挖掘機(jī)工作裝置研究及液壓泵設(shè)計(jì)【反鏟工作裝置】【直軸式軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)】

挖掘機(jī)工作裝置研究及液壓泵設(shè)計(jì)【反鏟工作裝置】【直軸式軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)】,反鏟工作裝置,直軸式軸向柱塞泵的設(shè)計(jì),挖掘機(jī)工作裝置研究及液壓泵設(shè)計(jì)【反鏟工作裝置】【直軸式軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)】,挖掘機(jī),工作,裝置,研究,鉆研,液壓泵,設(shè)計(jì),直軸式,軸向,柱塞 開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 院 專 業(yè) 班級(jí)學(xué)號(hào) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 題 目 挖掘機(jī)工作裝置研究及液壓泵設(shè)計(jì) 1開(kāi)題的意義和目的 1.1 目的和意義 挖掘機(jī)主要用于工程建設(shè)。如：公路、橋梁、建筑、養(yǎng)殖池、地下工程、搶險(xiǎn)開(kāi)挖等等。挖掘機(jī)主要特點(diǎn)是力氣大，效率高，能完成人力所不能完成的工程，提高工作效率。一般工程隊(duì)，建筑業(yè)，搶險(xiǎn)部門(mén)，甚至私人（開(kāi)挖養(yǎng)殖遲、道路、開(kāi)墾）都需要挖掘機(jī)。 由于挖掘機(jī)在當(dāng)今社會(huì)的作用巨大且相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容及專業(yè)知識(shí)與我本身的機(jī)械類專業(yè)液比較貼近。因此激勵(lì)我趁此畢業(yè)設(shè)計(jì)的良機(jī)選擇此課題，希望能夠掌握挖掘機(jī)的基本原理和特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)、研究結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，學(xué)習(xí)如何充分考慮它的特點(diǎn)；了解國(guó)內(nèi)先進(jìn)的制造技術(shù)，盡量采用新想法、新技術(shù)。并且鞏固和加深已經(jīng)學(xué)過(guò)的理論知識(shí)，提高自己的綜合分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，為以后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。 1.2 挖掘機(jī)的分類及其應(yīng)用 根據(jù)《2013-2017年 中國(guó)挖掘機(jī)制造行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告》分析，以下是常見(jiàn)挖掘機(jī)的分類： 常見(jiàn)的挖掘機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)和電力驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)兩種。其中電動(dòng)挖掘機(jī)主要應(yīng)用在高原缺氧與地下礦井和其它一些易燃易爆的場(chǎng)所。 1）按照行走方式的不同，挖掘機(jī)可分為履帶式挖掘機(jī)和輪式挖掘機(jī)。 2）按照傳動(dòng)方式的不同，挖掘機(jī)可分為液壓挖掘機(jī)和機(jī)械挖掘機(jī)。機(jī)械挖掘機(jī)主要用在一些大型礦山上。 3）按照用途來(lái)分，挖掘機(jī)又可以分為通用挖掘機(jī)，礦用挖掘機(jī)，船用挖掘機(jī)，特種挖掘機(jī)等不同的類別 4）按照鏟斗來(lái)分，挖掘機(jī)又可以分為正鏟挖掘機(jī)、反鏟挖掘機(jī)、拉鏟挖掘機(jī)和抓鏟挖掘機(jī)。正鏟挖掘機(jī)多用于挖掘地表以上的物料，反鏟挖掘機(jī)多用于挖掘地表以下的物料。 1.2.1 挖掘機(jī)的鏟斗類別 1）反鏟挖掘機(jī) 反鏟式是我們見(jiàn)過(guò)最常見(jiàn)的，向后向下，強(qiáng)制切土。可以用于停機(jī)作業(yè)面以下的挖掘，基本作業(yè)方式有：溝端挖掘、溝側(cè)挖掘、直線挖掘、曲線挖掘、保持一定角度挖掘、超深溝挖掘和溝坡挖掘等。 2）正鏟挖掘機(jī) 正鏟挖掘機(jī)的鏟土動(dòng)作形式。其特點(diǎn)是“前進(jìn)向上，強(qiáng)制切土”。正鏟挖掘力大，能開(kāi)挖停機(jī)面以上的土，宜用于開(kāi)挖高度大于2m的干燥基坑，但須設(shè)置上下坡道。正鏟的挖斗比同當(dāng)量的反鏟的挖掘機(jī)的斗要大一些，可開(kāi)挖含水量不大于27%的一至三類土，且與自卸汽車配合完成整個(gè)挖掘運(yùn)輸作業(yè)，還可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。正鏟挖土機(jī)的開(kāi)挖方式根據(jù)開(kāi)挖路線與運(yùn)輸車輛的相對(duì)位置的不同，挖土和卸土的方式有以下兩種：正向挖土，側(cè)向卸土；正向挖土，反向卸土。 3）拉鏟挖掘機(jī) 拉鏟挖土機(jī)也叫索鏟挖土機(jī)。其挖土特點(diǎn)是：“向后向下，自重切土”。宜用于開(kāi)挖停機(jī)面以下的Ⅰ、Ⅱ類土。工作時(shí)，利用慣性力將鏟斗甩出去，挖得比較遠(yuǎn)，挖土半徑和挖土深度較大，但不如反鏟靈活準(zhǔn)確。