机械毕业设计（论文）-ZE230E液压挖掘机总体设计计算【全套图纸】.doc

摘 要液压挖掘机是一种多功能机械，随着社会的发展受到广大施工单位的青睐。液压挖掘机的生产制造业也日益蓬勃发展。本文主要介绍了ZE230E挖掘机的总体设计和相关计算。首先，通过前期的收集资料和市场调研，以及挖掘机的工作概况和性能要求，对本次设计的挖掘机进行方案确定；根据设计方案对挖掘机的总体参数、动力装置进行计算、确定。然后，根据总体参数和动力装置，对液压挖掘机的液压系统、工作装置、行走装置、回转机构以及转台进行了初步的选择和设计；对挖掘机的挖掘阻力、挖掘力、功率、生产率以及转台平衡进行了计算；最后对挖掘机的整机稳定性进行了校核。在这个工程中，运用CAD对相关的零件及整机示意图进行了绘制。关键词：液压挖掘机、总体设计、整机稳定性全套图纸，加153893706AbstractThe hydraulic excavator is versatile machinery, with the development of society favored by the majority of the construction unit. Production and manufacturing of hydraulic excavators are also increasingly flourished. This paper introduces the overall design and related calculations of the ZE230E excavator. Firstly, through the early information-gathering and market research, as well as the excavators job profile and performance requirements, the design scheme of excavator is determined; according to the design, the overall parameters and power-plant of the excavator are calculated and determined. Secondly, hydraulic excavator hydraulic system, working device, running gear, slewing mechanism, as well as turntable are preliminary selected and designed based on the overall parameters and power-plant; excavator digging resistance, digging force, power, productivity, and turntable balance were also calculated. Finally, the whole stability of the excavator is checked. In this project, parts and the whole diagram are drew by using the CAD software.Ked word: Hydraulic excavator Overall design Overall stability目 录1 绪论11.1引言11.2国内外研究现状及发展动态11.2.1国外研究情况及发展动态11.2.2国内研究情况及发展动态21.3设计主要内容31.4设计的意义和目的31.5设计的手段、方法、思路32 整体方案构思与主要参数选择52.1基本原理及主要工艺52.2整机结构设计方案62.3总体参数的确定63 液压系统初步设计113.1液压系统的工况分析113.2液压系统的要求123.3液压系统主参数的确定133.4液压系统方案的拟定143.4.1确定元件类型153.4.2拟定主回路153.5系统初步计算和液压元件的选择163.5.1液压泵163.5.2液压马达163.5.3液压缸163.5.4液压功率和发动机功率173.5.6液压阀183.5.7辅助元件184 