畢業(yè)論文終稿-車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計（送全套CAD圖紙 資料打包）

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買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔里的插圖，原稿更清晰，可編輯設(shè)計(論文) 題目： 車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 陶 偉 指導(dǎo)教師： 李志臣 二級學(xué)院： 專 　　業(yè)： 車輛工程 班　　級： 11 車輛工程 1 班 學(xué) 　　號： 1121111036 提交日期： 2015 年 05 月 10 日 答辯日期：2015 年 05 月 16 日 買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 1304139763I摘 要我國目前樹木移植大都采用人工作業(yè)，勞動強(qiáng)度大，作業(yè)效率低、成本高、成活率低。小型車載挖樹機(jī)的研制有利于提高工效，減輕勞動強(qiáng)度，加快城市園林化的步伐，同也降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。液壓系統(tǒng)是小型車載挖樹機(jī)的重要組成部分，主要包括液壓泵，液壓油缸、控制閥和油箱等。本文主要針對小型車載挖樹機(jī)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。首先，調(diào)查掌握了小型車載挖樹機(jī)及液壓系統(tǒng)的現(xiàn)況；接著，對該挖樹機(jī)結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行了分析，通過對結(jié)構(gòu)原理的分析提出了液壓系統(tǒng)設(shè)計方案，并通過計算選擇了各液壓元件以及驗(yàn)算了液壓系統(tǒng)的合理性；然后，以鏟斗油缸為例對其進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計與校核；最后，應(yīng)用AutoCAD 軟件繪制了液壓系統(tǒng)原理圖及液壓缸的裝配圖和主要零部件圖。本文的研究方法對今后各類小型機(jī)械、工程機(jī)械等的液壓系統(tǒng)設(shè)計均具有很好的參考意義。關(guān)鍵字：挖樹機(jī)；液壓系統(tǒng)；液壓缸買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 1304139763IIAbstractMost of our current artificial trees transplant operations, labor-intensive, low working efficiency, high cost and low survival rate. Car digging machines small tree research will help improve efficiency, reduce labor intensity and speed up the pace of urban garden, with also reduce production costs, improve economic efficiency. Hydraulic system is a small car digging machine an important part of the tree, including hydraulic pumps, hydraulic cylinders, control valves and tanks and so on.This paper mainly for small-car dug tree hydraulic control system design. First, the investigation and the status of the small car to dig trees and hydraulic systems; then, the digging machine tree structure and principle were analyzed by analysis of the structural principle of the hydraulic system design is proposed and selected by calculating each hydraulic components and checking the reasonableness of the hydraulic system; then, with bucket cylinder as an example of its detailed design and verification; and finally, the application of AutoCAD software to draw a schematic diagram of the hydraulic system and the hydraulic cylinder assembly drawings and major zero parts diagram.Research methods in the future design of various types of hydraulic system of small machinery, engineering machinery, etc. have a good reference value.Keyword：Hydraulic system; Hydraulic cylinders; Digging up tree買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 1304139763III目 錄摘 要 ...........................................................................................................................................IAbstract.....................................................................................................................................II第一章 緒論 ...............................................................................................................................11.1 