裝載機的液壓系統(tǒng)設計

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1、河南理工大學 畢業(yè)設計（論文） 裝載機的液壓系統(tǒng)設計 學院：機械學院 班級：機制本07-4班 姓名：宗寬民 學號：320704010430 中文摘要：輪式裝載機屬于鏟土運輸機械類，為了滿足鏟掘能力和快速裝卸等方面的要求，裝載機廣泛采用液壓裝置，以提高裝載機的工作性能和勞動生產(chǎn)率。 English Abstract：Wheel loaders are the shoveling transport machinery, in order to meet the capacity of backh

2、oe excavation and rapid handling requirements, etc., hydraulic are widely used in loader in order to improve the performance of the work of loaders and labor productivity. 目錄 1.緒論 1.1前言 1.1.1 裝載機概述 1.2 國內(nèi)外裝載機液壓系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1.2.1我國裝載機液壓系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.2國外裝載

3、機液壓系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.3輪式裝載機設計的發(fā)展趨勢 1.2.4設計任務和要求 1.3課題的研究內(nèi)容和主要工作 1.4課題的理論意義和應用價值 2 液壓系統(tǒng)的設計 2.1 概述 2.1.1 液壓系統(tǒng) 2.1.2 裝載機對液壓元件性能的要求 2.2 工作裝置液壓系統(tǒng)設計 2.2.1 擬定液壓原理圖 2.2.2 工作裝置液壓系統(tǒng)計算。 2.3 裝載機液壓轉向回路 2.3.1 概述 2.3.2 轉向液壓系統(tǒng)計算 2.4 液壓附件的選取 2.5 液壓傳動系統(tǒng)的安裝與維護 2.5.1 各種液壓元件的安裝 2.5.2 液壓元件的維護 2.6 本章小結 結論 參

4、考文獻 致謝 正文 1緒論 1.1概述 1.1.1 裝載機概述 輪式裝載機有兩種基本形式：一種是整體式，多數(shù)具有推壓機構，前橋驅(qū)動，后輪轉向；另一種是鉸接式的，普遍采用雙橋驅(qū)動，八字油缸前后橋轉向。后一種是目前大、中型裝載機的發(fā)展方向。目前大部分輪式裝載機的行走機構都采用液力機械傳動，液壓操縱的變速箱得到了越來越廣泛的應用。但是液壓傳動地盤在中、小型裝載機也有所采用，并逐漸表現(xiàn)出它的優(yōu)越性。 圖1.1 輪式裝載機 裝載機的工作裝

5、置多數(shù)是裝在機架上的四連桿機構，它和轉向機構同為液壓傳動。所以裝載機的整個液壓系統(tǒng)，一般有工作裝置、液壓轉向和動力換擋變速箱操縱三部分油路組成。如采用液壓驅(qū)動行走機構的全液壓裝載機，則由四部分油路組成。 輪式裝載機液壓系統(tǒng)設計與其他液壓傳動系統(tǒng)一樣，都是為了滿足作業(yè)負載對液壓執(zhí)行機構所提出的各種性能要求（主要是力和運動方面的工作要求），必須設計相應的由各種液壓元件組成的、能滿足執(zhí)行機構性能的液壓系統(tǒng)。這個液壓系統(tǒng)由液壓執(zhí)行部分、控制部分、能源部分和輔助部分組成，而各部分之間由各種油管連接。 1.液壓系統(tǒng)的組成： 一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)

6、行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。 ①動力元件的作用是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結構形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。葉片泵運動平穩(wěn)、噪聲小、容積效率高，但其工作壓力低，吸油能力差，對液壓油的污染比較敏感，僅用在小型裝載機上。柱塞泵由于工作壓力較高，轉速高和容積效率較高，在結構上容易實現(xiàn)變量等優(yōu)點，在大型裝載機上得到應用。齒輪泵成本低、體積小、工作可靠、對液壓油的污染不太敏感，廣泛應用在各種類型的裝載機上。隨著科技水平的提高，齒輪泵向高壓化發(fā)展，在國外其最高工作壓力已達到21~25Mpa,預計它的應用還將進一步擴大。 ②執(zhí)行

7、元件（如液壓缸和液壓馬達）的作用是將液體的壓力能轉換為機械能，驅(qū)動負載做往復直線運動或回轉運動。裝載機在工作時塵土大，油缸往復動作頻繁，油缸活塞桿暴露在外面，并直接承受沖擊，故對油缸的耐壓、耐磨、耐熱和密封都有較高的要求。另外還要求油缸的內(nèi)、外泄露要少。外部泄露使工作裝置動作遲緩，并且容易使塵土侵入；內(nèi)部泄露則造成工作裝置軟弱無力、鏟斗位置自動傾斜，特別是裝載機滿載運輸時，由于動臂油缸內(nèi)部泄露使動臂下落，造成鏟斗中物料的撒落。 ③控制元件（即各種液壓閥）在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可以分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥（

8、安全閥）、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流節(jié)流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關控制閥、定值控制閥和比例控制閥。 ④輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位油溫表等。由于裝載機本身的振動大，經(jīng)常連續(xù)作業(yè)，液壓系統(tǒng)油溫比較高，尖峰壓力大，所以對油管和接頭提出耐熱、耐壓、耐振的要求。據(jù)國外資料介紹，裝載機用油管需以1.5倍的工作壓力作為尖峰壓力做100萬次脈沖試驗，并且具有承受最高工作壓力3倍以上的耐壓強度才算合格。 ⑤液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等

9、幾大類。 2.液壓系統(tǒng)的類型： 從不同的角度出發(fā)，可把液壓系統(tǒng)分成不同的形式。 ①按油液的循環(huán)方式，液壓系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)是指液壓泵從油箱吸油，油經(jīng)各種控制閥后，驅(qū)動液壓執(zhí)行元件，回油再經(jīng)過換向閥回油箱。這種系統(tǒng)結構較為簡單，可以發(fā)揮油箱的散熱、沉淀雜質(zhì)作用，但因油液常與空氣接觸，使空氣易于滲入系統(tǒng)導致機構運動不平穩(wěn)等后果。開式系統(tǒng)油箱大，油泵自吸性能好。閉式系統(tǒng)中液壓泵的進油管直接與執(zhí)行元件的回油管相連，工作液體在系統(tǒng)的管路中進行封閉循環(huán)。其結構緊湊，與空氣接觸機會少，空氣不易滲入系統(tǒng)，故傳動較平穩(wěn)。工作機構的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵和馬達的變量機構實現(xiàn)，避免了開式系

10、統(tǒng)換向過程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)復雜，因無油箱，油液的散熱和過濾條件較差。為補償系統(tǒng)中的泄漏，通常需要一個小流量的補油泵和油箱。由于單桿雙作用油缸大小腔流量不等，在工作過程中會使功率利用下降，所以閉式系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般為液壓馬達。 ②按系統(tǒng)中液壓泵的數(shù)目，可分為單泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)。單泵系統(tǒng)由一個液壓泵供油給動力轉向和工作裝置。該系統(tǒng)有一定的功率損失，僅適用與小型裝載機上使用。多泵系統(tǒng)有兩個或兩個以上液壓泵供油給動力轉向和工作裝置。大、中型裝載機為了更合理地利用功率，縮短作業(yè)循環(huán)時間，提高生產(chǎn)率，目前多采用多泵系統(tǒng)。一般由工作裝置液壓泵、轉向泵和輔助泵組成兩個液壓

