畢業(yè)設(shè)計(jì)----挖機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等）帶動(dòng)各種構(gòu)件動(dòng)作，具有許多優(yōu)點(diǎn)，挖掘機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中復(fù)雜的。因此，對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)對(duì)推動(dòng)我國挖掘機(jī)發(fā)展具有十分重

2、要的意義。</p><p>　　在搜集了國內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史，并對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析總結(jié)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是液壓挖掘機(jī)。挖掘機(jī)由多個(gè)系統(tǒng)組成，包括液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)，工作裝置，底架，轉(zhuǎn)臺(tái)，油箱，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝等。本人的設(shè)計(jì)主要致力于分析和設(shè)計(jì)中型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的液壓元件。以液壓元件和液壓回路為主。</p><p>

3、;　　關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)；液壓系統(tǒng)；液壓泵</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Hydraulic excavator is one of important engineering machinery, is a widely used in construction, railway, highway, water conserv

4、ancy, mining, etc construction projects of earthwork machinery. Excavator for hydraulic system design and puts forward high demand, the hydraulic systems of engineering machinery in hydraulic system is complex. Therefore

5、, the excavator hydraulic system analysis and design for impelling our country excavator development has the extremely vital significance.</p><p>　　In the domestic and foreign excavator hydraulic system base

6、d on the materials of, learned about the excavator hydraulic system development history, and for excavator hydraulic system technology development dynamic is summarized. The graduation design task is hydraulic excavator.

7、 Excavator by multiple system components, including hydraulic system, transmission system, control systems, work device, chassis, turntable, tank, engine installation, etc. My design is mainly devoted to the analysis and

8、 </p><p>　　Keywords: excavator; hydraulic system; hydraulic pump</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1. 概 論1</p><p>　　1.1挖掘機(jī)的簡介1</p><p>　　1.1.1行走裝

9、置1</p><p>　　1.1.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2</p><p>　　1.1.3工作裝置2</p><p>　　1.1.4液壓系統(tǒng)2</p><p>　　1.2液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況2</p><p>　　1.2.1國外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.2.2國內(nèi)液

10、壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況4</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義5</p><p>　　1.3.1設(shè)計(jì)的內(nèi)容5</p><p>　　1.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容的意義5</p><p>　　1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容的安排5</p><p>　　2. 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的計(jì)算6</p><p>　　2.1液

11、壓挖掘機(jī)的基本系統(tǒng)6</p><p>　　2.1.1挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的簡介6</p><p>　　2.1.2YW-160型單斗液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)6</p><p>　　2.2液壓挖掘機(jī)工作裝置油缸作用力的確定8</p><p>　　2.2.1動(dòng)臂油缸作用力分析8</p><p>　　2.2.2鏟斗油缸工作受力分

12、析9</p><p>　　2.2.3斗桿油缸作用力分析10</p><p>　　2.3液壓元件的計(jì)算10</p><p>　　2.3.1液壓缸內(nèi)徑10</p><p>　　2.3.2缸筒壁厚11</p><p>　　2.3.3缸筒壁厚驗(yàn)算12</p><p>　　2.3.4活塞桿計(jì)算

13、12</p><p>　　2.3.5活塞桿強(qiáng)度計(jì)算12</p><p>　　2.3.6確定液壓系統(tǒng)的工作壓力12</p><p>　　2.3.7確定液壓缸的主要參數(shù)和工作壓力12</p><p>　　2.3.8確定液壓馬達(dá)的排量和工作壓力13</p><p>　　2.3.9計(jì)算液壓缸與液壓馬達(dá)的流量13&l

14、t;/p><p>　　3. 液壓元件的選擇14</p><p>　　3.1液壓缸的選擇14</p><p>　　3.2液壓泵的選擇14</p><p>　　3.3液壓馬達(dá)的選擇14</p><p>　　3.4發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇14</p><p>　　4. 液壓系統(tǒng)回路的設(shè)計(jì)15</

15、p><p>　　4.1液壓缸控制回路15</p><p>　　4.2液壓馬達(dá)控制回路15</p><p>　　4.3計(jì)算系統(tǒng)所需的最大流量16</p><p>　　4.4壓力損失的計(jì)算16</p><p>　　4.5擬定液壓源控制回路17</p><p>　　5. 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算18

16、</p><p>　　5.1液壓系統(tǒng)功率損失18</p><p>　　5.2液壓油油溫過高的原因及預(yù)防措施19</p><p><b>　　6. 結(jié)論21</b></p><p><b>　　致 謝22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23

17、</b></p><p><b>　　1. 概 論</b></p><p>　　液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的突發(fā)機(jī)械。液壓挖掘機(jī)利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等）帶動(dòng)各種構(gòu)件動(dòng)作，具有如下有點(diǎn)：功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大；啟動(dòng)性能好，能實(shí)現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)；布置靈活

18、，基本不受總體結(jié)構(gòu)的限制；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各種可靠，能自行潤滑，使用壽命長；有過載保護(hù)功能；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作簡便省力等。因此，液壓挖掘機(jī)對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作

19、業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。 <

20、;/p><p><b>　　1.1挖掘機(jī)的簡介</b></p><p>　　液壓挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，它在減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。根據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計(jì)，幾十個(gè)工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展

21、具有重要意義。由于液壓挖掘機(jī)具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點(diǎn)，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。</p><p>　　挖掘機(jī)液壓傳動(dòng)緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)。由于挖掘機(jī)的工作條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜，于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此，對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)挖掘機(jī)發(fā)展

22、中的重要一環(huán)。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):</p><p>　　挖掘機(jī)由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置和液壓系統(tǒng)構(gòu)成。下面以輪式液壓挖掘機(jī)為例來說明一下：</p><p>　　單斗液壓挖掘機(jī)是一種周期性作業(yè)的自行式土方機(jī)械，它采用液壓傳動(dòng)，由一個(gè)鏟斗切削土裝入斗內(nèi)，然后提升裝滿土石的鏟斗，再回轉(zhuǎn)一定的角度進(jìn)行裝車，接下來空當(dāng)斗回到原來的位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一