工作装置的总体设计204.1反铲工作装置的工作原理204.2反铲工作装置结构形式的确定214.2.1动臂及斗杆的结构形式确定214.2.2动臂液压缸和斗杆液压缸的布置214.2.3动臂和斗杆的连接方式224.2.4确定反铲铲斗连杆机构224.2.5确定反铲铲斗的结构224.3反铲工作装置参数的选择224.3.1反铲装置总体方案的选择224.3.2机构自身几何参数及工作液压缸的理论挖掘力244.3.3动臂机构参数的选择264.3.4动臂摆角范围264.3.5斗杆机构参数的选择264.3.6斗杆的摆角范围274.3.7铲斗机构参数的选择275 挖掘阻力和挖掘力的计算285.1挖掘阻力285.2挖掘力295.2.1工作油缸的理论挖掘力295.2.2整机的理论挖掘力315.2.3整机的实际挖掘力376 回转机构总体参数的初步选择396.1对回转机构的基本要求396.2转台回转机构的参数确定406.2.1转台转动惯量406.2.2回转起动力矩和制动力矩406.2.3转角范围427 行走装置初步设计437.1履带式行走装置的功用与组成437.2最大牵引力计算437.3行驶速度的计算447.4挖掘机原地转弯能力校核467.5爬坡能力校核468 生产率计算489 整机稳定性计算539.1作业稳定性539.1.1挖掘失稳状态539.1.2卸荷失稳状态579.2自身稳定性619.3行走稳定性6210 转台的布置分析及平衡计算6610.1回转平台的机构6610.2回转平台上各部件的布置6710.3回转平台的平衡计算68参考文献70附录 ZE230E液压挖掘机主要性能参数71附录 主要计算的MATLAB程序73附录 图纸清单及编号91致 谢93 第 38 页1 绪论1.1引言挖掘机是工程机械的一个机种，它广泛应用于矿山开采、道路工程、国防施工、农田水利等基本建设之中。随着我国经济建设的迅猛发展特别是国家加大公路、铁路、住宅和水利设施的投资，挖掘机越来越显示出在国民经济建设中的巨大作用。液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程都广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一种重要机械设备。在建筑工程中，可用来挖掘基坑、排水沟，拆除旧有建筑物，平整场地等。更换工作装置后，可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。在水利施工，可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉沟渠，疏浚和挖深原有河道等。在铁路、公路建设中，用来挖掘土方，建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟等。在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中，用来挖掘电缆沟和管道沟等。在露天采矿场上，可用来剥离表土、采掘矿石或煤，也可用来进行堆弃、装载和钻孔等作业。在军事工程中，可用来筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。据建筑施工部门统计，一台斗容为量1.1m3的液压挖掘机挖掘级土壤时，每班生产率大约相当于300-400个工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要的意义。1.2国内外研究现状及发展动态1.2.1国外研究情况及发展动态工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容量3.5-40m单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50-150m剥离用挖掘机，斗容量132m的步行式拉铲挖掘机；B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量168.2m的步行式拉铲挖掘机，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0.25m以下的微型挖掘机，最小的斗容量仅在0.01m。另外，数量最大的中、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。(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(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，提高挖掘机的作业功率，更好地发挥液压系统的功能。(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。 (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。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。1.2.2国内研究情况及发展动态早在1954年我国就已开始生产机械式挖掘机，当时的抚顺重型机器厂（抚顺挖掘机厂前身）引进前苏联的机械式挖掘机W10012和W5012等国际20世纪3040年代的产品。由于国家经济建设的需要，后又发展10余家厂生产，到1966年12年全国共生产了机械式挖掘机3000余台,后又延续生产到八十年代初。在80年代初引进德国系列液压挖掘机制造技术（例如有德国Liebherr公司、Demag公司和O&P公司），浙江大学的冯培恩教授开始率先着手研究挖掘机机电一体化技术，首先实现挖掘机器人作业过程的分级规划和局部自主控制。但是他们在任务规划层面上只停留在仿真阶段，还没有提出显著的实现方案。20世纪90年代初国内几家新进入挖掘机待业的企业以“技贸结合，合作生产”的方式联合引进日本小松制作所的PC系列挖掘机制造技术，由于 中国建设事业的发展，市场的扩大，随后不久在挖掘机生产领域出现了一个外资企业进入中国的浪潮。从1994、1995年开始，世界各工业发达国家的著名挖掘机制造企业先后在中国建立众多的中外合资或外商独资 挖掘机制造企业，生产世界一流水平的多种型号的挖掘机产品。截止至2001年年底，包括国有企业在内，中国境内生产液压挖掘机的企业总数达20个左右，共生产挖掘机整机质量从1.3-45t，100余个不同型号和规格的产品。2000年全国生产各种型号、规格的液压挖掘机8111台，共销售7926台，其中包括出口119台。2001年全生产12569台，销售12397台，其中包括出口468台。1.3设计主要内容本次我们组所设计是单斗液压挖掘机。我设计的内容为单斗液压挖掘机的总体设计，主要包括总体参数的确定，工作装置的总体确定，挖掘阻力、挖掘力的计算，液压缸参数的初步选择，回转机构总体参数的初步确定，行走装置的初步设计，液压系统的初步设计，功率计算与动力装置确定，生存率计算，整机稳定性计算，转台布置分析，转台平衡计算。1.4设计的意义和目的单斗液压挖掘机在市场上已经比较成熟，目前出现的产品多是对其局部进行优化改进。注重简化操作，提高安全性和驾驶员的舒适性。总体设计的优劣决定了其它同学设计的质量，也决定了整机的性能。合理的、全面的总体设计是整个设计任务顺利完成的保证。单斗液压挖掘机的总体设计目的是在同类产品的基础上对挖掘机工作情况进行分析并对系统进一步优化。因此，对总体设计必须从一个更高的层次出发，对总体设计必须提出更高的要求。1.5设计的手段、方法、思路此次设计主要采用类比法和经验公式算法通过数值计算和计算机绘图（包括AutoCAD2008、清华天河PCCAD2008和MATLAB7.0）等。首先对总体所要求达到的技术参数进行分析和设定，通过分析对机体中具有决定性作用的零部件进行详细的分析，明确整个设计中的技术难题和解决问题的核心，进一步找到相应的解决问题的方法，最终使设计问题得以解决。2 整体方案构思与主要参数选择液压挖掘机设计的一般过程、总体设计的内容、步骤和方法等，与其他工程机械设计相似。根据设计任务书提出的设计任务和要求，在充分调查研究的基础首先进行液压挖掘机的总体设计工作。总体设计主要内容有：（1）分析设计任务书，确定设计思想原则，并提出整体的机构方案的初步设想；（2）液压挖掘机主要参数的确定；（3）液压挖掘机各主要机构的结构方案的确定；（4）各主要机构作用力、速度、功率等的计算分析；（5）液压系统的设计；（6）液压挖掘机的平衡、稳定、生产率以及其他总体特性的分析计算。2.1基本原理及主要工艺对于一般的工程机械来说，都必须将包括动力系统、传动系统、底盘行走系统、操作控制系统和执行系统这五大基本系统。动力系统主要采用的是柴油发动机，其原因是由于它不受电源、电缆的限制，使得工程机械移动、行驶方便。工程机械的传动系统的类型有：机械传动、液力机械传动、液压传动和电传动。在本设计中采用的是液压传动系统，液压传动系统的主要优点是（1）能够实现无级变速且变速范围大，车辆可以实现微动；（2）变速和变向操作简单，一根操作杆即可；（3）可以利用液压传动系统实现制动；（4）采用左右轮分别驱动系统，能够方便的实现车辆的弯道行驶和原地转向；（5）便于实现自动化操作和远距离操作；（6）省去了变速箱、主传动和轮边减速器等机械传动部件，使得传动系统简单。