輪式裝載機液壓系統(tǒng)設計【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含6張CAD圖紙+帶開題報告+文獻綜述+外文翻譯】-jxsj61

輪式裝載機液壓系統(tǒng)設計

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摘  要

裝載機主要用來裝卸散狀物料，也能進行輕度的鏟掘工作，并且具有良好的機動性能，是工程機械中保有量較大的品種之一。

裝載機液壓系統(tǒng)設計是裝載機設計的一個重要環(huán)節(jié)，它對裝載機的使用性能和裝載機在市場上的競爭力有著很大的影響。裝載機性能的優(yōu)劣和作業(yè)效率的發(fā)揮，離不開液壓系統(tǒng)的設計，而且在很大程度上取決于液壓系統(tǒng)的工作效率。

裝載機的工作裝置和轉向機構都采取液壓傳動，本文通過對工作裝置及轉向機構工作要求和載荷分析對液壓系統(tǒng)進行設計。主要包括對執(zhí)行元件，控制元件輔助元件的選擇、設計。

    本文的設計，能夠使讀者對液壓系統(tǒng)設計進一步加深了解，同時從中可以體會到一些設計理念，為以后從事此類工作得到一些幫助。

關鍵詞：裝載機 液壓傳動 液壓系統(tǒng)設計

ABSTRACT

    The loader is mainly used for loading and unloading bulk materials, but also for light excavation work, and has good maneuverability, is the construction machinery to maintain a larger variety of one.

The hydraulic system design of the loader is an important part of the loader design. It has a decisive influence on the performance of the loader and the competitiveness of the loader in the market. The performance of the loader and the operational efficiency of the play, can not be separated from the hydraulic system design, and to a large extent depends on the hydraulic system efficiency.

The working device of the loader and the steering mechanism are taken hydraulic drive, this paper through the work device and steering mechanism requirements and load analysis of the hydraulic system design. Mainly include the implementation of components, control components of the selection of components, design.

The design of this paper can make the reader to further deepen the understanding of the hydraulic system design, at the same time from which you can experience some of the design concept for the future to engage in such work to get some help.

