6t液压挖掘机液压系统设计【说明书+CAD】
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毕业设计（论文）任务书 （指导教师填表） 填表时间： 2007 年 3 月 5 日 学生姓名 李艳 专业班级 03 机制 指导教师 杨德芹 课题类型 工程设计 题目 6t 液压挖掘机 液压系统设计 主要研 究内容 1. 研究并掌握液压系统设计方法； 2. 研究并掌握液压系统基本功能回路； 3. 根据 带式液压挖掘机的使用范围及整机参数，确定液压系统的压力和选择液压系统主泵、主阀、回转马达等液压元件； 4. 设计该机液压系统原理图。 主要技 术 指标 1. 挖掘机液压系统的设计步骤与设计要求； 2. 进行工况分析、确定挖掘机液压系统的主要参数； 3. 制定基本方案和绘制挖掘机液压系统图； 4. 挖掘机液压元件的选择与专用件设计； 5. 挖掘机液压系统性能验算； 6. 设计挖掘机液压装置； 7. 挖掘机液压系统设计计算。 进度计划 1：选择设计方向，收集资料，确定设计内容 ； 3：根据设计参数对 挖掘机液压系统进行设计计算； 6：绘制挖掘机工作装置结构图及零件图 ； 8：撰写设计过程，总结设计过程 ； 10：校对论文，完善论文，论文答辩 。 主要参 考文献 1. 工程机械研究所 中国建筑工业 版社 . 陈冬生等 水利电力出版社 . 官忠范主编 机械工业出版 社 . 李福义 哈尔滨船舶工程学院出社 . 何存兴主编 机械工业出版社 . 张铁 石油大学出版社 7. 周士昌主编 机械工业出版社 8. 杨培元 ,朱富元主编 机械工业出版社 . 彭天好 ,杨华勇 ,傅新 机械工程 学报 1 研究所所长（教研室主任）签字： 年 月 日 河南科技大学毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 院系： 机电工程学院 2007 年 4 月 10 日 课题名称 6t 液压挖掘机 液压系统设计 学生姓名 李艳 专业班级 03 机制 课题类型 工程设计 指导教师 杨德 芹 职 称 高级工程师 课题来源 生产实际 设计（或研究）的依据与意义 为了扩大内需，保持国名经济持续快速、健康的发展，国家对基础设施的投入已达幅度增加，特别是在几个项目入长江三峡的建设和西部大开发的带动下，而最近国家有 加大了打击走私的力度，非法二手挖掘机得进口渠道已被堵住。可以肯定，我国液压挖掘机的市场需求越来越大，这就为我国 液压 挖掘机的发挥展带来机遇的同时，业带来了更大的挑战。 正是在这一背景下，本文以液压挖掘机作为研究对象，深入研究节能技术，利用微电子技术和微机控制技术。试制适合我国国情的电子节能控制效果，这对于提高我国工程车辆的整机性能，提高其市场竞争力，促进国名经济建设的现代化步伐，都具有重要的理论意义和现实意义。 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 工程机械是实现施工高速度、高质量、低成本、 高效益的重要手段。它广泛应 用于国民经济各部门，世界各国历来都十分重视工程机械的发展。战后，日、美、法、英和西德等国工程机械年平均增长率分别达到 12%, 9%和 这是各国工业中，其它行业所不及的。 我国工程机械行业虽然起步较晚，但发展速度相当快。自 60年代初期到 70年 代中期，已逐步形成了独立的制造体系。改革开放以来，经过“六五”和“七五”的建设和改造，有了突飞猛进的发展，基本形成了一个有一定规模，门类齐全，布局较合理，具有完整生产、科研、教育体系的全国性行业。 液压挖掘机的液压系统及其主要液压传动件，如主泵、主阀、回转装置、 驱动装置，分别是引进日本 东芝和帝人制机两公司的九十年代产品。该机的设计合理、性能先进、作业效率高，其主要性能指标已达到国内领先与国外九十年代初先进水平。性能价格比要比同类型进口机高。 随着我国国民经济的高速发展，挖掘机拥有量也越来越大。与此同时，由于我国挖掘机工作条件比较恶劣，载荷变化大，使得发动机经常偏离低耗油区工作，机械性能得不到充分发挥，尤其是液压挖掘机能源消耗更为严重。据统计，国产挖掘机的利用率仅为 50 70。 3. 课题设计（或研究）的内容 压系统设计方法 。 压系统基本功能回路 。 计 该机液压系统原理图 。 4. 设计（或研究）方法 3 采用 绘图软件绘制所需图纸，并用 辑所写论文内容。 5. 实施计划 12 周：选择设计方向，收集资料，确定设计内容。 35 周：根据设计参数 绘制 液压挖掘机 系统图 。 67 周：绘制挖掘机 系统 结构图及 工作原理 图。 89 周：撰写设计过程，总结设计过程。 1011 周：校对论文，完善论文，毕业答辩。 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 研究所（教研室）意见 研究所所长（教研室主任）签字： 年 月 日 河南科技大学毕业设计（论文） 录 第 1 章 绪论 . 错误 !未定义书签。 挖掘机的功能及主要技术参数 . 1 功能 . 1 主要技术参数 . 2 挖掘机简史 . 