WLY10液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計

1、wly10液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計摘 要本次畢業(yè)設(shè)計課題是wly10小型液壓挖掘機。課題是受企業(yè)委托而立項。本人致力于液壓系統(tǒng)的設(shè)計，即液壓系統(tǒng)方案的擬定，系統(tǒng)管路圖的設(shè)計，液壓油箱的設(shè)計。設(shè)計思路是從挖掘機總體以及各部分的工作性能和動作要求入手，并以國內(nèi)的質(zhì)量和技術(shù)性能接近設(shè)計要求的挖掘機為基礎(chǔ)，研究國外的先進機型，開發(fā)出自己的全套液壓系統(tǒng)方案。圖紙采用auto cad 繪制。 本液壓挖掘機的優(yōu)點是液壓系統(tǒng)采用先導伺服控制，造型美觀。除具有挖掘裝卸的功能外，還可以根據(jù)需要加裝不同的輔助設(shè)備，來進行抓物，鉆孔，推土，清溝，破碎等作業(yè)。平臺可360回轉(zhuǎn)，性能可靠，操縱工人勞動強度改善。可廣泛應(yīng)用

2、于建筑，市政，供水，供氣，供電，農(nóng)林及園藝建設(shè)等工程。關(guān)鍵詞： 先導伺服控制系統(tǒng)，液壓挖掘機，液壓系統(tǒng)，design of wly10 hydraulic excarators hydraulic ststemabstractthe name of the graduating task is wly10 small type hydraulic excavator”. the task is requested by a company. my task is to design the hydraulic system. that is to decide the theory, to d

3、esign the pipeline and the tank of the hydraulic system. the way to solve the task is on the basis of the function of the whole and every part of the excavator. and we choose the domestic excavator whose quality and character is the most similar to our request as the basic type, further study the ov

4、erseas advanced type. then i designed the projects of the hydraulics system of the small type excavator. all the drawings are drawn using the software auto cad. the strongpoint of this hydraulic excavator is using servo forerunner control system. it has beautiful sculpt. with the capacity of excavat

5、ing, grappling, drilling, pushing, clearing channel and crashing etc. have a 360 swinging platform, good quality, comfortably controlled. be widely used in construction, supplying and city planning.key words: hydraulic excavator， hydraulic system， servo forerunner control system目錄前言1第1章 緒論21.1挖掘機的發(fā)展

6、簡史21.2液壓挖掘機的工作原理21.2.1液壓挖掘機的工作原理和過程21.2.2挖掘機的分類挖掘機的分類41.3液壓挖掘機的發(fā)展趨勢51.3.1國外挖掘機的發(fā)展水平及發(fā)展方向51.3.2國內(nèi)挖掘機的發(fā)展水平和發(fā)展趨勢61.4 wly10液壓挖掘機的技術(shù)參數(shù)6第2章 wly10液壓挖掘機的設(shè)計指導82.1液壓機械傳動裝置的組成與原理82.2液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的介紹102.2.1基本要求102.2.2類型112.3 wly10液壓系統(tǒng)的設(shè)計思想122.4 wly10液壓系統(tǒng)的設(shè)計132.4.1 wly10液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求132.4.2 wly10液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的擬定13第3章wl

7、y10液壓系統(tǒng)的計算173.1液壓缸的計算173.1.1液壓缸的基本參數(shù)173.1.2液壓缸工作能力的計算173.1.3 液壓缸的運動計算183.1.4強度及穩(wěn)定性校核183.2主泵的選用及其計算233.2.1 主泵類型的選擇233.2.2 確定泵的額定壓力和流量233.2.3 確定驅(qū)動功率24第4章 油箱的設(shè)計及計算274.1油箱的設(shè)計274.2油箱容量的計算284.3 系統(tǒng)發(fā)熱量的計算284.4 散熱量的計算30第5章 管道的設(shè)計與計算325.1管道的設(shè)計325.1.1管路設(shè)計的要求325.1.2油管的選擇325.2管道的計算335.2.1 吸油管尺寸的計算345.2.2 回油管尺寸的計算

8、34結(jié)論36謝 辭37參考文獻38外文資料翻譯39前言挖掘機是用來開挖土壤的施工機械。它是利用鏟斗上的斗齒切削土壤并裝入斗內(nèi)，裝滿土后提升鏟斗并回到卸土地點卸土，然后再使轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)，鏟斗下降到挖掘面，進行下一次挖掘。挖掘機在建筑，筑路，水利，電力，采礦，石油，天然氣管道鋪設(shè)和軍事工程中被廣泛地采用。挖掘機主要用于主路工程塹壕的開挖，水利工程中開挖溝渠，運河和疏浚河道，在采石礦場，露天開采等工程中剝離和礦石的挖掘，建筑工程中開挖基礎(chǔ)等。據(jù)統(tǒng)計，工程施工中約60%的土石方是靠挖掘機來完成的。此外，挖掘機更換工作裝置后還可進行澆筑，起重，安裝，打樁，夯土等作業(yè)。 第1章 緒論1.1挖掘機的發(fā)展簡史挖掘

