YW0.2型小型挖掘机液压系统设计【含CAD图纸+PDF图】
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摘 要液压挖掘机是工程机械的一个重要品种，是一种广泛用于建筑、铁路、公路、水利、采矿等建设工程的土方机械。液压挖掘机利用液压元件（液压泵、液压马达、液压缸等）带动各种构件动作，具有许多优点，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析设计对推动我国挖掘机发展具有十分重要的意义。在搜集了国内外挖掘机液压系统相关资料的基础上，了解了挖掘机液压系统的发展历史，并对挖掘机液压系统的技术发展动态进行了分析总结。本次毕业设计课题是液压挖掘机。挖掘机由多个系统组成，包括液压系统，传动系统，操纵系统，工作装置，底架，转台，油箱，发动机安装等。本人的设计主要致力于分析和设计中型液压挖掘机液压系统的液压元件。以液压元件和液压回路为主。 关键词：挖掘机，液压系统，液压泵 AbstractConstruction machinery hydraulic excavator is an important species, and it is widely used in construction, railway, highway, water conservancy, mining and other construction projects of Earthmoving Machinery. The use of hydraulic excavator hydraulic components (hydraulic pumps, hydraulic motors, hydraulic cylinders, etc.) bring a variety of component movement, has many advantages, so it is the design of the hydraulic system of the high demands, and its hydraulic system engineering machinery hydraulic system is the most complex. Therefore, the analysis of excavator hydraulic system design in promoting the development of Chinas excavator of great significance.At home and abroad in gathering relevant information excavator hydraulic system on the basis of the understanding of the excavators of the historical development of the hydraulic system, hydraulic excavators and technical developments have been analyzed and summarized. The graduation project is the subject of hydraulic excavators . Mini-excavator from multiple systems, including hydraulic system, transmission system, control system, the working devices, chassis, turntable, fuel tanks, engine installation were designed. I focused on the design of the analysis and design of medium-sized hydraulic excavator hydraulic system hydraulic components such as hydraulic components and the main hydraulic circuit. Keywords: hydraulic pump, hydraulic system of excavator目 录前 言11 液压挖掘机结构与工作原理21.1 液压挖掘机整机性能21.2 液压挖掘机结构31.3 液压挖掘机传动原理42 液压挖掘机工况分析及液压系统设计方案的确定62.1 液压挖掘机的工况62.1.1挖掘工况分析72.1.2满斗举升回斗工况分析92.1.3卸载工况分析92.1.4空斗返回工况分析102.1.5行走时复合动作102.2 挖掘机液压系统的设计要求102.2.1动力性要求112.2.2操纵性要求112.2.3节能性要求112.2.4安全性要求122.2.5其它性能要求123液压系统设计133.1系统主参数的确定133.1.1确定系统的工作压力133.1.2确定系统的型式143.2系统方案的拟定143.2.1确定元件类型143.2.2拟定主回路164系统初步计算和液压元件的选择174.1 动臂液压缸的设计计算174.1.1 液压缸缸筒的设计174.1.2 液压缸缸盖及导向套的设计194.1.3 液压缸缸头的设计234.1.4 活塞杆的设计及其强度校核244.1.5 活塞的设计274.1.6 缸筒长度的确定294.1.7 缸头的结构设计304.1.8 活塞杆长度的确定314.1.9 液压缸纵向弯曲极限应力的计算和稳定性校核314.1.10 液压缸油口尺寸的确定334.1.11 密封和防尘装置的作用及选取344.1.12 缓冲装置344.2 斗杆液压缸的设计354.3 铲斗液压缸的设计354.4 推土铲液压缸的设计354.5 液压缸推力和流量的计算354.5.1 液压缸推力计算354.5.2 液压缸的输出功率364.5.3 液压缸流量365 液压泵与马达的选用385.1 液压泵的流量计算385.2 液压缸动作所需流量385.3行走机构所需流量395.4 回转机构所需流量405.5液压泵的选择416 液压泵站设计及液压附件的选取426.1 液压阀的选取426.2 液压泵站的设计446.2.1 油箱的设计与计算446.2.2 过滤器466.2.3 放油塞466.2.4 原动机的选择466.2.5 联轴器466.2.6 空气滤清器的选择476.2.7 压力表的选择476.2.8 液压泵站总图477 液压系统性能验算487.1 液压系统压力损失487.1.1 沿程压力损失487.1.2 局部压力损失497.2 液压系统的发热功率497.3 液压系统的散热功率508 液压系统的安装和维护528.1 液压元件的安装528.2液压元件的维护539 挖掘机操作规程549.1 作业前的技术准备549.2 作业与行驶中的技术要求549.3 作业后的技术工作559.4 液压挖掘机行走操作及注意事项55总 结56参考文献57附 录58致 谢59 第 59页前 言 我国是一个发展中国家，在辽阔的国土上正在进行大规模的经济建设，这就需要大量的土石方施工机械为其服务，而液压挖掘机是最重要的一类土石方施工机械。