（定稿）挖掘机工作装置液压系统设计（全套下载）

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.!它的设计决定了能否更好地满足挖掘机的作业要求和工况要求。挖掘机多路阀液压系统图通常十分复杂，对各种液压作用元件的供油路线回油路线以及控制油路等纷杂在起，很难对整个液压系统的结构目了然，这样就需要花费很多的时间才能将其分析透彻。下面对多路阀液压系统进行分析如图.所示。简化步骤具体为为了突出挖掘机液压系统的核心部分多路阀液压系统，首先去掉液压泵及其控制油路，各个液压作用元件及其油路，如动臂斗杆铲斗回转机构和行走装置，以及多路阀先导液压操纵系统图.中己经去掉了上述部分的油路。对多路阀液压系统来说，重要的是供油道的设计。因此可以把上述系统图进步简化，突出核心内容。去掉以下部分油泵的负流量控制连接口和队回油箱的连接口与各个液压作用元件的连接口,和各个阀杆先导操纵油路连接口,和回油口通向各个阀杆的先导控制油路与各个液压作用元件油路有关的限压阀动臂和斗杆的支持阀以及再生阀等。这些部分与多路阀的连接关系已经知道，所以可以将其放到各个液压作用元件的油路中去讨论。将简化后的液压系统连接起来，如图.所示。该系统主要包括个操纵阀，个二位二通阀,个插装阀和些单向阀及节流阀。通过简化后的液压系统，可以清晰了解液压泵的压力油是如何通向各个液压作用元件，以及在各种操纵情况下，液压传动的路线和可能的供油方式功率分配和流量分配情况。图.多路阀液压系统图.液压系统方案拟订在液压挖掘机个工作循环中的四种工况挖掘工况满斗举升回转工况卸载工况和卸载返回工况进行详细分析的基础上，总结每个工况下各执行机构的主要复合动作后提出初步方案。根据液压挖掘机的主要工作特点，系统地总结出挖掘机液压系统的设计要求动力性要求操纵性要求节能性要求安全性要求和其它性能的要求。提出种有效直观的挖掘机液压系统的设计方案，并详细介绍设计的步骤。液压系统的设计液压履带式挖掘机采用全功率变量系统，先导液压操纵，整体式多路阀等先进结构。该机具有结构紧凑，操作轻便，使用维护安全可靠，发动机功率利用率高生产效率高等优点。根据作业需要可配备立方米四种反铲斗及斗容为.和.立米方的两种正铲斗。广泛用于建筑施工市政工程水电国防工程和般矿山采掘，挖掘级土壤。.液压系统方案及参数确定表.液压履带式挖掘机主要技术参数项目名称单位数值标准斗容量发动机型号发动机标定输出功率最大挖掘半径.最大挖掘高度.最大挖掘深度.最大卸载高度.回转速度.行走速度.爬坡能力作业循环时间主机长宽度.履带平均接地比压.发动机额定转数整机质量.理论生产率最大挖掘力系统工作压力履带板宽度.主机运输尺寸长宽高执行元件是液压系统的输出部分，必须满足机器设备的运动功能性能要求和结构安装上的限制。根据所要求的负载运动形态，选用不同的执行元件配置，如下表.所示表.执行元件配置运动方式执行元件左行走右行走直性行走左液压马达右液压马达左液压马达右液压马达工作装置外摆内收动臂液压缸斗杆液压缸铲斗液压缸回转摆动液压马达.执行元件液压缸及系统压力的初选由于铲斗的内收是为了铲料，而外摆是为了卸料，工作装置采用了两根动臂液压缸根斗杆根铲斗油缸。要使机构正常工作且具有平稳性，两动臂液压缸必须同步运动，这就要求任何时刻进出油路的压力油，必须保持定的压力平衡。为此，采用平衡阀控制油路中液压油的压力值。根据挖掘机主要用于建筑施工矿山的特点，本设计选择双作用单活塞杆式液压缸。当斗杆油压接近溢流阀的压力时，原来溢流的油液此时供给铲斗有效利用当铲斗和动臂复合动作挖掘时，由于动臂仅仅起调解位置的作用，主要是斗杆进行挖掘，因此采用斗杆优先合流双泵供油，如图.所示。图.三泵供油系统示意图当动臂斗杆和铲斗复合运动时，为了防止同油泵向多个液压作用元件供油时动作的相互干扰，般三泵系统中，每个油泵单独对个液压作用元件供油较好。对于双泵系统，其复合动作时各液压作用元件间出现相互干扰的可能性大，因此需要采用节流等措施进行流量分配，其流量分配要求和三泵系统相同。当进行沟槽侧壁掘削和斜坡切削时，为了有效地进行垂直掘削，还要求向回转马达提供压力油，产生回转力，保持铲斗贴紧侧壁进行切削，因此需要同时向回转马达和斗杆供油，两者复合动作，如图.所示。回转马达和斗杆收缩同时动作，由同个油泵供油，因此需要采用回转优先油路，否则铲斗无法紧贴侧壁，使掘削很难正常进行。在斗杆油缸活塞杆端回油路上设置可变节流阀，此节流阀的开口度即节流程度由回转先导压力来控制。回转先导压力越大，节流阀开度越小，节流效应越大，则斗杆油缸回油压力增高，使得油泵的供油压力也提高。因此随着回转操纵杆行程的增大，回转马达油压增加，回转力增大。图.沟槽侧壁掘削和斜坡掘削时，油泵供油连接情况挖掘过程中还有可能碰到石块树根等坚硬障碍物，往往由于挖不动而需要短时间增大挖掘力，希望液压系统能暂时增压，能提高主压力阀的压力。