履带式挖掘机液压系统优化设计解读

1、湘潭大学毕业设计湘潭大学毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 小型液压挖掘机液压系统优化设计学 号： 学生姓名： chenbigood 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名： 系主任：一、主要内容及基本要求1 适用于小型路面维护的液压挖掘机，铲斗可替换成碎石机用。2液压系统有足够可靠性。3动臂、斗杆和铲斗既要能单独工作，又要保证同时工作互相不干扰。4行走的左右履带的液压马达要能单独驱动，以保证同步运行和灵活地原地转弯。5各装置的液压缸和液压马达要有良好的过载措施。6为保证液压油的清洁度，必须设置可靠，高效能滤油装置。7成本控制在 10 万元左右。、重点研究的问题单斗液压挖掘机系统

2、的优化小型液压挖掘机系统优化设计湘潭大学毕业设计三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料、调研1-2周2开题报告、制订设计方案3-4 周3实验（设计）5-10 周4分析、调试等5写出初稿10-12 周6修改，写出第二稿12-14 周7写出正式稿14-16 周8答辩2006年6月四、应收集的资料及主要参考文献1 成大先 机械设计手册单行本 - 液压传动北京：化学工业出版社 2004 ， 12 张利平液压传动系统及设计北京：化学工业出版社2005 ， 63王之煦、许杏银 简明机械设计北京：机械工业出版社1997 ， 94贾铭新液压传动与控制（第二版）北京：国防工业出版社20015朱龙跟简

3、明机械零件设计手册北京：机械工业出版社19976孙玉安液压技术在工程中的应用南京：江苏科学技术出版社 19867单斗液压挖掘机（第二版）天津：中国建筑工业出版社 1986 ，12小型液压挖掘机系统优化设计湘潭大学毕业设计湘 潭 大 学毕业论文（设计）鉴定意见学 号： 学生姓名 chenbigood 专 业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 57 页 图 表 7 张论文（设计）题目： 小型液压挖掘机系统优化设计内容提要：本次设计主要是对小型液压挖掘机的液压系统进行优化设计。包括了液压缸的设计，液压泵、液压马达的选择，系统的验算等等。我们选择可靠的、耐冲击、抗污染能力强的液压元件。

4、尽量减少系统发热，必须设置冷却器。为了保证部分器件独立工作又不互相影响以提高生产率， 设置了合流措施。挖掘机履带需要在很多复杂的地形上面同步运行和灵活的转弯， 我们选择合适的履带液压马达来单独驱动。工作装置液压缸和行走液压马达回路为防止重力超速，采取了限速措施。为保证液压油的清洁度，必须设置可靠，高效能滤油装置。在设计中，我们此次工作小组团结合作，克服困难圆满的完成了此次设计。小型液压挖掘机系统优化设计湘潭大学毕业设计指导教师评语指导教师姓名（职称） ：年月日答辩简要情况及评语答辩小组组长：年月日答辩委员会意见答辩委员会主任：年 月 日小型液压挖掘机系统优化设计湘潭大学毕业设计湘潭大学毕业论文

5、（设计）评阅表学号 姓名 chenbigood 专业 机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目： 小型液压挖掘机液压系统的优化设计评价项目评价内容选题1. 是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到 综合训练的目的；2. 难度、份量是否适当。能力1. 是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2. 是否有综合运用知识的能力；3. 是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5. 工科是否有经济分析能力。论文质量1. 立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设 计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号

6、是否统一，图表 是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2. 文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3. 有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。工作量工作量是否饱满，含论文篇幅、图纸等是否达到规定要求。综合评价评阅人姓名（职称）：年月日小型液压挖掘机系统优化设计湘潭大学毕业设计小型液压挖掘机液压系统优化设计目录 TOC o 1-5 h z 前言 8摘要 9第一章 文献综述 10毕业设计课题名称10毕业设计内容要求10液压挖掘机的发展前景10第二章 明确设计要求，确定基本方案 12液压系统设计参数12液压挖掘机大致结构12对液压系统的要求12确定液压执行元件的形式13拟定液压执行元件运动

7、控制回路 13液压源系统15第三章 绘制液压系统原理图。确定基本方案 17主机功能结构17液压系统工作原理17第四章 确定液压系统的主要参数 21初选系统工作压力21液压缸的流量21小型液压挖掘机系统优化设计湘潭大学毕业设计液压缸的功率 21计算液压缸的主要结构尺寸 22 第五章 液压缸的设计 25选择液压缸的类型和安装方式 25液压缸性能的参数计算 25液压缸结构参数设计 27液压缸的联接计算 32 第六章 液压泵和油箱的选择 41液压泵的选择 41液压油箱的计算 42 第七章 液压系统性能验算 437.1. 液压系统压力损失 437.2. 液压系统的发热温升计算 45 第八章 设计液压装置

8、，编制技术文件 47 TOC o 1-5 h z 液压装置总体布局47液压阀的配置形式47通道块设计47绘制正式工作图，编写技术文件48后记 49附录 50参考文献 56 谢辞 57小型液压挖掘机系统优化设计湘潭大学毕业设计液压技术与现代社会中人们的日常生活、 工农业生产、 科学研究活动产生着日益密 切的关系，已成为现代机械设备和装置中的技术构成、现代控制工程的基本技术要素和 工业及国防自动化的重要手段， 并在国民经济各行业以及几乎所有技术领域中广泛应用， 应用液压技术的程度已成为衡量一个国家工业化水平的标志。所以正确合理的设计与使 用液压系统，对于提高各类液压机械及装置的工作品质和技术经济性

