【文章內(nèi)容簡介】 =1680mm。計算得：K=1因此穩(wěn)定性滿足要求。 2液壓系統(tǒng)的初步介紹 液壓系統(tǒng)的工作原理 液壓系統(tǒng)是由各種液壓元件（包括液壓泵、液壓閥、執(zhí)行元件及輔助元件等）按一定需要合理組合而成。他的工作原理是：液壓泵由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸一腔，推動活塞和上作臺運(yùn)動。這時，液壓缸另一腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。由此可知: （1）液壓傳動是以液體作為上作介質(zhì)來傳遞能量的；(2) 液壓傳動用液體的壓力能來傳遞動力，它與利用液體動能的液力傳動是不相同的； (3) 液壓傳動中的上作介質(zhì)在受控制、受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行上作的，因此液壓傳動和液壓控制常常難以截然分開。 液壓傳動主要山以下四部分組成：(1) 能源裝置——把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置，最常見的形式就是壓泵它給液壓系統(tǒng)提供壓力油；(2) 執(zhí)行裝置——把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，它可以是作直線運(yùn)動的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓馬達(dá)；(3) 控制調(diào)節(jié)裝置——對系統(tǒng)中油液壓力、流量或方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置，例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)；(4) 輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等，他們對保證系統(tǒng)正常上作也有重要作用。 液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)液壓系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動力，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大30～40倍。在同等功率的情況下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動機(jī)的12%左右。 (2) 液壓裝置的上作比較平穩(wěn)。液壓裝置由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快、易于實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動時可達(dá)每分500次，它實(shí)現(xiàn)往復(fù)自線運(yùn)動時可達(dá)每分鐘1000次。(3) 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速(調(diào)速范圍可達(dá)1:2000)，還可以在液壓裝置進(jìn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。 (4) 液壓傳動易于實(shí)現(xiàn)自動化，因?yàn)樗菍σ后w的壓力、流量和流動方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。當(dāng)液壓控制和電氣控制或氣動控制結(jié)合在一起使用時，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的順序動作和遠(yuǎn)程控制。(5) 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。液壓元件能自行潤滑，因此使用壽命較長。(6) 由于液壓元件己實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計、制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也有較大的機(jī)動性。(7) 用液壓傳動來實(shí)現(xiàn)自線運(yùn)動遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動簡單。 液壓傳動的缺點(diǎn)液壓系統(tǒng)具有如下缺點(diǎn)： (1) 液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動比，這是山液壓油的，可壓縮性和泄漏等因素造成的(2) 液壓傳動在上作過程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄漏損失等)，用作遠(yuǎn)距離傳動時更是如此。(3) 液壓傳動對油溫的變化比較敏感，它的上作穩(wěn)定性很易受到溫度的影響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下上作。(4) 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求都較高，因此它的造價較貴，而且對油液的污染比較敏感。(5) 液壓傳動要求有單獨(dú)的能源。(6) 液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。總的說來，液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)是突出的，它的缺點(diǎn)將隨著科技的發(fā)展而逐漸得到克服。 技術(shù)要求液壓工作系統(tǒng)首先要滿足使用要求，好造、好用、好修、具有較高的作業(yè)生產(chǎn)率和較低的使用成本來衡量的。由于液力機(jī)械傳動系統(tǒng)具有質(zhì)量小、適應(yīng)作業(yè)要求的性能好、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計中要在滿足工作要求的條件下盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)件，以使成本更低更利于維修。