【正文】 用以上公式確定液壓缸尺寸時，需要先選取回油腔壓力，即背壓。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】 。 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)擺動的機械能予以輸出。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。按供油方式可分為單作用缸和雙作用缸。本設(shè)計所采用的是缸筒固定活塞桿運動形式。 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 20 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。 液壓油缸的相關(guān)計算和選擇 液壓油缸的選擇依據(jù) 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。 1k 按施工定額確定， 2k按司機操作熟練程度而定，一般取 2 ~ ? 。 “給定條件 ”與 “計算條件 ”的差別用 TK ， ZK ， SK 三個系數(shù)表示，計算公式如下： 336006 0 ( / )Z T ZTT SSK K KqQ q n m hK T K? ? ? ? 式中： Tn 在 “給定條件 ”下每分鐘的最大可能工作循環(huán)次數(shù)； TK 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； ZK 鏟斗內(nèi)所裝土壤的體積與鏟斗幾何容積之比； SK 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。 （ 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。 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。 為了縮短循環(huán)時間，改善起動和制動性能，希望 C =1~。P 油馬達制動壓力（ 2/kg cm ） 0 1 2 3? ? ? ?? ? ? ， 其中 1? 表示回轉(zhuǎn)支承效率； 2? 表示減速器效率； 3? 表示油馬達機械效率。20 39。 作用在轉(zhuǎn)臺上的最大起動力矩 SM 一般小于最大制動力矩，其比值隨制動方式而異。 取最大制動力矩 : 0 .6 0 .6 8 4 0 0 5 0 4 0BMM ?? ? ? ?(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。 (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 M? ， 液壓制動時 可取 ~ ?? 。 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。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。 （ 3）回轉(zhuǎn)能量損失最小。 （ 2）回轉(zhuǎn)時工作裝置的動載系數(shù)不應(yīng)超過允許值。 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的基本要求 （ 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。 回轉(zhuǎn)機構(gòu)及回轉(zhuǎn)馬達 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%。 1 3 0 0 0 7 8 .4 3 0 .9 2 1 1 7 6 1mvQ n q ?? ? ? ? ?(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)上的布置等方黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 16 面綜合考慮后，擇優(yōu)選定 【 14】 。如果液壓馬達的排量為 q，容積效率為 v? ，欲使馬達以轉(zhuǎn)速 n 旋轉(zhuǎn)，則所需要的理論流量 1mvQ nq?? 。則相應(yīng)的液壓馬達的扭矩和排量為： 1 12 8400 2 2 4 . 84 3 . 9 6 0 . 8 5m mMM I ??? ? ??（ Nm） 11 2 6 . 2 8 2 2 4 . 8 7 8 . 4 32 0 0 . 9mm mmMq p? ? ?? ? ??? (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。 1 3000 2 .1 9 81 3 6 4 .8mhmni n? ? ? 2 39。 11 6 8 .2 4 2 0 1 3 6 4 .8mLn n i? ? ? ? ? (rpm) 39。 根據(jù)已知條件，一檔速度 0~9km/h。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。按照其工作職能，屬于執(zhí)行元件。 2 6 . 2 8 4 9 4 . 1 1 7 2 . 3 92 0 0 . 9mm mmMq p? ? ?? ? ???（ mL/r） 其中液壓馬達的機械效率 mm? 取 。28400 4 9 4 .12 0 0 .8 5mmMM i ??? ? ??（ Nm） 等效排量： 39。則牽引力矩為： 2 4 0 0 0 0 .3 5 = 8 4 0 0M F R??? ? ? ? (Nm) 其中， R = 為后車輪半徑。 液壓系統(tǒng)傳動圖的擬定 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，具體情況如零號圖 。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。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)流黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 13 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。 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。這是本次設(shè)計時考慮到的主要原因 【 11】 。 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。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。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。這樣可以提高精確度。 液壓控制系統(tǒng)的選擇 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。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。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。