小型液压挖掘机工作装置设计【含CAD图纸、UG三维、说明书文档】
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挖掘机工作装置液压
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挖掘机工作装置
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机工作装置设计
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液压挖掘机工作装置
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毕业设计（论文）任务书 题目： 小型液压挖掘机工作装置设计 姓名陈 鸣学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级1281 学号201213090131 指导老师 钟定清 职称 讲师 教研室主任 一、基本任务及要求： 查阅20篇以上参考文献，设计一液压挖掘机工作装置，完成总装图和零部件图，并完成其液压系统设计，按规定格式撰写文献综述、开题报告、毕业设计说明书。要求：方案可行，机构合理，经济实用，并满足给定的设计技术条件。 二、进度安排及完成时间：1. 准备阶段 1周 了解设计内容，明确课题任务及要求，搜集有关技术文献资料，自学CAD/CAM软件和相关设计技术。 2. 确定设计方案 2周 完成文献综述和开题报告，提出解决课题问题的初步方案，并对方案优、缺点进行比较，并分析实施可行性，按实际条件确定方案。 3. 实习 1周 4. 具体设计 9周 履带挖掘机液压系统设计及计算，工作装置的总体设计及三维建模，工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证，工作装置装配图及零部件图设计。 5. 撰写毕业设计说明书 2周 按湖南工程学院毕业设计说明书相关标准要求撰写毕业设计说明书。 6. 毕业答辩 1周 进行毕业答辩准备，完成毕业答辩。 本科生毕业设计题 目：小型液压挖掘机工作装置设计学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 完成时间： 目 录摘要 Abstract 第1章 绪论11.1 液压挖掘机整机性能11.2 液压挖掘机结构21.2.1 液压挖掘机组成21.2.2 单斗反铲液压挖掘机21.2.3 液压挖掘机工作循环过程21.3 液压挖掘机传动原理31.4 挖掘机的发展概况41.5液压挖掘机的发展趋势51.6 本文研究的主要内容8第2章 小型液压挖掘机总体方案92.1 主要技术性能参数92.2 主要结构及特点9第3章 工作装置主要结构设计123.1 工作装置结构介绍123.2 动臂结构简介133.3 斗杆结构简介13第4章 工作装置的力学分析154.1 动臂的力学分析154.2 标准斗杆的力学分析214.3 变型斗杆的力学分析28第5章 挖掘机液压系统设计355.1 挖掘机的功用和对液压系统的要求355.2 挖掘机液压系统分析355.2.1 挖掘机的液压系统原理图355.2.2 系统工作分析365.2.3 主要液压元件在系统中的作用375.3 液压元件的选用375.3.1 泵的选用375.3.2 液压阀的选用375.3.3 液压缸的选用375.3.4 辅助元件的选用37第6章 液压缸的设计计算和泵的参数计算396.1 液压缸设计算396.1.1 外负载计算396.1.2 液压缸结构尺寸计算396.1.3 油缸强度计算416.2 泵的参数计算436.2.1 泵的压力计算436.2.2 计算所需要的泵的流量436.3 柴油机的选择446.3.1 泵的驱动功率的计算446.3.2 柴油机的选择44总结46参考文献47致 谢48小型液压挖掘机工作装置设计摘要：小型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，从而满足挖掘作业的要求。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)驱动相应的机构进行工作。 本论文主要对由动臂、斗杆、铲斗、销轴组成挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下五部分:(1) 挖掘机工作装置的总体设计。(2) 挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析。(3) 工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。(4) 工作装置主要部件的结构设计。关键词：小型挖掘机,工作装置,动臂，斗杆Mini Hydraulic Excavator DesignAbstract ：hydraulic excavators used three groups of the working cylinder means having three degrees of freedom, the bucket can be achieved with limited rotation of the plane, with hydraulic motor drive rotary movement, the bucket movement extended to limited space, and through the travel motor walking (shift), the excavating space available intermittently expanded in the horizontal direction, to meet the requirements of excavation work.Hydraulic excavator by a diesel engine driven hydraulic pump, operated dispensing valve, the high pressure oil to the respective hydraulic actuators (hydraulic cylinders or hydraulic motor) drives a corresponding mechanism to work. This paper mainly by the boom, arm, bucket, excavator equipment consisting of pin design. Specific contents include the following five parts:(1) Overall design excavator working device.