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小型挖掘机工作部设计及液压驱动系统开题报告.docx


文档分类:汽车/机械/制造 | 页数:约16页 举报非法文档有奖
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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。XX设计(XX)开题报告姓名专业开题日期题目小型挖掘机工作部及液压驱动系统设计题目类型理论研究□实验研究□应用研究£生产实践□工程设计R软件开发□调查研究□其他□一、毕业设计(论文),液压挖掘机在各种工程建设领域,特别是基础设施建设中起的作用越来越明显,液压挖掘机作为一种快速、高效的施工机械愈来愈被人们所认识。据统计,根据中国工程***协会行业统计数据,2019年1—7月纳入统计的25家主机制造企业,共计销售各类挖掘机械产品149553台,%。国内市场销量135062台,%。出口销量14491台,%。小型挖掘机具有体积小、灵活、功能多和效率高等特点,因而对基础设施作业、园林绿化、开挖管道等工程作业非常适用。随着中国现代化的发展,小型挖掘机的用途也越来越广泛,凸显出其良好的应用前景。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机工作性能的高低,可以说目前液压传动的先进技术都体现在挖掘机上。近年来,有关挖掘机系统方面的文献并不少见,但文献的内容大多针对于某一专题进行研究探讨,而系统阐述现代液压挖掘机的文献较少,因此研究液压挖掘机液压系统也具有重要的现实意义和理论意义。。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,挖掘机并没有取得太大的发展,因为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,使铲土机等一度成为了当时的主力机种。并且相对于铲土运输机械而言,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程建设中。随着技术的不断发展,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到相应完善,这些因素的变化又反馈于挖掘机本身,从而使挖掘机不断迭代更新。20世纪40年代有了在拖拉机上配装液压铲的悬挂式挖掘机,50年代初期和中期相继研制出了拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。60年代,当液压传动技术逐渐趋向于成熟的传动技术时,液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展的阶段,各国挖掘机制造厂和品种增加地很快,产量猛增。1968~1970年间液压挖掘机产量已占挖掘机总量的83%,目前已接近100%,所谓挖掘机在现代主要是液压挖掘机,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、食品加工机械和医疗机械。1650年法国帕斯卡提出的封闭静止流体中压力传递的帕斯卡原理成为液压传动的理论基础,此后液压传动理论不断得以丰富和完善,如1686年牛顿揭示了粘性流体的内摩擦定律,18世纪建立了两个流体力学重要的方程:连续性方程和伯努利方程。丰富的理论和实践的需要促进了液体应用技术和成果的不断涌现。1795年英国人约瑟夫·卜拉默发明了世界上第一台水压机;随后出现在英国的工业革命促进了液压技术的迅速发展;到1870年液压传动技术已经被驱动各种液压设备,如液压机、起重机、绞车、挤压机、剪切机和铆接机等;1900年,世界上出现了第一台柱塞泵;1910年及1922年海勒·肖及汉斯·托马斯研制出用油作工作介质的径向柱塞泵;1926年第一套由泵、控制阀和执行元件组成的集成液压系统在美国诞生;1936年哈里·威克斯又发明了先导式溢流阀。