【正文】 （44）當(dāng)時(shí)，壁厚要按照下面公式來進(jìn)行校核 （45）式中 －液壓缸缸筒厚度－試驗(yàn)壓力(MPa)，當(dāng)工作壓力P≤16MPa時(shí)，=，≥P≥16MPa時(shí)，=，在工作壓力P≤，=,在這里應(yīng)取= =24MPa。） 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 （41） （42） 式中 －液壓缸的工作壓力 －液壓缸回油腔的背壓力，根據(jù)表42進(jìn)行估計(jì)=1MPa； －活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑的比，根據(jù)表43進(jìn)行選取=； －工作循環(huán)中的最大外負(fù)載力表42 執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值 of actuators back pressure系 統(tǒng) 類 型背 壓 (MPa)中、低壓系統(tǒng)0～8MPa簡單和輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)～回油路上帶有調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)～回油路上帶背壓閥～帶補(bǔ)油液壓泵的閉式回路中～中高壓系統(tǒng)〉8～16MPa帶補(bǔ)油液壓泵的閉式回路中比中低壓系統(tǒng)高50%～100%高壓系統(tǒng)〉16～32MPa如鍛壓機(jī)械等初算時(shí)背壓可忽略不計(jì)表43 d/D的值 numerical of the d/D根據(jù)機(jī)床類型選取 d/D根據(jù)液壓缸工作壓力選取 d/D機(jī)床類別d/D工作壓力p/MPad/D珩磨床、磨床及研磨床～≤2～拉、插、刨床＞2～5～鏜、鉆、銑、車床＞5～7～——＞7在液壓缸密封處受到的摩擦力，可以根據(jù)那些常用的液壓缸的機(jī)械效率進(jìn)行估值計(jì)算。（確保液壓缸的輸出力。如果采用橡膠的密封件進(jìn)行密封時(shí)，液壓缸的最高速度最好不要超過（2430）m/min 即（）m/s，同時(shí)也不要低于6m/min()。接地比壓kPa鏟斗挖掘力kN斗桿挖掘力kN最大牽引力kN主泵額定流量L/min1110+11主安全閥壓力MPa21行走系統(tǒng)壓力MPa21回轉(zhuǎn)系統(tǒng)壓力MPa21先導(dǎo)系統(tǒng)壓力MPa油類容量燃油箱容積L65液壓油箱容積L70發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油容量L外形尺寸A總長mm5455B總寬mm1650C總高mm2440D轉(zhuǎn)臺(tái)寬度mm1500E底盤總寬mm1635F履帶寬度mm300G輪距mm1721H軌距mm1335I配重離地間隙mm578J最低離地間隙mm350推土鏟（寬/高）mm1650300工作范圍A最大挖掘高度mm5317B最大卸載高度mm3700C最大挖掘深度mm3600D最大垂直挖掘深度mm2580E最大挖掘半徑mm5810F最小回轉(zhuǎn)半徑mm2385推土鏟最大提升高度mm255推土鏟最大掘地深度mm375標(biāo)配動(dòng)臂長度mm2795斗桿長度mm1600斗容m179。1動(dòng)臂油缸；2動(dòng)臂；3斗桿油缸；4斗桿；5鏟斗油缸；6曲柄；7連桿；8鏟斗圖42工作裝置結(jié)構(gòu)簡圖 Working device structure diagram小型液壓挖掘機(jī)經(jīng)下面的結(jié)構(gòu)簡化以后就是一組平面連桿機(jī)構(gòu)，其自由度為3，也即挖掘機(jī)工作裝置的工作位置是由動(dòng)臂油缸的長度L斗桿油缸的長度L2和鏟斗油缸的長度L3決定的，當(dāng)LLL3這三個(gè)數(shù)值為某一確定的值時(shí)，挖掘機(jī)工作裝置的幾何位置也就確定了。之后挖掘機(jī)再回轉(zhuǎn)到挖掘位置進(jìn)行循環(huán)挖掘作業(yè)。斗桿缸的兩端分別連接在動(dòng)臂和斗桿上，通過斗桿缸的伸縮使得斗桿繞著動(dòng)臂上的鉸鏈進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。以為要是液壓缸環(huán)境和工作的一些條件不一樣，液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)計(jì)也會(huì)隨著發(fā)生變化。做液壓缸設(shè)計(jì)的主要目的是為了滿足挖掘機(jī)的基本功能。若行走馬達(dá)發(fā)生故障停轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)油側(cè)的油液壓力過高，安全閥9將打開，高壓油經(jīng)過安全閥9流回油箱，實(shí)現(xiàn)卸荷。