小型挖掘机的液压系统设计

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1、分类号 密级U D C 毕业论文（设计）小型挖掘机的液压系统设计姓名：专 业： 机械设计制造及其自动化班级：学号：指导教师：Excavators论文主题词：挖掘机 液压系统设计液压回路液压缸参数 外文主题词： Excavators Desigh of hydraudic systemHydraulic circuit Parameter of hydraudic cylinder论文答辩日期：2012.6.5答辩委员会主席：评阅教师：摘要近年来，有关挖掘机液压系统方面的文献并不少见，但文献的内容大多针对 某一专题进行研究，系统地论述现代液压挖掘机液压系统的论文却较少，因此研 究和设计液压挖掘机

2、液压系统具有重要的现实意义和理论意义。本论文主要概述挖掘机液压技术的发展史及其目前在国内的外发展情况，简 述了液压挖掘机发展趋势，本文对液压挖掘机的常用液压回路进行了简单阐述和 分析，对液压挖掘机的功能进行了简单阐述，对执行机构的工作回路进行了简单 的分析和图表绘制，对液压系统和核心部件之一的液压泵进行了参数设计。对课 题要求设计的小型液压挖掘机液压系统进行了方案设计及分析，并通过进一步计 算确定了需要的液压元件完成选型。运用 AutoCAD 绘制液压系统原理图。最后通 过验算证明了本设计的可行性。关键词 ： 液压系统 挖掘机AbstractIn recent years, the excav

3、ator hydraulic systems, the literature is not uncommon but most of the content documents of a topic for research, systematic exposition of modern hydraulic excavator hydraulic system of the paper is less, so the research and design of hydraulic excavator system has important practical and theoretica

4、l significance.This paper outlines the main excavator hydraulic technology development history and is currently in the domestic and foreign development situation, the development trend of hydraulic excavator, hydraulic excavator common hydraulic circuit has carried on the simple elaboration and Anal

5、ysis on hydraulic excavator, the function has carried on the simple elaboration, the actuator of the working circuit to carry on the simple analysis and chart drawing of hydraulic system, and one of the core parts in hydraulic pump design parameters.On the requirements of the subject design of hydra

6、ulic excavator hydraulic system of design and analysis, and through the further calculation and identified the need for hydraulic components complete the selection.Using AutoCAD drawing hydraulic system principle diagram.The results show the feasibility of this design.Keywords： Hydraulic System Exca

7、vator目录1 绪论 51.1 选题意义 51.2 挖掘机及其液压技术概述51.3 国内外研究现状 81.4 挖掘机发展趋势92 挖掘机液压系统概述112.1 挖掘机的功能分析及工作机构的选型112.1.1 挖掘机系统的组成及液压系统要求112.1.2挖掘机液压系统的基本动作分析122.1.3 挖掘机实现的基本功能122.1.4 工作机构型号的选定132.2 工作机构单元液压回路的选择 .142.2.1 双泵供油回路的确定142.2.2 铲斗、动臂、斗杆平衡回路的确定152.2.3 铲斗、动臂、斗杆的工作回路确定152.2.4 其它基本回路的确定163 挖掘机总液压系统的设计203.1 挖掘

8、机液压装置的布局203.2 液压阀的配置方式203.3 挖掘机液压系统分析 203.4 液压系统中几种低压回路的作用213.5 液压元件的选用213.6 辅助元件的选用234 参数计算及选择234.1 液压缸负载分析244.2 计算液压缸的主要尺寸244.3 液压系统性能验算275 结 论296 致 谢307 参考文献318 附录1 绪论1.1 选题意义随着国民经济的快速发展，液压挖掘机在各种工程建设领域，特别是基础设 施建设中所起的作用越来越明显，液压挖掘机作为一类快速、高效的施工机械愈 来愈被人们所认识。据统计，国内主要23家主要挖掘机制造公司2009年挖掘机 市场总计销售各级别挖掘机约9

9、5,000台，同比2008年大幅增长23%，再次创造 中国挖掘机年度销量记录。挖掘机的发展与液压技术密不可分，二者相互促进，一方面，液压技术是现 代挖掘机的技术基础，另一方面，挖掘机的发展又促进了液压技术的提高。挖掘 机的液压系统复杂，其性能的优劣决定着挖掘工作性能的高低，可以说目前液压 传动的许多先进技术都体现在挖掘机上。近年来，有关挖掘机液压系统方面的文 献并不少见，但文献的内容大多针对某一专题进行研究，系统地论述现代液压挖 掘机液压系统的论文却较少，因此研究挖掘机液压系统具有重要的现实意义和理 论意义。1.2 挖掘机及其液压技术概述挖掘机的发展史可追溯到 19 世纪三四十年代。美国实施西

10、部大开发工程催 生了以蒸汽机作为动力，模仿人体大臂、小臂和手腕构造，能行走和扭腰的挖掘 机。随后的一百多年中，挖掘机并没有得到很大发展，其原因一是当时的工程主 要是国土开发、大规模的筑路和整修场地等，平面作业较多，使铲土运输机械成 为当时的主力机种，二是挖掘机作业装置动作多、运动范围大、采用多自由度机 构，机械传动难以适应这些要求，而当时的液压技术还不成熟，不能大规模地应 用到实际工业中。随着社会的不断进步，工程建设和施工形式逐渐向土木施工方 向发展，同时液压技术也逐步得以完善，这些因素的变化反过来又促进挖掘机的 不断更新换代。20 世纪 40 年代有了在拖拉机上配装液压铲的悬挂式挖掘机， 5

