图纸共17张,如下所示
A0-挖掘机液压原理图.dwg
A1-挖掘机装配图.dwg
A2-铲斗油缸.dwg
A3-动臂油缸.dwg
A3-斗杆油缸.dwg
A3-油箱.dwg
A3-主泵原理图.dwg
A4-端盖.dwg
A4-法兰.dwg
A4-缸底.dwg
A4-缸筒.dwg
A4-活塞.dwg
A4-活塞杆.dwg
A4-连杆.dwg
A4-套环.dwg
A4-轴套.dwg
A4-轴座.dwg

目录
1 前言……………………………………………………………………1
1.1 挖掘机间介…………………………………………………………1
1.2 国内外研究现状及发展动态………………………………………2
1.3 本设计的研究内容…………………………………………………5
2 液压挖掘机结构与工作原理…………………………………………7
2.1 液压挖掘机整机性能………………………………………………7
2.2 液压挖掘机结构……………………………………………………8
2.3 液压挖掘机传动原理……………………………………………10
3 液压挖掘机工况分析及液压系统设计方案的确定………………12
3.1 液压挖掘机的工况………………………………………………12
3.2 挖掘机液压系统的设计要求……………………………………17
3.3 挖掘机液压系统的分析…………………………………………19
3.4 液压系统方案拟订………………………………………………20
4 液压系统的设计……………………………………………………21
4.1 液压系统方案及参数确定………………………………………21
4.2 执行元件液压缸及系统压力的初选……………………………22
4.3 计算工作装置铲斗液压缸的主要尺寸…………………………23
4.4 液压系统原理图的制定…………………………………………26
5 液压元件的选择与专用件的设计…………………………………31
5.1 液压泵的选择和泵的参数的计算………………………………31
5.2 柴油发动机的选择………………………………………………33
5.3 液压阀的选择……………………………………………………33
5.4 其他液压元件的选择……………………………………………36
5.5 油箱容量的确定…………………………………………………38
6 压系统性能验算……………………………………………………40
6.1 液压系统压力损失………………………………………………40
6.2 液压系统的发热温升计算………………………………………41
总结………………………………………………………………46
参考文献………………………………………………………………47
致　谢………………………………………………………………49

内容提要

挖掘机作为我国工程机械的主力机种，被广泛应用于各种各样的施工作业中。挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析设计对推动我国挖掘机发展具有十分重要的意义。
在搜集了国内外挖掘机液压系统相关资料的基础上，了解了挖掘机液压系统的发展历史，并对挖掘机液压系统的技术发展动态进行了分析总结。论文对挖掘机的各种工况进行了分析，系统总结了挖掘机液压系统的设计要求。根据挖掘机液压系统的设计要求，论文中采用通用多路阀，配以专用控制阀和简单的电子控制系统，设计了一套适合我国生产制造的LS恒功率控制单斗挖掘机液压系统。
本次毕业设计课题是WY200型液压挖掘机。课题以企业为依托。小型挖掘机由多个系统组成，包括液压系统，传动系统，操纵系统，工作装置，底架，转台，油箱，发动机安装等。本人的设计主要致力于分析和设计小型液压挖掘机工作装置的液压系统。本课题选择了国内的质量和技术性能都接近设计要求的16~20t挖掘机作为基型，并在此基础上研究了国外的先进机型，设计出我们挖掘机的液压系统方按图，总体装配图以及相应的部件图和零件图。图纸基本采用Auto CAD二维软件绘图。本液压挖掘机的优点是采用伺服先导操纵系统，造型美观，具备挖掘，抓物，钻孔，推土，清沟和破碎等功能。平台可360°旋转，性能可靠，操作舒适，可广泛应用于建筑，市政，供水，供气，供电农林建设等工程。

Summary

The excavator is a main consrtuctional machine，which is now widely used in various construction sites.The core technique of excavator is hydrau1ic technique. Becauseofthe bad working condition and conmplicated working movements of the excavatot，it has high requitements for its hydraulic system.Since the excavator’s hydraulic system is the most complicated one in all constructional machines ,the analysis and research of its hydrau1ic system make very important sens.
On the basis of comprehensive co11ection of re1ated information about the excavator’s hydraulic system at home and abroad，the main working conditions of the excavator are studied and the design requitments of its hydraulic system are systematically summarized. According to the design pressure compensated hydraulic system is creatively designed using general multiple until value equipped with special contol valve and electronic contor systems,which has useful reference value for the future research and development of the excavator’s hydraulic system in our country.
The name of this graduated task is “WY200 medium type hydraulic excavator”.This task is requested by company. My task is to analyze and design the hydraulic system of the medium type hydraulic excavator. This task choose the domestic excavator whose quality and character is most similar to our request as the basic type, further study the overseas advanced type. Then I designed projects of hydraulic system of our excavator,collectivity assemblage drawing and interrelated parts drawing, accessory drawing. All the blueprints drawn by the soft of AutoCAD. The strongpoint of this hydraulic excavator is used servo forerunner control system. It has beautiful sculpt. Beijing provided with the fuction of excavating, grappling, drilling, pushing, cleaning channel and crashing etc. 360°swwing plat roof,good quality, controlling comfortable, be widely used in construction,supply and city planning.
