工程机械液压系统大学本科方案设计书

1、毕业设计课题名称：挖掘机液压系统设计专业：机械工程系班级：2008级1班姓名：杨情学号：08045110指导：刘艳宾重庆三峡职业学院机械工程系锁三峡臓誘爭配毕业设计任务书课题名称专业工程机械运用与维护 班级 08 级工程1班 姓名 杨情学号 08045110预定完成日期：2010年月25日设计指导教师：刘艳宾教研室主任：刘艳宾任务下达日期：机械工程系毕业设计任务书题目：挖掘机液压系统任务与要求：三步骤及时间安排日期星期内容12 月第一分析题目，明确任务周准调查研究，收集资料日1至备阶12月段5日12月6第二1、设计、计算、绘图；日至12周实月20日施阶2编制设计说明书；段12 月 21第三整理

2、、修改并且完成论文。至12月周实25日施阶段12 月 26第四审查设计（论文）质量，确定成绩至12月周答31日亠、亠辩教师：刘艳宾2010年12月1日说明：内容一栏的行数可根据自己的计划进行增减1 概 论1.1 挖掘机的简介1.2 液压挖掘机的发展概况 1.2.1 国外液压挖掘机目前水平及发展趋势 1.2.2 国内液压挖掘机的发展概况 1.3 设计的内容和设计内容的意义 1.4 设计内容的安排2 挖掘机液压系统的计算2.1 液压挖掘机的基本系统 2.1.1 挖掘机液压系统的简介 2.1.2 YW-160型单斗液压挖掘机液压系统2.2 液压挖掘机工作装置油缸作用力的确定 142.2.1 动臂油缸

3、作用力分析 142.2.2 铲斗油缸工作受力分析 152.2.3 斗杆油缸作用力分析 172.3 液压元件的计算 192.3.1 液压缸内径192.3.2 缸筒壁厚192.3.3 缸筒壁厚验算192.3.4 活塞杆计算202.3.5 活塞杆强度计算202.3.6 确定液压系统的工作压力20确定液压缸的主要参数和工作压力 202.3.8 确定液压马达的排量和工作压力 212.3.9 计算液压缸与液压马达的流量213 液压元件的选择213.1 液压缸的选择213.2 液压泵的选择223.3 液压马达的选择223.4 发动机的选择224 液压系统回路的设计234.1 液压缸控制回路234.2 液压马

4、达控制回路234.3 计算系统所需的最大流量 244.4 压力损失的计算244.5 拟定液压源控制回路255 液压系统性能验算265.1 液压系统功率损失265.2 液压油油温过高的原因及预防措施276 结论和展望306.1 结论306.2 展望30参考文献30致谢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、采矿等建设工程的突发机械。液压挖掘机利用液压组件（液压泵、液压马 达、液压缸等）带动各种构件动作，具有如下有点：功率密度大，结构紧凑，重 量轻；无级调速，调速范围大；启动性能好，能实现快速正反转；布置灵活，基 本不受总体结构的限制；运转平稳，各种可靠，能自行

5、润滑，使用寿命长；有超 载保护功能；容易实现自动化，操作简便省力等。因此，液压挖掘机对于减轻工 人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的 发展，具有重要意义。液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。它的工作过程是以铲 斗的切削刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到 挖掘位置并开始下一次的作业。因此，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施 工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石施工中不可缺 少的一种重要机械设备。1.1 挖掘机的简介液压挖掘机是一种多功

6、能机械 ，目前被广泛应用于水利工程，交通运输， 电力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。 加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。根据建筑施工部门 统计，一台斗量为1.0m 3的液压挖掘机挖掘土壤时， 每班生产率大约相当3 0 0 4 0 0个工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率 和加速国民经济的发展具有重要意义。由于液压挖掘机具有多品种，多功能，高 质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐。液压挖掘机的生产 制造业也日益蓬勃发展。挖掘机液压传动紧密地联系在一起，其发展主要以液压技术的应用为基础。 由于挖掘机的工

7、作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，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已经成为推动挖掘机发展中的重要一环。液压挖掘机结构特点：挖掘机由工作装置、回转装置、行走装置和液压系统构成。下面以轮式液压 挖掘机为例来说明一下：单斗液压挖掘机是一种周期性作业的自行式土方机械，它采用液压传动，由 一个铲斗切削土装入斗内，然后提升装满土石的铲斗，再回转一定的角度进行装 车，接下来空当斗回到原来的位置，准备进行下一个循环的挖掘，此外整机还要 定期移位，使铲斗能在适当位置上有效地作业，单斗挖掘机装载，抓取起重、钻 孔、打桩、破碎、

