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理工科类 本科生毕业设计(论文)开题报告 论文 (设计 )题目 装载机液压系统设计 作者所在系 别 机电工程学院 作者所在专业 作者所在班级 作 者 姓 名 作 者 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 完 成 时 间 2017 年 4 月 说 明 1 根据学校毕业设计 (论文 )工作暂行规定,学生必须撰写毕业设计(论文)开题报告。开题报告作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 2 开题报告 应在指导教 师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业教研室论证审查后生效。 开题报告不合格者需重做。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是,逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨,语言通顺,外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词,须注出全称。 4开题报告中除最后一页外均由学生填写,填写各栏目时可根据内容另加附页。 5 阅读的主要参考文献应在 10 篇以上( 土建类专业文献篇数可酌减) ,其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。 6参考文献的书写 应遵循毕业设计(论文)撰写规范要求。 7开题报告应与文献综述、一篇外文译文和外文原文复印件同时提交,文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求,字数在 2000 字左右。 第 1 页 共 4 页 毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 专 业 车辆工程 班 级 指导教师姓名 职 称 教授 工作单位 课题来源 教师自拟题目 课题性质 课题名称 装载机液压系统设计 本设计的科学依据 (科学意义和应用前景,国内外研究概况,目前技术现状、水平和发展趋势等 ) 一、课题的目的与意义 装载机械汇集了 多种学科最先进的技术,具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点,装载不再是离散型的生产,为了能够提供整厂的交付能力,设备的连线变得更加重要,从技术的角度来看,这是为了能够更好地提供具有机械连接性、硬件、软件一致性的需求。对于大量的生产,连线生产能够提高其生产效率。此课题开设的意义在于要求我们掌握气动技术从原理、元件至回路系统的液压传动技术所必需的基础知识和分析问题的方法,为我们进一步应用液压传动技术,设计液压传动系统打下坚实基础。 二、课题发展现状和前景展望 国产轮式装载机正在从低水平、低质量、 低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡,各主要厂家不断进行技术投入,采用不同的技术路线,在关键部件及系统上技术创新,摆脱目前产品设计雷同,无自己特色和优势的现状,从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出,成为装载机行业的领先者。 大型和小型轮式装载机,在近几年的发展过程中,受到客观条件及市场总需求量的限制。竞争最为激烈的中型装载机更新速度将越来越快。根据各生产厂家的实际情况,重新进行总体设计,优化各项性能指标,强化结构件的强度及刚度,使整机可靠性得到大步提高。细化系统结构。如动力系统的减振、散热系统的结构优化、工作装置的性能指标优化及各铰点的防尘、工业造型设计等。利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用,提高效率、节约能源、降低装载机作业成本。提高安全性、舒适性。降低噪声和排放,强化环保指标。随着 人们环保意识的增强,降低装载机噪声和排放的工作已迫在眉捷,现在许多大城市已经制定机动车的噪声和排放标准,工程建设机械若不符合排放标准,将要限制在该地区的销售。广泛利用新材料、新工艺、新技术,特别是机、电、液一体化技术,提高产品的寿命和可靠性。 第 2 页 共 4 页 设计内容和预期成果 (具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和提供的形式) 1、设计内容 1、拟定装载机液压系统总体设计方案; 2、根据总体设计方案设计计算有关技术参数并选型; 3、根据总体设计方案对装载机液压系统进行布局设计。 2、预期成果 1、完成各 流程的对比,解析其中的差距; 2、完成论文。 拟采取设计方法和技术支持 (设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等) (1)明确课题要求,查找收集相关资料,撰写毕业设计开题报告 ; (2)调查研究、分析课题要求,确定装载机液压系统总体设计方案 ; (3)根据总体设计方案设计计算有关技术参数并选型 ; (4)绘制装载机液压系统总体布局图 ; (5)绘制装载机液压系统原件安装图 ; (6)撰写毕业设计说明书。 实现本项目已具备的条件 (包括过去学习、研究工作基础,现有主要仪器设备、设计环境及协作条件等) 1、 可以从图书馆借阅相关的文献资料; 2、 调查相关公司使用的装载机液压系统; 3、 了解各项工艺的技术要求; 4、 要了解装载机液压系统的相关知识。 第 3 页 共 4 页 各环节拟定阶段性工作进度 (以周为单位 ) 1 明确设计任务和目标。有关资料收集 , 完成外文翻译,相关知识学习 , 完成开题报告。 3 拟订研究方案。 7 研究方案具体实施 。 11 撰写计算说明书,完成图纸绘制 。 13 撰写设计论文 , 相关表格填写,申 请答辩。 