单斗液压挖掘机设计
摘要
挖掘机械是工程机械的一种类型，是土石方开挖的主要机械设备，单斗液压挖掘机是一种采用液压传动并以铲斗进行挖掘作业的机械，液压挖掘机的工作装置常用的有反铲，正铲，装载，抓斗和起重装置。
本次设计主要是设计25 t履带式单斗液压挖掘机反铲工作装置。主要对工作装置机构的几何参数进行设计，通过测绘模型ZX200-3，运用Solidworks进行三维模型的绘制及装配；计算液压缸作用力、闭锁力以及对闭锁力进行验算，并调整液压缸直径使液压缸的闭锁力在特定的工况下能满足要求。
在设计中应注意工作装置设计原则，在各部件满足要求的条件下实现 6.6米最大挖掘深度，9.9米最大挖掘半径，7.1米最大卸载高度，实现挖掘的功能。关键字：反铲工作装置，设计，三维，测绘计算
第一章反铲工作装置总体方案的选择
反铲工作装置总体方案的选择主要依据设计任务书规定的使用要求，据以决定工作装置是通用或是专用的。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求，并照顾到其他装置的性能。专用装置应根据作业条件决定结构方案，在满足主要作业条件要求的同时照顾其它条件的性能。
1.1动臂和动臂液压缸的布置方案
（1）动臂液压缸的布置方式
动臂液压缸连接着机身和动臂，是举升整个工作装置及物料的动力原件，而且承受的载荷很大，又要保证足够的闭锁力矩来获得必要的挖掘力，因此它的布置是很重要的。
本次设计中采用了整体下置式，在此方案中，动臂液压缸置于动臂的前下方。比较容易使反铲挖掘装置获得较大的挖掘力，而动臂液压缸的与机身的铰点A在垂直方向低于动臂与机身的铰接点C。C布置于回转平台前部，有利于扩大作业半径和挖掘深度。
（2）动臂的结构形式
本次设计中采用了整体式弯动臂。优点是结构简单，有利于反铲地面以下的挖掘作业；缺点是适应性差，并且容易在弯曲部位容易引起由于结构和工艺问题而导致的应力集中等强度方面的问题。
1.2斗杆和斗杆液压杆的布置
（1）斗杆的结构形式
本次设计中采用了整体式斗杆。优点是结构简单；缺点是难以满足不同作业尺寸的要求，尤其是大范围，远距离的挖掘作业。
（2）斗杆液压缸的布置形式
本次设计的反铲挖掘机是向下而后挖的挖掘方式，因此采用上置式，即将斗杆液压缸布置于斗杆的上部，使作业时斗杆液压缸大腔能产生足够的挖掘力和闭锁力，回摆时斗杆液压缸小腔能够产生足够的回摆力矩。
1.3铲斗连杆机构的结构形式
本方案采用六连杆共点机构，原因是该结构形式不仅能满足铲斗转角范围的
要求，同时也能发挥较大的铲斗挖掘力。
1.4铲斗的结构形式
铲斗整体为纵向对称结构，分为斗腔、斗刃、斗齿、支座和加强部分，整体为焊接结构。斗侧壁为平面结构，因为要挖沟和要求较好的导向性，因此在斗侧壁接近斗前端上部装设侧齿，缺点是会增加挖掘阻力。
第二章 测绘与三维建模
2.1 原始数据测绘
表2.1 原始数据测绘表 第一类参数是决定运动机构运动特性的必要参数，称原始参数，主要为长度
参数分类
原始机型（ZAXIS200模型）机构参数组成
铲斗
斗杆
动臂
机体
符号意义（与现有机型比例1：40）
原始参数/mm
L 3=36.5
L 13=L 14=HN=15
L 24=QK=10.5
L 25=KV=42
L 2=KH=14.5
L 2=FQ=73
L 9=CD=72
L 10=FG=20
L 11=EG=35
L 15=GN=47
L 16=FN=60
L 1=CF=145.8
L 6=CD=77 L 7=CB=60
L 8=DF=77 L 22=BF=89
推
导参数
α10=∠ KQV=92°
α4=∠EFG=94°
α5=∠GNF=20°
α6=∠GFN=98°
α7=∠NQF=6°
α8=∠NFQ=5°
α2=∠BCF=29°
α3=∠DFC=45°
特性参数 K 2=L 24/L 3=10.5/36.5=
0.29
K 5=L 2/L 9=73/72=1.0
K 1=L 1/L 2
备
注
L 2为斗杆长
L 1为动臂长 α1为动臂转角
下置式
α11=∠ACV
参数；第二类参数为推导出来的参数，称推导参数；第三类参数是作方案比较所需的其它特征参数。
2.2 三维建模
2.2.1 动臂的建模
1、编辑草图1，使用直线命令绘制草图
图2-1 动臂拉伸草图
2、退出草图1点击拉伸命令得到如下的实体
图2-2 动臂拉伸实体
3、编辑草图，用直线命令绘制如下草图，后退出草图2点击拉伸命令得到如下的实体
图2-3 草图图2-4 拉伸实体
4、编辑草图，用直线命令绘制如下草图，后退出草图2点击拉伸命令
图2-5 草图图2-6 拉伸实体5、绘制的最终结果
图2-7 动臂实体
2.2.2 斗杆的建模
1、编辑草图1，使用直线命令绘制草图
图2-8 斗杆草图
2、退出草图1点击拉伸命令得到如下的实体
图2-9 拉伸实体
3、编辑草图，用直线命令绘制如下草图，后退出草图2点击拉伸命令得到如下的实体
图2-10 草图图2-11 拉伸实体
4、绘制的最终结果
图2-12 斗杆实体
2.2.3 铲斗的建模
1、编辑草图，用直线命令绘制如下草图，后退出草图2点击拉伸命令得到如下的实体
图2-13 铲斗草图图2-14 拉伸实体
2、绘制的最终结果
图2-15 铲斗实体
2.2.4 工作装置的装配
1、动臂机构的装配
图2-16 动臂机构装配2、斗杆机构的装配
图2-17 斗杆机构装配3、铲斗机构的装配
图2-18 铲斗机构装配
2.3 整机装配图
图2-19 整机装配图
第三章 反铲工作装置参数
图3-1 总体设计图
3.1动臂机构的设计
3.1.1设计的主要要求
1、满足作业尺寸和挖掘范围（几何尺寸）
2、满足提升力和闭锁要求（性能）
3、结构布置及结构型式要合理紧凑，无干涉，无功率浪费。
3.1.2动臂机构与机身的铰接点及参数
1、动臂下铰点C 和动臂缸下铰点A 位置
以工作平面为X 轴，通过回转中心线为Y 轴测绘得： A(460，1440) C(40，2190) 2、11α的确定： 测绘得?=5911α 3、动臂长度及弯角参数
图3-2 动臂
原始参数给定最大挖掘半径为R1=9920mm CF=5828mm CB=2480mm BF=3610mm
动臂弯角?=∠=42.1461CBF α
4、最大挖掘深度和最大卸载高度及动臂最大仰角max 1θ和最大俯角min 1θ
图3-3 动臂摆角
由测绘值可知：
最大仰角max 1θ=85° 最大俯角min 1θ=15° 动臂的摆角范围1?=70° 5、动臂油缸的缸数 动臂油缸缸数为2个。
6、动臂缸全伸长度max 1L 、全缩长度min 1L 和伸缩比 由测绘值可知：
全伸长度max 1L =3170mm
全缩长度min 1L =2136mm 动臂缸的伸缩比 1λ=3170mm/2136mm=1.48
3.1.3动臂与斗杆之比
动臂与斗杆的长度比，特性参数2
1
1l l K = =5828/2960=1.97，在1.5到2
之间，属于中间方案。值较大，宜斗杆挖掘为主。
3.2斗杆机构的设计
3.2.1设计的主要要求
1、保证足够的斗齿挖掘力和闭锁力
