挖掘机液压系统设计及工作装置.doc

1、 1 湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书 题 目： 挖掘机液压系统设计及工作装置 学 院： 兴 湘 学 院 专 业： 08机械设计制造及其自动化 学 号： 2008963023 姓 名： 全 小 张 指导教师： 周 里 群 完成日期： 2012-5-30 2 湘 潭 大 学 兴 湘 学 院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 挖掘机液压系统设计及工作装置 学号： 2008963023 姓名： 全 小 张 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 周 里 群 系主任： 周 友 行 一、主要内容及基本要求 主要内容： 1、对挖掘机进行结构分析。 2、绘制挖掘机的液压系统原理图。 3、设计挖

2、掘机工作装置的液压系统。 基本要求： 1、必须独立完成毕业设计工作 2、按制图标准设计多功能液压系统图和有关零件的零件图，图纸为 1:1， 毕业设计图纸总工作量不少于 2 张零号图纸 3、按学院毕业设计的书写严格要求，撰写设计说明书，毕业设计说明书 不少于 2000 字。 4、每个 学生应完成与毕业设计有关的 3000-5000 个文字的外文翻译，泽文 要求准确、文字流畅。 二、重点研究的问题 挖掘机液压系统方面的技术多种多样，本文主要通过国外几种知名品牌的挖掘机液压 系统为参考对象，对其现有的关键技术和控制方式进行比较和研 究为挖掘机的液压。 系统设计提供一定的参考信息： (1) 挖掘机液压

3、系统技术发展动态的分析研究。 (2) 挖掘机液压系统设计要求。 (3) 挖掘机液压系统的设计。 3 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 确定课题 2012 年 3 月上旬 2 搜集资料，完成开题报告 2012 年 3 月上旬 3 挖掘机的结构确定 2012 年 3 月中旬 4 绘制挖掘机液压系统图 2012 年 4 月中旬 5 外文资料翻译，撰写设计说明书 2012 年 5 月上旬 6 毕业设计打印，撰写答辩提纲准确答辩 2012 年 5 月下旬 7 8 四、应收集的资料及主要参考文献 1张云电、雷天觉。液压工程手册 M。北京：工业机械出版社， 2011 2杨培元，等，液压系统

4、设计简明手册 M.。北京：工业机械版本社， 1993 3官忠范，液压传动系统 M。北京：工业机械出版社， 1997 4李洪人，液压控制系统 M。北京：国防工业出版社， 1981 5刘春生，等，液压综合试验台的研制 J，煤矿机械， 1999 6周书、胡斌梁等，采煤机泵、马达综 合试验台研究，液压与气动， 1982 7郭华伟，液压故障诊断专家系统研究，机床与液压， 2002 8鲁建平，液压系统广义可靠性设计，机床与液压， 2001 9张铁，液压挖掘机结构原理及使用，东营：石油出版社， 2002 10石辉荣，周春华，零件疲劳可靠性计算理论的改进，铁道学院学报， 2001 11周大力，工程机械结构现代

5、强度设计方法的研究，工程机械， 1995 12雷天觉，新编液压工程手册。北京：理工大学出版。 1998 13徐 灏，机械设计手册 (第四卷 )。北京 :机械工业出版社。 1992 4 湘 潭 大 学 兴 湘 学 院 毕业论文（设计）评阅表 学号 2008963023 姓名 全 小 张 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 挖掘机液压系统设计及工作装置 评价项目 评 价 内 容 选题 1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综 合训练的目的； 2.难度、份量是否适当； 3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。 能力 1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力

6、； 2.是否有综合运用知识的能力； 3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5.工科是否有经济分析能力。 论文 （设计）质量 1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 2.文字是否通 顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。 综 合 评 价 论文选题综合性较强，基本符合机械专业培养目标和要求；题目难度适中，与工业生产实际结合较紧密。论文作者具有较强的查阅文献和综

7、合归纳资料的能力，综合应用本科所学知识能力一般；同时，论文作者计算机能力较好，英文水平及应用不错；方案设计时有一定的经济分析能力。 论文立论正确，论述比较充分，整体结构尚可；设计与计算比较科学，技术用语比较准确，图纸比较完备，但图表不是十分准确，引文比较规范。论 文文字尚算通顺，但观点提炼不足，综合概括能力一般，论文用一定的实际应用价值，但创新能力不是很强。 评阅人： 年 月 日 5 湘 潭 大 学 兴 湘 学 院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2008963023 姓名： 全 小 张 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 47 页 图 表 10 张 论文（设计）题目：

