畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-挖掘機(jī)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

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1、目錄 摘要 1 關(guān)鍵詞 1 ABSTRACT 2 KEY WORDS .2 引言 3 1 課題設(shè)計(jì)要求 4 1.1 使用要求 .4 1.2 性能要求 .4 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) 4 2.1 國外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài) 4 2.2 國內(nèi)研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài) 3 5 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 3.1 液壓挖掘機(jī)的工況分析 6 3.1.1挖掘機(jī)的典型作業(yè)流程: 6 3.1.2工況分析 .6 3.2 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定 7 3.3 負(fù)載分析 .10 3.4 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作原理 6 .11 3.5 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作技術(shù)要求 .11 3.6 液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算 7 .12 3.

2、6.1 動(dòng)臂液壓缸內(nèi)徑尺寸與活塞桿直徑的確定 .12 3.6.2 液壓缸行程的確定 .13 3.7 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 .13 3.7.1 缸筒壁厚的計(jì)算 .13 3.7.2 液壓缸油口直徑的計(jì)算 .13 3.7.4 下蓋聯(lián)接螺釘強(qiáng)度校核計(jì)算14 3.7.5 活塞桿柔度校核計(jì)算 .15 4 液壓系統(tǒng)原理圖的制定 .15 4.1 制定基本方案 15 4.2 確定回路方式17 4.3 選用液壓油液 .17 4.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 .17 5 選擇各執(zhí)行元件 .20 5.1 液壓泵的選擇 .20 5.2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 .20 5.3 液壓閥的選擇 .20 5.3.1 根據(jù)液壓閥額定壓力來選

3、擇 .20 5.3.2 液壓閥的安裝方式的選擇 .20 5.3.3 液壓閥的控制方式的選擇 .20 5.3.4 液壓閥的結(jié)構(gòu)形式的選擇 11 20 5.4 其他液壓元件的選擇 .21 5.4.1 蓄能器的選擇21 5.4.2 非橡膠管道的選擇21 5.4.3 膠管的選擇 .22 5.5 油箱容量的確定 .22 總 結(jié) 24 參考文獻(xiàn) .25 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 挖掘機(jī)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要摘要: :在搜集了國內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史， 并對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析總結(jié)。論文對(duì)挖掘機(jī)的各種工況進(jìn)行了分析，系統(tǒng) 總結(jié)了

4、挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。課題以企業(yè)為依托。小型挖掘機(jī)由多個(gè)系統(tǒng)組成，包括液壓系 統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)，工作裝置，底架，轉(zhuǎn)臺(tái)，油箱，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝等。本人的設(shè)計(jì)主要致力于 分析和設(shè)計(jì)小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。本課題選擇了國內(nèi)的質(zhì)量和技術(shù)性能都接近設(shè)計(jì)要求的 5t 挖掘機(jī)作為基型，并在此基礎(chǔ)上研究了國外的先進(jìn)機(jī)型，設(shè)計(jì)出挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)方案圖，總 體裝配圖以及相應(yīng)的部件圖和零件圖,并對(duì)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了動(dòng)臂機(jī)構(gòu)原理圖，動(dòng) 臂機(jī)構(gòu)液壓缸。本液壓挖掘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是采用伺服先導(dǎo)操縱系統(tǒng)，造型美觀，具備挖掘，抓物，鉆孔， 推土，清溝和破碎等功能。性能可靠，操作舒適，可廣泛應(yīng)用于建筑，市政，供水，供

5、氣，供電農(nóng) 林建設(shè)等工程。 關(guān)鍵詞：挖掘機(jī) 液壓系統(tǒng) 液壓閥 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 引言 液壓挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運(yùn)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(dòng)，保證工程質(zhì)量。加快建 設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。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(diǎn)，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(dòng)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)。其 結(jié)構(gòu)主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成（如 圖所示） ，由于挖掘機(jī)的

6、工作條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜，于是它對(duì)液壓系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)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(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)挖掘機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)。 所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對(duì)于減輕工人繁重的體力勞 動(dòng)，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(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 具有重要意義。 1.鏟斗缸 2.斗桿缸 3.動(dòng)臂缸 4.回轉(zhuǎn)馬達(dá) 5.冷卻器 6.濾油器 7. 磁濾器 8.油箱 9.液壓泵 10.背壓閥 11. 后組合閥 12.前組合閥 13.中央回轉(zhuǎn)

7、接頭 14.回轉(zhuǎn)制動(dòng)閥 15.限速閥 16.行走馬達(dá) 圖 1.1 液壓挖掘機(jī)整體系統(tǒng)圖 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 1 課題設(shè)計(jì)要求 1.1 使用要求 小型挖掘機(jī)主要用于城市、狹窄地區(qū)，代替人力勞動(dòng)。主要作業(yè)是挖掘、裝載、 整地、起重等，用于城市管道工程、道路、住宅建設(shè)、基礎(chǔ)工程和園林作業(yè)等。小 型挖掘機(jī)體積小，機(jī)動(dòng)靈活，并趨向于一機(jī)多能，配備多種工作裝置，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、 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(shí)，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

