【正文】 0 多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動斗回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用， 20 世紀(jì) 40 年代有了在 拖拉機(jī) 上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)， 20世紀(jì) 50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)。初期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓元件，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定，配套件也不齊全。從 20 世紀(jì) 60 年代起，液壓挖掘機(jī)進(jìn)入推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。 19681970 年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量已占挖掘機(jī)總產(chǎn)量的 83%，目前已接近 100%[1]。 挖掘機(jī)的構(gòu)成 常見的挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)包括，動力裝置，工作裝置，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，操縱機(jī)構(gòu) ， 傳動機(jī)構(gòu) ， 行走機(jī)構(gòu) 和輔助設(shè)施等。 4 從外觀上看，挖掘機(jī)由工作裝置，上部 回轉(zhuǎn)體 ， 下部行走體 三部分組成。 如下圖挖掘機(jī)的擬人化的比喻： 挖掘機(jī)的分類 挖掘機(jī)的種類諸多，總體上可以分為以下五大類： 挖掘機(jī)分類一：常見的挖掘機(jī) 按驅(qū)動方式有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動挖掘機(jī)和電力驅(qū)動挖掘機(jī)兩種。其中電動挖掘機(jī)主要應(yīng)用在高原缺氧與地下礦井和其它一些易燃易爆的場所。 5 挖掘機(jī)分 類二：按照行走方式的不同，挖掘機(jī)可分為履帶式挖掘機(jī)和輪式挖掘機(jī) 。而 大部分挖掘機(jī)是履帶式 ， 這有兩個理由 [2]： 1）挖掘機(jī)一旦進(jìn)入作業(yè)現(xiàn)場就不大移動，只行走較短的距離。 2）地面接觸面積大，能夠在較松軟的地方作業(yè)。在凹凸不平的地面行駛時，能夠承受猛烈的沖擊。 輪胎式挖掘機(jī)，因其具有橡膠輪胎，機(jī)動性好，適合于城市內(nèi)的道路和下水道施工。但不適用于松軟地基部位的作業(yè)。 挖掘機(jī)分類三：按 照傳動方式的不同，挖掘機(jī)可分為液壓挖掘機(jī)和機(jī)械挖掘機(jī)。機(jī)械挖掘機(jī)主要用在一些大型礦山上。 挖掘機(jī)分類四：按照用途來分，挖掘機(jī)又可以分為通用挖掘機(jī)，礦用挖掘機(jī)，船用挖掘機(jī)，特種挖掘機(jī)等不同的類別 。 挖掘機(jī)分類五：按照鏟斗來分，挖掘機(jī)又可以分為正鏟挖掘機(jī)和反鏟挖掘機(jī)。 正鏟 挖掘機(jī)多用于挖掘地表以上的物料，反鏟挖掘機(jī)多用于挖掘地表以下的物料。 2． 挖掘機(jī)的發(fā)展概況 及運動原理 國內(nèi)挖掘機(jī)發(fā)展概況 從 20 世紀(jì) 50 年代生產(chǎn)第一臺全液壓挖掘機(jī)至今，挖掘機(jī)工作裝置已經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)成熟的階段。隨著液壓挖掘機(jī)市場的增大、產(chǎn)品的提高和使用范圍的擴(kuò)大，世界著名的挖掘機(jī)生產(chǎn)商紛紛采用新技術(shù)、新手段來提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的市場競爭力 [1]。 我國當(dāng)前挖掘機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 [2]： 1） 20xx 年中國挖掘機(jī)保有量超過 63萬臺 。 2） 20xx 年新挖掘機(jī)銷量超 90000 臺 。 3） 每年以 10%的速度在增加 。 4） 中國正在搞開發(fā)建設(shè)，一些大項目特別是西部大開發(fā)正在進(jìn)行需要大量的挖掘機(jī)。 5） 現(xiàn)有的挖掘機(jī)的維修，將來 二手機(jī)的修理，翻新都需要售后服務(wù)人員來完成。 6） 若干年后到后市場時代我們更有用武之地。 6 我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從 1954 年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)第一臺斗容量為 1m3的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個階段。 20 世紀(jì) 80年代末，我國挖掘機(jī)生產(chǎn)廠已有 30多家，生產(chǎn)機(jī)型達(dá) 40余種。中、小型液壓挖掘機(jī)已形成系列，斗容有 ～ m3等 12 個等級、 20多種型號，還生產(chǎn) 10m 12m3機(jī)械傳動單斗挖掘機(jī)， 1m3隧道挖掘機(jī)， 4m3長臂挖掘機(jī) ， 1000m3／ h 的排土機(jī)等，還開發(fā)了斗容量 3的船用液壓挖掘機(jī)，斗容量 、 、 。