23、個(gè)循環(huán)的挖掘，此外整機(jī)還要定期移位，使鏟斗能在適當(dāng)位置上有效地作業(yè)，單斗挖掘機(jī)裝載，抓取起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作，挖掘機(jī)可分為提供動(dòng)力和基本動(dòng)作（行走回轉(zhuǎn)）的主機(jī)部分及進(jìn)行不同作業(yè)的工作裝置部分，主機(jī)又可分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、工作裝置。 </p><p><b>　　1.1.1行走裝置</b></p><p>　　液壓挖掘機(jī)行走裝置的反力同

24、時(shí)能使挖掘機(jī)作短距離行走，按結(jié)構(gòu)不同，可分為履帶式、輪胎式兩類。履帶式行走裝置由履帶、支重輪、托鏈輪、驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、張緊裝置、行走架液壓馬達(dá)、減速機(jī)等組成，液壓挖掘機(jī)的行走裝置采用液壓馬達(dá)、減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪，每條履帶有各自的液壓馬達(dá)和減速機(jī)，由于兩個(gè)液壓馬達(dá)可獨(dú)立操作，因此，機(jī)器的左右履帶可以同步前進(jìn)后退，也可以通過一條履帶制動(dòng)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，還可以通過兩條履帶相反方向驅(qū)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，操作十分簡單。</p><p&

25、gt;　　1.1.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) </p><p>　　回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置一般采用定量馬達(dá)，經(jīng)過回轉(zhuǎn)減速機(jī)兩行星齒輪與回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)齒圈相齒合而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、效率高速比大，承載能力強(qiáng)，發(fā)熱量和功率損失小，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，回轉(zhuǎn)支承一般采用的滾動(dòng)軸承，其中用的最廣泛的是單排滾球式和雙排式滾軸柱式回轉(zhuǎn)支承。 </p><p>　　1.1.3工作裝置

26、 </p><p>　　工作裝置是液壓挖掘機(jī)的主要組成部分之一，由于工作的不同，工作裝置不同類很多常用挖掘、裝載和起重裝置也可以有很多形式，挖掘裝置一般采用斗杠油缸進(jìn)行挖掘，動(dòng)臂油缸主要用于調(diào)節(jié)切削角度，清除障礙，以及挖掘，鏟斗多用于開啟斗底的方式卸載，斗底的開啟、關(guān)閉也用了油缸。 </p><p>　　1.1.4液壓系統(tǒng) </p><p>　　液壓挖掘機(jī)的主要系統(tǒng)

27、運(yùn)動(dòng)有整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂升降，斗桿收放、鏟斗挖掘等，根據(jù)以上的工作要求把各液壓元件用管路連接起來的組合體叫做液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達(dá)等邊為機(jī)能，再傳動(dòng)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)。國家規(guī)定8噸以下的挖掘機(jī)采用定量泵。[1]</p><p>　　1.2液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況</p><p>　　第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)問世

28、至今已有130多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動(dòng)斗回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動(dòng)液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，可以追溯到1840年。當(dāng)時(shí)美國西部開發(fā)，進(jìn)行鐵路建設(shè)，產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機(jī)械手的挖掘機(jī)，它采用蒸汽機(jī)作為動(dòng)力在軌道上行走。但是此后的很長時(shí)間挖掘機(jī)沒有得到很大的發(fā)展，應(yīng)用范圍也只局限于礦山作業(yè)中。</p><p

29、>　　導(dǎo)致挖掘機(jī)發(fā)展緩慢的主要原因是:其作業(yè)裝置動(dòng)作復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)范圍大，需要采用多自由度機(jī)構(gòu)，古老的機(jī)械傳動(dòng)對(duì)它不太適合。而且當(dāng)時(shí)的工程建設(shè)主要是國土開發(fā)，大規(guī)模的筑路和整修場地等，大多是大面積的水平作業(yè)，因此對(duì)挖掘機(jī)的應(yīng)用相對(duì)較少，在一定程度上也限制了挖掘機(jī)的發(fā)展。</p><p>　　由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，二十世紀(jì)四十年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)。隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動(dòng)技

30、術(shù)，挖掘機(jī)有了適合它的傳動(dòng)裝置，為挖掘機(jī)的發(fā)展建立了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，是挖掘機(jī)技術(shù)上的一個(gè)飛躍 。同時(shí)，工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進(jìn)行大規(guī)模國土開發(fā)的同時(shí)，也開始進(jìn)行城市型土木施工，這樣，具有較長的臂和桿，能裝上各種各樣的工作裝置，能行走、回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由動(dòng)作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和溝槽的挖掘機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　自第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)誕生以來的160多年當(dāng)中，挖掘機(jī)一直在

31、不斷地飛躍發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相對(duì)成熟穩(wěn)定的階段。目前國際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，對(duì)其控制方式不斷改進(jìn)和革新，使挖掘機(jī)由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的前提。</p><p&g

32、t;　　據(jù)有關(guān)專家估算，全世界各種施工作業(yè)場約有65%至70%的土石方工程都是由挖掘機(jī)完成的。挖掘機(jī)是一種萬能型工程機(jī)械，目前已經(jīng)無可爭議地成為工程機(jī)械的第一主力機(jī)種，在世界工程機(jī)械市場上己占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴(kuò)大。挖掘機(jī)的發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，其液壓系統(tǒng)已成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機(jī)需要大幅度的技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)創(chuàng)新是液壓挖掘機(jī)行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面，挖掘機(jī)產(chǎn)

33、品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以對(duì)其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。[2]</p><p>　　1.2.1國外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢</p><p>　　工業(yè)發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m³單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，從20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150m³

34、剝離用挖掘機(jī)，斗容量132m³的步行式拉鏟挖掘機(jī)；B-E（布比賽路斯-伊利）公司生產(chǎn)的斗容量168.2m³的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量107m³的剝離用挖掘機(jī)等，是世界上目前最大的挖掘機(jī)。</p><p>　　從20世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。</p><p>　　(1)開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率

35、的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要，國外發(fā)展了斗容量在0.25m³以下的微型挖掘機(jī)，最小的斗容量僅在0.01m³。另外，數(shù)量最的的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能，配備了多種工作裝置——除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時(shí)，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸

36、兩用挖掘機(jī)等。</p><p>　　(2)迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了基礎(chǔ)和創(chuàng)造了良好的前提。</p><p>　

