SY135小型履帶式挖掘機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文設(shè)計(jì).doc

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)畢業(yè)設(shè)計(jì)中文題目SY135小型履帶式挖掘機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)英文題目DesignUniversity of Technology,Xiamen,361024,China)【 Abstract】： My graduation project is the parametric designs of SY135 small-scale crawlerexcavators idea is according to the known performance parameters of the excavator to determine the

2、working speed and working pressure. Then calculate the bucket cylinders parameters based on these data .Reference to the connection of three-one determine the work flow required by the reference tothe three-one excavatorspreliminary design thedetermine the , and control by the pilot system.This syst

3、em is safety and reliable, also easy to operate.【Key word】： Bucket cylinder; Parametric design; Negative flow regulation1 前言對(duì)于那些工作環(huán)境狹窄且復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，中大型挖掘機(jī)活動(dòng)很受限。這時(shí)就需要一種高效而且緊湊的挖掘機(jī)！而小型挖掘機(jī)能夠解決工程上復(fù)雜地段的大部分問題。大多數(shù)小型挖掘機(jī)的構(gòu)件要比中大型的挖掘機(jī)還要堅(jiān)固， 污染還要低。而在挖掘力方面， 當(dāng)然了，小型挖掘機(jī)的挖掘力和其他挖掘機(jī)的挖掘力沒得比， 但這樣的挖掘力足以在大部分的情況下作業(yè)。在中大型挖掘機(jī)不能進(jìn)行作業(yè)的

4、區(qū)域中，所有的小型挖掘機(jī)都可以進(jìn)行高效的作業(yè)。根據(jù)一些測(cè)試者的多年測(cè)試經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小型挖掘機(jī)的作業(yè)效率和中大型挖掘機(jī)幾近相等，有的能力甚至超過了中大型挖掘機(jī)。這樣的測(cè)試結(jié)果是因?yàn)椋O(shè)計(jì)人員早在設(shè)計(jì)之初就把中大型挖掘機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用到小型挖掘機(jī)中，所以才有這樣的作業(yè)能力。小型挖掘機(jī)的工作是進(jìn)行泥土的挖掘和裝載，還能進(jìn)行一些土地的平整、修復(fù)坡斷、吊起裝載、破碎石塊、拆遷等其他作用。而小型履帶挖掘機(jī)主要是在那些路況很差，其他工具比較難弄，而且大型挖掘機(jī)不好進(jìn)入的地方起作用。 給人們減輕了很多的負(fù)擔(dān)和壓力。近幾年來小型挖掘機(jī)市場(chǎng)發(fā)展得越來越好， 最主要是該類的產(chǎn)品多樣性， 高質(zhì)量，高效率，能在中大型挖掘機(jī)無

5、法作業(yè)的地方進(jìn)行工作。三一小型挖掘機(jī)系列包括： SY55系列、 SY60系列、 SY65系列、 SY75系列、 SY95系列、SY135系列等等。小型挖掘機(jī)小巧靈活，能在很多復(fù)雜的地方工作，而且節(jié)省了勞動(dòng)力，受到了廣大用戶青睞。小型履帶挖掘機(jī)能夠那么小，而且靈活，最主要的是挖掘機(jī)的“零空間”回轉(zhuǎn)。什么叫“零空間”回轉(zhuǎn)呢，其實(shí)是指挖掘機(jī)在工作時(shí)，車的尾巴旋轉(zhuǎn)軌跡不超過這臺(tái)挖掘機(jī)履帶的軌跡。小型挖掘機(jī)操作室的和大型挖掘機(jī)一樣，做得都很舒適。因?yàn)?，操縱者在惡劣環(huán)境中施工，工作狀態(tài)容易受到影響，所以挖掘機(jī)要考慮到駕駛員工作的效率、工程的質(zhì)量甚至其周圍人群和設(shè)備的安全。因此，小型挖掘機(jī)配備一個(gè)安全和舒適

6、的駕駛室是很重要的，絕大多數(shù)的小型挖掘機(jī)都是可以裝配上獨(dú)立的封閉的駕駛室。小型挖掘機(jī)的屬具也是十分豐富的。早起挖掘機(jī)會(huì)在尾部裝個(gè)推土板，這不是用來推土的，其實(shí)是用來配重用的。在近些年來“零回轉(zhuǎn)”技術(shù)的逐漸成熟和車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，這樣的推土板拿來當(dāng)推土用。根據(jù)專家統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)斗量為0.5m3的液壓挖掘機(jī)挖掘時(shí)，每回的生產(chǎn)率大概相當(dāng)于150-200個(gè)普通工人一天的工作量。1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1.1.1 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r挖掘機(jī)已經(jīng)經(jīng)歷了130 多年的歷史了，最起初的挖掘機(jī)都是人為手動(dòng)式，經(jīng)歷了水蒸汽驅(qū)動(dòng)，電能力驅(qū)動(dòng)，和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)等多種方式驅(qū)動(dòng)。而履帶挖掘機(jī)是在20 世紀(jì)被發(fā)明出來的。說到目前最大的挖掘機(jī)，

7、 那就是 RH 400 了，而 O K 于 1997 年推出了第一臺(tái)樣機(jī) （工作重量 830 噸），最新的 RH 400 由兩臺(tái) Cummins QSK60-C 型柴油機(jī)（ 16 缸）提供動(dòng)力，鏟斗的容量有 50 立方米。然而，大型挖掘機(jī)的活動(dòng)限制也是一個(gè)很大的問題。所以，小型挖掘機(jī)的應(yīng)用在國(guó)外也迅速地發(fā)展起來。早在10 年前，北美工程機(jī)械市場(chǎng)中大約只有8個(gè)品牌的48 種型號(hào)的小型挖掘機(jī)，到了今天，已經(jīng)迅速增長(zhǎng)到20 多個(gè)品牌超過了100 多個(gè)型號(hào)的小型挖掘機(jī)。1.1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展起來，小型的工程機(jī)械市場(chǎng)逐漸的升溫。很多設(shè)施進(jìn)入了保養(yǎng)期，而且城市化的推進(jìn)和農(nóng)業(yè)的迅