Key words: loader  hydraulic transmission  hydraulic pressure system

目  錄    

摘  要 1

ABSTRACT 2

目  錄 3

前言 1

第1章　裝載機液壓系統(tǒng)總體介紹 2

1.1　液壓系統(tǒng)的工作原理 2

1.2　液壓系統(tǒng)的組成部分 2

1.3　液壓傳動的優(yōu)缺點 2

1.3.1　液壓傳動的優(yōu)點 2

1.3.2　液壓傳動的缺點 3

1.4　國內外的發(fā)展狀況 3

1.4.1　應用現狀 3

1.4.2　發(fā)展動向 4

1.5　本章小結 5

第2章　裝載機液壓系統(tǒng)設計 6

2.1　裝載機液壓系統(tǒng)的設計要求 6

2.1.1　概述 6

2.1.2　輪式裝載機液壓系統(tǒng)基本要求 6

2.2　輪式裝載機液壓系統(tǒng)設計已知參數 6

2.3　制訂液壓系統(tǒng)方案 7

2.3.1　油路循環(huán)方式的分析與選擇 7

2.3.2　確定液壓執(zhí)行元件的形式 7

2.3.3　各機構液壓回路的確定 7

2.3.4　繪制液壓系統(tǒng)原理圖 10

2.4　確定液壓系統(tǒng)的主要參數 11

2.4.1　液壓缸載荷組成 12

2.4.2　初選系統(tǒng)工作壓力 13

2.4.3　計算液壓缸的主要結構尺寸 13

2.4.4　計算液壓缸所需流量 15

2.4.5　計算液壓執(zhí)行元件的實際工作壓力 16

2.5　液壓元件 16

2.5.1　液壓泵的選擇 16

2.5.2　液壓閥的選擇 17

2.5.3　輔元件的選擇 17

2.6　液壓系統(tǒng)的性能驗算 19

2.6.1　液壓系統(tǒng)壓力損失 19

2.6.2　液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 20

2.6.3　計算液壓系統(tǒng)的散熱功率 21

2.6.4　根據散熱要求計算油箱容量 22

2.7　液壓系統(tǒng)沖擊壓力 22

2.7.1　壓力沖擊的原因 23

2.7.2　消除或減少壓力沖擊的措施 23

2.8　本章小結 23

第3章　動臂液壓缸的設計 24

3.1　液壓缸的結構參數計算 24

3.1.1　缸筒壁厚計算 24

3.1.2　缸筒外徑 25

3.1.3　缸底厚度的計算 25

3.2　液壓缸的連接計算 25

3.2.1　缸蓋連接計算 25

3.2.2　銷軸與耳環(huán)連接計算 26

3.3　活塞桿活塞桿強度及穩(wěn)定性驗算 27

3.3.1　活塞桿強度驗算 27

3.3.2　活塞桿穩(wěn)定性驗算 27

3.4　本章小結 28

參考文獻 29

致謝語 30

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摘 要 裝載機主要用來裝卸散狀物料，也能進行輕度的鏟掘工作，并且具有良好的機動性能，是工程機械中保有量較大的品種之一。 裝載 機液壓系統(tǒng)設計 是裝載機設計的一個重要環(huán)節(jié)，它對裝載機的使用性能和裝載機在市場上的競爭力有著 很大 的影響。裝載機性能的優(yōu)劣和作業(yè)效率的發(fā)揮， 離不開液壓系統(tǒng)的設計 ，而且在很大程度上取決于 液壓系統(tǒng)的工作效率 。 裝載機的工作裝置和轉向機構都采取液壓傳動，本文通過對工作裝置及轉向機構工作要求和載荷分析對液壓系統(tǒng)進行設計。主要包括對執(zhí)行元件，控制元件輔助元件的選擇、設計。 本文的設計，能夠 使讀者對液壓系統(tǒng)設計進一步加深了解，同 時 從中 可以體會到一些設計理念，為以后從事此類工作得到一些幫助。 關鍵詞： 裝載機 液壓傳動 液壓系統(tǒng)設計 he is is to a of of is an of It a on of of in of of be to a on of of of of of of to of at of to in to 錄 摘 要 ................................................................................................................................... 1 ......................................................................................................................... 2 目 錄 ................................................................................................................................... 3 前言 ....................................................................................................................................... 1 第 1 章 裝載機液壓系統(tǒng)總體介紹 ................................................................................... 2 壓系統(tǒng)的工作原理 .......................................................................................... 2 壓系統(tǒng)的組成部分 .......................................................................................... 2 壓傳動的優(yōu)缺點 .............................................................................................. 2 壓傳動的優(yōu)點 ....................................................................................... 