毕业论文终稿-车载小型挖树机液压和控制系统设计（送全套CAD图纸 资料打包）

买文档就送全套CAD图纸QQ414951605或1304139763图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑设计论文题目车载小型挖树机液压和控制系统设计学生姓名陶伟指导教师李志臣二级学院专业车辆工程班级11车辆工程1班学号1121111036提交日期2015年05月10日答辩日期2015年05月16日买文档就送全套CAD图纸QQ414951605或1304139763I摘要我国目前树木移植大都采用人工作业，劳动强度大，作业效率低、成本高、成活率低。小型车载挖树机的研制有利于提高工效，减轻劳动强度，加快城市园林化的步伐，同也降低生产成本，提高经济效益。液压系统是小型车载挖树机的重要组成部分，主要包括液压泵，液压油缸、控制阀和油箱等。本文主要针对小型车载挖树机液压控制系统进行设计。首先，调查掌握了小型车载挖树机及液压系统的现况；接着，对该挖树机结构及原理进行了分析，通过对结构原理的分析提出了液压系统设计方案，并通过计算选择了各液压元件以及验算了液压系统的合理性；然后，以铲斗油缸为例对其进行了详细的设计与校核；最后，应用AUTOCAD软件绘制了液压系统原理图及液压缸的装配图和主要零部件图。本文的研究方法对今后各类小型机械、工程机械等的液压系统设计均具有很好的参考意义。关键字挖树机；液压系统；液压缸买文档就送全套CAD图纸QQ414951605或1304139763IIABSTRACTMOSTOFOURCURRENTARTIFICIALTREESTRANSPLANTOPERATIONS,LABORINTENSIVE,LOWWORKINGEFFICIENCY,HIGHCOSTANDLOWSURVIVALRATECARDIGGINGMACHINESSMALLTREERESEARCHWILLHELPIMPROVEEFFICIENCY,REDUCELABORINTENSITYANDSPEEDUPTHEPACEOFURBANGARDEN,WITHALSOREDUCEPRODUCTIONCOSTS,IMPROVEECONOMICEFFICIENCYHYDRAULICSYSTEMISASMALLCARDIGGINGMACHINEANIMPORTANTPARTOFTHETREE,INCLUDINGHYDRAULICPUMPS,HYDRAULICCYLINDERS,CONTROLVALVESANDTANKSANDSOONTHISPAPERMAINLYFORSMALLCARDUGTREEHYDRAULICCONTROLSYSTEMDESIGNFIRST,THEINVESTIGATIONANDTHESTATUSOFTHESMALLCARTODIGTREESANDHYDRAULICSYSTEMSTHEN,THEDIGGINGMACHINETREESTRUCTUREANDPRINCIPLEWEREANALYZEDBYANALYSISOFTHESTRUCTURALPRINCIPLEOFTHEHYDRAULICSYSTEMDESIGNISPROPOSEDANDSELECTEDBYCALCULATINGEACHHYDRAULICCOMPONENTSANDCHECKINGTHEREASONABLENESSOFTHEHYDRAULICSYSTEMTHEN,WITHBUCKETCYLINDERASANEXAMPLEOFITSDETAILEDDESIGNANDVERIFICATIONANDFINALLY,THEAPPLICATIONOFAUTOCADSOFTWARETODRAWASCHEMATICDIAGRAMOFTHEHYDRAULICSYSTEMANDTHEHYDRAULICCYLINDERASSEMBLYDRAWINGSANDMAJORZEROPARTSDIAGRAMRESEARCHMETHODSINTHEFUTUREDESIGNOFVARIOUSTYPESOFHYDRAULICSYSTEMOFSMALLMACHINERY,ENGINEERINGMACHINERY,ETCHAVEAGOODREFERENCEVALUEKEYWORDHYDRAULICSYSTEMHYDRAULICCYLINDERSDIGGINGUPTREE买文档就送全套CAD图纸QQ414951605或1304139763III目录摘要IABSTRACTII第一章绪论111研究背景及意义112液压系统概述113液压系统研究现状2131国外研究现状2132国内研究现状2第二章总体分析321主要参数选定322车载小型挖树机结构原理分析3221整体结构3222铲斗组件3223铲刀组件4224主框架和提升架423车载小型挖树机的工作特点分析524工况分析6241运动分析6242负载分析（以提升液压缸为例）6第三章液压系统设计及液压元件选型831确定主要参数8311工作压力的确定8312液压缸内径D和活塞杆直径D的确定832液压回路的设计9321制定调速方案9322制定压力控制方案10