【正文】 和工作裝置的動作都由液壓傳動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，原動機(jī)驅(qū)動雙聯(lián)液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥。通過司機(jī)的操縱，將壓力油單獨(dú)或同時(shí)送往液壓執(zhí)行元件 (液壓馬達(dá)和液壓油缸 )驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。液壓挖掘機(jī)的主要運(yùn)動有整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、動臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動等。這些運(yùn)動都靠液壓傳動。根據(jù)以上工作要求，把各液壓元件用油管有機(jī)地連接起來地組合體既是液壓挖掘機(jī)地液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)地功能是把發(fā)動機(jī)地機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，傳送給油缸、油馬達(dá)等轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再傳動各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動和工 作過程。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)得合理與否，對挖掘機(jī)的性能起著決定性的作用。同樣的元件，若系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，則挖掘機(jī)性能差異很大。液壓系統(tǒng)習(xí)慣上按主油泵的數(shù)量、功率調(diào)節(jié)方式和回路的數(shù)量來分類。 (4) 控制系統(tǒng) 液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對發(fā)動機(jī)、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件 (液壓缸、液壓馬達(dá) )等進(jìn)行控制的系統(tǒng)。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，使挖掘機(jī)有了越來越先進(jìn)的控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)向高性能、自動化和智能化發(fā)展。目前挖掘機(jī)研究重點(diǎn)正逐步向智能化機(jī)電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移。 167。 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu) (1) 液壓挖掘機(jī)組成 為了 實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的各項(xiàng)功能， 單斗 液壓挖掘機(jī)需要兩個(gè)基本組成部分，即機(jī)體 (或稱主機(jī) )和工作裝置。機(jī)體是完成挖掘機(jī)基本動作并作為驅(qū)動和操縱挖掘機(jī)進(jìn)行工作的荃礎(chǔ)，可以是履帶牽引車輛或輪式牽引車輛?？杉?xì)分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和動力裝置。其甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 4 頁 共 37 頁 4 中動力裝置、操縱機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備均可在回轉(zhuǎn)平臺上，總稱上車部分，它與行走機(jī)構(gòu) (又稱下車部分 )用回轉(zhuǎn)支撐相連，平臺可以圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作 360176。 的全回轉(zhuǎn) 。 工作裝置根據(jù)工作性質(zhì)的不同，可配備反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，分別完成挖掘、裝載、抓取、起重、 鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作。 挖掘機(jī)的基本性能決定于各部分的構(gòu)造、性能及其綜合的效果。 (2) 單斗反鏟液壓挖掘機(jī) 反鏟裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤。斗容量小于 3m 的中小型液壓挖掘機(jī)通常選用反鏟裝置，它分為整體臂式和組合臂式。其中長期作業(yè)條件相似的挖掘機(jī)反鏟裝置大多采用整體鵝頸式動臂結(jié)構(gòu)。采用這種動臂有利于加大挖掘深度，且結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉。剛度相同時(shí)，其重量比組合動臂輕，是目前應(yīng)用最廣泛的液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)形式。 鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘 機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)型式，動臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點(diǎn)擺動，完成挖掘、提升和卸土等動作。 