《22噸履帶式液壓挖掘機總體設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《22噸履帶式液壓挖掘機總體設(shè)計（74頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、22噸履帶式液壓挖掘機總體設(shè)計 70 摘 要 參照國內(nèi)外著名品牌的先進機型，收集分析挖掘機的尺寸參數(shù)，性能參數(shù)，作業(yè)要求等相關(guān)資料。以此為基礎(chǔ)，進行對挖掘機的機械結(jié)構(gòu)，液壓系統(tǒng)，電氣控制的設(shè)計等。設(shè)計思路是從挖掘機總體的工作性能和動作要求入手，確定整機必要的性能參數(shù)并對整機的穩(wěn)定性進行校核。隨后將對挖掘機工作裝置的具體結(jié)構(gòu)、基于單片機對柴油機油門控制系統(tǒng)進行設(shè)計并運用軟件將其繪制。 關(guān)鍵詞：液壓挖掘機，總體設(shè)計，單片機，柴油機油門控制 AB

2、STRACT According to the domestic and international famous brands of advanced type，collecting and analyzing the information of the hydraulic excavator about their size, performance parameters, operational requirements other relevant information. On this basis, I designed the mechanical structure, hy

3、draulic excavator, electrical control system of hydraulic excavator and so on. The way to solve the task is on the basis of the function of the whole of the excavator ,calculated the performance parameters of the excavator and checked the stability of the excavator. Then I designed the structure of

4、the platform of type excavator, desgin control system based on MCU（Micro Controller Unit），and use software to draw. Key words: Hydraulic excavator, overall design, micro-controller unit (MCU), control of diesel engine’s accelerator 目 錄 1 緒論………………………………………………………………………………………01 1.1 液壓挖掘機的工作特點和基

5、本類型……………………………………………01 1.2 液壓挖掘機的發(fā)展?fàn)顩r …………………………………………………………03 2 總體設(shè)計方案 ……………………………………………………………………… 05 2.1 工作裝置設(shè)計方案原則 …………………………………………………………05 2.2 液壓設(shè)計方案原則 ………………………………………………………………05 3 液壓系統(tǒng)及元件的選型 ……………………………………………………………07 3.1 液壓系統(tǒng)的工況分析 ……………………………………………………………07 3.2 挖掘機液壓系統(tǒng)的回路分

6、析 ……………………………………………………08 3.3 系統(tǒng)初步計算和液壓元件的選型 ………………………………………………11 4 挖掘機工作裝置的設(shè)計 ……………………………………………………………14 4.1 反鏟裝置工作原理 ………………………………………………………………14 4.2 確定動臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式………………………………………………15 4.3確定動臂、斗桿、鏟斗的鉸點布置…………………………………………………17 4.4 動臂、斗桿、鏟斗機構(gòu)參數(shù)選擇 ………………………………………………21 5 行走部分參數(shù)選擇 ………

7、…………………………………………………………28 5.1 最大牽引力計算 …………………………………………………………………28 5.2 行駛速度的計算 …………………………………………………………………29 5.3 挖掘機原地轉(zhuǎn)彎能力校核 ………………………………………………………29 5.4 爬坡能力校核 ……………………………………………………………………30 5.5 履帶平均接地比壓計算 …………………………………………………………31 6 回轉(zhuǎn)機構(gòu)參數(shù)計算……………………………………………………………………32 6.1 對回轉(zhuǎn)機構(gòu)的基

8、本要求 …………………………………………………………32 6.2 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)的確定 ……………………………………………………………32 7 液壓挖掘機的工作穩(wěn)定性 …………………………………………………………36 7.1 斗桿垂直于地面狀態(tài) ……………………………………………………………36 7.2 最大挖掘深度狀態(tài) ……………………………………………………………37 7.3 最大挖掘半徑狀態(tài) ………………………………………………………………39 8 液壓挖掘機控制系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………… 41 8.1控制系統(tǒng)分析 ……

9、……………………………………………………………41 8.2 油門控制設(shè)計 …………………………………………………………………41 8.3 油門控制的軟件設(shè)計…………………………………………………………45 結(jié)論 ……………………………………………………………………………………………………49 參考文獻………………………………………………………………………………………………50 致謝 ……………………………………………………………………………………………………51 附錄Ⅰ. 運用Matlab軟件對挖掘機的挖掘力進行計算 ………………………52 附錄Ⅱ. 基于單片機柴油機

10、油門制程序…………………………………………64 一 緒論 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。 液壓挖掘機的應(yīng)用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(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機械設(shè)備。 在建筑工程中，可用來挖掘苦坑、排水溝，拆除舊有建筑物，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

11、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(shè)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(shè)及市政建設(shè)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(shè)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1.0m3的液壓挖掘機挖掘Ⅰ～Ⅳ級土壤埋，每班生產(chǎn)率大約

12、相當(dāng)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。 1.1液壓挖掘機的工作特點和基本類型 1.1.1液壓挖掘機的主要優(yōu)點 液壓挖掘機在動力裝置之間采用容積式液壓靜壓傳動，即靠液體的壓力能進行工作。液壓傳動與機械傳動相比有許多優(yōu)點。 ①能無級調(diào)速且調(diào)速范圍大，例如液壓馬達的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達到1000∶1。 ②能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，例如柱塞式液壓馬達的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低達1r/min. ③快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運動慣性小，加速性能好，并可作調(diào)整反轉(zhuǎn)。例如電動機在啟動時的慣性力矩比其平穩(wěn)盍?xí)r的驅(qū)動力矩大50%，而

