【正文】 加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當(dāng)工作部 件移動到一定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。 (3) 指定順序動作方案 主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。 在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。在液壓系統(tǒng)中，需要流量不大的高壓油時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。 制定壓力控制方案 ：液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。完全負荷傳感控制系統(tǒng) 完全負荷傳感控制系統(tǒng)由負荷傳感控制閥和負荷傳感控制變量泵組成 帶次級壓力補償閥的負荷傳感系統(tǒng)德國力士樂公司等）在其生產(chǎn)的液壓挖掘機上設(shè)置了負荷傳感分流器 LUOV（ Last Unabhangige Durchfluss Vereilung)系統(tǒng)，其主要作用是：當(dāng)多個執(zhí)行元件同時工作、所需的流量大于液壓泵的流量時，產(chǎn)生供油不足的現(xiàn)象，這不能使正在工作臺的執(zhí)行元件與 負載壓力無關(guān)的控制得到保證。定量泵和負荷傳感控制閥的系統(tǒng)也沒有節(jié)省能源消耗，因為泵所輸出的流量超過執(zhí)行元件（液壓缸和液 壓馬達）所需要的流量時，多余的油液經(jīng)壓力補償閥流回油箱（為保持壓差恒定）變?yōu)闊崮?。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。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。 20 世紀 90年代以來，在液壓挖掘機上開始采用負荷傳感控制系統(tǒng)，其控制閃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。閥 35 控系統(tǒng)實質(zhì)上是節(jié)流式系統(tǒng)。后者是用先導(dǎo)閥控制先導(dǎo)油液，再用先導(dǎo)油液控制換向閥的主閥芯，它又分為機液 先導(dǎo)型和電液先導(dǎo)型兩類。按控制功能，可分為位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)和力（或壓力）控制系統(tǒng)；按控制元件，可分為發(fā)動機控制系統(tǒng)、液壓泵控制系統(tǒng)、多路換向閥控制系統(tǒng)、執(zhí)行元件控制系統(tǒng)和整機控制系統(tǒng)。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。 經(jīng)過上述分析此方案選用 容積節(jié)流調(diào)速。 閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元 件的排油口相通，形成一個封閉的循環(huán)回路。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。進油節(jié)流起動沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。此種調(diào)速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng)。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合 —— 容積節(jié)流調(diào)速。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現(xiàn)。 計算得λ =4 1265/85=＜ [λ ]，故滿足要求。 (6) 下蓋聯(lián)接螺釘強度校核計算 螺釘聯(lián)接采用高強度螺釘 M20 80(GB/)聯(lián)接 ,兩端數(shù)量均為 24件，螺釘 33 精度等級為 級，其強度校核，按照公式（ ）、（ ）。Py=10Mpa D：缸筒內(nèi)徑 [σ ]= [σ s]/=175/=70MPa δ =10 220/( 603 10)+C=25mm 故油缸缸筒外圓取 D1=125mm. (3) 缸筒強度校核 根據(jù) SL4193，缸體合成應(yīng)力按下式計算： σ zh1= 112121 hznz ???? ?? ≤ [σ ] （ ） 式中： [σ ]=60MPa σ z1：縱向應(yīng)力： σ z1=?124 )(2D dDp ?=22MPa ()σ h1：環(huán)向應(yīng)力： σ h1= ?21pD =75 MPa () P：工作壓力， P=32MPa 32 D：油缸缸徑， D=Φ 125mm d：油缸桿徑， d=Φ 85mm δ：缸筒壁厚， δ = 終計算， σ zh1= 112121 hznz ???? ?? = MPa 70 MPa 即 : σ zh1 [σ ],符合要求 . (4) 活塞桿長度和缸筒長度計算 根據(jù)設(shè)計要求的行程，來設(shè)計活塞桿的長度；本油缸的行程為 1020mm，故油缸的活塞桿的長度為 1265mm，缸筒的長度為 1500mm。又因其伸縮速度緩慢但壓力大 ，故選擇帶緩沖，油口連接方式選擇外螺紋 [25]。 執(zhí)行元件工作壓力可以根據(jù)總負載值或者主機設(shè)備類型選取，如表 與表 所示。 (1) 液壓缸參數(shù)的選擇 每斗料的重量 M = ? = 1980 (Kg) （ ） G = m? g = 1980? = 19404 (KN) （ ） 由卸料斗的尺寸圖按極限情況計算得 所挖斗料自重 G與鏟斗液壓缸產(chǎn)生的推力 F在卸料斗底板軸承鉸接處轉(zhuǎn)距平衡 即 F 拉 ? L1 = G? L2 （ ） F 拉? = 19404? 1206 30 得 120619404 ???F 拉 (KN) 工作壓力的選定關(guān)系到設(shè)計出和系統(tǒng)是否經(jīng)濟合理；工作壓力低，則要求執(zhí)行元件的容量大，即尺寸大、重量重，系統(tǒng)所需流量也大；壓力過高，則對元件的制造精度和系統(tǒng)的使用維護要求提高，并使容積效率降低。為此，采用平衡閥控制油路中液壓油的壓力值 [24]。根據(jù)所要求的負載運動形態(tài)，選 用不同的執(zhí)行元件配置，如下表 所示 表 執(zhí)行元件配置 運 動 方 式 執(zhí) 行 元 件 左行走 右行走 直性行走 左液壓馬達 右液壓馬達 左液壓馬達 +右液壓馬達 工作裝置 外擺內(nèi)收 動臂液壓缸 斗桿液壓缸 鏟斗液壓缸 回轉(zhuǎn) 擺動液壓馬達 執(zhí)行元件液壓缸及系統(tǒng)壓力的初選 由于鏟斗的內(nèi)收是為了鏟料，而外擺是為了卸料，工作裝置采用了兩根動臂液壓缸、一根斗桿、一根鏟斗油缸。廣泛用于建筑施工、市政工程、水電、國防工程和一般礦山采掘，挖掘 IVI 級土壤 [23]。該機具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作輕便，使用維護安全可靠，發(fā)動機功率利用率高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。 (3) 提出一種有效、直觀的挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計方案，并詳細介紹設(shè)計的步驟。 圖 多路閥液壓系統(tǒng)圖 27 液壓系統(tǒng)方案擬訂 (1) 在液壓挖掘機一個工作循環(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行詳細分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)每個工況下各執(zhí)行機構(gòu)的主要復(fù)合動作后提出初步方案。該系統(tǒng)主要包括 7個操縱閥， 5個二位二通閥 A, B, C, D, E, 1個插裝閥 x和一些單向閥及節(jié)流閥。這些部分與多路閥的連接關(guān)系已經(jīng)知道，所以可以將其放到各個液壓作用元件的油路中去討論 [27]?；赜涂?drl, dr2, dr3, dr4, dr5:通向各個閥桿的先導(dǎo)控制油路 。與各個液壓作用元件的連接口 AL1, BLl, AL2, BL2, AU, BL3, AL4, BL4和 ARl, BR1, AR2, BR2, AR3, BR3, Rsl。去掉以下部分 :油泵的負流量控制連接口 FR和隊 。 (2) 對多路閥液壓系統(tǒng)來說，重要的是供油道的設(shè)計。下面對多路閥液壓系統(tǒng)進行分析：如圖 [22]。它的設(shè)計決定了能否更好地滿足挖掘機的作業(yè)要求和工況要求。 挖掘機液壓系統(tǒng)的分析 挖掘機液壓系統(tǒng)中最重要也是最復(fù)雜的就是多路閥液壓系統(tǒng)。 其它性能要求 實現(xiàn)零部件的標準化、組件化和通用化，降低挖掘機的制造成本 :液壓挖掘機作業(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 。 安全性要求 挖掘機的工作條件惡劣，載荷變化和沖擊振動大，對于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過載保護措施，防止油泵過載和因外負載沖 擊對各個液壓作用元件的損傷。系統(tǒng)要求此部分的能量損失盡量小 。 節(jié)能性要求 挖掘機工作時間長，能量消耗大，要求液壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個執(zhí)行元件和管路的能耗，因此在挖掘機液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。 另外，當(dāng)多執(zhí)行元件同時動作時，各個操縱閥都在大開度下工作，往往會出現(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)行元件就會因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí) 25 行元件而出現(xiàn)動作速度降低，甚至不動的現(xiàn)象。尤其對行走機構(gòu)來說，左、右行走馬達的復(fù)合動作問題，即直線行駛性也是設(shè)計中需要考慮的重要一方面。 (2) 復(fù)合操縱性要求 挖掘機在作業(yè)過程中需要各個執(zhí)行元件單獨動作，但是在更多情況下要求各個執(zhí)行元件能夠相互配合實現(xiàn)復(fù)雜的復(fù)合動作，因此如何實現(xiàn)多執(zhí)行元件的復(fù)合動作也是挖掘機液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。 操縱性要求 (1) 調(diào)速性要求 挖掘機對調(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現(xiàn)調(diào)速操縱控制，對各個執(zhí)行元件的調(diào)速操縱是否穩(wěn)定可靠，成為挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計十分重要的一方面。