11、回路：工作裝置液壓回路和轉向液壓回路。而這兩個回路是通過輔助泵聯(lián)系起來的，它通過流量控制閥把油液分配給轉向或工作油路。 ③按所用液壓泵形式的不同，可分為定量泵系統(tǒng)和變量泵系統(tǒng)。變量泵的優(yōu)點是在調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)，可以充分利用發(fā)動機的功率，但其結構和制造工藝復雜，成本高，可分為手動變量、伺服變量、壓力補償變量、恒壓變量、液壓變量等多種方式。 ④按向執(zhí)行元件供油方式的不同，可分為串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)中，上一個執(zhí)行元件的回油路即為下一個執(zhí)行元件的進油，每通過一個執(zhí)行元件壓力就要降低一次。在串聯(lián)系統(tǒng)中，當主泵向多路閥控制的各執(zhí)行元件供油時只要液壓泵的出口壓力足夠，便可以實現(xiàn)各執(zhí)行元件的運動的復合

12、。但由于執(zhí)行機構的壓力是疊加的，所以克服外載荷能力將隨執(zhí)行元件數(shù)量的增加而降低。 并聯(lián)系統(tǒng)中，當一臺液壓泵向一組執(zhí)行元件供油時，進入各執(zhí)行元件的流量只是液壓泵輸出流量的一部分。流量的分配隨各件上外載荷的不同而變化，首先進入外載荷較小的執(zhí)行元件，只有當各執(zhí)行元件上外載荷相等時，才能實現(xiàn)同時動作。 3.工作裝置液壓系統(tǒng) 裝載機主要用來對散裝物料進行鏟裝、搬運、卸載及平整場地等作業(yè)，也可用來進行輕度鏟掘工作，是使用十分廣泛的一種工程機械。其主要工作裝置是動臂與鏟斗。輪式裝載機的基本動作是：將鏟斗插入物料，向后翻轉鏟斗，保持載荷，提升物料到一定的高度，將載荷運輸?shù)叫逗傻牡攸c，傾卸，然后再回到

13、裝料處，如此循環(huán)作業(yè)。裝載機工作裝置應能有效地完成物料的提升和鏟斗的翻轉。 4.裝載機液壓轉向回路 裝載機的特點是靈活、作業(yè)周期短，這一特點就決定了它轉向頻繁。同時，隨著裝載機日趨大型化，完全依靠人的體力轉向是很困難的，甚至是無法實現(xiàn)的。為了改善作業(yè)時的勞動強度，提高生產(chǎn)率，目前輪式裝載機基本上都采用液壓轉向。它具有質(zhì)量輕，結構緊湊，對地面沖擊起緩沖作用，動作迅速等優(yōu)點。 5.轉向機構布置 ZL50型裝載機都是鉸接式車架，利用八字油缸伸縮使前后車架曲折實現(xiàn)轉向。 圖 1-前車架；2-后車架；3-鉸接中心；4-前橋；5-后橋；6-后橋擺動軸；7、8

14、-左右轉向油缸；9-隨動閥；10-轉向桿；11-轉向垂臂；12-隨動桿 轉向液壓系統(tǒng)圖 所示的轉向機構，由轉向盤到轉向閥的連桿是安裝在前車架，而轉向閥則固定在后車架。當把轉向盤向右旋轉時，連桿沿箭頭方向運動，拉出轉向滑閥，壓力油流入A腔、從B腔回油進入油箱，于是前、后車架以中心銷為軸向右偏轉，其結果轉向閥體向閥芯被拉出的方向移動，當移動的距離和閥芯被拉出的距離相等時，則轉向閥恢復中位。使閥體跟隨閥芯始終要保持中位狀態(tài)，前、后車架偏轉至轉向閥芯恢復中位時為止。此時車架轉角為轉向盤轉動停止時的相應角度。 6.轉向油路分析 轉向液壓系統(tǒng)可

15、分為常流系統(tǒng)和常壓系統(tǒng)。轉向系統(tǒng)中供油量不變的稱常流系統(tǒng)。常流系統(tǒng)中，如果液壓泵輸出的流量超過轉向所需要的流量，則多余油經(jīng)溢流閥返回油箱，這時有功率損失。當轉向閥處于中位時，液壓泵輸出的油通過轉向閥回油箱卸荷。常流系統(tǒng)的特點是結構簡單，成本低，如果合理設計可使功率損失減小，并能獲得良好的轉向性能，是工程機械上廣泛采用的一種形式。 與常流系統(tǒng)對應的還有常壓系統(tǒng)，即液壓系統(tǒng)壓力為恒定值，可用變量泵獲得常壓，但結構復雜，成本高。一般可采用定量泵-蓄能器系統(tǒng)獲得常壓，由于采用了蓄能器，價格比常流系統(tǒng)要高，蓄能器在整車布置上也困難，使用中還要隔一定時間充一次氮氣，也比較麻煩。所以常壓系統(tǒng)不如常流系統(tǒng)應

16、用廣泛。 常流轉向系統(tǒng)，不管轉向條件如何變化，液壓轉向機構應具有穩(wěn)定的動力特性和速度特性。轉向液壓缸行程與轉向盤轉角要成比例。另外還要保證轉向速度恒定，為此要求供油量也應恒定。輪式裝載機上液壓轉向系統(tǒng)多采用定量泵供油，而驅(qū)動液壓泵的發(fā)動機轉速在工作過程中變化很大（600~1600r/min），因此液壓泵的輸出流量也隨之變化。如果在發(fā)動機低轉速時保證足夠的供油量，則在高轉速時將造成供油量過大。為解決這個矛盾，保證有較穩(wěn)定的轉向速度，在液壓轉向系統(tǒng)中可設置穩(wěn)流閥。它的作用是保證齒輪泵工作過程中供給轉向系統(tǒng)的流量能保持一定，即轉向系統(tǒng)獲得的流量不因發(fā)動機的轉速或道路阻力的變化而變化。 轉向系統(tǒng)首

17、先要求具有穩(wěn)定的轉向速度，也就是進入轉向油缸的壓力油必須流量穩(wěn)定。ZL50型輪式裝載機轉向油缸的壓力油主要來自CB-46轉向齒輪油泵。定量油泵只有在發(fā)動機一定轉速下才能獲得最理想的轉向速度。但在實際上做不到這一點，發(fā)動機總是在怠速到最高轉速間經(jīng)常變化。所以，為了得到轉向流量不隨發(fā)動機轉速變化而變化的方法有兩個。一個是采用流量大的轉向油泵，使發(fā)動機在怠速時，也能供應轉向所需的流量，以獲得穩(wěn)定的轉向速度，而改善轉向性能。但是，這樣能量損耗太大，發(fā)動機轉速增高時多余壓力油通過流量控制閥流回油箱，而構成主要的功率損失，造成系統(tǒng)發(fā)熱。所以這種方式在中、小型裝載機中采用較多。 另一個是組合油路，這種組合

