PC800-8液压挖掘机的液压系统设计

毕 业 论 文课题名称 液压挖掘机的液压系统原理设计系/专 业 班 级学 号学生姓名指导教师： 夏建成2012 年 06 月 01 日毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 1 页装订线摘 要挖掘机是一种重要的工程机械，广泛应用于房屋建筑、筑路工程、水利建设、农林开发、港口建设、国防工事等的土石方施工和矿山采掘工业中，对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产率起着十分巨大的作用。随着国家经济建设的不断发展，单斗挖掘机的需求量将逐年大幅度增长，其在国民经济建设中的作用将越来越显著。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。其结构主要是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成（如图所示） ，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。这种市场对挖掘机的需求推动了挖掘机的发展，本文以徐工挖掘机为研究对象，说明挖掘机的主要零部件组成，主要分析挖掘机的液压传动系统。其中重点以液压系统行走系统中的液压行走马达为例，讲述了液压技术在挖掘机工作中的应用，其次对挖掘机工作装置进行工况分析，以此展开液压系统的分析，最后，简述了电器在挖掘机中的应用。关键词：挖掘机、行走马达、液压系统、电器毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 2 页装订线Abstract Excavator is a kind of important engineering machinery, widely used in building construction, road construction, water conservancy construction, agricultural development, port construction, defense fortifications and of earth and stone construction and mining industry, to reduce the heavy manual labor, ensure project quality, accelerate construction speed, improve labor productivity plays a very important role. With the continuous development of national economic construction, single bucket excavator demand will increase year by year, which builds medium action in national economy will be more and more significant.Excavator hydraulic drive closer together, its development mainly hydraulic application technology as the foundation. Its structure is mainly composed of an engine, a hydraulic system, working device, a walking device and electrical control components ( as shown), because of the poor working conditions of hydraulic excavator, the demands of the movement is very complex, so its hydraulic system design put forward high request, the hydraulic system is the hydraulic system of engineering machinery the most complex. Therefore, analysis and design of the hydraulic system of the excavator excavator development has become an important link in the.The market for excavator needs drive excavator development, taking the Xugong excavator as the research