小型挖掘機液壓回路分析-畢業(yè)論文

頁第一章概論1.1前言圖1.1挖掘機液壓部分挖掘機的液壓系統(tǒng)是挖掘機上重要的組成部分，它是挖掘機工作循環(huán)的動力系統(tǒng)。挖掘機的工作環(huán)境惡劣，且動臂和底盤動作非常頻繁，因此要求液壓系統(tǒng)工作穩(wěn)定，平均無故障時間長,如圖1.1。因此，液壓系統(tǒng)的性能優(yōu)劣決定著挖掘機工作性能的高低。液壓技術的發(fā)展直接關系挖掘機的發(fā)展，挖掘機與液壓技術密不可分，二者相互促進。液壓技術是現(xiàn)代挖掘機的技術基礎，挖掘機的發(fā)展又促進了液壓技術的提高。挖掘機的液壓系統(tǒng)復雜，可以說目前液壓傳動的許多先進技術都體現(xiàn)在挖掘機上。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，由它們構成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。隨著科技的進步，挖掘機的液壓系統(tǒng)將更加復雜，功能更加多樣且便于操作控制，工作效率高，耗能少，先進的液壓系統(tǒng)會使挖掘機在工程領域發(fā)揮更大的作用。液壓挖掘機是一種多功能機械，目前被廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質量。加快建設速度以及提高勞動生產率方面起著十分重要的作用。由于液壓挖掘機具有多品種，多功能，高質量及高效率等特點，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機的生產制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。挖掘機液壓傳動緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術的應用為基礎。由于挖掘機的工作條件惡劣，要求實現(xiàn)的動作很復雜，于是它對液壓系統(tǒng)的設計提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓系統(tǒng)中最為復雜的。因此，對挖掘機液壓系統(tǒng)的分析設計已經成為推動挖掘機發(fā)展中的重要一環(huán)。目前液壓技術的研究和發(fā)展動向主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）提高效率，降低能耗。（2）提高技術性能和控制性能。（3）發(fā)展集成、復合、小型化、輕量化元件。（4）開展液壓系統(tǒng)自動控制技術方面的研究與開發(fā)。（5）加強以提高安全性和環(huán)境保護為目的研究開發(fā)。（6）提高液壓元件和系統(tǒng)的工作可靠性。（7）標準化和多樣化。（8）開展液壓系統(tǒng)設計理論和系統(tǒng)性能分析研究。1.2小型液壓挖掘機簡介圖1.2小型挖掘機業(yè)界對小挖沒有比較明確的定義，一般認為標準斗容量在0.25以下或者整機重在13T以下的挖掘機都是小型挖掘機，如圖1.2。在公路養(yǎng)護、園林綠化、小區(qū)建設、市政工程及農田建設等土方量分散、作業(yè)空間狹窄的工況下，小型挖掘機以其體積小、機動性好等優(yōu)點受到廣大用戶的青睞。近幾年來，我國的經濟活動建設帶動了以挖掘機為代表的工程機械行業(yè)的快速發(fā)展，小挖作為其中一個重要力量也取得了迅速的發(fā)展。小挖以其價格便宜、功能多樣、機動靈活、作業(yè)效率高等優(yōu)勢，逐漸成為挖掘機這個子行業(yè)版塊的主力軍，受到大家的青睞。小型液壓挖掘機價格低、質量輕、保養(yǎng)維修方便，具有獨特優(yōu)勢。小型液壓挖掘機體積小，機動靈活，非常適用于城鎮(zhèn)的各種管道開挖、基礎施工、公用事業(yè)以及房屋維修等作業(yè)。其緊湊的體積、特殊的設計使其能夠在大型挖掘機無法施工的環(huán)境中進行作業(yè)。由于有相關的液壓動力系統(tǒng)，小挖能夠安裝許多輔助作業(yè)工具。尾部旋轉半徑為零的設計應用，使得小型挖掘機在作業(yè)空間有限的環(huán)境下作業(yè)時挖掘機操作人員無須考慮施工現(xiàn)場是否有障礙物阻礙挖掘機的轉動，從而使操作人員能夠更專心于鏟斗的操作，這也防止了施工現(xiàn)場周圍建筑物以及挖掘機自身的損壞。小型挖掘機的動臂與機身鉸接的設計，使其能夠在一個很大的范圍內進行擺動。使得挖掘機在周圍有障礙物時也能避開障礙物進行作業(yè)而無需經常移動機身。同時，這也使得挖掘機能夠便于在墻壁或是圍墻的旁邊進行挖掘作業(yè)。小型液壓挖掘機便于各個施工現(xiàn)場間的轉移，無需大型拖車或是重型卡車來進行運輸，小型的運輸工具就可將其運載。不但能夠方便運輸，還可以大大降低機器的運輸費用。小型工程機械在市政工程、交通等施工中發(fā)揮較大優(yōu)勢并得以迅速發(fā)展。小型挖掘機在這些工程中為節(jié)省人力、物力做出了較大貢獻，滿足了城市各種作業(yè)要求，在城市狹窄的工作空間內能夠最大限度地發(fā)揮其生產能力，逐步成為城市施工中具有代表性的施工機械。從全球范圍看，小型挖掘機市場已處于成熟發(fā)展期，需求穩(wěn)定并呈緩慢上升趨勢，中國的小型挖掘機產業(yè)仍處于市場導入和發(fā)展的初級階段，需求持續(xù)快速增長。小型挖掘機的發(fā)展主要依賴于城市建設的發(fā)展，由于城市的改造、建設施工較多，要求施工時間短、施工機械對周圍環(huán)境影響小、安全、低污染、回轉半徑小、便于運輸以及具有與城市景色相協(xié)調的外觀。1.3挖掘機國內外發(fā)展趨勢及研究現(xiàn)狀1.3.1國外發(fā)展情況國外小型挖掘機的生產始于二十世紀70年代，1985年以后，由于技術的不斷成熟，這種產品得到了快速發(fā)展。目前國外小挖產品在可靠性、操作的流暢性和舒適性等方面已經非常完美，而且其駕駛室里美觀的內飾及舒適的質感也可與家用轎車媲美。

