单斗式挖掘机课程设计说明书教材

辽宁工程技术大学课程设计I辽宁工程技术大学课程设计题目：单斗挖掘机液压系统设计说明书班级：机械12-2班姓名：计东指导教师：贾胜德完成日期：I辽宁工程技术大学课程设计II设计任务书一、设计内容二、上交资料设计图纸(2)设计说明书(5000字左右，无图纸很多于8000字)三、进度安排(参照)熟悉设计任务，收集相关资料拟订设计方案绘制图纸编写说明书整理及争辩四、指导教师考语成绩：指导教师日期II辽宁工程技术大学课程设计III纲要：随着社会的不断进步，改革开放的深入，我国的基础建设项目不断增加，对工程机械产品的需求量也越来越大。液压挖掘机是工程机械的重要产品之一，拥有较高的技术含量，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，于是它对工作装置的设计提出了很高的要求，因此，对挖掘机工作装置的解析设计对推动我国挖掘机的发展拥有重要意义。重点词：挖掘机；工作装置；液压系统；III1摘要iii2232445737888899949101112151515165171717171818191919191920202121,21212212222362323252526272829729302辽宁工程技术大学课程设计1挖掘机简介挖掘机行业的发展历史长远，能够追想到1840年。当时美国西部开发，进行铁路建设，产生了模拟人体构造，有大臂、小臂和手段，能行走和扭腰近似机械手的挖掘机，它采用蒸汽机作为动力在轨道上行走。但是今后的很长时间挖掘机没有获取很大的发展，应用范围也只限制于矿山作业中。以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若是国土开发，大规模的筑路和整修场所等，大多是大面积的水平作业，因此对挖掘机的应用相对较少，在必然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驰。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，拥有较长的臂和杆，能装上各样各样的工作装置，能行走、辗转，实现多自由动作，能够切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和沟槽的挖掘机获取了广泛应用[2]。挖掘机的研究现状及发展动向1950年在意大利北部生产了第一台液压挖掘机。第一台液压挖掘机采用定量齿轮泵，中位开式多路阀，工作压力为9Mpa，所有执行元件互相并联连接。由单泵向6个执行元件供油。由于早期液压挖掘机主要采用了定量齿轮泵，不能够按需改变供油流量，无法充分利用发动机的功率，因此其能量损失很大，不能够满足挖掘机复合动作的复杂要求，且可控制性差。别的，早期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各样工况的液压元件，配套件也不齐全，制造质量不够牢固。从二十世纪六十年代到八十年代中期，液压挖掘机进入了实行和蓬勃发展的阶段，各国挖掘体系造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970年间，液压挖掘机产量己经达到挖掘机总产量的83%，其时对挖掘机液压系统的研究也已经十分成熟，液压挖掘机已经拥有了同步控制系统和负载敏感系统。1辽宁工程技术大学课程设计2自第一台手动挖掘机出生以来的160多年中间，挖掘机素来在不断地飞驰发展，其技术已经发展到相对成熟牢固的阶段。目前国际上迅速发展全液压挖掘机，对其控制方式千锤百炼和改革，使挖掘机由简单的杠杆控制发展到液压控制、气压控制、液压伺服控制和电气控制、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控制，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现了挖掘机作业控制的完好自动化。所有这所有，挖掘机的全液压化为其确定了牢固的基础，创立了优异的前提[3]。占相关专家估计，全世界各样施工作业场约有65%至70%的土石方工程都是由挖掘机完成的。挖掘机是一种全能型工程机械，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据有首位，而且仍在发展扩大。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，技术创新是液压挖掘机行业所面对的新挑战。在技术方面，挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，因此对其液压系统的解析研究拥有十分重要的现实意义。从20世纪后期开始，国际上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。本设计的研究内容挖掘机液压系统方面的技术多种多样，本文主要经过外国几种有名品牌的挖掘机液压系统为参照对象，对其现有的重点技术和控制方式进行比较和研究，为挖掘机的液压系统设计供给必然的参照信息。(1)挖掘机液压系统技术发展动向的解析研究大量收集国内外挖掘机液压系统方面的相关技术资料，系统认识挖掘机液压系统的发展历史。解析总结挖掘机液压系统方面的研究现状和技术发展动向。(2)挖掘机液压系统设计要求对液压挖掘机一个工作循环中的四种工况--挖掘工况、满斗举升辗转工况、卸载工况和卸载返回工况进行了详细的解析，总结了每个工况下各执行机构的主要复合动作。依照液压挖掘机的主要工作特点，系统地总结了挖掘机液压系统设计要求:动力性要求和控制性要求。(3)挖掘机液压系统的设计2辽宁工程技术大学课程设计3解析了传统挖掘机液压系统中的单泵定量系统、双泵定量系统和双变量泵液压系统，详细解析了其主要优点和存在的问题。本文在解析研究了挖掘机液压系统的基础上，依照挖掘机液压系统的设计要求，设计了一套适合我国生产制造的单斗挖掘机液压系统。本设计旨在采用通用的多路阀系统，配以专用控制阀和简单的伺服控制系统。