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挖掘机
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挖掘机泵源设计,挖掘机,设计
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宁XX大学毕业设计(论文)挖掘机泵源设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要本文主要完成挖掘机泵源系统设计，驱动的液压系统，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管组成。它的工作原理：液压泵由电动机带动旋转后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，当它从泵中输出进入压力管后，将换向阀手柄、开停手柄方向往内的状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞和工作台向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管排回油箱。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力产生的。要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高；反之压力就越低。输入液压缸的油液是通过节流阀调节的，液压泵输出的多余的油液须经溢流阀和回油管排回油箱，这只有在压力支管中的油液压力对溢流阀钢球的作用力等于或略大于溢流阀中弹簧的预紧力时，油液才能顶开溢流阀中的钢球流回油箱。所以，在系统中液压泵出口处的油液压力是由溢流阀决定的，它和缸中的油液压力不一样大。关键词：挖掘机, 液压挖掘机，泵源，液压站43AbstractThis paper mainly completes the design of excavator hydraulic pump system, the hydraulic drive system, it consists of a tank, oil filter, hydraulic pump, relief valve, stop valve, throttle valve, reversing valve, hydraulic cylinder and connection of these components tubing composition. Its working principle: the hydraulic pump driven by the motor after the rotation, from the oil tank. Oil by the oil filter into the hydraulic pump, when it from the pump output into the pressure pipe, valve handle, stop the direction of a handle to the state, through the open stop valve, throttle valve, reversing valve into the hydraulic cylinder of the left cavity, push the piston and the working table moves to the right. At this time, the right chamber of the hydraulic cylinder oil by reversing valve and return line back to the oil tank. In order to overcome the various drag force when the mobile station is subjected to, the hydraulic cylinder must generate a large enough thrust, which is generated by the oil pressure in the hydraulic cylinder. The higher the resistance, the higher the oil pressure in the cylinder, and the lower the pressure. When the input of the hydraulic cylinder oil is regulated by a throttle valve, the hydraulic pump output of the excess oil shall be the overflow valve and an oil return pipe to the tank platoon, this only in the manifold pressure of the fluid pressure force of a relief valve ball is equal to or slightly larger than the relief valve spring preload and top oil to open overflow valve ball flows back to the tank. Therefore, in the system of hydraulic pump outlet oil pressure is determined by the relief valve, and it and the oil pressure in the cylinder is not as big as.Keywords: excavator, hydraulic excavator, pump source, hydraulic station目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论11.1课题背景及目的11.2 液压挖掘机整机性能11.3 液压挖掘机结构21.4 液压挖掘机传动原理32 挖掘机泵源设计要求与方案52.1设计要求52.2工况分析52.2.1 液压挖掘工况分析62.2.2 满斗举升回斗工况分析82.2.3 卸载工况分析82.2.4 空斗返回工况分析92.2.5 行走时复合动作分析93 