37、　(3)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。還安裝了CAPS（計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的FJ系列五種新型號(hào)挖掘機(jī)配有與液壓回路

38、連接的計(jì)算機(jī)輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗，并處長了零部件的使用壽命；德國奧加凱(O&K)公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的904、905、907、909型液壓挖掘機(jī)上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作；德國利勃海爾公司開發(fā)了ECO（電子控制作業(yè)）的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機(jī)的作業(yè)性能，取得了高

39、效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型B系統(tǒng)挖掘機(jī)上采用最新的3114T型柴油機(jī)以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進(jìn)</p><p>　　(4)更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研

40、究方面，促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。美國提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法，并創(chuàng)立了預(yù)測產(chǎn)品失效和更新的的理論。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序，研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，借助于大量試驗(yàn)，縮短了新產(chǎn)品的研究周期，加速了液壓挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%，使用壽命超過1萬小時(shí)。</p><p>　　(5)加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保

41、護(hù)，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。</p><p>　　(6)進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時(shí)和增大流量來襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當(dāng)外阻力增大時(shí)則減少流量（降低速度），使挖掘力成

42、倍增長率加；采用三回路液壓系統(tǒng)。產(chǎn)生三個(gè)互不成影響的獨(dú)立工作運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)達(dá)機(jī)械的功率匹配。將第三泵在其他工作運(yùn)動(dòng)上接通，成為開式回路第二個(gè)獨(dú)立的快速成運(yùn)動(dòng)。此外，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。</p><p>　　(7)迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對(duì)環(huán)境的污染，使挖掘機(jī)的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機(jī)

43、口音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應(yīng)用電子和自動(dòng)控制技術(shù)。隨著對(duì)挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機(jī)電一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。20世紀(jì)80年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機(jī)、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，推動(dòng)了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，亦即目前先進(jìn)的挖掘機(jī)上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)怠速及油門控制系統(tǒng)、

44、功率優(yōu)化系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等電控系統(tǒng)。[3]</p><p>　　1.2.2國內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況</p><p>　　近年來，我國的挖掘機(jī)市場90%被外國獨(dú)資或合資企業(yè)壟斷，而國產(chǎn)品的價(jià)格優(yōu)勢仍然是十分明顯的。成都神鋼的挖掘機(jī)、凱斯的挖掘裝載機(jī)、JCB的挖掘裝載機(jī)、常林的挖掘裝載機(jī)、柳工的挖掘機(jī)、詹工的挖掘機(jī)、玉柴的挖掘機(jī)以及山河智能、南特的小挖等諸多企業(yè)的產(chǎn)品一一呈現(xiàn)在

45、市場上。</p><p>　　挖掘機(jī)在2003年國內(nèi)產(chǎn)銷量達(dá)35000臺(tái)，市場總量突破6萬臺(tái)，升幅達(dá)80%。國產(chǎn)機(jī)的價(jià)格優(yōu)勢是十分明顯的，以13至14噸級(jí)的輪式挖掘機(jī)為例，雖然其關(guān)鍵零部件系國外配置，但價(jià)格仍相差25萬至30萬元。小功率、多功能的挖掘機(jī)尤其受到青睞。通過快速換裝不同的工作裝置以完成挖、裝、填、夯、抓、刨、吊鉆、剪等多種作業(yè)，挖掘裝載機(jī)出現(xiàn)了需求不斷上升的勢頭。除了JCB、凱斯等品牌外，德工的WZ

46、25-20型也出現(xiàn)了較好的銷售趨勢。輪胎挖掘機(jī)的需求一直在穩(wěn)步增長，如常州現(xiàn)代的輪挖從0.25至0.92立方米都可生產(chǎn)，詹工可生產(chǎn)14至30噸級(jí)的輪挖，其中20噸級(jí)的輪挖的行駛速度可高達(dá)54公里/小時(shí)。目前我國輪挖的生產(chǎn)企業(yè)大約為10家。</p><p>　　大型挖掘機(jī)在我國一直處于薄弱地位，主要依賴進(jìn)口。長挖的CE600 -5型其斗容達(dá)4立方米，常州現(xiàn)代的R450LC-5型挖掘機(jī)屬于43.53噸級(jí)，而相比之下，

47、德國的利勃海爾生產(chǎn)的600噸級(jí)的挖掘機(jī)最大斗容可達(dá) 34 立方米。</p><p>　　小型挖掘機(jī)兼具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能,又具有運(yùn)輸、能耗、靈活性、適應(yīng)性等方面優(yōu)勢,而且價(jià)格低、重量輕、保養(yǎng)維修方便等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的。目前,國內(nèi)外有關(guān)小型挖掘機(jī)的劃分標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一。這里,我們暫且將整機(jī)質(zhì)量在10噸或10噸以下稱小型挖掘機(jī)(整機(jī)質(zhì)量等于或小于4噸的挖掘機(jī)稱作為微型挖掘機(jī)或叫做迷你型挖掘機(jī))。 </

48、p><p>　　總之,中國挖掘機(jī)市場將持續(xù)呈波浪型發(fā)展,從的發(fā)展觀來看,要摒棄一切脫離實(shí)際的超前。[4] </p><p>　　今后一個(gè)時(shí)期挖掘機(jī)市場火爆式的炎夏恐難遇到,我們期待溫暖、柔和、生機(jī)勃勃的春天的到來。期望中國挖掘機(jī)市場能夠持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。</p><p>　　國內(nèi)挖掘機(jī)的發(fā)展起步較晚，目前國內(nèi)市場上國產(chǎn)挖掘機(jī)大多數(shù)為20t—40t級(jí)的，超過

49、50t級(jí)的液壓挖掘機(jī)極少。 </p><p>　　1.3設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義</p><p>　　1.3.1設(shè)計(jì)的內(nèi)容</p><p>　　(1)要保證挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動(dòng)作，也可以互相配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。</p><p>　　(2)工作裝置的動(dòng)作和轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能作復(fù)合動(dòng)作，以提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)率。</p>

50、<p>　　(3)履帶式挖掘機(jī)的左、右履帶分別驅(qū)動(dòng)，使挖掘機(jī)行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機(jī)的靈活性。</p><p>　　(4)保證挖掘機(jī)的一切動(dòng)作可逆，且無級(jí)變速。</p><p>　　(5)保證挖掘機(jī)工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）有良好的過載保護(hù)；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。</p&