8、速發(fā)展起來，都使得小型工程機(jī)械的使用頻率有所提到，小型工程機(jī)械正在向著又好又快發(fā)展。目前國(guó)外有 20多家公司專門批量生產(chǎn)小型的挖掘機(jī)。而國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)商主要有三一、山河、玉柴、福田、柳工和山重建機(jī)等企業(yè)。小型挖掘機(jī)是說那些整臺(tái)機(jī)械重量小于或者等于 13t 的挖掘機(jī)，要是小于 6t 的就叫做微型挖掘機(jī)。小型挖掘機(jī)具有功能多樣性，又具有輸送、低能耗、靈活、適應(yīng)性高、高作業(yè)效率等方面的優(yōu)勢(shì)，所以小型挖掘機(jī)采用那么廣泛用在狹小的空間。跟著我們國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的不斷改善，使得小型工程機(jī)械也有了越來越大的應(yīng)用和發(fā)展空間。再加上中國(guó)新農(nóng)村建設(shè)的不斷深入，因此小型設(shè)備在農(nóng)村和小城鎮(zhèn)建設(shè)用得越來越多了。面對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)

9、的發(fā)展水平不斷地提高，而且尤其是面對(duì)勞動(dòng)力成本的不斷上升，用小型挖掘機(jī)來減輕勞動(dòng)力是一個(gè)很明智的選擇。中國(guó)挖掘機(jī)發(fā)展短短 20多年來，現(xiàn)在有了一些知名的品牌，像三一、柳工、玉柴、山河智能、福田，徐挖、雷沃等品牌挖掘機(jī)。他們的產(chǎn)品各具特色，而且受到越來越多用戶的認(rèn)可。根據(jù) 2005年挖掘機(jī)械協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)的 13家主要企業(yè)挖掘機(jī)的銷量在 2005年比 2004 年增幅達(dá)到了 85%，總量占到了整個(gè)挖掘機(jī)市場(chǎng)將近三分之一，而銷量的話已經(jīng)占據(jù)到全球市場(chǎng)銷量的十分之一。在 2007年，協(xié)會(huì)又對(duì) 21家挖掘機(jī)主要廠家的銷售進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在兩千零七年挖掘機(jī)銷量達(dá)到六萬多臺(tái)，而內(nèi)資品牌的占有量又有了提升，已經(jīng)提升

10、至五分之一，達(dá)到了 13376臺(tái)。1.2 本課題研究?jī)?nèi)容及意義通過對(duì)本課題的研究，能在了解小型履帶式挖掘機(jī)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，通過對(duì) 13 噸小型履帶式挖掘機(jī)工況分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)，并進(jìn)行工作裝置參數(shù)化分析。通過 SYC135小型履帶式挖掘機(jī)液壓打控制系統(tǒng)的分析與元器件選型，以及工作裝置鏟斗油缸的設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)分析能力、綜合能力和解決工程實(shí)際問題能力，從而為掌握液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法打下基礎(chǔ)。2 液壓系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)2.1 液壓系統(tǒng)概述我們說的挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)就是幾個(gè)機(jī)構(gòu)用管路連接起來，成為一體之后能行駛我們要的工作能力的系統(tǒng)。而里面的東西包含了像斗桿、液壓主泵、液壓主閥、存油

11、的油箱、一些馬達(dá)用到的部件（像閥之類的）、管路還有幾個(gè)油缸等。它們都是以油液來作為工作介質(zhì)，利用液壓泵將柴油機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)為液壓能來供應(yīng)給那些執(zhí)行元件，像那些馬達(dá)還有油缸。這樣我們就能實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種功能了。2.2 工作原理我們都知道挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)都是由那些我們大二學(xué)到的基本回路組成的， 還有一些是很關(guān)鍵的輔助回路。像我的學(xué)的，用溢流閥，調(diào)壓閥還有節(jié)流閥來組成的調(diào)壓回路；還有就是用溢流閥還有換向閥所組成的卸荷回路，將油引到油箱里面；還有像我們說的利用溢流閥，減壓閥還有單向閥來做到起減壓作用的減壓回路；還有就是用單向閥和節(jié)流閥組成平衡回路；我們挖掘機(jī)有時(shí)候要保持一些狀態(tài)，就要用到單向閥來組成的

12、保壓回路和鎖緊回路；速度控制的像調(diào)速；挖掘機(jī)用的方向控制回路像換向就要用到了，還有要制動(dòng)剎車也要用等。我們說的液壓系統(tǒng)的工作， 事實(shí)上就是將液壓油從油箱底部抽出來然后通過濾油器的過濾，然后吸入到液壓泵中，等再?gòu)挠捅贸鰜淼臅r(shí)候就有一定壓力了。它將那些液壓油分配到那些閥路里面。然后駕駛員通過控制那些手柄，腳踏先導(dǎo)閥工作閥進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了我們要的一些動(dòng)作，在這個(gè)系統(tǒng)，為了不讓它的壓力過大，我們會(huì)設(shè)置一些像限壓閥，安全閥之類的，那些安全閥對(duì)系統(tǒng)有保護(hù)和補(bǔ)油的作用。2.3 基本要求我們研究的液壓挖掘機(jī)它們的運(yùn)動(dòng)組成相對(duì)其它的液壓系統(tǒng)難好多的，因?yàn)槲覀兊耐诰驒C(jī)需要經(jīng)常開關(guān)、剎車、變換方向，而且有時(shí)候的受力也是在