9、機有機械傳動和液壓傳動兩類。其中的機械傳動挖掘機已有一百五十多年的歷史，它是利用機械傳動件（齒輪，鋼索滑輪組，卷筒等）帶動各種機構(gòu)動作，具有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，堅固耐用等優(yōu)點，多用于礦山開挖等作業(yè)；液壓傳動挖掘機也有五十多年的歷史，它是利用液壓元件(液壓泵，液壓馬達，液壓缸等)帶動各種構(gòu)件動作，具有功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；無極調(diào)速，調(diào)試范圍大；啟動性能好，能實現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)；布置靈活，基本不受總體結(jié)構(gòu)的限制；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，能自行潤滑，使用壽命長；有過載保護功能；容易實現(xiàn)自動化，操縱方便省力；液壓元件容易實現(xiàn)“三化”等許多優(yōu)點，尤其是中小型挖掘機均采用液壓傳動。我國的挖掘機生產(chǎn)起步較晚

10、，從1954年撫順挖掘機廠生產(chǎn)第一臺斗容量為1m3的機械式單斗挖掘機至今，大體上經(jīng)歷了測繪仿制，自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個階段。進入20世紀90年代，隨著改革開放政策的逐步完善，國民經(jīng)濟基礎(chǔ)建設(shè)高潮推動了我國挖掘機行業(yè)的迅速發(fā)展。從此我國液壓挖掘機的技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模進入新的發(fā)展時期，以合資企業(yè)為主體的液壓挖掘機發(fā)展勢頭相當強勁。國產(chǎn)的，合作生產(chǎn)的，進口的液壓挖掘機在我國各種工程建設(shè)中發(fā)揮出巨大的作用。1.2液壓挖掘機的工作原理1.2.1液壓挖掘機的工作原理和過程挖掘機作業(yè)過程是以切削刃切削土壤，實現(xiàn)破土，裝土，提升回轉(zhuǎn)，卸土，再返回第二次挖掘，挖完一段后，機械移位繼續(xù)挖掘。為實現(xiàn)上述周期性

11、作業(yè)動作要求，就需要以下組成部分：發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動機控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。 工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動都用往復式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機具。回轉(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機的機體，轉(zhuǎn)臺上部設(shè)有動力裝置和傳動系統(tǒng)。發(fā)動機是液壓挖掘機的動力源，大多采用柴油要在方便的場地， 也

12、可改用電動機。液壓傳動系統(tǒng)通過液壓泵將發(fā)動機的動力傳遞給液壓馬達、液壓缸等執(zhí)行元件，推動工作裝置動作，從而完成各種作業(yè)。 單斗液壓挖掘機工作過程由動臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動、平臺回轉(zhuǎn)、整機行走等動作組成。為了提高作業(yè)效率，在一個循環(huán)中可以組成符合動作。1.挖掘作業(yè)，鏟斗和斗桿符合進行工作；2.回轉(zhuǎn)作業(yè)，動臂提升同時平臺回轉(zhuǎn)；3.卸料作業(yè)，斗桿干和鏟斗工作同時大臂可調(diào)整位置高度；4.返回，平臺回轉(zhuǎn)、動臂和斗桿配合回到挖掘開始位置，進入下一個挖掘循環(huán)，在挖掘過程中應(yīng)避免平臺回轉(zhuǎn)；圖1-1 單斗輪式挖掘機示意圖1-鏟斗 2-鏟斗缸 3-斗缸 4-斗桿缸 5-動臂 6-動臂缸 7-回轉(zhuǎn)機械 8-行走

13、機構(gòu)作業(yè)程序作業(yè)循環(huán)動作特性順序部件動作挖掘挖掘和鏟斗回轉(zhuǎn)鏟斗提升到水平位置_ _挖掘堅硬土壤以斗桿液壓缸為主，挖掘疏松土壤三只液壓缸復合動作以鏟斗液壓缸為主。提升和回轉(zhuǎn)鏟斗提升轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)到卸載位置 _ _鏟斗液壓缸推出，動臂抬起，滿斗提升回轉(zhuǎn)馬達使工作裝置傳至卸載位置。卸載斗桿縮回鏟斗回轉(zhuǎn)卸載_ _鏟斗液壓缸縮回斗桿液壓缸動作，視卸載高度動臂液壓缸配合動作。復位轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)斗桿伸出，工作裝置下降 _ _ _回轉(zhuǎn)機構(gòu)將工作裝置轉(zhuǎn)會到工作挖掘面，動臂和斗桿液壓缸配合動作將鏟斗降至地面。表1-1 挖掘機作業(yè)程序單斗 1.2.2挖掘機的分類挖掘機的分類1） 挖掘機按驅(qū)動方式進行分類，可分為內(nèi)燃機驅(qū)動挖掘機

14、和電力驅(qū)動挖掘機。其中電動挖掘機主要用于高原缺氧與地下礦井和其它一些易燃易爆場所。2） 挖掘機按行走方式分類，可分為履帶式挖掘機和輪式挖掘機。3） 挖掘機按傳動方式分類，可分為液壓傳動挖掘機和機械傳動挖掘機。機械傳動挖掘機主要用在一些大型礦山上。4） 挖掘機按用途分類，可分為通用挖掘機，礦用挖掘機，船用挖掘機，特種挖掘機等。5） 挖掘機按鏟斗分類，可分為正鏟挖掘機和反鏟挖掘機，正鏟挖掘機多用于挖掘機地表以上的物質(zhì)，反鏟挖掘機多用于挖掘地表以下的物質(zhì)。1.3液壓挖掘機的發(fā)展趨勢1.3.1國外挖掘機的發(fā)展水平及發(fā)展方向 工業(yè)發(fā)達國家的挖掘機生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本是斗容量3.5-4