51、gt;<p>　　為此，液壓系統(tǒng)應(yīng)做到：</p><p>　　(1)有高的傳動(dòng)效率，以充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃料使用經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　(2)液壓系統(tǒng)和液壓元件在負(fù)載變化大、急劇的振動(dòng)沖擊作用下，具有足夠的可靠性。</p><p>　　(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(jī)持續(xù)工作時(shí)液壓油溫不超過80度，或溫升不超過45度。&

52、lt;/p><p>　　(4)由于挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密封性能要好，液壓元件對(duì)油液污染的敏感性低，整個(gè)液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。</p><p>　　(5)采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機(jī)設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)而提高挖掘機(jī)技術(shù)性能和減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。</p><p>　　1.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容的意義</p>&l

53、t;p>　　挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，它在減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。液壓系統(tǒng)是挖掘機(jī)的核心部分，對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算能有效的提高挖掘機(jī)性能。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)是以研究探討為主，了解液壓挖掘機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理，在此基礎(chǔ)上對(duì)液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)的一些部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，根

54、據(jù)所得結(jié)果對(duì)液壓元件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等）進(jìn)行合理配置，使之能提高挖掘機(jī)的使用率、生產(chǎn)率適用范圍和使用壽命等。</p><p>　　1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容的安排</p><p>　　本次設(shè)計(jì)共分6章。第一章介紹液壓挖掘機(jī)的發(fā)展歷程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；第二章對(duì)液壓挖掘機(jī)的液壓元件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等；第三章根據(jù)第二章所得結(jié)果對(duì)液壓挖掘機(jī)的液壓元件進(jìn)行合理選擇應(yīng)用；第四章對(duì)整個(gè)液壓

55、挖掘機(jī)的液動(dòng)系統(tǒng)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并繪制液壓回路圖。第五章對(duì)液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算，計(jì)算壓力損失；第六章為結(jié)論。</p><p>　　2. 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的計(jì)算</p><p>　　2.1液壓挖掘機(jī)的基本系統(tǒng)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)的基本參數(shù)定為：</p><p>　　正鏟斗容量為1.6m3；液壓泵的系統(tǒng)工作壓力28MPa，最大排量2

56、×140mL/r；回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)最大排量140mL/r；行走液壓馬達(dá)最大排量2×140mL/r。</p><p>　　為了合理的選擇液壓元件，對(duì)這些液壓元件進(jìn)行分析計(jì)算，得到理論的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)選擇液壓元件。</p><p>　　2.1.1挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的簡介</p><p>　　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

57、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)。</p><p>　　(1)液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本類型</p><p>　　液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)大致上有定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)和定量、變量復(fù)合系統(tǒng)等三種類型。</p><p><b>　　(2)定量系統(tǒng)</b&

58、gt;</p><p>　　在液壓挖掘機(jī)采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨外載荷而變化，通常依靠節(jié)流來調(diào)節(jié)速度。根據(jù)定量系統(tǒng)中油泵和回路的數(shù)量及組合形式，分為單泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵雙回路定量系統(tǒng)及多泵多回路定量系統(tǒng)等。</p><p><b>　　(3)變量系統(tǒng)</b></p><p>　　在液壓挖掘機(jī)采用的變量系統(tǒng)

59、中，是通過容積變量來實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的，其調(diào)速方式有三種：變量泵－定量馬達(dá)調(diào)速、定量泵－變量馬達(dá)調(diào)速和變量泵－變量馬達(dá)調(diào)速。</p><p>　　單斗液壓挖掘機(jī)的變量系統(tǒng)多采用變量泵－定量馬達(dá)的組合方式實(shí)現(xiàn)無極變量，且都是雙泵雙回路。根據(jù)兩個(gè)回路的變量有無關(guān)連，分為功率變量系統(tǒng)和全功率變量系統(tǒng)兩種。其中的分功率變量系統(tǒng)的每個(gè)油泵各有一個(gè)功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，油泵的流量變化只受自身所在回路壓力變化的影響，與另一回路的壓力變化無

60、關(guān)，即兩個(gè)回路的油泵各自獨(dú)立地進(jìn)行恒功率調(diào)節(jié)變量，兩個(gè)油泵各自擁有一半發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率；全功率變量系統(tǒng)中的兩個(gè)油泵由一個(gè)總功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，使兩個(gè)油泵的擺角始終相同。同步變量、流量相等。決定流量變化的是系統(tǒng)的總壓力，兩個(gè)油泵的功率在變量范圍內(nèi)是不相同的。其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有機(jī)械聯(lián)動(dòng)式和液壓聯(lián)動(dòng)式兩種形式。[5]</p><p>　　2.1.2YW-160型單斗液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)</p><p&g

61、t;　　國產(chǎn)YW-160型履帶式單斗液壓挖掘機(jī)的工作裝置、行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)裝置等均采用液壓驅(qū)動(dòng)，其液壓系統(tǒng)如圖2.1所示。</p><p>　　該挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)采用雙泵雙向回路定量系統(tǒng)，由兩個(gè)獨(dú)立的回路組成。所用的油泵1為雙聯(lián)泵，分為A、B兩泵。八聯(lián)多路換向閥分為兩組，每組中的四聯(lián)換向閥組為串聯(lián)油路。油泵A輸?shù)膲毫M(jìn)入第一組多路換向閥，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)、鏟斗油缸、輔助油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)右行走馬達(dá)7。該組執(zhí)行元件

62、不工作時(shí)油泵A輸出的壓力油經(jīng)第一組。</p><p>　　多路換向閥中的合流閥進(jìn)入第二組多路換向閥，以加快動(dòng)臂或斗桿的工作速度。油泵B輸出的壓力油進(jìn)入第二組多路換向閥，驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂油缸、斗桿油缸，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)左行走馬達(dá)8和推土板油缸6。</p><p>　　該液壓系統(tǒng)中兩組多種換向閥均采用串聯(lián)油路，其回油路并聯(lián)，油液通過第二組多路換向閥中的限速閥5流向油箱。限速閥的液控口作用著由梭閥提