13、發(fā)生變化的，像挖硬土塊，突然挖穿遇到松的泥巴一樣，這樣它受到的沖擊還有振動(dòng)也會(huì)比較地頻繁，我設(shè)計(jì)的履帶挖掘機(jī)通常都是在野外山地工作的，城市走履帶不好，影響路面而且跑得慢，通過這些考慮我覺得這樣的挖掘機(jī)要滿足下面的幾個(gè)要求：1) 需要保證挖掘機(jī)的動(dòng)臂、鏟斗和斗桿能夠各自單獨(dú)地動(dòng)作，并可以互相配合來實(shí)現(xiàn)復(fù)合的運(yùn)動(dòng)。2) 為了使挖掘機(jī)具備較高的生產(chǎn)效率， 必須將挖掘機(jī)那些工作裝置的運(yùn)動(dòng)和挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)給區(qū)分開來。不僅如此，還需要挖掘機(jī)可以進(jìn)行復(fù)合運(yùn)動(dòng)，比如一邊挖掘，一邊移動(dòng)其動(dòng)臂，這樣可以明顯的提高其工作效率。3) 由于挖掘機(jī)的工作地點(diǎn)一般都是不平坦的地帶，因此在對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，最好能將其

14、左右兩邊的履帶傳動(dòng)軸給區(qū)分開來，這樣的話就能使其移動(dòng)更加方便、靈活，也能適應(yīng)各種復(fù)雜地形。4) 挖掘機(jī)的動(dòng)臂經(jīng)常會(huì)因?yàn)槠渥陨淼闹亓勘容^大，在挖掘的時(shí)候因?yàn)橹亓Φ脑颍鋾?huì)迅速的下降，如果是在坡度較陡的情況下還會(huì)有滑坡的危險(xiǎn)，所以為了避免這種情況的出現(xiàn)，挖掘機(jī)上各個(gè)元件都需要有過載保護(hù)的要求，并且履帶行走也要有制動(dòng)限制。大部分挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)都會(huì)有如下幾點(diǎn)要求限制：1) 為了提高挖掘機(jī)燃料的使用效率，必須保證挖掘機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)要非常的合理，這樣才可以提高其傳動(dòng)效率。而且因?yàn)榱己玫膫鲃?dòng)設(shè)計(jì)，反過來減少傳動(dòng)浪費(fèi)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。2) 挖掘機(jī)在工作的時(shí)候，會(huì)造成很大的沖擊或者是振動(dòng)，這樣的話就必須

15、要確保液壓系統(tǒng)中的各個(gè)液壓元件都要有很好的抗震效果。3) 由于液壓系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高功率的工作狀態(tài)，其散發(fā)出來的熱量會(huì)使得油溫升高，當(dāng)然，油溫過高的話就可能會(huì)導(dǎo)致爆炸，根據(jù)規(guī)定，油溫的溫度不能超過80 攝氏度。4) 挖掘機(jī)基本上都是在一些塵土比較多的地方工作，這就出現(xiàn)了一個(gè)問題，灰塵長(zhǎng)期對(duì)液壓油還有液壓元件進(jìn)行污染，時(shí)間久了，就會(huì)使挖掘機(jī)的性能降低，其使用壽命也會(huì)大大受到影響，因此，者就對(duì)液壓系統(tǒng)有了很高的密封要求。雖然液壓元件想比較與液壓油，其比較不容易受到污染，但也需要設(shè)計(jì)一些一些濾油器和防塵裝置來保護(hù)液壓油免受污染。5) 通過采用液壓和電液操縱裝置，用于挖掘機(jī)進(jìn)行設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)，這樣就可以

16、大大的提高挖掘機(jī)的技術(shù)操作性，也可以降低駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。2.4 基本動(dòng)作及系統(tǒng)分析挖掘機(jī)的一個(gè)作業(yè)循環(huán)包含了下面動(dòng)作：1，挖掘通過回轉(zhuǎn)鏟斗來完成破土還有裝土，通過改變斗桿的位置來完成挖土距離和位置的改變。2，滿斗回轉(zhuǎn)等鏟斗裝滿土之后，動(dòng)臂提起來，這個(gè)時(shí)候回轉(zhuǎn)馬達(dá)工作，挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向。3，卸土等挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)馬達(dá)停了之后，用斗桿來決定在哪里卸土，由鏟斗來把土放下。4，回位就是等卸完土之后，回到原來的工作地方，準(zhǔn)備進(jìn)行1 到 4 的循環(huán)。整機(jī)移動(dòng)過程中包括：直線行駛由于挖掘機(jī)左右兩邊的履帶式通過兩個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)控制的，這樣的話，要使其沿著直線行走，只要保證相關(guān)傳動(dòng)軸具備相投的轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到目

17、的了。轉(zhuǎn)彎同直線行走有相同的原理，只要讓傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速不一致，其自然也就向兩邊偏轉(zhuǎn)了。甚至，當(dāng)一邊履帶不動(dòng)的話，該挖掘機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)圈。下圖是挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，其中包括了原始動(dòng)力源，動(dòng)力源，控制元件，執(zhí)行元件。2.5 小型液壓挖掘機(jī)的基本回路液壓系統(tǒng)的基本回路其實(shí)是由一個(gè)或多個(gè)液壓元件有機(jī)連接形成的、并且通過這些液壓元件形成一些典型的回路，通過這種回路就可以使得液壓機(jī)械實(shí)現(xiàn)一些特定的功能。在本文所設(shè)計(jì)的小型履帶式挖掘機(jī)自然也包含了這些液壓元件所組成的液壓回路。在下面的說明里面，那些重要的回路我會(huì)講到。目前 SY135采用的都是雙泵恒功率控制液壓系統(tǒng)，負(fù)流量控制，兩液壓泵按照全功率變量。全功

