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　　浅谈液压小型挖掘机的设计与制造

　　1　液压小型挖掘机的现状及发展趋势

　　1)　概述

　　液压小型挖掘机是一种在工民建筑、水利建筑、土地开发、土木桥梁等领域广泛使用的工程施工机械，在我们日常生活的房屋工地、公路、机场、矿山、油田等建设中随处可见。液压小型挖掘机具有重量轻、体积小、结构紧凑、操作简便、可配制低压泵来提高工作效率等优点，在工程施工中可以非常灵活的适应各种环境气候等变化。同时，增加如压力继电器、遥控开关、电磁换向阀、液压锁等各种液压元件，液压小型挖掘机便可以在规定的压力范围内任意压力状况下使用。

　　随着目前各行各业的节能以及环保意识的不断增强，液压小型挖掘机的节能设计逐渐成为大家关注的焦点。同时，随着人类生产生活空间的不断延伸，人们对小型挖掘机的功能、性能要求也有了进一步的提高。新时期的液压小型挖掘机，不仅要满足节能的目的，还需要能适应恶劣的施工环境，增加小型挖掘机载重量，提高小型挖掘机的挖掘能力，降低挖掘功耗，延长使用寿命等已成为目前小型挖掘机设计与制造的目标。
浅谈液压小型挖掘机的设计与制造
　　2)　现状

　　早在 1954 年，我国就开始了机械式小型挖掘机的设计与制造，并从 1967 年，长江小型挖掘机厂、合肥矿山机器厂、贵阳矿山机械厂以及上海建筑机械厂等国内大型机器生产厂相继成功开发出了液压小型挖掘机。目前，我国的小型挖掘机行业发展已经得到很大的提高，并呈现以下发展状况：

　　（1） 我国工程机械行业中，液压小型挖掘机行业的国外独资以及国内外合资企业销售量约占整个行业的 90%。从 1994 年开始到目前液压小型挖掘机产品销售生产情况来看，这些企业的运营情况良好，发展非常迅速。

　　（2） 自我国西部大开发、青藏铁路修建等工作开展以来，国内的基础设施建设项目如迎春风，致使我国小型挖掘机市场以非常迅速的增长速度扩张，我国目前已成为世界上最大的小型挖掘机消费市场，国内的小型挖掘机需求不断增长扩大。

　　（3） 虽然我国小型挖掘机市场增长迅速，但是并没有带动国内小型挖掘机生产水平成正增长水平，占据我国国内小型挖掘机市场的主要是进口小型挖掘机或者进口的生产设备。

　　3)　发展趋势

　　针对我国目前的液压小型挖掘机现状，如何让国产小型挖掘机走出现在这种尴尬的状况，提高国内液压小型挖掘机的生产水平，是我们今后一段时期内的发展趋势。根据多年来国内自行生产小型挖掘机的经验来看，国内小型挖掘机生产企业缺乏的不是资金的问题，重要的是如何提高生产技术，并且保持不断研发新技术的信心与恒心。

　　针对目前国产液压小型挖掘机的质量低、作业效率低、使用时限低等现状，国内生产企业应该从调整组织结构入手，首先成立新一代的液压小型挖掘机企业，建立高水平的技术研发中心；其次，从国外先进企业引进必要的先进设备，保障国产小型挖掘机的质量以及性能；最后，建立良好的品牌形象，为国产小型挖掘机开拓国内乃至国际市场打下坚实基础。

　　2　液压小型挖掘机的仿真设计

　　计算机科学技术的发展，为液压小型挖掘机进行仿真设计提供了良好的技术支持平台。仿真建模设计与计算机的软硬件发展密不可分，计算机硬件性能的提升及数学建模算法的不断进步，促进了计算机可视化操作以及动画演示的提高，从而为液压小型挖掘机的仿真设计提供丰富可操作性强的技术平台。
浅谈液压小型挖掘机的设计与制造
　　1)　技术背景

　　虽然目前使用的仿真工具大多可以满足用于单体功能模块的设计开发，但是随着液压小型挖掘机功能的逐渐丰富，各个系统功能模块之间的关系也越来越复杂，单靠传统的单模块仿真设计很难满足整个产品设计以及各个子系统之间的协同。