液压传动系统的主要缺点是：（1）噪声大；（2）传动效率低；（3）液压元件密封困难，如果密封不好，将出现“站一站，漏一片；走一走，划条线”的漏油现象。底盘行走系统主要类型有轮式和履带式。履带式液压挖掘机具有在任何路面行走均有良好的通过性，对土壤有足够的附着力，接地比压小，作业时不需设支腿，适用范围大。在土质松软或沼泽地带作业的液压挖掘机，还可通过加宽和加长履带来降低接地比压。为防止对路面的碾压破坏，通常行走的液压挖掘机多为全液压传动。操作控制系统一般包括底盘操作系统和工作装置操作系统两个部分。执行系统主要包括各种类型的工作装置和机构。根据这五大基本系统，来选择机型，确定总体布置方案。2.2整机结构设计方案根据任务书提出的主要参数和要求，参考各方意见和搜集的相关市场信息和产品资料，通过分析比较，选择合理机型，吸取国内外的先进技术，我们制定出技术先进、使用性能良好、制造成本低、易于维修、经久耐用和竞争力强的ZE230E单斗液压挖掘机设计方案，其构思如下：动力系统采用增压式柴油发动机；传动系统采用全液压系统；工作装置采用反铲型式；回转机构采用全回转机构；行走装置采用履带式行走装置；液压系统采用双泵全功率定量系统。整机布局合理、结构紧凑、性能先进。能够满足野外作业需求并在多种作业间方便切换，适应不同的地带作业。操作容易、维护简便、造型美观。采用玉柴发动机，能够在保证功率的前提下，实现在较小空间内的安装布置，使车身和转台不会超过设计的要求。采用全液压系统，可以使机构更紧凑，大大的减小整机的体积。采用全回转装置，可以轻松的实现360度的全方位回转，工作能力可以得到大大的提高。采用履带式地盘，在任何路面有较好的通过性，对土壤有足够的附着力，接地比压小，作业时不需设支腿，适用范围较大。从而实现作业的顺利进行。2.3总体参数的确定液压挖掘机的主参数（或称基本参数）有以下几类：（1）尺寸参数 如工作参数、机体外形参数和工作装置尺寸等；（2）质量参数（习惯称重量参数） 如整机重、各主要部件（或总成）的重等；（3）功率参数 如发动机、液压系统及主要机构功率、力和速度等；（4）经济指标的参数 如作业周期、生产率等。选择确定液压挖掘机主要参数的基本依据是：（1）设计任务书所规定的铲斗容量、用途和作业要求、工作环境等等；（2）有关国内外同类型、同等级液压挖掘机的技术资料，国家以及企业的系列标准等；（3）理论分析或经验技术；（4）使用单位的要求和制造厂的生产条件等。主要参数的确定是液压挖掘总体方案设计中重要的环节，它与液压挖掘机整体和各种主要结构的型式有密切关系。确定主要参数时，必须正确处理先进性、可靠性、经济性之间的关系，正确处理相互制约的有关参数间的关系。实事求是地分析和满足对各项性能指标的要求，盲目地提高或消弱某些参数都将带来不良的结果。合理的主要参数应该符合以下条件：（1）满足实际使用要求实用性；（2）适合于生产厂的制造条件可能性；（3）充分利用发动机功率经济性；（4）与国内外同类型产品相比有较先进的技术经济指标和可靠的工作性能先进性。液压挖掘机的参数的确定方法：响液压挖掘机参数的因素很多，各参数之间又彼此影响制约，关系复杂。然而具有先进性能和技术经济的现代化挖掘机其总体参数间存在着一定的内在联系的规律性。最优化而简便的参数确定方法尚在研究中，目前，可利用电子计算机进行参数选择过程中的多种方案的比较，从而能较快地得到较理想的参数值。对于通用典型的挖掘机可用以下方法确定参数：（1）比拟法：即通过同类型机械的比拟得出参数值。（2）经验公式计算法：即按概率统计归纳得到的经验公式进行概略的计算，得出参数值。（3）按标准选定法：即按照国家颁布的液压挖掘机型式与基本参数系列标准规定的数值范围，结合拟定采用的结构特点选的参数。（4）理论分析计算法：即按拟定的结构特点，在理论分析与实验数据的基础上进行分析计算，得到参数值。在实际工作中，往往综合以上方法来取得主要参数。如采用类比法或经验计算法后与标准进行比较，有点参数再通过理论分析进行核算来确定。液压挖掘机的主要参数中最重要的参数有三个，即斗容量（1.1m3）、机重（22.8t）和发动机功率。由于斗容量和机重已经告诉，这里就不做计算，这里主要对发动机选择。对于其他参数将会在各个机构初步设计的过程中逐步的给出。由于设计初期，无法准确的计算液压挖掘机正常工作时所需要的功率，因此此处采用经验公式来大体确定挖掘机发动机的功率。液压挖掘机发动机功率（kW）计算的经验公式如下（参考单斗液压挖掘机P46）： （2-1）式中，挖掘机整机质量（t）；功率系数（4.45.9）。由于整机重量t。 （kW）（kW）通过上面计算，并考虑发动机的辅助功率及功率储蓄，这里选择康明斯6BTAA5.9-C178发动机。