挖掘机转向液压系统课程设计.docx

2007级工程机械综合课程设计 YW160型液压挖掘机回转液压系统设计 姓 名： 李应建 学 号： 07120325 班 级： 07工程机械2班 指导老师： 马丽英 重庆交通大学机电与汽车工程学院二 0 一 0 年十 二 月YW160型液压挖掘机回转液压系统设计摘要液压技术是现代挖掘机的技术基础，其性能的优劣决定着挖掘机的工作性能的高低，目前液压传动的许多先进技术都体现在挖掘机上。挖掘机液压系统是挖掘机上重要的组成部分，是挖掘机工作循环的动力系统。挖掘机的工作条件恶劣，且动臂和底盘动作非常频繁，因此要求液压系统工作稳定，平均无故障时间长。因此，液压系统的性能优劣决定着挖掘机工作性能的高低。本文在介绍挖掘及其液压传动技术的发展历史前提下，首先论述设计了YW160型挖掘机液压系统的基本回路。其次主要介绍了挖掘机工作台转向液压系统的设计过程。其中包括液压挖掘机转向系统工况分析，液压马达，液压泵的特征参数选择。系统传动方案的确定，主要液压元件在系统中的作用，传动元件的设计计算，强度校核，泵的流量计算，阀及其液压元件的选择；结合挖掘机的基本动作分析系统中流量不足的原因及解决措施；液压系统中噪声产生原因及解决措施；在液压系统中安装油管的注意事项；在液压系统中安装液压泵时的主要事项；如何清洗液压系统等。关键词：液压系统，挖掘机，转向系统，液压缸，液压马达目录第一章 绪论41.1 选题的意义.41.2 挖掘机的发展趋势5第二章 挖掘机液压系统概述62.1 挖掘机液压系统的及泵组成及其基本要求.62.2挖掘机液压系统的基本动作分析.72.3挖掘机液压系统基本回路.8第三章 回转液压系统设计方法83.1设计依据和工况分析.93.2 回转液压马达和液压泵的选择计算103.3 制定基本方案，拟定液压系统原理图11第四章液压元件的计算和选择.134.1 执行元件液压马达的选择和计算134.2 溢流阀的设计计算16第5章 结论225.1小结.225.2液压挖掘机回转部件的保养24第1章 绪论1.1 选题意义随着国民经济的快速发展，液压挖掘机在各种工程金蛇领域，特别是基础设施件事中所起的作用越来越明显，液压挖掘机作为一类快速、搞笑的施工机械越来越被人们所认识。据统计，2003年我国挖掘机总销售量突破6万台，其中国内挖掘机生产企业销量总和得到3.48万台，成为世界第一大挖掘机市场。挖掘机的发展与液压技术密不可分二者互相促进，一方面，液压技术是现代挖掘机技术的基础，另一方面，挖掘机的发展又促进了液压技术的提高。挖掘机液压系统复杂，其性能的优劣决定着挖掘工作性能的高低，可以说目前液压传动的许多先进技术都体现在挖掘机上。近年来，有关挖掘机液压系统方面的文献并不少见，但文献的内容大多针对某一专题进行研究，系统的论述现代液压挖掘机液压系统的论文却很少，因此研究挖掘机液压系统具有重要的现实意义和理论意义。近年来为适应机电一体化，控制柔性化和计算机集中控制的要求，液压系统的研究已经由手动控制转向数字控制和信号控制。目前液压技术的研究和发展动向主要体现以下几个方面：（1）提高效率，降低能耗。（2）提高技术性能和控制性能。（3）发展集成、符合、小型化、轻量化元件。（4）发展液压系统自动控制技术发那个面的研究与开发。（5）加强以提高安全性和环境保护为目的的研究开发。（6）提高液压元件和系统的工作可靠性。（7）标准化和多样化。（8）开展液压系统设计理论和系统性能分析研究。1.2 挖掘机的发展趋势随着液压挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化方向发展，挖掘机对液压技术的要求不断提高并呈现特点：（1）迅速发展全液压挖掘机并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中，压力减小是用增大流量来补偿，使液压泵功率保持恒定，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），是挖掘力成倍增加；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，实现与回转机构的功率匹配，将第三泵在其他工作运动上接通，成为开始回路第二个独立的快速运动。挖掘机有简单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现结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。20世纪70年代，为了节省能源消耗和减少对环境的污染，是挖掘机的操作更加轻便和安全作业，降低挖掘机噪音，改善驾驶员工作条件，电子和自动控制技术逐步应用在挖掘机上。