小型履帶式液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、小型履帶式液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要通過對小型履帶式挖掘機(jī)動(dòng)臂液壓系統(tǒng)的分析從而進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先通過對目前市面上的挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)的分析，初擬定動(dòng)臂液壓系統(tǒng)。其次通過對動(dòng)臂液壓缸在不同工況下的受力分析，確定液壓缸的型號和尺寸。再次對液壓系統(tǒng)中的各個(gè)元器件進(jìn)行選型，同時(shí)根據(jù)各個(gè)型號的元器件的適用條件對液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。最后繪出液壓系統(tǒng)原理圖、動(dòng)臂液壓缸及其非標(biāo)準(zhǔn)件的CAD圖、液壓缸的Pro/E三維圖。 關(guān)鍵詞：小型挖掘機(jī)；動(dòng)臂液壓系統(tǒng)；動(dòng)臂油缸。 6 ton excavator hydraulic system design boom ABSTRACT： Thi

2、s graduation mainly through the project of small crawler excavator arm hydraulic system analysis and to design . First, he is currently on the market analysis of hydraulic system of excavator, hydraulic system of the development boom in the early. Secondly through the boom hydraulic cylinder in the

3、stress analysis under different conditions, determine the hydraulic cylinder type and size. Selection of individual components in the hydraulic system again, at the same time depending on the individual model components to improve conditions for the application of the hydraulic system. Last drawn hy

4、draulic cylinder of the hydraulic system schematics, boom and standard parts for non-CAD, hydraulic cylinder of Pro/E three-dimensional charts . Key words: small excavator; hydraulic boom system; boom cylinder 第1章 緒 論 1.1 挖掘機(jī)的功能及主要技術(shù)參數(shù) 1.1.1 功能 挖掘機(jī)作業(yè)過程是以切削刃切削土壤，實(shí)現(xiàn)破土、裝土、提升回轉(zhuǎn)、卸

5、土，再返回第二次挖掘，挖完一段后,機(jī)械移位繼續(xù)挖掘。為實(shí)現(xiàn)上述周期性作業(yè)動(dòng)作要求，就需要以下組成部分：工作裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置（液壓部分）、操縱裝置、行走裝置等?，F(xiàn)通常按結(jié)構(gòu)分為：工作裝置、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、行走裝置。根據(jù)其構(gòu)造和用途可以區(qū)分為：履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全回轉(zhuǎn)、非全回轉(zhuǎn)、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。 工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動(dòng)臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機(jī)可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種

6、作業(yè)機(jī)具。 回轉(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機(jī)的機(jī)體，轉(zhuǎn)臺(tái)上部設(shè)有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)是液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力源，大多采用柴油要在方便的場地， 也可改用電動(dòng)機(jī)。 行走裝置（也稱下車）由導(dǎo)向輪、驅(qū)動(dòng)輪、支重輪、托帶輪、履帶、組合行走架、行走馬達(dá)減速機(jī)和張緊緩沖裝置等零部件組成。行走裝置是挖掘機(jī)的支柱，承受挖掘機(jī)的全部質(zhì)量和挖掘機(jī)載荷，提供挖掘機(jī)行走、轉(zhuǎn)彎和爬坡的能力挖掘機(jī)工作時(shí)，行走裝置起到支撐和穩(wěn)定的作用。 1.1.2主要技術(shù)參數(shù)： 標(biāo)準(zhǔn)斗容 0.21m 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率 39.5KW/2200rpm 鏟斗最大挖掘力 45KN 斗桿最大挖掘力 33KN 1.2 挖掘機(jī)簡史

7、 第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)問世至今已有130多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動(dòng)斗回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動(dòng)液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，20世紀(jì)40年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)，20世紀(jì)50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)。初期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓元件，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定，配套件也不齊全。從20世紀(jì)60年代起，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。1968-1970年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量已占挖掘機(jī)總產(chǎn)量

8、的83%，目前已接近100%。 1.3 國內(nèi)外的情況 1.3.1 國外挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展動(dòng)向 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。 　　1

9、、開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要，國外發(fā)展了斗容量在0.25m以下的微型挖掘機(jī)，最小的斗容量僅在0.01m。另外，數(shù)量最的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能，配備了多種工作裝置——除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時(shí)，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等。 　　2、迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線

10、電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了基礎(chǔ)和創(chuàng)造了良好的前提。 　　3、重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。還安裝了CAPS（計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住

11、友公司生產(chǎn)的FJ系列五種新型號挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗，并處長了零部件的使用壽命；德國奧加凱（O&K)公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的904、905、907、909型液壓挖掘機(jī)上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作；德國利勃海爾公司開發(fā)了ECO（電子控制作業(yè)）的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機(jī)的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型B系統(tǒng)挖掘機(jī)上采用最新的3114T型柴油機(jī)以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式

12、選擇器等，進(jìn)一步提高了挖掘機(jī)的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國大宇公司在DH280型挖掘機(jī)上采用了EPOS---電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動(dòng)機(jī)始終以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、提高挖掘機(jī)的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動(dòng)機(jī)因過載而熄火。 　　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

13、的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。美國提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法，并創(chuàng)立了預(yù)測產(chǎn)品失效和更新的理論。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評定程序，研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，借助于大量試驗(yàn)，縮短了新產(chǎn)品的研究周期，加速了液壓挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%，使用壽命超過1萬小時(shí)。 　　5、加強(qiáng)對駕駛員的勞動(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。因?yàn)樽?/p>

14、量系統(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時(shí)和增大流量來襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當(dāng)外阻力增大時(shí)則減少流量（降低速度），使挖掘力成倍增長率加；采用三回路液壓系統(tǒng)。產(chǎn)生三個(gè)互不成影響的獨(dú)立工作運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)達(dá)機(jī)械的功率匹配。將第三泵在其他工作運(yùn)動(dòng)上接通，成為開式回路第二個(gè)獨(dú)立的快速成運(yùn)動(dòng)。此外，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)70年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境的污染，使挖掘機(jī)的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機(jī)口音，改善駕駛員工作