為了防止履帶式液壓挖掘機(jī)下坡時(shí)因自重而加速行走導(dǎo)致溜車和行走馬達(dá)吸空，常在液壓系統(tǒng)中加入行走限速回路，對行走馬達(dá)進(jìn)行限速和補(bǔ)油，如圖所示1—換向閥；3—壓力閥；7—單向閥；動(dòng)臂缸、斗桿缸和鏟斗缸三個(gè)液壓缸的回油路上都有單向節(jié)流閥，可以防止動(dòng)臂等因自重而下降速度過快而導(dǎo)致危險(xiǎn)的發(fā)生。因此，我選擇（b）并聯(lián)緩沖閥式緩沖回路。當(dāng)挖掘機(jī)的上轉(zhuǎn)臺(tái)在滿斗情況下回轉(zhuǎn)或者在啟動(dòng)、突然間換向和制動(dòng)時(shí)會(huì)對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生很大的液壓沖擊，從而產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，損壞液壓元件。在穿越換向閥卸荷回路中，換向閥采用的是帶有過油通路三位六通換向閥，當(dāng)挖掘機(jī)不工作時(shí)，換向閥處于中位，液壓油液依次經(jīng)過換向閥通路以最低壓力流回油箱，最終實(shí)現(xiàn)卸荷。1—換向閥；3—溢流閥；4—液壓缸圖33限壓回路不僅能限制系統(tǒng)壓力，對系統(tǒng)進(jìn)行卸荷，還能保證挖掘機(jī)正常工作。限壓的目的有兩個(gè)：一，限制系統(tǒng)的最高壓力，避免液壓系統(tǒng)和液壓元件因過載而損壞，通常用安全閥來實(shí)現(xiàn)限壓，安全閥設(shè)置在液壓泵出油口附在本文所設(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?；赜颓坏膲毫褪强朔T性的阻力，行走因此被制動(dòng)。液壓系統(tǒng)是由基本回路組成的一個(gè)有機(jī)整體，主要包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速回路和節(jié)流限速回路、行走限速回路和鎖緊回路等。轉(zhuǎn)彎－同直線行走有相同的原理，只要讓傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速不一致，其自然也就向兩邊偏轉(zhuǎn)了。2，滿斗回轉(zhuǎn)－等鏟斗裝滿土之后，動(dòng)臂提起來，這個(gè)時(shí)候回轉(zhuǎn)馬達(dá)工作，挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向。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(gè)問題，灰塵長期對液壓油還有液壓元件進(jìn)行污染，時(shí)間久了，就會(huì)使挖掘機(jī)的性能降低，其使用壽命也會(huì)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。大部分挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)都會(huì)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(dòng)系統(tǒng)要非常的合理，這樣才可以提高其傳動(dòng)效率。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(dòng)和挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)給區(qū)分開來。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(shí)候就有一定壓力了。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。而目前雙泵系統(tǒng)則采用下列供油方式:①左、右側(cè)行走馬達(dá)由一個(gè)油泵并聯(lián)供油，另一個(gè)油泵則向其他的液壓作用元件供油，而如果有多余的油液則通過單向閥供向行走馬達(dá)?；疽?挖掘機(jī)的左右履帶均可以進(jìn)行獨(dú)立操縱，可自由調(diào)速，且具有直線行走的功能，行走速度能達(dá)到每小時(shí)二至五千米，可以爬上三十五度左右的上坡路，并且具有制動(dòng)能力。因?yàn)閯?dòng)臂的下降有重力的作用，壓力小、流量大、下降隨度快，所以要求回轉(zhuǎn)的速度也較快，因此這時(shí)的情況應(yīng)該是由一個(gè)油泵的所有流量來支持回轉(zhuǎn)馬達(dá)，另一個(gè)油泵的大多數(shù)油量供給動(dòng)臂，小部分的油通過節(jié)流閥供給斗桿。同時(shí)為了調(diào)整卸載的位置，我們還需要?jiǎng)颖圻M(jìn)行配合動(dòng)作。回轉(zhuǎn)起動(dòng)的時(shí)候，因?yàn)閼T性比較大，油壓就會(huì)升得非常高，很有可能從溢流閥處發(fā)生溢流，這時(shí)候我們應(yīng)該將溢流出來的油供給動(dòng)臂。