6.5t履帶式單斗液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、目 錄 摘要 I Abstract II 引 言 - 1 - 1 液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 - 2 - 1.1 液壓挖掘機(jī)的工況 - 2 - 1.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 - 7 - 1.3 液壓系統(tǒng)基本回路的分析 - 8 - 1.4 液壓系統(tǒng)原理圖及總體方案的制定 - 11 - 2 工作裝置油缸缸徑及其線性尺寸的確定 - 13 - 2.1 反鏟工作裝置總體方案的選擇 - 13 - 2.2 挖掘機(jī)原始參數(shù) - 14 - 2.3 鏟斗主參數(shù)初選 - 14 - 2.4 動(dòng)臂液壓缸行程及其鉸點(diǎn)位置的計(jì)算 - 14 - 2

2、.5 斗桿液壓缸行程及其鉸點(diǎn)位置的計(jì)算 - 18 - 2.6 鏟斗液壓缸行程及鏟斗連桿機(jī)構(gòu)形式及尺寸的計(jì)算 - 19 - 2.7 閉鎖力的驗(yàn)算及油缸缸徑最終的確定 - 20 - 3 回轉(zhuǎn)、行走機(jī)構(gòu)主參數(shù)的確定和液壓馬達(dá)的選定 - 33 - 3.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式及基本要求 - 33 - 3.2 轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及回轉(zhuǎn)啟動(dòng)制動(dòng)力矩的計(jì)算 - 34 - 3.3 轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角范圍及最佳轉(zhuǎn)速的確定 - 35 - 3.4 液壓馬達(dá)的計(jì)算選定 - 36 - 3.5 行走裝置的構(gòu)造 - 38 - 3.6 行走液壓馬達(dá)的計(jì)算選擇 - 39 - 3.7 行走裝置原地轉(zhuǎn)彎

3、能力及爬坡能力的校核 - 42 - 4 主泵、發(fā)動(dòng)機(jī)和多路閥組的選型 - 44 - 4.1 液壓系統(tǒng)變量形式的分析 - 44 - 4.2 液壓系統(tǒng)主參數(shù)的計(jì)算 - 45 - 4.3 主泵的選定 - 46 - 4.4 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 - 46 - 4.5 多路閥組的選型 - 47 - 5 先導(dǎo)控制回路及先導(dǎo)閥的選用 - 49 - 5.1 導(dǎo)操縱的必要性 - 49 - 5.2 先導(dǎo)閥的選用 - 49 - 5.3 輔助油泵及馬達(dá) - 52 - 6 其它輔件的計(jì)算和選擇 - 55 - 6.1 管路的選擇 - 55 - 6.2 蓄能器的選

4、擇 - 57 - 6.3 慮油器的選擇 - 58 - 6.4 其它換向閥的選擇 - 59 - 6.5 油箱容量的初算 - 60 - 7 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 61 - 7.1 缸筒的受力計(jì)算 - 61 - 7.2 活塞桿穩(wěn)定性的計(jì)算 - 64 - 7.3 活塞的結(jié)構(gòu)及于活塞桿的連接 - 65 - 7.4 活塞桿的導(dǎo)向套、密封和防塵 - 65 - 7.5 緩沖裝置的計(jì)算 - 66 - 7.6 排氣閥和油口的布置 - 66 - 8 理論生產(chǎn)率的概念及計(jì)算 - 68 - 8.1 理論生產(chǎn)率的概念 - 68 - 8.2 理論生產(chǎn)率的計(jì)算 - 68 -

5、 9 油液系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 - 73 - 9.1 液壓系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算 - 73 - 9.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 - 74 - 設(shè)計(jì)總結(jié) - 78 - 參考文獻(xiàn) - 79 - 致謝 - 80 - 摘要 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是小型挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所采用的挖掘機(jī)的類型為履帶式單斗反鏟液壓挖掘機(jī)。本設(shè)計(jì)主要采用比擬法、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法和按標(biāo)準(zhǔn)選定法來確定液壓挖掘機(jī)主參數(shù)，屬于常規(guī)設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)從總體上可分為四大部分： （1） 確定反鏟工作裝置的總體方案，之后對(duì)挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算并對(duì)液壓缸在三種危險(xiǎn)工況下進(jìn)行閉鎖力的校

6、核，保證其有足夠的挖掘力和作業(yè)安全性。 （2） 確定挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)總體方案，之后根據(jù)系統(tǒng)原理圖對(duì)液壓系統(tǒng)元件進(jìn)行計(jì)算選擇。 （3） 在最終選定液壓缸和各液壓元件后，完成了動(dòng)臂液壓缸的設(shè)計(jì)、挖掘機(jī)的理論生產(chǎn)率計(jì)算和液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算。為了提高作業(yè)生產(chǎn)率，在液壓油路設(shè)計(jì)時(shí)，滿足動(dòng)臂、鏟斗、斗桿的油路均可以實(shí)現(xiàn)雙泵合流供油，大大提高了作業(yè)生產(chǎn)率。 （4） 運(yùn)用CAD軟件繪制了液壓系統(tǒng)原理圖，油缸零件圖，油缸裝配圖和小型挖掘機(jī)的工裝布管圖。最后通過驗(yàn)算證明了本設(shè)計(jì)的可行性。 在設(shè)計(jì)的過程中不僅要遵循液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，還要充分考慮“三化”的要求，保證挖掘機(jī)能夠滿足本設(shè)計(jì)原始參數(shù)的要求。

7、關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)；液壓系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；元件選擇；驗(yàn)算 Hydraulic System Design of Crawler Hydraulic Excavator 6.5t Abstract The design of the main contents is the hydraulic system design of Mini excavator, the excavator of the type used for single-tracked hydraulic excavator backhoe bucke

