挖掘机液压系统的分析与设计.doc

1、目录1. 概论11.1 挖掘机的简介11.2 液压挖掘机的发展概况31.2.1 国外液压挖掘机研究状况及发展趋势51.2.2 国内液压挖掘机的发展概况71.3 本论文研究内容81.4 内容安排92挖掘机液压系统的计算92.1 设定液压挖掘机的基本参数92.1.1 挖掘机液压系统的简介92.1.2 YW-160型单斗液压挖掘机液压系统102.2 液压挖掘机工作装置油缸作用力的确定122.2.1 动臂油缸作用力分析122.2.2 铲斗油缸工作受力分析132.2.3 斗杆油缸作用力分析152.3 液压元件的计算162.3.1 液压缸内径162.3.2 缸筒壁厚162.3.3 缸筒壁厚验算172.3.

2、4 活塞杆计算172.3.5 活塞杆强度计算172.3.6 确定液压系统的工作压力172.3.7 确定液压缸的主要参数和工作压力182.3.8 确定液压马达的排量和工作压力182.3.9 计算液压缸与液压马达的流量193. 液压元件的选择193.1 液压缸的选择193.2 液压泵的选择193.3 液压马达的选择203.4 发动机的选择204液压系统回路的设计214.1 液压缸控制回路214.2 液压马达控制回路214.3 计算系统所需的最大流量224.4 压力损失的计算234.5 拟定液压源控制回路235. 液压系统性能验算245.1 液压系统功率损失245.2 液压油油温过高的原因及预防措施

3、256结论和展望286.1 结论286.2 展望28致谢29参考文献30摘要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、采矿等建设工程的土方机械。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，具有许多优点，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对推动我国挖掘机发展具有十分重要的意义。在搜集了国内外挖掘机液压系统相关资料的基础上，了解了挖掘机液压系统的发展历史，并对挖掘机液压系统的技术发展动态进行了分析总结。本次毕业设计课题是液压挖掘机。挖掘机由多个系统组成，包括液

4、压系统，传动系统，操纵系统，工作装置，底架，转台，油箱，发动机安装等。本人的设计主要致力于分析和设计中型液压挖掘机液压系统的液压元件。以液压元件和液压回路为主。关键词：挖掘机；液压系统；液压泵Excavator Hydraulic System Analysis and DesignAbstractHydraulic excavator,one of important engineering machine, is a widely used in construction, railway, highway, water conservancy, mining, etc construct

5、ion projects of earthwork machinery. Hydraulic excavator using hydraulic components (hydraulic pump hydraulic motor hydraulic cylinder, etc) drive the various components action, has many advantages and puts forward high demand for hydraulic system design, and the hydraulic systems of engineering mac

6、hinery in hydraulic system is complex. Therefore, the excavator hydraulic system analysis and design has the extremely vital significance for impelling our country excavator development.Based in the materials of the domestic and foreign excavator hydraulic system,we learn about the excavator hydraul

7、ic system development history and summerize the dynamic development of excavator hydraulic system technology.The graduation design task is hydraulic excavator made by multiple system components, including hydraulic system, transmission system, control systems, work device, chassis, turntable, tank,

8、engine installation, etc. The design is mainly devoted to the analysis and design of medium-sized hydraulic excavator hydraulic system hydraulic components,especially hydraulic components and hydraulic circuit.Keywords :Excavator;Hydraulic System;Hydraulic PumpIV挖掘机液压系统的分析与设计1. 概论液压挖掘机是工程机械的一个重要品种，是

9、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。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

10、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，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300400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

11、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，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，

12、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

13、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

14、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。液压系统功能是以油液为介质利用油泵把发动机机械能转变为液压能并进行传，然后通过液压缸、马达等返还为机械能，再传动至各个执行机构以实现各种运动。国家规定8吨以下的挖掘机采用定量泵1。1.2 液压挖掘机

