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1、. . . . 機電工程系液壓與氣壓傳動課程設計題目： ZL50鉸接式輪胎裝載機液壓系統(tǒng)設計 專業(yè)： 機械設計制造與自動化 班級： 0803班 ： 飛 學號： 0811050305 指導教師： 藺國民 春風 2011.6.目錄一.液壓傳動課程設計任務書1(一)、主要任務與目標1(二)、主要容1(三)、工作量要求1二：裝載機的簡介2（一）簡介和設計要求三：液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖3四：ZL-50液壓傳動系統(tǒng)工作原理4（一）動臂液壓缸工作回路。4（二）轉斗液壓缸工作回路。4（三）自動限位裝置4（四）轉向液壓缸工作回路4五：各元件參數(shù)計算6（一）查閱資料整理得表6（二）鏟斗液壓分析計算6（三）動臂液壓

2、分析計算9（四）轉向液壓缸液壓分析計算12六、設計小結19七、感想20八、參考文獻21（一）液壓與氣壓傳動課程設計任務書一、主要任務與目標任務： ZL50鉸接式輪胎裝載機液壓系統(tǒng)設計機是用來裝卸成堆散料作業(yè)的機械，裝載機的舉重量為5噸。裝載機的基本動作是：將鏟斗插入物料向后翻轉鏟斗,保持載荷, 提升物料到一定高度,將物料運輸?shù)筋A定地點卸料。如此循環(huán)作業(yè)。裝載機露天工作，對液壓系統(tǒng)要求如下：1.工作性能好。2.壽命長,可靠性高。3.操縱性能好。4.便于維修和保養(yǎng)。目標：通過本題目的課程設計，使學生對所學的液壓與氣壓傳動課程知識有一個全面深刻的認識，熟悉液壓系統(tǒng)設計的基本方法和過程；提高學生的動手

3、能力和工程實踐能力。二、主要容（1）熟悉設計任務，明確設計與目標。（2）根據(jù)設計要求和已學過的設計流程，擬定系統(tǒng)工作原理圖。（3）計算各元件的參數(shù)并驗算。（4）元件選型。（5）編制文件，繪制速度、負載圖譜。三、工作量要求完成規(guī)定的任務，總字數(shù)30004000字。四、時間要求本課程設計于2011-6-25前完成設計容設計說明與計算過程備注二：裝載機的簡介（一）、簡介裝載機是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設工程的土石方施式機械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在

4、道路、特別是在高等級公路施工中，裝載機用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進行推運土壤、刮平地面和牽引其他機械等作業(yè)。由于裝載機具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優(yōu)點，因此它成為工程建設中土石方施工的主要機種之一，同時也成為工程機械中發(fā)展最快、產(chǎn)銷量與市場需求最大的機種之一。（二）、液壓傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點：一液壓傳動：以液體為工作介質靠液體的壓力能來傳遞動力的傳動。二工作原理特點：1.具有一定壓力的液體傳動；2.傳動過程經(jīng)過兩次能量轉換；3.傳動必須在密閉容器進行，而且容積要發(fā)生變化。三液壓傳動的優(yōu)點：1.功率體積比大； 2.可在實現(xiàn)無級調(diào)速； 3

5、.容易實現(xiàn)自動化； 4.平穩(wěn)，壽命長； 5.易于實現(xiàn)過載保護；6.布置靈活四液壓傳動的缺點1石油資源有限，可燃；2不能保證嚴格的傳動比； 3易對環(huán)境造成污染； 4液壓傳動系統(tǒng)成本高；5要求有單獨的能源，使用不方便；6故障不易檢查排除；（三）、裝載機液壓系統(tǒng)的設計方法與要求液壓系統(tǒng)的設計基本包括四個步驟：明確設計依據(jù)，進行工況分析；確定液壓系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)圖；液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選擇；液壓系統(tǒng)的驗算和繪制工作圖、編制技術文件。在設計過程中不一定要嚴格按照這些步驟進行，有時可以交替進行，甚至要反復多次。對某些關鍵性的參數(shù)和性能難以確定時，要先經(jīng)過試驗，才能把設計方案確定下來。由于裝載機

