【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為鉸接式和伸縮臂式挖掘機(jī)。鉸接式工作裝置應(yīng)用較為普遍。這種挖掘機(jī)的工作裝置靠各構(gòu)件繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)來完成作業(yè)動(dòng)作。伸縮臂式挖掘機(jī)的動(dòng)臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，適于進(jìn)行平整和清理作業(yè)，尤其是修整溝坡。 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 挖掘機(jī)械的最早雛形，主要用于河道。港口的疏浚工作，第一臺(tái)有確切記載的挖掘機(jī)械是 1796 年英國(guó)人發(fā)明的蒸汽“挖泥鏟”。而能夠模擬人的掘土工作，在陸地上使用的蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的“動(dòng)力鏟”于 1835 年在美國(guó)誕生，主要用于修筑鐵路的繁重工作，被認(rèn)為是現(xiàn)代挖掘機(jī)的先驅(qū)，距今已有 170 多 年歷史。1950 年，德國(guó)研制出世界上第一臺(tái)全液壓挖掘機(jī)。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā) 展，各種新技術(shù)、新材料不斷在挖掘機(jī)上得到應(yīng)用，尤其是電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用使得液壓挖掘機(jī)在作業(yè)效率、可靠性、安全性和操作舒適性以節(jié)能、環(huán)保等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前液壓挖掘機(jī)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，成為土石方施工不可缺少的重要機(jī)械設(shè)備。 國(guó)外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢(shì) 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，產(chǎn)品線齊全，技術(shù)成熟。美國(guó)、德國(guó)和日本是液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，具有較高市場(chǎng)占有率。 22 20 世紀(jì)后期開始，國(guó)際上液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機(jī)型 的基礎(chǔ)上向大型化、 微型化方向發(fā)展；從產(chǎn)品性能上看，向高效節(jié)能化、自動(dòng)化、信息化、智能化的方向發(fā)展。 國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 我國(guó)從 1967 年開始研制液壓挖掘機(jī)。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的 WY100、貴陽(yáng)礦山機(jī)器廠的 W4－ 60、合肥礦山機(jī)器廠的 WY60 等。到20世紀(jì) 70 年代末 80 年代初，長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠和杭州重型機(jī)械研制成功了 WY160和 WY250 等液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品。從 1994 年開始，美國(guó)的卡特彼勒公司、日本的神戶制鋼所、日本的小松制作所、日本的日立建機(jī)株式會(huì)社、韓國(guó)大宇重工、韓國(guó)現(xiàn)代重工業(yè)以及德國(guó)利勃海爾 、德國(guó)雪孚、德國(guó)阿特拉斯、瑞典沃爾沃等公 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 司先后在中國(guó)建立了中外合資、外商獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進(jìn)水平的多種型號(hào)和規(guī)格的液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品。近年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，形成了巨大的挖掘機(jī)市場(chǎng)窨，但該行業(yè)主要由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。國(guó)內(nèi)一些工程機(jī)械待業(yè)的上市股分公司合資的方式介入了挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)國(guó)內(nèi)還有眾多的企業(yè)也在生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)，但在生產(chǎn)規(guī)模、品種、質(zhì)量等方面與國(guó)外大公司相比還有一定差距。為了發(fā)展民族挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，必須瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，圍繞國(guó)內(nèi)外兩個(gè)市場(chǎng)，在充分利用國(guó)際化配 套的國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)自主創(chuàng)新意識(shí)，掌握核心設(shè)計(jì)制造技術(shù)，發(fā)揮性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，把我國(guó)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品做大做強(qiáng)。 本次設(shè)計(jì)概述 本次設(shè)計(jì)斗容量為 ,全液壓履帶式挖掘機(jī)型號(hào)為 WLY20 型，由于履帶式液壓挖掘機(jī)因有良好通過性能應(yīng)用最廣，對(duì)松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長(zhǎng)以及浮式履帶來降低接地比壓。 