8、t.The main design methods of this design are simulation method,empirical formula method and selected by standard methods,which are used to determine the main parameters of the hydraulic excava -tor. It belongs to the conventional design. This design in general can be divided into four parts:

9、 (1) Determine the overall scheme of the backhoe working device,and then calculate the size of structure of working device of excavator and check the locking force in three kinds of dangerous working conditions,ensure its job security. (2) Determine the overall scheme of excavator hydraulic

10、system,and then calculate and select hydraulic system components according to the system principle diagram (3) In the final selection of the hydraulic cylinder and the hydraulic components, complete the boom cylinder design, theory of the excavator productivity calculation and the checking of the

11、hydraulic system performance. In order to improve operational productivity, in the hydraulic circuit design, meet the hydraulic circuit of boom, bucket, the bucket rod can achieve double pump confluence to be oiled. Greatly improve the operating productivity. (4) using CAD software to draw the sche

12、matic diagram of the hydraulic system, cylinder parts diagram, cylinder assembly drawings and the small excavator tooling pipe layout drawing . Finally, checking proved the feasibility of the design. During the design , not only follow the designing principle of hydraulic system but also consider t

13、he three types regulation .ensure excavator to meet the design requirements of the original parameters. Keywords: Hydraulic excavator; Hydraulic circuit; Design; Component selection; Checking computations 引 言 單斗液壓挖掘機(jī)是一種重要的工程機(jī)械，廣泛應(yīng)用在房屋建筑，道路工程，水利建設(shè)，農(nóng)田開發(fā)，港口建設(shè)，

14、國防公事等的土方施工機(jī)械和礦山采掘工業(yè)中，對(duì)減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量，加快建設(shè)速度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起到巨大作用。 單斗挖掘機(jī)分機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩種，本設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)為單斗液壓挖掘機(jī)，整體設(shè)計(jì)主要采用比擬法等常規(guī)設(shè)計(jì)方法。在反鏟方案的選擇上主要依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的使用要求，決定工作裝置為專用裝置。專用裝置根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿足主要作業(yè)條件要求的同時(shí)照顧其它條件下的性能。在確定反鏟方案后，根據(jù)比擬法，經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法等設(shè)計(jì)方法和任務(wù)書上的相關(guān)數(shù)據(jù)，確定工作裝置鉸點(diǎn)的幾何位置以及各油缸伸縮長度和缸徑。 在工作裝置設(shè)計(jì)的上，油缸閉鎖力的驗(yàn)算是一個(gè)重要計(jì)算過程，油缸閉鎖壓力的確定依據(jù)

15、是：在保護(hù)元件的同時(shí)能保證在主要挖掘工況下油缸不發(fā)生被動(dòng)拉長或回縮的現(xiàn)象，即在主要挖掘區(qū)內(nèi)保證主動(dòng)液壓缸充分發(fā)揮其最大作用力的條件下，調(diào)節(jié)被動(dòng)液壓缸的閉鎖壓力，避免回路產(chǎn)生過大的壓力，使其對(duì)元件能起到有效的保護(hù)作用，使油缸閉鎖力能通過調(diào)節(jié)限壓閥來滿足各主要工況下的工作要求。對(duì)于高壓系統(tǒng)限壓閥的設(shè)定壓力一般不超過系統(tǒng)壓力的25%，對(duì)于中高壓限壓閥的調(diào)定壓力可以提高到25%以上。 在完成工裝的鉸點(diǎn)的選擇和閉鎖力的驗(yàn)算之后，開始本設(shè)計(jì)的另一塊主要設(shè)計(jì)——液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)是能量轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)，通過它把發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，然后再把液壓能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)工作裝置、行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置和其他輔助

16、裝置的機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動(dòng)作。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主參數(shù)、回轉(zhuǎn)馬達(dá)的選擇，行走裝置及行走馬達(dá)，主泵，多路閥組等的選擇。液壓系統(tǒng)各元件的選擇，主要依據(jù)工作系統(tǒng)壓力及各相關(guān)系統(tǒng)的流量、轉(zhuǎn)矩和速度來查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來確定。 1 液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 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)地連接起來就組成一個(gè)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)。它是以油液為工作介質(zhì)、利用液壓泵及液壓元件將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動(dòng)作。 1.1 液壓挖掘機(jī)的工況 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括以下幾個(gè)動(dòng)作

17、(如圖1.1 所示):動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以及其它輔助動(dòng)作。除了輔助動(dòng)作(例如整機(jī)轉(zhuǎn)向等)不需全功率驅(qū)動(dòng)以外，其它都是液壓挖掘機(jī)的主要?jiǎng)幼鳎紤]全功率驅(qū)動(dòng)[1]。 由于液壓挖掘機(jī)的作業(yè)對(duì)象和工作條件變化較大，主機(jī)的工作有兩項(xiàng)特殊要求:(1)實(shí)現(xiàn)各種主要?jiǎng)幼鲿r(shí)，阻力與作業(yè)速度隨時(shí)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(dòng)機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，工作過程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)幼?例如動(dòng)臂提升與回轉(zhuǎn))同時(shí)進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作[1]。 液壓挖掘機(jī)一個(gè)作業(yè)循環(huán)的組成和動(dòng)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

