履帶式液壓挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計【含說明書+CAD圖紙】

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行走裝置是挖掘機的支柱，承受挖掘機的全部質(zhì)量和挖掘機載荷，提供挖掘機行走、轉(zhuǎn)彎和爬坡的能力挖掘機工作時，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) 表1-1 型號 WY6 型式　　 履帶式反鏟液壓挖掘機 整機質(zhì)量 6000kg　 外形尺寸 長×寬×高 5945×1920×2600 標準斗容　 0.18 m3　 發(fā)動機型號　　 康明斯B3.3-C 發(fā)動機額定功率　　 45 KW　 發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速　　 2200 rpm　 軌距 1520mm 軸距 1990 mm 接地長度 2000 mm 履帶板寬度 400 mm 接地比壓 31.7 KPa 最小離地間隙 300 mm 爬坡能力 30° 液壓系統(tǒng)壓力　　 22MPa 液壓系統(tǒng)閉鎖壓力　　 　 26MPa 行走速度兩擋 0- 2.52/ 0- 4.81 km/h 平臺回轉(zhuǎn)速度 0-10.7 r/min 回轉(zhuǎn)制動壓力 20 MPa 伺服系統(tǒng)壓力 3MPa 最大挖掘高度 5330mm 最大挖掘深度 3890 mm 最大挖掘半徑 6900 mm 最大卸載高度 3630 mm 鏟斗最大挖掘力 40 KN §1.2 挖掘機簡史 第一臺手動挖掘機問世至今已有130多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動斗回轉(zhuǎn)挖掘機到電力驅(qū)動和內(nèi)燃機驅(qū)動回轉(zhuǎn)挖掘機、應(yīng)用機電液一體化技術(shù)的全自動液壓挖掘機的逐步發(fā)展過程。 ??? 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，20世紀40年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機，20世紀50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機和履帶式全液壓挖掘機。初期試制的液壓挖掘機是采用飛機和機床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機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60年代起，液壓挖掘機進入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。1968-1970年間，液壓挖掘機產(chǎn)量已占挖掘機總產(chǎn)量的83%，目前已接近100%。 §1.3 國內(nèi)外的情況 §1.3.1 國外挖掘機目前水平及發(fā)展動向 工業(yè)發(fā)達國家的挖掘機生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m3單斗液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國，從20世紀80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150m3剝離用挖掘機，斗容量132m3的步行式拉鏟挖掘機；B-E（布比賽路斯-伊利）公司生產(chǎn)的斗容量168.2m3的步行式拉鏟挖掘機，斗容量107m3的剝離用挖掘機等，是世界上目前最大的挖掘機。 從20世紀后期開始，國際上挖掘機的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展。 ?　　1、開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機。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0.25m3以下的微型挖掘機，最小的斗容量僅在0.01m3。另外，數(shù)量最的中、小型挖掘機趨向于一機多能，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，發(fā)展專門用途的特種挖掘機，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機等。 　　2、迅速發(fā)展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，使挖掘機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、電子計算機綜合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計算機控制接收器和激光導向相結(jié)合，實現(xiàn)了挖掘機作業(yè)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機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)，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機裝有新型的發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的浪費。