8、兩用 挖掘機(jī)等?？傊且环N多用途萬能型的城市建設(shè)機(jī)械。由于這種機(jī)械的特點(diǎn)很靠 近人，因此在設(shè)計(jì)上除了要求耐久性、可靠性和作業(yè)效率等，還需著重考慮人、機(jī)、 環(huán)境的協(xié)調(diào)，特別要注意以下幾點(diǎn)： 1 (1) 安全性即機(jī)械作業(yè)過程中不要與周圍的人和物相碰撞，防傾翻穩(wěn)定性好。 (2) 低公害即排放要求高、低震動(dòng)、低噪音，聲音要比較悅耳。 (3) 與周圍環(huán)境能調(diào)和，形象要美觀，形體和色彩不要引起人們不愉快感，對(duì) 人有親和感。 (4) 盡量擴(kuò)大其使用功能，可裝多種附屬裝置，應(yīng)成為城市萬能型工程機(jī)械。 (5) 操縱簡便，任何人一學(xué)就會(huì)，都能操縱。 1.2 性能要求 小型挖掘機(jī)具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能，又具有便

9、于運(yùn)輸、能耗低、靈活、適 應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，非常適用于空間狹小的施工場(chǎng)地作業(yè)，而且價(jià)格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng) 維修方便，所以在小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混凝土破碎、電纜埋設(shè)、 自來水管道的鋪設(shè)、園林栽培等工程中得到了廣泛的應(yīng)用。由于滿足基本的挖掘、 裝載、整地、起重等功能外，必須考慮到工作空間小(人力所不能至)、地形復(fù)雜、 方便操作、可控，目前市場(chǎng)對(duì)小型挖掘機(jī)性能要求如下： 2 (1) 改進(jìn)挖掘機(jī)可控性和控制精確性以及復(fù)合動(dòng)作。 (2) 簡化液壓系統(tǒng)、降低成本，達(dá)到大作業(yè)量與低油耗的動(dòng)態(tài)平衡。 (3) 改進(jìn)工作可靠性。 (4) 改進(jìn)駕駛操作舒適性及降低 勞動(dòng)強(qiáng)度，提高單位生產(chǎn)率。 (5) 改進(jìn)

10、操作安全性。 (6) 低振動(dòng)、低噪音適用生活區(qū)工作。 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) 2.1 國外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài) 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(dòng)化的方向發(fā)展。 (

11、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 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 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)量最多的中、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。 (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(jì)算機(jī)綜合程序控制

12、 (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，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。 (4) 更新設(shè)計(jì)理論。提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用 有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并將疲勞損傷累積理 論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、 疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面，促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu) 質(zhì)高效率和競(jìng)爭(zhēng)力。 (5) 加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有 墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低 噪聲干

13、擾。 (6) 進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變 的明顯趨勢(shì)。液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī) 的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。 (7) 迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20 世紀(jì) 80 年代，以微電 子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機(jī)、微處理器、傳感器和檢測(cè)儀表在挖掘機(jī)上 的應(yīng)用，推動(dòng)了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重 要標(biāo)志。 2.2 國內(nèi)研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài) 3 早在1954年我國就已開始生產(chǎn)機(jī)械式挖掘機(jī),當(dāng)時(shí)的撫順重型機(jī)器廠(撫順挖掘 機(jī)廠前身)引進(jìn)前蘇聯(lián)的機(jī)械式挖掘機(jī)W10012和W5012等國際2

14、0世紀(jì)3040 年代的產(chǎn)品。由于國家H經(jīng)濟(jì)H建設(shè)的需要,后又H發(fā)展H10余家廠生產(chǎn),到1966年12年 全國共生產(chǎn)了機(jī)械式挖掘機(jī)3000余臺(tái),后又延續(xù)生產(chǎn)到八十年代初。在80年代初 引進(jìn)德國系列液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)（例如有德國Liebherr公司、Demag公司和 O2 一斗桿收放:3 一鏟斗裝卸;4 一轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn):5 一整機(jī)行走 圖 3. 1 液壓挖掘機(jī)的工作運(yùn)動(dòng) 3.1.2工況分析 (1) 鏟斗挖掘工況:由鏟斗液壓缸單獨(dú)動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況。采用鏟斗液壓缸進(jìn) 行挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產(chǎn)率，因此，在一般土方工程 挖掘中(III 級(jí)土以下土壤的挖掘)鏟斗挖掘最常用。 (2) 斗

15、桿挖掘工況:由斗桿液壓缸單獨(dú)動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況。在較堅(jiān)硬的土質(zhì)條 件下工作時(shí)，為了能夠裝滿鏟斗，中小型液壓挖掘機(jī)在實(shí)際工作中常以斗桿液壓缸 進(jìn)行挖掘。 (3) 聯(lián)合挖掘工況:由鏟斗、斗桿液壓缸復(fù)合動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況，必要時(shí)還需 配以動(dòng)臂液壓缸的動(dòng)作。主要用于需要軌跡控制的情況。 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 當(dāng)單獨(dú)采用斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí)，挖掘軌跡以動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)為中心，鏟 斗斗尖所作的圓弧線的長度決定于斗桿液壓缸的行程。當(dāng)動(dòng)臂液壓缸位于最小長度 并以斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí)，可以得到最大挖掘深度尺寸，并且也有較大的挖掘行 程。 (4) 空斗返回:卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，動(dòng)臂液壓缸和斗桿