表2-1 康明斯6BTAA5.9-C178发动机基本参数型号康明斯6BTAA5.9-C178型式6缸、4冲程水冷直喷、涡轮增压中冷式额定功率133kW（178hp）/2000rpm最大扭矩708Nm/1500rpm缸径行程102120mm排量5883ml发动机的额定转矩（Nm） （2-2）式中，发动机的额定功率（kW）；发动机的额定转速（rpm）。代入数据得：（Nm）关于尺寸参数可按下式近似求得：尺寸参数经验公式： （2-3）式中，线性尺寸参数（m）；线性尺寸系数；G挖掘机整机质量（t）。质量参数经验公式：各部分质量： （2-4）式中，各部件的重量系数。机体与回转中心的水平距离（m）： （2-5）机体中心离地面高度为（m）： （2-6）以上两式中，为机体重心位置系数。列计算后所得参数数据如下表2-2 尺寸参数和重量参数名称数据名称数据轨距2.2685m履带长度3.9131m司机室总高2.8356m转台总宽2.6371m尾部半径2.6938m转台底部离地面高度1.2477m滚盘外径1.2760m前部离回转中心1.1910m履带总高0.9074m机械总高2.2685m臂铰离回转中心0.4253m底架离地间隙0.4253m臂铰与液压缸铰距0.8507m臂铰离地高度1.7864m履带板宽0.6m臂铰与液压缸倾角50斗杆长（标准斗杆）3.1192m臂长（标准臂）5.1041m铲斗斗容1.1m3铲斗长度1.4178m斗杆转角50160动臂转角-5040停机面最大挖掘机半径9.995m铲斗转角50180最大卸载高度7.332m最大挖掘深度6.847m底盘重量9.5760t机体重量18.6960t配重4.2000t转台重量4.1040t机体重心距回转中心的水平距离0.8507m工作装置重量4.0000t机体重心距地面高度0.9074m注：以上数据只供设计最初期参考3 液压系统初步设计按照液压挖掘机工作装至和各个机构的传动要求，把各种元件用管路有机地连接起来的组合，称为挖掘机液压系统。液压挖掘机的基本液压系统是由能使挖掘机完成基本作业动作并以手动控制为主的基本功能回路所构成的液压系统。一个完整的液压系统有五部分组成，即动力元件，执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。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，值液压系统中的油泵，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成机械能，驱动负载做直线往复用的或回转运动。控制元件（即液压阀）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和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀等，流量控制阀包括节流阀、调整阀等；方向控制阀包括单向阀、换向阀等。根据控制方向不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成液压有等几大类。液压系统设计的主要内容是系统设计和液压元件选择。液压系统的合理设计，要满足机械传动要求、并考虑动作配合和运动速度，力求效率高，液压元件容易制造或购置，此外，还要保证工作安全可靠，操作简便，造价低廉和便于检修。因此，必须充分了解所设计挖掘机的工作条件、负荷大小、动作特性、元件配套和三化要求等。3.1液压系统的工况分析液压挖掘机的作业工程包括以下几个间隙的动作（图3-1）：动臂动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台、整机行走以及其他辅助工作。除了辅助动作（整机转向等）不需要功率驱动以外，其它都是液压挖掘机的主要动作，考虑全功率驱动。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）实现各种主要动作的时候，阻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，工作过程往往要求有两个主要动作（例如挖掘与提升、提升与回转）同时进行复合运动。液压挖掘机一个作业循环时间内的复合运动主要包括：（1）挖掘：通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸来进行挖掘，或者配合进行挖掘，所以，在此过程中主要是铲斗和斗杆的复合运动，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，同时回转液压马达是转台转向卸土点，此时主要是动臂和回转的复合运动。