小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設計

1、<p>　　小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　近年來，有關挖掘機液壓系統(tǒng)方面的文獻并不少見，但文獻的內(nèi)容大多針對某一專題進行研究，系統(tǒng)地論述現(xiàn)代液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的論文卻較少，因此研究和設計液壓挖掘機液壓系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和理論意義。</p><p>　　本論文主要概述挖掘

2、機液壓技術的發(fā)展史及其目前在國內(nèi)的外發(fā)展情況，簡述了液壓挖掘機發(fā)展趨勢，本文對液壓挖掘機的常用液壓回路進行了簡單闡述和分析，對課題要求設計的小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)進行了方案設計及分析，并通過進一步計算確定了需要的液壓元件完成選型。運用AutoCAD繪制液壓系統(tǒng)原理圖、工作油箱總成、液壓布置圖、油箱零件圖。最后通過驗算證明了本設計的可行性。</p><p>　　關鍵詞：液壓系統(tǒng)，挖掘機，</p>&l

3、t;p>　　Mini Hydraulic Excavator Hydraulic System of Design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　. In recent years, the excavator hydraulic systems, the literature is not uncommon, bu

4、t most of</p><p>　　the content documents of a topic for research, systematic exposition of modern hydraulic</p><p>　　excavator hydraulic system of the paper is less, so the research and design o

5、f hydraulic excavator</p><p>　　system has important practical and theoretical significance.</p><p>　　Hydraulic excavator of this thesis outlines the history of technology and its current develop

6、ments in the foreign country, outlines the development trend of hydraulic excavators, hydraulic excavators used this hydraulic circuit for a simple set and analysis, subject to design small hydraulic excavator hydraulic

7、system design and analysis, and by further calculation to determine the need for complete selection of hydraulic components. AutoCAD drawing using hydraulic system diagram, work tank asse</p><p>　　Keywords：H

8、ydraulic System，Excavator</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 選題意義1</p><p>　　1.2 小型液壓挖掘機簡介1</p><p>　　1.3

9、國內(nèi)外小挖的現(xiàn)狀和發(fā)展情況2</p><p>　　1.3.1國外現(xiàn)狀和發(fā)展情況2</p><p>　　1.3.2 國內(nèi)現(xiàn)狀和發(fā)展情況3</p><p>　　1.4 挖掘機發(fā)展趨勢3</p><p>　　2 挖掘機液壓系統(tǒng)概述5</p><p>　　2.1 小型挖掘機液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求5</

10、p><p>　　2.2 小型挖掘機液壓系統(tǒng)的基本動作分析6</p><p>　　2.3 小型挖掘機液壓系統(tǒng)的基本回路分析6</p><p>　　2.3.1 限壓回路6</p><p>　　2.3.2 緩沖回路7</p><p>　　2.3.3 節(jié)流回路8</p><p>　　2.3.4 行

11、走限速回路9</p><p>　　2.3.5 合流回路11</p><p>　　2.3.6 閉鎖回路12</p><p>　　2.3.7 再生回路12</p><p>　　3 挖掘機液壓系統(tǒng)設計13</p><p>　　3.1 小型挖掘機的功用和對液壓系統(tǒng)的要求13</p><p>

12、　　3.2 整機技術數(shù)據(jù)及液壓元件的選用13</p><p>　　3.2.1主要技術參數(shù)13</p><p>　　3.3 挖掘機液壓系統(tǒng)分析14</p><p>　　3.3.1方案的擬訂14</p><p>　　3.3.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖14</p><p>　　4 液壓系統(tǒng)的計算15</p>

13、<p>　　4.1工作裝置傳動計算15</p><p>　　4.1.1鏟斗、動臂和斗桿參數(shù)的確定15</p><p>　　4.1.2工作裝置挖掘力分析錯誤!未定義書簽。</p><p>　　4.1.3各液壓缸實際作用力的確定22</p><p>　　4.1.4 動臂液壓缸的計算23</p><p&g

14、t;　　4.1.5斗桿油缸和鏟斗油缸類比動臂油缸設計步驟26</p><p>　　4.2行走機構(gòu)傳動計算28</p><p>　　4.2.1機械行駛作業(yè)過程中的阻力分析28</p><p>　　4.2.2牽引工況時的牽引力平衡和牽引功率平衡29</p><p>　　4.2.3行走減速機及行走馬達的選型30</p>&l

15、t;p>　　4.3回轉(zhuǎn)機構(gòu)傳動計算30</p><p>　　4.3.1回轉(zhuǎn)啟動力矩的確定30</p><p>　　4.3.2回轉(zhuǎn)減速機與回轉(zhuǎn)馬達選型31</p><p>　　4.4液壓泵的選型31</p><p>　　4.5柴油機的基本要求與選型計算32</p><p>　　4.5.1 單斗液壓挖掘機對

16、柴油機的基本要求32</p><p>　　4.5.2 發(fā)動機功率的確定33</p><p>　　4.6主控制閥的選型34</p><p>　　4.7常規(guī)液壓閥的選用34</p><p>　　4.8輔助元件的選用35</p><p>　　5 液壓系統(tǒng)性能驗算36</p><p>　　5

17、.1液壓系統(tǒng)壓力損失36</p><p>　　5.1.1 沿程壓力損失36</p><p>　　5.1.2 局部壓力損失37</p><p>　　5.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算37</p><p>　　5.2.1計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率37</p><p>　　5.2.2計算液壓系統(tǒng)的散熱功率39</p&

18、gt;<p>　　5.2.3根據(jù)散熱要求計算油箱容量40</p><p>　　5.2.4 冷卻器所需冷卻面積的計算41</p><p>　　5.2.5 油箱的尺寸設計42</p><p>　　6 設計過程總結(jié)42</p><p>　　6.1液壓系統(tǒng)設計參數(shù)表42</p><p>　　6.2液壓系

19、統(tǒng)原理圖43</p><p><b>　　7 結(jié)論44</b></p><p><b>　　參考文獻45</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題意義</b></p><p&g

20、t;　　就目前全球范圍來看，挖掘機無論是在技術上還是市場上都很成熟了，像歐美那些工業(yè)發(fā)達國家的挖掘機需求和供應相對穩(wěn)定。但由于國民經(jīng)濟發(fā)展和基礎設施建設的需要，以中國為代表的發(fā)展中國家和新興經(jīng)濟體對挖掘機的需求正不斷增多。特別是自從我國改革開放以來，隨著我國城鎮(zhèn)化率的不斷提高和公路鐵路等基礎設施建設項目的不斷增多，施工建設也由以前的粗放型不斷向精細型發(fā)展，而且由于我國勞動力成本的大幅上漲和施工建設對施工效率的要求越來越高，最終促使了以挖

