【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 將動(dòng)臂頂起，滿斗舉升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸載處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)作。動(dòng)臂抬升和回轉(zhuǎn)馬達(dá)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，要求二者在速度上匹配，即回轉(zhuǎn)到指定卸載位置時(shí)，動(dòng) 臂和鏟斗自動(dòng)提升到合適的卸載高度。由于卸載所需的回轉(zhuǎn)角度不同，隨液壓挖掘機(jī)相對(duì)自卸車的位置而變，因此動(dòng)臂提升速度和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)速度的相對(duì)關(guān)系應(yīng)該是可調(diào)整的。卸載回轉(zhuǎn)角度大，則要求回轉(zhuǎn)速度快些，而動(dòng)臂的提升速度慢些。 在雙泵系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)，由于慣性較大，油壓會(huì)升得很高，有可能從溢流閥溢流，此時(shí)應(yīng)該將溢流的油供給動(dòng)臂，如圖 27a所示。在回轉(zhuǎn)和動(dòng)臂提升的同時(shí)，斗桿要外放，有時(shí)還需要對(duì)鏟斗進(jìn)行調(diào)整。這時(shí)是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。 由于滿斗提升時(shí)動(dòng)臂油缸壓力高，導(dǎo)致變量泵流量減小，為了使動(dòng)臂提升和回轉(zhuǎn)、斗桿外放相互配合動(dòng)作，由一個(gè)油泵專門向動(dòng)臂油缸供油，另一個(gè)油泵除了向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油外，還有部分油供給動(dòng)臂，如圖 27b所示。但是由于動(dòng)臂提升時(shí)油壓較高，單向閥大部分時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)，因此左側(cè)油泵只向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油。 三泵系統(tǒng)的供油情況如圖 27c所示。各個(gè)油泵分別向一個(gè)液壓作用元件供 油， 復(fù)合動(dòng)作時(shí)無(wú)相互干擾。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3 卸載工況分析 回轉(zhuǎn)至卸載位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。為了調(diào)整卸載位置，還需要?jiǎng)颖叟浜蟿?dòng)作。卸載時(shí)，主要是斗桿和鏟斗復(fù)合動(dòng)作，間以動(dòng)臂動(dòng)作。 圖 27 回轉(zhuǎn)舉升供油情況 4 空斗返回工況分析 當(dāng)卸載結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，同時(shí)動(dòng)臂油缸和斗桿油缸相互配合動(dòng)作，把空斗放在新的挖掘點(diǎn)。此工況是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂和斗桿復(fù)合動(dòng)作。由于動(dòng)臂下降有重力作用，壓力低、變量泵流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)速度快，因此該工況的供油情況為一個(gè)油泵的全部流量供回轉(zhuǎn)馬達(dá)，另一油泵的大部分油供給動(dòng)臂，少部分油經(jīng)節(jié)流閥供給斗桿 。 發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)油泵供油量小，為防止動(dòng)臂因重力作用迅速下降和動(dòng)臂油缸產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，可采用動(dòng)臂下降再生補(bǔ)油回路，利用重力將動(dòng)臂油缸無(wú)桿腔的油供至有桿 腔。 5 行走時(shí)復(fù)合動(dòng)作 在行走的過程有可能要求對(duì)作業(yè)裝置液壓元件 (如回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗 )進(jìn)行調(diào)整。在雙泵系統(tǒng)中，一個(gè)油泵為左行走馬達(dá)供油、另一個(gè)油泵為右行走馬達(dá)供油，此時(shí)如果某一液壓元件動(dòng)作，使某一油泵分流供油，就會(huì)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(shí)，行駛偏斜會(huì)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(gè)油泵單獨(dú)供油，另一個(gè)油泵向其它液壓作用元件 (如動(dòng)臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn) )供油，如圖 28a所示。對(duì)于雙泵系統(tǒng)，目前采 用以下供油方式 :①一河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 個(gè)油泵并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)供油，另一個(gè)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，如圖 28b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(shí)供油，如圖 28c所示。 圖 28 行走復(fù)合動(dòng)作時(shí)的幾種供油情況 167。 