國外專業(yè)生產小挖的公司主要分布在美國、日本、歐洲等國家，比較有代表性的公司比如日本的久保田、小松、洋馬等，美國的凱斯和山貓，德國的英孚和英國的JCB等。

目前國外的小挖主要向著以一機多用的多功能化、以提高操作性能的智能化、以功率匹配控制的節(jié)能化、以有限元分析的可靠性設計、以基于微電子技術的智能監(jiān)控系統(tǒng)設計和以符合人機工程學的駕駛室設計等方向發(fā)展。1.3.2國內發(fā)展情況目前國內已形成1.5T至13T全系列規(guī)格型號的小型挖掘機

，在國內占據(jù)了大部分市場份額，而且出口量在逐年攀升，其中國內生產小挖比較著名企業(yè)的是玉柴和山河智能?，F(xiàn)階段國內小挖的技術水平相比于國外來說還有很大差距，主要體現(xiàn)在整機的功率匹配、操作的穩(wěn)定性和精確性、產品質量的可靠性以及人性化設計等方面。

現(xiàn)階段處于仿制后自主提高階段，生產的大部分是標準型小挖，缺乏自主創(chuàng)新開發(fā)能力，特別是在核心液壓元件和動力方面受制于人，大部分配件都需要進口。而且很多技術都來自于較成熟的大中型液壓挖掘機，在動力匹配和技術創(chuàng)新方面有待進一步突破，特別是國產液壓元件要替代進口液壓元件還得不斷努力。1.4本文擬達到的要求本文設計的小型液壓挖掘機斗容量為0.23m，整機重量為6噸。挖掘土壤級別為Ⅲ級以下。本文主要對由動臂、斗桿、鏟斗、連桿機構組成的工作裝置和液壓系統(tǒng)進行設計，設計的工作裝置和液壓系統(tǒng)要能滿足挖掘機基本動作要求，并能完成復雜的復合動作。本文主要的設計內容包括小挖工作裝置的總體設計和機構挖掘力分析，液壓系統(tǒng)的整體設計和設計完成后對關鍵液壓元件進行設計計算并校核。第二章挖掘機液壓基本回路分析圖2.1挖掘機液壓控制回路基本回路是由一個或幾個液壓元件組成、能夠完成特定的單一功能的典型回路，它是液壓系統(tǒng)的組成單元。液壓挖掘機液壓系統(tǒng)中基本回路有限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流回路、行走回路、合流回路、再生回路等，如圖2.1。液壓系統(tǒng)基本回路是由一個或者幾個液壓元件有機連接而成的、能夠完成特定動作的典型液壓回路，它是挖掘機液壓系統(tǒng)的組成單元。液壓系統(tǒng)是由基本回路組成的一個有機整體，主要包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調速回路和節(jié)流限速回路、行走限速回路、支腿順序回路和鎖緊回路等。2.1限壓回路限壓回路是用來限制系統(tǒng)壓力的，使壓力值不超過其一調定值。限壓的目的有兩個：一、限制系統(tǒng)的最高壓力，避免液壓系統(tǒng)和液壓元件因過載而損壞，通常用安全閥來實現(xiàn)限壓，安全閥設置在液壓泵出油口附近油路上；二、保證系統(tǒng)中某部分的壓力保持定值或不超過特定值，通常用溢流閥來實現(xiàn)。溢流閥在調定系統(tǒng)壓力時，其多余的流量最終通過此閥流回到油箱，因此溢流閥閥口是常開的。限壓回路不僅能限制系統(tǒng)壓力，對系統(tǒng)進行卸荷，還能保證挖掘機正常工作。如圖2.2所示來說明限壓回路的工作原理，當換向閥l處在中位時，液壓泵與主回路斷開，處于不工作位置；若換向閥處于左位時，液壓泵與主回路接通，液壓缸上有負載W，則液壓缸無桿腔會受到很大的閉鎖壓力，當此壓力很大的話，就有可能損壞管路和液壓元件，因此，液壓缸的進出油路處都要安裝溢流閥2和3。當閉鎖壓力大于溢流閥的調定壓力時，溢流閥2和3就都打開，液壓油流回油箱，從而實現(xiàn)卸荷；換向閥處于右位同理。溢流閥的調定壓力與液壓系統(tǒng)的壓力無關，通常溢流閥的調定壓力越大，液壓缸的閉鎖力就越大，對挖掘機的作業(yè)就越有利，但過高的壓力則會損壞管路和元件，所以一般情況下，高壓系統(tǒng)限壓閥的壓力調定值通常為系統(tǒng)壓力的125%上下，若是中高壓系統(tǒng)的話比125%還要高。1.換向閥2、3.溢流閥4.液壓缸圖2.2限壓回路2.2卸荷回路卸荷回路是設計是為了讓挖掘機在不工作時液壓泵能以最低的功率運行，從而減少發(fā)動機的燃料消耗。液壓挖掘機卸荷回路通常有換向閥中位卸荷回路（2.2(a)）和穿越換向閥卸荷回路圖2.3(b)兩種。在換向閥中位卸荷回路中，通常采用中位機能是M型的三位四通換向閥，當挖掘機不工作時，換向閥處于中位，進油口和出油口聯(lián)通，油液經過系統(tǒng)能各個換向閥后流回油箱，實現(xiàn)卸荷功能。這種回路通常用于高壓的串聯(lián)液壓系統(tǒng)，結構簡單，但受系統(tǒng)沖擊影響大而且操作很不穩(wěn)定。