323制定顺序动作方案10324选择液压动力源11买文档就送全套CAD图纸QQ414951605或1304139763IV325绘制液压系统图1133液压元件的选型12331液压泵的选择12332液压阀及辅助元件的选择12333蓄能器的选择13334管道尺寸的确定13335油箱容量的确定1434液压系统的验算15341压力损失的验算15342发热温升的验算16第四章液压缸的设计1841主要尺寸的设计与校核18411液压缸壁厚和外径的计算18412液压缸工作行程的确定19413缸盖厚度的确定19414最小导向长度的确定20415缸体长度的确定20416固定螺栓得直径21SD417液压缸强度校核2142液压缸的结构设计22421缸体与缸盖的连接形式22422活塞杆与活塞的连接结构23423活塞杆导向部分的结构23424密封装置24425缓冲装置2443其他液压缸结构及技术参数25结论27参考文献28致谢29车载小型挖树机液压和控制系统设计1车载小型挖树机液压和控制系统设计2车载小型挖树机液压和控制系统设计3第一章绪论11研究背景及意义城市绿化是城市生态环境建设的核心内容。其生态效应是由绿量决定的，而绿量的大小则取决于组成城市绿化主导材料的各种类树木所表现的叶面大小和树冠覆盖面积，所以种植树木是短期内加快城市生态环境建设和提高城市生态环境质量的主要手段和途径。据测定，树木吸取CO2、制造O2的功能是草坪的5倍1HM2树木每年可吸收CO216T，释放O212T，吸收量是草坪的3倍，年可滞尘09T，可吸收SO2300KG，畜水1500T，空气湿度可增加54。可见，树木产生的生态效应是非常明显的。在目前城市热岛效应日趋明昱和人们对城市居住环境品质要求不断提高的新形势下，在城市中推行种植有一定体量和相当数量的树木就显得尤为重要瓤迫切。我国目前树的移栽大都采用人工作业，劳动强度大，作业效率低、成本高、成活率低。采用机械化作业可提高工效几十倍甚至上百倍，减轻了劳动强度，加快了城市园林化的步伐，同也降低了生产成本，提高了经济效益。因此研制开发适合常规配套动力的挖树机械具有十分重要的现实意义，其产品具有广阔的市场前景。12液压系统概述车载小型挖树机液压和控制系统设计4一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件如液压缸和液压马达的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件即各种液压阀在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀安全阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。13液压系统研究现状131国外研究现状液压技术自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有300多年的历史了，但其真正的发展只在第二次世界大战后60多年的时间内，战后液压技术迅速向民用工业转移，在机床、工程机械、农业机械、汽车等行业中逐步推广。20世纪60年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了河大的发展，并渗透到各个行业领域中去。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、搞度集成化的法相发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机辅助测试、计算机直接控制、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术，以及污染控制技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。132国内研究现状车载小型挖树机液压和控制系统设计5我国液压工业的真正发展是在六十年代开始起步的，而液压控制技术的发展则更晚一些，目前，液压控制技术已成为一种极为广泛的基础技术，尽管我国国民经济各领域也获得了极为广泛的应用，单液压及控制技术长期落后于国外的现状还是严重制约了我国主体水平的提高和工业自动化的实现。因而迅速提高我国液压技术和控制技术的数字化，具有极为重要的经济意义和现实意义。近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，涌现出一批各具特色的高新技术产品。如北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀、宁波华业公司的电液比例流量阀，均为机电一体化的高新技术产品。为应对我国加入WTO后的新形势，我国液压行业各企业加速科技创新，不断提升产品市场竞争力，一批优质产品成功地位国家重点工程和重点主机配套，取得较好的经济效应和社会效应。