15、條件，逐步在挖掘上應(yīng)用電子和自動(dòng)控制技術(shù)。隨著對挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機(jī)電一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。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，亦即目前先進(jìn)的挖掘機(jī)上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)怠速及油門控制系統(tǒng)、功率優(yōu)化系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等電控系統(tǒng)。 1.3.2 國內(nèi)挖掘機(jī)目前發(fā)展水平及狀況 2000年來，隨著國家新一輪經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入一個(gè)更深層次的階段

16、，包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、新的城鎮(zhèn)化建設(shè)等，刺激挖掘機(jī)行業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展。所以在2000年以后形成了一個(gè)高潮期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年國內(nèi)挖掘機(jī)企業(yè)產(chǎn)量為8111臺(tái)、銷售量為7926臺(tái)，與1999年相比，產(chǎn)銷量均增長30%以上。2000年全國液壓挖掘機(jī)產(chǎn)銷量近8000臺(tái)。 2002年是我國工程機(jī)械行業(yè)歷史上增長速度最快、經(jīng)濟(jì)形勢最好的一年，堪稱“井噴之年”。挖掘機(jī)全年銷量1.9萬臺(tái)，同比增長58%，挖掘機(jī)成了整個(gè)工程機(jī)械行業(yè)中產(chǎn)、銷量增長最快的機(jī)種之一。 2003年國產(chǎn)挖掘機(jī)的價(jià)格優(yōu)勢仍然是十分明顯的。以13至14噸級的輪式挖掘機(jī)為例，雖然其關(guān)鍵零部件系國外配置，但價(jià)格與國外同

17、等機(jī)型相比仍相差25萬至30萬元。小功率、多功能的挖掘機(jī)尤其受到青睞。通過快速換裝不同的工作裝置以完成挖、裝、填、夯、抓、刨、吊鉆、剪等多種作業(yè)，挖掘裝載機(jī)出現(xiàn)了需求不斷上升的勢頭。除了JCB、凱斯等品牌外，德工的WZ25-20型也出現(xiàn)了較好的銷售趨勢。輪胎挖掘機(jī)的需求一直在穩(wěn)步增長，如常州現(xiàn)代的輪式挖掘機(jī)從0.25至0.92立方米都可生產(chǎn)，詹工可生產(chǎn)14至30噸級的輪式挖掘機(jī)，其中20噸級的輪式挖掘機(jī)的行駛速度可高達(dá)54公里/小時(shí)。目前我國輪式挖掘機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)大約為10家。 2003年的大型挖掘機(jī)在我國一直處于薄弱地位，主要依賴進(jìn)口。長挖的CE600-5型斗容達(dá)4立方米，常州現(xiàn)代

18、的R450LC-5型挖掘機(jī)屬于43.53噸級，而德國的利勃海爾生產(chǎn)的600噸級的挖掘機(jī)最大斗容可達(dá)34立方米。 2003年小型挖掘機(jī)的需求繼續(xù)旺盛。2003年產(chǎn)銷3000多臺(tái)，而需求量在5000臺(tái)/年左右。久負(fù)盛名的久保田已落戶上海，久保田生產(chǎn)從0.5至5噸的33個(gè)產(chǎn)品系列，年產(chǎn)量在1.2萬臺(tái)左右，久保田先推出無尾超小回轉(zhuǎn)機(jī)型的主導(dǎo)機(jī)型，以后陸續(xù)有其他型號上市，意欲占領(lǐng)中國20%的小型挖掘機(jī)市場，其產(chǎn)品的數(shù)字化液晶顯示、自動(dòng)怠速功能博得了用戶的贊譽(yù)。凱斯的小型挖掘機(jī)同樣采用無尾回轉(zhuǎn)及動(dòng)臂可回轉(zhuǎn)技術(shù)，采用橡膠履帶用于液壓錘、液壓剪的雙回路輔助輸出液壓回路，同樣受到使用單位的歡迎。

19、 由于2003年以來我國固定資產(chǎn)投資規(guī)模增長過快，中央政府在2004年4月出臺(tái)了一系列宏觀調(diào)控政策，抑制投資過熱的行業(yè)。目前，宏觀調(diào)控已初見成效，經(jīng)濟(jì)開始向“軟著陸”發(fā)展。2004年下半年開始，固定資產(chǎn)投資增速出現(xiàn)較快的下降，挖掘機(jī)械行業(yè)增速隨之下降，并且下降幅度將高于固定資產(chǎn)投資的下滑速度。這必將對挖掘機(jī)行業(yè)帶來沖擊! 1999年-2004年履帶式挖掘機(jī)進(jìn)出口量：中國挖掘機(jī)近三年增長極為迅速，雖然國內(nèi)產(chǎn)銷量已成為國際上的挖掘機(jī)大國，但歷年仍有大量挖掘機(jī)產(chǎn)品進(jìn)口，進(jìn)出口逆差仍較大。 2004年國內(nèi)已形成的局面: 隨著我國挖掘機(jī)行業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，尚未引進(jìn)外資的企業(yè)紛紛加快技術(shù)改造，

20、引進(jìn)技術(shù)合作、資產(chǎn)重組、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合優(yōu)勢互補(bǔ)，創(chuàng)中國人自己發(fā)展之路。如柳工、玉柴、南特、卓爾、軍聯(lián)、山河智能、山東常林、徐工、臨工、黃工等相繼完成技改，成效顯著，爭創(chuàng)年千臺(tái)目標(biāo)企業(yè)。同時(shí)，一些大型國企改制后也煥發(fā)出極強(qiáng)生命力。如長挖改制后的四川邦立重機(jī)有限公司揚(yáng)長避短搞發(fā)展，2004年目標(biāo)大挖260臺(tái)，銷售收入3億元。2004年上半年研制出中國最大的液壓挖掘機(jī)——100t級強(qiáng)力礦山型全液壓挖掘機(jī)，CE(D)1000-6斗容6m3、373kw。同時(shí)還為中國礦山研制出系列全液壓挖掘機(jī)CE400-6、CE420-6、CE(D)460-5、CE(D) 550-6、CE(D)650-6、CE(D)900-6