反鏟裝置的工作原理 反鏟工作裝置是液壓挖掘機(jī)的一種主要工作裝置，如圖 1－ 1 所示。 　　　　 圖 1－ 1 整體 式彎動(dòng)臂 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 液壓反鏟工作裝置一般由動(dòng)臂 動(dòng)臂液壓缸 斗桿液壓缸 斗桿 鏟斗液壓缸 鏟斗 連桿 7 和搖桿 8 等組成。其構(gòu)造特點(diǎn)是各構(gòu)件之間全部采用鉸接連接，并通過改變各液壓缸行程來實(shí)現(xiàn)挖掘過程中的各種動(dòng)作。動(dòng)臂1 的下鉸點(diǎn)與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接，并以動(dòng)臂液壓缸 2 來支承動(dòng)臂，通過改變動(dòng)臂液壓缸的行程即可改變動(dòng)臂傾角，實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂的升降。斗桿 4鉸接于動(dòng)臂的上端，可繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，斗桿與動(dòng)臂的相對(duì)轉(zhuǎn)角由鏟斗液壓缸 5 控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時(shí)，斗桿即可繞動(dòng)臂上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。鏟斗 6 則鉸接于斗桿 4 的末端，通過鏟斗液壓缸 5 的伸縮來使鏟斗繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，鏟斗液壓缸一般通過連桿機(jī)構(gòu)（即連桿 7 和搖桿 8）與鏟斗連接。液壓挖掘機(jī)反 鏟工作裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運(yùn)動(dòng)及其組合。反鏟液壓挖掘機(jī)的工作過程為，先下放動(dòng)臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動(dòng)斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時(shí)，提升動(dòng)臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作裝置開始下一次作業(yè)循環(huán)。動(dòng)臂液壓缸主要用于調(diào)整工作裝置的挖掘位置，一般不單獨(dú)直接挖掘土壤；斗桿挖掘可獲得較大的挖掘行程，但挖掘力小一些。轉(zhuǎn)斗挖掘的行程較短，為使鏟斗在轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束時(shí)裝滿鏟斗，需要較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤，因此挖掘機(jī) 的最大挖掘力一般由轉(zhuǎn)斗液壓缸實(shí)現(xiàn)的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此轉(zhuǎn)斗挖掘可用于清除障礙或提高生產(chǎn)率。在實(shí)際工作中，熟練的液壓挖掘機(jī)人員可根據(jù)實(shí)際情況，合理操縱各個(gè)液壓缸，往往是各液壓缸聯(lián)合 工作，實(shí)現(xiàn)最有效的挖掘作業(yè)。例如，挖掘基坑時(shí)由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁，則采用動(dòng)臂和斗桿同時(shí)工作；當(dāng)挖掘基坑底時(shí)，挖掘行程將結(jié)束，為加速裝滿鏟斗，或挖掘過程中調(diào)整切削角時(shí)，則需要鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸同時(shí)工作。 本次設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)斗容量 ，采用履帶式行走裝置 ，全液壓驅(qū)動(dòng)，挖Ⅲ及以下土壤。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 2 總體設(shè)計(jì)方案 工作裝置設(shè)計(jì)方案原則 設(shè)計(jì)合理的工作裝置應(yīng)能滿足下列要求： ①主要工作尺寸及作業(yè)范圍能滿足要求，在設(shè)計(jì)通用反鏟裝置時(shí)要考慮與同類型、同等級(jí)機(jī)器相比的先進(jìn)性?？紤]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并注意到結(jié)構(gòu)參數(shù)受結(jié)構(gòu)碰撞限制等的可能性。 ②整機(jī)挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)滿足使用要求，并具有一定的先進(jìn)性。 ③功率利用情況盡可能好，理論工作時(shí)間盡可能短。 ④確定鉸點(diǎn)布置，結(jié)構(gòu)型式和截面尺寸形狀時(shí)盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證強(qiáng)度、剛度和連接剛性的條件下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。 ⑤作 業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時(shí)應(yīng)考慮工作裝置的通用性。采用變鉸點(diǎn)構(gòu)件或配套構(gòu)件時(shí)要注意分清主次，在滿足使用要求的前提下力求替換構(gòu)件種類少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換裝方便。 ⑥運(yùn)輸或停放時(shí)工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運(yùn)輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性好，保證安全可靠，并盡可能使液壓缸卸載或減載。 ⑦工作裝置液壓缸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮三化。采用系列參數(shù)，盡可能減少液壓缸零件種類，尤其是易損件的種類。 ⑧工作裝置的結(jié)構(gòu)型式和布置使于裝拆和維修，尤其是易損件的更換。 ⑨要采取合理措施來滿足特殊使用要求。 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案原則（總體） 按照挖掘機(jī)各個(gè) 機(jī)構(gòu)和裝置的傳動(dòng)要求，把各種液壓元件用管路有機(jī)連接起來的組合體叫做挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用液壓泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗苓M(jìn)行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 單斗液壓挖掘機(jī)作業(yè)過程 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括下列幾個(gè)間歇?jiǎng)幼鳎簞?dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗裝載、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走，以及其它輔助動(dòng)作，除輔助動(dòng)作不需要功率驅(qū)動(dòng)外，其它都是挖掘機(jī)的主要?jiǎng)幼?，要考慮全功率驅(qū)動(dòng)。 由于挖掘機(jī)的作業(yè)對(duì)象和工作條件變化較大，主機(jī)的工作有兩項(xiàng)特殊要求： ① 實(shí)現(xiàn)各種主要?jiǎng)幼鲿r(shí)，阻力與作業(yè)速度隨時(shí)變化。因此，要求液壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化。 ②為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，工作過程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)幼魍瑫r(shí)進(jìn)行，叫做復(fù)合動(dòng)作，這兩項(xiàng)要求需要由液壓系統(tǒng)來保證。 對(duì)液壓系統(tǒng)作業(yè)動(dòng)作要求 液壓挖掘機(jī)的動(dòng)作復(fù)雜，機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、換向，負(fù)載變化大，沖擊和振動(dòng)頻繁，而且野外施工作業(yè)，溫度變化和地理?xiàng)l件差別大，因此，應(yīng)根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)其液壓系統(tǒng)提出一些有別于其他應(yīng)用的基本要求。 液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足的 作業(yè)動(dòng)作要求如下。 ①保證液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動(dòng)作，也可以相互配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。 ②保證工作裝置的動(dòng)作與回轉(zhuǎn)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)動(dòng)作既能單獨(dú)動(dòng)作，又能作復(fù)合動(dòng)作，以提高液壓挖掘機(jī)的作業(yè)效率。 ③履帶式液壓挖掘機(jī)的左、右履帶應(yīng)能分別驅(qū)動(dòng)，使挖掘機(jī)行走轉(zhuǎn)彎方便靈活，并能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，以提高 挖掘機(jī)的機(jī)動(dòng)性。 ④保證液壓挖掘機(jī)工作安全可靠，對(duì)各機(jī)構(gòu)及液壓執(zhí)行元件應(yīng)具有完善的安全保護(hù)措施。例如，對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動(dòng)和限速；防止動(dòng)臂因自重而下降過快；防止機(jī)器下坡行駛時(shí)超速溜坡等。 對(duì)液壓 系統(tǒng)基本的要求 根據(jù)液壓挖掘機(jī)的作業(yè)動(dòng)作和環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)液壓系統(tǒng)提出如下要求。 ①液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)具有較高效率，以充分發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) ②液壓系統(tǒng) 和液壓元件在大負(fù)載和劇烈振動(dòng)沖擊作用下，應(yīng)具有足夠的可靠性。 ③選擇輕便、適用、耐振的冷卻散熱系統(tǒng)，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使液壓系統(tǒng)工作溫度及溫升在規(guī)定范圍內(nèi)。 ④由于液壓挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)塵土多，液壓油被污染，因此液壓稭密封性能要好，整個(gè)液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。 ⑤在必要時(shí)采用液壓先導(dǎo)或電液伺服操縱裝置，提高液壓挖掘機(jī)操作的舒適性，減輕操作人 員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 ⑥在液壓系統(tǒng)中采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，提高液壓挖掘機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)，使液壓挖掘機(jī)具有節(jié)能、高效和自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載變化的特點(diǎn)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 3 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 確定動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式 動(dòng)臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往決定于動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式。