小型挖掘机总体设计毕业设计

1、毕 业 论 文 （设 计）设计题目：小型挖掘机总体设计姓 名 . 学 号 084180706 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级2008级模具设计与制造方向2班 指导教师 . 学 部 机电学部 答辩日期 2012 年05月26日 黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（一）姓名.学号084180706专业班级机械设计制造及其自动化2008级模具设计与制造方向2班总成绩毕业论文（设计）题目： 小型挖掘机总体设计答辩委员会评语答辩成绩主任签字： 年 月 日答辩委员会成员签字学部毕业论文（设计）领导小组意见组长签字： 年 月 日 学部公章黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（二）姓名.学号

2、084180706专业班级机械设计制造及其自动化 2008级模具设计与制造方向2班毕业论文（设计）题目：小型挖掘机总体设计指导教师评语指导教师成绩在毕业设计初期，该同学积极地查阅相关资料，能够主动地联系指导教师，将自己的设计思路汇报给指导教师。在毕业设计中，该同学能够刻苦地钻研相关的专业理论，将专业理论付诸实践，同时能够与指导教师沟通毕业设计的进展情况，及时地获得教师的指导。在毕业设计末期，该同学主动地向指导教师展示自己的毕业设计成果，同时虚心地听取指导教师提出的意见；此外，该同学还将自己毕业论文的提纲提交给指导教师，听取老师对其毕业论文的意见。该同学能够将学到的专业理论应用到毕业设计中，具备

3、使用液压系统的能力。该同学论文主页的各要素布局合理，搭配得当，具有一定的应用价值。指导教师签字： 年 月 日黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（三）姓名.学号084180706专业班级08模具2班毕业论文（设计）题目：小型挖掘机总体设计评阅教师评语评阅教师成绩液压系统是挖掘机的基础，研究液压系统技术的发展来说具有重要的现实意义。液压系统涉及的技术较多，设计难度较大，选题较为困难，该同学以单泵变量系统设计为突破口，选题恰到好处。文章从单泵变量系统设计的应用入手，从系统分析、系统设计以及系统实现方面，介绍了挖掘机的设计过程。文章表现出较高的综合知识运用能力和创新能力，研究成果有一定的实际价值

4、。纵观全文，文章选题正确，逻辑结构严谨，层次清晰，文字简练，符合本科毕业论文的规范要求。评阅教师签字： 年 月 日黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）任务书姓名.学号084180706专业班级机械设计制造及其自动化 2008级模具设计与制造方向2班毕业论文（设计）题目：小型挖掘机总体设计毕业论文（设计）的立题依据系统压力选定得是否合理，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。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

5、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。本次设计时，综合考虑各因素，液压系统的压力上限取20mp，且液压油缸两端的压力差为16mp。主要内容及要求本设计主要包括小型轮式挖掘机的上车体结构设计、液压阀块设计、液压传动系统设计、回转系统、油缸、马达和油泵的计算选型等。具体要求如下：1.主传动部件设计 2.进给传动部件设计 3.相关控制系统设计进度安排 2 月28日 选题 2 月28日3月 2 日 接受指导老师的指导 3 月 3 日3月 9 日 拟定论文大纲 3 月10日3月16日 搜集、查阅、整理相关资料 3 月17日4月 8

6、 日 初稿形成 4 月 9 日4月15日 初稿审定 4 月16日4月29日 第一次修改 4 月30日5月 6 日 第一次审定 5 月 7 日5月 9 日 第二次修改 5 月10日5月13日 定 稿5 月14日5月25日 论文评阅小组评审论文（设计） 5 月26日 毕业论文（设计）答辩学生签字：指导教师签字 年 月 日毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同

7、志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为 。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日小型挖掘机总

8、体设计摘 要挖掘机是一种重要的工程机械，它广泛应用于道路工程、水利建设、房屋建筑、矿山采掘等各项土石方施工中。液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、回转装置、行走装置和电器控制等部分组成。本设计收集了挖掘机的有关资料，对挖掘机的各种工况进行了分析，并对挖掘机的上车体和液压系统进行了设计。挖掘机的核心技术就是液压系统设计，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，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。本设计采用单泵变量系统，通过多路阀协调油缸和马达的同时工作，并且用到了负载感应技术，对液压系统实现了更精确的控制，极大地提高了液压系统的性能和