還安裝了CAPS（計算機輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的FJ系列五種新型號挖掘機配有與液壓回路連接的計算機輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動機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型液壓挖掘機上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗的駕駛員也能進行復雜的作業(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)挖掘機上采用最新的3114T型柴油機以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進一步提高了挖掘機的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國大宇公司在DH280型挖掘機上采用了EPOS---電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機負荷的變化，自動調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動機始終以全功率運轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動機的功率、提高挖掘機的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動機因過載而熄火。 　　4、更新設(shè)計理論，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)計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優(yōu)化設(shè)計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術(shù)、疲勞強度分析方法等先進技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。美國提出了考核動強度的動態(tài)設(shè)計分析方法，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構(gòu)件的強度評定程序，研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎(chǔ)理論的指導下，借助于大量試驗，縮短了新產(chǎn)品的研究周期，加速了液壓挖掘機更新?lián)Q代的進程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機的運轉(zhuǎn)率達到85%-95%，使用壽命超過1萬小時。 　　5、加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機采用帶有墜物保護結(jié)構(gòu)和傾翻保護結(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、進一步改進液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。因為變量系統(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時和增大流量來襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當外阻力增大時則減少流量（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)生三個互不成影響的獨立工作運動。實現(xiàn)與回轉(zhuǎn)達機械的功率匹配。將第三泵在其他工作運動上接通，成為開式回路第二個獨立的快速成運動。此外，液壓技術(shù)在挖掘機上普遍使用，為電子技術(shù)、自動控制技術(shù)在挖掘機的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。 　　7、迅速拓展電子化、自動化技術(shù)在挖掘機上的應(yīng)用。20世紀70年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境的污染，使挖掘機的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機口音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應(yīng)用電子和自動控制技術(shù)。隨著對挖掘機的工作效率、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，促使了機電一體化在挖掘機上的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。