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1、挖掘機動臂機構液壓系統(tǒng) 1、設計背景 液壓挖掘機是一種多功能機械，目前被廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質量。加快建設速度以及提高勞動生產率方面起著十分重要的作用。由于液壓挖掘機具有多品種，多功能，高質量及高效率等特點，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機的生產制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。 挖掘機液壓傳動緊密地聯系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術的應用為基礎。其結構主要是由發(fā)動機、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），由于挖掘機的工作條件惡劣，要求實現的動作很復雜，于是它對液壓系統(tǒng)的設計提出了很高的要求

2、，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓系統(tǒng)中最為復雜的。因此，對挖掘機液壓系統(tǒng)的分析設計已經成為推動挖掘機發(fā)展中的重要一環(huán)。 2、設計要求 2.1使用要求 小型挖掘機主要用于城市、狹窄地區(qū)，代替人力勞動。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、基礎工程和園林作業(yè)等。小型挖掘機體積小，機動靈活，并趨向于一機多能，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，發(fā)展專門用途的特種挖掘機，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機等

3、?？傊且环N多用途萬能型的城市建設機械。由于這種機械的特點很靠近人，因此在設計上除了要求耐久性、可靠性和作業(yè)效率等，還需著重考慮人、機、環(huán)境的協(xié)調，特別要注意以下幾點： (1) 安全性即機械作業(yè)過程中不要與周圍的人和物相碰撞，防傾翻穩(wěn)定性好。 (2) 低公害即排放要求高、低震動、低噪音，聲音要比較悅耳。 (3) 與周圍環(huán)境能調和，形象要美觀，形體和色彩不要引起人們不愉快感，對人有親和感。 (4) 盡量擴大其使用功能，可裝多種附屬裝置，應成為城市萬能型工程機械。 (5) 操縱簡便，任何人一學就會，都能操縱。 2.2 性能要求 小型挖掘機具有中型挖掘機的多項功能，又具有便于

4、運輸、能耗低、靈活、適應性強等優(yōu)勢，非常適用于空間狹小的施工場地作業(yè)，而且價格低、質量輕、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、混凝土破碎、電纜埋設、自來水管道的鋪設、園林栽培等工程中得到了廣泛的應用。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)、地形復雜、方便操作、可控，目前市場對小型挖掘機性能要求如下： (1) 改進挖掘機可控性和控制精確性以及復合動作。 (2) 簡化液壓系統(tǒng)、降低成本，達到大作業(yè)量與低油耗的動態(tài)平衡。 (3) 改進工作可靠性。 (4) 改進駕駛操作舒適性及降低勞動強度，提高單位生產率。 (5) 改進操作安

5、全性。 (6) 低振動、低噪音適用生活區(qū)工作。 2.3 總體圖 液壓挖掘機作為工程機械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設事業(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，對于提高勞動生產率和加速國民經濟的發(fā)展具有重要意義。 1.鏟斗缸 2.斗桿缸 3.動臂缸 4.回轉馬達 5.冷卻器 6.濾油器 7. 磁濾器 8.油箱 9.液壓泵 10.背壓閥11. 后組合閥 12.前組合閥 13.中央回轉接頭14.回轉制動閥 15.限速閥16.行走馬達 圖1.1 液壓挖掘機整體系統(tǒng)圖 3、 液壓系統(tǒng)的設計 液壓系統(tǒng)設計

6、作為機電一體化挖掘機設計的重要組成部分，設計時必須滿足挖掘機工作循環(huán)所需的全部技術要求，且靜動態(tài)性能好、效率高、結構簡單、工作安全可靠、壽命長、經濟性好、使用維護方便。其中液壓系統(tǒng)的設計作為挖掘機總體設計的一部分，必須要滿足整機工作要求，并要求進行相關參數的計算與分析驗證，選取合適的各液壓元件。 3.1 液壓挖掘機的工況分析 液壓挖掘機的主要功能運動包括以下幾個動作(如圖3.1所示):動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉臺回轉、整機行走以及其它輔助動作。除了輔助動作 (例如整機轉向等)不需全功率驅動以外，其它都是液壓挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅動。 3.1.1．挖掘機的典型作業(yè)流

