液压挖掘机动臂结构的优化设计

在搜集了国内外挖掘机液压系统相关资料的基础上，了解了挖掘机液压系统的发展历史，并对挖掘机液压系统的技术发展动态进行了分析总结。本次毕业设计课题是液压挖掘机。挖掘机由多个系统组成，包括液压系统，传动系统，操纵系统，工作装置，底架，转台，油箱，发动机安装等。本人的设计主要致力于分析和设计中型液压挖掘机液压系统的液压元件。以液压元件和液压回路为主。
1.1
液压挖掘机是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。根据建筑施工部门统计，几十个工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。由于液压挖掘机具有多品种，多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐。液压挖掘机的生产制造业也日益蓬勃发展。
(3)重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速度。例如，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节装置，使挖掘机按最适合其作业要求的速度来工作；美国林肯贝尔特公司新C系列LS-5800型液压挖掘机安装了全自动控制液压系统，可自动调节流量，避免了驱动功率的浪费。还安装了CAPS（计算机辅助功率系统），提高挖掘机的作业功率，更好地发挥液压系统的功能；日本住友公司生产的FJ系列五种新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，减少燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并处长了零部件的使用寿命；德国奥加凯(O&K)公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神钢公司在新型的904、905、907、909型液压挖掘机上采用智能型控制系统，即使无经验的驾驶员也能进行复杂的作业操作；德国利勃海尔公司开发了ECO（电子控制作业）的操纵装置，可根据作业要求调节挖掘机的作业性能，取得了高效率、低油耗的效果；美国卡特匹勒公司在新型B系统挖掘机上采用最新的3114T型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。韩国大宇公司在DH280型挖掘机上采用了EPOS——电子功率优化系统，根据发动机负荷的变化，自动调节液压泵所吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全功率运转，这样既充分利用了发动机的功率、提高挖掘机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。

挖掘机动臂结构设计及仿真分析学生姓名：杨鹏专业：机械设计制造及其自动化指导老师：何孔德副教授挖掘机介绍挖掘机，又称挖掘机械（excavating machinery)，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。

挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。

哥弟官方旗舰店,从近几来工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，挖掘机已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。

挖掘机最重要的三个参数：操作重量（质量），发动机功率和铲斗斗容。

本课题的主要任务：1.对挖掘机动臂进行简化处理，并用Pro ENGINEER建立三维。

2.将三维模型导入ansys中，并对三维模型加载，得出应力云图。

3.针对挖掘机动臂应力云图，结合动臂结构，进行改变，以改善动臂的应力集中情况。

对挖掘机动臂结构进行简化处理 在ansys有限元分析中是不允许有缝隙出现的，所以将动臂的一些地方进行简化处理，然后建立三维模型挖掘机动臂的二维图形挖掘机动臂的三维图形挖掘机受力分析及动臂应力计算（1）、挖掘机阻力均布在铲斗的切削板上，此时可等效为集中载荷Fa作用在铲斗切削板中部。

