【文章內(nèi)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(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作。動臂 1 的下鉸點(diǎn)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(shí)現(xiàn)動臂的升降。斗桿 4鉸接于動臂的上端，可繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動， 斗桿與動臂的相對轉(zhuǎn)角由斗液壓缸 5 控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時，斗桿即可繞動臂上鉸點(diǎn)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(diǎn)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(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)動及其組合。反鏟液壓挖掘機(jī)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(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鏟斗液壓缸實(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(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，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(jì)（論文） 第 7 頁 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)通用反鏟裝置時要考慮與同類型、同等級機(jī)器相比的先進(jìn)性。考慮國家標(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(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(yùn)輸或停放時工作裝置應(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(shè)計(jì)方案原則（總體） 按照挖掘機(jī)各個機(jī)構(gòu)和裝置的傳動要求，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)換為機(jī)械能，實(shí)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(jì)（論文） 第 8 頁 單斗液壓挖掘機(jī)作業(yè)過程 液壓挖掘機(jī) 的作業(yè)過程包括下列幾個間歇動作：動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝載、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機(jī)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(jī)的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。 由于挖掘機(jī)的作業(yè)對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(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化。 ②為了充分利用發(fā)動機(jī)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(jìn)行，叫做復(fù)合動作，這兩項(xiàng)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(jī)的動作復(fù)雜，機(jī)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?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)動作要求如下。 ①保證液壓挖掘機(jī)動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動作，也可以相互配合實(shí)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(dú)動作，又能作復(fù)合動作，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，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)動性。 ④保證液壓挖掘機(jī)工作安全可靠，對各機(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，對回轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)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(jī)的作業(yè)動作和環(huán)境特點(diǎn)，對液壓系統(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)揮發(fā)動機(jī)的動力性 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 和燃油經(jīng)濟(jì)性。 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(jī)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(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(jī)操作的舒適性，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度。 ⑥在液壓系統(tǒng)中采用先進(jìn)的自動控制技術(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、高效和自動適應(yīng)負(fù)載變化的特點(diǎn)。 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁 3 挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì) 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(jī) ,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(jié)構(gòu)形狀和強(qiáng)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，剛度相同時結(jié)構(gòu)重量較組合式動臂輕。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 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(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(diǎn)，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(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調(diào)整時間只需十幾分鐘，采用液壓缸連接時可以進(jìn)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(yùn)輸比較方便。 由于上述優(yōu)點(diǎn)，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(jī)作業(yè)條件多時采用組合式動臂較為合適。 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(jī)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(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。將兩只 RH6 液壓挖掘機(jī)上進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果如表 3－ 1 所示。由于砂的挖掘阻力較 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁 小，對鏟斗設(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(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)壁不宜設(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(shè)有強(qiáng)制卸土的粘土鏟斗。 反 鏟 斗 對 比 試 驗(yàn) 結(jié) 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(jìn)鏟斗的物料不易掉出，鏟斗寬度與物料顆粒直徑之比應(yīng)大于 4： 1。當(dāng)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(zhì)。 4．裝設(shè)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(jié)構(gòu)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(jī)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(jié)構(gòu)（圖 3－ 2b）。 本次設(shè)計(jì)斗容量為 m3挖掘機(jī)，所以斗齒安裝方式為螺栓連接 . 中國礦業(yè)大學(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)構(gòu)。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(jī)構(gòu)。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(jī)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)角，改善了機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)角。但其鏟斗挖掘力的平均值較小。 本設(shè)計(jì)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(xué) 07 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 確定動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點(diǎn)布置 反鏟工作裝置實(shí)際上是多個連桿機(jī)構(gòu)的組合。在發(fā)動機(jī)功率、整機(jī)質(zhì)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(diǎn)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(jī)的實(shí)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(zhuǎn)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(diǎn)。當(dāng)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(zhuǎn)臺前方傾斜。 ②油缸后傾布置方案，如圖 3－ 5 所示，當(dāng)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(dāng)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