【正文】 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 36c 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 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 36 回轉(zhuǎn)舉升供油情況 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)流閥供給斗桿如圖 37 所示 圖 37 空斗返回供油情況 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 行走時(shí)復(fù)合動(dòng)作 在行走的過(guò)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 [19] 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 38a 所示對(duì)于雙泵系統(tǒng)目前采用以下供油方式①一個(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(guò)單向閥向行走馬達(dá)供油如 圖 38b 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 38c 所示 圖 38 行走復(fù)合動(dòng)作時(shí)的幾種供油情況 32 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 [20] 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(guò)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 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(guò)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)速性要好 2 復(fù)合操縱性要求 挖掘機(jī)在作業(yè)過(guò)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(shuō)左右行走馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)作問(wèn)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(guò)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(kāi)度下工作往往會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)總流量需求超過(guò)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(wèn)題也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮的 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 [23] 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(guò)載保護(hù)措施防止油泵過(guò)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 [21] 33 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析 挖掘機(jī)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)多路閥是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的重要部件它確定了液壓泵向各個(gè)液壓作用元件的供油路線和供油方式確定了多個(gè)液壓作用元件同時(shí)作用時(shí)的流量分配情況和如何實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作決定了挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性動(dòng)作優(yōu)先和配合以及合流供油和直線行走性等等它的設(shè)計(jì)決定了能否更好地滿足挖掘機(jī)的作業(yè)要求和工況要求挖掘機(jī)多路閥液壓系統(tǒng)圖通常十分復(fù)雜對(duì)各種液壓作用元件的供油路線回油路線以及控制油路等紛雜在一起很難對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一 目了然這樣就需要花費(fèi)很多的時(shí)間才能將其分析透徹下面對(duì)多路閥液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析如圖 39 所示[22] 簡(jiǎn)化步驟具體為 1 為了突出挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的核心部分 多路閥液壓系統(tǒng)首先去掉液壓泵及其控制油路各個(gè)液壓作用元件及其油路如動(dòng)臂斗桿鏟斗回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置以及多路閥先導(dǎo)液壓操縱系統(tǒng) 圖 29 中己經(jīng)去掉了上述部分的油路 2 對(duì)多路閥液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)重要的是供油道的設(shè)計(jì)因此可以把上述系統(tǒng)圖進(jìn)一步簡(jiǎn)化突出核心內(nèi)容去掉以下部分油泵的負(fù)流量控制連接口 FR 和隊(duì)回油箱的連接口與各個(gè)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 各個(gè)閥桿先導(dǎo)操縱油路連接口 all bll alt b12 a13 b13 ajA b14和 arlbrl ar2 br2 ar3 br3 回油口 drl dr2 dr3 dr4 dr5 通向各個(gè)閥桿的先導(dǎo)控制油路與各個(gè)液壓作用元件油路有關(guān)的限壓閥動(dòng)臂和斗桿的支持閥以及再生閥等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(gè)液壓作用元件的油路中去討論 [27] 3 將簡(jiǎn)化后的液壓系統(tǒng)連接起來(lái)如圖 210 所示該系統(tǒng)主要包括 7 個(gè) 操縱閥 5 個(gè)二位二通閥 A B C D E 1 個(gè)插裝閥 x 和一些單向閥及節(jié)流閥通過(guò)簡(jiǎn)化后的液壓系統(tǒng)可以清晰了解液壓泵的壓力油是如何通向各個(gè)液壓作用元件以及在各種操縱情況下液壓傳動(dòng)的路線和可能的供油方式功率分配和流量分配情況 圖 39 多路閥液壓系統(tǒng)圖 34 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 