【正文】 和斗桿的復(fù)合動作，必要時，配以動臂動作。 動臂升降 斗桿收放 鏟斗裝卸 4 、平臺臺回轉(zhuǎn) 整機(jī)行走 圖 液壓挖掘機(jī)的運(yùn)動圖 由于液壓挖掘機(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(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化 。 液壓挖掘機(jī)的工況 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括以下幾個動作 (如圖 所示 ):動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以及其它輔助動作。 鏟斗 斗桿 動臂 連桿 液壓油缸 I、挖掘裝置 II、回轉(zhuǎn)裝置 III、行走裝置 圖 液壓挖掘機(jī)傳動示意圖 總之，液壓挖掘機(jī)是由多學(xué)科、多系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，只有在系統(tǒng)層面上的各系統(tǒng)、各學(xué)科協(xié)同優(yōu)化才能獲取挖掘機(jī)整機(jī)的最佳性 能。卸 完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)。動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉(zhuǎn)動。動臂下鉸點 鉸接在轉(zhuǎn)臺上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點 18 轉(zhuǎn)動。 液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，各部分的運(yùn)動通過液壓缸的伸縮來實現(xiàn)。 液壓挖掘機(jī)傳動原理 液壓挖掘機(jī)采用三組液 壓缸使工作裝置具有三個自由度，鏟斗可實現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn)運(yùn)動，使鏟斗運(yùn)動擴(kuò)大到有限的空間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動行走 (移位 )，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴(kuò)大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。挖掘機(jī)司機(jī)扳動操縱手柄，使回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥接通，于是回轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動并帶動上部平臺回轉(zhuǎn)，使工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘地點，在 執(zhí)行上述過程的同時操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸上腔進(jìn)油，將動臂下降，直至鏟斗接觸地面，然后司機(jī)操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進(jìn)油，配合動 17 斗桿油缸 動臂 油管 動臂油缸 鏟斗 斗齒 側(cè)齒 連桿 搖桿 鏟斗油缸 1 斗桿 圖 反鏟 挖掘機(jī)工作裝置 作以加快作業(yè)進(jìn)度，進(jìn)行復(fù)合動作的挖掘和裝載 :鏟斗裝滿后將斗桿油缸和鏟斗油缸的操縱手柄扳回中位，使鏟斗和斗桿油缸閉鎖，再操縱動臂油缸換向閥，使動臂油缸的下腔進(jìn)油，將動臂提升，舉起裝滿土的鏟斗離開工作面，隨即扳動平臺回轉(zhuǎn)換向閥手柄，使上部平臺回轉(zhuǎn)，帶動鏟斗轉(zhuǎn)至運(yùn)輸車輛上方，再操縱斗桿油缸使鏟斗高度稍降一些，并在適當(dāng)?shù)母叨炔倏v鏟斗油缸使鏟斗卸土。為增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，通常采用搖臂連桿機(jī)構(gòu)來和鏟斗聯(lián)。當(dāng)斗桿油缸伸縮時，斗桿可繞動臂上鉸點轉(zhuǎn)動。鉸點轉(zhuǎn)動實現(xiàn)動臂的升降。 如圖 2. 1 所示，整體鵝頸式動臂反鏟挖掘機(jī)工作裝置主要由動臂、動臂油缸、斗桿、斗一桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、搖臂、連桿、銷軸等組成。剛度相同時，其重量比組合動臂輕，是目前應(yīng)用最廣泛的液壓挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)形式。其中長期作業(yè)條件相似的挖 掘機(jī)反鏟裝置大多采用整體鵝頸式動臂結(jié)構(gòu)。 (2) 單斗反鏟液壓挖掘機(jī) 反鏟裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤。工作裝置根據(jù)工作性質(zhì)的不同，可配備反鏟、正鏟、裝載、起重等裝置，分別完成挖掘、裝載、抓取、起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作?？杉?xì)分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和動力裝置。 16 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu) (1) 液壓挖掘機(jī)組成 為了實現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的各項功能，單斗液壓挖掘機(jī)需要兩個基本組成部分，即機(jī)體(或稱主機(jī) )和工作裝置。電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，使挖掘機(jī)有了越來越先進(jìn)的控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)向高性能、自動化和智能化發(fā)展。液壓系統(tǒng)習(xí)慣上按主油泵的數(shù)量、功率調(diào)節(jié)方式和回路的數(shù)量來分類。液壓系統(tǒng)設(shè)計得合理與否，對挖掘機(jī)的性能起著決定性的作用。根據(jù)以上工作要求，把各液壓元件用油管有機(jī)地連接起來地組合體既是液壓挖掘機(jī)地液壓系統(tǒng)。液壓挖掘機(jī)的主要運(yùn)動有整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、動臂升降、斗桿收放、鏟斗轉(zhuǎn)動等。 (3) 液壓系統(tǒng) 液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)、行走和工作裝置的動作都由液壓傳動系統(tǒng)實現(xiàn)，原動機(jī)驅(qū)動雙聯(lián)液壓泵，把壓力油分別送到兩組多路換向閥?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使挖掘機(jī)上車圍繞 中央回轉(zhuǎn)軸作 360度的回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動裝置和回轉(zhuǎn)支撐。