毕业设计（论文）小型液压挖掘机液压系统设计

1、摘要近年来，有关教学型挖掘机的文献并不少见，但文献的内容大多针对某一专题进行研究，系统地论述现代液压挖掘机液压系统的论文却较少，因此研究和设计教学型液压挖掘机具有重要的现实意义和理论意义。本论文主要概述挖掘机液压技术的发展史及其目前在国内的外发展情况，简述了液压挖掘机发展趋势，本文对液压挖掘机的常用液压回路进行了简单阐述和分析，对课题要求设计的小型液压挖掘机液压系统进行了方案设计及分析，并通过进一步计算确定了需要的液压元件完成选型。运用autocad绘制液压系统原理图、工作油箱总成、液压缸零件图、油箱零件图。最后通过验算证明了本设计的可行性。关键词：液压系统 挖掘机title hydrauli

2、c excavator hydraulic system of designabstractin recent years, the excavator hydraulic systems, the literature is not uncommon, but most of the content documents of a topic for research, systematic exposition of modern hydraulic excavator hydraulic system of the paper is less, so the research and de

3、sign of hydraulic excavator system has important practical and theoretical significance.hydraulic excavator of this thesis outlines the history of technology and its current developments in the foreign country, outlines the development trend of hydraulic excavators, hydraulic excavators used this hy

4、draulic circuit for a simple set and analysis, subject to design small hydraulic excavator hydraulic system design and analysis, and by further calculation to determine the need for complete selection of hydraulic components. autocad drawing using hydraulic system diagram, work tank assembly, hydrau

5、lic layout, tank parts diagram. finally, tests prove the feasibility of this design.keywords:hydraulic system,excavator 第一章 课题简介- 1 -1.1 选题意义- 1 -1.2 挖掘机及其液压技术概述- 1 -第二章 挖掘机液压系统概述- 3 -2.1 挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求- 3 -2.2 挖掘机液压系统的基本动作分析- 4 -2.3 挖掘机液压系统的基本回路分析- 4 -第三章 挖掘机液压系统设计- 11 -3.1 挖掘机的功用和对液压系统的要求- 11

6、-3.2 挖掘机液压系统分析- 12 -3.3 确定液压系统的主要参数- 14 -第四章 参数计算及选择- 22 -4.1 计算所需要的泵的流量- 22 -4.2回转台启动力矩和制动力矩- 23 -4.3泵的选择- 24 -4.4油箱容积计算- 24 -4.5油管尺寸计算- 25 -4.6热平衡验算- 26 -4.7 液压冲击估算- 27 -第五章 结论- 28 -5.1 总结- 28 -5.2 展望- 28 -参考文献- 29 -致 谢- 30 -第一章 课题简介 1.1 选题意义随着国民经济的快速发展，液压挖掘机在各种工程建设领域，特别是基础设施建设中所起的作用越来越明显，液压挖掘机作为一

7、类快速、高效的施工机械愈来愈被人们所认识。挖掘机的发展与液压技术密不可分，二者相互促进，一方面，液压技术是现代挖掘机的技术基础，另一方面，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，其性能的优劣决定着挖掘工作性能的高低，可以说目前液压传动的许多先进技术都体现在挖掘机上。同时，节能技术一直是液压领域所关注的重大课题之一， 在满足性能要求的情况下实现节能对于液压传动系统具有极其重要的意义。本项课题旨在设计一款教学型节能液压挖掘机，利用常见的贮能载体蓄能器，把运动负载的机械能加以回收、储存与重新利用。通过amesim软件的仿真分析，验证回转节能装置的节能效果，分析出节能装置的主参数对回

8、转性能及节能效果的影响。该课题能够实现挖掘机机械臂、转台的自动控制。液压挖掘机回转机构要求工作时转速稳定，不能因其他机构工作影响回转机构的转速，而且具有转动惯量大、惯性大、启制动冲击载荷大等特点，本课题创新之处在于不改变现有液压系统而直接加在开式回转油路中的回转节能装置。因此，该教学型节能液压挖掘机具有极为广阔的应用前景。1.2 挖掘机及其液压技术概述挖掘机的发展史可追溯到19世纪三四十年代。美国实施西部大开发工程催生了以蒸汽机作为动力，模仿人体大臂、小臂和手腕构造，能行走和扭腰的挖掘机。随后的一百多年中，挖掘机并没有得到很大发展，其原因一是当时的工程主要是国土开发、大规模的筑路和整修场地等，

