【文章內容簡介】 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。其構造特點是各構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，可繞鉸點轉動， 斗桿與動臂的相對轉角由斗液壓缸 5 控制，當斗桿液壓缸伸縮時，斗桿即可繞動臂上鉸點轉動。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動。為了增大鏟斗的轉角，鏟斗液壓缸一般通過連桿機構（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，然后轉動斗桿及鏟斗，當挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉至卸載位置，轉斗卸出土壤，然后再回轉至工作 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。轉斗挖掘的行程較短，為使鏟斗在轉斗挖掘結束時裝滿鏟斗，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鏟斗液壓缸實現(xiàn)的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此轉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；當挖掘基坑底時，挖掘行程將結束，為加速裝滿鏟斗，或挖掘過程中調整切削角時，則需要鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸同時工作。 本次設計任務 本次設計斗容量 ，采用履帶式行走裝置，全液壓驅動，挖Ⅲ及以下土壤。 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 2 總體設計方案 工作裝置設計方案原則 設計合理的工作裝置應能滿足下列要求： 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]國家標準的規(guī)定，并注意到結構參數(shù)受結構碰撞限制等的可能 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，結構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構自重。 ⑤作業(yè)條件復雜，使用情況多變時應考慮工作裝置的通用性。采用變鉸點構件或配套構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件種類少，結構簡單，換裝方便。 ⑥運輸或停放時工作裝置應有合理的姿態(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 作裝置液壓缸設計應考慮三化。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工作裝置的結構型式和布置便于裝拆和維修，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)設計方案原則（總體） 按照挖掘機各個機構和裝置的傳動要求，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，利用液壓泵轉變?yōu)橐簤耗苓M行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達等執(zhí)行元件轉換為機械能，實現(xiàn)各種動作。 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 8 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、轉臺回轉、整機行走，以及其它輔助動作，除輔助動作不需要功率驅動外，其它都是挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅動。 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 壓挖掘機的動作復雜，機構經(jīng)常啟動、制動、換向，負載變化大，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用的基本要求。 液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)應滿足的作業(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)復合動作。 ②保證工作裝置的動作與回轉平臺的回轉動作既能單獨動作，又能作復合動作，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、右履帶應能分別驅動，使挖掘機行走轉彎方便靈活， 并能實現(xiàn)原地轉向，以提高挖掘機的機動性。 ④保證液壓挖掘機工作安全可靠，對各機構及液壓執(zhí)行元件應具有完善的安全保護措施。例如，對回轉機構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)應具有較高效率，以充分發(fā)揮發(fā)動機的動力性 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 和燃油經(jīng)濟性。 ②液壓系統(tǒng)和液壓元件在大負載和劇烈振動沖擊作用下，應具有足夠的可靠性。 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。 ④由于液壓挖掘機作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油被污染，因此液壓系統(tǒng)的密封性能要好，整個液壓系統(tǒng)要設置濾油器和防塵裝置。 ⑤在必要時采用液壓先導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，提高液壓挖掘機的技術性能指標，使液壓挖掘機具有節(jié)能、高效和自動適應負載變化的特點。 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 3 挖掘機的工作裝置設計 確定動臂、斗桿、鏟斗的結構形式 確定動臂 的結構形式 動臂是工作裝置中的主要構件，斗桿的結構形式往往決定于動臂的結構形式。