3t装载机液压系统的设计——主溢流阀毕业设计说明书

1、 目 录摘要iiiabstractiv第一章 绪论11.1 研究或设计的目的和意义11.2 研究或设计的国内外现状和发展趋势11.2.1 装载机的国内的现状与发展趋势11.2.2 开发与发展装载机的几个问题61.3 主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路91.3.1 设计题目91.3.2 设计研究的依据：101.3.3 解决的问题关键和思路111.4 完成毕业设计所必须具备的工作条件及解决办法11第二章 装载机液压系统工作原理122.1初拟液压系统原理图122.2 方案一液压系统工作原理132.2.1 动臂液压缸回路132.2.2 转斗缸伸缩部分142.2.3 转向部分142.2.4 冷

2、却回路152.3 对比方案二液压系统原理图的拟定162.4 对比方案二液压系统工作原理17第三章 装载机液压系统参数计算183.1 转斗液压缸参数计算183.1.1 确定转斗液压缸的作用力183.1.2 确定转斗液压缸内径和活塞杆直径203.1.3 确定转斗液压缸活塞杆动作速度223.1.4 转斗液压缸动作所需流量233.2 动臂液压缸参数计算243.2.1 确定动臂液压缸的作用力243.2.2 确定动臂液压缸内径和活塞杆直径253.2.3 确定动臂液压缸活塞杆动作速度273.2.4 动臂液压缸动作所需流量28第四章 液压系统标准元件的选型314.1液压泵的选择314.1.1 主泵3的选择31

3、4.1.2 转向泵的选择324.1.3 先导泵的选择334.2 阀类元件的选择334.2.1 液控单向阀10以及单向阀17（1、2），补油阀14的确定334.2.2 溢流阀的确定344.2.3 换向阀的确定344.2.4 液压缸的选择344.2.5 先导阀的确定354.3 管路的选择354.3.1 主进油管路354.3.2 先导控制部分进回油管路364.3.3 转向和转斗部分回油管路364.3.4 动臂部分回油管路374.4 冷却装置的选择384.5 滤油器的选择384.6 邮箱的选择384.7 系统的验算394.8 绘制正式液压系统原理图40第五章 溢流阀设计425.1设计要求425.2主要

4、的结构尺寸的初步确定425.3静态特性计算455.4溢流阀强度计算475.5溢流阀的组成部分485.5.1主阀体485.5.2主阀芯495.5.3主阀座505.6先导阀部分515.6.1先导阀芯515.6.2先导锥阀525.6.3先导阀座535.6.4先导阀体535.6.5先导阀盖54总结55参考文献563t装载机液压系统的设计主溢流阀设计摘要装载机主要用来装卸散状物料，也能进行轻度的铲掘工作，并且具有良好的机动性能，广泛使用于工厂、矿山、建筑、水电上程、道路、码头、农田乃至家庭，是工程机械中保有量较大的品种之一。装载总体方案设计是装载机设计的一个重要环节，它对装载机的设计质量、使用性能和装载

5、机在市场上的竞争力有着决定性的影响。装载机性能的优劣和作业效率的发挥，不仅与相关总成及部件的工作性能有着密切关系，而且在很大程度上取决于各有关总成及部件间的协调和参数匹配，取决于装载机的总体布置。装载机的工作装置和转向机构都采取液压传动，本文通过对工作装置及转向机构工作要求和载荷分析对液压系统进行设计。主要包括对执行元件，控制元件辅助元件的选择、设计。本文的设计，能够使读者对工程机械总体方案设计及液压系统设计进一步加深了解，同时能从中理会一些设计理念，为以后更好从事设计工作提供了帮助。关键词：装载机；液压传动；液压系统设计； 3t loader hydraulic system design

6、-turn fights oil cylinder designabstractloader is primarily utilized to load and unload piles of balk cargo and also do some light excavations. it has good mobility, applied widely in factory, mine construction, water and electricity, road, dock, farmland even house, and it is a most important model

7、 of construction machinery. the design of overall project of wheel loader is a important link in designing of wheel loader itself, which has vital impact on the quality, working property and competition in market. the property is superior or inferior and its affect rate is brought into play, which h

8、ave relationship with the property of relative components and are determined not only by the matching of parameter, the coordination between switchboard and the relative components, also by the total decoration of wheel loader.working device and the steering mechanism of the loader all adopt fluid d

9、rive system. the article carries though the design of the fluid drive system though the working demand on working device and the load analysis. it mainly includes the selection and design toward the executive component, the control component and the assistant component.the design the author chosen i

10、n this article can make readers know much about the total designing project of engineering mechanism and the systematic design of liquid-press, at the same time comprehend some designing concept, which will provide helpness to further work later. key words: loader;hydraulic transmission;hydraulic pr