16、液壓缸配合，把空 斗放到新的挖掘點(diǎn)，此時(shí)是回轉(zhuǎn)和動(dòng)臂或斗桿的復(fù)合動(dòng)作。 (5) 整機(jī)移動(dòng)工況:將整機(jī)移動(dòng)至合適的工作位置。 (6) 姿態(tài)調(diào)整與保持工況:滿足停放、運(yùn)輸、檢修等需要。 (7) 其他輔助作業(yè)工況:輔助工作裝置作業(yè)工況。 在實(shí)際挖掘工作中，往往需要采用各液壓缸的復(fù)合工作。如在平整土地或切削 斜坡時(shí)，需要同時(shí)操縱動(dòng)臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運(yùn)動(dòng)，見圖 3.2 所示。此時(shí) 斗桿收回，動(dòng)臂抬起，需要保證彼此動(dòng)作獨(dú)立，相互之間無干擾。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(shí)，或者需要用鏟斗斗底壓整地面時(shí)， 就需要鏟斗、斗桿、動(dòng)臂三者同時(shí)作用完成復(fù)合動(dòng)作，見圖3.3所示。這些動(dòng)

17、作 5 決定于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。當(dāng)進(jìn)行溝槽側(cè)壁掘削和斜坡切削時(shí)，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， 因此需要回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和斗桿機(jī)構(gòu)復(fù)合動(dòng)作。 a 一水平地面的挖削 圖 3.2 斗尖沿直線挖削 a-水平地面的切削和壓整 b-斜坡地面的切削和壓整 圖 3.3 地面的切削和壓整 單獨(dú)采用斗桿挖掘時(shí)，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個(gè)別也有采用 三泵合流。單獨(dú)采用鏟斗挖掘時(shí)，也有采用雙泵合流的情況。 當(dāng)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止同一油泵向多個(gè)液壓作用元件供油 時(shí)動(dòng)作的相互干擾，一般三泵系統(tǒng)中，每個(gè)油泵單獨(dú)對(duì)一個(gè)液壓作用元件供油較好。 對(duì)

18、于雙泵系統(tǒng)，其復(fù)合動(dòng)作時(shí)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。 挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅(jiān)硬障礙物，往往由于挖不動(dòng)而需要短 時(shí)間增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時(shí)增壓，能提高主壓力閥的壓力。 3.2 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定 b 一斜坡地面 的挖削 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)表明了液壓挖掘機(jī)的規(guī)格和主要技術(shù)性能，液壓挖掘機(jī) 的主要參數(shù)分為發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、液壓系統(tǒng)參數(shù)、主要性能參數(shù)、尺寸參數(shù)四大類，發(fā) 動(dòng)機(jī)參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)速等，液壓系統(tǒng)參數(shù)包換主泵的流量、壓力等， 主要性能參數(shù)包括整機(jī)

19、工作質(zhì)量、主要部件質(zhì)量、鏟斗容量范圍或標(biāo)稱鏟斗容量、 挖掘力、牽引力等，尺寸參數(shù)包括工作尺寸、機(jī)體外形尺寸和工作裝置尺寸等，其 中液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)中最重要的參數(shù)有三個(gè)，即斗容量、整機(jī)質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)功率， 因?yàn)橥ㄟ^這三個(gè)參數(shù)可以從使用要求、機(jī)械本身的技術(shù)性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、動(dòng)力 裝置的配套、國際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及傳統(tǒng)習(xí)慣等方面反映液壓挖掘機(jī)的級(jí)別，故有 主參數(shù)之稱。所以有時(shí)采用挖掘機(jī)的斗容量作為主參數(shù)。例如，機(jī)械式挖掘機(jī)一般 就以斗容量作為挖掘機(jī)的主參數(shù)并作為主要分級(jí)指標(biāo)。但液壓挖掘機(jī)可更換的工作 裝置多，而且同一機(jī)型可以根據(jù)作業(yè)對(duì)象或工作尺寸的要求換裝不同斗容的鏟斗。 由于不同廠家的挖掘機(jī)采用不

20、同的液壓系統(tǒng)，輔助設(shè)備能耗及功率儲(chǔ)備也有所不同， 而且同一型挖掘機(jī)在后續(xù)改進(jìn)時(shí)，也會(huì)改變發(fā)動(dòng)機(jī)功率，所以液壓挖掘機(jī)以功率分 級(jí)不十分合理。整機(jī)質(zhì)量則直接反映了液壓挖掘機(jī)本身的重量等級(jí)，對(duì)其他技術(shù)參 數(shù)影響較大，如挖掘能力的發(fā)揮、發(fā)動(dòng)機(jī)功率的充分利用、作業(yè)的穩(wěn)定性等要以一 定的整機(jī)質(zhì)量來保證，因此整機(jī)質(zhì)量反映了挖掘機(jī)的實(shí)際工作能力，目前已被廣泛 用作液壓挖掘機(jī)的分級(jí)指標(biāo)。 比較其他同類型挖掘機(jī)，可得SWE50H的主要參數(shù)（如下表3.1，表3.2所 示），其中圖3.4為液壓挖掘機(jī)的外觀尺寸圖，作業(yè)參數(shù)表3.2是根據(jù)圖3.4所示。 圖 3.4 SWE50H 型液壓挖掘機(jī)的外觀尺寸圖 表 3.1 SW

