1、武汉理工大学 液压元件系统设计任务说明书目录1.主 要 内 容 及 目 的 -11.1 主 要 内 容 -11.2 本 次 设 计 目 的 -12.装 载 机 简 介 -12.1 简 介 -1 2.2 装载机工作原理-22.3 液压传动优缺点及定点分析-22.4 液压系统设计步骤-23.液压回路设计及功能的实现-24.液压系统工况分析-44.1 转向液压缸工作回路-44.2 转斗液压缸工作回路-44.3 动臂液压缸工作回路-54.4 自动限位装置工作原理-55.液压系统主要参数-55.1 初选系统压力-55.2系统液压缸的计算与选型-65.2.1转斗液压缸的计算与选型-65.2.2动臂液压缸的
2、计算与选型-75.2.3转向液压缸的计算与选型-85.3 液压泵排量的计算与选型-95.3.1 转向系统液压泵 1 的选择-95.3.2 辅助系统液压泵 2 的选择-95.3.3 工作装置液压泵 3 的选择-106.液压元件的选择-107.液压辅助元件的选择-117.1 过滤器的选择-117.2 蓄能器的设计选用-127.3 油箱组件的选择-127.4 油管的计算选择-128.系统回路验算-138.1 液压系统回路压力流量验算-138.2 液压系统发热温升计算-149.集成块的设计-1610.课程设计小结-1911.参考文献-19武汉理工大学 液压元件系统设计任务说明书- 1 -装 载 机 液
3、 压 系 统 说 明 书1.主 要 内 容 及 目 的1.1 主 要 内 容结 合 装 载 机 装 载 及 作 业 原 理 、 作 业 动 作 ， 基 于 其 液 压 转 向 、 液 压 动 臂 、 液 压 转斗 等 特 点 ， 设 计 出 能 实 现 以 上 功 能 的 液 压 回 路 。1.2 本 次 设 计 目 的通 过 本 次 不 限 题 目 的 课 程 设 计 ， 增 长 了 自 己 的 见 识 ， 提 高 了 看 图 、 读 图 的 能 力 ，实 际 与 理 论 （ 液 压 元 件 系 统 ） 相 结 合 ， 自 己 对 液 压 方 面 有 了 进 深 刻 、 更 全 面 的认 识
4、 ， 专 业 理 论 获 得 了 很 好 的 提 升 ， 同 时 为 即 将 步 入 社 会 的 我 们 ， 对 机 械 行 业 有 了 初步 了 解 ， 为 今 后 的 发 展 奠 定 了 基 础 。2.装 载 机 简 介2.1 简 介 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 工 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
5、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
6、机 种 之 一 。 部 标 JB1603-75 规定 ， 露 天 装 载 机 的 产 品 型 号 用 拼 音 字 母 “Z”来 表 示 ， 轮 胎 式 用 “L”表 示 ， 其 后 的数 字 是 额 定 载 重 量 的 “千 牛 （ KN） ”数 ， 再 后 来 的 字 母 是 A、 B、 C、 D是 指 变 形改 进 设 计 的 次 序 ， 在 L 后 直 接 写 额 定 的 载 重 量 的 KN 数 。 武汉理工大学 液压元件系统设计任务说明书- 2 -2.2 装载机工作原理装载机在装取货物时，首先将铲斗放平，发动机加力，铲取重物，然后将铲斗翻转，使重物不致落下，提升动臂，行至物料堆放处时
7、，先提升动臂，然后翻转铲斗，达到一定角度之后，重物由于自重滑出铲斗，翻转铲斗放平，落下动臂即可继续下一操作。2.3 液压传动优缺点及定点分析液压传动系统优缺点;液压传动：是以液体为工作介质靠液体的压力能来传递动力的传动。工作原理及特点：首先必须具有一定压力的液体，其次传动过程经过两次能量转换，并且，传动必须在密闭容积内进行，而且容积要发生变化。液压传动优点：1.功率体积比大 2.可以实现无级调速 3.容易实现自动化 4.工作平稳，寿命长 5.易于实现过载保护 6.布置灵活，可实现远程操控。液压传动缺点：1.石油资源有限，可燃，费用高 2.不能保证严格的传动比 3.由于存在泄漏，一对环境造成污染
