单斗式挖掘机课程设计说明书

1、辽宁工程技术大学课程设计 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计题目：单斗挖掘机液压系统设计说明书 班 级：机 械 12-2 班 姓 名： 计东 指导教师： 贾胜德 完成日期： 2016.1 33辽宁工程技术大学课程设计 I设计任务书一、设计内容 二、上交材料(1) 设计图纸(2) 设计说明书(5000字左右，无图纸不少于8000字)三、进度安排(参考)(1) 熟悉设计任务，收集相关资料 (2) 拟定设计方案(3) 绘制图纸(4) 编写说明书(5) 整理及答辩四、指导教师评语成 绩： 指导教师日期辽宁工程技术大学课程设计 II摘 要：随着社会的不断进步，改革开放的深入，我国的基础建设项

2、目不断增多，对工程机械产品的需求量也越来越大。液压挖掘机是工程机械的重要产品之一，具有较高的技术含量，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，于是它对工作装置的设计提出了很高的要求，因此，对挖掘机工作装置的分析设计对推动我国挖掘机的发展具有重要意义。关键词：挖掘机； 工作装置；液压系统；辽宁工程技术大学课程设计 33摘 要i 关键词ii 1.1挖掘机间介2 1.2挖掘机的研究现状及发展动态2 1.3本设计的研究内容3 2液压挖掘机结构与工作原理4 2.1液压挖掘机整机性能4 2.2液压挖掘机结构5 2.3液压挖掘机传动原理7 3液压挖掘机工况分析及液压系统的设计要求7 3.1液压挖掘机的

3、工况8 3.2挖掘机液压系统的设计要求8 3.2.1动力性要求8 3.2.2操纵性要求8 3.2.3节能性要求9 3.2.4安全性要求9 3.2.5其他性能要求9 4液压系统的设计9 4.1液压系统方案及参数确定10 4.2执行元件液压缸及系统压力的初选11 4.3计算工作装置铲斗液压缸的主要尺寸12 4.4液压系统方案拟订15 4.5液压系统原理图的制定15 4.5.1液压系统原理图的分析15 4.5.2绘制液压系统图16 5液压元件的选择与专用件的设计17 5.1液压泵的选择和泵的参数的计算17 5.1.1液压泵的工作压力的确定17 5.1.2确定液压泵的流量17 5.1.3选择液压泵的规

4、格18 5.2 柴油发动机的选择18 5.3 液压阀的选择19 5.3.1液压阀的选择19 5.3.2液压阀的选择19 5.3.3液压阀的选择19 5.3.4液压阀的选择19 5.4其他液压元件的选择20 5.4.1液压阀的选择20 5.4.2液压阀的选择21 5.4.3液压阀的选择21 5.4.4液位液温计,空气滤清和直回式回油过滤器的选择21 5.4.5蓄能器的选择21 5.4.6管道尺寸的确定22 5.4.7胶管的选择22 5.5油箱容量的确定23 6压力系统性能验算23 6.1液压系统压力损失23 6.2液压系统的发热温升计算25 6.2.1计算液压系统的发热功率25 6.2.2计算液

5、压系统的散热功率26 6.2.3根据散热要求计算油箱容量27 6.2.4冷却器所需冷却面积的计算28 6.2.5油箱的尺寸设计29 7总 结29 参考文献301.1 挖掘机简介挖掘机行业的发展历史久远，可以追溯到1840年。当时美国西部开发，进行铁路建设，产生了模仿人体构造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰类似机械手的挖掘机，它采用蒸汽机作为动力在轨道上行走。但是此后的很长时间挖掘机没有得到很大的发展，应用范围也只局限于矿山作业中。导致挖掘机发展缓慢的主要原因是:其作业装置动作复杂，运动范围大，需要采用多自由度机构，古老的机械传动对它不太适合。而且当时的工程建设主要是国土开发，大规模的筑路和整

6、修场地等，大多是大面积的水平作业，因此对挖掘机的应用相对较少，在一定程度上也限制了挖掘机的发展。由于液压技术的应用，二十世纪四十年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机。随着液压传动技术迅速发展成为一种成熟的传动技术，挖掘机有了适合它的传动装置，为挖掘机的发展建立了强有力的技术支撑，是挖掘机技术上的一个飞跃 。同时，工程建设和施工形式也发生了很大变化。在进行大规模国土开发的同时，也开始进行城市型土木施工，这样，具有较长的臂和杆，能装上各种各样的工作装置，能行走、回转，实现多自由动作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和沟槽的挖掘机得到了广泛应用2。1.2 挖掘机的研究现状及发展动态1950

