挖掘机液压系统设计【含4张CAD图纸、文档全套】【GC系列】
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液压系统的控制元件隔振M. STOSIAK弗罗茨瓦夫大学的技术，wybrzeze wyspianskiego 25，50-370弗罗茨瓦夫，波兰。本文对液压阀上的外部机械振动的影响。理论分析选定的振动绝缘体的贡献在液压阀壳体的振动减少了。报道了初步简单隔振的实验测试结果。关键词：机械振动，脉动压力，液压阀1 简介液压系统的主要特点是围绕一个平均值压力周期性的变化，通常被称为压力波动。其后果是缺乏奈特雷负。该泵的位移分量的循环操作 1 或在液压阀的控制元的自我激励 2 因流动液体的作用 4 或外部的机械振动 3，5，6 是压力波动的原因之一。压力波动引起的单独的系统组件振动。这有不利的影响，特别是对定位的精度，例如，在一个机床刀具。这也适用于（但到一个较小的程度），是影响固定液压阀的振动源移动机。一般来说，由一台机器或设备的振动传递复杂的问题可以分为三个相互关联的类别：.振动源，.振动传递路径，.效应。振动的最常见的原因是与机器的动作或操作连接的干扰，例如，当一个移动台移动在不平的表面或当旋转件不平衡在材料加工。另一个主要的振动源驱动单元，例如内燃机工作循环周期时变特性进行 7，8 。液压操作系统也是机械振动源引起的压力波动和位移泵循环运行期。由于产生的振动频率不同，传输路径也不同。不规则的表面上移动的机器动作导致激发的0.5250赫兹的频率范围为 119 。后者包括由驱动产生激励（燃烧）引擎和位移泵运动学，出现压力波动在机器的液压系统。由于流动的空气阻力的振动是在25016 000赫兹的频率范围内，他们是由机器的部件分离气流引起的。同时流动的工作介质的液压系统产生振动和噪声。有时发生气蚀，产生高频噪声。振动所产生的机械传送产生不同的影响。机械振动，影响机器操作员。组件的系统与该机装备，特别是液压元件及系统也受到机械振动。这些组件都需要有良好的动态特性和具有稳定性，定位精度高，运行可靠性，确定性，噪音小。现代液压比例阀或者液压微波暴露于外部的机械振动，特别是因为他们中的干扰力可以量的控制力，这可能会导致很多不良影响，如失稳，定位不准确，损坏密封件和增加噪声 12 。2 柔性液压阀固定正如上面提到的，为了减少液压阀的控制元件的振动隔离阀壳似乎从底座的外部机械振动感（例如移动机器或机床振动框架）。对振动的外壳专用夹持座水力分布器的设计是液压阀灵活的固定效应分析。后者在其两侧的弹簧支撑系统与一个已知的线性特性和已知的预变形（图1）。图1 气门座：1液压阀（经销商），2基座，3弹簧预变形螺栓，4弹簧，5移动夹座该支架的设计是这样的，安装在阀门的弹簧约束（用一个等效刚度）和移动夹座（2，图1）把它按照干摩擦模型。在其两侧，由弹簧支撑的价值。一种液压系统中的比例分配式4wre 6 e08-12 / 24z4 / M操作，如图2所示。图2 液压系统的组成方案：将调查1给水泵，2溢流阀，3调查的组成部分，4调节节流阀一二质量系统的模型的比例分配在液压系统如图2所示，可以通过以下系统的四个方程表示：第四个方程描述作用在认为情况下阀壳的力量。进一步对该方程将被修改以描述该隔振元件的特性。一些简化的假设，方程（1）：工作液不改变其性质，库仑摩擦忽略了对阀芯套内定向控制阀，库仑摩擦是阀体与阀座之间的合作，弹簧特性是线性的和刚度系数C描述，液压系统的描述是基于集中参数模型，该模型不代表管阀体振动的影响。一个数值的溶液中形成的“传递函数”， 在阀壳体振动加速度幅值A2激励振动加速度振幅A0比，如图3所示。图3 比例分配器壳体振动加速度幅值A2相对激振加速度振幅A0f = 1060赫兹对模拟结果的分析表明，在约20赫兹的频率振动幅度相当大的增益。这是由于共振自振阀达4.5公斤，持有人的等效刚度的弹簧质量86 000 N /米。因此在配器壳体振动的振幅增益OB曾在1030赫兹的范围内（无效的隔振）。不同形式的绝缘元件可以假定。一个准零刚度振动绝缘体的引入大大有助于阀门壳体的振动最小化。与准零刚度隔振器的理想的特性是由以下方程 13 ：c1w，C2W分别主弹簧和补偿弹簧的刚度，H角的初始，侧臂轴Y原来的倾向，P1H, P2H在位置初始弹簧张力HN，在这样一个振动激发方向绝缘子总刚度（外部机械振动的方向）是：因此，模型的第四个方程（1）可以写为：模型示例解决方案（1）补充方程（4）是在激励频率f = 1060赫兹以下的数字显示。对模拟结果的分析表明，由于振动的使用准零刚度阀壳体的振动可以做出降低绝缘子。不过，由于其尺寸绝缘体不能用在小空间。因此，材料具有良好的隔振性能，适合在小空间使用上应寻求。看来，特殊垫上安装液压阀可以满足要求。这种材料也应耐液压油和极端的环境温度。图5 比例分配器壳体振动加速度幅值A2相对为了激励振动加速度振幅A0 f = 1060赫兹图6 比例分配器壳体振动加速度幅度A2相对激振加速度振幅A0 f = 1060赫兹图5和6的数字显示，这样一个非线性隔振特性可以选择，绝缘将在整个考虑激发频率范围内有效。对阀的机械振动的影响这个问题用理论和实验的方式来考虑。理论上的考虑，基于数值根据数学模型计算。一些理论思考的实验进行了测试使用测试站（液压仿真转台，阀座，弹簧套）。3 实验测试试验台上，使机械振动特征的一种规定的频率产生了实验验证了理论分析的结果和结论。研究了阀曼内斯曼力士乐比例分配式4wre 6 e08-12 / 24z4m固定在支架安装在试验台和子遭外部机械振动（图1）。测试是在没有连接到阀管时进行的。一个线性的静液压驱动模拟器，能够产生高达100赫兹的振动，是外部的机械振动源。对线性静液压驱动模拟器的主要成分是伺服阀控制液压缸。该模拟器由三个主要部分：液压部分，控制部分和控制软件。模拟表的位移是由位移传感器和加速度控制是由加速度控制。对仿真转台测试阀的安装。模拟电控制信号是由外部谐波信号发生器的支持。比例分配器放置在专用架双侧支撑弹簧（有两个弹簧并联在每边）。初步的测试，用一个等效的弹簧进行了86 000 N / m和2毫米的预变形刚度。外激励参数如表2所示。图1 比例分配器放置在特殊的支架和两侧支撑弹簧，在测试过程中表2 作用于测试液压分配器的振动振幅图8 显示了一个整体的阀门振动图的外部激励，即比例分配器壳体加速度幅值A2激发振动振幅A0与2560赫兹的频率比。图8 比例分配器壳体振动加速度幅值A2相对激振加速度振幅A0 f = 2560赫兹4 结论它已被证明是一个机床和移动设备的普遍装备液压阀振动装置。绝缘子的振动为特征在一定的外部振动频率在阀壳体振动加速度振幅降低线性结果弹簧形式的运用，但它可能有利于共振频率。在图3和图8显示的结果比较，模型和测试之间的差异并不很大3560赫兹的频率范围。由于具有非线性特性的阀壳体振动加速度幅值进行几十%降低隔振装置的使用：通过与准零刚度隔振器的90%和80%左右的隔振器的刚度或阻尼是位移或速度的第二功率成正比。在阀壳体振动的减少将导致在滑阀减少振动，尤其是共振范围。在这样的应用振动绝缘体也应满足其他的标准，如：耐环境温度变化，耐液压流体，和几何尺寸小。因此，除了具有良好的理化特性，振动绝缘体，应该有一个标准化的设计，适合于液压阀的典型连接板。参考文献：1 Lisowski E., Szewczyk K.: 多活塞轴流泵的理论确定交货的波动（波兰），Sterowanie i Napd Hydrauliczny, No. 1, 1984, pp. 36。2 Kudma Z.: 对减压阀和液压系统的自由振动频率（波兰），Sterowanie i Napd Hydrauliczny, No. 3, 1990, pp. 2730。3 Amini A., Owen I.: 减压阀的噪声与振动问题的一个可行的解决方案，热流体科学实验，No. 10, 1995, pp. 136141。4 Misra A., Behdinan K., Cleghorn W.L.: 由于结构相互作用的流体控制阀自激振动，流体与结构杂志，Vol. 16, No. 5, 2002, pp. 649665。5 Stosiak M.: 对液压阀控制元件的基础上的低频机械振动的影响（波兰），in: Rozwj maszyn i urzadzen hydraulicznych, Edit. Wacaw Kollek, Wrocaw, Wydaw. Wroc. Rady FSNT NOT, Vol. 11,No. 23, 2006, pp. 8394。6 Stosiak M.: 液压系统中的压力脉动对地面机械振动的影响（波兰），Hydraulika i Pneumatyka, No. 3, 2006, pp. 58。7 Engel Z.: 对振动和噪声的环境保护（波兰），Wy-dawnictwo Naukowe PWN, Warsaw, 2001。8 Leea E.C., Nianb C.Y., Tarng Y.S.: 车削加工中对振动动力吸振器的设计，材料处理技术杂志，Vol. 108, 2001,pp. 278285。9 Grajnert J.: 振动绝缘的机械和车辆（波兰），Oficyna Wy-dawnicza Politechniki Wrocawskiej, Wrocaw, 1997。10 Pytlik A.: 在机械外壳部分液压系统振动（波兰），Napdy i Sterowanie, Vol. 10, No. 4, 2008, pp. 121130。11 Krylov V., Pickup S., McNuff J.: 从重型军用车辆的地面振动光谱的计算，声音与振动杂志，Vol. 329, No. 115, 2010, pp. 30203029。前言挖掘机的液压系统是挖掘机上重要的组成部分，它是挖掘机工作循环的的动力系统。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。液压技术的发展直接关系挖掘机的发展，挖掘机与液压技术密不可分，二者相互促进。液压技术是现代挖掘机的技术基础，挖掘机的发展又促进了液压技术的提高。挖掘机的液压系统复杂，可以说目前液压传动的许多先进技术都体现在挖掘机上。挖掘机的液压系统都是由一些基本回路和辅助回路组成，它们包括限压回路、卸荷回路、缓冲回路、节流调速和节流限速回路、行走限速回路、支腿顺序回路、支腿锁止回路和先导阀操纵回路等，由它们构成具有各种功能的液压系统。随着科技的进步，挖掘机的液压系统将更加复杂，功能更加多样且便于操作控制，工作效率高，耗能少，先进的液压系统会使挖掘机在工程领域发挥更大的作用。1 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建设领域，特别是基础设施建设中所起的作用越来越明显，液压挖掘机作为一类快速、高效的施工机械愈来愈被人们所认识。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达到 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，二者相互促进，一方面，液压技术是现代挖掘机的技术基础，另一方面，挖掘机的发展又促进了液压技术的提高。挖掘机的液压系统复杂，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，系统地论述现代液压挖掘机液压系统的论文却较少，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。1.2 挖掘机及其液压技术概述挖掘机的发展史可追溯到 19 世纪三四十年代。美国实施西部大开发工程催生了以蒸汽机作为动力，模仿人体大臂、小臂和手腕构造，能行走和扭腰的挖掘机。随后的一百多年中，挖掘机并没有得到很大发展，其原因一是当时的工程主要是国土开发、大规模的筑路和整修场地等，平面作业较多，使铲土运输机械成为当时的主力机种，二是挖掘机作业装置动作多、运动范围大、采用多自由度机构，机械传动难以适应这些要求，而当时的液压技术还不成熟，不能大规模地应用到实际工业中。随着社会的不断进步，工程建设和施工形式逐渐向土木施工方向发展，同时液压技术也逐步得以完善，这些因素的变化反过来又促进挖掘机的不断更新换代。20 世纪 40 年代有了在拖拉机上配装液压铲的悬挂式挖掘机，50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机，60 年代，当液压传动技术成为成熟的传动技术时，液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展吉阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快（见表 11），产量猛增。19681970年间液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的 83%，目前已接近 100%，所谓挖掘机在现代主要是指液压挖掘机，机械式挖掘机已很少见，液压传动技术为挖掘机的发展提供了强有力的技术支撑。表 1-1 液压挖掘机制造厂及型号增长情况Tab. 1-1 Hydraulic excavator factory and growth circumstance国别制造厂家 产品型号19631966196919721963196619691972西德5171718123674106美国2814174194373法国587310262731意大利36811371842英国36993122228日本4131462844合计1849687232106212324液压传动是挖掘机的重要组成部分之一，目前常用的传动方式有机械传动、电力传动和流体传动。流体传动包括液体传动和气体传动，液体传动又分为液压传动和液力传动。