9、能具有重要意义。由于液压技术的飞速发展， 我们工作小组在周明老师的指导下选择了小型液压挖掘 机液压系统优化做课题，目的是通过此次设计对液压技术有更全面。更深刻的了解，以 适应社会日益发展的需求。本次毕业设计是对小型液压挖掘机液压系统优化，其中涵盖了液压系统的总体设计、 液压系统执行元件的设计及校核、液压缸、液压马达的选择、液压元件的选择、液压系 统的性能验算、液压系统的主要参数的确定等等。此次设计在组员的共同努力下圆满完成， 达到了预期的效果。为我们以后的工作提供 了很好的实践机会。限于水平和经验局限，设计说明书中难免存在错漏之处，恳请老师、 同学给予批评、指正。2006 年 6 月 陈壁小型

10、液压挖掘机系统优化设计湘潭大学毕业设计小型液压挖掘机系统优化设计 摘要 此次设计的是斗容为 0.1 m3 履带式全液压小型单斗挖掘机， 它是双泵定量系统， 采用多路换向阀的并联油路、专用手动换向阀的合流方式。本次设计主要内容是液压系 统的优化和液压缸的设计。为了适用小型路面的维护，我们增加了冲击器起碎石作用； 为了提高生产率设置了合流措施；此次设计还设计了限速措施，防止重力超速。小型挖 掘机具有结构紧凑、挖掘力大、传动平稳、操作简便以及容易实现自动控制等优点。 关键字小型挖掘机 液压缸 液压马达 液压泵 优化 校核 AbstractThis design is the Big Dipper t

11、o be around 0.1m3 tracked hydraulic excavator small-fighting, which is double-pump quantitative system, the introduction of the multi-route Change direction valve Oil line parallel connection, the Central Change direction valve dedicated manual mode. This is the main content of hydraulic system desi

12、gn optimization. For the application of small-scale road maintenance, we have increased the impact on a gravel; To enhance productivity for the Convergence; This design also designed speed measures to prevent gravity speeding. Small excavator with tight structure, digging power, the transmission smo

13、oth, easy to operate and achieve automatic control of advantages.Key wordsSmall excavatorHydraulic tanksHydraulic motorsHydraulic PumpOptimization Degree小型液压挖掘机系统优化设计湘潭大学毕业设计第一章 文献综述毕业设计课题名称毕业设计课题：小型液压挖掘机系统优化液压系统优化设计部分。毕业设计内容要求适用于小型路面维护的液压挖掘机双泵液压系统的设计。液压系统元件的选型液压系统管路设计液压系统的能量损失及优化基本参数：斗容 0.1 m3 、碎石冲

14、击功 150J/次 、流量 28L/min 、机重约 104 N、成本约人民币 10 万元左右。图纸数量折合标准图纸不少于四张 A1图纸，计算机绘图的图纸不少于 5 张； 论文格式和内容符合学院的统一格式和规范要求。液压挖掘机的发展前景随着小型挖掘机市场的慢慢兴起，国内生产小型挖掘机的企业逐年增多，产量也 在不断增加。目前国内挖掘机行业处在一个快速发展的时期，近 3 年销量以每年 50以 上的速度增长， 目前挖掘机行业已经成为国内工程机械行业内市场总量最大的行业之一。近几年来，随着我国经济的快速发展，小型挖掘机市场也逐渐升温，为业内人士普 遍看好。从 2005 年国家制定经济发展目标来看，我国

15、正处在道路交通、能源水利、城市 建设等各方面基础建设的高峰期，但前些年大量投入使用的高速公路等基础设施，正越 来越多地进入维护保养期，同时城市建设也由“大拆大建”逐渐向“精雕细刻”转变， 因此小型化的土方工程施工会越来越多。业内有关专家分析认为，发展小型工程机械有三大优势：首先小型设备的研制开发 是在大型工程机械设备的技术基础上进行的，开发人员可以总结大型工程机械施工应用 中的优点，对于大型施工机械表现出的不足给予了针对性的改进。其次小型设备能够最 大限度满足施工方案及特种作业的需求，并具备环保（低排放、低噪音） 、灵活、安全的 特性。此外劳动力成本的逐步上升，推动了工程机械化程度的快速提高，

16、小型机械代替 人工在节约成本的同时，能够增强施工的安全性、可靠性，并且比人工更高效，这也为 小型设备的使用和规模化发展创造了条件。目前，国内小型工程机械市场还存在种种困难和不足，尚未形成有较强市场影响力 的小型设备品牌。因此，在工程机械市场普遍走低的今天，小型工程机械未来的发展前 景是值得相关企业关注的。 虽然目前我国小型挖掘机的市场保有量及销量所占比例甚微， 但有一个不争的事实， 我国的小型挖掘机市场业已呈迅速启动之势。 在我国，8 吨以下的 小型挖掘机越来越显示出巨大的市场潜力，预计今年国内小型挖掘机的年产量将达到 5000 台左右。如果把未来几年内小、微型挖掘机市场需求量与大中型挖掘机按