63、供的A、B兩油泵的最大</p><p>　　圖2.1YW-160型單斗履帶式挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)</p><p>　　1.油泵； 2、4.分配閥組；3.單向閥；5.速度限制閥；6.推土板油缸；7、8.行走馬達(dá)；9.雙速閥；10.回轉(zhuǎn)馬達(dá)；11.動(dòng)臂油缸；12.輔助油缸；13.斗桿油缸；14.鏟斗油缸；15.背壓閥；16.冷卻器；17.濾油器</p><p>　　壓力，當(dāng)挖

64、掘機(jī)下坡行走出現(xiàn)超速情況時(shí)，油泵出口壓力降低，限速閥自動(dòng)對(duì)回油進(jìn)行節(jié)流，防止溜坡現(xiàn)象，保證挖掘機(jī)行駛安全。</p><p>　　在左、右行走馬達(dá)內(nèi)部除設(shè)有補(bǔ)油閥外，還設(shè)有雙速電磁閥9，當(dāng)雙速電磁閥在圖示位置時(shí)馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞構(gòu)成串聯(lián)油路，此時(shí)為高速；當(dāng)雙速電磁閥通電后，馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞呈并聯(lián)狀態(tài)，馬達(dá)排量大、轉(zhuǎn)速降低，使挖掘機(jī)的驅(qū)動(dòng)力增大。</p><p>　　為了防止動(dòng)臂、斗桿、鏟斗

65、等因自重而超速降落，其回路中均設(shè)有單向節(jié)流閥。另外，兩組多路換向閥的進(jìn)油路中設(shè)有安全閥，以限制系統(tǒng)的最大壓力，在各執(zhí)行元件的分支油路中均設(shè)有過載閥，吸收工作裝置的沖擊；油路中還設(shè)有單向閥，以防止油液的倒流、阻斷執(zhí)行元件的沖擊振動(dòng)向油泵的傳遞。</p><p>　　YW-160型單斗液壓挖掘機(jī)除了主油路外，還有如下低壓油路： </p><p>　　(1)排灌油路。將背壓油路中的低壓

66、油，經(jīng)節(jié)流降壓后供給液壓馬達(dá)殼體內(nèi)部，使其保持一定的循環(huán)油量，及時(shí)沖洗磨損產(chǎn)物。同時(shí)回油溫度較高，可對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行預(yù)熱，避免環(huán)境溫度較低時(shí)工作液體對(duì)液壓馬達(dá)形成“熱沖擊”。</p><p>　　(2)泄油回路。將多路換向閥和液壓馬達(dá)的泄漏油液用油管集中起來，通過五通接頭和濾油器流回油箱。該回路無背壓以減少外漏。液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可通過檢查泄漏油路濾油器，判定是否屬于液壓馬達(dá)磨損引起的故障。</p>

67、<p>　　(3)補(bǔ)油油路。該液壓系統(tǒng)中的回油經(jīng)背壓閥流回油箱，并產(chǎn)生0.8～1.0MPa的補(bǔ)油壓力，形成背壓油路，以便在液壓馬達(dá)制動(dòng)或出現(xiàn)超速時(shí)，背壓油路中的油液經(jīng)補(bǔ)油閥向液壓馬達(dá)補(bǔ)油，以防止液壓馬達(dá)內(nèi)部的柱塞滾輪脫離導(dǎo)軌表面。</p><p>　　該液壓系統(tǒng)采用定量泵，效率較低、發(fā)熱量大，為了防止液壓系統(tǒng)過大的溫升，在回油路中設(shè)置強(qiáng)制風(fēng)冷式散熱器，將油溫控制在80以下。</p><

68、;p>　　2.2液壓挖掘機(jī)工作裝置油缸作用力的確定</p><p>　　對(duì)液壓挖掘機(jī)的油缸研究，先以動(dòng)臂油缸、鏟斗油缸、斗桿油缸做為研究對(duì)象。</p><p>　　2.2.1動(dòng)臂油缸作用力分析</p><p>　　動(dòng)臂油缸作用力，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，其計(jì)算簡圖如下圖2.2所示。</p>

69、<p>　　圖2.2動(dòng)臂油缸作用力分析</p><p>　　此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力為：</p><p>　?。ǎ?(2.1)</p><p>　　式中，——鏟斗及其裝載土壤重力</p><p><b>　　——斗桿所受重力</b></p><p&

70、gt;<b>　　——?jiǎng)颖鬯苤亓?lt;/b></p><p>　　——鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的水平距離</p><p>　　——斗桿質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的水平距離</p><p>　　——?jiǎng)颖圪|(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的水平距離</p><p>　　同樣根據(jù)受力平衡可求出斗桿油缸閉鎖力和鏟斗油缸閉鎖力。</p><p&

71、gt;　　因?yàn)閯?dòng)臂油缸只承受大臂、斗桿、鏟斗及各液壓缸的自重，而不進(jìn)行挖掘動(dòng)作，但是要承受很大的彎曲力矩，要考慮液壓缸的抗彎能力，所以如果計(jì)算出動(dòng)臂油缸所需過載壓力太大，只要采取增加動(dòng)臂油缸徑和活塞桿徑的措施即可解決。</p><p>　　2.2.2鏟斗油缸工作受力分析</p><p>　　反鏟裝置載作業(yè)過程中，當(dāng)以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鲿r(shí)，其最大挖掘力為鏟斗油缸設(shè)計(jì)的依據(jù)。反鏟最重要的工作位置——

72、最大挖掘深度時(shí)能保證具有最大挖掘力來分析確定鏟斗油缸的作用力。此時(shí)計(jì)算位置為動(dòng)臂下放到最低位置，鏟斗油缸作用力與斗桿鉸點(diǎn)由最大力臂，如圖2.3所示</p><p><b>　　鏟斗油缸作用力為：</b></p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　圖2.3鏟斗油缸作用力</p><

73、;p>　　式中，——鏟斗油缸作用力對(duì)搖臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（此位置為要比長度）</p><p>　　這時(shí)斗桿及動(dòng)臂油缸處于封閉狀態(tài)，斗桿油缸封閉力應(yīng)滿足：</p><p>　　(2.3) </p><p>　　式中，——斗桿油缸閉鎖力對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂</p><p>　　——對(duì)斗桿與動(dòng)臂