第二章总体分析21主要参数选定通过对市场现有小型挖树机进行调查，选定本次设计的车载小型挖树机主要技术指标如下配套动力1822KW（拖拉机）土球大端直径600MM树胸径80120MM工作效率5080株/小时22车载小型挖树机结构原理分析221整体结构小型挖树机由主框架，提升架，铲刀组件，铲斗组件和液压系统等组成，如图21所示。提升架可沿主框架上下运动，铲斗可沿提升架上下运动。型挖树机可挂接在多种配套动力（如各种轮式拖拉机）上，各工作部件由液压油缸驱动。工作时，通过操纵液压系统的分配器，首先打开铲刀、铲斗，通过调整挖树机的位置，将被挖树置于铲斗中心处，然后将提升架下移，使铲刀、铲斗置于地面上，操纵铲刀油缸将两铲刀车载小型挖树机液压和控制系统设计6入土后再操纵铲斗油缸将铲斗下挖至要求的深度后，通过提升架将铲刀、铲斗和树同时提出地面，最后松开铲刀、铲斗，将根部带有圆台型土块的树放入塑料盆中，以提高树成活率，方便运输。图21小型挖树机结构简图1主框架2提升架3铲刀组件4铲斗组件222铲斗组件铲斗组件主要包括铲斗导轨、铲斗油缸、铲斗滑块和铲斗，如图22所示。铲斗的运动轨迹由铲斗导轨控制。为实现一定直径树的移栽要求，铲斗小端直径不能太小。铲斗设计为半圆台面形，导轨角度和圆台的角度相同，以便使铲斗滑快能自如的上下移动。铲斗的大端直径为600MM，小端直径为450MM，高为500MM，当铲斗架处于闭合状态时铲斗导轨与铅垂方向的夹角为85。图22挖树机铲斗组件结构示意图1铲斗导轨2铲斗油缸3铲斗滑块4铲斗油缸两端均是铰接形式，当铲斗油缸伸出时，活塞杆与连接的滑块在铲斗的滑轨上移动，铲斗慢慢张开。反之，当油缸缩回回时，铲斗慢慢闭合。223铲刀组件车载小型挖树机液压和控制系统设计7铲刀组件主要包括铲斗油缸、连接件、铲刀臂和铲刀，如图23所示。工作时铲刀绕铲刀臂旋转，依靠锋利的刀刃切断树的底根，同时铲入泥土的铲刀可以平衡一部分铲斗的入土阻力，起到了地锚的作用，以防挖树机被抬起。图23挖树机铲刀组件结构示意图1铲刀油缸2连接件3铲刀臂4铲刀224主框架和提升架提升架通过滑块安装在主框架的导轨中，铲刀、铲斗等安装在提升架上。在提升油缸的作用下，提升架、铲刀及铲斗沿主框架轨道上下运动，用来提升完成挖掘工作的铲刀、铲斗及所要移栽的树，其结构如图24所示。图24挖树机主框架和提升架结构示意图23车载小型挖树机的工作特点分析挖树机挖掘带根树木是在各有关部件和装置协同动作下完成的，树木挖树机的主要工作特点是（1）移动作业车载小型挖树机液压和控制系统设计8树木挖树机必须开到苗圃地或待移栽的树木前实施挖掘作业，其作业地点是不断变动的。（2）顺序动作在挖树时树木挖树机要完成下列动作挖树机构直立（具有纵向倾斜机构的挖树机才有此动作），挖树机构下降，锹铲打开，锹铲闭合，锹铲锁紧，调平垫使导轨架水平，稳定器撑开，锹铲按132的顺序铲入土中，挖树机构上升，稳定器收回，挖树机构倾倒在车底板上。树木挖树机在向栽植坑植树时要完成下列动作挖树机构直立，挖树机构下降，稳定器撑开，锹铲按顺序提升，挖树机构提升，锹铲闭合，稳定器收回，挖树机构倾倒在车厢底板上。这些动作都是顺序进行的，在同一时间内没有两个动作同时进行。仅在需要加抉工作速度时，有些辅助动作（如提升，收回稳定器等）可以同时进行，但对工作没有影响。（3）工作部件和各动作的执行元件呈空间分布即在挖树机的上、下、左，右等各部位都要布置传动部件，尤其是工作铲呈环形布置时。（4）有些部件运动的行程长如2ZS100树木挖树机的铲刀移动量达97CM大约翰树木挖树机铲刀行程达160CM，但它们运动速度不高，对运动的精度要求不高。本设计中升降缸的行程达到800MM，铲土油缸的行程达到500MM。（5）各工作部件和装置的工作载荷不一致其中以锹铲的下铲阻力最大如20T一50型起苗机的单铲下铲阻力为15KN，2ZS100型树木挖树机的下铲阻力为30KN，其次是提升时的重力载荷。由于这时要将挖树机构和挖出的树木及带根士球一道提升，重力载荷达1020KN，有些装置的工作载荷则很小如锹铲开合机构、调平垫等。（6）间歇作业树木挖树机挖完一棵树以后要由配套的运载工具将树运到栽植点或运送到地边指定点，由其它运输工具集中转运。这时，动力传动装置停止工作。只有树木挖树机到达栽植点后，或在进行下一轮作业时传动装置才又开始工作。（7）每一工作循环的时期短如2ZSIOO型树木挖树机挖一棵树的纯作业时间只要LMIN。本设计中要求为60S/颗。车载小型挖树机液压和控制系统设计924工况分析241运动分析根据设计要求驱动它的液压传动系统需完成铲斗，铲刀打开铲斗铲刀闭合掘土提升打开的工作循环。其垂直上升林木的重力为5000N，机架本身重量为1000N，快速上升行程350MM，速度要求45MM/S；慢速上升行程为100MM，其最小速度为8MM/S；快速下降行程为450MM，速度要求55MM/S，其导轨面的夹角为90，滑台与导轨的最大间隙为2MM，起动加速和减速时间均为05S，液压缸的机械效率为091。