【正文】 結(jié)構(gòu) (1) 液壓挖掘機(jī)組成 為了實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的各項(xiàng)功能， 單斗 液壓挖掘機(jī)需要兩個(gè)基本組成部分，即機(jī)體 (或稱主機(jī) )和工作裝置?？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(dòng)力裝置。 的全回轉(zhuǎn) 。 挖掘機(jī)的基本性能決定于各部分的構(gòu)造、性能及其綜合的效果。斗容量小于 3m 的中小型液壓挖掘機(jī)通常選用反鏟裝置，它分為整體臂式和組合臂式。采用這種動(dòng)臂有利于加大挖掘深度，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。 鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)型式，動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，完成挖掘、提升和卸土等動(dòng)作。裝置各運(yùn)動(dòng)部件之間全部采用銷軸鉸接，以動(dòng)臂油缸來支撐和改變動(dòng)臂的傾角，通過動(dòng)臂油缸的伸縮可使 動(dòng)臂繞下。斗桿鉸接于動(dòng)臂的上端，由斗桿油缸控制斗桿與動(dòng)臂相對(duì)角度。鏟斗與斗桿前端鉸接，并通過鏟斗油缸伸縮使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。 (3) 液壓挖掘機(jī)工作循環(huán)過程 首先液壓挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)行走馬達(dá)和配套土方運(yùn)輸車輛一起進(jìn)入作業(yè)面，運(yùn)輸車輛倒車、調(diào)停，?？吭谕诰驒C(jī)的側(cè)方或后方。土方卸完后，使平臺(tái)反轉(zhuǎn)并降低動(dòng)臂，直到鏟斗回到作業(yè) 點(diǎn)上方，以便進(jìn)行下一工作循環(huán) 。 液壓挖掘機(jī)傳動(dòng)原理 液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有三個(gè)自由度，鏟斗可實(shí)現(xiàn)有限的平面轉(zhuǎn)動(dòng)，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鏟斗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大到有限的空間，再通過行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走 (移位 )，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地?cái)U(kuò)大，從而滿足挖掘作業(yè)的要求。 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(dòng)通過液壓缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過動(dòng)臂缸的伸縮，使動(dòng)臂連同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。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(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)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(zhǎng)，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。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)。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 6 頁 共 37 頁 6 斗桿油缸 動(dòng)臂 油管 動(dòng)臂油缸 鏟斗 斗齒 側(cè)齒 連桿 搖桿 鏟斗油缸 1 斗桿 圖 11 反鏟挖掘機(jī)工作裝置 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。 167。除了輔助動(dòng)作 (例如整機(jī)轉(zhuǎn)向等 )不需全功率驅(qū)動(dòng)以外，其它都是液壓挖掘機(jī)的主要?jiǎng)幼?，要考慮全功率驅(qū)動(dòng)。(2)為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，工作過程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)幼?(例如挖掘與動(dòng)臂、提升與回轉(zhuǎn) )同時(shí)進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。 (2) 滿斗舉升回轉(zhuǎn) :挖掘結(jié)束，動(dòng)臂液壓缸將動(dòng)臂頂起，滿斗提升，同時(shí)回轉(zhuǎn)第 2章挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和分析方法液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)主要是動(dòng)臂 和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。為了調(diào)整卸載位置，還要有動(dòng)臂液壓缸的配合，此時(shí)是斗桿和鏟斗的復(fù)合動(dòng)作，間以動(dòng)臂動(dòng)作。 1 挖掘工況分析 挖掘過程中 主要以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別單獨(dú)進(jìn)行挖掘，或者兩者復(fù)合動(dòng)作， 必要時(shí)配以動(dòng)臂液壓缸的動(dòng)作。此時(shí)斗桿收回，動(dòng)臂抬起，希望斗桿和動(dòng)臂分別由獨(dú)立的油泵供油，以保證彼此動(dòng)作獨(dú)立，相互之間無干擾，并且要求泵的供油量小，使油缸動(dòng)作慢，便于控制。單獨(dú)采用鏟斗挖掘時(shí)，也有采用雙泵合流的情況。液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。當(dāng)斗桿油壓接近溢流閥的壓力時(shí)，原來溢流的油液此時(shí)供給鏟斗有效利用 。 圖 26 三泵供油系統(tǒng)示意圖 當(dāng)動(dòng)臂 、 斗桿和鏟斗復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止同一油泵向多個(gè)液壓作用元件供油時(shí)動(dòng)作的相互干擾，一般三泵系統(tǒng)中，每個(gè)油泵單獨(dú)對(duì)一個(gè)液壓作用元件供油較好。