20世紀80年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機上的應(yīng)用，推動了電子控制技術(shù)在挖掘機上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機現(xiàn)代化的重要標志，亦即目前先進的挖掘機上設(shè)有發(fā)動機自動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 內(nèi)挖掘機目前發(fā)展水平及狀況 2000年來，隨著國家新一輪經(jīng)濟發(fā)展進入一個更深層次的階段，包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、新的城鎮(zhèn)化建設(shè)等，刺激挖掘機行業(yè)進一步的發(fā)展。所以在2000年以后形成了一個高潮期。據(jù)統(tǒng)計，2000年國內(nèi)挖掘機企業(yè)產(chǎn)量為8111臺、銷售量為7926臺，與1999年相比，產(chǎn)銷量均增長30%以上。2000年全國液壓挖掘機產(chǎn)銷量近8000臺。 2002年是我國工程機械行業(yè)歷史上增長速度最快、經(jīng)濟形勢最好的一年，堪稱“井噴之年”。挖掘機全年銷量1.9萬臺，同比增長58%，挖掘機成了整個工程機械行業(yè)中產(chǎn)、銷量增長最快的機種之一。 2003年國產(chǎn)挖掘機的價格優(yōu)勢仍然是十分明顯的。以13至14噸級的輪式挖掘機為例，雖然其關(guān)鍵零部件系國外配置，但價格與國外同等機型相比仍相差25萬至30萬元。小功率、多功能的挖掘機尤其受到青睞。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。輪胎挖掘機的需求一直在穩(wěn)步增長，如常州現(xiàn)代的輪式挖掘機從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，其中20噸級的輪式挖掘機的行駛速度可高達54公里/小時。目前我國輪式挖掘機的生產(chǎn)企業(yè)大約為10家。 2003年的大型挖掘機在我國一直處于薄弱地位，主要依賴進口。長挖的CE600-5型斗容達4立方米，常州現(xiàn)代的R450LC-5型挖掘機屬于43.53噸級，而德國的利勃海爾生產(chǎn)的600噸級的挖掘機最大斗容可達34立方米。 2003年小型挖掘機的需求繼續(xù)旺盛。2003年產(chǎn)銷3000多臺，而需求量在5000臺/年左右。久負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個產(chǎn)品系列，年產(chǎn)量在1.2萬臺左右，久保田先推出無尾超小回轉(zhuǎn)機型的主導機型，以后陸續(xù)有其他型號上市，意欲占領(lǐng)中國20%的小型挖掘機市場，其產(chǎn)品的數(shù)字化液晶顯示、自動怠速功能博得了用戶的贊譽。凱斯的小型挖掘機同樣采用無尾回轉(zhuǎn)及動臂可回轉(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。 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。這必將對挖掘機行業(yè)帶來沖擊! 1999年-2004年履帶式挖掘機進出口量：中國挖掘機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大國，但歷年仍有大量挖掘機產(chǎn)品進口，進出口逆差仍較大。 2004年國內(nèi)已形成的局面: 隨著我國挖掘機行業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，尚未引進外資的企業(yè)紛紛加快技術(shù)改造，引進技術(shù)合作、資產(chǎn)重組、強強聯(lián)合優(yōu)勢互補，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)年千臺目標企業(yè)。同時，一些大型國企改制后也煥發(fā)出極強生命力。如長挖改制后的四川邦立重機有限公司揚長避短搞發(fā)展，2004年目標大挖260臺，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——100t級強力礦山型全液壓挖掘機，CE(D)1000-6斗容6m3、373kw。同時還為中國礦山研制出系列全液壓挖掘機CE400-6、CE420-6、CE(D)460-5、CE(D) 550-6、CE(D)650-6、CE(D)900-6系列產(chǎn)品供應(yīng)市場，物美價廉，深受市場歡迎，已成為中國大型挖掘機研發(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近40年的發(fā)展歷史,大致可以分成以下幾個階段: 一、開發(fā)階段(1967－1977年):以測繪仿制為主的開發(fā)。通過多年堅持不懈的努力,克服一個一個的困難,有少量幾種規(guī)格的液壓挖掘機終于獲得初步成功,為我國挖掘機行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了重要的一步。 　　二、液壓挖掘機發(fā)展、提高并全面替代機械挖掘機階段(1978－1986年)。這個階段通過各主機廠引進技術(shù)(主要是德國挖掘機制造技術(shù))的消化、吸收和移植,使我國液壓挖掘機產(chǎn)品的性能指標全面提高到國際70年代末80年代初的水平。全國液壓挖掘機的平均年產(chǎn)量達到1230臺。 　　三、液壓挖掘機生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量增加,新加入挖掘機行業(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)合引進日本挖掘機制造技術(shù)(1987－1993年)。