挖掘机液压系统设计113.1 挖掘机的功用和对液压系统的要求113.2 挖掘机液压系统分析113.2.1 挖掘机的液压系统原理图113.2.2 系统工作分析123.2.3 主要液压元件在系统中的作用133.3 液压元件的选用133.3.1 泵的选用133.3.2 液压阀的选用133.3.3 液压缸的选用143.3.4 辅助元件的选用144 液压缸的设计计算和泵的参数计算164.1 液压缸设计算164.1.1 外负载计算164.1.2 液压缸结构尺寸计算174.1.3 油缸强度计算184.2 泵的参数计算204.2.1 泵的压力计算204.2.2 计算所需要的泵的流量214.3 柴油机的选择224.3.1 泵的驱动功率的计算224.3.2 柴油机的选择225 液压集成块的设计235.1块式集成的结构245.2块式集成的特点245.3块式集成液压控制装置的设计256 液压站的设计296.1液压站简介296.2 油箱设计296.2.1油箱有效容积的确定296.2.2 油箱容积的验算306.2.3 油箱的结构设计326.3 液压站的结构设计356.4 辅助元件356.4.1 滤油器356.4.2 空气滤清器366.4.3 液位计376.4.4 液压油38总结40参考文献41致 谢42第1章 绪论1.1课题背景及目的在学校的毕业设计是机械设计制造及其自动化专业学习的最后一个环节，学习在大学四年的继续深化和检验，具有实践性和综合性，是不是一个单一的其他替代方案，通过毕业设计可以提高综合能力的培养，是要去上班，提高实际工作能力起着非常重要的作用。为了实现以下目标：（1）基本理论，基本知识和基本技能的综合运用，提高分析和解决实际问题的能力。（2）接受全面的培训工程师必须，提高实际工作能力。为调查研究，文献和数据收集和分析能力；设计和开发测试计划能力；设计，计算和绘图能力的提高；总结和撰写论文的能力。（3）的综合素质和实践能力的测试。液压挖掘机由于在动力装置和工作装置之间采用容积式液压传动，靠液体的压力能进行工作，相对机械传动具有许多优点:能无极调速且调速范围大，最大速度和最小速度之比可达1000:1能得到较低的稳定转速；快速作用时，液压元件产生的运动惯性较小，并可作高速反转；传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动；操纵省力灵活，易实现自动化控制；易实现标准化、通用化、系列化。因此液压挖掘机逐步取代机械式挖掘机是必然的趋势。1.2 液压挖掘机整机性能液压挖掘机可分为:动力系统、机械系统、液压系统、控制系统。液压挖掘机作为一个有机整体，其性能的优劣不仅与工作装置机械零部件性能有关，还与液压系统、控制系统性能有关。(1) 动力系统挖掘机工作的主要特点是环境温度变化大，灰尘污物较多，负荷变化大，经常倾斜工作，维护条件差。因此液压挖掘机原动力一般由柴油机提供，柴油机具有工作可靠、功率特性曲线硬、燃油经济等特点，符号挖掘机工作条件恶劣，负荷多变的要求。挖掘机的额定负荷与汽车。拖拉机不同，汽车和拖拉机指在最高转速下、连同机油泵、发电机等必要附件，分钟内的最大功率;挖掘机是指在额定转速下一小时以上的额定功率。挖掘机采用车用柴油机时，最大功率指数降低。(2) 机械系统液压挖掘机的机械系统部分是完成挖掘机各项基本动作的直接执行者，主要包括:行走装置是整个机器的支撑部分，承受机器的全部重量和工作装置的反力，同时能使挖掘机作短途行驶.按照结构的不同，分履带式和轮胎式。回转机构使挖掘机上车围绕中央回转轴作360度的回转的机构，包括驱动装置和回转支撑。工作装置是挖掘机完成实际作业的主要组成部分，常用的有反铲、正铲、装载、起重等装置，而同一种装置可以有多种结构形式，前面所述的反铲装置应用最为广泛。(3) 液压系统液压挖掘机的回转、行走和工作装置的动作都由液压传动系统实现，原动机驱动双联液压泵，把压力油分别送到两组多路换向阀。通过司机的操纵，将压力油单独或同时送往液压执行元件(液压马达和液压油缸)驱动执行机构工作。液压挖掘机的主要运动有整机行走、转台回转、动臂升降、斗杆收放、铲斗转动等。这些运动都靠液压传动。根据以上工作要求，把各液压元件用油管有机地连接起来地组合体既是液压挖掘机地液压系统。该系统地功能是把发动机地机械能以油液为介质，利用油泵转变为液压能，传送给油缸、油马达等转变为机械能，再传动各执行机构，实现各种运动和工作过程。液压系统设计得合理与否，对挖掘机的性能起着决定性的作用。同样的元件，若系统设计不同，则挖掘机性能差异很大。液压系统习惯上按主油泵的数量、功率调节方式和回路的数量来分类。(4) 控制系统液压挖掘机控制系统是对发动机、液压泵、多路换向阀和执行元件(液压缸、液压马达)等进行控制的系统。电子技术和计算机技术的飞速进步，使挖掘机有了越来越先进的控制系统，使液压挖掘机向高性能、自动化和智能化发展。目前挖掘机研究重点正逐步向智能化机电液控制系统方向转移。1.3 液压挖掘机结构(1) 液压挖掘机组成为了实现液压挖掘机的各项功能，单斗液压挖掘机需要两个基本组成部分，即机体(或称主机)和工作装置。机体是完成挖掘机基本动作并作为驱动和操纵挖掘机进行工作的基础，可以是履带牵引车辆或轮式牵引车辆。可细分为行走装置、回转装置、液压系统、气压系统、电气系统和动力装置。其中动力装置、操纵机构、回转机构和辅助设备均可在回转平台上，总称上车部分，它与行走机构(又称下车部分)用回转支撑相连，平台可以围绕中央回转轴作360的全回转。工作装置根据工作性质的不同，可配备反铲、正铲、装载、起重等装置，分别完成挖掘、装载、抓取、起重、钻孔、打桩、破碎、修坡、清沟等工作。挖掘机的基本性能决定于各部分的构造、性能及其综合的效果。(2) 单斗反铲液压挖掘机反铲装置主要用于挖掘停机面以下的土壤。斗容量小于1.6的中小型液压挖掘机通常选用反铲装置，它分为整体臂式和组合臂式。其中长期作业条件相似的挖掘机反铲装置大多采用整体鹅颈式动臂结构。采用这种动臂有利于加大挖掘深度，且结构简单、价格低廉。刚度相同时，其重量比组合动臂轻，是目前应用最广泛的液压挖掘机工作装置结构形式。铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构型式，动臂、斗杆和铲斗等主要部件彼此铰接，在液压缸的作用下各部件绕铰接点摆动，完成挖掘、提升和卸土等动作。整体鹅颈式动臂反铲挖掘机工作装置主要由动臂、动臂油缸、斗杆、斗一杆油缸、铲斗、铲斗油缸、摇臂、连杆、销轴等组成。装置各运动部件之间全部采用销轴铰接，以动臂油缸来支撑和改变动臂的倾角，通过动臂油缸的伸缩可使动臂绕下。铰点转动实现动臂的升降。斗杆铰接于动臂的上端，由斗杆油缸控制斗杆与动臂相对角度。当斗杆油缸伸缩时，斗杆可绕动臂上铰点转动。