挖掘机液压系统的设计.doc

目 录1 序言11.1 挖掘机间介11.2 中国外研究现实状况及发展动态21.3 本设计研究内容52 液压挖掘机结构和工作原理72.1 液压挖掘机整机性能72.2 液压挖掘机结构82.3 液压挖掘机传动原理103 液压挖掘机工况分析及液压系统设计方案确实定123.1 液压挖掘机工况123.2 挖掘机液压系统设计要求173.3 挖掘机液压系统分析193.4 液压系统方案拟订204 液压系统设计214.1 液压系统方案及参数确定214.2 实施元件液压缸及系统压力初选224.3 计算工作装置铲斗液压缸关键尺寸234.4 液压系统原理图制订265 液压元件选择和专用件设计315.1 液压泵选择和泵参数计算315.2 柴油发动机选择335.3 液压阀选择335.4 其它液压元件选择365.5 油箱容量确实定386 压系统性能验算406.1 液压系统压力损失406.2 液压系统发烧温升计算41总 结46参考文件47致 谢49内容提要挖掘机作为中国工程机械主力机种，被广泛应用于多种多样施工作业中。挖掘机产品关键技术就是液压系统设计，因为挖掘机工作条件恶劣，要求实现动作复杂，于是它对液压系统设计提出了很高要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂。所以，对挖掘机液压系统分析设计对推进中国挖掘机发展含有十分关键意义。在搜集了中国外挖掘机液压系统相关资料基础上，了解了挖掘机液压系统发展历史，并对挖掘机液压系统技术发展动态进行了分析总结。论文对挖掘机多种工况进行了分析，系统总结了挖掘机液压系统设计要求。依据挖掘机液压系统设计要求，论文中采取通用多路阀，配以专用控制阀和简单电子控制系统，设计了一套适合中国生产制造LS恒功率控制单斗挖掘机液压系统。此次毕业设计课题是WY200型液压挖掘机。课题以企业为依靠。小型挖掘机由多个系统组成，包含液压系统，传动系统，操纵系统，工作装置，底架，转台，油箱，发动机安装等。本人设计关键致力于分析和设计小型液压挖掘机工作装置液压系统。本课题选择了中国质量和技术性能全部靠近设计要求1620t挖掘机作为基型，并在此基础上研究了国外优异机型，设计出我们挖掘机液压系统方按图，总体装配图和对应部件图和零件图。图纸基础采取Auto CAD二维软件绘图。本液压挖掘机优点是采取伺服先导操纵系统，造型美观，含有挖掘，抓物，钻孔，推土，清沟和破碎等功效。平台可360旋转，性能可靠，操作舒适，可广泛应用于建筑，市政，供水，供气，供电农林建设等工程。SummaryThe excavator is a main consrtuctional machine，which is now widely used in various construction sites.The core technique of excavator is hydrau1ic technique. Becauseofthe bad working condition and conmplicated working movements of the excavatot，it has high requitements for its hydraulic system.Since the excavators hydraulic system is the most complicated one in all constructional machines ,the analysis and research of its hydrau1ic system make very important sens.On the basis of comprehensive co11ection of re1ated information about the excavators hydraulic system at home and abroad，the main working conditions of the excavator are studied and the design requitments of its hydraulic system are systematically