1、畢業設計課題名稱：挖掘機液壓系統設計專業：機械工程系班級：姓名：學號：指導：劉艷賓重慶三峽職業學院機械工程系 教研室主任:劉艷賓畢業設計任務書課題名稱挖掘機液壓系統設計專業工程機械運用與維護班級08級工程1班姓名楊情學號08045110預定完成日期：2010年3月25日設計指導教師：劉艷賓任務下達日期：2010.11.30機械工程系畢業設計任務書題目：挖掘機液壓系統任務與要求：三步驟及時間安排日期星期內容12月日1至12月5日第一周準備階段分析題目，明確任務調查研究，收集資料12月6日至12月20日第二周實施階段1、設計、計算、繪圖；2編制設計說明書；12月21至12月25日第三周實施階段整理

2、、修改并且完成論文。12月26至12月31日第四周答辯審查設計（論文）質量，確定成績教師：劉艷賓2010年12月1日說明：內容一欄的行數可根據自己的計劃進行增減概論挖掘機的簡介液壓挖掘機的發展概況國外液壓挖掘機目前水平及發展趨勢國內液壓挖掘機的發展概況設計的內容和設計內容的意義設計內容的安排挖掘機液壓系統的計算液壓挖掘機的基本系統挖掘機液壓系統的簡介YW-160型單斗液壓挖掘機液壓系統 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 液壓挖掘機工作裝置油缸作用力的確定14 HYPERLINK l bookmark32 o Curr

3、ent Document 動臂油缸作用力分析14 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 鏟斗油缸工作受力分析15 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 斗桿油缸作用力分析17 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 液壓元件的計算19 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 液壓缸內徑19 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 缸筒壁厚19 HYPERLINK l boo

4、kmark44 o Current Document 缸筒壁厚驗算19活塞桿計算20活塞桿強度計算20 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 確定液壓系統的工作壓力20 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 確定液壓缸的主要參數和工作壓力20 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 確定液壓馬達的排量和工作壓力21 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 計算液壓缸與液壓馬達的流量21 HYPERLINK l boo

5、kmark54 o Current Document 液壓元件的選擇21 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 液壓缸的選擇21 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 液壓泵的選擇22液壓馬達的選擇22 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 發動機的選擇22液壓系統回路的設計23 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 液壓缸控制回路23 HYPERLINK l bookmark64 o Current Docum

6、ent 液壓馬達控制回路23計算系統所需的最大流量24 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 壓力損失的計算24 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 擬定液壓源控制回路25 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 液壓系統性能驗算26 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 液壓系統功率損失26液壓油油溫過高的原因及預防措施27 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 結

7、論和展望30 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 結論30 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 展望30參考文獻30致謝液壓挖掘機是工程機械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設工程的突發機械。液壓挖掘機利用液壓組件（液壓泵、液壓馬達、液壓缸等）帶動各種構件動作，具有如下有點：功率密度大，結構緊湊，重量輕；無級調速，調速范圍大；啟動性能好，能實現快速正反轉；布置靈活，基本不受總體結構的限制；運轉平穩，各種可靠，能自行潤滑，使用壽命長；有超載保護功能；容易實現自動化，操作簡便

8、省力等。因此，液壓挖掘機對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設事業的發展，具有重要意義。液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎上發展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業。因此，液壓挖掘機是一種周期作業的土方機械。液壓挖掘機與機械傳動挖掘機一樣，在工業與民用建筑、交通運輸、水利施工、露天采礦及現代化軍事工程中都有著廣泛的應用，是各種土石施工中不可缺少的一種重要機械設備。挖掘機的簡介液壓挖掘機是一種多功能機械1,目前被廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它

9、在減輕繁重的體力勞動，保證工程質量。加快建設速度以及提高勞動生產率方面起著十分重要的作用。根據建筑施工部門統計，一臺斗量為1.0m3的液壓挖掘機挖掘土壤時，每班生產率大約相當300400個工人一天的工作量。因此，大力發展液壓挖掘機，對于提高勞動生產率和加速國民經濟的發展具有重要意義。由于液壓挖掘機具有多品種，多功能，高質量及高效率等特點，因此受到了廣大施工作業單位的青睞。液壓挖掘機的生產制造業也日益蓬勃發展。挖掘機液壓傳動緊密地聯系在一起，其發展主要以液壓技術的應用為基礎。由于挖掘機的工作條件惡劣，要求實現的動作很復雜，于是它對液壓系統的設計提出了很高的要求，其液壓系統也是工程機械液壓系統中最

10、為復雜的。因此，對挖掘機液壓系統的分析設計已經成為推動挖掘機發展中的重要一環。液壓挖掘機結構特點：挖掘機由工作裝置、回轉裝置、行走裝置和液壓系統構成。下面以輪式液壓挖掘機為例來說明一下：單斗液壓挖掘機是一種周期性作業的自行式土方機械，它采用液壓傳動，由一個鏟斗切削土裝入斗內，然后提升裝滿土石的鏟斗，再回轉一定的角度進行裝車，接下來空當斗回到原來的位置，準備進行下一個循環的挖掘，此外整機還要定期移位，使鏟斗能在適當位置上有效地作業，單斗挖掘機裝載，抓取起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作，挖掘機可分為提供動力和基本動作（行走回轉）的主機部分及進行不同作業的工作裝置部分，主機又可分為行走裝置、

