【正文】 .... 22 167。 動(dòng)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(jì) .......................................................................... 15 167。 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu) .................................. 3 167。 以液壓元件和液壓回路為主 。 在搜集了國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史，并對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析總結(jié)。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 0 頁(yè) 共 37 頁(yè) 摘 要 液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個(gè)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(jī)械。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是液壓挖 掘機(jī)。 關(guān)鍵詞 ： 挖掘機(jī) 、 液壓系統(tǒng) 、 液壓泵 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 1 頁(yè) 共 37 頁(yè) 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(jī)傳動(dòng)原理 .............................. 5 第 2 章 挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì) 建設(shè)的不斷發(fā)展，液壓挖掘機(jī)的需求量將逐年大幅度增長(zhǎng)。 2021年全國(guó)液壓挖掘機(jī)的銷售量超過(guò) 18000 臺(tái)。 隨之從事液壓設(shè)備設(shè)計(jì)和調(diào)試工作的工程技術(shù)人員也越來(lái)越多。 單斗液壓挖掘機(jī)是裝有一只鏟斗并采用液壓傳動(dòng)進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。當(dāng)挖掘機(jī)挖完一段土后，機(jī)械移動(dòng)一段距離，以便繼續(xù)作業(yè)。液壓挖掘機(jī)作為一個(gè)有機(jī)整 體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機(jī)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(jī)不同，汽車和拖拉機(jī)指在最高轉(zhuǎn)速下、連同機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)等必要附件，分鐘內(nèi)的最大功率 。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使挖掘機(jī)上車圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作 360度 的回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)裝置和回轉(zhuǎn)支撐。液壓挖掘機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)有整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)等。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)得合理與否，對(duì)挖掘機(jī)的性能起著決定性的作用。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，使挖掘機(jī)有了越來(lái)越先進(jìn)的控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)向高性能、自動(dòng)化和智能化發(fā)展。機(jī)體是完成挖掘機(jī)基本動(dòng)作并作為驅(qū)動(dòng)和操縱挖掘機(jī)進(jìn)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(zhǎng)期作業(yè)條件相似的挖掘機(jī)反鏟裝置大多采用整體鵝頸式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)。 整體鵝頸式動(dòng)臂反鏟挖掘機(jī)工作裝置主要由動(dòng)臂、動(dòng)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(shí)，斗桿可繞動(dòng)臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。挖掘機(jī)司機(jī)扳動(dòng)操縱手柄，使回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥接通，于是回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)上部平臺(tái)回轉(zhuǎn)，使工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘地點(diǎn)，在執(zhí)行上述過(guò)程的同時(shí)操縱動(dòng)臂油缸換向閥，使動(dòng)臂油缸上腔進(jìn)油，將動(dòng)臂下降，直至鏟斗接觸地面，然后司機(jī)操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進(jìn)油，配合動(dòng)作以加快作業(yè)進(jìn)度，進(jìn)行復(fù)合動(dòng)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(dòng)臂油缸換向閥，使動(dòng)臂油缸的下腔進(jìn)油，將甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 5 頁(yè) 共 37 頁(yè) 5 動(dòng)臂提升，舉起裝滿土的鏟斗離開(kāi)工作面，隨即扳動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)換向閥手柄，使上部平臺(tái)回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鏟斗轉(zhuǎn)至運(yùn)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(jī) 由 柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dá) )驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。依靠斗桿缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng) 。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，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(jìn)行卸土。