15、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

16、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。1950年在意大利北部生产了第一台液压挖掘机

17、。第一台液压挖掘机采用定量齿轮泵，中位开式多路阀，工作压力为9Mpa，所有执行元件互相并联连结。由单泵向6个执行元件供油。由于早期液压挖掘机主要采用了定量齿轮泵，不能按需改变供油流量，无法充分利用发动机的功率，因此其能量损失很大，不能满足挖掘机复合动作的复杂要求，且可操纵性差。另外，早期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，配套件也不齐全，制造质量不够稳定。从二十世纪六十年代到八十年代中期，液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展的阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。19681970年间，液压挖掘机产量已经达到挖掘机总产量的83，其时对挖掘机液压系统

18、的研究也已经十分成熟，液压挖掘机已经具有了同步控制系统和负载敏感系统。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

19、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2。1.2.1 国外液压挖掘机研究状况及发展趋势从20世纪60年代液压传动技术开始应用在挖掘机上至今，挖掘机液压系统已经发展到了相当成熟的阶段。近几年来，随着液压

20、挖掘机产量的提高和使用范围的扩大，世界上著名的挖掘机生产商纷纷采用各种高新技术，来提高自己挖机在国际上的竞争力，主要表现在五个方面；液压系统逐渐从开式系统向闭式系统转变；系统的节能技术成为研究的重点；系统的高压化和高可靠性发展趋势日益凸显；系统的操纵特性上升到很重要的地位；液压系统与电子控制的结合成为潮流。1从开式液压系统向闭式液压系统的转变日本小松(KAMATSU)公司90年代以前一直致力开发开式负载敏感系统(OLSS)，用以降低液压系统的损耗。开式液压系统采用三位六通阀，其特点是有两条供油路，其中一条是直通供油路，另一条是并联供油路。由于这种油路调速方式是进油节流调速和旁路节流调速同时起作

21、用，其调速特性受负载压力和油泵流量的影响，因此这种系统的操纵性能、调速性能和微调性能差。另外，当液压作用元件一起复合动作时，相互干扰大，使得复合动作操纵非常困难。这是开式系统的大缺点。由于挖掘机作业工程中要求对液压元件能很好地控制其运动速度和进行微调，而且在其工作的许多工况下要求多个执行元件完成复合动作，而长期以来使用的开式液压系统无法满足挖掘机的调速和复合动作的要求。近年来在国外的挖掘机液压系统中出现了闭式负载敏感系统(CLSS)。它可以采用一个油泵同时向所有液压作用元件供油，每一个液压作用元件的运动速度只与操纵阀的阀杆行程有关，与负载压力无关，泵的流量按需提供，而且多个作用元件同时动作时相

22、互之间干扰小，因此操纵性好是闭式液压系统的主要特点。这种系统非常符合挖掘机操作的要求，它操纵简单，对司机的操纵技巧要求低，在国际上已经获得较广泛的使用，是挖掘机液压系统的发展趋势。目前日本小松公司已经把大量挖掘机液压系统从开式系统改为闭式系统了。2节能技术的应用目前液压挖掘机上典型的节能技术基本上有两种。即负载敏感技术和负流量控制技术，目前液压挖掘机都选用其中一种控制技术来实现节能要求。负载敏感技术是一种利用泵的输出压力与负载压力1:3差值的变化而使系统流量随之相应变化的技术。德国曼内斯曼(Mannesmann)公司研制的一种负载传感系统，将其安装在液压系统中，可以控制一个或几个液压作用元件，

23、而与对其施加的载荷无关。该系统不仅易于操纵，而且微动控制特性很好。其最大的特点就是可以根据负载大小和调速要求对油泵进行控制，从而实现在按需供流的同时，使调速节流损失AP控制在很小的固定值，从而达到节能的目的。负流量控制技术是通过位于主控制阀后面的节流阀建立的压力对主泵的排量进行调节的技术。目前以韩国现代(HYUNDAI)、日本小松(KOMATSU)和日本R立(HITACHI)为代表的许多国外著名品牌的挖掘机生产商都在自己的挖掘机液压系统中使用了负流量控制技术。这种控制技术具有稳定性好、响应快、可靠性和维修性好等特点，但在起始点为重负荷下作业时，因流量与负载有关，所以可控制性较差。3提高负载能力