18、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(dòng)作，必要時(shí)，配以動(dòng)臂動(dòng)作。 1、動(dòng)臂升降 2、斗桿收放 3、鏟斗裝卸 4 、平臺(tái)臺(tái)回轉(zhuǎn) 5、整機(jī)行走 圖1.1 液壓挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)圖 (2) 滿斗舉升回轉(zhuǎn):挖掘結(jié)束，動(dòng)臂液壓缸將動(dòng)臂頂起，滿斗提升，同時(shí)回轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。 (3) 卸載:轉(zhuǎn)到卸土點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，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(dòng)臂液壓缸的配合，此時(shí)是斗桿和鏟斗的復(fù)合動(dòng)作，間以動(dòng)臂動(dòng)作。 (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

19、桿液壓缸配合，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。 1.1.1 挖掘工況分析 挖掘過程中主要以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別單獨(dú)進(jìn)行挖掘，或者兩者復(fù)合動(dòng)作，必要時(shí)配以動(dòng)臂液壓缸的動(dòng)作[1]。 一般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)，如圖1.2，1.3所示。此時(shí)斗桿收回，動(dòng)臂抬起，希望斗桿和動(dòng)臂分別由獨(dú)立的油泵供油，以保證彼此動(dòng)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(dòng)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(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，如圖1.4

20、,1.5所示。 圖1.2 斗尖沿直線平整土地圖 圖1.3 斗尖沿直線切削斜坡圖 圖1.4 鏟斗底壓整地面圖　　　　　 　　圖1.5 鏟斗底保持一定角度切削圖 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。下面以三泵系統(tǒng)為例，來說明復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)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(tái)轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作[1]。 當(dāng)斗桿和鏟斗復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)，供油情況如圖1.6a 所示。當(dāng)斗桿油壓接近溢流閥的壓力時(shí)，原來溢流的

21、油液此時(shí)供給鏟斗有效利用;當(dāng)鏟斗和動(dòng)臂復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)，由于動(dòng)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1.6b 所示。 圖1.6 三泵供油系統(tǒng)示意圖 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)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。 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

22、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(shí)向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗 桿供油，兩者復(fù)合動(dòng)作，如圖1.7所示?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿收縮同時(shí)動(dòng)作，由同一個(gè)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。 圖1.7 馬達(dá)與油缸復(fù)合動(dòng)作示意圖 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，

23、希望液壓系統(tǒng)能暫時(shí)增壓，能提高主壓力閥的壓力[1]。 1.1.2 滿斗舉升回斗工況分析 挖掘結(jié)束后，動(dòng)臂油缸將動(dòng)臂頂起，滿斗舉升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸載處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)作。動(dòng)臂抬升和回轉(zhuǎn)馬達(dá)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，要求二者在速度上匹配，即回轉(zhuǎn)到指定卸載位置時(shí)，動(dòng)臂和鏟斗自動(dòng)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(duì)自卸車的位置而變，因此動(dòng)臂提升速度和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)速度的相對(duì)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(dòng)臂的提升速度慢些。 在雙泵系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)，由于慣性較大，油壓會(huì)升得很高，有可能從溢流閥溢流，此時(shí)應(yīng)該將溢流的油供

24、給動(dòng)臂，如圖1.8a 所示。在回轉(zhuǎn)和動(dòng)臂提升的同時(shí)，斗桿要外放，有時(shí)還需要對(duì)鏟斗進(jìn)行調(diào)整。這時(shí)是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作[1]。 由于滿斗提升時(shí)動(dòng)臂油缸壓力高，導(dǎo)致變量泵流量減小，為了使動(dòng)臂提升和回轉(zhuǎn)、斗桿外放相互配合動(dòng)作，由一個(gè)油泵專門向動(dòng)臂油缸供油，另一個(gè)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(dòng)臂，如圖1.8b 所示。但是由于動(dòng)臂提升時(shí)油壓較高，單向閥大部分時(shí)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1.8c 所示。各個(gè)油泵分別向一個(gè)液壓作用元件供油，復(fù)合動(dòng)作時(shí)無相互干擾。

25、 圖1.8 回轉(zhuǎn)舉升供油情況 1.1.3. 卸載工況分析 回轉(zhuǎn)至卸載位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，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?jiǎng)颖叟浜蟿?dòng)作。卸載時(shí)，主要是斗桿和鏟斗復(fù)合動(dòng)作，間以動(dòng)臂動(dòng)作。 1.1.4 空斗返回工況分析 當(dāng)卸載結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，同時(shí)動(dòng)臂油缸和斗桿油缸相互配合動(dòng)作，把空斗放在新的挖掘點(diǎn)。此工況是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂和斗桿復(fù)合動(dòng)作。由于動(dòng)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(gè)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(dòng)臂，少部分油經(jīng)節(jié)流閥供給斗桿，如圖1.9所示。

26、 圖1.9 空斗返回供油情況 發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)油泵供油量小，為防止動(dòng)臂因重力作用迅速下降和動(dòng)臂油缸產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，可采用動(dòng)臂下降再生補(bǔ)油回路，利用重力將動(dòng)臂油缸無桿腔的油供至有桿腔。 1.1.5 行走時(shí)復(fù)合動(dòng)作 在行走的過程有可能要求對(duì)作業(yè)裝置液壓元件(如回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗)進(jìn)行調(diào)整。在雙泵系統(tǒng)中，一個(gè)油泵為左行走馬達(dá)供油、另一個(gè)油泵為右行走馬達(dá)供油，此時(shí)如果某一液壓元件動(dòng)作，使某一油泵分流供油，就會(huì)造成一側(cè)行走速度降低，影響直線行駛

27、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(shí)，行駛偏斜會(huì)造成事故[1]。 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(gè)油泵單獨(dú)供油，另一個(gè)油泵向其它液壓作用元件(如動(dòng)臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn))供油，如圖1.10a 所示。對(duì)于雙泵系統(tǒng)，目前采用以下供油方式:①一個(gè)油泵并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)供油，另一個(gè)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1.10b 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(shí)供油，如圖1.10c 所示。 圖1.10 行走復(fù)合動(dòng)作時(shí)的幾種供油情況 1.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 液壓挖掘機(jī)