2、保证斗杆的摆角范围 B 、斗杆缸全伸，转斗缸全伸时，斗齿与动臂之间距离cm 10≥ 3.2.2斗杆机构设计及参数 图3-4 斗杆参数 1、确定斗杆长度 L=FQ=2960mm 2、斗杆油缸的缸数 斗杆油缸缸数为1个。 3、斗杆液压缸全伸长度max 1L 、全缩长度min 1L 和伸缩比 由测绘值可知： 全伸长度max 1L =3908mm 全缩长度min 1L =2391mm 动臂缸的伸缩比 1λ=3908mm/2391mm=1.63 4、斗杆的摆角范围 斗杆的摆角范围：110° 5、mm 83.967=EF L mm 33.1422=EG L mm 46.2931=FQ L 6、由几何位置确定EFQ ∠=130°—170°。 斗杆上EFQ ∠取决于结构因素，并考虑到工作范围，取 150=∠EFQ 3.3铲斗连杆机构的设计 图3-5 铲斗连杆机构参数 3.3.1设计的主要要求 1、必要的转角范围 必要的开挖角（水平面以上0°-30°） 必要的挖掘转角（90°-110°） 必要的挖掘装满转角（铲斗的总转角max 3?=150°-180°） 2、符合载荷变化情况 开挖角范围内及max 2?处大于等于平均挖掘阻力 25°-35°之间大于等于最大挖掘阻力 max 2?之后可不考虑，只要挖掘力大于零就行 3、机构运动无干涉（避免转斗缸全伸时斗齿尖碰撞斗杆下缘的现象） 3.3.2连杆机构的参数 MN=640mm MK=600mm NQ=483mm KQ=447mm 3.3.3铲斗机构的参数 1、 47.1516 3==QV L mm 42024=L mm 46.29312==FQ L 2、 ?=∠=11010KQV α 3、铲斗液压缸全伸长度max 1L 、全缩长度min 1L 和伸缩比 由测绘值可知： 全伸长度max 1L =2558mm 全缩长度min 1L =1593mm 动臂缸的伸缩比 1λ=2558mm/1593mm=1.61 4、铲斗油缸的缸数 铲斗油缸缸数为1个。 5、斗形参数 铲斗的主要参数有四个，分别是标准斗容量q 、平均斗宽B 、转斗挖掘半 径 R 和转斗挖掘装满角2φ。 四者的关系： ()S K B R q ??2sin 22 12 -= 式中 q —标准斗容量； B —平均斗宽，由表2.1 差值计算B=880mm ； R —转斗挖掘半径； s K —土壤松散系数，取近似值为1.25； ?2 —挖掘装满角，全面考虑有关因素，可以取?2=90o ～100o ，取 2?=100o 。 由原始参数测得R=1505mm KQ=447mm 一般取 1159510～KQV =∠=α，测得10α=95.5° 得出斗容量39.0m q = 第四章 反铲工作装置作业范围及包络图 4.1包络图的绘制 4.1.1包络图的定义 1、主要作业尺寸； 2、各部件转角位置及极限位置； 3、机构干涉情况； 4、挖掘总面积及主要挖掘区域的分布情况。 4.1.2包络图的绘制 21~V V 段：动臂液压缸最长，斗杆液压缸最短，铲斗液压缸由最短到最长，由斗齿尖绕1Q 点以3l 为半径转动形成。 32~V V 段：动臂液压缸最长，铲斗液压缸最长，斗杆液压缸由最短到最长，由斗齿尖绕1F 点以21V F 为半径转动形成。 43~V V 段：动臂液压缸最长，斗杆液压缸最长，铲斗液压缸由最长缩至斗齿尖位于C 丶2Q 连线上为止，由斗齿尖绕2Q 点以32V Q 为半径转动形成。 54~V V 段：斗杆液压缸最长，铲斗液压缸固定，动臂液压缸由最长到最短，由斗齿尖绕C 点以4CV 为半径转动形成。 65~V V 段：动臂液压缸最短，斗杆液压缸最长，铲斗液压缸由原固定值缩至F 丶Q 丶V 三点一线，由斗齿尖绕3Q 点以3l 为半径转动形成。 76~V V 段：动臂液压缸最短，铲斗液压缸固定，F 丶Q 丶V 三点一线，斗杆液压缸由最长到最短，由斗齿尖绕2F 点以33l l ＋为半径转动形成。 87~V V 段：动臂液压缸最短，斗杆液压缸最短，铲斗液压缸由使F 丶Q 丶V 三点一线姿态缩至斗齿尖位于C 丶4Q 连线的延长线上，即使C 丶Q 丶V 三点一线，由斗齿尖绕4Q 点以3l 为半径转动形成。 98~V V 段：斗杆液压缸最短，铲斗液压缸为上衣弧段时的状态，动臂液压缸由最短到最长，由斗齿尖绕C 点以8CV 为半径转动形成。 图4-1 包络图 4.2作业范围 表4.1 主要作业参数 最大挖掘深度h1/mm 6610 最大挖掘高度h2/mm 9712 最大挖掘半径r1/mm 9865 最大卸载高度h3/mm 7018 停机面上的最大挖掘半径r0/mm 9667 最大垂直挖掘深度h4/mm 5022 最大挖掘高度h2/mm 6356 第五章 动臂液压缸作用力及闭锁力的确定 确定出动臂液压缸作用力和闭锁力，就能确定出动臂缸的缸径。 5.1动臂液压缸的作用力 动臂液压缸应保证反铲作业过程中在任何位置上都能提起带有满载铲斗的工作装置到达最高和最远的位置。 斗内土重 ()q G t 8.1~6.1= 取t q G t 44.16.1== 表5.1 国内几种反铲装置的构件近似质量表 序号 斗容量 （m 3） 质量（t ） 动臂 （G1） 斗杆 （G2） 铲斗 （G3） 斗杆缸 （G4） 铲斗缸 （G5） 连杆摇 杆（G6） 动臂缸 （G7） 机重 （G ） 4 0.15 0.223 0.179 0.085 0.055 0.051 0.017 0.055 5 6 0.4 0.598 0.288 0.3 0.11 0.09 0.059 0.12 11.6 由于此次设计的斗容量是q=0.9m 3，采用插值法确定各构件的重量，如表5.2所示。 表5.2工作装置各构件质量表 动臂 （G1） 斗杆 （G2） 铲斗 （G3） 斗杆缸 （G4） 铲斗缸 （G5） 连杆摇 杆（G6） 动臂缸 （G7） 机重 （G ） 1.385 0.66 0.69 0.25 0.21 0.14 0.27 25 依据以下三个位置动臂液压缸的举升力： 1、 工况一：从最大挖掘深度处提起满载斗时所需要的动臂缸举升力11P ，图上所有重心位置及到C 点的所在纵轴线距离都是通过作图在图上的测得的，与实际的存在误差，只能对动臂缸的作用力作估计计算。如图5-1所示 国外液压挖掘机目前水平及发展趋势 工程机械液压网 2011年02月09日评论? 41 views 字体: 小中大 工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容量3.5-40m3单斗液压挖掘机的主要生产国，从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量50-150m3剥离用挖掘机，斗容量132m 3的步行式拉铲挖掘机；B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量168.2m3的步行式拉铲挖掘机，斗容量107m3的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。 从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。 1)开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。为满足市政建设和农田建设的需要，国外发展了斗容量在0.25m3以下的微型挖掘机，最小的斗容量仅在 0.01m3。另外，数量最的的中、小型挖掘机趋向于一机多能，配备了多种工作装置——除正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及拉铲等，以满足各种施工的需要。与此同时，发展专门用途的特种挖掘机，如低比压、低嗓声、水下专用和水陆两用挖掘机等。 2）迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。所有这一切，挖掘机的全液压化为其奠定了基础和创造了良好的前提。 3）重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速度。