开 题 报 告 审 定 纪 要 时 间 地点 主持人 参 会 教 师 姓 名 职 务(职 称) 姓 名 职 务(职 称) 论 证 情 况 摘 要 记录人: 指 导 教 师 意 见 指导教师签名: 年 月 日 第 4 页 共 4 页 教 研 室 意 见 教研室主任签名: 年 月 日 本科生毕业设计 (论文 )文献综述 设计 (论文 )题目 装载机液压系统设计 作者所在系 别 机电工程学院 作者所在专业 作者所在班级 作 者 姓 名 作 者 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 完 成 时 间 2017 年 4 月 说 明 1 根据学校毕业设计 (论文 )工作暂行规定,学生必须撰写毕业设计 (论文 )文献综述。文献综述作为毕业设计 (论文 )答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 2 文献综述 应在指导教师指导下,由学生 在毕业设计 (论文 )工作前期内完成,由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。 3文献综述各项内容要实事求是,文字表达要明确、严谨,语言通顺,外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词,须注出全称。 4学生撰写文献综述, 阅读的主要参考文献应在 10 篇以上( 土建类专业文献篇数可酌减) ,其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。 5文献综述的撰写格式按毕业设计 (论文 )撰写规范的要求,字数在 2000 字左右。文献综述应与开题报告同时提交。 第 1 页 共 4 页 基于装载机液压系统设计 的文献综述 摘 要 : 随 装载机主要用来装卸散状物料,也能进行轻度的铲掘工作,并且具有良好的机动性能,广泛使用于工厂、矿山、建筑、水电上程、道路、码头、农田乃至家庭,是工程机械中保有量较大的品种之一。 装载总体方案设计是装载机设计的一个重要环节,它对装载机的设计质量、使用性能和装载机在市场上的竞争力有着决定性的影响。装载机性能的优劣和作业效率的发挥,不仅与相关总成及部件的工作性能有着密切关系,而且在很大程度上取决于各有关总成及部件间的协调和参数匹配,取决于装载机的总体布置。 装载机的工作装置 和转向机构都采取液压传动,本文通过对工作装置及转向机构工作要求和载荷分析对液压系统进行设计。主要包括对执行元件,控制元件辅助元件的选择、设计。 本文的设计,能够使读者对工程机械总体方案设计及液压系统设计进一步加深了解,同 时能从中理会一些设计理念,为以后更好从事设计工作提供了帮助。 关键字 : 装载机 液压装置 液压系统 第 2 页 共 4 页 is to of do It in it is a of of of is a in of on in or is of by of by of of of on It in of of at to 第 3 页 共 4 页 文 献 综 述 1 引言 装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建筑工程的土石方施工机械,它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料,也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中,装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作 业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点,因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。 液压控制系统是装载机械的核心部分。装载机中主动力的输出、传动机构的运动、装载执行机构的动作及相互配合,都是由控制系统指令操作的。其控制方法有机械、电、气动、电子、光电或射流等,都各具特色,一般根据装载机械的自动化水平的生产要求选择。如 :传统的装载机械控制系统采用凸轮分配轴机械式控制及采用继电器、接触器控制电路,其复杂程度随着执行机构增多以 及调整部位的增大而加大,使得机器也越来越复杂,给制造、调整、使用和维护均带来不便 ;后来出现的电气控制、液动控制、光电控制,可用微机、传感技术、新型传动技术取代笨重的机械控制柜和驱动装置,使零件数量剧减,结构大为简化,体积也随之减少,同时改善了生产过程中清洁卫生。其中液动控制系统在装载机械中占有很大比例,近年来,随着工业的飞速发展,液动控制技术在工业自动化领域得到了广泛应用。液动控制是先将机械能转变为液压能,再将液压能转变为机械能,降低了电力消耗和液压油消耗,更易于控制,节省了大量劳动力,实现了生产的自动化管 理。 2 液动控制技术概述 以液体为工作介质进行能量传递的传动方式称为液体传动。液动技术是以液压缸为动力源,以液压油为工作介质,进行能量传递或信号传递的工程技术,是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。 液动控制技术的工作原理是利用液压缸把电机或其他原动机输出的机械能转换为液压油的压力能,然后在控制元件的作用下,通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能,从而完成各种动作,并对外做功。在气动控制系统中,气动发生装置一般为液压缸,它将原动机供给的机械能转换为气体的压力能 ;气动执行元件则将压力能转化为机械能,完成规定动作 ;在这两部分之间,根据机械或设备工作循环运动的需求、按一定顺序将各 第 4 页 共 4 页 种控制元件 (压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件 )、传感元件和液动辅助件连接起来。 液动控制系统主 要由五个部分组成 : (1)液压动力元件 :把机械能转换成液压能的装置,一般指液压泵。 (2)液压执行元件 :执行元件是指把液压能转换成机械能的装置,一般是指做直线运动的液压缸、做回转运动的液压马达等。 (3)液压控制元件 :控制元件是指对液压系统中液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀等,这些元件的不同组合,能构成完成不同功能的液压系统。 (4)辅助装置 :辅助装置是指除以上三种以外的其他装置,如过滤器、油雾器、消声器等。 (5)工作介质 :工作介质是指在 气压系统中传递运动和动力能量的液体,即液压油。 3 液动控制系统特点 : (1)单位质量的设备所能输出的力、功率比较大,及同样体积、质量的装置,液压传动装置可输出更大的力和力矩。 (2)特别是与机械装置相比,操作方便、省力,系统结构空间的自由度大,布局安装灵活,可构成复杂系统,且能在很大范围内实现无级调速,传动比可达 (1002000):1 (3)传动平稳,便于实现频繁换向和自动防止过载。 (4)与电气控制相配合,可较方便的实现复杂的程序动作和远程控制,以实现自动化。 (5)液压元件易实 现系列化、标准化和通用化。 4 液动控制技术的应用 液动技术是生产过程自动化和机械化的有效手段之一,具有高速高效、清洁安全、低成本及易维护等优点,被广泛应用于轻工机械领域中,在机械装载及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。其在各类装载机械中均有大量应用,可以缩短加工辅助时间,减轻工人劳动强度,充分发挥设备的高效性能。如 : 其中包括车身外壳被真空吸盘吸起和放下,在指定工位夹紧和定位,电焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制电焊等。 例如在半 导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上许多真空吸盘将一般齐抓很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住,运送到指定目标位置。 其中包括机械加工生产线上工件的准确装夹及搬送,对加速度限制十分严格的芯片搬运系统,采用了平稳加速的 缸等。 可以说,用管道输送介质的自动化流程绝大多数采用气动控制。例如石油加工、气体通过系统加压输送到每个用户终端、化工的加工和生产等。 第 5 页 共 4 页 其中包括各种半自动或全自动包装生产线,例如 :粉状、块状物料的自动计量包装,用于 烟草工业的自动卷烟和制动包装等许多工序。 例如装配机器人在汽车零部件中的装配,焊接机器人在高频率的点焊、力控的准确性等。 例如车辆的刹车装置,车门开闭装置,颗粒状物质的筛选,鱼雷、导弹的自动控住装置等。各种气动工具等也是气动技术应用领域的一个重要侧面。 5 结论 现代装载机械是汇集了多种学科的先进技术,液动控制技术是装载机械的一个重要组成部分。此次设计的装载机液压系统的设计需借鉴了其他装载机械控制系统的工作理,并在其基础上加以改善,减少装载加工过程中的认为或机器差错,确 保装载机械的可靠运行,实现安全生产和清洁生产,实现装载过程的连续化生产。 第 6 页 共 4 页 参考文献 1 杨占敏 , 工程机械设计与维修丛书 M2006 2 藩科第 , 装载机的构造、使用与维修 M2003 3 何正忠 , 装载机 M2005 4 苏欣平 , 工程机械液压与液力传动 M2007 5 王晓春 , 液压挖掘机构造与维修手册 M2008 6 路望龙 , 液压系统使用与维修手册 M2008 7 黄志坚 , 图解液压元件使用与维修 M2005 8 王裕清 , 韩成石 M煤炭工业出版社 9 朱龙根 , 黄雨华 M机械工业出版社 10 成大先 , 机械设计手册单行本液压控制 M化学工业出版社 第 7 页 共 4 页 指导教师意见 指导教师: 年 月 日 专业教研室审查意见 负责人: 年 月 日 密级 分类号 编号 成绩 本科生毕业设计 (论文 ) 外文翻译 原文标题 文标题 作者所在系别 作者所在专业 作者所在班级 作者姓名 作者学号 指导教师姓名 指导教师职称 完成时间 2017 年 4 月 1 译文标题 液压系统 原文标题 者 译 名 弗 拉 基 米尔(斯)国 籍 俄罗斯 原文出处 科学出版中心 液压系统 液压传动和气压传动称为流体传动,是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术, 1795 年英国约瑟夫布拉曼 (749在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。 1905 年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。 第一次世界大战 (1914液压传动广泛应用,特别是 1920 年以后,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间,才开始进入正规的工业生产阶段。 1925 年维克斯 (明了压力平衡式叶片泵 ,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。 20 世纪初康斯坦丁尼斯克(G能量波动传递所进行的理论及实际研究 ;1910 年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等 )方面的贡献,使这两方面领域 得到了发展。 第二次世界大战 (1941间 ,在美国机床中有 30%应用了液压传动。应该指出 ,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动 ,1956 年成立了“液压工业会”。近 20 30 年间,日本液压传动发展之快,居世界领先地位。 液压传动有许多突出的优点,因此它的应用非常广泛,如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。 一个完整 的液压系统由五个部分组成,即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。 