毕业设计（论文）-装载机液压系统设计.doc

43毕 业 设 计 （论 文） 设计（论文）题目： 系 部 名 称： 机电工程系 学 生 姓 名： 专 业： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 答辩组负责人： 填表时间： 年 月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，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。关键词：装载机；液压传动；液压系统设计；ABSTRACTLoader is primarily utilized to load and unload piles of balk cargo and also do some light excavations. It has good mobility, applied widely in factory, mine construction, water and electricity, road, dock, farmland even house, and it is a most important model of construction machinery. The design of overall project of wheel loader is a important link in designing of wheel loader itself, which has vital impact on the quality, working property and competition in market. The property is superior or inferior and its affect rate is brought into play, which have relationship with the property of relative components and are determined not only by the matching of parameter, the coordination between switchboard and the relative components, also by the total decoration of wheel loader.Working device and the steering mechanism of the loader all adopt fluid drive system. The article carries though the design of the fluid drive system though the working demand on working device and the load analysis. It mainly includes the selection and design toward the executive component, the control component and the assistant component.The design the author chosen in this article can make readers know much about the total designing project of engineering mechanism and the systematic design of liquid-press, at the same time comprehend some designing concept, which will provide helpness to further work later. Key words: loader;hydraulic transmission;hydraulic pressure system;目 录绪论 11 ZL50轮式装载机总体设计 21.1装载机的基本组成21.2轮式装载机的工作原理21.3轮式装载机总体参数的确定21.3.1装载机动臂提升、下降、及铲斗前倾时间的确定61.4 ZL50Z装载机的总体布置71.5各部件布置的具体要求71.6控制桥荷力分配81.7 ZL50装载机稳定性计算102液压系统的初步介绍122.1液压系统的工作原理122.2液压系统的组成部分122.3液压系统传送的优点122.4液压系统传送的缺点132.5技术要求132.6 