液壓挖掘機(jī)泵源設(shè)計【含CAD圖紙和說明書】
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寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(論文)
挖掘機(jī)泵源設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
本文主要完成挖掘機(jī)泵源系統(tǒng)設(shè)計，驅(qū)動的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。
關(guān)鍵詞：挖掘機(jī), 液壓挖掘機(jī)，泵源，液壓站
V
Abstract
This paper mainly completes the design of excavator hydraulic pump system, the hydraulic drive system, it consists of a tank, oil filter, hydraulic pump, relief valve, stop valve, throttle valve, reversing valve, hydraulic cylinder and connection of these components tubing composition. Its working principle: the hydraulic pump driven by the motor after the rotation, from the oil tank. Oil by the oil filter into the hydraulic pump, when it from the pump output into the pressure pipe, valve handle, stop the direction of a handle to the state, through the open stop valve, throttle valve, reversing valve into the hydraulic cylinder of the left cavity, push the piston and the working table moves to the right. At this time, the right chamber of the hydraulic cylinder oil by reversing valve and return line back to the oil tank. In order to overcome the various drag force when the mobile station is subjected to, the hydraulic cylinder must generate a large enough thrust, which is generated by the oil pressure in the hydraulic cylinder.. The higher the resistance, the higher the oil pressure in the cylinder, and the lower the pressure.. When the input of the hydraulic cylinder oil is regulated by a throttle valve, the hydraulic pump output of the excess oil shall be the overflow valve and an oil return pipe to the tank platoon, this only in the manifold pressure of the fluid pressure force of a relief valve ball is equal to or slightly larger than the relief valve spring preload and top oil to open overflow valve ball flows back to the tank. Therefore, in the system of hydraulic pump outlet oil pressure is determined by the relief valve, and it and the oil pressure in the cylinder is not as big as.
Keywords: excavator, hydraulic excavator, pump source, hydraulic station
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1課題背景及目的 1
1.2 液壓挖掘機(jī)整機(jī)性能 1
1.3 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu) 2
1.4 液壓挖掘機(jī)傳動原理 3
2 挖掘機(jī)泵源設(shè)計要求與方案 5
2.1設(shè)計要求 5
2.2工況分析 5
2.2.1 液壓挖掘工況分析 6
2.2.2 滿斗舉升回斗工況分析 8
2.2.3 卸載工況分析 8
2.2.4 空斗返回工況分析 9
2.2.5 行走時復(fù)合動作分析 9
3 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計 11
3.1 挖掘機(jī)的功用和對液壓系統(tǒng)的要求 11
3.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析 11
3.2.1 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖 11
3.2.2 系統(tǒng)工作分析 12
3.2.3 主要液壓元件在系統(tǒng)中的作用 13
3.3 液壓元件的選用 13
3.3.1 泵的選用 13
3.3.2 液壓閥的選用 13
3.3.3 液壓缸的選用 14
3.3.4 輔助元件的選用 14
4 液壓缸的設(shè)計計算和泵的參數(shù)計算 16
4.1 液壓缸設(shè)計算 16
4.1.1 外負(fù)載計算 16
4.1.2 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸計算 17
4.1.3 油缸強(qiáng)度計算 18
4.2 泵的參數(shù)計算 20
4.2.1 泵的壓力計算 20
4.2.2 計算所需要的泵的流量 21
4.3 柴油機(jī)的選擇 22
4.3.1 泵的驅(qū)動功率的計算 22
4.3.2 柴油機(jī)的選擇 22
5 液壓集成塊的設(shè)計 23
5.1塊式集成的結(jié)構(gòu) 24
5.2塊式集成的特點(diǎn) 24
5.3塊式集成液壓控制裝置的設(shè)計 25
6 液壓站的設(shè)計 29
6.1液壓站簡介 29
6.2 油箱設(shè)計 29
6.2.1油箱有效容積的確定 29
6.2.2 油箱容積的驗算 30
6.2.3 油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 32
6.3 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計 35
6.4 輔助元件 35
6.4.1 濾油器 35
6.4.2 空氣濾清器 36
6.4.3 液位計 37
6.4.4 液壓油 38
總結(jié) 40
參考文獻(xiàn) 41
致 謝 42
寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(論文)
挖掘機(jī)泵源設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
本文主要完成挖掘機(jī)泵源系統(tǒng)設(shè)計，驅(qū)動的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。
關(guān)鍵詞：挖掘機(jī), 液壓挖掘機(jī)，泵源，液壓站
43
Abstract
This paper mainly completes the design of excavator hydraulic pump system, the hydraulic drive system, it consists of a tank, oil filter, hydraulic pump, relief valve, stop valve, throttle valve, reversing valve, hydraulic cylinder and connection of these components tubing composition. Its working principle: the hydraulic pump driven by the motor after the rotation, from the oil tank. Oil by the oil filter into the hydraulic pump, when it from the pump output into the pressure pipe, valve handle, stop the direction of a handle to the state, through the open stop valve, throttle valve, reversing valve into the hydraulic cylinder of the left cavity, push the piston and the working table moves to the right. At this time, the right chamber of the hydraulic cylinder oil by reversing valve and return line back to the oil tank. In order to overcome the various drag force when the mobile station is subjected to, the hydraulic cylinder must generate a large enough thrust, which is generated by the oil pressure in the hydraulic cylinder.. The higher the resistance, the higher the oil pressure in the cylinder, and the lower the pressure.. When the input of the hydraulic cylinder oil is regulated by a throttle valve, the hydraulic pump output of the excess oil shall be the overflow valve and an oil return pipe to the tank platoon, this only in the manifold pressure of the fluid pressure force of a relief valve ball is equal to or slightly larger than the relief valve spring preload and top oil to open overflow valve ball flows back to the tank. Therefore, in the system of hydraulic pump outlet oil pressure is determined by the relief valve, and it and the oil pressure in the cylinder is not as big as.
