【正文】 。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。 其結(jié)構(gòu) 主要 是 由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成 （如圖所示）， 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。主要作業(yè)是挖掘、裝載、整地、起重等，用于城市管道工程、道路、住宅建設(shè)、基礎(chǔ)工程和園林作業(yè)等。由于這種機(jī)械的特點(diǎn)很靠近人，因此在設(shè)計(jì)上除了要求耐久性、可靠性和作業(yè)效率等，還需著重考慮人、機(jī)、環(huán)境的協(xié)調(diào)，特別要注意以下幾點(diǎn) ]1[ ： (1) 安全性即機(jī)械作業(yè)過程中不要與周圍的人和物相碰撞，防傾翻穩(wěn)定性好。 (5) 操縱簡(jiǎn) 便，任何人一學(xué)就會(huì)，都能操縱。 (3) 改進(jìn)工作可靠性。 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) 國(guó)外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài) 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、日本是斗容量179。的步行式拉鏟挖掘機(jī)； BE（布比賽路斯 伊利）公司生產(chǎn)的斗容量 179。 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 (1) 開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。 (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(jiǎn)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(jì)算機(jī)綜合程序控制 (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 ，提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng) 的功能。 (5) 加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。由于國(guó)家 H經(jīng)濟(jì) H建設(shè)的需要 ,后又 H發(fā)展 H10 余家廠生產(chǎn) ,到 1966 年 12 年全國(guó)共生產(chǎn)了機(jī)械式挖掘機(jī) 3000 余臺(tái) ,后又延續(xù)生產(chǎn)到八十年代初。 20 世紀(jì) 90 年代初國(guó)內(nèi)幾家新進(jìn)入挖掘機(jī)待業(yè)的企業(yè)以 “技貿(mào)結(jié)合，合作生產(chǎn) ”的方式聯(lián)合引進(jìn)日本小松制作所的 PC 系列挖掘機(jī)制造技術(shù)，由于 中國(guó)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)的擴(kuò)大，隨后不久在挖掘機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域出現(xiàn)了一個(gè)外資企業(yè)進(jìn)入中國(guó)的浪潮。 2021 年全生產(chǎn) 12569 臺(tái)，銷售 12397 臺(tái)，其中包括出口468 臺(tái) 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為機(jī)電一體化挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足挖掘機(jī)工作循環(huán)所需的全部技術(shù) 要求，且靜動(dòng)態(tài)性能好、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作安全可靠、壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性好、使用維護(hù)方便。 ． 挖掘機(jī)的典型作業(yè)流程 : (1) 整機(jī)移動(dòng)至合適的工作位置 (2) 回轉(zhuǎn)平臺(tái)，使用工作裝置處于挖掘位置 (3) 動(dòng)臂下降，并調(diào)整斗桿、鏟斗至合適位置 (4) 斗桿、鏟斗挖掘作業(yè) (5) 動(dòng)臂升起 (6) 回轉(zhuǎn)工作裝置至卸載位置 (7) 操縱斗桿、鏟斗卸載 1 一動(dòng)臂升降 。 (2) 斗桿挖掘工況 :由斗桿液壓缸單獨(dú)動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況。 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 當(dāng)單獨(dú)采用斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘時(shí)，挖掘軌跡以動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)為中心，鏟斗斗尖所作的圓弧線的長(zhǎng)度決定于斗桿液壓缸的行程。 (6) 姿態(tài)調(diào)整與保持工況 :滿足停放、運(yùn)輸、檢修等需要。此時(shí)斗桿收回，動(dòng)臂抬起，需要保證彼此動(dòng)作獨(dú) 立，相互之間無干擾。 a 一水平地面的挖削 圖 a水平地面的切削和壓整 b斜坡地面的切削和壓整 圖 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。 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(dòng)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，能提高主壓力閥的壓力。 但液壓挖掘機(jī)可更換的工作裝置多，而且同一機(jī)型可以根據(jù)作業(yè)對(duì)象或工作尺寸的要求換裝不同斗容的鏟斗。 圖 SWE50H型液 壓挖掘機(jī)的外觀尺寸圖 表 SWE50H液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù) 整機(jī)重量（ kg） 4680 標(biāo)準(zhǔn)斗容（ m3） 履帶板寬（ mm） 350 高 /寬 /長(zhǎng)（ mm） 2593/1950/5321 推土鏟寬 x 高 (mm) 1960x300 鏟斗挖掘力（ kN） 44 斗桿挖掘力（ kN） 最大牽引力（ kN） 動(dòng)臂偏轉(zhuǎn)角度（ 176。常見的有兩種具體布置方式。 當(dāng)兩方案的動(dòng)臂油缸安裝尺寸DE鏟斗最大挖掘 H 和地面 圖 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)油缸布置方案 最大挖掘半徑 R 相 等時(shí)，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即 h1h2。因此，在動(dòng)臂油缸作用力相同時(shí)，后傾方案能得到較大的動(dòng)臂作用矩，這就是其優(yōu)點(diǎn)。 動(dòng)臂油缸的作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最 大卸載距離位置進(jìn)行卸載來確定，其 圖 動(dòng)臂油缸作用力分析 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 所示，此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力 (N)為： g31 ( l )b d t d A g A b b AF G l G G ll? ? ? () 式中 dAl － 鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離 (m) bAl － 動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離 (m) gAl － 斗桿質(zhì)心動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離 (m) 3l － 動(dòng)臂油缸作用力對(duì)鉸點(diǎn)的力臂 (m) 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 gG － 斗桿所受重力 (N) bG － 動(dòng)臂所受重力 (N) dtG － 鏟斗及其裝載土壤的重力 (N) 查閱相關(guān)資料，選取 dtG ＝ 10? N+mg， gG ＝ 10? N， bG ＝ 10? N， dAl＝ ， gAl =, bAl =, 3l =. 