WLY10液压挖掘机液压系统的设计

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1、xxx理工学院毕业设计（论文）WLY10液压挖掘机液压系统的设计摘 要本次毕业设计课题是WLY10小型液压挖掘机。课题是受企业委托而立项。本人致力于液压系统的设计，即液压系统方案的拟定，系统管路图的设计，液压油箱的设计。设计思路是从挖掘机总体以及各部分的工作性能和动作要求入手，并以国内的质量和技术性能接近设计要求的挖掘机为基础，研究国外的先进机型，开发出自己的全套液压系统方案。图纸采用auto CAD 绘制。 本液压挖掘机的优点是液压系统采用先导伺服控制，造型美观。除具有挖掘装卸的功能外，还可以根据需要加装不同的辅助设备，来进行抓物，钻孔，推土，清沟，破碎等作业。平台可360回转，性能可靠，操

2、纵工人劳动强度改善。可广泛应用于建筑，市政，供水，供气，供电，农林及园艺建设等工程。关键词： 先导伺服控制系统，液压挖掘机，液压系统，DESIGN OF WLY10 HYDRAULIC EXCARATORS HYDRAULIC STSTEMABSTRACTThe name of the graduating task is WLY10 small type hydraulic excavator”. The task is requested by a company. My task is to design the hydraulic system. That is to decide t

3、he theory, to design the pipeline and the tank of the hydraulic system. The way to solve the task is on the basis of the function of the whole and every part of the excavator. And we choose the domestic excavator whose quality and character is the most similar to our request as the basic type, furth

4、er study the overseas advanced type. Then I designed the projects of the hydraulics system of the small type excavator. All the drawings are drawn using the software Auto CAD. The strongpoint of this hydraulic excavator is using servo forerunner control system. It has beautiful sculpt. With the capa

5、city of excavating, grappling, drilling, pushing, clearing channel and crashing etc. Have a 360 swinging platform, good quality, comfortably controlled. Be widely used in construction, supplying and city planning.KEY WORDS: hydraulic excavator， hydraulic system， servo forerunner control system7目录前言1

6、第1章 绪论21.1挖掘机的发展简史21.2液压挖掘机的工作原理21.2.1液压挖掘机的工作原理和过程21.2.2挖掘机的分类挖掘机的分类41.3液压挖掘机的发展趋势51.3.1国外挖掘机的发展水平及发展方向51.3.2国内挖掘机的发展水平和发展趋势61.4 WLY10液压挖掘机的技术参数6第2章 WLY10液压挖掘机的设计指导82.1液压机械传动装置的组成与原理82.2液压挖掘机液压系统的介绍102.2.1基本要求102.2.2类型112.3 WLY10液压系统的设计思想122.4 WLY10液压系统的设计132.4.1 WLY10液压挖掘机液压系统的设计要求132.4.2 WLY10液压挖

7、掘机液压系统的拟定13第3章WLY10液压系统的计算173.1液压缸的计算173.1.1液压缸的基本参数173.1.2液压缸工作能力的计算173.1.3 液压缸的运动计算183.1.4强度及稳定性校核183.2主泵的选用及其计算233.2.1 主泵类型的选择233.2.2 确定泵的额定压力和流量233.2.3 确定驱动功率24第4章 油箱的设计及计算274.1油箱的设计274.2油箱容量的计算284.3 系统发热量的计算284.4 散热量的计算30第5章 管道的设计与计算325.1管道的设计325.1.1管路设计的要求325.1.2油管的选择325.2管道的计算335.2.1 吸油管尺寸的计算

8、345.2.2 回油管尺寸的计算34结论36谢 辞37参考文献38外文资料翻译39前言挖掘机是用来开挖土壤的施工机械。它是利用铲斗上的斗齿切削土壤并装入斗内，装满土后提升铲斗并回到卸土地点卸土，然后再使转台回转，铲斗下降到挖掘面，进行下一次挖掘。挖掘机在建筑，筑路，水利，电力，采矿，石油，天然气管道铺设和军事工程中被广泛地采用。挖掘机主要用于主路工程堑壕的开挖，水利工程中开挖沟渠，运河和疏浚河道，在采石矿场，露天开采等工程中剥离和矿石的挖掘，建筑工程中开挖基础等。据统计，工程施工中约60%的土石方是靠挖掘机来完成的。此外，挖掘机更换工作装置后还可进行浇筑，起重，安装，打桩，夯土等作业。 第1章