15、0m單斗液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國，從20世紀80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150m剝離用挖掘機，斗容量132m的步行式拉鏟挖掘機；b-e（布比賽路斯-伊利）公司生產(chǎn)的斗容量168.2m的步行式拉鏟挖掘機，斗容量107m的剝離用挖掘機等，是世界上目前最大的挖掘機。 從20世紀后期開始，國際上挖掘機的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展。1、開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機。 2、迅速發(fā)展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，使挖掘機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、電子計算機綜合程序控制

16、。3、重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度。4、更新設(shè)計理論，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)計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優(yōu)化設(shè)計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術(shù)、疲勞強度分析方法等先進技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。5、加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機采用帶有墜物保護結(jié)構(gòu)和傾翻保護結(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。6、進一步改進液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯

17、趨勢。因為變量系統(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時和增大流量來襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。此外，液壓技術(shù)在挖掘機上普遍使用，為電子技術(shù)、自動控制技術(shù)在挖掘機的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。7、迅速拓展電子化、自動化技術(shù)在挖掘機上的應(yīng)用。20世紀80年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機上的應(yīng)用，推動了電子控制技術(shù)在挖掘機上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機現(xiàn)代化的重要標志。1.3.2國內(nèi)挖掘機的發(fā)展水平和發(fā)展趨勢2000年來，隨著國家新一輪經(jīng)濟發(fā)展進入一個更深層次的階段，包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、新的城鎮(zhèn)化建設(shè)等，刺激挖

18、掘機行業(yè)進一步的發(fā)展。所以在2000年以后形成了一個高潮期。據(jù)統(tǒng)計，2000年國內(nèi)挖掘機企業(yè)產(chǎn)量為8111臺、銷售量為7926臺，與1999年相比，產(chǎn)銷量均增長30%以上。2000年全國液壓挖掘機產(chǎn)銷量近8000臺。 2002年是我國工程機械行業(yè)歷史上增長速度最快、經(jīng)濟形勢最好的一年，堪稱“井噴之年”。挖掘機全年銷量1.9萬臺，同比增長58%，挖掘機成了整個工程機械行業(yè)中產(chǎn)、銷量增長最快的機種之一。 2003年國產(chǎn)挖掘機的價格優(yōu)勢仍然是十分明顯的。以13至14噸級的輪式挖掘機為例，雖然其關(guān)鍵零部件系國外配置，但價格與國外同等機型相比仍相差25萬至30萬元。小功率、多功能的挖掘機尤其受到青睞。通

19、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)，挖掘裝載機出現(xiàn)了需求不斷上升的勢頭。 2003年的大型挖掘機在我國一直處于薄弱地位，主要依賴進口。小型挖掘機的需求繼續(xù)旺盛。2003年產(chǎn)銷3000多臺，而需求量在5000臺/年左右。1.4 wly10液壓挖掘機的技術(shù)參數(shù)表12 技術(shù)參數(shù)型號wly10機重10外形尺寸（長x寬x高）6920x2410x2965發(fā)動機型號原裝康明斯b4.5t發(fā)動機功率kw/min74/2200斗容m30.4軸距mm2480輪外側(cè)距mm2290輪胎14-17.5單輪支腿型式推土鏟液壓系統(tǒng)壓力mpa28液壓系統(tǒng)流量l/min200變量泵最大回轉(zhuǎn)速

20、度r/min12.4最高行走速度km/h30爬坡度60%最小離地間隙mm263.5最大挖掘深度mm3960最大挖掘高度mm6270最大挖掘半徑mm6980最大載卸高度mm4250最大鏟斗挖掘力kn54.5第2章 wly10液壓挖掘機的設(shè)計指導2.1液壓機械傳動裝置的組成與原理車輛液壓機械傳動是指在礦山等中使用的重型載重汽車，裝載機，推土機等車輛行走機械的傳動。目前，國內(nèi)外車輛行走機構(gòu)的傳動多采用液力機械傳動，對于小型和大型車輛，也有采用全液壓傳動和電動輪的傳動。液壓機械傳動的基本元件是行星齒輪系和液壓調(diào)速裝置組成。它與全液壓傳動相比，優(yōu)點是效率高，與液力機械傳動相比，除總效率高外，突出優(yōu)點是在

21、傳遞同樣功率時，重量和尺寸均較小，耗費材料少，傳遞的力矩可以獨立控制，以使燃油消耗量降低。液壓機械傳動是一種功率分流系統(tǒng)，它有效地利用了液壓傳動的優(yōu)點，又保持了齒輪傳動的優(yōu)越性，揚長避短，從而為高效率情況下，無級調(diào)速傳遞大容量（150kw以上，甚至可達1000kw）功率的車輛開辟了一條新的途徑。液壓機械傳動裝置屬于雙功率傳動系統(tǒng)的一種。液壓傳動主要起調(diào)速作用，機械傳動用來傳遞功率。設(shè)計時，要使液壓系統(tǒng)的功率僅占功率的一小部分（約占2030%)而大部分功率直接經(jīng)機械系統(tǒng)傳遞，以獲得較高的效率。機械系統(tǒng)主要用效率較高的2kh行星機構(gòu)。例如去掉載重汽車的變扭器，變速箱以及輪邊減速器，裝上液壓傳動裝置