反鏟動臂分為整體式和組合式兩類。 直動臂構造簡單、輕巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機 ,如圖 3－ 1 所示。 圖 31 整體式直動臂 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構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力集中。 整體式變動臂結構簡單、價廉，剛度相同時結構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構比較合適。如圖 1－ 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 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 11 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)條件的變化進行調整。當采用螺栓或連桿連接時調整時間只需十幾分鐘，采用液壓缸連接時可以進行無級調節(jié)。 2．較合理地滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結構要求， 從而較簡單地解決主要構件的統(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，組合式動臂結構雖比整體式動臂復雜，但得到了較廣泛的應用。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。 確定斗桿的結構形式 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，當需要調節(jié)斗桿長度或杠桿時采用更換斗桿的辦法，或者在斗桿上設置 2～ 4個 可供調節(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。 確定鏟斗的結構形式和斗齒安裝結構 確定鏟斗的結構形式 鏟斗結構形狀和參數(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，結構形式各異的鏟斗。 目前，對鏟斗結構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。將兩只 RH6 液壓挖掘機上進行對比試驗，結果如表 3－ 1 所示。由于砂的挖掘阻力較 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 小，對鏟斗設計的合理性反映不靈敏，所以這兩種鏟斗的試驗結果差別不大。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，不帶側齒，側臂略呈凹形，這些因素使頁巖挖掘阻力降低。另一個鏟斗的情況則相反。 對各種鏟斗結構形狀的共同要求是： 1．有利于物料的自由流動，因此鏟斗內壁不宜設置橫向凸緣、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。用于粘土的鏟斗卸載時不易卸凈，因此延長了作業(yè)循環(huán)時間，降低了有效斗 容量。國外采用設有強制卸土的粘土鏟斗。 反 鏟 斗 對 比 試 驗 結 果 表 31 作業(yè)條件 鏟斗 編號 鏟斗充滿時間 （ s） 生產(chǎn)率 （ 10kN/h） 效率 （ %） 在頁巖中 作 業(yè) 鏟斗 1 鏟斗 2 100 在砂中 作 業(yè) 鏟斗 1 鏟斗 2 100 3．為了使裝進鏟斗的物料不易掉出，鏟斗寬度與物料顆粒直徑之比應大于 4： 1。當此比值大于 50： 1 時顆粒尺寸的影響可不考慮，視物料為勻質。 4．裝設斗齒有利于增大鏟斗與物料剛接觸時的挖掘線比壓，以便切入或破碎阻力較大有物料。挖硬土或碎石時還能把石塊從土壤中耙出。斗齒的材料、形狀、安裝結構及其尺寸參數(shù)都值得研究，對它的主要要求是挖掘阻力小，耐磨，易于更換。 確定斗齒安裝方式 目前，國產(chǎn)挖掘機斗齒安裝方式主要有兩類，斗容量 q ≤ 時多采用螺栓連接（圖 3－ 2a），斗容量 q ≥ 時時多采用橡膠卡銷結構（圖 3－ 2b）。 本次設計斗容量為 m3挖掘機，所以斗齒安裝方式為螺栓連接 . 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式 鏟斗與鏟斗液壓缸有三種型式（圖 3－ 3），其區(qū)別主要在于液壓缸活塞桿端部與鏟斗的連接方式不同，圖 3－ 3a 為直接連接，鏟斗、斗桿與鏟斗液壓缸組成四連桿機構。圖 3－ 3b 中鏟斗液壓缸通過搖桿 1 和連桿 2 與鏟斗相連，它們與斗桿一起組成六連桿機構。圖 3－ 3d 和圖 3－ 3b類似，區(qū)別在于前者液壓缸活塞桿端接于搖桿兩端之間。圖 3－ 3c的機構傳動比與 b差不多， 圖 3－ 2 斗齒安裝方式 但鏟斗擺角位置順時針方向轉動了一個角度。 六連桿方式與四連桿方 式相比在同樣的液壓缸行程下能得到較大的鏟斗轉角，改善了機構的傳動特性。六連桿方式 b 和 d 在液壓缸行程相同時，后者能得到更大的鏟斗轉角。但其鏟斗挖掘力的平均值較小。 本設計中選用圖 3－ 3b 的連接方式。 a)1234b)a)螺栓連接方式；b)橡膠卡銷連接方式1卡銷；2橡膠卡銷；3齒座；4斗齒 中國礦業(yè)大學 07 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 確定動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點布置 反鏟工作裝置實際上是多個連桿機構的組合。在發(fā)動機功率、整機質量和鏟斗容量等主要參數(shù)及工作裝置基本形式初步確定的情況下，工作裝置各鉸點在布置及各工作油缸參數(shù)的選擇是否合理，會直接影響液壓挖掘機的實際挖掘能力。 圖 33 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式 動臂油缸的布置 動臂油缸一般布置在動臂前下方，下端與回轉平臺鉸接，常見的有兩種具體布置方式。 ①油缸前傾布置方案，如圖 3－ 4 所示，動臂油缸與動臂鉸接于 E 點。當動臂油缸全伸出，將動臂舉升至上極限位置，動臂油缸軸線向轉臺前方傾斜。 ②油缸后傾布置方案，如圖 3－ 5 所示，當動臂油缸全伸出，將動臂舉升到上極限位置時，動臂油缸軸線向后方傾斜。 當兩方案的動臂油缸安裝尺寸 DE′、鏟斗最大挖掘高度 H 和地面最大挖掘半徑 R相等時，后傾方案的最大挖掘