9、整机综合性能。 关键词：液压挖掘机，工作装置，液压系统，多路阀，负载感应技术，控制small excavators overall designabstractexcavator is a kind of important engineering machinery with extensive application range, such as avrious of engineering in road, water conservancy, building, mineral etc.hydraulic excavator consists of engine, hydraulic

10、system, working equipment, rotator, walking equipment and electric control part. this design has collected the material related to excavators, analyze various kinds of excavators working conditions, and has carried on the design to the excavators on chassis part and the hydraulic system.the excavato

11、rs key technology is hydraulic system, because of its abominable working condition and complicated movement, the design of hydraulic system is high demanded, and the hydraulic system is the most complicated among mechanic hydraulic system. this design uses single-variable pump hydraulic system. thro

12、ugh the mufti-route valves coordinated, cylinders and motors work at the same time. and by the load sensitive technology，the hydraulic system has realized a more precise control，also the hydraulic system and the complete machines performance enhanced enormously.key words: hydraulic excavator, workin

13、g equipment, hydraulic system, mufti-route valve, load sensitive technology, control目 录摘 要iabstractii第1章 绪论1第2章 内容安排及设计步骤2第3章 液压挖掘机工况分析及设计依据33.1 挖掘机的典型作业流程33.2 典型挖掘工况43.3 满斗举升回转工况43.4 卸载及空斗返回工况53.5 运动和动力特性要求53.6 设计依据63.6.1 液压挖掘机主要参数63.6.2 液压系统的压力6第4章 液压挖掘机传动方案的拟定以及上车体和液压系统结构设计74.1 液压挖掘机传动方案的拟定74.2 液

14、压挖掘机上车体结构设计84.2.1 挖掘机工作装置设计要求84.2.2 液压挖掘机工作装置的设计原则94.2.3 液压挖掘机驾驶室、发动机等安装位置设计94.3 液压挖掘机液压系统的设计104.3.1 挖掘机液压系统的基本要求104.3.2 挖掘机液压系统基本回路的选择104.3.3 液压系统油路循环形式的选择114.3.4 液压系统调速方式的选择114.3.5 液压控制系统的选择124.3.6液压系统应考虑到的其它因素124.3.7液压系统传动图的拟定13第5章 液压元件的计算选择和专用件设计145.1 驱动马达的相关计算及选型145.1.1 附着力的计算145.1.2 马达的等效扭矩及等效

15、排量计算145.1.3 马达排量的计算145.2 回转机构及回转马达165.2.1 回转机构的基本要求165.2.2 回转惯性阻力矩的计算175.2.3 回转机构的参数选择175.2.4 生产率计算185.3 液压油缸的相关计算和选择195.3.1 液压油缸的选择依据195.3.2 液压油缸的相关计算及选择205.4 液压泵的相关计算和选择225.4.1 液压泵的工作压力计算225.4.2 确定液压泵的的流量225.4.3 确定液压泵的功率235.5 控制阀的选择245.5.1 各种控制阀的选择原则245.5.2 液压阀选择注意点255.5.3 液压阀的选择265.6 蓄能器的选择265.7

16、管道及管接头的选择265.7.1 管道的选择265.7.2 管接头285.8.1 油箱设计注意要点285.8.2 油箱容量的确定295.9 过滤器的确定295.10 液压油及其粘度的确定305.10.1 液压油的功能305.10.2 选择原则及选择30第6章 液压系统性能估算326.1 系统压力损失计算326.2 系统效率336.3 系统液压冲击分析34结 论35致 谢36参考文献37外文文献38中文译文45 小型挖掘机总体设计第1章 绪论中国国土面积大，各项建设事业正处于蓬勃发展过程中。液压挖掘机作为一种重要的工程机械，广泛应用于房屋建筑、筑路工程、水利建设、农林开发、港口建设、国防工事等的

17、土石方施工和矿山采掘工业中，对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产率起着十分巨大的作用。随着国家经济建设的不断发展，液压挖掘机的需求量将逐年大幅度增长，其在国民经济建设中的作用将越来越显著【1】。中国挖掘机市场自1997年开始已进入了一个较快的发展时期，挖掘机市场需求迅速扩大，一些企业纷纷看好这一市场，挖掘机行业如雨后春笋，新企业不断涌现，一些原本生产其他工程机械的企业，也纷纷加入到挖掘机行业。北京奥运会、2010年上海世博会、西部大开发、南水北调工程对机械设备的需求为挖掘机生产厂商提供了大量商机。显然，中国已成为世界上最大的挖掘机市场【2】。发中心不在中国，挖掘机关键