22、，如圖所示。行星機構(gòu)它有三個軸a,b,c其中任意兩個軸的轉(zhuǎn)速確定后，第三個軸才有確定的轉(zhuǎn)速，這三個軸轉(zhuǎn)速間的關(guān)系式為； 當時，則 (1)式中 分別為輸入軸，輸出軸，馬達軸的轉(zhuǎn)速； 分別為太陽齒輪，齒圈的齒數(shù)； 式中負號“-”的意義，是表示當=0時與的轉(zhuǎn)向相反。 圖21 載重汽車行走機械傳動1太陽齒輪 2行星齒輪 3齒圈 412齒輪 a,b,c行星機構(gòu)三個軸 d，b，g，h，g軸 離合器 液壓泵液壓馬達閥控馬達正反轉(zhuǎn)，閥控離合器分離與結(jié)合，變速檔位以及傳動方式如表所示。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變，=常數(shù)，根據(jù)上述原理，可得到車輛前進檔位動作如表。表21 車輛前進檔位動作 檔位傳動方式馬達轉(zhuǎn)向離合器輸出軸轉(zhuǎn)

23、速公式直接檔液壓機械正接合接合分離機械檔機械正接合接合分離低速檔液壓機械正接合接合分離高速檔液壓機械反接合接合分離當泵的排量不變，馬達排量由小到大，馬達（軸c）轉(zhuǎn)速由大到小，輸出軸轉(zhuǎn)速逐漸減小。它屬于恒功率調(diào)速。當馬達的排量由大到小，馬達的轉(zhuǎn)速也由大到小，輸出軸的轉(zhuǎn)速逐漸升高。反之輸出軸轉(zhuǎn)速逐漸降低。它是恒扭矩調(diào)節(jié)。倒檔時，只要離合器分離，離合器與接合，就能夠獲得車輛后退，但應(yīng)在轉(zhuǎn)速較低的檔位上進行。2.2液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的介紹按照挖掘機工作裝置和各個機構(gòu)的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機地連接起來的組合體，稱為挖掘機的液壓系統(tǒng)。其功能是，以油液為工作介質(zhì)，利用液壓泵將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

24、液壓能并進行傳遞，然后通過液壓缸和液壓馬達等將液壓能轉(zhuǎn)反為機械能，實現(xiàn)挖掘機的各種動作。液壓挖掘機的液壓系統(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閥操縱回路等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。2.2.1基本要求液壓挖掘機的動作復雜，主機構(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)復合動作。2）工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既

25、能單獨進行，又能作復合動作，以提高挖掘機的生產(chǎn)率。3）履帶式挖掘機的左、右履帶分別驅(qū)動，使挖掘機行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機的靈活性。4）保證挖掘機的一切動作可逆，且無級變速。5）保證挖掘機工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達等）有良好的過載保護；回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快帶下降和整機超速溜坡。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。2）液壓系統(tǒng)和液壓元件在負載變化大、急劇的振動沖擊作用下，具有足夠的可靠性。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

26、升不超過45度。4）由于挖掘機作業(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，液壓元件對油液污染的敏感性低，整個液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。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。2.2.2類型按液壓泵特性，液壓挖掘機采用的液壓系統(tǒng)大致上有定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)和定量、變量系統(tǒng)等三種類型。1）定量系統(tǒng) 在液壓挖掘機采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨負載而變化，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、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。2）變量

27、系統(tǒng) 在液壓挖掘機采用的變量系統(tǒng)中，是通過容積變量來實現(xiàn)無級調(diào)速的，其調(diào)節(jié)方式有三種：變量泵-定量馬達調(diào)速、定量泵-變量馬達調(diào)速、變量泵-變量馬達調(diào)速。 液壓挖掘機采用的變量系統(tǒng)多采用變量泵-定量馬達的組合方式實現(xiàn)無級變量，且都是雙泵雙回路。根據(jù)兩個回路的變量有無關(guān)連，分為分功率變量系統(tǒng)和全功率變量系統(tǒng)兩種。其中的分功率變量系統(tǒng)的每個油泵各有一個功率調(diào)節(jié)機械，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關(guān)，即兩個回路的油泵各自獨立地進行恒功率調(diào)節(jié)變量，兩個油泵各擁有一斗發(fā)動機輸出功率；全功率變量系統(tǒng)中的兩個油泵由一個總功率調(diào)節(jié)機構(gòu)進行平衡調(diào)節(jié)，使兩個油泵的擺角始終相同，

28、同步變量、流量相等。決定流量變化的是系統(tǒng)的總壓力，兩個油泵的功率在變量范圍內(nèi)是不相同的。其調(diào)節(jié)機構(gòu)有機械聯(lián)動式和液壓聯(lián)動式兩種形式。2.3 wly10液壓系統(tǒng)的設(shè)計思想任何一個工程機械的設(shè)計都必須以市場位為導向，這樣設(shè)計出來的產(chǎn)品才可能為企業(yè)創(chuàng)造出預(yù)期的可觀效益。而我國的挖掘機市場是巨大的。近十年來幾乎平均每年以30%速度遞增，中國成為名副其實的世界最大的市場之一。雖然市場巨大，但控制權(quán)掌握在在外國的手上，歐、美、日、韓為代表的外資企業(yè)的幾大品牌，其產(chǎn)量約占78%的市場份額，處于較高的質(zhì)量水平。但是其價格相對國內(nèi)產(chǎn)品來講來說比較高，鑒于上述情況，本文的任務(wù)就是設(shè)計出先進的液壓系統(tǒng)，以突破外國產(chǎn)