21、掘機等工程機械高效率的施工手段替代了高成本低效率的人工勞動。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，液壓挖掘機在各種工程建設領域，特別是基礎設施建設方面所發(fā)揮的作用越來越大，統(tǒng)計稱在工程施工中約65%~70%的土石方量是由挖掘機來完成的，液壓挖掘機以其快速高效的施工特點被人們所熟知，因此被人們作稱為工程機械之王。</p><p>　　挖掘機的發(fā)展與液壓技術密不可分，二者相互促進，一方面，液壓技術是現(xiàn)代挖掘機的技術基礎，另一方面，

22、挖掘機的發(fā)展又促進了液壓技術的提高。挖掘機的液壓系統(tǒng)復雜，其性能的優(yōu)劣決定著挖掘工作性能的高低，可以說目前液壓傳動的許多先進技術都體現(xiàn)在挖掘機上。近年來，有關挖掘機液壓系統(tǒng)方面的文獻并不少見，但文獻的內(nèi)容大多針對某一專題進行研究，系統(tǒng)地論述現(xiàn)代液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的論文卻較少，因此研究挖掘機液壓系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和理論意義。</p><p>　　1.2 小型液壓挖掘機簡介</p><p>

23、;　　業(yè)界對小挖沒有比較明確的定義，一般認為標準斗容量在0.25以下或者整機重在13T以下的挖掘機都是小型挖掘機。在公路養(yǎng)護、園林綠化、小區(qū)建設、市政工程及農(nóng)田建設等土方量分散、作業(yè)空間狹窄的工況下，小型挖掘機以其體積小、機動性好等優(yōu)點受到廣大用戶的青睞。</p><p>　　近幾年來，我國的經(jīng)濟活動建設帶動了以挖掘機為代表的工程機械行業(yè)的快速發(fā)展，小挖作為其中一個重要力量也取得了迅速的發(fā)展。小挖以其價格便宜、功

24、能多樣、機動靈活、作業(yè)效率高等優(yōu)勢，逐漸成為挖掘機這個子行業(yè)版塊的主力軍，受到大家的青睞。</p><p>　　小型液壓挖掘機價格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便，具有獨特優(yōu)勢。小型液壓挖掘機體積小，機動靈活，非常適用于城鎮(zhèn)的各種管道開挖、基礎施工、公用事業(yè)以及房屋維修等作業(yè)。其緊湊的體積、特殊的設計使其能夠在大型挖掘機無法施工的環(huán)境中進行作業(yè)。由于有相關的液壓動力系統(tǒng)，小挖能夠安裝許多輔助作業(yè)工具。尾部旋轉(zhuǎn)半徑為零的設

25、計應用，使得小型挖掘機在作業(yè)空間有限的環(huán)境下作業(yè)時挖掘機操作人員無須考慮施工現(xiàn)場是否有障礙物阻礙挖掘機的轉(zhuǎn)動，從而使操作人員能夠更專心于鏟斗的操作，這也防止了施工現(xiàn)場周圍建筑物以及挖掘機自身的損壞。小型挖掘機的動臂與機身鉸接的設計，使其能夠在一個很大的范圍內(nèi)進行擺動。使得挖掘機在周圍有障礙物時也能避開障礙物進行作業(yè)而無需經(jīng)常移動機身。同時，這也使得挖掘機能夠便于在墻壁或是圍墻的旁邊進行挖掘作業(yè)。小型液壓挖掘機便于各個施工現(xiàn)場間的轉(zhuǎn)移，無

26、需大型拖車或是重型卡車來進行運輸，小型的運輸工具就可將其運載。不但能夠方便運輸，還可以大大降低機器的運輸費用。</p><p>　　小型工程機械在市政工程、交通等施工中發(fā)揮較大優(yōu)勢并得以迅速發(fā)展。小型挖掘機在這些工程中為節(jié)省人力、物力做出了較大貢獻，滿足了城市各種作業(yè)要求，在城市狹窄的工作空間內(nèi)能夠最大限度地發(fā)揮其生產(chǎn)能力，逐步成為城市施工中具有代表性的施工機械。</p><p>　　從全

27、球范圍看，小型挖掘機市場已處于成熟發(fā)展期，需求穩(wěn)定并呈緩慢上升趨勢，中國的小型挖掘機產(chǎn)業(yè)仍處于市場導入和發(fā)展的初級階段，需求持續(xù)快速增長。小型挖掘機的發(fā)展主要依賴于城市建設的發(fā)展，由于城市的改造、建設施工較多，要求施工時間短、施工機械對周圍環(huán)境影響小、安全、低污染、回轉(zhuǎn)半徑小、便于運輸以及具有與城市景色相協(xié)調(diào)的外觀。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外小挖的現(xiàn)狀和發(fā)展情況</p><p>

28、;　　1.3.1國外現(xiàn)狀和發(fā)展情況</p><p>　　國外小型挖掘機的生產(chǎn)始于二十世紀70年代，1985年以后，由于技術的不斷成熟，這種產(chǎn)品得到了快速發(fā)展。目前國外小挖產(chǎn)品在可靠性、操作的流暢性和舒適性等方面已經(jīng)非常完美，而且其駕駛室里美觀的內(nèi)飾及舒適的質(zhì)感也可與家用轎車媲美。</p><p>　　國外專業(yè)生產(chǎn)小挖的公司主要分布在美國、日本、歐洲等國家，比較有代表性的公司比如日本的久保田

29、、小松、洋馬等，美國的凱斯和山貓，德國的英孚和英國的JCB等。</p><p>　　目前國外的小挖主要向著以一機多用的多功能化、以提高操作性能的智能化、以功率匹配控制的節(jié)能化、以有限元分析的可靠性設計、以基于微電子技術的智能監(jiān)控系統(tǒng)設計和以符合人機工程學的駕駛室設計等方向發(fā)展。</p><p>　　1.3.2 國內(nèi)現(xiàn)狀和發(fā)展情況</p><p>　　目前國內(nèi)已形成1

30、.5T至13T全系列規(guī)格型號的小型挖掘機 ，在國內(nèi)占據(jù)了大部分市場份額，而且出口量在逐年攀升，其中國內(nèi)生產(chǎn)小挖比較著名企業(yè)的是玉柴和山河智能?，F(xiàn)階段國內(nèi)小挖的技術水平相比于國外來說還有很大差距，主要體現(xiàn)在整機的功率匹配、操作的穩(wěn)定性和精確性、產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性以及人性化設計等方面。</p><p>　　現(xiàn)階段處于仿制后自主提高階段，生產(chǎn)的大部分是標準型小挖，缺乏自主創(chuàng)新開發(fā)能力，特別是在核心液壓元件和動力方面受制于