28、的動(dòng)作繁復(fù)，且具有多種機(jī)構(gòu)，如行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機(jī)械。這些主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)、換向，外負(fù)載變化很大，沖擊和振動(dòng)多，因此挖掘機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)提出了很高的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足以下要求[1]: 1.2.1 動(dòng)力性要求 所謂動(dòng)力性要求，就是在保證發(fā)動(dòng)機(jī)不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率。尤其是當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的良好匹配，盡量提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。例如，當(dāng)外負(fù)載較小時(shí)，往往希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。雙泵液壓系統(tǒng)中就常常采用合流的方式來提高發(fā)動(dòng)

29、機(jī)的功率利用率。 1.2.2 操縱性要求 (1) 調(diào)速性要求 挖掘機(jī)對(duì)調(diào)速操縱控制性能的要求很高，如何按照駕駛員的操縱意圖方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)速操縱控制，對(duì)各個(gè)執(zhí)行元件的調(diào)速操縱是否穩(wěn)定可靠，成為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分重要的一方面。挖掘機(jī)在工作過程中作業(yè)阻力變化大，各種不同的作業(yè)工況要求功率變化大，因此要求對(duì)各個(gè)執(zhí)行元件的調(diào)速性要好。 (2) 復(fù)合操縱性要求 挖掘機(jī)在作業(yè)過程中需要各個(gè)執(zhí)行元件單獨(dú)動(dòng)作，但是在更多情況下要求各個(gè)執(zhí)行元件能夠相互配合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的復(fù)合動(dòng)作，因此如何實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行元件的復(fù)合動(dòng)作也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。 當(dāng)多執(zhí)行元件共同動(dòng)作時(shí)，要求其相互間不千涉，能夠合理

30、分配共同動(dòng)作時(shí)各個(gè)執(zhí)行元件的流盤，實(shí)現(xiàn)理想的復(fù)合動(dòng)作。尤其對(duì)行走機(jī)構(gòu)來說，左、右行走馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)作問題，即直線行駛性也是設(shè)計(jì)中需要考慮的重要一方面。如果挖掘機(jī)在行使過程中由于液壓泵的油分流供應(yīng)，導(dǎo)致一側(cè)行走馬達(dá)速度降低，形成挖掘機(jī)意外跑偏，很容易發(fā)生事故。 另外，當(dāng)多執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，各個(gè)操縱閥都在大開度下工作，往往會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)總流量需求超過油泵的最大供油流量，這樣高壓執(zhí)行元件就會(huì)因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)動(dòng)作速度降低，甚至不動(dòng)的現(xiàn)象。因此，如何協(xié)調(diào)多執(zhí)行元件復(fù)合動(dòng)作時(shí)的流量供應(yīng)問題也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要考慮的。 1.2.3 節(jié)能性要求 挖掘機(jī)工作時(shí)間長，能量消耗大，要求液

31、壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個(gè)執(zhí)行元件和管路的能耗，因此在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。當(dāng)對(duì)各個(gè)執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時(shí)必然會(huì)導(dǎo)致一部分流量損失掉。系統(tǒng)要求此部分的能量損失盡量小;當(dāng)挖掘機(jī)處于空載不工作的狀態(tài)下，如何降低泵的輸出流量，降低空載回油的壓力，也是降低能耗的關(guān)鍵[1]。 1.2.4 安全性要求 挖掘機(jī)的工作條件惡劣，載荷變化和沖擊振動(dòng)大，對(duì)于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過載保護(hù)措施，防止油泵過載和因外負(fù)載沖擊對(duì)各個(gè)液壓作用元件的損傷?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動(dòng)和限速；防止動(dòng)臂因自重而快帶下降和整機(jī)超速溜坡。 1.2.5 其它性能要求

32、 實(shí)現(xiàn)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，降低挖掘機(jī)的制造成本；液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件惡劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性；由于挖掘機(jī)在城市建設(shè)施工中應(yīng)用越來越多，因此要不斷提高挖掘機(jī)的作業(yè)性能，降低振動(dòng)和噪聲，重視其作業(yè)中的環(huán)保性[1]。 1.3 液壓系統(tǒng)基本回路的分析 多復(fù)雜的液壓系統(tǒng)都是由若干個(gè)簡單的基本回路組成。基本回路是由一個(gè)或者幾個(gè)液壓元件組成、能夠完成特定的單一功能的典型回路。單斗液壓挖掘機(jī)根據(jù)工作的需要，可以采用若干個(gè)基本回路，組成完整的液壓系統(tǒng)。 1.3.1 限壓回路 限壓回路用來限制系統(tǒng)壓力或?qū)⑾到y(tǒng)某一部分的壓力控制在一定的范圍內(nèi)，以保護(hù)系統(tǒng)和元件不受損壞。

33、常見的限壓閥有溢流閥、減壓閥、順序閥等。 單斗液壓挖掘機(jī)通常在主泵出口設(shè)置限壓（安全閥）以限制系統(tǒng)的最高壓力。此外，還在某些元件的進(jìn)、出油口設(shè)置限壓閥以限制其閉鎖壓力。一般情況下，高壓系統(tǒng)限壓閥的調(diào)定壓力不超過系統(tǒng)壓力的25%，中高壓系統(tǒng)限壓閥的調(diào)定壓力可以調(diào)高到25% 以上。工作裝置限壓回路如圖1.11所示。