9、平面作业较多，使铲土运输机械成为当时的主力机种，二是挖掘机作业装置动作多、运动范围大、采用多自由度机构，机械传动难以适应这些要求，而当时的液压技术还不成熟，不能大规模地应用到实际工业中。随着社会的不断进步，工程建设和施工形式逐渐向土木施工方向发展，同时液压技术也逐步得以完善，这些因素的变化反过来又促进挖掘机的不断更新换代20世纪40年代有了在拖拉机上配装液压铲的悬挂式挖掘机50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机，60年代，当液压传动技术成为成熟的传动技术时，液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展吉阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。19681970年间液压挖掘

10、机产量已占挖掘机总产量的 83%，目前已接近 100%，所谓挖掘机在现代主要是指液压挖掘机，机械式挖掘机已很少见，液压传动技术为挖掘机的发展提供了强有力的技术支撑。液压传动是挖掘机的重要组成部分之一，目前常用的传动方式有机械传动、电力传动和流体传动。流体传动包括液体传动和气体传动，液体传动又分为液压传动和液力传动。所谓液压传动是指在密闭的回路中，利用液体的压力能来进行能量的转换、传递和分配的液体传动。在现代工业中液压传动技术几乎应用于所有机械设备的驱动、传动和控制，如操纵车辆转向和制动，控制和驱动飞机、机床、工程机械、农业机械、采矿机械、食品机械和医疗机械等1650年法国帕斯卡提出的封闭静止流

11、体中压力传递的帕斯卡原理成为液压传动的理论基础，此后液压传动理论不断得以丰富和完善，如1686年牛顿揭示了粘性流体的内磨擦定律，18世纪建立了流体力学的两个重要方程：连续性方程和伯努利方程。丰富的理论和实践的需要促进了液体应用技术和成果的不断涌现。1795年英国人约瑟夫步拉默发明了世界上第一台水压机；随后出现在英国的工业革命促进了液压技术的迅速发展；到1870年液压传动技术已经被用来驱动各种液压设备，如液压机、起重机和铆接机等；1900年，世界上出现了第一台轴向柱塞泵；1936年哈里威克斯又发明了先导式液流阀。第二次世界大战之后，美国麻省理工学院的布莱克本、李诗颖等人对液压伺服控制问题作了深入

12、的研究，于1958年制造了喷嘴挡板型电液伺服阀；20世纪六十年代末，电液比例阀应运而生；70年代后期，德美等国相继研制成负载敏感泵及大功率电磁阀；近年来，为适应机电一体化、控制柔性化和计算机集中控制的要求，液压系统的研究已由手动控制转向数字控制和信号控制。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

13、析研究。第二章 挖掘机液压系统概述2.1 挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来就组成一个挖掘机液压系统。它是以油液为工作介质、利用液压泵将液压能转变为机械能，进而实现挖掘机的各种动作。按照不同的功能可将挖掘机液压系统分为三个基本部分：工作装置系统，回转系统、行走系统。由于实验室场地有限，所以教学型节能挖掘机没有加入行走装置，只是对工作装置和节能回转装置进行研究。挖掘机的工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗及相应的液压缸组成，它包括动臂、斗杆、铲斗三个液压回路。回转装置的功能是将工作装置和上部转台向左或向右回转，以便进行挖掘和卸

14、料，完成该动作的液压元件是回转马达。回转系统工作时必须满足如下条件：回转迅速、起动和制动无冲击、振动和摇摆，与其它机构同时动作时，能合理地分配去各机构的流量。挖掘机的动作复杂，主要机构经常启动、制动、换向，负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外作业，温度和地理位置变化大，因此挖掘机的液压系统应满足如下要求（1）要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合动作。（2）工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能复合动作，以提高挖掘机的生产率。（3）保证挖掘机的一切动作可逆，且无级变速。（4）保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件（液压缸、液压马达等）有良好的过载保护；回转机构

15、和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而快速下降和整机超速溜坡。为此，液压系统应做到：（1）有高的传动效率，以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。（2）液压系统和液压元件在变化大的负载、急剧的振动作用下，具有足够的可靠性。（3）设置轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时的液压油温不超过 80，或温升不超过 45。（4）由于挖掘机作业现场尘土多，液压油容易被污染，因此液压系统的密封性能要好，液压元件对油液污染的敏感性要低，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。（5）不改变现有液压系统而在开式回转油路中直接加入回转节能装置，加有节能装置的回转机构不仅实现了节能, 而且改善了转