7、年在意大利北部生产了第一台液压挖掘机。第一台液压挖掘机采用定量齿轮泵，中位开式多路阀，工作压力为9Mpa，所有执行元件互相并联连结。由单泵向6个执行元件供油。由于早期液压挖掘机主要采用了定量齿轮泵，不能按需改变供油流量，无法充分利用发动机的功率，因此其能量损失很大，不能满足挖掘机复合动作的复杂要求，且可操纵性差。另外，早期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，配套件也不齐全，制造质量不够稳定。从二十世纪六十年代到八十年代中期，液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展的阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970年间，液压挖掘机产量己经达到挖

8、掘机总产量的83%，其时对挖掘机液压系统的研究也已经十分成熟，液压挖掘机已经具有了同步控制系统和负载敏感系统。自第一台手动挖掘机诞生以来的160多年当中，挖掘机一直在不断地飞跃发展，其技术已经发展到相对成熟稳定的阶段。目前国际上迅速发展全液压挖掘机，对其控制方式不断改进和革新，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。所有这一切，挖掘机的全液压化为其奠定了坚实的基础，创造了良好的前提3。据有关专家估算，全世界各种施工

9、作业场约有65%至70%的土石方工程都是由挖掘机完成的。挖掘机是一种万能型工程机械，目前已经无可争议地成为工程机械的第一主力机种，在世界工程机械市场上己占据首位，并且仍在发展扩大。挖掘机的发展主要以液压技术的应用为基础，其液压系统已成为工程机械液压系统的主流形式。随着科学技术的发展和建筑施工现代化生产的需要，液压挖掘机需要大幅度的技术进步，技术创新是液压挖掘机行业所面临的新挑战。在技术方面，挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，所以对其液压系统的分析研究具有十分重要的现实意义。从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。1.3 本设计的研究内容挖

10、掘机液压系统方面的技术多种多样，本文主要通过国外几种知名品牌的挖掘机液压系统为参考对象，对其现有的关键技术和控制方式进行比较和研究，为挖掘机的液压系统设计提供一定的参考信息。(1)挖掘机液压系统技术发展动态的分析研究大量搜集国内外挖掘机液压系统方面的相关技术资料，系统了解挖掘机液压系统的发展历史。分析总结挖掘机液压系统方面的研究现状和技术发展动态。(2)挖掘机液压系统设计要求对液压挖掘机一个工作循环中的四种工况-挖掘工况、满斗举升回转工况、卸载工况和卸载返回工况进行了详细的分析，总结了每个工况下各执行机构的主要复合动作。根据液压挖掘机的主要工作特点，系统地总结了挖掘机液压系统设计要求:动力性要

11、求和操纵性要求。(3)挖掘机液压系统的设计分析了传统挖掘机液压系统中的单泵定量系统、双泵定量系统和双变量泵液压系统，详细分析了其主要优点和存在的问题。本文在分析研究了挖掘机液压系统的基础上，根据挖掘机液压系统的设计要求，设计了一套适合我国生产制造的单斗挖掘机液压系统。本设计旨在采用通用的多路阀系统，配以专用控制阀和简单的伺服控制系统4。2 液压挖掘机结构与工作原理相对于机械传动,液压挖掘机由于在动力装置和工作装置之间采用容积式液压传动，靠液体的压力能进行工作，具有许多优点:能无极调速且调速范围大，最大速度和最小速度之比可达1000:1能得到较低的稳定转速；快速作用时，液压元件产生的运动惯性较小

12、，并可作高速反转；传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动；操纵省力灵活，易实现自动化控制；易实现标准化、通用化、系列化。因此液压挖掘机逐步取代机械式挖掘机是必然的趋势。单斗液压挖掘机是装有一只铲斗并采用液压传动进行挖掘作业的机械。它是目前挖掘机械中重要的机种。单斗液压挖掘机的作业过程是以铲斗(一般装有斗齿)的切削刃切削土壤并将土装入斗内，斗满后提升。回转至卸土位置进行卸土，卸空后铲斗再转回并下降到地面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土后，机械移动一段距离，以便继续作业。因此单斗液压挖掘机是一种周期作业的自行式上方机械5。2.1 液压挖掘机整机性能液压挖掘机由动力系统、机械系统、液压系统、控制系统

