液壓挖掘機(jī)工作裝置及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)含6張CAD圖

液壓挖掘機(jī)工作裝置及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)含6張CAD圖,液壓,挖掘機(jī),工作,裝置,系統(tǒng),設(shè)計(jì),cad 液壓挖掘機(jī)工作裝置及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 液壓挖掘機(jī)是屬于重型建筑用機(jī)械的一種主要設(shè)施，在我國的應(yīng)用范圍極其廣泛，它被廣泛應(yīng)用在路面建設(shè)、挖掘水利設(shè)施、鋪設(shè)電網(wǎng)和挖礦等需要大規(guī)模機(jī)械挖掘和施工的建筑作業(yè)中。其中，反鏟液壓挖掘機(jī)屬于重型工業(yè)機(jī)械中應(yīng)用最多的一個(gè)機(jī)種。它主要應(yīng)用于挖掘水平面以下或者與機(jī)身等高的土壤，它在很多方面都有著不可替代的作用。例如，減少工人們繁雜的體力勞動(dòng)、保證工程施工的質(zhì)量、促進(jìn) 建造的速度以及增加施工的勞動(dòng)生產(chǎn)率方面等等。液壓挖掘機(jī)還具有多功能化、多樣化、高工作質(zhì)量以及高工作效率等特點(diǎn)，因此受到了全世界人民的喜愛。液壓挖掘機(jī)的制造業(yè)也因此蓬勃生長(zhǎng)。 液壓挖掘機(jī)完成各項(xiàng)基本功能的基礎(chǔ)就是液壓挖掘機(jī)的工作裝置機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)的可行性直接影響到液壓挖掘機(jī)的正常工作與施工。挖掘機(jī)機(jī)械部分與液壓傳動(dòng)已經(jīng)嚴(yán)密地聯(lián)系在了一起，成為了不可分割的一部分。他的發(fā)展主要靠液壓技術(shù)的改進(jìn)，液壓技術(shù)就是它的根底。不論在嚴(yán)寒的高山上，或是干涸的沙漠，你都能看到液壓挖掘機(jī)的存在。這些崎嶇復(fù)雜的地理因素導(dǎo)致了液壓挖掘機(jī)工作的艱難性，于是它對(duì)液壓系統(tǒng)運(yùn)作提出了很嚴(yán)格的要求，其液壓系統(tǒng)也是重型建筑機(jī)械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的一種。因而，對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的剖析與更新設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推進(jìn)液壓挖掘機(jī)發(fā)展中的重要一部分。 關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī) 工作裝置 液壓系統(tǒng) Abstract Hydraulic excavator is a kind of heavy construction machinery facilities, application scope is extremely widespread in our country, it is widely used in road construction, mining, the electric grids and the water conservancy facilities need large-scale mechanical mining such as mining and construction building work. Among them, the backhoe hydraulic excavator is one of the most widely used in heavy industrial machinery. It is mainly used to excavate the water level below or the soil with the height of the fuselage, it has an irreplaceable role in many aspects. For example, reducing the workers' laborious physical labor, ensuring the quality of the construction, promoting the speed of construction, and increasing the labor productivity of the construction. The hydraulic excavator has the characteristics of multi-function, diversification, high quality of work and high working efficiency, so it is loved by people all over the world. The manufacturing of hydraulic excavators has also boomed. The basic function of hydraulic excavator is the working device mechanism of hydraulic excavator. The feasibility of its structure directly affects the normal work and construction of hydraulic excavator. The mechanical part of the excavator is