1、第1页(共26页) 挖掘机液压系统设计 1 液压挖掘机结构与工作原理 液压挖掘机由于在动力装置和工作装置之间采用容积式液压传动，靠液体的压 力能进行工 作，相对机械传动具有许多优点：能无极调速且调速范围大，最大速度和 最小速度之比可达 1000:1能得到较低的稳定转速；快速作用时，液压元件产生的运 动惯性较小，并可作高速反转； 传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动；操纵省力 灵活，易实现自动化控制；易实现标准化、 通用化、系列化。因此液压挖掘机逐步取 代机械式挖掘机是必然的趋势。 单斗液压挖掘机是装有一只铲斗并采用液压传动进行挖掘作业的机械。 它是目前 挖掘机械 中重要的机种。单斗液压挖掘机的
2、作业过程是以铲斗(一般装有斗齿)的切削 刃切削土壤并将土 装入斗内，斗满后提升。回转至卸上位置进行卸土，卸空后铲斗再 转回并下降到地面进行下一次 挖掘。 当挖掘机挖完一段土后，机械移动一段距离，以 便继续作业。因此单斗液压挖掘机是一 种周期作业的自行式上方机械。 1.1 液压挖掘机整机性能 液压挖掘机可分为：动力系统、机械系统、液压系统、控制系统。液压挖掘机作 为一个有 机整体，其性能的优劣不仅与工作装置机械零部件性能有关， 还与液压系统、 控制系统性能有 关。 (1)动力系统 挖掘机工作的主要特点是环境温度变化大， 灰尘污物较多，负荷变化大，经常倾 斜工作， 维护条件差。因此液压挖掘机原动力
3、一般由柴油机提供， 柴油机具有工作可 靠、功率特性曲线 硬、燃油经济等特点，符号挖掘机工作条件恶劣，负荷多变的要求。 挖掘机的额定负荷与汽车。 拖拉机不同，汽车和拖拉机指在最高转速下、连同机油泵、 发电机等必要附件，分钟内的最大功 率；挖掘机是指在额定转速下一小时以上的额定 功率。挖掘机采用车用柴油机时，最大功率指 数降低。 (2)机械系统 第2页（共26页） 液压挖掘机的机械系统部分是完成挖掘机各项基本动作的直接执行者，主要包括: 行走装置是整个机器的支撑部分，承受机器的全部重量和工作装置的反力，同时能使 挖掘机作短 途行驶按照结构的不同，分履带式和轮胎式。回转机构使挖掘机上车围 绕中央回转
4、轴作360度 的回转的机构，包括驱动装置和回转支撑。工作装置是挖掘机 完成实际作业的主要组成部分，常 用的有反铲、正铲、装载、起重等装置，而同一种 装置可以有多种结构形式，前面所述的反铲装 置应用最为广泛。 （3）液压系统 液压挖掘机的回转、行走和工作装置的动作都由液压传动系统实现，原动机驱动 双联液压泵，把压力油分别送到两组多路换向阀。 通过司机的操纵，将压力油单独或 同时送往 液压执行元件（液压马达和液压油缸）驱动执行机构工作。液压挖掘机的主要 运动有整机行走、 转台回转、动臂升降、斗杆收放、铲斗转动等。这些运动都靠液压 传动。根据以上工作要求，把 各液压元件用油管有机地连接起来地组合体既
5、是液压挖 掘机地液压系统。该系统地功能是把发动 机地机械能以油液为介质，利用油泵转变为 液压能，传送给油缸、油马达等转变为机械能，再传 动各执行机构，实现各种运动和 工作过程。液压系统设计得合理与否，对挖掘机的性能起着决定 性的作用。 同样的元 件，若系统设计不同，则挖掘机性能差异很大。液压系统习惯上按主油泵 的数量、功 率调节方式和回路的数量来分类。 （4）控制系统 液压挖掘机控制系统是对发动机、液压泵、多路换向阀和执行元件（液压缸、液 压马达）等进行控制的系统。电子技术和计算机技术的飞速进步，使挖掘机有了越来 越先进的控 制系统，使液压挖掘机向高性能、自动化和智能化发展。目前挖掘机研究 重
6、点正逐步向智能化机 电液控制系统方向转移。 1.2 液压挖掘机结构 （1）液压挖掘机组成 在现在社会中的挖掘机为了实现液压挖掘机的各项功能，单斗液压挖掘机需要两 个基本组成部分，即机体（或称主机）和工作装置。机体是完成挖掘机基本动作并作为 驱动和 操纵挖掘机进行工作的荃础， 可以是履带牵引车辆或轮式牵引车辆。 可细分为 行走装置、回转 装置、液压系统、气压系统、电气系统和动力装置。其中动力装置、 操纵机构、回转机构和辅助 第3页(共26页) 设备均可在回转平台上， 总称上车部分，它与行走机构(又 称下车部分)用回转支撑相连，平台 可以围绕中央回转轴作360。的全回转。工作装 置根据工作性质的不
