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小型遥控式挖掘机液压系统设计.doc

小型遥控式挖掘机液压系统设计

白安得
2019-02-14 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《小型遥控式挖掘机液压系统设计doc》,可适用于工程科技领域

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小型遥控式挖掘机液压系统设计摘要近年来有关挖掘机液压系统方面的文献并不少见但文献的内容大多针对某一专题进行研究系统地论述现代液压挖掘机液压系统的论文却较少而且大多数局限于人工操作的挖掘机液压系统设计未对遥控控制方面做过多的涉及。因此研究和设计小型遥控式挖掘机液压系统具有重要的现实意义和理论意义。本论文主要概述遥控式挖掘机液压技术的发展史及其目前在国内的外发展情况并简述了液压挖掘机发展趋势。本文对液压挖掘机的常用液压回路进行了简单阐述和分析对课题要求设计的小型遥控式挖掘机液压系统进行了方案设计及分析并通过进一步计算确定了需要的液压元件完成选型。尤其对于控制部分做了比较完善的设计改进争取最大程度实现挖掘机的作业智能化。运用AutoCAD绘制液压系统原理图、工作油箱总成、液压布置图、油箱零件图、控制部分设计图等。最后通过验算证明了本设计的可行性。关键词:液压系统挖掘机智能控制MiniRemoteExcavatorHydraulicSystemofDesignAbstract目  录绪论····························································································选题意义···············································································挖掘机及其液压技术概述·····························································国内外研究现状·······································································挖掘机发展趋势·······································································挖掘机液压系统概述·······································································挖掘机液压系统基本组成及基本要求···············································挖掘机工作循环过程及液压系统基本动作分析·····································液压挖掘机传动原理·································································挖掘机液压系统基本回路分析·······················································挖掘机液压系统设计·····································································挖掘机液压系统设计要求···························································挖掘机液压系统工况分析···························································液压系统方案拟定···································································挖掘机液压元件的计算和选择······················································液压系统性能验算···································································结论··························································································表 设计参数铲斗容量最大挖掘深度最大挖掘半径最大挖掘高度最大卸载高度最大挖掘力()(mm)(mm)(mm)(mm)(KN)      绪论选题意义随着国民经济的快速发展液压挖掘机在各种工程建设领域特别是基础设施建设中所起的作用越来越明显液压挖掘机作为一类快速、高效的施工机械愈来愈被人们所认识。据统计从年抚顺挖掘机厂生产第一台斗容量为m的机械式单斗挖掘机至今我国挖掘机生产厂已有多家生产机型达余种。挖掘机的发展与液压技术密不可分二者相互促进一方面液压技术是现代挖掘机的技术基础另一方面挖掘机的发展又促进了液压技术的提高。挖掘机的液压系统复杂其性能的优劣决定着挖掘工作性能的高低可以说目前液压传动的许多先进技术都体现在挖掘机上。近年来有关挖掘机液压系统方面的文献并不少见但文献的内容大多针对某一专题进行研究系统地论述现代液压挖掘机液压系统的论文却较少因此研究挖掘机液压系统具有重要的现实意义和理论意义。挖掘机及其液压技术概述挖掘机的发展史可追溯到世纪三四十年代。美国实施西部大开发工程催生了以蒸汽机作为动力模仿人体大臂、小臂和手腕构造能行走和扭腰的挖掘机。随后的一百多年中挖掘机并没有得到很大发展其原因一是当时的工程主要是国土开发、大规模的筑路和整修场地等平面作业较多使铲土运输机械成为当时的主力机种二是挖掘机作业装置动作多、运动范围大、采用多自由度机构机械传动难以适应这些要求而当时的液压技术还不成熟不能大规模地应用到实际工业中。随着社会的不断进步工程建设和施工形式逐渐向土木施工方向发展同时液压技术也逐步得以完善这些因素的变化反过来又促进挖掘机的不断更新换代。世纪年代有了在拖拉机上配装液压铲的悬挂式挖掘机年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机年代当液压传动技术成为成熟的传动技术时液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展吉阶段各国挖掘机制造厂和品种增加很快产量猛增。~年间液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的目前已接近。所谓挖掘机在现代主要是指液压挖掘机机械式挖掘机已很少见液压传动技术为挖掘机的发展提供了强有力的技术支撑。液压传动是挖掘机的重要组成部分之一目前常用的传动方式有机械传动、电力传动和流体传动。流体传动包括液体传动和气体传动液体传动又分为液压传动和液力传动。所谓液压传动是指在密闭的回路中利用液体的压力能来进行能量的转换、传递和分配的液体传动。在现代工业中液压传动技术几乎应用于所有机械设备的驱动、传动和控制如操纵车辆转向和制动控制和驱动飞机、机床、工程机械、农业机械、采矿机械、食品机械和医疗机械等。目前液压技术的研究和发展动向主要体现在以下几个方面:()提高效率降低能耗。()提高技术性能和控制性能。()发展集成、复合、小型化、轻量化元件。()开展液压系统自动控制技术方面的研究与开发。()加强以提高安全性和环境保护为目的研究开发。()提高液压元件和系统的工作可靠性。()标准化和多样化。()开展液压系统设计理论和系统性能分析研究。国内外研究现状我国挖掘机生产起步较晚从年抚顺挖掘机厂生产第一台机械式单斗挖掘机至今大体经历了测绘仿制、自主研发和发展提高三个阶段。新中国成立初期以测绘仿制前苏联世纪~年代的机械式单斗挖掘机为主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建立起十多家挖掘机生产厂到世纪年代末我国的中小型液压挖掘机已形成系列但总的说来我国的挖掘机生产批量小产品质量不稳定与国际先进水平相比差距较大。