closely connected with the hydraulic transmission and becomes an inseparable part. His development mainly relies on hydraulic technology improvement, hydraulic technology is its root. You can see the existence of hydraulic excavators, either in the frigid mountains or in the dry desert. These rugged complex geographic factors resulted in the hard reality of hydraulic excavator working, then it puts forward very strict requirements on hydraulic system, the hydraulic system is also heavy construction machinery hydraulic system in one of the most complicated. Therefore, the analysis and update design of the hydraulic system of excavator has become an important part in the development of hydraulic excavator. Key words: hydraulic excavator working device hydraulic system. 目 錄 引 言 1 第一章 緒 論 2 1.1挖掘機(jī)的發(fā)展歷程 3 1.2國外挖掘機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 3 1.3國內(nèi)挖掘機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 4 第二章 工作裝置設(shè)計(jì) 5 2.1鏟斗參數(shù)的確定 5 2.1.1鏟斗參數(shù)的計(jì)算 5 2.1.2鏟斗挖掘阻力 7 2.2動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 8 2.2.1l1和l2的計(jì)算 8 2.2.2l41和l42的計(jì)算 9 2.2.3l5的計(jì)算 9 2.3斗桿基本參數(shù)的確定 14 2.3.1斗桿挖掘阻力 14 2.3.2斗桿參數(shù)的計(jì)算 15 2.4鏟斗連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)確定 16 第三章 液壓系統(tǒng)分析 18 3.1液壓系統(tǒng)的基本組成 18 3.2 液壓系統(tǒng)的要求 18 3.3液壓系統(tǒng)工況分析 19 3.3.1挖掘 19 3.3.2滿斗舉升回斗 19 3.3.3卸載 19 3.4液壓系統(tǒng)基本回路 19 3.4.1限壓回路 19 3.4.2節(jié)流回路 20 3.5 液壓系統(tǒng)的確立 21 3.5.1工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖 21 3.5.2液壓系統(tǒng)工作分析 21 3.5.3液壓元件的作用 22 3.6液壓缸的計(jì)算 22 3.6.1鏟斗液壓缸的計(jì)算 22 3.6.2斗桿油缸的計(jì)算 24 3.6.3動(dòng)臂油缸的計(jì)算 25 3.7液壓泵的選擇 25 3.8其他液壓元件的選擇 26 總結(jié) 27 參考文獻(xiàn) 28 謝辭 29 引 言 液壓挖掘機(jī)完成它基本任務(wù)的根本在于液壓挖掘機(jī)的工作裝置，它就像是液壓挖掘機(jī)的肌肉，沒有了它，液壓挖掘機(jī)也將毫無意義。它是通過分布在動(dòng)臂、斗桿、機(jī)身上的三個(gè)液壓缸來控制動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的動(dòng)作來完成挖掘等一系列工程任務(wù)。在液壓挖掘機(jī)身上，如果說工作裝置是他的肌肉，那么液壓系統(tǒng)就是它的血液。所以說，液壓系統(tǒng)功能的優(yōu)良與否，將直接影響整個(gè)液壓挖掘機(jī)的正?；竟ぷ餍阅?。 據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，一臺(tái)液壓挖掘機(jī)，可以減少三四百工人一天的工作量，我們國家正處在急速發(fā)展的時(shí)期，所以咱們們要鼎力的改良液壓挖掘機(jī)。隨著高新科學(xué)技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，液壓系統(tǒng)也必將更加完善。而到那時(shí)，液壓挖掘機(jī)也將更好的為我們服務(wù)。本次設(shè)計(jì)，就是從零開始，剖析一個(gè)挖掘機(jī)是怎樣工作的，這對(duì)我們對(duì)挖掘機(jī)的創(chuàng)新肯定能起到一定的積極作用。 1 第一章 緒 論 自從人類學(xué)會(huì)使用工具以來，形形色色的工具設(shè)備被發(fā)明出來。為了進(jìn)行大宗的工程建設(shè)，挖掘機(jī)被發(fā)明出來，從蒸汽機(jī)帶動(dòng)的掘土機(jī)到液壓挖掘機(jī)，處處閃耀著人類的智慧，工人們反復(fù)的勞動(dòng)減輕了，工程建設(shè)的進(jìn)度加快了，各種材料的浪費(fèi)減少了，社會(huì)的文明在加速前進(jìn)著。