滑移装载机液压系统设计说明书(完整).doc

目录目录 摘要摘要 IV ABSTRACT 5 第一章第一章绪论绪论 I 1 1 滑移装载机的历史背景和发展前景滑移装载机的历史背景和发展前景 I 1 2 总体结构介绍总体结构介绍 II 1 2 1 行走装置 II 1 2 2 作业装置 III 1 1 3 液压系统 III 第二章第二章 设计计算及元件选择设计计算及元件选择 5 2 1 行走液压系统设计与计算行走液压系统设计与计算 5 2 1 1 行走液压马达的选取 7 2 1 2 行走液压泵的选取 13 2 2 作业装置液压系统设计与计算作业装置液压系统设计与计算 17 2 2 1 作业装置工况分析 17 2 2 2 作业装置动作循环规划 19 2 2 3 工作装置液压系统拟定 20 第三章第三章 液压系统的设计液压系统的设计 24 3 1 发动机的选取发动机的选取 24 3 2 油箱的设计油箱的设计 25 3 2 1 油箱的用途及要求 25 3 2 2 油箱容积的确定 26 3 2 3 油箱附件的安装 27 3 3 3 油箱散热功率计算 27 3 3 系统散热器设计系统散热器设计 28 3 3 1 液压油油温过高的危害 28 3 3 2 闭式液压系统的散热方式 29 3 2 3 散热功率计算 30 3 2 4 散热功率及散热面积计算 31 3 4 滤油器选择滤油器选择 32 3 5 联轴器的选取联轴器的选取 33 3 6 液压阀的选取与安装液压阀的选取与安装 33 3 6 1 液压阀的选择 34 3 6 2 液压阀的配置形式 35 3 7 液压系统管路设计液压系统管路设计 35 3 7 1 管径计算 35 3 7 2 液压管路的布置 36 第四章第四章 设计总结与设计心得设计总结与设计心得 38 4 1 设计总结设计总结 38 4 2 设计心得设计心得 39 鸣谢鸣谢 40 参考文献参考文献 42 摘要摘要 滑移装载机是一种利用两边行走轮速度差实现转向 能实现多种工程作业的小型工程机械 因其小 巧灵活 能实现原地转向的特点 在工程运用中起着越来越重要的作用 换装特定用途通用属具后 可 实现铲运 堆垛 压实路面等多种作业模式 现设计一款适应国内市场的滑移装载机液压系统 分析国 内外滑移装载机现状及发展趋势 参考已有滑移装载机液压系统 依据任务书给出的设计要求 结合实 际作业模式和作业环境 对滑移装载机的运动和受力进行分析 针对其要实现的动做要求 拟定液压系 统方案设计 通过计算和参考样本 完成液压系统的工作泵 控制阀 行走马达 工作液压缸等元件的 选型 最后 用三维绘图软件 PROE 绘制出油箱 泵组 阀组 马达等所选元件 设计出系统所需的其 他零件 并完成液压系统的管路设计和零件的装配 关键词 装载机 滑移 液压系统 Abstract Skid Steer Loader is a kind of construction machinery can realize various engineering operations whose steering is realized by the velocity difference of two sides wheels Because of the characteristics of small overall dimensions and steering without moving Skid Steer Loader is playing a more and more important role in engineering applycation There is a lot of attanchments can be connected with the Skid Steer Loader quick changer to realize various engineering operations such as earth moving stacking compaction pavement and so on This work focus on the designing of a Skid Steer Loader s hydraulic system according to the need of domestic market The developing situation and of Skid Steer Loader at home and abroad and the development trend is been analyised This hydraulic system si designed by refering to the exsisting Skid Steer Loader according to the design requirements in the design assignment and combining with actual operation mode and operating environment The movement and force of loader is been analyised at first the hydraulic system schematics