液压挖掘机构造与工作原理相关于机械传动,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，拥有好多优点: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能获取较低的牢固转速；迅速作用时，液压元件产生的运动惯性较小，并可作高速反转；传动平稳，构造简单，可吸取冲击和振动；控制省力灵活，易实现自动化控制；易实现标准化、通用化、系列化。因此液压挖掘机渐渐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。辗转至卸土地址进行卸土，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，机械搬动一段距离，以便连续作业。因此单斗液压挖掘机是一种周期作业的自行式上方机械[5]。液压挖掘机整机性能液压挖掘机由动力系统、机械系统、液压系统、控制系统组成一个有机整体，其性能的利害不但与工作装置机械零部件性能相关，还与液压系统、控制系统性能相关。(1)动力系统挖掘机工作的主要特点是环境温度变化大，灰尘污物很多，负荷变化大，经常倾斜工作，保护条件差。因此液压挖掘机原动力一般由柴油机供给，柴油机拥有工作可靠、功率特点曲线硬、燃油经济等特点，吻合挖掘机工作条件恶劣，负荷多变的要求。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3辽宁工程技术大学课程设计4括:a.行走装置是整个机器的支撑部分，承受机器的所有重量和工作装置的反力，同时能使挖掘机作短途行驶。依照构造的不同样，分履带式和轮胎式。b.辗转机构使挖掘机上车围绕中央辗转轴作360度的辗转的机构，包括驱动装置和辗转支撑。c.工作装置是挖掘机完成实质作业的主要组成部分，常用的有反铲、正铲、装载、起重等装置，而同一种装置能够有多种构造形式，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辗转、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。经过司机的控制，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、转台辗转、动臂起落、斗杆收放、铲斗转动等。这些运动都靠液压传动。依照以上工作要求，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，传达给油缸、油马达等转变为机械能，再传动各执行机构，实现各样运动和工作过程。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，若系统设计不同样，则挖掘机性能差异很大。液压系统习惯上按主油泵的数量、功率调治方式和回路的数量来分类。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渐渐向智能化机电液控制系统方向转移[7]。液压挖掘机构造(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控制挖掘机进行工作的基础，能够是履带牵引车辆或轮式牵引车辆。可细分为行走装置、辗转装置、液压系统、气压系统、电气系统和动力装置。其中动力装置、控制机构、辗转机构和辅助设备均可在辗转平台上，总称上车部分，它与行走机构(又称下车部分)用辗转支撑相连，平台能够围绕中央辗转轴作360度的全辗转。工作装置依照工作性质的不同样，4辽宁工程技术大学课程设计5可装备反铲、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、性能及其综合的收效[8]。(2)单斗反铲液压挖掘机铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的构造型式，动臂、斗杆和铲斗等主要部件互相铰接，在液压缸的作用下各部件绕铰接点摇动，完成挖掘、提升和卸土等动作。如图1所示，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所有采用销轴铰接，以动臂油缸来支撑和改变动臂的倾角，经过动臂油缸的伸缩可使动臂绕下。铰点转动实现动臂的起落。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，并经过铲斗油缸伸缩使铲斗转动。为增大铲斗的转角，平时采用摇臂连杆机构来和铲斗联接。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5辽宁工程技术大学课程设计6图1工作装置组成图Fig1Thechartofworkingdeviceconstitutionaldiagram液压挖掘机工作循环过程第一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。挖掘机司机扳动控制手柄，使辗转马达控制阀接通，于是辗转马达转动并带动上部平台辗转，使工作装置转向挖掘地址，在执行上述过程的同时控制动臂油缸换向阀，使动臂油缸上腔进油，将动臂下降，直至铲斗接触地面，尔后司机控制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控制手柄扳回中位，使铲斗和斗杆油缸闭锁，再控制动臂油缸换向阀，使动臂油缸的下腔进油，将动臂提升，举起装满土的铲斗走动工作面，随即扳动平台展变换向阀手柄，使上部平台辗转，带动铲斗转至运输车辆上方，再控制斗杆油缸使铲斗高度稍降一些，并在适合的高度控制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[9]。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拥有三个自由度，铲斗可实现有限的平面转动，加上液压马达驱动辗转运动，使铲斗运动扩大到有限的空间，再经过行走马达驱动行走(移位)，使挖掘空间可沿水平方向获取间歇地扩大，从而满足挖掘作业的要求。