31、人，大部分配件都需要進口。而且很多技術都來自于較成熟的大中型液壓挖掘機，在動力匹配和技術創(chuàng)新方面有待進一步突破，特別是國產(chǎn)液壓元件要替代進口液壓元件還得不斷努力。</p><p>　　1.4 挖掘機發(fā)展趨勢</p><p>　　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。</p><p>　　1)開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機

32、。為滿足市政建設和農(nóng)田建設的需要，國外發(fā)展了斗容量在0.25 m3以下的微型挖掘機，最小的斗容量僅0.01 m3。另外，數(shù)量最多的中、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、低噪聲、水下專用和水陸兩用挖掘機等。</p

33、><p>　　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)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和創(chuàng)造了良好前提。</p><p>　　3)重視采用新技術、新工藝、新

34、結(jié)構(gòu)，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度。</p><p>　　4)更新設計理論，提高可靠性，延長使用壽命。采用有限壽命設計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優(yōu)化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術、疲勞強度分析方法等先進技術應用于液壓挖掘機的強度研究方面，促進產(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)設計分析方法，并創(chuàng)立了預測產(chǎn)品失效和更新的理論

35、。日本制定了液壓挖掘機構(gòu)件的強度評定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)。在上述基礎理論的指導下，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2萬小時。</p><p>　　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

36、噪聲干擾。</p><p>　　6)進一步改進液壓系統(tǒng)。正流量液壓控制系統(tǒng)日趨成熟，其作用效率顯局提高，將取代目前流行的負流量液壓系統(tǒng)。此外，電子技術、自動控制技術在挖掘機上進一步得到應用與推廣。 </p><p>　　7)迅速拓展電子化、自動化技術在挖掘機上的應用。20世紀70年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境污染，使挖掘機的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機噪音，改善駕駛員工作條件，逐步在

37、挖掘上應用電子和自動控制技術。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，促使了機電液一體化在挖掘機上的應用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。以微電子技術為核心的高新技術，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機上的應用，推動了電子控制技術在挖掘機上應用和推廣，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上設有發(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)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)等電控

38、系統(tǒng)。</p><p>　　2 挖掘機液壓系統(tǒng)概述</p><p>　　2.1 小型挖掘機液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求</p><p>　　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就組成一個挖掘機液壓系統(tǒng)。它是以油液為工作介質(zhì)、利用液壓泵將發(fā)元件將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，進而實現(xiàn)挖掘機的各種動作。按照不同的功能可將挖掘機液壓系統(tǒng)分為三

39、個基本部分：工作裝置系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)。挖掘機的工作裝置主要由動臂、斗桿、鏟斗及相應的液壓缸組成，它包括動臂、斗桿、鏟斗三個液壓回路?；剞D(zhuǎn)裝置的功能是將工作裝置和上部轉(zhuǎn)臺向左或向右回轉(zhuǎn)，以便進行挖掘和卸料，完成該動作的液壓元件是回轉(zhuǎn)馬達?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)工作時必須滿足如下條件：回轉(zhuǎn)迅速、起動和制動無沖擊、振動和搖擺，與其它機構(gòu)同時動作時，能合理地分配去各機構(gòu)的流量。行走裝置的作用是支撐挖掘機的整機質(zhì)量并完成行走任務，多采用履帶式和輪胎式機

40、構(gòu)，所用的液壓元件主要是行走馬達。行走系統(tǒng)的設計要考慮直線行駛問題，即在挖掘機行走過程中，如果某一工作裝置動作，不至于造成挖掘機發(fā)生行走偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。</p><p>　　挖掘機的動作復雜，主要機構(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，因此挖掘機的液壓系統(tǒng)應滿足如下要求</p><p>　?。?）要保證挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可

41、以相互配合實現(xiàn)復合動作。</p><p>　?。?）工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨進行，又能復合動作，以提高挖掘機的生產(chǎn)率。</p><p>　　（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。</p><p>　　（4）保證挖掘機的一切動作可逆，且無級變速。</p><p>　　

42、（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。</p><p>　　為此，液壓系統(tǒng)應做到：</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）液壓系統(tǒng)和液壓元件在變化大的負載、急劇的振動作用下

43、，具有足夠的可靠性。</p><p>　　（3）設置輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機持續(xù)工作時的液壓油溫不超過 80℃，或溫升不超過 45℃。</p><p>　?。?）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要低，整個液壓系統(tǒng)要設置濾油器和防塵裝置。</p><p>　　（5）采用液壓或電液伺服操

44、縱裝置，以便挖掘機設置自動控制系統(tǒng)，進而提高挖掘機技術性能和減輕駕駛員的勞動強度。</p><p>　　2.2 小型挖掘機液壓系統(tǒng)的基本動作分析</p><p>　?。?）挖掘。通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別進行單獨挖掘，或者兩者配合進行挖掘。在挖掘過程中主要是鏟斗和斗桿有復合動作，必要時配以動臂動作。</p><p>　　（2）滿斗舉升回轉(zhuǎn)。挖掘結(jié)束后，動臂缸將

45、動臂頂起、滿斗提升，同時回轉(zhuǎn)液壓馬達使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復合動作。動臂舉升和臂和鏟斗自動舉升到正確的卸載高度。由于卸載所需回轉(zhuǎn)角度不同，隨挖掘機相對自卸車的位置而變，因此動臂舉升速度和回轉(zhuǎn)速度相對關系應該是可調(diào)整的，若卸載回轉(zhuǎn)角度大，則要求回轉(zhuǎn)速度快些，而動臂舉升速度慢些。</p><p>　?。?）卸載?；剞D(zhuǎn)至卸土位置時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗缸卸載。為了調(diào)整卸載位置

46、，還需動臂配合動作。卸載時，主要是斗桿和鏟斗復合作用，兼以動臂動作。</p><p>　　（4）空斗返回。卸載結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，同時動臂缸和斗桿缸相互配合動作，把空斗放到新的挖掘點，此工況是回轉(zhuǎn)、動臂、和斗桿復合動作。由于動臂下降有重力作用、壓力低、泵的流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)速度快，因此該工況的供油情況通常是一個泵全部流量供回轉(zhuǎn)，另一泵大部分油供動臂，少部分油經(jīng)節(jié)流供斗桿。</p><p

47、>　　2.3 小型挖掘機液壓系統(tǒng)的基本回路分析</p><p>　　基本回路是由一個或幾個液壓元件組成、能夠完成特定的單一功能的典型回路，它是液壓系統(tǒng)的組成單元。液壓挖掘機液壓系統(tǒng)中基本回路有限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流回路、行走回路、合流回路、再生回路、閉鎖回路、操縱回路等。</p><p>　　2.3.1 限壓回路</p><p>　　限壓回路用來限

