小型挖掘机的液压系统设计.docx

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1、摘要近年来，有关挖掘机液压系统方面的文献并不少见，但文献的内容大多针对某一专题进行研究，系统地论述现代液压挖掘机液压系统的论文却较少，因此研究和设计液压挖掘机液压系统具有重要的现实意义和理论意义。本论文主要概述挖掘机液压技术的发展史及其目前在国内的外发展情况，简述了液压挖掘机发展趋势，本文对液压挖掘机的常用液压回路进行了简单阐述和分析，对液压挖掘机的功能进行了简单阐述，对执行机构的工作回路进行了简单的分析和图表绘制，对液压系统和核心部件之一的液压泵进行了参数设计。对课题要求设计的小型液压挖掘机液压系统进行了方案设计及分析，并通过进一步计算确定了需要的液压元件完成选型。运用 AutoCAD 绘制

2、液压系统原理图。最后通过验算证明了本设计的可行性。关键词： 液压系统挖掘机11Abstract.In recent years, the excavator hydraulic systems, the literature is not uncommonbut most of the content documentsof a topic for research, systematic exposition of modern hydraulic excavator hydraulic system of the paper is less, so the research and des

3、ign of hydraulic excavator system has important practical and theoretical significance.Keywords：Hydraulic SystemExcavatorThis paper outlines the main excavator hydraulic technology development history and is currently in the domestic and foreign development situation, the development trend of hydrau

4、lic excavator, hydraulic excavator common hydraulic circuit has carried on the simple elaboration and Analysis on hydraulic excavator,the function has carried on the simple elaboration, the actuator of the working circuit to carry on the simple analysis and chart drawing of hydraulic system, and one

5、 of the core parts in hydraulic pump design parameters.On the requirements of the subject design of hydraulic excavator hydraulic system of design and analysis, and through the further calculation and identified the need for hydraulic components complete the selection.Using AutoCAD drawing hydraulic

6、 system principle diagram.The results show the feasibility of this design.目录1 绪论51.1 选题意义51.2 挖掘机及其液压技术概述51.3 国内外研究现状81.4 挖掘机发展趋势92 挖掘机液压系统概述112.1 挖掘机的功能分析及工作机构的选型112.1.1 挖掘机系统的组成及液压系统要求112.1.2 挖掘机液压系统的基本动作分析122.1.3 挖掘机实现的基本功能122.1.4 工作机构型号的选定132.2 工作机构单元液压回路的选择142.2.1 双泵供油回路的确定142.2.2 铲斗、动臂、斗杆平衡回路的

7、确定152.2.3 铲斗、动臂、斗杆的工作回路确定152.2.4 其它基本回路的确定163 挖掘机总液压系统的设计203.1 挖掘机液压装置的布局203.2 液压阀的配置方式203.3 挖掘机液压系统分析203.4 液压系统中几种低压回路的作用213.5 液压元件的选用213.6 辅助元件的选用234 参数计算及选择234.1 液压缸负载分析244.2 计算液压缸的主要尺寸244.3 液压系统性能验算275 结 论296 致 谢307 参考文献318 附录.1 绪论1.1 选题意义随着国民经济的快速发展，液压挖掘机在各种工程建设领域，特别是基础设施建设中所起的作用越来越明显，液压挖掘机作为一类

8、快速、高效的施工机械愈来愈被人们所认识。据统计，国内主要 23 家主要挖掘机制造公司 2009 年挖掘机市场总计销售各级别挖掘机约 95,000 台，同比 2008 年大幅增长 23%，再次创造中国挖掘机年度销量记录。挖掘机的发展与液压技术密不可分，二者相互促进，一方面，液压技术是现代挖掘机的技术基础，另一方面，挖掘机的发展又促进了液压技术的提高。挖掘机的液压系统复杂，其性能的优劣决定着挖掘工作性能的高低，可以说目前液压传动的许多先进技术都体现在挖掘机上。近年来，有关挖掘机液压系统方面的文献并不少见，但文献的内容大多针对某一专题进行研究，系统地论述现代液压挖掘机液压系统的论文却较少，因此研究挖