13、组成一个有机整体，其性能的优劣不仅与工作装置机械零部件性能有关，还与液压系统、控制系统性能有关6。(1)动力系统挖掘机工作的主要特点是环境温度变化大，灰尘污物较多，负荷变化大，经常倾斜工作，维护条件差。因此液压挖掘机原动力一般由柴油机提供，柴油机具有工作可靠、功率特性曲线硬、燃油经济等特点，符合挖掘机工作条件恶劣，负荷多变的要求。挖掘机采用车用柴油机时，最大功率指数降低。(2)机械系统液压挖掘机的机械系统部分是完成挖掘机各项基本动作的直接执行者，主要包括:a.行走装置是整个机器的支撑部分，承受机器的全部重量和工作装置的反力，同时能使挖掘机作短途行驶。按照结构的不同，分履带式和轮胎式。b.回转机

14、构使挖掘机上车围绕中央回转轴作360度的回转的机构，包括驱动装置和回转支撑。c.工作装置是挖掘机完成实际作业的主要组成部分，常用的有反铲、正铲、装载、起重等装置，而同一种装置可以有多种结构形式，前面所述的反铲装置应用最为广泛。(3)液压系统液压挖掘机的回转、行走和工作装置的动作都由液压传动系统实现，原动机驱动双联液压泵，把压力油分别送到两组多路换向阀。通过司机的操纵，将压力油单独或同时送往液压执行元件(液压马达和液压油缸)驱动执行机构工作。液压挖掘机的主要运动有整机行走、转台回转、动臂升降、斗杆收放、铲斗转动等。这些运动都靠液压传动。根据以上工作要求，把各液压元件用油管有机地连接起来地组合体既

15、是液压挖掘机地液压系统。该系统地功能是把发动机地机械能以油液为介质，利用油泵转变为液压能，传送给油缸、油马达等转变为机械能，再传动各执行机构，实现各种运动和工作过程。液压系统设计得合理与否，对挖掘机的性能起着决定性的作用。同样的元件，若系统设计不同，则挖掘机性能差异很大。液压系统习惯上按主油泵的数量、功率调节方式和回路的数量来分类。(4) 控制系统液压挖掘机控制系统是对发动机、液压泵、多路换向阀和执行元件(液压缸、液压马达)等进行控制的系统。电子技术和计算机技术的飞速进步，使挖掘机有了越来越先进的控制系统，使液压挖掘机向高性能、自动化和智能化发展。目前挖掘机研究重点正逐步向智能化机电液控制系统

16、方向转移7。2.2 液压挖掘机结构(1)液压挖掘机组成为了实现液压挖掘机的各项功能，单斗液压挖掘机需要两个基本组成部分，即机体(或称主机)和工作装置。机体是完成挖掘机基本动作并作为驱动和操纵挖掘机进行工作的基础，可以是履带牵引车辆或轮式牵引车辆。可细分为行走装置、回转装置、液压系统、气压系统、电气系统和动力装置。其中动力装置、操纵机构、回转机构和辅助设备均可在回转平台上，总称上车部分，它与行走机构(又称下车部分)用回转支撑相连，平台可以围绕中央回转轴作360度的全回转。工作装置根据工作性质的不同，可配备反铲、正铲、装载、起重等装置，分别完成挖掘、装载、抓取、起重、钻孔、打桩、破碎、修坡、清沟等

17、工作。挖掘机的基本性能决定于各部分的构造、性能及其综合的效果8。(2)单斗反铲液压挖掘机铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构型式，动臂、斗杆和铲斗等主要部件彼此铰接，在液压缸的作用下各部件绕铰接点摆动，完成挖掘、提升和卸土等动作。如图1 所示，整体鹅颈式动臂反铲挖掘机工作装置主要由动臂、动臂油缸、斗杆、斗一杆油缸、铲斗、铲斗油缸、摇臂、连杆、销轴等组成。装置各运动部件之间全部采用销轴铰接，以动臂油缸来支撑和改变动臂的倾角，通过动臂油缸的伸缩可使动臂绕下。铰点转动实现动臂的升降。斗杆铰接于动臂的上端，由斗杆油缸控制斗杆与动臂相对角度。当斗杆油缸伸缩时，斗杆可绕动臂上铰点转动。铲斗与斗杆前端铰接

