【正文】 般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。要使機(jī)構(gòu)正常工作且具有平穩(wěn)性，兩動(dòng)臂液壓缸必須同步運(yùn)動(dòng)，這就要求任何時(shí)刻進(jìn)出油路的壓力油，必須保持一定的壓力平衡。3 將簡(jiǎn)化后的液壓系統(tǒng)連接起來(lái)。由于挖掘機(jī)在城市建設(shè)施工中應(yīng)用越來(lái)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[21]。雙泵液壓系統(tǒng)中就常常采用合流的方式來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率。為了調(diào)整卸載位置，還需要?jiǎng)颖叟浜蟿?dòng)作。在斗桿油缸活塞桿端回油路上設(shè)置可變節(jié)流閥，此節(jié)流閥的開(kāi)口度即節(jié)流程度由回轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力來(lái)控制。（4）空斗返回:卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，動(dòng)臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空斗放到新的挖掘點(diǎn)，此時(shí)是回轉(zhuǎn)和動(dòng)臂或斗桿的復(fù)合動(dòng)作。依靠斗桿缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)型式，動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，完成挖掘、提升和卸土等動(dòng)作。同樣的元件，若系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，則挖掘機(jī)性能差異很大。 液壓挖掘機(jī)整體系統(tǒng)圖1 動(dòng)力系統(tǒng)挖掘機(jī)工作的主要特點(diǎn)是環(huán)境溫度變化大，灰塵污物較多，負(fù)荷變化大，經(jīng)常傾斜工作，維護(hù)條件差。1 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)的分析研究大量搜集國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的相關(guān)技術(shù)資料，系統(tǒng)了解挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史。系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。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(guó)際上己經(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)。Koppe制造的目前世界上首臺(tái)最大的RH40。由于早期液壓挖掘機(jī)主要采用了定量齒輪泵，不能按需改變供油流量，無(wú)法充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，因此其能量損失很大，不能滿足挖掘機(jī)復(fù)合動(dòng)作的復(fù)雜要求，且可操縱性差。液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。論文對(duì)挖掘機(jī)的各種工況進(jìn)行了分析，系統(tǒng)總結(jié)了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。圖紙基本采用Auto CAD二維軟件繪圖。導(dǎo)致挖掘機(jī)發(fā)展緩慢的主要原因是:其作業(yè)裝置動(dòng)作復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)范圍大，需要采用多自由度機(jī)構(gòu)，古老的機(jī)械傳動(dòng)對(duì)它不太適合。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的前提[3]。 (3)系統(tǒng)的高壓化和高可靠性發(fā)展趨勢(shì)日益凸顯。其最大的特點(diǎn)就是可以根據(jù)負(fù)載大小和調(diào)速要求對(duì)油泵進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)在按需供流的同時(shí)，使調(diào)速節(jié)流損失△P控制在很小的固定值。(5) 電子一液壓集成控制成為當(dāng)前主要研究目標(biāo)電子控制技術(shù)與液壓控制技術(shù)相結(jié)合的電子一液壓集成控制技術(shù)近年來(lái)獲得了巨大發(fā)展，特別是傳感器、計(jì)算機(jī)和檢測(cè)儀表的應(yīng)用，使液壓技術(shù)和電子控制有機(jī)結(jié)合，開(kāi)發(fā)和研制出了許多新型電液自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高了挖掘機(jī)的自動(dòng)化程度，推動(dòng)著挖掘機(jī)的迅猛發(fā)展。因此液壓挖掘機(jī)逐步取代機(jī)械式挖掘機(jī)是必然的趨勢(shì)?；剞D(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。可細(xì)分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和動(dòng)力裝置。為增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，通常采用搖臂連桿機(jī)構(gòu)來(lái)和鏟斗聯(lián)。鏟斗 斗桿 動(dòng)臂 連桿 液壓油缸I、挖掘裝置 II、回轉(zhuǎn)裝置 III、行走裝置 液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)示意圖總之，液壓挖掘機(jī)是由多學(xué)科、多系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，只有在系統(tǒng)層面上的各系統(tǒng)、各學(xué)科協(xié)同優(yōu)化才能獲取挖掘機(jī)整機(jī)的最佳性能。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。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。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[19]。另外，當(dāng)多執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，各個(gè)操縱閥都在大開(kāi)度下工作，往往會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)總流量需求超過(guò)油泵的最大供油流量，這樣高壓執(zhí)行元件就會(huì)因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)動(dòng)作速度降低，甚至不動(dòng)的現(xiàn)象。