18、率變量指的是兩泵功率之和保持恒定，這主要是為了當(dāng)執(zhí)行單泵動(dòng)作時(shí)，此泵可吸收另一不工作的液壓泵進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，此泵也可吸收另一不工作的泵的功率，從而充分發(fā)揮了柴油機(jī)的功率。2.6 主泵原理圖設(shè)計(jì)說明附圖A: 變量活塞B：功率調(diào)節(jié)閥aa: 本泵功率控制bb：交叉功率控制cc：變功率控制dd：中位負(fù)流量控制a1 ， a2 ：泵的測(cè)壓點(diǎn)a3 ：先導(dǎo)泵供油給手柄a4 ：電磁閥壓力測(cè)壓點(diǎn)A1 , A2 ：泵 1， 2 的出油口；A3 ：先到泵供油給電磁閥B1 : 主泵吸油口B3 ：先導(dǎo)泵吸油口Dr ：泵的泄油口P1 ：電磁閥入油口Pi1 ， Pi2 ：負(fù)流量控制端口主泵系統(tǒng)在整機(jī)的右側(cè)門， 其作用是為了給主液壓

19、系統(tǒng)提供液壓油的。主泵的話是通過負(fù)流量調(diào)節(jié)的，它的原理是泵的輸出流量會(huì)隨著先導(dǎo)壓力的上升而減少。 負(fù)流量控制是在主控閥中位有回油的時(shí)候，通過負(fù)反饋閥組的節(jié)流孔， 能使油液在節(jié)流孔前后產(chǎn)生壓力差。 還有就是能夠?qū)⒐?jié)流孔前的壓力引導(dǎo)到泵調(diào)節(jié)器進(jìn)而來進(jìn)行泵的排量控制。2.7 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理圖設(shè)計(jì)說明附圖A,B：馬達(dá)進(jìn)油口M：補(bǔ)油口DB：泄油口PA,PB：馬達(dá)進(jìn)油口測(cè)壓點(diǎn)PG：來自于先導(dǎo)泵的推開制動(dòng)活塞SH：來自于主閥 PX的解鎖壓力馬達(dá)進(jìn)油口測(cè)壓點(diǎn)上方的兩個(gè)閥為KRD22EK系列的回轉(zhuǎn)安全閥，其作用是改善升壓緩沖特性，降低起動(dòng)，停止時(shí)的沖擊。回轉(zhuǎn)安全閥構(gòu)成了緩沖回路，解決了緩沖問題。馬達(dá)進(jìn)油口測(cè)壓點(diǎn)下

20、方兩個(gè)閥為2KAR6P系列的防反轉(zhuǎn)閥，其特點(diǎn)是（1）防止回轉(zhuǎn)時(shí)的搖擺，（ 2）能夠安裝在回轉(zhuǎn)馬達(dá)上，（ 3）緊湊設(shè)計(jì)。SH與 PG側(cè)那塊為延時(shí)閥MRB，其原理是在回轉(zhuǎn)停止時(shí)，回轉(zhuǎn)上部件由于慢性地繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)制動(dòng)器延時(shí)大約5-8 秒后起作用。2.8 中位負(fù)載控制設(shè)計(jì)說明附圖當(dāng)閥處于中位時(shí)， P1、P2 通過閥的中位油道，最后經(jīng)過 NR1、 NR2節(jié)流后回油箱，在節(jié)流口NR1、NR2前取得壓力信號(hào)FL、FR，就可以控制主泵到最小排量。2.9 行走機(jī)構(gòu)原理圖設(shè)計(jì)說明附圖A,B：主油口P5 : 行走速度控制口T1 , T2 : 馬達(dá)泄油口T1下兩個(gè)安全閥，和節(jié)流閥構(gòu)成行走限速回路。顧名思義，用于限制

21、行走速度。2.10主閥原理圖設(shè)計(jì)在主閥塊原理圖中，包含了控制挖掘機(jī)的大部分主要功能1：直線行走2：合流（動(dòng)臂上升能加快速度，斗桿伸出得時(shí)候可以加快速度，鏟斗在挖掘時(shí)候力能夠更大）3：回轉(zhuǎn)優(yōu)先4：再生回路（動(dòng)臂在下降還有斗桿在縮進(jìn)的時(shí)候可以利用這個(gè)原理）5：動(dòng)臂，斗桿的鎖定功能分析：功能項(xiàng)目說明附圖行走直線功能，是在挖掘機(jī)陷到坑里面或者在一些特殊的環(huán)境時(shí)，又要行走，又要自救（讓其他機(jī)構(gòu)能動(dòng)來自救），就要用到這個(gè)功能。直線行走僅僅在工作行走下，來自每臺(tái)泵的工作液壓油都供應(yīng)給每臺(tái)行走馬達(dá)。在工作行走和其他附件下，來自于前面的工作液壓油都供應(yīng)給兩臺(tái)行走馬達(dá)，而來自后面的泵的工作液壓油供應(yīng)給附件。動(dòng)臂提

22、升合流它的原理很簡(jiǎn)單，主要是要用到換向閥和插裝閥來進(jìn)行，為提高動(dòng)臂提升合流作業(yè)效率，雙泵合流，以提高動(dòng)臂提升速度。要知道在換向閥打到左邊得時(shí)候，這時(shí)候動(dòng)臂就可以提升了。斗桿伸出合流它的原理不復(fù)雜，主要靠換向閥和插裝閥來進(jìn)行的，這種合流是斗桿伸出合流為了提高作業(yè)效率，雙泵合流可以來提高斗桿的伸出速度。要知道在換向閥換到右邊的時(shí)候，就是斗桿伸出的時(shí)候。而鏟斗挖掘是在換向閥換到 A，在 B 的挖掘條件下，為了能夠加快挖掘的速度，鏟斗挖掘還有就是能夠提高挖掘力，這時(shí)候就要依靠雙泵的合流，來提高鏟斗挖掘的挖掘力了動(dòng)臂和斗桿的鎖定時(shí)同動(dòng)臂，斗桿鎖定樣的道理，由換向閥自鎖，用以保持工作狀態(tài)當(dāng)斗桿無負(fù)載下落時(shí)