8、修坡、清沟等工作，挖掘机可分为提供动力和基本动作（行走 回转）的主机部分及进行不同作业的工作装置部分，主机又可分为行走装置、回 转装置、液压系统、工作装置。一、行走装置液压挖掘机行走装置的反力同时能使挖掘机作短距离行走，按结构不同，可 分为履带式、轮胎式两类。履带式行走装置由履带、支重轮、托链轮、驱动轮、 导向轮、张紧装置、行走架液压马达、减速机等组成，液压挖掘机的行走装置采 用液压马达、减速机、驱动轮，每条履带有各自的液压马达和减速机，由于两个 液压马达可独立操作，因此，机器的左右履带可以同步前进后退，也可以通过一 条履带制动来实现转弯，还可以通过两条履带相反方向驱动，来实现原地转向， 操作

9、十分简单。二、回转机构回转机构包括回转驱动装置、回转支承，回转驱动装置一般采用定量马达， 经过回转减速机两行星齿轮与回转支承的内齿圈相齿合而实现转台的回转，具有 结构紧凑，体积小、效率高速比大，承载能力强，发热量和功率损失小，工作可 靠等优点，回转支承一般采用的滚动轴承，其中用的最广泛的是单排滚球式和双 排式滚轴柱式回转支承。三、工作装置工作装置是液压挖掘机的主要组成部分之一，由于工作的不同，工作装置不 同类很多常用挖掘、装载和起重装置也可以有很多形式，挖掘装置一般采用斗杠 油缸进行挖掘，动臂油缸主要用于调节切削角度，清除障碍以及挖掘结束时为装 满铲斗多用开启斗底多用开启斗底的方式卸载，斗底的

10、开启、关闭也用了油缸。四、液压系统液压挖掘机的主要系统运动有整机行走、转台回转、动臂升降，斗杆收放、 铲斗挖掘等，根据以上的工作要求把各液压组件用管路连接起来的组合体叫做液 压挖掘机的液压系统。液压系统功能是把发动机机械能以油液为介质，利用油泵 转变为液压能传送给油缸、马达等边为机能，再传动各个执行机构，实现各种运 动。国家规定8吨以下的挖掘机采用定量泵。1.2液压挖掘机的发展概况第一台手动挖掘机问世至今已有130多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自 动液压挖掘机的逐步发展过程。挖掘机行业的发展历史久远，可以追溯到1840年。

11、当时美国西部开发，进行铁路建设，产生了模仿人体构造，有大臂、小臂和 手腕，能行走和扭腰类似机械手的挖掘机，它采用蒸汽机作为动力在轨道上行走。 但是此后的很长时间挖掘机没有得到很大的发展，应用范围也只局限于矿山作业 中。导致挖掘机发展缓慢的主要原因是 ：其作业装置动作复杂，运动范围大，需要 采用多自由度机构，古老的机械传动对它不太适合。而且当时的工程建设主要是 国土开发，大规模的筑路和整修场地等，大多是大面积的水平作业，因此对挖掘 机的应用相对较少，在一定程度上也限制了挖掘机的发展。由于液压技术的应用，二十世纪四十年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬 挂式挖掘机。随着液压传动技术迅速发展成为一种成

12、熟的传动技术，挖掘机有了 适合它的传动装置，为挖掘机的发展建立了强有力的技术支撑，是挖掘机技术上 的一个飞跃。同时，工程建设和施工形式也发生了很大变化。在进行大规模国土 开发的同时，也开始进行城市型土木施工，这样，具有较长的臂和杆，能装上各 种各样的工作装置，能行走、回转，实现多自由动作，可以切削高的垂直壁面， 挖掘深的基坑和沟槽的挖掘机得到了广泛应用。自第一台手动挖掘机诞生以来的160多年当中，挖掘机一直在不断地飞跃发展，其技术已经发展到相对成熟稳定的阶段。目前国际上迅速发展全液压挖掘机， 对其控制方式不断改进和革新，使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

13、、无线电遥控、电子计算机综合程控。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。所有这一切，挖掘机的全液压化为其奠定 了坚实的基础，创造了良好的前提。据有关专家估算，全世界各种施工作业场约有65%至70%的土石方工程都是由挖掘机完成的。挖掘机是一种万能型工程机械，目前已经无可争议地成为工程 机械的第一主力机种，在世界工程机械市场上己占据首位，并且仍在发展扩大。 挖掘机的发展主要以液压技术的应用为基础，其液压系统已成为工程机械液压系 统的主流形式。随着科学技术的发展和建筑施工现代化生产的需要，液压挖掘机 需要大幅度的技术进步，

14、技术创新是液压挖掘机行业所面临的新挑战。在技术方 面，挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，所以对其液压系统的分析研究具 有十分重要的现实意义。1.2.1国外液压挖掘机目前水平及发展趋势工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容 量3.5- 40m单斗液压挖掘机的主要生产国，从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量50-150m剥离用挖掘机，斗容量132m3的步行式拉铲挖掘机；B-E （布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量168.2m3的步行式拉铲挖掘机，斗容量 107m的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。从20世纪后期开始，国际上

