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车载小型挖树机液压和控制系统设计.doc

车载小型挖树机液压和控制系统设计【全套5张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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YC378-车载小型挖树机液压和控制系统设计【最终】

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提升油缸装配图-A0.dwg

液压缸体-A1.dwg

液压缸杆-A1.dwg

液压缸活塞-A3.dwg

装配原理图-A0.dwg

图纸-CAXA

提升油缸装配图-A0.exb

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关键词：: 车载小型挖树机液压以及控制系统设计全套 cad 图纸毕业论文原创资料

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摘要

我国目前树木移植大都采用人工作业，劳动强度大，作业效率低、成本高、成活率低。小型车载挖树机的研制有利于提高工效，减轻劳动强度，加快城市园林化的步伐，同也降低生产成本，提高经济效益。液压系统是小型车载挖树机的重要组成部分，主要包括液压泵，液压油缸、控制阀和油箱等。

本文主要针对小型车载挖树机液压控制系统进行设计。首先，调查掌握了小型车载挖树机及液压系统的现况；接着，对该挖树机结构及原理进行了分析，通过对结构原理的分析提出了液压系统设计方案，并通过计算选择了各液压元件以及验算了液压系统的合理性；然后，以铲斗油缸为例对其进行了详细的设计与校核；最后，应用AutoCAD软件绘制了液压系统原理图及液压缸的装配图和主要零部件图。

本文的研究方法对今后各类小型机械、工程机械等的液压系统设计均具有很好的参考意义。

关键字：挖树机；液压系统；液压缸

Abstract

Most of our current artificial trees transplant operations, labor-intensive, low working efficiency, high cost and low survival rate. Car digging machines small tree research will help improve efficiency, reduce labor intensity and speed up the pace of urban garden, with also reduce production costs, improve economic efficiency. Hydraulic system is a small car digging machine an important part of the tree, including hydraulic pumps, hydraulic cylinders, control valves and tanks and so on.

This paper mainly for small-car dug tree hydraulic control system design. First, the investigation and the status of the small car to dig trees and hydraulic systems; then, the digging machine tree structure and principle were analyzed by analysis of the structural principle of the hydraulic system design is proposed and selected by calculating each hydraulic components and checking the reasonableness of the hydraulic system; then, with bucket cylinder as an example of its detailed design and verification; and finally, the application of AutoCAD software to draw a schematic diagram of the hydraulic system and the hydraulic cylinder assembly drawings and major zero parts diagram.

Research methods in the future design of various types of hydraulic system of small machinery, engineering machinery, etc. have a good reference value.

