swe50h型液壓挖掘機液壓系統設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 圖 地面的切削和壓整 單獨采用斗桿挖掘時，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個別也有采用三泵合流。單獨采用鏟斗挖掘時，也有采用雙泵合流的情況。 當動臂、斗桿和鏟斗復合運動時，為了防止同一油泵向多個液壓作用元件供油時動作的相互干擾，一般三泵系統中，每個油泵單獨對一個液壓作用元件供油較好。對*****畢業設計（論文） 13 于雙泵系統，其復合動作時各液壓作用元件間出現相互干擾的可能性大，因此需要采用節流等措施進行流量分配，其流量分配要求和三泵系統相同。 挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅硬障礙物，往往由于挖不動而需要短時間增大挖掘力，希望液壓系統能暫時增壓，能 提高主壓力閥的壓力。 液壓系統的主要參數確定 液壓挖掘機的主要參數表明了液壓挖掘機的規格和主要技術性能，液壓挖掘機的主要參數分為發動機參數、液壓系統參數、主要性能參數、尺寸參數四大類，發動機參數包括發動機額定功率、轉速等，液壓系統參數包換主泵的流量、壓力等，主要性能參數包括整機工作質量、主要部件質量、鏟斗容量范圍或標稱鏟斗容量、挖掘力、牽引力等，尺寸參數包括工作尺寸、機體外形尺寸和工作裝置尺寸等，其中液壓挖掘機主要參數中最重要的參數有三個，即斗容量、整機質量和發動機功率，因為通過這三個參數可以從使用 要求、機械本身的技術性能和技術經濟指標、動力裝置的配套、國際上統一的標準以及傳統習慣等方面反映液壓挖掘機的級別，故有主參數之稱。所以有時采用挖掘機的斗容量作為主參數。例如，機械式挖掘機一般就以斗容量作為挖掘機的主參數并作為主要分級指標。但液壓挖掘機可更換的工作裝置多，而且同一機型可以根據作業對象或工作尺寸的要求換裝不同斗容的鏟斗。由于不同廠家的挖掘機采用不同的液壓系統，輔助設備能耗及功率儲備也有所不同，而且同一型挖掘機在后續改進時，也會改變發動機功率，所以液壓挖掘機以功率分級不十分合理。整機質量則直接反映了 液壓挖掘機本身的重量等級，對其他技術參數影響較大，如挖掘能力的發揮、發動機功率的充分利用、作業的穩定性等要以一定的整機質量來保證，因此整機質量反映了挖掘機的實際工作能力，目前已被廣泛用作液壓挖掘機的分級指標。 比較其他同類型挖掘機，可得 SWE50H 的主要參數 （ 如下表 ， 表 所示 ），其中圖 為液壓挖掘機的外觀尺寸圖，作業參數表 是根據圖 所示。 圖 SWE50H 型液壓挖掘機的外觀尺寸圖 *****畢業設計（論文） 14 表 SWE50H 液壓挖掘機的主要參數 整機重量（ kg） 4680 標準斗容（ m3） 履帶板寬（ mm） 350 高 /寬 /長（ mm） 2593/1950/5321 推土鏟寬 x 高 (mm) 1960x300 鏟斗挖掘力（ kN） 44 斗桿挖掘力（ kN） 最大牽引力（ kN） 動臂偏轉角度（ 176。 ） 50(左 )75(右 ) 行走速度（ km/h） 爬坡能力（ 176。 ） 30 接地比壓（ kPa） 回轉速度（ rpm） 發動機 YANMAR4TNV88SSU 最大扭矩（ N m） 144 排量（ L） 功率 /轉速（ kW/rpm） 燃油箱容量（ L） 99 主泵 類型 2 個變量柱塞泵 ,1 個齒輪泵 壓力（ Mpa） 最大流 量（ L/min） 2 齒輪泵 壓力（ Mpa） 21 最大流 量（ L/min） 37 *****畢業設計（論文） 15 液壓油箱容量（ L） 73 表 SWE50H 型液壓挖掘機的作業參數 最大挖掘高度 4943mm 最大 卸載 高度 3389mm 最大挖掘深度 3302mm 最大垂直挖掘深度 2432mm 最大挖掘半徑 5504mm 最大停機面挖掘距離 5373mm 輪距 1950mm 履帶總長 2502mm 平臺離地間隙 708mm 底盤寬度 1200mm 履帶寬度 350mm 底盤離地間隙 313mm 履 帶高度 602mm 運輸長度 3180mm 司機室頂高 2593mm 運輸寬度 2080mm 負載分析 動臂油缸一般布置在動臂前下方，下端與回轉平臺鉸接。常見的有兩種具體布置方式。 *****畢業設計（論文） 16 圖 動臂機構油缸布置方案 油缸前傾布置方案，如圖 所示，動臂油缸與動臂鉸接于 E 點。當動臂油臂全伸出，將動臂舉升至上極限時，動臂油缸軸線向轉臺前方傾斜。 