尤其適用于開(kāi)挖大而深的基坑或水下挖土。 4）抓鏟挖土機(jī) 抓鏟挖土機(jī)也叫抓斗挖土機(jī)。其挖土特點(diǎn)是：“直上直下，自重切土”。宜用于開(kāi)挖停機(jī)面以下的Ⅰ、Ⅱ類土，在軟土地區(qū)常用于開(kāi)挖基坑、沉井等。尤其適用于挖深而窄的基坑，疏通舊有渠道以及挖取水中淤泥等，或用于裝載碎石、礦渣等松散料等。開(kāi)挖方式有溝側(cè)開(kāi)挖和定位開(kāi)挖兩種。如將抓斗做成柵條狀，還可用于儲(chǔ)木場(chǎng)裝載礦石塊、木片、木材等。 1.3全液壓全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī) 圖1.1液壓挖掘機(jī) 現(xiàn)今的挖掘機(jī)占絕大部分的是全液壓全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)。液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達(dá)、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。 1.3.1 液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖1.2 液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu) 液壓挖掘機(jī)一般由工作裝置、上部車體和下部車體三大部分組成。據(jù)其構(gòu)造和用途可以區(qū)分為：履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全回轉(zhuǎn)、非全回轉(zhuǎn)、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。 工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機(jī)可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘，旋挖鉆等多種作業(yè)機(jī)具?；剞D(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機(jī)的機(jī)體，轉(zhuǎn)臺(tái)上部設(shè)有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)是液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力源，大多采用柴油要在方便的場(chǎng)地，也可改用電動(dòng)機(jī)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給液壓馬達(dá)、液壓缸等執(zhí)行組件，推動(dòng)工作裝置動(dòng)作，從而完成各種作業(yè)。 1.3.2 液壓挖掘機(jī)的工作原理 液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達(dá)、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。 液壓挖掘機(jī)一般由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置三大部分組成。根據(jù)其構(gòu)造和用途可以區(qū)分為：履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全回轉(zhuǎn)、非全回轉(zhuǎn)、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。 工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動(dòng)臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機(jī)可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機(jī)具。 回轉(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機(jī)的機(jī)體，轉(zhuǎn)臺(tái)上部設(shè)有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)是液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力源，大多采用柴油要在方便的場(chǎng)地， 也可改用電動(dòng)機(jī)。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給液壓馬達(dá)、液壓缸等執(zhí)行組件，推動(dòng)工作裝置動(dòng)作，從而完成各種作業(yè)。 1.3.3 液壓系統(tǒng)的工作原理 圖1.3 泵控制原理 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)是由一些基本回路和輔助回路組成，它們包括工作回路、限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回路和先導(dǎo)閥控制回路等。其元器件主要由工作泵、補(bǔ)油泵、先導(dǎo)控制閥、分配閥、安全閥、大臂油缸、小臂油缸、鏟斗油缸、油箱及相關(guān)管路等組成。 