74、鉸點(diǎn)的力臂</p><p>　　——對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂 ——挖掘阻力的法向分力，</p><p>　　動(dòng)臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足</p><p><b>　　(2.4)</b></p><p>　　式中，——?jiǎng)颖塾透组]鎖力對(duì)鉸點(diǎn)的力臂</p>

75、<p>　　——對(duì)動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂</p><p><b>　　——對(duì)鉸點(diǎn)的力臂</b></p><p>　　此外，最大鏟斗挖掘力在其工作位置能否實(shí)現(xiàn)，還受到挖掘機(jī)穩(wěn)定性的限制，因?yàn)橛锌赡芡诰蛄ι形催_(dá)到最大值時(shí)，挖掘機(jī)已經(jīng)失去穩(wěn)定。因此，選取鏟斗油缸最大推力時(shí)應(yīng)以保證挖掘機(jī)的穩(wěn)定為前提條件。</p><p>　　2.2.3斗桿油缸作用

76、力分析</p><p>　　當(dāng)挖掘機(jī)以鏟斗挖掘時(shí)，其最大挖掘力則由斗桿油缸來保證。斗桿油缸最大作用力計(jì)算位置為動(dòng)臂下方到最低位置，斗桿油缸作用力對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)有最大力臂，即對(duì)斗桿產(chǎn)生最大作用力距，并使斗齒尖和鉸點(diǎn)，在一條直線上，如圖2.4所示。</p><p>　　與前面推導(dǎo)斗桿油缸作用力一樣，此時(shí)斗桿油缸作用力為：</p><p><b>　　(2.5

77、)</b></p><p>　　而鏟斗油缸及動(dòng)臂油缸處于閉鎖狀態(tài)，所以鏟斗油缸閉鎖力應(yīng)滿足：</p><p><b>　　(2.6)</b></p><p>　　動(dòng)臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足：</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　斗桿最大挖

78、掘力也受到挖掘機(jī)穩(wěn)定性條件的限制。</p><p>　　當(dāng)以斗桿油缸進(jìn)行挖掘時(shí)，由于其作用力臂的變化、結(jié)構(gòu)自身的影響以及鏟斗相對(duì)斗桿位置的變化，其斗桿齒挖掘力也隨之變化。[6]</p><p>　　2.3液壓元件的計(jì)算</p><p>　　液壓元件的性能分析包括：液壓缸內(nèi)徑，缸筒壁厚，活塞桿強(qiáng)度，液壓缸的工作壓力，</p><p>　　液壓馬

79、達(dá)的排量和工作壓力，液壓缸與液壓馬達(dá)排量。</p><p>　　2.3.1液壓缸內(nèi)徑</p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[7]表知： </p><p>　　圖2.4斗桿油缸作用力分析</p><p><b>　　(2.8)</b></p><p>　　式中, ——液壓缸負(fù)載，kN</p&

80、gt;<p>　　——系統(tǒng)壓力,MPa</p><p>　　——液壓缸內(nèi)徑,mm</p><p>　　取液壓缸負(fù)載為：231.853</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得186.4</p><p>　　參考液壓缸系列尺寸取200mm。</p><p>　　對(duì)斗桿缸231.674mm 取200<

81、;/p><p><b>　　2.3.2缸筒壁厚</b></p><p><b>　　(2.9)</b></p><p><b>　　(2.10)</b></p><p>　　式中，——缸內(nèi)最高工作壓力，MPa</p><p>　　[]——缸筒材料許用應(yīng)力，N

82、/mm</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)24</b></p><p>　　由:20得，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知225</p><p>　　2.3.3缸筒壁厚驗(yàn)算</p><p>　　額定工作壓力應(yīng)低于一定極限值以保證工作安全。</p><p><b>　　(2.11)</b>

83、</p><p>　　材料選2G330-450，其330 N/mm，代入式中，得：</p><p><b>　　30.8</b></p><p>　　選定系統(tǒng)工作壓力為28MPa，可以滿足要求。</p><p>　　2.3.4活塞桿計(jì)算</p><p><b>　　(2.12)</

84、b></p><p>　　其中數(shù)比由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表選取2再由表得</p><p><b>　　150mm。</b></p><p>　　2.3.5活塞桿強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　105.4N/mm (2.13)</p><p>　　其中，——活塞

85、桿作用力，N</p><p>　　——活塞桿直徑，m,</p><p>　　100～110N/mm</p><p>　　2.3.6確定液壓系統(tǒng)的工作壓力</p><p>　　在不考慮能量損耗的情況下，系統(tǒng)的功率為：</p><p><b>　　(2.14)</b></p><p

86、>　　式中，——液壓泵的出口壓力，Pa；</p><p>　　——液壓泵的輸出流量， m/s。</p><p>　　由上式可知，當(dāng)系統(tǒng)傳遞的功率一定時(shí)，提高系統(tǒng)的工作壓力就可減少系統(tǒng)中通過液壓元件的流量，從而減小相應(yīng)各液壓元件以及整個(gè)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量。因此，目前液壓挖掘機(jī)液壓傳動(dòng)多采用中高壓和高壓系統(tǒng)。根據(jù)以上內(nèi)容對(duì)此液壓系統(tǒng)的工作壓力取28MPa。</p>&

87、lt;p>　　2.3.7確定液壓缸的主要參數(shù)和工作壓力</p><p>　　液壓缸的有效工作壓力是指液壓缸用于克服外載荷所需要的那一部分壓力，其數(shù)值為：</p><p><b>　　(2.15)</b></p><p>　　式中，——液壓泵出口壓力，MPa；</p><p>　　——進(jìn)油管路壓力損失，MPa；<

88、;/p><p>　　——回油背壓力，MPa；</p><p>　　——液壓缸進(jìn)油腔和回油腔有效工作面積，m。</p><p>　　上式中的壓力損失，包括壓力油從液壓泵出口流過管道和各種液壓元件（主要是閥類元件）時(shí)的壓力損失。比較仔細(xì)的計(jì)算要在管路裝配圖畫出之后才能進(jìn)行。初步計(jì)算時(shí)，可參考同類液壓挖掘機(jī)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定，可取3～4MPa。</p><p

