1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)畢業設計中文題目SY135小型履帶式挖掘機液壓控制系統設計英文題目DesignUniversity of Technology,Xiamen,361024,China)【 Abstract】： My graduation project is the parametric designs of SY135 small-scale crawlerexcavators idea is according to the known performance parameters of the excavator to determine the

2、working speed and working pressure. Then calculate the bucket cylinders parameters based on these data .Reference to the connection of three-one determine the work flow required by the reference tothe three-one excavatorspreliminary design thedetermine the , and control by the pilot system.This syst

3、em is safety and reliable, also easy to operate.【Key word】： Bucket cylinder; Parametric design; Negative flow regulation1 前言對于那些工作環境狹窄且復雜的作業環境，中大型挖掘機活動很受限。這時就需要一種高效而且緊湊的挖掘機！而小型挖掘機能夠解決工程上復雜地段的大部分問題。大多數小型挖掘機的構件要比中大型的挖掘機還要堅固， 污染還要低。而在挖掘力方面， 當然了，小型挖掘機的挖掘力和其他挖掘機的挖掘力沒得比， 但這樣的挖掘力足以在大部分的情況下作業。在中大型挖掘機不能進行作業的

4、區域中，所有的小型挖掘機都可以進行高效的作業。根據一些測試者的多年測試經驗發現，小型挖掘機的作業效率和中大型挖掘機幾近相等，有的能力甚至超過了中大型挖掘機。這樣的測試結果是因為，設計人員早在設計之初就把中大型挖掘機的標準運用到小型挖掘機中，所以才有這樣的作業能力。小型挖掘機的工作是進行泥土的挖掘和裝載，還能進行一些土地的平整、修復坡斷、吊起裝載、破碎石塊、拆遷等其他作用。而小型履帶挖掘機主要是在那些路況很差，其他工具比較難弄，而且大型挖掘機不好進入的地方起作用。 給人們減輕了很多的負擔和壓力。近幾年來小型挖掘機市場發展得越來越好， 最主要是該類的產品多樣性， 高質量，高效率，能在中大型挖掘機無

5、法作業的地方進行工作。三一小型挖掘機系列包括： SY55系列、 SY60系列、 SY65系列、 SY75系列、 SY95系列、SY135系列等等。小型挖掘機小巧靈活，能在很多復雜的地方工作，而且節省了勞動力，受到了廣大用戶青睞。小型履帶挖掘機能夠那么小，而且靈活，最主要的是挖掘機的“零空間”回轉。什么叫“零空間”回轉呢，其實是指挖掘機在工作時，車的尾巴旋轉軌跡不超過這臺挖掘機履帶的軌跡。小型挖掘機操作室的和大型挖掘機一樣，做得都很舒適。因為，操縱者在惡劣環境中施工，工作狀態容易受到影響，所以挖掘機要考慮到駕駛員工作的效率、工程的質量甚至其周圍人群和設備的安全。因此，小型挖掘機配備一個安全和舒適

6、的駕駛室是很重要的，絕大多數的小型挖掘機都是可以裝配上獨立的封閉的駕駛室。小型挖掘機的屬具也是十分豐富的。早起挖掘機會在尾部裝個推土板，這不是用來推土的，其實是用來配重用的。在近些年來“零回轉”技術的逐漸成熟和車身結構的優化，這樣的推土板拿來當推土用。根據專家統計，一臺斗量為0.5m3的液壓挖掘機挖掘時，每回的生產率大概相當于150-200個普通工人一天的工作量。1.1 國內外發展狀況1.1.1 國外發展狀況挖掘機已經經歷了130 多年的歷史了，最起初的挖掘機都是人為手動式，經歷了水蒸汽驅動，電能力驅動，和內燃機驅動等多種方式驅動。而履帶挖掘機是在20 世紀被發明出來的。說到目前最大的挖掘機，

7、 那就是 RH 400 了，而 O K 于 1997 年推出了第一臺樣機 （工作重量 830 噸），最新的 RH 400 由兩臺 Cummins QSK60-C 型柴油機（ 16 缸）提供動力，鏟斗的容量有 50 立方米。然而，大型挖掘機的活動限制也是一個很大的問題。所以，小型挖掘機的應用在國外也迅速地發展起來。早在10 年前，北美工程機械市場中大約只有8個品牌的48 種型號的小型挖掘機，到了今天，已經迅速增長到20 多個品牌超過了100 多個型號的小型挖掘機。1.1.2 國內發展狀況隨著我國國民經濟的迅速發展起來，小型的工程機械市場逐漸的升溫。很多設施進入了保養期，而且城市化的推進和農業的迅

