液壓挖掘機設(shè)計

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1、 小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 目 錄 前言……………………………………………………………………………8 摘要……………………………………………………………………………9 第一章 文獻綜述…………………………………………………………10 1 液壓挖掘機的發(fā)展前景………………………………………………10 第二章 明確設(shè)計要求，確定基本方案……………………………… 12 2.1液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)………………………………………………………12 2.2液壓挖掘機大致結(jié)構(gòu)……………………………………………………12 2.3 對液壓系統(tǒng)的要求………………………………………

2、……………12 2.4 確定液壓執(zhí)行元件的形式……………………………………………13 2.5 擬定液壓執(zhí)行元件運動控制回路 ……………………………………13 2.6 液壓源系統(tǒng)……………………………………………………………15 第三章 繪制液壓系統(tǒng)原理圖。確定基本方案…………………………17 3.1 主機功能結(jié)構(gòu)…………………………………………………………17 3.2 液壓系統(tǒng)工作原理……………………………………………………17 第四章 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)………………………………………21 4.1初選系統(tǒng)工作壓力………………………………………………………21 4.2液壓缸

3、的流量……………………………………………………………21 4.3液壓缸的功率……………………………………………………………21 4.4 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸……………………………………………22 第五章 液壓缸的設(shè)計………………………………………………………25 5.1 選擇液壓缸的類型和安裝方式…………………………………………25 5.2 液壓缸性能的參數(shù)計算…………………………………………………25 5.3 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計……………………………………………………27 5.4 液壓缸的聯(lián)接計算………………………………………………………32 第六章 液壓泵和油箱的選

4、擇……………………………………………41 6.1液壓泵的選擇……………………………………………………………41 6.2 液壓油箱的計算…………………………………………………………42 第七章 液壓系統(tǒng)性能驗算………………………………………………43 7.1.液壓系統(tǒng)壓力損失………………………………………………………43 7.2.液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算………………………………………………45 第八章 設(shè)計液壓裝置，編制技術(shù)文件…………………………………47 8.1 液壓裝置總體布局………………………………………………………47 8.2 液壓閥的配置形式………………………………

5、………………………47 8.3 通道塊設(shè)計………………………………………………………………47 8.4 繪制正式工作圖，編寫技術(shù)文件………………………………………48 后記………………………………………………………………………49 附錄……………………………………………………………………………50 參考文獻………………………………………………………………………56 前 言 液壓技術(shù)與現(xiàn)代社會中人們的日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究活動產(chǎn)生著日益密切的關(guān)系，已成為現(xiàn)代機械設(shè)備和裝置中的技術(shù)構(gòu)成、現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素和工業(yè)及國防自動化的重要手段，并在國民經(jīng)濟

6、各行業(yè)以及幾乎所有技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，應(yīng)用液壓技術(shù)的程度已成為衡量一個國家工業(yè)化水平的標志。所以正確合理的設(shè)計與使用液壓系統(tǒng)，對于提高各類液壓機械及裝置的工作品質(zhì)和技術(shù)經(jīng)濟性能具有重要意義。 由于液壓技術(shù)的飛速發(fā)展，我們工作小組在周明老師的指導(dǎo)下選擇了小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)優(yōu)化做課題，目的是通過此次設(shè)計對液壓技術(shù)有更全面。更深刻的了解，以適應(yīng)社會日益發(fā)展的需求。 本次畢業(yè)設(shè)計是對小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)優(yōu)化，其中涵蓋了液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計、液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的設(shè)計及校核、液壓缸、液壓馬達的選擇、液壓元件的選擇、液壓系統(tǒng)的性能驗算、液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)的確定等等。 此次設(shè)計在組員的共同

7、努力下圓滿完成，達到了預(yù)期的效果。為我們以后的工作提供了很好的實踐機會。限于水平和經(jīng)驗局限，設(shè)計說明書中難免存在錯漏之處，懇請老師、同學給予批評、指正。 2015年6月 小型液壓挖掘機系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 摘要 此次設(shè)計的是斗容為0.1履帶式全液壓小型

8、單斗挖掘機，它是雙泵定量系統(tǒng)，采用多路換向閥的并聯(lián)油路、專用手動換向閥的合流方式。本次設(shè)計主要內(nèi)容是液壓系統(tǒng)的優(yōu)化和液壓缸的設(shè)計。為了適用小型路面的維護，我們增加了沖擊器起碎石作用；為了提高生產(chǎn)率設(shè)置了合流措施；此次設(shè)計還設(shè)計了限速措施，防止重力超速。小型挖掘機具有結(jié)構(gòu)緊湊、挖掘力大、傳動平穩(wěn)、操作簡便以及容易實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點。 關(guān)鍵字 小型挖掘機 液壓缸 液壓馬達 液壓泵 優(yōu)化 校核 Abstract This design is the Big Dipper to be around 0.1 tracked hydraulic excavator smal