16、台的启制动性能, 有利于提高液压挖掘机的寿命。2.2 挖掘机液压系统的基本动作分析（1）挖掘。通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸分别进行单独挖掘，或者两者配合进行挖掘。在挖掘过程中主要是铲斗和斗杆有复合动作，必要时配以动臂动作。（2）满斗举升回转。挖掘结束后，动臂缸将动臂顶起、满斗提升，同时回转液压马达使转台转向卸土处，此时主要是动臂和回转的复合动作。动臂举升和臂和铲斗自动举升到正确的卸载高度。由于卸载所需回转角度不同，随挖掘机相对自卸车的位置而变，因此动臂举升速度和回转速度相对关系应该是可调整的，若卸载回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂举升速度慢些。（3）卸载。回转至卸土位置时，转台制动，用斗

17、杆调节卸载半径和卸载高度，用铲斗缸卸载。为了调整卸载位置，还需动臂配合动作。卸载时，主要是斗杆和铲斗复合作用，兼以动臂动作。（4）空斗返回。卸载结束后，转台反向回转，同时动臂缸和斗杆缸相互配合动作，把空斗放到新的挖掘点，此工况是回转、动臂、和斗杆复合动作。由于动臂下降有重力作用、压力低、泵的流量大、下降快，要求回转速度快，因此该工况的供油情况通常是一个泵全部流量供回转，另一泵大部分油供动臂，少部分油经节流供斗杆。2.3 挖掘机液压系统的基本回路分析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

18、回路、节流回路、行走回路、合流回路、再生回路、闭锁回路、操纵回路等。2.3.1 限压回路限压回路用来限制压力，使其不超过某一调定值。限压的目的有两个：一是限制系统的最大压力，使系统和元件不因过载而损坏，通常用安全阀来实现，安全阀设置在主油泵出油口附近；二是根据工作需要，使系统中某部分压力保持定值或不超过某值，通常用溢流阀实现，溢流阀可使系统根据调定压力工作，多余的流量通过此阀流回油箱，因此溢流阀是常开的。液压挖掘机执行元件的进油和回油路上常成对地并联有限压阀，限制液压缸、液压马达在闭锁状态下的最大闭锁压力，超过此压力时限压阀打开、卸载保护了液压元件和管路免受损坏，这种限压阀（图 2-1）实际上

19、起了卸荷阀的作用。维持正常工作，动臂液压缸虽然处于“不工作状态”，但必须具有足够的闭锁力来防止活塞杆的伸出或缩回，因此须在动臂液压缸的进出油路上各装有限压阀，当闭锁压力大于限压阀调定值时，限压阀打开，使油液流回油箱。限压阀的调定压力与液压系统的压力无关，且调定压力愈高，闭锁压力愈大，对挖掘机作业愈有利，但过高的调定压力会影响液压元件的强度和液压管路的安全。通常高压系统限压阀的压力调定不超过系统压力的 25%，中高压系统可以调至25%以上。 1- 换向阀 2- 限压阀 3- 油缸 图2-1 限压回路2.3.2 缓冲回路液压挖掘机满斗回转时由于上车转动惯量很大，在启动、制动和突然换向时会引起很大的

20、液压冲击，尤其是回转过程中遇到障碍突然停车。液压冲击会使整个液压系统和元件产生振动和噪音，甚至破坏。挖掘机回转机构的缓冲回路就是利用缓冲阀等使液压马达高压腔的油液超过一定压力时获得出路。图 2-2 为液压挖掘机中比较普遍采用的几种缓冲回路。图 2-2 (a)中回转马达两个油路上各装有动作灵敏的小型直动式缓冲（限压）阀 2、3，正常情况下两阀关闭。当回转马达突然停止转动或反向转动时，高压油路的压力油经缓冲阀 3 泄回油箱，低压油路则由补油回路经单向阀 4 进行补油，从而消除了液压冲击。缓冲（限压）阀的调定压力取决于所需要的制动力矩，通常低于系统最高工作压力。该缓冲回路的特点是溢油和补油分别进行，