１　前言
液压挖掘机是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。由于液压挖掘机具有多品种，多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐。液压挖掘机的生产制造业也日益蓬勃发展。
挖掘机液压传动紧密地联系在一起，其发展主要以液压技术的应用为基础。由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析设计已经成为推动挖掘机发展中的重要一环[1]。
1.1　挖掘机简介
挖掘机行业的发展历史久远，可以追溯到1840年。当时美国西部开发，进行铁路建设，产生了模仿人体构造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰类似机械手的挖掘机，它采用蒸汽机作为动力在轨道上行走。但是此后的很长时间挖掘机没有得到很大的发展，应用范围也只局限于矿山作业中。
导致挖掘机发展缓慢的主要原因是:其作业装置动作复杂，运动范围大，需要采用多自由度机构，古老的机械传动对它不太适合。而且当时的工程建设主要是国土开发，大规模的筑路和整修场地等，大多是大面积的水平作业，因此对挖掘机的应用相对较少，在一定程度上也限制了挖掘机的发展。
由于液压技术的应用，二十世纪四十年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机。随着液压传动技术迅速发展成为一种成熟的传动技术，挖掘机有了适合它的传动装置，为挖掘机的发展建立了强有力的技术支撑，是挖掘机技术上的一个飞跃。同时，工程建设和施工形式也发生了很大变化。在进行大规模国土开发的同时，也开始进行城市型土木施工，这样，具有较长的臂和杆，能装上各种各样的工作装置，能行走、回转，实现多自由动作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和沟槽的挖掘机得到了广泛应用[2]。
1950年在意大利北部生产了第一台液压挖掘机。第一台液压挖掘机采用定量齿轮泵，中位开式多路阀，工作压力为9Mpa，所有执行元件互相并联连结。由单泵向6个执行元件供油。由于早期液压挖掘机主要采用了定量齿轮泵，不能按需改变供油流量，无法充分利用发动机的功率，因此其能量损失很大，不能满足挖掘机复合动作的复杂要求，且可操纵性差。另外，早期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，配套件也不齐全，制造质量不够稳定。从二十世纪六十年代到八十年代中期，液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展的阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970年间，液压挖掘机产量己经达到挖掘机总产量的83%，其时对挖掘机液压系统的研究也已经十分成熟，液压挖掘机已经具有了同步控制系统和负载敏感系统L。
自第一台手动挖掘机诞生以来的160多年当中，挖掘机一直在不断地飞跃发展，其技术已经发展到相对成熟稳定的阶段。目前国际上迅速发展全液压挖掘机，对其控制方式不断改进和革新，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相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。所有这一切，挖掘机的全液压化为其奠定了坚实的基础，创造了良好的前提[3]。
据有关专家估算，全世界各种施工作业场约有65%至70%的土石方工程都是由挖掘机完成的。挖掘机是一种万能型工程机械，目前已经无可争议地成为工程机械的第一主力机种，在世界工程机械市场上己占据首位，并且仍在发展扩大。挖掘机的发展主要以液压技术的应用为基础，其液压系统已成为工程机械液压系统的主流形式。随着科学技术的发展和建筑施工现代化生产的需要，液压挖掘机需要大幅度的技术进步，技术创新是液压挖掘机行业所面临的新挑战。在技术方面，挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，所以对其液压系统的分析研究具有十分重要的现实意义。

课题名称挖掘机工作装置液压系统设计
设计(论文)
起止时间 2007年 3月26日至200 7年6月8日
课题类型工程设计课题性质真实
一、课题研究的目的与主要内容

研究目的：
设计多功能液压挖掘机的液压系统，驱动挖掘机完成多功能作业。与山河智能机械股份有限公司校企合作。学生在生产现场做毕业设计，全面提高综合设计能力，工程实践能力。
主要内容：
1、对挖掘机进行结构分析。
2、设计挖掘机工作装置的液压系统。
3、绘制挖掘机的液压系统原理图。

二、基本要求
1、必须独立完成毕业设计工作。
2、按制图标准设计多功能液压挖掘机液压系统图和有关零件的零件图，图纸比例1∶1，毕业设计图纸总工作量不少于2张零号图纸。
3、按学院毕业设计的书写格式要求，撰写设计说明书，毕业设计说明书不少于20000字。
4、每个学生应完成与毕业设计有关的3000-5000个文字的外文资料翻译, 译文要求准确,文字流畅。

注：1、此表由指导教师填写，经各系、教研室主任审批生效；
2、此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
三、课题研究已具备的条件（包括实验室、主要仪器设备、参考资料）
1、邵阳学院的实习工厂。
2、机械与能源工程系机械设计实验室，数控加工中心实验室，主要仪器设备有：线切割加工机床，电火花成形加工机床，数控加工中心，类型较多的机械设计零件等。
3、邵阳学院图书馆。
3、主要参考资料：《机械工程设计手册》，期刊杂志《工程机械》。
4、山河智能有限公司挖掘机装配车间实习、技术部资料查阅。
四、设计（论文）进度表
1、2007.3.26~2007.3.28 确定课题。
1、2007.3.29~2007.4.4 搜集资料，完成开题报告。
2、2007.4.5~2007.5.6 挖掘机结构的确定。
3、2007.4.26~2007.5.10 绘制多功能液压挖掘机液压系统图。
4、2007.5.11~2007.5.25 外文资料翻译，撰写设计说明书。
5、2007.5.26~2007.6.8 毕业设计文件打印、撰写答辩提纲准备答辩。

挖掘机工作装置液压系统设计[3A0]

内容简介：: 邵阳学院毕业设计（论文）任务书专业班级 2003 级机制本科专业学生姓名陈艺学号 0340717149 课题名称挖掘机工作装置液压系统设计设计 (论文 ) 起止时间 2007 年 3 月 26 日至 200 7 年 6 月 8 日课题类型工程设计课题性质真实一、课题研究的目的与主要内容研究目的：设计多功能液压挖掘机的液压系统，驱动挖掘机完成多功能作业。与山河智能机械股份有限公司校企合作。学生在生产现场做毕业设计，全面提高综合设计能力，工程实践能力。主要内容： 1、对挖掘机进行结构分析。 2、设计挖掘机工作装置的液压系统。 3、绘制挖掘机的液压系统原理图。二、基本要求 1、必须独立完成毕业设计工作。 2、按制图标准设计多功能液压挖掘机液压系统图和有关零件的零件图，图纸比例 1 1，毕业设计图纸总工作量不少于 2 张零号图纸。 3、按学院毕业设计的书写格式要求，撰写设计说明书，毕业设计说明书不少于 20000 字。 4、每个学生应完成与毕业设计有关的 3000文字的外文资料翻译 , 译文要求准确 ,文字流畅。注： 1、此表由指导教师填写，经各系、教研室主任审批生效； 2、此表 1 式 3 份，学生、指导教师、教研室各 1 份。三、课题研究已具备的条件（包括实验室、主要仪器设备、参考资料） 1、邵阳学院的实习工厂。 2、机械与能源工程系机械设计实验室，数控加工中心实验室，主要仪器设备有：线切割加工机床，电火花成形加工机床，数控加工中心，类型较多的机械设计零件等。 3、邵阳学院图书馆。 3、主要参考资料：机械工程设计手册，期刊杂志工程机械。 4、山河智能有限公司挖掘机装配车间实习、技术部资料查阅。