铲斗与斗杆前端铰接，并通过铲斗油缸伸缩使铲斗转动。为增大铲斗的转角，通常采用摇臂连杆机构来和铲斗联。(3) 液压挖掘机工作循环过程首先液压挖掘机驱动行走马达和配套土方运输车辆一起进入作业面，运输车辆倒车、调停，停靠在挖掘机的侧方或后方。挖掘机司机扳动操纵手柄，使回转马达控制阀接通，于是回转马达转动并带动上部平台回转，使工作装置转向挖掘地点，在执行上述过程的同时操纵动臂油缸换向阀，使动臂油缸上腔进油，将动臂下降，直至铲斗接触地面，然后司机操纵斗杆油缸和铲斗油缸的换向阀，使两者的大腔进油，配合动作以加快作业进度，进行复合动作的挖掘和装载:铲斗装满后将斗杆油缸和铲斗油缸的操纵手柄扳回中位，使铲斗和斗杆油缸闭锁，再操纵动臂油缸换向阀，使动臂油缸的下腔进油，将动臂提升，举起装满土的铲斗离开工作面，随即扳动平台回转换向阀手柄，使上部平台回转，带动铲斗转至运输车辆上方，再操纵斗杆油缸使铲斗高度稍降一些，并在适当的高度操纵铲斗油缸使铲斗卸土。土方卸完后，使平台反转并降低动臂，直到铲斗回到作业点上方，以便进行下一工作循环。1.4 液压挖掘机传动原理液压挖掘机采用三组液压缸使工作装置具有三个自由度，铲斗可实现有限的平面转动，加上液压马达驱动回转运动，使铲斗运动扩大到有限的空间，再通过行走马达驱动行走(移位)，使挖掘空间可沿水平方向得到间歇地扩大，从而满足挖掘作业的要求。液压挖掘机由柴油机驱动液压泵，操纵分配阀，将高压油送给各液压执行元件(液压缸或液压马达)驱动相应的机构进行工作。液压挖掘机的工作装置采用连杆机构原理，各部分的运动通过液压缸的伸缩来实现。反铲工作装置由铲斗5、斗杆11、动臂2、连杆8及相应的三组液压缸1、4、10组成。动臂下铰点铰接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动;而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。挖掘作业时，接通回转马达，转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩;动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。卸完后，工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘循环。在实际挖掘作业中，由于土质情况、挖掘面条件以及挖掘机液压系通的不同，反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合随机的。1、斗杆油缸 2、动臂 3、油管 4、动臂油缸 5、铲斗 6、斗齿 7、侧齿 8、连杆 9、摇杆 10、铲斗油缸 11、斗杆图1-1 反铲挖掘机工作装置总之，液压挖掘机是由多学科、多系统组成的有机整体，只有在系统层面上的各系统、各学科协同优化才能获取挖掘机整机的最佳性能。2 挖掘机泵源设计要求与方案2.1设计要求按照相关标准，参照样本和技术要求完成挖掘机泵源系统设计。对课题进行方案论证后，选择最佳方案，从而完成液压回路设计，绘制液压系统原理图、液压系统泵站油箱装配图、液压泵安装图及配套零件图、合理选择液压元件，完成设计说明书。本设计内容是设计一套挖掘机泵源系统。技术要求：(3) 最大工作压力：28MPa；(4) 最大工作流量：50200L/min可调；(5) 油箱容积600L；(6) 柴油机动力，柴油机选型。(7) 液压介质：YN-46抗磨液压油(8) 其它元件设计选型。2.2工况分析液压挖掘机的作业过程包括以下几个动作(如图2-1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。1、动臂升降 2、斗杆收放 3、铲斗装卸 4 、平台台回转 5、整机行走图2-1 液压挖掘机的运动图由于液压挖掘机的作业对象和工作条件变化较大，主机的工作有两项特殊要求:(1)实现各种主要动作时，阻力与作业速度随时变化，因此，要求液压缸和液压马达的压力和流量也能相应变化;(2)为了充分利用发动机功率和缩短作业循环时间，工作过程中往往要求有两个主要动作(例如挖掘与动臂、提升与回转)同时进行复合动作。液压挖掘机一个作业循环的组成和动作的复合主要包括:(1) 挖掘:通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或者两者配合进行挖掘，因此，在此过程中主要是铲斗和斗杆的复合动作，必要时，配以动臂动作。(2) 满斗举升回转:挖掘结束，动臂液压缸将动臂顶起，满斗提升，同时回转第2章挖掘机液压系统的设计要求和分析方法液压马达使转台转向卸土处，此时主要是动臂和回转的复合动作。(3) 卸载:转到卸土点时，转台制动，用斗杆液压缸调节卸载半径，然后铲斗液压缸回缩，铲斗卸载。为了调整卸载位置，还要有动臂液压缸的配合，此时是斗杆和铲斗的复合动作，间以动臂动作。(4) 空斗返回:卸载结束，转台反向回转，动臂液压缸和斗杆液压缸配合，把空斗放到新的挖掘点，此时是回转和动臂或斗杆的复合动作。2.2.1 液压挖掘工况分析挖掘过程中主要以铲斗液压缸或斗杆液压缸分别单独进行挖掘，或者两者复合动作，必要时配以动臂液压缸的动作。一般在平整土地或切削斜坡时，需要同时操纵动臂和斗杆，以使斗尖能沿直线运动，如图2-2，2-3所示。此时斗杆收回，动臂抬起，希望斗杆和动臂分别由独立的油泵供油，以保证彼此动作独立，相互之间无干扰，并且要求泵的供油量小，使油缸动作慢，便于控制。如果需要铲斗保持一定切削角度并按照一定的轨迹进行切削时，或者需要用铲斗斗底压整地面时，就需要铲斗、斗杆、动臂三者同时作用完成复合动作，如图2-4,2-5所示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。下面以三泵系统为例，来说明复合动作挖掘时油泵流量的分配情况和分合流油路的连接情况。液压马达使转台转向卸土处，此时主要是动臂和回转的复合动作。图2-2 斗尖沿直线平整土地图 图2-3 斗尖沿直线切削斜坡图图2-4 铲斗底压整地面图 图2-5 铲斗底保持一定角度切削图当斗杆和铲斗复合动作挖掘时，供油情况如图2-6a 所示。当斗杆油压接近溢流阀的压力时，原来溢流的油液此时供给铲斗有效利用;当铲斗和动臂复合动作挖掘时，由于动臂仅仅起调解位置的作用，主要是斗杆进行挖掘，因此采用斗杆优先合流、双泵供油，如图2-6b 所示。图2-6 三泵供油系统示意图当动臂、斗杆和铲斗复合运动时，为了防止同一油泵向多个液压作用元件供油时动作的相互干扰，一般三泵系统中，每个油泵单独对一个液压作用元件供油较好。对于双泵系统，其复合动作时各液压作用元件间出现相互干扰的可能性大，因此需要采用节流等措施进行流量分配，其流量分配要求和三泵系统相同。