工程機械液壓系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計.doc

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畢業(yè)設(shè)計 挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計 課題名稱： 專業(yè)： 機械工程系 班級： 2008級1班 姓名： 楊情 學(xué)號： 08045110 指導(dǎo)： 劉艷賓 重慶三峽職業(yè)學(xué)院機械工程系 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 課題名稱 挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè) 工程機械運用與維護 班級 08級工程1班 姓名 楊情 學(xué)號 08045110 預(yù)定完成日期：2010年 3 月 25日 設(shè)計指導(dǎo)教師： 劉艷賓 教研室主任： 劉艷賓 任務(wù)下達日期： 2010.11.30 機械工程系 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 一、 題目：挖掘機液壓系統(tǒng) 二、 任務(wù)與要求： 三 步驟及時間安排 日期 星期 內(nèi) 容 12 月 日1至12 月5 日 第一周準備階段 分析題目，明確任務(wù) 調(diào)查研究，收集資料 12月6日至12月20日 第二周實施階段 1、設(shè)計、計算、繪圖； 2編制設(shè)計說明書； 12月21至12月25日 第三周實施階段 整理、修改并且完成論文。 12月26至12月31日 第四周答辯 審查設(shè)計（論文）質(zhì)量，確定成績 教師：劉艷賓 2010年12月 1日 說明：內(nèi)容一欄的行數(shù)可根據(jù)自己的計劃進行增減 目 錄 １　　概 論 1.1　挖掘機的簡介 1.2　液壓挖掘機的發(fā)展概況 1.2.1 國外液壓挖掘機目前水平及發(fā)展趨勢 1.2.2 國內(nèi)液壓挖掘機的發(fā)展概況 1.3　設(shè)計的內(nèi)容和設(shè)計內(nèi)容的意義 1.4 設(shè)計內(nèi)容的安排 ２　　挖掘機液壓系統(tǒng)的計算 2.1　液壓挖掘機的基本系統(tǒng) 2.1.1 挖掘機液壓系統(tǒng)的簡介 2.1.2　 YW-160型單斗液壓挖掘機液壓系統(tǒng) 2.2　液壓挖掘機工作裝置油缸作用力的確定 15 2.2.1 　動臂油缸作用力分析 15 2.2.2 　鏟斗油缸工作受力分析 16 2.2.3 　斗桿油缸作用力分析 18 2.3　液壓元件的計算 20 2.3.1 　液壓缸內(nèi)徑 20 2.3.2 　缸筒壁厚 20 2.3.3 　缸筒壁厚驗算 20 2.3.4 　活塞桿計算 21 2.3.5 　活塞桿強度計算 21 2.3.6 　確定液壓系統(tǒng)的工作壓力 21 2.3.7確定液壓缸的主要參數(shù)和工作壓力 21 2.3.8 　確定液壓馬達的排量和工作壓力 22 2.3.9 　計算液壓缸與液壓馬達的流量 22 ３　　液壓元件的選擇 22 3.1　液壓缸的選擇 22 3.2 液壓泵的選擇 23 3.3　液壓馬達的選擇 23 3.4　發(fā)動機的選擇 23 ４　　液壓系統(tǒng)回路的設(shè)計 24 4.1　液壓缸控制回路 24 4.2　液壓馬達控制回路 24 4.3　計算系統(tǒng)所需的最大流量 25 4.4　壓力損失的計算 25 4.5　擬定液壓源控制回路 26 ５　　液壓系統(tǒng)性能驗算 28 5.1　液壓系統(tǒng)功率損失 28 5.2　液壓油油溫過高的原因及預(yù)防措施 29 6　　結(jié)論和展望 32 6.1　結(jié)論 32 6.2　展望 32 參考文獻 32 致謝 １　　概 論 液壓挖掘機是工程機械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的突發(fā)機械。液壓挖掘機利用液壓組件（液壓泵、液壓馬達、液壓缸等）帶動各種構(gòu)件動作，具有如下有點：功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；無級調(diào)速，調(diào)速范圍大；啟動性能好，能實現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)；布置靈活，基本不受總體結(jié)構(gòu)的限制；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各種可靠，能自行潤滑，使用壽命長；有超載保護功能；容易實現(xiàn)自動化，操作簡便省力等。因此，液壓挖掘機對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。 液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的土方機械。 液壓挖掘機與機械傳動挖掘機一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石施工中不可缺少的一種重要機械設(shè)備。 1.1　挖掘機的簡介 液壓挖掘機是一種多功能機械[1]，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。根據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計，一臺斗量為1.0m的液壓挖掘機挖掘土壤時，每班生產(chǎn)率大約相當３００～４００個工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機，對于提高勞動生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。由于液壓挖掘機具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。 挖掘機液壓傳動緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)。由于挖掘機的工作條件惡劣，要求實現(xiàn)的動作很復(fù)雜，于是它對液壓系統(tǒng)的設(shè)計提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此，對挖掘機液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計已經(jīng)成為推動挖掘機發(fā)展中的重要一環(huán)。 