ZL50装载机-课程设计说明书

.PAGE.XX理工大学《液压元件系统》设计任务说明书目录1.主要内容及目的11.1主要内容11.2本次设计目的12.装载机简介12.1简介12.2装载机工作原理22.3液压传动优缺点及定点分析22.4液压系统设计步骤23.液压回路设计及功能的实现24.液压系统工况分析44.1转向液压缸工作回路44.2转斗液压缸工作回路44.3动臂液压缸工作回路54.4自动限位装置工作原理55.液压系统主要参数55.1初选系统压力55.2系统液压缸的计算与选型65.2.1转斗液压缸的计算与选型65.2.2动臂液压缸的计算与选型75.2.3转向液压缸的计算与选型85.3液压泵排量的计算与选型95.3.1转向系统液压泵1的选择95.3.2辅助系统液压泵2的选择95.3.3工作装置液压泵3的选择106.液压元件的选择107.液压辅助元件的选择117.1过滤器的选择117.2蓄能器的设计选用127.3油箱组件的选择127.4油管的计算选择128.系统回路验算138.1液压系统回路压力流量验算138.2液压系统发热温升计算149.集成块的设计1610.课程设计小结1911.参考文献19装载机液压系统说明书1.主要内容及目的1.1主要内容结合装载机装载及作业原理、作业动作,基于其液压转向、液压动臂、液压转斗等特点,设计出能实现以上功能的液压回路。1.2本次设计目的通过本次不限题目的课程设计,增长了自己的见识,提高了看图、读图的能力,实际与理论〔《液压元件系统》相结合,自己对液压方面有了进深刻、更全面的认识,专业理论获得了很好的提升,同时为即将步入社会的我们,对机械行业有了初步了解,为今后的发展奠定了基础。2.装载机简介2.1简介装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械,它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料,也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中,装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点,因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。部标1603-75规定,露天装载机的产品型号用拼音字母"Z"来表示,轮胎式用"L"表示,其后的数字是额定载重量的"千牛〔KN"数,再后来的字母是A、B、C、D……是指变形改进设计的次序,在L后直接写额定的载重量的KN数。\o"查看图片"2.2装载机工作原理装载机在装取货物时,首先将铲斗放平,发动机加力,铲取重物,然后将铲斗翻转,使重物不致落下,提升动臂,行至物料堆放处时,先提升动臂,然后翻转铲斗,达到一定角度之后,重物由于自重滑出铲斗,翻转铲斗放平,落下动臂即可继续下一操作。2.3液压传动优缺点及定点分析液压传动系统优缺点;液压传动：是以液体为工作介质靠液体的压力能来传递动力的传动。工作原理及特点：首先必须具有一定压力的液体,其次传动过程经过两次能量转换,并且,传动必须在密闭容积内进行,而且容积要发生变化。液压传动优点：1.功率体积比大2.可以实现无级调速3.容易实现自动化4.工作平稳,寿命长5.易于实现过载保护6.布置灵活,可实现远程操控。液压传动缺点：1.石油资源有限,可燃,费用高2.不能保证严格的传动比3.由于存在泄漏,一对环境造成污染4.液压传动系统成本高5.要求有单独的能源,使用不便6.故障不已检查排除装载机液压传动系统设计整体思路2.4液压系统设计步骤1.明确设计依据,进行工况分析；2.确定液压系统方案；3.液压系统的计算和液压元件的选择；4.液压系统的验算和工况的选择。3.