(2) kinematic analysis apparatus excavator detailed mechanism.The basic dimensions of the parts (3) means for calculating and verification work.Design structure (4) of the apparatus main assembly work.KEY WORDS: excavator, working device, the boom, the armII第1章 绪论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1.2.1 液压挖掘机组成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基础，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。1.2.2 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。1.2.3 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。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，从而满足挖掘作业的要求。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总之，液压挖掘机是由多学科、多系统组成的有机整体，只有在系统层面上的各系统、各学科协同优化才能获取挖掘机整机的最佳性能。1.4 挖掘机的发展概况挖掘机械的最早雏形，远在十六世纪于意大利威尼斯用于运河的疏浚工作。随着工业发展，科学技术的进步，单斗挖掘机也由于新技术、新工艺的采用而不断地发展改进,但它的基本工作原理至今未变。动力装置以及控制方式的不断革新，基本上反映了挖掘机发展的以下几个阶段：1.蒸汽机驱动的挖掘机，从发明到广泛应用，大约经历了100年。当时主要用于开挖运河和修建铁路。结构型式由轨道行走的半回转式，发展到履带行走的全回转式。2.挖掘机传动型式的液压化，是挖掘机由机械传动型式的传统结构发展到现代结构的一次跃进。随着液压传动技术的迅速发展，四十年代至五十年代初挖掘机开始应用于液压传动，并且由半液压发展到全液压传动。产量日益增长，六十年代初期液压挖掘机产量占挖掘机总产量的15%，发展到七十年代初期占总产量90%左右，近年来，西欧市场出售的挖掘机几乎己全部采用液压传动。与此同时，斗轮挖掘机、轮斗挖沟机等工作装置和臂架升降等部分也采用了液压传动。大型矿用挖掘机在基本传动型式不变的情况下，其工作装置也改为液压驱动。3.控制方式的不断革新，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操作和电气控制，无线电遥控。最近又出现了电子计算机综合程序控制，控制人员可在远离施工现场的集中控制室内通过工业电视监视数台挖掘机工作。1.5液压挖掘机的发展趋势液压挖掘机在工业与民用建筑、道路建设、水力、矿山、市政工程等土石施工中均占有重要位置。并反映了这些部门的施工机械化水平。是交通运输、能源开发、城镇建设以及国防施工等各项工程建设的重要施工设备，是国民经济建设迫切需要的装备。重视和加速挖掘机改进创新，稳定提高产品质量，满足用户需求，对加速现代化工程建设有着重大的意义。一.液压挖掘机国外发展现状液压挖掘机的生产水平反映机械化施工的水平和能力。国外，特别是西欧几个国家从50年代开始研制液压挖掘机，到60年代中小型液压挖掘机已成批生产;70年代初液压挖掘机斗容己发展到8，开始进入矿山开采;80年代大型液压挖掘机技术已成熟，生产斗容16-35，机重达650t。目前国外已停止斗容在8以下机械挖掘机的生产，斗容大于16的液压挖掘机是机械挖掘机的强大竞争对手。国外各制造公司正在研制微机控制的智能化液压挖掘机，并有所突破。建筑和矿用液压挖掘机的销售量在机械设备市场上占有显著的地位。据不完全统计，1990年建筑和矿用设备在全球销售额约为450亿美元，而液压挖掘机的销售额以100亿美元高居榜首。据推测，大型和微型液压挖掘机年增长率分别为24%和35%。1990年全世界建筑和矿用液压挖掘机(履带式)的产量已达9.23万台，其中76%是日本生产的，欧洲产量占有17%。近年来，大型液压挖掘机越来越多地占领了机械挖掘机的市场。液压挖掘机逐步取代机械式挖掘机是必然的趋势。二.液压挖掘机国内发展概况我国从1958年开始研制液压挖掘机，逐步形成了1-2.5小型液压挖掘机系列，具有一定生产规模，斗容1-7.5，的液压挖掘机年产量超过1000台。1983年以后采用引进技术方式进行生产，加快了液压挖掘机的发展，上海建筑机械厂按德国利伯赫尔公司许可证生产了R942，相继又生产了R962、R972、R982等液压挖掘机。杭州重机厂与德国德马克公司合作生产H55和H85等液压挖掘机。太原重型机器厂与德马克公司合作生产H121型液压挖掘机。北京建筑机械厂引进德国0&K公司制造技术生产HR6型液压挖掘机。