Keywords: excavator, hydraulic excavator, pump source, hydraulic station
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1課題背景及目的 1
1.2 液壓挖掘機(jī)整機(jī)性能 1
1.3 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu) 2
1.4 液壓挖掘機(jī)傳動原理 3
2 挖掘機(jī)泵源設(shè)計要求與方案 5
2.1設(shè)計要求 5
2.2工況分析 5
2.2.1 液壓挖掘工況分析 6
2.2.2 滿斗舉升回斗工況分析 8
2.2.3 卸載工況分析 8
2.2.4 空斗返回工況分析 9
2.2.5 行走時復(fù)合動作分析 9
3 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計 11
3.1 挖掘機(jī)的功用和對液壓系統(tǒng)的要求 11
3.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析 11
3.2.1 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖 11
3.2.2 系統(tǒng)工作分析 12
3.2.3 主要液壓元件在系統(tǒng)中的作用 13
3.3 液壓元件的選用 13
3.3.1 泵的選用 13
3.3.2 液壓閥的選用 13
3.3.3 液壓缸的選用 14
3.3.4 輔助元件的選用 14
4 液壓缸的設(shè)計計算和泵的參數(shù)計算 16
4.1 液壓缸設(shè)計算 16
4.1.1 外負(fù)載計算 16
4.1.2 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸計算 17
4.1.3 油缸強(qiáng)度計算 18
4.2 泵的參數(shù)計算 20
4.2.1 泵的壓力計算 20
4.2.2 計算所需要的泵的流量 21
4.3 柴油機(jī)的選擇 22
4.3.1 泵的驅(qū)動功率的計算 22
4.3.2 柴油機(jī)的選擇 22
5 液壓集成塊的設(shè)計 23
5.1塊式集成的結(jié)構(gòu) 24
5.2塊式集成的特點(diǎn) 24
5.3塊式集成液壓控制裝置的設(shè)計 25
6 液壓站的設(shè)計 29
6.1液壓站簡介 29
6.2 油箱設(shè)計 29
6.2.1油箱有效容積的確定 29
6.2.2 油箱容積的驗算 30
6.2.3 油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 32
6.3 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計 35
6.4 輔助元件 35
6.4.1 濾油器 35
6.4.2 空氣濾清器 36
6.4.3 液位計 37
6.4.4 液壓油 38
總結(jié) 40
參考文獻(xiàn) 41
致 謝 42
第1章 緒論
1.1課題背景及目的
在學(xué)校的畢業(yè)設(shè)計是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學(xué)習(xí)的最后一個環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)在大學(xué)四年的繼續(xù)深化和檢驗，具有實踐性和綜合性，是不是一個單一的其他替代方案，通過畢業(yè)設(shè)計可以提高綜合能力的培養(yǎng)，是要去上班，提高實際工作能力起著非常重要的作用。為了實現(xiàn)以下目標(biāo)：
（1）基本理論，基本知識和基本技能的綜合運(yùn)用，提高分析和解決實際問題的能力。
（2）接受全面的培訓(xùn)工程師必須，提高實際工作能力。為調(diào)查研究，文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)收集和分析能力；設(shè)計和開發(fā)測試計劃能力；設(shè)計，計算和繪圖能力的提高；總結(jié)和撰寫論文的能力。
（3）的綜合素質(zhì)和實踐能力的測試。
液壓挖掘機(jī)由于在動力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓傳動，靠液體的壓力能進(jìn)行工作，相對機(jī)械傳動具有許多優(yōu)點(diǎn):能無極調(diào)速且調(diào)速范圍大，最大速度和最小速度之比可達(dá)1000:1能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動慣性較小，并可作高速反轉(zhuǎn)；傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動；操縱省力靈活，易實現(xiàn)自動化控制；易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化。因此液壓挖掘機(jī)逐步取代機(jī)械式挖掘機(jī)是必然的趨勢。
1.2 液壓挖掘機(jī)整機(jī)性能
液壓挖掘機(jī)可分為:動力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。液壓挖掘機(jī)作為一個有機(jī)整體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機(jī)械零部件性能有關(guān)，還與液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)性能有關(guān)。
(1) 動力系統(tǒng)
挖掘機(jī)工作的主要特點(diǎn)是環(huán)境溫度變化大，灰塵污物較多，負(fù)荷變化大，經(jīng)常傾斜工作，維護(hù)條件差。因此液壓挖掘機(jī)原動力一般由柴油機(jī)提供，柴油機(jī)具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，符號挖掘機(jī)工作條件惡劣，負(fù)荷多變的要求。挖掘機(jī)的額定負(fù)荷與汽車。拖拉機(jī)不同，汽車和拖拉機(jī)指在最高轉(zhuǎn)速下、連同機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)等必要附件，分鐘內(nèi)的最大功率;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(dú)或同時送往液壓執(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(yùn)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(yùn)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)橐簤耗埽瑐魉徒o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(yùn)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(diǎn)正逐步向智能化機(jī)電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移。