11、essure system;第一章 绪论1.1 研究或设计的目的和意义1使我进一步巩固、加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。2使我获得从事科研工作的初步训练，培养我的独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其注重培养学生独立获取新知识的能力。3培养我在制定研究（设计）方案、设计计算、工程绘图、实验方法、数据处理、文件编辑、文字表达、文献查阅、计算机应用、工具书使用等方面的基本工作实践能力，使我初步掌握科学研究的基本方法。4使我树立具有符合国情和生产实际的正确设计思想和观点；树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识、善于与他人合

12、作的工作作风。 5.通过本次毕业设计，了解更多装载机知识及其系统工作原理，比较国内外装载机液压系统的优势与差距，此次系统设计尽量采用国外先进技术，如先导控制，能源再生，补油，转向优先等等，尽量做到装载机液压系统操作简单、轻便、节能等等。1.2 研究或设计的国内外现状和发展趋势1.2.1 装载机的国内的现状与发展趋势1、国内技术现状目前我国装载机的生产企业有10余家，主要是山工、烟工、辽宁朝阳、柳工、厦工、常林、北建、徐工等。目前该产品年产量大约在400台左右。从我国小型、多功能挖装机械从无到有的发展历史看，我国挖掘装载机一直处于较为落后的状态，其发展速度缓慢。我国在上世纪70年代初才开始自行开

13、发设计，首先由北京建筑机械厂研制成功wz2a和wz2b型液压挖掘装载机，1987年烟台工程机械厂试制成功z115wj型挖掘装载机。之后福建建筑机械厂、一施、山东广饶液压机械厂先后研制出wz25型、dfh-904wz型、t55z/w型挖掘装载机，到1992年柳州挖掘装载机厂、柳州工程机械股份有限公司分别研制出wz30-25型和wz25-20型挖掘装载机。山东工程机械厂2001年7月成功研制出wz30-25型挖掘装载机。以下几家生产的产品基本上代表了目前国内装载机的技术水平：常林的wz30-25挖掘装载机：发动机系统选用康明斯涡轮增压发动机，额定功率63kn，排放符合欧洲标准。标准车转向轿（前桥）

14、为非驱动摆动桥，轴承采用进口件。选用进口专为挖掘装载机配套的驱动桥（后桥）。带有免维护的湿式制动器，大大提高了行车的安全性及可靠性。带差速锁，提高了整车的牵引性能。标准车为两轮驱动，可根据用户需要配备四轮驱动。液压系统采用高效齿轮单泵系统，主要部件如泵、多路阀、转向器全部选用国外知名公司产品。烟台工程机械厂生产wz25-20型：wz25-20型挖掘装载机是以装载机为主本，前端改装多用途铲斗、后端加装挖掘装置而成。一拖的东方红904wz型挖掘装载机是在引进意大利菲亚特技术制造1f90型拖拉机基础上。配套设计的具有前装载、后挖掘等多种功能的农业工程机械。柳州挖掘装载机厂wz30-25型：柳州挖掘装

15、载机厂生产的wz30-25型挖掘装载机及柳州工程机械股份有限公司研制的wz30-20型挖掘装载机，均是在消化吸收cat挖掘装载机技术基础上，结合我国的工艺特点研制而成的新产品这两款机型均采用专用底盘，采用了与cat公司相同的负荷传感控制技术。由于这两款机型采用的是变量系统，因此对系统的清洁度及元件的可告性要求较高。柳州澳柳机械有限公司hach995e系列挖掘装载机：发动机：配备先进的涡轮增压柴油发动机，额定功率达到95匹马力，在1500转/分钟的转速下达到384牛米的扭矩，核心关键部件采用进口世界名牌产品，可靠性更高。全新的外观造型美观大方，驾驶室空间更大；四合一铲斗的标准配置，使机器具有更多

16、功能与用途。多种工作附件可以选配，胜任更多工作；采用挖掘装载机专用车架。驾驶室是独立可更换的，通过5个减震装置与车架连接。液压油箱、燃油箱亦是独立可更换，并且是低位布置，利于降低机器重心，提高稳定性，而且适合站在地上进行油料加注和检修。同时它们也成为登车阶梯的部分，方便操作者出入。泰安市装载机厂wz30-25型：动力系统：该机采用康明斯4bt3.9c74型涡轮增压发动机，具有结构紧凑、功率大、油耗低、噪声小、工作可靠、寿命长等特点。低温启动性能好，特别适合北方地区。液压系统：该机采用了原装德国力士乐的泵和操纵阀。系统采用负荷传感控制技术，当主阀阀芯处于中位时，通过操纵阀产生的压差信号反馈给变量