summarized. According to the design pressure compensated hydraulic system is creatively designed using general multiple until value equipped with special contol valve and electronic contor systems,which has useful reference value for the future research and development of the excavators hydraulic system in our country.The name of this graduated task is “WY200 medium type hydraulic excavator”.This task is requested by company. My task is to analyze and design the hydraulic system of the medium type hydraulic excavator. This task choose the domestic excavator whose quality and character is most similar to our request as the basic type, further study the overseas advanced type. Then I designed projects of hydraulic system of our excavator,collectivity assemblage drawing and interrelated parts drawing, accessory drawing. All the blueprints drawn by the soft of AutoCAD. The strongpoint of this hydraulic excavator is used servo forerunner control system. It has beautiful sculpt. Beijing provided with the fuction of excavating, grappling, drilling, pushing, cleaning channel and crashing etc. 360swwing plat roof,good quality, controlling comfortable, be widely used in construction,supply and city planning.序言液压挖掘机是一个多功效机械，现在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，它在减轻繁重体力劳动，确保工程质量。加紧建设速度和提升劳动生产率方面起着十分关键作用。因为液压挖掘机含有多品种，多功效，高质量及高效率等特点，所以受到了广大施工作业单位青睐。液压挖掘机生产制造业也日益蓬勃发展。挖掘机液压传动紧密地联络在一起，其发展关键以液压技术应用为基础。因为挖掘机工作条件恶劣，要求实现动作很复杂，于是它对液压系统设计提出了很高要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂。所以，对挖掘机液压系统分析设计已经成为推进挖掘机发展中关键一环1。1.1挖掘机介绍挖掘机行业发展历史久远，能够追溯到1840年。当初美国西部开发，进行铁路建设，产生了模拟人体结构，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰类似机械手挖掘机，它采取蒸汽机作为动力在轨道上行走。不过以后很长时间挖掘机没有得到很大发展，应用范围也只局限于矿山作业中。造成挖掘机发展缓慢关键原因是:其作业装置动作复杂，运动范围大，需要采取多自由度机构，古老机械传动对它不太适合。而且当初工程建设关键是国土开发，大规模筑路和整修场地等，大多是大面积水平作业，所以对挖掘机应用相对较少，在一定程度上也限制了挖掘机发展。