1.3 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)行工作的基礎(chǔ)，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛?？杉?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360°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。
(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1.6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此鉸接，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點(diǎn)擺動，完成挖掘、提升和卸土等動作。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(yùn)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(diǎn)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(diǎn)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(yùn)輸車輛一起進(jìn)入作業(yè)面，運(yùn)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(diǎn)，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)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)，帶動鏟斗轉(zhuǎn)至運(yùn)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)母叨炔倏v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(diǎn)上方，以便進(jìn)行下一工作循環(huán)。
1.4 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(yùn)動，使鏟斗運(yùn)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)由柴油機(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(yùn)動通過液壓缸的伸縮來實現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗5、斗桿11、動臂2、連桿8及相應(yīng)的三組液壓缸1、4、10組成。動臂下鉸點(diǎn)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(diǎn)轉(zhuǎn)動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點(diǎn)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(diǎn)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)液壓系通的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作配合隨機(jī)的。
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1-1 反鏟挖掘機(jī)工作裝置
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 挖掘機(jī)泵源設(shè)計要求與方案
2.1設(shè)計要求
按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，參照樣本和技術(shù)要求完成挖掘機(jī)泵源系統(tǒng)設(shè)計。對課題進(jìn)行方案論證后，選擇最佳方案，從而完成液壓回路設(shè)計，繪制液壓系統(tǒng)原理圖、液壓系統(tǒng)泵站油箱裝配圖、液壓泵安裝圖及配套零件圖、合理選擇液壓元件，完成設(shè)計說明書。
本設(shè)計內(nèi)容是設(shè)計一套挖掘機(jī)泵源系統(tǒng)。
技術(shù)要求：
(3) 最大工作壓力：28MPa；
(4) 最大工作流量：50～200L/min可調(diào)；
(5) 油箱容積600L；
(6) 柴油機(jī)動力，柴油機(jī)選型。
(7) 液壓介質(zhì)：YN-46抗磨液壓油
(8) 其它元件設(shè)計選型。
2.2工況分析
液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括以下幾個動作(如圖2-1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。
1、動臂升降 2、斗桿收放 3、鏟斗裝卸 4 、平臺臺回轉(zhuǎn) 5、整機(jī)行走
圖2-1 液壓挖掘機(jī)的運(yùn)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(diǎn)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(diǎn)，此時是回轉(zhuǎn)和動臂或斗桿的復(fù)合動作。
2.2.1 液壓挖掘工況分析
挖掘過程中主要以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別單獨(dú)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。
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(yùn)動，如圖2-2，2-3所示。此時斗桿收回，動臂抬起，希望斗桿和動臂分別由獨(dú)立的油泵供油，以保證彼此動作獨(dú)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2-4,2-5所示
