輪式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計論文】

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開題報告 學(xué)生姓名 馬杰 專 業(yè) 車輛工程 班 級 導(dǎo)教師姓名 何濤 職 稱 教授 工作單位 北華航天工業(yè)學(xué)院 課題來源 教師自擬題目 課題性質(zhì) 應(yīng)用研究 課題名稱 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計 本設(shè)計的科學(xué)依據(jù) （科學(xué)意義和應(yīng)用前景，國內(nèi)外研究概況，目前技術(shù)現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢等 ） 一、課題的目的與意義 裝載機(jī)械匯集了多種學(xué)科最先進(jìn)的技術(shù)，具有高效率、高精度、高自動化和高柔性的特點，裝載不再是離散型的生產(chǎn)，為了能夠提供整廠的交付能力，設(shè)備的連線變得更加重要，從技術(shù)的角度來看， 這是為了能夠更好地提供具有機(jī)械連接性、硬件、軟件一致性的需求。對于大量的生產(chǎn)，連線生產(chǎn)能夠提高其生產(chǎn)效率。此課題開設(shè)的意義在于要求我們掌握氣動技術(shù)從原理、元件至回路系統(tǒng)的液壓傳動技術(shù)所必需的基礎(chǔ)知識和分析問題的方法，為我們進(jìn)一步應(yīng)用液壓傳動技術(shù)，設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)打下堅實基礎(chǔ)。 二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 國產(chǎn)輪式裝載機(jī)正在從低水平、低質(zhì)量、低價位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價位、經(jīng)濟(jì)實用型過渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過渡，各主要廠家不斷進(jìn)行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新 ，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計雷同，無自己特色和優(yōu)勢的現(xiàn)狀，從低水平的無序競爭的怪圈中脫穎而出，成為裝載機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者。 大型和小型輪式裝載機(jī)，在近幾年的發(fā)展過程中，受到客觀條件及市場總需求量的限制。競爭最為激烈的中型裝載機(jī)更新速度將越來越快。根據(jù)各生產(chǎn)廠家的實際情況，重新進(jìn)行總體設(shè)計，優(yōu)化各項性能指標(biāo)，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度，使整機(jī)可靠性得到大步提高。細(xì)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如動力系統(tǒng)的減振、散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性能指標(biāo)優(yōu)化及各鉸點的防塵、工業(yè)造型設(shè)計等。利用電子技術(shù)及負(fù)荷傳感技術(shù)來實現(xiàn)變速箱的自動換擋及液壓 變量系統(tǒng)的應(yīng)用，提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機(jī)作業(yè)成本。提高安全性、舒適性。降低噪聲和排放，強(qiáng)化環(huán)保指標(biāo)。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，降低裝載機(jī)噪聲和排放的工作已迫在眉捷，現(xiàn)在許多大城市已經(jīng)制定機(jī)動車的噪聲和排放標(biāo)準(zhǔn)，工程建設(shè)機(jī)械若不符合排放標(biāo)準(zhǔn)，將要限制在該地區(qū)的銷售。廣泛利用新材料、新工藝、新技術(shù)，特別是機(jī)、電、液一體化技術(shù)，提高產(chǎn)品的壽命和可靠性。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 設(shè)計內(nèi)容和預(yù)期成果 （具體設(shè)計內(nèi)容和重點解決的技術(shù)問題、預(yù)期成果和 提 供 的 形式） 1、設(shè)計內(nèi)容 1、擬定裝載機(jī)液壓系統(tǒng)總體設(shè)計方案； 2、根據(jù)總體設(shè)計 方案設(shè)計計算有關(guān)技術(shù)參數(shù)并選型； 3、根據(jù)總體設(shè)計方案對裝載機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行布局設(shè)計。 2、預(yù)期成果 1、完成各流程的對比，解析其中的差距； 2、完成論文。 擬采取設(shè)計方法和技術(shù)支持 （設(shè)計方案、技術(shù)要求、實驗方法和步驟、可能遇到的問題和解決辦法等） (1)明確課題要求，查找收集相關(guān)資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計開題報告 ; (2)調(diào)查研究、分析課題要求，確定裝載機(jī)液壓系統(tǒng)總體設(shè)計方案 ; (3)根據(jù)總體設(shè)計方案設(shè)計計算有關(guān)技術(shù)參數(shù)并選型 ； (4)繪制裝載機(jī)液壓系統(tǒng)總體布局圖 ; (5)繪制裝載機(jī)液 壓系統(tǒng)原件安裝圖 ; (6)撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 實現(xiàn)本項目已具備的條件 （包括過去學(xué)習(xí)、研究工作基礎(chǔ)，現(xiàn)有主要儀器設(shè)備、設(shè)計環(huán)境及 協(xié) 作 條 件等） 1、 可以從圖書館借閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料； 2、 調(diào)查相關(guān)公司使用的裝載機(jī)液壓系統(tǒng)； 3、 了解各項工藝的技術(shù)要求； 4、 要了解裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的相關(guān)知識。 各環(huán)節(jié)擬定階段性工作進(jìn)度 (以周為單位 ) 1 明確設(shè)計任務(wù)和目標(biāo)。有關(guān)資料收集 ， 完成外文翻譯，相關(guān)知識學(xué)習(xí) ， 完成開題報告。 3 擬訂研究方案。 7 研究方案具 體實施 。 11撰寫計算說明書，完成圖紙繪制 。 13 撰寫設(shè)計論文 ， 相關(guān)表格填寫，申請答辯。 