四、设计（论文）进度表 1、定课题。 1、集资料，完成开题报告。 2、挖掘机结构的确定。 3、制多功能液压挖掘机液压系统图。 4、文资料翻译，撰写设计说明书。 5、业设计文件打印、撰写答辩提纲准备答辩。五、教研室审批意见教研室主任（签名）年月日六、院（系）审批意见院（系）负责人（签名）单位（公章）年月日指导教师（签名）学生（签名）邵阳学院毕业设计（论文） 1 of is in is to of is a In on up on on as so in to be is of is of is is a of in to on do of to in of of in be so as to 980s of 0th to of a of a to a of 阳学院毕业设计（论文） 2 of IT to a in to 1、 in is of on of of of of to of a of to we no of of to a of is a a of 邵阳学院毕业设计（论文） 3 is of in In of 90s of 0th a of of of of -5 by a 2-3 in to on on of CC 5m in of of of 0% is it is of or 0 Hz of or is a be to as or is of on is of of 2、 in 0th 960s to 0 on 邵阳学院毕业设计（论文） 4 a to in of of in 970s to be to a of to of a on of in of 954 955 in a in is of 970s. 980s, is In of of is as of in to in of in a in is is to a as to to to 阳学院毕业设计（论文） 5 In of of a of be - to an s is in of of on 3、 a 1980s of 0th of s of is a on in s of of of of to of to of to of To to to a 邵阳学院毕业设计（论文） 6 s to s of of as to - as or or by of of If of of of an of a 80 of a - be to be 0A) In by on 000h. 50h; to 100 of 4、 of to a of is of as 阳学院毕业设计（论文） 7 be to in a of of it a is an to is of of to in s to of a A - of a is in of a a to of to a to to of to 0A). of on as to of of to to s as to of to of 阳学院毕业设计（论文） 8 is an of be of is of to of 、 in of to of be in to of be is a is of a it of of to to z is In to of of of In of on of of to of of 阳学院毕业设计（论文） 9 to a of At 邵阳学院毕业设计（论文） 10 现代工程机械行业的技术进步大型机械式挖掘机在目前国际国内在矿山开采及工程施工中有着广泛的应用，其性能的优劣对生产率有很大的影响何提高产品的质量是提高其市场竞争力的关键。目前，我国的大型机械式挖掘机在设计水平，设计手段及产品质量上与国外同类产品相比尚有较大差距倡低振动、低噪音的绿色设计，将现代设计方法 (电子模拟理论、动态设计、可靠性设计等 )普遍地应用于挖掘机设计，使产品设计现代化，性能可靠。而我国仍然主要采用传统的仿型设计，而近年来才将现代设计方法逐步应用到挖掘机的设计上，但在这方面工作开展的不得力，主要表现在自行设计开发能力不够，基础工作做得不完善，尤其在挖掘机动力学方面。挖掘机结构非常复杂，往往是多发动机同时驱动，同时工作环境恶劣，外载荷成随机性变化，因此在设计大型矿用挖掘机的新产品时，为了使其作业安全，工作顺畅，除必要的理论分析和静强度计算外，还必须要进行动力学分析和计算，以在设计之初保证机械的动强度和可靠性。在进行这种分析时，土壤的力学特性必须考虑，而且是重要因素。通过进行动力学研究，才能确定挖掘机各部件的载荷特性，设计出质量可靠的产品。从 20 世纪 80 年代到本世纪初，中外工程机械产品技术已从一个成熟期走到了现代化时期伴随着一场新的技术革命，工程机械产品的综合技术水平跃上了一个新的台阶。电子技术、微电脑、传感器、电液伺服与控制系统集成化改造了传统的工程机械产品，计算机辅助设计、辅助制造及辅助管理装备了工程机械制造业，络技术也装备了工程机械的销售与信息传递系统，从而让人们看到了一个全新的工程机械行业。新的工程机械产品在工作效率、作业质量、环境保护、操作性能及自动化程度诸多方面都是以往所不可比拟的，并且在向着进一步的智能化和机器人化方向迈进。 1、作业原理创新：新法破土与高频振动随着科学技术研究水平的不断发展，工程机械的作业理论也在不断地创新。工程机械的作业原理包括对土石方的切割、破碎、回填，对土工材料的筛分、混合与加热，对混合料的摊铺、找平与压实等。这些作业理原先是以仿生学与牛顿力学为基础的，而近现代科学的发展为工程机械作业原理的创新奠定了基础。例如机械振动、脉冲、射流、光电效应及热物理学的应用，为工程机械节省资源，改善施工质量、提高生产效率、工作可靠性、驾驶舒适性与自动化程度创造了条件。邵阳学院毕业设计（论文） 11 挖掘机、推土机、装载机等土方工程机械切割破土，现在有了无斗铣切法、高频振动法、液气射流法及微孔破土法。使用新的破土作业原理改造的铲斗、松土器可以开挖高强度的岩土，在一般情况下都可以降低单位土方费用与提高生产效率，并且在靠近建筑物挖土时可代替钻孔爆破法施工。振动压路机是利用机械振动而又要达成 “ 振地不振人 ” 作业效果的最有力说明。高频振动压实技术的应用是近代动力学在工程机械上的重要科研成果，在振动压路机上同时应用了振动与隔振理论。 20 世纪 90 年代以来，出现了水平振动（振荡）与垂直振动的定向振动压实方法，以及无级调幅振动和不同于简谐振动的混沌振动等振动压实作业原理，并且形成了相应系列的振动压路机。冲击式压路机打破了原有传统的圆柱形滚轮结构，使用具有 3边的多边形压滚由牵引车拖行，以每秒 2顺序地冲击地面。这种剧烈冲击具有地震波的传播特性，其压实深度随碾压遍数而递增，在 5m 深处的压实度可达 90%冲击压路机具有静压冲击、振动捣实与揉搓的综合作用，适合大型填方、塌陷土壤和干砂填筑工程的压实。沥青混凝土摊铺机慰平工作装置更是工程机械作业原理创新的典型例子。慰平板使用柴油、液化气或电加热和 72调频振动，并采用红外线、激光或超声波找平，是多学科高新技术的应用。这其中的找平技术也可以应用到平地机上，作为地平或坡面的精细找平。调频率机械振动还通常用于凿岩、石料破碎与筛分及沉拔桩等工程施工。石料的烘干可以使用柴油、重油和煤粉多种燃料的燃烧器，沥青的脱桶、加热及沥青混合料的搅拌与保温过程中都充分运用了热物理学原理。沥青的乳化与改性都是一些化学物理反应的具体应用。 2、传动方式创新：普及液压与电气传动液压传动在 20 世纪 60 年代开始应用到了压路机上，只十多年的时间就得到了推广和普及。现在压路机的行走、振动、转向及制动等系统已实现了全液压传动。液压传动大大简化了压路机传动与操纵系统的设计，液压传动平稳、操纵方便省力、容易实现无级调速和自动控制、从总体上提高了压路机的生产效率与压实质量。现在国外市场上已经很少见到机械传动的压路机了。静液压传动技术于 70 年代开始应用到了推土机上，并且很快推广到了一些中小型推土机和装载机上，美国约翰迪尔公司、卡特彼勒公司、德国利渤海尔公司及日本小松制作所都生产和销售全液压推寺机与装载机。静液压传动不使用液力变矩器，还省去了离且器与行车制动器及部分邵阳学院毕业实习报告学生姓名陈艺学号 0340717149 系、专业机械与能源工程系机制专业指导教师陈志刚 2007 年 3 月 25 日毕业实习报告系别：机械与能源工程系班级： 03 机制本科姓名：陈艺学号： 149 实习时间：习地点：湖南长沙实习单位：山河智能股份有限公司指导老师：陈志刚毕业实习是我们机制专业知识结构中不可缺少的组成部分，并作为一个独立的项目列入专业教学计划中的。