整體鵝頸式動臂反鏟挖掘機(jī)工作裝置主要由動臂、動臂油缸、斗桿、斗一桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、搖臂、連桿、銷軸等組成。裝置各運(yùn)動部件之間全部采用銷軸鉸接，以動臂油缸來支撐和改變動臂的傾角，通過動臂油缸的伸縮可使動臂繞下。鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)動臂的升降。斗桿鉸接于動臂的上端，由斗桿油缸控制斗桿與動臂相對角度。當(dāng)斗桿油缸伸縮時(shí)，斗桿可繞動臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。鏟斗與斗桿前端鉸接，并通過鏟斗油缸伸縮使鏟斗轉(zhuǎn)動。為增大 鏟斗的轉(zhuǎn)角，通常采用搖臂連桿機(jī)構(gòu)來和鏟斗聯(lián)。 (3) 液壓挖掘機(jī)工作循環(huán)過程 首先液壓挖掘機(jī)驅(qū)動行走馬達(dá)和配套土方運(yùn)輸車輛一起進(jìn)入作業(yè)面，運(yùn)輸車輛倒車、調(diào)停，?？吭谕诰驒C(jī)的側(cè)方或后方。挖掘機(jī)司機(jī)扳動操縱手柄，使回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥接通，于是回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動并帶動上部平臺回轉(zhuǎn)，使工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘地點(diǎn)，在執(zhí)行上述過程的同時(shí)操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸上腔進(jìn)油，將動臂下降，直至鏟斗接觸地面，然后司機(jī)操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進(jìn)油，配合動作以加快作業(yè)進(jìn)度，進(jìn)行復(fù)合動作的挖掘和裝載 :鏟斗裝滿后將斗桿油缸和鏟 斗油缸的操縱手柄扳回中位，使鏟斗和斗桿油缸閉鎖，再操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸的下腔進(jìn)油，將甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 5 頁 共 37 頁 5 動臂提升，舉起裝滿土的鏟斗離開工作面，隨即扳動平臺回轉(zhuǎn)換向閥手柄，使上部平臺回轉(zhuǎn)，帶動鏟斗轉(zhuǎn)至運(yùn)輸車輛上方，再操縱斗桿油缸使鏟斗高度稍降一些，并在適當(dāng)?shù)母叨炔倏v鏟斗油缸使鏟斗卸土。土方卸完后，使平臺反轉(zhuǎn)并降低動臂，直到鏟斗回到作業(yè)點(diǎn)上方，以便進(jìn)行下一工作循環(huán) 。 167。 液壓挖掘機(jī)傳動原理 液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有三個(gè)自由度，鏟斗可實(shí)現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn)運(yùn)動，使鏟斗運(yùn)動擴(kuò)大到有限的空 間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動行走 (移位 )，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。 液壓挖掘機(jī) 由 柴油機(jī)驅(qū)動液壓泵，操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執(zhí)行元件 (液壓缸或液壓馬達(dá) )驅(qū)動相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。 液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，各部分的運(yùn)動通過液壓缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)。反鏟工作裝置由鏟斗 斗桿 1動臂 連桿 8 及相應(yīng)的三組液壓缸 10 組成。動臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個(gè)工作裝置繞動臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動 。而鏟斗鉸接于斗桿前端，通 過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)操縱動臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮 。動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進(jìn)油，使動臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)。在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液 壓系通的不同，反鏟裝置三種液壓 缸在挖掘循環(huán)中的動作配合 隨機(jī)的。