9、掘机液压系统具有重要的现实意义和理论意义。1.2 挖掘机及其液压技术概述挖掘机的发展史可追溯到 19 世纪三四十年代。美国实施西部大开发工程催生了以蒸汽机作为动力，模仿人体大臂、小臂和手腕构造，能行走和扭腰的挖掘机。随后的一百多年中，挖掘机并没有得到很大发展，其原因一是当时的工程主要是国土开发、大规模的筑路和整修场地等，平面作业较多，使铲土运输机械成为当时的主力机种，二是挖掘机作业装置动作多、运动范围大、采用多自由度机构，机械传动难以适应这些要求，而当时的液压技术还不成熟，不能大规模地应用到实际工业中。随着社会的不断进步，工程建设和施工形式逐渐向土木施工方向发展，同时液压技术也逐步得以完善，这

10、些因素的变化反过来又促进挖掘机的不断更新换代。20 世纪 40 年代有了在拖拉机上配装液压铲的悬挂式挖掘机， 50 年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机，60 年代，当液压传动技术成为成熟的传动技术时，液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展吉阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快（见表 11），产量猛增。19681970 年间液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的 83%，目前已接近 100%， 所谓挖掘机在现代主要是指液压挖掘机，机械式挖掘机已很少见，液压传动技术为挖掘机的发展提供了强有力的技术支撑。液压传动是挖掘机的重要组成部分之一，目前常用的传动方式有机械传动、电力传动和流体

11、传动。流体传动包括液体传动和气体传动，液体传动又分为液压传动和液力传动。所谓液压传动是指在密闭的回路中，利用液体的压力能来进行能量的转换、传递和分配的液体传动。在现代工业中液压传动技术几乎应用于所有机械设备的驱动、传动和控制，如操纵车辆转向和制动，控制和驱动飞机、机床、工程机械、农业机械、采矿机械、食品机械和医疗机械等1650 年法国帕斯卡提出的封闭静止流体中压力传递的帕斯卡原理成为液压传动的理论基础，此后液压传动理论不断得以丰富和完善，如 1686 年牛顿揭示了粘性流体的内磨擦定律，18 世纪建立了流体力学的两个重要方程：连续性方程和伯努利方程。丰富的理论和实践的需要促进了液体应用技术和成果

12、的不断涌现。1795 年英国人约瑟夫步拉默发明了世界上第一台水压机；随后出现在英国的工业革命促进了液压技术的迅速发展；到 1870 年液压传动技术已经被用来驱动各种液压设备，如液压机、起重机、绞车、挤压机、剪切机和铆接机等； 1900 年，世界上出现了第一台轴向柱塞泵；1910 年及 1922 年海勒.肖及汉斯.托马斯研制出用油做工作介质的径向柱塞泵；1926 第一套由泵控制阀和执行元件组成的集成液压系统在美国诞生；1936 年哈里威克斯又发明了先导式液流阀。第二次世界大战之后，美国麻省理工学院的布莱克本、李诗颖等人对液压伺服控制问题作了深入的研究，于 1958 年制造了喷嘴挡板型电液伺服阀；

13、20 世纪六十年代末，电液比例阀应运而生；70 年代后期，德美等国相继研制成负载敏感泵及大功率电磁阀；近年来，为适应机电一体化、控制柔性化和计算机集中控制的要求，液压系统的研究已由手动控制转向数字控制和信号控制。目前液压技术的研究和发展动向主要体现在以下几个方面：（1）提高效率，降低能耗。（2）提高技术性能和控制性能。（3）发展集成、复合、小型化、轻量化元件。（4）开展液压系统自动控制技术方面的研究与开发。（5）加强以提高安全性和环境保护为目的研究开发。（6）提高液压元件和系统的工作可靠性。（7）标准化和多样化。（8）开展液压系统设计理论和系统性能分析研究。1.3 国内外研究现状我国挖掘机生产

