2t履帶式単斗液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)(單泵系統(tǒng))

2t履帶式単斗液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)(單泵系統(tǒng))PAGE57-1工作裝置油缸缸徑及其線性尺寸的確定1.1反鏟工作裝置總體方案的選擇確定動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比以及鏟斗的種類。斗桿長(zhǎng)度的特性參數(shù)根據(jù)公式，取1.5～2，本次取1.8。根據(jù)機(jī)型采用下置式動(dòng)臂缸，整體式彎動(dòng)臂，整體式直斗桿。圖1.1工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.2挖掘機(jī)原始參數(shù)整機(jī)重量（t）1.88鏟斗最大挖掘力(KN)22.7斗桿最大挖掘力(KN)11.24平臺(tái)回轉(zhuǎn)速度(rpm)0—10行駛速度Ⅰ檔(km/h)0—2.4行駛速度Ⅱ檔(km/h)0—3.6最大挖掘半徑(mm)3940最大挖掘深度(mm)2210最大挖掘高度(mm)7050最大卸載高度(mm)5160工作油路系統(tǒng)壓力(Mpa)20回轉(zhuǎn)油路系統(tǒng)壓力(Mpa)16行走裝置系統(tǒng)壓力(Mpa)16標(biāo)準(zhǔn)斗容量（）0.041.3鏟斗參數(shù)選擇1.3.1鏟斗主參數(shù)初選鏟斗的四個(gè)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)斗容量、平均斗寬、轉(zhuǎn)斗挖掘半徑和鏟斗挖掘裝滿角。四者的關(guān)系為：(4.1)平均斗寬、轉(zhuǎn)斗挖掘半徑兩者相差不宜過(guò)大；-取三級(jí)土為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，取近似值為1.25；轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿角挖掘轉(zhuǎn)角一般取900-1000一般取950-1150根據(jù)反鏟斗平均斗寬統(tǒng)計(jì)值和推薦范圍，選取斗寬B。1.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟平均斗寬的計(jì)算由參考文獻(xiàn)選取B，取=0.5m（2）計(jì)算鏟斗回轉(zhuǎn)半徑取轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿角=100，則=50；取三級(jí)土為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，=1.25?？捎晒?4.1)得：(4.2)即：m（3）計(jì)算取，得：=KQ=0.35×0.688=0.2408m圖4.1鏟斗相對(duì)坐標(biāo)由圖4.1得鏟斗各點(diǎn)相對(duì)尺寸：表4.2鏟斗鉸點(diǎn)相對(duì)值單位：mmQKVX0-237688Y0420挖掘機(jī)鏟斗的主要參數(shù)可以用于設(shè)計(jì)計(jì)算其它結(jié)構(gòu)尺寸，利用改變?nèi)切蜲EG的形狀可以獲得不同的斗形，如圖4.2所示。圖4.2鏟斗計(jì)算簡(jiǎn)圖圖中三角形OGE為等腰三角形，OA段為直線，AB弧段為拋物線。A點(diǎn)至直線EB的距離為H，拋物線定點(diǎn)高度為L(zhǎng)，一般取H=L。斗尖角取值范圍一般為20°～25°，斗側(cè)壁角取30°～50°，包角取100o設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)，鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)作業(yè)效果很大，其應(yīng)該滿足（1）有利于物料自由流動(dòng)，內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等，兜底要適合各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（2）使物料易于卸盡（3）鏟斗寬度與物料粒徑之比大于41.4動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定1.4.1設(shè)計(jì)的主要要求\o""反鏟設(shè)備是一種由多組連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成的體系，其工作裝置的主要參數(shù)包括反鏟的工作裝置結(jié)構(gòu)、設(shè)備重量、斗容積等。這些主要參數(shù)對(duì)反鏟挖掘性能和工作效率有極大的影響，因此，在確定反鏟裝備的主要參數(shù)時(shí)，必須要對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)位置進(jìn)行合理的選擇，這樣才能讓油缸參數(shù)符合反鏟設(shè)備的挖掘性能和工作效率的要求。連桿機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)位置選取。在考慮發(fā)動(dòng)機(jī)功率、工作裝置結(jié)構(gòu)、設(shè)備重量、斗容積等重要參數(shù)條件下，合理地選取連桿機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)的位置，能提高反鏟設(shè)備的工作效率。下面就動(dòng)臂、斗桿、鏟斗三大機(jī)構(gòu)進(jìn)行討論。1.4.2動(dòng)臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟已知條件：作業(yè)尺寸要求，即最大挖掘深度、最大挖掘高度、最大挖掘半徑和最大卸料高度等；（1）動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C位置的確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：(4.3)得C點(diǎn)的橫軸坐標(biāo)為：得C點(diǎn)的縱軸坐標(biāo)為：所以選C點(diǎn)位置（Xc,Yc）為（0.148，0.778）；同理：由公式(4.4)得動(dòng)臂鉸點(diǎn)與液壓缸鉸點(diǎn)的距離（取臂鉸缸鉸距離系數(shù)ke0=0.3）：取取得A點(diǎn)的橫軸坐標(biāo)為：得A點(diǎn)的縱軸坐標(biāo)為：由此確定A點(diǎn)位置（0.386，0.494）（2）初選動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比，并計(jì)算取如下圖由最大挖掘半徑時(shí)計(jì)算；圖4.3動(dòng)臂與斗桿長(zhǎng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖如上圖在中；根據(jù)余弦定理最終取得：驗(yàn)算∠CFQ：所以在150°～180°范圍內(nèi)。（3）計(jì)算上下動(dòng)臂長(zhǎng)度初選 求得（4）確定B點(diǎn)位置取,由此確定B位置。（5）由最大挖掘深度和最大卸載高度確定出動(dòng)臂最大仰角和最大俯角由原始參數(shù)知：最大卸載高度，最大挖掘深度圖4.4最大卸載高度時(shí)工裝簡(jiǎn)圖由圖4.4得最大卸載高度的表達(dá)式為：(4.6)得出：圖4.5最大挖掘深度時(shí)工裝簡(jiǎn)圖由圖4.5得到最大卸載高度的表達(dá)式為：(4.7)得出：動(dòng)臂的擺角范圍為103°(6）計(jì)算，并檢驗(yàn)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)初取，由eq\o\ac(○,1)（4.8)eq\o\ac(○,2)(4.9)eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)得：eq\o\ac(○,3)則，eq\o\ac(○,3)式可變?yōu)椋航獾茫捍雃q\o\ac(○,1)式得：則代入eq\o\ac(○,3)式由得：則可化簡(jiǎn)為：求得則得動(dòng)臂機(jī)構(gòu)成立(7)確定動(dòng)臂缸全伸全縮長(zhǎng)度以及長(zhǎng)度圖4.6動(dòng)臂各鉸點(diǎn)相對(duì)位置表4.3動(dòng)臂鉸點(diǎn)相對(duì)值單位：mmCBFX0941.42037Y006121.5斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇1.5.1設(shè)計(jì)的主要要求（1）應(yīng)保證足夠的斗齒挖掘力、閉鎖力和以及擺力矩；（2）應(yīng)保證斗桿的擺角范圍∠DFE最大＝105～125°；應(yīng)滿足挖高，一般使∠CFQ≈160～180°；斗桿缸全伸、轉(zhuǎn)斗缸全伸時(shí)，斗齒與動(dòng)臂之間距≥10cm。