【文章內(nèi)容簡介】 。為防止對路面的碾壓破壞，有些液壓挖掘機還采 15 用了橡膠履帶。通常，履帶行走的液壓挖掘機多為全液壓傳動。 輪胎式液壓挖掘機具有行走速度快，機動性好，可在多中路面通行的特點。近年來，輪胎式挖掘機的生產(chǎn)日漸增長。這種挖掘機一般都是四點的，但也有三點的，它將前輪距縮小為一個支點，與后輪形成三點支承。這種形式不需要在前軸上采用平衡懸掛，簡化了前橋結(jié)構(gòu)，減小了機器的轉(zhuǎn)彎半徑，提高了機動性。目前，輪胎式液 壓挖掘機的行走部分多數(shù)采用機械傳動和單獨液壓馬達的集中傳動。 懸掛式液壓挖掘機是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機上，可達到一機多用的目的。這種挖掘機拆卸方便，成本低廉。 汽車式液壓挖掘機一般采用標準的汽車底盤，速度快，機動性好。 拖式液壓挖掘機沒有行走傳動結(jié)構(gòu)，行走時由拖拉機牽引。 根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)的不同，可分為鏈接式和伸縮臂式挖掘機。鏈接式工作裝置應(yīng)用較為普遍。這種挖掘機的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點轉(zhuǎn)動來完成動作。伸縮臂式挖掘機的動臂由住臂及伸縮臂組成， 伸縮臂可在主臂內(nèi)伸縮，還可以邊幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進行平整和清理作業(yè)，尤其是修整溝坡 液壓挖掘機的主要優(yōu)點 液壓挖掘機在動力裝置和工作裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動，即靠液體的壓力能進行工作，液壓傳動也機械傳動相比有許多優(yōu)點 ①能無級調(diào)速且調(diào)速范圍大，例如液壓馬達的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達 1000： 1。 ②能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，例如柱塞式液壓馬達的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低達 1r/min。 ③快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運動慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)。例如電動機在啟動時的慣性力矩比其平穩(wěn)運轉(zhuǎn)時 的驅(qū)動力大 50%，而液壓馬達則不大于 5%，加速中等功率電動機需 1s，而加速液壓馬達只需 。 ④傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動，操縱省力，易實現(xiàn)自動化控制。 ⑤易于實現(xiàn)標準化，系列化、通用化。 基于液壓傳動的上述優(yōu)點，液壓挖掘機與機械挖掘機相比，具有下列主要特點。 ①大大改善了挖掘機的技術(shù)性能，挖掘力大，牽引力大，機器重量輕，傳動平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機與同級機械挖掘機相比，挖掘力約高 30%，例如 液壓挖掘機鏟斗挖掘力為 ，而同級機械傳動挖掘機只有 100KN左右。 挖掘機在工作的時候的主要動作包括行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動作，其中動作最頻繁的是回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復(fù)動作。這種往復(fù)運動速度一般不高，而所需的作用力卻很大，要求在短時間內(nèi)通過變速或轉(zhuǎn)向來完成各種復(fù)雜動作。機械挖掘機在完成上述運動，需通過摩擦離合器，減速器，制動器，逆轉(zhuǎn)機構(gòu)，提升和推壓機構(gòu)等配合來完成。因此，機械傳動挖掘機不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還要產(chǎn)生很大的慣性力和沖擊載荷。