研究背景及意義 ............................................................................................................11.2 液壓系統(tǒng)概述 ................................................................................................................11.3 液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................21.3.1 國外研究現(xiàn)狀 ......................................................................................................21.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ......................................................................................................2第二章 總體分析 .......................................................................................................................32.1 主要參數(shù)選定 ................................................................................................................32.2 車載小型挖樹機(jī)結(jié)構(gòu)原理分析 ....................................................................................32.2.1 整體結(jié)構(gòu) ..............................................................................................................32.2.2 鏟斗組件 ..............................................................................................................32.2.3 鏟刀組件 ..............................................................................................................42.2.4 主框架和提升架 ..................................................................................................42.3 車載小型挖樹機(jī)的工作特點(diǎn)分析 ................................................................................52.4 工況分析 ........................................................................................................................62.4.1 運(yùn)動分析 .............................................................................................................62.4.2 負(fù)載分析（以提升液壓缸為例） .....................................................................6第三章 液壓系統(tǒng)設(shè)計及液壓元件選型 ...................................................................................83.1 確定主要參數(shù) ................................................................................................................83.1.1 工作壓力的確定 ..................................................................................................83.1.2 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定 ............................................................83.2 液壓回路的設(shè)計 ............................................................................................................93.2.1 制定調(diào)速方案 ......................................................................................................93.2.2 制定壓力控制方案 ............................................................................................103.2.3 制定順序動作方案 ............................................................................................103.2.4 選擇液壓動力源 ................................................................................................11買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 