9、 绪论1.1挖掘机的发展简史挖掘机有机械传动和液压传动两类。其中的机械传动挖掘机已有一百五十多年的历史，它是利用机械传动件（齿轮，钢索滑轮组，卷筒等）带动各种机构动作，具有结构简单，制造容易，坚固耐用等优点，多用于矿山开挖等作业；液压传动挖掘机也有五十多年的历史，它是利用液压元件(液压泵，液压马达，液压缸等)带动各种构件动作，具有功率密度大，结构紧凑，重量轻；无极调速，调试范围大；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，工作可靠，能自行润滑，使用寿命长；有过载保护功能；容易实现自动化，操纵方便省力；液压元件容易实现“三化”等许多优点，尤其是中小型挖掘机均采用液

10、压传动。我国的挖掘机生产起步较晚，从1954年抚顺挖掘机厂生产第一台斗容量为1m3的机械式单斗挖掘机至今，大体上经历了测绘仿制，自主研制开发和发展提高等三个阶段。进入20世纪90年代，随着改革开放政策的逐步完善，国民经济基础建设高潮推动了我国挖掘机行业的迅速发展。从此我国液压挖掘机的技术水平和生产规模进入新的发展时期，以合资企业为主体的液压挖掘机发展势头相当强劲。国产的，合作生产的，进口的液压挖掘机在我国各种工程建设中发挥出巨大的作用。1.2液压挖掘机的工作原理1.2.1液压挖掘机的工作原理和过程挖掘机作业过程是以切削刃切削土壤，实现破土，装土，提升回转，卸土，再返回第二次挖掘，挖完一段后，机

11、械移位继续挖掘。为实现上述周期性作业动作要求，就需要以下组成部分：发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等。液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。 工作装置是直接完成挖掘任务的装置。它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业机具。回转与行走装置是液压挖掘机的机体，转台上部设有动力装置和传动系统。发动机是液压挖掘机的动力源，

12、大多采用柴油要在方便的场地， 也可改用电动机。液压传动系统通过液压泵将发动机的动力传递给液压马达、液压缸等执行元件，推动工作装置动作，从而完成各种作业。 单斗液压挖掘机工作过程由动臂升降、斗杆收放、铲斗转动、平台回转、整机行走等动作组成。为了提高作业效率，在一个循环中可以组成符合动作。1.挖掘作业，铲斗和斗杆符合进行工作；2.回转作业，动臂提升同时平台回转；3.卸料作业，斗杆干和铲斗工作同时大臂可调整位置高度；4.返回，平台回转、动臂和斗杆配合回到挖掘开始位置，进入下一个挖掘循环，在挖掘过程中应避免平台回转；图1-1 单斗轮式挖掘机示意图1-铲斗 2-铲斗缸 3-斗缸 4-斗杆缸 5-动臂 6

13、-动臂缸 7-回转机械 8-行走机构作业程序作业循环动作特性顺序部件动作挖掘挖掘和铲斗回转铲斗提升到水平位置_ _挖掘坚硬土壤以斗杆液压缸为主，挖掘疏松土壤三只液压缸复合动作以铲斗液压缸为主。提升和回转铲斗提升转台回转到卸载位置 _ _铲斗液压缸推出，动臂抬起，满斗提升回转马达使工作装置传至卸载位置。卸载斗杆缩回铲斗回转卸载_ _铲斗液压缸缩回斗杆液压缸动作，视卸载高度动臂液压缸配合动作。复位转台回转斗杆伸出，工作装置下降 _ _ _回转机构将工作装置转会到工作挖掘面，动臂和斗杆液压缸配合动作将铲斗降至地面。表1-1 挖掘机作业程序单斗 1.2.2挖掘机的分类挖掘机的分类1） 挖掘机按驱动方式

14、进行分类，可分为内燃机驱动挖掘机和电力驱动挖掘机。其中电动挖掘机主要用于高原缺氧与地下矿井和其它一些易燃易爆场所。2） 挖掘机按行走方式分类，可分为履带式挖掘机和轮式挖掘机。3） 挖掘机按传动方式分类，可分为液压传动挖掘机和机械传动挖掘机。机械传动挖掘机主要用在一些大型矿山上。4） 挖掘机按用途分类，可分为通用挖掘机，矿用挖掘机，船用挖掘机，特种挖掘机等。5） 挖掘机按铲斗分类，可分为正铲挖掘机和反铲挖掘机，正铲挖掘机多用于挖掘机地表以上的物质，反铲挖掘机多用于挖掘地表以下的物质。1.3液压挖掘机的发展趋势1.3.1国外挖掘机的发展水平及发展方向 工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国

15、、俄罗斯、日本是斗容量3.5-40m单斗液压挖掘机的主要生产国，从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量50-150m剥离用挖掘机，斗容量132m的步行式拉铲挖掘机；B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量168.2m的步行式拉铲挖掘机，斗容量107m的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。 从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。1、开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。 2、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、液压伺服操纵和电气控制、无

16、线电遥控、电子计算机综合程序控制。3、重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速度。4、更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。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的强度研究方面，促进了产品的优质高效率和竞争力。5、加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。液压挖掘机采用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔音措施降低噪声干扰。6、进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机

