YW160挖掘机液压系统的AMESim应用PPT.ppt

论文课题：论文课题：YW160挖掘机液压系统的挖掘机液压系统的AMESim应用应用论文安排：1.1.挖掘机简介挖掘机简介2.2.液压挖掘机结构与工况分析液压挖掘机结构与工况分析3.3.液压系统设计液压系统设计4.4.液压系统性能验算液压系统性能验算5.5.液压系统在液压系统在AMEsimAMEsim软件软件中的应用中的应用 1.挖掘机简介 挖掘机是一种多功挖掘机是一种多功能机械，目前被广泛应能机械，目前被广泛应用于水利工程、交通运用于水利工程、交通运输、电力工程和矿山开输、电力工程和矿山开采等机械施工中，它在采等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建保证工程质量。加快建设速度以及提高劳动生设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要产率方面起着十分重要的作用。的作用。挖掘机分类：挖掘机按照传动方式不同可分为机械传动和液压传动两种形式。其中液压挖掘机具有挖掘力大、传动平稳、作业效率高、结构紧凑、操作轻便、能吸收振动和冲击、易实现自动化控制等优点，因而得到了广泛应用。按走行方式又可分为履带式、轮胎式、步履式等，其中履带式以其附着性好稳定性好、牵引力大而应用最多。2.1 液压挖掘机结构：（1 1）动力装置动力装置 （2 2）工作装置工作装置 （3 3）液压系统液压系统 （4 4）回转装置回转装置 （5 5）走行装置走行装置 （6 6）控制系统控制系统 液压系统又包括工作装置液压系统、回转装液压系统又包括工作装置液压系统、回转装置液压系统和走行装置液压系统三个子系统，本置液压系统和走行装置液压系统三个子系统，本文主要涉及的是工作装置液压系统。文主要涉及的是工作装置液压系统。2.2 2.2 工作装置工作工作装置工作 原理原理 液压挖掘机采用三液压挖掘机采用三组液压缸使工作装置具组液压缸使工作装置具有三个自由度，实现铲有三个自由度，实现铲斗装卸、斗杆收放、动斗装卸、斗杆收放、动臂升降等动作，从而满臂升降等动作，从而满足挖掘作业的要求。足挖掘作业的要求。1 1、斗杆油缸、斗杆油缸 2 2、动臂、动臂 3 3、油管、油管 4 4、动臂油缸、动臂油缸 5 5、铲斗、铲斗 6 6、斗齿、斗齿 7 7、侧齿、侧齿 8 8、连杆、连杆 9 9、摇杆、摇杆 1010、铲斗油缸、铲斗油缸 1111、斗杆、斗杆 图图2.1 2.1 挖掘机工作装置挖掘机工作装置 2.3 液压挖掘机的运动 1 1、动臂升降、动臂升降 2 2、斗杆收放、斗杆收放 3 3、铲斗装卸、铲斗装卸 4 4、平台回转、平台回转 5 5、整机行走、整机行走 工况分析(1)(1)挖掘挖掘挖掘挖掘:通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或者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。的复合动作，必要时，配以动臂动作。(2)(2)满斗举升回转满斗举升回转满斗举升回转满斗举升回转:挖掘结束，动臂液压缸将动臂顶起，满挖掘结束，动臂液压缸将动臂顶起，满斗提升，同时回转液压马达使转台转向卸土处，此时主要斗提升，同时回转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。是动臂和回转的复合动作。(3)(3)卸载卸载卸载卸载:转到卸土点时，转台制动，用斗杆液压缸调节卸转到卸土点时，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。合动作，间以动臂动作。(4)(4)空斗返回空斗返回空斗返回空斗返回:卸载结束，转台反向回转，动臂液压缸和斗卸载结束，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。臂或斗杆的复合动作。3 液压系统设计 YW160YW160液液压压挖挖掘掘机机采采用用全全功功率率变变量量系系统统，整整体体式式多多路路阀阀等等先先进进结结构构。