裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、設(shè)計(jì)題目：系部名稱:學(xué)生姓名:專業(yè):班級(jí):學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:河北工程大學(xué)科信學(xué)院課程設(shè)計(jì)裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械工程系趙亞勇機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化三班110202328張平格填表時(shí)間:201501 月摘要裝載機(jī)主要用來裝卸散狀物料，也能進(jìn)行輕度的鏟掘工作，并且具有良好的機(jī)動(dòng)性能，廣泛使用于工廠、礦山、建筑、水電上程、道路、碼頭、農(nóng)田乃至家庭，是工程機(jī)械中保有 量較大的品種之一。裝載總體方案設(shè)計(jì)是裝載機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它對(duì)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)質(zhì)量、使用性能和裝載機(jī)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力有著決定性的影響。裝載機(jī)性能的優(yōu)劣和作業(yè)效率的發(fā)揮，不僅與相關(guān)總成及部件的工作性能有著密切關(guān)系，而且在很大程度上取決于各有關(guān)總

2、成及部件間的協(xié)調(diào)和參數(shù)匹配，取決于裝載機(jī)的總體布置。裝載機(jī)的工作裝置和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)都采取液壓傳動(dòng)，本文通過對(duì)工作裝置及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)工作要求和載荷分析對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要包括對(duì)執(zhí)行元件，控制元件輔助元件的選擇、設(shè)計(jì)。本文的設(shè)計(jì)，能夠使讀者對(duì)工程機(jī)械總體方案設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)一步加深了解，同時(shí)能從中理會(huì)一些設(shè)計(jì)理念，為以后更好從事設(shè)計(jì)工作提供了幫助。關(guān)鍵詞：裝載機(jī)；液壓傳動(dòng)；液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì);緒論 11履帶式裝載機(jī)總體參數(shù)確定 21.1履帶式液壓裝載機(jī)的組成 21. 2設(shè)計(jì)依據(jù)21 . 3傳動(dòng)方式31 . 4主要參數(shù)的確定31.5 行走裝置的牽引力61.6 液壓馬達(dá)主要參數(shù)計(jì)算確定 61.7 緩沖張緊裝

3、置設(shè)計(jì)要求與計(jì)算 71.8 四輪一帶及其他部件選型 72液壓系統(tǒng)的初步介紹 132.1液壓系統(tǒng)的工作原理 132. 2液壓系統(tǒng)的組成部分132.3技術(shù)要求 133液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 153.1 制定液壓系統(tǒng)方案 153.2 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 173.3 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 183.4 液壓元件的選擇與專用件設(shè)計(jì) 223.5 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 253.6 液壓系統(tǒng)沖擊壓力 294動(dòng)臂液壓缸的設(shè)計(jì) 304.1 液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 304.2 液壓缸的連接計(jì)算 314.3 活塞桿活塞桿強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算 32總結(jié) 354.4 獻(xiàn) 36緒論裝載機(jī)是一種常用的鏟土運(yùn)輸機(jī)械，廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、建筑

4、、水電、 港口、礦山及國(guó)防工程中。具對(duì)加快工程建設(shè)速度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工程質(zhì) 量，降低工程成本等都發(fā)揮著重要的作用。因此，近年來，裝載機(jī)在國(guó)內(nèi)外均得 到了迅猛的發(fā)展，已成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。一臺(tái)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)是否成功，首先是從能否滿足使用要求，好造、好用、好 修，具備較高的作業(yè)生產(chǎn)率和較低的使用成本來衡量的。這體現(xiàn)在設(shè)計(jì)工作中， 就是應(yīng)當(dāng)使裝載機(jī)具有較完善的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能與指標(biāo)以及先進(jìn)的部件結(jié)構(gòu)方案。常見的單斗裝載機(jī)一般有以下特點(diǎn)來分類。(1)按行走裝置不同分類：輪胎式和履帶式。國(guó)產(chǎn)履帶式裝載機(jī)多是在推土機(jī)基礎(chǔ)上形成及國(guó)內(nèi)外使用和生產(chǎn)的絕大多數(shù)是輪胎式裝載機(jī)，這兩類裝載機(jī)除行走裝置不同外

5、，其它系統(tǒng)和構(gòu)造大體相似。(2)按使用場(chǎng)合不同分類：露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)(鏟運(yùn)機(jī)) 。國(guó)內(nèi) 外生產(chǎn)和使用的裝載機(jī)絕大多數(shù)是露天輪式裝載機(jī)。鏟運(yùn)機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)來說是比 較簡(jiǎn)單的。(3)按傳動(dòng)形式不同分類：機(jī)械傳動(dòng)式，液力機(jī)械傳動(dòng)式，液壓傳動(dòng)式和電傳動(dòng)式。機(jī)械傳動(dòng)式在國(guó)內(nèi)僅用于 0.5m3以下的裝載機(jī)，它一般直接采用汽車或 拖拉機(jī)的傳動(dòng)裝置，即離合器和變速器。由于液力傳動(dòng)機(jī)械取消了機(jī)械傳動(dòng)中的離合器而換用液力變矩器， 取消了人 力換擋變速箱而換用了動(dòng)力換檔變速箱， 是發(fā)動(dòng)機(jī)在不停車的情況下?lián)Q擋，操作 輕便，工作可靠性高，因此液力機(jī)械傳動(dòng)式是輪式裝載機(jī)的主要傳動(dòng)形式。液壓傳動(dòng)使用柴油機(jī)帶動(dòng)液壓泵

6、產(chǎn)生高壓油，并通過控制系統(tǒng)和油管帶動(dòng)液 壓馬達(dá)使車輪傳動(dòng)。它能夠簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)，使整機(jī)質(zhì)量減輕，但由于啟動(dòng)性差， 液壓件價(jià)格昂貴，壽命也比較低，因此目前僅用于小型裝載機(jī)上。電傳動(dòng)是由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)，以此來驅(qū)動(dòng)裝在車輪上的直流電動(dòng)機(jī)， 然后通過輪邊減速器帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。這種傳動(dòng)檢查方便， 維修簡(jiǎn)單，工作可靠。缺點(diǎn)是電機(jī)設(shè)備質(zhì)量大，費(fèi)用高，目前只在大型裝載機(jī)上 使用。(4)按裝載方式不同分類：前卸式，后卸式，側(cè)卸式和回轉(zhuǎn)式。(5)按轉(zhuǎn)向方式不同分類：整體式和較接式。履帶式裝載機(jī)總體參數(shù)的確定1.1. 履帶式液壓裝載機(jī)的組成液壓裝載機(jī)機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝

7、置和電氣控制等 部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達(dá)、管路、油箱等組成。 電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥 等，如圖。圖2 瓶帶式裝載機(jī)結(jié)構(gòu)圖1 行走機(jī)構(gòu)2愛動(dòng)捫3動(dòng)智4爭(zhēng)斗5轉(zhuǎn).油&動(dòng)1T油缸 7駕城!T氏渴油箱1.2. 設(shè)計(jì)依據(jù)1.2.1. 履帶式行走裝置的主要特點(diǎn)(1)牽引力大(通常每條履帶的牽引力達(dá)機(jī)重的35-40%),接地比小(一般為4-15N/cm2),轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)靈活；(2)采用液壓傳動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；(3)每條履帶各自有驅(qū)動(dòng)的液壓馬達(dá)及減速裝置。1.2.2. 設(shè)計(jì)參數(shù)(1)機(jī)重18t(2)總牽引力10KN(3)最大行走