所谓液压传动是指在密闭的回路中，利用液体的压力能来进行能量的转换、传递和分配的液体传动。在现代工业中液压传动技术几乎应用于所有机械设备的驱动、传动和控制，如操纵车辆转向和制动，控制和驱动飞机、机床、工程机械、农业机械、采矿机械、食品机械和医疗机械等1650 年法国帕斯卡提出的封闭静止流体中压力传递的帕斯卡原理成为液压传动的理论基础，此后液压传动理论不断得以丰富和完善，如 1686 年牛顿揭示了粘性流体的内磨擦定律，18 世纪建立了流体力学的两个重要方程：连续性方程和伯努利方程。丰富的理论和实践的需要促进了液体应用技术和成果的不断涌现。1795 年英国人约瑟夫步拉默发明了世界上第一台水压机；随后出现在英国的工业革命促进了液压技术的迅速发展；到 1870 年液压传动技术已经被用来驱动各种液压设备，如液压机、起重机、绞车、挤压机、剪切机和铆接机等； 1900 年，世界上出现了第一台轴向柱塞泵；1910 年及 1922 年海勒.肖及汉斯.托马斯研制出用油作工作介质的径向柱塞泵；1926 第一套由泵控制阀和执行元件组成的集成液压系统在美国诞生；1936 年哈里?威克斯又发明了先导式液流阀。第二次世界大战之后，美国麻省理工学院的布莱克本、李诗颖等人对液压伺服控制问题作了深入的研究，于 1958 年制造了喷嘴挡板型电液伺服阀；20 世纪六十年代末，电液比例阀应运而生；70 年代后期，德美等国相继研制成负载敏感泵及大功率电磁阀；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在以下几个方面：（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、复合、小型化、轻量化元件。（4）开展液压系统自动控制技术方面的研究与开发。（5）加强以提高安全性和环境保护为目的研究开发。（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20。1.3 国内外研究现状我国挖掘机生产起步较晚，从 1954 年抚顺挖掘机厂生产第一台机械式单斗挖掘机至今，大体经历了测绘仿制、自主研发和发展提高三个阶段。新中国成立初期，以测绘仿制前苏联 20 世纪 3040 年代的机械式单斗挖掘机为主，开始了我国的挖掘机生产历史，由于当时国家经济建设的需要，先后建立起十多家挖掘机生产厂，到 20 世纪 80 年代末，我国的中小型液压挖掘机已形成系列，但总的说来，我国的挖掘机生产批量小，产品质量不稳定，与国际先进水平相比，差距较大。改革开放以来，生产企业积极引进、消化、吸收国外先进技术，促进了我国挖掘机行业的发展，目前国产液压挖掘机的产品性能指标已达到 20 世纪 80 年代的国际水平，部分产品达到了 90 年代的水平。国外挖掘机生产历史较长，液压技术的不断成熟使挖掘机得到全面发展。德国是世界上较早开发研制挖掘机的国家，1954 年和 1955 年德国的德马克和利渤海尔两家公司分别开发了全液压挖掘机；美国是继德国以后生产挖掘机历史最长、数量最大、品种最多和技术水平处于领先地位的国家；日本挖掘机制造业是在二次大战后发展起来的，其主要特点是在引进、消化先进技术的基础上，通过大胆创新发展起来的；韩国是液压挖掘机生产的后起之秀，20 世纪 70 年代开始引进技术，由于产业政策支持，很快进入国际市场，并已挤入国际液压挖掘机的主要生产国之一。20 世纪 60 年代，挖掘机进入成熟期，各国挖掘机制造商纷纷采用液压技术并与其它技术相结合，使产品的适应性得到较快发展，产品寿命和质量不断提高操纵更加舒适，产品更加节能。例如美国卡特彼勒公司 1995 年以后推出的 300B系列液压挖掘机，采用一种命名为 maestro 的系统，通过载荷传感液压装置，控制发动机的输出功率，实现与液压泵的严格匹配。Maestro 控制面板在机型上安装两种功率模式和四种工况状态，允许用户自行决定功率工况模式。再如韩国现代公司生产的 ROBEX450-3 型液压挖掘机，有四种功率模式，通过集成化的电子控制系统自动确定最佳的发动机转速和液压泵的输出参数，使得发动机、液压泵的速度及液压系统压力与实际工况相适应，从而获得最高的生产率和最佳的燃油消耗。此种技术在日本小松、日立建机、神钢、韩国大宇重工、德国的利渤海尔、英国的 JCB等公司均得到普遍应用，代表了当代液压挖掘机的最高水平。1.4 挖掘机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如下特点：（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过程中，压力减小时用增大流量来补偿，使液压泵功率保持恒定，亦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），使挖掘力成倍增加；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，成为开式回路第二个独立的快速运动。液压技术在挖掘机上的普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机上的应用与推广创造了条件，液压、电子和自动化技术日益结合，共同促进挖掘机的控制性能不断提高。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。20 世纪 70 年代，为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使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，并已成为挖掘机现代化的重要标志，亦即目前先进的挖掘机上设有发动机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。所有这一切，都是挖掘机的全液压化奠定的基础并为挖掘机的全面发展创造了美好的前景。（2）重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速度。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；日本住友公司生产的 FJ 系列五种新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，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；德国奥加凯（O&K）公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，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，即使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了 ECO（电子控制作业）的操纵装置，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；美国卡特匹勒公司在新型 B系统挖掘机上采用最新的3114T型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。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，这样既充分利用了发动机的功率、提高挖掘机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。2 挖掘机液压系统概述2.1 挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来就组成一个挖掘机液压系统。它是以油液为工作介质、利用液压泵将发元件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、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。回转系统工作时必须满足如下条件：回转迅速、起动和制动无冲击、振动和摇摆，与其它机构同时动作时，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，多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，且各执行元件（液压缸、液压马达等）有良好的过载保护；回转机构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、急剧的振动作用下，具有足够的可靠性。（3）设置轻便耐振的冷却器，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，或温升不超过 45。（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，液压元件对油液污染的敏感性要低，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劳动强度。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。动臂举升和臂和铲斗自动举升到正确的卸载高度。由于卸载所需回转角度不同，随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应该是可调整的，若卸载回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂举升速度慢些。（3）卸载。回转至卸土位置时，转台制动，用斗杆调节卸载半径和卸载高度，用铲斗缸卸载。为了调整卸载位置，还需动臂配合动作。卸载时，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，要求回转速度快，因此该工况的供油情况通常是一个泵全部流量供回转，另一泵大部分油供动臂，少部分油经节流供斗杆。2.3 挖掘机液压系统的基本回路分析基本回路是由一个或几个液压元件组成、能够完成特定的单一功能的典型回路，它是液压系统的组成单元。液压挖掘机液压系统中基本回路有限压回路、卸荷回路、缓冲回路、节流回路、行走回路、合流回路、再生回路、闭锁回路、操纵回路等。2.3.1 限压回路限压回路用来限制压力，使其不超过某一调定值。限压的目的有两个：一是限制系统的最大压力，使系统和元件不因过载而损坏，通常用安全阀来实现，安全阀设置在主油泵出油口附近；二是根据工作需要，使系统中某部分压力保持定值或不超过某值，通常用溢流阀实现，溢流阀可使系统根据调定压力工作，多余的流量通过此阀流回油箱，因此溢流阀是常开的。液压挖掘机执行元件的进油和回油路上常成对地并联有限压阀，限制液压缸、液压马达在闭锁状态下的最大闭锁压力，超过此压力时限压阀打开、卸载保护了液压元件和管路免受损坏，这种限压阀（图 2-1）实际上起了卸荷阀的作用。维持正常工作，动臂液压缸虽然处于“不工作状态”，但必须具有足够的闭锁力来防止活塞杆的伸出或缩回，因此须在动臂液压缸的进出油路上各装有限压阀，当闭锁压力大于限压阀调定值时，限压阀打开，使油液流回油箱。限压阀的调定压力与液压系统的压力无关，且调定压力愈高，闭锁压力愈大，对挖掘机作业愈有利，但过高的调定压力会影响液压元件的强度和液压管路的安全。通常高压系统限压阀的压力调定不超过系统压力的 25%，中高压系统可以调至 25%以上。 1- 换向阀 2- 限压阀 3- 油缸 图2-1 限压回路 Fig. 2-1 limited pressure circuit2.3.2 缓冲回路液压挖掘机满斗回转时由于上车转动惯量很大，在启动、制动和突然换向时会引起很大的液压冲击，尤其是回转过程中遇到障碍突然停车。液压冲击会使整个液压系统和元件产生振动和噪音，甚至破坏。挖掘机回转机构的缓冲回路就是利用缓冲阀等使液压马达高压腔的油液超过一定压力时获得出路。图 2-2 为液压挖掘机中比较普遍采用的几种缓冲回路。图 2-2 (A)中回转马达两个油路上各装有动作灵敏的小型直动式缓冲（限压）阀 2、3，正常情况下两阀关闭。当回转马达突然停止转动或反向转动时，高压油路的压力油经缓冲阀 3 泄回油箱，低压油路则由补油回路经单向阀 4 进行补油，从而消除了液压冲击。缓冲（限压）阀的调定压力取决于所需要的制动力矩，通常低于系统最高工作压力。该缓冲回路的特点是溢油和补油分别进行，保持了较低的液压油温度，工作可靠，但补油量较大。图 2-2（B）是高、低压油路之间并联有缓冲阀，每一缓冲阀的高压油口与另一缓冲阀的低压油口相通。当回转机构制动、停止或反转时，高压腔的油经过缓冲阀直接进入低压腔，减小了液压冲击。这种缓冲回路的补油量很少，背压低，工作效率高。图 2-2（C）是回转马达油路之间并联有成对单向阀 4、5 和 6、7，回转马达制动或换向时高压腔的油经过单向阀 5、缓冲（限压）阀 2 流回油箱，低压腔从油箱经单向阀 6获得补油。 1- 换向阀 2.3- 缓冲阀 4.5.6.7- 单向阀 图2-2 缓冲回路 Fig. 2 -2 buffer circuit上述各回转回路中的缓冲（限压）阀实际上起了制动作用，换向阀 1 中位时回转马达两腔油路截断，只要油路压力低于限压阀的调定压力，回转马达即被制动，其最大制动力矩由限压阀决定。当回转操纵阀回中位产生液压制动作用时，挖掘机上部回转体的惯性动能将转换成液压位能，接着位能又转换为动能，使上部回转体产生反弹运动来回振动，使回转齿圈和油马达小齿轮之间产生冲击、振动和噪声，同时铲斗来回晃动，致使铲斗中的土洒落，因此挖掘机的回转油路中一般装设防反弹阀。2.3.3 节流回路节流调速是利用节流阀的可变通流截面改变流量而实现调速的目的，通常用于定量系统中改变执行元件的流量。