【正文】 的缸筒結(jié)構(gòu)有八類，通常缸筒與缸蓋、缸頭的連接型式取決于額定工作壓力、 用途和使用環(huán)境等因素。 液壓缸的常用材料有 20鋼、 35 鋼、 45 鋼的無縫鋼管。 24 6．缸筒制造加工要求 缸筒直徑 D 采用 7H 或 8H 級(jí)配合，表面粗糙度 Ra 值一般為 ～ m? ，都需進(jìn)行研磨 。以免精加工后焊接而引起內(nèi)孔變形。端蓋上有 活塞桿導(dǎo)向套及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺孔，受力比較復(fù)雜，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 2）與缸筒的連接 缸筒與缸蓋用法蘭連接，這種連接方式裝卸方便，加工容易，缺點(diǎn)是徑向尺寸大，質(zhì)量較大。驗(yàn)算時(shí)可按拉應(yīng)力 ? 和剪應(yīng)力 ? 的合成應(yīng)力 ?? 來進(jìn)行。 圖 41 缸筒的外螺紋連接 3）端蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算 缸蓋厚度計(jì)算公式： []yphD?? （ 43） 式中： yp —— 系統(tǒng)最大工作壓力， 25p Mpa? ； 25 D —— 液壓缸的內(nèi)徑 m； ??? —— 材料許用應(yīng)力，取 122Mpa 0 .4 3 3 1 9 .6[]yph D m m??? 取 h? 20mm 4）缸蓋螺栓連接處的強(qiáng)度校核如下： 液壓缸缸筒與端蓋的連接方法很多，其中以螺栓（釘）連接最為廣泛。當(dāng)缸蓋作導(dǎo)向套時(shí)，應(yīng)采用鑄鐵并在其工作表面堆焊青銅、黃銅或是其他耐磨材料。需要在缸筒上焊接油口、排氣閥座時(shí)都蝕和提高使用壽命，在缸筒內(nèi)表面可以鍍鉻，再進(jìn)行研磨或拋光，在缸筒內(nèi)表面涂耐油油漆。 此外，還有通往油口、排 99氣閥孔的內(nèi)孔口必須有倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件。 表 43 缸筒外徑 1D ()mm 的選取 產(chǎn)品系列 代號(hào) 額定壓力 /Mpa 內(nèi)徑 A型 20 40 50 63 80 100 125 140 160 200 220 250 外徑 50 60 76 95 121 146 168 194 218 219 245 所以缸筒外徑 1D =121mm 5．缸筒壁厚驗(yàn)算 在中低壓液壓系統(tǒng)中，液壓缸缸筒的壁厚常由結(jié)構(gòu)工藝上的要求決定的，強(qiáng)度問題是次要的，一般不需要驗(yàn)算。缸筒與缸蓋采用外螺紋連接具有重量輕，外徑較小的優(yōu)點(diǎn)，而且便于拆卸和檢修。 液壓缸缸筒的設(shè)計(jì) 缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉的容腔，形成內(nèi)壓，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。 2．基本回路 本系統(tǒng)采用并聯(lián)回路。為了滿足作業(yè)要求，定量 系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率要根據(jù)最大外負(fù)荷和作業(yè)速度來確定。按其職能來說，屬于液壓能元件，又稱為動(dòng)力元件。但造維修困難，增大了液壓振動(dòng)與沖擊，影響了元件壽命和可靠性，此外，壓力增高太多，元件與管道的壁厚相應(yīng)增加，尺寸與質(zhì)量的減少率將愈來愈小。常用于中、大型挖掘機(jī)、混凝土泵等。在一定的允許范圍提高油壓，可是系統(tǒng)的尺寸減小，但容積效率會(huì)下降。并聯(lián)油路的特點(diǎn)是各滑閥可進(jìn)行各自獨(dú)立操作，幾個(gè)工作裝置可以同時(shí)進(jìn)行工作；但當(dāng)幾個(gè)滑閥同時(shí)處于換向位置時(shí)，負(fù)荷小的工作裝置先動(dòng)，而不能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步，不過可采用均流器來解決并聯(lián)系統(tǒng)中兩個(gè)執(zhí)行原件的同步問題。 ：液壓油 本次液壓系統(tǒng)采用雙泵雙回路定量并聯(lián)系統(tǒng)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)的動(dòng)作正確，操作方便，功率利用較好。 液壓缸輸出力 和速度，帶動(dòng)負(fù)載作直線運(yùn)動(dòng)； 液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)負(fù)載作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 液壓挖掘機(jī)整個(gè)機(jī)械包括：底盤行走系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、工作機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)。 眾多人員所研究的結(jié)果對(duì)液壓挖掘機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有很大的意義，但所研究的內(nèi)容一般限制于工作裝置的局部的設(shè)計(jì)。