18、配套零部件也不在中国。在挖掘机关键的核心技术研究与掌握方面，国内企业与国外企业差距很大，特别是国内企业在挖掘机的基础理论研究方面投入的人力、财力严重不足【3】。机遇与挑战并存，如何占领挖掘机市场，尽快为国内市场提供产品质量好、可靠性高的液压挖掘机已成为当务之急。在发展方向上，小型液压挖掘机由于其小巧、灵活、多功能和高效率等特点，已成为挖掘机市场上的亮点。小型挖掘机既具有中型挖掘机的多项功能，又具有运输、能耗、灵活性、适应等方面的优势，非常适用于空间狭小的施工场地作业，而且价格低、质量轻、保养维修方便等优点，所以在国内外得到了广泛的应用，市场潜力极其巨大；在技术水平上，进一步改进液压系统，重视采

19、用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化的发展速度，注重国内液压件的生产。对于小型液压挖掘机来说，设计出工作可靠、结构简单、性能好、成本低、效率高、维护使用方便的液压系统，使之与机械装置良好的配合显得尤为重要。以下是小型轮式液压挖掘机的设计，希望该设计过程能为小型轮式液压挖掘机的设计工作献上微薄之力【4】。第2章 内容安排及设计步骤本设计主要包括小型轮式挖掘机的上车体结构设计、液压阀块设计、液压传动系统设计、回转系统、油缸、马达和油泵的计算选型等。设计步骤： 进行挖掘工况分析明确设计依据及参数拟订液压挖掘机传动方案及上车体和液压装置结构设计液压元件选择计算和专用件设计液压系统性能估

20、算制图、编制技术文件图2-1 设计步骤 第3章 液压挖掘机工况分析及设计依据3.1 挖掘机的典型作业流程液压挖掘机的主要功能运动包括以下几个动作：动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走以及其他辅助工作。典型作业流程为：l 整机移动至合适的工作位置；l 回转平台、使工作装置处于挖掘位置；l 动臂下降，并调整斗杆、铲斗至合适位置；l 斗杆、铲斗挖掘作业；l 动臂升起；l 回转工作装置至卸载位置；l 操纵斗杆、铲斗卸载。由于挖掘机的作业对象和工作条件变化较大，主机的工作有两项特殊要求：一是实现各种主要动作是，阻力与作业速度随时变化，因此，要求液压缸和液压马达的压力和流量也能相应变化；二是充

21、分利用发动机功率和缩短作业循环时间，工作过程中往往要求有两个主要动作同时进行复合动作。液压挖掘机一个作业循环的组成和动作的复合主要包括：（1）挖掘：通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或两者配合进行挖掘。因此，在此过程中主要是铲斗和斗杆的复合动作，必要时，配以动臂动作。（2）满斗举升回转：挖掘结束，动臂液压缸将动臂顶起，满斗提升，同时回转液压马达使转台转向卸载位置，此时主要是动臂和回转的复合动作。（3）卸载：转到卸载位置时，转台制动，用斗杆液压缸调节卸载半径，然后铲斗液压缸回缩，铲斗卸载。为了调整卸载位置，还要有动臂液压缸的配合，此时是斗杆和铲斗的复合动作，兼以动臂动作。（4）空斗返回：卸载

22、结束，转台反向回转，动臂液压缸和斗杆液压缸配合，把空斗放到新的挖掘点，此时是回转和动臂或斗杆的复合动作。（5）整机移动工况：将整机移动至合适的工作位置。（6）姿态调整与保持工况：满足停放、运输、检修等需要。（7）其他辅助作业工况：辅助工作装置作业工况。【5】3.2 典型挖掘工况（1）铲斗挖掘工况：有铲斗油缸单独动作进行挖掘的工况。采用颤抖液压缸进行挖掘常用与清除障碍，挖掘较松软的土壤以提高生产率，因此，在一般土方工程挖掘中颤抖挖掘最常用。 （2）斗杆挖掘工况：由斗杆液压缸单独动作进行挖掘的工况，在较坚硬的土质条件下工作时，为了能够装满铲斗，中小型液压挖掘机在实际工作中常以斗杆液压缸进行挖掘。（

