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開(kāi)題報(bào)告
1．本課題的研究?jī)?nèi)容、重點(diǎn)及難點(diǎn)
主要任務(wù)：
1．概述
1.1輪胎式裝載機(jī)簡(jiǎn)介
1.2ZL50裝載機(jī)介紹
2.裝載機(jī)設(shè)計(jì)方法與要求
2.1裝載機(jī)的參數(shù)，技術(shù)要求
2.2裝載機(jī)的工況分析
3.液壓系統(tǒng)工作原理
4.液壓裝置設(shè)計(jì)
4.1液壓系統(tǒng)的組成
4.2各液壓回路設(shè)計(jì)
4.3自動(dòng)限位裝置
4.4裝載機(jī)換擋原理
4.5油液流動(dòng)說(shuō)明
4.5.1鏟斗收起與前傾
4.5.2動(dòng)臂升降
5.液壓裝置的相關(guān)計(jì)算
5.1液壓缸
5.1.1液壓缸內(nèi)徑計(jì)算
5.1.2缸筒底部厚度的計(jì)算
5.2活塞
5.3活塞桿
5.3.1活塞桿直徑計(jì)算
5.3.2 液壓缸推力和流量的計(jì)算
5.3.3 活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.3.4 活塞桿的導(dǎo)向套、密封和防塵
5.4中隔圈
5.5緩沖裝置
5.6排氣裝置
5.7液壓缸選型
5.8．閥的選取
5.8.1單向閥
5.8.2溢流閥5.8.3換向閥
5.9液壓泵
5.9.1液壓泵的確定
5.9.2液壓泵流量的計(jì)算
5.9.3計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率
5.10液壓管道及其連接
5.10.1硬管的選取
5.10.2軟管的選取
5.10.3管接頭的選取
5.10.4螺塞的選取
5.10.5郵箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.10.6過(guò)濾器的選取
6．液壓元件的維護(hù)
7.總結(jié)
8.繪制裝配圖、零件圖
9.編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)
重點(diǎn)：
1、各傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算、校核
2、運(yùn)用相關(guān)設(shè)計(jì)軟件完成制圖
難點(diǎn)：
1. 相關(guān)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算、校核
2. CAXA軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用
3. 方案的驗(yàn)證與分析
2．準(zhǔn)備情況（已查閱的參考文獻(xiàn)或進(jìn)行的調(diào)研）
查閱過(guò)的文獻(xiàn)資料：
[1] 濮良貴、紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 高等教育出版社2009
[2] 王昆、何小柏 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 高等教育出版社 2006
[3] 孫桓、陳作模 葛文杰 機(jī)械原理 第七版 高等教育出版社 2007
[4] 林清安． Pro??ENGINEER Wildfire 零件設(shè)計(jì)進(jìn)階篇( 上) [M] ． 北京: 中國(guó)鐵道出版社, 2004．
[5] ．戴娟,夏尊鳳,汪大鵬. 圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問(wèn)題[J]. 通用機(jī)械 , 2005,(05)：48-49 .
[6] 姜繼海 宋錦春 液壓與氣壓傳動(dòng) 第二版 高等教育出版社
[7] 吳宗澤． 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002,
[8] Joong-Ho Shin, Soon-Man Kwon．On the lobe profile design in a cycloid reducer using instant velocity center??． Mechanism and Machine Theory, 2006,5（41）, ：596-616．
[9] S． K． Malhotra, M． A． Parameswaran． Analysis of a cycloid speed reducer?．?Mechanism and Machine Theory, 1983,6（18）： Pages 491-499?．
現(xiàn)有設(shè)備：計(jì)算機(jī)一臺(tái)
3、實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料
2月 20日—3月1日 收集資料和撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告
3月1日—4月1日 資料的整理及軟件的學(xué)習(xí)
4月2日—4月30日 對(duì)相關(guān)零部件以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、校核
5月 1 日—5月11日 繪制三維實(shí)體并進(jìn)行仿真分析
5月12日— 5月25日 整理全部資料，初步形成報(bào)告，交與老師檢查并及時(shí)修改。
5月26日—5月31日 提交全部畢業(yè)設(shè)計(jì)文件及進(jìn)行答辯準(zhǔn)備
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師：
年 月 日
開(kāi)題小組意見(jiàn)
開(kāi)題小組成員簽字：
年 月 日
院系審核意見(jiàn)
院系主管領(lǐng)導(dǎo)簽字：
年 月 日
摘要
裝載機(jī)是一種作業(yè)效率高，用途廣泛的工程機(jī)械，它不僅對(duì)松散的堆積物料可進(jìn)行裝、運(yùn)、卸作業(yè)，還可以對(duì)巖石、硬土進(jìn)行輕度鏟掘工作，并能用來(lái)清理、刮平場(chǎng)地及牽引作業(yè)。因此它被廣泛用于建筑、礦山、道路、水電和國(guó)防建設(shè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)。在裝載機(jī)作業(yè)過(guò)程中，升降動(dòng)臂，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，整機(jī)轉(zhuǎn)向和換向變速等動(dòng)作一般都采用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此液壓系統(tǒng)性能的優(yōu)劣對(duì)裝載機(jī)的生產(chǎn)率、 經(jīng)濟(jì)性和使用壽命有很大的影響，必須充分重視。工作裝置液壓系統(tǒng)是裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的一部分，本設(shè)計(jì)針對(duì)裝載機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)的液壓缸進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)液壓附件進(jìn)行了選取，在此基礎(chǔ)上對(duì)液壓系統(tǒng)的安裝與維護(hù)作了簡(jiǎn)單的分析。
關(guān)鍵詞：裝載機(jī) 工作裝置 液壓系統(tǒng)
Abstract
Loader is a high efficiency and widely used engineering machinery; it not only can load, transport and dispose the accumulation of loose materials, but also can dig mildly with the rocks and hard soil. Besides, it can be used to clean-up, draw venues and does traction work. Therefore it is widely used in various departments of the national economy, such as construction, mining, roads, utilities, and the construction of National Defense, etc. When operating a loader, a series of actions including boom lifts, bucket rotating, turning of the whole machine and shift gears are achieved by hydraulic transmission, so whether the performance of the system is good affects productivity ability, economy ability and life span of the loader, we must pay full attention to it. Working device hydraulic system is a part of the whole system .This paper tells us the improved design of every part for the working device and makes a simple design for hydraulic attachments. Based on these the author also analyses installation and maintenance of the system