8、速度2.2Km/h(4)驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑323mm(5)減速器傳動(dòng)比4(6)動(dòng)臂提升時(shí)間選8s(7)動(dòng)臂不降時(shí)間選6s(8)鏟斗前傾時(shí)間選3s裝載機(jī)的外形尺寸，可以根據(jù)舉升高度、卸載跑離、輪距、軸距、算出整機(jī)的長(zhǎng)、寬、高。外形尺寸名稱幾何尺寸車長(zhǎng)7080mm總寬度2940mm車局3370mm軸距2760mm輪距2200mm最小離地間隙300mm最大卸載高度3050mm1.3. 傳動(dòng)方式考慮到裝載機(jī)一般在野外作業(yè)，工作載荷變化大，作業(yè)環(huán)境惡劣，技術(shù)保養(yǎng) 條件差；因此本設(shè)計(jì)采用了履帶式行走裝置。確定的行走裝置的動(dòng)力路線為：柴油機(jī)一液壓泵一控制閥一液壓馬達(dá)一制動(dòng) 器一減速器一驅(qū)動(dòng)輪一履帶1.4. 主要

9、參數(shù)確定1.4.1. 機(jī)體主要線性尺寸在本次設(shè)計(jì)中按照標(biāo)注選定法、理論分析計(jì)算法等方法得出的參數(shù)值不可能都是完全切合的。通常在設(shè)計(jì)開始時(shí)一些參數(shù)還不能利用以上方法完全確定，因此在本設(shè)計(jì)中有的參數(shù)采用了經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行計(jì)算。(1)履帶帶長(zhǎng)L1L1 = K a G1/ 3=1.25 (18 109) 1/ 3=3276mm式中：K a為尺寸系數(shù)(1.25 1.5),本設(shè)計(jì)取 Ka =1.25;考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大10%;故Li取為3604mm。(2)驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)向輪軸向中心距l(xiāng)ili= K i G1/ 3 =1.1*(18*10 9)1/3=2880mm式中：Ki為尺寸系數(shù)(1

10、.0 1.2)?？紤]到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大10%;故11取為3281mm。(3)軌距BB= k b G1/ 3=0.8*(18*10 9)1/3=2100mm式中：K b為尺寸系數(shù)(0.75 0.85)?？紤]到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大10%;故B取為2400mm(4)履帶高度HH= KTG1/ 3 =0.32*(18*10 9)1/3=840mm式中：Kt為尺寸系數(shù)(0.3 0.35)。為了整體的整體布局，考慮將其擴(kuò)大17%左右，計(jì)算得H=980mm。(5)履帶板寬b由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得：b的值可在600 800mm問取值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)查取b =600mm。(6)底盤總

11、寬CC =B +b =2400+600=3000mm(7)履帶接地長(zhǎng)度L接L 接=11 + 0.35D= 11 + 0.35( L1 - l1)=3394mm式中：D為驅(qū)動(dòng)輪直徑，約為L(zhǎng)1 - 11o(8)后端支重輪到驅(qū)動(dòng)輪間距C3C3 = K C1 lt=2.6 84=218mm式中：KC1為尺寸系數(shù)(2.4 2.6);1t為履帶節(jié)距，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)查取1t =84mm。(9)前端支重輪到導(dǎo)向輪間距 C1C1 = K c 2 1t =3 84 =252mm式中：K c 2為尺寸系數(shù)(2.4 3)。(10)兩端支重輪間距l(xiāng)olo = 11- C1 - C3=3281-252-218=2811mm(1

12、1)轉(zhuǎn)臺(tái)離地高h(yuǎn)ihi = Ko G1/ 3 =1048mm式中：K o為尺寸系數(shù)(0.37 0.42)。為了整體的整體布局，考慮將其擴(kuò)大 3%左右，計(jì)算得h1=1080mm。(12)相鄰兩支重輪間距t1t1 =(1 2) lt =2*84=168mm機(jī)體主要線性尺寸如下表：機(jī)體主要線性尺寸項(xiàng)目履帶長(zhǎng)度L1軌距B輪距11履帶總高H轉(zhuǎn)臺(tái)底部離地高h(yuǎn)1懸架底離地高h(yuǎn)2履帶板寬b結(jié)果36042400328198010804956001.4.2. 驅(qū)動(dòng)輪參數(shù)(1)主要參數(shù)的確定A、節(jié)距：驅(qū)動(dòng)輪節(jié)距應(yīng)與履帶節(jié)距相等，lt 84 mm。B、齒數(shù)：增加驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)Z,能使履帶速度均勻性改善，摩擦損失減少，但會(huì)

13、 導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)輪直徑增大，引起機(jī)重和整機(jī)高度的增加。驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)一般為奇數(shù)，使 得嚙合過程中每個(gè)齒都能和節(jié)銷嚙合。其齒數(shù)通常取23 27,本設(shè)計(jì)中取Z =23。C、驅(qū)動(dòng)輪直徑的確定：323mm。1.4.3. 功率及其他參數(shù)計(jì)算與確定(1)發(fā)動(dòng)機(jī)功率N ,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算：N 17.7 92.7Q 17.2 92.7 0.7 82.09Kw式中：Q為斗容量 0.7m3?？紤]到柴油機(jī)的功率必須充分滿足主機(jī)工作過程的動(dòng)力要求，取發(fā)動(dòng)機(jī)功率為90千瓦，在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。(2)液壓功率P,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算：P=(0.75 0.88) N=0.75 90=67.5Kw式中：N為發(fā)動(dòng)機(jī)功率。(3)最大轉(zhuǎn)彎力矩Mw

14、Mw Kw G4/3=0.3*0.6*18 4/3=8.49噸米式中：Kw為轉(zhuǎn)彎系數(shù)(取0.3);為摩擦系數(shù)(不良路面取0.6)。(4)平均接地比壓PcPc=K pc3 G =0.25*18 0.655 Kg/ cm2式中：Kpc為接地比系數(shù)(取為 0.21 0.28)1.5. 行走裝置的牽引力牽引力是液壓裝載機(jī)行走裝置設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容之一，但本設(shè)計(jì)確定總牽引力為10KN對(duì)行走裝置來說實(shí)際上是在已定的功率條件下驗(yàn)算裝載機(jī)的行走速 度、爬坡能力和轉(zhuǎn)彎能力。1.6. 液壓馬達(dá)主要參數(shù)計(jì)算確定(1)液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速non i v/兀 D =4 0.61/3.14 0.323 =2.4r / s(2

15、)液壓馬達(dá)的最大負(fù)載力矩MmMm= kFD?/ni=21N.M(3)馬達(dá)理論排量qq= M m/(pm/m)式中：Pm -馬達(dá)有效工作壓力；m-馬達(dá)機(jī)械效率，本次設(shè)計(jì)中采用柱塞式馬達(dá)，其效率m取值為(09 0.95)。 馬達(dá)有效工作壓力Pm可由下式確定：pm= ph-p式中：ph-為回油背壓，取值范圍為 0.5 1MPa ;p j為壓力損失，參考同類型7壓挖掘經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值3 4MPa ;pb-為液壓泵的出口壓力，15噸以上的中型機(jī)械普遍采用中高壓壓力：25MPapb 32MPa ,本次設(shè)計(jì)中取pb = 25MPa 。計(jì)算得：pm=25-4-1=20 MPa將已知數(shù)據(jù)代入式(3.55) : q=