15、挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专 用化和自动化的方向发展。1）开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。为满足市政建设和农田 建设的需要，国外发展了斗容量在0.25m3以下的微型挖掘机，最小的斗容量仅在0.01m3o另外，数量最的的中、小型挖掘机趋向于一机多能，配备了多种工作装 置一一除正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、 麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及拉 铲等，以满足各种施工的需要。与此同时，发展专门用途的特种挖掘机，如低比 压、低嗓声、水下专用和水陆两用挖掘机等。2 ）迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式

16、，使挖掘机由简单的 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、 电子计算机综合程控。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。所有这一 切，挖掘机的全液压化为其奠定了基础和创造了良好的前提。3 ）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，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节装置，使挖掘机按最适合其作业要求的速度来工作；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 C

17、APS（计算机辅助功率系统），提高挖掘机的作业功率， 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，并处长了零部件的使用寿命；德国奥加凯（0&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ECQ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

18、果；美国卡特彼勒公司在新型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-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，又防止了发动机因超载而熄火。4）更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。美、英、日等国家推广采用 有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积 理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子

19、计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面，促进了产 品的优质高效率和竞争力。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法，并创立 了预测产品失效和更新的的理论。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序， 研制了可靠性住处处理系统。在上述基础理论的指导下，借助于大量试验，缩短 了新产品的研究周期，加速了液压挖掘机更新换代的进程，并提高其可靠性和耐 久性。例如，液压挖掘机的运转率达到85%-95%使用寿命超过1万小时。5）加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。液压挖掘机采用带 有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔音措施

20、降低噪声干扰。6）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，压力减小时和增大流量来裣， 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），使挖掘力成倍增长率加； 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。实现与回转达机械 的功率匹配。将第三泵在其它工作运动上接通，成为开式回路第二个独立的快速 成运动。此外，液压技术在挖掘机上普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖 掘机的应用与推广创造了条件。7）迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。20世纪

21、70年代，为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机的操作轻便和安全作业，降低挖掘 机口音，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘上应用电子和自动控制技术。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，促使了机电一体化在挖掘机上的应用，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。1.2.2

22、 国内液压挖掘机的发展概况近年来，我国的挖掘机市场90%被外国独资或合资企业垄断，而国产品的价格优势仍然是十分明显的。成都神钢的挖掘机、凯斯的挖掘装载机、JCB的挖掘装载机、常林的挖掘装载机、柳工的挖掘机、詹工的挖掘机、玉柴的挖掘机以及 山河智慧、南特的小挖等诸多企业的产品一一呈现在市场上。挖掘机在2003年国内产销量达 35000台，市场总量突破6万台，升幅达80% 国产机的价格优势是十分明显的，以13至14吨级的轮式挖掘机为例，虽然其关键零部件系国外配置，但价格仍相差25万至30万元。小功率、多功能的挖掘机尤其受到青睐。通过快速换装不同的工作装置以完成挖、装、填、夯、抓、刨、吊钻、剪等多种

23、作业，挖掘装载机出现了需求不断上升的势头。除了JCB、凯斯等品牌外，德工的WZ 25-20型也出现了较好的销售趋势。轮胎挖掘机的需求一直 在稳步增长，如常州现代的轮挖从0.25至0.92立方米都可生产，詹工可生产14至30吨级的轮挖，其中 20吨级的轮挖的行驶速度可高达54公里/小时。目前我国轮挖的生产企业大约为 10家。大型挖掘机在我国一直处于薄弱地位，主要依赖进口。长挖的CE600 -5型其斗容达4立方米，常州现代的 R450LC-5型挖掘机属于43.53吨级，而相比之下， 德国的利勃海尔生产的 600吨级的挖掘机最大斗容可达34立方米。小型挖掘机兼具有中型挖掘机的多项功能，又具有运输、能

24、耗、灵活性、适应性等方面优势，而且价格低、重量轻、保养维修方便等优点得到了广泛的。目前，国内外有关小型挖掘机的划分标准并不统一。这里，我们暂且将整机质量在10吨或10吨以下称小型挖掘机（整机质量等于或小于 4吨的挖掘机称作为微型挖掘机或叫 做迷你型挖掘机）。总之，中国挖掘机市场将持续呈波浪型发展，从的发展观来看，要摒弃一切脱离实际的超前。今后一个时期挖掘机市场火爆式的炎夏恐难遇到，我们期待温暖、柔和、生机勃勃的春天的到来。期望中国挖掘机市场能够持续、稳定、健康发展。国内挖掘机的发展起步较晚，目前国内市场上国产挖掘机大多数为20t40t级的，超过50t级的液压挖掘机极少。1.3设计的内容和设计内

