【正文】 實(shí)現(xiàn)油泵的合流，合流閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱也很方便。 167。 閉鎖回路 太原科技大學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì) (說明書 ) 12 圖 26 閉鎖回路 圖 27 再生回路 6 closed loop Fig. 2 7 renewable loop 動(dòng)臂操縱閥在中位時(shí)油缸口閉鎖，由于滑閥的密封性不好會(huì)產(chǎn)生泄露，動(dòng)臂在重力作用下會(huì)產(chǎn)生下沉，特別是挖掘機(jī)在進(jìn)行起重作業(yè)時(shí)要求停留在一定的位置上保持不下降，因此設(shè)置了動(dòng)臂支持閥組。如圖 26 所示，二位二通閥在彈簧力的作用下處于關(guān)閉位置，此時(shí)動(dòng)臂油缸下腔壓力油通過閥芯內(nèi)鉆孔通向插裝閥上端，將插裝閥壓緊在閥座上，阻止油缸下腔的油從 B 至 A，起閉鎖支撐作用。當(dāng)操縱動(dòng)臂下降時(shí)，在先導(dǎo)操縱油壓 P 作用下二位二通閥處于相通位置，動(dòng)臂油缸下腔壓力油通過閥芯鉆孔油道經(jīng)二位二通閥回油，由于閥芯內(nèi)鉆孔油道節(jié)流孔的節(jié)流作用 ，使插裝閥上下腔產(chǎn)生壓差，在壓差作用下克服彈簧力，將插裝閥打開，壓力油從 B 至 A。 167。 再生回路 動(dòng)臂下降時(shí)，由于重力作用會(huì)使降落速度太快而發(fā)生危險(xiǎn)，動(dòng)臂缸上腔可能產(chǎn)生吸空，有的挖掘機(jī)在動(dòng)臂油缸下腔回路上裝有單向閥和節(jié)流閥組成的單向節(jié)流閥，使動(dòng)臂下降速度受節(jié)流限制，但這將引起動(dòng)臂下降慢，影響作業(yè)效率。目前挖掘機(jī)采用再生回路，如圖 27 所示，動(dòng)臂下降時(shí)，油泵的油經(jīng)單向閥通過動(dòng)臂操縱閥進(jìn)入動(dòng)臂油缸上腔，從動(dòng)臂油缸下腔排除的油需經(jīng)節(jié)流孔回油箱，提高了回油壓力，使得液壓油能通過補(bǔ)油單向閥供給動(dòng)臂 缸上腔。這樣當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速和泵的流量較低時(shí)，能防止動(dòng)臂因重力作用下迅速下降而使動(dòng)臂缸上腔產(chǎn)生吸空。 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 整機(jī)參數(shù) 167。 尺寸參數(shù)的選擇 以液壓挖掘機(jī)的機(jī)重為指標(biāo)，用以下公式近似確定： 線尺寸參： Li =kli 3G 面積參數(shù)： Si =ksi 3 2G 體積參數(shù)： Vi=kvi G 式中， kli ， ksi ， kvi 分別是各個(gè)線向、面積、體積尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查《單斗液壓挖掘機(jī)》表 14。列計(jì)算后所得機(jī)體尺寸和工作尺寸數(shù)據(jù)在下表。 表 31 計(jì)算所得的單斗挖掘機(jī)機(jī)體尺寸和工作尺寸 名 稱 尺寸（米） 名 稱 尺寸（米） 最大挖掘半徑 履帶接地長(zhǎng)度 最大挖掘深度 轉(zhuǎn)臺(tái)離地高 尾部半徑 履帶長(zhǎng)度 最大挖掘高度 履帶中心距 臂鉸與油缸鉸距 履帶總高 臂鉸離地高 臂鉸離回轉(zhuǎn)中心 最大卸載高度 動(dòng)臂長(zhǎng)度 斗桿長(zhǎng) 鏟斗長(zhǎng) 太原科技大學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì) (說明書 ) 14 4. 工作裝置設(shè)計(jì) 該挖掘機(jī)工作裝置為反鏟裝置，采用如下結(jié)構(gòu)方案： 一、采用整體式彎動(dòng)臂，動(dòng)臂油缸下置式。 二、采用整體式斗桿。 三、動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比，采用中間方案，即特性參數(shù) k1 =ll21在 ~2 之間。取 k1 =。 167。 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇 最大挖掘半徑一般與動(dòng)臂長(zhǎng)、斗桿長(zhǎng)和鏟斗長(zhǎng)的和值相等，按經(jīng)驗(yàn)公式取其值R1 = ??? lll 米 如圖，在三角形 CZF 中，?。簞?dòng)臂彎角 1? =130176。，特性參數(shù) 3k =~ 取 。 得： 1323141 c o s21 ?kk ll ??? = （米） lkl 41342? = （米） )2(c os14224121242139 ll lllZ F C ?? ????? ??=176。 ZCFVABQ 圖 41 動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比 ~ ?k ，本設(shè)計(jì)取 ?? 114 , ?k 45? 基本用于反鏟。斗桿全縮時(shí) CFQ? 