48、制壓力，使其不超過某一調(diào)定值。限壓的目的有兩個：一是限制系統(tǒng)的最大壓力，使系統(tǒng)和元件不因過載而損壞，通常用安全閥來實現(xiàn)，安全閥設置在主油泵出油口附近；二是根據(jù)工作需要，使系統(tǒng)中某部分壓力保持定值或不超過某值，通常用溢流閥實現(xiàn)，溢流閥可使系統(tǒng)根據(jù)調(diào)定壓力工作，多余的流量通過此閥流回油箱，因此溢流閥是常開的。</p><p>　　液壓挖掘機執(zhí)行元件的進油和回油路上常成對地并聯(lián)有限壓閥，限制液壓缸、液壓馬達在閉鎖狀態(tài)下

49、的最大閉鎖壓力，超過此壓力時限壓閥打開、卸載保護了液壓元件和管路免受損壞，這種限壓閥（圖 2-1）實際上起了卸荷閥的作用。維持正常工作，動臂液壓缸雖然處于“不工作狀態(tài)”，但必須具有足夠的閉鎖力來防止活塞桿的伸出或縮回，因此須在動臂液壓缸的進出油路上各裝有限壓閥，當閉鎖壓力大于限壓閥調(diào)定值時，限壓閥打開，使油液流回油箱。限壓閥的調(diào)定壓力與液壓系統(tǒng)的壓力無關，且調(diào)定壓力愈高，閉鎖壓力愈大，對挖掘機作業(yè)愈有利，但過高的調(diào)定壓力會影響液壓元件的

50、強度和液壓管路的安全。通常高壓系統(tǒng)限壓閥的壓力調(diào)定不超過系統(tǒng)壓力的 25%，中高壓系統(tǒng)可以調(diào)至 25%以上。</p><p>　　1- 換向閥 2- 限壓閥 3- 油缸</p><p><b>　　圖2-1 限壓回路</b></p><p>　　Fig. 2-1 limited pressure circuit</p>

51、;<p>　　2.3.2 緩沖回路</p><p>　　液壓挖掘機滿斗回轉(zhuǎn)時由于上車轉(zhuǎn)動慣量很大，在啟動、制動和突然換向時會引起很大的液壓沖擊，尤其是回轉(zhuǎn)過程中遇到障礙突然停車。液壓沖擊會使整個液壓系統(tǒng)和元件產(chǎn)生振動和噪音，甚至破壞。挖掘機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的緩沖回路就是利用緩沖閥等使液壓馬達高壓腔的油液超過一定壓力時獲得出路。圖 2-2 為液壓挖掘機中比較普遍采用的幾種緩沖回路。</p>&l

52、t;p>　　圖 2-2 (A)中回轉(zhuǎn)馬達兩個油路上各裝有動作靈敏的小型直動式緩沖（限壓）閥 2、3，正常情況下兩閥關閉。當回轉(zhuǎn)馬達突然停止轉(zhuǎn)動或反向轉(zhuǎn)動時，高壓油路Ⅱ的壓力油經(jīng)緩沖閥 3 泄回油箱，低壓油路Ⅰ則由補油回路經(jīng)單向閥 4 進行補油，從而消除了液壓沖擊。緩沖（限壓）閥的調(diào)定壓力取決于所需要的制動力矩，通常低于系統(tǒng)最高工作壓力。該緩沖回路的特點是溢油和補油分別進行，保持了較低的液壓油溫度，工作可靠，但補油量較大。</

53、p><p>　　圖 2-2（B）是高、低壓油路之間并聯(lián)有緩沖閥，每一緩沖閥的高壓油口與另一緩沖閥的低壓油口相通。當回轉(zhuǎn)機構(gòu)制動、停止或反轉(zhuǎn)時，高壓腔的油經(jīng)過緩沖閥直接進入低壓腔，減小了液壓沖擊。這種緩沖回路的補油量很少，背壓低，工作效率高。</p><p>　　圖 2-2（C）是回轉(zhuǎn)馬達油路之間并聯(lián)有成對單向閥 4、5 和 6、7，回轉(zhuǎn)馬達制動或換向時高壓腔的油經(jīng)過單向閥 5、緩沖（限壓）閥

54、2 流回油箱，低壓腔從油箱經(jīng)單向閥 6獲得補油。</p><p>　　1- 換向閥 2.3- 緩沖閥 4.5.6.7- 單向閥</p><p>　　圖2-2 緩沖回路 </p><p>　　Fig. 2 -2 buffer circuit</p><p>　　上述各回轉(zhuǎn)回路中的緩沖（限壓）閥實際上起了制動作用，

55、換向閥 1 中位時回轉(zhuǎn)馬達兩腔油路截斷，只要油路壓力低于限壓閥的調(diào)定壓力，回轉(zhuǎn)馬達即被制動，其最大制動力矩由限壓閥決定。</p><p>　　當回轉(zhuǎn)操縱閥回中位產(chǎn)生液壓制動作用時，挖掘機上部回轉(zhuǎn)體的慣性動能將轉(zhuǎn)換成液壓位能，接著位能又轉(zhuǎn)換為動能，使上部回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生反彈運動來回振動，使回轉(zhuǎn)齒圈和油馬達小齒輪之間產(chǎn)生沖擊、振動和噪聲，同時鏟斗來回晃動，致使鏟斗中的土灑落，因此挖掘機的回轉(zhuǎn)油路中一般裝設防反彈閥。<

56、/p><p>　　2.3.3 節(jié)流回路</p><p>　　節(jié)流調(diào)速是利用節(jié)流閥的可變通流截面改變流量而實現(xiàn)調(diào)速的目的，通常用于定量系統(tǒng)中改變執(zhí)行元件的流量。這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，能夠獲得穩(wěn)定的低速，缺點是功率損失大，效率低，溫升大，系統(tǒng)易發(fā)熱，作業(yè)速度受負載變化的影響較大。根據(jù)節(jié)流閥的安裝位置，節(jié)流調(diào)速有進油節(jié)流調(diào)速和回油節(jié)流調(diào)速兩種</p><p>　　1- 齒輪泵

57、 2- 溢流閥 3- 節(jié)流閥 4- 換向閥 5- 油缸</p><p><b>　　圖2-3 節(jié)流回路</b></p><p>　　Fig. 2 -3 throttle circuit</p><p>　　圖 2-3 (A)為進油節(jié)流調(diào)速，節(jié)流閥 3 安裝在高壓油路上，液壓泵 1 與節(jié)流閥串聯(lián)，節(jié)流閥之前裝有溢流閥 2，壓力

58、油經(jīng)節(jié)流閥和換向閥 4 進入液壓缸 5 的大腔使活塞右移。負載增大時液壓缸大腔壓力增大，節(jié)流閥前后的壓力差減小，因此通過節(jié)流閥的流量減少，活塞移動速度降低，一部分油液通過液流閥流回油箱。反之，隨著負載減小，通過節(jié)流閥進入液壓缸的流量增大，加快了活塞移動速度，液流量相應地減少。這種節(jié)流方式由于節(jié)流后進入執(zhí)行元件的油溫較高，增大滲漏的可能性，加以回油無阻尼，速度平穩(wěn)性較差，發(fā)熱量大，效率較低。</p><p>　　圖

