挖掘機(jī)工作裝置研究及液壓泵設(shè)計(jì)【反鏟工作裝置】【直軸式軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)】
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開題報(bào)告
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專 業(yè)
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學(xué) 生
指導(dǎo)教師
題 目
挖掘機(jī)工作裝置研究及液壓泵設(shè)計(jì)
1開題的意義和目的
1.1 目的和意義
挖掘機(jī)主要用于工程建設(shè)。如:公路、橋梁、建筑、養(yǎng)殖池、地下工程、搶險(xiǎn)開挖等等。挖掘機(jī)主要特點(diǎn)是力氣大,效率高,能完成人力所不能完成的工程,提高工作效率。一般工程隊(duì),建筑業(yè),搶險(xiǎn)部門,甚至私人(開挖養(yǎng)殖遲、道路、開墾)都需要挖掘機(jī)。
由于挖掘機(jī)在當(dāng)今社會(huì)的作用巨大且相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容及專業(yè)知識(shí)與我本身的機(jī)械類專業(yè)液比較貼近。因此激勵(lì)我趁此畢業(yè)設(shè)計(jì)的良機(jī)選擇此課題,希望能夠掌握挖掘機(jī)的基本原理和特點(diǎn),在設(shè)計(jì)、研究結(jié)構(gòu)時(shí),根據(jù)實(shí)際情況,學(xué)習(xí)如何充分考慮它的特點(diǎn);了解國(guó)內(nèi)先進(jìn)的制造技術(shù),盡量采用新想法、新技術(shù)。并且鞏固和加深已經(jīng)學(xué)過的理論知識(shí),提高自己的綜合分析和解決工程實(shí)際問題的能力,為以后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。
1.2 挖掘機(jī)的分類及其應(yīng)用
根據(jù)《2013-2017年 中國(guó)挖掘機(jī)制造行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告》分析,以下是常見挖掘機(jī)的分類:
常見的挖掘機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)和電力驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)兩種。其中電動(dòng)挖掘機(jī)主要應(yīng)用在高原缺氧與地下礦井和其它一些易燃易爆的場(chǎng)所。
1)按照行走方式的不同,挖掘機(jī)可分為履帶式挖掘機(jī)和輪式挖掘機(jī)。
2)按照傳動(dòng)方式的不同,挖掘機(jī)可分為液壓挖掘機(jī)和機(jī)械挖掘機(jī)。機(jī)械挖掘機(jī)主要用在一些大型礦山上。
3)按照用途來分,挖掘機(jī)又可以分為通用挖掘機(jī),礦用挖掘機(jī),船用挖掘機(jī),特種挖掘機(jī)等不同的類別
4)按照鏟斗來分,挖掘機(jī)又可以分為正鏟挖掘機(jī)、反鏟挖掘機(jī)、拉鏟挖掘機(jī)和抓鏟挖掘機(jī)。正鏟挖掘機(jī)多用于挖掘地表以上的物料,反鏟挖掘機(jī)多用于挖掘地表以下的物料。
1.2.1 挖掘機(jī)的鏟斗類別
1)反鏟挖掘機(jī)
反鏟式是我們見過最常見的,向后向下,強(qiáng)制切土??梢杂糜谕C(jī)作業(yè)面以下的挖掘,基本作業(yè)方式有:溝端挖掘、溝側(cè)挖掘、直線挖掘、曲線挖掘、保持一定角度挖掘、超深溝挖掘和溝坡挖掘等。
2)正鏟挖掘機(jī)
正鏟挖掘機(jī)的鏟土動(dòng)作形式。其特點(diǎn)是“前進(jìn)向上,強(qiáng)制切土”。正鏟挖掘力大,能開挖停機(jī)面以上的土,宜用于開挖高度大于2m的干燥基坑,但須設(shè)置上下坡道。正鏟的挖斗比同當(dāng)量的反鏟的挖掘機(jī)的斗要大一些,可開挖含水量不大于27%的一至三類土,且與自卸汽車配合完成整個(gè)挖掘運(yùn)輸作業(yè),還可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。正鏟挖土機(jī)的開挖方式根據(jù)開挖路線與運(yùn)輸車輛的相對(duì)位置的不同,挖土和卸土的方式有以下兩種:正向挖土,側(cè)向卸土;正向挖土,反向卸土。
3)拉鏟挖掘機(jī)
拉鏟挖土機(jī)也叫索鏟挖土機(jī)。其挖土特點(diǎn)是:“向后向下,自重切土”。宜用于開挖停機(jī)面以下的Ⅰ、Ⅱ類土。工作時(shí),利用慣性力將鏟斗甩出去,挖得比較遠(yuǎn),挖土半徑和挖土深度較大,但不如反鏟靈活準(zhǔn)確。尤其適用于開挖大而深的基坑或水下挖土。
4)抓鏟挖土機(jī)
抓鏟挖土機(jī)也叫抓斗挖土機(jī)。其挖土特點(diǎn)是:“直上直下,自重切土”。宜用于開挖停機(jī)面以下的Ⅰ、Ⅱ類土,在軟土地區(qū)常用于開挖基坑、沉井等。尤其適用于挖深而窄的基坑,疏通舊有渠道以及挖取水中淤泥等,或用于裝載碎石、礦渣等松散料等。開挖方式有溝側(cè)開挖和定位開挖兩種。如將抓斗做成柵條狀,還可用于儲(chǔ)木場(chǎng)裝載礦石塊、木片、木材等。
1.3全液壓全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)
圖1.1液壓挖掘機(jī)
現(xiàn)今的挖掘機(jī)占絕大部分的是全液壓全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)。液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝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。
1.3.1 液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)