（2）、挖掘机阻力Fb作用于铲斗的边齿，作用于铲斗的最外侧。

(3)、挖掘机阻力Fb作用于铲斗的边齿，同时受到横向力Fc的作用。

工作装置的受力分析（1）、挖掘机阻力均布在铲斗的切削板上，此时可等效为集中载荷Fa作用在铲斗切削板中部。

（2）、挖掘机阻力Fb作用于铲斗的边齿，作用于铲斗的最外侧。

(3)、挖掘机阻力Fb作用于铲斗的边齿，同时受到横向力Fc的作用。

如图建立动臂应力计算图形，把动臂受力作为作为静载分析。

挖掘机动臂的前处理（1）、动臂单元类型选取。

preprofessor》element type》beam（2）、定义材料属性。

preprofessor》material model》EX（1.8e5）PRXY （0.3）（3）、定义截面。

工程机械液压传动系统设计与优化随着经济的发展，工程机械的需求量和市场份额越来越大。

液压传动系统是工程机械中重要的动力传输方式之一，它具有功率密度高、响应速度快、噪声低等特点。

因此，液压传动系统的设计与优化不仅关系到工程机械的性能和品质，也关系到客户的使用体验和市场竞争力。

一、工程机械液压传动系统结构设计液压传动系统主要由液压泵、液压马达、液压缸、液压阀等部件组成。

液压泵负责将机械传动的轴承动力转换为压力能，通过液压阀控制压力能的分配，驱动液压马达和液压缸的工作，完成工程机械的运动和力量传输。

在设计液压传动系统时，需要选用适合机械特点、工作环境和工作负荷的液压部件。

例如，在挖掘机上，应选用具有大扭矩、低转速和高效率的液压马达，同时采用灵活的多路换向阀控制多路液压缸的动作，从而实现快速、稳定和精准的挖掘作业。

二、工程机械液压传动系统流程优化液压传动系统的压力和流量分配是决定系统性能和运行状态的关键因素。

因此，流程优化是提高系统效率和寿命的有效手段。

在液压传动系统流程优化中，可以采用如下策略：1. 采用节能液压技术，如变量泵技术、高效率液压阀技术和节能型液压油的使用，从源头上降低系统功耗和温升。

2. 合理控制液压元件的调节方式和运动响应速度，避免能量的浪费和损失。

3. 应用液压仿真软件，通过模拟和优化，预测液压系统的性能和运行特性，为设计提供参考和优化方案。

4. 采用故障诊断技术，及时发现和解决系统故障，避免因故障造成的设备停机和损失，提高设备的可靠性和安全性。

三、工程机械液压传动系统质量保证液压传动系统的运行质量和稳定性对工程机械的使用效果和客户反馈有着极大的影响。

因此，在液压传动系统设计和制造过程中，应严格按照相关标准和规范，保证系统的质量稳定和性能安全。

具体来说，液压传动系统的质量保证包括以下方面：1. 选用优质的液压元件和材料，保证系统的工作寿命和可靠性。

2. 完善的检测和测试手段，严格把控系统的组装和出厂质量。

工程机械液压传动系统的优化设计第一章：工程机械液压传动系统概述工程机械液压传动系统是工程机械中的一个重要组成部分，它主要通过流体力学的原理来传递动力，控制机械的运动和完成工作任务。

工程机械液压传动系统广泛应用于挖掘机、推土机、装载机、压路机、起重机等机械设备中，具有功率密度大、可靠性高、负载适应性强等优点，受到了广泛的认可。

第二章：工程机械液压传动系统的构成1. 液压泵：液压泵是液压传动系统中的核心部件之一，它主要负责将机械中的动力转换成液压能，并将其输送至执行机构。

2. 液压马达：液压马达是液压传动系统中的动力输出部件，它通过扭矩作用将液压能转换成机械能，实现工作任务的完成。

3. 液压缸：液压缸是液压传动系统中的执行机构，它通过工作缸和活塞的相互作用来实现机械运动的控制和执行。

4. 液压阀：液压阀是液压传动系统中的控制元件，它通过不同的开关控制液压系统中流体的分配，从而实现机械的控制。

第三章：工程机械液压传动系统的优化设计1. 液压泵的优化设计液压泵的选择应当遵循容积效率高、功率密度大、压力损失小等原则，优化设计应当从泵芯结构优化、液压泵的减振降噪、流量调节和节流调节等方面来进行。

2. 液压马达的优化设计液压马达的选择应当从输出转矩、功率密度、效率等方面出发，优化设计可以通过提高液压马达的容量利用率、减小压降、减振降噪等方式来实现。

3. 液压缸的优化设计液压缸的优化设计应当从实现轻量化、降低能耗、提高质量和可靠性等方面出发，主要包括缸体材料的选择、内部流量的优化设计等。

4. 液压阀的优化设计液压阀的优化设计应当从节流减抵、耐蚀、构造紧凑等方面出发，主要包括优化阀板结构、提高阀门寿命等方案。

第四章：结论工程机械液压传动系统是工程机械中一个重要的系统，其液压泵、液压马达、液压缸和液压阀等部件通过流体力学原理载有动力并实现机械运动控制和任务完成。

优化设计液压泵、液压马达、液压缸、液压阀等核心部件，对提高传动系统的性能、实现机械简化、提高使用可靠性等方面具有重要意义。

挖掘装载机回转机构性能研究及优化设计随着国民经济的发展，应用机械化施工技术越来越重要，促使现代工程建设机械的蓬勃发展。

挖掘工作装置的挖掘效率以及动态特性是衡量挖掘装载机好坏与能否满足用户使用需求的重要指标。

基于此，文章就挖掘装载机回转机构性能研究及优化设计进行分析。

标签：挖掘装载机；回转机构；性能研究；优化设计一、回转机构组成及工作原理（一）组成液压挖掘机回转机构主要由回转支承、回转减速器、回转制动器和回转液压系统等组成。

（二）工作原理当操纵挖掘机回转时，回转先导阀输出的压力油进入回轉换向阀1阀芯一侧，推动回转换向阀1阀芯移动，打开回转换向阀1油路。

主泵输出的压力油经回转换向阀1进入回转马达的工作油路（A、B油口），驱动回转马达5旋转。

来自回转先导阀的先导压力油同时进入延时制动阀8的SH油口，SH油口的先导压力油推动延时制动阀的换向阀9阀芯，使先导泵输出的压力油（PG油口）进入回转制动器6活塞室。

