小型挖掘机液压回路分析 论文1

xxx 信息学院 毕业设计说明书 论文 设计 论文 题目 小型挖掘机液压回路分析 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2015 年 11 月 1 日 目 录 第一章 概论 2 1 1 前言 2 1 2 小型液压挖掘机简介 2 1 3 挖掘机国内外发展趋势及研究现状 2 1 3 1 国外发展情况 2 1 3 2 国内发展情况 2 1 4 本文拟达到的要求 2 第二章 挖掘机液压基本回路分析 2 2 1 限压回路 2 2 2 卸荷回路 2 2 3 缓冲回路 2 2 4 节流调速回路 2 2 5 节流限速回路 2 2 6 行走限速回路 2 第三章 挖掘机液压系统的设计 2 3 1 挖掘机的功用和对液压系统的要求 2 3 2 挖掘机液压系统分析 2 3 2 1 挖掘机的液压系统原理图 2 3 2 2 液压系统工作原理简述 2 3 2 3 液压系统特殊部件作用 2 第四章 液压元件的计算与选择 2 4 1 液压元件的计算 2 4 1 1 液压缸内径 2 4 1 2 缸筒壁厚 2 4 1 3 缸筒壁厚验算 2 4 1 4 活塞杆计算 2 4 1 5 活塞杆强度计算 2 4 1 6 确定液压系统的工作压力 2 4 1 7 确定液压缸的主要参数和工作压力 2 4 1 8 确定液压马达的排量和工作压力 2 4 1 9 计算液压缸与液压马达的流量 2 4 2 液压元件的选用 2 4 2 1 液压阀的选用 2 4 2 2 辅助元件的选用 2 4 2 3 液压缸的选择 2 4 2 4 液压泵的选择 2 4 2 5 液压马达的选择 2 4 2 6 发动机的选择 2 总 结 2 展 望 2 致 谢 2 参考文献 2 摘 要 本次毕业设计课题是小型液压挖掘机的液压系统和工作装置 设计思路是根据 液压挖掘机各部分的动作要求 参照同类型其他液压挖掘机来设计 工作装置结构 图和液压系统图采用 CAD 绘制 小型液压挖掘机主要由结构件 覆盖件 工作装置 行走装置 回转装置 液 压系统 动力系统 电器系统等部分构成 最关键核心的是液压系统和动力系统 本文对小型液压挖掘机做了简要介绍 分析了液压挖掘机的主要动作 并根据动作 要求设计了挖掘机的液压系统和工作装置 同时对回转装置 行走装置和各液压缸 的参数进行初步估算 此液压系统采用液压先导控制 性能可靠 操纵强度低 关键词 挖掘机 液压系统 液压 第 1 页 第一章 概 论 1 1 前言 图 1 1 挖掘机液压部分 挖掘机的液压系统是挖掘机上重要的组成部分 它是挖掘机工作循环的动力系 统 挖掘机的工作环境恶劣 且动臂和底盘动作非常频繁 因此要求液压系统工作 稳定 平均无故障时间长 如图 1 1 因此 液压系统的性能优劣决定着挖掘机工 作性能的高低 液压技术的发展直接关系挖掘机的发展 挖掘机与液压技术密不可 分 二者相互促进 液压技术是现代挖掘机的技术基础 挖掘机的发展又促进了液 压技术的提高 挖掘机的液压系统复杂 可以说目前液压传动的许多先进技术都体 现在挖掘机上 挖掘机的液压系统都是由一些基本回路和辅助回路组成 它们包括 限压回路 卸荷回路 缓冲回路 节流调速和节流限速回路 行走限速回路 支腿 顺序回路 支腿锁止回路和先导阀操纵回路等 由它们构成具有各种功能的液压系 统 随着科技的进步 挖掘机的液压系统将更加复杂 功能更加多样且便于操作控 制 工作效率高 耗能少 先进的液压系统会使挖掘机在工程领域发挥更大的作用 第 2 页 液压挖掘机是一种多功能机械 目前被广泛应用于水利工程 交通运输 电力 工程和矿山采掘等机械施工中 它在减轻繁重的体力劳动 保证工程质量 加快建 