7、程: (1) 整機移動至合適的工作位置 (2) 回轉平臺，使用工作裝置處于挖掘位置 (3) 動臂下降，并調整斗桿、鏟斗至合適位置 (4) 斗桿、鏟斗挖掘作業(yè) (5) 動臂升起 (6) 回轉工作裝置至卸載位置 (7) 操縱斗桿、鏟斗卸載 1一動臂升降;2一斗桿收放:3一鏟斗裝卸;4一轉臺回轉:5一整機行走 圖3. 1液壓挖掘機的工作運動 3.1.2．工況分析 (1) 鏟斗挖掘工況:由鏟斗液壓缸單獨動作進行挖掘的工況。采用鏟斗液壓缸進行挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產率，因此，在一般土方工程挖掘中(III級土以下土壤的挖掘)鏟斗挖掘最常用。 (2) 斗

8、桿挖掘工況:由斗桿液壓缸單獨動作進行挖掘的工況。在較堅硬的土質條件下工作時，為了能夠裝滿鏟斗，中小型液壓挖掘機在實際工作中常以斗桿液壓缸進行挖掘。 (3) 聯合挖掘工況:由鏟斗、斗桿液壓缸復合動作進行挖掘的工況，必要時還需 配以動臂液壓缸的動作。主要用于需要軌跡控制的情況。 當單獨采用斗桿液壓缸進行挖掘時，挖掘軌跡以動臂與斗桿的鉸點為中心，鏟斗斗尖所作的圓弧線的長度決定于斗桿液壓缸的行程。當動臂液壓缸位于最小長度并以斗桿液壓缸進行挖掘時，可以得到最大挖掘深度尺寸，并且也有較大的挖掘行程。 (4) 空斗返回:卸載結束，轉臺反向回轉，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空斗放到新的挖掘點，此

9、時是回轉和動臂或斗桿的復合動作。 (5) 整機移動工況:將整機移動至合適的工作位置。 (6) 姿態(tài)調整與保持工況:滿足停放、運輸、檢修等需要。 (7) 其他輔助作業(yè)工況:輔助工作裝置作業(yè)工況。 在實際挖掘工作中，往往需要采用各液壓缸的復合工作。如在平整土地或切削斜坡時，需要同時操縱動臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運動，見圖3.2所示。此時斗桿收回，動臂抬起，需要保證彼此動作獨立，相互之間無干擾。如果需要鏟斗保持一定切削角度并按照一定的軌跡進行切削時，或者需要用鏟斗斗底壓整地面時，就需要鏟斗、斗桿、動臂三者同時作用完成復合動作，見圖3.3所示。這些動作決定于液壓系統(tǒng)的設計。當進行溝槽側壁掘削

10、和斜坡切削時，為了有效地進行垂直掘削，還要求向回轉馬達提供壓力油，產生回轉力，保持鏟斗貼緊側壁進行切削，因此需要回轉機構和斗桿機構復合動作。 a-水平地面的切削和壓整 b-斜坡地面的切削和壓整 a一水平地面的挖削 b一坡地面的挖削 圖3.3地面的切削和壓整 單獨采用斗桿挖

11、掘時，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個別也有采用三泵合流。單獨采用鏟斗挖掘時，也有采用雙泵合流的情況。 當動臂、斗桿和鏟斗復合運動時，為了防止同一油泵向多個液壓作用元件供油時動作的相互干擾，一般三泵系統(tǒng)中，每個油泵單獨對一個液壓作用元件供油較好。對于雙泵系統(tǒng)，其復合動作時各液壓作用元件間出現相互干擾的可能性大，因此需要采用節(jié)流等措施進行流量分配，其流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。 挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅硬障礙物，往往由于挖不動而需要短時間增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時增壓，能提高主壓力閥的壓力。 3.2 液壓系統(tǒng)的主要參數確定 液壓挖掘機的主要參數表明了液壓挖掘機的規(guī)格