1304139763IV3.2.5 繪制液壓系統(tǒng)圖 ................................................................................................113.3 液壓元件的選型 ..........................................................................................................123.3.1 液壓泵的選擇 ...................................................................................................123.3.2 液壓閥及輔助元件的選擇 ...............................................................................123.3.3 蓄能器的選擇 ...................................................................................................133.3.4 管道尺寸的確定 ...............................................................................................133.3.5 油箱容量的確定 ...............................................................................................143.4 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 ..........................................................................................................153.4.1 壓力損失的驗(yàn)算 ...............................................................................................153.4.2 發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 ................................................................................................16第四章 液壓缸的設(shè)計 .............................................................................................................184.1 主要尺寸的設(shè)計與校核 ..............................................................................................184.1.1 液壓缸壁厚和外徑的計算 ...............................................................................184.1.2 液壓缸工作行程的確定 ...................................................................................194.1.3 缸蓋厚度的確定 ...............................................................................................194.1.4 最小導(dǎo)向長度的確定 .......................................................................................204.1.5 缸體長度的確定 ...............................................................................................204.1.6 固定螺栓得直徑 ..........................................................................................21sd4.1.7 液壓缸強(qiáng)度校核 ...............................................................................................214.2 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ......................................................................................................224.2.1 缸體與缸蓋的連接形式 ...................................................................................224.2.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) ...............................................................................234.2.3 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) ...................................................................................234.2.4 密封裝置 ...........................................................................................................244.2.5 緩沖裝置 ...........................................................................................................244.3 