液壓挖掘機結(jié)構(gòu)特點: 挖掘機由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置和液壓系統(tǒng)構(gòu)成。下面以輪式液壓挖掘機為例來說明一下： 單斗液壓挖掘機是一種周期性作業(yè)的自行式土方機械，它采用液壓傳動，由一個鏟斗切削土裝入斗內(nèi)，然后提升裝滿土石的鏟斗，再回轉(zhuǎn)一定的角度進行裝車，接下來空當斗回到原來的位置，準備進行下一個循環(huán)的挖掘，此外整機還要定期移位，使鏟斗能在適當位置上有效地作業(yè)，單斗挖掘機裝載，抓取起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作，挖掘機可分為提供動力和基本動作（行走回轉(zhuǎn)）的主機部分及進行不同作業(yè)的工作裝置部分，主機又可分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、工作裝置。 一、行走裝置 液壓挖掘機行走裝置的反力同時能使挖掘機作短距離行走，按結(jié)構(gòu)不同，可分為履帶式、輪胎式兩類。履帶式行走裝置由履帶、支重輪、托鏈輪、驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、張緊裝置、行走架液壓馬達、減速機等組成，液壓挖掘機的行走裝置采用液壓馬達、減速機、驅(qū)動輪，每條履帶有各自的液壓馬達和減速機，由于兩個液壓馬達可獨立操作，因此，機器的左右履帶可以同步前進后退，也可以通過一條履帶制動來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，還可以通過兩條履帶相反方向驅(qū)動，來實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，操作十分簡單。 二、回轉(zhuǎn)機構(gòu) 回轉(zhuǎn)機構(gòu)包括回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置一般采用定量馬達，經(jīng)過回轉(zhuǎn)減速機兩行星齒輪與回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)齒圈相齒合而實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、效率高速比大，承載能力強，發(fā)熱量和功率損失小，工作可靠等優(yōu)點，回轉(zhuǎn)支承一般采用的滾動軸承，其中用的最廣泛的是單排滾球式和雙排式滾軸柱式回轉(zhuǎn)支承。 三、工作裝置 工作裝置是液壓挖掘機的主要組成部分之一，由于工作的不同，工作裝置不同類很多常用挖掘、裝載和起重裝置也可以有很多形式，挖掘裝置一般采用斗杠油缸進行挖掘，動臂油缸主要用于調(diào)節(jié)切削角度，清除障礙以及挖掘結(jié)束時為裝滿鏟斗多用開啟斗底多用開啟斗底的方式卸載，斗底的開啟、關(guān)閉也用了油缸。 四、液壓系統(tǒng) 液壓挖掘機的主要系統(tǒng)運動有整機行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、動臂升降，斗桿收放、鏟斗挖掘等，根據(jù)以上的工作要求把各液壓組件用管路連接起來的組合體叫做液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動機機械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達等邊為機能，再傳動各個執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)各種運動。國家規(guī)定8噸以下的挖掘機采用定量泵。 1.2　液壓挖掘機的發(fā)展概況 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。挖掘機行業(yè)的發(fā)展歷史久遠，可以追溯到1840年。當時美國西部開發(fā)，進行鐵路建設(shè)，產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機械手的挖掘機，它采用蒸汽機作為動力在軌道上行走。但是此后的很長時間挖掘機沒有得到很大的發(fā)展，應(yīng)用范圍也只局限于礦山作業(yè)中。 導(dǎo)致挖掘機發(fā)展緩慢的主要原因是:其作業(yè)裝置動作復(fù)雜，運動范圍大，需要采用多自由度機構(gòu)，古老的機械傳動對它不太適合。而且當時的工程建設(shè)主要是國土開發(fā)，大規(guī)模的筑路和整修場地等，大多是大面積的水平作業(yè)，因此對挖掘機的應(yīng)用相對較少，在一定程度上也限制了挖掘機的發(fā)展。 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，二十世紀四十年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機。隨著液壓傳動技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動技術(shù)，挖掘機有了適合它的傳動裝置，為挖掘機的發(fā)展建立了強有力的技術(shù)支撐，是挖掘機技術(shù)上的一個飛躍 。同時，工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進行大規(guī)模國土開發(fā)的同時，也開始進行城市型土木施工，這樣，具有較長的臂和桿，能裝上各種各樣的工作裝置，能行走、回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)多自由動作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和溝槽的挖掘機得到了廣泛應(yīng)用。 自第一臺手動挖掘機誕生以來的160多年當中，挖掘機一直在不斷地飛躍發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相對成熟穩(wěn)定的階段。目前國際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機，對其控制方式不斷改進和革新，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、電子計算機綜合程控。