17、的液压系统有向变量系统转变的明显趋势。因为变量系统在油泵工作过程中，压力减小时和增大流量来裣，使液压泵功率保持恒定，亦即装有变量泵的液压挖掘机可经常性地充分利用油泵的最大功率。此外，液压技术在挖掘机上普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机的应用与推广创造了条件。7、迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。20世纪80年代，以微电子技术为核心的高新技术，特别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子控制技术在挖掘机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重要标志。1.3.2国内挖掘机的发展水平和发展趋势2000年来，随着国家新一轮经济发展进入一个更深层次的阶段，包括基础设

18、施建设、新的城镇化建设等，刺激挖掘机行业进一步的发展。所以在2000年以后形成了一个高潮期。据统计，2000年国内挖掘机企业产量为8111台、销售量为7926台，与1999年相比，产销量均增长30%以上。2000年全国液压挖掘机产销量近8000台。 2002年是我国工程机械行业历史上增长速度最快、经济形势最好的一年，堪称“井喷之年”。挖掘机全年销量1.9万台，同比增长58%，挖掘机成了整个工程机械行业中产、销量增长最快的机种之一。 2003年国产挖掘机的价格优势仍然是十分明显的。以13至14吨级的轮式挖掘机为例，虽然其关键零部件系国外配置，但价格与国外同等机型相比仍相差25万至30万元。小功率

19、、多功能的挖掘机尤其受到青睐。通过快速换装不同的工作装置以完成挖、装、填、夯、抓、刨、吊钻、剪等多种作业，挖掘装载机出现了需求不断上升的势头。 2003年的大型挖掘机在我国一直处于薄弱地位，主要依赖进口。小型挖掘机的需求继续旺盛。2003年产销3000多台，而需求量在5000台/年左右。1.4 WLY10液压挖掘机的技术参数表12 技术参数型号WLY10机重10外形尺寸（长x宽x高）6920x2410x2965发动机型号原装康明斯B4.5T发动机功率kW/min74/2200斗容m30.4轴距mm2480轮外侧距mm2290轮胎14-17.5单轮支腿型式推土铲液压系统压力MPa28液压系统流量

20、L/min200变量泵最大回转速度r/min12.4最高行走速度km/h30爬坡度60%最小离地间隙mm263.5最大挖掘深度mm3960最大挖掘高度mm6270最大挖掘半径mm6980最大载卸高度mm4250最大铲斗挖掘力kN54.5第2章 WLY10液压挖掘机的设计指导2.1液压机械传动装置的组成与原理车辆液压机械传动是指在矿山等中使用的重型载重汽车，装载机，推土机等车辆行走机械的传动。目前，国内外车辆行走机构的传动多采用液力机械传动，对于小型和大型车辆，也有采用全液压传动和电动轮的传动。液压机械传动的基本元件是行星齿轮系和液压调速装置组成。它与全液压传动相比，优点是效率高，与液力机械传动

21、相比，除总效率高外，突出优点是在传递同样功率时，重量和尺寸均较小，耗费材料少，传递的力矩可以独立控制，以使燃油消耗量降低。液压机械传动是一种功率分流系统，它有效地利用了液压传动的优点，又保持了齿轮传动的优越性，扬长避短，从而为高效率情况下，无级调速传递大容量（150KW以上，甚至可达1000KW）功率的车辆开辟了一条新的途径。液压机械传动装置属于双功率传动系统的一种。液压传动主要起调速作用，机械传动用来传递功率。设计时，要使液压系统的功率仅占功率的一小部分（约占2030%)而大部分功率直接经机械系统传递，以获得较高的效率。机械系统主要用效率较高的2KH行星机构。例如去掉载重汽车的变扭器，变速箱

22、以及轮边减速器，装上液压传动装置，如图所示。行星机构它有三个轴A,B,C其中任意两个轴的转速确定后，第三个轴才有确定的转速，这三个轴转速间的关系式为； 当时，则 (1)式中 分别为输入轴，输出轴，马达轴的转速； 分别为太阳齿轮，齿圈的齿数； 式中负号“-”的意义，是表示当=0时与的转向相反。 图21 载重汽车行走机械传动1太阳齿轮 2行星齿轮 3齿圈 412齿轮 A,B,C行星机构三个轴 D，B，g，H，G轴 离合器 液压泵液压马达阀控马达正反转，阀控离合器分离与结合，变速档位以及传动方式如表所示。当发动机转速不变，=常数，根据上述原理，可得到车辆前进档位动作如表。表21 车辆前进档位动作 档