则取快速上升速度为V快升45MM/S慢速上升速度为V慢升8MM/S快速下降速度为V快降55MM/S242负载分析（以提升液压缸为例）液压缸所受外载荷F包括三种类型，分别为工作负载、摩擦阻力负载、惯性负载即FFWFFFA（1）工作负载FW对于本挖树机来说，即为沿垂直上升方向的树重量与机架本身重量之和，故FW5000N1000N6000N（2）导轨摩擦阻力负载FF启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力，对于平行导轨FF可以由下式求的FFFFN/SIN（/2）由于林木为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和结构尺寸求得FN120N，取FS02，FD01则有静摩擦负载FFS（02120/SIN45）3394N动摩擦负载FFD（01120/SIN45）1697N（3）运动部件速度变化时的惯性负载FAFAGGVT式中G重力加速度；车载小型挖树机液压和控制系统设计10加速或减速时间，本设计中要求不大于02S，取01S；TT时间内的速度变化量。VT故加速FA1（G/G）（V/T）（6000/981）（0045/05）5505N减速FA2（G/G）（V/T）（6000/981）（00450008）/054526N制动FA3（G/G）（V/T）（6000/981）（0008/05）979N根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表21），并画出如图22所示的负载循环图。表21工作循环各阶段的外负载序工作循环外负载FN1启动、加速FFWFFSFA160892快速上升FFWFFD60173减速FFWFFDFA260624慢速上升FFWFFD60175制动FFWFFDFA36027第三章液压系统设计及液压元件选型31确定主要参数311工作压力的确定执行元件的工作压力可以根据负载循环图中的最大负载来选取，也可以根据主机的类型了确定（见表31和表32）。表31按负载选择执行元件的工作压力负载/KN50工作压力/MPA08115225334455表32各种机械常用的系统工作压力车载小型挖树机液压和控制系统设计11机床设备类型磨床组合机床龙门刨床拉床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械等工作压力0820352881010162032所设计的挖树机在工进时负载最大，其值为6089N，其它工况时的负载都相对较低，参考表31和表32按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法。初选液压缸的工作压力，背压MPAP21MPAP302312液压缸内径D和活塞杆直径D的确定为了节省能源宜选用较小流量的油源。利用单活塞缸差动连接满足快进速度的要求，由此求得液压缸无杆腔面积为2462111083971908MNPFAMD44由计算所得的液压缸内径D按表34圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。表34液压缸内径尺寸系列GB23481980MM810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500630注括号内数值为非优先选用值故液压缸内径取标准值MD80根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径MD45/22）（求的D134由计算所得的活塞杆直径按表35圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封车载小型挖树机液压和控制系统设计12元件。表35活塞杆直径系列GB23481980MM45681012141618222252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400故液压缸内径取标准值MD36由此计算出液压缸的实际有效面积为222145084CMDA2222736D）（）（32液压回路的设计321制定调速方案速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。322制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀车载小型挖树机液压和控制系统设计13起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。323制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。324选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。车载小型挖树机液压和控制系统设计14325绘制液压系统图小型挖树机系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。图31挖树机液压原理图如图31，为挖树机液压原理图，其中包含三位四通电磁换向阀；齿轮泵；油滤器；单向阀；液压锁；平衡阀；限位二位二通手动换向阀；液压缸组成。