【正文】 液壓挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程 ，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，它在減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。由于液壓挖掘機(jī)具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點(diǎn)，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。 挖掘機(jī)液壓傳動(dòng)緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)。由于挖掘機(jī)的工作條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜，于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此，對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)挖掘 機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)。 目前液壓技術(shù)的研究和發(fā)展動(dòng)向主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）提高效率，降低能耗。 （ 2）提高技術(shù)性能和控制性能。 （ 3）發(fā)展集成、復(fù)合、小型化、輕量化元件。 （ 4）開(kāi)展液壓系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)方面的研究與開(kāi)發(fā)。 （ 5）加強(qiáng)以提高安全性和環(huán)境保護(hù)為目的研究開(kāi)發(fā)。 （ 6）提高液壓元件和系統(tǒng)的工作可靠性。 （ 7）標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化。 （ 8）開(kāi)展液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和系統(tǒng)性能分析研究。 第 3 頁(yè) 小型液壓挖掘機(jī)簡(jiǎn)介 圖 小型挖掘機(jī) 業(yè)界對(duì)小挖沒(méi)有比較明確的定義，一般認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)斗容量在 3m 以下或者整機(jī)重在 13T 以下的挖掘機(jī)都是小型挖掘機(jī) ，如圖 。在公路養(yǎng)護(hù)、園林綠化、小區(qū)建設(shè)、市政工程及農(nóng)田建設(shè)等土方量分散、作業(yè)空間狹窄的工況下，小型挖掘機(jī)以其體積小、機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)受到廣大用戶的青睞。 近幾年來(lái)，我 國(guó)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)建設(shè)帶動(dòng)了以挖掘機(jī)為代表的工程機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展，小挖作為其中一個(gè)重要力量也取得了迅速的發(fā)展。小挖以其價(jià)格便宜、功能多樣、機(jī)動(dòng)靈活、作業(yè)效率高等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為挖掘機(jī)這個(gè)子行業(yè)版塊的主力軍，受到大家的青睞。 小型液壓挖掘機(jī)價(jià)格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便，具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。小型液壓挖掘機(jī)體積小，機(jī)動(dòng)靈活，非常適用于城鎮(zhèn)的各種管道開(kāi)挖、基礎(chǔ)施工、公用事業(yè)以及房屋維修等作業(yè)。其緊湊的體積、特殊的設(shè)計(jì)使其能夠在大型挖掘機(jī)無(wú)法施工的 第 4 頁(yè) 環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)。由于有相關(guān)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)，小挖能夠安裝許多輔助作業(yè)工具。尾部旋轉(zhuǎn)半 徑為零的設(shè)計(jì)應(yīng)用，使得小型挖掘機(jī)在作業(yè)空間有限的環(huán)境下作業(yè)時(shí)挖掘機(jī)操作人員無(wú)須考慮施工現(xiàn)場(chǎng)是否有障礙物阻礙挖掘機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使操作人員能夠更專(zhuān)心于鏟斗的操作，這也防止了施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)ㄖ镆约巴诰驒C(jī)自身的損壞。小型挖掘機(jī)的動(dòng)臂與機(jī)身鉸接的設(shè)計(jì)，使其能夠在一個(gè)很大的范圍內(nèi)進(jìn)行擺動(dòng)。使得挖掘機(jī)在周?chē)姓系K物時(shí)也能避開(kāi)障礙物進(jìn)行作業(yè)而無(wú)需經(jīng)常移動(dòng)機(jī)身。同時(shí)，這也使得挖掘機(jī)能夠便于在墻壁或是圍墻的旁邊進(jìn)行挖掘作業(yè)。小型液壓挖掘機(jī)便于各個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)間的轉(zhuǎn)移，無(wú)需大型拖車(chē)或是重型卡車(chē)來(lái)進(jìn)行運(yùn)輸，小型的運(yùn)輸工具就可將其運(yùn)載。 不但能夠方便運(yùn)輸，還可以大大降低機(jī)器的運(yùn)輸費(fèi)用。 小型工程機(jī)械在市政工程、交通等施工中發(fā)揮較大優(yōu)勢(shì)并得以迅速發(fā)展。小型挖掘機(jī)在這些工程中為節(jié)省人力、物力做出了較大貢獻(xiàn)，滿足了城市各種作業(yè)要求，在城市狹窄的工作空間內(nèi)能夠最大限度地發(fā)揮其生產(chǎn)能力，逐步成為城市施工中具有代表性的施工機(jī)械。 從全球范圍看，小型挖掘機(jī)市場(chǎng)已處于成熟發(fā)展期，需求穩(wěn)定并呈緩慢上升趨勢(shì)，中國(guó)的小型挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)仍處于市場(chǎng)導(dǎo)入和發(fā)展的初級(jí)階段，需求持續(xù)快速增長(zhǎng)。小型挖掘機(jī)的發(fā)展主要依賴于城市建設(shè)的發(fā)展，由于城市的改造、 建設(shè)施工較多，要求施工時(shí)間短、施工機(jī)械對(duì)周?chē)h(huán)境影響小、安全、低污染、回轉(zhuǎn)半徑小、便于運(yùn)輸以及具有與城市景色相協(xié)調(diào)的外觀。 