8、挖掘机液压系统设计及工作装置 内容提要： 挖掘机作为我国工程机械的主力机种，被广泛应用于各种各样的施工作业 中。挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实 现的动作复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机 械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压 系统的分析设计对推动我国挖掘机发 展具有十分重要的意义。在搜集了国内外挖掘机液压系统相关资料的基础上，了解了 挖掘机液压系统的发展历史，并对挖掘机液压系统的技术发展动态进行了分析总结。 论文对挖掘机的各种工况进行了分析，系统总结了挖掘机液压系统的设计要求。根据 挖掘机液压系统的设计要求，论文中采

9、用通用多路阀，配以专用控制阀和简单的电子 控制系统，设计了一套适合我国生产制造的 LS 恒功率控制单斗挖掘机液压系统。 本次 毕业设计课题是 WY200 型液压挖掘机 ， 小型挖掘机由多个系统组成，包括液压系统， 传 动系统，操纵系统，工作装置，底架，转台，油箱，发动机安装等。本人的设计 主 要致力于分析和设计小型液压挖掘机 工作装置的 液压系统。本液压挖掘机的优点是采 用伺服先导操纵系统，造型美观，具备挖掘，抓物，钻孔，推土，清沟和破碎等功能 ， 平台可 360旋转，性能可靠，操作舒适，可广泛应用于建筑，市政，供水，供气 ， 供电农林建设等工程。 6 指导教师评语 该生基本上能按时独立完成任

10、务书中规定的任务，基本满足教学要求。工作量饱满。基本上能独力查阅文献，综合归纳和分析问题的能力较好。方案论证 充分，设计计算 分析基本正确。翻译较准确，图纸较齐全，图面质量符合国家标准。设计说明书内容正确，文字通顺，格式规范。同意参加答辩，建议评定成绩为 。 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 7 目 录 1 前 言 7 1 . 1 挖 机 的 简 介 7 1.2 目 前挖 掘 机 的 研究 现 状 及 发展 动 态 8 1.3 本设计的研究内容 11 2 液 压挖掘 机的 工作原 理和 结构 13 2.1 液

11、压 挖 掘 机 的 性 能 13 2.2 液 压 挖 掘 机 的 结 构 15 2.3 液 压 挖 掘 机 传 动 原 理 16 3 液 压系统 设计 方案的 确定 与液 压挖掘 机工 况分析 18 3.1 液 压 挖 掘 机 的 工 作 情 况 19 3.2 挖 掘 机 液 压 系 统 设 计 要 求 24 3.3 挖 掘 机 液 压 系 统 分 析 25 3.4 液压系统方案的拟订 26 4 液 压 系 统 的 设 计 27 4.1 液 压 系 统 方 案 27 4.2 系 统 压 力 的 初 选 及 执 行 元 件 液 压 缸 28 4 . 3 工 作 装 置 铲 斗 液 压 缸 的 主

12、 要 尺 寸 29 4.4 液 压 系 统 原 理 图 的 制 定 32 5 液 压 元 件 的 选 择 37 5.1 液 压 泵 的 选 择 37 5.2 柴 油 发 动 机 的 选 择 39 5.3 液 压 阀 的 选 择 39 5.4 其 他 液 压 元 件 的 选 择 42 5.5 油 箱 容 量 的 确 定 45 6 压 系 统 性 能 验 算 46 6.1 液压系统压力的损耗 46 6.2 液压系统的发热温升的计算 47 总 结 53 参考文献 53 英文翻译 5 4 8 内 容提要 前言 液压挖掘机是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工

13、中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。由于液压挖掘机具有多品种，多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐。液压挖掘机的生产制造业也日益蓬勃发展。 挖掘机液压传动紧密地联系在一起，其发展主要以液压技术的应用为基础。由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机 械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析设计已经成为推动挖掘机发展中的重要一环 1。 1.1 挖掘机简介 挖掘机行业的发展历史久远，可以追溯到 1840年。当时美国西部开发，进行铁路建设

14、，产生了模仿人体构造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰类似机械手的挖掘机，它采用蒸汽机作为动力在轨道上行走。但是此后的很长时间挖掘机没有得到很大的发展，应用范围也只局限于矿山作业中。 导致挖掘机发展缓慢的主要原因是 :其作业装置动作复杂，运动范围大，需要采用多自由度机构，古老的机械传动对它不太适合。而且当时的工程建 设主要是国土开发，大规模的筑路和整修场地等，大多是大面积的水平作业，因此对挖掘机的应用相对较少，在一定程度上也限制了挖掘机的发展。 由于液压技术的应用，二十世纪四十年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机。随着液压传动技术迅速发展成为一种成熟的传动技术，挖掘机有了适合它的传动装