23、3）联合挖掘工况：由铲斗、斗杆液压缸复合动作进行挖掘的工况，必要时还需配以动臂液压缸的动作。当单独采用铲斗液压缸进行挖掘时，挖掘轨迹以铲斗与斗杆的铰点为中心，铲斗斗尖所作的圆弧线的长度决定铲斗液压缸的行程。以铲斗液压缸进行挖掘时的挖掘行程较短，为了能够装满铲斗，需要有较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，所以一般挖掘机的斗尖最大挖掘力都在采用铲斗液压缸挖掘时实现。当单独采用斗杆液压缸进行挖掘时，挖掘轨迹以动臂与斗杆的铰点为中心，铲斗斗尖所作的圆弧线的长度决定于斗杆液压缸的行程。当动臂液压缸位于最小长度并以斗杆液压缸进行挖掘时，可以得到最大挖掘深度尺寸，并且也有较大的挖掘行程。在实际挖掘工作中

24、，往往需要采用各液压缸的复合工作。如在平整土地或切削斜坡时，需要同时操纵动臂和斗杆，以使斗尖能沿直线运动。3.3 满斗举升回转工况满斗举升回转的运动约占整个作业循环时间的50%70%，能量消耗占25%50%，回转液压回路的发热量占液压系统总发热量的30%50%，因此要求尽可能地缩短转台的回转时间。挖掘结束后，动臂油缸将动臂顶起，满斗举升，同时回转液压马达使转台转向卸载处，此时主要是动臂和回转马达的复合动作。动臂抬升和回转马达同时动作时，要求二者在速度上匹配，即回转到指定卸载位置时，动臂和铲斗自动提升到合适的卸载高度。由于卸载所需的回转角度不同，随液压挖掘机相对卸载的位置而变，因此动臂提升速度和

25、回转马达的回转速度的相对关系应该是可调整的。卸载回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂的提升速度慢些。回转起动时，由于惯性较大，油压会升得很高，有可能从溢流阀溢流，此时应该将溢流的油供给动臂。在回转和动臂提升的同时，斗杆要外放，有时还需要对铲斗进行调整。这时是回转马达、动臂、斗杆和铲斗进行复合动作【4】。3.4 卸载及空斗返回工况回转至卸载位置时，转台制动，用斗杆调节卸载半径和卸载高度，用铲斗油缸卸载。为了调整卸载位置，还需要动臂配合动作。卸载时，主要是斗杆和铲斗复合动作，间以动臂动作。当卸载结束后，转台反向回转，同时动臂油缸和斗杆油缸相互配合动作，把空斗放在新的挖掘点。此工况是回转马达、动臂

26、和斗杆复合动作。由于动臂下降有重力作用，压力低、变量泵流量大、下降快，要求回转速度快。发动机在低转速时油泵供油量小，为防止动臂因重力作用迅速下降和动臂油缸产生吸空现象，可采用动臂下降再生补油回路，利用重力将动臂油缸无杆腔的油供至有杆腔。特点与满载回转类似，但转动惯量比满载时减小。3.5 运动和动力特性要求液压挖掘机各功能运动的动力特性要求和常见复合运动要求，如表3.1和3.2所示：功能运动名称应用工况功率要求变速要求制动及镇定要求颤抖正转挖掘、姿势调整大不大铲斗反转卸载、姿势调整不大不大最好有锁定斗杆正转挖掘、姿势调整大高最好有锁定斗杆反转姿势调整不大较高最好有锁定动臂举升举升、姿态调整较大高

27、动臂下降姿态调整、辅助作业一般较高回转运动挖掘与卸载转位高高行走运动场内转位、调整作业位置高高表3. 1 各功能运动的动力特性要求表3. 2 常见复合运动要求复合运动应用工况特点与要求说明颤抖正转+斗杆正转负荷挖掘功率需求大、变速要求高铲斗反转+斗杆反转卸载功率需求较小斗杆正转+动臂举升平整土地要求操作性能好动臂举升+回转运动挖掘与卸载转位功率需求大变速要求高、动力分配可调动臂下降+回转运动返回向挖掘处两者载荷差别大、速度要求高3.6 设计依据3.6.1 液压挖掘机主要参数液压挖掘机的主要参数为整机重量、发动机功率和斗容量。本次设计任务是小型轮胎式液压挖掘机，整机重量在8t左右，发动机功率大概

28、为56kw，斗容量为0.35m。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【5】。3.6.2 液压系统的压力系统压力选定得是否合理，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。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

