【正文】 ........................... 37 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 ................................................................................ 37 液壓圖運(yùn)行原理 .................................................................................................... 38 第五章 設(shè)計(jì)心得 .............................................................................................................. 40 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 41 附錄 ...................................................................................................................................... 42 液壓挖掘機(jī)行走驅(qū)動(dòng)及液壓回路設(shè)計(jì) 1 引言 本課題的目的和意義 液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土石方施工機(jī)械，在交通運(yùn)輸、民用建筑、礦山開采和市政工程等場(chǎng)所得到廣泛應(yīng)用，是各種土石方工程中非常常用的一種重要工程機(jī)械。主要用于建筑工程中拆除和開挖地基，水利工程中開挖坑槽和疏通河道，道路建設(shè)中道路平整和巖石破碎市政建設(shè)中鋪設(shè)管道和 破碎路面?，F(xiàn)在一些新型挖掘機(jī)可以水下作業(yè)。由于施工環(huán)境有時(shí)比較惡劣對(duì)挖掘機(jī)的技術(shù)性能要求比較高，所以液壓挖掘機(jī)的科技含量比較高是工程機(jī)械中最重要的產(chǎn)品之一。可以說(shuō)液壓挖掘機(jī)的制造技術(shù)水平和生產(chǎn)能力反映了一個(gè)國(guó)家的工程機(jī)械的整體水平，不夸張的說(shuō)也能反映這個(gè)國(guó)家的裝備制造業(yè)水平。 該課題結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和國(guó)內(nèi)外液壓挖掘機(jī)的應(yīng)用發(fā)展，對(duì)履帶式液壓挖掘機(jī)行走減速部分作較為深入的分析研究。根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)及要求，完成挖掘機(jī)行走減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，液壓回路設(shè)計(jì)，進(jìn)一步掌握挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)方法和步驟。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們進(jìn)一 步鞏固、加深對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的掌握，使之系統(tǒng)化、綜合化；培養(yǎng)我們獨(dú)立思考、獨(dú)立工作和綜合運(yùn)用已學(xué)知識(shí)分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力，尤其注重培養(yǎng)我們獨(dú)立獲取新知識(shí)的能力；培養(yǎng)我們?cè)诜桨冈O(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、文字表達(dá)、文獻(xiàn)查閱、計(jì)算機(jī)應(yīng)用及工具書的使用等方面的基本工作實(shí)踐能力；使我們樹立具有符合國(guó)情和生產(chǎn)實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn)，樹立嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于探索、勇于創(chuàng)新、善于與他人合作的工作作風(fēng)。 國(guó)內(nèi)外液壓挖掘機(jī)的發(fā)展情況 國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀 我國(guó)的 挖掘機(jī) 生產(chǎn)起步比較晚，從 1954 年撫順 挖掘機(jī) 廠生產(chǎn)第一臺(tái)斗容量為 1m179。的 機(jī)械 式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測(cè)繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個(gè)階段。 新中國(guó)成立初期，以測(cè)繪仿制前蘇聯(lián) 20世紀(jì) 30～ 40年代的機(jī)械式單 斗挖掘機(jī)為主，開始了中國(guó)的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史。由于當(dāng)時(shí)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，先后建立挖掘機(jī)生產(chǎn)廠。1967 年開始，中國(guó)自主研制液壓挖掘機(jī)。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的WYl00 型、貴陽(yáng)礦山機(jī)器廠的 W460 型、合肥礦山機(jī)器廠的 WY60 型挖掘機(jī)等。隨后又出現(xiàn)了長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠的 WYl60 型和杭州重型機(jī)械廠的 WY250 型挖掘機(jī)等。它們?yōu)橹袊?guó)液壓挖掘機(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了極其重要的一步。 液壓挖掘機(jī)行走驅(qū)動(dòng)及液壓回路設(shè)計(jì) 2 到 20世紀(jì) 80 年代末，中國(guó)挖掘機(jī)生產(chǎn)廠已有 30 多家，生產(chǎn)機(jī)型達(dá) 40余種。中、小型液壓挖掘機(jī)已形成系列，斗容有 ～ 立方米等 12 個(gè)等級(jí)、 20 多種型號(hào)，還生產(chǎn) 10 立方米、 12立方米機(jī)械傳動(dòng)單斗挖掘機(jī)， 1立方米隧道挖掘機(jī)， 4 立方米長(zhǎng)臂挖掘機(jī)， 1000 立方米 /h 的排土機(jī)等，還開發(fā)了斗容量 立方米的船用液壓挖掘機(jī)，斗容量 立方米、 立方米、 179。的水陸兩用挖掘機(jī)等。但總的來(lái)說(shuō)，中國(guó)挖掘機(jī)生產(chǎn)的批量小、分散，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量等與國(guó)際先進(jìn)水平相比，有很大的差距。 改革開放以來(lái)，積極引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，以促進(jìn)中國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展。