13、液壓馬達則不大于5%，加速中等功率電動機需1s到數(shù)秒，而加速液壓馬達只需0.1s。 ④傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動，操縱省力，易實現(xiàn)自動化控制。 ⑤易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化?！? 基于液壓傳動的上述優(yōu)點，液壓挖掘機與機械傳動挖掘機相比，具有下列主要特點。 ①大大改善了挖掘機的技術(shù)性能，挖掘力大、牽引力大，機器重量，傳動平穩(wěn)，作用效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機與同級機械傳動挖掘機相比，挖掘力約高30%，例如1.0m液壓挖掘機鏟斗挖掘力120～150KN，而同級機械傳動挖掘機只有100KN左右。 挖掘機在工作時的主要動作包括行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動作，其中動作最頻繁的是

14、回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復(fù)運動。這種入選運動一般速度不高，而所需作用力卻很大，要求在短時間內(nèi)通過變速或換向來完成各種復(fù)雜動作。機械傳動挖掘機完成上述運動需通過磨擦離合器、減速器、制動器、逆轉(zhuǎn)機構(gòu)、 提升和推壓機構(gòu)等配合來完成。因此，機械傳動挖掘力不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還要產(chǎn)生很大的慣性力和沖擊載荷。而液壓挖掘機則不需要龐大和復(fù)雜的蹭傳動，大大簡化了結(jié)構(gòu)，也減少了易損件。由于結(jié)構(gòu)簡化，液壓挖掘機的質(zhì)量大約比相同斗容量的機械傳動挖掘機輕30%，不僅節(jié)省了鋼材，而且降低了接地比壓。液壓挖掘機上的各種液壓元件可相對獨立布置，使整機結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀，同時也易于改進或變型。 ②液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有防止過載

15、的能力，所以使用安全可靠，操縱簡便。由于可采用液壓先導(dǎo)控制，無論驅(qū)動功率多大，操縱均很靈活、省力，司機的工作條件得到改善。更換工作裝置時，由于不牽連轉(zhuǎn)臺上部的其他機構(gòu)，因此更換工作裝置容易，而機械式挖掘機則受到提升機構(gòu)和推壓機構(gòu)的牽連和限制。 ③由于液壓傳動易于實現(xiàn)自動控制，因此現(xiàn)代液壓挖掘機普遍采用了以微處理器國核心的電子控制單元（ECU），使發(fā)動機、液壓泵、控制閥和執(zhí)行元件在最佳匹配狀態(tài)下工作，以實現(xiàn)節(jié)能和提高作業(yè)效率，同時還可實現(xiàn)整機狀態(tài)參數(shù)的電子監(jiān)控和故障診斷?！　　? ④液壓元件易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于組織大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)，進一步提高質(zhì)量和降低成本。 1.1.2液壓挖

16、掘機的基本類型及主要特點 液壓挖掘機種類繁多，可以從不同角度對其類型進行劃分。 （1）根據(jù)液壓挖掘機種類主要機構(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。 （2）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

17、車式、懸掛式及拖式。 履帶式液壓挖掘機應(yīng)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(shè)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、有些液壓挖掘機還采用了橡膠履帶。通用通常，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(biāo)準(zhǔn)的汽車底盤，速度快，機動

18、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， （3）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(yīng)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。 1.2液壓挖掘機的發(fā)展概況 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

19、要用于修筑鐵路的繁重工作，被認(rèn)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(xué)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(yīng)用，尤其是電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)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(yīng)用，成為土石方施工不可缺少的重要機械設(shè)備。 1.2.1國外液壓挖掘機目前水平及發(fā)展趨勢 工業(yè)發(fā)達國家的液壓挖掘機生產(chǎn)較早，產(chǎn)品線齊全，技術(shù)成熟。美國、德國和日本是液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國，具有較高市場占有率。從20世紀(jì)后期開始，國際上液壓挖掘機的生產(chǎn)

20、從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機型的基礎(chǔ)上向大型化、微型化方向發(fā)展；從產(chǎn)品性能上看，向 高效節(jié)能化、自動化、信息化、智能化的方向發(fā)展。 1.2.2國內(nèi)液壓挖掘機的發(fā)展概況 我國從1967年開始研制液壓挖掘機。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機械廠的WY100、貴陽礦山機器廠的W4－60、合肥礦山機器廠的WY60等。到20世紀(jì)70年代末80年代初，長江挖掘機廠和杭州重型機械研制成功了WY160和WY250等液壓挖掘機產(chǎn)品。從1994年開始，美國的卡特彼勒公司、日本的神戶制鋼所、日本的小松制作所、日本的日立建機株式會社、韓國大宇重工、韓國現(xiàn)代重工業(yè)以及德國利勃海爾、德國雪孚、德國阿特拉斯、瑞

21、典沃爾沃等公司先后在中國建立了中外合資、外商獨資挖掘機生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進水平的多種型號和規(guī)格的液壓挖掘機產(chǎn)品。近年來我國經(jīng)濟增長迅速，液壓挖掘機市場需求不斷擴大，形成了巨大的挖掘機市場窨，但該行業(yè)主要由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。國內(nèi)一些工程機械待業(yè)的上市股分公司合資的方式介入了挖掘機產(chǎn)業(yè)，同時國內(nèi)還有眾多的企業(yè)也在生產(chǎn)液壓挖掘機， 但在生產(chǎn)規(guī)模、品種、質(zhì)量等方面與國外大公司相比還有一定差距。為了發(fā)展民族挖掘機產(chǎn)業(yè)，必須瞄準(zhǔn)國際先進水平，圍繞國內(nèi)外兩個市場，在充分利用國際化配套的國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，增強自主創(chuàng)新意識，掌握核心設(shè)計制造技術(shù)，發(fā)揮性價比優(yōu)勢，提高產(chǎn)品競爭力，把我國液壓挖掘機