因此，可以肯定液压挖掘机的发展空间很大。可以预见，随着国家经济建设的不断发展，液压挖掘机的需求量将逐年大幅度增长。今后几年我国液压挖掘机行业将会有一个很大的发展，液压挖掘机的年产量将会以高于20的速度增长。 中国挖掘机市场自1997年开始已进入了一个较快的发展时期，2001年与2000年比较，全国挖掘机的产、销量分别增长55和56。截止到2002年8月底全国挖掘机的销量已超过13000台，超过了2001年全年的销售数。2003年全国液压挖掘机的销售量超过18000台。显然，挖掘机在整个工程机械行业中是产、销量增长最快的机种之一。2008年北京奥运会、2010年上海世博会、西部大开发、南水北调工程对机械设备的需求为挖掘机生产厂商提供了大量商机。另为满足国民经济发展的需要，尽快为国内市场提供产品质量好、可靠性高的液压挖掘机，改变大中型液压挖掘机长期依靠进口的被动局面当务之急是高速发展我国液压挖掘机。随之从事液压设备设计和调试工作的工程技术人员也越来越多。他们设计出了不少性能良好的液压系统；但也经常出现一些因设计时考虑不周或参数调节不当，造成系统达不到要求或不能正常工作，不得不改进设计或采取应急对策的情况。 如何设计出工作可靠、结构简单、性能好、成本低、效率高、维护使用方便的液压系统，必须通过调查研究，明确多方面的要求！以下是中型反铲挖掘机液压系统的设计，希望本设计能为从事液压工作的人员献上微薄之力！1 液压挖掘机结构与工作原理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。单斗液压挖掘机是装有一只铲斗并采用液压传动进行挖掘作业的机械。它是目前挖掘机械中重要的机种。单斗液压挖掘机的作业过程是以铲斗(一般装有斗齿)的切削刃切削土壤并将土装入斗内，斗满后提升。回转至卸上位置进行卸土，卸空后铲斗再转回并下降到地面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土后，机械移动一段距离，以便继续作业。因此单斗液压挖掘机是一种周期作业的自行式上方机械。1.1 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。1.2 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荃础，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。1.3 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 液压挖掘机工况分析及液压系统设计方案的确定要了解和设计挖掘机的液压系统，首先要分析液压挖掘机的工作过程及其作业要求，掌握各种液压作用元件动作时的流量、力和功率要求以及液压作用元件相互配合的复合动作要求和复合动作时油泵对同时作用的各液压作用元件的流量分配和功率分配。2.1 液压挖掘机的工况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。2.1.1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。2.1.2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。2.1.3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2.1.4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。2.1.5行走时复合动作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2.2 挖掘机液压系统的设计要求液压挖掘机的动作繁复，且具有多种机构，如行走机构、回转机构、动臂、斗杆和铲斗等，是一种具有多自由度的工程机械。这些主要机构经常起动、制动、换向，外负载变化很大，冲击和振动多，因此挖掘机对液压系统提出了很高的设计要求。根据液压挖掘机的工作特点，其液压系统的设计需要满足以下要求: 2.2.1动力性要求所谓动力性要求，就是在保证发动机不过载的前提下，尽量充分地利用发动机的功率，提高挖掘机的生产效率。尤其是当负载变化时，要求液压系统与发动机的良好匹配，尽量提高发动机的输出功率。例如，当外负载较小时，往往希望增大油泵的输出流量，提高执行元件的运动速度。双泵液压系统中就常常采用合流的方式来提高发动机的功率利用率。2.2.2操纵性要求(1) 调速性要求挖掘机对调速操纵控制性能的要求很高，如何按照驾驶员的操纵意图方便地实现调速操纵控制，对各个执行元件的调速操纵是否稳定可靠，成为挖掘机液压系统设计十分重要的一方面。挖掘机在工作过程中作业阻力变化大，各种不同的作业工况要求功率变化大，因此要求对各个执行元件的调速性要好。(2) 复合操纵性要求挖掘机在作业过程中需要各个执行元件单独动作，但是在更多情况下要求各个执行元件能够相互配合实现复杂的复合动作，因此如何实现多执行元件的复合动作也是挖掘机液压系统操纵性要求的一方面。当多执行元件共同动作时，要求其相互间不千涉，能够合理分配共同动作时各个执行元件的流盘，实现理想的复合动作。尤其对行走机构来说，左、右行走马达的复合动作问题，即直线行驶性也是设计中需要考虑的重要一方面。如果挖掘机在行使过程中由于液压泵的油分流供应，导致一侧行走马达速度降低，形成挖掘机意外跑偏，很容易发生事故。另外，当多执行元件同时动作时，各个操纵阀都在大开度下工作，往往会出现系统总流量需求超过油泵的最大供油流量，这样高压执行元件就会因压力油优先供给低压执行元件而出现动作速度降低，甚至不动的现象。因此，如何协调多执行元件复合动作时的流量供应问题也是挖掘机液压系统设计中需要考虑的。2.2.3节能性要求挖掘机工作时间长，能量消耗大，要求液压系统的效率高，就要降低各个执行元件和管路的能耗，因此在挖掘机液压系统中要充分考虑各种节能措施。当对各个执行元件进行调速控制时，系统所需流量大于油泵的输出流量，此时必然会导致一部分流量损失掉。系统要求此部分的能量损失尽量小;当挖掘机处于空载不工作的状态下，如何降低泵的输出流量，降低空载回油的压力，也是降低能耗的关键。2.2.4安全性要求挖掘机的工作条件恶劣，载荷变化和冲击振动大，对于其液压系统要求有良好的过载保护措施，防止油泵过载和因外负载冲击对各个液压作用元件的损伤。