在穿越換向閥卸荷回路中，換向閥采用的是帶有過油通路三位六通換向閥，當挖掘機不工作時，換向閥處于中位，液壓油液依次經過換向閥通路以最低壓力流回油箱，最終實現(xiàn)卸荷。這種回路常用于高壓并聯(lián)系統(tǒng)，受液壓換向沖擊小，操作時比較平穩(wěn)而且工作可靠。（a）換向閥中位卸荷（b）穿越換向閥卸荷圖2.3卸荷回路2.3緩沖回路當挖掘機的上轉臺在滿斗情況下回轉或者在啟動、突然間換向和制動時會對液壓系統(tǒng)產生很大的液壓沖擊，從而產生振動和噪音，損壞液壓元件。挖掘機的緩沖回路就是為了解決這個液壓沖擊問題而設置在回轉回路中的，原理是挖掘機液壓系統(tǒng)中回轉馬達中的高壓油壓力過大時和低壓油路連通，而且還能對馬達進行補油。如下圖2.4所示為幾種比較常見的緩沖回路。（a）直動緩沖閥式（b）并聯(lián)緩沖閥式（c）成對單向閥式1.高壓油路2.低壓油路3、4.緩沖閥5、6、8、9.單向閥7.換向閥圖2.4緩沖回路如圖（a）中所示，緩沖閥3和4安裝在回轉馬達的兩個油路1和2上，正常工作狀態(tài)下緩沖閥處于關閉狀態(tài)。當出現(xiàn)馬達停轉這種情況時，在高壓油路1上的壓力油油壓會升高，壓力油則會打開緩沖閥3流回油箱，實現(xiàn)卸載和消除液壓沖擊；若馬達反轉時，不僅緩沖閥3會卸載和消除液壓沖擊，同時單向閥6打開從油箱吸油對馬達進行補油，而且補油量很大。通常緩沖閥的調定壓力要低于系統(tǒng)工作的最高壓力。如圖（b）中所示，兩個緩沖閥是并聯(lián)在高低壓油路1和2之間的，當回轉馬達停止轉動或者反轉時，高壓油路的高壓油就會經過緩沖閥留到低壓油路，實現(xiàn)卸荷和消除液壓沖擊，同時在發(fā)轉時還能通過單向閥進行補油，但補油量較少。如圖（c）中所示，由四個單向閥5、6和8、9成對的并聯(lián)在回路里，只有一個緩沖閥3，當馬達停轉時，高壓油先經單向閥5留到緩沖閥3把3打開實現(xiàn)卸荷和消除液壓沖擊，若馬達反轉時還可經過單向閥9補油。2.4節(jié)流調速回路在定量系統(tǒng)中為了改變執(zhí)行元件的流量通常是利用帶有可變截面的節(jié)流閥來實現(xiàn)節(jié)流調速的，按照節(jié)流閥安裝位置不同，節(jié)流調速回路一般分為兩種：進油節(jié)流調速回路，如圖2.5（a）和回油節(jié)流調速回路，如圖2.5（b）。（a）進油節(jié)流調速回路（b）回油節(jié)流調速回路1.定量泵2.液壓缸3.節(jié)流閥4.溢流閥5.換向閥6.濾油器圖2.5節(jié)流調速回路進油節(jié)流調速回路。液壓泵前面有過濾,6，液壓泵后面安裝有溢流閥4和節(jié)流閥3，節(jié)流閥3和液壓泵串聯(lián)安裝在高壓油路上，液壓油先經節(jié)流閥和換向閥再進入液壓缸左側，然后液壓缸往右移。如果外負載變大，導致液壓缸大腔壓力變大，節(jié)流閥兩端壓差減小，流過節(jié)流閥的壓力油減少，最后液壓缸右移速度變慢；若外負載變小，同理可知，活塞缸移動速度變快。這種回路由于油液先經過節(jié)流閥，油溫會升高，發(fā)熱量大，泄露會增大，而且工作不穩(wěn)定，效率低。回油節(jié)流調速回路。與進油節(jié)流調速回路想比，主要是節(jié)流閥安裝在了回油路上，其他工作原理相同。由于節(jié)流閥安在了回油路上，油液經過節(jié)流閥后直接流回油箱，冷卻效果好，而且工作較穩(wěn)定，效率高。2.5節(jié)流限速回路節(jié)流限速回路是在液壓挖掘機的回油路上安裝單向節(jié)流閥，從而來保證挖掘機工作裝置安全作業(yè)的，如圖2.6所示。動臂缸、斗桿缸和鏟斗缸三個液壓缸的回油路上都有單向節(jié)流閥，可以防止動臂等因自重而下降速度過快而導致危險的發(fā)生。圖2.6節(jié)流限速回路2.6行走限速回路為了防止履帶式液壓挖掘機下坡時因自重而加速行走導致溜車和行走馬達吸空，常在液壓系統(tǒng)加入行走限速回路，對行走馬達進行限速和補油，如圖2.7所示。1.換向閥2、3.壓力閥4、5、6、7.單向閥8、9.安全閥10.行走馬達圖2.7行走限速回路當換向閥處于左位1時，行走馬達10順時針轉動。若履帶式挖掘機下坡時，挖掘機超速行走馬達超速旋轉，則馬達左邊油路油壓將下降，從而使壓力閥3的截面開口變小，經過壓力閥3的油液流量將減少，從而實現(xiàn)回油節(jié)流，達到限制挖掘機速度的目的；挖掘機行走馬達吸空時，進油側油路上的壓力油不夠，單向閥7將打開，從油箱里吸油進行補油。若行走馬達發(fā)生故障停轉時，進油側的油液壓力過高，安全閥9將打開，高壓油經過安全閥9流回油箱，實現(xiàn)卸荷。當換向閥處于2位時，同理。第三章挖掘機液壓系統(tǒng)的設計3.1