所有这些与国外合作生产德液压挖掘机比国内现用的液压挖掘机生产效率高25%、机重轻10%。国产化率逐年提高，设备利用率为90%。长江挖掘机厂在引进国外技术的基础上生产斗容1.62.5的WY160型液压挖掘机，采用Deutz公司柴油机、Mannemsnan公司减速机和液压元件。装有正铲、反铲、梅花抓斗等多种工作装置。天津工程机械研究所与泰安工程机械厂生产的脚32型液压挖掘机，机重32t于1993年8月通过鉴定。该机结构紧凑、机动灵活、生产效率高。能充分利用发动机功率、节能效果好。但目前国产液压挖掘机数量少，多为斗容2.5以下的小型设备，中型设备较少，大型设备在我国尚属空白。从品种、规格、数量上满足不了国内市场需要。从产品技术水平、可靠性、制造质量与国外液压挖掘有较大差距。对于大中型液压挖掘机尚处于经验设计阶段。试验研究工作薄弱，短期内难以完成设计开发工作。柴油机、液压和密封元件等配套件的质量和可靠性差，使用寿命短。高强度的原材料缺乏，制造技术落后，装备水平低。计算机技术在液压挖掘机上应用正在研制过程中。需要解决的关键技术较多:如履带行走装置中履带板和链轨节的轧制和模锻技术;支重轮、托轮均采用浮动密封，其制造技术、耐磨技术和密封技术;铲斗设计合理性、耐磨性以及高强度钢板焊接技术;液压系统和元件的设计技术、大尺寸高压油缸的制造技术;电子监控与检测技术;整机性能参数的测试技术，大型结构件加工质量控制与制造技术等基础技术和关键技术靠自行研制和测绘仿制势必旷日持久，满足不了国民经济重点工程发展的需要。纵观我国液压挖掘机30余年的发展历史，大致可以分成以下几个阶段:1开发阶段(1967年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。2.液压挖掘机发展、提高并全面替代机械挖掘机阶段(19781986年)。这个阶段通过各主机生产厂引进技术(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年代初期的水平。全国液压挖掘机平均年产量达到1230台。3.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年1993年)。由于国内对挖掘机需求量的不断提高，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，引进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。4.国内液压挖掘机供需矛盾日益扩大，广大用户为了提高施工质量和按期完成施工任务，对使用高质量、高水平、高效率挖掘机的兴趣日趋浓厚。国外各著名挖掘机制造厂商纷纷前来中国创办合资、独资挖掘机生产企业(1994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率先在徐州金山桥开发区建立了生产液压挖掘机的合资企业，随后日本小松制作所、日立建机株式会社、神户制钢所、韩国大宇重工业、现代重工业以及德国利勃海尔公司等都相继在中国建立了合资、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。三.挖掘机开发重点方向当前液压挖掘机的研制和改进，主要着眼于：1发动机功率的充分有效利用，通过各种途径使机械多做有效的功，其中包括动力装置与液压系统的最佳匹配，传动效率的提高，回转机构功率的回收，高效液压系统(如恒压恒功率调节等)的研究等。2铲斗挖掘力的充分发挥，挖掘力大小和有效作用范围是衡量各种液压挖掘机工作能力的重要指标，大型矿用反铲挖掘机更为重要，目前是通过工作装置铰点最佳位置，采用高压与超高压技术，提高整机稳定性和采用随动机构使铲斗随动做恒角切削等方面进行研究。根据上述发展要求，新研制的液压挖掘机在整机、工作装置、液压系统与元件、行走装置、操纵系统和材料作用等方面有很多发展动向，下面主要谈一下前两个方面的内容:(1)整机液压挖掘机的整机发展，趋向于大型化、微型化、多能化和专用化。大型矿用全液压挖掘机在短短几年内已由100吨发展到420吨级，功率提高到2352马力，斗容达30米，目前发展仍是方兴未艾。大型机的特征是动力源采用两台或多台柴油机联合驱动，采用了节省能源、回收功率和积蓄能等功率有效利用的措施。结合城市建设和农村建筑的需要，国外发展了微型挖掘机，斗容量一般在0.25米以下，最小的达0.01米。微型机的特点是结构简单，轻便灵活，零部件尽量提高标准化程度。数量最庞大的中型机和小型机趋于一机多能的途径，有的国家统计，非建筑用的中、小型机已占30%左右，主要是在冶金工业和林业中作物料装卸和其他用途。中型机和小型机的特点是发展多种专业装置进行不同的作业(也有通过液压接头，带动装在工作装置旁的油马达，驱动另一输送设备)，不断提高性能，贯彻三化和提高单位机重的功率等。发展专门用途的特种挖掘机，可以提高工作效率，解决特殊施工困难，例如，目前发展有步履式、履带低压式、低噪音、水下专用、水陆两用等品种。配合水下资源的开发，对水下专用挖掘机更较重视，开展了无线电遥控、电液遥控和同步显示控制技术在水下挖掘机中应用的研究。(2)工作装置液压工作装置的型式进一步扩大，除了常用的正铲、反铲以外，发展了起重、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、冲击工具、集装叉、高空作业架、绞盘与拉铲等几十种品种。工作装置的更换快速而简便，甚至在司机室内按动电钮，几秒钟即可换好，并且通过挖掘过程的研究，来控制工作装置的挖掘轨迹。目前正在研究连杆式、仿形式、套筒伸缩式、斗杆追随式和具有运算输入装置的轨迹控制装置。展望未来，液压挖掘机的进一步发展，可以设想为:1.提高功率与机重的比率，这是最关键的内容。采用特种高强度钢材，设计重量轻、强度高的挖掘机，并用优化设计方法达到机械各项指标的均衡。2.铲斗和斗齿引用振动技术，不用强力而增大贯入性，加大斗容量。矿用挖掘机具有特种装置，可以直接开挖一般矿石，而毋需爆破。采用功率可调的激光装置进行挖掘。