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(dǎo)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堅實的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的前提。 據(jù)有關(guān)專家估算，全世界各種施工作業(yè)場約有65%至70%的土石方工程都是由挖掘機完成的。挖掘機是一種萬能型工程機械，目前已經(jīng)無可爭議地成為工程機械的第一主力機種，在世界工程機械市場上己占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴大。挖掘機的發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，其液壓系統(tǒng)已成為工程機械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機需要大幅度的技術(shù)進步，技術(shù)創(chuàng)新是液壓挖掘機行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面，挖掘機產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計，所以對其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。 1.2.1 國外液壓挖掘機目前水平及發(fā)展趨勢 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3.5-40m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50-150m剝離用挖掘機，斗容量132m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168.2m的步行式拉鏟挖掘機，斗容量107m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0.25m以下的微型挖掘機，最小的斗容量僅在0.01m。另外，數(shù)量最的的中、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、電子計算機綜合程控。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(dǎo)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(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)挖掘機的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特彼勒公司在新型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)動機因超載而熄火。 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(xué)、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(dǎo)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。將第三泵在其它工作運動上接通，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)。 1.2.2 國內(nèi)液壓挖掘機的發(fā)展概況 近年來，我國的挖掘機市場90%被外國獨資或合資企業(yè)壟斷，而國產(chǎn)品的價格優(yōu)勢仍然是十分明顯的。成都神鋼的挖掘機、凱斯的挖掘裝載機、JCB的挖掘裝載機、常林的挖掘裝載機、柳工的挖掘機、詹工的挖掘機、玉柴的挖掘機以及山河智慧、南特的小挖等諸多企業(yè)的產(chǎn)品一一呈現(xiàn)在市場上。 挖掘機在2003年國內(nèi)產(chǎn)銷量達35000臺，市場總量突破6萬臺，升幅達80%。國產(chǎn)機的價格優(yōu)勢是十分明顯的，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WZ 25-20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)代的輪挖從0.25至0.92立方米都可生產(chǎn)，詹工可生產(chǎn)14至30噸級的輪挖，其中20噸級的輪挖的行駛速度可高達54公里/小時。目前我國輪挖的生產(chǎn)企業(yè)大約為10家。 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型其斗容達4立方米，常州現(xiàn)代的R450LC-5型挖掘機屬于43.53噸級，而相比之下，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。 小型挖掘機兼具有中型挖掘機的多項功能,又具有運輸、能耗、靈活性、適應(yīng)性等方面優(yōu)勢,而且價格低、重量輕、保養(yǎng)維修方便等優(yōu)點得到了廣泛的。目前,國內(nèi)外有關(guān)小型挖掘機的劃分標準并不統(tǒng)一。這里,我們暫且將整機質(zhì)量在10噸或10噸以下稱小型挖掘機(整機質(zhì)量等于或小于4噸的挖掘機稱作為微型挖掘機或叫做迷你型挖掘機)。 　　總之,中國挖掘機市場將持續(xù)呈波浪型發(fā)展,從的發(fā)展觀來看,要摒棄一切脫離實際的超前。[4] 　　今后一個時期挖掘機市場火爆式的炎夏恐難遇到,我們期待溫暖、柔和、生機勃勃的春天的到來。期望中國挖掘機市場能夠持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。 國內(nèi)挖掘機的發(fā)展起步較晚，目前國內(nèi)市場上國產(chǎn)挖掘機大多數(shù)為20t—40t級的，超過50t級的液壓挖掘機極少。 1.3　設(shè)計的內(nèi)容和設(shè)計內(nèi)容的意義 ⑴設(shè)計的內(nèi)容：A 1、對挖掘機的液壓系統(tǒng)進行設(shè)計計算； 2、對液壓系統(tǒng)進行動態(tài)性能分析； 3、對液壓系統(tǒng)零部件進行設(shè)計計算。 按照挖掘機工作裝置和各個機構(gòu)的傳動要求，把各種液壓組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)返為機械能，實現(xiàn)挖掘機的各種動作。 