29、品獨霸天下的局面。wly10是一種小型輪式液壓挖掘機。它是輪胎行走、周期作業(yè)、建筑型的挖掘機。它行走速度快、能遠距離自行轉(zhuǎn)場及可快速更換多種作業(yè)裝置，以其機動、靈活、高效的鮮明特點在機場、港口、油田、礦藏、城鄉(xiāng)建設(shè)、農(nóng)田水利快速搶修等的物料挖掘、搬移方面得到充分利用。液壓輪式挖掘機由一個柴油機或電動機驅(qū)動兩個液壓主泵，產(chǎn)生高壓油輸送到多路閥，由先導控制閥操縱經(jīng)多路閥送往有關(guān)液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達等），驅(qū)動相應(yīng)的機構(gòu)進行工作。一般工作裝置工作過程中往往需兩個以上復合動作以及動臂、斗桿動作的合流，以充分利用發(fā)動機功率并縮短作業(yè)循環(huán)時間。輪式挖掘機的行走一般采用液壓機械傳動，即高壓油由中心回

30、轉(zhuǎn)體至行走液壓馬達直接驅(qū)動變速箱，再經(jīng)傳動軸、驅(qū)動橋驅(qū)動車輛的行走。行走速度一般分為高低兩擋，低擋為工作時行走速度，高擋為公路行駛速度。2.4 wly10液壓系統(tǒng)的設(shè)計2.4.1 wly10液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求一.整機結(jié)構(gòu)布置與液壓管路布置應(yīng)合理可行，外形美觀，操作方便舒適，設(shè)計時應(yīng)考慮制造工藝，拆裝維修等；二. 底盤部分按標準輪挖底盤設(shè)計，帶推土鏟或支腿，車架采用整體箱型變截面設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。行走、制動、變速、換擋全部采用液壓控制。輪胎選用工程機械輪胎。三.液壓系統(tǒng)的主泵、主閥、回轉(zhuǎn)減速機選用外國產(chǎn)品，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。行走驅(qū)動采用變量馬達，可根據(jù)行駛阻力大小自動改變排量，使

31、挖掘機自動改變速度；四.挖掘機制動系統(tǒng)采用全動力液壓制動系統(tǒng)，并且使之具有一定的先進性，工作可靠。五.伺服系統(tǒng)采用先導閥控制，操縱輕便，控制準確；六. 工作裝置動臂采用雙油缸支撐，動臂油缸小腔緩沖，斗桿油缸雙腔緩沖；2.4.2 wly10液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的擬定wly10的挖掘機液壓系統(tǒng)采用雙泵雙回路總功率調(diào)節(jié)變量系統(tǒng)，并采用了負載傳感控制系統(tǒng)，使用兩擋機械變速和變量泵、變量馬達相結(jié)合的變速方式進行變速，工作裝置動臂采用雙油缸支撐，動臂油缸小腔緩沖，斗桿油缸雙腔緩沖。根據(jù)這些對液壓系統(tǒng)的要求，現(xiàn)擬定其液壓原理圖如圖2-1所示，其負載感應(yīng)系統(tǒng)框圖如圖2-2所示：圖2-2 wly10液壓挖掘機液壓

32、原理圖1-油箱 2-濾油器 3-旋轉(zhuǎn)閥門 4-柱塞泵 5-多路閥 6-回轉(zhuǎn)裝置 7-斗桿油缸 8-動臂油箱 9-中央回轉(zhuǎn)接頭 10-行走馬達 11-鏟斗油缸 12-推土油缸 13-手柄式先導閥 14-手柄先導閥 15-腳踏式先導閥 16-手柄式先導閥 17-蓄能器 18-濕式電磁閥 19-單向閥 20-散熱器 21-單向閥 22-板式濾油器 23-溢流閥 24-主油路濾清器 25-左旋掛缸 26-右懸掛缸 雙聯(lián)泵采用斜軸式柱塞變量泵，通過感應(yīng)器來控制兩泵的輸出功率，左泵輸出的壓力油通過多路閥，除了向回轉(zhuǎn)裝置、斗桿油缸、動臂油缸、鏟斗油缸供油外，還向行走馬達供油。右油泵輸出的壓力油一路與蓄能器相

33、連，作為應(yīng)急能源，使發(fā)動機不工作或出現(xiàn)故障時仍能操縱工作機構(gòu)，另一路的壓力油通過先導閥進入換向閥的遠程操控口，來控制換向閥的換位；在每個液壓缸和相應(yīng)的換向閥之間都裝有安全閥和單向閥，以避免換向運動部件停動時產(chǎn)生的劇烈沖擊。手動減壓閥式先導閥的操縱油路，扳動手柄，壓力油經(jīng)手柄式先導閥進入多路閥的遠控口，從而控制多路閥的移動，從而來控制油路的閉合。這種操縱系統(tǒng)操縱簡單、動作準確。負載感應(yīng)系統(tǒng)框圖：圖2-3 負載感應(yīng)系統(tǒng)框圖 兩臺主泵的變量控制部分由伺服閥、單泵超壓截斷閥co、空載閉合閥nc(反向控制閥)、總功率變量控制閥tvc(扭變控制閥)等四部分。進入伺服閥的信號壓力p決定主閥的排量大小，當p等