23、位传动方式马达转向离合器输出轴转速公式直接档液压机械正接合接合分离机械档机械正接合接合分离低速档液压机械正接合接合分离高速档液压机械反接合接合分离当泵的排量不变，马达排量由小到大，马达（轴C）转速由大到小，输出轴转速逐渐减小。它属于恒功率调速。当马达的排量由大到小，马达的转速也由大到小，输出轴的转速逐渐升高。反之输出轴转速逐渐降低。它是恒扭矩调节。倒档时，只要离合器分离，离合器与接合，就能够获得车辆后退，但应在转速较低的档位上进行。2.2液压挖掘机液压系统的介绍按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来的组合体，称为挖掘机的液压系统。其功能是，以油液为工作介质，

24、利用液压泵将发动机的机械能转变为液压能并进行传递，然后通过液压缸和液压马达等将液压能转反为机械能，实现挖掘机的各种动作。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。2.2.1基本要求液压挖掘机的动作复杂，主机构经常启动、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。

25、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。为此，液压系统应做到：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

26、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。2.2.2类型按液压泵特性，液压挖掘机采用的液压系统大致上有定量系统、变量系统和定量、变量系统等三种类型。1）定量系统 在液压挖掘机采用的定量系统中，其流量不变，即流量不随负载而变化，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、双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统

27、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，其调节方式有三种：变量泵-定量马达调速、定量泵-变量马达调速、变量泵-变量马达调速。 液压挖掘机采用的变量系统多采用变量泵-定量马达的组合方式实现无级变量，且都是双泵双回路。根据两个回路的变量有无关连，分为分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械，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，两个油泵各拥有一斗发动机输出功率；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

28、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。2.3 WLY10液压系统的设计思想任何一个工程机械的设计都必须以市场位为导向，这样设计出来的产品才可能为企业创造出预期的可观效益。而我国的挖掘机市场是巨大的。近十年来几乎平均每年以30%速度递增，中国成为名副其实的世界最大的市场之一。虽然市场巨大，但控制权掌握在在外国的手上，欧、美、日、韩为代表的外资企业的几大品牌，其产量约占78%的市场份额，处于较高的质量水平。但是其价格相对国内产品来讲来说比较高，鉴于上述情况，本文的任务就是设

29、计出先进的液压系统，以突破外国产品独霸天下的局面。WLY10是一种小型轮式液压挖掘机。它是轮胎行走、周期作业、建筑型的挖掘机。它行走速度快、能远距离自行转场及可快速更换多种作业装置，以其机动、灵活、高效的鲜明特点在机场、港口、油田、矿藏、城乡建设、农田水利快速抢修等的物料挖掘、搬移方面得到充分利用。液压轮式挖掘机由一个柴油机或电动机驱动两个液压主泵，产生高压油输送到多路阀，由先导控制阀操纵经多路阀送往有关液压执行元件(液压缸或液压马达等），驱动相应的机构进行工作。一般工作装置工作过程中往往需两个以上复合动作以及动臂、斗杆动作的合流，以充分利用发动机功率并缩短作业循环时间。轮式挖掘机的行走一般采

30、用液压机械传动，即高压油由中心回转体至行走液压马达直接驱动变速箱，再经传动轴、驱动桥驱动车辆的行走。行走速度一般分为高低两挡，低挡为工作时行走速度，高挡为公路行驶速度。2.4 WLY10液压系统的设计2.4.1 WLY10液压挖掘机液压系统的设计要求一.整机结构布置与液压管路布置应合理可行，外形美观，操作方便舒适，设计时应考虑制造工艺，拆装维修等；二. 底盘部分按标准轮挖底盘设计，带推土铲或支腿，车架采用整体箱型变截面设计，结构简单，安全可靠。行走、制动、变速、换挡全部采用液压控制。轮胎选用工程机械轮胎。三.液压系统的主泵、主阀、回转减速机选用外国产品，以保证产品质量。行走驱动采用变量马达，可

31、根据行驶阻力大小自动改变排量，使挖掘机自动改变速度；四.挖掘机制动系统采用全动力液压制动系统，并且使之具有一定的先进性，工作可靠。五.伺服系统采用先导阀控制，操纵轻便，控制准确；六. 工作装置动臂采用双油缸支撑，动臂油缸小腔缓冲，斗杆油缸双腔缓冲；2.4.2 WLY10液压挖掘机液压系统的拟定WLY10的挖掘机液压系统采用双泵双回路总功率调节变量系统，并采用了负载传感控制系统，使用两挡机械变速和变量泵、变量马达相结合的变速方式进行变速，工作装置动臂采用双油缸支撑，动臂油缸小腔缓冲，斗杆油缸双腔缓冲。根据这些对液压系统的要求，现拟定其液压原理图如图2-1所示，其负载感应系统框图如图2-2所示：图