圖1.2 液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)
液壓挖掘機(jī)一般由工作裝置、上部車體和下部車體三大部分組成。據(jù)其構(gòu)造和用途可以區(qū)分為:履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全回轉(zhuǎn)、非全回轉(zhuǎn)、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。
工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要,液壓挖掘機(jī)可以配裝多種工作裝置,如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘,旋挖鉆等多種作業(yè)機(jī)具?;剞D(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機(jī)的機(jī)體,轉(zhuǎn)臺(tái)上部設(shè)有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)是液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力源,大多采用柴油要在方便的場(chǎng)地,也可改用電動(dòng)機(jī)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通過液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給液壓馬達(dá)、液壓缸等執(zhí)行組件,推動(dòng)工作裝置動(dòng)作,從而完成各種作業(yè)。
1.3.2 液壓挖掘機(jī)的工作原理
液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝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。
液壓挖掘機(jī)一般由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置三大部分組成。根據(jù)其構(gòu)造和用途可以區(qū)分為:履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全回轉(zhuǎn)、非全回轉(zhuǎn)、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。
工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動(dòng)臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要,液壓挖掘機(jī)可以配裝多種工作裝置,如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機(jī)具。
回轉(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機(jī)的機(jī)體,轉(zhuǎn)臺(tái)上部設(shè)有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)是液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力源,大多采用柴油要在方便的場(chǎng)地, 也可改用電動(dòng)機(jī)。
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通過液壓泵將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給液壓馬達(dá)、液壓缸等執(zhí)行組件,推動(dòng)工作裝置動(dòng)作,從而完成各種作業(yè)。
1.3.3 液壓系統(tǒng)的工作原理
圖1.3 泵控制原理
挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)是由一些基本回路和輔助回路組成,它們包括工作回路、限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回路和先導(dǎo)閥控制回路等。其元器件主要由工作泵、補(bǔ)油泵、先導(dǎo)控制閥、分配閥、安全閥、大臂油缸、小臂油缸、鏟斗油缸、油箱及相關(guān)管路等組成。
挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)在工作過程中,液壓油自油箱底部通過濾油器被工作泵吸入,從油泵輸出具有一定壓力的液壓油進(jìn)入一組并聯(lián)的分配閥。通過手柄―→先導(dǎo)閥―→工作閥組來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作,系統(tǒng)通過總油路上的總安全閥限定整個(gè)系統(tǒng)的總壓力,各組工作油路的安全閥分別對(duì)相應(yīng)油路起過載保護(hù)和補(bǔ)油作用。
2挖掘機(jī)行業(yè)的歷史,及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
2.1 挖掘機(jī)的歷史進(jìn)程
圖2.1 早期挖掘機(jī)珍貴影集
挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn),可以追溯到1840年。當(dāng)時(shí)美國(guó)西部開發(fā),進(jìn)行鐵路建設(shè),產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造,有大臂、小臂和手腕,能行走和扭腰類似機(jī)械手的挖掘機(jī),它采用蒸汽機(jī)作為動(dòng)力在軌道上行走。但是此后的很長(zhǎng)時(shí)間挖掘機(jī)沒有得到很大的發(fā)展,應(yīng)用范圍也只局限于礦山作業(yè)中。
