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摘 要
挖掘機作為我國工程機械中的主要機種之一，被廣泛運用于各種工程施工行業(yè)中。由于挖掘機的工作環(huán)境比較惡劣，要求的動作也相對比較復雜。所以對于挖掘機來說液壓系統(tǒng)的設計尤為重要。
本文是關于36000KN單斗通用型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設計，即液壓系統(tǒng)方案的擬定，系統(tǒng)管路圖的設計，液壓油箱的設計。根據(jù)液壓挖掘機的工作狀況以及工況要求，液壓系統(tǒng)的設計主要包括5個方面：行走系統(tǒng)，回轉系統(tǒng)，鏟斗系統(tǒng)，斗桿系統(tǒng)以及動臂系統(tǒng)的設計。為實現(xiàn)挖掘機各工況的基本要求，本論文中液壓系統(tǒng)采用的是雙泵雙回路系統(tǒng)，其主要優(yōu)點是發(fā)動機的功率能得到充分利用，同時實現(xiàn)了鏟斗轉動、斗桿收放和動臂提升有較快的工作速度，從而提高了生產(chǎn)率。同時雙泵回路采用手動閥操控簡單，工作安全可靠。設計思路是從挖掘機總體以及各部分的工作性能和動作要求入手，以實現(xiàn)工作安全可靠，操作簡單為目的，開發(fā)出自己的全套液壓系統(tǒng)方案。經(jīng)過認真地設計計算,查找資料撰寫本次論文。最終完成了采用先導伺服控制，結構簡單，清晰明了，造價低廉，便于檢修的單斗通用型液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)。該挖掘機可廣泛應用于建筑，市政，供水，供氣，供電，農(nóng)林及園藝建設等工程。
關鍵字：液壓挖掘機；液壓系統(tǒng)；單斗通用型；雙泵雙回路
Abstract
The excavator as one of the main types in China's construction machinery, is widely used in various engineering and construction industry. Excavators working environment is relatively poor, the requested action is relatively complex. For excavators hydraulic system design is particularly important.
This article is about the 36000KN single general-purpose bucket hydraulic excavator hydraulic system design, program development of the hydraulic system, the system piping diagram of the design, the design of the hydraulic tank. Working conditions and the conditions required of the hydraulic excavator, hydraulic system design includes five aspects: the walking system, rotary system, the bucket system, the system of the stick and boom system design. For the realization of the basic requirements of the conditions of the excavator, the hydraulic system used in this paper is dual-pump dual-circuit system, its main advantage is that the engine power can be fully utilized, while achieving a bucket rotating, retractable and move Stick Raising a faster pace of work, thereby increasing productivity. Dual-pump circuit with manual valve control is simple, safe and reliable. The design idea is from the starting performance and movements of the excavator in general, as well as various parts of the requirements, in order to achieve safe and reliable, easy to operate for the purpose of developing its own full set of hydraulic system solutions. After careful design calculations, to find information to write this paper. The final completion of the pilot servo control, simple structure, clarity, low cost, easy maintenance, a single bucket universal hydraulic excavator hydraulic system. The excavator can be widely used in the construction, municipal, water, gas, electricity, agriculture, forestry and horticulture building project.
Keywords: hydraulic excavators; hydraulic system; single bucket Universal; dual-pump dual loop
目 錄
引 言 1
1 概述 2
1.1 挖掘機簡史 2
1.2 國內(nèi)外的情況 2
1.2.1 國內(nèi)的發(fā)展狀況 2
1.2.2 國外挖掘機目前水平及發(fā)展動向 3
1.3 挖掘機的功能 5
2 液壓系統(tǒng)分析與設計 6
2.1 設計思想 6
2.1.1 產(chǎn)品開發(fā)目的與適用范圍 6
2.1.2 設計指導思想 6
2.2 液壓系統(tǒng)分析與擬定 6
2.2.1 本機主要系統(tǒng) 6
2.2.2單斗液壓挖掘機的主要技術參數(shù) 7
2.2.3 挖掘機的作業(yè)程序及其動作特點 8
2.2.4 挖掘機的液壓系統(tǒng) 9
2.3 本機的技術要求 9
2.4 挖掘機液壓系統(tǒng)方案的擬定 9
3 液壓系統(tǒng)的計算 12
3.1 行走驅動計算 12
3.1.1 行走裝置基本要求及運動方式 12
3.1.2 行走系統(tǒng)液壓回路設計 12
3.1.3 單個行走馬達計算 13
3.2 回轉驅動計算 14
3.2.1 回轉裝置基本要求及運動方式 14
3.2.2 回轉系統(tǒng)液壓回路設計 15
3.2.3 回轉馬達流量的計算及選型 15
3.2.4 回轉油缸的計算及選型 16
3.3 鏟斗系統(tǒng)設計 18
3.3.1 鏟斗系統(tǒng)液壓回路設計 18
3.3.2 鏟斗油缸作用力的確定 19
3.3.3 鏟斗油缸尺寸的計算 20
3.4 斗桿系統(tǒng)設計 21
3.4.1 斗桿系統(tǒng)液壓回路設計 21
3.4.2 斗桿油缸作用力的確定 21
3.4.3 斗桿油缸尺寸的計算 22
3.5 動臂系統(tǒng)設計 23
3.5.1 動臂系統(tǒng)液壓回路設計 23
3.5.2 動臂油缸作用力的確定 24
3.5.3 動臂油缸尺寸的計算 24
3.6 主回路液壓泵的選擇 25
3.6.1 各液壓缸流量的確定 25
3.6.2 主回路液壓泵的選擇 26
4 液壓原理圖的擬定 27
4.1 制定基本方案 27
4.1.1 制定調速方案 27
4.1.2 確定回路方式 27
4.1.3 選用液壓油液 27
4.2 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 28
4.2.1 液壓元件的選擇 28
4.2.2 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 29
4.3 管路油管的選擇 29
4.3.1 油管內(nèi)徑的確定 30
4.3.2 管接頭的選擇 30
4.3.3 螺塞的選取 30
4.3.4 液壓油箱的確定 30
5 液壓系統(tǒng)性能的驗算 31
5.1 液壓系統(tǒng)壓力損失 31
5.1.1 沿程壓力損失 31
5.1.2 局部壓力損失 31
5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 31
5.3 液壓裝置的結構設計 33
總結 35
謝 辭 36
參考文獻 37
引 言
當今中國正處于開展大規(guī)模的經(jīng)濟建設的關鍵時期，必不可少的需要大量的土石方施工機械為其服務。液壓挖掘機是一種應用廣泛的多功能的建設施工機械，作為工程機械中的主要機種之一。由于液壓挖掘機具有品種多，功能多，質量高及效率高等特點，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞，并且它的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。因此，如何設計一種工作可靠，結構簡單，高效率，性能好，成本低，維護簡單，使用方便的液壓系統(tǒng)便成了一個非常具有調研意義的課題。單斗通用型液壓挖掘機是采用了液壓傳動的挖掘機以其技術性能高，結構簡化，整機質量小，維修簡單等特點，對于減輕工人體力勞動，提高施工機械化水平，加速施工進度，促進各項建設事業(yè)的發(fā)展，都有著重要的作用。
1 概述
1.1挖掘機簡史
從第一臺手動挖掘機問世至今已有130多年的歷史，在這期間經(jīng)歷了由蒸汽驅動回轉挖掘機到電力驅動和內(nèi)燃機驅動回轉挖掘機、以及應用機電液一體化技術的全自動液壓挖掘機的逐步發(fā)展過程。???