由于國內(nèi)對挖掘機的需求量的不斷提高,新加入挖掘機行業(yè)的企業(yè)通過開發(fā)和引進挖掘機制造技術(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生產(chǎn)企業(yè)壟斷國內(nèi)挖掘機市場的局面,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。這個期間國內(nèi)液壓挖掘機的年均產(chǎn)量提高到2000余臺。 　　四、國內(nèi)液壓挖掘機供需矛盾日益擴大,國外各著名挖掘機制造廠商看好中國市場紛紛前來創(chuàng)辦合資、獨資挖掘機生產(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)和與成都工程集團公司合作在成都相繼建立了生產(chǎn)液壓挖掘機的中外合資企業(yè),隨后日本小松制作所、日立建機株式會社、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、外商獨資挖掘機生產(chǎn)企業(yè),生產(chǎn)具有世界先進水平的多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機產(chǎn)品。近幾年這些企業(yè)運營情況良好，發(fā)展速度很快。 - 9 - 河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 第2章 液壓系統(tǒng)分析與設(shè)計 §2.1 設(shè)計思想 §2.1.1 產(chǎn)品開發(fā)目的與適用范圍 由于2004年我國經(jīng)濟實行宏觀調(diào)控后，國內(nèi)固定資產(chǎn)投資比例減小，嚴重影響了挖掘機的銷售市場。2003年13家企業(yè)共銷售挖掘機30139臺，其中15噸以下挖掘機銷售了2957臺，占銷售總量的9.8%；2004年13家企業(yè)共銷售挖掘機2764臺，下降了9%。其中15噸以下挖掘機銷售了4631臺，占銷售總量的16.75%。增量為6.77%。2004年15噸以下的挖掘機比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)計以后每年需要5000～7000臺的量。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，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，將需要大量的工程機械產(chǎn)品，尤其是對中小型號的液壓挖掘機的需求量必將持續(xù)增長。 經(jīng)過調(diào)研，6－10噸級液壓挖掘機在農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民以及城鄉(xiāng)個體、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)計指導思想 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”原則，盡量考慮零部件的通用性，要投資少，見效快（標準化、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，并有一定的先進性和可靠性。 四、產(chǎn)品應(yīng)符合國家、有關(guān)標準，并學習引用國外先進技術(shù)。 §2.2 液壓系統(tǒng)分析 §2.2.1 本機要求 一、發(fā)動機 采用康明斯發(fā)動機，油耗低，噪音小，性能可靠。也可根據(jù)用戶需求，選裝不同品牌的發(fā)動機。 二、液壓系統(tǒng) 采用全功率調(diào)節(jié)變量的負載傳感開式液壓系統(tǒng)，技術(shù)成熟，作業(yè)性能優(yōu)良，可靠性高。伺服系統(tǒng)采用先導閥控制，操縱輕便，控制準確；回轉(zhuǎn)裝置及液壓系統(tǒng)系統(tǒng)主要部件選用韓國第一油壓的產(chǎn)品，性能優(yōu)良；密封件選用派克芬尼公司及國內(nèi)知名品牌產(chǎn)品。 三、行走系統(tǒng) 采用全剛性底盤，“H”型車架，強度高，安全可靠?？筛鶕?jù)用戶需要可裝整體式橡膠履帶和鋼履帶 四、造型美觀，具備挖掘，抓物，鉆孔，推土，清溝和破碎等功能。平臺可360°旋轉(zhuǎn)，性能可靠，操作舒適，可廣泛應(yīng)用于建筑，市政，供水，供氣，供電農(nóng)林建設(shè)等工程。 §2.2.2 挖掘機的液壓系統(tǒng) 按照挖掘機工作裝置和各個機構(gòu)的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機地連接起來的組合體，稱為挖掘機的液壓系統(tǒng)。其功能是，以油液為工作介質(zhì)，利用液壓泵將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗懿⑦M行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達等將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)挖掘機的各種動作。 