17、0.5:1 的小型液压挖掘机系统优化设计 10湘潭大学毕业设计比值计算，小型挖掘机的市场的容量足以令人振奋。从我国小型、多功能挖掘装载机从无到有的发展历史看，大量的工程机械生产厂家 在发展过程中积累了丰富的经验和较为成熟的生产技术，均会在今后几年看上这块潜在 的市场，预计新产品、新技术将不断出现，产品质量也将迅速提高，这将会导致多功能 挖掘装载机市场的激烈竞争。有关专家指出，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。因此，其发展趋势是 引进国外的先进技术，开发高质量、多功能、多品种、多规格的系列产品，加强基础元 件、部

18、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。小型液压挖掘机系统优化设计 11湘潭大学毕业设计第二章 明确设计要求，确定基本方案液压系统设计参数3流量 28L/min斗容 0.1m碎石 冲击功 150J/ 次 机重 约 10000 N成本 约人民币 10 万元液压挖掘机大致结构单斗液压挖掘机主要由工作装置（包括动臂、斗杠和铲斗） 、回转机构和行走机构 组成。工作装置由三个液压缸分别驱动动臂、斗杆和铲斗的运动。回转机构由一个液 压马达通过减速装置，使小齿轮和大齿轮啮合传动，以便使上车和小车相对转动。履 带式液压挖掘机其行走机构是通过

19、两个液压马达来驱动的，无支腿装置。图 2-1 单斗液压挖掘机结构示意图斗杆 6- 动臂液压缸1- 铲斗 2- 铲斗液压缸 3- 动臂 4- 斗杆液压缸 57- 行走结构 8- 回转结构对液压系统的要求适用于小型路面维护的液压挖掘机，铲斗可替换成碎石机用。液压系统有足够可靠性。要选择可靠、耐冲击、抗污染能力强的液压元件小型液压挖掘机系统优化设计 12湘潭大学毕业设计要尽量减少系统发热，主机连续工作油温一般不超过 80 度。因挖掘机油箱不能太大， 所以要设置油冷却器。动臂、斗杆和铲斗既要能单独工作，又要保证同时动作互相不干扰。回转和 工作装置既可保证单独工作，又要同时工作，以提高生产率。为提高动臂

20、和斗杆的作 业速度，可设置合流措施。因挖掘机作业时不行走，行走时不作业。所以，行走机构 和工作机构无需保证同时工作。行走的左右履带的液压马达要能单独驱动，以保证同步运行和灵活地原地转 弯。各装置的液压缸和马达要良好的过载措施。 工作装置液压缸行走液压马达回路 为防止重力超速，需限速措施，如液压缸可用单向节流阀，液压马达可用限速阀。为保证液压油的清洁度， 必须设置可靠， 高效能滤油装置， 这是确保液压元件 正常、可靠工作必不可少的措施。成本控制在 10 万元左右确定液压执行元件的形式液压缸 实现直线往返运动，要求当系统不工作时锁紧。液压马达 完成回转运动，马达不工作时锁紧。行走马达 左、右马达均

21、可独立工作实现直线前进、倒退、左转弯和右转弯 根据设计要求选用下表执行元件表 1 执行元件的初步选择名称特点适用场合单活塞杆液压缸有效工作面积大、双向不 对称往返不对称的直线运动，差 动可实现快进， A1=2A2 往返 速度相等摆线齿轮马达体积小、输出扭矩大低速、小功率、大扭矩的回 转运动拟定液压执行元件运动控制回路回转机构的确定 回转机构为 360 度旋转运动， 采用低速， 大扭矩的摆线齿轮 马达驱动，由多路换向阀控制旋转方向和停止，液控单向阀锁紧。小型液压挖掘机系统优化设计 13湘潭大学毕业设计图 2-2工作机构的确定 工作机构为单纯的直线往复运动，动臂缸、斗杆缸、铲斗缸 均采用单活塞双作

22、用液压缸直接驱动，由换向阀控制运动方向。图 2-3行走机构的确定 行走的左右履带的液压马达各自由齿轮马达驱动， 由多路换 向阀控制前进，后退和停止，速度控制通过流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的 流量来调节速度（限制速度） ，2 个益流阀缓冲。小型液压挖掘机系统优化设计 14湘潭大学毕业设计采用 2 个液压单向阀的锁紧系统锁紧精度高，部分采用单向阀锁紧系统2.5.5 液压源的选择 设置可靠，高效能滤油装置以保证液压油的清洁度。液压源系统本设计液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系小型液压挖掘机系统优化设计 15湘潭大学毕业设计统采用定量泵供油，液压泵的供油量

23、大于系统的供油量，多余的油经溢流阀流回油箱， 溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。对在工作循环各阶段中系统所需要油量相差较大的情况，本设计采用多泵供油。 油液繁荣净化装置是液压源中不可缺少的。在泵的入口装有粗过滤器，为防止系统中杂 质流回油箱，在回油路上设置了过滤器。根据液压设备所处环境对油温的要求，考虑在 回油路上设置了冷却器冷却的需要。小型液压挖掘机系统优化设计 16湘潭大学毕业设计第三章 绘制液压系统图 液压系统工作原理主机功能结构单斗液压挖掘机是一种自行式土方工程机械。铲斗、斗杆和动臂统称为工作结构分 别由各自的液压缸驱动并由泵 1 分管；回转机构和行走机构和各自的液压马达驱动，整