22、產(chǎn)品做大做強。 1.2.3 本次設(shè)計概述 本次設(shè)計斗容量為，由于履帶式液壓挖掘機因有良好通過性能應(yīng)用最廣，對松軟地面或沼澤地帶還可采用加寬、加長以及浮式履帶來降低接地比壓。 二 總體設(shè)計方案 2.1工作裝置設(shè)計方案原則 設(shè)計合理的工作裝置應(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)計通用反鏟裝置時要考慮與同類型、同等級機器相比的先進性。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確定鉸點布置，結(jié)構(gòu)型式和截面尺寸形

23、狀時盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證強度、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運輸或停放時工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運輸尺寸小，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)型式和布置使于裝拆和維修，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。 2.2液壓系統(tǒng)設(shè)計方案原則（總體） 按照

24、挖掘機各個機構(gòu)和裝置的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機連接起來的組合體叫做挖掘機的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的功能是把發(fā)動機的機械能以油液為工作介質(zhì)，利用液壓泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗苓M行傳送，然后通過液壓缸和液壓馬達等執(zhí)行元件將液壓能再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)液壓挖掘機的各種動作。 2.2.1單斗液壓挖掘機作業(yè)過程 液壓挖掘機的作業(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，其它都是挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。 由于挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機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

25、。因此，要求液壓缸和液壓馬達的壓力和流量也能相應(yīng)變化。 ②為了充分利用發(fā)動機功率和縮短作業(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行，叫做復(fù)合動作，這兩項要求需要由液壓系統(tǒng)來保證。 2.2.2對液壓系統(tǒng)作業(yè)動作要求 液壓挖掘機的動作復(fù)雜，機構(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)，溫度變化和地理條件差別大，因此，應(yīng)根據(jù)液壓挖掘機的工作特點和環(huán)境特點，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保證液壓挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以相互配合實現(xiàn)復(fù)合動作。 ②保證工作裝置的動作

26、與回轉(zhuǎn)平臺的回轉(zhuǎn)動作既能單獨動作，又能作復(fù)合動作，以提高液壓挖掘機的作業(yè)效率。 ③履帶式液壓挖掘機的左、右履帶應(yīng)能分別驅(qū)動，使挖掘機行走轉(zhuǎn)彎方便靈活，并能實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，以提高　挖掘機的機動性。 ④保證液壓挖掘機工作安全可靠，對各機構(gòu)及液壓執(zhí)行元件應(yīng)具有完善的安全保護措施。例如，對回轉(zhuǎn)機構(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；防止機器下坡行駛時超速溜坡等。 2.2.2對液壓系統(tǒng)基本的要求　 根據(jù)液壓挖掘機的作業(yè)動作和環(huán)境特點，對液壓系統(tǒng)提出如下要求。 ①液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)應(yīng)具有較高效率，以充分發(fā)動機的動力性和燃油經(jīng)濟性。 ②液壓系統(tǒng)　和液壓元件在大負(fù)載和劇烈振動沖

27、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由于液壓挖掘機作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油被污染，因此液壓稭密封性能要好，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，提高液壓挖掘機操作的舒適性，減輕操作人員的勞動強度。 ⑥在液壓系統(tǒng)中采用先進的自動控制技術(shù)，提高液壓挖掘機的技術(shù)性能指標(biāo)，使液壓挖掘機具有節(jié)能、高效和自動適應(yīng)負(fù)載變化的特點。 三 液壓系統(tǒng)及元件的選型 按照液壓挖掘機工作裝置和各個機構(gòu)的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機地連接起來的組合，稱為挖

28、掘機的液壓系統(tǒng)。液壓挖掘機的基本液壓系統(tǒng)是由能使挖掘機完成基本作業(yè)動作并以手動控制為主的基本功能回路所構(gòu)成的液壓系統(tǒng)。 一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。執(zhí)行元件（如液壓缸和液壓馬達）的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，驅(qū)動負(fù)載做直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動?？刂圃锤鞣N液壓閥）在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分

29、為溢流閥（安全閥）、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方向不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例閥。輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位油溫計等。液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。 液壓系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容是系統(tǒng)設(shè)計和液壓元件選擇。 液壓系統(tǒng)的合理設(shè)計，要滿足機械傳動要求、并考慮動作配合和運動速度，力求效率高，液壓元件容易制造或購置，此外，還要保證工作安全可靠，操作簡便，造價低廉和便于檢修。因此，必須充分了解所設(shè)計

30、挖掘機的工作條件、負(fù)荷大小與變化、動作特性、元件配套和三化要求等。 3.1 液壓系統(tǒng)的工況分析 液壓挖掘機的作業(yè)過程包括以下幾個間歇的動作(圖3-1):動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機行走以及其它輔助動作。除了輔助動作(例如整機轉(zhuǎn)向等)不需全功率驅(qū)動以外，其它都是液壓挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅(qū)動。 1、動臂升降 2、斗桿收放 3、鏟斗裝卸 4 、平臺臺回轉(zhuǎn) 5、整機行走 圖3-1 單斗液壓挖掘機的工作運動 由于液壓挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機的工作有兩項特殊要求:(1)實現(xiàn)各種主要動作的時侯，阻力與作業(yè)速度隨時變化，因此，要求液壓缸和液壓馬

