【《滑移装载机工作机构负载敏感液压系统设计案例》5600字】

滑移装载机工作机构负载敏感液压系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u29805滑移装载机工作机构负载敏感液压系统设计案例 1160671.1滑移装载机负载敏感液压系统原理图设计（Schematicdesignofload-sensitivehydraulicsystemforskidsteerloader） 1225511.2滑移装载机工作机构工作载荷的确定（Determinationoftheworkingloadoftheskidsteerloaderworkmechanism） 3101191.2.1铲斗插入阻力 465601.2.2铲斗掘取阻力 5189541.3液压系统工作参数（Hydraulicsystemoperatingparameters） 5278701.1.1铲斗油缸的确定 5203761.1.2动臂举升油缸确定 7203421.1.3工作泵流量压力的确定 8314021.4液压系统工作元件的选择（Selectionofworkingelementsonhydraulicsystem） 9204411.4.1泵规格的选择 916241.4.2先导阀的选择 10208391.4.3多路阀的选择 11129361.4.4调平阀的选择 13滑移装载机液压系统主要由行走机构液压系统和工作机构液压系统两部分组成[44-45]。本文主要对滑移装载机工作液压系统进行分析和研究，将原有的定量液压系统改为负载敏感液压系统，减少在滑移装载机在工作过程中泵的节流损失、溢流损失和卸荷损失，使液压系统从发动机吸收的功率尽可能转化为工作过程中有效功率，减少能量损耗，达到滑移装载机工作液压系统节能的目的。滑移装载机工作机构液压系统由液压泵提供动力，其液压回路主要有主要由动臂升降液压工作回路、铲斗液压工作回路、调平液压回路。动臂举升液压工作回路主要控制动臂提升和下降，从而带动铲斗的升降；铲斗液压回路主要控制铲斗的翻转，通过控制铲斗的翻转将物料铲取或卸出；调平液压回路在动臂抬升时将动臂有杆腔的流量进行分流，一部分经调平阀内分流阀直接流入油箱，另一部分经分流阀流进铲斗油缸的无杆腔，从而使铲斗保持端平状态，实现调平的功能。1.1滑移装载机负载敏感液压系统原理图设计（Schematicdesignofload-sensitivehydraulicsystemforskidsteerloader）WS85型滑移装载机工作机构现行液压系统存在较大的能量损失。为了减少滑移装载机工作机构液压系统由于其本身特性所带来的能量损失，按照WS85型滑移装载机的工作原理，设计了WS85滑移装载机工作机构负载敏感液压系统。滑移装载机工作机构负载敏感液压系统的工作原理图如图1.1所示。当控制动臂联多路阀或铲斗联多路阀使油缸缓慢伸长时，即控制多路阀阀口开度，系统将多路阀两端的压差反馈给负载敏感阀阀芯，使负载敏感阀芯移动，重新达到平衡，多路阀进出口压差恒定，此时负载敏感变量泵输出流量与多路阀开口面积成正比。泵出口的压力等于负载的压力与多路阀的压差之和，能量损失只有多路阀中少量的压差损失，泵输出的流量始终随负载的需求变化而变化，能够自动的适应负载的需求。当控制动臂联多路阀快速伸长时，多路阀完全开启，负载敏感阀两端无压差，泵输出压力等于负载压力，系统处于高压大流量状态，此时工作系统几乎没有功率损失。当动臂完全举升，此时操作手还没来得及将动臂联多路阀推回中位，系统压力急剧升高到压力切断阀设定压力，压力切断阀打开，液压油推动负载敏感泵变量缸运动，将变量泵流量输出调到最小，泵输出的流量只维持滑移装载机工作液压系统泄露所需流量。