object, the main description of excavator parts, excavator hydraulic system analysis.The key to hydraulic system of walking system of hydraulic walking motor as an example, describes the technology of hydraulic excavators in application of excavator working device, the second condition analysis, to start the hydraulic system analysis, finally, the application of electric excavator.Keywords: Excavator, hydraulic system, electric motor, walking毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 3 页装订线目 录摘 要 .1目 录 .3第 1 章 绪论 .51.1 挖掘机的发展概况 .51.2 使用要求 .51.3 性能要求 .51.4 挖掘机的发展方向 .61.5 主要研究对象及内容 .61.6 设计本论文的意义 .7第 2 章 挖掘机的行走系统 .82.1 挖掘机的行走液压系统 .92.1.1 行走马达的工作原理 .92.1.2 行走马达的制动原理 .102.1.3 行走马达安全阀的工作原理 .122.2 履带及行驶系零部件 .142.2.1 履带装配结构 .142.2.2 行驶系零部件结构 .16第 3 章 工作装置系统的分析 .183.1 液压挖掘机的工况分析 .183.1.1 行挖掘工况分析 .193.2 液压系统的主要参数确定 .213.3 负载分析 .233.4 机电一体化液压挖掘机工作原理 .253.5 机电一体化液压挖掘机工作技术要求 .263.6 液压杆主要几何尺寸计算 .273.6.1 行臂液压缸内径尺寸与活塞杆直径的确定 .273.6.2 液压缸行程的确定 .28第 4 章 液压系统方案的制定 .294.1 制定基本方案 .294.1.1 制定调速方案 .294.1.2 制定压力控制方案 .294.1.3 指定顺序动作方案 .29毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 4 页装订线4.1.4 选择液压动力源 .304.2 确定回路方式 .304.3 选用液压油液 .30第 5 章 电器系统 .325.1 系统组成及原理 .325.1.1 电源部分 .325.1.2 启动部分 .335.1.3 照明部分 .335.1.4 电气操纵机构 .335.1.5 空气调节装置 .335.1.6 音响设备 .335.1.7 故障诊断报警装置 .335.1.8 电子节能控制装置 .345.2 技术保养 .36总结 .38谢 辞 .39参考文献 .40毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 5 页装订线第 1 章 绪论1.1 挖掘机的发展概况挖掘机械的最早雏形，远在十六世纪于意大利威尼斯用于运河的疏浚工作。随着工业发展，科学技术的进步，单斗挖掘机也由于新技术、新工艺的采用而不断地发展改进,但它的基本工作原理至今未变。动力装置以及控制方式的不断革新，基本上反映了挖掘机发展的以下几个阶段：1、蒸汽机驱动的挖掘机，从发明到广泛应用，大约经历了 100 年。当时主要用于开挖运河和修建铁路。结构型式由轨道行走的半回转式，发展到履带行走的全回转式。 2、挖掘机传动型式的液压化，是挖掘机由机械传动型式的传统结构发展到现代结构的一次跃进。随着液压传动技术的迅速发展，四十年代至五十年代初挖掘机开始应用于液压传动，并且由半液压发展到全液压传动。产量日益增长，六十年代初期液压挖掘机产量占挖掘机总产量的 15%，发展到七十年代初期占总产量 90%左右，近年来，西欧市场出售的挖掘机几乎己全部采用液压传动。与此同时，斗轮挖掘机、轮斗挖沟机等工作装置和臂架升降等部分也采用了液压传动。大型矿用挖掘机在基本传动型式不变的情况下，其工作装置也改为液压驱动。 3、控制方式的不断革新，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操作和电气控制，无线电遥控。最近又出现了电子计算机综合程序控制，控制人员可在远离施工现场的集中控制室内通过工业电视监视数台挖掘机工作。1.2 使用要求挖掘机主要用于城市、狭窄地区，代替人力劳动。主要作业是挖掘、装载、整地、起重等，用于城市管道工程、道路、住宅建设、基础工程和园林作业等。