D＜80mm時(shí)，?。?
當(dāng)D＞80mm時(shí)，取。
活塞的寬度B =（0.6~1.0）D=48~80mm，取60mm
4.1.5 缸體長(zhǎng)度的確定
液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)該大于內(nèi)徑的20~30倍。
缸體長(zhǎng)度：L = 450+60mm=510mm
4.1.6 固定螺栓得直徑
液壓缸固定螺栓直徑按照下式計(jì)算
式中 F——液壓缸最大負(fù)載。
Z——固定螺栓個(gè)數(shù)。
k——螺紋擰緊系數(shù)，k = 1.121.5。
根據(jù)上式求得
= =4.7mm
4.1.7 液壓缸強(qiáng)度校核
（1）缸筒壁厚校核
。
。
前面已經(jīng)通過(guò)計(jì)算得：D =80mm, =10mm。則有＜10，所以為厚壁缸。
=10mm≥==5.8mm
可見(jiàn)缸筒壁厚滿足強(qiáng)度要求。
（2）活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算
活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的軸向力F不能超過(guò)使它穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，從而破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面的形狀、直徑和長(zhǎng)度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。活塞桿的穩(wěn)定性的校核依照下式（穩(wěn)定條件）進(jìn)行
式中 ——安全系數(shù)，一般取=24。
當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比＞時(shí)
=
當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比≤時(shí)，且 = 20120時(shí)，則
=
式中 ——安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)。
——活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑， = 。
——柔性系數(shù)。
——由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)。
E——活塞桿材料的彈性模量，對(duì)剛?cè) = 。
J——活塞桿橫截面慣性矩，A為活塞桿橫截面積。
f——由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值。
根據(jù)驗(yàn)算，液壓缸滿足穩(wěn)定性要求。
4.2液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.2.1 缸體與缸蓋的連接形式
缸體與缸蓋常見(jiàn)連接方式有法蘭連接式（圖4-1a）、半環(huán)連接式（圖4-1b） 、螺紋連接式（圖4-1c、f） 、拉桿連接式（圖4-1d） 、焊接式連接（圖4-1e）等。
圖4-1常見(jiàn)的缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu)
缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。通過(guò)綜合考慮，在此設(shè)計(jì)中，缸體端部與缸蓋采取法蘭連接的形式。
4.2.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)
活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式有很多，常見(jiàn)的有一體式、錐銷式連接外、還有螺紋式連接和半環(huán)式連接等多種形式，如圖4-2所示。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝卸不便，但是工作可靠。
圖4-2 活塞桿與活塞的結(jié)構(gòu)
此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但是它只能適應(yīng)于尺寸較小的場(chǎng)合。經(jīng)過(guò)綜合考慮，在此設(shè)計(jì)中，活塞桿與活塞的連接采取螺紋連接的形式，如圖4-3所示。
4.2.3 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)
活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)果可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開(kāi)的導(dǎo)向套導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用比較普遍。
此設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)綜合考慮，采取端蓋直接導(dǎo)向。
4.2.4 密封裝置
液壓缸中常見(jiàn)的密封裝置有間隙密封，摩擦環(huán)密封，密封圈密封等。間隙密封依靠運(yùn)動(dòng)件間的微笑間隙來(lái)防止泄露；摩擦環(huán)密封依靠活塞上的摩擦環(huán)（尼龍或者其他高分子材料制成）在“O”形圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄露；油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。此設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)綜合考慮，采用O形密封圈密封。
4.2.5 緩沖裝置