8、速發展起來，都使得小型工程機械的使用頻率有所提到，小型工程機械正在向著又好又快發展。目前國外有 20多家公司專門批量生產小型的挖掘機。而國內的生產商主要有三一、山河、玉柴、福田、柳工和山重建機等企業。小型挖掘機是說那些整臺機械重量小于或者等于 13t 的挖掘機，要是小于 6t 的就叫做微型挖掘機。小型挖掘機具有功能多樣性，又具有輸送、低能耗、靈活、適應性高、高作業效率等方面的優勢，所以小型挖掘機采用那么廣泛用在狹小的空間。跟著我們國家基礎建設的不斷改善，使得小型工程機械也有了越來越大的應用和發展空間。再加上中國新農村建設的不斷深入，因此小型設備在農村和小城鎮建設用得越來越多了。面對我國國民經濟

9、的發展水平不斷地提高，而且尤其是面對勞動力成本的不斷上升，用小型挖掘機來減輕勞動力是一個很明智的選擇。中國挖掘機發展短短 20多年來，現在有了一些知名的品牌，像三一、柳工、玉柴、山河智能、福田，徐挖、雷沃等品牌挖掘機。他們的產品各具特色，而且受到越來越多用戶的認可。根據 2005年挖掘機械協會統計國內的 13家主要企業挖掘機的銷量在 2005年比 2004 年增幅達到了 85%，總量占到了整個挖掘機市場將近三分之一，而銷量的話已經占據到全球市場銷量的十分之一。在 2007年，協會又對 21家挖掘機主要廠家的銷售進行統計，在兩千零七年挖掘機銷量達到六萬多臺，而內資品牌的占有量又有了提升，已經提升

10、至五分之一，達到了 13376臺。1.2 本課題研究內容及意義通過對本課題的研究，能在了解小型履帶式挖掘機的特點及發展趨勢的基礎上，通過對 13 噸小型履帶式挖掘機工況分析的基礎上設計液壓控制系統，并進行工作裝置參數化分析。通過 SYC135小型履帶式挖掘機液壓打控制系統的分析與元器件選型，以及工作裝置鏟斗油缸的設計培養學生的科學分析能力、綜合能力和解決工程實際問題能力，從而為掌握液壓控制系統的設計方法打下基礎。2 液壓系統分析設計2.1 液壓系統概述我們說的挖掘機的液壓系統就是幾個機構用管路連接起來，成為一體之后能行駛我們要的工作能力的系統。而里面的東西包含了像斗桿、液壓主泵、液壓主閥、存油

11、的油箱、一些馬達用到的部件（像閥之類的）、管路還有幾個油缸等。它們都是以油液來作為工作介質，利用液壓泵將柴油機產生的機械能轉為液壓能來供應給那些執行元件，像那些馬達還有油缸。這樣我們就能實現挖掘機的各種功能了。2.2 工作原理我們都知道挖掘機液壓系統都是由那些我們大二學到的基本回路組成的， 還有一些是很關鍵的輔助回路。像我的學的，用溢流閥，調壓閥還有節流閥來組成的調壓回路；還有就是用溢流閥還有換向閥所組成的卸荷回路，將油引到油箱里面；還有像我們說的利用溢流閥，減壓閥還有單向閥來做到起減壓作用的減壓回路；還有就是用單向閥和節流閥組成平衡回路；我們挖掘機有時候要保持一些狀態，就要用到單向閥來組成的

12、保壓回路和鎖緊回路；速度控制的像調速；挖掘機用的方向控制回路像換向就要用到了，還有要制動剎車也要用等。我們說的液壓系統的工作， 事實上就是將液壓油從油箱底部抽出來然后通過濾油器的過濾，然后吸入到液壓泵中，等再從油泵出來的時候就有一定壓力了。它將那些液壓油分配到那些閥路里面。然后駕駛員通過控制那些手柄，腳踏先導閥工作閥進而實現了我們要的一些動作，在這個系統，為了不讓它的壓力過大，我們會設置一些像限壓閥，安全閥之類的，那些安全閥對系統有保護和補油的作用。2.3 基本要求我們研究的液壓挖掘機它們的運動組成相對其它的液壓系統難好多的，因為我們的挖掘機需要經常開關、剎車、變換方向，而且有時候的受力也是在