这种调速方式结构简单，能够获得稳定的低速，缺点是功率损失大，效率低，温升大，系统易发热，作业速度受负载变化的影响较大。根据节流阀的安装位置，节流调速有进油节流调速和回油节流调速两种 1- 齿轮泵 2- 溢流阀 3- 节流阀 4- 换向阀 5- 油缸 图2-3 节流回路 Fig. 2 -3 throttle circuit图 2-3 (A)为进油节流调速，节流阀 3 安装在高压油路上，液压泵 1 与节流阀串联，节流阀之前装有溢流阀 2，压力油经节流阀和换向阀 4 进入液压缸 5 的大腔使活塞右移。负载增大时液压缸大腔压力增大，节流阀前后的压力差减小，因此通过节流阀的流量减少，活塞移动速度降低，一部分油液通过液流阀流回油箱。反之，随着负载减小，通过节流阀进入液压缸的流量增大，加快了活塞移动速度，液流量相应地减少。这种节流方式由于节流后进入执行元件的油温较高，增大渗漏的可能性，加以回油无阻尼，速度平稳性较差，发热量大，效率较低。图 2-3 (B)为回油节流调速，节流阀安装在低压回路上，限制回油流量。回油节流后的油液虽然发热，但进入油箱，不会影响执行元件的密封效果，而且回油有阻尼，速度比较稳定。液压挖掘机的工作装置为了作业安全，常在液压缸的回油回路上安装单向节流阀，形成节流限速回路。如图 2-3（C）所示，为了防止动臂因自重降落速度太快而发生危险，其液压缸大腔的油路上安装由单向阀和节流阀组成的单向节流阀。此外，斗杆液压缸、铲斗液压缸在相应油路上也装有单向节流阀。2.3.4 行走限速回路履带式液压挖掘机下坡行驶时因自重加速，可能导致超速溜坡事故，且行走马达易发生吸空现象甚至损坏。因此应对行走马达限速和补油，使行走马达转速控制在允许范围内。 1- 换向阀 2.3- 压力阀 4.5.6- 单向阀 8.9- 安全阀 10- 行走马达 图2-4 行走限速回路 Fig. 2 -4 walking limit speed circuit 行走限速回路是利用限速阀控制通道大小，以限制行走马达速度。比较简单的限速方法是使回油通过限速节流阀，挖掘机一旦行走超速，进油供应不及，压力降低，控制油压力也随之降低，限速节流阀的通道减小，回油节流，从而防止了挖掘机超速溜坡事故的发生。履带式液压挖掘机行走马达常用的限速补油回路如图 2-4 所示，它由压力阀2、3，单向阀 4、5、6、7 和安全阀 8、9 等组成。正常工作时换向阀 1 处于右位，压力油经单向阀 4 进入行走马达 10，同时沿控制油路推动压力阀2，使其处于接通位置，行走马达的回油经压力阀 2 流回油箱。当行走马达超速运转时，进油供应不足，控制油路压力降低，压力阀 2 在弹簧的弹力作用下右移，回油通道关小或关闭，行走马达减速或制动，这样便保证了挖掘机下坡运行时的安全。这种限速补油回路的回油管路上装有 510bar 的背压阀，行走马达超速运转时若主油路压力低于此值，回油路上的油液推开单向阀 5 或 7 对行走马达进油腔补油，以消除吸空现象。当高压油路中压力超过安全阀 8 或 9 的调定压力时，压力油经安全阀返回油箱。1- 行走 2- 动臂.铲斗 3- 前泵 4- 行走 5- 后泵 6- 回转.斗杆 7- 先导油压图2-5 直走阀油路Fig. 2 -5 turn right valve circuit此外为了实现工作装置、行走同时动作时的直线行驶，一般采用直行阀，图2-5 为直行阀工作原理图。在行驶过程中，当任一作业装置动作时，作业装置先导操纵油压就会作用在直行阀上，克服弹簧力，使直行阀处于上位。图中前泵并联供左右行走，后泵并联供回转、斗杆、铲斗和动臂动作，后泵还可通过单向阀和节流孔与前泵合流供给行走。2.3.5 合流回路为了提高挖掘机生产效率、缩短作业循环时间，要求动臂提升、斗杆收放和铲斗转动有较快的作业速度，要求能双（多）泵合流供油，一般中小型挖掘机动臂液压缸和斗杆液压缸均能合流，大型挖掘机的铲斗液压缸也要求合流。目前采用的合流方式有阀外合流、阀内合流及采用合流阀供油几种合流方式。阀外合流的液压执行元件由两个阀杆供油，操纵油路联动打开两阀杆，压力油通过阀外管道连接合流供给液压作用元件，阀外合流操纵阀数量多，阀外管道和接头的数量也多，使用上不方便。阀内合流的油道在内部沟通，外面管路连接简单，但内部通道较复杂，阀杆直径的设计要综合平衡考虑各种分合流供油情况下通过的流量。合流阀合流是通过操纵合流阀实现油泵的合流，合流阀的结构简单，操纵也很方便。2.3.6 闭锁回路 图2-6 闭锁回路 图2-7 再生回路Fig.2 -6 closed loop Fig. 2 -7 renewable loop 动臂操纵阀在中位时油缸口闭锁，由于滑阀的密封性不好会产生泄露，动臂在重力作用下会产生下沉，特别是挖掘机在进行起重作业时要求停留在一定的位置上保持不下降，因此设置了动臂支持阀组。如图 2-6 所示，二位二通阀在弹簧力的作用下处于关闭位置，此时动臂油缸下腔压力油通过阀芯内钻孔通向插装阀上端，将插装阀压紧在阀座上，阻止油缸下腔的油从 B 至 A，起闭锁支撑作用。当操纵动臂下降时，在先导操纵油压 P 作用下二位二通阀处于相通位置，动臂油缸下腔压力油通过阀芯钻孔油道经二位二通阀回油，由于阀芯内钻孔油道节流孔的节流作用，使插装阀上下腔产生压差，在压差作用下克服弹簧力，将插装阀打开，压力油从 B 至 A。2.3.7 再生回路动臂下降时，由于重力作用会使降落速度太快而发生危险，动臂缸上腔可能产生吸空，有的挖掘机在动臂油缸下腔回路上装有单向阀和节流阀组成的单向节流阀，使动臂下降速度受节流限制，但这将引起动臂下降慢，影响作业效率。目前挖掘机采用再生回路，如图 2-7 所示，动臂下降时，油泵的油经单向阀通过动臂操纵阀进入动臂油缸上腔，从动臂油缸下腔排除的油需经节流孔回油箱，提高了回油压力，使得液压油能通过补油单向阀供给动臂缸上腔。这样当发动机在低转速和泵的流量较低时，能防止动臂因重力作用下迅速下降而使动臂缸上腔产生吸空。3 挖掘机液压系统设计3.1 挖掘机的功用和对液压系统的要求 挖掘机主要用来开挖堑壕，基坑，河道与沟渠以及用来进行剥土和挖掘矿石。他在筑路，建筑，水利施工，露天开采矿作业中都有广泛的应用1。液压挖掘机的液压系统是由动力元件(各种液压泵),执行元件(液压缸.液压马达),控制元件(各种阀)以及辅助装置(冷却器.过滤器)用油管按一定方式连接起来组合而成。它将发动机的机械能,以油液作为介质,经动力元件转变为液压能,进行传递,然后再经过执行元件转返为机械能,实现主机的各种动作。由于液压系统的功能是传递,分配和控制机械动力,因此是液压挖掘机的关键部分。,液压挖掘机的液压系统都是由一些基本回路和辅助回路组成，它们包括限压回路、卸荷回路、缓冲回路、节流调速和节流限速回路、行走限速回路、支腿顺序回路、支腿锁止回路和先导阀操纵回路等，由它们构成具有各种功能的液压系统。液压挖掘机的工作过程,包括作业循环和整机移动两项主要动作。液压挖掘机的的一个作业循环的组成包括:挖掘一般以斗杆缸动作为主,用铲斗缸调整切削角度,配合挖掘。有特殊要求的挖掘动作,则根据作业要求,进行铲斗,斗杆和动臂三个缸的复合动作,以保证铲斗按某一特定轨迹运动。满斗提升及回转挖掘结束,铲斗缸推出,动臂缸顶起,满斗提升,同时回转电动机启动,转台向卸土方向回转。卸载回转到卸载地点,转台制动。斗杆缸调整卸载半径,铲斗缸收回,转斗卸载。当对卸载位置和卸载高度有严格的要求时,还需要动臂配合动作。返回卸载结束,转台向反方向回转。同时,动臂缸与斗杆缸配合动作,使空斗下放到新的挖掘位置。挖掘机一般工作在施工场合,因此工作环境恶劣,这就要求挖掘机的液压系统和执行元件要有足够的强度和非常好的密封性能。由于挖掘机的动作频繁,因此,液压元件和管路要能够承受频繁的液压冲击,以保证挖掘机能够长时间安全稳定的工作。设计出便于操作，更加人性化，工作效率高，耗能少的挖掘机，才会在工程领域发挥更大的作用。3.2 挖掘机液压系统分析3.2.1 挖掘机的液压系统原理图挖掘机的液压系统原理图如下1：A、B液压泵 1、2、3、4第一组四联换向阀 5合流阀 6、7、8、9第二组四联换向阀 10限速阀 11梭阀 12背压阀 13散热器 14滤油器 15推土液压缸 16左行走马达 17右行走马达 18回转马达 19动臂液压缸 20辅助液压缸21斗杆液压缸 22铲斗液压缸 23、24、25单向节流阀 图示全液压挖掘机的液压系统为双泵双路定量系统。系统中所用的是斜轴式径向柱塞泵。它有两个出油口，相当于A，B两台泵供油，其流量为328L/min。A泵输出的压力油进入多路阀组I（带合流阀5）驱动回转马达18，铲斗缸22和辅助缸20动作，并经中央回转接头驱动右行走马达17。泵B输出的压力油进入多路阀组II（带限速阀10）驱动动臂缸19，斗杆缸21，并经过中央回转接头驱动左行走马达16和推土缸15。每组多路阀中的四联换向阀组成串联油路。3.2.2 系统工作循环分析 根据挖掘机的作业要求，液压系统应完成挖掘，满斗提升回转，卸载和返回工作循环。上述工作循环由系统中的一般工作回路实现。（1） 通常以铲斗缸或两者配合进行挖掘；必要时配以动臂动作。操纵多路阀组I中的换向阀3处于右位，这时油液的流动是：进油路：A泵换向阀1.2的中位换向阀3右位产斗缸22大腔。回油路：铲斗缸22小腔单向节流阀25换向阀3右位换向阀4中位合流阀5右位多路阀组II限速阀10右位单向阀12散热器13滤油器14油箱。此时铲斗缸活塞伸出，推动铲斗挖掘。或者同时操纵换向阀3.7使两者配合进行挖掘。必要时操作换向阀6，使处于右位或左位，则B泵来油进入动臂缸19的大腔或小腔，使动臂上升或下降以配合铲斗缸和斗杆缸动作，提高挖掘效率。（2） 满斗提升回转：操纵换向阀6处于右位，B泵来油进入动臂缸大腔将动臂顶起，满斗提升；当铲斗提升到一定高度时操纵换向阀1处于左位或右位，则A泵来油进入回转马达18驱动马达带转台转向卸土处。完成满斗回转主要是动臂和回转马达的复合动作。（3） 卸载：操纵换向阀7控制斗杆缸，调节卸载半径；然后操纵换向阀3处于左位，使铲斗缸活塞回缩，铲斗卸载。为了调整卸载位置还要有动臂缸的配合。此时是斗杆缸和铲斗复合动作，兼以动臂动作。（4） 返回：操纵换向阀I处于右位或左位，则转台反向回转。同时操纵换向阀6和7使动臂缸和斗杆缸配合动作，把空斗放到挖掘点，此时是回转马达和动臂或斗杆复合动作。3.2.3 主要液压元件在系统中的作用换向阀4控制的辅助液压缸20供抓斗作业时使用。为了限制动臂.斗杆.铲斗因自重而快速下降，在其回路上均设置了单向节流阀23.24.25。整机行走由行走马达16.17驱动。左右马达分别属于两条独立的油路。如同时操纵换向阀8和2使处于左位和右位，左右马达16.17即正转或反转，且转速相同（在两条油路的容积效率相等的情况下）。因此挖掘机可保持直线行驶。若使用单泵系统，则难以做到这一（在左右马达行驶阻力不等的情况下）。在左.右行走马达内设有电磁双速阀，可获得两档行走速度。一般情况下，行走马达内部两排柱塞缸并联供油，为低速档；如操纵电磁双速阀，则成串联供油（图示位置），为高速档。 系统回油路上的限速阀10在挖掘机下坡时用来自动控制行走速度，防止超速滑坡。在平路上正常行驶或进行挖掘作业时，因液压泵出口油压力较高，高压油将通过梭阀11使限速阀10处于左位，从而取消回油节流。如在下坡行驶时一旦出现超速现象，液压泵输出的油压力降低，限速阀在其弹簧力的作用下又会回到图示节流位置，从而防止超速滑坡。该机在挖掘作业时，常需动臂缸与斗杆缸快速动作以提高生产效率。为此在系统中增加了合流阀5。合流阀在图示位置时，泵A，B不合流。当操纵合流处于左位时A泵输出的压力油经合流阀5的左位进入多路阀组II.与B泵一起向动臂缸和斗杆缸供油，以加快动臂和斗杆的动作速度。在两组多路阀的进油路上设有安全阀以限制系统的最大工作压力。在各液压缸和液压马达的分支油路上均设有过载阀以吸收工作装置的冲击能量。3.2.4 液压系统中几种低压回路的作用（1） 背压油路：由系统回路上的背阀所产生的低压油（0.81MPa）在制动或出现超速吸空时通过双向补油阀26向液压马达的低油腔补油，以保证滚轮始终贴紧导轨表面，使马达工作平稳并有可靠的制动性能。（2） 排灌油路：将低压油经节流阀减压后引入液压马达壳体，使马达即使在不运转的情况下客体内仍保持一定的循环油量。其目的，一是使马达壳体内的磨损物经常得到冲洗；二是对马达进行预热，防止当外界温度过低时由主油路通入温度较高的工作油液以后引起配油轴及柱塞副等精密配合局部不均匀的热膨胀，使马达卡住或咬死而发生故障（即所谓的“热冲击”）。（3） 泄露油路（无背压）：将多路阀和液压马达的内部漏油用油管集中起来，经过滤油器引回油箱，以减少外泄露。 液压系统的回油路经过风冷式冷却器.滤油器后流回油箱，使回油得到冷却和过滤，以保证挖掘机在连续工作状态下油箱内的油温不超过80摄氏度。3.3 液压元件的选用3.3.1 泵.马达的选用（1） 选用轴向柱塞泵，这种泵具有结构紧凑，容量大，压力高，容易实现无级变速，寿命长，排量范围大。（2） 选用轴向柱塞马达，它和泵在结构上有许多相同繁荣优点，选用泵的流量为25L/min3.3.2 液压阀的选用（1） 溢流阀.溢流阀的基本功能是限定系统的最高压力，防止系统过载或维持压力近似恒定。本系统中选用二级同心先导式溢流阀，安装在泵的出油口处，用来恒定系统压力，防止超压，保护系统安全运行。（2） 过载阀.安装在液压缸和行走马达的管路上，防止超载，用来保护液压系统和工作的液压缸和行走马达。（3） 单向阀.系统中多处要用到单向阀，也是必不可少的元件，它用来防止油液倒流，从而使执行元件停止运动，或保持执行元件中的油液压力。还可是保持一定的背压。（4） 换向阀.在系统中要用到两组四联换向阀，每个阀为三位四通换想阀。在系统中换向阀的主要作用是改变压力油进入执行元件的方向，进而实现不同的动作要求，在三位四通的换向阀中，左右阀位要求能够进回油，中间的阀位要求禁止油液流通，以达到执行元件动作达到要求后停止或悬停在任一位置。3.3.3 液压缸的选用选用工程机械用液压缸，最高工作压力30MP3.3.4 辅助元件的选用（1） 油管.