31、達的壓力和流量也能相應(yīng)變化;(2)為了充分利用發(fā)動機功率和縮短作業(yè)循環(huán)時間，工作過程中往往要求有兩個主要動作(例如挖掘與動臂、提升與回轉(zhuǎn))同時進行復(fù)合動作。 液壓挖掘機一個作業(yè)循環(huán)時間內(nèi)的符合運動主要包括: (1) 挖掘:通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸來進行挖掘，或者兩者配合進行挖掘，所以，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動作，必要時，配以動臂動作。 (2) 滿斗舉升回轉(zhuǎn):挖掘結(jié)束，動臂液壓缸將動臂頂起，滿斗提升，同時回轉(zhuǎn)液壓馬達使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土點，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。 (3) 卸載:轉(zhuǎn)到卸土點時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿液壓缸調(diào)節(jié)卸載半徑，然后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗進行卸載。為了調(diào)整卸

32、載位置，還需要有動臂液壓缸的配合，此時是斗桿和鏟斗的復(fù)合動作，間以動臂配合動作。 (4)返回:卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合動作，把空斗放到新的挖掘點，此時是回轉(zhuǎn)和動臂或斗桿的復(fù)合動作。 3.2 挖掘機液壓系統(tǒng)的回路分析 為了提高生產(chǎn)率，中型以上挖掘機在挖掘過程中，要求鏟斗缸和斗桿缸同時動作；在滿斗提升及回轉(zhuǎn)過程中要求動臂缸和回轉(zhuǎn)馬達同時動作。為保證同時動作的執(zhí)行機構(gòu)各自動作的獨立性，通常采用雙泵雙回路系統(tǒng)，即用兩個同功率的液壓泵分別向兩個回路供油：一個液壓泵供鏟斗缸、動臂缸和左行走馬達；另一個液壓泵供斗桿缸、回轉(zhuǎn)馬達和右行走馬達。當(dāng)動臂缸或斗桿缸單獨動作時，要求雙泵

33、合流供油，以提高工作速度。小型及微型挖掘機常采用單泵單回路系統(tǒng)，對于復(fù)合動作較多、各執(zhí)行機構(gòu)動作獨立性較強的大型挖掘機，多采用多泵多回路系統(tǒng)。 液壓挖掘機負(fù)流量控制系統(tǒng)的液壓回路主要由液壓泵控制部分、安全鎖部分、先導(dǎo)控制部分、操縱閥部分和執(zhí)行機構(gòu)部分。如圖示： 圖3-2 液壓系統(tǒng)圖 3.2.1 液壓泵控制回路 液壓泵部分由兩個變量泵和一個齒輪泵組成，變量泵1和變量泵2提供系統(tǒng)主油路所需流量，齒輪泵提供先導(dǎo)油路所需流量。液壓泵1的驅(qū)動軸一端通過彈性聯(lián)接盤與柴油機的飛輪聯(lián)接，另一端通過花鍵套與變量泵2的驅(qū)動軸相聯(lián)，齒輪泵由液壓泵2的驅(qū)動軸帶動。恒功率控制時兩泵的排量相等（原理見液壓系

34、統(tǒng)原理圖），負(fù)流量控制時每個液壓泵的排量與加至各變量泵的負(fù)流量壓力成反比。液壓泵排量調(diào)節(jié)器為一伺服變量機構(gòu)，由一個雙邊滑閥和差動液壓缸組成。 3.2.2 安全鎖回路 安全鎖部分主要由安全桿（電磁閥）、蓄能器、閥座等組成。安全桿的位置決定了先導(dǎo)油路的斷通，為操作挖掘機提供安全保證，即：柴油機啟動后，在安全桿放下之前，先導(dǎo)油路是斷開的，即使扳動操縱手柄，工作機構(gòu)也不會動作；放下安全桿，先導(dǎo)油路接通，扳動操縱手柄，挖掘機可以工作；司機離開駕駛室，必須拉起安全桿，斷開先導(dǎo)油路，以防止由于誤動作而啟動工 作機構(gòu)。 3.2.3 先導(dǎo)控制回路 先導(dǎo)控制油路提供開啟操縱閥閥芯的壓力，改變工作液

35、流的大小和方向。主要包括四個先導(dǎo)手柄，分別控制動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸、回轉(zhuǎn)馬達、左行走馬達和右行走馬達的動作。 3.2.4 操縱閥回路 操縱閥的閥體為整體式結(jié)構(gòu)，為了滿足挖掘機工作時獨立動作、復(fù)合動作及合流要求，必須按照作業(yè)情況對操縱閥從功能上進行分組。負(fù)流量控制系統(tǒng)將其操縱閥分為兩組：閥組1由四個換向閥組成，油路按并聯(lián)方式連接，依次為左行走馬達操縱閥、回轉(zhuǎn)馬達操縱閥、動臂合流閥及斗桿缸操縱閥1，由液壓泵1供油；閥組2由五個換向閥組成，第一聯(lián)與第二聯(lián)的油路為串聯(lián)方式連接，其余為并聯(lián)方式連接，依次為右行走馬達操縱閥、破碎錘操縱閥、動臂油缸操縱閥、鏟斗油缸操縱閥和斗桿操縱閥2，由液壓

36、泵2供油，操縱閥的分組如圖示。 圖3-3 多路閥分組 鏟斗油缸 回轉(zhuǎn)馬達 左行走馬達 斗桿油缸2 組1 動臂油缸 破碎錘 右行走馬達 動臂合流 斗桿油缸1 組2 泵1 泵2 3. 2.5 回轉(zhuǎn)回路 回轉(zhuǎn)部分主要由回轉(zhuǎn)馬達、行星減速機、常閉式液壓制動器、緩沖補油閥和防擺動閥等組成。因挖掘機上部回轉(zhuǎn)慣量很大，在啟動、制動、回轉(zhuǎn)中突然停車和換向時會引起很大的液壓沖擊，產(chǎn)生振動和噪聲。由單向閥和溢流閥組成的緩沖補油閥的作用是使液壓馬達高壓腔的油液超過一定壓力時溢流，低壓腔經(jīng)單向閥補油。當(dāng)回轉(zhuǎn)操縱閥回中位時產(chǎn)生液壓制動作用，挖掘機上部的慣性動能將轉(zhuǎn)換為液壓位能，接