23、斗桿油缸大腔壓力很小，兩位兩通閥在彈簧的作用下往下再生回路運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉活塞桿腔的回油通道，這樣活塞桿腔的油就直接回到油缸大腔，實(shí)現(xiàn)活塞桿的快速伸出。當(dāng)回轉(zhuǎn)與斗桿復(fù)合動(dòng)作時(shí)，通過 PSP壓力信號(hào)控制SP閥左移，切斷斗桿的供油，回轉(zhuǎn)優(yōu)先保證回轉(zhuǎn)起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)優(yōu)先。（此時(shí)斗桿由另一油泵供油）2.11先導(dǎo)系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)先導(dǎo)系統(tǒng)包括：先導(dǎo)泵（帶安全閥）是用來給先導(dǎo)控制系統(tǒng)提供壓力油先導(dǎo)閥（手，腳先導(dǎo)閥）它是比例來控制主閥的動(dòng)作的電磁閥組它包括了先導(dǎo)開關(guān)還有行走換速以及增力單向閥讓液壓油單向流動(dòng)，而且確保蓄能器里面的壓力不會(huì)跑掉蓄能器要是發(fā)動(dòng)機(jī)突然間熄火了，壓力降不下來，這時(shí)候就要用到它了功率控制電磁閥顧名

24、思義，這是用來控制系統(tǒng)的功率的項(xiàng)目名稱說明附圖黑色框框 C 為手，腳先導(dǎo)系統(tǒng)，先導(dǎo)液壓框框 B 構(gòu)成了先導(dǎo)泵，剩下的系統(tǒng)就是先導(dǎo)閥組了。伺服手先導(dǎo)閥采用川崎TH40K1314。P：壓力有源； T：油箱1， 2， 3， 4：控制油口川崎 TH40K1314參數(shù)：額定流手先導(dǎo)量 20LMin最大入口壓力6.9MPa川崎 TH40K1314特性：尺寸緊湊；總體減震；證明可靠；高反應(yīng)性；滯后性低；污染影響??；操作員工作強(qiáng)度小對(duì)于腳伺服閥，選型用川崎的RCV8C川崎 RCV8C參數(shù)：額定流量10Lmin，最大入口壓力 9.8MPa川崎 RCV8C特性：腳先導(dǎo)總體減震室；總體止回閥；獨(dú)一的減震機(jī)械；堅(jiān)固的

25、總隔斷構(gòu)造；腳先導(dǎo)式操縱桿型；具有多樣的控制任選項(xiàng)；大回流和控制流量通道2.12 整體液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖主機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)先導(dǎo)控制閥組不進(jìn)行工作情況下，液壓泵提供的壓力油就會(huì)經(jīng)過多路換向閥直接回到油箱。先導(dǎo)泵（齒輪泵）給先導(dǎo)控制油路提供液壓，要是壓力太大了，為了保證系統(tǒng)里面的壓力，壓力油就會(huì)通過溢流閥流出來回到油箱。當(dāng)挖掘機(jī)需要行走到工作位置時(shí)，先導(dǎo)控制閥的第二個(gè)控制行走的電磁鐵通電，來自先導(dǎo)泵的壓力油通過控制多路換向閥組里面相應(yīng)的換向閥，這樣一來挖掘機(jī)的左右兩個(gè)行走馬達(dá)就可以工作，使挖掘機(jī)移動(dòng)到工作位置。到達(dá)我們的目的地后，我們就可以操作它工作了。（1）剛開始我們可以通過控制先導(dǎo)控制閥中第三個(gè)控制手

26、柄的電磁鐵換向來調(diào)整挖掘機(jī)的鏟斗，斗桿，說明動(dòng)臂的位置，讓挖掘機(jī)處于合適的挖掘角度。調(diào)整好了之后，就要開始挖掘了。先導(dǎo)控制閥中的手柄電磁鐵通電，根據(jù)我們上面說的鏟斗和斗桿的配合來完成我們要的挖掘。挖掘完成后，先導(dǎo)控制閥的電磁鐵通電，動(dòng)臂液壓缸伸出，使動(dòng)臂提升到一定的高度。我們起動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)讓機(jī)身回轉(zhuǎn)， 這樣就能讓鏟斗到達(dá)我們想要的卸載位置，有些時(shí)候我們也需要行走一段距離才能達(dá)到想要的位置。接著先導(dǎo)控制閥中的電磁鐵通電，鏟斗油缸伸出，完成卸載過程（ 4）。卸載結(jié)束后，控制先導(dǎo)控制閥，使機(jī)身反方向回轉(zhuǎn)。循環(huán)工作（1）- （4）。附圖3 液壓缸設(shè)計(jì)3.1 工作裝置構(gòu)成與分析在設(shè)計(jì)液壓缸的時(shí)候，要對(duì)其進(jìn)

