1、吉林大学本科生毕业论文（设计） 本科生毕业论文（设计） 小型液压挖掘机液压系统和工作装置设计 The design of small hydraulic excavator hydraulic system and device 学生姓名： 班级： 学号： 学 院：机械科学与工程学院 专 业：机械工程及自动化 指导教师： 吉林大学本科生毕业论文（设计） 摘要 本次毕业设计课题是小型液压挖掘机的液压系统和工作装置。设计思路是根据液压挖掘机各部分的动作要求，参照同类型其他液压挖掘机来设计。工作装置结构图和液压系统图采用 CAD2004 绘制。 小型液压挖掘机主要由结构件、覆盖件、工作装置、行走装置
2、、回转装置、液压系统、动力系统、电器系统等部分构成 ,最关键核心的是液压系统和动力系统。本文对小型液压挖掘机做了简要介绍，分析了液压挖掘机的主要动作，并根据动作要求设计了挖掘机的液压系统和工作装置。同时对回转装置、行走装置和各液压缸的参数进行初步估算。此液压系统采用液压先导控制，性能可靠，操纵强度低。 关键词 ：挖掘机；液压系统 ；工作装置 ；液压缸 吉林大学本科生毕业论文（设计） Abstract The subject of graduation design is a small hydraulic excavator hydraulic system and device. Desig
3、n concept is based on the various parts of the movement of hydraulic excavators requirements, taking into account the other same type hydraulic excavator design.Working device structure diagram and Hydraulic system diagram used AutoCAD2004 drawing. Mainly by the structure of small hydraulic excavato
4、r parts, covering parts, working devices,walking devices, rotating equipment, hydraulic systems, power system, electrical system parts, the most critical core is the hydraulic system and power systems. In this paper, a small hydraulic excavator gives a brief introduction, analysis of the major movem
5、ents of hydraulic excavators and in accordance with movements to design the excavator hydraulic system and working devices. The same time, rotating equipment, walking equipment and the hydraulic cylinder parameters initial estimates. The hydraulic system adopts the hydraulic pilot control, reliable
6、performance, manipulation of low intensity. Key words： Excavator;Hydraulic system ； Working device ； Hydraulic urn 吉林大学本科生毕业论文（设计） 目录 第 1 章 绪论 .1 1.1 小型液压挖掘机简介 .1 1.2 国内外小挖的现状和发展情况 .3 1.2.1 国外现状和发展情况 .3 1.2.2 国内现状和发展情况 .3 1.3 本文拟达到的要求 .4 第 2 章 小型液压挖掘机工作装置总体方案设计 .5 2.1 工作装置构成 .5 2.2 动臂和斗杆的结构形式 .8 2.3
7、 铲斗的结构选择 .9 第 3 章 工作装置基本尺寸计算 .12 3.1 铲斗参数的选择 .12 3.2 动臂和斗杆参数的确定 .12 3.2.1 动臂和斗杆基本尺寸的选择 .12 3.2.2 斗杆宽度、 钢板厚度、许用应力的选取 .13 第 4 章 工作装置挖掘力分析 .18 4.1 铲斗油缸和斗杆作用力的确定 .18 4.2 动臂油缸作用力的确定 .19 4.3 各液压缸实际作用力的确定 .20 第 5 章 小型液压挖掘机液压系统概述 .21 5.1 小型液压挖掘机液压系统的基本组成及要求 .22 5.2 小型液压挖掘机的基本动作分析 .23 5.3 小型液压挖掘机的基本回路分析 .24
8、5.3.1 限压回路 .24 5.3.2 卸荷回路 .26 5.3.3 缓冲回路 .27 5.3.4 节流调速回路 .29 5.3.5 节流限速回路 .30 5.3.6 行走限速回路 .31 吉林大学本科生毕业论文（设计） 5.3.7 支腿顺序回路和锁紧回路 .32 第 6 章 小型液压挖掘机液压系统分析 .33 6.1 液压系统原理图 .33 6.2 液压系统工作原理简述 .35 6.3 液压系统特殊 部件作用 .35 6.4 液压系统参数确定 .36 6.4.1 确定液压系统的工作压力 .36 6.4.2 确定液压缸的主要参数和工作压力 .37 6.4.3 液压马达所需流量 .38 6.4