设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用 由于液压挖掘机具有多品种 多功能 高质量及高效率等特点 因此受到了广大施工作业单位的青睐 液压挖掘 机的生产制造业也日益蓬勃发展 挖掘机液压传动紧密地联系在一起 其发展主要以液压技术的应用为基础 由 于挖掘机的工作条件恶劣 要求实现的动作很复杂 于是它对液压系统的设计提出 了很高的要求 其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的 因此 对挖掘机 液压系统的分析设计已经成为推动挖掘机发展中的重要一环 目前液压技术的研究和发展动向主要体现在以下几个方面 1 提高效率 降低能耗 2 提高技术性能和控制性能 3 发展集成 复合 小型化 轻量化元件 4 开展液压系统自动控制技术方面的研究与开发 5 加强以提高安全性和环境保护为目的研究开发 6 提高液压元件和系统的工作可靠性 7 标准化和多样化 8 开展液压系统设计理论和系统性能分析研究 第 3 页 1 2 小型液压挖掘机简介 图 1 2 小型挖掘机 业界对小挖没有比较明确的定义 一般认为标准斗容量在 0 25以下或者整 3 m 机重在 13T 以下的挖掘机都是小型挖掘机 如图 1 2 在公路养护 园林绿化 小 区建设 市政工程及农田建设等土方量分散 作业空间狭窄的工况下 小型挖掘机 以其体积小 机动性好等优点受到广大用户的青睐 近几年来 我国的经济活动建设带动了以挖掘机为代表的工程机械行业的快速 发展 小挖作为其中一个重要力量也取得了迅速的发展 小挖以其价格便宜 功能 多样 机动灵活 作业效率高等优势 逐渐成为挖掘机这个子行业版块的主力军 受到大家的青睐 小型液压挖掘机价格低 质量轻 保养维修方便 具有独特优势 小型液压挖 掘机体积小 机动灵活 非常适用于城镇的各种管道开挖 基础施工 公用事业以 及房屋维修等作业 其紧凑的体积 特殊的设计使其能够在大型挖掘机无法施工的 第 4 页 环境中进行作业 由于有相关的液压动力系统 小挖能够安装许多辅助作业工具 尾部旋转半径为零的设计应用 使得小型挖掘机在作业空间有限的环境下作业时挖 掘机操作人员无须考虑施工现场是否有障碍物阻碍挖掘机的转动 从而使操作人员 能够更专心于铲斗的操作 这也防止了施工现场周围建筑物以及挖掘机自身的损坏 小型挖掘机的动臂与机身铰接的设计 使其能够在一个很大的范围内进行摆动 使 得挖掘机在周围有障碍物时也能避开障碍物进行作业而无需经常移动机身 同时 这也使得挖掘机能够便于在墙壁或是围墙的旁边进行挖掘作业 小型液压挖掘机便 于各个施工现场间的转移 无需大型拖车或是重型卡车来进行运输 小型的运输工 具就可将其运载 不但能够方便运输 还可以大大降低机器的运输费用 小型工程机械在市政工程 交通等施工中发挥较大优势并得以迅速发展 小型 挖掘机在这些工程中为节省人力 物力做出了较大贡献 满足了城市各种作业要求 在城市狭窄的工作空间内能够最大限度地发挥其生产能力 逐步成为城市施工中具 有代表性的施工机械 从全球范围看 小型挖掘机市场已处于成熟发展期 需求稳定并呈缓慢上升趋 势 中国的小型挖掘机产业仍处于市场导入和发展的初级阶段 需求持续快速增长 小型挖掘机的发展主要依赖于城市建设的发展 由于城市的改造 建设施工较多 要求施工时间短 施工机械对周围环境影响小 安全 低污染 回转半径小 便于 运输以及具有与城市景色相协调的外观 1 3 挖掘机国内外发展趋势及研究现状 1 3 1 国外发展情况 国外小型挖掘机的生产始于二十世纪 70 年代 1985 年以后 由于技术的不断 成熟 这种产品得到了快速发展 目前国外小挖产品在可靠性 操作的流畅性和舒 适性等方面已经非常完美 