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带下降和整机超速溜坡。2.2.5其它性能要求实现零部件的标准化、组件化和通用化，降低挖掘机的制造成本:液压挖掘机作业条件恶劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性;由于挖掘机在城市建设施工中应用越来越多，因此要不断提高挖掘机的作业性能，降低振动和噪声，重视其作业中的环保性。3液压系统设计液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。液压挖掘机整个机械包括：底盘行走系统、动力系统、工作机构及控制系统。本次设计的是履带式小型无尾液压挖掘机，它主要是利用液压系统来实现挖掘机作业时的基本动作。一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成：1.动力元件：液压泵，其功能是供给液压系统压力油，把机械能转换成压力能。2.执行元件：液压缸、液压马达，其功能把是液压能转换成机械能。液压缸输出力和速度，带动负载作直线运动；液压马达输出转矩和转速，带动负载作旋转运动。3.控制元件：控制阀，其功能是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制，以保证执行元件达到所要求的输出力（或力矩）、运动速度和运动方向。如溢流阀、节流阀、换向阀等。4.辅助元件：保证系统正常工作所需要的辅助装置，例如油箱，滤油器，油管等。5.工作介质：液压油 本次液压系统采用双泵双回路定量并联系统，因为这种系统的动作正确，操作方便，功率利用较好。由于定量泵简单可靠，价格低廉，耐冲击性好，所以选用定量系统。油路的连接方式有并联、串联和串并联三种。本次选择并联油路，即多路换向阀中各个换向阀的进油路与一条总的压力油相连，各回油路与一条总的回油路相连，进油和回油互不干扰，称为并联油路。并联油路的特点是各滑阀可进行各自独立操作，几个工作装置可以同时进行工作；但当几个滑阀同时处于换向位置时，负荷小的工作装置先动，而不能实现严格的同步，不过可采用均流器来解决并联系统中两个执行原件的同步问题。3.1系统主参数的确定3.1.1确定系统的工作压力液压系统工作压力是指液压系统在正常运行时所能克服外载荷的最高限定压力。系统的压力级级选择与机器种类、主机功率大小、工况和液压元件的型式有密切关系。一般小功率机器用低压，大功率机器用高压。在一定的允许范围提高油压，可是系统的尺寸减小，但容积效率会下降。目前，建设机械所用工作压力等级有：（1）中压 压力为1020MPa。常用于装载机、起重机、小型挖掘机等建设机械。（2）高压 压力为2032MPa。常用于中、大型挖掘机、混凝土泵等。（3）超高压 压力超过32MPa。通过比较初步选定系统压力p=16MPa 系统工作压力p要根据技术要求、经济效果和制造可能性等三反方面来确定。在外负荷已定情况下，系统压力选的愈高，各液压元件的几何尺寸就越小，可以获得比较轻巧紧凑的结构，对大型挖掘机来说，更为重要，所以，一般应尽可能选取较高的工作压力。但造维修困难，增大了液压振动与冲击，影响了元件寿命和可靠性，此外，压力增高太多，元件与管道的壁厚相应增加，尺寸与质量的减少率将愈来愈小。初选工作压力以后，可以选择元件，并推算元件所需流量，将同时工作的元件的流量叠加，并取各叠加数中最大值，就是系统流量Q。3.1.2确定系统的型式国产0.25以下和部分1.0以下反铲标准斗容量液压挖掘机采用定量系统，其中除0.2悬挂式挖掘机以外，都是双泵双回路系统。本系统采用的是双泵双回路定量并联系统。3.2系统方案的拟定3.2.1确定元件类型 1执行原件本次设计的履带式无尾液压挖掘机有六个主要执行原件，即动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸、推土液压缸、回转马达和两个行走马达，采用双泵双回路系统，把一切执行原件按照作业要求分成两组，各由一台液压泵驱动，分别构成独立的回路。图3-1液压原理图（双泵双回路定量系统）液压泵是将原动机（本机选柴油机）的机械能转化成油液的液压能，在意压力、流量的形式输送到系统中去。按其职能来说，属于液压能元件，又称为动力元件。液压泵的额定压力宜比系统工作压力大25%以上，使液压泵有一定的压力储备。 泵的主要参数有压力、流量、转速、效率。因为系统的工作压力为16MPa，所以有16（1+25%）=20（MPa）在定量系统中，流量固定，不能因外负荷变化而使流量作相应的变化，因此，负荷小时不能提高作业速度，功率得不到重分利用。为了满足作业要求，定量系统的发动机功率要根据最大外负荷和作业速度来确定。由于定量泵简单可靠，价格低来呢，耐冲性能好，在小型液压挖掘机上定量系统得到应用，但是，其缺点是系统功率不能充分利用，泵的特性很硬，挖掘硬土时引起很大的溢流损失。本系统采用中压定量系统泵，系统压力，考虑到额定压力比系统压力大25%左右，液压泵具有一定的液力储备。 （3-1）式中：为系统的额定压力3.2.2拟定主回路 1回路循环形式一般小型挖掘机多采用定量系统，油路采用开式，这样可以使系统简单，成本低，从发动机功率充分利用方面考虑多采用双本双回路,这样即可独立的工作，又可配合动作，还可合流动作。2基本回路本系统采用并联回路。3调速方式本系统采用手动换向、无级调速。为了保证主机工作安全，整个液压系统必须装有安全溢流阀，个执行原件大多装有限压阀。4系统初步计算和液压元件的选择4.1 动臂液压缸的设计计算设计油缸时，先要知道的参数有活塞杆上的作用力，工作行程（由工作装置设计部分得出）；安装形式和安装长度；供油压力；负载特点和工作环境等。4.1.1 液压缸缸筒的设计1.缸筒结构缸筒是液压缸的主要零件，它与缸盖、活塞等零件构成密闭的容腔，形成内压，推动活塞运动。设计缸筒时，不仅要保证液压缸的作用力、速度和有效行程，而且必须有足够的强度和刚度，以便抵抗液压力和其他外力的作用。根据机械设计手册第4卷表17-6-6，常用的缸筒结构有八类，通常缸筒与缸盖、缸头的连接型式取决于额定工作压力、用途和使用环境等因素。综合考虑上述因素缸筒与缸头采用焊接形式，具有结构简单，尺寸小，工艺性好，使用广的优点；缺点是缸体有可能变形。缸筒与缸盖采用外螺纹连接具有重量轻，外径较小的优点，而且便于拆卸和检修。2.缸筒材料缸筒要有足够的强度，能长期承受较高工作压力及短期动态工作压力而不至产生永久变形；还要有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不至产生弯曲；在内表面密封件及导向环的摩擦力的作用下，能长期工作而磨损减少，尺寸公差等级和形位公差等级是以保证活塞密封件的密封性；需要焊接的缸筒还要求有良好的可焊接性，以便在焊上管接头或缸头后不至于产生裂纹或过大变形。