13、發生變化的，像挖硬土塊，突然挖穿遇到松的泥巴一樣，這樣它受到的沖擊還有振動也會比較地頻繁，我設計的履帶挖掘機通常都是在野外山地工作的，城市走履帶不好，影響路面而且跑得慢，通過這些考慮我覺得這樣的挖掘機要滿足下面的幾個要求：1) 需要保證挖掘機的動臂、鏟斗和斗桿能夠各自單獨地動作，并可以互相配合來實現復合的運動。2) 為了使挖掘機具備較高的生產效率， 必須將挖掘機那些工作裝置的運動和挖掘機轉臺的回轉運動給區分開來。不僅如此，還需要挖掘機可以進行復合運動，比如一邊挖掘，一邊移動其動臂，這樣可以明顯的提高其工作效率。3) 由于挖掘機的工作地點一般都是不平坦的地帶，因此在對其進行驅動的時候，最好能將其

14、左右兩邊的履帶傳動軸給區分開來，這樣的話就能使其移動更加方便、靈活，也能適應各種復雜地形。4) 挖掘機的動臂經常會因為其自身的重量比較大，在挖掘的時候因為重力的原因，其會迅速的下降，如果是在坡度較陡的情況下還會有滑坡的危險，所以為了避免這種情況的出現，挖掘機上各個元件都需要有過載保護的要求，并且履帶行走也要有制動限制。大部分挖掘機的液壓系統都會有如下幾點要求限制：1) 為了提高挖掘機燃料的使用效率，必須保證挖掘機的傳動系統要非常的合理，這樣才可以提高其傳動效率。而且因為良好的傳動設計，反過來減少傳動浪費，提高發動機的動力性能。2) 挖掘機在工作的時候，會造成很大的沖擊或者是振動，這樣的話就必須

15、要確保液壓系統中的各個液壓元件都要有很好的抗震效果。3) 由于液壓系統長期處于高功率的工作狀態，其散發出來的熱量會使得油溫升高，當然，油溫過高的話就可能會導致爆炸，根據規定，油溫的溫度不能超過80 攝氏度。4) 挖掘機基本上都是在一些塵土比較多的地方工作，這就出現了一個問題，灰塵長期對液壓油還有液壓元件進行污染，時間久了，就會使挖掘機的性能降低，其使用壽命也會大大受到影響，因此，者就對液壓系統有了很高的密封要求。雖然液壓元件想比較與液壓油，其比較不容易受到污染，但也需要設計一些一些濾油器和防塵裝置來保護液壓油免受污染。5) 通過采用液壓和電液操縱裝置，用于挖掘機進行設置自動控制系統，這樣就可以

16、大大的提高挖掘機的技術操作性，也可以降低駕駛員的勞動強度，提高工作效率。2.4 基本動作及系統分析挖掘機的一個作業循環包含了下面動作：1，挖掘通過回轉鏟斗來完成破土還有裝土，通過改變斗桿的位置來完成挖土距離和位置的改變。2，滿斗回轉等鏟斗裝滿土之后，動臂提起來，這個時候回轉馬達工作，挖掘機轉向。3，卸土等挖掘機的回轉馬達停了之后，用斗桿來決定在哪里卸土，由鏟斗來把土放下。4，回位就是等卸完土之后，回到原來的工作地方，準備進行1 到 4 的循環。整機移動過程中包括：直線行駛由于挖掘機左右兩邊的履帶式通過兩個傳動系統控制的，這樣的話，要使其沿著直線行走，只要保證相關傳動軸具備相投的轉速就可以達到目

17、的了。轉彎同直線行走有相同的原理，只要讓傳動軸轉速不一致，其自然也就向兩邊偏轉了。甚至，當一邊履帶不動的話，該挖掘機還可以實現原地轉圈。下圖是挖掘機的液壓系統簡圖，其中包括了原始動力源，動力源，控制元件，執行元件。2.5 小型液壓挖掘機的基本回路液壓系統的基本回路其實是由一個或多個液壓元件有機連接形成的、并且通過這些液壓元件形成一些典型的回路，通過這種回路就可以使得液壓機械實現一些特定的功能。在本文所設計的小型履帶式挖掘機自然也包含了這些液壓元件所組成的液壓回路。在下面的說明里面，那些重要的回路我會講到。目前 SY135采用的都是雙泵恒功率控制液壓系統，負流量控制，兩液壓泵按照全功率變量。全功

