【文章內(nèi)容簡介】 n） 2 齒輪泵 壓力（ Mpa） 21 最大流 量（ L/min） 37 液壓油箱容量（ L） 73 表 SWE50H型液壓挖掘機(jī)的作業(yè)參數(shù) 最大挖掘高度 4943mm 最大 卸載 高度 3389mm 最大挖掘深度 3302mm 最大垂直挖掘深度 2432mm 最大挖掘半徑 5504mm 最大停機(jī)面挖掘距離 5373mm 輪距 1950mm 履帶總長 2502mm 平臺(tái)離地間隙 708mm 底盤寬度 1200mm 履帶寬度 350mm 底盤離地間隙 313mm 履帶高度 602mm 運(yùn)輸長度 3180mm 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 負(fù)載分析 動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接。常見的有兩種具體布置方式。 油缸前傾布置方案，如圖 所示，動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂鉸接于 E點(diǎn)。當(dāng)動(dòng)臂油臂全伸出，將動(dòng)臂舉升至上極限時(shí)， 動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)前方傾斜。 油缸后傾布置方案，如圖 所示，當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉升至上極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)后方傾斜。 當(dāng)兩方案的動(dòng)臂油缸安裝尺寸DE鏟斗最大挖掘 H 和地面 圖 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)油缸布置方案 最大挖掘半徑 R 相 等時(shí)，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即 h1h2。此外，在后傾方案中，動(dòng)臂 EF 部分往往比前傾方案的長，因此動(dòng)臂所受彎矩也比較大。以上為動(dòng)臂油缸后傾方案的缺點(diǎn)。然后，后傾方案動(dòng)臂下鉸點(diǎn) C 與動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn) D的距離 CD 比前傾方案的大，則動(dòng)臂在上下兩極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸的作用力臂也就比較大。因此，在動(dòng)臂油缸作用力相同時(shí)，后傾方案能得到較大的動(dòng)臂作用矩，這就是其優(yōu)點(diǎn)。 為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘?qū)㈤L動(dòng)臂 CEF改成 CE1F1（圖 ），并配以長斗桿，在最大深度處挖掘時(shí)，采用鏟斗挖掘而不是斗桿挖掘， 這樣得到的最大挖掘深度為 h1h2。 顯然，不論是動(dòng)臂油缸前傾還是后傾方案，當(dāng) C、 D 兩鉸點(diǎn)位置和 CE 長度不變時(shí)，通過加大動(dòng)臂油缸長度可以增大動(dòng)臂仰角，從而增大最大挖掘高度，但會(huì)影響到最大挖掘深度。所以，在布置動(dòng)臂油缸時(shí)，應(yīng)綜合考慮動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)、工作裝置的作業(yè)尺寸及動(dòng)臂舉升力和挖掘力等因素。 動(dòng)臂油缸的作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最 大卸載距離位置進(jìn)行卸載來確定，其 圖 動(dòng)臂油缸作用力分析 設(shè)計(jì)簡圖 所示，此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力 (N)為： g31 ( l )b d t d A g A b b AF G l G G ll? ? ? () 式中 dAl － 鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離 (m) bAl － 動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離 (m) gAl － 斗桿質(zhì)心動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離 (m) 3l － 動(dòng)臂油缸作用力對鉸點(diǎn)的力臂 (m) 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 gG － 斗桿所受重力 (N) bG － 動(dòng)臂所受重力 (N) dtG － 鏟斗及其裝載土壤的重力 (N) 查閱相關(guān)資料，選取 dtG ＝ 10? N+mg， gG ＝ 10? N， bG ＝ 10? N， dAl＝ ， gAl =, bAl =, 3l =. 其中鏟斗的重力為 10? N， 根據(jù)公式 SmV?? () RSV Vk? () Ssk ??? () 式中 m －裝載土壤的質(zhì)量（ kg） V －平均有效斗容量 （ 3m ） ? －鏟斗充滿系數(shù)（ 3m ），根據(jù)工作環(huán)境，選擇充滿系數(shù)為 1 ? －自然情況下土壤的密度，根 據(jù)工作環(huán)境，選擇 31750 kg m? ??? S? －疏松后的土壤密度 Sk －土壤的松散系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境， 取 ? 