【正文】 斷地提高，而且尤其是面對勞動力成本的不斷上升，用小型挖掘機(jī)來減輕勞動力是一個很明智的選擇。中國挖掘機(jī)發(fā)展短短20多年來，現(xiàn)在有了一些知名的品牌，像三一、柳工、玉柴、山河智能、福田，徐挖、雷沃等品牌挖掘機(jī)。他們的產(chǎn)品各具特色，而且受到越來越多用戶的認(rèn)可。根據(jù)2005年挖掘機(jī)械協(xié)會統(tǒng)計(jì)國內(nèi)的13家主要企業(yè)挖掘機(jī)的銷量在2005年比2004年增幅達(dá)到了85%，總量占到了整個挖掘機(jī)市場將近三分之一，而銷量的話已經(jīng)占據(jù)到全球市場銷量的十分之一。在2007年，協(xié)會又對21家挖掘機(jī)主要廠家的銷售進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在兩千零七年挖掘機(jī)銷量達(dá)到六萬多臺，而內(nèi)資品牌的占有量又有了提升，已經(jīng)提升至五分之一，達(dá)到了13376臺。 本課題研究內(nèi)容及意義通過對本課題的研究，能在了解小型履帶式挖掘機(jī)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，通過對13噸小型履帶式挖掘機(jī)工況分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)，并進(jìn)行工作裝置參數(shù)化分析。通過SYC135小型履帶式挖掘機(jī)液壓打控制系統(tǒng)的分析與元器件選型，以及工作裝置鏟斗油缸的設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)分析能力、綜合能力和解決工程實(shí)際問題能力，從而為掌握液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法打下基礎(chǔ)。2 液壓系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) 我們說的挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)就是幾個機(jī)構(gòu)用管路連接起來，成為一體之后能行駛我們要的工作能力的系統(tǒng)。而里面的東西包含了像斗桿、液壓主泵、液壓主閥、存油的油箱、一些馬達(dá)用到的部件（像閥之類的）、管路還有幾個油缸等。它們都是以油液來作為工作介質(zhì)，利用液壓泵將柴油機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)為液壓能來供應(yīng)給那些執(zhí)行元件，像那些馬達(dá)還有油缸。這樣我們就能實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種功能了。我們都知道挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)都是由那些我們大二學(xué)到的基本回路組成的，還有一些是很關(guān)鍵的輔助回路。像我的學(xué)的，用溢流閥，調(diào)壓閥還有節(jié)流閥來組成的調(diào)壓回路；還有就是用溢流閥還有換向閥所組成的卸荷回路，將油引到油箱里面；還有像我們說的利用溢流閥，減壓閥還有單向閥來做到起減壓作用的減壓回路；還有就是用單向閥和節(jié)流閥組成平衡回路；我們挖掘機(jī)有時候要保持一些狀態(tài)，就要用到單向閥來組成的保壓回路和鎖緊回路；速度控制的像調(diào)速；挖掘機(jī)用的方向控制回路像換向就要用到了，還有要制動剎車也要用等。我們說的液壓系統(tǒng)的工作，事實(shí)上就是將液壓油從油箱底部抽出來然后通過濾油器的過濾，然后吸入到液壓泵中，等再從油泵出來的時候就有一定壓力了。