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) WY200 液壓履帶式挖掘機(jī)采用全功率變量系統(tǒng)先導(dǎo)液壓操縱整體式多路閥等先進(jìn)結(jié)構(gòu)該機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊操作輕便使用維護(hù)安全可靠發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率高生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)根據(jù)作業(yè)需要可配備 05125 立方米四種反鏟斗及 方的兩種正鏟斗廣泛用于建筑施工市政工程水電國(guó)防工程和一般礦山采掘挖掘 IVI 級(jí)土壤 [23] 41 液壓系統(tǒng)方案及參數(shù)確定 表 41 WY200C 液壓履帶式挖掘 機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目名稱 單位 數(shù) 值 標(biāo)準(zhǔn)斗容量 m3 1 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) 6135K16 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定輸出功率 kWrmin 1062100 最大挖掘半徑 m 104 最大挖掘高度 m3h 778 最大挖掘深度 m 646 最大卸載高度 m 57 回轉(zhuǎn)速度 rmin 0132 行走速度 kmh 055 爬坡能力 70 作業(yè)循環(huán)時(shí)間 S 1822 主機(jī)長(zhǎng)寬度 MPa 0077 履帶平均接地比壓 MPa 0048 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 額 定 轉(zhuǎn) 數(shù) rmin 2100 整機(jī)質(zhì)量 t 208 理論生產(chǎn)率 m3h 200 最大挖掘力 kN 142 系統(tǒng)工作壓力 MPa 36 履帶板寬度 m 06 主機(jī)運(yùn)輸尺寸 長(zhǎng) X 寬 X 高 mm 9850x3000x3100 執(zhí)行元件是液壓系統(tǒng)的輸出部分必須滿足機(jī)器設(shè)備的運(yùn)動(dòng)功能性能要求和結(jié)構(gòu)安裝上的限制根據(jù)所要求的負(fù)載運(yùn)動(dòng)形態(tài)選用不同的執(zhí)行元件配置如下表 42 所示 表 42 執(zhí)行元件配置 運(yùn) 動(dòng) 方 式 執(zhí) 行 元 件 左行走 右行走 直性行走 左液壓馬達(dá) 右液壓馬達(dá) 左液壓馬達(dá)右液壓馬達(dá) 工作裝置 外擺內(nèi)收 動(dòng)臂液壓缸 斗桿 液壓缸 鏟斗液壓缸 回轉(zhuǎn) 擺動(dòng)液壓馬達(dá) 42 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(dòng)臂液壓缸一根斗桿一根鏟斗油缸要使機(jī)構(gòu)正常工作且具有平穩(wěn)性兩動(dòng)臂液壓缸必須同步運(yùn)動(dòng)這就要求任何時(shí)刻進(jìn)出油路的壓力油必須保持一定的壓力平衡為此采用平衡閥控制油路中液壓油的壓力值 [24] 根據(jù)挖掘機(jī)主要用于建筑施工礦山的特點(diǎn)本設(shè)計(jì)選擇雙作用單活塞桿式液壓缸 1 液壓缸參數(shù)的選擇 每斗料的重量 M 1980 Kg 41 G mg 198098 19404 KN 42 由卸料斗的尺寸圖按極限情況計(jì)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 GL2 43F 拉 3745 194041206 得 KN 工作壓力的選定關(guān)系到設(shè)計(jì)出和系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)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(guò)高則對(duì)元件的制造精度和系統(tǒng)的使用維護(hù)要求提高并使容積效率降低一般是根據(jù)機(jī)械的類型來(lái)選擇工作壓力 執(zhí)行元件工作壓力可以根據(jù)總負(fù)載值或者主機(jī)設(shè)備類型選取 表 43 負(fù)載和工作壓力之間的關(guān)系 負(fù)載 FKN ＜ 10 1020 70140 140250 ＞ 250 工作壓力 PMPa 0812 1525 1014 1821 32 表 44 各類機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 設(shè)備類型 精加工機(jī)床 組合機(jī)床 拉 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu) 液壓機(jī)重型機(jī)械大中型挖掘機(jī)起重運(yùn)輸機(jī)械 工作壓力 PMpa 082 35 510 116 1632 由負(fù)載值大小查上表參考同類型挖掘機(jī)取液壓缸工作壓力為 25MPa 安裝方式選擇缸頭耳環(huán)帶襯套活塞桿端連接方式選擇桿端外螺紋桿頭耳環(huán)帶襯套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] 43 計(jì)算工作裝置鏟斗液壓缸的主要尺寸 活塞桿直徑 d 與缸筒內(nèi)徑 D 的計(jì)算 受拉時(shí) d 0305 D 受壓時(shí) d 05055 D p1 5mpa d 0607 D 5mpa p1 7mpa d 07D p1 7mpa 1 液壓油缸的缸徑桿徑和工作壓力確定 根據(jù)技術(shù)條件確定液壓缸徑和桿徑及行程為缸徑 D Φ 125mm 桿徑 d 07D Φ85mm 由此計(jì)算出液壓系統(tǒng)工作壓力為 P 44 2847103π1252 852 32MPa 式中 F 為鎖緊力 F 284KN 2 缸筒壁厚計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)在此液壓系統(tǒng)中 32≤ Dδ＜ 16 故缸筒壁厚應(yīng)用中等壁厚計(jì)算公式此時(shí) δ C 45 ψ強(qiáng)度系數(shù)對(duì)無(wú)縫 鋼管 ψ 1C 用來(lái)圓整壁厚數(shù) Py 液壓缸內(nèi)最高工作壓力 Py 10Mpa D 缸筒內(nèi)徑 [σ] [σs]25 17525 70MPa δ 10220 2360 310 C 25mm 故油缸缸筒外圓取 D1 125mm 3 缸筒強(qiáng)度校核 根據(jù) SL4193 缸體合成應(yīng)力按下式計(jì)算 σ zh1 ≤ [σ ] 46 式中 [σ ] 60MPa σ z1 縱向應(yīng)力 σ z1 22MPa 47 σ h1 環(huán)向應(yīng)力 σ h1 75 MPa 48 P 工作壓力 P 32MPa D 油缸缸徑 D Φ 125mm d 油缸桿徑 d