24、 个机器的动力由电动机提供。液压系统工作原理本设计产品为 0.1 m3 履带式全液压单斗挖掘机液压原理系统，采用双泵供油，多路换向的并联油路图 3-1 并联方案小型液压挖掘机系统优化设计 17湘潭大学毕业设计图 3-2 串联方案 此方案为多缸串联系统，泵 1 通过换向阀分管铲斗缸、铲土缸、左行走马达和回转马达， 特点是油泵利用率高，整机工作效率高，泵 2 负载较平均，但存在下列缺点：（1）每个回路在同一时间内最好只使一个缸操作。（2）所有换向阀都要适应油泵的输油量要求，型号加大。（3）串联的换向阀越多，阻力越大。（4）换向阀在换向时容易引起冲击。（ 5）多路阀组中假如前一个阀不工作时， 其出油

25、口为高压油不符合阀高压进油低压出油 的原则。综合考虑此设计我们采用并联方案。泵 1 通过换向阀组分管铲斗缸、动臂缸、推土缸和挖土缸 现具体说明如下：推动手柄使二位三通换向阀 7 左端接通控制油路， 阀 7的左位机能起作用。 同时也推 动手柄使三位六通换向阀 10 上端接通控制油路， 阀 10的上位机能起作用， 将主油路 沟通。进油路线 泵 1 二位三通阀 7 左位 单向阀 9 三位六通换向阀 10 上位 复合液控单向阀小型液压挖掘机系统优化设计 18湘潭大学毕业设计16 铲斗液压缸 22 右腔 此时铲斗液压缸的右腔压力逐渐增大，推动活塞向左运动。 回油路线铲斗液压缸 22左腔 复合液控单向阀

26、16 三位六通换向阀 10上位 过滤器 2 油 箱推动手柄使二位三通换向阀 7 左端接通控制油路，阀 7 的左位机能起作用。同时也推 动手柄使三位六通换向阀 10下端接通控制油路，阀10的下位机能起作用， 将主油路 沟通。进油路线泵 1 二位三通阀 7 左位 单向阀 9 三位六通换向阀 10 下位 复合液控单向阀 16 铲斗液压缸 22 左腔此时铲斗液压缸的左腔压力逐渐增大，推动活塞向右运动。回油路线铲斗液压缸 22右腔 复合液控单向阀 16 三位六通换向阀 10下位 过滤器 2 油 箱推动手柄使二位三通换向阀 7 左端接通控制油路，阀 7 的左位机能起作用。同时也推 动手柄使三位六通换向阀

27、10中端接通控制油路，阀10的中位机能起作用， 将主油路 沟通。进油路线泵 1 二位三通阀 7 左位 过滤器 2 油箱同理泵 1 通过三位六通阀 11、12、13 分别控制斗杆液压缸 21、动臂液压缸 20、推土液 压缸 23，也有三种情况。此系列的最大工作压力由溢流阀 4 确定，阀 18、阀 19 组成 液压锁防止液压缸在停止运动时因外力的作用发生位移或窜动。 单向阀 9 也起锁紧作 用，溢流阀 8 起调压和保护作用，当系统压力过大时，液压油冲开溢流 8 的弹簧装置 直接流回油箱。泵 2 通过另一组多路换向阀分管行走马达和回转马达现具体说明如下：推动手柄使二位三通换向阀 6 右端接通控制油路

28、， 阀 6 的右位机能起作用。 同时也推 动手柄使三位六通换向阀 31上端接通控制油路，阀31的上位机能起作用， 将主油路 沟通。进油路线泵 2 二位三通阀 6右位 单向阀 25 三位六通换向阀 31 上位 复合液控单向阀 26 回转马达 34 左腔回油路线回转马达 34右腔 复合液控单向阀 26 三位六通换向阀 31 上位 过滤器 1 油 箱推动手柄使二位三通换向阀 6 右端接通控制油路，阀 6 的右位机能起作用。同时也推 动手柄使三位六通换向阀 31下端接通控制油路，阀31的下位机能起作用， 将主油路 沟通。小型液压挖掘机系统优化设计 19湘潭大学毕业设计进油路线泵 2 二位三通阀 6右位

29、 单向阀 25 三位六通换向阀 31 下位 复合液控单向阀26 回转马达 34 右腔回油路线回转马达 34左腔 复合液控单向阀 26 三位六通换向阀 31 下位 过滤器 1 油 箱推动手柄使二位三通换向阀 6 右端接通控制油路，阀 6 的右位机能起作用。同时也推 动手柄使三位六通换向阀 31中端接通控制油路， 阀 31的中位机能起作用， 将主油路 沟通。进油路线泵 2 二位三通阀 6 右位 过滤器 1 油箱同理泵 2 通过三位六通阀 35、36 分别控制左行走马达 35、右行走马达 36，也有三种情 况。此系列的最大工作压力由溢流阀 3确定，阀 18、阀 19组成液压锁防止回转马达 在停止运动

30、时因外力的作用发生位移或窜动。单向阀 25也起锁紧作用， 溢流阀 24 起 调压和保护作用， 当系统压力过大时， 液压油冲开溢流 24 的弹簧装置直接流回油箱。 溢流阀 27、溢流阀 28、溢流阀 29、溢流阀 30 起调压和保护作用， 当系统压力过大时， 液压油冲开溢流的弹簧装置经三位六通换向阀直接流回油箱。另外过滤器 1、2 使油液过滤，压力表显示压力值，当挖掘时遇到坚硬的土壤或石块时， 油路经二位三通换向阀 6、二位三通换向阀 7 进入冲击器并将其击碎同时起防止冲击， 缓冲液压系统压力作用。小型液压挖掘机系统优化设计 20湘潭大学毕业设计第四章 确定液压系统的主要参数液压系统的主要参数是