為最大值，本設(shè)計(jì)取為 170176。 BCZ? 取決于油缸布置形式，這里取??? 5BCZ 。 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 考慮到結(jié)構(gòu)因素，取 , ?? ??25min1? 因：min11max14 sinsin ?? ??k 得： 138max1 ?? 176。 又因： )21(c os 221m i n1 ? ??? ??? ? )21(c os 22121m a x1 ? ???? ??? ? 得： , ?? ?? 符合下列幾何條件： ????? ???? 1,1 即得： ?? Keol （米） ?? ?ll （米） ?5min1 lL ? =（米） min11max1 LL ?? =（米） 這樣，動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的全部參數(shù)初步選出。 167。 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇 根據(jù)斗桿挖掘阻力計(jì)算，根據(jù)已知鏟斗最大挖掘力為 160KN，忽略各構(gòu)件質(zhì)量及其連桿機(jī)構(gòu)效率的影響。則：斗桿液壓缸的最大推力： KNFFFKQllKQFKQlF4803,31m a x13m a x133m a x133????為鏟斗最大挖掘力鏟斗上兩鉸接點(diǎn)的距離為鏟斗長(zhǎng)度，其中 根據(jù)類比可得到斗桿油缸的最大推力為 KNFDDF 546323222 ?? 太原科技大學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì) (說明書 ) 16 最 大 作 用 力 臂 ：232m a x9m a x2 )(F llFle G ??? = （ 米 ） ， 其 中為斗桿最大挖掘力,130m a x KNF G ? 。 如圖 42： DFE 0 E ZL 2maxL 2min 圖 42 取斗桿擺角 1252 ?? 176。， ?? 。 則： 12s in2229m in2 ??? ??lL （米）， 米）(3 9 5 0m in22m a x2 ?? LL ? )2c os (2 m a x29m i n229228 ????? ??lLlLl M I N （米） 斗桿總轉(zhuǎn)角 ???? 60,80~50 取g? 。 167。 鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇 如圖 43： 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 圖 43 在鏟斗連桿機(jī)構(gòu)中可取 F、 N、 Q 三點(diǎn)一直線。取 105, 102 ???? K Q Vk ? 176。 則： ??? lkKQl （米） 本設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)選擇六連桿共點(diǎn)機(jī)構(gòu)： MN=KQ,MK=MN,NQ=(~)MN。 根據(jù) CAD 作圖可得到： （米）所以取米）,~,(mi n33ma x33mi n3 ?? ?? LLL ? ? 167。 挖掘范圍 E 太原科技大學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì) (說明書 ) 18 圖 44鏟斗挖掘軌跡 ?AB 是動(dòng)臂油缸進(jìn)行挖掘，且鏟斗尖、鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)、斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)位于同一直線上； ?BC 是斗桿油缸進(jìn)行挖掘，且動(dòng)臂位于最低，鏟斗尖、鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)、斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)位于同一直線上； ?CD 是動(dòng)臂油缸全縮，斗桿油缸全伸，鏟斗油缸動(dòng)作； ?DE 是斗桿油缸全伸，鏟斗尖到動(dòng)臂與機(jī)架鉸點(diǎn)最近，動(dòng)臂油缸動(dòng)作； ?EF 是動(dòng)臂油缸和斗桿油缸全伸，鏟斗油缸動(dòng)作； ?GF 是動(dòng)臂和鏟斗油缸全伸斗桿油缸動(dòng)作； ?AG 是動(dòng)臂油缸全伸，斗桿油 缸全縮以鏟斗進(jìn)行挖掘。 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 5. 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 167。 挖掘機(jī)的功用和對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 挖掘機(jī)主要用來開挖塹壕，基坑，河道與溝渠以及用來進(jìn)行剝土和挖掘礦石。他在筑路，建筑，水利施工，露天開采礦作業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用 [1]。 