第二次世界大战之后,美国麻省理工学院的布莱克本、李诗颖等人对液压伺服控制问题作了深入的研究,于1958年制造了喷嘴挡板型电磁伺服阀;20世纪六十年代末,电液比例阀应运而生;70年代后期,德美等国相继研制成负载敏感泵及大功率电磁阀;近年来,为适应机电一体化、控制柔性化和计算机集中控制的要求,液压系统的研究已由手动控制转向数字控制和信号控制。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:(1)降低能耗,提升效率;(2)提高技术性能和控制性能;(3)发展集成、复合、小型化、轻量化元件;(4)开展液压系统和自动控制技术方面的研究与开发;(5)加强以提高安全性和环境保护为目的研究开发;(6)提高液压元件和系统的工作可靠性;(7)标准化和多样化;(8)提高液压系统理论设计和系统性能分析研究。,但大多数厂家是以国外挖掘为基础开始的开发设计,随着经济和技术的发展,目前我国液压挖掘机在技术方面也有了很大的提升,基本接近国外挖掘机的水平,市场占有率也在不断提高,目前国内品牌销量占有率已经超过60%,打破了外资品牌垄断的局面。在液压挖掘机研究方面,我国研究开发较晚,目前国内企业三一重机、徐工集团、临工等企业在液压挖掘机技术研究方面均已趋于成熟,其市场占有率也在不断的提升。三一重机对小型挖掘机主要研究发动机、液压系统的全电脑动态控制,重在研究各模块之间的匹配性,提高动力系统的节能性和液压系统的利用率,并将CDCS、CAN总线技术等首次运用到挖掘机领域,使行走装置和工作装置操作更加流畅便捷,同时率先使用减振垫、液晶彩***表画面,致力于提高整机的人性化和操作的舒适感。徐工集团则重点研究设计结构件,对工作装置及行走装置等结构件运动有限元分析及动态仿真技术实施优化,致力于优化设计方案并提高小型挖掘机的耐久性,并取得了很好成效。图1-1三一SY375H液压挖掘机在国内企业研发的过程中,这些企业大多围绕小型液压挖掘机动力系统与液压系统的匹配性、行走装置与工作装置的强度、作业耐久性以及工作性能等方面的实施深入的研究,但是对于其狭小空间的适应性、作业的稳定性尚未进行深入的研究,三一、徐工及临工目前在部分小型挖掘机上也已经使用了偏转结构及履带伸缩结构,但质量问题还是层出不穷,主要是耐久性和配合方面,在重负荷作业时仍有局限性,因此使小型挖掘机的使用范围受到了一定的限制。,其更重视采用四新(即新结构、新技术、新工艺、新智能),重点研究装备的作业稳定性及工况的适应性,以使挖掘机适用于不同的作业环境。国外小型挖掘机主要由美国、日本、德国等制造,按照市场规模,其制造趋向于大型、微型、多功能、自动及个性定制的方向发展。图1-、农田建设、农场作业的需要,发达国家较早的研究和开发多功能、高质量及高效率的小型挖掘机,并趋向于一机多能,配备了多种工作装置,如起重、抓斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、振捣器等,同时国外企业山猫、卡特、小松、久保田等对小型挖掘机的研究开发较早,这些企业在小型挖掘机的制造装配以及耐久性等方面研究更为深入,由于国外发达国家人工成本较高,各企业对装备的智能化发展研究力度较大,如卡特利用位移传感器及微电脑处理器实现半自动挖掘装载,与此同时像山猫、卡特、小松、久保田等国外技术相对先进的企业,对小型挖掘机的无尾回转、工作装置偏转也有研究,并将履带伸缩结构及工作偏转结构的适用于量产机型中,在结构的耐久性及形式方向也在不断的改进,基本可以很好的适用于各种工况,但由于国外作业工况及作业****惯与国内存在较大差异,因此在稳定性及耐久性方面还有待进一步有提升。、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:(1)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),使挖掘机成倍增加;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。20世纪70年代,为了节省能源消耗和减少环境的污染,使挖掘机的操作更加轻便和安全作业,降低挖掘机噪声,改善驾驶员工作条件,电子和自动控制的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。