is been formulated according to the requirement of working condition and then Hydraulic components of the hydraulic system such as work pumps control valves walk motors hydraulic cylinders are been selected after design calculation and refering to sample Finally the parts of hydraulic system such as oil tank pump group valve group motors and other parts needed to be independent design are been drawed by 3D drawing software PROE and locate and assemble all parts on Skid Steer Loader s chassis and complete hydraulic pipe design Key words Loader slip hydraulic system 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 滑移装载机的历史背景和发展前景滑移装载机的历史背景和发展前景 滑移装载机移转向装载机是一种利用两侧车轮线速度差而实现车辆转向的轮式专用底 盘设备 采用轮式行走机构 全轮驱动 滑移转向可于作业现场随机快速更换或挂接各种 工作装置 以适应不同的工作环境和作业内容 滑移转向装载机的动力一般为 20 50 千瓦 主机质量 2000 4000 公斤车速为每小时 10 15 公里左右 主要用于作业场地狭小地面起 伏不平作业内容变换频繁的场合 适用于基础设施建设 厂房车间 建筑工地 码头装卸 市区街道 住宅 谷仓 畜舍 机场 跑道等 进行铲运 堆垛 起重 挖掘 钻孔 破 碎 抓取 推扒 松土 开沟 道路清扫 路面压实等工作 滑移转向装载机的工作装置采用液压传动 其行走驱动系统除极个别采用皮带传动或 链条传动的机型外 滑移转向装载机几乎均采用全液压方案双回路闭式系统 斜盘式双向 变量泵 斜轴式高速马达 由于行走液压回路封闭 车辆停车即制动 不须另设行车制动 装置 为消除由于车辆惯性力而产生的过大冲击 液压马达进出处加设限压阀 液压件多 是回路中最大的特色 两个行走变量柱塞泵和补油泵 一个工作齿轮泵 部分机型还有先 导操纵回路的低压泵 bobcat 采用发动机直接驱动串联泵将所有柱塞泵和齿轮泵串联成一 串 这种泵国内尚不多见 维修配套困难 ZTS 则采用齿轮箱传动分别驱动各液压泵 这 种驱动方式除了可以采用单泵配套外 尚可利用不同的传动使各油泵在合适的转速下运转 以获得较理想的系统匹配 ZTS 在这个齿轮箱上加设了主离合器用于发动机气动时卸荷 在中国滑移转向装载机刚刚起步 国内生产滑移转向装载机企业也不多 但纵观小型 工程机械市场 目前国内市场对滑移转向装载机需要有一个从认识到接受的过程 现阶段 中国滑移转向装载机的市场不大需要生产厂家及其经销商向用户进行全面细致的产品推介 把潜在市场转化成现实市场 随着小挖等一系列小型工程机械在我国从无到有的发展历史以及在市场中所呈现的火 爆 可以预测滑移转向装载机也会像其它小型设备一样被国内大量的工程机械生产厂家看 好 这块潜在的市场并将会有更多的企业进军生产滑移转向装载机这一领域 通过在发展 过程中积累的丰富经验和较成熟的生产技术 国内工程机械企业将一步步推开生产滑移转 向装载机的大门 相信在今后几年新产品新技术的不断出现 国内产品的质量也将迅速提 高 市场也必将迎来新的竞争热点 市场需求是根本 近年来我国城镇化管理 城市基础 建设 配套的小型工程机械在批量更新换代的同时 将购置批量的产品弥补缺口 在这种 情况下 实用价值和盈利观念已成为用户更新 购置设备的原则 质量价格回报率等综合 性能将成为用户的首选 这就要求在刚迈入准备迈入滑移转向装载机的生产企业在产品设 计开发时通过调研座谈等形式 纳入用户设计 使产品能够做到真正的满足市场和用户的 需求 本文通过参考国内外滑移装载机的结构设计 通过调查国内对滑移装载机的运用情况 以及潜在的市场前景 针对国内市场现状设计一款经济适用的滑移装载机 1 21 2 总体结构介绍总体结构介绍 滑移式装载机的主机系一台前端式装载机 无一例外地被设计为短轴距 短后悬 动 臂支承点在车辆后上方 驾驶室位于两侧动臂间 司机须跨越工作装置才能进入驾驶室内 仪表盘分置司机左右两侧或布置在前上方 发动机后置 纵向布置 不设前后桥 四个驱 动轮各自独立悬挂在传动箱上 1 2 1 行走装置行走装置 滑移装载机的行走装置采用双泵双马达的静液压闭式回路传动系统 再通过一级链轮 传动将发动机的力和运动分配到四个行走轮胎上 传动方案如图 1 采用液压传动的特点是 可实现全车速范围内的无级变速 起动力矩大 低速高效率 经常工作转速可调到发动机 的低油耗范围 节油效果好 易实现功率的合理匹配 无变速箱 差速器 传动轴等 发 动机可任意布置 降低车辆重心 增加车辆的稳定性 