节能型液压单斗挖掘机液压系统的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

节能型液压单斗挖掘机液压系统的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

元件的速度，减少系统发热量，也减少了发动机的油耗。 发展前景非常广泛。 其基本组成为负载、二次元件及动力源、高压油路和低压油路构成的恒压网络和蓄能器 ， 如图 图 恒压网络二次调节系统的基本组成 恒压网络二次调节系统在国外很早就已经提出来了，大约在 20世纪 80年代，而国内研究的比较晚，且进展也不乐观，主要体现在变压比的范围过窄，一般在毕业设计 17 第 页 共 72 页 ，连续可调，最好的变压比为 1~2倍，连续可调，而在工程机械领域应该要求的变压比为 14倍，国内研究的变压器调节范围过窄的主要原 因为配流盘上的三个油口的位置不太理想，三个油槽的大小相同，且为 120度等间距分布，这种变压比范围过窄的情况有待改善。 由于液压变压器有如此强大的潜能，故对它的研究非常有意义，虽然还有些不足，但已经应用在一些领域了，比如卷扬机上、汽车上、船舶机械上、甚至是工程机械中。 图 压挖掘机上的应用。 图 挖掘机恒压网络二次调节液压系统原理图 ； ； ； ； 5。 二位四通换向阀； ； ； 阀； ； ； 11.回转马达； ； ； ； ； 16溢流阀；。 ； ； ； ；。 其实国内应用最多的是负载敏感系统，其技术也比较成熟，在二次调节技术出现之前，负载敏感系统算是比较先进了，但其在控制速度方面始终有节流、溢流损失，在原理上比二次调节系统要差，此系统中液压变压器是核心元件，但其毕业设计 18 第 页 共 72 页 要发挥回收势能和制动能时，需要蓄能器和电磁换向阀的配合，应用二次调节后主要有以 下优点： 1)液压变压器的输出压力 BP 可高于进口压力 AP 也可低于进口压力，负载口与低压油口分别接液压缸的两腔，两腔压差范围可以很大，而且由于背压腔有低压油的压力，可减少液压缸的冲击。 2)动臂缸下降时的势能、回转装置、行走装置的制动均能被系统回收和再利用，可控性较好，达到了节能减排的目的了。 3)在高压网络上，各执行器独立工作 ，互补干扰，使得液压管路布局明了、简单。 4)通过调节液压变压器配流盘的角度  即可控制执行器的速度，理论上无节流损失，减少系统发热量。 基于以上优点本次设计采用了恒压网络二次调节技术的节能型液压系统。 毕业设计 19 第 页 共 72 页 4 液压二次调节技术 基本概念 二次调节系统是由恒压力源、变量马达和蓄能器组成的控制系统。 由于它没有节流损失和溢流损失的缺陷 ， 发展前景非常广泛。 (1)一次调节 ，由原动机到压力油产生的过程称为一次调节。 (2)二次调节，在恒压力源网络中 ， 对液压马达（有时为液压泵）进行控制称为二次调节。 二次调节系统的原理 液压变压器是由两个液压单元同轴连接组成的。 它具有三个端口 ，其中两 个液压单元角色互异 ：被进入高压油驱动的一端为液压马达 ，则 另一端为液压泵。 如图。 毕业设计 20 第 页 共 72 页 图 二次调节系统 由图 10可知，单元 1被恒压网络的高压油 CP 驱动，此时它为液压 马达，单元2就是液压泵，如果忽略摩擦损失，则单元 2的输入转矩等于单元 1的输出转矩，在液压马达的带动下液压泵产生压力油 VP ，然后由 VP 驱动液压缸。 其流量和压力关系推导如下，液压单元 1和 2的排量分别为 )/( 31 rmV 、 )/( 32 rmV ，转轴的转矩为 T（ Nm） ,则由能量守恒有： nVPnVP VC  21 由于同轴，转速 n相同， CP 为定值 ，液压单元 2为定量马达，即 2V 也为定值 ,所以： 21VVPPCV 变压比为两者的排量的反比，在回路中，通过调节单元 1的排量就可以调节输出压力了，而且在无节流损失的条件下可对压力进行无级调节，此变压器为传统型的，也有两单元均为排量可调的，那么变压比的范围就更宽些，更适用于工程机械中，当前，国内研究的液压变压器调压比为 02倍，而在工程机械中的应用应达到 04倍。 毕业设计 21 第 页 共 72 页 液压变压器的发展史 在 20世纪 50年代就有美国专利对液压变压器进行阐述，一直到 80年代，其在结构上没有本质的改变，一直是采用轴向柱塞泵和马达刚性连接构成，体积较大，较笨重，称之为传统型液压变压器， 该种变压器的变压比为可调的，还有一种液压缸变压器，将两缸活塞杆刚性连接，利用两缸活塞面积不等，可产生不同的压力，其实就是增压缸，但它的变压比为固定值。 直到 1997年，由荷兰的 Innas公司发明了新型液压变压器，它是将马达单元和泵单元的功能集合在一起，其主要办法是在配流盘上加工出等间距的三个腰形槽，分别为负载口、高压口、低压口。 