18、油路中將常規(guī)的工作裝置油泵分成兩個油泵，保持兩個油泵輸出的流量總和，仍能在發(fā)動機高轉速下滿足工作裝置的要求。如ZL50型裝載機原來工作裝置一個油泵供油量為320L/min。所謂組合油路，就是通過輔助油泵和流量控制閥將工作油路和轉向油路聯(lián)系起來。從輔助油泵輸出的流量根據(jù)發(fā)動機的轉速由流量控制閥自動控制流向轉向回路或工作回路。低速時輔助油泵的全部輸出流量流入轉向油路，與轉向液壓泵合在一起供應轉向所需流量，工作主泵單獨供應工作油路；中速時同時供給轉向油路和工作油路；高速時全部供給工作油路，工作主泵和輔助油泵合在一起供給工作裝置。 為了設計適合裝載機工況的液壓系統(tǒng)，有必要了解一下裝載機的

19、適用條件。裝載機的適用條件如下。 a) 輪式裝載機是在露天環(huán)境下進行工作的，對于不同的地帶和季節(jié)，氣溫變化是非常大的。所以液壓系統(tǒng)中冷卻和加熱就成為不可忽視的問題。 b) 負載繁重，并且負載的范圍也很大。由于裝載機沖擊力的作業(yè)多，液壓系統(tǒng)可能承載過大的負載。如果在設計中不考慮過載的話，就可能使系統(tǒng)由于壓力沖擊而損壞。 c) 在工地上空氣中含灰塵量極大，對液壓系統(tǒng)有較高的密封要求，否則降低液壓元件的使用壽命。 根據(jù)裝載機工作裝置主要運動和使用條件，其基本要求如下。 ① 工作性能好。應保證工作裝置具有較高的生產(chǎn)率，在運動過程中平穩(wěn)，盡量減少沖擊。 ② 壽命長、可靠性高。應特別注意防止油

20、液污染問題，以及保證液壓元件和輔助裝置在高溫或低溫條件下工作的可靠性和提高使用壽命。此外，還應考慮壓力成倍的增加和頻繁的急劇變化等。 ③ 操作性能好。裝載機與機床不同，機床是自動運轉和用電磁閥間接地進行操縱裝載機是靠人的手來直接操縱的。所以必須具有良好的操作性能。 ④ 工作安全可靠。 ⑤ 易于安裝、維修和保養(yǎng)。 7.液壓系統(tǒng)形式： 液壓系統(tǒng)的形式，是根據(jù)設計對象的用途、工作條件和性能要求來確定的。例如，工作負載的性質(zhì)和大小；執(zhí)行機構的數(shù)目、運動形式及其運動的速度、精度和平穩(wěn)性的要求；各執(zhí)行機構之間的同步、隨動、連鎖和順序動作等關系。此外，還需考慮工作安全可靠方面的措施等。

21、 從前面對裝載機液壓系統(tǒng)分析中可以看到，裝載機一般多采用開式多泵定量系統(tǒng)。全液壓裝載機行走機構采用閉式變量系統(tǒng)。開式系統(tǒng)結構簡單，散熱充分。大中型裝載機為改善轉向性能，充分利用液壓能和提高生產(chǎn)率，使轉向油路與工作裝置油路組合。由于裝載機調(diào)速范圍要求不太寬，使用換向閥節(jié)流調(diào)速可滿足工作需求，故多采用定量泵，加以目前采用組合油路的多泵系統(tǒng)進一步擴大了調(diào)速范圍。由于裝載機動作少，也不要求復合運動，所以多采用順序油路或互鎖油路，以保證具有較大的舉起力和掘起力。 初擬系統(tǒng)方案時，應注意以下幾點。 ① 系統(tǒng)應力求簡單可靠。系統(tǒng)越復雜，產(chǎn)生故障的機會越多，系統(tǒng)本身消耗的功率也就越大。 ② 要注意防止回

22、路間的相互干擾。尤其在單泵多油缸系統(tǒng)中，要考慮某一回路工作時，壓力和流量對其他回路會有什么影響，并采取措施防止干擾。 ③ 要考慮提高系統(tǒng)工作效率，防止過熱。效率低的液壓系統(tǒng)，不但浪費動力，而且無效的功將使系統(tǒng)發(fā)熱，油溫升高。油溫一般限制在70℃以下，油溫過高會使系統(tǒng)容積效率降低，油液變質(zhì)。應盡量采取效率高、發(fā)熱少的回路。 系統(tǒng)壓力： 裝載機液壓系統(tǒng)的壓力是液壓系統(tǒng)的一個最基本的參數(shù)，它決定了裝載機使用中的經(jīng)濟性和可靠性，是選擇和設計液壓元件的主要依據(jù)之一。系統(tǒng)壓力選擇的合理與否將直接影響到液壓傳動裝置的工作性能好壞、體積和質(zhì)量的大小。目前，液壓系統(tǒng)所采用的工作壓力逐漸提高，高壓化已成為液

23、壓傳動發(fā)展的趨勢。高壓液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點，見表9-1（《輪式裝載機》）。 表9-1（《輪式裝載機》） 優(yōu)點 1）泵、閥、馬達、油箱等元件體積小、質(zhì)量輕 2）整機結構緊湊，易于布置和維護管理 3）流量減少，可相對減少管路和熱損耗 4）節(jié)約鋼材、降低成本 缺點 1）機器的耐久性和可靠性降低 2）油封和軟管質(zhì)量要求更高 3）元件的制造和裝配精度要求嚴格 4）對工作油污染的敏感性增加 5）噪聲較大 從表9-1中可以看到，液壓系統(tǒng)的工作壓力并非越高越好。當工作壓力超過40MPa, 機重不是繼續(xù)下

24、降，相反將逐漸增加。裝載機的工作壓力一般多在20MPa左右。 如果壓力的數(shù)值增加在一定的界限內(nèi)，由于油缸、油管等元件的尺寸和自重力減小的程度將大于由于壁厚增加而帶來的重力增加。因此，整個裝置的總重量仍然是減輕的。如果壓力的數(shù)值超過了一定的界限，則油缸、油管等尺寸減小的重量將彌補不了壁厚增加的重量，其重量隨壓力增高，反而增大（其大小與元件所用材料的強度有關）?？傊^高的工作壓力，并非是經(jīng)濟的，這是由于高壓將要求采用較好的材料、提高制造和裝配精度，同時，高壓油泵壽命較低，從而提高了裝置的成本。所以確定液壓系統(tǒng)工作壓力，要結合液壓系統(tǒng)的工作條件、機械情況和工藝水平來綜合考慮。 油泵種類：

25、 在裝載機液壓系統(tǒng)中，多采用齒輪油泵。齒輪油泵過去曾被認為是低壓、低性能泵。后來經(jīng)過結構上的改進和加工工藝上的提高，從而進入高性能油泵的行列。現(xiàn)在使用壓力已達到20MPa 左右，并正在向30MPa發(fā)展。 裝載機廣泛使用齒輪泵的原因如下。 ① 裝載機系統(tǒng)壓力級，為目前齒輪泵所能勝任，又因裝載機系統(tǒng)一般多為定量系統(tǒng)，同時又是多泵系統(tǒng)，采用齒輪泵比較合適。齒輪泵具有體積小、質(zhì)量輕、操作簡單、價格低等優(yōu)點。既能滿足機械要求，又能降低機械成本。 ② 采用齒輪泵易于布置，特別是對于大型裝載機，油泵多達7～8個，如果采用其他種類的油泵，在總體布置上非常困難