由于系统工作压力高，所以在系统中没有相对运动的管路中选用无缝钢管，它能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，装拆方便，所以适合用在高压管道。在系统中有相对运动的压力管道选用高压橡胶管。（2） 管接头.在采用无缝钢管的管路中，管接头采用锥密封焊接式管接头，他除了具有焊接头的优点外，由于它的O形密封圈装在锥体上，使密封有调节的可能，密封更可靠。工作压力为34.5MP工作温度为-25+80摄氏度。在橡胶管的接头处选用扣压式胶管接头，安装方便，与钢丝编织胶管配套总成，适合在油温为-30+80摄氏度的环境工作。（3） 密封装置.在液压系统中密封装置非常重要，它是用来防止工作介质泄露及外界灰尘和异物的侵入，以保证系统建立起必要的压力，使其能够正常工作。密封装置应满足在一定的压力.湿度范围内具有良好的密封性能。密封装置和运动件之间的摩檫力要小，摩檫系数要稳定，抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性好，磨损后在一定程度上能自动补偿，结构简单，使用维护方便，价格低。其于以上几点，在有相对运动且有摩檫的元件上使用Y型密封圈，其截面小，结构紧凑。且Y型密封圈能随压力增高而增大，并能自动补偿磨损。在相对摩檫不严重或无相对摩檫的元件上用O型密封圈，其结构简单，容易制造，密封性能好，摩檫力小，安装方便。（4） 滤油器.在液压系统中，不允许液压油含有超过限制的固体颗粒和其他不溶性赃物。因为这些杂质可以使间隙表面划伤，造成内部泄露量增加，从而降低效率增加发热。这些杂质还会使阀芯卡死，小孔或缝隙堵塞，润滑表面破坏，造成液压系统故障，胶状物和淤渣等杂质，将会引起元件粘着，酸类还将加速运动件的腐蚀和使油液进一步恶化。因此要采用滤油器对油液进行过滤，以保证油液质量符合标准。因此选用网式滤油器安装在泵吸油管上，这种滤油器压力损失不超过0.04MPa，结构简单，流通能力大，可以满足泵的流量，清洗方便。（5） 蓄能器.它能把压力油的液压能储存在耐压容器里，待需要时又将其释放出来的一种装置。主要用途：做辅助动力源.减小压力冲击和压力脉动。在本系统中选用气囊式蓄能器，这种蓄能器密封可靠，胶囊惯性小，反映灵敏，结构紧凑，尺寸小，重量轻，并有系列批量生产 ，例如NXQ*L63/*H，公称压力可达31.5Mpa，可以满足系统压力的要求。 4 液压缸的设计计算和泵的参数计算4.1 液压缸设计算4.1.1 外负载计算斗杆挖掘时切削行程较长，切土厚度在挖掘过程中可视为常数。斗杆在挖掘过程中总转角为，在这转角行程中铲斗被装满。铲斗缸外负载为最大时，缸内压力最大，此时挖掘力最大，其值为12： =CBAZX+D (4-1) =200+D =200+15000=165417+15000=170417(N)式中 C表示土壤硬度的系数,对级土宜取C=5080，对级土宜取C=90150，对级土宜取C=160320，式中取C=200； R铲斗与斗杆铰点到斗齿尖的距离，即转斗切削半径，取斗容量为1m,根据反铲斗主要参数特性计算表，查表得R=1.15m；B切削刃宽度影响系数,B=1+2.6b,其中b为铲斗宽度,查表得b=1.25m；挖掘过程中铲斗总转角的一半,查表得=；A切削角变化影响系数,取A=1.3；Z带有齿的系数,取Z=0.75；X斗侧臂厚度影响系数,X=1+0.3s,其中s为侧臂厚度,单位为cm,初步设计时可取X=1.15；D切削刃挤压土壤的力,根据斗容大小在D=1000017000N范围内选取.设计容量为1m,取D=15000N；转斗挖掘装土阻力和法向挖掘阻力相对与很小，所以在计算时可以忽略不计。4.1.2 液压缸结构尺寸计算(1) 根据铲斗缸的最大外负载，可以设计计算铲斗缸的结构尺寸15： 当推力驱动工作负载时： F= = (4-2)由此可求出缸筒内径为: D= =求出D=88mm本系统为高压系统，因此速比取=2，d= (4-3) 式中 系统背压P=1MPa 系统最高压力P=30Mpa根据查表GB/T23481993圆整得到D=90mm16(2) 活塞杆直径为 d=90=63.63(mm)根据GB/T23481993规定的活塞杆尺寸圆整为d=63mm(3) 最大工作行程 行程S=12D (4-4) S=12=1080（mm）根据国家标准GB/T1980规定的液压缸行程系列圆整到S=1100mm(4) 活塞有效计算长度液压缸的安装尺寸，可查设计手册得 安装尺寸=+S=377+1100=1377（mm）当活塞杆全部伸出时，有效计算长度为： L=1100+1100+377=2577（mm）S液压缸的安装尺寸(查设计手册得到) 4(5) 最小导向长度 H(mm) (4-5) 取最小导向长度为600（mm）式中 L液压缸最大行程； D缸筒内径。(6) 导向套长度A=（0.61.0）d (4-6) =(37.863)mm导向套长度为60mm(7) 活塞宽度 B=（0.61.0）D (4-7) =（5490）mm活塞杆宽度B=80mm式中 D缸筒内径(8) 缸筒壁厚：材料的许用应力计算 (4-8) =式中 缸体材料的抗拉强度，缸体材料为，=800Mpa14n安全系数.一般取n=5 (4-9) =7.99(mm)查缸筒壁厚度表，取=12mm式中 P-系统最高压力,P=30Mpa。(9) 缸筒外径 (4-10)=90+212=114(mm)因为液压缸的缸筒是无缝钢管，因此缸筒内部要留出5mm加工余量所以查手册，选取内径为95mm的无缝钢管。 4.1.3 油缸强度计算：(1) 已知参数：缸径D=90 杆径d=63 行程S=1100 缸筒壁厚=12有效计算长度L=2577 (参数单位：mm)(2) 油缸强度计算a. 活塞杆应力校核 (4-11) = =61.22Mpa活塞杆材质为调质，经查表得强度极限为800Mpa14,材料的许用应力为：=（n为安全系数）.由此可见，应力完全满足要求。 式中 油缸最大闭锁压力 b. 缸筒强度验算：由于缸筒壁厚与缸径之比，属于厚壁缸筒，可按材料学第二强度理论验算。 （4-12） = =8.65（mm）由此可见,即为大柔度压杆时，稳定力为： (4-17)（N）式中 为长度折算系数，对于两端铰接约束方式一般取1；f. 油缸最大闭锁力 = (4-18)（N）式中 油缸最大闭锁压力g. 稳定系数 (4-19)由此可见，稳定性可以满足要求。4.2 泵的参数计算4.2.1 泵的压力计算在设计液压系统时，要求泵的压力高于系统压力，差值以10%30%为宜15。因此： (2-20) =30 =34.4Mpa取泵的最高压力式中 P系统最高压力，P=30Mpa4.2.2 计算所需要的泵的流量(1) 设计要求每个液压缸的伸缩速度，根据铲斗缸计算初步确定其余5个液压缸的参数：（单位：mm）a. 动臂缸（2个）：缸内径D=100 活塞杆径d=70 行程S=1250b. 铲斗缸：缸内径D=110 活塞杆径d=80 行程S=1500c. 行走液压缸：缸内径D=100 活塞杆径d=80 行程S=1500(2) 每个缸的流量计算a. 动臂缸（2个）： (4-21)=48.042L/minb. 杆斗缸： = =26.847 L/minc. 铲斗缸： =19.75 L/mind. 推土板缸： =53.694 L/min式中 R缸筒内半径； r活塞杆半径 e. 行走马达选用斜轴式轴向柱塞马达，流量为25L/min,本系统中共有5个行走马达，流量为： 25 L/min f. 系统总流量15 (4-22) (L/min)式中 K系统泄露系数，一般取1.11.3，本式中取K=1.2； 同时工作的执行元件流量之和的最大值。根据上面的计算，系统中选用主泵为双联斜轴式轴向柱塞泵，所以每个泵的最大流量为164 L/min。5 溢流阀的作用和设计计算5.1 溢流阀的作用溢流阀是压力控制阀中最基本的一种，以它为基础可以组合成各种进行阀前（进口）压力控制的压力控制阀，如电磁溢流阀就是由溢流阀和电磁换向阀组合而成的。溢流阀在液压系统中使用极为普遍，所有液压系统都要至少使用一个溢流阀来做定压阀或安全阀 溢流阀的基本功能有两个，一是限制液压传动系统的最高工作压力，起安全保护作用，通常又称为安全阀；另一个是保持系统压力（主要是液压泵的输出压力）基本稳定不变，起稳压作用，一般称稳压阀或就称其为溢流阀。对安全阀的性能要求主要是：当系统工作压力小于阀的开启压力即阀关闭时，其阀口的密封性要好；当系统压力大于开启压力时，其阀口要及时开启，反应灵敏，以可靠地保护系统和元件的安全。对稳压阀的性能要求主要是：控制压力的变化范围应尽量小；当系统的流量发生变化时，阀芯在运动过程中不应发生冲击和震荡，运动要尽量平稳。溢流阀的主要功用是：(1) 维持液压系统中的压力近于恒定；(2) 对液压系统实行调压；(3) 防止液压系统超载，起安全作用；(4) 对液压系统进行卸荷，以降低系统的功率损耗和热量。5.2 溢流阀的设计计算5.2.1 设计要求本章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，防止超载，保护液压系统安全，使液压系统稳定的运行18。根据系统的压力，溢流阀设计要求如下：公称压力 =320（kgf/）公称流量 =200（L/min）调压范围 =160320（kgf/）起闭特性（调成最高调定压力时）开启压力 =300（kgf/）闭合压力 =288（kgf/）溢 流 量 =1.56L/min(26/sec)0.85,因此，可以达到启闭特性的要求。(8) 调成最高调定压力时的闭合压力根据经验公式得： =（0.950.98） （5-14） =0.965 =289.5（）288（）式中 开启压力（kgf/）(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=0，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=0，代入公式： = （5-15） = =3.5（） 式中 卸荷时主阀芯的开口量(cm)； K主阀弹簧刚度（kgf/cm）； X主阀弹簧预压缩量（cm）； G主阀芯重力(kgf)； 主阀阀口流量系数，取=0.770.88，本式中取=0.80；主阀芯阀口处锥角半角（）；主阀座孔径(cm)； A1主阀芯下侧承压面积(cm)。实际值略大于计算值，因为计算是假定=0，实际上由于流道损失总是大于零的。(10) 最小溢流量所谓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。由公式可得出： (5-16) 取=160320（），代入上式得： =9.81（L/min） =13.9（L/min）式中 调压范围； 主阀阀口流量系数，取=0.770.88，本式中取=0.80； 主阀座孔径(cm)； 主阀芯阀口处锥角半角（）；油液重度，取=0.8995；g重力加速度（）； (11) 内泄露量 =0.654 (5-17) =0.654 =2.385（cm/sec）=143cm/min式中 主阀芯直径（cm）；主阀芯直径与阀套间的单边配合间隙，取=0.00115（cm）；公称压力，=320（）；L主阀芯与阀套的配合长度（cm）； ZL处均压槽数，Z=7；均压槽宽度，b=0.05（cm）；油液动力粘度，（上调30-1号液压油在油温为，油液压力为200320时的值）。6 结论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传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基本回路，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几种低压回路分析，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，包括几何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）液压挖掘机有多种工作回路，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主要发展方向，其目的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。致谢 在论文完成之际，我向给予我莫大帮助的老师和同学，大学四年一直默默支持和关心我的亲人和朋友，表达由衷的感谢。感谢我的导师王慧教授，在设计上他给予我精心的指导，他严谨的治学态度，渊博的学识，深邃的思想和远见卓识，引导我一步一步进入复杂的设计中去。我的论文是在导师的悉心指导下完成的，从论文选题、资料收集、写作框架、一直到最后定稿，他都倾注了大量的心血，在此谨向导师表示诚挚的谢意。同学的热情鼓励与互相帮助、领导的亲切关怀以及亲朋好友的大力支持使我最终完成学业，再次向关心和支持我的所有老师、同学和领导表示深深的谢意。 最后感谢我的父母，是他们辛苦的劳动使我读完大学并能顺利毕业。参考文献1 赵显新 工程机械液压传动装置原理与检修 第一版 辽宁科学技术出版社 2000年10月2 杨国平 工程机械液压系统的故障诊断排除及实例 第一版 湖南科学技术出版社 2002年5月3 雷天觉 新编液压工程手册（上册） 北京理工大学出版社 1998.124 中国机械大典编委会 中国机械设计大典 江西科学出版社 2002.15 成大先 机械设计图册 化学工业出版社 2000. 6 郑训、张铁、黄厚宝等编著，工程机械通用总成，机械工业出版社， 2001 年 5 月第一版7 周士昌主编，液压系统设计图集，北京-机械工业出版社，2003出版社，2002 年 7 月第一版8 吉林工业大学等编写，工程机械液压与液力传动上册，北京-机械工业出版社，1979.69 潘天宏.液压挖掘机节能控制系统的研究,排灌机械,1999.210 Kazuo Uehara and Hiroyoshi Tominaga. 