37、著位能由轉(zhuǎn)換為動能，使上部回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生反彈運動，引起嚙合齒輪間的沖擊、振動和噪聲。防擺動閥的作用是當(dāng)操縱閥回中位時避免兩腔的液壓油反沖和振蕩。 3.3 系統(tǒng)初步計算和液壓元件的選擇 3.3.1 液壓泵 液壓泵的選擇要根據(jù)主機的性能和功率，為充分利用系統(tǒng)液壓功率，尤其是大、中型挖掘機，要選用恒功率調(diào)節(jié)的變量泵。所選液壓泵的額定壓力宜比系統(tǒng)工作壓力大25%以上，使液壓泵有一定的壓力儲能。所以本次設(shè)計選用型號為K3V112DT、流量為224 L/min的柱塞式液壓泵。 3.3.2 液壓馬達 根據(jù)機構(gòu)或裝置的運動形式選擇執(zhí)行元件，在挖掘機中的工作中，行走及回轉(zhuǎn)裝置都為回轉(zhuǎn)運動，所以選用液壓馬

38、達。在回轉(zhuǎn)裝置中選擇M5X130CHB-RG10D型號的回轉(zhuǎn)馬達，排量是121.6 ml/r。在行走裝置中在一臺M5X130CHB-RG10D型號的行走馬達，減速比是56，最小排量是87.3 ml/r，最大排量是134.7 ml/r。 3.3.3 液壓缸 通過對已有產(chǎn)品的對比，確定液壓缸徑及桿徑為： 動臂、斗桿液壓缸缸徑，桿徑。 鏟斗液壓缸缸徑D=，桿徑 變量系統(tǒng)具有流量調(diào)節(jié)的特性，允許以低速克服高峰負(fù)荷，假定動臂、斗桿液壓缸全推力時，伸出速度降為8cm/s，鏟斗液壓缸全推力時，伸出速度降為9cm/s，其液壓缸的容積效率為0.98，則液壓缸所需流量為： 動臂、斗桿液壓缸：

39、 L/min （3-1） 鏟斗液壓缸: L/min （3-2） 3.3.4 發(fā)動機功率計算 根據(jù)以上計算，選用工作壓力32000 Kpa, 流量為224 L/min的變量泵兩臺，且泵的總效率為0.85，則發(fā)動機的輸出功率： kw （3-3） 3.3.5 液壓閥 根據(jù)系統(tǒng)工作壓力和通過該閥的最大流量來選擇標(biāo)準(zhǔn)閥類或設(shè)計專用閥。 單向閥：單向閥是系統(tǒng)中最常用到的，單向閥安裝在泵的出口用來防止系統(tǒng)壓力沖擊泵的影響；在泵不工作時還可以防止系統(tǒng)油液倒流回郵箱。

40、在某些情況下，起保壓作用。 溢流閥：溢流閥安裝在液壓系統(tǒng)的進油路上，通過閥口的溢流，是被控系統(tǒng)或回路的壓力維持恒定，防止系統(tǒng)過載，限定系統(tǒng)的最高壓力，保護系統(tǒng)安全運行。 換向閥：選用三位六通換向閥，利用閥芯在閥體中的相對運動，使液體的聯(lián)通、關(guān)斷、變換流動方向，從而使執(zhí)行元件啟動、停止以及變換運動方向。 3.3.6 輔助元件 包含有油管、管接頭、郵箱、濾油器、冷卻裝置和密封件的選擇。 主油管管徑和油箱容量 （1） 油管：由于系統(tǒng)工作壓力高，所以在系統(tǒng)中沒有相對運動的管路中選用無縫鋼管，它能承受高壓，價格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，裝拆方便，所以適合用在高壓管道。在系統(tǒng)中有相對運動的壓

41、力管道選用高壓橡膠管。 （2） 管接頭：在采用無縫鋼管的管路中，管接頭采用錐密封焊接式管接頭，他除了具有焊接頭的優(yōu)點外，由于它的O形密封圈裝在錐體上，使密封有調(diào)節(jié)的可能，密封更可靠。工作壓力為24.5MP工作溫度為-25—+80攝氏度。在橡膠管的接頭處選用扣壓式膠管接頭，安裝方便，與鋼絲編織膠管配套總成，適合在油溫為-30—+80攝氏度的環(huán)境工作。 （3） 密封裝置：在液壓系統(tǒng)中密封裝置非常重要，它是用來防止工作介質(zhì)泄露及外界灰塵和異物的侵入，以保證系統(tǒng)建立起必要的壓力，使其能夠正常工作。密封裝置應(yīng)滿足在一定的壓力.濕度范圍內(nèi)具有良好的密封性能。密封裝置和運動件之間的摩檫力要小，摩檫系數(shù)要

42、穩(wěn)定，抗腐蝕能力強，不易老化，工作壽命長，耐磨性好，磨損后在一定程度上能自動補償，結(jié)構(gòu)簡單，使用維護方便，價格低。其于以上幾點，在有相對運動且有摩檫的元件上使用Y型密封圈，其截面小，結(jié)構(gòu)緊湊。且Y型密封圈能隨壓力增高而增大，并能自動補償磨損。在相對摩檫不嚴(yán)重或無相對摩檫的元件上用O型密封圈，其結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，密封性能好，摩檫力小，安裝方便。 （4） 濾油器：在液壓系統(tǒng)中，不允許液壓油含有超過限制的固體顆粒和其他不溶性贓物。因為這些雜質(zhì)可以使間隙表面劃傷，造成內(nèi)部泄露量增加，從而降低效率增加發(fā)熱。這些雜質(zhì)還會使閥芯卡死，小孔或縫隙堵塞，潤滑表面破壞，造成液壓系統(tǒng)故障，膠狀物和淤渣等雜質(zhì)，將