18、率變量指的是兩泵功率之和保持恒定，這主要是為了當執行單泵動作時，此泵可吸收另一不工作的液壓泵進行運動，此泵也可吸收另一不工作的泵的功率，從而充分發揮了柴油機的功率。2.6 主泵原理圖設計說明附圖A: 變量活塞B：功率調節閥aa: 本泵功率控制bb：交叉功率控制cc：變功率控制dd：中位負流量控制a1 ， a2 ：泵的測壓點a3 ：先導泵供油給手柄a4 ：電磁閥壓力測壓點A1 , A2 ：泵 1， 2 的出油口；A3 ：先到泵供油給電磁閥B1 : 主泵吸油口B3 ：先導泵吸油口Dr ：泵的泄油口P1 ：電磁閥入油口Pi1 ， Pi2 ：負流量控制端口主泵系統在整機的右側門， 其作用是為了給主液壓

19、系統提供液壓油的。主泵的話是通過負流量調節的，它的原理是泵的輸出流量會隨著先導壓力的上升而減少。 負流量控制是在主控閥中位有回油的時候，通過負反饋閥組的節流孔， 能使油液在節流孔前后產生壓力差。 還有就是能夠將節流孔前的壓力引導到泵調節器進而來進行泵的排量控制。2.7 回轉機構原理圖設計說明附圖A,B：馬達進油口M：補油口DB：泄油口PA,PB：馬達進油口測壓點PG：來自于先導泵的推開制動活塞SH：來自于主閥 PX的解鎖壓力馬達進油口測壓點上方的兩個閥為KRD22EK系列的回轉安全閥，其作用是改善升壓緩沖特性，降低起動，停止時的沖擊。回轉安全閥構成了緩沖回路，解決了緩沖問題。馬達進油口測壓點下

20、方兩個閥為2KAR6P系列的防反轉閥，其特點是（1）防止回轉時的搖擺，（ 2）能夠安裝在回轉馬達上，（ 3）緊湊設計。SH與 PG側那塊為延時閥MRB，其原理是在回轉停止時，回轉上部件由于慢性地繼續旋轉，回轉制動器延時大約5-8 秒后起作用。2.8 中位負載控制設計說明附圖當閥處于中位時， P1、P2 通過閥的中位油道，最后經過 NR1、 NR2節流后回油箱，在節流口NR1、NR2前取得壓力信號FL、FR，就可以控制主泵到最小排量。2.9 行走機構原理圖設計說明附圖A,B：主油口P5 : 行走速度控制口T1 , T2 : 馬達泄油口T1下兩個安全閥，和節流閥構成行走限速回路。顧名思義，用于限制

21、行走速度。2.10主閥原理圖設計在主閥塊原理圖中，包含了控制挖掘機的大部分主要功能1：直線行走2：合流（動臂上升能加快速度，斗桿伸出得時候可以加快速度，鏟斗在挖掘時候力能夠更大）3：回轉優先4：再生回路（動臂在下降還有斗桿在縮進的時候可以利用這個原理）5：動臂，斗桿的鎖定功能分析：功能項目說明附圖行走直線功能，是在挖掘機陷到坑里面或者在一些特殊的環境時，又要行走，又要自救（讓其他機構能動來自救），就要用到這個功能。直線行走僅僅在工作行走下，來自每臺泵的工作液壓油都供應給每臺行走馬達。在工作行走和其他附件下，來自于前面的工作液壓油都供應給兩臺行走馬達，而來自后面的泵的工作液壓油供應給附件。動臂提

22、升合流它的原理很簡單，主要是要用到換向閥和插裝閥來進行，為提高動臂提升合流作業效率，雙泵合流，以提高動臂提升速度。要知道在換向閥打到左邊得時候，這時候動臂就可以提升了。斗桿伸出合流它的原理不復雜，主要靠換向閥和插裝閥來進行的，這種合流是斗桿伸出合流為了提高作業效率，雙泵合流可以來提高斗桿的伸出速度。要知道在換向閥換到右邊的時候，就是斗桿伸出的時候。而鏟斗挖掘是在換向閥換到 A，在 B 的挖掘條件下，為了能夠加快挖掘的速度，鏟斗挖掘還有就是能夠提高挖掘力，這時候就要依靠雙泵的合流，來提高鏟斗挖掘的挖掘力了動臂和斗桿的鎖定時同動臂，斗桿鎖定樣的道理，由換向閥自鎖，用以保持工作狀態當斗桿無負載下落時