由于液壓技術的初步應用，在20世紀40年代初開始出現(xiàn)了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機，到了20世紀50年代初期和中期先后研制出拖式全回轉液壓挖掘機和履帶式全液壓挖掘機。在初期試制的液壓挖掘機是采用飛機和機床的液壓技術，但由于缺少適用于挖掘機各種工況的液壓元件，制造質量的穩(wěn)定性不夠，配套件也不齊全。到了20世紀60年代起，液壓挖掘機正式進入全面推廣和蓬勃發(fā)展的階段，各國挖掘機制造廠和品種增加速度很快，產(chǎn)量急劇上升。在1968-1970年間，液壓挖掘機的總產(chǎn)量已占挖掘機總產(chǎn)量的83%，目前已接近100%。
1.2國內(nèi)外的情況
1.2.1國內(nèi)的發(fā)展狀況
我國的挖掘機生產(chǎn)起步相對較晚，從1954年撫順挖掘機廠生產(chǎn)第一臺斗容量為1m3的機械式單斗挖掘機到現(xiàn)在，大體上經(jīng)歷了測繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個階段。在新中國成立初期，主要以測繪仿制前蘇聯(lián)20世紀30～40年代的W501.W502.W1001.W1002等機械式單斗挖掘機為主，從而開始了我國的挖掘機生產(chǎn)歷史。由于當時國家經(jīng)濟建設的需要，先后共建立起十多家挖掘機生產(chǎn)廠。從1967年起，我國開始自主研制液壓挖掘機。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機械廠的WYl00型、貴陽礦山機器廠的W4-60型、合肥礦山機器廠的WY60型挖掘機等。之后又出現(xiàn)了長江挖掘機廠的WYl60型和杭州重型機械廠的WY250型挖掘機等。它們的成功研制為我國液壓挖掘機行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了極其重要的一步。
到20世紀80年代末，在我國挖掘機生產(chǎn)廠已有30多家，生產(chǎn)機型達到40余種。中、小型液壓挖掘機已形成系列，斗容有0.1～2.5 m3等12個等級、20多種型號，還生產(chǎn)0.5-4.0m3以及大型礦用10m3、12m3機械傳動單斗挖掘機，1m3隧道挖掘機，4m3長臂挖掘機，1000m3/h的排土機等，同時還開發(fā)了斗容量為O.25m3的船用液壓挖掘機，斗容量為O.4m3、O.6m3、0.8m3的水陸雙用挖掘機等。但總體來講，我國挖掘機生產(chǎn)批量小、分散，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質量等與國際先進水平相比，還是具有有很大的差距。
改革開放以來，我國積極引進、消化、吸收國外先進技術，以促進我國挖掘機行業(yè)的發(fā)展。其中貴陽礦山機器廠、上海建筑機械廠、合肥礦山機器廠、長江挖掘機廠等分別引進德國利勃海爾(Liebherr)公司的A912.R912.R942.A922.R922.R962.R972.R982型液壓挖掘機制造技術。在這之后幾年，杭州重型機械廠引進德國德瑪克(Demag)公司的H55和H85型液壓挖掘機生產(chǎn)技術，北京建筑機械廠引進德國奧加凱(0&K)公司的RH6和MH6型液壓挖掘機制造技術。與此同時，還有山東推土機總廠(其挖掘機生產(chǎn)基地改名為山重建機有限公司，包括STRONG和JCM兩個品牌)、黃河工程機械廠、江西長林機械廠、山東臨沂工程機械廠等聯(lián)合引進了日本小松制作所的PC100、PC120.PC200、PC220.PC300、PC400型液壓挖掘機(除發(fā)動機外)的全套制造技術。這些廠通過數(shù)年引進技術的消化、吸收、移植，使國產(chǎn)液壓挖掘機產(chǎn)品性能指標全面提高到20世紀80年代的國際水平，產(chǎn)量也逐年提高。由于國內(nèi)對液壓挖掘機的需求量不斷增加而且多樣化，在國有大、中型企業(yè)產(chǎn)品結構的調整的基礎上，牽動了一些其他機械行業(yè)的制造廠加入液壓挖掘機行業(yè)。
同時業(yè)內(nèi)人士指出，在我國單斗通用型液壓挖掘機應向全液壓方向發(fā)展，同時斗容量宜控制在0.1-15 m3，而對于大型及多斗液壓挖掘機，由于液壓元件的制造、裝配精度要求比較高，施工現(xiàn)場維修條件相對比較差等，則仍以機械式為主。目前應著手研究、運用電液控制技術，從而實現(xiàn)液壓挖掘機操縱的自動化。
1.2.2國外挖掘機目前水平及發(fā)展動向
工業(yè)相對比較發(fā)達的國家的挖掘機生產(chǎn)相對比較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本是斗容量為3.5-40m3單斗液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國，在20世紀80年代時開始生產(chǎn)特大型挖掘機。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150m3剝離用挖掘機，斗容量132m3的步行式拉鏟挖掘機；B-E（布比賽路斯-伊利）公司生產(chǎn)的斗容量168.2m3的步行式拉鏟挖掘機，斗容量107m3的剝離用挖掘機等，是世界上目前最大的挖掘機。
自從20世紀后期開始，國際上挖掘機的生產(chǎn)面向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展，其主要表現(xiàn)在以下7個方面：?