單獨(dú)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(dú)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。
圖2-2 斗尖沿直線平整土地圖 圖2-3 斗尖沿直線切削斜坡圖
圖2-4 鏟斗底壓整地面圖 圖2-5 鏟斗底保持一定角度切削圖
當(dāng)斗桿和鏟斗復(fù)合動作挖掘時，供油情況如圖2-6a 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2-6b 所示。
圖2-6 三泵供油系統(tǒng)示意圖
當(dāng)動臂、斗桿和鏟斗復(fù)合運(yùn)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(dú)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。回轉(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，能提高主壓力閥的力。
2.2.2 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2-7a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。
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2-7b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2-7c所示。各個油泵分別向一個液壓作用元件供油，復(fù)合動作時無相互干擾。
2.2.3 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2-7 回轉(zhuǎn)舉升供油情況
2.2.4 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(diǎn)。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。
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。
2.2.5 行走時復(fù)合動作分析
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，影響直線行駛性，特別是當(dāng)挖掘機(jī)進(jìn)行裝車運(yùn)輸或上下卡車行走時，行駛偏斜會造成事故。
為了保證挖掘機(jī)的直線行駛性，在三泵供油系統(tǒng)中，左右行走馬達(dá)分別由一個油泵單獨(dú)供油，另一個油泵向其它液壓作用元件(如動臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn))供油，如圖2-8a所示。對于雙泵系統(tǒng)，目前采用以下供油方式:①一個油泵并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)供油，另一個油泵向其他液壓作用元件供油，其多余的油液通過單向閥向行走馬達(dá)供油，如圖2-8b所示;②雙泵合流并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)和作業(yè)裝置液壓作用元件同時供油，如圖2-8c所示。
圖2-8 行走復(fù)合動作時的幾種供油情況
3 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計
3.1 挖掘機(jī)的功用和對液壓系統(tǒng)的要求
液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)是由動力元件(各種液壓泵),執(zhí)行元件(液壓缸.液壓馬達(dá)),控制元件(各種閥)以及輔助裝置(冷卻器.過濾器)用油管按一定方式連接起來組合而成。它將發(fā)動機(jī)的機(jī)械能,以油液作為介質(zhì),經(jīng)動力元件轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?進(jìn)行傳遞,然后再經(jīng)過執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機(jī)械能,實現(xiàn)主機(jī)的各種動作。由于液壓系統(tǒng)的功能是傳遞,分配和控制機(jī)械動力,因此是液壓挖掘機(jī)的關(guān)鍵部分。,
液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成，它們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。
挖掘—一般以斗桿缸動作為主,用鏟斗缸調(diào)整切削角度,配合挖掘。有特殊要求的挖掘動作,則根據(jù)作業(yè)要求,進(jìn)行鏟斗,斗桿和動臂三個缸的復(fù)合動作,以保證鏟斗按某一特定軌跡運(yùn)動。
挖掘機(jī)一般工作在施工場合,因此工作環(huán)境惡劣,這就要求挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)和執(zhí)行元件要有足夠的強(qiáng)度和非常好的密封性能。由于挖掘機(jī)的動作頻繁,因此,液壓元件和管路要能夠承受頻繁的液壓沖擊,以保證挖掘機(jī)能夠長時間安全穩(wěn)定的工作。設(shè)計出便于操作，更加人性化，工作效率高，耗能少的挖掘機(jī)，才會在工程領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
3.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)分析
3.2.1 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖
挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖如下[1]：
A、B—液壓泵 1-鏟斗液壓缸 2-斗桿液壓缸 3-動臂液壓缸 4 5 6-調(diào)速閥 7 8 11-三位四通換向閥 9-合流閥 10-梭閥 12-限速閥 13-單向閥 14-散熱器 15-濾油器 16-溢流閥
圖示挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)中所用的是斜軸式徑向柱塞泵。它有兩個出油口，相當(dāng)于A，B兩臺泵供油。A泵輸出的壓力油進(jìn)入三位四通電磁閥7和8，分別驅(qū)動鏟斗液壓缸1和動臂液壓缸3動作。泵B輸出的壓力油進(jìn)入三位四通換向閥9驅(qū)動斗桿液壓缸2動作。
3.2.2 系統(tǒng)工作分析
根據(jù)挖掘機(jī)的作業(yè)要求，液壓系統(tǒng)應(yīng)完成挖掘，上述工作由系統(tǒng)中的一般工作回路實現(xiàn)。