24、和可靠性为了提高挖掘机的负载能力，直接的方法是提高其液压系统工作压力、流量和功率。目前，国际上先进的挖掘机产品的额定压力大都在30MPa以上，并且随着材料科学技术的进步，有朝着更高的压力甚至采用超高压液压技术方向发展的趋势；流量通常在每分钟数百升：功率在数百千瓦以上。如德国OrenstteinKoppe制造的目前世界上首台最大的RH400型全液压挖掘机，铲斗容量达42m3，液压油源为18台变量轴向柱塞泵，总流量高达10200Lmin：原动机为2台QSK60柴油发动机，总功率高达2014kW。由于液压挖掘机经常在较恶劣环境下持续工作，其各个功能部件都会受到恶劣环境的影响系统的可靠性日益受到重视。

25、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强度研究方面，不断提高设备的可靠性。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序，研制了可靠性信息处理系统，使液压挖掘机的运转率达到8595，使用寿命超过l万小时。4. 重视操纵特性挖掘机液压系统的操纵特性越来越受到重视。目前国际上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、液压伺服操作和电气控制、无线

26、电遥控、电子计算机综合程序控制。各种高新技术的应用，使得挖掘机液压系统操纵特性大大提高。5. 电子一液压集成控制成为当前主要研究目标电子控制技术与液压控制技术相结合的电子一液压集成控制技术近年来获得了巨大发展，特别是传感器、计算机和检测仪表的应用，使液压技术和电子控制有机结合，开发和研制出了许多新型电液自动控制系统，提高了挖掘机的自动化程度，推动着挖掘机的迅猛发展。目前国外先进品牌的挖掘机在电液联合控制方面的研究已趋成熟。美国林肯-贝尔特公司新C系列LS一5800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。日本住友公司生产的FJ系列五中新型号挖掘机配有与液压回路

27、连接的计算机辅助的功率控制系统，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，并延长了零部件的使用寿命3。1.2.2 国内液压挖掘机的发展概况从国内情况来看，我国挖掘机行业整体发展水平较国外缓慢，在挖掘机液压系统方面的理论还比较薄弱。国内大部分挖掘机企业在挖掘机液压系统传统技术方面的研究具有一定基础，但由于采用传统液压系统的挖掘机产品在性能、质量、作业效率、可靠性等方面均较差，因此采用传统液压系统的挖掘机在国内市场上基本失去了竞争力，取而代之的是采用各种高新技术的国外挖掘机产品。先进的挖掘机液压系统都被国际上一流的生产企业垄断，国内企业在该领域的研究几乎是空白，这样国内的挖掘机生

28、产厂家就无法独立制造出性能优异的挖掘机，绝大部分的市场份额都被国外各种品牌的挖掘机所占据。以20t级的中型液压挖掘机为例，国产20t级挖掘机大多数是欧洲80年代初的技术。同90年代初以来在国内形成批量的臼本小松、日立、神钢以及韩国大宇、现代等机型相比，其主要差距柴油机功率偏低，液压系统流量偏小，液压系统特性差，导致平台回转速度低，行走速度低，各种性能参数均偏小，整机性能和作业效率较国外偏低4。1.3 本论文研究内容（1）设计的内容由于本科阶段的水平有限，暂时不具备高水平的科研能力，所以本论文是以研究探讨为主，了解液压挖掘机的基本结构和原理，在此基础上对液压挖掘机的液压系统的一些部件进行设计计算