其中貴陽(yáng)礦山機(jī)器廠、上海建筑 機(jī)械廠、合肥礦山機(jī)器廠、長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠等分別引進(jìn)德國(guó)利勃海爾公司的液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)。稍后幾年，杭州重型機(jī)械廠引進(jìn)德國(guó)德瑪克公司的 H55 和 H85型液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)技術(shù)，北京建筑機(jī)械廠引進(jìn)德國(guó)奧加凱公司的液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)。與此同時(shí)，還有山東 推土機(jī) 總廠 (其挖掘機(jī)生產(chǎn)基地改名為山重建機(jī)有限公司，包括 STRONG 和 JCM 兩個(gè)品牌 )、黃河 工程機(jī)械 廠、江西長(zhǎng)林機(jī)械廠、山東臨沂工程機(jī)械廠等聯(lián)合引進(jìn)了日本小松制作所 PC 型液壓挖掘機(jī)的制造技術(shù)。這些廠通過(guò)數(shù)年引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收、移植，使國(guó)產(chǎn)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品性能指標(biāo)全面提高到 20世紀(jì) 80 年代的國(guó)際水平，產(chǎn)量也逐年提高。由于國(guó)內(nèi)對(duì)液壓挖掘機(jī)需求量的不斷增加且多樣化，在國(guó)有大、中型企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，牽動(dòng)了一些其他機(jī)械行業(yè)的制造廠加入液壓挖掘機(jī)行業(yè)。 中國(guó)單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)向全液壓方向發(fā)展；應(yīng)著手研究、運(yùn)用電液控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)操縱的自動(dòng)化。 國(guó)外液壓挖掘機(jī)的發(fā)展和 現(xiàn)狀 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、日本是斗容量 單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，從 20 世紀(jì) 80 年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。 從 20 世紀(jì)后期開始，國(guó)際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)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(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要，國(guó)外發(fā)展了斗容量在 以下的微型挖掘機(jī)，最小的斗容量?jī)H在 。另外，數(shù)量最的的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)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(shí)，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘液壓挖掘機(jī)行走驅(qū)動(dòng)及液壓回路設(shè)計(jì) 3 機(jī)等。 2)迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)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(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無(wú)線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切，挖 掘機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。德國(guó)公司挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來(lái)工作；美國(guó)公司全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。還安裝了 CAPS(計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng) )，提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本公司挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)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(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗，并處長(zhǎng)了零部件的使用壽命；還有其他公司的具有合流特性油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使油泵具有最大的工作效率；挖掘機(jī)智能型控制系統(tǒng)，即使無(wú)經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作；等等。 4)更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無(wú)限壽命設(shè)計(jì)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(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面，促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法，并創(chuàng)立了預(yù)測(cè)產(chǎn)品失效和更新的的理論。日本 制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)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(yàn)，縮短了新產(chǎn)品的研究周期，加速了液壓挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程，并提高其可靠性和耐久性。 5)加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)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(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)在油泵工作過(guò)程中，壓力減小時(shí)和增大流量來(lái)襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變 量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當(dāng)外阻力增大時(shí)則減少流量 (降低速度 )，使挖掘力成倍增長(zhǎng)率加 。