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 液壓挖掘 機(jī)的動(dòng)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(dòng)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(dòng)、制動(dòng)、換向，外負(fù)載變化很大，沖擊和振動(dòng)多，因此挖掘機(jī)對(duì)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 : 1 動(dòng)力性要求 所謂動(dòng)力性要求，就是在保證發(fā)動(dòng)機(jī)不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動(dòng)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(shí)，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的良好匹配，盡量提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。例如，當(dāng)外負(fù)載較小時(shí)，往往希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。雙泵液壓系統(tǒng)中就常常采用合流的方式來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率。 2 操縱性要求 (1) 調(diào)速性要求 挖掘 機(jī)對(duì)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(duì)各個(gè)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(duì)各個(gè)執(zhí)行元件的調(diào)速性要河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 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(gè)執(zhí)行元件單獨(dú)動(dòng)作，但是在更多情況下要求各個(gè)執(zhí)行元件能夠相互配合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的復(fù)合動(dòng)作，因此如何實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行元件的復(fù)合動(dòng)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(dòng)作時(shí)，要求其相互間不千涉，能夠合理分配共同動(dòng)作時(shí)各個(gè)執(zhí)行元件的流盤，實(shí)現(xiàn)理想的復(fù)合動(dòng)作。尤其對(duì)行 走機(jī)構(gòu)來(lái)說，左、右行走馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)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(shí)動(dòng)作時(shí)，各個(gè)操縱閥都在大開度下工作，往往會(huì)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(huì)因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)動(dòng)作速度降低，甚至不動(dòng)的現(xiàn)象。因此，如何協(xié)調(diào)多執(zhí)行元件復(fù)合動(dòng)作時(shí)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。 3 節(jié)能性要求 挖掘機(jī)工作時(shí)間長(zhǎng)，能量消 耗大，要求液壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個(gè)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(duì)各個(gè)執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時(shí)必然會(huì)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。 .4 安全性要求 挖掘機(jī)的工作條件惡劣，載荷變化和沖擊振動(dòng)大，對(duì)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(duì)各個(gè)液壓作用元件的損傷。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的 制動(dòng)和限速；防止動(dòng)臂因自重而快帶下降和整機(jī)超速溜坡。 5 其它性能要求 實(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 。由于挖掘河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 機(jī)在城市建設(shè)施工中應(yīng)用越來(lái)越多，因此要不斷提高挖掘機(jī)的作業(yè)性能，降低振動(dòng)和噪聲，重視其作業(yè)中的環(huán)保性。 167。 液壓系統(tǒng)方案擬訂 (1) 在 液壓挖掘機(jī)一個(gè)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(gè)工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動(dòng)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(dòng)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。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 3 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 167。 確定油缸所受的作用力 167。 