32、2-2 WLY10液压挖掘机液压原理图1-油箱 2-滤油器 3-旋转阀门 4-柱塞泵 5-多路阀 6-回转装置 7-斗杆油缸 8-动臂油箱 9-中央回转接头 10-行走马达 11-铲斗油缸 12-推土油缸 13-手柄式先导阀 14-手柄先导阀 15-脚踏式先导阀 16-手柄式先导阀 17-蓄能器 18-湿式电磁阀 19-单向阀 20-散热器 21-单向阀 22-板式滤油器 23-溢流阀 24-主油路滤清器 25-左旋挂缸 26-右悬挂缸 双联泵采用斜轴式柱塞变量泵，通过感应器来控制两泵的输出功率，左泵输出的压力油通过多路阀，除了向回转装置、斗杆油缸、动臂油缸、铲斗油缸供油外，还向行走马达供油。

33、右油泵输出的压力油一路与蓄能器相连，作为应急能源，使发动机不工作或出现故障时仍能操纵工作机构，另一路的压力油通过先导阀进入换向阀的远程操控口，来控制换向阀的换位；在每个液压缸和相应的换向阀之间都装有安全阀和单向阀，以避免换向运动部件停动时产生的剧烈冲击。手动减压阀式先导阀的操纵油路，扳动手柄，压力油经手柄式先导阀进入多路阀的远控口，从而控制多路阀的移动，从而来控制油路的闭合。这种操纵系统操纵简单、动作准确。负载感应系统框图：图2-3 负载感应系统框图 两台主泵的变量控制部分由伺服阀、单泵超压截断阀CO、空载闭合阀NC(反向控制阀)、总功率变量控制阀TVC(扭变控制阀)等四部分。进入伺服阀的信号

34、压力p决定主阀的排量大小，当p等于先导阀控制压力时，此时信号压力最大，伺服阀位于右位（左位），此时主泵排量最大。当压力减小时主泵摆角减小，排量减小。截断阀CO、闭合阀NC、总功率控制阀TVC控制p的大小。当伺服阀位于中位时，主泵排出的油经喷嘴传感器使闭合阀NC换向，信号压力被切断，主泵的排量为零。采用负载传感系统的好处：一. 泵仅向系统供给需要的流量，损失最小化，无溢流损失，便于节能。二. 当流量和功率饱和时，各执行元件的动作都都同步按比例缩小。三. 充分利用发动机功率，并使发起动机不至于过载。四.提高作业效率。16洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章WLY10液压系统的计算3.1液压缸的计算液

35、压缸是液压挖掘机中的执行元件，它的功能就是把液体压力能转化为往复运动的机械能或者摆动的机械能。在液压挖掘机中使用的的是双作用单杆活塞缸，其结构上基本可以分为缸筒和活塞杆组件、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分。本文液压缸的设计思路就是参照类似的挖掘机液压缸，然后对其进行校核。 3.1.1液压缸的基本参数参照WY10履带液压挖掘机的液压缸型号，其基本参数如表3-1所示表 3-1 技术参数油缸名称额定压力最大压力基本尺寸缸内径D活塞外径行程安装距动臂缸303485559501380斗杆缸3034956510101530铲斗缸3034905580011803.1.2液压缸工作能力的计算根据负荷和工

36、作装置油缸铰点布置，以及液压系统的分析计算确定本机油缸所需的推力和支力。 计算公式： 油缸大腔面积： F=pD/4 (cm) (3-1)油缸小腔面积： F= p(D-d)/4 (cm) (3-2)额定大腔推力： P=Fp (N) (3-3)额定小腔推力: P=Fp (N) (3-4)最大大腔支承力: P=F p (N) (3-5)最大小腔支承力: P=F p1 (N) (3-6)计算结果如图所示（表3-2）：表 3-2 计算结果油缸名称面积大腔小腔大腔S1小腔S2额定推力最大支撑力额定推力最大支撑力动臂缸5761.63297170.15192.8398.91112.10斗杆缸7084.6376

37、8212.54240.88113.04128.11铲斗缸6358.53938.9190.76216.19119.51135.463.1.3 液压缸的运动计算1、活塞运动速度V=Q/S1 (m/s) V=Q/S2 (m/s) (3-7)2、全程时间t=h/ V (S) t=h/ V (S) (3-8)计算结果如表3-3所示：表3-3油缸名称油泵流量油缸运动速度(m/s)全程时间 (S)Q（L/min）大腔进油V小腔进油V大腔进油t小腔进油t动臂缸1200.3350.5762.841.64斗杆缸1200.2680.5043.772.0铲斗缸1200.300.4772.671.673.1.4强度及稳