其目的在于通过实习使学生获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大知识面；同时专业实习又是锻炼和培养学生业务能力及素质的重要渠道，培养当代大学生具有吃苦耐劳的精神，也是学生接触社会、了解产业状况、了解国情的一个重要途径，逐步实现由学生到社会的转变，培养我们初步担任技术工作的能力、初步了解企业管理的基本方法和技能；体验企业工作的内容和方法。这些实际知识，对我们学习后面的课程乃至以后的工作，都是十分必要的基础。掌握机械加工工艺方面的知识及方法了解切削刀具方面的知识，熟悉常用刀具的结构、选择、用途等了解机床和数控系统的知识，特别是加工中心等典型的数控设备了解企业生产管理模式，学习先进的管理方式方法熟悉、巩固铸造工艺及设备方面的知识这次毕业实习是我们毕业前夕大学学习中很重要的一部分，在陈志刚，雷先明等老师的指导下我们在山河智能工程机械公司进行毕业实习。可以说我们在这段时间的实习中学到了很多在课堂没学到的知识从而感到受益匪浅：湖南山河智能股份有限公司是我国目前生产小型挖掘机、压桩机等工程机械系列产品规模最大、产量最多、质量最好、设备最全的国家机械工业中型骨干企业，是发行社会公众股的股份制企业。公司位于湖南长沙市星沙经济开发区。净资产元，员工 1900 人，生产区占地面积 67 万平方米。主要名优产品有：引进美国卡特彼勒公司技术生产的列装载机、履带式液压挖掘机及自主研发的压桩机，已形成 4000 台年生产能力的规模。该公司计划通过实施总投资约 12 亿元的技术改造和外引内联、科、工、贸相结合等措施， 2006 年形成年产装载机、挖掘机和钻机等多种工程机械系列产品 10000 台的综合生产能力，实现年销售收入元和利税 12 亿元。本公司还将积极拓展房地产、商业贸易、服务旅游业及经批准的其它经营业务。入厂前培训数控机床的产生和发展：（ 1） 1952 年，在美国，计算机的应用使得数控技术的产生、发展得以有充分的条件。其最初用途为军工业的生产。（ 2） 20 世纪 60 年代，晶体管的发明使得数控机床批量生产得以实现。（ 3） 20 世纪 70 年代，苏联的数控机床产量超过美国，成为世界上数控机床产量第一的国家。（ 4） 20 世纪 80 年代，日本的数控机床产量位居第一产量为全世界产量的 30%,而德国的西门子产量也占 15%。与此同时，在 80 年代初期我国也引进数控加工技术。加工中心简介：加工中心是具有刀库的三轴联动数控镗铣床。其系统组成包括：数控系统动系统、测量及反馈系统 I/O 控制系统（。加工中心分为立式加工中心、卧式加工中心、五面体加工中心等。装载机发展和发展趋势：（ 1）世界装载机发展史简介 20 世纪初，美国出现第一台装载机，它是用马车和钢丝绳构成，兼有驱动与装载的功能。 20 世纪 40 年代，第一次工业革命期间，装载机采用液压设备作动力，即先导式液压装置 20 世纪。 50 年代，第二次工业革命期间，装载机的变速箱采用液力变矩器，其工作矩为 60 年代时，第三次工业革命期间，装载机采用角接式刚性车架。（ 2）现代装载机的发展趋势：趋向于环保、高效、节能、可靠趋于机电一体化更具舒适性型号多样，有大、中、小等各种型号更加智能化有自动监控维护的功能。进厂参观为了使我们更多了解机械产品、设备，提高对制造技术的认识，加深在工业各领域应用的感性认识，开阔视野，了解相关设备及技术资料，熟悉典型零件的加工工艺，在实习中我们首先听取了一系列关于实习过程中的安全事项和需注意的项目 ,在机械工程类实习中 ,安全问题始终是摆在第一位的。然后通过该厂总设计师的总体介绍。粗略了解了该厂的产品类型和工厂概况设备：柱移动卧式加工中心 2 、数控车床 17 、普通车床 24 、滚齿机21 、磨床 18 、钻床 8 、坐标镗床 2 、铣床 3 、仿形车床 3 、拉床 1 、插床 1 、卧式钻床 5 、行车 10、等离子线切割机、剪板机、锻压机床车间面积： 3456 。生产宗旨：永不接受不合格产品、永不传递不合格产品、永不制造不合格产品。在接下来的一端时间 ,我在机加车间 ,专机车间和精机车间进行生产实习。在机加车间。该车间负责人带我们参观了他们的生产装配流水线，并为我们详细讲解了平面磨床个主要零部件的加工装配工艺和整机的动力驱动问题以及内部液压系统的一系列构造。我最感兴趣的应该是该平面磨床的液压系统，共分为供油机构，执行机构，辅助机构和控制机构以把液压系统分成不同的形式。按油液的循环方式，液压系统可分为开式系统和闭式系统。开式系统是指液压泵从油箱吸油，油经各种控制阀后，驱动液压执行元件，回油再经过换向阀回油箱。这种系统结构较为简单，可以发挥油箱的散热、沉淀杂质作用，但因油液常与空气接触，使空气易于渗入系统，导致机构运动不平稳等后果。开式系统油箱大，油泵自吸性能好。闭式系统中，液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。其结构紧凑，与空气接触机会少，空气不易渗入系统，故传动较平稳，但闭式系统较开式系统复杂，因无油箱，油液的散热和过滤条件较差。为补偿系统中的泄漏，通常需要一个小流量的补油泵和油箱。由于闭式系统在技术要求和成本上比较高 ,考虑到经济性的问题 ,所以该平面磨床采取开始系统，外加一个吸震器来平衡系统。现代工程机械几乎都采用了液压系统，并且与电子系统、计算机控制技术结合，成为现代工程机械的重要组成部分 ,怎样设计好液压系统 ,是提高我国机械制造业水平的一项关键技术。在专机车间，对专用磨床的三组导轨，两个拖板等特殊结构和送料机构及其加工范围有了进一步的加深学习 ,比向老师傅讨教了动力驱动的原理问题 ,获益非浅。在加工车间 ,对龙门刨床 ,牛头刨床等有了更多的确切的感性认知 ,听老师傅们把机床的五大部件 :床身 ,立柱 ,磨头 ,拖板 ,工作台细细道来 ,如孢丁解牛般地 ,它们的加工工艺 ,加工特点在不知不觉间嵌们我们的脑袋。精密车间：生产一些加工精度较高 ,技术要求高的机床设备的大型工厂 ,主要加工的是机床内部的一些精度等级较高的小部件或者一些高精度的机床 ,如 M 级 ,平面磨床所以机器也比较精密 ,所以有些也要在恒温这个环境下伺候它们呢进而保证加工零件的加工精度要求 . 在听了工人师傅的讲解后 ,明白了一般零件的加工过程如下 : 胚料工艺上留加工余量 )调质齿面 ) 齿轮零件加工工艺 : 粗车轴端面零件毛胚的选择分析零件一般是由毛胚加工而成。在现有的生产条件下，毛胚主要有铸件，锻件和冲压件等几个种类。铸件是把熔化的金属液浇注到预先制作的铸型腔中，待其冷却凝固后获得的零件毛胚。在一般机械中，铸件的重量大都占总机重量的 50%以上，它是零件毛胚的最主要来源。铸件的突出优点是它可以是各种形状复杂的零件毛胚，特别是具有复杂内腔的零件毛胚，此外，铸件成本低廉。其缺点是在其生产过程中，工序多，铸件质量难以控制，铸件机械性能较差，锻件是利用冲击力或压力使用，加热后的金属胚料产生塑性变形，从而获得的零件毛胚。锻件的结构复杂程度往往不及铸件。但是，锻件具有良好的内部组织，从而具有良好的机械性能。所以用于做承受重载和冲击载荷的重要机器零件和工具的毛胚，冲压件是利用冲床和专用模具，使金属板料产生塑性变形或分离，从而获得的制体。冲压通常是在常温下进行，冲压件具有重量轻，刚性好，尺寸精度高等优点，在很多情况下冲压件可直接作为零件使用。选择毛胚还应该考虑的原因（ 1）零件的力学性能要求：相同的的材料采用不同的毛胚制造的方法，其力学性能有所不同。铸铁的强度，离心浇注，压力浇注的铸体，金属型浇注的铸体，沙型浇注的铸体依次递减；钢质零件的锻造毛胚，其力学性能高于钢质棒料和铸钢体。（ 2）零件的结构形状和外廓尺寸，直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料。相差较大时宜采用锻件。形状复杂的毛胚不宜采用金属型铸造。尺寸较大的毛胚，不宜采用摸锻，压铸和精铸。多采用沙型铸造和自由锻造。