43、會引起元件粘著，酸類還將加速運動件的腐蝕和使油液進一步惡化。因此要采用濾油器對油液進行過濾，以保證油液質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。因此選用網(wǎng)式濾油器安裝在泵吸油管上，這種濾油器壓力損失不超過0.04MPa，結(jié)構(gòu)簡單，流通能力大，可以滿足泵的流量，清洗方便。 （5） 蓄能器：它能把壓力油的液壓能儲存在耐壓容器里，待需要時又將其釋放出來的一種裝置。主要用途：做輔助動力源。減小壓力沖擊和壓力脈動。在本系統(tǒng)中選用氣囊式蓄能器，這種蓄能器密封可靠，膠囊慣性小，反映靈敏，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，并有系列批量生產(chǎn)，公稱壓力可達16Mpa，以滿足系統(tǒng)壓力的要求。 四　挖掘機的工作裝置設(shè)計計算 圖

44、4-1 整體式動彎臂 4.1反鏟裝置的工作原理 反鏟工作裝置是液壓挖掘機的一種主要工作裝置，如圖4－1所示。 液壓反鏟工作裝置一般由動臂1、動臂液壓缸2、斗桿液壓缸3、斗桿4、鏟斗液壓缸5、鏟斗6、連桿7和搖桿8等組成。其構(gòu)造特點是各構(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現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。動臂1的下鉸點與回轉(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，實現(xiàn)動臂的升降。斗桿4鉸接于動臂的上端，可繞鉸點轉(zhuǎn)動，斗桿與動臂的相對轉(zhuǎn)角由鏟斗液壓缸5控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時，斗桿即可繞動臂上鉸點轉(zhuǎn)動。鏟斗6則鉸接于斗桿4的末端，通過鏟斗液壓缸5

45、的伸縮來使鏟斗繞鉸點轉(zhuǎn)動。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，鏟斗液壓缸一般通過連桿機構(gòu)（即連桿7和搖桿8）與鏟斗連接。液壓挖掘機反鏟工作裝置主要用于挖掘停機面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運動及其組合。反鏟液壓挖掘機的工作過程為，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

46、掘較大厚度的土壤，因此挖掘機的最大挖掘力一般由轉(zhuǎn)斗液壓缸實現(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。在實際工作中，熟練的液壓挖掘機人員可根據(jù)實際情況，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。 4.2 確定動臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 4.2.1 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

47、。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,如圖4－2所示。 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。 圖4-2 整體式直動臂 整體式動臂結(jié)構(gòu)簡單、價廉，風(fēng)度相同時結(jié)構(gòu)重量較組合式動臂輕。它的缺點是替換工作裝置少，通用性較差。為了擴大機械通用性，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。 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

48、桿（或液壓缸）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，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)點是： 1．工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化進行調(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．裝車運輸比較方便。 由于上述優(yōu)點，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作業(yè)條件多時采用組合式動臂

49、較為合適。 本次設(shè)計作業(yè)條件比較單一，所以選用整體式彎動臂。 4.2.2　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。在此，選用整體式。 4.2.3 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

50、式的研究還處于現(xiàn)場試驗、實驗室試驗或模型試驗階段，未建立起較系統(tǒng)的理論。例如有人曾將兩只0.6m3容量而斗型不同的反鏟斗裝在RH6液壓挖掘機上進行對比試驗，結(jié)果如表4－1所示。由于砂的挖掘阻力較小，對鏟斗設(shè)計的合理性反映不靈敏，所以這兩種鏟斗的試驗結(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)臂不宜設(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

51、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)有強制卸土的粘土鏟斗。 表4—1 反鏟斗對比試驗結(jié)果 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 19.05 40.6 42.6 22.68 100 53.3 在砂中 作 業(yè) 鏟斗1 鏟斗2 5.9 6.3 163.5 152.7 100 93.3 3．為了使裝進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)。

52、 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。 4.3確定動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點布置 反鏟工作裝置實際上是多個連桿機構(gòu)的組合。在發(fā)動機功率、整機質(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

53、下，工作裝置各鉸點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的實際挖掘能力。 4.3.1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4－3所示，動臂油缸與動臂鉸接于E點。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4－4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。 圖4－3　動臂油缸后傾布置 圖4－4　動臂油缸前傾布置 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

54、方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即＜。此外，在后傾方案中，動臂EF部分往往比前傾方案的長，因此動臂所受彎矩也比較大。以上為動臂油缸后傾方案的缺點。然而，后傾方案動臂下鉸點C與動臂油缸下鉸點D的距離CD雙前傾方案的大，則動臂在上下兩極位置時，動臂油缸的作用力臂Cp也較大。因此，在動臂油缸作用國相同時，后傾方案得到較大的動臂作用力矩，這是其優(yōu)點。 為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘機將長動臂CE′F′改換成短動臂CE′F″（圖4－4），并配以長斗桿。在最大深度處挖掘時，采用鏟斗挖掘而還是斗桿挖掘，這樣得到的最大挖掘深度為′＞。 顯然，不論是動臂油缸前傾還是后傾方案，當(dāng)C、D兩鉸點位置和CE長