1-负载敏感泵；2-多路阀；3-先导阀；4-调平阀；5-动臂液压缸；6-铲斗液压缸图1.1滑移装载机负载敏感液压系统工作原理图Fig.1.1Workingprinciplediagramofload-sensitivehydraulicsystemofskidsteerloader1.2滑移装载机工作机构工作载荷的确定（Determinationoftheworkingloadoftheskidsteerloaderworkmechanism）通过对滑移装载机工作过程分析可知，滑移装载机铲取物料时工作油缸受到最大力。滑移装载机在进行装载工作时，其受到物料产生的反作用力通常为以下几种[46]：（1）铲斗插入料堆时，通过行走系统使滑移装载机向料堆方向运动，此时工作油缸位移不发生变化，铲斗主要受来自物料的反作用力，方向为水平方向。（2）滑移装载机将物料提升，操纵动臂油缸动作，或操纵转斗旋转时，铲斗受到物料的摩擦力，即掘取阻力，其方向垂直向下。（3）操作滑移装载机进行动臂和铲斗联合工作时，铲斗边翻转边提升，铲斗受两个方向的力同时作用。1.2.1铲斗插入阻力铲斗插入阻力是指铲斗插入物料时铲斗各表面受到物料的反作用力，其阻力的大小受物料的松散程度、物料的类型、插入物料深度、物料在铲斗上的堆高、铲斗结构等因素相关，其插入阻力可按以下公式进行估算[47]： （1.1）式中：—物料块度及松散程度影响系数；—物料种类影响系数；—堆料高度影响系数；—铲斗形状影响系数；—铲斗宽度；—铲斗插入料堆深度。表1.1物料高度影响系数Table1.1Materialheightinfluencecoefficient料堆高度/m0.40.60.81.21.4系数K30.550.801.001.101.15表1.2物料种类影响系数Table1.2Materialtypeinfluencecoefficient材料种类密度影响系数锰铁矿石4.2~4.50.2铁矿石1.8~4.20.17细粒花岗岩2.75~2.80.14石灰石2.650.1炉渣0.8~0.90.09河沙1.70.06煤1.2~1.30.04~0.045根据滑移装载机实际工作条件取=1.0，=0.1，=0.55，=1.1，=28cm，=185cm。代入公式得：根据铲斗插入的方向可确定，插入阻力的方向为水平力，其对铲斗作用力大小为6554N。1.2.2铲斗掘取阻力掘取阻力是指发生在滑移装载机收斗或动臂举升时铲斗受到的垂直方向上的力，在初步计算时，铲斗的掘取阻力可以根据滑移装载机额定载荷近似估算，其掘取阻力近似按下式计算[48]： （1.2）式中：—滑移装载机的掘取阻力—额定载荷重量（1050Kg）—掘取的阻力系数，一般取值范围为1.8~2.3，计算时取。计算可得：根据掘取阻力的方向可以确定，铲取阻力即工作机构工作过程中所受到的垂直力为18522N。1.3液压系统工作参数（Hydraulicsystemoperatingparameters）WS85型滑移装载机工作机构负载敏感液压系统设定根据其现行工作液压系统设定最大压力，初拟定工作压力为20MPa。1.1.1铲斗油缸的确定根据WS85型滑移装载机工作机构结构设计尺寸可知铲斗的位移行程如下：铲斗油缸安装长度为：铲斗油缸最高伸长长度为：铲斗油缸杠杆在工作时最大位移量为： （1.3）图1.2滑移装载机铲斗受力分析图Fig.1.2Forceanalysisdiagramofbucketofskidsteerloader动臂和铲斗铰接点E合力距，即： （1.4）式中：—为铲斗的自重。 由，可以得到 （1.5） （1.6）式中：，，，，，，以上数值代入计算为两个液压缸所受到的合力：，，在收斗时铲斗油缸缸杆所受的力： （1.7） （1.8）式中：—工作系统压力，为选取压力20MPa。