利用电控和微机易于实现自动控制 对液压元件性能要求高 图图 1 1 行走系传传动方案行走系传传动方案 图图 2 1 滑移转向原理滑移转向原理 采用滑移转向 其转向原理利用左右行走轮胎的速度差实现 即当两边轮胎转速相同 时 机器直线行驶 当左边轮胎速度高于右边时实现右转向 当右边轮胎速度高于左边轮 胎时实现左转向 若左右两边轮胎速度相等 方向相反时可实现原地转向 其转向原理如 图 2 滑移转向是滑移装载机与普通装载机最大的区别和优点 采用滑移转向能使滑移装载 机在狭小的空间内实现转向 因此 它可以运用在很多狭窄空间内作业 如车间 集装箱 等地方 1 2 2 作业装置作业装置 传统装载机的动臂装在车架的前端 铲斗用单斗液压缸反铲装置 滑移装载机的工作 装置与车架的后端连接 滑移装载机由于其独特的动臂结构 不宜用单斗油缸驱动铲斗 而是双液压缸驱动 目前铲斗的举升轨迹主要有圆弧举升和垂直举升两种 圆弧举升曲线 由六连杆结构实现 垂直举升曲线由八连杆结构实现 滑移转向装载机的优势在于其举升 方式可以影响设备做特定工作时的生产力 圆弧举升的设备最高举升高度在举升路径的中 间 这样这些设备就比较适合中低高度的工作 如装载低位漏斗或移动式喷洒器等 而垂 直举升设备的举升高度可以到达举升路径的最高点 适合装载高度较高的地方如卡车等 而且因为有了多种多样的附件今天的滑移转向装载机能够做的工作远比单纯的装载要多的 多 可以完成多种工作 从抓岩石 平整路面 到清理灌木和积雪 目前已有超过 108 种 不同附件可供选择 垂直举升和圆弧举升结构如图 3 图 4 考虑到圆弧举升在钻孔以及一 些需要垂直运动的动作时的局限和举升高度有限 本设计采用垂直举升结构 图图 1 3 垂直举升结构垂直举升结构 图图 1 4 圆弧举升结构圆弧举升结构 工作装置由动臂架 两个动臂油缸 两个支撑杆 两个摇臂 两个动臂油缸以及属具 组成 目前运用到各种工作中的属具已达到一百多种 本设计主要考虑铲运作业 即属具 为铲斗时的工况 主机动臂多采用箱形截面结构 借以提高其扭转刚度 为整机布置所限 动臂提升只 能采用双液压缸的形式 转斗液压缸通常设置在动臂前端 为解决在动臂提升过程种的 铲斗平移 问题 设计了液压自动调平系统 在动臂举升是 铲斗会随之动作 使铲斗 与地面保持水平 防止物料掉落 1 1 3 液压系统液压系统 该部分是整个机器的核心部分 为机器的行走和作业传递运动和力 发动机将动力输 出给液压泵 液压泵输出液压油 通过各种阀的控制以及电控装置 将符合工况的液压油 液供给个执行元件 执行元件包括液压缸和马达 实现机器的正常运转 液压系统分为行走液压系统和工作装置液压系统 行走液压系统由两个带补油泵的变 量斜盘式柱塞泵和两个定量径向柱塞马达组成 其为闭式回路 另外还设置有调速回路 冲洗回路 工作装置液压系统由一个齿轮泵及换向阀 蓄能器 溢流阀等组成 为铲斗油 缸和动臂油缸以及属具提供液压油 为保证液压系统的正常工作 还应设置冷却装置 加热装置 润滑装置等 第二章第二章 设计计算及元件选择设计计算及元件选择 首先分析机器的作业环境 作业对象 作业方式 进而设计出符合工况的方案 滑移 装载机主要用于基础设施建设 厂房车间 建筑工地 码头装卸 市区街道 住宅 谷仓 畜舍 机场 跑道等 进行铲运 堆垛 起重 挖掘 钻孔 破碎 抓取 推扒 松土 开沟 道路清扫 路面压实等工作 本设计中重点考虑滑移装载机的铲掘作业工况 行走速度 整机设计质量 转向 调 速等要求已在任务书中给出 具体要求如下 要求 360 度转向 无级可调 运动速度 0 12Km h 无级可调 整机载重 3200Kg 爬坡度 30 举升载重 950Kg 爬坡度 30 换 接速度 30s 次 无级可调 根据以上要求 再综合考虑具体的作业对象及作业环境 进行整机的方案设计 再设 计出于整机匹配的液压系统 2 12 1 行走液压系统设计与计算行走液压系统设计与计算 滑移装载机的行走装置采用双泵双马达的静液压闭式回路传动系统 行走液压系统为 双回路驱动系统 每个回路由独立的液压系统组成 两个回路同时受一个电控装置的控制 采 图图 2 1 动力传递路线动力传递路线 用双回路液压系统的特点是 1 简化了行走装置的操作 全液压驱动的推耙机的操作手柄数量减少 有些被按钮 替代 操作变得更加准确 快捷 保证推耙机前进 后退 加速 减速 转向 制动等功 能的正确实施 同时减轻了司机的劳动强度 2 泵和马达的自动控制 全液压双回路驱动系统的变速是无级变速 传动更加平稳 再利用 DA 阀 速度敏感阀 进行调速 大大提高速度变化的响应速度 使调速更加快捷 其行驶速度与发动机的输出功率和驱动负荷相匹配 使马达始终保持最大的液压驱动力 减小能耗 从而提高了经济性 使推耙机更加节能和环保 另外通过自动控制 推耙机还 具有过载保护 限制马达的最高转速 静液压制动和避免发动机熄火与发动机超速的功能 3 原地转向 提高了滑移装载机的机动性能和工作效率 特别适合狭小空间的作业 全液 压双回路驱动系统滑移装载机的转向是通过调节两侧履带的速度实现的 使推耙机的转弯 半径达到最小 根据行走要求拟定液压传动方案 根据工况 要求无极调速 速度在 0 12km 选择斜 盘 式柱塞变量泵 径向柱塞定量马组成的达闭式回路实现 采用 DA 阀调速 为了冷却液 压油也 在行走液压系统中设计了冲洗回路 