3 国内外的情况 . 3 国外挖掘机目前水平及发展动向 . 3 国内挖掘机目前水平及发展状况 . 6 第 2 章 液压系统分析与设计 . 9 设计思想 . 9 产品开发目的与适用范围 . 9 设计指导思想 . 9 液压系统分析 . 10 本机要求 . 10 挖掘机的液压系统 . 10 本机技术要求 . 12 本机液压系统图结构特点 . 12 液压系统图的拟定 . 13 第 3 章 液压系统的计算 . 15 液压系统参数 . 15 油缸计算 . 17 油缸基本参数 . 17 油缸工作能力 . 18 油缸运动计算 . 18 河南科技大学毕业论文 油缸稳定性计算 . 19 油缸铰点比压 . 20 管路流速计算 . 20 压力管路 . 21 回油管路 . 21 吸 油管路 . 21 热平衡计算 . 21 发热量计算 . 21 散热计算 . 26 油箱散热量和所需冷却器散热面积 . 27 生产率和循环时间计算 . 28 理论生产率计算 . 28 作业循环时间 . 28 回转装置转速度及回转力矩计算 . 30 牵引力及行走速度计算 . 31 驱动装置牵引力计算 . 32 功率计算 . 33 第 4 章 结论 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . 36 - 1he y to a AM y D. a y of in “be as of t of NC NC NC NC s , of .” AM a of a to AM is AM AM of in on is to to a of y in of y. AM at 953. y it y y, y b y th e - 2 s s rt of is a in is b y of in an to a is of or is C it is to to to - 3of to to NC is as C is y as Of a y, be y y in ar e in y y of is of of y. to be of y y on s A is a to b y of is to of a y, LC is an of to of y. is a y in y a or y b e An H s it y or of - 4as 0% of be by It is 0% of on of H a of it is of a is of is by to do is a y of y t H of is to a to H s of s H at a of t or H In a s of is to of at of y. y s of a g s (1) to (2)y of of (3) (4) 5(5) in 6) to NC of a (1 ) s to to (2) of be y in s ys so of a be (3) of be to in a 4) of s be b y no 5) a be b y so of is no y. (1) y or of of of or (2) y of to 3) on a nd to in of s 6up as a s be of t he on or if a y to on of 外文资料译文 1 外文资料译文 计算机辅助制造 计算机辅助制造一词涵盖了信息处理、生产决策、及生产加工等诸多领域，给 一个简单的定义极为困难。 D. 他的著作中，针对 多样性和广泛的应用范围，给 定义为计算机辅助生产准备，包括决策、工艺和作业计划、软件设计技术、人工智能、用不同的类型的自动机床（如数控机床、数控加工中心、数控加工单元、数控柔性制造系统），以及不同种类的实现方法（ 由于 如此广泛的使用范围。认识 好的方法是通 过术。 术覆盖了群控技术、生产数据库、自动化、公差等。 生产中计算机的基本职能就是获取和处理与大量业务有关的数据，这些业务在企业内各个部门中连续不断地发生。 初的研究是 1953 年麻省理工学院对机床数字控制的研究。在 现了最初的编程语言即自动化编程工具（ 它是后来进一步发展的基本工具。当前 及到的功能有如下内容： 监控 外文资料译文 2 计算机控制 数控是可编程自动化的一种表现形式，它以数字、字母和其他符号来控制加工设备。这些数 字、字母和符号按适当的格式编码，形成用于某一工件或任务的加工程序。当任务改变了，某一工件的加工程序也随之改变。这种改变程序的能力使得 合于小批量的生产，更新程序要比大量改变加工设备要容易得多。 数控原理首先用于铣削加工中，然后用在车削加工、火焰切割、钻削和磨削之中，数控技术越来越多地用在其他的机加工过程中，如成型加工（精密锻造，滚压等）、雕刻或激光切割。 目前数控技术相对成熟，许多数控设备具有多种加工功能，如铣削中心可以进行垂直和水平铣削、钻削、镗削、铰孔、插削、成形等加工过程，当然，在配有大容量的自动 化刀具库后， 床的功能将更加丰富。 可编程控制器 可编程控制器（ 泛地用于计算机辅助制造中。事实上， 电子工业快速发展的代表。