1、開發(fā)多品種、多功能、高質量以及高效率的挖掘機。為了滿足市政建設和農(nóng)田建設的需要，國外發(fā)展了斗容量在0.25m3以下的微型挖掘機，其中最小的斗容量僅僅是在0.01m3。另外，數(shù)量最大的中、小型挖掘機趨向于一機多能，配備了多種工作裝置——其中除了正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，從而能夠滿足各種施工的需要。與此同時，還發(fā)展專門用途的特種挖掘機，例如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸雙用挖掘機等。
2、迅速發(fā)展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，從而使挖掘機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到了液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制等。在危險地區(qū)或水下作業(yè)時可采用無線電操縱，利用電子計算機控制接收器和激光導向相結合，從而實現(xiàn)了挖掘機作業(yè)操縱的完全自動化。挖掘機的全液壓化為所有的這一切奠定了基礎和創(chuàng)造了良好的前提條件。
3、高度重視采用新工藝、新技術、新結構，加快系列化、標準化、通用化的發(fā)展速度。例如，德國的阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機裝有新型的發(fā)動機轉速調節(jié)裝置，從而使挖掘機按最適合其作業(yè)要求，工況情況的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機安裝了全自動的控制液壓系統(tǒng)，其可自動調節(jié)流量，從而避免了驅動功率的浪費。并且安裝了CAPS（計算機輔助功率系統(tǒng)），大大提高挖掘機的作業(yè)功率，從而更好地發(fā)揮了液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的FJ系列五種新型號挖掘機配有與液壓回路連接的計算機輔助功率控制系統(tǒng)，其利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、液壓功率的消耗和發(fā)動機功率，并使零部件的使用壽命大大提高；德國奧加凱（O&K)公司生產(chǎn)的挖掘機的油泵調節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，從而使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的904、905、907、909型液壓挖掘機采用智能型控制系統(tǒng)，即使是無經(jīng)驗的駕駛員也能夠進行相對比較復雜的作業(yè)操作；德國利勃海爾公司開發(fā)了ECO（電子控制作業(yè)）的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調節(jié)挖掘機的作業(yè)性能，取得了低油耗、高效率的效果；美國卡特匹勒公司在新型B系統(tǒng)挖掘機上采用最新的3114T型柴油機以及功率方式選擇器、扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)等，從而進一步提高了挖掘機的穩(wěn)定性和作業(yè)效率。韓國大宇公司在DH280型挖掘機上采用了EPOS---電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機負荷的變化，可以自動調節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動機轉速始終保持在額定轉速左右，即發(fā)動機始終以全功率運轉，這樣既充分利用了發(fā)動機的功率、提高挖掘機的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動機因過載而熄火。
4、更新設計理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家廣泛推廣采用有限壽命設計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設計理論和方法，并且將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、優(yōu)化設計、有限元法、疲勞強度分析方法、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術等先進技術應用于液壓挖掘機的強度研究方面，從而促進了產(chǎn)品的優(yōu)質高效和競爭力。美國提出了考核動強度的動態(tài)設計分析方法，并且創(chuàng)立了預測產(chǎn)品失效和更新的理論。日本制定了液壓挖掘機構件的強度評定程序，研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎理論的指導下，同時通過借助于大量試驗，大大縮短了新產(chǎn)品的研究周期，加快了液壓挖掘機更新?lián)Q代的進程，并且提高其耐久性和可靠性。例如，液壓挖掘機的運轉率達到85%-95%，其使用壽命超過1萬小時。
5、改善駕駛員的勞動條件，加強對駕駛員的勞動保護。液壓挖掘機采用傾翻保護結構和帶有墜物保護結構的駕駛室，安裝可調節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾等保護措施，從而加強對駕駛員的勞動保護。
6、進一步改進液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉變的明顯趨勢。因為變量系統(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時增大流量，使液壓泵功率保持恒定，即裝有變量泵的液壓挖掘機可以經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當外阻力增大時則減少流量（降低速度），使挖掘力成倍增長率加；采用三回路液壓系統(tǒng)，產(chǎn)生三個互不成影響的獨立工作運動。實現(xiàn)與回轉達機械的功率匹配。將第三泵在其他工作運動上接通，成為開式回路的第二個獨立的快速成運動。此外，液壓技術在挖掘機上普遍使用，為電子技術、自動控制技術在挖掘機的應用與推廣創(chuàng)造了前提條件。
