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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 目錄</b></p><p><b> 摘要1</b></p><p><b> 關(guān)鍵詞1</b></p><p> Abstract2</p><p> Key words2</p><p><b&g
2、t; 引言3</b></p><p> 1 課題設(shè)計(jì)要求4</p><p> 1.1 使用要求4</p><p> 1.2 性能要求4</p><p> 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)4</p><p> 2.1 國(guó)外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)4</p><p>
3、 2.2 國(guó)內(nèi)研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài)5</p><p> 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6</p><p> 3.1 液壓挖掘機(jī)的工況分析6</p><p> 3.1.1.挖掘機(jī)的典型作業(yè)流程:6</p><p> 3.1.2.工況分析6</p><p> 3.2 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定7</p>
4、<p> 3.3 負(fù)載分析10</p><p> 3.4 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作原理11</p><p> 3.5 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作技術(shù)要求11</p><p> 3.6 液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算12</p><p> 3.6.1 動(dòng)臂液壓缸內(nèi)徑尺寸與活塞桿直徑的確定12</p><
5、p> 3.6.2 液壓缸行程的確定13</p><p> 3.7 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算13</p><p> 3.7.1 缸筒壁厚的計(jì)算13</p><p> 3.7.2 液壓缸油口直徑的計(jì)算13</p><p> 3.7.4下蓋聯(lián)接螺釘強(qiáng)度校核計(jì)算14</p><p> 3.7.5 活塞桿
6、柔度校核計(jì)算15</p><p> 4 液壓系統(tǒng)原理圖的制定15</p><p> 4.1 制定基本方案15</p><p> 4.2確定回路方式17</p><p> 4.3 選用液壓油液17</p><p> 4.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖17</p><p> 5 選
7、擇各執(zhí)行元件20</p><p> 5.1 液壓泵的選擇20</p><p> 5.2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇20</p><p> 5.3 液壓閥的選擇20</p><p> 5.3.1 根據(jù)液壓閥額定壓力來(lái)選擇20</p><p> 5.3.2 液壓閥的安裝方式的選擇20</p>&l
8、t;p> 5.3.3 液壓閥的控制方式的選擇20</p><p> 5.3.4 液壓閥的結(jié)構(gòu)形式的選擇20</p><p> 5.4 其他液壓元件的選擇21</p><p> 5.4.1蓄能器的選擇21</p><p> 5.4.2非橡膠管道的選擇21</p><p> 5.4.3 膠管的選
9、擇22</p><p> 5.5 油箱容量的確定22</p><p><b> 總 結(jié)24</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)25</b></p><p> 挖掘機(jī)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p> 機(jī)電工程 專業(yè)學(xué)生 尹鵬</p
10、><p> 摘要:在搜集了國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,了解了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史,并對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析總結(jié)。論文對(duì)挖掘機(jī)的各種工況進(jìn)行了分析,系統(tǒng)總結(jié)了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。課題以企業(yè)為依托。小型挖掘機(jī)由多個(gè)系統(tǒng)組成,包括液壓系統(tǒng),傳動(dòng)系統(tǒng),操縱系統(tǒng),工作裝置,底架,轉(zhuǎn)臺(tái),油箱,發(fā)動(dòng)機(jī)安裝等。本人的設(shè)計(jì)主要致力于分析和設(shè)計(jì)小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。本課題選擇了國(guó)內(nèi)的質(zhì)量和技術(shù)
11、性能都接近設(shè)計(jì)要求的5t挖掘機(jī)作為基型,并在此基礎(chǔ)上研究了國(guó)外的先進(jìn)機(jī)型,設(shè)計(jì)出挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)方案圖,總體裝配圖以及相應(yīng)的部件圖和零件圖,并對(duì)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了動(dòng)臂機(jī)構(gòu)原理圖,動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓缸。本液壓挖掘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是采用伺服先導(dǎo)操縱系統(tǒng),造型美觀,具備挖掘,抓物,鉆孔,推土,清溝和破碎等功能。性能可靠,操作舒適,可廣泛應(yīng)用于建筑,市政,供水,供氣,供電農(nóng)林建設(shè)等工程。</p><p> 關(guān)鍵詞:挖掘機(jī)
12、 液壓系統(tǒng) 液壓閥</p><p><b> 引言</b></p><p> 液壓挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械,目前被廣泛應(yīng)用于水利工程,交通運(yùn)輸,電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中,它在減輕繁重的體力勞動(dòng),保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。由于液壓挖掘機(jī)具有多品種,多功能,高質(zhì)量及高效率等特點(diǎn),因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖
13、掘機(jī)的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。</p><p> 挖掘機(jī)液壓傳動(dòng)緊密地聯(lián)系在一起,其發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)。其結(jié)構(gòu)主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成(如圖所示),由于挖掘機(jī)的工作條件惡劣,要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜,于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求,其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此,對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)挖掘機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)。</p
14、><p> 所以,液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種,對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng),提高施工機(jī)械化水平,加快施工進(jìn)度,促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展,都起著很大的作用,因此,大力發(fā)展液壓挖掘機(jī),對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。</p><p> 1.鏟斗缸 2.斗桿缸 3.動(dòng)臂缸 4.回轉(zhuǎn)馬達(dá) 5.冷卻器 6.濾油器 7. 磁濾器 8.油箱 9.液壓泵 </p>
15、<p> 10.背壓閥11. 后組合閥 12.前組合閥 13.中央回轉(zhuǎn)接頭14.回轉(zhuǎn)制動(dòng)閥 15.限速閥16.行走馬達(dá)</p><p> 圖1.1 液壓挖掘機(jī)整體系統(tǒng)圖</p><p><b> 1 課題設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b> 1.1 使用要求</b></p><