液压挖掘机传动由柴油机驱动液压泵，控制分配阀，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，各部分的运动经过液压缸的伸缩来实现。反铲工作装置由铲斗、斗杆、动臂、连杆及相应的三组液压缸组成。动臂下铰点铰接在转台上，经过动臂缸的伸缩，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，经过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。挖掘作业时，接通辗转马达，转动转台，使工作装置转到挖掘地址，同时控制动臂缸小腔进油使液压缸回缩;动臂下降至铲斗触地后再控制斗杆缸或铲斗缸，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控制动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即接通辗转马达，使工6辽宁工程技术大学课程设计7作装置转到卸载地址，再控制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地址进行第二次挖掘循环。在实质挖掘作业中，由于土质情况、挖掘面条件以及挖掘机液压系统的不同样，反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合能够是多样的、随机的[10]。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、各学科共同优化才能获取挖掘机整机的最正确性能。液压挖掘机工况解析及液压系统的设计要求要认识和设计挖掘机的液压系统，第一要解析液压挖掘机的工作过程及其作业要求，掌握各样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互相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。液压挖掘机的工况解析液压挖掘机的作业过程包括以下几个动作:动臂起落、斗杆收放、铲斗装卸、转台辗转、整机行走以及其他辅助动作。除了辅助动作(比方整机转向等)不需全功率驱动以外，其他都是液压挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动[11]。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别要求:(1)实现各样主要动作时，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，工作过程中经常要求有两个主要动作(比方挖掘与动臂、提升与辗转)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:挖掘:平时以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，也许两者配合进行挖掘，因此，在此过程中主若是铲斗和斗杆的复合动作，必要时，配以动臂动作。满斗举升辗转:挖掘结束，动臂液压缸将动臂顶起，满斗提升，同时辗转液压马达使转台转向卸土处，此时主若是动臂和辗转的复合动作。卸载:转到卸土点时，转台制动，用斗杆液压缸调治卸载半径，尔后铲斗液压缸回缩，铲斗卸载。为了调整卸载地址，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。空斗返回:卸载结束，转台反向辗转，动臂液压缸和斗杆液压缸配合，把空7辽宁工程技术大学课程设计8斗放到新的挖掘点，此时是辗转和动臂或斗杆的复合动作。挖掘机液压系统的设计要求液压挖掘机的动作复杂，且拥有多种机构，如行走机构、辗转机构、动臂、斗杆和铲斗等，是一种拥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[13]:动力性要求所谓动力性要求，就是在保证发动机但是载的前提下，尽量充分地利用发动机的功率，提升挖掘机的生产效率。特别是当负载变化时，要求液压系统与发动机的优异般配，尽量提升发动机的输出功率。控制性要求调速性要求挖掘机对调速控制控制性能的要求很高，如何依照驾驶员的控制妄图方便地实现调速控制控制，对各个执行元件的调速控制可否牢固可靠，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，各样不同样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。复合控制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互相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控制性要求的一方面。当多执行元件共同动作时，要求其互相间不千涉，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。特别对行走机构来说，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。若是挖掘机在执行过程中由于液压泵的油分流供给，以致一侧行走马达速度降低，形成挖掘机不测跑偏，很简单发惹祸故。因此，如何协调多执行元件复合动作时的流量供给问题也是挖掘机液压系统设计中需要考虑的。节能性要求8辽宁工程技术大学课程设计9挖掘机工作时间长，能量耗资大，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样节能措施。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，此时必然会以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，也是降低能耗的重点[14]。