59、 2-3 (B)為回油節(jié)流調(diào)速，節(jié)流閥安裝在低壓回路上，限制回油流量?；赜凸?jié)流后的油液雖然發(fā)熱，但進入油箱，不會影響執(zhí)行元件的密封效果，而且回油有阻尼，速度比較穩(wěn)定。</p><p>　　液壓挖掘機的工作裝置為了作業(yè)安全，常在液壓缸的回油回路上安裝單向節(jié)流閥，形成節(jié)流限速回路。如圖 2-3（C）所示，為了防止動臂因自重降落速度太快而發(fā)生危險，其液壓缸大腔的油路上安裝由單向閥和節(jié)流閥組成的單向節(jié)流閥。此外，斗桿液壓

60、缸、鏟斗液壓缸在相應油路上也裝有單向節(jié)流閥。</p><p>　　2.3.4 行走限速回路</p><p>　　履帶式液壓挖掘機下坡行駛時因自重加速，可能導致超速溜坡事故，且行走馬達易發(fā)生吸空現(xiàn)象甚至損壞。因此應對行走馬達限速和補油，使行走馬達轉(zhuǎn)速控制在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　1- 換向閥 2.3- 壓力閥 4.5.6- 單向閥 8.9- 安全閥 10-

61、行走馬達</p><p>　　圖2-4 行走限速回路</p><p>　　Fig. 2 -4 walking limit speed circuit </p><p>　　行走限速回路是利用限速閥控制通道大小，以限制行走馬達速度。比較簡單的限速方法是使回油通過限速節(jié)流閥，挖掘機一旦行走超速，進油供應不及，壓力降低，控制油壓力也隨之降低，限速節(jié)流閥的通道減小，回油節(jié)流

62、，從而防止了挖掘機超速溜坡事故的發(fā)生。</p><p>　　履帶式液壓挖掘機行走馬達常用的限速補油回路如圖 2-4 所示，它由壓力閥2、3，單向閥 4、5、6、7 和安全閥 8、9 等組成。正常工作時換向閥 1 處于右位，壓力油經(jīng)單向閥 4 進入行走馬達 10，同時沿控制油路推動壓力閥2，使其處于接通位置，行走馬達的回油經(jīng)壓力閥 2 流回油箱。當行走馬達超速運轉(zhuǎn)時，進油供應不足，控制油路壓力降低，壓力閥 2 在彈

63、簧的彈力作用下右移，回油通道關小或關閉，行走馬達減速或制動，這樣便保證了挖掘機下坡運行時的安全。</p><p>　　這種限速補油回路的回油管路上裝有 5～10bar 的背壓閥，行走馬達超速運轉(zhuǎn)時若主油路壓力低于此值，回油路上的油液推開單向閥 5 或 7 對行走馬達進油腔補油，以消除吸空現(xiàn)象。當高壓油路中壓力超過安全閥 8 或 9 的調(diào)定壓力時，壓力油經(jīng)安全閥返回油箱。</p><p>　

64、　1- 行走 2- 動臂.鏟斗 3- 前泵 4- 行走 5- 后泵 6- 回轉(zhuǎn).斗桿 7- 先導油壓</p><p>　　圖2-5 直走閥油路</p><p>　　Fig. 2 -5 turn right valve circuit</p><p>　　此外為了實現(xiàn)工作裝置、行走同時動作時的直線行駛，一般采用直行閥，圖2-5 為直行閥工作原理圖。在行駛過程中，當任一

65、作業(yè)裝置動作時，作業(yè)裝置先導操縱油壓就會作用在直行閥上，克服彈簧力，使直行閥處于上位。圖中前泵并聯(lián)供左右行走，后泵并聯(lián)供回轉(zhuǎn)、斗桿、鏟斗和動臂動作，后泵還可通過單向閥和節(jié)流孔與前泵合流供給行走。</p><p>　　2.3.5 合流回路</p><p>　　為了提高挖掘機生產(chǎn)效率、縮短作業(yè)循環(huán)時間，要求動臂提升、斗桿收放和鏟斗轉(zhuǎn)動有較快的作業(yè)速度，要求能雙（多）泵合流供油，一般中小型挖掘機

66、動臂液壓缸和斗桿液壓缸均能合流，大型挖掘機的鏟斗液壓缸也要求合流。目前采用的合流方式有閥外合流、閥內(nèi)合流及采用合流閥供油幾種合流方式。</p><p>　　閥外合流的液壓執(zhí)行元件由兩個閥桿供油，操縱油路聯(lián)動打開兩閥桿，壓力油通過閥外管道連接合流供給液壓作用元件，閥外合流操縱閥數(shù)量多，閥外管道和接頭的數(shù)量也多，使用上不方便。閥內(nèi)合流的油道在內(nèi)部溝通，外面管路連接簡單，但內(nèi)部通道較復雜，閥桿直徑的設計要綜合平衡考慮各

67、種分合流供油情況下通過的流量。合流閥合流是通過操縱合流閥實現(xiàn)油泵的合流，合流閥的結(jié)構(gòu)簡單，操縱也很方便。</p><p>　　2.3.6 閉鎖回路</p><p>　　圖2-6 閉鎖回路 圖2-7 再生回路</p><p>　　Fig.2 -6 closed loop Fig. 2 -7 renewab

68、le loop </p><p>　　動臂操縱閥在中位時油缸口閉鎖，由于滑閥的密封性不好會產(chǎn)生泄露，動臂在重力作用下會產(chǎn)生下沉，特別是挖掘機在進行起重作業(yè)時要求停留在一定的位置上保持不下降，因此設置了動臂支持閥組。如圖 2-6 所示，二位二通閥在彈簧力的作用下處于關閉位置，此時動臂油缸下腔壓力油通過閥芯內(nèi)鉆孔通向插裝閥上端，將插裝閥壓緊在閥座上，阻止油缸下腔的油從 B 至 A，起閉鎖支撐作用。當操縱動臂下降時，在

69、先導操縱油壓 P 作用下二位二通閥處于相通位置，動臂油缸下腔壓力油通過閥芯鉆孔油道經(jīng)二位二通閥回油，由于閥芯內(nèi)鉆孔油道節(jié)流孔的節(jié)流作用，使插裝閥上下腔產(chǎn)生壓差，在壓差作用下克服彈簧力，將插裝閥打開，壓力油從 B 至 A。</p><p>　　2.3.7 再生回路</p><p>　　動臂下降時，由于重力作用會使降落速度太快而發(fā)生危險，動臂缸上腔可能產(chǎn)生吸空，有的挖掘機在動臂油缸下腔回路上裝