17、泵，从而自动减少泵的排量，使流量近似为零；此时，泵的压力达到调定压力22mpa以保证侧移架压紧缸所需压力。当工作时，泵根据操纵阀阀芯的开口大小提供需要的流量，避免了传统液压系统靠溢流阀控制溢流的方式，最大限度地减少了液压功率的空流损失和系统发热。工作装置：反铲装置为带侧移架结构，通过4只压紧缸和后车架固定。反铲装置可以沿滑道侧移，扩大了作业范围。反铲装置的动臂采用大弯度动臂，摆动收回时有利于减少横向外形尺寸。当行走时，反铲装置沿滑道侧移到左右任意一端，斗杆和铲斗收起，然后摆动收回到后车架端。这样大大减少了整机在行进和转移时的长度尺寸，提高了机动性，使得机器可以在狭小的地方转移和作业；整机重心分

18、布也更合理，有利于机器的稳定性。反铲装置操纵机构为机械式2杆操纵，操纵灵活方便。装载装置采用z形反转双摇臂连杆机构，具有卸载高度大、卸载距离大、掘起力大、能自动放平等特点；采用冲压箱型提升臂，减轻了重量，提高了刚度和承载能力。操纵机构为机械单手柄。行走系统：采用无驱动的转向前桥，转向缸为双活塞杆双作用缸；后桥为驱动桥，采用两级减速传动结构。驱动马达安装于主减速器壳体上，采用螺旋锥齿轮传动，轮边减速器为行星齿轮传动机构，整体结构刚性好，输出速度平稳。在主减速器和轮边减速器之间，采用全浮式半轴连接传动，克服了桥壳在工作变形过程中对半轴传动产生的影响。行走系统采用了静液压传动。车架采用整体焊接式结构

19、，具有刚性好，强度高的特点。支腿为h型直腿，和车架连为一体。驱动桥的制动采用液压钳盘式，液压操纵具有制动快速可靠的优点。驻车制动为鼓式中央制动，机械式操纵。驾驶室反铲端为整体大窗口内翻式结构，有利于通风和开阔视野、方便操作。后驱动轮采用大直径低压轮胎，在行走过程中可以缓冲振动和减轻车辆颠簸，提高驾驶员的乘坐舒适性。由于我国的挖掘装载机起步晚，不论在产品品种、性能参数以及使用可靠性、售后服务等方面，与国外相比均存在着相当大的差距。2、国内的装载机竞争企业与国内的发展趋势目前国内的挖掘装载机竞争企业分为：出口型：如四川公路机械厂生产的多功能工程机械80%以上都外销，而且销路一直很好，另外，桂林林业

20、机械厂专门生产小型履带式挖掘装载机，产品绝大部分出口。国外进件、国内组装型：如上海的case的580/590系列产品。国外进口、国内代理型：如jcb的2cx/3cx/4cx；volvo的b160/b171；case的580/590等目前都有代理。国内生产企业：国内生产企业有10余家，其产品为低档的挖掘装载机。价格为：38万元以内。因此，挖掘装载机的国内的发展趋势是引进国外的先进技术，开发高质量、多功能、多品种、多规格的挖掘装载机系列产品，加强基础元件、部件的生产，尤其是提高挖掘装载机液压元件的质量，以达到在满足产品可靠性的前提下，降低挖掘装载机产品成本，并提高挖掘装载机产品的售后服务水平。3、

21、国内外差距与开发要求由于我国的装载机起步晚，不论在产品品种、性能参数以及使用可靠性、售后服务等方面，与国外相比均存在着相当大的差距。表现在：国产的装载机的主要是配套件可靠性不如国外。存在可靠性问题的有：柴油机、液压元件、液压系统清洁度、传动元件、电气系统及电器元件、紧固技术与密封技术、轮胎及作业装置等。挖掘装载机产品性能差、可靠性低。除了近年从国外引进的一些产品，国内的部分挖掘装载机产品的性能还处在国际20世纪90年代水平，早期故障率较高，还不能完全满足修筑公路的要求。挖掘装载机基础部件质量较差、配套件质量不过硬。目前，国产发动机及液压系统的缸、泵、阀等质量已成为制约挖掘装载机产品质量的“瓶颈

22、”。装载机的品种少、成套性差、型号不全，部分产品没有形成系列。我国的挖掘装载机不论在品种上和机型方面都还存在着相当多的空白。现有的装载机产品缺少创新性和独有技术。我国挖掘装载机的研制开发工作缺乏创新性，没有自己独特的技术。在重视技术引进的时候，不太重视消化、吸收和关键技术的掌握与研究。因此，国内的挖掘装载机的开发应开发高质量、多功能、多品种、多规格的系列产品，并加强基础元件、部件的生产，尤其是提高液压元件的质量，以达到在满足产品可靠性的前提下，降低产品成本，并提高产品的售后服务水平。 4.国内国外技术现状及差距就国内而言，zl30装载机主要生产厂家有成工、常林、徐工、宣工、山工等该系列产品部件