16、705/ (20*0.9) =39.17ml/r所以每分鐘排量q1計(jì)算如下：q1=q nm=39.17 1563.43 = 61.23_/min1.7.緩沖張緊裝置設(shè)計(jì)要求與計(jì)算緩沖張緊裝置設(shè)計(jì)要求應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：(1)緩沖彈簧應(yīng)有必要的預(yù)緊力，防止車輛正常行駛時(shí)因履帶跳動(dòng)而使張緊裝 置后移。(2)緩沖彈簧應(yīng)有必要的彈性行程，防止行走機(jī)構(gòu)遇障而張緊零件過載。(3)張緊裝置要有一定的調(diào)節(jié)行程，方便因履帶過松時(shí)取下一塊履帶板后，張 緊裝置仍然可以調(diào)節(jié)履帶板的松緊度。(4)當(dāng)張緊輪和緩沖彈簧之間裝變杠桿比機(jī)構(gòu)時(shí)，張緊輪上的附加載荷不能增 加過大。1.7.1 張緊彈簧的設(shè)計(jì)履帶張緊裝置緩沖彈簧的作

17、用是：保證適當(dāng)?shù)穆膸埦o力；當(dāng)導(dǎo)向輪受到前 方的沖擊載荷時(shí)，緩沖彈簧回縮以吸收振動(dòng)防止履帶和驅(qū)動(dòng)輪損壞。因此在對(duì)張 緊裝置緩沖彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到兩個(gè)重要問題是彈簧的預(yù)載和緩沖量。(1)履帶的張緊度hh = (0.03 0.06) L =0.045 3281 =147.6mm式中：L為張緊輪與驅(qū)動(dòng) 輪問。(2)靜態(tài)張緊力TeTe = (0.25 0.30) G =0.3*18 =5.4t(3)緩沖裝置的預(yù)緊力 Ph 1和最大彈性行程時(shí)的張力PH2張緊裝置最小工作載荷F1為：F1 = Te =5.4t張緊裝置最大工作載荷F2為：F2 = (0.6 0.9) G=0.6 18 =10.8t張

18、緊裝置極限工作載荷F3為：F3 =(1.2 2) G =1.2 18=21.6t取最大行程時(shí)的張力Ph 2 =F2 =10.8t,取預(yù)緊力Ph i = F 1=5.4t1.8. 四輪一帶及其他部件選型1.8.1 四輪一帶選型履帶與其所繞過的驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪及拖鏈輪組成“四輪一帶”， 是 履帶式行走裝置的重要零部件，它直接關(guān)系到挖掘機(jī)的工作性能和行走性能。這 部分的重量相當(dāng)大，約占整機(jī)的1/4 ,制造成本高，約占整機(jī)的1/4.因此，合 理設(shè)計(jì)“四輪一帶”具有重要的意義。履帶的選取履帶將挖掘機(jī)的重力及工作和行走時(shí)的載荷傳給地面。其形狀和構(gòu)造必須考 慮到機(jī)械的穩(wěn)定性和適應(yīng)于各種工況的工作， 行

19、走時(shí)，還要保證發(fā)出足夠的牽引 力。履帶的結(jié)構(gòu)有整體式和組合式兩種。(1)整體式履帶整體式履帶是在履帶板上帶嚙合齒， 直接與驅(qū)動(dòng)輪嚙合，履帶板本身成為支 重輪等輪子的滾動(dòng)軌道。履帶板用銷軸連接，銷子浮置于銷孔中并有0.5 1.5mm 的空隙，這種履帶一般在大型挖掘機(jī)上應(yīng)用較多。這種履帶的優(yōu)點(diǎn)是制造方便， 拆裝容易。缺點(diǎn)是泥沙等污物易進(jìn)入銷孔中，使零件磨損加快，影響使用壽命。(2)組合式履帶組合式履帶由軌鏈節(jié)、履帶板、銷子和襯套等組成(圖 5.1 ) o軌鏈節(jié)和 履帶板用螺栓連接。履帶銷子和襯套的配合為 0.15 0.45mm過盈緊配合，裝配 時(shí)要在40t以上的壓床上進(jìn)行。為了裝拆方便，可將其中的

20、一節(jié)制成較松的配合。組合式履帶的優(yōu)點(diǎn)是：銷子和襯套的密封較好，泥沙等污物不容易進(jìn)入，由 于銷子和襯套的硬度要求較高，連接處較耐磨，因而使用壽命也較高；履帶節(jié)距 小，繞轉(zhuǎn)性好，不會(huì)因履帶板損壞、襯套開裂或連接螺栓剪斷而中止行走。止匕外， 組合式履帶零部件通用化程度高，易損件容易購(gòu)置，所以維修、更換方便，制造 成本低。缺點(diǎn)是連接螺栓易折斷，拆裝比較困難。本設(shè)計(jì)中采用組合式履帶，根據(jù)用途確定結(jié)構(gòu)型式為三筋式。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取 規(guī)格系列為L(zhǎng)D84勺履帶，其名義節(jié)距為84mm履帶板寬600mm經(jīng)計(jì)算選取履帶 板節(jié)數(shù)為90節(jié)。選取結(jié)果：履帶 LD84 600 90H帶板履帶旌右鍵教節(jié)左域軌節(jié)索南鞘/ */餐蕈

21、鋪套 / /驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過驅(qū)動(dòng)輪傳給履帶，因此對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的要求應(yīng)是與履帶嚙合正 確傳動(dòng)平穩(wěn)，并且當(dāng)履帶因銷套磨損而伸長(zhǎng)后仍能很好嚙合。導(dǎo)向輪的選型導(dǎo)向輪用于引導(dǎo)履帶正確繞轉(zhuǎn)，可以防止跑偏或越軌。大部分液壓裝載機(jī)的 導(dǎo)向輪同時(shí)起到支重輪的作用，這樣可增加履帶對(duì)地面的接觸面積，減小比壓。導(dǎo)向輪采用油塞灌油潤(rùn)滑，材料通常用40、45號(hào)鋼或35Mn$鋼，熱處理采用 表面淬火，淬硬層深度為4 6mm硬度硬達(dá)HRC50 55張緊輪軸可選用50Mr 40Cr等材料，表面淬火，淬硬層2mm硬度HRC55許用彎曲應(yīng)力u =220300MPa10。為了使導(dǎo)向輪發(fā)揮作用和延長(zhǎng)使用壽命，制造時(shí)規(guī)定輪緣工作表

22、面對(duì)配合孔 的跳動(dòng)不得超過3mm安裝時(shí)應(yīng)正確對(duì)中。根據(jù)中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)一履帶式推土機(jī)引導(dǎo)輪JB3262- 83選取與84型履帶相配的導(dǎo)向輪。經(jīng)選擇，導(dǎo)向輪體的型號(hào)為：84節(jié)距導(dǎo)向輪體550*160mmJB 3262 (2) 83。 其最大外圓直徑為D1=606mm導(dǎo)向輪的中間擋肩環(huán)寬度為 bi=80mm高度為 28mm張緊輪軸的基本尺寸為 60mm支重輪選型支重輪將裝載機(jī)的重量傳給履帶，并在履帶上滾動(dòng)，它還用來夾持履帶，不 使履帶橫向滑脫，并在裝載機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)迫使履帶在地面上滑移。 支重輪工作環(huán)境十 分惡劣，常在泥水、沙土中工作，承受強(qiáng)烈的沖擊。因此，要求支重輪應(yīng)保持良 好的潤(rùn)滑狀態(tài)，

