毕业设计（论文）-20吨液压挖掘机工作装置设计

第1章绪论绪论全套图纸加V信153893706或扣33463894111.1选题意义及国内外液压挖掘机的发展概况挖掘机，又称挖掘机械（excavatingmachinery），是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，而挖掘机作为工程建设中最主要的工程机械机型之一，其正确的选型也就显得更为重要。与工业发达国家相比，我国重矿机械行业还存在不小的差距，主要表现为：产品总量供大于求，生产能力过剩；供需关系失衡，低档产品积压，现代重要技术装备仍依靠进口；科技和新产品开发能力薄弱，缺乏市场竞争力；企业多而散，经济效益低；经营机制不适应国际市场要求等。为此，提高产品技术水平和成套能力，提高生产技术水平和装备现代化，提高集约化生产程度和管理水平，提高经济运行质量和经济效益，使之尽快成为能满足国民经济发展要求，并具有参与国际竞争能力的行业。在这种国内外挖掘机发展的大情形下，我们进行挖掘机工作装置的合理性分析是有必要的，这有利于国内挖掘机行业的发展，为我国发挖掘机行业在国际竞争中立于不败之地打好基础。第一台手动挖掘机问世至今已有一百多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。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。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。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。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。5）加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。液压挖掘机采用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔音措施降低噪声干扰。6）进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系统转变的明显趋势。因为变量系统在油泵工作过程中，压力减小时和增大流量，使液压泵功率保持恒定，亦即装有变量泵的液压挖掘机可经常性地充分利用油泵的最大功率。当外阻力增大时则减少流量（降低速度），使挖掘力成倍增长率加；采用三回路液压系统。产生三个互不成影响的独立工作运动。实现与回转达机械的功率匹配。将第三泵在其他工作运动上接通，成为开式回路第二个独立的快速成运动。此外，液压技术在挖掘机上普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机的应用与推广创造了条件。7）迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。20世纪70年代，为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机的操作轻便和安全作业，降低挖掘机口音，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘上应用电子和自动控制技术。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了机电一体化在挖掘机上的应用，并使其各种性能有了质的飞跃。我国的重工业起步比较晚，从1954年抚顺挖掘机厂生产第一台的机械式单斗挖掘机至今，大体上经历了测绘仿制、自主研制开发和发展提高等三个阶段。20世纪70年代，为了节省能源消耗和减少对环境污染，使挖掘机（四川挖掘机维修）的操作轻便和安全作业，降低挖掘机噪音，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘上应用电子和自动控制技术。