因为液压技术应用，二十世纪四十年代有了在拖拉机上配装液压反铲悬挂式挖掘机。伴随液压传动技术快速发展成为一个成熟传动技术，挖掘机有了适合它传动装置，为挖掘机发展建立了强有力技术支撑，是挖掘机技术上一个飞跃 。同时，工程建设和施工形式也发生了很大改变。在进行大规模国土开发同时，也开始进行城市型土木施工，这么，含有较长臂和杆，能装上多种多样工作装置，能行走、回转，实现多自由动作，能够切削高垂直壁面，挖掘深基坑和沟槽挖掘机得到了广泛应用2。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取定量齿轮泵，中位开式多路阀，工作压力为9Mpa，全部实施元件相互并联连结。由单泵向6个实施元件供油。因为早期液压挖掘机关键采取了定量齿轮泵，不能按需改变供油流量，无法充足利用发动机功率，所以其能量损失很大，不能满足挖掘机复合动作复杂要求，且可操纵性差。另外，早期试制液压挖掘机是采取飞机和机床液压技术，缺乏适适用于挖掘机多种工况液压元件，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，液压挖掘机产量己经达成挖掘机总产量83%，其时对挖掘机液压系统研究也已经十分成熟，液压挖掘机已经含有了同时控制系统和负载敏感系统L。自第一台手动挖掘机诞生以来160多年当中，挖掘机一直在不停地飞跃发展，其技术已经发展到相对成熟稳定阶段。现在国际上快速发展全液压挖掘机，对其控制方法不停改善和革新，使挖掘机由简单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。在危险地域或水下作业采取无线电操纵，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完全自动化。全部这一切，挖掘机全液压化为其奠定了坚实基础，发明了良好前提3。据相关教授估算，全世界多种施工作业场约有65%至70%土石方工程全部是由挖掘机完成。挖掘机是一个万能型工程机械，现在已经无可争议地成为工程机械第一主力机种，在世界工程机械市场上己占据首位，而且仍在发展扩大。挖掘机发展关键以液压技术应用为基础，其液压系统已成为工程机械液压系统主流形式。伴随科学技术发展和建筑施工现代化生产需要，液压挖掘机需要大幅度技术进步，技术创新是液压挖掘机行业所面临新挑战。在技术方面，挖掘机产品关键技术就是液压系统设计，所以对其液压系统分析研究含有十分关键现实意义。1.2中国外研究现实状况及发展动态1.2.1国外研究情况及发展动态从20世纪60年代液压传动技术开始应用在挖掘机上至今，挖掘机液压系统己经发展到了相当成熟阶段。现在国际上优异挖掘机产品额定压力大全部在30MPa以上，而且伴随材料科学技术进步，有朝着更高压力甚至采取超高压液压技术方向发展趋势；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制造现在世界上首台最大RH40。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kW,因为液压挖掘机常常在较恶劣环境下连续工作，其各个功效部件全部会受到恶劣环境影响.系统可靠性日益受到重视。美、英、日等国家推广采取有限寿命设计理论，以替换传统无限寿命设计理论和方法，并将疲惫损伤累积理论断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制电液伺服疲惫试验技术、疲惫强度分析方法等优异技术应用于液压挖掘机强度研究方面，不停提升设备可靠性。美国提出了考评动强度动态设计分析方法。日本制订了液压挖掘机构件强度评定程序，研制了可靠性信息处理系统使液压挖掘机运转率达成85%-95%，使用寿命超出1万小时。近几年来，伴随液压挖掘机产量提升和使用范围扩大，世界上著名挖掘机生产商纷纷采取多种高新技术，来提升自己挖掘机在国际上竞争力，关键表现在五个方面: (1)液压系统逐步从开式系统转变;(2)系统节能技术成为研究关键; (3)系统高压化和高可靠性发展趋势日益凸显; (4)系统操纵特征上升到很关键地位;(5)液压系统和电子控制结合成为时尚4。