它將那些液壓油分配到那些閥路里面。然后駕駛員通過控制那些手柄，腳踏―→先導(dǎo)閥―→工作閥進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了我們要的一些動作，在這個系統(tǒng)，為了不讓它的壓力過大，我們會設(shè)置一些像限壓閥，安全閥之類的，那些安全閥對系統(tǒng)有保護(hù)和補(bǔ)油的作用。 我們研究的液壓挖掘機(jī)它們的運(yùn)動組成相對其它的液壓系統(tǒng)難好多的，因?yàn)槲覀兊耐诰驒C(jī)需要經(jīng)常開關(guān)、剎車、變換方向，而且有時候的受力也是在發(fā)生變化的，像挖硬土塊，突然挖穿遇到松的泥巴一樣，這樣它受到的沖擊還有振動也會比較地頻繁，我設(shè)計(jì)的履帶挖掘機(jī)通常都是在野外山地工作的，城市走履帶不好，影響路面而且跑得慢，通過這些考慮我覺得這樣的挖掘機(jī)要滿足下面的幾個要求：1)需要保證挖掘機(jī)的動臂、鏟斗和斗桿能夠各自單獨(dú)地動作，并可以互相配合來實(shí)現(xiàn)復(fù)合的運(yùn)動。2)為了使挖掘機(jī)具備較高的生產(chǎn)效率，必須將挖掘機(jī)那些工作裝置的運(yùn)動和挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動給區(qū)分開來。不僅如此，還需要挖掘機(jī)可以進(jìn)行復(fù)合運(yùn)動，比如一邊挖掘，一邊移動其動臂，這樣可以明顯的提高其工作效率。3)由于挖掘機(jī)的工作地點(diǎn)一般都是不平坦的地帶，因此在對其進(jìn)行驅(qū)動的時候，最好能將其左右兩邊的履帶傳動軸給區(qū)分開來，這樣的話就能使其移動更加方便、靈活，也能適應(yīng)各種復(fù)雜地形。4)挖掘機(jī)的動臂經(jīng)常會因?yàn)槠渥陨淼闹亓勘容^大，在挖掘的時候因?yàn)橹亓Φ脑?，其會迅速的下降，如果是在坡度較陡的情況下還會有滑坡的危險，所以為了避免這種情況的出現(xiàn)，挖掘機(jī)上各個元件都需要有過載保護(hù)的要求，并且履帶行走也要有制動限制。大部分挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)都會有如下幾點(diǎn)要求限制：： 1)為了提高挖掘機(jī)燃料的使用效率，必須保證挖掘機(jī)的傳動系統(tǒng)要非常的合理，這樣才可以提高其傳動效率。而且因?yàn)榱己玫膫鲃釉O(shè)計(jì)，反過來減少傳動浪費(fèi)，提高發(fā)動機(jī)的動力性能。2)挖掘機(jī)在工作的時候，會造成很大的沖擊或者是振動，這樣的話就必須要確保液壓系統(tǒng)中的各個液壓元件都要有很好的抗震效果。3)由于液壓系統(tǒng)長期處于高功率的工作狀態(tài)，其散發(fā)出來的熱量會使得油溫升高，當(dāng)然，油溫過高的話就可能會導(dǎo)致爆炸，根據(jù)規(guī)定，油溫的溫度不能超過80攝氏度。4)挖掘機(jī)基本上都是在一些塵土比較多的地方工作，這就出現(xiàn)了一個問題，灰塵長期對液壓油還有液壓元件進(jìn)行污染，時間久了，就會使挖掘機(jī)的性能降低，其使用壽命也會大大受到影響，因此，者就對液壓系統(tǒng)有了很高的密封要求。雖然液壓元件想比較與液壓油，其比較不容易受到污染，但也需要設(shè)計(jì)一些一些濾油器和防塵裝置來保護(hù)液壓油免受污染。5)通過采用液壓和電液操縱裝置，用于挖掘機(jī)進(jìn)行設(shè)置自動控制系統(tǒng)，這樣就可以大大的提高挖掘機(jī)的技術(shù)操作性，也可以降低駕駛員的勞動強(qiáng)度，提高工作效率。挖掘機(jī)的一個作業(yè)循環(huán)包含了下面動作：1，挖掘－通過回轉(zhuǎn)鏟斗來完成破土還有裝土，通過改變斗桿的位置來完成挖土距離和位置的改變。