34、于先導閥控制壓力時，此時信號壓力最大，伺服閥位于右位（左位），此時主泵排量最大。當壓力減小時主泵擺角減小，排量減小。截斷閥co、閉合閥nc、總功率控制閥tvc控制p的大小。當伺服閥位于中位時，主泵排出的油經(jīng)噴嘴傳感器使閉合閥nc換向，信號壓力被切斷，主泵的排量為零。采用負載傳感系統(tǒng)的好處：一. 泵僅向系統(tǒng)供給需要的流量，損失最小化，無溢流損失，便于節(jié)能。二. 當流量和功率飽和時，各執(zhí)行元件的動作都都同步按比例縮小。三. 充分利用發(fā)動機功率，并使發(fā)起動機不至于過載。四.提高作業(yè)效率。第3章wly10液壓系統(tǒng)的計算3.1液壓缸的計算液壓缸是液壓挖掘機中的執(zhí)行元件，它的功能就是把液體壓力能轉(zhuǎn)化為往復

35、運動的機械能或者擺動的機械能。在液壓挖掘機中使用的的是雙作用單桿活塞缸，其結(jié)構(gòu)上基本可以分為缸筒和活塞桿組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個部分。本文液壓缸的設(shè)計思路就是參照類似的挖掘機液壓缸，然后對其進行校核。 3.1.1液壓缸的基本參數(shù)參照wy10履帶液壓挖掘機的液壓缸型號，其基本參數(shù)如表3-1所示表 3-1 技術(shù)參數(shù)油缸名稱額定壓力最大壓力基本尺寸缸內(nèi)徑d活塞外徑行程安裝距動臂缸303485559501380斗桿缸3034956510101530鏟斗缸3034905580011803.1.2液壓缸工作能力的計算根據(jù)負荷和工作裝置油缸鉸點布置，以及液壓系統(tǒng)的分析計算確定本機油缸所需的推力

36、和支力。 計算公式： 油缸大腔面積： f=pd/4 (cm) (3-1)油缸小腔面積： f= p(d-d)/4 (cm) (3-2)額定大腔推力： p=fp (n) (3-3)額定小腔推力: p=fp (n) (3-4)最大大腔支承力: p=f p (n) (3-5)最大小腔支承力: p=f p1 (n) (3-6)計算結(jié)果如圖所示（表3-2）：表 3-2 計算結(jié)果油缸名稱面積大腔小腔大腔s1小腔s2額定推力最大支撐力額定推力最大支撐力動臂缸5761.63297170.15192.8398.91112.10斗桿缸7084.63768212.54240.88113.04128.11鏟斗缸6358

37、.53938.9190.76216.19119.51135.463.1.3 液壓缸的運動計算1、活塞運動速度v=q/s1 (m/s) v=q/s2 (m/s) (3-7)2、全程時間t=h/ v (s) t=h/ v (s) (3-8)計算結(jié)果如表3-3所示：表3-3油缸名稱油泵流量油缸運動速度(m/s)全程時間 (s)q（l/min）大腔進油v小腔進油v大腔進油t小腔進油t動臂缸1200.3350.5762.841.64斗桿缸1200.2680.5043.772.0鏟斗缸1200.300.4772.671.673.1.4強度及穩(wěn)定性校核缸筒壁厚的校核(1)當時，按薄壁孔強度校核。 （3-9）

38、(2)當，按第二強度理論校核。 （3-10）式中：缸筒試驗壓力（缸的額定壓力時，；缸的額定壓力時，）； 缸筒材料的許用拉應(yīng)力； 缸筒內(nèi)徑； 缸筒壁厚；活塞桿強度校核：活塞桿的強度一般情況下時足夠的，主要是校核其穩(wěn)定性。活塞桿的穩(wěn)定性校核：活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受得力不能超過使它保持穩(wěn)工作所允許的臨界負載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿的材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)?；钊麠U的穩(wěn)定性可按下式校核。 （3-11）式中：安全系數(shù)，一般取2-4。本文取3 當活塞桿的細長比時，有 （3-12） 當活塞桿的細長比時，且取20-120，則 （3-1

39、3） 式中：安裝長度；活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，；柔性系數(shù)，本文中取85；支撐方式或安裝方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，本文取1；活塞桿材料的彈性模量；其材料為合金鋼，為；活塞桿橫截面慣性矩；活塞桿橫截面積；材料強度決定的實驗數(shù)值；本文取；系數(shù)，本文取1/5000；1）動臂缸校核：壁厚校核：其壁厚為12mm, 缸筒內(nèi)徑為85mm。材料為鑄鋼鋼管zg230-450，其為450mpa。由于所以按式（3-9）進行校核。缸的額定壓力,所以=37.5，帶入數(shù)據(jù)得其最小壁厚為：12mm所以動臂缸壁厚滿足強度要求?；钊麠U穩(wěn)定性校核：由活塞桿的形狀以及尺寸，可算得 于是 其細長比 而 因此用式（3-13）進行校核：將其數(shù)