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了机电液一体化在挖掘机上的应用，并使其各种性能有了质的飞跃。20世纪80年代，以微电子技术为核心的高新技术，特别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子控制技术在挖掘机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重要标志，亦即目前先进的挖掘上设有发动机自动怠速及油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统、监控系统等电控系统。1.2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，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。1-斗杆油缸2-动臂3-油管4-动臂油缸5-铲斗6-斗齿7-侧板8-两岸9-曲柄10-铲斗油缸11-斗杆图1-1挖掘机工作装置如图1-1所示反铲工作装置由铲斗5、连杆9、斗杆11、动臂、相应的三组液压缸1，4，10组成。动臂下铰点接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂上的铰点转动，而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗杆前铰点转动。1.3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、编写设计说明书第2章工作装置的设计第2章工作装置的设计工作装置的设计需根据要求确定其结构方案，进而确定其各部件的尺寸以及铰点位置，最后还应对其作业尺寸和工作臂的强度以及挖掘力的大小进行校核，确保其满足要求。2.1工作装置总体方案的选择总体方案的选择主要包括工作装置总体结构的选择、动臂和斗杆结构形式的选择以及各个铰点的布置形式的选择。2.1.1工作装置的总体结构液压反铲工作装置一般由动臂、斗杆、铲斗以及动臂油缸、斗杆油缸等组成。其结构特点是各构件之间均采用铰接连接，并通过改变各液压缸的行程来实现挖掘过程的各种动作。动臂、斗杆和铲斗均是采用高轻度钢板焊接而成的箱形结构，重量轻、强度高。动臂2根部用用一根销轴交接在平台前端中部，由一只铰接再转台前部的动臂液压缸3来支撑有刚做伸缩运动，动臂则作升降运动。斗杆5铰接于动臂的上端，另一端铰接着铲斗和摇杆。斗杆的回收和伸出靠铰接在动臂上的斗杆液压缸4来实现。铲斗9则铰接于斗杆末端，通过铲斗液压缸的伸缩来使铲斗绕铰点转动。为了增大铲斗的转角，铲斗液压缸通过连杆机构（如连杆7和摇杆8等）与铲斗连接。工作装置的升降可以单独进行，亦可以和转台回转同时进行，以缩短挖掘周期，加快工作速度。通常从挖掘位置到卸载位置，或从卸载位置返回挖掘位置均采用回转和动臂升降同时进行。在反铲作业时，可根据需要在放下动臂的同时转动斗杆或铲斗，卸料时，也可同时转动铲斗和斗杆。工作装置的各个销轴采用合金钢制造，经渗碳淬火处理，强度较高。且各个铰点都设有油杯，用油抢注入润滑脂润滑。工作装置各铰点处均设有限位块，以减少对油缸的冲击。斗齿部分由赤座和斗齿组成。斗齿套在赤座上用弹性销固定，斗齿磨损后可以更换。2.1.2动臂和斗杆结构形式的选取动臂结构的选择动臂是工作装置的主要构件，斗杆的结构一般取决于动臂的结构。反铲装置有直动臂和弯动臂两种方案。直动臂构造简单、轻巧、布置紧凑，适用于专用正铲和悬挂式挖掘机，且反铲工作装置使用直动臂只能得到较小的挖掘深度。整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专用反铲装置的常见形式，在现在常用的中小型反铲液压挖掘机中主要采用这种结构形式。这种整体式动臂结构简单、价廉、视觉美观，在刚度相同时重量较轻。其结构坚固耐用，工作范围较大，与同长度的直动式动臂相比，可以使挖掘机有较大的挖掘深度，但降低了卸料高度，这正符合挖掘机反铲作业的要求。其缺点为替换工作装置少，通用性较差，在增加挖掘深度的同时降低了卸料高度，且在弯曲处的结构形状和强度值得注意。