【正文】 .... 22 167。 動臂油缸作用力的確定 ....................... 18 167。 液壓系統(tǒng)方案擬定 ................................ 14 第 3 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 .......................................................................... 15 167。 液壓挖掘機結(jié)構(gòu) .................................. 3 167。 以液壓元件和液壓回路為主 。 在搜集了國內(nèi)外挖掘機液壓系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解了挖掘機液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史，并對挖掘機液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動態(tài)進行了分析總結(jié)。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 0 頁 共 37 頁 摘 要 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)工程的土方機械。本次畢業(yè)設(shè)計課題是液壓挖 掘機。 關(guān)鍵詞 ： 挖掘機 、 液壓系統(tǒng) 、 液壓泵 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 1 頁 共 37 頁 Abstract Construction machinery hydraulic excavator is an important species, is a widely used in construction,railway, highway, water conservancy, mining and other construction projects of Earthmoving Machinery. The use of hydraulic excavator hydraulic ponents (hydraulic pumps, hydraulic motors, hydraulic cylinders, etc.) bring a variety of ponent movement, has many advantages, so it is the design of the hydraulic system of the high demands, and its hydraulic system engineering machinery hydraulic system is the most plex. Therefore, the analysis of excavator hydraulic system design in promoting the development of China39。 液壓挖掘機傳動原理 .............................. 5 第 2 章 挖掘機工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計方 案的確定 .................... 7 167。 確定油缸所受的作用力 ........................... 15 167。 各油缸尺寸的確定 ............................... 19 167。 液壓系統(tǒng)圖的擬定 ............................... 23 167。 液壓油箱的確定 ................................. 29 167。可以預(yù)見，隨著國家經(jīng)濟 建設(shè)的不斷發(fā)展，液壓挖掘機的需求量將逐年大幅度增長。 2021年全國液壓挖掘機的銷售量超過 18000 臺。 隨之從事液壓設(shè)備設(shè)計和調(diào)試工作的工程技術(shù)人員也越來越多。 單斗液壓挖掘機是裝有一只鏟斗并采用液壓傳動進行挖掘作業(yè)的機械。當(dāng)挖掘機挖完一段土后，機械移動一段距離，以便繼續(xù)作業(yè)。液壓挖掘機作為一個有機整 體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機械零部件性能有關(guān)，還與液壓系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)性能有關(guān) 。拖拉機不同，汽車和拖拉機指在最高轉(zhuǎn)速下、連同機油泵、發(fā)電機等必要附件，分鐘內(nèi)的最大功率 。回轉(zhuǎn)機構(gòu)使挖掘機上車圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作 360度 的回轉(zhuǎn)的機構(gòu)，包括驅(qū)動裝置和回轉(zhuǎn)支撐。液壓挖掘機的主要運動有整機行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、動臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動等。液壓系統(tǒng)設(shè)計得合理與否，對挖掘機的性能起著決定性的作用。電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速進步，使挖掘機有了越來越先進的控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機向高性能、自動化和智能化發(fā)展。機體是完成挖掘機基本動作并作為驅(qū)動和操縱挖掘機進行工作的荃礎(chǔ)，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛。 工作裝置根據(jù)工作性質(zhì)的不同，可配備反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，分別完成挖掘、裝載、抓取、起重、 鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作。其中長期作業(yè)條件相似的挖掘機反鏟裝置大多采用整體鵝頸式動臂結(jié)構(gòu)。 整體鵝頸式動臂反鏟挖掘機工作裝置主要由動臂、動臂油缸、斗桿、斗一桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、搖臂、連桿、銷軸等組成。當(dāng)斗桿油缸伸縮時，斗桿可繞動臂上鉸點轉(zhuǎn)動。挖掘機司機扳動操縱手柄，使回轉(zhuǎn)馬達控制閥接通，于是回轉(zhuǎn)馬達轉(zhuǎn)動并帶動上部平臺回轉(zhuǎn)，使工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘地點，在執(zhí)行上述過程的同時操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸上腔進油，將動臂下降，直至鏟斗接觸地面，然后司機操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進油，配合動作以加快作業(yè)進度，進行復(fù)合動作的挖掘和裝載 :鏟斗裝滿后將斗桿油缸和鏟 斗油缸的操縱手柄扳回中位，使鏟斗和斗桿油缸閉鎖，再操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸的下腔進油，將甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 5 頁 共 37 頁 5 動臂提升，舉起裝滿土的鏟斗離開工作面，隨即扳動平臺回轉(zhuǎn)換向閥手柄，使上部平臺回轉(zhuǎn)，帶動鏟斗轉(zhuǎn)至運輸車輛上方，再操縱斗桿油缸使鏟斗高度稍降一些，并在適當(dāng)?shù)母叨炔倏v鏟斗油缸使鏟斗卸土。 