33液压元件的选型331液压泵的选择由工况图可知，整个工作循环过程中液压缸的最大工作压力为20MPA。选取油路总压力损失为03MPA。则泵的最大工作压力为MPAP320其次确定液压泵的最大供油量，液压缸所需的最大流量为382L/MIN，若取系统泄漏系数K105，则泵的流量为MIN/14023851LQP根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用YB163/63型的双联齿轮泵，其额车载小型挖树机液压和控制系统设计15定压力为63MPA，容积效率085，总效率，所以驱动该泵的电动机的功率80P可由泵的工作压力和输出流量求出由于液压缸在快退时输入功率最大，如果取泵的效率为，这时驱动液压泵80P所需电动机功率为WPP835043根据此数据查阅电动机产品目录，选择Y90S6型电动机，其额定功率，WPN750额定转速。MIN/910RN332液压阀及辅助元件的选择（1）阀的规格根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20以内的短时间过流量。（2）阀的型式，按安装和操作方式选择。表37液压元件型号及规格（GE系列）序号名称通过流量型号及规格1滤油器1147XLX06802齿轮泵975CB503单向阀4875AF3EA10B4外控顺序阀4875XF310B5溢流阀3375YF310B6三位四通电磁换向阀97534EF3YE10B7单向顺序阀1157AXF310B8液控单向阀1157YAF3EA10B9二位二通电磁换向阀82122EF3E10B10单向调速阀975AQF3E10B11压力表Y100T12压力表开关KF3E3B车载小型挖树机液压和控制系统设计1613柴油机Y90S6333蓄能器的选择根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。（1）液压执行元件短时间快速运动，由蓄能器来补充供油，其有效工作容积为式中A液压缸有效作用面积（M2）；L液压缸行程（M）；K油液损失系数，一般取K12；QP液压泵流量（M3/S）；T动作时间（S）（2）作应急能源，其有效工作容积为式中要求应急动作液压缸总的工作容积（M3）。有效工作容积算出后，根据有关蓄能器的相应计算公式，求出蓄能器的容积，再根据其他性能要求，即可确定所需蓄能器。334管道尺寸的确定（1）管道内径计算式中Q通过管道内的流量（M3/S）；管内允许流速（M/S），见表38计算出内径D后，按标准系列选取相应的管子。（2）管道壁厚的计算表38允许流速推荐值管道推荐流速/（M/S）车载小型挖树机液压和控制系统设计17液压泵吸油管道0515，一般常取1以下液压系统压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1526式中P管道内最高工作压力（PA）；D管道内径（M）；管道材料的许用B管道材料的抗拉强度（PA）；N安全系数，对钢管来说，P7MPA时，取N8；P175MPA时，取N6；P175MPA时，取N4。335油箱容量的确定初始设计时，先按经验公式（31）确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。油箱容量的经验公式为VQV式中QV液压泵每分钟排出压力油的容积（M3）；经验系数，见表39。表39经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械12245761210在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。34液压系统的验算341压力损失的验算（1）工作进给时的进油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度为12M/MMIN。进给时的最大流量为1473L/MIN。则液压油在管内流速V1为V1CM/MIN8330CM/MIN139CM/MIN24QD32170管道流动雷诺数为1RE车载小型挖树机液压和控制系统设计181111REVD391252300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数06817E1进油管道BC的沿程压力损失为PA1PA2VLD22901370681查阅换向阀4WE6E50/AG24的压力损失PA。忽略油液通过管接12PA605头、油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失为1PAPA1P1A2P6601506（2）工作进结时的回油路压力损失。由于选用单活塞杆液压缸，并且液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则695CM/S2V15552RED69512139275回油管道的沿程压力损失为21PAPAPA21PA2VLD22906539601查产品样本知换向阀3WE6A50/OAG24的压力损失0025PA，换向阀2PA604WE6E50/OAG24的压力损失0025PA，调速阀2FRM520/6的压力损失为23PA6105PA。