挖掘機的功用和對液壓系統(tǒng)的要求挖掘機主要用來開挖塹壕，基坑，河道與溝渠以及用來進行剝土和挖掘礦石。他在筑路，建筑，水利施工，露天開采礦作業(yè)中都有廣泛的應用。

液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)是由動力元件(各種液壓泵),執(zhí)行元件(液壓缸.液壓馬達),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)動機的機械能,以油液作為介質,經動力元件轉變?yōu)橐簤耗?進行傳遞,然后再經過執(zhí)行元件轉返為機械能,實現(xiàn)主機的各種動作。由于液壓系統(tǒng)的功能是傳遞,分配和控制機械動力,因此是液壓挖掘機的關鍵部分。,

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，由它們構成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。

液壓挖掘機的工作過程,包括作業(yè)循環(huán)和整機移動兩項主要動作。挖掘機一般工作在施工場合,因此工作環(huán)境惡劣,這就要求挖掘機的液壓系統(tǒng)和執(zhí)行元件要有足夠的強度和非常好的密封性能。由于挖掘機的動作頻繁,因此,液壓元件和管路要能夠承受頻繁的液壓沖擊,以保證挖掘機能夠長時間安全穩(wěn)定的工作。設計出便于操作，更加人性化，工作效率高，耗能少的挖掘機，才會在工程領域發(fā)揮更大的作用。3.2

挖掘機液壓系統(tǒng)分析要了解和設計挖掘機的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機的工作過程及其作業(yè)要求，掌握各種液壓作用元件動作時的流量、力和功率要求以及液壓作用元件相互配合的復合動作要求和復合動作時油泵對同時作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。3.2