采用三回路液壓系統(tǒng)。產(chǎn)生三個(gè)互不成影響的獨(dú)立工作運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)達(dá)機(jī)械的功率匹配。將第三泵在其他工作運(yùn)動(dòng)上接通，成為開式回路第二個(gè)獨(dú)立的快速成運(yùn)動(dòng)。此外，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。 7)迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。 20 世紀(jì) 70 年代，為了節(jié)省 能液壓挖掘機(jī)行走驅(qū)動(dòng)及液壓回路設(shè)計(jì) 4 源 消耗和減少對(duì)環(huán)境的污染，使挖掘機(jī)的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機(jī)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(dòng)控制技術(shù)。隨著對(duì)挖掘機(jī)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(jī)電一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。 20 世紀(jì) 80 年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機(jī)、微處 理器、傳感器和檢測(cè)儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，推動(dòng)了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，亦即目前先進(jìn)的挖掘機(jī)上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)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)。 發(fā)展趨勢(shì) 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的液壓挖掘機(jī)生成較早，產(chǎn)品線齊全，技術(shù)成熟。美國(guó)德國(guó)和日本是液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，具有較高的市場(chǎng)占有率。從 20 世紀(jì)后期開始，國(guó)際上液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機(jī)型的基礎(chǔ)上向大型化、微型化、方向發(fā)展；從功能上看，在滿足基本功能的基礎(chǔ) 上，向多功能化、專業(yè)化方向發(fā)展；從產(chǎn)品性能上看，向高效節(jié)能化、自動(dòng)化、信息化、智能化的方向發(fā)展。 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)題目： EXB300 液壓挖掘機(jī)行走驅(qū)動(dòng)裝置及液壓回路設(shè)計(jì) 主要研究?jī)?nèi)容： （ 1）確定行走驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)方案及液壓系統(tǒng)方案； （ 2）確定行走馬達(dá)、行走減速機(jī)構(gòu)及行走液壓回路的主要參數(shù)； （ 3）計(jì)算行走阻力矩、驅(qū)動(dòng)力矩并對(duì)整機(jī)各行走工況進(jìn)行牽引性能及運(yùn)動(dòng)分析； （ 4）設(shè)計(jì)行走減速機(jī)構(gòu)及行走液壓系統(tǒng)； （ 5）選擇典型危險(xiǎn)工況對(duì)行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核； （ 6）繪制行走減速機(jī)構(gòu)裝配圖、零 部件結(jié)構(gòu)圖及行走液壓回路圖； （ 7）完成說(shuō)明書； （ 8）翻譯 3000 字以上的外文文獻(xiàn)；液壓挖掘機(jī)行走驅(qū)動(dòng)及液壓回路設(shè)計(jì) 5 第一章 確定行走驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械方案 液壓挖掘機(jī)減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。減速器是應(yīng)用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立傳動(dòng)裝置。減速器的主要功能是將低轉(zhuǎn)速、增大扭矩，以便帶動(dòng)大扭矩的機(jī)械。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、使用維護(hù)簡(jiǎn)單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代工程機(jī)器中應(yīng)用很廣。 減速器的功用及分類 減速器的作用有以下幾點(diǎn) （ 1）增扭減速，降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，增大扭矩； （ 2）變扭變速，工程機(jī) 械作業(yè)時(shí)，牽引力變化范圍大，而內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩的變化范圍不大，即使用液力機(jī)械傳動(dòng)，采用了液力變矩器也不能滿足要求，因此必須通過(guò)變換變速箱排檔以改變傳動(dòng)系傳動(dòng)比改變工程機(jī)械的牽引力和運(yùn)行速度，以適應(yīng)阻力變化； （ 3）實(shí)現(xiàn)空擋，以利于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)在不熄火的情況下停車； 減速器的分類 按其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、蝸桿蝸輪減速器、行星齒輪減速器四大類。下面對(duì)以上四種減速器的特點(diǎn)及用途作簡(jiǎn)要說(shuō)明： （ 1）圓柱齒輪減速器： 當(dāng)傳動(dòng)比在 8 以下時(shí)，可采用單級(jí)圓柱齒輪減速器，大于 8 時(shí)，最好采用兩級(jí)（ i=8~40）和兩級(jí)以上（ i40）的減速器。兩級(jí)和兩級(jí)以上的圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)布置形式有展開式、分流式和同軸式等數(shù)種。它是所有減速器中應(yīng)用最廣的，它傳遞功率范圍可從很小至 40000KW，圓周速度也可以從很低到 60~70m/s，有的甚至高達(dá) 140m/s。其結(jié)構(gòu)如圖 ： 液壓挖掘機(jī)行走驅(qū)動(dòng)及液壓回路設(shè)計(jì) 6 圖 （ 2）圓錐齒輪減速器： 它用于輸入軸和輸出軸位置布置成相交的場(chǎng)合。因?yàn)閳A錐齒輪常常是懸臂裝在軸端的，且由于圓錐齒輪的精加工比較困難，允許圓 周速度又較低，因此圓錐齒輪減速器的應(yīng)用不如圓柱齒輪減速器那樣廣。其結(jié)構(gòu)如圖 所示：