将制动活塞顶起，使制动摩擦片分离以解除制动，回转马达5方可通过回转减速器10驱动转台旋转。

二、回转机构参数优化（一）优化模型建立1.目标函数建立回转机构回转性能的好坏，由几个方面可以判断：制动时刻角加速度、最大回转角度、系统能量消耗。

根据以上三点建立回转机构的优化目标函数：化成标准形式为：2.设计变量选取液压缸的初始安装角α0、β0，液压缸铰接点与回转中心的垂直距离H，以及回转半径r，都对上面的优化目标函数有较大影响。

因此选定α0、β0、H和r 作为优化目标函数的设计变量。

3.约束条件确定（1）启动力矩的约束液压系统的启动压力为=Mpap5.17起，因此要使机构在初始安装位置，在启动压力作用下能够启动起来，约束条件用数学表达式表示为：p起L0（A1+A2）≥Mj其中：A1：液压缸有杆腔面积。

A2：液压缸无杆腔面积。

L0：安装起始位置液压缸驱动力臂，由于结构对称，左右两缸力臂相等。

Mj：回转静阻力矩。

（2）液压缸结构参数的约束由液压缸最大行程和结构尺寸的限制，液压缸伸长到最长时，液压缸铰接点到活塞杆端的距离要小于液压缸的结构尺寸加最大行程。

图1 Fig． 1 标准挖掘工况下工作装置前 8 阶模态振型 device under standard mining condition
（ a） 1 阶模态 （态 （ c） 3 阶模态 （ g） 7 阶模态 （ d） 4 阶模态 （ h） 8 阶模态
The first eight order modal vibration mode of working
第 6 阶模态频率出现时， 该阶频率对应的主振 E、 K 为轴心， 型以 C 、 以工作装置姿态位置为平衡位 置的对称复合扭转运动。 第 7 阶模态频率出现时， 该阶频率对应的主振 型为 XOY 平面的弯曲振动以及以 XOY 平面为对称 面， 且过动臂与转台铰接销轴中间截面圆心 C 内外 摆动。 第 8 阶模态频率出现时， 该阶频率对应的主振
表1 Tab． 1
阶次 1 2 3 4
标准挖掘工况下的模态前 8 阶固有频率 The first eight order mode natural frequency
in the cases of standard mining condition
频率 / Hz 3. 792 8. 626 12. 696 27. 182 阶次 5 6 7 8 频率 / Hz 32. 585 42. 924 52. 521 62. 941
引言
液压挖掘机工作时， 各机构频繁启动、 回转、 伸 臂、 挖掘、 提升卸料、 制动且进行复杂的复合运动， 使 液压挖掘机结构承受强烈的冲击和振动 。随着液压 挖掘机向着重载、 高精度、 轻量化发展， 工作装置结 构在动载荷作用下的振动问题变得日益突出 。 因 ［1 ］ 此， 对工作装置进行动态优化设计 ， 改进其动态 性能， 减小振动， 提高其工作平稳性， 具有重要意义。 模态是构成各种工程结构复杂振动的最基本的 振动形态， 通过模态分析可得到结构的固有频率和 是结构动态性能分析和优化设计的基 主要振型， ［2 － 3 ］ 。国内外许多学者基于模态技术对机械结构 础 ［4 － 7 ］ ， 但现有针对关键模态频率对 进行了结构优化 动态性能以及灵敏度的影响关系研究还不够深入 ， 对动态优化设计的方法有待进一步提高 。 本文以液压挖掘机工作装置为研究对象， 利用 模态分析技术得到工作装置的各阶模态频率和模态 特性，确定影响液压挖掘机工作装置动态性能的关 ［8 ］ 键模态频率 。将此模态频率作为优化目标， 通过 对主要结构参数进行灵敏度分析， 得到工作装置动 态优化的设计变量。 确定工作装置几何约束、 性能 ［9 ］ 约束等约束条件， 最后采用扩展拉格朗日乘子法 对工作装置结构进行动态优化设计 。