16、;p> 小型挖掘機(jī)主要用于城市、狹窄地區(qū),代替人力勞動(dòng)。主要作業(yè)是挖掘、裝載、整地、起重等,用于城市管道工程、道路、住宅建設(shè)、基礎(chǔ)工程和園林作業(yè)等。小型挖掘機(jī)體積小,機(jī)動(dòng)靈活,并趨向于一機(jī)多能,配備多種工作裝置,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、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等,以滿足各種施工的需要。與此同時(shí),發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī),如低比壓、低嗓聲、水下專用和
17、水陸兩用挖掘機(jī)等??傊且环N多用途萬(wàn)能型的城市建設(shè)機(jī)械。由于這種機(jī)械的特點(diǎn)很靠近人,因此在設(shè)計(jì)上除了要求耐久性、可靠性和作業(yè)效率等,還需著重考慮人、機(jī)、環(huán)境的協(xié)調(diào),特別要注意以下幾點(diǎn): </p><p> (1) 安全性即機(jī)械作業(yè)過程中不要與周圍的人和物相碰撞,防傾翻穩(wěn)定性好。</p><p> (2) 低公害即排放要求高、低震動(dòng)、低噪音,聲音要比較悅耳。</p>&l
18、t;p> (3) 與周圍環(huán)境能調(diào)和,形象要美觀,形體和色彩不要引起人們不愉快感,對(duì)人有親和感。</p><p> (4) 盡量擴(kuò)大其使用功能,可裝多種附屬裝置,應(yīng)成為城市萬(wàn)能型工程機(jī)械。</p><p> (5) 操縱簡(jiǎn)便,任何人一學(xué)就會(huì),都能操縱。</p><p><b> 1.2 性能要求</b></p>&l
19、t;p> 小型挖掘機(jī)具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能,又具有便于運(yùn)輸、能耗低、靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),非常適用于空間狹小的施工場(chǎng)地作業(yè),而且價(jià)格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便,所以在小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混凝土破碎、電纜埋設(shè)、自來(lái)水管道的鋪設(shè)、園林栽培等工程中得到了廣泛的應(yīng)用。由于滿足基本的挖掘、裝載、整地、起重等功能外,必須考慮到工作空間小(人力所不能至)、地形復(fù)雜、方便操作、可控,目前市場(chǎng)對(duì)小型挖掘機(jī)性能要求如下: </
20、p><p> (1) 改進(jìn)挖掘機(jī)可控性和控制精確性以及復(fù)合動(dòng)作。</p><p> (2) 簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)、降低成本,達(dá)到大作業(yè)量與低油耗的動(dòng)態(tài)平衡。</p><p> (3) 改進(jìn)工作可靠性。</p><p> (4) 改進(jìn)駕駛操作舒適性及降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高單位生產(chǎn)率。</p><p> (5) 改進(jìn)操作安全性。
21、</p><p> (6) 低振動(dòng)、低噪音適用生活區(qū)工作。</p><p> 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)</p><p> 2.1 國(guó)外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)</p><p> 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早,法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m³單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó),從20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)
22、。例如,美國(guó)馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150m³剝離用挖掘機(jī),斗容量132m³的步行式拉鏟挖掘機(jī);B-E(布比賽路斯-伊利)公司生產(chǎn)的斗容量168.2m³的步行式拉鏟挖掘機(jī),斗容量107m³的剝離用挖掘機(jī)等,是世界上目前最大的挖掘機(jī)。</p><p> 從20世紀(jì)后期開始,國(guó)際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。</p>&
23、lt;p> (1) 開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要,國(guó)外發(fā)展了斗容量在0.25m³以下的微型挖掘機(jī),最小的斗容量?jī)H在0.01m³。另外,數(shù)量最多的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能,配備了多種工作裝置——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(yè)架、鉸盤及拉鏟等,以滿足各種施工的需要。<
24、;/p><p> (2) 迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī),不斷改進(jìn)和革新控制方式,使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制</p><p> (3) 重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu),加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度,提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率,更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能。</p><p> (4) 更新設(shè)計(jì)理論。
25、提高可靠性,延長(zhǎng)使用壽命。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論,以替代傳統(tǒng)的無(wú)限壽命設(shè)計(jì)理論和方法,并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面,促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競(jìng)爭(zhēng)力。 </p><p> (5) 加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù),改善駕駛員的勞動(dòng)條件。液壓挖掘機(jī)采用
26、帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室,安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅,用隔音措施降低噪聲干擾。</p><p> (6) 進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)。液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用,為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。</p><p> (7) 迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代,以微電子技術(shù)為核心的高新
27、技術(shù),特別是微機(jī)、微處理器、傳感器和檢測(cè)儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用,推動(dòng)了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣,并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。</p><p> 2.2 國(guó)內(nèi)研究情況及發(fā)展動(dòng)態(tài)</p><p> 早在1954年我國(guó)就已開始生產(chǎn)機(jī)械式挖掘機(jī),當(dāng)時(shí)的撫順重型機(jī)器廠(撫順挖掘機(jī)廠前身)引進(jìn)前蘇聯(lián)的機(jī)械式挖掘機(jī)W10012和W5012等國(guó)際20世紀(jì)30-40年代的產(chǎn)品。由于國(guó)家H經(jīng)濟(jì)H
28、建設(shè)的需要,后又H發(fā)展H10余家廠生產(chǎn),到1966年12年全國(guó)共生產(chǎn)了機(jī)械式挖掘機(jī)3000余臺(tái),后又延續(xù)生產(chǎn)到八十年代初。在80年代初引進(jìn)德國(guó)系列液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)(例如有德國(guó)Liebherr公司、Demag公司和O&P公司),浙江大學(xué)的馮培恩教授開始率先著手研究挖掘機(jī)機(jī)電一體化技術(shù),首先實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)器人作業(yè)過程的分級(jí)規(guī)劃和局部自主控制。但是他們?cè)谌蝿?wù)規(guī)劃層面上只停留在仿真階段,還沒有提出顯著的實(shí)現(xiàn)方案。</p>&
