【正文】 機逐步取代機械式挖掘機是必然的趨勢。 單斗液壓挖掘機是裝有一只鏟斗并采用液壓傳動進行挖掘作業(yè)的機械。它是目前挖掘機械中重要的機種。單斗液壓挖掘機的作業(yè)過程是以鏟斗 (一般裝有斗齒 )的切削刃切削土壤并將土裝入斗內(nèi)，斗滿后提升?；剞D(zhuǎn)至卸上位置進行卸土，卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到地面進行下一次挖掘。當(dāng)挖掘機挖完一段土后，機械移動一段距離，以便繼續(xù)作業(yè)。因此單斗液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的自行式上方機械。 167。 液壓挖掘機整機性能 液壓挖掘機可分為 :動力系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控 制系統(tǒng) 。液壓挖掘機作為一個有機整 體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機械零部件性能有關(guān)，還與液壓系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)性能有關(guān) 。 (1) 動力系統(tǒng) 挖掘機工作的主要特點是環(huán)境溫度變化大，灰塵污物較多，負(fù)荷變化大，經(jīng)常傾斜工作，維護條件差。因此液壓挖掘機原動力一般由柴油機提供，柴油機具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經(jīng)濟等特點，符號挖掘機工作條件惡劣，負(fù)荷多變的要求。挖掘機的額定負(fù)荷與汽車。拖拉機不同，汽車和拖拉機指在最高轉(zhuǎn)速下、連同機油泵、發(fā)電機等必要附件，分鐘內(nèi)的最大功率 。挖掘機是指在額定轉(zhuǎn)速下一小時以上的額定功率。挖 掘機采用車用柴油機時，最大功率指數(shù)降低。 (2) 機械系統(tǒng) 液壓挖掘機的機械系統(tǒng)部分是完成挖掘機各項基本動作的直接執(zhí)行者，河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 主要包括 :行走裝置是整個機器的支撐部分，承受機器的全部重量和工作裝置的反力，同時能使挖掘機作短途行駛 .按照結(jié)構(gòu)的不同，分履帶式和輪胎式?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)使挖掘機上車圍繞中央回轉(zhuǎn)軸作 360度 的回轉(zhuǎn)的機構(gòu)，包括驅(qū)動裝置和回轉(zhuǎn)支撐。工作裝置是挖掘機完成實際作業(yè)的主要組成部分，常用的有反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，而同一種裝置可以有多種結(jié)構(gòu)形式，前面所述的反鏟裝置應(yīng)用最為廣泛。 (3) 液壓系統(tǒng) 液壓挖 掘機的回轉(zhuǎn)、行走和工作裝置的動作都由液壓傳動系統(tǒng)實現(xiàn)，原動機驅(qū)動雙聯(lián)液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥。通過司機的操縱，將壓力油單獨或同時送往液壓執(zhí)行元件 (液壓馬達和液壓油缸 )驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作。液壓挖掘機的主要運動有整機行走、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地連接起來地組合體既是液壓挖掘機地液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)地功能是把發(fā)動機地機械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，傳送給油缸、油馬達等轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，再傳動各執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)各種運動和工 作過程。液壓系統(tǒng)設(shè)計得合理與否，對挖掘機的性能起著決定性的作用。同樣的元件，若系統(tǒng)設(shè)計不同，則挖掘機性能差異很大。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) 液壓挖掘機控制系統(tǒng)是對發(fā)動機、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件 (液壓缸、液壓馬達 )等進行控制的系統(tǒng)。電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速進步，使挖掘機有了越來越先進的控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機向高性能、自動化和智能化發(fā)展。目前挖掘機研究重點正逐步向智能化機電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移。 167。 液壓挖掘機結(jié)構(gòu) (1) 液壓挖掘機組成 為了 實現(xiàn)液壓挖掘機的各項功能， 單斗 液壓挖掘機需要兩個基本組成部分，即機體 (或稱主機 )和工作裝置。機體是完成挖掘機基本動作并作為驅(qū)動和操縱挖掘機進行工作的荃礎(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。其中動力裝置、操縱機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和輔助設(shè)備均可在回轉(zhuǎn)平臺上，總稱上車河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 部分，它與行走機構(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 反鏟裝置主要用于挖掘停機面以下的土壤。斗容量小于 3m 的中小型液壓挖掘機通常選用反鏟裝置，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、價格低廉。剛度相同時，其重量比組合動臂輕，是目前應(yīng)用最廣泛的液壓挖掘機工作裝置結(jié)構(gòu)形式。 鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘 機最常用的結(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。鉸點轉(zhuǎn)動實現(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，斗桿可繞動臂上鉸點轉(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構(gòu)來和鏟斗聯(lián)。 (3) 液壓挖掘機工作循環(huán)過程 首先液壓挖掘機驅(qū)動行走馬達和配套土方運輸車輛一起進入作業(yè)面，運輸車輛倒車、調(diào)停，?？吭谕诰驒C的側(cè)方或后方。挖掘機司機扳動操縱手柄，使回轉(zhuǎn)馬達控制閥接通，于是回轉(zhuǎn)馬達轉(zhuǎn)動并帶動上部平臺回轉(zhuǎn)，使工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘地點，在執(zhí)行上述過程的同時操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸上腔進油，將動臂下降，直至鏟斗接觸地面，然后司機操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進油，配合動作以加快作業(yè)進度，進行復(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油，將動臂提升，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)至運輸車輛上方，再操縱斗桿油缸使鏟斗高度河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 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)點上方，以便進行下一工作循環(huán) 。 167。 