Keyword：Hydraulic system; Hydraulic cylinders; Digging up tree

摘要I

AbstractII

第一章绪论1

1.1研究背景及意义1

1.2液压系统概述1

1.3液压系统研究现状2

1.3.1国外研究现状2

1.3.2国内研究现状2

第二章总体分析3

2.1主要参数选定3

2.2车载小型挖树机结构原理分析3

2.2.1整体结构3

2.2.2铲斗组件3

2.2.3铲刀组件4

2.2.4主框架和提升架4

2.3车载小型挖树机的工作特点分析5

2.4工况分析6

2.4.1 运动分析6

2.4.2 负载分析（以提升液压缸为例）6

第三章液压系统设计及液压元件选型8

3.1确定主要参数8

3.1.1工作压力的确定8

3.1.2 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定8

3.2液压回路的设计9

3.2.1制定调速方案9

3.2.2制定压力控制方案10

3.2.3制定顺序动作方案10

3.2.4选择液压动力源11

3.2.5绘制液压系统图11

3.3液压元件的选型12

3.3.1 液压泵的选择12

3.3.2 液压阀及辅助元件的选择12

3.3.3 蓄能器的选择13

3.3.4 管道尺寸的确定13

3.3.5 油箱容量的确定14

3.4液压系统的验算15

3.4.1 压力损失的验算15

3.4.2发热温升的验算16

第四章液压缸的设计18

4.1主要尺寸的设计与校核18

4.1.1 液压缸壁厚和外径的计算18

4.1.2 液压缸工作行程的确定19

4.1.3 缸盖厚度的确定19

4.1.4 最小导向长度的确定20

4.1.5 缸体长度的确定20

4.1.6 固定螺栓得直径21

4.1.7 液压缸强度校核21

4.2液压缸的结构设计22

4.2.1 缸体与缸盖的连接形式22

4.2.2 活塞杆与活塞的连接结构23

4.2.3 活塞杆导向部分的结构23

4.2.4 密封装置24

4.2.5 缓冲装置24

4.3其他液压缸结构及技术参数25

结论27

参考文献28

致谢29

第一章绪论

1.1研究背景及意义

城市绿化是城市生态环境建设的核心内容。其生态效应是由绿量决定的，而绿量的大小则取决于组成城市绿化主导材料的各种类树木所表现的叶面大小和树冠覆盖面积，所以种植树木是短期内加快城市生态环境建设和提高城市生态环境质量的主要手段和途径。据测定，树木吸取CO2、制造O2的功能是草坪的5倍．1hm2树木每年可吸收CO216t，释放O212t，吸收量是草坪的3倍，年可滞尘0.9t，可吸收SO2300kg，畜水1500t，空气湿度可增加54%。可见，树木产生的生态效应是非常明显的。

在目前城市热岛效应日趋明昱和人们对城市居住环境品质要求不断提高的新形势下，在城市中推行种植有一定体量和相当数量的树木就显得尤为重要瓤迫切。我国目前树的移栽大都采用人工作业，劳动强度大，作业效率低、成本高、成活率低。采用机械化作业可提高工效几十倍甚至上百倍，减轻了劳动强度，加快了城市园林化的步伐，同也降低了生产成本，提高了经济效益。因此研制开发适合常规配套动力的挖树机械具有十分重要的现实意义，其产品具有广阔的市场前景。