在動(dòng)臂工作范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)顯示工作裝置的舉升、下降、平移、鏟斗挖掘、斗桿運(yùn)動(dòng)等作業(yè)工況，進(jìn)行了挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)仿真過程。給出各個(gè)油缸的作用力臂變化特性、主要工作尺寸 。AutoLISP 語言編制挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)模擬程序，通過輸入各油缸的行程，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示相應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 18 國內(nèi)外眾多研究人員進(jìn)行了基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法的挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)。/ 3。然后，再按照具體的受力狀況，進(jìn)行必要的驗(yàn)算： 式中 :L, ,K、 G, ,私一已知挖掘機(jī)構(gòu)件的長(zhǎng)度、鏟斗容量、質(zhì)量、功率 。由于挖掘機(jī)在城市建設(shè)施工中應(yīng)用越來 越多，因此要不斷提高挖掘機(jī)的作業(yè)性能，降低振動(dòng)和噪聲，重視其作業(yè)中的環(huán)保性。回轉(zhuǎn)角度過小時(shí)，由于達(dá)不到最大回轉(zhuǎn)速度，不能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，從而增加運(yùn)行和返回時(shí)間。 決定挖掘機(jī)生產(chǎn)率的基本因素是工作循環(huán)時(shí)間包括挖掘時(shí)間、向卸載點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間、卸載時(shí)間、向工作面返回時(shí)間。為減少應(yīng)力集中，應(yīng)使焊縫與應(yīng)力集中部位錯(cuò)開，在主要受力鉸接支承處采用鑄鋼件。在結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)中為求等強(qiáng)度，要求采取局部加強(qiáng)的措施。 16 在設(shè)計(jì)液壓挖掘機(jī)的工作裝置時(shí)，要求盡可能減少焊縫和變形，這不僅增加構(gòu)件強(qiáng)度，而且縮短制造周期降低成本。 工作裝置的幾何尺寸液壓求滿足停放和行走時(shí)的整機(jī)穩(wěn)定性。 主要挖掘區(qū)是指用最合理最經(jīng)常的挖掘方式，最經(jīng)常進(jìn)行挖掘的區(qū)域。 圖 2. 12 挖掘機(jī)姿態(tài)調(diào)整保持工況圖 液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求 液壓挖掘機(jī)工作裝置由動(dòng)臂機(jī)構(gòu)、斗桿機(jī)構(gòu)、鏟斗機(jī)構(gòu)三部分組成，是一種具有多自由度的工程機(jī)械。 為了保證挖掘機(jī)的直線行駛性，在三泵供油系統(tǒng)中，左右行走馬達(dá)分別由一個(gè)油泵單獨(dú)供油，另一個(gè)油泵向其它液壓作用元件 (如動(dòng)臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn) )供油。 整機(jī)移動(dòng)工況分析 挖掘機(jī)一般不作長(zhǎng)距離行走，只在工地范圍行走，作業(yè)時(shí)用來調(diào)整整機(jī)位置。此工況是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂和斗桿復(fù)合動(dòng)作。 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。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。 12 滿斗舉升回轉(zhuǎn)工況分析 滿斗舉升回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)約占整個(gè)作業(yè)循環(huán)時(shí)間的 50%70%，能量消耗占 25%^40%，回轉(zhuǎn)液壓回路的發(fā)熱量占液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量的 30%^40%，因此要求盡可能地縮短轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)時(shí)間。顯然，研究挖掘 阻力的目的是確定需要的斗齒挖掘力及其變化規(guī)律，以便在工作裝置設(shè)計(jì)中給予保證。這時(shí)斗齒的挖掘行程為 S= g 式中 :r6 一斗干挖掘時(shí)的切削半徑。從隨機(jī)統(tǒng)計(jì)的角度看，取法向分力 Wz 為零來簡(jiǎn) 化計(jì)算是允許的。 )。 m，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取 X=。B一切削刃寬度影響系數(shù)， B=1+，其中 b為鏟斗平均寬度，單位為 m。 07max 一挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一 半 。對(duì)于雙泵系統(tǒng)，其復(fù)合動(dòng)作時(shí)各液壓作用元件間出現(xiàn)相互干擾的可能性大，因此需要采用節(jié)流等措施進(jìn)行流量分配，其流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。