設(shè)計基本要求： 液壓挖掘機的動作復(fù)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(fù)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(fù)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)行組件（液壓缸、液壓馬達等）有良好的超載保護；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帶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)和液壓組件在負載變化大、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，液壓組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。 ⑵設(shè)計內(nèi)容的意義： 挖掘機是一種多功能機械，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。液壓系統(tǒng)是挖掘機的核心部分，對挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計計算能有效的提高挖掘機性能。 本次設(shè)計是以研究探討為主，了解液壓挖掘機的基本結(jié)構(gòu)和原理，在此基礎(chǔ)上對液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)的一些部件進行設(shè)計計算，根據(jù)所得結(jié)果對液壓組件（液壓泵、液壓馬達、液壓缸等）進行合理配置，使之能提高挖掘機的使用率、生產(chǎn)率適用范圍和使用壽命等。 1.4 設(shè)計內(nèi)容的安排 本次設(shè)計共分6章。第一章介紹液壓挖掘機的發(fā)展歷程和結(jié)構(gòu)特點；第二章對液壓挖掘機的液壓組件進行設(shè)計計算，液壓泵、液壓馬達、液壓缸等；第三章根據(jù)第二章所得結(jié)果對液壓挖掘機的液壓組件進行合理選擇應(yīng)用；第四章對整個液壓挖掘機的液動系統(tǒng)回路進行設(shè)計，并繪制液壓回路圖。第五章對液壓系統(tǒng)的驗算，計算壓力損失；第六章為結(jié)論和展望。 ２　　挖掘機液壓系統(tǒng)的計算 2.1　液壓挖掘機的基本系統(tǒng) 本次設(shè)計的液壓挖掘機的基本參數(shù)定為： 正鏟斗容量為1.6m3；液壓泵的系統(tǒng)工作壓力28MPa，最大排量2140mL/L；回轉(zhuǎn)液壓馬達最大排量140mL/r；行走液壓馬達最大排量2140mL/L。 為了合理的選擇液壓組件，對這些液壓組件進行分析計算，得到理論的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)選擇液壓組件。 2.1.1 挖掘機液壓系統(tǒng)的簡介 液壓挖掘機的液壓系統(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、行走限速回路、支腿順序回路、支腿鎖止回路和先導(dǎo)閥操縱回路等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。 　　一．液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的基本類型 液壓挖掘機液壓系統(tǒng)大致上有定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)和定量、變量復(fù)合系統(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，即流量不隨外載荷而變化，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，分為單泵單回路定量系統(tǒng)、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)速方式有三種：變數(shù)泵－定量馬達調(diào)速、定量泵－變量馬達調(diào)速和變量泵－變量馬達調(diào)速。 單斗液壓挖掘機的變量系統(tǒng)多采用變量泵－定量馬達的組合方式實現(xiàn)無極變量，且都是雙泵雙回路。根據(jù)兩個回路的變量有無關(guān)連，分為功率變量系統(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)機構(gòu)，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，兩個油泵各自擁有一半發(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。同步變數(shù)、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。 2.1.2　 YW-160型單斗液壓挖掘機液壓系統(tǒng) 國產(chǎn)YW-160型履帶式單斗液壓挖掘機的工作裝置、行走機構(gòu)、回轉(zhuǎn)裝置等均采用液壓驅(qū)動，其液壓系統(tǒng)如圖1所示。 該挖掘機液壓系統(tǒng)采用雙泵雙向回路定量系統(tǒng)，由兩個獨立的回路組成。所用的油泵1為雙聯(lián)泵，分為A、B兩泵。八聯(lián)多路換向閥分為兩組，每組中的四聯(lián)換向閥組為串聯(lián)油路。油泵A輸?shù)膲毫M入第一組多路換向閥，驅(qū)動回轉(zhuǎn)馬達、鏟斗油缸、輔助油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動右行走馬達7。該組執(zhí)行組件不工作時油泵A輸出的壓力油經(jīng)第一組多路換向閥中的合流閥進入第二組多路換向閥，以加快動臂或斗桿的工作速度。油泵B輸出的壓力油進入第二組多路換向閥，驅(qū)動動臂油缸、斗桿油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動左行走馬達8和推土板油缸6。 該液壓系統(tǒng)中兩組多種換向閥均采用串聯(lián)油路，其回油路并聯(lián)，油液通過第二組多路換向閥中的限速閥5流向油箱。限速閥的液控口作用著由梭閥提供的A、B兩油泵的最大壓力，當挖掘機下坡行走出現(xiàn)超速情況時，油泵出口壓力降低，限速閥自動對回油進行節(jié)流，防止溜坡現(xiàn)象，保證挖掘機行駛安全。 