Keywords: Loader; Working devices; Hydraulic System
目 錄
引言…………………………………………………………………… 1
1．概述…………………………………………………………………………….1
1.1輪胎式裝載機(jī)簡(jiǎn)介………………………………………………………… 1
1.2ZL50裝載機(jī)介紹 ……………………………………………………………1
2.裝載機(jī)設(shè)計(jì)方法與要求…………………………………………………… 1
2.1裝載機(jī)的參數(shù)，技術(shù)要求………………………………………………….1
2.2裝載機(jī)的工況分析………………………………………………………… 1
3.液壓系統(tǒng)工作原理 ………………………………………………………… 2
4.液壓裝置設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 2
4.1液壓系統(tǒng)的組成…………………………………………………………… 2
4.2各液壓回路設(shè)計(jì)…………………………………………………………… 3
4.3自動(dòng)限位裝置……………………………………………………………… 4
4.4裝載機(jī)換擋原理…………………………………………………………… 4
4.5油液流動(dòng)說(shuō)明……………………………………………………………… 5
4.5.1鏟斗收起與前傾……………………………………………………… 5
4.5.2動(dòng)臂升降……………………………………………………………… 6
5.液壓裝置的相關(guān)計(jì)算……………………………………………………… 7
5.1液壓缸…………………………………………………………………… 7
5.1.1液壓缸內(nèi)徑計(jì)算……………………………………………………… 7
5.1.2缸筒底部厚度的計(jì)算………………………………………………… 11
5.2活塞………………………………………………………………………… 14
5.3活塞桿……………………………………………………………………… 16
5.3.1活塞桿直徑計(jì)算……………………………………………………… 16
5.3.2 液壓缸推力和流量的計(jì)算…………………………………………… 16
5.3.3 活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………… 18
5.3.4 活塞桿的導(dǎo)向套、密封和防塵……………………………………… 20
5.4中隔圈……………………………………………………………………… 21
5.5緩沖裝置…………………………………………………………………… 21
5.6排氣裝置…………………………………………………………………… 22
5.7液壓缸選型………………………………………………………………… 23
5.8閥的選取…………………………………………………………………… 24
5.8.1單向閥………………………………………………………………… 24
5.8.2溢流閥………………………………………………………………… 24
5.8.3換向閥………………………………………………………………… 24
5.9液壓泵……………………………………………………………………… 24
5.9.1液壓泵的確定………………………………………………………… 24
5.9.2液壓泵流量的計(jì)算…………………………………………………… 26
5.9.3計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率……………………………………………… 26
5.10液壓管道及其連接……………………………………………………… 27
5.10.1硬管的選取………………………………………………………… 27
5.10.2軟管的選取………………………………………………………… 28
5.10.3管接頭的選取……………………………………………………… 28
5.10.4螺塞的選取………………………………………………………… 28
5.10.5郵箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………………28
5.10.6過(guò)濾器的選取…………………………………………………………30
6．液壓元件的維護(hù)……………………………………………………………30
7.總結(jié)…………………………………………………………………………… 32
8．謝詞……………………………………………………………………………34
9.參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………35
10．附錄…………………………………………………………………………36
引言
本文主要是對(duì)ZL50輪胎式裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明，設(shè)計(jì)主要是為了使裝載機(jī)更好的在工程中進(jìn)行使用，本次設(shè)計(jì)主要是完成裝載機(jī)鏟斗，動(dòng)臂以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓設(shè)計(jì)。
1. 概述
1.1 輪胎式裝載機(jī)簡(jiǎn)介
裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施式機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級(jí)公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一，同時(shí)也成為工程機(jī)械中發(fā)展最快、產(chǎn)銷(xiāo)量及市場(chǎng)需求最大的機(jī)種之一。
圖1-1 ZL50型裝載機(jī)
1.2 ZL50裝載機(jī)介紹
圖1-1是ZL50型輪式裝載機(jī)的外觀圖，它的舉重量為5噸。額定斗容通常為3個(gè)立方，額定載荷3000kgf，最大掘起力125-200kN，整機(jī)操作質(zhì)量16000-17000㎏。
2. 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與要求
2.1 裝載機(jī)的參數(shù)，技術(shù)要求
液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本包括四個(gè)步驟：①明確設(shè)計(jì)依據(jù)，進(jìn)行工況分析；②確定液壓系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)圖；③液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選擇；④液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算和繪制工作圖、編制技術(shù)文件。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不一定要嚴(yán)格按照這些步驟進(jìn)行，有時(shí)可以交替進(jìn)行，甚至要反復(fù)多次。對(duì)某些關(guān)鍵性的參數(shù)和性能難以確定時(shí)，要先經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，才能把設(shè)計(jì)方案確定下來(lái)。由于裝載機(jī)是在露天情況下工作，因而對(duì)系統(tǒng)有如下地要求：
（1） 工作性能好。應(yīng)保證具有較高的生產(chǎn)率和工作平穩(wěn)性。
（2）壽命長(zhǎng),可靠性高。
（3）操縱性能好。
（4）便于維修和保養(yǎng)
對(duì)于ZL50裝載機(jī)而言它需要滿足舉重量為5噸。
2.2 裝載機(jī)的工況分析
裝載機(jī)在工作過(guò)程中需要完成的動(dòng)作為：鏟斗插入物料，向后翻轉(zhuǎn)鏟斗，保持載荷，動(dòng)臂提升物料到一定高度，將物料運(yùn)輸?shù)叫逗傻攸c(diǎn)，鏟斗向前翻轉(zhuǎn)，動(dòng)臂下降，然后回到裝料處，如此循環(huán)作業(yè)。