9、l-fighting, which is double-pump quantitative system, the introduction of the multi-route Change direction valve Oil line parallel connection, the Central Change direction valve dedicated manual mode. This is the main content of hydraulic system design optimization. For the application of small-scal

10、e road maintenance, we have increased the impact on a gravel; To enhance productivity for the Convergence; This design also designed speed measures to prevent gravity speeding. Small excavator with tight structure, digging power, the transmission smooth, easy to operate and achieve automatic control

11、 of advantages. Key words Small excavator Hydraulic tanks Hydraulic motors Hydraulic Pump Optimization Degree 第一章 文獻綜述 1.1 畢業(yè)設(shè)計課題名稱 畢業(yè)設(shè)計課題：小型液壓挖掘機系統(tǒng)優(yōu)化液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計部分。 1.2 畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容要求 1.2.1 適用于小型路面維護的液壓挖掘機雙泵液壓系統(tǒng)的設(shè)計。 1.2.2 液壓系統(tǒng)元件的選型 1.2.3

12、 液壓系統(tǒng)管路設(shè)計 1.2.4 液壓系統(tǒng)的能量損失及優(yōu)化 1.2.5 基本參數(shù)：斗容0.1、碎石沖擊功150J/次 、流量28L/min、機重約10N、成本約人民幣10萬元左右。 1.2.6 圖紙數(shù)量折合標準圖紙不少于四張A1圖紙，計算機繪圖的圖紙不少于5張；論文格式和內(nèi)容符合學院的統(tǒng)一格式和規(guī)范要求。 1.3 液壓挖掘機的發(fā)展前景 隨著小型挖掘機市場的慢慢興起，國內(nèi)生產(chǎn)小型挖掘機的企業(yè)逐年增多，產(chǎn)量也在不斷增加。目前國內(nèi)挖掘機行業(yè)處在一個快速發(fā)展的時期，近3年銷量以每年50％以上的速度增長，目前挖掘機行業(yè)已經(jīng)成為國內(nèi)工程機械行業(yè)內(nèi)市場總量最大的行業(yè)之一

13、。 　　近幾年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，小型挖掘機市場也逐漸升溫，為業(yè)內(nèi)人士普遍看好。從2005年國家制定經(jīng)濟發(fā)展目標來看，我國正處在道路交通、能源水利、城市建設(shè)等各方面基礎(chǔ)建設(shè)的高峰期，但前些年大量投入使用的高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施，正越來越多地進入維護保養(yǎng)期，同時城市建設(shè)也由“大拆大建”逐漸向“精雕細刻”轉(zhuǎn)變，因此小型化的土方工程施工會越來越多。 　　業(yè)內(nèi)有關(guān)專家分析認為，發(fā)展小型工程機械有三大優(yōu)勢：首先小型設(shè)備的研制開發(fā)是在大型工程機械設(shè)備的技術(shù)基礎(chǔ)上進行的，開發(fā)人員可以總結(jié)大型工程機械施工應(yīng)用中的優(yōu)點，對于大型施工機械表現(xiàn)出的不足給予了針對性的改進。其次小型設(shè)備能夠最大限度滿足

14、施工方案及特種作業(yè)的需求，并具備環(huán)保（低排放、低噪音）、靈活、安全的特性。此外勞動力成本的逐步上升，推動了工程機械化程度的快速提高，小型機械代替人工在節(jié)約成本的同時，能夠增強施工的安全性、可靠性，并且比人工更高效，這也為小型設(shè)備的使用和規(guī)模化發(fā)展創(chuàng)造了條件。 　　目前，國內(nèi)小型工程機械市場還存在種種困難和不足，尚未形成有較強市場影響力的小型設(shè)備品牌。因此，在工程機械市場普遍走低的今天，小型工程機械未來的發(fā)展前景是值得相關(guān)企業(yè)關(guān)注的。雖然目前我國小型挖掘機的市場保有量及銷量所占比例甚微，但有一個不爭的事實，我國的小型挖掘機市場業(yè)已呈迅速啟動之勢。在我國，8噸以下的小型挖掘機越來越顯示出巨大

15、的市場潛力，預(yù)計今年國內(nèi)小型挖掘機的年產(chǎn)量將達到5000臺左右。如果把未來幾年內(nèi)小、微型挖掘機市場需求量與大中型挖掘機按0.5:1的比值計算，小型挖掘機的市場的容量足以令人振奮。 　　從我國小型、多功能挖掘裝載機從無到有的發(fā)展歷史看，大量的工程機械生產(chǎn)廠家在發(fā)展過程中積累了豐富的經(jīng)驗和較為成熟的生產(chǎn)技術(shù)，均會在今后幾年看上這塊潛在的市場，預(yù)計新產(chǎn)品、新技術(shù)將不斷出現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量也將迅速提高，這將會導(dǎo)致多功能挖掘裝載機市場的激烈競爭。 　　有關(guān)專家指出，由于我國的挖掘裝載機起步晚，不論在產(chǎn)品品種、性能參數(shù)以及使用可靠性、售后服務(wù)等方面，與國外相比均存在著相當大的差距。因此，其發(fā)展趨勢是