2 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能,指液压系统中的油泵,它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 执行元件 (如液压缸和液压马达 )的作用是将液体的压力能转换为机械能,驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件 (即各种液压阀 )在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同,液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀 (安全阀 )、减压阀 、顺序阀、压力继电器等;流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等;方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同,液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质,有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。 液压系统的作用就是帮助人类做工。主要是由执行元件把压力变成转动或往复运动。 液压的原理:它是由两个大小不同的液缸组成的,在液缸里充满水或油。充水的叫“水压机”;充油 的称“油压机”。两个液缸里各有一个可以滑动的活塞,如果在小活塞上加一定值的压力,根据帕斯卡定律,小活塞将这一压力通过液体的压强传递给大活塞,将大活塞顶上去。设小活塞的横截面积是 在小活塞上的向下的压力是 是,小活塞对液体的压强为 P=I, 能够大小不变地被液体向各个方向传递”。大活塞所受到的压强必然也等于 P。若大活塞的横截面积是 强 P 在大活塞上所产生的向上的压力 面积是小活塞横截面积的倍数。从上式知,在小活塞上加一较小的力,则在大活塞上会得到很大的力,为此用液压机来压制 胶合板、榨油、提取重物、锻压钢材等。 液压系统由信号控制和液压动力两部分组成,信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。 液压动力部分采用回路图方式表示,以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件;液压控制部分含有各种控制阀,其用于控制工作油液的流量、压力和方向;执行部分含有液压缸或液压马达,其可按实际要求来选择。 与机械传动、电气传动相比,液压传动具有以下优点: 1 液压传动的各种元件,可以根据需要方便、灵活地来布置。 2 重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。 3 3 操纵控制方便,可实现大范围的无级调速(调速范围达 2000: 1)。 4 可自动实现过载保护。 5 一般采用矿物油作为工作介质,相对运动面可自行润滑,使用寿命长。 6 很容易实现直线运动。 7 很容易实现机器的自动化,当采用电液联合控制后,不仅可实现更高程度的自动控制过程,而且可以实现遥控。 液压系统的缺点: 1、由于流体流动的阻力和泄露较大,所以效率较低。如果处理不当,泄露不仅污染场地,而且还可能引起火灾和爆炸事故。 2、由于工作性能易受到温度变化的影响,因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。 3、液压元件的制造精度 要求较高,因而价格较贵。 4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响,不能得到严格的传动比。 5、液压传动出故障时不易找出原因;使用和维修要求有较高的技术水平。 在液压系统及其系统中,密封装置用来防止工作介质的泄漏及外界灰尘和异物的侵入。其中起密封作用的元件,即密封件。外漏会造成工作介质的浪费,污染机器和环境,甚至引起机械操作失灵及设备人身事故。内漏会引起液压系统容积效率急剧下降,达不到所需要的工作压力,甚至不能进行工作。侵入系统中的微小灰尘颗粒,会引起或加剧液压元件摩擦副的磨损,进一步导致泄漏。 因此,密封件和密封装置是液压设备的一个重要组成部分。它的工作的可靠性和使用寿命,是衡量液压系统好坏的一个重要指标。除间隙密封外,都是利用密封件,使相邻两个偶合表面间的间隙控制在需要密封的液体能通过的最小间隙以下。在接触式密封中,分为自封式压紧型密封和自封式自紧型密封(即唇形密封)两种。 液压系统的三大顽疾 1、发热 由于传力介质(液压油)在流动过程中存在各部位流速的不同,导致液体内部存在一定的内摩擦,同时液体和管路内壁之间也存在摩擦,这些都是导致液压油温度升高的原因。温度升高将导致内外泄漏增大,降低其机械效 率。同时由于较高的温度,液压油会发生膨胀,导致压缩性增大,使控制动作无法很好的传递。解决办法:发热是液压系统的固有特征,无法根除只能尽量减轻。使用质量好的液压油、液压管路的布置中应尽量避免弯头的出现、使用高质量的管路以及管接头、液压阀等。 2、振动 液压系统的振动也是其痼疾之一。由于液压油在管路中的高速流动而产生的冲击以及控制阀打开关闭过程中产生的冲击都是系统发生振动的原因。强的振动会导致系统控制动作发生错误,也会使系统中一些较为精密的仪器发生 4 错误,导致系统故障。解决办法:液压管路应尽量固定,避免出现急弯。 避免频繁改变液流方向,无法避免时应做好减振措施。整个液压系统应有良好的减振措施,同时还要避免外来振源对系统的影响。 3、泄漏 液压系统的泄漏分为内泄漏和外泄漏。内泄漏指泄漏过程发生在系统内部,例如液压缸活塞两边的泄漏、控制阀阀芯与阀体之间的泄漏等。内泄漏虽然不会产生液压油的损失,但是由于发生泄漏,既定的控制动作可能会受到影响,直至引起系统故障。外泄漏是指发生在系统和外部环境之间的泄漏。液压油直接泄漏到环境中,除了会影响系统的工作环境外,还会导致系统压力不够引发故障。泄漏到环境中的液压油还有发生火灾的危险。解 决办法:采用质量较好的密封件,提高设备的加工精度。 液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展;向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展;开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件;积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。 液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展,开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展,开发液力减速器,提高产品可靠性和平均无故障工作时间;液力变矩器要开发大功率的产品,提高零部件的制造工艺技术,提高 可靠性,推广计算机辅助技术,开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术;液粘调速离合器应提高产品质量,形成批量,向大功率和高转速方向发展。 