满斗举升回斗工况分析挖掘结束后，动臂油缸将动臂顶起，满斗举升，同时回转液压马达使转台转向卸载处，此时主要是动臂和回转马达的复合动作。动臂抬升和回转马达同时动作时，要求二者在速度上匹配，即回转到指定卸载位置时，动臂和铲斗自动提升到合适的卸载高度。由于卸载所需的回转角度不同，随液压挖掘机相对自卸车的位置而变，因此动臂提升速度和回转马达的回转速度的相对关系应该是可调整的。卸载回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂的提升速度慢些。在双泵系统中，回转起动时，由于惯性较大，油压会升得很高，有可能从溢流阀溢流，此时应该将溢流的油供给动臂，如图.所示。在回转和动臂提升的同时，斗杆要外放，有时还需要对铲斗进行调整。这时是回转马达动臂斗杆和铲斗进行复合动作。由于满斗提升时动臂油缸压力高，导致变量泵流量减小，为了使动臂提升和回转斗杆外放相互配合动作，由个油泵专门向动臂油缸供油，另个油泵除了向回转马达和斗杆供油外，还有部分油供给动臂，如图.所示。但是由于动臂提升时油压较高，单向阀大部分时间处于关闭状态，因此左侧油泵只向回转马达和斗杆供油。三泵系统的供油情况如图.所示。各个油泵分别向个液压作用元件供油，复合动作时无相互干扰。卸载工况分析回转至卸载位置时，转台制动，用斗杆调节卸载半径和卸载高度，用铲斗油缸卸载。为了调整卸载位置，还需要动臂配合动作。卸载时，主要是斗杆和铲斗复合动作，间以动臂动作。图.回转举升供油情况空斗返回工况分析当卸载结束后，转台反向回转，同时动臂油缸和斗杆油缸相互配合动作，把空斗放在新的挖掘点。此工况是回转马达动臂和斗杆复合动作。由于动臂下降有重力作用，压力低变量泵流量大下降快，要求回转速度快，因此该工况的供油情况为个油泵的全部流量供回转马达，另油泵的大部分油供给动臂，少部分油经节流阀供给斗杆，如图.所示。图.空斗返回供油情况发动机在低转速时油泵供油量小，为防止动臂因重力作用迅速下降和动臂油缸产生吸空现象，可采用动臂下降再生补油回路，利用重力将动臂油缸无杆腔的油供至有杆腔。行走时复合动作在行走的过程有可能要求对作业装置液压元件如回转机构动臂斗杆和铲斗进行调整。。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。.液压挖掘机结构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。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.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.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。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起进入作业面，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，配合动斗杆油缸动臂油管动臂油缸铲斗斗齿侧齿连杆摇杆铲斗油缸斗杆图.反铲挖掘机工作装置作以加快作业进度，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，再操纵斗杆油缸使铲斗高度稍降些，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，以便进行下工作循环。.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。液压挖掘机传动示意图，如图.所示，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斗杆动臂连杆及相应的三组液压缸组成。提高负载能力和可靠性为了提高挖掘机的负载能力，直接的方法是提高其液压系统工作压力流量和功率。目前，国际上先进的挖掘机产品的额定压力大都在以上，并且随着材料科学技术的进步，有朝着更高的压力甚至采用超高压液压技术方向发展的趋势流量通常在每分钟数百升功率在数百千瓦以上。如德国制造的型全液压挖掘机，铲斗容量达立方米液压油源为台变量轴向柱塞泵，总流量高达，原动机为台柴油发动机，总功率高达,由于液压挖掘机经常在较恶劣环境下持续工作，其各个功能部件都会受到恶劣环境的影响。系统的可靠性日益受到重视。美英日等国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积理论断裂力学有限元法优化设计电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机强度研究方面，不断提高设备的可靠性。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序，研制了可靠性信息处理系统，使液压挖掘机的运转率达到，使用寿命