36000KN单斗通用型液压挖掘机液压系统的设计.zip

第第 1 页页 共共 38 页页引 言当今中国正处于开展大规模的经济建设的关键时期， 必不可少的需要大量的土石方施工机械为其服务。液压挖掘机是一种应用广泛的多功能的建设施工机械，作为工程机械中的主要机种之一。由于液压挖掘机具有品种多，功能多，质量高及效率高等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐，并且它的生产制造业也日益蓬勃发展。因此，如何设计一种工作可靠，结构简单，高效率，性能好，成本低，维护简单，使用方便的液压系统便成了一个非常具有调研意义的课题。 单斗通用型液压挖掘机是采用了液压传动的挖掘机以其技术性能高，结构简化，整机质量小，维修简单等特点，对于减轻工人体力劳动，提高施工机械化水平，加速施工进度，促进各项建设事业的发展，都有着重要的作用。 第第 2 页页 共共 38 页页1 概述1.1 挖掘机简史从第一台手动挖掘机问世至今已有 130 多年的历史，在这期间经历了由蒸汽驱动回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、 以及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。 由于液压技术的初步应用， 在 20 世纪 40 年代初开始出现了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机， 到了 20 世纪 50 年代初期和中期先后研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。在初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，但由于缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量的稳定性不够，配套件也不齐全。到了 20 世纪 60 年代起，液压挖掘机正式进入全面推广和蓬勃发展的阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加速度很快，产量急剧上升。在 1968-1970 年间，液压挖掘机的总产量已占挖掘机总产量的 83%，目前已接近 100%。1.2 国内外的情况1.2.1 国内的发展状况 我国的挖掘机生产起步相对较晚，从 1954 年抚顺挖掘机厂生产第一台斗容量为 1m3的机械式单斗挖掘机到现在，大体上经历了测绘仿制、自主研制开发和发展提高等三个阶段。在新中国成立初期，主要以测绘仿制前苏联 20 世纪 3040 年代的W501.W502.W1001.W1002 等机械式单斗挖掘机为主， 从而开始了我国的挖掘机生产历史。由于当时国家经济建设的需要，先后共建立起十多家挖掘机生产厂。从 1967 年起，我国开始自主研制液压挖掘机。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的 WYl00 型、贵阳矿山机器厂的 W4-60 型、合肥矿山机器厂的 WY60 型挖掘机等。之后又出现了长江挖掘机厂的 WYl60 型和杭州重型机械厂的 WY250 型挖掘机等。 它们的成功研制为我国液压挖掘机行业的形成和发展迈出了极其重要的一步。 到 20 世纪 80 年代末，在我国挖掘机生产厂已有 30 多家，生产机型达到 40 余种。中、小型液压挖掘机已形成系列，斗容有 0.12.5 m3 等 12 个等级、20 多种型号，还生产 0.5-4.0m3 以及大型矿用 10m3、12m3 机械传动单斗挖掘机，1m3 隧道挖掘机，4m3长臂挖掘机， 1000m3/h 的排土机等， 同时还开发了斗容量为 O.25m3 的船用液压挖掘机，斗容量为 O.4m3、O.6m3、0.8m3 的水陆双用挖掘机等。但总体来讲，我国挖掘机生产批量小、分散，生产工艺及产品质量等与国际先进水平相比，还是具有有很大的差距。 改革开放以来，我国积极引进、消化、吸收国外先进技术，以促进我国挖掘机行业的发展。其中贵阳矿山机器厂、上海建筑机械厂、合肥矿山机器厂、长江挖掘机厂等分别引进德国利勃海尔(Liebherr)公司的 A912.R912.R942.A922.R922.R962.R972.R982型液压挖掘机制造技术。在这之后几年，杭州重型机械厂引进德国德玛克(Demag)公司 第第 3 页页 共共 38 页页的 H55 和 H85 型液压挖掘机生产技术， 北京建筑机械厂引进德国奥加凯(0&K)公司的 RH6和 MH6 型液压挖掘机制造技术。与此同时，还有山东推土机总厂(其挖掘机生产基地改名为山重建机有限公司，包括 STRONG 和 JCM 两个品牌)、黄河工程机械厂、江西长林机械厂、山东临沂工程机械厂等联合引进了日本小松制作所的 PC100、PC120.PC200、PC220.PC300、 PC400 型液压挖掘机(除发动机外)的全套制造技术。 这些厂通过数年引进技术的消化、吸收、移植，使国产液压挖掘机产品性能指标全面提高到 20 世纪 80 年代的国际水平，产量也逐年提高。由于国内对液压挖掘机的需求量不断增加而且多样化，在国有大、中型企业产品结构的调整的基础上，牵动了一些其他机械行业的制造厂加入液压挖掘机行业。 同时业内人士指出，在我国单斗通用型液压挖掘机应向全液压方向发展，同时斗容量宜控制在 0.1-15 m3，而对于大型及多斗液压挖掘机，由于液压元件的制造、装配精度要求比较高， 施工现场维修条件相对比较差等， 则仍以机械式为主。 目前应着手研究、运用电液控制技术，从而实现液压挖掘机操纵的自动化。1.2.2 国外挖掘机目前水平及发展动向 工业相对比较发达的国家的挖掘机生产相对比较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容量为 3.5-40m3 单斗液压挖掘机的主要生产国，在 20 世纪 80 年代时开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量 50-150m3 剥离用挖掘机，斗容量 132m3 的步行式拉铲挖掘机；B-E（布比赛路斯-伊利） 公司生产的斗容量 168.2m3 的步行式拉铲挖掘机，斗容量 107m3 的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。 自从 20 世纪后期开始，国际上挖掘机的生产面向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展，其主要表现在以下 7 个方面： 1、开发多品种、多功能、高质量以及高效率的挖掘机。为了满足市政建设和农田建设的需要，国外发展了斗容量在 0.25m3 以下的微型挖掘机，其中最小的斗容量仅仅是在 0.01m3。另外，数量最大的中、小型挖掘机趋向于一机多能，配备了多种工作装置其中除了正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及拉铲等，从而能够满足各种施工的需要。 