29、lt;p> 20世紀(jì)90年代初國(guó)內(nèi)幾家新進(jìn)入挖掘機(jī)待業(yè)的企業(yè)以“技貿(mào)結(jié)合,合作生產(chǎn)”的方式聯(lián)合引進(jìn)日本小松制作所的PC系列挖掘機(jī)制造技術(shù),由于 中國(guó)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展,市場(chǎng)的擴(kuò)大,隨后不久在挖掘機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域出現(xiàn)了一個(gè)外資企業(yè)進(jìn)入中國(guó)的浪潮。從1994、1995年開始,世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的著名挖掘機(jī)制造企業(yè)先后在中國(guó)建立眾多的中外合資或外商獨(dú)資 挖掘機(jī)制造企業(yè),生產(chǎn)世界一流水平的多種型號(hào)的挖掘機(jī)產(chǎn)品。截止至2001年年底,包括國(guó)有企業(yè)在
30、內(nèi),中國(guó)境內(nèi)生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的企業(yè)總數(shù)達(dá)20個(gè)左右,共生產(chǎn)挖掘機(jī)整機(jī)質(zhì)量從1.3-45t,100余個(gè)不同型號(hào)和規(guī)格的產(chǎn)品。2000年全國(guó)生產(chǎn)各種型號(hào)、規(guī)格的液壓挖掘機(jī)8111臺(tái),共銷售7926臺(tái),其中包括出口119臺(tái)。2001年全生產(chǎn)12569臺(tái),銷售12397臺(tái),其中包括出口468臺(tái)</p><p><b> 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p> 液壓系統(tǒng)
31、設(shè)計(jì)作為機(jī)電一體化挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分,設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足挖掘機(jī)工作循環(huán)所需的全部技術(shù)要求,且靜動(dòng)態(tài)性能好、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作安全可靠、壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性好、使用維護(hù)方便。其中液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為挖掘機(jī)總體設(shè)計(jì)的一部分,必須要滿足整機(jī)工作要求,并要求進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算與分析驗(yàn)證,選取合適的各液壓元件。</p><p> 3.1 液壓挖掘機(jī)的工況分析</p><p> 液壓挖掘機(jī)的主要功能
32、運(yùn)動(dòng)包括以下幾個(gè)動(dòng)作(如圖3.1所示):動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以及其它輔助動(dòng)作。除了輔助動(dòng)作 (例如整機(jī)轉(zhuǎn)向等)不需全功率驅(qū)動(dòng)以外,其它都是液壓挖掘機(jī)的主要?jiǎng)幼?,要考慮全功率驅(qū)動(dòng)。</p><p> 3.1.1.挖掘機(jī)的典型作業(yè)流程:</p><p> (1) 整機(jī)移動(dòng)至合適的工作位置</p><p> (2) 回轉(zhuǎn)平臺(tái),使用工作裝置
33、處于挖掘位置</p><p> (3) 動(dòng)臂下降,并調(diào)整斗桿、鏟斗至合適位置</p><p> (4) 斗桿、鏟斗挖掘作業(yè)</p><p><b> (5) 動(dòng)臂升起</b></p><p> (6) 回轉(zhuǎn)工作裝置至卸載位置</p><p> (7) 操縱斗桿、鏟斗卸載</p>
34、;<p> 1一動(dòng)臂升降;2一斗桿收放:3一鏟斗裝卸;4一轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn):5一整機(jī)行走</p><p> 圖3. 1液壓挖掘機(jī)的工作運(yùn)動(dòng)</p><p> 3.1.2.工況分析</p><p> (1) 鏟斗挖掘工況:由鏟斗液壓缸單獨(dú)動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況。采用鏟斗液壓缸進(jìn)行挖掘常用于清除障礙,挖掘較松軟的土壤以提高生產(chǎn)率,因此,在一般土方工程挖掘中(I
35、II級(jí)土以下土壤的挖掘)鏟斗挖掘最常用。</p><p> (2) 斗桿挖掘工況:由斗桿液壓缸單獨(dú)動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況。在較堅(jiān)硬的土質(zhì)條件下工作時(shí),為了能夠裝滿鏟斗,中小型液壓挖掘機(jī)在實(shí)際工作中常以斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘。</p><p> (3) 聯(lián)合挖掘工況:由鏟斗、斗桿液壓缸復(fù)合動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況,必要時(shí)還需 配以動(dòng)臂液壓缸的動(dòng)作。主要用于需要軌跡控制的情況。</p>
36、<p> 當(dāng)單獨(dú)采用斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí),挖掘軌跡以動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)為中心,鏟斗斗尖所作的圓弧線的長(zhǎng)度決定于斗桿液壓缸的行程。當(dāng)動(dòng)臂液壓缸位于最小長(zhǎng)度并以斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí),可以得到最大挖掘深度尺寸,并且也有較大的挖掘行程。</p><p> (4) 空斗返回:卸載結(jié)束,轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn),動(dòng)臂液壓缸和斗桿液壓缸配合,把空斗放到新的挖掘點(diǎn),此時(shí)是回轉(zhuǎn)和動(dòng)臂或斗桿的復(fù)合動(dòng)作。</p>&
37、lt;p> (5) 整機(jī)移動(dòng)工況:將整機(jī)移動(dòng)至合適的工作位置。</p><p> (6) 姿態(tài)調(diào)整與保持工況:滿足停放、運(yùn)輸、檢修等需要。</p><p> (7) 其他輔助作業(yè)工況:輔助工作裝置作業(yè)工況。</p><p> 在實(shí)際挖掘工作中,往往需要采用各液壓缸的復(fù)合工作。如在平整土地或切削斜坡時(shí),需要同時(shí)操縱動(dòng)臂和斗桿,以使斗尖能沿直線運(yùn)動(dòng),見圖3
38、.2所示。此時(shí)斗桿收回,動(dòng)臂抬起,需要保證彼此動(dòng)作獨(dú)立,相互之間無(wú)干擾。如果需要鏟斗保持一定切削角度并按照一定的軌跡進(jìn)行切削時(shí),或者需要用鏟斗斗底壓整地面時(shí),就需要鏟斗、斗桿、動(dòng)臂三者同時(shí)作用完成復(fù)合動(dòng)作,見圖3.3所示。這些動(dòng)作決定于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。當(dāng)進(jìn)行溝槽側(cè)壁掘削和斜坡切削時(shí),為了有效地進(jìn)行垂直掘削,還要求向回轉(zhuǎn)馬達(dá)提供壓力油,產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力,保持鏟斗貼緊側(cè)壁進(jìn)行切削,因此需要回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和斗桿機(jī)構(gòu)復(fù)合動(dòng)作。</p><
39、;p> a一水平地面的挖削 </p><p> 圖3.2斗尖沿直線挖削</p><p> a-水平地面的切削和壓整 b-斜坡地面的切削和壓整</p&g
40、t;<p> 圖3.3地面的切削和壓整</p><p> 單獨(dú)采用斗桿挖掘時(shí),為了提高掘削速度,一般采用雙泵合流,個(gè)別也有采用三泵合流。單獨(dú)采用鏟斗挖掘時(shí),也有采用雙泵合流的情況。</p><p> 當(dāng)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí),為了防止同一油泵向多個(gè)液壓作用元件供油時(shí)動(dòng)作的相互干擾,一般三泵系統(tǒng)中,每個(gè)油泵單獨(dú)對(duì)一個(gè)液壓作用元件供油較好。對(duì)于雙泵系統(tǒng),其復(fù)合動(dòng)作時(shí)各液