11、0 年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机， 60 年代，当液压传动技术成为成熟的传动技术时，液压挖掘机进入了推广和蓬 勃发展吉阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快（见表 11），产量猛增。19681970年间液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的83%,目前已接近100%, 所谓挖掘机在现代主要是指液压挖掘机，机械式挖掘机已很少见，液压传动技术 为挖掘机的发展提供了强有力的技术支撑。液压传动是挖掘机的重要组成部分之一,目前常用的传动方式有机械传动、 电力传动和流体传动。流体传动包括液体传动和气体传动,液体传动又分为液压 传动和液力传动。所谓液压传动是指在密闭的回路中,利用

12、液体的压力能来进行 能量的转换、传递和分配的液体传动。在现代工业中液压传动技术几乎应用于所 有机械设备的驱动、传动和控制,如操纵车辆转向和制动,控制和驱动飞机、机 床、工程机械、农业机械、采矿机械、食品机械和医疗机械等1650 年法国帕斯卡提出的封闭静止流体中压力传递的帕斯卡原理成为液压 传动的理论基础,此后液压传动理论不断得以丰富和完善,如 1686 年牛顿揭示 了粘性流体的内磨擦定律,18 世纪建立了流体力学的两个重要方程：连续性方 程和伯努利方程。丰富的理论和实践的需要促进了液体应用技术和成果的不断涌 现。1795 年英国人约瑟夫步拉默发明了世界上第一台水压机；随后出现在英国 的工业革命

13、促进了液压技术的迅速发展；到 1870 年液压传动技术已经被用来驱 动各种液压设备,如液压机、起重机、绞车、挤压机、剪切机和铆接机等； 1900 年,世界上出现了第一台轴向柱塞泵； 1 9 1 0 年及 1922 年海勒.肖及汉斯.托马 斯研制出用油做工作介质的径向柱塞泵；1926第一套由泵、控制阀和执行元件 组成的集成液压系统在美国诞生；1936 年哈里威克斯又发明了先导式液流阀。 第二次世界大战之后,美国麻省理工学院的布莱克本、李诗颖等人对液压伺服控 制问题作了深入的研究,于 1958 年制造了喷嘴挡板型电液伺服阀；20 世纪六 十年代末,电液比例阀应运而生；70 年代后期,德美等国相继研

14、制成负载敏感 泵及大功率电磁阀；近年来,为适应机电一体化、控制柔性化和计算机集中控制 的要求,液压系统的研究已由手动控制转向数字控制和信号控制。目前液压技术 的研究和发展动向主要体现在以下几个方面：（1）提高效率,降低能耗。（2）提 高技术性能和控制性能。（3）发展集成、复合、小型化、轻量化元件。（4）开展 液压系统自动控制技术方面的研究与开发。（5）加强以提高安全性和环境保护为 目的研究开发。（6）提高液压元件和系统的工作可靠性。（7）标准化和多样化。 （8）开展液压系统设计理论和系统性能分析研究。1.3 国内外研究现状我国挖掘机生产起步较晚，从 1954 年抚顺挖掘机厂生产第一台机械式单斗

15、 挖掘机至今，大体经历了测绘仿制、自主研发和发展提高三个阶段。新中国成立初期，以测绘仿制前苏联20世纪3040年代的机械式单斗挖 掘机为主，开始了我国的挖掘机生产历史，由于当时国家经济建设的需要，先后 建立起十多家挖掘机生产厂，到 20 世纪 80 年代末，我国的中小型液压挖掘机 已形成系列，但总的说来，我国的挖掘机生产批量小，产品质量不稳定，与国际 先进水平相比，差距较大。改革开放以来，生产企业积极引进、消化、吸收国外 先进技术，促进了我国挖掘机行业的发展，目前国产液压挖掘机的产品性能指标 已达到 20 世纪 80 年代的国际水平，部分产品达到了 90 年代的水平。国外挖掘机生产历史较长，液

16、压技术的不断成熟使挖掘机得到全面发展。德 国是世界上较早开发研制挖掘机的国家，1954 年和 1955 年德国的德马克和利 渤海尔两家公司分别开发了全液压挖掘机；美国是继德国以后生产挖掘机历史最 长、数量最大、品种最多和技术水平处于领先地位的国家；日本挖掘机制造业是 在二次大战后发展起来的，其主要特点是在引进、消化先进技术的基础上，通过 大胆创新发展起来的；韩国是液压挖掘机生产的后起之秀，20 世纪 70 年代开 始引进技术，由于产业政策支持，很快进入国际市场，并已挤入国际液压挖掘机 的主要生产国之一。20 世纪 60 年代，挖掘机进入成熟期，各国挖掘机制造商纷纷采用液压技 术并与其它技术相结合，使产品的适应性得到较快发展，产品寿命和质量不