哈工大毕设开题报告

基于项目学习的毕业设计

项目立项报告

题目：挖掘机负载敏感液压系统设计

院（系）机电工程学院

专业飞行器制造工程

学生吕佩章

学号**********

班号0808301

指导教师姜继海

填报日期2011-12-28

哈尔滨工业大学机电工程学院

2011年11月

说明

一、立项报告应包括下列主要内容：

1．立项依据（研究意义、国内外研究现状并附主要参考文献）；

2．研究内容、研究目标及拟解决的关键问题；

3．拟采取的研究方案及可行性分析；

4．项目的特色与创新；

5．进度安排及预期成果；

6．研究基础与工作条件；

7．项目组成员简介；

8．项目经费预算。

二、报告需用A4纸双面打印，左侧装订，由指导教师填写意见、签字后，统一

交所在院（系）保存，以备检查。

三、报告的电子版均需交由各单位教学主任存档，由各班班长统一收集、上交，

不单独受理。

四、此说明页不得删除。

指导教师评语：

指导教师签字：检查日期：

1．立项依据

1.1 研究意义

工程机械用于工程建设的施工机械的总称。工程机械是我国装备工业的重要组成部分。概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。它主要用于国防建设工程、交通运输建设，能源工业建设和生产、矿山等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等领域。

挖掘机是一种万能型工程机械，目前已经无可争议地成为工程机械的第一主力机种，在世界工程机械市场上已占据首位，并且仍在发展扩大。液压挖掘机在国土建设、大自然改造事业、许多大型基础工程的建设中得到广泛应用，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。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。

然而，随着世界范围内经济的高速发展，人类正在面临着前所未有的挑战。在这些挑战当中，能源危机无疑是很具代表性也非常严峻的一个。为应对能源危机，世界各国出台了相关政策大力发展节能，我国更是将节能列入发展规划之中。为了保证节能工作的全方面展开，并为国家乃至人类共同的节能事业贡献一份绵力。液压挖掘机在数量上占工程机械很大比例，而且又是能耗大户。因此研发出解决挖掘机节能的方案就显得尤为重要了。

挖掘机的发展主要以液压技术的应用为基础，其液压系统已成为工程机械液压系统的主流形式。挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，于是它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。随着科学技术的发展和建筑施工现代化生产的需要，液压挖掘机需要大幅度的技术进步，技术创新是液压挖掘机行业所面临的新挑战。因此，对挖掘机液压系统的分析研究对推动我国挖掘机发展具有十分重要的意义。

1.2 国内外研究现状

从20世纪60年代液压传动技术开始应用在挖掘机上至今，挖掘机液压系统已经发展到了相当成熟的阶段。近几年来，随着液压挖掘机产量的提高和使

用范围的扩大，世界上著名的挖掘机生产商纷纷采用各种高新技术，来提高自己挖掘机在国际上的竞争力，主要表现在五个方面：

（1）液压系统逐渐从开式系统向闭式系统转变

日本小松（KAMATSU）公司90年代以前一直致力开发开式负载敏感系统（OLSS），用以降低液压系统的损耗。开式液压系统采用三位六通阀，其特点是有两条供油路，其中一条是直通供油路，另一条是并联供油路。由于这种油路调速方式是进油节流调速和旁路节流调速同时起作用，其调速特性受负载压力和液压泵流量的影响，因此这种系统的操纵性能、调速性能和微调性能差。另外，当液压作用元件一起复合动作时，相互干扰大，使得复合动作操纵非常困难。这是开式系统的主要缺点。

近年来在国外的挖掘机液压系统中出现了闭式负载敏感系统（CLSS）。它可以采用一个液压泵同时向所有液压作用元件供油，每一个液压作用元件的运动速度只与操纵阀的阀杆行程有关，与负载压力无关，泵的流量按需提供，而且多个液压作用元件同时动作时相互之间干扰小，因此操纵性好是闭式液压系统的主要特点。

这种系统非常符合挖掘机操作的要求，它操纵简单，对司机的操纵技巧要求低，在国际上已经获得较广泛的使用，是挖掘机液压系统的发展趋势。目前日本小松公司已经把大量挖掘机液压系统从开式系统改为闭式系统。

（2）系统的节能技术成为研究的重点

目前液压挖掘机上典型的节能技术基本上有两种。即负载敏感技术和负流量控制技术，目前液压挖掘机都选用其中一种控制技术来实现节能要求。负载敏感技术是一种利用泵的出口压力与负载压力差值的变化而使系统流量随之相应变化的技术。德国曼内斯曼（Mannesmann）公司研制的一种负载传感系统，将其安装在液压系统中，可以控制一个或几个液压作用元件，而与对其施加的载荷无关。该系统不仅易于操纵，而且微动控制特性很好。其最大的特点就是可以根据负载大小和调速要求对液压泵进行控制，从而实现在按需供流的同时，使调速节流损失控制在很小的固定值，从而达到节能的目的。负流量控制技术是通过位于主控制阀后面的节流阀建立的压力对主泵的排量进行调节的技术。目前以韩国现代（HYUNDAI）、日本小松（KOMATSU）和日本日立（HITACHI）为代表的许多国外著名品牌的挖掘机生产商都在自己的挖掘机液压系统中使用了负流量控制技术。这种控制技术具有稳定性好、响应快、可靠性和维修性好等特点，但在起始点为重负荷下作业时，因流量与负载有关，所以可控制性较差。

（3）系统的高压化和高可靠性发展趋势日益凸显

为了提高挖掘机的负载能力，直接的方法是提高其液压系统工作压力、流量和功率。目前，国际上先进的挖掘机产品的额定压力大都在30MPa以上，并且随着材料科学技术的进步，有朝着更高的压力甚至采用超高压液压技术方向发展的趋势。流量通常在每分钟数百升，功率在数百千瓦以上。

由于液压挖掘机经常在较恶劣环境下持续工作，其各个功能部件都会受到恶劣环境的影响。系统的可靠性日益受到重视。美、英、日等国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机强度研究方面，不断提高设备的可靠性。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序，研制了可靠性信息处理系统，使液压挖掘机的运转率达到85％～95％，使用寿命超过1万小时。

（4）系统的操纵特性上升到很重要的地位

挖掘机液压系统的操纵特性越来越受到重视。目前国际上迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操作和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。各种高新技术的应用，使得挖掘机液压系统操纵特性大大提高。

（5）电子—液压集成控制成为当前主要研究目标

电子控制技术与液压控制技术相结合的电子—液压集成控制技术近年来获得了巨大发展，特别是传感器、计算机和检测仪表的应用，使液压技术和电子控制有机结合，开发和研制出了许多新型电液自动控制系统，提高了挖掘机的自动化程度，推动着挖掘机的迅猛发展。目前国外先进品牌的挖掘机在电液联合控制方面的研究已趋成熟。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。日本住友公司生产的FJ系列五中新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助的功率控制系统，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，并延长了零部件的使用寿命。

从国内情况来看，我国挖掘机行业整体发展水平较国外缓慢，在挖掘机液压系统方面的理论还比较薄弱。国内大部分挖掘机企业在挖掘机液压系统传统技术方面的研究具有一定基础，但由于采用传统液压系统的挖掘机产品在性能作业效率、可靠性等方面均较差，因此采用传统液压系统的挖掘机在国内市场上基本失去了竞争力，取而代之的是采用各种高新技术的国外挖掘机产品。先