在左、右行走馬達內(nèi)部除設(shè)有補油閥外，還設(shè)有雙速電磁閥9，當雙速電磁閥在圖標位置時馬達內(nèi)部的兩排柱塞構(gòu)成串聯(lián)油路，此時為高速；當雙速電磁閥通電后，馬達內(nèi)部的兩排柱塞呈并聯(lián)狀態(tài)，馬達排量大、轉(zhuǎn)速降低，使挖掘機的驅(qū)動力增大。 為了防止動臂、斗桿、鏟斗等因自重而超速降落，其回路中均設(shè)有單向節(jié)流閥。另外，兩組多路換向閥的進油路中設(shè)有安全閥，以限制系統(tǒng)的最大壓力，在各執(zhí)行組件的分支油路中均設(shè)有超載閥，吸收工作裝置的沖擊；油路中還設(shè)有單向閥，以防止油液的倒流、阻斷執(zhí)行組件的沖擊振動向油泵的傳遞。 YW-160型單斗液壓挖掘機除了主油路外，還有如下低壓油路： 1．排灌油路。將背壓油路中的低壓油，經(jīng)節(jié)流降壓后供給液壓馬達殼體內(nèi)部，使其保持一定的循環(huán)油量，及時沖洗磨損產(chǎn)物。同時回油溫度較高，可對液壓馬達進行預(yù)熱，避免環(huán)境溫度較低時工作液體對液壓馬達形成“熱沖擊”。 2．泄油回路。將多路換向閥和液壓馬達的泄漏油液用油管集中起來，通過五通接頭和濾油器流回油箱。該回路無背壓以減少外漏。液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可通過檢查泄漏油路濾油器，判定是否屬于液壓馬達磨損引起的故障。 3．補油油路。該液壓系統(tǒng)中的回油經(jīng)背壓閥流回油箱，并產(chǎn)生0.8~1.0MPa的補油壓力，形成背壓油路，以便在液壓馬達制動或出現(xiàn)超速時，背壓油路中的油液經(jīng)補油閥向液壓馬達補油，以防止液壓馬達內(nèi)部的柱塞滾輪脫離導(dǎo)軌表面。 該液壓系統(tǒng)采用定量泵，效率較低、發(fā)熱量大，為了防止液壓系統(tǒng)過大的溫升，在回油路中設(shè)置強制風(fēng)冷式散熱器，將油溫控制在80℃以下。 圖２.１YW－160型單斗履帶式挖掘機液壓系統(tǒng) １－油泵； ２、４－分配閥組；３－單向閥；５－速度限制閥；６－推土板油缸；７、８－行走馬達；９－雙速閥；１０－回轉(zhuǎn)馬達；１１－動臂油缸；１２－輔助油缸；１３－斗桿油缸；１４－鏟斗油缸；１５－背壓閥；１６－冷卻器；１７－濾油器 2.2　液壓挖掘機工作裝置油缸作用力的確定 對液壓挖掘機的油缸研究，先以動臂油缸、鏟斗油缸、斗桿油缸做為研究對象。 2.2.1 　動臂油缸作用力分析 動臂油缸作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最大卸載距離位置進行卸載來確定，其計算簡圖如下圖所示。 圖２.２動臂油缸作用力分析 此時動臂油缸作用力為： ＝（） 式中——鏟斗及其裝載土壤重力 ——斗桿所受重力 ——動臂所受重力 ——鏟斗質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離 ——斗桿質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離 ——動臂質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離 同樣根據(jù)受力平衡可求出斗桿油缸閉鎖力和鏟斗油缸閉鎖力。 因為動臂油缸只承受大臂、斗桿、鏟斗及各液壓缸的自重，而不進行挖掘動作，但是要承受很大的彎曲力矩，要考慮液壓缸的抗彎能力，所以如果計算出動臂油缸所需過載壓力太大，只要采取增加動臂油缸徑和活塞桿徑的措施即可解決。 2.2.2 　鏟斗油缸工作受力分析 圖２.３鏟斗油缸作用力分析 反鏟裝置載作業(yè)過程中，當以轉(zhuǎn)斗挖掘為主時，其最大挖掘力為鏟斗油缸設(shè)計的依據(jù)。反鏟最重要的工作位置―――最大挖掘深度時能保證具有最大挖掘力來分析確定鏟斗油缸的作用力。此時計算位置為動臂下放到最低位置，鏟斗油缸作用力與斗桿鉸點由最大力臂。 由圖計算 鏟斗油缸作用力為： 式中——鏟斗油缸作用力對搖臂與斗桿鉸點的力臂（此位置為要比長度） 對鏟斗與斗桿鉸點C的力臂 這時斗桿及動臂油缸處于封閉狀態(tài)，斗桿油缸封閉力應(yīng)滿足： 式中——斗桿油缸閉鎖力對斗桿與動臂鉸點B的力臂 對斗桿與動臂鉸點B的力臂 對斗桿與動臂鉸點B的力臂 ——挖掘阻力的法向分力， 動臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足 　　　　　　　　　　　　　　　　 式中——動臂油缸閉鎖力對鉸點Ａ的力臂 對動臂下鉸點Ａ的力臂 對鉸點Ａ的力臂 此外，最大鏟斗挖掘力在其工作位置能否實現(xiàn)，還受到挖掘機穩(wěn)定性的限制，因為有可能挖掘力尚未達到最大值時，挖掘機已經(jīng)失去穩(wěn)定。因此，選取鏟斗油缸最大推力時應(yīng)以保證挖掘機的穩(wěn)定為前提條件。 2.2.3 　斗桿油缸作用力分析 當挖掘機以鏟斗挖掘時，其最大挖掘力則由斗桿油缸來保證。斗桿油缸最大作用力計算位置為動臂下方到最低位置，斗桿油缸作用力對斗桿與動臂鉸點有最大力臂，即對斗桿產(chǎn)生最大作用力距，并使斗齒尖和鉸點Ｂ，Ｃ在一條直線上，如下圖所示。 圖２.４斗桿油缸作用力分析 與前面推導(dǎo)斗桿油缸作用力一樣，此時斗桿油缸作用力為： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 而鏟斗油缸及動臂油缸處于閉鎖狀態(tài)，所以鏟斗油缸閉鎖力應(yīng)滿足： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 動臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足： 　　　　　　　　　　　　　　　　　 斗桿最大挖掘力也受到挖掘機穩(wěn)定性條件的限制。 當以斗桿油缸進行挖掘時，由于其作用力臂的變化、結(jié)構(gòu)自身的影響以及鏟斗相對斗桿位置的變化，其斗桿齒挖掘力也隨之變化。 2.3　液壓元件的計算 液壓元件的性能分析包括：液壓缸內(nèi)徑，缸筒壁厚，活塞桿強度，液壓缸的工作壓力，液壓馬達的排量和工作壓力，液壓缸與液壓馬達排量。 2.3.1 　液壓缸內(nèi)徑 由《機械設(shè)計手冊》[7]表知： D= 式中F—液壓缸負載 P—系統(tǒng)壓力 D—液壓缸內(nèi)徑 取液壓缸負載為：P=231.853KN 代入數(shù)據(jù)得D=186.4mm。 參考液壓缸系列尺寸取D=200mm。 對斗桿缸D== 231.674mm 取D=200mm。 