从 生之日起，就成为许多生产规划中的重要辅助装备，而以往是依靠机电控制系统的。 一个硬件装置，用来实现以前继电器完成的逻辑功能。大多数 设计与计算机的设计相似。 本上是由固态数字逻辑元件组合而成，用于进行逻辑判断和提供输出。可编程控制器可用来外文资料译文 3 运行和控制生产加工设备及其他机器设备。 计算机辅助物料处理 物料处理（ 体现工厂或公司运营效率的非常重要的因素，一个高效的 统有助于减小等待时间，它甚至有助于提高整个加工过程的安全性或效率。 出，生产成本的 60%用于物料处理。事实也证明大多数离散加工的产品在生产过程中有 90%的时间用于物料处理及储存。由于 产品总成本中占有如此多比例，显然减少产品的物料处理时间一定能降低产品成本。帮助降低这些成本的途径之一是应用计算机做物料处理的部分工作。 目前，有许多物料处理设备可供购买。并有许多种 段可供使用。一种 手段就是采用计算机数据库来记录 备清单和输入使用者因素值。计算机获取使用者的需求水平、轻重缓急、各自的信誉度及拥有的备完成任务的可行性，并且提供设备的种类，供使用者从中挑选适合的 备品种和模块。 生产过程计算机监控及故障诊断 在计算机监控和故障诊断系统中，监控的目的是发现错误，而诊断的目标包括故障定位和确认。监控和诊都应出现在各级监控体系中。 几乎所有监控和诊断系统都要达到如下的基本要求： 具有测量和处理相当多的模拟和数字信号的能力。 具有测量信号并进行深层次的预处理能力，包括统计分析和频率分 析的能力。 具有复杂多参数的决策能力。 具有模块化、可延展性和可重组的结构。 所有功能的可编程能力。 有标准的软件 /硬件双向接口与 制器相连。 对诊断系统的要求有： 当出现差错时，系统应能方便地提供关于该随机差错的相关知识，使得甚至是对加工过程不熟悉的工人能知道差错发生在何处。 差错的影响结果在系统中能方便得到，因而能估计到已知差错对后续外文资料译文 4 生产过程影响的严重程度。 、 用户应该有独自修复差错的可能性，即修复指令以一种合适的形式让用户能够得到。 、 该专家系统能由那些先前在计算机方面没有经验的雇员来操作。 、 经过短期培训之后，系统可由运行设备的雇员来维护，这样，专家工程师就没有必要时刻都在现场。 根据在制造系统中所处的地位和具备的功能，监控诊断系统可有三种主要类型： 、 独立监控子系统：它仅从上级控制层获得包含环境或条件描述的信息，为所有监控处理单元提供测量、处理、分类及干预所需的指令、参数或配置。 、 辅助监控子系统：仅仅完成测量和处理任务并向系统 控制层传输分类和干预信息。 、 半独立监控系统：在同层中表现出独立的简单快捷的监控功能，并将复杂的分类和干预信息转交给上层。 理想的计算机监控和诊断系统可以概括为是一个专家不在现场即可使用的系统，例如当专家休假、休息，或者公司要求有三班制，其中第三班没什么人的情况下能使用的系统。 写的机械零件设计 大学毕业设计（论文） - 1 - 第 1 章 绪 论 掘机的功能及主要技术参数 功能 挖掘机作业过程是以切削刃切削土壤，实现破土、装土、提升回转、卸土，再返回第二次挖掘，挖完一段后 ,机械移位继续挖掘 。 为实现上述周期性作业动作要求，就需要以下组成部分：工作装置、回转机构、动力装置、传动装置（液压部分）、操纵装置、行走装置等。现通常按结构分为：工作装置、回转平台、行走装置。 根据其构造和用途可以区分为：履带式、 轮胎 式、步履式、全液压、半液压、全回转、非全回转、通用型、专用型、铰接式、伸缩臂式等多种类 型。 工作装置是直接完成挖掘任务的装置。它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业机具。 回转与行走装置是液压挖掘机的机体，转台上部设有 动力 装置和传动系统。发动机是液压挖掘机的动力源，大多采用 柴油 要在方便的场地， 也可改用 电动机 。 行走装置（也称下车）由导向轮、驱动轮、支重轮、托带轮、履带、组合行走架、行走马达减速机和张紧缓冲装置等零部件 组成。如图 1示。 大学毕业设计（论文） - 2 - 图 1走装置 1、导向轮 2、组合行走架 3、张紧装置 4、中护轨板 5、托带轮 6、履带 7、支重轮 8、驱动轮 行走装置是挖掘机的支柱，承受挖掘机的全部质量和挖掘机载荷，提供挖掘机行走、转弯和爬坡的能力 挖掘机工作时，行走装置起到支撑和稳定的作用。 主要技术参数 表 1号 式 履带式反铲液压挖掘机 整机质量 6000外形尺寸 长宽高 5945 1920 2600 标准斗容 发动机型号 康明斯 动机额定功率 45 发动机额定转速 2200 轨距 1520距 1990 接地长度 2000 履带板宽度 400 接地比压 最小离地间隙 300 坡能力 30 液压系统压力 22压系统闭锁压力 26学毕业设计（论文） - 3 - 行走速度两挡 0- 0- km/h 平台回转速度 r/回转制动压力 20 服系统压力 3大挖掘高度 5330大挖掘深度 3890 大挖掘半径 6900 大卸载高度 3630 斗最大挖掘力 40 挖掘机简史 第一台手动挖掘机问世至今已有 130 多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。 