但總的來說，我國挖掘機(jī)生產(chǎn)的批量小、分散，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量等與國際先進(jìn)水平相比，有很大的差距。 由于國內(nèi)對液壓挖掘機(jī)需求量的不斷增加且多樣化，在國有大、中型企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，牽動了一些其他機(jī)械行業(yè)的制造廠加入液壓挖掘機(jī)行業(yè)。例如，中國第一拖拉機(jī)工程機(jī)械公司、廣西 玉柴 股份有限公司、 柳州工程機(jī)械廠等。這些企業(yè)經(jīng)過幾年的努力已達(dá)到一定的規(guī)模和水平。例如，玉柴機(jī)器股份有限公司在 20世紀(jì) 90年代初開發(fā)的小型液壓挖掘機(jī)，連續(xù)多年批量出口歐、美等國家，成為我國挖掘機(jī)行業(yè)能批量出口的企業(yè)。 業(yè) 內(nèi)人士指出，我國單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)向全液壓方向發(fā)展；斗容量宜控制在 0.115 m3；而對于大型及多斗挖掘機(jī)，由于液壓元件的制造、裝 配精度要求高，施工現(xiàn)場維修條件差等，則仍以機(jī)械式為主。應(yīng)著手研究、運用電液控制技術(shù)，以實現(xiàn)液壓挖掘機(jī)操縱的自動化 [1]。 國外挖掘機(jī)發(fā)展概況 第一臺手動挖掘機(jī)問世至今已有 130 多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動半回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本等是斗容量 m3單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，從 20世紀(jì) 80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗 容量 50150 m3的剝離用挖掘機(jī)，斗容量 132 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)； BE(布比賽路斯一伊利 )公司生產(chǎn)的斗容量 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量 107 m3的剝離用挖掘機(jī)等，是世界上目前最大的挖掘機(jī)。 7 從 20世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展 [1][2]。 1)開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要，國外發(fā)展了斗容量在 m3以下的微型挖掘機(jī)，最小的斗容量僅 O01 m3。另外，數(shù)量最多的中、 小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能，配備了多種工作裝置 —— 除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低噪聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等。 2)迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機(jī)綜合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計算機(jī)控 制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實現(xiàn)挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動化。 3)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新 型的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來工作 。 4)更新設(shè)計理論，提高可靠性，延長使用壽命。 5)加強(qiáng)對駕駛員的勞動保護(hù)，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。 6)進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變 的明顯趨勢。因為變量系統(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時用增大流量來補(bǔ)償，使液壓泵功率保持恒 定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率 。此外，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。 7)迅速拓展電子化、自動化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。隨著對挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機(jī)電液一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。 8)更注重環(huán)境保護(hù)， CAT、小松等廠家紛紛推出滿足三次排放要求的挖 掘機(jī)。 挖掘機(jī)運動原理 8 液壓系統(tǒng)是挖掘機(jī)實現(xiàn)各種運動和進(jìn)行自動控制的基礎(chǔ)。液壓系統(tǒng)可用于從一處向另一處傳遞機(jī)械能?？