外型复杂的小零件宜采用精密铸造的方法。（ 3）生产纲领和批量：生产纲领大时宜采用高精度与高生产率的毛胚制造方法，生产纲领小时，宜采用设备投资小的毛胚制造方法。（ 4）现场生产条件和发展：应该经过技术经济分析和论证。零件的材料为据零件结构简单和对称分布的特点，零件的生产纲领为大批量生产，精机车间有三个用于加工磨头体的加工中心和几台数控机床，数控机床的体积小，价格相对比较便宜，加工比较方便，加工中心有一个刀床和多个工作台同时对多个工作面进行加工 ,不仅避免了由于基准不重合产生的误差，提高了加工精度，而且也大大提高了加工效率，但是加工中心体积大，价格昂贵 ,而且对环境要求较高，这就提高了产品的成本，一般选择加工经济性较高的零件或者精度要求高的关键零件。总结：在车间的实习中 ,极大地丰富了自己关于零件加工工艺的知识，拓展了自己的知识面。在这次实习中，感触最深的是了解了数控机床在机械制造业中的重要性 ,它是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集现代精密机械、计算机、通信、液压气动、光电等多学科技术为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性等特点，是尖端工业所不可缺少的生产设备。以各个零件的生产加工过程及其装配过程为重点学习，使自己在书本上学的知识鲜活了起来 ,明白了本专业在一些技术制造上的具体应用。邵阳学院毕业设计（论文）开题报告书课题名称挖掘机工作装置液压系统设计学生姓名陈艺学号 0340717149 院（系）、专业机械与能源工程系、机制专业指导教师陈志刚副教授 2007年4月7日一、研究目的、国内外现状及水平研究目的:设计液压系统,驱动挖掘机完成多功能作业。国内外现状及水平：履带式全液压挖掘机问世至今已有50多年的历史。20世纪60年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。从上世纪70年代开始，发达的工业国家相继开发了取代人力挖掘作业的小挖掘机，小、、多功能和多，。挖掘机的发展，国内外的：目，国外有的挖掘机制造小挖掘机的生产有，号全、能功能“。世生产小挖掘机的有20多家，日、国、发达”。的有日的小、、国的、、国的、国的现代、。从上，有：号全、能功能“ 液压履带式，了机及的机动能有的动力系统，平和，挖掘力及内液开全装置人机工程设计了，置了，了作舒适。我国开发液压挖掘机的时间“从1967年开始的(这与日开发液压挖掘机的时间差不多“相同的),七十年代末八十年代初现了长江挖掘机厂的压挖掘机产品。目国内的挖掘机生产厂家有湖南河智能、三一重工、中联重科、烟工、柳工、厦工、常林、徐工。这些厂家挖掘装载机的生产能力很，观我国液压挖掘机近40年的发展历史, 致可以成以个阶段: (1)开发阶段(19671977年) (2)液压挖掘机发展、并全面替代机械挖掘机阶段(19781986年) (3)液压挖掘机生产业数量增加,以贸结合、合作生产方式联合引进国外挖掘机制造 (19871993年) 4)国内液压挖掘机供需矛盾日益扩 ,国外制造厂来创办合资、独资挖掘机生产业(1994年至今)。但“ 我国的挖掘机起步晚，不论产品品种、能参数以及使可靠、售后服务方面，与国外相比均存着相当的差距。因此，发展趋势“引进国外的先进，开发量、多功能、多品种、多规格的系产品，加基础元件、部件的生产，尤“ 液压元件的量，以达满足产品可靠的，降低产品成，并产品的售后服务水平。二、课题研究的内容、研究方法或工程方案和准备取的措施内容：基湖南河智能机械股份有限挖掘机的设计、生产、加工与装配过程，该设计研究的“挖掘机上工作装置动作的液压系统、接线管、以及动作执行。通过查阅相资料，进行量的设计计，相数，的数进行研究，液压系统、液压元件、液压系统能、后液压结设计、完成设计论。业设计和合学规的基。工程方案：论与相结合，通过设计与计液压结，并进行现装配。：1、液压动与压动、工学与、可程制课程进行全面的，相的基论、该设计“挖机的使能，因此设计过程中取现装配中、通过设计中的，研究了量。准备取的措施：、查阅相资料，并相液压与机械设计课程进行全面、工厂进行现装配，取需的始数、通过设计计，压力、量重数，参数 4、液压系统 5、数，进行液压元件的计与” 6、液压系统的能 7、进行结设计，件。三、现有基础和备的件现有基础：学年的学中，我比系统的学了液压动、机械制、制工程和工艺学课程，已了基的专业，同时相的阅，使我课题有了一的了，这我进行这一研究工作了基础。过个学的间的一系的设计，了我合多课程进行创的能力。与此同时，的日月与发展，“ 我的研究供了广的平，：国、、方数、数能我供需的资料。同时学 “我查，各学的学、各种 “或多或”有载。 “课题湖南河智能机械股份有限此课题进行了量的研究工作。的件：1、湖南河智能机械股份有限的生产加工装配间 2、导师供的一学论和学生 3、通过查阅资料、相以及设计方面的设计方案查资料 4、学生备的有学教 5、学生备的计机。、的工作务，进以及结工作务：1、装配间，收集需的始数 2、全面有的基础论 3、通过计，数 4、，”与设计相的英资料（合基）。进：开题集相资料,完成开题告掘机结制液压系统资料翻译,撰设计业设计印,撰答辩纲准备答辩论目的：通过计，完成挖掘机上工作装置挖土动作的液压系统、接线管、动作执行以及液压系统。课题研究内容有的，可生产际和科学研究。五、指导教师审查意见指导教师（签名）年月日六、教研审查意见教研（签名）年月日七、院（系）审查意见院（系）（签名）年月日备注邵阳学院毕业设计（论文）评阅表系机械与能源工程系专业班级 03级机制本科班学生姓名陈艺学号 0430717149 课题挖掘机工作装置液压系统设计一、指导教师评定（ 40%）评分项目资料查阅开题报告基本技能设计 (研究 )能力科学素养工作量成绩权重 5 4 10 12 5 4 分数指导教师评语：指导教师签字：年月日二、评阅人评定（ 30%）评分项目资料完整性编写规范设计 (论文 )质量创造性成绩权重 5 5 10 10 分数评阅人评语：评阅人签字：年月日三、答辩小组评定（ 30%）评分项目介绍表达情况答辩准备水平和工作量回答问题表现成绩权重 5 10 5 10 分数答辩纪要和评语：答辩小组（组长）签字：年月日四、综合评定等级成绩评定等级（优、良、中、及格或不及格）：系答辩委员会主任（签字）：年月日复审评定：专家（签字）：年月日注：复审评定由学校组织专家评定。邵阳学院毕业设计（论文） 1 目录 1 前言 1 掘机间介 1 内外研究现状及发展动态 2 设计的研究内容 5 2 液压挖掘机结构与工作原理 7 压挖掘机整机性能 7 压挖掘机结构 8 压挖掘机传动原理 10 3 液压挖掘机工况分析及液压系统设计方案的确定 12 压挖掘机的工况 12 掘机液压系统的设计要求 17 掘机液压系统的分析 19 压系统方案拟订 20 4 液压系统的设计 21 压系统方案及参数确定 21 行元件液压缸及系统压力的初选 22 算工作装置铲斗液压缸的主要尺寸 23 压系统原理图的制定 26 5 液压元件的选择与专用件的设计 31 压泵的选择和泵的参数的计算 31 油发动机的选择 33 压阀的选择 33 他液压元件的选择 36 箱容量的确定 38 6 压系统性能验算 40 压系统压力损失 40 压系统的发热温升计算 41 总结 46 参考文献 47 致谢 49 文） 2 内容提要挖掘机作为我国工程机械的主力机种，被广泛应用于各种各样的施工作业中。挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析设计对推动我国挖掘机发展具有十分重要的意义。在搜集了国内外挖掘机液压系统相关资料的基础上，了解了挖掘机液压系统的发展历史，并对挖掘机液压系统的技术发展动态进行了分析总结。论文对挖掘机的各种工况进行了分析，系统总结了挖掘机液压系统的设计要求。根据挖掘机液压系统的设计要求，论文中采用通用多路阀，配以专用控制阀和简单的电子控制系统，设计了一套适合我国生产制造的本次毕业设计课题是液压挖掘机。课题以企业为依托。小型挖掘机由多个系统组成，包括液压系统，传动系统，操纵系统，工作装置，底架，转台，油箱，发动机安装等。