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 6 頁 共 37 頁 6 斗桿油缸 動臂 油管 動臂油缸 鏟斗 斗齒 側(cè)齒 連桿 搖桿 鏟斗油缸 1 斗桿 圖 11 反鏟挖掘機(jī)工作裝置 總之，液壓挖掘機(jī)是由多學(xué)科、多系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，只有在系統(tǒng)層面上的各系統(tǒng)、各學(xué)科協(xié)同優(yōu)化才 能獲取挖掘機(jī)整機(jī)的最佳性能。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 7 頁 共 37 頁 7 第 2 章 液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定 要了解和設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機(jī)的工作過程及其作業(yè)要求，掌握各種液壓作用元件動作時(shí)的流量、力和功率要求以及液壓作用元件相互配合的復(fù)合動作要求和復(fù)合動作時(shí)油泵對同時(shí)作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。 167。 液壓挖掘機(jī)的工況 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括以下幾個(gè)動作 (如圖 21所示 ):動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以及其它輔助動作。除了輔助動作 (例如整機(jī) 轉(zhuǎn)向等 )不需全功率驅(qū)動以外，其它都是液壓挖掘機(jī)的主要?jiǎng)幼鳎紤]全功率驅(qū)動。 動臂升降 斗桿收放 鏟斗裝卸 4 、平臺臺回轉(zhuǎn) 整機(jī)行走 圖 21 液壓挖掘機(jī)的運(yùn)動圖 由于液壓挖掘機(jī)的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機(jī)的工作有兩項(xiàng)特殊要求 :(1)實(shí)現(xiàn)各種主要?jiǎng)幼鲿r(shí)，阻力與作業(yè)速度隨時(shí)變化，因此，要求液甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 8 頁 共 37 頁 8 壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化 。(2)為了充分利用發(fā)動機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，工作過程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)幼?(例如挖掘與動臂、提升與回轉(zhuǎn) )同時(shí)進(jìn)行復(fù)合動作。 液壓挖掘機(jī)一個(gè) 作業(yè)循環(huán)的組成和動作的復(fù)合主要包括 : (1) 挖掘 :通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘，或者兩者配合進(jìn)行挖掘，因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動作，必要時(shí)，配以動臂動作。 (2) 滿斗舉升回轉(zhuǎn) :挖掘結(jié)束，動臂液壓缸將動臂頂起，滿斗提升，同時(shí)回轉(zhuǎn)第 2章挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和分析方法液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。 (3) 卸載 :轉(zhuǎn)到卸土點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿液壓缸調(diào)節(jié)卸載半徑，然后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗卸載。為了調(diào)整卸載位置，還要有動臂液壓缸的配合，此時(shí)是斗桿和鏟斗的復(fù)合動 作，間以動臂動作。 (4) 空斗返回 :卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空斗放到新的挖掘點(diǎn)，此時(shí)是回轉(zhuǎn)和動臂或斗桿的復(fù)合動作。 1 挖掘工況分析 挖掘過程中 主要以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別單獨(dú)進(jìn)行挖掘，或者兩者復(fù)合動作， 必要時(shí)配以動臂液壓缸的動作。 一般在平整土 地或切削斜坡時(shí)，需要同時(shí)操縱動臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運(yùn)動，如 圖 22， 23所示。此時(shí)斗桿收回，動臂抬起，希望斗桿和動臂分別由獨(dú)立的油泵供油，以保證彼此動作獨(dú)立，相互之間無干擾，并且要求泵的供油量小，使油缸動作慢，便于控制。如 果需要鏟斗保持一定切削角度并按照一定的軌跡進(jìn)行切削時(shí)，或者需要用鏟斗斗底壓整地面時(shí)，就需要鏟斗、斗桿、動臂三者同時(shí) 作用完成復(fù)合動作，如 圖 24,25所示 單獨(dú)采用斗桿挖掘時(shí)，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個(gè)別也有采用三泵合流。單獨(dú)采用鏟斗挖掘時(shí)，也有采用雙泵合流的情況。下面以三泵系統(tǒng)為例，來說明復(fù)合動作挖掘時(shí)油泵流量的分配情況和分合流油路的連接情況。