当进行沟槽侧壁掘削和斜坡切削时，为了有效地进行垂直掘削，还要求向回转马达提供压力油，产生回转力，保持铲斗贴紧侧壁进行切削，因此需要同时向回转马达和斗杆供油，两者复合动作。回转马达和斗杆收缩同时动作，由同一个油泵供油，因此需要采用回转优先油路，否则铲斗无法紧贴侧壁，使掘削很难正常进行。在斗杆油缸活塞杆端回油路上设置可变节流阀，此节流阀的开口度即节流程度由回转先导压力来控制。回转先导压力越大，节流阀开度越小，节流效应越大，则斗杆油缸回油压力增高，使得油泵的供油压力也提高。因此随着回转操纵杆行程的增大，回转马达油压增加，回转力增大。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，能提高主压力阀的力。2.2.2 满斗举升回斗工况分析挖掘结束后，动臂油缸将动臂顶起，满斗举升，同时回转液压马达使转台转向卸载处，此时主要是动臂和回转马达的复合动作。动臂抬升和回转马达同时动作时，要求二者在速度上匹配，即回转到指定卸载位置时，动臂和铲斗自动提升到合适的卸载高度。由于卸载所需的回转角度不同，随液压挖掘机相对自卸车的位置而变，因此动臂提升速度和回转马达的回转速度的相对关系应该是可调整的。卸载回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂的提升速度慢些。在双泵系统中，回转起动时，由于惯性较大，油压会升得很高，有可能从溢流阀溢流，此时应该将溢流的油供给动臂，如图2-7a所示。在回转和动臂提升的同时，斗杆要外放，有时还需要对铲斗进行调整。这时是回转马达、动臂、斗杆和铲斗进行复合动作。由于满斗提升时动臂油缸压力高，导致变量泵流量减小，为了使动臂提升和回转、斗杆外放相互配合动作，由一个油泵专门向动臂油缸供油，另一个油泵除了向回转马达和斗杆供油外，还有部分油供给动臂，如图2-7b所示。但是由于动臂提升时油压较高，单向阀大部分时间处于关闭状态，因此左侧油泵只向回转马达和斗杆供油。三泵系统的供油情况如图2-7c所示。各个油泵分别向一个液压作用元件供油，复合动作时无相互干扰。2.2.3 卸载工况分析回转至卸载位置时，转台制动，用斗杆调节卸载半径和卸载高度，用铲斗油缸卸载。为了调整卸载位置，还需要动臂配合动作。卸载时，主要是斗杆和铲斗复合动作，间以动臂动作。图2-7 回转举升供油情况2.2.4 空斗返回工况分析当卸载结束后，转台反向回转，同时动臂油缸和斗杆油缸相互配合动作，把空斗放在新的挖掘点。此工况是回转马达、动臂和斗杆复合动作。由于动臂下降有重力作用，压力低、变量泵流量大、下降快，要求回转速度快，因此该工况的供油情况为一个油泵的全部流量供回转马达，另一油泵的大部分油供给动臂，少部分油经节流阀供给斗杆。发动机在低转速时油泵供油量小，为防止动臂因重力作用迅速下降和动臂油缸产生吸空现象，可采用动臂下降再生补油回路，利用重力将动臂油缸无杆腔的油供至有杆腔。2.2.5 行走时复合动作分析在行走的过程有可能要求对作业装置液压元件(如回转机构、动臂、斗杆和铲斗)进行调整。在双泵系统中，一个油泵为左行走马达供油、另一个油泵为右行走马达供油，此时如果某一液压元件动作，使某一油泵分流供油，就会造成一侧行走速度降低，影响直线行驶性，特别是当挖掘机进行装车运输或上下卡车行走时，行驶偏斜会造成事故。为了保证挖掘机的直线行驶性，在三泵供油系统中，左右行走马达分别由一个油泵单独供油，另一个油泵向其它液压作用元件(如动臂、斗杆、铲斗和回转)供油，如图2-8a所示。对于双泵系统，目前采用以下供油方式:一个油泵并联向左、右行走马达供油，另一个油泵向其他液压作用元件供油，其多余的油液通过单向阀向行走马达供油，如图2-8b所示;双泵合流并联向左、右行走马达和作业装置液压作用元件同时供油，如图2-8c所示。 图2-8 行走复合动作时的几种供油情况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等，由它们构成具有各种功能的液压系统。 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。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-铲斗液压缸 2-斗杆液压缸 3-动臂液压缸 4 5 6-调速阀 7 8 11-三位四通换向阀 9-合流阀 10-梭阀 12-限速阀 13-单向阀 14-散热器 15-滤油器 16-溢流阀 图示挖掘机的液压系统原理图。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。A泵输出的压力油进入三位四通电磁阀7和8，分别驱动铲斗液压缸1和动臂液压缸3动作。泵B输出的压力油进入三位四通换向阀9驱动斗杆液压缸2动作。3.2.2 系统工作分析 根据挖掘机的作业要求，液压系统应完成挖掘，上述工作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。操纵换向阀7处于右位，这时油液的流动是：进油路：A泵换向阀7右位铲斗液压缸1大腔。回油路：铲斗液压缸1小腔调速阀5换向阀7右位换向阀8中位合流阀9右位限速阀12右位单向阀13散热器14滤油器15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7，8使两者配合进行挖掘。必要时操作换向阀11，使处于右位或左位，则B泵来油进入斗杆液压缸2的大腔或小腔，使液压缸的动作相互配合，提高挖掘效率。3.2.3 主要液压元件在系统中的作用 为了限制铲斗，斗杆，动臂因自重而快速下降，在其回路上均设置了单向节流阀4,5,6。 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9。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9的左位进入换向阀11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。3.3 液压元件的选用3.3.1 泵的选用 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。3.3.2 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） 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.在系统中为三位四通换向阀。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28MP。