7、迅速拓展電子化、自動化技術在挖掘機上的應用。從20世紀70年代起，為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境的污染，使挖掘機的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機噪音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應用了電子和自動控制技術。隨著對挖掘機的工作效率、操作輕便、節(jié)能環(huán)保、可靠耐用、安全舒適等方面性能要求的提高，促使了機電一體化在挖掘機上的應用，并使其各種性能都有了質的飛躍。20世紀80年代，以微電子技術為核心的高新技術，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機上的應用，推動了電子控制技術在挖掘機上應用和推廣，并已成為挖掘機現(xiàn)代化的重要標志，亦即目前先進的挖掘機上設有發(fā)動機自動怠速及功率優(yōu)化系統(tǒng)、油門控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)等電控系統(tǒng)。
1.3挖掘機的功能
挖掘機是一種用來開挖土方的施工機械，它是利用鏟斗上的斗齒切削土壤并裝人斗內(nèi)，裝滿土后再提升鏟斗并回轉到卸土地點卸土，然后再使轉臺回轉、鏟斗下降到挖掘面，進行下一次挖掘并如此循環(huán)。挖掘機在建筑、水利、筑路、采礦、電力、石油、天然氣管道鋪設和軍事工程中都被廣泛地應用。挖掘機主要用于筑路工程中的塹壕開挖，水利工程開挖溝渠、運河和疏浚河道，建筑工程開挖基礎，在采石場、露天開采等工程中剝離和礦石的挖掘等。據(jù)統(tǒng)計，工程施工中大約有60％左右的土石方量是靠挖掘機完成的。此外，挖掘機更換工作裝置后還可進行澆筑、起重、安裝、打樁、夯土和拔樁、破碎等作業(yè)。
挖掘機作業(yè)過程是以切削刃切削土壤，實現(xiàn)破土、裝土、提升回轉、卸土，再返回進行第二次挖掘，挖完一段時間之后,機械移位繼續(xù)挖掘。
為了實現(xiàn)上述周期性作業(yè)動作要求，就需要以下組成部分：工作裝置、回轉機構、動力裝置、傳動裝置（液壓部分）、操縱裝置、行走裝置等?，F(xiàn)通常按結構分為：行走裝置、回轉平臺、工作裝置。根據(jù)其構造和用途可以區(qū)分為：履帶式、步履式、輪胎式、半液壓、全液壓、非全回轉、全回轉、鉸接式、通用型、專用型、伸縮臂式等多種類型。
行走裝置是挖掘機的支柱，承受挖掘機的全部質量以及挖掘機的載荷，為挖掘機提供行走、轉彎和爬坡的能力，總之挖掘機在工作時行走裝置起到支撐和穩(wěn)定的作用。
回轉裝置是液壓挖掘機的機體，轉臺上部設有動力裝置和傳動系統(tǒng)。發(fā)動機是液壓挖掘機的動力源，大多采用柴油發(fā)動機，在方便的場地也可改用電動機。
工作裝置是直接完成挖掘任務的裝置。它由鏟斗、斗桿、動臂等三部分鉸接而成。鏟斗轉動、斗桿伸縮和動臂起落都用往復式雙作用液壓缸控制。為了適應各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機具。
2 液壓系統(tǒng)分析與設計
2.1 設計思想
2.1.1 產(chǎn)品開發(fā)目的與適用范圍
根據(jù)我國工程機械工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示表明，在2011年我國挖掘機銷量已達到16萬臺以上，同比增幅達到60%左右。挖掘機的市場需求與我們國家的固定資產(chǎn)投資息息相關。不可否認，隨著我國城鎮(zhèn)化步伐的加快以及中、西部開發(fā)進程的提速，挖掘機行業(yè)在“十二五”期間仍然會有著較好的市場潛力。2009以來國家對農(nóng)業(yè)的投資力度進一步加大，另外2003年起我國西部開發(fā)建設，南水北調工程的啟動，同樣將需要大量的工程機械產(chǎn)品，尤其是針對中，小型號的液壓挖掘機的需求量必將持續(xù)增長。
因此如何能夠設計出高質量，高效率，高性能，低成本的挖掘機對于我國市場的發(fā)展，乃至對我國各方面的發(fā)展都將有著非常重要的意義。
經(jīng)過長期調研，發(fā)現(xiàn)3－10噸級液壓挖掘機在農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民以及城鄉(xiāng)個體、私營、集體企業(yè)中具有較好市場。
本次畢業(yè)設計中的單斗通用型液壓挖掘機主要用于民用建設、農(nóng)田水利、市政工程、房產(chǎn)開發(fā)、修筑道路等土石方施工。
2.1.2 設計指導思想
一、貫徹“質量第一”的設計方針，力求結構合理，性能優(yōu)化，可靠性高。
二、要貫徹“三化”原則（標準化、通用化、系列化），盡可能地考慮零部件的通用性，實現(xiàn)投資少，見效快。
三、外協(xié)件應立足于國內(nèi)，但液壓件盡量選國外產(chǎn)品，并有一定的先進性和可靠性。
四、產(chǎn)品應符合國家、以及相關標準，并學習引用國外先進技術。
2.2 液壓系統(tǒng)分析與擬定
2.2.1 本機主要系統(tǒng)
1、 發(fā)動機
本次畢設中單斗通用型液壓挖掘機采用的發(fā)動機型號是Cummins6BT5.9-C。該發(fā)動
機的主要優(yōu)點是：耗油低，噪音小，性能可靠。當然，發(fā)動機的型號并不是唯一確定的，也可以根據(jù)用戶的要求，自己選用滿意的發(fā)動機型號。
二、液壓系統(tǒng)
根據(jù)本次設計方案與設計思路，本次畢設中單斗通用型液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)采用的是雙泵雙回路全功率變量系統(tǒng)，其主要優(yōu)點是發(fā)動機的功率能得到充分利用。
3、 行走系統(tǒng)
采用鋼履帶底盤，操作靈活，經(jīng)濟實惠，挖掘機行走也相對比較方便。