ZL50轮式装载机液压系统设计已明确参数153 液压系统的设计163.1制定液压系统方案163.1.1 油路循环方式的分析与选择163.1.2确定液压执行元件的形式163.1.3各机构液压回路的确定163.2 绘制液压系统原理图183.3确定液压系统的主要参数193.3.1 液压缸载荷组成203.3.2 初选系统工作压力213.3.3 计算液压缸的主要结构尺寸223.3.4 计算液压缸所需流量243.3.5计算液压执行元件的实际工作压力243.4液压元件的选择与专用件设计243.4.1 液压泵的选择243.4.2 液压阀的选择263.4.3 辅元件的选择273.5 液压系统的性能验算283.5.1液压系统压力损失283.5.2 液压系统的发热温升计算293.5.3 计算液压系统的散热功率303.5.4 根据散热要求计算油箱容量313.6液压系统冲击压力323.6.1 压力冲击的原因323.6.2 消除或减少压力冲击的措施334 动臂液压缸的设计344.1 液压缸的结构参数计算344.1.1缸筒壁厚计算344.1.2 缸筒外径354.1.3 缸底厚度的计算354.2 液压缸的连接计算354.2.1 销轴与耳环连接计算364.3 活塞杆活塞杆强度及稳定性验算364.3.1 活塞杆强度验算364.3.2 活塞杆稳定性验算37总结40致谢41参考文献42绪论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。一台装载机的设计是否成功，首先是从能否满足使用要求，好造、好用、好修，具备较高的作业生产率和较低的使用成本来衡量的。这体现在设计工作中，就是应当使装载机具有较完善的技术经济性能与指标以及先进的部件结构方案。常见的单斗装载机一般有以下特点来分类。（1）按行走装置不同分类:轮胎式和履带式。国产履带式装载机多是在推土机基础上形成及国内外使用和生产的绝大多数是轮胎式装载机，这两类装载机除行走装置不同外，其它系统和构造大体相似。（2）按使用场合不同分类：露天用装载机和井下用装载机（铲运机）。国内外生产和使用的装载机绝大多数是露天轮式装载机。铲运机的结构相对来说是比较简单的。（3）按传动形式不同分类：机械传动式，液力机械传动式，液压传动式和电传动式。机械传动式在国内仅用于0.5m以下的装载机，它一般直接采用汽车或拖拉机的传动装置，即离合器和变速器。由于液力传动机械取消了机械传动中的离合器而换用液力变矩器，取消了人力换挡变速箱而换用了动力换档变速箱，是发动机在不停车的情况下换挡，操作轻便，工作可靠性高，因此液力机械传动式是轮式装载机的主要传动形式。液压传动使用柴油机带动液压泵产生高压油，并通过控制系统和油管带动液压马达使车轮传动。它能够简化传动系统，使整机质量减轻，但由于启动性差，液压件价格昂贵，寿命也比较低，因此目前仅用于小型装载机上。电传动是由柴油机驱动交流发电机，以此来驱动装在车轮上的直流电动机，然后通过轮边减速器带动车轮转动，这样可以实现无级调速。这种传动检查方便，维修简单，工作可靠。缺点是电机设备质量大，费用高，目前只在大型装载机上使用。（4）按装载方式不同分类：前卸式，后卸式，侧卸式和回转式。轮式装载机基本上都是前卸式。（5）按转向方式不同分类：整体式和铰接式。国产ZL系列轮式装载机绝大多数采用铰接式。1 ZL50轮式装载机总体参数的确定1.1轮式装载机的基本组成轮式装载机根据使用场合不同可分为两类，即在露天装载作业时使用的前端轮式装载机和主要用于地下矿物开采的井下铲运机。国产ZL系列前端式轮式装载机的底盘采用的是由柴油机驱动的液力机械传动系统，铰接转向，气顶油式的盘式制动。工作装置系统多采用反转六连杆式，采用液压操纵。基本结构如下图： 图1-1 国产ZL系列前端轮式装载机的基本组成1-铲斗；2-摇臂；3-动臂；4-转斗油缸；5-前车架；6-动臂油缸；7-驾驶室；8-变矩器；9-发动机；10-水箱；11-配重；12-后桥；13-后车架；14-变速箱；15-前桥；16-连杆1.2轮式装载机的工作原理 轮式装载机是以柴油发动机为动力源，以轮胎行走机构产生推力(或牵引力)，由工作装置来完成土石方工程的铲挖、装载、卸载及运输作业的一种工程施工机械。以常用的轮式装载机为例(见图2-1所示)，其工作过程是发动机9的动力经变矩器传给传给变速器14，再由变速箱14经过前后传动轴分别传给前后桥15、12以驱动车轮转动，使装载机工作装置接近并插入料堆。