6、是在露天情況下工作，因而對系統(tǒng)有如下地要求：（1）、工作性能好。應保證具有較高的生產(chǎn)率和工作平穩(wěn)性；（2）、壽命長，可靠性高；（3）、操作性能好；（4）、便于維修和保養(yǎng)。設計容設計說明與計算過程備注三：液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖設計容設計說明與計算過程備注四：ZL-50液壓傳動系統(tǒng)工作原理（一）、動臂液壓缸工作回路動臂液壓缸的進油路由工作液壓泵和輔助液壓泵供油。流量總和最大可達320升/分。分配閥采用傳并聯(lián)油路的多種閥，其中控制動臂的閥為四位閥。當四位閥處于圖示中位時，液壓缸鎖緊而液壓泵卸荷。此外，還能實現(xiàn)空斗迅速下降，甚至在發(fā)動機熄火的情況下也能將下鏟斗?；芈饭ぷ鲏毫τ煞峙溟y中的安全溢流閥調(diào)定為

7、150公斤/厘米。（二）、轉斗液壓缸工作回路裝載機在鏟取物料時一般要求先轉斗后提升動臂，所以轉斗液壓缸與動臂液壓缸采用串并聯(lián)油路連接，并將控制轉斗壓缸的三位閥放置在動臂液壓缸的四位閥之前，以保證轉斗液壓缸能優(yōu)先動作。在轉斗液壓缸的小腔油路設有雙作用安全閥。它的作用是在動臂升降過程中，轉斗的連桿機構由于動作不相協(xié)調(diào)而受到某種程度的干涉，雙作用安全閥可起到緩沖補油作用。（三）、自動限位裝置在工作裝置和分流閥上裝有自動復位裝置，以實現(xiàn)工作中鏟斗自動放平，動臂提升自動限位動作。在動臂后鉸點和轉斗液壓缸處裝有自動復位行程開關，當行程開關脫開觸點，電磁閥斷電而復位，關閉進氣通道，閥體的壓縮空氣從放氣孔排出

8、。（四）、轉向液壓缸工作回路裝載機要求具有穩(wěn)定的轉向速度，也就是要求進入轉向液壓缸的油液流量恒定。轉向液壓缸的油液主要來自CB46轉向泵，該泵由主機的柴油發(fā)動機拖出，在發(fā)動機額定轉速下，流量為77升/分。流量轉向閥的工作原理是：使轉向泵輸出的油液通過兩個節(jié)流孔，兩孔前后產(chǎn)生壓差 p=p1-p2和Dp”=p2-p3，總壓差Dp Dp Dp”p1-p3。液動分流閥左端控制油路接p1，右端接p2。設兩端油壓的作用面積均為F，閥芯即處在油壓p1與p2的推力和彈簧力P彈之和相平衡的位置。當轉向泵流量Q1正常，Dp達到規(guī)定值而p1/p3+P彈/F時，分流閥被推至A工位，于是Q20，輔助泵排油全部輸入工作裝

9、油路。當發(fā)動機轉速降低，使Q1減小到p1 p3+P彈/F時，分流閥便逐漸被推向 B工位，于是輔助泵開始設計容設計說明與計算過程備注向轉向油路輸油。由于增加樂流量Q2，使p2上升，同時p1值也隨之上升，直到p1 /p3+P彈/F時，分流閥便停留在新的平衡位置。裝載機轉向機構要求轉向靈敏，因此隨動閥采取負封閉的換向過渡形式，這樣還防止突然換向時系統(tǒng)壓力瞬時升高。同時還加了一個鎖緊滑閥來防止轉向液壓缸竄動。鎖緊閥的作用是在機直線行駛時防止液壓缸竄動和降低關閉油路的速度，減少液壓沖擊，避免油路系統(tǒng)損壞。另一個作用是當轉向泵和輔助泵管路發(fā)生破損或油泵出現(xiàn)故障時，鎖緊滑能自動回到關閉油路位置，從而保證機器