(1) 开式向闭式液压系统转变采取三位六通阀，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。因为这种油路调速方法是进油节流调速和旁路节流调速同时起作用，其调速特征受负载压力和油泵流量影响，所以这种系统操纵性能、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，使得复合动作操纵很困难。因为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，而且在其工作很多工况下要求多个实施元件完成复合动作，而长久以来使用开式液压系统无法满足挖掘机调速和复合动作要求。多年来在国外挖掘机液压系统中出现了闭式负载敏感系统(CLSS)。它能够采取一个油泵同时向全部液压作用元件供油，每一个液压作用元件运动速度只和操纵阀阀杆行程相关，和负载压力无关，泵流量按需提供，而且多个液压作用元件同时动作时相互之间干扰小，所以操纵性好是闭式液压系统关键特点。这种系统很符合挖掘机操作要求，它操纵简单，对司机操纵技巧要求低，在国际上己经取得较广泛使用，是挖掘机液压系统发展趋势。现在日本小松企业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) 节能技术应用现在液压挖掘机上经典节能技术基础上有两种。即负载敏感技术和负流量控制技术，现在液压挖掘机全部选择其中一个控制技术来实现节能要求。负载敏感技术是一个利用泵出口压力和负载压力差值改变而使系统流量随之对应改变技术。德国曼内斯曼(Mannesmann)企业研制一个负载传感系统，将其安装在液压系统中，能够控制一个或多个液压作用元件，而和对其施加载荷无关。该系统不仅易于操纵，而且微动控制特征很好。其最大特点就是能够依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同时，使调速节流损失P控制在很小固定值，从而达成节能目标lzs.e57负流量控制技术是经过在主控制阀后面节流阀建立压力对主泵排量进行调整技术。日前以韩国现代(HYUNDAI)、日本小松(KOMATSU)和日本日立(HITACHI)为代表很多国外著名品牌挖掘机生产商全部在自己挖掘机液压系统中使用了负流量控制技术。这种控制技术含有稳定性好、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，因流量和负载相关，所以可控制性较差5。(3) 提升负载能力和可靠性为了提升挖掘机负载能力，直接方法是提升其液压系统工作压力、流量和功率。现在，国际上优异挖掘机产品额定压力大全部在30MPa以上，而且伴随材料科学技术进步，有朝着更高压力甚至采取超高压液压技术方向发展趋势;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制造型全液压挖掘机，铲斗容量达42立方米液压油源为18台变量轴向柱塞泵，总流量高达100200L/min，原动机为2台QSK60柴油发动机，总功率高达kW,因为液压挖掘机常常在较恶劣环境下连续工作，其各个功效部件全部会受到恶劣环境影响。系统可靠性日益受到重视。美、英、日等国家推广采取有限寿命设计理论，以替换传统无限寿命设计理论和方法，并将疲惫损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制电液伺服疲惫试验技术、疲惫强度分析方法等优异技术应用于液压挖掘机强度研究方面，不停提升设备可靠性。美国提出了考评动强度动态设计分析方法。日本制订了液压挖掘机构件强度评定程序，研制了可靠性信息处理系统，使液压挖掘机运转率达成85%-95%，使用寿命超出1万小时。(4) 重视操纵特征挖掘机液压系统操纵特征越来越受到重视。日前国际上快速发展全液压挖掘机，不停改善和革新控制方法，使挖掘机由简单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。多种高新技术应用，使得挖掘机液压系统操纵特征大大提升。(5) 电子一液压集成控制成为目前关键研究目标电子控制技术和液压控制技术相结合电子一液压集成控制技术多年来取得了巨大发展，尤其是传感器、计算机和检测仪表应用，使液压技术和电子控制有机结合，开发和研制出了很多新型电液自动控制系统，提升了挖掘机自动化程度，推进着挖掘机迅猛发展。