7、同，可配备反铲、正铲、 装载、起重等装置，分别完成挖掘、装 载、抓取、起重、钻孔、打桩、破碎、修坡、清沟等工作。 挖掘机的基本性能决定于 各部分的构造、性能及其综合的效果。 (2) 单斗反铲液压挖掘机 反铲装置主要用于挖掘停机面以下的土壤。斗容量小于1.6的中小型液压挖掘机 通常选用 反铲装置，它分为整体臂式和组合臂式。其中长期作业条件相似的挖掘机反 铲装置大多采用整体 鹅颈式动臂结构。采用这种动臂有利于加大挖掘深度，且结构简 单、价格低廉。刚度相同时，其 重量比组合动臂轻，是目前应用最广泛的液压挖掘机 工作装置结构形式。铰接式反铲是单斗液压 挖掘机最常用的结构型式，动臂、斗杆和 铲斗等主要部
8、件彼此铰接，在液压缸的作用下各部件绕铰接点摆动， 完成挖掘、提升 和卸土等 动作。整体鹅颈式动臂反铲挖掘机工作装置主要由动臂、动臂油缸、斗杆、 斗一杆油缸、铲斗、 铲斗油缸、摇臂、连杆、销轴等组成。装置各运动部件之间全部 采用销轴铰接，以动臂油缸来支 撑和改变动臂的倾角，通过动臂油缸的伸缩可使动臂 绕下。铰点转动实现动臂的升降。斗杆铰接 于动臂的上端，由斗杆油缸控制斗杆与动 臂相对角度。当斗杆油缸伸缩时，斗杆可绕动臂上铰点 转动。铲斗与斗杆前端铰接， 并通过铲斗油缸伸缩使铲斗转动。为增大铲斗的转角，通常采用摇 臂连杆机构来和铲 斗联。 (3) 液压挖掘机工作循环过程 首先液压挖掘机驱动行走马达
9、和配套土方运输车辆一起进入作业面， 运输车辆 倒车、 调停， 停靠在挖掘机的侧方或后方。挖掘机司机扳动操纵手柄，使回转马达控 制阀接通，于是回转马达 转动并带动上部平台回转， 使工作装置转向挖掘地点，在执 行上述过程的同时操纵动臂油缸换 向阀， 使动臂油缸上腔进油，将动臂下降，直至铲 斗接触地面，然后司机操纵斗杆油缸和铲斗 油缸的换向阀，使两者的大腔进油，配合 动作以加快作业进度，进行复合动作的挖掘和装载：铲斗装满后将斗杆油缸和铲斗油 缸的操纵 手柄扳回中位，使铲斗和斗杆油缸闭锁，再操纵动臂油缸换向阀，使动臂油 缸的下腔进油，将动 臂提升，举起装满土的铲斗离开工作面， 随即扳动平台回转换向 阀
10、手柄，使上部平台回转，带 动铲斗转至运输车辆上方，再操纵斗杆油缸使铲斗高度 稍降一些，并在适当的高度操纵铲斗油缸 使铲斗卸土。 土方卸完后，使平台反转并降 低动臂，直到铲斗回到作业点上方，以便进行下一 工作循环。 第4页（共26页） 1.3 液压挖掘机传动原理 液压挖掘机采用三组液压缸使工作装置具有三个自由度，铲斗可实现有限的平面 转动，加上 液压马达驱动回转运动，使铲斗运动扩大到有限的空间， 再通过行走马达 驱动行走（移位）， 使挖掘空间可沿水平方向得到间歇地扩大， 从而满足挖掘作业要求。 液压挖掘机由柴油机驱动液压泵， 操纵分配阀，将高压油送给各液压执行元件（液 压缸或 液压马达）驱动相应
11、的机构进行工作。 液压挖掘机的工作装置采用连杆机构原理，各部分的运动通过液压缸的伸缩来实 现。反铲工 作装置由铲斗5、斗杆11、动臂2、连杆8及相应的三组液压缸1、4、10组成。动臂下铰点铰 接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动 臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗 杆绕动臂的上铰点转动；而铲斗铰接于斗杆前端，通 过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转 动。挖掘作业时，接通回转马达，转动转台， 使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进 油使液压缸回缩；动臂下降至铲斗 触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满 后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵
12、动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即接通回 转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸 土。卸完后， 工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘循环。在实际挖掘作业中，由 于土质情况、挖掘面条件 以及挖掘机液压系通的不同， 反铲装置三种液压缸在挖掘循 环中的动作配合随机的。 1、斗杆油缸 2、动臂 3、油管 4、动臂油缸 5、铲斗 6、斗齿 7、侧齿 8、连杆 9、摇杆 10、铲斗油缸11、斗杆 图 1-1 反铲挖掘机工作装置 2 液压挖掘机结构与工作原理 要了解和设计挖掘机的液压系统，首先要分析液压挖掘机的工作过程及其作业要 求，掌握 各种液压作用元件动作时的流量、 力
13、和功率要求以及液压作用元件相互配合 的复合动作要求和 第5页（共26页） 复合动作时油泵对同时作用的各液压作用元件的流量分配和功率 分配。 2.1 液压挖掘机的工况 液压挖掘机的作业过程包括以下几个动作（如图2-1所示）:动臂升降、斗杆收放、 铲斗装 卸、转台回转、整机行走以及其它辅助动作。除了辅助动作（例如整机转向等）不需全功率驱 动以外，其它都是液压挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。 1、动臂升降 2 、斗杆收放3 、铲斗装卸 4、平台台回转5、整机行走 图 2-1 液压挖掘机的运动图 由于液压挖掘机的作业对象和工作条件变化较大，主机的工作有两项特殊要 求：（1）实 现各种主要动作时，阻
14、力与作业速度随时变化，因此，要求液压缸和液压马 达的压力和流量也能 相应变化；（2）为了充分利用发动机功率和缩短作业循环时间，工 作过程中往往要求有两个主 要动作（例如挖掘与动臂、提升与回转）同时进行复合动 作。 液压挖掘机一个作业循环的组成和动作的复合主要包括： (1)挖掘:通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或者两者配合进行挖掘， 因此，在此 过程中主要是铲斗和斗杆的复合动作，必要时，配以动臂动作。 (2)满斗举升回转：挖掘结束，动臂液压缸将动臂顶起，满斗提升，同时回转第2章挖掘 机液压系统的设计要求和分析方法液压马达使转台转向卸土处， 此时主要是动 臂和回转的复合 动作。 (3)卸载:
15、转到卸土点时，转台制动，用斗杆液压缸调节卸载半径，然后铲斗液 压缸回缩， 第6页(共26页) 铲斗卸载。为了调整卸载位置，还要有动臂液压缸的配合，此时是斗杆和 铲斗的复合动作，间以 动臂动作。 (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。 2.2 挖掘机液压系统的设计要求 液压挖掘机的动作繁复，且具有多种机构，如行走机构、回转机构、动臂、斗杆 和铲斗等， 是一种具有多自由度的工程机械。这些主要机构经常起动、制动、换向， 外负载变化很大，冲击 和振动多，因此挖掘机对液压系统提出了很高的设计要求。 根 据液压挖掘机
16、的工作特点，其液 压系统的设计需要满足以下要求： 1、 动力性要求 所谓动力性要求，就是在保证发动机不过载的前提下， 尽量充分地利用发动机的功 率，提高 挖掘机的生产效率。尤其是当负载变化时，要求液压系统与发动机的良好匹 配，尽量提高发动机 的输出功率。例如，当外负载较小时，往往希望增大油泵的输出 流量，提高执行元件的运动速度。 双泵液压系统中就常常采用合流的方式来提高发动 机的功率利用率。 2、 操纵性要求 (1)调速性要求 挖掘机对调速操纵控制性能的要求很高，如何按照驾驶员的操纵意图方便地实现 调速操纵控 制，对各个执行元件的调速操纵是否稳定可靠， 成为挖掘机液压系统设计 十分重要的一方面
17、。 挖掘机在工作过程中作业阻力变化大，各种不同的作业工况要求 功率变化大，因此要求对各个执 行元件的调速性要好。 (2)复合操纵性要求 挖掘机在作业过程中需要各个执行元件单独动作，但是在更多情况下要求各个执 行元件能够 相互配合实现复杂的复合动作，因此如何实现多执行元件的复合动作也是 挖掘机液压系统操纵性 要求的一方面。 当多执行元件共同动作时，要求其相互间不千涉，能够合理分配共同动作时各个 执行元件的 流盘，实现理想的复合动作。尤其对行走机构来说，左、右行走马达的复 合动作问题，即直线行 驶性也是设计中需要考虑的重要一方面。 如果挖掘机在行使过 程中由于液压泵的油分流供应， 导致一侧行走马达