2.3.2 　缸筒壁厚 其中： --缸內(nèi)最高工作壓力（MPa） 【】--缸筒材料許用應(yīng)力N/ 代入數(shù)據(jù)=24 由:20得，查《機械設(shè)計手冊》知=225mm。 2.3.3 　缸筒壁厚驗算 額定工作壓力應(yīng)低于一定極限值以保證工作安全。 材料選2G330-450 =330 N/ 得=30.8Mpa 選定系統(tǒng)工作壓力為28Mpa 可以滿足要求。 2.3.4 　活塞桿計算 　　　 　　　其中數(shù)比由《機械設(shè)計手冊》表選取＝2再由表得 d=150mm。 2.3.5 　活塞桿強度計算 ＝105.4N/ 其中Ｐ：活塞桿作用力，Ｎ； d:活塞桿直徑，m,=100~110N/ 2.3.6 　確定液壓系統(tǒng)的工作壓力 　　在不考慮能量損耗的情況下，系統(tǒng)的功率為： 　　　　　　　　　　（kＷ）　 式中　　p――液壓泵的出口壓力，Ｐa； 　　　?。穴D―液壓泵的輸出流量，/s。 由上式可知，當系統(tǒng)傳遞的功率一定時，提高系統(tǒng)的工作壓力就可減少系統(tǒng)中通過液壓元件的流量，從而減小相應(yīng)各液壓元件以及整個液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量。因此，目前液壓挖掘機液壓傳動多采用中高壓和高壓系統(tǒng)。根據(jù)以上內(nèi)容對此液壓系統(tǒng)的工作壓力?。校?8ＭＰa。 2.3.7　確定液壓缸的主要參數(shù)和工作壓力 液壓缸的有效工作壓力是指液壓缸用于克服外載荷所需要的那一部分壓力，其數(shù)值為： 　　　　（Mpa） 式中　　――液壓泵出口壓力，Mpa； 　　　　――進油管路壓力損失，Mpa； 　　　　――回油背壓力，Mpa； ――液壓缸進油腔和回油腔有效工作面積，。 上式中的壓力損失，包括壓力油從液壓泵出口流過管道和各種液壓元件（主要是閥類元件）時的壓力損失。比較仔細的計算要在管路裝配圖畫出之后才能進行。初步計算時，可參考同類液壓挖掘機的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定，可?。剑场碝pa。 2.3.8 　確定液壓馬達的排量和工作壓力 液壓馬達的排量由給定的數(shù)值可知q=140mL/r 液壓馬達的有效工作壓力按下式計算 　　　　　　?。剑? 式中的壓力損失，可按前面介紹的經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定?；赜捅硥毫Φ臄?shù)值應(yīng)根據(jù)馬達所需的背壓力來確定。 根據(jù)液壓馬達驅(qū)動的最大載荷力矩Ｍ、排量q、有效工作壓力、最高轉(zhuǎn)速和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速以及系統(tǒng)工作條件等，即可選擇液壓馬達的型號和規(guī)格。 2.3.9 　計算液壓缸與液壓馬達的流量 通常根據(jù)最大移動速度和最高轉(zhuǎn)速來計算液壓缸和液壓馬達的流量。 ①液壓缸所需流量： 　　　　　　　　　?。?s） 式中　――液壓缸的有效工作面積，； 　　――液壓缸的最大速度，m/s； ②液壓馬達所需流量： （） 式中　――馬達的理論排量，mL/L； 　　――馬達的最高轉(zhuǎn)速，rad/s； 　　　――馬達的容積效率 ３　　液壓元件的選擇 3.1　液壓缸的選擇 　　　液壓缸在液壓系統(tǒng)中有著重要的地位，是整個液壓系統(tǒng)的起始循環(huán)點，所以對液壓缸的選擇很重要，根據(jù)以上計算的結(jié)果，對液壓缸的選擇就明確了，選擇材料為2G330-450的內(nèi)徑為100mm壁厚為21mm的液壓缸。 3.2 液壓泵的選擇 液壓泵的選擇時根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力（即液壓泵出口壓力）來選定液壓泵的形式，選擇液壓泵的額定壓力要比系統(tǒng)壓力大25％以上，使液壓泵由一定的壓力儲備，在這為了經(jīng)濟考慮，選擇液壓泵的額定壓力為35Mpa的液壓泵。 型號為：2ZBZ140的液壓泵。 3.3　液壓馬達的選擇 　　　根據(jù)第二章關(guān)于液壓馬達的計算，計算所得的液壓馬達的參數(shù)（液壓馬達的排量、液壓馬達的工作壓力、液壓馬達的流量）來選擇。型號為：ZM732的液壓馬達。 3.4　發(fā)動機的選擇 　　　發(fā)動機是液壓挖掘機的核心部件，對挖掘機的要求高，對發(fā)動機的要求也就高。選發(fā)動機先確定發(fā)動機的功率。 　　　液壓挖掘機用柴油機驅(qū)動，柴油機的功率必需能夠充分滿足主機工作過程中的動力要求。發(fā)動機功率根據(jù)系統(tǒng)方案確定，在變量系統(tǒng)中，考慮使用情況的最大限度，可取發(fā)動機的功率為： 　　　　　　　＝（1.0～1.3）Ｐ　　?。ǎ耍祝? 式中Ｐ――液壓泵的輸出功率，ＫＷ。 在定量系統(tǒng)中，由于發(fā)動機功率利用低，一般為60％左右，損失功率全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚虼?，確定發(fā)動機功率時可以取得低一些，對于雙泵雙回路定量系統(tǒng)，發(fā)動機功率可取為： 　　　　　　?。剑?.8～1.1）Ｐ　　　　（ＫＷ） 計算時，發(fā)動機功率可按以上兩式計算，或?qū)墒胶喜⒌茫? 　　　　　　　＝17.7+92.7q　　　　?。ǎ耍祝? 式中q――液壓挖掘機的標準斗容量，。 得此液壓挖掘機的發(fā)動機功率為　 ＝17.7+92.7*1.6＝166.02ＫＷ 此時可根據(jù)發(fā)動機功率選擇發(fā)動機的型號。 ４　　液壓系統(tǒng)回路的設(shè)計 4.1　液壓缸控制回路 執(zhí)行元件的工作壓力由負載確定。在運行過程中必需保證回路通暢要設(shè)置必要的安全設(shè)施。普通標準型油缸在行程兩端。設(shè)有緩沖裝置，使油缸在行程兩端能平滑停止，然而當活塞在行程中途停止或反轉(zhuǎn)時，由于運行部件的動能會引起激烈的沖擊，因此在油缸的端部設(shè)置小型溢流閥以消除沖擊，此閥的調(diào)定壓力需超過最大工作壓力的5％－10％。另外為了減小回路的沖擊，各閥件、泵及油缸之間的管路應(yīng)盡量縮短和減少不必要的管路彎曲。經(jīng)驗認為，因為管路復(fù)雜而產(chǎn)生噪音時，在振動的地方接入軟管，是非常簡易有效的處理方法。 圖4.1補油裝置 圖中兩只單向閥為設(shè)置的補油裝置，用以補充管路中油的損失。因為鏟斗缸回路，斗桿回路和大臂回路工作原理和性質(zhì)基本相同，故采用同一基本回路，有所不同的就是為了防止動臂缸下降過快可在動臂缸大腔進油路設(shè)置單向節(jié)流閥，起緩沖限速作用。 