3.用燃气轮机取代活塞式柴油机，燃气轮机直接与高压油泵相连。然而，由于环境保护的原因，燃气轮机最后将被燃料电池所取代，由燃料电池发电驱动液压挖掘机。4.液压系统将会简化，执行元件的运动直接由油泵控制，而不用换向操纵阀。工作装置各铰点装以密封式摆动油马达，取代工作油缸。5.带行走装置增加行驶速度，重新设计行走传动，不用常规的刚性车架。采用气垫行走支承装置代替履带，减少接地比压，便于定位。1.6 本文研究的主要内容 本论文主要对由动臂、斗杆、铲斗、销轴组成挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下五部分:(1) 挖掘机工作装置的总体设计。(2) 挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析。(3) 工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。(4) 工作装置主要部件的结构设计。 49第2章 小型液压挖掘机总体方案小型履带式液压挖掘机具有技术性能先进，使用可靠性高，作业适应性强，操作简单灵活，舒适性好等特点，达到了国际九十年代初先进水平。2.1 主要技术性能参数小型挖掘机主要参数：斗容量（m3）：0.16铲斗宽度：585mm操作重量：4800kg最大卸载高度 mm ： 3680最大挖掘深度 mm：3600最大挖掘高度 mm： 5320 最大挖掘范围mm，58702.2 主要结构及特点 动力装置动力装置采用五十铃公司CC-6BG1TRA柴油发动机。该机具有重量轻，油耗低，功率大，噪音小，启动性能好，过载能力强等特点。 传动装置回转装置型式2级减速行星齿轮减速齿轮传动比17.002回转马达型号M2X210CHB型式斜轴式固定排量柱栓马达阀型式非背压阀式溢流设定压力在140L/min时，为27.70.3Mpa回转停放制动器型式-多片湿式负压型解除压力-2.25-2.84Mpa行走装置型式-三级减速行星齿轮减速齿轮传动比-70.842行走马达型式-斜轴式变排量柱塞马达行走制动阀型式-背压阀式溢流设定压力-34.8Mpa行走停放制动器型式-多片湿式负压型接触开启压力-0.951.02Mpa将高低二档转换机构、停车闸、制动阀、液压马达、行走减速器及控制机构做成一体；具有结构紧凑，承载能力大，高可靠性，易装配，完全收容等特点。整个机构均被包容在减速机支座和履带之间，防止了泥土的进入及障碍物对泵的损坏，提高了整机的通过性。变量泵可自动调节行走速度，且具有双速功能，使工作更为快捷。行走与回转装置内部均带有常闭摩擦片式制动器，只要操纵杆回到中立位置，油路即被切断，马达立即停止转动，达到制动目的；操作简单，制动可靠。 底盘结构该机底盘采用具有抗扭强度高，稳定性能好的X型焊接结构，它比H型结构增大了行走架的刚度，改善了履带架的应力分布，保持了良好的行走性能；导向轮、托带轮、支重轮采用浮动杯式密封结构，密封可靠，不需经常保养；采用成熟的液压缸弹簧张紧装置来改善行走缓冲性能；下车液压管路均密封在底座内，安全可靠，美观大方。 液压系统及液压元件液压系统主要分为两个油路:主油路和先导油路主油路 电源主泵 控制器 控制阀执行器马达 油缸 工作装置先导油路电源 先导泵控制器先导阀 泵调节器 电磁阀 信号控制阀 动臂电子缓冲电磁阀先导油路操作控制油路 泵控制油路 阀控制油路 回转停放制动器解除油路 行走马达斜盘角控制油路 液压油预热油路 在其上插装有安全阀、过载阀、补油阀、单向阀、逻辑阀、减压底阀，使得结构紧凑，系统安全可靠。液压系统具有全功率和分功率控制机能，使得发动机功率最大限度地得到应用；通过逻辑阀、减压底阀可将压力信号反馈给主泵使其改变斜盘倾角来改变输出流量的大小，实现负流量控制，最大限度地减小发动机的损耗和液压系统的温升；复合动作供油在阀内合流，减少了管路连接；主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；系统内设有自动控制直线行走阀，行走时高压互通，保证了行走直线性;在伺服回路中安装有高精度压力滤清器，柴油机意外熄火后，工作装置仍能靠回路中的蓄能器的压力放下。第3章 工作装置主要结构设计液压挖掘机工作装置是完成液压挖掘机各项功能的主要构件，其结构的合理性直接影响到液压挖掘机的工作性能和可靠性。3.1 工作装置结构介绍本机采用最常使用的反铲工作装置，它主要由动臂、斗杆、铲斗以及动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸组成。其结构如图3-1所示。1铲斗 2铲斗油缸 3斗杆 4斗杆油缸 5动臂 6动臂油缸图3-1 小型液压挖掘机的工作装置动臂、斗杆和铲斗均是采用高强度钢板焊接而成的箱形结构，重量轻、强度高。动臂根部用一根销轴铰接在平台前端中部，由两只铰接在转台前部的动臂油缸支撑。油缸作伸缩运动，动臂则作升降运动。斗杆端铰接在动臂的头部，另一端铰接着铲斗和摇杆。斗杆的回缩或伸出靠铰接在动臂上的斗杆油缸的伸缩来控制。铲斗铰接在斗杆的末端，用铰接在斗杆上的铲斗油缸经摇杆控制，摇杆的作用是使铲斗的转角加大。油缸伸缩，铲斗则进行挖掘和卸载。工作装置的升降可以单独进行，亦可以和转台回转同时进行，以缩短挖掘周期，加快工作速度。通常从挖掘位置到卸载位置，或从卸载位置返回挖掘位置均采用回转和动臂升降同时进行。工作装置的各个销轴采用合金钢制造，经渗碳淬火处理，强度较高。且各个铰点都设有油杯，用油枪注入润滑脂润滑。工作装置各铰接处均设有限位块，以减少对油缸的冲击。斗齿部分由齿座和斗齿组成。斗齿套在齿座上用弹性销固定，斗齿磨损后可以更换。3.2 动臂结构简介小型动臂的结构如图3-2所示。1-上盖板 2-吊耳 3-下盖板 4-左右侧板 5-肋板 6-前叉板 7-中轴座 8-后轴座 9-斗杆油缸联结座图3-2 小型动臂结构简图动臂的整体式弯臂采用大圆弧过度以减少该处的应力集中，结构简单、重量轻。动臂的主体框架是由上盖板、下盖板、左侧板、右侧板焊接而成的箱形结构。