開 題 報 告 審 定 紀(jì) 要 時 間 地點 主持人 參 會 教 師 姓 名 職 務(wù)（職 稱） 姓 名 職 務(wù)（職 稱） 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 論 證 情 況 摘 要 記錄人： 指 導(dǎo) 教 師 意 見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教 研 室 意 見 教研室主任簽名： 年 月 日 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 摘 要 裝載機(jī)主要用來裝卸散狀物料，也能進(jìn)行輕度的鏟掘工作，并且具有良好的機(jī)動性能，是工程機(jī)械中保有量較大的品種之一。 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計是裝載機(jī)設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，它對裝載機(jī)的使用性能和裝載機(jī)在市場上的競爭力有著很大的影響。裝載機(jī)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(shè)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(jī)的工作裝置和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)都采取液壓傳動，本文 通過對工作裝置及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)工作要求和載荷分析對液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。主要包括對執(zhí)行元件，控制元件輔助元件的選擇、設(shè)計。 本文的設(shè)計，能夠使讀者對液壓系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)一步加深了解，同時從中可以體會到一些設(shè)計理念，為以后從事此類工作得到一些幫助。 關(guān)鍵詞： 裝載機(jī) 液壓傳動 液壓系統(tǒng)設(shè)計 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 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 買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 目 錄 摘 要 ................................................................................................................................... 1 ......................................................................................................................... 6 目 錄 ................................................................................................................................... 7 前言 ....................................................................................................................................... 1 第 1 章 裝載機(jī)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(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r .............................................................................................. 3 用現(xiàn)狀 ................................................................................................... 3 展動向 ................................................................................................... 4 章小結(jié) .............................................................................................................. 5 第 2 章 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計 ........................................................................................... 6 載機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求 .............................................................................. 6 述 ........................................................................................................... 6 式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)基本要求 ............................................................... 6 式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計已知參數(shù) .................................................................. 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(jī)構(gòu)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(shù) ................................................................................ 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(jié)構(gòu)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 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 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(jù)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(jié) ............................................................................................................ 