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1、挖掘机液压系统设计一、挖掘机液压系统总体功能结构的描述单斗液压挖掘机是一种自行式土方工程机械，斗容量从0.256.0m3不等，按行走机构不同，有履带式、轮胎式两类。履带式应用较多，其主机结构示意图图2.1所示。图中铲斗a斗杆b和动臂c统称为工作机构，分别由相应的液压缸f. g. 驱动；回转机构d和行走机构e由各自的液压马达（图中未绘出）驱动，整个机构由柴油发动机提供。图2. 1液压挖掘机的结构及运动示意a铲斗；b斗杆；c动臂；d回转机构；e行走机构；f铲斗液压缸； g斗杆液压缸；h动臂液压缸;i连杆； j摇杆;l一动臂升降;2一斗杆收放:3一铲斗装卸;4一转台回转:5一整机行走挖掘机的工作循环
2、是：铲斗切削土壤入斗，装满后提升回转到卸料点卸空，再回到挖掘位置并开始下次作业。其作业程序及工作特性见表4-1，此外，挖掘机还具有工作循环时间短（12-25s）的特点，并要求主要执行机构能实现复合动作。单斗挖掘机的液压系统是以多路换向为主的系统。挖掘机各执行器作业程序及其动作特性见下表: 作业顺序动作特性顺序部件动作挖掘挖掘和铲斗回转铲斗提升到回转位置挖掘坚硬土壤以斗杆液压缸动作为主；挖掘松散土壤三个液压缸复合动作，以铲斗液压缸动作为主提升回转铲斗提升转台回转到卸料位置铲斗液压缸推出，动臂抬起，满斗提升，回转马达使工作装置至卸料位置卸斗斗杆缩回铲斗旋转卸载铲斗液压缸缩回，斗杆液压缸动作，根据卸
3、料高度，动臂液压缸配合动作复位转台回转斗杆伸出工作装置下降回转机构将工作装置转到工作挖掘面，动臂和斗杆液压缸配合动作将铲斗降至地面二、液压系统的设计1、工况分析液压挖掘机的主要功能运动包括以下几个动作(如图2. 1所示):动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走以及其它辅助动作。除了辅助动作(例如整机转向等)不需全功率驱动以外，其它都是液压挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。表1 液压缸在各工作阶段的负载工况负载值F/N推力(F/)/N快进00工进（加载）030000031579保压3000031579慢退300000315790快退002、液压缸主要参数的确定2.1初选液压缸的工作压
4、力 由表二和表三可知，在负载为30000N时，液压系统宜取压力P1=4Mpa.表2 按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/MPa 0.811.522.5334455表3 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.823528810101820322.2计算液压缸的尺寸由于液压缸的回油腔有背压，参照表3，选背压为P2=0.5Mpa。则则活塞直径 由圆整后取标准值得：D=110mm ，d=80mm由此可求得液压缸两腔的有效工作面积为：经验算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。液
5、压缸的缸筒长度L主要由活塞最大工作行程决定，故L=600mm 活塞长度： B=（0,61）D=66110mm 取B=80mm导向套长度： C=（0.61）D=66110mm 取C=90mm（3）根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环各阶段中的压力、流量和功率。表4 液压缸在各工作阶段的压力、流量和功率值工作循环负载F/N进油压力p1/Mpa回油压力p1/Mpa输入流量q/（L/min）输出功率P/kw快进00.450.954.220.032工进（加载）0315790.453.600.50.230.014保压3157900.500慢退3157903.601.060.50.230.01
6、4快退01.060.53.760.066注：1.差动连接时，液压缸的回油口到进油口之间的压力损失2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为P1，无杆腔回油，压力为P2=0.5MPa3、选择液压元件1）、确定液压泵的最大工作压力由表二可知，液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为p1=3.60Mpa,考虑到进油压力损失为p1=0.5Mpa，考虑到压力继电器的动作可靠，要求压差pe=0.5Mpa，所以泵的工作压力为：Pp=p1+p1+pe=4.6Mpa2）计算液压泵流量 由表二可知，快进时需要最大的供油量为4.22L/min，取回路泄露修正系数为K=1.2，则泵的总流量为qpKqmax =5.27L/mi
