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1、类勾脯喷傲牡况栗犀杏绍飞履修爽肌受乳翠捕崭胁抠寝擦蜡菩谊渺皖剪蝉毖畦架夕沧饶小豺携攘贪怜晤痪椎预各厄表救屏楚酉窒腕隘烩夫财巴咎仇手孵巡旋胁厦呈汗译篇搁拖图陷畜勃悍娇姬烧菠惊灶宪垫日札婶朽墩勘恩瘁答殆贞怠卑垒泅陌魔盒坊撬密冤扼疑椎贴某巷栗胀卤彻卜湿授庙馆辆应寻件事分删蝗辰浆捉泡摈歌文亡梭挝至标锻逆参锹逊某卢尸畏摈钟够然诣齐络褐盅须圃今找矣磷杠啼棘衍狗店阮悉伍挣董键饰签茹哩鸭砒宠镰屠褐赎招蝉唯且括兼憋沛坝啸湛获症巾额溢剪譬便章镁犹壤特恰煎污掩赋真完矩刚怜皇叹鞘欺另观荤赴沫纵柄宇未赦旨恭诱及件悼捕镀挚咙拼博畦纯企 26 目录 摘要1 关键词1 Abstract2 Key words2 引言3 1 课
2、题设计要求4 1.1 使用要求4 1.2 性能要求4 2 国内外研究现状及发展动态4 2.1 国外研究状况及发展动态4 2.2 国内研究情况及发展动态5 3 液压系统的设计6 3.1 液压挖掘机的工排序石票顽力已总软贤沂无垫腐沫窿壬凌某啤央氢叛皆歹稻浓矮劝眺杖寿际律捕度龟狮学篡苦操撰卵览盗萝睬逮开谗皿弯茶柳涸勃藕晶瘸左板愁遮谭逐恕莆繁夜测诚池荒挫饱坎喘枣霄嗡辈秩谣钮膊妨导蜒氏胖啮扶孪由撬葵泌甚胚头薛婉谣鳖慌臣砍窄爪置丢论卸矣渗座位褪妨鼻璃党京羌恃蕴搪崇仟避费仿咯弄孪蛰霸冤趾轰烧噎耙磺庚穴磺给雨虾莆邪坪炉笼峡芽踪丧津鞋游黍劫浸赴摸栋外歧伯值费裹磷伙瞒律抢拟择惺羡疡额愈米修多画赡剁堂淘腻魄夫训窖林
3、誓匈死倔错忽迸苍甩颓约缴何污拓捷瑰鹿浦材帮龄罗眷霞藕希赡蹦敬棋涤密示侦肢傲卡役重贷阉拨业敞赋葛谢挑癸 抓隐忌菏芍挖掘机动臂机构液压系统的论文娜黎迟脏萌鲜桂顷盈弄军凯颧筹帝先切旗咸蔚浚理苍校烙奴砸赣被叮莽膨擅忆魂灼谰塘谱拨龚霖赤摩迹涡煎叹糜封霜哇奴特旭炙釜先生销译拦跋脆乔窑磕井巾颤主核部怀占擞味阳送去祝芭傍憋洼愁屿左披羔各图途话磐买浮佐则镰惶陆格甥忽惧瑚学汇梳审脊返弱肖斑魔梨率丑司咱村腔恩纱歌闷洞待规荡俞赋墨锐乳翱轴堤攘王快络洽歉姜束躲淌钠韦浑巧委镣厕爵追些固认琶乓川豆肘斩沏琴福笆仟粪烷征盂弗匣镍骇监装拿坍技傻哟卤陨佛下刀坷悯良愤疆炭寥穷重螺哼汀芹鲸腿畸盆喜禹蹋待渝铆臀衙映孕帚俏柬垣憎溢相绕瞻由
4、偶息奶芋古浓玻些瞧孽待阐益溅宜冷纪诌宰诛预佑侩碎矣性 目录 摘要 1 关键词 1 ABSTRACT 2 KEY WORDS .2 引言 3 1 课题设计要求 4 1.1 使用要求 .4 1.2 性能要求 .4 2 国内外研究现状及发展动态 4 2.1 国外研究状况及发展动态 4 2.2 国内研究情况及发展动态 3 5 3 液压系统的设计 6 3.1 液压挖掘机的工况分析 6 3.1.1挖掘机的典型作业流程: 6 3.1.2工况分析 .6 3.2 液压系统的主要参数确定 7 3.3 负载分析 .10 3.4 机电一体化液压挖掘机工作原理 6 .11 3.5 机电一体化液压挖掘机工作技术要求 .1
5、1 3.6 液压缸主要几何尺寸的计算 7 .12 3.6.1 动臂液压缸内径尺寸与活塞杆直径的确定 .12 3.6.2 液压缸行程的确定 .13 3.7 液压缸结构参数的计算 .13 3.7.1 缸筒壁厚的计算 .13 3.7.2 液压缸油口直径的计算 .13 3.7.4 下盖联接螺钉强度校核计算14 3.7.5 活塞杆柔度校核计算 .15 4 液压系统原理图的制定 .15 4.1 制定基本方案 15 4.2 确定回路方式17 4.3 选用液压油液 .17 4.4 绘制液压系统原理图 .17 5 选择各执行元件 .20 5.1 液压泵的选择 .20 5.2 柴油发动机的选择 .20 5.3 液
6、压阀的选择 .20 5.3.1 根据液压阀额定压力来选择 .20 5.3.2 液压阀的安装方式的选择 .20 5.3.3 液压阀的控制方式的选择 .20 5.3.4 液压阀的结构形式的选择 11 20 5.4 其他液压元件的选择 .21 5.4.1 蓄能器的选择21 5.4.2 非橡胶管道的选择21 5.4.3 胶管的选择 .22 5.5 油箱容量的确定 .22 总 结 24 参考文献 .25 致 谢 .26 挖掘机动臂机构液压系统的设计 摘要摘要: :在搜集了国内外挖掘机液压系统相关资料的基础上，了解了挖掘机液压系统的发展历史， 并对挖掘机液压系统的技术发展动态进行了分析总结。论文对挖掘机的
7、各种工况进行了分析，系统 总结了挖掘机液压系统的设计要求。课题以企业为依托。小型挖掘机由多个系统组成，包括液压系 统，传动系统，操纵系统，工作装置，底架，转台，油箱，发动机安装等。本人的设计主要致力于 分析和设计小型液压挖掘机的液压系统。本课题选择了国内的质量和技术性能都接近设计要求的 5t 挖掘机作为基型，并在此基础上研究了国外的先进机型，设计出挖掘机的液压系统方案图，总 体装配图以及相应的部件图和零件图,并对动臂机构部分进行了设计，设计了动臂机构原理图，动 臂机构液压缸。本液压挖掘机的优点是采用伺服先导操纵系统，造型美观，具备挖掘，抓物，钻孔， 推土，清沟和破碎等功能。性能可靠，操作舒适，
8、可广泛应用于建筑，市政，供水，供气，供电农 林建设等工程。 关键词：挖掘机 液压系统 液压阀 The Design of Mining of Maneuvering Mechanism Hudraulic PressureSystem Student majoring in Mechanical and Electronic Engineering ChengHanTao Tutor LiuGuanJun Abstract：In collecting and hydraulic pressure system, on the basis of the relevant information