2，滿斗回轉(zhuǎn)－等鏟斗裝滿土之后，動臂提起來，這個時候回轉(zhuǎn)馬達(dá)工作，挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向。3，卸土－等挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)馬達(dá)停了之后，用斗桿來決定在哪里卸土，由鏟斗來把土放下。4，回位－就是等卸完土之后，回到原來的工作地方，準(zhǔn)備進(jìn)行1到4的循環(huán)。整機(jī)移動過程中包括：直線行駛－由于挖掘機(jī)左右兩邊的履帶式通過兩個傳動系統(tǒng)控制的，這樣的話，要使其沿著直線行走，只要保證相關(guān)傳動軸具備相投的轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到目的了。轉(zhuǎn)彎－同直線行走有相同的原理，只要讓傳動軸轉(zhuǎn)速不一致，其自然也就向兩邊偏轉(zhuǎn)了。甚至，當(dāng)一邊履帶不動的話，該挖掘機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)圈。下圖是挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)簡圖，其中包括了原始動力源，動力源，控制元件，執(zhí)行元件。 小型液壓挖掘機(jī)的基本回路 液壓系統(tǒng)的基本回路其實(shí)是由一個或多個液壓元件有機(jī)連接形成的、并且通過這些液壓元件形成一些典型的回路，通過這種回路就可以使得液壓機(jī)械實(shí)現(xiàn)一些特定的功能。在本文所設(shè)計(jì)的小型履帶式挖掘機(jī)自然也包含了這些液壓元件所組成的液壓回路。在下面的說明里面，那些重要的回路我會講到。目前SY135采用的都是雙泵恒功率控制液壓系統(tǒng)，負(fù)流量控制，兩液壓泵按照全功率變量。全功率變量指的是兩泵功率之和保持恒定，這主要是為了當(dāng)執(zhí)行單泵動作時，此泵可吸收另一不工作的液壓泵進(jìn)行運(yùn)動，此泵也可吸收另一不工作的泵的功率，從而充分發(fā)揮了柴油機(jī)的功率。 主泵原理圖設(shè)計(jì)說明附圖A:變量活塞B：功率調(diào)節(jié)閥aa:本泵功率控制bb：交叉功率控制cc：變功率控制dd：中位負(fù)流量控制，：泵的測壓點(diǎn)：先導(dǎo)泵供油給手柄：電磁閥壓力測壓點(diǎn),：泵1，2的出油口；：先到泵供油給電磁閥:主泵吸油口：先導(dǎo)泵吸油口：泵的泄油口：電磁閥入油口，：負(fù)流量控制端口主泵系統(tǒng)在整機(jī)的右側(cè)門，其作用是為了給主液壓系統(tǒng)提供液壓油的。主泵的話是通過負(fù)流量調(diào)節(jié)的，它的原理是泵的輸出流量會隨著先導(dǎo)壓力的上升而減少。負(fù)流量控制是在主控閥中位有回油的時候，通過負(fù)反饋閥組的節(jié)流孔，能使油液在節(jié)流孔前后產(chǎn)生壓力差。還有就是能夠?qū)⒐?jié)流孔前的壓力引導(dǎo)到泵調(diào)節(jié)器進(jìn)而來進(jìn)行泵的排量控制。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理圖設(shè)計(jì)說明附圖A,B：馬達(dá)進(jìn)油口M：補(bǔ)油口DB：泄油口PA,PB：馬達(dá)進(jìn)油口測壓點(diǎn)PG：來自于先導(dǎo)泵的推開制動活塞SH：來自于主閥PX的解鎖壓力馬達(dá)進(jìn)油口測壓點(diǎn)上方的兩個閥為KRD22EK系列的回轉(zhuǎn)安全閥，其作用是改善升壓緩沖特性，降低起動，停止時的沖擊。回轉(zhuǎn)安全閥構(gòu)成了緩沖回路，解決了緩沖問題。