25、容的意义设计的内容：A1、对挖掘机的液压系统进行设计计算；2、对液压系统进行动态性能分析；3、对液压系统零部件进行设计计算。按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压组件用管路有机地连接 起来的组合体，称为挖掘机的液压系统。其功能是，以油液为工作介质，利用液 压泵将发动机的机械能转变为液压能并进行传送，然后通过液压缸和液压马达等 将液压能转返为机械能，实现挖掘机的各种动作。设计基本要求：液压挖掘机的动作复杂，凡要机构经常启动、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，因此根据挖掘机的工作 特点和环境特点，液压系统应满足如下要求：1）要保证挖掘机动臂、斗

26、杆和铲斗可以各自单独动作，也可以互相配合实现 复合动作。2）工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能作复合动作，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，且各执行组件（液压缸、液压马达等）有良好 的超载保护；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带 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）液压系统和液压组件在负载变化大、急剧的振动冲击作用下，具有足够的

27、 可靠性。3）调协轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时液压油温 不超过80度，或温升不超过 45度。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，液压组件对油液污染的敏感性低，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。设计内容的意义：挖掘机是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程 和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建设 速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。液压系统是挖掘机的核心部

28、分，对挖掘机液压系统设计计算能有效的提高挖掘机性能。本次设计是以研究探讨为主，了解液压挖掘机的基本结构和原理，在此基础上对液压挖 掘机的液压系统的一些部件进行设计计算，根据所得结果对液压组件（液压泵、液压马达、 液压缸等）进行合理配置，使之能提高挖掘机的使用率、生产率适用范围和使用寿命等。1.4 设计内容的安排本次设计共分 6章。第一章介绍液压挖掘机的发展历程和结构特点；第二章对液压挖掘 机的液压组件进行设计计算，液压泵、液压马达、液压缸等；第三章根据第二章所得结果对 液压挖掘机的液压组件进行合理选择应用；第四章对整个液压挖掘机的液动系统回路进行设 计，并绘制液压回路图。第五章对液压系统的验算

29、，计算压力损失；第六章为结论和展望。2 挖掘机液压系统的计算2.1 液压挖掘机的基本系统本次设计的液压挖掘机的基本参数定为：正铲斗容量为1.6m3 ;液压泵的系统工作压力28MPa最大排量2 xl40mL/L; 回转液压马达最大排量140mL/r ;行走液压马达最大排量2xi40mL/L。为了合理的选择液压组件，对这些液压组件进行分析计算，得到理论的数据，根据这些 数据选择液压组件。2.1.1挖掘机液压系统的简介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

30、构成具有各种功能的液压系统。一液压挖掘机液压系统的基本类型液压挖掘机液压系统大致上有定量系统、变量系统和定量、变量复合系统等三种类型。1 .定量系统在液压挖掘机采用的定量系统中，其流量不变，即流量不随外载荷而变化， 通常依靠节流来调节速度。根据定量系统中油泵和回路的数量及组合形式，分为 单泵单回路定量系统、双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统及多泵多回路 定量系统等。2 .变量系统在液压挖掘机采用的变量系统中，是通过容积变量来实现无级调速的，其调 速方式有三种：变数泵-定量马达调速、定量泵-变量马达调速和变量泵-变量 马达调速。单斗液压挖掘机的变量系统多采用变量泵-定量马达的组合方式实现无极

31、变量，且都是 双泵双回路。根据两个回路的变量有无关连，分为功率变量系统和全功率变量系统两种。其 中的分功率变量系统的每个油泵各有一个功率调节机构，油泵的流量变化只受自身所在回路 压力变化的影响，与另一回路的压力变化无关，即两个回路的油泵各自独立地进行恒功率调 节变量，两个油泵各自拥有一半发动机输出功率；全功率变量系统中的两个油泵由一个总功 率调节机构进行平衡调节，使两个油泵的摆角始终相同。同步变数、流量相等。决定流量变 化的是系统的总压力，两个油泵的功率在变量范围内是不相同的。其调节机构有机械联动式 和液压联动式两种形式。2.1.2YW-160型单斗液压挖掘机液压系统国产YW-160型履带式单

32、斗液压挖掘机的工作装置、行走机构、回转装置等 均采用液压驱动，其液压系统如图1所示。该挖掘机液压系统采用双泵双向回路定量系统，由两个独立的回路组成。所 用的油泵1为双联泵，分为 A、B两泵。八联多路换向阀分为两组，每组中的四联 换向阀组为串联油路。油泵 A输的压力进入第一组多路换向阀，驱动回转马达、 铲斗油缸、辅助油缸，并经中央回转接头驱动右行走马达7。该组执行组件不工作时油泵 A输出的压力油经第一组多路换向阀中的合流阀进入第二组多路换向 阀，以加快动臂或斗杆的工作速度。油泵B输出的压力油进入第二组多路换向阀，驱动动臂油缸、斗杆油缸，并经中央回转接头驱动左行走马达8和推土板油缸6。该液压系统中

