【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 離位置進(jìn)行卸載來(lái)確定，此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力(N)為： ()式中 －鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離(m)－動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離(m)－斗桿質(zhì)心動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離(m) －動(dòng)臂油缸作用力對(duì)鉸點(diǎn)的力臂(m) －斗桿所受重力(N) －動(dòng)臂所受重力(N)－鏟斗及其裝載土壤的重力(N) 動(dòng)臂油缸作用力分析查閱相關(guān)資料，選?。絅+mg，＝N，＝N，＝，=, =, =.其中鏟斗的重力為N，根據(jù)公式 () () ()式中 －裝載土壤的質(zhì)量（kg） －平均有效斗容量（）－鏟斗充滿(mǎn)系數(shù)（），根據(jù)工作環(huán)境，選擇充滿(mǎn)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－疏松后的土壤密度－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： 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作原理機(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(guò)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(mǎn)足挖掘作業(yè)的要求。機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)示意圖，利用各種傳感器，柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，各部分的運(yùn)動(dòng)通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗斗桿動(dòng)臂連桿4及相應(yīng)的三組液壓缸5. 6. 7組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)動(dòng)臂缸的伸縮，使動(dòng)臂連同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。依靠斗桿缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過(guò)鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)操縱動(dòng)臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮。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。鏟斗裝滿(mǎn)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。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)。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)液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。鏟斗 斗桿 動(dòng)臂 連桿 液壓油缸 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)示意圖 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(kāi)關(guān)（功率預(yù)選開(kāi)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(guò)電子調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)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(guò)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(duì)油液清潔度無(wú)特殊要求等優(yōu)點(diǎn)。工況在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括單片主處理器模塊、面板控制系統(tǒng)、模擬信號(hào)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(kāi)關(guān)量和轉(zhuǎn)換信號(hào)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(pán)、聲光報(bào)警電路和點(diǎn)陣式液晶顯示器。模擬信號(hào)調(diào)理電路的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)各路模擬量信號(hào)的輸入和調(diào)整，將傳感器和敏感元件的輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闈M(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)換輸入要求的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換及光電隔離模塊的功能是將所有的被檢測(cè)轉(zhuǎn)變成為單片機(jī)所接受的數(shù)字量，具體包括開(kāi)關(guān)量、轉(zhuǎn)換信號(hào)的整形、模擬量的A/D轉(zhuǎn)換和輸入輸出信號(hào)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(lèi)型的電平電壓。傳感器處于液壓挖掘機(jī)與監(jiān)測(cè)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(cè)的工況特征參數(shù)，感受狀態(tài)的變化并轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將來(lái)自各傳感器的檢測(cè)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(guò)載情況下的路徑自主校正；利用超階級(jí)聲波測(cè)距傳感器能實(shí)現(xiàn) 回轉(zhuǎn)過(guò)程中的自動(dòng)避障。 液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算 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(duì)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、小挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為時(shí)宜取液壓缸的工作壓力＝13，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(wú)桿腔工作面積應(yīng)為有桿腔工作面積的兩倍。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，,可?。?. 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力負(fù)載F/N50005000～1000010000～3000030000～5000050000工作壓力p/MPa～1～2～44～55～7 按主機(jī)類(lèi)型選擇執(zhí)行元件工作壓力主機(jī)類(lèi)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(mén)刨床拉床工作壓力p/Mpa≤23～5≤88～1010～1620～32 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類(lèi)型背壓力/Mpa簡(jiǎn)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= ()故有 D==，d== ()當(dāng)按GB/T2348－1993將這些直徑圓整成就近標(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 () 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(jiǎn)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(duì)于低壓系統(tǒng)或≥16時(shí)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算，公式如下： ()式中 －液壓缸缸筒厚度 －試驗(yàn)壓力(Mpa)，當(dāng)工作壓力P≤16 Mpa時(shí)，=，≥P≥16 Mpa時(shí)，=，當(dāng)工作壓力P≤，=,這里應(yīng)取= =。 －液壓缸內(nèi)徑(m) －缸體材料的許用應(yīng)力（Mpa），可通過(guò)下面公式求得： () －缸體材料的抗拉強(qiáng)度(Mpa) －安全系數(shù)，=～5，一般取=5但對(duì)于鍛鋼45的許用應(yīng)力一般都取=110(Mpa)則根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取液壓外缸直徑為=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)速度和油口最高液流速度而定，公式如下： ()式中 －液壓缸油口直徑(m) －液壓缸內(nèi)徑(m) －液壓缸最大輸出速度(m/min) －油口液流速度(m/min)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取=7m/min同時(shí)對(duì)于單桿油塞式液壓差動(dòng)聯(lián)接時(shí)，活塞的外伸速度為: ()式中 －液壓缸差動(dòng)聯(lián)接時(shí)，活塞外伸的速度，可視為油口液流的速度(m/min) －液壓泵流量(/s)，＝－活塞桿面積，其公式如下: ()式中 －活塞桿直徑(m) 所以 代入數(shù)據(jù)，解析以上公式得：，故取 缸頭厚度計(jì)算本設(shè)計(jì)采用的是螺釘聯(lián)接法蘭缸頭，其厚度的計(jì)算公式為： ()式中 －法蘭厚度(m)－法蘭內(nèi)徑(m)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取=－螺釘孔分布圓直徑(m)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取=－法蘭材料的許用應(yīng)力(Mpa)，取45鋼，＝120 Mpa －法蘭受力總和(N)，其計(jì)算公式為： () －密封環(huán)內(nèi)徑(m)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取 －密封環(huán)外徑(m)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取 －系統(tǒng)工作壓力(pa)， pa －附加密封力(pa)，若采用金屬材料時(shí)，值取屈服點(diǎn)，此處取材料為45鋼，則=110Mpa代入數(shù)據(jù)，求出得：故取螺釘聯(lián)接可采用高強(qiáng)度螺釘M16(GB/)聯(lián)接,兩端數(shù)量均為24件，其強(qiáng)度校核，公式如下：拉應(yīng)力： = ()剪應(yīng)力： = ()式中 ：螺紋擰緊系數(shù)，此處取=: 螺紋摩擦系數(shù),一般取=：螺紋外徑，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取=16mm：螺紋內(nèi)徑，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取=＝：數(shù)量為24B：B螺釘材料屈服強(qiáng)度，取45鋼，則 [σ] =110Mpa得：，符合工況要求，則驗(yàn)證合格，可取。 活塞桿柔度校核計(jì)算活塞桿細(xì)比計(jì)算如下： λ=≤[λ] ()此處：L為折算長(zhǎng)度，導(dǎo)向套中心至吊頭尺寸，約630mm，活塞桿直徑d=63mm，[λ]活塞桿許用細(xì)長(zhǎng)比，按規(guī)定拉力桿此處[λ]≤100。計(jì)算得，故滿(mǎn)足要求，則活塞桿長(zhǎng)度和缸筒長(zhǎng)度的取值合格。4 液壓系統(tǒng)原理圖的制定 制定基本方案(1) 制定調(diào)速方案 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問(wèn)題。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一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。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。速度控制通過(guò)改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。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。節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來(lái)調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速。調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。節(jié)流調(diào)速一般采用開(kāi)式循環(huán)形式。在開(kāi)式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開(kāi)