10、不擺頭。設計容設計說明與計算過程備注五：各元件參數(shù)計算（一）、查閱資料整理得下表表1.1動作名稱外負載/N速度/鏟斗快進50006鏟斗工進155000.5鏟斗快退50006鏟斗停止表1.2動作名稱外負載/N速度/動臂快進1000016動臂工進490000.6動臂快退50008動臂停止表1.3動作名稱外負載/N速度/轉向缸快進1000016轉向缸工進145000.3轉向缸快退1000016轉向缸停止（二）、鏟斗液壓分析計算（1）、鏟斗的快進,工進,快退負載分別是：F=5000 F=15500 F=5000由表1.1數(shù)值繪制負載圖設計容設計說明與計算過程備注由此可繪制出速度圖（2）確定執(zhí)行元件主要

11、參數(shù)查閱課本表8-7和表8-8可知，裝載機鏟斗的最大負載約為15500N時液壓系統(tǒng)宜取壓力P1=3 MPa。液壓缸可選用單活塞式的并在快進時左差動連接，這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積A1應為有桿腔工作面積A2的兩倍，既=A1/A2=2，而活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d=0.707D的關系。按表8-3取P2=3MPa。有公式計算液壓缸面積：A2= =53.81A1=107.6D=0.117md=0.707D=0.082m設計容設計說明與計算過程備注將這些直徑按GB/T2348-2001圓整成就近標準值得：D=0.11m d=0.082m由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為A1=107.4A2=54

12、.16經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。（3）根據(jù)上述D和d的值，可以液壓缸工作階段中的壓力，流量和功率，如下表：工況負載回油腔壓力進油腔壓力輸入流量輸入功率快進500030.9780.53240.5206工進1550031.50.0890.1335快退500030.9610.54160.5204繪制工況圖，如下圖：設計容設計說明與計算過程備注（四）鏟斗液壓基本回路：裝載機在鏟取物料時一般要求先轉斗后提升動臂，所以轉斗液壓缸與動臂液壓缸采用串并聯(lián)油路連接，并將控制轉斗壓缸的三位閥放置在動臂液壓缸的四位閥之前，以保證轉斗液壓缸能優(yōu)先動作。在轉斗液壓缸的小腔油路設有雙作用安全閥。它的作用是在

13、動臂升降過程中，轉斗的連桿機構由于動作不相協(xié)調(diào)而受到某種程度的干涉，雙作用安全閥可起到緩沖補油作用。（三）動臂液壓分析計算（1） 鏟斗的快進,工進,快退負載分別是：F=10000 F= 49000 F=5000由表1.2數(shù)值繪制負載圖設計容設計說明與計算過程備注由此可繪制出速度圖，如下圖（2）確定執(zhí)行元件主要參數(shù)查閱課本表8-7和表8-8可知，裝載機動臂的最大負載約為49000N時液壓系統(tǒng)宜取壓力P1=5 MPa。液壓缸可選用單活塞式的并在快進時左差動連接，這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積A1應為有桿腔工作面積A2的兩倍，既=A1/A2=2，而活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d=0.707D的關系。

14、按表8-3取P2=3MPa。有公式計算液壓缸面積：設計容設計說明與計算過程備注A2=72.91A1=145.8D=0.431md=0.707D=0.304m將這些直徑按GB/T2348-2001圓整成就近標準值得： D=0.43m d=0.30m由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為A1=0.145A2=0.074經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。（3）根據(jù)上述D和d的值，可以液壓缸工作階段中的壓力，流量和功率，如下表：工況負載回油腔壓力進油腔壓力輸入流量輸入功率快進1000030.141.1360.15工進4900030.350.0870.0304快退500030.070.5920.04繪