工作装置动臂的一端铰接在车架上，一端铰接着铲斗，利用转斗油缸4通过摇臂2和连杆16可使铲斗翻转，利用动臂油缸可使动臂绕上铰接点旋转，以举升、放下铲斗，完成装载作业。1.3轮式装载机总体参数的确定轮式装载机的总体参数，是指它的主要性能参数和基本尺寸参数。性能参数包括装载机自重力，额定载重量，铲斗容量，发动机功率，最大插入力，掘起力，最大卸载高度和卸载距离等。基本尺寸参数包括轴距，轮距，轮胎尺寸，外形尺寸等。(1)装载机自重力装载机的自重力通常指由装载机本身的制造装配质量以及发动机的冷却水、燃料油、润滑油、液压系统油、随车必备工具、驾驶员体重等因素引起的重力。装载机靠行走将铲斗插入料堆，铲斗插入料堆的能力取决于装载机的牵引力Fd，牵引力Fd受装载机附着力的限制，故装载机的自重力应能使其驱动系统产生足够的附着力，以满足铲斗插入料堆的需求。在插入料堆时，牵引力主要用来克服插入阻力和运行阻力，即 FdFin+msg （5-1）式中 Fd装载机行走牵引力，N； Fin铲斗插入阻力，N； ms装载机整机质量，kg； 滚动阻力系数。 Fdmsg （5-2）式中 附着系数装载机牵引力受地面附着条件限制，所以牵引力的最大值应不大于附着力，由于装载机多为四轮驱动，从而将式(2-1)代入(2-2)式中，可求得装载机自重力Gs为 Gs=msgFin- （5-3）其中的的系数通过查表图可取：=0.10，=0.50。经多方参考本设计=18000N。综合以上数据可得45000N。根据多方考虑可取自重=155000N。（2）装载机额定载重量装载机额定载重量是在保证装载机必要的稳定性能的前提下，它的最大载重能力。额定载重量。 装载机的重量确定符合国家产品标准.因为本设计为ZL50,根据国家标准为5000kg,容量2.5。(3)装载机铲斗容量装载机铲斗容量分两种：一种称为额定容量，是指铲斗四周均以1/2坡度堆积物料时，由物料坡面与铲斗内廓所形成的容积；另一种称为平装容量，指铲斗的平装容积。通常所说的铲斗容量是指其额定容量。平装容量Vs与额定容量Vr有如下关系,即 Vs=Vr1.2 （5-4）额定容量与额定载重量有如下关系，即 Vr=mr/ （5-5）装载物料密度，额定载重量本设计应该为5000kg，铲斗额定容量，kg。因为通常去2000kg/,所以计算得2.5 m3为国家标准数字。(4)最大插入力最大插入力是装载机插入料堆时在铲斗斗刃上产生的作用力，其值取决于牵引力，牵引力越大，插入力也越大。在平地匀速运动下不考虑空气阻力时，插入力大小等于牵引力减去滚动阻力。 Fimax=PmaxVin-Gs (5-4)式中 Fimax最大插入力，N； Pmax发动机最大有效功率，W； Vin插入速度，m/s； 传动系统效率； Gs装载机自重力，N； 滚动阻力系数。 装载机的最大插入阻力Fimax受附着力限制，所以要保证 FimaxGs(-) (5-5)即，Fimax66800N。对于铲装时停止运动，用推压油缸使铲斗插入料堆的装载机，插入力取决于推压油缸的推力，但最大不超过装载机与地面的静摩擦力。铲斗插入料堆时，单位长度斗刃上所产生的最大作用力，叫做单位斗刃插入力，也称比切力。比切力是表示装载机铲斗插入料堆能力的指标，比切力越大，铲斗插入料堆的能力越强。(5)掘起力装载机掘起力是指在下述条件下，铲斗绕着某一规定铰接点回转时，作用在铲斗切削刃后面100mm处的最大垂直向上的力(对于非直线型斗刃的铲斗，指其斗刃最前面一点后100mm处的位置)。装载机停在坚实的水平地面上；装载机具有标准的使用质量；铲斗斗刃底部平行于地面，且与地平面距离的上下误差不超过25mm。装载机掘起力标志着装载机铲斗绕规定点回转时动臂举升或铲斗翻转的能力。如果在举升或转斗过程中，引起装载机后轮离开地面，则垂直作用在铲斗上使装载机后轮离开地面的力就是装载机的掘起力。掘起力是由转斗或动臂油缸提供的，根据装载机的稳定性计算，初步计算时，根据额定载重量按下式近似确定。 Fz=(1.82.3)mrg (5-6)计算得：转斗或提升动臂时，单位长度斗刃上产生的最大掘起力叫做单位斗刃掘起力。(6)最大卸载高度和铲斗最大举升高度最大卸载高度是指动臂在最大举升高度、铲斗斗底与水平面成45角卸载时，其斗刃最低点距离地面的高度，露天装载机的卸载高度可以根据配用车辆车厢高度确定，即 hmax=hv+h (5-7)式中 hmax最大卸载高度，mm； hv配用车辆车厢高度，mm； h考虑到作业时斗刃与车厢侧板间保留必要的间隙，取h=300500mm。查取文献，hv =2550mm，h=500mm计算得： hmax=3050mm。