0引言
我国中国处于工业社会向信息社会过渡的加速转型期，随着我国大力发展经济，将需要大量的液压设备。本文设计的液压系统具有工作可靠、成本低、效率高、维护使用方便等特点。 1挖掘机液压系统的主要参数1.1挖掘机的工作动作分析液压挖掘机的工作流程：动臂升降→斗杆收放→铲斗装卸→转台回转→整机行走，以及其它辅助动作（如图1所示）。除了辅助动作不需要全功率驱动，液压挖掘机的主要动作采用全功率驱动。 在不影响系统使用下，结合考虑系统性能和生产成本。
根据表1，确定本系统压力为30MPa
，生产成本为最佳。
本设计采用双作用单活塞杆油缸，示意图如图2。
当无杆腔为工作腔时有杆腔为工作腔时
式中
p 1-液压缸的工作腔压力；
p 2-液压缸的回油腔工作压力；
A 1=∏D 2
4-液压缸无杆腔的有效面积；
A 2=14
∏（D 2-d 2）-液压缸有杆腔的有效面积；
D-液压缸内径或活塞直径；d-活塞杆直径；
F ηcm
-液压缸的最大工作压力；F-液压缸的最大外负载；ηcm -液压缸的机械效率，一般取0.9~0.97。根据以上公式，需先选取回油腔压力，即背压P 2和杆径比d/D ，确定液压缸尺寸。表2所列为根据回路特点选取背压的经验数据。
由表2选取P 2为0.5。
挖掘机液压缸回程时工作载荷不大，所以选择往返速比i=2的液压缸。根据挖掘机挖掘形态如下，可见挖掘时
主要是斗杆缸作用，此处选取铲斗缸计算。
WY20液压挖掘机液压系统设计
冯为湛
（广东省电子信息高级技工学校，广州510080）
摘要：本文介绍了WY20液压挖掘机液压系统设计方法和思路，对挖掘机工作动作进行分析，确定液压系统，选取合适的液压元
件及附件，校验液压系统性能，设计出性能可靠的挖掘机液压系统。
关键词：液压；挖掘机；系统设计
1.动臂升降
2.斗杆收放
3.铲斗装卸
4.
平台台回转5.整机行走
图1液压挖掘机的工作过程图
表1几类机械常用的系统压力
回路特点背压（MPA
）回路特点背压
（MPA ）
回油路上设有节
流阀0.2~0.5采用补油泵的闭
式回路
1~1.5
回油路上有背压阀或调速阀
0.5~1.5
表2背压经验数据
a 压整地面
b 铲斗保持一定角度切削
图3
图2
l 2，l B -力臂，见上图；F g -斗杆缸作用力；F max -最大挖掘力（90kN ）。根据资料，先取l B /l 2=3，则F g =270kN 。再代入初选系统压力30MPA ，又i=2，则A 1=2A 2，则可计算出
无杆腔面积A 1=0.01253m 2D=127mm
有杆腔面积A 2=0.00627m 2
根据机械设计手册选取工程用缸HSG L-Ø140/100，行程S=12D=1680mm ，尺寸L 1=500+1680=2180mm ，其它缸取与此缸相同。
1.4计算液压泵排量泵的压力计算：
设计液压系统时，泵的压力高于系统压力10%-30%为宜[5]。因此：P B =P （1+30%）取P B =35MPa 。
泵所需的流量计算：
根据资料定缸的伸缩速度v max =4000mm/min
Q max =π（R 2-r 2）v=3.14（0.72-0.52）×40=30.14L/min
泵的选取：表3A2F 型斜轴式定量泵(马达)
技术规格选取A2F12斜轴式定量泵，柴油机转速限制在1000-3000r/min 。
泵的最高工作压力为40MPa ，额定工作压力为35MPa ，排量为11.6ml/r 。流量根据柴油机转速可在11.6-34.8L/min 。
2拟订液压系统图
2.1液压基本回路的选择
①限压回路。挖掘机液压系统执行元件的进出油口一般多并联有溢流阀，用做安全阀来保护各元件不受过高压力导致元件损坏。本系统设计的限压回路如图4。