初步拟定行走系的液压系统原理图如图 7 图图 2 2 行走系控制原理图行走系控制原理图 图图 2 3 行走系统液压系统原理图行走系统液压系统原理图 2 1 1 行走液压马达的选取行走液压马达的选取 2 1 1 1 行走系统工况分析行走系统工况分析 从两种典型的工况对滑移装载机进行分析 即在实土水平路面 满载情况下的行走工 况和铲掘时的牵引工况 以下是两种工况下的速度 时间 力 时间图 图图 2 4 运输工况下运输工况下 v t F t 图图 图图 2 5 牵引工况下牵引工况下 v t F t 图图 1 滑移装载机的滚动阻力 2 1 cos f PfG 式中 滚动阻力系数 此处取 0 18 1 ff 整车质量 N 由设计要求取 3200 x9 8 31360N GG 运动表面与水平面的夹角 在额定运输工况下 即 0 5645N f P 在最大爬坡度时 即 30 4889N f P 2 坡道阻力 2 2 sin a PG 在水平路面行驶时 0 a P 在最大爬坡度工作时 即 30 15680N a P 3 惯性阻力与滑移装载机的加速性能有关 占不予以考虑 j P 4 风阻力 2 3 2 2 3 6 v w K Fv P 式中 机器的空气阻力系数 取 0 65N v K v K 4 m 2 m F 机器的迎风面积 取机器的宽和高分别为 2 1和 1 475 F 3 1 mm 2 m 机器的实际运行速度 取最大速度 12 v km hv km h 22N 由于滑移装载机的最大运行速度只有 12 它受到的风阻很小 可忽略不Pw km h 计 在以下的计算中也都忽略 运输工况下的工作阻力 2 4 TPfajw PPPPP 式中 运输工况牵引力 N TP P 滚动阻力 N f P 坡道阻力 N Pa 惯性阻力 N j P 风阻力 N Pw 在水平路面匀速行驶的工作阻力 5645N TP P 在 30 坡度上行驶的工作阻力为 20569N TP P 牵引工况阻力 2 5 TPfajwk PPPPP 式中 机器铲土阻力 N 即插入阻力 由设牵引力决定 wk P 其余如上所述 2 1 1 2 最大牵引力最大牵引力 滑移装载机的最大牵引力是在轮胎全滑转的状态下 轮胎与路面的摩擦力 即轮胎与 路面的最大附着力这时 工作装置为铲斗提供最大插入力 附着力引力 2 6 maxCc MP r 式中 最大附着牵引力 N P 驱动轮载荷 N 因滑移装载机为全轮驱动 所以 G 31360N K G K G 附着系数 根据工况 1 取 0 75 计算得 23520N 表征机器的最大插入力 也是选取发动机的依据之一 P P 2 1 1 3 液压马达所需的最大输出扭矩和最大转速液压马达所需的最大输出扭矩和最大转速 根据滑移装载机的行走速度要求 可计算出驱动轴的转数 这个转速便是液压马达所 对应的最大转速 行走传动系统中设有一级链轮减速 将液压马达的运动传递到同侧的两 个轮胎上 链传动比 在行走中对行走系有最低稳定速度要求 可通过计算得出所需3 6i 液压马达的转速范围 一 驱动轴的最大输出扭矩 2 7 max 4 c C Pr M 式中 驱动轴最大输出扭矩 N m maxC M 如前所诉 23520N P P 动力半径 m 其中为所选轮胎未受载荷时的自由半径 B c r0 13 co rrB o r 为轮胎断面宽度 设计所选轮胎型号为 12 5 6 0 831m B 0 307m 0 376m o r c r 计算得 2208 5N m 液压马达的最大输出转速 maxC M max max 22 2208 5 1337 3 6 0 92 c i M TN m i A 二 驱动轴的最大输出转速 2 8 max 2 MMMmm VTP 式中 最大输出转速 r min maxc n 滑移装载机的最大行走速度 km h max v 如前所述 c r 计算得 84 7 r min maxc n 链传动比 因此液压马达所需的最大输出转速为3 6i max 305 minnr 2 1 1 4 驱动液压马达的选取驱动液压马达的选取 一 工作压力的确定 系统压力选定的是否合理 直接关系到整个系统设计的合理程度 压力的选择要根据 载荷的大小和设备的类型而定 还要考虑执行元件的装配空间 经济条件及元件供应情况 等的限制 在液压系统功率一定的情况下 若系统压力选的过低 势必要加大执行元件的 结构尺寸和质量 系统的造价也相应增加 对某些设备来说 尺寸要受到限制 从材料消 耗角度看也不经济 反之 压力选的较高 则液压设备的重量 尺寸和造价会相应降低 然而 若系统压力选用过高 由于对泵 缸 阀等元件的材质 密封 制造精度等要求的 提高 反而会提高设备成本 其系统效率和使用寿命也会相应下降 因此不能一味追求高 压 一般来说 对于固定的尺寸不太受限的设备 压力可以选低一些 行走机械重载设备 压力要选的高一些 具体选择可参考表 2 1 表 2 2 和表 2 3 表表 2 1 按载荷选择工作压力按载荷选择工作压力 表表 2 2 种机械常用的系统工作压力种机械常用的系统工作压力 机床 机械 类型磨床组合机床龙门刨床拉床 农业机械 小型工程机械 建筑机械 液压凿岩机 液压机 大中型挖掘机 重型机械 起重运输机械 工作 压力MPa 0 8 23 52 88 1010 1820 32 表表 2 3 