34、 圖1.11 工作裝置的限壓回路 1-換向閥；2、3-限壓閥；4-動(dòng)臂液壓缸 1.3.2 卸荷回路 卸荷回路是在挖掘機(jī)不工作時(shí)，使液壓泵盡可能以最低功率消耗進(jìn)行空轉(zhuǎn)而不是溢流回油，以減少功率損失。 常采用液壓泵以最低壓力進(jìn)行空轉(zhuǎn)的卸荷方式，根據(jù)回路組合形式，有換向閥中位卸荷如圖1.12a所示和穿越換向閥卸荷如圖1.12b所示。

35、 （a）換向閥中位卸荷回路 （b）穿越換向閥卸荷回路 圖1.12 卸荷回路 1.3.3 緩沖補(bǔ)油回路 在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回路上設(shè)置緩沖補(bǔ)油裝置的目的是消除制動(dòng)時(shí)給回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)沖擊并避免馬達(dá)的吸空現(xiàn)象。一般情況下，緩沖限壓閥同時(shí)也起到了對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)作用，其調(diào)定壓力取決于上部轉(zhuǎn)臺(tái)的制動(dòng)力矩，如圖1.13所示。

36、1-高壓回路；2-低壓回路；3、4-緩沖限壓閥；5、6、8、9-單向補(bǔ)油閥;7-換向閥 圖1.13 緩沖補(bǔ)油回路 1.3.4 節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路 節(jié)流調(diào)速的方法是通過改變油液的通流面積改變進(jìn)入執(zhí)行元件的流量，從而改變執(zhí)行元件的動(dòng)作速度，該調(diào)速方式常用于定量系統(tǒng)如圖1.14所示?；赜凸?jié)流調(diào)速比進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的熱平衡效果好，調(diào)速性能也比較穩(wěn)定。 a）進(jìn)油節(jié)流調(diào)速 b）回油節(jié)流調(diào)速 圖1.15 工作裝置的單向節(jié)流回路

37、 圖1.14 節(jié)流限速回路 節(jié)流限速的目的是為了限制某些工作裝置的速度過快而發(fā)生事故，其原理與節(jié)流調(diào)速相同。該方式常用于防止動(dòng)臂、斗桿快速下降的回路上，如圖1.14所示。 1.3.5 行走限速補(bǔ)油回路 行走限速補(bǔ)油的目的是防止挖掘機(jī)下坡時(shí)發(fā)生超速溜坡事故。它通過限制行走馬達(dá)的出油起作用，并對(duì)行走馬達(dá)的進(jìn)油腔進(jìn)行補(bǔ)油以防止吸空現(xiàn)象。 1- 換向閥；2、3-壓力閥； 4、5、6、7 -單向閥； 8、9-安全閥；10-行走馬達(dá) 圖1.16 限速補(bǔ)油回路 當(dāng)換向閥打在I位時(shí)，右路進(jìn)油，壓力油進(jìn)單向閥5驅(qū)動(dòng)馬達(dá)10，同時(shí)，壓力油推動(dòng)壓力閥2，接

38、通回油路。當(dāng)發(fā)生超速時(shí)，左路供油不足，壓力閥在彈簧力作用下斷在回油路，達(dá)到限速作用，行走馬達(dá)減速或制動(dòng)，同時(shí)通過單向閥9給左路補(bǔ)油消除馬達(dá)吸空。當(dāng)馬達(dá)遇到巨大阻力時(shí)，右壓力超過安全閥8時(shí)，由安全閥8卸載回油。 1.3.6 輔助回路 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)操縱回路主要是操縱換向閥移位，以改變各個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作方向或速度，這里采用先導(dǎo)控制回路。 1.4 液壓系統(tǒng)原理圖及方案的制定 1.4.1 液壓系統(tǒng)原理圖的制

39、定 (1)在液壓挖掘機(jī)一個(gè)工作循環(huán)中的四種工況：挖掘工況、滿斗舉升回轉(zhuǎn)工況、卸載工況和卸載返回工況進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)每個(gè)工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動(dòng)作后提出初步方案。 (2)根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點(diǎn)，系統(tǒng)地總結(jié)出挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求:動(dòng)力性要求、操縱性要求、節(jié)能性要求、安全性要求和其它性能的要求。 (3)提出一種有效、直觀的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)的步驟。 參照WY60履帶式液壓挖掘機(jī)的系統(tǒng)原理圖[11]，在結(jié)合本次的設(shè)計(jì)要求，將其適當(dāng)?shù)男薷暮?，便可作為本次單斗挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖。 本設(shè)計(jì)的履帶式液壓挖掘機(jī)采用全功率變量系統(tǒng)，先導(dǎo)液壓操縱，分片式多

40、路閥等先進(jìn)結(jié)構(gòu)，操作輕便，使用維護(hù)安全可靠，發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。 履帶式單斗挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖見圖紙ZL01，這個(gè)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是：采用對(duì)流式順序單動(dòng)和并聯(lián)相結(jié)合的主回路；動(dòng)臂、斗桿、鏟斗液壓缸均能雙泵合流；液壓馬達(dá)裝有多功能的液壓制動(dòng)閥；設(shè)有溫升及油污染指示信號(hào)，以便及時(shí)進(jìn)行冷卻和清濾。 1.4.2 液壓系統(tǒng)總體方案的擬定 液壓系統(tǒng)方案的擬定包括確定主回路的結(jié)構(gòu)形式、主要元件的類型、控制方式等。 主回路的結(jié)構(gòu)形式包括主回路油液的循環(huán)方式、基本回路結(jié)構(gòu)形式、調(diào)速方式等，其基本方法是根據(jù)主機(jī)工作特點(diǎn)、負(fù)荷情況及執(zhí)行元件的工作速度等并參考同類機(jī)型確定。 （