液压回路设计及功能的实现ZL50装载机液压系统原理图1—转向泵2—辅助泵3—主泵4—流量转换阀5、9、12—溢流阀6—转向阀7—单向节流阀8—转向油缸10、11—手动换向阀13、14—压力电磁阀15—动臂液压缸16—转斗液压缸17—储气筒ZL50装载机根据工作需要,已知该机铲斗容量3m3,发动机驱动功率为164KW,额定转速2200r/min。本系统由三个泵共同驱动,主泵3、辅助泵2和转向泵1组成两个液压回路,而这两个回路是通过辅助泵联系起来的。ZL50装载机的技术参数技术参数ZL50额定载重量5t额定铲斗容量3.0发动机总功率154.4KW最大卸载高度2.85m最大卸载距离1.60m最大牵引力117.6KN最大转弯半径6.50m最大掘起力122.5KN机重16.8t外形尺寸长6.70m宽2.94m高3.25m爬坡能力30°最高行驶速度35km/h轴距2760轮距2250工作装置循环时间举升时间8s卸载时间3s下降时间4.5s三项和时间15.5s工作特点：工作装置动作包括动臂升降和铲斗翻转,两者构成单动顺序回路,它的特点是液压泵再同一时间内只能按先后顺序向一个机构供油,各机构和进油通路按前后顺序排列,前面的转斗操纵阀动作,后面的动臂操纵阀进油通路切断；只有前面阀位于中位时,才能搬动后面的阀使之动作。重要元件工作原理：流量转换阀4工作原理：当发动机转速不高时,转向泵和辅助泵流量都很少,流经两个节流孔的压差很小,不足以使阀芯克服弹簧力而移动,阀芯位于左端,辅助泵和转向泵的流量全部流入转向回路。当发动机转速增大时,流经两节流孔的流量增加,使两个节流孔的前后压差增加,阀芯克服弹簧力,略向右移,此时辅助泵的油液分为两部分,分别为转向右路和工作装置右路供油。当发动机转速进一步增大时,节流孔压差进一步增大,当阀芯移向右端极限位置时,则阻断辅助泵流向转向油路,辅助泵油液全部进入工作装置油路,可使工作装置作业速度提高。锁紧阀及单向节流阀7的工作原理：当方向盘不动时,路面引起的干扰力不能使前支架摆动。单向节流阀的设置使得锁紧阀的动作打开时动作迅速,切断时比较缓慢,这有利于防止液压冲击。溢流阀9作用：当机构发生故障或者液压缸故障时,系统压力升高,为保护系统不受损坏,在工作装置主油路上设置溢流阀,起溢流保护作用。双溢流阀12作用：溢流阀调定压力以后,对转斗液压缸起缓冲补油作用,当动臂升降时,如果铲斗已倾翻到极限位置,铲斗液压缸必须随动以避免别劲,这时可通过阀12进行补油。4.液压系统工况分析4.1转向液压缸工作回路转向装载机的系统采用双油缸液力推动,转向系统中设置一个流量转换阀,由于油路采用的是定量泵,因此系统流量随发动机转速变化,因此,比较合理的办法是选用辅助泵和流量转换阀4.首先由转向泵供油到流量转换阀4,液压油经过转换阀4后,首先流经单向节流阀7起先导作用,操纵手动换向阀6右位〔左位时,可实现油缸8的伸出〔缩回动作,即可实现转向的目的。同时还加了一个锁紧滑阀来防止转向液压缸窜动。锁紧阀的作用是在装载机直线行驶时防止液压缸窜动和降低关闭油路的速度,减少液压冲击,避免油路系统损坏。另一个作用是当转向泵和辅助泵管路发生破损或油泵出现故障时,锁紧滑能自动回到关闭油路位置,从而保证机器不摆头。4.2转斗液压缸工作回路装载机在铲取物料时一定是先转斗,然后提升大臂,因此,控制转斗的先导阀与控制动臂的先导阀是串联连接,并将控制转斗的三位阀11放在控制动臂的四位阀之前,以保证转斗液压缸优先动作。在小腔回路中设有双作用安全阀,作用是当机构发生干涉时,起缓冲补油作用。控制转斗液压缸伸缩的三位阀位于右工位时,压力油流经阀体,进入转斗油缸,实现转斗液压油缸伸出；位于左工位时,压力油流经阀体,控制转斗液压油缸缩回。