小型挖掘机体积小，机动灵活，并趋向于一机多能，配备多种工作装置，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、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。与此同时，发展专门用途的特种挖掘机，如低比压、低嗓声、水下专用和水陆两用挖掘机等。总之它是一种多用途万能型的城市建设机械。由于这种机械的特点很靠近人，因此在设计上除了要求耐久性、可靠性和作业效率等，还需着重考虑人、机、环境的协调，特别要注意以下几点：1) 安全性即机械作业过程中不要与周围的人和物相碰撞，防倾翻稳定性好。2) 低公害即排放要求高、低震动、低噪音，声音要比较悦耳。3) 与周围环境能调和，形象要美观，形体和色彩不要引起人们不愉快感，对人有亲和感。4) 尽量扩大其使用功能，可装多种附属装置，应成为城市万能型工程机械。5) 操纵简便，任何人一学就会，都能操纵。1.3 性能要求小型挖掘机具有中型挖掘机的多项功能，又具有便于运输、能耗低、灵活、适应性强等优势，毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 6 页装订线非常适用于空间狭小的施工场地作业，而且价格低、质量轻、保养维修方便，所以在小型土石方工程、市政工程、路面修复、混凝土破碎、电缆埋设、自来水管道的铺设、园林栽培等工程中得到了广泛的应用。由于满足基本的挖掘、装载、整地、起重等功能外，必须考虑到工作空间小(人力所不能至)、地形复杂、方便操作、可控，目前市场对小型挖掘机性能要求如下：1) 改进挖掘机可控性和控制精确性以及复合动作。2) 简化液压系统、降低成本，达到大作业量与低油耗的动态平衡。3) 改进工作可靠性。4) 改进驾驶操作舒适性及降低 劳动强度，提高单位生产率。5) 改进操作安全性。6) 低振动、低噪音适用生活区工作。1.4 挖掘机的发展方向液压挖掘机的研制和改进主要的发展方向在于： 1）发动机功率的充分有效利用，通过各种途径使机械多做有效功，其中包括动力装置与液压传动的最佳匹配，提高传动效率，能量回收，高效液压系统的研究等； 2）铲斗挖掘力的充分发挥，挖掘力大小和有效作用范围是衡量各种液压挖掘机工作能力的重要指标，目前通过优化程序实现工作装置铰点最佳布置，采用高压与超高压技术，提高整机稳定性等方面进行研究； 3）缩短工作循环周期，提高机械生产率，包括整机性能研究(作业循环、回转和行走性能的研究) ，发展专用机械和工作装置以及机械大型化和小型化等； 4）机械可靠性研究，是各国十分重视的一项内容，关键在于设计的合理化和材料工艺的研究，包括摩擦磨损机理的研究和新材料的应用，在试验手段方面，进行挖掘机整机和液压传动的快速试验研究，以及结构件快速疲劳试验和寿命预测的研究等； 5）司机室安全舒适性以及维护保养的方便性对挖掘机的有效利用有极大影响，从人体生理学和环境工程的观点来研究操作舒适性和振动噪音对司机和环境的影响，以及控制空气的污染等，各国已做了大量工作，国内也逐渐予以注意。1.5 主要研究对象及内容1、根据液压挖掘机的工作条件及设计参数要求，参考挖掘机的设计资料及国内外各液压挖掘机生产厂家的产品，选定液压挖掘机反铲装置的设计方案。 2、在了解液压挖掘机工作装置工作原理和方案选择的基础上，用液压系统分析分别对动臂机构、斗杆机构和铲斗机构做动作分析。毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 7 页装订线图 1.1 液压挖掘机1.6 设计本论文的意义来到徐工挖掘机已经快半年了，撰写本论文的原因不仅是为了完成布置的任务，更是对自己半年来接触到的挖掘机的知识作一个总结，是为了更好的学习与工作，同时，作为一个文献献给公司，希望它能在生产中起到作用。毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 8 页装订线第 2 章 挖掘机的行走系统图 2.1 液压挖掘机整体系统图1.铲斗缸 2.斗杆缸 3.动臂缸 4.回转马达 5.冷却器 6.滤油器 7. 预滤 8.油箱 9.液压泵 10.背压阀 11. 后组合阀 12.前组合阀 13.中央回转接头 14.回转制动阀 15.限速阀 16.行走马达徐工挖掘机的下车主要有下车架，和四轮一带，推土铲，推土铲油缸，四轮一带组成挖掘机的行走系统，包括支重轮，拖链轮，驱动轮和导向轮以及履带。图 2.2 驱动轮和履带 图 2.3 支重轮毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 9 页装订线图 2.4 拖链轮 图 2.5 导向轮2.1 挖掘机的行走液压系统2.1.1 行走马达的工作原理行走马达安装于挖掘机行走架上，用于实现挖掘机的行走功能。行走马达为挖掘机的行走提供驱动力，通过齿轮啮合传动，将转矩转化为履带的行走动力。中大型履带式挖掘机的机重一般都在 20t 以上，机器的惯性很大，在机器起步和停止的过程中会给液压系统带来比较大的冲击，因此，行走控制系统必须改善以适应这种工况。