41、壓作用元件間出現(xiàn)相互干擾的可能性大,因此需要采用節(jié)流等措施進(jìn)行流量分配,其流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。</p><p> 挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅(jiān)硬障礙物,往往由于挖不動(dòng)而需要短時(shí)間增大挖掘力,希望液壓系統(tǒng)能暫時(shí)增壓,能提高主壓力閥的壓力。</p><p> 3.2 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定</p><p> 液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)表明了液壓挖掘機(jī)的規(guī)
42、格和主要技術(shù)性能,液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)分為發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、液壓系統(tǒng)參數(shù)、主要性能參數(shù)、尺寸參數(shù)四大類,發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)速等,液壓系統(tǒng)參數(shù)包換主泵的流量、壓力等,主要性能參數(shù)包括整機(jī)工作質(zhì)量、主要部件質(zhì)量、鏟斗容量范圍或標(biāo)稱鏟斗容量、挖掘力、牽引力等,尺寸參數(shù)包括工作尺寸、機(jī)體外形尺寸和工作裝置尺寸等,其中液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)中最重要的參數(shù)有三個(gè),即斗容量、整機(jī)質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)功率,因?yàn)橥ㄟ^這三個(gè)參數(shù)可以從使用要求、機(jī)械本身的技術(shù)性
43、能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、動(dòng)力裝置的配套、國(guó)際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及傳統(tǒng)習(xí)慣等方面反映液壓挖掘機(jī)的級(jí)別,故有主參數(shù)之稱。所以有時(shí)采用挖掘機(jī)的斗容量作為主參數(shù)。例如,機(jī)械式挖掘機(jī)一般就以斗容量作為挖掘機(jī)的主參數(shù)并作為主要分級(jí)指標(biāo)。但液壓挖掘機(jī)可更換的工作裝置多,而且同一機(jī)型可以根據(jù)作業(yè)對(duì)象或工作尺寸的要求換裝不同斗容的鏟斗。由于不同廠家的挖掘機(jī)采用不同的液壓系統(tǒng),輔助設(shè)備能耗及功率儲(chǔ)備也有所不同,而且同一型挖掘機(jī)在后續(xù)改進(jìn)時(shí),也會(huì)改變發(fā)動(dòng)機(jī)功率,所以液
44、壓挖掘機(jī)以功率分級(jí)不十分合理。整機(jī)質(zhì)量則直接反映了液壓挖掘機(jī)本身的重量等級(jí),對(duì)其</p><p> 比較其他同類型挖掘機(jī),可得SWE50H的主要參數(shù)(如下表3.1,表3.2所示),其中圖3.4為液壓挖掘機(jī)的外觀尺寸圖,作業(yè)參數(shù)表3.2是根據(jù)圖3.4所示。</p><p> 圖3.4 SWE50H型液壓挖掘機(jī)的外觀尺寸圖</p><p> 表3.1 SWE50
45、H液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)</p><p> 表3.2 SWE50H型液壓挖掘機(jī)的作業(yè)參數(shù)</p><p><b> 3.3 負(fù)載分析</b></p><p> 動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂前下方,下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接。常見的有兩種具體布置方式。</p><p> 油缸前傾布置方案,如圖3.5A所示,動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂鉸接于E點(diǎn)
46、。當(dāng)動(dòng)臂油臂全伸出,將動(dòng)臂舉升至上極限時(shí),動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)前方傾斜。</p><p> 油缸后傾布置方案,如圖3.5B所示,當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出,將動(dòng)臂舉升至上極限位置時(shí),動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)后方傾斜。
47、 當(dāng)兩方案的動(dòng)臂油缸安裝尺寸DE1、鏟斗最大挖掘H和地面 圖3.5 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)油缸布置方案</p><p> 最大挖掘半徑R相等時(shí),后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小,即h1<h2。此外,在后傾方案中,動(dòng)臂EF部分往往比前傾方案的長(zhǎng),因此動(dòng)臂所受彎矩也比較大。以上為動(dòng)臂油缸后傾方案的缺點(diǎn)。然后,后傾方案動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C與動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)D的距離CD比前傾方案的大
48、,則動(dòng)臂在上下兩極限位置時(shí),動(dòng)臂油缸的作用力臂也就比較大。因此,在動(dòng)臂油缸作用力相同時(shí),后傾方案能得到較大的動(dòng)臂作用矩,這就是其優(yōu)點(diǎn)。</p><p> 為了增大后傾方案的挖掘深度,有的挖掘?qū)㈤L(zhǎng)動(dòng)臂CEF改成CE1F1(圖3.5B),并配以長(zhǎng)斗桿,在最大深度處挖掘時(shí),采用鏟斗挖掘而不是斗桿挖掘,這樣得到的最大挖掘深度為h1<h2。</p><p> 顯然,不論是動(dòng)臂油缸前傾還是后
49、傾方案,當(dāng)C、D兩鉸點(diǎn)位置和CE長(zhǎng)度不變時(shí),通過加大動(dòng)臂油缸長(zhǎng)度可以增大動(dòng)臂仰角,從而增大最大挖掘高度,但會(huì)影響到最大挖掘深度。所以,在布置動(dòng)臂油缸時(shí),應(yīng)綜合考慮動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)、工作裝置的作業(yè)尺寸及動(dòng)臂舉升力和挖掘力等因素。</p><p> 動(dòng)臂油缸的作用力,即最大提升力,以能提升鏟斗內(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最 </p><p> 大卸載距離位置進(jìn)行卸載來(lái)確定,其
50、 圖3.6 動(dòng)臂油缸作用力分析</p><p> 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖3.6所示,此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力(N)為:</p><p><b> (3.1)</b></p><p> 式中 -鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離(m)</p><p> ?。瓌?dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離(m)</p><p>
51、 -斗桿質(zhì)心動(dòng)臂下鉸點(diǎn)A的水平距離(m)</p><p> ?。瓌?dòng)臂油缸作用力對(duì)鉸點(diǎn)的力臂(m)</p><p> -斗桿所受重力(N)</p><p> ?。瓌?dòng)臂所受重力(N)</p><p> -鏟斗及其裝載土壤的重力(N) </p><p> 查閱相關(guān)資料,選?。絅+mg,
52、=N,=N,=3.8m,=2.8m, =1.2m, =0.55m. </p><p> 其中鏟斗的重力為N,根據(jù)公式</p><p> (3.2) </p><p><b> (3.3)</b></p><p><b> (3.4)</b
53、></p><p> 式中 -裝載土壤的質(zhì)量(kg)</p><p> ?。骄行Ф啡萘浚ǎ?lt;/p><p> ?。P斗充滿系數(shù)(),根據(jù)工作環(huán)境,選擇充滿系數(shù)為1</p><p> ?。匀磺闆r下土壤的密度,根據(jù)工作環(huán)境,選擇</p><p><b> ?。杷珊蟮耐寥烂芏?lt;/b>
54、</p><p> ?。寥赖乃缮⑾禂?shù),根據(jù)工作環(huán)境,取</p><p> 代入數(shù)據(jù),求得: </p><p> 3.4 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作原理</p><p> 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有三個(gè)自由度,鏟斗可實(shí)現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動(dòng),加上液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),使鏟斗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大到有限的空間,再通過行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走(
