【文章內(nèi)容簡介】 。 67 1 設計項目 計算與說明 結(jié)果 挖掘機的作用及其發(fā)展概況 第 1章 緒論 挖掘機的作用 及其發(fā)展概況 液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機是一種周期作業(yè)的土方機械。 液壓挖掘機與機械傳動挖掘機一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機械設備。 在建筑工程中，可用來挖掘土坑、排水溝，拆除廢舊建筑物，平整場地等。更換工作裝置后，可進行裝卸、安裝、打樁和拔除樹根等作業(yè)。 在水 利施工中，可用來開挖水庫、運河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。 在鐵路、公路建設中，用來挖掘土方、建筑路基、平整地面和開挖路旁排水溝等。 在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設及市政建設中，用來挖掘電纜溝和管道等。 在露天采礦場上，可用來剝離礦石或煤，也可用來進行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。 在軍事工程中，或用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。 所以，液壓挖掘機作為工程機械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設事業(yè)的發(fā)展，都 起著很 大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計，一臺斗容量Ⅰ～Ⅳ級土壤時，每班生產(chǎn)率大約相當于 300～ 400個工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機，對于提高勞動生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。 2 挖掘機的分類 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用，尤其是電子技術(shù)和信息技術(shù)的應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)得到廣泛應用，成為土石方施工不可缺少的重要機械設備。 挖掘機的 分類 液壓挖掘機種類繁多，可以從不同角度對其類型進行劃分。 ⑴根據(jù)液壓挖掘機主要機構(gòu)傳動類型劃分。 根據(jù)液壓挖掘機主要機構(gòu)是否全部采用液壓傳動，分為全液壓傳動和非全液壓（或稱半液壓）傳動兩種。若挖掘 、回轉(zhuǎn)、行走等幾個主要機構(gòu)的動作均為液壓傳動，則為全液壓挖掘機。若液壓挖掘機中的某一個機構(gòu)采用機械傳動，則稱其為非全液壓（或半液壓）挖掘機。一般說來，這種區(qū)別主要表現(xiàn)在行走機構(gòu)上。對液壓挖掘機來說，工作裝置及回轉(zhuǎn)機構(gòu)必須是液壓傳動，只有行走機構(gòu)有的為液壓傳動，有的為機械傳動。 ⑵根據(jù)行走機構(gòu)的類型劃分 根據(jù)行走機構(gòu)的不同，液壓挖掘機可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式及拖式。 履帶式液壓挖掘機應用最廣，在任何路面行走均有良好的通過性，對土壤有足夠的附著力，接地比壓小，作業(yè)時不需設支腿，適用范圍較大。在土質(zhì)松 軟或沼澤地帶作業(yè)的液壓挖掘機，還可通過加寬履帶來降低接地比壓。為防止對路面的碾壓破壞、有些液壓 3 單斗液壓挖掘機的特點，類型 挖掘機還采用了橡膠履帶。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，可在多種路面通行的特點。近年來，輪胎式挖掘機的生產(chǎn)量日漸增長。 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，可以達到一機多用的目的。這種挖掘機拆裝方便，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機構(gòu)，行走時由拖拉機牽引， ⑶根據(jù)工作裝置劃 分 根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)不同，可分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機。