【文章內(nèi)容簡介】 的過載保護；回轉(zhuǎn)機構(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超速溜坡【8】。為此，液壓系統(tǒng)應(yīng)做到： （1）有高的傳動效率，以充分發(fā)揮發(fā)動機的動力性和燃料使用經(jīng)濟性。 （2）液壓系統(tǒng)和液壓元件在負載變化大、急劇的振動沖擊作用下，具有足夠的可靠性。 （3）調(diào)協(xié)輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機持續(xù)工作時液壓油溫不超過80度，或溫升不超過45度。 （4）由于挖掘機作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密封性能要好，液壓元件對油液污染的敏感性低，整個液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。 （5）采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機設(shè)置自動控制系統(tǒng)，進而提高挖掘機技術(shù)性能和減輕駕駛員的勞動強度【9】?；净芈肥怯梢粋€或幾個液壓元件組成、能夠完成特定的單一功能的典型回路，它是液壓系統(tǒng)的組成單元。液壓挖掘機液壓系統(tǒng)中基本回路有限壓回路、緩沖回路、卸荷回路、行走回路、反饋回路、操縱回路等。（1）限壓回路限壓回路用來限制壓力，使其不超過某一調(diào)定值。限壓的目的有兩個：一是限制系統(tǒng)的最大壓力，使系統(tǒng)和元件不因過載而損壞，通常用安全閥來實現(xiàn)；二是根據(jù)工作需要，使系統(tǒng)中某部分壓力保持定值或不超過某值，通常用溢流閥實現(xiàn)，使系統(tǒng)根據(jù)調(diào)定壓力工作，多余的流量通過此閥流回油箱。（2）緩沖回路 液壓挖掘機滿斗回轉(zhuǎn)時由于上車轉(zhuǎn)動慣量很大，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)和元件產(chǎn)生振動和噪音，甚至破壞。挖掘機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的緩沖回路就是利用緩沖閥等使液壓馬達高壓腔的油液超過一定壓力時獲得出路。（3）卸荷回路、行走回路、反饋回路、操作回路卸荷回路用以將系統(tǒng)內(nèi)不參加工作的油液或經(jīng)溢流閥溢流的油液返回油箱。行走回路參與整機行走作業(yè)，反饋回路將系統(tǒng)中的信息反饋給變量泵，以使變量泵隨時調(diào)整輸出流量，滿足系統(tǒng)工作要求。操作回路用以控制各閥的正確位置，使工作裝置完成特定的動作【10】。液壓系統(tǒng)的油路循環(huán)形式有開式和閉式兩種。這主要取決于系統(tǒng)的調(diào)速方式：節(jié)流調(diào)速、容積節(jié)流只能采用開式系統(tǒng)；而容積調(diào)速多采用閉式系統(tǒng)。根據(jù)分析，本系統(tǒng)采用開式油路循環(huán)形式，即執(zhí)行元件的排油回油箱，油液經(jīng)過沉淀、冷卻后再進入液壓泵的進口。由于驅(qū)動液壓泵的原動機有電動機和內(nèi)燃機兩種，所以液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式也相應(yīng)有減壓調(diào)速和油門調(diào)速兩種方式。如液壓機等，一般用電動機做原動機，其液壓系統(tǒng)一般只能用液壓調(diào)速；而在本設(shè)計中的工程機械等多用內(nèi)燃機做原動機，其液壓系統(tǒng)既可采用油門調(diào)速又可采用液壓調(diào)速，經(jīng)比較，選用液壓調(diào)速。油門調(diào)速，就是通過調(diào)節(jié)內(nèi)燃機發(fā)動機油門的大小來改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)速（即改變液壓泵的轉(zhuǎn)速），從而改變液壓泵的流量，以達到對執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)速要求，實質(zhì)上是一種容積調(diào)速。油門調(diào)速無溢流損失，可減少系統(tǒng)發(fā)熱，但調(diào)速范圍受到發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速的限制，因此還往往配以液壓調(diào)速。