1、华北科技学院毕业设计（论文）i摘 要本文着重依据 ZL30 装载机对液压系统进行可靠性分析与改造设计。通过建立故障树，并应用故障树定性定量分析方法，确定液压系统可靠度及其可靠性指标，根据分析结果，提出一些改进措施，以提高其可靠性。最后，由全面预防性维护和简易诊断方式，从维护管理的角度，提高液压系统可靠性。关键词：ZL30 装载机；液压系统；故障树分析；定性分析；定量分析；可靠性分析ZL30 装载机液压系统的可靠性分析及改造设计iiAbstractThe emphasis on the basis for the hydraulic systems of loader ZL30 and tran
2、sformation of reliability design. Through the establishment of a failure, the application of the failure of the qualitative analysis of the hydraulic system and reliable method to determine the degree of reliability, according to analyses as a result, some improvement measures to improve its reliabi
3、lity. Finally, the comprehensive preventive maintenance and simple way from the diagnosis and management, improve the reliability of the hydraulic. Keyword：loader ZL30；hydraulic pressure system；fault tree analysis；qualitative analysis；quantitative analysis；reliability analysis华北科技学院毕业设计（论文）第 1 页 共 6
4、9 页目 录摘 要 .iAbstract.ii第 1 章 绪 论 .21.1 课题背景 .21.2 液压系统的定义及系统结构 .41.2.1 液压系统定义 .41.2.2 液压系统的系统结构 .41.2.3 液压系统的应用 .51.3 国内外装载机行业的现状和发展趋势 .61.3.1 国内装载机行业的研究现状及发展趋势 .61.3.2 国外装载机行业的研究现状及发展趋势 .7第 2 章 ZL30 装载机液压系统 .82.1 ZL30 装载机液压系统的工作原理 .82.2 ZL30 装载机液压系统的主要工作装置 .92.2.1 铲斗收起与前倾 .92.2.2 动臂升降 .102.2.3 转载机铰
5、接车架折腰转向 .112.2.4 换挡 .122.2.5 自动限位装置 .12第 3 章 ZL30 装载机液压系统常见故障分析 .133.1 装载机液压系统故障的定义及特点 .143.2 装载机液压系统故障的判定依据及分类 .153.2.1 装载机液压系统故障的判定依据 .153.2.2 装载机液压系统故障的分类 .163.3 装载机液压系统的故障树建立 .193.3.1 建立故障树的目的 .193.3.2 FTA 故障树建立方法步骤及程序 .19ZL30 装载机液压系统的可靠性分析及改造设计第 2 页 共 69 页3.3.3 故障树建树及原则 .25第 4 章 ZL30 装载机液压系统的可靠
6、性分析 .274.1 针对 ZL30 装载机液压系统的故障做树状图分析 .344.2 ZL30 装载机液压系统故障树建立 .364.3 ZL30 装载机转向液压系统故障树建立 .394.4 ZL30 装载机铲装液压系统故障树建立 .424.5 故障树的定性定量分析方法及步骤 .444.6 ZL30 装载机转向液压系统故障树的定性定量分析 .504.7 ZL30 装载机铲装液压系统故障树的定性定量分析 .51第 5 章 ZL30 装载机液压系统的改造设计 .545.1 ZL30 装载机液压系统的改造设计 .54结 论 .58参考文献 .59致 谢 .60外文科技资料翻译 .61英文原文 .61中
7、文译文 .66华北科技学院毕业设计（论文）第 3 页 共 69 页第 1 章 绪 论1.1 课题背景随着科学技术的迅速发展，液压技术在航空、航天、航船、武器装备的国防工业中，以及在冶金机械、矿山机械、工程机械、运输机械、机床、轻工机械、农业机械等设备中，作为传动控制技术得到了广泛的应用。液压元件及其系统的可靠性直接关系到上述机械设备的工作可靠性，因此液压系统可靠性愈来愈受到重视。近年来，液压系统的可靠性研究主要集中在以下几个方面：a.针对液压元件的可靠性研究与设计对于任何一个液压系统，其元件的可靠性都是系统可靠性的基础，液压元件大多精密而贵重，结构复杂，不少是单件小批量生产和设计，因而液压元件