液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)是由動(dòng)力元件 (各種液壓泵 ),執(zhí)行元件 (液壓缸 .液壓馬達(dá) ),控制元件 (各種閥 )以及輔助裝置 (冷卻器 .過濾器 )用油管按一定方式連接起來組合而成。它將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能 ,以油液作為介質(zhì) ,經(jīng)動(dòng)力元件轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?,進(jìn)行傳遞 ,然后再經(jīng)過執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機(jī)械能 ,實(shí)現(xiàn)主機(jī)的各種動(dòng)作。由于液壓系統(tǒng)的功能是傳遞 ,分配和控制機(jī)械動(dòng)力 ,因此是液壓挖掘機(jī)的關(guān)鍵部分。 , 液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成，它們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回路、支腿順序回路、支腿鎖止回路和先導(dǎo)閥操縱回路等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng) 。 液壓 挖 掘機(jī)的工作過程 ,包括作業(yè)循環(huán)和整機(jī)移動(dòng)兩項(xiàng)主要?jiǎng)幼鳌?液壓 挖掘機(jī)的的一個(gè)作業(yè)循環(huán)的組成包括 : 挖掘 — 一般以斗桿缸動(dòng)作為主 ,用鏟斗缸調(diào)整切削角度 ,配合挖掘。有特殊要求的挖掘動(dòng)作 ,則根據(jù)作業(yè)要求 ,進(jìn)行鏟斗 ,斗桿和動(dòng)臂三個(gè)缸的復(fù)合動(dòng)作 ,以保證鏟斗按某一特定軌跡運(yùn)動(dòng)。 滿斗提升及回轉(zhuǎn) — 挖掘結(jié)束 ,鏟斗缸推出 ,動(dòng)臂缸頂起 ,滿斗提升 ,同時(shí)回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) ,轉(zhuǎn)臺(tái)向卸土方向回轉(zhuǎn)。 卸載 — 回轉(zhuǎn)到卸載地點(diǎn) ,轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)。斗桿缸調(diào)整卸載半徑 ,鏟斗缸收回 ,轉(zhuǎn)斗卸載。當(dāng)對(duì)卸載位置和卸載高度有嚴(yán)格的要求時(shí) ,還需要?jiǎng)颖叟浜蟿?dòng)作。 返回 — 卸載結(jié)束 ,轉(zhuǎn)臺(tái)向反方向回轉(zhuǎn)。同時(shí) ,動(dòng)臂缸與斗桿缸配合動(dòng)作 ,使空斗下放到新的挖掘位置。 挖掘機(jī)一般工作在施工場(chǎng)合 ,因此工作環(huán)境惡劣 ,這就要求挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)和執(zhí)行元件要有足夠的強(qiáng)度和非常好的密封性能。由于挖掘機(jī)的動(dòng)作頻繁 ,因此 ,液壓元件和管路要能夠承受頻繁的液壓沖擊 ,以保證挖掘機(jī)能夠長(zhǎng)時(shí)間安全穩(wěn)定的工作。設(shè)計(jì)出便于操作，更加人性化，工作效率高，耗能少的挖掘機(jī)，才會(huì)在工程領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。 太原科技大學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì) (說明書 ) 20 167。 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖 167。 系統(tǒng)分析 由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓油泵 ,向工作裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置的執(zhí)行元件輸送液壓油。工作裝置包括動(dòng)臂、斗桿和鏟斗，分別由液壓缸驅(qū)動(dòng)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。其工作循環(huán)是：以鏟斗切削土壤，裝滿后提升，回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置，開始下一次作業(yè)。 液壓系統(tǒng)為雙泵雙回路全功率調(diào)節(jié)變量系統(tǒng)。液壓泵組包括兩臺(tái)軸向柱塞式變量泵（主泵）和一臺(tái)齒輪泵（先導(dǎo)油泵）。通過操縱減壓閥式先導(dǎo)閥手柄的不同方向和位置，使來自先導(dǎo)油泵的液壓油控制液控多路換向閥的開度和換向，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的單一動(dòng)作和同步動(dòng)作。工作回路除 容積調(diào)速外，尚有節(jié)流調(diào)速和雙泵合流的有級(jí)調(diào)速。 