26、。齒輪泵可用雙聯(lián)或多聯(lián)，使機械結構緊湊。 ③ 齒輪泵比較經(jīng)得起惡劣的環(huán)境、較差的工作條件、較大的負載變化、較大的沖擊和振動等。 ④ 齒輪泵對液壓油污染的敏感性較小，這點對裝載機來說是非常重要的。裝載機工作環(huán)境中灰塵很大，對油液污染是很嚴重的，由于它敏感性小，就不太容易損壞，這是它的最大優(yōu)點。 ⑤ 由于齒輪泵結構簡單，維護保養(yǎng)容易。隨著齒輪泵的大批生產(chǎn)，成本就比較便宜，損壞時更換一個即可。 配管問題： 為了降低液壓振動，裝載機液壓系統(tǒng)配管的直徑不宜過大。油液在管道中的流速，一般按5.4m/s考慮?；剞D機構的慣性大，管徑應減小，以降低振動頻率，一般定為8m/s。盡可能將各元件集成一體

27、，既簡化管路減少發(fā)熱，又可提高機構剛性，減少自然振動頻率，改善控制特性。 1.2 國內(nèi)外裝載機液壓系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1.2.1我國裝載機液壓系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國輪式裝載機行業(yè)起步較晚，其制造技術是陸續(xù)從美國、德國和日本等引進的。目前，我國輪式裝載機生產(chǎn)技術水平只相當于國家20世紀80年代的生產(chǎn)制造水平。雖然目前國內(nèi)輪式裝載機生產(chǎn)廠家群雄并立，并且有增無減，但國內(nèi)的企業(yè)自主開發(fā)創(chuàng)新能力較弱，產(chǎn)品更新?lián)Q代以適應市場需求的能力較差，不能及時適應市場的需求。在生產(chǎn)制造上，工藝裝備水平和生產(chǎn)能力低，造成關鍵零部件技術不過關，整機的可靠性，故障率，使用壽命，機、電、液一體化水

28、平，外觀質(zhì)量，操作的靈活性和舒適性方面與先進國家產(chǎn)品相比差距較大。 目前我國輪式裝載機的發(fā)展有如下一些特點： （1）缺乏高科技含量，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，檔次低 （2）設備的靈活性、舒適性較差 （3）用途單一，產(chǎn)品規(guī)格中間大兩頭小 1.2.2國外裝載機液壓系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 在經(jīng)歷了50-60年的發(fā)展后，到20世紀90年代中末期國外輪式裝載機技術已經(jīng)達到相當高的水平?；谝簤杭夹g、微電子技術和信息技術的各種智能系統(tǒng)已廣泛應用與裝載機的設計、計算操作控制、檢測監(jiān)控、生產(chǎn)經(jīng)營和維修服務等各個方面，使國外輪式裝載機在原來的基礎上更加“精制”，其自動化程度也得以提高，從而進一步提高了生

29、產(chǎn)效率，改善了司機的作業(yè)環(huán)境，提高了作業(yè)舒適性，降低了噪聲、振動和排污量，保護了自然環(huán)境，最大限度地簡化維修、降低作業(yè)成本，使其性能、安全性、可靠性、使用壽命和操作性能都達到了很高的水平。 1.2.3輪式裝載機設計的發(fā)展趨勢 裝載機現(xiàn)代設計和開發(fā)是面向市場和用戶的，是設計、制造、銷售全過程中的決定性環(huán)節(jié)，是技術創(chuàng)新最主要的部分，設計開發(fā)過程始于市場需求分析的綜合，研究競爭對手的發(fā)展戰(zhàn)略，形成設計開發(fā)的目標，并綜合考慮法律、生態(tài)環(huán)境、人文習慣及技術約束條件進行的設計開發(fā)。 　　 綜合當前市場需求和科技應用的最新前沿以及裝載機技術發(fā)展的最新趨勢，裝載機的設計發(fā)展體現(xiàn)出以下趨勢。 （1

30、） 產(chǎn)品設計數(shù)字化 　　　 現(xiàn)代設計的一個重要特色就是計算機的使用，目前，CAD/CAE技術已經(jīng)成為企業(yè)技術進步的標志，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，存儲能力的不斷增強，工程軟件水平的日益提高，數(shù)據(jù)庫的完備和網(wǎng)絡技術的出現(xiàn)，使企業(yè)可以以較小的投入，較短的周期開發(fā)出高質(zhì)量、高性價比的產(chǎn)品，使企業(yè)可以對市場需求迅速作出反應，提高企業(yè)的生存能力和競爭力。隨著CAD/CAE技術深入而廣泛的應用，設計過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)、混亂的數(shù)據(jù)流以及多重管理使得產(chǎn)品的數(shù)據(jù)近乎處于一種失控狀態(tài)，改善這種狀況的唯一出路就是實施產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）,并進行企業(yè)管理重組。實施PDM，企業(yè)可以創(chuàng)建、管理和控制整個產(chǎn)品

31、生命周期的信息，從設計到投產(chǎn)，經(jīng)授權的產(chǎn)品開發(fā)人員可以方便地訪問設計和制造數(shù)據(jù)，從而控制從設計、審核、修改直至發(fā)布產(chǎn)品的全過程。 （2） 產(chǎn)品設計智能化 由于設計過程中除了計算、繪圖、分析以外，還有許多工作需要發(fā)揮人的創(chuàng)造性，綜合運用多種學科的專門知識和豐富的實踐經(jīng)驗才能解決。計算機的進一步發(fā)展而產(chǎn)生的人工智能技術，如專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術在這方面得到了廣泛應用。 設計專家系統(tǒng)就是把設計領域中的知識收集起來，建立一個專家知識庫，采用一定的推理方法和規(guī)則，完成設計要求。專家系統(tǒng)可以把某一領域內(nèi)諸多專家所具有的專門知識和經(jīng)驗積累在一起，形成一個全面性的專家，利

32、用集體智慧來解決處理問題，尤其是模糊機械分析設計方法學的提出和在專家系統(tǒng)中的應用使得設計水平躍上了一個新的臺階。人工神經(jīng)網(wǎng)絡是一種模仿人類神經(jīng)系統(tǒng)的數(shù)學模型，由于采用并行連接結構和并行處理機制，使得網(wǎng)絡具有很強的容錯性以及學習、自組織、自適應能力，因此得到了廣泛的應用。神經(jīng)網(wǎng)絡在設計中的應用還處于開始階段，在設計中，利用專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡的長處，將專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡結合起來，組成神經(jīng)網(wǎng)絡專家設計系統(tǒng)，以此來提高設計者的決策判斷能力，加快設計速度，減少設計失誤，這已成為發(fā)展方向。 （3） 應用并行設計工程 并行設計工程是指集成地、并行地處理產(chǎn)品設計、分析、制造及其相關過程的系統(tǒng)方法。

