液压课程设计挖掘机

挖掘机液压系统课程设计液压挖掘机课程设计渤海船舶职业学院辅导老师：郝春玲班级:12G412学号:28设计人：邹颜泽#挖掘机液压系统课程设计摘要液压技术是现代挖掘机的技术基础，其性能的优劣决定挖掘机腔 重要的组成部分，是挖掘机工作循环的动力系统。挖掘机的工作条 件恶劣，且动臂和地盘动作非常频道，因此要求液压系统工作稳定， 评论无故障时间长。因此，液压系统的性能优劣决定着挖掘机工作 性能高低，本文在介绍挖掘机及其液压传动技术的发展历史前提下, 首先论述设计了挖掘机液压系统的基本回路。系统传动的确定，主 要液压元件在系统中的作用，传动元件的设计计算，强度校核，泵 的流量计算，阀及其液压元件的选择。刖百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。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 下点：功率密度大，结构紧凑，重量轻；无极调速，调速范围大； 启动性能好，能实现快速反转；布置灵活，基本不受总体结构的限 制；容易实现自动化，操作简便省力等。所以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。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啦很高的要求，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。目 录摘要2前言21液压挖掘机的液压系统322国内外发展概况及展望 42 1国内发展概况及展望T42.2国外发展概况及展望u53液压系统的设计U63.1液压挖掘机的工况分析U63 2液压系统的主要参数确定u73.3 负载分析-73.4 机电一体化液压挖掘机工作原理.83.5 机电一体化液压挖掘机工作技术要求.94各液压元件的选择U.104.1液压泵的选择1.04 2柴油发动机的选择,1.04.3 液压阀的选择U1.04.4 其他液压元件的选择105 液压挖掘机的应用115.3 液压随系统在制动器上应用115.4 液压随动系统在挖掘机操作中的应用 115.5 液压随动系统在转向机构上的应用 116 液压挖掘机机构方案的创新设 116.3 液压挖掘机基本结构及其抽象化表示 116.4 再生运动链和创新运动链 126.5 创新机构名吉构方案 13157挖掘机液压系统概述7.1 挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求 157.2 挖掘机液压系统的基本动作分析 177.3 挖掘机液压系统的基本回路分析 18设计总结26参考文献261液压挖掘机的液压系统小型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。我的课程设计主要致力于分析和设计小型液压挖 掘机的液压系统。本课题选择了国内的质量和技术性能都接近设计要求的5t挖掘机作为基型。本液压挖掘机的优点是采用伺服先导操纵系统，造型美观，具备挖掘，抓 物，钻孔，推土，清沟和破碎等功能。性能可靠，操作舒适，可广泛应用于矿山企业， 工地建筑，城市工程等等。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。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。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。 其结 构主要是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成（如图所 示），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。所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，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，都起着很大的作用， 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。1.铲斗缸2.斗杆缸3.动臂缸4.回转马达5.冷却器6.滤油器7.磁滤器8.油箱9.液压泵10.背压阀11.后组合阀12.前组合阀13.中央回转接头14.回转制动阀15.限速阀16.行走马达图1.1液压挖掘机整体系统图2.2国内外发展及概况2.1 国内发展概况及展望早在1954年我国就已开始生产机械式挖掘机，当时的抚顺重型机器厂（抚顺挖掘 机厂前身）引进前苏联的机械式挖掘机 W10012和W5012等国际20世纪30-40 年代的产品。由于国家.经济.建设的需要，后又发展.10余家厂生产，到1966年12年全 国共生产了机械式挖掘机3000余台，后又延续生产到八十年代初。在80年代初引进#德国系列液压挖掘机制造技术。浙江大学的冯培恩教授开始率先着手研究挖掘机机电 一体化技术，首先实现挖掘机器人作业过程的分级规划和局部自主控制。但是他们在任务规划层面上只停留在仿真阶段，还没有提出显著的实现方案。联合引进日本小松制作所的 PC系列挖掘机制造技术，由于中国建设事业的发 展，市场的扩大，随后不久在挖掘机生产领域出现了一个外资企业进入中国的浪潮。 从1994、1995年开始，世界各工业发达国家的著名挖掘机制造企业先后在中国建 立众多的中外合资或外商独资挖掘机制造企业， 生产世界一流水平的多种型号的挖掘 机产品。截止至2001年年底，包括国有企业在内，中国境内生产液压挖掘机的企业 总数达20个左右，共生产挖掘机整机质量从 1.3-45t, 100余个不同型号和规格的 产品。