例如，當(dāng)外負載較小時，往往希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元件的運動速度。根據(jù)液壓挖掘機的工作特點，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計需要滿足以下要求 [20]: 動力性要求 所謂動力性要求，就是在保證發(fā)動機不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動機的功率，提高挖掘機的生產(chǎn)效率。 24 圖 行走復(fù)合動作時的幾種供油情況 挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求 液壓挖掘機的動作繁復(fù)，且具有多種機構(gòu)，如行走機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、動臂、斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機械。對于雙泵系統(tǒng) ，目前采用以下供油方式 :①一個油泵并聯(lián)向左、右行走馬達供油，另一個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供油，如圖 所示 。在雙泵系統(tǒng)中，一個油泵為左行走馬達供油、另一個油泵為右行走馬達供油，此時如果某一液壓元件動作，使某一油泵分流供油，就會造成一側(cè)行走速度降低，影響直線行駛性，特別是當(dāng)挖掘機進行裝車運輸或上下卡車行走時，行駛偏斜會造成事故 [19]。 圖 空斗返回供油情況 發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速時油泵供油量小，為防止動臂因重力作用迅速下降和動臂油 缸產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，可采用動臂下降再生補油回路，利用重力將動臂油缸無桿腔的 油供至有桿腔。此工況是回轉(zhuǎn)馬達、動臂和斗桿復(fù)合動作。卸載時，主要是斗桿和鏟斗復(fù)合動作，間以動臂動作。 卸載工況分析 回轉(zhuǎn)至卸載位置時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。 三泵系統(tǒng)的供油情況如圖 所示。 由于滿斗提升時動臂油缸壓力高，導(dǎo)致變量泵流量減小，為了使動臂提升和回轉(zhuǎn)、斗桿外放相互配合動作，由一個油泵專門向動臂油缸供油，另一個油泵除了向回轉(zhuǎn)馬達和斗桿供油外 ，還有部分油供給動臂，如圖 所示。在回轉(zhuǎn)和動臂提升的同時，斗桿要外放，有時還需要對鏟斗進行調(diào)整。卸載回轉(zhuǎn)角度大，則要求回轉(zhuǎn)速度快些，而動臂的提升速度慢些。動臂抬升和回轉(zhuǎn)馬達同時動作時，要求二者在速度上匹配，即回轉(zhuǎn)到指定卸載位置時，動臂和鏟斗自動提升到合適的卸載高度。因此隨著回轉(zhuǎn)操縱桿行程的增大，回轉(zhuǎn)馬達油壓增加，回轉(zhuǎn)力增大。在斗桿油缸活塞桿端回油路上設(shè)置可變節(jié)流閥，此節(jié)流閥的開口度即節(jié)流程度由回 轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力來控制。 當(dāng)進行溝槽側(cè)壁掘削和斜坡切削時，為了有效地進行垂直掘削，還要求向回轉(zhuǎn)馬達提供壓力油，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力，保持鏟斗貼緊側(cè)壁進行切削，因此需要同時向回轉(zhuǎn)馬達和斗桿供油，兩者復(fù)合動作，如圖 。 圖 三泵供油系統(tǒng)示意圖 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。當(dāng)斗桿油壓接近溢流閥的壓力時，原來溢流的油液此時供給鏟斗有效利用 。液壓馬 達使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作 [16]。單獨采用鏟斗挖掘時，也有采用雙泵合流的情況。如果需要鏟斗保持一定切削角度并按 照一定的軌跡進行切削時，或者需要用鏟斗斗底壓整地面時，就需要鏟斗、斗桿、動臂三者同時作用完成復(fù)合動作，如圖 ,所示。 一般在平整土地或切削斜坡時，需要同時操縱動臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運動，如圖 ， 。 (4) 空斗返回 :卸載結(jié)束 ，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空斗放到新的挖掘點，此時是回轉(zhuǎn)和動臂或斗桿的復(fù)合動作。 (3) 卸載 :轉(zhuǎn)到卸土點時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿液壓缸調(diào)節(jié)卸載半徑，然后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗卸載。 液壓挖掘機一個作業(yè)循環(huán)的組成和動作的復(fù)合主要包括 : (1) 挖掘 :通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進行挖掘，或者兩者配合進行挖掘，因此，在此過程中主要是鏟斗