而且其驾驶室里美观的内饰及舒适的质感也可与家用轿 车媲美 国外专业生产小挖的公司主要分布在美国 日本 欧洲等国家 比较有代表性 的公司比如日本的久保田 小松 洋马等 美国的凯斯和山猫 德国的英孚和英国 的 JCB 等 第 5 页 目前国外的小挖主要向着以一机多用的多功能化 以提高操作性能的智能化 以功率匹配控制的节能化 以有限元分析的可靠性设计 以基于微电子技术的智能 监控系统设计和以符合人机工程学的驾驶室设计等方向发展 1 3 2 国内发展情况 目前国内已形成 1 5T 至 13T 全系列规格型号的小型挖掘机 在国内占据了大 部分市场份额 而且出口量在逐年攀升 其中国内生产小挖比较著名企业的是玉柴 和山河智能 现阶段国内小挖的技术水平相比于国外来说还有很大差距 主要体现 在整机的功率匹配 操作的稳定性和精确性 产品质量的可靠性以及人性化设计等 方面 现阶段处于仿制后自主提高阶段 生产的大部分是标准型小挖 缺乏自主创新 开发能力 特别是在核心液压元件和动力方面受制于人 大部分配件都需要进口 而且很多技术都来自于较成熟的大中型液压挖掘机 在动力匹配和技术创新方面有 待进一步突破 特别是国产液压元件要替代进口液压元件还得不断努力 1 4 本文拟达到的要求 本文设计的小型液压挖掘机斗容量为 0 23m 整机重量为 6 吨 挖掘土壤级别 为 级以下 本文主要对由动臂 斗杆 铲斗 连杆机构组成的工作装置和液压系 统进行设计 设计的工作装置和液压系统要能满足挖掘机基本动作要求 并能完成 复杂的复合动作 本文主要的设计内容包括小挖工作装置的总体设计和机构挖掘力 分析 液压系统的整体设计和设计完成后对关键液压元件进行设计计算并校核 第 6 页 第二章 挖掘机液压基本回路分析 图 2 1 挖掘机液压控制回路 基本回路是由一个或几个液压元件组成 能够完成特定的单一功能的典型回 路 它是液压系统的组成单元 液压挖掘机液压系统中基本回路有限压回路 卸荷 回路 缓冲回路 节流回路 行走回路 合流回路 再生回路等 如图 2 1 液压系统基本回路是由一个或者几个液压元件有机连接而成的 能够完成特定 动作的典型液压回路 它是挖掘机液压系统的组成单元 液压系统是由基本回路组 成的一个有机整体 主要包括限压回路 卸荷回路 缓冲回路 节流调速回路和节 流限速回路 行走限速回路 支腿顺序回路和锁紧回路等 2 1 限压回路 限压回路是用来限制系统压力的 使压力值不超过其一调定值 限压的目的有 两个 一 限制系统的最高压力 避免液压系统和液压元件因过载而损坏 通常用 安全阀来实现限压 安全阀设置在液压泵出油口附近油路上 二 保证系统中某部 分的压力保持定值或不超过特定值 通常用溢流阀来实现 溢流阀在调定系统压力 第 7 页 时 其多余的流量最终通过此阀流回到油箱 因此溢流阀阀口是常开的 限压回路不仅能限制系统压力 对系统进行卸荷 还能保证挖掘机正常工作 如图 2 2 所示来说明限压回路的工作原理 当换向阀 l 处在中位时 液压泵与主回 路断开 处于不工作位置 若换向阀处于左位时 液压泵与主回路接通 液压缸上 有负载 W 则液压缸无杆腔会受到很大的闭锁压力 当此压力很大的话 就有可能 损坏管路和液压元件 因此 液压缸的进出油路处都要安装溢流阀 2 和 3 当闭锁 压力大于溢流阀的调定压力时 溢流阀 2 和 3 就都打开 液压油流回油箱 从而实 现卸荷 换向阀处于右位同理 溢流阀的调定压力与液压系统的压力无关 通常溢 流阀的调定压力越大 液压缸的闭锁力就越大 对挖掘机的作业就越有利 但过高 的压力则会损坏管路和元件 所以一般情况下 高压系统限压阀的压力调定值通常 为系统压力的 125 上下 若是中高压系统的话比 125 还要高 1 换向阀 2 3 溢流阀 4 液压缸 图 2 