现在国外优异品牌挖掘机在电液联合控制方面研究己趋成熟。美国林肯一贝尔特企业新C系列LS-5800型液压挖掘机安装了全自动控制液压系统，可自动调整流量，避免了驱动功率浪费。日本住友企业生产FJ系列五中新型号挖掘机配有和液压回路连接计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，降低燃油、发动机功率和液压功率消耗，并延长了零部件使用寿命。1.2.2中国研究情况及发展动态从中国情况来看，中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理论还比较微弱。中国大部分挖掘机企业在挖掘机液压系统传统技术方面研究含有一定基础，但因为采取传统液压系统挖掘机产品在性能、质量、作业效率、可靠性等方面均较差，所以采取传统液压系统挖掘机在中国市场上基础失去了竞争力，取而代之是采取多种高新技术国外挖掘机产品。优异挖掘机液压系统全部被国际上一流生产企业垄断，中国企业在该领域研究几乎是空白，这么中国挖掘机生产厂家就无法独立制造出性能优异挖掘机，绝大部分市场份额全部被国外多种品牌挖掘机所占据。以20t级中型液压挖掘机为例，国产20t级挖掘机大多数是欧洲80年代初技术，同90年代初以来在中国形成批量日本小松、日立、神钢和韩国大宇、现代等机型相比，其关键差距柴油机功率偏低，液压系统流量偏小，液压系统特征差，造成平台回转速度低，行走速度低，多种性能参数均偏小，整机性能和作业效率较国外偏低6。1.3本设计研究内容挖掘机液压系统方面技术多个多样，本文关键经过国外多个著名品牌挖掘机液压系统为参考对象，对其现相关键技术和控制方法进行比较和研究，为挖掘机液压系统设计提供一定参考信息。(1) 挖掘机液压系统技术发展动态分析研究大量搜集中国外挖掘机液压系统方面相关技术资料，系统了解挖掘机液压系统发展历史。分析总结挖掘机液压系统方面研究现实状况和技术发展动态。(2) 挖掘机液压系统设计要求对液压挖掘机一个工作循环中四种工况一挖掘工况、满斗举升回转工况、卸载工况和卸载返回工况进行了具体分析，总结了每个工况下各实施机构关键复合动作。依据液压挖掘机关键工作特点，系统地总结了挖掘机液压系统设计要求:动力性要求和操纵性要求。(3) 挖掘机液压系统设计分析了传统挖掘机液压系统中单泵定量系统、双泵定量系统和双变量泵液压系统，具体分析了其关键优点和存在问题。本文在分析研究了挖掘机液压系统基础上，依据挖掘机液压系统设计要求，设计了一套适合中国生产制造单斗挖掘机液压系统。本设计意在采取通用多路阀系统，配以专用控制阀和简单伺服控制系统7。2液压挖掘机结构和工作原理液压挖掘机因为在动力装置和工作装置之间采取容积式液压传动，靠液体压力能进行工作，相对机械传动含有很多优点:能无极调速且调速范围大，最大速度和最小速度之比可达1000:1能得到较低稳定转速；快速作用时，液压元件产生运动惯性较小，并可作高速反转；传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动；操纵省力灵活，易实现自动化控制；易实现标准化、通用化、系列化。所以液压挖掘机逐步替换机械式挖掘机是肯定趋势。单斗液压挖掘机是装有一只铲斗并采取液压传动进行挖掘作业机械。它是现在挖掘机械中关键机种。单斗液压挖掘机作业过程是以铲斗(通常装有斗齿)切削刃切削土壤并将土装入斗内，斗满后提升。回转至卸上位置进行卸土，卸空后铲斗再转回并下降到地面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土后，机械移动一段距离，方便继续作业。所以单斗液压挖掘机是一个周期作业自行式上方机械8。2.1液压挖掘机整机性能液压挖掘机可分为:动力系统、机械系统、液压系统、控制系统，图2.1所表示。液压挖掘机作为一个有机整体，其性能优劣不仅和工作装置机械零部件性能相关，还和液压系统、控制系统性能相关9。图2.1 液压挖掘机整体系统图(1) 动力系统挖掘机工作关键特点是环境温度改变大，灰尘污物较多，负荷改变大，常常倾斜工作，维护条件差。所以液压挖掘机原动力通常由柴油机提供，柴油机含有工作可靠、功率特征曲线硬、燃油经济等特点，符号挖掘机工作条件恶劣，负荷多变要求。