3. 液壓系統(tǒng)工作原理
工作裝置的液壓系統(tǒng)是用來(lái)控制鏟斗的幾個(gè)動(dòng)作的。工作裝置不工作時(shí)，來(lái)自油泵的液壓油輸入到工作分配閥的回油腔流回油箱。當(dāng)需要鏟斗挖掘或卸料時(shí)操縱鏟斗操縱桿，后拉或前推，來(lái)自油泵的工作油經(jīng)過(guò)分配閥進(jìn)入鏟斗油缸的后腔或前腔，來(lái)實(shí)現(xiàn)鏟斗的上翻或下轉(zhuǎn)。當(dāng)需要?jiǎng)颖厶嵘蛳陆禃r(shí)，操縱動(dòng)臂操縱桿，后拉或前推，來(lái)自油泵的工作油經(jīng)分配閥進(jìn)人動(dòng)臂油缸的下腔或上腔，使動(dòng)臂和鏟斗提升或下降。當(dāng)外負(fù)荷超過(guò)系統(tǒng)提升或上翻能力時(shí)，或者動(dòng)臂油缸活塞到達(dá)油缸端部，系統(tǒng)壓力升高達(dá)到系統(tǒng)調(diào)定壓力時(shí)，壓力油頂開(kāi)安全閥溢流卸載經(jīng)分配閥流回油箱。轉(zhuǎn)斗油缸前腔油壓超過(guò)前腔溢流閥調(diào)定壓力時(shí)，壓力油頂開(kāi)溢流閥卸載進(jìn)人轉(zhuǎn)斗油缸后腔經(jīng)分配閥回油箱。當(dāng)鏟斗用于裝卸散裝物料而需要上下浮動(dòng)時(shí)，操縱動(dòng)臂操縱桿前推二檔，來(lái)自油泵的工作油經(jīng)分配閥可進(jìn)人動(dòng)臂油缸上下腔，同時(shí)與油箱接通，油缸上下腔工作油處于低壓狀態(tài)，鏟斗在自重作用下處于自由浮動(dòng)狀態(tài)，鏟斗貼著地面工作。需要滿足這些要求就會(huì)有2個(gè)自由度，其一是裝載機(jī)鏟臂的動(dòng)作，其一是鏟斗的動(dòng)作，所以需要2個(gè)電磁換向閥來(lái)滿足動(dòng)作要求。
輪式裝載機(jī)的車(chē)架采用前，后車(chē)鉸接機(jī)構(gòu)，因此其轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用交接車(chē)架進(jìn)行折腰轉(zhuǎn)向。裝載機(jī)鉸接車(chē)架折腰轉(zhuǎn)向過(guò)程是由轉(zhuǎn)向液壓缸工作回路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并要求具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向速度（即要求進(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(lái)自轉(zhuǎn)向液壓泵，在發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（1600r/min）下轉(zhuǎn)向液壓泵的流量為77L/min當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)受其他負(fù)荷影響而轉(zhuǎn)速下降時(shí)，就會(huì)影響轉(zhuǎn)向速度的穩(wěn)定性。這時(shí)就需要從輔助液壓泵通過(guò)流量換向閥補(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。當(dāng)流量換向閥在相應(yīng)位置時(shí)，也可將輔助液壓泵多余的或全部液壓油共給工作裝置油路，以加快動(dòng)臂升降液壓缸和鏟斗液壓缸的動(dòng)作速度，縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間和提高生產(chǎn)效率。
4. 液壓裝置設(shè)計(jì)
4.1 液壓系統(tǒng)的組成
裝載機(jī)工作裝置動(dòng)作包括動(dòng)臂升降和鏟斗翻轉(zhuǎn)動(dòng)作,所以液壓系統(tǒng)應(yīng)該包括以下東西：
1.動(dòng)力元件——液壓泵。一般均采用齒輪泵。
2.執(zhí)行元件——轉(zhuǎn)向液壓缸，動(dòng)臂液壓缸以及鏟斗液壓缸。
3.控制調(diào)節(jié)裝置——用來(lái)控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部分液體壓力、流量和方向。在該系統(tǒng)中應(yīng)有流量控制閥，分配閥，安全閥，節(jié)流閥。
（1）方向控制閥——有轉(zhuǎn)向液壓缸的換向閥和動(dòng)臂以及鏟斗液壓缸換向閥，用來(lái)控制轉(zhuǎn)向液壓缸和動(dòng)臂液壓缸及鏟斗液壓缸的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制換向閥的開(kāi)度來(lái)控制液壓缸，使得在某一方向上動(dòng)臂和鏟斗能停在某一位置。
動(dòng)臂及鏟斗液壓缸換向閥是通過(guò)兩個(gè)換向閥來(lái)滿足同時(shí)控制動(dòng)臂及鏟斗的動(dòng)作，它可控制鏟斗前傾、后傾和固定在某一位置等三個(gè)動(dòng)作也可同時(shí)控制動(dòng)臂上升、下降、固定和浮動(dòng)等四個(gè)動(dòng)作。動(dòng)臂浮動(dòng)位置可使裝載機(jī)在平地堆積作業(yè)時(shí)，工作裝置
隨地面情況自由浮動(dòng)，在鏟掘礦石作業(yè)時(shí)可使鏟斗刃避開(kāi)大塊礦石進(jìn)行鏟掘，提高作業(yè)效率。
（2） 溢流閥——控制系統(tǒng)壓力。當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力超過(guò)調(diào)定的工作壓力時(shí)，溢流閥打開(kāi)，使油液流回油箱，保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)因壓力過(guò)高而損壞，起到了安全作用。
（3）雙作用安全閥（緩沖補(bǔ)油閥）——它由過(guò)載閥和單向閥組成，并聯(lián)裝在鏟斗液壓缸的回油路上，作用有三個(gè)：
A 當(dāng)鏟斗液壓缸滑閥在中位時(shí)，鏟斗液壓缸前后腔均閉死，如鏟斗受到額外沖擊載荷，引起局部油路壓力劇升，將導(dǎo)致?lián)Q向閥和液壓缸之間的元件、管路的破壞。設(shè)置過(guò)載閥即能緩沖該過(guò)載油壓保護(hù)液壓系統(tǒng)。
B 在動(dòng)臂升降過(guò)程中，使鏟斗液壓缸自動(dòng)進(jìn)行泄油和補(bǔ)油。為了防止連桿機(jī)構(gòu)超過(guò)極限位置，同時(shí)使鏟斗中的物料能卸干凈，在連桿機(jī)構(gòu)中設(shè)有限位塊。限位塊的設(shè)置，使動(dòng)臂在升降至某一位置時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)的干涉現(xiàn)象。例如動(dòng)臂提升至某一位置時(shí)，會(huì)迫使轉(zhuǎn)斗液壓缸的活塞桿向外拉出，造成鏟斗液壓缸前腔壓力劇升，可能損壞液壓缸油封和油管，由于有過(guò)載閥，可使困在液壓缸前腔中的油經(jīng)過(guò)過(guò)載閥瀉出返回油路。前腔容積減少的同時(shí)，后腔容積增大，造成局部真空，雙作用安全閥中的單向閥隨即打開(kāi)，向轉(zhuǎn)斗油缸后腔補(bǔ)油。
C 裝載機(jī)在卸載時(shí)，能實(shí)現(xiàn)鏟斗靠自重快速下翻，并順勢(shì)撞擊限位塊，使鏟斗可以完全卸料。當(dāng)卸料時(shí)方向閥在右位，壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)斗液壓缸前腔實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗。當(dāng)鏟斗重心越過(guò)斗下鉸點(diǎn)后，鏟斗在重力作用下加速翻轉(zhuǎn)，但其速度受到液壓泵供油速度的限制，由于雙作用安全閥中的單向閥及時(shí)向轉(zhuǎn)斗液壓缸前腔補(bǔ)油，使鏟斗能快速下翻，撞擊限位塊，實(shí)現(xiàn)撞斗卸料。
4. 輔助裝置——包括油箱，濾油器，油管，管接頭，電磁開(kāi)關(guān)及儲(chǔ)氣罐等。
4.2 各液壓回路設(shè)計(jì)
綜合以上信息以及實(shí)際情況，液壓系統(tǒng)各個(gè)回路可以設(shè)計(jì)如下：
(1)動(dòng)臂液壓缸工作回路。
動(dòng)臂液壓缸的進(jìn)油路由工作液壓泵和輔助液壓泵供油。流量總和最大可達(dá)320升/分。分配閥采用傳并聯(lián)油路的多種閥，其中控制動(dòng)臂的閥為四位閥。當(dāng)四位閥處于圖示中位時(shí)，液壓缸鎖緊而液壓泵卸荷。此外，還能實(shí)現(xiàn)空斗迅速下降，甚至在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的情況下也能將下鏟斗。回路工作壓力由分配閥中的安全溢流閥調(diào)定為150公斤/厘米。