21、保持了较低的液压油温度，工作可靠，但补油量较大。图 2-2（b）是高、低压油路之间并联有缓冲阀，每一缓冲阀的高压油口与另一缓冲阀的低压油口相通。当回转机构制动、停止或反转时，高压腔的油经过缓冲阀直接进入低压腔，减小了液压冲击。这种缓冲回路的补油量很少，背压低，工作效率高。图 2-2（c）是回转马达油路之间并联有成对单向阀 4、5 和 6、7，回转马达制动或换向时高压腔的油经过单向阀 5、缓冲（限压）阀 2 流回油箱，低压腔从油箱经单向阀 6获得补油。 1- 换向阀 2.3- 缓冲阀 4.5.6.7- 单向阀 图2-2 缓冲回路 上述各回转回路中的缓冲（限压）阀实际上起了制动作用，换向阀 1 中

22、位时回转马达两腔油路截断，只要油路压力低于限压阀的调定压力，回转马达即被制动，其最大制动力矩由限压阀决定。当回转操纵阀回中位产生液压制动作用时，挖掘机上部回转体的惯性动能将转换成液压能，接着液压能又转换为动能，使上部回转体产生反弹运动来回振动。2.3.3 节流回路节流调速是利用节流阀的可变通流截面改变流量而实现调速的目的，通常用于定量系统中改变执行元件的流量。这种调速方式结构简单，能够获得稳定的低速，缺点是功率损失大，效率低，温升大，系统易发热，作业速度受负载变化的影响较大。根据节流阀的安装位置，节流调速有进油节流调速和回油节流调速两种 1- 齿轮泵 2- 溢流阀 3- 节流阀 4- 换向阀

23、5- 油缸 图2-3 节流回路图 2-3 (a)为进油节流调速，节流阀 3 安装在高压油路上，液压泵 1 与节流阀串联，节流阀之前装有溢流阀 2，压力油经节流阀和换向阀 4 进入液压缸 5 的大腔使活塞右移。负载增大时液压缸大腔压力增大，节流阀前后的压力差减小，因此通过节流阀的流量减少，活塞移动速度降低，一部分油液通过液流阀流回油箱。反之，随着负载减小，通过节流阀进入液压缸的流量增大，加快了活塞移动速度，液流量相应地减少。这种节流方式由于节流后进入执行元件的油温较高，增大渗漏的可能性，加以回油无阻尼，速度平稳性较差，发热量大，效率较低。图 2-3 (b)为回油节流调速，节流阀安装在低压回路上，

24、限制回油流量。回油节流后的油液虽然发热，但进入油箱，不会影响执行元件的密封效果，而且回油有阻尼，速度比较稳定。液压挖掘机的工作装置为了作业安全，常在液压缸的回油回路上安装单向节流阀，形成节流限速回路。如图 2-3（c）所示，为了防止动臂因自重降落速度太快而发生危险，其液压缸大腔的油路上安装由单向阀和节流阀组成的单向节流阀。此外，斗杆液压缸、铲斗液压缸在相应油路上也装有单向节流阀。2.3.4 回转节能装置液压系统根据液压挖掘机回转液压系统的特点，采用了一种能量回收装置，回收转台的制动能量，并在转台反向启动时予以释放，以实现转台制动能量的回收和再利用，其原理如图2-4所示。 1- 换向阀 2-单向

25、阀 3- 液控单向阀 4-蓄能器 5-行走马达 图2-4 回转节能装置系统图 当换向阀处于左位时，液压泵输出的液压油经换向阀后，一部分进入回转马达，使转台启动，多余的液压油经液控单向阀进入蓄能器储存起来。随着转台转速的加快，回转马达吸收的流量越来越多，当此流量与泵输出流量相等时，系统压力下降，启动第一阶段结束。此后，蓄能器释放储存的油液，连同液压泵的流量一起供给回转马达，使转台再次加速，这是启动的第二阶段，蓄能器中的油基本放完，为转台制动时回收能量做好了准备。制动时，先导阀的控制油使换向阀回到中位，回转马达的进回油路被切断。转台在惯量作用下继续转动，回转马达呈泵工况，其排出的油经单向阀进入蓄能

26、器。回转马达原回油腔的压力升高，形成制动力矩，从而实现转台的制动和能量回收。转台经过一次制动后，蓄能器便因回收了转台制动能量而充入了油液。此后的回转称为一般回转工况。一般回转工况的启动过程有两个阶段组成：(1) 蓄能器单独供油，液压泵卸荷阶段。在此阶段，蓄能器中的油被释放进入回转马达使转台启动，在启动初期，由于蓄能器中的压力高于卸荷阀的调定压力，故使泵卸荷，单独由蓄能器放油驱动回转马达，实现制动时所回收能量的再生。(2) 蓄能器与泵共同供油阶段。蓄能器放油后，压力下降。当压力下降到小于或等于卸荷阀调定压力时，卸荷阀关闭，泵排出的油与蓄能器放出的油一起供给回转马达。启动结束后，转台靠惯性滑行，泵