其他液壓缸結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù) ......................................................................................25結(jié) 論 .........................................................................................................................................27參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................28致 謝 .........................................................................................................................................29車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計1車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計2車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計3第一章 緒論1.1 研究背景及意義城市綠化是城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的核心內(nèi)容。其生態(tài)效應(yīng)是由綠量決定的，而綠量的大小則取決于組成城市綠化主導(dǎo)材料的各種類樹木所表現(xiàn)的葉面大小和樹冠覆蓋面積，所以種植樹木是短期內(nèi)加快城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)和提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要手段和途徑。據(jù)測定，樹木吸取 CO2、制造 O2 的功能是草坪的 5 倍．1hm2 樹木每年可吸收 CO216t，釋放 O212t，吸收量是草坪的 3 倍，年可滯塵 0.9t，可吸收 SO2300kg，畜水 1500t，空氣濕度可增加 54%?？梢?，樹木產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)是非常明顯的。在目前城市熱島效應(yīng)日趨明昱和人們對城市居住環(huán)境品質(zhì)要求不斷提高的新形勢下，在城市中推行種植有一定體量和相當(dāng)數(shù)量的樹木就顯得尤為重要瓤迫切。我國目前樹的移栽大都采用人工作業(yè)，勞動強(qiáng)度大，作業(yè)效率低、成本高、成活率低。采用機(jī)械化作業(yè)可提高工效幾十倍甚至上百倍，減輕了勞動強(qiáng)度，加快了城市園林化的步伐，同也降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。因此研制開發(fā)適合常規(guī)配套動力的挖樹機(jī)械具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，其產(chǎn)品具有廣闊的市場前景。1.2 液壓系統(tǒng)概述車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計4一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油。 動力元件的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。 執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達(dá))的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動負(fù)載作直線往復(fù)運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 控制元件(即各種液壓閥) 在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥( 安全閥) 、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。 輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位油溫計等。 液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。液壓系統(tǒng)由信號控制和液壓動力兩部分組成，信號控制部分用于驅(qū)動液壓動力部分中的控制閥動作。1.3 液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀1.3.1 國外研究現(xiàn)狀液壓技術(shù)自 18 世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓機(jī)算起，已有 300 多年的歷史了，但其真正的發(fā)展只在第二次世界大戰(zhàn)后 60 多年的時間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速向民用工業(yè)轉(zhuǎn)移，在機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等行業(yè)中逐步推廣。20 世紀(jì) 60 年代以來，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了河大的發(fā)展，并滲透到各個行業(yè)領(lǐng)域中去。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、搞度集成化的法相發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計，計算機(jī)輔助測試、計算機(jī)直接控制、計算機(jī)實(shí)時控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、計算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、可靠性技術(shù)，以及污染控制技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計5我國液壓工業(yè)的真正發(fā)展是在六十年代開始起步的，而液壓控制技術(shù)的發(fā)展則更晚一些，目前，液壓控制技術(shù)已成為一種極為廣泛的基礎(chǔ)技術(shù)，盡管我國國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域也獲得了極為廣泛的應(yīng)用，單液壓及控制技術(shù)長期落后于國外的現(xiàn)狀還是嚴(yán)重制約了我國主體水平的提高和工業(yè)自動化的實(shí)現(xiàn)。