23 第 3 章 動臂液壓缸的設(shè)計 ............................................................................................. 24 壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)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(qiáng)度及穩(wěn)定性驗算 .................................................................... 27 塞桿強(qiáng)度驗算 ..................................................................................... 27 塞桿穩(wěn)定性驗算 ................................................................................. 27 章小結(jié) ............................................................................................................ 28 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 29 致謝語 ................................................................................................................................. 30 1 前言 裝載機(jī)是一種常用的鏟土運輸機(jī)械 ，廣泛應(yīng)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(shè)速度，減輕勞動強(qiáng)度，提高工程質(zhì)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(jī)在國內(nèi)外均得到了迅猛的發(fā)展，已成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。 裝載機(jī)是一種常用的鏟土運輸機(jī)械，廣泛應(yīng)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(shè)速度，減輕勞動強(qiáng)度，提高工程質(zhì)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(jī)在國內(nèi)外均得到了迅猛的發(fā)展，已成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。 如國外工程機(jī)械產(chǎn)品在集成電路、微處理 器、微型計算機(jī)及電子監(jiān)控技術(shù)等方面都有廣泛的應(yīng)用，一些節(jié)能新技術(shù)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(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，我國工程機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展走勢應(yīng)是：大力發(fā)展機(jī)電一體化產(chǎn)品，實現(xiàn)裝載機(jī)工作狀態(tài)的自動監(jiān)測和控制，實現(xiàn)平地機(jī)的激光導(dǎo)平自動控制，實現(xiàn)在有毒、有危險環(huán)境下工程機(jī)械作業(yè)的遙控，大力提高產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和技術(shù)水平，大力發(fā)展工程機(jī)械品種，加強(qiáng)新技術(shù)的應(yīng)用，改善駕駛員的工作條件。裝載機(jī)：應(yīng)開發(fā)性能優(yōu)良的裝載機(jī)，如斗容量大、發(fā)動機(jī)功率大、掘起 力大、傾翻負(fù)荷大、牽引力大、廢氣排放少的裝載機(jī)，應(yīng)開發(fā)機(jī)電一體化技術(shù)、電子計算機(jī)技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)水平高的裝載機(jī)，應(yīng)開發(fā)作業(yè)可靠性好、安全性高、舒適性好的產(chǎn)品，應(yīng)開發(fā)可裝載、可抓物、可側(cè)卸、可起重的經(jīng)濟(jì)性好的一機(jī)多用型產(chǎn)品。有前途的產(chǎn)品是：輪式裝載機(jī)、大型裝載機(jī)、中小型多用途輪式裝載機(jī)、微小型裝載機(jī)、機(jī)電一體化輪式裝載機(jī)。 小型多功能裝載機(jī)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(xiàn)有的不太適合市政施工的大型機(jī)械，如裝載機(jī)、履帶式挖掘機(jī)等。另外，機(jī)場、港口、碼頭、 礦山、軍用設(shè)施、石油與煤氣管道鋪設(shè)等行業(yè)領(lǐng)域的建設(shè)和維護(hù)也是挖掘裝載機(jī)用武之地。它可以實現(xiàn) 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(jī)多用，經(jīng)濟(jì)實用，擁有很好的市場開發(fā)前景。 2 第 1 章 裝載機(jī)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(jī)帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)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(jīng)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(zhì) ; 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(zhì)在控制介質(zhì)中受控，調(diào)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(shè)備：將機(jī)械能轉(zhuǎn)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(shè)備的實施：油的液壓能量可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能裝置，可以是液壓缸的直線運動，可用于旋轉(zhuǎn)運動液壓馬達(dá) ; 3）調(diào)節(jié)裝置的控制：系統(tǒng)的油壓，流量或方向來控制或調(diào)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(chǎn)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(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的尺寸和重 量只有等效功率馬達(dá)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(yīng)快，易于實現(xiàn)快速啟動，制動和頻繁換向。