液壓挖掘機 由 柴油機驅(qū)動液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執(zhí)行元件 (液壓缸或液壓馬達 )驅(qū)動相應(yīng)的機構(gòu)進行工作。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉(zhuǎn)動 。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進油，使動臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進行卸土。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 7 頁 共 37 頁 7 第 2 章 液壓挖掘機工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計方案的確定 要了解和設(shè)計挖掘機的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機的工作過程及其作業(yè)要求，掌握各種液壓作用元件動作時的流量、力和功率要求以及液壓作用元件相互配合的復(fù)合動作要求和復(fù)合動作時油泵對同時作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。 動臂升降 斗桿收放 鏟斗裝卸 4 、平臺臺回轉(zhuǎn) 整機行走 圖 21 液壓挖掘機的運動圖 由于液壓挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機的工作有兩項特殊要求 :(1)實現(xiàn)各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化，因此，要求液甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 8 頁 共 37 頁 8 壓缸和液壓馬達的壓力和流量也能相應(yīng)變化 。 (3) 卸載 :轉(zhuǎn)到卸土點時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿液壓缸調(diào)節(jié)卸載半徑，然后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗卸載。 一般在平整土 地或切削斜坡時，需要同時操縱動臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運動，如 圖 22， 23所示。下面以三泵系統(tǒng)為例，來說明復(fù)合動作挖掘時油泵流量的分配情況和分合流油路的連接情況。當(dāng)鏟斗和動臂復(fù)合動作挖掘時，由于動臂僅僅起調(diào)解位置的作用，主要是斗桿進行挖掘，因此采用斗桿優(yōu)先合流、雙泵供油，如圖 26b 所示?；剞D(zhuǎn)馬達和斗桿收縮同時動作，由同一個油泵供油，因此需要采用回轉(zhuǎn)優(yōu)先油路，否則鏟斗無法緊貼側(cè)壁，使掘削很難正常進行。 挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅硬障礙物，往往由于挖不動而需要 短時間增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時增壓，能提高主壓力閥的 力。卸載回轉(zhuǎn)角度大，則要求回轉(zhuǎn)速度快些，而動臂的提升速度慢些。 由于滿斗提升時動臂油缸壓力高，導(dǎo)致變量泵流量減小，為了使動臂提升和回轉(zhuǎn)、斗桿外放相互配合動作，由一個油泵專門向動臂油缸供油，另一個油泵除了向回轉(zhuǎn)馬達和斗桿供油外，還有部分油供給動臂，如圖 27b所示。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 11 頁 共 37 頁 11 3 卸載工況分析 回轉(zhuǎn)至卸載位置時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。此工況是回轉(zhuǎn)馬達、動臂和斗桿復(fù)合動作。在雙泵系統(tǒng)中，一個油泵為左行走馬達供油、另一個油泵為右行走馬達供油，此時如果某一液壓元件動作，使某一油泵分流供油，就會造成一側(cè)行走速度降低，影響直線行駛性，特別是當(dāng)挖掘機進行裝車運輸或上下卡車行走時，行駛偏斜會造成事故。 圖 28 行走復(fù)合動作時的幾種供油情況 167。尤其是當(dāng)負載變化時，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動機的良好匹配，盡量提高發(fā)動機的輸出功率。挖掘機在工作過程中作業(yè)阻力變化大，各種不同的作業(yè)工況要求功率變化大，因此要求對各個執(zhí)行元件的調(diào)速性要甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 13 頁 共 37 頁 13 好。如果挖掘機在行使過程中由于液壓泵的油分流供應(yīng)，導(dǎo)致一側(cè)行走馬達速度降低，形成挖掘機意外跑偏，很容易發(fā)生事故。當(dāng)對各個執(zhí)行元件進行調(diào)速控制時，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時必然會導(dǎo)致一部分流量損失掉。 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。 液壓系統(tǒng)方案擬訂 (1) 在 液壓挖掘機一個工作循環(huán)中的四種工況一挖掘工況、滿斗舉升回轉(zhuǎn)工況、 卸載工況和卸載返回工況進行詳細 分析 的基礎(chǔ)上，總結(jié) 每個工況下各執(zhí)行機構(gòu)的主要復(fù)合動作 后提出初步方案 。 確定油缸所受的作用力 167。 已知 1300cDl R mm?? 1 430l mm? 1 2 0 1 3 0 0 3 4 5 . 7 9430dF K N?? ? ? 而這時斗桿及動臂油缸均處于閉鎖狀態(tài)，斗桿油缸閉鎖力gF? 應(yīng)滿足 1m ax 222BBg F l F lF ll?? ?? （ 32） 式中 2l — 斗桿閉鎖力 gF? 對斗桿與動臂鉸點的力臂， m； Bl — max1F 對斗桿與動臂鉸點 B 的力臂， m； Bl? — 2F 對斗桿與動臂鉸點 B 的力臂， m； 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 16 頁 共 37 頁 16 圖 31 鏟斗缸受力分析圖 2F —— 挖掘阻力的法向分力，取2 1 m a x,( 0. 1 ~ 0. 2)F F N? 已知 2 430l mm? 3900Bl mm? 650Bl mm?? 2 1 m a 120 12F F K N K N? ? ? ? 120 3900 12 650 430 430gF K N???? ? ? ? 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 17 頁 共 37 頁 17 動臂油缸閉鎖力 bF? 應(yīng)滿足 323m ax1 l lFl lFF AAb ?? ?? （ 33） 式中 3l —— 動臂油缸閉鎖力 dF? 對鉸點 A 的力 臂， m； Al —— max1F 對動臂下鉸點 A 的力臂， m； Al? —— 2F 對鉸點 A 的力臂， m。 與前面推導(dǎo)鏟斗油缸作用力一樣，忽略各構(gòu)件及斗中土壤質(zhì)量和連桿機構(gòu)效率影響因素，此時斗桿油缸作用力 gF 為 1 m a x21 2 0 3 9 0 0 720650Bg FlF K Nl ?? ? ? 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 dF? 應(yīng)滿足1 m a x11 4 0 1 3 7 0 3 3 6 . 5570Cd FlF K Nl? ?? ? ? 動臂缸閉鎖力 dF? 應(yīng)滿足 1 m a x 231 4 0 3 8 8 1 . 6 2 1 4 7 9 5 1 8 8 0 . 63 4 2 . 5AAb F l F lF K Nl ?? ? ? ? ?? ? ? 動臂缸有兩個，則每個缸閉鎖力 1 8 8 0 .6 9 4 0 .322b