挖掘机额定负荷和汽车。拖拉机不一样，汽车和拖拉机指在最高转速下、连同机油泵、发电机等必需附件，巧分钟内最大功率;挖掘机是指在额定转速下一小时以上额定功率。挖掘机采取车用柴油机时，最大功率指数降低。(2) 机械系统液压挖掘机机械系统部分是完成挖掘机各项基础动作直接实施者，关键包含:行走装置是整个机器支撑部分，承受机器全部重量和工作装置反力，同时能使挖掘机作短途行驶.根据结构不一样，分履带式和轮胎式。回转机构使挖掘机上车围绕中央回转轴作360度回转机构，包含驱动装置和回转支撑。工作装置是挖掘机完成实际作业关键组成部分，常见有反铲、正铲、装载、起重等装置，而同一个装置能够有多个结构形式，前面所述反铲装置应用最为广泛。(3) 液压系统液压挖掘机回转、行走和工作装置动作全部由液压传动系统实现，原动机驱动双联液压泵，把压力油分别送到两组多路换向阀。经过司机操纵，将压力油单独或同时送往液压实施元件(液压马达和液压油缸)驱动实施机构工作。液压挖掘机关键运动有整机行走、转台回转、动臂升降、斗杆收放、铲斗转动等。这些运动全部靠液压传动。依据以上工作要求，把各液压元件用油管有机地连接起来地组合体既是液压挖掘机地液压系统。该系统地功效是把发动机地机械能以油液为介质，利用油泵转变为液压能，传送给油缸、油马达等转变为机械能，再传动各实施机构，实现多种运动和工作过程。液压系统设计得合理是否，对挖掘机性能起着决定性作用。一样元件，若系统设计不一样，则挖掘机性能差异很大。液压系统习惯上按主油泵数量、功率调整方法和回路数量来分类。(4) 控制系统液压挖掘机控制系统是对发动机、液压泵、多路换向阀和实施元件(液压缸、液压马达)等进行控制系统。电子技术和计算机技术飞速进步，使挖掘机有了越来越优异控制系统，使液压挖掘机向高性能、自动化和智能化发展。现在挖掘机研究关键正逐步向智能化机电液控制系统方向转移10。2.2液压挖掘机结构(1) 液压挖掘机组成为了实现液压挖掘机各项功效，单斗液压挖掘机需要两个基础组成部分，即机体(或称主机)和工作装置。机体是完成挖掘机基础动作并作为驱动和操纵挖掘机进行工作荃础，能够是履带牵引车辆或轮式牵引车辆。可细分为行走装置、回转装置、液压系统、气压系统、电气系统和动力装置。其中动力装置、操纵机构、回转机构和辅助设备均可在回转平台上，总称上车部分，它和行走机构(又称下车部分)用回转支撑相连，平台能够围绕中央回转轴作3600全回转。工作装置依据工作性质不一样，可配置反铲、正铲、装载、起重等装置，分别完成挖掘、装载、抓取、起重、钻孔、打桩、破碎、修坡、清沟等工作。挖掘机基础性能决定于各部分结构、性能及其综合效果11。(2) 单斗反铲液压挖掘机反铲装置关键用于挖掘停机面以下土壤。斗容量小于1.6M 3中小型液压挖掘机通常选择反铲装置，它分为整体臂式和组合臂式。其中长久作业条件相同挖掘机反铲装置大多采取整体鹅颈式动臂结构。采取这种动臂有利于加大挖掘深度，且结构简单、价格低廉。刚度相同时，其重量比组合动臂轻，是现在应用最广泛液压挖掘机工作装置结构形式。铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常见结构型式，动臂、斗杆和铲斗等关键部件相互铰接，在液压缸作用下各部件绕铰接点摆动，完成挖掘、提升和卸土等动作。图 2. 1 所表示，整体鹅颈式动臂反铲挖掘机工作装置关键由动臂、动臂油缸、斗杆、斗一杆油缸、铲斗、铲斗油缸、摇臂、连杆、销轴等组成。装置各运动部件之间全部采取销轴铰接，以动臂油缸来支撑和改变动臂倾角，经过动臂油缸伸缩可使动臂绕下。铰点转动实现动臂升降。斗杆铰接于动臂上端，由斗杆油缸控制斗杆和动臂相对角度。当斗杆油缸伸缩时，斗杆可绕动臂上铰点转动。铲斗和斗杆前端铰接，并经过铲斗油缸伸缩使铲斗转动。为增大铲斗转角，通常采取摇臂连杆机构来和铲斗联。(3) 液压挖掘机工作循环过程首先液压挖掘机驱动行走马达和配套土方运输车辆一起进入作业面，运输车辆倒车、调停，停靠在挖掘机侧方或后方。