2.2.2單斗液壓挖掘機的主要技術參數(shù)
圖2-1 單斗通用型液壓挖掘機
如圖2—1所示挖掘機的外形尺寸如下：
表2-1 外形尺寸
外形尺寸
尺寸大?。╩m）
外形尺寸
尺寸大小（mm）
A上部寬度
2710
H總長（運輸時）
5430
B總高度（駕駛室頂）
2930
I尾部回轉半徑
2750
C總高度（運輸時）
2960
J配重高
2020
D履帶板寬度
600
K配重離地間隙
1090
E 軌距
2200
L履帶接地長度
3260
F總寬度
2800
M履帶長度
3860
G最小離地間隙
440
N接地長度
4630
挖掘機的工作范圍的基本要求如下：
表2-2 工作范圍
工作范圍
尺寸大?。╩m）
最大挖掘高度（mm）
7315
最大卸載高度（mm）
6485
最大挖掘深度（mm）
6630
最大垂直壁挖掘深度（mm）
5990
挖出2400mm水平時的最大挖掘深度（mm）
6445
最大挖掘距離（mm）
6885
在地坪面的最大挖掘距離（mm）
6710
最小回轉半徑（mm）
3640
最小回轉半徑時的最大高度（mm）
5580
根據(jù)設計要求以及查詢的資料可初步確定挖掘機的主要技術參數(shù)如下：
表2-3 挖掘機的主要技術參數(shù)
整機質量
36000kg
標準斗容
0.9 m3
發(fā)動機型號
Cummins6BT5.9-C
發(fā)動機型式
6缸，四沖程，直噴，渦輪增壓
額定功率
101.5（138PS）/2000(KW/rpm)
額定扭矩
556/1350(Nm/rpm)
行走速度
3.0——6.0(Km/h)
回轉速度
12.5(rpm)
接地比壓
45(Kpa)
爬坡能力
30°
鏟斗挖掘力
150(KN)
斗桿挖掘力
100(KN)
最大牽引力
200(KN)
2.2.3 挖掘機的作業(yè)程序及其動作特點
單斗挖掘機的工作循環(huán)是：鏟斗切削土壤入斗，裝滿后提升回轉到卸料點卸空，再到挖掘位置并開始下次作業(yè)。其作業(yè)程序及其動作特點如下表：
表2—4 單斗挖掘機的作業(yè)程序及其動作特點
作業(yè)程序
動作特征
順序
部件動作
挖掘
挖掘和鏟斗回轉鏟斗提升到回轉位置
挖掘堅硬土壤以斗桿液壓缸動作為主；挖掘松散土壤三個液壓缸復合動作，以鏟斗液壓缸為主。
提升
回轉
鏟斗提升轉臺回轉
到卸料位置
鏟斗液壓缸推出，動臂抬起，滿斗提升，回轉馬達使工作裝置轉至卸料位置。
卸料
斗桿縮回鏟斗
旋轉卸載
鏟斗液壓缸縮回，斗桿液壓缸動作，根據(jù)卸料高度，動臂液壓缸配合動作。
復位
轉臺回轉斗桿伸出
工作裝置下降
回轉機構將工作裝置轉到工作挖掘面，動臂和斗桿液壓缸配合動作將鏟斗降至地面。
此外，由于挖掘機的工作環(huán)境以及工作對象變化的變化相對較大，因此對主機的工作有兩項特殊要求：
（1）由于在實現(xiàn)各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨著時間可能發(fā)生變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達的壓力和流量也能發(fā)生相應的變化；
（2）為了充分利用發(fā)動機的功率和縮短作業(yè)循環(huán)的時間，工作過程中往往需要要求有兩個主要動作(例如挖掘與提升、提升與回轉)能夠同時進行。
2.2.4 挖掘機的液壓系統(tǒng)
按照挖掘機工作裝置和各個機構的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機地連接起來的組合體，稱為挖掘機的液壓系統(tǒng)。其主要功能是，以油液為工作介質，利用液壓泵將發(fā)動機的機械能轉變?yōu)橐簤耗懿⑦M行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達等將液壓能再次轉換為機械能，從而實現(xiàn)挖掘機的各種動作。挖掘機的液壓系統(tǒng)類型很多，習慣上以主泵數(shù)量和類型、變量和功率調節(jié)方式以及回路數(shù)量分類，分為單泵或多泵單路定量系統(tǒng)、雙泵雙路分功率調節(jié)變量系統(tǒng)、雙泵雙路定量系統(tǒng)、雙泵雙路全功率調節(jié)變量系統(tǒng)、多泵多路定量系統(tǒng)、多泵多路定量變量混合系統(tǒng)，但通常以雙泵雙路定量系統(tǒng)和雙泵雙路變量系統(tǒng)應用較多。
2.3 本機的技術要求
一、整機結構布置與液壓管路布置應該合理可行，同時操作簡便舒適，外形要美觀，設計時應同時考慮制造工藝，拆裝維修等各方面內(nèi)容。
二、整機運輸、停放時應該具有合理的姿態(tài)，確保行駛穩(wěn)定性好，同時又要保證安全可靠。
三、配套件的選用應該力求合理、可靠、先進。設計事應考慮到“三化”，可以采用系列參數(shù)。
四、總體參數(shù)應該符合GB/T9139.1－1988《液壓挖掘機 分類》的規(guī)定，同時在設計時應貫徹GB/T9139.2－1996《液壓挖掘機 技術條件》；GB/T9140－1996《液壓挖掘機 結構和性能》；JB6030－200《工程機械 通用安全技術條件》；GB16710.1－1996《工程機械 噪聲限值》等相關標準。
2.4 挖掘機液壓系統(tǒng)方案的擬定
一、對于挖掘機液壓系統(tǒng)的基本要求：
單斗通用型液壓挖掘機的動作繁復，主要機構經(jīng)常啟動、制動，換向，外負荷變化很大，沖擊和振動也比較多，而且常在野外工作，溫度和環(huán)境變化大，所以對其液壓系統(tǒng)的要求是多方面的。
根據(jù)單斗通用型挖掘機的工作特點，其液壓系統(tǒng)要滿足主機正常工作要求，即：
1) 要保證鏟斗、斗桿和動臂不僅可以各自單獨動作，同時也能保證可以互相配合，實現(xiàn)復合動作；
2) 在主機工作過程中，應要求工作裝置的動作和轉臺的回轉動作既能單獨進行，又能作復合動作，以提高生產(chǎn)率；
3) 對于履帶式挖掘機的左、右履帶要求能夠實現(xiàn)分別驅動，從而使挖掘機行走更加方便，轉向更加靈活，同時又可以原地轉彎；
4) 要保證挖掘機的所有動作基本上都是可逆的，而且要求能夠實現(xiàn)無級變速；
5) 要求確保工作安全可靠，各種工況的液壓缸也要具有良好的過載保護，同時行走裝置和回轉機構也要有可靠的制動和限速能力，從而能夠防止動臂因自重而快速下降和整機超速溜坡。