因而迅速提高我國液壓技術(shù)和控制技術(shù)的數(shù)字化，具有極為重要的經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實(shí)意義。近年來，我國液壓氣動密封行業(yè)堅持技術(shù)進(jìn)步，加快新產(chǎn)品開發(fā)，涌現(xiàn)出一批各具特色的高新技術(shù)產(chǎn)品。如北京機(jī)床所的直動式電液伺服閥、杭州精工液壓機(jī)電公司的低噪聲比例溢流閥、寧波華業(yè)公司的電液比例流量閥，均為機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。為應(yīng)對我國加入 WTO 后的新形勢，我國液壓行業(yè)各企業(yè)加速科技創(chuàng)新，不斷提升產(chǎn)品市場競爭力，一批優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品成功地位國家重點(diǎn)工程和重點(diǎn)主機(jī)配套，取得較好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會效應(yīng)。第二章 總體分析2.1 主要參數(shù)選定通過對市場現(xiàn)有小型挖樹機(jī)進(jìn)行調(diào)查，選定本次設(shè)計的車載小型挖樹機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如下：配套動力 18～22kw（拖拉機(jī)）土球大端直徑 600mm樹胸徑 80~120mm工作效率 50~80 株/小時2.2 車載小型挖樹機(jī)結(jié)構(gòu)原理分析2.2.1 整體結(jié)構(gòu)小型挖樹機(jī)由主框架，提升架，鏟刀組件，鏟斗組件和液壓系統(tǒng)等組成，如圖 2-1 所示。提升架可沿主框架上下運(yùn)動，鏟斗可沿提升架上下運(yùn)動。型挖樹機(jī)可掛接在多種配套動力（如各種輪式拖拉機(jī)）上，各工作部件由液壓油缸驅(qū)動。工作時，通過操縱液壓系統(tǒng)的分配器，首先打開鏟刀、鏟斗，通過調(diào)整挖樹機(jī)的位置，將被挖樹置于鏟斗中心處，然后將提升架下移，使鏟刀、鏟斗置于地面上，操縱鏟刀油缸將兩鏟刀車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計6入土后再操縱鏟斗油缸將鏟斗下挖至要求的深度后，通過提升架將鏟刀、鏟斗和樹同時提出地面，最后松開鏟刀、鏟斗，將根部帶有圓臺型土塊的樹放入塑料盆中，以提高樹成活率，方便運(yùn)輸。圖 2-1 小型挖樹機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1-主框架 2-提升架 3-鏟刀組件 4-鏟斗組件2.2.2 鏟斗組件鏟斗組件主要包括鏟斗導(dǎo)軌、鏟斗油缸、鏟斗滑塊和鏟斗，如圖 2-2 所示。鏟斗的運(yùn)動軌跡由鏟斗導(dǎo)軌控制。為實(shí)現(xiàn)一定直徑樹的移栽要求，鏟斗小端直徑不能太小。鏟斗設(shè)計為半圓臺面形，導(dǎo)軌角度和圓臺的角度相同，以便使鏟斗滑快能自如的上下移動。鏟斗的大端直徑為 600mm，小端直徑為 450mm，高為 500mm，當(dāng)鏟斗架處于閉合狀態(tài)時鏟斗導(dǎo)軌與鉛垂方向的夾角為 8.5°。圖 2-2 挖樹機(jī)鏟斗組件結(jié)構(gòu)示意圖1-鏟斗導(dǎo)軌 2-鏟斗油缸 3-鏟斗滑塊 4-鏟斗油缸兩端均是鉸接形式，當(dāng)鏟斗油缸伸出時，活塞桿與連接的滑塊在鏟斗的滑軌上移動，鏟斗慢慢張開。反之，當(dāng)油缸縮回回時，鏟斗慢慢閉合。2.2.3 鏟刀組件車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計7鏟刀組件主要包括鏟斗油缸、連接件、鏟刀臂和鏟刀，如圖 2-3 所示。工作時鏟刀繞鏟刀臂旋轉(zhuǎn)，依靠鋒利的刀刃切斷樹的底根，同時鏟入泥土的鏟刀可以平衡一部分鏟斗的入土阻力，起到了地錨的作用，以防挖樹機(jī)被抬起。圖 2-3 挖樹機(jī)鏟刀組件結(jié)構(gòu)示意圖1-鏟刀油缸 2-連接件 3-鏟刀臂 4-鏟刀2.2.4 主框架和提升架提升架通過滑塊安裝在主框架的導(dǎo)軌中，鏟刀、鏟斗等安裝在提升架上。在提升油缸的作用下，提升架、鏟刀及鏟斗沿主框架軌道上下運(yùn)動，用來提升完成挖掘工作的鏟刀、鏟斗及所要移栽的樹，其結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示。圖 2-4 挖樹機(jī)主框架和提升架結(jié)構(gòu)示意圖2.3 車載小型挖樹機(jī)的工作特點(diǎn)分析挖樹機(jī)挖掘帶根樹木是在各有關(guān)部件和裝置協(xié)同動作下完成的，樹木挖樹機(jī)的主要工作特點(diǎn)是：（1）移動作業(yè)車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計8樹木挖樹機(jī)必須開到苗圃地或待移栽的樹木前實(shí)施挖掘作業(yè)，其作業(yè)地點(diǎn)是不斷變動的。（2）順序動作在挖樹時樹木挖樹機(jī)要完成下列動作：挖樹機(jī)構(gòu)直立（具有縱向傾斜機(jī)構(gòu)的挖樹機(jī)才有此動作） ，挖樹機(jī)構(gòu)下降，鍬鏟打開，鍬鏟閉合，鍬鏟鎖緊，調(diào)平墊使導(dǎo)軌架水平，穩(wěn)定器撐開，鍬鏟按 1—3—2 的順序鏟入土中，挖樹機(jī)構(gòu)上升，穩(wěn)定器收回，挖樹機(jī)構(gòu)傾倒在車底板上。樹木挖樹機(jī)在向栽植坑植樹時要完成下列動作：挖樹機(jī)構(gòu)直立，挖樹機(jī)構(gòu)下降，穩(wěn)定器撐開，鍬鏟按順序提升，挖樹機(jī)構(gòu)提升，鍬鏟閉合，穩(wěn)定器收回，挖樹機(jī)構(gòu)傾倒在車廂底板上。這些動作都是順序進(jìn)行的，在同一時間內(nèi)沒有兩個動作同時進(jìn)行。僅在需要加抉工作速度時，有些輔助動作（如提升，收回穩(wěn)定器等）可以同時進(jìn)行，但對工作沒有影響。（3）工作部件和各動作的執(zhí)行元件呈空間分布即在挖樹機(jī)的上、下、左，右等各部位都要布置傳動部件，尤其是工作鏟呈環(huán)形布置時。（4）有些部件運(yùn)動的行程長如 2ZS-100 樹木挖樹機(jī)的鏟刀移動量達(dá) 97cm．大約翰樹木挖樹機(jī)鏟刀行程達(dá)160cm，但它們運(yùn)動速度不高，對運(yùn)動的精度要求不高。本設(shè)計中升降缸的行程達(dá)到800mm，鏟土油缸的行程達(dá)到 500mm。