12、和主要技術性能，液壓挖掘機的主要參數分為發(fā)動機參數、液壓系統(tǒng)參數、主要性能參數、尺寸參數四大類，發(fā)動機參數包括發(fā)動機額定功率、轉速等，液壓系統(tǒng)參數包換主泵的流量、壓力等，主要性能參數包括整機工作質量、主要部件質量、鏟斗容量范圍或標稱鏟斗容量、挖掘力、牽引力等，尺寸參數包括工作尺寸、機體外形尺寸和工作裝置尺寸等，其中液壓挖掘機主要參數中最重要的參數有三個，即斗容量、整機質量和發(fā)動機功率，因為通過這三個參數可以從使用要求、機械本身的技術性能和技術經濟指標、動力裝置的配套、國際上統(tǒng)一的標準以及傳統(tǒng)習慣等方面反映液壓挖掘機的級別，故有主參數之稱。所以有時采用挖掘機的斗容量作為主參數。例如，機械式挖掘機

13、一般就以斗容量作為挖掘機的主參數并作為主要分級指標。但液壓挖掘機可更換的工作裝置多，而且同一機型可以根據作業(yè)對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采用不同的液壓系統(tǒng)，輔助設備能耗及功率儲備也有所不同，而且同一型挖掘機在后續(xù)改進時，也會改變發(fā)動機功率，所以液壓挖掘機以功率分級不十分合理。整機質量則直接反映了液壓挖掘機本身的重量等級，對其他技術參數影響較大，如挖掘能力的發(fā)揮、發(fā)動機功率的充分利用、作業(yè)的穩(wěn)定性等要以一定的整機質量來保證，因此整機質量反映了挖掘機的實際工作能力，目前已被廣泛用作液壓挖掘機的分級指標。 比較其他同類型挖掘機，可得SWE50H的主要參數（如下表3.

14、1，表3.2所示），其中圖3.4為液壓挖掘機的外觀尺寸圖，作業(yè)參數表3.2是根據圖3.4所示。 圖3.4 SWE50H型液壓挖掘機的外觀尺寸圖 3.3 負載分析 動臂油缸一般布置在動臂前下方，下端與回轉平臺鉸接。常見的有兩種具體布置方式。 油缸前傾布置方案，如圖3.5A所示，動臂油缸與動臂鉸接于E點。當動臂油臂全伸出，將動臂舉升至上極限時，動臂油缸軸線向轉臺前方傾斜。 油缸后傾布置方案，如圖3.5B所示，當動臂油缸全伸出，將動臂舉升至上極限位置時，動臂油缸軸線向轉臺后方傾斜

15、 當兩方案的動臂油缸安裝尺寸DE1、鏟斗最大挖掘H和地面 最大挖掘半徑R相等時，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即h1

16、其優(yōu)點。 圖3.5 動臂機構油缸布置方案 為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘將長動臂CEF改成CE1F1（圖3.5B），并配以長斗桿，在最大深度處挖掘時，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

17、 圖3.6 動臂油缸作用力分析 設計簡圖3.6所示，此時動臂油缸作用力(N)為： (3.1) 式中 －鏟斗質心到動臂下鉸點A的水平距離(m) －動臂質心到動臂下鉸點A的水平距離(m) －斗桿質心動臂下鉸點A的水平距離(m) －動臂油缸作用力對鉸點的力臂(m) －斗桿所受重力(N) －動臂所受重力(N) －鏟斗及其裝載土壤的重力(N) 查閱相關資料，選?。絅+mg，＝N，＝N，＝3.8m，=2.8m, =1.2m, =0.55m.