馬達(dá)進(jìn)油口測壓點(diǎn)下方兩個閥為2KAR6P系列的防反轉(zhuǎn)閥，其特點(diǎn)是（1）防止回轉(zhuǎn)時的搖擺，（2）能夠安裝在回轉(zhuǎn)馬達(dá)上，（3）緊湊設(shè)計(jì)。SH與PG側(cè)那塊為延時閥MRB，其原理是在回轉(zhuǎn)停止時，回轉(zhuǎn)上部件由于慢性地繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)制動器延時大約58秒后起作用。 中位負(fù)載控制設(shè)計(jì)說明附圖當(dāng)閥處于中位時，PP2通過閥的中位油道，最后經(jīng)過NRNR2節(jié)流后回油箱，在節(jié)流口NRNR2前取得壓力信號FL、FR，就可以控制主泵到最小排量。 行走機(jī)構(gòu)原理圖設(shè)計(jì)說明附圖A,B：主油口:行走速度控制口,:馬達(dá)泄油口 T1下兩個安全閥，和節(jié)流閥構(gòu)成行走限速回路。顧名思義，用于限制行走速度。 主閥原理圖設(shè)計(jì)在主閥塊原理圖中，包含了控制挖掘機(jī)的大部分主要功能1：直線行走2：合流（動臂上升能加快速度，斗桿伸出得時候可以加快速度，鏟斗在挖掘時候力能夠更大）3：回轉(zhuǎn)優(yōu)先4：再生回路（動臂在下降還有斗桿在縮進(jìn)的時候可以利用這個原理）5：動臂，斗桿的鎖定功能分析：功能項(xiàng)目說明附圖直線行走行走直線功能，是在挖掘機(jī)陷到坑里面或者在一些特殊的環(huán)境時，又要行走，又要自救（讓其他機(jī)構(gòu)能動來自救），就要用到這個功能。僅僅在工作行走下，來自每臺泵的工作液壓油都供應(yīng)給每臺行走馬達(dá)。在工作行走和其他附件下，來自于前面的工作液壓油都供應(yīng)給兩臺行走馬達(dá)，而來自后面的泵的工作液壓油供應(yīng)給附件。動臂提升合流動臂提升合流它的原理很簡單，主要是要用到換向閥和插裝閥來進(jìn)行，為提高作業(yè)效率，雙泵合流，以提高動臂提升速度。要知道在換向閥打到左邊得時候，這時候動臂就可以提升了。斗桿伸出合流斗桿伸出合流它的原理不復(fù)雜，主要靠換向閥和插裝閥來進(jìn)行的，這種合流是為了提高作業(yè)效率，雙泵合流可以來提高斗桿的伸出速度。要知道在換向閥換到右邊的時候，就是斗桿伸出的時候。鏟斗挖掘而鏟斗挖掘是在換向閥換到A，在B的挖掘條件下，為了能夠加快挖掘的速度，還有就是能夠提高挖掘力，這時候就要依靠雙泵的合流，來提高鏟斗挖掘的挖掘力了動臂，斗桿鎖定動臂和斗桿的鎖定時同樣的道理，由換向閥自鎖，用以保持工作狀態(tài)再生回路當(dāng)斗桿無負(fù)載下落時斗桿油缸大腔壓力很小，兩位兩通閥在彈簧的作用下往下運(yùn)動，關(guān)閉活塞桿腔的回油通道，這樣活塞桿腔的油就直接回到油缸大腔，實(shí)現(xiàn)活塞桿的快速伸出?；剞D(zhuǎn)優(yōu)先當(dāng)回轉(zhuǎn)與斗桿復(fù)合動作時，通過PSP壓力信號控制SP閥左移，切斷斗桿的供油，保證回轉(zhuǎn)起動，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)優(yōu)先。（此時斗桿由另一油泵供油） 先導(dǎo)系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)先導(dǎo)系統(tǒng)包括：先導(dǎo)泵（帶安全閥）－是用來給先導(dǎo)控制系統(tǒng)提供壓力油先導(dǎo)閥（手，腳先導(dǎo)閥）－它是比例來控制主閥的動作的電磁閥組－它包括了先導(dǎo)開關(guān)還有行走換速以及增力單向閥－讓液壓油單向流動，而且確保蓄能器里面的壓力不會跑掉蓄能器－要是發(fā)動機(jī)突然間熄火了，壓力降不下來，這時候就要用到它了功率控制電磁閥－顧名思義，這是用來控制系統(tǒng)的功率的