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)在工作過(guò)程中，液壓油自油箱底部通過(guò)濾油器被工作泵吸入，從油泵輸出具有一定壓力的液壓油進(jìn)入一組并聯(lián)的分配閥。通過(guò)手柄―→先導(dǎo)閥―→工作閥組來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作，系統(tǒng)通過(guò)總油路上的總安全閥限定整個(gè)系統(tǒng)的總壓力，各組工作油路的安全閥分別對(duì)相應(yīng)油路起過(guò)載保護(hù)和補(bǔ)油作用。 2挖掘機(jī)行業(yè)的歷史，及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 2.1 挖掘機(jī)的歷史進(jìn)程 圖2.1 早期挖掘機(jī)珍貴影集 挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，可以追溯到1840年。當(dāng)時(shí)美國(guó)西部開(kāi)發(fā)，進(jìn)行鐵路建設(shè)，產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機(jī)械手的挖掘機(jī)，它采用蒸汽機(jī)作為動(dòng)力在軌道上行走。但是此后的很長(zhǎng)時(shí)間挖掘機(jī)沒(méi)有得到很大的發(fā)展，應(yīng)用范圍也只局限于礦山作業(yè)中。 導(dǎo)致挖掘機(jī)發(fā)展緩慢的主要原因是:其作業(yè)裝置動(dòng)作復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)范圍大，需要采用多自由度機(jī)構(gòu)，古老的機(jī)械傳動(dòng)對(duì)它不太適合。而且當(dāng)時(shí)的工程建設(shè)主要是國(guó)土開(kāi)發(fā)，大規(guī)模的筑路和整修場(chǎng)地等，大多是大面積的水平作業(yè)，因此對(duì)挖掘機(jī)的應(yīng)用相對(duì)較少，在一定程度上也限制了挖掘機(jī)的發(fā)展。 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，二十世紀(jì)四十年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)。隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動(dòng)技術(shù)，挖掘機(jī)有了適合它的傳動(dòng)裝置，為挖掘機(jī)的發(fā)展建立了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，是挖掘機(jī)技術(shù)上的一個(gè)飛躍 。同時(shí)，工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進(jìn)行大規(guī)模國(guó)土開(kāi)發(fā)的同時(shí)，也開(kāi)始進(jìn)行城市型土木施工，這樣，具有較長(zhǎng)的臂和桿，能裝上各種各樣的工作裝置，能行走、回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由動(dòng)作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和溝槽的挖掘機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。 1950年在意大利北部生產(chǎn)了第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)。第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)采用定量齒輪泵，中位開(kāi)式多路閥，工作壓力為9Mpa，所有執(zhí)行組件互相并聯(lián)連結(jié)。由單泵向6個(gè)執(zhí)行組件供油。由于早期液壓挖掘機(jī)主要采用了定量齒輪泵，不能按需改變供油流量，無(wú)法充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，因此其能量損失很大，不能滿足挖掘機(jī)復(fù)合動(dòng)作的復(fù)雜要求，且可操縱性差。另外，早期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓組件，配套件也不齊全，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定。從二十世紀(jì)六十年代到八十年代中期，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入了推廣和蓬勃發(fā)展的階段，各國(guó)挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。1968-1970年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量己經(jīng)達(dá)到挖掘機(jī)總產(chǎn)量的83%，其時(shí)對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的研究也已經(jīng)十分成熟，液壓挖掘機(jī)已經(jīng)具有了同步控制系統(tǒng)和負(fù)載敏感系統(tǒng)L。 自第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)誕生以來(lái)的160多年當(dāng)中，挖掘機(jī)一直在不斷地飛躍發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相對(duì)成熟穩(wěn)定的階段。