结构比以前简单，正反转敏捷，可控性好。 图。 图 液压变压器的简图 AP 为高压油口， BP 为负载口， TP 为低压油口，但是这三个口均可以进出油，所以液压变压器可正反转，进而具有工作四象限特性。 图 图。 毕业设计 22 第 页 共 72 页 图 新型变压器的实物图 由图可知其结构是斜轴式轴向柱塞泵式的，只是配流盘加工出了等间距的三个配油槽，而且配流盘由操纵手柄带动小齿轮对配流盘进行角度的调节，从而改变变压比的大小，改变配流 盘角度的方式除手动式的还有伺服控制式的，伺服控制易实现自动化。 液压变压器三端口的流量关系 图 ，在此体现了新型变压器与传统液压变压器的区别。 毕业设计 23 第 页 共 72 页 图 新型液压变压器配油盘三槽口的布局图 由图知 A 、 B 、 T 分别为三槽口的吸、排油角度。 而且 A = B = T ，由能量守恒可知 0f  WPQPQPQ BVBTVTAVA (a) 其中 VAQ 、 VBQ 、 VTQ 分别为 A、 B、 T三口的流量， AP 、 BP 、 TP 分别为三口的压力， fW 为总能量的损失，取绝对值。 有（ a）式可推出变压器比：  VBAfTAVBVTVBVAAB QPWPPPP (b) 由此可以推导三槽口流量方程如下：   2s in2s ins inr22s in2s ins inrz2s in2s ins inz2AAVTAAVBAVAznSQnSQnSrQ (c) 其中：  是配油盘调节角度，它是 A槽中心与下死点 D之间的夹角， S是柱塞横截面积， r是液压变压器输入轴的半径， z为柱塞个数，一般 7z ， n为变压器的转速， 025 ，为斜轴的倾角。 联合 (c)和 (b)两式，可求得变压比的具体表达式： 毕业设计 24 第 页 共 72 页    VBAATAAA QPWPP f2s i n2s i n2s i ns i n (d) 由 (d)中可知，如果不考虑能量损失 fW ，在结构固定后， A 亦为固定值，所以变压器的输出压力只为控制角  的函数，改变  的大小，可以输出不同的压力 BP ，其工作原理由此而来。 二次调节系统在工程机械中的应用 随着二次调节技术的发展和成熟，其逐渐被应用在卷扬机械、汽车、船舶机械，甚至是工程机械领域中。 图 图 二次调节系统在工程机械中的应用 很显然在该系统中，悬臂缸、吊杆缸、铲斗缸、摆吊缸、动杆缸、车轮马达等执行元件的速度直接由各自的液压变压器来控制，在受负负载时，各液压变压器反转，将能量储存在蓄能器，以备再利用。 较目前采用的节流阀控制速度系统先进一些，无节流损失，减少了系统的发热量，可提高液压元件的使用寿命。 而且整个系统的油路布局简单多了，也便于维修和保养。 毕业设计 25 第 页 共 72 页 液压变压器工作的四象限 在机械运动中，很多时候机械构件都会产生负载荷，即可向系统反馈能量的载荷，由负载荷驱动的形式叫负载驱动。 常见的有挖掘机、泵车的动臂下降势能、飞轮的惯性能、卷扬产生的负载荷、回转装置和行走装置的制动能等。 液压变压器的工作四象限表现在能量回收和再利用，而且在控制负载时较连续，可逆性好，可控性好。 此过程中 ,液压变压器为能量形式转换的核心元件 ,液压变压器在进行驱 动负载和负载驱动情况下 ,液压变压器的端口 A、 B可分别作为“液压马达 液压泵 ” 工况和“液压泵 液压马达 ” 工况。 液压变压器工作四象限的动力学分析 以图 ，该负载为液压缸，即直线式负载，液压缸的两腔采用差动连接，下面分别以负载上升和下降的工况来分析液压变压器的四象限特性，缸体固定，活塞往返运动，不考虑泄露和沿程、局部压力的损失。 图 液压变压器驱动液压缸上升工况 (一 )负载上升工况： 对液压缸进行受力分析可得 : pBA2pAA1mgFf = ma (1) 而液压缸上下腔的流量关系为： qce =(A1/A2)qB (2) 如图 ，液压缸的上升情况可分为三个阶段 .阶段一为 0~ t1,液压缸加速上毕业设计 26 第 页 共 72 页 升即 a0,由 (1)式 可得 pB(pAA1+mg)/A2 (3) 从 (2)、 (3)以及 (1)式可得 qAqce+(mg/pAA2 )qB (4) 图 液压缸工况图 表 各端口吸、排油情况 0~ t1时段 当 a0时 t1~ t2时段 当 a=0时 t2~ t3时段 当 ga0时 qA=qc+qce qA=qc+qce qA=qc+qce 蓄能器和液压网络供油 蓄能器和液压网络供油 蓄能器和液压网络供油 当 PB/PA1时， qAqB 当 PB/PA1时， qAqB 当 PB/PA1时 , qAqB T端补油， qT=qBqA T端补油， qT=qBqA T端补油， qT=qBqA 当 PB/PA1时， qAqB 当 PB/PA1时， qAqB 当 PB/PA1时， qAqB T端排油， qT=qAqB T端排油， q。