（1） 通常以鏟斗缸或兩者配合進(jìn)行挖掘；必要時配以動臂動作。操縱換向閥7處于右位，這時油液的流動是：進(jìn)油路：A泵——換向閥7右位——鏟斗液壓缸1大腔?；赜吐罚虹P斗液壓缸1小腔——調(diào)速閥5——換向閥7右位——換向閥8中位——合流閥9右位——限速閥12右位——單向閥13——散熱器14——濾油器15——油箱。
此時鏟斗缸活塞伸出，推動鏟斗挖掘?；蛘咄瑫r操縱換向閥7，8使兩者配合進(jìn)行挖掘。必要時操作換向閥11，使處于右位或左位，則B泵來油進(jìn)入斗桿液壓缸2的大腔或小腔，使液壓缸的動作相互配合，提高挖掘效率。
3.2.3 主要液壓元件在系統(tǒng)中的作用
為了限制鏟斗，斗桿，動臂因自重而快速下降，在其回路上均設(shè)置了單向節(jié)流閥4,5,6。
該機(jī)在挖掘作業(yè)時，常需動臂缸與斗桿缸快速動作以提高生產(chǎn)效率。為此在系統(tǒng)中增加了合流閥9。合流閥在圖示位置時，泵A，B不合流。當(dāng)操縱合流處于左位時A泵輸出的壓力油經(jīng)合流閥9的左位進(jìn)入換向閥11與B泵一起向動臂缸和斗桿缸供油，以加快動臂和斗桿的動作速度。
在兩組多路閥的進(jìn)油路上設(shè)有安全閥以限制系統(tǒng)的最大工作壓力。在各液壓缸和液壓馬達(dá)的分支油路上均設(shè)有過載閥以吸收工作裝置的沖擊能量。
3.3 液壓元件的選用
3.3.1 泵的選用
選用軸向柱塞泵，這種泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，容量大，壓力高，容易實現(xiàn)無級變速，壽命長，排量范圍大。
3.3.2 液壓閥的選用
（1） 溢流閥.溢流閥的基本功能是限定系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過載或維持壓力近似恒定。本系統(tǒng)中選用二級同心先導(dǎo)式溢流閥，安裝在泵的出油口處，用來恒定系統(tǒng)壓力，防止超壓，保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行。
（2） 單向閥.系統(tǒng)中多處要用到單向閥，也是必不可少的元件，它用來防止油液倒流，從而使執(zhí)行元件停止運(yùn)動，或保持執(zhí)行元件中的油液壓力。還可是保持一定的背壓。
（4） 換向閥.在系統(tǒng)中為三位四通換向閥。在系統(tǒng)中換向閥的主要作用是改變壓力油進(jìn)入執(zhí)行元件的方向，進(jìn)而實現(xiàn)不同的動作要求，在三位四通的換向閥中，左右閥位要求能夠進(jìn)回油，中間的閥位要求禁止油液流通，以達(dá)到執(zhí)行元件動作達(dá)到要求后停止或懸停在任一位置。
3.3.3 液壓缸的選用
選用工程機(jī)械用液壓缸，最高工作壓力28MP。
3.3.4 輔助元件的選用
（1） 油管.由于系統(tǒng)工作壓力高，所以在系統(tǒng)中沒有相對運(yùn)動的管路中選用無縫鋼管，它能承受高壓，價格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，裝拆方便，所以適合用在高壓管道。在系統(tǒng)中有相對運(yùn)動的壓力管道選用高壓橡膠管。
（2） 管接頭.在采用無縫鋼管的管路中，管接頭采用錐密封焊接式管接頭，他除了具有焊接頭的優(yōu)點(diǎn)外，由于它的O形密封圈裝在錐體上，使密封有調(diào)節(jié)的可能，密封更可靠。工作壓力為34.5MP工作溫度為-25—+80攝氏度。在橡膠管的接頭處選用扣壓式膠管接頭，安裝方便，與鋼絲編織膠管配套總成，適合在油溫為-28—+80攝氏度的環(huán)境工作。
（3） 密封裝置.在液壓系統(tǒng)中密封裝置非常重要，它是用來防止工作介質(zhì)泄露及外界灰塵和異物的侵入，以保證系統(tǒng)建立起必要的壓力，使其能夠正常工作。密封裝置應(yīng)滿足在一定的壓力.濕度范圍內(nèi)具有良好的密封性能。密封裝置和運(yùn)動件之間的摩檫力要小，摩檫系數(shù)要穩(wěn)定，抗腐蝕能力強(qiáng)，不易老化，工作壽命長，耐磨性好，磨損后在一定程度上能自動補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便，價格低。其于以上幾點(diǎn)，在有相對運(yùn)動且有摩檫的元件上使用Y型密封圈，其截面小，結(jié)構(gòu)緊湊。且Y型密封圈能隨壓力增高而增大，并能自動補(bǔ)償磨損。在相對摩檫不嚴(yán)重或無相對摩檫的元件上用O型密封圈，其結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，密封性能好，摩檫力小，安裝方便。
（4） 濾油器.在液壓系統(tǒng)中，不允許液壓油含有超過限制的固體顆粒和其他不溶性贓物。因為這些雜質(zhì)可以使間隙表面劃傷，造成內(nèi)部泄露量增加，從而降低效率增加發(fā)熱。這些雜質(zhì)還會使閥芯卡死，小孔或縫隙堵塞，潤滑表面破壞，造成液壓系統(tǒng)故障，膠狀物和淤渣等雜質(zhì)，將會引起元件粘著，酸類還將加速運(yùn)動件的腐蝕和使油液進(jìn)一步惡化。因此要采用濾油器對油液進(jìn)行過濾，以保證油液質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。因此選用網(wǎng)式濾油器安裝在泵吸油管上，這種濾油器壓力損失不超過0.04MPa，結(jié)構(gòu)簡單，流通能力大，可以滿足泵的流量，清洗方便。
（5） 蓄能器.它能把壓力油的液壓能儲存在耐壓容器里，待需要時又將其釋放出來的一種裝置。主要用途：做輔助動力源.減小壓力沖擊和壓力脈動。在本系統(tǒng)中選用氣囊式蓄能器，這種蓄能器密封可靠，膠囊慣性小，反映靈敏，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，并有系列批量生產(chǎn) 。
4 液壓缸的設(shè)計計算和泵的參數(shù)計算
4.1 液壓缸設(shè)計算
4.1.1 外負(fù)載計算
斗桿挖掘時切削行程較長，切土厚度在挖掘過程中可視為常數(shù)。斗桿在挖掘過程中總轉(zhuǎn)角為，在這轉(zhuǎn)角行程中鏟斗被裝滿。鏟斗缸外負(fù)載為最大時，缸內(nèi)壓力最大，此時挖掘力最大，其值為：
=CBAZX+D
=250+D =200+12000
=206771+12000
=218771(N)
式中 C—表示土壤硬度的系數(shù),對Ⅱ級土宜取C=50～80，對Ⅲ級土宜取C=90～150，對Ⅳ級土宜取C=160～320，式中取C=250；
R—鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)到斗齒尖的距離，即轉(zhuǎn)斗切削半徑，取斗容量為1m,根據(jù)反鏟斗主要參數(shù)特性計算表，查表得R=1.15m；
B—切削刃寬度影響系數(shù),B=1+2.6b,其中b為鏟斗寬度,查表得b=1.25m；
—挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半,查表得=；
A—切削角變化影響系數(shù),取A=1.3；
Z—帶有齒的系數(shù),取Z=0.75；
X—斗側(cè)臂厚度影響系數(shù),X=1+0.3s,其中s為側(cè)臂厚度,單位為cm,初步設(shè)計時可取X=1.15；
D—切削刃擠壓土壤的力,根據(jù)斗容大小在D=10000～17000N范圍內(nèi)選取.設(shè)計容量為1m,取D=12000N；
轉(zhuǎn)斗挖掘裝土阻力和法向挖掘阻力相對與很小，所以在計算時可以忽略不計。
4.1.2 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸計算
(1) 根據(jù)鏟斗缸的最大外負(fù)載，可以設(shè)計計算鏟斗缸的結(jié)構(gòu)尺寸：
當(dāng)推力驅(qū)動工作負(fù)載時：
由此可求出缸筒內(nèi)徑為:
D
求出D=99mm
本系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)，因此速比取=2，d=
式中 系統(tǒng)背壓P=1MPa
系統(tǒng)最高壓力P=28Mpa
根據(jù)查表GB/T2348—1993圓整得到D=100mm
(2) 活塞桿直徑為
d==100=70.7(mm)
根據(jù)GB/T2348—1993規(guī)定的活塞桿尺寸圓整為d=80mm
(3) 最大工作行程
行程S=12D
S=12x100=1200（mm）
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T—1980規(guī)定的液壓缸行程系列圓整到S=1250mm
(4) 活塞有效計算長度
液壓缸的安裝尺寸，可查設(shè)計手冊得
安裝尺寸=+S=377+1250=1627（mm）
當(dāng)活塞桿全部伸出時，有效計算長度為：
L=1250+1250+377=2877（mm）
S—液壓缸的安裝尺寸(查設(shè)計手冊得到)
(5) 最小導(dǎo)向長度
取最小導(dǎo)向長度為120（mm）
式中 L—液壓缸最大行程；
D—缸筒內(nèi)徑。
(6) 導(dǎo)向套長度
A=（0.6～1.0）d
=(48～80)mm
導(dǎo)向套長度為60mm
(7) 活塞寬度
B=（0.6～1.0）D
=（60～100）mm
活塞桿寬度B=80mm
式中 D—缸筒內(nèi)徑
(8) 缸筒壁厚：
材料的許用應(yīng)力計算
=
式中 —缸體材料的抗拉強(qiáng)度，缸體材料為，=800Mpa
n—安全系數(shù).一般取n=5
查缸筒壁厚度表，取=12mm
式中 P-系統(tǒng)最高壓力,P=28Mpa。
(9) 缸筒外徑
=100+2x12
=124(mm)
4.1.3 油缸強(qiáng)度計算
(1) 已知參數(shù)：
缸徑D=100 桿徑d=80 行程S=1250 缸筒壁厚=12有效計算長度L=2877 (參數(shù)單位：mm)
(2) 油缸強(qiáng)度計算
a. 活塞桿應(yīng)力校核
活塞桿材質(zhì)為調(diào)質(zhì)，經(jīng)查表得強(qiáng)度極限為800Mpa,材料的許用應(yīng)力為：
=（n為安全系數(shù)）.
由此可見，，應(yīng)力完全滿足要求。
式中 —油缸最大閉鎖壓力
b. 缸筒強(qiáng)度驗算：
由于缸筒壁厚與缸徑之比，屬于厚壁缸筒，可按材料學(xué)第二強(qiáng)度理論驗算。
=
=8.65（mm）
由此可見,<,強(qiáng)度滿足要求。
式中 P—系統(tǒng)最高壓力,P=28Mpa；
—材料的許用應(yīng)力。
(3) 油缸穩(wěn)定性驗算
油缸在工作是承受的壓應(yīng)力最大，所以有必要校核活塞桿的壓力穩(wěn)定性。
a. 活塞桿斷面最小慣性矩
b. 活塞桿橫斷面回轉(zhuǎn)半徑
i
=19mm
(1) 活塞桿柔性系數(shù)
=
=152
式中 —為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式一般取1；
L—為有效計算長度
d. 鋼材柔度極限值
=
=
=60.8
式中 —45鋼材比例極限
E—材料彈性模量
e. 從以上計算得知，>,即為大柔度壓桿時，穩(wěn)定力為：
=
式中 —為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式一般取1；
f. 油缸最大閉鎖力
=
=
式中 —油缸最大閉鎖壓力
g. 穩(wěn)定系數(shù)
=2.1
由此可見，穩(wěn)定性可以滿足要求。
4.2 泵的參數(shù)計算
4.2.1 泵的壓力計算
在設(shè)計液壓系統(tǒng)時，要求泵的壓力高于系統(tǒng)壓力，差值以10%—28%為宜[15]。
因此：
=28
取泵的最高壓力
式中 P—系統(tǒng)最高壓力，P=28Mpa
4.2.2 計算所需要的泵的流量
(1) 設(shè)計要求每個液壓缸的伸縮速度，根據(jù)鏟斗缸計算初步確定其余液壓缸的參數(shù)：（單位：mm）
a. 動臂缸（2個）：缸內(nèi)徑D=100 活塞桿徑d=70
b. 鏟斗缸：缸內(nèi)徑D=100 活塞桿徑d=80
c. 斗桿缸：缸內(nèi)徑D=110 活塞桿徑d=80
(2) 每個缸的流量計算
a. 動臂缸（2個）：
=48.042L/min
b. 斗桿缸：
=16.956 L/min
c. 鏟斗缸：
=28.731 L/min
式中 R—缸筒內(nèi)半徑
r—活塞桿半徑
f. 系統(tǒng)總流量
=1.2×（48.042＋16.956＋28.731）
=113(L/min)
式中 K—系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取1.1～1.3，本式中取K=1.2；
—同時工作的執(zhí)行元件流量之和的最大值。
根據(jù)上面的計算，系統(tǒng)中選用主泵為雙聯(lián)斜軸式軸向柱塞泵，所以A泵的最大流量為92 L/min，B泵的最大流量為21 L/min。
4.3 柴油機(jī)的選擇
4.3.1 泵的驅(qū)動功率的計算
=28.25（KW）
式中 PN-液壓泵的額定壓力，取PN=28MPa ；
QN--液壓泵的額定流量，取 ；
--液壓泵的總效率，從規(guī)格表中查出為0.8 ；
--轉(zhuǎn)換系數(shù)：恒功率變量液壓泵取0.4 ；
4.3.2 柴油機(jī)的選擇
根據(jù)算出的驅(qū)動功率和泵的額定轉(zhuǎn)速選擇電動機(jī)的規(guī)格。通常，允許電動機(jī)短時間在超載25%的狀態(tài)下工作。取電動機(jī)的效率為80%，則根據(jù)計算公式得到電動機(jī)的功率為35.31KW，查機(jī)械設(shè)計手冊，選擇型號為N485自然吸氣發(fā)動機(jī)柴油機(jī)，其額定功率為37KW,轉(zhuǎn)速為2000r/min.