2 限压回路 2 2 卸荷回路 卸荷回路是设计是为了让挖掘机在不工作时液压泵能以最低的功率运行 从而 第 8 页 减少发动机的燃料消耗 液压挖掘机卸荷回路通常有换向阀中位卸荷回路 2 2 a 和穿越换向阀卸荷回路图 2 3 b 两种 在换向阀中位卸荷回路中 通常采用中位机能是 M 型的三位四通换向阀 当挖 掘机不工作时 换向阀处于中位 进油口和出油口联通 油液经过系统能各个换向 阀后流回油箱 实现卸荷功能 这种回路通常用于高压的串联液压系统 结构简单 但受系统冲击影响大而且操作很不稳定 在穿越换向阀卸荷回路中 换向阀采用的是带有过油通路三位六通换向阀 当 挖掘机不工作时 换向阀处于中位 液压油液依次经过换向阀通路以最低压力流回 油箱 最终实现卸荷 这种回路常用于高压并联系统 受液压换向冲击小 操作时 比较平稳而且工作可靠 a 换向阀中位卸荷 b 穿越换向阀卸荷 图 2 3 卸荷回路 2 3 缓冲回路 当挖掘机的上转台在满斗情况下回转或者在启动 突然间换向和制动时会对液 压系统产生很大的液压冲击 从而产生振动和噪音 损坏液压元件 挖掘机的缓冲 回路就是为了解决这个液压冲击问题而设置在回转回路中的 原理是挖掘机液压系 第 9 页 统中回转马达中的高压油压力过大时和低压油路连通 而且还能对马达进行补油 如下图 2 4 所示为几种比较常见的缓冲回路 a 直动缓冲阀式 b 并联缓冲阀式 c 成对单向阀式 1 高压油路 2 低压油路 3 4 缓冲阀 5 6 8 9 单向阀 7 换向阀 图 2 4 缓冲回路 如图 a 中所示 缓冲阀 3 和 4 安装在回转马达的两个油路 1 和 2 上 正常 工作状态下缓冲阀处于关闭状态 当出现马达停转这种情况时 在高压油路 1 上的 压力油油压会升高 压力油则会打开缓冲阀 3 流回油箱 实现卸载和消除液压冲击 若马达反转时 不仅缓冲阀 3 会卸载和消除液压冲击 同时单向阀 6 打开从油箱吸 油对马达进行补油 而且补油量很大 通常缓冲阀的调定压力要低于系统工作的最 高压力 如图 b 中所示 两个缓冲阀是并联在高低压油路 1 和 2 之间的 当回转马 达停止转动或者反转时 高压油路的高压油就会经过缓冲阀留到低压油路 实现卸 荷和消除液压冲击 同时在发转时还能通过单向阀进行补油 但补油量较少 如图 c 中所示 由四个单向阀 5 6 和 8 9 成对的并联在回路里 只有一 个缓冲阀 3 当马达停转时 高压油先经单向阀 5 留到缓冲阀 3 把 3 打开实现卸荷 和消除液压冲击 若马达反转时还可经过单向阀 9 补油 2 4 节流调速回路 在定量系统中为了改变执行元件的流量通常是利用带有可变截面的节流阀来实 现节流调速的 按照节流阀安装位置不同 节流调速回路一般分为两种 进油节流 调速回路 如图 2 5 a 和回油节流调速回路 如图 2 5 b 第 10 页 a 进油节流调速回路 b 回油节流调速回路 1 定量泵 2 液压缸 3 节流阀 4 溢流阀 5 换向阀 6 滤油器 图 2 5 节流调速回路 a 进油节流调速回路 液压泵前面有过滤 6 液压泵后面安装有溢流阀 4 和节流阀 3 节流阀 3 和液压泵串联安装在高压油路上 液压油先经节流阀和换向 阀再进入液压缸左侧 然后液压缸往右移 如果外负载变大 导致液压缸大腔压力 变大 节流阀两端压差减小 流过节流阀的压力油减少 最后液压缸右移速度变慢 若外负载变小 同理可知 活塞缸移动速度变快 这种回路由于油液先经过节流阀 油温会升高 发热量大 泄露会增大 而且工作不稳定 效率低 b 回油节流调速回路 与进油节流调速回路想比 主要是节流阀安装在了 回油路上 其他工作原理相同 由于节流阀安在了回油路上 油液经过节流阀后直 接流回油箱 冷却效果好 而且工作较稳定 