40、值帶入（3-11）中得：其最大支撐力符合要求，所以活塞桿符合穩(wěn)定性要求。2）斗桿缸的校核： 缸壁厚校核：其壁厚為14.5mm, 缸筒內(nèi)徑為95mm。材料為鑄鋼鋼管zg230-450，其為450mpa。由于所以按式（3-9）進行校核。缸的額定壓力,所以=37.5，帶入數(shù)據(jù)得其最小壁厚為：14.5mm所以動臂缸壁厚滿足強度要求。活塞桿穩(wěn)定性校核：由活塞桿的形狀以及尺寸，可算得 于是 其細長比 而 因此用式(3-13)進行校核：將其數(shù)值帶入（3-11）中得：其最大支撐力符合要求，所以活塞桿符合穩(wěn)定性要求。3）鏟斗缸的校核： 缸壁厚校核：其壁厚為12mm, 缸筒內(nèi)徑為90mm。材料為鑄鋼鋼管zg230

41、-450，其為450mpa。由于所以按式(3-9)進行校核。缸的額定壓力,所以=37.5，帶入數(shù)據(jù)得其最小壁厚為：14.5mm所以動臂缸壁厚滿足強度要求?；钊麠U穩(wěn)定性校核：由活塞桿的形狀以及尺寸，可算得 于是 其細長比 而 因此用式(3-13)進行校核：將其數(shù)值帶入（3-11）中得：大于其最大支撐力，符合要求，所以活塞桿符合穩(wěn)定性要求。到此，對液壓缸進行了全面的校核，都符合強度以及穩(wěn)定性的要求，可以使用。3.2主泵的選用及其計算3.2.1 主泵類型的選擇在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓泵就是為整個液壓系統(tǒng)提供能量的，它將驅(qū)動電機的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，以滿足執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動外負載的需要。本系統(tǒng)采用雙聯(lián)泵

42、的結(jié)構(gòu)。軸向柱塞泵由于徑向尺寸小轉(zhuǎn)動慣量小所以轉(zhuǎn)速高，流量大，壓力高，變量方便，效率也較高；在各類液壓系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，又由于本液壓系統(tǒng)是恒功率變量系統(tǒng)，因此預(yù)選用恒功率變量軸向柱塞泵作為主泵。 3.2.2 確定泵的額定壓力和流量 1）泵的工作壓力泵的工作壓力應(yīng)根據(jù)液壓缸的最高壓力來確定，即 (3-14)式中 執(zhí)行元件的最高工作壓力，本文取34； 進油路和回油路的總壓力損失（），對于節(jié)流調(diào)速和較簡單的油路可?。?.2-0.5）；對于進油路設(shè)有調(diào)速閥和較復雜的系統(tǒng)，可?。?.5-1.5）。本處取1。代入數(shù)據(jù)： 根據(jù)產(chǎn)品樣本查出，選用額定壓力為35的液壓泵。 2）泵的輸出流量泵的流量應(yīng)滿足執(zhí)行元

43、件的最高速度要求，所以泵的輸出流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所需要的最大流量和泄漏量來確定，即式中 系統(tǒng)的系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般取1.1-1.3（管路長取大值，管路短取小值）。本文取1.2. 執(zhí)行元件實際需要的最大流量（l/min）。本文取斗桿油缸的流量100 l/min。代入數(shù)據(jù)： 那么一個泵的額定輸出流量為60 l/min。根據(jù)產(chǎn)品樣本，選用泵的額定流量為60 l/min的產(chǎn)品。 3.2.3 確定驅(qū)動功率 由于液壓泵存在著容積損失和機械損失，為滿足液壓泵向系統(tǒng)輸出的所需要的壓力和流量，液壓泵的輸入功率必須大于它的輸出功率。泵所需要的的驅(qū)動功率為： （3-15）式中 泵的額定工作壓力，本文取30 ； 泵的額定

44、流量，此處為 60 l/min； 泵的總效率，查表得0.95。代入數(shù)據(jù)： 3.3回轉(zhuǎn)機構(gòu)的計算1. 選用nachi pcl-120-18b-1s2-8443a 回轉(zhuǎn)馬達等價排量： =391cm3/r出軸小齒輪： m=6 z2=82. 選用回轉(zhuǎn)支承(單排球式) 滾道直徑: 634 球直徑: 22 內(nèi)圈齒數(shù): z1=833. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最大工作壓力p=10mpa 由第一泵供油 4. 參數(shù)計算:1）馬達轉(zhuǎn)數(shù): 代入數(shù)值算得 平臺轉(zhuǎn)數(shù): 3）泵提供功率 . 4) 回轉(zhuǎn)機構(gòu)速比式中 回轉(zhuǎn)馬達減速器速比為17.7；回轉(zhuǎn)機構(gòu)速比 i2=83/8=10.4； 5) 轉(zhuǎn)臺啟動力矩：式中 ；1減速器機械效率為0.