提升油缸装配图-A0.gif

装配原理图-A0.gif

液压缸杆-A1.gif

液压缸活塞-A3.gif

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内容简介：: 毕业设计（论文）设计 (论文 )题目：车载小型挖树机液压和控制系统设计学生姓名：陶伟指导教师：李志臣二级学院：专业：车辆工程班级： 11 车辆工程 1 班学号： 1121111036 提交日期： 2015 年 05 月 10 日答辩日期： 2015 年 05 月 16 日 nts I 摘要我国目前树木移植大都采用人工作业，劳动强度大，作业效率低、成本高、成活率低。小型车载挖树机的研制有利于提高工效，减轻劳动强度，加快城市园林化的步伐，同也降低生产成本，提高经济效益。液压系统是小型车载挖树机的重要组成部分，主要包括液压泵，液压油缸、控制阀和油箱等。本文主要针对小型车载挖树机液压控制系统进行设计。首先，调查掌握了小型车载挖树机及液压系统的现况；接着，对该挖树机结构及原理进行了分析，通过对结构原理的分析提出了液压系统设计方案，并通过计算选择了各液压元件以及验算了液压系统的合理性；然后，以铲斗油缸为例对其进行了详细的设计与校核；最后，应用 AutoCAD软件绘制了液压系统原理图及液压缸的装配图和主要零部件图。本文的研究方法对今后各类小型机械、工程机械等的液压系统设计均具有很好的参考意义。关键字：挖树机；液压系统；液压缸 nts II Abstract Most of our current artificial trees transplant operations, labor-intensive, low working efficiency, high cost and low survival rate. Car digging machines small tree research will help improve efficiency, reduce labor intensity and speed up the pace of urban garden, with also reduce production costs, improve economic efficiency. Hydraulic system is a small car digging machine an important part of the tree, including hydraulic pumps, hydraulic cylinders, control valves and tanks and so on. This paper mainly for small-car dug tree hydraulic control system design. First, the investigation and the status of the small car to dig trees and hydraulic systems; then, the digging machine tree structure and principle were analyzed by analysis of the structural principle of the hydraulic system design is proposed and selected by calculating each hydraulic components and checking the reasonableness of the hydraulic system; then, with bucket cylinder as an example of its detailed design and verification; and finally, the application of AutoCAD software to draw a schematic diagram of the hydraulic system and the hydraulic cylinder assembly drawings and major zero parts diagram. Research methods in the future design of various types of hydraulic system of small machinery, engineering machinery, etc. have a good reference value. Keyword： Hydraulic system; Hydraulic cylinders; Digging up tree nts III 目录摘要 . I Abstract . II 第一章绪论 . 1 1.1 研究背景及意义 . 1 1.2 液压系统概述 . 1 1.3 液压系统研究现状 . 2 1.3.1 国外研究现状 . 2 1.3.2 国内研究现状 . 2 第二章总体分析 . 3 2.1 主要参数选定 . 3 2.2 车载小型挖树机结构原理分析 . 3 2.2.1 整体结构 . 3 2.2.2 铲斗组件 . 3 2.2.3 铲刀组件 . 4 2.2.4 主框架和提升架 . 4 2.3 车载小型挖树机的工作特点分析 . 5 2.4 工况分析 . 6 2.4.1 运动分析 . 6 2.4.2 负载分析（以提升液压缸为例） . 6 第三章液压系统设计及液压元件选型 . 8 3.1 确定主要参数 . 8 3.1.1 工作压力的确定 . 8 3.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 . 8 3.2 液压回路的设计 . 9 3.2.1 制定调速方案 . 9 3.2.2 制定压力控制方案 . 10 3.2.3 制定顺序动作方案 . 10 3.2.4 选择液压动力源 . 11 nts IV 3.2.5 绘制液压系统图 . 11 3.3 液压元件的选型 . 12 3.3.1 液压泵的选择 . 12 3.3.2 液压阀及辅助元件的选择 . 12 3.3.3 蓄能器的选择 . 13 3.3.4 管道尺寸的确定 . 13 3.3.5 油箱容量的确定 . 14 3.4 液压系统的验算 . 15 3.4.1 压力损失的验算 . 15 3.4.2 发热温升的验算 . 16 第四章液压缸的设计 . 18 4.1 主要尺寸的设计与校核 . 18 4.1.1 液压缸壁厚和外径的计算 . 18 4.1.2 液压缸工作行程的确定 . 19 4.1.3 缸盖厚度的确定 . 19 4.1.4 最小导向长度的确定 . 20 4.1.5 缸体长度的确定 . 20 4.1.6 固定螺栓得直径 sd . 