(2) 鏟斗液壓缸工作回路。 裝載機(jī)在鏟取物料時(shí)一般要求先鏟斗后提升動(dòng)臂，所以鏟斗液壓缸與動(dòng)臂液壓缸采用串并聯(lián)油路連接，并將控制鏟斗壓缸的三位閥放置在動(dòng)臂液壓缸的四位閥之前，以保證鏟斗液壓缸能優(yōu)先動(dòng)作。 在鏟斗液壓缸的小腔油路中尚設(shè)有雙作用安全閥。它的作用是在動(dòng)臂升降過(guò)程中，鏟斗的連桿機(jī)構(gòu)由于動(dòng)作不相協(xié)調(diào)而受到某種程度的干涉，雙作用安全閥可起到緩沖補(bǔ)油作用。
(3) 轉(zhuǎn)向液壓缸工作回路 裝載機(jī)要求具有穩(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(lái)自CB－46轉(zhuǎn)向泵，該泵由主機(jī)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)拖出，在發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下，流量為77升/分。流量轉(zhuǎn)向閥的工作原理是：使轉(zhuǎn)向泵輸出的油液通過(guò)兩個(gè)節(jié)流孔，兩孔前后產(chǎn)生壓差P’=P1-P2和P”=P2-P3,總壓差P=P’+P”=P1-P3。液動(dòng)分流閥左端控制油路接p1，右端接p2。設(shè)兩端油壓的作用面 積均為F，閥芯即處在油壓p1與p2的推力和彈簧力P彈之和相平衡的位置。當(dāng)轉(zhuǎn)向泵流量Q1正常，p達(dá)到規(guī)定值而p1 p3+P彈/F時(shí)，液動(dòng)分流閥被推至A工位，于是Q2＝0，輔助泵排油全部輸入工作裝油路。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，使Q1減小到p1 p3+P彈/F時(shí)，分流閥便逐漸被推向B工位，于是輔助泵開(kāi)始向轉(zhuǎn)向油路輸油。由于增加了流量Q2，使p2上升，同時(shí)p1值也隨之上升，直到p1 p3+P彈/F時(shí)，分流閥便停留在新的平衡位置。 裝載機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此隨動(dòng)閥采取負(fù)封閉的換向過(guò)渡形式，這樣還防止突然換向時(shí)系統(tǒng)壓力瞬時(shí)升高。同時(shí)還加了一個(gè)鎖緊滑閥來(lái)防止轉(zhuǎn)向液壓缸竄動(dòng)。鎖緊閥的作用是在轉(zhuǎn)載機(jī)直線行駛時(shí)防止液壓缸竄動(dòng)和降低關(guān)閉油路的速度，減少液壓沖擊，避免油路系統(tǒng)損壞。另一個(gè)作用是當(dāng)轉(zhuǎn)向泵和輔助泵管路發(fā)生破損或油泵出現(xiàn)故障時(shí)，鎖緊滑能自動(dòng)回到關(guān)閉油路位置，從而保證機(jī)器不擺頭。
4.3 自動(dòng)限位裝置
在工作裝置和分流閥上裝有自動(dòng)復(fù)位裝置，以實(shí)現(xiàn)工作中鏟斗自動(dòng)放平，動(dòng)臂提升自動(dòng)限位動(dòng)作。在動(dòng)臂后鉸點(diǎn)和轉(zhuǎn)斗液壓缸處裝有自動(dòng)復(fù)位行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)行程開(kāi)關(guān)脫開(kāi)觸點(diǎn)，電磁閥斷電而復(fù)位，關(guān)閉進(jìn)氣通道，閥體內(nèi)的壓縮空氣從放氣孔排出。
4.4 裝載機(jī)換擋原理
蓄能器端部的活塞裝在活塞缸內(nèi)，右端頂在彈簧上，大小彈簧右端分別頂在主壓力閥和殼體的凸臺(tái)上?；钊蠖伺c端部的螺塞間形成油室，并通過(guò)油道與換向閥的連通油道相通。在這段油道上裝有單向閥和節(jié)流孔。換擋時(shí)油路的液壓流入換擋離合器的油缸，從而使油路中油壓降低，蓄能器油室的油室經(jīng)單向閥補(bǔ)充油液，使制動(dòng)器或離合器迅速結(jié)合。同時(shí)由于油室的油流出，在主壓力閥控制油道的作用下，閥桿左移使系統(tǒng)的油壓下降，當(dāng)主、從動(dòng)盤(pán)貼緊時(shí)，油缸停止移動(dòng)，油壓上升，一部分油液經(jīng)節(jié)流孔流向油室，油室的壓力逐漸升高，推動(dòng)活塞右移，壓縮彈簧，主壓力閥的閥桿右移，這樣系統(tǒng)的油壓便逐漸升高，使主、從動(dòng)部件結(jié)合平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)可換擋。單向閥的作用在于及時(shí)向換擋制動(dòng)器或離合器的油缸補(bǔ)油，使換擋迅速。同時(shí)在補(bǔ)油后，使主壓力閥的閥桿左移，降低換擋開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)的壓力。節(jié)流孔的作用在于換擋后使系統(tǒng)的壓力逐漸地上升，從而換擋制動(dòng)器或離合器的主、從動(dòng)摩擦片逐漸壓緊，使換擋柔和無(wú)沖擊。
圖4-1液壓原理圖
4.5 油液流動(dòng)說(shuō)明
右側(cè)：油液由A泵提供右邊第一個(gè)換向閥。當(dāng)位于左位時(shí)，油液會(huì)送到鏟斗缸上腔，使活塞向下運(yùn)動(dòng);當(dāng)位于右位時(shí)，油液會(huì)送到鏟斗下腔，時(shí)活塞向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)位于中位時(shí)，油液進(jìn)過(guò)第一閥，進(jìn)入到第二個(gè)換向閥中，同時(shí)鎖死鏟斗缸的運(yùn)動(dòng)，保證鏟斗不會(huì)亂動(dòng)。當(dāng)位于左位時(shí)，油液會(huì)送到動(dòng)臂缸上腔，使活塞向下運(yùn)動(dòng);當(dāng)位于右位時(shí)，油液會(huì)送到動(dòng)臂下腔，時(shí)活塞向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)位于中位時(shí)，油液將會(huì)直接流回油缸。
左側(cè)：油液由C泵提供到左邊經(jīng)過(guò)鎖緊閥進(jìn)入到轉(zhuǎn)向缸。
油路分析如下：
4.5.1鏟斗收起與前傾
鏟斗的收起與前傾由鏟斗液壓缸工作回路實(shí)現(xiàn).
當(dāng)操縱手動(dòng)換向閥3使其左位工作時(shí)，鏟斗液壓缸活塞桿縮回，并通過(guò)搖臂斗桿帶動(dòng)鏟斗翻轉(zhuǎn)收起進(jìn)行鏟裝.其油路為：
進(jìn)油路：液壓泵2（液壓泵1）→手動(dòng)換向閥3左位→鏟斗液壓缸有桿腔。
回油路：鏟斗液壓缸無(wú)桿腔→手動(dòng)換向發(fā)3左位→精過(guò)濾器6→油箱。
當(dāng)操縱手動(dòng)換向閥3使其右位工作時(shí),鏟斗液壓缸活塞桿伸出，并通過(guò)搖臂斗桿帶動(dòng)鏟斗前傾進(jìn)行卸載。其油路為:
進(jìn)油路:液壓泵2(液壓泵1）→手動(dòng)換向閥3右位→鏟斗液壓缸無(wú)桿腔。
回油路：鏟斗液壓缸有桿腔→手動(dòng)換向閥3右位→精過(guò)濾器6→油箱。
當(dāng)鏟斗在收起與前傾的過(guò)程中，若轉(zhuǎn)向液壓泵17輸出流量正常，則流量轉(zhuǎn)換閥18中的流量分配閥工作在左位，使輔助液壓泵1與主液壓泵2形成并聯(lián)供油（動(dòng)臂升降回路也是如此）。
當(dāng)操縱手動(dòng)換向閥3使其處于中位時(shí)，鏟斗液壓缸進(jìn)，出油口被封閉，依靠換向閥的鎖緊作用，鏟斗在某一位置處于停留狀態(tài)。
在鏟斗液壓缸的無(wú)桿腔油路中還沒(méi)有雙作用安全閥10。在動(dòng)臂升降的過(guò)程中，鏟斗的連桿機(jī)構(gòu)由于動(dòng)作不相協(xié)調(diào)而受到某中程度的干涉，即在提升動(dòng)臂時(shí)鏟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)制壓回。而這時(shí)手動(dòng)換向閥3處于中位，鏟斗液壓缸的油路不通，因此，這種情況回造成鏟斗液壓缸回路出現(xiàn)過(guò)載或產(chǎn)生真空。為了防止這種情況的發(fā)生，系統(tǒng)中設(shè)置了雙作用安全閥10，它可以起到緩沖和補(bǔ)油的作用。當(dāng)鏟斗液壓缸有桿腔受到干涉而使壓力超過(guò)雙作用安全閥10的調(diào)定壓力時(shí)，該閥回被打開(kāi)，使多余的液壓油流回油箱，液壓缸得到緩沖。當(dāng)真空時(shí)，可由單向閥從油箱補(bǔ)油。鏟斗液壓缸的無(wú)桿腔也應(yīng)該設(shè)置雙作用安全閥，使液壓缸兩腔的緩沖和補(bǔ)油過(guò)程彼此協(xié)調(diào)的更為合理。
4.5.2動(dòng)臂升降
動(dòng)臂的升降由動(dòng)臂升降液壓缸工作回路實(shí)現(xiàn)。當(dāng)操縱手動(dòng)換向閥11使其工作在右位時(shí)，動(dòng)臂升降液壓缸的活塞桿伸出，推動(dòng)動(dòng)臂上升，完成動(dòng)臂提升動(dòng)作。其油路為：