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 7 頁(yè) 共 37 頁(yè) 7 第 2 章 液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定 要了解和設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機(jī)的工作過(guò)程及其作業(yè)要求，掌握各種液壓作用元件動(dòng)作時(shí)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(dòng)作要求和復(fù)合動(dòng)作時(shí)油泵對(duì)同時(shí)作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。 動(dòng)臂升降 斗桿收放 鏟斗裝卸 4 、平臺(tái)臺(tái)回轉(zhuǎn) 整機(jī)行走 圖 21 液壓挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)圖 由于液壓挖掘機(jī)的作業(yè)對(duì)象和工作條件變化較大，主機(jī)的工作有兩項(xiàng)特殊要求 :(1)實(shí)現(xiàn)各種主要?jiǎng)幼鲿r(shí)，阻力與作業(yè)速度隨時(shí)變化，因此，要求液甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 8 頁(yè) 共 37 頁(yè) 8 壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化 。 (3) 卸載 :轉(zhuǎn)到卸土點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，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(shí)，需要同時(shí)操縱動(dòng)臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運(yùn)動(dòng)，如 圖 22， 23所示。下面以三泵系統(tǒng)為例，來(lái)說(shuō)明復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)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(dòng)臂復(fù)合動(dòng)作挖掘時(shí)，由于動(dòng)臂僅僅起調(diào)解位置的作用，主要是斗桿進(jìn)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(dá)和斗桿收縮同時(shí)動(dòng)作，由同一個(gè)油泵供油，因此需要采用回轉(zhuǎn)優(yōu)先油路，否則鏟斗無(wú)法緊貼側(cè)壁，使掘削很難正常進(jìn)行。 挖掘過(guò)程中還有可能碰到石塊、樹(shù)根等堅(jiān)硬障礙物，往往由于挖不動(dòng)而需要 短時(shí)間增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時(shí)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(dòng)臂的提升速度慢些。 由于滿斗提升時(shí)動(dòng)臂油缸壓力高，導(dǎo)致變量泵流量減小，為了使動(dòng)臂提升和回轉(zhuǎn)、斗桿外放相互配合動(dòng)作，由一個(gè)油泵專門(mén)向動(dòng)臂油缸供油，另一個(gè)油泵除了向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油外，還有部分油供給動(dòng)臂，如圖 27b所示。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 11 頁(yè) 共 37 頁(yè) 11 3 卸載工況分析 回轉(zhuǎn)至卸載位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，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(dá)、動(dòng)臂和斗桿復(fù)合動(dòng)作。在雙泵系統(tǒng)中，一個(gè)油泵為左行走馬達(dá)供油、另一個(gè)油泵為右行走馬達(dá)供油，此時(shí)如果某一液壓元件動(dòng)作，使某一油泵分流供油，就會(huì)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(jī)進(jìn)行裝車運(yùn)輸或上下卡車行走時(shí)，行駛偏斜會(huì)造成事故。 圖 28 行走復(fù)合動(dòng)作時(shí)的幾種供油情況 167。尤其是當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的良好匹配，盡量提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。挖掘機(jī)在工作過(guò)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(duì)各個(gè)執(zhí)行元件的調(diào)速性要甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 13 頁(yè) 共 37 頁(yè) 13 好。如果挖掘機(jī)在行使過(guò)程中由于液壓泵的油分流供應(yīng)，導(dǎo)致一側(cè)行走馬達(dá)速度降低，形成挖掘機(jī)意外跑偏，很容易發(fā)生事故。當(dāng)對(duì)各個(gè)執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時(shí)必然會(huì)導(dǎo)致一部分流量損失掉。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的 制動(dòng)和限速；防止動(dòng)臂因自重而快帶下降和整機(jī)超速溜坡。 液壓系統(tǒng)方案擬訂 (1) 在 液壓挖掘機(jī)一個(gè)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(jìn)行詳細(xì) 分析 的基礎(chǔ)上，總結(jié) 每個(gè)工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動(dòng)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(shí)斗桿及動(dòng)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(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂， m； Bl — max1F 對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn) B 的力臂， m； Bl? — 2F 對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn) B 的力臂， m； 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 16 頁(yè) 共 37 頁(yè) 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(yè) 共 37 頁(yè) 17 動(dòng)臂油缸閉鎖力 bF? 應(yīng)滿足 323m ax1 l lFl lFF AAb ?? ?? （ 33） 式中 3l —— 動(dòng)臂油缸閉鎖力 dF? 對(duì)鉸點(diǎn) A 的力 臂， m； Al —— max1F 對(duì)動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的力臂， m； Al? —— 2F 對(duì)鉸點(diǎn) 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(jī)構(gòu)效率影響因素，此時(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)臂缸有兩個(gè)，則每個(gè)缸閉鎖力 1 8 8 0 .6 9 4 0 .322b