70、有單向閥和節(jié)流閥組成的單向節(jié)流閥，使動臂下降速度受節(jié)流限制，但這將引起動臂下降慢，影響作業(yè)效率。目前挖掘機采用再生回路，如圖 2-7 所示，動臂下降時，油泵的油經(jīng)單向閥通過動臂操縱閥進入動臂油缸上腔，從動臂油缸下腔排除的油需經(jīng)節(jié)流孔回油箱，提高了回油壓力，使得液壓油能通過補油單向閥供給動臂缸上腔。這樣當發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速和泵的流量較低時，能防止動臂因重力作用下迅速下降而使動臂缸上腔產(chǎn)生吸空。　</p><p>　　3

71、 挖掘機液壓系統(tǒng)設計</p><p>　　3.1 小型挖掘機的功用和對液壓系統(tǒng)的要求</p><p>　　液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)是由動力元件(各種液壓泵),執(zhí)行元件(液壓缸.液壓馬達),控制元件(各種閥)以及輔助裝置(冷卻器.過濾器)用油管按一定方式連接起來組合而成。它將發(fā)動機的機械能,以油液作為介質(zhì),經(jīng)動力元件轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?進行傳遞,然后再經(jīng)過執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機械能,實現(xiàn)主機的各種動作。由于

72、液壓系統(tǒng)的功能是傳遞,分配和控制機械動力,因此是液壓挖掘機的關鍵部分。,</p><p>　　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閥操縱回路等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。</p><p>　　液壓挖掘機的工作過程,包括作業(yè)循環(huán)和整機移動兩項主要動作。液壓挖掘

73、機的的一個作業(yè)循環(huán)的組成包括:</p><p>　　挖掘—一般以斗桿缸動作為主,用鏟斗缸調(diào)整切削角度,配合挖掘。有特殊要求的挖掘動作,則根據(jù)作業(yè)要求,進行鏟斗,斗桿和動臂三個缸的復合動作,以保證鏟斗按某一特定軌跡運動。</p><p>　　滿斗提升及回轉(zhuǎn)—挖掘結(jié)束,鏟斗缸推出,動臂缸頂起,滿斗提升,同時回轉(zhuǎn)電動機啟動,轉(zhuǎn)臺向卸土方向回轉(zhuǎn)。</p><p>　　卸載—

74、回轉(zhuǎn)到卸載地點,轉(zhuǎn)臺制動。斗桿缸調(diào)整卸載半徑,鏟斗缸收回,轉(zhuǎn)斗卸載。當對卸載位置和卸載高度有嚴格的要求時,還需要動臂配合動作。</p><p>　　返回—卸載結(jié)束,轉(zhuǎn)臺向反方向回轉(zhuǎn)。同時,動臂缸與斗桿缸配合動作,使空斗下放到新的挖掘位置。</p><p>　　挖掘機一般工作在施工場合,因此工作環(huán)境惡劣,這就要求挖掘機的液壓系統(tǒng)和執(zhí)行元件要有足夠的強度和非常好的密封性能。由于挖掘機的動作頻繁

75、,因此,液壓元件和管路要能夠承受頻繁的液壓沖擊,以保證挖掘機能夠長時間安全穩(wěn)定的工作。設計出便于操作，更加人性化，工作效率高，耗能少的挖掘機，才會在工程領域發(fā)揮更大的作用。</p><p>　　3.2 整機技術數(shù)據(jù)及液壓元件的選用</p><p>　　3.2.1主要技術參數(shù)</p><p>　　斗容量為0.28，整機重量為8噸。挖掘土壤級別為Ⅲ級以下。</p&

76、gt;<p>　　3.3 挖掘機液壓系統(tǒng)分析</p><p>　　3.3.1方案的擬訂</p><p>　?。?）液壓系統(tǒng)的配置：采用液壓技術世界領先的德國Rexroth公司的LUDV閉芯系統(tǒng)，基于SX-18(主閥) 和A11VO (主泵) 的LUDV系統(tǒng)。</p><p>　　（2）由于提高系統(tǒng)的工作壓力可以減少系統(tǒng)中通過液壓元件的流量，從而減小相應

77、各液壓元件以至整個液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量。并參考現(xiàn)有產(chǎn)品，所以把系統(tǒng)壓力初設定為28 Mpa。</p><p>　?。?）該液壓系統(tǒng)設計為開式系統(tǒng)、單泵單回路系統(tǒng)。</p><p>　　3.3.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　圖3-1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　在擬定的液壓系統(tǒng)原理圖的中共有七個執(zhí)行元件，分別為動臂油

78、缸、鏟斗油缸、斗桿油缸、推土板油缸、回轉(zhuǎn)馬達、左行走馬達和右行走馬達，七個三位四通換向閥組成的閥組作為控制部分，一個變量泵以及一系列輔助元件和各類壓力、流量控制閥組成的開式液壓系統(tǒng)。由于采用單泵變量系統(tǒng)，采用變量泵-定量馬達式的容積調(diào)速，通過負載感應系統(tǒng)來調(diào)節(jié)泵的排量，進而控制執(zhí)行元件運動速度。</p><p><b>　　4 液壓系統(tǒng)的計算</b></p><p>

79、　　4.1工作裝置傳動計算</p><p>　　4.1.1工作裝置結(jié)構(gòu)尺寸的確定</p><p>　　工作裝置的結(jié)構(gòu)尺寸主要包括鏟斗、斗桿和動臂的尺寸以及各鉸點的位置。</p><p>　　（1）鏟斗參數(shù)的選擇</p><p>　　當鏟斗容量一定時，切削轉(zhuǎn)角、切削半徑和切削寬度之間存在著一定的關系，即具有尺寸和的鏟斗轉(zhuǎn)過角度所切下的土壤剛好裝

80、滿鏟斗（圖）。于是斗容量按下式計算：</p><p>　　式中:——鏟斗充滿系數(shù)；</p><p><b>　　——土壤輸送系數(shù)。</b></p><p><b>　　根據(jù)經(jīng)驗，一般取</b></p><p>　　式中:——鏟斗容量，；</p><p>　　——鏟斗平均寬度，

81、。</p><p>　　由可知，可得，這里取。</p><p>　　考慮到鏟斗切削入土和出土的余量，一般取，同時考慮到再轉(zhuǎn)都速度一定時轉(zhuǎn)都角度太大會增大挖掘力，降低生產(chǎn)率，一般取，這里取。在確定鏟斗寬度和轉(zhuǎn)斗角度以后，根據(jù)式(4-1)即可得到鏟斗轉(zhuǎn)斗切削半徑</p><p>　?。╩） </p><p>　　式中: ——鏟斗