上、下盖板均由前、后两块板拼焊而成，每块板都采用厚度为14mm的16Mn钢板，焊接形式为“45斜线”焊缝。左、右侧板分别由前、中、后三块钢板拼焊而成。前、后板都采用厚度为12mm的16Mn钢板，中侧板采用厚度为14mm的16Mn钢板。侧板间的焊接形式为斜线焊缝。动臂与转台、斗杆联接的轴座均用ZG270- 500材料铸造而成；与动臂油缸联接的轴座也是用ZG270-500材料铸造而成，在轴座四周焊有四块筋板以提高强度。上述轴座分别与箱形框架焊接成为动臂。在框架的不同位置还焊有六块筋板以提高强度。在动臂上平面的前、后部各焊有两个吊耳，以便装配和拆卸时起吊用。斗杆油缸的联接座焊在箱形框架上。3.3 斗杆结构简介小型斗杆的结构如图3-3所示。斗杆的主体框架是由上盖板、下盖板、左侧板、右侧板各一块焊接而成的箱形结构。每块板均是厚度为10mm的16Mn钢板。与动臂联接的轴座采用ZG270-500材料铸造而成，在圆周上焊有两块筋板以提高强度。与铲斗、连杆联接的轴座均由35钢管加工而成。各轴座分别与箱形框架焊合而成斗杆。在框架的不同位置还焊有三块筋板以提高强度。斗杆油缸、铲斗油缸的联接座均焊在箱形框架上。1-上盖板 2-铲斗油缸联结座 3-斗杆油缸联结座 4-肋板 5-动臂联结座 6-左右侧板 7-下盖板 8-连杆联结座 9-铲斗联结座图3-3 小型斗杆的结构图第4章 工作装置的力学分析4.1 动臂的力学分析反铲装置动臂的强度计算应按挖掘工作中对动臂可能出现的最大载荷来选定计算位置。一般可采用以下计算位置:4.1.1 工况:a)、动臂位于最低(动臂油缸全收缩);b)、斗齿尖、铲斗与斗杆铰点、斗杆与动臂铰点三点位于垂直线上;c)、铲斗挖掘，斗边齿遇障碍时。如图4-1所示。这时，工作装置上的作用力有:工作装置各部分的重量(动臂重G1,，斗杆重G2，铲斗重G3)和作用于斗侧齿上的挖掘阻力(包括切向分力，法向分力和侧向力)。各液压油缸的工作状态为:铲斗油缸以F3力工作，斗杆油缸承受被动作用力F2，动臂油缸承受闭锁力。铲斗边齿遇障碍时，横向挖掘阻力，由回转机构的制动器承受。此力的最大值决定于回转平台的制动力矩。其值为:式中: - 回转制动器可承受的最大力矩;r - 横向阻力距回转中心的距离.液压挖掘机所选用的回转制动器型号为:KG08，其=89.06kN.m , r=4518.5mm。则:kNL1=2180 L2=4042 L3=4361 L4=1460 L5=2925 L6=851S0=8456 S1=452 S2=612 S3=3935 S4=505 S6=106S7=415 S8=612 r=4518.5 G1=1579kg G2=935kgG3=733kg =37.5 =8.5 图4-1 动臂计算位置一取工作装置为隔离体，对动臂底部铰点C取力矩平衡有:求得B点的侧向力 kN则C点的侧向力 kN取斗杆为隔离体，按对铰点D的力矩平衡方程求得F点的侧向力 kN则M点的侧向力 kN铲斗挖掘时，铲斗油缸工作力凡所能克服的切向阻力FW1,，可取铲斗为隔离体，按对铰点Q的力矩平衡方程求得铲斗油缸所产生的挖掘力其中铲斗油缸工作力式中： -最大工作压力; p=30 MPa -铲斗油缸大腔面积; =由此可以得出 =368 kN，及F=129.04 kN。法向阻力FW2决定于动臂油缸的闭锁力。可取工作装置为隔离体，按对动臂底部铰点C的力矩平衡方程求得式中为动臂油缸的闭锁力。=其中 - 过载压力; =34MPa-动臂油缸大腔面积; =由此可得: =442kN,及=-182kN,说明值不能实现.计算时只能取=523kN代入得=102.48 kN。将代入得=-125kN0。说明值仍不能实现。所以只能取=0 再代入得=44.3 kN然后将代入此时得到 =223.2kN 说明FWZ值不能实现。计算时只能取=523 kN ,代入然后联立方程求解得: kN kN再将值代入求解得： kN建立如图3-2所示坐标系，则：B点的受力分解为 kN kN kN M点的受力分解为 kN kN kN4.2 标准斗杆的力学分析反铲装置的斗杆强度主要为弯矩所控制，故其计算位置可根据反铲工作中挖掘阻力对斗杆可能产生的最大弯矩来确定。根据斗杆工作情况的分析和试验说明，斗杆危险断面最大应力发生在采用铲斗挖掘的工况下。其计算位置可按以下条件确定:4.2.1工况I:a)、动臂位于最低(动臂油缸全收缩);b)、斗杆位于斗杆油缸作用力臂最大处(斗杆油缸与斗杆尾部轴线夹角为90时);c)、斗齿尖位于铲斗与斗杆铰点和斗杆与动臂铰点连线的延长线上;d)、侧齿遇障碍，作用有横向阻力。如图4-4所示。这时，工作装置上的作用力有:工作装置各部分的重量(动臂重G1,，斗杆重G2，铲斗重G3)和作用于斗侧齿上的挖掘阻力(包括切向分力，法向分力和侧向力)。横向挖掘阻力kN取斗杆为隔离体，按对铰点F的力矩平衡方程 求得D点侧向力 kN则F点侧向力 kN取铲斗为隔离体，按对铰点Q的力矩平衡方程求得H点侧向力 kN则Q点的侧向力 kN取斗杆(不含铲斗)为隔离体，按对铰点N的力矩平衡方程求得E点侧向力 kNL1=2456 L2=4154 L3=2957 L4=1460 L5=2200 L6=1023 S0=5219S1=92 S2=614 S3=6037 S4=512 S5=1074 S6=153 S7=400S8=514 r=2732 G1=1579kg G2=809kg G3=745kg =51.8 68.61.9 72.4 图44 斗杆计算位置一由受力平衡方程求得N点侧向力 kN铲斗挖掘时，铲斗油缸工作力F3所能克服的切向阻力,可取铲斗为隔离体，按对铰点Q的力矩平衡方程求得铲斗油缸所产生的挖掘力由=368 kN，得出=121.4 kN。法向阻力决定于动臂油缸的闭锁力。可取工作装置为隔离体，按对动臂底部铰点C的力矩平衡方程求得由= 442 kN，得出=-44.4 kN0。这说明值不能实现，即铲斗油缸不能发挥全部作用力。所以计算时只能取=0 再代入得 =70.1 kN将值代入可得 kN。取斗杆为隔离体，按对铰点F的力矩平衡方程求得斗杆油缸的作用力(被动状态下)即：=241.8 kN=523 kN。