（5）各工作部件和裝置的工作載荷不一致其中以鍬鏟的下鏟阻力最大如 20T 一 50 型起苗機(jī)的單鏟下鏟阻力為 15kN，2ZS-100 型樹木挖樹機(jī)的下鏟阻力為 30kN，其次是提升時的重力載荷。由于這時要將挖樹機(jī)構(gòu)和挖出的樹木及帶根士球一道提升，重力載荷達(dá) 10～20kN ，有些裝置的工作載荷則很小如鍬鏟開合機(jī)構(gòu)、調(diào)平墊等。（6）間歇作業(yè)樹木挖樹機(jī)挖完一棵樹以后要由配套的運(yùn)載工具將樹運(yùn)到栽植點(diǎn)或運(yùn)送到地邊指定點(diǎn)，由其它運(yùn)輸工具集中轉(zhuǎn)運(yùn)。這時，動力傳動裝置停止工作。只有樹木挖樹機(jī)到達(dá)栽植點(diǎn)后，或在進(jìn)行下一輪作業(yè)時傳動裝置才又開始工作。（7）每一工作循環(huán)的時期短如 2ZS-IOO 型樹木挖樹機(jī)挖一棵樹的純作業(yè)時間只要 l min。本設(shè)計中要求為 60 s/顆。車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計92.4 工況分析2.4.1 運(yùn)動分析根據(jù)設(shè)計要求驅(qū)動它的液壓傳動系統(tǒng)需完成鏟斗，鏟刀打開—鏟斗鏟刀閉合掘土—提升—打開的工作循環(huán)。其垂直上升林木的重力為 5000N，機(jī)架本身重量為1000N，快速上升行程 350mm，速度要求≥45mm/s ；慢速上升行程為 100mm，其最小速度為 8mm/s；快速下降行程為 450mm，速度要求≥55mm/s，其導(dǎo)軌面的夾角為 90°，滑臺與導(dǎo)軌的最大間隙為 2mm，起動加速和減速時間均為 0.5s，液壓缸的機(jī)械效率為0.91。則?。嚎焖偕仙俣葹椋篤 快升 =45mm/s慢速上升速度為：V 慢升 =8mm/s快速下降速度為：V 快降 =55mm/s2.4.2 負(fù)載分析（以提升液壓缸為例）液壓缸所受外載荷 F 包括三種類型，分別為工作負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載、慣性負(fù)載即：F = Fw+ Ff+ Fa（1）工作負(fù)載 Fw對于本挖樹機(jī)來說，即為沿垂直上升方向的樹重量與機(jī)架本身重量之和，故：Fw=5000N+1000N=6000N（2）導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載 Ff啟動時為靜摩擦力，啟動后為動摩擦力，對于平行導(dǎo)軌 Ff 可以由下式求的：Ff=fFn/sin（∝/2）由于林木為垂直起升，所以垂直作用于導(dǎo)軌的載荷可由其間隙和結(jié)構(gòu)尺寸求得Fn=120N，取 fs=0.2，fd=0.1 則有靜摩擦負(fù)載：F fs=（0.2×120/sin45 ）=33.94N動摩擦負(fù)載：F fd=（0.1×120/sin45）=16.97N（3）運(yùn)動部件速度變化時的慣性負(fù)載 FaFa = Ggvt?式中 g——重力加速度；車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計10——加速或減速時間，本設(shè)計中要求不大于 0.2s，取 =0.1s；t? t?—— 時間內(nèi)的速度變化量。vt故：加速：Fa1= （ G/g）×（△v/△t）= （6000/9.81）×（0.045/0.5）=55.05N減速：Fa2= （ G/g）×（△v/△t）= （6000/9.81）×（0.045-0.008）/0.5=45.26N制動：Fa3= （ G/g）×（△v/△t）= （6000/9.81）×（0.008/0.5）=9.79N根據(jù)上述計算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載（見表 2-1） ，并畫出如圖 2-2所示的負(fù)載循環(huán)圖。表 2-1 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載序 工作循環(huán) 外負(fù)載 F(N)1 啟動、加速 F =Fw+ Ffs+Fa1 60892 快速上升 F = Fw+Ffd 60173 減速 F = Fw+ Ffd+ Fa2 60624 慢速上升 F = Fw+Ffd 60175 制動 F = Fw +Ffd + Fa3 6027第三章 液壓系統(tǒng)設(shè)計及液壓元件選型3.1 確定主要參數(shù)3.1.1 工作壓力的確定執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負(fù)載循環(huán)圖中的最大負(fù)載來選取，也可以根據(jù)主機(jī)的類型了確定（見表 3-1 和表 3-2） 。表 3-1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力負(fù)載/ KN 50工作壓力/MPa <0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 ≥5表 3-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計11機(jī) 床設(shè)備類型 磨床 組合機(jī)床龍門刨床 拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械等工作壓力 0.8~2.0 3~5 2~8 8~10 10~16 20~32所設(shè)計的挖樹機(jī)在工進(jìn)時負(fù)載最大，其值為 6089N，其它工況時的負(fù)載都相對較低，參考表 3-1 和表 3-2 按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場合來選擇工作壓力的方法。初選液壓缸的工作壓力： ，背壓：MPap21?MPap3.02?3.1.2 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定為了節(jié)省能源宜選用較小流量的油源。利用單活塞缸差動連接滿足快進(jìn)速度的要求，由此求得液壓缸無桿腔面積為: 24-6211 108.397.1908)-( mNpFAm??????D..44??由計算所得的液壓缸內(nèi)徑 D 按表 3-4 圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。表 3-4 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 (GB2348--1980) (mm)8 10 12 16 20 25 3240 50 63 80 （90） 100 （110）125 （140） 160 （180） 200 （220） 250320 400 500 630注：括號內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值故液壓缸內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)值： mD80?