例如，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节装置，使挖掘机按最适合其作业要求的速度来工作；美国林肯贝尔特公司新C系列LS-5800 型液压挖掘机安装了全自动控制液压系统，可自动调节流量，避免了驱动功率的浪费。还安装了CAPS（计算机辅助功率系统），提高挖掘机的作业功率，更好地发挥液压系统的功能；日本住友公司生产的FJ系列五种新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，减少燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并处长了零部件的使用寿命；德国奥加凯（O&K)公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神钢公司在新型的904、905、907、909型液压挖掘机上采用智能型控制系统，即使无经验的驾驶员也能进行复杂的作业操作；德国利勃海尔公司开发了ECO（电子控制作业）的操纵装置，可根据作业要求调节挖掘机的作业性能，取得了高效率、低油耗的效果；美国卡特匹勒公司在新型B系统挖掘机上采用最新的3114T型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。 目录 摘要 (3) Abstract (4) 第一章引言 (4) 1.1挖掘机简介 (4) 1.2小型液压挖掘机的现状与发展趋势.............错误！未定义书签。第二章结构参数计算............................................错误！未定义书签。 2.1履带链轨节节距t与履带板宽度...............错误！未定义书签。 ...........................错误！未定义书签。 2.2驱动轮节圆直径D q 2.3导向轮工作面直径D .........................错误！未定义书签。 d 2.4拖链轮踏面直径D ...........................错误！未定义书签。 t 2.5支重轮踏面直径D ...........................错误！未定义书签。 z 2.6链轨节数n、拖链轮数量......................错误！未定义书签。第三章性能参数计算............................................错误！未定义书签。 3.1行驶速度V..................................错误！未定义书签。 3.2爬坡能力α.................................错误！未定义书签。 3.3接地比压p.................................错误！未定义书签。 3.4最大牵引力T...............................错误！未定义书签。第四章履带设计..................................................错误！未定义书签。 4.1履带介绍...................................错误！未定义书签。 4.2履带结构和作用.............................错误！未定义书签。 4.3履带装配设计...............................错误！未定义书签。第五章支重轮设计................................................错误！未定义书签。 5.1支重轮简介.................................错误！未定义书签。 5.2支重轮数量计算.............................错误！未定义书签。 5.3两个支重轮间距离...........................错误！未定义书签。 5.4支重轮设计.................................错误！未定义书签。 5.5装配完成设计...............................错误！未定义书签。第六章拖链轮设计..............................................错误！未定义书签。 6.1拖链轮的工作原理...........................错误！未定义书签。 6.2拖链轮的结构...............................错误！未定义书签。 6.3拖链轮技术要求.............................错误！未定义书签。 6.4拖链轮的组成零件设计.......................错误！未定义书签。 1绪论 1.1设计选题的意义 我国是一个发展中国家，在辽阔的国土上正在进行大规模的经济建设，这就需要大量的土方施工机械为其服务，而液压挖掘机是最重要的一类土方施工机械。因此，可以肯定液压挖掘机的发展空间很大。可以预见，随着国家经济建设的不断发展，液压挖掘机的需求量将逐年大幅度增长。今后几年我国液压挖掘机行业将会有一个很大的发展，液压挖掘机的年产量将会以高于20%的速度增长。 中国挖掘机市场自1997年开始已进入一个较快的发展时期，2000年与2000年比较，全国挖掘机的产、销量分别增长55%和56%。截止到2002年8月底全国挖掘机的销量已超过13000台，超2001年全年的销售数。显然挖掘机在整个工程机械行业中是产、销量增长最快的机种之一。 而在挖掘机中最为重要的就是关于工作装置设计，因为挖掘机的工作装置能偶最为明显的体现机器的工作能力和工作寿命，所以设计工作可靠，性能好，成本低，效率高，维护使用方便的工作装置就显得格外重要。 1.2国内外液压挖掘机的发展动态和研究现状 最早在液压挖掘机工作装置设计时，设计人员通过类比、查表、理论计算初步确定性能参数以后，还需要花大量的时间对设计的合理性进行分析，计算量大，而且在设计过程中，大多选取几个特殊位置进行检讨计算，其精度当然较低。当今计算机广泛应用于机械设计中，挖掘机工作装置设计得到了很快的发展。针对液压挖掘机工作装置的CAD软件也已经有了不少的研究。 1.2.1国外液压挖掘机发展动态和研究现状 国外挖掘机生产历史较长，液压挖掘技术的不断成熟使挖掘机得到全面的发展。德国是世界上较早开发研究挖掘机的国家，1954年和1955年德国的徳马克和利渤海尔公司分别开发了全液压挖掘机；美国是继德国以后声场挖掘机历史最长、数量最大、品种最多和技术水平处于领先地位的国家；日本挖掘机制造业是在二次大战后发展上起来的，其主要特点在引进、消化先进技术的基础上，通过大胆创新发展起来的；韩国式液压挖掘机生产的后起之秀。 从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展： 目录 摘要 .....................................................................IV Abstract....................................................................V 前言 .................................................................... VI 第一章绪论 ............................................ 错误!未定义书签。 1.1 液压挖掘机在现代化建设中的作用................... 