挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)及工作裝置的畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 和回轉(zhuǎn)、斗桿外放相互配合動作，由一個油泵專門向動臂油缸供油，另一個油泵除了向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油外，還有部分油供給動臂， 所示。但是由于動臂提升時油壓較高，單向閥大部分時間處于關(guān)閉狀態(tài)，因此左側(cè)油泵只向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油。 所示。各個油泵分別向一個液壓作用元件供油，復(fù)合動作時無相互干擾。　卸載工況分析回轉(zhuǎn)至卸載位置時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。為了調(diào)整卸載位置，還需要動臂配合動作。卸載時，主要是斗桿和鏟斗復(fù)合動作，間以動臂動作。 　回轉(zhuǎn)舉升供油情況　空斗返回工況分析當(dāng)卸載結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，同時動臂油缸和斗桿油缸相互配合動作，把空斗放在新的挖掘點。此工況是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動臂和斗桿復(fù)合動作。由于動臂下降有重力作用，壓力低、變量泵流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)速度快，因此該工況的供油情況為一個油泵的全部流量供回轉(zhuǎn)馬達(dá)，另一油泵的大部分油供給動臂，少部分油經(jīng)節(jié)流閥供給斗桿， 所示?！】斩贩祷毓┯颓闆r發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速時油泵供油量小，為防止動臂因重力作用迅速下降和動臂油缸產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，可采用動臂下降再生補(bǔ)油回路，利用重力將動臂油缸無桿腔的油供至有桿腔?！⌒凶邥r復(fù)合動作在行走的過程有可能要求對作業(yè)裝置液壓元件(如回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動臂、斗桿和鏟斗)進(jìn)行調(diào)整。在雙泵系統(tǒng)中，一個油泵為左行走馬達(dá)供油、另一個油泵為右行走馬達(dá)供油，此時如果某一液壓元件動作，使某一油泵分流供油，就會造成一側(cè)行走速度降低，影響直線行駛性，特別是當(dāng)挖掘機(jī)進(jìn)行裝車運輸或上下卡車行走時，行駛偏斜會造成事故[19]。為了保證挖掘機(jī)的直線行駛性，在三泵供油系統(tǒng)中，左右行走馬達(dá)分別由一個油泵單獨供油，另一個油泵向其它液壓作用元件(如動臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn))供油， 所示。對于雙泵系統(tǒng)，目前采用以下供油方式:①一個油泵并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)供油，另一個油泵向其他液壓作用元件供油，其多余的油液通過單向閥向行走馬達(dá)供油， 所示。②雙泵合流并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)和作業(yè)裝置液壓作用元件同時供油， 所示。　行走復(fù)合動作時的幾種供油情況　挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求液壓挖掘機(jī)的動作繁復(fù)，且具有多種機(jī)構(gòu)，如行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動臂、斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機(jī)械。這些主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常起動、制動、換向，外負(fù)載變化很大，沖擊和振動多，因此挖掘機(jī)對液壓系統(tǒng)提出了很高的設(shè)計要求。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計需要滿足以下要求[20]: 　動力性要求所謂動力性要求，就是在保證發(fā)動機(jī)不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動機(jī)的功率，提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率。