由于液压技术的应用， 20 世 纪 40 年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机， 20 世纪 50 年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从 20 世纪 60 年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。 1968间，液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的 83%，目前已接近 100%。 国内外的情况 国外挖掘机目前水平及发展动向 工业 发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是大学毕业设计（论文） - 4 - 斗容量 斗液压挖掘机的主要生产国，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离用挖掘机，斗容量 132m的步行式拉铲挖掘机； 比赛路斯 司生产的斗容量 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 下的微型挖掘机，最小的斗容量仅在 另外，数量最的 中、小型挖掘机趋向于一机多能，配备了多种工作装置 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。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。 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。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。所有这一切，挖掘机的全液压化为其奠定了基础和创造了良好的前提。 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。例如，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节装置，使挖掘机按最适合其作业要求的速度来工作；美国林肯贝尔特公司新C 系列 液压挖掘机 安装了全自动控制液压系统，可自动调节流量，避免了驱动功率的浪费。还安装了 算机辅助功率系统），提高挖掘机的作业功率，更好地发挥液压系统的功能；日本住友公司生产的 列五种新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，减少燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并处长了零部件大学毕业设计（论文） - 5 - 的使用寿命；德国奥加凯（ O&K)公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神钢公司在新型的 904、 905、 907、909 型液压挖掘机上采用智能型控制系统，即使无经验的驾 驶员也能进行复杂的作业操作；德国利勃海尔公司开发了 子控制作业）的操纵装置，可根据作业要求调节挖掘机的作业性能，取得了高效率、低油耗的效果；美国卡特匹勒公司在新型 B 系统挖掘机上采用最新的 3114T 型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。韩国大宇公司在 挖掘机上采用了 据发动机负荷的变化，自动调节液压泵所吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全功率运转，这样既充分利用了发动机的功率、提高 挖掘机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。 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。美国提 出了考核动强度的动态设计分析方法，并创立了预测产品失效和更新的 理论。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序，研制了可靠性住处处理系统。在上述基础理论的指导下，借助于大量试验，缩短了新产品的研究周期，加速了液压挖掘机更新换代的进程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液压挖掘机的运转率达到85%使用寿命超过 1 万小时。 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。因为变量系统在油泵工作过程中，压力减小时和增大流量来裣，使液压泵功率保持恒定，亦即装有变量泵的液压挖掘 机可经常性地充分利用油泵的最大功率。