14、起步较晚，从 1954 年抚顺挖掘机厂生产第一台机械式单斗挖掘机至今，大体经历了测绘仿制、自主研发和发展提高三个阶段。新中国成立初期，以测绘仿制前苏联 20 世纪 3040 年代的机械式单斗挖掘机为主，开始了我国的挖掘机生产历史，由于当时国家经济建设的需要，先后建立起十多家挖掘机生产厂，到 20 世纪 80 年代末，我国的中小型液压挖掘机已形成系列，但总的说来，我国的挖掘机生产批量小，产品质量不稳定，与国际先进水平相比，差距较大。改革开放以来，生产企业积极引进、消化、吸收国外先进技术，促进了我国挖掘机行业的发展，目前国产液压挖掘机的产品性能指标已达到 20 世纪 80 年代的国际水平，部分产品

15、达到了 90 年代的水平。国外挖掘机生产历史较长，液压技术的不断成熟使挖掘机得到全面发展。德国是世界上较早开发研制挖掘机的国家，1954 年和 1955 年德国的德马克和利渤海尔两家公司分别开发了全液压挖掘机；美国是继德国以后生产挖掘机历史最长、数量最大、品种最多和技术水平处于领先地位的国家；日本挖掘机制造业是在二次大战后发展起来的，其主要特点是在引进、消化先进技术的基础上，通过大胆创新发展起来的；韩国是液压挖掘机生产的后起之秀，20 世纪 70 年代开始引进技术，由于产业政策支持，很快进入国际市场，并已挤入国际液压挖掘机的主要生产国之一。20 世纪 60 年代，挖掘机进入成熟期，各国挖掘机制

16、造商纷纷采用液压技术并与其它技术相结合，使产品的适应性得到较快发展，产品寿命和质量不断提高操纵更加舒适，产品更加节能。例如美国卡特彼勒公司1995 年以后推出的300B 系列液压挖掘机，采用一种命名为 maestro 的系统，通过载荷传感液压装置，控制发动机的输出功率，实现与液压泵的严格匹配。Maestro 控制面板在机型上安装两种功率模式和四种工况状态，允许用户自行决定功率工况模式。再如韩国现代公司生产的 ROBEX450-3 型液压挖掘机，有四种功率模式，通过集成化的电子控制系统自动确定最佳的发动机转速和液压泵的输出参数，使得发动机、液压泵的速度及液压系统压力与实际工况相适应，从而获得最高

17、的生产率和最佳的燃油消耗。此种技术在日本小松、日立建机、神钢、韩国大宇重工、德国的利渤海尔、英国的 JCB 等公司均得到普遍应用，代表了当代液压挖掘机的最高水平。1.4 挖掘机发展趋势随着液压挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化方向发展，挖掘机对液压技术的要求不断提高并呈现如下特点：（1） 迅速发展全液压挖掘机并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，压力减小时用增大流量来补偿，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

18、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，实现与回转机构的功率匹配，将第三泵在其他工作运动上接通，成为开式回路第二个独立的快速运动。液压技术在挖掘机上的普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机上的应用与推广创造了条件，液压、电子和自动化技术日益结合，共同促进挖掘机的控制性能不断提高。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、电子计算机综合程序控制。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。20 世纪 70 年代， 为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机的操作更

19、加轻便和安全作业， 降低挖掘机噪音，改善驾驶员工作条件，电子和自动控制技术逐步应用在挖掘机上。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，机电一体化技术在挖掘机上得以广泛应用，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。所有这一切，都是挖掘机的全液压化奠定的基础并为挖掘机的全面发展创造

20、了美好的前景。（2） 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 CAPS（计算机辅助功率系统），提高了挖掘机的作业功率，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，并延长了零部件的使用寿命；德国奥加凯（O&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 9

21、04、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 ECO（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、低油耗的效果；美国卡特匹勒公司在新型 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 即电子功率优化系统，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

22、、提高挖掘机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。2 挖掘机液压系统概述2.1 挖掘机的功能分析及工作机构的选型2.1.1 挖掘机系统的组成及液压系统要求按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来就组成一个挖掘机液压系统。它是以油液为工作介质、利用液压泵将发元件将液压能转变为机械能，进而实现挖掘机的各种动作。按照不同的功能可将挖掘机液压系统分为三个基本部分：工作装置系统，回转系统、行走系统。挖掘机的工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗及相应的液压缸组成，它包括动臂、斗杆、铲斗三个液压回路。回转装置的功能是将工作装置和上部转台向左或向右回转，以便进行挖掘和卸料，完成该