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挖掘機的液壓系統(tǒng)原理圖挖掘機的液壓系統(tǒng)原理圖如下：圖3.1液壓原理圖Ⅰ、Ⅱ.多路閥組Ⅲ.先導控制閥組1.斗桿液壓缸2.動臂液壓缸3、4.左右行走馬達5.鏟斗液壓缸6.回轉馬達7.限速閥8、9、10.多路閥組11.梭閥12—合流閥13、14、15.多路閥組16.壓力表17、18.液壓泵19.冷卻器20.濾油器21.蓄能器22.齒輪泵23.節(jié)流閥24、25、26、27、28、29.先導控制閥3.2.2液壓系統(tǒng)工作原理簡述如圖3.1所示，圖中Ⅲ是低壓控制回路，Ⅰ和Ⅱ是高壓控制回路。通過低壓回路對高壓回路進行控制，這樣能使操作者更安全便捷的控制挖掘機動作。主機啟動后，當先導控制閥組Ⅲ不工作時，液壓泵17、18提供的壓力油分別通過多路換向閥組Ⅰ、Ⅱ以及限速閥7返回油箱。齒輪泵22為先導控制油路供壓，壓力過大時則壓力油通過溢流閥流回油箱。先導控制閥26、27中的電磁鐵6Y、7Y同時通電，來自齒輪泵22的壓力油控制多路換向閥組Ⅱ中的10、13換向閥，液壓挖掘機左右行走馬達開始工作，使挖掘機移動到工作位置（先導閥26、27單獨控制時液壓挖掘機單側行走）。到達工作地點后，通過控制先導控制閥24、25、28中的電磁鐵調整液壓挖掘機斗桿、動臂和鏟斗液壓缸，使鏟斗調整到合適的切削角度。調整好鏟斗工作位置后，先導控制閥24中的電磁鐵1Y通電，斗桿液壓缸伸出，完成挖掘動作。挖掘完成后，先導控制閥25中的電磁鐵4Y通電，動臂油缸伸出，使動臂提升到指定位置?？刂葡葘Э刂崎y29使機身回轉，令鏟斗回轉到指定卸載位置。先導控制閥中28中的電磁鐵10Y通電，鏟斗油缸收回，完成卸載（復雜的卸載動作需要斗桿、動臂和鏟斗液壓缸的復合動作）。卸載結束后，控制先導控制閥29使機身反方向回轉。同時斗桿、動臂、鏟斗液壓缸配合動作使空斗置于新的挖掘位置。圖3.2小挖操作位置如圖3.2是小挖上的座位，在這里通過操作桿和腳踏板可以對小挖進行控制，對左邊的操作桿移動，操作桿向下接通先導控制閥1Y，操作桿向左接通先導控制閥2Y，控制斗桿液壓缸，如圖3.3。圖3.3斗桿液壓缸控制回路操作桿向右接通先導控制閥3Y，操作桿向上接通先導控制閥4Y，控制動臂液壓缸，如圖3.4。圖3.4動臂液壓缸控制回路右邊的操作桿移動，控制挖掘機的回轉馬達以及鏟斗液壓缸，操作桿向下接通先導控制閥9Y，操作桿向左接通先導控制閥10Y，控制挖斗挖掘，如圖3.5。圖3.5鏟斗液壓缸控制回路操作桿向右接通先導控制閥11Y，挖掘機工作室向左邊旋轉，操作桿向上接通先導控制閥12Y，挖掘機工作室向右邊旋轉，如圖3.6。圖3.6回轉馬達控制回路兩個踏板分別控制左右履帶行走馬達，左邊踏板向上踩接通5Y，控制左側履帶前行，左邊踏板向下踩接通6Y，控制左側履帶后退。右邊踏板向上踩接通7Y，控制右邊履帶前行；右邊踏板向下踩接通8Y，控制右邊履帶后退，如圖3.7。圖3.7左右行走馬達控制回路3.2.3液壓系統(tǒng)特殊部件作用限速閥：兩組多路換向閥采用串聯(lián)油路，其回油路并聯(lián)。油液經過限速閥7流回郵箱。限速閥7的液控作用著由梭閥11提供給的17、18兩油泵的最大壓力。當挖掘機下坡行走出現(xiàn)超速情況時，油泵出口壓力降低，限速閥7自動對回油路進行節(jié)流，防止溜坡現(xiàn)象，保證液壓挖掘機安全。合流閥：多路換向閥組Ⅱ不工作時候通過合流閥，液壓泵17輸出的壓力油經過合流閥進入多路換向閥Ⅰ。以加快動臂或斗桿的移動速度。蓄能器：保持先導油路油壓穩(wěn)定和熄火后提供油壓還能完成幾個動作的控制。節(jié)流閥：防止動臂、斗桿、和鏟斗發(fā)生因重力超速現(xiàn)象，起限速作用。緩沖閥：用于緩沖慣性負載所引起的壓力沖擊。節(jié)流閥：進入回轉馬達6內部和殼體內的液壓油溫度不同，會造成液壓馬達各零件熱膨脹程度不同，引起密封滑動面卡死的熱沖擊現(xiàn)象。