18、 其中鏟斗的重力為N，根據公式 (3.2) (3.3) (3.4) 式中 －裝載土壤的質量（kg） －平均有效斗容量（） －鏟斗充滿系數（），根據工作環(huán)境，選擇充滿系數為1 －自然情況下土壤的密度，根據工作

19、環(huán)境，選擇 －疏松后的土壤密度 －土壤的松散系數，根據工作環(huán)境，取 代入數據，求得： 3.4 機電一體化液壓挖掘機工作原理 機電一體化液壓挖掘機采用三組液壓缸使工作裝置具有三個自由度，鏟斗可實現有限的平面轉動，加上液壓馬達驅動回轉運動，使鏟斗運動擴大到有限的空間，再通過行走馬達驅動行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。 3.5 機電一體化液壓挖掘機工作技術要求 采用了柴油機-液壓泵復合控制。操作者根據工況，利用作業(yè)模式選擇開關（功率預選開關）選擇合理的功率模式：重載高速、正常工作、輕載低速。通過

20、電子調節(jié)器調節(jié)發(fā)動機油門和液壓泵的排量，使供給功率與負載需要功率相匹配。 采用了電液比例控制技術，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現流量控制，是一種較為理想的電、液轉換和功率放大元件，與伺服控制相比具有成本低、抗干擾性好、能量損失小、對油液清潔度無特殊要求等優(yōu)點。 工況在線監(jiān)測系統(tǒng)包括單片主處理器模塊、面板控制系統(tǒng)、模擬信號調理模塊、A/D轉換及光電隔離模塊、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轉換部分的控制管理、模擬量、開關量和轉

21、換信號的輸入、處理和存儲。面板控制模塊是整個系統(tǒng)的入機接口，它包括鍵盤、聲光報警電路和點陣式液晶顯示器。模擬信號調理電路的任務是實現各路模擬量信號的輸入和調整，將傳感器和敏感元件的輸出電信號轉變?yōu)闈M足A/D轉換輸入要求的標準電平信號。A/D轉換及光電隔離模塊的功能是將所有的被檢測轉變成為單片機所接受的數字量，具體包括開關量、轉換信號的整形、模擬量的A/D轉換和輸入輸出信號的光電隔離等。電源模塊將液壓挖掘機上的蓄電池或發(fā)電機輸出的+24V直流電轉換成系統(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與監(jiān)測系統(tǒng)的接口位置，是一個能量變換器，它直接從液壓挖掘機中提取被除數檢

22、測的工況特征參數，感受狀態(tài)的變化并轉換成便于測量的物理量。 計算機控制系統(tǒng)將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、儲存、分析加工，根據信息處理結果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應的指令控制整個系統(tǒng)有目的的運行。如利用壓力傳感器可實現過載情況下的路徑自主校正；利用超階級聲波測距傳感器能實現 回轉過程中的自動避障。 3.6 液壓缸主要幾何尺寸的計算 挖掘機各驅動和傳動系統(tǒng)包括：發(fā)動機、液壓泵、液壓馬達、電液比例換向閥、動臂缸、斗桿缸及齒輪傳動。本設計主要對動臂缸進行相關設計。 3.6.1 動臂液壓缸內徑尺寸與活塞桿直徑的確定 由表3.1、表3.3、表3.4可知

23、，小挖掘機液壓系統(tǒng)在最大負載約為時宜取液壓缸的工作壓力＝13，液壓缸選用單桿式，并在工作時進行差動連接。此時液壓缸無桿腔工作面積應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，以防止挖掘機卸土后突然前沖，可?。?. 由于是差動式單桿連接，所以活塞桿直徑d與缸筒直徑D的關系為d=0.707D。根據公式 =47.62 (3.5) 故有 D==77.9mm，d=0.707D=55.07mm (3.6) 當按GB/T2348－1993將這些直徑圓整理成就近標準值時得：D=80mm , d =63mm，由此求得液壓缸兩腔的

24、實際有效面積為 (3.7) 3.6.2 液壓缸行程的確定 液壓缸行程主要依據機構的運動要求而定。但為了簡化工藝和降低成本，應盡量采用GB/T2348-1993標準的液壓缸行程，則根據技術要求，取行程為630mm。 3.7 液壓缸結構參數的計算 3.7.1 缸筒壁厚的計算 對于低壓系統(tǒng)或≥16時，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計算，公式如下： (3.8) 式中 －液壓缸缸筒厚度 －試驗壓力(Mpa)，當工作壓力P≤16 Mpa時，=1.5P，當工作壓力31