38、定性校核缸筒壁厚的校核(1)当时，按薄壁孔强度校核。 （3-9）(2)当，按第二强度理论校核。 （3-10）式中：缸筒试验压力（缸的额定压力时，；缸的额定压力时，）； 缸筒材料的许用拉应力； 缸筒内径； 缸筒壁厚；活塞杆强度校核：活塞杆的强度一般情况下时足够的，主要是校核其稳定性。活塞杆的稳定性校核：活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受得力不能超过使它保持稳工作所允许的临界负载，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。的值与活塞杆的材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。活塞杆的稳定性可按下式校核。 （3-11）式中：安全系数，一般取2-4。本文取3 当活塞杆的细长比时，有

39、（3-12） 当活塞杆的细长比时，且取20-120，则 （3-13） 式中：安装长度；活塞杆横截面最小回转半径，；柔性系数，本文中取85；支撑方式或安装方式决定的末端系数，本文取1；活塞杆材料的弹性模量；其材料为合金钢，为；活塞杆横截面惯性矩；活塞杆横截面积；材料强度决定的实验数值；本文取；系数，本文取1/5000；1）动臂缸校核：壁厚校核：其壁厚为12mm, 缸筒内径为85mm。材料为铸钢钢管ZG230-450，其为450Mpa。由于所以按式（3-9）进行校核。缸的额定压力,所以=37.5，带入数据得其最小壁厚为：12mm所以动臂缸壁厚满足强度要求。活塞杆稳定性校核：由活塞杆的形状以及尺寸，

40、可算得 于是 其细长比 而 因此用式（3-13）进行校核：将其数值带入（3-11）中得：其最大支撑力符合要求，所以活塞杆符合稳定性要求。2）斗杆缸的校核： 缸壁厚校核：其壁厚为14.5mm, 缸筒内径为95mm。材料为铸钢钢管ZG230-450，其为450Mpa。由于所以按式（3-9）进行校核。缸的额定压力,所以=37.5，带入数据得其最小壁厚为：14.5mm所以动臂缸壁厚满足强度要求。活塞杆稳定性校核：由活塞杆的形状以及尺寸，可算得 于是 其细长比 而 因此用式(3-13)进行校核：将其数值带入（3-11）中得：其最大支撑力符合要求，所以活塞杆符合稳定性要求。3）铲斗缸的校核： 缸壁厚校核：

41、其壁厚为12mm, 缸筒内径为90mm。材料为铸钢钢管ZG230-450，其为450Mpa。由于所以按式(3-9)进行校核。缸的额定压力,所以=37.5，带入数据得其最小壁厚为：14.5mm所以动臂缸壁厚满足强度要求。活塞杆稳定性校核：由活塞杆的形状以及尺寸，可算得 于是 其细长比 而 因此用式(3-13)进行校核：将其数值带入（3-11）中得：大于其最大支撑力，符合要求，所以活塞杆符合稳定性要求。到此，对液压缸进行了全面的校核，都符合强度以及稳定性的要求，可以使用。3.2主泵的选用及其计算3.2.1 主泵类型的选择在液压传动系统中，液压泵就是为整个液压系统提供能量的，它将驱动电机的机械能转换

42、为油液的压力能，以满足执行机构驱动外负载的需要。本系统采用双联泵的结构。轴向柱塞泵由于径向尺寸小转动惯量小所以转速高，流量大，压力高，变量方便，效率也较高；在各类液压系统中应用非常广泛，又由于本液压系统是恒功率变量系统，因此预选用恒功率变量轴向柱塞泵作为主泵。 3.2.2 确定泵的额定压力和流量 1）泵的工作压力泵的工作压力应根据液压缸的最高压力来确定，即 (3-14)式中 执行元件的最高工作压力，本文取34； 进油路和回油路的总压力损失（），对于节流调速和较简单的油路可取（0.2-0.5）；对于进油路设有调速阀和较复杂的系统，可取（0.5-1.5）。本处取1。代入数据： 根据产品样本查出，选

43、用额定压力为35的液压泵。 2）泵的输出流量泵的流量应满足执行元件的最高速度要求，所以泵的输出流量应根据系统所需要的最大流量和泄漏量来确定，即式中 系统的系统的泄露系数，一般取1.1-1.3（管路长取大值，管路短取小值）。本文取1.2. 执行元件实际需要的最大流量（L/min）。本文取斗杆油缸的流量100 L/min。代入数据： 那么一个泵的额定输出流量为60 L/min。根据产品样本，选用泵的额定流量为60 L/min的产品。 3.2.3 确定驱动功率 由于液压泵存在着容积损失和机械损失，为满足液压泵向系统输出的所需要的压力和流量，液压泵的输入功率必须大于它的输出功率。泵所需要的的驱动功率为