29、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。本次设计时，综合考虑各因素，液压系统的压力上限取20mp，且液压油缸两端的压力差为16mp。第4章 液压挖掘机传动方案的拟定以及上车体和液压系统结构设计4.1 液压挖掘机传动方案的拟定通过查阅资料，在明确了设计要求和设计参数后，接下来的工作就是着手具体设计。在整个设计过程中，这是相当关键的一步，同时也是确定设计高度的一步，只有确定了合适的高度，设计工作才会有计划、有步骤地进行，也才能最终走向成功。图4-1 传动方案原理图如右图4.1所示，该传动方案采用发动机带动单泵给液压系统供油，这是与传统方案双泵双回路相区别的一点，其目的在于，对于小型轮

30、式液压挖掘机，在满足工作性能要求的前提条件下，尽可能减少液压系统中泵的数量，用以提高经济性；同时，在采用了多路阀系统之后，能够更好的协调好各油缸及马达的相互工作；当然，该系统还采了负载反馈控制，极大地提高了控制精度和可靠性。图4.1 液压挖掘机传动方案发动机与斜盘式变量柱塞泵相连接，泵将压力油供给多路阀，泵的流量靠反馈回来的液压油控制，多路阀通过操作手柄改变先导控制阀的位置进行控制，各油缸及马达协调工作【5】。4.2液压挖掘机上车体结构设计上车体是液压挖掘机的重要组成部分，拿人作比方，它就相当于我们的臂膀，因此，合理的设计液压挖掘机的上车体，对液压挖掘机的工作性能尤为重要。首先应从动力学和运动

31、学上考虑，能够满足各种工作性能要求；其次，还应考虑到优化配置，最经济，同时又最实用；再者，我个人的想法就是美观，要从艺术的角度上去设计机器。4.2.1挖掘机工作装置设计要求液压挖掘机工作装置由动臂机构、斗杆机构、铲斗机构三部分组成，是一种具有多自由度的工程机械。这些主要机构经常启动、制动、换向，外负载变化很大，工作条件恶劣，冲击和振动多，因此对液压挖掘机的工作装置提出了较高的设计要求。根据液压挖掘机的工作特点，其工作装置的设计需要满足以下要求。（1）几何尺寸要求液压挖掘机工作装置的几何尺寸要求满足一定的作业范围和合适的运输尺寸，几何尺寸之间要求不要干扰。工作装置的几何尺寸要求满足合理的挖掘力分

32、布特性，在整个作业范围内的任何位置都要求实现最大挖掘力并不经济，而要求挖掘机在主要挖掘区内能实现最大挖掘力。此外，工作装置的几何尺寸还必须满足停放和行走时的整机稳定性要求。（2）结构强度要求液压挖掘机结构强度是工作装置设计的关键之一，工作装置的结构和所承受的载荷是十分复杂的。要求满足工作装置各部分的受力的情况下，保证工作装置的强度和刚度特性。（3）经济性要求液压挖掘机经济性评价指标有能量指标、作业循环时间减小、机重轻、延长维修周期和挖掘机寿命周期、加快维修进度和降低维修费用、司机操作的舒适性等。（4）其它性能要求液压挖掘机的工作装置除了满足上述基本设计要求之外，还需要满足其它的一般性能要求。例

33、如，通过实现零部件的标准化、组件化和通用化，降低挖掘机的制造成本；提高液压挖掘机各功能部件的工作可靠性和耐久性，以满足液压挖掘机作业条件恶劣的要求；降低振动和噪声，重视其作业中的环保性等【6】。4.2.2液压挖掘机工作装置的设计原则对于液压挖掘机工作装置的设计，一般应考虑以下几个原则：（1）位置特性：满足主要工作尺寸及作业范围的要求，在设计时应考虑与同类机型相比时的先进性，性能与主参数应符合国家标准之规定。运输或停放时应有合理的姿态。（2）运动特性：功率利用情况好，理论工作循环时间短。（3）动力特性：满足整机挖掘力大小及分布情况的要求；应考虑到整机稳定性。（4）结构特性：确定各铰点布置，结构形

34、状应尽可能使受力状态有利，在保证刚度和强度的前提下，重量越轻越好；工作装置应安全可靠，拆装维修方便。（5）特殊使用要求：附属装置如破碎捶等。4.2.3液压挖掘机驾驶室、发动机等安装位置设计（1）驾驶室设计驾驶室是司机的直接操作环境，驾驶室的结构、以及各操作手柄、按钮的位置制约着司机操作水平的正常发挥，恶劣的操作环境、噪音影响这司机的健康。在能够保证正常操作的条件下，驾驶室应有舒适的座椅，开阔的视野，良好的减震隔音措施，人性化。（2）发动机、油箱、电气设备、控制阀块等安装位置设计发动机、油箱、电气设备、控制阀块等作为挖掘机的重要组成部分，安装位置设计应该遵从三条原则【7】：首先，保证各设备能正常