挖掘機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)及研究現(xiàn)狀 國(guó)外發(fā)展情況 國(guó)外小型挖掘機(jī)的生產(chǎn)始于二十世紀(jì) 70 年代， 1985 年以后，由于技術(shù)的不斷成熟，這種產(chǎn)品得到了快速發(fā)展。目前國(guó)外小挖產(chǎn)品在可靠性、操作的流暢性和舒適性等方面已經(jīng)非常完美，而且其駕駛室里美觀的內(nèi)飾及舒適的質(zhì)感也可與家用轎車(chē)媲美。 國(guó)外專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)小挖的公司主要分布在美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家，比較有代表性的公司比如日本的久保田、小松 、洋馬等，美國(guó)的凱斯和山貓，德國(guó)的英孚和英國(guó)的 JCB 等。 第 5 頁(yè) 目前國(guó)外的小挖主要向著以一機(jī)多用的多功能化、以提高操作性能的智能化、以功率匹配控制的節(jié)能化、以有限元分析的可靠性設(shè)計(jì)、以基于微電子技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和以符合人機(jī)工程學(xué)的駕駛室設(shè)計(jì)等方向發(fā)展。 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況 目前國(guó)內(nèi)已形成 至 13T全系列規(guī)格型號(hào)的小型挖掘機(jī) ，在國(guó)內(nèi)占據(jù)了大部分市場(chǎng)份額，而且出口量在逐年攀升，其中國(guó)內(nèi)生產(chǎn)小挖比較著名企業(yè)的是玉柴和山河智能?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)小挖的技術(shù)水平相比于國(guó)外來(lái)說(shuō)還有很大差距，主要體現(xiàn)在整機(jī)的功率 匹配、操作的穩(wěn)定性和精確性、產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性以及人性化設(shè)計(jì)等方面。 現(xiàn)階段處于仿制后自主提高階段，生產(chǎn)的大部分是標(biāo)準(zhǔn)型小挖，缺乏自主創(chuàng)新開(kāi)發(fā)能力，特別是在核心液壓元件和動(dòng)力方面受制于人，大部分配件都需要進(jìn)口。而且很多技術(shù)都來(lái)自于較成熟的大中型液壓挖掘機(jī)，在動(dòng)力匹配和技術(shù)創(chuàng)新方面有待進(jìn)一步突破，特別是國(guó)產(chǎn)液壓元件要替代進(jìn)口液壓元件還得不斷努力。 本文擬達(dá)到的要求 本文設(shè)計(jì)的小型液壓挖掘機(jī)斗容量為 ，整機(jī)重量為 6 噸。挖掘土壤級(jí)別為Ⅲ級(jí)以下。本文主要對(duì)由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、連桿機(jī)構(gòu)組成的工作裝置和液 壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的工作裝置和液壓系統(tǒng)要能滿足挖掘機(jī)基本動(dòng)作要求，并能完成復(fù)雜的復(fù)合動(dòng)作。本文主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括小挖工作裝置的總體設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)挖掘力分析，液壓系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)完成后對(duì)關(guān)鍵液壓元件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并校核。 第 6 頁(yè) 第二章 挖掘機(jī)液壓基本回路分析 圖 挖掘機(jī)液壓控制回路 基本回路是由一個(gè)或幾個(gè)液壓元件組成、能夠完成特定的單一功能的典 型回路，它是液壓系統(tǒng)的組成單元。液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中基本回路有限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流回路、行走回路、合流回路、再生回路等 ，如圖 。 液壓系統(tǒng)基本回路是由一個(gè)或者幾個(gè)液壓元件有機(jī)連接而成的、能夠完成特定動(dòng)作的典型液壓回路，它是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的組成單元。液壓系統(tǒng)是由基本回路組成的一個(gè)有機(jī)整體，主要包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速回路和節(jié)流限速回路、行走限速回路、支腿順序回路和鎖緊回路等。 限壓回路 限壓回路是用來(lái)限制系統(tǒng)壓力的，使壓力值不超過(guò)其一調(diào)定值。限壓的目的有兩個(gè)：一、限 制系統(tǒng)的最高壓力，避免液壓系統(tǒng)和液壓元件因過(guò)載而損壞，通常用安全閥來(lái)實(shí)現(xiàn)限壓，安全閥設(shè)置在液壓泵出油口附近油路上；二、保證系統(tǒng)中某部分的壓力保持定值或不超過(guò)特定值，通常用溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。溢流閥在調(diào)定系統(tǒng)壓力 第 7 頁(yè) 時(shí)，其多余的流量最終通過(guò)此閥流回到油箱，因此溢流閥閥口是常開(kāi)的。 限壓回路不僅能限制系統(tǒng)壓力，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行卸荷，還能保證挖掘機(jī)正常工作。如圖 ，當(dāng)換向閥 l處在中位 時(shí)，液壓泵與主回路斷開(kāi)，處于不工作位置；若換向閥處于左位時(shí)，液壓泵與主回路接通，液壓缸上有負(fù)載 W，則液壓缸無(wú)桿腔會(huì)受 到很大的閉鎖壓力，當(dāng)此壓力很大的話，就有可能損壞管路和液壓元件，因此，液壓缸的進(jìn)出油路處都要安裝溢流閥 2 和 3。當(dāng)閉鎖壓力大于溢流閥的調(diào)定壓力時(shí)，溢流閥 2和 3就都打開(kāi)，液壓油流回油箱，從而實(shí)現(xiàn)卸荷；換向閥處于右位同理。溢流閥的調(diào)定壓力與液壓系統(tǒng)的壓力無(wú)關(guān)，通常溢流閥的調(diào)定壓力越大，液壓缸的閉鎖力就越大，對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)就越有利，但過(guò)高的壓力則會(huì)損壞管路和元件，所以一般情況下，高壓系統(tǒng)限壓閥的壓力調(diào)定值通常為系統(tǒng)壓力的 125%上下，若是中高壓系統(tǒng)的話比 125%還要高。 圖 限壓回路 卸荷回路 卸荷回路是設(shè)計(jì)是為了讓挖掘機(jī)在不工作時(shí)液壓泵能以最低的功率運(yùn)行，從而 第 8