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挖掘机液压系统的分析与设计完整版


编号:

本 科 毕 业 设 计

题 学 专 年 姓

目: 挖掘机液压系统的分析与设计 院: 机械工程学院 业: 机械设计制造及其自动化 级: 名: 级机制 班

指导教师: 完成日期: 2012 年6月1日

挖掘机液压系统的分析与设计
摘要
液压挖掘机是工程机械的一个重要品种,是一种广泛用于建筑、铁路、公路、水利、采 矿等建设工程的土方机械。液压挖掘机利用液压元件(液压泵、液压马达、液压缸等)带动 各种构件动作,具有许多优点,于是它对液压系统的设计提出了很高的要求,其液压系统也 是工程机械液压系统中最为复杂的。 因此, 对挖掘机液压系统的分析设计对推动我国挖掘机 发展具有十分重要的意义。 在搜集了国内外挖掘机液压系统相关资料的基础上,了解了挖掘机液压系统的发展历 史, 并对挖掘机液压系统的技术发展动态进行了分析总结。 本次毕业设计课题是液压挖掘机。 挖掘机由多个系统组成,包括液压系统,传动系统,操纵系统,工作装置,底架,转台,油 箱, 发动机安装等。 本人的设计主要致力于分析和设计中型液压挖掘机液压系统的液压元件。 以液压元件和液压回路为主。

关键词:挖掘机;液压系统;液压泵

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Excavator Hydraulic System Analysis and Design

Abstract
Hydraulic excavator,one of important engineering machine, is a widely used in construction, railway, highway, water conservancy, mining, etc construction projects of earthwork machinery. Hydraulic excavator using hydraulic components (hydraulic pump hydraulic motor hydraulic cylinder, etc) drive the various components action, has many advantages and puts forward high demand for hydraulic system design, and the hydraulic systems of engineering machinery in hydraulic system is complex. Therefore, the excavator hydraulic system analysis and design has the extremely vital significance for impelling our country excavator development. Based in the materials of the domestic and foreign excavator hydraulic system,we learn about the excavator hydraulic system development history and summerize the dynamic development of excavator hydraulic system technology.The graduation design task is hydraulic excavator made by multiple system components, including hydraulic system, transmission system, control systems, work device, chassis, turntable, tank, engine installation, etc. The design is mainly devoted to the analysis and design of medium-sized hydraulic excavator hydraulic system hydraulic components,especially hydraulic components and hydraulic circuit.

Keywords :Excavator;Hydraulic System;Hydraulic Pump

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目录
1. 概论............................................................................................................................................. 1 1.1 挖掘机的简介 ................................................................................................................... 1 1.2 液压挖掘机的发展概况 ................................................................................................... 3 1.2.1 国外液压挖掘机研究状况及发展趋势 ............................................................... 5 1.2.2 国内液压挖掘机的发展概况 ............................................................................... 7 1.3 本论文研究内容 ............................................................................................................... 8 1.4 内容安排........................................................................................................................... 9 2.挖掘机液压系统的计算 ............................................................................................................. 9 2.1 设定液压挖掘机的基本参数 ........................................................................................... 9 2.1.1 挖掘机液压系统的简介 ....................................................................................... 9 2.1.2 YW-160 型单斗液压挖掘机液压系统 ................................................................ 10 2.2 液压挖掘机工作装置油缸作用力的确定 ..................................................................... 12 2.2.1 动臂油缸作用力分析 ......................................................................................... 12 2.2.2 铲斗油缸工作受力分析 ..................................................................................... 13 2.2.3 斗杆油缸作用力分析 ......................................................................................... 15 2.3 液压元件的计算 ............................................................................................................. 16 2.3.1 液压缸内径 ......................................................................................................... 16 2.3.2 缸筒壁厚 ............................................................................................................. 16 2.3.3 缸筒壁厚验算 ..................................................................................................... 17 2.3.4 活塞杆计算 ......................................................................................................... 17 2.3.5 活塞杆强度计算 ................................................................................................. 17 2.3.6 确定液压系统的工作压力 ................................................................................. 17 2.3.7 确定液压缸的主要参数和工作压力 ................................................................. 18 2.3.8 确定液压马达的排量和工作压力 ..................................................................... 18 2.3.9 计算液压缸与液压马达的流量 ......................................................................... 19 3. 液压元件的选择....................................................................................................................... 19 3.1 液压缸的选择 ................................................................................................................. 19 3.2 液压泵的选择 ................................................................................................................. 19 3.3 液压马达的选择 ............................................................................................................. 20 3.4 发动机的选择 ................................................................................................................. 20 4.液压系统回路的设计 ............................................................................................................... 21 4.1 液压缸控制回路 ............................................................................................................. 21 4.2 液压马达控制回路 ......................................................................................................... 21 4.3 计算系统所需的最大流量 ............................................................................................. 22 4.4 压力损失的计算 ............................................................................................................. 23 4.5 拟定液压源控制回路 ..................................................................................................... 23 5. 液压系统性能验算 ................................................................................................................... 24 5.1 液压系统功率损失 ......................................................................................................... 24 5.2 液压油油温过高的原因及预防措施 ............................................................................. 25 6.结论和展望............................................................................................................................... 28 6.1 结论................................................................................................................................. 28 6.2 展望................................................................................................................................. 28

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致谢................................................................................................................................................. 29 参考文献......................................................................................................................................... 30

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挖掘机液压系统的分析与设计
1. 概论
液压挖掘机是工程机械的一个重要品种, 是一种广泛用于建筑、 铁路、 公路、 水利、采矿等建设工程的突发机械。液压挖掘机利用液压元件(液压泵、液压马 达、液压缸等)带动各种构件动作,具有如下有点:功率密度大,结构紧凑,重 量轻;无级调速,调速范围大;启动性能好,能实现快速正反转;布置灵活,基 本不受总体结构的限制;运转平稳,各种可靠,能自行润滑,使用寿命长;有过 载保护功能;容易实现自动化,操作简便省力等。因此,液压挖掘机对于减轻工 人繁重的体力劳动,提高施工机械化水平,加快施工进度,促进各项建设事业的 发展,具有重要意义。 液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。它的工作过程是以铲 斗的切削刃切削土壤,铲斗装满后提升、回转至卸土位置,卸空后的铲斗再回到 挖掘位置并开始下一次的作业。因此,液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。 液压挖掘机与机械传动挖掘机一样,在工业与民用建筑、交通运输、水利施 工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用,是各种土石施工中不可缺 少的一种重要机械设备。 1.1 挖掘机的简介 液压挖掘机是一种多功能机械,目前被广泛应用于水利工程,交通运输,电 力工程和矿山采掘等机械施工中,它在减轻繁重的体力劳动,保证工程质量。加 快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。 根据建筑施工部门统 计,一台斗量为 1.0m?的液压挖掘机挖掘土壤时,每班生产率大约相当 300~400 个工人一天的工作量。因此,大力发展液压挖掘机,对于提高劳动生产率和加速 国民经济的发展具有重要意义。由于液压挖掘机具有多品种,多功能,高质量及 高效率等特点,因此受到了广大施工作业单位的青睐。液压挖掘机的生产制造业 也日益蓬勃发展。