2000年全国生产各种型号、规格的液压挖掘机 8111台，共销售7926台， 其中包括出口 119台。2001年全生产12569台，销售12397台，其中包括出口 468 台。2.2 国外发展概况及展望国外大型液压挖掘机的开发大约从上世纪70年代开始。如日本日立建机公司在1972-1976年间开发的UH12型正铲大型液压挖掘机，其斗容量为 2.2m3工作重量 336t; UH20型斗容量3.2m3,工作重量50t; UH30型斗容量4.4m3,工作重量75t。 1979年，日立建机成功开发了 UH50型正铲超大型液压挖掘机，斗容量达 8.2m3,工 作重量175%经过30多年的发展，目前超大型液压挖掘机的最大工作重量已直指 1000t 级，铲斗斗容达到了 50m³。由于具有结构紧凑、操作方便、运动灵活及易于维 护保养等优点，超大型液压挖掘机已形成逐步代替钢索机械式或电动式挖掘机（俗称电铲）的趋势。超大型液压挖掘机主要用于各种大规模露天矿山的开采及大型基础建设，同时还被用于填海造地工程及港湾河道疏通工程， 其中正铲式挖掘机占大部分。目前生产超 大型挖掘机的厂商主要分布在美国、 日本、德国等工程机械制造强国，著名的生产企 业有利勃海尔、卡特彼勒、日立、小松、特雷克斯（ O&K）等公司。3液压系统的设计液压系统设计作为机电一体化挖掘机设计的重要组成部分，设计时必须满足挖掘 机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好、效率高、结构简单、工作安全可 靠、寿命长、经济性好、使用维护方便。其中液压系统的设计作为挖掘机总体设计的一部分，必须要满足整机工作要求，并要求进行相关参数的计算与分析验证，选取合适的各液压元件。3.1液压挖掘机的工况分析液压挖掘机的主要功能运动包括以下几个动作 (如图3.1所示)：动臂升降、斗杆 收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走以及其它辅助动作。除了辅助动作 (例如整机 转向等)不需全功率驱动以外，其它都是液压挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。液压挖掘机一个作业循环的组成和动作的复合主要包括4:(1)挖掘：通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或者两者配合进行挖掘， 因此，在此过程中主要是铲斗和斗杆的复合动作，必要时，配以动臂动作。(2)满斗举升回转：挖掘结束，动臂液压缸将动臂顶起，满斗提升，同时回转液 压马达使转台转向卸土处，此时主要是动臂和回转的复合动作。(3)卸载：转到卸土点时，转台制动，用斗杆液压缸调节卸载半径，然后铲斗液 压缸回缩，铲斗卸载。为了调整卸载位置，还要有动臂液压缸的配合，此时是斗杆和 铲斗的复合动作，问以动臂动作。(4)空斗返回：卸载结束，转台反向回转，动臂液压缸和斗杆液压缸配合，把空 斗放到新的挖掘点，此时是回转和动臂或斗杆的复合动作。(5)整机移动工况：将整机移动至合适的工作位置。(6)姿态调整与保持工况：满足停放、运输、检修等需要。(7)其他辅助作业工况：辅助工作装置作业工况。图3. 1液压挖掘机的工作运动1 一动臂升降；2 一斗杆收放：3 一铲斗装卸；4 一转台回转：5 一整机行走3.2 液压系统的主要参数确定液压挖掘机的主要参数表明了液压挖掘机的规格和主要技术性能，液压挖掘机的主要参数分为发动机参数、液压系统参数、主要性能参数、尺寸参数四大类，发动机 参数包括发动机额定功率、转速等，液压系统参数包换主泵的流量、压力等，主要性 能参数包括整机工作质量、主要部件质量、铲斗容量范围或标称铲斗容量、挖掘力、 牵引力等，尺寸参数包括工作尺寸、机体外形尺寸和工作装置尺寸等， 其中液压挖掘 机主要参数中最重要的参数有三个， 即斗容量、整机质量和发动机功率，因为通过这 三个参数可以从使用要求、机械本身的技术性能和技术经济指标、动力装置的配套、 国际上统一的标准以及传统习惯等方面反映液压挖掘机的级别，故有主参数之称。所以有时采用挖掘机的斗容量作为主参数。例如，机械式挖掘机一般就以斗容量作为挖 掘机的主参数并作为主要分级指标。但液压挖掘机可更换的工作装置多，而且同一机 型可以根据作业对象或工作尺寸的要求换装不同斗容的铲斗。由于不同厂家的挖掘机采用不同的液压系统，辅助设备能耗及功率储备也有所不同，而且同一型挖掘机在后 续改进时，也会改变发动机功率，所以液压挖掘机以功率分级不十分合理。 整机质量 则直接反映了液压挖掘机本身的重量等级， 对其他技术参数影响较大，如挖掘能力的 发挥、发动机功率的充分利用、作业的稳定性等要以一定的整机质量来保证，因此整 机质量反映了挖掘机的实际工作能力，目前已被广泛用作液压挖掘机的分级指标。3.3 负载分析动臂油缸一般布置在动臂前下方，下端与回转平台较接。常见的有两种具体布置 方式。3、。声图3.3动臂机构油缸布置方案3.4 机电一体化液压挖掘机工作原理机电一体化液压挖掘机采用三组液压缸使工作装置具有三个自由度，铲斗可实现有限的平面转动，加上液压马达驱动回转运动，使铲斗运动扩大到有限的空间， 再通 过行走马达驱动行走（移位），使挖掘空间可沿水平方向得到间歇地扩大，从而满足挖 掘作业的要求。机电一体化液压挖掘机传动示意图， 如图3.7所示，利用各种传感器，柴油机驱 动液压泵，操纵分配阀，将高压油送给各液压执行元件 （液压缸或液压马达）驱动相应 的机构进行工作。机电一体化液压挖掘机的工作装置采用连杆机构原理，各部分的运 动通过液压缸的伸缩来实现。反铲工作装置由铲斗1、斗杆2、动臂3、连杆4及相应的三组液压缸5. 6. 7组成。动臂下钦点较接