液壓調(diào)速分為節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速三大類。主要根據(jù)工況圖上壓力，流量和功率的大小，以及系統(tǒng)對溫升、工作平穩(wěn)性的要求來選擇調(diào)速回路。例如，壓力較低、功率較小、負載變化不大、工作平穩(wěn)性要求不高的場合，宜選用節(jié)流閥調(diào)速回路；功率較小、負載變化較大、速度平穩(wěn)性要求較高的場合，宜采用調(diào)速閥調(diào)速回路；功率中等，要求溫升小時，可采用容積調(diào)速；即要溫升小又要工作平穩(wěn)性較好時，宜采用容積節(jié)流調(diào)速，本設(shè)計采用容積節(jié)流調(diào)速。本設(shè)計采用單泵系統(tǒng)，這是與眾不同的一點，其主要目的是盡可能的在提高液壓挖掘機的工作性能的同時，能夠通過提高技術(shù)水平，改善控制方法，最大限度的提高液壓挖掘機的可靠性和經(jīng)濟性，提高性價比。故采用的液壓控制系統(tǒng)有以下特點：（1）先導(dǎo)控制系統(tǒng)，通過先導(dǎo)閥控制先導(dǎo)油液，再由先導(dǎo)油液控制換向閥的主閥芯，達到控制的目的。這樣可以提高精確度。（2）負荷傳感控制系統(tǒng)，負荷傳感控制系統(tǒng)包括負荷傳感控制閥和負荷傳感控制泵，閥控系統(tǒng)實質(zhì)上是節(jié)流式系統(tǒng)。在液壓挖掘機上，本次設(shè)計采用用的是三位六通多路閥，同時采用負荷傳感控制系統(tǒng)，其控制方式不論是中位開式方式還是中位閉式方式，都附帶有壓力補償閥，與一般的液壓系統(tǒng)相比，其具有明顯的優(yōu)越性。 首先，這樣做的目的是節(jié)省能源消耗，普通三位六通換向閥無論采用定量泵還是變量泵，總要有一部分油液經(jīng)溢流閥溢掉，浪費了能量。而使用負荷傳感變量系統(tǒng)，泵的流量全部用于負載上，泵的壓力僅比負荷壓力大1~3MPa。其次，流量控制精度高，不受負荷壓力變化的影響。再者，幾個執(zhí)行元件可以同步運動或以某種速比運動，且互不干擾。普通三位六通閥系統(tǒng)用的是并聯(lián)油路，當(dāng)幾個執(zhí)行元件同時動作時，泵輸出的油液首先流向壓力低的執(zhí)行元件，不能同步。這是本次設(shè)計時考慮到的主要原因【11】。（1）要注意防止回路間可能存在的相互干擾，本次設(shè)計中采用多路閥；（2）提高系統(tǒng)效率，防止系統(tǒng)過熱 。 這就要求在選擇回路以及整個設(shè)計過程中，力求減少系統(tǒng)的壓力和容積損失；（3）防止液壓沖擊 ；由于工作機構(gòu)運動速度的變換（啟動、變速、制動）工作負載突然消失以及沖擊性負載等原因，往往會產(chǎn)生液壓沖擊，影響系統(tǒng)的正常工作。這需要采取相應(yīng)的防止措施。對液壓缸到達行程終點因慣性引起的沖擊，可在液壓缸端部設(shè)緩沖裝置或采用行程節(jié)流閥回路；對負載突然變化時產(chǎn)生的沖擊，可在回路上加背壓閥；如為沖擊性負載，可在執(zhí)行元件的進出口處設(shè)置動作敏捷的超載安全閥；為防止由于換向閥換向過快而引起的沖擊，可采用換向速度可調(diào)的電液換向閥等。 （4）確保系統(tǒng)安全可靠 ；液壓系統(tǒng)運行中的不穩(wěn)定因素是多樣的，例如異常的負載、停電、外部環(huán)境條件的急劇變化，操作人員的誤操作等，都必須有相應(yīng)的安全回路或措施，確保人身和設(shè)備安全。例如，為了防止工作部件的漂移、下滑、超速等，應(yīng)有鎖緊、平衡、限速等回路；為了防止操作者的誤操作，或由于液壓元件失靈而產(chǎn)生誤操作，應(yīng)有誤動作防止回路等。（5）應(yīng)盡量采用標準化、通用化元件，這可縮短制造周期便于互換和維修，本次設(shè)計主要采用力士樂的液壓元件；（6）輔助回路的設(shè)計【12】。通過分析液壓挖掘機的工況，液壓挖掘機的各種工作性能，同時考慮到液壓系統(tǒng)的上述要求，擬定液壓系統(tǒng)傳動圖。第5章 液壓元件的計算選擇和專用件設(shè)計為了方便計算，作出底盤傳動示意圖：對于后橋驅(qū)動的輪胎式挖掘機，為整機重，為附著系數(shù)，一般路面取=，則附著力為：圖51 兩檔減速器 (N)附著力要大于最大牽引力，挖掘機才能正常行走工作，在這次設(shè)計中，取后兩輪的 最大牽引力 。則牽引力矩為： (Nm) 其中，=。根據(jù)所給的橋傳動比i=20,，計算馬達的等效扭矩：（Nm）等效排量：（mL/r）。液壓馬達是用來拖動外負載做功的，它將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)形式的機械能。按照其工作職能，屬于執(zhí)行元件。