5 液壓集成塊的設(shè)計
液壓控制裝置的集成主要有板式集成、塊式集成和疊加閥式集成。
（1）板式集成液壓控制裝置，是把若干個標(biāo)準(zhǔn)板式液壓控制閥用螺釘固定在一塊公共底板（油路板，亦稱閥板）上，按系統(tǒng)要求，通過油路板中鉆、銑或鑄造出的孔道實現(xiàn)各閥之間的油路聯(lián)系，構(gòu)成一個回路。對于較復(fù)雜的系統(tǒng)，則需將系統(tǒng)分解成若干個回路，用幾個油路板來安裝標(biāo)準(zhǔn)板式液壓元件，各個油路板之間通過管道來連接。通常將油路板上安裝閥的一面稱為正面，不安裝閥的一面稱為背面。
板式集成的特點(diǎn)是對于動作復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，會因液壓元件數(shù)量的增加，導(dǎo)致所需油路板的尺寸和數(shù)量的增大，致使有些孔道甚至無法鉆出，而銑槽往往出現(xiàn)滲漏串腔現(xiàn)象。此外，油路板是根據(jù)特定的液壓系統(tǒng)專門設(shè)計制造的，不易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，不易組織專業(yè)生產(chǎn)。特別是當(dāng)需要更改回路或追加元件時，油路板就要重新設(shè)計加工，而其中的差錯可能會使整塊油路板報廢。
總之，板式集成液壓控制裝置適合不太復(fù)雜的低壓液壓系統(tǒng)采用。
（2）塊式集成是按典型液壓系統(tǒng)的各種基本回路，做成通用化的6面體油路塊（集成塊），通常其四周除1面安裝通向液壓執(zhí)行器（液壓缸或液壓馬達(dá)）的管接頭外，其余3面安裝標(biāo)準(zhǔn)的板式液壓閥及少量疊加閥或插裝閥，這些液壓閥之間的油路聯(lián)系由油路塊內(nèi)部的通道孔實現(xiàn)，塊的上下兩面為塊間疊積結(jié)合面，布有由下向上貫穿通道體的公用壓力油孔P、回油孔O（T）、泄油孔L及塊間連接螺栓孔，多個回路塊疊積在一起，同過4只長螺栓固緊后，各塊之間的油路聯(lián)系通過公用油孔來實現(xiàn)。
塊式集成有以下幾個特點(diǎn)：1）可簡化設(shè)計；2）設(shè)計靈活，更改方便；3）易于加工，專業(yè)化程度高；4）結(jié)構(gòu)緊湊，裝配維護(hù)方便；5）系統(tǒng)運(yùn)行效率較高。
塊式集成的主要缺點(diǎn)是集成塊的孔系設(shè)計和加工容易出錯，需要一定的設(shè)計和制造經(jīng)驗。
（3）疊加閥是在集成塊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,液壓元件間的連接不需要另外的連接塊,而是以特殊設(shè)計的疊加閥的閥體作為連接體,通過螺栓將液壓閥等元件直接疊積并固定在最底層的基塊(底板)上.基塊側(cè)面開有螺紋孔,通過管接頭作為通向執(zhí)行器、液壓泵或油箱的孔道,并可以根據(jù)需要用螺塞封堵打開,只要把同一規(guī)格的疊加閥按一定順序疊加起來,再將板式換向閥直接安裝于這些疊加閥的上面,即可構(gòu)成各種典型液壓回路.