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，机电一体化技术在挖掘机身上得以广泛应用，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，并已经成为挖掘机现代化的重要标志，即目前现金的挖掘机上没有发动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。（2）重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化反战速度。例如美国林肯贝尔特公司新C系列LS-5800型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CAPS（计算机辅助功率系统），提高了挖掘机的作业功率，更好地发挥液压系统的功能；德国奥加开公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有河流特性，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，及时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到了ECO（电子控制作业）的操作装置，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；美国卡特皮勒公式在星星挖掘机上采用最新的3114T型柴油机以及扭矩在和传感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的而作业效率和稳定性。韩国大宇公司在DH280型挖掘机上采用了EPOS即电子功率优化系统，根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。第2章 挖掘机液压系统概述2.1 挖掘机液压系统的及泵组成及其基本要求按照挖掘机工作装置和哥哥机构的传动要求，吧各种液压元件用管路有及得连接起来就组成了一个挖掘机液压系统。它是以有野为工作介质、利用液压泵将液压能转变为机械能，进而实现挖掘机的各种动作。按照不同的功能可将挖掘机液压系统分为三个基本部分；工作装置系统，回转系统、行走系统、挖掘机的工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗及相应的液压缸组成，它包括动臂、斗杆和铲斗三个液压回路。回转装置的功能是将工作装置和上部转台向左或者向右回转，以便进行挖掘和卸料，完成该动作的液压元件是回转马达。回转系统工作室必须满足如下条件：回转迅速、启动和制动无冲击、振动和摇摆，与其他工作同时动作时，能合理地分配去各机构的流量。行走装置的作用是支撑挖掘机的整机质量并完成行走任务，采用履带式和轮胎式机构，所用的液压元件主要是行走马达。行走系统的设计要考虑直线行驶问题，即在挖掘机行走过程中，如果某一工作装置动作，不至于造成挖掘机发生行走偏转现象。挖掘机的动作复杂，主要机构经常启动、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，挖掘机的液压系统应满足如下要求：（1）要保证挖掘机的动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合动作。（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，且个执行元件有良好的过载保护；回转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变化大的负载、急剧振动的作用下，具有足够的可靠性。（3）设置轻便耐震的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时的液压油温不超过80摄氏度，或温升不超过45摄氏度。（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，液压元件对有也污染的敏感性要低，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疲劳强度。2.2挖掘机液压系统的基本动作分析（1）挖掘。通常以铲斗液压缸或者斗杆液压缸分别进行单独挖掘，或者两者配合进行挖掘。在挖掘过程中主要是铲斗和斗杆有复合动作，必要时配以动臂动作。（2）满斗举升回转。挖掘结束后，动臂缸将动臂顶起、满斗提升，同时回转马达使转台转向卸土处，此时主要是动臂和回转的复合动作。动臂缸举升到铲斗到正确的卸荷高度。