41、1） 本設(shè)計(jì)主回路油液循環(huán)方式為開式系統(tǒng)，配有專門的液壓油箱，在系統(tǒng)散熱、過濾雜質(zhì)等方面存在優(yōu)勢。 （2） 本設(shè)計(jì)工作主泵采用變量液壓泵，使系統(tǒng)供油量按照外載荷大小自動(dòng)改變。 （3） 為滿足各執(zhí)行元件的具體要求，同時(shí)也為了保證系統(tǒng)及元件的安全可靠性，必須對(duì)執(zhí)行元件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度和壓力控制。因此需要設(shè)置必要的基本回路。本設(shè)計(jì)的基本回路有調(diào)速回路、限壓回路、卸荷回路、緩沖補(bǔ)油回路、順序動(dòng)作回路、液壓閉鎖回路等。 （4） 本設(shè)計(jì)在操作控制方式上采用液壓先導(dǎo)控制系統(tǒng)。運(yùn)用減壓式先導(dǎo)操縱回路來控制多路閥的換向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的控制。 （5） 確定主要液壓元件的類型。本設(shè)計(jì)主要對(duì)回轉(zhuǎn)馬

42、達(dá)、行走馬達(dá)、主泵、發(fā)動(dòng)機(jī)、多路閥組、減壓式先導(dǎo)閥、輔助油泵及馬達(dá)、液壓輔件等液壓元件進(jìn)行選擇。 2 工作裝置油缸缸徑及其線性尺寸的確定 2.1 反鏟工作裝置總體方案的選擇 1、 動(dòng)臂及動(dòng)臂缸的布置。 確定用組合式或整體式動(dòng)臂，以及組合式動(dòng)臂的組合方式，整體式動(dòng)臂的形狀，確定液壓缸的布置為懸掛式或?yàn)橄轮檬健? 2、斗桿和斗桿的布置。 確定整體式或組合式斗桿，以及組合式動(dòng)臂的組合方式或整體式斗桿是否采用變節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)。 3、確定動(dòng)臂與斗桿的長度比，特性參數(shù) 4、確定配套鏟斗的種類。 斗容量及主要參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比是否需要調(diào)節(jié)。 5、根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力、流量、系統(tǒng)

43、回路供油方式，工廠制造條件和三化的要求等確定各液壓缸的缸數(shù)、缸徑、全伸長與全縮長之比λ。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，確定采用下置式動(dòng)臂缸，整體式彎動(dòng)臂，整體式直斗桿。 圖2.1 工作裝置結(jié)構(gòu)簡圖 2.2 挖掘機(jī)原始參數(shù) 整機(jī)重量 G=6.5t 鏟斗最大挖掘力 44KN 斗桿最大挖掘力36KN 平臺(tái)回轉(zhuǎn)速度 0—11.5rpm 行駛速度 I檔 0—2.7 II檔0—5.2 最大挖掘半徑 6320mm 最大挖掘深度 4170mm

44、工作油路系統(tǒng)壓力24Mpa 最大挖掘高度 7050mm 最大卸載高度 5160mm 回轉(zhuǎn)油路系統(tǒng)壓力20Mpa 行走裝置油路系統(tǒng)壓力20Mpa 標(biāo)準(zhǔn)斗容量 0.3m3 2.3 鏟斗主參數(shù)初選[2] (2.1) 式中：—標(biāo)準(zhǔn)斗容量，； —平均斗寬，查表3-4[2]由差值法，得B=0.8m； —轉(zhuǎn)斗半徑； —土壤松散系數(shù)，取1.25； —挖掘裝滿角，=900～1000，初選=950。

45、 代入數(shù)據(jù)，得：==0.95m 。 ， 取=333mm。 一般的，初選=1000。 圖2.2 鏟斗結(jié)構(gòu)簡圖 2.4 動(dòng)臂液壓缸行程及其鉸點(diǎn)位置的計(jì)算 2.4.1 確定動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C的位置[1] 表2.1 尺寸參數(shù) 名 稱 代 號(hào) 推薦值 范 圍 臂鉸離回轉(zhuǎn)中心 0.15 0.1～0.2 臂鉸離地高度 0.63 0.

46、6～0.7 臂鉸與液壓缸鉸距 0.30 0.25～0.32 根據(jù)線尺寸參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式： (m) (2.2) 由表2.1及公式（2.2），可計(jì)算出下列參數(shù)： 2.4.2 動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)A的位置[2] 由于本設(shè)計(jì)考慮的是專用反鏟的挖掘機(jī)，要求地面以下挖 掘時(shí)動(dòng)臂液壓缸能有足夠的閉鎖力矩，故動(dòng)臂缸全伸和全縮力 臂之比 ，需驗(yàn)算其在范圍內(nèi)。的取值對(duì)參 數(shù)特性，最大挖掘深度有影響。加大會(huì)使減小 或

47、使增大，這正符合反鏟作業(yè)要求。挖掘機(jī)以反鏟為主時(shí) >，甚至大于，以反鏟為主的通用機(jī)取>，本設(shè) 計(jì)以專用反鏟為主，取=。 圖2.3 動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置簡圖 =475mm =771mm 2.4.3 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)尺寸確定[2] 原始參數(shù)給定最大挖掘半徑， 初選動(dòng)臂與斗桿長度比。 （2.3） 動(dòng)臂俯角可參考同類機(jī)型在范圍內(nèi)選擇，本設(shè)計(jì)取=。 代入數(shù)據(jù)，得：。 動(dòng)臂彎角,初選