油缸后傾布置方案，如圖 所示，當動臂油缸全伸出，將動臂舉升至上極限位置時，動臂油缸軸線向轉臺后方傾斜。 當兩方案的動臂油缸安裝 尺寸 DE鏟斗最大挖掘 H 和地面最大挖掘半徑 R 相等時，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即 h1h2。此外，在后傾方案中，動臂 EF 部分往往比前傾方案的長，因此動臂所受彎矩也比較大。以上為動臂油缸后傾方案的缺點。然后，后傾方案動臂下鉸點 C 與動臂油缸下鉸點 D 的距離 CD 比前傾方案的大，則動臂在上下兩極限位置時，動臂油缸的作用力臂也就比較大。因此，在動臂油缸作用力相同時，后傾方案能得到較大的動臂作用矩，這就是其優點。 為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘將長動臂 CEF 改成 CE1F1（圖 ），并配以長斗桿，在 最大深度處挖掘時，采用鏟斗挖掘而不是斗桿挖掘，這樣得到的最大挖掘深度為 h1h2。 顯然，不論是動臂油缸前傾還是后傾方案，當 C、 D 兩鉸點位置和 CE 長度不變時，通過加大動臂油缸長度可以增大動臂仰角，從而增大最大挖掘高度，但會影響到最大挖掘深度。所以，在布置動臂油缸時，應綜合考慮動臂的結構、工作裝置的作業尺寸及動臂舉升力和挖掘力等因素。 動臂油缸的作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內裝滿土壤的工作裝置至最大卸載距離位置進行卸載來確定，其設計簡圖 所示，此時動臂油缸作用力 (N)為： g31 ( l )b d t d A g A b b AF G l G G ll? ? ? () 式中 dAl － 鏟斗質心到動臂下鉸點 A 的水平距離 (m) bAl － 動臂質心到動臂下鉸點 A 的水平距離 (m) gAl － 斗桿質心動臂下鉸點 A的水平距離 (m) 3l － 動臂油缸作用力對鉸點的力臂 (m) *****畢業設計（論文） 17 gG － 斗桿所受重力 (N) bG － 動臂所受重力 (N) dtG － 鏟斗及其裝載土壤的重力 (N) 圖 動臂油缸作用力分析 查閱相關資料，選取 dtG ＝ 10? N+mg， gG ＝ ? N， bG ＝ 10? N， dAl＝ ， gAl =, bAl =, 3l =. 其中鏟斗的重力為 10? N， 根據公式 SmV?? () RSV Vk? () Ssk ??? () 式中 m － 裝載土壤的質量 （ kg） V － 平均有效斗容量 （ 3m ） ? － 鏟斗充滿系數 （ 3m ）， 根據工作環境，選擇充滿系數為 1 ? － 自然情況下土壤的密度，根據工作環境，選擇 31750 kg m? ??? S? － 疏松后的土壤密度 Sk － 土壤的松散系數，根據工作環境 ， 取 ? 代入數據，求得： 31 2 9 6 .3s kg m? ??? kg? 33( 14 .3 9 12 .0 4 6. 17 ) 10 0. 55 60 10bF x N? ? ? ? ? ? 機電一體化液壓挖掘機工作原理 ]6[ 機電一體化液壓挖掘機采用三組液壓 缸使工作裝置具有 三 個自由度，鏟斗可實現有限的平面轉動，加上液壓馬達驅動回轉運動，使鏟斗運動擴大到有限的空間，再通過行走馬達驅動行走 (移位 )，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴大，從而滿足挖*****畢業設計（論文） 18 掘作業的要求。 機電一體化液壓挖掘機傳動示意圖，如圖 所示，利用各種傳感器，柴油機驅動液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執行元件 (液壓缸或液壓馬達 )驅動相應的機構進行工作。機電一體化液壓挖掘機的工作裝置采用連桿機構原理，各部分的運動通過液壓缸的伸縮來實現。反鏟工作裝置由鏟斗 斗桿 動臂 連桿 4 及相應的三組液壓 缸 5. 6. 7 組成。動臂下鉸點鉸接在轉臺上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點轉動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉動 。而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉動。挖掘作業時，接通回轉馬達，轉動轉臺，使工作裝置轉到挖掘位置，同時操縱動臂缸小腔進油使液壓缸回縮 。