23、动作的液压元件是回转马达。回转系统工作时必须满足如下条件：回转迅速、起动和制动无冲击、振动和摇摆，与其它机构同时动作时，能合理地分配去各机构的流量。行走装置的作用是支撑挖掘机的整机质量并完成行走任务，多采用履带式和轮胎式机构，所用的液压元件主要是行走马达。行走系统的设计要考虑直线行驶问题，即在挖掘机行走过程中，如果某一工作装置动作，不至于造成挖掘机发生行走偏转现象。挖掘机的动作复杂，主要机构经常启动、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，因此挖掘机的液压系统应满足如下要求（1） 要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合动作。（2

24、） 工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能复合动作，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，且各执行元件（液压缸、液压马达等）有良好的过载保护；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速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） 液压系统和液压元件在变化大的负载、急剧的振动作用下，具有足够的可靠性。（3） 设置轻便耐振的冷却器，减少

25、系统总发热量，使主机持续工作时的液压油温不超过 80，或温升不超过 45。（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，液压元件对油液污染的敏感性要低，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。2.1.2 挖掘机液压系统的基本动作分析（1） 挖掘。通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸分别进行单独挖掘，或者两者配合进行挖掘。在挖掘过程中主要是铲斗和斗杆有复合动作，必要时配以动臂动作。（2） 满斗举升回转。挖掘结束后，动臂缸将动臂顶起、满斗提升，同时回转液压马达使转台转

26、向卸土处，此时主要是动臂和回转的复合动作。动臂举升和臂和铲斗自动举升到正确的卸载高度。由于卸载所需回转角度不同，随挖掘机相对自卸车的位置而变，因此动臂举升速度和回转速度相对关系应该是可调整的， 若卸载回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂举升速度慢些。（3） 卸载。回转至卸土位置时，转台制动，用斗杆调节卸载半径和卸载高度，用铲斗缸卸载。为了调整卸载位置，还需动臂配合动作。卸载时，主要是斗杆和铲斗复合作用，兼以动臂动作。（4） 空斗返回。卸载结束后，转台反向回转，同时动臂缸和斗杆缸相互配合动作，把空斗放到新的挖掘点，此工况是回转、动臂、和斗杆复合动作。由于动臂下降有重力作用、压力低、泵的流量大、

27、下降快，要求回转速度快，因此该工况的供油情况通常是一个泵全部流量供回转，另一泵大部分油供动臂，少部分油经节流供斗杆。2.1.3 挖掘机实现的基本功能1 动臂提升合流2 斗杆大腔、小腔合流3 铲斗大腔、小腔合流4 动臂提升优先5 回转优先6 斗杆再生功能7 斗杆闭锁功能8 行走直线功能2.1.4 工作机构型号的选定反铲装置主要用于挖掘停机面以下的土壤。斗容量小于 1.6M 3 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

28、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。如图 2.1 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

29、转角，通常采用摇臂连杆机构来和铲斗联。图 2-1 工作机构型号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2.2 工作机构单元液压回路的选择2.2.1 双泵供油回路的确定图 2.2 所示 为双泵供油快速运动回路，该回路采用液控伺服阀，液控伺服阀在接受电气模拟信号后，响应的调制出流量和压力，其次采用伺服液压缸，伺服缸通过对某一物体施加可控的推、拉、扭、压等作用力，实现对物体的运动方向、位置、速度的随意控制。双泵供油回路的有点是功率损耗小，系统效率高， 所以应用很普遍。13图 2-2 双泵供油快速回路2.2.2 铲斗、动臂、斗杆平衡回路的

30、确定图 2.3 所示为液压系统执行机构的平衡回路,平衡阀的原理是阀体内的反调节，当入口处压力加大是，自动减小通径，减少流量的变化，反之亦然。而且起调节作用的阀片，是有方向性的，方向的压力甚至可以减少甚至封闭流量。平衡阀属于调节阀范畴，它的工作原理是通过改变阀芯与阀座的间隙，改变流经阀门的流通阻力，达到平衡流量的目的。图 2-3 平衡回路1-单向阀2溢流阀142.2.3 铲斗、动臂、斗杆的锁紧回路图 2.4 为执行机构的一个工作回路，该回路为一个闭锁回路，闭锁回路的作用主要是液压执行元件不工作时切断其进、出油液通道，确切的使它保持在既定位置上。该闭锁回路由方向控制装插件控制其工作方向，油液经左边