一、基本要求： 液壓挖掘機的動作復雜，凡要機構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換向、負載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外作業(yè)，溫度和地理位置變化大，因此根據(jù)挖掘機的工作特點和環(huán)境特點，液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求： 1、要保證挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以互相配合實現(xiàn)復合動作。 2、工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨進行，又能作復合動作，以提高挖掘機的生產(chǎn)率。 3、履帶式挖掘機的左、右履帶分別驅(qū)動，使挖掘機行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機的靈活性。 　 4、保證挖掘機的一切動作可逆，且無級變速。 5、保證挖掘機工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達等）有良好的過載保護；回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快速下降和整機超速溜坡。 為此，液壓系統(tǒng)應(yīng)做到： （1）有高的傳動效率，以充分發(fā)揮發(fā)動機的動力性和燃料使用經(jīng)濟性。 （2）液壓系統(tǒng)和液壓元件在負載變化大、急劇的振動沖擊作用下，具有足夠的可靠性。 （3）調(diào)協(xié)輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機持續(xù)工作時液壓油溫不超過80度，或溫升不超過45度。 （4）由于挖掘機作業(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，以便挖掘機設(shè)置自動控制系統(tǒng)，進而提高挖掘機技術(shù)性能和減輕駕駛員的勞動強度。 二、類型： 按液壓泵特性，液壓挖掘機采用的液壓系統(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) 在液壓挖掘機采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨負載而變化，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) 在液壓挖掘機采用的變量系統(tǒng)中，是通過容積變量來實現(xiàn)無級調(diào)速的，其調(diào)節(jié)方式有三種：變量泵-定量馬達調(diào)速、定量泵-變量馬達調(diào)速、變量泵-變量馬達調(diào)速。 液壓挖掘機采用的變量系統(tǒng)多采用變量泵-定量馬達的組合方式實現(xiàn)無級變量，且都是雙泵雙回路。根據(jù)兩個回路的變量有無關(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)的每個油泵各有一個功率調(diào)節(jié)機械，油泵的流量變化只受自身所在回路壓力變化的影響，與另一回路的壓力變化無關(guān)，即兩個回路的油泵各自獨立地進行恒功率調(diào)節(jié)變量，兩個油泵各擁有一發(fā)動機輸出功率；全功率變量系統(tǒng)中的兩個油泵由一個總功率調(diào)節(jié)機構(gòu)進行平衡調(diào)節(jié)，使兩個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，兩個油泵的功率在變量范圍內(nèi)是不相同的。其調(diào)節(jié)機構(gòu)有機械聯(lián)動式和液壓聯(lián)動式兩種形式。 §2.2.3 本機技術(shù)要求 一、整機結(jié)構(gòu)布置與液壓管路布置應(yīng)合理可行，外形美觀，操作簡便舒適，設(shè)計時應(yīng)考慮制造工藝，拆裝維修等。 二、整機運輸、停放時應(yīng)有合理的姿態(tài)，行駛穩(wěn)定性好，保證安全可靠。 三、 液壓系統(tǒng)裝韓國第一油壓的三泵變量系統(tǒng)。 四、 總體參數(shù)應(yīng)符合GB/T9139.1－1988《液壓挖掘機　分類》的規(guī)定，在設(shè)計時應(yīng)貫徹GB/T9139.2－1996《液壓挖掘機　技術(shù)條件》；GB/T9140－1996《液壓挖掘機　結(jié)構(gòu)和性能》；JB6030－200《工程機械　通用安全技術(shù)條件》；GB16710.1－1996《工程機械　噪聲限值》等有關(guān)標準。 五、 配套件選用力求合理、可靠、先進。設(shè)計應(yīng)考慮“三化”，采用系列參數(shù)。 §2.2.4 本機液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點 一、 回轉(zhuǎn)裝置選用韓國第一油壓產(chǎn)的JMFG-39-01-VBR型，回轉(zhuǎn)裝置馬達排量39.2 cc/rev，額定壓力20MPa 。 二、液壓系統(tǒng)的主要部件為韓國第一油壓的產(chǎn)品，主泵為2x25+16.2+4.5的三組合泵，閥為BCV-65/10型，行走驅(qū)動為JA2L600型徑向柱塞馬達。系統(tǒng)額定壓力為22MPa，主管路通徑Ф16，管路高壓接頭選用H型接頭，O型密封選用Parker的產(chǎn)品，密封圈槽應(yīng)按Parker標準設(shè)計。 