车辆工程专业毕业论文—轮胎式装载机工作原理装置液压系统设计.doc

汽车液压与气压传动技术课程设计 轮胎式装载机工作原理装置液压系统设计班 级：车辆10-1班目录前言.31.装载机的简介.7 1.1、装载机的应用.71.2、装载机液压传动系统特点.71.3、装载机液压系统的设计方法与要求.72.液压回路设计及功能的实现.93.液压传动系统工况分析.133.1.动臂液压缸工作回路.133.2.转斗液压缸工作回路.133.3.自动限位装置.133.4.转向液压缸工作回路.134.液压系统主要参数.154.1.液压系统参数.154.2.铲斗液压分析.164.3.转向液压缸液压分析.195.选择液压元件及油路分析.215.1.装载机工作装置液压系统组成及作用.225.2.液压系统的油路分析.225.2.1.铲斗收起与前倾.225.2.2.动臂升降.225.2.3.折腰转向.236.液压元件的选择.247.液压传动技术的应用.25参考文献.26前言社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。为了适应这些目标和满足用户的需要，液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面： 1减少能耗,充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题： 减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。 采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。日本小松、日立、川崎、德国Rexroth，Linde，美国Eiton-Vickers，Parker都采用负荷传感系统，可节省功率20-30%。 为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。 2主动维护 液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。3.机电一体化 电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下： (1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。(2)发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。 (3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。 (4)计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。 (5)由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。 液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展。在我国液压气动计算机应用技术不断发展的基础上，必将迅速地推动我国液压气动新产品的开发和产品结构调整。力争“十五”末，使我国液压气动元件和系列产品的品种规格，在现有基础上增加一倍以上。近年来取得的成绩 ： 液压、气动、密封行业现已形成一个门类比较齐全、有相当竞争实力、初具生产规模的工业体系。据统计，主要企业约400余个，其中35家重点企业产值和产量占全行业的65%以上。1998年全国液压行业总产值28亿元（含液力2.35亿元）， 产量450万件（含液力6.2万件/套）； 气动行业总产值6亿元，产量300多万件。机械系统密封件总产值8.92亿元。按1996年国际同行业统计，我国液压行业总产值占世界第六位。气动行业总产值占世界第十位。改革开放以来，液压气动密封行业迅速发展，先后引进了60余项国外先进技术，其中液压40余项，气动5项，经消化吸收和技术改造，现均已批量生产，并成为行业的主导产品。近年来，行业加大了技术改造力度，19911998年，国家、地方和企业自筹资金总投入共约20多亿元，其中液压16亿多元。经过技术改造和技术攻关，一批主要企业技术水平进一步提高，工艺装备得到很大改善，为形成高起点、专业化、批量生产打下良好基础。近几年，在国家多种所有制共同发展的方针指引下，不同所有制的中小企业迅猛崛起，呈现着勃勃生机。随着国家的进一步扩大开放，三资企业迅速发展，为行业提高水平，并扩大出口起着重要作用。