進(jìn)油路：液壓泵2（液壓泵1）→手動(dòng)換向閥3中位→手動(dòng)換向閥11右位→動(dòng)臂升降液壓缸無(wú)桿腔。
回油路：動(dòng)臂升降有桿腔→手動(dòng)換向閥11→精過(guò)濾器6→油箱。當(dāng)動(dòng)臂提升到轉(zhuǎn)運(yùn)位置時(shí)，操縱手動(dòng)換向閥11使其工作在中位，此時(shí)動(dòng)臂升降液壓缸的進(jìn)出油路被封閉，依靠換向閥的緊鎖作用使動(dòng)臂固定以便運(yùn)轉(zhuǎn)。
當(dāng)鏟斗前傾卸載后，操縱手動(dòng)換向閥11使其工作在左位時(shí)，動(dòng)臂升降液壓缸的活塞桿縮回，帶動(dòng)動(dòng)臂下降。其油路為：
進(jìn)油路：液壓泵2（液壓泵1）→手動(dòng)換向閥3中位→手動(dòng)換向閥11左位→動(dòng)臂升降液壓缸有桿腔。
回油路：動(dòng)臂升降無(wú)桿腔→手動(dòng)換向閥11中→精過(guò)濾器6→油箱。
當(dāng)操縱手動(dòng)換向閥11使其工作在左位時(shí)，動(dòng)臂升降液壓缸處于浮動(dòng)狀態(tài)，以便于在堅(jiān)硬的地面上鏟取物料或進(jìn)行鏟推作業(yè)。此時(shí)動(dòng)臂能隨地面狀態(tài)自由浮動(dòng)，提高作業(yè)技能。另外，還能實(shí)現(xiàn)空斗迅速下降，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的情況下亦能降下鏟斗。
裝載機(jī)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。動(dòng)臂升降液壓缸由主液壓泵2和輔助液壓泵1并聯(lián)供油，流量總和可達(dá)320L/min。動(dòng)臂升降時(shí)的速度可以通過(guò)控制手動(dòng)換向閥11的閥口開(kāi)口大小來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過(guò)加速踏板的配合，已達(dá)到低速微調(diào)的目的。
5. 液壓裝置的相關(guān)計(jì)算
5.1 液壓缸
ZL50裝載機(jī)的載重量是5000kg，即5噸，也就是說(shuō)鏟斗中裝載的質(zhì)量為5000kg，液壓缸是采用的兩個(gè)柱塞缸，所以兩個(gè)柱塞缸可以平均分?jǐn)傒d重質(zhì)量，即一個(gè)柱塞缸的負(fù)載是2500kg，可以認(rèn)為是100KN。下面就可以通過(guò)公式來(lái)計(jì)算柱塞缸的相關(guān)參數(shù)了。轉(zhuǎn)向液壓缸的設(shè)計(jì)與鏟斗和動(dòng)臂液壓缸有所不同，我們以ZLM50E-3輪胎式裝載機(jī)為例進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，首先ZLM50E-3輪胎式裝載機(jī)的總重量為16300KG，即16.3噸，出去裝載機(jī)本身重量外，還要考慮裝載機(jī)的滿載的情況下的總重量，那么即意味著多出5噸的重量要考慮，所以綜上所訴，需要考慮的總重量即為21.3噸，為了保證轉(zhuǎn)向能順利完成所以，則需要考慮的重量定為25噸，但對(duì)于它來(lái)說(shuō)，其用途并不是用來(lái)提升重物的，只要可以克服摩擦阻力就可以了，下面我們來(lái)計(jì)算一下其摩擦阻力：
G=25000*10=250000N
滾動(dòng)摩擦系數(shù)我們可以取一個(gè)比較平均的值，所以我們?nèi)?.1
F=G*0.1=25000N
對(duì)于輪胎與地面接觸的面積我們可以取大致的值
M=0.5*0.01=0.005m2
由此我們可以知道所需的壓力大概為：
P=F\M=25000\0.005=5000000Pa=5MPa
輪胎滾動(dòng)摩擦系數(shù)表5-1
路面
滾動(dòng)摩擦系數(shù)Cr
新 磨損
混凝土
0.010
0.020
瀝青
0.012
0.022
碎石
0.015
0.037
壓實(shí)地
0.035
0.090
農(nóng)田
0.100
0.350
粘土
0.035
0.180
沙
0.060
0.150
沙丘
0.160
0.300
雪
0.025
0.040
故根據(jù)上面已經(jīng)計(jì)算過(guò)的鏟斗液壓缸以及動(dòng)臂液壓缸的步驟，同理我們也可以用來(lái)進(jìn)行對(duì)轉(zhuǎn)向液壓缸的相關(guān)計(jì)算。
5.1.1液壓缸內(nèi)徑計(jì)算
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 如表
表5-2 液壓缸的公稱(chēng)壓力
設(shè)備類(lèi)型
壓力范圍／
壓力等級(jí)
說(shuō)明
機(jī)床、壓鑄機(jī)、汽車(chē)
＜7
低壓
低噪聲、高可靠性系統(tǒng)
農(nóng)用機(jī)械、工礦車(chē)輛、注塑機(jī)船用機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)械、工程機(jī)械
7～21
中壓
一般系統(tǒng)
油壓機(jī)、冶金機(jī)械、挖掘機(jī)、重型機(jī)械
2～31.5
高壓
空間有限、響應(yīng)速度高、大功率下低成本
金剛石壓機(jī)、耐壓實(shí)驗(yàn)機(jī)、飛機(jī)、液壓機(jī)具
＞31.5
超高壓
追求大作用力、減輕重量
裝載機(jī)是屬于工程機(jī)械，所以其壓力范圍在7-21MPa，我們?nèi)?0MPa來(lái)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，而對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，所以我們選取10MPa進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于液壓缸的機(jī)械效率，由于桿與缸之間有摩擦所以存在效率丟失，所以就要考慮機(jī)械效率的問(wèn)題，通常是取ηcm=0.9-0.97，考慮最高要求設(shè)計(jì)所以取0.9來(lái)保證液壓缸丟失的效率不行影響機(jī)械。
圖5-1缸
速比主要是確定活塞桿的直徑是否需要緩沖裝置，速比系數(shù)不宜過(guò)大或過(guò)小，以免產(chǎn)生背壓。
表5-3 液壓缸的速比系數(shù)
公稱(chēng)壓力
≤10
12.5～20
＞20
1.33
1.46、2
2
為了方便，我所以們?nèi)∷俦?.46進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于安全系數(shù)來(lái)說(shuō)通常鏟斗的取1.5，動(dòng)臂的取1.6，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取1.5
所以我們可以根據(jù)公式 F=πD2pηcm/4來(lái)計(jì)算鏟斗液壓缸柱塞的直徑D
由此可知道鏟斗液壓缸直徑最少為124.5mm。
動(dòng)臂液壓缸要負(fù)載鏟斗以及鏟斗上重物，所以其載重就要求比鏟斗的高，即高出鏟斗重量。我們?nèi)＄P斗為500kg來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
由此可以知道動(dòng)臂液壓缸直徑最少為157.4mm。
轉(zhuǎn)向液壓缸要負(fù)載，車(chē)重，動(dòng)臂，鏟斗以及鏟斗上重物，所以其載重就要求比動(dòng)臂的還要高。我們?nèi)∽枇?5000N來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》液壓缸的內(nèi)徑系列（如表），考慮過(guò)載問(wèn)題，所以動(dòng)臂液壓缸取D=180mm,轉(zhuǎn)斗液壓缸取D=200mm，轉(zhuǎn)向液壓缸取D=63mm。
液壓缸的內(nèi)徑系列表5-4
液壓缸內(nèi)徑系列（GB/T2348-1993）/mm
8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、
（90）、100、（110）、125、（140）、160、（180）、200、
(220)、250、(280)、320、(360)、400、(450)、500
在確定了D后就應(yīng)該確定液壓缸的壁厚和外徑，對(duì)于中，搞壓缸一般用無(wú)縫鋼管作為筒，大多屬于薄壁筒，即時(shí)，其最薄處的壁厚用材料力學(xué)薄壁圓筒公式計(jì)算，根據(jù)液壓手冊(cè)壁厚（m）按照下公式計(jì)算：
—液壓缸的最高工作壓力（）；
—缸筒材料的許用壓力（），=；
—材料的抗拉強(qiáng)度極限（）；
—安全系數(shù)。
與載荷情況有關(guān)，按安全系數(shù)推薦表取出相應(yīng)數(shù)值，《液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)》。