挖掘結(jié)束后，動(dòng)臂油缸工作，將動(dòng)臂頂起頂起，舉升起裝滿的鏟斗，同時(shí)回轉(zhuǎn)馬達(dá)將轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸載位置，此時(shí)是動(dòng)臂與回轉(zhuǎn)馬達(dá)共同工作。對于雙泵系統(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。當(dāng)進(jìn)行溝槽側(cè)壁掘削和斜坡切削時(shí)，為了有效地進(jìn)行垂直掘削，還要求向回轉(zhuǎn)馬達(dá)提供壓力油，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力，保持鏟斗貼緊側(cè)壁進(jìn)行切削，因此需要回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和斗桿機(jī)構(gòu)復(fù)合動(dòng)作。如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)，見圖2. 1所示。當(dāng)動(dòng)臂液壓缸位于最小長度并以斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí)，可以得到最大挖掘深度尺寸，并且也有較大的挖掘行程。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。(5)整機(jī)移動(dòng)工況:將整機(jī)移動(dòng)至合適的工作位置。(2)滿斗舉升回轉(zhuǎn):挖掘結(jié)束，動(dòng)臂液壓缸將動(dòng)臂頂起，滿斗提升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。除了輔助動(dòng)作(例如整機(jī)轉(zhuǎn)向等)不需全功率驅(qū)動(dòng)以外，其它都是液壓挖掘機(jī)的主要?jiǎng)幼?，要考慮全功率驅(qū)動(dòng)。在工程設(shè)計(jì)中優(yōu)化設(shè)計(jì)是將設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題。通過XE40小型履帶式挖掘機(jī)液壓控制系統(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)。他們的產(chǎn)品各具特色，而且受到越來越多用戶的認(rèn)可。跟著我們國家基礎(chǔ)建設(shè)的不斷改善，使得小型工程機(jī)械也有了越來越大的應(yīng)用和發(fā)展空間。目前國外有20多家公司專門批量生產(chǎn)小型的挖掘機(jī)。國內(nèi)一些工程機(jī)械行業(yè)的上市股份公司通過合資的方式介入了挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)國內(nèi)還有眾多的企業(yè)也在生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)，但在生產(chǎn)規(guī)模、品種、質(zhì)量等方面與國外大公司相比還有一定差距。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的WY100、貴陽礦山機(jī)器廠的W460、合肥礦山機(jī)器廠的WY60等。然而，大型挖掘機(jī)的活動(dòng)限制也是一個(gè)很大的問題。從20世紀(jì)后期開始，國際上液壓挖掘機(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、專用化方向發(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。根據(jù)專家統(tǒng)計(jì)，179。因此，小型挖掘機(jī)配備一個(gè)安全和舒適的駕駛室是很重要的，絕大多數(shù)的小型挖掘機(jī)都是可以裝配上獨(dú)立的封閉的駕駛室。總之，液壓挖掘機(jī)是一種性能和結(jié)構(gòu)比較先進(jìn)的新型機(jī)械，它的使用越來越廣泛，特別是中小型挖掘機(jī)，可能很快被液壓挖掘機(jī)所取代。液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，要確定事故發(fā)生的原因和排除故障較困難，維護(hù)修理和調(diào)整技術(shù)要求也較高。(6)維護(hù)檢修簡單。另外，液壓系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操縱，可與電動(dòng)、氣動(dòng)聯(lián)合組成自動(dòng)控制和遙控系統(tǒng)。在快速運(yùn)行時(shí)，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣性小，可實(shí)現(xiàn)高速反轉(zhuǎn)。