27、和蓄能器的压力降至很低。制动时，回转马达向蓄能器充油，进行充液制动和能量回收。2.3.5 合流回路1- 液压泵 2.4-控制阀 3- 手动合流阀 图2-5 合流回路为了提高挖掘机生产效率、缩短作业循环时间，要求动臂提升、斗杆收放和铲斗转动有较快的作业速度，要求能双泵合流供油，一般中小型挖掘机动臂液压缸和斗杆液压缸均能合流，大型挖掘机的铲斗液压缸也要求合流。目前采用的合流方式有阀外合流、阀内合流及采用合流阀供油几种合流方式。阀外合流的液压执行元件由两个阀杆供油，操纵油路联动打开两阀杆，压力油通过阀外管道连接合流供给液压作用元件，阀外合流操纵阀数量多，阀外管道和接头的数量也多，使用上不方便。阀内合

28、流的油道在内部沟通，外面管路连接简单，但内部通道较复杂，阀杆直径的设计要综合平衡考虑各种分合流供油情况下通过的流量。合流阀合流是通过操纵合流阀实现油泵的合流，合流阀的结构简单，操纵也很方便。手控合流阀3在右位时起分流作用。当铲斗换向阀和回转换向阀不工作时，操作此阀（使阀位于左位），则泵1输出的压力油进入斗杆换向阀和动臂换向阀，使两泵合流，从而提高斗杆和动臂的工作速度。第三章 挖掘机液压系统设计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

29、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。液压挖掘机的的一

30、个作业循环的组成包括:挖掘一般以斗杆缸动作为主,用铲斗缸调整切削角度,配合挖掘。有特殊要求的挖掘动作,则根据作业要求,进行铲斗,斗杆和动臂三个缸的复合动作,以保证铲斗按某一特定轨迹运动。满斗提升及回转挖掘结束,铲斗缸推出,动臂缸顶起,满斗提升,同时回转电动机启动,转台向卸土方向回转。卸载回转到卸载地点,转台制动。斗杆缸调整卸载半径,铲斗缸收回,转斗卸载。当对卸载位置和卸载高度有严格的要求时,还需要动臂配合动作。返回卸载结束,转台向反方向回转。同时,动臂缸与斗杆缸配合动作,使空斗下放到新的挖掘位置。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执行元件要有足够的强度和非常

31、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： 图3-1 系统原理图 3.2.2 系统工作循环分析根据挖掘机的作业要求，液压系统应完成挖掘，满斗提升回转，卸载和返回工作循环。上述工作循环由系统中的一般工作回路实现。（1） 通常以铲斗缸或两者配合进行挖掘；必要时配以动臂动作。操纵换向阀7处于右位，此时铲斗缸活塞伸出，推动铲斗挖掘。或者同时操纵换向阀10

32、使两者配合进行挖掘。必要时操作换向阀9，使处于右位或左位，则来油进入动臂缸，使动臂上升或下降以配合铲斗缸和斗杆缸动作，提高挖掘效率。（2） 动臂上升：操纵换向阀9处于右位，动臂上升。（3） 回转：操纵换向阀6处于左位或右位，则来油进入回转马达驱动马达带转台转向卸土处。（4） 卸载：操纵换向阀10控制斗杆缸，调节卸载半径；然后操纵换向阀7处于左位，使铲斗缸活塞回缩，铲斗卸载。为了调整卸载位置还要有动臂缸的配合。此时是斗杆缸和铲斗复合动作，兼以动臂动作。（5）动臂下降：操纵换向阀9处于左位，使动臂缸完成上升动作。3.2.3 主要液压元件在系统中的作用单向节流阀为了限制动臂、斗杆、铲斗因自重而快速下

33、降，在其回路上均设置了单向节流阀14。合流阀该机在挖掘作业时，常需动臂缸与斗杆缸快速动作以提高生产效率。为此在系统中增加了合流阀8。合流阀在图示位置时，两个泵1和泵12不合流。当操纵合流阀8处于左位时泵输出的压力油经合流阀8的左位进入动臂换向阀和斗杆换向阀，与泵12一起向动臂缸和斗杆缸供油，以加快动臂和斗杆的动作速度。安全阀在两组多路阀的进油路上设有安全阀13以限制系统的最大工作压力。在各液压缸和液压马达的分支油路上均设有过载阀以吸收工作装置的冲击能量。蓄能器当换向阀6处于左位时，液压泵输出的液压油经换向阀后，一部分进入回转马达，使转台启动，多余的液压油经液控单向阀进入蓄能器储存起来。随着转台

