【正文】 ..... 34甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 1 頁(yè) 共 37 頁(yè) 1 前 言 我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，在遼闊的國(guó)土上正在進(jìn)行大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，這就需要大量的土石方施工機(jī)械為其服務(wù)，而液壓挖掘機(jī)是最重要的一類土石方施工機(jī)械。 2021 年北京奧運(yùn)會(huì)、 2021 年上 海世博會(huì)、西部大開發(fā)、南水北調(diào)工程對(duì)機(jī)械設(shè)備的需求為挖掘機(jī)生產(chǎn)廠商提供了大量商機(jī)。單斗液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程是以鏟斗 (一般裝有斗齒 )的切削刃切削土壤并將土裝入斗內(nèi)，斗滿后提升。因此液壓挖掘機(jī)原動(dòng)力一般由柴油機(jī)提供，柴油機(jī)具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，符號(hào)挖掘機(jī)工作條件惡劣，負(fù)荷多變的要求。 (3) 液壓系統(tǒng) 液壓挖 掘機(jī)的回轉(zhuǎn)、行走和工作裝置的動(dòng)作都由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥。液壓系統(tǒng)習(xí)慣上按主油泵的數(shù)量、功率調(diào)節(jié)方式和回路的數(shù)量來分類。其甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 4 頁(yè) 共 37 頁(yè) 4 中動(dòng)力裝置、操縱機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備均可在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，總稱上車部分，它與行走機(jī)構(gòu) (又稱下車部分 )用回轉(zhuǎn)支撐相連，平臺(tái)可以圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作 360176。剛度相同時(shí)，其重量比組合動(dòng)臂輕，是目前應(yīng)用最廣泛的液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)形式。為增大 鏟斗的轉(zhuǎn)角，通常采用搖臂連桿機(jī)構(gòu)來和鏟斗聯(lián)。反鏟工作裝置由鏟斗 斗桿 1動(dòng)臂 連桿 8 及相應(yīng)的三組液壓缸 10 組成。在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液 壓系通的不同，反鏟裝置三種液壓 缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合 隨機(jī)的。 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。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，如 圖 24,25所示 單獨(dú)采用斗桿挖掘時(shí)，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個(gè)別也有采用三泵合流。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。動(dòng)臂抬升和回轉(zhuǎn)馬達(dá)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，要求二者在速度上匹配，即回轉(zhuǎn)到指定卸載位置時(shí)，動(dòng) 臂和鏟斗自動(dòng)提升到合適的卸載高度。 三泵系統(tǒng)的供油情況如圖 27c所示。 發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)油泵供油量小，為防止動(dòng)臂因重力作用迅速下降和動(dòng)臂油缸產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，可采用動(dòng)臂下降再生補(bǔ)油回路，利用重力將動(dòng)臂油缸無桿腔的油供至有桿 腔。這些主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)、換向，外負(fù)載變化很大，沖擊和振動(dòng)多，因此挖掘機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)提出了很高的 設(shè)計(jì)要求。 當(dāng)多執(zhí)行元件共同動(dòng)作時(shí)，要求其相互間不千涉，能夠合理分配共同動(dòng)作時(shí)各個(gè)執(zhí)行元件的流盤，實(shí)現(xiàn)理想的復(fù)合動(dòng)作。當(dāng)挖掘機(jī)處于空載不工作的狀態(tài)下，如何降低泵的輸出流量，降低空載回油的壓力，也是降低能耗的關(guān)鍵。 (3) 提出一種有效 、直觀的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)介紹設(shè)計(jì) 的步驟。 斗桿油缸作用力的確定 當(dāng)挖掘機(jī)以斗桿挖掘時(shí)，其最大挖掘力則有斗桿油缸來保證。bAl mm? gl 4550 。 則 ? ?3 2 .5 0 .1 42 .3 1 1 0 3 2 .5 1 C? ???? ? ? 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 22 頁(yè) 共 37 頁(yè) 22 C?? 取 0 .0 2 1 2 1m mm? ?? 則缸外徑 1 2 14 0 2 21 18 2D D mm?? ? ? ? ? ? 有挖掘機(jī)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡和外型尺寸知 鏟斗缸工作行程為 mmL 1350? 167。 液壓元件的選擇 序號(hào) 元件名稱 規(guī)格型號(hào) 數(shù)量 1 濾油器 ABZRS0140101X/MA 2 2 冷卻器 2LQFW 1 3 背壓閥 1 4 節(jié)流閥 MG20G1X/V 1 5 緩沖補(bǔ)油閥組 1 6 雙速閥 24EH10BT 2 7 補(bǔ)油單向閥 1 8 中心回轉(zhuǎn)接頭 1 9 限速閥 DHG043C 1 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 25 頁(yè) 共 37 頁(yè) 25 序號(hào) 元件名稱 規(guī)格型號(hào) 數(shù)量 10 多路閥 1 11 溢流閥 DADH10P1X/400 2 12 梭閥 KSF32 1 13 合流閥 4HMM1015 1 14 多路閥 DL125 1 15 截止閥 QJN10WL 2 16 單向節(jié)流閥 MK6G1X/V 3 17 緩沖閥 DBD10 12 表 3 3 系 統(tǒng)元部件一覽表 167。 