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概论

挖掘机液压传动紧密地联系在一起,其发展主要以液压技术的应用为基础。 由于挖掘机的工作条件恶劣,要求实现的动作很复杂,于是它对液压系统的设计 提出了很高的要求,其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此,对 挖掘机液压系统的分析设计已经成为推动挖掘机发展中的重要一环。 液压挖掘机结构特点: 挖掘机由工作装置、回转装置、行走装置和液压系统构成。下面以轮式液压 挖掘机为例来说明一下: 单斗液压挖掘机是一种周期性作业的自行式土方机械,它采用液压传动,由 一个铲斗切削土装入斗内,然后提升装满土石的铲斗,再回转一定的角度进行装 车,接下来空当斗回到原来的位置,准备进行下一个循环的挖掘,此外整机还要 定期移位,使铲斗能在适当位置上有效地作业,单斗挖掘机装载,抓取起重、钻 孔、打桩、破碎、修坡、清沟等工作,挖掘机可分为提供动力和基本动作(行走 回转)的主机部分及进行不同作业的工作装置部分,主机又可分为行走装置、回 转装置、液压系统、工作装置。 一、行走装置 液压挖掘机行走装置的反力同时能使挖掘机作短距离行走,按结构不同,可 分为履带式、轮胎式两类。履带式行走装置由履带、支重轮、托链轮、驱动轮、 导向轮、张紧装置、行走架液压马达、减速机等组成,液压挖掘机的行走装置采 用液压马达、减速机、驱动轮,每条履带有各自的液压马达和减速机,由于两个 液压马达可独立操作,因此,机器的左右履带可以同步前进后退,也可以通过一 条履带制动来实现转弯,还可以通过两条履带相反方向驱动,来实现原地转向, 操作十分简单。 二、回转机构 回转机构包括回转驱动装置、回转支承,回转驱动装置一般采用定量马达, 经过回转减速机两行星齿轮与回转支承的内齿圈相齿合而实现转台的回转, 具有 结构紧凑,体积小、效率高速比大,承载能力强,发热量和功率损失小,工作可 靠等优点,回转支承一般采用的滚动轴承,其中用的最广泛的是单排滚球式和双 排式滚轴柱式回转支承。 三、工作装置

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工作装置是液压挖掘机的主要组成部分之一,由于工作的不同,工作装置不 同类很多常用挖掘、装载和起重装置也可以有很多形式,挖掘装置一般采用斗杠 油缸进行挖掘,动臂油缸主要用于调节切削角度,清除障碍以及挖掘结束时为装 满铲斗多用开启斗底多用开启斗底的方式卸载,斗底的开启、关闭也用了油缸。 四、液压系统 液压挖掘机的主要系统运动有整机行走、转台回转、动臂升降,斗杆收放、 铲斗挖掘等, 根据以上的工作要求把各液压元件用管路连接起来的组合体叫做液 压挖掘机的液压系统。 液压系统功能是以油液为介质利用油泵把发动机机械能转 变为液压能并进行传,然后通过液压缸、马达等返还为机械能,再传动至各个执 行机构以实现各种运动。国家规定 8 吨以下的挖掘机采用定量泵[1]。 1.2 液压挖掘机的发展概况 第一台手动挖掘机问世至今已有 130 多年的历史,期间经历了由蒸汽驱动斗 回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、 应用机电液一体化技术的全自 动液压挖掘机的逐步发展过程。挖掘机行业的发展历史久远,可以追溯到 1840 年。当时美国西部开发,进行铁路建设,产生了模仿人体构造,有大臂、小臂和 手腕, 能行走和扭腰类似机械手的挖掘机, 它采用蒸汽机作为动力在轨道上行走。 但是此后的很长时间挖掘机没有得到很大的发展, 应用范围也只局限于矿山作业 中。 导致挖掘机发展缓慢的主要原因是:其作业装置动作复杂,运动范围大,需 要采用多自由度机构,古老的机械传动对它不太适合。而且当时的工程建设主要 是国土开发,大规模的筑路和整修场地等,大多是大面积的水平作业,因此对挖 掘机的应用相对较少,在一定程度上也限制了挖掘机的发展。 由于液压技术的应用,二十世纪四十年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬 挂式挖掘机。随着液压传动技术迅速发展成为一种成熟的传动技术,挖掘机有了 适合它的传动装置,为挖掘机的发展建立了强有力的技术支撑,是挖掘机技术上 的一个飞跃 。同时,工程建设和施工形式也发生了很大变化。在进行大规模国 土开发的同时,也开始进行城市型土木施工,这样,具有较长的臂和杆,能装上 各种各样的工作装置, 能行走、 回转, 实现多自由动作, 可以切削高的垂直壁面,

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概论

挖掘深的基坑和沟槽的挖掘机得到了广泛应用。 1950 年在意大利北部生产了第一台液压挖掘机。 第一台液压挖掘机采用定量 齿轮泵,中位开式多路阀,工作压力为 9Mpa,所有执行元件互相并联连结。由 单泵向 6 个执行元件供油。由于早期液压挖掘机主要采用了定量齿轮泵,不能按 需改变供油流量,无法充分利用发动机的功率,因此其能量损失很大,不能满足 挖掘机复合动作的复杂要求,且可操纵性差。另外,早期试制的液压挖掘机是采 用飞机和机床的液压技术,缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件,配套件也不 齐全,制造质量不够稳定。从二十世纪六十年代到八十年代中期,液压挖掘机进 入了推广和蓬勃发展的阶段,各国挖掘机制造厂和品种增加很快,产量猛增。 1968~1970 年间,液压挖掘机产量已经达到挖掘机总产量的 83%,其时对挖掘 机液压系统的研究也已经十分成熟, 液压挖掘机已经具有了同步控制系统和负载 敏感系统。 自第一台手动挖掘机诞生以来的 160 多年当中,挖掘机一直在不断地飞跃发 展, 其技术已经发展到相对成熟稳定的阶段。 目前国际上迅速发展全液压挖掘机, 对其控制方式不断改进和革新,使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气 压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。在 危险地区或水下作业采用无线电操纵, 利用电子计算机控制接收器和激光导向相 结合,实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。所有这一切,挖掘机的全液压化为 其奠定了坚实的基础,创造了良好的前提。 据有关专家估算,全世界各种施工作业场约有 65%至 70%的土石方工程都是 由挖掘机完成的。挖掘机是一种万能型工程机械,目前已经无可争议地成为工程 机械的第一主力机种,在世界工程机械市场上己占据首位,并且仍在发展扩大。 挖掘机的发展主要以液压技术的应用为基础, 其液压系统已成为工程机械液压系 统的主流形式。随着科学技术的发展和建筑施工现代化生产的需要,液压挖掘机 需要大幅度的技术进步,技术创新是液压挖掘机行业所面临的新挑战。在技术方 面,挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计,所以对其液压系统的分析研究具 有十分重要的现实意义[2]。