鉸接式工作裝置應用較為普遍。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。 單斗液壓 挖掘機的特點、 類型 單斗 液壓挖掘機是一種采用液壓傳動并以一個鏟斗進行挖掘作業(yè)的機械。它是以在機械傳動單斗挖掘機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是目前挖掘機械中重要的品種。它由下列基本部分組成：工作裝置 、 回轉(zhuǎn)機構(gòu) 、動力裝置 、 傳動操縱機 構(gòu) 、 行走裝置和輔助設備。常用的全回轉(zhuǎn)式（ 轉(zhuǎn)角大于 360176。 ） 挖掘機，其動力裝置，傳動機構(gòu)的主要部分，回轉(zhuǎn)機構(gòu)，輔助設備和駕駛室等都可裝在可回轉(zhuǎn)的平臺上，簡稱為上部平臺。因此常又把這類機械概括成有工作裝置，上部平臺和行走裝置三大部分組成。挖掘機的基本性能也就決定于各組成部分的構(gòu)造和性能。 單斗液壓挖掘機可按用途及其主要裝置的特征進行分類。 按液壓挖掘機主要用途及其工作裝置的不同可 4 設計題目簡介 國外發(fā)展現(xiàn)狀 分為通用型和專用型兩種。中小型多數(shù)為通用型，即以挖掘土壤容重 18000N∕ m3 為標準反鏟斗的主要裝置外，還配有適于挖掘機各種輕重土質(zhì)和 挖掘幅度的反鏟、正鏟、抓斗、裝載、起重等多種可換裝置。而大型液壓挖掘機則以礦用正鏟（同樣 V=18000 N∕ m3為標準型）為主要裝置外，一般亦配有挖掘輕重土、石料和各種挖掘幅度的正反鏟等裝置。主要用于礦山挖掘和裝載，稱采礦或礦用型。 按工作裝置的機構(gòu)不同分為鉸接式和伸縮臂式挖掘機，常用者均為鉸接式，伸縮臂式挖掘機可因用于平整清理場地和坡道等作業(yè)，故有挖掘平地機之稱。 按行走裝置的不同，液壓挖掘機可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式及拖式等多種。 設計題目簡介 國外發(fā)展現(xiàn)狀 國外挖掘機生產(chǎn)歷 史較長，液壓挖技術(shù)的不斷成熟使挖掘機得到全面的發(fā)展。德國是世界上較早開發(fā)研制挖掘機的國家， 1954 年和 1955 年德國的德馬克和利渤海爾公司分別開發(fā)了全液壓挖掘機；美國是繼德國以后生產(chǎn)挖掘機歷史最長、數(shù)量最大、品種最多和技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位的國家；日本挖掘機制造業(yè)是在二次大戰(zhàn)后發(fā)展上起來的，其主要特點是在引進、消化先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過大膽創(chuàng)新發(fā)展起來的；韓國是液壓挖掘機生產(chǎn)的后起之秀， 20 世紀 70年代開始引進技術(shù)，由于產(chǎn)業(yè)政策進入國際市場，并已擠入國際液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國之一。 20 世紀 60 年代，挖掘機進 入成熟期，各國挖掘機制造商紛紛采用液壓技術(shù)并與其它技術(shù)相結(jié)合，使產(chǎn)品適應性得到了較快的發(fā)展，產(chǎn)品壽命和質(zhì)量不斷得到提高，操縱更加舒適，產(chǎn)品更加節(jié)能。例如美國卡特彼勒公司 1955年以后推出的 300B系列液壓挖掘機，采用一種命名為 maestro 的系統(tǒng)，通過載荷傳感液壓裝置，控制發(fā)動機的輸出功率，實現(xiàn)與液壓泵的 5 嚴格匹配。 Maestro 控制面板在機型上安裝兩種功率模式和四種工況狀態(tài)，允許用戶自行決定功率工況模式。再如韓國現(xiàn)代公司生產(chǎn)的 ROBEX4503 型液壓挖掘機，有四種功率模式，通過集成化的電子控制系統(tǒng)自動確定 最佳的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和液壓泵的輸出參數(shù)，使得發(fā)動機、液壓泵的速度及液壓用液壓系統(tǒng)壓力與實際工況相適應，從而獲得最高的生產(chǎn)率和最佳的燃油消耗。