23、配置较凌乱，生产厂家具有自己的桥箱，风格各具特色，质量及性能上相对稳定，技术先进性一般。徐工近年开发的zl30f装载机，采用电换挡变速箱，使3t级装载机技术上有了新的突破。此外，zl40/zl50装载机，主要装载机生产厂家均拥有该产品。第一代产品几十年来延续至今，全国几乎使用同一套图纸，有些技术力量薄弱的厂家，仍把其当做主导产品推向市场。第二、三代主要是对其工作装置进行优化，改变外观造型。如柳工zl40b/zl50c、徐工zl40e/zl50e。第四代产品是在第三代的基础上进一步优化整机的性能及配置，电控箱、湿式制动器等新技术得到应用，并形成了各企业的专有技术及专利技术，使产品以崭新的面貌推向

24、市场。目前国内装载机的发展方向是像中型机方向发展，其技术可归为七个点：a)重新进行总体设计优化各项性能指标，强化结构件的强度及刚度，使整机可靠性得到大步提高。b)细化结构。如动力系统的减震、散热系统的结构优化、工作装置的性能指标优化等。c)利用电子技术及负载传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用，提高效率、节约能源、降低转载机作业成本。d)提高安全性、舒适性。e)降低噪音和排放强化环保指标。f)广泛利用新材料、新工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术提高产品的寿命和可靠性。g)最大限度的简化维修，尽量减少保养次数和维修时间。从国外发展趋势来看，在经历了五六十年的发展后, 到20

25、世纪90 年代中末期国外轮式装载机技术已达到相当高的水平。信息技术的飞速发展又给装载机技术的发展插上了飞跃的翅膀, 基于微电子技术和信息技术的计算机管理系统、司机辅助操作系统、柴油机电脑控制装置、电子计算机监控系统、电子自动换挡变速控制系统以及网络技术的智能系统已广泛应用于装载机的设计、计算操作控制、检测监控、生产经营和维修服务等各个方面, 使国外装载机在原来的基础上更加“精制”; 其自动化程度也得以提高, 从而进一步提高了生产效率; 改善了司机的作业环境, 提高了作业舒适性; 降低了噪声、振动和排污量, 保护自然环境; 最大限度地简化维修、降低作业成本, 使其性能、安全性、可靠性、使用寿命和

26、操作性能都更上了一层楼。 国外转载机采用新技术、新结构及其发展可概括如下：1微电子技术、信息技术的普及和应用：a) 计算机控制的发动机管理系统。b) 计算机管理及故障诊断、监控系统。c) 电子自动换挡变速控制系统。d) 负载感应变速控制系统。f) 转向变速集成控制系统和命令控制系统。 2 动臂及工作装置结构的改进。 3 强化辅助操作：a）司机辅助操作系统。b) 负荷自动稳定系统。c) 电子称量装置。d) 直观控制系统。 e) 进一步改善驾驶室内环境。现阶段部分装载机上安装有转速变速集成控制系统(stic) , 它取消了传统的方向盘和变速操作杆, 将转向和变速操纵集成在一个操作手柄上, 并采用简

27、单的触发方式控制开关和换挡用的分装式加速按钮。利用肘节的自然动作左右搬动操纵手柄来实现转向, 利用大拇指选择换挡铵钮以实现前进与后退、加速与减速行驶, 极大地简化了操作。卡特彼勒公司950g上配用的转向变速集成系统称为命令控制系统(ccs) , 由液压回路与机械反馈系统构成。转向时, 方向盘转动的角度直接与车身铰接角度连接起来, 其特点是方向盘转动半圈即可转向, 可提供更快和更精确的控制。据称, 该系统在一个台(8h) 工作时间内可使转向圈数从1万转减少到1 千转, 极大地减轻司机的操作疲劳, 增加舒适性。1.2.2 开发与发展装载机的几个问题 1、装载机属特种设备的管理国家为加强和规范对涉及

28、生命安全、危险性较大特种设备的管理，以适应我国加入wto后市场国际化的要求，合理、合法的利用贸易规则，保护国家和人民的利益，于2003年颁布实施了特种设备安全监察条例（国务院令第373号）、特种设备行政许可实施办法（试行）（国质检锅2003172号）等系列法规。同时国家质量监督检验检疫总局（以下简称国家质检总局）根据特种设备安全监察条例和特种设备质量监督与安全监察规定（原国家质量技术监督局令第13号）制订了机电类特种设备制造许可规则（试行）（国质检锅2003174号），用以规范机电类特种设备制造许可工作，确保机电类特种设备的制造质量和安全技术性能。根据文件实施要求，被纳入特种设备许可目录的产品