目前國(guó)際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，對(duì)其控制方式不斷改進(jìn)和革新，使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合過(guò)程控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無(wú)線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的前提。 據(jù)有關(guān)專家估算，全世界各種施工作業(yè)場(chǎng)約有65%至70%的土石方工程都是由挖掘機(jī)完成的。挖掘機(jī)是一種萬(wàn)能型工程機(jī)械，目前已經(jīng)無(wú)可爭(zhēng)議地成為工程機(jī)械的第一主力機(jī)種，在世界工程機(jī)械市場(chǎng)上己占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴(kuò)大。挖掘機(jī)的發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，其液壓系統(tǒng)已成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機(jī)需要大幅度的技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)創(chuàng)新是液壓挖掘機(jī)行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面，挖掘機(jī)產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以對(duì)其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 2.2 國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)整體發(fā)展水平較國(guó)外緩慢，在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的理論還比較薄弱。 國(guó)內(nèi)大部分挖掘機(jī)企業(yè)在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)技術(shù)方面的研究具有一定基礎(chǔ)，但由于采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖掘機(jī)產(chǎn)品在性能、質(zhì)量、作業(yè)效率、可靠性等方面均較差，因此采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖掘機(jī)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上基本失去了競(jìng)爭(zhēng)力，取而代之的是采用各種高新技術(shù)的國(guó)外挖掘機(jī)產(chǎn)品。先進(jìn)的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)都被國(guó)際上一流的生產(chǎn)企業(yè)壟斷，國(guó)內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的研究幾乎是空白，這樣國(guó)內(nèi)的挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家就無(wú)法獨(dú)立制造出性能優(yōu)異的挖掘機(jī)，絕大部分的市場(chǎng)份額都被國(guó)外各種品牌的挖掘機(jī)所占據(jù)。以20t級(jí)的中型液壓挖掘機(jī)為例，國(guó)產(chǎn)20t級(jí)挖掘機(jī)大多數(shù)是歐洲80年代初的技術(shù)，同90年代初以來(lái)在國(guó)內(nèi)形成批量的日本小松、日立、神鋼以及韓國(guó)大宇、現(xiàn)代等機(jī)型相比，其主要差距柴油機(jī)功率偏低，液壓系統(tǒng)流量偏小，液壓系統(tǒng)特性差，導(dǎo)致平臺(tái)回轉(zhuǎn)速度低，行走速度低，各種性能參數(shù)均偏小，整機(jī)性能和作業(yè)效率較國(guó)外偏低。 2.3 國(guó)外挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 從20世紀(jì)60年代液壓傳動(dòng)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用在挖掘機(jī)上至今，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)己經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)成熟的階段。 目前國(guó)際上先進(jìn)的挖掘機(jī)產(chǎn)品的額定壓力大都在30MPa以上，并且隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢(shì)；流量通常在每分鐘數(shù)百升；功率在數(shù)百千瓦以上。如德國(guó)Orensttein&Koppe制造的目前世界上首臺(tái)最大的RH40。