(7)铲斗最大卸载高度时的卸载距离铲斗最大卸载高度时的卸载距离，是指铲斗在最大卸载高度时，铲斗斗刃到装载机本体最前面一点(包括轮胎和车架)之间的水平距离。这个距离小于铲斗处于非最高位置卸载时的卸载距离，所以称为最小卸载距离，要保证 L=b2+b (5-8)式中 L最小卸载距离，mm； b配用车辆车厢宽度，mm； b装载机本体前缘与运输车辆间应保留的距离，mm。查取文献， 。b=1000mm，b=283mm计算得：L=1283mm 。(8)铲斗的卸载角与后倾角铲斗被举升到最大高度卸载时，铲斗底板与水平面间的夹角为卸载角。为了保证铲斗在任何举升高度都能卸净物料，这就要保证在任何举升高度时都满足45。装载机处于运输工况时，铲斗底板与水平面间的夹角为后倾角。后倾角过小,不但影响铲斗的装满程度，而且使铲斗举升初期物料向前撒落；后倾角太大，使铲斗举升后期向后撒落，易造成设备事故。取后倾角=45，=50。(9)最小离地间隙装载机最小离地间隙是通过性的一个指标，它表示装载机无碰撞的越过石块、树桩等障碍的能力。根据经验，取最小离地间隙为300mm。(10)轴距和轮距装载机轴距是指前后桥中心线的距离。轴距的大小影响装载机的纵向稳定性、转弯半径和整机质量。轮距是指两侧轮胎中线的距离，本次所设计的装载机，前后桥采用相同的轮距及同类轮胎。轮距的大小影响装载机的横向稳定性及转弯半径和单位长度斗刃上的插入能力。参考山特牌ZL50轮式装载机，确定本次设计的装载机的轴距为2760mm，轮距为2200mm。1.3.1装载机动臂提升、下降、及铲斗前倾时间确定动臂提升时间选8s；动臂下降时间选6s；铲斗前倾时间选3s。装载机的外形尺寸，可以根据举升高度、卸载距离、轮距、轴距、算出整机的长、宽、高。表1-3外形尺寸名称几何尺寸车长总宽度车高轴距轮距最小离地间隙最大卸载高度7080mm2940mm3370mm2760mm2200mm300mm3050mm1.4 ZL50轮式装载机的总体布置总体布置时应该准确选择三个方向的布置基准： 以通过后桥中心线的水平面为上下位置的基准。以通过后桥中心线的垂直面为前后位置的基准。以两侧车轮的对称面为左右位置的基准。1.5各部件布置的具体要求(1)车架连接和传动轴的的布置我所设计的ZL50轮式装载机采用一般的铰接式装载机模型。故作出如下设计：铰接销布置在轴距的1/2处，此种布置转弯半径小；前后轮轨迹重合，减少了行驶阻力和转弯阻力。连接前后车架的铰接销有上下两个，车架的外部宽度受轮距限制，内部宽度要求考虑安装发动机和转向油缸的位置，车架高度是根据结构的强度要求和支撑件尺寸要求而定.每个车架绕铰接销的相对转角为35左右。传动轴布置在装载机的纵向对称平面内，且保证水平布置使中间传动轴的中点与车架的铰接销中心线重合。(2)发动机与传动系统的布置发动机按纵向布置在装载机的后部，以保证整机的稳定性。发动机相对后桥的前后距离，可根据桥荷分配力进行调整。(3)摆动桥的布置为了保证装载机在凹凸不平的路面上行驶时，其左右轮都与地面接触，而不悬空，采用了摆动桥结构。根据经验，我选取了后桥摆动。(4)工作装置的布置工作装置布置在装载机的前部。工作装置的具体布置详见第四章。(5)驾驶室的布置在铰接式车架上，驾驶室布置一般有三种方案。 驾驶室布置在前车架的后部。驾驶员视野好，并与铲斗的相对视角保持不变，铲斗的对准性容易控制，但驾驶员受到工作机构传来的冲击较大，容易疲劳。 驾驶室布置在后车架的前部。驾驶员的视野不好，驾驶员与铲斗的相对视角有变化，铲斗的准确性不易控制，但驾驶员受工作机构传来的冲击小，不易疲劳。 驾驶室布置在后车架的前悬壁处。这种布置的形式，综合了前两种布置形式的有点，并克服其缺点。但转向时铲斗准确性差，由于铲取作业和卸载作业一般不在转向时进行，因此影响不大。综合考虑，本次设计采用第三种布置方式。1.6控制桥荷力分配当桥荷力分配确定为具体值后，才能进行使用性能分析。装载机在作业过程中，作用在铲斗上的外载荷力变化范围很大，使作用在前后桥上的桥荷力大小也发生了变化。为了满足装载机的通过性、牵引性和稳定性的要求，前、后桥的载荷力必须在这个变化中合理分配。对于我所设计的轮式装载机,按照国家推荐桥荷力分配如下。空载时，前桥桥荷力占装载机自重力的40%45%，后桥桥荷力占装载机自重力的60%65%。满载时，前桥桥荷力占装载机自重力的75%80%，后桥桥荷力占装载机自重力的25%20%。令Gs就是整机的自重力，l1为重心到前桥的水平距离，L为轴距。空载时，静止的装载机受力如(1-2)图所示，由力的平衡条件可求得桥荷力为 F1b=Gs(1-l1L) (5-9) F2b=Gsl1L (5-10) 前后桥的桥荷之比 K0=F1bF2b=L-l1l1 其中，L=2760mm，l1=1623mm。 