（3）斗桿油缸伸縮比不宜過(guò)大（一般在1.6～1.7之間）。1.5.2斗桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟（1）初選斗桿缸參數(shù)，斗桿缸主動(dòng)作用力為求得由參考數(shù)據(jù)知，根據(jù)公式(4.10)——斗桿按要求的最大挖掘力；——斗桿缸主動(dòng)挖掘力。取(2)初選(3)根據(jù)幾何關(guān)系確定(4.11)求得(4)求DF(4.12)求得（5)取,確定E點(diǎn)。圖4.7斗桿各鉸點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)表4.4斗桿鉸點(diǎn)相對(duì)值單位：mmFEQX0-1611018.5Y03601.6鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇1.6.1設(shè)計(jì)主要要求因此，鏟斗的強(qiáng)度和剛度必須足夠，能夠承受物料在工作時(shí)所產(chǎn)生的反作用力。在裝載時(shí)，要求物料能較為順暢的流入鏟斗，同時(shí)在物料填充時(shí)，要保持鏟斗壁與物料之間有一定的間隙。否則，如果鏟斗壁與物料之間沒(méi)有間隙，當(dāng)物料填滿鏟斗空間時(shí)，會(huì)產(chǎn)生擠壓現(xiàn)象，擠壓壓力過(guò)大，會(huì)使鏟斗壁與物料之間的吸附力增大。這樣就會(huì)造成物料排不干凈或者撒料等。1.6.2鏟斗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀合理選擇對(duì)挖掘機(jī)作業(yè)效果影響很大（1）初選,|KQ|=0.2408m（2）選取六連桿共點(diǎn)機(jī)構(gòu)，有（3)選取確定N點(diǎn)（4)測(cè)圖得初取則；(4.13)求得(5)由結(jié)構(gòu)確定G點(diǎn)位置。其原則是保證在L3的整個(gè)行程中、及應(yīng)確保HNQK四邊形不會(huì)破壞或卡住，整個(gè)機(jī)構(gòu)需要保持無(wú)干涉運(yùn)動(dòng)和無(wú)碰撞。G點(diǎn)的確定方法是以M為圓心為半徑畫(huà)圓；以為圓心以半徑作圓，兩圓交點(diǎn)即為G點(diǎn)。1.7主要工作尺寸演算如圖4.8所示：圖4.8工作尺寸計(jì)算簡(jiǎn)圖最大挖掘深度驗(yàn)算：(4.14)求得誤差：最大挖掘高度及最大卸載高度驗(yàn)算：(4.15)求得誤差：(4.16)求得最大挖掘半徑驗(yàn)算：由余弦定理得：(4.17)誤差：綜上所述，各工作尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。2挖掘力計(jì)算2.1液壓油缸閉鎖力計(jì)算\o""在液壓挖掘機(jī)工作的時(shí)候，各液壓油缸的內(nèi)徑尺寸和閉鎖力的設(shè)置會(huì)對(duì)液壓挖掘機(jī)的工作狀態(tài)的穩(wěn)定性和高效性產(chǎn)生重要影響。所以，在進(jìn)行液壓挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要對(duì)各個(gè)液壓油缸內(nèi)徑尺寸以及閉鎖力的適當(dāng)設(shè)置進(jìn)行合理設(shè)置，才能確保液壓挖掘機(jī)在工作時(shí)工作狀態(tài)穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，提出了三種不同的工作狀態(tài)下，每一種油缸的內(nèi)徑大小及鎖止壓力的計(jì)算方法。在動(dòng)臂液壓缸中，因?yàn)樵诜寸P作業(yè)的主要工況下，動(dòng)臂液壓缸處于伸縮的狀態(tài)，所以在反鏟作業(yè)中，若出現(xiàn)了拉動(dòng)或回縮的情況，將會(huì)對(duì)動(dòng)臂造成一定的破壞。因此，在起重臂油缸內(nèi)設(shè)有若干個(gè)安全鎖緊元件，可在反挖過(guò)程中對(duì)被動(dòng)油缸的鎖緊壓力進(jìn)行有效調(diào)整，起到對(duì)該鎖緊元件起到保護(hù)作用。在驅(qū)動(dòng)臂上提供了一個(gè)不超過(guò)1.2倍的系統(tǒng)壓力的安全阻塞元件。2.1.1工作裝置各部件質(zhì)量分配參考同類機(jī)型，由比擬法得到工作裝置各部分質(zhì)量如下表所示：表5.1最終各個(gè)部分的質(zhì)量單位：Kg動(dòng)臂斗桿鏟斗動(dòng)臂缸斗桿缸鏟斗缸連搖桿土重G1G2G3G4G5G6GyGt186.6100.774.116.725.915.213.3190.51866N1007N741N167N259N152N133N1905N在計(jì)算閉鎖力時(shí)，需要將動(dòng)臂液壓缸和斗桿液壓缸看作一個(gè)整體（G1），而把斗桿、鏟斗液壓缸和連桿機(jī)構(gòu)看作另一個(gè)整體（G2），同時(shí)把鏟斗和土看作一個(gè)整體（G3）。如下表所示：表5.2：質(zhì)量分布表單位：KgG1G2G3質(zhì)量（kg）186.6100.7264.6重量（N）1866100726462.1.2閉鎖力計(jì)算Ⅰ.當(dāng)斗桿處于垂直狀態(tài)時(shí)鏟斗挖掘作用力臂最大，各力臂值見(jiàn)下表表5.3力臂數(shù)據(jù)表單位：mm力臂r1r2r3r5r6r7mm239.8237.2237.81921832.18力臂r10r11r13r18e1e2mm2183.5653.8828.9478.4619129.3圖5.1閉鎖力計(jì)算第Ⅰ工況計(jì)算簡(jiǎn)圖（1）對(duì)Q點(diǎn)取矩計(jì)算鏟斗液壓缸的挖掘力W1鏟斗缸主動(dòng)作用力P3為(5.1)求得(5.2)求得（2）對(duì)F點(diǎn)取矩計(jì)算得斗桿油缸所受被動(dòng)作用力(5.3)求得斗桿油缸的閉鎖力等于其主動(dòng)作用力求得故能閉鎖（3）對(duì)C點(diǎn)取矩計(jì)算得動(dòng)臂油缸所受的被動(dòng)作用力(5.4)當(dāng)動(dòng)臂液壓缸受到壓力（液壓缸大腔為高壓油），此時(shí)液壓缸的閉鎖力等于大腔產(chǎn)生的作用力。取故能實(shí)現(xiàn)閉鎖Ⅱ.動(dòng)臂處于最低位置。斗齒尖V、斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)F、斗與斗桿鉸點(diǎn)Q三點(diǎn)共線；斗桿挖掘時(shí)其作用力臂為最大見(jiàn)下圖圖5.2閉鎖力計(jì)算第Ⅱ工況計(jì)算簡(jiǎn)圖上圖各力臂值見(jiàn)下表表5.4第Ⅱ工況力臂數(shù)據(jù)表單位：mm力臂r1r2r3r5r6r7mm762.75149.41685力臂r10r11r13r18e1e2mm820.21433.6828.9160021137.3（1）對(duì)F點(diǎn)取矩，由得鏟斗液壓缸挖掘力(5.5)（2）對(duì)C點(diǎn)取矩，由得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力(5.6)求得動(dòng)臂液壓缸受到拉力，此時(shí)液壓缸小腔為高壓油，其閉鎖力等于小腔所產(chǎn)生的作用力取求得故能完成閉鎖Ⅲ.F、Q、V三點(diǎn)排成同一條直線時(shí)挖掘深度最大同時(shí)要求克服平均阻力。