通过对两种方案的比较，结合任务书对挖掘深度和卸料高度的要求，可以看出，直动臂明显不适用，所以采用整体式弯动臂结构。斗杆结构形式的选择斗杆有整体式和组合式两种方案。大多数挖掘机都采用整体式斗杆。整体式斗杆在运动中又很多优点：油缸布置简单；挖掘效率高，原因是挖掘时受力好；现对来说耐用性好。并且可根据工作状况来调节斗杆长度以实现优化作业。且现在市场上的挖掘机主要采用整体式斗杆。通过以上分析可知，这里采用整体式斗杆较为适宜，其结构采用有钢板焊接而成的变截面箱形结构。动臂油缸和斗杆油缸布置形式的选取动臂油缸一般不知在动臂前下方，下端与回转平台铰接，常见的又两种具体布置形式，动臂前倾和动臂后倾两种。当两种方案的油缸安装尺寸、最大挖掘高度和最大挖掘半径相同时，后倾方案的最大挖掘深度比前倾方案小，即h1＜h2。此外后倾方案动臂所受的弯矩一般比前倾方案要大。但是当动臂油缸作用力相同时，后倾方案能得到较大的动臂作用力矩。通过以上对两种方案的对比分析，结合任务书作业尺寸中要求的最大挖掘深度较大，可选取前倾布置方案。2.2工作装置结构尺寸的确定工作装置的结构尺寸主要包括铲斗、斗杆和动臂的尺寸以及各铰点的位置。2.2.1铲斗参数的选择［4］当铲斗容量一定时，切削转角、切削半径和切削宽度之间存在着一定的关系，即具有尺寸和的铲斗转过角度所切下的土壤刚好装满铲斗。于是斗容量按下式计算：（2-1）式中:——铲斗充满系数；——土壤输送系数。根据经验，一般取（2-2）式中:——铲斗容量，；——铲斗平均宽度，。由任务书要求可知，可得，这里取。考虑到铲斗切削入土和出土的余量，一般取，同时考虑到再转都速度一定时转都角度太大会增大挖掘力，降低生产率，一般取，这里取。在确定铲斗宽度和转斗角度以后，根据式（2-1）即可得到铲斗转斗切削半径（m）（2-3）式中：——铲斗宽度，m；——铲斗转斗角度的一半，（°）；——土壤疏松系数；——铲斗充满系数，这里取。将数据代入得到铲斗上两个铰点之间的距离，一般取特性参数，所以，这里取，一般取，这里取。（如图2-1）图2-1铲斗2.2.2动臂和斗杆尺寸的确定［3］动臂与斗杆的长度比为，当时称为长动臂短斗杆方案，当时属于短动臂长斗杆布置方案，对于没有特殊要求的挖掘机，一般取中间比例方案，即取特性参数。，这里取。初步选取最大挖掘半径，据统计，最大挖掘半径值一般于的和值很接近，因此在和值已定时可按下列经验公式计算：（2-4）（2-5）式中：——动臂长，即尺寸CF长，mm；——斗杆长，即尺寸FQ长，mm；——铲斗尺寸QV，即，mm；——最大挖掘半径，mm。由此可初步计算得:，初步选定。，初步选定。动臂的弯角一般可取，弯角大可增加挖掘深度，但降低了卸载高度，太小则对强度不利，针对任务书要求的最大挖掘深度较大，可初步确定。（如图2-2，2-3）图2-2动臂图2-3斗杆图2-1工作装置的尺寸图到此，动臂和斗杆的基本长度和弯角已经确定。对本次设计的挖掘机进行类比做仿形设计，并结合任务书对作业参数（挖掘深度、卸料高度和挖掘高度）和挖掘力的要求，用Solidworks进行建模，对起铰点位置进行优化，从而确定各部分的结构尺寸如下：表2-1挖掘机反铲机构的尺寸参数表机构组成铲斗斗杆动臂机体QV=1024mmQK=300mmKH=251mmHN=279mmFQ=1700mmEF=480mmFG=680mmGN=1080mmQN=240mmEG=720mmCF=3000mmCD=2017mmCB=1448mmDF=1549mmBF=1686mmCZ=1800mmZF=1500mm∠Z=120ºCA=450mm此时，工作装置的基本尺寸和铰点位置已基本确定。本章小结本章主要对挖掘机总体方案进行选择及设计，工作臂及铲斗的结构、形式、尺寸等方面进行设计，对动臂油缸和斗杆油缸的布置形式进行选取。第3章液压系统的设计第3章液压系统的设计3.1确定油缸所受的作用力3.1.1铲斗油缸作用力的确定反铲装置在作业过程中，当以转斗挖掘为主时，其最大挖掘力为铲斗缸设计的依据。初步设计时按额定斗容及工作条件（土壤级别），参考有关资料可初选斗齿最大挖掘力（最大挖掘力有任务书要求为），并按反铲最重要的工作位置——最大挖掘深度时能保证具有最大挖掘力来分析确定铲斗油缸的工作力，如图所示。