三、伺服系統(tǒng)采用先導閥控制，操縱輕便，控制準確，行走控制采用推拉杠桿可使挖掘機前進和倒退，伺服管路通徑≥Ф6。 §2.2.5 液壓系統(tǒng)圖的擬定 本機液壓系統(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22Mpa；回轉(zhuǎn)齒輪泵的最大流量為35L/min，最大工作壓力為18Mpa；伺服齒輪泵的最大流量為10L/min，最大工作壓力為3Mpa。 組合泵由柴油機飛輪經(jīng)彈性聯(lián)軸器驅(qū)動，從液壓油箱中吸入液壓油。從泵排出的液壓油經(jīng)多路閥分別進入回轉(zhuǎn)馬達、斗桿油缸、動臂油缸、鏟斗油缸和左、右行走馬達減速機。挖掘機可完成斗桿伸縮、平臺回轉(zhuǎn)和履帶行走等各項動作。若挖掘機不執(zhí)行動作時，則變量泵處于最小排量狀態(tài)，以減小發(fā)動機功率損失。油路上各執(zhí)行元件的安全閥、過載閥和補油閥均設(shè)在多路控制閥各主閥上，以保護整個系統(tǒng)。 多路控制閥為分片組合式，閥內(nèi)裝有單向節(jié)流閥，以防止動臂和斗桿在自重作用下下降速度過快。 回轉(zhuǎn)裝置的制動器為液壓常閉式，制動平穩(wěn)，操作簡單。 兩個液壓行走馬達回路中設(shè)有限速閥和常閉式停車制動器，能夠保證挖掘機平穩(wěn)下坡（下坡速度不超過最大行走速度）和平穩(wěn)制動且有高、低兩檔車速。 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)開有回油口和裝有回油濾油器，其出口與油箱相通。 伺服操作系統(tǒng)通過五個先導閥來控制液壓系統(tǒng)中的多路閥，從而實現(xiàn)挖掘機的各種動作。 伺服油路中設(shè)有蓄能器，能保證系統(tǒng)在穩(wěn)定壓力下工作。當柴油機突然熄火時，工作裝置能平穩(wěn)地降至地面上。 圖1－2 液壓系統(tǒng)原理圖 1、油箱 2、進油濾油器 3、旋轉(zhuǎn)閥門4、串聯(lián)泵5、多路閥 6、鏟斗油缸7、動臂油缸8、行走馬達 9、中央回轉(zhuǎn)接頭10、單向閥 11、斗桿油缸12、推土油缸13、回轉(zhuǎn)裝置14、手柄式先導閥 15、腳踏式先導閥 16、減壓閥 17、截止閥 18、液壓錘19、手柄式先導閥 20、梭閥 21、手柄式先導閥 22、蓄能器 23、單向閥 24、先導過濾器 25、背壓單向閥 26、旁通單向閥 27、散熱器 28、回油濾油器 - 15 - 河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 第3章 WY6液壓系統(tǒng)的計算 §3.1 液壓系統(tǒng)參數(shù) 一、液壓系統(tǒng)主參數(shù) 系統(tǒng)額定工作壓力 22Mpa 系統(tǒng)最大工作壓力 26Mpa 工作裝置油泵流量 2×55L/min 回轉(zhuǎn)裝置油泵流量 35.6L/min 先導操縱油泵流量 9.9L/min 系統(tǒng)流量 155.5L/min 液壓功率 36.11KW 泵轉(zhuǎn)速 2200r/min 液壓油箱容量 90L 二、液壓油 名稱牌號 YC—N68低溫液壓油 40°C 時運動粘度 68Cst 粘度指數(shù) 130 凝點 -45°C 閃點 180 °C 三、作油泵 1、技術(shù)參數(shù) 型號 10270-0001-0 排量 工作裝置油泵排量 225cc/rev 回轉(zhuǎn)裝置油泵排量 16.2cc/rev 先導操縱油泵排量 4.5cc/rev 出油口壓力 工作裝置 22MPa 回轉(zhuǎn)裝置 22MPa 先導操縱 3MPa 最高轉(zhuǎn)速： 2500rpm 額定轉(zhuǎn)速： 2200rpm 2、本機使用參數(shù)： 排量 70.0cc/rev 出油口壓力 工作裝置 22MPa 回轉(zhuǎn)裝置 22MPa 先導操縱 3MPa 額定轉(zhuǎn)速 2200r/min 輸出最大流量 155.5L/min 輸入功率 36.11KW 四、回轉(zhuǎn)裝置 1、技術(shù)參數(shù) 型號 JH4J1000 排量 28.87ml/r 額定工作壓力 16MPa 最高工作壓力 19MPa 2、本機使用參數(shù) 排量： 28.87ml/r 額定工作壓力： 16Mpa 最高轉(zhuǎn)速： 63r/min 輸出扭矩: 1783N.M 五、行走馬達 1、技術(shù)參數(shù) 型號 JA3D3000B 流量 255L/min 排量 43.7/22.7ml/r 額定工作壓力 22MPa 最高工作壓力 26MPa 輸出轉(zhuǎn)速 23.4/45.1r/min 2、本機使用參數(shù) 排量 43.7/22.7ml/r 額定工作壓力 22MPa 輸出轉(zhuǎn)速 23.4/45.1r/min 輸出扭矩 7267/2357N.M 六、多路閥 1、技術(shù)參數(shù) 型號 1007000550 公稱流量 145.6L/min 公稱壓力 3~22MPa 最大伺服操縱壓力 3MPa 2、本機使用參數(shù) 最大流量 145.6L/min 最高工作壓力 24MPa 最大伺服操縱壓力 3MPa §3.2 油缸計算 §3.2.1 油缸基本參數(shù) 表3-1 油缸 名稱 額定工作壓(MPa) 最大壓力 (MPa) 基本尺寸（m） 缸徑 活塞桿徑 行程 銷軸 中心距 p p1 D d h L 動臂缸 21 24 0.11 0.055 0.72 1.095～1.815 斗桿缸 21 24 0.085 0.055 0.84 1.190～2.030 鏟斗缸 21 24 0.085 0.055 0.60 0.925～1.525 §3.2.2 油缸工作能力 根據(jù)負荷和工作裝置油缸鉸點布置，以及液壓系統(tǒng)的分析計算確定本機油缸所需的推力和支力。 