【文章內容簡介】 ......................................................................................... 30 第 6 章 液壓系統(tǒng)性能估算 ................................................................................................. 32 系統(tǒng)壓力損失計算 .................................................................................................... 32 系統(tǒng)效率 .................................................................................................................... 33 系統(tǒng)液壓沖擊分析 .................................................................................................... 34 結 論 ................................................................................................................................. 35 致 謝 ................................................................................................................................. 36 參考文獻 ................................................................................................................................. 37 外文文獻 ................................................................................................................................. 38 中文譯文 ................................................................................................................................. 45 黑龍江東方學院本科畢業(yè)設計 1 小型挖掘機總體設計 第 1章 緒論 中國國土面積大，各項建設事業(yè)正處于蓬勃發(fā)展過程中。液壓挖掘機作為一種重要的工程機械，廣泛應用于房屋建筑、筑路工程、水利建設、農林開 發(fā)、港口建設、國防工事等的土石方施工和礦山采掘工業(yè)中，對減輕繁重的體力勞動、保證工程質量、加快建設速度、提高勞動生產率起著十分巨大的作用。隨著國家經濟建設的不斷發(fā)展，液壓挖掘機的需求量將逐年大幅度增長，其在國民經濟建設中的作用將越來越顯著 【 1】 。 中國挖掘機市場自 1997 年開始已進入了一個較快的發(fā)展時期，挖掘機市場需求迅速擴大，一些企業(yè)紛紛看好這一市場，挖掘機行業(yè)如雨后春筍，新企業(yè)不斷涌現，一些原本生產其他工程機械的企業(yè)，也紛紛加入到挖掘機行業(yè)。北京奧運會、 2020 年上海世博會、西部大開發(fā)、南水北調工程對機 械設備的需求為挖掘機生產廠商提供了大量商機。顯然，中國已成為世界上最大的挖掘機市場 【 2】 。 發(fā)中心不在中國，挖掘機關鍵配套零部件也不在中國。在挖掘機關鍵的核心技術研究與掌握方面，國內企業(yè)與國外企業(yè)差距很大，特別是國內企業(yè)在挖掘機的基礎理論研究方面投入的人力、財力嚴重不足 【 3】 。 機遇與挑戰(zhàn)并存，如何占領挖掘機市場，盡快為國內市場提供產品質量好、可靠性高的液壓挖掘機已成為當務之急。在發(fā)展方向上，小型液壓挖掘機由于其小巧、靈活、多功能和高效率等特點，已成為挖掘機市場上的亮點。