21、系列產(chǎn)品供應(yīng)市場，物美價(jià)廉，深受市場歡迎，已成為中國大型挖掘機(jī)研發(fā)基地。玉柴、卓爾、南 特、智能也正在成為中國小挖研發(fā)重要基地。柳工、臨工、三一、徐工、貴礦、力士德等將成為國產(chǎn)中噸位挖掘機(jī)名品與國外品牌抗衡的生產(chǎn)企業(yè)。 縱觀我國液壓挖掘機(jī)近40年的發(fā)展歷史,大致可以分成以下幾個(gè)階段: 一、開發(fā)階段(1967－1977年):以測繪仿制為主的開發(fā)。通過多年堅(jiān)持不懈的努力,克服一個(gè)一個(gè)的困難,有少量幾種規(guī)格的液壓挖掘機(jī)終于獲得初步成功,為我國挖掘機(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了重要的一步。 　　二、液壓挖掘機(jī)發(fā)展、提高并全面替代機(jī)械挖掘機(jī)階段(1978－1986年)。這個(gè)階段通過各主機(jī)廠引進(jìn)技術(shù)(主

22、要是德國挖掘機(jī)制造技術(shù))的消化、吸收和移植,使我國液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品的性能指標(biāo)全面提高到國際70年代末80年代初的水平。全國液壓挖掘機(jī)的平均年產(chǎn)量達(dá)到1230臺(tái)。 　　三、液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量增加,新加入挖掘機(jī)行業(yè)的國有大、中型企業(yè)以技貿(mào)結(jié)合、合作生產(chǎn)方式聯(lián)合引進(jìn)日本挖掘機(jī)制造技術(shù)(1987－1993年)。由于國內(nèi)對挖掘機(jī)的需求量的不斷提高,新加入挖掘機(jī)行業(yè)的企業(yè)通過開發(fā)和引進(jìn)挖掘機(jī)制造技術(shù),其產(chǎn)品批量或小批量的投放國內(nèi)市場或出口,打破了多年來主要由六大家挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)壟斷國內(nèi)挖掘機(jī)市場的局面,形成了有益于提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能和產(chǎn)量的良性競爭。這個(gè)期間國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的年均產(chǎn)量提高到2000余臺(tái)

23、。 　　四、國內(nèi)液壓挖掘機(jī)供需矛盾日益擴(kuò)大,國外各著名挖掘機(jī)制造廠商看好中國市場紛紛前來創(chuàng)辦合資、獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)(1994年－－至今)。從1994年開始,特別到1995年在我國挖掘機(jī)行業(yè)掀起了一股不小的合資浪潮。其中美國卡特彼勒公司和日本神戶制鋼所率先在徐州金山橋開發(fā)區(qū)和與成都工程集團(tuán)公司合作在成都相繼建立了生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的中外合資企業(yè),隨后日本小松制作所、日立建機(jī)株式會(huì)社、韓國大宇重工、韓國現(xiàn)代重工業(yè)以及德國利勃海爾、德國雪孚、德國Atlas、瑞典Volvo公司等都先后在中國建立了中外合資、外商獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè),生產(chǎn)具有世界先進(jìn)水平的多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品。近幾年這些企業(yè)運(yùn)

24、營情況良好，發(fā)展速度很快。 第2章 液壓系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)思想 2.1.1 產(chǎn)品開發(fā)目的與適用范圍 由于2004年我國經(jīng)濟(jì)實(shí)行宏觀調(diào)控后，國內(nèi)固定資產(chǎn)投資比例減小，嚴(yán)重影響了挖掘機(jī)的銷售市場。2003年13家企業(yè)共銷售挖掘機(jī)30139臺(tái)，其中15噸以下挖掘機(jī)銷售了2957臺(tái)，占銷售總量的9.8%；2004年13家企業(yè)共銷售挖掘機(jī)2764臺(tái)，下降了9%。其中15噸以下挖掘機(jī)銷售了4631臺(tái)，占銷售總量的16.75%。增量為6.77%。2004年15噸以下的挖掘機(jī)比2003年增長56.58%。這說明宏觀調(diào)控對15噸以下小挖不但沒有影響，反而銷量增加，預(yù)計(jì)以后每年需要

25、5000～7000臺(tái)的量。市場發(fā)展很快。目前生產(chǎn)小挖的企業(yè)有玉柴、山河、柳工、現(xiàn)代京城、大宇、日立等企業(yè)?？焖匍_發(fā)15噸以下挖掘機(jī)，以適應(yīng)市場的需要。 2003以來國家對農(nóng)業(yè)的投資力度正在加大，另外我國西部開發(fā)建設(shè)，南水北調(diào)工程的啟動(dòng)，將需要大量的工程機(jī)械產(chǎn)品，尤其是對中小型號的液壓挖掘機(jī)的需求量必將持續(xù)增長。 經(jīng)過調(diào)研，6－10噸級液壓挖掘機(jī)在農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民以及城鄉(xiāng)個(gè)體、私營、集體企業(yè)中具有較好市場。 本產(chǎn)品主要用于民用建設(shè)、市政工程、農(nóng)田水利、修筑道路、房產(chǎn)開發(fā)等土石方施工。 2.1.2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想 一、貫徹“質(zhì)量第一”的方針，力求結(jié)構(gòu)合理，可靠性高。 二、要貫徹“三化”

26、原則，盡量考慮零部件的通用性，要投資少，見效快（標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化）。 三、外協(xié)件應(yīng)立足于國內(nèi)，但液壓件盡量選國外產(chǎn)品，并有一定的先進(jìn)性和可靠性。 四、產(chǎn)品應(yīng)符合國家、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并學(xué)習(xí)引用國外先進(jìn)技術(shù)。 2.2 液壓系統(tǒng)分析 按照挖掘機(jī)工作裝置和各個(gè)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)要求，把各種液壓元件用管路有機(jī)地連接起來的組合體，稱為挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。其功能是，以油液為工作介質(zhì)，利用液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗懿⑦M(jìn)行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達(dá)等將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動(dòng)作。 2.2.1、基本要求： 液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作復(fù)雜，凡要機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、換向、負(fù)載變化大，沖擊