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SAE 980830, 10911812 段鹏飞、毛君 工程机械 中国华侨出版社 2002.10 13 冷兴聚、王春华 机械设计基础 东北大学出版社 2003.314 马壮、赵越超、孟繁盛 机械工程材料 湖南科技技术出版社 2000.815 隗金文、王慧 液压传动 东北大学出版社 2001.12 16 GB/T23481993量和单位17 复印资料（导师），单斗液压挖掘机18 复印资料（导师），压力控制阀19 高峰，液压挖掘机节能控制技术的研究，浙江大学博士学位论文20 秦家生 硕士学位论文. 挖掘机液压系统研究 吉林大学 2005.10附录A液压系统设计液压技术被引入工业领域已经有一百多年的历史了，随着工业的迅猛发展，液压技术更日新月异。伴随着数学、控制理论、计算机、电子器件和液压流体学的发展，出现了液压伺服系统，并作为一门应用科学已经发展成熟，形成自己的体系和一套行之有效的分析和设计方法。好了，不多说了，现在我和大家来说说液压系统设计的方法和注意问题。举个液压系统在机床运用的例子来和大家聊，并欢迎大家提出意见。1 设计机床液压传动系统的依据1. 机床的总体布局和工艺要求，包括采用液压传动所完成的机床运动种类、机械设计时提出可能用的液压执行元件的种类和型号、执行元件的位置及其空间的尺寸范围、要求的自动化程度等。2. 机床的工作循环、执行机构的运动方式（移动、转动或摆动），以及完成的工作范围。3. 液压执行元件的运动速度、调速范围、工作行程、载荷性质和变化范围。4. 机床各部件的动作顺序和互锁要求，以及各部件的工作环境与占地面积等。5. 液压系统的工作性能，如工作平稳性、可靠性、换向精度、停留时间和冲出量等方面的要求。6. 其它要求，如污染、腐蚀性、易燃性以及液压装置的质量、外形尺寸和经济性等。2 设计液压传动系统的步骤1. 明确对液压传动系统的工作要求，是设计液压传动系统的依据，由使用部门以技术任务书的形式提出。2. 拟定液压传动系统图。(1) 根据工作部件的运动形式，合理地选择液压执行元件；(2) 根据工作部件的性能要求和动作顺序，列出可能实现的各种基本回路。此时应注意选择合适的调速方案、速度换接方案，确定安全措施和卸荷措施，保证自动工作循环的完成和顺序动作和可靠。液压传动方案拟定后，应按国家标准规定的图形符号绘制正式原理图。图中应标注出各液压元件的型号规格，还应有执行元件的动作循环图和电气元件的动作循环表。3. 计算液压系统的主要参数和选择液压元件。(1) 计算液压缸的主要参数；(2) 计算液压缸所需的流量并选用液压泵；(3) 选用油管；(4) 选取元件规格；(5) 计算系统实际工作压力；(6) 计算功率，选用电动机；(7) 发热和油箱容积计算； 4. 进行必要的液压系统验算。5. 液压装置的结构设计。6. 绘制液压系统工作图，编制技术文件。3 设计液压传动系统时应注意问题1. 在组合基本回路时，要注意防止回路间相互干扰，保证正常的工作循环。2. 提高系统的工作效率，防止系统过热。例如功率小，可用节流调速系统；功率大，最好用容积调速系统；经常停车制动，应使泵能够及时地卸荷；在每一工作循环中耗油率差别很大的系统，应考虑用蓄能器或压力补偿变量泵等效率高的回路。3. 防止液压冲击，对于高压大流量的系统，应考虑用液压换向阀代替电磁换向阀，减慢换向速度；采用蓄能器或增设缓冲回路，消除液压冲击。4. 系统在满足工作循环和生产率的前提下，应力求简单，系统越复杂，产生故障的机会就越多。系统要安全可靠，对于做垂直运动提升重物的执行元件应设有平衡回路；对有严格顺序动作要求的执行元件应采用行程控制的顺序动作回路。此外，还应具有互锁装置和一些安全措施。5. 尽量做到标准化、系列化设计，减少专用件设计。4 使用液压系统要注意的问题1. 使用者应明白液压系统的工作原理，熟悉各种操作和调整手柄的位置及旋向等。2. 开车前应检查系统上各调整手柄、手轮是否被无关人员动过，电气开关和行程开关的位置是否正常，主机上工具的安装是否正确和牢固等，再对导轨和活塞杆的外露部分进行擦拭，而后才可开车。3. 开车时，首先启动控制油路的液压泵，无专用的控制油路液压泵时，可直接启动主液压泵。4. 液压油要定期检查更换，对于新投入使用的液压设备，使用3 个月左右即应清洗油箱，更换新油。以后每隔半年至1 年进行清洗和换油一次。5. 工作中应随时注意油液，正常工作时，油箱中油液温度应不超过60。油温过高应设法冷却，并使用粘度较高的液压油。温度过低时，应进行预热，或在运转前进行间歇运转，使油温逐步升高后，再进入正式工作运转状态。6. 检查油面，保证系统有足够的油量。7. 有排气装置的系统应进行排气，无排气装置的系统应往复运转多次，使之自然排出气体。8. 油箱应加盖密封，油箱上面的通气孔处应设置空气过滤器，防止污物和水分的侵入。加油时应进行过滤，使油液清洁。9. 系统中应根据需要配置粗、精过滤器，对过滤器应经常地检查、清洗和更换。10. 对压力控制元件的调整，一般首先调整系统压力控制阀-溢流阀，从压力为零时开调，逐步提高压力，使之达到规定压力值；然后依次调整各回路的压力控制阀。主油路液压泵的安全溢流阀的调整压力一般要大于执行元件所需工作压力的10%25%。快速运动液压泵的压力阀，其调整压力一般大于所需压力10%20%。11. 流量控制阀要从小流量调到大流量，并且应逐步调整。同步运动执行元件的流量控制阀应同时调整，要保证运动的平稳性5 工作部件产生爬行的原因及排除方法1. 因为空气的压缩性较大，当含有气泡的液体到达高压区而受到剧烈压缩时，会使油液体积变小，使工作部件产生爬行。采取措施：在系统回路的高处部 位设置排气装置，将空气排除。2. 由于相对运动部件间的磨擦阻力太大或磨擦阻力变化，致使工作部件在运动时产生爬行。采取措施：对液压缸、活塞和活塞杆等零件的形位公差和表面粗糙度有一定的要求；并应保证液压系统和液压油的清洁，以免脏物夹入相对运动件的表面间，从而增大磨擦阻力。3. 运动件表面间润滑不良，形成干磨擦或半磨擦，也容易导致爬行。采取措施：经常检查有相对运动零件的表面间润滑情况，使其保持良好。4. 若液压缸的活塞和活塞杆的密封定心不良，也会出现爬行。采取措施：应卸除载荷，使液压缸单独动作，测定出磨擦阻力后，校正定心。5. 因液压缸泄漏严重，导致爬行。采取措施：减少泄漏损失，或加大液压泵容量。6. 在工作过程中由于负载变化，引起系统供油波动，导致工作部件爬行。采取措施：注意选用小流量下保持性能稳定的调速阀，并且在液压缸和调速阀间尽量不用软管联接，否则会因软管变形大，容易引起爬行现象。6 液压系统油温升高的原因、后果及解决措施液压系统在工作中有能量损失，包括压力损失、容积损失和机械损失三方面，这些损失转化为热能，使液压系统的油温升高。一般液压系统的油温应控制在（30-60）范围内，最高不超过（60-70）。油温升高会引起一系列不良后果： 1. 使油液粘度下降，泄漏增加，降低了容积效率，甚至影响工作机构的正常运动； 2. 使油液变质，产生氧化物杂质，堵塞液压元件中的小孔或缝隙，使之 不能正常工作；3. 引起热膨胀系数不同的相对运动零件之间的间隙变小，甚至卡死，无法运动；4. 引起机床或机械的热变形，破坏原有的精度。保证液压系统正常工作温度的措施：1. 当压力控制阀的调定值偏高时，应降低工作压力，以减少能量损耗；2. 由于液压泵及其连接处的泄漏造成容积损失而发热时，应紧固各连接处，加强密封；3. 当油箱容积小、散热条件差时，应适当加大油箱容积，必要时设置冷却器；4. 由于油液粘度太高，使内磨擦增大而发热时，应选用粘度低的液压油；5. 当油管过于细长并弯曲，使油液的沿程阻力损失增大、油温升高时，应加大管径，缩短管路，使油液通畅；6. 由于周围环境温度过高使油温升高时，要利用隔热材料和反射板等，使系统和外界隔绝；7. 高压油长时间不必要地从溢流阀回油箱，使油温升高时，应改进回路设计，采用变量泵或卸荷措施7 空气侵入到液压系统的不良后果及解决措施空气侵入到液压系统的不良后果主要有：1. 使油液具有一定的压缩性，致使系统产生噪声、振动和引起运动部件的爬行，破坏了工作的平稳性；2. 易使油液氧化变质，降低油液的使用寿命。解决措施：(1) 空气由油箱进入系统的机会较多，如油箱的油量不足；液压泵吸油管侵入油中太短；吸油管和回油管在油箱中距离太近或没有用隔板隔开；回油飞溅，搅成泡沫；液压泵吸入空气；回油管没有插入油箱，使回油冲出油面和箱壁，在油面上会产生大量气泡，使空气与油一起吸入系统。因此，油箱的油面要经常保持足够的高度；吸油管和回油管应保证在最低油面以下，两者要用隔板隔开；(2) 由于密封不严或管接头处和液压元件接合面处的螺钉拧得不紧，外界空气就会从这些地方侵入；系统中低于大气压部分，如液压泵的吸油腔、吸油管和压油管中油流速度较高（压力低）的局部区域；在系统停止工作，系统中回油腔的油液经回油管返回油箱时，也会形成局部真空的区域，在这些区域空气最容易侵入。因此，要尽量防止各处的压力低于大气压力；各个密封部件均应使用良好的密封装置，管接头和各接合面处的螺钉应拧紧；经常清洗液压泵吸油口处的过滤器，以防止吸油阻力增大而把溶解在油中的空气游离出来进入系统；(3) 对于主要的液压设备，液压缸上最好设有排气装置，以排除系统中的空气。8 系统中流量不足的原因及解决措施1. 由于液压泵流量不足，致使系统中流量不足时，应检查液压泵零件是否有损坏情况，及时地更换或修复损坏超差件；如果因泵内吸入空气影响了液压泵的流量，则要采取措施，防止空气吸入，变量泵由于变量机构工作不良影响泵的流量，应对变量机构拆卸、清洗或修理、更换；2. 压力分配阀工作不良引起流量不足时，应修理或更换；3. 因油液粘度不合适而影响流量时，要更换粘度适当的油液，并注意油温对粘度的影响； 4. 溢流阀工作不良影响流量时，应采取措施，使其工作正常；5. 由于液压缸、阀等元件泄漏严重，造成流量不足时，应针对不同情况采取相应的措施；6. 流量控制阀的调节机构工作不正常时，应根据零件损坏情况予以修复或更新、或拆开清洗，使调节机构动作灵活，工作正常。9 液压系统中噪声产生原因及解决措施1. 空气侵入液压系统是产生噪声的主要原因。因为液压系统侵入空气时，在低压区其体积较大，当流到高压区时受压缩，体积突然缩小，而当它流入低压区时，体积突然增大，这种气泡体积的突然改变，产生“爆炸”现象，因而产生噪声，此现象通常称为“空穴”。针对这个原因，常常在液压缸上设置排气装置，以便排气。另外在开车后，使执行件以快速全行程往复几次排气，也是常用的方法；2. 液压泵或液压马达质量不好，通常是液压传动中产生噪声的主要部分。液压泵的制造质量不好，精度不符合技术要求，压力与流量波动大，困油现象未能很好消除，密封不好，以及轴承质量差等都是造成噪声的主要原因。在使用中，由于液压泵零件磨损，间隙过大，流量不足，压力易波动，同样也会引起噪声。面对上述原因，一是选择质量好的液压泵或液压马达，二是加强维修和保养，例如若齿轮的齿形精度低，则应对研齿轮，满足接触面要求；若叶片泵有困油现象，则应修正配油盘的三角槽，消除困油；若液压泵轴向间隙过大而输油量不足，则应修理，使轴向间隙在允许范围内；若液压泵选用不对，则应更换；3. 溢流阀不稳定，如由于滑阀与阀孔配合不当或锥阀与阀座接触处被污物卡住、阻尼孔堵塞、弹簧歪斜或失效等使阀芯卡住或在阀孔内移动不灵，引起系统压力波动和噪声。对此，应注意清洗、疏通阴尼孔；对溢流阀进行检查，如发现有损坏，或因磨损超过规定，则应及时修理或更换；4. 换向阀调整不当，使换向阀阀芯移动太快，造成换向冲击，因而产生噪声与振动。在这种情况下，若换向阀是液压换向阀，则应调整控制油路中的节流元件，使换向平稳无冲击。在工作时，液压阀的阀芯支持在弹簧上，当其频率与液压泵输油率的脉动频率或与其它振源频率相近时，会引起振动，产生噪声。这时，通过改变管路系统的固有频率，变动控制阀的位置或适当地加蓄能器，则能防振降噪。5. 机械振动，如油管细长，弯头多而未加固定，在油流通过时，特别是当流速较高时，容易引起管子抖动；电动机和液压泵的旋转部分不平衡，或在安装时对中不好，或联轴节松动等，均能产生振动和噪声。对此应采取的措施有：较长油管应彼此分开，并与机床壁隔开，适当加设支承管夹；调整电动机和液压泵的安装精度；重新安装联轴节，保证同轴度小于0.1MM等。10 在液压系统中安装油管的注意事项：1. 吸油管不应漏气，各接头要紧牢和密封好；2. 吸油管道上应设置过滤器；3. 回油管应插入油箱的油面以下，防止飞溅泡沫和混入空气；4. 电磁换向阀内的泄漏油液，必须单独设回油管，以防止泄漏回油时产生背压，避免阻碍阀芯运动；5. 溢流阀回油口不许与液压泵的入口相接；6. 全部管路应进行两次安装，第一次试装，第二次正式安装。试装后，拆下油管，用20%的硫酸或盐酸溶液酸洗，再用10%的苏打水中和，最后用温水清洗，待干燥后涂油进行二次安装。注意安装时不得有砂子和氧化皮等。11 在液压系统中安装液压元件时的注意事项：1. 液压元件安装前，要用煤油清洗，自制的重要元件应进行密封和耐压试验，试验压力可取工作压力的2倍，或取最高使用压力的1.5倍。试验时要分级进行，不要一下子升到试验压力，每升一级检查一次；2. 方向控制阀应保证轴线呈水平位置安装；3. 板式元件安装时，要检查进出油口处的密封圈是否合乎要求，安装前密封圈应突出安装平面，保证安装后有一定的压缩量，以防泄漏；4. 板式元件安装时，固定螺钉的拧紧力要均匀，使元件的安装平面与元件底板平面能很好地接触。12 在液压系统中安装液压泵时的注意事项：1. 液压泵传动轴与电动机驱动轴同轴度偏差小于0.1MM，一般采用挠性联轴节联结，不允许用V带直接带动泵轴转动，以防泵轴受径向力过大，影响泵的正常运转；2. 液压泵的旋转方向和进、出油口应按要求安装；3. 各类液压泵的吸油高度，一般要小于0.5M。