31、的缓冲阀流经多路换向阀，换向阀的主要作用是控制执行机构的伸出缩进，马达的正反转等等。图 2.4 锁紧回路1 - 缓冲阀2 - 方向控制装插件3平衡阀2.2.4 其它基本回路的确定(1) 限压回路限压回路用来限制压力，使其不超过某一调定值。限压的目的有两个：一是限制系统的最大压力，使系统和元件不因过载而损坏，通常用安全阀来实现，安全阀设置在主油泵出油口附近；二是根据工作需要，使系统中某部分压力保持定值或不超过某值，通常用溢流阀实现，溢流阀可使系统根据调定压力工作，多余的流量通过此阀流回油箱，因此溢流阀是常开的。15图 2-5限压回路1- 换向阀2- 限压阀3- 油缸(2) 节流回路节流调速是利用

32、节流阀的可变通流截面改变流量而实现调速的目的，通常用于定量系统中改变执行元件的流量。这种调速方式结构简单，能够获得稳定的低速，缺点是功率损失大，效率低，温升大，系统易发热，作业速度受负载变化的影响较大。根据节流阀的安装位置，节流调速有进油节流调速和回油节流调速两种。图 2-6 节流回路1- 齿轮泵2- 溢流阀3- 节流阀4- 换向阀5- 油缸16(3) 行走限速回路履带式液压挖掘机下坡行驶时因自重加速，可能导致超速溜坡事故，且行走马达易发生吸空现象甚至损坏。因此应对行走马达限速和补油，使行走马达转速控制在允许范围内。图 2-7 行走限速回路1- 换向阀 2.3- 压力阀 4.5.6- 单向阀

33、8.9- 安全阀 10- 行走马达(4) 闭锁回路和再生回路动臂操纵阀在中位时油缸口闭锁，由于滑阀的密封性不好会产生泄露，动臂在重力作用下会产生下沉，特别是挖掘机在进行起重作业时要求停留在一定的位置上保持不下降，因此设置了动臂支持阀组。如图 2-8 所示，二位二通阀在弹簧力的作用下处于关闭位置，此时动臂油缸下腔压力油通过阀芯内钻孔通向插装阀上端，将插装阀压紧在阀座上，阻止油缸下腔的油从 B 至 A，起闭锁支撑作用。当操纵动臂下降时，在先导操纵油压 P 作用下二位二通阀处于相通位置， 动臂油缸下腔压力油通过阀芯钻孔油道经二位二通阀回油，由于阀芯内钻孔油道节流孔的节流作用，使插装阀上下腔产生压差，

34、在压差作用下克服弹簧力，将插装阀打开，压力油从 B 至 A。17图 2-8闭锁与再生回路（5） 容积节流调速回路容积节流调速回路的基本原理是用压力补偿型变量泵供油，用流量控制元件确定进入液压缸或用液压缸流出的流量来调节活塞的运动速度，并使变量泵的输油量自动地与液压缸锁需流量相适应。这种调速回路没有溢流损失、效率较高， 速度稳定性也比单纯的容积调速回路好。常见的容积节流调速回路有定压式和变压式两种。这里主要用的是定压式的容积节流调速回路。如图 2-9 所示图 2-9 定压式容积节流调速回路及其调速特性183 挖掘机总液压系统的设计3.1 挖掘机液压装置的布局液压系统总体布局有集中式、分散式。集中

35、式结构是将整个设备液压系统的油源、控制阀部分独立设置于主机之外。分散式结构是将液压系统中液压泵、控制调节装置分别安装在设备上适当的地方。机床、工程机械等可移动式设备一般都采用这种结构。3.2 液压阀的配置方式1） 板式配置 板式配置是把板式液压元件用螺钉固定在平板上，班上钻有与阀口对应的孔，通过管接头联接油管而将各阀按系统图接通。这种配置可根据需要灵活改变回路形式。2） 集成式配置 目前液压系统大多数都采用集成形式。它是将液压阀件安装在集成块上，集成块一方面起安装底板作用，另一方面起内部油路作用，这种配置结构紧凑，安装方便。3.3 挖掘机液压系统分析如附件所示为挖掘机液压系统总图，从左至右分别