11、回轉裝置、液壓系統、工作裝置。一、行走裝置液壓挖掘機行走裝置的反力同時能使挖掘機作短距離行走，按結構不同，可分為履帶式、輪胎式兩類。履帶式行走裝置由履帶、支重輪、托鏈輪、驅動輪、導向輪、張緊裝置、行走架液壓馬達、減速機等組成，液壓挖掘機的行走裝置采用液壓馬達、減速機、驅動輪，每條履帶有各自的液壓馬達和減速機，由于兩個液壓馬達可獨立操作，因此，機器的左右履帶可以同步前進后退，也可以通過一條履帶制動來實現轉彎，還可以通過兩條履帶相反方向驅動，來實現原地轉向，操作十分簡單。二、回轉機構回轉機構包括回轉驅動裝置、回轉支承，回轉驅動裝置一般采用定量馬達，經過回轉減速機兩行星齒輪與回轉支承的內齒圈相齒合而

12、實現轉臺的回轉，具有結構緊湊，體積小、效率高速比大，承載能力強，發熱量和功率損失小，工作可靠等優點，回轉支承一般采用的滾動軸承，其中用的最廣泛的是單排滾球式和雙排式滾軸柱式回轉支承。三、工作裝置工作裝置是液壓挖掘機的主要組成部分之一，由于工作的不同，工作裝置不同類很多常用挖掘、裝載和起重裝置也可以有很多形式，挖掘裝置一般采用斗杠油缸進行挖掘，動臂油缸主要用于調節切削角度，清除障礙以及挖掘結束時為裝滿鏟斗多用開啟斗底多用開啟斗底的方式卸載，斗底的開啟、關閉也用了油缸。四、液壓系統液壓挖掘機的主要系統運動有整機行走、轉臺回轉、動臂升降，斗桿收放、鏟斗挖掘等，根據以上的工作要求把各液壓組件用管路連接

13、起來的組合體叫做液壓挖掘機的液壓系統。液壓系統功能是把發動機機械能以油液為介質，利用油泵轉變為液壓能傳送給油缸、馬達等邊為機能，再傳動各個執行機構，實現各種運動。國家規定8噸以下的挖掘機采用定量泵。液壓挖掘機的發展概況第一臺手動挖掘機問世至今已有130多年的歷史，期間經歷了由蒸汽驅動斗回轉挖掘機到電力驅動和內燃機驅動回轉挖掘機、應用機電液一體化技術的全自動液壓挖掘機的逐步發展過程。挖掘機行業的發展歷史久遠，可以追溯到1840年。當時美國西部開發，進行鐵路建設，產生了模仿人體構造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機械手的挖掘機，它采用蒸汽機作為動力在軌道上行走。但是此后的很長時間挖掘機沒有得

14、到很大的發展，應用范圍也只局限于礦山作業中。導致挖掘機發展緩慢的主要原因是：其作業裝置動作復雜，運動范圍大，需要采用多自由度機構，古老的機械傳動對它不太適合。而且當時的工程建設主要是國土開發，大規模的筑路和整修場地等，大多是大面積的水平作業，因此對挖掘機的應用相對較少，在一定程度上也限制了挖掘機的發展。由于液壓技術的應用，二十世紀四十年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機。隨著液壓傳動技術迅速發展成為一種成熟的傳動技術，挖掘機有了適合它的傳動裝置，為挖掘機的發展建立了強有力的技術支撐，是挖掘機技術上的一個飛躍。同時，工程建設和施工形式也發生了很大變化。在進行大規模國土開發的同時，也開始進

15、行城市型土木施工，這樣，具有較長的臂和桿，能裝上各種各樣的工作裝置，能行走、回轉，實現多自由動作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和溝槽的挖掘機得到了廣泛應用。自第一臺手動挖掘機誕生以來的160多年當中，挖掘機一直在不斷地飛躍發展，其技術已經發展到相對成熟穩定的階段。目前國際上迅速發展全液壓挖掘機，對其控制方式不斷改進和革新，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程控。在危險地區或水下作業采用無線電操縱，利用電子計算機控制接收器和激光導向相結合，實現了挖掘機作業操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機的全液壓化為其奠定了堅實的基礎，創

16、造了良好的前提。據有關專家估算，全世界各種施工作業場約有65%至70%的土石方工程都是由挖掘機完成的。挖掘機是一種萬能型工程機械，目前已經無可爭議地成為工程機械的第一主力機種，在世界工程機械市場上己占據首位，并且仍在發展擴大。挖掘機的發展主要以液壓技術的應用為基礎，具液壓系統已成為工程機械液壓系統的主流形式。隨著科學技術的發展和建筑施工現代化生產的需要，液壓挖掘機需要大幅度的技術進步，技術創新是液壓挖掘機行業所面臨的新挑戰。在技術方面，挖掘機產品的核心技術就是液壓系統設計，所以對其液壓系統的分析研究具有十分重要的現實意義。國外液壓挖掘機目前水平及發展趨勢工業發達國家的挖掘機生產較早，法國、德國

17、、美國、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m陰斗液壓挖掘機的主要生產國，從20世紀80年代開始生產特大型挖掘機。例如，美國馬利昂公司生產的斗容量50-150m割離用挖掘機，斗容量132m3的步行式拉鏟挖掘機；B-E（布比賽路斯-伊利）公司生產的斗容量168.2m3B勺步行式拉鏟挖掘機，斗容量107m3勺剝離用挖掘機等，是世界上目前最大的挖掘機。從20世紀后期開始，國際上挖掘機的生產向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發展。1）開發多品種、多功能、高質量及高效率的挖掘機。為滿足市政建設和農田建設的需要，國外發展了斗容量在0.25m3以下的微型挖掘機，最小的斗容量僅在0.01m&另外，數