挖掘机司机扳动操纵手柄，使回转马达控制阀接通，于是回转马达转动并带动上部平台回转，使工作装置转向挖掘地点，在实施上述过程同时操纵动臂油缸换向阀，使动臂油缸上腔进油，将动臂下降，直至铲斗接触地面，然后司机操纵斗杆油缸和铲斗油缸换向阀，使二者大腔进油，配合动1、斗杆油缸 2、动臂 3、油管 4、动臂油缸 5、铲斗 6、斗齿 7、侧齿 8、连杆 9、摇杆 10、铲斗油缸 11、斗杆图2.2 反铲挖掘机工作装置作以加紧作业进度，进行复合动作挖掘和装载:铲斗装满后将斗杆油缸和铲斗油缸操纵手柄扳回中位，使铲斗和斗杆油缸闭锁，再操纵动臂油缸换向阀，使动臂油缸下腔进油，将动臂提升，举起装满土铲斗离开工作面，随即扳动平台回转换向阀手柄，使上部平台回转，带动铲斗转至运输车辆上方，再操纵斗杆油缸使铲斗高度稍降部分，并在合适高度操纵铲斗油缸使铲斗卸土。土方卸完后，使平台反转并降低动臂，直到铲斗回到作业点上方，方便进行下一工作循环12。2.3 液压挖掘机传动原理液压挖掘机采取三组液压缸使工作装置含有三个自由度，铲斗可实现有限平面转动，加上液压马达驱动回转运动，使铲斗运动扩大到有限空间，再经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，从而满足挖掘作业要求。液压挖掘机传动示意图，图2.3所表示，柴油机驱动液压泵，操纵分配阀，将高压油送给各液压实施元件(液压缸或液压马达)驱动对应机构进行工作。液压挖掘机工作装置采取连杆机构原理，各部分运动经过液压缸伸缩来实现。反铲工作装置由铲斗1、斗杆2、动臂3、连杆4及对应三组液压缸5. 6. 7组成。动臂下铰点铰接在转台上，经过动臂缸伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂上铰点转动;而铲斗铰接于斗杆前端，经过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。挖掘作业时，接通回转马达，转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩;动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。卸完后，工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘循环。在实际挖掘作业中，因为土质情况、挖掘面条件和挖掘机液压系统不一样，反铲装置三种液压缸在挖掘循环中动作配合能够是多样、随机13。1、铲斗 2、斗杆 3、动臂 4、连杆 5、 6、 7、液压油缸I、挖掘装置 II、回转装置 III、行走装置图2.3 液压挖掘机传动示意图总而言之，液压挖掘机是由多学科、多系统组成有机整体，只有在系统层面上各系统、各学科协同优化才能获取挖掘机整机最好性能。3液压挖掘机工况分析及液压系统设计方案确实定要了解和设计挖掘机液压系统，首先要分析液压挖掘机工作过程及其作业要求，掌握多种液压作用元件动作时流量、力和功率要求和液压作用元件相互配合复合动作要求和复合动作时油泵对同时作用各液压作用元件流量分配和功率分配。3.1液压挖掘机工况液压挖掘机作业过程包含以下多个动作(图3.1 所表示):动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走和其它辅助动作。除了辅助动作(比如整机转向等)不需全功率驱动以外，其它全部是液压挖掘机关键动作，要考虑全功率驱动14。1、动臂升降 2、斗杆收放 3、铲斗装卸 4 、平台台回转 5、整机行走图3.1 液压挖掘机运动图因为液压挖掘机作业对象和工作条件改变较大，主机工作有两项特殊要求:(1)实现多种关键动作时，阻力和作业速度随时改变，所以，要求液压缸和液压马达压力和流量也能对应改变;(2)为了充足利用发动机功率和缩短作业循环时间，工作过程中往往要求有两个关键动作(比如挖掘和动臂、提升和回转)同时进行复合动作15。液压挖掘机一个作业循环组成和动作复合关键包含:(1) 挖掘:通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或二者配合进行挖掘，所以，在此过程中关键是铲斗和斗杆复合动作，必需时，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，同时回转第2章挖掘机液压系统设计要求和分析方法液压马达使转台转向卸土处，此时关键是动臂和回转复合动作。