21 4.1.7 液压缸强度校核 . 21 4.2 液压缸的结构设计 . 22 4.2.1 缸体与缸盖的连接形式 . 22 4.2.2 活塞杆与活塞的连接结构 . 23 4.2.3 活塞杆导向部分的结构 . 23 4.2.4 密封装置 . 24 4.2.5 缓冲装置 . 24 4.3 其他液压缸结构及技术参数 . 25 结论 . 27 参考文献 . 28 致谢 . 29 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 1 第一章绪论 1.1 研究背景及意义城市绿化是城市生态环境建设的核心内容。其生态效应是由绿量决定的，而绿量的大小则取决于组成城市绿化主导材料的各种类树木所表现的叶面大小和树冠覆盖面积，所以种植树木是短期内加快城市生态环境建设和提高城市生态环境质量的主要手段和途径。据测定，树木吸取 CO2、制造 O2 的功能是草坪的 5 倍 1hm2 树木每年可吸收CO216t，释放 O212t，吸收量是草坪的 3 倍，年可滞尘 0.9t，可吸收 SO2300kg，畜水 1500t，空气湿度可增加 54%。可见，树木产生的生态效应是非常明显的。在目前城市热岛效应日趋明昱和人们对城市居住环境品质要求不断提高的新形势下，在城市中推行种植有一定体量和相当数量的树木就显得尤为重要瓤迫切。我国目前树的移栽大都采用人工作业，劳动强度大，作业效率低、成本高、成活率低。采用机械化作业可提高工效几十倍甚至上百倍，减轻了劳动强度，加快了城市园林化的步伐，同也降低了生产成本，提高了经济效益。因此研制开发适合常规配套动力的挖树机械具有十分重要的现实意义，其产品具有广阔的市场前景。 1.2 液压系统概述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（附件）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，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、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 2 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。 1.3 液压系统研究现状 1.3.1 国外研究现状液压技术自 18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有 300 多年的历史了，但其真正的发展只在第二次世界大战后 60 多年的时间内，战后液压技术迅速向民用工业转移，在机床、工程机械、农业机械、汽车等行业中逐步推广。 20 世纪 60 年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了河大的发展，并渗透到各个行业领域中去。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、搞度集成化的法相发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机辅助测试、计算机直接控制、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术，以及污染控制技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。 1.3.2 国内研究现状我国液压工业的真正发展是在六十年代开始起步的，而液压控制技术的发展则更晚一些，目前，液压控制技术已成为一种极为广泛的基础技术，尽管我国国民经济各领域也获得了极为广泛的应用，单液压及控制技术长期落后于国外的现状还是严重制约了我国主体水平的提高和工业自动化的实现。因而迅速提高我国液压技术和控制技术的数字化，具有极为重要的经济意义和现实意义。近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，涌现出一批各具特色的高新技术产品。如北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀、宁波华业公司的电液比例流量阀，均为机电一体化的高新技术产品。为应对我国加入 WTO 后的新形势，我国液压行业各企业加速科技创新，不断提升产品市场竞争力，一批优质产品成功地位国家重点工程和重点主机配套，取得较好的经济效应和社会效应。 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 3 第二章总体分析 2.1 主要参数选定通过对市场现有小型挖树机进行调查，选定本次设计的车载小型挖树机主要技术指标如下：配套动力 18 22kw（拖拉机）土球大端直径 600mm 树胸径 80120mm 工作效率 5080 株 /小时 2.2 车载小型挖树机结构原理分析 2.2.1 整体结构小型挖树机由主框架，提升架，铲刀组件，铲斗组件和液压系统等组成，如图 2-1 所示。提升架可沿主框架上下运动，铲斗可沿提升架上下运动。型挖树机可挂接在多种配套动力（如各种轮式拖拉机）上，各工作部件由液压油缸驱动。工作时，通过操纵液压系统的分配器，首先打开铲刀、铲斗，通过调整挖树机的位置，将被挖树置于铲斗中心处，然后将提升架下移，使铲刀、铲斗置于地面上，操纵铲刀油缸将两铲刀入土后再操纵铲斗油缸将铲斗下挖至要求的深度后，通过提升架将铲刀、铲斗和树同时提出地面，最后松开铲刀、铲斗，将根部带有圆台型土块的树放入塑料盆中，以提高树成活率，方便运输。图 2-1 小型挖树机结构简图 1-主框架 2-提升架 3-铲刀组件 4-铲斗组件 2.2.2 铲斗组件 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 4 铲斗组件主要包括铲斗导轨、铲斗油缸、铲斗滑块和铲斗，如图 2-2 所示。铲斗的运动轨迹由铲斗导轨控制。为实现一定直径树的移栽要求，铲斗小端直径不能太小。铲斗设计为半圆台面形，导轨角度和圆台的角度相同，以便使铲斗滑快能自如的上下移动。铲斗的大端直径为 600mm，小端直径为 450mm，高为 500mm，当铲斗架处于闭合状态时铲斗导轨与铅垂方向的夹角为 8.5。图 2-2 挖树机铲斗组件结构示意图 1-铲斗导轨 2-铲斗油缸 3-铲斗滑块 4-铲斗油缸两端均是铰接形式，当铲斗油缸伸出时，活塞杆与连接的滑块在铲斗的滑轨上移动，铲斗慢慢张开。反之，当油缸缩回回时，铲斗慢慢闭合。 2.2.3 铲刀组件铲刀组件主要包括铲斗油缸、连接件、铲刀臂和铲刀，如图 2-3 所示。工作时铲刀绕铲刀臂旋转，依靠锋利的刀刃切断树的底根，同时铲入泥土的铲刀可以平衡一部分铲斗的入土阻力，起到了地锚的作用，以防挖树机被抬起。