15、置，为挖掘机的发展建立了强有力的技术支撑，是挖掘机技术上的一个飞跃 。同时，工程建设和施工形式也发生了很大变化。在进行大规模国土开发的同时，也开始进行城市型土木施工，这样，具有较长的臂和杆，能装上各种各样的工作装置，能行走、回转，实现多自由动作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和沟槽的挖掘机得到了广泛应用 2。 1950年在意大利北部生产了第一台液压挖掘机。第一台液压挖掘机采用定量齿轮9 泵，中位开式多路阀，工作压力为 9Mpa，所有执行元件互相并联连结。由单泵向 6个执行元件供油。由于早期液压挖掘机主要采用了定量齿轮泵，不能按需改变供油流量，无法充分利用发动机的功率，因此其能量损失很大，不

16、能满足挖掘机复合动作的复杂要求，且可操纵性差。另外，早期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，配套件也不齐 全，制造质量不够稳定。从二十世纪六十年代到八十年代中期，液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展的阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。 1968-1970年间，液压挖掘机产量己经达到挖掘机总产量的83%，其时对挖掘机液压系统的研究也已经十分成熟，液压挖掘机已经具有了同步控制系统和负载敏感系统 L。 自第一台手动挖掘机诞生以来的 160多年当中，挖掘机一直在不断地飞跃发展，其技术已经发展到相对成熟稳定的阶段。目前国际上迅速发展全液压挖掘机，对其控

17、制方式不断改进和革新，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、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。所有这一切，挖掘机的全液压化为其奠定了坚实的基础，创造了良好的前提 3。 据有关专家估算，全世界各种施工作业场约有 65%至 70%的土石方工程都是由挖掘机完成的。挖掘机是一种万能型工程机械，目前已经无可争议地成为工程机械的第一主力机种，在世界工程机械市场上己占据首位，并且仍在发展扩大。挖掘机的发展主要以液压技术的应用为基础，其液压系统 已成为工程机械

18、液压系统的主流形式。随着科学技术的发展和建筑施工现代化生产的需要，液压挖掘机需要大幅度的技术进步，技术创新是液压挖掘机行业所面临的新挑战。在技术方面，挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，所以对其液压系统的分析研究具有十分重要的现实意义。 1.2 国内外研究现状及发展动态 1.2.1 国外研究状况及发展动态 从 20世纪 60年代液压传动技术开始应用在挖掘机上至今，挖掘机液压系统己经发展到了相当成熟的阶段。目前国际上先进的挖掘机产品的额定压力大都在 30MPa以上，并且随着材料科学技术的进步，有朝着 更高的压力甚至采用超高压液压技术方向发展的趋势；流量通常在每分钟数百升；功率在数百千瓦以上。如

19、德国 Orensttein(2)系统的节能技术成为研究的重点 ; (3)系统的高压化和高可靠性发展趋势日益凸显 ; (4)系统的操纵特性上升到很重要的地位 ;(5)液压系统与电子控制的结合成为潮流 4。 (1) 开式向闭式液压系统的转变 采用三位六通阀，其特点是有两条供油路，其中一条是直通供油路，另一条是并联供油路。由于这种油路调速方式是进油节流调速和旁路节流调速同时起作用，其调速特性受负载压力和油泵流量的影响，因此这种系统的操纵性能、调速性能和微调性能差。另外，当液压作用元件一起复合动作时，相互干扰大，使得复合动作操纵非常困难 。由于挖掘机作业工程中要求对液压元件能很好地控制其运动速度和进行

20、微调，而且在其工作的许多工况下要求多个执行元件完成复合动作，而长期以来使用的开式液压系统无法满足挖掘机的调速和复合动作的要求。近年来在国外的挖掘机液压系统中出现了闭式负载敏感系统 (CLSS)。它可以采用一个油泵同时向所有液压作用元件供油，每一个液压作用元件的运动速度只与操纵阀的阀杆行程有关，与负载压力无关，泵的流量按需提供，而且多个液压作用元件同时动作时相互之间干扰小，因此操纵性好是闭式液压系统的主要特点。这种系统非常符合挖掘机操作的要求，它操 纵简单，对司机的操纵技巧要求低，在国际上己经获得较广泛的使用，是挖掘机液压系统的发展趋势。目前日本小松公司已经把大量挖掘机液压系统从开式系统改为闭式系统了。 (2) 节能技术的应用 目前液压挖掘机上典型的节能技术基本上有两种。即负载敏感技术和负流量控制技术，目前液压挖掘机都选用其中一种控制技术来实现节能要求。负载敏感技术是一种利用泵的出口压力与负载压力差值的变化而使系统流量随之相应变化的技术。德国曼内斯