②缓冲回路。为了减少挖掘机启动、制动和突然换向时的液压冲击，本系统选取缓冲回路如图5。
③合流回路。要提高挖掘机生产效率，动臂提升、斗杆收放和铲斗转动都有较快的工作速度，要求能双（多）泵合流供油，在此选用阀外部合流方式，由于挖掘机液压系统由两泵供油。因此将执行元件分为两组，设置两个集成块分别安装各泵控制阀。因此合流方案如图6。
因此当需要合流时只需按下操作手柄的一个按钮
即可。
④锁闭回路。为了让动臂在重力作用下不会下降，特别是挖掘机在进行起重作业时必须停留在一定的位置上，因此设置了动臂支持阀组。所以在选方向阀时应选中位能够锁闭液压缸两腔的方向阀。
⑤调速方式的选定。由于挖掘机大多在于野外工作，没有便利的电力设施，多用内燃机做原动机，而且本系统流量压力都较小，油门调速足够满足设计需求。
2.2挖掘机液压系统图的确定
液压挖掘机技术现今已发展得非常成熟。根据现有的挖掘机的液压系统确定挖掘机的液压系统原理图如图7[1]
。图4
溢流阀做安全阀的限压回路
1-回转马达2-缓冲阀图5图6A 、B —液压泵1、2、3、4—第一组四联换向阀5—合流阀6、7、8、9—第二组四联换向阀10—限速阀11—梭阀12—背压阀13—散热器14—滤油器15—推土液压缸16—左行走马达17—右行走马达18—回转马达19—动臂液压缸20—辅助液压缸21—斗杆液压缸22—铲斗液压缸23、24、25—单向节流阀
电梯运行检测平台图7
3液压元件的选取3.1液压马达
①回转马达选取。
回转平台的回转需要承受满载时转动阻力。该力比较小，所以只需选出流量合适的泵即可。假定最高回转速度为13.2r/min 。
n m —液压马达转速；n p —液压平台转速；i —传动比（取100）
q —液压马达排量；Q —额定流量；
ηpv —马达的容积效率（取0.95）。因此可以计算的q=25.05ml/r
根据A2F
型斜轴式定量泵（马达）技术规格表选取A2F23型斜轴式定量马达。
②行走马达选取。
由于本系统回转机构仅靠液压制动，得
地面附着条件可用地面附着力矩M F 表示。机械制动一般取M B =（0.8~0.9）M F ，液压制动可取M B =（0.5~0.7）M F 。挖掘机地面附着力矩的计算：
式中M F ———地面附着力矩，Nm ；
m ———整机质量，t ；μ———地面附着系数，
平板履带板取μ=0.25
，带筋履带板取μ=0.5。
则又
设经过二级减速，传动比i=65
则马达所受最大力矩
理论排量
因此选取A2F12斜轴式定量马达。接着还需要计算出行走履带轮的直径。履带主动轮的最高转速为
挖掘机的主动轮直径D
3.2控制阀及附件的选择①流量控制阀。
压力：阀的额定压力必须大于系统压力的最大值。
流量：阀的额定流量必须大于系统的控制阀实际流量。②方向控制阀及附件的选择。压力：阀的额定压力必须大于系统压力的最大值。流量：阀的额定流量必须大于系统的控制阀实际流量。滑阀机能：选取换向滑阀处于中位时的通路形式。操纵方式：应根据使用需求，选择合适的操纵方式。在本设计系统中，选取了6个中位机能为M 行的电液方向阀。
③管道种类的选择。
液压传动系统管道主要依据是工作压力、
工作环境和液压装置的总体布局进行选择，为了避免外界影响，一般用硬管。
洗手器
1）管道内径
管道内径按下式计算。
式中
Q —通过管道的最大流量；V —管道内液流允许流速；D
—管道内径。
选取管内液体允许流速为6m/s ，通过管道的最大流量根据合流后流量选择为60L/min ，则
一般情况下，流速是按管路的压力降不大于系统的工作压力的5%~6%为原则进行选取的。因为吸油管的许用流速比较低，所以吸油管路的管路需要重新选取。吸油管道内径为：
2）管接头的选择