而液壓挖掘機則不需要龐大和復(fù)雜的中間傳動，大大簡化了結(jié)構(gòu)，也減少了易損件。由于結(jié)構(gòu)簡化，液壓挖掘機的質(zhì)量大約 比相同斗容量的機械傳動挖掘機輕 30%，不僅節(jié)省了材料，而且降低了接地比壓。液壓挖掘機上的各種液壓元件相對獨立布置，使整機結(jié)構(gòu)緊湊，外型美觀，同時，也易于改進和變型。 ②液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有防止過載的能力，所以使用安全可靠，操縱簡便。由于可采用液壓先導(dǎo)控制，無論驅(qū)動功率有多大，操縱均很靈活、省力，司機的工作條件得到改善。更換工作裝置時，由于不牽連轉(zhuǎn)臺上部的其他結(jié)構(gòu)，因此更換工作裝置容易，而機械式挖掘機則受到提升機構(gòu)和推壓機構(gòu)的牽連和限制。 16 ③由于液壓傳動易于實現(xiàn)自動控制，因此現(xiàn)代液壓挖掘機普遍 采用了以微處理器為核心的電子控制單元，使發(fā)動機，液壓泵，控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配的狀態(tài)下工作，以實現(xiàn)節(jié)能和提高工作效率，同時還可以實現(xiàn)整機狀態(tài)參數(shù)的電子監(jiān)控和故障診斷。 ④液壓元件易于實現(xiàn)標準化、系列化和通用化，便于組織大規(guī) 模專業(yè)化生產(chǎn)，進一步提高質(zhì)量和降低成本。 第二章 執(zhí)行機構(gòu)參數(shù)計算 挖掘機選型 液壓挖掘機常用的有反鏟、正鏟、裝載、抓斗和起重裝置等。 挖掘機的行走裝置形式有：履帶式、輪胎式、汽車式、步行式、軌道式、托式等。履帶式與輪胎式采用廣泛。選用履帶式。 正鏟的工作特點： 1. 具有足 夠大的起升力和推壓力，推壓運動是強制運動，能用于各級土壤（除Ⅴ和Ⅵ級土壤先爆破）。 2. 正鏟挖掘機廣泛的用于建筑和采礦等工業(yè)，用來進行各種建筑工作中的土方工作，如掘掉高地，挖掘基坑，還用來做剝離工作和采掘工作。 3. 挖掘時，動臂傾斜角度不變，斗桿及鏟斗作推壓運動造成復(fù)雜的運動軌跡。 4. 動臂總是向上傾斜的，高于挖掘機的停機面，挖掘土壤是依靠斗柄轉(zhuǎn)動以及四連桿機構(gòu)運動，由于這種結(jié)構(gòu)特點，在一般的動臂和斗柄尺寸下，不宜于挖掘低于停機面的掌子工作對象，而適用于挖掘高于停機面得掌子，所以，正鏟挖掘機總是在掌子底部運 行的。在地下水位較高的掌子中，工作有困難。 反鏟的工作特點： 1. 斗中的土壤可以卸到掌子頂部（機停機平面上），也可以卸到掌子底部，如果要卸載到車輛中，必須要把斗升到較大的高度，不太適宜。 2. 反鏟能造成足夠的切削力，可以用來挖掘輕級、中級和重級的土壤（重級的土壤必須先爆破）。 3. 反鏟挖掘機廣泛的用于建筑工程和軍事工程等方面，用來挖掘基坑、溝、水渠等。也就是挖掘低于停機面的土壤。 4. 挖掘時，動臂逐漸向下傾斜，斗桿下端斗向下并向機體運動。因此，反鏟只宜挖掘機體平面以下的土壤，挖掘機是沿著掌子頂部邊緣運行的。 5. 斗桿用銷固定 在動臂端部，挖掘時，依靠鏟斗液壓缸，斗桿液壓缸聯(lián)合動作。同時，動 17 臂也不斷轉(zhuǎn)動，改變傾斜角，這兩種運動造成斗的復(fù)雜的運動軌跡。 設(shè)計的目的主要用于路面維護，所以選用反鏟裝置。 表 21 反鏟機構(gòu)自身幾何參數(shù)表 參數(shù)分類 機 構(gòu) 組 成 鏟斗 斗桿 動臂 機體 符 號 意 義 原始參數(shù) QVl?3 MHl ?12 FQl ?2 EFl?9 CFl?1 CDl?6 CPl?4 CAl?5 MNl ?13 HNl ?14 FGl ?10 EGl ?11 CBl?7 DFl?8 CIl ?17 CTl ?19 QKl ?24 KVl ?25 GNl ?15 FNl ?16 BFl ?22 CSl ?30 JTl ?38 KHl ?29 NQl ?21 JIl ?39 指導(dǎo)參數(shù) KQ VNM H??????109 NFQNQFGFNGNFEFG???????????????87654 DFCBCF??????32 TCPCAP??????1211 特性參數(shù) lllK 33242 、? lllK 2925 、? lllllKCZF571141423??????