導(dǎo)致挖掘機(jī)發(fā)展緩慢的主要原因是:其作業(yè)裝置動(dòng)作復(fù)雜,運(yùn)動(dòng)范圍大,需要采用多自由度機(jī)構(gòu),古老的機(jī)械傳動(dòng)對(duì)它不太適合。而且當(dāng)時(shí)的工程建設(shè)主要是國(guó)土開發(fā),大規(guī)模的筑路和整修場(chǎng)地等,大多是大面積的水平作業(yè),因此對(duì)挖掘機(jī)的應(yīng)用相對(duì)較少,在一定程度上也限制了挖掘機(jī)的發(fā)展。
由于液壓技術(shù)的應(yīng)用,二十世紀(jì)四十年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)。隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動(dòng)技術(shù),挖掘機(jī)有了適合它的傳動(dòng)裝置,為挖掘機(jī)的發(fā)展建立了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐,是挖掘機(jī)技術(shù)上的一個(gè)飛躍 。同時(shí),工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進(jìn)行大規(guī)模國(guó)土開發(fā)的同時(shí),也開始進(jìn)行城市型土木施工,這樣,具有較長(zhǎng)的臂和桿,能裝上各種各樣的工作裝置,能行走、回轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)多自由動(dòng)作,可以切削高的垂直壁面,挖掘深的基坑和溝槽的挖掘機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。
1950年在意大利北部生產(chǎn)了第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)。第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)采用定量齒輪泵,中位開式多路閥,工作壓力為9Mpa,所有執(zhí)行組件互相并聯(lián)連結(jié)。由單泵向6個(gè)執(zhí)行組件供油。由于早期液壓挖掘機(jī)主要采用了定量齒輪泵,不能按需改變供油流量,無法充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率,因此其能量損失很大,不能滿足挖掘機(jī)復(fù)合動(dòng)作的復(fù)雜要求,且可操縱性差。另外,早期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù),缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓組件,配套件也不齊全,制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定。從二十世紀(jì)六十年代到八十年代中期,液壓挖掘機(jī)進(jìn)入了推廣和蓬勃發(fā)展的階段,各國(guó)挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快,產(chǎn)量猛增。1968-1970年間,液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量己經(jīng)達(dá)到挖掘機(jī)總產(chǎn)量的83%,其時(shí)對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的研究也已經(jīng)十分成熟,液壓挖掘機(jī)已經(jīng)具有了同步控制系統(tǒng)和負(fù)載敏感系統(tǒng)L。
自第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)誕生以來的160多年當(dāng)中,挖掘機(jī)一直在不斷地飛躍發(fā)展,其技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相對(duì)成熟穩(wěn)定的階段。目前國(guó)際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī),對(duì)其控制方式不斷改進(jìn)和革新,使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合過程控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱,利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切,挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),創(chuàng)造了良好的前提。
據(jù)有關(guān)專家估算,全世界各種施工作業(yè)場(chǎng)約有65%至70%的土石方工程都是由挖掘機(jī)完成的。挖掘機(jī)是一種萬能型工程機(jī)械,目前已經(jīng)無可爭(zhēng)議地成為工程機(jī)械的第一主力機(jī)種,在世界工程機(jī)械市場(chǎng)上己占據(jù)首位,并且仍在發(fā)展擴(kuò)大。挖掘機(jī)的發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ),其液壓系統(tǒng)已成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要,液壓挖掘機(jī)需要大幅度的技術(shù)進(jìn)步,技術(shù)創(chuàng)新是液壓挖掘機(jī)行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面,挖掘機(jī)產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),所以對(duì)其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2.2 國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