当外阻力增大时则减少流量（降低速度），使挖掘力大学毕业设计（论文） - 6 - 成倍增长率加；采用三回路液压系统。产生三个互不成影响的独立工作运动。实现与回转达机械的功率匹配。将第三泵在其他工作运动上接通，成为开式回路第二个独立的快速成运动。此外，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 70 年代，为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机的操作轻便和安全作业，降低挖掘机口音，改善驾驶员工作条件，逐步 在挖掘上应用电子和自动控制技术。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了机电一体化在挖掘机上的应用，并使其各种性能有了质的飞跃。 20 世纪 80 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，亦即目前先进的挖掘机上设有发动机自动怠速及油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统、监控系统等电控系统。 内挖掘机目前发展水平及状况 2000 年来，随着国家新一轮经济发展进入一个更深层次的阶段，包括基础设施建设、新的城镇化建设等，刺激挖掘机行业进一步的发展。所以在 2000年以后形成了一个高潮期。据统计， 2000 年国内挖掘机企业产量为 8111 台、销售量为 7926 台，与 1999 年相比，产销量均增长 30%以上。 2000 年全国液压挖掘机产销量近 8000 台。 2002 年是我国工程机械行业历史上增长速度最快、经济形势最好的一年，堪称 “井喷之年 ”。挖掘机全年销量 台，同比增长 58%，挖掘机成了整个工程机械行业中产、销量增长最快 的机种之一。 2003 年国产挖掘机的价格优势仍然是十分明显的。以 13 至 14 吨级的轮式挖掘机为例，虽然其关键零部件系国外配置，但价格与国外同等机型相比仍相差 25 万至 30 万元。小功率、多功能的挖掘机尤其受到青睐。通过快速换装不同的工作装置以完成挖、装、填、夯、抓、刨、吊钻、剪等多种作业，挖掘装载机出现了需求不断上升的势头。除了 斯等品牌外，德工的大学毕业设计（论文） - 7 - 也出现了较好的销售趋势。轮胎挖掘机的需求一直在稳步增长，如常州现代的轮式挖掘机从 方米都可生产，詹工可生产 14 至30 吨级的轮式挖掘机，其中 20 吨级的轮式挖掘机的行驶速度可高达 54 公里/小时。目前我国轮式挖掘机的生产企业大约为 10 家。 2003 年的大型挖掘机在我国一直处于薄弱地位，主要依赖进口。长挖的斗容达 4 立方米，常州现代的 挖掘机属于 级，而德国的利勃海尔生产的 600 吨级的挖掘机最大斗容可达 34 立方米。 2003 年小型挖掘机的需求继续旺盛。 2003 年产销 3000 多台，而需求量在 5000 台 /年左右。久负盛名的久保田已落户上海，久保田生产从 5吨的 33 个产品系列，年产量在 台左右，久保田先推出无尾超小回转机型的主导机型，以后陆续有其他型号上市，意欲占领中国 20%的小型挖掘机市 场 ， 其产品的数字化液晶显示、自动怠速功能博得了用户的赞誉。凯斯的小型挖掘机同样采用无尾回转及动臂可回转技术，采用橡胶履带用于液压锤、液压剪的双回路辅助输出液压回路，同样受到使用单位的欢迎。 由于 2003 年以来我国固定资产投资规模增长过快 ， 中央政府在 2004 年4 月出台了一系列宏观调控政策，抑制投资过热的行业。目前，宏观调控已初见成效，经济开始向 “软着陆 ”发展。 2004 年下半年开始，固定资产投资增速出现较快的下降，挖掘机械行业增速随之下降，并且下降幅度将高于固定资产投资的下滑速度。这必将对挖掘机行业带来冲击 ! 1999 年 履带式挖掘机进出口量 ： 中国挖掘机近三年增长极为迅速，虽然国内产销量已成为国际上的挖掘机大国，但历年仍有大量挖掘机产品进口，进出口逆差仍较大。 2004 年国内已形成的局面 : 随着我国挖掘机行业持续高速发展，尚未引进外资的企业纷纷加快技术改造，引进技术合作、资产重组、强强联合优势互补，创中国人自己发展之路。如柳工、玉柴、南特、卓尔、军联、山河智能 、山东常林、徐工、临工、黄工等相继完成技改，成效显著，争创年千台目标企业。同时，一些大型国企改制后也焕发出极强生命力。如长挖改制后的四川邦立重机有限公司扬长避短搞发展， 2004 年目标大挖 260 台，销售收大学毕业设计（论文） - 8 - 入 3 亿元。 2004 年上半年研制出中国最大的液压挖掘机 100t 级强力矿山型全液压挖掘机， )1000容 6373时还为中国矿山研制出系 列 全 液 压 挖 掘 机 )460 ) 550)650)900列产品供应市场 ，物美价廉，深受市场欢迎，已成为中国大型挖掘机研发基地。玉柴、卓尔、南 特、智能也正在成为中国小挖研发重要基地。柳工、临工、三一、徐工、贵矿、力士德等将成为国产中吨位挖掘机名品与国外品牌抗衡的生产企业。 