8、 4.液压传动系统成本高 5.要求有单独的能源，使用不便 6.故障不已检查排除装载机液压传动系统设计整体思路2.4 液压系统设计步骤1.明确设计依据，进行工况分析；2.确定液压系统方案；3.液压系统的计算和液压元件的选择；4.液压系统的验算和工况的选择。3.液压回路设计及功能的实现ZL50 装载机液压系统原理图武汉理工大学 液压元件系统设计任务说明书- 3 -1转向泵 2辅助泵 3主泵 4流量转换阀 5、9、12溢流阀 6转向阀 7单向节流阀 8转向油缸 10、11手动换向阀 13、14压力电磁阀 15动臂液压缸 16转斗液压缸 17储气筒ZL50 装载机根据工作需要，已知该机铲斗容量 3 m
9、3，发动机驱动功率为 164KW，额定转速 2200 r/min。本系统由三个泵共同驱动，主泵 3、辅助泵 2 和转向泵 1 组成两个液压回路，而这两个回路是通过辅助泵联系起来的。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 3.0 3m发动机总功率 154.4 KW最大卸载高度 2.85m最大卸载距离 1.60m最大牵引力 117.6KN最大转弯半径 6.50m最大掘起力 122.5KN机重 16.8t长 6.70m宽 2.94m外形尺寸高 3.25m爬坡能力 30最高行驶速度 35 km/h轴距 2760轮距 2250举升时间 8s卸载时间 3s下降时间 4.5
10、s工作装置循环时间三项和时间 15.5s工作特点：武汉理工大学 液压元件系统设计任务说明书- 4 -工作装置动作包括动臂升降和铲斗翻转，两者构成单动顺序回路，它的特点是液压泵再同一时间内只能按先后顺序向一个机构供油，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。重要元件工作原理：流量转换阀 4 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，流经两个节流孔的压差很小，不足以使阀芯克服弹簧力而移动，阀芯位于左端，辅助泵和转向泵的流量全部流入转向回路。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
11、孔的前后压差增加，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，节流孔压差进一步增大，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。锁紧阀及单向节流阀 7 的工作原理： 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动作打开时动作迅速，切断时比较缓慢，这有利于防止液压冲击。溢流阀 9 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 12 作用：溢流阀调定
12、压力以后，对转斗液压缸起缓冲补油作用，当动臂升降时，如果铲斗已倾翻到极限位置，铲斗液压缸必须随动以避免别劲，这时可通过阀 12 进行补油。4.液压系统工况分析4.1 转向液压缸工作回路转向装载机的系统采用双油缸液力推动，转向系统中设置一个流量转换阀，由于油路采用的是定量泵，因此系统流量随发动机转速变化，因此，比较合理的办法是选用辅助泵和流量转换阀 4.首先由转向泵供油到流量转换阀 4，液压油经过转换阀 4 后，首先流经单向节流阀 7 起先导作用，操纵手动换向阀 6 右位（左位）时，可实现油缸 8 的伸出（缩回）动作，即可实现转向的目的。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