25、.5≥P≥16 Mpa時，=1.25P，當工作壓力P≤31.5Mpa時，=1.15P,這里應取=1.5P =19.5Mpa。 －液壓缸內徑(m) －缸體材料的許用應力（Mpa），可通過下面公式求得： (3.9) －缸體材料的抗拉強度(Mpa) －安全系數，=3.5～5，一般取=5 但對于鍛鋼45的許用應力一般都取=110(Mpa) 則 根據《機械設計手冊》，取液壓缸外直徑為=100mm. 3.7.2 液壓缸油口直徑的計算 液壓缸油口直徑應根據活塞最高運動速度和油口最高液流

26、速度而定，公式如下： (3.10) 式中 －液壓缸油口直徑(m) －液壓缸內徑(m) －液壓缸最大輸出速度(m/min) －油口液流速度(m/min)，根據《機械設計手冊》，取=7m/min 同時對于單桿油塞式液壓差動聯接時，活塞的外伸速度為: (3.11) 式中 －液壓缸差動聯接時，活塞外伸的速度，可視為油口液流的速度(m/min) －液壓泵流量(/s)，＝ －活塞桿面積，其公

27、式如下: (3.12) 式中 －活塞桿直徑(m) 所以代入數據，解析以上公式得：， 故取 3.7.3 缸頭厚度計算 本設計采用的是螺釘聯接法蘭缸頭，其厚度的計算公式為： (3.13) 式中 －法蘭厚度(m) －法蘭內徑(m)，根據《機械設計手冊》，取= －螺釘孔分布圓直徑(m)，根據《機械設計手冊》，取= －法蘭材料的許用應力(Mpa)，取45鋼，＝120 Mpa －法蘭受力總和(N)，其計

28、算公式為： (3.14) －密封環(huán)內徑(m)，根據《機械設計手冊》，取 －密封環(huán)外徑(m)，根據《機械設計手冊》，取 －系統(tǒng)工作壓力(pa)， pa －附加密封力(pa)，若采用金屬材料時，值取屈服點，此處取材料為45鋼，則=110Mpa 代入數據，求出得： 故取 4、 液壓系統(tǒng)原理圖的制定 4.1 制定基本方案 (1) 制定調速方案 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動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實現。對于一般中小流

29、量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機組合實現所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現。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實現。相應的調整方式有節(jié)流調速、容積調速以及二者的結合——容積節(jié)流調速。節(jié)流調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)行元件的流量來調節(jié)速度。此種調速方式結構簡單，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合。容積調速是靠改變液壓泵或液壓馬達的排量來達到調速的目的。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補充泄漏，需要有輔助泵。此種調速方式適用于功率大

30、、運動速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調節(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。此種調速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結構比較復雜。節(jié)流調速又分別有進油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進油節(jié)流起動沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。調速回路一經確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。節(jié)流調速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結構簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。容積調速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通

31、，形成一個封閉的循環(huán)回路。其結構緊湊，但散熱條件差。經過上述分析此方案選用容積節(jié)流調速。 (2) 制定壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調節(jié)壓力，一般在節(jié)流調速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。在液壓系統(tǒng)中，需要流量不大的高壓油時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所

32、需的工作壓力?；谝陨峡刂葡到y(tǒng)方案分析本次設計選用閉式中心負荷傳感系統(tǒng)(CLSS)；采用的是雙泵雙回路恒功率控制液壓系統(tǒng)。 (3) 指定順序動作方案 主機各執(zhí)行機構的順序動作，根據設備類型不同，有的按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械工作環(huán)境狀況復雜，補丁因數多，故操縱機構多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執(zhí)行機構的順序動作多采用行程控制，當工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。行程開關安裝比較方便，而用行程閥需連接相應的油路，因此只適用于管路聯接比較方便的場合。另外還有時間控制、壓力控制