13 如何清洗液压系统液压系统在制造、试验、使用和储存中都会受到污染，而清洗是清除污染，使液压油、液压元件和管道等保持清洁的重要手段。生产中，液压系统的清洗通常有主系统清洗和全系统清洗。全系统清洗是指对液压装置的整个回路进行清洗，在清洗前应将系统恢复到实际运转状态。清洗介质可用液压油，清洗时间一般为2-4小时，特殊情况下也不超过10小时，清洗效果以回路滤网上无杂质为标准。清洗时注意事项：1. 一般液压系统清洗时，多采用工作用的液压油或试车油。不能用煤油、汽油、酒精、蒸气或其它液体，防止液压元件、管路、油箱和密封件等受腐蚀； 2. 清洗过程中，液压泵运转和清洗介质加热同时进行。清洗油液的温度为（50-80）时，系统内的橡胶渣是容易除掉的；3. 清洗过程中，可用非金属锤棒敲击油管，可连续地敲击，也可不连续地敲击，以利清除管路内的附着物；4. 液压泵间歇运转有利于提高清洗效果，间歇时间一般为（10-30）min5. 在清洗油路的回路上，应装过滤器或滤网。刚开始清洗时，因杂质较多，可采用80目滤网，清洗后期改用150目以上的滤网；6. 清洗时间一般为（48-60）小时，要根据系统的复杂程度、过滤精度要求和污染程度等因素决定； 7. 为了防止外界湿气引起锈蚀，清洗结束时，液压泵还要连续运转，直到温度恢复正常为止；8. 清洗后要将回路内的清洗油排除干净。附录BHydraulic system design Hydraulic technology has been the introduction of an industrial area have 100 years of history. With the rapid industrial development of hydraulic technology more with each passing day. Along with mathematics， control theory, computer， electronic components and hydraulic fluid sciences， a hydraulic servo system, and as an application of science has been developed， develop its own system， and a set of effective analysis and design methods. Well，not that， and now I say all of the hydraulic system design methods and attention to the issue. For the hydraulic system of the machine used examples to chat with everyone， and welcome comments. 1 Machine design of the hydraulic drive system based on 1. The overall layout of machine tools and technological requirements, including the use of hydraulic machine performed by type of campaign, mechanical design made possible with the implementation of the hydraulic components of the types and models, implementation of the components of the space and its location size, the requirements of the degree of automation. 2. Machine work cycle, the implementing agency of movement (Mobile, rotate or swing), and the completion of the work. 3. Hydraulic Components movement speed, speed of reference, itinerary, load changes in the nature and scope. 4. Machine movements of the various components of the order and interlocking requirements, and the various components of the working environment and covers such. 5. The hydraulic system performance, such as work smooth, reliability, precision to the other, time and stay out of the volume of the request. 6. Other requirements, such as pollution, corrosive, flammable, and the quality of hydraulic devices, Size and shape of the economy and so on. 2 Hydraulic system design steps1. A clear right hydraulic system requirements for the work, hydraulic system is designed on the basis that users in the technical tasks of the form. 2. The hydraulic drive system development plans. a. According to the working parts of exercise a reasonable choice of hydraulic components; b. Under the working parts of the performance requirements and movements of the order, listing possible to achieve the basic circuit. It should be noted at this time to choose a suitable speed, speed-exchange programs to determine safety and unloading, automatically guarantee the completion of the work cycle of action and order and reliable. Hydraulic drive programming, the national standard should be the official graphic symbol mapping diagram. Tagging should map out the components of the hydraulic model specifications, It should also be a component of the implementation of action plans and the recycling of electrical components in the table of operating cycle. 3. Calculation of the main hydraulic system parameters and the choice of hydraulic components. (1) Calculation of the hydraulic cylinder main parameters;(2) Calculation of the hydraulic cylinder flow and use hydraulic pumps; (3) Selection of tubing;(4) Selecting components specifications; (5) Calculation of the actual system pressure;(6) The calculation of power, motor selection;(7) Heating and fuel tank volume;4. Necessary hydraulic system checked. 5. Hydraulic design of the structure.6. Drawing hydraulic system map, the preparation of technical documents. 3 Hydraulic system design to be a problem1. The basic composition of the loop, We must pay attention to preventing mutual interference between the circuit, and ensure normal work cycle. 2. To improve the efficiency of systems to prevent overheating. For example, small power available throttle control system; Power, speed volume with the best system; Regular parking brake. should be able to pump in a timely manner unloading; In each work cycle oil consumption vary greatly system should consider using pressure accumulator or variable compensation such as high efficiency pump circuit.3. Prevent hydraulic shock, for large high-pressure flow system, should consider the use of hydraulic valve replaced electromagnetic valve, to slow down the pace of change; using accumulator or additional buffer circuit, the elimination of hydraulic shocks. 4. The system in meeting the productivity of the work cycle and, under the premise should be as simple as possible, the more complex the system, have the opportunity to fault the more. To a safe and reliable system for doing vertical movement of heavy loads upgrade components should be implemented there is a balancing loop; on the strict requirements of the order moves the implementation program components should be used to control movements in the order loop. Moreover, they should also have interlocking devices and some safety measures. 5. As well standardized, serialized design, reducing exclusive designs. 4 Hydraulic systems use the issue to the attention 1. Users should understand that the hydraulic system of principle, familiar with the various operational and adjustment of the location and the handle to the other roundabout.2. Drive system should be checked prior to the adjustment on the handle, hand wheel was irrelevant whether the officers Touched, Electrical switches and switch itinerary and whether it is normal for the location, host of installation tools and firmly correct. another pair of rails and the exposed parts of the piston rod for clean, and then can drive.3. When driving a car, to start the control of the hydraulic pump asphalt, without special control asphalt hydraulic pump, can directly initiate hydraulic pump.4. Hydraulic oil to replace regular checks for the new use of hydraulic equipment, three months or so that the washing tanks, the replacement oil. After every six months to a year for an oil change and cleaning. 