尤其是當(dāng)負(fù)載變化時，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)的良好匹配，盡量提高發(fā)動機(jī)的輸出功率。例如，當(dāng)外負(fù)載較小時，往往希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元件的運動速度。雙泵液壓系統(tǒng)中就常常采用合流的方式來提高發(fā)動機(jī)的功率利用率。　操縱性要求(1) 調(diào)速性要求挖掘機(jī)對調(diào)速操縱控制性能的要求很高，如何按照駕駛員的操縱意圖方便地實現(xiàn)調(diào)速操縱控制，對各個執(zhí)行元件的調(diào)速操縱是否穩(wěn)定可靠，成為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計十分重要的一方面。挖掘機(jī)在工作過程中作業(yè)阻力變化大，各種不同的作業(yè)工況要求功率變化大，因此要求對各個執(zhí)行元件的調(diào)速性要好。(2) 復(fù)合操縱性要求挖掘機(jī)在作業(yè)過程中需要各個執(zhí)行元件單獨動作，但是在更多情況下要求各個執(zhí)行元件能夠相互配合實現(xiàn)復(fù)雜的復(fù)合動作，因此如何實現(xiàn)多執(zhí)行元件的復(fù)合動作也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。當(dāng)多執(zhí)行元件共同動作時，要求其相互間不千涉，能夠合理分配共同動作時各個執(zhí)行元件的流盤，實現(xiàn)理想的復(fù)合動作。尤其對行走機(jī)構(gòu)來說，左、右行走馬達(dá)的復(fù)合動作問題，即直線行駛性也是設(shè)計中需要考慮的重要一方面。如果挖掘機(jī)在行使過程中由于液壓泵的油分流供應(yīng)，導(dǎo)致一側(cè)行走馬達(dá)速度降低，形成挖掘機(jī)意外跑偏，很容易發(fā)生事故。另外，當(dāng)多執(zhí)行元件同時動作時，各個操縱閥都在大開度下工作，往往會出現(xiàn)系統(tǒng)總流量需求超過油泵的最大供油流量，這樣高壓執(zhí)行元件就會因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)動作速度降低，甚至不動的現(xiàn)象。因此，如何協(xié)調(diào)多執(zhí)行元件復(fù)合動作時的流量供應(yīng)問題也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計中需要考慮的?！」?jié)能性要求挖掘機(jī)工作時間長，能量消耗大，要求液壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個執(zhí)行元件和管路的能耗，因此在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。當(dāng)對各個執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)速控制時，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時必然會導(dǎo)致一部分流量損失掉。系統(tǒng)要求此部分的能量損失盡量小。當(dāng)挖掘機(jī)處于空載不工作的狀態(tài)下，如何降低泵的輸出流量，降低空載回油的壓力，也是降低能耗的關(guān)鍵[23]?！“踩砸笸诰驒C(jī)的工作條件惡劣，載荷變化和沖擊振動大，對于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過載保護(hù)措施，防止油泵過載和因外負(fù)載沖擊對各個液壓作用元件的損傷?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快帶下降和整機(jī)超速溜坡?！∑渌阅芤髮崿F(xiàn)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、組件化和通用化，降低挖掘機(jī)的制造成本:液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件惡劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性。由于挖掘機(jī)在城市建設(shè)施工中應(yīng)用越來越多，因此要不斷提高挖掘機(jī)的作業(yè)性能，降低振動和噪聲，重視其作業(yè)中的環(huán)保性[21]?！⊥诰驒C(jī)液壓系統(tǒng)的分析挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中最重要也是最復(fù)雜的就是多路閥液壓系統(tǒng)。多路閥是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的重要部件，它確定了液壓泵向各個液壓作用元件的供油路線和供油方式；確定了多個液壓作用元件同時作用時的流量分配情況和如何實現(xiàn)復(fù)合動作；決定了挖掘機(jī)作業(yè)時的運動學(xué)和動力學(xué)特性、動作優(yōu)先和配合以及合流供油和直線行走性等等。