48、 在中： (2.4) 式中 ,初=1.3 圖2.4 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡圖 代入數(shù)據(jù)，得：，。 （2.5） 代入數(shù)據(jù)，得： 。 考慮到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素，一般可取，初選1.7。 2.4.4 用混合法作工作裝置的包絡(luò)圖 通過作圖法得，動(dòng)臂與

49、斗桿的最大夾角 。參考同類機(jī)型斗桿的擺角范圍在 之間，本設(shè)計(jì)初取。鏟 斗的轉(zhuǎn)角范圍一般在之間，本設(shè)初 取。據(jù)此畫出包絡(luò)圖如左圖2.5。 由圖測得動(dòng)臂的最大仰角=，動(dòng) 臂 的俯角，故動(dòng)臂的轉(zhuǎn)角范圍為。 故動(dòng)臂在最大仰角時(shí)的，動(dòng) 臂在最大俯角時(shí)的。如圖2.6 所 示： 圖2.5 包絡(luò)圖 2.4.5 動(dòng)臂油缸上鉸點(diǎn)B位置的確定[1] 圖2.6 動(dòng)臂油缸運(yùn)動(dòng)簡圖

50、 經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)算取， （2.6） 代入數(shù)據(jù)，得：,符合條件。 （2.7） 代入數(shù)據(jù)，得：。 >，=1.72> 故符合要求。 mm mm ，查油缸系列行程取。 2.5 斗桿液壓缸行程及其鉸點(diǎn)位置的計(jì)算[2] 根據(jù)任務(wù)書可知

51、，斗桿最大理論挖掘力。根據(jù)樣機(jī)，初選缸徑D2=95mm,系統(tǒng)壓力初選為24Mpa，初步計(jì)算?。? 進(jìn)油壓力損失（包括油缸摩擦損失，節(jié)流損耗）取 回油壓力損失（高壓系統(tǒng)初算時(shí)不計(jì)執(zhí)行元件背壓,節(jié)流損耗）取 ，初選，查工程液壓缸技術(shù)規(guī)格取活塞桿直徑=63mm ，斗桿缸主動(dòng)挖掘力 （2.8） 斗桿挖掘的最小阻力臂 （2.9） —平面內(nèi)斗刃與QV連線的夾角，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)鏟斗，大約為。 代入數(shù)據(jù)，得：=2495mm

52、 （2.10） 代入數(shù)據(jù)，得： 斗桿的擺角在1050~1250之間，初選。 斗桿總行程 （2.11) 代入數(shù)據(jù)，得： 查液壓缸行程系列表取。 ， （2.12) 代入數(shù)據(jù)，得： 確定斗桿液壓缸在動(dòng)臂上鉸點(diǎn)D的位置

53、 （2.13) 代入，得：，合理。 斗桿上角取決于結(jié)構(gòu)因素，并考慮到工作范圍，一般在之間，初選。 在△DEF中，，代入數(shù)據(jù)，可解。 所以，在斗桿液壓缸全縮時(shí)， （2.14) 2.6 鏟斗液壓缸行程及鏟斗連桿機(jī)構(gòu)形式及尺寸的計(jì)算[2] 鏟斗在挖掘過程中的轉(zhuǎn)角大致為，為了滿足開挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求，初選。從包絡(luò)圖中量取知，本設(shè)計(jì)開挖仰角為。 鏟斗液壓缸全伸與全縮的比值應(yīng)當(dāng)在允許的范圍內(nèi)，對(duì)鏟斗機(jī)構(gòu)可取，初選 圖2

54、.7 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由前述已知： 連桿處采用共點(diǎn)連接： 由圖2.7得=S=632mm,鏟斗油缸行程<，查液壓缸標(biāo)準(zhǔn)行程系列表[4]， 取=630mm。 （2.15) 代入數(shù)據(jù)，得： 此時(shí)以M為圓心為半徑畫圓，以M1為圓心為半徑畫圓，兩圓的交點(diǎn)即為G點(diǎn)位置。 由結(jié)構(gòu)確定G點(diǎn)位置，必須保證鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)在全行程中任一瞬時(shí)都不會(huì)被破壞，即保證在任何瞬時(shí)都成立。全行程中機(jī)構(gòu)都不應(yīng)出現(xiàn)死點(diǎn)，且傳動(dòng)角應(yīng)在允許的范圍內(nèi)。在任何瞬間各構(gòu)件之間都

55、不應(yīng)有干涉，碰撞現(xiàn)象。 2.7 閉鎖力的驗(yàn)算及油缸缸徑最終的確定 2.7.1 鏟斗液壓缸內(nèi)徑D3的計(jì)算[2] 已知鏟斗缸的最大挖掘力。斗齒尖相應(yīng)的最大挖掘力出現(xiàn)在處[1]，本設(shè)計(jì)取=，此時(shí)力臂最大，如圖2.8所示 圖2.8 揮最大鏟斗缸挖掘力 由圖可測得： 鏟斗產(chǎn)生最大挖掘力時(shí)鏟斗缸的推力 （2.16） 由原始數(shù)據(jù)知鏟斗最大挖掘力，代入數(shù)據(jù)，得：。 初取鏟斗油缸缸徑，鏟斗缸進(jìn)回油節(jié)流損失

56、分別為。 鏟斗缸所能產(chǎn)生的最大推力 （2.17) 所以 代入數(shù)據(jù)，得：。 因?yàn)?，故鏟斗油缸選擇合適。 2.7.2 不同工況下動(dòng)臂缸舉升力的確定[1] 根據(jù)斗容量、機(jī)重查表2.7[1]，由差值法確定工作裝置各部分重量，如表2.2示 表2.2 6.5t反鏟工作裝置各部分近似質(zhì)量 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 斗容 G1(t) G2(t) G3(t) G4(t) G5(