表5-5 液壓缸安全系數(shù)
材料種類(lèi)
靜載荷
交變載荷
沖擊載荷
不對(duì)稱(chēng)
對(duì)稱(chēng)
鋼, 鑄鐵
3
5
8
12
缸筒材料常用20、35和45鋼的無(wú)縫鋼管，本次設(shè)計(jì)選用45鋼并做調(diào)質(zhì)處理。它的許用應(yīng)力根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》取為610MPa， =360MPa，對(duì)于安全系數(shù)來(lái)說(shuō)就應(yīng)該取n=5。
所以可以高扭矩以上數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)系統(tǒng)所要承受的最大工作壓力進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算如下：
系統(tǒng)最高工作壓力：
鏟斗液壓缸：
動(dòng)臂液壓缸：
轉(zhuǎn)向液壓缸：
液壓缸筒壁厚為：
式中： —缸筒外徑公差余量（m）；
—腐蝕余量（m）。
通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)我們可以得知液壓和氣壓缸內(nèi)徑無(wú)縫鋼管通常都是取動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸壁厚均為。根據(jù)計(jì)算得知?jiǎng)颖垡簤焊椎淖罡吖ぷ鲏毫λ枰谋诤褚?0mm大一些，而取不會(huì)過(guò)多的影響安全性能，所以就取。而轉(zhuǎn)向液壓缸考慮其可以穩(wěn)定，則要至少取。
通過(guò)計(jì)算出液壓缸的壁厚以后我們就可以計(jì)算液壓缸的外徑，用公式
故鏟斗液壓缸外徑為
動(dòng)臂液壓缸外徑為
轉(zhuǎn)向液壓缸外徑為
液壓缸相關(guān)參數(shù)到這里就計(jì)算完了，下面開(kāi)始進(jìn)行驗(yàn)算：
鏟斗液壓缸：
動(dòng)臂液壓缸：
轉(zhuǎn)向液壓缸：
由此可知液壓缸以計(jì)算的相關(guān)參數(shù)是合格的，不會(huì)造成問(wèn)題。
缸筒制造加工要求：
（1）缸筒內(nèi)徑采用H7或H8配合，表面粗糙度一般為0.16-0.32，都需要進(jìn)行研磨。
（2）熱處理，調(diào)質(zhì)，硬度HB≥241～285；
（3）筒內(nèi)徑的圓度，錐度，圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半；
（4）缸筒直線度公差在500mm的長(zhǎng)度上不大于0.03mm；
（5）缸筒端面的垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm；
孔—的軸線對(duì)缸徑D的偏移不大于0.03mm；
孔—的軸線對(duì)缸徑D的垂直度在100mm長(zhǎng)度上不大于0.01mm；
軸頸—對(duì)缸徑D的垂直度在100mm長(zhǎng)度上不大于0.1mm。
5.1.2缸筒底部厚度的計(jì)算
(1)與缸筒的連接型式
為了方便以及成本，可以采用焊接連接，這種連接形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，暴露在外的零件少，外表光潔，能承受一定的沖擊負(fù)載和惡劣的外界環(huán)境條件，所以在裝載機(jī)上廣泛應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖5-2 缸筒與缸頭的連接形式
(2)厚度的計(jì)算(據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》)
其底部為平面，所以其厚度可以按照四周嵌住的圓盤(pán)強(qiáng)度進(jìn)行近似的計(jì)算：
式中： —筒底厚（m）；
—筒內(nèi)最高工作壓力（）；
—筒底材料許用應(yīng)力（）；
—計(jì)算厚度外直徑。
動(dòng)臂油缸：
=44.35mm
鏟斗油缸：
=38.65mm
轉(zhuǎn)向油缸：
(3) 強(qiáng)度驗(yàn)算
缸筒和缸蓋為焊接連接時(shí)，焊縫應(yīng)力按下式計(jì)算：
（3-6）
式中： —缸內(nèi)最大推力（N）；
—缸筒外徑；
—焊縫底徑；
—焊接效率，取=0.7；
—焊條材料抗拉強(qiáng)度；
—安全系數(shù)，取。
已知：
鏟斗油缸：F=40078.87 動(dòng)臂油缸：F=49480.08
鏟斗油缸：
動(dòng)臂油缸：
由鋼結(jié)構(gòu)查的角焊縫的許用應(yīng)力
故焊縫安全。
5.2 活塞
由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過(guò)緊，也不能間隙過(guò)大。配合過(guò)緊，不僅使最低啟動(dòng)液壓增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動(dòng)配合表面；間隙過(guò)大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄漏，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能。所以根據(jù)以上可以知道活塞和缸之間應(yīng)該采用過(guò)度配合。
液壓力的大小與活塞的有效工作面積有關(guān)，活塞直徑應(yīng)與缸筒內(nèi)徑一致。所以，設(shè)計(jì)活塞時(shí)，主要任務(wù)就是確定活塞的結(jié)構(gòu)型式。
活塞結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)密封裝置型式來(lái)選用活塞結(jié)構(gòu)型式（密封裝置則按工作條件選定）。通常分為整體式活塞和組合式活塞兩類(lèi)。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要受密封型式?jīng)Q定，選所以用組合式活塞比整體式活塞更好。組合式活塞大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長(zhǎng)。隨著耐磨的導(dǎo)向環(huán)大量使用，多數(shù)密封圈與導(dǎo)向環(huán)聯(lián)合使用，大大降低了活塞加工成本，同時(shí)在液壓設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以方便更換，同時(shí)也可以節(jié)省材料降低了維修的成本。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選用車(chē)氏C形滑環(huán)密封（如圖）。氟橡膠材料制作的滑環(huán)及O形圈組合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，密封性能好，多次拆卸可以重復(fù)使用，這樣就方便了液壓系統(tǒng)的拆卸級(jí)維護(hù)修理。密封裝置尺寸和公差參照GB15242.1—1994。
1 活塞 2 密封裝置 3 導(dǎo)向套 4 活塞桿
圖5-3 車(chē)式滑環(huán)密封組合式活塞
活塞材料
有導(dǎo)向環(huán)活塞用優(yōu)質(zhì)碳素鋼20、35、45號(hào)，有的在外徑套尼龍（PA）或聚四氟乙烯PTFE+玻璃纖維和聚三氟氯乙烯材料制成的支承環(huán)。裝配式活塞外環(huán)可用于錫青銅。選取45號(hào)鋼。
活塞行程
根據(jù)工作的需要，結(jié)合《液壓元件手冊(cè)》GB2349-80缸活塞行程系列（如表3-5 3-6 3-7），液壓缸、氣缸活塞行程依優(yōu)先次序按表3-5，表3-6，表3-7選用。
選擇動(dòng)臂油缸活塞的行程L=850mm；鏟斗油缸活塞的行L=530mm；對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，行程并不需要太多，故轉(zhuǎn)向油缸的活塞行程取L=100mm
表5-6 缸活塞行程系列（mm）
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1500
2000
2500
3200
4000
表5-7 缸活塞行程系列（mm）
40
63
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3630
表5-8 缸活塞行程系列（mm）
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3400
3800
5.3 活塞桿
5.3.1活塞桿直徑計(jì)算
1. 依據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》活塞桿的直徑計(jì)算公式：
鏟斗油缸：
動(dòng)臂油缸：
轉(zhuǎn)向油缸：
式中: —缸筒內(nèi)徑；
—速比系數(shù)。
表5-9 活塞桿直徑系列