為此，在液壓馬達殼體上設有兩個油口，一個油口直接接回油箱，另一個油口經節(jié)流閥與有背壓回路（背壓單向閥）相通，使部分回油進入殼體。由于液壓馬達殼體內經常有循環(huán)油流過，帶走熱量，因此可以防止熱沖擊的發(fā)生。此外，循環(huán)油還能沖洗殼體內磨損物。第四章液壓元件的計算與選擇4.1液壓元件的計算液壓元件的性能分析包括：液壓缸內徑，缸筒壁厚，活塞桿強度，液壓缸的工作壓力，液壓馬達的排量和工作壓力，液壓缸與液壓馬達排量。4.1.1液壓缸內徑由《機械設計手冊》表知鏟斗油缸內直徑：D=式中F—液壓缸負載P—系統(tǒng)壓力D—液壓缸內徑取液壓缸負載為：F=231.853KN代入數(shù)據(jù)得D=186.4mm。參考液壓缸系列尺寸取D=200mm。對斗桿缸:D==231.674mm取D=200mm4.1.2缸筒壁厚缸筒的壁厚對于液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性有很大的影響，所以對它的設計非常重要。查《機械設計手冊》得：其中：--缸內最高工作壓力MPa[]--缸筒材料許用應力MPaC1--為缸筒外徑公差余量mC2--腐蝕余量m代入數(shù)據(jù)=24由:20得，查《機械設計手冊》知=225mm。4.1.3缸筒壁厚驗算額定工作壓力應低于一定極限值以保證工作安全。材料選2G330-450，=330N/得=30.8Mpa選定系統(tǒng)工作壓力為28Mpa，可以滿足要求。4.1.4活塞桿計算其中數(shù)比由《機械設計手冊》表選?。?再由表得d=150mm。4.1.5活塞桿強度計算＝105.4N/式中P：活塞桿作用力N；d:活塞桿直徑m,=100~110N/4.1.6確定液壓系統(tǒng)的工作壓力在不考慮能量損耗的情況下，系統(tǒng)的功率為：（KW）式中P――液壓泵的出口壓力Pa；Q――液壓泵的輸出流量/s。由上式可知，當系統(tǒng)傳遞的功率一定時，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，從而減小相應各液壓元件以及整個液壓系統(tǒng)的結構尺寸和質量。因此，目前液壓挖掘機液壓傳動多采用中高壓和高壓系統(tǒng)。根據(jù)以上內容對此液壓系統(tǒng)的工作壓力取P＝28Mpa。4.1.7確定液壓缸的主要參數(shù)和工作壓力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：（Mpa）式中――液壓泵出口壓力Mpa；――進油管路壓力損失Mpa;――回油背壓力Mpa；――液壓缸進油腔和回油腔有效工作面積。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）時的壓力損失。比較仔細的計算要在管路裝配圖畫出之后才能進行。初步計算時，可參考同類液壓挖掘機的經驗數(shù)據(jù)來確定，可取＝3MPa～4Mpa。4.1.8確定液壓馬達的排量和工作壓力液壓馬達的排量由給定的數(shù)值可知q=140mL/r，液壓馬達的有效工作壓力按下式計算：＝－－式中的壓力損失，可按前面介紹的經驗數(shù)據(jù)確定?；赜捅硥毫Φ臄?shù)值應根據(jù)馬達所需的背壓力來確定。根據(jù)液壓馬達驅動的最大載荷力矩Ｍ、排量q、有效工作壓力、最高轉速和最低穩(wěn)定轉速以及系統(tǒng)工作條件等，即可選擇液壓馬達的型號和規(guī)格。4.1.9計算液壓缸與液壓馬達的流量通常根據(jù)最大移動速度和最高轉速來計算液壓缸和液壓馬達的流量。(1)液壓缸所需流量：（/s）式中――液壓缸的有效工作面積；――液壓缸的最大速度m/s；(2)液壓馬達所需流量：（）式中――馬達的理論排量mL/L；――馬達的最高轉速rad/s；――馬達的容積效率。4.2液壓元件的選用4.2.1液壓閥的選用