23、減少磨擦件的磨損，提高使用壽命，保證密封裝置的密封效果。支重輪的布置原則：支重輪在導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪之間的布置應(yīng)有利于增大履帶 接地長(zhǎng)度，因此最前一個(gè)支重輪應(yīng)盡量靠近導(dǎo)向輪， 最后一個(gè)支重輪應(yīng)盡量靠近 驅(qū)動(dòng)輪。為了不和它們的運(yùn)動(dòng)發(fā)生干涉，支重輪的位置應(yīng)保證當(dāng)導(dǎo)向輪在緩沖彈 簧到達(dá)最大變形時(shí)相互不發(fā)生干涉，后支重輪輪緣外徑與驅(qū)動(dòng)輪齒頂圓之間應(yīng)該 保留一定的間隙，以保證當(dāng)懸架彈簧最大變形時(shí)不發(fā)生干涉，此間隙一般不小于20mm各支重輪間距均布。從這些條件出發(fā)，本設(shè)計(jì)每條履帶布置了8個(gè)支重輪。支重輪間距t i和履帶節(jié)距一般應(yīng)滿足：lt ti 2 lt所以取支重輪間距ti :ti=1.9lt =1.9*84

24、 =159.6mm取 ti=160mm,滿足要求。本設(shè)計(jì)采用直軸式支重輪，采用浮動(dòng)油封，雙金屬套滑動(dòng)軸承。支重輪體材 料一般為35Mn或50M加工后熱處理采用滾動(dòng)面火焰淬火或整體加熱噴水淬火， 硬度 HRC48 57。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇支重輪的型號(hào)和規(guī)格系列為：支重輪 WZ84.296.95。其機(jī)構(gòu)如圖拖鏈輪選型拖鏈輪的作用是托住履帶上方區(qū)域，減少上方履帶的跳動(dòng)和下垂量，并防止履帶從側(cè)向滑脫。拖鏈輪軸固定在臺(tái)車架縱梁上，受力較小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，一般為 懸臂結(jié)構(gòu)。本機(jī)每邊布置了兩個(gè)拖鏈輪。拖鏈輪的位置應(yīng)有利于履帶脫離驅(qū)動(dòng)鏈輪的嚙合，并平穩(wěn)而順利地滑過拖鏈 輪和保持履帶的張緊狀態(tài)。當(dāng)采用兩個(gè)拖鏈輪時(shí)，兩拖鏈

25、輪之間的距離通常約取 0.4倍輪距，兩輪分別到驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪的距離大致相同。其輪緣上平面高度ht、 拖鏈輪外徑Dt和驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑Dk應(yīng)滿足關(guān)系式：ht +0.5 Dt 0.5 Dk(5.3)拖鏈輪的材料可以采用灰鑄鐵或ZG50Mn造。拖鏈輪表面淬火，淬層深度 不小于4mm硬度HRC 53。拖鏈輪軸采用50Mri岡，調(diào)質(zhì)硬度為HB255285根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選擇拖鏈輪的型號(hào)和規(guī)格系列為：拖鏈輪 WT84.150.42GB-10679。1.8.2 懸架選型與制動(dòng)器選型懸架選型在工程機(jī)械中，連接機(jī)體與行走機(jī)構(gòu)的元件稱為懸架。懸架型式有剛性懸架、 半剛性懸架和彈性懸架三種：(1)采用剛性懸架的機(jī)械，機(jī)體與

26、行走機(jī)構(gòu)之間只有平衡梁，沒有彈性元 件，機(jī)體與行走機(jī)構(gòu)之間為剛性連接，機(jī)體重量和地面沖擊經(jīng)過剛性懸架互相傳 遞。剛性懸架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合行走速度低的車輛。(2)采用半剛性懸架的機(jī)械為機(jī)體后部與行走機(jī)構(gòu)剛性連接，機(jī)體前部與 行走機(jī)構(gòu)彈性連接，機(jī)體重量通過前部的彈性連接和后部的剛性連接傳遞給行走 機(jī)構(gòu)，大部分履帶式裝載機(jī)采用半剛性懸架。(3)采用彈性懸架的機(jī)械，機(jī)體與行走機(jī)構(gòu)之間完全借助于彈性元件連接， 機(jī)體重量全部通過彈性元件傳遞給行走機(jī)構(gòu)。彈性懸架的減振、緩和路面沖擊的能力強(qiáng)。由于履帶式液壓裝載機(jī)的行走速度較低，通常低于10km/h。故本設(shè)計(jì)采用剛性懸架。制動(dòng)器選型制動(dòng)器用于工程機(jī)械行駛時(shí)降速

27、或停車， 用于下坡運(yùn)行時(shí)控制車速，不使車 速越來越快，以及用于坡道停車或車場(chǎng)停車。工程機(jī)械運(yùn)行和作業(yè)的安全性，取決于轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系的工作情況。良好的 轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系可以提高履帶式裝載機(jī)的運(yùn)行速度和生產(chǎn)率。制動(dòng)器的型式諸多，本設(shè)計(jì)采用摩擦式多片制動(dòng)器。現(xiàn)在“四輪一帶”及其 他部件選型設(shè)計(jì)結(jié)果列下表：四輪一帶”及其他部件選型設(shè)計(jì)結(jié)果名稱規(guī)格與類型履帶 LD 8460090GB 10677驅(qū)動(dòng)輪自行設(shè)計(jì)導(dǎo)384節(jié)距導(dǎo)向輪體550 160mmJB 3262 (2) 83WZ84.295.95GB-10679拖鏈輪WT84.150.42GB-10679懸架剛性懸架制動(dòng)器摩擦式多片制動(dòng)器2液壓系統(tǒng)的初步介

28、紹2.1 液壓系統(tǒng)的工作原理液壓系統(tǒng)是由各種液壓元件(包括液壓泵、液壓閥、執(zhí)行元件及輔助元件等) 按一定需要合理組合而成。它的工作原理是：液壓泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，從油 箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，通過開停 閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸一腔，推動(dòng)活塞和上作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，液壓缸另 一腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。由此可知 ：(1)液壓傳動(dòng)是以液體作為上作介質(zhì)來傳遞能量的；(2)液壓傳動(dòng)用液體的壓力能來傳遞動(dòng)力，它與利用液體動(dòng)能的液力傳動(dòng)是 不相同的；(3)液壓傳動(dòng)中的上作介質(zhì)在受控制、受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行上作的，因此液 壓傳動(dòng)和液壓控制常常難以截然分開。2.2

29、液壓系統(tǒng)的組成部分液壓傳動(dòng)主要山以下四部分組成：(1)能源裝置一一把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置，最常見的形式就是壓 泵它給液壓系統(tǒng)提供壓力油；(2)執(zhí)行裝置一一把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，它可以是作直線運(yùn) 動(dòng)的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)；(3)控制調(diào)節(jié)裝置一一對(duì)系統(tǒng)中油液壓力、流量或方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝 置，例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。這些元件的不同組合形成了不同 功能的液壓系統(tǒng)；(4)輔助裝置一一上述三部分以外的其它裝置， 例如油箱、濾油器、油管等， 他們對(duì)保證系統(tǒng)正常上作也有重要作用。2.3 技術(shù)要求液壓工作系統(tǒng)首先要滿足使用要求，好造、好用、好修、具有較高的