55、度均不變時，通過加大動臂油缸長度可以增大動臂仰角，從而增大最大挖掘高度，但會影響到最大挖掘測試。所以，在布置油缸時，應(yīng)綜合考慮動臂的結(jié)構(gòu)、工作裝置的作業(yè)尺寸及動臂舉升力的挖掘力等因素。 本設(shè)計選用動臂油缸前傾布置方案。 4.3.2斗桿油缸的布置 確定斗桿油缸鉸點、行程及斗桿力臂比時應(yīng)該考慮下列因素。 ①保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。即油缸從最短長度開始推伸時和油缸最大伸出時產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)該大于正常挖掘阻力。油缸全伸時的偷稅漏稅力矩應(yīng)該足以支承滿載鏟斗和斗桿靜止不動。油缸力臂最大時產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘范圍可以取得越小一些。 ②保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角

56、范圍一般取100°～130°。在斗桿油缸和轉(zhuǎn)斗油缸同時伸出最長時，鏟斗前壁和動臂之間的距離應(yīng)大于10cm。一般來說，斗桿越長，則其擺角范圍可以取得越小一些。 　鉸點位置的確定需要反復(fù)進行。在計算中初定鉸點位置，如不夠合理，應(yīng)進行適當(dāng)修改。 4.3.3鏟斗油缸的布置 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接有三種連接方式（圖4-5），其區(qū)別在于液壓缸活塞桿端部與鏟斗的鏈接方式不同。圖（4-5 a）為直接連接，鏟斗、斗桿與鏟斗液壓缸組成四連桿機構(gòu)。圖（4-5 b）中鏟斗液壓缸通過搖桿1和連桿2與鏟斗鏈接。它們與斗桿組成六連桿機構(gòu)。圖（4-5 d）與圖（4-5 b）類似，區(qū)別在于前者液壓缸活塞桿端鉸接于搖桿兩端

57、之間。圖（4-5 c）的機構(gòu)傳動比與b差不多，但鏟斗擺角位置向順時針方向轉(zhuǎn)到了一個角度。 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，改善了機構(gòu)的傳動特性，所以選用連接方式中的b。 圖4－5　鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式 確定鏟斗油缸鉸點應(yīng)考慮以下因素。 ①保證轉(zhuǎn)斗挖掘時產(chǎn)生足夠大的斗齒挖掘力，即在鏟斗油缸全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)大于正常工作情況下的挖掘阻力。當(dāng)鏟斗油缸作用力臂最大時，所產(chǎn)生的最大斗齒挖掘應(yīng)能使?jié)M載鏟斗靜止不動 ②保證鏟斗的擺角范圍。鏟斗的擺角范圍一般取140°～160°，在特殊作業(yè)時可以大于180°，擺角位置可以按圖4-6布置。當(dāng)鏟斗油缸

58、全縮時，鏟斗與斗桿軸線夾角（在軸線上方）應(yīng)大于10°,常取15°～25°，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回轉(zhuǎn)時，應(yīng)使土壤不從斗中撒落。 ③鏟斗從位置Ⅰ到位置Ⅱ時，鏟斗油缸作用力臂最大，這里能得到斗齒最大切切削 圖4－6　鏟斗擺角范圍 角度的1/2左右，即當(dāng)鏟斗挖掘深度最大時，正好斗齒挖掘力也最大。實際上鏟斗的切削轉(zhuǎn)角是可變的。在許多情況下，特別是進行復(fù)合動作挖掘時，鏟斗的切削轉(zhuǎn)角一般都小于100°，而且鏟斗也不一定都在初始位置Ⅰ開始挖掘。因此，目前一般取位置Ⅰ至位置Ⅱ的轉(zhuǎn)角為30°～50°，在這個角度范圍內(nèi)可以照顧到鏟斗在挖掘過程中能較好地適應(yīng)挖掘阻力的變化，又可以使鏟斗在開始挖掘時就有一定

59、的挖掘力。 4.4動臂、斗桿、鏟斗機構(gòu)參數(shù)的選擇 4.4.1反鏟裝置總體方案的選擇 反鏟方案選擇的主要依據(jù)是設(shè)計任務(wù)書規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作裝置是通用或是專用的。以反鏟為主的通用裝置應(yīng)保證反鏟使用要求，并照顧到其它裝置的性能。專用裝置應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿足主要作業(yè)條件要求的同時照顧其它條件下性能。 反鏟裝置總體方案的選擇包括以下方面： 1.動臂及動臂液壓缸的布置 確定用整體式動臂，以及整體式動臂的形狀。確定動臂液壓缸的布置為下置式。 2.斗桿及斗桿液壓缸的布置 確定用整體式斗桿。 3.確定動臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù)=。 對于一定的工作尺寸而言，動臂與斗

60、桿之間的長度比可在很大內(nèi)選擇。一般當(dāng)K1＞2時，（有反鏟取K1＞3）稱為長動臂短斗桿方案，當(dāng)K1＜1.5葉屬于短動臂長斗桿方案。K1在1.5～2之間稱為中間比例方案。 要求適用性較強而又無配套替換構(gòu)件或可調(diào)結(jié)構(gòu)的反鏟常取中間比例方案。相反，當(dāng)用配套替換構(gòu)件或可調(diào)連接適應(yīng)不同作業(yè)條件時，不同的配置或鉸點連接情況可組成各種比例方案。在使用條件單一，作業(yè)對象明確的條件下采用整體式動臂和斗桿固定鉸接，K1值由作業(yè)條件確定。從作業(yè)范圍看，在挖高、挖深與挖掘半徑均相同的條件下，K1愈大作業(yè)范圍愈窄，從挖掘方式看K1大宜用于斗桿挖掘為主，因其剛度較易保證。而K1值小宜用于以轉(zhuǎn)斗挖掘為主。 本設(shè)計采用中間