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的应用与推广,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。(2)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-5800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、发动机功率与液压功率的消耗,并延长了零部件的使用寿命;日本神钢公司在新型的904、905、907、909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;韩国大宇公司在DH280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。二、(1)本次的设计目标是对于在特殊工况下的小型挖掘机的液压系统运转过程,从而更好地服务于实际建设工程和特殊施工形式。设计主要包括液压系统基本回路、液压元件、液压泵、油箱及液压辅助元件的选取。设计过程是按国家标准和机械设计标准来设计的,液压系统基本回路和液压元件的选取是本次设计的重点,设计中应参照相应手册及文献进行了精确的选取,并进行流量及热量校核。(2)在建设工程施工中,将会有大量工程机械的尾气排放污染及噪声等对环境产生负荷影响。因此,研发和选用环保节能型工程机械也是建设工程中环境保护的措施之一。(一)设计用于挖掘机机械系统的部件时,应尽量选用易分解、可回收和再生的,且在加工与使用过程中不会对环境造成损害影响的材料,尽可能减少或替代铅使用量,宜选用容易装配和分解的大模块化结构与无毒的新型环保型材料制作结构件,以提高工程机械材料的再生率;在保持主机各项性能参数的条件下,尽量减少主机及附属作业装置或机具的体积和重量,以达到液压系统轻量化与高效率,提高动力传动系统零部件的强度与耐久性,延长机械使用寿命,减少机械制造材料与资源消耗,降低机械耗能和尾气排放对环境的污染负荷;以废弃零部件处理的污染最小化及综合成本最优化为前提,考虑同类零部件的互换性和通用性,并使之方便解体、容易破碎,能焚烧处理或可回收做燃料。(二)选用低油耗、低排放、低噪声、高效率的环保型水冷增压柴油发动机,以降低排放、噪声等环境的负荷;采用双向减振悬挂系统的动力装置,优化液压管路排列,以克服整机动力传动系统与车架间的共振、噪声及对动力系统的疲劳破坏,降低液压油泵振动及阀节流与油管振动产生的噪声;选用有高效高精度过滤装置,并配以耐腐蚀、防老化、密封性能好的优质胶管液压管路的液压系统和增压液压油箱,改善泵的吸油效果,以保持传动液压油的清洁和防渗漏,达到去除油液中微尘垃圾、机械磨损物等杂质,减少液压元件故障与磨损、延长常用液压元件的使用寿命及换油间隔时间,降低液压油的更换频率,减少对周边作业环境污染的程度。、上部回转体及下部行走装置构成,工作时由发动机动能通过液压主泵转化成液压系统中的液压能,再由液压系统将液压能通过液压油管路分配到各执行元件(如液压油缸、各种马达等),由各执行元件通过控制阀等元件将液压能转化为机械能,从而实现工作装置的挖掘装载,完成上部回转及行走的动作。图2--2为迷你挖掘机工作装置基本构成及其传动示意图,如图2-2所示工作装置是由铲斗、斗杆、动臂、偏转接头以及相对应的液压油缸组成,由于工作装置是通过动臂的下铰接点与转台相连接,通过偏转接头油缸的伸缩,使得整个工作装置围绕着偏转接头的铰接点往复转动,从而达到工作装置偏转的目的。图2-。在发动机功率、整机质量和铲斗容量等主要参数及工作装置基本行程初步确定的情况下,工作装置各铰点的布置及各工作油缸参数的选择是否合理,会直接影响液压挖掘机的实际挖掘能力。,斗杆的结构形式往往取决于动臂的结构形式。反铲动臂可分为整体式和组合式两类。组合式动臂一般都为弯臂形式。其组合方式有两类,一类用辅助连杆连接,另一类用螺栓连接。采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度,另外,整体式动臂结构简单、低廉,刚度相同时结构重量较组合式动臂轻。