管接头采用焊接式管接头，根据《机械设计手册》第四版第四卷表17-8-6选用焊接式管接头。牧一征
④确定油箱的容量。V=aQ 式中：V —油箱容量，L ；Q —液压泵的总额定流量，L/min ；α—经验系数。
可在表4选择经验系数α的值。
本系统用于挖掘机，其系数可取较大值，所以选α=7而液压泵的最大流量为60L/min ，所以V=aQ=8.064×60=483.84L
高宽长按照1：1.4：1.6取则可得：高600mm ，宽840mm ，长960mm 。⑤过滤器的选用。
根据本系统需要，由《液压元件及选用》[3]
可得：
表4经验系数α
行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械
α
1~2
2~4
5~7
6~12
10
选取吸油滤油器WU-6380-J 上海高行液压件厂；压力管路滤油器ZU-H16020S 上海高行液压件厂；油箱上回油滤油器ZU-A16020S 上海高行液压件厂。4液压系统性能估算4.1系统压力损失计算系统压力损失Δp 的计算：
其中
挤爆胶囊
管路的实际流速
式中：l —管道长度；d —管道内径；v —液流平均速度；ελ—局部阻力和沿程阻力系数；Q —通过阀的实际流量；Δp n —阀的额定压力损失。
则=0.05+0.005+0.6=0.655MPA 小于压力损失的最大值4MPA 。
本系统有快速下行、工进工作的立式液压缸。为了保证液压缸的下行速度，
本系统压力损失应满足以下条件：
式中：G —运动部件所受重力；p 1—液压缸工作腔压力；p 2—液压缸回油腔压力；A 1—液压缸上腔有效作用面积；A 2—液压缸下腔有效作用面积；F f —摩擦阻力。
萝卜切条机
其中
式中：p p —液压泵工作压力；Δp 1—进油管路压力损失。
经验算，本设计符合要求。4.2系统温升计算
液压系统单位时间内的发热量由下式计算：H=P in -P o H-系统单位时间发热量，kW ；P in -系统的输入功率，kW ；P o -系统的输出功率，kW 。挖掘机挖掘时发热量计算
P in =P 挖Q=20.3kW P o =Fv=18kW H=2.3kW 挖掘机在快速动作时的发热量计算P in =P 快Q=1.155×106×34.8/（1000×60）=6.70kW P o ≈0kW H=6.7kW
故在快速动作时发热量较大所以取快速动作时作温升计算。
则油箱近似散热面积A
为：
油箱通风良好，
取油箱散热系数
则油液温升设环境温度
，
则热平衡温度为：
因此需要用冷却器。
4.3系统效率估算液压系统效率η
的计算
它也可写为
式中：N po —液压泵的输出功率；N mi —执行元件的输入功率。
由上式得
回路效率：由上述分析得：
根据实际使用情况，
回路效率表达式可写为：
式中：…—每个同时动作的执行元件的工
作压力和流量；
—系统输给同时动作
飞羽辅助的执行元件的功率；—每个同时运转的液压泵的工作压力和流量；经用此公式估算，检验本系统设计符合要求。
5结论
本文概述了挖掘机典型液压系统的设计过程，综合运用液压知识，设计出实用可靠、维护使用方便的挖掘机液压系统，降低了挖掘机的生产和维修成本。本文可为此类液压系统的设计提供参考。
参考文献:
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[7]官忠范主编.液压传动系统[M].机械工业出版社，1997.[8]周士昌主编.液压系统设计图集[M].北京：机械工业出版社，2003出版社，2002年7月第一版.
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