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，关于其液压系统要求有优异的过载保护措施，防范油泵过载和因外负载冲击对各个液压作用元件的伤害。辗转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防范动臂因自重而快带下降和整机超速溜坡。其他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长远性;由于挖掘机在城市建设施工中应用越来越多，因此要不断提升挖掘机的作业性能，降低振动和噪声，重视其作业中的环保性[15]。液压系统的设计WY-200型挖掘机拥有构造紧凑，操作轻盈，使用保护安全可靠，发动机功率利用率高、生产效率高等优点。依照作业需要可装备0.5-1.25立方米四种反铲斗及斗容为1.0和1.25立米方的两种正铲斗。广泛用于建筑施工、市政工程、水电、国防工程和一般矿山采掘，挖掘I-VI级土壤[16]。液压系统方案及参数确定表1WY200C液压履带式挖掘机主要技术参数Table1ThemaintechnicalparametersofhydrauliccrawlerexcavatorsWY200C项目名称单位数值标准斗容量M31发动机型号6135K-16发动机标定输出功率kW/r/min106/2100最大挖掘半径m9辽宁工程技术大学课程设计10最大挖掘高度m3/h最大挖掘深度m最大卸载高度m辗转速度r/min行走速度km/h爬坡能力%70作业循环时间S18-22主机长/宽度MPa履带平均接地比压MPa发动机额定转数r/min2100整机质量t理论生产率m3/h200最大挖掘力kN142系统工作压力MPa36履带板宽度m主机运输尺寸(长X宽X高)mm9850x3000x3100执行元件是液压系统的输出部分，必定满足机器设备的运动功能、性能要求和构造、安装上的限制。依照所要求的负载运动形态，采用不同样的执行元件配置，以下表2所示表2执行元件配置Table2Theconfigurationoftheactuator运动方式执行元件续表左行走左液压马达右行走右液压马达直性行走左液压马达+右液压马达工作装置动臂液压缸10辽宁工程技术大学课程设计11外摆内收斗杆液压缸铲斗液压缸辗转辗转液压马达执行元件液压缸及系统压力的初选由于铲斗的内收是为了铲料，而外摆是为了卸料，工作装置采用了两根动臂液压缸、一根斗杆、一根铲斗油缸。要使机构正常工作且拥有平稳性，两动臂液压缸必定同步运动，这就要求任何时辰进出油路的压力油，必定保持必然的压力平衡。为此，采用平衡阀控制油路中液压油的压力值[17]。依照挖掘机主要用于建筑施工、矿山的特点，本设计选择双作用单活塞杆式液压缸。液压缸参数的选择每斗料的重量M=1.21650=1980(Kg)（1）G=mg=19809.8=19404(Kn)（2）由卸料斗的尺寸图按极限情况计算得所挖斗料自重G与铲斗液压缸产生的推力F在卸料斗底板轴承铰接处转距平衡即F拉L1=GL2（3）F拉374.5=194041206F拉194041206得(Kn)工作压力的选定关系到设计出和系统可否经济合理；工作压力低，则要求执行元件的容量大，即尺寸大、重量重，系统所需流量也大；压力过高，则对元件的制造精度和系统的使用保护要求提升，并使容积效率降低。一般是依照机械的种类来选择工作压力[18]。执行元件工作压力能够依照总负载值也许主机设备种类采用，如表3与表4所示。表3负载和工作压力之间的关系Table3Therelationshipbetweentheloadandtheworkingpressure负载F/KN＜1010—70—14140—25＞211辽宁工程技术大学课程设计12200050工作压力10—1418—2132P/MPa表4各样机械常用的系统工作压力Table4Thevarioustypesofmachinerycommonlyusedsystemoperatingpressure设备精加工组合拉农业机械液压机、重型种类机床机床床、小型工程机机械、大中型挖掘械、工程机械机、起重运输机械辅助机构工作3-55-1-1616-32压力10P/Mpa由负载值大小查上表，参照同种类挖掘机，取液压缸工作压力为25MPa安装方式选择缸头耳环带衬套，活塞杆端连接方式选择杆端外螺纹杆头耳环带衬套。又因其伸缩速度缓慢但压力大，应选择带缓冲，油口连接方式选择外螺纹。计算工作装置铲斗液压缸的主要尺寸活塞杆直径d与缸筒内径D的计算受拉时：d=(0.3-0.5)D受压时：d=(0.5-0.55)D(p1<5Mpa)d=(0.6-0.7)D(5Mpa<p1<7Mpa)d=0.7D(p1>7Mpa)液压油缸的缸径、杆径和工作压力确定依照技术条件：确定液压缸径和杆径及行程为：缸径D=Φ125mm，杆径d=0.7D=Φ85mm由此计算出液压系统工作压力为：F1(D2d2)P=4（）4=4F/（π×（1252-852））=32MPa12辽宁工程技术大学课程设计13式中F为锁紧力，得F=211KN缸筒壁厚计算依照机械设计手册，在此液压系统中，3.2≤D/δ＜16，故缸筒壁厚应用中等壁厚计算公式，此时：PyDδ=(2.3[]3Py)+C（5）ψ：强度系数，对无缝钢管，ψ=1C：用来圆整壁厚数Py:液压缸内最高工作压力。Py=10MpaD：缸筒内径[σ]=[σs]/2.5=175/2.5=70MPaδ=10×220/(2.3×60-3×10)+C=25mm故油缸缸筒外圆取D1=125mm.缸筒强度校核依照SL41-93，缸体合成应力按下式计算：zh1=

22z1n1z1h1≤[σ]（6）式中：[σ]=60MPap(D2d2)σz1：纵向应力：σz1=4D1=22MPapD1(7)σh1：环向应力：σh1=2=75MPa(8)P：工作压力，P=32MPaD：油缸缸径，D=Φ125mmd：油缸杆径，d=Φ85mmδ：缸筒壁厚，δ终计算，σzh1=即:σzh1<[σ],吻合要求.