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。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。 液壓系統(tǒng)油路循環(huán)形式的選擇 液壓系統(tǒng)的油路循環(huán)形式有開式和閉式兩種。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】 。 （ 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。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。限壓的目的有兩個：一是限制系黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 11 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。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。 （ 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】 。 （ 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。 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。 （ 3）保證挖掘機的一切動作可逆，且無級變速。 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 10 液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本要求 液壓挖掘機的動作復(fù)雜，凡要機構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換向、負載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外作業(yè)，溫度和地理位置變化大，因此根據(jù)挖掘機的工作特點和環(huán)境特點，液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足 如下要求： （ 1）要保證挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以互相配合實現(xiàn)復(fù)合動作。 （ 2）發(fā)動機、油箱、電氣設(shè)備、控制閥塊等安裝位置設(shè)計 發(fā)動機、油箱、電氣設(shè)備、控制閥塊等作為挖掘機的重要組成部分，安裝位置設(shè)計應(yīng)該遵從 三條原則 【 7】 ： 首先，保證各設(shè)備能正常工作，不能相互影響； 其次，保證整機的重心不發(fā)生偏移； 再者，應(yīng)充分利用空間位置，各連接采取就近原則。 液壓挖掘機駕駛室、發(fā)動機等安裝位置設(shè)計 （ 1）駕駛室設(shè)計 駕駛室是司機的直接操作環(huán)境，駕駛室的結(jié)構(gòu)、以及各操作手柄、按鈕的位置制約著司機操作水平的正常發(fā)揮，惡劣的操作環(huán)境、噪音影響這司機的健康。 （ 4）結(jié)構(gòu)特性：確定各鉸點布置，結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證剛度和強度的前提下，重量越輕越好 ；工作裝置應(yīng)安全可靠，拆裝維修方便。 （ 2）運動特性：功率利用情況好，理論工作循環(huán)時間短。 液壓挖掘機工作裝置的設(shè)計原則 對于液壓挖掘機工作裝置的設(shè)計，一般應(yīng)考慮以下幾個原則： （ 1）位置特性：滿足主要工作尺寸及作業(yè)范圍的要求，在設(shè)計時應(yīng)考慮與同類機型相比時的先進性，性能與主參數(shù)應(yīng)符合國家標準之規(guī)定。 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 9 （ 4）其它性能要求 液壓挖掘機的工作裝置除了滿足上述基本設(shè)計要求之外，還需要滿足其它的一般性能要求。要求滿足工作裝置各部分的受力的情況下，保證工作裝置的強度和剛度特性。此外，工作裝置的幾何尺寸還必須滿足停放和行走時的整機穩(wěn)定性要求。 （ 1）幾何尺寸要求 液壓挖掘機工作裝置的幾何尺寸要求滿足一定的作業(yè)范圍和合適的運輸尺寸，幾何尺寸之間要求不要干擾。這些主要機構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換向，外負載變化很大，工作條件惡劣，沖擊和振動多，因此對液壓挖掘機 的工作裝置提出了較高的設(shè)計要求。首先應(yīng)從動力學(xué)和運動學(xué)上考慮，能夠滿足各種工作性能要求；其次，還應(yīng)考慮到優(yōu)化配置，最經(jīng)濟，同時又最實用；再者，我個人的想法就是美觀，要從藝術(shù)的角度上去設(shè)計機器。 圖 液壓挖掘機傳動方案 發(fā)動機與斜盤式變量柱塞泵相連接，泵將壓力油供給多路閥，泵的流量靠反饋回來的液壓油控制，多路閥通過操作手柄改變先導(dǎo)控制閥的位置進行控制，各油缸及馬達協(xié)調(diào)工作 【 5】 。在整個設(shè)計過程中，這是相當關(guān)鍵的一步，同時也是確定設(shè)計高度的一步，只有確定了合適的高度，設(shè)計工作才會有計劃、有步驟地進行，也才能最終走向成功。 本次設(shè)計時，綜合考慮各因素，液壓系統(tǒng)的壓力上 限取 20Mp，且液壓油缸兩端的壓力差為 16Mp。在液壓系統(tǒng)功率一定的情況下，若系統(tǒng)壓力選得過低，則液壓元、輔件的尺寸和重量就增加，系統(tǒng)造價也相應(yīng)增加；若系統(tǒng)壓力選得過高，則液壓設(shè)備的重量、尺寸和造價會相應(yīng)降低。當系統(tǒng)壓力選定后，液壓缸的主要尺寸或馬達排量即可確定，接著就可根據(jù)液壓缸的速 度或液壓馬達的轉(zhuǎn)速確定其流量 【 5】 。 壓力和流量是液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。 運動和動力特性要求 液壓挖掘機各功能運動的動力特性要求和常見復(fù)合運動要求，如表 和 所示： 表 3. 1 各功能運動的動力特性要求 功能運動名稱 應(yīng)用工況 功率要求 變速要求 制動及鎮(zhèn)定要求 顫抖正轉(zhuǎn) 挖掘、姿勢調(diào)整 大 不大 鏟斗反轉(zhuǎn) 卸載、姿勢調(diào)整 不大 不大 最好有鎖定 斗桿正轉(zhuǎn) 挖掘、姿 勢調(diào)整 大 高 最好有鎖定 斗桿反轉(zhuǎn) 姿勢調(diào)整 不大 較高 最好有鎖定 動臂舉升 舉升、姿態(tài)調(diào)整 較大 高 動臂下降 姿態(tài)調(diào)整、輔助作業(yè) 一般 較高 回轉(zhuǎn)運動 挖掘與卸載轉(zhuǎn)位 高 高 行走運動 場內(nèi)轉(zhuǎn)位、調(diào)整作業(yè)位置 高 高 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計