它的設(shè)計決定了能否更好地滿足挖掘機(jī)的作業(yè)要求和工況要求。挖掘機(jī)多路閥液壓系統(tǒng)圖通常十分復(fù)雜，對各種液壓作用元件的供油路線、回油路線以及控制油路等紛雜在一起，很難對整個液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一目了然，這樣就需要花費很多的時間才能將其分析透徹。下面對多路閥液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析：[22]。簡化步驟具體為:(1)　為了突出挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的核心部分— 多路閥液壓系統(tǒng)，首先去掉液壓泵及其控制油路，各個液壓作用元件及其油路，如動臂、斗桿、鏟斗、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置，以及多路閥先導(dǎo)液壓操縱系統(tǒng)()。(2)　對多路閥液壓系統(tǒng)來說，重要的是供油道的設(shè)計。因此可以把上述系統(tǒng)圖進(jìn)一步簡化，突出核心內(nèi)容。去掉以下部分:油泵的負(fù)流量控制連接口FR和隊?；赜拖涞倪B接口。與各個液壓作用元件的連接口AL1, BLl, AL2, BL2, AU, BL3, AL4, BL4和ARl, BR1, AR2, BR2, AR3, BR3, Rsl。各個閥桿先導(dǎo)操縱油路連接口all, bll, alt, b12, a13, b13, ajA, b14和arl、brl, ar2, br2, ar3, br3。回油口drl, dr2, dr3, dr4, dr5:通向各個閥桿的先導(dǎo)控制油路。與各個液壓作用元件油路有關(guān)的限壓閥、動臂和斗桿的支持閥以及再生閥等。這些部分與多路閥的連接關(guān)系已經(jīng)知道，所以可以將其放到各個液壓作用元件的油路中去討論[27]。(3)　將簡化后的液壓系統(tǒng)連接起來。該系統(tǒng)主要包括7個操縱閥， 5個二位二通閥A, B, C, D, E, 1個插裝閥x和一些單向閥及節(jié)流閥。通過簡化后的液壓系統(tǒng)，可以清晰了解液壓泵的壓力油是如何通向各個液壓作用元件，以及在各種操縱情況下，液壓傳動的路線和可能的供油方式、功率分配和流量分配情況?！《嗦烽y液壓系統(tǒng)圖　液壓系統(tǒng)方案擬訂(1)　在液壓挖掘機(jī)一個工作循環(huán)中的四種工況一挖掘工況、滿斗舉升回轉(zhuǎn)工況、卸載工況和卸載返回工況進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)每個工況下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要復(fù)合動作后提出初步方案。(2)　根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點，系統(tǒng)地總結(jié)出挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求:動力性要求、操縱性要求、節(jié)能性要求、安全性要求和其它性能的要求。(3)　提出一種有效、直觀的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計方案，并詳細(xì)介紹設(shè)計的步驟。4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計WY200液壓履帶式挖掘機(jī)采用全功率變量系統(tǒng)，先導(dǎo)液壓操縱，整體式多路閥等先進(jìn)結(jié)構(gòu)。該機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作輕便，使用維護(hù)安全可靠，發(fā)動機(jī)功率利用率高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。廣泛用于建筑施工、市政工程、水電、國防工程和一般礦山采掘，挖掘IVI級土壤[23]。 液壓系統(tǒng)方案及參數(shù)確定　WY200C液壓履帶式挖掘機(jī)主要技術(shù)參數(shù)項目名稱單位數(shù) 值標(biāo)準(zhǔn)斗容量m31發(fā)動機(jī)型號　6135K16發(fā)動機(jī)標(biāo)定輸出功率kW/r/min106/2100最大挖掘半徑m最大挖掘高度m3/h最大挖掘深度m最大卸載高度m回轉(zhuǎn)速度r/min行走速度km/h*爬坡能力%70作業(yè)循環(huán)時間S1822主機(jī)長/寬度MPa履帶平均接地比壓MPa發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)r/min2100整機(jī)質(zhì)量t理論生產(chǎn)率m3/h200最大挖掘力kN142系統(tǒng)工作壓力MPa36履帶板寬度m主機(jī)運輸尺寸(長X寬X高)mm9850x3000x3100執(zhí)行元件是液壓系統(tǒng)的輸出部分，必須滿足機(jī)器設(shè)備的運動功能、性能要求和結(jié)構(gòu)、安裝上的限制。