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1.2.1 国外液压挖掘机研究状况及发展趋势 从 20 世纪 60 年代液压传动技术开始应用在挖掘机上至今,挖掘机液压系统 已经发展到了相当成熟的阶段。近几年来,随着液压挖掘机产量的提高和使用范 围的扩大,世界上著名的挖掘机生产商纷纷采用各种高新技术,来提高自己挖机 在国际上的竞争力,主要表现在五个方面;①液压系统逐渐从开式系统向闭式系 统转变;②系统的节能技术成为研究的重点;③系统的高压化和高可靠性发展趋 势日益凸显;④系统的操纵特性上升到很重要的地位;⑤液压系统与电子控制的 结合成为潮流。 1.从开式液压系统向闭式液压系统的转变 日本小松 (KAMATSU)公司 90 年代以前一直致力开发开式负载敏感系统 (OLSS),用以降低液压系统的损耗。开式液压系统采用三位六通阀,其特点是有 两条供油路,其中一条是直通供油路,另一条是并联供油路。由于这种油路调速 方式是进油节流调速和旁路节流调速同时起作用, 其调速特性受负载压力和油泵 流量的影响,因此这种系统的操纵性能、调速性能和微调性能差。另外,当液压 作用元件一起复合动作时,相互干扰大,使得复合动作操纵非常困难。这是开式 系统的大缺点。 由于挖掘机作业工程中要求对液压元件能很好地控制其运动速度和进行微 调,而且在其工作的许多工况下要求多个执行元件完成复合动作,而长期以来使 用的开式液压系统无法满足挖掘机的调速和复合动作的要求。 近年来在国外的挖掘机液压系统中出现了闭式负载敏感系统(CLSS)。它可以 采用一个油泵同时向所有液压作用元件供油, 每一个液压作用元件的运动速度只 与操纵阀的阀杆行程有关,与负载压力无关,泵的流量按需提供,而且多个作用 元件同时动作时相互之间干扰小,因此操纵性好是闭式液压系统的主要特点。 这种系统非常符合挖掘机操作的要求,它操纵简单,对司机的操纵技巧要求 低,在国际上已经获得较广泛的使用,是挖掘机液压系统的发展趋势。目前日本 小松公司已经把大量挖掘机液压系统从开式系统改为闭式系统了。 2.节能技术的应用 目前液压挖掘机上典型的节能技术基本上有两种。即负载敏感技术和负流量 控制技术,目前液压挖掘机都选用其中一种控制技术来实现节能要求。
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概论

负载敏感技术是一种利用泵的输出压力与负载压力 1:3 差值的变化而使系统 流量随之相应变化的技术。 德国曼内斯曼(Mannesmann)公司研制的一种负载传感 系统,将其安装在液压系统中,可以控制一个或几个液压作用元件,而与对其施 加的载荷无关。该系统不仅易于操纵,而且微动控制特性很好。其最大的特点就 是可以根据负载大小和调速要求对油泵进行控制,从而实现在按需供流的同时, 使调速节流损失 AP 控制在很小的固定值,从而达到节能的目的。 负流量控制技术是通过位于主控制阀后面的节流阀建立的压力对主泵的排 量进行调节的技术。目前以韩国现代(HYUNDAI)、日本小松(KOMATSU)和日本 R 立 (HITACHI)为代表的许多国外著名品牌的挖掘机生产商都在自己的挖掘机液压系 统中使用了负流量控制技术。这种控制技术具有稳定性好、响应快、可靠性和维 修性好等特点,但在起始点为重负荷下作业时,因流量与负载有关,所以可控制 性较差。 3.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 30MPa 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 Orensttein& Koppe 制造的目前世界上首台最大的 RH400 型全液压挖掘机,铲斗容量达 42m3, 液压油源为 18 台变量轴向柱塞泵, 总流量高达 10200L/min: 原动机为 2 台 QSK60 柴油发动机,总功率高达 2014kW。 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 85%~95%,使用寿命超过 l 万小时。 4. 重视操纵特性

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挖掘机液压系统的操纵特性越来越受到重视。目前国际上迅速发展全液压挖 掘机,不断改进和革新控制方式,使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、 气压操纵、液压伺服操作和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。 各种高新技术的应用,使得挖掘机液压系统操纵特性大大提高。 5. 电子一液压集成控制成为当前主要研究目标 电子控制技术与液压控制技术相结合的电子一液压集成控制技术近年来获 得了巨大发展,特别是传感器、计算机和检测仪表的应用,使液压技术和电子控 制有机结合,开发和研制出了许多新型电液自动控制系统,提高了挖掘机的自动 化程度,推动着挖掘机的迅猛发展。目前国外先进品牌的挖掘机在电液联合控制 方面的研究已趋成熟。美国林肯-贝尔特公司新 C 系列 LS 一 5800 型液压挖掘机 安装了全自动控制液压系统,可自动调节流量,避免了驱动功率的浪费。日本住 友公司生产的 FJ 系列五中新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助的功 率控制系统, 利用精控模式选择系统, 减少燃油、 发动机功率和液压功率的消耗, 并延长了零部件的使用寿命[3]。 1.2.2 国内液压挖掘机的发展概况 从国内情况来看,我国挖掘机行业整体发展水平较国外缓慢,在挖掘机液压 系统方面的理论还比较薄弱。 国内大部分挖掘机企业在挖掘机液压系统传统技术 方面的研究具有一定基础, 但由于采用传统液压系统的挖掘机产品在性能、 质量、 作业效率、可靠性等方面均较差,因此采用传统液压系统的挖掘机在国内市场上 基本失去了竞争力,取而代之的是采用各种高新技术的国外挖掘机产品。先进的 挖掘机液压系统都被国际上一流的生产企业垄断, 国内企业在该领域的研究几乎 是空白,这样国内的挖掘机生产厂家就无法独立制造出性能优异的挖掘机,绝大 部分的市场份额都被国外各种品牌的挖掘机所占据。 20t 级的中型液压挖掘机 以 为例,国产 20t 级挖掘机大多数是欧洲 80 年代初的技术。同 90 年代初以来在国 内形成批量的臼本小松、日立、神钢以及韩国大宇、现代等机型相比,其主要差 距柴油机功率偏低, 液压系统流量偏小, 液压系统特性差, 导致平台回转速度低, 行走速度低,各种性能参数均偏小,整机性能和作业效率较国外偏低[4]。