执行元件的背压力执行元件的背压力 系统类型 背压力MPa 简单系统或轻载节流调速系统0 5 0 5 回油节流调速系统0 4 0 6 回油路设置背压系统0 5 1 5 用补油泵的闭式回路0 8 1 5 回油路较复杂的工程机械1 2 3 回油路较短且直接回油箱可忽略不计 行走液压传动系统采用变量泵 定量马达的闭式传动 依据液压马达所需的最大转矩和 最大转速选择液压马达 取设计压力 35 由液压马达所需的最大扭矩可计算液压 1M P a MP 马达的排量 再由液压马达的排量和转速可计算出液压马达的流量 载荷N 3 10 0 50 5 11 22 33 5 5 工作压力 MPa 0 8 11 5 22 5 33 44 5 5 7 二 液压马达的排量 2 9 max 2 MMmm VTP 式中 液压马达排量 M V 3 cmr 如前所诉 maxM T 液压马达的进出口压差 取液压马达出口压力 1 M P a MP 2M P a MP 12 34 MMMa PPPMP 径向柱塞液压马达机械效率 取 0 92 1 mm 计算 267 从样本中 初选液压马达的型号为 MRC03280 径向柱塞马达 其M V 3 cmr 排量为 280 最大转速为 330 3 cmr minr 三 液压马达的最大流量 液压马达的最大流量 2 10 maxmaxMmM qV n 式中 液压马达所需的最大流量 maxM q 径向柱塞马达的排量 初选型号得 280 M V 3 cmr 3 cmr 初选液压泵最大转速 330 maxM n minr minr 计算得 92 4 行走液压单边驱动回路所需的最大流量为 maxM q minL 85 4 满足流量要求 maxmaxm qV n minL 四 行走液压马达的基本参数见表 五 行走液压马达校核 1 压力 滑移装载机的一般工况是在实土上进行铲土运输作业 由前面的计算知在此工况下滑 移装载机的行驶阻力 5645N 此时车轮所需的扭矩为 f P e M 2 11 530 6 4 fc e P r MN m A 此时液压马达的转矩为此值远小于液压马达的最峰值扭矩 1760 2M1061 2 ee TN m A 符合设计要求 N mA 此时液压马达的压差 2 12 2 20 eMemmma PTVMP 样本的额定压差 25 2 13 Me P a MP 100 20 Mee Me PP P 峰值压差 g 45Ma PMP 2 14 100 24 Mgg Mg PP P 有以上样本额定压差与最高压差与实际额定压差 实际最高压差的差值都在 10 30 之间 符合设计要求 2 表表 2 4 行走液压马达基本参数行走液压马达基本参数 参数名称参数值 型号MRC03280 排量 3 cmr280 流量 时 minL 1 100min 100nbar 28 扭矩 时 N mA100pbar 445 峰值扭矩N mA1760 最低转速 minr5 10 最高转速 minr330 最高连续转速 minr260 公称压力 a MP 25 连续压力 a MP25 最高压差 a MP45 制动力矩N mA2200 制动器开启压力 a MP1 5 3 制动用油量 3 cm23 2 转速 取运输工况下平均速度为 3 5km h 即此速度为额定运行速度 则马达此时转速为 2 15 13 5 3 6 88 9 min 0 3770 377 0 376 e e c v i nr r 由液压马达的样本参数知实际工况与液压马达的特性匹配良好 滑移装载机的最稿运行速度 此时马达的转速 max 12 vkm h max 305 minnr 马达的最高转速为 360 满足设计要求 minr 3 功率 选取发动机时应考虑液压马达所需的最大功率 最大功率点可能出现以下两种情况下 第一 空载 最大速度时 第二额定工况时 表二 最大功率可能的工况 表表 2 5 空载最大速度和额定工况下的功率空载最大速度和额定工况下的功率 工况行驶阻力矩 N f P 行驶速度 v km h 功率 p kw 一 39691213 23 二 564546 27 由表可见 在空载 最大速度是行走系统所需的功率最大 为 13 23kw 图图 2 3 液压马达的安装尺寸液压马达的安装尺寸 2 1 2 行走液压泵的选取行走液压泵的选取 液压泵的输出压力应是执行器所需压力 配管的压力损失 控制阀的压力损失之和 它不得超过样本上的额定压力 强调安全性 可靠性时 还应留有较大的余地 样本上的 最高工作压力是短期冲击时允许的压力 如果每个循环中都发生冲击压力 泵的寿命会显 著缩短 甚至泵会损坏 液压泵的输出流量应包括执行器所需流量 溢流阀的最小溢流量 各元件的泄漏量的 总和 液压泵长期使用后效率降低引起的流量减少量 通常 5 7 样本上往往给出理论 排量 转速范围及典型转速不同压力下的输出流量 压力越高 转速越低则泵的容积效率越低 变量泵排量调小时容积效率降低 转速恒 定时泵的总效率在某个压力下最高 变量泵的总效率在某个排量 某个压力下最高 泵的 总效率对液压系统的效率有很大影响 应该选择效率高的泵 并尽量使泵工作在高效工况 区 转速关系着泵的寿命 耐久性 气穴 噪声等 虽然样本上写着容许的转速范围 但 最好是在与用途相适应的最佳转速下使用 特别是用发动机驱动泵的情况下 油温低时若 低速则吸油困难 又因润滑不良引起卡咬失效的危险 