16、引進國外的先進技術(shù)，開發(fā)高質(zhì)量、多功能、多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，加強基礎(chǔ)元件、部件的生產(chǎn)，尤其是提高液壓元件的質(zhì)量，以達到在滿足產(chǎn)品可靠性的前提下，降低產(chǎn)品成本，并提高產(chǎn)品的售后服務(wù)水平。 第二章 明確設(shè)計要求，確定基本方案 2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù) 斗容 0.1m3 碎石 沖擊功 150J/次 流量 28L/min 機重 約10000 N 成本 約人民幣10萬元 2.2 液壓挖掘機大致結(jié)構(gòu) 單斗液壓挖掘機主要由工作裝置（包括動臂、斗杠和鏟斗）、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu)組成。工作

17、裝置由三個液壓缸分別驅(qū)動動臂、斗桿和鏟斗的運動?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)由一個液壓馬達通過減速裝置，使小齒輪和大齒輪嚙合傳動，以便使上車和小車相對轉(zhuǎn)動。履帶式液壓挖掘機其行走機構(gòu)是通過兩個液壓馬達來驅(qū)動的，無支腿裝置。 圖2-1 單斗液壓挖掘機結(jié)構(gòu)示意圖 1- 鏟斗 2- 鏟斗液壓缸 3- 動臂 4- 斗桿液壓缸 5- 斗桿 6- 動臂液壓缸 7- 行走結(jié)構(gòu) 8- 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 2.3 對液壓系統(tǒng)的要求 2.3.1 適用于小型路面維護的液壓挖掘機，鏟斗可替換成碎石機用。 2.3.2 液壓系統(tǒng)有足夠可靠性。要

18、選擇可靠、耐沖擊、抗污染能力強的液壓元件。要盡量減少系統(tǒng)發(fā)熱，主機連續(xù)工作油溫一般不超過80度。因挖掘機油箱不能太大，所以要設(shè)置油冷卻器。 2.3.3 動臂、斗桿和鏟斗既要能單獨工作，又要保證同時動作互相不干擾?；剞D(zhuǎn)和工作裝置既可保證單獨工作，又要同時工作，以提高生產(chǎn)率。為提高動臂和斗桿的作業(yè)速度，可設(shè)置合流措施。因挖掘機作業(yè)時不行走，行走時不作業(yè)。所以，行走機構(gòu)和工作機構(gòu)無需保證同時工作。 2.3.4 行走的左右履帶的液壓馬達要能單獨驅(qū)動，以保證同步運行和靈活地原地轉(zhuǎn)彎。 2.3.5 各裝置的液壓缸和馬達要良好的過載措施。工作裝置液壓缸行走液壓馬達回路為防止重力超

19、速，需限速措施，如液壓缸可用單向節(jié)流閥，液壓馬達可用限速閥。 2.3.6 為保證液壓油的清潔度，必須設(shè)置可靠，高效能濾油裝置，這是確保液壓元件正常、可靠工作必不可少的措施。 2.3.7 成本控制在10萬元左右 2.4 確定液壓執(zhí)行元件的形式 液壓缸 實現(xiàn)直線往返運動，要求當系統(tǒng)不工作時鎖緊。 液壓馬達 完成回轉(zhuǎn)運動，馬達不工作時鎖緊。 行走馬達 左、右馬達均可獨立工作實現(xiàn)直線前進、倒退、左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎。 根據(jù)設(shè)計要求選用下表執(zhí)行元件 表1執(zhí)行

20、元件的初步選擇 名稱 特點 適用場合 單活塞桿液壓缸 有效工作面積大、雙向不對稱 往返不對稱的直線運動，差動可實現(xiàn)快進，A1=2A2 往返速度相等 擺線齒輪馬達 體積小、輸出扭矩大 低速、小功率、大扭矩的回轉(zhuǎn)運動 2.5 擬定液壓執(zhí)行元件運動控制回路 2.5.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的確定 回轉(zhuǎn)機構(gòu)為360度旋轉(zhuǎn)運動，采用低速，大扭矩的擺線齒輪馬達驅(qū)動，由多路換向閥控制旋轉(zhuǎn)方向和停止，液控單向閥鎖緊。 圖2-2 2.5.2

21、工作機構(gòu)的確定 工作機構(gòu)為單純的直線往復(fù)運動，動臂缸、斗桿缸、鏟斗缸均采用單活塞雙作用液壓缸直接驅(qū)動，由換向閥控制運動方向。 圖2-3 2.5.3 行走機構(gòu)的確定 行走的左右履帶的液壓馬達各自由齒輪馬達驅(qū)動，由多路換向閥控制前進，后退和停止，速度控制通過流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度（限制速度），2個益流閥緩沖。 圖2-4 2.5.4