Ｏ 引 言
隧道 在钻 爆法 施 工 中 ，出渣 是制 约 隧道 施工 进 度
１１ 节流 控制 ．
节流 控制多路 阀 ．又称为 开 中心直通 回油六 通 阀 ，
通过 控制三 位六通 阀主 阀芯的位 置来 调整 节流 口开度 ，
的瓶颈 ， 接影 响施 工 成本 。而 隧道挖 装 机集 扒 料 、 直 输
ｅ ｅ ｇ － ａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｏ ｅ ａ ｉ ｔ ｓ ａｓ ｍｐ ｏ ｅ ． ｎ ｒ ｙ ｓ ｖ ｎ ， ｈ ｐ ｒ ｂｌ ｙ ｉ ｌｏ ｉ ｒ ｖ ｄ ｉ
Ｋｅ Ｗ ｏ ｄ ： ｔｎ ｅ ｌａ ｉｇ ｙ ｒ ｓ ｕ ｎ ｌ ｏ ｄ ｎ ｍａ ｈ ｎ ； ｃ ｎ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ Ｌ ＤＶ ； ｐ ｍｐ ｏ ｔ ｌ ｃ ｉｅ ｏ ｔ ｌ ｉｔ； Ｕ ｏａ ｉ ｕ ｃ ｎ ｒ ｏ
Ｇ Ａ０ Ｈｏ ｇ ｌ ｎ －ｉ
（ｃ ｏｌ ｆＭｅｈ ｎｃ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ｕｈ ｅｔ Ｊａｔ ｇ ｎｖｒｉ ， Ｃ ｅ ｇ ｕ １０ １ Ｃ ｉａ Ｓ ｈｏ ｏ ｃ ａｉａ Ｅ ｇｎｅｉ ， ｏ ｔｗ ｓ ｉ ｏ Ｕ ｉｅｓｙ ｎ ｏｎ ｔ ｈ ｎ ｄ ６ ０ ３ ， ｈｎ ）
制 （ Ｕ Ｖ） ＬＤ 。
图 １ 节 流 控 制 原 理 图
节 流调 速是 通 过进 油节 流 和旁 路 回油 节 流联 合 控
制， 如增 大节 流 口 １的通 流面 积 ． 同时 减小 节流 口 １ 会
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｕ ｎ ｌ ｌａ ｉ ｇ ｍａ ｈ ｎ ， ｔ ｒ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｌ ａ ｅ ｓｎ ｏ ｔ ｌ ａ ｄ Ｌ ｓｒ ｃ ： ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐ ｒ ｍａ ｃ ｅ ｕ ｒ ｏ ｅ ｎ ｓ ｆ ｔ ｎ ｅ ｏ ｄｎ ｃ ｉ ｅ ｈ ｏｔ ｏ ｔｏ， ｏ ｄ ｓ ｎ ｉｇ ｃ ｎｒ ｎ ＵＤＶ ｃ ｎ ｒ ｌ ｌ ｏ ｏｔ ｏ

液压挖掘机工作装置静力学模型集成优化设计朱明娟;纪爱敏【摘要】针对液压挖掘机工作装置的优化设计问题,对在铲斗挖掘工况下的工作装置轻量化进行了研究,提出利用ISIGHT优化平台,同时调用Solidworks和ANSYS 的方法,对挖掘机工作装置静力学模型进行集成优化.采用全局优化算法和梯度优化算法相结合的组合优化策略,对设计问题进行智能化探索,不断选择新的设计初始值,从而进行自动地仿真和优化.研究结果表明,该方法不仅可以利用ISIGHT优化软件自动搜索到满足工作装置性能要求的最优解,而且在此基础上,进一步减小了工作装置的整体体积,达到工作装置轻量化的目的,为工程实际应用提供了一定的参考.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P57-60)【关键词】液压挖掘机;工作装置;ISIGHT;集成优化【作者】朱明娟;纪爱敏【作者单位】河海大学机电工程学院,江苏常州213022;河海大学机电工程学院,江苏常州213022【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH122近年来，液压挖掘机的优化设计问题得到了越来越多学者的关注和研究。