2 對(duì)多路閥液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，重要的是供油道的設(shè)計(jì)。該機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作輕便，使用維護(hù)安全可靠，發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。又因其伸縮速度緩慢但壓力大，故選擇帶緩沖，油口連接方式選擇外螺紋[25]。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。(2) 制定壓力控制方案控制元件(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。(3) 指定順序動(dòng)作方案主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵， 各種液壓泵性能比較項(xiàng)目齒輪泵(外嚙合)葉片泵斜軸式柱塞泵斜盤(pán)式柱塞泵排量(cm3/r)1500平衡式1350不平衡式1023010010004500最高壓力(MPa)12521402140最高轉(zhuǎn)速(r/min)9004000平衡式12003000不平衡式1200180075036007503600最高效率(%)7085平衡式7090不平衡式607088958592對(duì)污染敏感性不易受污染影響，隨著齒輪的磨損，效率有所降低對(duì)污染較敏感，葉片磨損時(shí)，效率降低到很小對(duì)污染最敏感，配流盤(pán)受損傷時(shí)效率降低對(duì)污染的斜軸式高，配流盤(pán)滑靴磨損時(shí)效率降低吸油性能轉(zhuǎn)速為1800r/min時(shí)，(2040cmHg)轉(zhuǎn)速為1800r/min時(shí)，~(1020cmHg)轉(zhuǎn)速為1800r/min時(shí)，(30cmHg)同軸斜式柱塞泵噪聲(dB)額定轉(zhuǎn)速300r/min時(shí)，噪聲83dB額定轉(zhuǎn)速14502400r/min時(shí)，噪聲76dB額定轉(zhuǎn)速14502400r/min時(shí)，噪聲87dB額定轉(zhuǎn)速14502400r/min時(shí)，噪聲77dB對(duì)過(guò)濾精度要求3050μm2030μm1525μm1525μm易出故障的部位內(nèi)部摩擦副；支承軸套端面、齒輪及軸頸磨損，引起橡膠密封損壞、泵體內(nèi)孔及兩側(cè)板磨損配油盤(pán)三角槽極易堵塞，污染物侵入摩擦副，發(fā)生異常磨損或卡殆，油液清潔和吸油通暢，易出現(xiàn)突發(fā)性故障連桿組件磨損，連桿球頭從驅(qū)動(dòng)軸球窩中脫出，功率調(diào)節(jié)彈簧失效，兩對(duì)摩擦副磨損所有變量泵的變量機(jī)構(gòu)，三對(duì)摩擦副磨損（一） 液壓泵的選擇和泵的參數(shù)的計(jì)算1液壓泵的工作壓力的確定+ ()是執(zhí)行元件的最高工作壓力,對(duì)于本系統(tǒng)的最高工作壓力是銷鎖油缸的入口壓力是從液壓泵出口液壓缸之間的管路損失。1根據(jù)液壓閥額定壓力來(lái)選擇選擇的液壓閥應(yīng)使系統(tǒng)壓力適當(dāng)?shù)陀诋a(chǎn)品標(biāo)明的額定值。在本液壓系統(tǒng)中，液壓缸在短時(shí)間內(nèi)快速運(yùn)動(dòng)，由蓄能器來(lái)補(bǔ)充供油，則計(jì)算公式為： △V=∑K 　　()A液壓缸有效作用面積L—液壓缸的行程K—油液損失系數(shù)，一般取K=液壓泵流量△V=t動(dòng)作時(shí)間由以上公式得△V=考慮安全系數(shù)和其他方面△V取20L,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：NXQ1L40/ 蓄能器Φ2196管道尺寸的確定非橡膠管道的選擇管道內(nèi)徑的計(jì)算本系統(tǒng)管路很復(fù)雜，取其中主要的幾條來(lái)計(jì)算，按照公式：d≥1130 液體流量流速，對(duì)于吸油管v=1~2m/s,一般取1m/s以下，對(duì)于壓油管v≤3~6m/s,對(duì)于回油管v≤~。 從系統(tǒng)圖中可以看出,從大泵的出口到油缸的進(jìn)油口,要經(jīng)過(guò)單向閥、電磁換向閥、單向調(diào)速閥、溢流閥。根據(jù)要求查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：HED10A20/35L24/2 壓力繼電器2 壓力表由液壓系統(tǒng)的壓力來(lái)選擇壓力表，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：YN100Ⅲ016Mpa 壓力表YN100Ⅲ025Mpa 壓力表3測(cè)壓軟管和測(cè)壓排氣接頭根據(jù)系統(tǒng)的壓力來(lái)選擇測(cè)壓軟管和測(cè)壓排氣接頭，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：HF測(cè)壓軟管的有關(guān)參數(shù)：,最大動(dòng)態(tài)壓力40Mpa，適用溫度~2。系統(tǒng)的工作壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，工作部件的運(yùn)動(dòng)速度、方向，以及變換頻率，輸出力和力矩等。各液壓元件盡量采用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號(hào)的常態(tài)位置繪制。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。采用電子控制壓力補(bǔ)償?shù)囊簤和诰驒C(jī)液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)比較，負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省能源消耗。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個(gè)封閉的循環(huán)回路。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。1 液壓缸參數(shù)的選擇每斗料的重量 M = = 1980 (Kg) （） G = mg = = 19404 (KN) （）由卸料斗的尺寸圖按極限情況計(jì)算得所挖斗料自重G與鏟斗液壓缸產(chǎn)生的推力F在卸料斗底板軸承鉸接處轉(zhuǎn)距平衡即 F拉L1 = GL2 （） = 194041206得 (KN)工作壓力的選定關(guān)系到設(shè)計(jì)出和系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)合理；工作壓力低，則要求執(zhí)行元件的容量大，即尺寸大、重量重，系統(tǒng)所需流量也大；壓力過(guò)高，則對(duì)元件的制造精度和系統(tǒng)的使用維護(hù)要求提高，并使容積效率降低。（四）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。它的設(shè)計(jì)決定了能否更好地滿足挖掘機(jī)的作業(yè)要求和工況要求。