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概论

1.3 本论文研究内容 (1)设计的内容 由于本科阶段的水平有限,暂时不具备高水平的科研能力,所以本论文是以 研究探讨为主,了解液压挖掘机的基本结构和原理,在此基础上对液压挖掘机的 液压系统的一些部件进行设计计算,根据所得结果对液压元件(液压泵、液压马 达、液压缸等)进行合理配置,使之能提高挖掘机的使用率、生产率适用范围和 使用寿命等。 (2)分析挖掘机的工作要求: 液压挖掘机的动作复杂,凡要机构经常启动、制动、换向、负载变化大,冲 击和振动频繁,而且野外作业,温度和地理位置变化大,因此根据挖掘机的工作 特点和环境特点,液压系统应满足如下要求: 1、要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作,也可以互相配合实 现复合动作。 2、工作装置的动作和转台的回转既能单独进行,又能作复合动作,以提高 挖掘机的生产率。 3、履带式挖掘机的左、右履带分别驱动,使挖掘机行走方便、转向灵活, 并且可就地转向,以提高挖掘机的灵活性。 4、保证挖掘机的一切动作可逆,且无级变速。 5、保证挖掘机工作安全可靠,且各执行元件(液压缸、液压马达等)有良 好的过载保护;回转机构和行走装置有可靠的制动和限速;防止动臂因自重而快 带下降和整机超速溜坡。 (3)对液压系统提出工作要求: 1、有高的传动效率,以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。 2、液压系统和液压元件在负载变化大、急剧的振动冲击作用下,具有足够 的可靠性。 3、调协轻便耐振的冷却器,减少系统总发热量,使主机持续工作时液压油 温不超过 80 度,或温升不超过 45 度。 4、由于挖掘机作业现场尘土多,液压油容易被污染,因此液压系统的密封 性能要好,液压元件对油液污染的敏感性低,整个液压系统要设置滤油器和防尘
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装置。 5、采用液压或电液伺服操纵装置,以便挖掘机设置自动控制系统,进而提 高挖掘机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度。 (4)分析研究和学习挖掘机的意义: 挖掘机是一种多功能机械,目前被广泛应用于水利工程,交通运输,电力工 程和矿山采掘等机械施工中,它在减轻繁重的体力劳动,保证工程质量。加快建 设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。 液压系统是挖掘机的核心 部分,对挖掘机液压系统设计计算能有效的提高挖掘机性能。 1.4 内容安排 本论文共分 6 章:第一章概述液压挖掘机的发展历程和结构特点;第二章对 液压挖掘机的液压元件进行简单的分析计算:液压泵、液压马达、液压缸等;第 三章根据第二章所得结果对液压挖掘机的液压元件进行合理选择应用; 第四章对 整个液压挖掘机的液动系统回路进行分析,并绘制出液压回路图。第五章是对液 压系统的验算,计算压力损失;第六章为结论和展望。

2.挖掘机液压系统的计算
2.1 设定液压挖掘机的基本参数 液压挖掘机的设定基本参数如下: 正铲斗容量为 1.6m3;液压泵的系统工作压力 28MPa,最大排量 2×140mL/L; 回转液压马达最大排量 140mL/r;行走液压马达最大排量 2×140mL/L。 为了合理的选择液压元件, 对这些液压元件进行分析计算, 得到理论的数据, 根据这些数据选择液压元件。 2.1.1 挖掘机液压系统的简介 液压挖掘机的液压系统都是由一些基本回路和辅助回路组成,它们包括限压 回路、卸荷回路、缓冲回路、节流调速和节流限速回路、行走限速回路、支腿顺

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挖掘机液压系统的计算

序回路、支腿锁止回路和先导阀操纵回路等,由它们构成具有各种功能的液压系 统。 液压挖掘机液压系统大致上有定量系统、变量系统和定量、变量复合系统等 三种类型。 1、定量系统 在液压挖掘机采用的定量系统中,其流量不变,即流量不随外载荷而变化, 通常依靠节流来调节速度。根据定量系统中油泵和回路的数量及组合形式,分为 单泵单回路定量系统、双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统及多泵多回路 定量系统等。 2、变量系统 在液压挖掘机采用的变量系统中,是通过容积变量来实现无级调速的,其调 速方式有三种:变量泵-定量马达调速、定量泵-变量马达调速和变量泵-变量 马达调速。 单斗液压挖掘机的变量系统多采用变量泵-定量马达的组合方式实现无极 变量,且都是双泵双回路。根据两个回路的变量有无关连,分为功率变量系统和 全功率变量系统两种。其中的分功率变量系统的每个油泵各有一个功率调节机 构,油泵的流量变化只受自身所在回路压力变化的影响,与另一回路的压力变化 无关,即两个回路的油泵各自独立地进行恒功率调节变量,两个油泵各自拥有一 半发动机输出功率; 全功率变量系统中的两个油泵由一个总功率调节机构进行平 衡调节,使两个油泵的摆角始终相同。同步变量、流量相等。决定流量变化的是 系统的总压力,两个油泵的功率在变量范围内是不相同的。其调节机构有机械联 动式和液压联动式两种形式[5]。 2.1.2 YW-160 型单斗液压挖掘机液压系统 国产 YW-160 型履带式单斗液压挖掘机的工作装置、行走机构、回转装置等 均采用液压驱动,其液压系统如图 2.1 所示。 该挖掘机液压系统采用双泵双向回路定量系统,由两个独立的回路组成。所 用的油泵 1 为双联泵,分为 A、B 两泵。八联多路换向阀分为两组,每组中的四 联换向阀组为串联油路。 油泵 A 输的压力进入第一组多路换向阀, 驱动回转马达、

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铲斗油缸、辅助油缸,并经中央回转接头驱动右行走马达 7。该组执行元件不工 作时油泵 A 输出的压力油经第一组多路换向阀中的合流阀进入第二组多路换向 阀, 以加快动臂或斗杆的工作速度。 油泵 B 输出的压力油进入第二组多路换向阀, 驱动动臂油缸、 斗杆油缸, 并经中央回转接头驱动左行走马达 8 和推土板油缸 6。 该液压系统中两组多种换向阀均采用串联油路,其回油路并联,油液通过第 二组多路换向阀中的限速阀 5 流向油箱。 限速阀的液控口作用着由梭阀提供的 A、 B 两油泵的最大压力,当挖掘机下坡行走出现超速情况时,油泵出口压力降低, 限速阀自动对回油进行节流,防止溜坡现象,保证挖掘机行驶安全。 在左、右行走马达内部除设有补油阀外,还设有双速电磁阀 9,当双速电磁 阀在图示位置时马达内部的两排柱塞构成串联油路,此时为高速;当双速电磁阀 通电后,马达内部的两排柱塞呈并联状态,马达排量大、转速降低,使挖掘机的 驱动力增大。 为了防止动臂、斗杆、铲斗等因自重而超速降落,其回路中均设有单向节流 阀。另外,两组多路换向阀的进油路中设有安全阀,以限制系统的最大压力,在 各执行元件的分支油路中均设有过载阀,吸收工作装置的冲击;油路中还设有单 向阀,以防止油液的倒流、阻断执行元件的冲击振动向油泵的传递。 YW-160 型单斗液压挖掘机除了主油路外,还有如下低压油路: 1.排灌油路。将背压油路中的低压油,经节流降压后供给液压马达壳体内 部,使其保持一定的循环油量,及时冲洗磨损产物。同时回油温度较高,可对液 压马达进行预热,避免环境温度较低时工作液体对液压马达形成“热冲击” 。 2.泄油回路。将多路换向阀和液压马达的泄漏油液用油管集中起来,通过 五通接头和滤油器流回油箱。该回路无背压以减少外漏。液压系统出现故障时可 通过检查泄漏油路滤油器,判定是否属于液压马达磨损引起的故障。 3.补油油路。该液压系统中的回油经背压阀流回油箱,并产生 0.8-1.0MPa 的补油压力,形成背压油路,以便在液压马达制动或出现超速时,背压油路中的 油液经补油阀向液压马达补油,以防止液压马达内部的柱塞滚轮脱离导轨表面。 该液压系统采用定量泵,效率较低、发热量大,为了防止液压系统过大的温 升,在回油路中设置强制风冷式散热器,将油温控制在 80℃以下。