液壓缸帶動(dòng)質(zhì)量較大的部件作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)部件具有很大的動(dòng)能，因此當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到液壓缸終端時(shí)，會(huì)與端蓋碰撞，而產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機(jī)械沖擊不僅引起液壓缸的有關(guān)部分的損壞，而且會(huì)引起其它相關(guān)機(jī)械的損傷。為了防止這種危害，保證安全，應(yīng)采取緩沖措施，對(duì)液壓缸運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。當(dāng)活塞移至端部，緩沖柱塞開(kāi)始插入缸端的緩沖孔時(shí)，活塞與缸端之間形成封閉空間，該腔中受困擠的剩余油液只能從節(jié)流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，從而造成背壓迫使運(yùn)動(dòng)柱塞降速制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緩沖。 液壓缸中常用的緩沖裝置有節(jié)流口可調(diào)式（如圖4-3）和節(jié)流口變化式（如圖4-4）兩種。
圖4-3 節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置
圖4-4 節(jié)流口變化式緩沖裝置
在此設(shè)計(jì)中，為了適當(dāng)?shù)臏p輕加工難度，決定采取節(jié)流口變化式緩沖裝置，這種緩沖裝置可以調(diào)節(jié)。
4.3其他液壓缸結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)
（1）升降液壓缸,主要技術(shù)參數(shù)為：
缸徑φ80，桿徑φ36，行程450mm，工作壓力2MPa。
如下圖4-5所示：
圖 4-5 升降油缸
（2）開(kāi)合液壓缸，主要技術(shù)參數(shù)：
缸徑φ40，桿徑φ25，行程400mm，工作壓力0.5MPa。
如下圖4-6所示：
圖4-6 開(kāi)合液壓缸
（2）鏟土液壓缸，主要技術(shù)參數(shù)：
缸徑φ80，桿徑φ32，行程500mm，工作壓力3MPa。
如下圖4-7所示：
圖4-7 鏟土液壓缸
結(jié) 論
經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月來(lái)的資料收集，分析、整理，方案設(shè)計(jì)、方案修改、確定，到最終圖紙的繪制、設(shè)計(jì)論文的撰寫(xiě)，到現(xiàn)在基本上完成了所有畢業(yè)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目——這個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，當(dāng)然是辛苦的，不過(guò)，從個(gè)人角度來(lái)說(shuō)，這個(gè)更是我大學(xué)一次對(duì)自己專業(yè)能力的總結(jié)和升華，當(dāng)我看到自己所設(shè)計(jì)的圖紙時(shí)候的那種震撼，真的感慨萬(wàn)千……
本課題主要研究小型挖樹(shù)機(jī)的液壓部分，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我對(duì)液壓方面的知識(shí)有了更深一步的了解，也進(jìn)一步掌握了各類液壓元件的功能以及經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的故障。為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
我們即將步入社會(huì)，我們面臨的將會(huì)是更多的困難和挑戰(zhàn)，只要我們努力學(xué)習(xí)，勇于實(shí)踐，勤學(xué)好問(wèn)，就會(huì)懂得以前不明白或不十分明白的道理，就會(huì)很快地成長(zhǎng)和成熟起來(lái)，我也相信，憑著我自強(qiáng)不息，勇于拼搏的精神，定能很快 適應(yīng)這個(gè)多變的社會(huì)，充分發(fā)揮長(zhǎng)處，朝我的方向不斷前進(jìn)，前進(jìn)，再前進(jìn)！
總之，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的創(chuàng)新思維的能力，自學(xué)的能力，學(xué)以致用的能力都得到提高為，這為我以后的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
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致 謝
本論文是在導(dǎo)師李志臣的悉心指導(dǎo)下完成的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中李老師給了我很多寶貴的建議，在設(shè)計(jì)遇到困難我產(chǎn)生挫折、懈怠情緒時(shí)，他會(huì)給我鼓勵(lì)然后對(duì)所遇困難給些建議。李老師的幫助使我從一片茫然到歡喜鼓舞，從不懂到理解，漸漸了解課題的設(shè)計(jì)步驟和程序。他高尚的品德、淵博的知識(shí)、開(kāi)闊的視野、靈活的思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，給我留下了深刻的印象，并將影響我以后的工作、學(xué)習(xí)。所以在此首先我要對(duì)李老師表示衷心的感謝。
其次，應(yīng)該感謝我的同學(xué)，在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中他們?cè)贑AD繪圖方面給了我些幫助。
這次設(shè)計(jì)也是畢業(yè)前的最后一次設(shè)計(jì)，很高興我選擇了小型車(chē)載挖樹(shù)機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課題，它使我學(xué)到了很多知識(shí)，也為我繼續(xù)讀研打下了很好的基礎(chǔ)。
最后，學(xué)生向在四年中默默無(wú)聞地教授我們知識(shí)的各位老師和在百忙之中評(píng)閱本論文的各位老師表示衷心的感謝。