15、制工況圖，如下圖：設計容設計說明與計算過程備注（4）動臂液壓基本回路：動臂液壓缸的進油路由工作液壓泵和輔助液壓泵供油。流量總和最大可達320升/分。分配閥采用傳并聯(lián)油路的多種閥，其中控制動臂的閥為四位閥。當四位閥處于圖示中位時，液壓缸鎖緊而液壓泵卸荷。此外，還能實現(xiàn)空斗迅速下降，甚至在發(fā)動機熄火的情況下也能將下鏟斗?；芈饭ぷ鲏毫τ煞峙溟y中的安全溢流閥調(diào)定為150公斤/厘米2。（四）轉向液壓缸液壓分析計算（1）轉向液壓缸的快進,工進,快退負載分別是： F=10000 F=14500 F=10000由表1.3數(shù)值繪制負載圖設計容設計說明與計算過程備注由此可繪制出速度圖，如下圖（2）確定執(zhí)行元件主要

16、參數(shù)查閱課本表8-7和表8-8可知，裝載機動臂的最大負載約為14500N時液壓系統(tǒng)宜取壓力P1=3 MPa。液壓缸可選用單活塞式的并在快進時左差動連接，這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積A1應為有桿腔工作面積A2的兩倍，既=A1/A2=2，而活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d=0.707D的關系。按表8-3取P2=3MPa。有公式計算液壓缸面積：設計容設計說明與計算過程備注A2=50.34A1=100.68D=0.114md=0.707D=0.08m設計容設計說明與計算過程備注（4）轉向缸液壓基本回路：裝載機要求具有穩(wěn)定的轉向速度，也就是要求進入轉向液壓缸的油液流量恒定。轉向液壓缸的油液主要來自CB4

17、6轉向泵，該泵由主機的柴油發(fā)動機拖出，在發(fā)動機額定轉速下，流量為77升/分。流量轉向閥的工作原理是：使轉向泵輸出的油液通過兩個節(jié)流孔，兩孔前后產(chǎn)生壓差Dp=p1-p2和Dp”=p2-p3，總壓差Dp Dp Dp”p1-p3。液動分流閥左端控制油路接p1，右端接p2。設兩端油壓的作用面積均為F，閥芯即處在油壓p1與p2的推力和彈簧力P彈之和相平衡的位置。當轉向泵流量Q1正常，Dp達到規(guī)定值而p1/p3+P彈/F時，分流閥被推至A工位，于是Q20，輔助泵排油全部輸入工作裝油路。當發(fā)動機轉速降低，使Q1減小到p1 p3+P彈/F時，分流閥便逐漸被推向B工位，于是輔助泵開始向轉向油路輸油。由于增加樂流

18、量Q2，使p2上升，同時p1值也隨之上升，直到p1 p3+P彈/F時，分流閥便停留在新的平衡位置。設計容設計說明與計算過程備注（五）選擇液壓元件與油路分析：（1）裝載機工作裝置液壓系統(tǒng)。它由一下部分組成：1轉斗液壓缸；2動臂液壓缸；3動臂液壓缸換向閥；4轉斗液壓缸換向閥；5單向閥；6液壓泵；7濾油器；8溢流閥；9緩沖補油閥；10油箱 方向控制閥設有動臂液壓缸換向閥和轉斗液壓缸換向閥，用來控制轉斗液壓缸的和動臂液壓缸的運動方向，使鏟斗和動臂能停在某一位置，并可以通過控制換向閥的開度來獲得液壓缸的不同速度。轉斗液壓缸換向閥是三位六通滑閥，它可控制鏟斗前傾、后傾和固定在某一位置等三個動作，動臂液壓缸