2 壓傳動的缺點 ....................................................................................... 3 內外的發(fā)展狀況 .............................................................................................. 3 用現狀 ................................................................................................... 3 展動向 ................................................................................................... 4 章小結 .............................................................................................................. 5 第 2 章 裝載機液壓系統(tǒng)設計 ........................................................................................... 6 載機液壓系統(tǒng)的設計要求 .............................................................................. 6 述 ........................................................................................................... 6 式裝載機液壓系統(tǒng)基本要求 ............................................................... 6 式裝載機液壓系統(tǒng)設計已知參數 .................................................................. 6 訂液壓系統(tǒng)方案 .............................................................................................. 7 路循環(huán)方式的分析與選擇 ................................................................... 7 定液壓執(zhí)行元件的形式 ....................................................................... 7 機構液壓回路的確定 ........................................................................... 7 制液壓系統(tǒng)原理圖 ............................................................................. 10 定液壓系統(tǒng)的主要參數 ................................................................................ 11 壓缸載荷組成 ..................................................................................... 12 選系統(tǒng)工作壓力 ................................................................................. 13 算液壓缸的主要結構尺寸 ................................................................. 13 算液壓缸所需流量 ............................................................................. 15 算液壓執(zhí)行元件的實際工作壓力 ..................................................... 16 壓元件 ............................................................................................................ 16 壓泵的選擇 ......................................................................................... 16 壓閥的選擇 ......................................................................................... 17 元件的選擇 ......................................................................................... 17 壓系統(tǒng)的性能驗算 ........................................................................................ 19 壓系統(tǒng)壓力損失 ................................................................................. 19 壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 ..................................................................... 20 算液壓系統(tǒng)的散熱功率 ..................................................................... 