55、移位),使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大,從而滿足挖掘作業(yè)的要求。</p><p> 3.5 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作技術(shù)要求</p><p> 采用了柴油機(jī)-液壓泵復(fù)合控制。操作者根據(jù)工況,利用作業(yè)模式選擇開關(guān)(功率預(yù)選開關(guān))選擇合理的功率模式:重載高速、正常工作、輕載低速。通過電子調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門和液壓泵的排量,使供給功率與負(fù)載需要功率相匹配。</p><
56、;p> 采用了電液比例控制技術(shù),通過改變34B-R6/H6型帶閥芯位移反饋的電液比例方向閥的比例電磁鐵的輸入電流,不但可以改變閥的工作液流方向,而且可以改變閥口大小實(shí)現(xiàn)流量控制,是一種較為理想的電、液轉(zhuǎn)換和功率放大元件,與伺服控制相比具有成本低、抗干擾性好、能量損失小、對(duì)油液清潔度無(wú)特殊要求等優(yōu)點(diǎn)。</p><p> 工況在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括單片主處理器模塊、面板控制系統(tǒng)、模擬信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換及光電
57、隔離模塊、電源模塊及傳感器等部分。其中單片主處理器模塊是系統(tǒng)的核心部分,主要功能有面板的控制管理,A/D轉(zhuǎn)換部分的控制管理、模擬量、開關(guān)量和轉(zhuǎn)換信號(hào)的輸入、處理和存儲(chǔ)。面板控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的入機(jī)接口,它包括鍵盤、聲光報(bào)警電路和點(diǎn)陣式液晶顯示器。模擬信號(hào)調(diào)理電路的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)各路模擬量信號(hào)的輸入和調(diào)整,將傳感器和敏感元件的輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足A/D轉(zhuǎn)換輸入要求的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換及光電隔離模塊的功能是將所有的被檢測(cè)轉(zhuǎn)變成為單片機(jī)所接
58、受的數(shù)字量,具體包括開關(guān)量、轉(zhuǎn)換信號(hào)的整形、模擬量的A/D轉(zhuǎn)換和輸入輸出信號(hào)的光電隔離等。電源模塊將液壓挖掘機(jī)上的蓄電池或發(fā)電機(jī)輸出的+24V直流電轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)各模塊以及系統(tǒng)配備的傳感器所需的各種類型的電平電壓。傳感器處于液壓挖掘機(jī)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接口位置,是一個(gè)能量變換器,它直接從液壓挖掘機(jī)中提取被除數(shù)檢測(cè)的工況特征參數(shù),感受狀態(tài)的變化并轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量。</p><p> 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將來(lái)自各傳感器的檢測(cè)
59、信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、儲(chǔ)存、分析加工,根據(jù)信息處理結(jié)果,按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。如利用壓力傳感器可實(shí)現(xiàn)過載情況下的路徑自主校正;利用超階級(jí)聲波測(cè)距傳感器能實(shí)現(xiàn) 回轉(zhuǎn)過程中的自動(dòng)避障。</p><p> 3.6 液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算</p><p> 挖掘機(jī)各驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)包括:發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、液壓馬達(dá)、電液比例換向閥、動(dòng)臂缸、斗桿缸及齒輪傳
60、動(dòng)。本設(shè)計(jì)主要對(duì)動(dòng)臂缸進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。</p><p> 3.6.1 動(dòng)臂液壓缸內(nèi)徑尺寸與活塞桿直徑的確定</p><p> 由表3.1、表3.3、表3.4可知,小挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為時(shí)宜取液壓缸的工作壓力=13×,液壓缸選用單桿式,并在工作時(shí)進(jìn)行差動(dòng)連接。此時(shí)液壓缸無(wú)桿腔工作面積應(yīng)為有桿腔工作面積的兩倍。由于液壓缸回油路上必須具有背壓力存在,以防止挖掘機(jī)卸土后突然前沖
61、,由表3.5,可取=8×.</p><p> 表3.3 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力</p><p> 表3.4 按主機(jī)類型選擇執(zhí)行元件工作壓力</p><p> 表3.5 執(zhí)行元件背壓力</p><p> 由于是差動(dòng)式單桿連接,所以活塞桿直徑d與缸筒直徑D的關(guān)系為d=0.707D。根據(jù)公式</p><p&
62、gt; =47.62 (3.5)</p><p> 故有 D==77.9mm,d=0.707D=55.07mm (3.6)</p><p> 當(dāng)按GB/T2348-1993將這些直徑圓整理成就近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得:D=80mm , </p><p> d =63mm,由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為</p
63、><p><b> (3.7)</b></p><p> 3.6.2 液壓缸行程的確定</p><p> 液壓缸行程主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定。但為了簡(jiǎn)化工藝和降低成本,應(yīng)盡量采用GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)的液壓缸行程,則根據(jù)技術(shù)要求,取行程為630mm。</p><p> 3.7 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算</
64、p><p> 3.7.1 缸筒壁厚的計(jì)算</p><p> 對(duì)于低壓系統(tǒng)或≥16時(shí),液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算,公式如下:</p><p><b> (3.8)</b></p><p> 式中 -液壓缸缸筒厚度</p><p> ?。囼?yàn)壓力(Mpa),當(dāng)工作壓力P≤16 Mpa時(shí),=
65、1.5P,當(dāng)工作壓力31.5≥P≥16 Mpa時(shí),=1.25P,當(dāng)工作壓力P≤31.5Mpa時(shí),=1.15P,這里應(yīng)取=1.5P =19.5Mpa。</p><p><b> ?。簤焊變?nèi)徑(m)</b></p><p> ?。左w材料的許用應(yīng)力(Mpa),可通過下面公式求得: </p><p><b> (3.9)</b&g
66、t;</p><p> ?。左w材料的抗拉強(qiáng)度(Mpa)</p><p> -安全系數(shù),=3.5~5,一般取=5</p><p> 但對(duì)于鍛鋼45的許用應(yīng)力一般都取=110(Mpa)</p><p><b> 則</b></p><p> 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》,取液壓缸外直徑為=100mm
67、.</p><p> 3.7.2 液壓缸油口直徑的計(jì)算</p><p> 液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速度和油口最高液流速度而定,公式如下:</p><p><b> (3.10)</b></p><p> 式中 -液壓缸油口直徑(m)</p><p><b> ?。?/p>
68、壓缸內(nèi)徑(m)</b></p><p> ?。簤焊鬃畲筝敵鏊俣?m/min)</p><p> ?。涂谝毫魉俣?m/min),根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》,取=7m/min</p><p> 同時(shí)對(duì)于單桿油塞式液壓差動(dòng)聯(lián)接時(shí),活塞的外伸速度為:</p><p><b> (3.11)</b></p>
69、;<p> 式中 -液壓缸差動(dòng)聯(lián)接時(shí),活塞外伸的速度,可視為油口液流的速度(m/min)</p><p> -液壓泵流量(/s),=</p><p> ?。钊麠U面積,其公式如下:</p><p><b> (3.12)</b></p><p> 式中 -活塞桿直徑(m) 所以代入數(shù)據(jù),解析以
70、上公式得:,</p><p><b> 故取</b></p><p> 3.7.3 缸頭厚度計(jì)算</p><p> 本設(shè)計(jì)采用的是螺釘聯(lián)接法蘭缸頭,其厚度的計(jì)算公式為:</p><p><b> (3.13)</b></p><p> 式中 -法蘭厚度(m