33、等。例如液壓泵無載啟動，經過一段時間，當泵正常運轉后，延時繼電器發(fā)出電信號使卸荷閥關閉，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床、擠壓機壓力機等場合。當某一執(zhí)行元件完成預定動作時，回路中的壓力達到一定的數值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號或打開順序閥使壓力油通過，來啟動下一個動作。本設計主要采用手動控制，另根據壓力控制CLSS系統(tǒng)可進行自動操作，在計算機的直接操縱下自動完成給定的挖掘任務，并具有一定得局部自主能力。即當阻力過大挖掘過程中斷時，能自主修正挖掘路徑，直接完成挖掘過程。在回轉過程中，能自動識別和避開障礙物，達到原定的卸料位置。 (4) 選擇液壓動力源 液壓系統(tǒng)的

34、工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調速系統(tǒng)多數是用變量泵供油，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。對長時間所需流量較小的情況，可增設蓄能器做輔助油源。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，進入系統(tǒng)的油液根據被保護元件的要求，通過相應的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜

35、質流回油箱，可在回油路上設置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據液壓設備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。再根據調速方案及工程機械選用原則，主泵采用變量柱塞泵，輔助油泵采用齒輪泵。 4.2確定回路方式 本液壓系統(tǒng)采用開式回路。液壓系統(tǒng)回路中泵—缸回路系統(tǒng)為開式，泵—馬達系統(tǒng)為閉式。開式系統(tǒng)利用油箱可以散熱、沉淀雜質的特點，并且油液循環(huán)大，敝熱條件好，結構簡單，因此為大多數工程機械所采用。閉式回路系統(tǒng)結構較為緊湊，泵的自吸性好，系統(tǒng)與空氣接觸的機會較少，空氣不易滲入系統(tǒng)，故傳動的平穩(wěn)性較好，且工作機構的變速和換向靠調節(jié)泵或馬達的變量機構實現，避免了在開式系統(tǒng)換向過程中所

36、出現的液壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)相對復雜，并且由于閉式系統(tǒng)本身沒有油箱，油液的散熱和過濾條件較開式系統(tǒng)差。 4.3 選用液壓油液 在任何液壓系統(tǒng)中，液壓油是一至關重要的組成部分。它的功能是：有效地傳遞能量、潤滑部件和作為一種散熱介質。液壓系統(tǒng)能否可靠、靈敏、準確、有效而且經濟地工作，與所選用的液壓油的品種及性能密切相關。因此，正確選用液壓油是確保液壓系統(tǒng)正常和長期工作的前提。當液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時，及時找出原因，采取正確的解決辦法是保護設備、避免造成重大損失的重要措施。 由于液壓傳動具有元件體積小、重量輕、傳動平穩(wěn)、工作可靠、操作方便、易于實現無級變速等優(yōu)點，因此在許

37、多工業(yè)部門的傳動系統(tǒng)被采用。不同工業(yè)部門由于使用要求、操作條件、應用環(huán)境的差異，所用的液壓傳動系統(tǒng)差別也很大。正確選用液壓油品種，確保液壓系統(tǒng)長期平穩(wěn)、安全運行，是保證連續(xù)生產、節(jié)省材料消耗和提高經濟效益的有效措施。 4.4 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 該挖掘機液壓系統(tǒng)采用雙泵雙向回路定量系統(tǒng)，由兩個獨立的回路組成。所用的油泵1為雙聯泵，分為A、B兩泵。八聯多路換向閥分為兩組，每組中的四聯換向閥組為串聯油路。油泵A輸的壓力進入第一組多路換向閥，驅動回轉馬達、鏟斗油缸、輔助油缸，并經中央回轉接頭驅動右行走馬達7。該組執(zhí)行元件不工作時油泵A輸出的壓力油經第一組多路換向閥中的合流閥進入第二組多路

38、換向閥，以加快動臂或斗桿的工作速度。油泵B輸出的壓力油進入第二組多路換向閥，驅動動臂油缸、斗桿油缸，并經中央回轉接頭驅動左行走馬達8和推土板油缸6。 該液壓系統(tǒng)中兩組多種換向閥均采用串聯油路，其回油路并聯，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，當挖掘機下坡行走出現超速情況時，油泵出口壓力降低，限速閥自動對回油進行節(jié)流，防止溜坡現象，保證挖掘機行駛安全。 在左、右行走馬達內部除設有補油閥外，還設有雙速電磁閥9，當雙速電磁閥在圖示位置時馬達內部的兩排柱塞構成串聯油路，此時為高速；當雙速電磁閥通電后，馬達內部的兩排柱塞呈并聯狀態(tài)，馬

