【文章內(nèi)容簡介】 為鉸接式和伸縮臂式挖掘機。鉸接式工作裝置應(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)動來完成作業(yè)動作。伸縮臂式挖掘機的動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，適于進行平整和清理作業(yè)，尤其是修整溝坡。 液壓挖掘機的發(fā)展概況 挖掘機械的最早雛形，主要用于河道。港口的疏浚工作，第一臺有確切記載的挖掘機械是 1796 年英國人發(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驅(qū)動的“動力鏟”于 1835 年在美國誕生，主要用于修筑鐵路的繁重工作，被認(rèn)為是現(xiàn)代挖掘機的先驅(qū)，距今已有 170 多 年歷史。1950 年，德國研制出世界上第一臺全液壓挖掘機。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)保等方面有了長足的進步。目前液壓挖掘機已經(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械設(shè)備。 國外液壓挖掘機目前水平及發(fā)展趨勢 工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機生產(chǎn)較早，產(chǎn)品線齊全，技術(shù)成熟。美國、德國和日本是液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國，具有較高市場占有率。 22 20 世紀(jì)后期開始，國際上液壓挖掘機的生產(chǎn)從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機型 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、自動化、信息化、智能化的方向發(fā)展。 國內(nèi)液壓挖掘機的發(fā)展概況 我國從 1967 年開始研制液壓挖掘機。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機械廠的 WY100、貴陽礦山機器廠的 W4－ 60、合肥礦山機器廠的 WY60 等。到20世紀(jì) 70 年代末 80 年代初，長江挖掘機廠和杭州重型機械研制成功了 WY160和 WY250 等液壓挖掘機產(chǎn)品。從 1994 年開始，美國的卡特彼勒公司、日本的神戶制鋼所、日本的小松制作所、日本的日立建機株式會社、韓國大宇重工、韓國現(xiàn)代重工業(yè)以及德國利勃海爾 、德國雪孚、德國阿特拉斯、瑞典沃爾沃等公 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 司先后在中國建立了中外合資、外商獨資挖掘機生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進水平的多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機產(chǎn)品。近年來我國經(jīng)濟增長迅速，液壓挖掘機市場需求不斷擴大，形成了巨大的挖掘機市場窨，但該行業(yè)主要由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。國內(nèi)一些工程機械待業(yè)的上市股分公司合資的方式介入了挖掘機產(chǎn)業(yè)，同時國內(nèi)還有眾多的企業(yè)也在生產(chǎn)液壓挖掘機，但在生產(chǎn)規(guī)模、品種、質(zhì)量等方面與國外大公司相比還有一定差距。為了發(fā)展民族挖掘機產(chǎn)業(yè)，必須瞄準(zhǔn)國際先進水平，圍繞國內(nèi)外兩個市場，在充分利用國際化配 套的國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，增強自主創(chuàng)新意識，掌握核心設(shè)計制造技術(shù)，發(fā)揮性價比優(yōu)勢，提高產(chǎn)品競爭力，把我國液壓挖掘機產(chǎn)品做大做強。 本次設(shè)計概述 本次設(shè)計斗容量為 ,全液壓履帶式挖掘機型號為 WLY20 型，由于履帶式液壓挖掘機因有良好通過性能應(yīng)用最廣，對松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長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的一種主要工作裝置，如圖 1－ 1 所示。 　　　　 圖 1－ 1 整體 式彎動臂 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 液壓反鏟工作裝置一般由動臂 動臂液壓缸 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現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。動臂1 的下鉸點與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，并以動臂液壓缸 2 來支承動臂，通過改變動臂液壓缸的行程即可改變動臂傾角，實現(xiàn)動臂的升降。斗桿 4鉸接于動臂的上端，可繞鉸點轉(zhuǎn)動，斗桿與動臂的相對轉(zhuǎn)角由鏟斗液壓缸 5 控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時，斗桿即可繞動臂上鉸點轉(zhuǎn)動。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轉(zhuǎn)動。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，鏟斗液壓缸一般通過連桿機構(gòu)（即連桿 7 和搖桿 8）與鏟斗連接。液壓挖掘機反 鏟工作裝置主要用于挖掘停機面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運動及其組合。反鏟液壓挖掘機的工作過程為，先下放動臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，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 的最大挖掘力一般由轉(zhuǎn)斗液壓缸實現(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。在實際工作中，熟練的液壓挖掘機人員可根據(jù)實際情況，合理操縱各個液壓缸，往往是各液壓缸聯(lián)合 工作，實現(xiàn)最有效的挖掘作業(yè)。例如，挖掘基坑時由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁，則采用動臂和斗桿同時工作；當(dāng)挖掘基坑底時，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，則需要鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸同時工作。 本次設(shè)計任務(wù) 本次設(shè)計斗容量 ，采用履帶式行走裝置 ，全液壓驅(qū)動，挖Ⅲ及以下土壤。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 2 總體設(shè)計方案 工作裝置設(shè)計方案原則 設(shè)計合理的工作裝置應(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)計通用反鏟裝置時要考慮與同類型、同等級機器相比的先進性?？紤]國家標(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，并具有一定的先進性。 ③功率利用情況盡可能好，理論工作時間盡可能短。 ④確定鉸點布置，結(jié)構(gòu)型式和截面尺寸形狀時盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證強度、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，使用情況多變時應(yīng)考慮工作裝置的通用性。采用變鉸點構(gòu)件或配套構(gòu)件時要注意分清主次，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)簡單，換裝方便。 ⑥運輸或停放時工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運輸尺寸小，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)計方案原則（總體） 按照挖掘機各個 機構(gòu)和裝置的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機連接起來的組合體叫做挖掘機的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的功能是把發(fā)動機的機械能以油液為介質(zhì)，利用液壓泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗苓M行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達等執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機械能，實現(xiàn)各種動作。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 單斗液壓挖掘機作業(yè)過程 液壓挖掘機的作業(yè)過程包括下列幾個間歇動作：動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝載、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機行走，以及其它輔助動作，除輔助動作不需要功率驅(qū)動外，其它都是挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。 由于挖掘機的作業(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同時進行，叫做復(fù)合動作，這兩項要求需要由液壓系統(tǒng)來保證。 對液壓系統(tǒng)作業(yè)動作要求 液壓挖掘機的動作復(fù)雜，機構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換向，負(fù)載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外施工作業(yè)，溫度變化和地理條件差別大，因此，應(yīng)根據(jù)液壓挖掘機的工作特點和環(huán)境特點，對其液壓系統(tǒng)提出一些有別于其他應(yīng)用的基本要求。 液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足的 作業(yè)動作要求如下。 ①保證液壓挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以相互配合實現(xiàn)復(fù)合動作。 ②保證工作裝置的動作與回轉(zhuǎn)平臺的回轉(zhuǎn)動作既能單獨動作，又能作復(fù)合動作，以提高液壓挖掘機的作業(yè)效率。 ③履帶式液壓挖掘機的左、右履帶應(yīng)能分別驅(qū)動，使挖掘機行走轉(zhuǎn)彎方便靈活，并能實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，以提高 挖掘機的機動性。 ④保證液壓挖掘機工作安全可靠，對各機構(gòu)及液壓執(zhí)行元件應(yīng)具有完善的安全保護措施。例如，對回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而下降過快；防止機器下坡行駛時超速溜坡等。 對液壓 系統(tǒng)基本的要求 根據(jù)液壓挖掘機的作業(yè)動作和環(huán)境特點，對液壓系統(tǒng)提出如下要求。 ①液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)應(yīng)具有較高效率，以充分發(fā)動機的動力性和燃油經(jīng)濟性。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 ②液壓系統(tǒng) 和液壓元件在大負(fù)載和劇烈振動沖擊作用下，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由于液壓挖掘機作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油被污染，因此液壓稭密封性能要好，整個液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。 ⑤在必要時采用液壓先導(dǎo)或電液伺服操縱裝置，提高液壓挖掘機操作的舒適性，減輕操作人 員的勞動強度。 ⑥在液壓系統(tǒng)中采用先進的自動控制技術(shù)，提高液壓挖掘機的技術(shù)性能指標(biāo)，使液壓挖掘機具有節(jié)能、高效和自動適應(yīng)負(fù)載變化的特點。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 3 挖掘機的工作裝置設(shè)計 確定動臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 確定動臂的結(jié)構(gòu)形式 動臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往決定于動臂的結(jié)構(gòu)形式。反鏟動臂分為整體式和組合式兩類。 直動臂構(gòu)造簡單、輕巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機 ,如圖 3－ 1所示。 采用整體式彎動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。整體式彎動臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形狀和強度值得注意，有時采用三節(jié)變動臂有利于降低彎曲處的應(yīng)力集中。 整體式變動臂結(jié)構(gòu)簡單、價廉，風(fēng)度相同時結(jié)構(gòu)重量較組合式動臂輕。它的缺點是替換工作裝置少，通用性較差。為了擴大機械通用性，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，長期用于作業(yè)相似的反鏟采用整體式動臂結(jié)構(gòu)比較合適。如圖 2－ 1 所示。 組合式動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　 整體式直動臂 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 液壓缸）連接，另一類用螺栓連接。 組合式動臂與整體式動臂相比各有優(yōu)缺點，它們分 別適用于不同的作業(yè)條件。組合式動臂的主要優(yōu)點是： 1．工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化進行調(diào)整。當(dāng)采用螺栓或連桿連接時調(diào)整時間只需十幾分鐘，采用液壓缸連接時可以進行無級調(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，下動臂可以適應(yīng)各種作業(yè)裝置要求，不需拆換。 3．裝車運輸比較方便。 由于上述優(yōu)點，組合式動臂結(jié)構(gòu)雖比整體式動臂復(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作業(yè)條件多時 采用組合式動臂較為合適。 本次設(shè)計作業(yè)條件比較單一，所以選用整體式彎動臂。 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)挖掘機都采用整體式斗桿，當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿長度或杠桿時采用更換斗桿的辦法，或者在斗桿上設(shè)置 2～ 4個可供調(diào)節(jié)時選擇的與動臂端部鉸接的孔。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)的合理選擇對挖掘機的作業(yè)效果影響很大。鏟斗的作業(yè)對象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個鏟斗來適應(yīng)任何作業(yè)對象和條 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，對鏟斗結(jié)構(gòu)形式的研究還處于現(xiàn)場試驗、實驗室試驗或模型試驗階段，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 液壓挖掘機上進行對比試驗，結(jié)果如表 3－ 1 所示。由于砂的挖掘阻力較小，對鏟斗設(shè)計的合理性反映不靈敏，所以這兩種鏟斗的試驗結(jié)果差別不大。而對頁巖作業(yè)效果就大不一樣，其中一個鏟斗的切削前緣中間略微凸出， 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 不帶側(cè)齒，側(cè)臂略呈凹形，這些因素使頁巖挖掘阻力降低。另 一個鏟斗的情況則相反。 對各種鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的共同要求是： 1．有利于物料的自由流動，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動規(guī)律。 2．要使物料易于卸凈。用于粘土