反鏟動(dòng)臂分為整體式和組合式兩類。 直動(dòng)臂構(gòu)造簡(jiǎn)單、輕巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機(jī) ,如圖 3－ 1所示。 采用整體式彎動(dòng)臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專 用反鏟裝置的常見形式。整體式彎動(dòng)臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形狀和強(qiáng)度值得注意，有時(shí)采用三節(jié)變動(dòng)臂有利于降低彎曲處的應(yīng)力集中。 整體式變動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，風(fēng)度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕。它的缺點(diǎn)是替換工作裝置少，通用性較差。為了擴(kuò)大機(jī)械通用性，提高其利用率。往往需要配備幾套完全 不通用的工作裝置。一般說，長(zhǎng)期用于作業(yè)相似的反鏟采用整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比較合適。如圖 2－ 1 所示。 組合式動(dòng)臂一般都為彎臂形式。其組合方式有兩類，一類用輔助連桿（或　　　　 圖3－ 1　 整體式直動(dòng)臂 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) 液壓缸）連接，另一類用螺栓連接。 組合式動(dòng)臂與整體式動(dòng)臂相比各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們分 別適用于不同的作業(yè)條件。組合式動(dòng)臂的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1．工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采用螺栓或連桿連接時(shí)調(diào)整時(shí)間只需十幾分鐘，采用液壓缸連接時(shí)可以進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)。 2．較合理地滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡(jiǎn)單地解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問題。因此其替換工作裝置較多，替換也方便。一般情況下，下動(dòng)臂可以適應(yīng)各種作業(yè)裝置要求，不需拆換。 3．裝車運(yùn)輸比較方便。 由于上述優(yōu)點(diǎn)，組合式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)雖比整體式動(dòng)臂復(fù)雜，但得到了較廣泛的應(yīng)用。尤以中小型通用液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件多時(shí) 采用組合式動(dòng)臂較為合適。 本次設(shè)計(jì)作業(yè)條件比較單一，所以選用整體式彎動(dòng)臂。 確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式 斗桿也有整體式和合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)都采用整體式斗桿，當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿長(zhǎng)度或杠桿時(shí)采用更換斗桿的辦法，或者在斗桿上設(shè)置 2～ 4個(gè)可供調(diào)節(jié)時(shí)選擇的與動(dòng)臂端部鉸接的孔。有些反鏟采用組合式斗桿。 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒安裝結(jié)構(gòu) 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大。鏟斗的作業(yè)對(duì)象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個(gè)鏟斗來適應(yīng)任何作業(yè)對(duì)象和條 件較困難。為了滿足各種特定情況，盡可能提高作業(yè)效率，通用反鏟裝置常配有甚至十多種斗容量不同，結(jié)構(gòu)形式各異的鏟斗。 目前，對(duì)鏟斗結(jié)構(gòu)形式的研究還處于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)或模型試驗(yàn)階段，未建立起較系統(tǒng)的理論。例如有人曾將兩只 容量而斗型不同的反鏟斗裝在 RH6 液壓挖掘機(jī)上進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如表 3－ 1 所示。由于砂的挖掘阻力較小，對(duì)鏟斗設(shè)計(jì)的合理性反映不靈敏，所以這兩種鏟斗的試驗(yàn)結(jié)果差別不大。而對(duì)頁(yè)巖作業(yè)效果就大不一樣，其中一個(gè)鏟斗的切削前緣中間略微凸出， 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 不帶側(cè)齒，側(cè)臂略呈凹形，這些因素使頁(yè)巖挖掘阻力降低。另 一個(gè)鏟斗的情況則相反。 對(duì)各種鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的共同要求是： 1．有利于物料的自由流動(dòng)，因此鏟斗內(nèi)臂不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 2．要使物料易于卸凈。用于粘土