在往復(fù)式旋轉(zhuǎn)運動中，液壓裝置的換向頻率可高達(dá)每分鐘 500 次，每分鐘達(dá)到 1000 次。 3）液壓裝置可實現(xiàn)無級調(diào)速范圍廣（速度范圍高達(dá) 1： 2000），也可在液壓裝置中進(jìn)行速度控制。 4）液壓傳動容易實現(xiàn)自動化，因為它是液壓，流量和流向的控制或調(diào)節(jié)，操作非常方便。結(jié)合液壓控制和電氣控制或氣動控制，可以實現(xiàn)復(fù)雜的順序和遠(yuǎn)程控制。 5）液壓裝置容易實現(xiàn)過載保護(hù)。液壓元件可自動潤滑，使用壽命更長 。 6）由于液壓元件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化和多功能化，液壓系統(tǒng)的設(shè)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(xiàn)自動運動，比機(jī)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(yán)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(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 用現(xiàn)狀 液壓傳動和氣動傳動，統(tǒng)稱為流體傳動，連同機(jī)械傳動和電氣傳動構(gòu)成了現(xiàn)代工業(yè)中使用的三大傳動方式。 液壓傳動是機(jī)械傳動的新技術(shù)。從 300 多年前開始，帕斯卡爾提出了靜壓傳動原理， 4 18 世紀(jì)末英國制造的液壓機(jī)開始計數(shù)，液壓傳動已經(jīng)有了二三百年的歷史。但是液壓驅(qū)動受到普遍關(guān)注，適用于國民經(jīng)濟(jì)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(xiàn)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(yīng)用。特別是高精度，快速響應(yīng)伺服閥，液壓技術(shù)的應(yīng)用正在迅速發(fā)展。在 20世紀(jì) 70 年代末到 80 年代后期，山地電子計算機(jī)的飛速發(fā)展，推動了液壓技術(shù)進(jìn)入數(shù)控液壓伺服技術(shù)時期。一般認(rèn)為電子技術(shù)與液壓技術(shù)的結(jié)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(jié)構(gòu)簡單，功率大，無級調(diào)速，定位精度高等優(yōu)點。因此，不僅廣泛應(yīng)用于機(jī)床工程機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械，汽車，冶金，航空航天等領(lǐng)域。行業(yè)部門也在輕工機(jī)械 中也得到廣泛應(yīng)用。同時，隨著原子能的飛速發(fā)展，空間技術(shù)，電子技術(shù)等方面的液壓技術(shù)不斷向更深層次，更廣泛的發(fā)展領(lǐng)域發(fā)展。 近 20 年液壓技術(shù)的發(fā)展極快，新元，配件不斷出現(xiàn)。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(shù)字閥等。應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，如太陽跟蹤系統(tǒng)，高層建筑地震系統(tǒng)采用液壓技術(shù)。之前，中國的液壓元件系列已經(jīng)比較完整，正在接近 準(zhǔn)。許多工廠制造或引進(jìn)了大量液壓傳動設(shè)備和生產(chǎn)線，實現(xiàn)了自動半自動控制的生產(chǎn)過程。 展動向 隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，液壓元件 的結(jié)構(gòu)和性能要求越來越高，看國內(nèi)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(jī)械自動化程度的不斷提高，組件數(shù)量急劇增加，因此部件小型化，系統(tǒng)集成已成為液壓技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。為了實現(xiàn)小而輕的口腔，液壓系統(tǒng)的壓力趨于高壓，如國外工程機(jī)械到 35進(jìn)：航空配件進(jìn)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(xiàn)趨勢，對材料科學(xué)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(jié)合電子技術(shù) 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(shù)方面，現(xiàn)在一般對比例電磁閥和數(shù)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(qiáng)，易于制造，維護(hù)使用方便。 降低能源消耗是當(dāng)前液壓技術(shù)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(fù)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(shù)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(jìn)行了大量的研究。 為提高液壓產(chǎn)品的可靠性，人們越來越重視可靠性技術(shù)的研究與應(yīng)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(shè)備和系統(tǒng)可靠性預(yù)測技術(shù)研究。 章小結(jié) 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(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)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(yīng) 快，容易快速起動，制動和頻繁換向。 液壓系統(tǒng)正在改進(jìn)中，正在朝著體積小，重量輕，集成化的方向改進(jìn)，勢必對行業(yè)的未來有相當(dāng)?shù)耐苿恿Α? 6 第 2 章 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計 載機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求 述 裝載機(jī)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(jī)動性是廣泛應(yīng)用的液壓工程機(jī)械。 