27、行全面地研究分析，而且需要收集必要的資料并且加以整理當(dāng)作設(shè)計(jì)的依據(jù)。（1）了解并且掌握液壓缸對(duì)于機(jī)器上的工作要求和用途。做液壓缸設(shè)計(jì)的主要目的是為了滿足挖掘機(jī)的基本功能。 像在液壓翻斗自卸汽車中， 它的液壓缸的用途是將翻斗 （車廂）舉升成為傾斜的狀態(tài)，使得所承載的物料能夠自動(dòng)卸載掉，要求回程的時(shí)候也能夠在翻斗重力條件下完成。像這種液壓缸就可以設(shè)計(jì)成單（活塞）桿單作用液壓缸，而且也可以設(shè)計(jì)成柱塞缸。（2）要知道液壓缸的工作環(huán)境和工作條件。以為要是液壓缸環(huán)境和工作的一些條件不一樣，液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)計(jì)也會(huì)隨著發(fā)生變化。像那種在采礦用的液壓缸，在工作條件惡劣的條件下，如粉塵很大，負(fù)載的變化大，

28、就要求我們?cè)O(shè)計(jì)的液壓缸能絕對(duì)安全可靠，更重要的是不許有泄漏。 再根據(jù)這樣的工作條件， 在設(shè)計(jì)時(shí)就要想到到防塵措施； 1- 斗桿油缸； 2- 動(dòng)臂； 3- 油管； 4- 動(dòng)臂油缸； 5- 鏟斗； 6- 斗齒； 7- 側(cè)板； 8- 連桿； 9- 曲柄； 10- 鏟斗油缸； 11- 斗桿。圖 3.1.1 工作裝置組成圖圖 3.1.1 為小型挖掘機(jī)工作裝置的組成圖和傳動(dòng)示意圖，其中反鏟工作裝置主要由曲柄 9、連桿 8、鏟斗 5、斗桿 11、動(dòng)臂 2 和相應(yīng)的直線液壓缸 1、 10、4 等所組成。轉(zhuǎn)臺(tái)上連接著動(dòng)臂的下鉸鏈和動(dòng)臂油缸的一端，整個(gè)動(dòng)臂裝置會(huì)隨著動(dòng)臂油缸的伸縮繞著動(dòng)臂下鉸鏈不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)

29、臂的動(dòng)作。斗桿缸的兩端分別連接在動(dòng)臂和斗桿上，通過斗桿缸的伸縮使得斗桿繞著動(dòng)臂上的鉸鏈進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。鏟斗和斗桿是鉸鏈連接的，鏟斗缸的伸縮通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞著鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鏟斗能夠?qū)崿F(xiàn)挖掘和卸土等動(dòng)作。在進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí)，啟動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)和行走馬達(dá)，通過轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)和履帶的行走使工作裝置達(dá)到需要挖掘的位置，同時(shí)對(duì)操作桿進(jìn)行操作使動(dòng)臂油缸的有桿腔進(jìn)油使動(dòng)臂油缸收縮，在動(dòng)臂下降到鏟斗接觸挖掘面時(shí)，就能開始操作斗桿缸和鏟斗缸，斗桿缸和鏟斗缸由無桿腔進(jìn)油，使油缸伸長(zhǎng)，鏟斗就能進(jìn)行挖掘和裝置動(dòng)作了。鏟斗裝滿后，先停止斗桿缸和鏟斗缸的動(dòng)作，再操作動(dòng)臂油缸使油缸無桿腔進(jìn)油，動(dòng)臂缸伸長(zhǎng)，整個(gè)工作裝置向上移動(dòng)，接著啟

30、動(dòng)行走馬達(dá)和回轉(zhuǎn)馬達(dá)，工作裝置移動(dòng)到卸載的位置，然后操作鏟斗油缸和斗桿油缸使有桿腔進(jìn)油，油缸收縮，鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸載。之后挖掘機(jī)再回轉(zhuǎn)到挖掘位置進(jìn)行循環(huán)挖掘作業(yè)。而在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于挖掘工況、土質(zhì)情況和液壓系統(tǒng)等這些因素的不同，反鏟挖掘機(jī)在進(jìn)行工作時(shí)三個(gè)油缸的循環(huán)動(dòng)作是多樣和隨機(jī)的，要根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)來靈活運(yùn)用。上述過程一般只是一種理想化的工作過程。小型單斗液壓挖掘機(jī)的工作裝置可以看做是由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸以及曲柄連桿機(jī)構(gòu)所組成的具有三個(gè)自由度的六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的結(jié)構(gòu)圖 3.1.1 ，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化的工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖如圖3.1.2 所示。1- 動(dòng)臂油缸； 2-

31、 動(dòng)臂； 3- 斗桿油缸； 4- 斗桿； 5- 鏟斗油缸； 6- 曲柄； 7- 連桿； 8- 鏟斗圖 3.1.2 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖小型液壓挖掘機(jī)經(jīng)下面的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化以后就是一組平面連桿機(jī)構(gòu)，其自由度為 3，也即挖掘機(jī)工作裝置的工作位置是由動(dòng)臂油缸的長(zhǎng)度L1、斗桿油缸的長(zhǎng)度L2 和鏟斗油缸的長(zhǎng)度 L3 決定的，當(dāng) L1、L2、 L3 這三個(gè)數(shù)值為某一確定的值時(shí)，挖掘機(jī)工作裝置的幾何位置也就確定了。3.2 液壓缸參數(shù)化設(shè)計(jì)已知 SY135參數(shù)：項(xiàng)目名稱數(shù)值工作質(zhì)量13500kg標(biāo)準(zhǔn)鏟斗容量0.53 m3額定功率69.6kW鏟斗挖掘力92.7kN斗桿挖掘力66.13KN3.2.1 液壓缸速度計(jì)算及流量選