WS85型滑移装载机在收斗过程中，液压油经多路阀从无杆腔流入，则收斗时作用在液压缸的有效面积为： （1.9）式中：—滑移装载机进行收斗时作用在铲斗油缸无杆腔的作用面积，数值上等于两铲斗油缸无杆腔面积之和；—铲斗油缸无杆腔直径；—铲斗油缸有杆腔杠杆直径；—翻斗油缸的个数。根据铲斗油缸受力，初步选定铲斗油缸无杆腔直径；缸杆直径取，则有杆腔面积为：可判定所选用油缸的活塞直径和杠杆直径满足使用要求。1.1.2动臂举升油缸确定根据滑移装载机工作机构结构设计尺寸可以得到举升油缸的行程如下：动臂油缸处在0位移时安装长度：动臂油缸处在最大位移时安装长度：大臂举升油缸行程为： （1.10）图1.3滑移装载机动臂受力分析图Fig.1.3Forceanalysisdiagramofskidsteerloaderarm动臂受到最大的力按工作最恶劣状况，即铲斗和动臂联合掘取工作时，其受力分析图如图所示，根据平衡原理对A点取矩得，可得： （1.11）式中：，，，，，计算得动臂油缸所受最大载荷：在收斗时铲斗油缸缸杆所受的力： （1.12） （1.13）式中：—工作系统压力，为选取压力20MPa。WS85动臂举升过程，液压有经多路阀流进动臂油缸的无杆腔，则举升过程中作用在无杆腔的有效面积为： （1.14）式中：—滑移装载机进行收斗时作用在铲斗油缸无杆腔的作用面积，数值上等于两铲斗油缸无杆腔面积之和；—铲斗油缸无杆腔直径；—铲斗油缸有杆腔杠杆直径；—翻斗油缸的个数。根据动臂油缸受力，初步选定动臂油缸无杆腔直径；缸杆直径取，则无杆腔面积为： 可以判定，初定动臂缸缸径可以满足推力要求。1.1.3工作泵流量压力的确定（1）工作泵所需流量滑移装载机一个工作循环占用的时间按如下进行分配：铲斗铲料后收斗（2s）——动臂举升（3s）——最高位置卸料（1.5s）——动臂下降和铲斗放平（3s）一个工作循环不允许超过10s。根据滑移装载机工作液压系统确定泵的排量为： （1.15）式中：—工作液压系统理论设计所需流量：—举升液压缸所需流量；—铲斗液压缸所需流量；经计算动臂液压缸举升所需流量最大，其计算公式为： （1.1）式中：—液压缸活塞运动速度；—液压缸大腔直径；—液压缸的容积效率，取=1；—动臂液压缸的数量。（2）工作泵的工作压力液压泵工作压力的计算公式为： （1.16）式中：—液压缸的工作压力；—工作液压系统的沿程压力损失，取值1Mpa。计算可得工作泵压力：1.4液压系统工作元件的选择（Selectionofworkingelementsonhydraulicsystem）1.4.1泵规格的选择本文选用力士乐生产的A10VS045DFR1/31R-PPA12N00负载敏感型斜盘式轴向变量柱塞泵。最高工作压力为35MPa，其排量为45ml/rev，在发动机额定转速（2300r/min）下泵的排量为101.5L/min可以满足上述设计要求。负载敏感泵工作原理1-负载敏感控制阀；2-压力切断阀3、4-变量油缸；5-变量泵；6-节流阀；-负载压力-泵出口压力图4.1负载敏感泵原理图Fig.4.1Schematicdiagramofload-sensitivevariablepump如图所示为负载敏感变量泵原理图，PS为泵的出口压力，用节流阀6等效代替滑移装载机多路阀的的控制，通过节流阀的流量即为负载流量Q。滑移装载机工作液压系统工作时，当要减小油缸运动速度时，需要将多路阀的开口减小，即让节流阀6的开口减小，此时由于多路阀进出油口存在的压差超过负载敏感阀阀芯内弹簧预紧力的大小，泵出口流量和压力经过负载敏感阀传递给变量油缸，推动负载敏感泵内斜盘倾角减小，泵输出的流量不断减小，直到多路阀进出口压差与负载敏感阀所设定的弹簧预紧力保持平衡。