21 據散熱要求計算油箱容量 ................................................................. 22 壓系統(tǒng)沖擊壓力 ............................................................................................ 22 力沖擊的原因 ..................................................................................... 23 除或減少壓力沖擊的措施 ................................................................. 23 章小結 ............................................................................................................ 23 第 3 章 動臂液壓缸的設計 ............................................................................................. 24 壓缸的結構參數計算 .................................................................................... 24 筒壁厚計算 ......................................................................................... 24 筒外徑 ................................................................................................. 25 底厚度的計算 ..................................................................................... 25 壓缸的連接計算 ............................................................................................ 25 蓋連接計算 ......................................................................................... 25 軸與耳環(huán)連接計算 ............................................................................. 26 塞桿活塞桿強度及穩(wěn)定性驗算 .................................................................... 27 塞桿強度驗算 ..................................................................................... 27 塞桿穩(wěn)定性驗算 ................................................................................. 27 章小結 ............................................................................................................ 28 參考文獻 ............................................................................................................................. 29 致謝語 ................................................................................................................................. 30 1 前言 裝載機是一種常用的鏟土運輸機械，廣泛應用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山及國防工程中。其對加快工程建設速度，減輕勞動強度，提高工程質量，降低工程成本等都發(fā)揮著重要的 作用。因此，近年來，裝載機在國內外均得到了迅猛的發(fā)展，已成為工程機械的主導產品之一。 裝載機是一種常用的鏟土運輸機械，廣泛應用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山及國防工程中。其對加快工程建設速度，減輕勞動強度，提高工程質量，降低工程成本等都發(fā)揮著重要的作用。因此，近年來，裝載機在國內外均得到了迅猛的發(fā)展，已成為工程機械的主導產品之一。 如國外工程機械產品在集成電路、微處理器、微型計算機及電子監(jiān)控技術等方面都有廣泛的應用，一些節(jié)能新技術得到了推廣，可靠性、安全性、舒適性、環(huán)保性能得到了高度重視，并向大型化和微 型化方向發(fā)展。借鑒國外工程機械產品的發(fā)展趨勢，我國工程機械產品的發(fā)展走勢應是：大力發(fā)展機電一體化產品，實現裝載機工作狀態(tài)的自動監(jiān)測和控制，實現平地機的激光導平自動控制，實現在有毒、有危險環(huán)境下工程機械作業(yè)的遙控，大力提高產品的質量、可靠性和技術水平，大力發(fā)展工程機械品種，加強新技術的應用，改善駕駛員的工作條件。裝載機：應開發(fā)性能優(yōu)良的裝載機，如斗容量大、發(fā)動機功率大、掘起力大、傾翻負荷大、牽引力大、廢氣排放少的裝載機，應開發(fā)機電一體化技術、電子計算機技術、監(jiān)測技術水平高的裝載機，應開發(fā)作業(yè)可靠性好、安全性高 、舒適性好的產品，應開發(fā)可裝載、可抓物、可側卸、可起重的經濟性好的一機多用型產品。有前途的產品是：輪式裝載機、大型裝載機、中小型多用途輪式裝載機、微小型裝載機、機電一體化輪式裝載機。 