液壓馬達的主要性能參數(shù)包括排量、流量和容積效率。排量是指在沒有泄露的情況下，馬達每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所需要的液壓油的體積。排量恒定不變的馬達叫做定量馬達，排量可以調(diào)節(jié)的馬達叫變量馬達【13】。根據(jù)已知條件，一檔速度0~9km/h。二檔的速度0~30km/h，有一、二檔時輪胎的轉(zhuǎn)速： (rpm) (rpm)一、二檔時馬達的等效轉(zhuǎn)速： (rpm) (rpm)取馬達的額定轉(zhuǎn)速為=3000rpm，則變速箱一、二檔時的傳動比為：計算傳動系統(tǒng)在一、二檔時的總傳動比： 由于二檔是公路檔，速度較一檔大，但其扭矩小，不能再用最大牽引力矩來計算馬達扭矩，以一檔扭矩和排量為準。則相應(yīng)的液壓馬達的扭矩和排量為：（Nm） (mL/r)馬達流量是指馬達在單位時間內(nèi)所需要的液壓油的體積。與液壓泵一樣，液壓馬達的流量也有理論流量和實際流量之分。如果液壓馬達的排量為q，容積效率為，欲使馬達以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，則所需要的理論流量。但泄漏不可避免。(mL/min)故根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)，以已確定的液壓馬達的基本參數(shù)、排量、轉(zhuǎn)拒、轉(zhuǎn)速、工作壓力作為依據(jù)，再從滿足基本參數(shù)的若干中液壓馬達中挑選轉(zhuǎn)速范圍、滑差特性、總效率、容積效率等符合系統(tǒng)要求，并從占用空間、安裝條件以及在工作機構(gòu)上的布置等方面綜合考慮后，擇優(yōu)選定【14】。 液壓馬達的應(yīng)用范圍馬達類型適用工況應(yīng)用實例馬達類型適用工況應(yīng)用實例齒輪馬達負載轉(zhuǎn)矩不大，速度平穩(wěn)性要求不高鉆床、風(fēng)扇軸向柱塞馬達負載速度大，有變速要求，負載轉(zhuǎn)矩較小，低速平穩(wěn)性要求高起重機、鏟車、鉸車、內(nèi)然機車、數(shù)控機床齒輪馬達負載轉(zhuǎn)矩不大，要求燥聲較小磨床回轉(zhuǎn)工作臺，機床操縱系統(tǒng)球塞馬達負載轉(zhuǎn)矩較大，速度中等塑料機械、行走機械等擺線馬達負載速度中等，要求體積較小塑料機械、煤礦機械、挖掘機、行走機械內(nèi)曲線徑向馬達負載轉(zhuǎn)矩很大，轉(zhuǎn)速低，平穩(wěn)性要求高挖掘機、拖拉機、起重機、采煤機牽引部件故本次設(shè)計選用馬達：GFT36T3A2FE80/61WVAL，扭矩范圍309~538Nm。單斗液壓挖掘機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)時間約占整個工作循環(huán)時間的5070%，能量消耗約占2540%，回轉(zhuǎn)液壓油路的發(fā)熱量約占液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量的3040%。因此，合理地確定回轉(zhuǎn)機構(gòu)的液壓油路和結(jié)構(gòu)方案、正確的選擇回轉(zhuǎn)機構(gòu)諸參數(shù)，對提高生產(chǎn)率和功能利用率，改善司機的勞動條件，減少工作裝置的沖擊等具有十分重要的意義。（1）在角加速度和回轉(zhuǎn)力矩不超過允許值得前提條件下，應(yīng)盡可能縮短回轉(zhuǎn)時間。在回轉(zhuǎn)部分慣性已知的情況下，角加速度的大小受最大回轉(zhuǎn)扭矩的限制，該扭矩不應(yīng)超過行走部分與地面的附著力矩。（2）回轉(zhuǎn)時工作裝置的動載系數(shù)不應(yīng)超過允許值。非全回轉(zhuǎn)的挖掘機回轉(zhuǎn)時，工作裝置不應(yīng)碰定位器。（3）回轉(zhuǎn)能量損失最小。本次設(shè)計采用全回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)機構(gòu)，由高速油馬達經(jīng)齒輪減速箱帶動回轉(zhuǎn)小齒輪繞回轉(zhuǎn)支承上的固定齒圈滾動。高速馬達具有體積小，效率高，不需背壓補油，便于設(shè)置小制動器，發(fā)熱和功率損失小，工作可靠，可以與軸向柱塞泵的零件通用等優(yōu)點。 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩的計算 （kgm） （51）式中： 回轉(zhuǎn)角加速度 ()其中n為挖掘機回轉(zhuǎn)速度（轉(zhuǎn)分）； 為挖掘機回轉(zhuǎn)角速度（弧度秒）；t為回轉(zhuǎn)起動時間，一般取25秒； 鏟斗內(nèi)所盛物料的重量(千克)； 重力加速度（米）； 轉(zhuǎn)臺上各部件和工作裝置對回轉(zhuǎn)中心軸的轉(zhuǎn)動慣量【15】。 