液压缸的常用材料有20钢、35钢、45钢的无缝钢管。缸筒与缸底采用焊接方式，故采用焊接性能较好的35钢的冷拔无缝钢管，粗加工后调制，由手册中查得35钢的抗拉强度，屈服极限3缸筒缸径的计算 （4-1）式中：活塞杆上的最大负载,此处113KN工作压力，初取液压缸的机械效率，取0.9所以： （4-2）根据机械设计手册卷4.P17-4 表17-6-2表4-1 液压缸内径的选择液压缸内径系列（GB/T2348-1993）/mm88、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、(90)、100、(110)、125、(140)、160、(180)、200、(220)、250、(280)、320、(360)、400、(450)、500取液压缸缸筒内径100mm4缸外经的确定根据上面所算出来的缸筒内经为D=100mm，从而根据机械设计手册第20篇表2069如下表。表4-3 缸筒外径 的选取产品系列代号额定压力/Mpa内径A型2040506380100125140160200220250 外径50607695121146168194218219245所以缸筒外径=1215缸筒壁厚验算在中低压液压系统中，液压缸缸筒的壁厚常由结构工艺上的要求决定的，强度问题是次要的，一般不需要验算。因为本设计是中低压液压系统，所以不需要验算。6缸筒制造加工要求缸筒直径采用或级配合，表面粗糙度值一般为0.160.32，都需进行研磨;热处理，调制，硬度；缸筒内径的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半；缸筒直线度公差在长度上不大于；缸筒端面对内径的垂直度在直径上不大于0.04。此外，还有通往油口、排气阀孔的内孔口必须有倒角，不允许有飞边、毛刺，以免划伤密封件。为便于装配和必须在半精加工以前进行。以免精加工后焊接而引起内孔变形。如欲防止腐不损坏密封件，缸筒内孔应倒15度角。需要在缸筒上焊接油口、排气阀座时都蚀和提高使用寿命，在缸筒内表面可以镀铬，再进行研磨或抛光，在缸筒内表面涂耐油油漆。4.1.2 液压缸缸盖及导向套的设计1.缸盖的设计在单活塞杆液压缸中，缸盖、缸底与缸筒构成封闭的压力容腔，不仅要有足够的强度以承受液压力，而且必须有一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向套及防尘圈、密封圈槽，还有连接螺孔，受力比较复杂，必须进行强度校核。1）缸盖材料 缸盖材料常用35钢、45钢锻件活ZG35、ZG45铸钢及HT25-47，HT30-54等灰铁铸件等。当缸盖作导向套时，应采用铸铁并在其工作表面堆焊青铜、黄铜或是其他耐磨材料。综合上面，选HT200。2）与缸筒的连接 缸筒与缸盖用法兰连接，这种连接方式装卸方便，加工容易，缺点是径向尺寸大，质量较大。缸筒与缸盖法兰采用5个M16的螺栓连接，均与布置在直径为的圆周上。图4-1 缸筒的外螺纹连接3）端盖的设计计算缸盖厚度计算公式： （4-3）式中：系统最大工作压力，；液压缸的内径m；材料许用应力，取取20mm4）缸盖螺栓连接处的强度校核如下： 液压缸缸筒与端盖的连接方法很多，其中以螺栓（钉）连接最为广泛。当缸筒与缸盖用法兰连接时，要验算连接螺栓的强度。验算时可按拉应力和剪应力的合成应力来进行。则有： （4-4） （4-5） （4-6） （4-7）式中：液压缸负载螺纹拧紧系数，本次设计取螺纹内摩擦系数，一般取螺纹直径螺纹内经，对于标准坚固螺纹，取，为螺纹螺距螺栓个数，本次设计取材料屈服极限，对45钢，取安全系数，一般取，本次设计取查机械设计手册选取螺栓为内角圆柱头螺钉（M16）则：所以：所以；螺纹连接强度满足要求。2.导向套的设计导向套装在液压缸的有杆腔端盖内，用以对活塞杆进行导向。内装有密封装置，以保证缸筒有杆腔的密封，外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及小分子带到密封装置处，损坏密封装置。1）导向套的结构选择导向套有普通导向套、易拆导向套、球面导向套和静压导向套等。导向套和缸盖做成一体，采用铸铁并在其工作表面堆焊耐磨材料防尘圈槽和密封圈槽。图4-2端盖式活塞导向环2）最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向滑动面中点的距离称为最小导向长度，如图所示，若导向长度太小，将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，从而影响液压缸的稳定性。对于一般液压缸，其最小导向长度安下式计算： (4-8) 式中：液压缸的最大工作行程缸筒内径所以：取。一般导向套滑动面的长度，在缸筒内径80时，取，在缸筒内径80时，取。所以：取。3） 导向套的材料活塞杆导向套装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封，外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分待到密封装置出，损坏密封装置。金属导向套一般采用摩擦系数小的而且耐磨性好的材料。现选用耐磨铸铁HT200.4）加工要求：导向筒外圆与该内孔的配合多为，内孔与活塞杆外圆的配合多为，外圆与内孔同轴度公差，不大于0.03，圆度与圆柱度公差不大于直径公差的一半。内孔中的环形油膜和直油膜要浅而宽，以保证良好的润滑。4.1.3 液压缸缸头的设计1.的连接形式连接形式如图4-3所示：图4-3 缸头与缸筒焊接缸筒与缸头用焊接时（如图4-3所示），焊缝应力强度校核： （4-9）式中：缸内最大推力；系统工作压力；液压缸机械效率；缸筒内径； 缸筒外径； 焊缝底径；焊接效率，取=0.7；焊条材料的抗拉强度，取；安全系数，参照缸筒安全系数选取。一般；，故满足强度要求。2.缸头的设计计算由于该油缸采用耳环连接的形式，底部的最小厚度按近似的公式计算如下： （4-10）式中：缸筒直径；缸筒底部厚度；缸内最大工作压力，；由于缸筒底部材料用35号优质碳素钢，故取4.1.4 活塞杆的设计及其强度校核活塞杆是传递机械力的工作元件，它的受力状态与负载有关，活塞杆直径通常是按液压缸速比要求来确定的，然后再校核结构强度和稳定性。1活塞杆直径的确定对于双作用单边活塞杆液压缸，其活塞杆直径可根据往复速比来确定。根据机械设计手册成大先第五版第20篇查得：表4-4 活塞速比系数与压力的关系公称压力（）=12.520速比系数（）1.331.4622 当系统压力确定后，查出速比系数并按下式计算： （4-11）式中：行程速比取1.46根据活塞杆径系列，取活塞杆直径2活塞杆的强度校核 （4-12）式中：油缸的负载； 活塞杆材料的许用应力；材料的抗拉强度；现采用45钢600 ；动臂液压缸活塞杆最大作用力=113040N；3活塞杆弯曲稳定性校核当活塞行程较大时（活塞杆伸出时，油缸的计算长度大于活塞杆直径的10倍以上时）活塞杆承受的压力超过一定数值时，油缸的总体将沿着轴向方向呈现出弯曲的现象，致使滑动表面产生偏磨，甚至活塞杆折断。