根據(jù)挖掘機的工作環(huán)境和條件，其液壓系統(tǒng)還應滿足以下五種條件：
1) 能夠充分利用發(fā)動機的功率，從而提高其傳動效率；
2) 系統(tǒng)和液壓元件應能保證在外負荷變化較大以及在急劇的振動沖擊作用下，還具有足夠的可靠性和安全性；
3) 應力求減少系統(tǒng)發(fā)熱的總量，并且藥設置輕便耐振的冷卻裝置，使主機在持續(xù)工作時，能夠保證油溫不能超過85℃，或者溫升不大于45℃；
4) 系統(tǒng)的密封性能要足夠好。由于工作場地塵土較多，油液容易受到污染，所以基本要求是所用元件對油液污染的敏感性要低，同時整個系統(tǒng)要設置濾油器和防塵裝置；
5) 采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機能夠實現(xiàn)設置自動控制系統(tǒng)，進一步提高挖掘機的技術性能，從而減輕駕駛員的勞動強度。
二、挖掘機液壓系統(tǒng)類型的選擇：
單斗液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)壓力和液壓泵特性可以分為中高壓和高壓定量系統(tǒng)，高壓變量系統(tǒng)。各種系統(tǒng)的優(yōu)缺點如下表：
表2—5 三種系統(tǒng)的優(yōu)缺點
定量系統(tǒng)
高壓變量系統(tǒng)
中高壓
高壓
優(yōu)點
中高壓定量系統(tǒng)大多采用外嚙合齒輪泵，系統(tǒng)工作壓力為16MPa左右， 這種液壓泵具有結構簡單，工作可靠，尺寸小，重量輕等特點。
高壓定量系統(tǒng)采用徑向偏心柱塞泵，系統(tǒng)工作壓力為32MPa左右，這種液壓泵結構不復雜，工作可靠，耐沖擊和振動，壓力高，壽命長。
高壓變量系統(tǒng)大多采用恒功率調節(jié)的軸向柱塞泵，系統(tǒng)工作壓力32MPa左右，變量泵在變量范圍以內(nèi)，功率基本上保持恒定，當外負荷變化時，液壓泵能夠自動調節(jié)流量，達到充分利用發(fā)動機功率的目的，而且效率高。
缺點
在定量系統(tǒng)中，流量固定，不能因外負荷變化而使流量作相應的變化，因此負荷小時不能提高作業(yè)速度，功率得不到充分利用。為了滿足作業(yè)要求，定量系統(tǒng)的發(fā)動機功率要根據(jù)最大外負荷和作業(yè)速度來確定。其缺點是系統(tǒng)功率不能充分利用，效率低，泵的特性很硬，挖掘硬土時引起很大的溢流損失。
這種液壓泵結構復雜，液壓系統(tǒng)元件也比較復雜，成本也相對比較高。同時液壓泵壽命也相對比較短。
三種系統(tǒng)比較：
（1） 功率比較
對于定量系統(tǒng)的發(fā)動機功率要按最大外負荷來確定，而對于變量系統(tǒng)的功率則主要決定于其平均負荷，當作業(yè)速度相同時，同等級挖掘機采用定量系統(tǒng)所需功率約為變量系統(tǒng)的1.3—1.4倍，而功率利用率卻平均約為60％。對于變量系統(tǒng)在變量范圍以內(nèi)理論上可得到100％的功率利用。雙回路變量系統(tǒng)中，功率利用情況相對比較復雜。而在雙泵雙回路系統(tǒng)合流狀態(tài)下，不管是全功率變量或者是分功率變量，功率的利用都是一樣的。但是，當在分流狀態(tài)下情況下，在單一動作時，全功率變量的分流功率利用要優(yōu)于分功率變量的分流功率利用，而且調節(jié)范圍大。
（2） 主機工作性能和液壓泵壽命
定量泵流量固定，所以所驅動的執(zhí)行元件的運動速度也相對比較穩(wěn)定，不因外負荷的變化而變化，所以液壓元件工作比較穩(wěn)定，運動軌跡相對比較容易控制，同時還有利于開挖平面或斜面等規(guī)則表面。并且由于定量泵不是一直都在滿負荷情況下運轉，故泵的壽命也相對比較長。
而液壓挖掘機的變量系統(tǒng)則多采用變量泵-定量馬達的組合方式來實現(xiàn)無級變量，并且都是雙泵雙回路的。根據(jù)兩個回路的變量有無關聯(lián)，可以分為分功率變量系統(tǒng)和全功率變量系統(tǒng)兩種。其中分功率變量系統(tǒng)的每個油泵各有一個功率調節(jié)機構，因而油泵的流量變化只受自身所在的回路壓力變化的影響，而與另一回路的壓力變化則無關聯(lián)，即兩個回路的油泵是各自獨立地進行著恒功率變量調節(jié)，兩個油泵各自擁有一發(fā)動機輸出功率；而全功率變量系統(tǒng)中的兩個油泵則是由一個總功率調節(jié)機構進行平衡調節(jié)，使兩個油泵的擺角能夠始終相同，同步變量、流量相等。流量的變化決定系統(tǒng)的總壓力，同時兩個油泵的功率的變量范圍是不相同的。其調節(jié)機構可分為機械聯(lián)動式和液壓聯(lián)動式兩種形式。
分功率變量系統(tǒng)的功率利用相對較好，但是由于各回路的流量要分別調整，故動作的配合比較困難，尤其是挖掘機行走時，要求駕駛員必須經(jīng)常手控調速，使兩條履帶動作協(xié)調，從而加大駕駛員的勞動強度。
全功率變量系統(tǒng)的功率利用比較好，同時兩臺泵的流量始終相等，駕駛員易于掌握調速，尤其是履帶式挖掘機的左、右兩條履帶，由于行走馬達轉速相同，所以不論兩者阻力如何不同，仍能實現(xiàn)同步運行，從而保證了主機的直線行駛性能。復合動作時，盡管一個回路上外負荷很大，但由于流量相等，作業(yè)速度仍然可以加快。因此，全功率變量系統(tǒng)是目前最普遍采用的液壓系統(tǒng)。然而，全功率變量系統(tǒng)中兩泵負荷有時不同，當一泵空載時，另一泵仍可能全負荷運轉，甚至可能超載運轉，因此，液壓泵壽命比較短。
綜上，基于對效率以及操作等各方面的考慮，本次畢設中對于單斗通用型液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)采用雙泵雙路全功率調節(jié)變量系統(tǒng)。
3 液壓系統(tǒng)的計算
3.1 行走驅動計算
3.1.1 行走裝置基本要求及運動方式
因為行走裝置要同時兼有液壓挖掘機的支撐和運行兩大功能，因此液壓挖掘機行走裝置應盡量滿足以下要求：
1） 應具有較大的驅動力，從而保證挖掘機在濕軟或者高低不平等不良地面環(huán)境時可以具有良好的通過性能，同時保證其爬坡性能以及轉向性能；
2） 行走裝置應具有較大的支撐面積，同時應具有較小的接地比壓，從而提高挖掘機的穩(wěn)定性；