错误!未定义书签。 1.2 液压挖掘机的工作特点和基本类型 (1) 1.2.1 液压挖掘机的主要优缺点 (1) 1.2.2 液压挖掘机的基本类型及主要特点 ............. 错误!未定义书签。 1.3 国内外液压挖掘机研究现状及发展趋势 (4) 1.3.1 研究现状 (4) 1.3.2 发展趋势 ................................... 错误!未定义书签。 1.4 课题设计的目的和意义 (5) 1.5 本设计所要完成的主要任务 (5) 第二章总体方案设计 ..................................... 错误!未定义书签。 2.1 履带式液压挖掘机的组成........................... 错误!未定义书签。 2.2 设计依据 (7) 2.2.1 履带式行走装置的主要特点 (7) 2.2.2 设计参数 ................................... 错误!未定义书签。 2.3 总体设计原则..................................... 错误!未定义书签。 2.4 动力装置的比较与选型 (8) 2.5 工作装置的比较与选择 (9) 2.5.1 反铲工作装置 ............................... 错误!未定义书签。 2.5.2 正铲工作装置 ............................... 错误!未定义书签。 2.6 回转机构的选择................................... 错误!未定义书签。 2.7 传动方式的比较与选择............................. 错误!未定义书签。 2.7.1 机械传动 ................................... 错误!未定义书签。 2.7.2 液力机械传动 ............................... 错误!未定义书签。 2.7.3 电力传动 ................................... 错误!未定义书签。 Unit7 Hydraulic Excavators 液压挖掘机 7．1Overview概述 7.1.1Basic Concept基本概念 An excavator is an engineering vehicle consisting of an articulated arm(boom,stick),bucket and cab mounted on a pivot(a rotating platform)atop an undercarriage with tracks or wheels. Their design is a natural progression from the steam shovel. 挖掘机是一种由铰接臂杆（动臂和斗杆）、铲斗和安装于履带或轮式底盘上的转盘（一种旋转平台）所组成的工程机械（车辆）。挖掘机是在蒸汽铲的基础上自然发展起来的。 The history of heavy excavating machinery began in1835when the dipper shovel was invented to excavate hard soil and rock and to load trucks.Of course,with the invention of gasoline-and diesel-powered vehicles,construction equipment became even more adaptable.Most construction equipment is powered by diesel engines,although electric-power,battery power,and propane tanks are used on specialized equipment. 重型挖掘机的历史始于1835年，当时发明了拉铲式挖掘机用于开挖坚硬的土石方及装载卡车。当然，随着汽油机和柴油机车辆的发明，工程机械也变得越来越适用。虽然在一些专用设备上使用了电力驱动、蓄电池驱动和丙烷气罐，然而大多数工程机械仍然依靠柴油机驱动。 Design modifications are driven by customer demand.As of2000,the two primary areas where customers would like to see more improvements are in the ease of operation and the operator's comfort.The need for simple operation is forced by the fact that there are fewer skilled operators in the marketplace.And operations and reliability are both improving because of the 单斗液压挖掘机分工况节能控制系统 2018-3-11 6:37:41 国际工程机械网 摘要：为了有效地操纵单斗液压挖掘机在工作过程中的能量缺失、减少液压系统的发热、改善工作性能，设计了一种单斗液压挖掘机分工况节能操纵系统。该操纵系统采纳负荷传感，由微机判定挖掘机的工作状态，并据此操纵发动机而达到节能的目的。该系统具有工况操纵、短期超载操纵、自动怠速操纵、溢流操纵等功能。 单斗液压挖掘机是重要的工程机械，具有作业灵活方便、适应范畴广等优点。但由于单斗液压挖掘机作业工况复杂、作业过程中负荷变化频繁、变化范畴大，因而存在着许多环节的能量缺失，其中要紧有：发动机—变量泵系统的非经济性匹配运行产生的缺失、液压系统压力油的流量缺失和压力缺失。这些缺失不仅白费了能量，而且引起液压系统发热，工作性能恶化。为此，节能操纵差不多成为液压挖掘机的重点进展方向之一。 随着电子技术及微型运算机（单片机）技术在操纵领域中的广泛应用，将液压挖掘机与电子技术、信号处理、预警技术及微型运算机有机地结合起来，对液压挖掘机实现在线工况检测、自动操纵、故障诊断，能够达到节能和减轻司机劳动强度、提高工作效率的目的。 目前国外各大公司的挖掘机产品均不同程度地配备了电子节能操纵系统，，如德国O&K 公司的PMS系统、Link-Belt的CAPS系统；美国卡特皮勒的EPC系统；日本日立的OHS 系统、粘松的OLSS系统、加藤的APC系统、神钢的ITCS系统；韩国大宇的EPOS系统等。 笔者针对上述挖掘机能量缺失情形，采纳单片机，以液压系统的压力为判定信号，来判定液压挖掘机的工作状态，进而由步进电机操纵发动机的油门，从而使油门的开度始终处于适应负载的合适值上，达到节能的目的。 1 系统的组成 系统是在不改变液压系统和发动机内部结构的前提下进行的，其硬件框图如图1所示。 本节能操纵系统采纳了负荷传感，即以液压系统压力为判定信号，判定挖掘机的工作状态，由微机依照挖掘机所处的不同状态，通过操纵步进电机的输入出，进而操纵发动机油门，使发动机稳固在要求的转速邻近，以达到节能和实现其它功能的目的。 由硬件框图可知，操纵系统硬件的系统由单片机、I/O接口电路、A/D转换电路、信号调理电路、驱动电路、显示报警和光电隔离电路等部分组成。 