29、如装载机、挖掘装载机、挖掘机、起重机械等一些产品列入特种设备管理2004年6月1日前必须取得相应的制造许可证，否则企业将不得进行产品的生产和销售。目前，对厂内机动车辆所含设备类型、产品种类规定最为明确的是机电类特种设备制造许可规则（试行），其规定的特种设备制造许可目录，将目前属于厂内机动车辆的设备类型及对应的设备型式进行了明确界定（见下表），这应该是今后对厂内机动车辆管理的依据。根据相关法规规定，在我国境内销售的的境外制造的特种设备，其产品必须符合我国有关特种设备的法律、行政法规、规章、强制性标准及技术规程的要求。同时接受安全监督和型式试验。由于挖掘装载机以前没有真正的纳入特种设备管理，因此国

30、外挖掘装载机产品可以自由出入，在技术和管理上没有受到任何限制和监管，但国内挖掘装载机产品却要进行型式试验和接受一些地方质监部门的监督检查，同样的产品得到不同的待遇。作为挖掘装载机等特种设备的生产开发制造企业，当务之急，应按照有关要求做好技术、产品以及生产和管理上的准备工作，积极申请，取得国内的生产制造资格。并以此为锲机，加大对产品的改进，积极贯彻国际标准和国外先进标准，不断提高产品质量和技术水平，以适应市场国际化的需求。2、装载机产品的定位挖掘装载机产品的定位：对企业来讲：目前应强化挖掘装载机市场预测能力，提高挖掘装载机市场应变能力，及时采集挖掘装载机市场讯息、掌握挖掘装载机市场动向的同时，加

31、强企业的挖掘装载机新产品开发力度，才能使企业在激烈的市场竞争中率先抢占市场，永立不败之地，走上持续发展的道路。西方发达国家的工程机械制造商早走出了盲目的阶段，不论是开发哪种产品他们都会有明确的市场定位，针对不同的消费群体生产不同的产品，在中国这样的发展中国家开发小型工程机械，产品的定位一定要准。应该用不同的技术、针对不同的用户群来解决定位准的问题，中国应先针对沿海发达地区广大农村和针对工程施工配套使用分类开发小型工程机械产品，这是中国特色的多元化的社会结构影响需求结构变化的体现。目前，企业应该根据自己的实力，首先找准自己的位置，确定生产那种产品；然后为产品把脉，决定怎样生产。企业必须把握准市场

32、的脉搏，及时地调整自己的开发思路，另外合理借鉴国外先进经验，针对中国市场，自主开发有中国特色的小型工程机械产品，也可以同国外企业搞联合开发。小型产品要突出低成本、实用性，用户群庞大、明确。在继续做精、做好徐工的现有主导产品的同时，并根据市场发展的要求，结合企业的优势，开发更多适销对路的小型工程机械产品。针对我国挖掘装载机的技术水平及目前的市场状况，在开发挖掘装载机应以以下几个方面作为开发新产品的思路。（1）尽快消化吸收或引进国外的挖掘装载机先进技术，以提高我们的产品档次；（2）国内用的可采用定量系统，以降低对油质清洁度的要求，减少故障的发生；（3）挖掘装载机关键零部件如发动机、变矩器、变速器、

33、后桥、液压泵、多路阀等，应实行全球采购，以提高产品可靠性；（4）采用专用整体式车架及蛙腿式支撑，以提高产品行走及工作的稳定性；（5）国内用的采用无驱动的转向前桥及不带侧移架的结构，以提高机构利用率，降低生产制造成本；（6）辅以多功能作业工具，以提高产品的利用率。（7）市场售价国内用的控制在45-60万元人民币左右；市场售价国外用的控制在75-90万元人民币左右。国内目前价格定位：据调查目前国内生产挖掘装载机的产品的技术定位为：国内中、底档定位，既价格在20-40万元，徐工特工、山工、烟工、辽宁朝阳、柳工、厦工、常林、北建、常工挖掘装载机价格都差不多。国内高档定位：目前高档定位的国内是柳州澳柳机

34、械有限公司huaeach995e，价格在85万元。3、开发的同时建议开发其它的多功能工程机械滑移转向装载机及号称两头忙的挖掘装载机更是两个一机多用的典型例子。前者可完成挖掘、装载、推土、平地、吊装等几十种作业，后者具有挖掘、装载、起重、回填等多种功能。它们既有小型机又有多功能的特点，特适用于需完成多种作业而又不能同时容纳多台机器的狭窄场地作业。为了提高设备的利用率，一机多用成为工程机械发展的一个方向。首先是在通用设备上安装一些附具，可以用于多种施工作业。在液压挖掘机上配备辅助工具，可以完成挖沟、推土、堆垛、装车、搬运、回填、平地、夯实及坡面修正、清理场地等作业任务。卡特彼勒公司的系列推土机有倾