由于卸荷所需回转角度不同，随着挖掘机相对自卸车的位置而变，因此动臂举升速度和回转速度相对关系是可调整的，若卸荷回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂举升速度慢些。（3）卸荷。回转至卸土位置时，转台制动，用斗杆调整协和半径和卸荷高度，用铲斗缸卸载。为哦了调整卸载位置，还需要动臂配合动作。卸荷时，主要是斗杆和铲斗复合作用，兼以动臂动作。（4）空斗返回。卸载结束后，转台反向回转，同时动臂缸和斗杆缸相互配合动作，把空斗放到新的挖掘点，此工况是回转、动臂、和斗杆的复合动作。由于动臂下降有重力作用、压力低、泵的流量大、下降快，要求互转速度快，因此该工况的供油情况通常是一个泵全部流量供回转，另一个泵的大部分油液供动臂，少部分油液经过节流供斗杆。2.3挖掘机液压系统基本回路（1）铲斗液压回路：液压挖掘机的基本工作装置回路，工作时铲土，装土，刮平路面等。（2）斗杆液压回路：调节铲斗倾翻角度，方便作业。（3）动臂液压回路：举升作业，举高物料便于倾倒物料在合适的地方。（4）回转液压回路：铲土完成后，转向倾倒物料处，空返回时的回转。（5）行走液压回路：供液压挖掘机行走，通常分履带式和轮式行走机构。（6）转向液压回路：供液压挖掘机行走时的转向。第三章 回转液压系统设计方法3.1设计依据和工况分析3.1.1设计依据：（1）主机的结构、动作特性和主要的技术要求，如运动的平稳性，动作的精度，动作联锁，自动化程度和效率等。（2）系统工作环境，如温度及其变化范围、潮湿、振动等。（3）其他要求，如液压的重量，外形尺寸和经济性等。3.1.2工况分析：（1）运动分析，回转装置，主要动作是回转运动，本设计采用高速马达配减速机构方案。通过液压马达出来经减速结构是挖掘机回转动作。高速马达和液压泵型号相同（2）动力分析：由现代工程机械液压系统书查得YW160型挖掘机回转最大转速12/min 。（3）负载分析：挖掘机回转阻力，主要来源于整机质量与回转台接触的摩擦力矩。当挖掘机满工况时即铲斗装满时查的负载力矩为15KN.M。3.2 回转液压马达和液压泵的选择计算（1）马达的选择计算减速机构效率=80% 。设T1 、T2分别为挖掘机回转转矩和液压马达的转矩 w1 w2分别为挖掘机回转速度和液压马达的转速。则 T1 *w1= T2 *w2* 马达功率P=T2 *w2= T1 *w1/=15000*12*2/（60*0.8）=23.55kw又马达功率P=pQ（其中Q为马达的流量，p为马达的压力）由工程机械液压系统书查得YW160液压挖掘机转向系统最高压力为25mpQ=P/p=23.55/25=15700mL/min选用ZM系列，即柱塞式液压马达。根据GB/T23481993规定Q=v*n（其中v为液压马达排量n为液压马达转速）选用ZM732型液压马达ZM 7 32 柱塞直径 柱塞数柱塞马达ZM732液压马达参数表（液压系统设计手册）型号排量压力转速转矩效率功率质量ZM732140ml/min25mp120r/min2kn.m80%25. kw72.5kg（2）a.泵的选择：高速马达和液压泵选择相同的型号。 b.减速机构的速比为10:13.3 制定基本方案，拟定液压系统原理图为了使工程机械的工作机构能够灵活机动地在更大的范围进行作业，就需要整个作业架作旋转运动。回转机构就是实现这种目的。回转机构液压回路如下图液压马达15通过小齿轮月大齿轮啮合，驱动作业架回转。整个作业架的转动惯量特别大，当换向阀19由上或下位转换为中位时，马达停止转动。但液压马达承受的巨大惯性力矩使转动不分继续前冲一定的角度，压缩排除管道的液体，使管道压力迅速升高。同时，压入管道液源已断，但液压马达前冲使管道中的液体膨胀，引起压力迅速降低，甚至产生真空。这两种夜里变化如果很激烈，将造成管道或液压马达的损坏。因此必须设置一对缓冲阀。当换向阀的左位链接管道为排出管道时，缓冲阀如同安全阀那样，在压力突然升到一定值时放出管道中的液体，又进入与右位链接的压入管道，补充被液压马达吸入的液体，使压力停止下降，或减缓下降速度。所以对回转机构的液压回路来说，缓冲补油是非常重要的。通过分析，设计如上所诉的挖掘机回转液压系统原理图。第四章液压元件的计算和选择4.1 执行元件液压马达的选择和计算减速机构效率=80% 。设T1 、T2分别为挖掘机回转转矩和液压马达的转矩 w1 w2分别为挖掘机回转速度和液压马达的转速。则 T1 *w1= T2 *w2* 马达功率P=T2 *w2= T1 *w1/=15000*12*2/（60*0.8）=23.55kw又马达功率P=pQ（其中Q为马达的流量，p为马达的压力）由工程机械液压系统书查得YW160液压挖掘机转向系统最高压力为25mpQ=P/p=23.55/25=15700mL/min选用ZM系列，即柱塞式液压马达。