33、并行設計改變了傳統(tǒng)的串行工作方法，使得在設計階段就可能有制造和銷售人員的介入和彼此信息的交互。并行工程可以在產(chǎn)品開發(fā)初期考慮到產(chǎn)品全生命周期，最大限度地滿足用戶的需求。并行工程強調(diào)系統(tǒng)集成，不僅注重企業(yè)的內(nèi)部的技術和信息集成，也重視與企業(yè)外部供應商、銷售代理和最終用戶之間的信息交換和集成。 （4） 采用模塊化設計 采用搭積木、模塊化的設計技術將有利于進行多品種、多規(guī)格的產(chǎn)品開發(fā)，使得在零部件通用性高的基礎上能夠組合出不同性能、規(guī)格、層次以及具有價格競爭力的產(chǎn)品。模塊化的設計過程不僅要求具有可選擇比較的零部件庫，而且還應有各種性能匹配計算優(yōu)化的工程軟件庫。這種模塊化的設計具有方案選

34、擇、性能優(yōu)劣的評價系統(tǒng)，也能進行成本估算。這對工程機械的多品種、多層次開發(fā)具有廣闊的前景。 　 （5）注重綠色設計 目前，人類的生活環(huán)境日趨惡化，環(huán)保問題已經(jīng)迫在眉睫。工程機械作為一種重要的生產(chǎn)資料，得到了廣泛的應用，同時它也像其他產(chǎn)品一樣，在生產(chǎn)和使用過程中，對環(huán)境造成不同程度的影響，因而人們提出進入新世紀的工程機械應是綠色的，也就是環(huán)保型的機械。此外，當今世界經(jīng)濟發(fā)展趨于區(qū)域化、一體化，貿(mào)易技術壁壘(TBT)將逐漸取代非配額、許可證等貿(mào)易壁壘。20世紀90年代以來，發(fā)達國家不斷提高進口產(chǎn)品的環(huán)保標準，形成了以環(huán)保為目的的綠色壁壘，與此同時，發(fā)達國家和地區(qū)如歐洲、美國等也逐漸建

35、立起了自己的環(huán)保標準，這一切都指出“綠色工程機械”將是新世紀發(fā)展的要求，“綠色工程機械”不僅指其在使用過程中對環(huán)境的污染更小，還應是從制造、使用、保養(yǎng)、維修到報廢回收的整個生命周期內(nèi)對環(huán)境的破壞是最小的，這就要求在設計產(chǎn)品時要考慮產(chǎn)品在其全生命周期內(nèi)的環(huán)保要求。如在工程機械的生產(chǎn)階段就要考慮生產(chǎn)的原材料時可回收、易分解、能再生且對環(huán)境無害的材料。在其制造階段，要考慮選用加工時不易對環(huán)境造成污染的材料和加工方法，如選用新的表面處理和熱處理工藝，選用污染小的涂鍍材料。在其工作階段要選用排放和噪聲較小的發(fā)動機，如電噴柴油機。選裝一些能自動加注潤滑脂的設備，減少潤滑脂溢出造成環(huán)境的污染。在其維修階段，

36、要考慮壞件的回收與修復使用。到了工程機械的報廢階段，從回收利用角度出發(fā)，要考慮設計容易解體的機械部件。 1.2.4設計任務和要求 （1）研究的主要內(nèi)容:設計液壓回路，對各液壓元件進行選型以及合理布置各元件的位置。確定后車架的總體尺寸，合理布置各部件的位置，對鉸接點進行受力分析，校核鉸接點的強度。 （2）指導思想：根據(jù)裝載機的基本動作及動作特點，參考已有資料，選擇合適的液壓元件，模塊化確定整個回路。結合本組其他人的設計，確定后車架上所有的部件，參照ZL50型裝載機進行合理布置，確定總體尺寸。 （3）技術性能要求： 主要技術參數(shù) ZL50C輪式裝載機液壓系統(tǒng) 主要技術參數(shù)： 1)額

37、定斗容 3立方米 ； 　 2)額定載荷 5000kg； 　 3)最大掘起力 250kN； 　 4)整機操作質(zhì)量 16800kg； 　 5)最大卸載高度 3140mm； 　 6) 卸載距離(最大卸高時) 1315mm； 　 7)軸距 2760mm； 　 8)輪距 2250mm ；

38、 　 9) 最小離地間隙 405mm； 　 10) 轉向角 正負35度； 　 11)外形尺寸 　 1、長 7310mm 2、寬 鏟斗外側 2850mm 　　 輪胎外側 2845mm 　 3、高 3240mm 　 12) 工作提升所需時間 　 提升 6.5s 卸料

39、 3s 1.3課題的研究內(nèi)容和主要工作 隨著目前建筑施工和礦產(chǎn)資源開發(fā)規(guī)模的不斷擴大，對工程機械需求量迅速增加，同時，我國工程機械產(chǎn)業(yè)進入了加速增長階段，輪式裝載機，特別是針對某些專業(yè)的大中型裝載機的應用越來越普及。為了適應發(fā)展需求，本次任務提出設計ZL50型輪式裝載機。 本次設計的ZL50型輪式裝載機在行駛和作業(yè)時具有一定的穩(wěn)定性，同時，加快作業(yè)速度以提高其作業(yè)效率。后車架鉸接處應具有足夠的強度，以確保作業(yè)安全。液壓系統(tǒng)應穩(wěn)定，高效。 1.4課題的理論意義和應用價值 裝載機作為我國工程機械的主力機種之一，被廣泛應用于各種各樣的施工作業(yè)中。裝載機產(chǎn)品的核心技

40、術就是液壓系統(tǒng)設計，由于裝載機的工作條件惡劣，要求實現(xiàn)的動作復雜，于是它對液壓系統(tǒng)的設計提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓系統(tǒng)中較為復雜的。因此，對裝載機液壓系統(tǒng)的分析設計對推動我國裝載機發(fā)展具有十分重要的意義。 2 液壓系統(tǒng)的設計 2.1 概述 2.1.1 液壓系統(tǒng) 本次設計主要是為ZL50輪式裝載機的工作裝置和轉向系統(tǒng)設計液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)裝載機的基本動作：將鏟斗插入物料，向后翻轉鏟斗，保持載荷，提升物料到一定高度，將載荷運輸?shù)叫读系攸c，傾卸，然后再回到裝料處，如此循環(huán)。裝載機的作業(yè)對象大部分是土石方，沖擊載荷大，負載繁重；又多是露天作業(yè)，塵土

41、大，氣溫、濕度變化大，作業(yè)條件惡劣；循環(huán)作業(yè)，往復動作頻繁，每年實際工作時間比其他機種多，往往超過3000小時。因而裝載機液壓系統(tǒng)應滿足下述要求： （1）工作性能好，能合理利用功率，保證裝載機具有較高的生產(chǎn)率。作業(yè)過程平穩(wěn)、有力、準確，各動作相互協(xié)調(diào)；系統(tǒng)效率高，應力求減少系統(tǒng)發(fā)熱量，保證系統(tǒng)正常工作溫度不超過70℃. （2）可靠性高、壽命長。裝載機作業(yè)載荷變化大，伴隨沖擊和振動，因而要求系統(tǒng)有比較完善的安全裝置，并能經(jīng)受較大的沖擊。要特別注意防塵和密封。污物雜質(zhì)侵入系統(tǒng)將阻塞油路，并造成系統(tǒng)元件的早期破壞。要防止系統(tǒng)中出現(xiàn)“空穴”，否則將造成執(zhí)行元件的爬行現(xiàn)象，并易于引起活塞桿油封燒損。