11

挖掘机液压系统的计算

图 2.1YW-160 型单斗履带式挖掘机液压系统 1.油泵; 2、4.分配阀组;3.单向阀;5.速度限制阀;6.推土板油缸;7、8.行走马达; 9.双速阀;10.回转马达;11.动臂油缸;12.辅助油缸;13.斗杆油缸;14.铲斗油缸; 15.背压阀;16.冷却器;17.滤油器

2.2 液压挖掘机工作装置油缸作用力的确定 对液压挖掘机的油缸研究,先以动臂油缸、铲斗油缸、斗杆油缸做为研究对 象[6]。 2.2.1 动臂油缸作用力分析 动臂油缸作用力,即最大提升力,以能提升铲斗内装满土壤的工作装置至最 大卸载距离位置进行卸载来确定,其计算简图如下图 2.2 所示。

12

图 2.2 动臂油缸作用力分析

此时动臂油缸作用力为:
Fb ?

1 l3

( G bt l dA ? G g l gA ? G b l bA )

(2.1)

式中, G bt ——铲斗及其装载土壤重力
GG Gb l dA
l gA

——斗杆所受重力 ——动臂所受重力 ——铲斗质心到动臂下铰点 A 的水平距离 ——斗杆质心到动臂下铰点 A 的水平距离 ——动臂质心到动臂下铰点 A 的水平距离

l bA

同样根据受力平衡可求出斗杆油缸闭锁力和铲斗油缸闭锁力。 因为动臂油缸只承受大臂、斗杆、铲斗及各液压缸的自重,而不进行挖掘动 作,但是要承受很大的弯曲力矩,要考虑液压缸的抗弯能力,所以如果计算出动 臂油缸所需过载压力太大,只要采取增加动臂油缸径和活塞杆径的措施即可解 决。

2.2.2 铲斗油缸工作受力分析 反铲装置载作业过程中,当以转斗挖掘为主时,其最大挖掘力为铲斗油缸设 计的依据。 反铲最重要的工作位置——最大挖掘深度时能保证具有最大挖掘力来 分析确定铲斗油缸的作用力。此时计算位置为动臂下放到最低位置,铲斗油缸作
13

挖掘机液压系统的计算

用力与斗杆铰点由最大力臂,如图 2.3 所示

图 2.3 铲斗油缸作用力

铲斗油缸作用力为:
Fd ? F1 max l C l1

(2.2)

l 式中,1 ——铲斗油缸作用力对摇臂与斗杆铰点的力臂 (此位置为要比长度) ,

这时斗杆及动臂油缸处于封闭状态,斗杆油缸封闭力 F
F g ?
/

/

g

应满足: (2.3)

F1 m a x B ? F 2 l B l
/

l2

式中, l 2 ——斗杆油缸闭锁力 F
lb lB
'

/

g

对斗杆与动臂铰点 B 的力臂

—— F1 max 对斗杆与动臂铰点 B 的力臂 —— F 2 对斗杆与动臂铰点 B 的力臂

动臂油缸闭锁力 F b/ 应满足:
Fb ?
/

F1 m a x A ? F 2 l A l
/

(2.4)

l3

式中, l 3 ——动臂油缸闭锁力 F b/ 对铰点 A 的力臂
l A —— F1 max

对动臂下铰点 A 的力臂
14

lA

'

—— F 2 对铰点 A 的力臂

此外, 最大铲斗挖掘力在其工作位置能否实现, 还受到挖掘机稳定性的限制, 因为有可能挖掘力尚未达到最大值时,挖掘机已经失去稳定。因此,选取铲斗油 缸最大推力时应以保证挖掘机的稳定为前提条件。

2.2.3 斗杆油缸作用力分析 当挖掘机以铲斗挖掘时,其最大挖掘力则由斗杆油缸来保证。斗杆油缸最大 作用力计算位置为动臂下方到最低位置, 斗杆油缸作用力对斗杆与动臂铰点有最 大力臂,即对斗杆产生最大作用力距,并使斗齿尖和铰点 B,C 在一条直线上, 如图 2.4 所示。

图 2.4 斗杆油缸作用力分析

与前面推导铲斗油缸作用力一样,此时斗杆油缸作用力为:
D ?

4Fg

?P

(2.8)

式中,

F

——液压缸负载,kN

15

挖掘机液压系统的计算
P

——系统压力,MPa ——液压缸内径,mm

D

取液压缸负载为:Fg ? 231.853 代入数据得 D
? 186.4 ? 200mm。

参考液压缸系列尺寸取 D 对斗杆缸 D ?
4Fg

?P

? 231.674mm

取 D ? 200

2.3 液压元件的计算 液压元件的性能分析包括:液压缸内径,缸筒壁厚,活塞杆强度,液压缸的 工作压力,液压马达的排量和工作压力,液压缸与液压马达排量。 2.3.1 液压缸内径 由(2.8)知: D= 式中 Fg—液压缸负载 P—系统压力 D—液压缸内径 取液压缸负载为:P=231.853KN 代入数据得 D=186.4mm。 参考液压缸系列尺寸取 D=200mm。 对斗杆缸 D=
4Fg

4 Fg

?P

?P

= 231.674mm

取 D=200mm。

2.3.2 缸筒壁厚
? ? ? 0 ? c1 ? c 2

( 2.9 ) (2.10)

?0 ?

Pm a x * D 2 * [? ]

16

式中, Pmax ——缸内最高工作压力,MPa
[ ? ]——缸筒材料许用应力,N/mm
2

代入数据 ? 0 由 D1 : ? 0
?

? 24 ? 225

20 得,查《机械设计手册》知 D 1

2.3.3 缸筒壁厚验算 额定工作压力应低于一定极限值以保证工作安全。
Pn ? 0 . 35 * ? s ( D 1 ? D
2 2

)

(2.11)

D1

材料选 2G330-450,其 ? S ? 330 N/mm 2 ,代入式中,得:
Pn ? 30.8

选定系统工作压力为 28MPa,可以满足要求。

2.3.4 活塞杆计算
? ?1 ?
?2

d ? D

(2.12)
? 150mm。

其中数比由《机械设计手册》表选取 ?