27、和振動(dòng)頻繁，而且野外作業(yè)，溫度和地理位置變化大，因此根據(jù)挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求： 1、要保證挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動(dòng)作，也可以互相配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。 2、工作裝置的動(dòng)作和轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能作復(fù)合動(dòng)作，以提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)率。 3、保證挖掘機(jī)工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）有良好的過載保護(hù)；防止動(dòng)臂因自重而快速下降。 為此，液壓系統(tǒng)應(yīng)做到： （1）有高的傳動(dòng)效率，以充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃料使用經(jīng)濟(jì)性。 （2）液壓系統(tǒng)和液壓元件在負(fù)載變化大、急劇的振動(dòng)沖擊作用下，具有足夠的可靠性。

28、 （3）調(diào)協(xié)輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機(jī)持續(xù)工作時(shí)液壓油溫不超過80度，或溫升不超過45度。 （4）由于挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密封性能要好，液壓元件對油液污染的敏感性低，整個(gè)液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。 （5）采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機(jī)設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)而提高挖掘機(jī)技術(shù)性能和減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 2.2.2、類型： 按液壓泵特性，液壓挖掘機(jī)采用的液壓系統(tǒng)大致上有定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)和定量、變量系統(tǒng)等三種類型。 1、定量系統(tǒng) 在液壓挖掘機(jī)采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨

29、負(fù)載而變化，通常依靠節(jié)流來調(diào)節(jié)速度。根據(jù)定量系統(tǒng)中油泵和回路的數(shù)量及組合形式，分為單泵單回路、雙泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵雙回路定量系統(tǒng)及多泵多回路定量系統(tǒng)等。 2、變量系統(tǒng) 在液壓挖掘機(jī)采用的變量系統(tǒng)中，是通過容積變量來實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的，其調(diào)節(jié)方式有三種：變量泵-定量馬達(dá)調(diào)速、定量泵-變量馬達(dá)調(diào)速、變量泵-變量馬達(dá)調(diào)速。 液壓挖掘機(jī)采用的變量系統(tǒng)多采用變量泵-定量馬達(dá)的組合方式實(shí)現(xiàn)無級變量，且都是雙泵雙回路。根據(jù)兩個(gè)回路的變量有無關(guān)聯(lián)，分為分功率變量系統(tǒng)和全功率變量系統(tǒng)兩種。其中的分功率變量系統(tǒng)的每個(gè)油泵各有一個(gè)功率調(diào)節(jié)機(jī)械，油泵的流量變化只受自身所在回路壓力變化的影

30、響，與另一回路的壓力變化無關(guān)，即兩個(gè)回路的油泵各自獨(dú)立地進(jìn)行恒功率調(diào)節(jié)變量，兩個(gè)油泵各擁有一發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率；全功率變量系統(tǒng)中的兩個(gè)油泵由一個(gè)總功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，使兩個(gè)油泵的擺角始終相同，同步變量、流量相等。決定流量變化的是系統(tǒng)的總壓力，兩個(gè)油泵的功率在變量范圍內(nèi)是不相同的。其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有機(jī)械聯(lián)動(dòng)式和液壓聯(lián)動(dòng)式兩種形式。 2.3 液壓系統(tǒng)圖的初擬定 本機(jī)液壓系統(tǒng)與伺服操作系統(tǒng)原理圖見圖2—1。 原理圖中表明了系統(tǒng)的工作原理和主要部件及限壓要求。 本機(jī)采用變量串聯(lián)組合泵組成的開式液壓系統(tǒng)。變量泵最大流量為110L/min，最大工作壓力為16Mpa。采用變量泵、液壓缸容積式調(diào)速回路

31、，液控單向閥鎖緊回路。變量泵采用恒功率控制。 組合泵由柴油機(jī)飛輪經(jīng)彈性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)，從液壓油箱中吸入液壓油。從泵排出的液壓油經(jīng)多路閥分別進(jìn)入回轉(zhuǎn)馬達(dá)、斗桿油缸、動(dòng)臂油缸、鏟斗油缸和左、右行走馬達(dá)減速機(jī)。挖掘機(jī)可完成斗桿伸縮、平臺(tái)回轉(zhuǎn)和履帶行走等各項(xiàng)動(dòng)作。若挖掘機(jī)不執(zhí)行動(dòng)作時(shí)，則變量泵處于最小排量狀態(tài)，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失。油路上各執(zhí)行元件的安全閥、過載閥和補(bǔ)油閥均設(shè)在多路控制閥各主閥上，以保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。 多路控制閥為分片組合式，閥內(nèi)裝有液控單向閥，以防止動(dòng)臂和斗桿在自重作用下下降速度過快。 液壓油箱為全封閉式，上置預(yù)壓式空氣過濾器,使油箱有一定預(yù)壓力油泵不吸空。油箱內(nèi)設(shè)有隔箱，箱內(nèi)開有回油

32、口和裝有回油濾油器，其出口與油箱相通。 1、油箱 2、進(jìn)油濾油器 3、串聯(lián)泵 4、電磁閥 5、單向閥 6、溢流閥 7、電磁閥 8、動(dòng)臂油缸 9、安全閥 10、液控單向閥 11、單向閥 12、散熱器 13、回油濾油器 2.4 賄賂分析 吸油回路：柴油機(jī)飛輪經(jīng)彈性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)串聯(lián)泵3使液壓油經(jīng)過進(jìn)油濾油器2從油箱1中吸入液壓油。 壓油回路：液壓油經(jīng)串聯(lián)泵3增壓后經(jīng)電磁閥4、單向閥5、電磁閥7、液控單向閥10進(jìn)入動(dòng)臂油缸8中。 回油回路：液壓油從動(dòng)臂油缸中流出經(jīng)單向閥10、散熱器11、回回油濾油器12流入油箱。 在以上三個(gè)回路中電磁閥4、7的工作位置不同從而使液壓油缸的活塞