特別是在我們中國這個(gè)急劇發(fā)展中的國家，自從1978年鄧小平偉人提出要開始改革開放以來，隨著我國各種交通運(yùn)輸?shù)钠占?，城?zhèn)化的建設(shè)的逐步推進(jìn)，工程建設(shè)的要求也越來越高，挖掘機(jī)與我們生活中的碰面也越來越頻繁。 由于使用性能，使用成本上的優(yōu)越性，目前，寰球都在大力開展液壓挖掘機(jī)的改良工作，并因?yàn)榄h(huán)境問題這個(gè)全球性的難題，著重于挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化，以達(dá)成能源的有效利用，間接的緩解了地球的環(huán)境問題。 著眼未來，我認(rèn)為液壓挖掘機(jī)必將朝著以下幾個(gè)趨勢(shì)前進(jìn)； 1、 越來越節(jié)能。 2、 能做更為細(xì)致的工程建設(shè)。 3、 驅(qū)動(dòng)方式更為環(huán)保。 4、 液壓傳動(dòng)元件的優(yōu)化，挖掘效率的提升。 5、 機(jī)電一體化的綜合運(yùn)用。 6、 仿真學(xué)在工程機(jī)械中的應(yīng)用。 液壓挖掘機(jī)的關(guān)鍵就在于它的液壓系統(tǒng)上，隨著我們研究液壓技術(shù)的深入，液壓挖掘機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)也不斷的在改進(jìn)。在未來，液壓挖掘機(jī)的工作環(huán)境必將更為的惡劣、更為的嚴(yán)峻，我們要它所做出的各種動(dòng)作也越來越繁復(fù)，這對(duì)挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)也提出了更嚴(yán)峻的要求。在未來，我們創(chuàng)新的重點(diǎn)必將放在液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)上。只有這樣，我們才能更好的推進(jìn)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展，給我們的生活帶來更好的體驗(yàn)。 2 1.1挖掘機(jī)的發(fā)展歷程 我們已知的世界上第一臺(tái)挖掘機(jī)出生在1796年的歐洲，當(dāng)時(shí)它是用蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的。它的主要工作就是挖泥，英國人用它來清理河道的淤泥。然后到1835年，在美國，有人利用人體仿真學(xué)，制造出了一種通過蒸汽驅(qū)動(dòng)，并能夠模仿人類挖掘動(dòng)作的掘土機(jī)。它被認(rèn)為是挖掘機(jī)歷史上的一代模范，經(jīng)過了一百八十多年的歷史，現(xiàn)代的挖掘機(jī)還在繼承了它的很多設(shè)計(jì)理念。 直到19世紀(jì)50年代末，第一臺(tái)液壓驅(qū)動(dòng)的挖掘機(jī)才在德國誕生，它的外形特征已與我們目前的液壓挖掘機(jī)有很多相似之處了。隨著這一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，我們的科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)有了極大的進(jìn)步，應(yīng)用在液壓挖掘機(jī)上的先進(jìn)技術(shù)一樣接著一樣。伴隨著液壓挖掘機(jī)功能的不斷更新與換代，我們的生活也越來越離不開它了。它已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)施工過程中的必需之物。 1.2國外挖掘機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 在歐洲發(fā)達(dá)國家，自從工業(yè)革命后，他們工業(yè)起步早，技術(shù)也比較先進(jìn)。他們研究挖掘機(jī)很早，是挖掘機(jī)的主要輸出國家，占有的市場(chǎng)份額很大。到了現(xiàn)代，市場(chǎng)上的挖掘機(jī)大多朝著大型化、微型化的趨勢(shì)發(fā)展，是為了適應(yīng)現(xiàn)在大規(guī)模的建筑工程。另外，在具有液壓挖掘機(jī)基本功能的基礎(chǔ)上，液壓挖掘機(jī)在向著多功能化的方向發(fā)展，具有挖掘、起重、沖擊、破碎等多種功能。 隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，液壓挖掘機(jī)上也運(yùn)用了電子信息技術(shù)。各種傳感器、儀表被應(yīng)用在挖掘機(jī)上，使得挖掘機(jī)的控制更為精確，操作也更為安全，效率也大大的提高了。 隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)也能做到以前不敢想的事情，液壓系統(tǒng)的壓力越來越高 ，液壓元件越來越小，液壓元件的磨損也在降低。國外很多公司都已經(jīng)采用了雙液壓泵的變量液壓系統(tǒng)、液壓元件的先導(dǎo)控制系統(tǒng)、電子傳感器控制系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)。 3 1.3國內(nèi)挖掘機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 我們國家研制的挖掘機(jī)是從20世紀(jì)60年代末開始的。那個(gè)時(shí)候我國有上海的建筑機(jī)械公司研制的WY100液壓挖掘機(jī)、貴州機(jī)器廠研制的W4-60液壓挖掘機(jī)、安徽合肥的機(jī)械廠研制的WY60液壓挖掘機(jī)等。10年后，長(zhǎng)江挖掘機(jī)制造廠制造出了WY160液壓挖掘機(jī)，浙江杭州機(jī)器廠制造出了WY250液壓挖掘機(jī)，中國的制造技術(shù)在飛速發(fā)展。