效率高 2 5 节流限速回路 节流限速回路是在液压挖掘机的回油路上安装单向节流阀 从而来保证挖掘机 第 11 页 工作装置安全作业的 如图 2 6 所示 动臂缸 斗杆缸和铲斗缸三个液压缸的回油 路上都有单向节流阀 可以防止动臂等因自重而下降速度过快而导致危险的发生 图 2 6 节流限速回路 2 6 行走限速回路 为了防止履带式液压挖掘机下坡时因自重而加速行走导致溜车和行走马达吸空 常在液压系统加入行走限速回路 对行走马达进行限速和补油 如图 2 7 所示 第 12 页 1 换向阀 2 3 压力阀 4 5 6 7 单向阀 8 9 安全阀 10 行走马 达 图 2 7 行走限速回路 当换向阀处于左位 1 时 行走马达 10 顺时针转动 若履带式挖掘机下坡时 挖掘机超速行走马达超速旋转 则马达左边油路油压将下降 从而使压力阀 3 的截 面开口变小 经过压力阀 3 的油液流量将减少 从而实现回油节流 达到限制挖掘 机速度的目的 挖掘机行走马达吸空时 进油侧油路上的压力油不够 单向阀 7 将 打开 从油箱里吸油进行补油 若行走马达发生故障停转时 进油侧的油液压力过 高 安全阀 9 将打开 高压油经过安全阀 9 流回油箱 实现卸荷 当换向阀处于 2 位时 同理 第三章 挖掘机液压系统的设计 3 1 挖掘机的功用和对液压系统的要求 挖掘机主要用来开挖堑壕 基坑 河道与沟渠以及用来进行剥土和挖掘矿石 他在筑路 建筑 水利施工 露天开采矿作业中都有广泛的应用 液压挖掘机的液压系统是由动力元件 各种液压泵 执行元件 液压缸 液压马 达 控制元件 各种阀 以及辅助装置 冷却器 过滤器 用油管按一定方式连接起来 组合而成 它将发动机的机械能 以油液作为介质 经动力元件转变为液压能 进行 传递 然后再经过执行元件转返为机械能 实现主机的各种动作 由于液压系统的功 能是传递 分配和控制机械动力 因此是液压挖掘机的关键部分 液压挖掘机的液压系统都是由一些基本回路和辅助回路组成 它们包括限压回 路 卸荷回路 缓冲回路 节流调速和节流限速回路 行走限速回路 支腿顺序回 路 支腿锁止回路和先导阀操纵回路等 由它们构成具有各种功能的液压系统 液压挖掘机的工作过程 包括作业循环和整机移动两项主要动作 挖掘机一般工作在施工场合 因此工作环境恶劣 这就要求挖掘机的液压系统和 第 13 页 执行元件要有足够的强度和非常好的密封性能 由于挖掘机的动作频繁 因此 液压 元件和管路要能够承受频繁的液压冲击 以保证挖掘机能够长时间安全稳定的工作 设计出便于操作 更加人性化 工作效率高 耗能少的挖掘机 才会在工程领域发 挥更大的作用 3 2 挖掘机液压系统分析 要了解和设计挖掘机的液压系统 首先要分析液压挖掘机的工作过程及其作业 要求 掌握各种液压作用元件动作时的流量 力和功率要求以及液压作用元件相互 配合的复合动作要求和复合动作时油泵对同时作用的各液压作用元件的流量分配和 功率分配 3 2 1 挖掘机的液压系统原理图 挖掘机的液压系统原理图如下 第 14 页 图 3 1 液压原理图 多路阀组 先导控制阀组 1 斗杆液压缸 2 动臂液压缸 3 4 左右行走马达 5 铲斗液压缸 6 回转 马达 7 限速阀 8 9 10 多路阀组 11 梭阀 12 合流阀 13 14 15 多路阀组 16 压力表 17 18 液压泵 19 冷却器 20 滤油器 21 蓄能 器 22 齿轮泵 23 节流阀 24 25 26 27 28 29 先导控制阀 第 15 页 3 2 2 液压系统工作原理简述 如图 3 1 所示 图中 是低压控制回路 和 是高压控制回路 通过低压回 路对高压回路进行控制 这样能使操作者更安全便捷的控制挖掘机动作 主机启动后 当先导控制阀组 不工作时 液压泵 17 18 