34、转速的加快，回转马达吸收的流量越来越多，当此流量与泵输出流量相等时，系统压力下降，启动第一阶段结束。此后，蓄能器释放储存的油液，连同液压泵的流量一起供给回转马达，使转台再次加速，这是启动的第二阶段，蓄能器中的油基本放完，为转台制动时回收能量做好了准备。制动时，先导阀的控制油使换向阀回到中位，回转马达的进回油路被切断。转台在惯量作用下继续转动，回转马达呈泵工况，其排出的油经单向阀进入蓄能器。回转马达原回油腔的压力升高，形成制动力矩，从而实现转台的制动和能量回收。3.2.4 液压系统中几种低压回路的作用（1） 背压油路：由系统回路上的背阀所产生的低压油（0.81mpa）在制动或出现超速吸空时通过双

35、向补油阀26向液压马达的低油腔补油，以保证滚轮始终贴紧导轨表面，使马达工作平稳并有可靠的制动性能。（2） 排灌油路：将低压油经节流阀减压后引入液压马达壳体，使马达即使在不运转的情况下客体内仍保持一定的循环油量。其目的，一是使马达壳体内的磨损物经常得到冲洗；二是对马达进行预热，防止当外界温度过低时由主油路通入温度较高的工作油液以后引起配油轴及柱塞副等精密配合局部不均匀的热膨胀，使马达卡住或咬死而发生故障（即所谓的“热冲击”）。（3） 泄露油路（无背压）：将多路阀和液压马达的内部漏油用油管集中起来，经过滤油器引回油箱，以减少外泄露。液压系统的回油路经过水冷式冷却器，滤油器后流回油箱，使回油得到冷却

36、和过滤，以保证挖掘机在连续工作状态下油箱内的油温不超过80摄氏度。3.3 确定液压系统的主要参数压力和流量是液压系统的主要参数。根据这两个参数来计算和选择液压元、辅件和原动机的规格。当系统压力选定后，液压缸的主要尺寸或马达排量即可确定，接着就可根据液压缸的速度或液压马达的转速确定其流量。3.3.1初选系统压力以下表3-1是目前我国几类机械常用的系统工作压力，他反映了这些系统繁荣特点和选用工作压力的经验。 设备类型机床农用机械、小型工程机械及辅助机构液压机、中大型挖掘机重型机械磨床组合机床龙门刨床拉床系统压力（mpa）0.82352881010162032表3-1 几类机械常用的系统压力 系统压

37、力选定得是否合理，直接关系到整个系统设计的合理程度。在液压系统功率一定的情况下，若系统压力选得过低，则液压元、辅件的尺寸和重量就增加，系统造价也相应增加；若系统压力选得过高，则液压设备的重量、尺寸和造价会相应降低。例如，飞机液压系统的压力从21mpa到28mpa，则其重量下降约5，所以以及减小13。然而，若系统压力选得过高，由于对制造液压元、辅件的材质、密封、制造精度等要求的提高，反而会增大液压设备的尺寸、重量和造价，其系统效率和使用寿命也会相应下降，因此不能一味追求高压。根据此表，本次设计选系统压力为20mpa。3.3.2计算液压缸主要尺寸及其选择 如何从现有国产液压缸四大系列若干种规格中，

38、选用所需要的液压缸，应综合考虑以下两个方面：1.应从占用空间的大小、重量、刚度、成本和密封性等方面，比较各种液压缸的缸筒、缸盖、缸底、活塞、活塞杆等零部件的结构形式、各零部件的连接方式，已经油口连接方式，密封结构、排气和缓冲装置等。2.应根据负载特性和运动方式综合考虑液压缸的安装方式，使液压缸只受运动方向的负载而不受径向负载。液压缸的安装方式有法兰型、销轴型、耳环型、拉杆型等安装方式，在选定时，应使液压缸不受复合力的作用并应考虑易找正性、刚度、成本和可维护性等。综合考虑液压缸的结构和安装方式后，即可确定所需液压竿的规格液压缸由缸筒、活塞、活塞杆、端盖和密封件等主要部件构成。液压缸可作成缸筒固定