文献[1]利用ANSYS Workbench里面的拓扑优化模块，对挖掘机工作装置的动臂和斗杆进行减重优化，进而使得总体轻量化。

文献[2]利用VB编制优化程序，对动臂和斗杆进行减重优化。

文献[3]利用ADAMS的优化功能对动臂和斗杆结构进行优化。

文献[4]采用一种离散单元法对挖掘机的挖掘轨迹进行优化研究。

文献[5]通过建立一个由不同指标构成的多目标函数，对挖掘机的工作速度、挖掘力等进行优化设计，具有一定的指导意义。

文献[6]针对挖掘机动臂的约束中存在的不足，提出一种文化算法对动臂进行优化设计。

文献[7]采用ANSYS中的优化模块对动臂进行轻量化研究，达到了动臂减重的目的。

但是上述大部分的研究仅对挖掘机的单个零部件进行优化设计。

在实际工作中，工作装置的各零部件之间是相互制约、相互影响的，因此必须把它看成一个统一的整体进行优化分析，这样才有可能得到较为实用的优化设计方案。

液压系统在机械工程中的应用及优化设计液压系统是一种应用广泛的机械传动系统，它利用流体压力传递能量和信号，可实现力量、速度和方向的可调、快速、准确传递。

液压系统在机械工程中应用广泛，可用于动力传递、静力支撑、控制和检测等方面。

本文将从液压系统的基本原理、应用、优化设计三个方面进行讨论。

一、液压系统的基本原理液压系统的基本原理是以液体介质为工作介质，通过液压油泵将液体输送到液压执行机构，使其产生力量、速度和方向的可控运动。

液压系统由油箱、动力机构、控制阀、液压执行机构、管路和附件等组成。

其中，液压油泵是液压系统的心脏，它能够对液体产生压力并推动流体在系统中流动。

控制阀是液压系统的大脑，它能够对液体流量、压力和方向进行调节，从而实现对液压执行机构的控制。

液压执行机构则是液压系统的四肢，它能够将液压能转化为各种机械运动（如直线运动、旋转运动和椭圆运动等），并完成各种工作任务。

液压系统的主要特点是能够实现力量的放大和方向的可调，具有能量密度大、体积小、重量轻、传动效率高、动态响应快、操作方便等优点。

在各种机械传动中，液压传动常常被用来传递大力量和高速度。

同时，液压传动具有较强的自适应性和抗扰度能力，可适应各种恶劣工况和复杂控制要求。

二、液压系统的应用液压系统在机械工程中应用广泛，可用于各种动力传递、静力支撑、控制和检测等方面。

以下列举几个典型的应用例子。

（1）起重机液压系统：起重机液压系统是液压系统的主要应用之一，它可用于吊车、升降机、滑升机等起重设备上，能够实现各种大型、重量级物体的快速起吊和定位。

液压起重机系统一般由液压油泵、控制阀、液压执行机构、油箱和附件等组成，能够对起重机的运动进行平滑、可控制的调节，提高了起重机的工作效率和安全性。

（2）液压切割机：液压切割机是利用液压系统实现高速、高精度切割的设备。

其主要执行机构为液压缸或液压马达，通过控制阀控制刀头的移动方向、速度和力量，可以实现各种材料的切割、切断和成型。

工程机械液压系统的设计与优化在工程机械行业中，液压系统是功效最为显著的技术之一。

液压系统主要是利用油液进行高压传递和控制技术，是工程机械中操作控制的重要技术。

由于液压系统具有高效、快速、安全等优越性能，故对于设计和优化液压系统非常重要，下面本文将详细介绍工程机械液压系统的设计原理与优化方法。

液压系统的基本构成液压系统一般由油箱、油泵、液压缸、油管、液压阀、滤芯等组件构成。

油箱是一个储油的容器，用于存储液压系统的油液，油泵可以将油液送入液压缸中，油泵为液压系统提供能量。

当液压泵将液压油泵入液压缸内时，液压缸就可以产生力，驱动机械进行工作。

液压缸是液压系统的重要部分，它利用油液的压力变化进而产生工作力。

液压阀负责调整液压系统的压力、流量和方向，是液压系统的控制器。

油管用于连通各个液压系统的元件，以实现油液传输和控制。

滤芯则是用于过滤油液中的杂质和颗粒，以保持液压系统的正常运转。

液压系统的设计原理设计一个稳定可靠、高效的液压系统，首先需要考虑到以下因素：1、选用合适的油液油液对液压系统的运转极其重要，液压系统需要选用高品质的油液。

油液需要从以下几个方面考虑：粘度、温度、耐磨性和防锈性。

2、确定液压系统的压力液压系统的性能受到压力的影响，需要确定好液压系统的设计压力。

如果压力过高，会导致机械磨损严重，过高的液压油温会对油液造成氧化等不利影响。

3、合理设计液压系统的结构液压系统需要设计合理的结构，不同结构会影响液压传动效率、系统复杂度、维修成本和寿命等因素。

因此，设计液压系统时需要充分考虑各种因素，选择适合的设计方案。

4、选用高质量的元器件液压系统的性能与元器件的质量密切相关。

选择高质量的元器件，可以提高液压系统的性能和寿命。

5、合理控制液压系统的油液流量和方向液压系统需要合理控制油液的流量和方向，确保系统稳定运行。

控制油液流量的方法一般是通过调整阀门的开度来改变流量大小。

改变方向则需要通过液压阀调整油液的流向。

摘要挖掘机作为我国工程机械的主力种机，被广泛应用于各种各样的施工作业中。

挖掘机产品核心技术就是液压系统设计，由于挖掘机的工作条件恶劣，其性能的优劣决定挖掘机工作性能的高低，要求实现的动作复杂，于是他对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。