4.2　液壓馬達控制回路 如圖該閥門組中包括雙向液壓控制閥兩只溢流閥和兩只單向閥，它具有限制，閉鎖，制動，補油的功能。當主換向閥處于中位時，液壓控制閥的兩條回路都與回油相通，故液壓控制閥返回中位，液壓馬達的腔被封死，此時起制動和閉鎖作用，當慣性過大，液壓馬達回油腔壓力高于溢流閥調(diào)定的壓力時，溢流閥打開起緩沖作用，限制制動力矩，當主換向閥在工作位置時，液壓控制閥的一條油路暢通，使制動閥移到左位（或右位），液壓馬達運轉(zhuǎn)。 當挖掘機發(fā)生淄坡現(xiàn)象行走液壓馬達超速回轉(zhuǎn)時，進油回來壓力大大降低，則對應(yīng)于制動閥高壓側(cè)的壓力也大大降低，在回位彈簧作用下，閥芯向中位移動使回油發(fā)生截流，從而限制了馬達的轉(zhuǎn)速，起到了限速作用，當馬達的高壓腔被吸空產(chǎn)生負壓時，在回油被壓的作用下推開控制閥中位的單向閥向該腔補油。 圖4.2液壓馬達控制回路 4.3　計算系統(tǒng)所需的最大流量 　　由前計算可知鏟斗缸與斗桿缸的流量為：213.5L/min當兩缸合流或鏟斗缸和斗桿缸同時動作時其流量為： 2*213.5L /min即為系統(tǒng)最大流量。 4.4　壓力損失的計算 由《機械設(shè)計手冊》知： =1800Pa 式中：V--管中液體速度 d--管內(nèi)直徑（mm） L--直管的長度（m） 局部壓力損失：換向閥 0.3-0.4 Mpa 取0.35 Mpa 節(jié)流閥 0.3-0.35 Mpa 取0.35 Mpa 管路壓力損失不作考慮，故可確定液壓泵工作壓力P26Mpa 4.5　擬定液壓源控制回路 液壓源時液壓系統(tǒng)的心臟，它的性能好壞，直接影響到液壓系統(tǒng)的性能。對液壓源的控制是指對其輸出壓力及流量的控制。 主溢流閥起到安全限壓的作用，由前面的計算可知此閥的調(diào)定壓力為：26Mpa。 圖4.3定量泵回路 １－吸油過濾器；２－定量液壓泵；３－卸荷溢流閥；４－二位三通電磁閥；５－單向閥；６－壓力繼電器；７－蓄能器；８－高壓過濾 ５　　液壓系統(tǒng)性能驗算 5.1　液壓系統(tǒng)功率損失 液壓挖掘機在工作過程中的能量損失，除了一般的機械損失、管道損失和泵的效率損失等以外，還有以下幾個主要方面： （1）發(fā)動機噴油提前角不正確引起的效率低下。 （2）發(fā)動機和液壓泵不匹配所造成的能量損失，即當發(fā)動機和液壓泵聯(lián)合工作時，存在一個聯(lián)合工作特性，其中的聯(lián)合工作效率與泵的轉(zhuǎn)速、壓力和流量相關(guān)。一般情況下，發(fā)動機一液壓泵系統(tǒng)不大可能在各種工況下都處于最佳經(jīng)濟工作狀態(tài)，從而造成一定的能量損失。發(fā)動機——液壓泵的總功率損失為： 式中：――發(fā)動機機械效率，即＝/（――發(fā)動機有效功率；――發(fā)動機指示功率）； ――液壓泵總效率。應(yīng)當注意，發(fā)動機和液壓泵在低負荷、高轉(zhuǎn)速下的效率、是很低的。 （3）液壓油的流量損失，由流量損失而引起的功率損失面（ Ｐ為液壓油壓力，為損失的流量），由下列幾部分組成： （a)對由液壓系統(tǒng)泄漏產(chǎn)生的損失。 （b）當各操縱閥處于中位（挖掘機不工作）時，如果不降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，則液壓功率的損失為： 　　　　　　　　 式中：――液壓系統(tǒng)的背壓；――液壓泵的最大流量。 （c）溢流損失，由溢流產(chǎn)生的液壓油功率損失為： 　　　 式中：――溢流閥開啟壓力（約等于系統(tǒng)最高壓力）；――溢流量。 由溢流引起的發(fā)動機一液壓泵系統(tǒng)的總功率損失為： 　　　 這種工況下的、都比較高。 （4）液壓油的壓力損失，主要由兩部分組成：第一部分是當液壓油通過管道和接頭等的沿程損失，這種損失是不可避兔的；另一部分是當挖掘機進行精細作業(yè)時，液壓油經(jīng)過控制閥節(jié)流時產(chǎn)生的損失。 5.2　液壓油油溫過高的原因及預(yù)防措施 油溫過高的原因和當油溫過高采取的措施如下： （1）油品選擇不當 　　油的品牌、質(zhì)量和黏度等級不符合要求，或不同牌號的液壓油混用，造成液壓油黏度指數(shù)過低或過高。若油液黏度過高，則功率損失增加，油溫上升；如果黏度過低，則泄漏量增加，油溫升高。 　　預(yù)防措施：選用油液應(yīng)按廠家推薦的牌號及機器所處的工作環(huán)境、氣溫因素等來確定。對一些有特殊要求的機器，應(yīng)選用專用液壓油；當液壓元件和系統(tǒng)保養(yǎng)不便時，應(yīng)選用性能好的抗磨液壓油。 （2）污染嚴重 　　施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣，隨著機器工作時間的增加，油中易混入雜質(zhì)和污物，受污染的液壓油進入泵、馬達和閥的配合間隙中，會劃傷和破壞配合表面的精度和粗糙度，使泄漏增加、油溫升高。 　　預(yù)防措施：一般在累計工作1000多h后換油。換油時，注意不僅要放盡油箱內(nèi)的舊油，還要替換整個系統(tǒng)管路、工作回路的舊油；加油時最好用120目以上的濾網(wǎng)，并按規(guī)定加足油量，使油液有足夠的循環(huán)冷卻條件。如遇因液壓油污染而引起的突發(fā)性故障時，一定要過濾或更換液壓系統(tǒng)用油。如，一臺YZT14G型壓路機出現(xiàn)液壓油油溫過高、振動力不足的故障；檢查發(fā)現(xiàn)，液壓油呈乳白色，已變質(zhì)、黏度下降，更換液壓油后壓路機運轉(zhuǎn)恢復(fù)正常。 （3）液壓油箱內(nèi)油位過低 若液壓油箱內(nèi)油量太少，將使液壓系統(tǒng)沒有足夠的流量帶走其產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致油溫升高。 　　預(yù)防措施：在實際操作和保養(yǎng)過程中，嚴格遵守操作規(guī)程中對液壓油油位的規(guī)定。如，一臺PC2003型液壓挖掘機，工作一段時間后出現(xiàn)液壓油溫度過高故障；檢查液壓油箱，發(fā)現(xiàn)油位低于規(guī)定值很多，由于液壓系統(tǒng)過度缺油，使液壓油循環(huán)過快，未能充分靜置散熱，結(jié)果油溫升高；按規(guī)定加足液壓油后，液壓油溫度隨即降至正常范圍。 （4）液壓系統(tǒng)中混入空氣 　　混入液壓油中的空氣，在低壓區(qū)時會從油中逸出并形成氣泡，當其運動到高壓區(qū)時，這些氣泡將被高壓油擊碎，受到急劇壓縮而放出大量的熱量，引起油溫升高。 　　