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 10 頁 共 37 頁 10 當(dāng)進(jìn)行溝槽側(cè)壁掘削和斜坡切削時(shí)，為了有效地進(jìn)行垂直掘削，還要求向回轉(zhuǎn)馬達(dá)提供壓力油，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力，保持鏟斗貼緊側(cè)壁進(jìn)行切削，因此需要同時(shí)向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油，兩者復(fù)合動(dòng)作。在斗桿油缸活塞桿端回油路上設(shè)置可變節(jié)流閥，此節(jié)流閥的開口度即節(jié)流程度由回轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力來控制。因此隨著回轉(zhuǎn)操縱桿行程的增大，回轉(zhuǎn)馬達(dá)油壓增加，回轉(zhuǎn)力增大。 2 滿斗舉升回斗工況分析 挖掘結(jié)束后 ，動(dòng)臂油缸將動(dòng)臂頂起，滿斗舉升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸載處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)作。由于卸載所需的回轉(zhuǎn)角度不同，隨液壓挖掘機(jī)相對(duì)自卸車的位置而變，因此動(dòng)臂提升速度和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)速度的相對(duì)關(guān)系應(yīng)該是可調(diào)整的。 在雙泵系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)，由于慣性較大，油壓會(huì)升得很高，有可能從溢流閥溢流，此時(shí)應(yīng)該將溢流的油供給動(dòng)臂，如圖 27a所示。這時(shí)是回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。但是由于動(dòng)臂提升時(shí)油壓較高，單向閥大部分時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)，因此左側(cè)油泵只向回轉(zhuǎn)馬達(dá)和斗桿供油。各個(gè)油泵分別向一個(gè)液壓作用元件供 油， 復(fù)合動(dòng)作時(shí)無相互干擾。為了調(diào)整卸載位置，還需要?jiǎng)颖叟浜蟿?dòng)作。 圖 27 回轉(zhuǎn)舉升供油情況 4 空斗返回工況分析 當(dāng)卸載結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，同時(shí)動(dòng)臂油缸和斗桿油缸相互配合動(dòng)作，把空斗放在新的挖掘點(diǎn)。由于動(dòng)臂下降有重力作用，壓力低、變量泵流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)速度快，因此該工況的供油情況為一個(gè)油泵的全部流量供回轉(zhuǎn)馬達(dá)，另一油泵的大部分油供給 動(dòng)臂，少部分油經(jīng)節(jié)流閥供給斗桿 。 5 行走時(shí)復(fù)合動(dòng)作 在行走的過程有可能要求對(duì)作業(yè)裝置液壓元件 (如回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗 )進(jìn)行調(diào)整。 為 了保證挖掘機(jī)的直線行駛性，在三泵供油系統(tǒng)中，左右行走馬達(dá)分別由一個(gè)油泵單獨(dú)供油，另一個(gè)油泵向其它液壓作用元件 (如動(dòng)臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn) )供油，如圖 28a所示。②雙泵合流并聯(lián)向左、右行走馬達(dá)和作業(yè)裝置液壓作用元件同時(shí)供油，如圖 28c所示。 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 液壓挖掘 機(jī)的動(dòng)作繁復(fù)，且具 有多種機(jī)構(gòu)，如行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)臂、 斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機(jī)械。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足以下要求 : 1 動(dòng)力性要求 所謂動(dòng)力性要求，就是在保證發(fā)動(dòng)機(jī)不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率。例如，當(dāng)外負(fù)載較小時(shí)，往往希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元件的運(yùn) 動(dòng)速度。 2 操縱性要求 (1) 調(diào)速性要求 挖掘 機(jī)對(duì)調(diào)速操縱控制性能的要求很高，如何按照駕駛員的操縱意圖方便地實(shí) 現(xiàn)調(diào)速操縱控制，對(duì)各個(gè)執(zhí)行元件的調(diào)速操縱是否穩(wěn)定可靠，成為挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分重要的一方面。 (2) 復(fù)合操縱性要求 挖掘機(jī)在作業(yè)過程中需要各個(gè)執(zhí)行元件單獨(dú)動(dòng)作，但是在更多情況下要求各個(gè)執(zhí)行元件能夠相互配合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的復(fù)合動(dòng)作，因此如 何實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行元件的復(fù)合動(dòng)作也是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。尤其對(duì)行走機(jī)構(gòu)來說，左、右行走馬達(dá)的復(fù)合動(dòng)作問題，即直線行駛性也是設(shè)計(jì)中需要考慮的重要一方面。 另外 ， 當(dāng)多執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，各個(gè)操縱閥都在大開度下工作，往往會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)總流量需求超過油泵的最大供油流量，這樣高壓執(zhí)行元件就會(huì)因壓力油優(yōu) 先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)動(dòng)作速度降低，甚至不動(dòng)的現(xiàn)象。 