18、量最的的中、小型挖掘機趨向于一機多能，配備了多種工作裝置一一除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業架、錢盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時，發展專門用途的特種挖掘機，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機等。2）迅速發展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程控。在危險地區或水下作業采用無線電操縱，利用電子計算機控制接收器和激光導向相結合，實現了挖掘機作業操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機的全液壓

19、化為其奠定了基礎和創造了良好的前提。3）重視采用新技術、新工藝、新結構，加快標準化、系列化、通用化發展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產的挖掘機裝有新型的發動機轉速調節裝置，使挖掘機按最適合其作業要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機安裝了全自動控制液壓系統，可自動調節流量，避免了驅動功率的浪費。還安裝了CAPS（計算機輔助功率系統），提高挖掘機的作業功率，更好地發揮液壓系統的功能；日本住友公司生產的FJ系列五種新型號挖掘機配有與液壓回路連接的計算機輔助功率控制系統，利用精控模式選擇系統，減少燃油、發動機功率和液壓功率的消耗，并處長了零部件的使用壽命；德國奧加凱（

20、O&K）公司生產的挖掘機的油泵調節系統具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的904、905、907、909型液壓挖掘機上采用智能型控制系統，即使無經驗的駕駛員也能進行復雜的作業操作；德國利勃海爾公司開發了ECO電子控制作業）的操縱裝置，可根據作業要求調節挖掘機的作業性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特彼勒公司在新型B系統挖掘機上采用最新的3114T型柴油機以及扭矩載荷傳感壓力系統、功率方式選擇器等，進一步提高了挖掘機的作業效率和穩定性。韓國大宇公司在DH280型挖掘機上采用了EPOS電子功率優化系統，根據發動機負荷的變化，自動調節液壓泵所吸收的功率，使發動機轉速始終

21、保持在額定轉速附近，即發動機始終以全功率運轉，這樣既充分利用了發動機的功率、提高挖掘機的作業效率，又防止了發動機因超載而熄火。4）更新設計理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設計理論，以替代傳統的無限壽命設計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術、疲勞強度分析方法等先進技術應用于液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產品的優質高效率和競爭力。美國提出了考核動強度的動態設計分析方法，并創立了預測產品失效和更新的的理論。日本制定了液壓挖掘機構件的強度評定程序，研制了可靠性住處處理系統。在上述基礎理論的指導下，借助于

22、大量試驗，縮短了新產品的研究周期，加速了液壓挖掘機更新換代的進程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機的運轉率達到85%-95%使用壽命超過1萬小時。5）加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機采用帶有墜物保護結構和傾翻保護結構的駕駛室，安裝可調節的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。6）進一步改進液壓系統。中、小型液壓挖掘機的液壓系統有向變量系統轉變的明顯趨勢。因為變量系統在油泵工作過程中，壓力減小時和增大流量來殮，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機可經常性地充分利用油泵的最大功率。當外阻力增大時則減少流量（降低速度），使挖掘力成倍增長率加；采用三回路液壓系統

23、。產生三個互不成影響的獨立工作運動。實現與回轉達機械的功率匹配。將第三泵在其它工作運動上接通，成為開式回路第二個獨立的快速成運動。止匕外，液壓技術在挖掘機上普遍使用，為電子技術、自動控制技術在挖掘機的應用與推廣創造了條件。7）迅速拓展電子化、自動化技術在挖掘機上的應用。20世紀70年代，為了節省能源消耗和減少對環境的污染，使挖掘機的操作輕便和安全作業，降低挖掘機口音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應用電子和自動控制技術。隨著對挖掘機的工作效率、節能環保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機電一體化在挖掘機上的應用，并使其各種性能有了質的飛躍。20世紀80年代，以微電子技

24、術為核心的高新技術，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機上的應用，推動了電子控制技術在挖掘機上應用和推廣，并已成為挖掘機現代化的重要標志，亦即目前先進的挖掘機上設有發動機自動怠速及油門控制系統、功率優化系統、工作模式控制系統、監控系統等電控系統。國內液壓挖掘機的發展概況近年來，我國的挖掘機市場90%被外國獨資或合資企業壟斷，而國產品的價格優勢仍然是十分明顯的。成都神鋼的挖掘機、凱斯的挖掘裝載機、JCB的挖掘裝載機、常林的挖掘裝載機、柳工的挖掘機、詹工的挖掘機、玉柴的挖掘機以及山河智慧、南特的小挖等諸多企業的產品一一呈現在市場上。挖掘機在2003年國內產銷量達35000臺，市場總量突破

25、6萬臺，升幅達80%.國產機的價格優勢是十分明顯的，以13至14噸級的輪式挖掘機為例，雖然其關鍵零部件系國外配置，但價格仍相差25萬至30萬元。小功率、多功能的挖掘機尤其受到青睞。通過快速換裝不同的工作裝置以完成挖、裝、填、夯、抓、包I、吊鉆、剪等多種作業，挖掘裝載機出現了需求不斷上升的勢頭。除了JCB、凱斯等品牌外，德工的WZ25-20型也出現了較好的銷售趨勢。輪胎挖掘機的需求一直在穩步增長，如常州現代的輪挖從0.25至0.92立方米都可生產，詹工可生產14至30噸級的輪挖，其中20噸級的輪挖的行駛速度可高達54公里/小時。目前我國輪挖的生產企業大約為10家。大型挖掘機在我國一直處于薄弱地位