挖掘機(jī)采用車用柴油機(jī)時，最大功率指數(shù)降低。拖拉機(jī)不同，汽車和拖拉機(jī)指在最高轉(zhuǎn)速下、連同機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)等必要附件，巧分鐘內(nèi)的最大功率 。因此液壓挖掘機(jī)原動力一般由柴油機(jī)提供，柴油機(jī)具有工作可靠、功 率特性曲線硬、燃油經(jīng)濟(jì)等特點，符號挖掘機(jī)工作條件惡劣，負(fù)荷多變的要求。液壓挖掘機(jī)作為一個有機(jī)整體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機(jī)械零部件性能有關(guān)，還與液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)性能有關(guān) [9]。因此單斗液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的自行式上方機(jī)械 [8]?；剞D(zhuǎn)至卸上位置進(jìn)行卸土，卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到地面進(jìn)行下一次挖掘。它是目前挖掘機(jī)械中重要的機(jī)種。因此液壓挖掘機(jī)逐步取代機(jī)械式挖掘機(jī)是必然的趨勢。本文在分析研究了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，設(shè)計了一套適合我國生產(chǎn)制造的單斗挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點，系統(tǒng)地總結(jié)了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計要求 :動力性要求 13 和操縱性要求。分析總結(jié)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展動態(tài)。 本設(shè)計的研究內(nèi)容 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的技術(shù)多種多樣，本文主要通過國外幾種知名品牌的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)為參考對象，對其現(xiàn)有的關(guān)鍵技術(shù)和控制方式進(jìn)行比較和研究，為挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計提供一定的參考信息。先進(jìn)的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)都被國際上一流的生產(chǎn)企業(yè)壟斷，國內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的研究幾乎是空白，這樣國內(nèi)的挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家就無法獨立制造出性能優(yōu)異的挖掘機(jī)，絕大部分的市場份額都被國外各種品牌的挖掘機(jī)所占據(jù)。 國內(nèi)研究情況及發(fā)展動態(tài) 從國內(nèi)情況來看，我國挖掘機(jī) 行業(yè)整體發(fā)展水平較國外緩慢，在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)方面的理論還比較薄弱。美國林肯一貝爾特公司新 C系列 LS5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的浪費(fèi)。 (5) 電子一液壓集成控制成為當(dāng)前主要研究目標(biāo) 電子控制技術(shù)與液壓控制技術(shù)相結(jié)合的電子一液壓集成控制技術(shù)近年來獲得了巨大發(fā)展，特別是傳感器、計算機(jī)和檢測儀表的應(yīng)用，使液壓技術(shù)和電子控制有 機(jī)結(jié)合， 12 開發(fā)和研制出了許多新型電液自動控制系統(tǒng)，提高了挖掘機(jī)的自動化程度，推動著挖掘機(jī)的迅猛發(fā)展。日前國際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操作和電氣控制，無線電遙控、電子計算機(jī)綜合程序控制。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到 85%95%，使用壽命超過 1萬小時。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計、電子計算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)強(qiáng)度研究方面，不斷提高設(shè)備的可靠性。Koppe制造的型全液壓挖掘機(jī)，鏟斗容量達(dá) 42立方米液壓油源為 18臺變量軸向柱塞泵，總流量高達(dá) 100200 L/min，原動機(jī)為 2臺 QSK60柴油發(fā) 動機(jī)，總功率高達(dá) 2021kW,由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，其各個功能部件都會受到惡劣環(huán)境的影響。功率在數(shù)百千瓦以上。目前，國際上先進(jìn)的挖掘機(jī)產(chǎn)品的額定壓力大都在 30MPa以上，并且隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢 。這種控制技術(shù)具有穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、可靠性和維修性好等特點，但在起始點為重負(fù)荷下作業(yè)時 ，因流量與負(fù)載有關(guān)，所以可控制性較差 [5]。其最大的特點就是可以根據(jù)負(fù)載大小和調(diào)速要求對油泵進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)在按需供流的同時，使調(diào)速節(jié)流損失△ P控制在很小的固定值，從而達(dá)到節(jié)能的目的行調(diào)節(jié)的技術(shù)。德國曼內(nèi)斯 11 曼 (Mannesmann)公司研制的一種負(fù)載傳感系統(tǒng)，將其安裝在液壓系統(tǒng)中，可以控制一個或幾個液壓作用元件，而與對其施加的載荷無關(guān)。即負(fù)載敏感技術(shù)和負(fù)流量控制技術(shù)，目前液壓挖掘機(jī)都選用其中一種控制技術(shù)來實現(xiàn)節(jié)能要求。目前日本小松公司已經(jīng)把大量挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)從開式系統(tǒng)改為閉式系統(tǒng)了。它可以采用一個油泵同時向所有液壓作用元件供油，每一個液壓作用元件的運(yùn)動速度只與操縱閥的閥桿行程有關(guān)，與負(fù)載壓力無關(guān)，泵的流量按需提供，而且多個液壓作用元件同時動作時相互之間干擾小，因此操縱性好是閉式液壓系統(tǒng)的主要特點。由于挖掘機(jī)作業(yè)工程中要求對液壓元件能很好地控制其 運(yùn)動速度和進(jìn)行微調(diào)，而且在其工作的許多工況下要求多個執(zhí)行元件完成復(fù)合動作，而長期以來使用的開式液壓系統(tǒng)無法滿足挖掘機(jī)的調(diào)速和復(fù)合動作的要求。