22z1n1z1h1=53.2MPa<70MPa活塞杆长度和缸筒长度计算依照设计要求的行程，来设计活塞杆的长度；本油缸的行程为1020mm，故油缸的活塞杆的长度为1265mm，缸筒的长度为1500mm。13辽宁工程技术大学课程设计14活塞杆强度计算活塞杆受拉力最危险截面是两端连接螺纹的退刀槽横截面，（取截面直径较少值）其应力计算以下：σn=232≤[σ]（9）式中σ为拉应力：σ=.d12k1.k.F.d0(10)τ为剪应力：τ=0.2d13(11)上面两公式中，K：螺纹拧紧系数，此处取K=1.25K1:螺纹内摩擦系数,一般取d1：活塞杆危险截面处直径，d1=80mmd0：螺纹外径，d0=82mm[σ]：70MPa则：στ得:σ因此:σn<[σ],吻合工况要求。下盖联接螺钉强度校核计算螺钉联接采用高强度螺钉M20×80(GB/T70.1-2000)联接,两端数量均为24件，螺钉精度等级为10.9级，其强度校核，依照公式（10）、（11）。拉应力：σ=12.=184.8MPak1.k.F.d0剪应力：τ=0.2.z,d13=83.92MPaK：螺纹拧紧系数，此处取K1:螺纹摩擦系数,一般取d1：螺纹内径，d1=16.752mmd0：螺纹外径，d0=20mmZ：24s螺钉资料信服强度，σs≥级)[σ]=[σs]/2=450Mpa14辽宁工程技术大学课程设计15得：σn=232≈235.12MPa<[σ]吻合工况要求活塞杆柔度校核计算4L活塞杆细比计算以下：λ=d≤[λ]（12）此处：L为折算长度，导向套中心至吊头尺寸，约1500mm活塞杆直径d=85mm,[λ]活塞杆许用修长比，按规定拉力杆此处[λ]≤100。计算得λ=4×1265/85=59.5＜[λ]，故满足要求。液压系统方案制定在液压挖掘机一个工作循环中的四种工况--挖掘工况、满斗举升辗转工况、卸载工况和卸载返回工况进行详细解析的基础上，总结每个工况下各执行机构的主要复合动作后提出初步方案。(2)依照液压挖掘机的主要工作特点，系统地总结出挖掘机液压系统的设计要求:动力性要求、控制性要求、节能性要求、安全性要求和其他性能的要求。提出一种有效、直观的挖掘机液压系统的设计方案，并详细介绍设计的步骤。4.5挖掘机液压系统的制定WY-200型挖掘机的液压系统，采用的是双泵双路分功率调治变量系统。主液压泵为两台轴向柱塞式变量泵，由柴油机驱动。挖掘机小负荷工作时，泵输出的流量大，动作速度快；大负荷工作时，泵输出的流量小，工作装置能够较低的速度战胜较大的负荷。流量的改变经过压力变化反响到泵自己的变量调治机构来实现。由于每台泵只能输出发动机功率的1/2，且各自独立调治，故为分功率调治变量系统。当动臂油缸6和斗杆油缸5单独工作时，经过两个分配阀由双泵合流供油。背压阀压力调到1Mpa，系统中各执行元件均设有各自的过载阀，以起到安全保护作用。滤油器12并联有开启压力为的单向阀，用以防范因滤油器被污物拥堵而使油泵过载。行走马达油路中装有速度限制阀7，防范挖掘机溜坡[20]。液压系统原理图的解析在双泵双路分功率调治变量系统中，泵A驱动左行油马达4a、铲斗油缸2、一侧动15辽宁工程技术大学课程设计16臂油缸6a、一侧斗杆油缸5a;泵B驱动右行走油马达4b，辗转油马达8、另一侧动臂油缸6b和另一侧斗柄油缸5b。斗底的开启设有开启油缸3，由回路中的低压油驱动，两台变量泵组成两个独立的液压系统。各个系统采用串通油路。仅辗转油马达为并联油路，这就保证了各个机构的独立操作。当挖掘作业或动臂上升需较大动力时，两台泵能够合流，集中供给动臂油缸或斗柄油缸，使最深重的动作在最短的时间内完成，达到提升生产率的目的。该液压系统为开式油路(即执行元件的回油直接返回油箱。若是油马达的回油直接返回油泵，即为闭式油路)。柴油机经过弹性联轴节与传动机构相联，传动机构再带动两台恒功率变量轴向柱塞泵A和B，泵从油箱吸油，分两个主压力油路打出，每一图2液压系统原理图Fig2Theschematicofthehydraulicsystem油路通人几个三位四通控制阀，各控制阀分别控制辗转油马达、动臂油缸、铲斗油缸和行走油马达。16辽宁工程技术大学课程设计17绘制液压系统图整机的液压系统图由拟订好的控制回路及液压源组合而成。各回路互相组合时要去掉重复节余的元件，力求系统构造简单。注意各元件间的联锁关系，防范误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提升系统的工作效率。为便于液压系统的保护和监测，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）。大型设备的关键部位，要附设备用件，以便不测事件发生时能迅速更换，保证主要连续工作。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。关于自行设计的非标准元件可用构造原理图绘制[21]。如图2所示５液压元件的选择与专用件的设计动力元件的作用是将原动机的机械能变换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统供给动力。