36、为铲斗液压执行机构、动臂液压执行机构、斗杆液压执行机构，右上角为两个双速行走马达，每个执行机构都由一个平衡回路和闭锁回路组成，方向控制组合阀主要功用是能使执行元件在任一位置上停止运动。两位两通合流阀主要控制液压系统承受的压力损失。双速行走马达主要为液压执行元件提供动力。行走马达与多路换向阀联接主要为系统实现多种动作。在液压系统中，如何保证液压压力的稳定，其中很重要的关键就是在回路中安放单向阀。在执行机构完成一个动作后要保证机构能够快速停止或快速启动，这就要求在执行机构回路中联接缓冲阀，要实现液压系统各种方向的动作，多路换向阀的布置应尽量与执行机构回路的距离缩短，因为这样可以大大减小损耗。在进行

37、液压系统分析时应首先考虑如下几个问题。（1） 对挖掘机液压系统故障分析时，如果故障是渐变，一般是由于磨损导致原始尺寸与配合的改变而丧失原始功能；如是突变，往往是零部件突然损坏所致，比如弹簧折断、密封件损坏、运动件卡死或污物堵塞等（2） 挖掘机液压传动系统常见故障的三个基本的“致病”原因是：液压系统的污染、液压系统的温度过高和液压系统的泄漏。三个因素有着密切的内在联30系，出现其中任何一个问题，就会连带产生另外一个或多个问题。（3） 液压系统液压油若粘度过高，则油液在管道和液压元件中通过阻力增大，功率损失增加，油温上升；若粘性过低，则泄漏量增加，油液从隙缝（节流） 中急速流动就会产生局部高温，而

38、造成整个系统油温升高。3.4 液压系统中几种低压回路的作用（1） 背压油路：由系统回路上的背阀所产生的低压油（0.81MPa）在制动或出现超速吸空时通过双向补油阀 26 向液压马达的低油腔补油，以保证滚轮始终贴紧导轨表面，使马达工作平稳并有可靠的制动性能。（2） 排灌油路：将低压油经节流阀减压后引入液压马达壳体，使马达即使在不运转的情况下客体内仍保持一定的循环油量。其目的，一是使马达壳体内的磨损物经常得到冲洗；二是对马达进行预热，防止当外界温度过低时由主油路通入温度较高的工作油液以后引起配油轴及柱塞副等精密配合局部不均匀的热膨胀，使马达卡住或咬死而发生故障（即所谓的“热冲击”）。（3） 泄露油

39、路（无背压）：将多路阀和液压马达的内部漏油用油管集中起来，经过滤油器引回油箱，以减少外泄露。液压系统的回油路经过风冷式冷却器.滤油器后流回油箱，使回油得到冷却和过滤，以保证挖掘机在连续工作状态下油箱内的油温不超过 80摄氏度。3.5 液压元件的选用（1） 压力控制阀.按工作原理分为直动式和先导式，按阀心分为滑阀、球阀和锥阀按功能分为溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀等等（2） 方向控制阀.方向控制阀分为两类，一类是单向阀，另一类是换向阀。单向阀一般是液控的和普通的。换向阀的种类比较繁多，也是液压系统中运用最多的液压阀。主要按通类分为一通二通三通及以上，其次按工作位置分为一位二位及三位以上，所以液压

40、系统可选的换向阀种类很多。而且换向阀由于其重要作用，现今换向阀的控制方式也有很多，如电磁幻想、电液换向、液动换向、手动机动等等（3） 流量控制阀.通过改变阀口通流面积的大小来改变液阻，控制通过阀的流量，达到调节执行元件运动速度的目的。常用的流量控制阀有普通节流阀、调速阀等。液压系统中使用的流量控制阀应满足如下要求；具有足够的调节范围；能够保证稳定的最小流量；温度和压力变化对流量的影响要小；调节方便；泄漏小等。（4） 电液伺服阀.电液伺服阀是一种变电气信号为液压信号以实现流量或压力控制的转换装置。它充分发挥了电气信号传递快，线路连接方便，适于远距离控制，易于测量、比较和校正的有点，和液压动力输出