而高转速下则要考虑产生气蚀 振 动 异常磨损 流量不稳定等现象的可能性 转速剧烈变动还对泵内部零件的强度有很大 影响 开式回路中使用时需要泵具有一定的自吸能力 发生气蚀不仅可能使泵损坏 而且 还引起振动和噪声 使控制阀 执行器动作不良 对整个液压系统产生恶劣影响 在确认所用泵的自吸能力的同时 必须在考虑液压装置的使用温度条件 液压油的粘 度来计算吸油管路的阻力的基础上 确定泵相对于油箱液位的安装位置并设计吸油管路 另外 泵的自吸能力就计算值来说要留有充分裕量泵的参数 泵的基本参数是压力 流量 转速 效率 根据系统地工作压力来选择 一般地说 在固定设备中液压系统的正常工作压力可选 择为泵额定压力的 70 80 车辆用泵可选择为泵额定压力的 50 60 以保证泵的足够 的寿命 选择泵的第二个最重要的考虑因素是泵的流量或排量 泵的流量与工况有关 选 择的泵的流量须大于液压系统工作时的最大流量 泵的效率值是泵的质量体现 一般来说 应使主机的常用工作参数处在泵效率曲线的高效区域参数范围内 另外 泵的最高压力与 最高转速不宜同时使用 以延长泵的使用寿命 产品说明书中提供了较详细的泵参数指导 性图表 在选择时 应严格遵照产品说明书中的规定 要特别注意壳体内的泄油压力 壳 体内的泄油压力取决于轴封所能允许的最高压力 德国 Rexroth 公司生产的斜轴式轴向柱 塞泵和马达的壳体泄油压力一般为 0 2MPa 也有高达 1MPa 的 如 2AF 定量泵系列 6 1 国产轴向柱塞泵和马达的壳体泄油压力应严格遵照产品使用说明书的规定 过高的壳体泄 油压力将导致轴封的早期损坏 轴向柱塞泵和马达转速的选择应严格按照产品技术规格表 中规定的数据 不得超过最高转速值 至于其最低转速 在正常使用条件下 并没有严格 的限制 但对于某些要求转速均匀性和稳定性很高的场合 则最低转速不得低于 50r min 泵的结构形式 柱塞泵有定量泵和变量泵两种 定量泵结构简单 价格便宜 大多数液 压系统中采用 而能量利用率高的变量泵 也在越来越多的场合发挥作用 一般来说 如 果液压功率小于 10KW 工作循环是开关式 泵在不使用时可完全卸荷 并且大多数工况下 需要泵输出全部流量则可以考虑选用定量泵 如果液压功率大于 10KW 流量的变化要求较 大 则可以考虑选用变量泵 变量泵的变量形式的选择 可根据系统的工况要求以及控制 方式等因素选择 油温和粘度 液压泵的最低工作温度一般根据油液粘度随温度降低而加大来确定 当油 液粘稠到进口条件不再保证液压泵完全充满时将发生气蚀 抗燃液压油的比重大于石油基 液压油 有时低温粘度也更大 许多抗燃液压油含水 如果压力低或温度高则水会蒸发 因此 使用这些油液时 泵进口条件更加敏感 常用的解决办法是用辅助泵给主泵进口升 压 或把泵进口布置成低于油箱液面 以便向泵进口灌油 液压泵的最高允许工作温度取 决于所用油液和密封的性质 超过允许温度时 油液会变稀 粘度降低 不能维持高载荷 部位的正常润滑 引起氧化变质 根据制造厂规定 柱塞泵和马达的工作油温范围为 25 80oC 工作介质的最低粘度为 10mm2 s 最高粘度为 100mm2 s 使用寿命 所谓使用寿命 通常是指大修周期内泵在额定条件下运转时间的总和 通 常车辆用泵和马达周期为 2000h 以上 室内泵的使用大修周期为 5000h 以上 价格 一般来说 斜盘式轴向柱塞泵 马达 要比斜轴式轴向柱塞泵 马达 价格低 定量泵比变量泵价格低 与其他泵相比 柱塞泵比叶片泵 齿轮泵贵 但性能和寿命要优 于它们 一 泵参数的计算 1 泵的流量 液压马达所需的最大的流量85 4 以此为依据计算泵的排量 液压泵的最max q minL 大输出流量 11maxpv qqkq 式中 泵的最大输出流量 1p q minL 行走系统所需的流量 1v q minL 系统的泄漏系数 取 1 2k 计算得 102 5 初选行走液压泵为 A4VG28 斜盘式轴向柱塞变量泵 其基1p q minL 本参数如表 2 6 表表 2 6 斜盘式轴向柱塞变量泵斜盘式轴向柱塞变量泵 A4VG28 的基本参数的基本参数 参数名称数值 排量 28 3 cm r 持续最高转速 4250 minr 极限转速 4500 minr 间歇极限转速 5000 minr 最低转速 500 minr 峰值压力 45MPa 公称压力 40MPa 最大流量 119 minL 2 泵的压力 液压泵的最大工作压力 2 16 111PM ppp 式中 如前所诉 1M p 系统油路上的总压力损失 按经验估取 1 1 p a MP 因此 所选的液压泵满足要求 1 36MPa P p 二 行走液压泵的验算 1 流量校核 液压泵首先应满足系统的最大流量要求 液压泵的流量 满足设计 max1 102 5 min pv qqL 要求 2 压力校核 在初定液压系统的压力之后 要求所选的泵的额定压力高于系统压力 差值以 10 30 为 宜 1 min 20 46 60 P c M q vrkm h KV i 1max1 1max 100 20 PP P pp p 由上式可知 实际最大工作压力比样本最大压力小 20 满足设计要求 3 最低稳定速度 滑移装载机的特点是灵活 能适应多种环境作业 因此 需要有一定的低速稳定性 才能保证机器的堆垛等需要将物料准确的放置的操作 当液压泵处于最低转速 