42、 （3）操作性能好，操作動作簡單、輕便。裝載機每一動作循環(huán)機構動作很多，都需要司機操縱，如所需操縱力過大，操縱行程過長，將使司機易于疲勞而影響生產(chǎn)率。 （4）系統(tǒng)要簡單可靠，易于安裝，維修和保養(yǎng)。 ZL50輪是裝載機斗容量為3，整個液壓系統(tǒng)由3個齒輪泵驅(qū)動。兩個并聯(lián)的CB-G型齒輪泵，一個CB-46型齒輪泵（三泵以6135Q型柴油機為動力驅(qū)動）。工作主泵、輔助供油泵和轉向液壓泵組成兩個液壓回路——工作裝置回路和轉向系統(tǒng)回路。這兩個回路通過輔助泵聯(lián)系起來。以下分別就工作裝置和轉向系統(tǒng)進行設計選型。 2.1.2 裝載機對液壓元件性能的要求 （1）液壓泵 葉片泵運動平穩(wěn)、噪音小，容積效率

43、高，但其工作壓力低，吸油能力差，對液壓油的污染比較敏感，僅用在小型裝載機上。 柱塞泵由于工作壓力較高，轉速高和容積效率高，在結構上容易實現(xiàn)變量等優(yōu)點，在大型裝載機上得到應用。 齒輪泵成本低、體積小、工作可靠、對液壓油污染不太敏感，廣泛采用在各種類型上的裝載機。裝載機用液壓泵除了要滿足防空穴、耐壓、高效等要求外，特別對低速穩(wěn)定性有特殊要求，這是由于裝載機作業(yè)時的轉速變化范圍較大，尤其是在低速時往往要求高壓，因而要求液壓泵在最低工作速度、最高使用壓力和最高工作油溫下，必須保證正常工作，以免發(fā)生容積效率過低和軸承燒損的現(xiàn)象。 （2）液壓缸 裝載機在作業(yè)時塵土大，液壓缸往復運動頻繁，油缸活塞

44、桿暴露在外面，并直接承受沖擊，故對液壓缸的耐壓、耐磨、耐熱和密封都有較高要求。另外要求液壓缸的內(nèi)、外泄漏要少。外部泄漏使工作裝置運動遲緩，并且容易使塵土侵入，內(nèi)部泄漏則造成工作裝置軟弱無力、鏟斗位置自動傾斜，特別是裝載機在滿載運輸時，由于動臂液壓缸內(nèi)部泄漏使動臂下落，造成鏟斗中物料的撒落。 （3）方向控制閥 在中小型裝載機上方向控制閥大多采用手動式直接操縱。在大型裝載機上，由于液壓系統(tǒng)壓力高、流量大，所需操縱力甚大，多采用先導控制式。采用先導控制可改善系統(tǒng)調(diào)速性能，易于把先導閥布置在駕駛員操縱方便的地方，而換向閥則布置在任意適當?shù)牡胤揭詼p少管路。提高系統(tǒng)效率。 換向閥必須具有防空穴性能和

45、防止工作裝置產(chǎn)生點頭現(xiàn)象。 當鏟斗前傾及動臂下降時，由于重力作用液壓缸一腔回油量很大，如液壓泵對液壓缸另一腔供油量不足，液壓缸中將出現(xiàn)“真空”，它既影響工作裝置的作業(yè)速度和作業(yè)力的發(fā)揮，使鏟掘作業(yè)不能正常進行，同時由于存在空穴作用引起絕熱壓縮，造成液壓缸的活塞桿密封燒損，因而要求換向閥具有充分的放真空性能。 換向閥一般均采用負封閉，以防換向過程中閥前油壓瞬時過高，但在換向過程的某一短時間內(nèi)將出現(xiàn)進、回油口與工作油口相同的浮動狀態(tài)。當操縱動臂換向閥以提升動臂時，由于動臂液壓缸下腔原有油壓較大，該腔的壓力油會通過進油腔與回油口流回油箱，造成動臂提升前的點頭現(xiàn)象。為此在進油道上應設單向閥，它還能

46、防止油泵發(fā)生故障時油液倒流回泵。此外換向 閥應具有微調(diào)性能，以實現(xiàn)工作裝置的微動。 （4）油管和接頭 由于裝載機本身的振動大，經(jīng)常連續(xù)作業(yè)，液壓系統(tǒng)油溫比較高，尖峰壓力大，所以對油管和接頭提出耐壓、耐熱、耐震的要求。 2.2 工作裝置液壓系統(tǒng)設計 2.2.1 擬定液壓原理圖 裝載機工作裝置動作包括動臂升降和鏟斗翻轉動作。由于液壓泵在同一時間內(nèi)只能按先后次序向一個機構供油，各機構和進油通路按前后次序排列，前面的轉斗操縱閥動作，就把后面的動臂操縱閥進油通路切斷。只有前面的閥處于中位時，才能扳動后面的閥使之動作。兩者構成單動順序回路。（如圖2.1所示） 1.動力元件——液壓泵。一般均采用

47、齒輪泵。 2.執(zhí)行元件——一個轉斗液壓缸和兩個動臂液壓缸。 3.控制調(diào)節(jié)裝置——用來控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部分液體壓力、流量和方向。在該系統(tǒng)中設有方向控制閥、過載閥和溢流閥。 圖2.1 裝載機工作裝置液壓原理圖 （1）方向控制閥——有動臂液壓缸換向閥和轉斗液壓缸換向閥，用來控制轉斗液壓缸和動臂液壓缸的運動方向，使動臂和鏟斗能停在某一位置，并可通過控制換向閥的開度來獲得液壓缸的不同速度。

48、 轉斗液壓缸換向閥是三位六通滑閥，它可控制鏟斗前傾、后傾和固定在某一位置等三個動作；動臂液壓缸換向閥是四位六通滑閥，它可控制動臂上升、下降、固定和浮動等四個動作。動臂浮動位置可使裝載機在平地堆積作業(yè)時，工作裝置隨地面情況自由浮動，在鏟掘礦石作業(yè)時可使鏟斗刃避開大塊礦石進行鏟掘，提高作業(yè)效率。 （2）溢流閥——控制系統(tǒng)壓力。當液壓系統(tǒng)壓力超過調(diào)定的工作壓力時，溢流閥打開，油液流回郵箱，保護系統(tǒng)不受損壞。 （3）緩沖補油閥（雙作用閥）——它由過載閥和單向閥組成，并聯(lián)裝在轉斗液壓缸的回油路上，作用有三個： A 當轉斗液壓缸滑閥在中位時，轉斗液壓

49、缸前后腔均閉死，如鏟斗受到額外沖擊載荷，引起局部油路壓力劇升，將導致?lián)Q向閥和液壓缸之間的元件、管路的破壞。設置過載閥即能緩沖該過載油壓。 B 在動臂升降過程中，使轉斗液壓缸自動進行泄油和補油。為了防止連桿機構超過極限位置，同時使鏟斗中的物料能卸干凈，在連桿機構中設有限位塊。限位塊的設置，使動臂在升降至某一位置時，可能會出現(xiàn)連桿機構的干涉現(xiàn)象。例如動臂提升至某一位置時，會迫使轉斗液壓缸的活塞桿向外拉出，造成轉斗液壓缸前腔壓力劇升，可能損壞液壓缸油封和油管，由于有過載閥，可使困在液壓缸前腔中的油經(jīng)過過載閥瀉出返回油路。前腔容積減少的同時，后腔容積增大，造成局部真空，緩沖補油閥中的單向閥隨即打開，