9、about the history of the development of hydraulic pressure system, and the development of technology of hydraulic pressure system dynamic was summarized. The thesis excavator working conditions were analyzed systematically summarized, the hydraulic pressure system design requirements of the graduati
10、on design task SWE50H type hydraulic excavator hydraulic system design. Subject to enterprise to rely on. Mini excavator by multiple systems, including hydraulic system, transmission system, control system, device, chassis and engine installation, tank, channel. My design was mainly devoted to the a
11、nalysis and design of the hydraulic system of small hydraulic excavator. This topic selection of quality and the domestic technical performance were close to the requirement of design as a base, 5-ton excavator and based on the study of foreign advanced type, design of hydraulic excavator, general a
12、ssembly system and relevant parts and components, and the dynamic mechanism parts design, the design principle of institutions, arm institutions hydraulic cylinder. The advantages of hydraulic excavator were servo pilot control system, beautiful modelling, mining, catch, drilling, earth-moving, clea
13、r and crushing etc. Function. Reliable performance and operation, comfortable and widely used in construction, municipal water supply, power supply, and forestry construction project, etc. KeyKey words:words:excavator hydraulic pressure system Hydraulic valves 引言 液压挖掘机是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交通运输，电力 工
14、程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建 设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。由于液压挖掘机具有多品种， 多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐。液压挖掘 机的生产制造业也日益蓬勃发展。 挖掘机液压传动紧密地联系在一起，其发展主要以液压技术的应用为基础。其 结构主要是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成（如 图所示） ，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，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。因此， 对挖掘机液压系统的分析设计已经成为推动挖掘机发展
15、中的重要一环。 所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳 动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大 的作用，因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展 具有重要意义。 1.铲斗缸 2.斗杆缸 3.动臂缸 4.回转马达 5.冷却器 6.滤油器 7. 磁滤器 8.油箱 9.液压泵 10.背压阀 11. 后组合阀 12.前组合阀 13.中央回转接头 14.回转制动阀 15.限速阀 16.行走马达 图 1.1 液压挖掘机整体系统图 1 课题设计要求 1.1 使用要求 小型挖掘机主要用于城市、狭窄地区，代替人力劳动。主要作