13、在装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。4.2 转斗液压缸工作回路装载机在铲取物料时一定是先转斗，然后提升大臂，因此，控制转斗的先导阀与控制动臂的先导阀是串联连接，并将控制转斗的三位阀 11 放在控制动臂的四位阀之前，武汉理工大学 液压元件系统设计任务说明书- 5 -以保证转斗液压缸优先动作。在小腔回路中设有双作用安全阀，作用是当机构发生干涉时，起缓冲补油作用。控制转斗液压缸伸缩的三位阀位于右工位时，压力油流经阀体，进入转斗油缸，实现转斗液压
14、油缸伸出；位于左工位时，压力油流经阀体，控制转斗液压油缸缩回。4.3 动臂液压缸工作回路控制转斗的三位换向阀位于中位时，操纵四位阀 10 位于右极限工位时，压力流流经阀体进入动臂液压缸，控制动臂液压缸伸出；位于左 2 位时，压力油进入动臂油缸，控制动臂液压缸缩回；当位于左极限工位时，既可实现允许动臂液压缸浮动，以适应费平整工作面上的操作，也可实现发动机停转时，在系统不提供压力油的情况下，动臂液压缸可实现控制缩回，保证安全的目的。4.4 自动限位装置工作原理为了提高生产率，也避免液压缸活塞杆经常伸缩到极限位置而造成安全阀频繁地启闭，在工作装置和先导阀上装有自动复位装置，以实现工作铲斗的自动放平和
15、动臂提升自动限位动作。分别在动臂铰点和转斗液压缸处装有自动复位行程开关，当行程开关碰到触点后，压力电磁阀 13、14 通电，使储气筒 17 的压缩空气经电磁阀进入转斗或动臂先导阀回位阀体，使滑阀回位。当行程开关脱开节点，电磁阀断电，电磁阀复位，关闭进气通道，回位阀体的压缩空气从放气孔排出。5.液压系统主要参数5.1 初选系统压力压力的选择要根据载荷的大小和设备类型而定，还要考虑执行元件的装配空间，经济条件及元件供应情况等的限制。在液压系统功率一定的情况下，若系统压力选得过低，则液压元、辅件的尺寸和重量就增加，对某些设备来说，尺寸受到限制，系统造价也不经济；若系统压力选得较高，则液压设备的重量、
16、尺寸和造价会相应降低。然而，若系统压力选用过高，由于对制造液压元、辅件的材质、密封、制造精度等要求的提高，反而会增大或增加液压设备的尺寸、重量和造价，其系统效率和使用寿命也会相应下降。参照液压设计手册如下：按载荷选择工作压力载荷/KN 55-10 10-20 20-30 30-50 50工作压力/MPa 1.2kWhcP由此可见，油箱的散热可以满足系统的散热，不需要另设冷却器。9.集成块部分选定ZL50 装载机由于技术成熟，控制转斗和动臂的手动换向阀已做成标准集成块 DF 系列形式，因此选择控制转向的手动阀和锁紧阀以及控制转向回路的压力的溢流阀 5 共同做成集成块形式。9.1 集成块设计步骤a
17、.制作液压元件样板； b.决定通孔的孔径，在元件孔径基础上加 1mm；c.集成块上液压元件的布置；d.集成块零件图的绘制；9.2 集成块尺寸的确定先在装配图中把集成块上的元件放置好，然后测量距离参照产品与技术中“关于阀件油路集成块的设计”得出集成块中各阀安装位置的设计要求：9.2.1 方向阀的安装布置方向类阀主要是指换向阀类、单向阀类，一般情况下，大换向阀安装位置在阀板的上面（特别是手动换向阀类） ，这样操作与调试维修方便；如果安装面在右面，则大换向阀安装位置在阀板的上面或前面。根据上面叙述：转向换向阀 6 应该放在集成块的上表面；而锁紧阀是由于手动换向阀的工作自动开启的，因此，可将锁紧阀放置
18、在集成块的后面。9.2.2 压力阀的安装布置压力阀中最主要的时溢流阀的最主要的是溢流阀的安装位置。溢流阀和换向阀是集成块中最重要的两种阀，他们位置恰当，直接影响集成块的尺寸大小。溢流阀的安装应该注意的是：溢流阀在前、后、左、右面上不能倒置安装，即溢流阀的手柄轴线要朝上或水平。由于溢流阀压力可调，故选装在集成块的前面，便于调试。9.3 阀板的尺寸计算确定集成块的外形尺寸除了在行走设备上要求越小越好外，一般设计原则是适当小些好。武汉理工大学 液压元件系统设计任务说明书- 17 -阀板上孔道间的尺寸控制是阀板涉及到核心，计算方法可分为两种：1. 看压力级P、A、B 类孔：P 孔道压力16MPa 的相