（3）卸载：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，铲斗进行卸载。为了调整卸载位置，还需要有动臂液压缸的配合，此时是斗杆和铲斗的复合运动，间以动臂配合动作。（4）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运动，把空斗放的新的挖掘点，此时是回转和动臂或斗杆的复合运动。图3-1 单斗液压挖掘机的工作运动3.2液压系统的要求单斗液压挖掘机的动作复杂，主要机构经常起动、制动，换向，外负荷变化很大，冲击和震动多，而且野外工作，温度和环境变化大，所以对液压系统的要求是多方面的。根据挖掘机的工作特点，液压系统要满足主机正常工作要求，即：（1）动臂、斗杆和铲斗的传动，要保证可以各自单斗动作，也可以互相配合实现复合运动；（2）主机工作过程中，要求工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能复合动作，以提高机械生产率；（3）履带式挖掘机的左、右履带要求分别驱动，使机械行走方便，转向灵活，并且可以原地转弯；（4）挖掘机的一切动作都是可逆的，而且要求无级变速；（5）要求机械工作安全可靠，各种作业油缸要有良好的过载保护，回转机构和行走装置要有可靠的制动和限速，要防止动臂因自重而快速下降和整机超速溜坡。根据挖掘机的工作环境和条件，液压系统还应满足下列要求：（1）充分利用发动机功率，提高传动效率；（2）系统和元件应保证在外负载变化大和急剧的振动冲击作用，具有足够的可靠性；（3）力求减少系统总发热量，设置轻便耐振的冷却装置，使主机持续工作时，油温不超过85，或温升不大于45；（4）系统的密封性能要好。由于工作场地尘土多，油液容易污染，要求所用元件对油液污染的敏感性低，整个系统要设置滤油器和防尘装置；（5）为了减轻司机操作强度，要考虑采用液压或电压伺服操纵装置。3.3液压系统主参数的确定系统工作压力，流量，以及两者的乘积，即液压系统的功率是液压系统的主参数。在系统设计往往是先选定工作压力，然后根据个执行元件的运动速度，来确定流量。系统工作压力要根据技术要求、经济效果和制造可能性等三方面来确定。在外负载以定的情况下，系统压力选的越高，各液压元件的几何尺寸越小，可以获得比较轻巧紧凑的结构，对大型挖掘机来说，更为重要，所以，一般应尽可能选取较高的工作压力。但是，压力的选择还要考虑制造、装配、密封、维修等因素，压力太高密封要求也高，制造维修困难，增大了液压振动与冲击，影响了元件的寿命和可靠性，此外，压力增高太多，元件与管道的壁厚相应增加，尺寸与重量的减少率将越来越小。现在单斗液压挖掘机所用工作压力有：（1）中高压 压力小于20000kPa，常用于机重小于15t，液压功率40kW以下的小型挖掘机。（2）高压 压力达32000kPa，是目前15t级以上的中型、大型机最普遍采用的压力等级，根据目前生产水平，压力再进一步提高，经济上不能带来相应的优越性。（3）超高压 压力超过32000kPa，很多液压元件需要专门制造，采用这种压力等级的只占挖掘机总是的10%左右。初选工作压力以后，可以选择元件，并推算元件所需流量，将同时工作的元件的流量叠加，并取个叠加数中最大值，就是系统流量。确定压力和流量，应该选用国定系列标准值。我国订有“压力及流量系列”（JB824-66），适用于液压挖掘机的公称压力系列值有：8、10、12.5、16、20、25、32、40MPa；流量系列值有：32、40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、400、500L/min。本次设计的挖掘机机重约为22.8t，根据以上标准，初步选择压力为=32000kPa，工作流量=160 L/min。3.4液压系统方案的拟定系统方案拟定包括：初步确定液压元件的类型，并把这些元件按照工作要求组合起来。图3-2 液压原理图3.4.1确定元件类型元件的选择取决于主机性能要求，要求选用批量生产的标准产品，重视三化。1.执行元件本次设计的单斗液压挖掘机主要有六个主要执行元件，即动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸、回转马达和两个行走马达。为了提高生产率，中型以上挖掘机在挖掘过程中，要求铲斗液压缸和斗杆液压缸同时动作；在满斗提升及回转过程中要求动臂液压缸和回转马达同时动作，为了保证同时的执行机构各自动的独立性，本次设计采用双泵双回路系统，即用两个同功率的液压泵分别向两个回路供油。