41、力大、惯性小、反应快的有点。这两者的结合使电液伺服阀成为一种控制灵活、精度高、快速性好、输出功率大的控制元件。按输出和反馈的液压参数不同，电液伺服阀分为流量伺服阀或压力伺服阀两大类，前者应用远比后者广泛。3.6 辅助元件的选用（1） 油管.由于系统工作压力高，所以在系统中没有相对运动的管路中选用无缝钢管，它能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，装拆方便，所以适合用在高压管道。在系统中有相对运动的压力管道选用高压橡胶管。（2） 管接头.在采用无缝钢管的管路中，管接头采用锥密封焊接式管接头， 他除了具有焊接头的优点外，由于它的 O 形密封圈装在锥体上，使密封有调节的可能，密封更可靠。工作压力

42、为34.5MP 工作温度为-25+80 摄氏度。在橡胶管的接头处选用扣压式胶管接头，安装方便，与钢丝编织胶管配套总成，适合在油温为-30+80 摄氏度的环境工作。（3） 密封装置.在液压系统中密封装置非常重要，它是用来防止工作介质泄露及外界灰尘和异物的侵入，以保证系统建立起必要的压力，使其能够正常工作。密封装置应满足在一定的压力.湿度范围内具有良好的密封性能。密封装置和运动件之间的摩檫力要小，摩檫系数要稳定，抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性好，磨损后在一定程度上能自动补偿，结构简单，使用维护方便， 价格低。其于以上几点，在有相对运动且有摩檫的元件上使用 Y 型密封圈，其截面小，结构紧

43、凑。且Y 型密封圈能随压力增高而增大，并能自动补偿磨损。在相对摩檫不严重或无相对摩檫的元件上用 O 型密封圈，其结构简单，容易制造，密封性能好，摩檫力小，安装方便。（4） 滤油器.在液压系统中，不允许液压油含有超过限制的固体颗粒和其他不溶性赃物。因为这些杂质可以使间隙表面划伤，造成内部泄露量增加，从而降低效率增加发热。这些杂质还会使阀芯卡死，小孔或缝隙堵塞，润滑表面破坏，造成液压系统故障，胶状物和淤渣等杂质，将会引起元件粘着，酸类还将加速运动件的腐 蚀和使油液进一步恶化。因此要采用滤油器对油液进行过滤，以保证油液质量符合标准。因此选用网式滤油器安装在泵吸油管上，这种滤油器压力损失不超过 0.0

44、4*10 5MP4 参数计算及选择4.1 液压缸负载分析每斗料的重量M = 1.2 1.65 = 1980 (Kg)（4-1）G = mg = 1980 9.8 = 19404 (KN)（4-2）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（4-3） F 拉 374.5 = 19404 120619404 1206(KN)得拉F=374.5= 81.2工作压力的选定关系到设计出和系统是否经济合理；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维护

45、要求提高，并使容积效率降低。一般是根据机械的类型来选择工作压力。执行元件工作压力可以根据总负载值或者主机设备类型选取，如表 4-1 所示表 4-1 负载和工作压力之间的关系负载 F/KN10102070140140250250工作压力0.8-1.21.5-2.51014182132P/MPa由负载值大小查上表，参考同类型挖掘机，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，故选择带缓冲，油口连接方式选择外螺纹25。4.2 计算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 (p15mpa)d=(0.6-0.7)D(5mpa p17mpa)(1) 液压油缸的缸径、杆径和工作压力确定根据技术条件：确定液压缸径和杆径及行程为：缸径D=125mm，杆径d=0.7D=85mm由此计算出液压系统工作压力为：P= 14Fp (D2 - d 2 )（4-4）=（2847103）/（1252-852）=32MPa式中 F 为锁紧力，F=284KN(2) 缸筒壁厚计算根据机械设计手册，在此液压系统中，3.2D/16，故缸筒壁厚应用中等壁厚计算公式，此时：PyD