23、斗桿油缸大腔壓力很小，兩位兩通閥在彈簧的作用下往下再生回路運動，關閉活塞桿腔的回油通道，這樣活塞桿腔的油就直接回到油缸大腔，實現活塞桿的快速伸出。當回轉與斗桿復合動作時，通過 PSP壓力信號控制SP閥左移，切斷斗桿的供油，回轉優先保證回轉起動，實現回轉優先。（此時斗桿由另一油泵供油）2.11先導系統原理圖設計先導系統包括：先導泵（帶安全閥）是用來給先導控制系統提供壓力油先導閥（手，腳先導閥）它是比例來控制主閥的動作的電磁閥組它包括了先導開關還有行走換速以及增力單向閥讓液壓油單向流動，而且確保蓄能器里面的壓力不會跑掉蓄能器要是發動機突然間熄火了，壓力降不下來，這時候就要用到它了功率控制電磁閥顧名

24、思義，這是用來控制系統的功率的項目名稱說明附圖黑色框框 C 為手，腳先導系統，先導液壓框框 B 構成了先導泵，剩下的系統就是先導閥組了。伺服手先導閥采用川崎TH40K1314。P：壓力有源； T：油箱1， 2， 3， 4：控制油口川崎 TH40K1314參數：額定流手先導量 20LMin最大入口壓力6.9MPa川崎 TH40K1314特性：尺寸緊湊；總體減震；證明可靠；高反應性；滯后性低；污染影響小；操作員工作強度小對于腳伺服閥，選型用川崎的RCV8C川崎 RCV8C參數：額定流量10Lmin，最大入口壓力 9.8MPa川崎 RCV8C特性：腳先導總體減震室；總體止回閥；獨一的減震機械；堅固的

25、總隔斷構造；腳先導式操縱桿型；具有多樣的控制任選項；大回流和控制流量通道2.12 整體液壓系統設計圖主機啟動后，當先導控制閥組不進行工作情況下，液壓泵提供的壓力油就會經過多路換向閥直接回到油箱。先導泵（齒輪泵）給先導控制油路提供液壓，要是壓力太大了，為了保證系統里面的壓力，壓力油就會通過溢流閥流出來回到油箱。當挖掘機需要行走到工作位置時，先導控制閥的第二個控制行走的電磁鐵通電，來自先導泵的壓力油通過控制多路換向閥組里面相應的換向閥，這樣一來挖掘機的左右兩個行走馬達就可以工作，使挖掘機移動到工作位置。到達我們的目的地后，我們就可以操作它工作了。（1）剛開始我們可以通過控制先導控制閥中第三個控制手

26、柄的電磁鐵換向來調整挖掘機的鏟斗，斗桿，說明動臂的位置，讓挖掘機處于合適的挖掘角度。調整好了之后，就要開始挖掘了。先導控制閥中的手柄電磁鐵通電，根據我們上面說的鏟斗和斗桿的配合來完成我們要的挖掘。挖掘完成后，先導控制閥的電磁鐵通電，動臂液壓缸伸出，使動臂提升到一定的高度。我們起動回轉馬達讓機身回轉， 這樣就能讓鏟斗到達我們想要的卸載位置，有些時候我們也需要行走一段距離才能達到想要的位置。接著先導控制閥中的電磁鐵通電，鏟斗油缸伸出，完成卸載過程（ 4）。卸載結束后，控制先導控制閥，使機身反方向回轉。循環工作（1）- （4）。附圖3 液壓缸設計3.1 工作裝置構成與分析在設計液壓缸的時候，要對其進

27、行全面地研究分析，而且需要收集必要的資料并且加以整理當作設計的依據。（1）了解并且掌握液壓缸對于機器上的工作要求和用途。做液壓缸設計的主要目的是為了滿足挖掘機的基本功能。 像在液壓翻斗自卸汽車中， 它的液壓缸的用途是將翻斗 （車廂）舉升成為傾斜的狀態，使得所承載的物料能夠自動卸載掉，要求回程的時候也能夠在翻斗重力條件下完成。像這種液壓缸就可以設計成單（活塞）桿單作用液壓缸，而且也可以設計成柱塞缸。（2）要知道液壓缸的工作環境和工作條件。以為要是液壓缸環境和工作的一些條件不一樣，液壓缸的結構設計和參數設計也會隨著發生變化。像那種在采礦用的液壓缸，在工作條件惡劣的條件下，如粉塵很大，負載的變化大，