82、寬度， m；</p><p>　　——鏟斗轉(zhuǎn)斗角度的一半，（°）；</p><p><b>　　——土壤疏松系數(shù)；</b></p><p>　　——鏟斗充滿系數(shù)，這里取。</p><p><b>　　將數(shù)據(jù)代入得到</b></p><p>　　鏟斗上兩個鉸點之間的距

83、離,一般取特性參數(shù),</p><p>　　所以，這里取，一般取,這里取。</p><p>　?。?）動臂和斗桿尺寸的確定</p><p>　　動臂與斗桿的長度比為,當時稱為長動臂短斗桿方案，當時屬于短動臂長斗桿布置方案，對于沒有特殊要求的挖掘機，一般取中間比例方案，即取特性參數(shù)。</p><p><b>　　，這里取。</b&

84、gt;</p><p>　　根據(jù)CASE系列及玉柴挖掘機的作業(yè)參數(shù)，初步選取最大挖掘半徑，據(jù)統(tǒng)計，最大挖掘半徑值一般于的和值很接近，因此在和值已定時可按下列經(jīng)驗公式計算：</p><p>　　式中：——動臂長，即尺寸CF長,mm；</p><p>　　——斗桿長，即尺寸FQ長，mm；</p><p>　　——鏟斗尺寸QV,即,mm；</

85、p><p>　　——最大挖掘半徑，mm。</p><p><b>　　由此可初步計算得:</b></p><p><b>　　,初步選定。</b></p><p><b>　　，初步選定。</b></p><p>　　動臂的彎角一般可取，彎角大可增加挖掘深度

86、，但降低了卸載高度，太小則對強度不利，結(jié)合實際要求的最大挖掘深度較大，可初步確定。</p><p>　　圖4-2 工作裝置的尺寸圖</p><p>　　到此，動臂和斗桿的基本長度和彎角已經(jīng)確定，其各部分的具體參數(shù)，可參照CASE cx系列和山河智能SWE系列的小型無尾液壓挖掘機，對本次設計的挖掘機進行類比做仿形設計，并結(jié)合對作業(yè)參數(shù)（挖掘深度、卸料高度和挖掘高度）和挖掘力的要求，對起鉸點位

87、置進行優(yōu)化，從而確定各部分的結(jié)構(gòu)尺寸如下：</p><p>　　表4.1 挖掘機反鏟機構(gòu)的尺寸參數(shù)表</p><p>　　此時，工作裝置的基本尺寸和鉸點位置已基本確定。</p><p>　　4.1.2 液壓缸工作行程的確定</p><p>　　液壓缸的工作行程應滿足挖掘機的作業(yè)尺寸要求，即最大卸料高度、最大挖掘深度及最大挖掘高度。當動臂缸全伸

88、、斗桿缸全縮、鏟斗處于豎直狀態(tài)時，工作裝置為最大卸料高度狀態(tài)；當動臂剛?cè)?、斗桿缸和鏟斗缸全縮時，工作裝置為最大挖掘高度狀態(tài)；當動臂缸全縮、斗桿和鏟斗都處于豎直狀態(tài)時，工作裝置為最大挖掘深度狀態(tài)。</p><p>　　在滿足最大挖掘深度的前提下，動臂缸的長度，在最大卸料高度位置時，動臂缸的長度，根據(jù)活塞行程系列表，初步選定動臂缸的工作行程。</p><p>　　斗桿液壓缸應使斗桿有一定的擺

89、角范圍，一般取100º～130º，在最短時滿足最大卸料高度要求，在最長時不與動臂發(fā)生干涉，得到，，結(jié)合液壓缸行程的標準系列值，初步選定工作行程的液壓缸。</p><p>　　鏟斗液壓缸應使得鏟斗有一定的擺角范圍，當鏟斗液壓缸全縮時，鏟斗與斗桿的夾角應大于10º，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回鉆時，應使得土壤不會從斗中撒落，在鏟斗整個轉(zhuǎn)動過程中，鏟斗缸與連桿之間避免發(fā)生死點，通過建模分析，得

90、到鏟斗缸的長度范圍約為800～1300mm,因此初步選定的液壓缸。</p><p>　　在實際設計過程中，鉸點位置以及液壓缸行程很難一次確定，要通過反復修改，最終確定各結(jié)構(gòu)尺寸和液壓缸行程。</p><p>　　各液壓缸的最短和最長尺寸如下表所示：</p><p>　　表4.2 各液壓缸的尺寸</p><p>　　4.1.3 挖掘力的計算&l

91、t;/p><p>　　在整個作業(yè)過程中，由油缸所產(chǎn)生的挖掘力應大于正常的挖掘阻力。挖掘阻力分為鏟斗挖掘阻力和斗桿挖掘阻力，本設計中以鏟斗挖掘為主。在不同的位置挖掘阻力也不同，這里僅選阻力最大的位置。</p><p>　　鏟斗挖掘時，土壤切削阻力隨挖掘深度改變而有明顯的變化，其切削阻力基本上與切削深度成正比。但總的來說，前半過程切削阻力較后半過程高。因為前半過程的切削角不力，產(chǎn)生了較大的切削阻力

92、。其切削阻力的切向分力可用下列公式表達：</p><p>　　式中 ——表示土壤硬度的系數(shù)，對于II級土宜取=50～80，對III級土宜取C=90～150,對IV級土宜取=160～320；</p><p>　　——鏟斗與斗桿鉸點至斗齒尖距離，也即轉(zhuǎn)斗切削半徑，，單位為cm；</p><p>　　——挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半；</p><

93、p><b>　　——鏟斗瞬間轉(zhuǎn)角；</b></p><p>　　——切削刃寬度影響系數(shù)，，其中為鏟斗平均寬度，單位為m；</p><p>　　——切削角變化影響系數(shù)，??；</p><p>　　——帶有斗齒的系數(shù)，（無斗齒時，）；</p><p>　　——斗側(cè)壁厚度影響系數(shù)，，其中為側(cè)壁厚度，單位為cm，初步設計時可

94、??；</p><p>　　——切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)斗容量大小在10000～17000N范圍內(nèi)選取。當斗容量時應小于10000N。</p><p>　　轉(zhuǎn)斗挖掘裝土阻力的切向分力為</p><p>　　式中 ——密實狀態(tài)下土壤容量，單位為；</p><p>　　——挖掘起點和終點間連線方向與水平線的夾角；</p>&l

95、t;p>　　——土壤與鋼的摩擦系數(shù)；</p><p>　　經(jīng)過計算后表明，與相比很小，可忽略不計。當，時出現(xiàn)轉(zhuǎn)斗挖掘最大切向分力，其值為</p><p>　　實驗表明法向挖掘阻力的指向是可變，數(shù)值也較小，一般=。土質(zhì)愈均勻，愈小。從隨機統(tǒng)計的角度看，取法向分力為零來簡化計算是允許的。這樣就可看作為轉(zhuǎn)斗挖掘的最大阻力。</p><p>　　本次設計中挖掘機在II