44、： （3-15）式中 泵的额定工作压力，本文取30 ； 泵的额定流量，此处为 60 L/min； 泵的总效率，查表得0.95。代入数据： 3.3回转机构的计算1. 选用NACHI PCL-120-18B-1S2-8443A 回转马达等价排量： =391cm3/r出轴小齿轮： m=6 Z2=82. 选用回转支承(单排球式) 滚道直径: 634 球直径: 22 内圈齿数: Z1=833. 转向系统的最大工作压力P=10Mpa 由第一泵供油 4. 参数计算:1）马达转数: 代入数值算得 平台转数: 3）泵提供功率 . 4) 回转机构速比式中 回转马达减速器速比为17.7；回转机构速比 i2=83/8

45、=10.4； 5) 转台启动力矩：式中 ；1减速器机械效率为0.95；2回转支承机械效率为0.95；带入式中： 6）校核附着力矩履带式液压挖掘机与地面的附着力矩： 式中: 附着系数 取0.5； G整机质量 取10；代入数值： 取转台制台力矩的允许值：令 式中 C经验系数，取1.36代入数值： 由于 故可以制动。26 第4章 油箱的设计及计算4.1油箱的设计油箱在液压系统中除了储油外，还启着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有许多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。图4-1 油箱简图 1液位计 2吸油管 3空气过滤器 4回油管 5侧板 6人孔盖 7放油塞 8地脚 9隔板

46、 10底板 11吸油过滤器 12盖板液压泵通过2将油箱中的油液吸到泵中；3保证大气中的尘埃，杂质不进入油箱，并且有通气孔与大气连接，从而保证液压泵能正常吸油；液压系统中的油液通过4流回油箱；10可阻挡沉淀杂质进入吸油管；11阻挡气泡进入吸油管；12用于固定液压泵等装置，并防止外界环境中的赃物进入油箱。油箱设计的要求： 1）油箱应具有足够的容量，液压系统工作时，油面应保持一定的高度以防液压泵吸空。但为了防止系统中油液全部流回油箱时溢出油箱，油面不能太高，一般不应超过油箱高度的80%。 2）吸油管与回油管之间的距离应尽量远，以增加油液的循环距离，并使它有充分的时间沉淀，排出气泡，同时也有利于油液的

47、冷却。 3）吸油管必须插在油液中，并在它的底端安装过滤器，以使液压泵吸入情节的油液。吸油管与回油管端部应制成45度，距箱底应大于两倍管径，距箱壁应大于三倍管距。4）为使漏到盖板上的油液不至于流到地面上，油箱侧壁应高于盖板（10-15）mm。 5）为了排净存油和清洗油箱，油箱底板应有适当斜度；放油阀也应安装在箱底的最低处。6）油箱底应设底脚，底脚高度一般为（150-200）mm，以利通风散热和排出箱内油液。 7）为了防止油液被污染，注油孔上要加装滤网；通气孔上必须装空气过滤器。 8）油箱内壁应涂耐油防锈涂料，以免生锈。4.2油箱容量的计算确定油箱容量的方法有两种：一种时估算法，另一种是近似计算法

48、。估算法一般应用于不要求准确计算的液压系统的油箱容量，本文就是采用估算法来计算油箱所需的油量。 油箱所需要的容量： （4-1）式中 油箱的有效容积； 系数；对于高压系统一般取6-12，本文取8； 液压泵的额定流量（L/min）。本文取120 L/min。代入数据： 因此根据油箱容量JB/T79381999标准，选用1000L作为油箱的公称容量。4.3 系统发热量的计算在液压系统中，凡是系统中的损失都变成热量散发出来。每一个周期中，每一个工况其效率不同，因此损失也就不同。一个周期的发热功率计算公式为 （4-2）式中 一个周期的平均发热功率（W）； 一个周期的时间（s），取为4.5s； 第个工况的

49、输入功率（W）； 第个工况的输入效率； 第个工况的持续时间（s）。 由表1-1可知，在液压挖掘机的一个工作周期中，大致可以分为三个阶段：第一阶段回转装置的回转以及在三个液压缸的复合动作下提升铲斗以斗杆缸收缩为主；第二阶段在三个液压缸的作用下，主要是铲斗和动臂液压缸推出为主，铲斗挖掘物料，并提升。第三阶段在回转装置作用下，转到预定位置，在铲斗和斗杆的作用下进行卸载主要以液压缸的收缩为主。第一阶段的发热量计算：1） 回转装置发热量的计算： 回转装置的输入功率为； 回转液压缸的效率为为0.94； 此阶段回转马达的持续时间为2.1s；代入数值得： 1） 铲斗以及斗杆缸收缩的发热量的计算： 液压缸的输入