根據(jù)所要求的負(fù)載運動形態(tài)，選用不同的執(zhí)行元件配置，表 　執(zhí)行元件配置運 動 方 式執(zhí) 行 元 件左行走右行走直性行走左液壓馬達(dá)右液壓馬達(dá)左液壓馬達(dá)+右液壓馬達(dá)工作裝置外擺內(nèi)收動臂液壓缸斗桿液壓缸鏟斗液壓缸回轉(zhuǎn)擺動液壓馬達(dá)　執(zhí)行元件液壓缸及系統(tǒng)壓力的初選由于鏟斗的內(nèi)收是為了鏟料，而外擺是為了卸料，工作裝置采用了兩根動臂液壓缸、一根斗桿、一根鏟斗油缸。要使機(jī)構(gòu)正常工作且具有平穩(wěn)性，兩動臂液壓缸必須同步運動，這就要求任何時刻進(jìn)出油路的壓力油，必須保持一定的壓力平衡。為此，采用平衡閥控制油路中液壓油的壓力值[24]。根據(jù)挖掘機(jī)主要用于建筑施工、礦山的特點，本設(shè)計選擇雙作用單活塞桿式液壓缸。(1) 液壓缸參數(shù)的選擇每斗料的重量 M = = 1980 (Kg) （） G = mg = = 19404 (KN) （）由卸料斗的尺寸圖按極限情況計算得所挖斗料自重G與鏟斗液壓缸產(chǎn)生的推力F在卸料斗底板軸承鉸接處轉(zhuǎn)距平衡即 F拉L1 = GL2 （） = 194041206得 　 (KN)工作壓力的選定關(guān)系到設(shè)計出和系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)合理；工作壓力低，則要求執(zhí)行元件的容量大，即尺寸大、重量重，系統(tǒng)所需流量也大；壓力過高，則對元件的制造精度和系統(tǒng)的使用維護(hù)要求提高，并使容積效率降低。一般是根據(jù)機(jī)械的類型來選擇工作壓力。執(zhí)行元件工作壓力可以根據(jù)總負(fù)載值或者主機(jī)設(shè)備類型選取?！∝?fù)載和工作壓力之間的關(guān)系負(fù)載F/KN＜1010—2070—140140—250＞250工作壓力P/MPa10—1418—2132　各類機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力設(shè)備類型精加工機(jī)床組合機(jī)床拉　床農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)液壓機(jī)、重型機(jī)械、大中型挖掘機(jī)、起重運輸機(jī)械工作壓力P/Mpa355101161632由負(fù)載值大小查上表，參考同類型挖掘機(jī)，取液壓缸工作壓力為25MPa安裝方式選擇缸頭耳環(huán)帶襯套，活塞桿端連接方式選擇桿端外螺紋桿頭耳環(huán)帶襯套。又因其伸縮速度緩慢但壓力大，故選擇帶緩沖，油口連接方式選擇外螺紋[25]。　計算工作裝置鏟斗液壓缸的主要尺寸活塞桿直徑d與缸筒內(nèi)徑D的計算 受拉時： d=()D受壓時： d=()D (p15mpa) d=()D(5mpa p17mpa) d=(p17mpa)(1) 液壓油缸的缸徑、桿徑和工作壓力確定根據(jù)技術(shù)條件：確定液壓缸徑和桿徑及行程為：缸徑D=Φ125mm，桿徑d==Φ85mm 由此計算出液壓系統(tǒng)工作壓力為：P= （）=（2847103）/（π（1252852））=32MPa 式中F為鎖緊力，F(xiàn)=284KN(2) 缸筒壁厚計算根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊，在此液壓系統(tǒng)中，≤D/δ＜16，故缸筒壁厚應(yīng)用中等壁厚計算公式，此時：δ= +C （） ψ：強(qiáng)度系數(shù)，對無縫鋼管， ψ=1C：用來圓整壁厚數(shù) Py:液壓缸內(nèi)最高工作壓力。Py=10Mpa D：缸筒內(nèi)徑[σ]= [σs]/=175/=70MPaδ=10220/(60310)+C=25mm故油缸缸筒外圓取D1=125mm.(3) 缸筒強(qiáng)度校核根據(jù)SL4193，缸體合成應(yīng)力按下式計算：σzh1=≤[σ] （）式中：[σ]=60MPaσz1：縱向應(yīng)力： σz1==22MPa ()σh1：環(huán)向應(yīng)力： σh1==75 MPa ()P：工作壓力，P=32MPaD：油缸缸徑，D=Φ125mmd：油缸桿徑，d=Φ85mmδ：缸筒壁厚，δ=終計算， σzh1== MPa 70 MPa即: σzh1 [σ],符合要求.(4) 活塞桿長度和缸筒長度計算根據(jù)設(shè)計要求的行程，來設(shè)計活塞桿的長度；本油缸的行程為1020mm，故油缸的活塞桿的長度為1265mm，缸筒的長度為1