矿石铲运机液压系统设计.docx

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矿石铲运机液压系统设计

矿石铲运机液压系统设计

【摘要】

液压技术自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有300年的历史了，但其真正的发展只是在第二次世界大战后50余年的时间内，战后液压技术迅速向民用工业，在机床，工程机械，农业机械，汽车等行业中逐步推广。

本世纪60年代以来，随着原子能，空间技术，计算机技术的发展，液压技术得到了很大的发展，并渗透到各个工业领域中去。

当前液压技术正向高压，高速，大功率，高效，低噪音，经久耐用，高度集成化的方向发展。

铲运机是一种能综合完成挖土、运土、卸土、填筑、整平的机械。

按行走机构的不同可分为拖式铲运机和自行式铲运机。

按铲运机的操作系统的不同，又可分为液压式和索式铲运机。

铲运机操作灵活，不受地形限制，不需特设道路，生产效率高。

关键词：

液压技术原子能铲运机

Abstract：

Hydraulictechnologyfromthelate18thcenturyEnglandmadetheworld'sfirsthydraulicpressdate,morethan300yearsofhistory,butitsrealdevelopmentonlyaftertheSecondWorldWarmorethan50yearsafterthewarHydraulicTechnologyrapidlytothecivilianindustry,inmachinetools,engineeringmachinery,agriculturalmachinery,andautomobileindustriesinstages.Sincethe60softhiscentury,withtheatomicenergy,spacetechnology,computertechnology,hydraulictechnologyisagreatdealofdevelopmentandtopenetrateintothefieldofvariousindustrialgo.Currenttechnologyarehigh-pressurehydraulic,high-speed,highpower,highefficiency,lownoise,durable,highlyintegrateddirection.

ScraperGeneralareabletocompletetheexcavationofatransportedsoil,dumping,filling,levelingmachine.Bywalkingmechanismcanbedividedintodifferentscrapertowedandself-propelledscraper.Byscraperdifferentoperatingsystems,canbedividedintohydraulicandcable-typescraper.Flexiblescraperoperation,freefromtopographicalconstraints,withoutadhocroad,productionandhighefficiency.

Keywords:

HydraulicpressuretechnologyAtomicenergycarry-scraper

目录

1.引言……………………………………………………………

1.1液压传动的早期运用…………………………………………………………

1.2液压传动的应用范围的基本原理……………………………………………

1.3液压系统的组成…………………………………………

2.液压系统的发展现状……………………………

2.1液压系统的发展趋势…………………………………………………………

3.液压传动系统的应用………………………………………

3.1.液压原理定义………………………………………………

3.1.4液压系统分类………………………………………………

3.2.液压技术特点…………………………………………

3.3.液压技术的用途…………………………………………

4.液压系统的设计步骤和设计要求……………………………

4.1液压系统的设计步骤和设计要求………………………………………………………

4.1.1设计步骤……………………………………

4.1.2明确设计要求……………………………………

5.万能外圆磨床液压系统工作原理及特点…………………………

5.1万能外圆磨床液压系统工作原理………………………………

5.2万能外圆磨床液压系统的特点………………………………………

6..制定基本方案和绘制液压系统图…………………………………

6.1制定基本方案…………………………………………………………

6.2绘制液压系统图…………………………………………………………

7.万能外圆磨床液压元件的选择与专用件设计……………………………………………………

7.1液压泵的选择………………………………………………………

7.2液压阀的选择…………………………………………………

7.3蓄能器的选择………………………………………………………………………

7.4管道尺寸的选择………………………………………………………………………

7.5油箱容量的选择………………………………………………………………………

7.6选择阀类元件及辅助元件…………………………………………………………………

结束语……………………………………………………………………………

谢辞………………………………………………………………………………

参考文献…………………………………………………………………

1引言

中国是世界装载机产销大国，装载机行业一直由国人主导，占有非常可观的市场份额。

我国基础建设投资的持续高速增长，扩大了工程机械的市场需求量，促进了我国装载机行业的发展。

又加上市场竞争的影响，我国装载机市场表现出持续而快速的增长步伐。

然而，面临国家信货政策紧缩与钢材等原材料价格上涨等问题，装载机行业受到了很大冲击。

本报告分析研究了我国装载机市场的发展现状与趋势，深入了解装载机行业，客观分析市场发展存在问题，并提出一定建议，对我国装载机市场的认识和把握有一定的帮助。

1.1液压传动技术的发展概况：

液压传动相对于机械传动来说，是一门发展较晚的技术。

自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术只有二三百年的历史。

直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。

在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。

第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线，从而使它在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业得到推广应用。

