【文章內(nèi)容簡介】 圖 地面的切削和壓整 單獨采用斗桿挖掘時，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個別也有采用三泵合流。單獨采用鏟斗挖掘時，也有采用雙泵合流的情況。 當(dāng)動臂、斗桿和鏟斗復(fù)合運動時，為了防止同一油泵向多個液壓作用元件供油時動作的相互干擾，一般三泵系統(tǒng)中，每個油泵單獨對一個液壓作用元件供油較好。對*****畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 于雙泵系統(tǒng)，其復(fù)合動作時各液壓作用元件間出現(xiàn)相互干擾的可能性大，因此需要采用節(jié)流等措施進(jìn)行流量分配，其流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。 挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅硬障礙物，往往由于挖不動而需要短時間增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時增壓，能 提高主壓力閥的壓力。 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定 液壓挖掘機的主要參數(shù)表明了液壓挖掘機的規(guī)格和主要技術(shù)性能，液壓挖掘機的主要參數(shù)分為發(fā)動機參數(shù)、液壓系統(tǒng)參數(shù)、主要性能參數(shù)、尺寸參數(shù)四大類，發(fā)動機參數(shù)包括發(fā)動機額定功率、轉(zhuǎn)速等，液壓系統(tǒng)參數(shù)包換主泵的流量、壓力等，主要性能參數(shù)包括整機工作質(zhì)量、主要部件質(zhì)量、鏟斗容量范圍或標(biāo)稱鏟斗容量、挖掘力、牽引力等，尺寸參數(shù)包括工作尺寸、機體外形尺寸和工作裝置尺寸等，其中液壓挖掘機主要參數(shù)中最重要的參數(shù)有三個，即斗容量、整機質(zhì)量和發(fā)動機功率，因為通過這三個參數(shù)可以從使用 要求、機械本身的技術(shù)性能和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)、動力裝置的配套、國際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及傳統(tǒng)習(xí)慣等方面反映液壓挖掘機的級別，故有主參數(shù)之稱。所以有時采用挖掘機的斗容量作為主參數(shù)。例如，機械式挖掘機一般就以斗容量作為挖掘機的主參數(shù)并作為主要分級指標(biāo)。但液壓挖掘機可更換的工作裝置多，而且同一機型可以根據(jù)作業(yè)對象或工作尺寸的要求換裝不同斗容的鏟斗。由于不同廠家的挖掘機采用不同的液壓系統(tǒng)，輔助設(shè)備能耗及功率儲備也有所不同，而且同一型挖掘機在后續(xù)改進(jìn)時，也會改變發(fā)動機功率，所以液壓挖掘機以功率分級不十分合理。整機質(zhì)量則直接反映了 液壓挖掘機本身的重量等級，對其他技術(shù)參數(shù)影響較大，如挖掘能力的發(fā)揮、發(fā)動機功率的充分利用、作業(yè)的穩(wěn)定性等要以一定的整機質(zhì)量來保證，因此整機質(zhì)量反映了挖掘機的實際工作能力，目前已被廣泛用作液壓挖掘機的分級指標(biāo)。 比較其他同類型挖掘機，可得 SWE50H 的主要參數(shù) （ 如下表 ， 表 所示 ），其中圖 為液壓挖掘機的外觀尺寸圖，作業(yè)參數(shù)表 是根據(jù)圖 所示。 圖 SWE50H 型液壓挖掘機的外觀尺寸圖 *****畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 表 SWE50H 液壓挖掘機的主要參數(shù) 整機重量（ kg） 4680 標(biāo)準(zhǔn)斗容（ m3） 履帶板寬（ mm） 350 高 /寬 /長（ mm） 2593/1950/5321 推土鏟寬 x 高 (mm) 1960x300 鏟斗挖掘力（ kN） 44 斗桿挖掘力（ kN） 最大牽引力（ kN） 動臂偏轉(zhuǎn)角度（ 176。 ） 50(左 )75(右 ) 行走速度（ km/h） 爬坡能力（ 176。 ） 30 接地比壓（ kPa） 回轉(zhuǎn)速度（ rpm） 發(fā)動機 YANMAR4TNV88SSU 最大扭矩（ N m） 144 排量（ L） 功率 /轉(zhuǎn)速（ kW/rpm） 燃油箱容量（ L） 99 主泵 類型 2 個變量柱塞泵 ,1 個齒輪泵 壓力（ Mpa） 最大流 量（ L/min） 2 齒輪泵 壓力（ Mpa） 21 最大流 量（ L/min） 37 *****畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 液壓油箱容量（ L） 73 表 SWE50H 型液壓挖掘機的作業(yè)參數(shù) 最大挖掘高度 4943mm 最大 卸載 高度 3389mm 最大挖掘深度 3302mm 最大垂直挖掘深度 2432mm 最大挖掘半徑 5504mm 最大停機面挖掘距離 5373mm 輪距 1950mm 履帶總長 2502mm 平臺離地間隙 708mm 底盤寬度 1200mm 履帶寬度 350mm 底盤離地間隙 313mm 履 帶高度 602mm 運輸長度 3180mm 司機室頂高 2593mm 運輸寬度 2080mm 負(fù)載分析 動臂油缸一般布置在動臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺鉸接。常見的有兩種具體布置方式。 *****畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 動臂機構(gòu)油缸布置方案 油缸前傾布置方案，如圖 所示，動臂油缸與動臂鉸接于 E 點。