图 2-3 挖树机铲刀组件结构示意图 1-铲刀油缸 2-连接件 3-铲刀臂 4-铲刀 2.2.4 主框架和提升架 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 5 提升架通过滑块安装在主框架的导轨中，铲刀、铲斗等安装在提升架上。在提升油缸的作用下，提升架、铲刀及铲斗沿主框架轨道上下运动，用来提升完成挖掘工作的铲刀、铲斗及所要移栽的树，其结构如图 2-4 所示。图 2-4 挖树机主框架和提升架结构示意图 2.3 车载小型挖树机的工作特点分析挖树机挖掘带根树木是在各有关部件和装置协同动作下完成的，树木挖树机的主要工作特点是：（ 1）移动作业树木挖树机必须开到苗圃地或待移栽的树木前实施挖掘作业，其作业地点是不断变动的。（ 2）顺序动作在挖树时树木挖树机要完成下列动作：挖树机构直立（具有纵向倾斜机构的挖树机才有此动作），挖树机构下降，锹铲打开，锹铲闭合，锹铲锁紧，调平垫使导轨架水平，稳定器撑开，锹铲按 1 3 2 的顺序铲入土中，挖树机构上升，稳定器收回，挖树机构倾倒在车底板上。树木挖树机在向栽植坑植树时要完成下列动作：挖树机构直立，挖树机构下降，稳定器撑开，锹铲按顺序提升，挖树机构提升，锹铲闭合，稳定器收回，挖树机构倾倒在车厢底板上。这些动作都是顺序进行的，在同一时间内没有两个动作同时进行。仅在需要加抉工作速度时，有些辅助动作（如提升，收回稳定器等）可以同时进行，但对工作没有影响。（ 3）工作部件和各动作的执行元件呈空间分布即在挖树机的上、下、左，右等各部位都要布置传动部件，尤其是工作铲呈环形布置时。 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 6 （ 4）有些部件运动的行程长如 2ZS-100 树木挖树机的铲刀移动量达 97cm大约翰树木挖树机铲刀行程达160cm，但它们运动速度不高，对运动的精度要求不高。本设计中升降缸的行程达到800mm，铲土油缸的行程达到 500mm。（ 5）各工作部件和装置的工作载荷不一致其中以锹铲的下铲阻力最大如 20T 一 50 型起苗机的单铲下铲阻力为 15kN， 2ZS-100型树木挖树机的下铲阻力为 30kN，其次是提升时的重力载荷。由于这时要将挖树机构和挖出的树木及带根士球一道提升，重力载荷达 10 20kN，有些装置的工作载荷则很小如锹铲开合机构、调平垫等。（ 6）间歇作业树木挖树机挖完一棵树以后要由配套的运载工具将树运到栽植点或运送到地边指定点，由其它运输工具集中转运。这时，动力传动装置停止工作。只有树木挖树机到达栽植点后，或在进行下一轮作业时传动装置才又开始工作。（ 7）每一工作循环的时期短如 2ZS-IOO 型树木挖树机挖一棵树的纯作业时间只要 l min。本设计中要求为 60 s/颗。 2.4 工况分析 2.4.1 运动分析根据设计要求驱动它的液压传动系统需完成铲斗，铲刀打开铲斗铲刀闭合掘土提升打开的工作循环。其垂直上升林木的重力为 5000N，机架本身重量为 1000N，快速上升行程 350mm，速度要求 45mm/s；慢速上升行程为 100mm，其最小速度为 8mm/s；快速下降行程为 450mm，速度要求 55mm/s，其导轨面的夹角为 90 ，滑台与导轨的最大间隙为 2mm，起动加速和减速时间均为 0.5s，液压缸的机械效率为 0.91。则取：快速上升速度为： V 快升 =45mm/s 慢速上升速度为： V 慢升 =8mm/s 快速下降速度为： V 快降 =55mm/s 2.4.2 负载分析（以提升液压缸为例）液压缸所受外载荷 F 包括三种类型，分别为工作负载、摩擦阻力负载、惯性负载即： F = Fw+ Ff+ Fa nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 7 （ 1）工作负载 Fw 对于本挖树机来说，即为沿垂直上升方向的树重量与机架本身重量之和，故： Fw=5000N+1000N=6000N （ 2）导轨摩擦阻力负载 Ff 启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力，对于平行导轨 Ff 可以由下式求的： Ff=fFn/sin（ /2）由于林木为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和结构尺寸求得Fn=120N，取 fs=0.2， fd=0.1 则有静摩擦负载： Ffs=（ 0.2 120/sin45） =33.94N 动摩擦负载： Ffd=（ 0.1 120/sin45） =16.97N （ 3）运动部件速度变化时的惯性负载 Fa Fa = Gg vt式中 g重力加速度； t 加速或减速时间，本设计中要求不大于 0.2s，取 t =0.1s； v t 时间内的速度变化量。故：加速： Fa1=（ G/g）（ v/ t） =（ 6000/9.81）（ 0.045/0.5） =55.05N 减速： Fa2=（ G/g）（ v/ t） =（ 6000/9.81）（ 0.045-0.008） /0.5=45.26N 制动： Fa3=（ G/g）（ v/ t） =（ 6000/9.81）（ 0.008/0.5） =9.79N 根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表 2-1），并画出如图 2-2 所示的负载循环图。表 2-1 工作循环各阶段的外负载序工作循环外负载 F(N) 1 启动、加速 F =Fw+ Ffs+Fa1 6089 2 快速上升 F = Fw+Ffd 6017 3 减速 F = Fw+ Ffd+ Fa2 6062 4 慢速上升 F = Fw+Ffd 6017 5 制动 F = Fw +Ffd + Fa3 6027 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 8 第三章液压系统设计及液压元件选型 3.1 确定主要参数 3.1.1 工作压力的确定执行元件的工作压力可以根据负载循环图中的最大负载来选取，也可以根据主机的类型了确定（见表 3-1 和表 3-2）。表 3-1 按负载选择执行元件的工作压力负载 / KN 50 工作压力 /MPa 0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 5 表 3-2 各种机械常用的系统工作压力设备类型机床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械等磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力 0.82.0 35 28 810 1016 2032 所设计的挖树机在工进时负载最大，其值为 6089N，其它工况时的负载都相对较低，参考表 3-1 和表 3-2 按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法。