選擇適當(dāng)?shù)膲毫土髁窟M(jìn)行參數(shù)設(shè)計。采用管式聯(lián)接，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小而且要以壓力損失小，震動和噪音小為目的。步驟如下： 設(shè)計新的液壓系統(tǒng)，首先要仔細(xì)查明機(jī)器對液壓系統(tǒng)究竟有哪些要求，要與用戶或主機(jī)廠共同討論，力求定量地掌握這些技術(shù)要求，作為設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)和依據(jù)。需要掌握的技術(shù)要求可能有： 1．機(jī)器的特性 (1)用途及工作目的。 (2)功能、性能及負(fù)載特性 負(fù)載種類(恒定負(fù)載、變化負(fù)載及沖擊負(fù)載)及大?。贿\(yùn)動方式(直線運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、擺動)及運(yùn)動量(位移、速度、加速度)，慣性力，摩擦力(靜摩擦、動摩擦、粘性摩擦)，動作特性、動作時間，精度(定位精度、跟蹤精度、同步精度)。 (3)結(jié)構(gòu) 機(jī)構(gòu)、與被驅(qū)動部分的連接條件、安裝上的限制條件等。 (4)驅(qū)動方式 原動機(jī)的種類(電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等)、容量(功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩)、穩(wěn)定性。(5)控制方式 操作方式(手動、自動)、信號處理方式(繼電器、邏輯電路、可編程控制器、微計算機(jī))。(6)循環(huán)時間 系統(tǒng)中各種執(zhí)行器的動作順序、動作時間的相互關(guān)系。 2．使用條件 (1)工作時間。 (2)設(shè)置場所(室內(nèi)、室外)。 (3)設(shè)置環(huán)境 環(huán)境溫度、濕度(高溫、寒帶、熱帶)，粉塵種類和濃度(防護(hù)、凈化等)，腐蝕性氣體(所用元件的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、表面處理、涂覆等)，易爆氣體(防爆措施)，機(jī)械振動(機(jī)械強(qiáng)度、耐振結(jié)構(gòu))，噪聲限制(降低噪聲措施)。 (4)維護(hù)條件 維護(hù)程度與周期，維護(hù)人員的技術(shù)水平；維護(hù)空間、作業(yè)性、互換性。 3．適用標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī) 4．安全性、可靠性 (1)用戶在安全性方面有無特殊要求。 (2)明確保用期、保用條件。 5．經(jīng)濟(jì)性 不能只考慮投資費(fèi)用，還要考慮能源消耗、維護(hù)保養(yǎng)等運(yùn)行費(fèi)用 ZL50輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計已明確的參數(shù) （1）卸載時間為3s(2)動臂升舉時間為8s（3）動臂下降時間為6s(4)轉(zhuǎn)斗油缸的行程為500mm(5)液壓缸的安裝長度為1455mm(6)轉(zhuǎn)向液壓缸的速度134m/s(7)動臂油缸的行程為925mm3 液壓系統(tǒng)設(shè)計 油路循環(huán)方式的分析與選擇 油路的循環(huán)方式分為開式和閉式兩種。開式回路散熱較方便，但油箱占空間較大；抗污染性較差，采用壓力油箱和慮油器改善；用平衡閥進(jìn)行能耗限速，用制動法進(jìn)行能耗制動，引起油液發(fā)熱；對泵的自吸性要求較高。閉式回路較復(fù)雜，須用輔助泵換油冷卻；抗污染性較好但油液過濾要求高；液壓泵由電動機(jī)拖動時，限速及制動過程中拖動電機(jī)能向電網(wǎng)輸電，回收部分能量，在生限速及在生制動；對主泵的自吸性無要求。 通過對比，本系統(tǒng)采用開式回路。 確定液壓執(zhí)行元件的形式液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓馬達(dá)。前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，后者完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動。本機(jī)動作機(jī)構(gòu)均為單純的直線往復(fù)運(yùn)動。各直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)均為單活塞桿雙作用液壓缸直接驅(qū)動。 各機(jī)構(gòu)液壓回路的確定（1) 轉(zhuǎn)斗動作回路確定本機(jī)構(gòu)動作主要通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動作要求，鏟斗的前傾與收起。要求工作可靠，操縱輕便，且要求能夠自動限位。換向閥的右位、左位、中位分別實(shí)現(xiàn)鏟斗的收起、前傾和鎖緊。轉(zhuǎn)斗油缸的小油腔回路中應(yīng)設(shè)有雙作用安全閥。在動臂升降過程中，磚斗的連桿機(jī)構(gòu)由于動作不協(xié)調(diào)而受到某種程度的干涉，即在提升動臂時轉(zhuǎn)斗液壓缸的活塞桿有被拉出的趨勢，而在動臂下降時活塞桿又被強(qiáng)制頂回。此時換向閥中位，油路不通。為了防止液壓缸過載或真空，雙作用液壓缸能起到緩補(bǔ)油優(yōu)作用。當(dāng)產(chǎn)生真空時，可由單向閥從油缸中吸油。其原理圖如下圖21。圖21轉(zhuǎn)斗動作回路 The operative loop of steering bucket（2) 動臂動作液壓回路確定本機(jī)構(gòu)要求通過換向閥的控制，實(shí)現(xiàn)動臂油缸的提升、中立、下降、浮動四個工作位置。換向閥處于中位時，動臂液壓缸處于浮動狀態(tài)，以便在堅硬的地面上鏟取物料或進(jìn)行鏟推作業(yè)。此時動臂隨地面狀態(tài)自由浮動，提高作業(yè)效能。動臂要求具有較快的升降速度和良好的低速微調(diào)性能。