【文章內(nèi)容簡介】 有可能要求對作業(yè)裝置液壓元件(如回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動臂、斗桿和鏟斗)進(jìn)行調(diào)整。在雙泵系統(tǒng)中，一個油泵為左行走馬達(dá)供油、另一個油泵為右行走馬達(dá)供油，此時如果某一液壓元件動作，使某一油泵分流供油，就會造成一側(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，行駛偏斜會造成事故。為了保證挖掘機(jī)的直線行駛性，在三泵供油系統(tǒng)中，左右行走馬達(dá)分別由一個油泵單獨(dú)供油，另一個油泵向其它液壓作用元件(如動臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn))供油， 所示。對于雙泵系統(tǒng)，目前采用以下供油方式:①一個油泵并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)供油，另一個油泵向其他液壓作用元件供油，其多余的油液通過單向閥向行走馬達(dá)供油， 所示。②雙泵合流并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)和作業(yè)裝置液壓作用元件同時供油， 所示?！⌒凶邚?fù)合動作時的幾種供油情況　挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求液壓挖掘機(jī)的動作繁復(fù)，且具有多種機(jī)構(gòu)，如行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動臂、斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機(jī)械。這些主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常起動、制動、換向，外負(fù)載變化很大，沖擊和振動多，因此挖掘機(jī)對液壓系統(tǒng)提出了很高的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足以下要求?！恿π砸笏^動力性要求，就是在保證發(fā)動機(jī)不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動機(jī)的功率，提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率。尤其是當(dāng)負(fù)載變化時，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)的良好匹配，盡量提高發(fā)動機(jī)的輸出功率。例如，當(dāng)外負(fù)載較小時，往往希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元件的運(yùn)動速度。雙泵液壓系統(tǒng)中就常常采用合流的方式來提高發(fā)動機(jī)的功率利用率。　操縱性要求(1) 調(diào)速性要求挖掘機(jī)對調(diào)速操縱控制性能的要求很高，如何按照駕駛員的操縱意圖方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)速操縱控制，對各個執(zhí)行元件的調(diào)速操縱是否穩(wěn)定可靠，成為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分重要的一方面。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，因此要求對各個執(zhí)行元件的調(diào)速性要好。(2) 復(fù)合操縱性要求挖掘機(jī)在作業(yè)過程中需要各個執(zhí)行元件單獨(dú)動作，但是在更多情況下要求各個執(zhí)行元件能夠相互配合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的復(fù)合動作，因此如何實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行元件的復(fù)合動作也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。當(dāng)多執(zhí)行元件共同動作時，要求其相互間不千涉，能夠合理分配共同動作時各個執(zhí)行元件的流盤，實(shí)現(xiàn)理想的復(fù)合動作。尤其對行走機(jī)構(gòu)來說，左、右行走馬達(dá)的復(fù)合動作問題，即直線行駛性也是設(shè)計(jì)中需要考慮的重要一方面。如果挖掘機(jī)在行使過程中由于液壓泵的油分流供應(yīng)，導(dǎo)致一側(cè)行走馬達(dá)速度降低，形成挖掘機(jī)意外跑偏，很容易發(fā)生事故。另外，當(dāng)多執(zhí)行元件同時動作時，各個操縱閥都在大開度下工作，往往會出現(xiàn)系統(tǒng)總流量需求超過油泵的最大供油流量，這樣高壓執(zhí)行元件就會因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)動作速度降低，甚至不動的現(xiàn)象。