21、E50H 液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù) 整機(jī)重量（kg） 4680 標(biāo)準(zhǔn)斗容（m3） 0.18 履帶板寬（mm） 350 高/寬/長（mm） 2593/1950/5321 推土鏟寬 x 高(mm) 1960 x300 鏟斗挖掘力（kN） 44 斗桿挖掘力（kN） 26.7 最大牽引力（kN） 45.2 動(dòng)臂偏轉(zhuǎn)角度（）50(左)75(右) 行走速度（km/h） 4.5/2.4 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 爬坡能力（） 30 接地比壓（kPa） 31.3 回轉(zhuǎn)速度（rpm） 10.1 發(fā)動(dòng)機(jī) YANMAR4TNV88-SSU 最大扭矩（Nm） 144 排量（L） 2.19 功率/轉(zhuǎn)速（kW/r

22、pm） 27.1/2200 燃油箱容量（L） 99 主泵 類型2 個(gè)變量柱塞泵,1 個(gè)齒輪泵 壓力（Mpa） 24.5 最大流量（L/min） 45.82 齒輪泵 壓力（Mpa） 21 最大流量（L/min） 37 液壓油箱容量（L） 73 表 3.2 SWE50H 型液壓挖掘機(jī)的作業(yè)參數(shù) 最大挖掘高度 4943mm 最大卸載高度 3389mm 最大挖掘深度 3302mm 最大垂直挖掘深度 2432mm 最大挖掘半徑 5504mm 最大停機(jī)面挖掘距離 5373mm 輪距 1950mm 履帶總長 2502mm 平臺(tái)離地間隙 708mm 底盤寬度 1200mm 履帶寬度 350mm 底盤離地間隙

23、313mm 履帶高度 602mm 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 運(yùn)輸長度 3180mm 3.3 負(fù)載分析 動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂前 下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接。常 見的有兩種具體布置方式。 油缸前傾布置方案，如圖3.5A 所示，動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂鉸接于 E點(diǎn)。當(dāng)動(dòng)臂油臂全伸出，將動(dòng) 臂舉升至上極限時(shí)，動(dòng)臂油缸軸 線向轉(zhuǎn)臺(tái)前方傾斜。 油缸后傾布置方案，如圖 3.5B所示，當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出， 將動(dòng)臂舉升至上極限位置時(shí)，動(dòng) 臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)后方傾斜。 當(dāng)兩方案的動(dòng)臂油缸安裝尺寸 DE1、鏟斗最大挖掘H和地面 圖 3.5 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)油缸布置方案 最大挖掘半徑R相等時(shí)，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小

24、，即h150000 工作壓力 p/MPa 57 表 3.4 按主機(jī)類型選擇執(zhí)行元件工作壓力 表 3.5 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) 由于是差動(dòng)式單桿連接，所以活塞桿直徑 d 與缸筒直徑 D 的關(guān)系為 d=0.707D。根據(jù)公式 1 1 6 60000 0.8 (13) 10 22 F A P P =47.62 (3.5) 2 cm 故有 D=77.9mm，d=0.707D=

25、55.07mm (3.6)14/A 機(jī)床 主機(jī)類型 磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床 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) 中、大挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)構(gòu) 工作壓力 p/Mpa 2 35 8 81010162032 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 當(dāng)按GB/T23481993將這些直徑圓整理成就近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得：D=80mm , d =63mm，由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為 (3.7) 22 /450.24ADcm 222 2()/419.08ADdcm 3.6.2 液壓缸行程的確定 液壓缸行程主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定。但為了簡化工藝和降低成本，應(yīng)盡 量采用GB/T234

26、8-1993標(biāo)準(zhǔn)的液壓缸行程，則根據(jù)技術(shù)要求，取行程為 630mm。 3.7 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 3.7.1 缸筒壁厚的計(jì)算 對(duì)于低壓系統(tǒng)或16時(shí)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算，公式如下：/D (3.8) 2 yP D 式中 液壓缸缸筒厚度 試驗(yàn)壓力(Mpa)，當(dāng)工作壓力P16 Mpa時(shí)，=1.5P，當(dāng)工作壓yPyP 力31.5P16 Mpa時(shí)，=1.25P，當(dāng)工作壓力P31.5Mpa時(shí)，=1.15P,yPyP 這里應(yīng)取=1.5P =19.5Mpa。yP 液壓缸內(nèi)徑(m)D 缸體材料的許用應(yīng)力（Mpa），可通過下面公式求得： (3.9) b n 缸體材料的抗拉強(qiáng)度(Mpa) b 安全系數(shù)，

27、=3.55，一般取=5nnn 但對(duì)于鍛鋼45的許用應(yīng)力一般都取=110(Mpa) 則 19.5 80 7.091 2 110 mm 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取液壓缸外直徑為=100mm.1D 3.7.2 液壓缸油口直徑的計(jì)算 液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速度和油口最高液流速度而定，公式v0v 如下： (3.10) 000.13/dD v v 式中 液壓缸油口直徑(m) 0d 液壓缸內(nèi)徑(m)D 液壓缸最大輸出速度(m/min)v 油口液流速度(m/min)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取=7m/min 0v0v 同時(shí)對(duì)于單桿油塞式液壓差動(dòng)聯(lián)接時(shí)，活塞的外伸速度為: (3.11) 3 60 vQ v A