30、作業(yè)生 產(chǎn)率和較低的使用成本來衡量的。由于液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)具有質(zhì)量小、 適應(yīng)作業(yè) 要求的性能好、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中要在滿足工作要求的條件下盡可能使 用標(biāo)準(zhǔn)件，以使成本更低更利于維修。選擇適當(dāng)?shù)膲毫土髁窟M(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。采 用管式聯(lián)接，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小而且要以壓力損失小，震動(dòng)和噪音小為目的。步驟如下：設(shè)計(jì)新的液壓系統(tǒng)，首先要仔細(xì)查明機(jī)器對(duì)液壓系統(tǒng)究竟有哪些要求，要與用戶或主機(jī)廠共同討論，力求定量地掌握這些技術(shù)要求，作為設(shè)計(jì)的 出發(fā)點(diǎn)和依據(jù)。需要掌握的技術(shù)要求可能有：1 .機(jī)器的特性（1） 用途及工作目的。（2）功能、性能及負(fù)載特性 負(fù)載種類（恒定負(fù)載、變化負(fù)載及沖擊負(fù)載）及 大??；運(yùn)動(dòng)方式（

31、直線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)）及運(yùn)動(dòng)量（位移、速度、加速度）， 慣性力，摩擦力（靜摩擦、動(dòng)摩擦、粘性摩擦），動(dòng)作特性、動(dòng)作時(shí)間，精度（定 位精度、跟蹤精度、同步精度）o（3）結(jié)構(gòu) 機(jī)構(gòu)、與被驅(qū)動(dòng)部分的連接條件、安裝上的限制條件等。（4） 驅(qū)動(dòng)方式 原動(dòng)機(jī)的種類（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）、容量（功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩）、 穩(wěn)定性。（5）控制方式 操作方式（手動(dòng)、自動(dòng)）、信號(hào)處理方式（繼電器、邏輯電路、 可編程控制器、微計(jì)算機(jī)）。（6）循環(huán)時(shí)間系統(tǒng)中各種執(zhí)行器的動(dòng)作順序、動(dòng)作時(shí)間的相互關(guān)系。2 .使用條件（1） 工作時(shí)間。（2） 設(shè)置場(chǎng)所（室內(nèi)、室外）。（3） 設(shè)置環(huán)境 環(huán)境溫度、濕度（高溫、寒帶、熱帶），粉塵種

32、類和濃度（防護(hù)、 凈化等），腐蝕性氣體（所用元件的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、表面處理、涂覆等），易爆氣體（防 爆措施），機(jī)械振動(dòng)（機(jī)械強(qiáng)度、耐振結(jié)構(gòu)），噪聲限制（降低噪聲措施）。（4） 維護(hù)條件維護(hù)程度與周期，維護(hù)人員的技術(shù)水平；維護(hù)空間、作業(yè)性、 互換性。3 .適用標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)4 .安全性、可靠性（1）用戶在安全性方面有無特殊要求。（2）明確保用期、保用條件。5 .經(jīng)濟(jì)性不能只考慮投資費(fèi)用，還要考慮能源消耗、維護(hù)保養(yǎng)等運(yùn)行費(fèi)用液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 制定液壓系統(tǒng)方案3.1.1 油路循環(huán)方式的分析與選擇油路的循環(huán)方式分為開式和閉式兩種。開式回路散熱較方便，但油箱占空間 較大；抗污染性較差，采用壓力油箱和慮油器改善

33、；用平衡閥進(jìn)行能耗限速，用 制動(dòng)法進(jìn)行能耗制動(dòng)，引起油液發(fā)熱；對(duì)泵的自吸性要求較高。閉式回路較復(fù)雜， 須用輔助泵換油冷卻；抗污染性較好但油液過濾要求高；液壓泵由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)， 限速及制動(dòng)過程中拖動(dòng)電機(jī)能向電網(wǎng)輸電，回收部分能量，在生限速及在生制動(dòng)； 對(duì)主泵的自吸性無要求。通過對(duì)比，本系統(tǒng)采用開式回路。3.1.2 確定液壓執(zhí)行元件的形式液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓馬達(dá)。前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，后者完成回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本機(jī)動(dòng)作機(jī)構(gòu)均為單純的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。各直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)均為單活塞桿雙作 用液壓缸直接驅(qū)動(dòng)。3.1.3 各機(jī)構(gòu)液壓回路的確定(1)轉(zhuǎn)斗動(dòng)作回路確定本機(jī)構(gòu)動(dòng)作主要通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)

34、作要求，鏟斗的前 傾與收起。要求工作可靠，操縱輕便，且要求能夠自動(dòng)限位。換向閥的右位、左 位、中位分別實(shí)現(xiàn)鏟斗的收起、前傾和鎖緊。轉(zhuǎn)斗油缸的小油腔回路中應(yīng)設(shè)有雙作用安全閥。在動(dòng)臂升降過程中，磚斗的連桿機(jī)構(gòu)由于動(dòng)作不協(xié)調(diào)而受到某種程度的干涉， 即在提升動(dòng)臂時(shí)轉(zhuǎn)斗液壓缸的 活塞桿有被拉出的趨勢(shì)，而在動(dòng)臂下降時(shí)活塞桿又被強(qiáng)制頂回。此時(shí)換向閥中位， 油路不通。為了防止液壓缸過載或真空，雙作用液壓缸能起到緩補(bǔ)油優(yōu)作用。 當(dāng) 產(chǎn)生真空時(shí)，可由單向閥從油缸中吸油。其原理圖如下圖3-1-1。圖3-1-1轉(zhuǎn)斗動(dòng)作回路(2)動(dòng)臂動(dòng)作液壓回路確定本機(jī)構(gòu)要求通過換向閥的控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂油缸的提升、中立、下降、浮動(dòng)四 個(gè)

35、工作位置。換向閥處于中位時(shí)，動(dòng)臂液壓缸處于浮動(dòng)狀態(tài)，以便在堅(jiān)硬的地面上鏟取物 料或進(jìn)行鏟推作業(yè)。此時(shí)動(dòng)臂隨地面狀態(tài)自由浮動(dòng)，提高作業(yè)效能。動(dòng)臂要求具 有較快的升降速度和良好的低速微調(diào)性能。液壓缸的進(jìn)油由雙聯(lián)泵供油，流量最大可達(dá)320L/min。動(dòng)臂處于升和降狀態(tài)時(shí)可控制換向閥閥口開度的大小實(shí)現(xiàn)節(jié) 流調(diào)速。圖3-1-2動(dòng)臂動(dòng)作液壓回路(3)轉(zhuǎn)向液壓回路的確定裝載機(jī)作業(yè)周期短，動(dòng)作要靈活，這一特點(diǎn)決定轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)要求靈敏。 裝載機(jī) 要求有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向速度，也就是要求進(jìn)入轉(zhuǎn)向液壓缸的油液流量恒定， 轉(zhuǎn)向液壓 缸的油液主要來自轉(zhuǎn)向泵，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)受其他負(fù)載影響轉(zhuǎn)速下降時(shí)， 就會(huì)影響轉(zhuǎn)速 的穩(wěn)定性。這是需要加輔助