为消除这种弊端，除要满足强度外，还根据油缸的支撑形式进行稳定性验算。由机械设计手册第20篇查得：当液压缸支撑长度时，需验算活塞杆弯曲稳定性，因本次设计支撑长度 所以需要算稳定性，因受力完全在轴线上，所以按下式验算： （4-13） （4-14）式中：活塞杆弯曲失稳临界压缩力；实际弹性模数，；活塞杆横截面惯性矩； 液压缸安装及导向系数，根据机械设计手册表17-6-17选 ；折算长度 ，导向套中心至吊头的距离，取；安装系数，通常取 ，在这里取；=92797.8N=23.2KN所以液压缸稳定。4活塞杆结构形式的选取活塞杆必须有足够的强度和刚度，以便承受拉力、弯曲应力、振动和冲击载荷的作用。同时还要注意他对活塞有效面积的影响，保证液压缸达到所要缺的作用力和运动速度，活塞杆应有一定的耐磨性，具有较高的尺寸精度和表面光洁度。采用实心结构，端部选用单耳环通过螺纹与活塞杆连接。5活塞杆的材料和技术要求材料：选用45钢技术要求：淬火. 淬火深度，表面镀铬；活塞杆在导向套中滑动，采用配合，太紧了，摩擦大，太松了，容易引起卡滞现象；圆度的圆柱公差不大于直径公差一半；安装活塞的轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于，以保证安装不产生偏斜；安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于；活塞杆的外圆粗糙度，太光了，表面形不成油膜，不利于润滑；活塞杆表面进行镀铬处理，并进行抛光和磨削加工；活塞杆内端的卡键和缓冲装置也要保证与轴线同心，特别是缓冲柱，最好是与活塞做成一体。4.1.5 活塞的设计活塞是把液压缸把液压能装化为机械能的主要零件，其端面的有效面积决定了推力和拉力的大小，与缸体和活塞杆之间均有密封圈密封，以防止液压缸内部泄漏。图4-4 活塞的密封根据液压缸的作用力和工作要求，活塞结构分离式，两端配有Y型密封圈，与缸体和活塞杆之间均选用O型密封圈密封，中间安装支承环，通过弹性挡圈和轴套与活塞杆连接。图4-5 活塞与活塞杆的连接1活塞尺寸及加工公差有支承环的活塞常用材料有优质炭素钢20号、35号、45号，本次设计采用45号钢。选用活塞宽度一般为活塞外径的倍，但也要根据密封件的形式、数量和安装导向环的沟槽尺寸而定。 故活塞的宽度为： B=(0.61.0)活塞外径：活塞外径的大小与活塞表面的支撑环形式有关。如下图所示，活塞外径： （4-15）式中：缸筒内径；尼龙支承环厚度，一般，其中缸径较小时取小值。现取其值为； 图4-6 活塞装配示意图活塞的外径的配合一般采用外径对内径的同轴度公差不大于0.02，端面与轴线的垂直度公差不大于0.04100，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差的一半，表面粗糙度以结构形式不同而定。2活塞中心孔的设计计算活塞中心孔径的大小，除了要考虑活塞杆连接强度外，还要保证活塞与活塞杆装配台阶肩部压应力符合安全强度的要求。活塞端部的压应力可以粗略的用下述公式计算。当忽略装配台阶和轴孔的倒角尺寸时，肩部压应力：0.75由此可得活塞中心孔最大计算孔径： （4-16）式中：；即为活塞杆的屈服强度极限,选用45号钢调制处理；-活塞杆直径； 选取50mm4.1.6 缸筒长度的确定图4-7 缸筒长度的确定 （4-17）式中： 缸筒装配台阶的长度，取；活塞行程余量，一般取23，取；活塞宽度，=80；活塞行程，S=858；导向套长度，；所以：4.1.7 缸头的结构设计缸头的结构如下图所示缸头材料一般要求足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要求具有良好的焊接性能，根据上述要求，采用45号钢。缸盖内孔尺寸公差一般取H7,H8；缸盖内孔d与之口外径D的圆度，圆柱度误差不大于直径公差之半。缸盖内孔d与之口外径的D同轴度误差不大于0.03，端面A,B对轴线的圆跳动，在直径100 以上不大于0.04 。图4-8 缸头结构装配台阶外径：=80装配长度：=520式中：装配深度，其值与缸径大小有关，缸径小时取小值，取=10缸头内径： （4-18）式中：活塞固紧装置的最大外径，取；固紧装置与孔壁间隙，一般取=210，此处取=；=50+210=70缸头内径深度： （4-19）式中：活塞外侧杆头长度，=23；活塞行程余量，一般取23，取=3；故：=23-3=204.1.8 活塞杆长度的确定图4-9 活塞杆长度的确定 （4-20）式中：活塞外侧杆头的长度，；活塞宽度，80；活塞行程，858；导向长度，95；活塞杆全部缩入杆腔时的外露余量，此处取=10；活塞杆螺纹连接长度，取63；所以：4.1.9 液压缸纵向弯曲极限应力的计算和稳定性校核当活塞的行程较大（例如活塞杆伸出时，液压缸的计算长度大于活塞杆直径的倍以上时），活塞杆承受的压应力超过一定数值时油缸总体将沿一定直线方向呈现纵向弯曲现象，致使滑动表面产生偏磨，甚至使活塞杆折断。为了消除这种弊病，在选择活塞杆时除了要求要满足强度条件外，还须根据油缸的支撑形式，进行稳定性验算。在工程机械中，由于采用的油压较高，一半油缸的直径较小而杆径较大，故常采用等截面法来进行稳定性验算。根据材料力学中压杆稳定的理论，油缸纵向弯曲极限力的计算有三种可能的情况。第一种： 第二种： 第三种： 根据液压传动及液力传动常用金属材料临界应力试验参数统计表查得对于45号钢具有如下：表4-5 45钢临界应力试验参数实验参数45号钢460036.1710060式中 ：-大柔度杆的最小极限柔度系数，一般45 号钢的值如表所示；中柔度杆的最小柔度极限系数。根据实验一般45 号钢的值如表所示；14活塞杆横断面的回转半径；不同支撑形式的油缸变换成两端铰支时的长度折算系数，其值参看液压传动与液力传动表3-6 油缸支撑形式与长度折算系数对照表。本次所设计油缸属于表中A安装情形，所以长度折算系数等于1，有效长度（）为。由此，可以计算得可见属于第一种情况，活塞杆的临界应力可按中柔度杆直线实验公式进行计算，即：式中：活塞杆断面直径面积；材料的弹性模量，对于钢材；活塞杆横断面的惯性活塞杆的计算长度。它的大小与活塞行程和活塞支撑形式有关故：由于上述有关临界力的计算，都是以材料的临界应力实验图和理论分析公式作为依据的。在这些计算中没有考虑油缸厨师挠度和偏心载荷等因素的影响。为了确保油缸在使用时不致产生纵向弯曲现象，活塞杆上的最大负载F必须小于稳定极限力。他们之间的相互关系可用下时表示，即：式中： 安全系数，一般，对于工作情况较坏的情况，可取6。故 (安全)4.1.10 液压缸油口尺寸的确定液压缸的结构尺寸和活塞的运动速度确定后，便可以确定液压缸所需的供油流量。