33、桿處于伸出獲回縮的狀態(tài)；當(dāng)液壓油經(jīng)過單向閥5后若壓力達(dá)到溢流閥6設(shè)定的溢流壓力，則此時(shí)液壓油經(jīng)回油回路直接回流到油箱。當(dāng)上裝工作裝置作用在動(dòng)臂油缸活塞桿上的力使回路中的壓力突然上升至安全閥9設(shè)定的壓力時(shí)，此時(shí)液壓油經(jīng)回油回路到油箱直至壓力降到低于安全閥的開啟壓力。當(dāng)動(dòng)臂因自重下降過快時(shí)，液控單向閥10組成液壓鎖，始終保持動(dòng)臂的工作位置不變。 第3章 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 3.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原始參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)斗容 0.21m 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率 39.5KW/2200rpm 鏟斗最大挖掘力 45KN 斗桿最大挖掘力 33KN 3.2 油缸計(jì)算 3.2.1動(dòng)臂油缸簡介

34、 動(dòng)臂油缸的工作原理是通過高壓液體對活塞有效作用面積的作用，把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能對外載做功的裝置。在挖掘機(jī)中，動(dòng)臂油缸起一個(gè)支撐動(dòng)臂在垂直面內(nèi)做往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的作用。動(dòng)臂油缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。 緩沖裝置與排氣裝置視具體應(yīng)用場合而定，其他裝置則必不可少。 3.2.2液壓缸類型的選擇 　　根據(jù)常用液壓缸的結(jié)構(gòu)形式，可將其分為四種類型： (1）活塞式 單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿。如圖所示是一種單活塞液壓缸。其兩端進(jìn)出口油口A和B都可通壓力油或回油，以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，故稱為雙作用缸。 (2

35、)柱塞式 （１）柱塞式液壓缸是一種單作用式液壓缸，靠液壓力只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，柱 塞回程要靠其它外力或柱塞的自重； 　　（２）柱塞只靠缸套支承而不與缸套接觸，這樣缸套極易加工，故適于做長行程液壓缸； 　?。ǎ常┕ぷ鲿r(shí)柱塞總受壓，因而它必須有足夠的剛度； 　?。ǎ矗┲亓客^大，水平放置時(shí)容易因自重而下垂，造成密封件和導(dǎo)向單邊磨損，故其垂直使用更有利。 (3)伸縮式 伸縮式液壓缸具有二級或多級活塞，伸縮式液壓缸中活塞伸出的順序式從大到小，而空載縮回的順序則一般是從小到大。伸縮缸可實(shí)現(xiàn)較長的行程，而縮回時(shí)長度較短，結(jié)構(gòu)較為緊湊。

36、此種液壓缸常用于工程機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械上。 (4)擺動(dòng)式 擺動(dòng)式液壓缸是輸出扭矩并實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，也稱擺動(dòng)式液壓馬達(dá)。有單葉片和雙葉片兩種形式。定子塊固定在缸體上，而葉片和轉(zhuǎn)子連接在一起。根據(jù)進(jìn)油方向， 葉片將帶動(dòng)轉(zhuǎn)子作往復(fù)擺動(dòng)。 根據(jù)以上分析綜合知選用活塞式類型雙作用的液壓缸。 3.3.3、液壓缸主要零件的結(jié)構(gòu)和材料的選擇 （1） 缸體的材料 液壓缸的常用材料為20、35 、45號無縫鋼管。因?yàn)?0號的力學(xué)性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。35號鋼的焊接性能較好，粗加工后可調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號鋼，并調(diào)

37、質(zhì)到241-285HB。 （2） 缸蓋的材料 液壓缸的缸蓋可選用35、45號鍛鋼或ZG35、ZG45號鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。缸蓋中采用壓入導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，缸蓋選用45號鋼，導(dǎo)向套選用耐磨鑄鐵。 ( 3 ) 缸體和缸蓋的連接類型如下圖所示 圖2-5缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu) (a)法蘭連接式(b)半環(huán)連接式(c)螺紋連接式(d)拉桿連接式(e)焊接連接式 1—缸蓋2—缸筒3—壓板4—半環(huán)5—防松螺帽6—拉桿 挖掘機(jī)的缸體頭部、尾部采

38、用法蘭連接，結(jié)構(gòu)簡單，易加工，易裝卸，如圖（a）所示。 （4）活塞及活塞桿的材料 液壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵、鋼、及鋁合金等，選用耐磨鑄鐵?；钊麠U分為實(shí)心桿和空心桿兩種，本次設(shè)計(jì)選用實(shí)心桿，材料選45號鋼。 ( 5 ) 活塞與活塞桿連接類型如圖 （b）（c）（d）用于工作壓力機(jī)械振動(dòng)較大的情況，螺母聯(lián)接為常用的聯(lián)接方式。選用螺母聯(lián)接。 活塞桿的端部采用外螺紋與端部的耳環(huán)聯(lián)接 ( 6 ) 密封裝置 液壓缸中常見的密封裝置如圖2-7所示。圖2-7(a)所示為間隙密封，它依靠運(yùn)動(dòng)間的微小間隙來防

39、止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細(xì)小的環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時(shí)的阻力。它的結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對運(yùn)動(dòng)速度較高的缸筒和活塞間使用。圖2-7(b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖2-7(c)、圖2-7(d)所示為密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)

40、形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡單，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、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。 對于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。 圖2-7密封裝置 (a)間隙密封(b)摩擦環(huán)密封(c)O形圈密封(d)V形