型全液壓挖掘機(jī)，鏟斗容量達(dá)42m3,液壓油源為18臺(tái)變量軸向柱塞泵，總流量高10200L/min，原動(dòng)機(jī)為2臺(tái)QSK60柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，總功率高達(dá)2014kW,由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，其各個(gè)功能部件都會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響.系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無(wú)限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并將疲勞損傷累積理論斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)強(qiáng)度研究方面，不斷提高設(shè)備的可靠性。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%，使用壽命超過(guò)1萬(wàn)小時(shí)。 2.4 國(guó)際挖掘機(jī)行業(yè)的趨勢(shì) 近幾年來(lái)，隨著液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴(kuò)大，世界上著名的挖掘機(jī)生產(chǎn)商紛紛采用各種高新技術(shù)，來(lái)提高自己挖掘機(jī)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力，主要表現(xiàn)在五個(gè)方面: (1) 開(kāi)式向閉式液壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變 采用三位六通閥，其特點(diǎn)是有兩條供油路，其中一條是直通供油路，另一條是并聯(lián)供油路。由于這種油路調(diào)速方式是進(jìn)油節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速同時(shí)起作用，其調(diào)速特性受負(fù)載壓力和油泵流量的影響，因此這種系統(tǒng)的操縱性能、調(diào)速性能和微調(diào)性能差。另外，當(dāng)液壓作用組件一起復(fù)合動(dòng)作時(shí)，相互干擾大，使得復(fù)合動(dòng)作操縱非常困難。由于挖掘機(jī)作業(yè)工程中要求對(duì)液壓組件能很好地控制其運(yùn)動(dòng)速度和進(jìn)行微調(diào)，而且在其工作的許多任務(wù)況下要求多個(gè)執(zhí)行組件完成復(fù)合動(dòng)作，而長(zhǎng)期以來(lái)使用的開(kāi)式液壓系統(tǒng)無(wú)法滿足挖掘機(jī)的調(diào)速和復(fù)合動(dòng)作的要求。近年來(lái)在國(guó)外的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)了閉式負(fù)載敏感系統(tǒng)(CLSS)。它可以采用一個(gè)油泵同時(shí)向所有液壓作用組件供油，每一個(gè)液壓作用組件的運(yùn)動(dòng)速度只與操縱閥的閥桿行程有關(guān)，與負(fù)載壓力無(wú)關(guān)，泵的流量按需提供，而且多個(gè)液壓作用組件同時(shí)動(dòng)作時(shí)相互之間干擾小，因此操縱性好是閉式液壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。這種系統(tǒng)非常符合挖掘機(jī)操作的要求，它操縱簡(jiǎn)單，對(duì)司機(jī)的操縱技巧要求低，在國(guó)際上己經(jīng)獲得較廣泛的使用，是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。目前日本小松公司已經(jīng)把大量挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)從開(kāi)式系統(tǒng)改為閉式系統(tǒng)了。 (2) 節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用 目前液壓挖掘機(jī)上典型的節(jié)能技術(shù)基本上有兩種。即負(fù)載敏感技術(shù)和負(fù)流量控制技術(shù)，目前液壓挖掘機(jī)都選用其中一種控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能要求。負(fù)載敏感技術(shù)是一種利用泵的出口壓力與負(fù)載壓力差值的變化而使系統(tǒng)流量隨之相應(yīng)變化的技術(shù)。德國(guó)曼內(nèi)斯曼(Mannesmann)公司研制的一種負(fù)載傳感系統(tǒng)，將其安裝在液壓系統(tǒng)中，可以控制一個(gè)或幾個(gè)液壓作用組件，而與對(duì)其施加的載荷無(wú)關(guān)。該系統(tǒng)不僅易于操縱，而且微動(dòng)控制特性很好。其最大的特點(diǎn)就是可以根據(jù)負(fù)載大小和調(diào)速要求對(duì)油泵進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)在按需供流的同時(shí)，使調(diào)速節(jié)流損失△P控制在很小的固定值，從而達(dá)到節(jié)能的目的lzs.e57負(fù)流量控制技術(shù)是通過(guò)位于主控制閥后面的節(jié)流閥建立的壓力對(duì)主泵的排量進(jìn)行調(diào)節(jié)的技術(shù)。