71、)</p><p> ?。ㄌm內(nèi)徑(m),根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》,取=</p><p> -螺釘孔分布圓直徑(m),根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》,取=</p><p> ?。ㄌm材料的許用應(yīng)力(Mpa),取45鋼,=120 Mpa</p><p> ?。ㄌm受力總和(N),其計(jì)算公式為:</p><p><b>
72、(3.14)</b></p><p> -密封環(huán)內(nèi)徑(m),根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》,取</p><p> ?。芊猸h(huán)外徑(m),根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》,取</p><p> -系統(tǒng)工作壓力(pa), pa</p><p> ?。郊用芊饬?pa),若采用金屬材料時(shí),值取屈服點(diǎn),此處取材料為45鋼,則=110Mpa</p>
73、;<p><b> 代入數(shù)據(jù),求出得:</b></p><p><b> 故取</b></p><p> 3.7.4下蓋聯(lián)接螺釘強(qiáng)度校核計(jì)算</p><p> 螺釘聯(lián)接可采用高強(qiáng)度螺釘M16×1.5(GB/T70.1-2000)聯(lián)接,兩端數(shù)量均為24件,螺釘精度等級(jí)為10.9級(jí),其強(qiáng)度校核,
74、公式如下:</p><p> 拉應(yīng)力: =7.7Mpa (3.15)</p><p> 剪應(yīng)力: =3.1Mpa (3.16)</p><p> 式中 :螺紋擰緊系數(shù),此處取=1.25</p><p> : 螺紋摩擦系數(shù)
75、,一般取=0.12</p><p> ?。郝菁y外徑,根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》,取=16mm</p><p> ?。郝菁y內(nèi)徑,根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》,取=-1.0825×1.5=14.4mm</p><p><b> ?。簲?shù)量為24</b></p><p> B:B螺釘材料屈服強(qiáng)度,取45鋼,則 [σ] =110Mp
76、a</p><p> 得:,符合工況要求,則驗(yàn)證合格,可取。</p><p> 3.7.5 活塞桿柔度校核計(jì)算</p><p> 活塞桿細(xì)比計(jì)算如下: λ=≤[λ] (3.17)</p><p> 此處:L為折算長(zhǎng)度,導(dǎo)向套中心至吊頭尺寸,約630mm,活塞桿直徑d=63mm,
77、[λ]活塞桿許用細(xì)長(zhǎng)比,按規(guī)定拉力桿此處[λ]≤100。</p><p> 計(jì)算得,故滿足要求,則活塞桿長(zhǎng)度和缸筒長(zhǎng)度的取值合格。</p><p> 4 液壓系統(tǒng)原理圖的制定</p><p> 4.1 制定基本方案</p><p> (1) 制定調(diào)速方案 </p><p> 液壓執(zhí)行元件確定之后,其運(yùn)
78、動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng),大多通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng),現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油,用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量
79、來(lái)調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥,故效率低,發(fā)熱量大,多用于功率不大的場(chǎng)合。容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失,效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏,需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油,用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量,并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高,速度穩(wěn)定性較好,但其結(jié)構(gòu)比
80、較復(fù)雜。節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動(dòng)沖擊較小,回油節(jié)流常</p><p> (2) 制定壓力控制方案 </p><p> 液壓執(zhí)行元件工作時(shí),要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作,也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力,一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中,通常由定量泵供油,用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力,并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中,用變量泵供油,用安全閥起安
81、全保護(hù)作用。在液壓系統(tǒng)中,需要流量不大的高壓油時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓,而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中,某段時(shí)間不需要供油,而又不便停泵的情況下,需考慮選擇卸荷回路。 在系統(tǒng)的某個(gè)局部,工作壓力需低于主油源壓力時(shí),要考慮采用減壓回路來(lái)獲得所需的工作壓力。基于以上控制系統(tǒng)方案分析本次設(shè)計(jì)選用閉式中心負(fù)荷傳感系統(tǒng)(CLSS);采用的是雙泵雙回路恒功率控制液壓系統(tǒng)。</p><p> (3)
82、指定順序動(dòng)作方案 </p><p> 主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作,根據(jù)設(shè)備類型不同,有的按固定程序運(yùn)行,有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械工作環(huán)境狀況復(fù)雜,補(bǔ)丁因數(shù)多,故操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng),一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制,當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí),通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來(lái)控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開關(guān)安裝比較方便,而用行程閥需連接相應(yīng)的
83、油路,因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無(wú)載啟動(dòng),經(jīng)過一段時(shí)間,當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后,延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉,建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí),回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值,通過壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開順序閥使壓力油通過,來(lái)啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。本設(shè)計(jì)主要采用手動(dòng)控制,另根據(jù)壓力控制CLSS系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)操作,在計(jì)算機(jī)的直接操
84、縱下自動(dòng)完成給定的挖掘任務(wù),并具有一定得局部自主能力。即當(dāng)阻力過大挖掘過程中斷時(shí),能自主修正挖掘路徑,直接完成挖掘過程。在回轉(zhuǎn)過程中,能自動(dòng)識(shí)別和避開障礙物,達(dá)到原定的卸料位置。 </p><p> (4) 選擇液壓動(dòng)力源 </p><p> 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供,液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油,在無(wú)其他輔助油源的情況下