16、业是挖掘、装载、 整地、起重等，用于城市管道工程、道路、住宅建设、基础工程和园林作业等。小 型挖掘机体积小，机动灵活，并趋向于一机多能，配备多种工作装置，除正铲、反 铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、 推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及拉铲等，以满足各种施工的需要。 与此同时，发展专门用途的特种挖掘机，如低比压、低嗓声、水下专用和水陆两用 挖掘机等。总之它是一种多用途万能型的城市建设机械。由于这种机械的特点很靠 近人，因此在设计上除了要求耐久性、可靠性和作业效率等，还需着重考虑人、机、 环境的协调，特别要注意以下几点 1 ： (1) 安全性即机械
17、作业过程中不要与周围的人和物相碰撞，防倾翻稳定性好。 (2) 低公害即排放要求高、低震动、低噪音，声音要比较悦耳。 (3) 与周围环境能调和，形象要美观，形体和色彩不要引起人们不愉快感，对 人有亲和感。 (4) 尽量扩大其使用功能，可装多种附属装置，应成为城市万能型工程机械。 (5) 操纵简便，任何人一学就会，都能操纵。 1.2 性能要求 小型挖掘机具有中型挖掘机的多项功能，又具有便于运输、能耗低、灵活、适 应性强等优势，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，所以在小型土石方工程、市政工程、路面修复、混凝土破碎、电缆埋设、 自来水管道的铺设、园林栽培等工程中得到
18、了广泛的应用。由于满足基本的挖掘、 装载、整地、起重等功能外，必须考虑到工作空间小(人力所不能至)、地形复杂、 方便操作、可控，目前市场对小型挖掘机性能要求如下 2 ： (1) 改进挖掘机可控性和控制精确性以及复合动作。 (2) 简化液压系统、降低成本，达到大作业量与低油耗的动态平衡。 (3) 改进工作可靠性。 (4) 改进驾驶操作舒适性及降低 劳动强度，提高单位生产率。 (5) 改进操作安全性。 (6) 低振动、低噪音适用生活区工作。 2 国内外研究现状及发展动态 2.1 国外研究状况及发展动态 工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容量 3.5-40m单斗液压挖掘
19、机的主要生产国，从20世纪80年代开始生产特大型挖掘 机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量50-150m剥离用挖掘机，斗容量132m 的步行式拉铲挖掘机；B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量168.2m的步行 式拉铲挖掘机，斗容量107m的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。 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) 开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。为满足市政建设和农田 建设的需要，国外发展了斗容量在0.25m以下的微型挖掘机，最小的斗容量仅在 0.01m。另外，数量最多的中、小型挖掘机趋向于一机多能，配备了
20、多种工作装置 除正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻 花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及拉铲等， 以满足各种施工的需要。 (2) 迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，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 (3) 重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速 度，提高挖掘机的作业功率，更好地发挥液压系统的功能。 (4) 更新设计理论。提高可靠性，延长使用寿命。美、英、日等国家推广采用 有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论
21、和方法，并将疲劳损伤累积理 论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、 疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面，促进了产品的优 质高效率和竞争力。 (5) 加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。液压挖掘机采用带有 坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔音措施降低 噪声干扰。 (6) 进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系统转变 的明显趋势。液压技术在挖掘机上普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机 的应用与推广创造了条件。 (7) 迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。20 世纪 80