預(yù)防措施：經(jīng)常檢查進油管接口等封處的密封性，防止空氣進入；同時，每次換油后要排盡系統(tǒng)中的空氣。如，一臺PY184型平地機液壓油溫度過高，同時伴有液壓噪聲；檢查發(fā)現(xiàn)，液壓泵進油口連接軟管有少許損壞，吸入空氣，導(dǎo)致油溫過高，更換軟管后平地機運轉(zhuǎn)狀況良好。 （5）濾油器堵塞 　　磨粒、雜質(zhì)和灰塵等通過濾油器時，會被吸附在濾油器的濾芯上，造成吸油阻力和能耗均增加，引起油溫升高。 　　預(yù)防措施：定期清洗、更換濾油器，對有堵塞指示器的濾油器，應(yīng)按指示情況清洗或更換濾芯；濾芯的性能、結(jié)構(gòu)和有效期都必須符合其使用要求。如，一臺TY220型推土機在作業(yè)時油溫報警器連續(xù)報警，同時發(fā)現(xiàn)變矩器處有油煙和油液的燒焦味，轉(zhuǎn)向油箱內(nèi)油位較低；檢查結(jié)果是，變矩器回油泵吸油濾網(wǎng)堵塞引起了此故障，因濾網(wǎng)粘滿沉積物，使變矩器泄漏的油液不能及時泵回轉(zhuǎn)向油箱，越積越多，變矩器放置阻力加大，由摩擦產(chǎn)生的熱量增多，最后導(dǎo)致油液溫升太快；清洗該濾網(wǎng)后，油溫恢復(fù)正常。又如，一臺CATD8N型履帶式推土機液力傳動系統(tǒng)發(fā)出高溫警報，傳動部位有異響；拆開濾油器檢查濾芯，發(fā)現(xiàn)其中含有大量粉末狀污物；更換濾芯后，故障消失。 （6）液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng)工作不良 　　通常，采用水冷式或風(fēng)冷式油冷卻器對液壓系統(tǒng)的油溫進行強制性降溫。水冷式冷卻器，會因散熱片太臟或水循環(huán)不暢而使其散熱系數(shù)降低；風(fēng)冷式冷卻器，會因油污過多而將冷卻器的散熱片縫隙堵塞，風(fēng)扇難以對其散熱，結(jié)果導(dǎo)致油溫升高。 　　預(yù)防措施：定期檢查和維護液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，必須立即停機排除。如，一臺CPCD60D型液力傳動叉車，工作一段時間后，變矩器驅(qū)動力不足，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向沉重（液力變速器與動力轉(zhuǎn)向共同用1臺泵）；幾經(jīng)檢查才發(fā)現(xiàn)，是風(fēng)冷式油泠卻器的通風(fēng)孔堵塞導(dǎo)致了油溫過高，疏通后故障被排除。又如，一臺K-702型裝載機冷卻機啟動后工作不足3h，儀表盤上變矩器油溫報警指示燈即閃亮，顯示液壓油溫度過高。先檢查油量和油質(zhì)，結(jié)果油量充足，油質(zhì)較好；再檢查濾油器，不臟；后檢查冷卻器，發(fā)現(xiàn)油泥已將部分冷卻器，油孔堵塞。清洗冷卻器后，一切正常。 （7）零部件磨損嚴重 　　齒輪泵的齒輪與泵體和側(cè)板，柱塞泵和馬達的缸體與配流盤、缸體孔與柱塞，換向閥的閥桿與閥體等都是靠間隙密封的，這些元件的磨損將會引起其內(nèi)泄漏的增加和油溫的升高。 預(yù)防措施：及時檢修或更換磨損過大的零部件，據(jù)統(tǒng)計，在正常情況下，進口的液壓泵、馬達工作五六年后，國產(chǎn)產(chǎn)品工作兩三年后，其磨損都已相當嚴重，須及時進行檢修。否則，就會出現(xiàn)冷機時工作基本正常，但工作1-2h后，系統(tǒng)各機構(gòu)的運動速度就明顯變慢，需停機待油溫降低后才能繼續(xù)工作。如，一臺YW160型液壓挖掘機在出現(xiàn)上述故障后，經(jīng)測試各機構(gòu)的工作壓力均明顯偏低，懷疑是主安全閥或主泵磨損所致。先拆檢主安全閥，無異?，F(xiàn)象；后拆檢主泵發(fā)現(xiàn)配流盤球面磨損嚴重。經(jīng)對配流盤進行研磨后重新裝配并調(diào)整好其間隙，裝機運行情況良好。又如，一臺ZL50型裝載機動作緩慢無力，經(jīng)測試系統(tǒng)壓力偏低，手摸齒輪泵感覺很燙，懷疑是齒輪泵內(nèi)部磨損產(chǎn)生內(nèi)漏所致；拆檢后發(fā)現(xiàn)，齒輪泵側(cè)板與齒輪端面的間隙超差。更換齒輪泵后，問題得以解決。 （8）環(huán)境溫度過高 　　環(huán)境溫度過高，并且高負荷使用的時間又長，都會使油溫太高。 　　預(yù)防措施：應(yīng)避免長時間連續(xù)大負荷地工作；若油溫太高可使設(shè)備空載動轉(zhuǎn)10min左右，待其油溫降下來后再工作。 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)返為機械能，實現(xiàn)挖掘機的各種動作。[ 6　　結(jié)論和展望 6.1　結(jié)論 在本次畢業(yè)設(shè)計之中，我對液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)做了簡單的設(shè)計，以其主要的的液壓元件為研究的對象，進行計算和分析，然后又根據(jù)這些得出的結(jié)論對液壓元件分析，總結(jié)之后再對液壓系統(tǒng)中的液壓元件選型。 從液壓缸的計算開始，液壓缸內(nèi)徑，缸筒壁厚，活塞桿強度，液壓缸的工作壓力，液壓馬達的排量和工作壓力，液壓缸與液壓馬達排量，發(fā)動機功率的系統(tǒng)計算，根據(jù)這些計算得到的數(shù)據(jù)，對液壓缸，液壓馬達，液壓泵，發(fā)動機進行選擇。 液壓元件的選定是液壓回路設(shè)計的基礎(chǔ)，對液壓馬達，液壓泵的回油路的設(shè)計是根據(jù)所選定的液壓元件來設(shè)計的。 在最后對液壓系統(tǒng)性能的驗算，對液壓油的油溫進行分析，總結(jié)油溫過高的原因以及預(yù)防措施。 6.2　展望 現(xiàn)在挖掘機的研發(fā)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，這就對液壓系統(tǒng)的密封性能提出了更高的要求。本次液壓系統(tǒng)的設(shè)計用到了很多液壓領(lǐng)域的知識，在這個過程中也學(xué)到了很多辦公軟件和繪圖軟件的知識。 在本次畢業(yè)設(shè)計中，我感覺我做的還有許多需要完善的地方，有些地方的設(shè)計不夠合理，還有許多沒有做到的部分，例如：發(fā)動機具體型號的選定，和液壓閥的選擇，因為我能找到的資料有限，一些具體的原始數(shù)據(jù)無法找到，所有只能做到此。我希望在我以后的工作中能找到這些數(shù)據(jù)和資料來完善我的這個設(shè)計。 本次設(shè)計內(nèi)容中可能會有一些謬誤和欠缺，希望各位老師指正，也請各位老師見諒。