然后取铲斗为隔离体，按对铰点Q的力矩平衡方程求得即：=254.2 kN取摇杆为隔离体，作用力有:铲斗油缸作用力及。可求出N点作用力得 kN。建立如图4-5所示的坐标系，则:图4-5 建立坐标系D点受力可分解为 kN kN kNE点受力可分解为 kN kN kNN点受力可分解为 kNkN kN4.2.2 工况:a)、动臂位于动臂油缸作用力臂最大处；b)、斗杆位于斗杆油缸作用力臂最大处(斗杆油缸与斗杆尾部轴线夹角为90时)；c)、斗齿尖位于铲斗与斗杆铰点和斗杆与动臂铰点连线的延长线上；d)、进行正常挖掘，即挖掘阻力对称于铲斗，无侧向力。如图4-6所示。这时，工作装置上的作用力有:工作装置各部分的重量(动臂重G1，斗杆重G2，铲斗重G3)和作用于斗侧齿上的挖掘阻力(包括切向分力，法向分力)。L1=2763 L2=6037 L3=6462 L4=1460 L5=2200 L6=1023 S0=5244S1=420 S2=614 S3=5551 S4=512 S5=808 S6=307 S7=400S8=870 r=6825 G1=1579kg G2=809kg G3=745kg =51.8 68.61.9 72.4 图4-6 斗杆计算位置二铲斗挖掘时，铲斗油缸工作力F3,所能克服的切向阻力FW1可取铲斗为隔离体，按对铰点Q的力矩平衡方程求得铲斗油缸所产生的挖掘力由=368 kN，得出=123.1 kN。法向阻力决定于动臂油缸的闭锁力。可取工作装置为隔离体，按对动臂底部铰点C的力矩平衡方程求得由= 442 kN，得出=-21.7 kN0。这说明值不能实现，即铲斗油缸不能发挥全部作用力。所以计算时只能取=0 再代入得=100.1 kN将值代入可得 kN。取斗杆为隔离体，按对铰点F的力矩平衡方程求得斗杆油缸的作用力(被动状态下)即：=394.8 kN=523 kN。然后取铲斗为隔离体，按对铰点Q的力矩平衡方程求得即：=357.5kN取摇杆为隔离体，作用力有:铲斗油缸作用力及。可求出N点作用力得 kN。建立如图4-5所示的坐标系，则:D点受力可分解为 kN kN kNE点受力可分解为 kN kN kNN点受力可分解为 kN kN kN4.3 变型斗杆的力学分析变型斗杆的计算位置按以下条件确定:4.3.1 工况I:a)、动臂位于最低(动臂油缸全收缩)；b)、斗杆位于斗杆油缸作用力臂最大处(斗杆油缸与斗杆尾部轴线夹角为90时)；c)、斗齿尖位于铲斗与斗杆铰点和斗杆与动臂铰点连线的延长线上；d)、侧齿遇障碍，作用有横向阻力。如图3-7所示。则：横向挖掘阻力 kN取斗杆为隔离体，按对铰点F的力矩平衡方程求得D点侧向力 kN则F点侧向力 kN取铲斗为隔离体，按对铰点Q的力矩平衡方程求得H点侧向力kNL1=2360 L2=3900 L3=2591 L4=1460 L5=2925 L6=1026 S0=5963S1=77 S2=641 S3=5409 S4=513 S5=1417 S6=103 S7=411S8=616 r=2378 G1=1579kg G2=935kg G3=733kg =51.8 68.61.3 72.4 图4-7 加长斗杆计算位置则Q点的侧向力 kN取斗杆(不含铲斗)为隔离体，按对铰点N的力矩平衡方程求得E点侧向力 kN由受力平衡方程求得N点侧向力 kN铲斗挖掘时，铲斗油缸工作力F3所能克服的切向阻力,可取铲斗为隔离体，按对铰点Q的力矩平衡方程求得铲斗油缸所产生的挖掘力由=368 kN，得出=129.8KkN。法向阻力决定于动臂油缸的闭锁力。可取工作装置为隔离体，按对动臂底部铰点C的力矩平衡方程求得由= 442 kN，得出=-75.6 kN0。这说明值不能实现，即铲斗油缸不能发挥全部作用力。所以计算时只能取=0 再代入得 =61.2 kN。将值代入可得 kN。取斗杆为隔离体，按对铰点F的力矩平衡方程求得斗杆油缸的作用力(被动状态下)即：=250.5 kN=523 kN。然后取铲斗为隔离体，按对铰点Q的力矩平衡方程求得即：=216 kN取摇杆为隔离体，作用力有:铲斗油缸作用力及。可求出N点作用力得 kN。建立如图4-8所示的坐标系，则:D点受力可分解为 kN kN kNE点受力可分解为 kN kN kNN点受力可分解为 kN kN kN图4-8 建立坐标系4.3.2 工况:a)、动臂位于动臂油缸作用力臂最大处；b)、斗杆位于斗杆油缸作用力臂最大处(斗杆油缸与斗杆尾部轴线夹角为90时)；c)、斗齿尖位于铲斗与斗杆铰点和斗杆与动臂铰点连线的延长线上；d)、进行正常挖掘，即挖掘阻力对称于铲斗，无侧向力。如图4-9所示。L1=2808 L2=6024 L3=6585 L4=1460 L5=2925 L6=1026 S0=5973S1=459 S2=641 S3=5523 S4=513 S5=975 S6=316 S7=411S8=868 r=5913 G1=1579kg G2=935kg G3=733kg =51.8 68.61.3 72.4 图4-9 加长斗杆工作位置二铲斗挖掘时，铲斗油缸工作力F3,所能克服的切向阻力FW1可取铲斗为隔离体，按对铰点Q的力矩平衡方程求得铲斗油缸所产生的挖掘力由=368 kN，得出=131.7 kN。法向阻力决定于动臂油缸的闭锁力。可取工作装置为隔离体，按对动臂底部铰点C的力矩平衡方程求得由= 442 kN，得出=-46 kN0。这说明值不能实现，即铲斗油缸不能发挥全部作用力。所以计算时只能取=0 再代入得 =89.2 kN将值代入可得 kN。取斗杆为隔离体，按对铰点F的力矩平衡方程求得斗杆油缸的作用力(被动状态下)即：=371.4 kN=523 kN。然后取铲斗为隔离体，按对铰点Q的力矩平衡方程求得 即：=308.7 kN。取摇杆为隔离体，作用力有:铲斗油缸作用力及。可求出N点作用力得 kN。建立如图3-5所示的坐标系，则:D点受力可分解为 kN kN kNE点受力可分解为 kN kN kNN点受力可分解为 kN kN kN第5章 挖掘机液压系统设计5.1 挖掘机的功用和对液压系统的要求液压挖掘机的液压系统是由动力元件(各种液压泵),执行元件(液压缸.