液壓缸的進(jìn)油由雙聯(lián)泵供油，流量最大可達(dá)320L/min。動臂處于升和降狀態(tài)時可控制換向閥閥口開度的大小實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。圖22動臂動作液壓回路 The hydraulic loop of movable arm（3) 轉(zhuǎn)向液壓回路的確定裝載機(jī)作業(yè)周期短，動作要靈活，這一特點(diǎn)決定轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)要求靈敏。裝載機(jī)要求有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向速度，也就是要求進(jìn)入轉(zhuǎn)向液壓缸的油液流量恒定，轉(zhuǎn)向液壓缸的油液主要來自轉(zhuǎn)向泵，當(dāng)發(fā)動機(jī)受其他負(fù)載影響轉(zhuǎn)速下降時，就會影響轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。這是需要加輔助泵，通過流量轉(zhuǎn)換閥補(bǔ)入轉(zhuǎn)向泵所減少的流量，以保證轉(zhuǎn)向油路的流量穩(wěn)定。 圖23轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)液壓回路 Steering mechanism hydraulic pressure loop 繪制液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)圖是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中重要的一步，它從作用原理上和結(jié)構(gòu)組成上具體體現(xiàn)設(shè)計任務(wù)中提出的各項(xiàng)要求。擬定液壓系統(tǒng)圖包括兩項(xiàng)內(nèi)容：通過分析對比選出合理的液壓回路；把選出的液壓回路組合成液壓系統(tǒng)。 由于有多種方案，本方案是在歸納、整理，增加一些必要的元件和輔助油路后，并參考了國內(nèi)外同類系統(tǒng)的成熟精練。根據(jù)以上分析，按以下幾點(diǎn)要求:（1) 盡可能歸并作用相同或相近的液壓元件，力求使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件。（2) 保證系統(tǒng)上作循環(huán)中每個動作都安全可靠、無相互干擾。特別要注意系統(tǒng)中壓力控制元件的調(diào)節(jié)壓力之間的關(guān)系。（3) 盡可能提高系統(tǒng)的效率，防止系統(tǒng)過熱。 （4) 盡可能使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理，便于維修。 為此，擬定了系統(tǒng)原理圖如圖24。圖24液壓系統(tǒng)原理圖 pressure system picture液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外負(fù)載。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。圖25表示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計算簡圖。圖25液壓系統(tǒng)計算簡圖 simple calculational system picture 液壓缸載荷組成作往復(fù)直線運(yùn)動的液壓缸上的總負(fù)載由工作負(fù)載、導(dǎo)軌摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載、重力負(fù)載、密封阻力、背壓阻力六部分組成。（1) 工作載荷Fg常見的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力、切削力、及壓力等，這些作用力的方向與與活塞運(yùn)動方向相同為負(fù)，相反為正。（2) 導(dǎo)軌摩擦負(fù)載Ff對于水平導(dǎo)軌 (61)式中 G——運(yùn)動部件所受的重力，N；　　　FN——外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力，N； μ——摩擦系數(shù),對于鑄鐵導(dǎo)軌μ=～，滾動導(dǎo)軌, μ=～。（3) 慣性載荷Fα (62)式中 g——重力加速度，m/s；g=。 Δv——速度變化量，m/s ； Δt——啟動或制動時間，s。一般Δt=～，對于輕載低速運(yùn)動部件取小值，對于高速重載部件一般取大值。行走機(jī)械一般取Δv/Δt=～。以上三種載荷之和稱為液壓缸的外負(fù)載FW啟動加速時 (63)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動時 (64) 減速制動時 (65)工作載荷Fg并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則Fg=0。除外載荷FN外，作用于活塞上的載荷F還包括液壓缸密封處的摩擦阻力Fm，由于各種液壓缸的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計算，一般估算為 (66)式中 ηm——液壓缸的機(jī)械效率,～。 (67)104N，104N，104N。 初選系統(tǒng)工作壓力壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低勢必要執(zhí)行元件的尺寸，對于某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗的經(jīng)濟(jì)性角度也不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定尺寸不太受限制的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。具體參照表26和表27載荷104 N～11～22～33～55工作壓力 MPa～1～2～33～44～55～7 表26 按載荷選擇工作壓力 6choosing the working pre