8、的可靠性研究工作十分重要且有不少困难。现阶段液压元件的可靠性研究工作主要有以下几个方面：(1)利用故障树分析法(FTA)与失效模式效应和致命度分析法(FMECA)对液压元件进行可靠性分析和设计。(2)利用新理论对液压元件进行新的分析和设计。(3)液压元件可靠性试验的研究。b.针对整个液压系统的可靠性研究液压系统的可靠性研究和其它系统一样，主要以整修液压系统为目标，进行液压系统可靠性预测和分配，液压系统可靠性分析，液压系统可靠性设计，液压系统可靠性试验，液压系统可靠性提高，液压系统可靠性管理等几方面的工作。目前研究的主要方向有：(l)液压系统的可靠性预测。计算一个系统的可靠度是衡量一个系统优劣以
9、及是否满足任务要求的一个重要参数，也是系统和系统间相互评判的一个重要手段，是系统可靠性研究的重要一部分。(2)液压系统的可靠性分析。通过对液压系统进行可靠性分析，得出的可靠性信息，故障模式，故障间的传播关系等，可以用来深层地了解液压系统的内部结构，为液压系统的设计、管理和故障诊断提供大量的方便和依据。(3)液压系统的可靠性设计，可靠性设计是可靠性工程中最重要的一环。ZL30 装载机液压系统的可靠性分析及改造设计第 4 页 共 69 页(4)液压系统的可靠性管理。随着目前建筑施工和矿产资源开发规模的不断扩大，对工程机械需求量迅速增加，同时，我国工程机械产业进入了加速增长阶段，轮式装载机，特别是针
10、对某些专业的大中型装载机的应用越来越普及。为了适应发展需求，本次任务提出设计 ZL30 型轮式装载机，对于 ZL30 装载机来说，各系统出现故障的概率如下表所示：装载机各系统的故障率分布表因此有了我本次的设计ZL30 装载机液压系统的可靠性分析及改造设计，要求在原有液压系统的基础上进行可靠性分析，建立其典型故障的故障树，进行定性及定量分析，并发挥自己的创造力，作进一步的改善。故障树分析在设备或系统的设计和维修中均具有重要作用。在设计中，应用故障树分析可以弄清系统的故障模式，找出系统或设备的薄弱环节，以便采取相应的改进措施，实现设计的最优化。1.2 液压系统的定义及系统结构1.2.1 液压系统定
11、义一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液控单向阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包
12、括单向阀、液华北科技学院毕业设计（论文）第 5 页 共 69 页控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。 1.2.2 液压系统的系统结构液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制
13、阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。在分析和设计实际任务时，一般采用方框图显示设备中实际运行状况。 空心箭头表示信号流，而实心箭头则表示能量流。基本液压回路中的动作顺序控制元件（二位四通换向阀）的换向和弹簧复位、执行元件（双作用液压缸）的伸出和回缩以及溢流阀的开启和关闭。 对于执行元件和控制元件，演示文稿都是基于相应回路图符号，这也为介绍回路图符号作了准备。根据系统工作原理，您可对所有回路依次进行编号。如果第一个执行元件编号为 0，则与其相关的控制元件标识符则为 1。如果与执行元件伸出相对应的元件标识符为偶数，则与执行元件回缩相对应的元
14、件标识符则为奇数。 不仅应对液压回路进行编号，也应对实际设备进行编号，以便发现系统故障。DIN ISO1219-2 标准定义了元件的编号组成，其包括下面四个部分：设备编号、回路编号、元件标识符和元件编号。如果整个系统仅有一种设备，则可省略设备编号。实际中，另一种编号方式就是对液压系统中所有元件进行连续编号，此时，元件编号应该与元件列表中编号相一致。 这种方法特别适用于复杂液压控制系统，每个控制回路都与其系统编号相对应 ZL30 装载机液压系统的可靠性分析及改造设计第 6 页 共 69 页1.2.3 液压系统的应用如今，液压系统广泛应用在各行业的各种机械设备中。作为一种传动技术，液压方式比传统的