目前我国已和美国、日本、德国等国家的著名厂商建立了柱塞泵/马达、行星减速机、转向器、液压控制阀、液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、气动控制阀、气缸、气源处理三联件、机械密封、橡胶塑密封等类产品生产的合资企业或独资企业50多家，引进外资5亿多美元。第1章 装载机的简介1.1.装载机的应用装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施式机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，同时也成为工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一。1.2.装载机液压传动系统特点液压传动：以液体为工作介质靠液体的压力能来传递动力的传动。工作原理特点：1.具有一定压力的液体传动；2.传动过程经过两次能量转换；3.传动必须在密闭容器内进行，而且容积要发生变化。液压传动的优点：1.功率体积比大； 2.可在实现无级调速； 3.容易实现自动化； 4.平稳，寿命长； 5.易于实现过载保护；6.布置灵活液压传动的缺点： 1石油资源有限，可燃； 2不能保证严格的传动比； 3易对环境造成污染； 4液压传动系统成本高； 5要求有单独的能源，使用不方便； 6故障不易检查排除；1.3.装载机液压系统的设计方法与要求液压系统的设计基本包括四个步骤：明确设计依据，进行工况分析；确定液压系统方案，拟定液压系统图；液压系统的计算和液压元件的选择；液压系统的验算和绘制工作图、编制技术文件。在设计过程中不一定要严格按照这些步骤进行，有时可以交替进行，甚至要反复多次。对某些关键性的参数和性能难以确定时，要先经过试验，才能把设计方案确定下来。由于装载机是在露天情况下工作，因而对系统有如下地要求：（1）、工作性能好。应保证具有较高的生产率和工作平稳性；（2）、寿命长，可靠性（3）、操作性能好；（4）、便于维修和保养。第2章 液压回路设计及功能的实现流量转换阀工作原理：当发动机转速不高时，转向泵和辅助泵流量都很少，流经两个节流孔德压差很小，不足以使阀芯克服弹簧力移动，阀芯位于左端，辅助泵和转向泵的流量全部流入专项回路。当发动机转速增大时，流经两节流孔的流量增加，使两个节流孔德前后压差增加，阀芯克服弹簧力，略向右移，此时辅助泵的油液分为两部分，分别为转向右路和工作装置右路供油。当发动机转速进一步增大时，当阀芯移向右端极限位置时，则阻断辅助泵流向转向油路，辅助泵油液全部进入工作装置油路，可使工作装置作业速度提高。锁紧阀及单向阀工作原理：当方向盘不动时，路面引起的干扰力不能使前支架摆动。单向节流阀的设置使得锁紧阀的打开时动作迅速，切断时比较缓慢，有利于防止液压冲击。溢流阀作用：当机构发生故障或者液压缸故障时，系统压力升高，为保护系统不受损坏，在工作装置主油路上设置溢流阀，起溢流保护作用。双溢流阀作用：溢流阀调定压力以后，对转斗液压缸起缓冲补油作用，当动臂升降时，如果铲斗已翻到到极限位置，铲斗液压缸必须随动以避免别劲，这时可通过双作用安全阀阀补油。ZL50装载机的技术参数技术参数ZL50额定载重量5t额定铲斗容量3.0m发动机总功率154.4KM最大卸载高度2.85m最大卸载距离1.60m最大牵引力117.6KN机重16.8t外形尺寸长6.70m宽2.94m高3.25m爬坡能力30最大行驶速度35KM/h轴距2760轮距2250工作装置循环时间举升时间8s卸载时间3s下降时间4.5s三项和时间15.5s工作特点工作装置动作包括臂升降和铲斗翻转，两者构成单动顺序回路，它的特点是液压泵在同一时间内只能先后顺序向同一个机构共有，各机构和进油通路按前后顺序排列，前面的转斗操纵阀动作，后面的动臂操纵阀进油通路切断，只有前面阀位于中位时，才能搬动后面的阀使之动作。第3章 液压传动系统工况分析3.1.动臂液压缸工作回路动臂液压缸的进油路由工作液压泵和辅助液压泵供油。流量总和最大可达320升/分。分配阀采用传并联油路的多种阀，其中控制动臂的阀为四位阀。当四位阀处于图示中位时，液压缸锁紧而液压泵卸荷。此外，还能实现空斗迅速下降，甚至在发动机熄火的情况下也能将下铲斗。回路工作压力由分配阀中的安全溢流阀调定为150公斤/厘米。3.2.转斗液压缸工作回路装载机在铲取物料时一般要求先转斗后提升动臂，所以转斗液压缸与动臂液压缸采用串并联油路连接，并将控制转斗压缸的三位阀放置在动臂液压缸的四位阀之前，以保证转斗液压缸能优先动作。在转斗液压缸的小腔油路中尚设有双作用安全阀。它的作用是在动臂升降过程中，转斗的连杆机构由于动作不相协调而受到某种程度的干涉，双作用安全阀可起到缓冲补油作用。3.3.自动限位装置 在工作装置和分流阀上装有自动复位装置，以实现工作中铲斗自动放平，动臂提升自动限位动作。