19、換向閥是四位六通滑閥，它可控制動臂上升、下降、固定和浮動等四個動作。動臂浮動位置可使裝載機在平地堆積作業(yè)時，工作裝置能隨地面情況自由浮動。 溢流閥控制系統(tǒng)壓力。 緩沖補油閥(雙作用閥)它由過載閥和單向閥組成，并聯(lián)裝在轉斗液壓缸的回路上，其作用由三個：當轉斗液壓缸滑閥在中位時，轉斗液壓缸前后腔均閉死，如鏟斗受到額外沖擊載荷，引起局部油路壓力劇升，將導致?lián)Q向閥和液壓缸之間的元件、管路的破壞。設置過載閥即能緩沖該過載油壓。在動臂升降過程中，使轉斗液壓缸自動進行泄油和補油。裝載機連桿機構上設有設計容設計說明與計算過程備注限位塊，當動臂在升降至某一位置時，可能會出現(xiàn)連桿機構的干涉現(xiàn)象。裝載機在卸載時，能

20、實現(xiàn)鏟斗靠自重快速下翻。并順勢撞擊限位塊，使斗剩料卸凈。當卸料時，壓力油進入轉斗液壓缸前腔實現(xiàn)轉斗。當鏟斗重心越過斗下餃點后，鏟斗在重力作用下加速翻轉。但其速度受到液壓泵供油速度的限制，由于緩沖補油閻中的單向閥與時向轉斗液壓缸前腔補油，使鏟斗能快速下翻，撞擊限位塊，實現(xiàn)撞斗卸料。為了提高裝載機的作業(yè)效率，該系統(tǒng)采用雙泵合流、分流、轉向優(yōu)先的卸荷系統(tǒng)。當轉向時，轉向泵向工作系統(tǒng)提供多余的油液。不轉向時，轉向泵的全部油液經(jīng)合流單向閥進入工作裝置系統(tǒng)。當工作裝置系統(tǒng)壓力達到卸荷閥調(diào)定的壓力，轉向泵提供給工作裝置的油液經(jīng)卸荷閥流回油箱，從而使液力機械傳動系統(tǒng)提供更大的鏟入力。合理的利用了發(fā)動機的功率，

21、提高了整機的作業(yè)效率。（2）油路分析如下：、鏟斗收起與前傾鏟斗的收起與前傾由轉斗液壓缸工作回路實現(xiàn).當操縱手動換向閥使其右位工作時,鏟斗液壓缸活塞桿伸出，并通過搖臂斗桿帶動鏟斗翻轉收起進行鏟裝.其油路為:進油路:液壓泵手動換向閥右位鏟斗液壓缸無桿腔?；赜吐罚虹P斗液壓缸有桿腔手動換向閥右位精過濾器油箱。當操縱手動換向閥使其左位工作時，鏟斗液壓缸活塞桿縮回，并通過搖臂斗桿帶動鏟斗前傾進行卸載。其油路為：進油路：液壓泵手動換向閥左位鏟斗液壓缸有桿腔?；赜吐罚虹P斗液壓缸無桿腔手動換向發(fā)左位精過濾器油箱。當鏟斗在收起與前傾的過程中，若轉向液壓泵輸出流量正常，則流量轉換閥中的流量分配閥工作在左位，使輔助液

22、壓泵與主液壓泵形成并聯(lián)供油（動臂升降回路也是如此）。當操縱手動換向閥使其處于中位時，鏟斗液壓缸進，出油口被封閉，依靠換向閥的鎖緊作用，鏟斗在某一位置設計容設計說明與計算過程備注處于停留狀態(tài)。動臂升降動臂的升降由動臂升降液壓缸工作回路實現(xiàn)。當操縱手動換向閥11使其工作在右位時，動臂升降液壓缸的活塞桿伸出，推動動臂上升，完成動臂提升動作。其油路為：進油路：液壓泵手動換向閥中位手動換向閥右位動臂升降液壓缸無桿腔。回油路：動臂升降有桿腔手動換向閥精過濾器油箱。當動臂提升到轉運位置時，操縱手動換向閥使其工作在中位，此時動臂升降液壓缸的進出油路被封閉，依靠換向閥的緊鎖作用使動臂固定以便運轉。當鏟斗前傾卸載