液压挖掘机开题报告 福州大学本科生毕业设计(论文)开题报告 机械设计制造及其自动姓名张玉辉学号 020800239 专业化题目小型液压挖掘机工作装置的设计 一、研究背景、概况及意义 这次的毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课程、技术基础课程以及全部专业课程之后进行的。这是我们对所有课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论结合实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，这次毕业设计是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，它能让我综合运用各科专业课程的基本理论，并结合生产实习和课程设计中学到的实践知识，独立地分析和解决问题，为未来从事的工作打下良好的基础。 挖掘机是用来开挖土嚷的施工机械。它是用铲斗上的斗齿切削土嚷并装入斗内，装满后提升铲斗并回转到卸土地点卸土，然后再使回转台回转、铲斗下降到挖掘面、进行下一次挖掘。挖掘机在工业与民用建筑、道路建设、农田水利、油田矿山、市政工程、机场港口等部门土石施工中占有重要位置。与发达国家相比，我国重矿机械行业还存在着不小的差距，主要表现为我们国家科技和新产品开发能力薄弱，缺乏市场竞争力，现代重要技术装备仍依靠进口，而从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。因此开发新品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机具有重要的现实意义。液压挖掘机的工作装置的性能是决定挖掘机能效高低的关键因素，它的设计好坏直接决定了挖掘机的性能水平。因此，研究小型液压挖掘机工作装置的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。 1 二、研究主要内容 本次设计研究主要内容包含工作装置的整体方案拟定、对比、确定，对挖掘机工况分析，各主要零件的主要结构参数计算、结构分析和结构设计，并绘制出液压挖掘机工作装置的装配图及各主要零件的零件图，对动臂三维建模、强度分析、提出完善意见，查阅相关科技外文资料然后对其翻译，最后编写设计说明书。 三、研究步骤、方法及措施 1、查阅相关文献、搜集有关的资料。初步了解液压挖掘机的发展及应用。 2、通过对实物的参观及查阅相关书籍，对液压挖掘机的结构、工作原理、特点有进一步的了解。 3、对工况进行分析，根据有关书籍上提供的经验数据和有关公式，计算出主要件的结构参数。 4、根据计算结果和有关图册，进行工作装置的结构设计。 5、对动臂进行三维建模、利用相关软件进行强度分析、根据分析结果提出结构完善意见。 6、翻译相关科技外文资料。 7、编写设计说明书。 2 四、研究进度计划 设计是为2012年2月13日至2010年6月15日，期间约有15周。以下为大体计 划和进度。 毕业设计的主要内容和时间安排: 挖掘机液压系统图 一．液压挖掘机液压系统的基本类型 液压挖掘机液压系统大致上有定量系统、变量系统和定量、变量复合系统等三种类型。 1．定量系统 在液压挖掘机采用的定量系统中，其流量不变，即流量不随外载荷而变化，通常依靠节流来调节速度。根据定量系统中油泵和回路的数量及组合形式，分为单泵单回路定量系统、双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统及多泵多回路定量系统等。 2．变量系统 在液压挖掘机采用的变量系统中，是通过容积变量来实现无级调速的，其调速方式有三种：变量泵－定量马达调速、定量泵－变量马达调速和变量泵－变量马达调速。 单斗液压挖掘机的变量系统多采用变量泵－定量马达的组合方式实现无极变量，且都是双泵双回路。根据两个回路的变量有无关连，分为功率变量系统和全功率变量系统两种。其中的分功率变量系统的每个油泵各有一个功率调节机构，油泵的流量变化只受自身所在回路压力变化的影响，与另一回路的压力变化无关，即两个回路的油泵各自独立地进行恒功率调节变量，两个油泵各自拥有一半发动机输出功率；全功率变量系统中的两个油泵由一个总功率调节机构进行平衡调节，使两个油泵的摆角始终相同。同步变量、流量相等。决定流量变化的是系统的总压力，两个油泵的功率在变量范围内是不相同的。其调节机构有机械联动式和液压联动式两种形式。 二．YW-100型单斗液压挖掘机液压系统 国产YW-100型履带式单斗液压挖掘机的工作装置、行走机构、回转装置等均采用液压驱动，其液压系统如图1所示。 该挖掘机液压系统采用双泵双向回路定量系统，由两个独立的回路组成。所用的油泵1为双联泵，分为A、B两泵。八联多路换向阀分为两组，每组中的四联换向阀组为串联油路。油泵A输的压力进入第一组多路换向阀，驱动回转马达、铲斗油缸、辅助油缸，并经中央回转接头驱动右行走马达7。该组执行元件不工作时油泵A输出的压力油经第一组多路换向阀中的合流阀进入第二组多路换向阀，以加快动臂或斗杆的工作速度。油泵B输出的压力油进入第二组多路换向阀，驱动动臂油缸、斗杆油缸，并经中央回转接头驱动左行走马达8和推土板油缸6。 该液压系统中两组多种换向阀均采用串联油路，其回油路并联，油液通过第二组多路换向阀中的限速阀5流向油箱。限速阀的液控口作用着由梭阀提供的A、B两油泵的最大压力，当挖掘机下坡行走出现超速情况时，油泵出口压力降低，限速阀自动对回油进行节流，防止溜坡现象，保证挖掘机行驶安全。 挖掘机液压系统设计 1 液压挖掘机结构与工作原理 液压挖掘机由于在动力装置和工作装置之间采用容积式液压传动，靠液体的压力能进行工作，相对机械传动具有许多优点:能无极调速且调速范围大，最大速度和最小速度之比可达1000:1能得到较低的稳定转速；快速作用时，液压元件产生的运动惯性较小，并可作高速反转；传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动；操纵省力灵活，易实现自动化控制；易实现标准化、通用化、系列化。因此液压挖掘机逐步取代机械式挖掘机是必然的趋势。 单斗液压挖掘机是装有一只铲斗并采用液压传动进行挖掘作业的机械。它是目前挖掘机械中重要的机种。单斗液压挖掘机的作业过程是以铲斗(一般装有斗齿)的切削刃切削土壤并将土装入斗内，斗满后提升。回转至卸上位置进行卸土，卸空后铲斗再转回并下降到地面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土后，机械移动一段距离，以便继续作业。因此单斗液压挖掘机是一种周期作业的自行式上方机械。 1.1 液压挖掘机整机性能 液压挖掘机可分为:动力系统、机械系统、液压系统、控制系统。液压挖掘机作为一个有机整体，其性能的优劣不仅与工作装置机械零部件性能有关，还与液压系统、控制系统性能有关。 (1) 动力系统 挖掘机工作的主要特点是环境温度变化大，灰尘污物较多，负荷变化大，经常倾斜工作，维护条件差。因此液压挖掘机原动力一般由柴油机提供，柴油机具有工作可靠、功率特性曲线硬、燃油经济等特点，符号挖掘机工作条件恶劣，负荷多变的要求。挖掘机的额定负荷与汽车。拖拉机不同，汽车和拖拉机指在最高转速下、连同机油泵、发电机等必要附件，分钟内的最大功率;挖掘机是指在额定转速下一小时以上的额定功率。挖掘机采用车用柴油机时，最大功率指数降低。 (2) 机械系统 关于电动挖掘机生产步骤的 控制策略的研究和能源消费的验证 Jong Il Yoon1, Dinh Quang Truong1, and Kyoung Kwan Ahn1,# #相应的作者/电子邮件：kkahn@ulsan.ac.kr，电话：+ 82-52-259-2282，传真：+ 82-52-259-1680关键词：液压挖掘机，电动挖掘机，电动液压执行器，控制，节能 在燃油价格居高不下的今天，既要满足节能和绿色施工机械排放的要求，又要不牺牲工作性能，安全性和可靠性，特别是对液压挖掘机来说，已显得尤为重要。