提供的压力油分别 通过多路换向阀组 以及限速阀 7 返回油箱 齿轮泵 22 为先导控制油路供压 压力过大时则压力油通过溢流阀流回油箱 先导控制阀 26 27 中的电磁铁 6Y 7Y 同时通电 来自齿轮泵 22 的压力油控 制多路换向阀组 中的 10 13 换向阀 液压挖掘机左右行走马达开始工作 使挖 掘机移动到工作位置 先导阀 26 27 单独控制时液压挖掘机单侧行走 到达工作地点后 通过控制先导控制阀 24 25 28 中的电磁铁调整液压挖掘 机斗杆 动臂和铲斗液压缸 使铲斗调整到合适的切削角度 调整好铲斗工作位置后 先导控制阀 24 中的电磁铁 1Y 通电 斗杆液压缸伸出 完成挖掘动作 挖掘完成后 先导控制阀 25 中的电磁铁 4Y 通电 动臂油缸伸出 使动臂提升 到指定位置 控制先导控制阀 29 使机身回转 令铲斗回转到指定卸载位置 先导控制阀中 28 中的电磁铁 10Y 通电 铲斗油缸收回 完成卸载 复杂的卸载动作需要斗杆 动臂和铲斗液压缸的复合动作 卸载结束后 控制先导控制阀 29 使机身反方向回转 同时斗杆 动臂 铲斗 液压缸配合动作使空斗置于新的挖掘位置 第 16 页 图 3 2 小挖操作位置 如图 3 2 是小挖上的座位 在这里通过操作杆和脚踏板可以对小挖进行控制 对左边的操作杆移动 操作杆向下接通先导控制阀 1Y 操作杆向左接通先导控制 阀 2Y 控制斗杆液压缸 如图 3 3 图 3 3 斗杆液压缸控制回路 操作杆向右接通先导控制阀 3Y 操作杆向上接通先导控制阀 4Y 控制动臂液 压缸 如图 3 4 第 17 页 图 3 4 动臂液压缸控制回路 右边的操作杆移动 控制挖掘机的回转马达以及铲斗液压缸 操作杆向下接通 先导控制阀 9Y 操作杆向左接通先导控制阀 10Y 控制挖斗挖掘 如图 3 5 图 3 5 铲斗液压缸控制回路 操作杆向右接通先导控制阀 11Y 挖掘机工作室向左边旋转 操作杆向上接通 先导控制阀 12Y 挖掘机工作室向右边旋转 如图 3 6 图 3 6 回转马达控制回路 两个踏板分别控制左右履带行走马达 左边踏板向上踩接通 5Y 控制左侧履 带前行 左边踏板向下踩接通 6Y 控制左侧履带后退 右边踏板向上踩接通 7Y 控制右边履带前行 右边踏板向下踩接通 8Y 控制右边履带后退 如图 3 7 图 3 7 左右行走马达控制回路 3 2 3 液压系统特殊部件作用 限速阀 两组多路换向阀采用串联油路 其回油路并联 油液经过限速阀 7 流 第 18 页 回邮箱 限速阀 7 的液控作用着由梭阀 11 提供给的 17 18 两油泵的最大压力 当 挖掘机下坡行走出现超速情况时 油泵出口压力降低 限速阀 7 自动对回油路进行 节流 防止溜坡现象 保证液压挖掘机安全 合流阀 多路换向阀组 不工作时候通过合流阀 液压泵 17 输出的压力油经 过合流阀进入多路换向阀 以加快动臂或斗杆的移动速度 蓄能器 保持先导油路油压稳定和熄火后提供油压还能完成几个动作的控制 节流阀 防止动臂 斗杆 和铲斗发生因重力超速现象 起限速作用 缓冲阀 用于缓冲惯性负载所引起的压力冲击 节流阀 进入回转马达 6 内部和壳体内的液压油温度不同 会造成液压马达各 零件热膨胀程度不同 引起密封滑动面卡死的热冲击现象 为此 在液压马达壳体 上设有两个油口 一个油口直接接回油箱 另一个油口经节流阀与有背压回路 背 压单向阀 相通 使部分回油进入壳体 由于液压马达壳体内经常有循环油流过 带走热量 因此可以防止热冲击的发生 此外 循环油还能冲洗壳体内磨损物 第四章 液压元件的计算与选择 4 1 液压元件的计算 液压元件的性能分析包括 液压缸内径 缸筒壁厚 活塞杆强度 液压缸的工 作压力 液压马达的排量和工作压力 液压缸与液压马达排量 4 