　　目前，很多仿真软件功能非常强大，而且提供很多扩展性软件接口，通过这些接口，可以实现很多方面的建模设计，并联合在一起进行仿真设计。

　　联合仿真技术通常是采用数字仿真的形式进行模拟设计，模拟模型的各个参数是根据实际小型挖掘机的各个物理参数进行设计的，因此通过模拟仿真就可以轻易的实现产品的性能预测等，节约了模型制造的时间和成本。另外，模拟模型相比实际模型而言，还有参数修改方便、参数准确性更高等的优点。

　　2)　液压小型挖掘机仿真设计

　　随着 CAD 应用软件功能的不断完善，其良好的可视化设计、齐全的设计工具、高效率的支持并行工程设计等方面特点，其三维实体造型设计应用于液压小型挖掘机的仿真设计中。

　　在 CAD 的三维设计环境中可以轻易实现小型挖掘机的产品装配，同时建立充分的设计数据文档，在仿真小型挖掘机产品质量特性分析，性能状况的时候能方便进行设计更换。

　　利用计算机进行三维造型设计，一般过程是：创建草图；根据零部件的基本特征和基本参数进行零部件三维模型设计；按照实际装配过程装配各个模型；进行整机仿真。整个设计过程中注意以下两方面内容：

　　（1） 世界上工程机械企业主要采用的三维 CAD 软件，如Pro/Engineer、UG 等都能很好的完成小型挖掘机零部件三维设计。在进行零部件三维设计时采用以下方法：对于形状规则的零部件，直接利用软件自带的图形库如方形、圆柱、球等直接生成零部件实体；绘制最能反映零部件基本特性的几何草图，经拉伸或者旋转等操作生成三维实体；根据建模设计的要求勾画出理想的零部件形状，然后赋予约束性参数，生成参数化的实体模型 （ 草图建模很容易实现标准化、参数化、系列化的设计，是小型挖掘机仿真设计中最理想的建模方式 ）；通过三维模型之间进行布尔运算，将多个简单零部件组合成一体，并生成新的零部件模型。

　　（2） 通常一台液压小型挖掘机的零部件有一千多个，如果我们全部采用三维造型来进行设计的话，工作量是很大的。通常在实际小型挖掘机的仿真设计时，只对整机的外形、运动状况等可能影响小型挖掘机主要性能的标准件、金属结构件、机罩、驾驶室等进行仿真。对小型挖掘机的三维造型进行设计的关键是，一些结构较为复杂的金属结构部件，如铲斗、斗杆、动臂、回转平台、回转支承、行走架、行走机构等。

　　3　液压小型挖掘机液压控制系统设计

　　1)　液压控制系统结构

　　液压小型挖掘机的液压控制系统主要是由液压回路系统构成，其又是由主液压系统和先导回路系统构成，通过主液压回路将泵中的液压油供给各个操作机能的促动器。液压系统是由主泵、先导泵、发动机、控制阀、液压缸、马达组合而成，发动机通过输入轴驱动泵，主泵的液压油通过控制阀输送到各个促动器。

　　2)　主液压回路系统设计

　　主液压回路系统的设计，是整个液压控制系统的核心，对于一些基本的回路系统如吸引回路、输出回路等本文不做详细分析，就下面几方面设计进行简要介绍：

　　（1） 回油路。回油通过液压油冷却器和左侧控制阀流回液压油箱，当油冷却器被阻塞时，回油通过旁道单向阀直接流回液压油箱，直流式滤油器通常旁道有安全阀，从两侧控制阀流出的回油经过直流式滤油器进行过滤处理。

　　（2） 先导回路。先导系统包含先导泵、保险阀、高速电磁阀、先导阀以及电磁阀装置等，是由吸引、出油回路共同构成，当液压油箱中的油被吸出后，通过吸引滤油器输送到先导泵，从先导泵流出的油通过电磁阀装置以及保险阀输送到先导阀，从促动器流出的回油通过液压组件输送到液压油箱。