36、泵，通過流量轉(zhuǎn)換閥補(bǔ)入轉(zhuǎn)向泵所減少的流量， 以保 證轉(zhuǎn)向油路的流量穩(wěn)定。圖3-1-3轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)液壓回路3.2 繪制液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)圖是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的一步，它從作用原理上和結(jié)構(gòu) 組成上具體體現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中提出的各項(xiàng)要求。擬定液壓系統(tǒng)圖包括兩項(xiàng)內(nèi)容：通 過分析對(duì)比選出合理的液壓回路；把選出的液壓回路組合成液壓系統(tǒng)。由于有多種方案，本方案是在歸納、整理，增加一些必要的元件和輔助油路 后，并參考了國(guó)內(nèi)外同類系統(tǒng)的成熟精練。根據(jù)以上分析，按以下幾點(diǎn)要求：(1)盡可能歸并作用相同或相近的液壓元件，力求使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件。(2)保證系統(tǒng)上作循環(huán)中每個(gè)動(dòng)作都安全可靠、無相互干擾

37、。特別要注意系統(tǒng)中壓力控制元件的調(diào)節(jié)壓力之間的關(guān)系。(3)盡可能提高系統(tǒng)的效率，防止系統(tǒng)過熱。(4)盡可能使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理，便于維修 為此，擬定了系統(tǒng)原理圖如圖3-2圖3-2液壓系統(tǒng)原理圖3.3 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量， 他們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的 主要依據(jù)。壓力決定于外負(fù)載。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。圖3-3表示一個(gè)以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖。圖3-3液壓系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖3.3.1 液壓缸載荷組成22作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸上的總負(fù)載由工作負(fù)載、導(dǎo)軌摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載、重力負(fù)載、密封阻力、背壓阻力六部分組成。(1)工作載荷Fg常見的工

38、作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力、切削力、及壓力等，這些作用力的方向與與活塞運(yùn)動(dòng)方向相同為負(fù)，相反為正。(2)導(dǎo)軌摩擦負(fù)載Ff對(duì)于水平導(dǎo)軌F G FnG-運(yùn)動(dòng)部件所受的重力，N;Fn外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力，N;N 摩+S系數(shù),對(duì)于鑄鐵導(dǎo)軌N =0.10.2 ,滾動(dòng)導(dǎo)軌,N =0.0050.01(3)慣性載荷巳F 上二 g Vt式中 g重力加速度，m/s； g=9.81。A v速度變化量， m/s ;At啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，s0 一般At =0.10.5s ,對(duì)于輕載低速運(yùn)動(dòng)部 件取小值，對(duì)于高速重載部件一般取大值。行走機(jī)械一般取 Av/ At =0.51.5s 以上三種載荷之和稱為液壓缸的外負(fù)

39、載Fw啟動(dòng)加速時(shí)Fw Fg Ff F穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)FW Fg Ff減速制動(dòng)時(shí)Fw Fg Ff F工作載荷Fg并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則 Fg=0o除外載荷Fn外，作用于活塞上的載荷F還包括液壓缸密封處的摩擦阻力 Fm, 由于各種液壓缸的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計(jì)算，一般估算 為 Fm 1 m F式中 “m-液壓缸白機(jī)械效率，一般取0.900.95。由上式計(jì)算出動(dòng)臂液壓缸的總推力11000NJ,轉(zhuǎn)向液壓缸缸的推力為327MF為22340N,鏟斗液壓缸的總推力為3.3.2 初選系統(tǒng)工作壓力壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空問、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)

40、情況等的限制。 在載荷一定的情況下，工作壓力低勢(shì)必 要執(zhí)行元件的尺寸，對(duì)于某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗的經(jīng)濟(jì)性 角度也不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對(duì)泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造 精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對(duì)于固定尺寸不太受限制的 設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。具體參照表3-3-1 和表 3-3-2載荷104 N5工作壓力MPa57表3-3-1按載荷選擇工作壓力門刨床拉床小型程機(jī)大中型挖掘機(jī)機(jī)械類型磨床組合機(jī)械床工作壓力MPa0.8 2352881010 1820 32表3-3-2各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力上表初步確定工作裝置液壓

41、系統(tǒng)工作壓力為 16MPa轉(zhuǎn)向液壓控制系統(tǒng)工作壓力為 13MPa3.3.3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸Pi T液壓缸的鋼筒內(nèi)徑、活塞桿直徑及有效面積是主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。計(jì)算方法是:先由最大負(fù)載和選取的設(shè)計(jì)壓力及估取的，液壓缸的的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如圖這里要確定的參數(shù)是液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑。PiAiF p2A2(3-1)式中pi進(jìn)油腔壓力，Pa；Ai進(jìn)油腔有效面積，m2;F液壓缸總負(fù)載，No F=Fm, “m為液壓缸的機(jī)械效率，一般取”市0.900.95;P2回油腔壓力(背壓)，Pa；A回油腔有效面積，m2;背壓P2的值可根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)及調(diào)速性能要求初選一個(gè)參考值，待系統(tǒng)回 路確定后再作修正。為了能夠利

42、用上式進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須先選定背壓出及活塞桿直徑d與液壓內(nèi)徑D的比值，記為dD(3-2)其比值可按工作壓力選取參照表 3-3-1 。系統(tǒng)類型油路結(jié)構(gòu)背壓/MPa簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速0.2 0.5中、低壓系統(tǒng)系統(tǒng)回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速回路0.5 0.8回油路帶背壓閥0.5 1.5采用帶補(bǔ)油泵的閉式回路0.8 1.5中高壓系統(tǒng)同上比中低壓系統(tǒng)局50%100%高壓系統(tǒng)如鍛壓機(jī)械等初算時(shí)可忽略/、及3-3-工作壓力MPa7.0d/D0.5 0.550.62 0.700.7表3-3-4按工作壓力選取d/D將公式(3-1)代入(3-2)可得液壓缸的內(nèi)徑為單桿液壓缸D= 4F(3-3)Pi P2 12各

43、個(gè)回路的背壓值均選為00(1)確定轉(zhuǎn)斗油缸的內(nèi)徑及活塞桿直徑由上式(3-3)可求得D=125mm皎表3-3-4可選d/D=0.7此時(shí)，d=87.5mm圓整, d 取 88mm(2)確定動(dòng)臂油缸的內(nèi)徑及活塞桿直徑由式(3-3)可求動(dòng)臂油缸內(nèi)徑D2=165mm動(dòng)臂油缸有速比要求取速比為入=1.33,d JId(3-4)式中 入速比。求出d=82mm3)確定轉(zhuǎn)向油缸的內(nèi)徑及活塞桿直徑由式(3-3)求轉(zhuǎn)向油缸內(nèi)徑為D3=100mm要求伸出縮回速度相，取d=0.71D, d=71mm3.3.4 計(jì)算液壓缸所需流量液壓缸工作時(shí)所需的流量Q Av(3-4)式中 A液壓缸的有效作用面積，m2;V 活塞與缸體的

44、相對(duì)速度，m/s。1)轉(zhuǎn)斗油缸流量Q確定轉(zhuǎn)斗油缸縮回速度為 vi=0.17m/s,可得，Q=tt (D2-d2)v/4=63.1L/min 。2)動(dòng)臂油缸流量Q確定動(dòng)臂油缸的伸出速度為 V2=0.0325m/s, Q=tt D2v/ 4=41.67L/min。3)轉(zhuǎn)向油缸流量Q確定轉(zhuǎn)向油缸的伸出速度為 V3=0.012m/s, Q=tt D2v/4=5.7L/min 。3.3.5 計(jì)算液壓執(zhí)行元件的實(shí)際工作壓力按照最后確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算出液壓缸的實(shí)際工作壓力，最終計(jì)算出工作裝置液壓系統(tǒng)液壓缸的最大實(shí)際工作壓力為14.2 MPa,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓缸的實(shí)際工作壓力為11 MPa3.4 液壓元件