一、主要回路組成 全功率變量泵組調(diào)節(jié)回路、減壓閥式先導(dǎo)操縱控制回路、回轉(zhuǎn)回路、行走回路、動(dòng)臂回路、斗桿回路及鏟斗回路。以下分別就各回路進(jìn)行分析。 全功率變量泵組調(diào)節(jié)回路 兩臺(tái)主泵均為軸向柱塞變量泵，由旋轉(zhuǎn)部件、斜盤部件和閥部件組成。根據(jù)調(diào)節(jié)器改液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 變主泵斜盤擺交，就可以改變泵的輸出流量和壓力。 減壓閥式先導(dǎo)操縱控制回路 控制回路的壓力油由先導(dǎo)油泵提供。在控制回路進(jìn)油路上，設(shè)有氣體隔離式蓄能器，保證有一定的操縱壓力，并在液壓泵不工作或損壞時(shí)仍能使工作機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)。 回轉(zhuǎn)回路 挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，由于上車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，在起動(dòng)制動(dòng)和突然換向時(shí)，易引起很大的液壓沖擊，因此設(shè)置如圖所示緩沖回路。兩限壓閥常閉，當(dāng)馬達(dá)突然停止或轉(zhuǎn)向時(shí)，高壓腔的壓力油經(jīng)限壓閥泄回油箱，低壓腔則由單向閥進(jìn)行補(bǔ)油，從而消除液壓沖擊。 斗桿回路 斗桿液壓缸由單泵供油時(shí)， 1 倍速工作，也可通過操作左合流閥實(shí)現(xiàn)雙泵合流供油， 2倍速作業(yè)。 動(dòng)臂回路 動(dòng)臂操作位于“上升”位置時(shí)，由于動(dòng)臂是雙液壓缸驅(qū)動(dòng)，要求驅(qū)動(dòng)功率較大，故采用合流。操作左合流閥使兩主泵來的壓力油合流，實(shí)現(xiàn) 2 倍速。 動(dòng)臂操作位于“下降”位置時(shí)，只有單泵供油，即只有 1 倍速?；赜蜁r(shí)，液壓油通過平衡閥使之流速緩慢，足以避免油路中的吸空現(xiàn)象，并防止動(dòng)臂收縮時(shí)因自重失速。 鏟斗回路 鏟斗液壓缸由單泵供油時(shí)， 1 倍速工作，也可通過操作右合流閥實(shí)現(xiàn)雙泵合流供油， 2倍速作業(yè)。 行走回路 左右行走馬達(dá)液壓油分別由兩主泵提供。如圖所示，為防止超速溜坡現(xiàn)象，設(shè)有限速補(bǔ)油回路。當(dāng)馬達(dá)超速時(shí)，進(jìn)油供應(yīng)不及，壓力降低，二位二通閥右移，回油通道關(guān)小或關(guān)閉，行走馬達(dá)減速制動(dòng)，保證了行走裝置安全運(yùn)行。 太原科技大學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì) (說明書 ) 22 工作裝置（斗桿、動(dòng)臂、鏟斗）以及回轉(zhuǎn)、行走裝置的控制閥和兩個(gè)合流閥均為三位六通液控閥。 二、同步操作 當(dāng)兩主泵分別供油時(shí)，整個(gè)液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)同步操作：回轉(zhuǎn)與動(dòng)臂、斗桿同步；鏟斗分別與動(dòng)臂、斗桿同步。 三、輔助元件 回路中均設(shè)有過載安全閥和單向補(bǔ)油閥。主油路進(jìn)油路上均設(shè)有單向閥保壓和防倒流。液壓油回油箱油路上設(shè)有冷油用的冷油器，以及防止油路堵塞的全流量濾清器。 167。 元件的選擇及元件的設(shè)計(jì)計(jì)算 泵的選擇 根據(jù)各工作裝置的流量情況選擇初定為組合泵 由主泵提供：左行走、動(dòng)臂及斗桿 第二泵提供：右行走、回轉(zhuǎn)、鏟斗、斗桿及動(dòng)臂 主泵選擇力士樂柱塞泵 A10VSO maxV =140 rml 第二泵選擇力士樂柱塞泵 A10VSO maxV =140 rml 輔助泵選擇齒輪泵 CBC20。 液壓缸的設(shè)計(jì)及其計(jì)算 1 斗桿液壓缸的設(shè)計(jì) （缸徑）計(jì)算 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 根據(jù)液壓缸的供油壓力和負(fù)載，缸筒內(nèi)徑 D可按下列公式初步計(jì)算： PFD ??4? 式中： F 為液壓缸實(shí)際使用推力，單位為 N ? 為液壓缸的總效率，一般取 ? = P為液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力。 根據(jù)題目要求，取 F為 546KN， ? 為 ， P為 35Mpa并代入公式 則 又依據(jù)手冊(cè)對(duì)其進(jìn)行圓整，取 D=160mm。 依據(jù)活塞桿直徑 d的推薦值，取 d==112mm，根據(jù)任務(wù)書推薦值，取 d=100mm。 先暫取 ? /D=,即 )48,(?? 則可按下列公式計(jì)算 )(3][ mPDpyy ?? ?? 式中： D為缸筒內(nèi)徑（ m） yp 為缸筒的最高允許壓力（ MPa）， y p ==40MP ][? 為缸筒材料的許用應(yīng)力（