4，5，6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，160，180，200，220，250，280，320，360
參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》活塞桿的直徑系列（如表3-8），取動(dòng)臂油缸活塞桿的直徑為90mm，轉(zhuǎn)斗油缸活塞桿的直徑為110mm，轉(zhuǎn)向油缸活塞桿的直徑為32mm。
5.3.2 液壓缸推力和流量的計(jì)算
（1）液壓缸推力的計(jì)算
依據(jù)《液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)》的計(jì)算公式：
當(dāng)液壓缸的無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)，作用在活塞桿上的理論推力
； （3-8）
當(dāng)液壓缸的有桿腔進(jìn)油時(shí)，作用在活塞桿上的理論推力
； （3-9）
式中: —工作壓力（；
—活塞直徑（液壓缸內(nèi)徑）（）；
—活塞桿直徑（）；
—液壓缸的機(jī)械效率；??；
鏟斗油缸：
動(dòng)臂油缸：
轉(zhuǎn)向油缸：
（2）液壓缸的效率，據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》
（3-10）
式中： —液壓缸的機(jī)械效率，取=0.9；
—液壓缸的容積效率，采用密封圈，取=1.0
則液壓缸的效率:
（3）液壓缸的流量
式中： —活塞的有效作用面積；
—活塞的運(yùn)動(dòng)速度，取；
—油缸的容積效率，取。
有桿腔的面積：
無(wú)桿腔的面積：
鏟斗油缸：
動(dòng)臂油缸：
轉(zhuǎn)向油缸：
5.3.3 活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1)活塞桿的結(jié)構(gòu)形式的選取
活塞桿必須有足夠的強(qiáng)度和硬度，以便承受拉力、彎曲應(yīng)力、振動(dòng)和沖擊載荷的作用。同時(shí)還要注意它對(duì)活塞有效面積的影響，保證液壓缸達(dá)到所要求的作用力和速度，活塞桿具有一定的耐磨性，具有較高的尺寸精度和表面光潔度。
桿內(nèi)端：由于工作壓力較高，以防機(jī)械振動(dòng)較大，采用卡環(huán)結(jié)構(gòu)形式，查《液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得知結(jié)構(gòu)如下：
圖5-4 活塞桿外端連接形式
桿外端：為了避免活塞在工作時(shí)產(chǎn)生偏心承載力，適應(yīng)液壓缸的工作安裝要求，提高其工作效率，應(yīng)根據(jù)載荷情況選取適當(dāng)?shù)臈U頭連接形式。液壓缸在工作時(shí)軸線擺動(dòng)，本次設(shè)計(jì)采用鉸銷(xiāo)式連接。其結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。
(2)活塞桿的材料及技術(shù)要求，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》相關(guān)參數(shù)可以得知：
材料：選取45鋼；
技術(shù)要求:
① 淬火，淬火深度0.5～1mm，調(diào)制后表面鍍鉻0.02～0.03mm；
② 活塞桿在導(dǎo)向套中滑動(dòng)，采用H8/H7配合，太緊摩擦大，太松容易引起卡滯現(xiàn)象；
③ 活塞桿的圓柱度公差不大于直徑公差之半；
④ 安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，以保證安裝不產(chǎn)生偏斜；
⑤ 安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于0.01mm；
⑥ 活塞桿的外圓粗糙度=0.1～0.3，太光表面形不成油膜，不利于潤(rùn)滑；
⑦ 活塞桿表面進(jìn)行鍍鉻處理，并進(jìn)行拋光或磨削處理加工；
⑧ 活塞桿內(nèi)端的卡鍵和緩沖裝置也要保證與軸線同心。
5.3.4 活塞桿的導(dǎo)向套、密封和防塵
活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時(shí)把雜質(zhì)、灰塵和水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。
1 非金屬材料導(dǎo)向環(huán) 2 組合式密封 3 防塵圈
圖5-5 端蓋式加導(dǎo)向環(huán)導(dǎo)向套
（1）結(jié)構(gòu)：非金屬材料制造的導(dǎo)向環(huán)，價(jià)格便宜，更換方便，摩擦阻力小，低速啟動(dòng)不爬行，多應(yīng)用于工程機(jī)械且行程較長(zhǎng)的液壓缸中。據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（如圖5-5）。
（2）材料：聚四氟乙烯(PTFE+玻璃纖維)
（3）導(dǎo)向套尺寸配置：據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》
導(dǎo)向套的主要尺寸是支承長(zhǎng)度，通常按活塞桿直徑、導(dǎo)向套的型式，導(dǎo)向套材料的承壓能力，、可能遇到的最大側(cè)向負(fù)載等因素來(lái)考慮。通?？梢圆捎脙啥问剑慷螌挾纫话慵s為,兩端中間距離?。ㄈ鐖D5-6）。
圖5-6活塞桿導(dǎo)向套尺寸配置
5.4 中隔圈
在中隔圈的選取上可以考慮使用有緩沖液壓缸的類(lèi)型。如圖
圖5-7
5.5緩沖裝置
液壓缸的活塞桿有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動(dòng)下具有很大的動(dòng)量。在它們的行程的中端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時(shí)，會(huì)引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的噪音。緩沖裝置可以減小噪音，防止和減少液壓活塞及活塞桿的運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)缸底和端蓋的沖擊，在它們的終端實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直到為零。
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》本次設(shè)計(jì)采用變節(jié)流型緩沖裝置。這種裝置在緩沖過(guò)程中，通流面積隨著緩沖過(guò)程的變化而變化，緩沖腔內(nèi)的緩沖壓力保持均或按一定的規(guī)律變化，能達(dá)到滿意的緩沖要求，但只能適應(yīng)一定的工作載荷和運(yùn)動(dòng)情況，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，但對(duì)于裝載機(jī)而言，它可以和好的滿足要求，故選擇它，其結(jié)構(gòu)圖如圖5-8。
圖5-8 緩沖裝置結(jié)構(gòu)圖
5.6 排氣裝置
排氣閥安裝在液壓缸端部的最高位置上。如果排氣閥設(shè)置不當(dāng)或者沒(méi)有設(shè)置，壓力油進(jìn)入液壓缸后，缸內(nèi)會(huì)存有空氣。由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性，會(huì)造成液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行，影響液壓缸的正常工作。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，必須在液壓缸上安裝排氣閥。因?yàn)橐簤焊资且簤合到y(tǒng)的最后執(zhí)行元件，會(huì)直接反映出殘留空氣的危害。
排氣閥的位置要合理，水平安裝的液壓缸，其位置應(yīng)設(shè)置在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的液壓缸，應(yīng)設(shè)在端蓋的上方，均應(yīng)與壓力腔相通，以便安裝后調(diào)試前排出液壓缸內(nèi)的空氣。由于空氣比油輕，總是向上浮動(dòng)，不會(huì)讓空氣又積存的殘留死角。
本次設(shè)計(jì)選用的是整體式排氣閥，這種排氣閥閥體和閥針合為一體，用螺紋與缸筒或缸蓋連接，靠頭部的錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面間隙中擠出，并經(jīng)過(guò)斜孔排除缸外，其簡(jiǎn)單方便，但螺紋與錐面密封處同心度要求高，否則擰緊排氣閥后不能密封，會(huì)造成泄漏，閥的材料用35號(hào)或45號(hào)碳素鋼，錐部熱處理硬度38-44HRC。排氣閥如圖：
圖5-9排氣閥