22、采用2個液壓單向閥的鎖緊系統(tǒng)鎖緊精度高，部分采用單向閥鎖緊系統(tǒng)。 圖2-5 圖2-6 2.5.5 液壓源的選擇 設(shè)置可靠，高效能濾油裝置以保證液壓油的清潔度。 2.6 液壓源系統(tǒng) 本設(shè)計液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)采用定量泵供油，液壓泵的供油量大于系統(tǒng)的供油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。 對在工作循環(huán)各階

23、段中系統(tǒng)所需要油量相差較大的情況，本設(shè)計采用多泵供油。 油液繁榮凈化裝置是液壓源中不可缺少的。在泵的入口裝有粗過濾器，為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，在回油路上設(shè)置了過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境對油溫的要求，考慮在回油路上設(shè)置了冷卻器冷卻的需要。 第三章 繪制液壓系統(tǒng)圖 液壓系統(tǒng)工作原理 3.1主機功能結(jié)構(gòu) 單斗液壓挖掘機是一種自行式土方工程機械。鏟斗、斗桿和動臂統(tǒng)稱為工作結(jié)構(gòu)分別由各自的液壓缸驅(qū)動并由泵1分管；回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu)和各自的液壓馬達驅(qū)動，整個機器的動力由電動機提供。 3.2 液壓系

24、統(tǒng)工作原理 本設(shè)計產(chǎn)品為0.1履帶式全液壓單斗挖掘機液壓原理系統(tǒng)，采用雙泵供油，多路換向的并聯(lián)油路。 圖3-1 并聯(lián)方案 圖3-2串聯(lián)方案 此方案為多缸串聯(lián)系統(tǒng)，泵1通過換向閥分管鏟斗缸、鏟土缸、左行走馬達和回轉(zhuǎn)馬達，特點是油泵利用率高，整機工作效率高，泵2負載較平均，但存在下列缺點： （1）每個回路在同一時間內(nèi)最好只使一個缸操作。 （2）所有換向閥都要適應(yīng)油泵的輸油量要求，型號加大。 （3）串聯(lián)的換向閥越多，阻力越大。 （4）換向閥在換向時容易引起沖擊。 （5）多路閥組中假如前一個閥不工作時，其出油口為高壓油不符合閥高壓進油低壓出油的原則。 綜合考慮此設(shè)計我們采

25、用并聯(lián)方案。 3.2.1 泵1通過換向閥組分管鏟斗缸、動臂缸、推土缸和挖土缸 現(xiàn)具體說明如下： 推動手柄使二位三通換向閥7左端接通控制油路，閥7的左位機能起作用。同時也推動手柄使三位六通換向閥10上端接通控制油路，閥10的上位機能起作用，將主油路溝通。 進油路線 泵1二位三通閥7左位單向閥9三位六通換向閥10上位復(fù)合液控單向閥16鏟斗液壓缸22右腔 此時鏟斗液壓缸的右腔壓力逐漸增大，推動活塞向左運動。 回油路線 鏟斗液壓缸22左腔復(fù)合液控單向閥16三位六通換向閥10上位過濾器2油箱 推動手柄使二位三通換向閥7左端接通控制油路，閥7的左位

26、機能起作用。同時也推動手柄使三位六通換向閥10下端接通控制油路，閥10的下位機能起作用，將主油路溝通。 進油路線 泵1二位三通閥7左位單向閥9三位六通換向閥10下位復(fù)合液控單向閥16鏟斗液壓缸22左腔 此時鏟斗液壓缸的左腔壓力逐漸增大，推動活塞向右運動。 回油路線 鏟斗液壓缸22右腔復(fù)合液控單向閥16三位六通換向閥10下位過濾器2油箱 推動手柄使二位三通換向閥7左端接通控制油路，閥7的左位機能起作用。同時也推動手柄使三位六通換向閥10中端接通控制油路，閥10的中位機能起作用，將主油路溝通。 進油路線 泵1二位三通閥7左位過濾器2油箱 同理泵1通過三

27、位六通閥11、12、13分別控制斗桿液壓缸21、動臂液壓缸20、推土液壓缸23，也有三種情況。此系列的最大工作壓力由溢流閥4確定，閥18、閥19組成液壓鎖防止液壓缸在停止運動時因外力的作用發(fā)生位移或竄動。單向閥9也起鎖緊作用，溢流閥8起調(diào)壓和保護作用，當系統(tǒng)壓力過大時，液壓油沖開溢流8的彈簧裝置直接流回油箱。 3.2.2 泵2通過另一組多路換向閥分管行走馬達和回轉(zhuǎn)馬達 現(xiàn)具體說明如下： 推動手柄使二位三通換向閥6右端接通控制油路，閥6的右位機能起作用。同時也推動手柄使三位六通換向閥31上端接通控制油路，閥31的上位機能起作用，將主油路溝通。 進油路線 泵2二位三通