18、速度降低，形成挖掘机意外跑偏， 很容易发生事故。 第7页（共26页） 另外，当多执行元件同时动作时，各个操纵阀都在大开度下工作，往往会出现系 统总流量需 求超过油泵的最大供油流量，这样高压执行元件就会因压力油优先供给低 压执行元件而出现动作 速度降低，甚至不动的现象。因此，如何协调多执行元件复合 动作时的流量供应问题也是挖掘机 液压系统设计中需要考虑的。 3、节能性要求 挖掘机工作时间长，能量消耗大，要求液压系统的效率高，就要降低各个执行元 件和管路的 能耗，因此在挖掘机液压系统中要充分考虑各种节能措施。当对各个执行 元件进行调速控制时， 系统所需流量大于油泵的输出流量，此时必然会导致一部分流
19、 量损失掉。系统要求此部分的能量 损失尽量小；当挖掘机处于空载不工作的状态下， 如何降低泵的输出流量，降低空载回油的压 力，也是降低能耗的关键。 4、安全性要求 挖掘机的工作条件恶劣，载荷变化和冲击振动大，对于其液压系统要求有良好的 过载保护措 施，防止油泵过载和因外负载冲击对各个液压作用元件的损伤。回转机构 和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而快带下降和整机超速溜坡。 5、其它性能要求 实现零部件的标准化、组件化和通用化，降低挖掘机的制造成本：液压挖掘机作业 条件恶劣， 各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性；由于挖掘机在城市建设施 工中应用越来越多， 因此要不断提高挖掘机的作业
20、性能， 降低振动和噪声，重视其作 业中的环保性。 第8页（共26页） 2.3 液压系统方案拟订 （1）在液压挖掘机一个工作循环中的四种工况一挖掘工况、满斗举升回转工况、 卸载工况和卸载返回工况进行详细分析的基础上，总结每个工况下各执行机构的主要 复合动作后 提出初步方案。 （2）根据液压挖掘机的主要工作特点，系统地总结出挖掘机液压系统的设计要求 动力性 要求、操纵性要求、节能性要求、安全性要求和其它性能的要求。 （3）提出一种有效、直观的挖掘机液压系统的设计方案，并详细介绍设计的步骤. 3 液压系统的设计 3.1 确定油缸所受的作用力 1、铲斗油缸作用力的确定 反铲装置在作业过程中，当以转斗挖
21、掘为主时，其最大挖掘力为铲斗缸设计的依 据。初步设 计时按额定斗容及工作条件（土壤级别），参考有关资料可初选斗齿最大 挖掘力（最大挖掘力有 任务书要求为F1max120KN），并按反铲最重要的工作位置一 最大挖掘深度时能保证具有最大挖掘 力来分析确定铲斗油缸的工作力，如图所示。 为简单起见，可以忽略斗和土的质量，并且忽略了 各构件质量及连杆机构效率影响因 素，此时铲斗油缸作用力为 F1maxlc（3-1） Fd 11 式中|1铲斗油缸作用力对摇臂与斗杆铰点的力臂（此位置为摇臂长度），m； lcF1max对铲斗与斗杆铰点C的力臂，m。 已知lcRD1300mm|1430mm 而这时斗杆及动臂油缸
22、均处于闭锁状态，斗杆油缸闭锁力 Fg应满足 式中|2斗杆闭锁力 Fg对斗杆与动臂铰点的力臂，m； Fd 120 1300 430 345.79KN F1maxlBF2|B l2丨2 (3-2) 第9页（共26页） IBF1max对斗杆与动臂铰点B的力臂，m； |B F2对斗杆与动臂铰点B的力臂，m； 图 3-1 铲斗缸受力分析图 F2挖掘阻力的法向分力，取 F2（0.10.2）F1max，N 已知|2430mm IB3900mmIB650mm F20.1F1max0.1 120KN 12KN 第10页（共26页） 动臂缸闭锁力Fd应满足 动臂缸有两个，则每个缸闭锁力 Fg 120 390012
23、 650 430430 1060.4KN 动臂油缸闭锁力Fb应满足 F1 maxlAF2lAFb l3|3 (3-3) 式中l3动臂油缸闭锁力Fd对铰点 A的力臂，m； lAF1max对动臂下铰点 A的力臂，m； |A F2对铰点A的力臂，m。 已知13330mm|A6300mm|A4600mm Fb 1206300 *00 330330 2458KN 又动臂缸两个油缸同时作用，则每个缸闭 Fb 更 2458 1229KN 2 2 2、斗杆油缸作用力的确定 当挖掘机以斗杆挖掘时，其最大挖掘力则有斗杆油缸来保证。斗杆油缸最大作用 力位置为动臂下放到最低位置，斗杆缸作用力对斗杆与动臂铰点有最大力臂