一九九四年時(shí)，美國、日本、德國、瑞典先后與中國合資建立了許多工程機(jī)械制造公司，給我們的發(fā)展帶來了非常大的幫助。 隨著我國改革開放的不斷開展，我國的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展越來越迅速，我們的基礎(chǔ)設(shè)施等也亟待改善。我國這樣的社會(huì)主義國情促進(jìn)了我國挖掘機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展，進(jìn)一步使我國的挖掘機(jī)技術(shù)得到了極大的提高。 為了提高我們國家在國際上的話語權(quán)，我們必須要有自我的創(chuàng)新項(xiàng)目、必須提高高新技術(shù)的發(fā)展，才能是我們國家越來越強(qiáng)。 4 第二章 工作裝置設(shè)計(jì) 在這個(gè)設(shè)計(jì)中，我們?nèi)∮梅寸P裝置，已知鏟斗容量q=1m3、最大地面挖掘半徑R1max=8820mm、最大挖掘深度H1max=5750mm、最大卸載高度H3max=8520mm。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，我們假定本反鏟液壓挖掘機(jī)挖掘Ⅲ級(jí)土壤。 2.1鏟斗參數(shù)的確定 2.1.1鏟斗參數(shù)的計(jì)算 假設(shè)鏟斗的容量為q。q是一個(gè)數(shù)值，當(dāng)這個(gè)數(shù)值一定時(shí)，鏟斗切削土壤的角度2、鏟斗的半徑RD和鏟斗的寬度b都應(yīng)該是一定的。他們之間存在下列關(guān)系； （2-1） 在式子(2-1)中，ks是鏟斗充滿影響因素?cái)?shù)、Ks是土壤松散影響因素?cái)?shù)。 通常，攢們稱每1m3土壤開掘所耗費(fèi)的能量為一個(gè)定值。這個(gè)定值我們稱它為切削能容量（E，單位N·m/m3），且 （2-2） 在這個(gè)式子中，k1是工作過程中的影響因素系數(shù)、k2是具有應(yīng)力影響的一種系數(shù)，在鏟斗容量q=0.15~1m3時(shí)，取k2=1.5、k3是具有容積質(zhì)量影響的一種系數(shù)，在鏟斗容量q=0.15~1m3的時(shí)侯，我們挺長(zhǎng)取k3為一個(gè)定值，這個(gè)定值為0.07。 5 因次，我們可以從（2-2）式看出，φ與E成正比例關(guān)系，b和RD與E成反比例關(guān)系，為了節(jié)省能量，我們應(yīng)該減小切削轉(zhuǎn)角φ，加寬鏟斗的寬度b和提高切削土壤的半徑RD。但是，由于鏟斗的結(jié)構(gòu)并不能無限的做出一方面的改變，通常； （2-3） 又因?yàn)殓P斗切削土壤的余量，一般選取鏟斗轉(zhuǎn)角 。又因?yàn)?，鏟斗切削土壤速度過快會(huì)加大挖掘阻力，所以工程上，我們一般選取 。 根據(jù)； （2-4）， 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，我們?nèi)S/kS=1。 且， （2-5） 由以上知，斗容量為1m3的鏟斗，鏟斗寬度b=1400mm，鏟斗切削半徑RD=1370mm。 6 2.1.2鏟斗挖掘阻力 根據(jù)科學(xué)家研究出的土壤切削定理，當(dāng)反鏟液壓挖掘機(jī)用鏟斗的旋轉(zhuǎn)來切削土壤進(jìn)行挖掘時(shí)，作用在鏟斗上的阻力與鏟斗的轉(zhuǎn)角成一定的函數(shù)關(guān)系。并且鏟斗挖掘阻力的最大值發(fā)生在鏟斗總轉(zhuǎn)角一半的位置。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到公式， 最大鏟斗挖掘阻力為 式中 F1max—最大鏟斗挖掘阻力，N; C—土壤硬度密實(shí)計(jì)打擊次數(shù)，對(duì)Ⅲ級(jí)土壤，C=9~15； RD—鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)至斗齒尖的距離，即鏟斗的轉(zhuǎn)斗切削半徑，m φmax—挖掘過程中總轉(zhuǎn)角的一半，即最大鏟斗挖掘阻力發(fā)生的位置，（°）； kB—切削刃寬度影響系數(shù)，kB=1+2.6b，b為鏟斗寬度，m kA—切削角變化對(duì)挖掘阻力的影響，取kA=1.3； kZ—斗齒的影響系數(shù)，取kZ=0.75； kx—鏟斗前邊斗齒對(duì)地面傾斜角度的影響系數(shù)，取kX=1.15 在這次設(shè)計(jì)中我們?nèi)=12，φ=50°， 代入數(shù)據(jù)可得出 F1max=136kN 7 2.2動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 圖2-1 2.2.1l1和l2的計(jì)算 如圖所示，通常動(dòng)臂轉(zhuǎn)折角可取 ，角度過小會(huì)危害結(jié)構(gòu)。會(huì)使動(dòng)臂的構(gòu)造剛度變小。動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處的長(zhǎng)度比 ，K3取1.1~1.3。 由前人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知，最大挖掘半徑R1max的數(shù)值很接近鏟斗挖掘半徑RD，動(dòng)臂兩端連線長(zhǎng)度l1，斗桿長(zhǎng)度l2三者的和，即R1max=RD+ l1+ l2，而且l1=1.8l2。 代入數(shù)據(jù)可得l1=4788mm，l2=2660mm。 