因此，如何協(xié)調(diào)多執(zhí)行元件復(fù)合動作時的流量供應(yīng)問題也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮的?！」?jié)能性要求挖掘機(jī)工作時間長，能量消耗大，要求液壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個執(zhí)行元件和管路的能耗，因此在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。當(dāng)對各個執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)速控制時，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時必然會導(dǎo)致一部分流量損失掉。系統(tǒng)要求此部分的能量損失盡量小。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?！“踩砸笸诰驒C(jī)的工作條件惡劣，載荷變化和沖擊振動大，對于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過載保護(hù)措施，防止油泵過載和因外負(fù)載沖擊對各個液壓作用元件的損傷?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快帶下降和整機(jī)超速溜坡?！∑渌阅芤髮?shí)現(xiàn)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、組件化和通用化，降低挖掘機(jī)的制造成本:液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件惡劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性。由于挖掘機(jī)在城市建設(shè)施工中應(yīng)用越來越多，因此要不斷提高挖掘機(jī)的作業(yè)性能，降低振動和噪聲，重視其作業(yè)中的環(huán)保性。 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本回路分析挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本回路包括回轉(zhuǎn)回路，行走回路，動臂，斗桿，鏟斗，回路等[11]。 回轉(zhuǎn)回路液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動時由于上車轉(zhuǎn)動慣量打，在啟動，制動和突然換向時會引起很大的液壓沖擊。尤其是回轉(zhuǎn)過程中遇到障礙突然停車。液壓沖擊會使整個液壓系統(tǒng)和遠(yuǎn)見產(chǎn)生震動和噪音，甚至破壞。因此挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用特殊的回路來過載保護(hù)。（1）緩沖回路本設(shè)計(jì)中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)緩沖閥式緩沖回路。這種緩沖回路在高，低壓回路之間并聯(lián)有緩沖閥，每一緩沖閥的高壓油口與另一緩沖閥的低壓油口相通。當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動，停止或反轉(zhuǎn)時，高壓腔的液壓油經(jīng)過緩沖閥直接進(jìn)入低壓腔，減小了液壓沖擊。兩個單向閥起補(bǔ)油的作用。（2）制動油路本設(shè)計(jì)中采用機(jī)械制動和液壓制動結(jié)合的方式對回轉(zhuǎn)馬達(dá)進(jìn)行制動?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)的制動型采用常閉式制動器。當(dāng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)停止供油時，制動油缸的先導(dǎo)壓力油回油箱，回轉(zhuǎn)制動器在彈簧的作用下制動。一旦油泵向馬達(dá)供油，先導(dǎo)壓力油同時進(jìn)入制動油缸，壓縮彈簧，制動解除。 行走回路。和回轉(zhuǎn)回路相同，行走回路中也設(shè)置了制動油路。制動油缸為常閉式制動器。當(dāng)油泵向向行走馬達(dá)供油時，壓力油進(jìn)入制動油缸，壓縮彈簧，制動解除。此外，還設(shè)置了變速回路。這種回路由兩檔行駛速度，可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。圖中變速閥由先導(dǎo)壓力控制。當(dāng)變速閥上沒有先導(dǎo)壓力左右時，行走馬達(dá)以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。