本人的设计主要致力于分析和设计小型液压挖掘机工作装置的液压系统。本课题选择了国内的质量和技术性能都接近设计要求的 1620t 挖掘机作为基型，并在此基础上研究了国外的先进机型，设计出我们挖掘机的液压系统方按图，总体装配图以及相应的部件图和零件图。图纸基本采用维软件绘图。本液压挖掘机的优点是采用伺服先导操纵系统，造型美观，具备挖掘，抓物，钻孔，推土，清沟和破碎等功能。平台可 360旋转，性能可靠，操作舒适，可广泛应用于建筑，市政，供水，供气，供电农林建设等工程。文） 3 is a is in of is of it s is in of On of of s at of of to is of s in of by My is to of is to as of of by of is It of 360be in 前言液压挖掘机是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交通运输，文） 4 程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。由于液压挖掘机具有多品种，多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐。液压挖掘机的生产制造业也日益蓬勃发展。挖掘机液压传动紧密地联系在一起，其发展主要以液压技术的应用为基础。由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析设计已经成为推动挖掘机发展中的重要一环 1。掘机简介挖掘机行业的发展历史久远，可以追溯到 1840年。当时美国西部开发，进行铁路建设，产生了模仿人体构造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰类似机械手的挖掘机，它采用蒸汽机作为动力在轨道上行走。但是此后的很长时间挖掘机没有得到很大的发展，应用范围也只局限于矿山作业中。导致挖掘机发展缓慢的主要原因是 :其作业装置动作复杂，运动范围大，需要采用多自由度机构，古老的机械传动对它不太适合。而且当时的工程建设主要是国土开发，大规模的筑路和整修场地等，大多是大面积的水平作业，因此对挖掘机的应用相对较少，在一定程度上也限制了挖掘机的发展。由于液压技术的应用，二十世纪四十年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机。随着液压传动技术迅速发展成为一种成熟的传动技术，挖掘机有了适合它的传动装置，为挖掘机的发展建立了强有力的技术支撑，是挖掘机技术上的一个飞跃。同时，工程建设和施工形式也发生了很大变化。在进行大规模国土开发的同时，也开始进行城市型土木施工，这样，具有较长的臂和杆，能装上各种各样的工作装置，能行走、回转，实现多自由动作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和沟槽的挖掘机得到了广泛应用 2。 1950年在意大利北部生产了第一台液压挖掘机。第一台液压挖掘机采用定量齿轮泵，中位开式多路阀，工作压力为 9有执行元件互相并联连结。由单泵向 6个执行元件供油。由于早期液压挖掘机主要采用了定量齿轮泵，不能按需改变供油流量，无法充分利用发动机的功率，因此其能量损失很大，不能满足挖掘机复合动作的复杂要求，且可操纵性差。另外，早期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，配套件也不齐全，制造质量不够稳定。从二十世纪六十年代到八十年代中期，液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展的阶段，文） 5 掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。 1968压挖掘机产量己经达到挖掘机总产量的 83%，其时对挖掘机液压系统的研究也已经十分成熟，液压挖掘机已经具有了同步控制系统和负载敏感系统 L。自第一台手动挖掘机诞生以来的 160多年当中，挖掘机一直在不断地飞跃发展，其技术已经发展到相对成熟稳定的阶段。目前国际上迅速发展全液压挖掘机，对其控制方式不断改进和革新，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相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。所有这一切，挖掘机的全液压化为其奠定了坚实的基础，创造了良好的前提 3。据有关专家估算，全世界各种施工作业场约有 65%至 70%的土石方工程都是由挖掘机完成的。挖掘机是一种万能型工程机械，目前已经无可争议地成为工程机械的第一主力机种，在世界工程机械市场上己占据首位，并且仍在发展扩大。挖掘机的发展主要以液压技术的应用为基础，其液压系统已成为工程机械液压系统的主流形式。随着科学技术的发展和建筑施工现代化生产的需要，液压挖掘机需要大幅度的技术进步，技术创新是液压挖掘机行业所面临的新挑战。在技术方面，挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，所以对其液压系统的分析研究具有十分重要的现实意义。内外研究现状及发展动态外研究状况及发展动态从 20世纪 60年代液压传动技术开始应用在挖掘机上至今，挖掘机液压系统己经发展到了相当成熟的阶段。目前国际上先进的挖掘机产品的额定压力大都在 30且随着材料科学技术的进步，有朝着更高的压力甚至采用超高压液压技术方向发展的趋势；流量通常在每分钟数百升；功率在数百千瓦以上。如德国全液压挖掘机，铲斗容量达 42压油源为 18台变量轴向柱塞泵，总流量高达 10200L/原动机为 2台功率高达 2014于液压挖掘机经常在较恶劣环境下持续工作，其各个功能部件都会受到恶劣环境的影响、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强度研究方面，文） 6 备的可靠性。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序，研制了可靠性信息处理系统使液压挖掘机的运转率达到 85%使用寿命超过 1万小时。近几年来，随着液压挖掘机产量的提高和使用范围的扩大，世界上著名的挖掘机生产商纷纷采用各种高新技术，来提高自己挖掘机在国际上的竞争力，主要表现在五个方面 : (1)液压系统逐渐从开式系统的转变 ;(2)系统的节能技术成为研究的重点 ; (3)系统的高压化和高可靠性发展趋势日益凸显 ; (4)系统的操纵特性上升到很重要的地位 ;(5)液压系统与电子控制的结合成为潮流 4。 (1) 开式向闭式液压系统的转变采用三位六通阀，其特点是有两条供油路，其中一条是直通供油路，另一条是并联供油路。由于这种油路调速方式是进油节流调速和旁路节流调速同时起作用，其调速特性受负载压力和油泵流量的影响，因此这种系统的操纵性能、调速性能和微调性能差。另外，当液压作用元件一起复合动作时，相互干扰大，使得复合动作操纵非常困难。由于挖掘机作业工程中要求对液压元件能很好地控制其运动速度和进行微调，而且在其工作的许多工况下要求多个执行元件完成复合动作，而长期以来使用的开式液压系统无法满足挖掘机的调速和复合动作的要求。近年来在国外的挖掘机液压系统中出现了闭式负载敏感系统 (它可以采用一个油泵同时向所有液压作用元件供油，每一个液压作用元件的运动速度只与操纵阀的阀杆行程有关，与负载压力无关，泵的流量按需提供，而且多个液压作用元件同时动作时相互之间干扰小，因此操纵性好是闭式液压系统的主要特点。这种系统非常符合挖掘机操作的要求，它操纵简单，对司机的操纵技巧要求低，在国际上己经获得较广泛的使用，是挖掘机液压系统的发展趋势。目前日本小松公司已经把大量挖掘机液压系统从开式系统改为闭式系统了。 (2) 节能技术的应用目前液压挖掘机上典型的节能技术基本上有两种。即负载敏感技术和负流量控制技术，目前液压挖掘机都选用其中一种控制技术来实现节能要求。负载敏感技术是一种利用泵的出口压力与负载压力差值的变化而使系统流量随之相应变化的技术。