則 4350 00 0. 5 21FM ? ? ? ? 又 M N m? ? ? ? 0 1 0 8 5 7 6 . 7 2 6 7 8 6 0 . 4 51 . 6BMM N mC? ? ? 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 27 頁(yè) 共 37 頁(yè) 27 設(shè)經(jīng)過四級(jí)減 速，傳動(dòng)比 ?????總i 則馬達(dá)所受最大力矩 39。 167。 （ 3）管接頭的選擇 管接頭采用焊接式 管接頭，焊接式管接頭主要由接頭體、螺母和接管組成，在接頭體和接管之間用 O 型密封圈密封。外型尺寸按 ::1 設(shè)計(jì)，可得出油箱長(zhǎng) ? 寬 ? 高? ?mm160014001000 ??? 。本次設(shè)計(jì)的是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)，所以采用分散式配置 ，不需要進(jìn)行液壓站的設(shè)計(jì)。 （ 4）閥塊設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮有水平或垂直安裝要求的閥，必須符合要求。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)的結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。并對(duì)液壓系統(tǒng)的液壓原理、操作進(jìn)行了說明。各位老師，不僅在學(xué)業(yè)上嚴(yán)格要求我，而且在工作、生活中給予了我無微不至的長(zhǎng)者的關(guān)懷和照顧。 。在此，我忠誠(chéng)的感謝學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)和各位導(dǎo)師給我的幫助 。參照了機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上的計(jì)算公式，根據(jù)計(jì)算所得的結(jié)果來選取各種液壓元件。在各種機(jī) 械 設(shè)備上，液壓系統(tǒng)得到了廣泛的使用。 （ 2）在閥塊設(shè)計(jì)時(shí)，塊內(nèi)的油路應(yīng)盡量簡(jiǎn)捷，盡量減少深孔、斜孔，閥塊中的孔徑應(yīng)與通過的流 量相匹配。集中式配置主要用于固定的液壓設(shè)備中，如機(jī)床及其自動(dòng)線液壓系統(tǒng)。 液壓油箱的確定 油 箱的容積一般區(qū)泵每分鐘流量的 35 倍，當(dāng)系統(tǒng)采用定量泵時(shí)油箱的容量不能小于泵每分鐘流量的 3 倍。 對(duì)吸油管有： mmvQd ????? 圓整取 d=65mm。 則 2 5 1 2 6pP MP a? ? ? 參照產(chǎn)品樣本選取額定壓力比系統(tǒng)最高壓力高 10%~30%、額定流量不低于上述計(jì)算結(jié)果的液壓泵，可據(jù)此 選擇泵型號(hào) BYCY 114160 ? 雙聯(lián) 定 量軸向柱塞泵， 額定壓力為 MPa32 ；最大排 量 rmL/160 。機(jī)械制動(dòng)一般取 ? ? FB MM ~? ，液壓制動(dòng)可取 ? ? FB MM ~? 。當(dāng)單個(gè)換向閥處于中間位置時(shí)，構(gòu)成卸載回路。 設(shè)備類型 精加工機(jī)床 組合機(jī)床 拉 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu) 液壓機(jī)、重型機(jī)械、大中型挖掘機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械 工作壓力 P/Mpa 35 510 116 1632 表 31 各類機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 初選系統(tǒng)工作壓力為 25MPa ⑵ 缸徑 D 和油塞桿直徑 d 的確定 挖掘機(jī)液壓缸均為單活塞桿液壓缸，其原理圖如下所示 圖 34 液壓缸原理圖 工作壓力 ? ~ ? d/D ~ ~ 表 32 按工作壓力選取 d/D 由 缸受力平衡知 2 2 212()44cmFD P D d P???? ? ? 式中 1P —— 液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力 25pP MPa? ； 2P —— 液壓缸回油腔背壓，有表 2 所示，取 2 1P MPa? ； Dd —— 活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，按表 3 取 d/D=。bG KN? 6200 。 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。 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 。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。挖掘機(jī)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(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。 圖 28 行走復(fù)合動(dòng)作時(shí)的幾種供油情況 167。此工況是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂和斗桿復(fù)合動(dòng)作。 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。 挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅(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。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。 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。 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 。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