计算得：K0=0.7。 根据推荐一般使K0=0.670.82，即满足前、后桥桥荷力分配。 重载时，静止的装载机受力如图（1-2）所示，此时桥荷力为 F1b=Gs1-l1L+G1(1+lL) (5-11) F2b=Gsl1L-G1lL (5-11) 重载时的桥荷力之比 K0=F1bF2b=GsL-l1+G1(L+l)Gsl1-G1l 其中，G1=50000N。 计算得：K0=3.2。 根据推荐一般使K0=34，即满足前、后桥桥荷力分配。 综上所述，桥荷力分配满足要求。 图1-21.7 ZL50轮式装载机的稳定性计算 装载机的稳定性是指装载机在行驶过程中，不发生倾翻和侧滑的的能力。通用常稳定比和稳定度来评价装载机的稳定性。作用在装载机上的外力，对装载机可能产生两种力矩：一种是使装载机产生倾翻趋势的力矩，称为倾翻力矩M0；另一种是使装载机趋于稳定的力矩，称为稳定力矩Ms。稳定力矩和倾翻力矩之比，称为稳定比，即 K=MsM0 (5-12)当K1时，装载机稳定；当K1因此稳定性满足要求。 2液压系统的初步介绍2.1 液压系统的工作原理 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，液压缸另一腔的油经换向阀和回油管排回油箱。由此可知: （1）液压传动是以液体作为上作介质来传递能量的；(2) 液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传动是不相同的； (3) 液压传动中的上作介质在受控制、受调节的状态下进行上作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。2.2液压系统的组成部分 液压传动主要山以下四部分组成：(1) 能源装置把机械能转换成油液液压能的装置，最常见的形式就是压泵它给液压系统提供压力油；(2) 执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置，它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达；(3) 控制调节装置对系统中油液压力、流量或方向进行控制或调节的装置，例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统；(4) 辅助装置上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等，他们对保证系统正常上作也有重要作用。2.3 液压传动的优点液压系统具有如下优点： (1)在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动力，因为液压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大3040倍。在同等功率的情况下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的12%左右。 (2) 液压装置的上作比较平稳。液压装置由于重量轻、惯性小、反应快、易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达每分500次，它实现往复自线运动时可达每分钟1000次。(3) 液压装置能在大范围内实现无级调速(调速范围可达1:2000)，还可以在液压装置进行的过程中进行调速。 (4) 液压传动易于实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。当液压控制和电气控制或气动控制结合在一起使用时，能实现复杂的顺序动作和远程控制。(5) 液压装置易于实现过载保护。液压元件能自行润滑，因此使用寿命较长。(6) 由于液压元件己实现标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也有较大的机动性。(7) 用液压传动来实现自线运动远比用机械传动简单。2.4 液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，这是山液压油的，可压缩性和泄漏等因素造成的(2) 液压传动在上作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄漏损失等)，用作远距离传动时更是如此。