5 附录 (外文翻译 原文 ) as is to 7th s of to of an 795 1749 as a to in of s 905 be by (1914,of of 920, in 9th 0th 20 to of 1925 F. of or of of 0th of by 910 on so of 1941in 0% of in It be of 0 955, s up 956, 0 0 s a it is as of 6 as of as in A of of of of to of it is to of of of as is of be to to a or in to of to be a so of be of as in is of a of op of is to by 7 of to or a it of of of in of or is of a if in on of a s to of to go a to of 1, a in on 1. a on = I, be in to of By is to . If is 2, on in 2 = is a of to in a of a be in to as is of of of to of to of of a of to of or to of to 1A of to 2 3To of a of 000:1). 4 To 5 of as a be 6 It is to 7 It is to of of 8 a of be of 1 As a of to of so If is 2 as a of of it be in or 3 of a 4 to of be 5 is to a of In to of of of of in of to a in to of or to is an of is a of an of or In to of so of to be In 1 As a of in in of of in of a of at is a of to At as a of 9 in so be of is of to a be as as of of 2 of of is of As a of in of to of of to be of in be to To in be a a on 3 of to in as on of as no of to of be of in of in to to a of of of to of be of to as as to to as of of of to of of of to 10 to of to to of of of to 11 注: 1. 指导教师对译文进行评阅时应注意以下几个方面:翻译的外文文献与毕业设计(论文)的主题是否高度相关,并作为外文参考文献列入毕业设计(论文)的参考文献;翻译的外文文献字数是否达到规定数量( 3 000 字以上);译文语言是否准确、通顺、具有参考价值。 2. 外文原文应以附件的方式置于译文之后。指导教师评语 外文翻译成绩: 指导教师签字: 年月日 12 毕业设计报告 (论文 ) 报告 (论文 )题目: 装载机液压系统设计 作者所在系部: 作者所在专业: 作者所在班级: 作 者 姓 名 : 作 者 学 号 : 指导教师姓名: 完 成 时 间 : 摘要 装载机主要用来装卸散状物料,也能进行轻度的铲掘工作,并且具有良好的机动性能,是工程机械中保有量较大的品种之一。 装载机液压系统设计是装载机设计的一个重要环节,它对装载机的使用性能和装载机在市场上的竞争力有着很大的影响。装载机性能的优劣和作业效率的发挥,离不开液压系统的设计,而且在很大程度上取决于液压系统的工作效率。 装载机的工作装置和转向机构都采取液压传动,本文通过对工作装置及转向机构工作要求和载荷分析对液压系统进行设计。主要包括对执行元件,控制元件辅助元件的选择、设计。 本文的设计,能够使读者对液压系统设计进一步加深了解,同时从中可以体会到一些设计理念,为以后从事此类工作得到一些帮助。 关键词: 装载机液压传动液压系统设计 he is is to a of of is an of It a on of of in of of be to a on of of of of of of to of at to in to 录 摘要 . 1 . 2 目录 . 3 前言 . 1 第 1 章 装载机液压系统总体介绍 . 2 压系统的工作原理 . 2 压系统的组成部分 . 2 压传动的优缺点 . 2 压传动的优点 . 2 压传动的缺点 . 3 内外的发展状况 . 3 用现状 . 3 展动向 . 4 章小结 . 4 第 2 章 装载机液压系统设计 . 6 载机液压系统的设计要求 . 6 述 . 6 式装载机液压系统基本要求 . 6 式装载机液压系统设计已知参数 . 6 订液压系统方案 . 6 路循环方式的分析与选择 . 6 定液压执行元件的形式 . 7 机构液压回路的确定 . 7 制液压系统原理图 . 10 定液压系统的主要参数 . 11 压缸载荷组成 . 12 选系统工作压力 . 13 算液压缸的主要结构尺寸 . 13 算液压缸所需流量 . 15 算液压执行元件的实际工作压力 . 15 压元件 . 15 压泵的选择 . 15 压阀的选择 . 16 元件的选择 . 17 压系统的性能验算 . 18 压系统压力损失 . 18 压系统的发热温升计算 . 19 算液压系统的散热功率 . 20 据散热要求计算油箱容量 . 21 压系统冲击压力 . 22 力冲击的原因 . 22 除或减少压力冲击的措施 . 22 章小结 . 22 第 3 章 动臂液压缸的设计 . 24 压缸的结构参数计算 . 24 筒壁厚计算 . 24 筒外径 . 24 底厚度的计算 . 25 压缸的连接计算 . 25 盖连接计算 . 25 轴与耳环 连接计算 . 26 塞杆活塞杆强度及稳定性验算 . 26 塞杆强度验算 . 26 塞杆稳定性验算 . 27 章小结 . 28 参考文献 . 