电液执行机构，已经成功地应用于汽车行业。本文的目的是提出一种新型的电动液压挖掘机，此挖掘机因为使用电液执行机构具有更强的节能能力。每个混合执行器是由一个电动机驱动去回收挖掘机有负载时臂架降低的势能或挖掘机停止回转时的动能。对一个5吨级挖掘机包括常规的臂架系统和混合式臂架系统进行了分析，开发作为实验电动挖掘机及其验证模型来评估所提出电动挖掘机。同时给出了硬件条件。一个关于5吨实验电动挖掘机的控制策略是建立在被操作机械能按照预期的表现的基础上的。最后，通过实验电动挖掘机模拟与实验提出了挖掘机工作效率和能耗的调查报告。 1、简介。 液压系统是许多现代工程机械工作不可缺少的组成部分。运用液压的重型作业机械中，挖掘机经受要承受反复的冲击和大的负载上的变化，如挖掘、低负荷操作、平整。然而，典型的液压挖掘机总是需要高能量，快速提地供给各个单独或者设置在挖掘机远端上的机构。 在常规液压挖掘机中，当液压动力系统承受最大负载时，总是从一个泵供给能量，多余的功率作为热量耗散。即使是在低负载操作时，这种输入功率也很难以减小，因为机构的结合需要流量维持。此外，在臂架降低、以及挖掘机的回转停止时，势能也作为热量耗散。而且，为了提升动臂，从泵加压的液压流体需要额外针对动臂重力提供位置上的能量。 相反，当动臂被驱动到一个较低的位置时，作用在动臂的重力使其降低。随后，它促使液压油流出机构流向管道低压的一端，此时驻留在较高位置动臂的势能就会丢失。同时，燃料成本的迅速增加，大气污染、全球变暖已经成为严重的问题。因此，减少能源消耗和污染排放成为迫在眉睫的要求。混合动力电动液压挖掘机是可行的解决方案。许多设计并应用在混合动力电动汽车上的混合动力系统的控制器的研究已经完成。在工程机械领域，厂商也开发了各种机器的基本混合概念，如串联，并联或复合类型的混合机械。然而，提出的混合式施工机械在与相应的传统的机器相比时表现已经没有太大的忧虑。 为了克服传统挖掘机的缺点，以及满足挖掘机设计的电流需求，本文提出了一个名为电动挖掘机的施工机械。这种挖掘机采用了消耗能量比传统的液压阀控制执行器更少的电动液压执行器。此外，在机器操作中产生的势能和动能也可以根据需要被储存和再返回到系统中。通过对一台5吨的带有改进的混合臂架系统的挖掘机进行实验，实施验证所提出电动挖掘机性能。基于实验电动挖掘机结构 目录 目录 (1) 一、选题的目的和意义： (2) 二、国内外研究现状（文献综述） (2) 2.1挖掘机的机器人化 (2) 2.2遥控挖掘机的研究 (3) 2.3挖掘机节能技术的研究 (4) 2.4振动挖掘机理研究 (5) 三、市场发展状况（市场分析） (6) 3.1挖掘机的多功能化 (6) 3.2挖掘机的智能化 (7) 3.3挖掘机的实用型设计 (8) 四、选题研究的内容： (8) 五、选题研究的技术路线、研究方法和要解决的主要问题： (8) 六、研究工作进度： (9) 七、参考文献： (9) 1 一、选题的目的和意义： 挖掘机械是一种集土方挖掘、装载、平整、拆除、抢险等作业的工程机械，广泛应用于各类土石方工程施工、民用建筑、道路建设和市政工程场所。近年来伴随着我国经济的快速增长，大规模的基础设施建设对挖掘机提出了强劲的市场需求，我国挖掘机械的产销量每年均有15%~30%的爆炸式增长，2011年更是达到了70%，另一方面，挖掘机作为技术复杂的终端机械产品，其开发和制造涉及机械、液压传动、冶金、石油化工、电气等众多行业，已经形成了一个庞大的产业集群。因此，大力开展对液压挖掘机的研究和探索，对于提升国家整体工业水平和加速国民经济的发展具有重大的促进意义。 二、国内外研究现状（文献综述） 2.1挖掘机的机器人化 为延伸人类在复杂、恶劣、危险环境中的作业，世界各国对机器人化挖掘机的研发工作非常重视，国外在这方面研究比较早，较为典型的有： ①Carnegie Mellon大学的自主装载系统(Au—tonomous Loading System，ALS)t'Jt~ALS系统使用两个激光扫描测距仪，对车辆进行确认和准确定位、观测土壤表面情况、识别障碍物等。该系统还提出一种用于实时轨迹规划和执行复杂挖掘机器人运动的参数化控制方法。相同情况下，普通挖掘机熟练的操作手装满一卡车需要120S，而使用该系统也不超过150S，完成一个装载循环的时间小于1min，与熟练的操作手的操作速度基本相当。因此该系统能满足连续重复挖掘装载的工况要求。关于该系统的具体说明见于下面两篇论文：Peyret F，Jurasz J．The Compu~r Integrated Road Construction pmject[J]．Automation in Construction，2000(9)Singh S，Cannon H_Multi-Resolution Planning for Earthmoving．Proceedings International Conference on Robotics and Automation[C]．Leuven，Belgium，1998 ②国内机器人化挖掘机的研究国内在这方面研究相对较迟，浙江大学冯培恩教授从上世纪80年代开始率先着手研究挖掘机机电一体化技术，首先实现挖掘机器人作业过程的分级规划和局部自主控制圈。但是他们在任务 2 单斗挖掘机 一、单斗挖掘机的用途、分类与编号 单斗挖掘机的主要用途有： （1）开挖建筑物或厂房基础； （2）挖掘土料、剥离采矿场覆盖层； （3）采石场、隧道内、地下厂房和堆料场等中的装载作业； （4）开挖沟渠、运河和疏通水道； （5）更换工作装置后可进行浇筑、起重、安装、打桩、夯实等作业。 挖掘机的分类、编号及表示方法如表2-5-1所示。 国产单斗挖掘机型号编制规定表2-5-1 类组型特性代号代号含义 主参数 名称单位 挖掘机 单 斗 挖 掘 机 W （挖） 履 带 式 W 机械式单斗挖掘机标准斗容量m3×100 D（电）WD 电动式单斗挖掘机标准斗容量m3×100 Y（液）WY 液压式单斗挖掘机标准斗容量m3×100 B（臂）WB 长臂式单斗挖掘机标准斗容量m3×100 S（隧）WS 隧道式单斗挖掘机标准斗容量m3×100 轮 胎 式 L （轮） WL 轮胎式机械单斗挖掘机标准斗容量m3×100 D（电）WLD 轮胎式电动单斗挖掘机 Y（液）WLY 轮胎式液压单斗挖掘机 其具体表示方法为四组符号： W Y 60 A 结构改进代号 标准斗容量 不同机型代号 挖掘机 二、单斗挖掘机的构造与工作原理 1．机械式单斗挖掘机的构造与工作原理 机械式单斗挖掘机主要由工作装置、回转支承装置、行走装置、动力装置及附属设备等部分组成，如图2-5-1所示。其中工作装置包括铲斗、提升机构、推压机构、动臂、斗底开启机构等。回转支承装置包括回转机构、回转平台、回转支承机构等；行走装置主要有履带式和轮胎式两种。 图2-5-1 机械式单斗挖掘机外形图 1-工作装置；2-回转平台；3-行走装置 图2-5-2所示为机械式单斗挖掘机正铲工作装置的工作原理图。挖掘开始时，挖掘机靠近工作面，开挖位置在推压轴之下，斗前面与工作面夹角最大（40?～45?），斗齿容易切入。工作时斗齿的切入深度由推压轴控制，操纵提升钢索提升铲斗，同时推压轴把斗柄推向工作面。铲斗提升与推压轴同时动作，在运动中使铲斗装满 土石料，离开工作面后回转 到卸载处卸载，然后再回转到工作面，开始下一次的挖掘工作。 机械式单斗挖掘机常用的工作装置除正铲工作装置外，还有反铲、拉铲等型式的工作装置，如图2-5-3 所示。 