18、，并通过铲斗油缸伸缩使铲斗转动。为增大铲斗的转角，通常采用摇臂连杆机构来和铲斗联接。1、斗杆油缸 2、动臂3、油管 4、动臂油缸5、铲斗6、斗齿7、侧齿8、连杆9、摇杆10、铲斗油缸11、斗杆1.Stick Cylinder 2.movable arm 3.oil pipe 4.movable arm Cylinder 5.Bucket 6.Bucket teeth 7.Lateral teeth 8.Connecting rod 9.Joystick 10.Bucket Cylinder 11.Stick图1 工作装置组成图Fig 1 The chart of working device

19、constitutional diagram (3)液压挖掘机工作循环过程首先液压挖掘机驱动行走马达和配套土方运输车辆一起进入作业面，运输车辆倒车、调停，停靠在挖掘机的侧方或后方。挖掘机司机扳动操纵手柄，使回转马达控制阀接通，于是回转马达转动并带动上部平台回转，使工作装置转向挖掘地点，在执行上述过程的同时操纵动臂油缸换向阀，使动臂油缸上腔进油，将动臂下降，直至铲斗接触地面，然后司机操纵斗杆油缸和铲斗油缸的换向阀，使两者的大腔进油，配合动作以加快作业进度，进行复合动作的挖掘和装载:铲斗装满后将斗杆油缸和铲斗油缸的操纵手柄扳回中位，使铲斗和斗杆油缸闭锁，再操纵动臂油缸换向阀，使动臂油缸的下腔进油，

20、将动臂提升，举起装满土的铲斗离开工作面，随即扳动平台回转换向阀手柄，使上部平台回转，带动铲斗转至运输车辆上方，再操纵斗杆油缸使铲斗高度稍降一些，并在适当的高度操纵铲斗油缸使铲斗卸土。土方卸完后，使平台反转并降低动臂，直到铲斗回到作业点上方，以便进行下一工作循环9。2.3 液压挖掘机传动原理液压挖掘机采用三组液压缸使工作装置具有三个自由度，铲斗可实现有限的平面转动，加上液压马达驱动回转运动，使铲斗运动扩大到有限的空间，再通过行走马达驱动行走(移位)，使挖掘空间可沿水平方向得到间歇地扩大，从而满足挖掘作业的要求。液压挖掘机传动由柴油机驱动液压泵，操纵分配阀，将高压油送给各液压执行元件(液压缸或液压

21、马达)驱动相应的机构进行工作。液压挖掘机的工作装置采用连杆机构原理，各部分的运动通过液压缸的伸缩来实现。反铲工作装置由铲斗、斗杆、动臂、连杆及相应的三组液压缸组成。动臂下铰点铰接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动;而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。挖掘作业时，接通回转马达，转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩;动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即

22、接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。卸完后，工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘循环。在实际挖掘作业中，由于土质情况、挖掘面条件以及挖掘机液压系统的不同，反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是多样的、随机的10。总之，液压挖掘机是由多学科、多系统组成的有机整体，只有在系统层面上的各系统、各学科协同优化才能获取挖掘机整机的最佳性能。3 液压挖掘机工况分析及液压系统的设计要求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

23、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。3.1 液压挖掘机的工况分析液压挖掘机的作业过程包括以下几个动作:动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走以及其它辅助动作。除了辅助动作(例如整机转向等)不需全功率驱动以外，其它都是液压挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动11。由于液压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:(1)实现各种主要动作时，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;(2)为了充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(例如挖掘与动臂、提升与回转)同时进行复合动作12。液压挖掘机

24、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，或者两者配合进行挖掘，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土处，此时主要是动臂和回转的复合动作。(3) 卸载:转到卸土点时，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，间以动臂动作。(4) 空斗返回:卸载结束，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