3.3.4 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-28+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 。 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： =CBAZX+D =250+D =200+12000=206771+12000=218771(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=250； 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=12000N；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： 当推力驱动工作负载时： 由此可求出缸筒内径为: D 求出D=99mm本系统为高压系统，因此速比取=2，d= 式中 系统背压P=1MPa 系统最高压力P=28Mpa根据查表GB/T23481993圆整得到D=100mm(2) 活塞杆直径为 d=100=70.7(mm)根据GB/T23481993规定的活塞杆尺寸圆整为d=80mm(3) 最大工作行程 行程S=12D S=12x100=1200（mm）根据国家标准GB/T1980规定的液压缸行程系列圆整到S=1250mm(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+1250=1627（mm）当活塞杆全部伸出时，有效计算长度为： L=1250+1250+377=2877（mm）S液压缸的安装尺寸(查设计手册得到) (5) 最小导向长度 取最小导向长度为120（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 =(4880)mm导向套长度为60mm(7) 活塞宽度B=（0.61.0）D =（60100）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 =式中 缸体材料的抗拉强度，缸体材料为，=800Mpan安全系数.一般取n=5 查缸筒壁厚度表，取=12mm式中 P-系统最高压力,P=28Mpa。(9) 缸筒外径 =100+2x12 =124(mm)4.1.3 油缸强度计算(1) 已知参数：缸径D=100 杆径d=80 行程S=1250 缸筒壁厚=12有效计算长度L=2877 (参数单位：mm)(2) 油缸强度计算a. 活塞杆应力校核 活塞杆材质为调质，经查表得强度极限为800Mpa,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。 = =8.65（mm）由此可见,即为大柔度压杆时，稳定力为： =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 = =式中 油缸最大闭锁压力g. 稳定系数 =2.1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%28%为宜15。因此： =28取泵的最高压力式中 P系统最高压力，P=28Mpa4.2.2 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 b. 铲斗缸：缸内径D=100 活塞杆径d=80 c. 斗杆缸：缸内径D=110 活塞杆径d=80(2) 每个缸的流量计算a. 动臂缸（2个）： =48.042L/minb. 斗杆缸： =16.956 L/min c. 铲斗缸： =28.731 L/min式中 R缸筒内半径 r活塞杆半径 f. 系统总流量 =1.2（48.04216.95628.731）=113(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A泵的最大流量为92 L/min，B泵的最大流量为21 L/min。4.3 柴油机的选择4.3.1 泵的驱动功率的计算 =28.25（KW） 式中 PN-液压泵的额定压力，取PN=28MPa ； QN-液压泵的额定流量，取 ； -液压泵的总效率，从规格表中查出为0.8 ； -转换系数：恒功率变量液压泵取0.4 ；4.3.2 柴油机的选择 根据算出的驱动功率和泵的额定转速选择电动机的规格。通常，允许电动机短时间在超载25%的状态下工作。取电动机的效率为80%，则根据计算公式得到电动机的功率为35.31KW，查机械设计手册，选择型号为N485自然吸气发动机柴油机，其额定功率为37KW,转速为2000r/min. 5 液压集成块的设计液压控制装置的集成主要有板式集成、块式集成和叠加阀式集成。（1）板式集成液压控制装置，是把若干个标准板式液压控制阀用螺钉固定在一块公共底板（油路板，亦称阀板）上，按系统要求，通过油路板中钻、铣或铸造出的孔道实现各阀之间的油路联系，构成一个回路。对于较复杂的系统，则需将系统分解成若干个回路，用几个油路板来安装标准板式液压元件，各个油路板之间通过管道来连接。通常将油路板上安装阀的一面称为正面，不安装阀的一面称为背面。板式集成的特点是对于动作复杂的液压系统，会因液压元件数量的增加，导致所需油路板的尺寸和数量的增大，致使有些孔道甚至无法钻出，而铣槽往往出现渗漏串腔现象。此外，油路板是根据特定的液压系统专门设计制造的，不易实现标准化和通用化，不易组织专业生产。特别是当需要更改回路或追加元件时，油路板就要重新设计加工，而其中的差错可能会使整块油路板报废。总之，板式集成液压控制装置适合不太复杂的低压液压系统采用。（2）块式集成是按典型液压系统的各种基本回路，做成通用化的6面体油路块（集成块），通常其四周除1面安装通向液压执行器（液压缸或液压马达）的管接头外，其余3面安装标准的板式液压阀及少量叠加阀或插装阀，这些液压阀之间的油路联系由油路块内部的通道孔实现，块的上下两面为块间叠积结合面，布有由下向上贯穿通道体的公用压力油孔P、回油孔O（T）、泄油孔L及块间连接螺栓孔，多个回路块叠积在一起，同过4只长螺栓固紧后，各块之间的油路联系通过公用油孔来实现。块式集成有以下几个特点：1）可简化设计；2）设计灵活，更改方便；3）易于加工，专业化程度高；4）结构紧凑，装配维护方便；5）系统运行效率较高。块式集成的主要缺点是集成块的孔系设计和加工容易出错，需要一定的设计和制造经验。 （3）叠加阀是在集成块的基础上发展起来的,液压元件间的连接不需要另外的连接块,而是以特殊设计的叠加阀的阀体作为连接体,通过螺栓将液压阀等元件直接叠积并固定在最底层的基块(底板)上.