液压泵的构造形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。液压泵的选择和泵的参数的计算液压泵的工作压力的确定PpP1+P(13)P1--是执行元件的最高工作压力,关于本系统的最高工作压力是销锁油缸的入口压力--是从液压泵出口液压缸之间的管路损失。管路复杂，入口有调速阀，则取P=1Mpa。确定液压泵的流量qvp多液压缸同时工作时，而且系统使用蓄能器铺助动力源时，则液压泵输出流量公式应为P12t1P22t2...Pn2tnppct1t2...tn(14)qvp≥其中K-系统泄露系数，取Tt-液压系统工作周期Vi-每个液压缸的工作周期中的总耗油z-液压缸的个数17辽宁工程技术大学课程设计18销锁油缸的最大流量Q26iAij104(15)Q1=601104=60加料门油缸的最大流量Q2=6104=26依照以上可知:Qmax=60大泵流量Q1=Qmax80%=48小泵流量Q2=Qmax20%=12大泵排量q1Q1103nD=37小泵排量q2Q2103nDqvp依照泵的排量q1q2和Pp、qvp的值来选择液压泵选择液压泵的规格依照以上求的泵的排量q1、q2和Pp、qvp的值，按系统中给定的液压泵的形式，从《机械设计手册》第5卷选定双联柱塞泵：主泵:K3V112DT柱塞式串通变量双泵。最大排量112ml/r,该泵按总功率恒定进行变量、总功率按4段进行控制、高压切断、中位负流量控制额定压力—35MPa，系统设定压力小流量齿轮4Mpa，大流量油泵为32Mpa[22～23]。柴油发动机的选择液压缸在整个循环运动中，系统的压力和流量都是变化的。所需功率变化较大，18辽宁工程技术大学课程设计19为满足整个工作循环的需要，需按大功率段来确定发动机的功率。从液压原理图能够看出，迅速运动时系统的压力和流量都较大，这时，大小泵同时参加工作，小泵排油压力和流量均较大。此时，大小泵同时参加工作小泵排油除保证锁紧力外，还经过序次阀将压力油供给加料门油缸。前面的计算已知，小泵供油压力为PP1=4MPa,考虑大泵到销锁油缸路损失，大泵供油压力应为PP2=4Mpa取泵的总效率p=0.8，泵的总驱动功率为：Pp1qv1Pp1qv1P=p(16)=89KW考虑安全系数,故取90KW;查《机械设计手册》发动机参数表得：发动机机型号—6135K—16功率--106KW转速--2100r/min液压阀的选择选择液压阀主要依照阀的工作压力和经过阀的流量。本系统工作压力在9Mpa左右，因此液压阀都采用中、高压阀。液压阀的作用是控制液压系统的油流方向、压力和流量，从而控制整个液压系统。系统的工作压力，执行机构的动作序次，工作部件的运动速度、方向，以及变换频率，输用心和力矩等[24]。在液压系统中，液压阀的选择是特别重要的。能够使系统的设计合理，性能优异，安装简略，维修简单，并保证系正常工作的重要条件。不仅需按系统功需要选择各样种类的液压控制阀，还需要考虑额定压力，经过流量，安装形式，动作方式，性能特点因素[24]。依照液压阀额定压力来选择选择的液压阀应使系统压力适合低于产品注明的额定值。对液压阀流量的选择，能够依照产品注明的公称流量为依照，依照产品相关流量曲线来确定。液压阀的安装方式的选择是指液压阀与系统的管路或其他阀的进出油口的连接方式，一般有三种，螺纹连接方式，板式连接方式，法兰连接方式。安装方式的选纲要依照液压阀的规格大小，以及系统的简繁及部署特点来确定。19辽宁工程技术大学课程设计20液压阀的控制方式的选择液压阀的控制方式一般有四种，有手动控制，机械控制，液压控制，电气控制。依照系统的控制需要和电气系统的配置能力进行选择。液压阀的构造形式的选择液压阀的构造方式分为：管式构造，板式构造。一般依照系统的工作需要来确定液压阀的构造形式。依照以上的要求来选择液压控制阀，所选的液压阀能满足工作的需要。因此本液压系统所选的液压阀有中、高压阀。详细规格型号和名称见表5采用主操作阀采用川崎KMX15R/B450，最大流量270L/min，能实现动臂提升合流、斗杆大小腔合流、斗杆再生回路、行走直线、动臂提升优先、辗转优先、斗杆闭锁等功能。表5液压控制阀Table5Thehydrauliccontrolvalve序代号名称及规格材数号料量1Q11F-16P-25不锈钢截止阀成2品2DBDW10B-1-50X/10UG24电磁溢流阀同1NZ5L上3S型单向阀同1上4S型单向阀同1上5XJF-32/10蓄能器截止阀同1上6DRV16-1-10/2单向节流阀同1上20辽宁工程技术大学课程设计217S型单向阀同1上8叠加式减压阀同1上9Z1S6P-1-30/叠加式单向阀同1上104WE10J3X/CG24NZ5L电磁换向阀同1上11叠加式减压阀同1上12Z2FS16-30/S2叠加式双单向节流同2阀上134WEH16Y50/OF6AG24NET电液换向阀同1S2Z5L/B08上14Z2FS16-30/S2叠加式双单向节流同2阀上15DR20-5-5X/10YM先导式减压阀同2上16DR20-5-5X/10Y先导式减压阀同1上174WEH16E50/6AG24NETS2电液换向阀同1Z5L/B08上184WE10E3X/CG24NZ5L电磁换向阀同1上19DB20-2-5X/315溢流阀同2上20单向阀同1上21Z2FS10-20/叠加式双单向节流同121辽宁工程技术大学课程设计22阀上22溢流阀同1上23QJH—6WL高压球阀DN6同3上其他液压元件的选择压力继电器的选择能够自动感觉压力变化，但压力达到预定压力时，能够自动将电路进行通断的仪表。