该该机机具具有有结结构构紧紧凑凑，操操作作轻轻便便，使使用用维维护安全可靠，发动机功率利用率高、生产效率高等优点。护安全可靠，发动机功率利用率高、生产效率高等优点。3.1 3.1 基本参数基本参数基本参数基本参数 本次设计的液压挖掘机的基本参数给定值为：本次设计的液压挖掘机的基本参数给定值为：正铲斗容量为正铲斗容量为1.6m1.6m3 3；液压泵系统工作压力液压泵系统工作压力2828MPaMPa，最大排量，最大排量2140ml/r2140ml/r；回转液压马达最大排量回转液压马达最大排量140ml/r140ml/r；行走液压马达最大排量行走液压马达最大排量2140ml/r2140ml/r。3.2 3.2 系统压力初选系统压力初选 要使挖掘机机构正常工作且具有平稳性，两动臂液压要使挖掘机机构正常工作且具有平稳性，两动臂液压缸必须同步运动，缸必须同步运动，这就要求任何时刻进出油路的压力油，这就要求任何时刻进出油路的压力油，必须保持一定的压力平衡。为此，采用平衡阀控制油路中必须保持一定的压力平衡。为此，采用平衡阀控制油路中液压油的压力值。液压油的压力值。一般是根据机械的类型来选择工作压力。一般是根据机械的类型来选择工作压力。表表3.1 3.1 各类机械常用的系统工作压力各类机械常用的系统工作压力 由估算负载值大小查上表，参考同类型挖掘机，取工由估算负载值大小查上表，参考同类型挖掘机，取工作压力为作压力为28MPa28MPa 设备类型设备类型 精加工机精加工机床床 组合机床组合机床 拉床拉床 农业机械、小型工农业机械、小型工程机械、工程机械程机械、工程机械辅助机构辅助机构 液压机、重型机液压机、重型机械、大中型挖掘械、大中型挖掘机、起重运输机机、起重运输机械械 工作压力工作压力P/P/MpaMpa 0.8-2 0.8-2 3-5 3-5 5-10 5-10 1-16 1-16 16-32 16-32 3.3 3.3 铲斗液压缸主要尺寸计算铲斗液压缸主要尺寸计算 铲斗液压缸的主要尺寸包括液压缸内径、缸筒壁厚、铲斗液压缸的主要尺寸包括液压缸内径、缸筒壁厚、活塞杆等。活塞杆等。1 1）液压缸内径）液压缸内径 查阅查阅机械设计手册机械设计手册知铲斗油缸内直径知铲斗油缸内直径 D=D=式中：式中：液压缸理论作用力，液压缸理论作用力，N N P-P-系统压力系统压力,MPaMPa 计算后查计算后查机械设计手册机械设计手册液压缸系列尺寸取液压缸系列尺寸取 D=100mmD=100mm 2 2）缸筒壁厚）缸筒壁厚 缸筒的壁厚对于液压系统的稳定性和安全性有很大的影缸筒的壁厚对于液压系统的稳定性和安全性有很大的影响，所以对它的设计非常重要。查响，所以对它的设计非常重要。查机械设计手册机械设计手册得：得：其中：其中：-缸内最高工作压力，缸内最高工作压力，MPaMPa -缸筒材料许用应力，缸筒材料许用应力，N/N/C1-C1-为缸筒外径公差余量，为缸筒外径公差余量，mm C2-C2-腐蚀余量，腐蚀余量，mm 代入数据代入数据 =24=24 查查机械设计手册机械设计手册知知 =125mm=125mm 3)3)活塞杆计算活塞杆计算 其中数比由其中数比由机械设计手册机械设计手册表选取表选取 再由表得：再由表得：d=70mm d=70mm 3.4 3.4 液压系统原理图的制定液压系统原理图的制定液压系统原理图的制定液压系统原理图的制定YW160YW160挖掘机液压系统原理图挖掘机液压系统原理图挖掘机液压系统原理图挖掘机液压系统原理图 1-1-压力油箱；压力油箱；压力油箱；压力油箱；2-2-限压阀；限压阀；限压阀；限压阀；3-3-滤油器；滤油器；滤油器；滤油器；4-4-操纵齿轮泵；操纵齿轮泵；操纵齿轮泵；操纵齿轮泵；5-5-蓄能器；蓄能器；蓄能器；蓄能器；6-6-冷却齿轮泵；冷却齿轮泵；冷却齿轮泵；冷却齿轮泵；7-7-双联泵；双联泵；双联泵；双联泵；8-8-散热器；散热器；散热器；散热器；9 9、17-17-液控多路换向阀；液控多路换向阀；液控多路换向阀；液控多路换向阀；10-10-开斗缸；开斗缸；开斗缸；开斗缸；11-11-铲斗缸；铲斗缸；铲斗缸；铲斗缸；12-12-动臂缸；动臂缸；动臂缸；动臂缸；1313、14-14-行走马达；行走马达；行走马达；行走马达；15-15-回转马达；回转马达；回转马达；回转马达；16-16-斗杆缸；斗杆缸；斗杆缸；斗杆缸；18-18-合流阀。