28 致谢语 . 30 1 前言 装载机是一种常用的铲土运输机械,广泛应用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山及国防工程中。其对加 快工程建设速度,减轻劳动强度,提高工程质量,降低工程成本等都发挥着重要的作用。因此,近年来,装载机在国内外均得到了迅猛的发展,已成为工程机械的主导产品之一。 装载机是一种常用的铲土运输机械,广泛应用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山及国防工程中。其对加快工程建设速度,减轻劳动强度,提高工程质量,降低工程成本等都发挥着重要的作用。因此,近年来,装载机在国内外均得到了迅猛的发展,已成为工程机械的主导产品之一。 如国外工程机械产品在集成电路、微处理器、微型计算机及电子监控技术等方面都有广泛的应用,一些节能新技术得 到了推广,可靠性、安全性、舒适性、环保性能得到了高度重视,并向大型化和微型化方向发展。借鉴国外工程机械产品的发展趋势,我国工程机械产品的发展走势应是:大力发展机电一体化产品,实现装载机工作状态的自动监测和控制,实现平地机的激光导平自动控制,实现在有毒、有危险环境下工程机械作业的遥控,大力提高产品的质量、可靠性和技术水平,大力发展工程机械品种,加强新技术的应用,改善驾驶员的工作条件。装载机:应开发性能优良的装载机,如斗容量大、发动机功率大、掘起力大、倾翻负荷大、牵引力大、废气排放少的装载机,应开发机电一体化技 术、电子计算机技术、监测技术水平高的装载机,应开发作业可靠性好、安全性高、舒适性好的产品,应开发可装载、可抓物、可侧卸、可起重的经济性好的一机多用型产品。有前途的产品是:轮式装载机、大型装载机、中小型多用途轮式装载机、微小型装载机、机电一体化轮式装载机。 小型多功能装载机可迅速有效的克服人力无法完成的工作。其灵活的工作空间、便捷的运输方式,更可取代中国市政部门现有的不太适合市政施工的大型机械,如装载机、履带式挖掘机等。另外,机场、港口、码头、矿山、军用设施、石油与煤气管道铺设等行业领域的建设和维护也是挖掘装载机用武之地。它可以实现 了集装载、推土、刮平、装夹多种作业形式于一体,可以做到一机多用,经济实用,拥有很好的市场开发前景。 2 第 1 章 装载机液压系统总体介绍 压系统的工作原理 液压系统是由各种液压元件(包括液压泵、液压阀、执行元件及辅助 元件等)按一定需要合理组合而成。他的工作原理是:液压泵由电动机带动旋转后,从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵,当它从泵中输出进入压力管后,通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸一腔,推动活塞和上作台运动。这时,液压缸一腔的油经换向阀和回油管排回油箱。由此可知 : 1)液压传动是液体作为传递能量的介质 ; 2)液压传动液压能量传递动力,是使用液压传动液体动能不一样的 ; 3)液压介质在控制介质中受控,调节状态为上述,因此液压传动和液压控制往往难以完全分离。 压系统的组成部分 液压传动主要山以下四部分组成: 1)能源设备:将机械能转化为油压能量装置,最常见的形式是压力泵向液压系统提供压力油 ; 2)设备的实施:油的液压能量可以转化为机械能装置,可以是液压缸的直线运动,可用于旋转运动液压马达 ; 3)调节装置的控制:系统的油压,流量或方向来控制或调整装置,如安全阀,节流阀,阀门,开阀。 这些组件的不同组合形成了液压系统的不同功能 ; 4)辅助装置:除上述三个部分以外的装置,如油箱,油过滤器,油管等,它们在确保系统正常方面起着重要作用。 压传动的优缺点 压传动的优点 液压系统具有如下优点: 1) 在相同的体积下,液压装置可以产生比电气装置更大的功率,因为液压系统中的压力可以大于电枢磁场中的磁力的 30 至 40 倍。在相同功率的情况下,液压装置尺寸小,重量轻,结构紧凑。液压马达的尺寸和重量只有等效功率马达的 12左右。 2)液压装置相对稳定。液压装置由于重量轻,惯性小,响应快,易于实现快速启动,制动和频繁换向。在往复式旋转运动中,液压装置的换向频率可高达每分钟 500 次,每分钟达到 1000 次。 3)液压装置可实现无级调速范围广(速度范围高达 1: 2000),也可在液压装置中进行速度控制。 3 4)液压传动容易实现自动化,因为它是液压,流量和流向的控制或调节,操作非常方便。结合液压控制和电气控制或气动控制,可以实现复杂的顺序和远程控制。 5)液压装置容易实现过载保护。液压元件可自动润滑,使用寿命更长。 6)由于液压元件已经标准化,系列化和多功能化,液压系统的设计,制造和使用更加方便。液压元件的布置也具有很大的流动性。 7)采用液压传动实现自动运动,比机械传动简单。 压传动的缺点 液压系统具有如下缺点: 1)液压传动不能保证严格的传动比,这是液压油压缩性和泄漏等因素造成的 。 2)液压传动过程中往往会有更多的能量损失(摩擦损失,泄漏损失等 ),管路长也会泄露 。 3)液压传动对油温变化较为敏感,其稳定性非常易受温度影响,因此不宜处于 过高或过低的温度下 。 4)为了减少泄漏,制造要求中的液压元件更高,因此更昂贵,对油污染更为敏感。 5)液压传动需要单独的能源。 6)液压传动故障不容易找出原因。 一般来说,液压传动的优势突出,其缺点将随着科技的发展而逐渐克服 。 内外的发展状况 用现状 液压传动和气动传动,统称为流体传动,连同机械传动和电气传动构成了现代工业中使用的三大 传动方式。 液压传动是机械传动的新技术。从 300 多年前 开始,帕斯卡尔提出了静压传动原理,18 世纪末英国制造的液压机开始计数,液压传动 已经 有 了 二三百年的历史。但是液压驱动受到普遍关注,适用于国民经济各个环节,只有 50 多年左右的时间。第二次世界大战后,随着现代科技和制造工艺的飞速发展,各种液压元件的性能日益完善,液压传动开始得到广泛应用。特别是高精度,快速响应伺服阀,液压技术的应用正在迅速发展。在 20世纪 70 年代末到 80 年代后期,山地电子计算机的飞速发展,推动了液压技术进入数控液压伺服技术时期。一般认为电子技术与液压技术的结合是液压系统自动控制的发展方向。液压传动山具有传动平稳,结构简单,功率大,无级调速,定位精度高等优点。因此,不仅广泛应用于机床工程机械,农业机械,汽车,冶金,航空航天等领域。