由于這種油路調(diào)速方式是進(jìn)油節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速同時起作用，其調(diào)速特性受負(fù)載壓力和油泵流量的影響，因此這種系統(tǒng)的操縱性能、調(diào)速性能和微調(diào)性能差。(5)液壓系統(tǒng)與電子控制的結(jié)合成為潮流 [4]。 (3)系統(tǒng)的高壓化和高可靠性發(fā)展趨勢日益凸顯 。近幾年來，隨著液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴(kuò)大，世界上著名的挖掘機(jī)生產(chǎn)商紛紛采用各種高新技術(shù)，來提高自己挖掘機(jī)在國際上的競爭力，主要表現(xiàn)在五個方面 : (1)液壓系統(tǒng)逐漸從開式系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變 。美國提出了考核動強(qiáng)度的動態(tài)設(shè)計分析方法。型全液壓挖掘機(jī)，鏟斗容量達(dá) 42m3,液壓 10 油源為 18臺變量軸向柱塞泵，總流量高達(dá) 10200L/min，原動機(jī)為 2臺 QSK60柴油發(fā)動機(jī)，總功率高達(dá) 2021kW,由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，其各個功能部件都會受到惡劣環(huán)境的影響 .系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。如德國 Orenstteinamp。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài) 國外研究狀況及發(fā)展動態(tài) 從 20世紀(jì) 60年代液壓傳動技術(shù)開始應(yīng)用在挖掘機(jī)上至今，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)己經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)成熟的階段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā) 展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機(jī)需要大幅度的技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)創(chuàng)新是液壓挖掘機(jī)行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。挖掘機(jī)是一種萬能型工程機(jī)械，目前已經(jīng)無可爭議地成為工程機(jī)械的第一主力機(jī)種，在世界工程機(jī)械市場上己占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴(kuò)大。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了堅實的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的前提 [3]。目前國際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，對其控制方式不斷改進(jìn)和革新，使挖掘機(jī)由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機(jī) 綜合程序控制。 19681970年間，液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量己經(jīng)達(dá)到挖掘機(jī)總產(chǎn)量的83%，其時對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的研究也已經(jīng)十分成熟，液壓挖掘機(jī)已經(jīng)具有了同步控制系統(tǒng)和負(fù)載敏感系統(tǒng) L。另外，早期試制的液壓挖掘機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于挖掘機(jī)各種工況的液壓元件，配套件也不齊全，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定。由單泵向 6個執(zhí)行元件供油。 1950年在意大利北部生產(chǎn)了第一臺液壓挖掘機(jī)。同時，工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大變化。 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，二十世紀(jì)四十年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)。 導(dǎo)致挖掘機(jī)發(fā)展緩慢的主要原因是 :其作業(yè)裝置動作復(fù)雜，運(yùn)動范圍大，需要采用多自由度機(jī)構(gòu)，古老的機(jī)械傳動對它不太適合。當(dāng)時美國西部開發(fā)，進(jìn)行鐵路建設(shè)，產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機(jī)械手的挖掘機(jī)，它采用蒸汽機(jī)作為動力在軌道上行走。因此，對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計已經(jīng)成為推動挖掘機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán) [1]。 挖掘機(jī)液壓傳動緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)。由于液壓挖掘機(jī)具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 答辯簡要情況及評語 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 答辯委員會主任： 年 月 日 7 目 錄 1 前 言 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 7 1 . 1 挖 機(jī) 的 簡 介 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 7 目前 挖 掘機(jī) 的 研究 現(xiàn) 狀 及發(fā) 展 動態(tài) ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? 8 本設(shè)計的研究內(nèi)容 ??????????????????? 11 2 液壓挖掘 機(jī)的工作 原理和結(jié) 構(gòu)??? ????? ???? ???? 13 液 壓 挖 掘 機(jī) 的 性 能 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 13 液 壓 挖 掘 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 15 液 壓 挖 掘 機(jī) 傳 動 原 理 ? ? ? ? ? ? ?