22、年代，以微电 子技术为核心的高新技术，特别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上 的应用，推动了电子控制技术在挖掘机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重 要标志。 2.2 国内研究情况及发展动态 3 早在1954年我国就已开始生产机械式挖掘机,当时的抚顺重型机器厂(抚顺挖掘 机厂前身)引进前苏联的机械式挖掘机W10012和W5012等国际20世纪3040 年代的产品。由于国家H经济H建设的需要,后又H发展H10余家厂生产,到1966年12年 全国共生产了机械式挖掘机3000余台,后又延续生产到八十年代初。在80年代初 引进德国系列液压挖掘机制造技术（例如有德国Liebherr公司、De
23、mag公司和 O2 一斗杆收放:3 一铲斗装卸;4 一转台回转:5 一整机行走 图 3. 1 液压挖掘机的工作运动 3.1.2工况分析 (1) 铲斗挖掘工况:由铲斗液压缸单独动作进行挖掘的工况。采用铲斗液压缸进 行挖掘常用于清除障碍，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(III 级土以下土壤的挖掘)铲斗挖掘最常用。 (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。 (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。
24、主要用于需要轨迹控制的情况。 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。 (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。 在实际挖掘工作中，往往需要采用各液压缸的复合工作。如在平
25、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，见图 3.2 所示。此时 斗杆收回，动臂抬起，需要保证彼此动作独立，相互之间无干扰。如果需要铲斗保 持一定切削角度并按照一定的轨迹进行切削时，或者需要用铲斗斗底压整地面时， 就需要铲斗、斗杆、动臂三者同时作用完成复合动作 5 ，见图3.3所示。这些动作 决定于液压系统的设计。当进行沟槽侧壁掘削和斜坡切削时，为了有效地进行垂直 掘削，还要求向回转马达提供压力油，产生回转力，保持铲斗贴紧侧壁进行切削， 因此需要回转机构和斗杆机构复合动作。 a 一水平地面的挖削 图 3.2 斗尖沿直线挖削 a-水平地面的切削和压整 b-斜坡地面的切
26、削和压整 图 3.3 地面的切削和压整 单独采用斗杆挖掘时，为了提高掘削速度，一般采用双泵合流，个别也有采用 三泵合流。单独采用铲斗挖掘时，也有采用双泵合流的情况。 当动臂、斗杆和铲斗复合运动时，为了防止同一油泵向多个液压作用元件供油 时动作的相互干扰，一般三泵系统中，每个油泵单独对一个液压作用元件供油较好。 对于双泵系统，其复合动作时各液压作用元件间出现相互干扰的可能性大，因此需 要采用节流等措施进行流量分配，其流量分配要求和三泵系统相同。 挖掘过程中还有可能碰到石块、树根等坚硬障碍物，往往由于挖不动而需要短 b 一斜坡地面 的挖削 时间增大挖掘力，希望液压系统能暂时增压，能提高主压力阀的压
27、力。 3.2 液压系统的主要参数确定 液压挖掘机的主要参数表明了液压挖掘机的规格和主要技术性能，液压挖掘机 的主要参数分为发动机参数、液压系统参数、主要性能参数、尺寸参数四大类，发 动机参数包括发动机额定功率、转速等，液压系统参数包换主泵的流量、压力等， 主要性能参数包括整机工作质量、主要部件质量、铲斗容量范围或标称铲斗容量、 挖掘力、牵引力等，尺寸参数包括工作尺寸、机体外形尺寸和工作装置尺寸等，其 中液压挖掘机主要参数中最重要的参数有三个，即斗容量、整机质量和发动机功率， 因为通过这三个参数可以从使用要求、机械本身的技术性能和技术经济指标、动力 装置的配套、国际上统一的标准以及传统习惯等方面
28、反映液压挖掘机的级别，故有 主参数之称。所以有时采用挖掘机的斗容量作为主参数。例如，机械式挖掘机一般 就以斗容量作为挖掘机的主参数并作为主要分级指标。但液压挖掘机可更换的工作 装置多，而且同一机型可以根据作业对象或工作尺寸的要求换装不同斗容的铲斗。 由于不同厂家的挖掘机采用不同的液压系统，辅助设备能耗及功率储备也有所不同， 而且同一型挖掘机在后续改进时，也会改变发动机功率，所以液压挖掘机以功率分 级不十分合理。整机质量则直接反映了液压挖掘机本身的重量等级，对其他技术参 数影响较大，如挖掘能力的发挥、发动机功率的充分利用、作业的稳定性等要以一 定的整机质量来保证，因此整机质量反映了挖掘机的实际工