見(jiàn)圖5.3圖中各力力臂臂值見(jiàn)表5.5表5.5第Ⅲ工況力臂數(shù)據(jù)表單位：mm力臂r1r2r3r5r6r7mm233.6233.5237.180211681力臂r10r11r13r18e1e2mm22812226.13192.73192.7289.6129.2圖5.3閉鎖力計(jì)算第Ⅲ工況計(jì)算簡(jiǎn)圖（1）對(duì)Q點(diǎn)取矩計(jì)算鏟斗液壓缸挖掘力W1鏟斗缸主動(dòng)作用力P3為求得（2）對(duì)F點(diǎn)取矩計(jì)算得斗桿液壓缸所受被動(dòng)作用力P2’P2(5.7)求得斗桿液壓缸的閉鎖力等于其主動(dòng)作用力P2所以能閉鎖（3）對(duì)C點(diǎn)取矩計(jì)算得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力(5.8)求得此時(shí)動(dòng)臂液壓缸受拉（液壓缸小腔為高壓油），液壓缸的閉鎖力等于小腔作用力求得不能實(shí)現(xiàn)閉鎖，超壓百分比為表5.6閉鎖力計(jì)算結(jié)果：液壓缸種類動(dòng)臂缸斗桿缸鏟斗缸液壓缸參數(shù)油缸個(gè)數(shù)111缸徑mm8010063桿徑567028行程293242413油缸主動(dòng)作用力KN4976.528液壓缸閉鎖壓力第Ⅰ工況所需閉鎖壓力4.4471——超壓——————第Ⅱ工況所需閉鎖壓力4.4672.2——超壓——————第Ⅲ工況所需閉鎖壓力27.9————超壓20.77%————只要調(diào)節(jié)鎖止壓力閥門(mén)的壓力，就可以達(dá)到鎖止的要求。在液壓系統(tǒng)中，如果控制液壓閥的壓力過(guò)高，則可能會(huì)出現(xiàn)故障。因此，在調(diào)節(jié)液壓閥的壓力時(shí)，一定要注意控制系統(tǒng)中的壓力，避免出現(xiàn)故障。3液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)原理圖的擬定3.1液壓挖掘機(jī)的工況液壓挖掘機(jī)的工作循環(huán)通常包括以下步驟(參見(jiàn)圖2.1)：挖掘、滿斗舉升回轉(zhuǎn)、卸載、空斗返回以及整機(jī)行走。其中工作裝置的動(dòng)作、行走、回轉(zhuǎn)都需要液壓驅(qū)動(dòng)。\o""液壓挖掘機(jī)由于其工作條件的復(fù)雜性，工作時(shí)環(huán)境的多變性，因此要求液壓系統(tǒng)應(yīng)具有以下幾點(diǎn)：（1）動(dòng)臂、斗桿、鏟斗在各作業(yè)過(guò)程中應(yīng)能獨(dú)立動(dòng)作，并能與其它運(yùn)動(dòng)部件協(xié)調(diào)動(dòng)作以完成復(fù)合動(dòng)作。（2）液壓挖掘機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，必須使工具油缸及移動(dòng)件的壓力、流量能隨外部阻力的改變而進(jìn)行調(diào)節(jié)。

挖掘機(jī)作業(yè)過(guò)程:（1）挖掘：挖掘機(jī)在作業(yè)時(shí)，一般是通過(guò)斗桿挖掘或鏟斗挖掘的方式來(lái)進(jìn)行作業(yè)。斗桿挖掘時(shí)，挖掘機(jī)會(huì)將鏟斗提起，以鏟斗前端的鏟板為支點(diǎn)，以一定的角度通過(guò)斗桿中心進(jìn)行挖掘；而鏟斗挖掘時(shí)，挖掘機(jī)會(huì)先將鏟斗提起，然后通過(guò)動(dòng)臂、動(dòng)腿的配合完成挖掘。

1、動(dòng)臂升降2、斗桿收放3、鏟斗裝卸4、平臺(tái)臺(tái)回轉(zhuǎn)5、整機(jī)行走圖3.1液壓挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)圖（2）滿斗舉升回轉(zhuǎn)是挖掘機(jī)的一項(xiàng)關(guān)鍵工作，該過(guò)程包括動(dòng)臂提升鏟斗的同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)，這時(shí)動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)馬達(dá)需要協(xié)調(diào)動(dòng)作。（3）在將物體移至卸載地點(diǎn)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生如下情況：物體移至卸載地點(diǎn)時(shí)，物體移動(dòng)過(guò)快，超過(guò)卸載半徑；對(duì)象被移動(dòng)到了卸載的位置，等等。所以，當(dāng)把物體移至卸載位置時(shí)，就必須用吊桿油缸來(lái)調(diào)整卸載半徑。斗桿與鐵鍬的運(yùn)動(dòng)必須協(xié)調(diào)一致。（4）空斗返回工況是挖掘機(jī)作業(yè)過(guò)程的一部分，包括卸載完成后，動(dòng)臂、斗桿和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的配合動(dòng)作，將空斗轉(zhuǎn)移到另一個(gè)挖掘點(diǎn)。3.1.1挖掘工況具體分析液壓挖掘機(jī)主要有三種典型的工作情況，鏟斗單獨(dú)挖掘、斗桿單獨(dú)挖掘和兩者協(xié)同作用。鏟斗作業(yè)三級(jí)土及以下土壤的時(shí)候，其效率會(huì)增加。這種情況常用于清理障礙物或進(jìn)行較松軟土方作業(yè)。斗桿挖掘是在挖掘堅(jiān)硬土層時(shí)為了能夠?qū)㈢P斗填滿而采用的工作方式。這種工作方式的典型特征是挖掘軌跡為S型，與鏟斗形狀相匹配。復(fù)合挖掘是指在對(duì)兩種或兩種以上的不同作業(yè)要求進(jìn)行滿足的情況下，同時(shí)進(jìn)行兩種或兩種以上的不同作業(yè)要求，這種情況在施工現(xiàn)場(chǎng)比較常見(jiàn)。在平地、坡地等工作中，必須有機(jī)械臂與斗桿配合，在鏟斗回收和吊臂提升時(shí)，由于兩種設(shè)備相互獨(dú)立，互不干涉，故必須通過(guò)各自獨(dú)立的油路進(jìn)行供油。而在此過(guò)程中，為了確保兩種設(shè)備相互獨(dú)立，互不干涉，就必須使泵供油流量小，油缸動(dòng)作慢，容易控制以使鏟斗在以一定軌跡、一定切削角進(jìn)行切削或用斗底對(duì)地面進(jìn)行壓實(shí)時(shí)能保持穩(wěn)定。當(dāng)要進(jìn)行切割或平整的時(shí)候，就需要模具的各個(gè)部分配合起來(lái)。如圖3.4，3.5所示。圖3.2斗尖沿直線平整土地圖 圖3.3斗尖沿直線切削斜坡圖圖3.4鏟斗底壓整地面圖 圖3.5鏟斗底保持一定角度切削圖在斗桿油缸活塞桿端回油路上安裝可變節(jié)流閥，可以控制可變節(jié)流閥的開(kāi)口和節(jié)流程度?；剞D(zhuǎn)先導(dǎo)壓力增大時(shí)，可變節(jié)流閥的開(kāi)口將變小，導(dǎo)致斗桿油缸回油壓力升高，油泵供油壓力同步提升。圖3.6馬達(dá)與油缸復(fù)合動(dòng)作示意圖如圖碰到堅(jiān)硬石塊時(shí)增大壓力閥壓力來(lái)提高挖掘力3.1.2滿斗舉升回斗工況分析在起重斗提升的同時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)搖臂液壓缸運(yùn)動(dòng)。挖土機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至卸土位時(shí)，吊桿與鏟斗需自行調(diào)整至合適的卸土位。同時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速率也要比起重臂抬升的速度稍微快一些，所以需要對(duì)吊桿升降速率和轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)速率進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，我們需要調(diào)節(jié)進(jìn)入起重臂油缸和起重電機(jī)的流量，從而適應(yīng)不同卸載部位的旋轉(zhuǎn)角度。3.1.3.卸載工況分析當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)到達(dá)卸料點(diǎn)時(shí)，需要進(jìn)行制動(dòng)，并通過(guò)操縱動(dòng)臂和斗桿油缸調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度。隨后，可以使用鏟斗液壓油缸進(jìn)行卸載。3.1.4空斗返回工況分析卸載完畢，轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行逆向回轉(zhuǎn)，動(dòng)臂和斗桿同時(shí)進(jìn)行動(dòng)作。當(dāng)挖掘機(jī)要將空斗移動(dòng)到新的挖掘位置時(shí)，就需要進(jìn)行回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂缸和斗桿缸的復(fù)合動(dòng)作。