与此同时， 还发展专门用途的特种挖掘机， 例如低比压、低嗓声、水下专用和水陆双用挖掘机等。2、迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，从而使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到了液压操纵、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等。在危险地区或水下作业时可采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，从而实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。挖掘机的全液压化为所有的这一切奠定了基础和创造了良好的前提条件。3、高度重视采用新工艺、新技术、新结构，加快系列化、标准化、通用化的发展 第第 4 页页 共共 38 页页速度。例如，德国的阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节装置，从而使挖掘机按最适合其作业要求，工况情况的速度来工作；美国林肯贝尔特公司新 C 系列LS-5800 型液压挖掘机安装了全自动的控制液压系统，其可自动调节流量，从而避免了驱动功率的浪费。并且安装了 CAPS（计算机辅助功率系统） ，大大提高挖掘机的作业功率，从而更好地发挥了液压系统的功能；日本住友公司生产的 FJ 系列五种新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，其利用精控模式选择系统，减少燃油、 液压功率的消耗和发动机功率， 并使零部件的使用寿命大大提高 ； 德国奥加凯 （O&K)公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，从而使油泵具有最大的工作效率；日本神钢公司在新型的 904、905、907、909 型液压挖掘机采用智能型控制系统，即使是无经验的驾驶员也能够进行相对比较复杂的作业操作；德国利勃海尔公司开发了 ECO（电子控制作业） 的操纵装置， 可根据作业要求调节挖掘机的作业性能， 取得了低油耗、高效率的效果；美国卡特匹勒公司在新型 B 系统挖掘机上采用最新的 3114T 型柴油机以及功率方式选择器、扭矩载荷传感压力系统等，从而进一步提高了挖掘机的稳定性和作业效率。韩国大宇公司在 DH280 型挖掘机上采用了 EPOS-电子功率优化系统，根据发动机负荷的变化，可以自动调节液压泵所吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速左右，即发动机始终以全功率运转，这样既充分利用了发动机的功率、提高挖掘机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。4、更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。美、英、日等国家广泛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， 并且将疲劳损伤累积理论、断裂力学、优化设计、有限元法、疲劳强度分析方法、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面， 从而促进了产品的优质高效和竞争力。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法，并且创立了预测产品失效和更新的理论。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序，研制了可靠性住处处理系统。在上述基础理论的指导下，同时通过借助于大量试验，大大缩短了新产品的研究周期，加快了液压挖掘机更新换代的进程，并且提高其耐久性和可靠性。例如，液压挖掘机的运转率达到 85%-95%，其使用寿命超过 1 万小时。5、改善驾驶员的劳动条件，加强对驾驶员的劳动保护。液压挖掘机采用倾翻保护结构和带有坠物保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔音措施降低噪声干扰等保护措施，从而加强对驾驶员的劳动保护。6、进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系统转变的明显趋势。因为变量系统在油泵工作过程中，压力减小时增大流量，使液压泵功率保持恒定，即装有变量泵的液压挖掘机可以经常性地充分利用油泵的最大功率。当外阻力增大时则减少流量（降低速度） ，使挖掘力成倍增长率加；采用三回路液压系统，产生三个互不成影响的独立工作运动。实现与回转达机械的功率匹配。将第三泵在其他工作运动上接通，成为开式回路的第二个独立的快速成运动。此外，液压技术在挖掘机上普遍使 第第 5 页页 共共 38 页页用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机的应用与推广创造了前提条件。7、迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。从 20 世纪 70 年代起，为了节省能源消耗和减少对环境的污染， 使挖掘机的操作轻便和安全作业， 降低挖掘机噪音，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘上应用了电子和自动控制技术。随着对挖掘机的工作效率、操作轻便、节能环保、可靠耐用、安全舒适等方面性能要求的提高，促使了机电一体化在挖掘机上的应用，并使其各种性能都有了质的飞跃。20 世纪 80 年代，以微电子技术为核心的高新技术，特别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子控制技术在挖掘机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重要标志，亦即目前先进的挖掘机上设有发动机自动怠速及功率优化系统、油门控制系统、监控系统、工作模式控制系统等电控系统。1.3 挖掘机的功能挖掘机是一种用来开挖土方的施工机械， 它是利用铲斗上的斗齿切削土壤并装人斗内，装满土后再提升铲斗并回转到卸土地点卸土，然后再使转台回转、铲斗下降到挖掘面，进行下一次挖掘并如此循环。挖掘机在建筑、水利、筑路、采矿、电力、石油、天然气管道铺设和军事工程中都被广泛地应用。挖掘机主要用于筑路工程中的堑壕开挖，水利工程开挖沟渠、运河和疏浚河道，建筑工程开挖基础，在采石场、露天开采等工程中剥离和矿石的挖掘等。 据统计， 工程施工中大约有 60左右的土石方量是靠挖掘机完成的。此外，挖掘机更换工作装置后还可进行浇筑、起重、安装、打桩、夯土和拔桩、破碎等作业。挖掘机作业过程是以切削刃切削土壤，实现破土、装土、提升回转、卸土，再返回进行第二次挖掘，挖完一段时间之后,机械移位继续挖掘。为了实现上述周期性作业动作要求，就需要以下组成部分：工作装置、回转机构、动力装置、传动装置（液压部分） 、操纵装置、行走装置等。现通