28、閥6右位單向閥25三位六通換向閥31上位復(fù)合液控單向閥26回轉(zhuǎn)馬達34左腔 回油路線 回轉(zhuǎn)馬達34右腔復(fù)合液控單向閥26三位六通換向閥31上位過濾器1油箱 推動手柄使二位三通換向閥6右端接通控制油路，閥6的右位機能起作用。同時也推動手柄使三位六通換向閥31下端接通控制油路，閥31的下位機能起作用，將主油路溝通。 進油路線 泵2二位三通閥6右位單向閥25三位六通換向閥31下位復(fù)合液控單向閥26回轉(zhuǎn)馬達34右腔 回油路線 回轉(zhuǎn)馬達34左腔復(fù)合液控單向閥26三位六通換向閥31下位過濾器1油箱 推動手柄使二位三通換向閥6右端接通控制油路，閥6的右位機能

29、起作用。同時也推動手柄使三位六通換向閥31中端接通控制油路，閥31的中位機能起作用，將主油路溝通。 進油路線 泵2二位三通閥6右位過濾器1油箱 同理泵2通過三位六通閥35、36分別控制左行走馬達35、右行走馬達36，也有三種情況。此系列的最大工作壓力由溢流閥3確定，閥18、閥19組成液壓鎖防止回轉(zhuǎn)馬達在停止運動時因外力的作用發(fā)生位移或竄動。單向閥25也起鎖緊作用，溢流閥24起調(diào)壓和保護作用，當系統(tǒng)壓力過大時，液壓油沖開溢流24的彈簧裝置直接流回油箱。溢流閥27、溢流閥28、溢流閥29、溢流閥30起調(diào)壓和保護作用，當系統(tǒng)壓力過大時，液壓油沖開溢流的彈簧裝置經(jīng)三位六通換向閥直接流回油

30、箱。 另外過濾器1、2使油液過濾，壓力表顯示壓力值，當挖掘時遇到堅硬的土壤或石塊時，油路經(jīng)二位三通換向閥6、二位三通換向閥7進入沖擊器并將其擊碎同時起防止沖擊，緩沖液壓系統(tǒng)壓力作用。 第四章 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力、流量和功率。通常，首先選擇系統(tǒng)的設(shè)計壓力，并按最大外負載和選定的設(shè)計壓力計算執(zhí)行器的主要幾何參數(shù)，然后根據(jù)對執(zhí)行器的速度要求，確定其流量。壓力和流量一確定，即可確定其功率。 4.1 初選系統(tǒng)工作壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配

31、空間、經(jīng)濟條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力底，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，反之壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對與固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機構(gòu)重載設(shè)備壓力要選得高一些。 由于本設(shè)計是小型路面挖掘、碎石兩用機，機重約1噸,工作時沖擊器功率也不大，小型挖掘機在工程機械中常選取中壓壓力(10～20MPa)，考慮到最好采用國家系列標準值“公稱壓力及流量系列”(),所以初選定系統(tǒng)工作壓力為10MPa。 4.2 計算液壓缸的流量

32、 (4-1) 液壓缸的有效工作面積 活塞與缸體的相對速度 a. 鏟斗缸、推土缸 代入數(shù)據(jù)得 取0.08 =0.00040192 =401.92 =24.12 4.3計算液壓缸的功率 液壓缸所做的功為W=FS 功率則為N= 由于F=PA，V=代入上式，則 N=FV=PA=PQ

33、 （4-2） P-----工作壓力（Pa） Q-----輸入流量（） a. 鏟斗缸，推土缸 N=10 =4.02 表 2 液壓執(zhí)行元件實際工作壓力 工況 執(zhí)行元件名稱 載荷 背壓力 流量L/min 工作壓力MPa 功率 挖掘 鏟斗缸 38.9 KN —— 24.12 10 4.02kw 挖掘 推土缸 38.9 KN —— 24.12 10 4.02kw 4.4 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 4.4.1 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸-液壓缸的內(nèi)徑D

34、 圖4-1 (4-3) - 無桿腔活塞有效作用面積 - 有桿腔活塞有效作用面積 - 液壓缸工作腔壓力 Pa - 液壓缸回油腔壓力 Pa 其值根據(jù)回路的具體情況而定回油路較短，且直接回油箱可忽略不計 D – 活塞直徑 d - 活塞桿直徑 - 液壓缸的機械效率 此系統(tǒng)為0.9 表3液壓缸、氣壓缸的缸筒內(nèi)徑尺寸系列 /mm 8 40 125 （280） 10 50 （14