此種技術(shù)在日本松、日立建機、神鋼、韓國大宇重工、德國的利渤海爾、英國的 JCB等到公司均得到普遍應用，代表了當代液壓挖掘機的最高水平。 當前，國際上挖掘機的生產(chǎn)正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發(fā)展。國外挖掘機行業(yè)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料，加快了向標準化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。我國已經(jīng)形成了挖掘機的系列化生產(chǎn)，近年來還開發(fā)了許多新產(chǎn)品，引進了國外的一些 先進的生產(chǎn)率較高的挖掘機型號。 由于使用性能、技術(shù)指標和經(jīng)濟指標上的優(yōu)越，世界上許多國家，特別是工業(yè)發(fā)達國家，都在大力發(fā)展單斗挖掘機。目前，單斗液壓挖掘機的發(fā)展著眼于動力和傳動系統(tǒng)的改進 以達到高效節(jié)能；應用范圍不斷擴大，成本不斷降低，向標準化、模塊化發(fā)展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機的可靠性；電子計算機檢測與控制，實現(xiàn)機電一體化；提高機械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機維修時間，提高適應能力，消除公害，縱觀未來，單斗液壓挖掘機有以下的趨勢： （ 1） 向大型化發(fā)展的同時向微型化發(fā)展。 （ 2） 更為普遍地采用節(jié)能技術(shù)。 （ 3） 不斷提高可靠性和使用壽命。 （ 4） 工作裝置結(jié)構(gòu)不斷改進，工作范圍不斷擴大。 （ 5） 由內(nèi)燃機驅(qū)動向電力驅(qū)動發(fā)展。 （ 6） 液壓系統(tǒng)不斷改進，液壓元件不斷更新。 （ 7） 應用微電子、氣、液等機電一體化綜合技 6 國內(nèi)發(fā)展概況 術(shù)。 （ 8） 增大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。 （ 9） 人機工程學在設計中的充分利用。 國內(nèi)發(fā)展概況 早在 1958年國內(nèi)便開始了液壓挖掘機的研制開發(fā)工作，隨后開發(fā)出一系列比較成熟的產(chǎn)品。當時出于受配件如發(fā)動機、液壓件及企業(yè)自身條件的影響，其質(zhì)量和產(chǎn)量遠未達到應有的水平，與國外同類產(chǎn)品相比也存在較大差距。 到了 80年代末和 90年代初，世 界各工業(yè)發(fā)達國家液壓挖掘機技術(shù)水平得到了迅速的提高，突出表現(xiàn)在追求高效率 (同一機重的挖掘機功率普遍提高，液壓系統(tǒng)流量增大作業(yè)循環(huán)時間減小，作業(yè)效率大大提高 )；高可靠性和追求司機操作的舒適性。 國內(nèi)原有的數(shù)家挖掘機專業(yè)生產(chǎn)廠為了生存和發(fā)展，利用自身的實力和豐富的挖掘機生產(chǎn)經(jīng)驗，紛紛在工廠的技術(shù)改造、試驗研究、新產(chǎn)品開發(fā)方面下大功夫。有的新開發(fā)的產(chǎn)品 (也包括某些已生產(chǎn)多年的老產(chǎn)品 )為了提高作業(yè)的可靠性，干脆采用了進口的液壓件和發(fā)動機，甚至于整個傳動系統(tǒng)都按照采用國外元件來設計，這種經(jīng)過改型或新設計開發(fā)的液壓挖掘 機其工作可靠性和作業(yè)效率得到很大的提高。這樣，引進和消化國外的不少技術(shù)，在技術(shù)方面都有了長足的進步。 國內(nèi)液壓挖掘機行業(yè)近年來雖有很大發(fā)展，但與國外挖掘機行業(yè)發(fā)達國家相比仍存在許多不足，其原因除了國內(nèi)挖掘機加工水平落后之外，挖掘機設計水平與發(fā)達國家相比也有較大的差距，尤其是一些先進設計技術(shù)的掌握和應用。國內(nèi)眾多的研究人員和單位對液壓挖掘機工作裝置設計進行了不少研究，開發(fā)了其設計軟件，他們的研究基本上局限于解決某些問題，即工作裝置的幾何參數(shù)、運動參數(shù)和力參數(shù)等的解決。關(guān)于工作裝置設計參數(shù)分析和在 CAD上其自動設計的綜合研究文獻還沒有。