32、擇液壓缸速度的選擇要適當(dāng)。如果速度過高就會(huì)讓里面的密封件的過熱而發(fā)生磨損現(xiàn)象，這樣的話可能讓活塞桿和導(dǎo)向套還有缸筒發(fā)生磨損。要是速度太低了，就比較容易發(fā)生爬行等不穩(wěn)定的現(xiàn)象。如果采用橡膠密封件進(jìn)行密封時(shí)，液壓缸的最高速度一般不要超過（24-30 ）mmin 即是（ 0.4-0.5 ）ms，也不要低于 6mmin(0.1ms); 根據(jù)同類挖掘機(jī)液壓缸的速度取值是一個(gè)比較穩(wěn)妥的方法?，F(xiàn)在取液壓缸速度V=0.5ms1 液壓缸參數(shù)的確定要做以下工作：1） 要初步選擇液壓缸的工作壓力MPa2） 根據(jù)公式計(jì)算出液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿的外徑d3） 對(duì)活塞桿的穩(wěn)定性和強(qiáng)度進(jìn)行校核4） 對(duì)液壓缸的油口直徑進(jìn)行計(jì)

33、算5） 液壓缸的工作行程選擇6） 液壓缸的安裝距選擇7） 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的選擇8） 缸體總長(zhǎng)度的確定9） 液壓缸強(qiáng)度的計(jì)算10）液壓缸穩(wěn)定性的校核3.2.2 液壓缸工作壓力的確定在液壓缸的工作中，它的壓力大小主要是看液壓設(shè)備的類型來選擇的，要是它們的用途不同，因?yàn)楣ぷ鳁l件的不同，采用的壓力范圍也是不同的。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以用類比法進(jìn)行確定，初步選擇液壓缸工作壓力為p1 =25MPa。（確保液壓缸的輸出力。包括推拉力，行程和往返運(yùn)動(dòng)速度都必須滿足要求。液壓缸的額定的工作壓力要根據(jù)我們選的液壓泵的額定壓力的70%來計(jì)算。一般挖掘機(jī)液壓泵的額定工作壓力為34-35MPa，峰值能達(dá)到 40MPa。）3.2.

34、3 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定4D 2 p1F(D 2d 2 ) p 2F fc4D2 4(FF fc )22p2p1( Dd)p1式中p1 液壓缸的工作壓力p2 液壓缸回油腔的背壓力，根據(jù)表3-1 進(jìn)行估計(jì) p2 =1MPa；d / D 活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑的比，可根據(jù)表3-2 進(jìn)行選取 d / D =0.7 ；F 工作循環(huán)中的最大外負(fù)載力表 3-1 執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值系統(tǒng)類型背壓p2 (MPa)那些簡(jiǎn)單和輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2 0.5中、低壓系統(tǒng) 08MPa在回油路上帶有調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0.5 0.8回油路上帶背壓閥0.5 1.5用到帶補(bǔ)油液壓泵的閉式回路中0.8 1.

35、5中高壓系統(tǒng) 8 16MPa同上比中低壓系統(tǒng)高50%100%高壓系統(tǒng) 1632MPa如鍛壓機(jī)械等初算時(shí)背壓可忽略不計(jì)表 3-2液壓缸內(nèi)徑 D和活塞桿直徑 d 的比根據(jù)機(jī)床類型選取dD根據(jù)液壓缸工作壓力選取dD機(jī)床類別dD工作壓力 p(MPa)dD珩磨床、磨床及研磨0.2 0.320.20.3床拉、插、刨床0.5250.5 0.58鏜、鉆、銑、車床0.7570.620.7070.7F fc 在液壓缸密封處受到的摩擦力，可以根據(jù)那些常用的液壓缸的機(jī)械效率進(jìn)行估值計(jì)算。FF F fccm式中 cm 為液壓缸的機(jī)械效率，一般情況下cm = 0.9 0.97 , 初定為 0.9將 cm 代入式中，已知

36、F=92.7KNp1 =P=25MPa可求得 D為D4F=73.2mmp1 cm1p2 1 ( d )2 p1D活塞桿直徑可以按照 d來進(jìn)行計(jì)算， D和 d 值要按照表 3-3 與 3-4 圓整到相近的標(biāo)D準(zhǔn)直徑，方便后面密封元件的選擇。表 3-3液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（ GB2348-80）（ mm）810121620253240506380（ 90）100（ 110）125（140）160（ 180）200（220）250320400500630注: 不帶括號(hào)請(qǐng)優(yōu)先選擇表 3-4活塞桿直徑系列（ GB2348-80）（mm）45681012141618202225283236404550566

37、3708090100110125140160180200220250280320360400d =0.7F= 92.7103 Ncm =0.9P1=25MPaP2 =1MPaDD 取 80mm d=800.7 =56mm3.2.4 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算以及校核和活塞桿的校核液壓缸的缸筒壁厚度和活塞桿直徑d ，要是系統(tǒng)的壓力高，就要進(jìn)行校核。液壓缸的壁厚可以由液壓缸的強(qiáng)度要求來計(jì)算的，但是主要還是由材料決定。缸壁厚度為PD25802.3 p5.8mm2.3 160 25查三一的液壓缸類型，選用HSG工程用液壓缸壁厚11mm對(duì)于那些低壓系統(tǒng)或者是D10的液壓缸，液壓缸要根據(jù)薄壁筒來進(jìn)行計(jì)算，公式

38、如下：P y D2 當(dāng) D10 時(shí)，壁厚要按照下面公式來進(jìn)行校核D0.4 py121.3 py式中液壓缸缸筒厚度Py 試驗(yàn)壓力 (MPa)，當(dāng)工作壓力 P16MPa時(shí)， Py =1.5P，而當(dāng)工作壓力 31.5 P 16MPa時(shí)， Py =1.25P，在工作壓力 P31.5MPa 時(shí)， Py =1.15P, 在這里應(yīng)取 Py =1.25P=31.25MPa。D 液壓缸的內(nèi)徑 (m) 缸體的材料的許用應(yīng)力（MPa），可以用下面的公式來進(jìn)行計(jì)算：bnb 缸體的材料的抗拉強(qiáng)度(MPa)n 安全系數(shù)，安全系數(shù)是在3.5 5 之間取值，一般是取最大值5但對(duì)于鍛鋼 45 的抗拉強(qiáng)度b 為 600(MPa)