35、0） 320 12 63 160 （360） 16 80 （180） 400 20 （90） 200 （450） 25 100 （220） 500 32 （110） 250 注：括號內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用者 鏟斗缸、推土缸的內(nèi)徑D 代入數(shù)據(jù) (4-4) 得 D=70.38 查表3 得 D=80mm 4.4.2計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸-活塞桿的直徑d mm (4

36、-5) d – 塞桿直徑 D – 液壓缸內(nèi)徑 - 速比 由表4得 表4 公稱壓力/MPa 少于等于10 12.5—20 大于20 1.33 1.46，2 2 鏟斗缸、推土缸的活塞桿直徑d 代入數(shù)據(jù)得 d=56.5 mm 查表5得 d=56 mm 表5 液壓缸、氣壓缸的活塞桿外徑尺寸系列 /mm 4 18 45 110 280 5 20 50 125 320 6 22 56 140 360 8 25 63

37、 160 10 28 70 180 12 32 80 200 14 36 90 220 16 40 100 250 4.4.3 選擇液壓馬達 1 回轉(zhuǎn)液壓馬達 根據(jù)排量 輸出力矩 選用 BMV-630擺線齒輪馬達 排量 額定壓力 最高壓力 額定轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速 工作油溫 630 16 18 170 210r/min 20 容積效率 總效率 額定功率 輸出轉(zhuǎn)矩 生產(chǎn)廠家 油液過濾溫度 90% 80% 26KW 1490N 鎮(zhèn)江液壓總廠 10-30 1 行走液壓馬達

38、 根據(jù)排量 輸出力矩 選用 BMV-315擺線齒輪馬達 排量 額定壓力 最高壓力 額定轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速 生產(chǎn)廠家 315mL 16mPa 20mPa 335 420 鎮(zhèn)江液壓總廠 工作由溫 容積效率 總效率 額定功率 輸出轉(zhuǎn)矩 油液過濾溫度 20---60 90% 80% 25kw 705N 10-30 第五章 液壓缸的設(shè)計 5.1 選擇液壓缸的類型和安裝方式 5.1.1 根據(jù)挖掘機工作時的運動要求、機構(gòu)要求及成本等綜合因素，選擇直線運動液壓缸里的單活塞雙作用液壓缸。 5.1.2 動臂缸、斗桿缸的行

39、程500mm，鏟斗缸、推土缸的行程250mm 5.1.3 系統(tǒng)工作壓力為10MPa，根據(jù)挖掘機的結(jié)構(gòu)安裝方式，選定液壓缸的安裝方式為耳環(huán)型。缸體與缸蓋采用螺栓連接方式。 5.2 液壓缸性能的參數(shù)計算 5.2.1 液壓缸的輸出力 a. 鏟斗缸，推土缸 F =F=35KN 5.2.2 液壓缸的阻力 (5-1) 公稱壓力 活塞的有效面積 液壓缸

40、的輸出力 a. 鏟斗缸，推土缸 =50240-35000 =15240 5.2.3 液壓缸的輸出速度 (1) 單活塞雙作用液壓缸活塞外伸時的速度 (5-2) 式中 —活塞的外伸速度 m/min Q —進入(或流出)液壓缸的流量 —活塞的作用面積 (5-3) —活塞(液壓缸)直徑 m (2) 單活塞雙作用液壓缸活塞縮入時的速度

41、 (5-4) 式中 —活塞的外伸速度 m/min Q —進入(或流出)液壓缸的流量 —活塞的作用面積 （5-5） —活塞(液壓缸)直徑 —活塞桿直徑 m 為了簡便計算，我們選取活塞的平均速度為 5.2.4 液壓缸的輸出時間

42、 （5-6） 液壓缸作用的行程 液壓缸的輸出速度 a. 鏟斗缸，推土缸 取250 5.2.5液壓缸的儲油量 V= （5-7） D----液壓缸的內(nèi)徑 m S----液壓缸的行程 m a. 鏟斗缸，推土缸 V=×0.25 =

43、0.00077m =0.77L 5.2.6 液壓缸的輸出功率 液壓缸所做的功為W=FS 功率則為N= 由于F=PA，V=代入上式，則 N=FV=PA=PQ （5-8） P-----工作壓力（Pa） Q-----輸入流量（） a. 鏟斗缸，推土缸 N=10 =4.02 5.3 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計 5.3.1 液壓缸筒底部的厚度計算 圖5-1液壓缸筒底部的厚度 缸筒底部為平面時，其厚度可以按照四

44、周嵌住的圓盤強度公式進行近似計算 （5-9） 筒底厚度 筒內(nèi)最大工作壓力 筒底材料許用應(yīng)力 計算厚度外直徑 a. 鏟斗缸，推土缸 取11 5.3.2 缸頭厚度的計算 圖5-2 缸頭厚度 （5-10） 法蘭在缸筒內(nèi)最大