(3) 液压传动对油温的变化比较敏感，它的上作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下上作。(4) 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求都较高，因此它的造价较贵，而且对油液的污染比较敏感。(5) 液压传动要求有单独的能源。(6) 液压传动出现故障时不易找出原因。总的说来，液压传动的优点是突出的，它的缺点将随着科技的发展而逐渐得到克服。2.5 技术要求液压工作系统首先要满足使用要求，好造、好用、好修、具有较高的作业生产率和较低的使用成本来衡量的。由于液力机械传动系统具有质量小、适应作业要求的性能好、操作方便等优点。在设计中要在满足工作要求的条件下尽可能使用标准件，以使成本更低更利于维修。选择适当的压力和流量进行参数设计。采用管式联接，结构紧凑，体积小而且要以压力损失小，震动和噪音小为目的。步骤如下： 设计新的液压系统，首先要仔细查明机器对液压系统究竟有哪些要求，要与用户或主机厂共同讨论，力求定量地掌握这些技术要求，作为设计的出发点和依据。需要掌握的技术要求可能有： 1机器的特性 (1)用途及工作目的。 (2)功能、性能及负载特性 负载种类(恒定负载、变化负载及冲击负载)及大小；运动方式(直线运动、旋转运动、摆动)及运动量(位移、速度、加速度)，惯性力，摩擦力(静摩擦、动摩擦、粘性摩擦)，动作特性、动作时间，精度(定位精度、跟踪精度、同步精度)。 (3)结构 机构、与被驱动部分的连接条件、安装上的限制条件等。 (4)驱动方式 原动机的种类(电动机、内燃机等)、容量(功率、转速、转矩)、稳定性。(5)控制方式 操作方式(手动、自动)、信号处理方式(继电器、逻辑电路、可编程控制器、微计算机)。(6)循环时间 系统中各种执行器的动作顺序、动作时间的相互关系。2使用条件 (1)工作时间。 (2)设置场所(室内、室外)。 (3)设置环境 环境温度、湿度(高温、寒带、热带)，粉尘种类和浓度(防护、净化等)，腐蚀性气体(所用元件的结构、材质、表面处理、涂覆等)，易爆气体(防爆措施)，机械振动(机械强度、耐振结构)，噪声限制(降低噪声措施)。 (4)维护条件 维护程度与周期，维护人员的技术水平；维护空间、作业性、互换性。 3适用标准、法规 4安全性、可靠性 (1)用户在安全性方面有无特殊要求。 (2)明确保用期、保用条件。 5经济性 不能只考虑投资费用，还要考虑能源消耗、维护保养等运行费用2.6 ZL50轮式装载机液压系统设计已明确的参数 （1）卸载时间为3s(2)动臂升举时间为8s（3）动臂下降时间为6s(4)转斗油缸的行程为500mm(5)液压缸的安装长度为1455mm(6)转向液压缸的速度134m/s(7)动臂油缸的行程为925mm3 液压系统设计3.1制定液压系统方案3.1.1 油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。3.1.2 确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。3.1.3 各机构液压回路的确定（1) 转斗动作回路确定本机构动作主要通过换向阀的有机组合实现所要求的动作要求，铲斗的前倾与收起。要求工作可靠，操纵轻便，且要求能够自动限位。换向阀的右位、左位、中位分别实现铲斗的收起、前倾和锁紧。转斗油缸的小油腔回路中应设有双作用安全阀。在动臂升降过程中，砖斗的连杆机构由于动作不协调而受到某种程度的干涉，即在提升动臂时转斗液压缸的活塞杆有被拉出的趋势，而在动臂下降时活塞杆又被强制顶回。此时换向阀中位，油路不通。为了防止液压缸过载或真空，双作用液压缸能起到缓补油优作用。当产生真空时，可由单向阀从油缸中吸油。其原理图如下图2-1。图2-1转斗动作回路Fig.2-1 The operative loop of steering bucket（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。动臂要求具有较快的升降速度和良好的低速微调性能。液压缸的进油由双联泵供油，流量最大可达320L/min。动臂处于升和降状态时可控制换向阀阀口开度的大小实现节流调速。图2-2动臂动作液压回路Fig.2-2 The hydraulic loop of movable arm（3) 转向液压回路的确定装载机作业周期短，动作要灵活，这一特点决定转向机构要求灵敏。装载机要求有稳定的转向速度，也就是要求进入转向液压缸的油液流量恒定，转向液压缸的油液主要来自转向泵，当发动机受其他负载影响转速下降时，就会影响转速的稳定性。