28、就要求我們設計的液壓缸能絕對安全可靠，更重要的是不許有泄漏。 再根據這樣的工作條件， 在設計時就要想到到防塵措施； 1- 斗桿油缸； 2- 動臂； 3- 油管； 4- 動臂油缸； 5- 鏟斗； 6- 斗齒； 7- 側板； 8- 連桿； 9- 曲柄； 10- 鏟斗油缸； 11- 斗桿。圖 3.1.1 工作裝置組成圖圖 3.1.1 為小型挖掘機工作裝置的組成圖和傳動示意圖，其中反鏟工作裝置主要由曲柄 9、連桿 8、鏟斗 5、斗桿 11、動臂 2 和相應的直線液壓缸 1、 10、4 等所組成。轉臺上連接著動臂的下鉸鏈和動臂油缸的一端，整個動臂裝置會隨著動臂油缸的伸縮繞著動臂下鉸鏈不斷地轉動，以實現動

29、臂的動作。斗桿缸的兩端分別連接在動臂和斗桿上，通過斗桿缸的伸縮使得斗桿繞著動臂上的鉸鏈進行轉動。鏟斗和斗桿是鉸鏈連接的，鏟斗缸的伸縮通過曲柄連桿機構使鏟斗繞著鉸鏈轉動，從而使鏟斗能夠實現挖掘和卸土等動作。在進行挖掘作業時，啟動回轉馬達和行走馬達，通過轉臺的轉動和履帶的行走使工作裝置達到需要挖掘的位置，同時對操作桿進行操作使動臂油缸的有桿腔進油使動臂油缸收縮，在動臂下降到鏟斗接觸挖掘面時，就能開始操作斗桿缸和鏟斗缸，斗桿缸和鏟斗缸由無桿腔進油，使油缸伸長，鏟斗就能進行挖掘和裝置動作了。鏟斗裝滿后，先停止斗桿缸和鏟斗缸的動作，再操作動臂油缸使油缸無桿腔進油，動臂缸伸長，整個工作裝置向上移動，接著啟

30、動行走馬達和回轉馬達，工作裝置移動到卸載的位置，然后操作鏟斗油缸和斗桿油缸使有桿腔進油，油缸收縮，鏟斗翻轉進行卸載。之后挖掘機再回轉到挖掘位置進行循環挖掘作業。而在實際挖掘作業中，由于挖掘工況、土質情況和液壓系統等這些因素的不同，反鏟挖掘機在進行工作時三個油缸的循環動作是多樣和隨機的，要根據實際情況和經驗來靈活運用。上述過程一般只是一種理想化的工作過程。小型單斗液壓挖掘機的工作裝置可以看做是由動臂、斗桿、鏟斗、動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸以及曲柄連桿機構所組成的具有三個自由度的六桿機構工作裝置的結構圖 3.1.1 ，可以進一步簡化的工作裝置結構簡化圖如圖3.1.2 所示。1- 動臂油缸； 2-

31、 動臂； 3- 斗桿油缸； 4- 斗桿； 5- 鏟斗油缸； 6- 曲柄； 7- 連桿； 8- 鏟斗圖 3.1.2 工作裝置結構簡圖小型液壓挖掘機經下面的結構簡化以后就是一組平面連桿機構，其自由度為 3，也即挖掘機工作裝置的工作位置是由動臂油缸的長度L1、斗桿油缸的長度L2 和鏟斗油缸的長度 L3 決定的，當 L1、L2、 L3 這三個數值為某一確定的值時，挖掘機工作裝置的幾何位置也就確定了。3.2 液壓缸參數化設計已知 SY135參數：項目名稱數值工作質量13500kg標準鏟斗容量0.53 m3額定功率69.6kW鏟斗挖掘力92.7kN斗桿挖掘力66.13KN3.2.1 液壓缸速度計算及流量選

32、擇液壓缸速度的選擇要適當。如果速度過高就會讓里面的密封件的過熱而發生磨損現象，這樣的話可能讓活塞桿和導向套還有缸筒發生磨損。要是速度太低了，就比較容易發生爬行等不穩定的現象。如果采用橡膠密封件進行密封時，液壓缸的最高速度一般不要超過（24-30 ）mmin 即是（ 0.4-0.5 ）ms，也不要低于 6mmin(0.1ms); 根據同類挖掘機液壓缸的速度取值是一個比較穩妥的方法。現在取液壓缸速度V=0.5ms1 液壓缸參數的確定要做以下工作：1） 要初步選擇液壓缸的工作壓力MPa2） 根據公式計算出液壓缸的內徑D和活塞桿的外徑d3） 對活塞桿的穩定性和強度進行校核4） 對液壓缸的油口直徑進行計