8 2.2.2l41和l42的計(jì)算 在動(dòng)臂所形成的三角形 中， 圖 2-2 初步選取K3=1.2,根據(jù)余弦定理，CF2=CZ2+ZF2-2CZ*ZF*COSα1， 即求得，l41=CZ=2510mm，l42=ZF=3012mm。 2.2.3l5的計(jì)算 圖 2-3 9 如圖所示，動(dòng)臂液壓缸活塞桿全部伸出與全部縮進(jìn)時(shí)的力臂比K4我們?nèi)∮?.4。α11取值的大小影響著動(dòng)臂力臂比K4和最大挖掘深度H1max，若增大α11的數(shù)值。會(huì)導(dǎo)致力臂比K4減小或使最大挖掘高度H2max加大。在現(xiàn)實(shí)生活中，我們通常取α11的取值范圍在60°~75°。 當(dāng)固定在動(dòng)臂上的斗桿液壓缸全部縮進(jìn)時(shí)∠QFC=α32-α8的取值是最大的，我們通常選擇（∠QFC=α32-α8）=160°~180°。本次設(shè)計(jì)，我們選?。ā螿FC=α32-α8）=160°。 確定動(dòng)臂液壓缸與動(dòng)臂鉸合連接于B點(diǎn)，∠BCZ為動(dòng)臂與液壓缸的夾角。這一夾角的取值取決我我們布置液壓缸的形式，通常很小，可能為零。控制動(dòng)臂的液壓缸與動(dòng)臂連接。這個(gè)連接點(diǎn)一般處于動(dòng)臂下翼緣加耳座結(jié)構(gòu)上，且B點(diǎn)在Z點(diǎn)的下面。一般取∠ZCB=0°~9°，我們選擇∠ZCB=5°。 在△CZF中，∠ZCF=π-α1-α39，由此可推得； α2=∠BCF=∠FCZ-∠ZCB； 根據(jù)上圖我們可以知道最大卸載高度H3max的計(jì)算方式； （2-6） 也可以用下面這個(gè)式子表達(dá)； (2-7) 當(dāng)挖掘機(jī)挖掘最深土壤時(shí)，我們可以得到最大挖掘深度H1max； 10 它的表達(dá)式我們也可以得出； （2-8） 式(2-8)也可以表示為； （2-9） 在上述式子中，θ1max為∠ACZ的最大張角、θ1min為∠ACZ的最小張角。 將式子(2-7)和式子(2-9)相加，我們可以消去l5，即AC的長(zhǎng)度， 得 （2-10） 同時(shí)我們令A(yù)= B= ， ∠ZCF我們可以根據(jù)余弦定理算出， cos∠ZCF=CZ2+CF2-ZF22×CZ×CF 可以算出∠ZCF=27° 又因?yàn)樘匦詤?shù) 11 式子中，λ1為動(dòng)臂油缸伸出的最大長(zhǎng)度與動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度之比。設(shè)動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度為L(zhǎng)1min、動(dòng)臂油缸伸出的最大長(zhǎng)度為L(zhǎng)1max；在這里，我們?nèi)ˇ?=1.6 我們可以算出 （2-11） 將式子（2-11）代入到式子（2-10）中則可以得到一個(gè)一元函數(shù)。使這個(gè)一元函數(shù)的函數(shù)值為零。 在這個(gè)一元函數(shù)中，H1max和H3max都是已知的，l1、l2、A、B都可以算出。 代入各項(xiàng)已知數(shù)據(jù)，我們可以求得， θ1min=26.5°θ1max=163.4° 再由式子（2-9）得， 12 =908.2mm 又因?yàn)樵凇鰽CB中，θ1min與θ1max的取值是一定的，他們滿足；， （2-12） 式子中，σ=l7L1min、ρ=l5L1minλ1， 解式子（2-12）可得 σ=1.2953ρ=0.3437 且σ、ρ滿足 σ+ρ≥λ1 |σ-ρ|≤1， 則說明取值合理。 然后根據(jù)式子（2-12）求得L1min=1806.3mm、L1max=2916.6mm、l7=2752.8mm。 至此，動(dòng)臂結(jié)構(gòu)參數(shù)已確定。 13 2.3斗桿基本參數(shù)的確定 2.3.1斗桿挖掘阻力 反鏟液壓挖掘機(jī)采用斗桿進(jìn)行挖掘工作時(shí)。因?yàn)榍邢餍谐梯^長(zhǎng)。我們可以把鏟斗切削土壤的厚度看成是一個(gè)定值，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)分析可知，液壓挖掘機(jī)斗桿在挖掘過程中的總轉(zhuǎn)角φS是固定的，它一般為60°~80°。在這個(gè)范圍內(nèi)挖掘就可以裝滿鏟斗了。 故，鏟斗斗齒的實(shí)際行程即為斗桿轉(zhuǎn)過φS角度的弧長(zhǎng)， （m） 在這個(gè)式子中，Rs是斗桿挖掘時(shí)切削土壤的半徑，這個(gè)值就是斗桿挖掘時(shí)圓心至斗齒尖的距離，m； 根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析得，斗桿挖掘時(shí)的切削厚度h； 斗桿的最大挖掘阻力可以用以下式子計(jì)算得出； FGmax即為斗桿最大挖掘力； Ⅲ級(jí)土壤σw取值為155kPa。 我們可以得出FGmax=36.1kN 14 2.3.2斗桿參數(shù)的計(jì)算 圖 2-4 我們單獨(dú)研究斗桿的工作狀況， 如上圖所示，其中D點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的連接點(diǎn)；E為鏟斗油缸與斗桿的連接點(diǎn)；φ2是斗桿工作時(shí)的最大擺角。假設(shè)L9是斗桿油缸輸出最大力時(shí)的力臂。 我們有以下式子； F2為斗桿油缸的作用力。 我們選取斗桿油缸的工作壓力為18MPa，液壓缸缸徑為110mm， 可得，F(xiàn)2=170973N。 l9根據(jù)上述公式得出l9=857.2mm。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，斗桿液壓缸的初始位置力臂與最大作用力處的力臂有下列關(guān)系； ， 根據(jù)上述式子，我們可以知道， 與e2、e20成反比例關(guān)系，我們初取φ2max為90°。 