50、向轉斗油缸后腔補油。 C 裝載機在卸載時，能實現(xiàn)鏟斗靠自重快速下翻，并順勢撞擊限位塊，使斗內(nèi)剩料卸凈。當卸料時方向閥在右位，壓力油進入轉斗液壓缸前腔實現(xiàn)轉斗。當鏟斗重心越過斗下鉸點后，鏟斗在重力作用下加速翻轉，但其速度受到液壓泵供油速度的限制，由于緩沖補油閥中的單向閥及時向轉斗液壓缸前腔補油，使鏟斗能快速下翻，撞擊限位塊，實現(xiàn)撞斗卸料。 4. 輔助裝置——包括油箱、濾油器、油管及管接頭。 2.2.2 工作裝置液壓系統(tǒng)計算。 1.液壓缸選取 1) 內(nèi)徑計算 （1）根據(jù)《機械設計手冊》第四卷17～30及《機械設計手冊》第四卷液壓缸的公稱壓力（如表2.1），選取工作壓力為17.5MPa。

51、 （2）根據(jù)《機械設計手冊》第四卷17—260 液壓缸的機械效率由活塞及活塞桿密封處的摩擦阻力所造成，在額定壓力下通常取=0.9～0.95，本次設計取=0.9. （3）根據(jù)《機械設計手冊》17—259，（如表2.2） 速比主要是確定活塞桿的直徑是否需要緩沖裝置，速比系數(shù)不宜過大或過小，以免產(chǎn)生背壓。 表2.1 液壓缸的公稱壓力 設備類型 壓力范圍／MPa 壓力等級 說明 機床、壓鑄機、汽車 ＜7 低壓 低噪聲、高可靠性系統(tǒng) 農(nóng)用機械、工礦 車輛、注塑機 7～21 中壓 一般系統(tǒng) 船用機械、搬運 機械、工程機械 油壓機、冶金機 械、挖掘機、 重型機械

52、 21～31.5 高壓 空間有限、響應速度高、 大功率下低成本 金剛石壓機、耐 壓實驗機、飛 機、液壓機具 ＞31.5 超高壓 追求大作用力、減輕重量 表2.2 液壓缸的速比系數(shù) 公稱壓力 ≤10 12.5～20 ＞20 1.33 1.46、2 2 取速比系數(shù)為1.46. （4）根據(jù)同組同學所做的確定動臂工作阻力F=144KN，轉斗工作阻力為F=215KN。根據(jù)《機械設計手冊》第一卷1—113，對于動臂液壓缸取安全系數(shù)為1.6。對于轉斗液壓缸取安全系數(shù)為1.5。 根據(jù)《液壓設計手冊》75頁，公式3—3計算動臂液壓缸內(nèi)

53、徑： （2-1） 帶入以上數(shù)據(jù)得動臂液壓缸mm 轉斗液壓缸mm 根據(jù)《機械設計手冊》第四卷液壓缸的內(nèi)徑系列（如表2.3），動臂液壓缸取D=180mm,轉斗液壓缸取D=200mm。 表2.3 液壓缸內(nèi)徑 液壓缸內(nèi)徑系列 （GB/T2348-1993） /mm 8、10、12、16、20、222、25、32、40、50、63、80、 （90）、100、（110）、125、（140）、160、（180）、200、 (220)、250、(280)、320、(360)、400、(450)、500 2) 壁厚和外徑的確定 （1）根據(jù)

54、《液壓設計手冊》76頁，公式3—4，一般按照薄壁筒計算，壁厚（m）按照下公式計算： （2-2） P—液壓缸的最高工作壓力（MPa）；—缸筒材料的許用壓力（MPa），=； —材料的抗拉強度極限（MPa）；n —安全系數(shù)，n與載荷情況有關，按安全系數(shù)推薦表取，《液壓設計手冊》76頁，（如表2.4） 表2.4 安全系數(shù) 材料種類 交變載荷 靜載荷 沖擊載荷 不對稱 對稱 鋼 5 8 3 12 鑄鐵 6 10 10 15 按照上表的推薦值，取n=5。 缸筒材料常用20、35和45鋼的無縫鋼管，本次設計

55、選用45鋼。調(diào)質(zhì)處理。它的許用應力根據(jù)《機械設計手冊》第四卷17-264取為610MPa， =360MPa。 系統(tǒng)的最高工作壓力： 當額定壓力≥160MPa時，最高壓力=1.25 當額定壓力 ≤160MPa時，最高壓力=1.5 將上面的數(shù)據(jù)代入公式得：動臂油缸： 轉斗油缸： 缸筒壁厚： （2-3） 式中：—缸筒外徑公差余量（m）；—腐蝕余量（m） 經(jīng)過圓整及參考《機械設計手冊》第一卷3—161液壓和氣動缸內(nèi)徑無縫鋼管取動臂油缸和轉斗油缸壁厚均為 則液壓缸的外徑： 動臂油缸： 轉斗油缸： （2）液壓缸壁

56、厚的驗算： 動臂油缸： （2-4） 轉斗油缸： 故壁厚合格。 3） 缸筒底部厚度的計算 （1）與缸筒的連接型式 采用焊接連接，這種連接形式結構簡單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。其結構如下圖所示。 圖2.2 缸筒與缸頭的連接形式 （2）厚度的計算 其底部為平面，其厚度可以按照四周嵌住的圓盤強度進行近似計算： —筒底厚（m）；P—筒內(nèi)最高工作壓力（MPa）； —筒底材料許用應力（MPa）；—計算厚度外直徑； 由前面的參數(shù)可知， 動臂油缸： （2-5） 轉斗油缸： （3）強度驗算 缸筒和缸蓋為焊接連接時，焊縫應力按下式計算：

57、 （2-6） 式中：F—缸內(nèi)最大推力（N）；由前面可知動臂油缸F=40078.87,轉斗油缸F=49480.08 —缸筒外徑；—焊縫底徑；—焊接效率，取=0.7； —焊條材料抗拉強度；n—安全系數(shù)；取n=5 動臂油缸： 轉斗油缸： 由鋼結構查的角焊縫的許用應力 故焊縫安全。 （4）缸筒制造加工要求 （a）缸筒內(nèi)徑采用H7或H8配合，表面粗糙度一般為0.16～0.32，都需要進行研磨。 （b）熱處理；調(diào)質(zhì)，硬度HB≥241～285； （c）筒內(nèi)徑的圓度，錐度，圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半； （d

58、）缸筒直線度公差在500mm的長度上不大于0.03mm； （e）缸筒端面的垂直度在直徑100mm上不大于0.04； 孔—的軸線對缸徑D的偏移不大于0.03； 孔—的軸線對缸徑D的垂直度在100mm長度上不大于0.01mm； 軸頸—對缸徑D的垂直度在100mm長度上不大于0.1mm； 4） 活塞桿的計算 （1）依據(jù)《機械設計手冊》第四卷17—272活塞桿的直徑計算公式： 動臂油缸： （2-7） 轉斗油缸： 式中:D—缸筒內(nèi)徑；—速比系數(shù) 參照《機械設計手冊》第四卷17—257活塞桿的直徑系列（如表2.5），取動臂油缸活塞桿的直徑為90mm，轉斗