計算公式： 油缸大腔面積 F=p×D/4 (cm)　　　　　　 （3-1） 油缸小腔面積 F= p×(D-d)/4 (cm) 　 （3-2） 額定大腔推力 P=F×p (N)　　　　　　　　?。?-3） 額定小腔推力 P=F×p (N)　　　　　　　?。?-4） 最大大腔支承力 P'=F× p (N)　　　　　　　　 （3-5） 最大小腔支承力 P"=F× p1 (N)　　　　　　　　（3-6） 計算結(jié)果如下表： 表3-2 油缸名稱 面積 大腔 小腔 大 腔 F(cm) 小 腔 F(cm) 額定推力 P(N) 最大支承力 P'(N) 額定推力 P(N) 最大支承力 P'(N) 動臂缸 95 71.25 199.5×10 228×10 150×10 171×10 斗桿缸 56.7 32.95 119.1×10 136×10 69×10 79×10 鏟斗缸 56.7 32.95 119.1×10 136×10 69×10 79×10 §3.2.3 油缸運動計算 1、活塞運動速度 V=Q/F1 (m/s) V=Q/F2 (m/s) 2、全程時間 t=h/ V (S) t=h/ V (S) 計算結(jié)果如下表： 表3-3 油缸名稱 油泵流量 油缸運動速度(m/s) 全程時間 (S) Q （L/min） 大腔進油 V 小腔進油 V 大腔進油 t 小腔進油 t 動臂缸 2×55 0.193 0.257 3.73 2.80 斗桿缸 2×55 0.323 0.556 2.60 1.51 鏟斗缸 55 0.162 0.278 3.70 2.16 §3.2.4 油缸穩(wěn)定性計算 活塞桿不產(chǎn)生彎曲時，活塞桿的推力與極限力的關(guān)系： P=N·P　　　　　　　　　　　　　　　　　（3-7） 式中：P──油缸縱向彎曲穩(wěn)定極限力 P── 油缸推力(N) N──安全系數(shù) N>1 選用歐拉等截面壓桿穩(wěn)定臨界力公式近似計算： P=　　　　　　　　　　　　　?。?-8） 式中：N──系數(shù) 本安裝形式N=1 E──彈性模數(shù) E= 2.110 (kg/cm) J──活塞桿截面的最小慣性矩 J= L──計算長度,如以實際安裝尺寸代入， 則得安全系數(shù)： N.P= 　　　　　　　　　?。?-9） N= 代入數(shù)值得如下結(jié)果： 表3-4 油缸名稱 活塞桿徑(m) 油缸推力(N) 安全系數(shù) 實際最大 安裝尺寸(m) 動臂缸 0.055 199.5×10 1.388 1.815 斗桿缸 0.055 119.1×10 1.859 2.030 鏟斗缸 0.055 119.1×10 3.294 1.525 由計算結(jié)果可見，安全系數(shù)均大于1，油缸在最大安裝位置工作時是穩(wěn)定的。 §3.2.5 油缸鉸點比壓 P=P/(dL)　　　　　　　　　　　　　　　　 （3-10） 式中：P—油缸最大支承力（N） d—鉸點直徑(m) L—鉸點長度(m) 計算結(jié)果如下： 表3-5 油缸名稱 大腔最大支承力(N) 鉸點直徑 (m) 鉸點長度 (m) 鉸點比 (MPa) 動臂缸 228×10 0.05 0.065 70.15 斗桿缸 136×10 0.05 0.060 45.33 鏟斗缸 136×10 0.05 0.060 45.33 鉸點的許用比壓[P]=122.5～147 MPa 由計算結(jié)果可見，各油缸的鉸點比壓均在允許范圍。 §3.3 管路流速計算 §3.3.1 壓力管路 一、單泵供油 當d=0.016m Q=55 l/min時 二、雙泵合流 當d=0.016m Q=2×55 l/min時 §3.3.2 回油管路 一、單泵供油: 當d=0.019m Q=55 l/min 時 二、雙泵合流: 當d=0.019m Q=2×55 l/min時 §3.3.3 吸油管路 當d=0.019 m Q=255 l/min時 §3.4 熱平衡計算 §3.4.1 發(fā)熱量計算： 一、油泵功率損失熱量H H=N×(1-)×860×K　　　　　　　　　　 （3-11） 式中：N──泵的輸入功率 （KW） K──工作負荷滿載系數(shù) K=0.6 ──總效率 =0.86 H=36.11×(1-0.86)×860×0.6=2608.59 (Kcal/h) 二、背壓發(fā)熱量H H2=.　　　　　　　　　　　　 （3-12） 式中：P──背壓 P=1.5MPa Q──流量 Q=155.5 l/min K──復合動作系數(shù) K=0.7 η──總效率 η=0.98 三、滿斗回轉(zhuǎn)時，馬達起動，制動發(fā)熱量 1、起動發(fā)熱量 起動時間 (S) 工作循環(huán)時間 T=20 (S) =　　　　　　　　　 （3-13） 式中：P3′──回轉(zhuǎn)的調(diào)定壓力 P3′=20MPa ′──流量 ──系數(shù) 滿斗時：平臺穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 9.15r/min 開始制動轉(zhuǎn)速 2.28r/min 2、制動發(fā)熱量 滿斗回轉(zhuǎn)制動時間 1.40(s) 　　　　　　　 （3-14） 式中： η──總效率 η=0.98 3、空斗回轉(zhuǎn)起動、制動發(fā)熱量 （1）起動發(fā)熱量 空斗起動時間t =1.49(S) 制動時回轉(zhuǎn)速度8.31r/min （2）制動發(fā)熱量 空斗回轉(zhuǎn)制動時間： 4、回轉(zhuǎn)馬達的機械和容積損失發(fā)熱量 =N(1-)860K　　　　　　　　　　　　（3-14） 式中: N──回轉(zhuǎn)馬達的輸入功率 ──回轉(zhuǎn)馬達的總效率 =0.89 K──回轉(zhuǎn)馬達利用率 5、溢流閥發(fā)熱量 主要發(fā)生在鏟斗油缸和斗桿油缸,挖掘作業(yè)過程中產(chǎn)生溢流。 　　　　　　　