纵观我国液压挖掘机近 40 年的发展 历史 ,大致可以分成以下几个阶段 : 一、 开发阶段 (1967 1977 年 ):以测绘仿制为主的开发。通过多年坚持不懈的努力 ,克服一个一个的困难 ,有少量几种规格的液压挖掘机终于获得初步成功 ,为我国 挖掘机行业的形成和发展迈出了重要的一步。 二、 液压挖掘机发展、提高并全面替代机械挖掘机阶段 (1978 1986 年 )。这个阶段通过各主机厂引进技术 (主要是德国挖掘机制造技术 )的消化、吸收和移植 ,使我国液压挖掘机产品的性能指标全面提高到国际 70年代末 80年代初的水平。全国液压挖掘机的平均年产量达到 1230 台。 三、 液压挖掘机生产 企业 数量增加 ,新加入挖掘机行业的国有大、中型企业以技贸结合、合作生产方式联合引进日 本挖掘机制造技术 (1987 1993年 )。由于国内对挖掘机的需求量的不断提高 ,新加入挖掘机行业的企业通过开发和引进挖掘机制造技术 ,其产品批量或小批量的投放国内市场或出口 ,打破了多年来主要由六大家挖掘机生产企业垄断国内挖掘机市场的局面 ,形成了有益于提高产品质量、性能和产量的良性竞争。这个期间国内液压挖掘机的年均产量提高到 2000 余台。 四、 国内液压挖掘机供需矛盾日益扩大 ,国外各著名挖掘机制造厂商看好中国 市场纷纷前来创 办合资、独资挖掘机生产企业 (1994 年至今 )。从1994 年开始 ,特别到 1995 年在我国挖掘机行业掀起了一股不小的合资浪潮。其中美国卡特彼勒公司和日本神户制钢所率先在徐州金山桥开发区和与成都工程集团公司合作在成都相继建立了生产液压挖掘机的中外合资企业 ,随后日本小松制作所、日立建机株式会社、韩国大宇重工、韩国 现代 重 工业 以及大学毕业设计（论文） - 9 - 德国 利勃海尔、德国雪孚、德国 典 司等都先后在中国建立了中外合资、外商独资挖掘机生产企业 ,生产具有世界先进水平的多种型号和规格的液压挖掘机产品。近几年这些企业运营情况良好，发展速度很快。 河南科技大学毕业设计（论文） - 10 - 第 2 章 液压系统分析与设计 设计 思想 产品开发目的与适用范围 由于 2004 年我国经济实行宏观调控后，国内固定资产投资比例减小，严重影响 了挖掘机的销售市场 。 2003 年 13 家企业共销售挖掘机 30139 台，其中 15 吨以下挖掘机销售了 2957 台，占销售总量的 2004 年 13 家企业共销售挖掘机 2764 台，下降了 9%。其中 15 吨以下挖掘机销售了 4631 台，占销售总量的 增量为 2004 年 15 吨以下的挖掘机比 2003年增长 这说明宏观调控对 15 吨以下小挖不但没有影响，反而销量增加，预计以后每年需要 5000 7000 台的量。市场发展很快。目前生产小挖的企业有玉柴、山河、柳工、现代京城、大宇、日立等企业。快速开发 15吨以下挖掘机，以适应市场的需要。 2003 以来国家对农业的投资力度正在加大，另外我国西部开发建设，南水北调工程的启动，将需 要大量的工程机械产品，尤其是对中小型号的液压挖掘机的需求量必将持续增长。 经过调研， 6 10 吨级液压挖掘机在农业、农村、农民以及城乡个体、私营、集体企业中具有较好市场。 本产品主要用于民用建设、市政工程、农田水利、修筑道路、房产开发等土石方施工。 设计指导思想 一 、贯彻“质量第一”的方针，力求结构合理，可靠性高。 二 、要贯彻“三化”原则，尽量考虑零部件的通用性，要投资少，见效快 （ 标准化、通用化、系列化 ）。 三 、外协件应立足于国内，但液压件尽量选国外产品，并有一定的先进河南科技大学毕业设计（论文） - 11 - 性和可靠性。 四 、产品应 符合国家、有关标准，并学习引用国外先进技术。 液压系统分析 本机要求 一、 发动机 采用康明斯发动机，油耗低，噪音小，性能可靠。也可根据用户需求，选装不同品牌的发动机。 二、 液压系统 采用全功率调节变量的负载传感开式液压系统，技术成熟，作业性能优良，可靠性高。伺服系统采用先导阀控制，操纵轻便，控制准确；回转装置及液压系统系统主要部件选用韩国第一油压的产品，性能优良；密封件选用派克芬尼公司及国内知名品牌产品。 三、 行走系统 采用全刚性底盘，“ H”型车架，强度高，安全可靠。可根据用 户需要可装整体式橡胶履带和钢履带 四、 造型美观，具备挖掘，抓物，钻孔，推土，清沟和破碎等功能。平台可 360旋转，性能可靠，操作舒适，可广泛应用于建筑，市政，供水，供气，供电农林建设等工程。 挖掘机的液压系统 按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来的组合体，称为挖掘机的液压系统。其功能是，以油液为工作介质，利用液压泵将发动机的机械 能转变为液压能并进行传送，然后通过液压缸和液压马达等将液压能转 换 为机械能，实现挖掘机的各种动作。 一、 基本要求 ： 液压挖 掘机的动作复杂，凡要机构经常启动、制动、换向、负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外作业，温度和地理位置变化大，因此根据挖掘机河南科技大学毕业设计（论文） - 12 - 的工作特点和环境特点，液压系统应满足如下要求： 1、 要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以互相配合实现复合动作。 