代入數(shù)據(jù)，求得： 312 96 .3s kg m? ??? kg? 33( 1 4 .3 9 1 2 .0 4 6 .1 7 ) 1 0 0 .5 5 6 0 1 0bF x N? ? ? ? ? ? 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作原理 ]6[ 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有 三 個(gè)自由度，鏟斗可實(shí)現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動(dòng)，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鏟斗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大到有限的空間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走 (移位 )，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作技術(shù)要求 采用了柴油機(jī) 液壓泵復(fù)合控制。操作者根據(jù)工況，利用作業(yè)模式選擇開關(guān)（功率預(yù)選開關(guān)）選擇合理的功率模式：重載高速 、正常工作、輕載低速。通過電子調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門和液壓泵的排量，使供給功率與負(fù)載需要功率相匹配。 采用了電液比例控制技術(shù)，通過改變 34BR6/H6 型帶閥芯位移反饋的電液比例方向閥的比例電磁鐵的輸入電流，不 但 可以改變閥的工作液流方向，而且可以 改變 閥口大小實(shí)現(xiàn)流量控制，是一種較為理想的電、液轉(zhuǎn)換和功率放大元件，與伺服控制相比具有成本低、抗干擾性好、能量損失小、對油液清潔度無特殊要求等優(yōu)點(diǎn)。 工況在線監(jiān)測系統(tǒng)包括單片主處理器模塊、面板控制系統(tǒng)、模擬信號調(diào)理模塊、A/D 轉(zhuǎn)換及光電隔離模塊、電源模塊及傳感器等部分 。其中單片主處理器模塊是系統(tǒng)的核心部分，主要功能有面板的控制管理， A/D 轉(zhuǎn)換部分的控制管理、模擬量、開關(guān)量和 轉(zhuǎn)換信號的輸入、處理和存儲(chǔ)。面板控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的入機(jī)接口，它包括鍵盤、聲光報(bào)警電路和點(diǎn)陣式液晶顯示器。模擬信號調(diào)理電路的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)各路模擬量信號的輸入和調(diào)整，將傳感器和敏感元件的輸出電信號轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足 A/D 轉(zhuǎn)換輸入要求的標(biāo)準(zhǔn)電平信號。 A/D 轉(zhuǎn)換及光電隔離模塊的功能是將所有的被檢測轉(zhuǎn)變成為單片機(jī)所接受的數(shù)字量，具體包括開關(guān)量、轉(zhuǎn)換信號的整形、模擬量的 A/D 轉(zhuǎn)換日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 和輸入輸出信號的光電隔離等。電源模塊將液壓 挖掘機(jī)上的蓄電池或發(fā)電機(jī)輸出的+24V 直流電轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)各模塊以及系統(tǒng)配備的傳感器所需的各種類型的電平電壓。傳感器處于液壓挖掘機(jī)與監(jiān)測系統(tǒng)的接口位置，是一個(gè)能量變換器，它直接從液壓挖掘機(jī)中提取被除數(shù)檢測的工況特征參數(shù)，感受狀態(tài)的變化并轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、儲(chǔ)存、分析加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指 令控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。如利用壓力傳感器可實(shí)現(xiàn)過載情況下的路徑自主校正；利用超階級聲波測距傳感器能實(shí)現(xiàn) 回轉(zhuǎn)過程中的自動(dòng)避障。 液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算 ]7[ 挖掘機(jī)各 驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng) 包括： 發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、液壓馬達(dá)、電液比例換向閥、動(dòng)臂缸、斗桿缸及齒輪傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)主要對動(dòng)臂缸進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。 