50、功率为72； 液压缸的工作效率为0.9； 液压缸的收缩时间为1.8s；代入数据得 则第一阶段的发热量为： 第二阶段的发热量的计算 铲斗和动臂液压缸推出的发热量： 液压缸的输入功率为72； 液压缸的工作效率为0.9； 液压缸的平均运动时间为2.5s；带入数值得： 第三阶段的发热量的计算1）回转装置的发热量 回转装置的输入功率为； 回转液压缸的效率为为0.94； 此阶段回转马达的持续时间为2.5s；代入数值得： 2）铲斗及斗杆收缩的发热量的计算： 液压缸的输入功率为72； 液压缸的工作效率为0.9； 液压缸的平均运动时间为2s；代入数据得： 第三阶段的发热量为： 在一个周期内的总的发热量为： 带入

51、式（4-2）得系统的发热功率为： 4.4 散热量的计算假定只考虑油箱散热，不考虑其他部分散热时，那么系统的发热功率全部由油箱来散热，这时油箱的散热面积由下式计算： （4-3）式中 油箱的散热面积（）； 油箱需要散热的热功率（）； 油温（一般以考虑）与周围环境的温差（），本文取35；散热系数。与油箱周围通风条件的好坏而不同，通风条件很差时=8-9；良好时=15-17.5；风扇强行冷却时=20-23；强迫水冷时=110-175；本文使用强迫水冷，所以取=120；代入数值得： 在使用强迫水冷时，油箱内的散热面积应为。根据油箱的容量，我们可以知道油箱可以拥有足够的散热面积。（油箱的容积为1）。当然系统

52、还有其他的散热装置，油箱的散热面积就小于这里计算的数值；也可以不用强迫水冷的方法，比如使用风扇进行散热。这里就不多讨论了。31第5章 管道的设计与计算5.1管道的设计 所谓液压系统中的管道是指，液压系统中传递工作液体的管子。5.1.1管路设计的要求1.管子有足够的强度和韧性，以保证在规定的压力和温度下传递适当的流体而不至于破裂，同时要求管子要能耐腐蚀，以防油液污染变质。2.管子尺寸的选取要适当。在一定的流速下若管子的内径偏小，则流速较高，压力降和摩擦损失较大，效率低。管子内径大，流速低，压力降小，效率高，但材料和成本等方面会造成浪费，因此对管子内径的选择得进行必要的计算。3.对于吸油管，阻力要

53、小，尽量通畅，密封要好，防止液压泵吸空或产生空穴现象。4.回油管的尺寸必须大些，防止排油背压大。液压元件本身的泄油管一般与回油管分开，单独通回油箱，以免产生背压和虹吸。 5.管子尽量短，弯曲角尽量小，接头很配件尽量小。6.为减小压力损失和泄漏，高压油管和超高压油管应靠近工作机构；管道各处应避免断面的局部扩大和缩小，避免急剧弯曲。7.管道的最高处应设有放气装置，用以放掉系统中的空气。8.与法兰和联结处的管子必须是直的，以保证联结牢固可靠。此直线段的长度一般可取管子直径的2-3倍。5.1.2油管的选择在实际中，有关可分为三大类：金属管、橡胶软管、尼龙塑料管。橡胶软管和尼龙软管一般都用在低压的液压系

54、统中，本液压系统的最高工作压力为34Mpa，属于高压系统；金属管中的钢管能承受高压，耐油，抗腐蚀和刚性都比较好，价格便宜，多用于高压、大功率、装配空间不受限制的情况下。高压系统用无缝钢管；低压系统用焊接钢管。因此本液压系统中的高压油路就采用无缝钢管作为油管。5.2管道的计算对管道的计算主要是计算管子的内径和管子的壁厚，以保证能满足液压系统的流速和压力的要求。 1）计算管子内径 其公式为： （5-1）式中 管子的内径（mm）； 管内流过的最大流量（）； 允许流速（）。 推荐允许流速可按表5-1选取。表5-1 常用管路的允许流速名称流速（m/s）液压泵吸油管1-2压油管中，低压2-4高压5-6回油

55、管1.5-2.5阀内通道和缩口6安全阀口或溢流阀口30 值得注意的是，在选管子内径是，应当满足压油管、吸油管和回油管的适当要求。 2）计算管子壁厚 其运算公式为： （5-2）式中 管内工作压力Mpa； 油管内径（mm）； 油管材料许用应力（Mpa）。， 为材料的抗拉强度，对于钢管，=500 Mpa。为安全系数。对于钢管，7Mpa时，取=8；17.5Mpa时，取=4。应当指出，油管的内外径都是标准规格，因此计算出的内径和壁厚应查阅有关手册，按标准选取。5.2.1 吸油管尺寸的计算吸油管内径的计算：吸油管内流过的最大流量取为0.002；允许流速，参照表4-1可选用1.8.代入数据得： 通过查表，其标准值可选32mm。吸油管壁厚的计算： 吸油管的工作压力，取30Mpa； 管子的内径，取50mm； 吸油管的需用压力，对于钢管来说；代入数据得： 通过查表，可选其标准值5mm。 综合计算所得的吸油管的内径和壁厚，通过查表可选用公称