35、工作，不能相互影响；其次，保证整机的重心不发生偏移；再者，应充分利用空间位置，各连接采取就近原则。本次设计任务为小型轮式液压挖掘机，通过分析，以及参考詹阳jyl80挖掘机之后，液压挖掘机上车体具体结构如零号图纸1.00-00所示。4.3液压挖掘机液压系统的设计4.3.1挖掘机液压系统的基本要求液压挖掘机的动作复杂，凡要机构经常启动、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，因此根据挖掘机的工作特点和环境特点，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，也可以互相配合实现复合动作。（2）工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能

36、作复合动作，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；回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而快带下降和整机超速溜坡【8】。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负载变化大、急剧的振动冲击作用下，具有足够的可靠性。 （3）调协轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时液压油温不超过80度，或温升不超过45度。 （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

37、压元件对油液污染的敏感性低，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。 （5）采用液压或电液伺服操纵装置，以便挖掘机设置自动控制系统，进而提高挖掘机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度【9】。4.3.2挖掘机液压系统基本回路的选择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、缓冲回路、卸荷回路、行走回路、反馈回路、操纵回路等。（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；二是根据工作需要，使系统中某部分压力保持定值或不

38、超过某值，通常用溢流阀实现，使系统根据调定压力工作，多余的流量通过此阀流回油箱。（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。（3）卸荷回路、行走回路、反馈回路、操作回路卸荷回路用以将系统内不参加工作的油液或经溢流阀溢流的油液返回油箱。行走回路参与整机行走作业，反馈回路将系统中的信息反馈给变量泵，以使变量泵随时调整输出流量，满足系统工作要求。操作回路用以控制各阀的

39、正确位置，使工作装置完成特定的动作【10】。以上各回路具体形式见零号图2.00-00。4.3.3液压系统油路循环形式的选择液压系统的油路循环形式有开式和闭式两种。这主要取决于系统的调速方式：节流调速、容积节流只能采用开式系统；而容积调速多采用闭式系统。根据分析，本系统采用开式油路循环形式，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。4.3.4液压系统调速方式的选择由于驱动液压泵的原动机有电动机和内燃机两种，所以液压系统的调速方式也相应有减压调速和油门调速两种方式。如液压机等，一般用电动机做原动机，其液压系统一般只能用液压调速；而在本设计中的工程机械等多用内燃机做原动机，其液

40、压系统既可采用油门调速又可采用液压调速，经比较，选用液压调速。油门调速，就是通过调节内燃机发动机油门的大小来改变发动机的转速（即改变液压泵的转速），从而改变液压泵的流量，以达到对执行机构的调速要求，实质上是一种容积调速。油门调速无溢流损失，可减少系统发热，但调速范围受到发动机最低转速的限制，因此还往往配以液压调速。液压调速分为节流调速、容积调速和容积节流调速三大类。主要根据工况图上压力，流量和功率的大小，以及系统对温升、工作平稳性的要求来选择调速回路。例如，压力较低、功率较小、负载变化不大、工作平稳性要求不高的场合，宜选用节流阀调速回路；功率较小、负载变化较大、速度平稳性要求较高的场合，宜采用

41、调速阀调速回路；功率中等，要求温升小时，可采用容积调速；即要温升小又要工作平稳性较好时，宜采用容积节流调速，本设计采用容积节流调速。4.3.5液压控制系统的选择本设计采用单泵系统，这是与众不同的一点，其主要目的是尽可能的在提高液压挖掘机的工作性能的同时，能够通过提高技术水平，改善控制方法，最大限度的提高液压挖掘机的可靠性和经济性，提高性价比。故采用的液压控制系统有以下特点：（1）先导控制系统，通过先导阀控制先导油液，再由先导油液控制换向阀的主阀芯，达到控制的目的。这样可以提高精确度。（2）负荷传感控制系统，负荷传感控制系统包括负荷传感控制阀和负荷传感控制泵，阀控系统实质上是节流式系统。在液压挖