压力预定值是依照压力控制要求，起初在压力校验台还是调定的点触点动作的压力值。依照要求查《机械设计手册》得：HED10A20/35L24/2压力继电器压力表的选择由液压系统的压力来选择压力表，查《机械设计手册》得：YN100-Ⅲ-0-16Mpa压力表YN100-Ⅲ-0-25Mpa压力表测压软管和测压排气接头的选择依照系统的压力来选择测压软管和测压排气接头，查《机械设计手册》得：HF测压软管的相关参数：公称通经3.0mm,最大动向压力40Mpa。软管通径2.9mm，最大静大压力64Mpa，化学性能，耐酸性溶剂。测压软管公称通径，最大压力40MpaPT-3测压排气接头液位液温计，空气滤清器和直回式回油过滤器的选择依照液压系统的压力和流量，系统的发热量来选择，由《机械设计手册》得：直回式回油过滤器RFA-250*20FY液位液温计YWZ-200TA液位液温计WSSX-411，-40～80°C空气滤清器蓄能器的选择依照蓄能器在液压系统中的功用，确定种类和主要参数。22辽宁工程技术大学课程设计23在本液压系统中，液压缸在短时间内迅速运动，由蓄能器来补充供油，则计算公式为：△V=∑AliiK-qvqvpt(17)A--液压缸有效作用面积L—液压缸的行程K—油液损失系数，一般取qvp--液压泵流量△t--动作时间由以上公式得△考虑安全系数和其他方面△V取20L,查《机械设计手册》得：蓄能器Φ219管道尺寸的确定管道内径的计算qv本系统管路很复杂，取其中主要的几条来计算，依照公式：d≥1130qv--液体流量v--流速，关于吸油管v=1~2m/s,一般取1m/s以下，关于压油管v≤3~6m/s,关于回油管v≤。4qv再依照公式d=算出管道内径：qv--液体流量流速计算数值如表6所示表6计算数值Table6Thecalculatedvalues管路名称经过流量赞同流速管道内径实质取值/(L/s)/(m/s)/m/m大泵吸油23辽宁工程技术大学课程设计24管小泵吸油胳大泵排油4管小泵排油4管查《机械设计手册》得：Φ18×2、Φ34×3、Φ65×45.4.7胶管的选择依照工作压力和按公式得管子的内径选择胶管的尺寸规格。高压胶管的工作压力对不正常使用的情况下可提升20%；关于使用频频，经常扭变的要降低40%。胶管在使用及设计中应主要以下事项：（1）胶管的波折半径不宜过小，一般不应小于320，胶管与管接头联接处应留有一段直的部分，此段长不应小于管外径的两倍。（2）胶管的长度应试虑到胶管在通入压力油后，长度方向将发生缩短变形，一般缩短是取3%~4%，胶管安装时防范处于拉紧状态。（3）胶管安装是应保证不发生扭转变形，为便于安装，可沿管长涂以色纹，以便检查。（4）胶管的接头轴线，应尽量放置在运动的平面内，防范两端互相运动时胶管受力。（5）胶管应防范与机械上的尖角部分想接触和摩擦，省得管子损坏。油箱容量的确定初步确定油箱的有效容积,跟据经验公式来确定油箱的容量[34],V=qv(18)式中qv--液压泵每分钟排出的压力油的容积24辽宁工程技术大学课程设计25经验系数已知所选泵的总流量为207L/min,这样,液压泵每分钟排出的压力油体积为207L,查表7表7油箱经验系数表Table7Theempiricalcoefficientoffueltank系统类行走机低压系中压系锻压系冶金系型械通通通通1～22～45～76～1210得=8故V=qv=6×0.207=1.242m3液压系统性能验算液压系统压力损失本系统较为复杂，有多个液压缸执行元件动作回路，其中环节很多，管路损失较大的要算迅速运动回路，故主要验算由泵到液压缸这段管路的损失[25]。沿程压力损失沿程压力损失，主若是液压缸迅速运动时进油管路的损失。此管路长为5m，管内径速运动时经过的流量为，正常运转后的粘度为=27mm2/s，油的密度为=918Kg/m3qv103d22油在管路的实质流速=4=4dRe==105=3702＞2300油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为：=Re(19)25辽宁工程技术大学课程设计2612依照公式p1=d2求得沿程压力损失为:52p1=37020.0342106局部压力损失局部压力损失包括经过管路中折管和管接优等处的管路局部压力损失p2，以及经过控制阀的局部压力损失p3。其中管路局部压力损失相对来说小得多，故主要考虑经过控制阀的局部压力损失[26]。从系统图中能够看出,从大泵的出口到油缸的进油口,要经过单向阀、电磁换向阀、单向调速阀、溢流阀。单向阀的额定流量为50L/min,额定压力损失0.3MPa,电磁换向阀的额定流量为150L/min,额定压力损失为0.2MPa,单向调速阀的额定流量为160L/min,额定压力损失为。溢流阀的额定流量为120L/min,额定压力损失为。经过各阀的局部压力损失之和：2222p350150160120p3=0.65MPa从小泵出油口到油缸进油口也要经过单向阀、电磁换向阀、单向调速阀、溢流阀。