液壓挖掘機傳動原理 液壓挖掘機采用三組液壓缸使工作裝置具有三個自由度，鏟斗可實現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動，加上液壓馬達驅(qū)動回轉(zhuǎn)運動，使鏟斗運動擴大到有限的空 間，再通過行走馬達驅(qū)動行走 (移位 )，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。 液壓挖掘機 由 柴油機驅(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 )驅(qū)動相應(yīng)的機構(gòu)進行工作。 液壓挖掘機的工作裝置采用連桿機構(gòu)原理，各部分的運動通過液壓缸的伸縮來實現(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。動臂下鉸點鉸接在轉(zhuǎn)臺上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點轉(zhuǎn)動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉(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轉(zhuǎn)動。挖掘作業(yè)時，接通回轉(zhuǎn)馬達，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時操縱動臂缸小腔進油使液壓缸回縮 。動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進油而伸長，使鏟斗進行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進油，使動臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達，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)進行卸土。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進行第二次挖掘循環(huán)。在實際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機液 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 隨機的。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 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 反鏟挖掘機工作裝置 總之，液壓挖掘機是由多學(xué)科、多系統(tǒng)組成的有機整體，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 能獲取挖掘機整機的最佳性能。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 2 章 液壓挖掘機工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計方案的確定 要了解和設(shè)計挖掘機的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機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)合動作時油泵對同時作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。 167。 液壓挖掘機的工況 液壓挖掘機的作業(yè)過程包括以下幾個動作 (如圖 21所示 ):動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機行走以及其它輔助動作。除了輔助動作 (例如整機 轉(zhuǎn)向等 )不需全功率驅(qū)動以外，其它都是液壓挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。 動臂升降 斗桿收放 鏟斗裝卸 4 、平臺臺回轉(zhuǎn) 整機行走 圖 21 液壓挖掘機的運動圖 由于液壓挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機的工作有兩項特殊要求 :(1)實現(xiàn)各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達的壓力和流量也能相應(yīng)變化 。(2)為了充分利用發(fā)動機功率和河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 縮短作業(yè)循環(huán)時間，工作過程中往往要求有兩個主要動作 (例如挖掘與動臂、提升與回轉(zhuǎn) )同時進行復(fù)合動作。 液壓挖掘機一個 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行挖掘，或者兩者配合進行挖掘，因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動作，必要時，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，同時回轉(zhuǎn)第 2章挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求和分析方法液壓馬達使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。 (3) 卸載 :轉(zhuǎn)到卸土點時，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，此時是回轉(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進行挖掘，或者兩者復(fù)合動作， 必要時配以動臂液壓缸的動作。 一般在平整土 地或切削斜坡時，需要同時操縱動臂和斗桿，以使斗尖能沿直線運動，如 圖 22， 23所示。此時斗桿收回，動臂抬起，希望斗桿和動臂分別由獨立的油泵供油，以保證彼此動作獨立，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行切削時，或者需要用鏟斗斗底壓整地面時，就需要鏟斗、斗桿、動臂三者同時 作用完成復(fù)合動作，如 圖 24,25所示 單獨采用斗桿挖掘時，為了提高掘削速度，一般采用雙泵合流，個別也有采用三泵合流。單獨采用鏟斗挖掘時，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)合動作挖掘時油泵流量的分配情況和分合流油路的連接情況。液壓馬達使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 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，供油情況如圖 26a 所示。當(dāng)斗桿油壓接近溢流閥的壓力時，原來溢流的油液此時供給鏟斗有效利用 。當(dāng)鏟斗和動臂復(fù)合動作挖掘時，由于動臂僅僅起調(diào)解位置的作用，主要是斗桿進行挖掘，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)合運動時，為了防止同一油泵向多個液壓作用元件供油時動作的相互干擾，一般三泵系統(tǒng)中，每個油泵單獨對一個液壓作用元件 供油較好。對于雙泵系統(tǒng)，其復(fù)合動作時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)流等措施進行流量分配，其流量分配要求和三泵系統(tǒng)相同。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 當(dāng)進行溝槽側(cè)壁掘削和斜坡切削時，為了有效地進行垂直掘削，還要求向回轉(zhuǎn)馬達提供壓力油，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力，保持鏟斗貼緊側(cè)壁進行切削，因此需要同時向回轉(zhuǎn)馬達和斗桿供油，兩者復(fù)合動作?；剞D(zhuǎn)馬達和斗桿收縮同時動作，由同一個油泵供油，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。回轉(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、樹根等堅硬障礙物，往往由于挖不動而需要 短時間增大挖掘力，希望液壓系統(tǒng)能暫時增壓，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