b一斜坡地面的挖削 9 圖 地面的切削和壓整 a水 平地面的切削和壓整 。如果需要鏟斗保持一定切削角度并按照一定的軌跡進(jìn)行切削時(shí)，或者需要用鏟斗斗底壓整地面時(shí)，就需要鏟斗、斗桿、動(dòng)臂三者同時(shí)作用完成復(fù)合動(dòng)作 [1. 6]，見圖 所示。這兩種情況的挖掘阻力不同。主要用于需要軌跡控制的情況。采用鏟斗液壓 缸進(jìn)行挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產(chǎn)率，因此，在一般 土方工程挖掘中 (III 級(jí)土一下土壤的挖掘 )鏟斗挖掘最常用〔‘。 8 (5)整機(jī)移動(dòng)工況 :將整機(jī)移動(dòng)至合適的工作位置。 圖 2. 1 液壓挖掘機(jī)的工作運(yùn)動(dòng) 1 一動(dòng)臂升降 。 液壓挖掘機(jī)一個(gè)作業(yè)循環(huán)的組成和動(dòng)作的復(fù)合主要包括 : (1)挖掘 :通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘，或者兩者配合進(jìn)行挖掘，因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動(dòng)作，必要時(shí)，配以動(dòng)臂動(dòng)作。 液壓挖掘機(jī)的工況分析 液壓挖掘機(jī)的主要功能運(yùn)動(dòng)包括以下幾個(gè)動(dòng)作 (如圖 ):動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以及其它輔助動(dòng)作。國 內(nèi)大部分挖掘機(jī)企業(yè)在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)技術(shù)方面的研究具有一定基礎(chǔ)，但由于采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖掘機(jī)產(chǎn)品在性能、質(zhì)量、作業(yè)效率、可靠性等方面均較差，因此采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖掘機(jī)在國內(nèi)市場(chǎng)上基本失去了競(jìng)爭(zhēng)力，取而代之的是采用各種高新技術(shù)的國外挖掘機(jī)產(chǎn)品。目前國外先進(jìn)品牌的挖掘機(jī)在電液聯(lián)合控制方面的研究己趨成熟。 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的操縱特性越來越受到重視。 由于液壓 挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，其各個(gè)功能部件都會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響，系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。流量通常在每分鐘數(shù)百升 。目前以日本小松 (KOMATSU)和日本日立 (HITACHI)為代表的許多國外著名品牌的挖掘機(jī)生產(chǎn)商都在自己的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中使用了負(fù)流量控制技術(shù)。德國曼內(nèi)斯曼 (Mannesmann)公司研制的一種負(fù)載傳感系統(tǒng)，將其安裝在液壓系統(tǒng)中，可以控制一個(gè)或幾個(gè)液壓作用元件，而與對(duì)其施加的載荷無關(guān)。 這種系統(tǒng)非常符合挖掘機(jī)操作的要求，它操縱簡(jiǎn)單，對(duì)司機(jī)的操縱技巧要求低，在國際上已經(jīng)獲得較廣泛的使用， 是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。這是開式系統(tǒng)的大缺點(diǎn)。 日本小松 (KAMATSU)公司 90年代以前一直致力開發(fā)開式負(fù)載敏感系統(tǒng) (OLSS )，用以降低液壓系統(tǒng)的損耗。②系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)成為研究的重點(diǎn) 。目前研究液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于，為了使挖掘機(jī)設(shè)計(jì)人員從繁忙的計(jì)算中解脫出來，現(xiàn)有工作裝置機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，即大多數(shù)的液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)研究在現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上局限地進(jìn)行的。因此，開發(fā)出的軟件缺少通用性，不能使用于挖掘機(jī)工作裝置的一些通用問題的解決，對(duì)工程機(jī)械這個(gè)行業(yè)不具有通用性。這樣，引進(jìn)和消化國外的不少技術(shù)，在技術(shù)方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 到了 80 年代末和 90 年代初，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家液壓挖掘機(jī)技術(shù)水平得到了迅速的提高，突出表現(xiàn)在追求高效率 (同一機(jī)重的挖掘機(jī)功率普遍提高，液壓系統(tǒng)流量增大，作業(yè)循環(huán)時(shí)間減小，作業(yè)效率大大提高 )。 