基块侧面开有螺纹孔,通过管接头作为通向执行器、液压泵或油箱的孔道,并可以根据需要用螺塞封堵打开,只要把同一规格的叠加阀按一定顺序叠加起来,再将板式换向阀直接安装于这些叠加阀的上面,即可构成各种典型液压回路.叠加阀的特点为：结构紧凑,体积小,重量轻,占地面积小。叠加阀安装简便，装配周期短，系统有变动增减元件时，重新组装较为方便。使用叠加阀，元件间无管连接，消除了因管接头引起的漏油、振动和噪声。使用叠加阀系统配置简单，元件规格统一，外行整齐美观，维修保养容易。采用我过叠加阀组成的集中供油系统 节电显著。 由于规定尺寸限制，由叠加阀组成的回路形式少，通径较小，一般使用于工作压力小于20Mpa，流量小于200L/min的机床，轻工机械，工程机械等行业。综上比较可以得出此液压系统适用的块式集成为叠加式。动力源装置确定液压动力源一般由液压泵组、油箱组件、控温组件和过滤器组件等相对独立的部分组成。尽管这几个部分相对独立，但设计者在液压动力源装置设计中，除了根据机器设备的工况特点和使用的具体要求合理进行取舍外，经常需要将它们进行适当的组合，合理构成一个部件。例如，油箱上常需将控温组件中的油温计、过滤器组件作为油箱附件而组合在一起构成液压油箱等等。按液压泵组布置的方式分上置式液压动力源、非上置式液压动力源和柜式液压动力源三种方式。本设计采用上置式液压动力源设计。当电动机卧式安装，液压泵置于油箱之上时，称为卧式液压动力源。当电动机立式安装于油箱之上时，称为立式液压动力源。上置式液压动力源占地面积小，结构紧凑，液压泵置于油箱内的立式安装动力源，躁声低且便于收集漏油。综合考虑本设计决定采用卧式液压动力源布置。【16】5.1块式集成的结构块式集成是按典型液压系统的各种基本回路，做成通用化的6面体油路块（集成块），通常其四周除1面安装通向液压执行器（液压缸或液压马达）的管接头外，其余3面安装标准的板式液压阀及少量叠加阀或插装阀，这些液压阀之间的油路联系由油路块内部的通道孔实现，块的上下两面为块间叠积结合面，布有由下向上贯穿通道体的公用压力油孔P、回油孔O（T）、泄漏油孔L及块间连接螺栓孔，多个回路块叠积在一起，通过4只长螺栓固紧后，各块之间的油路联系通过公用油孔来实现。5.2块式集成的特点可简化设计；设计灵活、更改方便；易于加工、专业化程度高；结构紧凑、装配维护方便；系统运行效率较高块式集成的主要缺点是集成块的孔系设计和加工容易出错，需要一定的设计和制造经验。5.3块式集成液压控制装置的设计1）分解液压系统并绘制集成块单元回路图集成块单元回路实质上是液压系统原理图的一个等效转换。分解集成块单元回路时，应优先采用现有系列集成块单元回路，以减少设计工作量。集成块上液压阀的安排应紧凑，块树应尽量晒，以减少整个液压控制装置的结构尺寸和重量。集成块的数量与液压系统的复杂程度有关，一摞集成块组中，除基块和顶块外，中间块一般1-7块。当所需中间块多于7块时，可按系统工作特点和性质，分组多摞叠加，否则集成简单回路合用一个集成块；液压 泵的出口窜接单向阀时，可采用管式连接的单向阀（窜接在泵与集成块组的基块之间）；采用少量叠加阀、插装阀及集成块专用嵌入式插装阀；集成块侧面加装过渡板与阀连接；基块与顶块上布置适当的元件等等。块的设计（1）确定公用油道孔的数目集成块体的公用油道孔，有二孔、三孔、四孔、五孔等多种设计方案，应用较广的为二孔式和三孔式。二孔式 在集成块上分别设置压力油孔P和回油孔O各一个，用4个螺栓孔与块组连接螺栓间的环形孔来作为泄漏油通道。二孔式集成块的优点是结构简单，公用通道少，便于布置元件；泄漏油道孔的通流面积大，泄漏油的压力损失小。缺点是：在基块上需将4个螺栓孔相互钻通，所以须堵塞的工艺孔较多，加工麻烦，为防止油液外漏，集成块间相互叠加面的粗糙度要求较高，一般应小于Ra0.8m。三孔式 在集成块上分别设置压力油孔P、回油孔O和泄油孔L共3个公用通道三孔式集成块的优点是结构简单，公用油道孔数较少，缺点是因泄漏油孔L要与各元件的泄漏油口相通，故其连通孔道一般细而长，加工较困难，且工艺孔较多。（2）液压元件样板（3）确定孔道直径及通油孔间的壁厚a.确定通油孔道的直径与阀的油口相通孔道的直径，应与液压阀的油口直径相同；与管接头相连接的孔道，其直径一般应按通过的流量和允许流速，用式计算，但孔口须按管接头螺纹小径钻崆并攻丝；工艺孔应用螺塞或球涨堵死；对于公用孔道，压力油孔和回油孔的直径可以类比同压力等级的系列集成块中的孔道直径确定，也可通过式计算得到；泄油孔的直径一般由经验确定。b.连接孔的直径固定液压阀的定位销孔的直径和螺钉孔的直径，应与所选定的液压阀的定位销直径及配合要求与螺钉孔的螺纹直径相同；连接集成块组的螺栓规格可类比相同压力等级的系列集成块的连接螺栓确定，也可以通过强度计算得到。单个螺栓的螺纹小径d的计算公式为： 式中；P-块体内部最大受压面上的推力； n-螺栓个数； -担搁螺栓的材料许用应力。螺栓直径确定后，其螺栓孔（光孔）的直径也就随之而定，系列集成块的螺栓直径为M8-M12，其相应的连接孔直径为9-12（mm）。c.起吊螺钉的直径。单个集成块重量在28以上时，应按重量和强度确定螺钉孔的直径。d.油孔间的壁厚及其校核。通油孔间的最小壁厚的推荐值不小于5 mm。当系统压力高于6.3Mpa时，或孔间壁厚较小时，应进行强度校核，以防止系统在使用中被击穿。(4) 中间块外形尺寸的确定中间块用来安装液压阀，其高度H取决于所安装元件的高度。H通常应大于所安装的液压阀的高度。在确定中间块的长度和宽度尺寸时，在已确定共有油道孔基础上，应首先确定公有油道孔位置应与标准通道块上的孔一致。中间块的长度和宽度尺寸均应大于安放元件的尺寸，以便于设计集成块内的通油孔道时调整元件的位置。一般长度方向的调整尺寸为40-50 mm，宽度方向为20-28 mm。调整尺寸留的较大，孔道布置方便，但将加大块的外形尺寸和重量，反之，则结构紧凑、体积小、重量轻，但孔道布置困难。最后确定的中间块长度和宽度应与标准系列块的一致。(5)布置集成块上的液压元件液压元件在通道块上的安装位置合理与否，直接影响集成块体内孔道结构的复杂程度、加工工艺性的好坏及压力损失大小。元件安放位置不仅与典型单元回路的合理性有关，还要受到元件结构、操纵调整的方便性等因素的影响。a.中间块中间块的侧面安装各种液压控制元件。当需与执行装置连接时，3个侧面安装元件，一个侧面安装管接头。注意事项如下：应给安装液压阀、管接头、传感器及其他元件的各面留有足够的空间；集成块体上要设置足够的测压点，以便于调试和工作中使用；需经常调节的控制阀如各种压力阀和流量阀等应安放在便于调节和观察的位置，应避免相邻侧面的元件发生干涉；应使与各元件相通的油孔尽量安排在同一水平面，并在公用通油道的直径范围内，以减少中间连接孔、深孔和斜孔的数量。