4.3动臂液压缸工作回路控制转斗的三位换向阀位于中位时,操纵四位阀10位于右极限工位时,压力流流经阀体进入动臂液压缸,控制动臂液压缸伸出；位于左2位时,压力油进入动臂油缸,控制动臂液压缸缩回；当位于左极限工位时,既可实现允许动臂液压缸浮动,以适应费平整工作面上的操作,也可实现发动机停转时,在系统不提供压力油的情况下,动臂液压缸可实现控制缩回,保证安全的目的。4.4自动限位装置工作原理为了提高生产率,也避免液压缸活塞杆经常伸缩到极限位置而造成安全阀频繁地启闭,在工作装置和先导阀上装有自动复位装置,以实现工作铲斗的自动放平和动臂提升自动限位动作。分别在动臂铰点和转斗液压缸处装有自动复位行程开关,当行程开关碰到触点后,压力电磁阀13、14通电,使储气筒17的压缩空气经电磁阀进入转斗或动臂先导阀回位阀体,使滑阀回位。当行程开关脱开节点,电磁阀断电,电磁阀复位,关闭进气通道,回位阀体的压缩空气从放气孔排出。5.液压系统主要参数5.1初选系统压力压力的选择要根据载荷的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,对某些设备来说,尺寸受到限制,系统造价也不经济；若系统压力选得较高,则液压设备的重量、尺寸和造价会相应降低。然而,若系统压力选用过高,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,反而会增大或增加液压设备的尺寸、重量和造价,其系统效率和使用寿命也会相应下降。参照《液压设计手册》如下：按载荷选择工作压力载荷/KN5-1010-2020-3030-50>50工作压力/MPa<0.8-11.5-22.5-33-44-5》5各种机械常用的系统工作压力机械类型磨床机床组合机床龙门刨床拉床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械工作压力/MPa0.8-23-52-88-1010-1820-32综合考虑ZL50装载机铲斗容量,工作条件等各方面因素,初选液压转向装置系统工作压力为12MPa,液压工作装置系统工作压力为16MPa。5.2系统液压缸的计算与选型转斗液压缸的计算与选型由系统参数可知：ZL50装载机最大掘起阻力=122.5KN查《工程机械液压系统设计计算》装载及设计计算可知：FC===331.7KNFK=式中：n——铲斗液压缸缸数；Kf——考虑连杆机构的摩擦损失系数,取1.25；即：Fk==414.6KN由P1A1-P2A2=F知：16MPa-1.2MPa=414.6KN同时取d=0.7D解得：D=185.2mm；d=129.6mm根据条件查找《机械设计手册》知,应选用HSG-F200/140E-36-2540工程液压缸缸径活塞杆直径额定工作压力为16MPa最大行程速度比为2推力拉力速度比为2200mm140mm502660N2563502400按选用后的液压缸参数进行计算缸最大载荷实际需要压力和流量：P实转-1.2MPa=414.6KNQ实转=VA=V此时D=200mm；可知实际所需压力：P实转=13.8MPa；实际所需流量：Q实转=94.2L/min；动臂液压缸的计算与选型Fh===468.3KNFd==1.25468.3KN=297.2KN式中：m——动臂液压缸缸数；Kf——考虑连杆机构的摩擦损失系数,取1.25；由P1A1-P2A2=F知：16MPa-1.2MPa=297.2KN同时取d=0.7D可知：D=155.5mm；d=108.9mm根据条件查找《机械设计手册》知,应选用HSG-F160/110E-36-2757工程液压缸缸径活塞杆直径额定工作压力为16MPa最大行程速度比为2推力拉力速度比为2160mm110mm321700N169650N1900按选用后的液压缸参数进行计算缸最大载荷实际需要压力和流量：P实动-1.2MPa=297.2KNQ实动=VA=V此时D=160mm；可知实际所需压力：P实转=15.4MPa；实际所需流量：Q实转=56.4L/min；转向液压缸的计算与选型由ZL50装载机的技术参数额定载重量为5t。