因此，对挖掘机液压系统的分析设计对推动我国挖掘机的发展具有十分重要意义。

关键词：液压挖掘机液压系统回路目录前言 (4)1 绪论 (5)1.1选题的意义 (5)1.2挖掘机的发展趋势 (5)1.3挖掘机的设计方案 (5)1.3.1挖掘机液压系统技术发展动态的分析研究 (5)1.3.2挖掘机液压系统总体设计 (6)1.3.3挖掘机液压系统设计 (6)2 挖掘机液压系统概述 (7)2.1挖掘机液压系统的基本组成及其要求 (7)2.2挖掘机液压系统的基本动作分析 (8)2.3挖掘机液压系统的基本回路分析 (9)2.3.1限压回路 (9)2.3.2缓冲回路 (10)2.3.3 节流回路 (11)2.3.4 行走限速回路 (12)2.3.5闭锁回路 (13)2.3.6再生回路 (13)3 挖掘机液压系统设计 (14)3.1 挖掘机的功用和对液压系统的要求 (14)3.2挖掘机液压系统分析 (15)3.2.1挖掘机的液压系统原理图如下图 (15)3.2.2系统工作循环分析 (15)3.2.4液压系统中几种低压回路作用 (17)3.3液压元件的选用 (17)3.3.1泵、马达的选用 (17)3.3.2液压阀的选用 (18)4液压缸的设计计算和泵的参数计算 (19)4.1 液压的计算设计 (19)4.1.1外负载计算 (19)4.1.2液压缸结构尺寸计算 (19)4.1.3油缸强度计算 (21)4.2泵的参数计算 (23)4.2.1泵的压力计算 (23)4.2.2计算所需要的泵的流量 (24)5溢流阀的作用和设计计算 (25)5.1溢流阀的作用 (25)5.2溢流阀的设计计算 (25)5.2.1设计要求 (25)5.2.2几何尺寸确定 (26)5.2.3静态特性计算 (28)6 致谢 (33)参考文献 (34)前言挖掘机的液压系统是挖掘机上最重要的组成部分，它是挖掘机工作循环的动力系统。

专题研究SPECIAL RESEARCH挖掘机动臂设计分析刘佳1，方剑仙2（1. 北京建筑机械化研究院有限公司，北京 100007；2. 北京摩迅筑路机械有限公司，北京 102400）［摘要］动臂作为挖掘机工作装置的重要组成部分，其结构强度和稳定性对挖掘机有着至关重要的影响。

本文重点分析了挖掘机动臂与动臂机构确定、动臂受力计算等内容，对动臂进行运动学及动力学的简单分析，为挖掘机动臂研究提供参考。

［关键词］挖掘机；动臂；工作装置；运动特性［中图分类号］TU621 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2021）04-0048-02Design and analysis of excavator boomLIU Jia，FANG Jian-xian动臂作为挖掘机工作装置的重要组成部分，其结构强度和稳定性对挖掘机有着至关重要的影响。

合理的动臂优化设计可以降低其对整体运行的影响，使动臂结构与挖掘任务形成统一的挖掘机轨迹，提高挖掘机工作的综合质量；合理的动臂结构设计可以提高工作装置的整体性能，加快工程挖掘进度。

1 挖掘机动臂概述挖掘机具有机动性强、操作灵活、工作效率高等特点，已经成为现代生产建设中不可缺少的工程机械产品。

随着科学技术的不断发展，用户对挖掘机工作装置的整体性能、强度、刚度、稳定性等都提出了更高的要求。

动臂作为挖掘机工作装置中主要机构之一，其设计的优劣直接影响斗杆和铲斗的挖掘能力，进而影响整个工作机构的性能。

挖掘机的工作装置是挖掘机中最重要也是技术含量要求最高的部分，在设计中需要在原材料、工艺性、加工精度等方面加以综合考虑。

挖掘机动臂是挖掘机的一种工作装置，通常也叫大臂、小臂，主要作用是用于支配挖斗的挖掘、装车等动作。

与机架相连的臂较长，所以俗称为大臂，其术语称作动臂；与挖斗相连的臂较小，所以俗称为小臂，术语称作斗杆。

反铲挖掘机大臂的形状一般来讲都是有一定弯位的，这样能较好的针对停机面以下的土壤进行强行挖掘。

Internal Combustion Engine&Parts0引言液压挖掘机虽然能降低工人劳动力，提高工作效率，但由于液压挖掘机工作环境的复杂多变和机器的长时间作业，很难保证挖掘机在正常工作中不会出现故障，从而降低工效，加大人力劳动和对设备的维修维护。

因此，提高挖掘机动臂液压系统的工作稳定性极为重要，合理对液压缸进行结构设计，理解工作装置的机理，使挖掘机结构紧凑，进而提高液压系统工作的稳定性能。

1动臂液压缸选型根据液压缸的方式不同，可以将这个液压缸分为单作用缸和双作用缸。

单作用液压缸顾名思义，只能做一个方向的运动，它的回程只能靠自己的重量来实现。

而双作用式液压缸靠压力油能够实现两个方向的运动。

液压缸的结构形式各种各种，大体上能把它分为活塞式液压缸、伸缩式液压缸、柱塞式液压缸和摆动式液压缸。

活塞式液压缸有单双作用之分。

其中单作用液压缸它的结构原理很简单，压力油只能实现它一个方向上的运动，不能通过压力油实现回程，回程只能依靠自己的自身重力的影响下实现。

双作用的液压缸跟单作用的液压缸更加完善，可以通过压力油实现液压杆的伸缩。

双作用液压缸有单活塞杆和双活塞杆两种之分，他们的区别在于两个工作腔的面积是否相同，单活塞杆的两个工作腔面积是不相同的，而双活塞杆的两个工作腔面积相同，具有等推力，等速度等流量的性能。