從國(guó)內(nèi)情況來看,我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)整體發(fā)展水平較國(guó)外緩慢,在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的理論還比較薄弱。
國(guó)內(nèi)大部分挖掘機(jī)企業(yè)在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)技術(shù)方面的研究具有一定基礎(chǔ),但由于采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖掘機(jī)產(chǎn)品在性能、質(zhì)量、作業(yè)效率、可靠性等方面均較差,因此采用傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的挖掘機(jī)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上基本失去了競(jìng)爭(zhēng)力,取而代之的是采用各種高新技術(shù)的國(guó)外挖掘機(jī)產(chǎn)品。先進(jìn)的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)都被國(guó)際上一流的生產(chǎn)企業(yè)壟斷,國(guó)內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的研究幾乎是空白,這樣國(guó)內(nèi)的挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家就無法獨(dú)立制造出性能優(yōu)異的挖掘機(jī),絕大部分的市場(chǎng)份額都被國(guó)外各種品牌的挖掘機(jī)所占據(jù)。以20t級(jí)的中型液壓挖掘機(jī)為例,國(guó)產(chǎn)20t級(jí)挖掘機(jī)大多數(shù)是歐洲80年代初的技術(shù),同90年代初以來在國(guó)內(nèi)形成批量的日本小松、日立、神鋼以及韓國(guó)大宇、現(xiàn)代等機(jī)型相比,其主要差距柴油機(jī)功率偏低,液壓系統(tǒng)流量偏小,液壓系統(tǒng)特性差,導(dǎo)致平臺(tái)回轉(zhuǎn)速度低,行走速度低,各種性能參數(shù)均偏小,整機(jī)性能和作業(yè)效率較國(guó)外偏低。
2.3 國(guó)外挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
從20世紀(jì)60年代液壓傳動(dòng)技術(shù)開始應(yīng)用在挖掘機(jī)上至今,挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)己經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)成熟的階段。
目前國(guó)際上先進(jìn)的挖掘機(jī)產(chǎn)品的額定壓力大都在30MPa以上,并且隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢(shì);流量通常在每分鐘數(shù)百升;功率在數(shù)百千瓦以上。如德國(guó)Orensttein&Koppe制造的目前世界上首臺(tái)最大的RH40。型全液壓挖掘機(jī),鏟斗容量達(dá)42m3,液壓油源為18臺(tái)變量軸向柱塞泵,總流量高10200L/min,原動(dòng)機(jī)為2臺(tái)QSK60柴油發(fā)動(dòng)機(jī),總功率高達(dá)2014kW,由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作,其各個(gè)功能部件都會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響.系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論,以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計(jì)理論和方法,并將疲勞損傷累積理論斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)強(qiáng)度研究方面,不斷提高設(shè)備的可靠性。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序,研制了可靠性信息處理系統(tǒng)使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%,使用壽命超過1萬小時(shí)。
2.4 國(guó)際挖掘機(jī)行業(yè)的趨勢(shì)
近幾年來,隨著液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴(kuò)大,世界上著名的挖掘機(jī)生產(chǎn)商紛紛采用各種高新技術(shù),來提高自己挖掘機(jī)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力,主要表現(xiàn)在五個(gè)方面:
(1) 開式向閉式液壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變