24PA610回油路总压力损失为2车载小型挖树机液压和控制系统设计19（0050025002505）PA06PA2PA123PA246106（3）变量泵出口处的压力PP21/CMFA46650/90510157832PA60查阅产品样本知，流经各阀的局部压力损失为4WE6E50/OAG24的压力损失为PA21PA6073WE6A50/OAG24的压力损失为PA据分析在差动连接中，泵的出口压力为PP12A2P13A212ACMFPA6425006087019193PA1上述验算表明，不需要修改原设计。342发热温升的验算在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，为了简化计算，注意考虑工进时的发热量。一般情况下工进速度大时发热量大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大，所以分别计算最大、最小时的发热量，然后加以比较，取数值最大者进行分析。当V10CM/MIN时0785L/MINQ2301/MIN4307851/MIN此时泵的效率为01，泵的出口压力为32MPA，则有KW042KWP输入32785601车载小型挖树机液压和控制系统设计20FVKW0034KWP输出2310256此时的功率损失为（0718041KW031KWP输入输出可见在工进速度低时，功率损失为0386KW，发热量最大。假定系统的散热状况一般，取KKW/,油箱的散热面积A为3102CMA0065006519223V236M2系统的温升为201TPK308192对于一般机械允许温升2530，数控机床油液温升应该小于25，工程机械等允许的温升为3540。验算表明系统的温升在许可范围内，不必采取其他的冷却措施。第四章液压缸的设计车载小型挖树机液压和控制系统设计2141主要尺寸的设计与校核液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。所以设计时，可用类比法来确定。同上，以提升液压缸为例进行设计。前述已确定液压缸的工作压力，缸MPAP2筒内径D80MM，活塞杆外径D36MM。411液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚一般指液压缸中最薄处的厚度。从材料力学可以知道，承受内压力的圆筒，其内应力分别规律因为壁厚的不同而各异。一般计算时可以分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其壁厚的比值D/10的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，一般采用无缝钢管，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒壁厚公式计算2YPD式中液压缸壁厚（M）。D液压缸内径（M）。试验压力，一般取最大工作压力的（12515）倍（MPA）。额定压力YP16MPA,取15MPA。NN15230缸筒材料的许用应力。，其中为材料抗拉刚度，N为安BB全系数，一般取N5。的值为锻钢110120MPA；铸钢100110BBBMPA；无缝钢管110110MPA；高强度铸铁60MPA；灰铸铁BB25MPA。对于D/10时，应该按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。对于脆性材料以及塑性材料04123YPD式中的符号意思与前面相同。车载小型挖树机液压和控制系统设计22液压缸壁厚算出后，即可以求出缸体的外径为1D12式中值应该按无缝钢管标准，或者按有关标准圆整为标准值。1D在设计中，取试验压力为最大工作压力的15倍，即152MPA3MPA。而缸YP筒材料许用应力取为100MPA。B应用公式得，2YP380621/5M下面确定缸体的外径，缸体的外径8026MM92MM。在液压传动D2设计手册中查得选取标准值100MM。在根据内径D和外径重新计算壁厚11MM10MM208412液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可以根据执行元件机构实际工作的最大行程来确定，并且参照表41中的系列尺寸来选取标准值。表41液压缸活塞行程参数系列（MM）255080100125160200250320400500630800100012501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800注液压缸活塞行程参数依、次序优先选用。由已知条件知道最大工作行程为450MM,参考上表系列，取液压缸工作行程为450MM。413缸盖厚度的确定车载小型挖树机液压和控制系统设计23一般液压缸多为平底缸盖，其有效的厚度T按强度要求可以用下面两式进行进似计算。无孔时2043YPTD有孔时20YTD式中缸盖有效厚度（M）。