根据GB/T23481993规定Q=v*n（其中v为液压马达排量n为液压马达转速）选用ZM732型液压马达ZM 7 32 柱塞直径 柱塞数柱塞马达4.2.1 溢流阀的设计计算本次设计的溢流阀是安装在出油口处的溢流阀，它用来控制系统的最高压力，反之超载，保护液压系统安全，使液压系统稳定的运行。根据系统的压力，溢流阀设计要求如下：公称压力 公称流量 调压范围 启闭特性 （调成最高调定压力时）开启压力 闭合压力 溢流量 卸荷压力 内泄流量 4.2.2几何尺寸确定（1）进出油口直径d取d=2.8cm式中 （2）主阀座孔径（3）主阀芯直径取式中 （4）主阀芯与阀套的配合长度 取L=2 (cm)(5)阻尼孔直径、长度分别为（6）主阀芯阀口处锥角半角一般取，主阀座阀口处为直角。这样选取能使主阀芯与阀座接近先接触，即保证密封可靠，又便于加工。（7）主阀芯阀与阀盖的间距取 （8）导阀芯锥角半角导阀通过流面积和导阀座的接触应力的大小与值有关，值小过流面积和接触应力大，反之就小。过流面积的大小涉及主阀工作性能好坏，接触应力的大小涉及导阀的使用寿命长短，所以值应根据性能要求和使用寿命来确定。根据经验一般取(9)导阀座孔径式中 一般取 对于在实践中发现，取得大了会使阀发生尖叫和振动。所以根据经验取得 4.2.3 静态特性计算静态特性的计算有两个目的：一是根据静态特性的设计要求，校核上面确定的主要结构尺寸能否对静态特性的要求，并进行必要的调整与复算；二是求出主阀弹簧和调压弹簧的刚度及预压缩量，作为弹簧的设计依据。（1） 在最高调定压力 =式中（2）卸荷时主阀芯的开口量 =（2） 系统压力为开启压力 =式中 （4）液压卡紧阻力 =式中 （5）诸法弹簧刚度取主阀芯重力带入上式得：得 式中 （6）系统压力位开启压力时，导阀的开口量式中为了使导阀不受几何精度和油液清洁度的影响，保证工作稳定，求得的值应满足：所以的值满足要求。（7）调压弹簧刚度 取 式中 为了保证达到启闭性能的要求，要求校核由上面求得的因此可以达到启闭特性的要求。（8）条成最高调定压力的闭合压力式中 开启压力。（9）最低调定压力最低调定压力时是将调压手轮全松，使调压弹簧的预压缩量，主阀的开口量达到卸荷压力撕毁的开口量,设导阀油腔压力,带入公式：实际值略大于计算值，因为计算是假定，实际上由于流道损失总是大于零的。（10）最小溢流量是指在某一调定压力时，溢流阀所能通过的最小稳定流量。由公式可以得出：代入上式得： （11）内泄漏量第5章 结论5.1小结 液压技术是现代挖掘机的技术基础，其性能的优劣决定着挖掘机工作性能的高低，目前液压传动的许多先进技术都体现在挖掘机上。本文在介绍挖掘机及其液压攒动技术的发展历史前提下，首先论述了挖掘机液压系统及其常见的今本回路，其次设计了挖掘机液压系统，包括工作原理分析，系统工作循环和工作回路进行分析，主要液压元件在系统中的作用和液压系统中集中低压回路分析，液压缸的结构设计和尺寸计算、强度校核、泵的流量计算，溢流阀的设计计算，包括集合尺寸计算和静态特性计算等。通过理论研究和设计得到如下结论：（1）挖掘机的动作复杂，作业状况恶劣，液压系统因此要有较高的传动效率和足够的可靠性。（2）液压挖掘机有多重工作回路，每种工作回路完成不同的工作循环，以达到工作动作要求。（3）机电液一体化是液压挖掘机的额主要发展方向，其目的是是实现液压挖掘机的自动化，人们对挖掘机机电一体化的研究，主要集中在挖掘机的控制系统上。（4）多功能，更加节能的液压系统是挖掘机液压系统的发展方向。不足：没能计算出动臂的结构尺寸和挖掘回转半径等。5.2液压挖掘机回转部件的保养位于液压挖掘机下部行走体上的上部回转平台，如同人体的头部及躯干般地重要。虽其结构从外部难于看清，但安装于其中的发动机及各种液压装置若出现故障或超负荷使用，则会影响机器的整体状态，使性能下降，最终导致机器故障的发生。因此，应将机器的上部回转平台的日常保养检查放在首要位置。为了提高上部回转平台的作业性能并防止不必要的故障损失发生，在上部回转平台的保养中应注意哪些方面呢？定期地检查并更换过滤器滤芯为了防止尘土和添入油中所含的杂质等侵入机器的主要部位，在挖掘机上采取了保护措施。在一台挖掘机上安装了多个过滤器，这些过滤器发挥着其各自的重要的作用。（1） 空气滤清器发动机内燃油的燃烧需要新鲜的空气。空气滤清器可清除从外部吸入燃烧室的空气中的灰尘等异物，以防止发动机缸套及活塞环等磨损。（2） 机油和燃油过滤器机油及燃油在储存及加油过程中很容易混入水分和灰尘等。过滤器可过滤异物并防止发动机内部系统部件的磨损。此外，若这些滤芯的污染严重，则会导致机油或燃油流动不畅及发动机功率不足或润滑不良导