根據(jù)快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑： md45//22??）（求的： d1.34?由計算所得的活塞桿直徑按表 3-5 圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計12元件。表 3-5 活塞桿直徑系列 (GB2348--1980) (mm)4 5 6 8 10 12 14 16 182 22 25 28 32 36 40 45 5056 63 70 80 90 100 110 125 140160 180 200 220 250 280 320 360 400故液壓缸內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)值： md36?由此計算出液壓缸的實(shí)際有效面積為： 2221 4.5084cmDA???2222 7.36-d??）（）（?3.2 液壓回路的設(shè)計3.2.1 制定調(diào)速方案速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。3.2.2 制定壓力控制方案液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計13起安全保護(hù)作用。在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。3.2.3 制定順序動作方案主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場合。另外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動，經(jīng)過一段時間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時繼電器發(fā)出電信號使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動作時，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號或打開順序閥使壓力油通過，來啟動下一個動作。3.2.4 選擇液壓動力源液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計143.2.5 繪制液壓系統(tǒng)圖小型挖樹機(jī)系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等） 。圖 3-1 挖樹機(jī)液壓原理圖如圖 3-1，為挖樹機(jī)液壓原理圖，其中包含：三位四通電磁換向閥；齒輪泵；油濾器；單向閥；液壓鎖；平衡閥；限位二位二通手動換向閥；液壓缸組成。3.3 液壓元件的選型3.3.1 液壓泵的選擇由工況圖可知，整個工作循環(huán)過程中液壓缸的最大工作壓力為 2.0MPa。選取油路總壓力損失為 0.3MPa。則泵的最大工作壓力為： MPap3.20.??其次確定液壓泵的最大供油量，液壓缸所需的最大流量為 38.2L/min，若取系統(tǒng)泄漏系數(shù) K=1.05，則泵的流量為： min/1.402.385.1Lqp??根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，選用 YB1-6.3/6.3 型的雙聯(lián)齒輪泵，其額車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計15定壓力為 6.3Mpa，容積效率 η=0.85，總效率 ，所以驅(qū)動該泵的電動機(jī)的功率8.0?p?可由泵的工作壓力和輸出流量求出由于液壓缸在快退時輸入功率最大，如果取泵的效率為 ，這時驅(qū)動液壓泵8.0?p?所需電動機(jī)功率為 WPp83.504.3??根據(jù)此數(shù)據(jù)查閱電動機(jī)產(chǎn)品目錄，選擇 Y90S-6 型電動機(jī)，其額定功率 ，WPn750?額定轉(zhuǎn)速 。min/910rn?3.3.2 液壓閥及輔助元件的選擇（1）閥的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求?？刂崎y的流量一般要選得比實(shí)際通過的流量大一些，必要時也允許有 20%以內(nèi)的短時間過流量。（2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。表 3-7 液壓元件型號及規(guī)格（GE 系列）序號 名 稱 通過流量 型號及規(guī)格1 濾油器 11.47 XLX-06-802 齒輪泵 9.75 CB-503 單向閥 4.875 AF3-Ea10B4 外控順序閥 4.875 XF3-10B5 溢流閥 3.375 YF3-10B6 三位四通電磁換向閥 9.75 34EF3Y-E10B7 單向順序閥 11.57 AXF3-10B8 液控單向閥 11.57 YAF3-Ea10B9 二位二通電磁換向閥 8.21 22EF3-E10B10 單向調(diào)速閥 9.75 AQF3-E10B11 壓力表 Y-100T12 壓力表開關(guān) KF3-E3B車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計1613 柴油機(jī) Y90S-63.3.3 蓄能器的選擇根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用，確定其類型和主要參數(shù)。（1）液壓執(zhí)行元件短時間快速運(yùn)動，由蓄能器來補(bǔ)充供油，其有效工作容積為式中 A—液壓缸有效作用面積（m2） ；l—液壓缸行程（m） ；K—油液損失系數(shù)，一般取 K=1.2；QP—液壓泵流量（m3/s） ；t—動作時間（s）（2）作應(yīng)急能源，其有效工作容積為：式中 ——要求應(yīng)急動作液壓缸總的工作容積（m3） 。有效工作容積算出后，根據(jù)有關(guān)蓄能器的相應(yīng)計算公式，求出蓄能器的容積，再根據(jù)其他性能要求，即可確定所需蓄能器。3.3.4 管道尺寸的確定（1）管道內(nèi)徑計算式中 Q—通過管道內(nèi)的流量（m3/s） ；υ—管內(nèi)允許流速（ m/s） ，見表 3-8:計算出內(nèi)徑 d 后，按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。