行走液压系统回路的组成：主泵主控制阀中心回转接头行走马达油箱。可实现车辆直线行走或单侧行走，行走时系统溢流压力设定为 255kg/cm2。车辆在行走（直线行走或单边行走）时主泵为分流状态：前泵供应左行走滑阀，后泵供应右行走滑阀。1）直线行走性能 当进行直线行走操作时，主泵流量的分配取决于左右行走滑阀的操作量。通过外部管路将左行走压力补偿和右行走压力补偿阀连通起来，使左右压力补偿阀受力相等，如果左右滑阀的操作量相等，则通过左右行走滑阀的流量相等，保证了车辆的直线行走性能。2）行走转向性能 单独操作右（或左）行走操纵杆，左（或右）行走压力补偿阀被关闭，及外部连通软管的油路被切断；因此，可实现左右行走的独立操作，进行转向。3）行走速度切换 使用轻触式开关可以任意切换行走速度，根据发动机转速实现行走速度的自动转换，也可以根据系统压力（保持 0.5 秒钟以上的时间）实现行走速度的自动切换。发动机速度的转换是通过驾驶室内的油门控制的，其中发动机的最低转速是 800r/min，发动机在这种状态为怠速状态，不可以直接工作。根据系统压力实现速度的自动转换需要驾驶室内的监控器面板，监控器面板上有一个行走速度切换按钮，俗称龟兔转换按钮。毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 10 页装订线4）最大排量 行走速度开关切换为低速时，行走速度电磁阀消磁，将油道 p 与卸油路连通，调节阀在高压油作用下右移，连通油口 c 和油道 p。调节活塞油腔压力油调节阀油口 p电磁阀油箱，成为排泄压；在进入行走马达的高压油的作用下，使斜盘倾角增大，因此马达排量增大，扭矩增大，转速降低。如图所示图 2.6 行走马达的排量控制回路5）最小排量 行走速度开关切换为高速时，行走速度电磁阀励磁，将油道 p 与先导油压连通，调节阀在先导压油作用下左移，连通油口 c 和高压油道 a。它的控制原理是：高压油打开单向阀油道 a 调节阀油口 c调节活塞油腔，调节活塞右移使斜盘倾角减小，马达排量减小，转速增大，扭矩减小。当行走阻力增大使进入油道 a 的油压升高到一定程度时，高压油将克服进入 p 油道的控制油压推动调节阀右移，接通油口 c 与油道 p，使调节活塞油腔成为排泄压，斜盘倾角增大，排量增大，转速降低。如图 2.62.1.2 行走马达的制动原理1）行走制动控制 进行行走操作时，压力油经过行走控制阀进入平衡阀下端，使平衡阀上移，接通其中一个油口，压力油进入制动活塞油腔，克服弹簧力使制动活塞移动到可以实现制动解除的一端，这时制动解除了。行走停止时行走控制阀输出油压消失，平衡阀在弹簧力的作用下回到中位，制动活塞在无压力的情况下受到弹簧力作用向另一端移动，制动片压紧，制动器起作用。2）制动阀部件（结构 1） 制动阀部件由平衡阀，安全吸油阀（2 件） ，单向阀（2 件）组成。行走开始时，高压油经 PA 口进入，打开左安全吸油阀进入行走马达 MA 端，驱动马达旋转；同时高压油经油口 f 进入平衡阀左端，推动滑阀右移，使油口 e 与制动器油路接通，高压油进入制动器，制动解除。行走停止时，MA 端油压消失，在惯性力作用下马达继续旋转，使 MB端形成闭合高压，压力油经油口 B1右单向阀油口 A1左安全吸油阀MA 端，防止 MB 端形成高压和 MA 端形成空穴；同时平衡阀在弹簧作用下回到中位，关闭制动解除油路，实现制毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 11 页装订线动。如图 2.7 所示图 2.7 制动控制结构图图 2.8 行走马达的控制回路 图 2.9 行走马达的结构原理3）制动阀部件（结构 2） 由平衡阀、安全吸油阀（2 件） 、单向阀（2 件） 、柱塞等组成。如图 2.9 所示。行走开始时，高压油经 PA 口进入，打开右单向阀进入行走马达 MA 端，驱动马达旋转；同时高压油进入平衡阀右端，推动滑阀左移，使高压油与制动器油路接通，高压油进入制动器，克服制动器弹簧力使制动解除。行走停止时，MA 端油压消失，在惯性力作用下马达继续旋转，使 MB 端形成闭合高压，压力油安全吸油阀小孔f 室g 室柱塞右移，同时左安全吸油阀打开，接通 D 室与 C 室，防止了 MB 端形成高压和 MA 端形成空穴；当柱塞右移至末端时，g 室、f 室油压升高 左安全阀关闭D 室继续升压 右安全阀被打开，使 D 室高压油再次进入 C 室。平衡阀在弹簧作用下回到中位，关闭制动解除油路，实现制动。毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 12 页装订线行走马达配备了高压自动变量装置，当挂上高速挡时，回路接手动变速油口来油，推动变速阀左移，使马达变为小排量；如果行驶阻力增大致使油压升高到设定值时，油液推动变速阀右移，马达自动变为大排量低速挡，以增大扭矩。因此这种马达可以随着行走阻力的变化而自动变换挡位。