、 ?11 llK 211? 備注 斗桿長????l2 動臂彎角動臂長?????????11l 懸掛式 ACU???11 18 挖掘機執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計計算 執(zhí)行機構(gòu)參數(shù)選定 最大挖掘深度 KH 米 最大挖掘半徑 KR 米 最大卸載高度 BH 最大挖掘高度 DH 動臂鉸點距回轉(zhuǎn)中心 30L 米 動臂鉸點距地垂直距離 D 最大傾角 cha 60176。 在大仰角 cba 176。 最大挖掘力 最大挖掘力液壓系統(tǒng)工作壓力 16Mpa 鏟斗鉸點到齒尖 V距離 30L 米 鏟斗上兩銷軸孔距 24L =QK = 米 以上參 數(shù)參考國內(nèi)同類或相似機械，并參考國外 BROKK 系列擬定。 19 最大挖掘深度 KH 圖 21 最大挖掘深度 當下置式動臂油缸全縮或懸掛式動臂油缸全伸時，滿足最大挖掘深度的約束 函數(shù)為： 0)( 32m in1 ????? HllYh KFx （ 21） 20 最大挖掘半徑 RK 圖 21 最大挖掘半徑 當斗齒尖 V和鉸點 C同在一條、水平線上，即 YC=YV時，得到最大挖掘半徑的約束函數(shù)為： RaaallRXh KKV C O S ??????? )( 36342137303 =0 （ 23） 同時有φ lll21231 ?? ，φ ][321372 注lll l ??? 由參數(shù)約束函數(shù)的以下方程組： ?????????????????????)3()()()2()()1(13213032132lHllllllRHllS inlDF C QSinDBCHKKC?? 把已知參數(shù)代入得 ? ?? ?? ?12k 1 212.sin 6 0 + + 0 .4 5 = 3 .2 + 0 .4 4R = 0 .9 5 ( + + 0 .4 5 ) + 0 .2 50 .9 5 ( + ) sin( ) 3 .0 0 .4 0 .4 5 6chlllll l a fc q????? ? ? ? ?? （ 4）、（ 5）聯(lián)立得 1 ? ，圓整取 . 2 ? , 圓整取 m 由公式φ lll21231 ?? 21 COSθ = ab cba 2 222 ?? 對國內(nèi)外以有挖掘機結(jié)構(gòu)計算表明，可采用 φ1 ≈φ2= [國外工程機械 ]1984年 1— 6 P2726? 。 求的最大卸載高度工況下， ? FCQ= 0 ,圓整取 200 . 代入（ 6）求得最大仰角 176。 ? 最大卸載高度 HB 當下置式動臂油缸全伸或懸掛式動臂油缸全縮時， QV 連線處于垂直狀態(tài)時，滿足最大卸載高度的函數(shù)為： lYh AX 52 )( ?? (111 SinSin la ? θ Max1 alaa Sin m a x322211 () ?? ＋θMax1 ??? aaa 2118 л） Hl B?? 3 =0 圖 22 最大卸載高度 22 最大挖掘深度 HK 當下置式動臂油缸全縮或懸掛式動臂油缸全伸時，滿足最大挖掘深度的約束函數(shù)為： 0)( 32m in1 ????? HllYh KFx 圖 23 最大挖掘深度 動臂機構(gòu)參數(shù)選擇 動臂和動臂液壓缸的布置方案雖多，但大多數(shù)反鏟還是把動臂液壓缸置于動臂的下前方。 根據(jù)動臂液壓缸全伸、動臂處于上極限位置時液壓缸軸線對垂直線的關(guān)系，可有前傾式和后傾式兩種。當液壓缸長度 AB、工作裝置長度 lll 321 、 鏟斗最大提升高度 HK 和最大挖掘半徑 RK 相同時，后傾式方案的最大挖掘深度比前傾式的小。后傾式方案中動臂的 BF 段 23 往往比前 傾式的長，動臂受到的彎矩會加大，著都是不利的方面，但后傾式方案中 C、 A 之間的距離較前傾式大，動臂在上下兩極限位置時液壓缸的作用力臂 e也往往較大，所以在液壓缸作用力相同時后傾式方案有較大的作用力矩。 圖 25動臂缸前傾式 采用彎臂能增加挖掘深度，但降低了卸載高度，動臂的彎角 ?1 一般可取為 1200 ～ 1400 。彎角太小會對結(jié)構(gòu)的強度不利。彎臂轉(zhuǎn)折出的長度比 ZCZFK ?3，初步設(shè)計時可以取K3 =～ ZC? l7 24 用于計算動臂兩段的長度 利用公式