3） 挖掘機在斜坡下行走時應保證不發(fā)生下滑以及超速溜坡等現(xiàn)象，要保證挖掘機的安全性；
通常，液壓挖掘機的行走裝置，按其結構可分為履帶式和輪胎式兩大類。由于履帶式行走裝置具有較小的接地比壓，驅動力大，因而越野性能以及穩(wěn)其定性都比較好，同時具有轉彎半徑小，爬坡能力大，且靈活性好等優(yōu)點，因而本次畢設中單斗通用型液壓挖掘機的行走裝置采用履帶式行走裝置，挖掘機的左、右履帶要求能夠分別驅動，使挖掘機行走方便，轉向靈活，并且可以實現(xiàn)原地轉彎。履帶式行走裝置由“四輪一帶”組成，即導向輪、驅動輪、支重輪、托帶輪、履帶，以及組合行走架、行走馬達減速機和張緊緩沖裝置等零部件組成。如圖3-1所示：
1、導向輪 2、組合行走架 3、張緊裝置 4、中護軌板
5、托帶輪 6、履帶 7、支重輪 8、驅動輪
圖3-1 行走裝置
在挖掘機運行時，驅動輪在履帶的緊邊——驅動段以及支撐段產(chǎn)生一個拉力，企圖把履帶從支重輪下拉出，但由于支撐輪下的履帶與地面間有足夠的附著力，從而阻止履帶的拉出，迫使驅動輪卷動履帶，導向輪再把履帶鋪設到地面上，從而使挖掘機借支重輪沿履帶軌道向前運行。
3.1.2 行走系統(tǒng)液壓回路設計
根據(jù)液壓挖掘機行走裝置的基本要求以及其運動方式，液壓挖掘機的行走液壓系統(tǒng)回路設計原理圖如圖3—2所示，當挖掘機運動時，先開啟柴油機，待其穩(wěn)定運行后，通過操作機械腳踏式離合器，使液壓泵上排運轉并泵油。片刻之后，待液壓系統(tǒng)進入穩(wěn)定的工作狀態(tài)時，將2只三位四通手動換向閥5a和5b均置于右位，則此時液壓系統(tǒng)
1，過濾器 2，液壓齒輪泵 3，單向閥 4a,4b 調速閥
5a,5b 三位四通手動換向閥 6，電磁溢流閥 7單向背壓閥
圖3—2 液壓挖掘機行走系統(tǒng)液壓回路
中的油液流動方向為：過濾器1——液壓齒輪泵2——單向閥3——調速閥 4a和4b——三位四通手動換向閥5a和5b——左右兩驅動輪液壓齒輪馬達——三位四通手動換向閥5a和5b——單向背壓閥7——回流油箱，此時兩驅動輪液壓齒輪馬達處于正轉狀態(tài)，挖掘機向前行駛。當遇到后退情況時，只需分別將2只三位四通手動換向閥5a和5b換位，使兩驅動輪液壓齒輪馬達處于反轉狀態(tài)，挖掘機向后倒退。當挖掘機需要改變行駛方向時，只需調節(jié)調速閥 4a和4b（其中的一件）改變兩履帶驅動輪液壓齒輪馬達的轉速差既能達到：若挖掘機向右轉向時，調節(jié)4a閥件使右驅動輪液壓齒輪馬達減速；若挖掘機向左轉向時，調節(jié)4b閥件使左驅動輪液壓齒輪馬達減速。當需緊急轉彎時，將一側驅動輪液壓齒輪馬達保持正向運轉，將另一側驅動輪液壓齒輪馬達停轉或者反轉。當轉向完成時，需要繼續(xù)向前運行時，只需恢復兩驅動輪液壓齒輪馬達正常運轉是的旋轉狀態(tài)即可。
3.1.3 單個行走馬達計算
由于軸向柱塞式馬達具有結構緊湊，徑向尺寸小，轉動慣量小，轉速高，易于變量，能用多種方式自動調節(jié)流量，適用范圍廣等優(yōu)點。故本次畢設中行走系統(tǒng)的液壓馬達選用軸向柱塞式馬達，其有利于調節(jié)牽引力以及運行速度。
根據(jù)樣機數(shù)據(jù)以及參考《機械設計手冊單行本——液壓傳動》，液壓馬達選用長江液壓件廠的GM—16型液壓馬達，額定壓力為35MPa。排量V=0.1L/r,轉速=1800r/min,則：
式中：
——馬達的流量，
——馬達理論輸出轉矩，
——馬達實際輸出轉矩，
——馬達理論輸出功率，
——馬達的實際輸出功率，
——馬達機械效率，0.92
——馬達容積效率，0.93
——馬達的總效率。
3.2 回轉驅動計算
3.2.1 回轉裝置基本要求及運動方式
液壓挖掘機回轉裝置是由轉臺，回轉支撐以及回轉機構等幾部分組成?；剞D機構的外座圈用螺栓與轉臺連接，而帶齒的內(nèi)座與底架則是用螺栓連接，內(nèi)外座之間設有滾動體。挖掘機工作裝置作用在轉臺上的水平載荷，垂直載荷和傾覆力矩是通過回轉支撐的外座圈，滾動體和內(nèi)座轉傳給底架。回轉機構的殼體是固定在轉臺上，用小齒輪與回轉支撐內(nèi)座圈相嚙合。小齒輪既可繞自身的軸線自轉，又可繞轉臺中心線公轉，當回轉機構工作時轉臺就相對底架進行回轉。
液壓挖掘機回轉機構的運動約占整個作業(yè)循環(huán)時間的50%—70%，能量消耗占25%—40%，回轉液壓回路的發(fā)熱量占液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量的30%—40%。為提高液壓挖掘機生產(chǎn)率和功率利用率，故對回轉機構提出如下基本要求：
1） 回轉機構運動時，挖掘機工作裝置的動載荷系數(shù)不應超過允許值。
2） 當回轉力矩和角加速度沒有超過允許值時，應該盡可能地縮短轉臺的回轉時間。在回轉部分慣性矩已知的情況下，由于角加速度的大小受到轉臺最大扭矩的限制，因此此扭矩不應超過行走部分與土壤的附著力矩。
3.2.2 回轉系統(tǒng)液壓回路設計
根據(jù)液壓挖掘機回轉裝置的基本要求以及其運動方式，液壓挖掘機的回轉液壓系統(tǒng)回路設計原理圖如圖3—3所示，當挖掘機處于挖掘狀態(tài)時，需要挖掘平臺做頻繁的
1，過濾器 2，液壓齒輪泵 3，單向閥 4，三位四通手動換向閥
5a,5b 液控溢流閥 6a,6b 單向閥 7a,7b 液控單向閥 8 溢流閥
圖3—3 液壓挖掘機回轉系統(tǒng)液壓回路
回轉運動此時將三位四通手動換向閥4置于左位則此時液壓系統(tǒng)中的油液流入方向為：過濾器1——液壓齒輪泵2——單向閥3——三位四通手動換向閥4——單向閥6a——液控單向閥7a——左油缸右腔，右油缸左腔；而油液流出方向為：左油缸左腔，右油缸右腔——液控單向閥7b——液控溢流閥5b——三位四通手動換向閥4——回流油箱，此時挖掘機機工作平臺順時針旋轉，當需要工作臺逆時針旋轉時，將三位四通手動換向閥4置于左位此時油液流過該換向閥之后的流動方向變?yōu)椋簡蜗蜷y6b——液控單向閥7b——左油缸左腔，右油缸右腔?；赜头较驗椋鹤笥透子仪?，右油缸左腔——液控單向閥7a——液控溢流閥5a——三位四通手動換向閥4——回流油箱。挖掘平臺回轉速度的快慢可以通過調節(jié)溢流閥5a和5b，改變兩液壓油缸進油和回油的速度來實現(xiàn)。
3.2.3 回轉馬達流量的計算及選型
平臺回轉啟動力矩一般小于制動力矩，當回轉機構僅靠液壓制動時，啟動力矩小于或等于制動力矩，所以可以?。?