再由表得 d

2.3.5 活塞杆强度计算
P * 4 * 10
?6

? ?

? *d

2

? 105.4N/mm

2

(2.13)

其中, P ——活塞杆作用力,N
d ——活塞杆直径,m,

? ? 100~110N/mm

2

2.3.6 确定液压系统的工作压力 在不考虑能量损耗的情况下,系统的功率为:
P ? pQ ? 10
?3

(2.14)

式中, P ——液压泵的出口压力,Pa;
17

挖掘机液压系统的计算
Q ——液压泵的输出流量,m
3

/s。

由上式可知,当系统传递的功率一定时,提高系统的工作压力就可减少系统 中通过液压元件的流量, 从而减小相应各液压元件以及整个液压系统的结构尺寸 和质量。因此,目前液压挖掘机液压传动多采用中高压和高压系统。根据以上内 容对此液压系统的工作压力取 P ? 28MPa。 2.3.7 确定液压缸的主要参数和工作压力 液压缸的有效工作压力 P g 是指液压缸用于克服外载荷所需要的那一部分压 力,其数值为:
p g ? p b ? ?? p j ? p h ? Ah Aj

(2.15)

式中, p b ——液压泵出口压力,MPa;
?? p
j

——进油管路压力损失,MPa;

p h ——回油背压力,MPa;

A j , A h ——液压缸进油腔和回油腔有效工作面积

m2 。

上式中的压力损失 ?? p j , 包括压力油从液压泵出口流过管道和各种液压元件 (主要是阀类元件)时的压力损失。比较仔细的计算要在管路装配图画出之后才 能进行。 初步计算时, 可参考同类液压挖掘机的经验数据来确定, 可取 ?? p j ? 3~ 4MPa。 2.3.8 确定液压马达的排量和工作压力 液压马达的排量由给定的数值可知: q ? Q x ? max 式中, ? max ——马达的最高转速,rad/s;
Qx

(2.16)

——液压缸所需流量,m 3 /s

液压马达的有效工作压力 p m 按下式计算
p m ? p b - ?? p
j

- ph

(2.17)

式中的压力损失,可按前面介绍的经验数据确定。回油背压力 p h 的数值应
18

根据马达所需的背压力来确定。 根据液压马达驱动的最大载荷力矩 M 、排量 q 、有效工作压力 p m 、最高转 速 n max 和最低稳定转速 n min 以及系统工作条件等,即可选择液压马达的型号和规 格。

2.3.9 计算液压缸与液压马达的流量 通常根据最大移动速度和最高转速来计算液压缸和液压马达的流量。 (1)液压缸所需流量:
Qm
a x

? Ag vm

a x

(2.18)

式中, A g ——液压缸的有效工作面积,m 2 ;
v max

——液压缸的最大速度,m/s;

(2)液压马达所需流量:
Q m a x ? q 0? m a x 1

?v

(2.19)

q ? 式中, 0 ——马达的理论排量, ml/r; max ——马达的最高转速, rad/s; v —— ?

马达的容积效率。

3. 液压元件的选择
3.1 液压缸的选择 液压缸在液压系统中有着重要的地位,是整个液压系统的起始循环点,所以 对液压缸的选择很重要,根据以上计算的结果,对液压缸的选择就明确了,选择 材料为 ZG330-450 的内径为 100mm 壁厚为 21mm 的液压缸[8]。 3.2 液压泵的选择 液压泵的选择时根据液压系统工作压力(即液压泵出口压力)来选定液压泵 的形式,选择液压泵的额定压力要比系统压力大 25%以上,使液压泵由一定的 压力储备,在这为了经济考虑,选择液压泵的额定压力为 35Mpa 的液压泵。
19

液压元件的选择

型号为:2ZBZ140 的液压泵[8]。

3.3 液压马达的选择 根据第二章关于液压马达的计算,计算所得的液压马达的参数(液压马达的 排量、液压马达的工作压力、液压马达的流量)来选择。 型号为:ZM732 的液压马达[8]。

3.4 发动机的选择 发动机是液压挖掘机的核心部件,对挖掘机的要求高,对发动机的要求也就 高。选发动机先确定发动机的功率。 液压挖掘机用柴油机驱动,柴油机的功率必需能够充分满足主机工作过程中 的动力要求。发动机功率 P f 根据系统方案确定,在变量系统中,考虑使用情况 的最大限度,可取发动机的功率为:
Pf

=(1.0~1.3)P

(KW)

式中P为液压泵的输出功率,单位 KW。 在定量系统中,由于发动机功率利用低,一般为 60%左右,损失功率全部转 变为热量, 因此, 确定发动机功率时可以取得低一些, 对于双泵双回路定量系统, 发动机功率可取为:
Pf

=(0.8~1.1)P

(KW)

计算时,发动机功率可按以上两式计算,或将两式合并得:
Pf

=17.7+92.7q

(KW)
3

式中 q――液压挖掘机的标准斗容量,单位为 m 。 得此液压挖掘机的发动机功率为:
Pf

=17.7+92.7*1.6=166.02KW

此时可根据发动机功率选择发动机的型号[8]。

20

4.液压系统回路的设计
4.1 液压缸控制回路 执行元件的工作压力由负载确定。在运行过程中必需保证回路通畅要设置必 要安全设施。普通标准型油缸在行程两端。设有缓冲装置,使油缸在行程两端能 平滑停止,然而当活塞在行程中途停止或反转时,由于运行部件的动能会引起激 烈的冲击,因此在油缸的端部设置小型溢流阀以消除冲击,此阀的调定压力需超 过最大工作压力的 5%-10%。另外为了减小回路的冲击,各阀件、泵及油缸之 间的管路应尽量缩短和减少不必要的管路弯曲。经验认为,因为管路复杂而产生 噪音时,在振动的地方接入软管,是非常简易有效的处理方法。

图 4.1 补油装置

图中两只单向阀为设置的补油装置,用以补充管路中油的损失。因为铲斗缸 回路,斗杆回路和大臂回路工作原理和性质基本相同,故采用同一基本回路,有 所不同的就是为了防止动臂缸下降过快可在动臂缸大腔进油路设置单向节流阀, 起缓冲限速作用。

4.2 液压马达控制回路 如图该阀门组中包括双向液压控制阀两只溢流阀和两只单向阀,它具有限

21

液压系统回路的设计

制,闭锁,制动,补油的功能。当主换向阀处于中位时,液压控制阀的两条回路 都与回油相通,故液压控制阀返回中位,液压马达的腔被封死,此时起制动和闭 锁作用,当惯性过大,液压马达回油腔压力高于溢流阀调定的压力时,溢流阀打 开起缓冲作用,限制制动力矩,当主换向阀在工作位置时,液压控制阀的一条油 路畅通,使制动阀移到左位(或右位) ,液压马达运转。 当挖掘机发生坡现象行走液压马达超速回转时,进油回来压力大大降低,则 对应于制动阀高压侧的压力也大大降低,在回位弹簧作用下,阀芯向中位移动使 回油发生截流,从而限制了马达的转速,起到了限速作用,当马达的高压腔被吸 空产生负压时,在回油被压的作用下推开控制阀中位的单向阀向该腔补油。