26、，主要依賴進口。長挖的CE600-5型其斗容達4立方米，常州現代的R450LC-5型挖掘機屬于43.53噸級，而相比之下，德國的利勃海爾生產的600噸級的挖掘機最大斗容可達34立方米。小型挖掘機兼具有中型挖掘機的多項功能，又具有運輸、能耗、靈活性、適應性等方面優勢，而且價格低、重量輕、保養維修方便等優點得到了廣泛的。目前，國內外有關小型挖掘機的劃分標準并不統一。這里，我們暫且將整機質量在10噸或10噸以下稱小型挖掘機（整機質量等于或小于4噸的挖掘機稱作為微型挖掘機或叫做迷你型挖掘機）。總之，中國挖掘機市場將持續呈波浪型發展，從的發展觀來看，要摒棄一切脫離實際的超前。4今后一個時期挖掘機市場火爆

27、式的炎夏恐難遇到，我們期待溫暖、柔和、生機勃勃的春天的到來。期望中國挖掘機市場能夠持續、穩定、健康發展。國內挖掘機的發展起步較晚，目前國內市場上國產挖掘機大多數為20t40t級的，超過50t級的液壓挖掘機極少。設計的內容和設計內容的意義設計的內容：A1、對挖掘機的液壓系統進行設計計算；2、對液壓系統進行動態性能分析；3、對液壓系統零部件進行設計計算。按照挖掘機工作裝置和各個機構的傳動要求，把各種液壓組件用管路有機地連接起來的組合體，稱為挖掘機的液壓系統。其功能是，以油液為工作介質，利用液壓泵將發動機的機械能轉變為液壓能并進行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達等將液壓能轉返為機械能，實現挖掘機的各種

28、動作。設計基本要求：液壓挖掘機的動作復雜，凡要機構經常啟動、制動、換向、負載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外作業，溫度和地理位置變化大，因此根據挖掘機的工作特點和環境特點，液壓系統應滿足如下要求：1）要保證挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以互相配合實現復合動作。2）工作裝置的動作和轉臺的回轉既能單獨進行，又能作復合動作，以提高挖掘機的生產率。3）履帶式挖掘機的左、右履帶分別驅動，使挖掘機行走方便、轉向靈活，并且可就地轉向，以提高挖掘機的靈活性。4）保證挖掘機的一切動作可逆，且無級變速。5）保證挖掘機工作安全可靠，且各執行組件（液壓缸、液壓馬達等）有良好的超載保護；回轉機構和行走裝置

29、有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快帶下降和整機超速溜坡。為此，液壓系統應做到：1）有高的傳動效率，以充分發揮發動機的動力性和燃料使用經濟性。2）液壓系統和液壓組件在負載變化大、急劇的振動沖擊作用下，具有足夠的可靠性。3）調協輕便耐振的冷卻器，減少系統總發熱量，使主機持續工作時液壓油溫不超過80度，或溫升不超過45度。4）由于挖掘機作業現場塵土多，液壓油容易被污染，因此液壓系統的密封性能要好，液壓組件對油液污染的敏感性低，整個液壓系統要設置濾油器和防塵裝置。5）采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機設置自動控制系統，進而提高挖掘機技術性能和減輕駕駛員的勞動強度。設計內容的意義：挖掘機是一種多

30、功能機械，目前被廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質量。加快建設速度以及提高勞動生產率方面起著十分重要的作用。液壓系統是挖掘機的核心部分，對挖掘機液壓系統設計計算能有效的提高挖掘機性能。本次設計是以研究探討為主，了解液壓挖掘機的基本結構和原理，在此基礎上對液壓挖掘機的液壓系統的一些部件進行設計計算，根據所得結果對液壓組件（液壓泵、液壓馬達、液壓缸等）進行合理配置，使之能提高挖掘機的使用率、生產率適用范圍和使用壽命等。1.4設計內容的安排本次設計共分6章。第一章介紹液壓挖掘機的發展歷程和結構特點；第二章對液壓挖掘機的液壓組件進行設計計算

31、，液壓泵、液壓馬達、液壓缸等；第三章根據第二章所得結果對液壓挖掘機的液壓組件進行合理選擇應用；第四章對整個液壓挖掘機的液動系統回路進行設計，并繪制液壓回路圖。第五章對液壓系統的驗算，計算壓力損失；第六章為結論和展望。2挖掘機液壓系統的計算液壓挖掘機的基本系統本次設計的液壓挖掘機的基本參數定為：正鏟斗容量為1.6m3;液壓泵的系統工作壓力28MPa最大排量2Xl40mL/L;回轉液壓馬達最大排量140mL/r；行走液壓馬達最大排量2X140mL/L。為了合理的選擇液壓組件，對這些液壓組件進行分析計算，得到理論的數據，根據這些數據選擇液壓組件。挖掘機液壓系統的簡介液壓挖掘機的液壓系統都是由一些基本

32、回路和輔助回路組成，它們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節流調速和節流限速回路、行走限速回路、支腿順序回路、支腿鎖止回路和先導閥操縱回路等，由它們構成具有各種功能的液壓系統。一.液壓挖掘機液壓系統的基本類型液壓挖掘機液壓系統大致上有定量系統、變量系統和定量、變量復合系統等三種類型。.定量系統在液壓挖掘機采用的定量系統中，其流量不變，即流量不隨外載荷而變化，通常依靠節流來調節速度。根據定量系統中油泵和回路的數量及組合形式，分為單泵單回路定量系統、雙泵單回路定量系統、雙泵雙回路定量系統及多泵多回路定量系統等。.變量系統在液壓挖掘機采用的變量系統中，是通過容積變量來實現無級調速的，其調速方式有三種