29、，根据所得结果对液压元件（液压泵、液压马达、液压缸等）进行合理配置，使之能提高挖掘机的使用率、生产率适用范围和使用寿命等。（2）分析挖掘机的工作要求：液压挖掘机的动作复杂，凡要机构经常启动、制动、换向、负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外作业，温度和地理位置变化大，因此根据挖掘机的工作特点和环境特点，液压系统应满足如下要求：1、要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以互相配合实现复合动作。2、工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能作复合动作，以提高挖掘机的生产率。3、履带式挖掘机的左、右履带分别驱动，使挖掘机行走方便、转向灵活，并且可就地转向，以提高挖掘机的灵活性。4、保证挖

30、掘机的一切动作可逆，且无级变速。5、保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件（液压缸、液压马达等）有良好的过载保护；回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而快带下降和整机超速溜坡。（3）对液压系统提出工作要求：1、有高的传动效率，以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。2、液压系统和液压元件在负载变化大、急剧的振动冲击作用下，具有足够的可靠性。3、调协轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时液压油温不超过80度，或温升不超过45度。4、由于挖掘机作业现场尘土多，液压油容易被污染，因此液压系统的密封性能要好，液压元件对油液污染的敏感性低，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置

31、。5、采用液压或电液伺服操纵装置，以便挖掘机设置自动控制系统，进而提高挖掘机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度。（4）分析研究和学习挖掘机的意义：挖掘机是一种多功能机械，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。液压系统是挖掘机的核心部分，对挖掘机液压系统设计计算能有效的提高挖掘机性能。1.4 内容安排本论文共分6章：第一章概述液压挖掘机的发展历程和结构特点；第二章对液压挖掘机的液压元件进行简单的分析计算：液压泵、液压马达、液压缸等；第三章根据第二章所得结果对液压挖掘机的液压元件进

32、行合理选择应用；第四章对整个液压挖掘机的液动系统回路进行分析，并绘制出液压回路图。第五章是对液压系统的验算，计算压力损失；第六章为结论和展望。2挖掘机液压系统的计算2.1 设定液压挖掘机的基本参数液压挖掘机的设定基本参数如下：正铲斗容量为1.6m3；液压泵的系统工作压力28MPa，最大排量2140mL/L；回转液压马达最大排量140mL/r；行走液压马达最大排量2140mL/L。为了合理的选择液压元件，对这些液压元件进行分析计算，得到理论的数据，根据这些数据选择液压元件。2.1.1 挖掘机液压系统的简介液压挖掘机的液压系统都是由一些基本回路和辅助回路组成，它们包括限压回路、卸荷回路、缓冲回路、

33、节流调速和节流限速回路、行走限速回路、支腿顺9序回路、支腿锁止回路和先导阀操纵回路等，由它们构成具有各种功能的液压系统。液压挖掘机液压系统大致上有定量系统、变量系统和定量、变量复合系统等三种类型。1、定量系统在液压挖掘机采用的定量系统中，其流量不变，即流量不随外载荷而变化，通常依靠节流来调节速度。根据定量系统中油泵和回路的数量及组合形式，分为单泵单回路定量系统、双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统及多泵多回路定量系统等。2、变量系统在液压挖掘机采用的变量系统中，是通过容积变量来实现无级调速的，其调速方式有三种：变量泵定量马达调速、定量泵变量马达调速和变量泵变量马达调速。单斗液压挖掘机的变量系

34、统多采用变量泵定量马达的组合方式实现无极变量，且都是双泵双回路。根据两个回路的变量有无关连，分为功率变量系统和全功率变量系统两种。其中的分功率变量系统的每个油泵各有一个功率调节机构，油泵的流量变化只受自身所在回路压力变化的影响，与另一回路的压力变化无关，即两个回路的油泵各自独立地进行恒功率调节变量，两个油泵各自拥有一半发动机输出功率；全功率变量系统中的两个油泵由一个总功率调节机构进行平衡调节，使两个油泵的摆角始终相同。同步变量、流量相等。决定流量变化的是系统的总压力，两个油泵的功率在变量范围内是不相同的。其调节机构有机械联动式和液压联动式两种形式5。2.1.2 YW-160型单斗液压挖掘机液压