（2）管道壁厚 δ的計算表 3-8 允許流速推薦值管道 推薦流速/（m/s）車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計17液壓泵吸油管道 0.5～1.5，一般常取 1 以下液壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值液壓系統(tǒng)回油管道 1.5～2.6式中 p—管道內(nèi)最高工作壓力（Pa） ；d—管道內(nèi)徑（m） ；[σ]—管道材料的許用σb—管道材料的抗拉強(qiáng)度（Pa） ；n—安全系數(shù)，對鋼管來說，p＜7MPa 時，取 n=8；p＜17.5MPa 時，取n=6；p ＞17.5MPa 時，取 n=4。3.3.5 油箱容量的確定初始設(shè)計時，先按經(jīng)驗(yàn)公式（31）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。油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為：V=αQV 式中 QV—液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3 ） ；α—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見表 3-9。表 3-9 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) α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α 1～2 2～4 5～7 6～12 10在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。3.4 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算3.4.1 壓力損失的驗(yàn)算（1）工作進(jìn)給時的進(jìn)油路壓力損失。運(yùn)動部件工作進(jìn)給時的最大速度為1.2m/mmin。進(jìn)給時的最大流量為 14.73L/min。則液壓油在管內(nèi)流速 v1 為v1 = = cm/min =8330cm/min = 139 cm/min24qd?321.70?管道流動雷諾數(shù) 為1Re車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計18= = = 1111Revd391.25?＜ 2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)= = = 0.681?7e1進(jìn)油管道 BC 的沿程壓力損失為= = Pa1p?A2vld?22901.3(.7)0.681????查閱換向閥 4WE6E50/AG24 的壓力損失 = Pa。忽略油液通過管接12p?A6.05?頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失 為1?= + = Pa = Pa1p?1?A2p??660.1.50??6.（2）工作進(jìn)結(jié)時的回油路壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，并且液壓缸有桿腔的工作面積為無桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則= = 69.5cm/s2v1= = = 55.52Red69.512?= = = 1.392?75.回油管道的沿程壓力損失 為21p?A= = Pa = Pa21p?A2vld??2290.65.39??60.1?查產(chǎn)品樣本知換向閥 3WE6A50/ OAG24 的壓力損失 = 0.025× Pa，換向閥2p?A604WE6E50/OAG24 的壓力損失 = 0.025× Pa，調(diào)速閥 2FRM5-20/6 的壓力損失為23p?A61= 0.5× Pa。24p?A610回油路總壓力損失 為2車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計19= + + + =（0.05+0.025+0.025+0.5）× Pa =0.6× Pa2pA1?23p?A246106（3）變量泵出口處的壓力 p= + p21/cmFA???46650/.9.051.0.1578?? ?????? ?? ?=3.2× Pa60查閱產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為：4WE6E50/OAG24 的壓力損失為 = Pa21p?A60.7?3WE6A50/OAG24 的壓力損失為 = Pa據(jù)分析在差動連接中，泵的出口壓力 為p= + + + + +p12?A2p13?A212?AcmF?= Pa? ?642500.60.8.701..9?? ??????? ??? ?= 1.93× Pa1上述驗(yàn)算表明，不需要修改原設(shè)計。3.4.2 發(fā)熱溫升的驗(yàn)算在整個工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時間最長，為了簡化計算，注意考慮工進(jìn)時的發(fā)熱量。一般情況下工進(jìn)速度大時發(fā)熱量大，由于限壓式變量泵在流量不同時，效率相差極大，所以分別計算最大、最小時的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值最大者進(jìn)行分析。當(dāng) v = 10cm/min 時= = = 0.785L/minq230.1/min4??30.7851??/min此時泵的效率為 0.1，泵的出口壓力為 3.2MPa，則有= kw = 0.42 kwp輸 入3.2785601?車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計20= Fv = kw = 0.034kwp輸 出2310256??此時的功率損失為= - = （0.718-0.41kw = 0.31kwP?輸 入 輸 出可見在工進(jìn)速度低時，功率損失為 0.386kw，發(fā)熱量最大。假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取 K = kw/( .℃),油箱的散熱面積 A 為310??2cmA = 0.065 = 0.065 = 1.9223v236m2系統(tǒng)的溫升為= = ℃ = 20.1℃t?PK30.8192??對于一般機(jī)械允許溫升 25~30℃，數(shù)控機(jī)床油液溫升應(yīng)該小于 25℃，工程機(jī)械等允許的溫升為 35~40℃。驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)，不必采取其他的冷卻措施。第四章 液壓缸的設(shè)計車載小型挖樹機(jī)液壓和控制系統(tǒng)設(shè)計214.