33、：變數泵-定量馬達調速、定量泵-變量馬達調速和變量泵-變量馬達調速。單斗液壓挖掘機的變量系統多采用變量泵-定量馬達的組合方式實現無極變量，且都是雙泵雙回路。根據兩個回路的變量有無關連，分為功率變量系統和全功率變量系統兩種。其中的分功率變量系統的每個油泵各有一個功率調節機構，油泵的流量變化只受自身所在回路壓力變化的影響，與另一回路的壓力變化無關，即兩個回路的油泵各自獨立地進行恒功率調節變量，兩個油泵各自擁有一半發動機輸出功率；全功率變量系統中的兩個油泵由一個總功率調節機構進行平衡調節，使兩個油泵的擺角始終相同。同步變數、流量相等。決定流量變化的是系統的總壓力，兩個油泵的功率在變量范圍內是不相同的

34、。其調節機構有機械聯動式和液壓聯動式兩種形式。YW-160型單斗液壓挖掘機液壓系統國產YW-160型履帶式單斗液壓挖掘機的工作裝置、行走機構、回轉裝置等均采用液壓驅動，其液壓系統如圖1所示。該挖掘機液壓系統采用雙泵雙向回路定量系統，由兩個獨立的回路組成。所用的油泵1為雙聯泵，分為A、B兩泵。八聯多路換向閥分為兩組，每組中的四聯換向閥組為串聯油路。油泵A輸的壓力進入第一組多路換向閥，驅動回轉馬達、鏟斗油缸、輔助油缸，并經中央回轉接頭驅動右行走馬達7。該組執行組件不工作時油泵A輸出的壓力油經第一組多路換向閥中的合流閥進入第二組多路換向閥，以加快動臂或斗桿的工作速度。油泵B輸出的壓力油進入第二組多路

35、換向閥，驅動動臂油缸、斗桿油缸，并經中央回轉接頭驅動左行走馬達8和推土板油缸6。該液壓系統中兩組多種換向閥均采用串聯油路，其回油路并聯，油液通過第二組多路換向閥中的限速閥5流向油箱。限速閥的液控口作用著由梭閥提供的A、B兩油泵的最大壓力，當挖掘機下坡行走出現超速情況時，油泵出口壓力降低，限速閥自動對回油進行節流，防止溜坡現象，保證挖掘機行駛安全。在左、右行走馬達內部除設有補油閥外，還設有雙速電磁閥9,當雙速電磁閥在圖標位置時馬達內部的兩排柱塞構成串聯油路，此時為高速；當雙速電磁閥通電后，馬達內部的兩排柱塞呈并聯狀態，馬達排量大、轉速降低，使挖掘機的驅動力增大。為了防止動臂、斗桿、鏟斗等因自重而

36、超速降落，其回路中均設有單向節流閥。另外，兩組多路換向閥的進油路中設有安全閥，以限制系統的最大壓力，在各執行組件的分支油路中均設有超載閥，吸收工作裝置的沖擊；油路中還設有單向閥，以防止油液的倒流、阻斷執行組件的沖擊振動向油泵的傳遞。YW-160型單斗液壓挖掘機除了主油路外，還有如下低壓油路：.排灌油路。將背壓油路中的低壓油，經節流降壓后供給液壓馬達殼體內部，使其保持一定的循環油量，及時沖洗磨損產物。同時回油溫度較高，可對液壓馬達進行預熱，避免環境溫度較低時工作液體對液壓馬達形成“熱沖擊”。.泄油回路。將多路換向閥和液壓馬達的泄漏油液用油管集中起來，通過五通接頭和濾油器流回油箱。該回路無背壓以減

37、少外漏。液壓系統出現故障時可通過檢查泄漏油路濾油器，判定是否屬于液壓馬達磨損引起的故障。.補油油路。該液壓系統中的回油經背壓閥流回油箱，并產生0.81.0MPa的補油壓力，形成背壓油路，以便在液壓馬達制動或出現超速時，背壓油路中的油液經補油閥向液壓馬達補油，以防止液壓馬達內部的柱塞滾輪脫離導軌表面。該液壓系統采用定量泵，效率較低、發熱量大，為了防止液壓系統過大的溫升，在回油路中設置強制風冷式散熱器，將油溫控制在80c以下。圖2.1YW-160型單斗履帶式挖掘機液壓系統1油泵；2、4分配閥組；3單向閥；5速度限制閥；6推土板油缸；7、8行走馬達；9雙速閥；10回轉馬達；11動臂油缸；12輔助油缸

38、；13斗桿油缸；14鏟斗油缸；15背壓閥；16冷卻器；17濾油器2.2液壓挖掘機工作裝置油缸作用力的確定對液壓挖掘機的油缸研究，先以動臂油缸、鏟斗油缸、斗桿油缸做為研究對象。動臂油缸作用力分析動臂油缸作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內裝滿土壤的工作裝置至最大卸載距離位置進行卸載來確定，其計算簡圖如下圖所示。圖2.2動臂油缸作用力分析此時動臂油缸作用力為：1Fb=J(GbtldAGglgAGblbA)l3式中Gbt鏟斗及其裝載土壤重力Gg斗桿所受重力Gb動臂所受重力ldA鏟斗質心到動臂下較點A的水平距離lgA斗桿質心到動臂下欽點A的水平距離lbA動臂質心到動臂下較點A的水平距離同樣根據受力平衡

39、可求出斗桿油缸閉鎖力和鏟斗油缸閉鎖力。因為動臂油缸只承受大臂、斗桿、鏟斗及各液壓缸的自重，而不進行挖掘動作，但是要承受很大的彎曲力矩，要考慮液壓缸的抗彎能力，所以如果計算出動臂油缸所需過載壓力太大，只要采取增加動臂油缸徑和活塞桿徑的措施即可解決。鏟斗油缸工作受力分析圖2.3鏟斗油缸作用力分析反鏟裝置載作業過程中，當以轉斗挖掘為主時，其最大挖掘力為鏟斗油缸設計的依據。反鏟最重要的工作位置最大挖掘深度時能保證具有最大挖掘力來分析確定鏟斗油缸的作用力。此時計算位置為動臂下放到最低位置，鏟斗油缸作用力與斗桿欽點由最大力臂。由圖計算鏟斗油缸作用力為：F1maxlCFdl1式中l1鏟斗油缸作用力對搖臂與斗