24、， 即对斗 杆产生最大作用力矩，并使斗齿尖和铰点B C在一条直线上，如图所示。 忽略各 构件及斗中土壤质量和连杆机构效率影与前面推导铲斗油缸作用力一样, 响因 素，此时斗杆油缸作用力Fg为 F1 max|B Fg |2 120 3900 650 720KN 而铲斗油缸及动臂油缸处于闭锁状态，所以铲斗油缸闭锁力Fd应满足 F1maxlc140 1370 l1570 336.5KN Fb F1 max|AF2|A |3 140 3881.6 21 4795 342.5 1880.6 KN 第11页（共26页） 图3-2斗杆缸受力分析图 3、动臂油缸作用力的确定 动臂油缸的作用力，即最大提升力，以能
25、提升铲斗内装满土壤的工作装置至最大 卸载距离 位置进行卸载来确定，其计算简图如图所示，此时动臂油缸作用力为 1 Fb（Gdt|dAGglg AGb|bA）（ 3-4） |3 Fb1880.6 940.3KNFb 第12页（共26页） .丨EA7 图 3-3 动臂油缸受力分析图 式中： Gdt铲斗及其装载土壤的的重力，N ； Gg斗杆所受重力，N； Gb动臂所受重力，N； ldA铲斗质心到动臂下铰点A的水平距离，m； lgA- 斗杆质心到动臂下铰点A的水平距离，m； lbA-动臂质心到动臂下铰点A的水平距离，m。 此处Gdtq Gd1800kgm3为土壤密度；q 0.9 m/min 则Gdt25
26、 KN Gg15KN;Gb30KN; ldA6200mm; lbA1630 mm;lgA4550mm; l3540mm; Fb 504KN Fb504 每个缸的闭锁力 Fb 252KN 2 2 3.2 各油缸尺寸的确定 1铲斗油缸尺寸的计算 （1）铲斗缸工作压力的确定 液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于 第13页（共26页） 工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。设计时可用类比法来确定 设备类型精加工机床组合机床拉床 农业机械、小 型工程机械、工 程机械辅 助机构 液压机、重型机 械、 大中型挖掘 机、起 重运输机 械 工作压力 P/Mpa 0.8-23-
27、55-101-1616-32 表 3-1 各类机械常用的系统工作压力 初选系统工作压力为25MPa 缸径D和油塞杆直径d的确定 挖掘机液压缸均为单活塞杆液压缸，其原理图如下所示 V1 - 1 E d旦 1 1 P1 P2 图 3-4液压缸原理图 工作压力 5.05.0 7.07.0 d/D0.5 0.550.62 0.700.7 表 3-2按工作压力选取 d/D 由缸受力平衡知 2 2 -(D2d2)P2 4 式中P1液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力Pp25MPa； P2液压缸回油腔背压，有表2所示，取P21MPa； d D活塞杆直径与液压缸 内径之比，按表3取d/D=0.7; F工作循
28、环中最大的外负载，此处F Fd345KN 2 -D2P1 4 F cm 第14页（共26页） 将上式代入缸受力平衡方程式得 4F 2 P2d P1 cm1 1 piD 4 345 此时D/ 0.14/0.021 6.67不满足薄壁缸条件 故应按中等壁厚计算公式计算3.2 D/ 10 强度系数，对无缝钢管1； C用来圆整壁厚。 32.5 0.14 则C 2.3110 32.51 0.021 C取0.021m 21mm cm 液压缸机械效率，一般取 cm 0.9 (3-5) (3-6) 32.5 0.14 2 110 0.021m 此时 凹 C 2.3 Py (3-7) 第15页（共26页） 则缸