（1）溢流閥.溢流閥的基本功能是限定系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過載或維持壓力近似恒定。本系統(tǒng)中選用二級同心先導式溢流閥，安裝在泵的出油口處，用來恒定系統(tǒng)壓力，防止超壓，保護系統(tǒng)安全運行。（2）過載閥.安裝在液壓缸和行走馬達的管路上，防止超載，用來保護液壓系統(tǒng)和工作的液壓缸和行走馬達。（3）單向閥.系統(tǒng)中多處要用到單向閥，也是必不可少的元件，它用來防止油液倒流，從而使執(zhí)行元件停止運動，或保持執(zhí)行元件中的油液壓力。還可是保持一定的背壓。（4）換向閥.在系統(tǒng)中要用到兩組四聯(lián)換向閥，每個閥為三位四通換想閥。在系統(tǒng)中換向閥的主要作用是改變壓力油進入執(zhí)行元件的方向，進而實現(xiàn)不同的動作要求，在三位四通的換向閥中，左右閥位要求能夠進回油，中間的閥位要求禁止油液流通，以達到執(zhí)行元件動作達到要求后停止或懸停在任意位置。4.2.2輔助元件的選用

（1）油管.由于系統(tǒng)工作壓力高，所以在系統(tǒng)中沒有相對運動的管路中選用無縫鋼管，它能承受高壓，價格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，裝拆方便，所以適合用在高壓管道。在系統(tǒng)中有相對運動的壓力管道選用高壓橡膠管。

（2）管接頭.在采用無縫鋼管的管路中，管接頭采用錐密封焊接式管接頭，他除了具有焊接頭的優(yōu)點外，由于它的O形密封圈裝在錐體上，使密封有調節(jié)的可能，密封更可靠。工作壓力為34.5MP工作溫度為-25到+80攝氏度。在橡膠管的接頭處選用扣壓式膠管接頭，安裝方便，與鋼絲編織膠管配套總成，適合在油溫為-30到+80攝氏度的環(huán)境工作。

（3）密封裝置.在液壓系統(tǒng)中密封裝置非常重要，它是用來防止工作介質泄露及外界灰塵和異物的侵入，以保證系統(tǒng)建立起必要的壓力，使其能夠正常工作。密封裝置應滿足在一定的壓力.濕度范圍內具有良好的密封性能。密封裝置和運動件之間的摩檫力要小，摩檫系數(shù)要穩(wěn)定，抗腐蝕能力強，不易老化，工作壽命長，耐磨性好，磨損后在一定程度上能自動補償，結構簡單，使用維護方便，價格低。其于以上幾點，在有相對運動且有摩檫的元件上使用Y型密封圈，其截面小，結構緊湊。且Y型密封圈能隨壓力增高而增大，并能自動補償磨損。在相對摩檫不嚴重或無相對摩檫的元件上用O型密封圈，其結構簡單，容易制造，密封性能好，摩檫力小，安裝方便。