1 1 液压缸内径 由 机械设计手册 表知铲斗油缸内直径 D P Fg 4 式中 F 液压缸负载 P 系统压力 D 液压缸内径 取液压缸负载为 F 231 853KN 第 19 页 代入数据得 D 186 4mm 参考液压缸系列尺寸取 D 200mm 对斗杆缸 D 231 674mm 取 D 200mm P Fg 4 4 1 2 缸筒壁厚 缸筒的壁厚对于液压系统的稳定性和安全性有很大的影响 所以对它的设计非 常重要 查 机械设计手册 得 210 cc 2 max 0 DP 其中 缸内最高工作压力 MPa max P 缸筒材料许用应力 MPa C1 为缸筒外径公差余量 m C2 腐蚀余量 m 代入数据 24 0 由 20 得 查 机械设计手册 知 225mm 1 D 0 1 D 4 1 3 缸筒壁厚验算 额定工作压力应低于一定极限值以保证工作安全 1 2 2 1 35 0 D DD P s n 材料选 2G330 450 330 N S m 2 m 得 30 8Mpa n P 选定系统工作压力为 28Mpa 可以满足要求 4 1 4 活塞杆计算 1 Dd 第 20 页 其中数比由 机械设计手册 表选取 2 再由表得 d 150mm 4 1 5 活塞杆强度计算 105 4N 2 6 10 4 d P 2 mm 式中 P 活塞杆作用力 N d 活塞杆直径 m 100 110N 2 mm 4 1 6 确定液压系统的工作压力 在不考虑能量损耗的情况下 系统的功率为 KW 3 10 pQP 式中 P 液压泵的出口压力 Pa Q 液压泵的输出流量 s 3 m 由上式可知 当系统传递的功率一定时 提高系统的工作压力就可减少系统中 通过液压元件的流量 从而减小相应各液压元件以及整个液压系统的结构尺寸和质 量 因此 目前液压挖掘机液压传动多采用中高压和高压系统 根据以上内容对此 液压系统的工作压力取 P 28Mpa 4 1 7 确定液压缸的主要参数和工作压力 液压缸的有效工作压力是指液压缸用于克服外载荷所需要的那一部分压力 g P 其数值为 Mpa j h hjbg A A pppp 式中 液压泵出口压力 Mpa b p 进油管路压力损失 Mpa j p 回油背压力 Mpa h p 液压缸进油腔和回油腔有效工作面积 hj AA 2 m 上式中的压力损失 包括压力油从液压泵出口流过管道和各种液压元件 j p 主要是阀类元件 时的压力损失 比较仔细的计算要在管路装配图画出之后才能 第 21 页 进行 初步计算时 可参考同类液压挖掘机的经验数据来确定 可取 3MPa 4Mpa j p 4 1 8 确定液压马达的排量和工作压力 液压马达的排量由给定的数值可知 q 140mL r 液压马达的有效工作压力 按下式计算 m p m p b p j p h p 式中的压力损失 可按前面介绍的经验数据确定 回油背压力的数值应根 h p 据马达所需的背压力来确定 根据液压马达驱动的最大载荷力矩 排量 q 有效工作压力 最高转速 m p 和最低稳定转速以及系统工作条件等 即可选择液压马达的型号和规格 max n min n 4 1 9 计算液压缸与液压马达的流量 通常根据最大移动速度和最高转速来计算液压缸和液压马达的流量 1 液压缸所需流量 s maxmax vAQ g 3 m 式中 液压缸的有效工作面积 g A 2 m 液压缸的最大速度 m s max v 2 液压马达所需流量 v qQ 1 max0max sm 3 式中 马达的理论排量 mL L 0 q 马达的最高转速 rad s max 马达的容积效率 v 4 2 液压元件的选用 4 2 1 液压阀的选用 1 溢流阀 溢流阀的基本功能是限定系统的最高压力 防止系统过载或维持 压力近似恒定 