29、外径D1D 2140 2 21 182mm 有挖掘机实际运动轨迹和外型尺寸知 铲斗缸工作行程为L 1350mm 2、斗杆油缸尺寸的计算 由铲斗缸计算步骤知斗杆缸受力平衡 4F J P1 cm1 -P-21 P1 4 720 3.14 25 1060.91 1 1 0.72 25 203.9mm圆整取D 200mm 则缸油塞杆直径d 0.7D0.7 200 140mm圆整取d 缸壁厚和外径 D1的计算 由上面计算知按中等壁厚计算 PyD 2.3Py 32.5 0.2C 2.3110 32.51 0.027 C 圆整取27mm则外径D1D 2200 2 27 由挖掘机实际运动轨迹和外型尺寸可得出斗
30、杆缸工作行程 L 1755mm 3、动臂缸的尺寸计算 由上面计算知动臂缸受力平衡公式 4(D2 cm4 d2)P2 140mm 254mm 4 第16页（共26页） 4F P1 4 504 3.14 25 1060.91 1 0.72 25 0.124m 124mm圆整取D 125mm 则缸油塞杆直径d 0.7D 0.7 125 87.5mm圆整取d 90mm 缸壁厚和外径 D1的计算 由上面计算知按中等壁厚计算 PyD C 2.3Py 32.5 0.125 C 12.3 110 32.5 0.0184 C圆整取19mm 则外经D1D 2125 2 19 163mm 根据挖掘机实际运动轨迹和外
31、型尺寸可得出动臂缸工作行程 L 1625mm 3.3 液压系统图的拟定 本次设计的挖掘机液压系统原理图如图所示，该系统为高压定量双泵开式系统， 液压泵1、2输出的压力油分别进入两组由三个手动换向阀组成的多路换向阀A、B 进入多路换向阀A的压力油，驱动回转马达、铲斗缸，同时经中央回转接头驱动左行 走马达； 进入多路阀B的压力油，驱动动臂缸和斗杆缸，并经中央回转接头驱动右行 走马达。从多路 阀A、B流出的压力油都要经过限速阀进入总回油管，再经背压阀、 4 匸(D2 cm4 d2)P2 P2 P1 cm1 P 1 第17页（共26页） 冷却器、滤油器流回油箱。当单个换向阀处于中间位置时，构成卸载回路
32、。 3.4 液压元件的选择 序号元件名称规格型号数量 1 滤油器ABZR-S0140-10-1X/M-A 2 2 冷却器2LQFW 1 3背压阀S30A1.01 r J fi 第18页（共26页） 序号元件名称规格型号数量 4节流阀MG20G1X/V1 5缓冲补油阀组1 6 双速阀24E-H10B-T 2 7补油单向阀S20A1.01 8 中心回转接头 1 9限速阀DHG-04-3C1 10多路阀WDF22.4.A1 11 溢流阀DADH10P1X/400 2 12梭阀KS-F321 13合流阀4HMM10-151 14多路阀DL1-251 15截止阀QJN-10WL2 16单向节流阀MK6G
33、1X/V3 17缓冲阀DBD-1012 表 3 -3 系统兀部件览表 3.5 各液压缸和马达流量的确定 (1) 取每个液压缸的伸缩速度 Vmax6000mm/ min 根据前面计算出的各缸参数如下 铲斗缸：缸内径D140mm活塞杆径d100mm行程S1350 mm 斗杆缸： 缸内径D200mm活塞杆径d140mm行程S1755mm 动臂缸：缸内径D 125mm 活塞杆径d90mm行程S 1625m m （2）每个缸的流量计算 宀（3-8）qmax D Vmax 铲斗缸 第19页（共26页） qmaxD Vmax 4 1 3.14 1.4260 90L/min 4 平台回转启动力矩一般应小于制动
34、力矩。 当回转机构仅靠液压制动时，启动力矩 M0小于或等于制动力矩 MB，可以取 机构来说，启动力矩和制动力矩越大，则平台回转加速度和减速度也越大， 从而可提 高回转速 度，缩短回转时间。但回转加速度过大会增加动载荷和冲击， 同时启动力矩 和制动力矩的增大 也受地面附着条件的限制。地面附着条件可用地面附着力矩 MF表 示。机械制动一般取MB0.8 0.9 MF，液压制动可取MB0.5 0.7 MFo 履带式液压挖掘机地面附着力矩的计算可以采用下面的简化公式 4 MF5000 m3 式中MF- 地面附着力矩，Nm； m整机质量，t； 斗杆缸 qmax D Vmax 12 3.14260 180L