33、算5） 液壓缸的工作行程選擇6） 液壓缸的安裝距選擇7） 最小導向長度的選擇8） 缸體總長度的確定9） 液壓缸強度的計算10）液壓缸穩定性的校核3.2.2 液壓缸工作壓力的確定在液壓缸的工作中，它的壓力大小主要是看液壓設備的類型來選擇的，要是它們的用途不同，因為工作條件的不同，采用的壓力范圍也是不同的。在設計時，可以用類比法進行確定，初步選擇液壓缸工作壓力為p1 =25MPa。（確保液壓缸的輸出力。包括推拉力，行程和往返運動速度都必須滿足要求。液壓缸的額定的工作壓力要根據我們選的液壓泵的額定壓力的70%來計算。一般挖掘機液壓泵的額定工作壓力為34-35MPa，峰值能達到 40MPa。）3.2.

34、3 液壓缸內徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定4D 2 p1F(D 2d 2 ) p 2F fc4D2 4(FF fc )22p2p1( Dd)p1式中p1 液壓缸的工作壓力p2 液壓缸回油腔的背壓力，根據表3-1 進行估計 p2 =1MPa；d / D 活塞桿直徑與液壓缸內徑的比，可根據表3-2 進行選取 d / D =0.7 ；F 工作循環中的最大外負載力表 3-1 執行元件背壓的估計值系統類型背壓p2 (MPa)那些簡單和輕載的節流調速系統0.2 0.5中、低壓系統 08MPa在回油路上帶有調速閥的調速系統0.5 0.8回油路上帶背壓閥0.5 1.5用到帶補油液壓泵的閉式回路中0.8 1.

35、5中高壓系統 8 16MPa同上比中低壓系統高50%100%高壓系統 1632MPa如鍛壓機械等初算時背壓可忽略不計表 3-2液壓缸內徑 D和活塞桿直徑 d 的比根據機床類型選取dD根據液壓缸工作壓力選取dD機床類別dD工作壓力 p(MPa)dD珩磨床、磨床及研磨0.2 0.320.20.3床拉、插、刨床0.5250.5 0.58鏜、鉆、銑、車床0.7570.620.7070.7F fc 在液壓缸密封處受到的摩擦力，可以根據那些常用的液壓缸的機械效率進行估值計算。FF F fccm式中 cm 為液壓缸的機械效率，一般情況下cm = 0.9 0.97 , 初定為 0.9將 cm 代入式中，已知

36、F=92.7KNp1 =P=25MPa可求得 D為D4F=73.2mmp1 cm1p2 1 ( d )2 p1D活塞桿直徑可以按照 d來進行計算， D和 d 值要按照表 3-3 與 3-4 圓整到相近的標D準直徑，方便后面密封元件的選擇。表 3-3液壓缸內徑尺寸系列（ GB2348-80）（ mm）810121620253240506380（ 90）100（ 110）125（140）160（ 180）200（220）250320400500630注: 不帶括號請優先選擇表 3-4活塞桿直徑系列（ GB2348-80）（mm）45681012141618202225283236404550566

37、3708090100110125140160180200220250280320360400d =0.7F= 92.7103 Ncm =0.9P1=25MPaP2 =1MPaDD 取 80mm d=800.7 =56mm3.2.4 液壓缸壁厚和外徑的計算以及校核和活塞桿的校核液壓缸的缸筒壁厚度和活塞桿直徑d ，要是系統的壓力高，就要進行校核。液壓缸的壁厚可以由液壓缸的強度要求來計算的，但是主要還是由材料決定。缸壁厚度為PD25802.3 p5.8mm2.3 160 25查三一的液壓缸類型，選用HSG工程用液壓缸壁厚11mm對于那些低壓系統或者是D10的液壓缸，液壓缸要根據薄壁筒來進行計算，公式

38、如下：P y D2 當 D10 時，壁厚要按照下面公式來進行校核D0.4 py121.3 py式中液壓缸缸筒厚度Py 試驗壓力 (MPa)，當工作壓力 P16MPa時， Py =1.5P，而當工作壓力 31.5 P 16MPa時， Py =1.25P，在工作壓力 P31.5MPa 時， Py =1.15P, 在這里應取 Py =1.25P=31.25MPa。D 液壓缸的內徑 (m) 缸體的材料的許用應力（MPa），可以用下面的公式來進行計算：bnb 缸體的材料的抗拉強度(MPa)n 安全系數，安全系數是在3.5 5 之間取值，一般是取最大值5但對于鍛鋼 45 的抗拉強度b 為 600(MPa)