在這一過(guò)程中，由于起重臂的下落，要求油壓系統(tǒng)快速旋轉(zhuǎn)。為了保證旋轉(zhuǎn)速度，在回轉(zhuǎn)馬達(dá)中安裝了旋轉(zhuǎn)大齒輪和小齒輪，小齒輪與動(dòng)臂缸相連接；在動(dòng)臂缸中安裝了小油缸和大油缸；在斗桿缸中安裝了大、小斗桿。這樣，就可以把大部分的油液供應(yīng)給旋轉(zhuǎn)電機(jī)，一小部分的油水再通過(guò)另外一條線路供應(yīng)給搖臂油缸，一小部分再通過(guò)節(jié)流閥供應(yīng)給斗桿油缸。3.1.5行走時(shí)復(fù)合動(dòng)作當(dāng)挖掘機(jī)陷入坑洼、大坑、小坑、凹坑等特殊工況，工作裝置（動(dòng)臂，鏟斗，斗桿，回轉(zhuǎn)）會(huì)被卡死或卡住，無(wú)法工作；此時(shí)如果不能及時(shí)把工作裝置從坑里拔出來(lái)，則有可能造成事故。為此，要求挖掘機(jī)能邊行走邊動(dòng)工作裝置（動(dòng)臂，鏟斗，斗桿，回轉(zhuǎn)）。為了保證挖掘機(jī)的直線行駛性，由一個(gè)液壓泵經(jīng)過(guò)兩條回路分別向作用元件及左右行走機(jī)構(gòu)供油，左右機(jī)構(gòu)之間互不影響圖2.9行走復(fù)合動(dòng)作時(shí)的幾種供油情況3.2挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求在履帶式單斗液壓挖掘機(jī)工作時(shí)，其所受的沖擊載荷很大，主要機(jī)構(gòu)外負(fù)載的變化也很大，尤其是沖擊和振動(dòng)多。因此，對(duì)于挖掘機(jī)而言，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤為重要。根據(jù)履帶式單斗液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足以下要求：一是動(dòng)力性。挖掘機(jī)是以發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力進(jìn)行挖掘、行走和作業(yè)的，因此液壓系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的動(dòng)力性。二是操縱性。液壓系統(tǒng)的操縱性能直接影響到挖掘機(jī)的使用效率和施工安全。三是節(jié)能性。挖掘機(jī)在工作過(guò)程中需消耗大量的能量，因此液壓系統(tǒng)應(yīng)具有較好的節(jié)能性。四是安全性。液壓系統(tǒng)的安全性主要取決于動(dòng)力元件和執(zhí)行元件（如減速器）以及控制元件和輔助元件（如冷卻裝置）等部分，因此液壓系統(tǒng)應(yīng)具有良好的安全性。五是三化要求。3.3液壓系統(tǒng)基本回路的分析所有的液壓系統(tǒng)都是由一些簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)回路所構(gòu)成，如液壓泵、液壓馬達(dá)、油泵等。在液壓系統(tǒng)中，有幾條主要的回路，如水泵、水輪發(fā)電機(jī)等。基本回路是一種典型的回路，它是由一種或多種液壓元件構(gòu)成，這些元件能實(shí)現(xiàn)某一特定的功能，如液壓泵可以將油液中的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，使機(jī)械能傳給動(dòng)臂，動(dòng)臂又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。單斗式液壓挖掘機(jī)在作業(yè)過(guò)程中可根據(jù)不同作業(yè)要求設(shè)置多個(gè)基本回路。

3.3.1回轉(zhuǎn)優(yōu)先回路當(dāng)挖掘機(jī)挖出了一個(gè)地方的材料后，要開(kāi)到卸載點(diǎn)，有些材料卸載點(diǎn)離地面很遠(yuǎn)，所以轉(zhuǎn)臺(tái)要開(kāi)達(dá)卸載點(diǎn)，必須開(kāi)閥回路上的兩個(gè)兩通換向閥，才能保證轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度，并在工作裝置之前完成，這樣才能保證轉(zhuǎn)臺(tái)的工作。圖2.11回轉(zhuǎn)優(yōu)先3.3.2斗桿閉鎖回路斗桿液壓缸和主控?fù)Q向閥之間的閉鎖閥為了防止由于自重或系統(tǒng)泄露而引起的斗桿液壓缸的下落，在斗桿液壓缸和主控?fù)Q向閥之間設(shè)置了斗桿的閉鎖閥，該閥包括一個(gè)閥體，兩個(gè)閥芯。當(dāng)主動(dòng)挖掘時(shí)，斗桿油缸的主控?fù)Q向閥在中間位置時(shí)，由于斗桿液壓缸處于兩腔的中間位置，斗桿液壓缸將產(chǎn)生一個(gè)由兩個(gè)獨(dú)立油腔組成的壓力油，該壓力油不會(huì)經(jīng)過(guò)主油路進(jìn)入控制油路。此時(shí)，兩腔內(nèi)的壓力始終維持在一個(gè)恒定的水平，不會(huì)出現(xiàn)被動(dòng)凸出現(xiàn)象。這樣既保證了液壓系統(tǒng)工作時(shí)正常工作，又有效地避免了安全事故的發(fā)生。在這個(gè)過(guò)程中，不需要再增加任何元件，是一種最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的措施。其原理如下圖：圖2.12斗桿閉鎖3.3.3行走自救回路如果遇到挖掘機(jī)陷入坑中的情況，挖掘機(jī)就必須具有邊行走邊動(dòng)作工作裝置的能力。因?yàn)樵谶@種情況下，液壓泵將提供一根油管給工作裝置，液壓泵則負(fù)責(zé)為行走馬達(dá)提供油液，由于工作裝置不能轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在行走馬達(dá)的一側(cè)有一個(gè)溢流閥控制，行走馬達(dá)只能是直線行駛。但是由于履帶無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在這種情況下就需要另外一條回路為工作裝置提供油液。這樣行走馬達(dá)就可以和工作裝置的油缸同時(shí)動(dòng)作。工作原理如下圖2.13直線行走自救回路3.3.4限壓回路在致動(dòng)器的進(jìn)回油路中，為了限制致動(dòng)器的鎖止壓力，通常都是兩個(gè)一組的平行安裝。限壓閥的調(diào)定壓力與液壓系統(tǒng)的壓力無(wú)關(guān)，主要是由于液壓系統(tǒng)的壓力不能很好的反應(yīng)限壓閥的工作狀態(tài)，所以，限壓閥在進(jìn)行壓力調(diào)整時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行壓力調(diào)整。通常來(lái)說(shuō)，在系統(tǒng)中，由高壓系統(tǒng)的限壓閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的壓力，但其調(diào)節(jié)壓力不得超過(guò)系統(tǒng)所要求的工作壓力。

其原理如下圖所示：圖圖2.14工作裝置的限壓回路1-換向閥；2、3-限壓閥；4-動(dòng)臂液壓缸3.3.5行走限速回路采用行走限速，避免挖掘機(jī)在下坡過(guò)程中無(wú)法控制車速，造成高速滑落。它的功能是通過(guò)限制行走電機(jī)的輸出油來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)平衡閥門(mén)（也稱為平衡閥門(mén)）工作時(shí)，在平衡閥門(mén)右側(cè)，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行；當(dāng)平衡閥處于左位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)的回油會(huì)受到限制。圖2.15行走限速補(bǔ)油回路3.3.6卸荷回路是指當(dāng)挖掘機(jī)不工作時(shí)，使液壓泵的輸出壓力油經(jīng)溢流閥的溢流孔，經(jīng)油箱底部的溢流閥流出，然后經(jīng)過(guò)蓄能器儲(chǔ)存到油箱內(nèi)，然后由高壓油管輸送到工作裝置上。在卸荷回路中，液壓泵盡量減少輸出流量和輸出功率，以使液壓泵空轉(zhuǎn)。常采用換向閥中位卸荷如圖2.17a所示和穿越換向閥卸荷如圖2.17b所示。