40、桿欽點的力臂（此位置為要比長度）lcFlmax對鏟斗與斗桿較點C的力臂這時斗桿及動臂油缸處于封閉狀態，斗桿油缸封閉力F/g應滿足:F/gFimaxlBF2IBl2式中12 斗桿油缸閉鎖力F/g對斗桿與動臂較點B的力臂1BFlmax對斗桿與動臂較點B的力臂1BF2對斗桿與動臂欽點B的力臂F2挖掘阻力的法向分力，F20.2Flmax動臂油缸閉鎖力F；應滿足/F1max1AF21Ab113式中13動臂油缸閉鎖力Fb/對較點A的力臂1aFlmax對動臂下較點A的力臂1AF2對欽點A的力臂此外，最大鏟斗挖掘力在其工作位置能否實現，還受到挖掘機穩定性的限制，因為有可能挖掘力尚未達到最大值時，挖掘機已經失去

41、穩定。因此，選取鏟斗油缸最大推力時應以保證挖掘機的穩定為前提條件。斗桿油缸作用力分析當挖掘機以鏟斗挖掘時，其最大挖掘力則由斗桿油缸來保證。斗桿油缸最大作用力計算位置為動臂下方到最低位置，斗桿油缸作用力對斗桿與動臂較點有最大力臂，即對斗桿產生最大作用力距，并使斗齒尖和較點B,C在一條直線上，如下圖所示。圖2.4斗桿油缸作用力分析與前面推導斗桿油缸作用力一樣，此時斗桿油缸作用力為：F1maxlBgl2而鏟斗油缸及動臂油缸處于閉鎖狀態，所以鏟斗油缸閉鎖力F；應滿足:/F1maxlCFbl1動臂油缸閉鎖力F；應滿足：F/F1maxlAF2lAl3斗桿最大挖掘力也受到挖掘機穩定性條件的限制。當以斗桿油缸

42、進行挖掘時，由于其作用力臂的變化、結構自身的影響以及鏟斗相對斗桿位置的變化，其斗桿齒挖掘力也隨之變化。2.3液壓元件的計算液壓元件的性能分析包括：液壓缸內徑，缸筒壁厚，活塞桿強度，液壓缸的工作壓力,液壓馬達的排量和工作壓力，液壓缸與液壓馬達排量。液壓缸內徑由機械設計手冊7表知：D=：式中F一液壓缸負載P一系統壓力D液壓缸內徑取液壓缸負載為：P=231.853KN代入數據得D=186.4mm參考液壓缸系列尺寸取D=200mm4Fg對斗日干缸D=,=231.674mm取D=200mm。缸筒壁厚0cle2Pmax*D2*其中：Pmax -缸內最高工作壓力MPa【1-缸筒材料許用應力N/mm2代入數據

43、0=24由D1:020得，查機械設計手冊知D1=225mm。缸筒壁厚驗算額定工作壓力應低于一定極限值以保證工作安全。_2_2Pn0.35*s(D1D2)D1材料選2G330-450S=330N/mm2得Pn=30.8Mpa選定系統工彳壓力為28Mpa可以滿足要求。活塞桿計算dD”1其中數比由機械設計手冊表選取=2再由表得d=150mm。活塞桿強度計算P*4* 10 6* d2= 105.4N/ mm2其中P:活塞桿作用力，N;2d:活塞桿直徑，m,=100110N/mm確定液壓系統的工作壓力在不考慮能量損耗的情況下，系統的功率為：PpQ103(kW)式中p液壓泵的出口壓力，Pa；Q液壓泵的輸出

44、流量，m3/so由上式可知，當系統傳遞的功率一定時，提高系統的工作壓力就可減少系統中通過液壓元件的流量，從而減小相應各液壓元件以及整個液壓系統的結構尺寸和質量。因此，目前液壓挖掘機液壓傳動多采用中高壓和高壓系統。根據以上內容對此液壓系統的工作壓力取P=28MPa。確定液壓缸的主要參數和工作壓力液壓缸的有效工作壓力Pg是指液壓缸用于克服外載荷所需要的那一部分壓g力，其數值為：pgpbpjphAr(Mpa)Aj式中pb液壓泵出口壓力，Mpa；Pj進油管路壓力損失，Mpa；Ph回油背壓力，Mpa；Aj,Ah液壓缸進油腔和回油腔有效工作面積，m2上式中的壓力損失Pj,包括壓力油從液壓泵出口流過管道和各

45、種液壓元件（主要是閥類元件）時的壓力損失。比較仔細的計算要在管路裝配圖畫出之后才能進行。初步計算時,可參考同類液壓挖掘機的經驗數據來確定，可取pj=34Mpa。確定液壓馬達的排量和工作壓力液壓馬達的排量由給定的數值可知q=140mL/r液壓馬達的有效工作壓力pm按下式計算pm=pbpj-ph式中的壓力損失，可按前面介紹的經驗數據確定。回油背壓力ph的數值應根據馬達所需的背壓力來確定。根據液壓馬達驅動的最大載荷力矩M、排量q、有效工作壓力pm、最高轉速nmax和最低穩定轉速nmin以及系統工作條件等，即可選擇液壓馬達的型號和規格。計算液壓缸與液壓馬達的流量通常根據最大移動速度和最高轉速來計算液壓

