1、摘要AbstractConstruction machinery hydraulic excavator is an important species, is a widely used in construction, railway, highway, water conservancy, mining and other construction projects of Earthmoving Machinery. The use of hydraulic excavator hydraulic components (hydraulic pumps, hydraulic motors
2、, hydraulic cylinders, etc. bring a variety of component movement, has many advantages, so it is the design of the hydraulic system of the high demands, and its hydraulic system engineering machinery hydraulic system is the most complex. Therefore, the analysis of excavator hydraulic system design i
3、n promoting the development of Chinas excavator of great significance.At home and abroad in gathering relevant information excavator hydraulic system on the basis of the understanding of the excavators of the historical development of the hydraulic system, hydraulic excavators and technical developm
4、ents have been analyzed and summarized. The graduation project is the subject of hydraulic excavators YW160. Mini-excavator from multiple systems, including hydraulic system, transmission system, control system, the working devices, chassis, turntable, fuel tanks, engine installation. I focused on t
5、he design of the analysis and design of medium-sized hydraulic excavator hydraulic system hydraulic components. Hydraulic components and the main hydraulic circuit.Keywords hydraulic pump hydraulic system of excavator 概 论 51.1 挖 掘 机 的 简 介1.2 液 压 挖 掘 机 的 发 展 概 况1.2.1 国 外 液 压 挖 掘 机 目 前 水 平 及 发 展 趋 势1.
6、2.2 国 内 液 压 挖 掘 机 的 发 展 概 况1.3 设 计 的 内 容 和 设 计 内 容 的 意 义1.4 设 计 内 容 的 安 排 挖 掘 机 液 压 系 统 的 计 算2.1 液 压 挖 掘 机 的 基 本 系 统2.1.1 挖 掘 机 液 压 系 统 的 简 介2.1.2 YW-160型 单 斗 液 压 挖 掘 机 液 压 系 统2.2 液 压 挖 掘 机 工 作 装 置 油 缸 作 用 力 的 确 定2.2.1 动 臂 油 缸 作 用 力 分 析2.2.2 铲 斗 油 缸 工 作 受 力 分 析2.2.3 斗 杆 油 缸 作 用 力 分 析2.3 液 压 元 件 的 计
7、算2.3.1 液 压 缸 内 径2.3.2 缸 筒 壁 厚2.3.3 缸 筒 壁 厚 验 算2.3.4 活 塞 杆 计 算2.3.5 活 塞 杆 强 度 计 算2.3.6 确 定 液 压 系 统 的 工 作 压 力2.3.7确 定 液 压 缸 的 主 要 参 数 和 工 作 压 力2.3.8 确 定 液 压 马 达 的 排 量 和 工 作 压 力2.3.9 计 算 液 压 缸 与 液 压 马 达 的 流 量 液 压 元 件 的 选 择3.1 液 压 缸 的 选 择3.2 液 压 泵 的 选 择3.3 液 压 马 达 的 选 择3.4 发 动 机 的 选 择 液 压 系 统 回 路 的 设 计4
8、.1 液 压 缸 控 制 回 路4.2 液 压 马 达 控 制 回 路4.3 计 算 系 统 所 需 的 最 大 流 量4.4 压 力 损 失 的 计 算4.5 拟 定 液 压 源 控 制 回 路 液 压 系 统 性 能 验 算5.1 液 压 系 统 功 率 损 失5.2 液 压 油 油 温 过 高 的 原 因 及 预 防 措 施6 结 论 和 展 望6.1 结 论6.2 展 望参 考 文 献致 谢附 录 一 液 压 系 统 英 文 论 文 和 翻 译附 录 二 毕 业 设 计 任 务 书 概 论液压挖掘机是工程机械的一个重要品种，是一种广泛用于建筑、铁路、公路、水利、采矿等建设工程的突发机械
9、。液压挖掘机利用液压元件（液压泵、液压马达、液压缸等）带动各种构件动作，具有如下有点：功率密度大，结构紧凑，重量轻；无级调速，调速范围大；启动性能好，能实现快速正反转；布置灵活，基本不受总体结构的限制；运转平稳，各种可靠，能自行润滑，使用寿命长；有过载保护功能；容易实现自动化，操作简便省力等。因此，液压挖掘机对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，具有重要意义。液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。它的工作过程是以铲斗的切削刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开始下一次的作业。因此，液压挖掘机是一种周期
10、作业的土方机械。液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石施工中不可缺少的一种重要机械设备。1.1 挖 掘 机 的 简 介液压挖掘机是一种多功能机械1，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。根据建筑施工部门统计，一台斗量为1.0m的液压挖掘机挖掘土壤时，每班生产率大约相当个工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。由于液压挖掘机具有多品种
11、，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。液压挖掘机结构特点:挖掘机由工作装置、回转装置、行走装置和液压系统构成。下面以轮式液压挖掘机为例来说明一下：单斗液压挖掘机是一种周期性作业的自行式土方机械，它采用液压传动，由一个铲斗切削土装入斗内，然后提升装满土石的铲斗，再回转一
12、定的角度进行装车，接下来空当斗回到原来的位置，准备进行下一个循环的挖掘，此外整机还要定期移位，使铲斗能在适当位置上有效地作业，单斗挖掘机装载，抓取起重、钻孔、打桩、破碎、修坡、清沟等工作，挖掘机可分为提供动力和基本动作（行走回转）的主机部分及进行不同作业的工作装置部分，主机又可分为行走装置、回转装置、液压系统、工作装置。 一、行走装置 液压挖掘机行走装置的反力同时能使挖掘机作短距离行走，按结构不同，可分为履带式、轮胎式两类。履带式行走装置由履带、支重轮、托链轮、驱动轮、导向轮、张紧装置、行走架液压马达、减速机等组成，液压挖掘机的行走装置采用液压马达、减速机、驱动轮，每条履带有各自的液压马达和减
13、速机，由于两个液压马达可独立操作，因此，机器的左右履带可以同步前进后退，也可以通过一条履带制动来实现转弯，还可以通过两条履带相反方向驱动，来实现原地转向，操作十分简单。二、回转机构 回转机构包括回转驱动装置、回转支承，回转驱动装置一般采用定量马达，经过回转减速机两行星齿轮与回转支承的内齿圈相齿合而实现转台的回转，具有结构紧凑，体积小、效率高速比大，承载能力强，发热量和功率损失小，工作可靠等优点，回转支承一般采用的滚动轴承，其中用的最广泛的是单排滚球式和双排式滚轴柱式回转支承。 三、工作装置 工作装置是液压挖掘机的主要组成部分之一，由于工作的不同，工作装置不同类很多常用挖掘、装载和起重装置也可以