液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 9 頁 共 37 頁 9 圖 22 斗尖沿直線平整土地圖 圖 23 斗尖沿直線切削斜坡圖 圖 24 鏟斗底壓整地面圖 圖 25 鏟斗底保持一定角度切削圖 當(dāng)斗桿和鏟斗復(fù)合動作挖掘時(shí)，供油情況如圖 26a 所示。當(dāng)斗桿油壓接近溢流閥的壓力時(shí)，原來溢流的油液此時(shí)供給鏟斗有效利用 。當(dāng)鏟斗和動臂復(fù)合動作挖掘時(shí)，由于動臂僅僅起調(diào)解位置的作用，主要是斗桿進(jìn)行挖掘，因此采用斗桿優(yōu)先合流、雙泵供油，如圖 26b 所示。 圖 26 三泵供油系統(tǒng)示意圖 當(dāng)動臂 、 斗桿和鏟斗復(fù)合運(yùn)動時(shí)，為了防止同一油泵向多個(gè)液壓作用元件供油時(shí)動作的相互干擾，一般三泵系統(tǒng)中，每個(gè)油泵單獨(dú)對一個(gè)液壓作用元件 供油較好。對于雙泵系統(tǒng)，其復(fù)合動作時(shí)各液壓作用元件間出現(xiàn)相互干擾的可能性大，因此需要采用節(jié)流等措施進(jìn)行流量分配，其流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 10 頁 共 37 頁 10 當(dāng)進(jìn)行溝槽側(cè)壁掘削和斜坡切削時(shí)，為了有效地進(jìn)行垂直掘削，還要求向回轉(zhuǎn)馬達(dá)提供壓力油，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力，保持鏟斗貼緊側(cè)壁進(jìn)行切削，因此需要同時(shí)向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油，兩者復(fù)合動作?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿收縮同時(shí)動作，由同一個(gè)油泵供油，因此需要采用回轉(zhuǎn)優(yōu)先油路，否則鏟斗無法緊貼側(cè)壁，使掘削很難正常進(jìn)行。在斗桿油缸活塞桿端回油路上設(shè)置可變節(jié)流閥，此節(jié)流閥的開口度即節(jié)流程度由回轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力來 控制?；剞D(zhuǎn)先導(dǎo)壓力越大，節(jié)流閥開度越小，節(jié)流效應(yīng)越大，則斗桿油缸回油壓力增高，使得油泵的供油壓力也提高。因此隨著回轉(zhuǎn)操縱桿行程的增大，回轉(zhuǎn)馬達(dá)油壓增加，回轉(zhuǎn)力增大。 挖掘過程中還有可能碰到石塊、樹根等堅(jiān)硬障礙物，往往由于挖不動而需要 短時(shí)間增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時(shí)增壓，能提高主壓力閥的 力。 2 滿斗舉升回斗工況分析 挖掘結(jié)束后，動臂油缸將動臂頂起，滿斗舉升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸載處，此時(shí)主要是動臂和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的復(fù)合動作。動臂抬升和回轉(zhuǎn)馬達(dá)同時(shí)動作時(shí)，要求二者在速度上匹配，即回轉(zhuǎn)到指定卸載位置時(shí)，動 臂和鏟斗自動提升到合適的卸載高度。由于卸載所需的回轉(zhuǎn)角度不同，隨液壓挖掘機(jī)相對自卸車的位置而變，因此動臂提升速度和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)速度的相對關(guān)系應(yīng)該是可調(diào)整的。卸載回轉(zhuǎn)角度大，則要求回轉(zhuǎn)速度快些，而動臂的提升速度慢些。 在雙泵系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)起動時(shí)，由于慣性較大，油壓會升得很高，有可能從溢流閥溢流，此時(shí)應(yīng)該將溢流的油供給動臂，如圖 27a所示。在回轉(zhuǎn)和動臂提升的同時(shí)，斗桿要外放，有時(shí)還需要對鏟斗進(jìn)行調(diào)整。這時(shí)是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行復(fù)合動作。 由于滿斗提升時(shí)動臂油缸壓力高，導(dǎo)致變量泵流量減小，為了使動臂提升和回轉(zhuǎn)、斗桿外放相互配合動作，由一個(gè)油泵專門向動臂油缸供油，另一個(gè)油泵除了向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油外，還有部分油供給動臂，如圖 27b所示。但是由于動臂提升時(shí)油壓較高，單向閥大部分時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)，因此左側(cè)油泵只向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油。 三泵系統(tǒng)的供油情況如圖 27c所示。各個(gè)油泵分別向一個(gè)液壓作用元件供 油， 復(fù)合動作時(shí)無相互干擾。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 11 頁 共 37 頁 11 3 卸載工況分析 回轉(zhuǎn)至卸載位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗油缸卸載。為了調(diào)整卸載位置，還需要?jiǎng)颖叟浜蟿幼?。卸載時(shí)