向阀的额定流量为50L/min,额定压力损失0.3MPa,电磁换向阀的额定流量150L/min,额定压力损失为0.2MPa,单向调速阀的额定流量为160L/min,额定压力损。溢流阀的额定流量为120L/min,额定压力损失为经过各阀的损失之和为:经过各阀的损失之和为:2222p350150160120以上计算结果是大小是同时工作的,所经过的管道都是同样的。则大小泵是同时26辽宁工程技术大学课程设计27工作的,因此大小泵到油缸之间总的压力损失为pp1p3液压系统的发热温升计算计算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，其他功率损失所有转化为热量，使油温高升。液压系统的功率损失主要有以下几种形式[27]：（1）液压泵的功率损失1zPh1Pri(1pi)tiTti1(20)式中Tt--工作循环周期（s）；—投入工作液压泵的台数；Pri--液压泵的输入功率（W）；pi--各台液压泵的总效率；ti--第I台泵工作时间（s）；（2）压执行元件的功率损失1Mpj)tjPh2Prj(1Ttj1(21)式中M—液压执行元件的数量；Prj--液压执行元件的输入功率（W）；pj--液压执行元件的输入效率；tj--第j个执行元件工作时间（s）；（3）溢流阀的功率损失Ph3pyqvy(22)式中py--溢流阀的调整压力（MPa）；qvy--经过溢流阀回油箱的流量（m3/s）。（4）油液流经阀或管道的功率损失27辽宁工程技术大学课程设计28Ph4pqv(23)式中p--经过阀或管路的压力损失（MPa）；qv--经过阀或管路的流量（m3/s）。qv由以上各样损失组成了整个系统的功率损失，即液压系统的发热功率PhrPh1Ph2Ph3Ph4Pi1nm(FWiSiTWjjtj)qvipitiTti1j1(24)该公式适用于回路比较简单的液压系统，关于复杂系统，由于功率损失的环节太多，一一计算较麻烦，平时用下式计算液压系统的发热功率Phr=Pr-Pc(25)式中Pr是液压系统的总输入功率，Pc是输出的有效功率。关于本系统来说,Pr就是正个工作循环中的双泵的平均输入功率1ZpqvtiiiPr=Tii1pi=90KW(26)式中Pr是液压系统的总输入功率，Pc是输出的有效功率。1nFWiSiPcTt=i1(27)式中Tt--工作周期（s）；、n、m—分别为液压泵、液压缸、液压马达的数量；Pi、qvi、pi--第i台泵的实质输出压力、流量、效率；ti--第i台泵工作时间（s）；FWi、Si--液压缸外载荷及驱动此载荷的行程（N·m）。总的发热功率依照公式(25)Phr=Pr-Pc计算液压系统的散热功率28辽宁工程技术大学课程设计29液压系统的散热渠道主若是油箱表面，但若是系统外接收路较长，而且要考虑管道的散热功率时，也应试虑管路表面散热。Phc(K1A1K2A2)T(28)式中K1--油箱的散热系数K2--管路的散热系数A1、A2--分别为油箱、和管道的散热面积--油温与环境温度之差油箱散热系数K1见表8表8油箱散热系数（W/m2℃）Table8Thecoefficientoffueltankradiating冷却条件通风条件很差通风条件优异用风扇冷却循环水逼迫冷却管道的散热系数见表9

K18～915～1723110～170则计算出的PhrPhc，油温会不断高升，这时，最大温差,依照公式(28)环境PhrK1A1K2A2温度为T0，则油温TT0T0。当油箱的散热面积不能够再加大，或加大一些无济于事时，需要安装冷却器。表9外径选择（W/m2℃）Table9ThechoiceofOD29辽宁工程技术大学课程设计30管道外径/m风速/ms1086512514105694023依照散热要求计算油箱容量在初步确定油箱容积的情况下，验算其散热面积可否满足要求。当系统的发热量求出今后，可依照散热的要求拉确定油箱的容量。油箱的散热面积,依照公式(28)A1(PhrK2A2)/K1T油箱的主要设计参数以以下列图，一般油面的高度为油箱高h的0.8倍，与油直接接触的表面算全散热面，与油不接触的表面算半散热面，油箱的有效容积和散热面积分别为V=0.8abh=0.4a=0.5,b=1,h=1A1×××1=3.45㎡油箱的散热功率为5237022106式中Kt--油箱散热系数,查表得16W/m2℃--油温与环境温度之差,取T=35℃Phc=16××＜Phr因此可知,油箱的散热远远满足不了系统散热的要求,管路散热是极小的。如按要求求出的油箱容积过大，远超出用油量的需要，且又受空间尺寸的限制，则应当减小油箱尺寸，则需要另设冷却器。冷却器所需冷却面积的计算30辽宁工程技术大学课程设计31冷却面积PhrPhcA=Ktm(29)式中K—冷却器的散热系数，用管式冷却器时，去K=116W/（W/m2℃）tm--平均温升T1T2t1t2tm=22(30)T1、T2--液压油入口和出口温度t1、t2--冷却水或风的入口和出口温度取油进入冷却器的温度Tt=60℃，油流出冷却器的温度T2=50℃，冷却水入口温度t1=25℃，冷却水出口温度t2=30℃。则：tm=tm(60502530)22℃所需冷却面积为：PhrPh