小型挖掘機既具有中型挖掘機的多項功能 ，又具有運輸、能耗、靈活性、適應等方面的優(yōu)勢，非常適用于空間狹小的施工場地作業(yè)，而且價格低、質量輕、保養(yǎng)維修方便等優(yōu)點，所以在國內外得到了廣泛的應用，市場潛力極其巨大；在技術水平上，進一步改進液壓系統(tǒng)，重視采用新技術、新工藝、新結構，加快標準化、系列化、通用化的發(fā)展速度，注重國內液壓件的生產。 對于小型液壓挖掘機來說，設計出工作可靠、結構簡單、性能好、成本低、效率高、維護使用方便的液壓系統(tǒng)，使之與機械裝置良好的配合顯得尤為重要。以下是小型輪式液壓挖掘機的設計，希望該設計過程能為小型輪式液壓挖掘機的設計工作獻 上微薄之力【 4】 。 黑龍江東方學院本科畢業(yè)設計 2 第 2 章 內容安排及設計步驟 本設計主要包括小型輪式挖掘機的上車體結構設計、液壓閥塊設計、液壓傳動系統(tǒng)設計、回轉系統(tǒng)、油缸、馬達和油泵的計算選型等。 設計步驟： 圖 21 設計步驟 進行挖掘工況分析明確設計依據及參數 擬訂液壓挖掘機傳動方案及 上車體和液壓裝置結構設計 液壓元件選擇計算和專用件設計 液壓系統(tǒng)性能估算 制圖、編制技術文件 黑龍江東方學院本科畢業(yè)設計 3 第 3 章 液壓挖掘機工況分析及設計依據 挖掘機的典型作業(yè)流程 液壓挖掘 機的主要功能運動包括以下幾個動作：動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉臺回轉、整機行走以及其他輔助工作。典型作業(yè)流程為： ? 整機移動至合適的工作位置； ? 回轉平臺、使工作裝置處于挖掘位置； ? 動臂下降，并調整斗桿、鏟斗至合適位置； ? 斗桿、鏟斗挖掘作業(yè)； ? 動臂升起； ? 回轉工作裝置至卸載位置； ? 操縱斗桿、鏟斗卸載。 由于挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機的工作有兩項特殊要求：一是實現各種主要動作是，阻力與作業(yè)速度隨時變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達的壓力和流量也能相應變化；二是充分利用發(fā)動機功率和縮短作業(yè)循環(huán)時間， 工作過程中往往要求有兩個主要動作同時進行復合動作。 液壓挖掘機一個作業(yè)循環(huán)的組成和動作的復合主要包括： （ 1）挖掘：通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進行挖掘，或兩者配合進行挖掘。因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復合動作，必要時，配以動臂動作。 （ 2）滿斗舉升回轉：挖掘結束，動臂液壓缸將動臂頂起，滿斗提升，同時回轉液壓馬達使轉臺轉向卸載位置，此時主要是動臂和回轉的復合動作。 （ 3）卸載：轉到卸載位置時，轉臺制動，用斗桿液壓缸調節(jié)卸載半徑，然后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗卸載。為了調整卸載位置，還要有動臂液壓缸的配合，此 時是斗桿和鏟斗的復合動作，兼以動臂動作。 （ 4）空斗返回：卸載結束，轉臺反向回轉，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空斗放到新的挖掘點，此時是回轉和動臂或斗桿的復合動作。 （ 5）整機移動工況：將整機移動至合適的工作位置。 （ 6）姿態(tài)調整與保持工況：滿足停放、運輸、檢修等需要。 黑龍江東方學院本科畢業(yè)設計 4 （ 7）其他輔助作業(yè)工況：輔助工作裝置作業(yè)工況。 【 5】 典型挖掘工況 （ 1）鏟斗挖掘工況：有鏟斗油缸單獨動作進行挖掘的工況。采用顫抖液壓缸進行挖掘常用與清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產率，因此，在一般土方工程挖掘中顫抖挖掘最常 用。 （ 2）斗桿挖掘工況：由斗桿液壓缸單獨動作進行挖掘的工況，在較堅硬的土質條件下工作時，為了能夠裝滿鏟斗，中小型液壓挖掘機在實際工作中常以斗桿液壓缸進行挖掘。 （ 3）聯合挖掘工況：由鏟斗、斗桿液壓缸復合動作進行挖掘的工況，必要時還需配以動臂液壓缸的動作。 當單獨采用鏟斗液壓缸進行挖掘時，挖掘軌跡以鏟斗與斗桿的鉸點為中心，鏟斗斗尖所作的圓弧線的長度決定鏟斗液壓缸的行程。以鏟斗液壓缸進行挖掘時的挖掘行程較短，為了能夠裝滿鏟斗，需要有較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤，所以一般挖掘機的斗尖最大挖掘力都在采 用鏟斗液壓缸挖掘時實現。 當單獨采用斗桿液壓缸進行挖掘時，挖掘軌跡以動臂與斗桿的鉸點為中心，鏟斗斗尖所作的圓弧線的長度決定于斗桿液壓缸的行程。當動臂液壓缸位于最小長度并以斗桿液壓缸進行挖掘時，可以得到最大挖掘深度尺寸，并且也有較大的挖掘行程。 