1min 500 min P nr 2 17 3 1min11min 14000 min PPP qVncm A 最低稳定速度 1 min 20 46 60 P c M q vrkm h KV i 此速度表明滑移装载机能在较低的速度下稳定运行 三 行走液压泵的配置 行走液压系统的泵选取力士乐的泵 其可配套先关的流量控制装置和回路压力调节 装置 还有多种控制方式供选择 该液压泵为变量轴向柱塞泵 工作回路为闭式回路 变 量装置采用电两点控制 带开关电磁铁 电磁铁工作电压为 12V 带压力切断 轴伸为花键 轴 DIN5480 串联泵第一泵标准型 用二孔法兰安装 工作油口 A B 在泵壳体得同侧 带 直动式高压溢流阀 不带旁通阀 在辅助泵吸油路过滤油液 设定补油泵的补油压力为 2 MPa 其简图如图 10 图图 2 4 行走液压泵的安装尺寸行走液压泵的安装尺寸 2 22 2 作业装置液压系统设计与计算作业装置液压系统设计与计算 2 2 1 作业装置工况分析作业装置工况分析 滑移装载机工作装置个典型的作业过程有下列 5 种工况 1 正载水平插入 2 转斗 缸收缩 铲斗掘起 继续收斗使收斗角达到 30 3 转斗缸不动 举升缸伸长 铲斗达到 最大高度 4 转斗缸伸长 举升缸不动 铲斗卸料 收斗角达到一 45 5 自动放平 首先对各个工况进行受力分析 再根据工作装置的载荷大小及变化设计工作装置的液 压系统 一 插入阻力的确定 由经验取插入阻力为 21000N 可满足工作要求 插入阻力受限与发动机的功率以及行 走装置的最大牵引力 而最大牵引力又与滑移装载机作业的环境路面有关 二 铲斗液压缸和动臂液压缸的受力分析 1 铲斗液压缸刚的受力分析及其最大铲掘力的确定 铲斗液压缸在插入工况下不需要主动为铲斗提供动力 而是被动与插入力 在铲斗油 缸收缩 铲斗向上翻转 此时铲斗油缸有杆腔进油 受高压油的作用 铲斗油缸收缩 无 杆腔回油 此时铲斗需要很大的力才能将物料铲掘进斗 动臂举升阶段 铲斗油缸只需要 提供能使铲斗保持平衡的力即可 卸料阶段 铲斗油缸无杆腔进油 有杆腔回油 铲斗向 下翻转 此时不需要很大的力就能将物料卸掉 自动放平阶段 铲斗油缸受力很小 由以 上分析 铲斗油缸的最大受力出现在铲斗铲掘的作业工况阶段 不同的物料需要不同的铲掘力 考虑最坏的工况 取铲斗的最大铲掘力为 2400kg 再 由工作装置的结构得到铲斗到油缸的传力比为 5 因此铲斗油缸所需的最大力为 117600N 由 C F 于铲斗油缸有两个 分配到两个油缸上后每个油缸受力 55380N C F 2 动臂油缸的受力分析及其最大掘起力的确定 动臂油缸在插入和铲掘工况下都只受被动力的作用 在动臂举升阶段需要为动臂提供 其向上举升的力 动臂举升时动臂油缸无杆腔进油 有杆腔回油 铲斗油缸作用力最大 卸料阶段 动臂油缸提供能够支撑物料的力即可 在铲斗自动放平阶段 由于重力的作用 动臂油缸需有一定的背压 以保证动臂缓慢平稳放下 根据经验 去动臂的最大铲掘力为 2430kg 铲斗到动臂的传力比为 5 75 由此计算单 个动臂油缸最大的作用力为 68424N 三 铲斗油缸及动臂油缸的参数计算 1 铲斗油缸的参数计算 铲斗油缸在最大负载约为 55380N 由表 2 2 和表 2 4 可初选时的 P1 25MPa 参照机械设计手册 系统的背压力可以选取 铲斗向上翻转时 即铲斗油缸收缩时 系 统回油路没有背压 因此 0 铲斗向下翻转 即铲斗油缸伸长时 可按 0 5Mpa 来计 2 p 2 p 算 由于铲斗油缸需要提供的拉力远远高于推力 由初步确定的系统工作压力再确定活塞 杆直径 d 与活塞直径 D 的关系 d D 其值可按表 2 7 表 2 8 得 表表 2 7 按工作压力选取按工作压力选取 d D 工作压力MPa 5 05 0 7 0 7 0 d D0 5 0 550 62 0 700 7 表表 2 8 按速比要求确定按速比要求确定 d D V2 v11 11 251 331 461 612 d D0 30 40 50 550 620 71 根据液压缸的供油压力和负载 缸筒内径 D 可按下列公式初步计算 液压缸的负载为推力时 2 18 1 2 12 4 1 F D pp 式中 F 液压缸的最大拉力 N F 55380N 液压缸的负载率 一般取 0 5 0 7 此处取 0 6 液压缸的总效率 一般取 0 7 0 9 此处取 0 8 液压缸的供油压力 一般为系统压力 MPa 1 p 铲斗油缸的速比 根据表 2 7 表 2 8 取 2 计算得 76 7mm 取铲斗油缸的内径为 80mm 活塞杆径mm 1 D 1 56d 2 动臂油缸的参数计算 动臂油缸在最大负载约为 6842N 由表 2 2 和表 2 4 可初选设计压力的 P1 25MPa 参照机械设计手册 系统的背压力可以选取 动臂举升时 即动臂油缸伸长时 系统回 油路没有背压 因此 0 由于动臂油缸需要提供的推力远远高于拉力 2 p 根据液压缸的供油压力和负载 缸筒内径 D 可按下列公式初步计算 动臂油缸的直径 2 19 2 2 12 4 1 F D pp 式中个各参数如前所诉 计算得 78 9mm 取为 80mm mm 2 D 1 56d 2 2 2 作业装置动作循环规划作业装置动作循环规划 滑移装载机的基本动作有五个 即插入 铲掘 举升 卸料 放平一个工作循环大约 