（a）換向閥中位卸荷回路（b）穿越換向閥卸荷回路圖2.16卸荷回路3.3.7回轉(zhuǎn)緩沖補(bǔ)油回路回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，剎車時(shí)因慣性效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)等現(xiàn)象，從而降低了回旋機(jī)構(gòu)的使用壽命。在旋轉(zhuǎn)裝置的進(jìn)、出口電路上分別設(shè)有止回閥和泄放閥，以減少制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)，并避免電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生抽空現(xiàn)象。此外，在該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)還設(shè)有一個(gè)緩沖器和限壓閥。在上臺(tái)出現(xiàn)剎車現(xiàn)象時(shí)，通過(guò)緩沖和限壓閥將調(diào)整壓力傳至旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，達(dá)到降低剎車振動(dòng)的目的。如圖所示。1-高壓回路；2-低壓回路；3、4-緩沖限壓閥；5、6、8、9-單向補(bǔ)油閥;7-換向閥緩沖補(bǔ)油回路3.3.8先導(dǎo)系統(tǒng)控制回路先導(dǎo)回路起隔離輸入控制信號(hào)的作用，防止控制回路在短路狀態(tài)下接通造成設(shè)備意外起動(dòng)。圖2.18先導(dǎo)控制回路3.3.9行走自動(dòng)二速系統(tǒng)查閱資料得本機(jī)型擁有兩個(gè)檔位，為此設(shè)計(jì)出行走二速系統(tǒng)，原理圖如下1-先導(dǎo)液壓泵；2-行走二速電磁閥；3-速度轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；4-行走液壓馬達(dá)；5-伺服液壓缸；6-控制選擇閥圖2.19行走自動(dòng)二速系統(tǒng)3.4液壓系統(tǒng)原理圖的制定本次液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特色之一，就是采用了先導(dǎo)液壓操縱，行走自動(dòng)二速系統(tǒng)等先進(jìn)結(jié)構(gòu)。它具有操作輕便、使用維護(hù)安全可靠、經(jīng)濟(jì)性好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。本液壓系統(tǒng)是由一臺(tái)泵站和一個(gè)控制回路組成，所有的執(zhí)行器都是并聯(lián)的油路，能使各個(gè)執(zhí)行器能獨(dú)立工作也能組合工作，這樣可以充分發(fā)揮單個(gè)執(zhí)行器的最大功率，從而使整個(gè)系統(tǒng)更加安全可靠。起重臂油缸與斗桿油缸分別使用兩個(gè)換向閥，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的工作轉(zhuǎn)速。每個(gè)執(zhí)行環(huán)都設(shè)有止回閥和泄壓閥，這樣可以保證負(fù)載不會(huì)受到影響。4回轉(zhuǎn)、行走機(jī)構(gòu)主參數(shù)的確定和液壓馬達(dá)的選定4.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選定本次回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用全回轉(zhuǎn)，即回轉(zhuǎn)小齒輪的固定齒圈在高速回轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)高速液壓馬達(dá)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪的固定齒圈滾動(dòng)，從而使轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)，反之，采用低速液壓馬達(dá)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪的方式，即轉(zhuǎn)臺(tái)在低速回轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)低速液壓馬達(dá)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪的固定齒圈滾動(dòng)，從而使轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)。因此采用制動(dòng)性能好且傳動(dòng)簡(jiǎn)單零件少的低速大扭矩液壓馬達(dá)。4.2轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及回轉(zhuǎn)啟動(dòng)制動(dòng)力矩的計(jì)算[1]4.2.1轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量本設(shè)計(jì)采用反鏟工作裝置，可按以下經(jīng)驗(yàn)公式估算。滿斗回轉(zhuǎn)：（4.1）空斗回轉(zhuǎn)：（4.2）式中：G—整機(jī)質(zhì)量t，2t。將G=2t帶入上式（4.1）、（4.2）得4.2.2回轉(zhuǎn)起動(dòng)力矩和制動(dòng)力矩?fù)?jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)回轉(zhuǎn)起動(dòng)力矩和最大制動(dòng)力矩不應(yīng)超過(guò)行走部分與地面的附著力矩。當(dāng)機(jī)械制動(dòng)時(shí)可取，僅靠液壓制動(dòng)時(shí)可取。為作用在轉(zhuǎn)臺(tái)上的最大制動(dòng)力矩。取。履帶式液壓挖掘機(jī)對(duì)地面的附著力矩可按下式求得：（4.3）式中：G—整機(jī)質(zhì)量2t；—附著系數(shù)，對(duì)帶筋履帶板取0.5。求得：,作用在轉(zhuǎn)臺(tái)上的最大起動(dòng)力矩一般小于最大制動(dòng)力矩，對(duì)于純液壓制動(dòng)：=1.384（4.4）式中：—馬達(dá)和減速器的總效率，當(dāng)采用低速大扭矩油馬達(dá)時(shí)取=0.85代入上式，得：4.3轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角范圍及轉(zhuǎn)速的確定轉(zhuǎn)臺(tái)最佳轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：（4.5）式中：—轉(zhuǎn)臺(tái)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，269公斤米；—轉(zhuǎn)臺(tái)最佳轉(zhuǎn)角范圍，初選；—空斗回轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，取228.58；k—摩擦力系數(shù)，取0.92；C—機(jī)械效率系數(shù)；代入數(shù)據(jù)，得：因此轉(zhuǎn)臺(tái)最佳轉(zhuǎn)速為。由公式（4-5）可知，當(dāng)參、、、、確定之后，轉(zhuǎn)臺(tái)最佳轉(zhuǎn)速取決于角，中小型液壓挖掘機(jī)轉(zhuǎn)角范圍一般在，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)角選擇在之間比較適當(dāng)。取轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)角為90°4.4液壓馬達(dá)的計(jì)算選定[1]已知最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)臺(tái)最佳轉(zhuǎn)速：采用低速大扭矩液壓馬達(dá)，驗(yàn)算后傳動(dòng)比取i=10，限壓閥調(diào)定壓力設(shè)為14Mpa。馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速：馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩：(4.6)式中：—轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)效率，取0.95將=0.95帶入式（3.6）得:馬達(dá)的理論排量：(4.7)式中：V—液壓馬達(dá)的理論排量，；M—液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩，283N·m；—液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差，調(diào)定壓力14Mpa；—液壓馬達(dá)機(jī)械效率，初選0.95；代入式（4.7）得：由資料查得該馬達(dá)的主要技術(shù)參數(shù)如表4.1所示：表4.1XM-E160馬達(dá)主要參數(shù)理論排量（mL/r）額定壓力（MPa）峰值壓力（MPa）額定轉(zhuǎn)速（r/min）最高轉(zhuǎn)速（r/min）額定轉(zhuǎn)矩（N·M）最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速（r/min）160162032040036630馬達(dá)的扭矩公式為（4.8）式中：—XM-E160型柱塞馬達(dá)的機(jī)械效率，取0.92；將=0.92帶入式（4.8）得:即最大有效轉(zhuǎn)矩在其最大轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，故選用合理。4.5行走液壓馬達(dá)的計(jì)算選擇4.5.1履帶行走裝置的傳動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)輪與行走馬達(dá)之間安裝減速器，由液壓馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速來(lái)選定減速比，約在5～150范圍內(nèi)。4.5.2行走液壓馬達(dá)的選擇（1）行走液壓馬達(dá)選擇低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。大齒輪和驅(qū)動(dòng)輪裝在同一軸上，小齒輪和行走馬達(dá)裝在同一軸上，齒輪減速器安裝在履帶架上。表4.2挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)距及適用范圍節(jié)距（mm）齒數(shù)適用范圍（斗容量）101,125,13515417320323,2523,2523230.25m3以下0.25～0.4m30.4～0.6m31.0m3、1.6m3據(jù)上表可知，0.04m3挖掘機(jī)選用齒數(shù)Z=23，驅(qū)動(dòng)輪節(jié)距t=125mm，則鏈輪轉(zhuǎn)速為：（4.9）式中：—車速,Ⅰ檔2.1km/h，Ⅱ檔3.6km/h；代入式（4.9）得：Ⅰ檔鏈輪轉(zhuǎn)速為：Ⅱ檔鏈輪轉(zhuǎn)速為：經(jīng)驗(yàn)算終傳動(dòng)鏈輪與行走馬達(dá)間的傳動(dòng)比定為，則馬達(dá)轉(zhuǎn)速為：Ⅰ檔時(shí)馬達(dá)所需轉(zhuǎn)速為：Ⅱ檔時(shí)馬達(dá)所需轉(zhuǎn)速為：行走牽引力M與機(jī)重G比例為初選F=0.8G.每條履帶達(dá)機(jī)重的40%，所以每條履帶的牽引力為：驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑作用在驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩為：行走馬達(dá)輸出扭矩為：（4.10）式中—減速器減速比，=3；—行走機(jī)構(gòu)機(jī)械效率，取0.9。求得：取液壓馬達(dá)壓力差,所以液壓馬達(dá)的排量：（4.11）式中—液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，取0.95。代入公式（4.11）得行走馬達(dá)要求有二檔速度，所以決定采用雙排變量的PJM型低速大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)，設(shè)液壓馬達(dá)的總進(jìn)油量為Q,進(jìn)出口壓力差為，每排柱塞的每轉(zhuǎn)排量為q，則液壓馬達(dá)的扭矩為： （4.12）馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為：（4.13）圖4.1雙排液壓馬達(dá)調(diào)速低速行走時(shí)使兩排柱塞并聯(lián)工作（圖4.1a），高速行走時(shí)操控電磁換向閥使兩排柱塞串聯(lián)工作（圖4.1b），液壓馬達(dá)的扭矩為：（4.14）轉(zhuǎn)速則為：（4.15）由此可見(jiàn)，將兩排柱塞并聯(lián)后液壓馬達(dá)的扭矩增加了，但降低了轉(zhuǎn)速；串聯(lián)后扭矩變小了，但加快了轉(zhuǎn)速。由于采用了雙排馬達(dá)，所以單個(gè)馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩為：相應(yīng)排量為：每個(gè)馬達(dá)所需流量：（4.16）式中：—液壓馬達(dá)容積效率，0.98；—鏈輪轉(zhuǎn)速，代入式（4.13）得高速和低速行駛時(shí)馬達(dá)所需流量為：Ⅰ檔低速時(shí)：Ⅱ檔高速時(shí)：EQ根據(jù)計(jì)算，選擇PJM5-300型低速大扭矩馬達(dá)，參數(shù)如表4.3：表表4.3PJM5-300型馬達(dá)參數(shù)排量（）額定壓力（MPa）最大壓力（MPa）最高轉(zhuǎn)速（）最大扭矩(N·m)質(zhì)量(kg)360253215-540146357.54.6行走裝置原地轉(zhuǎn)彎能力的校核[1]4.6.1原地轉(zhuǎn)彎能力履帶在地面的轉(zhuǎn)彎阻力和履帶的內(nèi)阻力為挖掘機(jī)原地轉(zhuǎn)彎阻力，即：（4.17）式中：-履帶對(duì)地面接觸處的阻力系數(shù)，對(duì)三筋履帶,取u=0.55；G-挖掘機(jī)重量。挖掘機(jī)的牽引力T=2F=52KN>W,牽引力大于轉(zhuǎn)彎阻力，因此在一般路面能原地轉(zhuǎn)彎。5主泵、發(fā)動(dòng)機(jī)和多路閥組的選型5.1液壓系統(tǒng)主參數(shù)的計(jì)算[2]5.1.1油泵工作壓力油泵的工作壓力要大于執(zhí)行元件的最大工作壓力（5.1）式中：—進(jìn)油路壓力損失，取=6×0.5Mpa—系統(tǒng)最大工作壓力，20Mpa；液壓泵的儲(chǔ)備系數(shù)，一般去,取k=1.2將以上參數(shù)代入式（5.1）得：5.1.2油泵的流量油泵的流量要大于該泵同時(shí)驅(qū)動(dòng)若干執(zhí)行原件的總流量（5.2）式中：—系統(tǒng)滲漏系數(shù)，取1.1～1.3，初選1.2；—同時(shí)動(dòng)作的執(zhí)行元件所需的最大總流量，根據(jù)樣機(jī)可取100。將以上參數(shù)帶入式（5.2）得：5.1.3計(jì)算液壓泵的功率(5.3)式中：—液壓泵的最大工作壓力，27.6MPa；—液壓泵的最大流量，120；—液壓泵的總效率，柱塞泵取0.9；—變量系數(shù)，取2。將以上參數(shù)代入式(5.3)得液壓泵組功率：5.2主泵的選定根據(jù)以上數(shù)據(jù)選擇A2F型斜軸式軸向變量柱塞泵，這種柱塞泵廣泛用于挖掘機(jī)開(kāi)式液壓系統(tǒng)中。參數(shù)如表5.1所示。表5.1A2F45斜軸式軸向變量柱塞泵性能參數(shù)參數(shù)類別值額定壓力（MPa）35峰值壓力（MPa）40速比0.8最大傳動(dòng)轉(zhuǎn)速Q(mào)UOTE(r/min)3000最大流量QUOTE(L/min)129最大驅(qū)動(dòng)功率（kw）75重量約(kg)235.3發(fā)動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算[2].發(fā)動(dòng)機(jī)功率根據(jù)系統(tǒng)方案確定，本次設(shè)計(jì)采用變量泵，所以液壓泵利用率很高，發(fā)動(dòng)機(jī)功率可取為：(1.0～1.3)(5.4)將代入式(5.4)得發(fā)動(dòng)機(jī)功率：根據(jù)上述所得數(shù)據(jù)及液壓泵相關(guān)數(shù)據(jù)選擇玉柴YC4D型號(hào)系列的發(fā)動(dòng)機(jī)，具體參數(shù)如表5.2：表5.2玉柴YC4D95Z-T21型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)參數(shù)類別值額定功率(kw)70額定轉(zhuǎn)速(r/min)22001600～1800r/min時(shí)最大扭矩(N·m)2805.4多路閥組的選用多路換向閥是由兩個(gè)以上的換向閥為主體的組合閥。