互不相通的孔间应保持一定壁厚，以防工作时击穿；集成块的工艺孔均应封堵，封堵有螺塞、焊接和球涨等三种方式；在集成块间的叠加面上，公用油道孔出口处要安装O形密封圈，以实现块间的密封。应在公用油道孔出口处按选用的O形密封圈的规格加工出深孔，O型圈沟槽尺寸应满足相关标准的规定；b.基块（底版）基块的作用是将集成块组件固定在油箱顶盖或专用底座上，并将公用通油孔道通过管接头与液压 泵和油箱相连接，有时需在基块侧面上安装压力表开关。设计时要留有安装法兰、压力表开关和管接头等的足够空间。当液压泵出油口经单向阀进入主油路板时，可采用管式单向阀，并将其装在基块外。c.顶块（盖板）顶块的作用是封闭公用通油孔道，并在其侧面安装压力表开关以便测压，有时也可在顶块上安装一些控制阀，以减少中间块数量。(6)集成块油路的压力损失集成块组的压力损失，是指贯通全部集成块的进油、回油孔道的压力损失。在孔道布置一定后，压力损失随流量增加而增加。通常，经过一个块的压力损失值约为0.01Mpa.(7)集成块的材料和主要技术要求制造集成块的材料因液压系统压力高低和主机类型不同而异。通常，对于固定机械，低压系统的集成块，宜选用HT250或球墨铸铁；高压系统的集成块宜选用20钢和35钢锻件。对于有重量限制要求的行走机械等设备的液压系统，其集成块可采用铝合金锻件，但要注意强度计算。集成块的毛坯不得有砂眼、气孔、缩孔和夹层等缺陷，必要时需对其进行探伤检查。毛坯在切削加工前应进行时效处理或退火处理，以消除内应力。集成块各部位的粗糙度要求不同：集成块各表面和安装嵌入式液压阀的孔的粗糙度不大于Ra0.8m，末端管接头的密封面和O形圈沟槽的粗糙度不大于Ra3.2m，一般通油孔道的粗糙度不大于Ra12.5m。块间结合面不得有明显划痕。形位公差要求为：块间结合面的平行度公差一般为0.03m，其余4个侧面与结合面的垂直度公差为0.1 mm。为了美观，机械加工后的铸铁和钢质集成块表面可镀锌。6 液压站的设计6.1液压站简介液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。(1)分散式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置分散在机床的各处。例如利用机床床身或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放任便于操作的地方。这种结构的优点是结构紧凑，泄漏油易回收，节省占地面积，但安装维修不方使。同时供油装置酌振动、液压油的发热都将对机床的工作精度产生不良影响，故较少采用，一般非标设备不推荐使用。 (2)集中式 这种型式将机床按压系统的供油装置 , 控制调节装置独立于机床之外，单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，按压装置的振动、发热都与机床隔开；缺点是液压站增加了占地面积。6.2 油箱设计在开式传动的油路系统中，油箱是必不可少的，它的作用是，贮存油液，净化油液，使油液的温度保持在一定的范围内，以及减少吸油区油液中气泡的含量。因此，进行油箱设计时候，要考虑油箱的容积、油液在油箱中的冷却、油箱内的装置和防噪音等问题。6.2.1油箱有效容积的确定（一）油箱的有效容积油箱应贮存液压装置所需要的液压油，液压油的贮存量与液压泵流量有直接关系，在一般情况下，油箱的有效容积可以用经验公式确定： （ 6.1）式中，油箱的有效容积（L）；Q 油泵额定流量（L/min）； K 系数；查参考文献1，P47，取K=7，油泵额定流量Q=41.76 L/min，代入公式6.1，计算得： =641.76=292.32 L油箱有效容积确定后，还需要根据油温升高的允许植，进行油箱容积的验算。6.2.2 油箱容积的验算 液压系统的压力、容积和机械损失构成总的能量损失，这些能量损失转化为热量，使系统油温升高，由此产生一系列不良影响。为此，必须对系统进行发热计算，以便对系统温升加以控制。液压系统发热的主要原因，是由于液压泵和执行元件的功率损失以及溢流阀的溢流损失所造成的，当液压油温度升高后，会引起油液粘度下降，从而导致液压元件性能的变化，寿命降低以及液压油老化。因此，液压油必须在油箱中得到冷却,以保证液压系统正常工作。1 系统总的发热公率系统总的发热公率H是估算得来的，查参考文献1，P 46，得系统总的发热公率H估算公式： （6.2）式中，N液压泵输入功率（KW）； 执行元件的有效功率（KW）；若一个工作循环中有几种工况，则应求出其总平均有效功率，系统总的发热公率：H=N（1-） （6.3）式中 系统总效率。 由查参考文献5，液压泵输入功率：N=Nd1 （6.4）式中Nd电动机功率（KW）； 1联轴器传动效率。查参考文献5 P7，取=0.99，代入公式6.4得： N=0.997.5KW=7.425KW 所以，液压泵输入功率N=7.425KW。将N=7.425KW代入公式6.3，得：H= N（1-）=7.425（1-0.695）KW=2.265KW。2 散热功率及温升油路系统的散热,主要靠油箱表面散热,油箱的散热功率可以用下式进行估算： =KA (KW) （6.5）式中, K油箱的散热系数（KW/）； A油箱散热面积（）；系统温升植（）。其中，油箱的散热面积可以用下式估算A=0.065 （） （6.6）式中，油箱的有效容积（L）。 液压系统的热平衡条件： 机器在长期连续工作下，应该保持系统的热平衡，其热平衡式为： H-=0， （6.7） H-KA=0， （6.8） （6.9） 查参考文献1，P40，取K=0.025 KW/，将K=0.025代入公式6.9，得： =29.7查参考文献1表3-32所给的允许值为：一般工作机械35，故系统温升验算合格。6.2.3 油箱的结构设计（一） 结构简介这种结构的液压油箱制造工艺较差，主要表现在箱体钢板下料时要求的精度较高；压形的反弹量因每次供货钢板的机械性能不同有所不同，导致箱体的圆角与衬板的半径吻合不良；不同机型上的液压油箱必须使用自己专用的一套压型模具。每套模具的体积大、造价高、利用率低。图6.1所示的液压油箱完全不用压形模，而是利用折边机折边成形。箱底面及端部，以及箱底面和侧面分别折成形断面；再焊好加油口和中间隔板等附件后，扣合拼焊而成。这种结构的液压油箱具有以下优点：下料精度要求不高；对原材料机械性能适应力强；折边部位可随意调整，适合多品种小批量生产；不用模具，大大节省了费用，缩短了生产周期等等。这种结构的液压油箱，近年来被我们广泛应用在工程机械、建筑机械行走机械上。 图6.1（二） 结构设计通过对油箱的了解，压装机的油箱，是单件的生产，因此，采用拼焊的方法焊接而成。