根据查阅资料估算取转向油缸的推力为F=70KN,行程为310mm转向时间最快可达0.3s。由P1A1-P2A2=F知：12MPa-1.2MPa=70KN同时d=0.7D；解得：D=88.4mm；d=61.9mm根据条件查找《机械设计手册》知,应选用HSG-F100/70E-36-2310工程液压缸缸径活塞杆直径额定工作压力为16MPa最大行程速度比为2推力拉力速度比为2100mm70mm125660N64090N1200按选用后的液压缸参数进行计算缸最大载荷实际需要压力和流量：P实-1.2MPa=70KNQ实动=VA=V此时D=100mm；可知实际所需压力：P实=9.5MPa；实际所需流量：Q实=135.2L/min；5.3液压泵排量的计算与选型转向系统液压泵1的选择经查找资料可知,装载机转向泵流量转数之间关系是：134.4L/1680r/min,转向角度左右各为。Q1==80ml/r由于泵存在泄露=K式中：K系统泄露系数,一般取1.1~1.3,大流量取小值,小流量取大值；考虑到泵的泄露系数1.1~1.3之间,因此可根据《液压元件产品样本》,转向液压泵1应选取CBG2100齿轮液压泵。型号排量/<ml/r>压力/MPa转数/<r/min>容积效率/%总效率/%驱动功率/KW额定最高额定最高CBG2100100.712.51620002500928345.7泵1实际输出压力：P1=12.5MPa；实际输出流量：Q1==155.6L/min；辅助系统液压泵2的选择由于转向液压缸的油液主要来自转向液压泵,当发动机受其他负荷影响而转速下降时,就会影响转向速度的稳定性。这时就需要从辅助液压泵通过流量换向阀补入转向泵所减少的流量,以保证转向油路的流量稳定。当流量换向阀在相应位置时,也可将辅助液压泵多余的或全部液压油共给工作装置油路,以加快动臂升降液压缸和铲斗液压缸的动作速度,缩短作业循环时间和提高生产效率。根据资料查知辅助泵2可选用CBG1040齿轮液压泵。型号排量/<ml/r>压力/MPa转数/<r/min>容积效率/%总效率/%驱动功率/KW额定最高额定最高CBG104040.112.51620002500918219.9泵2实际输出压力：12.5MPa；实际输出流量：Q2==61.3L/min；工作装置液压泵3的选择多液压缸或液压马达同时工作时,液压泵的输出流量应为根据ZL50装载机工作装置系统中转斗液压缸和动臂液压缸综合分析,液压泵3最大输出流量必须满足动臂提升或下降时的条件,知动臂上升最快时间为8s,动臂下降最快时间为4.5s,动臂液压缸行程为757mm,发动机额定转数为2200r/minV==168.2mm/sAd==Q=Ad=mm3/s=56.34ml/r考虑到动臂下降最快速度是在主泵3和辅助泵2共同作用下同时完成的,同时考虑到由于泵存在泄露：=K式中：K系统泄露系数,一般取1.1~1.3,大流量取小值,小流量取大值；因此可根据《液压元件产品样本》,工作装置液压泵3应选取CBG2063齿轮液压泵型号排量/<ml/r>压力/MPa转数/<r/min>容积效率/%总效率/%驱动功率/KW额定最高额定最高CBG206363.6162020002500918137泵3实际输出压力：P3=16MPa；实际输出流量：Q3==97.2L/min；6.