當回轉機構帶附加機械制動時，可高達2，一般取=1.6.對于一定的回轉機構來說，當啟動力矩和制動力矩越大時，則平臺回轉加速度和減速度也越大，從而提高回轉速度，縮短了回轉時間。但當回轉速度過大時會增加動載荷以及沖擊，同時啟動力矩和制動力矩的增大也受地面附著條件的限制。地面附著條件可用地面附著力矩表示。機械制動一般取液壓制動可取。
履帶式液壓挖掘機地面附著力矩的計算可以采用下面的簡化公式：
式中 ——地面附著力矩，；
——整機質量，
——地面附著系數(shù)，平面履帶板取，帶筋履帶板取。
則
又
設經(jīng)過四級減速，傳動比；
則馬達所受的最大力矩：
理論排量：
據(jù)此，可根據(jù)《機械設計手冊單行本——液壓傳動》可選用柱塞馬達GY—A6V160HD2FZ20900，排量為160，最高轉速為2650。
3.2.4 回轉油缸的計算及選型
1，回轉油缸工作壓力的確定
液壓缸的工作壓力主要是根據(jù)液壓設備的類型來確定，對不同的液壓設備，由于工作條件的不同，通常采用的壓力范圍也是不同的。設計時可采用類比法來確定。各種常見液壓設備的壓力范圍如下表：
表3—1各類機械常用的系統(tǒng)工作壓力
設備類型
精加工機床
組合機床
拉床
農(nóng)用機械，小型工程機械，工程機械輔助機構
液壓機，重型機械，大中型挖掘機，起重運輸機械
工作壓力P/
0.8—2
3—5
5—10
1—16
16—32
初選系統(tǒng)工作壓力為30。
2， 缸徑D和柱塞缸直徑d的確定
挖掘機液壓缸均為單活塞桿液壓缸，其原理圖如下所示：
圖3—4 液壓缸原理圖
液壓缸直徑D和柱塞缸直徑d的選取可根據(jù)如下表所示：
表3—2按工作壓力選取d/D值
工作壓力
0.50.55
0.620.70
0.7
由缸受力平衡知：
（3-1）
式中 ——液壓缸的工作壓力，初算時可選取系統(tǒng)工作壓力=30；
——液壓缸回油腔背壓，初算時可選取系統(tǒng)工作壓力=1；
——活塞缸與液壓缸內(nèi)徑之比，按表3—2取=0.7；
F——工作循環(huán)中的最大外載荷，此處一般選取F=500；
——液壓缸機械效率，一般取=0.9
將上式代入液壓缸受力平衡方程式得：
（3-2）
=0.155
=155 圓整取D=160
則，圓整取。
3， 缸壁厚和外徑的計算
先按薄缸進行計算則應滿足
（3-3）
式中 ——試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25—1.5）倍；
——缸桶材料許用應力，無縫鋼管=100—110；
則可取=1.3=，=110。
此時，=0.16/0.028=5.71，不滿足薄缸條件。
故應按中等缸壁厚計算公式計算 。
此時
（3-3）
式中 ——強度系數(shù)，對無縫鋼管 =1；
——用來圓整壁厚。
則
取
此時，=0.16/0.03=5.33，滿足中等缸條件，則缸外徑=。
3.3 鏟斗系統(tǒng)設計
3.3.1 鏟斗系統(tǒng)液壓回路設計
單斗通用型液壓挖掘機的雙泵雙回路系統(tǒng)中，為了提高生產(chǎn)率，要求鏟斗轉動、斗桿收放和動臂提升有較快的工作速度，因此，需要考慮雙泵合流問題。即雙泵雖然各自構成獨立的回路，但必要時，可以向一個執(zhí)行元件共同供油。根據(jù)鏟斗缸的工況情況，設計鏟斗系統(tǒng)液壓回路如圖3—5所示。
當鏟斗缸正向運動時，此時三位四通換向閥處于右位，其進油方向為：油箱——過濾器1b——液壓齒輪泵2b——調速閥8——三位四通換向閥4——鏟斗缸左腔；回油方向為：鏟斗缸右腔——單向閥6——過濾器1c——回流油箱。若需要雙泵合流，則需將二位二通換向閥置于右位，如圖所示即可，則此時進油方向為：油箱——過濾器1a，
1a,1b,1c 過濾器 2a,2b 液壓齒輪泵 3 二位二通換向閥
4 三位四通換向閥 5 液壓缸 6 單向閥 7 溢流閥 8 調速閥
圖3—5 鏟斗系統(tǒng)液壓回路
1b——液壓齒輪泵2a,2b——調速閥8——三位四通換向閥4——鏟斗缸左腔；回油方向為：鏟斗缸右腔——單向閥6——過濾器1c——回流油箱。若要鏟斗缸反向運動時，只需將三位四通換向閥處于左位即可。
3.3.2 鏟斗油缸作用力的確定
反鏟裝置在工作過程中，當以轉斗挖掘為主時，其最大挖掘力為鏟斗缸設計依據(jù)。初步設計時按額定斗容及工作條件（如土壤級別），按照任務書的設計要求，選斗齒的最大挖掘力，并按最大挖掘深度時所能保證的具有最大挖掘力來分析確定鏟斗油缸的工作力。如圖3—6所示，為簡單起見，可忽略斗和土的質量，并且忽略了各構件質量以及連桿機構效率影響因素，此時鏟斗油缸的作用力為：
(3-4)
式中
——鏟斗缸作用力對搖臂與斗桿鉸點的力臂，；
——對鏟斗與斗桿鉸點的力臂，；
已知 ==1500 =450
而這時斗桿及動臂油缸均處于閉鎖狀態(tài)，斗桿油缸閉鎖力應滿足
（3-5）
式中 ——斗桿閉鎖力對斗桿與動臂鉸點的力臂，；
——對斗桿與動臂鉸點的力臂，；
——對斗桿與動臂鉸點的力臂，；
——挖掘阻力的法向方向力，取
圖3—6 鏟斗缸受力分析圖
已知 =450 =4000 =700
動臂油缸閉鎖力應滿足