國外許多有實(shí)力的生產(chǎn)廠商有了自己的軟件。 隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的日益推廣，機(jī)械設(shè)計(jì)及制造技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。工作 裝置中，動(dòng)臂、斗桿結(jié)構(gòu)變化多樣，也擴(kuò)展了主機(jī)的使用功能，這一結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為動(dòng)臂、斗桿長(zhǎng)度的變化，由動(dòng)臂、斗桿的兩元件變化為兩節(jié)動(dòng)臂、斗桿的多元件和伸縮臂。(2)鏟斗挖掘力的充分發(fā)揮，挖掘力大小和有效作用范圍是衡量各種液壓挖掘機(jī)工作能力的重要指標(biāo)。 近幾年來，國外液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量急劇上升，結(jié)構(gòu)逐步完善，在工程建設(shè)和施工行業(yè)中占有很重要的位置。當(dāng)今計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中，挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)得到了很快發(fā)展。 挖掘機(jī)的發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，其液壓系統(tǒng)已成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的主流形式。 目前商品化的液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)軟件還沒有，都采用各自開發(fā)的軟件。經(jīng)過幾十年的研究，被成為土建機(jī)械手，成為建設(shè)機(jī)器人的代表，據(jù)有關(guān)專家估算，全世界各種施工作業(yè)場(chǎng)約有 65%至 70%的土石方工程都是由挖掘機(jī)完成的。從 20世紀(jì) 60 年代到 80 年代中期，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入了推廣和蓬勃發(fā)展的階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。當(dāng)時(shí)液壓挖掘機(jī)主要配置反鏟工作裝置。隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動(dòng)技術(shù)，挖掘機(jī)有了適合它的傳動(dòng)裝置，為挖掘機(jī)的發(fā)展建立了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，是挖掘機(jī)技術(shù)上的一個(gè)飛躍。但是此后的很長(zhǎng)時(shí)間挖掘機(jī)沒有得到很大的發(fā)展，應(yīng)用范圍也只局限于礦山作業(yè)中。由于挖掘機(jī)的工作條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜，于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。 工作裝置是液壓挖掘機(jī)主要組成部分之一，是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。Load sensitive system III 目 錄 摘 要 ........................................................... I Abstract .......................................................... II 1 緒 論 .......................................................... 1 液壓挖掘機(jī)工作裝置與液壓系統(tǒng)研究 的必要性 ................... 1 國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)工作裝置的發(fā)展動(dòng)態(tài)及研究現(xiàn)狀 ............... 2 國外發(fā)展動(dòng)態(tài)及研究狀況 .............................. 2 國內(nèi)發(fā)展動(dòng)態(tài)及研究狀況 .............................. 3 國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)態(tài)及研究現(xiàn)狀 ............... 4 國外發(fā)展動(dòng)態(tài)及研究狀況 .............................. 4 國內(nèi)研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài) .............................. 6 2 液壓挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求