本系统中选用二级同心先导式溢流阀 安装在泵的出油口处 用来 第 22 页 恒定系统压力 防止超压 保护系统安全运行 2 过载阀 安装在液压缸和行走马达的管路上 防止超载 用来保护液压系 统和工作的液压缸和行走马达 3 单向阀 系统中多处要用到单向阀 也是必不可少的元件 它用来防止油 液倒流 从而使执行元件停止运动 或保持执行元件中的油液压力 还可是保持一 定的背压 4 换向阀 在系统中要用到两组四联换向阀 每个阀为三位四通换想阀 在 系统中换向阀的主要作用是改变压力油进入执行元件的方向 进而实现不同的动作 要求 在三位四通的换向阀中 左右阀位要求能够进回油 中间的阀位要求禁止油 液流通 以达到执行元件动作达到要求后停止或悬停在任意位置 4 2 2 辅助元件的选用 1 油管 由于系统工作压力高 所以在系统中没有相对运动的管路中选用无 缝钢管 它能承受高压 价格低廉 耐油 抗腐蚀 刚性好 装拆方便 所以适合 用在高压管道 在系统中有相对运动的压力管道选用高压橡胶管 2 管接头 在采用无缝钢管的管路中 管接头采用锥密封焊接式管接头 他 除了具有焊接头的优点外 由于它的 O 形密封圈装在锥体上 使密封有调节的可能 密封更可靠 工作压力为 34 5MP 工作温度为 25 到 80 摄氏度 在橡胶管的接头处 选用扣压式胶管接头 安装方便 与钢丝编织胶管配套总成 适合在油温为 30 到 80 摄氏度的环境工作 3 密封装置 在液压系统中密封装置非常重要 它是用来防止工作介质泄露 及外界灰尘和异物的侵入 以保证系统建立起必要的压力 使其能够正常工作 密 封装置应满足在一定的压力 湿度范围内具有良好的密封性能 密封装置和运动件 之间的摩檫力要小 摩檫系数要稳定 抗腐蚀能力强 不易老化 工作寿命长 耐 磨性好 磨损后在一定程度上能自动补偿 结构简单 使用维护方便 价格低 其 于以上几点 在有相对运动且有摩檫的元件上使用 Y 型密封圈 其截面小 结构紧 凑 且 Y 型密封圈能随压力增高而增大 并能自动补偿磨损 在相对摩檫不严重或 无相对摩檫的元件上用 O 型密封圈 其结构简单 容易制造 密封性能好 摩檫力 第 23 页 小 安装方便 4 滤油器 在液压系统中 不允许液压油含有超过限制的固体颗粒和其他不 溶性赃物 因为这些杂质可以使间隙表面划伤 造成内部泄露量增加 从而降低效 率增加发热 这些杂质还会使阀芯卡死 小孔或缝隙堵塞 润滑表面破坏 造成液 压系统故障 胶状物和淤渣等杂质 将会引起元件粘着 酸类还将加速运动件的腐 蚀因此要采用滤油器对油液进行过滤 以保证油液质量符合标准 因此选用网式滤 油器安装在泵吸油管上 这种滤油器压力损失不超过 0 04 10 五次方 MPa 以满足 泵的流量 清洗方便 4 2 3 液压缸的选择 液压缸在液压系统中有着重要的地位 是整个液压系统的起始循环点 所以对 液压缸的选择很重要 根据以上计算的结果 对液压缸的选择就明确了 选择材料 为 2G330 450 的内径为 100mm 壁厚为 21mm 的液压缸 4 2 4 液压泵的选择 液压泵的选择时根据液压系统工作压力 即液压泵出口压力 来选定液压泵的 形式 选择液压泵的额定压力要比系统压力大 25 以上 使液压泵由一定的压力 储备 在这为了经济考虑 选择液压泵的额定压力为 35Mpa 的液压泵 型号为 2ZBZ140 的液压泵 4 2 5 液压马达的选择 根据关于液压马达的计算 计算所得的液压马达的参数 液压马达的排量 液 压马达的工作压力 液压马达的流量 来选择 型号为 ZM732 的液压马达 4 2 6 发动机的选择 发动机是液压挖掘机的核心部件 对挖掘机的要求高 对发动机的要求也就高 选发动机先确定发动机的功率 液压挖掘机用柴油机驱动 柴油机的功率必需能