46、缸和液壓馬達的流量。液壓缸所需流量：QmaxAgVmax(m/s)式中Ag液壓缸的有效工作面積，m2;Vmax液壓缸的最大速度,m/S；液壓馬達所需流量：(m3 / s )工Qmaxq0maxv式中q0馬達的理論排量，mL/L;max馬達的最高轉速，rad/s；v馬達的容積效率液壓元件的選擇液壓缸的選擇液壓缸在液壓系統中有著重要的地位，是整個液壓系統的起始循環點，所以對液壓缸的選擇很重要，根據以上計算的結果，對液壓缸的選擇就明確了，選擇材料為2G330-450的內徑為100mm壁厚為21mm的液壓缸。液壓泵的選擇液壓泵的選擇時根據液壓系統工作壓力(即液壓泵出口壓力)來選定液壓泵的形式，選擇液壓

47、泵的額定壓力要比系統壓力大25%以上，使液壓泵由一定的壓力儲備，在這為了經濟考慮，選擇液壓泵的額定壓力為35Mpa的液壓泵。型號為：2ZBZ140的液壓泵。液壓馬達的選擇根據第二章關于液壓馬達的計算，計算所得的液壓馬達的參數(液壓馬達的排量、液壓馬達的工作壓力、液壓馬達的流量)來選擇。型號為：ZM732的液壓馬達。發動機的選擇發動機是液壓挖掘機的核心部件，對挖掘機的要求高，對發動機的要求也就高。選發動機先確定發動機的功率。液壓挖掘機用柴油機驅動，柴油機的功率必需能夠充分滿足主機工作過程中的動力要求。發動機功率Pf根據系統方案確定，在變量系統中，考慮使用情況的最大限度，可取發動機的功率為：Pf=

48、(1.01.3)P(KW)式中P液壓泵的輸出功率，KW。在定量系統中，由于發動機功率利用低，一般為60%左右，損失功率全部轉變為熱量，因此，確定發動機功率時可以取得低一些，對于雙泵雙回路定量系統，發動機功率可取為：Pf=(0.81.1)P(KW)計算時，發動機功率可按以上兩式計算，或將兩式合并得：Pf=17.7+92.7q(KW)式中q液壓挖掘機的標準斗容量，m3。得此液壓挖掘機的發動機功率為Pf=17.7+92.7*1.6=166.02KW此時可根據發動機功率選擇發動機的型號。液壓系統回路的設計液壓缸控制回路執行元件的工作壓力由負載確定。在運行過程中必需保證回路通暢要設置必要的安全設施。普通

49、標準型油缸在行程兩端。設有緩沖裝置，使油缸在行程兩端能平滑停止，然而當活塞在行程中途停止或反轉時，由于運行部件的動能會引起激烈的沖擊，因此在油缸的端部設置小型溢流閥以消除沖擊，此閥的調定壓力需超過最大工作壓力的5%10%。另外為了減小回路的沖擊，各閥件、泵及油缸之間的管路應盡量縮短和減少不必要的管路彎曲。經驗認為，因為管路復雜而產生噪音時，在振動的地方接入軟管，是非常簡易有效的處理方法。圖中兩只單向閥為設置的補油裝置，用以補充管路中油的損失。因為鏟斗缸回路，斗桿回路和大臂回路工作原理和性質基本相同，故采用同一基本回路，有所不同的就是為了防止動臂缸下降過快可在動臂缸大腔進油路設置單向節流閥，起緩

50、沖限速作用。液壓馬達控制回路如圖該閥門組中包括雙向液壓控制閥兩只溢流閥和兩只單向閥，它具有限制,閉鎖，制動，補油的功能。當主換向閥處于中位時，液壓控制閥的兩條回路都與回油相通，故液壓控制閥返回中位，液壓馬達的腔被封死，此時起制動和閉鎖作用，當慣性過大，液壓馬達回油腔壓力高于溢流閥調定的壓力時，溢流閥打開起緩沖作用，限制制動力矩，當主換向閥在工作位置時，液壓控制閥的一條油路暢通，使制動閥移到左位（或右位），液壓馬達運轉。當挖掘機發生淄坡現象行走液壓馬達超速回轉時，進油回來壓力大大降低，則對應于制動閥高壓側的壓力也大大降低，在回位彈簧作用下，閥芯向中位移動使回油發生截流，從而限制了馬達的轉速，起到

51、了限速作用，當馬達的高壓腔被吸空產生負壓時，在回油被壓的作用下推開控制閥中位的單向閥向該腔補油。圖4.2液壓馬達控制回路計算系統所需的最大流量由前計算可知鏟斗缸與斗桿缸的流量為：213.5L/min當兩缸合流或鏟斗缸和斗桿缸同時動作時其流量為：2*213.5L/min即為系統最大流量。壓力損失的計算由機械設計手冊知：P損7.2*V*L/d2=1800Pa式中：V-管中液體速度d-管內直徑（mmL-直管的長度（m）局部壓力損失：換向閥0.3-0.4Mpa取0.35Mpa節流閥0.3-0.35Mpa取0.35Mpa巳960*1060.35*20.35*21.4Mpa管路壓力損失不作考慮，故可確定液