为简单起见，可以忽略斗和土的质量，并且忽略了各构件质量及连杆机构效率影响因素，此时铲斗油缸作用力为（3-1）式中—铲斗油缸作用力对摇臂与斗杆铰点的力臂（此位置为摇臂长度），m；—对铲斗与斗杆铰点C的力臂，m。已知，而这时斗杆及动臂油缸均处于闭锁状态，斗杆油缸闭锁力应满足（3-2）式中—斗杆闭锁力对斗杆与动臂铰点的力臂，m；—对斗杆与动臂铰点B的力臂，m；—对斗杆与动臂铰点B的力臂，m；图3-1铲斗缸受力分析图——挖掘阻力的法向分力，取已知动臂油缸闭锁力应满足（3-3）式中——动臂油缸闭锁力对铰点A的力臂，m；——对动臂下铰点A的力臂，m；——对铰点A的力臂，m。已知，，3.1.2斗杆油缸作用力的确定当挖掘机以斗杆挖掘时，其最大挖掘力则有斗杆油缸来保证。斗杆油缸最大作用力位置为动臂下放到最低位置，斗杆缸作用力对斗杆与动臂铰点有最大力臂，即对斗杆产生最大作用力矩，并使斗齿尖和铰点B、C在一条直线上，如图所示。与前面推导铲斗油缸作用力一样，忽略各构件及斗中土壤质量和连杆机构效率影响因素，此时斗杆油缸作用力为而铲斗油缸及动臂油缸处于闭锁状态，所以铲斗油缸闭锁力应满足动臂缸闭锁力应满足图3-2斗杆缸受力分析图3.1.3动臂油缸作用力的确定动臂油缸的作用力，即最大提升力，以能提升铲斗内装满土壤的工作装置至最大卸载距离位置进行卸载来确定，其计算简图如图所示，此时动臂油缸作用力为（3-4）式中：图3-3动臂油缸受力分析图——铲斗及其装载土壤的的重力，N；——斗杆所受重力，N；——动臂所受重力，N；——铲斗质心到动臂下铰点A的水平距离，m；——斗杆质心到动臂下铰点A的水平距离，m；——动臂质心到动臂下铰点A的水平距离，m。，=428kN油缸的闭锁力3.2各油缸尺寸的确定铲斗油缸尺寸的计算3.2.1.1铲斗缸工作压力的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。设计时可用类比法来确定。设备类型精加工机床组合机床拉床农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构液压机、重型机械、大中型挖掘机、起重运输机械工作压力P/Mpa0.8-23-55-101-1616-32表3-1各类机械常用的系统工作压力初选系统工作压力为25MPa3.2.1.2缸径D和油塞杆直径d的确定挖掘机液压缸均为单活塞杆液压缸，其原理图如下所示图3-4液压缸原理图工作压力d/D表3-2按工作压力选取d/D由缸受力平衡知式中——液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力；——液压缸回油腔背压，取；——活塞杆直径与液压缸内径之比，按表2取d/D=0.7；——工作循环中最大的外负载，此处；——液压缸机械效率，一般取将上式代入缸受力平衡方程式得（3-5）圆整取D=105mm。则d=0.7D=0.7×105=73.5mm。圆整取d=74mm。3.2.1.3缸壁厚和外径的计算如按薄壁缸进行计算则（3-6）式中——试验压力，一般取最大工作压力的倍；——缸筒材料许用应力，无缝钢管；式中取此时不满足薄壁缸条件故应按中等壁厚计算公式计算此时（3-7）——强度系数，对无缝钢管；——用来圆整壁厚。则取则缸外径，圆整取D1=150。由挖掘机实际运动轨迹和外型尺寸知铲斗缸工作行程为。（如图3-5）图3-5油缸3.2.2斗杆油缸尺寸的计算由铲斗缸计算步骤知斗杆缸受力平衡圆整取D=140mm。则缸油塞杆直径d=0.7D=0.7×140=98mm，圆整取d=100mm。=2\*GB2⑵缸壁厚和外径的计算由上面计算知按中等壁厚计算圆整取。则外径=3\*GB2⑶由挖掘机实际运动轨迹和外型尺寸可得出斗杆缸工作行程L=1600mm。3.2.3动臂缸的尺寸计算3.2.3.1由上面计算知动臂缸受力平衡公式圆整取D=160mm则缸油塞杆直径d=0.7D=0.7×160=112mm，圆整取d=110mm。3.2.2.2缸壁厚和外径的计算由上面计算知按中等壁厚计算圆整取则外径，圆整取D1=200。