當(dāng)傳遞相同功率時(shí)，液壓傳動(dòng)裝置比機(jī)械傳動(dòng)裝置的尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，其質(zhì)量可減輕30% 40%。小型挖掘機(jī)小巧靈活，能在很多復(fù)雜的地方工作，而且節(jié)省了勞動(dòng)力，受到了廣大用戶青睞。小型挖掘機(jī)的工作是進(jìn)行泥土的挖掘和裝載，還能進(jìn)行一些土地的平整、修復(fù)坡斷、吊起裝載、破碎石塊、拆遷等其他作用。 17 16 14限壓回路緩沖回路所以液壓挖掘機(jī)對于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。因此，對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)挖掘機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)。近幾年來小型挖掘機(jī)市場發(fā)展得越來越好，最主要是該類的產(chǎn)品多樣性，高質(zhì)量，高效率，能在中大型挖掘機(jī)無法作業(yè)的地方進(jìn)行工作。液壓挖掘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：(l)質(zhì)量輕。采用柱塞式油馬達(dá)，可獲得穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1 r/min。(4)操作簡單、靈活、省力，改善了司機(jī)的工作條件。另外，便于替換和調(diào)節(jié)工作裝置，一般小型液壓挖掘機(jī)可配有30 40種替換T作裝置。液壓挖掘機(jī)的主要缺點(diǎn)是：(l)對液壓元件的制造精度要求較高，裝配要求嚴(yán)格，維修也較困難。另外，油液的泄漏，也會(huì)影響動(dòng)作的平穩(wěn)和傳動(dòng)效率。因?yàn)?，操縱者在惡劣環(huán)境中施工，工作狀態(tài)容易受到影響，所以挖掘機(jī)要考慮到駕駛員工作的效率、工程的質(zhì)量甚至其周圍人群和設(shè)備的安全。在近些年來“零回轉(zhuǎn)”技術(shù)的逐漸成熟和車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，這樣的推土板拿來當(dāng)推土用。美國、德國、日本是液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，具有較高的市場占有率。說到目前最大的挖掘機(jī)，那就是RH400了，而O＆K于1997年推出了第一臺(tái)樣機(jī)（工作重量830噸），最新的RH400由兩臺(tái)Cummins QSK60C型柴油機(jī)（16缸）提供動(dòng)力，鏟斗的容量有50立方米。 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國從1967年開始自行研制液壓挖掘機(jī)。近年來我國經(jīng)濟(jì)增長迅速，液壓挖掘機(jī)市場需求不斷擴(kuò)大，形成了巨大的挖掘機(jī)市場空間，但該行業(yè)主要由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。很多設(shè)施進(jìn)入了保養(yǎng)期，而且城市化的推進(jìn)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展起來，都使得小型工程機(jī)械的使用頻率有所提到，小型工程機(jī)械正在向著又好又快發(fā)展。小型挖掘機(jī)具有功能多樣性，又具有輸送、低能耗、靈活、適應(yīng)性高、高作業(yè)效率等方面的優(yōu)勢，所以小型挖掘機(jī)采用那么廣泛用在狹小的空間。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)。 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4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。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)作為土石方施工設(shè)備，其動(dòng)臂、斗桿、鏟斗在工作過程中起著關(guān)鍵性作用，因此對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)十分必要。2 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2. 1所示):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。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