日前以韓國(guó)現(xiàn)代(HYUNDAI)、日本小松(KOMATSU)和日本日立(HITACHI)為代表的許多國(guó)外著名品牌的挖掘機(jī)生產(chǎn)商都在自己的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中使用了負(fù)流量控制技術(shù)。這種控制技術(shù)具有穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、可靠性和維修性好等特點(diǎn)，但在起始點(diǎn)為重負(fù)荷下作業(yè)時(shí)，因流量與負(fù)載有關(guān)，所以可控制性較差。 (3) 提高負(fù)載能力和可靠性 為了提高挖掘機(jī)的負(fù)載能力，直接的方法是提高其液壓系統(tǒng)工作壓力、流量和功率。目前，國(guó)際上先進(jìn)的挖掘機(jī)產(chǎn)品的額定壓力大都在30MPa以上，并且隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢(shì);流量通常在每分鐘數(shù)百升;功率在數(shù)百千瓦以上。如德國(guó)Orensttein&Koppe制造的型全液壓挖掘機(jī)，鏟斗容量達(dá)42立方米液壓油源為18臺(tái)變量軸向柱塞泵，總流量高達(dá)100200L/min，原動(dòng)機(jī)為2臺(tái)QSK60柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，總功率高達(dá)2014kW,由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，其各個(gè)功能部件都會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響。系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無(wú)限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)強(qiáng)度研究方面，不斷提高設(shè)備的可靠性。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%，使用壽命超過(guò)1萬(wàn)小時(shí)。 (4) 重視操縱特性 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的操縱特性越來(lái)越受到重視。日前國(guó)際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操作和電氣控制，無(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合過(guò)程控制。各種高新技術(shù)的應(yīng)用，使得挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱特性大大提高。 (5) 電子一液壓集成控制成為當(dāng)前主要研究目標(biāo) 電子控制技術(shù)與液壓控制技術(shù)相結(jié)合的電子一液壓集成控制技術(shù)近年來(lái)獲得了巨大發(fā)展，特別是傳感器、計(jì)算機(jī)和檢測(cè)儀表的應(yīng)用，使液壓技術(shù)和電子控制有機(jī)結(jié)合，開(kāi)發(fā)和研制出了許多新型電液自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高了挖掘機(jī)的自動(dòng)化程度，推動(dòng)著挖掘機(jī)的迅猛發(fā)展。目前國(guó)外先進(jìn)品牌的挖掘機(jī)在電液聯(lián)合控制方面的研究己趨成熟。美國(guó)林肯一貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。日本住友公司生產(chǎn)的FJ系列五中新型號(hào)挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助的功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗，并延長(zhǎng)了零部件的使用壽命。 3方案擬定 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 1） 旋轉(zhuǎn)方向：順時(shí)針（從傳動(dòng)尾看） 2） 排量：63ml/r 3） 最高轉(zhuǎn)速：2600r/min 4） 控制方式：壓力、流量、恒功率控制 5） 輸入功率：30kw（2200rpm) 6） 容積效率≥92% 總效率≥87% 7） 注油量： 1.42L 3.2 方案擬定 在查閱資料對(duì)挖掘機(jī)工作裝置的研究，本次設(shè)計(jì)主要工作是完成液壓泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步選擇柱塞泵。 3.2.1 柱塞泵 柱塞泵是液壓系統(tǒng)的一個(gè)重要裝置。它依靠柱塞在缸體中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高壓、大流量和流量需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，在液壓挖掘機(jī)中起到了非常重要的作用，是其的一個(gè)重要的核心。 柱塞泵一般分為單柱塞泵、臥式柱塞泵、軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。 3.2.2軸向柱塞泵 軸向柱塞泵由于柱塞和柱塞孔都是圓形零件，加工時(shí)可以達(dá)到很高的精度配合，因此容積效率高。 