活塞液压缸两端都可以选择耳环的连接方式，在工作需要的时候，方便进行自由的来回摆动。

伸缩式液压缸的特点是行程比较长，并且伸出后缩回的时间比较短，而且结构紧密，但是制作加工的时候相对来说比较复杂。

柱塞式液压缸，液压缸内壁不需要精加工，但是它是单作用的缸，工艺比较好并且制造成本对比其他的来说比较低，而且制作简单。

经常把它用在需要行程比较长的情况中。

摆动式液压缸的结构特别的紧密，制造起来也是比较的简单，区别于其他液压缸，能够做回转的运动。

挖掘机动臂的上升下降需要作直线式往复运动，能够其控制上升和下降，拟采用双作用单活塞液压缸。

液压传动系统的设计与优化第一章：液压传动系统概述液压传动系统是工业生产过程中广泛使用的一种动力传输方式。

它通过油压传递动力，具有承载大、传动平稳、反应灵敏等优点。

液压传动系统由油箱、泵、阀门、液压缸、油管等部件组成。

液压传动系统广泛应用于起重机、钻机、挖掘机、铣床、冲压机、注塑机、铸造设备、航空、船舶、汽车等领域。

在此基础上，本文对液压传动系统的设计与优化进行探讨。

第二章：液压传动系统的设计原则液压传动系统的设计需要考虑以下原则：1. 给定工作条件下，计算液压传动系统所需的油路流量、压力、功率和效率等参数。

2. 根据运动特点和力的大小，选择液压元件的类型和规格。

3. 保证液压传动系统的可靠性和安全性。

4. 在设计初期进行液压系统的模型分析和仿真，寻找优化方案。

5. 选择合适的液压元件，保证系统性能稳定和安全可靠。

6. 考虑系统的维护和维修，选择易于维护和更换的元件。

第三章：液压传动系统的优化液压传动系统的优化要考虑以下因素：1. 压力损失液压传动系统在传输过程中会出现压力损失，这样会使得能量转化为热能，导致液压系统效率降低。

通过控制液路长度、直径和弯头、阀门的开启方式、抵抗等来减少压力损失，提高系统效率。

2. 操作速度液压传动系统的操作速度对于很多工业生产过程非常关键。

增加油泵的流量和输出压力，提高执行机构的灵敏性、响应速度和操作准确性。

3. 能耗液压传动系统在工业生产中消耗相当大的能源，如何节能降耗是液压传动系统优化的一个重要问题。

减小油泵的功率、降低液压元件的阻力、优化液路布置、使用节能型的液压元件等，都是有效的能源节约措施。

4. 噪声和振动液压传动系统在运行中会产生噪声和振动，这给工厂生产和工人的健康都产生了不利影响。

调整液压系统的参数，优化液路和使用隔振装置等措施，能够有效地降低噪声和振动。

5. 可靠性和维护性液压传动系统的可靠性和维护性也是优化的重要方面。

合理设计和布置液压元件、选用高质量的液压元件、建立完善的系统管理和维护体系等，都是提高液压传动系统可靠性和维护性的有效措施。

基于ADAMS的液压挖掘机铲斗机构优化液压挖掘机铲斗机构是挖掘机的重要组成部分，其性能直接影响挖掘机的作业效率和稳定性。

为了优化液压挖掘机铲斗机构的性能，可以基于ADAMS进行建模和优化。

首先，可以使用ADAMS对液压挖掘机铲斗机构进行三维建模。

ADAMS 具有强大的建模能力，能够准确地描述物体的运动学和动力学特性。

通过建模，可以获得液压挖掘机铲斗机构的运动学和动力学参数，包括关节的位置、速度、加速度等。

这些参数对于优化设计是非常重要的。

其次，可以利用ADAMS进行动力学分析。

通过对液压挖掘机铲斗机构的动力学分析，可以确定其在工作过程中的受力情况和更好地理解其工作原理。

动力学分析可以揭示铲斗在不同工况下的受力特点，帮助我们理解其结构强度和稳定性，并为优化设计提供依据。

然后，可以使用ADAMS进行逆向优化。

通过将液压挖掘机铲斗机构的性能指标设为目标函数，将设计变量（如关节长度、连接方式等）设为待优化的参数，利用ADAMS的优化算法进行和调整，以找到使目标函数最小化的最佳设计方案。