25、杆的复合动作。3.2 挖掘机液压系统的设计要求液压挖掘机的动作繁复，且具有多种机构，如行走机构、回转机构、动臂、斗杆和铲斗等，是一种具有多自由度的工程机械。这些主要机构经常起动、制动、换向，外负载变化很大，冲击和振动多，因此挖掘机对液压系统提出了很高的设计要求。根据液压挖掘机的工作特点，其液压系统的设计需要满足以下要求13: 3.2.1 动力性要求所谓动力性要求，就是在保证发动机不过载的前提下，尽量充分地利用发动机的功率，提高挖掘机的生产效率。尤其是当负载变化时，要求液压系统与发动机的良好匹配，尽量提高发动机的输出功率。3.2.2 操纵性要求(1)调速性要求挖掘机对调速操纵控制性能的要求很高，

26、如何按照驾驶员的操纵意图方便地实现调速操纵控制，对各个执行元件的调速操纵是否稳定可靠，成为挖掘机液压系统设计十分重要的一方面。挖掘机在工作过程中作业阻力变化大，各种不同的作业工况要求功率变化大，因此要求对各个执行元件的调速性要好。(2)复合操纵性要求挖掘机在作业过程中需要各个执行元件单独动作，但是在更多情况下要求各个执行元件能够相互配合实现复杂的复合动作，因此如何实现多执行元件的复合动作也是挖掘机液压系统操纵性要求的一方面。当多执行元件共同动作时，要求其相互间不千涉，能够合理分配共同动作时各个执行元件的流盘，实现理想的复合动作。尤其对行走机构来说，左、右行走马达的复合动作问题，即直线行驶性也是

27、设计中需要考虑的重要一方面。如果挖掘机在行使过程中由于液压泵的油分流供应，导致一侧行走马达速度降低，形成挖掘机意外跑偏，很容易发生事故。因此，如何协调多执行元件复合动作时的流量供应问题也是挖掘机液压系统设计中需要考虑的。3.2.3 节能性要求挖掘机工作时间长，能量消耗大，要求液压系统的效率高，就要降低各个执行元件和管路的能耗，因此在挖掘机液压系统中要充分考虑各种节能措施。当对各个执行元件进行调速控制时，系统所需流量大于油泵的输出流量，此时必然会导致一部分流量损失掉。系统要求此部分的能量损失尽量小;当挖掘机处于空载不工作的状态下，如何降低泵的输出流量，降低空载回油的压力，也是降低能耗的关键14。

28、3.2.4 安全性要求挖掘机的工作条件恶劣，载荷变化和冲击振动大，对于其液压系统要求有良好的过载保护措施，防止油泵过载和因外负载冲击对各个液压作用元件的损伤。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。3.2.5 其它性能要求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:液压挖掘机作业条件恶劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性;由于挖掘机在城市建设施工中应用越来越多，因此要不断提高挖掘机的作业性能，降低振动和噪声，重视其作业中的环保性15。4 液压系统的设计WY-200型挖掘机具有结构紧凑，操作轻便，使用维护安全可靠，发动机功率利用率高、生

29、产效率高等优点。根据作业需要可配备0.5-1.25立方米四种反铲斗及斗容为1.0和1.25立米方的两种正铲斗。广泛用于建筑施工、市政工程、水电、国防工程和一般矿山采掘，挖掘I-VI级土壤16。4.1 液压系统方案及参数确定表1WY200C液压履带式挖掘机主要技术参数Table 1 The main technical parameters of hydraulic crawler excavators WY200C项目名称单位 数 值 标准斗容量M 31发动机型号6135K-16发动机标定输出功率kW/r/min106/2100最大挖掘半径 m10.4最大挖掘高度

30、 m3/h7.78最大挖掘深度 m6.46最大卸载高度m5.7回转速度r/min0-13.2行走速度km/h2.5-5.5爬坡能力%70作业循环时间S18-22主机长/宽度MPa0.077履带平均接地比压MPa0.048发动机额定转数r/min2100整机质量t20.8理论生产率m3/h200最大挖掘力kN142系统工作压力MPa36履带板宽度m0.6主机运输尺寸(长X宽X高)mm9850x3000x3100执行元件是液压系统的输出部分，必须满足机器设备的运动功能、性能要求和结构、安装上的限制。根据所要求的负载运动形态，选用不同的执行元件配置，如下表2所示表2执行元件配置T