因此，開發(fā)出的軟件缺 7 少通用性，不能使用于挖掘機工作裝鶯的一些通用問題的解決，對工程機械這個行業(yè)不具有通用性。特別是國內(nèi)， CAD在許多企業(yè)還停留在輔助制圖的程度上，當然也有部分企業(yè)用 CAD進行空間布置設計。雖然部分軟件也有一定的分析計算能力，但是遠遠不能達到設計需要，對液壓挖掘機進行分析的大型通用軟件目前市場上還很少。經(jīng)過近十年的研究，獲得了一些成果，但是研究還不夠深入，有些研究結(jié)果已進入實際應用過程中。目前研究液壓挖掘機工作裝置設計的重點在于，為了使挖掘機設計人員從繁忙的計算中解脫出來，現(xiàn)有工作裝置機構(gòu)的計算機輔助計算和優(yōu)化設計，即大多數(shù)的液壓挖掘機工作裝置設計研究在現(xiàn)有機構(gòu)的基礎(chǔ)上局限進行的，在這種情況下開發(fā)出一個專業(yè)的工作裝置設計工具和軟件顯得非常的重要。 國內(nèi)液壓挖掘機的研究和發(fā)展動向應該體現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1）提高效率，降低能耗。（ 2）提高技術(shù)性能和控制性能。（ 3）發(fā)展集成、復合、小型化、輕化元件。（ 4）開展液壓自動控制技術(shù)方面的研究與開發(fā)。（ 5）加強以提高安全性和環(huán)境保護為目的研究工作開發(fā)。（ 6）提高液壓元件和系統(tǒng)的工作可靠性。（ 7）標準化和多樣化。（ 8）開展液壓系統(tǒng)設計 理論和系統(tǒng)性能分析研究。 8 設計項目 計算與說明 結(jié)果 總體設計的內(nèi)容及設計原則 液壓挖掘機的主要參數(shù)和選擇 第 2 章 總體設計 總體設計的內(nèi)容及設計原則 根據(jù)液壓挖掘機設計任務的有關(guān)要求，應在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上進行液壓挖掘機的總體設計工作?？傮w設計主要內(nèi)容如下： ，確定設計思想和原則，并提出整機結(jié)構(gòu)方案的初步設想。 挖掘機主要參數(shù)的確定。 。 、速度、功率等分析計算。 。 、穩(wěn)定、生產(chǎn)率以及其他總體特性的分析計算等。 通過總體設計對 所設計的液壓挖掘機作出初步的全面規(guī)劃，提出有關(guān)數(shù)據(jù)、資料、總體圖等，為下一步設計分析計算提出依據(jù)。 液壓 挖掘機的主要參數(shù)和選擇 單斗液壓挖掘機的主要參數(shù)表明了挖掘機的規(guī)格和主要技術(shù)性能，因此在挖掘機總體設計中必須確定。 主要參數(shù)及選擇基本依據(jù)是： 1）設計任務書所規(guī)定的鏟斗容量、用途和作業(yè)要 求，工作條件等； 2）有關(guān)國內(nèi)外同類型、同等級液壓挖掘機的技術(shù)資料，國家及企業(yè)的系列標準； 3）理論分析和經(jīng)驗計算； 4）主要單位的要求和制造廠的生產(chǎn)條件等。 主要參數(shù)的選擇是液壓挖掘機總體方案設計中重要的環(huán)節(jié)。它與挖掘機各主要 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和布置方案密切相關(guān)。在確定主要參數(shù)時，必須正確處理先進性、可靠性和經(jīng)濟性之間的關(guān)系，正確處理相互制約的有關(guān)參數(shù)間的關(guān)系。要實事求是的分析和滿足各項性能的要求。盲目的提高和消弱某些參數(shù)都將帶來不良的結(jié)果。因為挖掘機是一個有機的整體，其性能的優(yōu)劣不僅與各部件的性能有 9 設計項目 計算與說明 結(jié)果 單斗液壓挖掘機的主要參數(shù) 關(guān)，更重 要的是取決于各部件結(jié)構(gòu)特性的協(xié)調(diào)匹配。 合理的主要參數(shù)應符合以下條件： 1)滿足使用要求 —— 實用性。 2）適用于生產(chǎn)廠商的制造條件 —— 可能性。 3）充分利用發(fā)動機的功率 —— 經(jīng)濟性。 4）與國內(nèi)外同類型產(chǎn)品相比有較先進的技術(shù)經(jīng)濟指標和可靠性的工作性能 —— 先進性。 基本參數(shù)的確定方法： 1）比擬法（或稱類比法）：通過同類機型的比較得出參數(shù)值。 2）經(jīng)驗公式法（或稱查表法）：即按概率統(tǒng)計歸納得到的經(jīng)驗公式進行概