   20世纪60年代以来，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展，并渗透到各个工业领域中。

液压技术开始向高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。

同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。

我国的液压工业开始于20世纪50年代，最初只应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。

现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。

尽管如此，我国的液压元件与国外先进的同类产品相比，在性能上，在种类上、在规格上仍存在着较大的差距。

我国已瞄准世界发展主流的液压元件系列型谱，有计划地引进、消化、吸收国外最先进的液压技术和产品，大力开展产品国产化工作。

我国的液压技术在21世纪必将获得更快的发展。

装载机产品概况

　　装载机是一种广泛应用于公路、铁路、港口、码头、煤炭、矿山、水利、国防等工程和城市建设等场所的铲土运输机械。

其主要功能是对土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料进行铲装及短距离运输作业，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。

换装不同的辅助工作装置还可进行推土、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机种之一。

我国装载机行业起步于50年代末。

1958年，上海港口机械厂首先测绘并试制了67kw（90hp）、斗容量为1m3的装载机。

这是我国自己制造的第一台装载机。

该机采用单桥驱动、滑动齿轮变速。

1964年，天津工程机械研究所和厦门工程机械厂测绘并试制了功率为100.57kw（135hp）斗容量为1.7m3的z435型装载机。

1962年国外出现铰接式装载机后,天津工程机械化研究所与天津交通局于1965年联合设计了z425型铰接式装载机。

柳州工程机械厂和天津工程机械研究所合作，在参考国外样机的基础上，于1970年设计试制了功率为163.9kw（220hp）、斗容量为3m3的zl50型装载机。

zl50型装载机经过几年的实践考核，证明性能良好、结构先进，为后来我国zl系列装载机的发展奠定了基础。

通过近40年的发展，我国装载机从无到有，产品种类及产量均有较大幅度的提高，已经形成独立的系列产品和行业门类。

我国生产的装载机以zl系列为主。

近年来，随着引进国外技术的增加，出现了许多新型。

如wa4701为引进日本小松公司装载机原机型号，fl460为引进日本古河矿业公司装载机原机型号，kld85z和kld95z为引进日本川崎重工装载机原机型号，等等。

装载机是工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一。

国民经济的发展与国家基建规模及资金投入的增大，促进了我国装载机行业的迅速发展。

生产企业由1980年的20家增至现在的100余家，初步形成了规格为0.8～10t约19个型号的系列产品，并已成为工程机械主力机种。

1.3液压系统的

我国装载机市场现状分析

在我国工程机械行业市场中，装载机市场是一个发展最为成熟，也是一个发展最为与众不同的分支市场，其市场销量最大，但利润却是最低，而市场销量又一直保持持续的增长走势。

特别是在2000年装载机市场爆发价格战以来，市场销量呈现出几何倍数增长。

2006年中国装载机行业全行业总销售量为13万台左右，比2005年的11万台，增长了15.3%，净增了17266台，其净增量超过了中国装载机行业“八五”以前任何一年的总销售量。

2007年以来，中国装载机行业的发展乐观中充满曲折，市场需求先扬后抑，总体而言，仍创出同期历史最高水平，市场销量直逼16万台大关，市场销量比2000年扩大了8倍多。