當(dāng)動臂油臂全伸出，將動臂舉升至上極限時，動臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺前方傾斜。 油缸后傾布置方案，如圖 所示，當(dāng)動臂油缸全伸出，將動臂舉升至上極限位置時，動臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺后方傾斜。 當(dāng)兩方案的動臂油缸安裝 尺寸 DE鏟斗最大挖掘 H 和地面最大挖掘半徑 R 相等時，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即 h1h2。此外，在后傾方案中，動臂 EF 部分往往比前傾方案的長，因此動臂所受彎矩也比較大。以上為動臂油缸后傾方案的缺點。然后，后傾方案動臂下鉸點 C 與動臂油缸下鉸點 D 的距離 CD 比前傾方案的大，則動臂在上下兩極限位置時，動臂油缸的作用力臂也就比較大。因此，在動臂油缸作用力相同時，后傾方案能得到較大的動臂作用矩，這就是其優(yōu)點。 為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘?qū)㈤L動臂 CEF 改成 CE1F1（圖 ），并配以長斗桿，在 最大深度處挖掘時，采用鏟斗挖掘而不是斗桿挖掘，這樣得到的最大挖掘深度為 h1h2。 顯然，不論是動臂油缸前傾還是后傾方案，當(dāng) C、 D 兩鉸點位置和 CE 長度不變時，通過加大動臂油缸長度可以增大動臂仰角，從而增大最大挖掘高度，但會影響到最大挖掘深度。所以，在布置動臂油缸時，應(yīng)綜合考慮動臂的結(jié)構(gòu)、工作裝置的作業(yè)尺寸及動臂舉升力和挖掘力等因素。 動臂油缸的作用力，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)行卸載來確定，其設(shè)計簡圖 所示，此時動臂油缸作用力 (N)為： g31 ( l )b d t d A g A b b AF G l G G ll? ? ? () 式中 dAl － 鏟斗質(zhì)心到動臂下鉸點 A 的水平距離 (m) bAl － 動臂質(zhì)心到動臂下鉸點 A 的水平距離 (m) gAl － 斗桿質(zhì)心動臂下鉸點 A的水平距離 (m) 3l － 動臂油缸作用力對鉸點的力臂 (m) *****畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 gG － 斗桿所受重力 (N) bG － 動臂所受重力 (N) dtG － 鏟斗及其裝載土壤的重力 (N) 圖 動臂油缸作用力分析 查閱相關(guān)資料，選取 dtG ＝ 10? N+mg， gG ＝ ? N， bG ＝ 10? N， dAl＝ ， gAl =, bAl =, 3l =. 其中鏟斗的重力為 10? N， 根據(jù)公式 SmV?? () RSV Vk? () Ssk ??? () 式中 m － 裝載土壤的質(zhì)量 （ kg） V － 平均有效斗容量 （ 3m ） ? － 鏟斗充滿系數(shù) （ 3m ）， 根據(jù)工作環(huán)境，選擇充滿系數(shù)為 1 ? － 自然情況下土壤的密度，根據(jù)工作環(huán)境，選擇 31750 kg m? ??? S? － 疏松后的土壤密度 Sk － 土壤的松散系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境 ， 取 ? 代入數(shù)據(jù)，求得： 31 2 9 6 .3s kg m? ??? kg? 33( 14 .3 9 12 .0 4 6. 17 ) 10 0. 55 60 10bF x N? ? ? ? ? ? 機電一體化液壓挖掘機工作原理 ]6[ 機電一體化液壓挖掘機采用三組液壓 缸使工作裝置具有 三 個自由度，鏟斗可實現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn)運動，使鏟斗運動擴大到有限的空間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動行走 (移位 )，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴大，從而滿足挖*****畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 掘作業(yè)的要求。 機電一體化液壓挖掘機傳動示意圖，如圖 所示，利用各種傳感器，柴油機驅(qū)動液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執(zhí)行元件 (液壓缸或液壓馬達(dá) )驅(qū)動相應(yīng)的機構(gòu)進(jìn)行工作。機電一體化液壓挖掘機的工作裝置采用連桿機構(gòu)原理，各部分的運動通過液壓缸的伸縮來實現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗 斗桿 動臂 連桿 4 及相應(yīng)的三組液壓 缸 5. 6. 7 組成。動臂下鉸點鉸接在轉(zhuǎn)臺上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點轉(zhuǎn)動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉(zhuǎn)動 。而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉(zhuǎn)動。挖掘作業(yè)時，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時操縱動臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮 。