15 根據(jù)上圖的幾何關(guān)系， 而 ， 根據(jù)以上兩個(gè)公式，可得； ， 又根據(jù)三角形余弦定理； ， 代入數(shù)據(jù)，我們可以知道L2min=2020mm、L2max=3233mm、L8=2555mm。 2.4鏟斗連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)確定 鏟斗與鏟斗液壓缸我們選擇六連機(jī)構(gòu)連接，六連機(jī)構(gòu)與四連機(jī)構(gòu)相比，具有較大的優(yōu)越性。1、顫抖能更廣范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)。2、機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能更加的出色。 16 圖 2-5 我們必須要保證這個(gè)六連桿機(jī)構(gòu)不會(huì)被破壞，根據(jù)同類型反鏟液壓挖掘機(jī)，我們初步選取∠NFG=60°，NQ=400mm，F(xiàn)N=l2-QN=2260mm、FG=750mm。 我們根據(jù)余弦定理，可以求得GN=1993.8mm、QK=483mm、HK=583mm、NH=633mm。 則，我們可以算出鏟斗油缸全伸時(shí)，鏟斗油缸全伸長(zhǎng)度L3max=2525.8mm。影響參數(shù)λ3=L3max/ L3min=1.7。符合要求。且傳動(dòng)比為0.33。 17 第三章 液壓系統(tǒng)分析 3.1液壓系統(tǒng)的基本組成 根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作裝置的工作要求，我們把液壓油缸，液壓泵，輸油管道和各種液壓元件按照一定的順序連接起來，組成的這個(gè)能完成液壓挖掘機(jī)基本功能的回路我們稱之為工作裝置的液壓系統(tǒng)。 通常一個(gè)液壓系統(tǒng)由五個(gè)主要的部位組成。這五個(gè)重要組成部分分別是提供動(dòng)力液壓元件、執(zhí)行動(dòng)作的液壓元件、控制液壓系統(tǒng)元件、輔助工作元件和液壓油液等。動(dòng)力元件是將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能通過液壓油液轉(zhuǎn)化為液體的內(nèi)能，這個(gè)部分通常是液壓泵，它時(shí)整個(gè)液壓系統(tǒng)的能量來源，它類似于電路中的發(fā)電機(jī)；執(zhí)行元件是將液體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，包括液壓馬達(dá)等，它類似于電路中的電動(dòng)機(jī)；控制元件就是液壓系統(tǒng)中的各種閥門，包括單向閥、換向閥和節(jié)流閥等等，它類似于電路中的開關(guān)、保險(xiǎn)絲等等；輔助元件包括過濾器、輸油管道、測(cè)壓表等一系列保證工作的元件，它類似于電路中的電流表等等；液壓油液是整個(gè)液壓系統(tǒng)中傳遞能量的介質(zhì)，類似于電路中的電流，不過它有很多類別，比如礦物油、工業(yè)合成乳化液等等。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的合理性是必要的，否則你制造出液壓挖掘機(jī)卻不能如你所想的工作，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。 3.2 液壓系統(tǒng)的要求 液壓挖掘機(jī)的工作狀況復(fù)雜，工作環(huán)境多樣化，導(dǎo)致了液壓系統(tǒng)中負(fù)載變化急劇，液壓系統(tǒng)的溫差大等。所以，針對(duì)液壓挖掘機(jī)，我們對(duì)其的液壓系統(tǒng)有幾點(diǎn)要求； 1、 為了應(yīng)對(duì)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)烈震動(dòng)，應(yīng)提高液壓元件的強(qiáng)度。 2、 液壓挖掘機(jī)工作的時(shí)候會(huì)有很多工業(yè)廢物，包含許多灰塵、碎石等。這些東西會(huì)污染液壓油液，所以我們應(yīng)該提高液壓系統(tǒng)的密封性 18 3、 要提高液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，減少能量的損失。 4、 挖掘機(jī)持續(xù)工作會(huì)發(fā)熱，液壓系統(tǒng)應(yīng)具備一定的冷卻能力。 5、 液壓系統(tǒng)應(yīng)該方便操控，減少操作人員的勞動(dòng)。 3.3液壓系統(tǒng)工況分析 3.3.1挖掘 挖掘時(shí)主要是鏟斗液壓缸和斗桿液壓桿其中的一個(gè)或者同時(shí)進(jìn)行工作，動(dòng)臂一般保持不動(dòng)。液壓油注入液壓缸大缸中，推動(dòng)鏟斗和斗桿切削土壤。 3.3.2滿斗舉升回斗 挖掘完畢后，動(dòng)臂油缸活塞桿伸出，將動(dòng)臂抬高，然后挖掘機(jī)機(jī)身轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向要卸載的方向。 3.3.3卸載 到達(dá)指定卸載位置后，斗桿油缸調(diào)整斗桿位置，調(diào)整鏟斗卸載高度，鏟斗油缸收縮將土拋出。 3.4液壓系統(tǒng)基本回路 3.4.1限壓回路 限壓回路是用來限定液壓系統(tǒng)壓力的，使液壓系統(tǒng)中的壓力不逾越某一個(gè)事先的設(shè)定值。