軸向柱塞泵是采用配油盤(pán)配油，缸體旋轉(zhuǎn)，靠變量頭變量的斜盤(pán)式軸向柱塞泵。該泵采用液壓靜力平衡的最佳油膜厚度設(shè)計(jì)，使缸體與配油盤(pán)、滑靴與變量頭之間處于純液體摩擦下運(yùn)轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪音低、效率高、壽命長(zhǎng)和有自吸能力等優(yōu)點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)采用軸向柱塞泵。 軸向柱塞泵又分為斜軸式軸向柱塞泵與斜盤(pán)式軸向柱塞泵。軸向柱塞泵中的柱塞是軸向排列的。 1）當(dāng)缸體軸線和傳動(dòng)軸軸線重合時(shí)，稱為斜盤(pán)式軸向柱塞泵。 2）當(dāng)缸體軸線和傳動(dòng)軸軸線不在一條直線上，而成一個(gè)夾角γ時(shí)，稱為斜軸式軸向柱塞泵。 3.2.3 斜盤(pán)式軸向柱塞泵與斜軸式軸向柱塞泵的比較 1）斜盤(pán)式軸向液壓泵：柱塞受側(cè)向力作用，對(duì)缸體產(chǎn)生傾覆力矩，故斜盤(pán)角一般小于20度抗扭振性能好，集成化容易。變量機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)斜盤(pán)擺動(dòng)，慣性力小，變量響應(yīng)速度快。 圖3.1 斜盤(pán)式軸向液壓泵 2）斜軸式軸向液壓泵：柱塞不受側(cè)向力作用，缸體產(chǎn)生傾覆力矩較小，軸傾角可達(dá)25-30度.抗扭振性能不好，集成化困難。變量機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)缸體擺動(dòng)，變量響應(yīng)速度慢。 3.2.4 方案設(shè)定結(jié)論 圖3.2 斜盤(pán)式軸向液壓泵的結(jié)構(gòu) 根據(jù)以上所查及的資料及分析，本設(shè)計(jì)方案設(shè)定為用于挖掘機(jī)的斜盤(pán)式軸向柱塞泵。 4 執(zhí)行步驟 第一周 ：外文翻譯。 第二周～第四周 ：制訂課題研究方案，開(kāi)題報(bào)告。 第五周～第八周 ：液壓主泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第九周～第十周 ：機(jī)構(gòu)及其關(guān)鍵部件參數(shù)分析。 第十一周～第十三周 ：詳細(xì)裝配和零件設(shè)計(jì)。 第十三周～第十六周 ：撰寫(xiě)畢業(yè)論文。 第十七周 ：準(zhǔn)備答辯。 第十八周 ：答辯。 參考文獻(xiàn) [1] 王紅彬.國(guó)外液壓挖掘機(jī)新技術(shù)發(fā)展動(dòng)向．國(guó)外工程機(jī)械．1993.19 [2]?Gordon?S.?G.Beveridge?and?Robert?S.?Schrchter.?Optimization[M].?Theory?and?Practics，MeGraw-Hill?Book?Company，1970 [3]?楊培元,朱富元主編.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2002 [4]?霍培祥.斜盤(pán)式軸向柱塞泵設(shè)計(jì)[M].北京.煤炭工業(yè)出版社.1978 [5] Linde Hydraulic. Linde一Synchron一Control System, Techn. Beschreibung. Ausgabe. 1987 [6] 黃誼等. 液壓傳動(dòng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2000.9 [7]?許福玲. 陳堯明.液壓與氣壓傳動(dòng).北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2007 [8]?雷天覺(jué).液壓工程手冊(cè).北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1990 [9]?徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第5卷.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1992 [10] 李建啟.負(fù)載傳感系統(tǒng)壓力補(bǔ)償方案的分析比較.液壓氣動(dòng)與密封，1992.3 [11] 張利平,(等).液壓氣動(dòng)技術(shù)速查手冊(cè)[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2007 [12] 王伯平.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].第2版.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2007 [13] 楊文生.液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)[M].北京：電子工業(yè)出版社.2007 [14] 官忠范.液壓傳動(dòng)系統(tǒng).北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1989 [15] 許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動(dòng).北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2007