德国曼内斯曼 (司研制的一种负载传感系统，将其安装在液压系统中，可以控制一个或几个液压作用元件，而与对其施加的载荷无关。该系统不仅易于操纵，而且微动控制特性很好。其最大的特点就是可以根据负载大小和调速要求对油泵进行控制，从而实现在按需供流的同时，使调速节流损失而达到节能的目的前以韩国现代 (日本小松 (文） 7 和日本日立 (代表的许多国外著名品牌的挖掘机生产商都在自己的挖掘机液压系统中使用了负流量控制技术。这种控制技术具有稳定性好、响应快、可靠性和维修性好等特点，但在起始点为重负荷下作业时，因流量与负载有关，所以可控制性较差 5。 (3) 提高负载能力和可靠性为了提高挖掘机的负载能力，直接的方法是提高其液压系统工作压力、流量和功率。目前，国际上先进的挖掘机产品的额定压力大都在 30且随着材料科学技术的进步，有朝着更高的压力甚至采用超高压液压技术方向发展的趋势 ;流量通常在每分钟数百升 ;功率在数百千瓦以上。如德国斗容量达 42立方米液压油源为 18台变量轴向柱塞泵，总流量高达 100200 L/原动机为 2台功率高达 2014于液压挖掘机经常在较恶劣环境下持续工作，其各个功能部件都会受到恶劣环境的影响。系统的可靠性日益受到重视。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强度研究方面，不断提高设备的可靠性。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序，研制了可靠性信息处理系统，使液压挖掘机的运转率达到 85%使用寿命超过 1万小时。 (4) 重视操纵特性挖掘机液压系统的操纵特性越来越受到重视。日前国际上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、液压伺服操作和电气控制，无线电遥控、电子计算机综合程序控制。各种高新技术的应用，使得挖掘机液压系统操纵特性大大提高。 (5) 电子一液压集成控制成为当前主要研究目标电子控制技术与液压控制技术相结合的电子一液压集成控制技术近年来获得了巨大发展，特别是传感器、计算机和检测仪表的应用，使液压技术和电子控制有机结合，开发和研制出了许多新型电液自动控制系统，提高了挖掘机的自动化程度，推动着挖掘机的迅猛发展。目前国外先进品牌的挖掘机在电液联合控制方面的研究己趋成熟。美国林肯一贝尔特公司新自动调节流量，避免了驱动功率的浪费。日本住友公司生产的连接的计算机辅助的功率控制系统，文） 8 统，减少燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并延长了零部件的使用寿命。内研究情况及发展动态从国内情况来看，我国挖掘机行业整体发展水平较国外缓慢，在挖掘机液压系统方面的理论还比较薄弱。国内大部分挖掘机企业在挖掘机液压系统传统技术方面的研究具有一定基础，但由于采用传统液压系统的挖掘机产品在性能、质量、作业效率、可靠性等方面均较差，因此采用传统液压系统的挖掘机在国内市场上基本失去了竞争力，取而代之的是采用各种高新技术的国外挖掘机产品。先进的挖掘机液压系统都被国际上一流的生产企业垄断，国内企业在该领域的研究几乎是空白，这样国内的挖掘机生产厂家就无法独立制造出性能优异的挖掘机，绝大部分的市场份额都被国外各种品牌的挖掘机所占据。以 20产 200年代初的技术，同 90年代初以来在国内形成批量的日本小松、日立、神钢以及韩国大宇、现代等机型相比，其主要差距柴油机功率偏低，液压系统流量偏小，液压系统特性差，导致平台回转速度低，行走速度低，各种性能参数均偏小，整机性能和作业效率较国外偏低 6。设计的研究内容挖掘机液压系统方面的技术多种多样，本文主要通过国外几种知名品牌的挖掘机液压系统为参考对象，对其现有的关键技术和控制方式进行比较和研究，为挖掘机的液压系统设计提供一定的参考信息。 (1) 挖掘机液压系统技术发展动态的分析研究大量搜集国内外挖掘机液压系统方面的相关技术资料，系统了解挖掘机液压系统的发展历史。分析总结挖掘机液压系统方面的研究现状和技术发展动态。 (2) 挖掘机液压系统设计要求对液压挖掘机一个工作循环中的四种工况一挖掘工况、满斗举升回转工况、卸载工况和卸载返回工况进行了详细的分析，总结了每个工况下各执行机构的主要复合动作。根据液压挖掘机的主要工作特点，系统地总结了挖掘机液压系统设计要求 :动力性要求和操纵性要求。 (3) 挖掘机液压系统的设计分析了传统挖掘机液压系统中的单泵定量系统、双泵定量系统和双变量泵液压系统，详细分析了其主要优点和存在的问题。本文在分析研究了挖掘机液压系统的基础上，根据挖掘机液压系统的设计要求，文） 9 压系统。本设计旨在采用通用的多路阀系统，配以专用控制阀和简单的伺服控制系统7。 2 液压挖掘机结构与工作原理液压挖掘机由于在动力装置和工作装置之间采用容积式液压传动，文） 10 能进行工作，相对机械传动具有许多优点 :能无极调速且调速范围大，最大速度和最小速度之比可达 1000:1能得到较低的稳定转速；快速作用时，液压元件产生的运动惯性较小，并可作高速反转；传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动；操纵省力灵活，易实现自动化控制；易实现标准化、通用化、系列化。因此液压挖掘机逐步取代机械式挖掘机是必然的趋势。单斗液压挖掘机是装有一只铲斗并采用液压传动进行挖掘作业的机械。它是目前挖掘机械中重要的机种。单斗液压挖掘机的作业过程是以铲斗 (一般装有斗齿 )的切削刃切削土壤并将土装入斗内，斗满后提升。回转至卸上位置进行卸土，卸空后铲斗再转回并下降到地面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土后，机械移动一段距离，以便继续作业。因此单斗液压挖掘机是一种周期作业的自行式上方机械 8。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，如图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 9。图液压挖掘机整体系统图 (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，文） 11 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，巧分钟内的最大功率 ;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 10。压挖掘机结构 (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，文） 12 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荃础，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 3600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 11。 (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。如图 2. 1 所示，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。 (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，配合动文） 13 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、斗杆图反铲挖掘机工作装置作以加快作业进度，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 12。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。液压挖掘机传动示意图，如图油机驱动液压泵，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 1、斗杆 2、动臂 3、连杆 4及相应的三组液压缸 5. 