41、圈密封 3.3.4確定基本參數(shù) 液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、鋼缸的長、度活塞桿的直徑，主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、活塞運(yùn)動(dòng)的速度和行程等因數(shù)來確定。 1、液壓缸工作壓力的確定 由給定的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)鏟斗容量0.21，鏟斗挖掘力45KN，斗桿挖掘力33KN。再參照其他類型的挖掘機(jī)可知，該設(shè)計(jì)的為一臺(tái)小型的挖掘機(jī)。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表23.4-3（如下）可查得：小型工程機(jī)械的工作壓力為10~18MP，選定工作壓力為P=16MPa。 表23.4-3各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 液壓機(jī) 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 小型機(jī)械 重型機(jī)械

42、工作壓力 /MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 2、動(dòng)臂油缸作用力的確定 動(dòng)臂液壓缸作用力確定： 閉鎖力工況分析： 工況一： 鏟斗挖掘；動(dòng)臂油缸全縮，斗桿鉛直，鏟斗油缸發(fā)揮最大挖掘力。此時(shí)動(dòng)臂油缸和斗桿油缸處于閉鎖狀態(tài)，最大挖掘力為45KN。如下圖所示： 動(dòng)臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足： F≥ F=45KN F=0KN 由圖知：l=0.328m l=2.766m =3.797m 計(jì)算得： F≥379.48KN 工況二： 鏟斗、斗桿共同作用挖掘。動(dòng)臂油缸全縮，斗桿鉛直，此時(shí)動(dòng)臂油缸處于

43、閉鎖狀態(tài)，F(xiàn)QV共線，如下圖所示： 動(dòng)臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足： F≥ F=0.7545=33.75KN F=0KN 由圖知：l=0.347m l=4.55m =2.119m 計(jì)算得： F≥442KN 工況三：斗桿挖掘 動(dòng)臂油缸全縮，斗桿油缸對斗桿力臂最大，此時(shí)∠DEF=90，F(xiàn)QV三點(diǎn)共線，此時(shí)鏟斗與動(dòng)臂油缸均處于閉鎖狀態(tài)，斗桿油缸最大挖掘力為F=33KN。如下圖所示： 動(dòng)臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足： F≥ F=33KN F=0KN 由圖知：l=0.347m l=3.73m =2.407m 計(jì)

44、算得： F≥354KN 工作力分析： 工況一： 動(dòng)臂油缸作用使裝滿土的鏟斗提升至最大卸荷距離位置進(jìn)行卸載來確定。此時(shí)斗桿油缸和鏟斗油缸閉鎖，僅由動(dòng)臂油缸提供力。如下圖所示： 此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力為： F= 式中的 Gd t----鏟斗及其裝載土壤的重力，N； Gg-----斗桿所受的重力，N； Gb-----動(dòng)臂所受的重力，N； LdA--- 鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C的水平距離， m ； LgA----斗桿質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C的水

45、平距離， m ； LbA----動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C的水平距離， m ； L3------動(dòng)臂油缸工作壓力F對動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C的力臂，m； 由CAD圖上知： LdA=4.3 m ； LgA =3.26m ； LbA=1.45 m ； 參照其他類型的挖掘機(jī)數(shù)據(jù)，通過比擬法得： Gg=2.2KN ； Gb=2.7KN ； L3=0.382m ； =0.9KN+3.380.2110KN=8KN； [其中土重=3.380.219.8N=7.1KN,

46、鏟斗重=0.9KN] 計(jì)算得：=119KN 工況二：鏟斗內(nèi)裝滿土，動(dòng)臂油缸全縮，斗桿鉛直。此時(shí)動(dòng)臂油缸開始動(dòng)作，使工作裝置提升。如下圖所示： 此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力為： F= 式中的 Gd t----鏟斗及其裝載土壤的重力，N； Gg-----斗桿所受的重力，N； Gb-----動(dòng)臂所受的重力，N； LdA--- 鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C的垂直距離， m ； LgA----斗桿質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C的垂直距離， m ；

47、 LbA----動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C的垂直距離， m ； L3------動(dòng)臂油缸工作壓力F對動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C的力臂，m； 由CAD圖上知： LdA=1.945m ； LgA =2.257m ； LbA=1.557 m ；L3=0.347m ； 參照其他類型的挖掘機(jī)數(shù)據(jù)，通過比擬法得： Gg=2.2KN ； Gb=2.7KN ； L3=0.382m ； =0.9KN+3.380.2110KN=8KN； [其中土重=3.380.219.8N=7.1KN,鏟斗重=

48、0.9KN] 計(jì)算得： =71.3KN 故液壓缸的最大工作壓力為119KN。 3 、缸筒的內(nèi)徑D的計(jì)算 根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計(jì)算液壓缸無活塞桿側(cè)的缸筒內(nèi)徑D為： D= mm F1------液壓缸的理論推力，N P--------供油壓力，MPa 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：D=97mm 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表20-6-2圓整得：D=100mm 缸筒的外徑D 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表20-6-9可得缸筒的外徑為：D=121mm 4、活塞桿的直徑d 根據(jù)速度比的要求來計(jì)算活塞桿的直徑d 式中 d---活塞桿直徑（m） D---液

49、壓缸直徑（m） ---速度比 液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25和1.15等幾種。根據(jù)下表選取速度比。 表3-2 和P的關(guān)系 工作壓力p/MPa ≦10 12.5~20 ≧20 速度比 1.33 1.46；2 2 由于工作壓力p=16MPa，故選取速度比=1.46。 按公式代入數(shù)據(jù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表20-6-16有： d=56mm 5、最小導(dǎo)向長度 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度（如圖4所示），若導(dǎo)向長度太小，將使油

50、缸因間隙引起的初始撓度增大，從而影響油缸的工作穩(wěn)定性。對于一般油缸，其最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足下式要求 (m) 式中 ---油缸最大工作行程 (m) ---缸筒內(nèi)徑 (m) 計(jì)算得：H≥85mm 圖4 液壓缸最小導(dǎo)向長度 一般導(dǎo)向套滑面的長度A,在缸筒內(nèi)徑＜80mm取缸筒內(nèi)徑的 0. 6～1.0倍;在缸筒內(nèi)徑>80mm時(shí)則取活塞桿直徑的0.6～1.0倍。活塞寬度取缸筒內(nèi)徑的0.6～1.0倍,為了保證最小導(dǎo)向長度而過份地增大導(dǎo)向套長度和活塞寬度都是不適宜的。最好

