液压挖掘机液压系统的设计.doc
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1、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。
2、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, is a widely used in construction,railway, highway, water conservancy, mining and other construction projects of Earthmoving Machinery. The use of hydraulic excava
3、tor 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. Th
4、erefore, 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 h
5、ydraulic system, hydraulic excavators and technical developments have been analyzed and summarized. The graduation project is the subject of hydraulic excavators YW160. Mini-excavator from multiple systems, including hydraulic system, transmission system, control system, the working devices, chassis
6、, turntable, fuel tanks, engine installation. I focused on the design of the analysis and design of medium-sized hydraulic excavator hydraulic system hydraulic components. Hydraulic components and the main hydraulic circuit.Keywords: hydraulic pump hydraulic system of excavator 目 录前 言1第1章 液压挖掘机结构与工作
7、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5第2章 挖掘机工况分析及液压系统设计方案的确定 72.1 液压挖掘机工况72.2 挖掘机液压系统的设计要求122.3液压系统方案拟定14第3章 液压系统设计153.1 确定油缸所受的作用力153.1.1 铲斗油缸作用力的确定153.1.2 斗杆油缸作用力的确定173.1.3 动臂油缸作用力的确定183.2 各油缸尺寸的确定193.2.1 铲斗油缸尺寸的计算193.2.2 斗杆油缸尺寸的计算223.2.3 动臂油缸尺寸的计算223.3 液压系统图的拟定233.4 液压元件的选择243.5 各液压缸和马达流量的确
8、定253.6 管路油管的选择273.7 液压油箱的确定293.8 液压系统的发热和温升的验算293.9 液压装置的结构设计30结 论31参考文献32致谢34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
9、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;
10、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!第1章 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
11、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
12、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
13、,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
14、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
15、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3
16、60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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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。第2章 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
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