WZ330型挖装机工作装置液压系统设计.docx

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WZ330型挖装机工作装置液压系统设计

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摘要：针对挖装机工作装置液压系统的组成与工作原理，阐述了工作装置液压系统的设计过程；根据土壤切削理论计算了挖装机工作装置的最大负载，由此确定了工作装置油缸的最大作用力，进而确定了液压元件的主要参数。投入生产后的运行结果表明，WZ330型挖装机工作装置的液压系统性能稳定、技术可靠。

关键词：挖装机；液压系统；工作装置；工作油缸

中图分类号：U455.3文献标志码：B

0引言

WZ330型挖装机是一种将挖掘、扒碴、装碴、转运碴及破除危岩等功能集于一身的机械装备，服务于隧道、煤矿巷道、地铁和地下金属矿等碴石挖装与运输环节，主要由动力装置、底盘、工作装置等组成。挖装机的工作装置通过液压系统实现挖掘、扒碴、装碴、输碴的所有生产动作，因此工作装置性能的优劣对挖装机的使用效能起着决定性作用[12]。

1挖装机工作装置组成

WZ330型挖装机工作装置的工作过程是：先操作大臂油缸或转动油缸，使工作装置运动至挖掘或扒碴位置；然后转动小臂及铲斗油缸，用铲斗将碴石扒到铲板上或铲板附近，由刮板输送机运出；最后回转至工作位置并进行下一次作业循环。WZ330型挖装机的工作装置主要由大臂、小臂、铲斗等部分组成[34]，其主体结构如图1所示。

2挖装机工作装置液压系统设计

2.1工作要求

根据挖装机的工作特点，工作装置的液压系统工作时需满足如下条件。

（1）工作装置进行挖装和一定范围的角度回转时，既能单独动作，又能复合运行。

（2）挖装的一切动作都是可逆的。

（3）工作时动作平顺，且需有缓冲装置，防止工作装置的急起急停。

（4）各种作业油缸应该具有防止动臂因自重而快速下降的过载保护，满足安全可靠的要求。

2.2工作装置液压系统的组成与工作原理

WZ330型挖装机的挖装与行走功能均由液压系统实现，为全液压挖装机，其液压整体回路如图2所示。整个液压系统由变量泵、合流阀、挖掘机构控制阀组（M4多路阀组）、出碴机构控制阀组（M7多路阀）、电磁控制先导压力阀、液控单向平衡阀和液压油缸等组成，能够让大臂进行水平左右摆动，以及铲斗、斗杆及动臂的挖掘动作，从而使挖装机完成复杂机械动作。

从挖装机液压整体回路中提取出工作装置液压系统回路，如图3所示。其工作原理为：压力油从变量泵流出，经过合流阀后分为2路，一路经过减压阀为电磁控制先导压力阀提供压力油，另一路进入挖掘机构控制阀组（M4多路阀组）主阀进油口。M4主阀的工作位置由电磁控制先导压力阀控制，主阀的动作决定了油缸的伸缩。当先导阀3a、4a、5a、6a工作时，油缸均作伸出动作；当先导阀3b、4b、5b、6b工作时，油缸均作收缩动作。基于LUDV控制系统，每个阀根据工作需要不仅可以单独操作，还可以同时进行复合运动。为了使油缸的动作平稳并克服自重失压，在油缸的进出管路接有平衡阀[5]。

2.3工作装置液压元件主要参数确定

2.3.1系统工作压力

在负载确定时，系统压力越高，液压元件的几何尺寸就越小，从而可以获得比较紧凑的结构。考虑到挖装机的工作条件局限性较强，应尽可能选取较高的工作压力。本次设计初选系统工作压力为32MPa[6]。

2.3.2工作装置的挖掘阻力计算

（1）铲斗挖掘阻力。

根据土壤切削理论，当液压反铲以转斗进行挖掘时，铲斗挖掘阻力是铲斗转角的函数，且最大值发生在铲斗总转角一半的位置。忽略转斗挖掘阻力的法向分力和装土阻力等影响因素，得出最大铲斗挖掘阻力[7]

Fmax=C[JB2{]R[JB（[]1-cosφmaxcos（φmax-φ）[JB）]][JB2}]1.35BAZX+

D=83.6kN（1）

式中：C为土壤硬度系数，C=50；R为铲斗切削半径，R=128.7cm；φmax为挖掘过程中铲斗总转角的一半，φmax=69.29°；φ为铲斗瞬时转角，φ=0；B为切削刃宽度影响系数，B=1+2.6b=3444mm，b是铲斗平均宽度；A为切削角变化影响系数，A=1.3；Z为斗齿影响系数，Z=0.75；X为斗侧壁厚度影响系数，X=1+0.03s=1.12cm，s为侧壁厚度；D为切削刃挤压土壤的力，D=10000N。

（2）小臂挖掘阻力。采用小臂挖掘时，由于切削行程较长，将切土厚度看成常数，小臂在挖掘过程中的总转角为90°，小臂转角对应的弧长[8]

lS=0.01745RSφS=5.18m（2）

式中：RS为小臂挖掘时的切削半径，如图4所示，RS=3.3m；φS为小臂转角，φS=90°。

小臂挖掘时的切削厚度

h=qblS=0.80.94×5.18=0.16m（3）

式中：q为铲斗容量（m3）；b为铲斗切削宽度（m）。

则小臂挖掘时的挖掘阻力

FS=σWhb=33.84kN（4）

式中：σW为挖掘比阻力值（kPa）。

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