31、压力、流量和功率。通常，首先选择系统的设计压力，并按最大外负载和选定的设计压力计算执行器的主要几何参数，然后根据对执行器的速度要 求，确定其流量。压力和流量一确定，即可确定其功率。初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件 及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力底，势必要加大执行元件的 结构尺寸，反之压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很 高，必然要提高设备成本。一般来说，对与固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低 一些，行走机构重载设备压力要选得高一些。由于本设计是小型路面挖掘、碎石两用机，机重约 1 吨

32、, 工作时冲击器功率也不大， 小型挖掘机在工程机械中常选取中压压力 (10 20MPa)，考虑到最好采用国家系列标准值 “公称压力及流量系列” ( JB824 16 ), 所以初选定系统工作压力为 10MPa。4.2 计算液压缸的流量Q AV m3/r(4-1)A 液压缸的有效工作面积 m2V 活塞与缸体的相对速度 m/sa. 铲斗缸、推土缸代入数据得V 取 0.08 m/s2Q D 2 0.08m / s4=0.00040192m3 /s=401.92 ml / s=24.12 l/ min计算液压缸的功率液压缸所做的功为 W=FS功率则为 N=W FS F S FVW t t t 由于 F

33、=PA， V=Q 代入上式，则A小型液压挖掘机系统优化设计 21湘潭大学毕业设计N=FV=PAQ =PQ（4-2 ）AP 工作压力（ Pa）Q 输入流量（ m3 s ）a. 铲斗缸，推土缸6 10 3 N 2 =10 106 24.122 60=4.02103W表 2 液压执行元件实际工作压力工况执行元件 名称载荷背压力流量 L/min工作压力MPa功率挖掘铲斗缸38.9 KN24.12104.02kw挖掘推土缸38.9 KN24.12104.02kw计算液压缸的主要结构尺寸计算液压缸的主要结构尺寸 - 液压缸的内径 D图 4-1 TOC o 1-5 h z FWM P1A1 P2A2(4-3

34、)P2的回油压力的忽略不计A1 - 无杆腔活塞有效作用面积m2A2 - 有杆腔活塞有效作用面积m2小型液压挖掘机系统优化设计 22湘潭大学毕业设计P1 - 液压缸工作腔压力 PaP2 - 液压缸回油腔压力 Pa 其值根据回路的具体情况而定回油路较短，且直接回油 箱可忽略不计D 活塞直径 md - 活塞杆直径 m- 液压缸的机械效率 此系统为 0.9表 3 液压缸、气压缸的缸筒内径尺寸系列 /mm840125（280）1050（140）3201263160（360）1680（180）40020（90）200（450）25100（220）50032（110）250注：括号内数值为非优先选用者铲斗缸

35、、推土缸的内径 D代入数据 35000 0.9 10 106 A1A1 4D 2（4-4）得 D=70.38 查表 3 得 D=80mm计算液压缸的主要结构尺寸 - 活塞杆的直径 d d 塞杆直径d1D mm(4-5)D 液压缸内径- 速比 由表 4 得表4公称压力 /MPa少于等于 1012.5 20大于 201.331.46 ，22铲斗缸、推土缸的活塞杆直径 d代入数据得 d 2 1 80 d=56.5 mm小型液压挖掘机系统优化设计 23湘潭大学毕业设计查表 5 得 d=56 mm表 5 液压缸、气压缸的活塞杆外径尺寸系列 /mm41845110280520501253206225614

36、0360825631601028701801232802001436902201640100250选择液压马达1 回转液压马达根据排量 q 630ml / r 输出力矩 T 900N M 选用 BMV-630摆线齿轮马达排量额定压力最高压力额定转速最高转速工作油温630ml /r16MPa18MPa170r/ min210r/min200 600容积效率总效率额定功率输出转矩生产厂家油液过滤温 度90%80%26KW1490N M镇江液压总 厂100-30 01 行走液压马达根据排量 q 315ml / r输出力矩 T 450N M选用 BMV-315摆线齿轮马达排量额定压力最高压力额定转速最

37、高转速生产厂家315mL16mPa20mPa335rmin420rmin镇江液压总 厂工作由温容积效率总效率额定功率输出转矩油液过滤温 度200-60 090%80%25kw705N M100-30 0小型液压挖掘机系统优化设计 24湘潭大学毕业设计第五章 液压缸的设计选择液压缸的类型和安装方式根据挖掘机工作时的运动要求、机构要求及成本等综合因素，选择直线运动液 压缸里的单活塞双作用液压缸。动臂缸、斗杆缸的行程 500mm，铲斗缸、推土缸的行程 250mm系统工作压力为 10MPa，根据挖掘机的结构安装方式， 选定液压缸的安装方式为 耳环型。缸体与缸盖采用螺栓连接方式。液压缸性能的参数计算5.