7、n 3）选择液压泵的规格根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定主泵选取YB-A-Y2型、排量为6mL/min的中高压单级叶片泵额定转速 n=1000r/min最大转速 nmax=2000r/min最小转速 nmin=600r/min额定压力 P0=7Mpa液压泵的实际输出流量为 =+=610000.95/1000L/min=5.7L/min4）确定电动机的功率由于液压缸在快退时输入功率最大，其值为0.066KW,液压泵的总效率为0.90，这时液压泵的驱动电机功率为查阅电动机产品样本，选用Y801-4型电动机，其额定功率为0.55KW，额定转速为1390r/min。三、液压系统图的拟定1
8、、挖掘机液压系统的基本回路分析 （1） 限压回路限压回路用来限制压力，使其不超过某一调定值。限压的目的有两个：一是限制系统的最大压力，使系统和元件不因过载而损坏，通常用安全阀来实现，安全阀设置在主油泵出油口附近；二是根据工作需要，使系统中某部分压力保持定值或不超过某值，通常用溢流阀实现，溢流阀可使系统根据调定压力工作，多余的流量通过此阀流回油箱，因此阀是常开的。 图2. 4油缸端口保护回路（2）防冲击回路用于回转制动时高压溢流和低压回油，消除液压冲击，一般是溢流阀和单向阀共同作用。图2.5 (b)是高、低压油路之间并联有缓冲阀，每一缓冲阀的高压油口与另一缓冲阀的低压油口相通。当回转机构制动、停
9、止或反转时，高压腔的油经过缓冲阀直接进入低压腔，减小了液压冲击。这种缓冲回路的补油量很少，背压低，工作效率高。 1一换向阀 2、3一缓冲阀 4、5、6、7一单向阀图2. 5（b）防冲击回路（3）节流回路节流调速和节流限速回路用十限制回路流量，防止工作机构动作过快。图2.6 (b)为回油节流调速，节流阀安装在低压回路上，限制回油流量。回油节流后的油液虽然发热，但进入油箱，不会影响执行元件的密封效果，而且回油有阻尼，速度比较稳定。液压挖掘机的工作装置为了作业安全，常在液压缸的回油回路上安装单向节流阀，形成节流限速回路。如图2.6 （c）所示，为了防止动臂因自重降落速度太快而发生危险，其液压缸大腔的
10、油路上安装由单向阀和节流阀组成的单向节流阀。此外，一斗杆液压缸、铲一斗液压缸在相应油路上也装有单向节流阀。1齿骊2一溢流阀3一书流阀4一换向阀5一抽缸图2. 6节流回路（4）锁定回路如图2.8所示，二位二通阀在弹簧力的作用下处十关闭位置，此时动臂油缸下腔压力油通过阀芯内钻孔通向插装阀上端，将插装阀压紧在阀座上，阻止油缸下腔的油从B至A，起闭锁支撑作用。当操纵动臂下降时，在先导操纵油压P作用下二位二通阀处十相通位置，动臂油缸下腔压力油通过阀芯钻孔油道经二位二通阀回油，由十阀芯内钻孔油道节流孔的节流作用，使插装阀上下腔产生压差，在压差作用下克服弹簧力，将插装阀打开，压力油从B至A 。 图2. 8闭
11、锁回路图2、拟定液压系统图图.YW160型单斗履带式挖掘机液压系统油泵； 、分配阀组；单向阀；速度限制阀；推土板油缸；、行走马达；双速阀；回转马达；动臂油缸；辅助油缸；斗杆油缸；铲斗油缸；背压阀；冷却器；滤油器四、液压系统工作原理及过程的分析该挖掘机液压系统采用双泵双向回路定量系统，由两个独立的回路组成。所用的油泵1为双联泵，分为A、B两泵。八联多路换向阀分为两组，每组中的四联换向阀组为串联油路。油泵A输的压力进入第一组多路换向阀，驱动回转马达、铲斗油缸、辅助油缸，并经中央回转接头驱动右行走马达7。该组执行元件不工作时油泵A输出的压力油经第一组多路换向阀中的合流阀进入第二组多路换向阀，以加快动
12、臂或斗杆的工作速度。油泵B输出的压力油进入第二组多路换向阀，驱动动臂油缸、斗杆油缸，并经中央回转接头驱动左行走马达8和推土板油缸6。该液压系统中两组多种换向阀均采用串联油路，其回油路并联，油液通过第二组多路换向阀中的限速阀5流向油箱。限速阀的液控口作用着由梭阀提供的A、B两油泵的最大压力，当挖掘机下坡行走出现超速情况时，油泵出口压力降低，限速阀自动对回油进行节流，防止溜坡现象，保证挖掘机行驶安全。 在左、右行走马达内部除设有补油阀外，还设有双速电磁阀9，当双速电磁阀在图示位置时马达内部的两排柱塞构成串联油路，此时为高速；当双速电磁阀通电后，马达内部的两排柱塞呈并联状态，马达排量大、转速降低，使挖掘机的驱动力增大。为了防止动臂、斗杆、铲斗等因自重而超速降落，其回路中均设有单向节流阀。另外，两组多路换向阀的进油路中设有安全阀，以限制系统的最大压力，在各执行元件的分支油路中均设有过载阀，吸收工作装置的冲击；油路中还设有单向阀，以防止油液的倒流、阻断执行元件的冲击振动向油泵的传递。