動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進油而伸長，使鏟斗進行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進油，使動臂抬起，隨即接通回轉馬達，使工作裝置轉到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉進行卸土。卸完后，工作裝置再轉至挖掘位置進行第二次挖掘循環。在實際挖掘作業中，由于土質情況、挖掘面條件以及挖掘機液壓系統的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環中的動作配合可以是多樣的、隨機的。 鏟斗 斗桿 動臂 連桿 液壓油缸 圖 機電一體化液壓挖掘機傳動示意圖 機電一體化液壓挖掘機工作技術要求 采用了柴油機 液壓泵復合控制。操作者根據工況，利用作業模式選擇開關（功率預選開關）選擇合理的功率模式：重載高速、正常工作、輕載低速。通過電 子調節器調節發動機油門和液壓泵的排量，使供給功率與負載需要功率相匹配。 采用了電液比例控制技術，通過改變 34BR6/H6 型帶閥芯位移反饋的電液比例*****畢業設計（論文） 19 方向閥的比例電磁鐵的輸入電流，不 但 可以改變閥的工作液流方向，而且可以 改變 閥口大小實現流量控制，是一種較為理想的電、液轉換和功率放大元件，與伺服控制相比具有成本低、抗干擾性好、能量損失小、對油液清潔度無特殊要求等優點。 工況在線監測系統包括單片主處理器模塊、面板控制系統、模擬信號調理模塊、A/D 轉換及光電隔離模塊、電源模塊及傳感器等部分。其中單片主處理器模塊是系統 的核心部分，主要功能有面板的控制管理， A/D 轉換部分的控制管理、模擬量、開關量和 轉換信號的輸入、處理和存儲。面板控制模塊是整個系統的入機接口，它包括鍵盤、聲光報警電路和點陣式液晶顯示器。模擬信號調理電路的任務是實現各路模擬量信號的輸入和調整，將傳感器和敏感元件的輸出電信號轉變為滿足 A/D 轉換輸入要求的標準電平信號。 A/D 轉換及光電隔離模塊的功能是將所有的被檢測轉變成為單片機所接受的數字量，具體包括開關量、轉換信號的整形、模擬量的 A/D 轉換和輸入輸出信號的光電隔離等。電源模塊將液壓挖掘機上的蓄電池或發電機輸出 的+24V 直流電轉換成系統各模塊以及系統配備的傳感器所需的各種類型的電平電壓。傳感器處于液壓挖掘機與監測系統的接口位置，是一個能量變換器，它直接從液壓挖掘機中提取被除數檢測的工況特征參數，感受狀態的變化并轉換成便于測量的物理量。 計算機控制系統將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、儲存、分析加工，根據信息處理結果，按照一定的程序和節奏發出相應的指令控制整個系統有目的的運行。如利用壓力傳感器可實現過載情況下的路徑自主校正；利用超階級聲波測距傳感器能實現 回轉過程中的自動避障。 液壓缸主要幾何 尺寸的計算 ]7[ 挖掘機各 驅動和傳動系統 包括： 發動機、液壓泵、液壓馬達、電液比例換向閥、動臂缸、斗桿缸及齒輪傳動。本設計主要對動臂缸進行相關設計。 動臂 液壓缸內徑尺寸與活塞桿直徑的確定 由表 、表 、表 可知，小挖掘機液壓系統在最大負載約為 360 10bFN??時宜取液壓缸的工作壓力 P ＝ 13610 aP ，液壓缸選用單桿式，并在工作時進行差動連接。此時液壓缸無桿腔工作面積 1A 應為有桿腔工作面積 2A 的兩倍。由于液壓缸回油路上必須具有背壓力存在，以防止挖掘機卸土后突然前沖，由表 ,可取 1P ＝8510 aP . 表 按負載選擇執行元件工作壓力 *****畢業設計（論文） 20 負載 F/N 5000 5000～ 10000 10000～ 30000 30000～ 50000 50000 工作壓力p/MPa ～ 1 ～ 2 ～ 4 4～ 5 5～ 7 表 按主機類型選擇執行元件工作壓力 表 執行元件背壓力 系統 類型 背壓力 /Mpa 簡單系統或輕載節流調速系統 ～ 回油路帶調速閥的系統 ～ 回油路設置有背壓閥的系統 ～ 用補油泵的閉式回路 ～ 回油路較復雜的工程機械 ～ 3 回油路較短，且直接回油箱 可忽略不計 由于是差動式單桿連接，所以 活塞桿直徑 d 與缸筒直徑 D 的關系為 d=。根據公式 1 16600000 .8(1 3 ) 1 022FAPP??? ? ?= 2cm () 故有 D= 14/A ? =， d