行业部门也在轻工机械中也得到广泛应用。同时,随着原子能的飞速发展,空间技术,电子技术等方面的液压技术不断向更深层次,更广泛的发展领域发展。 近 20 年液压技术的发展极快,新元,配件不断出现。如继电器电液比例阀,暗盒式 4 阀门,近年来正在开 发中,试图拥有电液比例控制液压泵,数字阀等。应用领域也在不断扩大,如太阳跟踪系统,高层建筑地震系统采用液压技术。之前,中国的液压元件系列已经比较完整,正在接近 准。许多工厂制造或引进了大量液压传动设备和生产线,实现了自动半自动控制的生产过程。 展动向 随着生产的不断发展,液压元件的结构和性能要求越来越高,看国内外液压元件的发展趋势,一般有以下两个方面: 1)小型化,轻便,集成 随着液压机械自动化程度的不断提高,组件数量急剧增加,因此部件小型化,系统集成已成为液压技术发展的主要方向之一。为 了实现小而轻的口腔,液压系统的压力趋于高压,如国外工程机械到 35进:航空配件进入 56 63然,随着压力的增加,生命体系和组成部分的下降,重量也增加了这些矛盾的出现趋势,对材料科学研究人员提出了新的问题。 在国外,液压元件正在多功能或系统化的方向发展。例如:以方向控制方式为核心,加上其他功能的切断。四通阀,液压系统具有高度集成度,重量轻,小型化等特点。使用多功能阀(和组合阀)可以形成差动回路,安装尺寸与普通电磁阀相同。 2)结合电子技术 流量控制阀的重要研究课题是通过使用电子部件作为信息处理 和传输系统信息来控制控制阀,输出流体的压力作为功率输出。在液压技术方面,现在一般对比例电磁阀和数字阀感兴趣,虽然都是开环控制,但与电液伺服阀相比,抗污染能力更强,易于制造,维护使用方便。 降低能源消耗是当前液压技术中最重要的问题之一。系统的能耗主要由能量储备法,能量回收法,负荷压力,流量和功率匹配法以及微电脑控制液压系统控制。 随着液压技术的高压,高速,高流动方向,降低液压系统噪声是一个突出的问题,所以近 10 年来,全国各地对液压元件和系统噪声的降低进行了大量的研究。 为提高液压产品的可靠性,人们越来越重视可 靠性技术的研究与应用。如组件的开发,提高组件污染补偿测试方法的快速使用寿命,系统故障诊断设备和系统可靠性预测技术研究。 章小结 本章简要介绍了液压系统,综合介绍了液压系统的优缺点及其应用与发展现状。 液压系统液压装置相对平稳。 液压装置是液压系统常用的原因之一,因为它们重量轻,惯性小,响应快,容易快速起动,制动和频繁换向。 液压系统正在改进中,正在朝着体积小,重量轻,集成化的方向改进,势必对行业的 5 未来有相当的推动力。 6 第 2 章 装载机液压系统设计 载机液压系统的设计要求 述 装载机主要用于散装材料的处理和整平,也可用于轻度挖掘工作。高效率和良好的机动性是广泛应用的液压工程机械。 装载机的行走装置都采用液压机械传动,其液压操纵的换档变速箱得到广泛应用 ;装载机的工作装置为动臂和铲斗,多数为装在机架上的四连杆机构;他和转向机构都采用液压传动。因此装载机的液压系统由工作装置、液压动力转向组成。工作装置系统又包括动臂升降液压缸回路和转斗液压缸回路,两者构成串并联回路。 式装载机液压系统基本要求 液压系统的设计应从实际出发,引进国外的先进技术 ,除主机应符合性能和作业要求外,还必须满足重量轻,体积小,成本低,效率高,结构简单,可靠,并且维护了一些被接受的设计原则。 要求液压系统能实现工作装置铲装、提升、保持和倾斜等动作。转斗机构采用铰接转向,要求液压系统实现铰接车架折腰转向车架。设计的目的是充分满足总体设计的要求,实现各种不同工作装置的动力传动或控制功能。设计的原则是利用先进的机电液控制和传动技术,选择国际知名品牌的液压传动元件优化组合,提供先进可靠的系统配置。 式装载机液压系统设计已知参数 1) 转斗油缸的行程为 500 2) 卸 载时间为 3s; 3) 动臂油缸的行程为 925 4) 动臂升举时间 8s; 5)动臂下降时间为 6s; 6) 液压缸的安装长度 1455 7) 转向液压缸的速度 订液压系统方案 路循环方式的分析与选择 油路的循环方式分为开式和闭式两种。开式回路散热较方便,但油箱占空间较大;抗污染性较差,采用压力油箱和虑油器改善;用平衡阀进行能耗限速,用制动法进行能耗制动,引起油液发热;对泵的自吸性要求较高。闭式回路较复杂,须用辅助泵换油冷却;抗 7 污染性较好但油液过滤要求高;液压泵由电动机拖动时,限速及制动过程中拖动电机能向电网输电,回收部分能量,在生限速及在生制动;对主泵的自吸性无要求。 通过对比,本系统采用开式回路。 定液压执行元件的形式 液压执行元件大体分为液压缸或液压马达。前者实现直线运动,后者完成回转运动。 本机动作机构均为单纯的直线往复运动。各直线运动机构均为单活塞杆双作用液压缸直接驱动。 机构液压回路的确定 1) 转斗动作回路确定 这种机体的作用主要是通过阀门的有机结合达到要求的动作要求,铲斗向前并放下。需要 可靠的工作,易于操作,并且需要自动限制。定向阀向右,左,中间分别实现铲斗放开,向前和锁定。 应在铲斗油缸的小油室回路中设置双作用安全阀。在吊臂提升过程中,由于不协调的运动,砖和铲斗的连杆机构受到一定程度的干扰,也就是提升起重臂时提升液压缸的活塞杆被拉出,吊杆下降当活塞杆被迫回到顶部时。此时阀门在中间,油屏障无处可见。为了防止液压缸过载或真空,双作用液压缸可以起到促油作用。当产生真空时,油可以通过止回阀从气缸中吸出。 其原理图如下图 7 8 图 2斗动作回路 2) 动臂动作液压回路确定 本机构要求通过换向阀的控制,实现动臂油缸的提升、中立、下降、浮动四个工作位置。 换向阀处于中位时,动臂液压缸处于浮动状态,以便在坚硬的地面上铲取物料或进行铲推作业。此时动臂随地面状态自由浮动,提高作业效能。 吊臂需要更快的提升速度和良好的低速微调性能。 液压缸通过双泵进油,流量可达 320L / 上升和下降状态可以控制阀门开度的大小来实现油门速度。 图 2臂动作液压回路 3) 转向液压回路的确定 装载机的运行周期短,动作应灵活,这一特点决定了转向机构的要求敏感。 装载机需要稳定的转向速度,这是进入转向油缸所需的油流量恒定的,液压缸主要从液压泵转向泵,当发动机受其他负载转速影响时,会影响转速的稳定性,这需时要添加辅助泵,通过流量控制阀添加流量泵来减少流量,保证流量保持在油流稳定。 9 图 2向机构液压系统 4) 变速箱液压系统回路的确定 如图 7而且变速操纵油路和变矩器补偿冷却油路是连在一起的。