51、的方法是在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套K，其長度由所需的最小導(dǎo)向長度決定。采用隔套不僅能保證最小導(dǎo)向長度，而且可以擴(kuò)大導(dǎo)向套及活塞的通用性。 計(jì)算得：C=30mm 6、液壓缸行程s的確定 液壓缸行程s，主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定。S=Lmax-Lmin=1725-1078=647mm但為了簡化工藝和降低成本，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊按標(biāo)準(zhǔn)系列值選取S=700mm。 7、缸底厚度 1）如圖（a）所示的平底缸底，按下式計(jì)算： 2）如圖（b）所示的帶孔的平底缸底，按下式計(jì)算：

52、 （a） （b） （c） 圖5 幾種缸底結(jié)構(gòu) 3）如圖（c）所示的半球形缸底，按下式計(jì)算： 式中 ——缸底止口內(nèi)徑（m）； []——缸底材料的許用應(yīng)力， ——缸底材料抗拉強(qiáng)度（Pa）； ——安全系數(shù)， 選用圖（b）的形式則帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： =11mm 8、缸頭厚度的計(jì)算 由于在液壓缸缸頭上有活塞桿導(dǎo)向孔，因此其厚度的計(jì)算方法與缸底有所不同。 選用螺釘連接法蘭型缸頭：

53、 式中 h---法蘭厚度（m） F---法蘭受力總和（N） d---密封環(huán)內(nèi)徑（m） ---密封環(huán)外徑（m） P---系統(tǒng)工作壓力（Pa） q---附加密封力（Pa） ---螺釘孔分布圓直徑（m） ---密封環(huán)平均直徑（m） ---法蘭材料的許用應(yīng)力（Pa） 已知：采用o型密封圈 d =56mm ,=62mm, =59mm ， P =16MPa ,=130mm ,

54、=122MPa ； 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 h=13mm 9、緩沖裝置設(shè)計(jì) 液壓缸中緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)在活塞和缸蓋之間封住一部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。 液壓缸中使用的緩沖裝置的工作原理如圖9所示。最常用的是節(jié)流口可調(diào)式和節(jié)流口變化式兩種。其中，節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置在節(jié)流口調(diào)定后，工作原理上就相當(dāng)于一個(gè)單孔口式的緩沖裝置。 表3示節(jié)流口可調(diào)式和節(jié)流口變化式兩種緩沖裝置的主要性能。 圖9 液壓缸的緩

55、沖裝置原理 采用螺母連接的緩沖裝置。螺母根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選用GB175-86 M36的螺母。 10、排氣裝置 液壓系統(tǒng)在安裝過程中或長時(shí)間停止工作之后會(huì)滲入空氣，油中也會(huì)混入空氣，由于氣體具有較大的可壓縮性，將使油缸工作中產(chǎn)生振動(dòng)、顫抖和爬行，并伴隨有噪聲和發(fā)熱等系列不正?，F(xiàn)象。因此在設(shè)計(jì)油缸結(jié)構(gòu)時(shí)，要保證能及時(shí)排除積聚在缸內(nèi)的氣體。 一般利用空氣比重較油輕的特點(diǎn)，在油缸內(nèi)腔的最高部位設(shè)置進(jìn)出油口或?qū)ｉT的排氣裝置如排氣螺釘、排氣閥等，使積聚于缸內(nèi)的氣體排出缸外。 圖2 排氣裝置的形式 排氣裝置的形式和結(jié)構(gòu)見圖2，一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞（圖c、e）由螺紋

56、與缸筒或端蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出并經(jīng)斜孔排出缸外。這種排氣裝置簡單方便，但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，會(huì)造成外泄漏。組合排氣塞一般由螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動(dòng)下脫離密封面而排出空氣。錐閥可以采用圖a所示的錐面密封，也可以采用圖b所示的錐面密封，還可以采用圖g所示的鋼珠密封。后兩種排氣密封形式對高壓缸比較適用。 選用圖C形式的排氣閥。根基機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表20-6-23選M12的排氣閥。 11、耳環(huán)和鉸軸 耳環(huán)和鉸軸是液壓缸的安裝連接零件，見圖3，液壓缸的全部出力和負(fù)載重力 全靠耳環(huán)或鉸軸承載或傳

57、遞，所以要保證其有足夠的強(qiáng)度。 圖3 耳環(huán)和鉸軸的形式 a）不帶襯套單耳環(huán) b）帶襯套單耳環(huán) c）球鉸形單耳環(huán) d）、e）、f）鉸軸 一般情況下，不帶襯套的單耳環(huán)尺寸，，；帶襯套的單耳環(huán)尺寸，其余同不帶襯套的；球鉸型單耳環(huán)尺寸，，，鉸軸尺寸。 選用帶襯套單耳環(huán)。 12）密封件的選用 （1）對密封件的要求 在液壓元件中，液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊液壓缸，如擺動(dòng)液壓缸等。液壓缸不僅有靜密封，更多的部位是動(dòng)密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度的適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)

58、械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝拆，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。密封件一般以斷面形狀分類，有O形、Y形、U形、V形和Yx形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。 （2）O形密封圈的選用 液壓缸的靜密封部位主要有活塞內(nèi)孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內(nèi)孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。 （3）動(dòng)密封部位密封圈的選用 由于O型密封圈用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)存在起動(dòng)阻力大的缺點(diǎn)，所以用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金屬密封圈。 液壓缸動(dòng)密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支撐座（或?qū)蛱祝┑拿芊獾取? 活塞環(huán)是具有彈性的金屬