28、 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 式中 液壓缸差動(dòng)聯(lián)接時(shí)，活塞外伸的速度，可視為油口液流的速度(m/min)v 液壓泵流量(/s)，vQ 3 mvQ245.837128.6 /L min 活塞桿面積，其公式如下:3A (3.12) 2 3 4 Ad 式中 活塞桿直徑(m) 所以代入數(shù)據(jù)，解析以上d 22 30.312 10 4 Ad 公式得：， 2322 00.13 8 10128.6 10/(0.312 107)2.5 10dm 故取025dmm 3.7.3 缸頭厚度計(jì)算 本設(shè)計(jì)采用的是螺釘聯(lián)接法蘭缸頭，其厚度的計(jì)算公式為： (3.13) 03 () cp cp F Dd h d 式

29、中 法蘭厚度(m)h 法蘭內(nèi)徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取=cpdcpd9mm 螺釘孔分布圓直徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取=0D0D 12.5mm 法蘭材料的許用應(yīng)力(Mpa)，取 45 鋼，120 Mpa 法蘭受力總和(N)，其計(jì)算公式為：F (3.14) 222 () 44 HFd Pddq 密封環(huán)內(nèi)徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取d6dmm 密封環(huán)外徑(m)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取Hd8Hdmm 系統(tǒng)工作壓力(pa)， paP 6 13 10P 附加密封力(pa)，若采用金屬材料時(shí)，值取屈服點(diǎn)，此處取材料 q q 為45鋼，則=110Mpaq 代入數(shù)據(jù)，求出得： 24 2 2 3(

30、12.59) 10(49 1364 11049 110) 10 9 10110 4 2.46 10 h m 故取30hmm 3.7.4 下蓋聯(lián)接螺釘強(qiáng)度校核計(jì)算 螺釘聯(lián)接可采用高強(qiáng)度螺釘M161.5(GB/T70.1-2000)聯(lián)接,兩端數(shù)量均為24 件，螺釘精度等級(jí)為10.9級(jí)，其強(qiáng)度校核，公式如下： 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 拉應(yīng)力： =7.7Mpa (3.15) 2 0 4kF Zd 剪應(yīng)力： =3.1Mpa (3.16) 10 3 10.2 k kFd zd 式中 ：螺紋擰緊系數(shù)，此處取=1.25kk : 螺紋摩擦系數(shù),一般取=0.121k1k ：螺紋外徑，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手

31、冊(cè) ，取=16mm0d0d ：螺紋內(nèi)徑，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取=-1d1d0d 1.08251.514.4mm ：數(shù)量為24z B：B螺釘材料屈服強(qiáng)度，取 45 鋼，則 =110Mpa 得：，符合工況要求，則驗(yàn)證合格，可取。 2 31.310.01 nMpa 3.7.5 活塞桿柔度校核計(jì)算 活塞桿細(xì)比計(jì)算如下： = 2 4 d L (3.17) 此處：L 為折算長度，導(dǎo)向套中心至吊頭尺寸，約 630mm，活塞桿直徑 d=63mm，活塞桿許用細(xì)長比，按規(guī)定拉力桿此處100。 計(jì)算得，故滿足要求，則活 4 4 630/3.14 40.96 1019.6 塞桿長度和缸筒長度的取值合格。 4 液壓系統(tǒng)

32、原理圖的制定 4.1 制定基本方案 (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 問題。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對(duì)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(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實(shí)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(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

33、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)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)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(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 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 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

34、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(gè)封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但 散熱條件差。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 8 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

35、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(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(jì)選用閉式中心負(fù)荷傳感系統(tǒng)(CLSS)；采用的是雙泵雙回路恒 功率控制液壓系統(tǒng)。 (3) 指定順序動(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)械工作環(huán)境狀況復(fù)雜，補(bǔ)丁因數(shù)多，故操縱機(jī)構(gòu)多為 手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制

36、。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)，通過電氣行程開關(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控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開關(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。例如液壓泵無載啟動(dòng)，經(jīng)過一段時(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，通過壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開順序閥使壓力油通過，來啟動(dòng)下 一個(gè)動(dòng)作。本設(shè)計(jì)主要采用手動(dòng)控制，另根

37、據(jù)壓力控制 CLSS 系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)操作， 在計(jì)算機(jī)的直接操縱下自動(dòng)完成給定的挖掘任務(wù)，并具有一定得局部自主能力。即 當(dāng)阻力過大挖掘過程中斷時(shí)，能自主修正挖掘路徑，直接完成挖掘過程。在回轉(zhuǎn)過 程中，能自動(dòng)識(shí)別和避開障礙物，達(dá)到原定的卸料位置。 (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

38、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)長時(shí)間所需 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 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。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(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、 冷卻等措施。再根據(jù)調(diào)速方案及工程機(jī)械選用原則，主泵采用變量柱塞泵，輔助油 泵采用齒輪泵。 4.2 確定回路方式 本液壓系統(tǒng)采用開式回路。液壓系統(tǒng)回路中泵