23、后，操縱手動換向閥使其工作在左位時，動臂升降液壓缸的活塞桿縮回，帶動動臂下降。其油路為：進油路：液壓泵手動換向閥中位手動換向閥左位動臂升降液壓缸有桿腔。回油路：動臂升降無桿腔手動換向閥中精過濾器油箱。折腰轉向輪式裝載機的車架采用前，后車鉸接機構，因此其轉向機構采用交接車架進行折腰轉向。裝載機鉸接車架折腰轉向過程是由轉向液壓缸工作回路來實現(xiàn)的，并要求具有穩(wěn)定的轉向速度（即要求進入轉向液壓缸的油液流量恒定）。轉向液壓缸的油液主要來自轉向液壓泵，在發(fā)動機額定轉速（1600r/min）下轉向液壓泵的流量為77L/min當發(fā)動機受其他負荷影響而轉速下降時，就會影響轉向速度的穩(wěn)定性。這時就需要從輔助液壓泵

24、通過流量換向閥補入轉向泵所減少的流量，以保證轉向油路的流量穩(wěn)定。當流量換向閥在相應位置時，也可將輔助液壓泵多余的或全部液壓油共給工作裝置油路，以加快動臂升降液壓缸和鏟斗液壓缸的動作速度，縮短作業(yè)循環(huán)時間和提高生產(chǎn)效率。設計容設計說明與計算過程備注六、設計小 結通過此次課程的設計，掌握了液壓缸控制元件、執(zhí)行元件所包含的容，了解了基本回路，掌握了工進快退的方法，了解了順序動作回路，掌握了裝載機的工作原理與設計方法，學會了辨認壓力繼電器油量控制閥，順序閥，溢流閥，節(jié)流閥，學會了順序動作回路加緊工件和退刀、鉆孔等的流程細節(jié)。經(jīng)過和組員的相互討論，對設計中各種分析、計算、數(shù)據(jù)繪制負載圖、速度圖、液壓缸工

25、況圖都進行了細致的研究和分析。設計容設計說明與計算過程備注七、參考文 獻參考文獻如下：官忠 液壓傳動系統(tǒng) M ：機械工業(yè)王春行 液壓控制系統(tǒng) M ：機械工業(yè)藺國民 液壓與氣壓傳動 M ：西苑藺國民 液壓與氣動技術學習指導暨習題集 M：理工大學林文坡 氣壓傳動與控制 M ：交通大學設計容設計說明與計算過程備注八、感想通過這幾天的課程設計，感覺收獲蠻多的！對與這個項目，我剛開始是手足無措，我不知道怎樣去安排這個項目！但是，團隊的一員，我又不得不去安排自己，不能逃避，也沒法去逃避學著去安排一個對于自己來說相當陌生的項目，怎樣去控制它的進度，完全根據(jù)老師講的一些東西！這樣一步一步安排下來以后，竟然發(fā)現(xiàn)

26、自己安排的還相當不錯！信心大增呀！和同學之間的討論，對一些問題的認識更加深刻，在這個過程中，隨著一個個新的問題的提出，也使自己做的東西更加完善！同時，當給別人解決一些問題的時候也相當有成就感自己的思維也得到了進一步的活躍！感覺生活充滿了樂趣！這也使自己的自信心更進一步得到了加強，越來越相信自己是很聰明的！別人有很多很多方面是不如自己的！設計容設計說明與計算過程備注九、致在這次課程設計的撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。首先我要感我的老師在課程設計上給予我的指導、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設計能力。其次，我要感幫助過我的同學，他們也為我解決了不少我不太明白的設計上的難題。同時也感學院為我提供良好的做課程設計的環(huán)境。最后再一次感所有在設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學。24 / 24