19、邻孔道间尺寸控制L（两孔中心距） R1（一孔半径）+R2（另一孔半径）+5mm；P 孔道压力16MPa ；中高压孔的相邻孔道间尺寸控制孔径 16mm 以上，LR1+R2+10mm；T 类孔：相邻孔道间尺寸控制LR1+R2+4mm（有背压，+5mm） 。2. 看孔端孔端是螺纹的管接头的相邻空（特别是 A、B 孔）道间尺寸控制 Lr1（管接头最大外直径）+r2+10mm，有时由于阀板间孔道结构限制，几个孔的管接头距离较近，可将管接头靠近阀板的链接螺纹后部分设计长短不一的管接头，则可方便地连接阀板和外接管。而 ZL50 装载机属于作业行走机械，要求设计尺寸小。集成块的长度根据溢流阀和手动换向阀的尺寸
20、，考虑液压系统油路布置，把各阀件的油孔对应起来，元件最外两端各留 10mm，测量总长度，初定阀块长度 120mm，由于内部油路相碰撞，考虑到手动换向阀与溢流阀调节干扰，后将长度选定为 230mm。集成块的宽度根据手动换向阀长度尺寸，最外两端各留 10mm，确定阀板宽选取 140mm。集成块的高度根据溢流阀和锁紧阀的尺寸比较，元件最外两端各留 10mm，选定阀块高度200mm。9.4 使用 Proe 三维软件画集成块使用 Proe 三维软件画立体集成块更直观，可以测量任意两点之间的距离，能有效保证集成块内部管路不相交叉或相距太小。立体图还可以直接转换成平面图，还可以把任意面剖视图转换成平面图。立
21、体集成块如图所示：如图所示，红色表示高压油进油管道，蓝色表示低压油回油管道，绿色代表换向阀A 口输出端，黄色代表换向阀 B 口输出端。9.5 使用 Proe 绘图软件生成零件图集成块零件图可使用 Proe 软件生成，见副本 ZL50-集成块。武汉理工大学 液压元件系统设计任务说明书- 18 -武汉理工大学 液压元件系统设计任务说明书- 19 -10.课程设计小结本次课程设计由于是自己选题，范围较大，并且要求较宽，本着对装载机的爱好，我在图书馆经过广泛涉猎经典设计图之后选择 ZL50Z 装载机的系统设计，知道了装载机液压回路的构成及其复杂性，同时拓宽了自己的知识面，完成了由熟练动手操作到掌握理论
22、的逆变过程。在考虑众多液压系统时，我慢慢掌握一个道理，对于液压系统，人们往往喜爱评价它们的优劣性，而一个液压系统的好坏不仅取决于系统设计中压力、流量等的选择合理性和系统元件性能的的优劣，还会因液压系统所处的工作环境，污染防护和处理而异，系统的污染直接影响液压系统工作的可靠性和元件的使用寿命，因此，设计系统回路时我们也应该考虑到系统将要处于的工作环境，同时在平时使用中应时刻注意：元 件 的 污染 磨 损 ， 元 件 堵 塞 与 卡 紧 故 障 ， 阀 换 向 困 难 等 ， 液压系统的好坏直接关系到我们使用机械的效率，所以平时应该做好其保养工作，日常维护，由于装载机工况恶劣，因此更应注意经常更换
23、液压油，注意各个泵的压力是否正常，由于自己以后的工作就是和装载机打交道，所以我坚信，今日的努力定能铸就明日的辉煌。同时本次课程设计锻炼了我的 CAD 软件作图能力，增强了自己查阅资料完成设计的能力，对于本次设计计算，由以前的部分回路变成了整个回路，因此工作量空前增大，不过，在老师和同学们的帮助下，在经过翻阅机械设计手册 、 工程机械液压系统设计计算 、 液压元件及选用等几本书后得以顺利完成，从中获益匪浅。11.参考文献【1】 马永辉、徐宝富 . 工程机械液压系统设计计算 . 机械工业出版社【2】 王守成、段俊勇 . 液压元件及选用【3】 周世昌 . 液压系统设计 . 机械工业出版社【4】 杜国森、窦文兰 . 液压元件产品样本 . 机械工业出版社【5】 成大先 . 液压设计手册 . 化学工业出版社【6】 雷天觉 . 新编液压工程手册 .北京理工大学出版社【7】 吴永平、姚怀新 .工程机械设计.冶金工业出版社【8】 何正忠 . 装载机 . 冶金工业出版社【9】 颜容光、李自光、贺尚红 . 现代工程机械液压与液力系统 . 人民交通出版社【10】王益群、高殿荣 . 液压工程师技术手册 . 化学工业出版社