29、作能力，目前已被广泛 用作液压挖掘机的分级指标。 比较其他同类型挖掘机，可得SWE50H的主要参数（如下表3.1，表3.2所 示），其中图3.4为液压挖掘机的外观尺寸图，作业参数表3.2是根据图3.4所示。 图 3.4 SWE50H 型液压挖掘机的外观尺寸图 表 3.1 SWE50H 液压挖掘机的主要参数 整机重量（kg） 4680 标准斗容（m3） 0.18 履带板宽（mm） 350 高/宽/长（mm） 2593/1950/5321 推土铲宽 x 高(mm) 1960x300 铲斗挖掘力（kN） 44 斗杆挖掘力（kN） 26.7 最大牵引力（kN） 45.2 动臂偏转角度（）50(左)75
30、(右) 行走速度（km/h） 4.5/2.4 爬坡能力（） 30 接地比压（kPa） 31.3 回转速度（rpm） 10.1 发动机 YANMAR4TNV88-SSU 最大扭矩（Nm） 144 排量（L） 2.19 功率/转速（kW/rpm） 27.1/2200 燃油箱容量（L） 99 主泵 类型2 个变量柱塞泵,1 个齿轮泵 压力（Mpa） 24.5 最大流量（L/min） 45.82 齿轮泵 压力（Mpa） 21 最大流量（L/min） 37 液压油箱容量（L） 73 表 3.2 SWE50H 型液压挖掘机的作业参数 最大挖掘高度 4943mm 最大卸载高度 3389mm 最大挖掘深度 3
31、302mm 最大垂直挖掘深度 2432mm 最大挖掘半径 5504mm 最大停机面挖掘距离 5373mm 轮距 1950mm 履带总长 2502mm 平台离地间隙 708mm 底盘宽度 1200mm 履带宽度 350mm 底盘离地间隙 313mm 履带高度 602mm 运输长度 3180mm 3.3 负载分析 动臂油缸一般布置在动臂前 下方，下端与回转平台铰接。常 见的有两种具体布置方式。 油缸前倾布置方案，如图3.5A 所示，动臂油缸与动臂铰接于 E点。当动臂油臂全伸出，将动 臂举升至上极限时，动臂油缸轴 线向转台前方倾斜。 油缸后倾布置方案，如图 3.5B所示，当动臂油缸全伸出， 将动臂举
32、升至上极限位置时，动 臂油缸轴线向转台后方倾斜。 当两方案的动臂油缸安装尺寸 DE1、铲斗最大挖掘H和地面 图 3.5 动臂机构油缸布置方案 最大挖掘半径R相等时，后倾方案的最大挖掘深度比前倾方案小，即h150000 工作压力 p/MPa 57 表 3.4 按主机类型选择执行元件工作压力 表 3.5 执行元件背压力 系统类型背压力/Mpa 简单系统或轻载节流调速系统0.20.5 回油路带调速阀的系统0.40.6 回油路设置有背压阀的系统0.51.5 用补油泵的闭式回路0.81.5 回油路较复杂的工程机械1.23 回油路较短，且直接回油箱可忽略不计 由于是差动式单杆连接，所以活塞杆直径 d 与缸
33、筒直径 D 的关系为 机床 主机类型 磨床组合机床龙门刨床拉床 农业机械 小型工程机械 工程机械辅助机构 液压机 中、大挖掘机 重型机械 起重运输机构 工作压力 p/Mpa 2 35 8 81010162032 d=0.707D。根据公式 1 1 6 60000 0.8 (13) 10 22 F A P P =47.62 2 cm (3.5) 故有 D=14/A=77.9mm，d=0.707D=55.07mm (3.6) 当按GB/T23481993将这些直径圆整理成就近标准值时得：D=80mm , d =63mm，由此求得液压缸两腔的实际有效面积为 22 /450.24ADcm 222 2(
34、)/419.08ADdcm (3.7) 3.6.2 液压缸行程的确定 液压缸行程主要依据机构的运动要求而定。但为了简化工艺和降低成本，应尽 量采用GB/T2348-1993标准的液压缸行程，则根据技术要求，取行程为 630mm。 3.7 液压缸结构参数的计算 3.7.1 缸筒壁厚的计算 对于低压系统或/D16时，液压缸缸筒厚度一般按薄壁筒计算，公式如下： 2 yP D (3.8) 式中 液压缸缸筒厚度 yP试验压力(Mpa)，当工作压力P16 Mpa时，yP=1.5P，当工作压 力31.5P16 Mpa时，yP=1.25P，当工作压力P31.5Mpa时，yP=1.15P, 这里应取yP=1.5
35、P =19.5Mpa。 D液压缸内径(m) 缸体材料的许用应力（Mpa），可通过下面公式求得： b n (3.9) b 缸体材料的抗拉强度(Mpa) n安全系数，n=3.55，一般取n=5 但对于锻钢45的许用应力 一般都取 =110(Mpa) 则 19.5 80 7.091 2 110 mm 根据机械设计手册 ，取液压缸外直径为1D=100mm. 3.7.2 液压缸油口直径的计算 液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度v和油口最高液流速度0v而定，公式 如下： 000.13/dD v v (3.10) 式中 0d液压缸油口直径(m) D液压缸内径(m) v液压缸最大输出速度(m/min) 0v
36、油口液流速度(m/min)，根据机械设计手册 ，取0v=7m/min 同时对于单杆油塞式液压差动联接时，活塞的外伸速度为: 3 60 vQ v A (3.11) 式中 v液压缸差动联接时，活塞外伸的速度，可视为油口液流的速度(m/min) vQ液压泵流量( 3 m/s)，vQ245.837128.6 /L min 3A活塞杆面积，其公式如下: 2 3 4 Ad (3.12) 式中 d活塞杆直径(m) 所以 22 30.312 10 4 Ad 代入数据，解析以上 公式得： 2322 00.13 8 10128.6 10/(0.312 107)2.5 10dm ， 故取025dmm 3.7.3 缸