45、壓力下所承受的軸向壓力 法蘭圓半徑 其余符號代表的意義見圖 圖5-3端部法蘭聯(lián)接 a. 鏟斗缸，推土缸 查表6 得 取 10 表 6 端部法蘭連接的外形尺寸 缸 徑 代號 80 90 100 110 125 140 150 115 130 145 160 175 190 205 145 160 180 195 210 225 245 175

46、190 210 225 240 260 285 5.3.3 缸筒壁厚的計算 （5-11） 關(guān)于的值，可按下列情況分別進行計算 當時，可用薄壁缸筒的實用計算式 = （5-12） 當 m （5-13） 當 時 （-1）m

47、 （5-14） 或 （-1）m （5-15） --缸筒壁厚 m --為缸筒材料強度要求的最小值 m C--為缸筒外徑公差余量 m C--腐蝕余量 m D—缸筒內(nèi)徑 m P--缸筒內(nèi)最高工作壓力 MP --缸筒材料的許用應(yīng)力 MP = （5-16） --缸筒材料的抗拉強度 M

48、P n—安全系數(shù) 通常取n=5 --缸筒材料的屈服強度 a. 鏟斗缸，推土缸的壁厚計算 125 125 由于此液壓缸壓力較少，在范圍內(nèi)，即 （5-17） 選用材料為45號鋼 （5-18） （5-19）

49、 ＞ 值查表8 ＞5.24 取16 取=6 根據(jù)經(jīng)驗 取1.5 驗算1 額定壓力應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全 （5-20） - 額定工作壓力 外徑 缸筒內(nèi)徑 10＜50.60 滿足系統(tǒng)要求 驗算2 額定工作壓力應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的變形的發(fā)生。

50、 ～0.42） （5-21） - 缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力 ㏑ （5-22） ～0.42）2.3㏑ ～25.95 10〈21.62～25.95 滿足系統(tǒng)要求 驗算 3 缸筒徑向變形應(yīng)處在允許范圍內(nèi)，變形量不應(yīng)超過密封圈的允許范圍 = （5-2

51、3） 缸筒耐壓實驗壓力 缸筒材料彈性摸數(shù) 金屬材料取2.1×10 即2.5×10 缸筒材料的泊松比 對鋼材而言 = =0.00010692 =0.10692 少于密封圈的允許范圍，滿足要求 驗算 4 驗算缸筒的爆裂壓力 即達到此壓力缸筒會爆裂 =㏑ （5-24） =104 最高工作壓力為16遠少于104滿足系統(tǒng)要求 5.4 液壓

52、缸的聯(lián)接計算 5.4.1 缸蓋的聯(lián)接計算 螺紋處的拉應(yīng)力 （5-25） 螺紋處的剪應(yīng)力 （5-26） 合成應(yīng)力 （5-27） （5-28）

53、 缸筒端部承受的最大推力 D- 缸筒內(nèi)徑 m d- 螺紋外徑 d- 螺紋底徑 K- 擰緊螺紋的系數(shù)，不變載荷取K=1.25～1.5，變載荷取K=2.5～4 K- 螺紋連接的摩擦因數(shù)，K=0.07～0.2 平均取K=0.12 - 缸筒材料的屈服極限 n- 安全系數(shù) 取n=1.2～2.5 a. 鏟斗缸 推土缸 =×100.475 MPa

54、 由 得 1.3 1.287〈 滿足條件 5.4.2 活塞與活塞桿的聯(lián)接計算 圖5-4活塞與活塞桿采用螺紋連接 螺紋處的拉應(yīng)力 （5-29） 螺紋處的剪應(yīng)力 （5-30） 合成應(yīng)力

55、 （5-31） 許用應(yīng)力 （5-32） a鏟斗缸 推土缸 D=40 k=1.5 d=56 k=0.12 d=53.042 n=2 d=d-2h h查表7為1.479 44.12< 所以符合條件 表7 螺紋的基本尺寸（管螺紋） mm 尺寸 代號 每25.4內(nèi)的牙數(shù) 螺距 牙高

56、圓弧 半徑 基面上的直徑 基準 距離 有效螺紋長 度 大徑 中徑 小徑 28 0.907 0.581 0.125 7.723 7.142 6.561 4.0 6.5 9.728 9.147 8.566 19 1.337 0.856 0.184 13.157 12.301 11.445 6.0 9.7 16.662 15.806 14.950 6.4 10.1 14 1.814 1.162 0.249 20.955 19.793 18.631 8.2 13.2 26

57、.441 25.279 24.117 9.5 14.5 1 11 2.309 1.479 0.317 33.249 31.770 30.291 10.4 16.8 1 41.910 40.431 38.952 12.7 19.1 1 47.803 46.324 44.845 2 59.614 58.135 56.656 15.9 23.4 2 75.184 73.705 72.226 17.5 26.7 3 87.884 86.405 2 20.6 29.8 3 100.330 98.851 2 22