35、角可调型（p）推铲、直型（s）推铲、通用型（v）推铲、角置型（a）推铲及松土器和牵引绞盘等，可供不同的作业方式选用。沃尔沃公司的装载机上有可更换的工作装置多达6070种，如抓斗、侧卸斗、石料夹钳、木料夹钳、除雪板、推土板、起重与叉式升降装置等，用户包括了农业、水利、林业、交通、建筑等各个部门。在开发装载机的同时，应同时考虑开发出其它的多功能工程机械，如多功能推土机、多功能翻土机、多功能拖式平地机、多功能拖式铲运机、多功能拖式铲石机、多功能拖式压路机、多功能挖沟机、多功能吊管机、多功能起重机、多功能破碎锤、多功能破碎剪、多功能冷铣刨机、多功能抓斗装料机、四合一多功能多功能割草机、多功能高空作业车

36、、多功能钻孔机、多功能叉装机和多功能夯实机等60多种独立的机型。另外开发派生出以汽车为底盘的多功能工程机械，可换装大约100种工作装置。在西欧国家主要用奔驰公司的unimog牌专用底盘，改装成的主要产品有螺旋式充填机和各种结构形式清扫车、扫雪机、推土机、装载机、电缆铺设机、挖掘机、随车起重机、挖沟机、岩石破碎机、打桩机、抓斗挖掘机、栽树机、旋转式钻机、高空作业台车所以在整机的设计中变速箱占据比较重要的位置也是我国目前技术领域较为薄弱的还节因此在设计中尽量汲取国外的先进技术，与中国的实际技术水平相结合，尽量做到融入机电液一体化和微电子控制技术的变速机构。1.3 主要研究或设计内容，需要解决的关键

37、问题和思路1.3.1 设计题目 3t装载机工作装置液压系统及主溢流阀设计装载机是各工程工地上常用的土石方作业机械，适用于矿场、基建、道路修建等行业进行装卸、推土、起重、牵引等作业。根据机型的不同，其液压系统可分为两类，一类是工作装置和转向装置为液压驱动；另一类是工作装置、转向装置和行走装置均为液压驱动的全液压装载机。本设计要求完成工作装置和转向装置为液压驱动的液压系统的设计。装载机液压系统是装载机工作的“大脑”，装载机的各种作业都是靠对液压系统的操作和控制完成，设计的液压系统在能满足装载机的基本作业要求和工作性能的前提下，还要求实现液压系统与发动机功率的合理分配、最大限度地提高作业效率、实现装

38、载机的节能以及具有良好的操控性能。本设计课题结合本专业教学内容，对装载机液压系统作深入的学习和分析，按给定条件和要求完成装载机工作装置液压系统方案确定、装载机液压系统的设计计算、液压系统标准元件的计算选型和液压非标准元件的设计计算等任务。着重培养学生综合运用本科的基本理论和专业知识，提高分析与解决工程设计和工程技术问题的能力。1.3.2 设计研究的依据：（1）了解装载机液压系统的主要特点1、装载机工作装置采用液压驱动。2、采用柴油机为动力驱动液压泵。3、液压系统采用双泵作动力源。3、执行机构动作包括动臂油缸、转斗油缸和转向油缸的运动。4、采用先导控制、再生、补油、合流、优先、负荷传感（负载敏感

39、）及压力补偿等先进的液压控制技术。5、装载机作业包括：铲装、搬运、卸载、推运、刮平、牵引等。6、设计的装载机液压系统操作简单、轻便、节能。此次设计只要研究装载机在液压系统方面的的性能要求，对国内、国外同类型装载机液压系统资料进行分析研究，根据设计要求，按照可靠性、经济性、并尽量采用先进技术，进行方案的选择。装载机液压系统的特点主要有：对速度无严格要求，但对输出力、力矩有主要要求，装载机作业时转速变化范围大等。因此功率的调节和分配是系统设计的核心，其液压系统特点是采用组合油路，如装载机工作装置液压系统与其它液压执行系统组合，考虑合流的要求。为了实现节能和好的操控性能，可采用先进的技术如先导、合流

40、、再生、优先、补油、压力补偿、负荷传感等。 确定各液压回路方案：主液压回路：包括动臂液压回路、转斗液压回路、转向液压回路。辅助液压回路包括：卸荷回路、过载保护回路、补油回路、缓冲回路、背压回路、冷却回路、过滤回路等。其它回路：先导控制、合流回路、再生回路、优先回路等。此次设计主要是克服以前老式国产装载机在动力，机械损坏，人工操作方面困难等等，在拟定液压系统图时应采用现代先进技术，应充分先进技术的作用 使其达到高效、节能、操作方便等作用。1.3.3 解决的问题关键和思路 在确定液压系统工作图之中，我们应该融入先进控制技术，如装载机工作装置液压系统与其它液压执行系统组合，考虑合流的要求。为了实现节