合流阀。合流阀。合流阀。3.5 3.5 液压元件的选择液压元件的选择 液压元件的选择与设计主要对象是液压泵、柴油机和液压元件的选择与设计主要对象是液压泵、柴油机和油箱等。油箱等。1 1）选择液压泵时应根据液压系统工作压力来选择液压泵）选择液压泵时应根据液压系统工作压力来选择液压泵的形式。由于该液压系统的工作压力为的形式。由于该液压系统的工作压力为28MPa28MPa，液压泵的，液压泵的额定压力要比系统工作压力大额定压力要比系统工作压力大25%25%以上，使液压泵有一定以上，使液压泵有一定的压力储备，故选择额定压力为的压力储备，故选择额定压力为35MPa35MPa的液压泵。结合挖的液压泵。结合挖掘机的工作环境，选择轴向柱塞泵。掘机的工作环境，选择轴向柱塞泵。2 2）液压缸在整个循环运动中，系统的压力和流量都是变）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，根据工作环境和动力要求而选化的，所需功率变化较大，根据工作环境和动力要求而选择柴油机。考虑到辅助液压泵、操作系统、冷却系统等辅择柴油机。考虑到辅助液压泵、操作系统、冷却系统等辅助设备的功率消耗，发动机功率可取助设备的功率消耗，发动机功率可取 初步取初步取 查查机械设计手册机械设计手册选定选定10V120F10V120F型柴油机，最大功型柴油机，最大功率为率为177kw,177kw,转速为转速为2200r/min.2200r/min.它是直喷式风冷车用机，适它是直喷式风冷车用机，适合用于重型车辆、工程机械等。合用于重型车辆、工程机械等。3 3）液压油箱可分为开式、隔离式和充压式三种。该系统）液压油箱可分为开式、隔离式和充压式三种。该系统选用充压油箱。选用充压油箱。4 液压系统性能验算 液压系统性能验算的项目主要有压力损失、温升等。液压系统性能验算的项目主要有压力损失、温升等。4.1 4.1 压力损失包括沿程压力损失和局部压力损失。压力损失包括沿程压力损失和局部压力损失。1 1）沿程压力损失主要是由于执行元件工作时，油液在管）沿程压力损失主要是由于执行元件工作时，油液在管路中的压力损失。路中的压力损失。沿程压力损失有计算公式：沿程压力损失有计算公式：2 2）局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管）局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失，以及通过控制阀的局部压力损失。路局部压力损失，以及通过控制阀的局部压力损失。局部压力损失有：局部压力损失有：综上，管路总压力损失为综上，管路总压力损失为 4.2 4.2 验算温升验算温升 液体流经液压泵、液压元件、溢流阀或其他阀及管道液体流经液压泵、液压元件、溢流阀或其他阀及管道的功率损失都转化成热量，使工作介质温度升高。若只考的功率损失都转化成热量，使工作介质温度升高。若只考虑油液上升所吸收的热量虑油液上升所吸收的热量 和油箱本体散发的热量时，系统和油箱本体散发的热量时，系统的温度的温度T T随时间随时间t t的变化关系如下：的变化关系如下：等等tt时，系统的平衡温度时，系统的平衡温度 一般挖掘机液压传动系统的工作介质温度不应超过一般挖掘机液压传动系统的工作介质温度不应超过6565，若计算温度较高，则须采取增大油箱散热面积或增加冷却若计算温度较高，则须采取增大油箱散热面积或增加冷却器等措施。器等措施。4.3 4.3 液压油油温过高的原因及预防措施液压油油温过高的原因及预防措施 液压系统工作过程中，除了正常功率损失转化成热量使油温升高液压系统工作过程中，除了正常功率损失转化成热量使油温升高外，还存在一些不良因素也会导致油温升高，甚至过高而影响机械正外，还存在一些不良因素也会导致油温升高，甚至过高而影响机械正常运作。常运作。