45、的選擇與專用件設(shè)計(jì)3.4.1 液壓泵的選擇(1)確定液壓泵的最大工作壓力液壓泵的最大工作壓力與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性質(zhì)有關(guān)，通常有兩種情況：一種是最大工作壓力在執(zhí)行機(jī)構(gòu)終了時(shí)出現(xiàn)(如壓力機(jī)或夾緊油缸)第二種是最大工作壓 力在執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)(如組合機(jī)床)。對(duì)于第一種情況，液壓泵的最大工作 壓力就是執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的最大壓力。對(duì)于第二種情況，液壓缸的最大工作壓力應(yīng)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的最大壓力于進(jìn)油路總壓力損失之和，即Pp Pl p (3-5)式中P p液壓缸的最大工作壓力，Pa；P i執(zhí)行元件所需的最大壓力，Pa；2Ap從液壓泵出口到液壓缸或馬達(dá)之間總的管路損失，Pa。2Ap的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)

46、才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。?管路簡(jiǎn)單流速不大的，取 2 Ap= (0.20.5) MPa管路復(fù)雜進(jìn)口油調(diào)速閥的， 取 2 Ap= (0.5 1.5) MPa由上述計(jì)算可知，對(duì)于工作裝置液壓系統(tǒng)系統(tǒng)，液壓缸的最高壓力為 14.2MPa, A2pW0.8MPa對(duì)于轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，7壓缸的最高壓力為11 MPa,A 2 p取1MPa工作裝置液壓泵的工作壓力為15MPa轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓泵的工作壓力為12MPa2)確定液壓泵的流量多液壓缸同是工作時(shí)，液壓泵的輸出流量 Q應(yīng)為Qp K Qmax(3-6)式中 K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 K=1.11.3;的2 Qmax同時(shí)動(dòng)作的液壓缸的最大總流量。對(duì)于工作過

47、程中節(jié)流調(diào)速 的系統(tǒng)，還應(yīng)加上溢流閥的最小溢流量，一般取 0.5 X 10-4 m/s。對(duì)于工作裝置液壓系統(tǒng)系統(tǒng)，液壓缸的最大流量發(fā)生在最高點(diǎn)處的卸荷，由前面計(jì)算可得同時(shí)動(dòng)作的液壓缸的最大流量為63.1L/min。K取 1.1 時(shí)，Qmin=70L/min。對(duì)于轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向油缸的流量 5.7 L/min 。K取 1.2 時(shí)，CU =7L/min 。3)選擇如液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上求得的pp和Qmax值，按系統(tǒng)擬定的液壓泵形式，從手冊(cè)中選擇相應(yīng) 的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作 壓力大25%- 60%工作裝置液壓系統(tǒng)選用CB-G2040/2050型雙聯(lián)齒

48、輪泵。轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)選用CB-G205CS齒輪泵。3.4.2 液壓閥的選擇控制元件的類型和安裝方式，在擬定液壓原理圖時(shí)已經(jīng)確定，這里要做的是 根據(jù)閥所需要的最大工作壓力和流量來選擇標(biāo)準(zhǔn)閥類的規(guī)格。 通常所選閥的額定 壓力必須大于最大工作壓力，流量必須大于通過閥的實(shí)際最大流量， 同時(shí)要注意 以下幾點(diǎn)：1)溢流閥或卸荷閥的額定流量不得小于泵的最大流量。2)流量控制閥的額定流量除需大于調(diào)速范圍內(nèi)的最大流量外，閥的最小穩(wěn) 定流量必須小于低速時(shí)要求的最小穩(wěn)定流量，即qV min vmin A(37)式中qvmin閥的最小穩(wěn)定流量，L/min ;Vmin 執(zhí)行元件白最低速度，m/s；A液壓缸工作腔的有效面積

49、，m。由此，選出液壓閥型號(hào)如下(參照液壓系統(tǒng)圖)：閥 7, 824 口-B10閥 10YF-L20C;閥 11YF-L32H;閥 12YF-L10 H;閥 1334SX -L20H。3.4.3 輔元件的選擇(1)油管的選擇計(jì)算油管類型的選擇：油管類型主要根據(jù)使用場(chǎng)合和系統(tǒng)的最大工作壓力來選擇。一般選用原則是中高壓系統(tǒng)；裝配不便的中低壓系統(tǒng)可用銅管，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件 間的連接采用橡膠軟管。內(nèi)徑計(jì)算：通過油管的流量和油管內(nèi)允許的流速來確定油管內(nèi)徑。v管內(nèi)允許流速，m/s,見表3-4-1 o油液流經(jīng)的管道推薦流速m/s液壓泵吸油管道0.51.5, 一般取1m/s以下液壓系統(tǒng)壓油管道36,壓力高，管道短

50、粘度小取大值液壓系統(tǒng)回油管道1.52.6表3-4-1允許流速推薦值經(jīng)計(jì)算，有如下結(jié)果：雙聯(lián)泵并聯(lián)后管道允許流速取4.5m/s ,經(jīng)計(jì)算內(nèi)徑取0.027m。轉(zhuǎn)向油缸吸油口管道速度取1.0m/s,經(jīng)計(jì)算內(nèi)徑取0.04m。轉(zhuǎn)向油缸排油口管道速度取4.5m/s,經(jīng)計(jì)算內(nèi)徑取0.019m。工作裝置液壓系統(tǒng)壓油管道速度取 3m/s,經(jīng)計(jì)算內(nèi)徑為0.034m。工作裝置液壓系統(tǒng)回有管道速度取 2.5m/s,經(jīng)計(jì)算內(nèi)徑為0.058m。2）油箱容量的計(jì)算初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式（3-9）確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后再按散熱的要求進(jìn)行校核。經(jīng)驗(yàn)公式為：VQv（3-9）式中 Q液壓泵每分鐘排出壓力油的容積，m3;經(jīng)驗(yàn)

51、系數(shù)，見表3-4-2系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓機(jī)械冶金機(jī)械a12245761210表3-4-2經(jīng)驗(yàn)系數(shù)在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)的供油要求，還要保證執(zhí)行元件全 部排油時(shí)，油不能溢出油箱，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不低于 最低限度。工作裝置液壓系統(tǒng)雙聯(lián)泵的流量為 2X0. 16 m3=0.32 m3經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a =1。此 時(shí)算出油箱的有效容積為0.32 m3。3.5 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)時(shí)在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓 元件及連接管路等完全確定后，針對(duì)實(shí)際情況對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性分析。 對(duì)一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來說主要是進(jìn)一步確切地計(jì)算液壓

52、回路各個(gè)段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱升溫等。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)的問題對(duì)某些不 合理的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，或采取其它的必要措施3.5.1 液壓系統(tǒng)壓力損失壓力損失包括管路的沿程損失 A Pi過路的局部壓力損失 A P2和閥類元件的 局部損失A p3,總的壓力損失為：PPiP2P3l v2PiP2(3-10)(3-11)(3-12)式中l(wèi) 管道長(zhǎng)度，mi l=5m d管道內(nèi)徑，m； v液流平均速度，m/s； P液壓油密度，kg/m3。p =928 kg/m3；入一一沿程阻力系數(shù)； 己一一局部阻力系數(shù)。選用20號(hào)機(jī)械油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動(dòng)黏度 v =2.7 X 10-5m2/s ,油的密度