3.2.2.3根据挖掘机实际运动轨迹和外型尺寸可得出动臂缸工作行程。3.3液压系统图的拟定本次设计的挖掘机液压系统原理图如图3-6所示，该系统为高压定量双泵开式系统，液压泵1、2输出的压力油分别进入两组由三个手动换向阀组成的多路换向阀A、B。进入多路换向阀A的压力油，驱动回转马达、铲斗缸，同时经中央回转接头驱动左行走马达；进入多路阀B的压力油，驱动动臂缸和斗杆缸，并经中央回转接头驱动右行走马达。从多路阀A、B流出的压力油都要经过限速阀进入总回油管，再经背压阀、冷却器、滤油器流回油箱。当单个换向阀处于中间位置时，构成卸载回路。图3-6挖掘机液压系统原理图3.4液压元件的选择表3-3系统元部件一览表序号元件名称规格型号数量1滤油器ABZR-S0140-10-1X/M-A22冷却器2LQFW13背压阀S30A1.014节流阀MG20G1X/V15缓冲补油阀组16双速阀24E-H10B-T27补油单向阀S20A1.018中心回转接头19限速阀DHG-04-3C110多路阀WDF22.4.A111溢流阀DADH10P1X/400212梭阀KS-F32113合流阀4HMM10-15114多路阀DL1-25115截止阀QJN-10WL216单向节流阀MK6G1X/V317缓冲阀DBD-10123.5各液压缸和马达流量的确定取每个液压缸的伸缩速度根据前面计算出的各缸参数如下：缸内径D=105mm活塞杆径d=74mm缸内径D=140mm活塞杆径d=100mm行程1600mm缸内径D=160mm活塞杆径d=120mm3.5.1每个缸的流量计算（3-8）铲斗缸斗杆缸动臂缸3.5.2回转马达的流量计算及选型平台回转启动力矩一般应小于制动力矩。当回转机构仅靠液压制动时，启动力矩小于或等于制动力矩，可以取当回转机构带附加机械制动时，最高可达，一般取。对于一定的回转机构来说，启动力矩和制动力矩越大，则平台回转加速度和减速度也越大，从而可提高回转速度，缩短回转时间。但回转加速度过大会增加动载荷和冲击，同时启动力矩和制动力矩的增大也受地面附着条件的限制。地面附着条件可用地面附着力矩表示。机械制动一般取，液压制动可取。履带式液压挖掘机地面附着力矩的计算可以采用下面的简化公式式中——地面附着力矩，；——整机质量，；——地面附着系数，平板履带板取，带筋履带板取。则又设经过四级减速，传动比则马达所受最大力矩理论排量据此可查手册选出液压马达型号轴向柱塞马达排量额定转速。3.5.3行走马达的选用液压挖掘机行走速度有、两种可调高低速，故由上面选出的液压马达。主回路液压泵的选择泵所需总流量式中——系统渗漏系数，一般取，此处取；——各动作元件同时动作的最大流量之和。由上面计算得知本设计采用双联斜轴式定量柱塞泵，则每个泵所需流量液压泵工作压力的确定液压泵工作压力式中——液压泵最大工作压力；——执行元件最大工作压力；——进油路压力损失，较复杂系统取，此处取。则参照产品样本选取额定压力比系统最高压力高10%~30%、额定流量不低于上述计算结果的液压泵，可据此选择泵型号双联定量轴向柱塞泵，额定压力为；最大排量。最高转速。3.6管路油管的选择管路是液压系统中液压元件之间传递工作介质的各种油管的总称。管接头用于油管与油管和油管与液压元件之间的连接，为了保证液压元件之间工作的可靠性，管路及管接头应具有足够的强度，良好的密封性，其压力损失也要小，拆卸方便。3.6.1油管内径的确定油管的内径取决于管路的种类及管内的流速。油管的内径由下面的公式确定：（3-9）式中：Q—流经管路的流量；v—油管内的允许流速。对吸油管可取v=（1～1.5）m/s一般取1m/s，回油管可取v＜（1.5～2.5）m/s，压力油管：当P＜2.5MPa时，取v=(3～4)m/s，当P=（2.5～16）MPa时，取v=（3～4）m/s，当P＞16MPa时，取v＞5m/s。对吸油管有：圆整取d=65mm。对回油管有：圆整取。3.6.2管接头的选择管接头采用焊接式管接头，焊接式管接头主要由接头体、螺母和接管组成，在接头体和接管之间用O型密封圈密封。当接头体拧入机体时，采用金属垫圈或组合实现端面密封。