31、able 2 The configuration of the actuator运 动 方 式执 行 元 件 续表左行走右行走直性行走左液压马达右液压马达左液压马达+右液压马达工作装置外摆内收动臂液压缸斗杆液压缸铲斗液压缸回转回转液压马达4.2 执行元件液压缸及系统压力的初选由于铲斗的内收是为了铲料，而外摆是为了卸料，工作装置采用了两根动臂液压缸、一根斗杆、一根铲斗油缸。要使机构正常工作且具有平稳性，两动臂液压缸必须同步运动，这就要求任何时刻进出油路的压力油，必须保持一定的压力平衡。为此，采用平衡阀控制油路中液压油的压力值17。根据挖掘机主要用于建筑施工、矿山的特点，本设计选择双作用单活塞杆式

32、液压缸。液压缸参数的选择每斗料的重量 M = 1.21650 = 1980 (Kg) （1） G = mg = 19809.8 = 19404 (Kn) （2） 由卸料斗的尺寸图按极限情况计算得所挖斗料自重G与铲斗液压缸产生的推力F在卸料斗底板轴承铰接处转距平衡即 F拉L1 = GL2 （3）F拉374.5 = 194041206得 (Kn)工作压力的选定关系到设计出和系统是否经济合理；工作压力低，则要求执行元件的容量大，即尺寸大、重量重，系统所需流量也大；压力过高，则对元件的制造精度和系统的使用维护要求提高，并使容积效率降低。一般是根据机械的类型来选择工作压力18。执行元件工作压力可以根据总

33、负载值或者主机设备类型选取，如表3与表4所示。表3负载和工作压力之间的关系Table 3 The relationship between the load and the working pressure负载F/KN10102070140140250250工作压力P/MPa0.8-1.21.5-2.51014182132表4各类机械常用的系统工作压力Table 4 The various types of machinery commonly used system operating pressure设备类型精加工机床组合机床拉床农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构液压机、重型机械、大

34、中型挖掘机、起重运输机械工作压力P/Mpa0.8-23-55-101-1616-32由负载值大小查上表，参考同类型挖掘机，取液压缸工作压力为25MPa安装方式选择缸头耳环带衬套，活塞杆端连接方式选择杆端外螺纹杆头耳环带衬套。又因其伸缩速度缓慢但压力大，故选择带缓冲，油口连接方式选择外螺纹。4.3 计算工作装置铲斗液压缸的主要尺寸活塞杆直径d与缸筒内径D的计算 受拉时： d=(0.3-0.5)D受压时： d=(0.5-0.55)D (p1<5Mpa) d=(0.6-0.7)D(5Mpa< p1<7Mpa) d=0.7D(p1>7Mpa)(1) 液压油缸的缸径、杆径和工作压

35、力确定根据技术条件：确定液压缸径和杆径及行程为：缸径D=125mm，杆径d=0.7D=85mm 由此计算出液压系统工作压力为：P= （4）=4F/（×（125-85）=32MPa式中F为锁紧力，得 F=211KN(2) 缸筒壁厚计算根据机械设计手册，在此液压系统中，3.2D/16，故缸筒壁厚应用中等壁厚计算公式，此时：= +C （5） ：强度系数，对无缝钢管， =1C：用来圆整壁厚数 Py:液压缸内最高工作压力。Py=10Mpa D：缸筒内径= s/2.5=175/2.5=70MPa=10×220/(2.3×60-3×10)+C=25mm故油缸缸筒外圆取

36、D1=125mm.(3) 缸筒强度校核根据SL41-93，缸体合成应力按下式计算：zh1= （6）式中：=60MPaz1：纵向应力： z1=22MPa (7) h1：环向应力： h1=75 MPa (8)P：工作压力，P=32MPaD：油缸缸径，D=125mmd：油缸杆径，d=85mm：缸筒壁厚，=13.5mm终计算， zh1=53.2 MPa <70 MPa即: zh1< ,符合要求.(4) 活塞杆长度和缸筒长度计算根据设计要求的行程，来设计活塞杆的长度；本油缸的行程为1020mm，故油缸的活塞杆的长度为1265mm，缸筒的长度为1500mm。(5) 活塞杆强度计算活塞杆受拉力最