檔變速閥上有先導(dǎo)壓力作用時，變速閥動作使得壓力油進(jìn)入調(diào)節(jié)油缸的大腔，調(diào)節(jié)行走馬達(dá)的排量，使得行走馬達(dá)供油量增大并高速運(yùn)轉(zhuǎn)。 動臂 斗桿 鏟斗回路（1）動臂、斗桿、鏟斗回路液壓挖掘機(jī)工作時，鏟斗上受到外負(fù)載的作用，這就需要動臂油缸和斗桿油缸必須有足夠的壓力來承受。但是如果壓力過大會造成液壓元件和管道的破壞。為此，需要在動臂油缸和斗桿油缸的進(jìn)出油路上各安裝個一限壓閥，當(dāng)閉鎖壓力大于限壓閥的調(diào)定壓力時，可以實(shí)現(xiàn)卸荷，以保護(hù)液壓元件和管道。圖中兩個單向閥起補(bǔ)油的作用、斗桿、鏟斗限壓補(bǔ)油回路（2）動臂支持防下落油路動臂操縱閥在中位時，油缸口閉鎖，由于滑閥的密封性不好會產(chǎn)生泄漏，動臂在重力作用下會產(chǎn)生下沉，這是不允許的 ，特別是挖掘機(jī)在進(jìn)行起重作業(yè)的時候，要求動臂停留在某一位置上保持不下降，因此設(shè)置了動臂支持閥。在彈簧力的作用下，動臂油缸下腔壓力油通過支持閥閥芯內(nèi)的鉆孔通向支持閥上端，將支持閥壓緊在閥座上，阻止動臂油缸下腔的壓力油從B流向A，起到閉鎖支撐的作用。當(dāng)操縱動臂下降時，在先導(dǎo)操縱油壓的作用下，液控單向閥開啟。動臂油缸下腔壓力油通過支持閥閥芯鉆孔油道經(jīng)液控單向閥回油。由于支持閥閥芯內(nèi)鉆孔油道節(jié)流孔的節(jié)流作用，使支持閥上下腔產(chǎn)生壓差，在壓差的作用下克服彈簧力，支持閥打開，壓力油從B流向A?！∫簤合到y(tǒng)方案擬訂(1)　在液壓挖掘機(jī)一個工作循環(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)每個工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動作后提出初步方案。(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:動力性要求、操縱性要求、節(jié)能性要求、安全性要求和其它性能的要求。(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。4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓挖掘機(jī)具有多種機(jī)構(gòu)，包括動臂機(jī)構(gòu)、斗桿機(jī)構(gòu)和鏟斗連桿機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等。這些機(jī)構(gòu)經(jīng)常起動、制動、換向，外負(fù)載變換很大，沖擊和振動多，因此挖掘機(jī)對液壓系統(tǒng)提出了很高的設(shè)計(jì)要求。WY200液壓履帶式挖掘機(jī)采用全功率變量系統(tǒng)，先導(dǎo)液壓操縱，整體式多路閥等先進(jìn)結(jié)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具有操作輕便、使用安全可靠、發(fā)動機(jī)功率利用率高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。 液壓系統(tǒng)方案及主要技術(shù)參數(shù)確定[12]?！?WY200液壓履帶式挖掘機(jī)主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目名稱單位數(shù) 值發(fā)動機(jī)型號　6135K16標(biāo)準(zhǔn)斗容量發(fā)動機(jī)標(biāo)定輸出功率kW/r/min106/2100最大挖掘半徑m最大挖掘深度m最大卸載高度m回轉(zhuǎn)速度r/min行走速度km/h爬坡能力%70作業(yè)循環(huán)時間S1822主機(jī)長/寬度m履帶平均接地比壓MPa發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)r/min2100整機(jī)質(zhì)量t理論生產(chǎn)率/h200最大挖掘力kN142系統(tǒng)工作壓力MPa38履帶板寬度m主機(jī)運(yùn)輸尺寸(長X寬X高)mm9860x3000x3120執(zhí)行元件是液壓系統(tǒng)的輸出部分，必須滿足機(jī)器設(shè)備的運(yùn)動功能、性能要求和結(jié)構(gòu)、安裝上的限制。根據(jù)所要求的負(fù)載運(yùn)動形態(tài)，選用不同的執(zhí)行元件配置。表 　執(zhí)行元件配置運(yùn) 動 方 式執(zhí) 行 元 件左行走右行走直線行走左液壓馬達(dá)右液壓馬達(dá)左液壓馬達(dá)+右液壓馬達(dá)工作裝置外擺內(nèi)收動臂液壓缸斗桿液壓缸鏟斗液壓缸回轉(zhuǎn)擺動液壓馬達(dá)液壓系統(tǒng)是由液壓元件和基本的控制回路組成的，而基本控制回路也是由液壓元件通過管道和閥體組合而成的，因此液壓元件是組成液壓系統(tǒng)最基本單元。