41、能和好的操控性能，可采用先进的技术如先导、合流、再生、优先、补油、压力补偿、负荷传感等。 在这些先进技术中，我们应该考虑比如转向优先，压力补偿等等，这些先进技术我们可以融入所涉及系统中比如双泵合流，在工况中学要完成较为复杂的时候，如系统需要大流量，大压力的时候这就需要双泵合流，还有系统补油，在装载机动臂液压缸回油时候，此时会突然产生油液供给不足，这时就需要添加一个补油回路来确保液压缸突然吸入空气产生汽蚀1.4 完成毕业设计所必须具备的工作条件及解决办法设计教室、计算机、绘图软件、参考文献。计算机自备，学院提供设计教室，相关的软件有autocad、solid works等，参考文献的大部分可从学

42、校图书馆借阅。 第二章 装载机液压系统工作原理2.1初拟液压系统原理图由于液压系统有许多方案可以选择，本次设计在初拟原理图时设计了两种方案，便于进行对比，选择较好的方案。下图3-1是方案一的液压系统原理图图2-1 装载机液压系统1- 邮箱2-（1、2、3）-滤油器3-冷却器4-转向泵5-主回路泵6- 发动机7- 主回路溢流阀8- 转向回路三位六通换向阀9- 动臂回路四位六通换向阀10-（1、2）-动臂缸进回油路安全阀11-（1、2） 动臂液压缸12-（1、2） 转斗液压缸13- 1、2）转斗液压缸回路安全阀14-（1、2）转向液压缸15- 转向回路三位四通手动式换向阀17- 转向回路溢流阀2.

43、2 方案一液压系统工作原理该液压系统包括转向装置和工作装置。其中工作装置有两个回路：一是动臂升降液压缸工作回路，一是转斗液压缸工作回路。这两个回路以串并联的方式存在于系统结构中。因为动臂和铲斗不同时进行复合动作，所以两液压缸的推力比较大，符合装载机液压系统的要求。该液压系统具体回路和工作装置的分析如下：2.2.1 动臂液压缸回路 图2-2动臂液压缸伸缩回路此回路动臂液压缸升降主要靠四位六通手动换向阀控制，当手柄往右拨时，动臂液压缸升，处于中间时起浮动作用，锁紧回路，往左拨时，动臂液压缸缩回，动臂液压缸降，安全阀10-1以及10-2起保护进回油路安全作用。2.2.2 转斗缸伸缩部分 图3-3 转

44、斗液压缸伸缩回路该回路由三位六通手动换向阀8实现转斗缸伸缩，13-1以及13-2起保护转斗缸进回油路安全作用2.2.3 转向部分 图2-4 转向部分液压回路图动臂升降回路实现了动臂的升降。动臂液压缸是由主泵7和辅助泵8并联供油，这一步由合流回路实现。当三位四通手动式转斗先导控制阀13先导控制使三位六通可调式液动换向阀17处于中位时，三位四通手动式动臂先导控制阀14先导控制使三位六通可调式液动换向阀18处于右位，此时动臂提升回路导通，动臂伸出。反之，当三位四通手动式动臂先导控制阀14先导控制使三位六通可调式液动换向阀18处于左位，其它条件同上，实现动臂缩回。整个回路中安全阀23起到过载保护的作用

45、。其中三位四通手动式浮动先导控制阀15先导控制二位四通液控阀19，能够使动臂升降液压缸处于浮动状态，动臂能够随地面状态自由浮动，提高了装载机作业技能。2.2.4 冷却回路 图2-5回油路冷却过滤系统原理在这个回路中的冷却部分，可以将整个系统的发热回油进行冷却，使回到油箱的油液保持清洁以及温度适中，减小系统损失以及受损坏的程度 2.3 对比方案二液压系统原理图的拟定图2-6 对比方案二液压系统原理图1- 邮箱2-（1、2）-冷却器3-主回路泵4-冷却器4-先导泵5-转向泵6-（1、2） 过滤器7、8-转向液压缸安全阀9-转向液压缸10- 液控单向阀11、12- 转斗缸安全阀13- 转斗液压缸14

46、- 单向补油阀15- 主回路溢流阀16- 转斗回路三位六通液动换向阀17- （1、2）单向阀18- 动臂回路三位六通液动换向阀19- （1、2、3、4）先导阀20- 浮动阀21- 先导回路溢流阀22、24- 转向缸安全阀23-（1、2） 转向液压缸25- 三位四通液动换向阀2.4 对比方案二液压系统工作原理 图2-7 对比方案二增加部分液压系统原理图如图3-10所示，该对比方案与方案一的区别是：增加一个先导回路，用这先导回路分别控制动臂、转斗以及转向阀。方案二较方案一在控制方向变得了轻松，操作也容易许多，使得操作师傅不会长时间操作感觉匮乏，灵活性有很大的提升，在装载机系统结构要求和资源利用等方