5. Should always keep in oil, normal working hours, the oil tank temperature should not exceed 60 .High temperature to be cooling, and the use of higher viscosity hydraulic oil. Low temperature should be carried out when preheating, or in operation before the intermittent operation, gradually rising temperature, enter the formal functioning of the state. 6. Check oil levels, and ensure the system has sufficient fuel. 7. Installation of the exhaust system should exhaust, no venting device system should be reciprocating operation times, so that the natural gas emitted. 8. Should be impressed with the seal tank, the fuel tank above the air vents should install air filters, prevent dirt and moisture intrusion. Filling should be filtered, clean oil. 9. The system should be based on need to configure coarse and fine filters, the filter should always check, cleaning and replacement.10. Pressure control components of the adjustment, the general first adjustment system pressure relief valve-control valve. Pressure from zero returned, and gradually raising the pressure, so that they achieve the required pressure values; followed by the adjustment of the loop pressure control valve. The oil pump safety relief valve pressure adjustments will be greater than the general implementation of the necessary components of the work pressure10%25 %. Rapid movement of the hydraulic pump pressure relief valve adjustment pressures generally greater than the pressure required for 10%20%. 11.Flow control valve flow to small transferred large flow, and should be gradually adjusted. Synchronous execution of the component flow control valve should be adjusted. To ensure the movement stability.5 Crawling have working parts and the reasons for exclusion method 1. Because of the compressed air are greater. When the bubble of liquid containing high pressure zone and reach severe compression, the volume of oil will become smaller, working components produced crawling. Take measures to : loop in the system were installed height of the exhaust system to remove the air. 2. As the relative movement between the parts too much friction and friction resistance changes which has caused the campaign components generated crawling. Takes the measure : the hydraulic cylinder, piston and piston rod, and other parts of the form and position tolerances, and surface roughness have certain requirements; and should ensure that hydraulic systems and hydraulic oil clean dirt to avoid relative movement folder into the surface, thus increasing friction. 3. Surface movement among poor lubrication, to create friction or semi-friction, it is easy to crawl. Take the measures: regular checks of relative movement between parts of the lubrication of the surface, enabling it to maintain good.4. If the hydraulic cylinder piston and the piston rod sealing centering bad, there may be crawling. Take the measures: shed load, so that a separate action hydraulic cylinder was measured friction, centering correction.5. Due to serious hydraulic cylinder leak led to crawling.Take the measures: to reduce the leakage loss, or increased pump capacity. 6. In the course of their work load due to changes in oil supply system caused fluctuations, leading to crawl working parts. Take the measures: choose to remain small flow properties of the valve stability, and the hydraulic cylinder and valve between minimizing the hose connection, otherwise they will be flexible deformation, it can be easily aroused creeping phenomenon. 6 Hydraulic system temperature rise, consequences and solutions In the hydraulic system with energy work, including loss of pressure loss. volume losses and three mechanical losses, these losses into heat, so that the hydraulic system temperature increased. General hydraulic system temperature should be controlled (30-60) , not exceeding the maximum (60-70) . Temperature rise will cause a series of negative consequences : 1. The oil viscosity, leakage, reduce the volume efficiency and even affect the normal movement; 2. To enable the oil changed oxides produced impurities hydraulic components to plug the holes or cracks, so that they are not normal;3. Have different thermal expansion coefficients of the relative movement between the parts become smaller space, or even death card, not a campaign; 4. Machine tools or machinery caused the thermal deformation, damage to the original accuracy. Hydraulic system to ensure the normal operating temperature of measures : 1. When the pressure control valve to set the value at high pressure should be lowered to reduce energy loss;2. As the hydraulic pump and its connecting the volume caused by the leakage of heat loss, shall be securely fastened to the connecting and enhancing seal;3. When the fuel tank size small, poor conditions of heat, as appropriate, increase volume of the fuel tank and, if necessary, set cooler; 4. Due to high oil viscosity, increasing friction within fever, should select the lowest viscosity hydraulic oil;5. When the tubing is too slender and bent, the oil resistance along the way losses increased temperature rises, should increase diameters, shortening pipe, the oil patency;6. The ambient temperature is too high to enable temperature rises, to the use of insulation materials and sounding board so that the system and isolated from the outside world; 7. Prolonged unnecessarily high pressure oil from the relief valve to the fuel tank, temperature rises, should be improved circuit design, variable pump or unloading