2、 工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能作复合动作，以提高挖掘机的生产率。 3、 履带式挖掘机的左、右履带分别驱动，使挖掘机行走方便、转向灵活，并且可就地转向，以提高挖掘机的灵活性。 4、 保证挖掘机的一切动作可逆，且无级变速 。 5、 保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件（液压缸、液压马达等）有良好的过载保护；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 速 下降和整机超速溜坡。 为此，液压系统应做到： （ 1） 有高的传动效率，以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。 （ 2） 液压系统和液压元件在负载变化大、急剧的振动冲击作用下，具有足够的可靠性。 （ 3） 调协轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时液压油温不超过 80 度，或温升不超过 45 度。 （ 4） 由于挖掘机作业现场 尘土多，液压油容易被污染，因此液压系统的密封性能要好，液压元件对油液污染的敏感性低，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。 （ 5） 采用液压或电液伺服操纵装置，以便挖掘机设置自动控制系统，进而提高挖掘机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度。 二、 类型 ： 按液压泵特性，液压挖掘机采用的液压系统大致上有定量系统、变量系统和定量、变量系统等三种类型。 1、 定量系统 在液压挖掘机采用的定量系统中，其流量不变，即流量不随负载而变化，通常依靠节流来调节速度。根据定量系统中油泵和回路的数量及组合形式 ，河南科技大学毕业设计（论文） - 13 - 分为单泵单回路、双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统及多泵多回路定量系统等。 2、 变量系统 在液压挖掘机采用的变量系统中，是通过容积变量来实现无级调速的，其调节方式有三种：变量泵 量泵 量泵 液压挖掘机采用的变量系统多采用变量泵 都是双泵双回路。根据两个回路的变量有无 关联 ，分为分功率变量系统和全功率变量系统两种。其中的分功率变量系统的每个油泵各有一个功率调节机械，油泵的流量变化只受自身所在回路压力变 化的影响，与另一回路的压力变化无关，即两个回路的油泵各自独立地进行恒功率调节变量，两个油泵各拥有 一 发动机输出功率；全功率变量系统中的两个油泵由一个总功率调节机构进行平衡调节，使两个油泵的摆角始终相同，同步变量、流量相等。决定流量变化的是系统的总压力，两个油泵的功率在变量范围内是不相同的。其调节机构有机械联动式和液压联动式两种形式。 本机技术要求 一、整机结构布置与液压管路布置应合理可行，外形美观，操作简便舒适，设计时应考虑制造工艺，拆装维修等。 二、 整机运输、停放时应有合理的姿态，行驶稳定性 好，保证安全可靠。 三、 液压系统装韩国第一油压的三泵变量系统。 四、 总体参数应符合 1988液压挖掘机 分类的规定，在设计时应贯彻 1996液压挖掘机 技术条件； 91401996液压挖掘机 结构和性能； 200工程机械 通用安全技术条件； 1996工程机械 噪声限值等有关标准。 五、 配套件选用力求合理、可靠、先进。设计应考虑“三化”，采用系列参数。 本机液压系统结构特点 一、 回转装置选 用韩国第一油压产的 ， 回转装置河南科技大学毕业设计（论文） - 14 - 马达排量 39.2 cc/定压力 20 二、液压系统的主要部件为韩国第一油压的产品，主泵为 2为 0 型，行走驱动为 径向柱塞马达。系统额定压力为 22管路通径 16，管路高压接头选用 H 型接头， O 型密封选用 产品，密封圈槽应按 准设计。 三、伺服系统采用先导阀控制，操纵轻便，控制准确，行走控制采用推拉杠杆可使挖掘机前进和倒退，伺服管路通径 6。 液压系统图的拟定 本机液压系统与伺服操作系统原理图见图 2 1。 原理图中表明了系统的工作原理和主要部件及限压要求。 本机采用变量串联组合泵组成的开式液压系统。变量泵最大流量为110L/大工作压力为 22转齿轮泵的最大流量为 35L/大工作压力为 18服齿轮泵的最大流量为 10L/大工作压力为3 组合泵由柴油机飞轮经弹性联轴器驱动，从液压油箱中吸入液压油。从泵排出的液压油经多路阀分别进入回转马达、斗杆油缸、动臂油缸、铲斗油缸和左、右行走 马达减速机。挖掘机可完成斗杆伸缩、平台回转和履带行走等各项动作。若挖掘机不执行动作时，则变量泵处于最小排量状态，以减小发动机功率损失。