39、（ GBT699-1999），則許用應(yīng)力 =120(MPa)根據(jù)上面所計(jì)算的壁厚，和之前算得的缸的內(nèi)徑，取液壓缸外徑為D1 =102mm.（2）活塞桿直徑的校核根據(jù)下面公式來計(jì)算：d4F得 d =31mmd =800.7 =56mm符合條件式中， F 為作用在活塞桿上力； 為活塞桿材料的許用應(yīng)力=120MPa。3.2.5 液壓缸油口直徑的計(jì)算油口直徑的計(jì)算要根據(jù)液壓缸的最大輸出速度和液流速度來計(jì)算，公式如下：d00.13D/ 0式中 d0 液壓缸的油口直徑 (m)D 液壓缸的內(nèi)徑 (m)液壓缸的最大輸出運(yùn)動(dòng)速度 (mmin)0 油口的液流速度 (mmin) ，當(dāng)單活塞桿進(jìn)行差動(dòng)連接的情況下，活

40、塞向外伸出的速度計(jì)算公式:60 Qv A3式中液壓缸在差動(dòng)聯(lián)接時(shí)，活塞的外伸速度，可看成油口液流的速度(mmin)Qv 液壓泵的流量 ( m3 s)A3 活塞桿的面積，它的計(jì)算公式方法:Ad 234公式里的 d活塞桿直徑 (m)所以 A3 = 0.25 10 2 m2代入數(shù)據(jù)，根據(jù)以上公式初選得：d0 =11mm3.2.6 液壓缸工作行程計(jì)算液壓缸的工作行程長(zhǎng)度，可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作情況的最大行程來確定，可以查考表 3-5 中的系列尺寸來選擇。表 3-5液壓缸活塞行程參數(shù)系列（GB2349-80）（mm）255080100125160200250320400500630800100012

41、501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800當(dāng)速比為 2 時(shí)，行程 S=10D=800mm由表工作行程取800mm符合3.2.7 液壓缸安裝距的確定我設(shè)計(jì)的液壓缸采用耳環(huán)式，安裝距可以看成兩耳環(huán)之間的距離，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知安裝距 L=317+S（ mm） 其中 S=800mm得 L=1117mm3.2.8 最小

42、導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定最小導(dǎo)向長(zhǎng)度就是在活塞桿在全部外伸的時(shí)候，活塞的支撐面的中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支撐面的中點(diǎn)的距離。設(shè)置導(dǎo)向就是為了讓液壓缸的穩(wěn)定性能夠更好。但是導(dǎo)向長(zhǎng)度不能太小了，不然會(huì)使得繞度變大。一般來講液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度計(jì)算公式如下HLD202式中 L 液壓缸的最大行程長(zhǎng)度；D液壓缸的內(nèi)徑一般活塞的寬度是在缸內(nèi)徑的0.6到 1 倍中選擇，符號(hào) B ；缸蓋滑動(dòng)支撐面的長(zhǎng)度 l1 ,也還是要根據(jù)液壓缸內(nèi)徑定的；在D小于 80mm時(shí)，在缸內(nèi)徑的0.6 到 1 倍中選擇；在 D小于 80mm時(shí)，則在活塞桿的 0.6到 1倍中選擇。為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，要是只知道增大l1 和 B 肯定是不合理的，在有必要

43、的時(shí)候就要在缸蓋與活塞之間增加個(gè)隔套：C H1 (l1 B)2最小導(dǎo)向長(zhǎng)度： H=100mm活塞的寬度B 一般取 B=60mmC H1 (l1 B) 40mm23.2.9 缸體長(zhǎng)度的確定計(jì)算知，液壓缸內(nèi)部長(zhǎng)度L =860mm也就是缸體的外形的長(zhǎng)度再增加個(gè)兩端端蓋的厚度。3.2.10 油缸強(qiáng)度計(jì)算已知參數(shù)：油缸內(nèi)徑 D=80mm； 活塞桿徑 d=56mm; 最大行程 S=800mm； 壁厚 =11mm 油缸強(qiáng)度計(jì)算活塞桿應(yīng)力 校核PD 2d 22580 256 251MPa活塞桿的材質(zhì)我選用45 鋼，經(jīng)查表知該材料的強(qiáng)度極限是 b MPa600這樣，我們就算出材料的許用應(yīng)力為 b 120MPa （ n 為安全系數(shù)）5可以看出 , ，能夠滿足要求。（b）缸筒的強(qiáng)度驗(yàn)算缸筒內(nèi)徑和壁厚之比D =7.310 ，就屬于厚壁缸筒， 按照材料力學(xué)第二強(qiáng)度理論驗(yàn)算。0.5D0.4Py2-1.3Py-1801200.41.2525 121201.31.2525=11.7mm可以看出 , , 強(qiáng)度不能達(dá)到要求。為了讓液壓缸的結(jié)構(gòu)緊湊，成本降低，盡可能地讓液壓缸小點(diǎn)，但不能破壞其穩(wěn)定性和實(shí)用性，在不改變其大小的情況下，由于許用應(yīng)力相差不大，可采取材料表面處理的方法，提高許用應(yīng)力來達(dá)到要求。則最終選擇還是選擇液壓缸內(nèi)徑80mm的液壓缸。3.2.11 油缸穩(wěn)定性驗(yàn)算因?yàn)橐簤焊自诠ぷ鲿r(shí)，