在动臂后铰点和转斗液压缸处装有自动复位行程开关，当行程开关脱开触点，电磁阀断电而复位，关闭进气通道，阀体内的压缩空气从放气孔排出。3.4.转向液压缸工作回路装载机要求具有稳定的转向速度，也就是要求进入转向液压缸的油液流量恒定。转向液压缸的油液主要来自CB46转向泵，该泵由主机的柴油发动机拖出，在发动机额定转速下，流量为77升/分。流量转向阀的工作原理是：使转向泵输出的油液通过两个节流孔，两孔前后产生压差 p=p1-p2和Dp”=p2-p3，总压差Dp Dp Dp”p1-p3。液动分流阀左端控制油路接p1，右端接p2。设两端油压的作用面积均为F，阀芯即处在油压p1与p2的推力和弹簧力P弹之和相平衡的位置。当转向泵流量Q1正常，Dp达到规定值而p1/p3+P弹/F时，分流阀被推至A工位，于是Q20，辅助泵排油全部输入工作装油路。当发动机转速降低，使Q1减小到p1 p3+P弹/F时，分流阀便逐渐被推向 B工位，于是辅助泵开始向转向油路输油。由于增加乐流量Q2，使p2上升，同时p1值也随之上升，直到p1 /p3+P弹/F时，分流阀便停留在新的平衡位置。装载机转向机构要求转向灵敏，因此随动阀采取负封闭的换向过渡形式，这样还防止突然换向时系统压力瞬时升高。同时还加了一个锁紧滑阀来防止转向液压缸窜动。锁紧阀的作用是在转载机直线行驶时防止液压缸窜动和降低关闭油路的速度，减少液压冲击，避免油路系统损坏。另一个作用是当转向泵和辅助泵管路发生破损或油泵出现故障时，锁紧滑能自动回到关闭油路位置，从而保证机器不摆头。第4章 液压系统主要参数4.1.液压系统参数1、查阅资料整理得下表表1.1动作名称外负载/N速度/铲斗快进50006铲斗工进155000.5铲斗快退50006铲斗停止表1.2动作名称外负载/N速度/动臂快进1000016动臂工进490000.6动臂快退50008动臂停止表1.3动作名称外负载/N速度/转向缸快进1000016转向缸工进145000.3转向缸快退1000016转向缸停止4.2.铲斗液压分析1、铲斗的快进,工进,快退负载分别是： F=5000 F=15500 F=5000由表1.1数值绘制负载图2、由此可绘制出速度图 3、确定执行元件主要参数查阅资料知：装载机铲斗的最大负载约为15500N时液压系统宜取压力P1=3 MPa。液压缸可选用单活塞式的并在快进时左差动连接，这种情况下液压缸无杆腔的工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的两倍，既=A1/A2=2，而活塞杆直径d与缸筒直径D成d=0.707D的关系，取P2=3Mpa有公式计算液压缸面积： A2= =53.81A1=107.6D=0.117md=0.707D=0.082m 将这些直径按GB/T2348-2001圆整成就近标准值得：D=0.11m d=0.082m由此求得液压缸两腔的实际有效面积为A1=107.4A2=54.16根据上述D和d的值，可以液压缸工作阶段中的压力，流量和功率，如下表：工况负载回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率快进1000030.141.1360.15工进4900030.350.0870.0304快退500030.070.5920.044、绘制工况图，如下图：5、动臂液压基本回路：动臂液压缸的进油路由工作液压泵和辅助液压泵供油。流量总和最大可达320升/分。分配阀采用传并联油路的多种阀，其中控制动臂的阀为四位阀。当四位阀处于图示中位时，液压缸锁紧而液压泵卸荷。此外，还能实现空斗迅速下降，甚至在发动机熄火的情况下也能将下铲斗。回路工作压力由分配阀中的安全溢流阀调定为150公斤/厘米。4.3.转向液压缸液压分析1、转向液压缸的快进,工进,快退负载分别是： F=10000 F=14500 F=10000由表1.3数值绘制负载图由此可绘制出速度图，如下图2、确定执行元件主要参数装载机动臂的最大负载约为14500N时液压系统宜取压力P1=3 MPa。液压缸可选用单活塞式的并在快进时左差动连接，这种情况下液压缸无杆腔的工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的两倍，既=A1/A2=2，而活塞杆直径d与缸筒直径D成d=0.707D的关系。取P2=3MPa。3、转向缸液压基本回路：装载机要求具有稳定的转向速度，也就是要求进入转向液压缸的油液流量恒定。转向液压缸的油液主要来自CB46转向泵，该泵由主机的柴油发动机拖出，在发动机额定转速下，流量为77升/分。