在保证供油流量不受阻的情况下，根据薄壁孔流量公式计算进出油孔尺寸。液压缸供油流量计算公式： （4-21）式中：活塞有效工作面积；活塞的运动速度； 当液压缸供油量不变时，除去开始时有一加速压力和在行程结束前有一减速区外，此活塞行程的中间大多保持恒定速度，取液压缸油口直径： （4-22）式中：流经管路的流量；油管内的允许流速；根据机械设计手册第20篇表20-6-25选取油口连接螺纹为M272。4.1.11 密封和防尘装置的作用及选取密封圈起着防止高压油沿活塞杆外漏的作用。活塞外径动密封主要采用Y形或V形密封圈，它们的适用范围和选择原则与活塞的外径密封相同。防尘圈也叫刮尘圈。它利用紧贴在活塞杆上的唇边刮去粘在活塞杆表面的尘埃，以阻止异物侵入密封圈和导向圈。目前常见的有J型专用防尘圈和Y型密封圈等。为了提高防尘效果，使用双唇边防尘圈，它具有挡尘和刮油双重作用，因而防尘效果较好。防尘圈也是一种易损的标准件。参照液压系统设计简明手册P167表6-40活塞密封腔体用高低唇Y型橡胶密封圈。4.1.12 缓冲装置液压缸活塞运动速度在以下时，不必采用缓冲装置；在以上时必须设置缓冲装置。液压缸的活塞杆具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很大的动量。在它们的行程终端，当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击压力和噪声。缓冲装置的工作原理是使缸筒低压腔内有也通过节流把动能转换为热能，热能则由循环的油液待到液压缸外。4.2 斗杆液压缸的设计斗杆缸主要参数：缸筒内径100 壁厚21 活塞杆内径56缸头厚度=20 油孔直径13活塞行程590 全缩长度765 全伸长度13554.3 铲斗液压缸的设计斗杆缸主要参数：缸筒内径100 壁厚21 活塞杆内径56缸头厚度20 油孔直径13活塞行程638 全缩长度1135 全伸长度18734.4 推土铲液压缸的设计（略）4.5 液压缸推力和流量的计算4.5.1 液压缸推力计算1当无杆腔进油时，液压油作用在活塞上的推力(N)。 （4-23） 式中：液压缸内径；缸内的压力；液压缸效率；根据机械设计手册表17-6-3 机械效率，由活塞及活塞杆密封处的摩擦阻力所造成的摩擦损失，在额度压力下，通常取。取带入相关数据： 113040N 当液压缸有杆腔进油时，作用在活塞上的理论压力： （4-24）式中：活塞杆直径4.5.2 液压缸的输出功率 （4-25）式中：液压缸的输出功率；液压缸输出力；液压缸的输出速度 ；4.5.3 液压缸流量液压缸的流量与液压缸径和活塞运动速度有关。当液压缸供油量不变时，除去开始时有一加速压力和在行程结束前有一减速区外，此活塞行程的中间大多保持恒定速度，取则：5 液压泵与马达的选用根据液压系统的工况来选择液压泵。泵的主要参数有压力、流量、转速、效率。为保证系统正常运转和泵的使用寿命，一般在固定设备系统中，正常工作压力为泵的工作压力的80左右；要求工作可靠性较高的系统或运动设备，系统工作压力为泵额度压力的60左右。一般泵的流量要大于系统工作的最大流量。为了延长泵的寿命，泵的最高压力与最高转速不宜同时使用。液压泵的类型也要根据系统要求的最大工作压力和最大流量而定。根据经验选择外啮合渐开线直齿形齿轮泵。具有结构简单，工艺性好，体积小，重量轻，维护方便，使用寿命长的优点。5.1 液压泵的流量计算液压泵的流量由执行元件最大工况流量和系统的泄漏量来确定。 （5-1）式中：系统的泄漏系数，一般取=1.11.3，取；同时工作执行元件流量之和的最大值，；5.2 液压缸动作所需流量动臂单独动作时，所需流量斗杆单独作用时，所需流量铲斗缸单独动作时，所需流量5.3行走机构所需流量取驱动轮的总输出力矩为，传动链轮与行走马达的传动比，驱动轮转速行走传动的机械效率，则行走马达的输出扭矩取行走马达被压，则两腔的压力差，则行走马达的排量根据公式： （5-2）式中：液压马达的机械效率，取0.95；则：马达的转速为：马达的实际流量为：根据机械设计手册成大先第五版20篇表20-5-77可选径向柱塞马达。马达的型号：型号：额定压力：20MPa最高压力：25MPa额定转速：320最高转速：400额定转矩：902最高转矩：11275.4 回转机构所需流量根据回转机构参数经验公式得：转台以上总转动惯量： （5-3）式中：为系数，取1000；为整机重量，；回转加速度，则挖掘机回转部分惯性力矩设回转承受力矩，则总阻力矩设回转速度，回转机构传动比，则回转马达转速回转马达输出力矩：回转马达的实际排量：马达的实际流量为：根据机械设计手册成大先第五版20篇表20-5-77可选径向柱塞马达。马达的型号：型号:额定压力：20MPa最高压力：25MPa额定转速：320最高转速：400额定转矩：638最高转矩：7975.5液压泵的选择此处左右行走马达同时工作时，流量为最大，故： （5-4）根据初选的工作压力为16MPa可得出系统的最高工作压力为25MPa。则可按流量和最高工作压力选液压泵。根据机械设计手册成大先第五版第20篇表20555选取柱塞液压泵。型号为：型号：排量：121额定压力：25MPa最高压力：32MPa额定转速：1000 最高转速：1800 6 液压泵站设计及液压附件的选取6.1 液压阀的选取6.1.1 换向阀参考机械设计手册成大先第五版第20篇表20-7-164。根据系统的压力和流量选取DSG-03-3C-50型电磁换向阀。允许背压：滑阀静止时为7Mpa，滑阀移动时为21Mpa，最高使用压力21 MPa。最大流量300L/min。6.1.2 溢流阀D型遥控溢流阀主要用于先导型溢流阀的远程压力调节。参考机械设计手册成大先第五版第20篇表20-7-9，选择DT-01-02遥控溢流阀。额定压力为25Mpa。6.1.3 单向阀参考机械设计手册成大先第五版第20篇表20-7-143。选用C型单向阀，选用管式连接CIT-02-50。最高使用压力为25MPa。它在所设定开启压力下使用，控制流量流动，完全阻止反向流动。两个C型单向阀组成一个液压锁。6.1.4 液压管路及其连接管路是液压系统中液压元件之间传递工作介质的各种油管的总称。管接头用于油管和油管与液压元件之间的连接，为了保证液压元件之间工作的可靠性，管路及管接头应具有足够的强度，良好的密封性，其液压损失也要小，拆卸方便。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择无缝钢管，能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，装拆方便。在系统中有相对运动的压力管道选用高压橡胶管。1非橡胶管选取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择无缝钢管，能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，装拆方便。