（4）濾油器.在液壓系統(tǒng)中，不允許液壓油含有超過限制的固體顆粒和其他不溶性贓物。因為這些雜質可以使間隙表面劃傷，造成內部泄露量增加，從而降低效率增加發(fā)熱。這些雜質還會使閥芯卡死，小孔或縫隙堵塞，潤滑表面破壞，造成液壓系統(tǒng)故障，膠狀物和淤渣等雜質，將會引起元件粘著，酸類還將加速運動件的腐蝕因此要采用濾油器對油液進行過濾，以保證油液質量符合標準。因此選用網(wǎng)式濾油器安裝在泵吸油管上，這種濾油器壓力損失不超過0.04*10五次方MPa，以滿足泵的流量，清洗方便。4.2.3液壓缸的選擇液壓缸在液壓系統(tǒng)中有著重要的地位，是整個液壓系統(tǒng)的起始循環(huán)點，所以對液壓缸的選擇很重要，根據(jù)以上計算的結果，對液壓缸的選擇就明確了，選擇材料為2G330-450的內徑為100mm壁厚為21mm的液壓缸。4.2.4液壓泵的選擇液壓泵的選擇時根據(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備，在這為了經濟考慮，選擇液壓泵的額定壓力為35Mpa的液壓泵。型號為：2ZBZ140的液壓泵。4.2.5液壓馬達的選擇根據(jù)關于液壓馬達的計算，計算所得的液壓馬達的參數(shù)（液壓馬達的排量、液壓馬達的工作壓力、液壓馬達的流量）來選擇。型號為：ZM732的液壓馬達。4.2.6發(fā)動機的選擇發(fā)動機是液壓挖掘機的核心部件，對挖掘機的要求高，對發(fā)動機的要求也就高。選發(fā)動機先確定發(fā)動機的功率。液壓挖掘機用柴油機驅動，柴油機的功率必需能夠充分滿足主機工作過程中的動力要求。發(fā)動機功率根據(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)動機的功率為：＝（1.0～1.3）P（KW）式中P――液壓泵的輸出功率KW。在定量系統(tǒng)中，由于發(fā)動機功率利用低，一般為60％左右，損失功率全部轉變?yōu)闊崃?，因此，確定發(fā)動機功率時可以取得低一些，對于雙泵雙回路定量系統(tǒng)，發(fā)動機功率可取為：＝（0.8～1.1）P（KW）計算時，發(fā)動機功率可按以上兩式計算，或將兩式合并得：＝17.7+92.7q（KW）式中q――液壓挖掘機的標準斗容量。得此液壓挖掘機的發(fā)動機功率為：＝17.7+92.7*1.6＝166.02KW此時可根據(jù)發(fā)動機功率選擇發(fā)動機的型號。

總結在本次畢業(yè)設計之中，我對液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)做了簡單的設計，以其主要的液壓元件為研究的對象，進行計算和分析，然后又根據(jù)這些得出的結論對液壓元件分析，總結之后再對液壓系統(tǒng)中的液壓元件選型。

從液壓缸的計算開始，液壓缸的工作壓力，液壓馬達的排量和工作壓力，液壓缸與液壓馬達排量，發(fā)動機功率的系統(tǒng)計算，根據(jù)這些計算得到的數(shù)據(jù)，對液壓缸，液壓馬達，液壓泵等進行選擇。

液壓元件的選定是液壓回路設計的基礎，對液壓馬達，液壓泵的回油路的設計是根據(jù)所選定的液壓元件來設計的。

展望現(xiàn)在挖掘機的研發(fā)生產向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展，這就對液壓系統(tǒng)的密封性能提出了更高的要求。本次液壓系統(tǒng)的設計用到了很多液壓領域的知識，在這個過程中也學到了很多辦公軟件和繪圖軟件的知識。

在本次畢業(yè)設計中，我感覺我做的還有許多需要完善的地方，有些地方的設計不夠合理，還有許多沒有做到的部分，例如：發(fā)動機具體型號的選定，和液壓閥的選擇，因為我能找到的資料有限，一些具體的原始數(shù)據(jù)無法找到，所有只能做到此。我希望在我以后的工作中能找到這些數(shù)據(jù)和資料來完善我的這個設計。

本次設計內容中可能會有一些謬誤和欠缺，希望各位老師指正，也請各位老師見諒。

致謝

在設計完成之際，我向給予我莫大幫助的老師和同學，大學三年一直默默支持和關心我的親人和朋友，表達由衷的感謝。

感謝老師，在設計上他給予我精心的指導，他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的學識，深邃的思想和遠見卓識，引導我一步一步進入復雜的設計中去。我的設計是在導師的悉心指導下完成的，從設計選題、資料收集、設計框架、一直到最后定稿，他都傾注了大量的心血，在此謹向導師表示誠摯的謝意。

同學的熱情鼓勵與互相幫助、領導的親切關懷以及親朋好友的大力支持使我最終完成學業(yè)，再次向關心和支持我的所有老師、同學和領導表示深深的謝意。

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