39、缸回路系統(tǒng)為開式，泵馬達(dá) 系統(tǒng)為閉式。開式系統(tǒng)利用油箱可以散熱、沉淀雜質(zhì)的特點(diǎn)，并且油液循環(huán)大，敝 熱條件好，結(jié)構(gòu)簡單，因此為大多數(shù)工程機(jī)械所采用。閉式回路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為緊湊， 泵的自吸性好，系統(tǒng)與空氣接觸的機(jī)會(huì)較少，空氣不易滲入系統(tǒng)，故傳動(dòng)的平穩(wěn)性 較好，且工作機(jī)構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，避免了在開式系 統(tǒng)換向過程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，并 且由于閉式系統(tǒng)本身沒有油箱，油液的散熱和過濾條件較開式系統(tǒng)差。 4.3 選用液壓油液 在任何液壓系統(tǒng)中，液壓油是一至關(guān)重要的組成部分。它的功能是：有效地傳 遞能量、潤滑部件和作為一種散熱介質(zhì)。液壓系統(tǒng)能

40、否可靠、靈敏、準(zhǔn)確、有效而 且經(jīng)濟(jì)地工作，與所選用的液壓油的品種及性能密切相關(guān)。因此，正確選用液壓油 是確保液壓系統(tǒng)正常和長期工作的前提。當(dāng)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)找出原因， 采取正確的解決辦法是保護(hù)設(shè)備、避免造成重大損失的重要措施。 由于液壓傳動(dòng)具有元件體積小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠、操作方便、易 于實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多工業(yè)部門的傳動(dòng)系統(tǒng)被采用。不同工業(yè)部門由 于使用要求、操作條件、應(yīng)用環(huán)境的差異，所用的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)差別也很大。正確 選用液壓油品種，確保液壓系統(tǒng)長期平穩(wěn)、安全運(yùn)行，是保證連續(xù)生產(chǎn)、節(jié)省材料 消耗和提高經(jīng)濟(jì)效益的有效措施。 4.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 該挖掘機(jī)液壓

41、系統(tǒng)采用雙泵雙向回路定量系統(tǒng)，由兩個(gè)獨(dú)立的回路組成。所用 的油泵1為雙聯(lián)泵，分為A、B兩泵。八聯(lián)多路換向閥分為兩組，每組中的四聯(lián)換 向閥組為串聯(lián)油路。油泵A輸?shù)膲毫M(jìn)入第一組多路換向閥，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)、鏟斗 油缸、輔助油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)右行走馬達(dá)7。該組執(zhí)行元件不工作時(shí)油 泵A輸出的壓力油經(jīng)第一組多路換向閥中的合流閥進(jìn)入第二組多路換向閥，以加快 動(dòng)臂或斗桿的工作速度。油泵B輸出的壓力油進(jìn)入第二組多路換向閥，驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂油 缸、斗桿油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)左行走馬達(dá)8和推土板油缸6。 該液壓系統(tǒng)中兩組多種換向閥均采用串聯(lián)油路，其回油路并聯(lián)，油液通過第二 組多路換向閥中的限速閥 5 流向油箱。

42、限速閥的液控口作用著由梭閥提供的A、B 兩油泵的最大壓力，當(dāng)挖掘機(jī)下坡行走出現(xiàn)超速情況時(shí)，油泵出口壓力降低，限速 閥自動(dòng)對(duì)回油進(jìn)行節(jié)流，防止溜坡現(xiàn)象，保證挖掘機(jī)行駛安全。 在左、右行走馬達(dá)內(nèi)部除設(shè)有補(bǔ)油閥外，還設(shè)有雙速電磁閥9，當(dāng)雙速電磁閥 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 在圖示位置時(shí)馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞構(gòu)成串聯(lián)油路，此時(shí)為高速；當(dāng)雙速電磁閥通電 后，馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞呈并聯(lián)狀態(tài)，馬達(dá)排量大、轉(zhuǎn)速降低，使挖掘機(jī)的驅(qū)動(dòng)力 增大。 為了防止動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等因自重而超速降落，其回路中均設(shè)有單向節(jié)流閥。 另外，兩組多路換向閥的進(jìn)油路中設(shè)有安全閥，以限制系統(tǒng)的最大壓力，在各執(zhí)行 元件的分支油路中

43、均設(shè)有過載閥，吸收工作裝置的沖擊；油路中還設(shè)有單向閥，以 防止油液的倒流、阻斷執(zhí)行元件的沖擊振動(dòng)向油泵的傳遞。 SWE50H型單斗液壓挖掘機(jī)除了主油路外，還有如下低壓油路： 9 (1) 排灌油路 將背壓油路中的低壓油，經(jīng)節(jié)流降壓后供給液壓馬達(dá)殼體內(nèi)部，使其保持一定 的循環(huán)油量，及時(shí)沖洗磨損產(chǎn)物。同時(shí)回油溫度較高，可對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行預(yù)熱，避 免環(huán)境溫度較低時(shí)工作液體對(duì)液壓馬達(dá)形成“熱沖擊”。 (2) 泄油回路 將多路換向閥和液壓馬達(dá)的泄漏油液用油管集中起來，通過五通接頭和濾油器 流回油箱。該回路無背壓以減少外漏。液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可通過檢查泄漏油路濾 油器，判定是否屬于液壓馬達(dá)磨損引起的故障。 (