89、>　　2.3.8確定液壓馬達(dá)的排量和工作壓力</p><p>　　液壓馬達(dá)的排量由給定的數(shù)值可知q (2.16)</p><p>　　式中，——馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速，rad/s；</p><p>　　——液壓缸所需流量 , m/s</p><p>　　液壓馬達(dá)的有效工作壓力按下式計(jì)算&

90、lt;/p><p>　?。?(2.17)</p><p>　　式中的壓力損失，可按前面介紹的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定?；赜捅硥毫Φ臄?shù)值應(yīng)根據(jù)馬達(dá)所需的背壓力來確定。</p><p>　　根據(jù)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的最大載荷力矩、排量、有效工作壓力、最高轉(zhuǎn)速和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速以及系統(tǒng)工作條件等，即可選擇液壓馬達(dá)的型號(hào)和規(guī)格。</p>

91、<p>　　2.3.9計(jì)算液壓缸與液壓馬達(dá)的流量</p><p>　　通常根據(jù)最大移動(dòng)速度和最高轉(zhuǎn)速來計(jì)算液壓缸和液壓馬達(dá)的流量。</p><p>　　(1)液壓缸所需流量：</p><p><b>　　(2.18)</b></p><p>　　式中，——液壓缸的有效工作面積，m；</p>&l

92、t;p>　　——液壓缸的最大速度，m/s；</p><p>　　(2)液壓馬達(dá)所需流量：</p><p><b>　　(2.19)</b></p><p>　　式中，——馬達(dá)的理論排量，mL/r；</p><p>　　——馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速，rad/s；</p><p>　　——馬達(dá)的容積效率。

93、</p><p>　　3. 液壓元件的選擇</p><p><b>　　3.1液壓缸的選擇</b></p><p>　　液壓缸在液壓系統(tǒng)中有著重要的地位，是整個(gè)液壓系統(tǒng)的起始循環(huán)點(diǎn)，所以對(duì)液壓缸的選擇很重要，根據(jù)以上計(jì)算的結(jié)果，對(duì)液壓缸的選擇就明確了，選擇材料為2G330-450的內(nèi)徑為100mm壁厚為21mm的液壓缸。</p>

94、<p><b>　　3.2液壓泵的選擇</b></p><p>　　液壓泵的選擇時(shí)根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力（即液壓泵出口壓力）來選定液壓泵的形式，選擇液壓泵的額定壓力要比系統(tǒng)壓力大25%以上，使液壓泵由一定的壓力儲(chǔ)備，在這為了經(jīng)濟(jì)考慮，選擇液壓泵的額定壓力為35MPa的液壓泵。</p><p>　　型號(hào)為：2ZBZ140的液壓泵。</p><

95、;p>　　3.3液壓馬達(dá)的選擇</p><p>　　根據(jù)第二章關(guān)于液壓馬達(dá)的計(jì)算，計(jì)算所得的液壓馬達(dá)的參數(shù)（液壓馬達(dá)的排量、液壓馬達(dá)的工作壓力、液壓馬達(dá)的流量）來選擇。</p><p>　　型號(hào)為：ZM732的液壓馬達(dá)。</p><p><b>　　3.4發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇</b></p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)是液壓挖掘機(jī)

96、的核心部件，對(duì)挖掘機(jī)的要求高，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求也就高。選發(fā)動(dòng)機(jī)先確定發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。</p><p>　　液壓挖掘機(jī)用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，柴油機(jī)的功率必需能夠充分滿足主機(jī)工作過程中的動(dòng)力要求。發(fā)動(dòng)機(jī)功率根據(jù)系統(tǒng)方案確定，在變量系統(tǒng)中，考慮使用情況的最大限度，可取發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為：</p><p>　　(1.0～1.3)　 (3.1)

97、 </p><p>　　式中，——液壓泵的輸出功率，kW。</p><p>　　在定量系統(tǒng)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用低，一般為60％左右，損失功率全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，因此，確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率時(shí)可以取得低一些，對(duì)于雙泵雙回路定量系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率可取為：</p><p>　　(0.8～1.1) 　　

98、 (3.2)</p><p>　　計(jì)算時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率可按以上兩式計(jì)算，或?qū)墒胶喜⒌茫?lt;/p><p>　　17.7+92.7 (3.3)</p><p>　　式中，——液壓挖掘機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)斗容量，m。</p><p>　　得此液壓挖掘機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)

99、功率為：　</p><p>　　17.7+92.7*1.6166.02 </p><p>　　此時(shí)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)CAT320B。[6]</p><p>　　4. 液壓系統(tǒng)回路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1液壓缸控制回路</p><p>　　執(zhí)行元件的工作壓力由負(fù)載確定。在運(yùn)行過程中必需保證回路通

100、暢要設(shè)置必要的安全設(shè)施。普通標(biāo)準(zhǔn)型油缸在行程兩端。設(shè)有緩沖裝置，使油缸在行程兩端能平滑停止，然而當(dāng)活塞在行程中途停止或反轉(zhuǎn)時(shí)，由于運(yùn)行部件的動(dòng)能會(huì)引起激烈的沖擊，因此在油缸的端部設(shè)置小型溢流閥以消除沖擊，此閥的調(diào)定壓力需超過最大工作壓力的5％－10％。另外為了減小回路的沖擊，各閥件、泵及油缸之間的管路應(yīng)盡量縮短和減少不必要的管路彎曲。經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，因?yàn)楣苈窂?fù)雜而產(chǎn)生噪音時(shí)，在振動(dòng)的地方接入軟管，是非常簡易有效的處理方法，如圖4.1所示：&l

101、t;/p><p><b>　　圖4.1補(bǔ)油裝置</b></p><p>　　圖4.1中兩只單向閥為設(shè)置的補(bǔ)油裝置，用以補(bǔ)充管路中油的損失。因?yàn)殓P斗缸回路，斗桿回路和大臂回路工作原理和性質(zhì)基本相同，故采用同一基本回路，有所不同的就是為了防止動(dòng)臂缸下降過快可在動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油路設(shè)置單向節(jié)流閥，起緩沖限速作用。</p><p>　　4.2液壓馬達(dá)控制回路&