限定壓力主要有兩個(gè)用處：1、保證液壓系統(tǒng)的油壓不越過額定壓力，保護(hù)液壓元件的安全；2、根據(jù)某一工作需要調(diào)定壓力值，從而實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的工作。這通常使用溢流閥來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)設(shè)定的壓力，當(dāng)油路中壓力變高時(shí)，會(huì)使一部分油液流回油箱，從而維持壓力。 19 液壓挖掘機(jī)在執(zhí)行元件的進(jìn)油路和回油路上都設(shè)有限制壓力的閥門，為了保證油路中壓力不會(huì)過大，損壞工作部件。當(dāng)油路中壓力越過了某一實(shí)現(xiàn)設(shè)定壓力時(shí)，限壓閥就會(huì)打開，讓液壓油液返回油箱，降低油壓，保證油路中壓力不越過設(shè)定壓力這個(gè)警戒線。 下圖就是我們選用的限壓回路。 圖 3-1 3.4.2節(jié)流回路 節(jié)流回路使通過節(jié)流閥中改變通路的橫截面積來調(diào)定流速。這種調(diào)速方式較其他方式而言。形式比較簡(jiǎn)單，獲得的低速較穩(wěn)固，缺陷是效率比較低，容易發(fā)熱。 圖 3-2 為了防止液壓挖掘機(jī)的產(chǎn)生工作事故，我們常常在液壓缸的回油路上設(shè)置單向節(jié)流閥來保證工作的安全性。 如圖 3-2 所示，為了防止液壓缸因?yàn)樽陨碇亓慷德?，我們通常設(shè)置這樣的單向節(jié)流閥來保證系統(tǒng)的自鎖。 20 3.5 液壓系統(tǒng)的確立 3.5.1工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖 參考同類型反鏟液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)，我們確定液壓系統(tǒng)原理圖如下； 圖 3-3 3.5.2液壓系統(tǒng)工作分析 根據(jù)反鏟液壓挖掘機(jī)的工作要求。挖掘時(shí)，通常是鏟斗液壓缸和斗桿液壓桿其中的一個(gè)或者兩個(gè)進(jìn)行工作，動(dòng)臂一般保持不動(dòng)。 21 這時(shí)油液流動(dòng)方向?yàn)椋篈液壓泵——M型三位四通換向閥左位——1鏟斗液壓缸大缸?；赜吐飞希?鏟斗液壓缸小缸——單向節(jié)流閥——M型三位四通換向閥左位——合流閥右位——限速閥右位——單向閥——冷卻器——過濾器——油箱。 這個(gè)時(shí)候，油液輸入鏟斗液壓缸大腔，推動(dòng)活塞桿伸出，使得鏟斗切削土壤挖掘。 其他工況分析類似。 3.5.3液壓元件的作用 在鏟斗液壓缸、斗桿液壓缸、動(dòng)臂液壓缸的回路上都設(shè)有一個(gè)單向節(jié)流閥。目的是防止挖掘機(jī)的工作裝置因?yàn)樽陨碇亓Χ洹? 在進(jìn)油路上連接一個(gè)溢流閥，可以保證整個(gè)液壓系統(tǒng)的壓力。 單向閥保證油液不會(huì)倒流。 3.6液壓缸的計(jì)算 根據(jù)《工程機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表7.8，我們選取液壓缸工作壓力P1=20MPa。 根據(jù)表8.2，我們確定雙作用單邊活塞液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)比φ=2。 根據(jù)公式， （3-1） 我們可以算出d=0.7D。 3.6.1鏟斗液壓缸的計(jì)算 22 圖 3-4 根據(jù)前文我們求得鏟斗最大挖掘阻力為F1max=136kN， 為了方便，我們能忽略鏟斗和土的分量，此時(shí)，鏟斗的油缸作用力為， ，可以算出Fd=300kN。 則有， P2A2- P1A1=Fd、 (3-2) P1是鏟斗液壓缸小腔壓力，即鏟斗挖掘時(shí)的回油路背壓力，參考同類型反鏟液壓挖掘機(jī)，我們?nèi)1=3MPa。 代入數(shù)據(jù)求得D=144mm、d=100mm。 按照《液壓氣動(dòng)與液力工程手冊(cè)》表1.4-47、表1.4-48，我們圓整選取近似值， D=140mm d=100mm。 液壓缸筒壁厚計(jì)算 液壓缸的制作材料使用45#，它的抗壓強(qiáng)度δ=58kg/cm2，我們可以由它計(jì)算出液壓缸筒壁厚t， （3-3） 在這個(gè)式子中，P為最大壓力，單位是kg/cm2；S是安全系數(shù)。 代入數(shù)據(jù)求得 t=7.9mm，根據(jù)《工程機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表8.3，我們選擇t=28mm。 當(dāng)D/δ<10時(shí)，按照說明，液壓缸的壁厚將采用以下這個(gè)式子進(jìn)行校核， （3-4） 在式中，py是缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)液壓缸的額定壓力pn＞16MPa時(shí)，py=1.25pn； 代入數(shù)據(jù)校核符合額定要求。 液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H =120mm。 23 活塞桿強(qiáng)度的校核 液壓挖掘機(jī)的活塞桿只受到拉力或推力，由公式 （3-5） 算得，σ=38.2MPa＜120MPa，活塞桿安全。 活塞桿直徑校核 按下列公式 （3-6） 代入數(shù)據(jù)得，d≥56mm，強(qiáng)度符合要求。 3.6.2斗桿油缸的計(jì)算 根據(jù)第二章我們算得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，我們可以算出斗桿油缸作用力； （3-7） 求得Fg=171kN 根據(jù)上面計(jì)算鏟斗液壓缸的計(jì)算過程，我們可以求得，斗桿油缸的； D=108mm，d=76mm。