38、2.1 液压缸的输出力a. 铲斗缸，推土缸F =F W2 =35KN液压缸的阻力f AP F (5-1) P 公称压力A 活塞的有效面积F 液压缸的输出力a. 铲斗缸，推土缸26f 4 (0.08)2 10 106 35000=50240-35000=15240 N液压缸的输出速度(1) 单活塞双作用液压缸活塞外伸时的速度60QA1(5-2)式中v1 活塞的外伸速度 m/minQ进入( 或流出 )液压缸的流量 m3 sA1 活塞的作用面积 mA12 AL(5-3)小型液压挖掘机系统优化设计 25湘潭大学毕业设计AL 活塞 （ 液压缸 ） 直径 m（2） 单活塞双作用液压缸活塞缩入时的速度(5-

39、4)5-5)v2 60 QA2式中v2 活塞的外伸速度 m/minQ进入（ 或流出 ）液压缸的流量 m3 sA2 活塞的作用面积 m22 A2（D d ）4AL 活塞 （ 液压缸） 直径 mMM 活塞杆直径 m为了简便计算，我们选取活塞的平均速度为v 0.08m s5.2.4 液压缸的输出时间 tsv（5-6）s 液压缸作用的行程mv 液压缸的输出速度m/sa. 铲斗缸，推土缸s取 250mm0.25 t2 2 0.083s5.2.5 液压缸的储油量2V= D 2S4（5-7）D 液压缸的内径 m S 液压缸的行程 ma. 铲斗缸，推土缸2V 2 = (0.008)2 0.254=0.0007

40、7m =0.77L小型液压挖掘机系统优化设计 26湘潭大学毕业设计5.2.6 液压缸的输出功率 液压缸所做的功为 W=FS功率则为 N=W FS F S FVW t t t 由于 F=PA， V=Q 代入上式，则A5-8)N=FV=PAQ =PQAP 工作压力（ Pa）输入流量（a. 铲斗缸，推土缸N 2 =10 106 24.12 102 60=4.02103W液压缸结构参数设计5.3.1 液压缸筒底部的厚度计算图 5-1 液压缸筒底部的厚度缸筒底部为平面时，其厚度 1 可以按照四周嵌住的圆盘强度公式进行近似计算1 0.433D 2m5-9)1 筒底厚度 mP 筒内最大工作压力 MPap 筒

41、底材料许用应力 MPa p b n 5 n小型液压挖掘机系统优化设计 27湘潭大学毕业设计D2 计算厚度外直径a. 铲斗缸，推土缸11D2 125 1 22 2 1 2 21 0.433(80 1)10.9mm1 取 11mm缸头厚度的计算图 5-2 缸头厚度4Fb 10 3ra p5-10)F 法兰在缸筒内最大压力下所承受的轴向压力 N ra 法兰圆半径 m小型液压挖掘机系统优化设计 28湘潭大学毕业设计其余符号代表的意义见图图 5-3 端部法兰联接a.铲斗缸，推土缸查表 6得b2 145 115 15mmra145 72.5mm24 35000 0.015 3 h 103.14 0.072

42、5 1220.00954m9.54mmh 取 10mm表 6 端部法兰连接的外形尺寸代号缸径8090100110125140150211513014516017519020531451601801952102252454175190210225240260285缸筒壁厚的计算5-11)0 c1 c2小型液压挖掘机系统优化设计 29湘潭大学毕业设计关于 0 的值，可按下列情况分别进行计算当 D 0.008 时，可用薄壁缸筒的实用计算式0 = P2max D m0 2 p当 D 0.08 0.3时，可用实用公式：PmaxD2.3 p 3Pmax当 D 0.3 时D(2p0.4pmax-1 )m p

43、 1.3 p maxD2(-1)mp3pmax5-12)5-13)5-14)5-15)- 缸筒壁厚 m0 - 为缸筒材料强度要求的最小值C1- 为缸筒外径公差余量 mC2 - 腐蚀余量 mD缸筒内径 mPmax - 缸筒内最高工作压力 MPp - 缸筒材料的许用应力MP5-16)b - 缸筒材料的抗拉强度 MP n安全系数 通常取 n=5s - 缸筒材料的屈服强度a. 铲斗缸，推土缸的壁厚计算125 0.08 10mm 125 0.3 37.5mm由于此液压缸压力较少，在 D 0.08 范围内，即10mm0 C1 C25-17)小型液压挖掘机系统优化设计 30湘潭大学毕业设计选用材料为 45

44、号钢0PmaxDn5-18)5-19)16 0.082 610b 值查表 8 5.24 mmPmax 取 16MPa取 0=6mm根据经验C1 C2取 1.5 mm0 C1 C2 6 1.5 7.5mm验算 1额定压力 Pn 应低于一定极限值，以保证工作安全22 s(D12 D22)5-20)Pn 0.35 s 1 2 2 MPanD12Pn - 额定工作压力D1 外径D 缸筒内径Pn 0.35360 (952952802)50.60MPa10 50.60 MPa满足系统要求验算 2 额定工作压力 Pn 应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的 变形的发生。5-21)Pn (0.