33、两组多种换向阀均采用串联油路，其回油路并联，油液通过第 二组多路换向阀中的限速阀 5流向油箱。限速阀的液控口作用着由梭阀提供的A、B两油泵的最大压力，当挖掘机下坡行走出现超速情况时，油泵出口压力降低， 限速阀自动对回油进行节流，防止溜坡现象，保证挖掘机行驶安全。在左、右行走马达内部除设有补油阀外，还设有双速电磁阀9，当双速电磁阀在图标位置时马达内部的两排柱塞构成串联油路，此时为高速；当双速电磁阀 通电后，马达内部的两排柱塞呈并联状态，马达排量大、转速降低，使挖掘机的 驱动力增大。为了防止动臂、斗杆、铲斗等因自重而超速降落，其回路中均设有单向节流 阀。另外，两组多路换向阀的进油路中设有安全阀，以

34、限制系统的最大压力，在 各执行组件的分支油路中均设有超载阀，吸收工作装置的冲击；油路中还设有单 向阀，以防止油液的倒流、阻断执行组件的冲击振动向油泵的传递。YW-160型单斗液压挖掘机除了主油路外，还有如下低压油路：1 排灌油路。将背压油路中的低压油，经节流降压后供给液压马达壳体内 部，使其保持一定的循环油量，及时冲洗磨损产物。同时回油温度较高，可对液 压马达进行预热，避免环境温度较低时工作液体对液压马达形成“热冲击”。2 泄油回路。将多路换向阀和液压马达的泄漏油液用油管集中起来，通过 五通接头和滤油器流回油箱。该回路无背压以减少外漏。液压系统出现故障时可 通过检查泄漏油路滤油器，判定是否属于

35、液压马达磨损引起的故障。3补油油路。该液压系统中的回油经背压阀流回油箱，并产生0.81.0MPa的补油压力，形成背压油路，以便在液压马达制动或出现超速时，背压油路中的 油液经补油阀向液压马达补油，以防止液压马达内部的柱塞滚轮脱离导轨表面。该液压系统采用定量泵，效率较低、发热量大，为了防止液压系统过大的温 升，在回油路中设置强制风冷式散热器，将油温控制在80C以下。图2 . 1 YW- 160型单斗履带式挖掘机液压系统1油泵；2、4 分配阀组；3单向阀；5速度限制阀；6推土板油缸；7、8行走马达；9双速阀；10回转马达；11 动臂油缸；12辅助油缸；13 斗杆油缸；14铲斗油缸；15 背压阀；1

36、6冷却器；17滤油器2.2液压挖掘机工作装置油缸作用力的确定对液压挖掘机的油缸研究，先以动臂油缸、铲斗油缸、斗杆油缸做为研究对象。2.2.1 动臂油缸作用力分析动臂油缸作用力，即最大提升力，以能提升铲斗内装满土壤的工作装置至最 大卸载距离位置进行卸载来确定，其计算简图如下图所示。图2 . 2动臂油缸作用力分析此时动臂油缸作用力为:1Fb ( Gbt I dA Gg I gAI3 Gbl bA)式中Gbt铲斗及其装载土壤重力Gg斗杆所受重力Gb动臂所受重力IdA铲斗质心到动臂下铰点A的水平距离IgA 斗杆质心到动臂下铰点A的水平距离IbA动臂质心到动臂下铰点 A的水平距离同样根据受力平衡可求出斗

37、杆油缸闭锁力和铲斗油缸闭锁力。因为动臂油缸只承受大臂、斗杆、铲斗及各液压缸的自重，而不进行挖掘动作，但是要 承受很大的弯曲力矩，要考虑液压缸的抗弯能力，所以如果计算出动臂油缸所需过载压力太 大，只要采取增加动臂油缸径和活塞杆径的措施即可解决。2.2.2 铲斗油缸工作受力分析图2 . 3铲斗油缸作用力分析反铲装置载作业过程中，当以转斗挖掘为主时，其最大挖掘力为铲斗油缸设计的 依据。反铲最重要的工作位置 最大挖掘深度时能保证具有最大挖掘力来分 析确定铲斗油缸的作用力。此时计算位置为动臂下放到最低位置，铲斗油缸作用 力与斗杆铰点由最大力臂。由图计算铲斗油缸作用力为:F1 maxi C式中li铲斗油缸