42、掘机上，本次设计采用用的是三位六通多路阀，同时采用负荷传感控制系统，其控制方式不论是中位开式方式还是中位闭式方式，都附带有压力补偿阀，与一般的液压系统相比，其具有明显的优越性。 首先，这样做的目的是节省能源消耗，普通三位六通换向阀无论采用定量泵还是变量泵，总要有一部分油液经溢流阀溢掉，浪费了能量。而使用负荷传感变量系统，泵的流量全部用于负载上，泵的压力仅比负荷压力大13mpa。其次，流量控制精度高，不受负荷压力变化的影响。再者，几个执行元件可以同步运动或以某种速比运动，且互不干扰。普通三位六通阀系统用的是并联油路，当几个执行元件同时动作时，泵输出的油液首先流向压力低的执行元件，不能同步。这是本

43、次设计时考虑到的主要原因【11】。4.3.6液压系统应考虑到的其它因素（1）要注意防止回路间可能存在的相互干扰，本次设计中采用多路阀；（2）提高系统效率，防止系统过热 。 这就要求在选择回路以及整个设计过程中，力求减少系统的压力和容积损失；（3）防止液压冲击 ；由于工作机构运动速度的变换（启动、变速、制动）工作负载突然消失以及冲击性负载等原因，往往会产生液压冲击，影响系统的正常工作。这需要采取相应的防止措施。对液压缸到达行程终点因惯性引起的冲击，可在液压缸端部设缓冲装置或采用行程节流阀回路；对负载突然变化时产生的冲击，可在回路上加背压阀；如为冲击性负载，可在执行元件的进出口处设置动作敏捷的超载

44、安全阀；为防止由于换向阀换向过快而引起的冲击，可采用换向速度可调的电液换向阀等。 （4）确保系统安全可靠 ；液压系统运行中的不稳定因素是多样的，例如异常的负载、停电、外部环境条件的急剧变化，操作人员的误操作等，都必须有相应的安全回路或措施，确保人身和设备安全。例如，为了防止工作部件的漂移、下滑、超速等，应有锁紧、平衡、限速等回路；为了防止操作者的误操作，或由于液压元件失灵而产生误操作，应有误动作防止回路等。（5）应尽量采用标准化、通用化元件，这可缩短制造周期便于互换和维修，本次设计主要采用力士乐的液压元件；（6）辅助回路的设计【12】。4.3.7液压系统传动图的拟定通过分析液压挖掘机的工况，液

45、压挖掘机的各种工作性能，同时考虑到液压系统的上述要求，拟定液压系统传动图，具体情况如零号图2.00-00。第5章 液压元件的计算选择和专用件设计5.1驱动马达的相关计算及选型5.1.1附着力的计算为了方便计算，作出底盘传动示意图：对于后桥驱动的轮胎式挖掘机，为整机重，为附着系数，一般路面取=0.6，则附着力为：图5-1 两档减速器 (n)附着力要大于最大牵引力，挖掘机才能正常行走工作，在这次设计中，取后两轮的 最大牵引力 。则牵引力矩为： (nm) 其中，=0.35m为后车轮半径。5.1.2马达的等效扭矩及等效排量计算根据所给的桥传动比i=20,取机械传动效率为0.85，计算马达的等效扭矩：（

46、nm）等效排量：（ml/r）其中液压马达的机械效率取0.9。5.1.3马达排量的计算液压马达是用来拖动外负载做功的，它将油液的压力能转换成旋转形式的机械能。按照其工作职能，属于执行元件。液压马达的主要性能参数包括排量、流量和容积效率。排量是指在没有泄露的情况下，马达每转一转所需要的液压油的体积。排量恒定不变的马达叫做定量马达，排量可以调节的马达叫变量马达【13】。根据已知条件，一档速度09km/h;二档的速度030km/h，有一、二档时轮胎的转速： (rpm) (rpm)一、二档时马达的等效转速： (rpm) (rpm)取马达的额定转速为=3000rpm，则变速箱一、二档时的传动比为：计算传动

47、系统在一、二档时的总传动比： 由于二档是公路档，速度较一档大，但其扭矩小，不能再用最大牵引力矩来计算马达扭矩，以一档扭矩和排量为准。则相应的液压马达的扭矩和排量为：（nm） (ml/r)马达流量是指马达在单位时间内所需要的液压油的体积。与液压泵一样，液压马达的流量也有理论流量和实际流量之分。如果液压马达的排量为q，容积效率为，欲使马达以转速n旋转，则所需要的理论流量。但泄漏不可避免。(ml/min)故根据上述计算数据，以已确定的液压马达的基本参数、排量、转拒、转速、工作压力作为依据，再从满足基本参数的若干中液压马达中挑选转速范围、滑差特性、总效率、容积效率等符合系统要求，并从占用空间、安装条件