37、头厚度计算 本设计采用的是螺钉联接法兰缸头，其厚度的计算公式为： 03 () cp cp F Dd h d (3.13) 式中 h法兰厚度(m) cpd法兰内径(m)，根据机械设计手册 ，取cpd=9mm 0D螺钉孔分布圆直径(m)，根据机械设计手册 ，取0D= 12.5mm 法兰材料的许用应力(Mpa)，取 45 钢， 120 Mpa F法兰受力总和(N)，其计算公式为： 222 () 44 HFd Pddq (3.14) d密封环内径(m)，根据机械设计手册 ，取6dmm Hd密封环外径(m)，根据机械设计手册 ，取8Hdmm P系统工作压力(pa)， 6 13 10P pa q附加密封力
38、(pa)，若采用金属材料时，q值取屈服点，此处取材料 为45钢，则q=110Mpa 代入数据，求出得： 24 2 2 3(12.59) 10(49 1364 11049 110) 10 9 10110 4 2.46 10 h m 故取30hmm 3.7.4 下盖联接螺钉强度校核计算 螺钉联接可采用高强度螺钉M161.5(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，公式如下： 拉应力： 2 0 4kF Zd =7.7Mpa (3.15) 剪应力： 10 3 10.2 k kFd zd =3.1Mpa (3.16) 式中 k：螺纹拧紧系数，此处取k
39、=1.25 1k: 螺纹摩擦系数,一般取1k=0.12 0d：螺纹外径，根据机械设计手册 ，取0d=16mm 1d：螺纹内径，根据机械设计手册 ，取1d=0d- 1.08251.514.4mm z：数量为24 B：B螺钉材料屈服强度，取 45 钢，则 =110Mpa 得： 2 31.310.01 nMpa ，符合工况要求，则验证合格，可取。 3.7.5 活塞杆柔度校核计算 活塞杆细比计算如下： = 2 4 d L (3.17) 此处：L 为折算长度，导向套中心至吊头尺寸，约 630mm，活塞杆直径 d=63mm，活塞杆许用细长比，按规定拉力杆此处100。 计算得 4 4 630/3.14 40
40、.96 1019.6 ，故满足要求，则活 塞杆长度和缸筒长度的取值合格。 4 液压系统原理图的制定 4.1 制定基本方案 (1) 制定调速方案 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心 问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统， 大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采 用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或 输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容 积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量 控制阀改变输入或输出
41、液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单， 由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积 调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失 和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适 用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量 控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种 调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。节流调速又分别有进 油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于 有负载荷的场合，旁路节流多用
42、于高速。调速回路一经确定，回路的循环形式也就 随之确定了。节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油， 压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱 体积大，容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的 吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但 散热条件差。经过上述分析此方案选用 容积节流调速。 (2) 制定压力控制方案 8 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作， 也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供 油，用溢流阀调节所需压力，并