38、作用力对摇臂与斗杆铰点的力臂（此位置为要比长度）Ic - -Flmax对铲斗与斗杆铰点C的力臂F/g应满足:这时斗杆及动臂油缸处于封闭状态，斗杆油缸封闭力/Fimax1 BF2IBF g _l12式中l2斗杆油缸闭锁力 Fg对斗杆与动臂铰点B的力臂I B - -Fi max对斗杆与动臂铰点B的力臂IB - -F2对斗杆与动臂铰点 B的力臂F2 挖掘阻力的法向分力，F2 =0.2“ Fimax动臂油缸闭锁力Fb/应满足/FimaxI A F2I AFb -I3式中I3动臂油缸闭锁力 Fb/对铰点A的力臂Ia - -Fimax对动臂下铰点A的力臂IA -F2对铰点A的力臂此外，最大铲斗挖掘力在其工

39、作位置能否实现，还受到挖掘机稳定性的限制，因为有可 能挖掘力尚未达到最大值时，挖掘机已经失去稳定。因此，选取铲斗油缸最大推力时应以保 证挖掘机的稳定为前提条件。2.2.3 斗杆油缸作用力分析当挖掘机以铲斗挖掘时， 其最大挖掘力则由斗杆油缸来保证。斗杆油缸最大作用力计算位置为动臂下方到最低位置，斗杆油缸作用力对斗杆与动臂铰点有最大 力臂，即对斗杆产生最大作用力距，并使斗齿尖和铰点B，C在一条直线上，如 下图所示。图2 . 4斗杆油缸作用力分析与前面推导斗杆油缸作用力一样，此时斗杆油缸作用力为:FgF1 max I BFb/应满足:而铲斗油缸及动臂油缸处于闭锁状态，所以铲斗油缸闭锁力FbF1 ma

40、x1CIl动臂油缸闭锁力Fb/应满足:F / Rmax1 A F2IAI3斗杆最大挖掘力也受到挖掘机稳定性条件的限制当以斗杆油缸进行挖掘时，由于其作用力臂的变化、结构自身的影响以及铲斗相对斗杆 位置的变化，其斗杆齿挖掘力也随之变化。2.3 液压元件的计算液压元件的性能分析包括：液压缸内径，缸筒壁厚，活塞杆强度，液压缸的工作压力， 液压马达的排量和工作压力，液压缸与液压马达排量。231液压缸内径由机械设计手册表知：D=4Fg式中F液压缸负载P系统压力D 液压缸内径取液压缸负载为：P=231.853KN代入数据得D=186.4mm对斗杆缸D=参考液压缸系列尺寸取 D=200mm取 D=200mm。

41、2.3.2 缸筒壁厚-=-0 . G . C20其中：Pmax 缸内最高工作压力(MP3【二】-缸筒材料许用应力 N/m m2代入数据0 =24由D1:、：0 -20得，查机械设计手册知D1 =225mm。2.3.3 缸筒壁厚验算额定工作压力应低于一定极限值以保证工作安全。2 2P : 0.35*J(D1 -D2)材料选 2G330-450 二S =330 N/ mm2得 Pn =30.8Mpa选定系统工作压力为 28Mpa可以满足要求。2.3.4 活塞杆计算-1其中数比由机械设计手册表选取 二=2再由表得d=150mm。2.3.5 活塞杆强度计算P* 4* 10 622= 105.4N/ m

42、mn*d其中P:活塞杆作用力，N;d:活塞杆直径， mA l=100110N/ mm22.3.6 确定液压系统的工作压力在不考虑能量损耗的情况下，系统的功率为：P = pQ 10(kW)式中p液压泵的出口压力，P a；Q 液压泵的输出流量，m3/s。由上式可知，当系统传递的功率一定时，提高系统的工作压力就可减少系统中通过液 压元件的流量，从而减小相应各液压元件以及整个液压系统的结构尺寸和质量。因此，目前 液压挖掘机液压传动多采用中高压和高压系统。根据以上内容对此液压系统的工作压力取P =28MP a。2.3.7 确定液压缸的主要参数和工作压力液压缸的有效工作压力 Pg是指液压缸用于克服外载荷所

43、需要的那一部分压 力，其数值为：Pg=Pb -二卩j-Ph 今 (Mpa)Aj式中Pb液压泵出口压力， Mpa;Z.-：Pj 进油管路压力损失，Mpa;Ph回油背压力，Mpa;Aj ,Ah 液压缸进油腔和回油腔有效工作面积，m2。上式中的压力损失 Z ：Pj，包括压力油从液压泵出口流过管道和各种液压元件（主要是 阀类元件）时的压力损失。比较仔细的计算要在管路装配图画出之后才能进行。初步计算时，可参考同类液压挖掘机的经验数据来确定，可取z. ：pj = 34 Mpa。238 确定液压马达的排量和工作压力 液压马达的排量由给定的数值可知 q=140mL/r 液压马达的有效工作压力 pm按下式计算p