measures 7 The adverse consequences of air to invade the hydraulic system and solutions The adverse consequences of air to intrusion hydraulic system are : 1. To enable the oil has some compression, resulting system to produce the noise, Vibration and movement caused parts of crawling and undermines the work of a smooth;2. Oxidation of the oil easily degenerate lower oil life. Solution : (1) The air from the tank into the system more opportunities, such as the fuel tank inadequate; hydraulic pump oil absorption tube penetrated oil is too short; Range pipe and tubing back to the fuel tank too close or middle distance with no partitions separating; Oil back spatter, stirs bubble; Pump inhaled air; no tubing inserted to the fuel tank so that the oil out of oil to surface and the wall, in the oil surface will produce large bubble of air inhaled together with the oil system. Therefore, the oil-tank to keep sufficient height; Range pipe and tubing should be back at the minimum guaranteed under the oil surface, Taken with clapboard separated; (2) Since sealing leakage or pipe joint of hydraulic components and the adjoining plane where the fixing screw tight, Air from these areas will be invasive; System below atmospheric pressure, such as the absorption of pump cavity, Range pipe and tubing pressure oil flow rate is high (low pressure) local area; stop working in the system, system to the oil-oil pipeline returned to the return of the fuel tank, will be partial vacuum in the region, In these regions the most easily penetrated the air. Therefore, in order to try to prevent the pressure throughout below atmospheric pressure; Seal all components should use a good seal, pipe joints and the adjoining plane Department should tighten the screws; Regular cleaning pump oil absorption mouth of filters, to prevent oil absorption resistance increased while oil dissolved in the air out of free access to the system;(3) On the main hydraulic equipment, hydraulic cylinder with the best exhaust devices to exclude the air system. 8 System flow shortage and the reasons for a solution 1. Because of inadequate flows of hydraulic pumps, System result of inadequate flows, the hydraulic pump parts should check whether there are defects, in a timely manner to replace or repair damaged pieces of ultra-poor; If inhaled air pump affect the flow of hydraulic pumps, would take measures prevent air inhaled, the variable pump as variable sector adversely affected the flow pump, variable response agencies demolition, cleaning or repair, replacement; 2. The pressure distribution valve caused adverse work flow is insufficient, should be repaired or replaced;3. The oil viscosity inappropriate affect the flow, to be replaced due to the viscosity of the oil. Attention to the temperature and viscosity of the impact;4. The relief valve adverse impact on the work flow, measures should be taken, make it work properly. 5. The hydraulic cylinder, valve leakage, and other components, causing insufficient traffic flow, meet the different circumstances to take corresponding measures; 6. The flow control valve regulating agencies not working, should be damaged parts repaired or updated, or disassemble cleansing and regulating body movements flexible, and work normally.9 Hydraulic system noise and causes a solution1. Air penetrated hydraulic system is the main source of the noise generated. Because the hydraulic system penetrated the air, the area of low pressure over its larger, when the flow of high-pressure zone by compression, the volume suddenly narrowed, And when it flows area of low pressure, the volume suddenly increased, the size of this bubble suddenly changed to explosion phenomenon, resulting noise, this phenomenon, commonly known as the hole. To address this reason, the hydraulic cylinder is often installed on the exhaust device to exhaust. Moreover, the drive, to enable the rapid implementation of pieces of the whole trip reciprocating several venting, as well as commonly used methods; 2. Hydraulic pump or hydraulic motors are poor, usually generated hydraulic transmission noise component. Pump the poor manufacturing quality, accuracy is not to meet all the technical requirements, pressure and flow fluctuations, the hardship of oil yet to be satisfactorily eliminated, Seal well, and the poor quality bearings are causing the main source of the noise. In use, the hydraulic pump parts wear, the gap is too large, insufficient flow and pressure fluctuations easy, but can also cause the same noise. Faced with the above reasons, the first choice of good quality hydraulic pump or hydraulic motors, two is to strengthen repairs and maintenance For example, if the gear tooth low precision, it should study the gears, meet exposure requirements; If a storm vane pump oil, Oil should be amended to distribution sites 1.30 chutes, eliminate the hardship oil; If the axial pump too much oil is insufficient, they should repair, so that the axial space within the permissible range. If the pump choose not to, they should be replaced;3. The relief valve instability, as a result of slide valve with the valve hole with improper or poppet valve and valve seat being contacted dirt cab, damping plug the hole, spring or deflect such as the failure to make jam or spool valve hole in the mobile system, caused the system pressure fluctuations and noise. In this regard, attention should be clean, and clear the damping hole; The relief valve inspections and if found damaged, or wear over, should be repaired or replaced in a timely manner;4. Improper adjustment valve, valve spool moving too fast, caused to the impact of exchange, resulting in noise and vibration. Under such circumstances, if the hydraulic valve is the valve should be adjusted to control the asphalt throttle device, to make for a smooth without shocks. At w
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