?。?-15） 式中: ──主溢流閥的開啟壓力為22MPa ──過載閥的開啟壓力為26MPa ──主溢流閥的開啟時的流量為84ml/min ──過載閥的開啟時的流量為42ml/min ──主溢流閥的開啟時間(一個循環(huán)內(nèi))為1s ──過載閥的開啟時間(一個循環(huán)內(nèi))為0.5s 則: 6、動臂下降發(fā)熱量 　　　　　　　　　　　（3-16） 式中：──動臂缸大腔壓力為7.29Mpa ──系數(shù)為0.9 ──動臂下降時間與工作循環(huán)時間比為3.73/20 ──動臂缸大腔流量 則： 總發(fā)熱量: =2608.59+2247.3+1529++1050.6+403.6+1681+2521 =12041.09(kc/h) §3.4.2 散熱計算 液壓系統(tǒng)的散熱主要依靠冷卻器和油箱 一、風量計算 　　　　　　　　（3-17） 式中: R──風扇外圓半徑 R=0.470/2m r──風扇內(nèi)圓半徑 r =0.104/2m b──葉片寬度 b=0.054m Z──葉片數(shù) Z=7 ──阻力系數(shù) =0.75 ──葉片傾角 =30 n──風扇轉(zhuǎn)數(shù) 則： 二、空氣出口溫度 　　　　　　　　　　　　　　（3-18） 式中：──空氣進口溫度 =40 H──系統(tǒng)發(fā)熱量 H=12041.09(kc/h) ──空氣比熱 =0.24(kc/kg) ──空氣比重 =1140kg/ V──風扇風量變化 V=4063/h 代入得： 三、冷卻器進口溫度 　　　　　　　　　　　　?。?-19） 式中： T──油箱油溫 T=80℃ 　　　　　　?。雪ぉだ鋮s器通過油液的流量 Ｑ＝5520.7=77(l/min) ──油比重 =900kg/ C──油比熱 C=0.48kc/kg 代入得：℃ 四、平均溫度差： =42.995℃ §3.4.3 油箱散熱量和所需冷卻器散熱面積A 一、油箱散熱量 散熱面積 　　　　 （3-20） 式中： K ── 散熱系數(shù) K=20KC/℃h t ── 油箱溫度 ℃ ── 空氣溫度 ℃ 代入得： 二、所需冷卻器散熱面積A 　　　　　　　　　　　　　　　　?。?-21） 式中：K ── 強制風扇冷卻時，K=15KC/℃h H ── 系統(tǒng)總發(fā)熱量 H′── 油箱散熱量 ΔT ── 平均溫度差 則 結(jié)論： 選用散熱面積18m2滿足散熱要求。 §3.5 生產(chǎn)率和循環(huán)時間計算 理論生產(chǎn)率是指一臺挖掘機在“計算條件”下連續(xù)工作一小時的生產(chǎn)率計算條件為：1）司機操作熟練；2）選擇最經(jīng)常出現(xiàn)的工作條件和平均工作尺寸。 §3.5.1 理論生產(chǎn)率計算 Q=60q*n0 =3600*q/T (m3/h)　　　　　　　　?。?-22） q ──鏟斗幾何容量 m3 n──每分鐘工作循環(huán)次數(shù)的理論值 T ──每一工作循環(huán)的延續(xù)時間(s) T= + + + 　　　　　　　　　　　　 （3-23） 其中 ──挖掘時間 ──工作裝置滿斗從挖掘地點轉(zhuǎn)到卸載地點的回轉(zhuǎn)時間 ──卸載時間； ──工作裝置空斗從卸載地點轉(zhuǎn)到挖掘地點的回轉(zhuǎn)時間 §3.5.2 作業(yè)循環(huán)時間T的計算 一、斗桿缸伸、縮時間t和t的計算 斗桿缸伸出速度(cm/s ) v=2Qhh 1000/F/60=64.62 Q──變量泵理論排量 110 l/min h──柱塞泵容積效率 0.98 h──液壓缸容積效率 0.98 F──斗桿缸大腔面積(cm2) F=p8.52/4=56.745 斗桿缸縮回速度(cm/s) v=2Qhh1000/F/60=106.75 F──斗桿缸小腔面積(cm2 ) F=p（8.52-5.52）/4=32.987 斗桿缸伸出時間(s) t=L/v=1.30 L──斗桿缸工作行程 (cm) L=84 斗桿缸縮回時間(s) t=L/v=0.787 二、動臂缸伸、縮時間t和t的計算 動臂缸伸出速度(cm/s ) v=2Qhh1000/F/60=37.055 其中： F──動臂缸大腔面積 (cm2 ) F=p/4=95.033 動臂缸縮回速度(cm/s) v=2Qhh1000/F/60=49.407 其中：F──動臂缸小腔面積 (cm2 ) F=p（112-5.52）/4=71.275 動臂缸伸出時間(s) t=L/v=1.943 其中：L──動臂缸工作行程 (cm ) L=72 動臂缸縮回時間(s) t=L/v=1.457 三、鏟斗缸伸、縮時間t和t的計算 鏟斗缸伸出速度(cm/s ) v=Qh h1000/F/60=15.514 其中： F──鏟斗缸大腔面積 (cm2 ) F=p8.52/4=56.745 斗缸縮回速度(cm/s) v=(Q×h×h×1000)/(F/60)=26.688 F──鏟斗缸小腔面積( cm2 ) F=p（8.52-5.52）/4=32.987 鏟斗缸伸