44、3) 補(bǔ)油油路 該液壓系統(tǒng)中的回油經(jīng)背壓閥流回油箱，并產(chǎn)生0.81.0MPa的補(bǔ)油壓力，形 成背壓油路，以便在液壓馬達(dá)制動(dòng)或出現(xiàn)超速時(shí)，背壓油路中的油液經(jīng)補(bǔ)油閥向液 壓馬達(dá)補(bǔ)油，以防止液壓馬達(dá)內(nèi)部的柱塞滾輪脫離導(dǎo)軌表面。 該液壓系統(tǒng)采用定量泵，效率較低、發(fā)熱量大，為了防止液壓系統(tǒng)過大的溫升， 在回油路中設(shè)置強(qiáng)制風(fēng)冷式散熱器，將油溫控制在80以下。 整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖（如圖4.1所示）由擬定好的控制回路及液壓源組合而成， 從中分離出動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的簡明工作原理圖（如圖4.2所示） 。機(jī)電一體化挖掘 機(jī)的控制系統(tǒng)是半自動(dòng)的，所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)是建立在 WY100 型挖掘機(jī)液壓系統(tǒng) 基礎(chǔ)上，改進(jìn)工作裝

45、置的自動(dòng)化控制，保證工作負(fù)載合理，防止在過量的情況下導(dǎo) 致小挖掘機(jī)破壞。各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液 壓元件職能符號(hào)的常態(tài)位置繪制。對(duì)于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。 系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動(dòng)作，注明各液壓元件的序號(hào)以及各電磁 鐵的代號(hào)，并附有電磁鐵、行程閥。 分析比較動(dòng)臂機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖與整機(jī)系統(tǒng)圖，可以總結(jié)出：動(dòng)臂機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可以作為 一個(gè)單獨(dú)的液壓系統(tǒng)，并可以進(jìn)行半自動(dòng)化控制，其液壓元件選擇的合理與否直接 影響著機(jī)電一體化液壓系統(tǒng)的快速控制能力。 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 1 BM PC 2 PCT812 3D/A 接口 4液壓閥驅(qū)

46、動(dòng)放大 5油泵 6冷卻器 7濾油器 8背壓閥 9節(jié)流閥 10回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá) 11行走馬達(dá) 12雙速電磁閥缸 13補(bǔ)油單向閥 14緩沖補(bǔ)油閥組 15 中央回轉(zhuǎn)接頭 16限速閥 17冷卻器 18位移傳感器 19溢流閥 20梭閥 21合流閥 22電液比例方向閥 23斗桿油缸 24鏟斗油缸 25單向節(jié)流閥 26動(dòng)臂油缸圖 4.1 液壓原理圖 1TBM PC 2PCT812 3D/A 接口 4液壓閥驅(qū)動(dòng)放大器 5油泵 6冷卻器 7濾油器 8背壓閥 9限速閥 10溢流閥 11梭閥 12電液比例方向閥 13冷卻閥 14單向節(jié)流閥 15位移傳感器 16動(dòng)臂油缸 圖 4.2 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)

47、院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 5 選擇各執(zhí)行元件 10 5.1 液壓泵的選擇 由表3.1得，主泵的壓力為，最大流量為 1 24.5 p PMpa ；齒輪泵的壓力為，最大流量為 1 45.8 2 /min v qL 2 21 p PMpa 。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可查閱得：此液壓泵可采用NB3-G20F雙 2 37 /min v qL 聯(lián)柱塞泵，主泵由2個(gè)柱塞式串聯(lián)變量柱塞泵組成。 5.2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 取泵的總效率=0.8，泵的總驅(qū)動(dòng)功率為： p = 23.74KW (5.1) 1122pvpv p P qP q w 考慮安全系數(shù),故取25KW;查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表得： 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型號(hào)YANM

48、AR功率27.1KW 轉(zhuǎn)速2200r/min 5.3 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。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(dòng)作順序，工作部件的運(yùn)動(dòng)速度、方向，以及變換頻率，輸出力和力矩等。 5.3.1 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(duì)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。 5.3.2 液壓閥的安裝方式的選擇 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

49、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。 5.3.3 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(dòng)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。 5.3.4 液壓閥的結(jié)構(gòu)形式的選擇 11 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。 選用主操作閥采用川崎KMX15R/B450，最大流量80.3/min，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂提 升合流、斗桿大小腔合流、斗桿再生回路、行走直線、動(dòng)臂提升優(yōu)先、回轉(zhuǎn)優(yōu)先、 斗桿閉鎖等功能。原理圖如圖5.1所示 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20

50、 圖 5.1 主操作閥原理圖 5.4 其他液壓元件的選擇 5.4.1 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(shí)間內(nèi)快速運(yùn)動(dòng)，由蓄能器來補(bǔ)充供油，則計(jì)算公式 為： (5.2) vp i i VKAlq t 式中 A各液壓缸有效作用面積 L各液壓缸的行程 K油液損失系數(shù)，一般取K=1.2 各液壓泵流量之和 vp q t動(dòng)作時(shí)間，設(shè)定t=0.2s代入數(shù)據(jù)，由以上公式得 32 1.2 (50.24 19.08) 10630(2 45.837) 0.260 10 =9.53L 考慮安全系數(shù)和其他方面取20L,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得： NXQ1-L40/31

51、.5 蓄能器F219 5.4.2 非橡膠管道的選擇 本系統(tǒng)管路很復(fù)雜，取其中主要的幾條來計(jì)算，按照公式： (5.3) 1130 q d 液體流量 q 流速，對(duì)于吸油管=12m/s，一般取1m/s以下，對(duì)于壓油管 36m/s，對(duì)于回油管1.52.5m/s。通過以下公式算出管道內(nèi)徑： 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 (5.4) 4vq d T式中 T 液體流量 vq 流速 其設(shè)定值與計(jì)算數(shù)值如表5.1所示 表 5.1 計(jì)算數(shù)值 管路名稱 通過流量 (L/min) 允許流速 (m/min) 管道內(nèi)徑(m)實(shí)際取值(m) 大泵吸油管 20.420.80.04210.045 小泵吸油胳 150.