当需要控制滑移装载机油缸运动速度增大时，需要将多路阀的开口增大，即让节流阀6的开口面积增加，此时由于多路阀进出油口存在的压差小于负载敏感阀阀芯内弹簧预紧力的大小，变量油缸内液压油直接流回油箱，斜盘倾角增大，泵输出的流量随之增大，直到多路阀进出口压差与负载敏感阀所设定的弹簧预紧力保持平衡。以滑移装载机动臂举升为例，当举升油缸运动到最大位置或者举升重物超载时，控制多路阀打开，此时泵的输出压力急剧升高，当泵输出的压力超过负载敏感泵压力切断阀2所设定的压力时，高压油推动压力切断阀阀芯向右移动，此时负载敏感变量泵输出的流量和压力作用于变量油缸，此时泵的输出流量也达到最小，输出的流量仅维持液压系统自身的泄露和压力切断阀2的控制，泵的输出功率基本为0，压力切断阀内弹簧刚度的设定为系统的最高工作压力。1.4.2先导阀的选择先导阀选择海德的HC-RCX型号先导手柄，最高工作压力100bar，额定流量12L/min，净重2.5Kg。在对多路阀的控制中，在阀的两端设有复位弹簧，为了能使多路阀阀芯能够复位，所选弹簧的刚度通常较大，这会增大操作人员的控制难度，另外由于阀芯受到液动力的影响，操纵者很难控制阀芯所需的操纵力度，使工作机构控制性能变差。因此在设计滑移装载机工作机构负载敏感液压时采用先导阀来控制多路阀阀芯的运动。先导阀实际是一个三通减压阀，如图1.4所示P口为进油口，与补油泵相连，通过补油泵提供其控制油压，T口为回油口，与油箱相连。该阀的输出压力与位移之间的关系如图所示，0-A阶段，由于先导阀P和T口相连，先导压力为0，当先导阀触头运动到A位置时，由于先导阀内调压弹簧有一定的预紧力，此时A点的压力取决于弹簧的预紧力，A-B阶段，先导阀输出压力随弹簧的压力呈线性变化。当先导阀位移到达B点时，阀芯上的节流孔完全打开，先导阀输出压力为P口的压力。（a）减压式先导阀液压原理图（b）先导阀压力位移曲线图1.4先导阀原理及阀芯位移压力曲线Fig.1.4Principleofpilotvalveanddisplacementpressurecurveofvalvecore1.4.3多路阀的选择根据系统原理图选择力士乐M6-15型负载敏感多路阀，额定流量200L/min，最高工作压力35MPa。在滑移装载机工作液压系统中，需要控制多个执行元件进行工作，若每个执行机构单独由独立的工作阀进行控制，则阀和管路的连接将变得极其复杂，因此在滑移装载机中采用负载敏感多路阀进行控制其剖面图如图1.5所示。1-外壳；2-主阀芯；3-压力补偿器；4-溢流阀；5-弹簧腔；6-行程限位器图1.5负载敏感多路阀剖面图Fig.1.5Sectionalviewofload-sensitivemultiwayvalve液控负载敏感多路阀两端与先导阀油路连接，阀芯两侧均装有平衡弹簧，两侧未通入先导油时阀芯两侧在弹簧预紧力作用下保持平衡，当左侧通入的先导油压力达到克服弹簧预紧力时，液压油从P口通过补偿阀通过A口流入动臂油缸无杆腔，动臂开始举升，当左侧控制腔通入先导压力时，阀芯向右运动，动臂下降，工作原理与动臂上升时相同，不再赘述。图1.6多路阀调速特性Fig.1.6Speedregulationcharacteristicsofmultiwayvalve如图1.6所示，在O-A段由于有预紧力的存在，在开始时先导压力虽然在增加，当先导压力克服弹簧预紧力后，多路阀阀芯才开始动作。当先导压力到达B点时，由于阀口有少量的负开口量，所以此时泵出口未与动臂油缸所接通，液压油不能流入动臂油缸。在B点之后多路阀开口继续增大，泵输出的流量持续增加，推动油缸速度不断增加。直到C点时多路阀完全打开，随后先导压力到达最大值。泵输出的流量保持稳定状态。1.4.4调平阀的选择调平阀选用walvoilT2833调平阀，其通径