除了马达可以变速之外，对马达的控制主要由马达控制阀完成，下面结合行走马达的控制回路原理图（见图 2.8）以及结构原理图（见图 2.9）分析其工作原理。假设 A 口进油，马达旋转，马达控制阀动作如下：（a）打开单向阀，液压油进入马达右腔。（b）液压油通过节流孔进入平衡阀，并使其左移，接通制动器油路，使制动器松开，这个动作还接通了马达 B 口的回油油路。（c）液压油通过安全阀的中间节流孔进入缓冲活塞腔，将缓冲活塞推到左侧。如果此时系统压力超过此安全阀的设定压力（10.2MPa） ，安全阀将在瞬间打开，起到缓冲作用。（d）如果马达超速（例如下坡时） ，泵来不及供油，则使 A 口压力降低，平衡阀在弹簧力作用下向右移动，关小马达的回油通道，从而限制马达的转速。2.1.3 行走马达安全阀的工作原理注意到行走马达控制阀内部有 2 个结构完全相同的安全阀（见图 2.10 和图 2.11） ，它们在挖掘机开始行走以及制动时将起到重要的缓冲作用。下面分析它的工作原理。图 2.10 左安全阀图 2.11 右安全阀当 A 口不供油时平衡阀回到中位，由于机器惯性的影响使马达继续旋转，马达的功能转换毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 13 页装订线为泵。由于平衡阀的封闭致使 B 口压力升高，压力油通过左安全阀中间的节流孔进入缓冲腔，推动缓冲活塞右移，同时打开左安全阀向 A 腔补油。当缓冲活塞移动到最右端后，B 腔压力上升，左安全阀完全关闭。如果压力进一步升高，B 腔压力作用在右安全阀上，它限制了马达的最高压力（41.2MPa） ，此压力就是最大制动压力。两个安全阀并联，当马达刚开始停止转动时，B 腔的压力作用在左安全阀的 a 口（整个圆面积上） ，阀杆左移，将油泄到 b口（注意 b 口与马达控制回路的 A 口相通） 。当缓冲活塞移到最右端后，c 口压力上升，由于阀杆的直径差，在弹簧力和压差作用下阀杆右移，左安全阀关闭。此时的压力叫做一级压力。这个过程很短暂，目的是消除 B 口的脉冲压力，防止 A 口吸空。左安全阀完全关闭后，马达 B 口的压力作用在右安全阀的 b口（大直径减去小直径的环形面积） ，将油泄到 a 口（注意 a 口与马达的 A 口相通） ，这个压力叫做二级压力，就是最大制动压力。图 2.12 时间压力变化曲线由此可以看出，尽管两个安全阀完全一样，但由于油压的作用面积不同，因此阀的开启压力也不同，组合使用后的时间压力变化曲线见图 2.12，这样的结构布置非常巧妙。从整个过程分析可以看出，开始行走时该阀也有一个短暂的打开过程，但是马上就关闭了，起到了启动平稳，制动时吸收压力脉冲的作用。另有一种安全阀，其结构原理见图 2.13。它在普通直动式安全阀的基础上增加了可移动的减振活塞，采用了改善阀性能的节流措施。压力油经过节流孔进入阀芯内部，再经过节流孔和阀芯通道到达减振活塞产生的推力达到外弹簧的预紧力时压缩外弹簧，使减振活塞右移，同时锥阀打开溢流，这个过程减小了系统的压力冲击。系统压力升高到内外并联弹簧决定的设定值时，锥阀全部打开溢流。这种阀的时间压力变化曲线见图 2.14。毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 14 页装订线图 2.13 安全阀 图 2.14 时间压力变化曲线2.2 履带及行驶系零部件履带行驶系由车架（或机架） 、行走装置和悬架三部分组成。行走装置由驱动链轮、支重轮、托链轮、张紧轮（或称导向轮） 、履带（统称“四轮一带” ） 、台车架、张紧装置等组成。2.2.1 履带装配结构1）履带式与轮式行驶系相比有如下特点：(a） 支承面积大，接地比压小。因此履带车辆适合在松软或泥泞场地进行作业，下陷度小，滚动阻力也小，通过性能较好。(b） 履带支承面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。(c） 结构复杂，重量大，运动惯性大、缓冲性能差、 “四轮一带”磨损严重、造价高、寿命短。因此履带车辆的行驶速度不能太高，机动性能也较差。另外履带车辆还可在高温场地工作，加之其“低比压” 、 “大牵引力”的突出优点是轮式车辆无法代替的。2） 履带行走装置的组成和功用组成：履带行走装置由履带、驱动轮、支重轮、托链轮、引导轮和履带张紧装置等组成。左右两条履带包绕在上述四种轮子之外，由张紧装置张紧，直接与地面接触。驱动轮驱动履带绕四种轮子转动，不直接在地面上滚动。引导轮的作用是张紧履带，并引导它正确卷绕。若干个支重轮在履带轨面上滚动，起着传递垂直载荷给履带的作用。托链轮支持着履带的上半边，不使之下垂，并可减小其上下振动。上述四种轮子和张紧装置除驱动轮外都集装在一个轮架（即台车架，也称履带架）上，而形成一个台车，每辆履带车辆都有左、右两个台车。整车重量通过台车架、支重轮传给下方履带，使下方履带紧压在地面上。