液压系统的组成

液压系统主要由：

动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。

1、动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。

  2、执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。

其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。

3、控制元件  包括压力阀、流量阀和方向阀等。

它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。

  4、辅助元件  除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等，它们同样十分重要。

  5、工作介质  工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换

液压传动的发展概况

液压传动是一门新的学科，虽然从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有二、三百年的历史。

但直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。

在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。

第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。

本世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。

因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。

当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。

同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。

我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。

现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用

2.1液压系统的发展趋势

社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。

----由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。

尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。

综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：

1．减少能耗,充分利用能量

----液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。

如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。

为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：

①减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。

主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。

②减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。

③采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。

④发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。

⑤改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。

⑥为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。

液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。

----液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展。

液压传动系统的主要优点

液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动相比具有以下的主要优点：

（1）由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。

例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。

由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

（2）液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。

例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。

液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W（牛/瓦）,发电机和电动机则约为0.03N/W。

（3）可在大范围内实现无级调速。

借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。

（4）传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。

正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。

（5）液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。

（6）液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。

（7）液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广

度。

1.3.2液压传动系统的主要缺点

（1）液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。

（2）液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。

（3）为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。

（4）液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。

（5）液压系统发生故障不易检查和排除。

总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。

液压传动有着广泛的发展前景。

3.液压传动的定义及工作原理

3.1液压传动的定义及工作原理

一、定义一部完整的机器由原动机部分、传动机构及控制部分、工作机部分（含辅助装置）组成。

原动机包括电动机、内燃机等。

工作机即完成该机器之工作任务的直接工作部分，如剪床的剪刀、车床的刀架等。

由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力和工作速度变化范围变化较宽，以及性能的要求，在原动机和工作机之间设置了传动机构，其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。

一切机械都有其相应的传动机构借助于它达到对动力的传递和控制的目的。

传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。

流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。

它包括液压传动、液力传动和气压传动。

液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质进行能量传递的传动方式。

液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。

3.1.1液压系统分类：

液压元件从机能上可以大致分为：

　　1、把机械能变换为液体（主要是油）能量（主要是压力能）的液压泵；

　　2、调节、控制压力能的液压控制阀；

　　3、把压力能转换为机械能的液压执行器（液压马达、液压缸、液压摆动马达）；

　　4、传递压力能和液体本身调整所必需的液压辅件。

　3.21.3.3液压传动系统的主要应用

驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式。

根据所用的部件和零件，可分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。

经常还将不同的形式组合起来运用——四位一体。

由于液压传动具有很多优点，使这种新技术发展得很快。

液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年的历史。

航空工业在1930年以后才开始采用。

特别是最近二三十年以来液压技术在各种工业中的应用越来越广泛。

在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中：

1.进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。

这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。

有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。

这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等等。

所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。

2.往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。

3.仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。

 其精度可达0.01～0.02mm。

此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。

4.辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。

5.静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。

液压传动在其他机械工业部门的应用情况见表1-1所示。

表1-1 液压传动在各类机械行业中的应用实例

行业名称

应用场所举例

工程机械

挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等

起重运输机械

汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等

矿山机械

凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等

建筑机械

打桩机、液压千斤顶、平地机等

农业机械

联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等

冶金机械

电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等

轻工机械

打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等

汽车工业

自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等

智能机械

折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等

　3.3液压技术的用途

液压技术的特性适合各种机械和设备的自动化、高性能、大容量、体积小、重量轻等方面的要求。

所以虽然它是一门比较新的技术分支，但是在主动力的传递机构、辅机的操作机构或作业自动化控制机构等方面广泛应用。

液压传动的工作介质

液压油是液压传动系统中的传动介质，而且还对液压装置的机构、零件起这润滑、冷却和防锈作用。

液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响，液压传动系统的压力、温度和流速在很大的范围内变化，因此液压油的质量优劣直接影响液压系统的工作性能。

故此，合理的选用液压油也是很重要的。

液压油的选用

正确而合理地选用液压油，乃是保证液压设备高效率正常运转的前提。

选用液压油时，可根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的品种号数来选用液压油，或者根据液压系统的工作压力、工作温度、液压元件种类及经济性等因素全面考虑，一般是先确定适用的粘度范围，再选择合适的液压油品种。

同时还要考虑液压系统工作条件的特殊要求，如在寒冷地区工作的系统则要求油的粘度指数高、低温流动性好、凝固点低；伺服系统则要求油质纯、压缩性小；高压系统则要求油液抗磨性好。

在选用液压油时，粘度是一个重要的参数。

粘度的高低将影响运动部件的润滑、缝隙的泄漏以及流动时的压力损失、系统的发热温升等。

所以，在环境温度较高，工作压力高或运动速度较低时，为减少泄漏，应选用粘度较高的液压油，否则相反。

液压油的牌号（即数字）表示在40℃下油液运动粘度的平均值（单