35、系统国产YW-160型履带式单斗液压挖掘机的工作装置、行走机构、回转装置等均采用液压驱动，其液压系统如图2.1所示。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

36、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

37、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。YW-160型单斗液压挖掘机除了主油路外，还有如下低压油路：1排灌油路。将背压油路中的低压油，经节流降压后供给液压马达壳体内部，使其保持一定的循环油量，及时冲洗磨损产物。同时回油温度较高，可对液压马达进行预热，避免环境温度较低时工作液体对液压马达形成“热冲击”。2泄油回路。将多路换向阀和液压马达的泄漏油液用油管集中起来，通过五通接头和滤油器流回油箱。该回路无背压以减少外漏。液压系统出现故障时可通过检查泄漏油路滤油器，判定是否属于液压马达磨

38、损引起的故障。3补油油路。该液压系统中的回油经背压阀流回油箱，并产生0.8-1.0MPa的补油压力，形成背压油路，以便在液压马达制动或出现超速时，背压油路中的油液经补油阀向液压马达补油，以防止液压马达内部的柱塞滚轮脱离导轨表面。该液压系统采用定量泵，效率较低、发热量大，为了防止液压系统过大的温升，在回油路中设置强制风冷式散热器，将油温控制在80以下。图2.1YW-160型单斗履带式挖掘机液压系统1. 油泵； 2、4.分配阀组；3.单向阀；5.速度限制阀；6.推土板油缸；7、8.行走马达；9.双速阀；10.回转马达；11.动臂油缸；12.辅助油缸；13.斗杆油缸；14.铲斗油缸；15.背压阀；1

39、6.冷却器；17.滤油器2.2 液压挖掘机工作装置油缸作用力的确定对液压挖掘机的油缸研究，先以动臂油缸、铲斗油缸、斗杆油缸做为研究对象6。2.2.1 动臂油缸作用力分析动臂油缸作用力，即最大提升力，以能提升铲斗内装满土壤的工作装置至最大卸载距离位置进行卸载来确定，其计算简图如下图2.2所示。图2.2动臂油缸作用力分析此时动臂油缸作用力为：（） (2.1)式中，铲斗及其装载土壤重力 斗杆所受重力 动臂所受重力 铲斗质心到动臂下铰点的水平距离 斗杆质心到动臂下铰点的水平距离 动臂质心到动臂下铰点的水平距离同样根据受力平衡可求出斗杆油缸闭锁力和铲斗油缸闭锁力。因为动臂油缸只承受大臂、斗杆、铲斗及各液

40、压缸的自重，而不进行挖掘动作，但是要承受很大的弯曲力矩，要考虑液压缸的抗弯能力，所以如果计算出动臂油缸所需过载压力太大，只要采取增加动臂油缸径和活塞杆径的措施即可解决。2.2.2 铲斗油缸工作受力分析反铲装置载作业过程中，当以转斗挖掘为主时，其最大挖掘力为铲斗油缸设计的依据。反铲最重要的工作位置最大挖掘深度时能保证具有最大挖掘力来分析确定铲斗油缸的作用力。此时计算位置为动臂下放到最低位置，铲斗油缸作用力与斗杆铰点由最大力臂，如图2.3所示图2.3铲斗油缸作用力铲斗油缸作用力为： (2.2)式中，铲斗油缸作用力对摇臂与斗杆铰点的力臂（此位置为要比长度），这时斗杆及动臂油缸处于封闭状态，斗杆油缸封