小型多功能裝載機可迅速有效的克服人力無法完成的工作。其靈活的工作空間、便捷的運輸方式，更可取代中國市政部門現有的不太適合市政施工的大型機械，如裝載機、履帶式挖掘機等。另外，機場、港口、碼頭、礦山、軍用設施、石油與煤氣管道鋪設等行業(yè)領域的建設和維護也是挖掘裝載機用武之地。它可以實現 了集裝載、推土、刮平、裝夾多種作業(yè)形式于一體，可 以做到一機多用，經濟實用，擁有很好的市場開發(fā)前景。 2 第 1 章 裝載機液壓系統(tǒng)總體介紹 壓系統(tǒng)的工作原理 液壓 系統(tǒng)是由各種液壓元件（包括液壓泵、液壓閥、執(zhí)行元件及輔助元件等）按一定需要合理組合而成。他的工作原理是：液壓泵由電動機帶動旋轉后，從油箱中吸油。油液經濾油器進入液壓泵，當它從泵中輸出進入壓力管后，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓缸一腔，推動活塞和上作臺運動。這時，液壓缸一腔的油經換向閥和回油管排回油箱。由此可知 : 1）液壓傳動是液體作為傳遞能量的介質 ; 2）液壓傳動液壓能量傳遞 動力，是使用液壓傳動液體動能不一樣的 ; 3）液壓介質在控制介質中受控，調節(jié)狀態(tài)為上述，因此液壓傳動和液壓控制往往難以完全分離。 壓系統(tǒng)的組成部分 液壓傳動主要山以下四部分組成： 1） 能源設備 ： 將機械能轉化為油壓能量裝置，最常見的形式是壓力泵向液壓系統(tǒng)提供壓力油 ; 2）設備的實施 ： 油的液壓能量可以轉化為機械能裝置，可以是液壓缸的直線運動，可用于旋轉運動液壓馬達 ; 3）調節(jié)裝置的控制 ： 系統(tǒng)的油壓，流量或方向來控制或調整裝置，如安全閥，節(jié)流閥，閥門，開閥。 這些組件的不同組合形成了液壓系統(tǒng)的不同功能 ; 4）輔助裝置 ： 除上述三個部分以外的裝置，如油箱，油過濾器，油管等，它們在確保系統(tǒng)正常方面起著重要作用。 壓傳動的優(yōu)缺點 壓傳動的優(yōu)點 液壓系統(tǒng)具有如下優(yōu)點： 3 1）在相同的體積下，液壓裝置可以產生比電氣裝置更大的功率，因為液壓系統(tǒng)中的壓力可以大于電樞磁場中的磁力的 30 至 40 倍。在相同功率的情況下，液壓裝置尺寸小，重量輕，結構緊湊。液壓馬達的尺寸和重量只有等效功率馬達的 12％左右。 2）液壓裝置相對穩(wěn)定。液壓裝置由于重量輕，慣性小，響應快，易于實現快速啟動，制動和頻繁換向。在往復式旋轉 運動中，液壓裝置的換向頻率可高達每分鐘 500 次，每分鐘達到 1000 次。 3）液壓裝置可實現無級調速范圍廣（速度范圍高達 1： 2000），也可在液壓裝置中進行速度控制。 4）液壓傳動容易實現自動化，因為它是液壓，流量和流向的控制或調節(jié)，操作非常方便。結合液壓控制和電氣控制或氣動控制，可以實現復雜的順序和遠程控制。 5）液壓裝置容易實現過載保護。液壓元件可自動潤滑，使用壽命更長。 6）由于液壓元件已經標準化，系列化和多功能化，液壓系統(tǒng)的設計，制造和使用更加方便。液壓元件的布置也具有很大的流動性。 7）采用液壓傳動 實現自動運動，比機械傳動簡單。 壓傳動的缺點 液壓系統(tǒng)具有如下缺點： 1）液壓傳動不能保證嚴格的傳動比，這是液壓油壓縮性和泄漏等因素造成的 。 2）液壓傳動過程中往往會有更多的能量損失（摩擦損失，泄漏損失等 ），管路長也會泄露 。 3）液壓傳動對油溫變化較為敏感，其穩(wěn)定性非常易受溫度影響，因此不宜處于 過高或過低的溫度下 。 4）為了減少泄漏，制造要求中的液壓元件更高，因此更昂貴，對油污染更為敏感。 5）液壓傳動需要單獨的能源。 6）液壓傳動故障不容易找出原因。 一般來說，液壓傳動的優(yōu)勢突出，其 缺點將隨著科技的發(fā)展而逐漸克服 。 內外的發(fā)展狀況 用現狀 液壓傳動和氣動傳動，統(tǒng)稱為流體傳動，連同機械傳動和電氣傳動構成了現代工業(yè)中使用的三大傳動方式。 液壓傳動是機械傳動的新技術。從 300 多年前 開始，帕斯卡爾提出了靜壓傳動原理， 4 18 世紀末英國制造的液壓機開始計數，液壓傳動 已經 有 了 二三百年的歷史。但是液壓驅動受到普遍關注，適用于國民經濟各個環(huán)節(jié)，只有 50 多年左右的時間。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著現代科技和制造工藝的飛速發(fā)展，各種液壓元件的性能日益完善，液壓傳動開始得到廣泛應用。特別是高精 度，快速響應伺服閥，液壓技術的應用正在迅速發(fā)展。在 20世紀 70 年代末到 80 年代后期，山地電子計算機的飛速發(fā)展，推動了液壓技術進入數控液壓伺服技術時期。一般認為電子技術與液壓技術的結合是液壓系統(tǒng)自動控制的發(fā)展方向。液壓傳動山具有傳動平穩(wěn)，結構簡單，功率大，無級調速，定位精度高等優(yōu)點。因此，不僅廣泛應用于機床工程機械，農業(yè)機械，汽車，冶金，航空航天等領域。行業(yè)部門也在輕工機械中也得到廣泛應用。同時，隨著原子能的飛速發(fā)展，空間技術，電子技術等方面的液壓技術不斷向更深層次，更廣泛的發(fā)展領域發(fā)展。 近 20 年液壓技術的 發(fā)展極快，新元，配件不斷出現。如繼電器電液比例閥，暗盒式閥門，近年來正在開發(fā)中，試圖擁有電液比例控制液壓泵，數字閥等。應用領域也在不斷擴大，如太陽跟蹤系統(tǒng)，高層建筑地震系統(tǒng)采用液壓技術。之前，中國的液壓元件系列已經比較完整，正在接近 準。許多工廠制造或引進了大量液壓傳動設備和生產線，實現了自動半自動控制的生產過程。 展動向 隨著生產的不斷發(fā)展，液壓元件的結構和性能要求越來越高，看國內外液壓元件的發(fā)展趨勢，一般有以下兩個方面： 1）小型化，輕便，集成 隨著液壓機械自動化程度的不斷提高，組件 數量急劇增加，因此部件小型化，系統(tǒng)集成已成為液壓技術發(fā)展的主要方向之一。為了實現小而輕的口腔，液壓系統(tǒng)的壓力趨于高壓，如國外工程機械到 35進：航空配件進入 56? 63然，隨著壓力的增加，生命體系和組成部分的下降，重量也增加了這些矛盾的出現趨勢，對材料科學研究人員提出了新的問題。 在國外，液壓元件正在多功能或系統(tǒng)化的方向發(fā)展。例如：以方向控制方式為核心，加上其他功能的切斷。四通閥，液壓系統(tǒng)具有高度集成度，重量輕，小型化等特點。使用多功能閥（和組合閥）可以形成差動回路，安裝尺寸與普通電磁閥相同。 