图2-5-2 正铲工作装置工作原理图 1-动臂、2-斗柄；3-铲斗；4-推压轴 摘要 3.5吨液压挖掘机主要由工作装置和行走装置组成。本设计中主要是对工作 装置进行设计和分析计算。 并对数据进行校核。 我设计的内容包括动力系统设计， 对行驶过程中的受力分析。运输工况时的牵引力和牵引功率的平衡。我对工作装 置的设计主要包括工作装置总体方案的选择。工作装置结构尺寸的确定。液压缸 的设计。以及设计合理性的分析。我对PLC设计的部分包括：介绍PLC设计的背 景，挖掘机节能控制系统的介绍。I/O 点的分配。PLC 程序梯形图和接线图。本 文完成的主要工作有： 1)建立了液压挖掘机主工作装置的数学模型； 2)针对工 作装置的计算工况，建立了相关的力学模型； 3)确定了液压挖掘机的设计方案， 完成了主要参数的设计计算； 4)对主要工作装置的铰点和关键部位进行力学分 析和计算； 5）PLC部分的设计 6）液压回路分析 关键词：3.5吨液压挖掘机，工作装置，设计合理性，可编程序控制器，液压 ABSTRACT 3.5 ton hydraulic excavator is mainly composed of a working device and a walking device. This design mainly is the work of device design and calculation. And data checking. The design includes the design of the power system, the driving force analysis in the. The transport condition when the traction force and the traction power balance. I work on device design mainly includes the choice of the overall program of working device. Determining the size of working device structure. The design of hydraulic cylinder. Design and analysis of rationality. I design to PLC portion includes : an introduction to PLC design background, energy-saving control system introduction. I/O point distribution. PLC programming ladder diagram and wiring diagram. This paper has completed the major work:1) establishment of hydraulic excavator work device of main mathematical model?2) the working device calculation conditions, establishes the mechanics model?3) determine the hydraulic excavator design, completed the design calculation of main parameters?4) the main work of the hinge point and device the key parts of mechanical analysis and calculation?5) PLC6) part of the design of hydraulic circuit analysis Key words:3.5 ton hydraulic excavator, power system, working mechanism, design reasonable, PLC, hydraulic 单斗挖掘机 摘要】：Rwmax-最大挖掘半径，即沿水平方向最大限度推出斗柄时，由机器的回转轴中心至铲斗齿尖的水平距离；Hwmax-最大挖掘高度…… 单斗挖掘机型式很多，其主要型式如图1所示。 单斗挖掘机按其各种装置的不同，分类如下： 目前，露天矿山大多数采用电动机驱动，机械传动的单斗挖掘机，一般称为电铲。 正铲式单斗挖掘机的工作尺寸及其代表符号，如图1所示。 图1 单斗挖掘机的工作尺寸 Rwmax-最大挖掘半径，即沿水平方向最大限度推出斗柄时，由机器的回转轴中心至铲斗齿尖的水平距离；Hwmax-最大挖掘高度，即斗柄被提升到最大高度时，由机器所在水平至铲斗齿尖的距离；Rxmax-最大卸载半径，即沿水平方向最大限度推出斗柄时，由机器的回转辆心至铲斗中心的距离；Hxmax-最大卸载高度，即铲斗被提升到最大高度时，由机器所 在水平至铲斗斗底下落后最下端间的距离；h-最大挖掘深度，即将斗柄垂直地面推压到终点时，由机器所在水平面至铲斗齿尖的距离 一、单斗电铲（简称电铲） （一）使用条件 电铲是露天矿最广泛使用的铲装设备。它结构坚固，由于使用电动机和可控硅电力控制，其效率和可靠性都很高。主要电力控制设备位于司机室内，操作条件优于其它装载设备。电铲的重量、牵引力、提升力和推压力大，因此它对硬岩有很大的持续挖掘能力，几乎适用于各种坚硬岩石的作业，具有很好的适应能力。但是，电铲的机动性差，受到外部电源条件的限制。 （二）结构特点和技术参数 电铲结构和各部件名称如图2所示。 图2 电铲结构和各部件名称 1-动臂；2-推压机构；3-斗柄；4-铲斗；5-开斗机构； 6-回转平台；7-绷绳滑轮；8-绷绳；9-天轮；10-提升钢绳； 11-履带行走装置；12-斗底门；13-开斗电动机 电铲行走机构的特点是多采用刚性少支点双履带式结构，这种结构对任何工作条件几乎都能适应，履带的承载面积较大，所以在松软岩层上能顺利移动，稳定性能也好，此外对猛烈铲掘时所产生的冲击动载，双履带装置也具有强大的抗衡作用和很好的稳定性能。这种双履带装置尤其适用于工作面底板不平并伴有尖利石块的情况，而且它与电铲的大小和重量也正相适应。因为采矿工作要求电铲尽量减少在相距较远的作业场地之间高速和频繁转移。电铲一般只有一种行走速度（0.75～2km/h），最大爬坡为15°～20°，对土壤的平均比压为1.2～2.3×105Pa。 摘要：挖掘机械是工程机械的一种主要类型，是土石方开挖的主要机械设备，包括有各种类型与功能的挖掘机。各种类型的挖掘机已广泛应用在工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程，农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等的机械化施工中。据统计，工程施工中约有60%以上的土石方量，系有挖掘机来完成。挖掘机械在工程机械发展中占有很大比重和重要的地位，据统计约占工程机械总产值的25%~30%，是重点发展的机械品种至之一，尤其是中小型、通用的单斗挖掘机不仅用作土石方的挖掘机械，而且通过工作装置的更换，还可以用作起重、装载、抓取、打桩、钻孔等多种作业。通用挖掘机占挖掘机总数的90%以上，他在工程施工中广泛应用，已成为不可缺少的重要机械设备。我国挖掘机械近年来虽有很大发展，但从产品的种类、数量和技术性能以及制造质量上还不能满足现在发展的要求，迅速的提高挖掘机的设计、研究和生产的技术水平是当前挖掘机械行业所面临的迫切而艰巨的任务。 