37、危险截面是两端连接螺纹的退刀槽横截面，（取截面直径较少值）其应力计算如下 ：n= （9）式中为拉应力： = (10) 为剪应力： = (11) 上面两公式中，K：螺纹拧紧系数，此处取K=1.25K1:螺纹内摩擦系数,一般取K1=0.12d1：活塞杆危险截面处直径，d1=80mmd0：螺纹外径，d0=82mm：70MPa则：=38.4Mpa =25.9Mpa 得: n=64.3MPa所以: n< ,符合工况要求。(6) 下盖联接螺钉强度校核计算螺钉联接采用高强度螺钉M20×80(GB/T70.1-2000)联接,两端数量均为24件，螺钉精度等级为10.9级，其强度校核，按照公式（

38、10）、（11）。拉应力： =184.8 MPa剪应力： =83.92 MPaK：螺纹拧紧系数，此处取K=1.25K1: 螺纹摩擦系数,一般取K1=0.12d1：螺纹内径，d1=16.752mm d0：螺纹外径，d0=20mmZ：24s螺钉材料屈服强度，s900Mpa(10.9级)= s/2=450Mpa得：n=235.12MPa< 符合工况要求(7) 活塞杆柔度校核计算活塞杆细比计算如下： = （12）此处：L为折算长度，导向套中心至吊头尺寸，约1500mm活塞杆直径d=85mm,活塞杆许用细长比，按规定拉力杆此处100。计算得=4×1265/85=59.5，故满足要求。4.

39、4 液压系统方案拟订(1) 在液压挖掘机一个工作循环中的四种工况-挖掘工况、满斗举升回转工况、卸载工况和卸载返回工况进行详细分析的基础上，总结每个工况下各执行机构的主要复合动作后提出初步方案。(2) 根据液压挖掘机的主要工作特点，系统地总结出挖掘机液压系统的设计要求:动力性要求、操纵性要求、节能性要求、安全性要求和其它性能的要求。(3) 提出一种有效、直观的挖掘机液压系统的设计方案，并详细介绍设计的步骤19。4.5 挖掘机液压系统的制定WY-200型挖掘机的液压系统，采用的是双泵双路分功率调节变量系统。主液压泵为两台轴向柱塞式变量泵，由柴油机驱动。挖掘机小负荷工作时，泵输出的流量大，动作速度快

40、；大负荷工作时，泵输出的流量小，工作装置可以较低的速度克服较大的负荷。流量的改变通过压力变化反馈到泵本身的变量调节机构来实现。由于每台泵只能输出发动机功率的1/2，且各自独立调节，故为分功率调节变量系统。当动臂油缸6和斗杆油缸5独自工作时，通过两个分配阀由双泵合流供油。背压阀压力调到1Mpa，系统中各执行元件均设有各自的过载阀，以起到安全保护作用。滤油器12并联有开启压力为0.3Mpa的单向阀，用以防止因滤油器被污物堵塞而使油泵过载。行走马达油路中装有速度限制阀7，防止挖掘机溜坡20。4.5.1 液压系统原理图的分析在双泵双路分功率调节变量系统中，泵A驱动左行油马达4a、铲斗油缸2、一侧动臂油

41、缸6a、一侧斗杆油缸5a;泵B驱动右行走油马达4b，回转油马达8、另一侧动臂油缸6b和另一侧斗柄油缸5b。斗底的开启设有开启油缸3，由回路中的低压油驱动，两台变量泵构成两个独立的液压系统。各个系统采用串联油路。仅回转油马达为并联油路，这就保证了各个机构的独立操作。当挖掘作业或动臂上升需较大动力时，两台泵可以合流，集中供应动臂油缸或斗柄油缸，使最沉重的动作在最短的时间内完成，达到提高生产率的目的。该液压系统为开式油路(即执行元件的回油直接返回油箱。如果油马达的回油直接返回油泵，即为闭式油路)。柴油机通过弹性联轴节与传动机构相联，传动机构再带动两台恒功率变量轴向柱塞泵A和B，泵从油箱吸油，分两个主

42、压力油路打出，每一图2 液压系统原理图 Fig 2 The schematic of the hydraulic system油路通人几个三位四通操纵阀，各操纵阀分别控制回转油马达、动臂油缸、铲斗油缸和行走油马达。4.5.2 绘制液压系统图整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要连续工