39、活塞杆运动形式和活塞杆固定缸筒运动形式。本设计所采用的是缸筒固定活塞杆运动形式。为满足各种机械的不同用途，液压缸种类繁多，其分类根据结构作用特点，活塞杆形式、用途和安装支撑形式来确定。按供油方式可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只往缸的一侧输入压力油，活塞仅作单向出力运动，靠外力使活塞杆返回。双作用缸则分别向缸的两侧输入压力油，活塞的正反向运动均靠液压力来完成。由液压气动系统设计手册得知，工程液压缸为双作用单活塞杆液压缸，安装方式多采用耳环型。所以本液压系统选用双作用单活塞杆液压缸,如图3-2液压执行元件实质上是一种能量转换装置，液压缸把输入液体的液压能转换成活塞直线移动或叶片回转摆动的机械能

40、予以输出。所谓输入的液压能是指输入工作液体所具有的流量q和液力p，输出的机械能对活塞杆缸是指叶片轴摆动时所具有的速度v和扭矩m。这些所有参数都是靠工作容积的变化来实现的，所以说，液压缸也是一种容积式的执行元件，它具有容积液压元件的共性。图3-2 液压缸计算简图本设计采用双作用单活塞杆油缸，当无杆腔为工作腔时有杆腔为工作腔时 当用以上公式确定液压缸尺寸时，需要先选取回油腔压力，即背压p2和杆径比d/d.表3-2所列为根据回路特点选取背压的经验数据。回路特点背压（mpa）回路特点背压（mpa）回油路上设有节流法0.20.5采用补油泵的闭式回路11.5回油路上有背压阀或调速阀0.51.5表3-2 背

41、压经验数据根据上表选p2为0.5杆径比d/d一般下述原则选取：当活塞杆受拉时，一般取d/d=0.30.5,当活塞杆受压时，为保证活塞杆的稳定性，一般取d/d=0.50.7。杆径比d/d还常常用液压缸的往返速比i=v2/v1（其中v1,v2分别为液压缸的正反行程速度）的要求来选取，其经验数据如表1-4所列。i1.11.21.331.461.612dd0.30.40.50.550.620.7表3-3 液压缸常用往返速比一般工作机械返回行程不工作，其速度可以大一些，但也不宜过大，以免产生冲击。一般认为i1.61较为合适。如采用差动连接，并要求往返速度一致时，应取=，即d=0.7d.即d/d=0.7,

42、即i=2。由此可求出液压缸的内径为：d=48mm，81012162025324050638090100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500630表3-4 液压缸内径尺寸系列根据上表，将所得液压缸尺寸圆整到标准值为d=50计算得活塞杆直径d=33.6mm45678101214162022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400表35 活塞杆直径系列由上表圆整到标准值为d=32mm以上两表分别选自（gb2348-80），圆整到此标准值，是为制造时采用标准的密封件。根据

43、以上分析及液压气动系统设计手册本设计选取的液压缸的型号为hsgl*-。其缸径为50mm,活塞杆直径为32mm，速比为2，推力为42.15kn，拉力为21.56kn，最大行程为600mm。3.3.3 液压阀的选用在液压系统中，液压控制阀用来控制液压系统中的压力、流量及油液的流动方向，从而控制液压执行元件的启动、停止、改变运动的速度、方向，力以及动作顺序等，以满足各类液压设备对运动、速度、力或转矩的要求。因此，液压阀的性能直接影响到液压系统的静特性、动特性及工作可靠性。根据用途与工作特点，分为：压力控制阀，（如溢流阀、减压阀等），流量控制阀（如节流阀、调速阀等）、方向控制阀（如单向阀、换向阀等）。

44、（1） 压力控制阀的选择原则：压力：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力控制阀的正常工作。压力调节范围：系统调节压力应在阀的压力调节范围之内。流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力阀的额定流量。结构类型：按结构类型及工作原理，压力控制阀分直动型和先导型两类。直动型压力控制阀结构简单，灵敏度高，应采用直动型溢流阀。先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度比直动型阀低一些，而调压精度不直动型高，广泛用于高压及大流量和精度要求较高的场合。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，用来恒定系统压力