52、90.01420.021 大泵排油管 26.9240.0170.021 小泵排油管 19.240.0070.010 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：102、213、454 5.4.3 膠管的選擇 根據(jù)工作壓力和按公式得管子的內(nèi)徑選擇膠管的尺寸規(guī)格。高壓膠管的工作壓 力對(duì)不正常使用的情況下可提高20%；對(duì)于使用頻繁，經(jīng)常扭變的要降低40%。 膠管在使用及設(shè)計(jì)中應(yīng)主要下列事項(xiàng)： (1) 膠管的彎曲半徑不宜過小，一般不應(yīng)小于320，膠管與管接頭聯(lián)接處應(yīng)留 有一段直的部分，此段長不應(yīng)小于管外徑的兩倍。 (2) 膠管的長度應(yīng)考慮到膠管在通入壓力油后，長度方向?qū)l(fā)生收縮變形，一 般收縮是取3%4%，膠管安裝時(shí)避免處于拉

53、緊狀態(tài)。 (3) 膠管安裝是應(yīng)保證不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，為便于安裝，可沿管長涂以色紋，以 便檢查。 (4) 膠管的接頭軸線，應(yīng)盡量放置在運(yùn)動(dòng)的平面內(nèi)，避免兩端互相運(yùn)動(dòng)時(shí)膠管 受力。 (5) 膠管應(yīng)避免與機(jī)械上的尖角部分想接觸和摩擦，以免管子損壞。 5.5 油箱容量的確定 初步確定油箱的有效容積,跟據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定油箱的容量, (5.5) Vqv 式中 液壓泵每分鐘排出的壓力油的容積qv 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 已知所選泵的總流量為128.6L/min,這樣,液壓泵每分鐘排出的壓力油體積為 128.6L,查表5.1 表 5.1 油箱經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表 系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓系統(tǒng)冶金系統(tǒng) 122457612 1

54、0 得=3，故 V=30.1286=0.3858 qv 3 m 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 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。其具體 規(guī)格型號(hào)和名稱見表5.2。 表 5.2 液壓控制閥 序號(hào)代 號(hào)名稱及規(guī)格材料數(shù)量 1Q9F-25P-25 不銹鋼截止閥成品 2 2 DB10G5X/13G24N25電磁溢流閥成品 1 3S20P1O S 型單向閥成品 1 4S10P1O S 型單向閥成品 1 5XJF-25/13 蓄能器截止閥成品 1 6DRV10-1-13/2 單向節(jié)流閥成品 1 9S6A1O/2 S 型單向閥成品 1 10ZDR6DP2-21/7YM

55、疊加式減壓閥成品 1 11Z1S6P-1-25/ 疊加式單向閥成品 1 124WE10J3X/CG24NZ5L 電磁換向閥成品 1 13ZDR10DP2-25/7.5YM 疊加式減壓閥成品 1 14Z2FS8-13/S2 疊加式雙單向節(jié)流閥成品 2 154WEH16Y10/OF6AG25NETS2Z5L/B08 電液換向閥成品 1 16Z2FS6-10/S2 疊加式雙單向節(jié)流閥成品 2 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 總 結(jié) 本課題液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)終于完成。雖然不是 很復(fù)雜，但通過這一設(shè)計(jì)實(shí)踐，我感到自己在這方面仍存在許多不足之處。對(duì)于我 的本次設(shè)計(jì)，我覺得設(shè)計(jì)

56、計(jì)算部分非常認(rèn)真。在各種機(jī)械設(shè)備上，液壓系統(tǒng)得到了 廣泛的使用。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)要 同主機(jī)的結(jié)構(gòu)相適宜。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)的結(jié)合各種傳動(dòng)形 式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、 操作簡單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 此次設(shè)計(jì)，利用油泵產(chǎn)生油壓，再經(jīng)過電磁閥控制液壓缸來達(dá)到控制油缸伸縮 的效果。其中結(jié)合了需方需要的技術(shù)要求，根據(jù)計(jì)算來確定發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱容積、油 泵的型號(hào)及各種液壓元件的選擇。 根據(jù)已知的條件和性能要求，計(jì)算了液壓系統(tǒng)在挖掘工作時(shí)的受力情況，計(jì)算 了液壓缸在不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的各種受力情況。參照了機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上的計(jì)算公式， 根據(jù)計(jì)算所得的結(jié)果來選取各種液壓元件。對(duì)系統(tǒng)的性能、發(fā)熱溫升進(jìn)行了驗(yàn)算。 并對(duì)液壓系統(tǒng)的液壓原理、操作進(jìn)行了說明，其中主要是對(duì)液壓缸進(jìn)行分析計(jì)算， 并繪畫相關(guān)的CAD二維圖紙，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)零件的可制造性與工藝性。 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25