48、以及在工作机构上的布置等方面综合考虑后，择优选定【14】。 表5.1 液压马达的应用范围马达类型适用工况应用实例马达类型适用工况应用实例齿轮马达负载转矩不大，速度平稳性要求不高钻床、风扇轴向柱塞马达负载速度大，有变速要求，负载转矩较小，低速平稳性要求高起重机、铲车、铰车、内然机车、数控机床齿轮马达负载转矩不大，要求燥声较小磨床回转工作台，机床操纵系统球塞马达负载转矩较大，速度中等塑料机械、行走机械等摆线马达负载速度中等，要求体积较小塑料机械、煤矿机械、挖掘机、行走机械内曲线径向马达负载转矩很大，转速低，平稳性要求高挖掘机、拖拉机、起重机、采煤机牵引部件故本次设计选用马达：gft36t3-a2f

49、e80/61w-val，排量为80.4ml/r，扭矩范围309538nm。5.2回转机构及回转马达单斗液压挖掘机回转机构的回转时间约占整个工作循环时间的50-70%，能量消耗约占25-40%，回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量的30-40%。因此，合理地确定回转机构的液压油路和结构方案、正确的选择回转机构诸参数，对提高生产率和功能利用率，改善司机的劳动条件，减少工作装置的冲击等具有十分重要的意义。5.2.1回转机构的基本要求（1）在角加速度和回转力矩不超过允许值得前提条件下，应尽可能缩短回转时间。在回转部分惯性已知的情况下，角加速度的大小受最大回转扭矩的限制，该扭矩不应超过行走部分与地面

50、的附着力矩。（2）回转时工作装置的动载系数不应超过允许值。非全回转的挖掘机回转时，工作装置不应碰定位器。（3）回转能量损失最小。本次设计采用全回转回转机构，由高速油马达经齿轮减速箱带动回转小齿轮绕回转支承上的固定齿圈滚动。高速马达具有体积小，效率高，不需背压补油，便于设置小制动器，发热和功率损失小，工作可靠，可以与轴向柱塞泵的零件通用等优点。5.2.2 回转惯性阻力矩的计算 （kgm） （5-1）式中： -回转角加速度 ()其中n为挖掘机回转速度（转分）； 为挖掘机回转角速度（弧度秒）；t为回转起动时间，一般取2-5秒； -铲斗内所盛物料的重量(千克)； -重力加速度（米）； -转台上各部件和

51、工作装置对回转中心轴的转动惯量【15】。5.2.3 回转机构的参数选择（1）转台的转动惯量 应根据最常用的工作装置和最常遇到的工况来估算转台的转动惯量。采用反铲工作装置时，可按下列经验公式估算：满斗回转： 空斗回转： 式中：为整机重。(2）回转起动力矩和制动力矩回转最大起动力矩和最大制动力矩不应超过行走部分与地面的附着力矩，液压制动时可取。为作用在转台上的最大制动力矩。取最大制动力矩:(nm)回转最大起动力矩和最大制动力矩还要受动载系数的限制。回转时工作装置的动载系数不应超过1.2。作用在转台上的最大起动力矩一般小于最大制动力矩，其比值随制动方式而异。对于纯液压制动： 式中： -油马达起动压力

52、（） -油马达制动压力（），其中表示回转支承效率；表示减速器效率；表示油马达机械效率。当采用高速油马达时取0.78；当采用低速大扭矩马达时取0.85。为了缩短循环时间，改善起动和制动性能，希望=11.1。取，则(nm)故可根据以上计算，并取回转转台回转速度为12r/min，回转减速机为gfb17t2 1000，定量马达为a2fe，即连接类型为w-nzl，马达转速为5000r/min,排量为56.1l/min。5.2.4 生产率计算生产率是挖掘机主要技术经济指标之一，它表示在单位时间内挖出并卸到运土车辆或弃土堆的实方体积。通常以每小时挖多少立方米或吨为单位，也有用台班或昼夜挖出的实方体积来表示。（1）理论生产率理论生产率是指一台挖掘机在“计算条件”下连续工作一小时的生产率。计算条件可取为：司机的操作熟练程度，技术水平；选择最经常出现的工作条件和平均工作尺寸；运输工具或弃土