帶緩沖裝置的液壓缸需裝有單向閥與緩沖裝置成組使用?；钊稣蜻\(yùn)動(dòng)，在啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)入液壓缸的壓力油流經(jīng)單向閥推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，解決了活塞不會(huì)因推力不足而產(chǎn)生啟動(dòng)緩慢或困難的現(xiàn)象。反之，活塞做反向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞進(jìn)入緩沖區(qū)時(shí)，單向閥封閉，緩沖腔內(nèi)油液經(jīng)緩沖調(diào)節(jié)閥（節(jié)流閥或環(huán)形縫隙）使緩沖壓力上升或掃減速制動(dòng)達(dá)到緩沖的要求。
圖5-10節(jié)流孔
5.7 液壓缸選型
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，結(jié)合《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇液壓缸型號(hào)：
鏟斗油缸：油缸內(nèi)徑為180mm，活塞桿徑為90mm，行程為530mm，壓力為20MPa選擇等級(jí)代號(hào)為H，液壓表安裝選用耳軸，代號(hào)為3，活塞桿端連接方式為桿端外螺紋，代號(hào)為1，緩沖型式為桿頭端帶緩沖（3），油口連接型式為內(nèi)螺紋（1），采用雙作用單活塞桿液壓缸。
動(dòng)臂油缸 ：油缸內(nèi)徑為200mm，活塞桿徑為110mm，行程為900mm，壓力為20MPa，選擇等級(jí)代號(hào)為H，液壓表安裝選用耳軸，代號(hào)為3，活塞桿端連接方式為桿端外螺紋，代號(hào)為1，緩沖型式為桿頭端帶緩沖（3），油口連接型式為內(nèi)螺紋（1），采用雙作用單活塞桿液壓缸。
轉(zhuǎn)向油缸：油缸內(nèi)徑為63mm，活塞桿直接為32mm，行程為100mm，壓力為10MPa，選擇等級(jí)代號(hào)為H，液壓表安裝選用耳軸，代號(hào)為3，緩沖型式為桿頭端帶緩沖，油口連接型式為內(nèi)螺紋，采用雙作用單活塞桿液壓缸。
5.8 閥的選取
5.8.1單向閥
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用C型單向閥。C型單向閥在所設(shè)定的開(kāi)啟壓力下使用，控制流量流動(dòng)，完全阻止反向流動(dòng)，保護(hù)動(dòng)作能正確完成。
5.8.2溢流閥
可以保證液壓系統(tǒng)的恒定，并保證系統(tǒng)的安全。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇DT-02-H直動(dòng)式溢流閥，調(diào)壓范圍為7～21MPa，重量1.5Kg。
5.8.3換向閥
控制鏟斗油缸及動(dòng)臂油缸要使用2個(gè)電磁換向閥，把他們組合起來(lái)要完成可控制鏟斗前傾、后傾和固定在某一位置等三個(gè)動(dòng)作以及可控制動(dòng)臂上升、下降、固定和浮動(dòng)等四個(gè)動(dòng)作。所以電磁換向閥應(yīng)選取2個(gè)三位六通電磁換向閥，這樣組合起來(lái)可以保證鏟斗和動(dòng)臂的同時(shí)控制，同時(shí)可以至少完成九種不同的姿態(tài)。
緩沖補(bǔ)油閥(雙作用閥)
它由過(guò)載閥和單向閥組成，并聯(lián)裝在轉(zhuǎn)斗液壓缸的回路上，其作用由三個(gè)：當(dāng)轉(zhuǎn)斗液壓缸滑閥在中位時(shí)，轉(zhuǎn)斗液壓缸前后腔均閉死，如鏟斗受到額外沖擊載荷，引起局部油路壓力劇升，將導(dǎo)致?lián)Q向閥和液壓缸之間的元件、管路的破壞。設(shè)置過(guò)載閥即能緩沖該過(guò)載油壓。在動(dòng)臂升降過(guò)程中，使轉(zhuǎn)斗液壓缸自動(dòng)進(jìn)行泄油和補(bǔ)油。裝載機(jī)連桿機(jī)構(gòu)上設(shè)有限位塊，當(dāng)動(dòng)臂在升降至某一位置時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)的干涉現(xiàn)象。裝載機(jī)在卸載時(shí)，能實(shí)現(xiàn)鏟斗靠自重快速下翻。并順勢(shì)撞擊限位塊，使斗內(nèi)剩料卸凈。當(dāng)卸料時(shí)，壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)斗液壓缸前腔實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗。當(dāng)鏟斗重心越過(guò)斗下餃點(diǎn)后，鏟斗在重力作用下加速翻轉(zhuǎn)。但其速度受到液壓泵供油速度的限制，由于緩沖補(bǔ)油閻中的單向閥及時(shí)向轉(zhuǎn)斗液壓缸前腔補(bǔ)油，使鏟斗能快速下翻，撞擊限位塊，實(shí)現(xiàn)撞斗卸料。為了提高裝載機(jī)的作業(yè)效率，該系統(tǒng)采用雙泵合流、分流、轉(zhuǎn)向優(yōu)先的卸荷系統(tǒng)。當(dāng)轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向泵向工作系統(tǒng)提供多余的油液。不轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向泵的全部油液經(jīng)合流單向閥進(jìn)入工作裝置系統(tǒng)。當(dāng)工作裝置系統(tǒng)壓力達(dá)到卸荷閥調(diào)定的壓力，轉(zhuǎn)向泵提供給工作裝置的油液經(jīng)卸荷閥流回油箱，從而使液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)提供更大的鏟入力。合理的利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，提高了整機(jī)的作業(yè)效率。
5.9 液壓泵
液壓泵的選擇是需要根據(jù)流量，壓力等參數(shù)進(jìn)行選擇的，在不同的工況下的需求也是不一樣的，對(duì)于液壓泵來(lái)說(shuō)要考慮的主要參數(shù)是：壓力，流量，轉(zhuǎn)速，以及效率。為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和使用壽命，一般在固定設(shè)備系統(tǒng)中，正常工作的壓力是液壓泵的工作壓力的80%；液壓泵的流量必須大于系統(tǒng)工作的最大流量，這樣才能提高液壓泵的使用壽命，同時(shí)液壓泵的最高壓力與最高轉(zhuǎn)速不宜同時(shí)使用，這也是保證液壓泵壽命的一種措施。
5.9.1液壓泵的確定
由液壓缸所取壓力我們可以知道，液壓泵所需的額定壓力為20MPa，故此，通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》我們就可以選取出所需的液壓泵。通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》我們得知CBGj3125齒輪泵可以滿足額定壓力的要求，CBGj3125齒輪泵相關(guān)參數(shù)如下：
A泵：
理論排量為，
額定壓力為，
最高壓力為，
額定轉(zhuǎn)速為，
容積效率，
總效率。
由液壓缸所取壓力我們可以知道，液壓泵所需的額定壓力為10MPa，故此，通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》我們就可以選取出所需的液壓泵。通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》我們得知CB-46齒輪泵可以滿足額定壓力的要求的 ，CB-46齒輪泵 相關(guān)參數(shù)如下：
C泵
理論排量為48.1mL/r
額定壓力為10 MPa
最高壓力為12.5 MPa
額定轉(zhuǎn)速為1450 r/min
最高轉(zhuǎn)速1650 r/min
容積效率90%
對(duì)于B泵來(lái)說(shuō)這個(gè)是一個(gè)輔助泵，為了保證A、C泵在某些情況下不能滿足需求時(shí)來(lái)提供相應(yīng)的流量，壓力。由于轉(zhuǎn)向液壓缸的有野主要來(lái)自自轉(zhuǎn)向液壓泵，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)受其他負(fù)荷影響而轉(zhuǎn)速下降時(shí)，就會(huì)影響轉(zhuǎn)向速度的穩(wěn)定性。這時(shí)就需要從輔助液壓泵通過(guò)流量換向閥補(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。當(dāng)流量換向閥在相應(yīng)位置時(shí)，也可以將輔助液壓泵多余的或全部的液壓油供給給工作裝置油路，以加快動(dòng)臂液壓缸和鏟斗液壓缸的動(dòng)作速度，縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間和提高生產(chǎn)效率。根據(jù)相應(yīng)資料，我們可以得知輔助泵可以采用CBG1040齒輪泵。
B泵
理論排