一般来说,长期用于作业条件相似的反铲采用整体式动臂结构比较合适,因此此方案设计采用整体式弯动臂形式。斗杆也有整体式和组合式两种,大多数挖掘机都采用整体式斗杆,当需要调节斗杆长度或杠杆比时采用更换斗杆的办法,或者在斗杆上设置2~4个可供调节时选择的与动臂端部铰接的孔。,下端与回转平台铰接,常见的有两种具体布置方式。(1)油缸前倾布置方案,当动臂油缸全伸出,将动臂举升至上极限位置时,动臂油缸轴线向转台前方倾斜。(2)油缸后倾布置方案,当动臂油缸全伸出,将动臂举升至极限位置时,动臂油缸轴线向转台后方倾斜。当两方案的动臂油缸安装尺寸、铲斗最大挖掘高度和地面最大挖掘半径相等时,后倾方案的最大挖掘深度比前倾方案小。此外,在后倾方案中,动臂部分往往比前倾方案小。此外,在后倾方案中,动臂部分往往比前倾方案长,因此动臂所受弯矩也比较大。综合分析,本设计采用油缸前倾布置方案。、行程及斗杆力臂时应考虑下列因素:(1)保证斗杆油缸产生足够的斗齿挖掘力。即油缸从最短长度开始推伸时和油缸最大伸出时产生的斗齿挖掘力应该大于正常挖掘阻力。油缸全伸时的作用力矩应该足以支持满载铲斗和斗杆静止不动。油缸作用力臂最大时产生的最大斗齿挖掘力应大于要求克服的最大挖掘阻力。(2)保证斗杆的摆角范围。斗杆摆角范围一般取100°~300°。斗杆油缸和转斗油缸同时伸出最长时,铲斗前臂和动臂之间的距离应大于10cm。一般说来,斗杆越长,则其摆角范围可以取得越小一些。、行程及连杆机构力臂时应考虑以下因素。(1)保证转斗挖掘时产生足够大的斗齿挖掘力,即在铲斗油缸全行程中产生的斗齿挖掘力应大于正常工作情况下的挖掘阻力。当铲斗油缸作用力臂最大时,所产生的最大斗齿挖掘力应基本上等于最大挖掘阻力。当油缸全伸时,应能使满载铲斗静止不动。(2)保证铲斗的摆角范围。铲斗的摆角范围一般取140°~160°在特殊作业时可以大于180°,摆角位置可以按图2-3所示布置,当铲斗油缸全缩时,铲斗与斗杆轴线夹角(在轴线上方)应大于10°,常取15°~25°,铲斗油缸全伸、铲斗满载回转时,应使土壤不从斗中撒落。图2-3铲斗摆角范围图(3)铲斗从位置Ⅰ到位置Ⅱ时,铲斗油缸作用力臂最大,这时能得到斗齿最大挖掘力。从单独进行转斗挖掘动作的角度看,铲斗从位置Ⅰ到位置Ⅱ的转角应该为铲斗整个切削角度的1/2左右,即当铲斗挖掘深度最大时,正好斗齿挖掘力也最大。实际上铲斗的切削转角是可变的。在多数情况下,特别是进行复合动作挖掘时,铲斗的切削转角一般都小于100°,而且铲斗也不一定都在初始位置Ⅰ开始挖掘,因此,目前一般取位置Ⅰ至位置Ⅱ的转角为30°~50°,在这个范围内既可以照顾到铲斗在挖掘过程中能较好地适应挖掘阻力的变化,又可以使铲斗在开始挖掘时就有一定的挖掘力。-4上部回转体结构图如图2-4所示,上部回转体主要由车体主架、驾驶室、动力装置等组成,其功能是可以使工作装置及上部回转体向左或者向右进行360°转动,以便进行挖掘和装卸物料。,用来支撑挖掘机的所有结构,其完全承受前部工作装置在工作过程中所产生的作用力,并可以在作业场内及作业场之间进行短距离行走,下部体行走装置如图2-5所示,主要由橡胶或铸铁履带、履带支撑架、马达、驱动导向轮等组成。行走马达通过液压能提供动力,并驱动行走装置完成行走动作,进而实现挖掘机前后运动。图2-,基坑,河道与沟渠以及用来进行剥土和挖掘矿石。其在筑路、建筑、水利施工,露天开采矿作业都有广泛的应用。液压挖掘机的液压系统是由动力元件(各种液压泵),执行元件(液压缸及液压马达等),控制元件(各种控制阀)以及辅助装置(冷却器及过滤器等)用油管按一定方式连接起来组合而成。它将发动机的机械能,以油液作为介质,经动力元件转变为液压能,进行传递,然后再经过执行元件转返为机械能,实现主机的各种动作。由于液压系统的功能是传递,分配和控制机械动力,因此是液压挖掘机的关键部分。液压挖掘机的液压系统都是由一些基本回路和辅助回路组成,它们包括限压回路、卸荷回路、缓冲回路、节流调速和节流限速回路、行走限速回路、支腿顺序回路、支腿锁止回路和先导阀操纵回路等,由它们构成具有各种功能的液压系统。

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