　　（3） 行走马达。行走马达控制系统的设计可以通过配合不同的作业情况来选择不同的行走速度，通常有高速、中速、低速三种不同的行走速度，行走速度通常可以通过调整行走马达驱动转角以及压力补偿阀来进行控制。两边的行走马达流出的油从各自的排油口排出，并在中心接头处会和，旋转马达漏的油排出后，与行走回路排出的油一起通过直流式滤油器流回液压油箱中循环使用。
浅谈液压小型挖掘机的设计与制造
　　液压控制系统主要由液压系统和电系统组合构成，他们利用各种传感器及电磁阀来实时控制操作过程中的数据，然后通过将这些数据转化为电信号送至电脑，并由电脑进行数据的处理保证液压系统在最良好的状态下工作。控制系统主要包含以下几方面设计，从而使小型挖掘机液压控制性能得到进一步提高。

　　泵控制系统包括负荷传感控制和速度传感控制。负荷传感控制主要是为了节省能源及提高微操作的可操作性，根据促动器负荷的情况实时的进行主泵的流量的调节，使两个控制阀之间保持在一定差压范围内；速度传感控制作用在于提高生产能力以及在高地上环境的可操作性，根据发动机转速情况实时的调节主泵流量和改变泵输入扭矩来提高发动机的工作效率。

　　阀控制系统包括分流控制系统和作业选择控制系统。分流控制系统可提高作业量、符合性操作及微动操作性，按促动器负荷的情况适当对可变压力补偿阀进行调节。作业选择控制系统主要是用于控制可变压力补偿阀，让促动器的运转速度保持在最佳情况下作业。

　　4　故障分析及制造中注意事项

　　液压小型挖掘机的液压控制系统的故障，大多是由于液压油过热、进空气、污染、泄漏造成的，因此，对造成故障的原因进行详细分析以及提出相应的解决处理措施对于提高液压小型挖掘机的整机性能非常重要。

　　1)　危害

　　（1） 液压油过热。使工作效率降低，甚至可能无法正常工作；破坏零部件之间的配合度；可能使液压元件遭到腐蚀，缩短液压控制系统的使用年限。

　　（2） 液压油进空气。导致金属和密封材料的受到腐蚀破坏；产生噪音和振动等现象，降低液压系统的稳定性；液压油导热性减低，油温升高。

　　（3） 液压油被污染。堵塞液压元件；加速元件磨损，严重影响系统的稳定性和可靠性；加速油液性能的腐蚀老化。

　　（4）液压油泄漏。发生泄漏，将使压力系统的压力不稳定；造成环境污染。

　　2)　原因及制造注意事项

　　（1） 油温过高故障。由于油箱的散热性能差引起，应增大油箱的散热面积，必要时安装冷却装置；液压油选择不当造成，在有的选择时必须符合质量规范；环境温度过高也是原因之一，应避免长时间连续大负荷地工作。

　　（2） 进空气故障。由于接头松动或油箱密封装置损坏而吸入空气，各接头应牢牢固定，并确保油箱密封完好；由于吸油管路损坏而进入空气，要保持管路的清洁，减少外界腐蚀；在加油进入让空气进入系统也是一种可能，要严格按照操作规范进行加油。

　　（3） 污染故障。由于作业环境粉尘多造成，要定时对油液进行过滤处理；在检修、加油等操作中都会使油液遭到污染，在进行这些操作时要特别引起重视。

　　（4） 泄漏故障。由于设计不和规范造成，要根据不同的作业环境选用不同的防尘密封元件；由于制造和装配质量不过关造成，要严格控制制造和装配过程，选择科学正确的方法进行装配；由于长时间的使用零部件损伤造成，要按时对零部件进行检修更换，防止泄漏的发生。

　　5　结合以上介绍内容，对仿真技术在液压小型挖掘机设计中应用的情况做了简单介绍，并结合设计要点对主要的液压控制系统设计进行简要分析。对液压小型挖掘机的设计中要注意的问题进行总结分析，希望对提高我国液压小型挖掘机的设计有所帮助。其次，总结了液压小型挖掘机常出现的故障以及应对措施，在液压小型挖掘机的制造过程中，要特别注意该方面的问题，进而提升小型挖掘机的运行性能。

　　


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