液压马达),控制元件(各种阀)以及辅助装置(冷却器.过滤器)用油管按一定方式连接起来组合而成。它将发动机的机械能,以油液作为介质,经动力元件转变为液压能,进行传递,然后再经过执行元件转返为机械能,实现主机的各种动作。由于液压系统的功能是传递,分配和控制机械动力,因此是液压挖掘机的关键部分。液压挖掘机的液压系统都是由一些基本回路和辅助回路组成，它们包括限压回路、卸荷回路、缓冲回路、节流调速和节流限速回路等，由它们构成具有各种功能的液压系统。挖掘一般以斗杆缸动作为主,用铲斗缸调整切削角度,配合挖掘。有特殊要求的挖掘动作,则根据作业要求,进行铲斗,斗杆和动臂三个缸的复合动作,以保证铲斗按某一特定轨迹运动。挖掘机一般工作在施工场合,因此工作环境恶劣,这就要求挖掘机的液压系统和执行元件要有足够的强度和非常好的密封性能。由于挖掘机的动作频繁,因此,液压元件和管路要能够承受频繁的液压冲击,以保证挖掘机能够长时间安全稳定的工作。设计出便于操作，更加人性化，工作效率高，耗能少的挖掘机，才会在工程领域发挥更大的作用。5.2 挖掘机液压系统分析5.2.1 挖掘机的液压系统原理图挖掘机的液压系统原理图如下1：A、B液压泵 1-铲斗液压缸 2-斗杆液压缸 3-动臂液压缸 4 5 6-调速阀 7 8 11-三位四通换向阀 9-合流阀 10-梭阀 12-限速阀 13-单向阀 14-散热器 15-滤油器 16-溢流阀图5-1 挖掘机的液压系统原理图系统中所用的是斜轴式径向柱塞泵。它有两个出油口，相当于A，B两台泵供油。A泵输出的压力油进入三位四通电磁阀7和8，分别驱动铲斗液压缸1和动臂液压缸3动作。泵B输出的压力油进入三位四通换向阀9驱动斗杆液压缸2动作。5.2.2 系统工作分析根据挖掘机的作业要求，液压系统应完成挖掘，上述工作由系统中的一般工作回路实现。（1） 通常以铲斗缸或两者配合进行挖掘；必要时配以动臂动作。操纵换向阀7处于右位，这时油液的流动是：进油路：A泵换向阀7右位铲斗液压缸1大腔。回油路：铲斗液压缸1小腔调速阀5换向阀7右位换向阀8中位合流阀9右位限速阀12右位单向阀13散热器14滤油器15油箱。此时铲斗缸活塞伸出，推动铲斗挖掘。或者同时操纵换向阀7，8使两者配合进行挖掘。必要时操作换向阀11，使处于右位或左位，则B泵来油进入斗杆液压缸2的大腔或小腔，使液压缸的动作相互配合，提高挖掘效率。5.2.3 主要液压元件在系统中的作用为了限制铲斗，斗杆，动臂因自重而快速下降，在其回路上均设置了单向节流阀4,5,6。该机在挖掘作业时，常需动臂缸与斗杆缸快速动作以提高生产效率。为此在系统中增加了合流阀9。合流阀在图示位置时，泵A，B不合流。当操纵合流处于左位时A泵输出的压力油经合流阀9的左位进入换向阀11与B泵一起向动臂缸和斗杆缸供油，以加快动臂和斗杆的动作速度。在两组多路阀的进油路上设有安全阀以限制系统的最大工作压力。在各液压缸和液压马达的分支油路上均设有过载阀以吸收工作装置的冲击能量。5.3 液压元件的选用5.3.1 泵的选用选用轴向柱塞泵，这种泵具有结构紧凑，容量大，压力高，容易实现无级变速，寿命长，排量范围大。5.3.2 液压阀的选用（1） 溢流阀.溢流阀的基本功能是限定系统的最高压力，防止系统过载或维持压力近似恒定。本系统中选用二级同心先导式溢流阀，安装在泵的出油口处，用来恒定系统压力，防止超压，保护系统安全运行。（2） 单向阀.系统中多处要用到单向阀，也是必不可少的元件，它用来防止油液倒流，从而使执行元件停止运动，或保持执行元件中的油液压力。还可是保持一定的背压。（4） 换向阀.在系统中为三位四通换向阀。在系统中换向阀的主要作用是改变压力油进入执行元件的方向，进而实现不同的动作要求，在三位四通的换向阀中，左右阀位要求能够进回油，中间的阀位要求禁止油液流通，以达到执行元件动作达到要求后停止或悬停在任一位置。5.3.3 液压缸的选用 选用工程机械用液压缸，最高工作压力28MP。5.3.4 辅助元件的选用（1） 油管.由于系统工作压力高，所以在系统中没有相对运动的管路中选用无缝钢管，它能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，装拆方便，所以适合用在高压管道。在系统中有相对运动的压力管道选用高压橡胶管。（2） 管接头.在采用无缝钢管的管路中，管接头采用锥密封焊接式管接头，他除了具有焊接头的优点外，由于它的O形密封圈装在锥体上，使密封有调节的可能，密封更可靠。工作压力为34.5MP工作温度为-25+80摄氏度。在橡胶管的接头处选用扣压式胶管接头，安装方便，与钢丝编织胶管配套总成，适合在油温为-28+80摄氏度的环境工作。（3） 密封装置.在液压系统中密封装置非常重要，它是用来防止工作介质泄露及外界灰尘和异物的侵入，以保证系统建立起必要的压力，使其能够正常工作。密封装置应满足在一定的压力.湿度范围内具有良好的密封性能。密封装置和运动件之间的摩檫力要小，摩檫系数要稳定，抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性好，磨损后在一定程度上能自动补偿，结构简单，使用维护方便，价格低。其于以上几点，在有相对运动且有摩檫的元件上使用Y型密封圈，其截面小，结构紧凑。且Y型密封圈能随压力增高而增大，并能自动补偿磨损。在相对摩檫不严重或无相对摩檫的元件上用O型密封圈，其结构简单，容易制造，密封性能好，摩檫力小，安装方便。（4） 滤油器.在液压系统中，不允许液压油含有超过限制的固体颗粒和其他不溶性赃物。因为这些杂质可以使间隙表面划伤，造成内部泄露量增加，从而降低效率增加发热。这些杂质还会使阀芯卡死，小孔或缝隙堵塞，润滑表面破坏，造成液压系统故障，胶状物和淤渣等杂质，将会引起元件粘着，酸类还将加速运动件的腐蚀和使油液进一步恶化。因此要采用滤油器对油液进行过滤，以保证油液质量符合标准。因此选用网式滤油器安装在泵吸油管上，这种滤油器压力损失不超过0.04MPa，结构简单，流通能力大，可以满足泵的流量，清洗方便。（5） 蓄能器.