61、比例方案,取＝1.8。 4．確定配套鏟斗的種類、斗容量及其主參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機構(gòu)傳動比是否需要調(diào)節(jié)。 5．根據(jù)液壓缸系統(tǒng)壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式、工廠制造條件和三化要求等確定各液壓缸缸數(shù)、缸徑、全伸長度與全縮長度之比?？紤]到結(jié)構(gòu)尺寸、運動余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運動幅度等因素一般取＝1.6～1.7，個別情況下因動臂擺角和鉸點布置要求可以取≤1.75，而?。?.6～1.7，＝1.6～1.7。 4.4.2機構(gòu)自身幾何參數(shù)及工作液壓缸的理論挖掘力 機構(gòu)自身幾何參數(shù)有三類，第一類是決定機構(gòu)運動特性的必要參數(shù)，稱原始參數(shù)，本次設(shè)計主要選擇長度參數(shù)作為原始參數(shù)；第二類是由第一類參數(shù)推算出來的參數(shù)

62、，稱推導(dǎo)參數(shù)，多為運算中需要的角度參數(shù)；第三類是作方案分析比較所需要的其它特性參數(shù)。 反鏟機構(gòu)自身幾何參數(shù)的計算圖式及有關(guān)符號于圖4-7所示。 反鏟機構(gòu)各部分原始參數(shù)、推導(dǎo)參數(shù)和部分特性參數(shù)見表4-2所示 工作液壓缸外伸時由該液壓缸理論推力所能產(chǎn)生的斗齒切向挖掘力稱為理論挖掘力。 圖4-7　反鏟機構(gòu)自身幾何參數(shù)的計算簡圖 表4-2 反鏟機構(gòu)自身幾何參數(shù)表　　 參數(shù)分類 機　　　　構(gòu)　　　　組　　　　成 鏟斗 斗桿 動臂 機體 符　　　　號　　　　意　　　　義 原始參數(shù) L3=QV,L12=MH L13=MN,L14=HN L24

63、=QK,L25=KV L29=KH L2=FQ,L9=EF L10=FG,L11=EG L15=GN,L16=FN L21=NQ L1=CF,l6=CD L7=CB,l8=DF L22=BF L4=CP,l5=CA L17=CI,l19=CT L30=CS,l38=JT l39=JI 推導(dǎo)參數(shù) α9＝∠NMH α10＝∠KQV α4＝∠EFG α5＝∠GNF α6＝∠GFN α7＝∠NQF α8＝∠NFQ α2＝∠BCF α3＝∠DFC α11＝∠CAP α9＝∠TCP 特性參數(shù) K2==0.35 ,L3 K5== 0.35,

64、L2 K3==1.2,l3 α1＝∠CZF σ= α11 K1= 備注 l—斗桿長 l1—動臂長 α1—動臂彎角 懸掛式α11＝∠ACU 4.4.3工作裝置的自由度計算 　如圖4-8所示，液壓挖掘機反鏟裝置由動臂1、斗桿2、鏟斗3以及動臂油缸4、斗桿油缸5、鏟斗油缸6和連桿機構(gòu)7等組成。其構(gòu)造特點是各部件之間的聯(lián)系全部采用鉸接，通過油缸的伸縮來實現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。挖掘作業(yè)時，將反鏟裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點，操縱動臂油缸4，使動臂下降至鏟斗接觸挖掘面，然后操縱斗桿油缸5和鏟斗油缸6，使鏟斗進行挖掘工作。鏟斗裝滿后，將其轉(zhuǎn)到卸載地點卸載，然后進行第二次循環(huán)挖掘工作。由于油

65、缸可以簡化為兩個串聯(lián)在一起的二副桿，這兩個二副桿的中間鉸為驅(qū)動副(驅(qū)動副用兩個同心圓表示)，液壓挖掘機的反鏟裝置可以轉(zhuǎn)化為下圖所示的平面運動鏈型式。 圖4-8 挖掘機的平面運動鏈型式 連桿機構(gòu)的自由度為： （4-1） 計算所得挖掘機工作裝置的自由度為3，而其結(jié)構(gòu)有三個液壓缸，可以知道此結(jié)構(gòu)是正確的，可以準(zhǔn)確動作的。 4.4.4動臂機構(gòu)參數(shù)的選擇 初定動臂長5700mm，動臂彎角取130°，動臂油缸=1780~3050mm。=2450mm，=807mm。 4.4.3.1動臂的擺角范圍 是的函數(shù)。都

66、能夠比上的任意一點在任意時刻的坐標(biāo)值也都是的函數(shù)。根據(jù)余弦定理： 當(dāng) =時 =132.05° （4-2） 當(dāng) =時 =28.19° （4-3） =-=103.86° （4-4） 4.4.4斗桿機構(gòu)參數(shù)的選擇 動臂與斗桿的長度比＝1.8，得斗桿長3167mm，斗桿上∠EFQ取135°，斗桿油缸 =2000~3450mm，=2730mm，=820mm。 4.4.4.1斗桿的擺角范圍 斗桿的位置參數(shù)是和的函數(shù)。這里暫時先討論斗桿相對于動臂的運動，也即只是考慮的影響。斗桿機構(gòu)與動臂機構(gòu)性質(zhì)相似，都是四連桿機構(gòu)，但連桿比不同。 =- （4-5） = = 131.88°-22.87° = 109.01° 4.4.5鏟斗機構(gòu)參數(shù)的選擇 初選鏟斗液壓缸=1700~2800mm，鏟斗在挖掘過程中得轉(zhuǎn)角為100°，為滿足開挖和最后卸載及運輸狀態(tài)得要求，