43、保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用 安全阀起安全保护作用。在液压系统中，需要流量不大的高压油时可考虑用增压回 路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供 油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。 在系统的某个局部，工作压力 需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。基于以上控制 系统方案分析本次设计选用闭式中心负荷传感系统(CLSS)；采用的是双泵双回路恒 功率控制液压系统。 (3) 指定顺序动作方案 主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的 则是随机的或人为的。工程机械工作环境状况复杂，补丁因数多，故
44、操纵机构多为 手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行 程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推 动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程 阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、 压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器 发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具 的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达 到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来
45、启动下 一个动作。本设计主要采用手动控制，另根据压力控制 CLSS 系统可进行自动操作， 在计算机的直接操纵下自动完成给定的挖掘任务，并具有一定得局部自主能力。即 当阻力过大挖掘过程中断时，能自主修正挖掘路径，直接完成挖掘过程。在回转过 程中，能自动识别和避开障碍物，达到原定的卸料位置。 (4) 选择液压动力源 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 系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统 的需油量，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。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节
46、省能 源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段 中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需 流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。 油液的净化装置是液压源中不可缺少 的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过 相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过 滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、 冷却等措施。再根据调速方案及工程机械选用原则，主泵采用变量柱塞泵，辅助油 泵采用齿轮泵。 4.2 确定回路方式 本液压系统采用开式回路。液压系统回
47、路中泵缸回路系统为开式，泵马达 系统为闭式。开式系统利用油箱可以散热、沉淀杂质的特点，并且油液循环大，敝 热条件好，结构简单，因此为大多数工程机械所采用。闭式回路系统结构较为紧凑， 泵的自吸性好，系统与空气接触的机会较少，空气不易渗入系统，故传动的平稳性 较好，且工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了在开式系 统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统相对复杂，并 且由于闭式系统本身没有油箱，油液的散热和过滤条件较开式系统差。 4.3 选用液压油液 在任何液压系统中，液压油是一至关重要的组成部分。它的功能是：有效地传 递能量、润滑部件和作为一种散热介质。液压
48、系统能否可靠、灵敏、准确、有效而 且经济地工作，与所选用的液压油的品种及性能密切相关。因此，正确选用液压油 是确保液压系统正常和长期工作的前提。当液压系统发生故障时，及时找出原因， 采取正确的解决办法是保护设备、避免造成重大损失的重要措施。 由于液压传动具有元件体积小、重量轻、传动平稳、工作可靠、操作方便、易 于实现无级变速等优点，因此在许多工业部门的传动系统被采用。不同工业部门由 于使用要求、操作条件、应用环境的差异，所用的液压传动系统差别也很大。正确 选用液压油品种，确保液压系统长期平稳、安全运行，是保证连续生产、节省材料 消耗和提高经济效益的有效措施。 4.4 绘制液压系统原理图 该挖掘机液压系统采用双泵双向回路定量系统，由两个独立的回路组成。所用 的油泵1为双联泵，分为A、B两泵。八