動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進(jìn)油，使動臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)。在實際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作配合可以是多樣的、隨機的。 鏟斗 斗桿 動臂 連桿 液壓油缸 圖 機電一體化液壓挖掘機傳動示意圖 機電一體化液壓挖掘機工作技術(shù)要求 采用了柴油機 液壓泵復(fù)合控制。操作者根據(jù)工況，利用作業(yè)模式選擇開關(guān)（功率預(yù)選開關(guān)）選擇合理的功率模式：重載高速、正常工作、輕載低速。通過電 子調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)動機油門和液壓泵的排量，使供給功率與負(fù)載需要功率相匹配。 采用了電液比例控制技術(shù)，通過改變 34BR6/H6 型帶閥芯位移反饋的電液比例*****畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 方向閥的比例電磁鐵的輸入電流，不 但 可以改變閥的工作液流方向，而且可以 改變 閥口大小實現(xiàn)流量控制，是一種較為理想的電、液轉(zhuǎn)換和功率放大元件，與伺服控制相比具有成本低、抗干擾性好、能量損失小、對油液清潔度無特殊要求等優(yōu)點。 工況在線監(jiān)測系統(tǒng)包括單片主處理器模塊、面板控制系統(tǒng)、模擬信號調(diào)理模塊、A/D 轉(zhuǎn)換及光電隔離模塊、電源模塊及傳感器等部分。其中單片主處理器模塊是系統(tǒng) 的核心部分，主要功能有面板的控制管理， A/D 轉(zhuǎn)換部分的控制管理、模擬量、開關(guān)量和 轉(zhuǎn)換信號的輸入、處理和存儲。面板控制模塊是整個系統(tǒng)的入機接口，它包括鍵盤、聲光報警電路和點陣式液晶顯示器。模擬信號調(diào)理電路的任務(wù)是實現(xiàn)各路模擬量信號的輸入和調(diào)整，將傳感器和敏感元件的輸出電信號轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足 A/D 轉(zhuǎn)換輸入要求的標(biāo)準(zhǔn)電平信號。 A/D 轉(zhuǎn)換及光電隔離模塊的功能是將所有的被檢測轉(zhuǎn)變成為單片機所接受的數(shù)字量，具體包括開關(guān)量、轉(zhuǎn)換信號的整形、模擬量的 A/D 轉(zhuǎn)換和輸入輸出信號的光電隔離等。電源模塊將液壓挖掘機上的蓄電池或發(fā)電機輸出 的+24V 直流電轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)各模塊以及系統(tǒng)配備的傳感器所需的各種類型的電平電壓。傳感器處于液壓挖掘機與監(jiān)測系統(tǒng)的接口位置，是一個能量變換器，它直接從液壓挖掘機中提取被除數(shù)檢測的工況特征參數(shù)，感受狀態(tài)的變化并轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量。 計算機控制系統(tǒng)將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、儲存、分析加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令控制整個系統(tǒng)有目的的運行。如利用壓力傳感器可實現(xiàn)過載情況下的路徑自主校正；利用超階級聲波測距傳感器能實現(xiàn) 回轉(zhuǎn)過程中的自動避障。 液壓缸主要幾何 尺寸的計算 ]7[ 挖掘機各 驅(qū)動和傳動系統(tǒng) 包括： 發(fā)動機、液壓泵、液壓馬達(dá)、電液比例換向閥、動臂缸、斗桿缸及齒輪傳動。本設(shè)計主要對動臂缸進(jìn)行相關(guān)設(shè)計。 動臂 液壓缸內(nèi)徑尺寸與活塞桿直徑的確定 由表 、表 、表 可知，小挖掘機液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為 360 10bFN??時宜取液壓缸的工作壓力 P ＝ 13610 aP ，液壓缸選用單桿式，并在工作時進(jìn)行差動連接。此時液壓缸無桿腔工作面積 1A 應(yīng)為有桿腔工作面積 2A 的兩倍。由于液壓缸回油路上必須具有背壓力存在，以防止挖掘機卸土后突然前沖，由表 ,可取 1P ＝8510 aP . 表 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力 *****畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 負(fù)載 F/N 5000 5000～ 10000 10000～ 30000 30000～ 50000 50000 工作壓力p/MPa ～ 1 ～ 2 ～ 4 4～ 5 5～ 7 表 按主機類型選擇執(zhí)行元件工作壓力 表 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng) 類型 背壓力 /Mpa 簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) ～ 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) ～ 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) ～ 用補油泵的閉式回路 ～ 回油路較復(fù)雜的工程機械 ～ 3 回油路較短，且直接回油箱 可忽略不計 由于是差動式單桿連接，所以 活塞桿直徑 d 與缸筒直徑 D 的關(guān)系為 d=。根據(jù)公式 1 16600000 .8(1 3 ) 1 022FAPP??? ? ?= 2cm () 故有 D= 14/A ? =， d