45、350.42 )PrLPrL - 缸筒发生完全塑性变形的压力 MPaPrL 2.3 s D1D5-22)小型液压挖掘机系统优化设计 31湘潭大学毕业设计Pn (0.350.42 ) 2.3 s 1Pn 21.62 25.95 MPa10 21.62 25.95 MPa 满足系统要求验算 3 缸筒径向变形 D 应处在允许范围内，变形量 D 不应超过密封圈的允许范围225-23)D2DPr D12 D 2 D = r ( 122 v)mE D 2 2Pr缸筒耐压实验压力MPa缸筒材料弹性摸数5 2 5MPa 金属材料取 2.1 105 N / mm2 即 2.5 10 5 MPa缸筒材料的泊松比对

46、钢材而言 v 0.30.08 104 D=0.0952 0.082 0.32 2 0.30.0952 0.0822.1 105=0.00010692 m=0.10692 mm 少于密封圈的允许范围，满足要求验算 4 验算缸筒的爆裂压力 Pr 即达到此压力缸筒会爆裂Pr =2.3 b D1 MPaD5-24)=104 MPa最高工作压力为 16MPa 远少于 104 MPa 满足系统要求5.4 液压缸的联接计算5.4.1 缸盖的联接计算螺纹处的拉应力KF10 6MPa5-25)d141螺纹处的剪应力5-26)k1kFd30 10 6 0.475MPa0.2d13z小型液压挖掘机系统优化设计 32

47、湘潭大学毕业设计合成应力5-27)5-28)F 缸筒端部承受的最大推力 ND- 缸筒内径 m d 0- 螺纹外径 d 1- 螺纹底径K- 拧紧螺纹的系数，不变载荷取 K=1.251.5 ，变载荷取 K=2.54K1- 螺纹连接的摩擦因数， K1 =0.07 0.2 平均取 K1=0.12S- 缸筒材料的屈服极限Nmm2n0- 安全系数 取 n0=1.2 2.5a. 铲斗缸 推土缸=K1KF3d00.2d13Z10 6 0.475 MPa由 n 2 3 2 1.3得 2.08 2.08 0.475 0.99MPa1.3 0.99 1.287MPa1.287 S 144MPa 满足条件 n05.4

48、.2 活塞与活塞杆的联接计算小型液压挖掘机系统优化设计 33湘潭大学毕业设计图 5-4 活塞与活塞杆采用螺纹连接螺纹处的拉应力KF10 6 N螺纹处的剪应力合成应力许用应力a.铲斗缸推土缸D=40d0 =56d1 =53.042d1 =d0 -2hh 查表 7 为 1.479KF22(d12 D 2)4224 (d12 D2)K1Kd0F0.2(d13 D3 )p1 =1.5=0.120 =2mm210 65-29)5-30)5-31)5-32)10 61.5 3500010 6 43.42MPaK1KFd0 10 60.2(d13 D3 )n43.422 3 4.532(0.0530422

49、0.042 )40.12 1.5 35000 0.056 10 6 4.53MPa0.2(0.053423 0.043)44.12MPa44.12110KN (n K 取 5)所以稳定性好图 5-7 液压缸耳环连接得b. 铲斗缸 推土缸 由图 5-6 液压缸的安装型式 图 5-7 的 L 3 -L=l 1+s图 5-6 中的 300+S-45=l 1+Sl 1 =255图 5-6 中的 l 2 =L4-L 3+L图 5-7 中的 l 2 =347+S-(300+S)+45=92由图 5-6 l 0=l 1+l 2 +2S=255+92+2 S=847mm S=250 mm265-36)2E1I

50、 106K 2LB 2图 5-5 中的 LB =l 0 取 K=22E1I 106K2 1.80 105 0.049 0.084 10622K2L2B22 (0.847) 2=1240KN取 nK =5小型液压挖掘机系统优化设计 39湘潭大学毕业设计FKnK =248KN 35KN所以稳定性好销轴 耳环的联接计算D= 0.46F=b nD销轴直径 . mmF输出作用力 . N- 材料的许用应力 . MP an安全系数 .n 通常取 5b - 钢筒材料的抗拉强度 . MP a 材料用 30 钢 . 查表 55-37)5-38)销轴长度 L=D耳环外径 d=1.2D耳环长度 l=1.2D耳环小径

51、d 1=D14铲斗缸 推土缸0.46 35000=12.68mm 取 13mm 5005 =12.68mm 取 13mmL=D=13mmd=1.2D=15.6mm 取 16mm l=1.2D=15.6mm 取 16mm d1=D4=15.64=3.9 mm 取 4mm小型液压挖掘机系统优化设计 40湘潭大学毕业设计第六章 液压泵和油箱的选择液压泵的选择6.1.1 控制液压缸的液压泵的选择a. 液压泵的最大工作压力 16MPa工作最大流量 50ml 选择所以选用 CGB2050 50ml/r排量额定工作压力最高工作压力额定转速最高转速50ml/r16MPa20MPa2000r/min2500r/

52、min容积效率总效率功率重量91%82%32.3Kw22.5Kg6.1.2 控制马达的液压泵由于挖掘机行走时不旋转 , 旋转时不行走 , 即两马达不同时工作 .选择流量较大的马达 流量 107.5L/min.qp Vn 10 3 vl /min（6-5）107.1V=107.3158.84ml /r2000 10 3 91%取 63ml/r.选择 CGB2063排量额定工作压力最高工作压力额定转速最高转速63ml/r16Mpa20Mpa2000r/min2500r/min容积效率总效率功率重量91%81%40.7Kw23.2Kg电动机的选择小型液压挖掘机系统优化设计 41湘潭大学毕业设计驱动功

53、率 P=P1+P2 =32.3+40.7 =73Kw 所以选取 Y280S-2功率转速电流效率额定转矩75Kw2970r/min140A91.5%2.2Nm6-6)液压油箱的计算V=qpV=6 (nV 10-3 v)=6 (2000 11310-391%)=1233.96L查表 10 得 选用 1250L表 10. 液压泵油箱公称容量系列 /L125016160160020002.525250250031531504.040400400050050006.3636306300800101001000小型液压挖掘机系统优化设计 42湘潭大学毕业设计第七章 液压系统性能验算7.1 液压系统压力损失