它用于液壓挖掘機(jī)上便于對(duì)液壓缸及馬達(dá)的集中控制。液壓挖掘機(jī)是一種多執(zhí)行元件的設(shè)備，每個(gè)執(zhí)行元件都有各自的控制系統(tǒng)。但液壓挖掘機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)多，受體積、重量、成本等因素限制，一般都采用并聯(lián)回路。因此，在設(shè)計(jì)中必須考慮并聯(lián)回路的要求。根據(jù)手上資料和現(xiàn)有產(chǎn)品，選擇了結(jié)構(gòu)緊湊的片式DC換向閥。通用化程度高、操縱力小、流量大、微調(diào)性能好液壓挖掘機(jī)多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)集中控制時(shí)，改變液流方向，實(shí)現(xiàn)多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的集中控制。表5表5.3DC20多路換向閥性能參數(shù)參數(shù)類別值通徑（mm）20公稱壓力（Mpa）20最大壓力（Mpa）25許用背壓（Mpa）3比例先導(dǎo)閥壓力（Mpa）0.6~2.2公稱流量（L/min）100最大流量（L/min）150油液溫度范圍（oC）-20~+100油液粘度范圍（mm-2/s）2.8~380

6先導(dǎo)控制回路及先導(dǎo)閥的選用6.1先導(dǎo)操縱的必要性先導(dǎo)操縱是一個(gè)通過(guò)手柄來(lái)操控若干個(gè)先導(dǎo)閥的操縱過(guò)程。在先導(dǎo)操縱回路中，油壓和油路控制壓力是通過(guò)先導(dǎo)操作閥上的先導(dǎo)控制電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在先導(dǎo)操縱回路中，一般不超過(guò)3MPa的油壓和3MPa以上的油路控制壓力，可以滿足主機(jī)各個(gè)構(gòu)件的動(dòng)作要求。若由單獨(dú)的油泵供油，控制流量在20之內(nèi)，所以操縱先導(dǎo)閥并不費(fèi)力。1-控制液壓泵；2-主液壓泵；3-發(fā)動(dòng)機(jī)；4-先導(dǎo)閥；5-換向閥；6-液壓缸；7-手柄；8-液壓馬達(dá)；9、10-小閥圖6.1先導(dǎo)操縱的操縱回路6.2先導(dǎo)閥的選用本次設(shè)計(jì)選擇BJS系列手動(dòng)比例換向先導(dǎo)控制閥組，這樣可以保證操縱桿行程與換向閥芯行程之間具有近似的比例關(guān)系，從而更輕松地進(jìn)行操縱操作。下面將所選產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)列于表6.1。表6.1BJS-B3T系列先導(dǎo)式減壓閥的技術(shù)參數(shù)表額定壓力(MPa)控制壓力范圍(MPa)最大流量(L/min)液壓油溫范圍(℃)粘度范圍(mm2/s)過(guò)濾精度(um)2.50.6～2.215-20～8010～400下面將BJS系列手動(dòng)比例換向先導(dǎo)控制閥外形及原理如圖6.2(a)小閥內(nèi)部原理圖 （b）先導(dǎo)操縱手柄動(dòng)作圖圖6.2BJS系列先導(dǎo)閥特性曲線及原理動(dòng)作選擇套數(shù)：3套6.3先導(dǎo)油泵的選擇6.3.1先導(dǎo)泵的選用先導(dǎo)泵用于供給先導(dǎo)控制回路壓力和流量，保證執(zhí)行元件速度和力的要求。先導(dǎo)控制回路最大工作壓力：（6.1）式中：—BJS系列先導(dǎo)閥額定壓力，2.5Mpa；—先導(dǎo)回路的壓力損失，取0.3Mpa；求得：根據(jù)上述條件，選擇CBF-E63型號(hào)齒輪泵，這種泵廣泛用于工程機(jī)械中，它的技術(shù)參數(shù)列入表6.2中。表6.2CBF-E63型齒輪泵主要技術(shù)參數(shù)額定壓力（MPa）最大壓力（MPa）額定轉(zhuǎn)速(rpm)最大轉(zhuǎn)速(rpm)容積效率（%）驅(qū)動(dòng)功率（kw）重量約(kg)排量（ml/r）16202000250091408.863實(shí)際齒輪泵供給的壓力為：，齒輪泵的最大流量（6.2）式中—系統(tǒng)滲漏系數(shù)，取1.1～1.3，初選1.3；—執(zhí)行元件所需最大流量，可取100。代入數(shù)據(jù)，得：。齒輪泵功率：（6.3）式中：—液壓泵的額定工作壓力，16MPa；—齒輪泵的最大流量，130；—齒輪泵的總效率，齒輪泵取0.8；—變量系數(shù)，定量液壓泵取1。將以上參數(shù)代入式(6.3)得液壓泵功率：。

7其它輔件的計(jì)算和選擇7.1管路的選擇7.1.1非橡膠管道的選擇首先計(jì)算管道內(nèi)徑:（7.1）式中：—管道內(nèi)油液的實(shí)際最大流量，L/min；—管道內(nèi)油液流速，吸油管取v=0.8m/s，回油管取v=2m/s，主泵壓力油管取v=6m/s，輔助泵壓力油管取v=3m/s。再計(jì)算管壁厚，按公式：（7.2）式中：—工作壓力，系統(tǒng)工作壓力與多路換向閥組壓差和取，輔助泵；—材料的許用應(yīng)力（20鋼=420MPa），>17.5MPa時(shí)，安全系數(shù)n=4.0,所以；<17.5MPa時(shí)，n=6.0，。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果查資料得表7.1表7.1非橡膠管道計(jì)算參數(shù)及結(jié)果總表參數(shù)管路名稱通過(guò)流量（L/min）允許流速（m/s)公稱通徑（mm）計(jì)算值（mm）外徑（mm）壁厚（mm）主泵吸油管1200.83231.8407.2輔泵吸油管500.82420.5253.2主泵壓油管646.0109.2122.1輔泵壓油管5031210.5131.8動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油管1206.01211.6162.77.1.2膠管的選擇為了實(shí)現(xiàn)管道的連接，我們需要使用膠管。高壓軟管是一種用于壓力油路的橡膠軟管。軟管和硬管的計(jì)算公式相同。查資料得表6.2。表7.2橡膠管道計(jì)算參數(shù)及結(jié)果總表參數(shù)管路名稱最大流量Q（L/min）最大流速V（m/s）公稱內(nèi)徑D（N/mm）計(jì)算值（mm）外徑D（mm）先導(dǎo)油路壓力油管500.82420.525動(dòng)臂缸進(jìn)油路油管1206.01211.616動(dòng)臂缸回油路油管1206.01211.616斗桿缸進(jìn)、回油路油管1206.01211.616鏟斗缸進(jìn)、回油路油管1206.01211.6167.2蓄能器的選擇在先導(dǎo)式液壓回路中，傳動(dòng)部件采用了小齒多齒的外齒式齒輪泵，但其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)存在著流量脈動(dòng)，且因其體積利用率低，在加載液壓油時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)流體壓力、流量的脈動(dòng)，造成液壓回路的工作壓力波動(dòng)，進(jìn)而影響到先導(dǎo)式閥門(mén)的控制。為了達(dá)到這一目的，可將儲(chǔ)能器轉(zhuǎn)變?yōu)楹髠潆娫?，?duì)系統(tǒng)的漏油進(jìn)行補(bǔ)足，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。蓄能器主要用于作為備用的動(dòng)力源，因此其容積可以按下列公式：（6.3）式中：—蓄能器有效工作容積；—蓄能器最低工作壓力（絕對(duì)壓力），0.2MPa；—蓄能器最高工作壓力（絕對(duì)壓力），3.2MPa；—執(zhí)行元件的個(gè)數(shù)=3；三組先導(dǎo)閥流量為,取蓄能器工作容積將以上參數(shù)帶入式(6.3)得蓄能器總?cè)莘e：根據(jù)蓄能器總?cè)莘e，及使用要求，查資料[4]選擇型囊式蓄能器。具體型號(hào)及技術(shù)參數(shù)列于表6.3。表7.3先導(dǎo)回路的技術(shù)參數(shù)公稱容積(L)公稱通徑(mm)公稱壓力(MPa)最大直徑(mm)重量(kg)4055102191197.3濾油器的選擇所以在設(shè)計(jì)過(guò)濾器時(shí)，必須根據(jù)不同的使用情況和不同的要求來(lái)確定所用濾芯的材料。