油路上各执行元件的安全阀、过载阀和补油阀均设在多路控制阀各主阀上，以保护整个系统。 多路控制阀为分片组合式，阀内装有单向节流阀，以防止动臂和斗杆在自重作用下下降速度过快。 回转装置的制动器为液压常闭式，制动平稳，操作简单。 两个液压行走马达回路中设有限速阀和常闭式停车制动器，能够保证挖掘机平稳下坡（下坡速度不超过最大行走速度）和平稳制动且有高、低两档车速。 液压油箱为全封闭式 ，上置预压式空气过滤器 ,使油箱有一定预压力油泵不吸空。油箱内设有隔箱，箱内开有回油口和装有回油滤油器，其出口与油河南科技大学毕业设计（论文） - 15 - 箱相通。 伺服操作系统通过五个先导阀来控制液压系统中的多路阀，从而实现挖掘机的各种动作。 伺服油路中设有蓄能器，能保证系统在稳定压力下工作。当柴油机突然熄火时，工作装置能平稳地降至地面上。 图 1 2 液压系统原理图 1、油箱 2、进油滤油器 3、旋转阀门 4、串联泵 5、多路阀 6、铲斗油缸 7、动臂油缸 8、行走马达 9、中央回转接头 10、单向阀 11、斗杆油缸 12、推土油缸 13、回转装置 14、手柄式先导阀 15、脚踏式先导阀 16、减压阀 17、截止阀 18、液压锤19、手柄式先导阀 20、梭阀 21、手柄式先导阀 22、蓄能器 23、单向阀 24、先导过滤器 25、背压单向阀 26、旁通单向阀 27、散热器 28、回油滤油器 河南科技大学毕业设计（论文） - 16 - 第 3 章 压系统的计算 液压系统参数 一、 液压系统主参数 系统额定工作压力 22统最大工作压力 26作装置油泵流量 255L/转装置油泵流量 导操纵油泵流量 统流量 压功率 转速 2200r/压油箱容量 90L 二、 液压油 名称牌号 温液压油 40C 时运动粘度 68度指数 130 凝点 闪点 180 C 三、 作油泵 1、 技术参数 型号 10270量 工作装置油泵排量 2 25cc/南科技大学毕业设计（论文） - 17 - 回转装置油泵排量 导操纵油泵排量 油口压力 工作装置 22转装置 22导操纵 3高转速： 2500定转速： 2200、 本机使用参数： 排量 油口压力 工作装置 22转装置 22导操纵 3定转速 2200r/出最大流量 入功率 、 回转装置 1、技术参数 型号 量 r 额定工作压力 16高工作压力 19、 本机使用参数 排量： r 额定工作压力： 16高转速： 63r/南科技大学毕业设计（论文） - 18 - 输出扭矩 : 、 行走马达 1、 技术参数 型号 量 2 55L/量 r 额定工作压力 22高工 作压力 26出转速 、 本机使用参数 排量 r 额定工作压力 22出转速 出扭矩 7267/、 多路阀 1、 技术参数 型号 1007000550 公称流量 称压力 322大伺服操纵压力 3、 本机使用参数 最大流量 高工作压力 24大伺服操纵压力 3 油缸计算 河南科技大学毕业设计（论文） - 19 - 油缸基本参数 表 3缸 名称 额定工作压(最大压力 (基本尺寸（ m） 缸径 活塞杆径 行程 销轴 中心距 p d h L 动臂缸 21 24 杆缸 21 24 斗缸 21 24 油缸工作能力 根据负荷和工作装置油缸铰点布置，以 及液压系统的分析计算确定本机油缸所需的推力和支力。 计算公式： 油缸大腔面积 4 ( （ 3 油缸小腔面积 ( （ 3 额定大腔推力 p (N) （ 3 额定小腔推力 P 2 =p (N) （ 3 最大大腔支承力 P= (N) （ 3 最大小腔支承力 P= (N) （ 3 计算结果如下表： 表 3缸名称 面积 大腔 小腔 大 腔 ) 小 腔 额定推力 N) 最大支承力 P1 (N) 额定推力 N) 最大支承力 P2 (N) 河南科技大学毕业设计（论文） - 20 - 油缸名称 面积 大腔 小腔 大 腔 ) 小 腔 额定推力 N) 最大支承力 P1 (N) 额定推力 N) 最大支承力 P2 (N) 动臂缸 95 103 228 103 150 103 171 103 斗杆缸 103 136 103 69 103 79 103 铲斗缸 103 136 103 69 103 79 103 油缸运动计算 1、 活塞运动速度 (m/s) (m/s) 2、 全程时间 t伸=h/ ) t缩=h/ ) 计算结果如下表 ： 表 3缸名称 油泵流量 油缸运动速度 (m/s) 全程时间 (S) Q （ L/ 大腔进油 2 55 杆缸 2 55 斗缸 55 油缸稳定性计算 活塞杆不产生弯曲时，活塞杆的推力与极限力的关系： P （ 3 式中： 油缸纵向 弯曲稳定极限力 P 油缸推力 (N) 河南科技大学毕业设计（论文） - 21 - 安全系数 1 选用欧拉等截面压杆稳定临界力公式近似计算： N E 22m 3 式中： N系数 本安装形式 N=1 弹性模数 106 (kg/ J 活塞杆截面的最小惯性矩 J d 64 ( )计算长度 ,如以实际安装尺寸代入， 则得安全系数： P=2 （ 3 2432 m i
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