通过逆向优化，可以根据实际需求来优化液压挖掘机铲斗机构的设计，提高其工作效率和稳定性。

最后，可以利用ADAMS进行静态和动态仿真。

通过仿真，可以验证优化后的液压挖掘机铲斗机构的性能是否满足设计要求，并对其工作过程进行评估和预测。

静态仿真可以检验铲斗机构的稳定性和载荷承受能力，而动态仿真可以模拟实际工作环境下的挖掘机作业过程，进一步验证其性能和可靠性。

综上所述，基于ADAMS的液压挖掘机铲斗机构优化可以通过建模、动力学分析、逆向优化和仿真等步骤进行。

通过这一过程，可以得到性能更优的液压挖掘机铲斗机构设计，提高挖掘机的作业效率和稳定性。

挖掘机的液压系统优化与维护技巧挖掘机作为一种重要的工程机械设备，广泛应用于土木工程、矿山和建筑等领域。

而挖掘机的液压系统作为其核心部件，起着至关重要的作用。

本文将探讨挖掘机液压系统的优化与维护技巧，以提高挖掘机的工作效率和延长使用寿命。

一、液压系统优化1. 合理选择液压油液压油是挖掘机液压系统正常运行的关键。

在选择液压油时，应根据挖掘机的工作环境和气候条件进行合理的选择。

常见的液压油有矿物油、合成油和生物油等。

矿物油适用于一般工况，合成油适用于高温和恶劣环境，而生物油则对环境友好。

选择适合的液压油可以提高液压系统的工作效率和稳定性。

2. 定期更换液压油液压油在使用一段时间后会产生氧化、污染和粘度变化等问题，从而影响液压系统的正常运行。

因此，定期更换液压油是维护液压系统的重要措施之一。

一般来说，液压油的更换周期为500-1000小时，但也要根据实际工作情况进行调整。

3. 注意液压系统的密封性液压系统的密封性对系统的正常运行至关重要。

应定期检查液压系统的密封件，如密封圈、密封垫等，确保其完好无损。

如果发现有泄漏现象，应及时更换密封件，以防止液压油的泄漏和系统的故障。

4. 控制液压系统的温度液压系统的温度过高会导致液压油的氧化和粘度降低，从而影响系统的工作效率和寿命。

因此，应采取措施控制液压系统的温度。

可以通过增加散热器的散热面积、增加油箱容量、提高油液的流速等方式来降低液压系统的温度。

二、液压系统维护技巧1. 定期检查液压系统的过滤器液压系统的过滤器起着过滤杂质和保护液压元件的作用。

应定期检查过滤器的工作状态，如是否有堵塞、是否需要更换等。

如果发现过滤器已经失效或过滤效果不佳，应及时更换新的过滤器，以保证液压系统的正常运行。

2. 清洗液压系统的油路长时间使用后，液压系统的油路内会积聚一些杂质和沉淀物。

应定期进行清洗，以保持液压系统的清洁。

清洗液压系统时，应使用专用的清洗剂，并按照操作手册的要求进行操作。

1 前言
文提出一种基于运动能力的优化目标函数 。“运 动能力”是指对象在空间各方向获得速度的能力 ,
工程机械的优化设计随着计算机软 、硬件技 术的发展正在迅速得到应用 。不论是零部件设计 还是整机设计 ,运用优化方法成功地提高技术经 济性能的实例日益增多 。工程机械的优化设计问
这种能力越强 ,说明对象快速运动的可能性越大 , 对迅速使对象运动到指定地点有重要意义 。文章 将介绍运动能力目标函数的意义 、数学原理及其 在挖掘机臂杆长度优化中的应用 。
在三类优化设计问题中发展较快的是动力学
优化设计 ,也得到了较多的工程应用 。事实上机
械的设计构思是从运动构思开始的 ,只要有可能
应该在动力学优化之前先实施运动优化 ,然后以
所得结果作为约束条件完成动力优化 。困难的是
针对不同问题建立合理的运动优化目标函数并非 易事 。
液压挖掘机作为一种模拟人类上肢挖掘动作 的工程机械 ,在满足最大挖掘半径 、最大卸载高度 等设计要求的前提下 ,如何实行动臂和斗杆长度
22 优化设计 专题论文 《机械设计》1999 年 7 月 №4
文章编号 :1001 - 2354 (1999) 07 - 0022 - 04
挖掘机臂杆长度的运动学优化 Ξ
宋又廉(上海铁道大学 机械工程系 ,上海 200333)
摘要 :机械的运动优化应先于动力优化实施 ,但运动优化目标函数难以确定 ,因此应用较少 。挖掘机是一
的轴线方向改变了 。其物理意义可作如下解释 :
‖Ω ‖ ≤1 指挖掘机转台和臂杆的角速度以最高
角速度为单位 ,因此其值在 0 ～ 1 之间 ,此时铲斗
齿尖的速度范围呈三维椭球形 。这种关系可以用
图 3 表示 。