这是需要加辅助泵，通过流量转换阀补入转向泵所减少的流量，以保证转向油路的流量稳定。 图2-3转向机构液压回路Fig.2-3 Steering mechanism hydraulic pressure loop3.2 绘制液压系统原理图拟定液压系统图是整个液压系统设计中重要的一步，它从作用原理上和结构组成上具体体现设计任务中提出的各项要求。拟定液压系统图包括两项内容：通过分析对比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，并参考了国内外同类系统的成熟精练。根据以上分析，按以下几点要求:（1) 尽可能归并作用相同或相近的液压元件，力求使系统结构简单，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靠、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) 尽可能提高系统的效率，防止系统过热。 （4) 尽可能使系统经济合理，便于维修。 为此，拟定了系统原理图如图2-4。图2-4液压系统原理图Fig.2-4Hydraulic pressure system picture3.3确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2-5表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。图2-5液压系统计算简图Fig.2-5 simple calculational system picture3.3.1 液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Fg常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Ff对于水平导轨 (6-1)式中 G运动部件所受的重力，N；FN外载荷作用于导轨上的正压力，N； 摩擦系数,对于铸铁导轨=0.10.2，滚动导轨, =0.0050.01。（3) 惯性载荷F (6-2)式中 g重力加速度，m/s；g=9.81。 v速度变化量，m/s ； t启动或制动时间，s。一般t=0.10.5s，对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=0.51.5s。以上三种载荷之和称为液压缸的外负载FW启动加速时 (6-3)稳态运动时 (6-4) 减速制动时 (6-5)工作载荷Fg并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则Fg=0。除外载荷FN外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm，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 (6-6)式中 m液压缸的机械效率,一般取0.900.95。 (6-7)由上式计算出动臂液压缸的总推力F为10.2104N，铲斗液压缸的总推力为5.9104N，转向液压缸缸的推力为3.75104N。3.3.2 初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。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，工作压力低势必要执行元件的尺寸，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经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，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，行走机械重载设备压力要选得高一些。具体参照表2-6和表2-7载荷104 N5工作压力 MPa57 表2-6 按载荷选择工作压力Tab.2 -6choosing the working pressure according to load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MPa 0.82 352881010182032 表2-7 各种机械常用的系统工作压力Tab.2-7The working pressure of mechanical system上表2-6和2-7初步确定工作装置液压系统工