(3) 卸载:转到卸土点时，转台制动，用斗杆液压缸调整卸载半径，然后铲斗液压缸回缩，铲斗卸载。为了调整卸载位置，还要有动臂液压缸配合，此时是斗杆和铲斗复合动作，间以动臂动作。(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，把空斗放到新挖掘点，此时是回转和动臂或斗杆复合动作。3.1.1挖掘工况分析挖掘过程中关键以铲斗液压缸或斗杆液压缸分别单独进行挖掘，或二者复合动作，必需时配以动臂液压缸动作15。通常在平整土地或切削斜坡时，需要同时操纵动臂和斗杆，以使斗尖能沿直线运动，图3.2，3.3所表示。此时斗杆收回，动臂抬起，期望斗杆和动臂分别由独立油泵供油，以确保相互动作独立，相互之间无干扰，而且要求泵供油量小，使油缸动作慢，便于控制。假如需要铲斗保持一定切削角度并根据一定轨迹进行切削时，或需要用铲斗斗底压整地面时，就需要铲斗、斗杆、动臂三者同时作用完成复合动作，图3.4,3.5所表示。图3.2 斗尖沿直线平整土地图 图3.3 斗尖沿直线切削斜坡图图3.4 铲斗底压整地面图图3.5 铲斗底保持一定角度切削图单独采取斗杆挖掘时，为了提升掘削速度，通常采取双泵合流，部分也有采取三泵合流。单独采取铲斗挖掘时，也有采取双泵合流情况。下面以三泵系统为例，来说明复合动作挖掘时油泵流量分配情况和分合流油路连接情况。液压马达使转台转向卸土处，此时关键是动臂和回转复合动作16。当斗杆和铲斗复合动作挖掘时，供油情况图3.4a 所表示。当斗杆油压靠近溢流阀压力时，原来溢流油液此时供给铲斗有效利用;当铲斗和动臂复合动作挖掘时，因为动臂仅仅起调解位置作用，关键是斗杆进行挖掘，所以采取斗杆优先合流、双泵供油，图3.4b 所表示。图3.4 三泵供油系统示意图当动臂、斗杆和铲斗复合运动时，为了预防同一油泵向多个液压作用元件供油时动作相互干扰，通常三泵系统中，每个油泵单独对一个液压作用元件供油很好。对于双泵系统，其复合动作时各液压作用元件间出现相互干扰可能性大，所以需要采取节流等方法进行流量分配，其流量分配要求和三泵系统相同。当进行沟槽侧壁掘削和斜坡切削时，为了有效地进行垂直掘削，还要求向回转马达提供压力油，产生回转力，保持铲斗贴紧侧壁进行切削，所以需要同时向回转马达和斗杆供油，二者复合动作，图2.5所表示。回转马达和斗杆收缩同时动作，由同一个油泵供油，所以需要采取回转优先油路，不然铲斗无法紧贴侧壁，使掘削极难正常进行。在斗杆油缸活塞杆端回油路上设置可变节流阀，此节流阀开口度即节步骤度由回转先导压力来控制。回转先导压力越大，节流阀开度越小，节流效应越大，则斗杆油缸回油压力增高，使得油泵供油压力也提升。所以伴随回转操纵杆行程增大，回转马达油压增加，回转力增大。图3.5 沟槽侧壁掘削和斜坡掘削时，油泵供油连接情况挖掘过程中还有可能碰到石块、树根等坚硬障碍物，往往因为挖不动而需要短时间增大挖掘力，期望液压系统能临时增压，能提升主压力阀压力17。3.1.2满斗举升回斗工况分析挖掘结束后，动臂油缸将动臂顶起，满斗举升，同时回转液压马达使转台转向卸载处，此时关键是动臂和回转马达复合动作。动臂抬升和回转马达同时动作时，要求二者在速度上匹配，即回转到指定卸载位置时，动臂和铲斗自动提升到适宜卸载高度。因为卸载所需回转角度不一样，随液压挖掘机相对自卸车位置而变，所以动臂提升速度和回转马达回转速度相对关系应该是可调整。卸载回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂提升速度慢些。在双泵系统中，回转起动时，因为惯性较大，油压会升得很高，有可能从溢流阀溢流，此时应该将溢流油供给动臂，图3.6a 所表示。在回转和动臂提升同时，斗杆要外放，有时还需要对铲斗进行调整。这时是回转马达、动臂、斗杆和铲斗进行复合动作18。因为满斗提升时动臂油缸压力高，造成变量泵流量减小，为了使动臂提升和回转、斗杆外放相互配合动作，由一个油泵专门向动臂油缸供油，另一个油泵除了向回转马达和斗杆供油外，还有部分油供给动臂，图2.6b 所表示。不过因为动臂提升时油压较高，单向阀大部分时间处于关闭状态，所以左侧油泵只向回转马达和斗杆供油。三泵系统供油情况图3.6c 所表示。各个油泵分别向一个液压作用元件供油，复合动作时无相互干扰。3.1.3卸载工况分析回转至