初选液压缸的工作压力： MPap 21 ，背压： MPap 3.02 3.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定为了节省能源宜选用较小流量的油源。利用单活塞缸差动连接满足快进速度的要求，由此求得液压缸无杆腔面积为 : 24-6211108.39107.19.0 6 0 8 9)-( mNpp FAm mmAD 2.71108.3944 41 由计算所得的液压缸内径 D 按表 3-4 圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 9 表 3-4 液压缸内径尺寸系列 (GB2348-1980) (mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （ 90） 100 （ 110） 125 （ 140） 160 （ 180） 200 （ 220） 250 320 400 500 630 注：括号内数值为非优先选用值故液压缸内径取标准值： mmD 80 根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径： mmdDD 45/55/ 222 ）（求的： mmd 1.34 由计算所得的活塞杆直径按表 3-5 圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。表 3-5 活塞杆直径系列 (GB2348-1980) (mm) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 2 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 故液压缸内径取标准值： mmd 36 由此计算出液压缸的实际有效面积为： 2221 24.504804 cmDA 222222 07.404 36804 - cmdDA ）（）（ 3.2 液压回路的设计 3.2.1 制定调速方案速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 10 来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 3.2.2 制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。 3.2.3 制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 11 3.2.4 选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。 3.2.5 绘制液压系统图小型挖树机系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。图 3-1 挖树机液压原理图 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 12 如图 3-1，为挖树机液压原理图，其中包含：三位四通电磁换向阀；齿轮泵；油滤器；单向阀；液压锁；平衡阀；限位二位二通手动换向阀；液压缸组成。 3.3 液压元件的选型 3.3.1 液压泵的选择由工况图可知，整个工作循环过程中液压缸的最大工作压力为 2.0MPa。选取油路总压力损失为 0.3MPa。则泵的最大工作压力为： MPap p 3.23.00.2 其次确定液压泵的最大供油量，液压缸所需的最大流量为 38.2L/min，若取系统泄漏系数 K=1.05，则泵的流量为： m in/1.402.3805.1 Lq p 根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用 YB1-6.3/6.3 型的双联齿轮泵，其额定压力为 6.3Mpa，容积效率 =0.85，总效率 8.0p ，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和输出流量求出由于液压缸在快退时输入功率最大，如果取泵的效率为 8.0p ，这时驱动液压泵所需电动机功率为 WP p 83.50 48.0 4044.3 根据此数据查阅电动机产品目录，选择 Y90S-6 型电动机，其额定功率 WPn 750 ，额定转速 min/910 rn n 。 3.3.2 液压阀及辅助元件的选择（ 1）阀的规格根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有 20%以内的短时间过流量。（ 2）阀的型式，按安装和操作方式选择。 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 13 表 3-7 液压元件型号及规格（ GE 系列）序号名称通过流量型号及规格 1 滤油器 11.47 XLX-06-80 2 齿轮泵 9.75 CB-50 3 单向阀 4.875 AF3-Ea10B 4 外控顺序阀 4.875 XF3-10B 5 溢流阀 3.375 YF3-10B 6 三位四通电磁换向阀 9.75 34EF3Y-E10B 7 单向顺序阀 11.57 AXF3-10B 8 液控单向阀 11.57 YAF3-Ea10B 9 二位二通电磁换向阀 8.21 22EF3-E10B 10 单向调速阀 9.75 AQF3-E10B 11 压力表 Y-100T 12 压力表开关 KF3-E3B 13 柴油机 Y90S-6 3.3.3 蓄能器的选择根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。（ 1）液压执行元件短时间快速运动，由蓄能器来补充供油，其有效工作容积为式中 A液压缸有效作用面积（ m2）； l液压缸行程（ m）； K油液损失系数，一般取 K=1.2； QP液压泵流量（ m3/s）； t动作时间（ s）（ 2）作应急能源，其有效工作容积为：式中要求应急动作液压缸总的工作容积（ m3）。有效工作容积算出后，根据有关蓄能器的相应计算公式，求出蓄能器的容积，再根据其他性能要求，即可确定所需蓄能器。 3.3.4 管道尺寸的确定 nts车载小型挖树机液压和控制系统设计 14 （ 1）管道内径计算式中 Q通过管道内的流量（ m3/s）；管内允许流速（

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