其中鏟斗的重力為 10? N， 根據(jù)公式 SmV?? () RSV Vk? () Ssk ??? () 式中 m －裝載土壤的質(zhì)量（ kg） V －平均有效斗容量 （ 3m ） ? －鏟斗充滿系數(shù)（ 3m ），根據(jù)工作環(huán)境，選擇充滿系數(shù)為 1 ? －自然情況下土壤的密度，根 據(jù)工作環(huán)境，選擇 31750 kg m? ??? S? －疏松后的土壤密度 Sk －土壤的松散系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境， 取 ? 代入數(shù)據(jù)，求得： 312 96 .3s kg m? ??? kg? 33( 1 4 .3 9 1 2 .0 4 6 .1 7 ) 1 0 0 .5 5 6 0 1 0bF x N? ? ? ? ? ? 機(jī)電一體化液壓挖掘機(jī)工作原理 ]6[ 機(jī)電一體化液壓挖掘機(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(dòng)，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鏟斗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大到有限的空間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)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。 采用了電液比例控制技術(shù)，通過改變 34BR6/H6 型帶閥芯位移反饋的電液比例方向閥的比例電磁鐵的輸入電流，不 但 可以改變閥的工作液流方向，而且可以 改變 閥口大小實(shí)現(xiàn)流量控制，是一種較為理想的電、液轉(zhuǎn)換和功率放大元件，與伺服控制相比具有成本低、抗干擾性好、能量損失小、對(duì)油液清潔度無特殊要求等優(yōu)點(diǎn)。模擬信號(hào)調(diào)理電路的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)各路模擬量信號(hào)的輸入和調(diào)整，將傳感器和敏感元件的輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足 A/D 轉(zhuǎn)換輸入要求的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將來自各傳感器的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、儲(chǔ)存、分析加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指 令控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。 動(dòng)臂液壓缸內(nèi)徑尺寸與活塞桿直徑的確定 由表 、表 、表 可知，小挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為 360 10bFN??時(shí)宜取液壓缸的工作壓力 P ＝ 13610 aP ，液壓缸選用單桿式，并在工作時(shí)進(jìn)行差動(dòng)連接。但為了簡(jiǎn)化工藝和降低成本，應(yīng)盡量采用 GB/T23481993 標(biāo)準(zhǔn)的液壓缸行程，則根據(jù)技術(shù)要求，取行程為 630mm。 計(jì)算得 44 630 / 10 [ ]?? ?? ? ? ? ? ?，故滿足要求，則活塞桿長(zhǎng)度和缸筒長(zhǎng)度的取值合 格。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。進(jìn)油節(jié)流起動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速。開式回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。經(jīng)過上述分析此方案選用 容積節(jié)流調(diào)速。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。工程機(jī)械 工作環(huán)境狀況復(fù)雜，補(bǔ)丁因數(shù)多，故 操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。例如液壓泵無載啟動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。即當(dāng)阻力過大挖掘過程中斷時(shí)，能自主修正挖掘路徑，直接完成挖掘過程。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。 再根日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 據(jù)調(diào)速方案及工程機(jī)械選用原則，主泵采用變量柱塞泵，輔助油泵采用齒輪泵。 閉 式 回路 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為緊湊，泵的自吸性好，系統(tǒng)與空氣接觸的機(jī)會(huì)較少，空氣不 易滲入系統(tǒng)，故傳動(dòng)的平穩(wěn)性較好，且工作機(jī)構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，避免了在開式系統(tǒng)換向過程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。液壓系統(tǒng)能否可靠、靈敏、準(zhǔn)確、有效而且經(jīng)濟(jì)地工作，與所選用的液壓油的品種及性能密切相關(guān)。不同工業(yè)部門由于使用要求、操作條件、應(yīng)用環(huán)境的差異，所用的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)差別也很大。八聯(lián)多路換向閥分為兩組，每組中的四聯(lián)換向閥組為串聯(lián)油路。 該液壓系統(tǒng)中兩組多種換向閥均采用串聯(lián)油路，其回油路并聯(lián)，油液通過第二組多路換向閥中的限速閥 5 流向油箱 。另外，兩組多路換向閥的進(jìn)油路中設(shè)有安全閥，以限制系統(tǒng) 的最大壓力，在各執(zhí)行元件的分支油路中均設(shè)有過載閥，吸收工作裝置的沖擊；油路中還設(shè)有單向閥，以防止日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 油液的倒流、阻斷執(zhí)行元件的沖擊振動(dòng)向油泵的傳遞。該回路無背壓以減少外漏。 整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖 （ 如圖 所示 ） 由擬定好的控制回路及液壓源組合而成 ，從中分離出動(dòng)臂機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)明工作原理圖（如圖 所示）。系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動(dòng)作，注明各液壓元件的 序號(hào)以及各電磁鐵的代號(hào)，并附有電磁鐵、行程閥。 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 取泵的總效率p?=，泵的總驅(qū)動(dòng)功率為： 1 1 2 2p v p vpP q P qw??? =