在系统中有相对运动的压力管道选用高压橡胶管。油管的内径取决于管路的种类及管内的流速。依据机械设计手册成大先第五版第20篇表20-8-1可得油管的内径计算公式： （6-1）式中：流经管路的流量；允许流速，对吸油管可取，对回油管可取，对压力油管当对吸油管：对于回油管：对于压力油管：根据机械设计手册成大先第五版第20篇表2082可取：表6-1钢管尺寸公称通径/mm钢管外径/mm管接头连接螺纹/mm工称压力/MPa（25）管子壁厚/mm20 283.525344.5324252管接头的选择管接头采用焊接式管接头，焊接式管接头主要有接头体、螺母和接管组成，在接头体和接管之间用O型密封圈密封。当接头体拧入机体时，采用金属垫圈或组合实现端面密封。接管和管路系统中的缸管接头用焊接连接。管接头和机体的连接主要采用普通细牙螺纹，根据机械设计手册成大先第五版第20篇20-8-5选锥面密封焊接式管接头。6.2 液压泵站的设计. 液压装置中各部件、元件的布置均匀、便于装配、调整维修和使用，并且要适当的注意外观；. 由于液压泵与材油机是通过联轴器连接传动的，所以采用吸油口下置式，泵装在油箱之外；. 在阀类元件的布置中，行程阀的安装位置必须靠近运动元部件，手动换向阀的位置必须靠近操纵部位，换向阀之间应留有一定的轴向距离，以便进行手动调整或拆装电磁铁，压力表及其开关应布置在便于观察的地方；. 硬管应贴近车架，架设应相互平行的且应保持一定的距离，并用管夹固定，随工作部件运动的管道、伸缩管或弹性管，软管安装时，应避免发生扭转，以免影响使用寿命。6.2.1 油箱的设计与计算大型的机械设备的液压传动系统中，油箱是很重要的辅助设备，用于储存液压系统必要的工作液体，同事兼有散热和分离油液中的水、气体以及策划你点杂质等作用。需要精心设计，否则系统运行后很快就出现油温升高油粘度下降而造成的泄露增加以及液压泵吸空等不良现象，严重影响液压系统的正常工作。因此，设计液压油箱也十分重要。1滤油器的设置在液压泵的吸油管路上必须安装滤油器，以滤除较大的颗粒杂质（0.130.14mm），以保护液压泵。为了不影响吸油能力，滤油器的通油能力最好大于泵的两倍。在液压泵的回油管路上安装过滤精度高的滤油器。它可以滤除更细微的颗粒杂质，以保证流回油箱的油液清洁，保护液压系统中的液压元件不受细微颗粒杂质的损伤、卡死。2吸油管与回油管的设置泵的吸入口与系统的回油口的距离应尽可能远些，管口都应插入最低油面之下。回油管出口为45度斜口，增大回油面积减慢出油口处油流速度，且利于散热。油的排出口面向箱壁，利于回油通畅，避免飞溅起泡。为了防止液面波动，可在油管出口装扩散器。回油管必须放在液面以下，一般距液压油箱底面的距离大于300mm，注：以免产生背压。吸油管前一般应设置滤油器，其精度为100200目的网式或线式滤油器。滤油器要有足够的容量避免阻力太大，一般要求大于泵流量的两倍。滤油器与箱底的距离不应小于20 mm。吸油管应插入液压油面以下，防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。吸油管与回油管应尽量远离。泄油管端亦可斜切、面壁，但不可没入油中，以免产生背压，阀的泄油管不得插入油中。3隔板的设置作用：将吸、回油管隔开，增长液压油流动循环时间，除去沉淀的杂质，分离清水和空气，调整温度，吸收油液压力的波动及防止液面的波动。安装型式：可以设计成高出液压油面，使液压油从隔板侧面流过，还可以把隔板设计成低于液压油面，其高度为最低油面的2/3，使液压油从隔板上方流过。过滤网的配置：过滤网可设计成将液压油箱内部一分为二使吸油，回油管隔开，这样液压油可以经过一次过滤。过滤网通常使用50100目左右的金属网。4液位计的设置在油箱侧壁上设置液位计，以指示液面位置，液位计应设置在加油时容易看见的地方。根据黎明液压有限公司的产品型号，选用液位液温计的型号为：YWT-150T型。5清洗孔及放油孔的设置 清洗孔：液压油箱上的清洗孔，应最大限度的易于清扫液压油箱内的各个角落和取出箱内元件。杂质和污油排放：为了便于排放污油，液压油箱底部应选成倾斜式箱底，并将放油塞放在最低处。6液压油箱的有效容积的计算 可以根据使用情况，使用下面几何公式计算: （6-2）式中：经验系数，见下表：油箱的有效容积；流经两边路的最大流量：表6-2 油箱设计经验系数经验系数行走系数低压系数中压系数冶金系数a1-22-43-510则：邮箱的长，宽，高按1:2:3算，设高为，则：所以宽为1060，长为。6.2.2 过滤器过滤器是液压系统中的重要元件。它可以清除液压油中的污染物，保持系统元件的清洁度，确保系统元件工作的可靠性。滤油器在系统中的安装与应用安装方式：装在液压泵吸油管路上，如下图所示: 图6-1过滤器应用要求：保护液压泵。要求过滤能力大，阻力小。一般多用粗过滤器（网式或线隙式）。滤油器选择参考机械设计手册成大先第五版第20篇表208130低压线隙式管连接过滤器型号: XU-A10050S。6.2.3 放油塞放油塞主要用于堵塞工艺孔和油箱放油孔，以及其缸筒需要堵死的地方。 选用六角螺塞(JB/ZQ4450-1997) 其主要参数见机械设计手册。6.2.4 原动机的选择本次设计选用的原动机是柴油机，其全部功率用于驱动液压泵的系统和行走系统，柴油机的最大转速应满足系统要求的最大流量，且不超过液压泵的最高允许转速。如果柴油机的转速过高，则应设置减速装置。其最大功率应略大于液压系统要求的最大功率。6.2.5 联轴器为了补偿液压泵和电动机在安装时两轴的同轴度误差，本次设计采用弹性联轴器连接。具体为凸缘弹性联轴器。因为次联轴器结构简单、装卸方便、使用寿命长，所以应用较多。实际安装联轴器时，应尽量使柴油机半联轴器作为主动件。其半联轴器与柴油机配合可采用H7/r6，与液压泵轴的配合可略低一些。虽然这两种联轴器对径向、轴向误差及转角误差有比较大的补偿量，但实际安装时，应使电动机轴的同轴度误差不大于0.1mm，轴线的倾斜角不大于40度。6.2.6 空气滤清器的选择一般选用空气滤清器时，空气流量为泵排量的1.5倍左右。本次设计选用黎明液压设计有限公司生产的型号为：QUQZ-20x1.0型空气滤清器。其空气流量为170L/min，有效过滤面积为180，加油流量21L/min。6.2.7 压力表的选择根据黎明液压有限公司的产品型号，选用压力表型号为：YN-71.5-I型径向压力表。6.2.8 液压泵站总图液压装置中，液压元件布置要均匀，便于装配、调整、维修和使用，并且要适当注意外观。由于液压泵与发动机是通过联轴器传动的，所以采用吸油口下置式。油管贴近车架，架设应该相互平行并且高出一定的距离，并用管夹固定。运动部件宜采用软管、伸缩管或弹性管。软管安装时要避免发生扭曲，影响系统的正常工作和使用寿命，具体布置及安装尺寸见泵站的总装图。