采用三位六通閥,其特點(diǎn)是有兩條供油路,其中一條是直通供油路,另一條是并聯(lián)供油路。由于這種油路調(diào)速方式是進(jìn)油節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速同時(shí)起作用,其調(diào)速特性受負(fù)載壓力和油泵流量的影響,因此這種系統(tǒng)的操縱性能、調(diào)速性能和微調(diào)性能差。另外,當(dāng)液壓作用組件一起復(fù)合動(dòng)作時(shí),相互干擾大,使得復(fù)合動(dòng)作操縱非常困難。由于挖掘機(jī)作業(yè)工程中要求對(duì)液壓組件能很好地控制其運(yùn)動(dòng)速度和進(jìn)行微調(diào),而且在其工作的許多任務(wù)況下要求多個(gè)執(zhí)行組件完成復(fù)合動(dòng)作,而長(zhǎng)期以來使用的開式液壓系統(tǒng)無法滿足挖掘機(jī)的調(diào)速和復(fù)合動(dòng)作的要求。近年來在國(guó)外的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)了閉式負(fù)載敏感系統(tǒng)(CLSS)。它可以采用一個(gè)油泵同時(shí)向所有液壓作用組件供油,每一個(gè)液壓作用組件的運(yùn)動(dòng)速度只與操縱閥的閥桿行程有關(guān),與負(fù)載壓力無關(guān),泵的流量按需提供,而且多個(gè)液壓作用組件同時(shí)動(dòng)作時(shí)相互之間干擾小,因此操縱性好是閉式液壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。這種系統(tǒng)非常符合挖掘機(jī)操作的要求,它操縱簡(jiǎn)單,對(duì)司機(jī)的操縱技巧要求低,在國(guó)際上己經(jīng)獲得較廣泛的使用,是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。目前日本小松公司已經(jīng)把大量挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)從開式系統(tǒng)改為閉式系統(tǒng)了。
(2) 節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用
目前液壓挖掘機(jī)上典型的節(jié)能技術(shù)基本上有兩種。即負(fù)載敏感技術(shù)和負(fù)流量控制技術(shù),目前液壓挖掘機(jī)都選用其中一種控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能要求。負(fù)載敏感技術(shù)是一種利用泵的出口壓力與負(fù)載壓力差值的變化而使系統(tǒng)流量隨之相應(yīng)變化的技術(shù)。德國(guó)曼內(nèi)斯曼(Mannesmann)公司研制的一種負(fù)載傳感系統(tǒng),將其安裝在液壓系統(tǒng)中,可以控制一個(gè)或幾個(gè)液壓作用組件,而與對(duì)其施加的載荷無關(guān)。該系統(tǒng)不僅易于操縱,而且微動(dòng)控制特性很好。其最大的特點(diǎn)就是可以根據(jù)負(fù)載大小和調(diào)速要求對(duì)油泵進(jìn)行控制,從而實(shí)現(xiàn)在按需供流的同時(shí),使調(diào)速節(jié)流損失△P控制在很小的固定值,從而達(dá)到節(jié)能的目的lzs.e57負(fù)流量控制技術(shù)是通過位于主控制閥后面的節(jié)流閥建立的壓力對(duì)主泵的排量進(jìn)行調(diào)節(jié)的技術(shù)。日前以韓國(guó)現(xiàn)代(HYUNDAI)、日本小松(KOMATSU)和日本日立(HITACHI)為代表的許多國(guó)外著名品牌的挖掘機(jī)生產(chǎn)商都在自己的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中使用了負(fù)流量控制技術(shù)。這種控制技術(shù)具有穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、可靠性和維修性好等特點(diǎn),但在起始點(diǎn)為重負(fù)荷下作業(yè)時(shí),因流量與負(fù)載有關(guān),所以可控制性較差。
(3) 提高負(fù)載能力和可靠性
為了提高挖掘機(jī)的負(fù)載能力,直接的方法是提高其液壓系統(tǒng)工作壓力、流量和功率。目前,國(guó)際上先進(jìn)的挖掘機(jī)產(chǎn)品的額定壓力大都在30MPa以上,并且隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢(shì);流量通常在每分鐘數(shù)百升;功率在數(shù)百千瓦以上。如德國(guó)Orensttein&Koppe制造的型全液壓挖掘機(jī),鏟斗容量達(dá)42立方米液壓油源為18臺(tái)變量軸向柱塞泵,總流量高達(dá)100200L/min,原動(dòng)機(jī)為2臺(tái)QSK60柴油發(fā)動(dòng)機(jī),總功率高達(dá)2014kW,由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作,其各個(gè)功能部件都會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響。系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論,以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計(jì)理論和方法,并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)強(qiáng)度研究方面,不斷提高設(shè)備的可靠性。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序,研制了可靠性信息處理系統(tǒng),使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%,使用壽命超過1萬小時(shí)。
(4) 重視操縱特性
挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的操縱特性越來越受到重視。日前國(guó)際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī),不斷改進(jìn)和革新控制方式,使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操作和電氣控制,無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合過程控制。各種高新技術(shù)的應(yīng)用,使得挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱特性大大提高。