2）結合電子技術 流量控制閥的重要研究課題是通過使用電子部件作為信息處理和傳輸系統(tǒng)信息來控制控制閥，輸出流體的壓力作為功率輸出。在液壓技術方面，現在一般對比例電磁閥和數字閥感興趣，雖然都是開環(huán)控制，但與電液伺服閥相比，抗污染能力更強，易于制造，維護使用方便。 降低能源消耗是當前液壓技術中最重要的問題之一。系統(tǒng)的能耗主要由能量儲備法， 5 能量回收法，負荷壓力，流量和功率匹配法以及微電腦控制液壓系統(tǒng)控制。 隨著液壓技術的高壓，高速，高流動方向，降低液壓系統(tǒng)噪聲是一個突出的問題，所以近 10 年來，全國各地對液壓元件和 系統(tǒng)噪聲的降低進行了大量的研究。 為提高液壓產品的可靠性，人們越來越重視可靠性技術的研究與應用。如組件的開發(fā)，提高組件污染補償測試方法的快速使用壽命，系統(tǒng)故障診斷設備和系統(tǒng)可靠性預測技術研究。 章小結 本章簡要介紹了液壓系統(tǒng)，綜合介紹了液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點及其應用與發(fā)展現狀。 液壓系統(tǒng)液壓裝置相對平穩(wěn)。 液壓裝置是液壓系統(tǒng)常用的原因之一，因為它們重量輕，慣性小，響應快，容易快速起動，制動和頻繁換向。 液壓系統(tǒng)正在 改進 中， 正在朝著 體積小，重量輕，集成化的方向 改進 ，勢必對行業(yè)的未來有相當的推動力。 6 第 2 章 裝載機液壓系統(tǒng)設計 載機液壓系統(tǒng)的設計要求 述 裝載機主要用于散裝材料的處理和整平 ， 也可用于輕度挖掘工作。高效率和良好的機動性是廣泛應用的液壓工程機械。 裝載機的行走裝置都采用液壓機械傳動，其液壓操縱的換檔變速箱得到廣泛應用 ;裝載機的工作裝置為動臂和鏟斗，多數為裝在機架上的四連桿機構；他和轉向機構都采用液壓傳動。因此裝載機的液壓系統(tǒng)由工作裝置、液壓動力轉向組成。工作裝置系統(tǒng)又包括動臂升降液壓缸回路和轉斗液壓缸回路，兩者構成串并聯回路。 式裝載機液壓系統(tǒng)基 本要求 液壓系統(tǒng)的設計應從 實際出發(fā) ， 引進國外的先進技術 ，除主機應符合性能和作業(yè)要求外，還必須滿足重量輕，體積小，成本低，效率高，結構簡單，可靠，并且維護了一些被接受的設計原則。 要求液壓系統(tǒng)能實現工作裝置鏟裝、提升、保持和傾斜等動作。轉斗機構采用鉸接轉向，要求液壓系統(tǒng)實現鉸接車架折腰轉向車架。設計的目的是充分滿足總體設計的要求，實現各種不同工作裝置的動力傳動或控制功能。設計的原則是利用先進的機電液控制和傳動技術，選擇國際知名品牌的液壓傳動元件優(yōu)化組合，提供先進可靠的系統(tǒng)配置。 式裝載機液壓系統(tǒng)設計 已知參數 1) 轉斗油缸的行程為 500 2) 卸載時間為 3s； 3) 動臂油缸的行程為 925 4) 動臂升舉時間 8s； 5) 動臂下降時間為 6s； 7 6) 液壓缸的安裝長度 1455 7) 轉向液壓缸的速度 訂液壓系統(tǒng)方案 路循環(huán)方式的分析與選擇 油路的循環(huán)方式分為開式和閉式兩種。開式回路散熱較方便，但油箱占空間較大；抗污染性較差，采用壓力油箱和慮油器改善；用平衡閥進行能耗限速，用制動法進行能耗制動，引起油液發(fā)熱；對泵的自吸性要求較高。閉式回路較復雜，須 用輔助泵換油冷卻；抗污染性較好但油液過濾要求高；液壓泵由電動機拖動時，限速及制動過程中拖動電機能向電網輸電，回收部分能量，在生限速及在生制動；對主泵的自吸性無要求。 通過對比，本系統(tǒng)采用開式回路。 定液壓執(zhí)行元件的形式 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓馬達。前者實現直線運動，后者完成回轉運動。 本機動作機構均為單純的直線往復運動。各直線運動機構均為單活塞桿雙作用液壓缸直接驅動。 機構液壓回路的確定 1) 轉斗動作回路確定 這種機體的作用主要是通過閥門的有機結合達到要求的動作要求， 鏟斗向前并放下。需要可靠的工作，易于操作，并且需要自動限制。定向閥向右，左，中間分別實現鏟斗放開，向前和鎖定。 應在鏟斗油缸的小油室回路中設置雙作用安全閥。在吊臂提升過程中，由于不協調的運動，磚和鏟斗的連桿機構受到一定程度的干擾，也就是提升起重臂時提升液壓缸的活塞桿被拉出，吊桿下降當活塞桿被迫回到頂部時。此時閥門在中間，油屏障無處可見。為了防止液壓缸過載或真空，雙作用液壓缸可以起到促油作用。當產生真空時，油可以通過止回閥從氣缸中吸出 。 其原理圖如下圖 7 8 圖 2斗動作回 路 2) 動臂動作液壓回路確定 本機構要求通過換向閥的控制，實現動臂油缸的提升、中立、下降、浮動四個工作位置。 換向閥處于中位時，動臂液壓缸處于浮動狀態(tài)，以便在堅硬的地面上鏟取物料或進行鏟推作業(yè)。此時動臂隨地面狀態(tài)自由浮動，提高作業(yè)效能。 吊臂需要更快的提升速度和良好的低速微調性能。 液壓缸通過雙泵進油，流量可達 320L / 上升和下降狀態(tài)可以控制閥門開度的大小來實現油門速度。 9 圖 2臂動作液壓回路 3) 轉向液壓回路的確定 裝載機的運行周期短，動作應靈活，這一特點 決定了轉向機構的要求敏感。 裝載機需要穩(wěn)定的轉向速度，這是進入轉向油缸所需的油流量恒定的，液壓缸主要從液壓泵轉向泵，當發(fā)動機受其他負載轉速影響時，會影響 轉速的穩(wěn)定性， 這需 時 要添加輔助泵，通過流量控制閥添加流量泵來減少流量，保證流量保持在油流穩(wěn)定。 圖 2向機構液壓系統(tǒng) 4) 變速箱液壓系統(tǒng)回路的確定 如圖 7且變速操縱油路和變矩器補償冷卻油路是 連在一起的。采用變矩器、動力換檔變速箱的工程機械，變速箱換檔的離合器、制動器的操縱油泵和行駛轉向操縱油泵有發(fā)動機驅動。發(fā)動機熄火，這些油泵也都不運轉，因此無壓力油，變速箱處于空檔位置，無法進入各檔，也不能操縱轉向。另外，一般變矩器反向傳動性能差，即輸出軸將力矩反傳到輸入軸的能力也很差。 變速箱掛不上檔，變矩器又不能反向傳力，如果一旦機械由于啟動系統(tǒng)故障或其他原因發(fā)動機不能啟動時，就很難用其他機器拖動它。 發(fā)動機熄火時，油壓轉向系是不起作用的，也不能利用發(fā)動機制動。因此一旦發(fā)動機熄火就不能拖走，這對設備維修工 作帶來很多不便。 解決上一問題的方法一般是在變矩器泵輪和渦輪制建設超越離合器（自由輪）或閉鎖離合器 ,以解決變矩器不能反向傳力的問題。外加變速箱操縱油泵和轉向操縱油泵各一個， 10 與行走部分（車輪）相連接，只要車輪轉動，這兩個油泵就轉動，供給壓力油操縱換檔和轉向。 