85、,液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量,多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱,溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油,用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率,液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況,一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需流量較小的情況,可增設(shè)蓄能器做輔助油源。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器,進(jìn)入系統(tǒng)的
86、油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求,通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱,可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求,還要考慮加熱、冷卻等措施。再根據(jù)調(diào)速方案及工程機(jī)械選用原則,主泵采用變量柱塞泵,輔助油泵采用齒輪泵。</p><p><b> 4.2確定回路方式</b></p><p> 本液壓系統(tǒng)采用開式回路。液壓系
87、統(tǒng)回路中泵—缸回路系統(tǒng)為開式,泵—馬達(dá)系統(tǒng)為閉式。開式系統(tǒng)利用油箱可以散熱、沉淀雜質(zhì)的特點(diǎn),并且油液循環(huán)大,敝熱條件好,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,因此為大多數(shù)工程機(jī)械所采用。閉式回路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為緊湊,泵的自吸性好,系統(tǒng)與空氣接觸的機(jī)會(huì)較少,空氣不易滲入系統(tǒng),故傳動(dòng)的平穩(wěn)性較好,且工作機(jī)構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn),避免了在開式系統(tǒng)換向過程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜,并且由于閉式系統(tǒng)本身沒有油箱,油液的散熱和
88、過濾條件較開式系統(tǒng)差。</p><p> 4.3 選用液壓油液</p><p> 在任何液壓系統(tǒng)中,液壓油是一至關(guān)重要的組成部分。它的功能是:有效地傳遞能量、潤(rùn)滑部件和作為一種散熱介質(zhì)。液壓系統(tǒng)能否可靠、靈敏、準(zhǔn)確、有效而且經(jīng)濟(jì)地工作,與所選用的液壓油的品種及性能密切相關(guān)。因此,正確選用液壓油是確保液壓系統(tǒng)正常和長(zhǎng)期工作的前提。當(dāng)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),及時(shí)找出原因,采取正確的解決辦法是保
89、護(hù)設(shè)備、避免造成重大損失的重要措施。</p><p> 由于液壓傳動(dòng)具有元件體積小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠、操作方便、易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速等優(yōu)點(diǎn),因此在許多工業(yè)部門的傳動(dòng)系統(tǒng)被采用。不同工業(yè)部門由于使用要求、操作條件、應(yīng)用環(huán)境的差異,所用的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)差別也很大。正確選用液壓油品種,確保液壓系統(tǒng)長(zhǎng)期平穩(wěn)、安全運(yùn)行,是保證連續(xù)生產(chǎn)、節(jié)省材料消耗和提高經(jīng)濟(jì)效益的有效措施。</p><p>
90、 4.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖</p><p> 該挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)采用雙泵雙向回路定量系統(tǒng),由兩個(gè)獨(dú)立的回路組成。所用的油泵1為雙聯(lián)泵,分為A、B兩泵。八聯(lián)多路換向閥分為兩組,每組中的四聯(lián)換向閥組為串聯(lián)油路。油泵A輸?shù)膲毫M(jìn)入第一組多路換向閥,驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)、鏟斗油缸、輔助油缸,并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)右行走馬達(dá)7。該組執(zhí)行元件不工作時(shí)油泵A輸出的壓力油經(jīng)第一組多路換向閥中的合流閥進(jìn)入第二組多路換向閥,以加快動(dòng)臂或斗桿
91、的工作速度。油泵B輸出的壓力油進(jìn)入第二組多路換向閥,驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂油缸、斗桿油缸,并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)左行走馬達(dá)8和推土板油缸6。</p><p> 該液壓系統(tǒng)中兩組多種換向閥均采用串聯(lián)油路,其回油路并聯(lián),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(dāng)挖掘機(jī)下坡行走出現(xiàn)超速情況時(shí),油泵出口壓力降低,限速閥自動(dòng)對(duì)回油進(jìn)行節(jié)流,防止溜坡現(xiàn)象,保證挖掘機(jī)行駛安全。&
92、lt;/p><p> 在左、右行走馬達(dá)內(nèi)部除設(shè)有補(bǔ)油閥外,還設(shè)有雙速電磁閥9,當(dāng)雙速電磁閥在圖示位置時(shí)馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞構(gòu)成串聯(lián)油路,此時(shí)為高速;當(dāng)雙速電磁閥通電后,馬達(dá)內(nèi)部的兩排柱塞呈并聯(lián)狀態(tài),馬達(dá)排量大、轉(zhuǎn)速降低,使挖掘機(jī)的驅(qū)動(dòng)力增大。</p><p> 為了防止動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等因自重而超速降落,其回路中均設(shè)有單向節(jié)流閥。另外,兩組多路換向閥的進(jìn)油路中設(shè)有安全閥,以限制系統(tǒng)的最大壓力
93、,在各執(zhí)行元件的分支油路中均設(shè)有過載閥,吸收工作裝置的沖擊;油路中還設(shè)有單向閥,以防止油液的倒流、阻斷執(zhí)行元件的沖擊振動(dòng)向油泵的傳遞。</p><p> SWE50H型單斗液壓挖掘機(jī)除了主油路外,還有如下低壓油路:</p><p> (1) 排灌油路 </p><p> 將背壓油路中的低壓油,經(jīng)節(jié)流降壓后供給液壓馬達(dá)殼體內(nèi)部,使其保持一定的循環(huán)油量,及時(shí)
94、沖洗磨損產(chǎn)物。同時(shí)回油溫度較高,可對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行預(yù)熱,避免環(huán)境溫度較低時(shí)工作液體對(duì)液壓馬達(dá)形成“熱沖擊”。</p><p> (2) 泄油回路 </p><p> 將多路換向閥和液壓馬達(dá)的泄漏油液用油管集中起來(lái),通過五通接頭和濾油器流回油箱。該回路無(wú)背壓以減少外漏。液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可通過檢查泄漏油路濾油器,判定是否屬于液壓馬達(dá)磨損引起的故障。</p><p&
95、gt; (3) 補(bǔ)油油路 </p><p> 該液壓系統(tǒng)中的回油經(jīng)背壓閥流回油箱,并產(chǎn)生0.8~1.0MPa的補(bǔ)油壓力,形成背壓油路,以便在液壓馬達(dá)制動(dòng)或出現(xiàn)超速時(shí),背壓油路中的油液經(jīng)補(bǔ)油閥向液壓馬達(dá)補(bǔ)油,以防止液壓馬達(dá)內(nèi)部的柱塞滾輪脫離導(dǎo)軌表面。</p><p> 該液壓系統(tǒng)采用定量泵,效率較低、發(fā)熱量大,為了防止液壓系統(tǒng)過大的溫升,在回油路中設(shè)置強(qiáng)制風(fēng)冷式散熱器,將油溫控制
96、在80℃以下。</p><p> 整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖(如圖4.1所示)由擬定好的控制回路及液壓源組合而成,從中分離出動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)明工作原理圖(如圖4.2所示)。機(jī)電一體化挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)是半自動(dòng)的,所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)是建立在WY100型挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)上,改進(jìn)工作裝置的自動(dòng)化控制,保證工作負(fù)載合理,防止在過量的情況下導(dǎo)致小挖掘機(jī)破壞。各液壓元件盡量采用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件,在圖中要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號(hào)的