102、lt;/p><p>　　如圖4.2該閥門組中包括雙向液壓控制閥兩只溢流閥和兩只單向閥，它具有限制，閉鎖，制動(dòng)，補(bǔ)油的功能。當(dāng)主換向閥處于中位時(shí)，液壓控制閥的兩條回路都與回油相通，故液壓控制閥返回中位，液壓馬達(dá)的腔被封死，此時(shí)起制動(dòng)和閉鎖作用，當(dāng)慣性過大，液壓馬達(dá)回油腔壓力高于溢流閥調(diào)定的壓力時(shí)，溢流閥打開起緩沖作用，限制制動(dòng)力矩，當(dāng)主換向閥在工作位置時(shí)，液壓控制閥的一條油路暢通，使制動(dòng)閥移到左位（或右位），液壓馬達(dá)運(yùn)

103、轉(zhuǎn)。</p><p>　　當(dāng)挖掘機(jī)發(fā)生淄坡現(xiàn)象行走液壓馬達(dá)超速回轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)油回來壓力大大降低，則對(duì)應(yīng)于制動(dòng)閥高壓側(cè)的壓力也大大降低，在回位彈簧作用下，閥芯向中位移動(dòng)使回油發(fā)生截流，從而限制了馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，起到了限速作用，當(dāng)馬達(dá)的高壓腔被吸空產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)，在回油被壓的作用下推開控制閥中位的單向閥向該腔補(bǔ)油。</p><p>　　圖4.2液壓馬達(dá)控制回路</p><p>　　

104、4.3計(jì)算系統(tǒng)所需的最大流量</p><p>　　由前計(jì)算可知鏟斗缸與斗桿缸的流量為：當(dāng)兩缸合流或鏟斗缸和斗桿缸同時(shí)動(dòng)作時(shí)其流量為：</p><p><b>　　即為系統(tǒng)最大流量。</b></p><p>　　4.4壓力損失的計(jì)算</p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知：</p><p>　　1

105、800 (4.1)</p><p>　　式中，——管中液體速度,m/s</p><p><b>　　——管內(nèi)直徑，mm</b></p><p><b>　　——直管的長度，m</b></p><p>　　局部壓力損失：換向閥 0.3~0.4 MPa&l

106、t;/p><p><b>　　取0.35MPa </b></p><p>　　節(jié)流閥 0.3~0.35 MPa</p><p><b>　　取0.35 MPa</b></p><p>　　960*+0.35*2+0.35*21.4MPa</p><p>　　管路壓力損失不作考慮，

107、故可確定液壓泵工作壓力MPa</p><p>　　4.5擬定液壓源控制回路</p><p>　　液壓源時(shí)液壓系統(tǒng)的心臟，它的性能好壞，直接影響到液壓系統(tǒng)的性能。對(duì)液壓源的控制是指對(duì)其輸出壓力及流量的控制。</p><p>　　主溢流閥起到安全限壓的作用，由前面的計(jì)算可知此閥的調(diào)定壓力為：26MPa。</p><p>　　5. 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)

108、算</p><p>　　5.1液壓系統(tǒng)功率損失</p><p>　　液壓挖掘機(jī)在工作過程中的能量損失，除了一般的機(jī)械損失、管道損失和泵的效率損失等以外，還有以下幾個(gè)主要方面：</p><p>　　(1)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油提前角不正確引起的效率低下。</p><p>　　(2)發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵不匹配所造成的能量損失，即當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵聯(lián)合工作時(shí)，存在一個(gè)

109、聯(lián)合工作特性，其中的聯(lián)合工作效率與泵的轉(zhuǎn)速、壓力和流量相關(guān)。一般情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)一液壓泵系統(tǒng)不大可能在各種工況下都處于最佳經(jīng)濟(jì)工作狀態(tài)，從而造成一定的能量損失。發(fā)動(dòng)機(jī)——液壓泵的總功率損失為：</p><p><b>　　(5.1)</b></p><p>　　式中，——發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率，即/</p><p>　　——發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率；</p&

110、gt;<p>　　——發(fā)動(dòng)機(jī)指示功率；</p><p>　　——液壓泵總效率。應(yīng)當(dāng)注意，發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵在低負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速下的效率是很低的。 </p><p>　　(3)液壓油的流量損失，由流量損失而引起的功率損失（為液壓油壓力，為損失的流量）。 </p><p>　　(4)各操縱閥處于中位（挖掘機(jī)不工作）時(shí)，如果不降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，則液壓功率的損失為：

111、</p><p><b>　　(5.2)</b></p><p>　　式中，——液壓系統(tǒng)的背壓；</p><p>　　——液壓泵的最大流量。</p><p>　　(5)溢流損失，由溢流產(chǎn)生的液壓油功率損失為：</p><p><b>　　(5.3)</b></p>

112、<p>　　式中，——溢流閥開啟壓力（約等于系統(tǒng)最高壓力）；</p><p><b>　　——溢流量。 </b></p><p>　　由溢流引起的發(fā)動(dòng)機(jī)一液壓泵系統(tǒng)的總功率損失為：</p><p><b>　　(5.4)</b></p><p>　　這種工況下的、都比較高。 <

113、/p><p>　　(6)液壓油的壓力損失，主要由兩部分組成：第一部分是當(dāng)液壓油通過管道和接頭等的沿程損失，這種損失是不可避兔的；另一部分是當(dāng)挖掘機(jī)進(jìn)行精細(xì)作業(yè)時(shí)，液壓油經(jīng)過控制閥節(jié)流時(shí)產(chǎn)生的損失。[7]</p><p>　　5.2液壓油油溫過高的原因及預(yù)防措施</p><p>　　油溫過高的原因和當(dāng)油溫過高采取的措施如下：</p><p><

114、;b>　　(1)油品選擇不當(dāng)</b></p><p>　　油的品牌、質(zhì)量和黏度等級(jí)不符合要求，或不同牌號(hào)的液壓油混用，造成液壓油黏度指數(shù)過低或過高。若油液黏度過高，則功率損失增加，油溫上升；如果黏度過低，則泄漏量增加，油溫升高。</p><p>　　預(yù)防措施：選用油液應(yīng)按廠家推薦的牌號(hào)及機(jī)器所處的工作環(huán)境、氣溫因素等來確定。對(duì)一些有特殊要求的機(jī)器，應(yīng)選用專用液壓油；當(dāng)液壓