35、/min 4 动臂缸 qmax2 D 2V max 4 2 - 3.14 1.25260 4 144L / min MB M0 1 1.1 当回转机构带附加机械制动时，C最高可达 2，般取C 1.6o对于一定的回转 第20页(共26页) 理论排量 q 地面附着系数，平板履带板取0.25，带筋履带板取 4 MF5000 0.5 213 135720.9Nm MB0.8MF0.8 135720.9 108576.72Nm MB108576.72 67860.45 Nm C 1.6 i总5 5 4 1.3130 M067860.45 522Nm in130 设经过四级减速，传动比 则马达所受最大力矩
36、 M0 M0 522 6 pm m28 100.93 3 0.000020m /r 20mL/r 据此可查手册选出液压马达型号 额定转速1500r/min。 行走马达的选用： 0.5 o 轴向柱塞马达25YCY14 1B排量25mL/r 液压挖掘机行走速度有01.7Km/h、03.4Km/h两种可调高低速，故由上 面选出的液压马达40YCM14 1B o (3)主回路液压泵的选择 泵所需总流量q总K q 式中 K系统渗漏系数，一般取1.11.3，此处取K 1.2； q各动作元件同时动作的最大流量之和。 由上面计算得知q 90 180 2 72 414L/min q总1.2 414496.8L/
37、 min 本设计采用双联斜轴式定量柱塞泵，则每个泵所需流量 q总496.8 cxc , qp248.4L/mi n 2 2 液压泵工作压力的确定 液压泵工作压力PpP1P式中 Pp液压泵最大工作压力； p1 执行元件最大工作压力； P进油路压力损失，较复杂系统取0.51.5MPa，此处取1MPa。 则PP25 1 26MPa 第21页（共26页） 第22页(共26页) 参照产品样本选取额定压力比系统最高压力高10%30%额定流量不低于上述计 算结果的 液压泵，可据此选择泵型号160YCY14 1B双联定量轴向柱塞泵，额定压力 为32MPa;最大排 量 160mL/r。最高转速 1750 r /
38、 min。 3.6 管路油管的选择 管路是液压系统中液压元件之间传递工作介质的各种油管的总称。 管接头用于油 管与油 管和油管与液压元件之间的连接， 为了保证液压元件之间工作的可靠性， 管路 及管接头应具 有足够的强度，良好的密封性，其压力损失也要小，拆卸方便。 （1）油管内径的确定 油管的内径取决于管路的种类及管内的流速。油管的内径由下面的公式确定: 4 朋 式中：Q流经管路的流量；v油管内的允许流速。 对吸油管可取v=（11.5）m/s一般取1m/s，回油管可取vv（1.52.5）m/s， 压 力油管：当Pv2.5MPa时，取v=（34） m/s ,当P=（2.516）MPa寸，取v=（3
39、4） m/s，当P16MPa寸，取v5m/s。 圆整取d=65mm 圆整取d 80mm。 （3）管接头的选择 管接头采用焊接式管接头，焊接式管接头主要由接头体、螺母和接管组成，在接 头体和接 管之间用O型密封圈密封。当接头体拧入机体时，采用金属垫圈或组合实现 端面密封。接管和 (3-9 ) 对吸油管有：d 4.16 Q 4.61 v 280 :1.5 62.98mm 对回油管有：d 77.14mm 4.61 4.61需 第23页（共26页） 管路系统中的缸管接头用焊接连接， 管接头和机体的连接主要采用 普通细牙螺纹，根据机械 设计手册第四版第四卷表17-8-6选用焊接式管接头。 第24页(共2
40、6页) (4) 螺塞的选取 螺塞主要用于堵塞工艺孔和油箱放油孔，以及缸筒需要堵死的地方。选用六角螺 塞 (JB/ZQ4450-1997)其主要参数见机械设计手册第四版第四卷P17-674表17-8-78。 3.7 液压油箱的确定 油箱的容积一般区泵每分钟流量的3-5倍，当系统采用定量泵时油箱的容量不能 小于泵每 分钟流量的3倍。此系统中泵流量为560L/min，则油箱V 560 4 2240L。 外型尺寸按1：1.4：1.6设计，可得出油箱长 宽高 1000 1400 1600 mm。 3.8 液压系统的发热和温升的验算 挖掘机工作时，液压缸的最大输出功率 P2FdVmaxFgVmaxFbVm
41、ax2 Tm 1750 345.79 0.1720 0.1504 0.1 2 3.14 0.889KW 60 319.8KW 式中： Tm液压马达的外工作负载力矩，Nm 液压马达旋转角速度，rad/s。 则系统的总发热功率为： P1P2326.67 319.8 6.87KW 已知油箱容积 33 V 2240L2240 10 m 则油箱近似散热面积 A 为： 323 1 222 A 0.065、V 0.065 2240 m 11.13m 油箱通风良好，取油箱散热系数 G 17 10 3KW/(m2.c) 则油液温升T哼36oC(3-11) GA 17 10 3 11.13 系统工作时液压泵的输入