39、達排量大、轉速降低，使挖掘機的驅動力增大。 為了防止動臂、斗桿、鏟斗等因自重而超速降落，其回路中均設有單向節(jié)流閥。另外，兩組多路換向閥的進油路中設有安全閥，以限制系統(tǒng)的最大壓力，在各執(zhí)行元件的分支油路中均設有過載閥，吸收工作裝置的沖擊；油路中還設有單向閥，以防止油液的倒流、阻斷執(zhí)行元件的沖擊振動向油泵的傳遞。 SWE50H型單斗液壓挖掘機除了主油路外，還有如下低壓油路： (1) 排灌油路 將背壓油路中的低壓油，經節(jié)流降壓后供給液壓馬達殼體內部，使其保持一定的循環(huán)油量，及時沖洗磨損產物。同時回油溫度較高，可對液壓馬達進行預熱，避免環(huán)境溫度較低時工作液體對液壓馬達形成“熱沖擊”。

40、 (2) 泄油回路 將多路換向閥和液壓馬達的泄漏油液用油管集中起來，通過五通接頭和濾油器流回油箱。該回路無背壓以減少外漏。液壓系統(tǒng)出現故障時可通過檢查泄漏油路濾油器，判定是否屬于液壓馬達磨損引起的故障。 (3) 補油油路 該液壓系統(tǒng)中的回油經背壓閥流回油箱，并產生0.8~1.0MPa的補油壓力，形成背壓油路，以便在液壓馬達制動或出現超速時，背壓油路中的油液經補油閥向液壓馬達補油，以防止液壓馬達內部的柱塞滾輪脫離導軌表面。 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，在回油路中設置強制風冷式散熱器，將油溫控制在80℃以下。 整機的液壓系統(tǒng)圖（如

41、圖4.1所示）由擬定好的控制回路及液壓源組合而成，從中分離出動臂機構液壓系統(tǒng)的簡明工作原理圖（如圖4.2所示）。機電一體化挖掘機的控制系統(tǒng)是半自動的，所設計的液壓系統(tǒng)是建立在WY100型挖掘機液壓系統(tǒng)基礎上，改進工作裝置的自動化控制，保證工作負載合理，防止在過量的情況下導致小挖掘機破壞。各液壓元件盡量采用國產標準件，在圖中要按國家標準規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。對于自行設計的非標準元件可用結構原理圖繪制。系統(tǒng)圖中應注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程閥。 分析比較動臂機構系統(tǒng)圖與整機系統(tǒng)圖，可以總結出：動臂機構系統(tǒng)可以作

42、為一個單獨的液壓系統(tǒng)，并可以進行半自動化控制，其液壓元件選擇的合理與否直接影響著機電一體化液壓系統(tǒng)的快速控制能力。 1 BM PC　2 PCT－812 3—D/A接口 4－液壓閥驅動放大 5—油泵 6—冷卻器7－濾油器8—背壓閥 9—節(jié)流閥10—回轉液壓馬達11—行走馬達12—雙速電磁閥缸13—補油單向閥 14－緩沖補油閥組 15中央回轉接頭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－動臂油缸圖 4.1 液壓原理圖 1－TBM PC 2－PCT－812 3－D/A接口 4－液壓閥驅動放大器5－油泵 6－冷卻器 7－濾油器 8－背壓閥 9－限速閥10－溢流閥 11－梭閥 12－電液比例方向閥 13－冷卻閥14－單向節(jié)流閥 15－位移傳感器 16－動臂油缸 圖4.2 動臂機構液壓系統(tǒng)原理圖 6、繪制總體設計圖及編寫設計文件 對液壓系統(tǒng)的液壓原理、操作進行了說明，其中主要是對液壓缸進行分析計算，并繪畫相關的CAD二維圖紙，實現設計零件的可制造性。 16