44、m = Pb 二 Pj ph式中的压力损失，可按前面介绍的经验数据确定。回油背压力Ph的数值应根 据马达所需的背压力来确定。根据液压马达驱动的最大载荷力矩M、排量q、有效工作压力 pm、最高转速 nmax和最低稳定转速门皿山以及系统工作条件等，即可选择液压马达的型号和规格。239 计算液压缸与液压马达的流量通常根据最大移动速度和最高转速来计算液压缸和液压马达的流量。液压缸所需流量:3Qm a _x Ag Vm a( m /s)式中 Ag 液压缸的有效工作面积，m2;Vm aX液压缸的最大速度，m/S；液压马达所需流量：Qma x q0 'ma(m3 / s )式中 q°马达的

45、理论排量，mL/L ;m a马达的最高转速，rad/s；马达的容积效率3 液压元件的选择3.1 液压缸的选择液压缸在液压系统中有着重要的地位，是整个液压系统的起始循环点，所以对液压缸的选择很重要，根据以上计算的结果，对液压缸的选择就明确了，选择材料为2G330-450的内径为100mm壁厚为21mm的液压缸。3.2 液压泵的选择液压泵的选择时根据液压系统工作压力(即液压泵出口压力)来选定液压 泵的形式，选择液压泵的额定压力要比系统压力大25 %以上，使液压泵由一定的压力储备，在这为了经济考虑，选择液压泵的额定压力为35Mpa的液压泵。型号为：2ZBZ140的液压泵。3.3 液压马达的选择根据第

46、二章关于液压马达的计算，计算所得的液压马达的参数(液压马达的排量、液压马达的工作压力、液压马达的流量)来选择。型号为：ZM732的液压马达。3.4发动机的选择发动机是液压挖掘机的核心部件，对挖掘机的要求高，对发动机的要求也 就高。选发动机先确定发动机的功率。液压挖掘机用柴油机驱动，柴油机的功率必需能够充分满足主机工作过程 中的动力要求。发动机功率Pf根据系统方案确定，在变量系统中，考虑使用情况的最大限度，可取发动机的功率为：Pf =( 1.0 1.3 ) P(KW)式中P液压泵的输出功率，KW。在定量系统中，由于发动机功率利用低，一般为60%左右，损失功率全部转变为热量，因此，确定发动机功率时

47、可以取得低一些，对于双泵双回路定量系统，发动机功率可取为：Pf =( 0.8 1.1 ) P(KW)计算时，发动机功率可按以上两式计算，或将两式合并得：Pf = 17.7+92.7q(KW)式中q液压挖掘机的标准斗容量，m3。得此液压挖掘机的发动机功率为Pf = 17.7+92.7*1.6 = 166.02 KW此时可根据发动机功率选择发动机的型号。液压系统回路的设计4.1液压缸控制回路执行元件的工作压力由负载确定。在运行过程中必需保证回路通畅要设置必 要的安全设施。普通标准型油缸在行程两端。设有缓冲装置，使油缸在行程两端 能平滑停止，然而当活塞在行程中途停止或反转时，由于运行部件的动能会引起

48、 激烈的冲击，因此在油缸的端部设置小型溢流阀以消除冲击，此阀的调定压力需 超过最大工作压力的 5%- 10%。另外为了减小回路的冲击，各阀件、泵及油缸 之间的管路应尽量缩短和减少不必要的管路弯曲。经验认为，因为管路复杂而产 生噪音时，在振动的地方接入软管，是非常简易有效的处理方法。图4.1补油装置图中两只单向阀为设置的补油装置，用以补充管路中油的损失。因为铲斗缸回路，斗 杆回路和大臂回路工作原理和性质基本相同，故采用同一基本回路，有所不同的就是为了防 止动臂缸下降过快可在动臂缸大腔进油路设置单向节流阀，起缓冲限速作用。4.2 液压马达控制回路如图该阀门组中包括双向液压控制阀两只溢流阀和两只单向

49、阀，它具有限制,闭锁，制动，补油的功能。当主换向阀处于中位时，液压控制阀的两条回路都与 回油相通，故液压控制阀返回中位，液压马达的腔被封死，此时起制动和闭锁作 用，当惯性过大，液压马达回油腔压力高于溢流阀调定的压力时，溢流阀打开起 缓冲作用，限制制动力矩，当主换向阀在工作位置时，液压控制阀的一条油路畅 通，使制动阀移到左位（或右位），液压马达运转。当挖掘机发生淄坡现象行走液压马达超速回转时，进油回来压力大大降低， 则对应于制动阀高压侧的压力也大大降低，在回位弹簧作用下，阀芯向中位移动 使回油发生截流，从而限制了马达的转速，起到了限速作用，当马达的高压腔被 吸空产生负压时，在回油被压的作用下推开