接管和管路系统中的缸管接头用焊接连接，管接头和机体的连接主要采用普通细牙螺纹，根据《机械设计手册》第四版第四卷表17-8-6选用焊接式管接头。3.6.3螺塞的选取螺塞主要用于堵塞工艺孔和油箱放油孔，以及缸筒需要堵死的地方。选用六角螺塞（JB/ZQ4450-1997）其主要参数见《机械设计手册》第四版第四卷P17-674表17-8-78。3.7液压油箱的确定油箱的容积一般区泵每分钟流量的3-5倍，当系统采用定量泵时油箱的容量不能小于泵每分钟流量的3倍。此系统中泵流量为，则油箱容积。外型尺寸按设计，可得出油箱长宽高。3.8液压系统的发热和温升的验算系统工作时液压泵的输入功率由前面的计算可知挖掘机工作时，液压缸的最大输出功率（3-10）式中：——液压马达的外工作负载力矩，——液压马达旋转角速度，rad/s。则系统的总发热功率为：已知油箱容积则油箱近似散热面积为：油箱通风良好，取油箱散热系数则油液温升（3-11）设环境温度则热平衡温度为：在工程机械中，系统油温的正常值为50-80，所以油箱的散热平衡。3.9液压装置的结构设计3.9.1液压装置的结构形式液压装置按配置形式可以分为集中配置和分散配置两种形式。集中式配置主要用于固定的液压设备中，如机床及其自动线液压系统。分散式配置主要用于移动式液压设备，如工程机械液压系统等。本次设计的是挖掘机液压系统，所以采用分散式配置，不需要进行液压站的设计。采用分散式配置的优点是结构紧凑，节省占地面积。缺点是安装维修较复杂，动力源的震动和油温影响主机的精度。3.9.2阀集成块液压阀集成块在液压系统的设计中占有很重要的地位，它不仅便于集中管理，而且可以减少管路，提高液压系统的工作可靠性。阀集成块的设计原则为：（1）合理选择集成阀的个数，若集成的阀太多，会使阀块的体积过大，设计、加工困哪；集成的太少，集成的意义又不大。在本次设计中，每个块上集成3个阀。（2）在阀块设计时，块内的油路应尽量简捷，尽量减少深孔、斜孔，阀块中的孔径应与通过的流量相匹配。（3）阀块设计时应注意进出油口的方向和位置，应与系统的总体布置及管道连接形式匹配，并考虑安装操作方便。（4）阀块设计时还要考虑有水平或垂直安装要求的阀，必须符合要求。需要调节的阀应放在便于操作的位置，需要经常检修的阀应安装在阀块的上方或外侧。（5）阀块设计时要设置足够数量的测压点，以供阀块试用。本章小结本章主要对液压系统进行设计，包括对油缸受力分析，各油缸尺寸计算及优化，液压系统图的拟定，液压元件的选择，各液压缸和马达流量的确定，管路油管的选择，包括油管内径的确定、管接头的选择、螺塞的选取，液压油箱的确定，液压系统的发热和温升的验算，液压装置的结构设计等。第4章主工作装置的强度校核第4章主工作装置的强度校核对主工作装置进行校核需先选择最不利工况来计算工作装置的受力，进而对工作装置进行强度校核。4.1工况的选择对工作装置进行校核，首先应确定各结构件的最不利工况，即在这一工况下对某结构件可能出现最大的应力，以这一工况作为校核该结构件的依据，也就是强度设计中计算为止的选择和载荷的确定。反铲装置的斗杆和动臂强度主要为弯矩所控制，故其计算位置可根据反铲工作中挖掘阻力对斗杆或动臂产生最大弯矩来确定。根据《单斗液压挖掘机》第七章，本设计采用一下计算位置：（1）动臂位于动臂液压缸对铰点A有最大力臂处；（2）斗杆位于斗杆液压缸作用力臂最大处（斗杆液压缸与斗杆尾部轴线夹角90º时）；（3）铲斗位于发挥最大挖掘力的位置；该工况下工作装置位置如图4.1所示。图中各参数如下（未注单位为mm）：，，，，，，，，，，，，，，，，，，。图4.1最不利工况尺寸图4.2主工作装置的强度校核4.2.1斗杆的强度校核斗杆为变截面箱形结构，用钢板焊接而成，有时为了增强刚度还在内部加隔板。根据《机械设计手册》第一卷第三章，斗杆的材料选用16Mn，综合机械性能、焊接性及低温韧性、冷冲压及切削性均好，与Q235-A钢相比，强度提高50%，耐大气腐蚀提高20～38%，低温冲击韧性也优越，价廉，应用广泛。用于大型船舶、车辆、桥梁、等承受动、负荷的焊接结构。将斗杆在各点的受力分解到沿斗杆轴线方向和垂直斗杆轴线方向后，各点受力大小如表4.1所示，受力方向和内应力如图4.2所示。