流量转向阀的工作原理是：使转向泵输出的油液通过两个节流孔，两孔前后产生压差Dp=p1-p2和Dp”=p2-p3，总压差Dp Dp Dp”p1-p3。液动分流阀左端控制油路接p1，右端接p2。设两端油压的作用面积均为F，阀芯即处在油压p1与p2的推力和弹簧力P弹之和相平衡的位置。当转向泵流量Q1正常，Dp达到规定值而p1/p3+P弹/F时，分流阀被推至A工位，于是Q20，辅助泵排油全部输入工作装油路。当发动机转速降低，使Q1减小到p1 p3+P弹/F时，分流阀便逐渐被推向B工位，于是辅助泵开始向转向油路输油。由于增加乐流量Q2，使p2上升，同时p1值也随之上升，直到p1 p3+P弹/F时，分流阀便停留在新的平衡位置。第5章 选择液压元件及油路分析5.1.装载机工作装置液压系统组成及作用它由一下部分组成：1、转斗液压缸；2、动臂液压缸；3、动臂液压缸换向阀；4、转斗液压缸换向阀；5、单向阀；6、液压泵；7、滤油器；8、溢流阀；9、缓冲补油阀；10、油箱 方向控制阀设有动臂液压缸换向阀和转斗液压缸换向阀，用来控制转斗液压缸的和动臂液压缸的运动方向，使铲斗和动臂能停在某一位置，并可以通过控制换向阀的开度来获得液压缸的不同速度。转斗液压缸换向阀是三位六通滑阀，它可控制铲斗前倾、后倾和固定在某一位置等三个动作，动臂液压缸换向阀是四位六通滑阀，它可控制动臂上升、下降、固定和浮动等四个动作。动臂浮动位置可使装载机在平地堆积作业时，工作装置能随地面情况自由浮动。溢流阀控制系统压力缓冲补油阀(双作用阀)它由过载阀和单向阀组成，并联装在转斗液压缸的回路上，其作用由三个：当转斗液压缸滑阀在中位时，转斗液压缸前后腔均闭死，如铲斗受到额外冲击载荷，引起局部油路压力剧升，将导致换向阀和液压缸之间的元件、管路的破坏。设置过载阀即能缓冲该过载油压。在动臂升降过程中，使转斗液压缸自动进行泄油和补油。装载机连杆机构上设有限位块，当动臂在升降至某一位置时，可能会出现连杆机构的干涉现象。装载机在卸载时，能实现铲斗靠自重快速下翻。并顺势撞击限位块，使斗内剩料卸净。当卸料时，压力油进入转斗液压缸前腔实现转斗。当铲斗重心越过斗下饺点后，铲斗在重力作用下加速翻转。但其速度受到液压泵供油速度的限制，由于缓冲补油阎中的单向阀及时向转斗液压缸前腔补油，使铲斗能快速下翻，撞击限位块，实现撞斗卸料。为了提高装载机的作业效率，该系统采用双泵合流、分流、转向优先的卸荷系统。当转向时，转向泵向工作系统提供多余的油液。不转向时，转向泵的全部油液经合流单向阀进入工作装置系统。当工作装置系统压力达到卸荷阀调定的压力，转向泵提供给工作装置的油液经卸荷阀流回油箱，从而使液力机械传动系统提供更大的铲入力。合理的利用了发动机的功率，提高了整机的作业效率。5.2.液压系统的油路分析5.2.1.铲斗收起与前倾铲斗的收起与前倾由转斗液压缸工作回路实现.当操纵手动换向阀使其右位工作时,铲斗液压缸活塞杆伸出，并通过摇臂斗杆带动铲斗翻转收起进行铲装.其油路为:进油路:液压泵手动换向阀右位铲斗液压缸无杆腔。回油路：铲斗液压缸有杆腔手动换向阀右位精过滤器油箱。当操纵手动换向阀使其左位工作时，铲斗液压缸活塞杆缩回，并通过摇臂斗杆带动铲斗前倾进行卸载。其油路为：进油路：液压泵手动换向阀左位铲斗液压缸有杆腔。回油路： 铲斗液压缸无杆腔手动换向发左位精过滤器油箱。当铲斗在收起与前倾的过程中，若转向液压泵输出流量正常，则流量转换阀中的流量分配阀工作在左位，使辅助液压泵与主液压泵形成并联供油（动臂升降回路也是如此）。当操纵手动换向阀使其处于中位时，铲斗液压缸进，出油口被封闭，依靠换向阀的锁紧作用，铲斗在某一位置处于停留状态。5.2.2.动臂升降动臂的升降由动臂升降液压缸工作回路实现。当操纵手动换向阀11使其工作在右位时，动臂升降液压缸的活塞杆伸出，推动动臂上升，完成动臂提升动作。其油路为：进油路：液压泵手动换向阀中位手动换向阀右位动臂升降液压缸无杆腔。回油路：动臂升降有杆腔手动换向阀精过滤器油箱。当动臂提升到转运位置时，操纵手动换向阀使其工作在中位，此时动臂升降液压缸的进出油路被封闭，依靠换向阀的紧锁作用使动臂固定以便运转。当铲斗前倾卸载后，操纵手动换向阀使其工作在左位时，动臂升降液压缸的活塞杆缩回，带动动臂下降。其油路为：进油路：液压泵手动换向阀中位手动换向阀左位动臂升降液压缸有杆腔。回油路：动臂升降无杆腔手动换向阀中精过滤器油箱。5.2.3.折腰转向轮式装载机的车架采用前，后车铰接机构，因此其转向机构采用交接车架进行折腰转向。装载机铰接车架折腰转向过程是由转向液压缸工作回路来实现的，并要求具有稳定的转向速度（即要求进入转向液压缸的油液流量恒定）。转向液压缸的油液主要来自转向液压泵，在发动机额定转速（1600r/min）下转向液压泵的流量为77L/min当发动机受其他负荷