50、控制阀中位的单向阀向该腔补油。:l2 IIII»KIRlflIIriMHII | 图4.2液压马达控制回路4.3 计算系统所需的最大流量由前计算可知铲斗缸与斗杆缸的流量为：213.5L/min当两缸合流或铲斗缸和斗杆缸同时动作时其流量为：2*213.5L /min 即为系统最大流量。4.4 压力损失的计算由机械设计手册知：P损二7.2*V* L/d2 =1800Pa式中：V-管中液体速度d-管内直径（mm）L-直管的长度（m）局部压力损失：换向阀0.3-0.4 Mpa取 0.35 Mpa 节流阀 0.3-0.35 Mpa取 0.35 MpaP损=960*10“0.35*2 0.35*

51、2 = 1.4Mpa管路压力损失不作考虑，故可确定液压泵工作压力P_26Mpa4.5 拟定液压源控制回路液压源时液压系统的心脏，它的性能好坏，直接影响到液压系统的性能。对 液压源的控制是指对其输出压力及流量的控制。主溢流阀起到安全限压的作用，由前面的计算可知此阀的调定压力为： 26Mpa。82UI图4.3定量泵回路1吸油过滤器；2定量液压泵；3卸荷溢流阀;4二位三通电磁阀；5 单向阀；6压力继电器；7蓄能器；8高压过滤液压系统性能验算5.1液压系统功率损失液压挖掘机在工作过程中的能量损失，除了一般的机械损失、管道损失和泵 的效率损失等以外，还有以下几个主要方面：（1）发动机喷油提前角不正确引起

52、的效率低下。（2）发动机和液压泵不匹配所造成的能量损失，即当发动机和液压泵 联合工作时，存在一个联合工作特性，其中的联合工作效率与泵的转速、 压力和流量相关。一般情况下，发动机一液压泵系统不大可能在各种工况下都处于最佳经济工作状态，从而造成一定的能量损失。发动机一一液压泵的总功率损失为：Nz = P0Qmax /my式中：m发动机机械效率，即m = Ne/Nt （ Ne发动机有效功率；Nt 发动机指示功率）；y 液压泵总效率。应当注意，发动机和液压泵在低负荷、高转速下的效率m、 y是很低的。（3） 液压油的流量损失，由流量损失而引起的功率损失面=N =PlQ（P为液压油压力，Q为损失的流量），

53、由下列几部分组成：（a）对由液压系统泄漏产生的损失。（b）当各操纵阀处于中位（挖掘机不工作）时，如果不降低发动机转 速，则液压功率的损失为：Ny1ax式中：P0液压系统的背压；Qmax液压泵的最大流量（C ）溢流损失，由溢流产生的液压油功率损失为：Ny2 二 Pmax Q式中：Pmax溢流阀开启压力（约等于系统最高压力）；Q溢流量由溢流引起的发动机一液压泵系统的总功率损失为:Nz =Ny2 m/ y 二 Pmax ：Q/ m y这种工况下的 m、 y都比较高。（4）液压油的压力损失，主要由两部分组成：第一部分是当液压油 通过管道和接头等的沿程损失，这种损失是不可避兔的；另一部分是当挖掘机进行精

54、细作业时，液压油经过控制阀节流时产生的损失。5.2 液压油油温过高的原因及预防措施油温过高的原因和当油温过高采取的措施如下：（1）油品选择不当油的品牌、质量和黏度等级不符合要求，或不同牌号的液压油混用，造成液 压油黏度指数过低或过高。若油液黏度过高，则功率损失增加，油温上升；如果 黏度过低，则泄漏量增加，油温升高。预防措施：选用油液应按厂家推荐的牌号及机器所处的工作环境、气温因素等来确定。对一些有特殊要求的机器，应选用专用液压油；当液压元件和系统保 养不便时，应选用性能好的抗磨液压油。（2）污染严重施工现场环境恶劣，随着机器工作时间的增加，油中易混入杂质和污物，受 污染的液压油进入泵、马达和阀

55、的配合间隙中，会划伤和破坏配合表面的精度和粗糙度，使泄漏增加、油温升高预防措施：一般在累计工作 1000 多 h 后换油。换油时，注意不仅要放尽油 箱内的旧油，还要替换整个系统管路、工作回路的旧油；加油时最好用 120 目以 上的滤网，并按规定加足油量，使油液有足够的循环冷却条件。如遇因液压油污 染而引起的突发性故障时，一定要过滤或更换液压系统用油。如，一台 YZT14G 型压路机出现液压油油温过高、 振动力不足的故障； 检查发现，液压油呈乳白色， 已变质、黏度下降，更换液压油后压路机运转恢复正常。（ 3）液压油箱内油位过低若液压油箱内油量太少， 将使液压系统没有足够的流量带走其产生的热量， 导致油温升高。预防措施： 在实际操作和保养过程中， 严格遵守操作规程中对液压油油位的 规定。口，一台PC2003型液压挖掘机，工作一段时间后出现液压油温