3 節(jié)能性要求 挖掘機(jī)工作時(shí)間長(zhǎng)，能量消耗大，要求液壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個(gè)執(zhí)行元件和管路的能耗，因此在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。系統(tǒng)要求此部分的能量損失盡量小 。 .4 安全性要求 挖掘機(jī)的工作條件惡劣，載荷變化和沖擊振動(dòng)大，對(duì)于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過載保護(hù)措施，防止油泵過載和因外負(fù)載沖擊對(duì)各個(gè)液壓作用元件的損傷。 5 其它性能要求 實(shí)現(xiàn)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、組件化和通用化，降低挖掘機(jī)的制造成本 :液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件惡劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性 。 167。 (2) 根據(jù)液壓挖掘機(jī)的主要工作特點(diǎn)，系統(tǒng)地總結(jié)出 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 :動(dòng)力性要求、操縱性要求、節(jié)能性要求、安全性要求和其它性能的要求。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 15 頁 共 37 頁 15 第 3 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 167。 鏟斗 油缸作用力的確定 反鏟裝置在作業(yè)過程中，當(dāng)以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鲿r(shí)，其最大挖掘力為鏟斗缸設(shè)計(jì)的依據(jù)。為簡(jiǎn)單起見，可以忽略斗和土的質(zhì)量，并且忽略了各構(gòu)件質(zhì)量及連桿機(jī)構(gòu)效率影響因素，此時(shí)鏟斗油缸作用力為 1max1l lFF cd ? （ 31） 式中 1l — 鏟斗油缸作用力對(duì)搖臂與斗桿鉸 點(diǎn)的力臂（此位置為搖臂長(zhǎng)度），m； cl — max1F 對(duì)鏟斗與斗桿鉸點(diǎn) C 的力臂， m。 已知 3 330l mm? 6300Al mm? 4600Al mm? ? 1 2 0 6 3 0 0 1 2 4 6 0 0 24583 3 0 3 3 0bF K N? ??? ? ? 又動(dòng)臂缸兩個(gè)油缸同時(shí)作用，則每個(gè)缸閉 2458 122922bb FF K N??? ? ? ? 167。斗桿油缸最大作用力位置為動(dòng)臂下放到最低位置，斗桿缸作用力對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)有最大力臂，即對(duì)斗桿產(chǎn)生最大作用力矩，并使斗齒尖和鉸點(diǎn) B、 C 在一條直線上，如圖 所示。 動(dòng)臂油缸作用力的確 定 動(dòng) 臂 油缸的作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最大卸載距離位置進(jìn)行卸載來確定，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示，此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力為 )l(1 g3 bAbAgdAdtb lGGlGlF ??? （ 34） 式中 ： 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 19 頁 共 37 頁 19 圖 33 動(dòng)臂油缸受力分析圖 dtG —— 鏟斗及其裝載土壤的的重力， N； gG —— 斗桿所受重力， N； bG —— 動(dòng)臂所受重力， N； dAl —— 鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離， m； Agl —— 斗桿質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離， m； bAl —— 動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn) A 的水平距離， m。gG KN? 30 。dAl mm? 1630 。A mm? 3 540 。 各油缸尺寸的確定 167。設(shè)計(jì)時(shí)可用類比法 來甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 20 頁 共 37 頁 20 確定 。 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 第 21 頁 共 37 頁 21 F —— 工作循環(huán)中最大的外負(fù)載，此處 345dF F KN?? cm? —— 液壓缸 機(jī)械效率，一般取 ?cm? 將上式代入缸受力平衡方程式得 ?????????????????????? ?????????2121 114DdpPPFDcm?? （ 35） ? ?624 345 25 10 1 1 25????? ? ? ? ? ????? ? 141mm? 圓整取 140D mm? 則 0 .7 0 .7 1 4 0 9 8d D mm? ? ? ? 圓整取 100d mm? ⑶ 缸壁厚和外徑的計(jì)算 如按薄壁缸進(jìn)行計(jì)算則 10/ ??D ? ??? 2DPy? （ 36） 式中 yP —— 試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的 ?????? ~ 倍； ??? —— 缸筒材料許用應(yīng)力，無縫鋼管 ? ? MPa110~100?? ； 式中 25 33ypP P M Pa? ? ? ? ??? 取 MPa110 3 2 .5 0 .1 4 0 .0 2 12 1 1 0 m? ?? ? ?? 此時(shí) / 0. 14 / 0. 02 1 6. 67D ? ?? 不滿足薄壁缸條件 故應(yīng)按中等壁厚 計(jì)算公式計(jì)算 10/ ?? ?D 此時(shí) ? ?? ? CPDPyy ???? ??? （ 37） ? —— 強(qiáng)度系數(shù)，對(duì)無縫鋼管 1?? ； C —— 用來圓整壁厚。 斗桿油缸