缸盖止口内径（M）。2D缸盖孔的直径（M）。0D在此次设计中，利用上式计算可取T25MM414最小导向长度的确定对于一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求20LD式中液压缸的最大行程。L液压缸的内径。D为了保证最小导向长度H，如果过分增大和B都是不适宜的，必要时可以在缸1L盖和活塞之间增加一个隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即12CL在此设计中，液压缸的最大行程为450MM，液压缸的内径为80MM，所以应用公式的MM625MM。20LD20L4580活塞的宽度B一般取得B（0610）D；缸盖滑动支撑面的长度，根据液压缸1L内径D而定。当D80MM时，取；106L当D80MM时，取。D活塞的宽度B（0610）D4880MM，取60MM车载小型挖树机液压和控制系统设计24415缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应该大于内径的2030倍。缸体长度L45060MM510MM416固定螺栓得直径SD液压缸固定螺栓直径按照下式计算S52SKFDZ式中F液压缸最大负载。Z固定螺栓个数。K螺纹拧紧系数，K11215。根据上式求得47MM52SKFDZ1360894417液压缸强度校核（1）缸筒壁厚校核。YPDD02当时，壁厚应满足。Y04113P当时，壁厚应满足前面已经通过计算得D80MM,10MM。则有10，所以为厚壁缸。D810MM58MMY04PD123804312可见缸筒壁厚满足强度要求。（2）活塞杆稳定性的验算活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的轴向力F不能超过使它稳定工作所允许的临界负载，以免发生纵向弯曲，从而破坏液压缸的正常工作。的值与活塞杆材料KFK车载小型挖树机液压和控制系统设计25性质、截面的形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。活塞杆的稳定性的校核依照下式（稳定条件）进行KFN式中安全系数，一般取24。KNK当活塞杆的细长比时KLR12KF2EJL当活塞杆的细长比时，且20120时，则KLR1212KF2KFALR式中安装长度，其值与安装方式有关。L活塞杆截面最小回转半径，。KRKRJA柔性系数。1由液压缸支承方式决定的末端系数。2E活塞杆材料的弹性模量，对刚取E。12206/NMJ活塞杆横截面惯性矩，A为活塞杆横截面积。F由材料强度决定的实验值。根据验算，液压缸满足稳定性要求。42液压缸的结构设计421缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖常见连接方式有法兰连接式（图41A）、半环连接式（图41B）、螺纹连接式（图41C、F）、拉杆连接式（图41D）、焊接式连接（图41E）等。车载小型挖树机液压和控制系统设计26图41常见的缸筒和缸盖结构缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。通过综合考虑，在此设计中，缸体端部与缸盖采取法兰连接的形式。422活塞杆与活塞的连接结构活塞和活塞杆的结构形式有很多，常见的有一体式、锥销式连接外、还有螺纹式连接和半环式连接等多种形式，如图42所示。半环式连接结构复杂，装卸不便，但是工作可靠。图42活塞杆与活塞的结构此外，活塞和活塞杆也有制成整体式结构的，但是它只能适应于尺寸较小的场合。经过综合考虑，在此设计中，活塞杆与活塞的连接采取螺纹连接的形式，如图43所示。423活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结果可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成与端盖分开的车载小型挖树机液压和控制系统设计27导向套导向结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用比较普遍。此设计经过综合考虑，采取端盖直接导向。424密封装置液压缸中常见的密封装置有间隙密封，摩擦环密封，密封圈密封等。间隙密封依靠运动件间的微笑间隙来防止泄露；摩擦环密封依靠活塞上的摩擦环（尼龙或者其他高分子材料制成）在“O”形圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄露；油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨脂等。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。此设计经过综合考虑，采用O形密封圈密封。425缓冲装置液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。液压缸中常用的缓冲装置有节流口可调式（如图43）和