39、（ GBT699-1999），則許用應力 =120(MPa)根據上面所計算的壁厚，和之前算得的缸的內徑，取液壓缸外徑為D1 =102mm.（2）活塞桿直徑的校核根據下面公式來計算：d4F得 d =31mmd =800.7 =56mm符合條件式中， F 為作用在活塞桿上力； 為活塞桿材料的許用應力=120MPa。3.2.5 液壓缸油口直徑的計算油口直徑的計算要根據液壓缸的最大輸出速度和液流速度來計算，公式如下：d00.13D/ 0式中 d0 液壓缸的油口直徑 (m)D 液壓缸的內徑 (m)液壓缸的最大輸出運動速度 (mmin)0 油口的液流速度 (mmin) ，當單活塞桿進行差動連接的情況下，活

40、塞向外伸出的速度計算公式:60 Qv A3式中液壓缸在差動聯接時，活塞的外伸速度，可看成油口液流的速度(mmin)Qv 液壓泵的流量 ( m3 s)A3 活塞桿的面積，它的計算公式方法:Ad 234公式里的 d活塞桿直徑 (m)所以 A3 = 0.25 10 2 m2代入數據，根據以上公式初選得：d0 =11mm3.2.6 液壓缸工作行程計算液壓缸的工作行程長度，可以根據執行機構的實際工作情況的最大行程來確定，可以查考表 3-5 中的系列尺寸來選擇。表 3-5液壓缸活塞行程參數系列（GB2349-80）（mm）255080100125160200250320400500630800100012

41、501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800當速比為 2 時，行程 S=10D=800mm由表工作行程取800mm符合3.2.7 液壓缸安裝距的確定我設計的液壓缸采用耳環式，安裝距可以看成兩耳環之間的距離，根據機械設計手冊知安裝距 L=317+S（ mm） 其中 S=800mm得 L=1117mm3.2.8 最小

42、導向長度的確定最小導向長度就是在活塞桿在全部外伸的時候，活塞的支撐面的中點到缸蓋滑動支撐面的中點的距離。設置導向就是為了讓液壓缸的穩定性能夠更好。但是導向長度不能太小了，不然會使得繞度變大。一般來講液壓缸的最小導向長度計算公式如下HLD202式中 L 液壓缸的最大行程長度；D液壓缸的內徑一般活塞的寬度是在缸內徑的0.6到 1 倍中選擇，符號 B ；缸蓋滑動支撐面的長度 l1 ,也還是要根據液壓缸內徑定的；在D小于 80mm時，在缸內徑的0.6 到 1 倍中選擇；在 D小于 80mm時，則在活塞桿的 0.6到 1倍中選擇。為了保證最小導向長度，要是只知道增大l1 和 B 肯定是不合理的，在有必要

43、的時候就要在缸蓋與活塞之間增加個隔套：C H1 (l1 B)2最小導向長度： H=100mm活塞的寬度B 一般取 B=60mmC H1 (l1 B) 40mm23.2.9 缸體長度的確定計算知，液壓缸內部長度L =860mm也就是缸體的外形的長度再增加個兩端端蓋的厚度。3.2.10 油缸強度計算已知參數：油缸內徑 D=80mm； 活塞桿徑 d=56mm; 最大行程 S=800mm； 壁厚 =11mm 油缸強度計算活塞桿應力 校核PD 2d 22580 256 251MPa活塞桿的材質我選用45 鋼，經查表知該材料的強度極限是 b MPa600這樣，我們就算出材料的許用應力為 b 120MPa （ n 為安全系數）5可以看出 , ，能夠滿足要求。（b）缸筒的強度驗算缸筒內徑和壁厚之比D =7.310 ，就屬于厚壁缸筒， 按照材料力學第二強度理論驗算。0.5D0.4Py2-1.3Py-1801200.41.2525 121201.31.2525=11.7mm可以看出 , , 強度不能達到要求。為了讓液壓缸的結構緊湊，成本降低，盡可能地讓液壓缸小點，但不能破壞其穩定性和實用性，在不改變其大小的情況下，由于許用應力相差不大，可采取材料表面處理的方法，提高許用應力來達到要求。則最終選擇還是選擇液壓缸內徑80mm的液壓缸。3.2.11 油缸穩定性驗算因為液壓缸在工作時，