52、壓泵工作壓力P26Mpa擬定液壓源控制回路液壓源時液壓系統的心臟，它的性能好壞，直接影響到液壓系統的性能。對液壓源的控制是指對其輸出壓力及流量的控制。主溢流閥起到安全限壓的作用，由前面的計算可知此閥的調定壓力為：26Mpa。3霸 (Jj圖4.3定量泵回路1吸油過濾器；2定量液壓泵；3卸荷溢流閥;4二位三通電磁閥；5 單向閥；6壓力繼電器；7蓄能器；8高壓過濾液壓系統性能驗算液壓系統功率損失液壓挖掘機在工作過程中的能量損失，除了一般的機械損失、管道損失和泵的效率損失等以外，還有以下幾個主要方面：1）發動機噴油提前角不正確引起的效率低下。2）發動機和液壓泵不匹配所造成的能量損失，即當發動機和液壓泵

53、聯合工作時，存在一個聯合工作特性，其中的聯合工作效率與泵的轉速、壓力和流量相關。一般情況下，發動機一液壓泵系統不大可能在各種工況下都處于最佳經濟工作狀態，從而造成一定的能量損失。發動機液壓泵的總功率損失為：NZP0Qmax/my式中：m發動機機械效率，即m=Ne/Nt（Ne發動機有效功率；Nt發動機指示功率）；y液壓泵總效率。應當注意，發動機和液壓泵在低負荷、高轉速下的效率m、y是很低的。（3）液壓油的流量損失，由流量損失而引起的功率損失面NPQ（P為液壓油壓力，Q為損失的流量），由下列幾部分組成：（a）對由液壓系統泄漏產生的損失。（b）當各操縱閥處于中位（挖掘機不工作）時，如果不降低發動機轉

54、速，則液壓功率的損失為：Ny1P0Qmax式中：P0液壓系統的背壓；Qmax液壓泵的最大流量。（c）溢流損失，由溢流產生的液壓油功率損失為：Ny2PmaxQ式中：Pmax溢流閥開啟壓力（約等于系統最高壓力）；Q溢流量。由溢流引起的發動機一液壓泵系統的總功率損失為：NZN y2 m /Pmax Q /my這種工況下的m、y都比較高。（4）液壓油的壓力損失，主要由兩部分組成：第一部分是當液壓油通過管道和接頭等的沿程損失，這種損失是不可避兔的；另一部分是當挖掘機進行精細作業時，液壓油經過控制閥節流時產生的損失。5.2液壓油油溫過高的原因及預防措施油溫過高的原因和當油溫過高采取的措施如下：（1）油品選

55、擇不當油的品牌、質量和黏度等級不符合要求，或不同牌號的液壓油混用，造成液壓油黏度指數過低或過高。若油液黏度過高，則功率損失增加，油溫上升；如果黏度過低，則泄漏量增加，油溫升高。預防措施：選用油液應按廠家推薦的牌號及機器所處的工作環境、氣溫因素等來確定。對一些有特殊要求的機器，應選用專用液壓油；當液壓元件和系統保養不便時，應選用性能好的抗磨液壓油。（2）污染嚴重施工現場環境惡劣，隨著機器工作時間的增加，油中易混入雜質和污物，受污染的液壓油進入泵、馬達和閥的配合間隙中，會劃傷和破壞配合表面的精度和粗糙度，使泄漏增加、油溫升高。預防措施：一般在累計工作1000多h后換油。換油時，注意不僅要放盡油箱內

56、的舊油，還要替換整個系統管路、工作回路的舊油；加油時最好用120目以上的濾網，并按規定加足油量，使油液有足夠的循環冷卻條件。如遇因液壓油污染而引起的突發性故障時，一定要過濾或更換液壓系統用油。如，一臺YZT14G型壓路機出現液壓油油溫過高、振動力不足的故障；檢查發現，液壓油呈乳白色，已變質、黏度下降，更換液壓油后壓路機運轉恢復正常。（3）液壓油箱內油位過低若液壓油箱內油量太少，將使液壓系統沒有足夠的流量帶走其產生的熱量，導致油溫升高。預防措施：在實際操作和保養過程中，嚴格遵守操作規程中對液壓油油位的規定。如，一臺PC2003型液壓挖掘機，工作一段時間后出現液壓油溫度過高故障；檢查液壓油箱，發現

57、油位低于規定值很多，由于液壓系統過度缺油，使液壓油循環過快，未能充分靜置散熱，結果油溫升高；按規定加足液壓油后，液壓油溫度隨即降至正常范圍。（4）液壓系統中混入空氣混入液壓油中的空氣，在低壓區時會從油中逸出并形成氣泡，當其運動到高壓區時，這些氣泡將被高壓油擊碎，受到急劇壓縮而放出大量的熱量，引起油溫升高。預防措施：經常檢查進油管接口等封處的密封性，防止空氣進入；同時，每次換油后要排盡系統中的空氣。如，一臺PY184型平地機液壓油溫度過高，同時伴有液壓噪聲；檢查發現，液壓泵進油口連接軟管有少許損壞，吸入空氣，導致油溫過高，更換軟管后平地機運轉狀況良好。（5）濾油器堵塞磨粒、雜質和灰塵等通過濾油器時，會被吸附在濾油器的濾芯上，造成吸油阻力和能耗均增加，引起油溫升高。預防措施：定期清洗、更換濾油器，對有堵塞指示器的濾油器，應按指示情況清洗或更換濾芯；濾芯的性能、結構和有效期都必須符合其使用要求。如，一臺TY220型推土機在作業時油溫報警器連續報警，同時發現變矩器處有油煙和油液的燒焦味，轉向油箱內油位較低；檢查結果是，變矩器回油泵吸油濾網堵塞引起了此故障，因濾網粘滿沉積物，使變矩器泄漏的油液不能及時泵回轉向油箱，越積越多，變矩器放置阻力加大，由摩擦產生的熱量增多，最后導致油液溫升太快；清洗該濾網后，油溫恢復正常。又如，一臺CAT