57、t) G6(t) G7(t) m3 0.2899 0.233 0.11 0.072 0.066 0.022 0.072 0.3 注1）斗內(nèi)土重Gt=(1.6~1.8)q，初選。 工況一：從最大挖掘半徑提起滿斗 圖2.9 動(dòng)臂液壓缸作用力計(jì)算簡圖 表2.3 各作用力的近似力臂值表（mm） 土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂

58、 4755 1647 3937 4755 2671 4436 5044 1014 560 注2）鏟斗內(nèi)物料的重心由于其重心位置難以掌握，因此，假設(shè)其重心位置與鏟斗重心位置重合[2]。 對(duì)C點(diǎn)取矩 （2.18) 代入數(shù)據(jù)，得：。 工況二：從最大挖掘深度處提起滿斗 圖2.10 動(dòng)臂液壓缸作用力計(jì)算簡圖 表2.4 各作用力的近似力臂值表（mm） 土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂 1900 1242 2316 19

59、00 2276 2599 2318 839 397 由有： （2.19) 代入數(shù)據(jù)，得：。 工況三：最大卸載高度時(shí)提起滿載斗 表2.5 各作用力的近似力臂值表（mm） 土 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 力臂 1508 62 571 1508 377 650 1429 0.84 106

60、 圖2.11 動(dòng)臂液壓缸作用力計(jì)算簡圖 由有： （2.20) 代入數(shù)據(jù)，得：。 綜上所述，動(dòng)臂缸最大舉升力。 經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)算，初選動(dòng)臂缸缸徑 ， 查工程液壓缸技術(shù)規(guī)格取活塞桿直徑?；钊麠U較細(xì)，動(dòng)臂在舉升的過程中活塞受壓，在此需對(duì)活塞桿進(jìn)行穩(wěn)定性分析，由于工況一活塞桿全縮，滿足穩(wěn)定性，故只對(duì)工況二和工況三做穩(wěn)定性分析。由于動(dòng)臂油缸采用的是耳環(huán)襯套式結(jié)構(gòu)，所以可以假設(shè)受力完全在軸線上，主要按下式驗(yàn)證： （2.21）

61、 式中：—?jiǎng)颖鄹鬃畲笸屏Γ? 液壓缸的臨界受壓載荷； —安全系數(shù)，一般取2～4,取=4。 活塞桿材料選擇鋼 表2.6 鋼的材料參數(shù) a/ b/ 304 1.12 105 61 活塞桿計(jì)算柔度 （2.22） 式中：長度折算系數(shù)，取決于活塞桿的支撐形式，取1。 活塞桿斷面回轉(zhuǎn)半徑，對(duì)于圓斷面 工況二

62、：由圖2.10測出動(dòng)臂液壓缸的長度,此時(shí)=63.5 當(dāng)<<時(shí)，此時(shí)活塞桿屬于中柔度壓桿，由雅辛斯基公式 （2.23） 代入數(shù)據(jù)，得：。 所以在此工況下活塞桿滿足穩(wěn)定性。 工況三：由圖2.11測出動(dòng)臂液壓缸的長度，此時(shí)=108 當(dāng)>時(shí)，由歐拉公式 （2.24） 式中E—實(shí)際彈性模數(shù)，活塞桿材料選鋼，； —活塞桿橫截面慣性矩

63、，； 代入數(shù)據(jù)，得：。 所以在此工況下活塞桿滿足穩(wěn)定性。 2.7.3 三組油缸缸徑的確定及閉鎖力的驗(yàn)算[1] 表2.7 6.5t反鏟工作裝置各部分近似質(zhì)量 動(dòng)臂 斗桿 鏟斗+土 斗桿缸 鏟斗缸 連桿搖桿 動(dòng)臂缸 斗容 G1(t) G2(t) G3(t) G4(t) G5(t) G6(t) G7(t) m3 0.2899 0.233 0.622 0.072 0.066 0.022 0.072 0.3 ①工況Ⅰ： 動(dòng)臂處于最低位置，

64、斗桿呈垂直狀態(tài)，鏟斗挖掘，其作用力臂為最大。在此工況，鏟斗缸挖掘（主動(dòng)），所計(jì)算的閉鎖力為動(dòng)臂缸和斗桿缸的閉鎖力。 表2.8 各作用力的近似力臂值表（mm） 51 482 128 261 2455 869 2137 2316 2276 1242 839 4115 3701 397 510 圖2.12 液壓缸閉鎖力計(jì)算簡圖

65、 鏟斗缸挖掘力可通過對(duì)Q點(diǎn)的力距平衡方程求得： （2.25) 代入數(shù)據(jù)，得： 從最可能出現(xiàn)不利情況的角度出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其取值為：

66、 。 各力對(duì)F點(diǎn)取距，可得到斗桿液壓缸大腔推力： （2.26) 代入數(shù)據(jù)，得：（大腔閉鎖） 綜上所述，動(dòng)臂小腔閉鎖力不足，為了防止動(dòng)臂缸被動(dòng)伸長，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于動(dòng)臂缸工作壓力，超出的百分比為： 同樣對(duì)動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn)C取矩，求得動(dòng)臂液壓缸大腔的推力： （2.27) 代入數(shù)據(jù)，得：（小腔閉鎖） 由于動(dòng)臂液壓缸大腔的推力為負(fù)，故此時(shí)動(dòng)臂缸小腔受壓為高壓腔。 已選動(dòng)臂缸徑=160mm，活塞桿直徑。進(jìn)回油損失與計(jì)算斗桿缸部分一