圓整得D=110mm，d=80mm。 液壓缸筒壁厚t=8.5mm，根據(jù)《工程機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表8.3，我們選擇t=23mm。 液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H =117.5mm。 活塞桿強(qiáng)度的校核 液壓挖掘機(jī)的活塞桿只受到拉力或推力，由公式 （3-8） 算得，σ=34MPa＜120MPa，活塞桿安全。 活塞桿直徑校核 按下列公式 （3-9） 24 代入數(shù)據(jù)得，d≥43mm，強(qiáng)度符合要求 3.6.3動(dòng)臂油缸的計(jì)算 動(dòng)臂油缸的作用力，就是挖掘工況完成后，滿斗舉升至最高處所提供的力。參考同類型挖掘機(jī)，我們估算動(dòng)臂油缸所提供的力為107.5KN。 根據(jù)上面計(jì)算鏟斗液壓缸的計(jì)算方法，我們可以求得，斗桿油缸的； D=86mm，d=60mm。圓整得D=90mm，d=63mm。 液壓缸筒壁厚t=6.5mm，根據(jù)《工程機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表8.3，我們選擇t=18mm。 液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H =95mm。 活塞桿強(qiáng)度的校核 液壓挖掘機(jī)的活塞桿只受到拉力或推力，由公式 （3-10） 算得，σ=34.5MPa＜120MPa，活塞桿安全。 活塞桿直徑校核 按下列公式 （3-11） 代入數(shù)據(jù)得，d≥33.7mm，強(qiáng)度符合要求。 3.7液壓泵的選擇 在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的時(shí)侯，要求液壓泵的壓力大于液壓系統(tǒng)的工作壓力，通常高于0.1~0.3，因此， =26MPa。 參考同類液壓挖掘機(jī)，液壓缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)速度為0.1m/s，根據(jù)上述計(jì)算的液壓缸的內(nèi)徑，則可以算出， 25 Q=2Q1+Q2+Q3=101L/min 則系統(tǒng)總流量為Q總=kQ，k為系統(tǒng)泄露參數(shù)，一般取1.2，所以系統(tǒng)總流量為121 L/min。 3.8其他液壓元件的選擇 油管的內(nèi)徑通過公式， （3-12） 則可以求得d鏟斗=35mm，d斗桿=30mm，d動(dòng)臂=26mm。 粗算油箱的有效容積 (3-12) 根據(jù)《工程機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表8.9,我們選ξ=6 所以V=6×0.121=0.7265m3。  總結(jié) 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)志著我們學(xué)生時(shí)代的結(jié)束，是對(duì)我們綜合能力的一種考驗(yàn)，也是對(duì)我們走向社會(huì)戰(zhàn)場(chǎng)的一次小規(guī)模考核。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)液壓掘機(jī)工作裝置及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)到這里算是完成了。要理解的東西很多，通過這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自己在本專業(yè)上的不足之處。 對(duì)于我的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我覺得做的非常認(rèn)真與投入 。這個(gè)液壓系統(tǒng)原理圖是專為反鏟液壓挖掘機(jī)而設(shè)計(jì)的，用于實(shí)現(xiàn)挖掘臂的切削土壤工作。適用于建筑方面的挖掘工作。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，將機(jī)械與液壓有機(jī)的結(jié)合起來，這也證明了未來必將是全方面發(fā)展人才的天下。 經(jīng)過了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)機(jī)械與液壓傳動(dòng)方面的知識(shí)印象更加的深刻了，更懂得如何運(yùn)用我所學(xué)的知識(shí)處理問題。這肯定會(huì)對(duì)我未來的生活產(chǎn)生不可估量的正面影響，并為在以后走上工作崗位，建設(shè)我們的家園方面奠定了基礎(chǔ). 26 參考文獻(xiàn) ［1］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 ［2］ 龐小冰.工程機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017 ［3］ 李壯云.液壓、氣動(dòng)與液力工程手冊(cè). 北京：電子工業(yè)出版社，2008.2 ［4］ 孔德文.液壓挖掘機(jī). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007 ［5］ 黃宗益，王康.液壓挖掘節(jié)能控制.建筑機(jī)械，1997 ［6］ 周士昌.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 ［7］ 孫克義. 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