6. 7组成。动臂下铰点铰接在转台上，通过动臂缸的伸缩，文） 14 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统的不同，反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是多样的、随机的 13。 1、铲斗 2、斗杆 3、动臂 4、连杆 5、 6、 7、液压油缸 I、挖掘装置回转装置行走装置图液压挖掘机传动示意图总之，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。文） 15 3 液压挖掘机工况分析及液压系统设计方案的确定要了解和设计挖掘机的液压系统，首先要分析液压挖掘机的工作过程及其作业要求，掌握各种液压作用元件动作时的流量、力和功率要求以及液压作用元件相互配合的复合动作要求和复合动作时油泵对同时作用的各液压作用元件的流量分配和功率分配。压挖掘机的工况液压挖掘机的作业过程包括以下几个动作 (如图示 ):动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走以及其它辅助动作。除了辅助动作 (例如整机转向等 )不需全功率驱动以外，其它都是液压挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动 14。 1、动臂升降 2、斗杆收放 3、铲斗装卸 4 、平台台回转 5、整机行走图液压挖掘机的运动图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)实现各种主要动作时，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，工作过程中往往要求有两个主要动作 (例如挖掘与动臂、提升与回转 )同时进行复合动作15。液压挖掘机一个作业循环的组成和动作的复合主要包括 : (1) 挖掘 :通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或者两者配合进行挖掘，因此，在此过程中主要是铲斗和斗杆的复合动作，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，同时回转第文） 16 掘机液压系统的设计要求和分析方法液压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。 (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，铲斗卸载。为了调整卸载位置，还要有动臂液压缸的配合，此时是斗杆和铲斗的复合动作，间以动臂动作。 (4) 空斗返回 :卸载结束，转台反向回转，动臂液压缸和斗杆液压缸配合，把空斗放到新的挖掘点，此时是回转和动臂或斗杆的复合动作。掘工况分析挖掘过程中主要以铲斗液压缸或斗杆液压缸分别单独进行挖掘，或者两者复合动作，必要时配以动臂液压缸的动作 15。一般在平整土地或切削斜坡时，需要同时操纵动臂和斗杆，以使斗尖能沿直线运动，如图时斗杆收回，动臂抬起，希望斗杆和动臂分别由独立的油泵供油，以保证彼此动作独立，相互之间无干扰，并且要求泵的供油量小，使油缸动作慢，便于控制。如果需要铲斗保持一定切削角度并按照一定的轨迹进行切削时，或者需要用铲斗斗底压整地面时，就需要铲斗、斗杆、动臂三者同时作用完成复合动作，如图图斗尖沿直线平整土地图图斗尖沿直线切削斜坡图图铲斗底压整地面图图铲斗底保持一定角度切削图单独采用斗杆挖掘时，为了提高掘削速度，一般采用双泵合流，文） 17 泵合流。单独采用铲斗挖掘时，也有采用双泵合流的情况。下面以三泵系统为例，来说明复合动作挖掘时油泵流量的分配情况和分合流油路的连接情况。液压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 16。当斗杆和铲斗复合动作挖掘时，供油情况如图示。当斗杆油压接近溢流阀的压力时，原来溢流的油液此时供给铲斗有效利用 ;当铲斗和动臂复合动作挖掘时，由于动臂仅仅起调解位置的作用，主要是斗杆进行挖掘，因此采用斗杆优先合流、双泵供油，如图示。图三泵供油系统示意图当动臂、斗杆和铲斗复合运动时，为了防止同一油泵向多个液压作用元件供油时动作的相互干扰，一般三泵系统中，每个油泵单独对一个液压作用元件供油较好。对于双泵系统，其复合动作时各液压作用元件间出现相互干扰的可能性大，因此需要采用节流等措施进行流量分配，其流量分配要求和三泵系统相同。当进行沟槽侧壁掘削和斜坡切削时，为了有效地进行垂直掘削，还要求向回转马达提供压力油，产生回转力，保持铲斗贴紧侧壁进行切削，因此需要同时向回转马达和斗杆供油，两者复合动作，如图转马达和斗杆收缩同时动作，由同一个油泵供油，因此需要采用回转优先油路，否则铲斗无法紧贴侧壁，使掘削很难正常进行。在斗杆油缸活塞杆端回油路上设置可变节流阀，此节流阀的开口度即节流程度由回转先导压力来控制。回转先导压力越大，节流阀开度越小，节流效应越大，则斗杆油缸回油压力增高，使得油泵的供油压力也提高。因此随着回转操纵杆行程的增大，回转马达油压增加，回转力增大。文） 18 图沟槽侧壁掘削和斜坡掘削时，油泵供油连接情况挖掘过程中还有可能碰到石块、树根等坚硬障碍物，往往由于挖不动而需要短时间增大挖掘力，希望液压系统能暂时增压，能提高主压力阀的压力 17。斗举升回斗工况分析挖掘结束后，动臂油缸将动臂顶起，满斗举升，同时回转液压马达使转台转向卸载处，此时主要是动臂和回转马达的复合动作。动臂抬升和回转马达同时动作时，要求二者在速度上匹配，即回转到指定卸载位置时，动臂和铲斗自动提升到合适的卸载高度。由于卸载所需的回转角度不同，随液压挖掘机相对自卸车的位置而变，因此动臂提升速度和回转马达的回转速度的相对关系应该是可调整的。卸载回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂的提升速度慢些。在双泵系统中，回转起动时，由于惯性较大，油压会升得很高，有可能从溢流阀溢流，此时应该将溢流的油供给动臂，如图示。在回转和动臂提升的同时，斗杆要外放，有时还需要对铲斗进行调整。这时是回转马达、动臂、斗杆和铲斗进行复合动作 18。由于满斗提升时动臂油缸压力高，导致变量泵流量减小，为了使动臂提升和回转、斗杆外放相互配合动作，由一个油泵专门向动臂油缸供油，另一个油泵除了向回转马达和斗杆供油外，还有部分油供给动臂，如图示。但是由于动臂提升时油压较高，单向阀大部分时间处于关闭状态，因此左侧油泵只向回转马达和斗杆供油。三泵系统的供油情况如图示。各个油泵分别向一个液压作用元件供油，复合动作时无相互干扰。文） 19 载工况分析回转至卸载位置时，转台制动，用斗杆调节卸载半径和卸载高度，用铲斗油缸卸载。为了调整卸载位置，还需要动臂配合动作。卸载时，主要是斗杆和铲斗复合动作，间以动臂动作。图转举升供油情况斗返回工况分析当卸载结束后，转台反向回转，同时动臂油缸和斗杆油缸相互配合动作，把空斗放在新的挖掘点。此工况是回转马达、动臂和斗杆复合动作。由于动臂下降有重力作用，压力低、变量泵流量大、下降快，要求回转速度快，因此该工况的供油情况为一个油泵的全部流量供回转马达，另一油泵的大部分油供给动臂，少部分油经节流阀供给斗杆，如图示。图斗返回供油情况发动机在低转速时油泵供油量小，为防止动臂因重力作用迅速下降和动臂油缸产生吸空现象，可采用动臂下降再生补油回路，利用重力将动臂油缸无杆腔的油供至有杆腔。走时复合动作在行走的过程有可能要求对作业装置液压元件 (如回转机构、动臂、斗杆和铲斗 )进行调整。在双泵系统中，一个油泵为左行走马达供油、文） 20 油，此时如果某一液压元件动作，使某一油泵分流供油，就会造成一侧行走速度降低，影响直线行驶性，特别是当挖掘机进行装车运输或上下卡车行走时，行驶偏斜会造成事故 19。为了保证挖掘机的直线行驶性，在三泵供油系统中，左右行走马达分别由一个油泵单独供油，另一个油泵向其它液压作用元件 (如动臂、斗杆、铲斗和回转

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