54、 液压系统压力损失主要包括三部分损失 a. 管道沿程损失 P7-1)l2pdH2- 沿程阻力系数 ,是雷诺数 Re和管内壁粗糙度 ( ) 的函数 .- 管内壁的绝对粗糙度 ,mm.l- 管道长度 ,m.d H -水力直径 ,m.-平均流速 ,m/s.-液体密度 ,m3/Kg. 的值按表 16 相应的公式进行计算 .按选定的液压元件管道直径为 24mm,17mm进. , 回油管道长度均取 l=2m,取油液运动黏度 =110-4m2/s, 油液密度 =0.9174 103Kg/m3dRe(7-2 )v-平均流速 . d-管道直径 v- 油液运动黏度 .d 4q 4 28 10 3 Rev dr 6

55、0 17 10 3 104 350 2300故可推论出 : 各工况下的进回油中的液流均为层流7-3)l 2 l 2dH12dH 22表 11. 圆管沿程系数 计算公式 .流动状态Re范围的计算公式层流2300=64/Re ( 水 )小型液压挖掘机系统优化设计 43湘潭大学毕业设计=75/Re( 油)层流到紊流过渡区52300Re1051/3=0.0025Re1/3光滑管紊流区4000Re22.2(d/ ) 8/74000Re105=0.3164Re-0.25105Re3106-0.237=0.032+0.221Re-0.237过渡区8/7 9/822.2(d/ )8/7 Re597(d/ )

56、9/8=0.11( /d) 0.25查表 11 为 75/Re4q7-4)4 75 rl4 75 rl42 d2=0.26 105 0.49 1055=0.751057-5)管道局部的压力损失p 管 0.1 p .( 经验公式 )5=0.75 105 0.1 =0.75 102 d14Pa阀的局部压力损失 .7-6)2p阀2- 液压阀及辅件上的局部阻力系数查表 17小型液压挖掘机系统优化设计 44湘潭大学毕业设计其余符号意义跟上面的相同查表 12. 液压阀及辅件上的局部阻力系数平板阀短锥阀锥阀球阀滑阀=13=29=211=29=816球阀 取 5, 滑阀 取 10. 根据液压系统原理图 ,球阀

57、有 18个,滑阀有 9 个. 所以 p 阀的值可估算 .p 阀 115.62 9 10 115.62 18 5=2.08 105Pa545 p p p 管 p 阀 0.75 105 0.75 104 2.08 105=2.905 105pa=0.2095Mpa 符合系统要求 .7-7)7-8)液压系统的发热温升计算 由于液压系统发热原因是由于液压泵和执行器的功率损失以及溢流阀损失所造成的 因此, 系统的总发热量可按下式估算 :H ppi pAO Wppi - 输压泵的输入功率 .WpAO -执行器的输出功率 .W1 泵 1 控制的线路H 32.3 (9.8 4.2)=18.3KWH0.065k

58、3 2v- 油箱体积 LH-热量 WK-散热系数 . W(moC)通风较差时 K=8.通风良好时 K=1420. 风扇冷却时 K=110175.小型液压挖掘机系统优化设计 45湘潭大学毕业设计t- 系统温升 . 即系统达到热平衡时油温与环境温度之差 . oC 一般机械 t 35oc. 工程机械 t 40oc. 数控机床 t 25oc.18300t320.065 25 3 12502=97 oc970c 大于 400ct 超过允许值 , 由于挖掘机是行走机械油箱面积不能太大，又不能用循环水冷却器 即系统应加散热装置 泵 2 控制的线路H 40.7 26 =14.7KWH320.065k3 2 v

59、- 油箱体积 LH-热量 WK-散热系数 . W(moC)通风较差时 K=8.通风良好时 K=1420. 风扇冷却时 k=2025; 用循环水冷却时 K=110 175.t- 系统温升 . 即系统达到热平衡时油温与环境温度之差 . oC 一般机械 t 35oc. 工程机械 t 40oc. 数控机床 t 25oc.14700320.065 25 3 12502=77.9 oc77.9 0c 大于 400c t 超过允许值 , 由于挖掘机是行走机械油箱面积不能太大，又不能用循环水冷却器 即系统应加散热装置。小型液压挖掘机系统优化设计 46湘潭大学毕业设计第八章 设计液压装置，编制技术文件8.1 、

60、液压装置总体布局 液压系统总体布局有集中式、分散式。 集中式机构是将整个设备液压系统的油源、控制阀部分独立设置于主机之外或安装 在地下，组成液压站。如冷轧机、锻压机、电弧炉等有强烈热源和烟尘污染的冶金设备， 一般都是采用集中供油方式。分散式机构是把液压系统中液压泵、控制调节装置分别按装在设备上适当的地方。 机床、工程机械等可移动式设备一般都采用这种结构。、 液压阀的配置形式a. 板式配置 板式配置是把板式液压元件用螺钉固定在平板上，板上钻有与阀口对 应的孔，通过管接头联接油管而将各阀按系统图所示的关系接通。这种配置可根据需要 灵活改变回路形式。液压实验台等普通采用这种配置。b. 集中式配置 目