鏟斗油缸作用力的確定 反鏟裝置在作業(yè)過程中，當(dāng)以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鲿r(shí)，其最大挖掘力為鏟斗缸設(shè)計(jì)的依據(jù)。初步設(shè)計(jì)時(shí)按額定斗容及工作條件（土壤級(jí)別），參考有關(guān)資料可初選斗齒最大挖掘力（最大挖掘力 有任務(wù)書要求為 1 max 120F KN? ），并按反鏟最重要的工作位置 —— 最大挖掘深度時(shí)能保證具有最大挖掘力來(lái)分析確定鏟斗油缸的工作力，如圖所示。為簡(jiǎn)單起見，可以忽略斗和土的質(zhì)量，并且忽略了各構(gòu)件質(zhì)量及連桿機(jī)構(gòu)效率影響因素，此時(shí)鏟斗油缸作用力為 1max1l lFF cd ? （ 31） 式中 1l — 鏟斗油缸作用力對(duì)搖臂與斗桿鉸 點(diǎn)的力臂（此位置為搖臂長(zhǎng)度），m； cl — max1F 對(duì)鏟斗與斗桿鉸點(diǎn) C 的力臂， m。 已知 1300cDl R mm?? 1 430l mm? 1 2 0 1 3 0 0 3 4 5 . 7 9430dF K N?? ? ? 而這時(shí)斗桿及動(dòng)臂油缸均處于閉鎖狀態(tài)，斗桿油缸閉鎖力gF? 應(yīng)滿足 1m ax 222BBg F l F lF ll?? ?? （ 32） 式中 2l — 斗桿閉鎖力 gF? 對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂， m； Bl — max1F 對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn) B 的力臂， m； Bl? — 2F 對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn) B 的力臂， m； 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 31 鏟斗缸受力分析圖 2F —— 挖掘阻力的法向分力，取2 1 m a x,( 0. 1 ~ 0. 2)F F N? 已知 2 430l mm? 3900Bl mm? 650Bl mm?? 2 1 m a 120 12F F K N K N? ? ? ? 120 3900 12 650 430 430gF K N???? ? ? ? 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 動(dòng)臂油缸閉鎖力 bF? 應(yīng)滿足 323m ax1 l lFl lFF AAb ?? ?? （ 33） 式中 3l —— 動(dòng)臂油缸閉鎖力 dF? 對(duì) 鉸點(diǎn) A 的力臂， m； Al —— max1F 對(duì)動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的力臂， m； Al? —— 2F 對(duì)鉸點(diǎn) A 的力臂， m。 已知 3 330l mm? 6300Al mm? 4600Al mm? ? 1 2 0 6 3 0 0 1 2 4 6 0 0 24583 3 0 3 3 0bF K N? ??? ? ? 又動(dòng)臂缸兩個(gè)油缸同時(shí)作用，則每個(gè)缸閉 2458 122922bb FF K N??? ? ? ? 167。 斗桿油缸作用力的確定 當(dāng)挖掘機(jī)以斗桿挖掘時(shí)，其最大挖掘力則有斗桿油缸來(lái)保證。斗桿油缸最大作用力位置為動(dòng)臂下放到最低位置，斗桿缸作用力對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)有最大力臂，即對(duì)斗桿產(chǎn)生最大作用力矩，并使斗齒尖和鉸點(diǎn) B、 C 在一條直線上，如圖所示。 與前面推導(dǎo)鏟斗油缸作用力一樣，忽略各構(gòu)件及斗中土壤質(zhì)量和連桿機(jī)構(gòu)效率影響因素，此時(shí)斗桿油缸作用力 gF 為 1 m a x21 2 0 3 9 0 0 720650Bg FlF K Nl ?? ? ? 而鏟斗油缸及動(dòng)臂油缸處于閉鎖狀態(tài)，所以鏟斗油缸閉鎖力 dF? 應(yīng)滿足1 m a x11 4 0 1 3 7 0 3 3 6 . 5570Cd FlF K Nl? ?? ? ? 動(dòng)臂缸閉鎖力 dF? 應(yīng)滿足 1 m a x 231 4 0 3 8 8 1 . 6 2 1 4 7 9 5 1 8 8 0 . 63 4 2 . 5AAb F l F lF K Nl ?? ? ? ? ?? ? ? 動(dòng)臂缸有兩個(gè)，則每個(gè)缸閉鎖力 1 8 8 0 .6 9 4 0 .322bb FF K N??? ? ? ? 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 32 斗桿缸受力分析圖 167。 動(dòng)臂油缸作用力的確 定 動(dòng) 臂 油缸的作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最大卸載距離位置進(jìn)行卸載來(lái)確定，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示，此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力為 )l(1 g3 bAbAgdAdtb lGGlGlF ??? （ 34） 式中 ： 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 33 動(dòng)臂油缸受力分析圖 dtG —— 鏟斗及其裝載土壤的的重力， N； gG —— 斗桿所受重力， N； bG —— 動(dòng)臂所受重力， N； dAl —— 鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離， m； Agl —— 斗桿質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離， m； bAl —— 動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離， m。 dGq ?? ?dtG 此處 為土壤密度；m31 8 0 0 gk?? / minq m?