影響濾芯工作能力的因素主要有：1、濾芯有效過(guò)濾面積：即濾芯的過(guò)濾面積，它取決于濾芯材料的孔徑，也與油的粘度和溫度有關(guān)。2、過(guò)濾前后油的壓力差：壓力差是指在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)油從油缸中被吸入并通過(guò)濾器時(shí)，它所受的壓力，它是影響過(guò)濾器過(guò)濾精度的一個(gè)重要因素。3、油中固體顆粒的含量：濾器能處理多少固體顆粒取決于濾芯材料對(duì)油中固體顆粒的過(guò)濾能力。這里要選擇的是主回油路和泄油及先導(dǎo)回油路的過(guò)濾器，濾芯的有效過(guò)濾面積為：（7.4）式中：—過(guò)濾器額定流量，主回油路，先導(dǎo)控制油路；—液壓油的動(dòng)力粘度，多路閥組與主泵共同要求運(yùn)動(dòng)粘礦物型油液L-HM32的密度為，所以Pas；`—濾芯材料的單位過(guò)濾能力，紙質(zhì)濾芯=0.035；—壓力差，根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品樣本，取主回油路，先導(dǎo)回路。將以上參數(shù)帶入式（7.4）中得：主回油路濾芯過(guò)濾面積：先導(dǎo)油路濾芯過(guò)濾面積：根據(jù)資料查得下表。表7.4主回油路紙質(zhì)過(guò)濾器ZU-H400技術(shù)參數(shù)參數(shù)類別值通徑（mm）50額定流量(L/min)400初始?jí)毫?MPa)0.2允許最大壓力損失(MPa)0.35過(guò)濾精度()20重量(kg)38表7.5先導(dǎo)及泄漏回油路紙質(zhì)過(guò)濾器ZU-H100技術(shù)參數(shù)參數(shù)類別值通徑（mm）25額定流量(L/min)100初始?jí)毫?MPa)0.1允許最大壓力損失(MPa)0.35過(guò)濾精度()20重量(kg)157.4其它換向閥的選擇7.4.1先導(dǎo)回路中作為先導(dǎo)開(kāi)關(guān)的換向閥選擇液壓系統(tǒng)為全液壓控制系統(tǒng)，其工作原理如下圖所示，該系統(tǒng)有兩個(gè)單獨(dú)的閥：一個(gè)是換向閥，另一個(gè)是先導(dǎo)閥。工作時(shí)，換向閥只有在換向閥開(kāi)啟的情況下才能實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)手柄的開(kāi)關(guān)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的動(dòng)作?；芈房刂朴偷囊簤毫?.5MPa，每條控制油路的流量為15L/min。因此選擇DSHG-01-3c型電液換向閥。參數(shù)于表7.6中。7.4.2行走馬達(dá)回中液控?fù)Q向閥的選擇由原始參數(shù)，行走馬達(dá)需要二個(gè)無(wú)級(jí)變速的檔位，所以先導(dǎo)回路是用來(lái)操縱控制行走馬達(dá)的工作轉(zhuǎn)速的，而液控?fù)Q向閥是用來(lái)調(diào)節(jié)液控?fù)Q向的速度。所以，當(dāng)先導(dǎo)回路打開(kāi)時(shí)，由于活塞在行程內(nèi)受到了壓力作用，液壓油不斷地經(jīng)過(guò)先導(dǎo)回路進(jìn)入液壓缸的活塞桿內(nèi)，活塞桿上的內(nèi)孔與內(nèi)孔之間有一個(gè)間隙，因此就會(huì)引起液壓油流量的變化。由于先導(dǎo)回路和液控?fù)Q向閥是相互聯(lián)系的，所以行走馬達(dá)在工作時(shí)，液控?fù)Q向閥的換速是由行走馬達(dá)的排量缸來(lái)調(diào)節(jié)。選擇WE10型電磁換向閥，參數(shù)于表7.7中。額定工作壓力（MPa）通過(guò)流量（L/min）使用油溫（℃）使用電壓（V）重量（kg）2140--3.5表7.6用于先導(dǎo)開(kāi)關(guān)DSHG-01-3c換向閥的技術(shù)參數(shù)表7.7用于行走控制選擇閥WE10的技術(shù)參數(shù)額定工作壓力（MPa）通過(guò)流量（L/min）使用油溫（℃）使用電壓（V）重量（kg）31.5100-30~80244.87.5油箱容量的初算油箱的容量是由系統(tǒng)的供油量與回油量共同決定的，即：1、系統(tǒng)的供油量要大于回油量，否則油箱中將存有大量回油，回油量主要由系統(tǒng)的供油量和油液面高度差決定，一般油箱的容量都在200L以上。2、系統(tǒng)有大量回油而沒(méi)有供油，或者系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油液返回油箱時(shí)將不能保證不會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)積累空氣。由此可見(jiàn)，油箱容量的大小與設(shè)計(jì)非常重要，只有保證油箱有足夠的有效容積和散熱面積，才能使油箱有足夠的熱容量和散熱面積。油箱有效容積：(7.5)式中：—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，行走機(jī)械取2.0；—液壓泵每分鐘排除的壓力油的容積，本次為帶入上式(7.5)得8液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算8.1缸筒的受力計(jì)算[9]8.1.1動(dòng)臂油缸的缸徑，活塞桿徑和作用力的確定由前述油缸計(jì)算得知：動(dòng)臂油缸內(nèi)徑：D=150mm活塞桿直徑：，符合工程液壓缸缸徑系列。8.1.2缸筒壁厚的計(jì)算缸筒壁厚為：（8.1）式中：—液壓缸最大工作壓力，24MPa；—?jiǎng)颖塾透變?nèi)徑，150mm；—缸筒材料的許用應(yīng)力，取45號(hào)鋼材，；將以上各參數(shù)帶入式（8.1）可算得油缸厚度：，取=20mm所以缸筒厚度為：8.1.3缸筒強(qiáng)度校核根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，缸筒合成應(yīng)力按下式計(jì)算：＜（8.2）式中：—材料許用應(yīng)力，（45號(hào)鋼）；—缸筒所受的縱向應(yīng)力，；—缸筒所受的環(huán)向應(yīng)力，；縱向應(yīng)力按下式計(jì)算：（8.3）式中—活塞桿直徑，82mm；—缸筒外徑，190mm。將以上參數(shù)代入式（8.3）可得縱向應(yīng)力：環(huán)向應(yīng)力按下式計(jì)算：（8.4）將參數(shù)帶入式（8.4）可得環(huán)向應(yīng)力：將、帶入式（8.2）得缸筒合成應(yīng)力：即＜，缸筒強(qiáng)度足夠。8.1.4缸筒底部及頭部厚度的計(jì)算缸筒底部及頭部為平面時(shí)，按公式：（8.5）式中：—計(jì)算厚度外直徑，缸筒底取80mm，缸筒蓋取160mm—筒內(nèi)最大工作壓力，24MPa；—缸底及缸蓋材料的許用應(yīng)力，缸底取35號(hào)鋼，缸蓋取45號(hào)鋼，；將以上各參數(shù)代入式（8.5）得缸筒底及端蓋的厚度：缸筒底的厚度為：缸筒端蓋的厚度：8.1.5缸筒與缸底及缸蓋連接的強(qiáng)度計(jì)算缸筒與缸底為法蘭連接時(shí)，缸筒螺紋處的應(yīng)力計(jì)算如下：（8.6）式中：—擰緊螺紋的系數(shù)，變載荷取2.5；—缸內(nèi)最大推力，取動(dòng)臂缸大腔最大推力；—缸筒外徑，；—缸筒螺紋底徑，初選。將以上參數(shù)代入式（8.6）可得：螺紋處的剪應(yīng)力：（8.7）式中：—螺紋連接的摩擦因數(shù)，取0.12；—缸筒螺紋外徑，；將以上參數(shù)代入式（8.7）可得螺紋處的剪應(yīng)力：缸筒材料為45號(hào)鋼，屈服極限為，安全系數(shù)取，取=2所以缸筒材料的許用應(yīng)力為：合成應(yīng)力為:（8.8）代入數(shù)據(jù)，得：所以強(qiáng)度足夠。同理，缸筒與端蓋用法蘭連接時(shí)，缸筒連接處的強(qiáng)度計(jì)算如下：取動(dòng)臂油缸小腔最大閉鎖力N；端蓋處的缸筒螺紋底徑取m；缸筒內(nèi)徑為。缸筒端部的最大推力為代入式（8.6）可得螺紋處拉應(yīng)力:此時(shí)端蓋處缸筒螺紋外徑取。將以上參數(shù)代入式（8.7）可得螺紋處的剪應(yīng)力：將數(shù)據(jù)帶入式（8.8），得：所以強(qiáng)度校核合格8.2活塞桿穩(wěn)定性的計(jì)算活塞桿全部伸出時(shí)如果外端到缸的支撐點(diǎn)之間的距