45、，防止超压，保护系统安全运行。（2）方向控制阀的选择压力：液压系统的最大压力应低于阀的额定压力流量：流经方向控制阀的最大流量一般不应大于阀的额定流量滑阀机能：滑阀机能只换向滑阀处于中位时的通路形式。不同滑阀机能的阀在换向时冲击的大小不同，能够实现的功能也不同操纵方式：应根据需要，选择合适的操纵方式如手动、机动、电动、液动等此外，还应考虑安装及联结方式、尺寸、价格、使用寿命及维修方便性、货源情况等。在本设计系统中，多路换向阀起到了至关重要的作用。一个泵输出的油，经过多路换向阀分别驱动回转马达斗杆油缸和行走马达。因为液压阀的性能直接影响到液压系统的静特性、动特性等，所以选择的正确与否至关重要。所以

46、在实际选择中，还要注意以下几点： 1. 确定通过阀的实际流量 此时，要注意通过管路的流量与油路串、并联的关系：油路串联时系统的流量即为油路中所通过的流量；油路并联且各油路同时工作时系统的流量等于各条油路通过流量的和。2 . 注意单活塞杆液压缸两腔回油的差异活塞外伸和内缩时的回油流量是不同的，内缩时无杆腔回油流量与外伸时有杆腔的回油流量之比，等于两腔活塞面积之比。以上1、2两点，强调的都是通过阀的实际流量（不是按泵的流量），作为选择阀的主要参数之一。若通过阀的实际流量确定小了，将导致阀的规格选得偏小，使阀的局部压力损失过大，引起油温过高等弊端，严重时会造成系统不能正常工作。3 . 既要正确选用滑

47、阀中位机能也要把握滑阀的过度状态机能滑阀的过度状态机能是指换向过度位置滑阀的油路连通状况，掌握滑阀的过渡状态机能，以便检查滑阀在换向过渡过程中，是否因有油路全被堵死情况。而导致系统瞬时压力无穷大的情况。4 . 注意卸荷溢流阀与外控顺序阀作卸荷阀的区别卸荷溢流阀主要用于装有蓄能器的液压回路中，当蓄能器充液压力达到卸荷溢流阀的设定压力时，它自动使液压泵卸荷。有的卸荷溢流阀，内装单向阀，用来防止蓄能器中的饿压力油倒流。此时，由蓄能器向系统供油并保持压力。当蓄能器中油液压力降到卸荷溢流阀的设定压力的85%左右时，卸荷溢流阀关闭，液压泵恢复向蓄能器充液。5 . 控制阀的使用压力、流量、不要超过其额定值如

48、控制阀的使用压力、流量超过了其额定值，就易引起液压卡紧和液动力，对控制阀工作品质产生的不良影响。另一方面，也要注意，不要使通过减压阀、顺序阀的流量远小于其额定流量。否则，易产生振动或其他不稳定现象。这时，要在回路上采取必要的措施。6. 注意合理选用液控单向阀的卸压当液控单向阀的出口存在背压时，宜选用外泄式，其他情况可选内泄式。有的设备升降装置液压系统，就因设计考虑不周，该用外泄式液控单向阀，但选用了内泄式，造成系统有强烈振动和噪声。7. 注意电磁换向阀和电液换向阀的应用场合电磁换向阀电磁铁的类型（直流式、交流式）和阀的结构一经确定，阀的换向时间就确定了；电液换向阀，可通过调节其控制油路上节流器

49、的开度来调整其换向时间。此外，换向平稳性要求较高，宜采用换向时间可调的电液换向阀，但因采用了电磁换向阀，导致换向过程液压冲击强烈，伴随设备颤振，影响产品质量。（3）流量控制阀的选择:压力：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内流量：通过流量控制阀的实际流量应小于该阀的额定流量。流量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围。特别注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行机构的最低稳定速度的要求。在本系统中，在挖掘机动臂油缸的大腔回路装有了单向节流阀，防止动臂超速下降。3.3.4 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

50、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20mp工作温度为-25+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+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

51、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

52、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和使油液进一步恶化。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0.04mpa，结构简单，流通能力大，可以满足泵的流量，清洗方便。第四章 参数计算及选择4.1 计算所需要的泵的流量(1)原始数据a. 动臂缸：缸内径d=50mm，活塞杆径d=30mm，行程s=361mm，速度b. 斗杆缸：缸内径d=50mm，活塞杆径d=30mm，行程s=311mm，速度c. 铲斗缸：缸内径d=50mm，活塞杆径d=25mm，行程s=243mm，速度(2) 每个缸的流量计算a. 动臂缸：v = =10.6v=6.79b.斗杆缸： v =10.6v=6.79c. 铲斗缸： v =