按照功能和執(zhí)行任務(wù)不同，液壓元件大致可以分為液壓動力元件，液壓執(zhí)行元件，液壓控制元件和輔助元件四大類。液壓動力元件的功能是為液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的液體，如液壓泵。液壓執(zhí)行元件的功能是將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，以驅(qū)動工作裝置，如液壓缸和液壓馬達(dá)。液壓控制元件是用來控制，調(diào)節(jié)液流方向、速度、流量、壓力等參數(shù)，使整個系統(tǒng)按要求協(xié)調(diào)的工作，如各種控制閥。輔助元件包括蓄能器、油箱、濾清器等。　執(zhí)行元件液壓缸及系統(tǒng)壓力的初選根據(jù)挖掘機(jī)主要用于建筑施工、礦山的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇雙作用單活塞桿式液壓缸。單活塞桿式液壓缸只有一端有活塞桿，它主要由缸底、缸筒 缸頭 活塞 活塞桿 導(dǎo)向套 緩沖套 節(jié)流閥 帶放氣孔的單向閥及密封裝置等組成。由于鏟斗的內(nèi)收是為了鏟料，而外擺是為了卸料，工作裝置采用了兩根動臂液壓缸、一根斗桿、一根鏟斗油缸。要使機(jī)構(gòu)正常工作且具有平穩(wěn)性，兩動臂液壓缸必須同步運(yùn)動，這就要求任何時刻進(jìn)出油路的壓力油，必須保持一定的壓力平衡。為此，采用平衡閥控制油路中液壓油的壓力值。液壓缸參數(shù)的選擇液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，由已知條件及機(jī)械相關(guān)手冊有：設(shè)每斗料的重量為G 則根據(jù)相關(guān)條件得G的計(jì)算公式： （）= V （）其中密度，容量將相關(guān)的數(shù)據(jù)代入到公式（）和（）中得： 在這里設(shè)鏟斗液壓缸產(chǎn)生的推力為F拉,又由條件知 ,所以按極限情況計(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)距平衡得 F拉= G （） 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入到（） 中 = 205801240 得 　 根據(jù)上面的相關(guān)數(shù)據(jù)來選定液壓缸工作壓力，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；壓力過高，則對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。一般是根據(jù)機(jī)械的類型來選擇工作壓力。執(zhí)行元件工作壓力可以根據(jù)總負(fù)載值或者主機(jī)設(shè)備類型選取?！∝?fù)載和工作壓力之間的關(guān)系負(fù)載F/KN＜1010—2070—140140—250＞250工作壓力P/Mpa10—2525—2832　各類機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力設(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/Mpa355101161632由負(fù)載值大小查上表，參考同類型挖掘機(jī)，取液壓缸工作壓力為24MPa安裝方式，選擇缸頭耳環(huán)帶襯套，活塞桿端連接方式選擇桿端外螺紋桿頭耳環(huán)帶襯套。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?！∮?jì)算工作裝置液壓缸的主要尺寸缸筒內(nèi)徑D： 根據(jù)液壓缸推力F和選定工作壓力P，或者運(yùn)動速度和輸入流量，按《液壓與氣壓傳動》的相關(guān)公式來計(jì)算，然后在從GB/T23481993標(biāo)準(zhǔn)中選取相近的尺寸加以圓整。活塞桿直徑d： 通常先滿足液壓缸速度或往返速比來確定活塞桿的直徑d，按GB/T23481993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行園整。液壓缸缸筒長度S： 液壓缸缸筒長度S由最大工作行程長度決定，缸筒的長度一般不 超過其內(nèi)徑的20倍。根據(jù)活塞桿直徑d與缸筒內(nèi)徑D的計(jì)算的要求及相關(guān)條件，查《機(jī)械手冊》得下面的關(guān)系： 受拉時： d=()D受壓時： d=()D (p15mpa) d=()D(5mpa p17mpa) d=(p17mpa)(1) 液壓油缸的缸徑、桿徑和工作壓力確定根據(jù)技術(shù)條件來確定斗桿液壓缸徑和桿徑為：缸徑D=Φ140mm，再根據(jù)活塞桿直徑d與缸筒內(nèi)徑D的計(jì)算的要求及相關(guān)條件得到桿徑d==Φ100mm。根據(jù)技術(shù)條件來確定鏟斗和動臂液壓缸徑和桿徑為：缸徑D=Φ125mm，再根據(jù)活塞桿直徑d與缸筒內(nèi)徑D的計(jì)算的要求及相關(guān)條件有桿徑d==Φ84mm。在這里只計(jì)算鏟斗的缸筒。再根據(jù)公式計(jì)算：P=