通常情况下，六个执行元件三、三分组，即每三个元件一个独立回路。而不采用二、四或一、五分组，因为后者不利于两个泵的均衡负载，也不利于元件的复合动作。下面为本次设计的分组方案：第一回路：左行走马达，铲斗液压缸，动臂液压缸。第二回路：右行走马达，回转马达，斗杆液压缸。2.液压泵液压泵是将原动机（柴油机）的机械能转化成油液的液压能，在以压力、流量的形式输送到系统中去。按其职能来说，属于液压能元件，又称为动力元件。液压泵的额定压力比系统工作压力大25%以上，使液压泵有一定的压力储备。3.4.2拟定主回路包括确定循环形式，基本回路和调速方法。一般是按照主机负载和运动速度，参考同类液压系统加以拟定。1.回路循环形式本次设计的液压挖掘机的基本循环形式采用开式形式，这样可以使系统简单，成本低，从发动机功率充分利用方面考虑多采用双泵双回路,这样即可独立的工作，又可配合动作，还可合流动作。2.基本回路基本回路要满足机构或装置的技术性能要求，有速度控制、压力控制和方向控制等三种形式，起着调速、限压、卸荷、缓冲、制动、缩紧等作用。基本回路的组合，要满足避免组合以后相互干扰。3调速方法调速方法分为容积调速和节流调速。由于本次设计的挖掘机液压系统采用的定量泵，因此，选择节流调速，实现无极调速。为了保证主机工作安全，整个液压系统必须安装安全溢流阀，各执行元件大都装有限压阀。3.5系统初步计算和液压元件的选择初步计算的目的在于选择确定元件的参数，进行元件的选择，这些元件主要包括液压缸、液压马达、液压泵、液压阀以及辅助元件。通过计算液压功率来确定发动机功率和液压泵功率是否匹配。这里只对后面的几个计算和选择，对于液压缸和液压马达将在后面计算选择。3.5.1液压泵液压泵的选择根据主机性能和功率，为充分利用液压功率。由于系统的工作压力为32000kPa，工作流量160 L/min。因此初步选择液压泵为日本川崎公司（柱塞泵）K3VL80，排量为80ml/r，额定压力为32000kPa，最高压力为35000kPa，最大转速为2400rpm。3.5.2液压马达根据机构或运动形式选择执行元件，在挖掘机中的工作中，行走和回转装置都为回转运动，所以选用液压马达，在回转装置中选择日本川崎公司型号M5X130CHBRG10D(斜盘变量式)的回转马达，减速比是20.04，排量为121.6ml/r。在行走装置中选择两台日本川崎公司型号为M5X130RG100D(斜盘变量式)的行走马达，减速比是56，最小排量是87.3ml/r，最大排量是134.7ml/r。3.5.3液压缸通过对已知产品的对比，确定液压缸径及杆径为：动臂、斗杆液压缸缸径D=140mm，杆径d=90mm；铲斗液压缸缸径D=125mm，杆径d=80mm。由于本次设计的动臂液压缸为双缸，铲斗和斗杆液压缸各位一个。所以假定动臂液压缸全推力时伸出速度为4cm/s，动臂液压缸全推力时伸出速度为8cm/s，铲斗液压缸全推力时的速度为9cm/s，液压缸的容积效率为0.98，则液压缸所需流量为：（L/min） （3-1）式中，液压缸所需流量；液压缸直径（cm）；液压缸伸出速度（cm/s）；液压缸的容积效率。动臂液压缸：此处已删除，完整版加153893706 Pe=133; ne=2000; Me=9549*Pe/neMe =635.00852-3： kLi=1.2; G=22.8; Li=kLi*nthroot(G,3)Li= 3.40272-4： kGi=0.82; G=22.8; Gi=kGI*GGi = 18.69602-5： kYt=0.30; G=22.8; Yt=kYt*nthroot(G,3)Yt = 0.85072-6： kZt=0.32; G=22.8; Zt=kZt*nthroot(G,3)Zt = 0.90743-1： D=14;V=8;n=0.98;Q=60*pi*D2*V/(4000*n)Q = 75.39823-2： P=32000; Q=160; n=0.85; R=1; Ny=P*Q/(60000*n*R)Ny = 100.39223-3： Ny=100.4; Nf=Ny/0.75Nf = 133.86674-1、4-2、4-4、4-5： l7=2810; l5=800; l1max=3600; a=acos(l72+l52-l1max2)/(2*l7*l5)a = 2.72134-3、4-6： a1max=156; a1min=39.2; b=a1max-a1minb = 116.80005-1： K0=15.5; b=127; h=41.91; W1=K0*b*hW1 = 8.2500e+0045-2： P3=29.8; i=0.4; PoD=p3*iPoD = 11.92005-3： D2=0.14; P0=3140000; l2=3.268; l3=1.35; l8=4.032; a=150/180*pi; EDF=18/180*pi; FW2=3.14*D22*P0*l8*sin(EDF)/(4*sqrt(l22+l32+2*l2*l3*cos(pi+a)FW2 = 1.6463e+0055-4： G3=2.82;rQ3=0.49;G6=0.15;rQ6=0.21;P0D=11.92; l3=1.35; W03=P0D+(G3*rQ3+G6*rQ6)/l3W03 = 12.96695-5： p1=31.4e+006; F1=90.3e-004; P1x=p1*F1P1x = 283542P1x=28.93;G1=1.5;G2=0.8;G3=2.82;G4=0.22;G5=0.13;G6=0.15;e1=0.78;rO1=2.30;rO2=6.29;rO3=7.69;rO4=4.00;rO5=6.80;rO6=7.21;rOW=3.80;W01=(P1x*e1+G1*rO1+G2*rO2+G3*rO3+G4*rO4+G5*rO5+G6*rO6)/rOWW01 = 14.62605-6： p2=31.4e+006; F2=153.86e-004; P2D=p2*F2P2D = 4.8312e+005 P2D=48.31; e2=1.25; G2=0.80; G3=2.82; G5=0.13; G6=0.15; rF2=0.56; rF3=1.32; rF5=0.93; rF6=0.92;rFWW02=(P2D*e2+G2*rF2+G3*rF3+G5*rF5+G6*rF6)/rFWW02 = 14.50045-7： GG=18.70;GS=4.00;rIW=3.58;rIG=1.01;rIS=6.90;W06=(GG*rIG+GS*rIS)/rIWW06 = 12.98525-8：G=22.8; u=0.7; a=(15/180)*pi; W04=G*u/cos(a)W04 = 16.52306-1： G=22.8;J=128*nthroot(G5),3)J = 2.3466e+0046-2：G=22.8;J0=72*nthroot(G5),3)J0= 1.3199e+0046-3： J=2.35; J0=1.32; a=J/J0a = 1.78036-4： G=22.8; a=0.5; Ma=4910*a*nthroot(G4),3)Ma = 1.5872e+0056-5： n=0.78; C=1/(0.782)C = 1.6437 Mb=0.95; n=0.78; MS=0.95*0.782MS = 0.57806-6： MB=0.95e+005;k=0.92;J0=1.32e+004;a=MB*k/(10*J0)a = 0.66216-7： aZ=0.66; C=1.64; aQ=aZ/CaQ = 0.4026-8： aZ=0.66; Nmax=sqrt(115*aZ)Nmax = 8.71217-1： p=32; qm=134.7; nm=0.9; Mm=p*qm*nm/(2*3.14)Mm = 617.73257-2： Mm=617.7; i=56; n=0.85; Mqmax=Mm*i*nMqmax = 2.9403e+0047-3： Mqmax=29403; R=0.4345; T=2*Mqmax/rT = 1.3534e+0057-4：D=0.869;n0=2000;i=56;qb=80;nV1=0.97;nV2=0.97;nV3=0.98; qm=87.3; V=0.06*3.14*D*n0*qb*nV1*nV2*nV3/(i*qm)V= 4.94077-6： p=1.0144 -1.176 0.3314; 180*asin(roots(p)/pians = 42.5396 28.89507-7： a=0.7; G=223.44; b=28.89; F0=a*G*cos(b/180*pi)F0 = 136.94288-1： Q=80; a=0.98; Fg1=153.86; Vg1=2*Q*a*1000/(Fg1*60)Vg1 = 16.9851 D=14; Fg1=3.14/4*D2Fg1= 153.8600 Lg1=80; Lg2=26; Vg1=17; Vg2=8.5; tg1=Lg1/Vg1+Lg2/Vg2tg1 = 7.7647 D=14;