動(dòng)臂液壓缸內(nèi)徑尺寸與活塞桿直徑的確定 由表 、表 、表 可知，小挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為 360 10bFN??時(shí)宜取液壓缸的工作壓力 P ＝ 13610 aP ，液壓缸選用單桿式，并在工作時(shí)進(jìn)行差動(dòng)連接。此時(shí)液壓缸無桿腔工作面積 1A 應(yīng)為有桿腔工作面積 2A 的兩倍。由于液壓缸回油路上必須具有背壓力存在，以防止挖掘機(jī)卸土后突然前沖，由表 ,可取 1P ＝8510 aP . 表 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力 負(fù)載 F/N 5000 5000～ 10000 10000～ 30000 30000～ 50000 50000 工作壓力p/MPa ～ 1 ～ 2 ～ 4 4～ 5 5～ 7 表 按主機(jī)類型選擇執(zhí)行元件工作壓力 表 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力 /Mpa 簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) ～ 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) ～ 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) ～ 用補(bǔ)油泵的閉式回路 ～ 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 ～ 3 回油路較短，且直接回油箱 可忽略不計(jì) 由于是差動(dòng)式單桿連接，所以 活塞桿直徑 d與缸筒直徑 D的關(guān)系為 d=。根據(jù)公式 1 16600000 .8(1 3 ) 1 022FAPP??? ? ?= 2cm () 主機(jī)類型 機(jī)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) 中、大挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)構(gòu) 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 工作壓力 p/Mpa ≤ 2 3～ 5 ≤ 8 8～ 10 10～ 16 20～ 32 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 故有 D= 14/A ? =， d== () 當(dāng)按 GB/T2348－ 1993 將這些直徑 圓整 理 成 就近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得： D=80mm , d =63mm，由此求得 液 壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為 22/ 4 50 .2 4A D cm??? 2 2 22 ( ) / 4 1 9 .0 8A D d c m?? ? ? () 液壓缸行程的確定 液壓缸行程主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定。但為了簡化工藝和降低成本，應(yīng)盡量采用 GB/T23481993 標(biāo)準(zhǔn)的液壓缸行程，則根據(jù)技術(shù)要求，取行程為 630mm。 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 缸筒壁厚的計(jì)算 對于低壓系統(tǒng)或 /D? ≥16時(shí)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算，公式如下： 2[ ]yPD? ?? () 式中 ? －液壓缸缸筒厚度 yP －試驗(yàn)壓力 (Mpa)，當(dāng)工作壓力 P≤ 16 Mpa 時(shí)， yP =，當(dāng)工作壓力≥ P≥ 16 Mpa 時(shí)， yP =，當(dāng)工作壓力 P≤ 時(shí)， yP =,這里應(yīng)取 yP = =。 D －液壓缸內(nèi)徑 (m) ? －缸體材料的許用應(yīng)力 （ Mpa） ，可通過下面公式求得： [] bn?? ? () b? －缸體材料的抗拉強(qiáng)度 (Mpa) n －安全系數(shù)， n =～ 5，一般取 n =5 但對于鍛鋼 45 的許用應(yīng)力 []? 一般都取 []? =110(Mpa) 則 1 9 . 5 8 0 7 . 0 9 12 1 1 0 mm? ???? 根據(jù) 《 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 》 ，取液壓 缸 外 直徑為 1D =100mm. 液壓缸油口直徑的計(jì)算 液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速度 v 和油口最高液流速度 0v 而定，公式如下： 3 /d D v v? () 式中 0d －液壓缸油口直徑 (m) D －液壓缸內(nèi)徑 (m) v －液壓缸最大輸出速度 (m/min) 0v －油口液流速度 (m/min)，根據(jù) 《 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 》 ，取 0v =7m/min 同時(shí)對于單桿油塞式液壓差動(dòng)聯(lián)接時(shí)，活塞的外