14、有很多形式，挖掘装置一般采用斗杠油缸进行挖掘，动臂油缸主要用于调节切削角度，清除障碍以及挖掘结束时为装满铲斗多用开启斗底多用开启斗底的方式卸载，斗底的开启、关闭也用了油缸。 四、液压系统 液压挖掘机的主要系统运动有整机行走、转台回转、动臂升降，斗杆收放、铲斗挖掘等，根据以上的工作要求把各液压元件用管路连接起来的组合体叫做液压挖掘机的液压系统。液压系统功能是把发动机机械能以油液为介质，利用油泵转变为液压能传送给油缸、马达等边为机能，再传动各个执行机构，实现各种运动。国家规定8吨以下的挖掘机采用定量泵。11.2 液 压 挖 掘 机 的 发 展 概 况第一台手动挖掘机问世至今已有130多年的历史，期
15、间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。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，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
16、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。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
17、阶段。目前国际上迅速发展全液压挖掘机，对其控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。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
18、基础，其液压系统已成为工程机械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。21.2.1 国 外 液 压 挖 掘 机 目 前 水 平 及 发 展 趋 势工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容量3.5-40m单斗液压挖掘机的主要生产国，从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量50-150m剥离用挖掘机，斗容量132m的步行式拉铲挖掘机；B-E（布比
19、赛路斯-伊利）公司生产的斗容量168.2m的步行式拉铲挖掘机，斗容量107m的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。1开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。为满足市政建设和农田建设的需要，国外发展了斗容量在0.25m以下的微型挖掘机，最小的斗容量仅在0.01m。另外，数量最的的中、小型挖掘机趋向于一机多能，配备了多种工作装置除正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及拉铲等，以满足各种施工的需要。与此同时
20、，发展专门用途的特种挖掘机，如低比压、低嗓声、水下专用和水陆两用挖掘机等。2）迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，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基础和创造了良好的前提。3）重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速度。例如，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节装置，使挖掘机按最适合其作业要求的速度来工作；美国林肯贝尔特公
21、司新C系列LS-5800型液压挖掘机安装了全自动控制液压系统，可自动调节流量，避免了驱动功率的浪费。还安装了CAPS（计算机辅助功率系统），提高挖掘机的作业功率，更好地发挥液压系统的功能；日本住友公司生产的FJ系列五种新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，减少燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并处长了零部件的使用寿命；德国奥加凯（O&K公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神钢公司在新型的904、905、907、909型液压挖掘机上采用智能型控制系统，即使无经验的驾驶员也能进行复杂的作业操作；德国利勃海尔公司开发了EC
22、O（电子控制作业）的操纵装置，可根据作业要求调节挖掘机的作业性能，取得了高效率、低油耗的效果；美国卡特匹勒公司在新型B系统挖掘机上采用最新的3114T型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。韩国大宇公司在DH280型挖掘机上采用了EPOS-电子功率优化系统，根据发动机负荷的变化，自动调节液压泵所吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全功率运转，这样既充分利用了发动机的功率、提高挖掘机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。4）更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。美、英、日等国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无
23、限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面，促进了产品的优质高效率和竞争力。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法，并创立了预测产品失效和更新的的理论。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序，研制了可靠性住处处理系统。在上述基础理论的指导下，借助于大量试验，缩短了新产品的研究周期，加速了液压挖掘机更新换代的进程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液压挖掘机的运转率达到85%-95%，使用寿命超过1万小时。5）加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。液压挖掘机采用带有坠
24、物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔音措施降低噪声干扰。6）进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系统转变的明显趋势。因为变量系统在油泵工作过程中，压力减小时和增大流量来裣，使液压泵功率保持恒定，亦即装有变量泵的液压挖掘机可经常性地充分利用油泵的最大功率。当外阻力增大时则减少流量（降低速度），使挖掘力成倍增长率加；采用三回路液压系统。产生三个互不成影响的独立工作运动。实现与回转达机械的功率匹配。将第三泵在其他工作运动上接通，成为开式回路第二个独立的快速成运动。此外，液压技术在挖掘机上普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机的应用与推广创造了条件。7）
25、迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。20世纪70年代，为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机的操作轻便和安全作业，降低挖掘机口音，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘上应用电子和自动控制技术。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了机电一体化在挖掘机上的应用，并使其各种性能有了质的飞跃。20世纪80年代，以微电子技术为核心的高新技术，特别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子控制技术在挖掘机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重要标志，亦即目前先进的挖掘机上设有发动机自动怠速及油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统、监控系统等电控系统。31.2.2 国 内 液 压 挖 掘 机 的 发 展 概 况近年来，我国的挖掘机市场90%被外国独资或合资企业垄断，而国产品的价格优势仍然是十分明显的。成都神钢的挖掘机、 凯斯的挖掘装载机、 JCB的挖掘装载机