裝載機(jī)的行走裝置都采用液壓機(jī)械傳動，其液壓操縱的換檔變速箱得到廣泛應(yīng)用 ;裝載機(jī)的工作裝置為動臂和鏟斗，多數(shù)為裝在機(jī)架上的四連桿機(jī)構(gòu)；他和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)都采用液壓傳動。因此裝載機(jī)的液壓系統(tǒng) 由工作裝置、液壓動力轉(zhuǎn)向組成。工作裝置系統(tǒng)又包括動臂升降液壓缸回路和轉(zhuǎn)斗液壓缸回路，兩者構(gòu)成串并聯(lián)回路。 式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)基本要求 液壓系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)從實際出發(fā)，引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)，除主機(jī)應(yīng)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(jié)構(gòu)簡單，可靠，并且維護(hù)了一些被接受的設(shè)計原則。 要求液壓系統(tǒng)能實現(xiàn)工作裝置鏟裝、提升、保持和傾斜等動作。轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)采用鉸接轉(zhuǎn)向，要求液壓系統(tǒng)實現(xiàn)鉸接車架折腰轉(zhuǎn)向車架。設(shè)計的目的是充分滿足總體設(shè)計的要求，實現(xiàn)各種不同工作裝置的動力傳動或控制功能。設(shè) 計的原則是利用先進(jìn)的機(jī)電液控制和傳動技術(shù)，選擇國際知名品牌的液壓傳動元件優(yōu)化組合，提供先進(jìn)可靠的系統(tǒng)配置。 式裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計已知參數(shù) 1) 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)行能耗限速，用制動法進(jìn)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(fù)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(jī)拖動時，限速及制動過程中拖動電機(jī)能向電網(wǎng)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(dá)。前者實現(xiàn)直線運動，后者完成回轉(zhuǎn)運動。 本機(jī)動作機(jī)構(gòu)均為單純的直線往復(fù)運動。各直線運動機(jī)構(gòu)均為單活塞桿雙 作用液壓缸直接驅(qū)動。 機(jī)構(gòu)液壓回路的確定 1) 轉(zhuǎn)斗動作回路確定 這種機(jī)體的作用主要是通過閥門的有機(jī)結(jié)合達(dá)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(xiàn)鏟斗放開，向前和鎖定。 應(yīng)在鏟斗油缸的小油室回路中設(shè)置雙作用安全閥。在吊臂提升過程中，由于不協(xié)調(diào)的運動，磚和鏟斗的連桿機(jī)構(gòu)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(dāng)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(dāng)產(chǎn)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(jī)構(gòu)要求通過換向閥的控制，實現(xiàn)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(jìn)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(diào)性能。 液壓缸通過雙泵進(jìn)油，流量可達(dá) 320L / 上升和下降狀態(tài)可以控制閥門開度的大小 來實現(xiàn)油門速度。 9 圖 2臂動作液壓回路 3) 轉(zhuǎn)向液壓回路的確定 裝載機(jī)的運行周期短，動作應(yīng)靈活，這一特點決定了轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求敏感。 裝載機(jī)需要穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向速度，這是進(jìn)入轉(zhuǎn)向油缸所需的油流量恒定的，液壓缸主要從液壓泵轉(zhuǎn)向泵，當(dāng)發(fā)動機(jī)受其他負(fù)載轉(zhuǎn)速影響時，會影響轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)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(jī)械，變速箱換檔的離合器、制動器的操縱油泵和行駛轉(zhuǎn)向操縱油泵有發(fā)動機(jī)驅(qū)動。發(fā)動機(jī)熄火，這些油泵也都不運轉(zhuǎn)，因此無壓力油，變速箱處于空檔位置，無法進(jìn)入各檔，也不能操縱轉(zhuǎn)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(jī)械由于啟動系統(tǒng)故障或其他原因發(fā)動機(jī)不能 啟動時，就很難用其他機(jī)器拖動它。 發(fā)動機(jī)熄火時，油壓轉(zhuǎn)向系是不起作用的，也不能利用發(fā)動機(jī)制動。因此一旦發(fā)動機(jī)熄火就不能拖走，這對設(shè)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(shè)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(zhuǎn)向操縱油泵各一個， 10 與行走部分（車輪）相連接，只要車輪轉(zhuǎn)動，這兩個油泵就轉(zhuǎn)動，供給壓力油操縱換檔和轉(zhuǎn)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(shè)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(nèi)容：通過仔細(xì)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(nèi)外比較成熟的同類系統(tǒng)。根據(jù)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(jié)構(gòu)簡單，并且盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)壓力之間的關(guān)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(shè)計經(jīng)濟(jì)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(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外負(fù)載。