采用变矩器、动力换档变速箱的工程机械,变速箱换档的离合器、制动器的操纵油泵和行驶转向操纵油泵有发动机驱动。发动机熄火,这些油泵也都不运转,因此无压力油,变速箱处于空档位置,无法进入各档,也不能操纵转向。另外,一般变矩器反向传动性能差,即输出轴将力矩反传到输入轴的能力也很差。 变速箱挂不上档,变矩器又不能反向传力,如果一旦机械由于启动系统故障或其他原因发动机不能启动时,就很难用其他机器拖动它。 发动机熄火时,油压转向系是不起作用的,也不能利用发动机制动。因此 一旦发动机熄火就不能拖走,这对设备维修工作带来很多不便。 解决上一问题的方法一般是在变矩器泵轮和涡轮制建设超越离合器(自由轮)或闭锁离合器 ,以解决变矩器不能反向传力的问题。外加变速箱操纵油泵和转向操纵油泵各一个,与行走部分(车轮)相连接,只要车轮转动,这两个油泵就转动,供给压力油操纵换档和转向。 10 图 2速箱系统简图 制液压系统原理图 液压系统设计中重要的一步是拟定液压系统图,拟定液压系统图包括两项内容:通过仔细分析 选出合理的液压回路;把选出的液压回路组合成液压系统。 由于有多种方案,本方案是在归纳、整理,增加一些必要的元件和辅助油路后,并参考了国内外比较成熟的同类系统。根据以上分析,按以下几点要求 : 1) 归纳相同或相近的液压元件,使系统结构简单,并且尽可能采用标准元件。 2) 保证系统上作循环中每个动作都安全可行、无相互干扰。特别要注意系统中压力控制元件的调节压力之间的关系。 3) 尽可能提高系统的工作效率,防止系统过热。 4) 尽可能使系统设计经济合理,便于维修。 为此,拟定了系统原理图如图 2 11 图 2压系统原理图 定液压系统的主要参数 液压系统的主要参数是压力和流量,他们是设计液压系统,选择液压元件的主要依据。压力决定于外负载。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 图 2示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。 图 2压系统计算简图 12 压缸载荷组成 作往复直线运动的液压缸上的总负载由工作负载、导轨摩擦负载、惯性负载、重力负载、密封阻力、背压阻力六部分组成。 1) 工作载荷 见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、及压力等,这些作用力的方向与与活塞运动方向相同为负,相反为正。 2) 导轨摩擦负载 于水平导轨 (2式中 G 运动部件所受的重力, N; 外载荷作用于导轨上的正压力, N; 摩擦系数 ,对于铸铁导轨 =动导轨 ,= 3) 惯性载荷 (2式中 g 重力加速度, m/s; g= v 速度变化量, m/s ; t 启动或制动时间, s。一般 t=于轻载低速运动部件取小值,对于高速重载部件一般取大值。行走机械一般取 v/t= 以上三种载荷之和称为液压缸的外负载 动加速时:W g F F (2稳态运动时:W g F(2减速制动时:W g F F (2工作载荷 非每阶段都存在,如该阶段没有工作,则 。 除外载荷 用于活塞上的载荷 F 还包括液压缸密封处的摩擦阻力 由于各种液压缸的密封材质和密封形式不同,密封阻力难以精确计算,一般估算为 1 (2式中 m 液压缸的机械效率 ,一般取 (2 f F 13 由上式计算出动臂液压缸的总推力 04N,铲斗液压缸的总推力为 04N,转向液压缸缸的推力为 04N。 选系统工作压力 选择压力要根据 载荷和设备类型。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下,工作压力要执行元件的尺寸,对于某些设备来说,尺寸要受到限制,从材料消耗的经济性角度也不合适;反之,压力选得太高,对泵、缸、阀等元件的材质、密封性、精度也要求很高,必然要提高设备成本。一般来说,对于固定尺寸不太受限制的设备,压力可以选低一些,设备压力要选得高一些。具体参照表 2表 2 2按载荷选择工作压力 载荷 104 N 5 工作压力 7 表 2各种机械常用的系统工作压力 机械类型 磨床 组合机床 门刨床 拉床 小型工程机械 大中型挖掘机 工作压力 23 5 28 8 10 10 18 20 32 上表 2 2步确定工作装置液压系统工作压力为 16向液压控制系统工作压力为 13 算液压缸的主要结构尺寸 液压缸的钢筒内径、活塞杆直径及有效面积是主要结构参数。计算方法是:先由最大负载和选取的设计压力及估取的,液压缸的有关设计参数如图 214 图 2压系统的主要设计参数 这里要确定的参数是液压缸的内径和活塞杆直径。 由图 2得 (2式中 进油腔压力, 进油腔有效面积, F 液压缸总负载, N。 F=m, 般取 m= 回油腔压力(背压), 回油腔有效面积 , 背压 值可根据系统的特点及调速性能要求参考表 2选一个参考值,待系统回路确定后再作修正。 为了能够利用上式进行设计,必须先选定背压 活塞杆直径 d 与液压内径 D 的比值,记为 (2其比值可按工作压力选取参照表 2 表 2行元件参考背压 系统类型 油路结构 背压 /、低压系统 简单的系统和一般轻载的节流调速系统 油路带调速阀的调速回路 油路带背压阀 用带补油泵的闭式回路 高压系统 同上 比中低压系统高50% 100% 高压系统 如锻压机械等 初算时可忽略不及 表 2工作压力选取 d/D 工作压力 1 2 2p A F p A 15 d/D 公式 (2入 (2得液压缸的内径为 (2单杆液压缸 各个回路的背压值均选为 0。 1) 确定转斗油缸的内径及活塞杆直径 由上式 (2求得 25表 2选 d/D=d=圆整, d 取88 2) 确定动臂油缸的内径及活塞杆直径 由式 (2求动臂油缸内径 65臂油缸有速比要求取速比为 =( 2 (2中 速比。求出 d=82 3) 确定转向油缸的内径及活塞杆直径 由式 (2转向油缸内径为 00求伸出缩回速度相,取 d=d=71 算液压缸所需流量 液压缸工作时所需的流量: (2式中 A 液压缸的有效作用面积, 1) 转 斗油缸流量 定 转斗油缸缩回速度为 s,由式 (2得, (v/4= 2) 动臂油缸流量 定 动臂油缸的伸出速度为 s,=148L/ 3) 转向油缸流量 定
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