关键字：挖掘机、单斗挖掘机、多斗挖掘机、液压式挖掘机、机械式挖掘机、正铲、反铲、拉铲、抓铲 英文关键字：boom(动臂)、drive gear（驱动轮）、arm cylinder seals（斗杆缸油封）、hydraulic excavator（液压挖掘机）、bucket excavator（多斗挖掘机）、wheel excavator（斗 轮式挖掘机）、excavating machinery（挖掘机械)、diag hne (索斗挖掘机)、bucket （铲斗）、hydraulic cylinder（液压缸）、one-way throttle valve（单向节流阀） Reducer（减速器）、bearings（轴承）、bearing bracket（轴承支座）、coupling （联轴器） 挖掘机械概述 挖掘机械是用来进行土、石方机械的一种工程机械，按作用特点分为周期性作业式和连续性作业式两种，前者是单斗挖掘机，后者是多斗挖掘机。 我国工程机械类组划分中，挖掘机类组划分如下表： 多斗挖掘机是用多个铲斗连续挖掘、运送和卸料的挖掘机械。其特点是连续作业、生产率高、单位能耗较小、适于挖掘硬度较低、不含大石块的土壤。多斗挖掘机分链斗式、轮斗式和斗轮式等基本工作原理为：在无端链或轮架周沿上,按一定间距安装铲斗,工作时铲斗随斗链的移动或轮架的回转，在挖掘面上自下而上进行挖土。当铲斗升至顶部，土壤由于自重卸于连续运载的带式输送机上运出。为使每个铲斗的运动轨迹不重复上一个铲斗的轨迹，作业时，机械需匀速运行或回转，使 1绪论 1.1引言 液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。它的工作过程是以铲斗的切削刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开始下一次的作业。因此，是一种周期作业的土方机械（见图1-1）。 · 图1-1 单斗液压挖掘机实例 液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水里施工、露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一种重要机械设备。 在建筑工程中，可用来挖掘基坑、排水沟、拆除旧有建筑物、平整场地等。更换工作装置后，可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。 在水利施工中，可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏浚和挖深原有河道等。 在铁路、公路建设中、用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟等。 在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中，用来挖掘电缆沟壑管道沟等。 在露天采矿场上，可用来剥离表土、采掘矿石或煤、也可用来进行堆弃、装载和钻孔等作业。 在军事工程中，可用来筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物等。 所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。据建筑施工部门统计，一台斗容量为1.0m3的液压挖掘机挖掘Ⅰ-Ⅳ级土壤时，每班生产率大约相当于300-400个工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。 1.2国内外发展概况 1.2.1 国外液压挖掘机目前水平及发展趋势 工业发达国家的液压挖掘机生产较早，产品线齐全，技术成熟。美国、德国和日本式液压挖掘机的主要生产国，具有较高的市场占有率。从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产从规格上看，在稳定和完善主力机型的基础上向大型化、微型化方向发展；从功能上看，在满足基本功能的基础上，向多功能化、专用化方向发展；从产品性能上看，向高效节能化、自动化、信息化、智能化的方向发展。 1）开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。为满足市政建设和农田建设的需要，国外发展了斗容量在0.25m3以下的微型挖掘机，最小的斗容量仅在0.01m3。另外，数量最的的中、小型挖掘机趋向于一机多能，配备了多种工作装置——除正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、振捣器、推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及拉铲等，以满足各种施工的需要。与此同时，发展专门用途的特种挖掘机，如低比压、低嗓声、水下专用和水陆两用挖掘机等。 2）迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。所有这一切，挖掘机的全液压化为其奠定了基础和创造了良好的前提。 3）重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速度。例如，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节装置，使挖掘机按最适合其作业要求的速度来工作；美国林肯贝尔特公司新C系列LS-5800型液压挖掘机安装了全自动控制液压系统，可自动调节流量，避免了驱动功率的浪费。还安装了CAPS（计算机辅助功率系统），提高挖掘机的作业功率，更好地发挥液压系统的功能；日本住友公司生产的FJ系列五种新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，减少燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并处长了零部件的使用寿命；德国奥加凯（O&K)公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神钢公司在新型的904、905、907、909型液压挖掘机上采用智能型控制系统，即使无经验的驾驶员也能进行复杂的作业操作；德国利勃海尔公司开发了ECO（电子控制作业）的操纵装置，可根据作业要求调节挖掘机的作业性能，取得了高效率、低油耗的效果；美国卡特匹勒公司在新型B系统挖掘机上采用最新的3114T型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。韩国大宇公司在DH280型挖掘机上采用了EPOS---电子功率优化系统，根据发动机负荷的变化，自动调节液压泵所吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全功率运转，这样既充分利用了发动机的功率、提高挖掘机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。 4）更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。美、英、日等国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面，促进了产品的优质高效率和竞争力。美国提出国外液压挖掘机目前水平及发展趋势解读
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