7 液压系统性能验算液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。7.1 液压系统压力损失压力损失包括管路的沿程损失p1，管路的局部压力损失p2和阀类元件的局部损失p3，总的压力损失为 （7-1）7.1.1 沿程压力损失沿程压力损失主要是液压缸快速动作时进油路的压力损失。设定此管路长为5m，管内径0.025m，当液压缸运动时通过的流量为，油液粘度为v=27mm2/s,油的密度为又在管路中的实际流速为：式中： 管道的长度；管道内径；液流平均速度；液压油密度；沿程阻力系数；7.1.2 局部压力损失 （7-2）式中： 局部阻力系数 取1；液压油密度；液流平均速度；所以：7.2 液压系统的发热功率液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。液压系统的功率损失主要有液压泵的功率损失、液压执行元件的功率损失、溢流阀的功率损失和油液流经阀或管路的功率损失。泵和执行元件功率损失引起的热量： (7-3) (7-4)式中：液压功率；油泵效率，取0.8；液压泵的最大工作压力；液压泵的最大流量L/min；液压泵的总效率，取；变量系数，定量系统取1；溢流损失引起的热量 (7-5)式中：溢流阀的调定压力，KPa；溢流流量，L/min；总的发热量：7.3 液压系统的散热功率系统靠管道和油箱散热，若温度超过了许可，要采取冷却措施。由于管道的发热与散热基本平衡，因此通常只计算油箱的散热。 (7-6)式中：散热系数（W/m2*k），风冷取23，循环水冷取110174；油箱的散热面积（m2）；油和油箱外表面的温差（0C）。若系统达到热平衡，则，油温不再升高，此时，温差最大环境温度为T0，则油温T=T0+T。如果计算出的油温超过该液压设备允许的最高油温（各种机械允许油温见表91），就要设法增大散热面积，如果油箱的散热面积不能加大，或加大一些也无济于事时，需要装设冷却器。表7-1各种机械允许油温（）液压设备类型正常工作温度最高允许温度数控机床30505570一般机床30555570机车车辆40607080船舶30608090冶金机械、液压机40706090工程机械、矿山机械50807090设环境温度为T0=2030，则T=T0+=（56.366.3），由表7-1各种机械允许油温（）知液压系统的温升超过正常工作温度范围，需要装设冷却器，选择2LQFW型冷却器。8 液压系统的安装和维护8.1 液压元件的安装各种液压元件的安装方法和具体要求，在产品说明中，都有详细的说明，在安装时必须加以注意的一些问题：1.安装元件前应进行质量检验，若确认元件被污染进行拆洗，并进行测试，应符合液压元件通用技术条件（GB/T7935）的规定，合格后安装。2.安装前应将各种自动控制仪表（如压力计、点接触压力计、压力继电器、液位计、温度计等）进行效验。这对以后工作极为重要，以免不准确而造成事故。3.液压泵安装 如下：1）液压泵与发动机之间必须符合制造厂的规定2）液压泵与发动机之间安装必须有足够的刚性，以保证运转时始终同轴。外露的旋转轴、连抽器必须缝合制造厂的规定。3）液压泵的进油管路应短而值，避免拐弯增多，断面突变。在规定多油液粘度范围内，必须使泵的进油压力盒其他条件符合泵制造厂的亏定值。4）液压泵的管路密封必须可靠，不允许吸入空气。4.油箱装置安装要求如下：1）油箱应仔细清洗，用压缩空气检测后，再用煤油检查焊缝质量。2）油箱底部应高于安装面150以上，以便搬移、放油和散热。3）必须有足够的支撑面积，以便组装配合安装时使用垫片和锲块进行调整。5.液压阀安装要求如下：1）阀的安装方式应符合制造厂的要求。2）板式阀必须有正确的定向支撑。3）为了保证安全，阀的安装必须考虑重力、冲力、震动对阀内主要零件的影响。4）阀的连接螺钉的性能等级必须符合制造厂的要求，不得随意变换。5）应注意进油口与回油口装反会造成事故。有些阀件为了安装方便往往开有作用到两个孔，安装后不用一个要堵死。6）为了避免空气渗入阀内，链接初应保证密封良好。用法兰安装点阀件，螺钉不能拧的太紧，因为有时过紧反而造成密封不良，必须拧紧时，原来的密封件或材料如不能满足密封要求，应更换密封件的形式或材料。7）方向控制阀的安装，一般应使轴线装载在水平位置上。8）一般调整的阀件，顺时针方向旋转时，增加流量、压力、反时针方向旋转时，则减少流量、压力。6.密封件：1）密封件的材料必须与它接触点介质相容。2）密封件的使用压力、温度以及密封件的安装应符合有关标准规定。3）随机富带密封件，在制造厂规定多储存条件下，储存一年内可以使用。7.液压执行元件安装要求如下：A液压缸：1）液压缸的安装必须符合设计图样或制造厂的规定。2）安装液压缸时，结果结构允许，进出口的位置应在最上面，应装成使其能自动放气或有方便地放气阀。3）液压缸的安装应牢固可靠。为了防止热膨胀的影响，在行驶大和功能工作条件热的条件下，光的一段必须保持浮动。4）配管连接不得松弛。5）液压缸的安装面与活塞杆的滑动面应保持足够的平行度和垂直度。6）密封圈不要壮大太紧，特别是U型密封圈不可装的过紧。 B液压马达1）液压马达与被驱动装置之间多连接及安装形式应符合制造厂的要求。2）外露的旋转轴与连轴器必须有护罩。8.管路：管路的安装应遵循下列要求：1）管路敷设、安装应按有关工艺规范进行；2）安装前必须除锈、清洗、保证清洁；3）管路营造自由状态下进行敷设，焊接后的管路装置固定和连接不得施加过大的径向力强行固定和连接；4）管理的排列走向整齐一致，层次分明；5）相邻管路的管件轮廓边缘应不小于10mm;6）管路不允许用短管进行焊接；7）管路敷设、安装英防止元件、液压装置受到污染。清洗、保证清洁。8）管路在弯曲处不允许连接。8.2液压元件的维护1）油箱中的油液应经常检查，保证保持在正常液面。在使用过程中，应该经常观察和补充油液。2）更换新油液或加补油液时，油液需符合规定使用的油液牌号。3）由于气温的变化，邮箱中的水蒸气会凝结成水滴，冬天每一星期进行一次检查，发现后立即除去。4）及时更换系统油液，保证液压系统正常工作。5）对系统实行日常检查和定期检查，以保证设备的正常运行。9 挖掘机操作规程9.1 作业前的技术准备 (1)发动机部分，按通用操作规程的有关规定执行。 (2）发动机启动或操作前应发出信号。 (3）检查液压系统有无渗漏；轮胎式挖掘机应检查其轮胎是否完好、气压是否符合规定；检查传动装置、制动系统、回转机构及仪器、仪表、并经试运转，确认正常后方允许进入作业状态。 (4)详细了解施工任务和现场情况。检查挖掘机停机处土壤的坚实性和稳定性，轮胎式挖掘机应加支撑，以保持其平稳、可靠。检查路堑和沟槽边坡的稳定情况，防止挖掘机倾覆。 (5)严禁区任何人员在挖掘机作业区内滞留。禁止无关人员进
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