改革开放以来生产企业积极引进、消化、吸收国外先进技术促进了我国挖掘机行业的发展目前国产液压挖掘机的产品性能指标已达到世纪年代的国际水平部分产品达到了年代的水平。国外挖掘机生产历史较长液压技术的不断成熟使挖掘机得到全面发展。德国是世界上较早开发研制挖掘机的国家年和年德国的德马克和利渤海尔两家公司分别开发了全液压挖掘机美国是继德国以后生产挖掘机历史最长、数量最大、品种最多和技术水平处于领先地位的国家日本挖掘机制造业是在二次大战后发展起来的其主要特点是在引进、消化先进技术的基础上通过大胆创新发展起来的韩国是液压挖掘机生产的后起之秀世纪年代开始引进技术由于产业政策支持很快进入国际市场并已挤入国际液压挖掘机的主要生产国之一。世纪年代挖掘机进入成熟期各国挖掘机制造商纷纷采用液压技术并与其它技术相结合使产品的适应性得到较快发展产品寿命和质量不断提高操纵更加舒适产品更加节能。例如美国卡特彼勒公司年以后推出的B系列液压挖掘机采用一种命名为maestro的系统通过载荷传感液压装置控制发动机的输出功率实现与液压泵的严格匹配。Maestro控制面板在机型上安装两种功率模式和四种工况状态允许用户自行决定功率工况模式。再如韩国现代公司生产的ROBEX型液压挖掘机有四种功率模式通过集成化的电子控制系统自动确定最佳的发动机转速和液压泵的输出参数使得发动机、液压泵的速度及液压系统压力与实际工况相适应从而获得最高的生产率和最佳的燃油消耗。此种技术在日本小松、日立建机、神钢、韩国大宇重工、德国的利渤海尔、英国的JCB等公司均得到普遍应用代表了当代液压挖掘机的最高水平。挖掘机发展趋势随着液压挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化方向发展挖掘机对液压技术的要求不断提高并呈现如下特点:()迅速发展全液压挖掘机并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用增大流量来补偿使液压泵功率保持恒定亦即装有变量泵的液压挖掘机可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机构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第二个独立的快速运动。液压技术在挖掘机上的普遍使用为电子技术、自动控制技术在挖掘机上的应用与推广创造了条件液压、电子和自动化技术日益结合共同促进挖掘机的控制性能不断提高。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。世纪年代为了节省能源消耗和减少对环境的污染使挖掘机的操作更加轻便和安全作业降低挖掘机噪音改善驾驶员工作条件电子和自动控制技术逐步应用在挖掘机上。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高机电一体化技术在挖掘机上得以广泛应用并使其各种性能有了质的飞跃。世纪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油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统、监控系统等电控系统。所有这一切都是挖掘机的全液压化奠定的基础并为挖掘机的全面发展创造了美好的前景。()重视采用新技术、新工艺、新结构加快标准化、系列化、通用化发展速度。例如美国林肯贝尔特公司新C系列LS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还安装了CAPS(计算机辅助功率系统)提高了挖掘机的作业功率更好地发挥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德国奥加凯(OK)公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性使油泵具有最大的工作效率日本神钢公司在新型的、、、型液压挖掘机上采用智能型控制系统即使无经验的驾驶员也能进行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高效率、低油耗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T型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统、功率方式选择器等进一步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。韩国大宇公司在DH型挖掘机上采用了EPOS即电子功率优化系统根据发动机负荷的变化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附近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。()为实现挖掘机的高度智能化可以将一些固定场合的作业程序输入挖掘机进行固化从而减轻操作人员的劳动量。《我爱发明之智慧挖掘里面最后北航教授提到的两点要求》挖掘机液压系统概述挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求把各种液压元件用管路有机地连接起来就组成一个挖掘机液压系统。它是以油液为工作介质、利用液压泵将液压能转变为机械能进而实现挖掘机的各种动作。按照不同的功能可将挖掘机液压系统分为三个基本部分:工作装置系统回转系统、行走系统。如下图所示。挖掘机的工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗及相应的液压缸组成它包括动臂、斗杆、铲斗三个液压回路。回转装置的功能是将工作装置和上部转台向左或挖掘机构造示意图如下图所示:向右回转以便进行挖掘和卸料完成该动作的液压元件是回转马达。回转系统工作时必须满足如下条件:回转迅速、起动和制动无冲击、振动和摇摆与其它机构同时动作时能合理地分配去各机构的流量。行走装置的作用是支撑挖掘机的整机质量并完成行走任务多采用履带式和轮胎式机构所用的液压元件主要是行走马达。行走系统的设计要考虑直线行驶问题即在挖掘机行走过程中如果某一工作装置动作不至于造成挖掘机发生行走偏转现象。挖掘机的动作复杂主要机构经常启动、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挖掘机的液压系统应满足如下要求:()要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作也可以相互配合实现复合动作。()工作装置的动作和转台的回转既能单独进行又能复合动作以提高挖掘机的生产率。()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。()保证挖掘机的一切动作可逆且无级变速。()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速下降和整机超速溜坡。为此液压系统应做到:()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。()液压系统和液压元件在变化大的负载、急剧的振动作用下具有足够的可靠性。()设置轻便耐振的冷却器减少系统总发热量使主机持续工作时的液压油温不超过℃或温升不超过℃。()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要低整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。()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。挖掘机工作循环过程及液压系统基本动作分析挖