96、I級土壤上工作，故取。</p><p>　　根據(jù)前面所取得鏟斗原始參數(shù)可知：cm，，，，同時由上可取其余參數(shù)如下：，，。</p><p>　　所以，切削刃擠壓土壤的力可取為：；</p><p>　　4.1.4各個油缸的作用力確定</p><p>　?。?）鏟斗油缸作用力確定。</p><p>　　反鏟裝置工作過程中，以

97、反鏟最主要的位置——最大挖掘深度時能保證最大挖掘力來分析確定鏟斗油缸作用力。此時，計算位置為動臂下放到最低位置。鏟斗油缸作用力對鏟斗與斗桿鉸點有最大力臂，如圖4-1。</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　l1——鏟斗油缸作用力對搖臂與斗桿鉸點的力臂（此位置為搖臂長度），m；</p><p>　　lc——F1max對鏟斗

98、與斗桿鉸點C的力臂，m。</p><p>　?。?）斗桿油缸作用力確定。</p><p>　　斗桿油缸最大作用力計算位置為動臂下放到最低位置，斗桿油缸對斗桿與動臂鉸點有最大力臂。即對斗桿產(chǎn)生最大作用力矩，并使斗齒間和鉸點B、C在一條直線上，如圖4-1。</p><p>　　圖4-1 鏟斗、斗桿油缸作用力分析</p><p>　?。?）動臂油缸

99、作用力的確定。</p><p>　　動臂油缸的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，如圖4.2.1.</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　Gdt——鏟斗及其裝載土壤的重力，N；</p><p>　　Gg——斗桿所受重力，N；</p>

100、<p>　　Gb——動臂所受重力，N；</p><p>　　ldA——鏟斗質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離，m；</p><p>　　lgA——斗桿質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離，m；</p><p>　　lbA——動臂質(zhì)心到動臂下鉸點A的水平距離，m。</p><p>　　圖4-2 動臂油缸作用力分析</p><p&

101、gt;　　4.1.3各液壓缸實際作用力的確定</p><p>　　挖掘機設計初，在其他參數(shù)還未確定的情況下?？梢詫Ρ韧愋鸵簤和诰驒C，采用經(jīng)驗公式初步確定斗桿、動臂、鏟斗液壓缸的作用力。圖4-3為對國內(nèi)外挖掘機相關數(shù)據(jù)的統(tǒng)計圖，可以看出。鏟斗、斗桿最大作用力與整機質(zhì)量之間存在一定的線性關系。</p><p>　　圖4-3 液壓缸作用力與整機質(zhì)量關系圖</p><p&g

102、t;　　則可通過以下公式估算液壓缸作用力：</p><p><b>　　f2=6.55M</b></p><p><b>　　F=0.75f2</b></p><p><b>　　f1=0.75F</b></p><p><b>　　式中</b></

103、p><p>　　F—— 鏟斗油缸作用力，KN；</p><p>　　f1——斗桿油缸作用力，KN；</p><p>　　f2——動臂油缸作用力，KN；</p><p>　　M——整機質(zhì)量，t。</p><p>　　代入公式得 f2=524KN F=396KN f1=295KN</p><p>

104、　　4.1.4 動臂液壓缸的計算</p><p>　　（1）由動臂缸的最大外負載，計算出動臂缸的結(jié)構(gòu)尺寸。 </p><p><b>　　動臂缸負載公式為：</b></p><p>　　式中：D——活塞直徑 m</p><p>　　P——系統(tǒng)壓力 Pa 取P=28Mp

105、a</p><p>　　——系統(tǒng)背壓 Pa 取=0.5Mpa</p><p>　　——機械效率 =0.95</p><p>　　取系統(tǒng)速比=1.46，所以活塞桿直徑，所以d=</p><p>　　由此即可求出動臂缸活塞直徑：</p><p><b>　　=</b></p><

106、p>　　最終求得D=159mm，根據(jù)查表GB/T2348—1993圓整得到D=160mm。</p><p>　　（2）活塞桿直徑為：==89.8mm，</p><p>　　查表GB/T2348—1993得知活塞桿規(guī)定尺寸圓整得：d=90mm。</p><p>　?。?）活塞寬度B=（0.6-1.0）*D</p><p>　　=（96-1

107、60）mm</p><p>　　則活塞寬度取為128mm。</p><p><b>　?。?）缸筒壁厚</b></p><p><b>　　材料的許用應力計算</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=160

108、</b></p><p>　　式中：—缸體材料的抗拉強度，缸體材料為45鋼，抗拉強度800；</p><p>　　n—安全系數(shù)，一般取n=5；</p><p>　　缸筒內(nèi)徑和壁厚之比=7.2<10，屬于厚壁缸筒，按照材料力學第二強度理論驗算。</p><p><b>　　=</b></p>

109、<p><b>　　=14.2mm</b></p><p>　　（5）計算長度L的計算公式</p><p>　　根據(jù)歐拉載荷條件有：當安全系數(shù)=3.5，液壓缸兩端鉸連接，剛性導向n=1時，則有</p><p><b>　　=1840mm</b></p><p><b>　?。?

110、）油缸強度計算</b></p><p><b>　　活塞桿應力校核</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=88.5</b></p><p>　　活塞桿材質(zhì)為45調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)查表得知強度極限=800</p><

111、p>　　材料的許用應力為==160（n為安全系數(shù)）</p><p>　　由此可知，<，應力滿足要求。</p><p>　　（7）油缸穩(wěn)定性驗算</p><p>　　油缸在工作時所承受的壓應力最大，所以有必要驗算活塞桿的壓穩(wěn)定性。</p><p>　　活塞桿斷面最小慣性矩</p><p><b>　

112、　=</b></p><p><b>　　=3.2x（）</b></p><p>　?。╞）活塞桿斷面最小回轉(zhuǎn)半徑</p><p><b>　　mm</b></p><p>　?。╟）活塞桿柔性系數(shù)</p><p><b>　　=</b>&l

113、t;/p><p><b>　　=82</b></p><p>　　式中，—為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式一般取1；</p><p>　　L—為有效計算長度。</p><p>　?。╠）鋼材柔度極限值</p><p><b>　　=</b></p><p&

114、gt;<b>　　=60.7</b></p><p>　　式中，—45號鋼比例極限；</p><p><b>　　E—材料彈性模量。</b></p><p>　?。╡）從以上計算可知，，即為大柔度壓桿，穩(wěn)定力為：</p><p><b>　　=</b></p>&

115、lt;p><b>　　=（N）</b></p><p>　?。╢）油缸最大閉鎖力</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=5.63*（N）</b></p><p><b>　?。╣）穩(wěn)定系數(shù)</b></p>