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運動速度和結(jié)構(gòu)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(fù)直線運動的液壓缸上的總負(fù)載由工作負(fù)載、導(dǎo)軌摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載、重力負(fù)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(fù)，相反為正。 2) 導(dǎo)軌摩擦負(fù)載 于水平導(dǎo)軌 (2式中 G—— 運動部件所受的重力， N； 外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力， N； μ—— 摩擦系數(shù) ,對于鑄鐵導(dǎo)軌 μ=動導(dǎo)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(jī)械一般取 Δv/Δt= 以上三種載荷之和稱為液壓缸的外負(fù)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(zhì)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(jī)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(zhuǎn)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(jù)載荷和設(shè)備類型。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)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(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗的經(jīng)濟(jì)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(zhì)、密封性、精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定尺寸不太受限制的設(shè) 備，壓力可以選低一些，設(shè)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(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類型 磨床 組合機(jī)床 門刨床 拉床 小型工程機(jī)械 大中型挖掘機(jī) 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(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸的鋼筒內(nèi)徑、活塞桿直徑及有效面積是主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。計算方法是：先由最大負(fù)載和選取的設(shè)計壓力及估取的，液壓缸的有關(guān)設(shè)計參數(shù)如圖 214 圖 2壓系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù) 這里要確定的參數(shù)是液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑。 由圖 2得 (2式中 進(jìn)油腔壓力， 進(jìn)油腔有效面積， F—— 液壓缸總負(fù)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(jù)系統(tǒng)的特點及調(diào)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(jìn)行設(shè)計，必須先選定背壓 活塞桿直徑 d 與液壓內(nèi)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(jié)構(gòu) 背壓 /、低壓系統(tǒng) 簡單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 油路帶調(diào)速閥的調(diào)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(jī)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(nèi)徑為 (2單桿液壓缸 各個回路的背壓值均選為 0。 1) 確定轉(zhuǎn)斗油缸的內(nèi)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(nèi)徑及活塞桿直徑 由式 (2求動臂油缸內(nèi)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(zhuǎn)向油缸的 內(nèi)徑及活塞桿直徑 由式 (2轉(zhuǎn)向油缸內(nèi)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(zhuǎn) 斗油缸流量 定 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向油缸流量 定 轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)的性質(zhì)有關(guān)。 通常有兩種情況：一種是在執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)中的最大工作壓力出現(xiàn)在運動狀態(tài)（例如組合機(jī)）。 對于第一種情況，液壓泵的最大工作壓力是執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(yīng)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)在進(jìn)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(dá)之間總的管路損失， ΣΔp 的準(zhǔn)確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進(jìn)行，初算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵瘟魉俨淮蟮模?ΣΔp=（ 路復(fù)雜進(jìn)口油調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)，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(diào)速的系統(tǒng)，還應(yīng)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