45、95；2回轉(zhuǎn)支承機械效率為0.95；帶入式中： 6）校核附著力矩履帶式液壓挖掘機與地面的附著力矩： 式中: 附著系數(shù) 取0.5； g整機質(zhì)量 取10；代入數(shù)值： 取轉(zhuǎn)臺制臺力矩的允許值：令 式中 c經(jīng)驗系數(shù)，取1.36代入數(shù)值： 由于 故可以制動。 第4章 油箱的設(shè)計及計算4.1油箱的設(shè)計油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲油外，還啟著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有許多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾器及液位計等。圖4-1 油箱簡圖 1液位計 2吸油管 3空氣過濾器 4回油管 5側(cè)板 6人孔蓋 7放油塞 8地腳 9隔板 10底板 11吸油過濾器 12蓋板液壓泵通過2將油箱中的油液吸到泵

46、中；3保證大氣中的塵埃，雜質(zhì)不進入油箱，并且有通氣孔與大氣連接，從而保證液壓泵能正常吸油；液壓系統(tǒng)中的油液通過4流回油箱；10可阻擋沉淀雜質(zhì)進入吸油管；11阻擋氣泡進入吸油管；12用于固定液壓泵等裝置，并防止外界環(huán)境中的贓物進入油箱。油箱設(shè)計的要求： 1）油箱應(yīng)具有足夠的容量，液壓系統(tǒng)工作時，油面應(yīng)保持一定的高度以防液壓泵吸空。但為了防止系統(tǒng)中油液全部流回油箱時溢出油箱，油面不能太高，一般不應(yīng)超過油箱高度的80%。 2）吸油管與回油管之間的距離應(yīng)盡量遠，以增加油液的循環(huán)距離，并使它有充分的時間沉淀，排出氣泡，同時也有利于油液的冷卻。 3）吸油管必須插在油液中，并在它的底端安裝過濾器，以使液壓泵

47、吸入情節(jié)的油液。吸油管與回油管端部應(yīng)制成45度，距箱底應(yīng)大于兩倍管徑，距箱壁應(yīng)大于三倍管距。4）為使漏到蓋板上的油液不至于流到地面上，油箱側(cè)壁應(yīng)高于蓋板（10-15）mm。 5）為了排凈存油和清洗油箱，油箱底板應(yīng)有適當斜度；放油閥也應(yīng)安裝在箱底的最低處。6）油箱底應(yīng)設(shè)底腳，底腳高度一般為（150-200）mm，以利通風散熱和排出箱內(nèi)油液。 7）為了防止油液被污染，注油孔上要加裝濾網(wǎng)；通氣孔上必須裝空氣過濾器。 8）油箱內(nèi)壁應(yīng)涂耐油防銹涂料，以免生銹。4.2油箱容量的計算確定油箱容量的方法有兩種：一種時估算法，另一種是近似計算法。估算法一般應(yīng)用于不要求準確計算的液壓系統(tǒng)的油箱容量，本文就是采用估

48、算法來計算油箱所需的油量。 油箱所需要的容量： （4-1）式中 油箱的有效容積； 系數(shù)；對于高壓系統(tǒng)一般取6-12，本文取8； 液壓泵的額定流量（l/min）。本文取120 l/min。代入數(shù)據(jù)： 因此根據(jù)油箱容量jb/t79381999標準，選用1000l作為油箱的公稱容量。4.3 系統(tǒng)發(fā)熱量的計算在液壓系統(tǒng)中，凡是系統(tǒng)中的損失都變成熱量散發(fā)出來。每一個周期中，每一個工況其效率不同，因此損失也就不同。一個周期的發(fā)熱功率計算公式為 （4-2）式中 一個周期的平均發(fā)熱功率（w）； 一個周期的時間（s），取為4.5s； 第個工況的輸入功率（w）； 第個工況的輸入效率； 第個工況的持續(xù)時間（s）。

49、由表1-1可知，在液壓挖掘機的一個工作周期中，大致可以分為三個階段：第一階段回轉(zhuǎn)裝置的回轉(zhuǎn)以及在三個液壓缸的復合動作下提升鏟斗以斗桿缸收縮為主；第二階段在三個液壓缸的作用下，主要是鏟斗和動臂液壓缸推出為主，鏟斗挖掘物料，并提升。第三階段在回轉(zhuǎn)裝置作用下，轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，在鏟斗和斗桿的作用下進行卸載主要以液壓缸的收縮為主。第一階段的發(fā)熱量計算：1） 回轉(zhuǎn)裝置發(fā)熱量的計算： 回轉(zhuǎn)裝置的輸入功率為； 回轉(zhuǎn)液壓缸的效率為為0.94； 此階段回轉(zhuǎn)馬達的持續(xù)時間為2.1s；代入數(shù)值得： 1） 鏟斗以及斗桿缸收縮的發(fā)熱量的計算： 液壓缸的輸入功率為72； 液壓缸的工作效率為0.9； 液壓缸的收縮時間為1.8s；代入數(shù)據(jù)得 則第一階段的發(fā)熱量為： 第二階段的發(fā)熱量的計算 鏟斗和動臂液壓缸推出的發(fā)熱量： 液壓缸的輸入功率為72； 液壓缸的工作效率為0.9； 液壓缸的平均運動時間為2.5s；帶入數(shù)值得： 第三階段的發(fā)熱量的計算1）回轉(zhuǎn)裝置的發(fā)熱量 回轉(zhuǎn)裝置的輸入功率為； 回轉(zhuǎn)液壓缸的效率為為0.94； 此階段回轉(zhuǎn)馬達的持續(xù)時間為2.5s；代入數(shù)值得： 2）鏟斗及斗桿收縮的發(fā)熱量的計算： 液壓缸的輸入功率為72； 液壓缸的工作效率為0.9； 液壓缸的平均運動時間為2s；代入數(shù)據(jù)得： 第三階段的發(fā)熱量為： 在一個周期內(nèi)的總的發(fā)熱量為： 帶入式（4-2）得系統(tǒng)的