图 4.2 液压马达控制回路

4.3 计算系统所需的最大流量 由前计算可知铲斗缸与斗杆缸的流量为: 213.5L/min 当两缸合流或铲斗缸 和斗杆缸同时动作时其流量为:2*213.5L /min 即为系统最大流量。

22

4.4 压力损失的计算 压力损失计算[7]: P 损=7.2*V*L/d2=1800Pa 式中:V--管中液体速度; d--管内直径(mm) L--直管的长度(m) 局部压力损失:换向阀 0.3-0.4 Mp 取 0.35 Mpa 则节流阀 0.3-0.35 Mpa 取 0.35 Mpa 则 P 损 =960*10-6+0.35*2+0.35*2=1.4Mpa 管路压力损失不作考虑,故可确定液压泵工作压力 P ? 26Mpa。 4.5 拟定液压源控制回路 液压源时液压系统的心脏,它的性能好坏,直接影响到液压系统的性能。对 液压源的控制是指对其输出压力及流量的控制。 主溢流阀起到安全限压的作用,由前面的计算可知此阀的调定压力:26Mpa。

图 4.3 定量泵回路 1-吸油过滤器;2-定量液压泵;3-卸荷溢流阀;4-二位二通电磁阀;5-单向阀; 6-压力继电器;7-蓄能器;8-高压过滤器 23

液压系统性能验算

5. 液压系统性能验算
5.1 液压系统功率损失 液压挖掘机在工作过程中的能量损失,除了一般的机械损失、管道损失和泵 的效率损失等以外,还有以下几个主要方面: (1)发动机喷油提前角不正确引起的效率低下。 (2)发动机和液压泵不匹配所造成的能量损失,即当发动机和液压泵联合 工作时,存在一个联合工作特性,其中的联合工作效率与泵的转速、压力和流量 相关。一般情况下,发动机一液压泵系统不大可能在各种工况下都处于最佳经济 工作状态,从而造成一定的能量损失。发动机——液压泵的总功率损失为:
N Z ? P0 Q max / ? m? y

式中: ? m ――发动机机械效率,即? m = N e / N t ( N e ――发动机有效功率;
N
t

――发动机指示功率) ;
?y

――液压泵总效率。应当注意,发动机和液压泵在低负荷、高转

下的效率 ? m 、 ? y 是很低的。 (3)液压油的流量损失,由流量损失而引起的功率损失面 ? N 液压油压力, ? Q 为损失的流量) ,由下列几部分组成: (a)对由液压系统泄漏产生的损失。 (b) 当各操纵阀处于中位 (挖掘机不工作) 时, 如果不降低发动机转速, 则液压功率的损失为:
N
y1

? P ? Q (P为

? P0 Q max

式中: P0 ――液压系统的背压; Q max ――液压泵的最大流量。 (c)溢流损失,由溢流产生的液压油功率损失为:
N
y2

? Pmax ? Q

式中:

Pmax

――溢流阀开启压力(约等于系统最高压力) ? Q ――溢流量。 ;
24

溢流引起的发动机一液压泵系统的总功率损失为:
NZ ? N
y2

? m / ? y ? Pmax ? Q / ? m ? y

这种工况下的 ? m 、

?

y

都比较高。

(4)液压油的压力损失,主要由两部分组成:第一部分是当液压油通过管道和 接头等的沿程损失,这种损失是不可避兔的;另一部分是当挖掘机进行精细作业 时,液压油经过控制阀节流时产生的损失。[9] 5.2 液压油油温过高的原因及预防措施 油温过高的原因和当油温过高采取的措施如下: (1)油品选择不当 油的品牌、质量和黏度等级不符合要求,或不同牌号的液压油混用,造成液 压油黏度指数过低或过高。若油液黏度过高,则功率损失增加,油温上升;如果 黏度过低,则泄漏量增加,油温升高。 预防措施:选用油液应按厂家推荐的牌号及机器所处的工作环境、气温因素 等来确定。对一些有特殊要求的机器,应选用专用液压油;当液压元件和系统保 养不便时,应选用性能好的抗磨液压油。 (2)污染严重 施工现场环境恶劣,随着机器工作时间的增加,油中易混入杂质和污物,受 污染的液压油进入泵、马达和阀的配合间隙中,会划伤和破坏配合表面的精度和 粗糙度,使泄漏增加、油温升高。 预防措施:一般在累计工作 1000 多小时后换油。换油时,注意不仅要放尽 油箱内的旧油,还要替换整个系统管路、工作回路的旧油;加油时最好用 120 目以上的滤网,并按规定加足油量,使油液有足够的循环冷却条件如遇因液压油 污染而引起的突发性故障时,一定要过滤或更换液压系统用油,如一台 YZT14G 型压路机出现液压油油温过高、 振动力不足的故障; 检查发现, 液压油呈乳白色, 已变质、黏度下降,更换液压油后压路机运转恢复正常。 (3)液压油箱内油位过低 若液压油箱内油量太少,将使液压系统没有足够的流量带走其产生的热量, 导致油温升高。
25

液压系统性能验算

预防措施:在实际操作和保养过程中,严格遵守操作规程中对液压油油位的 规定, 如一台 PC2003 型液压挖掘机, 工作一段时间后出现液压油温度过高故障; 检查液压油箱,发现油位低于规定值很多,由于液压系统过度缺油,使液压油循 环过快,未能充分静置散热,结果油温升高;按规定加足液压油后,液压油温度 随即降至正常范围。 (4)液压系统中混入空气 混入液压油中的空气,在低压区时会从油中逸出并形成气泡,当其运动到高 压区时,这些气泡将被高压油击碎,受到急剧压缩而放出大量的热量,引起油温 升高。 预防措施:经常检查进油管接口等封处的密封性,防止空气进入;同时,每 次换油后要排尽系统中的空气,如一台 PY184 型平地机液压油温度过高,同时伴 有液压噪声;检查发现,液压泵进油口连接软管有少许损坏,吸入空气,导致油 温过高,更换软管后平地机运转状况良好。 (5)滤油器堵塞 磨粒、杂质和灰尘等通过滤油器时,会被吸附在滤油器的滤芯上,造成吸油 阻力和能耗均增加,引起油温升高。 预防措施:定期清洗、更换滤油器,对有堵塞指示器的滤油器,应按指示情 况清洗或更换滤芯;滤芯的性能、结构和有效期都必须符合其使用要求。如,一 台 TY220 型推土机在作业时油温报警器连续报警, 同时发现变矩器处有油烟和油 液的烧焦味,转向油箱内油位较低;检查结果是,变矩器回油泵吸油滤网堵塞引 起了此故障,因滤网粘满沉积物,使变矩器泄漏的油液不能及时泵回转向油箱, 越积越多,变矩器放置阻力加大,由摩擦产生的热量增多,最后导致油液温升太 快;清洗该滤网后,油温恢复正常。又如一台 CATD8N 型履带式推土机液力传动 系统发出高温警报,传动部位有异响;拆开滤油器检查滤芯,发现其中含有大量 粉末状污物;更换滤芯后,故障消失。 (6)液压油冷却循环系统工作不良 通常,采用水冷式或风冷式油冷却器对液压系统的油温进行强制性降温。水 冷式冷却器, 会因散热片太脏或水循环不畅而使其散热系数降低; 风冷式冷却器, 会因油污过多而将冷却器的散热片缝隙堵塞,风扇难以对其散热,结果导致油温