41、闭力应满足： (2.3) 式中，斗杆油缸闭锁力对斗杆与动臂铰点的力臂 对斗杆与动臂铰点的力臂 对斗杆与动臂铰点的力臂 动臂油缸闭锁力应满足： (2.4)式中，动臂油缸闭锁力对铰点的力臂 对动臂下铰点的力臂 对铰点的力臂此外，最大铲斗挖掘力在其工作位置能否实现，还受到挖掘机稳定性的限制，因为有可能挖掘力尚未达到最大值时，挖掘机已经失去稳定。因此，选取铲斗油缸最大推力时应以保证挖掘机的稳定为前提条件。2.2.3 斗杆油缸作用力分析当挖掘机以铲斗挖掘时，其最大挖掘力则由斗杆油缸来保证。斗杆油缸最大作用力计算位置为动臂下方到最低位置，斗杆油缸作用力对斗杆与动臂铰点有最大力臂，即对斗杆产生最大作用力距，

42、并使斗齿尖和铰点B，C在一条直线上，如图2.4所示。图2.4斗杆油缸作用力分析与前面推导铲斗油缸作用力一样，此时斗杆油缸作用力为： (2.8)式中, 液压缸负载，kN系统压力,MPa液压缸内径,mm取液压缸负载为：Fg231.853代入数据得186.4参考液压缸系列尺寸取200mm。对斗杆缸231.674mm 取2002.3 液压元件的计算液压元件的性能分析包括：液压缸内径，缸筒壁厚，活塞杆强度，液压缸的工作压力，液压马达的排量和工作压力，液压缸与液压马达排量。2.3.1 液压缸内径由(2.8)知：D=式中Fg液压缸负载 P系统压力 D液压缸内径取液压缸负载为：P=231.853KN 代入数据

43、得D=186.4mm。参考液压缸系列尺寸取D=200mm。对斗杆缸D= 231.674mm 取D=200mm。2.3.2 缸筒壁厚 ( 2.9 ) (2.10)式中，缸内最高工作压力，MPa 缸筒材料许用应力，N/mm代入数据24由:20得，查机械设计手册知2252.3.3 缸筒壁厚验算额定工作压力应低于一定极限值以保证工作安全。 (2.11)材料选2G330-450，其330 N/mm，代入式中，得：30.8选定系统工作压力为28MPa，可以满足要求。2.3.4 活塞杆计算 (2.12)其中数比由机械设计手册表选取2再由表得150mm。2.3.5 活塞杆强度计算 105.4N/mm (2.1

44、3)其中，活塞杆作用力，N 活塞杆直径，m,100110N/mm2.3.6 确定液压系统的工作压力在不考虑能量损耗的情况下，系统的功率为： (2.14)式中，液压泵的出口压力，Pa； 液压泵的输出流量，m/s。由上式可知，当系统传递的功率一定时，提高系统的工作压力就可减少系统中通过液压元件的流量，从而减小相应各液压元件以及整个液压系统的结构尺寸和质量。因此，目前液压挖掘机液压传动多采用中高压和高压系统。根据以上内容对此液压系统的工作压力取P28MPa。2.3.7 确定液压缸的主要参数和工作压力液压缸的有效工作压力是指液压缸用于克服外载荷所需要的那一部分压力，其数值为： (2.15)式中，液压泵

45、出口压力，MPa； 进油管路压力损失，MPa； 回油背压力，MPa；液压缸进油腔和回油腔有效工作面积m。上式中的压力损失，包括压力油从液压泵出口流过管道和各种液压元件（主要是阀类元件）时的压力损失。比较仔细的计算要在管路装配图画出之后才能进行。初步计算时，可参考同类液压挖掘机的经验数据来确定，可取34MPa。2.3.8 确定液压马达的排量和工作压力液压马达的排量由给定的数值可知:q (2.16)式中，马达的最高转速，rad/s；液压缸所需流量，m/s液压马达的有效工作压力按下式计算 (2.17)式中的压力损失，可按前面介绍的经验数据确定。回油背压力的数值应根据马达所需的背压力来确定。根据液压马达驱动的最大载荷力矩、排量、有效工作压力、最高转速和最低稳定转速以及系统工作条件等，即可选择液压马达的型号和规格。2.3.9 计算液压缸与液压马达的流量