43、作。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制21。如图2所示 液压元件的选择与专用件的设计动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。5.1 液压泵的选择和泵的参数的计算5.1.1 液压泵的工作压力的确定+ (13)-是执行元件的最高工作压力,对于本系统的最高工作压力是销锁油缸的入口压力-是从液压泵出口液压缸之间的管路损失。管路复杂，进口有调速阀，则取=1Mpa。5.1.2 确定液压泵的流量多液压缸同时工作时

44、，而且系统使用蓄能器铺助动力源时，则液压泵输出流量公式应为 (14)其中 K-系统泄露系数，取K=1.2Tt-液压系统工作周期Vi-每个液压缸的工作周期中的总耗油 z-液压缸的个数销锁油缸的最大流量 (15)=60.101=60加料门油缸的最大流量=60.140.0031=26根据以上可知: =60大泵流量=80%=48小泵流量=20%=12大泵排量=37小泵排量=8.1 =0.9L/s按照泵的排量 和、的值来选择液压泵5.1.3 选择液压泵的规格根据以上求的泵的排量、和、的值，按系统中给定的液压泵的形式，从机械设计手册第5卷选定双联柱塞泵：主泵: K3V112DT柱塞式串联变量双泵。最大排量

45、112ml/r,该泵按总功率恒定进行变量、总功率按4段进行控制、高压切断、中位负流量控制额定压力35MPa，系统设定压力小流量齿轮4Mpa，大流量油泵为32Mpa2223。5.2 柴油发动机的选择液压缸在整个循环运动中，系统的压力和流量都是变化的。所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需要，需按大功率段来确定发动机的功率。从液压原理图可以看出，快速运动时系统的压力和流量都较大，这时，大小泵同时参加工作，小泵排油压力和流量均较大。此时，大小泵同时参与工作小泵排油除保证锁紧力外，还通过顺序阀将压力油供给加料门油缸。前面的计算已知，小泵供油压力为=4 MPa,考虑大泵到销锁油缸路损失，大泵供油压力应

46、为=4Mpa 取泵的总效率=0.8，泵的总驱动功率为： P= (16) =89KW 考虑安全系数,故取90KW;查机械设计手册发动机参数表得：发动机机型号 6135K16功率-106KW 转速-2100r/min 5.3 液压阀的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量。本系统工作压力在9Mpa左右，所以液压阀都选用中、高压阀。液压阀的作用是控制液压系统的油流方向、压力和流量，从而控制整个液压系统。系统的工作压力，执行机构的动作顺序，工作部件的运动速度、方向，以及变换频率，输出力和力矩等24。在液压系统中，液压阀的选择是非常重要的。可以使系统的设计合理，性能优良，安装简便，维修容易，并

47、保证系正常工作的重要条件。不但要按系统功需要选择各种类型的液压控制阀，还需要考虑额定压力，通过流量，安装形式，动作方式，性能特点因素24。5.3.1 根据液压阀额定压力来选择选择的液压阀应使系统压力适当低于产品标明的额定值。对液压阀流量的选择，可以按照产品标明的公称流量为依据，根据产品有关流量曲线来确定。5.3.2 液压阀的安装方式的选择是指液压阀与系统的管路或其他阀的进出油口的连接方式，一般有三种，螺纹连接方式，板式连接方式，法兰连接方式。安装方式的选择要根据液压阀的规格大小，以及系统的简繁及布置特点来确定。5.3.3 液压阀的控制方式的选择液压阀的控制方式一般有四种，有手动控制，机械控制，液压控制，电气控制。根据系统的操纵需要和电气系统的配置能力进行选择。5.3.4 液压阀的结构形式的选择液压阀的结构方式分为：管式结构，板式结构。一般按照系统的工作需要来确定液压阀的结构形式。 根据以上的要求来选择液压控制阀，所选的液压阀能满足工作的需要。所以本液压系统所选的液压阀有中、高压阀。具体规格型号和名称见表5选用主操作阀采用川崎KMX15R/B450，最大流量270L/min，能实现动臂提升合流、斗杆大小腔合流、斗杆再生回路、行走直线、动臂提升优先、回转优先、斗杆闭锁等功能。表5液压控制阀Table 5