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升高。 预防措施:定期检查和维护液压油冷却循环系统,一旦发现故障,必须立即 停机排除。如一台 CPCD60D 型液力传动叉车,工作一段时间后,变矩器驱动力不 足,转向盘转向沉重(液力变速器与动力转向共同用 1 台泵) ;几经检查才发现, 是风冷式油泠却器的通风孔堵塞导致了油温过高,疏通后故障被排除。又如一台 K-702 型装载机冷却机启动后工作不足 3h,仪表盘上变矩器油温报警指示灯即 闪亮,显示液压油温度过高。先检查油量和油质,结果油量充足,油质较好;再 检查滤油器,不脏;后检查冷却器,发现油泥已将部分冷却器,油孔堵塞。清洗 冷却器后,一切正常。 (7)零部件磨损严重 齿轮泵的齿轮与泵体和侧板, 柱塞泵和马达的缸体与配流盘、 缸体孔与柱塞, 换向阀的阀杆与阀体等都是靠间隙密封的, 这些元件的磨损将会引起其内泄漏的 增加和油温的升高。 预防措施:及时检修或更换磨损过大的零部件,据统计,在正常情况下,进口的 液压泵、马达工作五六年后,国产产品工作两三年后,其磨损都已相当严重,须 及时进行检修。否则,就会出现冷机时工作基本正常,但工作 1-2h 后,系统各 机构的运动速度就明显变慢,需停机待油温降低后才能继续工作。如一台 YW160 型液压挖掘机在出现上述故障后,经测试各机构的工作压力均明显偏低,怀疑是 主安全阀或主泵磨损所致。先拆检主安全阀,无异常现象;后拆检主泵发现配流 盘球面磨损严重。经对配流盘进行研磨后重新装配并调整好其间隙,装机运行情 况良好。又如一台 ZL50 型装载机动作缓慢无力,经测试系统压力偏低,手摸齿 轮泵感觉很烫,怀疑是齿轮泵内部磨损产生内漏所致;拆检后发现,齿轮泵侧板 与齿轮端面的间隙超差。更换齿轮泵后,问题得以解决。 (8)环境温度过高 环境温度过高,并且高负荷使用的时间又长,都会使油温太高。 预防措施:应避免长时间连续大负荷地工作;若油温太高可使设备空载动转 10min 左右,待其油温降下来后再工作。[10]

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结论和展望

6.结论和展望
6.1 结论 在本次毕业设计之中,我对液压挖掘机的液压系统做了简单的设计,以其主 要的的液压元件为研究的对象,进行计算和分析,然后又根据这些得出的结论对 液压元件分析,总结之后再对液压系统中的液压元件选型。 从液压缸的计算开始,液压缸内径,缸筒壁厚,活塞杆强度,液压缸的工作 压力,液压马达的排量和工作压力,液压缸与液压马达排量,发动机功率的系统 计算,根据这些计算得到的数据,对液压缸,液压马达,液压泵,发动机进行选 择。液压元件的选定是液压回路设计的基础,对液压马达,液压泵的回油路的设 计是根据所选定的液压元件来设计的。 在最后对液压系统性能的验算,对液压油的油温进行分析,总结油温过高的 原因以及预防措施。 6.2 展望 挖掘机工作装置液压系统动态特性的研究比较复杂, 涉及机械、 液压、 控制、 计算机等多个领域, 并且挖掘机工作情况复杂多变, 影响其动态特性的因素众多。 所以有很多问题需要进一步的研究和探讨。例如: 1) 论文中一些参数的选取是基于经验或参考同类资料而获得的,因此这些 参数对挖掘机液压系统是否合理还有待于进一步的验证。 2) 液压系统的动态特性缺少建模与仿真过程。 本次液压系统的设计用到了很多液压领域的知识, 在这个过程中也学到了很多办 公软件和绘图软件的知识。由于时间和实验条件所限,和本科阶段的知识瓶颈, 此次论文只能达到这个水平,存在太多的不足和缺陷,希望各位老师多多给予指 点,促进我的进步.

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致谢
时间如梭,转眼毕业在即。回想在大学求学的四年,心中充满无限感激和留恋之情。感 谢母校为我们提供的良好学习环境,使我们能够在此专心学习,陶冶情操。谨向我的论文指 导老师韩敬宇老师致以最诚挚的谢意! ***老师不仅在学业上言传身教,而且以其高尚的品格给我以情操上的熏陶。本文的写 作更是直接得益于他的悉心指点,从论文的选题到体系的安排,从观点推敲到字句斟酌,无 不凝聚着他的心血。滴水之恩,当以涌泉相报,师恩重于山,师恩难报。我只有在今后的学 习、工作中,以锲而不舍的精神,努力做出点成绩,以博恩师一笑。 另外,我必须感谢我的父母。焉得谖草,言树之背,养育之恩,无以回报。作为他们的 孩子,我秉承了他们朴实、坚韧的性格,也因此我有足够的信心和能力战胜前进路上的艰难 险阻;也因为他们的日夜辛劳,我才有机会如愿完成自己的大学学业,进而取得进一步发展 的机会。 最后,我必须感谢我的同学和朋友们,正是因为他们在电脑技术上的无私指引,我才能 得以顺利完成该论文。

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参考文献

参考文献
[1] 高衡,张全根主编 《液压挖掘机》 中国建筑工业出版社 1981 年

[2] 张利平主编 《现代液压技术应用》 化学工业出版社 2004 年 [3] 陈正利主编 《我国液压挖掘机发展的几个重要阶段及其前景展望》 1999(01) [4] 陈德沛主编 《关于液压挖掘机发展的一些状况》 1992(01) [5] 同济大学 《单斗液压挖掘机》 1986 [6] 孔德文,赵克利,徐宁生等编著 《液压挖掘机》 化学工业出版社 2007 [7] 成大先主编 《机械设计手册》 化学工业出版社 1993 [8] 何存兴主编 《液压元件》 机械工业出版社 1982 [9] 张利平主编 《液压传动系统及设计》 化学工业出版社 2005 [10] 王康主编 《挖掘机液压系统的分析与研究》 1997

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