表4.1斗杆在各铰点的受力大小Q点N点E点F点沿斗杆F1133.4411.9991.42112.09垂直斗杆F234.7832.2521.1169.13FQ1FQ1=133.44KNFN2=32.25KNFF2=69.131KNFQ2=34.78KNFF1=112.09KNM=82.06KNFD1=82.06KNFD2=45.49KN.4KNFE1=91.42KNFE2=21.11KNFN1=11.99KN133.44KN133.44KN121.45KN30.03KN34.78KN2.53KN23.64KN7.83KN.M10.14KN.M50.91KN.M61.83KN.M图4.2斗杆的受力和内应力图通过对其受载图分析可知，斗杆在铰点F处的所受的弯矩最大，此界面为危险截面。在该截面处的受力：N=30.03KNQ=23.64KNMMAX=61.83KN斗杆的材料选用16Mn，由钢板焊接成的矩形箱结构，钢板的厚度为15mm，16Mn的许用应力，对其进行内应力校核如下：其截面面积为：抗弯截面系数为：16Mn的许用应力图4.3斗杆的截面图截面所受的正应力为：所以，斗杆的强度满足要求4.2.2动臂的强度校核将动臂各铰点的受力分解为沿动臂轴线方向和垂直动臂轴线方向，各力大小如表4.2所示。表4.2动臂各铰点的受力C点B点M点F点沿动臂F128.1669.1495.15127.88垂直动臂F234.7315.964.9917.64通过分析可知，在铰点B处动臂受的弯矩最大，且此处有弯角，容易产生应力集中，因此该截面为危险截面，动臂材料仍采用16Mn钢板，厚度为15mm，截面具体参数如图4.4所示：图4.4动臂的截面尺寸图在该截面上的力N=34.59KNQ=15.84KNMMAX=52.83KN其截面面积为：抗弯截面系数为：截面所受的正应力为：所以，动臂的强度也满足相应要求。本章小结本章主要对液压挖掘机的设计进行校核检验，已达到使用安全可靠的目的。包括挖掘机工况的选择，主工作装置（斗杆和动臂）的强度校核。均达到合格标准。结论本课题主要进行了液压挖掘机的动力、挖掘机构和液压系统进行了设计。在设计过程中，通过查找相关的设计资料和详细的计算过程，选择了液压缸的型号，确定了主工作装置的结构尺寸以及主工作臂的强度校核，进行了附属推土铲的设计以及整机稳定性的校核。设计结果能满足作业尺寸以及挖掘力的要求。通过本次设计，巩固了大学所学的课程，掌握了一些基本的设计思路，为今后从事设计工作打下了良好的基础。附录一附录一开题报告课题名称：20吨挖掘机工作装置设计年级专业：学生姓名：指导教师：完成日期：

一、选题意义及国内外液压挖掘机的发展概况挖掘机（图1），又称挖掘机械（excavatingmachinery），是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，而挖掘机作为工程建设中最主要的工程机械机型之一，其正确的选型也就显得更为重要。与工业发达国家相比，我国重矿机械行业还存在不小的差距，主要表现为：产品总量供大于求，生产能力过剩；供需关系失衡，低档产品积压，现代重要技术装备仍依靠进口；科技和新产品开发能力薄弱，缺乏市场竞争力；企业多而散，经济效益低；经营机制不适应国际市场要求等。为此，提高产品技术水平和成套能力，提高生产技术水平和装备现代化，提高集约化生产程度和管理水平，提高经济运行质量和经济效益，使之尽快成为能满足国民经济发展要求，并具有参与国际竞争能力的行业。在这种国内外挖掘机发展的大情形下，我们进行挖掘机工作装置的合理性分析是有必要的，这有利于国内挖掘机行业的发展，为我国发挖掘机行业在国际竞争中立于不败之地打好基础。第一台手动挖掘机问世至今已有一百多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。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（图2），最小的斗容量仅在0.01m3。图3图3全液压挖掘机图2微型挖掘机图4新图4新C系列LS-5800型液压挖掘机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。