梢酝ㄟ^利用壓力能完成上述操作。液壓泵由機(jī)械能驅(qū)動 ，機(jī)械能在受壓液體中轉(zhuǎn)變成壓力能和動能，然后重新變成機(jī)械能作功。提供給液壓系統(tǒng)的原始能量是來自發(fā)動機(jī)的機(jī)械能，實際上是發(fā)動機(jī)驅(qū)動了液壓泵。泵利用這種能量泵出液體，在此過程中，機(jī)械能變成了壓力能和動能。液體流經(jīng)液壓系統(tǒng)，并朝油缸和馬達(dá)等執(zhí)行元件方向流動。液體中的壓力能和動能使執(zhí)行元件產(chǎn)生運動。運動過程中，能量再一次轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。在液壓挖掘機(jī) 中，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生第一機(jī)械能，第一機(jī)械能帶動泵運轉(zhuǎn)。泵使油流出并進(jìn)入系統(tǒng)。油到達(dá)執(zhí)行元件時，重新在執(zhí)行元件的運動過程中轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。挖掘機(jī)動臂因此得到提升或下降，鏟斗得以運動等等。從某種意義上來講，液壓系統(tǒng)的性能決定著挖掘機(jī)的質(zhì)量與工作效率。現(xiàn)代挖掘機(jī)能夠根據(jù)工作環(huán)境和作業(yè)條件，自動實現(xiàn)分功率的變量與全功率變量，以保證任何情況下發(fā)動機(jī)均不超載，使發(fā)動機(jī)運行平穩(wěn)且功率得到充分利用。根據(jù)挖掘機(jī)工況變化大而快這一特點，有效利用以動機(jī)功率，且保證安全，正常作業(yè)?，F(xiàn)化挖掘機(jī)控制系統(tǒng)至少應(yīng)包括 8 個主要部分，其中某些方面需要 通過液壓閥、電液閥實現(xiàn) ，而大部功能需經(jīng)過由計算機(jī)、傳感器及控制執(zhí)行元件組成各個子控制系統(tǒng)來完成 [2]。 3． 挖掘機(jī) 各部件 的造型設(shè)計 挖掘機(jī)的造型設(shè)計主要利用 Pro/E 進(jìn)行對其三圍建模，它是一款深受用戶推崇的前方位三圍產(chǎn)品輔助設(shè)計開發(fā)軟件，它以全參數(shù)化的設(shè)計思想而著稱；所以利用Pro/E 進(jìn)行對挖掘機(jī)的造型設(shè)計是很方便的。一下將逐一介紹對挖掘機(jī)各個部位的零件造型設(shè)計 [3]。 挖掘機(jī)底盤 支架 的 造型設(shè)計 它是連接挖掘機(jī)兩邊履帶行走裝置上部回轉(zhuǎn)裝置的支架。 （ 1） 打開 pro/E 軟件，選擇【文件】 /【新建】菜單命令，彈出【新建】對話框。選擇新建類型為【零件】，子類型為 【 實體 】 ， 勾選【使用缺省模板】，創(chuàng)建一個名為 dipanzhijia 的新文件，點擊確認(rèn)， 如圖 31所示， 然后在選用毫米制，再點擊確認(rèn)，進(jìn)入繪圖畫面 ，如圖 32 所示 。 9 圖 31 新建零件 圖 32 零件尺寸單位制設(shè)置 （ 2） 選擇【拉伸】 按鈕，單擊【放置】 /【定義】 ，選擇 TOP 面進(jìn)入【草繪】，繪制如圖 31 曲線， 單擊 完成草繪。 然后再 輸入拉伸厚度 值 370，完成拉伸。 其草繪尺寸及拉伸厚度如下圖 33，圖 34 所示： 圖 33 草繪圖 圖 34 拉伸 （ 3） 在上圖實體山表面進(jìn)行草繪拉伸挖掘機(jī)上部回轉(zhuǎn)體裝入裝置 ，如圖 35所示 ， 然后在對其進(jìn)行修剪得到下圖完整底部支架。其草繪，拉伸尺寸如圖 36,圖 37所示。 10 圖 35 底部支架 圖 36 尺寸大小 a 11 圖 37 尺寸大小 b 挖掘機(jī) 履帶及 履帶支架 造型 的 設(shè)計 挖掘機(jī)下部行走裝置是一比較發(fā)雜的一部分，是挖掘機(jī)行的部分，里面的零部件比較多而復(fù)雜，所以我只是簡要的繪制一些簡單的零件和相似的外形來代表其行走部分。從外形上看能看到其履帶、張緊輪、鏈輪、支重輪、前護(hù)板、固定支架等組成 [4]、 [5]。 本節(jié)將只繪制其大概外形構(gòu)造，內(nèi)部復(fù)雜部件將省略掉了。其 大概外形 和設(shè)計繪制過程如下： （ 1） 【新建】 名字為 xingzoubufen 的【零件】 文件。 繪制如下圖 圖 38所示 零件： 圖 38 行走部分 （ 2）先繪制其中心固定支架，然后再繪制其兩端的張緊輪和鏈輪、終傳動 。在繪制其支重輪、拖輪和履帶等。其中的履帶上的齒需要用到整列中的曲面來完成不規(guī)則曲面的整列。其具體尺寸和大小如下圖 圖 3圖 3圖 31圖 312 所示： 12 圖 39履帶架 尺寸 圖 310支重輪和導(dǎo)輪尺寸 圖 311 圖履帶尺寸 13 圖 312草繪 尺寸 挖掘機(jī) 上部回轉(zhuǎn)體 的造型設(shè)計 挖掘機(jī) 上部回轉(zhuǎn)體 是挖掘機(jī)的核心部位，也叫做上部回轉(zhuǎn)體。里面主要包括燃油箱、液壓油箱、發(fā)動機(jī)、配重裝置、駕駛室、回轉(zhuǎn)裝置、散熱器、液壓泵等組成[4]。下面主要就其整體外形的設(shè)計，里面的復(fù)雜器件將省去。 （ 1）【新建】名為 body 的【零件】文件，單擊【拉伸】按鈕，選擇 TOP 面為【放置】面。繪制如圖 所示 的曲線后【拉伸】 40 得到 其回轉(zhuǎn)體地板實體，圖形如下圖 31圖 314 所示 : 圖 313草繪 圖 314 拉伸實體 （ 2） 繼續(xù)拉伸，得到 下圖所示 實體 如下圖 315 所示 。 14 （ 3）繼續(xù)在實體表面【拉伸】 200 后【倒角】 80*200 得到 如下圖 所示箱體上凸起 ，如下圖 316所示 。