15、机械方式，具有以下优点：a、能产生很大的力，而且控制容易；b、能在很宽范围内无级变速；c、很容易防止过载，安全性大；d、尺寸小出力大，安装位置可自由选择；e、输出力的控制简单准确，可远程控制。虽然液压系统具有以上优点，但其系统的自动往复问题一直未能得到有效可靠的解决。在很多行业的许多设备中，如地质钻探设备中的泥浆泵、海水淡化设备中的高压泵、高层建筑用的消防泵等，这些设备需要连续输出高压、大流量的流体介质，由于没有解决液压系统的自动往复问题，仍采用传统的机械方式，导致其设备体积庞大、能耗多、效率低。1.3 国内外装载机行业的现状和发展趋势1.3.1 国内装载机行业的研究现状及发展趋势 装载机是为
16、我国“十五”和“2015年长期规划中基础工业和基础设施建设”服务的一种重大技术装备。特别是在中国加入WT0以后和西部大开发战略的实施为装载机行业的发展提供了难得的发展机遇。但是，我国的装载机在其可靠性和产品质量方面与发达国家相比存在较大差距，主要表现在以下几个方面：(1)产品可靠性：国外工程机械的平均无故障工作时间(MTBF)为6001000小时，最高达到2000小时以上。国内工程机械的MTBF只有300小时，其中轮式装载机MTBF为2971小时，最多的为400小时，最少的仅有100小时。(2)产品的使用寿命：国外斗容小于23m 3的装载机平均使用寿命为14000h，斗容23 m 3的达180
17、00h，斗容大于3 m 3的可达20000h，最高25O00h。主要部件的使用寿命差距更大：国外发动机使用寿命8000h以上，液压泵50008000h，液压缸100200万次，而我国仅分别为3000h、20003000h和6080万次。我国装载机的使用寿命仅为国外同类产品的12，有的还不到12。华北科技学院毕业设计（论文）第 7 页 共 69 页(3)性能水平：我国工程机械的整体性能参数与国外先进水平差距不大，但在舒适性、节能、降噪、低污染和生产率等指标上落后国外先进水平1520年。主要原因是先进的技术、结构、材料及工艺等方面差距较大。(4)噪声控制：1993年日本标准规定的噪声值：挖掘机为7
18、0一79dB(A)，装载机为7379dBfA)，推土机为7379 dBfA)。而我国工程机械标准规定的噪声指标(优等品)：推土机s90 dB(A)，装载机s85dB(A)，挖掘机s80dB(A)I”。合格品标准的噪声值则更高。(5)外观质量：国外先进的产品，看上去很美，尤其是一些小型工程机械犹如工艺品一般。国产的工程机械近几年来虽然外观上有所进步，但传统的老面孔仍没有根本的改变，如油漆的光泽、附着力、抗冲击、硬度、耐磨性等与国外产品相比，仍存在较大的差距。在我国小型工程中，对机器性能的要求不是很高，国产装载机由于价格低廉备受青睐，而对于大型重点工程，国产装载机几乎无用武之地。特别是入世以后，关
19、税进一步降低，进口装载机的价格进一步降低，我国装载机行业面临着前所未有的挑战。提高国产装载机的性能特别是可靠性性能成为企业兴衰成败的关键因素之一。尤其今天的产品向着高效益、复杂化和经济性的方向发展，它对可靠性等提出了更高的要求。1.3.2 国外装载机行业的研究现状及发展趋势 在经历了五六十年代的发展后，到20世纪90年代中末期国外轮式装载机技术已达到相当高的水平。以人为本的设计思想得到充分体现，普遍采用了操纵力极小的电液比例控制技术、集中润滑技术等。微电子技术和信息技术的计算机管理系统、司机辅助操作系统、柴油机电脑控制装置、电子计算机监控系统、电子自动换档变速控制系统以及网络技术的智能系统已广
20、泛应用于装载机的设计、计算、操作控制、检测监控、生产经营和维修服务等各个方面。在大吨位的装载机(如卡特988G)上还安装了电视监控系统。司机室设计更加人性化及豪华轿车化，空调及音响设备一应俱全，悬浮式座椅上下前后左右随意调节，以满足操作者不同体态的要求，让人感到操作这些设备简直是一种享受。目前国外企业还特别重视噪声、振动和发动机的排放问题，绝大多数产品排污量都达到了欧II排放标准(即以设计乘员数不超过6人(包括司机)，且最大总质量不超过25吨的车辆为例，汽油车一氧化碳不超过22克公里，碳氢化合物不得ZL30 装载机液压系统的可靠性分析及改造设计第 8 页 共 69 页超过O5克公里，柴油车一氧化碳不超过10克公里，碳氢化合物不得超过O7克公里，颗粒物标准不得超过008克公里，这便是我们所说的欧洲II号标准)。计算机管理和监控是90年代国外装载机发展的一个重要标志。计算机管理监控系统能连续管理和监控装载机的数十项参数，具有故障诊断和报警功能，能记录、处理装载机作业的各种信息，并能用液晶显示器显示部件的工作状态，尤其在遇到突发或紧急情况时很容易显示，并以听觉与视觉相结合的报警信号提醒司机注意，有的还能提示故障排除的方法和程序。