液压元件的选择根据查找《液压元件产品样本》、《液压元件与选用》可知：代号名称型号通径/mm最大流量/〔L/min压力/〔MPa4流量转换阀4WH10-2010120165溢流阀ECG-06C202003.5~146转向阀4WMM16H163000~25锁紧阀24YF3O-E20B20300167单向节流阀LA-H3232200149溢流阀ECT32F-103238010~2510手动换向阀〔转斗DF-32F-2A1322501611手动换向阀〔动臂DF-32F-2A1322501612安全阀ECT32F-103238010~2513电磁换向阀23DF3-E16168020/6.314电磁换向阀23DF3-E16168020/6.3节流孔与单向阀的选择：名称型号数量通径/mm流量/〔L/min节流阀L-H32L332200单向阀<转向回路>DIF-L20H212080单向阀<工作装置回路>DIF-L32H29322007.液压辅助元件的选择7.1过滤器的选择：由于装载机泵选用的是齿轮泵,对油液的过滤精度要求不是很高,故可选普通过滤器,根据《液压元件产品样本》选择得：工作泵和转向泵吸油过滤器的型号都选用WU-250×180F,其技术规格如下：过滤精度180um,压力损失≤0.01MPa,流量250L/min,通径50mm,联结方式：法兰联结辅助泵吸油过滤器的型号选用WU-100×180F,其技术规格如下：过滤精度180um,压力损失≤0.01MPa,流量100L/min,通径32mm,联结方式：法兰联结工作泵、转向和制动泵的回油滤清器的型号均选用XU-A25030FS,其技术规格如下：过滤精度30um,压力损失≤0.15MPa,流量250L/min,通径50mm,联结方式：螺纹联结7.2蓄能器的设计选用：蓄能器容积的计算<式3-13>式中——所需蓄能器的容积〔；——充气压力Pa,按充气；——蓄能器的工作容积〔；——系统的最低压力〔Pa；——系统得最高压力〔Pa；——指数：等温时取n=1；绝热时取n=1.4；取=20L,=16MPa,=20MPa；当充气压力=16MPa时：=114.3L7.3油箱组件的选择油箱的容积按经验公式：V=Qp=3~7由于装载机需移动作业,考虑到散热系统,邮箱不宜过大。因此,油箱应选适中大小,已知所选泵的总流量为Qp=343.4L/min,又由于装载机系统属于中压系统,取=3可知：油箱容积V=1.03m3.7.4油管的计算选择根据《液压系统设计图集》可知：油管内径d的确定可由下式推出：d2/1000=4Q/πv0允许流速推荐表管道推荐流速液压泵吸油管道0.5~1.5,一般取1以下液压系统压油管道3~6,压力高,管道短,粘度小取大值液压系统回油管道1.5~2.6主要管路内径管路名称通过流量/〔L/s允许流速/〔m/s管路内径/m实际取值/m泵1吸油管2.240.850.0580.059泵1排油管2.244.50.0250.026泵2吸油管1.120.850.0410.042泵2排油管1.124.50.0180.019泵3吸油管1.90.0850.0530.054泵3排油管1.94.50.0230.024泵1、2并联后管路3.364.50.0310.032泵2、3并联后管路4.144.50.0340.0408.系统回路验算8.1液压系统回路压力流量验算该系统转斗和动臂液压缸是主要受力执行元件,管路损失较大,故主要验算有主泵到转斗和动臂液压缸这段管路的损失。〔1沿程压力损失沿程压力损失,主要是主油路动臂〔或转斗油缸工作装置进油管路的压力损失。此管路长5m,管内径0.024m,通过流量1.9L/s,选用20号机械系统损耗油,正常运转后油的运转粘度=27mm2/s,油的密度=918kg/m3。油在管路中的实际流速为油在管路中呈紊流流动状态,其沿程阻力系数为：按式求得沿程压力损失为：〔2局部压力损失局部压力损失包括通过管路中的折管和管接头等处的管路局部损失,以及通过控制阀的局部损失。其中管路局部损失相对来说小得多,故主要计算通过控制阀的局部损失。参看液压系统原理图,从主泵3到动臂〔或转斗液压缸要经过手动换向阀11〔或10,额定流量250/L·min-1,额定压力损失0.3MPa。