53、p =928 kg/m3,計(jì)算得沿程壓力損失 Ap1=0.04MPaP3Pn(3-13)式中 Q閥的額定流量，m7s ；Q 通過閥的實(shí)際流量，m3/s ;Apn閥的額定壓力損失，Pa。局部壓力損中，管路局部壓力損失 Ap2相對(duì)控制閥的局部壓力損失要小得 多，只計(jì)算通過閥的局部壓力損失。根據(jù)選擇，經(jīng)計(jì)算，通過各閥的局部壓力損失之和Ap3=1.5MPa對(duì)于泵到執(zhí)行元件間的壓力損失，如果計(jì)算出A P比選泵時(shí)估計(jì)的管路損失 大得多時(shí)，應(yīng)該重新調(diào)整泵及及其他相關(guān)元件的規(guī)格尺寸參數(shù)。系統(tǒng)的調(diào)整壓力PtP1P(3-14)式中Pt液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力，1.5MP3 因?yàn)轭~定壓力還有一定的壓力裕度所

54、以泵的選擇是合適的。3.5.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算計(jì)算的目的是要使系統(tǒng)在正常溫度下達(dá)到熱平衡。正常溫度一般指3065C,根據(jù)機(jī)器的不同，其上作溫度也有所不同，機(jī)床 3050C,最高70 0 C, 上程、礦山機(jī)械5080 C,最高85 C。過熱會(huì)產(chǎn)生下列危害：(1)油變質(zhì)，形成膠狀沉淀；(2)使密封件變質(zhì)； (3)效率降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到系統(tǒng)的正常工作。發(fā)熱的原因一般為：(1)動(dòng)力方面：電機(jī)本身的發(fā)熱；(2)泵效率低：泵的功率損失造成；(3)執(zhí)行元件：油馬達(dá)、油缸的容積漏油與機(jī)械損失造成；(4)管道沿程壓力損失，只占整個(gè)發(fā)熱量的 0.030.05;(5)液壓元件：閥本身壓力損失，轉(zhuǎn)化為熱；(6

55、)油箱大小，是散熱面不足；(7)冷卻器熱交換量不足；(8)環(huán)境介質(zhì)的溫度較高；(9)在液壓系統(tǒng)中混入了空氣。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，除執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)外載荷數(shù)出有效功率外， 其余功率損失全 部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)，通常用下式計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率Rr Pr PC(3-15)式中Pr是液壓系統(tǒng)的總輸入功率，Pc是輸出的有效功率。pr - z RQk(3-16)Tt i 1 pi1n2 - FwiSi(3-17)Tt i 1式中 Tt工作周期，s； z、n分別為液壓泵、液壓缸的數(shù)量；Pi、Q、“pi 分別為第i臺(tái)泵的實(shí)際輸出壓力、流量、效率；ti第i臺(tái)泵的工作時(shí)間，ti =8s ;Fw、S

56、i 液壓缸外載荷及此載荷時(shí)的行程，N、s0已知 z=2, n=3,計(jì)算出 Phr=10.4kWA3.5.3 計(jì)算液壓系統(tǒng)的散熱功率液壓系統(tǒng)的主要散熱渠道是油箱表面，還有一小部分通過油管、液壓缸等散發(fā)。一般僅計(jì)算油箱的散熱，假定全部熱量由油箱散發(fā)Rc KA T(3-18)式中 K-油箱的散熱系數(shù)，見表3-5-1 ; A油箱的散熱面積，m2；AT油溫與環(huán)境溫度之差，C。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)則有 Phc = Phr,油溫不再升高，此時(shí)，最大溫差T 員(3-18)KAKw/m通風(fēng)條件很差89通風(fēng)條件良好15 17用風(fēng)扇冷卻23循環(huán)水強(qiáng)制冷卻110170表3-5-1油箱散熱系數(shù)環(huán)境溫度為T,則T=To+

57、A T,若計(jì)算出的油溫超過該系統(tǒng)得最高允許油溫 (工 程機(jī)械正常溫度5080C；最高允許油溫7090C),在無法增加油箱散熱面積 時(shí)，就要裝設(shè)冷卻器。3.5.4 根據(jù)散熱要求計(jì)算油箱容量式(3-18)是在初步確定油箱容積的情況下，驗(yàn)算散熱面積是否滿足要求。當(dāng) 系統(tǒng)的發(fā)熱量求出之后，可根據(jù)散熱要求確定油箱容量?？傻糜拖涞纳崦娣e為A -P(3-19)TK1油箱的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如圖(3-5-2)圖3-5-2油箱結(jié)構(gòu)尺寸一般油面的高度為油箱高度h的0.8倍，與油直接接觸的表面算全面散熱， 與油不直接接觸的表面半散熱面，圖示油箱的有效容積和散熱面積分別為 V 0.8abh(3-20)A 1.8h a b

58、 1.5ab(3-21)由前面初步求得油箱有效容積 0.32 m3,按V=0.8abc求得油箱各邊之積：3abc=0.32/0.8=0.4m。取 a 為 0.8m,取 b 為 1m取 h 為 0.5m。3.6液壓系統(tǒng)沖擊壓力壓力沖擊是由于管道液流速度急劇改變而形成的。例如液壓執(zhí)行元件在高速 運(yùn)動(dòng)中突然停止，換向閥的迅速開啟和關(guān)閉，都會(huì)產(chǎn)生高于靜態(tài)值的沖擊壓力。 它不僅伴隨產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，而且會(huì)因過高的沖擊壓力而使管路、液壓元件遭到 破壞。3.6.1 壓力沖擊的原因(1)油流的動(dòng)量引起：m 2p -V2(3-22)式中 m單位流體質(zhì)量，kg;g流體的重力加速度；v液體的流速 m/s,(2)共振引

59、起：主要是油泵的壓力脈動(dòng)及其他外界振蕩因素引起。共振的原因在于振源的頻率 1與2相接近。解決辦法可提高系統(tǒng)的固有頻率，使其他 干擾頻率不一致。(3)慣性力產(chǎn)生的動(dòng)能引起：由動(dòng)能產(chǎn)生的壓力p=F/A這個(gè)壓力增加較 大，往往需要考慮。(4)截面積增壓效應(yīng)。(5)體積彈性增壓效應(yīng)，包括管道的油液體積。3.6.2 消除或減少壓力沖擊的措施1)減少驅(qū)動(dòng)能；2)吸收慣性能；3)用蓄能器或緩沖器。4動(dòng)臂液壓缸的設(shè)計(jì)4.1 液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算4.1.1 缸筒壁厚計(jì)算工程機(jī)械用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑系列見表4-1-1缸徑mm (p 16MPa液壓缸外徑 mm缸徑mm(p 16MPa液壓缸外徑 mm405011013350601251466376140168809516019490108180219100121200245表4-1-1工程機(jī)械用液壓缸外徑系列由上表可知，轉(zhuǎn)斗液壓缸的外徑為 146mm轉(zhuǎn)向液壓缸外徑121mm壁厚分別為：轉(zhuǎn)斗液壓缸 6 1=(146-125)/2=10.5;轉(zhuǎn)向液壓缸6 3=(121-100)/2=10.5 。轉(zhuǎn)斗液壓缸、轉(zhuǎn)向液壓缸的尺寸結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，故不用對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算亦