圖 2速箱系統(tǒng)簡圖 制液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)設計中重要的一步 是 擬定液壓系統(tǒng)圖，擬定液壓系統(tǒng)圖包括兩項內容：通過仔細分析 選出合理的液壓回路；把選出的液壓回路組合成液壓系統(tǒng)。 由于有多種方案，本方案是在歸 納、整理，增加一些必要的元件和輔助油路后，并參考了國內外 比較成熟的同類系統(tǒng) 。根據以上分析，按以下幾點要求 : 1) 歸納 相同或相近的液壓元件，使系統(tǒng)結構簡單 ，并且 盡可能采用標準元件。 2) 保證系統(tǒng)上作循環(huán)中每個動作都安全可 行 、無相互干擾。特別要注意系統(tǒng)中壓力控制元件的調節(jié)壓力之間的關系。 3) 盡可能提高系統(tǒng)的 工作 效率，防止系統(tǒng)過熱。 4) 盡可能使系統(tǒng) 設計 經濟合理，便于維修。 為此，擬定了系統(tǒng)原理圖如圖 2 11 圖 2壓系統(tǒng)原理圖 定液壓系統(tǒng) 的主要參數 液壓系統(tǒng)的主要參數是壓力和流量，他們是設計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據。壓力決定于外負載。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運動速度和結構尺寸。 圖 2示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計算簡圖。 圖 2壓系統(tǒng)計算簡圖 12 壓缸載荷組成 作往復直線運動的液壓缸上的總負載由工作負載、導軌摩擦負載、慣性負載、重力負載、密封阻力、背壓阻力六部分組成。 1) 工作載荷 見的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力、切削力、及壓力等，這些作用力的方向與與活塞運動方向相同為負， 相反為正。 2) 導軌摩擦負載 于水平導軌 (2式中 G—— 運動部件所受的重力， N； 外載荷作用于導軌上的正壓力， N； μ—— 摩擦系數 ,對于鑄鐵導軌 μ=動導軌 , μ= 3) 慣性載荷 ?(2式中 g—— 重力加速度， m/s； g= Δv—— 速度變化量， m/s ； Δt—— 啟動或制動時間， s。一般 Δt=于輕載低速運動部件取小值，對于高速重載部件一般取大值。行走機械一般取 Δv/Δt= 以上三種載荷之和稱為液壓缸的外負載 動加速時 ： W g F F ?? ? ?(2穩(wěn)態(tài)運動時 ： W g F??(2 減速制動時 ： W g F F ?? ? ?(2工作載荷 非每階段都存在，如該階段沒有工作，則 。 除外載荷 用于活塞上的載荷 F 還包括液壓缸密封處的摩擦阻力 由于各種液壓缸的密封材質和密封形式不同，密封阻力難以精確計算， 一般估算為 ? ?1?(2式中 ηm—— 液壓缸的機械效率 ,一般取 (2? ?f F??? 13 由上式計算出動臂液壓缸的總推力 04N，鏟斗液壓缸的總推力為 04N，轉向液壓缸缸的推力為 04N。 選系統(tǒng)工作壓力 選擇壓力 要 根據 載荷和設備類型。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經濟條件及元件供應情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力要執(zhí)行元件的尺寸，對于某些設備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗的經濟性角度也不 合適 ；反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質、密封 性 、精度也要求很高，必然要提高設備成本。一般來說，對于固定尺寸不太受限制的設備，壓力可以選低一些，設備壓力要選得高一些。具體參照表 2表 2 2按載荷選擇工作壓力 載荷 104 N 5 工作壓力 ～7 表 2各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力 機械類型 磨床 組合機床 門刨床 拉床 小型工程機械 大中型挖掘機 工作壓力 2 3～ 5 2～8 8～ 10 10～ 18 20～ 32 上表 2 2步確定工作裝置液壓系統(tǒng)工作壓力為 16向液壓控制系統(tǒng)工作壓力為 13 算液壓缸的主要結構尺寸 液壓缸的鋼筒內徑、活塞桿直徑及有效面積是主要結構參數。計算方法是：先由最大負載和選取的設計壓力及估取的，液壓缸的有關設計參數如圖 214 圖 2壓系統(tǒng)的主要設計參數 這里要確定的參數是液壓缸的內徑和活塞桿直徑。 由圖 2得 (2式中 進油腔壓力， 進油腔有效面積， F—— 液壓缸 總負載， N。 F=m ， η般取 ηm= 回油腔壓力（背壓）， 回油腔有效面積 ， 背壓 值可根據系統(tǒng)的特點及調速性能要求參考表 2選一個參考值，待系統(tǒng)回路確定后再作修正。 為了能夠利用上式進行設計，必須先選定背壓 活塞桿直徑 d 與液壓內徑 D 的比值，記為 (2其比值可按工作壓力選取參照表 2 表 2行元件參考背壓 系統(tǒng)類型 油路結構 背壓 /、低壓系統(tǒng) 簡單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調速系統(tǒng) 油路帶調速閥的調速回路 油路帶背壓閥 用帶補油泵的閉式回路 高壓系統(tǒng) 同上 比中低壓系統(tǒng)高50%～ 100% 高壓系統(tǒng) 如鍛壓機械等 初算時可忽略不及 1 1 2 2p A F p A?? 15 表 2工作壓力選取 d/D 工作壓力 7.0 d/D 公式 (2入 (2得液壓缸的內徑為 (2單桿液壓缸 各個回路的背壓值均選為 0。 1) 確定轉斗油缸的內徑及活塞桿直徑 由上式 (2求得 25表 2選 d/D=d=圓整， d 取88 2) 確定動臂油缸的內徑及活塞桿直徑 由式 (2求動臂油缸內徑 65臂油缸有速比要求取速比為 λ=（ 2 (2中 λ—— 速比。