【文章內(nèi)容簡介】 壓挖掘機(jī)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(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的緩沖回路就是利用緩沖閥等使液壓馬達(dá)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(jī)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(jìn)入液壓泵的進(jìn)口。由于驅(qū)動液壓泵的原動機(jī)有電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)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(jī)等，一般用電動機(jī)做原動機(jī)，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(jī)械等多用內(nèi)燃機(jī)做原動機(jī)，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(jī)發(fā)動機(jī)油門的大小來改變發(fā)動機(jī)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(dá)到對執(zhí)行機(jī)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(jī)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(fù)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(fù)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(jī)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(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)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(dá)到控制的目的。這樣可以提高精確度。（2）負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)，負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)包括負(fù)荷傳感控制閥和負(fù)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(jī)上，本次設(shè)計采用用的是三位六通多路閥，同時采用負(fù)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(bǔ)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(fù)荷傳感變量系統(tǒng)，泵的流量全部用于負(fù)載上，泵的壓力僅比負(fù)荷壓力大1~3MPa。其次，流量控制精度高，不受負(fù)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(jī)構(gòu)運動速度的變換（啟動、變速、制動）工作負(fù)載突然消失以及沖擊性負(fù)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(dá)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(fù)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(fù)載，可在執(zhí)行元件的進(jìn)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)的工況，液壓挖掘機(jī)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(jī)，為整機(jī)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(jī)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(dá)的等效扭矩：（Nm）等效排量：（mL/r）。液壓馬達(dá)是用來拖動外負(fù)載做功的，它將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)形式的機(jī)械能。按照其工作職能，屬于執(zhí)行元件。液壓馬達(dá)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(dá)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(dá)叫做定量馬達(dá)，排量可以調(diào)節(jié)的馬達(dá)叫變量馬達(dá)【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(dá)的等效轉(zhuǎn)速： (rpm) (rpm)取馬達(dá)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(dá)扭矩，以一檔扭矩和排量為準(zhǔn)。則相應(yīng)的液壓馬達(dá)的扭矩和排量為：（Nm） (mL/r)馬達(dá)流量是指馬達(dá)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(dá)的流量也有理論流量和實際流量之分。如果液壓馬達(dá)的排量為q，容積效率為，欲使馬達(dá)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(dá)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(dá)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(jī)構(gòu)上的布置等方面綜合考慮后，擇優(yōu)選定【14】。 液壓馬達(dá)的應(yīng)用范圍馬達(dá)類型適用工況應(yīng)用實例馬達(dá)類型適用工況應(yīng)用實例齒輪馬達(dá)負(fù)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(dá)負(fù)載速度大，有變速要求，負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，低速平穩(wěn)性要求高起重機(jī)、鏟車、鉸車、內(nèi)然機(jī)車、數(shù)控機(jī)床齒輪馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不大，要求燥聲較小磨床回轉(zhuǎn)工作臺，機(jī)床操縱系統(tǒng)球塞馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大，速度中等塑料機(jī)械、行走機(jī)械等擺線馬達(dá)負(fù)載速度中等，要求體積較小塑料機(jī)械、煤礦機(jī)械、挖掘機(jī)、行走機(jī)械內(nèi)曲線徑向馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩很大，轉(zhuǎn)速低，平穩(wěn)性要求高挖掘機(jī)、拖拉機(jī)、起重機(jī)、采煤機(jī)牽引部件故本次設(shè)計選用馬達(dá)：GFT36T3A2FE80/61WVAL，扭矩范圍309~538Nm。單斗液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)構(gòu)的液壓油路和結(jié)構(gòu)方案、正確的選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)諸參數(shù)，對提高生產(chǎn)率和功能利用率，改善司機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)，由高速油馬達(dá)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(dá)具有體積小，效率高，不需背壓補(bǔ)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(jī)回轉(zhuǎn)速度（轉(zhuǎn)分）； 為挖掘機(jī)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(jī)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(jī)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(dá)起動壓力（） 油馬達(dá)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(dá)機(jī)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(jī)為GFB17T2 1000，定量馬達(dá)為A2FE，即連接類型為WNZL，馬達(dá)轉(zhuǎn)速為5000r/min,。 生產(chǎn)率計算生產(chǎn)率是挖掘機(jī)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械利用系數(shù)和司機(jī)操作影響系數(shù)。按施工定額確定，按司機(jī)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(zhǔn)確的數(shù)值，但作為一項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，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(jī)型詹陽JYL80挖掘機(jī)【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(fù)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(fù)載而不受徑向負(fù)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(hù)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規(guī)格。液壓缸由缸筒、活塞、活塞桿、端蓋和密封件等主要部件構(gòu)成。液壓缸可作成缸筒固定活塞桿運動形式和活塞桿固定缸筒運動形式。本設(shè)計所采用的是缸筒固定活塞桿運動形式。為滿足各種機(jī)械的不同用途，液壓缸種類繁多，其分類根據(jù)結(jié)構(gòu)作用特點，活塞桿形式、用途和安裝支撐形式來確定。按供油方式可分為單作用缸和雙作用缸。單作用缸只往缸的一側(cè)輸入壓力油，活塞僅作單向運動，靠外力使活塞桿返回。雙作用缸則分別向缸的兩側(cè)輸入壓力油，活塞的正反向運動均靠液壓力來完成。由《液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手冊》得知，工程液壓缸為雙作用單活塞桿液壓缸，安裝方式多采用耳環(huán)型，所以本液壓系統(tǒng)選用雙作用單活塞桿液壓缸。液壓執(zhí)行元件實質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，液壓缸把輸入液體的液壓能轉(zhuǎn)換成活塞直線移動或葉片回轉(zhuǎn)擺動的機(jī)械能予以輸出。所謂輸入的液壓能是指輸入工作液體所具有的流量Q和液力P，輸出的機(jī)械能對活塞桿缸是指葉片軸擺動時所具有的速度V和扭矩M。這些所有參數(shù)都是靠工作容積的變化來實現(xiàn)的，所以說，液壓缸也是一種容積式的執(zhí)行元件，它具有容積液壓元件的共性【17】。 油缸為了方便計算，畫出液壓油缸的簡單示意圖：當(dāng)無桿腔為工作腔時，有桿腔為工作腔時， 式中：