42、功率由前面的计算可知 P132667KW (3-10 ) 设环境温度 T225oC则热平衡温度为: 第25页(共26页) T1T2T 25 36 61C T180C 在工程机械中，系统油温的正常值为50-80,所以油箱的散热平衡。 3.9 液压装置的结构设计 1、液压装置的结构形式 液压装置按配置形式可以分为集中配置和分散配置两种形式。集中式配置主要用 于固定的液压设备中，如机床及其自动线液压系统。分散式配置主要用于移动式液压 设备，如 工程机械液压系统等。本次设计的是挖掘机液压系统，所以采用分散式配置， 不需要进行液压 站的设计。采用分散式配置的优点是结构紧凑，节省占地面积。缺点 是安装维修
43、较复杂，动力 源的震动和油温影响主机的精度。 2、阀集成块 液压阀集成块在液压系统的设计中占有很重要的地位，它不仅便于集中管理，而 且可以减少管路，提高液压系统的工作可靠性。阀集成块的设计原则为： (1) 合理选择集成阀的个数，若集成的阀太多，会使阀块的体积过大，设计、加 工困哪； 集成的太少，集成的意义又不大。在本次设计中，每个块上集成3个阀。 (2) 在阀块设计时，块内的油路应尽量简捷，尽量减少深孔、斜孔，阀块中的孔 径应与通 过的流量相匹配。 (3) 阀块设计时应注意进出油口的方向和位置， 应与系统的总体布置及管道连接 形式匹 配，并考虑安装操作方便。 (4)阀块设计时还要考虑有水平 或
44、垂直安装要求的阀，必须符合要求。需要调节 的 阀应放在便于操作的位置，需要经常检修的阀应安装在阀块的上方或外侧。 (5) 阀块设计时要设置足够数量的测压点，以供阀块试用。 第24页（共26页） 4 结论 本课题一一挖掘机机液压系统设计，其说明书的编写终于完成。虽然不是很复杂， 但通过 这一设计实践，我感到自己在这方面仍存在许多不足之处。 对于我的本次设计， 我觉得设计计 算部分非常认真。在各种机械设备上，液压系统得到了广泛的使用。液 压传动系统是液压机械 的一个组成部分，液压系统原理图的设计要同主机的结构相适 宜。着手设计时，必须从实际情 况出发，有机的结合各种传动形式，充分发挥液压传 动的优
45、点，力求设计出结构简单、工作可 靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便 的液压传动系统。 此次设计的挖掘机液压系统中，利用油泵产生油压，再经过多路阀来控制液压缸 来达到控 制油缸伸缩的效果。其中结合了需要的技术要求，根据计算来确定发动机、 油箱容积、油泵的 型号及各种液压元件的选择。 本液压系统原理图是专为工程机械中的挖掘机而设计、 制造，用于控制工作装置 进行工 作、回转、行走。适用于建筑工地、道路的土方施工液压原理图的设计根据油 缸伸缩所完成的 挖掘循环动作，保压性能要求高，且短时间要求具有较大流量、较高 挖掘速度的特点，采用发 动机作为动力源，油泵做为液压源用供应系统所需压力油。 根据已
46、知的条件和性能要求，计算了液压系统在挖掘工作时的受力情况，计算了 液压缸在 不同的运动状态下的各种受力情况。 参照了机械设计手册上的计算公式，根 据计算所得的结果 来选取各种液压元件。 对系统的性能、发热温升进行了验算。并对 液压系统的液压原理、操作 进行了说明。 通过此设计，使我加深了对液压原理和流体机械及有关课程和知识， 提高了综合 运用这 些知识的能力。并为在今后走下工作岗位打下了坚实的基础， 并提高了运用设 计资料，及熟知 国家标准的能力。 612 3.14 25 1060.91 1 0.7* 2 25 0.141m 141mm圆整取D 140mm 则d 0.7D 0.7 140 98mm圆整取d 100mm 缸壁厚和外径的计算 如按薄壁缸进行计算则D/ 10 PyD 第24页（共26页） 2 式中Py试验压力，一般取最大工作压力的1.25 1.5倍； 缸筒材料许用应力，无缝钢管100110MPa； 式中Py1.3Pp1.3 25 33MPa 取110MPa