用时 13s 根据滑移装载机作业的需要拟定各阶段的时间和行程 现将其各动作循环的时间 和在此阶段铲斗油缸和动臂油缸的行程 平均速度 有杆腔和无杆腔的流量如表 表表 2 9 铲斗油缸和动臂油缸的行程 平均速度 有杆腔和无杆腔的流量铲斗油缸和动臂油缸的行程 平均速度 有杆腔和无杆腔的流量 工作循环时间 s 行程 mm 平均 速度 mm s 平均流量 minL 插入 0 1000000 铲掘 1 2 56543 315 18 200 举升 2 5 7 57601520035 519 3 卸料 7 5 10165662817 600 放平 10 13760253 50 635 4 2 2 3 工作装置液压系统拟定工作装置液压系统拟定 图图 2 5 作业装置液压原理图作业装置液压原理图 1 动臂油缸 动臂油缸 2 平衡阀 平衡阀 3 铲斗油缸 铲斗油缸 4 5 安全阀 安全阀 6 铲斗油缸换向阀 铲斗油缸换向阀 7 动臂油缸换向阀 动臂油缸换向阀 8 溢流阀 溢流阀 9 分流阀 分流阀 10 旁通阀 旁通阀 11 铲斗油缸回油控制阀 铲斗油缸回油控制阀 12 单向阀 单向阀 13 调平阀调平阀 1 调速回路设计 工作装置的液压系统的执行原件为两个铲斗油缸和两个动臂油缸 以实现铲斗的翻转 和动臂的举升 对速度的要求不高 因此采用进油口节流调速即可 进油口节流调速的特 点是 进油节流调速回路使用普遍 但由于执行元件的回油不受限制 所以不宜用在超越 负载 负载力方向与运动方向相同 的场合 阀应安装在液压执行元件的进油路上 多用于 轻载 低速场合 对速度稳定性要求不高时 可采用节流阀 对速度稳定性要求较高时 应采用调速阀 该回路效率低 功率损失大 回路中采用三位六通比例电磁阀换向阀 如图 2 5 中的 6 和 7 通过操纵手柄控制两 个电磁比例换向阀电磁铁的电流方向和大小 即可控制液压油的流向和流量 采用这种阀 的好处是可以提高速度的控制精度 简化系统调速回路 使工作装置的调速更灵活 铲斗油缸动臂油缸 无杆腔有杆腔无杆腔有杆腔 2 液压调平系统的设计 滑移转向装载机的铲斗装满物料后 需要将动臂提升到一定高度进行卸载 卸载之 后又需要将动臂下放到铲掘位置 为了控制物料从铲斗中掉出 普的位置进行调节 手动 控制有两个问题 一是动臂的卸载位置和铲掘位置有很大的随机性 二是增加了司机的劳 动强度和调整时间 降低了劳动生产率 因此 各生产厂家都对铲斗自动调平系统进行了 重点研究 而且一般都在机器上安装了一个二位二通电磁阀 通过对电磁阀的控制 用户 可以在调平和非调平系统之间进行切换 目前的调平系统主要有液压调平系统 机械调 平系统和电子控制调平系统三大类 通滑移转向装载机需要司机用手动控制方式对铲斗为了在滑移装载机铲斗自动调平功 能对于精准定位 提高工作效率 降低劳动强度以及有效减少装载物料的掉落均有着至关 重要的作用 虽然铲斗调平系统的发展经历了机械调平 液压调平和电子调平三个阶段 但由于具有简便可靠 资源容易获取以及高性价比等优目前市场上主流的机型还是以液压 调平为主 而且大多是以提升调平为主 双向 提升 下降 调平机型应用不多调平液压 系统一般只在动臂提升过程中具有调平功能 其调平功能主要通过一个流量分配阀来实现 同时铲斗提升调平过程也是铲斗和动臂复合动作过程 举升调平液压系统的原理如图 2 5 所示 13 为调平阀组 在工作装置要实现举升动作时 控制铲斗油缸控制阀处于中位 铲斗油缸不能直接从 液压泵端进油 也不能直接回油 动臂控制油缸控制阀处于上位 动臂油缸无杆腔进油 有杆腔回油 从有杆腔流出的液压油通过流量分配阀 一部分从分流阀下路流回油箱 一 部分从上位经过单向阀流入铲斗油缸的无杆腔 铲斗向下翻转 以补偿因动臂上升引起的 铲斗倾斜 通过调节流量分配阀上下节流口孔径的比例 可实现动臂的举升角度变化与铲 斗角度变化基本保持一致 已达到调平的目的 反之 动臂下降时 压力油经经旁通阀或者分流阀流入动臂油缸有杆腔 从动臂液压 缸无杆腔流出的液压油经动臂换向阀工作油口 B1 回油 此时铲斗缸油与动臂油缸无关联动 作 铲斗不能保持平衡 如图 2 所示 当动臂油缸的无杆腔得油 其缸杆伸出 推动动臂向上动作 摇臂向后 转动 当动臂提升到一定高度时 在连杆的作用下 动臂做向前和向上运动 摇臂向前转 动 从动臂油缸 1 有杆腔的油经过流量分配阀后 有一部分油进入到铲斗油缸的无杆腔 使得铲 图图 2 6 工作装置模型工作装置模型 1 摇臂 摇臂 2 动臂油缸 动臂油缸 3 连杆 连杆 4 动臂 动臂 5 铲斗油缸 铲斗油缸 6 铲斗 铲斗 斗油缸在整个动臂提升过程中能始终保持同步伸出 铲斗始终保持动臂提升前的状态 即动臂的转角和铲斗的转角的变化量保持一致 从而实现铲斗提升调平 无关联动作 铲 斗不能够保持调平状态 3 液压系统的工况循环 通过电磁铁 DT1 DT5 的通断以及电流的大小 控制三位六通阀滑阀的位置 实现液流 方向和大小的控制 电磁铁 DT1 DT5 是通过左右两个操纵手柄控制的 通过控制操纵手柄 能实现多种动作的组合 实现滑移装载机 的工作装置的各种工作 当 DT1 DT5 都不上电时 滑移装载机 向前行走 通过行走系统的牵引作用 将 铲斗插入物料之中 当电磁铁 DT4 上电 其余电磁铁都不上电时 铲斗油缸换向阀 6 处于上位 铲斗油缸有杆腔进油 铲斗