97、常態(tài)位置繪制。對(duì)于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動(dòng)作,注明各液壓元件的序號(hào)以及各電磁鐵的代號(hào),并附有電磁鐵、行程閥。 </p><p> 分析比較動(dòng)臂機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖與整機(jī)系統(tǒng)圖,可以總結(jié)出:動(dòng)臂機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可以作為一個(gè)單獨(dú)的液壓系統(tǒng),并可以進(jìn)行半自動(dòng)化控制,其液壓元件選擇的合理與否直接影響著機(jī)電一體化液壓系統(tǒng)的快速控制能力。</p><p>
98、 1 BM PC 2 PCT-812 3—D/A接口 4-液壓閥驅(qū)動(dòng)放大 5—油泵 6—冷卻器7-濾油器8—背壓閥 </p><p> 9—節(jié)流閥10—回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)11—行走馬達(dá)12—雙速電磁閥缸13—補(bǔ)油單向閥 14-緩沖補(bǔ)油閥組 </p><p> 15中央回轉(zhuǎn)接頭16-限速閥 17-冷卻器 18-位移傳感器 19-溢流閥20-梭閥 21-合流閥</p><p
99、> 22-電液比例方向閥23-斗桿油缸24-鏟斗油缸 25-單向節(jié)流閥26-動(dòng)臂油缸圖</p><p> 4.1 液壓原理圖</p><p> 1-TBM PC 2-PCT-812 3-D/A接口 4-液壓閥驅(qū)動(dòng)放大器5-油泵 6-冷卻器 7-濾油器 </p><p> 8-背壓閥 9-限速閥10-溢流閥 11-梭閥 12-電液比例方向
100、閥 13-冷卻閥14-單向節(jié)流閥 </p><p> 15-位移傳感器 16-動(dòng)臂油缸</p><p> 圖4.2 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖</p><p><b> 5 選擇各執(zhí)行元件</b></p><p> 5.1 液壓泵的選擇</p><p> 由表3.1得,主泵的壓力為,最大流
101、量為;齒輪泵的壓力為,最大流量為。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),可查閱得:此液壓泵可采用NB3-G20F雙聯(lián)柱塞泵,主泵由2個(gè)柱塞式串聯(lián)變量柱塞泵組成。</p><p> 5.2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇</p><p> 取泵的總效率=0.8,泵的總驅(qū)動(dòng)功率為:</p><p> = 23.74KW (5.1)</p>
102、;<p> 考慮安全系數(shù),故取25KW;查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表得:</p><p> 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型號(hào)YANMAR功率27.1KW 轉(zhuǎn)速2200r/min</p><p> 5.3 液壓閥的選擇</p><p> 選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量。液壓閥的作用是控制液壓系統(tǒng)的油流方向、壓力和流量,從而控制整個(gè)液壓系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作
103、壓力,執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序,工作部件的運(yùn)動(dòng)速度、方向,以及變換頻率,輸出力和力矩等。</p><p> 5.3.1 根據(jù)液壓閥額定壓力來(lái)選擇</p><p> 選擇的液壓閥應(yīng)使系統(tǒng)壓力適當(dāng)?shù)陀诋a(chǎn)品標(biāo)明的額定值。對(duì)液壓閥流量的選擇,可以按照產(chǎn)品標(biāo)明的公稱流量為依據(jù),根據(jù)產(chǎn)品有關(guān)流量曲線來(lái)確定。</p><p> 5.3.2 液壓閥的安裝方式的選擇</p>
104、;<p> 液壓閥與系統(tǒng)的管路或其他閥的進(jìn)出油口的連接方式,一般有三種,螺紋連接方式,板式連接方式,法蘭連接方式。安裝方式 的選擇要根據(jù)液壓閥的規(guī)格大小,以及系統(tǒng)的簡(jiǎn)繁及布置特點(diǎn)來(lái)確定。</p><p> 5.3.3 液壓閥的控制方式的選擇</p><p> 液壓閥的控制方式一般有四種,有手動(dòng)控制,機(jī)械控制,液壓控制,電氣控制。根據(jù)系統(tǒng)的操縱需要和電氣系統(tǒng)的配置能力進(jìn)行
105、選擇。</p><p> 5.3.4 液壓閥的結(jié)構(gòu)形式的選擇</p><p> 液壓閥的結(jié)構(gòu)方式分為:管式結(jié)構(gòu),板式結(jié)構(gòu)。一般按照系統(tǒng)的工作需要來(lái)確定液壓閥的結(jié)構(gòu)形式。</p><p> 選用主操作閥采用川崎KMX15R/B450,最大流量80.3/min,能實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂提升合流、斗桿大小腔合流、斗桿再生回路、行走直線、動(dòng)臂提升優(yōu)先、回轉(zhuǎn)優(yōu)先、斗桿閉鎖等功能。原理
106、圖如圖5.1所示</p><p> 圖5.1主操作閥原理圖</p><p> 5.4 其他液壓元件的選擇</p><p> 5.4.1蓄能器的選擇</p><p> 根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用,確定類型和主要參數(shù)。</p><p> 在本液壓系統(tǒng)中,液壓缸在短時(shí)間內(nèi)快速運(yùn)動(dòng),由蓄能器來(lái)補(bǔ)充供油,則計(jì)算公式為
107、: </p><p><b> (5.2)</b></p><p> 式中 A—各液壓缸有效作用面積</p><p><b> L—各液壓缸的行程</b></p><p> K—油液損失系數(shù),一般取K=1.2</p><p><b> —各液壓泵流量
108、之和</b></p><p> t—?jiǎng)幼鲿r(shí)間,設(shè)定t=0.2s代入數(shù)據(jù),由以上公式得</p><p><b> =9.53L</b></p><p> 考慮安全系數(shù)和其他方面取20L,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得:</p><p> NXQ1-L40/31.5 蓄能器F219</p><
109、;p> 5.4.2非橡膠管道的選擇</p><p> 本系統(tǒng)管路很復(fù)雜,取其中主要的幾條來(lái)計(jì)算,按照公式:</p><p><b> (5.3)</b></p><p><b> ?。后w流量 </b></p><p> -流速,對(duì)于吸油管=1~2m/s,一般取1m/s以下,對(duì)于壓油管
110、≤3~6m/s,對(duì)于回油管≤1.5~2.5m/s。通過以下公式算出管道內(nèi)徑:</p><p> (5.4) </p><p> T式中 T-液體流量</p><p><b> -流速</b></p><p> 其設(shè)定值與計(jì)算數(shù)值如表5.1所示</p><p> 表5
111、.1 計(jì)算數(shù)值</p><p> 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得:Φ10×2、Φ21×3、Φ45×4</p><p> 5.4.3 膠管的選擇</p><p> 根據(jù)工作壓力和按公式得管子的內(nèi)徑選擇膠管的尺寸規(guī)格。高壓膠管的工作壓力對(duì)不正常使用的情況下可提高20%;對(duì)于使用頻繁,經(jīng)常扭變的要降低40%。膠管在使用及設(shè)計(jì)中應(yīng)主要下列事項(xiàng):&
112、lt;/p><p> (1) 膠管的彎曲半徑不宜過小,一般不應(yīng)小于320,膠管與管接頭聯(lián)接處應(yīng)留有一段直的部分,此段長(zhǎng)不應(yīng)小于管外徑的兩倍。</p><p> (2) 膠管的長(zhǎng)度應(yīng)考慮到膠管在通入壓力油后,長(zhǎng)度方向?qū)l(fā)生收縮變形,一般收縮是取3%~4%,膠管安裝時(shí)避免處于拉緊狀態(tài)。</p><p> (3) 膠管安裝是應(yīng)保證不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形,為便于安裝,可沿管長(zhǎng)涂以
113、色紋,以便檢查。</p><p> (4) 膠管的接頭軸線,應(yīng)盡量放置在運(yùn)動(dòng)的平面內(nèi),避免兩端互相運(yùn)動(dòng)時(shí)膠管受力。</p><p> (5) 膠管應(yīng)避免與機(jī)械上的尖角部分想接觸和摩擦,以免管子損壞。</p><p> 5.5 油箱容量的確定</p><p> 初步確定油箱的有效容積,跟據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定油箱的容量,</p>
114、<p><b> (5.5)</b></p><p> 式中 -液壓泵每分鐘排出的壓力油的容積</p><p><b> -經(jīng)驗(yàn)系數(shù)</b></p><p> 已知所選泵的總流量為128.6L/min,這樣,液壓泵每分鐘排出的壓力油體積為128.6L,查表5.1</p><p>
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