59、油缸活塞桿的直徑為110mm。 表2.5 活塞桿直徑系列 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 （2）液壓缸推力和流量的計算 （a）液壓缸推力的計算 依據(jù)《液壓設計手冊》79頁的計算公式： 當液壓缸的無桿腔進油時，作用在活塞桿上的理論推力 ； （2-8） 當液壓缸的有桿腔進油時，作用在活塞桿上的理論推力 ； （2-9） 式中: P—工作壓力（；D—活塞直徑（液壓缸內(nèi)徑）（m）； d—活塞桿直徑（m）；—液壓

60、缸的機械效率；取=0.9； 將以上數(shù)據(jù)代入公式得： 動臂油缸： 轉斗油缸： （b）液壓缸的效率 （2-10） 式中：—液壓缸的機械效率，取=0.9； —液壓缸的容積效率，采用密封圈，取=1.0 則液壓缸的效率 （c）液壓缸的流量 （2-11） 式中：—活塞的有效作用面積，有桿腔的面積，無桿腔的面積； —活塞的運動速度，取=1.5mm/min； —油缸的容積效率，取=1 代入數(shù)據(jù)得： 動臂油缸： 轉斗油缸： （3）活塞桿的結構設計 (a)活塞桿的結構

61、形式的選取 活塞桿必須有足夠的強度和硬度，以便承受拉力、彎曲應力、振動和沖擊載荷的作用。同時還要注意它對活塞有效面積的影響，保證液壓缸達到所要求的作用力和速度，活塞桿具有一定的耐磨性，具有較高的尺寸精度和表面光潔度。 桿內(nèi)端：由于工作壓力較高，以防機械振動較大，采用卡環(huán)結構形式，查《液壓設計手冊》第87頁表3-10可得結構如下： 圖2.3 活塞桿與活塞的連接形式 桿外端：為了避免活塞在工作時產(chǎn)生偏心承載力，適應液壓缸的工作安裝要求，提高其工作效率，應根據(jù)載荷情況選取適當?shù)臈U頭連接形式。液壓缸在工作時軸線擺動，本次設計采用鉸銷式連接。其結構如下圖所示： 圖2.4 活塞桿外端連接

62、形式 (b)活塞桿的材料及技術要求 材料：選取45鋼； 技術要求: ① 淬火，淬火深度0.5～1mm，表面鍍鉻20～30mm； ② 活塞桿在導向套中滑動，采用H8/H7配合，太緊摩擦大，太松容易引起卡滯現(xiàn)象； ③ 活塞桿的圓柱度公差不大于直徑公差之半； ④ 安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，以保證安裝不產(chǎn)生偏斜。 ⑤安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于0.01mm； ⑥活塞桿的外圓粗糙度R=0.1～0.3，太光表面形不成油膜，不利于潤滑； ⑦ 活塞桿表面進行鍍鉻處理，并進行拋光或磨削處理加工； ⑧活塞桿內(nèi)端的卡鍵和緩沖裝置也要保證

63、與軸線同心； 5） 液壓缸行程的確定 根據(jù)工作的需要，選擇動臂油缸活塞的行程L=900mm；轉斗油缸活塞的行L=508mm。 6）緩沖裝置 液壓缸的活塞桿有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動下具有很大的動量。在它們的行程的中端，當桿頭進入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會引起機械碰撞，產(chǎn)生很大的噪音。緩沖裝置可以減小噪音，防止和減少液壓活塞及活塞桿的運動部件在運動時對缸底和端蓋的沖擊，在它們的終端實現(xiàn)速度的遞減，直到為零。 本次設計采用變節(jié)流型緩沖裝置。這種裝置在緩沖過程中，通流面積隨著緩沖過程的變化而變化，緩沖腔內(nèi)的緩沖壓力保持均與，能達到滿意的緩沖要求，其結構圖如下： 圖2.5 緩沖裝

64、置結構圖 7）排氣裝置 排氣閥安裝在液壓缸端部的最高位置上。如果排氣閥設置不當或者沒有設置，壓力油進入液壓缸后，缸內(nèi)會存有空氣。由于空氣具有壓縮性和滯后擴張性，為了避免這種現(xiàn)象，必須在液壓缸上安裝排氣閥。 排氣閥的位置要安裝合理，水平安裝的液壓缸，其位置應設置在缸體兩端部的上方；垂直安裝的液壓缸，應設在端蓋上方，均與壓力腔相通，以便安裝后調(diào)試前排出液壓缸內(nèi)的空氣。 8）選型 根據(jù)以上計算結果，結合《機械設計手冊》第四卷17-286選擇液壓缸型號： 動臂油缸：油缸內(nèi)徑為180mm，活塞桿徑為90mm，行程為900mm，壓力為17.5MPa選擇等級代號為H，液壓表安裝選用耳軸，代號為3

65、，活塞桿端連接方式為桿端外螺紋，代號為1，緩沖型式為桿頭端帶緩沖（3），油口連接型式為內(nèi)螺紋（1），采用雙作用單活塞桿液壓缸。型號表示為：HSG.K-180/90.H-3131-900。 轉斗油缸 ：油缸內(nèi)徑為200mm，活塞桿徑為110mm，行程為508mm，壓力為17.5MPa，選擇等級代號為H，液壓表安裝選用耳軸，代號為3，活塞桿端連接方式為桿端外螺紋，代號為1，緩沖型式為桿頭端帶緩沖（3），油口連接型式為內(nèi)螺紋（1），采用雙作用單活塞桿液壓缸。型號表示為：HSG.K-200/110.H-3131-508。 2. 選取液壓泵 主要根據(jù)系統(tǒng)的工況來選擇液壓泵。泵的主要參數(shù)有壓力、流量

66、、轉速、效率。為了保證系統(tǒng)的正常運轉和使用壽命，一般在固定設備系統(tǒng)中，正常工作的壓力是泵的工作壓力的80%；泵的流量要大于系統(tǒng)工作的最大流量，為了提高泵的使用壽命，泵的最高壓力與最高轉速不宜同時使用。 （1）泵的主要參數(shù) 根據(jù)設計任務書所給，工作裝置液壓泵選用CB-Gj3125齒輪泵。查《機械設計手冊》及網(wǎng)上資料，它的主要參數(shù)有：理論排量為125ml/min，額定壓力為20MPa，最高壓力為205MPa，額定轉速為2200r/m，容積效率≥92%，總效率≥83%。 （2）計算液壓泵的流量 =0.0055（/s）（2—12） 式中 K—考慮液流滲透的系數(shù)，一般取K=1.1～1.3,計算中取K=1.2 （3）計算液壓泵的驅(qū)動功率 確定了液壓泵工作壓力和流量之后，就可計算液壓泵驅(qū)動功率： =20*1000*330/（60000*0.83）=132.5kW （2-13） 3. 閥的選取 （1）單向閥 參考《機械設計手冊》選用C型單向閥。C型單向閥在所設定的開啟壓力下使用，控制流量流動，完全阻止反向流動。 （2）溢流閥 可以保證液壓系統(tǒng)的恒定，并保證