（2）復(fù)合操縱性要求挖掘機(jī)在作業(yè)過(guò)程中需要各個(gè)執(zhí)行元件單獨(dú)動(dòng)作，但是在更多情況下要求各個(gè)執(zhí)行元件能夠相互配合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的復(fù)合動(dòng)作，因此如何實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行元件的復(fù)合動(dòng)作也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。此工況是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂和斗桿復(fù)合動(dòng)作。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，能提高主壓力閥的壓力[17]。此時(shí)斗桿收回，動(dòng)臂抬起，希望斗桿和動(dòng)臂分別由獨(dú)立的油泵供油，以保證彼此動(dòng)作獨(dú)立，相互之間無(wú)干擾，并且要求泵的供油量小，使油缸動(dòng)作慢，便于控制。動(dòng)臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng)，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂的升降。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。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，巧分鐘內(nèi)的最大功率。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點(diǎn)，系統(tǒng)地總結(jié)了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求:動(dòng)力性要求和操縱性要求。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%95%，使用壽命超過(guò)1萬(wàn)小時(shí)。即負(fù)載敏感技術(shù)和負(fù)流量控制技術(shù)，目前液壓挖掘機(jī)都選用其中一種控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能要求。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法。19681970年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量己經(jīng)達(dá)到挖掘機(jī)總產(chǎn)量的83%，其時(shí)對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的研究也已經(jīng)十分成熟，液壓挖掘機(jī)已經(jīng)具有了同步控制系統(tǒng)和負(fù)載敏感系統(tǒng)L。因此，對(duì)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)[1]。課題以企業(yè)為依托。小型挖掘機(jī)由多個(gè)系統(tǒng)組成，包括液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)，工作裝置，底架，轉(zhuǎn)臺(tái)，油箱，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝等。（一） 挖掘機(jī)簡(jiǎn)介挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，可以追溯到1840年。自第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)誕生以來(lái)的160多年當(dāng)中，挖掘機(jī)一直在不斷地飛躍發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相對(duì)成熟穩(wěn)定的階段。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%95%，使用壽命超過(guò)1萬(wàn)小時(shí)。負(fù)載敏感技術(shù)是一種利用泵的出口壓力與負(fù)載壓力差值的變化而使系統(tǒng)流量隨之相應(yīng)變化的技術(shù)。(4) 重視操縱特性挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的操縱特性越來(lái)越受到重視。3 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析了傳統(tǒng)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的單泵定量系統(tǒng)、雙泵定量系統(tǒng)和雙變量泵液壓系統(tǒng)，詳細(xì)分析了其主要優(yōu)點(diǎn)和存在的問(wèn)題。挖掘機(jī)是指在額定轉(zhuǎn)速下一小時(shí)以上的額定功率。目前挖掘機(jī)研究重點(diǎn)正逐步向智能化機(jī)電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移[10]。斗桿鉸接于動(dòng)臂的上端，由斗桿油缸控制斗桿與動(dòng)臂相對(duì)角度。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。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，,。2 滿斗舉升回斗工況分析挖掘結(jié)束后，動(dòng)臂油缸將動(dòng)臂頂起，滿斗舉升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸載處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)作。由于動(dòng)臂下降有重力作用，壓力低、變量泵流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)速度快，因此該工況的供油情況為一個(gè)油泵的全部流量供回轉(zhuǎn)馬達(dá)，另一油泵的大部分油供給動(dòng)臂，少部分油經(jīng)節(jié)流閥供給斗桿， 所示。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(pán)，實(shí)現(xiàn)理想的復(fù)合動(dòng)作。挖掘機(jī)多路閥液壓系統(tǒng)圖通常十分復(fù)雜，對(duì)各種液壓作用元件的供油路線、回油路線以及控制油路等紛雜在一起，很難對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一目了然，這樣就需要花費(fèi)很多的時(shí)間才能將其分析透徹。2 根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點(diǎn)，系統(tǒng)地總結(jié)出挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求:動(dòng)力性要求、操縱