以下介绍一些可能发生的原因：以下介绍一些可能发生的原因：（1 1）滤油器堵塞）滤油器堵塞 （2 2）液压系统中混入空气）液压系统中混入空气 （3 3）液压油箱内油位过低）液压油箱内油位过低 （4 4）污染严重）污染严重 （5 5）油品选择不当）油品选择不当 （6 6）零部件磨损严重）零部件磨损严重 （7 7）环境温度过高）环境温度过高 论文中也对各个原因作出了相应的分析以及列举了相应论文中也对各个原因作出了相应的分析以及列举了相应的预防措施的预防措施5 5 液压系统在液压系统在AMEsimAMEsim中的应用中的应用 5.1 5.1 AMEsimAMEsim软件的简介软件的简介：AMESimAMESim是法国是法国IMAGINEIMAGINE公司于公司于19951995年推出的基于键年推出的基于键合图理论的液压机械系统建模、仿真及动力学分析软件。合图理论的液压机械系统建模、仿真及动力学分析软件。面向工程应用的定位使得面向工程应用的定位使得AMESimAMESim在航空航天工业、汽车在航空航天工业、汽车制造和液压行业等领域得到了广泛的应用。制造和液压行业等领域得到了广泛的应用。AMESimAMESim的中文名称是多学科领域复杂系统建模与仿真的中文名称是多学科领域复杂系统建模与仿真平台。它提供了一个系统级工程设计的完整平台，使得用平台。它提供了一个系统级工程设计的完整平台，使得用户可以在单一的平台上建立复杂的一维多学科领域的机电户可以在单一的平台上建立复杂的一维多学科领域的机电液一体化系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的液一体化系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。分析。AMESimAMESim软件使得工程师迅速达到建模仿真的最终目软件使得工程师迅速达到建模仿真的最终目标：分析和优化工程师的设计，从而从繁琐的数学建模中标：分析和优化工程师的设计，从而从繁琐的数学建模中解放出来去专注于其专业物理系统本身的设计，大大降低解放出来去专注于其专业物理系统本身的设计，大大降低开发的成本和缩短开发的周期。开发的成本和缩短开发的周期。AMESimAMESim专门为液压系统建立了一个标准仿真模型库专门为液压系统建立了一个标准仿真模型库,包含包含120120多个不同复杂程度的模型。鉴于液压系统的元件多个不同复杂程度的模型。鉴于液压系统的元件多式多样多式多样,标准库无法满足所有建模要求标准库无法满足所有建模要求,AMESimAMESim提供了提供了一个基本元件设计库一个基本元件设计库HDC(HydraulicHDC(Hydraulic component de-component de-sign),HDCsign),HDC是一个强大的工具是一个强大的工具,包含了任何机液系统的基本包含了任何机液系统的基本结构单元模块。利用结构单元模块。利用HDCHDC，用户可以建立标准库中没有的，用户可以建立标准库中没有的液压模型。液压模型。5.25.2 下图是用下图是用AMESimAMESim软件绘制的单泵定量系统的一个软件绘制的单泵定量系统的一个建模平台建模平台 结论：结论：在各种机械设备上，液压系统得到了广泛的使用。液在各种机械设备上，液压系统得到了广泛的使用。液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压系统原理图压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压系统原理图的设计要同主机的结构相适宜。着手设计时，必须从实际的设计要同主机的结构相适宜。着手设计时，必须从实际情况出发，有机的结合各种传动形式，充分发挥液压传动情况出发，有机的结合各种传动形式，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。高、操作简单、维修方便的液压传动系统。展望：展望：现现在在挖挖掘掘机机的的研研发发生生产产向向大大型型化化、微微型型化化、多多功功能能化化、专专用用化化和和自自动动化化的的方方向向发发展展，这这就就对对液液压压系系统统的的密密封封性性能能提提出出了了更更高高的的要要求求。当当前前液液压压技技术术正正向向高高压压、高高速速、大大功功率、高效、低噪音、高可靠性、高度集成化的方向发展。率、高效、低噪音、高可靠性、高度集成化的方向发展。