(5) 電子一液壓集成控制成為當(dāng)前主要研究目標(biāo)
電子控制技術(shù)與液壓控制技術(shù)相結(jié)合的電子一液壓集成控制技術(shù)近年來獲得了巨大發(fā)展,特別是傳感器、計(jì)算機(jī)和檢測(cè)儀表的應(yīng)用,使液壓技術(shù)和電子控制有機(jī)結(jié)合,開發(fā)和研制出了許多新型電液自動(dòng)控制系統(tǒng),提高了挖掘機(jī)的自動(dòng)化程度,推動(dòng)著挖掘機(jī)的迅猛發(fā)展。目前國(guó)外先進(jìn)品牌的挖掘機(jī)在電液聯(lián)合控制方面的研究己趨成熟。美國(guó)林肯一貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng),可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量,避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。日本住友公司生產(chǎn)的FJ系列五中新型號(hào)挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助的功率控制系統(tǒng),利用精控模式選擇系統(tǒng),減少燃油、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗,并延長(zhǎng)了零部件的使用壽命。
3方案擬定
3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
1) 旋轉(zhuǎn)方向:順時(shí)針(從傳動(dòng)尾看)
2) 排量:63ml/r
3) 最高轉(zhuǎn)速:2600r/min
4) 控制方式:壓力、流量、恒功率控制
5) 輸入功率:30kw(2200rpm)
6) 容積效率≥92% 總效率≥87%
7) 注油量: 1.42L
3.2 方案擬定
在查閱資料對(duì)挖掘機(jī)工作裝置的研究,本次設(shè)計(jì)主要工作是完成液壓泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),初步選擇柱塞泵。
3.2.1 柱塞泵
柱塞泵是液壓系統(tǒng)的一個(gè)重要裝置。它依靠柱塞在缸體中往復(fù)運(yùn)動(dòng),使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來實(shí)現(xiàn)吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于高壓、大流量和流量需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)合,在液壓挖掘機(jī)中起到了非常重要的作用,是其的一個(gè)重要的核心。
柱塞泵一般分為單柱塞泵、臥式柱塞泵、軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。
3.2.2軸向柱塞泵
軸向柱塞泵由于柱塞和柱塞孔都是圓形零件,加工時(shí)可以達(dá)到很高的精度配合,因此容積效率高。
軸向柱塞泵是采用配油盤配油,缸體旋轉(zhuǎn),靠變量頭變量的斜盤式軸向柱塞泵。該泵采用液壓靜力平衡的最佳油膜厚度設(shè)計(jì),使缸體與配油盤、滑靴與變量頭之間處于純液體摩擦下運(yùn)轉(zhuǎn),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪音低、效率高、壽命長(zhǎng)和有自吸能力等優(yōu)點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)采用軸向柱塞泵。
軸向柱塞泵又分為斜軸式軸向柱塞泵與斜盤式軸向柱塞泵。軸向柱塞泵中的柱塞是軸向排列的。
1)當(dāng)缸體軸線和傳動(dòng)軸軸線重合時(shí),稱為斜盤式軸向柱塞泵。
2)當(dāng)缸體軸線和傳動(dòng)軸軸線不在一條直線上,而成一個(gè)夾角γ時(shí),稱為斜軸式軸向柱塞泵。
3.2.3 斜盤式軸向柱塞泵與斜軸式軸向柱塞泵的比較
1)斜盤式軸向液壓泵:柱塞受側(cè)向力作用,對(duì)缸體產(chǎn)生傾覆力矩,故斜盤角一般小于20度抗扭振性能好,集成化容易。變量機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)斜盤擺動(dòng),慣性力小,變量響應(yīng)速度快。
圖3.1 斜盤式軸向液壓泵
2)斜軸式軸向液壓泵:柱塞不受側(cè)向力作用,缸體產(chǎn)生傾覆力矩較小,軸傾角可達(dá)25-30度.抗扭振性能不好,集成化困難。變量機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)缸體擺動(dòng),變量響應(yīng)速度慢。
3.2.4 方案設(shè)定結(jié)論
圖3.2 斜盤式軸向液壓泵的結(jié)構(gòu)
根據(jù)以上所查及的資料及分析,本設(shè)計(jì)方案設(shè)定為用于挖掘機(jī)的斜盤式軸向柱塞泵。
4 執(zhí)行步驟
第一周 :外文翻譯。
第二周~第四周 :制訂課題研究方案,開題報(bào)告。
第五周~第八周 :液壓主泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
第九周~第十周 :機(jī)構(gòu)及其關(guān)鍵部件參數(shù)分析。
第十一周~第十三周 :詳細(xì)裝配和零件設(shè)計(jì)。
第十三周~第十六周 :撰寫畢業(yè)論文。
第十七周 :準(zhǔn)備答辯。
第十八周 :答辯。
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