进行油箱结构设计时,首先考虑的是油箱的刚度,其次考虑便于换油和清洗油箱以及安装和拆卸油泵装置,当然,从企业的方面考虑，油箱的结构应该尽量简单,以利于密封和降低造价。（1）油箱体 油箱体由A3钢板焊接而成,取钢板厚度36mm，箱体大者取大值，本压装机的油箱板厚度为4mm。在油箱侧壁上安装油位指示器。在油箱与隔板垂直的一个壁上常常开清洗孔，以便于清洗油箱。（2）油箱底部 油箱底部采用倾斜的方式，用焊接方法与壁板焊接而成，采用这种结构，便于排油，底部最低处有排油口，排油口与基础面的距离为150mm，。 焊接结构油箱，油箱用A3钢板，其厚度等于侧壁钢板的厚度，为4mm。（3）油箱隔板 为了使吸油区和压油区分开，便于回油中杂质的沉淀，油箱中设置了隔板。隔板的安装方式主要有两种，第一种：回油区的油液按一定方向流动，既有利于回油中的杂质、气泡的 分离，又有利于散热。第二种：回油经过隔板上方溢流至吸油区，或经过金属网进入吸油区，更有利于杂质和气泡的分离。在本压装机的设计中，采用隔板的方式，主要为了将沉淀的杂质分开。隔板的位置在油箱的中间，将吸油区和回油区分开，隔板的高度，为最低油面的1/2。隔板的厚度等于油箱侧壁厚度。（4）油箱盖 油箱盖多用铸铁或钢板两种材料制造，现采用钢板，在油箱盖上钻下列通孔：回油管孔、通大气孔（孔口有空气滤清器）以及安装液压集成装置的安装孔。（三）减少油箱噪音 防噪音问题是现代机械装备设计中必须考虑的问题之一。油路系统的噪音源，以泵站为首，因此，进行油箱设计时，从下列几方面减轻噪音：（1）油箱与箱盖间增加防振橡皮垫：（2）用地脚螺栓将油箱牢固固定在基础上；（3）油泵排油口用橡胶软管与阀类元件相连接；（4）回油管管接头振动噪音较大时，改变回油管直径或增设一条回油管，使每个回油管接头的通路减少。清洗盖 温州黎明 YG-400F6.3 液压站的结构设计液压泵的安装方式 液压泵装置包括不同类型的液压泵驱动电动机及其联轴器等。其安装方式分为上置式和非上置式两种。 (1) 上置式安装 将液压泵和与之相联的油管放在液压油箱内(如图6.2)，这种结构型式紧凑、美观，同时电动机与液压泵的同轴度能保证，吸油条件好，漏油可直接回液压油箱，并节省内地面积。但散热条件不好。 (2）非上置式安装 将液压泵和与电动机放在液压油箱旁，(如图6.3)所示，这种结构，振动较小，油箱的清洗比较容易，但占地面积较大，吸油管与泵连接要求严格，应用于较大型液压站。经过对比分析，采用上置式安装,通过螺栓将电机上的法兰与油箱和好的固定在一起,并且将泵放在油箱内,泵浸在油液中,可以改善泵的吸油条件。6.4 辅助元件6.4.1 滤油器过滤器的功用是清除油液中的各种杂质，以免其划伤、磨损、甚至卡死有相对运动的零件，或堵塞零件上的小孔及缝隙，影响系统的正常工作，降低液压元件的寿命，甚至造成液压系统的故障。用过滤器对油液进行过滤是十分重要的。（一）选用过滤器的基本要求在选择过滤器的时候，考虑过滤器的过滤精度精度，过滤精度是指过滤器滤除杂质颗粒直d的公称尺寸，过滤器按过滤精度不同可分为四个等级：粗过滤器(d100m)；普通过滤器(d10100m)；精密过滤器(d510m)；特精过滤器(d1m )。在选择过滤器的同时，还考虑到过滤器的过滤能力过滤能力是指在一定压降下允许通过过滤器的最大流量。过滤器的过滤能力应大于通过它的最大流量，允许的压力降一般为0.030.07MPa。按滤芯材料和结构形式的不同，过滤器可分为网式、线隙式、纸芯式、烧结式过滤器及磁性过滤器等。查查参考文献2，表20-8-126中，传动系统压力7MPa的中高压系统时,过滤精度为1015m，在查表20-8-132，选择吸油过滤器温州黎明WU160-100J。6.4.2 空气滤清器空气滤清器是对空气进行净化的装置，它由壳体和滤芯组成，滤芯布置在壳体内。大气中有各种异物，例如灰尘、砂粒等，会对液压系统的油液造成污染，它们将加速系统的磨损，从而降低系统的使用寿命。空气滤清器能防止出现这种情况。查参考文献3，表6-68，选择（温州黎明）EF5-65型空气滤清器。6.4.3 液位计液位计采用连通器的原理液位计采用连通器的原理液位计采用连通器的原理液位计采用连通器的原理。使容器内液体等高引入到液位计主体使容器内液体等高引入到液位计主体使容器内液体等高引入到液位计主体使容器内液体等高引入到液位计主体管内管内管内管内在主体管内的漂浮浮球组件在主体管内的漂浮浮球组件在主体管内的漂浮浮球组件在主体管内的漂浮浮球组件，根据浮力原理和磁性藕合原理根据浮力原理和磁性藕合原理根据浮力原理和磁性藕合原理根据浮力原理和磁性藕合原理。在主体管外附靠着能反映磁现象的翻柱作为液面位置的显示在主体管外附靠着能反映磁现象的翻柱作为液面位置的显示在主体管外附靠着能反映磁现象的翻柱作为液面位置的显示在主体管外附靠着能反映磁现象的翻柱作为液面位置的显示。随管内液位的变化管内液位的变化管内液位的变化管内液位的变化，浮球组件的高低也相应变化浮球组件的高低也相应变化浮球组件的高低也相应变化浮球组件的高低也相应变化。从而使主体管外的翻从而使主体管外的翻从而使主体管外的翻从而使主体管外的翻柱作柱作柱作柱作180度的翻转度的翻转度的翻转度的翻转，当液位上升时当液位上升时当液位上升时当液位上升时翻柱由白色转翻柱由白色转翻柱由白色转翻柱由白色转为红色为红色为红色为红色，当液面下当液面下当液面下当液面下降时降时降时降时，翻柱由红色转为白色翻柱由红色转为白色翻柱由红色转为白色翻柱由红色转为白色。显示器的红显示器的红显示器的红显示器的红，白界位处为容器内介质液白界位处为容器内介质液白界位处为容器内介质液白界位处为容器内介质液位的实际高度位的实际高度位的实际高度位的实际高度。从而实现液面的检测目的如图一所示从而实现液面的检测目的如图一所示从而实现液面的检测目的如图一所示从而实现液面的检测目的如图一所示。考虑邮箱的高度和实际需求，选择温州黎明YWZ-400T液位计6.4.4 液压油液压设备出现的故障，有些是由于液压油选择不当所引起的。选择液压油时需要考虑的因素很多，其中最主要的是根据使用条件选用粘度合适的液压油。在确定液压油粘度时，应着重考虑下列因素；工作压力的高低、工作环境温度的高低、工作部件运动速度的大小和液压泵对液压油钻度的要求。考虑的具体原则是， 1)系统压力较高时，为了减少容积损失，宜选用粘度较高的液压油；压力较低时，可选用粘度较低的液压油；高压系统宜选用加有抗磨损添加剂的抗磨液压油。2)环境温度高，宜选用高粘度液压油；环境温度低，宜选用低粘度液压油。3)工作部件运动速度较低的往复运动液压系统低粘度的液压油，工作部件作旋转运动的液压系统，可选用粘度较高的液压油。
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