疊加閥的特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,重量輕,占地面積小。疊加閥安裝簡便，裝配周期短，系統(tǒng)有變動增減元件時，重新組裝較為方便。使用疊加閥，元件間無管連接，消除了因管接頭引起的漏油、振動和噪聲。使用疊加閥系統(tǒng)配置簡單，元件規(guī)格統(tǒng)一，外行整齊美觀，維修保養(yǎng)容易。采用我過疊加閥組成的集中供油系統(tǒng) 節(jié)電顯著。
由于規(guī)定尺寸限制，由疊加閥組成的回路形式少，通徑較小，一般使用于工作壓力小于20Mpa，流量小于200L/min的機(jī)床，輕工機(jī)械，工程機(jī)械等行業(yè)。綜上比較可以得出此液壓系統(tǒng)適用的塊式集成為疊加式。
③動力源裝置確定
液壓動力源一般由液壓泵組、油箱組件、控溫組件和過濾器組件等相對獨(dú)立的部分組成。盡管這幾個部分相對獨(dú)立，但設(shè)計者在液壓動力源裝置設(shè)計中，除了根據(jù)機(jī)器設(shè)備的工況特點(diǎn)和使用的具體要求合理進(jìn)行取舍外，經(jīng)常需要將它們進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，合理構(gòu)成一個部件。例如，油箱上常需將控溫組件中的油溫計、過濾器組件作為油箱附件而組合在一起構(gòu)成液壓油箱等等。
按液壓泵組布置的方式分上置式液壓動力源、非上置式液壓動力源和柜式液壓動力源三種方式。本設(shè)計采用上置式液壓動力源設(shè)計。當(dāng)電動機(jī)臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時，稱為臥式液壓動力源。當(dāng)電動機(jī)立式安裝于油箱之上時，稱為立式液壓動力源。上置式液壓動力源占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓泵置于油箱內(nèi)的立式安裝動力源，躁聲低且便于收集漏油。綜合考慮本設(shè)計決定采用臥式液壓動力源布置?！?6】
5.1塊式集成的結(jié)構(gòu)
塊式集成是按典型液壓系統(tǒng)的各種基本回路，做成通用化的6面體油路塊（集成塊），通常其四周除1面安裝通向液壓執(zhí)行器（液壓缸或液壓馬達(dá)）的管接頭外，其余3面安裝標(biāo)準(zhǔn)的板式液壓閥及少量疊加閥或插裝閥，這些液壓閥之間的油路聯(lián)系由油路塊內(nèi)部的通道孔實現(xiàn)，塊的上下兩面為塊間疊積結(jié)合面，布有由下向上貫穿通道體的公用壓力油孔P、回油孔O（T）、泄漏油孔L及塊間連接螺栓孔，多個回路塊疊積在一起，通過4只長螺栓固緊后，各塊之間的油路聯(lián)系通過公用油孔來實現(xiàn)。
5.2塊式集成的特點(diǎn)
可簡化設(shè)計；
設(shè)計靈活、更改方便；
易于加工、專業(yè)化程度高；
結(jié)構(gòu)緊湊、裝配維護(hù)方便；
系統(tǒng)運(yùn)行效率較高
塊式集成的主要缺點(diǎn)是集成塊的孔系設(shè)計和加工容易出錯，需要一定的設(shè)計和制造經(jīng)驗。
5.3塊式集成液壓控制裝置的設(shè)計
1）分解液壓系統(tǒng)并繪制集成塊單元回路圖
集成塊單元回路實質(zhì)上是液壓系統(tǒng)原理圖的一個等效轉(zhuǎn)換。
分解集成塊單元回路時，應(yīng)優(yōu)先采用現(xiàn)有系列集成塊單元回路，以減少設(shè)計工作量。集成塊上液壓閥的安排應(yīng)緊湊，塊樹應(yīng)盡量曬，以減少整個液壓控制裝置的結(jié)構(gòu)尺寸和重量。集成塊的數(shù)量與液壓系統(tǒng)的復(fù)雜程度有關(guān)，一摞集成塊組中，除基塊和頂塊外，中間塊一般1-7塊。當(dāng)所需中間塊多于7塊時，可按系統(tǒng)工作特點(diǎn)和性質(zhì)，分組多摞疊加，否則集成簡單回路合用一個集成塊；液壓 泵的出口竄接單向閥時，可采用管式連接的單向閥（竄接在泵與集成塊組的基塊之間）；采用少量疊加閥、插裝閥及集成塊專用嵌入式插裝閥；集成塊側(cè)面加裝過渡板與閥連接；基塊與頂塊上布置適當(dāng)?shù)脑鹊取?
塊的設(shè)計
（1）確定公用油道孔的數(shù)目
集成塊體的公用油道孔，有二孔、三孔、四孔、五孔等多種設(shè)計方案，應(yīng)用較廣的為二孔式和三孔式。
二孔式 在集成塊上分別設(shè)置壓力油孔P和回油孔O各一個，用4個螺栓孔與塊組連接螺栓間的環(huán)形孔來作為泄漏油通道。二孔式集成塊的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，公用通道少，便于布置元件；泄漏油道孔的通流面積大，泄漏油的壓力損失小。缺點(diǎn)是：在基塊上需將4個螺栓孔相互鉆通，所以須堵塞的工藝孔較多，加工麻煩，為防止油液外漏，集成塊間相互疊加面的粗糙度要求較高，一般應(yīng)小于Ra0.8μm。
三孔式 在集成塊上分別設(shè)置壓力油孔P、回油孔O和泄油孔L共3個公用通道三孔式集成塊的
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