9、.4 确定液压马达的排量和工作压力 .38 6.4.5 液压泵流量和输入功率的确定 .39 6.4.6 发动机功率的确定 .40 第 7 章 液压缸的设计计算 .40 7.1 液压缸结构尺寸设计计算 .40 7.2 油缸强度计算 .43 7.3 油缸稳定性验算 .44 总结 .47 致谢 .48 参考文献 .49 吉林大学本科生毕业论文（设计） 1 第 1章 绪论 就目前全球范围来看，挖掘机无论是在技术上还是市场上都很成熟了，像欧美那些工业发达国家的挖掘机需求和供应相对稳定。但由于国民经济发展和基础设施建设的需要，以 中国为代表的发展中国家和新兴经济体对挖掘机的需求正不断增多。特别是自从我国改
10、革开放以来，随着我国城镇化率的不断提高和公路铁路等基础设施建设项目的不断增多，施工建设也由以前的粗放型不断向精细型发展，而且由于我国劳动力成本的大幅上涨和施工建设对施工效率的要求越来越高，最终促使了以挖掘机等工程机械高效率的施工手段替代了高成本低效率的人工劳动。随着社会经济的快速发展，液压挖掘机在各种工程建设领域，特别是基础设施建设方面所发挥的作用越来越大，统计称在工程施工中约 65%70%的土石方量是由挖掘机来完成的，液压挖掘机以 其快速高效的施工特点被人们所熟知，因此被人们作称为工程机械之王。 1.1 小型液压挖掘机简介 业界对小挖没有比较明确的定义，一般认为标准斗容量在 0.25 3m
11、以下或者整机重在 13T 以下的挖掘机都是小型挖掘机。在公路养护、园林绿化、小区建设、市政工程及农田建设等土方量分散、作业空间狭窄的工况下，小型挖掘机以其体积小、机动性好等优点受到广大用户的青睐。 近几年来，我国的经济活动建设带动了以挖掘机为代表的工程机械行业的快速发展，小挖作为其中一个 重要力量也取得了迅速的发展。小挖以其价格便宜、功能多样、机动灵活、作业效率高等优势，逐渐成为挖掘机吉林大学本科生毕业论文（设计） 2 这个子行业版块的主力军，受到大家的青睐。 小型液压挖掘机价格低、质量轻、保养维修方便，具有独特优势。小型液压挖掘机体积小，机动灵活，非常适用于城镇的各种管道开挖、基础施工、公用
12、事业以及房屋维修等作业。其紧凑的体积、特殊的设计使其能够在大型挖掘机无法施工的环境中进行作业。由于有相关的液压动力系统，小挖能够安装许多辅助作业工具。尾部旋转半径为零的设计应用，使得小型挖掘机在作业空间有限的环境下作业时挖掘机操作人员无须 考虑施工现场是否有障碍物阻碍挖掘机的转动，从而使操作人员能够更专心于铲斗的操作，这也防止了施工现场周围建筑物以及挖掘机自身的损坏。小型挖掘机的动臂与机身铰接的设计，使其能够在一个很大的范围内进行摆动。使得挖掘机在周围有障碍物时也能避开障碍物进行作业而无需经常移动机身。同时，这也使得挖掘机能够便于在墙壁或是围墙的旁边进行挖掘作业。小型液压挖掘机便于各个施工现场
13、间的转移，无需大型拖车或是重型卡车来进行运输，小型的运输工具就可将其运载。不但能够方便运输，还可以大大降低机器的运输费用。 小型工程机械在市政工程、交通 等施工中发挥较大优势并得以迅速发展。小型挖掘机在这些工程中为节省人力、物力做出了较大贡献，满足了城市各种作业要求，在城市狭窄的工作空间内能够最大限度地发挥其生产能力，逐步成为城市施工中具有代表性的施工机械。 从全球范围看，小型挖掘机市场已处于成熟发展期，需求稳定并呈缓慢上升趋势，中国的小型挖掘机产业仍处于市场导入和发展的初级阶段，需求持续快速增长。小型挖掘机的发展主要依赖于城市建设的发展，由于城市的改造、建设施工较多，要求施工时间短、施工机械
14、对周围环境影响小、安全、低污染、回转半径 小、便于运输以及具有与城市景色相协调的外观。 吉林大学本科生毕业论文（设计） 3 1.2 国内外小挖的现状和发展情况 1.2.1 国外现状和发展情况 国外小型挖掘机的生产始于二十世纪 70年代， 1985 年以后，由于技术的不断成熟，这种产品得到了快速发展。目前国外小挖产品在可靠性、操作的流畅性和舒适性等方面已经非常完美，而且其驾驶室里美观的内饰及舒适的质感也可与家用轿车媲美。 国外专业生产小挖的公司主要分布在美国、日本、欧洲等国家，比较有代表性的公司比如日本的久保田、小松、洋马等，美国的凯斯和山猫，德国的英孚和英国的 JCB 等。 目前国外的小挖主
15、要向着以一机多用的多功能化、以提高操作性能的智能化、以功率匹配控制的节能化、以有限元分析的可靠性设计、以基于微电子技术的智能监控系统设计和以符合人机工程学的驾驶室设计等方向发展。 1.2.2 国内现状和发展情况 目前国内已形成 1.5T 至 13T 全系列规格型号的小型挖掘机 ，在国内占据了大部分市场份额，而且出口量在逐年攀升，其中国内生产小挖比较著名企业的是玉柴和山河智能。现阶段国内小挖的技术水平相比于国外来说还有很大差距，主要体现在整机的功率匹配、操作的稳定性和精确性、产品质量的可靠性以及人性化设计等 方面。 现阶段处于仿制后自主提高阶段，生产的大部分是标准型小挖，缺乏自主创新开发能力，特
16、别是在核心液压元件和动力方面受制于人，大部分吉林大学本科生毕业论文（设计） 4 配件都需要进口。而且很多技术都来自于较成熟的大中型液压挖掘机，在动力匹配和技术创新方面有待进一步突破，特别是国产液压元件要替代进口液压元件还得不断努力。 1.3 本文拟达到的要求 本文设计的小型液压挖掘机斗容量为 0.2 3m ，整机重量为 6 吨。挖掘土壤级别为级以下。本文主要对由动臂、斗杆、铲斗、连杆机构 组成的工作装置和液压系统进行设计，设计的工作装置和液压系统要能满足挖掘机基本动作要求，并能完成复杂的复合动作。本文主要的设计内容包括小挖工作装置的总体设计和机构挖掘力分析，液压系统的整体设计和设计完成后对关键液压元件进行设计计算并校核。 吉林大学本科生毕业论文（设计） 5 第 2章 小型液压挖掘机工作装置总体方案设计 2.1 工作装置构成 1 油管； 2 动臂油缸； 3 动臂； 4 斗杆油缸； 5 斗杆； 6 铲斗油缸； 7 曲柄； 8 连杆； 9 铲斗； 10 侧板； 11 斗齿。 图 2.1.1 工作装置组成图 图 2.1.1 为小型液压挖掘机工作装 置组成图和传动示意图，反铲工作装置由曲柄 7、连杆 8、铲斗 9、斗杆 5、动臂 3以及相应的直线液压缸 6、