当驱动轮被最终传动毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 15 页装订线齿轮（从动齿轮）带动时，其轮齿拉动履带，地面立即产生作用在履带上的反作用力，使台车架相对地面产生向前或先后的运动，整车也就随之运动。履带的功用是支承车辆的重量，并保证车辆发出足够的驱动力。履带按照其联接方式分为不可拆分的整体式，可可拆分的组合式，徐工挖机的履带采用的是组合式履带，其联接方式是两块履带板之间通过销轴联接的。如图 2.15 以及图 2.16 所示。图 2.15 履带板销轴联接图图 2.16 履带板装配图1履带螺栓 2防尘圈 3轨链 4销套 5履带板 6履带销毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 16 页装订线2.2.2 行驶系零部件结构1）支重轮支重轮用来传递机械的重量给履带，在机械行驶过程中，它除了沿履带的轨面滚动，还要夹持履带，不让它横向滑出。在机械转向时，它又要迫使履带在地面上横向滑动，如图 2.17 所示。图 2.17 支重轮1油塞；2支重轮外盖；3支重轮轮毂；4支重轮轴；5轴承座；6轴瓦；7、10O 型密封圈；8浮动油封； 9支重轮内盖；11平键； 12挡圈2）拖链轮托链轮的功用是托住履带，防止履带下垂过大，以减小履带在运动中的振跳现象。同时引导上部履带的运动方向，并防止履带侧向滑落。其在挖掘机上的安装结构如图 2.18 所示毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 17 页装订线图 2.18 拖链轮1油塞；2托轮架；3托轮轴；4挡圈；11轴承；13锁圈；15托轮盖；12锁紧螺母；5、8、14O 型密封圈； 6油封盖；7浮动油封；9油封座；10托轮；3）导向轮导向轮的功用是支承履带和引导履带正确卷绕，使履带保持一定的张紧度，并缓和道路传来的冲击力，减少履带在运动过程中的振跳现象，其结构图如图 2.19 所示。1导向轮 2轴承座3导向轮轴4导向轮支座5导向轮轴承6法兰盘图 2.19 导向轮组装图毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 18 页装订线第 3 章 工作装置系统的分析液压系统设计作为机电一体化挖掘机设计的重要组成部分，设计时必须满足挖掘机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好、效率高、结构简单、工作安全可靠、寿命长、经济性好、使用维护方便。其中液压系统的设计作为挖掘机总体设计的一部分，必须要满足整机工作要求，并要求进行相关参数的计算与分析验证，选取合适的各液压元件。3.1 液压挖掘机的工况分析液压挖掘机的主要功能运动包括以下几个动作(如图 3.1 所示):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。挖掘机的典型作业流程:1) 整机移动至合适的工作位置2) 回转平台，使用工作装置处于挖掘位置3) 动臂下降，并调整斗杆、铲斗至合适位置4) 斗杆、铲斗挖掘作业5) 动臂升起6) 回转工作装置至卸载位置7) 操纵斗杆、铲斗卸载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: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;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。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。毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 19 页装订线图 3. 1 液压挖掘机的工作运动1 一动臂升降;2 一斗杆收放:3 一铲斗装卸;4 一转台回转:5 一整机行走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。5) 整机移动工况:将整机移动至合适的工作位置。6) 姿态调整与保持工况:满足停放、运输、检修等需要。7) 其他辅助作业工况:辅助工作装置作业工况。3.1.1 行挖掘工况分析1) 铲斗挖掘工况:由铲斗液压缸单独动作进行挖掘的工况。采用铲斗液压缸进行挖掘常用于清除障碍，挖掘较松软的土壤以提高生产率，因此，在一般土方工程挖掘中(III 级土以下土壤的挖掘)铲斗挖掘最常用。2) 斗杆挖掘工况:由斗杆液压缸单独动作进行挖掘的工况。在较坚硬的土质条件下工作时，为了能够装满铲斗，中小型液压挖掘机在实际工作中常以斗杆液压缸进行挖掘。3) 联合挖掘工况:由铲斗、斗杆液压缸复合动作进行挖掘的工况，必要时还需要配以动臂液压缸的动作。主要用于需要轨迹控制的情况。当单独采用铲斗液压缸进行挖掘时，挖掘轨迹以铲斗与斗杆的铰点为中心，铲斗斗尖所作的圆弧线的长度决定于铲斗液压缸的行程。