太原科技大学生毕业设计(说明书)
图4-4铲斗挖掘轨迹
AB是动臂油缸进行挖掘，且铲斗尖、铲斗与斗杆铰点、斗杆与动臂铰点位于同一直线上；BC是斗杆油缸进行挖掘，且动臂位于最低，铲斗尖、铲斗与斗杆铰点、斗杆与动臂铰点位于同一直线上；CD是动臂油缸全缩，斗杆油缸全伸，铲斗油缸动作；DE是斗杆油缸全伸，铲斗尖到动臂与机架铰点最近，动臂油缸动作；EF是动臂油缸和斗杆油缸全伸，铲斗油缸动作； GF是动臂和铲斗油缸全伸斗杆油缸动作； AG是动臂油缸全伸，斗杆油缸全缩以铲斗进行挖掘。
??????? 18
液压挖掘机液压系统设计
5. 液压系统设计
§5.1 挖掘机的功用和对液压系统的要求
挖掘机主要用来开挖堑壕，基坑，河道与沟渠以及用来进行剥土和挖掘矿石。他在筑路，建筑，水利施工，露天开采矿作业中都有广泛的应用[1]。
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.液压马达),控制元件(各种阀)以及辅助装置(冷却器.过滤器)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。
液压挖掘机的工作过程,包括作业循环和整机移动两项主要动作。液压挖掘机的的一个作业循环的组成包括:
挖掘—一般以斗杆缸动作为主,用铲斗缸调整切削角度,配合挖掘。有特殊要求的挖掘动作,则根据作业要求,进行铲斗,斗杆和动臂三个缸的复合动作,以保证铲斗按某一特定轨迹运动。
满斗提升及回转—挖掘结束,铲斗缸推出,动臂缸顶起,满斗提升,同时回转电动机启动,转台向卸土方向回转。
卸载—回转到卸载地点,转台制动。斗杆缸调整卸载半径,铲斗缸收回,转斗卸载。当对卸载位置和卸载高度有严格的要求时,还需要动臂配合动作。
返回—卸载结束,转台向反方向回转。同时,动臂缸与斗杆缸配合动作,使空斗下放到新的挖掘位置。
挖掘机一般工作在施工场合,因此工作环境恶劣,这就要求挖掘机的液压系统和执行元件要有足够的强度和非常好的密封性能。由于挖掘机的动作频繁,因此,液压元件和管路要能够承受频繁的液压冲击,以保证挖掘机能够长时间安全稳定的工作。设计出便于操作，更加人性化，工作效率高，耗能少的挖掘机，才会在工程领域发挥更大的作用。
19
太原科技大学生毕业设计(说明书) §5.2挖掘机的液压系统原理图
§5.3 系统分析
由柴油机驱动液压油泵,向工作装置、转台回转机构和行走装置的执行元件输送液压油。工作装置包括动臂、斗杆和铲斗，分别由液压缸驱动；回转机构和行走装置由液压马达驱动。其工作循环是：以铲斗切削土壤，装满后提升，回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置，开始下一次作业。
液压系统为双泵双回路全功率调节变量系统。液压泵组包括两台轴向柱塞式变量泵（主泵）和一台齿轮泵（先导油泵）。通过操纵减压阀式先导阀手柄的不同方向和位置，使来自先导油泵的液压油控制液控多路换向阀的开度和换向，实现执行机构的单一动作和同步动作。工作回路除容积调速外，尚有节流调速和双泵合流的有级调速。 一、主要回路组成 全功率变量泵组调节回路、减压阀式先导操纵控制回路、回转回路、行走回路、动臂回路、斗杆回路及铲斗回路。以下分别就各回路进行分析。 1、全功率变量泵组调节回路 两台主泵均为轴向柱塞变量泵，由旋转部件、斜盘部件和阀部件组成。根据调节器改变主泵斜盘摆交，就可以改变泵的输出流量和压力。
20 液压挖掘机液压系统设计
2、减压阀式先导操纵控制回路
控制回路的压力油由先导油泵提供。在控制回路进油路上，设有气体隔离式蓄能器，保证有一定的操纵压力，并在液压泵不工作或损坏时仍能使工作机构运转。 3、回转回路
挖掘机回转时，由于上车转动惯量很大，在起动制动和突然换向时，易引起很大的液压冲击，因此设置如图所示缓冲回路。两限压阀常闭，当马达突然停止或转向时，高压腔
的压力油经限压阀泄回油箱，低压腔则由单向阀进行补油，从而消除液压冲击。
4、斗杆回路
斗杆液压缸由单泵供油时，1倍速工作，也可通过操作左合流阀实现双泵合流供油，2倍速作业。 5、动臂回路
动臂操作位于“上升”位置时，由于动臂是双液压缸驱动，要求驱动功率较大，故采用合流。操作左合流阀使两主泵来的压力油合流，实现 2 倍速。
动臂操作位于“下降”位置时，只有单泵供油，即只有 1 倍速。回油时，液压油通过平衡阀使之流速缓慢，足以避免油路中的吸空现象，并防止动臂收缩时因自重失速。 6、铲斗回路
铲斗液压缸由单泵供油时，1倍速工作，也可通过操作右合流阀实现双泵合流供油，2倍速作业。 7、行走回路
左右行走马达液压油分别由两主泵提供。如图所示，为防止超速溜坡现象，设有限速补油回路。当马达超速时，进油供应不及，压力降低，二位二通阀右移，回油通道关小或关闭，行走马达减速制动，保证了行走装置安全运行。
21 太原科技大学生毕业设计(说明书)
工作装置（斗杆、动臂、铲斗）以及回转、行走装置的控制阀和两个合流阀均为三位六通液控阀。 二、同步操作
当两主泵分别供油时，整个液压系统可实现同步操作：回转与动臂、斗杆同步；铲斗分别与动臂、斗杆同步。 三、辅助元件
回路中均设有过载安全阀和单向补油阀。主油路进油路上均设有单向阀保压和防倒流。液压油回油箱油路上设有冷油用的冷油器，以及防止油路堵塞的全流量滤清器。
§5.4 元件的选择及元件的设计计算 5.4.1泵的选择
根据各工作装置的流量情况选择初定为组合泵 由主泵提供：左行走、动臂及斗杆
第二泵提供：右行走、回转、铲斗、斗杆及动臂 主泵选择力士乐柱塞泵A10VSO Vmax=140mlr 第二泵选择力士乐柱塞泵A10VSO Vmax=140mlr 辅助泵选择齿轮泵 CB-C20。
5.4.2液压缸的设计及其计算 1斗杆液压缸的设计
1.1.缸筒内径（缸径）计算
根据液压缸的供油压力和负载，缸筒内径D可按下列公式初步计算：
22