有以上计算结果,得到主泵到步移缸的总压力损失：=〔0.071+0.194MPa=0.265MPa主泵出口压力取转斗缸最大压力为参照：PP=13.8MPaPp=〔13.8+0.265MPa=14.065MPa由计算结果,主泵的实际出口压力14.065MPa距泵的额定压力16MPa还有一定的压力裕度,所选泵是合适的。根据各工况需要,确定系统最高工作压力14.065MPa,也就是溢流阀9的调定压力。8.2液压系统发热温升计算1计算发热功率液压系统的功率损失全部转化为热量。计算该系统的发热功率为：是整个工作循环中主泵的平均输入功率。由于辅助缸2只是在转速达到一定条件下才参与工作装置回路的动作,粗算其参与时间为8s,整个工作装置工作循环时间为15.5s。是系统的输出有效功率。总的发热功率为：2计算散热功率前面初步求得油箱的有效容积为1.03m³,按V=0.8abh求得油箱各边之积：取a,b,h各为1.1m。求得油箱散热面积为：=1.8h<a+b>+1.5ab=[1.8×1<1.1+1.1>+1.5×1.1×1.1]m²=5.7m²油箱的散热功率为：式中——油箱散热系数,查表取16W/<㎡·℃>；——油温与环境温度之差,取=35℃。所以=16×5.7×35W=3.1kW>1.2kW由此可见,油箱的散热可以满足系统的散热,不需要另设冷却器。9.集成块部分选定ZL50装载机由于技术成熟,控制转斗和动臂的手动换向阀已做成标准集成块DF系列形式,因此选择控制转向的手动阀和锁紧阀以及控制转向回路的压力的溢流阀5共同做成集成块形式。9.1集成块设计步骤a.制作液压元件样板；b.决定通孔的孔径,在元件孔径基础上加1mm；c.集成块上液压元件的布置；d.集成块零件图的绘制；9.2集成块尺寸的确定先在装配图中把集成块上的元件放置好,然后测量距离参照《产品与技术》中"关于阀件油路集成块的设计"得出集成块中各阀安装位置的设计要求：9.2.1方向阀的安装布置方向类阀主要是指换向阀类、单向阀类,一般情况下,大换向阀安装位置在阀板的上面〔特别是手动换向阀类,这样操作与调试维修方便；如果安装面在右面,则大换向阀安装位置在阀板的上面或前面。根据上面叙述：转向换向阀6应该放在集成块的上表面；而锁紧阀是由于手动换向阀的工作自动开启的,因此,可将锁紧阀放置在集成块的后面。9.2.2压力阀的安装布置压力阀中最主要的时溢流阀的最主要的是溢流阀的安装位置。溢流阀和换向阀是集成块中最重要的两种阀,他们位置恰当,直接影响集成块的尺寸大小。溢流阀的安装应该注意的是：溢流阀在前、后、左、右面上不能倒置安装,即溢流阀的手柄轴线要朝上或水平。由于溢流阀压力可调,故选装在集成块的前面,便于调试。9.3阀板的尺寸计算确定集成块的外形尺寸除了在行走设备上要求越小越好外,一般设计原则是适当小些好。阀板上孔道间的尺寸控制是阀板涉及到核心,计算方法可分为两种：看压力级P、A、B类孔：P孔道压力《16MPa的相邻孔道间尺寸控制——L〔两孔中心距》R1〔一孔半径+R2〔另一孔半径+5mm；P孔道压力》16MPa；中高压孔的相邻孔道间尺寸控制——孔径16mm以上,L》R1+R2+10mm；T类孔：相邻孔道间尺寸控制L》R1+R2+4mm〔有背压,+5mm。看孔端孔端是螺纹的管接头的相邻空〔特别是A、B孔道间尺寸控制L》r1〔管接头最大外直径+r2+10mm,有时由于阀板间孔道结构限制,几个孔的管接头距离较近,可将管接头靠近阀板的链接螺纹后部分设计长短不一的管接头,则可方便地连接阀板和外接管。而ZL50装载机属于作业行走机械,要求设计尺寸小。集成块的长度根据溢流阀和手动换向阀的尺寸,考虑液压系统油路布置,把各阀件的油孔对应起来,元件最外两端各留10mm,测量总长度,初定阀块长度120mm,由于内部油路相碰撞,考虑到手动换向阀与溢流阀调节干扰,后将长度选定为230mm。集成块的宽度根据手动换向阀长度尺寸,