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的參數(shù)選擇（1）轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動慣量 應(yīng)根據(jù)最常用的工作裝置和最常遇到的工況來估算轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動慣量。采用反鏟工作裝置時，可按下列經(jīng)驗公式估算：滿斗回轉(zhuǎn)： 空斗回轉(zhuǎn)： 式中：為整機重。(2）回轉(zhuǎn)起動力矩和制動力矩回轉(zhuǎn)最大起動力矩和最大制動力矩不應(yīng)超過行走部分與地面的附著力矩，液壓制動時可取。為作用在轉(zhuǎn)臺上的最大制動力矩。取最大制動力矩:(Nm)回轉(zhuǎn)最大起動力矩和最大制動力矩還要受動載系數(shù)的限制。作用在轉(zhuǎn)臺上的最大起動力矩一般小于最大制動力矩，其比值隨制動方式而異。對于純液壓制動： 式中： 油馬達起動壓力（） 油馬達制動壓力（），其中表示回轉(zhuǎn)支承效率；表示減速器效率；表示油馬達機械效率。；。為了縮短循環(huán)時間，改善起動和制動性能，希望=1~。取，則(Nm)故可根據(jù)以上計算，并取回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)速度為12r/min，回轉(zhuǎn)減速機為GFB17T2 1000，定量馬達為A2FE，即連接類型為WNZL，馬達轉(zhuǎn)速為5000r/min,。 生產(chǎn)率計算生產(chǎn)率是挖掘機主要技術(shù)經(jīng)濟指標之一，它表示在單位時間內(nèi)挖出并卸到運土車輛或棄土堆的實方體積。通常以每小時挖多少立方米或噸為單位，也有用臺班或晝夜挖出的實方體積來表示。（1）理論生產(chǎn)率理論生產(chǎn)率是指一臺挖掘機在“計算條件”下連續(xù)工作一小時的生產(chǎn)率。計算條件可取為：司機的操作熟練程度，技術(shù)水平；選擇最經(jīng)常出現(xiàn)的工作條件和平均工作尺寸；運輸工具或棄土堆與挖掘機之間的相互位置，運輸工具的選擇，配合；理論生產(chǎn)率按下式計算：（）式中 鏟斗的幾何容量（）； 每分鐘工作循環(huán)次數(shù)理論值； 每一工作循環(huán)的延續(xù)時間（s）；（2)技術(shù)生產(chǎn)率技術(shù)生產(chǎn)率是指機械在“給定條件”下連續(xù)工作一小時所能或得的最大生產(chǎn)率?！敖o定條件”與“計算條件”的差別用，三個系數(shù)表示，計算公式如下： 式中： 在“給定條件”下每分鐘的最大可能工作循環(huán)次數(shù)；在“給定條件”下每分鐘工作循環(huán)次數(shù)與在“計算條件”下每分鐘工作循環(huán)次數(shù)之比值； 鏟斗內(nèi)所裝土壤的體積與鏟斗幾何容積之比；土壤松散系數(shù)；（3）實際生產(chǎn)率實際生產(chǎn)率是指機械在一段工作時間內(nèi)所得到的實際平均生產(chǎn)率。計算平均生產(chǎn)率時要考慮兩個系數(shù)，即機械利用系數(shù)和司機操作影響系數(shù)。按施工定額確定，按司機操作熟練程度而定，一般取。生產(chǎn)率的計算，得考慮眾多因素，并且和操作者的技能有關(guān)，雖然目前不能得到準確的數(shù)值，但作為一項技術(shù)經(jīng)濟指標，應(yīng)該是我們設(shè)計工作者值得考慮的問題，本設(shè)計可以參考同類機型詹陽JYL80挖掘機【16】。如何從現(xiàn)有國產(chǎn)液壓缸四大系列若干種規(guī)格中，選用所需要的液壓缸，應(yīng)綜合考慮以下兩個方面：（1）應(yīng)從占用空間的大小、重量、剛度、成本和密封性等方面，比較各種液壓缸的缸筒、缸蓋、缸底、活塞、活塞桿等零部件的結(jié)構(gòu)形式、各零部件的連接方式、密封結(jié)構(gòu)、排氣和緩沖裝置等。（2）應(yīng)根據(jù)負載特性和運動方式綜合考慮液壓缸的安裝方式，使液壓缸只受運動方向的負載而不受徑向負載。液壓缸的安裝方式有法蘭型、銷軸型、耳環(huán)型、拉桿型等安裝方式，在選定時，應(yīng)使液壓缸不受復(fù)合力的作用并應(yīng)考慮易找正性、剛度、成本和可維護性等。綜合考慮液壓缸的結(jié)構(gòu)和安裝方式后，即可確定所需液壓缸的