59、密封圈，摩擦阻力小，耐高溫，使用壽命長，但密封性能差，內(nèi)泄漏量大，而且工藝復(fù)雜，造價(jià)高。對內(nèi)泄漏量要求不嚴(yán)而要求耐高溫的液壓缸，使用這種密封圈較合適。 V形圈的密封效果一般，密封壓力通過壓圈可以調(diào)節(jié)，但摩擦阻力大，溫升嚴(yán)重。因其是成組使用，模具多，也不經(jīng)濟(jì)。對于運(yùn)動(dòng)速度不高、出力大的大直徑液壓缸，用這種密封圈較好。 U形圈雖是唇形密封圈，但安裝時(shí)需用支撐環(huán)壓住，否則就容易卷唇，而且只能在工作壓力低于10MPa時(shí)使用，對壓力高的液壓缸不適用。 比較而言，能保證密封效果，摩擦阻力小，安裝方便，制造簡單經(jīng)濟(jì)的密封圈就屬0型密封圈了，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選用GB97.1-85的0型密封圈。 防塵圈

60、根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表10-4-24選用GB/T10708.3-1989的防塵圈。 13、液壓缸的聯(lián)接計(jì)算 （1）、 缸蓋聯(lián)接計(jì)算 螺栓聯(lián)接的計(jì)算 缸體與缸蓋采用螺栓聯(lián)接時(shí)，螺紋處拉應(yīng)力為 螺紋處的切應(yīng)力為 合成應(yīng)力為 式中 Z---螺栓數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得：K=1.5， K1=0.12，d0=16mm,d1=14mm; 已知F=66.84KN Z=4； 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =101.37MPa 合應(yīng)力為 n=131.77MPa （2）、活塞

61、與活塞桿的聯(lián)接計(jì)算 活塞與活塞桿采用螺紋聯(lián)接時(shí)，活塞桿危險(xiǎn)截面（螺紋退刀槽）處的拉應(yīng)力為 切應(yīng)力為 合成應(yīng)力為 式中 ---液壓缸輸出拉力（N） d---活塞桿直徑（m） ---活塞桿材料的許用應(yīng)力（Pa） 已知： K=1.5, F1=55.0KN, d0=16mm,d1=14mm; 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =536.2MPa 合應(yīng)力為 n=697.1MPa ； 14、活塞桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 液壓缸承受軸向壓縮載荷時(shí)，當(dāng)活塞桿直徑d與活塞桿的計(jì)算長度l之比大于10時(shí)，應(yīng)校

62、核活塞桿的縱向抗彎強(qiáng)度或穩(wěn)定性。 （1） 、無偏心載荷 由材料力學(xué)知，受壓細(xì)長桿，當(dāng)載荷力接近某一臨界值時(shí)，桿將產(chǎn)生縱向彎曲。且其撓度值隨壓縮載荷的增加而急劇增大，以至屈曲破壞。 對于沒有偏心載荷的細(xì)長桿，其縱向彎曲強(qiáng)度的臨界值，可按等截面法和非等截面法計(jì)算。 等截面計(jì)算法： 當(dāng)細(xì)長比時(shí)，可按歐拉公式計(jì)算臨界載荷。此時(shí) 式中 ---活塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷（N） n---末端條件系數(shù) E---活塞桿材料的彈性模量，對于鋼，取為 J---活塞桿截面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（） 實(shí)心活塞桿

63、 d---活塞桿直徑（m） l---活塞桿計(jì)算長度，即活塞桿在最大伸出時(shí)，活塞桿端支點(diǎn)和液壓缸安裝點(diǎn)間的距離（m） k---活塞桿斷面的回轉(zhuǎn)半徑（m） 實(shí)心活塞桿 A---活塞桿截面積（）I 實(shí)心活塞桿 m---柔性系數(shù) 若活塞桿為實(shí)心桿，并用鋼鐵材料制造時(shí)，上式可以簡化為 已知： ；l=2.5m ； 按公式代入數(shù)據(jù)，求得

64、 E=0.01125m Pk=669.22KN ； 根據(jù)上述計(jì)算與液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件選型手冊結(jié)合選用HSGF*-121/100AE-EZ1型的工程液壓缸。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示： 其Pro/E三維圖如附圖所示。 第四章液壓元器件的選擇 4.1選擇液壓泵 液壓泵的流量Q=59.0L/min 根據(jù)排量計(jì)算式： q=Q80%nD nD——— 發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 2200r/min 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：q=27ml/r 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表20-5-43【3】選用XBN-

65、F40型斜盤式軸向柱塞泵。 4.2 計(jì)算工作系統(tǒng)的流量、工作壓力和循環(huán)周期時(shí)間 表4.1 工作泵理論輸出流量（L/min） 油路壓力損失 （MP） 工作泵出口壓力（MP） Qp P=+ 單泵 雙泵 單泵 雙泵 單泵 雙泵 動(dòng)臂提升 59 118 0.6 0.6 17.4 17.4 動(dòng)臂下降 59 118 0.6 0.6 17.4 17.4 動(dòng)臂停止 59 118 0 0 16.8 16.8 工作泵實(shí)際輸出流量L/min 液壓缸運(yùn)動(dòng)速度（m/s） 液壓缸工作行程（m） 動(dòng)作持續(xù)時(shí)間（s

66、） Qp’=Qp（1-） V= S t 單泵 雙泵 單泵 雙泵 單泵 雙泵 單泵 雙泵 52.6 105.2 0.11 0.22 0.7 0.7 6.4 3.2 52.6 105.2 0.16 0.32 0.7 0.7 4.4 2.2 52.8 105.6 0 0 0 0 0 0 4.3選擇液壓控制元件 經(jīng)換向閥的最大流量是在動(dòng)臂提升時(shí)的排油流量： Qmax=Qp A1=0.00789m2， A2=0.00539m2， Qp=118L/min 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：Qmax=173 L/min 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選用各液壓控制元件有： 先導(dǎo)式溢流閥：BT-06-※-32 電磁換向閥：4WE66/AG24Z4 夜空單向閥：GRT-06-※-50 4.4 選擇液壓輔助元件 4.4.1.計(jì)算油箱容積 油箱的有效容積為90L。油箱部分的長、寬、高尺寸為：abc=2m1.5m0,3m，油面的高度為0.24m，則油面高與油箱高之比為：0.8