以铲斗液压缸进行挖掘时的挖掘行程较短，为了能毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 20 页装订线够装满铲斗，需有较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，所以一般挖掘机的斗尖最大挖掘力都在采用铲斗液压缸挖掘时实现。当单独采用斗杆液压缸进行挖掘时，挖掘轨迹以动臂与斗杆的铰点为中心，铲斗斗尖所作的圆弧线的长度决定于斗杆液压缸的行程。当动臂液压缸位于最小长度并以斗杆液压缸进行挖掘时，可以得到最大挖掘深度尺寸，并且也有较大的挖掘行程。在实际挖掘工作中，往往需要采用各液压缸的复合工作。如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，见图 3.2 所示。此时斗杆收回，动臂抬起，需要保证彼此动作独立，相互之间无干扰。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 ，见图 3.3 所示。这些动作决定于液压系统的设计。当进行沟槽侧壁掘削和斜坡切削时，5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，因此需要回转机构和斗杆机构复合动作。a 一水平地面的挖削 b 一斜坡地面的挖削图 3.2 斗尖沿直线挖削a-水平地面的切削和压整 b-斜坡地面的切削和压整图 3.3 地面的切削和压整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，个别也有采用三泵合流。单独采用铲斗挖掘时，也有采用双泵合流的情况。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，其复毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 21 页装订线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。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。3.2 液压系统的主要参数确定液压挖掘机的主要参数表明了液压挖掘机的规格和主要技术性能，液压挖掘机的主要参数分为发动机参数、液压系统参数、主要性能参数、尺寸参数四大类，发动机参数包括发动机额定功率、转速等，液压系统参数包换主泵的流量、压力等，主要性能参数包括整机工作质量、主要部件质量、铲斗容量范围或标称铲斗容量、挖掘力、牵引力等，尺寸参数包括工作尺寸、机体外形尺寸和工作装置尺寸等，其中液压挖掘机主要参数中最重要的参数有三个，即斗容量、整机质量和发动机功率，因为通过这三个参数可以从使用要求、机械本身的技术性能和技术经济指标、动力装置的配套、国际上统一的标准以及传统习惯等方面反映液压挖掘机的级别，故有主参数之称。所以有时采用挖掘机的斗容量作为主参数。例如，机械式挖掘机一般就以斗容量作为挖掘机的主参数并作为主要分级指标。但液压挖掘机可更换的工作装置多，而且同一机型可以根据作业对象或工作尺寸的要求换装不同斗容的铲斗。由于不同厂家的挖掘机采用不同的液压系统，辅助设备能耗及功率储备也有所不同，而且同一型挖掘机在后续改进时，也会改变发动机功率，所以液压挖掘机以功率分级不十分合理。整机质量则直接反映了液压挖掘机本身的重量等级，对其他技术参数影响较大，如挖掘能力的发挥、发动机功率的充分利用、作业的稳定性等要以一定的整机质量来保证，因此整机质量反映了挖掘机的实际工作能力，目前已被广泛用作液压挖掘机的分级指标。比较其他同类型挖掘机，可得 XE60A 的主要参数（如下表 3.1，表 3.2 所示），其中图 3.4为液压挖掘机的外观尺寸图，作业参数表 3.2 是根据图 3.4 所示。图 3.4 XE60A 型液压挖掘机的外观尺寸图毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第 22 页装订线表 3.1XE60A 液压挖掘机的主要参数整机重量（kg） 6000标准斗容（m3 ） 0.18履带板宽（mm ） 350高/宽/长（mm） 2593/1950/5321推土铲宽 x 高(mm) 1960x300铲斗挖掘力（ kN） 44斗杆挖掘力（ kN） 26.7最大牵引力（ kN） 45.2动臂偏转角度（） 50(左)75( 右)行走速度（km/h ） 4.5/2.4爬坡能力（） 30接地比压（kPa） 31.3回转速度（rpm） 10.1发动机 YANMAR4TNV88-SSU最大扭矩（N m） 144排量（L） 2.19功率 /转速（kW/rpm） 27.1/2200燃油箱容量（L） 99主泵类型 2 个变量柱塞泵 ,1 个齿轮泵压力（Mpa） 24.5最大流量（L/min ） 45.82齿轮泵压力（Mpa） 21最大流量（L/min ） 37液压油箱容量（L） 73毕业设计（论文）报告纸共 40 页 第