58、.2 31.4 4 113.030 111.551 110.072 25.4 35.8 5 138.430 136.951 135.472 28.6 40.1 6 163.830 162.351 160.872 5.4.3 驗算活塞桿的穩(wěn)定性 若受力F在軸線上，主要是按下式驗證 F F= N （5-33） 式中 E= （5-34）

59、 =1.80×10MP 圓截面 I= （5-35） =0.049d m K—液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù). 見表8 n--安全系數(shù),通常取 n3.5～6 E--實際彈性模數(shù). E—材料的彈性模數(shù). MP 鋼材E=2.1010MPa I—活塞桿截面的慣性矩.m F--活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力. N 表8 液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù) K 安裝形式 活塞桿外端 K 前端法蘭 剛性固定,有導(dǎo)向 0.5 前耳環(huán),有導(dǎo)向 0.7 支承,無導(dǎo)向 2 后

60、端發(fā)法蘭 剛性固定,有導(dǎo)向 1.5 支承,無導(dǎo)向 4 前耳環(huán),有導(dǎo)向 1.5 前端耳軸 前耳環(huán),有導(dǎo)向 1 前耳環(huán),無導(dǎo)向 2 中間耳軸 榫頭,有導(dǎo)向 1.5 前耳環(huán),有導(dǎo)向 1.5 螺紋,有導(dǎo)向 1 榫頭或螺紋,無導(dǎo)向 3 后耳環(huán) 榫頭,有導(dǎo)向 2 前耳環(huán),有導(dǎo)向 2 螺紋,有導(dǎo)向 1.5 榫頭或螺紋,無導(dǎo)向 4 腳架 榫頭,有導(dǎo)向 0.7 前耳環(huán),有導(dǎo)向 0.7 螺紋,有導(dǎo)向 0.5 榫頭或螺紋,無導(dǎo)向 2 、、由表9查出。 表9

61、 mm 代號 缸徑 L L L 125 60 370+S 452+S 80 45 300+S 347+S 圖5-5 液壓缸簡圖 圖5-6 液壓缸的安裝型式 圖5-7 液壓缸耳環(huán)連接 a.動臂缸 斗桿缸 由圖5-6 液壓缸的安裝型式 圖5-7 液壓缸耳環(huán)連接 得 圖5-7中的 L-L=l+s 圖5-6中的]370+S-60=l+S

62、 l=310 圖5-6中的 l=L-L+L 圖5-7中的] l=452+S-(370+S)+60=142 由圖5-6 l=l+l+2S=310+142+2S=1452mm S=500 則 F= 圖5-5中的L=l 取K=2 = =677.2KN = =135.44KN >110KN (n取5) 所以穩(wěn)定性好 b.鏟斗缸 推土缸 由圖5-6 液壓缸的安裝型式 圖5-7 液壓缸耳環(huán)連接得 圖5-7的

63、 L-L=l+s 圖5-6中的]300+S-45=l+S l=255 圖5-6中的 l=L-L+L 圖5-7中的] l=347+S-(300+S)+45=92 由圖5-6 l=l+l+2S=255+92+2S=847mm S=250 則 F= （5-36） 圖5-5中的L=l 取K=2 F===1240KN 取n=5 =248KN >35KN 所以穩(wěn)定性好 5.4.4 銷

64、軸 耳環(huán)的聯(lián)接計算 D= （5-37） = （5-38） D—銷軸直徑. mm F—輸出作用力 . N --材料的許用應(yīng)力 . MP n—安全系數(shù). n 通常取5 --鋼筒材料的抗拉強度 . MP 材料用30鋼 . 查表5 銷軸長度 L=D 耳環(huán)外徑 d=1.2D 耳環(huán)長度

65、l=1.2D 耳環(huán)小徑 d= a. 鏟斗缸 推土缸 D= =12.68mm 取13mm L=D=13mm d=1.2D=15.6mm 取16mm l=1.2D=15.6mm 取16mm d===3.9 mm 取4mm 第六章 液壓泵和油箱的選擇 6.1 液壓泵的選擇 6.1.1 控制液壓缸的液壓泵的選擇 a. 液壓泵的最大工作壓力16MPa工作最大流量50ml選擇 所以選用CGB205

66、0 50ml/r 排 量 額定工作壓力 最高工作壓力 額定轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速 50ml/r 16MPa 20MPa 2000r/min 2500r/min 容積效率 總效率 功率 重量 91% 82% 32.3Kw 22.5Kg 6.1.2 控制馬達的液壓泵 由于挖掘機行走時不旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)時不行走,即兩馬達不同時工作.選擇流量較大的馬達流量107.5L/min. （6-5） V= 取63ml/r. 選擇CGB2063 排 量 額定工作壓力 最高工作壓力 額定轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速 63ml/r 16Mpa 20Mpa 2000r/min 2500r/min 容積效率 總效率 功率 重量 91% 81% 40.7Kw 23.2Kg 電動機的選擇 驅(qū)動功率P=P1+P2 =32.3+40.7 =73