求出 d=82 3) 確定轉向油缸的內徑及活塞桿直徑 由式 (2轉向油缸內徑為 00求伸出縮回速度相，取 d=d=71 算 液壓缸所需流量 液壓缸工作時所需的流量 ： (2式中 A—— 液壓缸的有效作用面積， 1) 轉 斗油缸流量 定 轉斗油缸縮回速度為 s，由式 (2得， (v/4= 2) 動臂油缸流量 定 動臂油缸的伸出速度為 s,=148L/ 3) 轉向油缸流量 定 轉向油缸的伸出速度為 s, =63L/ ? ?21241??????1??Q 16 算液壓執(zhí)行元件的實際工作壓力 按照最后確的液壓缸的結構尺寸計算出液壓缸的實際工作壓力，最終計算出工作裝置液壓系統(tǒng)液壓缸的最大實際工作壓力為 向系統(tǒng)液壓缸的實際工作壓力為 11 壓元件 壓泵的選擇 1) 確定液壓泵的最大工作壓力 液壓泵的最大工作壓力與執(zhí)行 機構 的性質有關。 通常有兩種情況：一種是在執(zhí)行機構末端發(fā)生的最大工作壓力（例如壓缸或壓緊缸）。第二種是執(zhí)行 機構 中的最大工作壓力出現在運動狀態(tài)（例如組合機）。 對于第一種情況，液壓泵的最大工作壓力是執(zhí) 行 機構所需的最大壓力。 對于第二種情況，液壓缸的最大工作壓力應為執(zhí)行 機構 在進氣管總壓力損失中所需的最大壓力之和，即 (2式中 液壓缸的最大工作壓力， 執(zhí)行元件所需的最大壓力， ΣΔp—— 從液壓泵出口到液壓缸或馬達之間總的管路損失， ΣΔp 的準確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進行，初算時可按經驗數據選取：管路簡單流速不大的 ，取 ΣΔp=（ 路復雜進口油調速閥的，取 ΣΔp=（ 由上述計算可知，對于工作裝置液壓系統(tǒng)系統(tǒng)，液壓缸的最高壓力為 ΔΣ于轉向液壓系統(tǒng)，液壓缸的最高壓力為 11 ΔΣp 取 1 工作裝置液壓泵的工作壓力為 15 轉向系統(tǒng)液壓泵的工作壓力為 12 2) 確定液壓泵的流量 多液壓缸同是工作時，液壓泵的輸出流量 (2式中 K—— 系統(tǒng)泄漏系數，一般取 K= Σ 同時動作的液壓缸的最大總流量。對于工作過程中節(jié)流調速的系統(tǒng)，還應加上溢流閥的最小溢流量，一般取 0-4 m/s。 對于工作裝置液壓系統(tǒng)系統(tǒng)，液壓缸的最大流量發(fā)生在最高點處的卸荷，由前面計算可得同時動作的液壓缸的最大流量為 1pp p p? ? ??m Q? ? 17 K 取 ， 60L/ 對于轉向液壓系統(tǒng)，轉向油缸的流量 63 L/ K 取 ， 76L/ 3) 選擇如液壓泵的規(guī)格 根據以上求得的 ，按系統(tǒng)擬定的液壓泵形式，從手冊中選擇相應的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大 25%～60%。 工作裝置液壓系統(tǒng)選用 050 型 雙聯齒輪泵。 轉向液壓系統(tǒng)選用 齒輪泵。 壓閥的選擇 控制元件的類型和安裝方式，在擬定液壓原理圖時已經確定，這里要做的是根據閥所需要的最大工作壓力和流量來選擇標準閥類的規(guī)格。通常所選閥的額定壓力必須大于最大工作壓力， 流量必須大于通過閥的實際最大流量，同時要注意以下幾點： 1） 溢流閥或卸荷閥的額定流量不得小于泵的最大流量。 2） 流量控制閥的額定流量除需大于調速范圍內的最大流量外，閥的最小穩(wěn)定流量必須小于低速時要求的最小穩(wěn)定流量，即 m in m v A?(2式中 閥的最小穩(wěn)定流量， L/ — 執(zhí)行元件的最低速度， m/s； A—— 液壓缸工作腔的有效面積， 由此，選出液壓閥 型號如下 (參照液壓系統(tǒng)圖 )： 閥 7， 8—— 342D※ 10—— 閥 11—— 閥 12—— ； 閥 13—— 34S※ 元件的選擇 1) 油管的選擇計算 油管類型的選擇 :油管類型主要根據使用場合和系統(tǒng)的最大工作壓力來選擇。一 般選用原則是中高壓系統(tǒng)；裝配不便的中低壓系統(tǒng)可用銅管，有相對運動部件間的連接采用橡膠軟管。 18 內徑計算：通過油管的流量和油管內允許的流速來確定 油管內徑。 (2式中 Q—— 通過管道內的流量 ， L/ v—— 管內允許流速 ， m/s，見表 2 表 2許流速推薦值 油液流經的管道 推薦流速 m/s 液壓泵吸油管道 般取 1m/s 以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～ 6，壓力高，管道短粘度小取大值 液 壓系統(tǒng)回油管道 計算，有如下結果： 雙聯泵并聯后管道允許流速取 s，經計算 內徑取 轉向油缸吸油口管道速度取 s， 經計算內徑取 轉向油缸排油口管道速度取 s,經計算內徑取 工作裝置液壓系統(tǒng)壓油管道速度取 3m/s，經計算內徑為 工作裝置液壓系統(tǒng)回有管道速度取 s，經計算內徑為 2) 油箱容量的計算 初始設計時，先按經驗公式 (2定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后再按散熱的要求進行校核。經驗 公式為： (2式中 液壓泵每分鐘排出壓力油的容積， α—— 經驗系數，見表 2 表 2驗系數 α 系統(tǒng)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機械 冶金機械 α 1～ 2 2～ 4 5～ 7 6～ 12 10 在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)的供油要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油不能溢出油箱，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。 工作裝置液壓系統(tǒng)雙聯泵的流量為 2×驗系數 α=1。此時算出油箱的有效容積為 4 19 23 ? ? ? ????壓系統(tǒng)的性能驗算 液壓系統(tǒng)的初始設計在某些估計參數下進行。 當電路形成時，液壓元件和連接管道完全確定，系統(tǒng)的設計根據實際情況進行分析。 對于一般的液壓驅動系統(tǒng)，主要是進一步精確計算各部分液壓回路的壓力損失，體積損失和系統(tǒng)效率，壓力沖擊和加熱等。 據分析發(fā)現，一些不合理的制度調整問題， 或者 采取其他必要措施。 壓系統(tǒng)壓力損失 壓力損失包括管路的沿程損失 Δ路的局部壓力損失 Δ閥類元件的局部損失Δ的壓力 損失為： (2(2(2式中 l—— 管道長度， m。 l=5m； d—— 管道內徑， m； v—— 液流平均速度， m/s； ρ—— 液壓油密度， kg/ λ— —沿程阻力系 數； ξ—— 局部阻力系數。 選用 20 號機械油，正常運轉后油的運動黏度 ν=0s，油的密度 ρ=928 kg/m