它能把压力油的液压能储存在耐压容器里，待需要时又将其释放出来的一种装置。主要用途：做辅助动力源.减小压力冲击和压力脉动。在本系统中选用气囊式蓄能器，这种蓄能器密封可靠，胶囊惯性小，反映灵敏，结构紧凑，尺寸小，重量轻，并有系列批量生产 。 第6章 液压缸的设计计算和泵的参数计算6.1 液压缸设计算6.1.1 外负载计算斗杆挖掘时切削行程较长，切土厚度在挖掘过程中可视为常数。斗杆在挖掘过程中总转角为，在这转角行程中铲斗被装满。铲斗缸外负载为最大时，缸内压力最大，此时挖掘力最大，其值为： =CBAZX+D =250+D =200+12000=206771+12000=218771(N)式中 C表示土壤硬度的系数,对级土宜取C=5080，对级土宜取C=90150，对级土宜取C=160320，式中取C=250； R铲斗与斗杆铰点到斗齿尖的距离，即转斗切削半径，取斗容量为1m,根据反铲斗主要参数特性计算表，查表得R=1.15m；B切削刃宽度影响系数,B=1+2.6b,其中b为铲斗宽度,查表得b=1.25m；挖掘过程中铲斗总转角的一半,查表得=；A切削角变化影响系数,取A=1.3；Z带有齿的系数,取Z=0.75；X斗侧臂厚度影响系数,X=1+0.3s,其中s为侧臂厚度,单位为cm,初步设计时可取X=1.15；D切削刃挤压土壤的力,根据斗容大小在D=1000017000N范围内选取.设计容量为1m,取D=12000N；转斗挖掘装土阻力和法向挖掘阻力相对与很小，所以在计算时可以忽略不计。6.1.2 液压缸结构尺寸计算(1) 根据铲斗缸的最大外负载，可以设计计算铲斗缸的结构尺寸： 当推力驱动工作负载时： 由此可求出缸筒内径为: D 求出D=99mm本系统为高压系统，因此速比取=2，d= 式中 系统背压P=1MPa 系统最高压力P=28Mpa根据查表GB/T23481993圆整得到D=100mm(2) 活塞杆直径为 d=100=70.7(mm)根据GB/T23481993规定的活塞杆尺寸圆整为d=80mm(3) 最大工作行程 行程S=12D S=12x100=1200（mm）根据国家标准GB/T1980规定的液压缸行程系列圆整到S=1250mm(4) 活塞有效计算长度液压缸的安装尺寸，可查设计手册得 安装尺寸=+S=377+1250=1627（mm）当活塞杆全部伸出时，有效计算长度为： L=1250+1250+377=2877（mm）S液压缸的安装尺寸(查设计手册得到) (5) 最小导向长度 取最小导向长度为120（mm）式中 L液压缸最大行程； D缸筒内径。(6) 导向套长度A=（0.61.0）d =(4880)mm导向套长度为60mm(7) 活塞宽度B=（0.61.0）D =（60100）mm活塞杆宽度B=80mm式中 D缸筒内径(8) 缸筒壁厚：材料的许用应力计算 =式中 缸体材料的抗拉强度，缸体材料为，=800Mpan安全系数.一般取n=5 查缸筒壁厚度表，取=12mm式中 P-系统最高压力,P=28Mpa。(9) 缸筒外径 =100+2x12 =124(mm)6.1.3 油缸强度计算(1) 已知参数：缸径D=100 杆径d=80 行程S=1250 缸筒壁厚=12有效计算长度L=2877 (参数单位：mm)(2) 油缸强度计算a. 活塞杆应力校核 活塞杆材质为调质，经查表得强度极限为800Mpa,材料的许用应力为：=（n为安全系数）.由此可见，应力完全满足要求。 式中 油缸最大闭锁压力 b. 缸筒强度验算：由于缸筒壁厚与缸径之比，属于厚壁缸筒，可按材料学第二强度理论验算。 = =8.65（mm）由此可见,即为大柔度压杆时，稳定力为： =式中 为长度折算系数，对于两端铰接约束方式一般取1；f. 油缸最大闭锁力 = =式中 油缸最大闭锁压力g. 稳定系数 =2.1由此可见，稳定性可以满足要求。6.2 泵的参数计算6.2.1 泵的压力计算在设计液压系统时，要求泵的压力高于系统压力，差值以10%28%为宜15。因此： =28取泵的最高压力式中 P系统最高压力，P=28Mpa6.2.2 计算所需要的泵的流量(1) 设计要求每个液压缸的伸缩速度，根据铲斗缸计算初步确定其余液压缸的参数：（单位：mm）a. 动臂缸（2个）：缸内径D=100 活塞杆径d=70 b. 铲斗缸：缸内径D=100 活塞杆径d=80 c. 斗杆缸：缸内径D=110 活塞杆径d=80(2) 每个缸的流量计算a. 动臂缸（2个）： =48.042L/minb. 斗杆缸： =16.956 L/min c. 铲斗缸： =28.731 L/min式中 R缸筒内半径 r活塞杆半径 f. 系统总流量 =1.2（48.04216.95628.731）=113(L/min)式中 K系统泄露系数，一般取1.11.3，本式中取K=1.2； 同时工作的执行元件流量之和的最大值。根据上面的计算，系统中选用主泵为双联斜轴式轴向柱塞泵，所以A泵的最大流量为92 L/min，B泵的最大流量为21 L/min。6.3 柴油机的选择6.3.1 泵的驱动功率的计算 =28.25（KW） 式中 PN-液压泵的额定压力，取PN=28MPa ； QN-液压泵的额定流量，取 ； -液压泵的总效率，从规格表中查出为0.8 ； -转换系数：恒功率变量液压泵取0.4 ；6.3.2 柴油机的选择根据算出的驱动功率和泵的额定转速选择电动机的规格。通常，允许电动机短时间在超载25%的状态下工作。取电动机的效率为80%，则根据计算公式得到电动机的功率为35.31KW，查机械设计手册，选择型号为N485自然吸气发动机柴油机，其额定功率为37KW,转速为2000r/min. 图6-1N485自然吸气发动机柴油机总结毕业设计转眼间就到了扫尾阶段，在这几个月的设计学习过程中，我取得了长足的进步。在这次毕业设计中，我收获了很多，首先，对知识有了更深的了解，几年的知识做了系统的回顾，图书馆使用培养独立分析的知识，我学会了如何更好的利用网络寻找信息解决问题的能力，以及信息使用，但也使我学会如何与同学讨论问题。这是
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