47、面，显然比方案二更胜一筹。第三章 装载机液压系统参数计算3.1 转斗液压缸参数计算给定的数据如下：表2-1 3t装载机液压系统转斗油缸设计参数性能参数题目3t标准容量(m3)1.52.5额定载重量（t）3额定功率（kw）90最大掘起力（kn）90整机操作质量（kg）10500最大卸载高度（mm）27002900对应卸载距离（mm）9601000轮距（mm）2200轴距（mm）2680提升时间（s）7卸载时间（s）4下降时间（s）4其余设计参数可类比相关资料3.1.1 确定转斗液压缸的作用力 由参考文献4p228，确定液压缸作用力要在总体布置和工作装置连杆机构铰点位置确定的基础上进行，为了发挥装

48、载机的铲掘能力，要求转斗液压缸作用力足以使铲斗在铲掘位置上翻时，装载机后轮离地，转斗液压缸作用力即以此平衡条件作为计算位置。 图3-1 转斗液压缸作用力的确定 如图2-1所示，铲斗正好处在铲掘位置，铲斗刃口的运动方向基本接近于垂直地面，由此我们可以认为转斗液压缸作用力主要是克服铲起阻力。 由参考文献得到 （3-1） （3-2）式中， 最大崛起力，n； 铲斗自重，取=14000n： 铲斗能装下物体重量，去=30000n； 作用力与反作用力； 铲斗液压缸负载力；由表2-1可知最大掘起力=n，又取=0.675 m，=0.700 m，=0.630 m，=0.500 m，=1.450 m，联立式（3-1

49、）和（3-2）得 =kn3.1.2 确定转斗液压缸内径和活塞杆直径 由上面计算所得结论，转斗液压缸受力=251.02kn，可知，转斗液压缸的最大推力=251.02kn。又由参考文献1p156，绘制液压缸计算简图如下图3-2 液压缸计算简图单活塞杆液压缸无杆腔为工作腔时，得到下列式子 （3-3） (3-4) （3-5） 式中 转斗液压缸的工作腔压力，； 转斗液压缸的回油腔压力，； 转斗液压缸无杆腔的有效面积，； 转斗液压缸有杆腔的有效面积，； d转斗液压缸内径，mm； d转斗液压缸活塞杆直径，mm； 转斗液压缸机械效率。 其中，液压缸的机械效率一般取0.90.97，在本次设计中取=0.95。要用

50、以上公式确定液压缸尺寸，还要选取回油背压和杆径比d/d。 因为无背压，古取=0 当活塞杆受拉的时候，一般取d/d=0.30.5，当活塞杆受压的时候，为了保证压杆的稳定性，一般选取d/d=0.50.7，本次设计中综合各方面性能参数，选取转斗液压缸活塞杆直径d=0.7d。 根据式（3-3）、（3-4）和（3-5），化简得到转斗液压缸内径d的表达式如下 （3-6） 根据本次设计中液压系统各方面性能参数以及装载机液压系统国内一般情况，初选转斗液压缸的工作腔压力=16，再将所得= n，=0.95，=1.5代入式（3-6），得 （mm） =76.294（mm） 由参考文献3p135表3-10缸径系列（gb

51、2348-80），圆整后取转斗液压缸内径d=125mm。 由参考文献3p160表3-17活塞杆外径系列（gb2348-80），圆整后取转斗液压缸活塞杆直径d=80mm。 对选定后的液压缸内径d，必须进行最小稳定速度的验算。这需要保证液压缸节流腔的有效工作面积a必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积，即a，具体验算结果将在后续的计算中得到。3.1.3 确定转斗液压缸活塞杆动作速度 1.活塞杆伸出速度 （3-7）式中 活塞杆伸出速度，m/s； l转斗液压缸全行程，mm； 转斗液压缸活塞杆完全伸出时间，s。 由已知表2-1装载机液压系统转斗油缸设计性能参数，取铲斗提升时间=4s。 由已知表2-1装载

52、机液压系统转斗油缸设计性能参数，并参照参考文献3p160表3-18活塞行程系列（gb2349-80）中的系列尺寸选取标准值，最后取转斗液压缸全行程l=630mm。将选取的=4s和l=630mm代入式（3-7），得=0.158 （m/s） 2.活塞杆缩回速度 （3-8）式中 活塞杆缩回速度，m/s； l转斗液压缸全行程，mm； 转斗液压缸活塞杆完全缩回时间，s。 由已知表2-1装载机液压系统转斗油缸设计性能参数，取铲斗卸载时间=3s。 将选取的=3s和l=630mm代入式（3-8），得=0.210 （m/s）3.1.4 转斗液压缸动作所需流量 1.转斗液压缸活塞杆伸出所需流量 （3-9）式中 转斗液压缸无杆腔所需进油流量，l/min； 转斗液压缸无杆腔有效工作面积，