在實際挖掘工作中，往往需要采用各液壓缸的復合工作。如在平整土地或切削斜坡時，需要同時操縱動臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運動。 滿斗舉升回轉工況 滿斗舉升回轉的運動約占整個作業(yè)循環(huán)時間的 50%～ 70%，能量消耗占 25%～50%，回轉液壓回路的發(fā)熱量占液壓系統(tǒng)總發(fā) 熱量的 30%～ 50%，因此要求盡可能地縮短轉臺的回轉時間。 挖掘結束后，動臂油缸將動臂頂起，滿斗舉升，同時回轉液壓馬達使轉臺轉向卸載處，此時主要是動臂和回轉馬達的復合動作。動臂抬升和回轉馬達同時動作時，要求二者在速度上匹配，即回轉到指定卸載位置時，動臂和鏟斗自動提升到合適的卸載高度。由于卸載所需的回轉角度不同，隨液壓挖掘機相對卸載的位置而變，因此動臂提升速度和回轉馬達的回轉速度的相對關系應該是可調整的。卸載回轉角度大，則要求回轉速度快些，而動臂的提升速度慢些。 黑龍江東方學院本科畢業(yè)設計 5 回轉起動時，由于慣性較大，油壓會升得很高，有可 能從溢流閥溢流，此時應該將溢流的油供給動臂。在回轉和動臂提升的同時，斗桿要外放，有時還需要對鏟斗進行調整。這時是回轉馬達、動臂、斗桿和鏟斗進行復合動作 【 4】 。 卸載及空斗返回工況 回轉至卸載位置時，轉臺制動，用斗桿調節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。為了調整卸載位置，還需要動臂配合動作。卸載時，主要是斗桿和鏟斗復合動作，間以動臂動作。 當卸載結束后，轉臺反向回轉，同時動臂油缸和斗桿油缸相互配合動作，把空斗放在新的挖掘點。此工況是回轉馬達、動臂和斗桿復合動作。由于動臂下降有重力作用，壓力低、變量 泵流量大、下降快，要求回轉速度快。發(fā)動機在低轉速時油泵供油量小，為防止動臂因重力作用迅速下降和動臂油缸產生吸空現象，可采用動臂下降再生補油回路，利用重力將動臂油缸無桿腔的油供至有桿腔。特點與滿載回轉類似，但轉動慣量比滿載時減小。 運動和動力特性要求 液壓挖掘機各功能運動的動力特性要求和常見復合運動要求，如表 和 所示： 表 3. 1 各功能運動的動力特性要求 功能運動名稱 應用工況 功率要求 變速要求 制動及鎮(zhèn)定要求 顫抖正轉 挖掘、姿勢調整 大 不大 鏟斗反轉 卸載、姿勢調整 不大 不大 最好有鎖定 斗桿正轉 挖掘、姿 勢調整 大 高 最好有鎖定 斗桿反轉 姿勢調整 不大 較高 最好有鎖定 動臂舉升 舉升、姿態(tài)調整 較大 高 動臂下降 姿態(tài)調整、輔助作業(yè) 一般 較高 回轉運動 挖掘與卸載轉位 高 高 行走運動 場內轉位、調整作業(yè)位置 高 高 黑龍江東方學院本科畢業(yè)設計 6 表 3. 2 常見復合運動要求 復合運動 應用工況 特點與要求說明 顫抖正轉 +斗桿正轉 負荷挖掘 功率需求大、變速要求高 鏟斗反轉 +斗桿反轉 卸載 功率需求較小 斗桿正轉 +動臂舉升 平整土地 要求操作性能好 動臂舉升 +回轉運動 挖掘與卸載轉位 功率需求大變速要求高、動力分配可調 動臂下降 +回轉運動 返回向挖掘處 兩者載荷差別大、速度要求高 設計依據 液壓挖掘機主要參數 液壓挖掘機的主要參數為整機重量、發(fā)動機功率和斗容量。本次設計任務是小型輪胎式液壓挖掘機，整機重量在 8t 左右，發(fā)動機功率大概為 56kw，斗容量為 179。 壓力和流量是液壓系統(tǒng)的主要參數。根據這兩個參數來計算和選擇液壓元、輔件和原動機的規(guī)格。當系統(tǒng)壓力選定后，液壓缸的主要尺寸或馬達排量即可確定，接著就可根據液壓缸的速 度或液壓馬達的轉速確定其流量 【 5】 。 液壓系統(tǒng)的壓力 系統(tǒng)壓力選定得是否合理，直接關系到整個系統(tǒng)設計的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定的情況下，若系統(tǒng)壓力選得過低，則液壓元、輔件的尺寸和重量就增加，系統(tǒng)造價也相應增加；若系統(tǒng)壓力選得過高，則液壓設備的重量、尺寸和造價會相應降低。然而，若系統(tǒng)壓力選得過高，由于對制造液壓元、輔件的材質、密封、制造精度等要求的提高，反而會增大液壓設備的尺寸、重量和造價，其系統(tǒng)效率和使用壽命也會相應下降，因此不能一味追求高壓。 本次設計時，綜合考慮各因素，液壓系統(tǒng)的壓力上 限取 20Mp，且液壓油缸兩端的壓力差為 16Mp。 黑龍江東方學院本科畢業(yè)設計 7 第 4 章 液壓挖掘機傳動方案的擬定以及上車體和液壓系統(tǒng)結構設計 液壓挖掘機傳動方案的擬定 通過查閱資料，在明確了設計要求和設計參數后，接下來