5）加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。液压挖掘机采用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔音措施降低噪声干扰。6）进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系统转变的明显趋势。因为变量系统在油泵工作过程中，压力减小时和增大流量来裣，使液压泵功率保持恒定，亦即装有变量泵的液压挖掘机可经常性地充分利用油泵的最大功率。当外阻力增大时则减少流量（降低速度），使挖掘力成倍增长率加；采用三回路液压系统。产生三个互不成影响的独立工作运动。实现与回转达机械的功率匹配。将第三泵在其他工作运动上接通，成为开式回路第二个独立的快速成运动。此外，液压技术在挖掘机上普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机的应用与推广创造了条件。7）迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。20世纪70年代，为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机的操作轻便和安全作业，降低挖掘机口音，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘上应用电子和自动控制技术。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了机电一体化在挖掘机上的应用，并使其各种性能有了质的飞跃。我国的重工业起步比较晚，从1954年抚顺挖掘机厂生产第一台的机械式单斗挖掘机至今，大体上经历了测绘仿制、自主研制开发和发展提高等三个阶段。20世纪70年代，为了节省能源消耗和减少对环境污染，使挖掘机（四川挖掘机维修）的操作轻便和安全作业，降低挖掘机噪音，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘上应用电子和自动控制技术。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了机电液一体化在挖掘机上的应用，并使其各种性能有了质的飞跃。20世纪80年代，以微电子技术为核心的高新技术，特别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子控制技术在挖掘机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重要标志，亦即目前先进的挖掘上设有发动机自动怠速及油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统、监控系统等电控系统。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，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。1-斗杆油缸2-动臂3-油管4-动臂油缸5-铲斗6-斗齿7-侧板8-两岸9-曲柄10-铲斗油缸11-斗杆图附1挖掘机工作装置如图附1所示反铲工作装置由铲斗5、连杆9、斗杆11、动臂、相应的三组液压缸1，4，10组成。动臂下铰点接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂上的铰点转动，而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗杆前铰点转动。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。四、初步设计方案此次设计为20吨液压挖掘机，主要由底座、平台、驾驶室、工作装置和液压系统等部分组成。其中，工作装置主要由动臂、斗杆和铲斗组成。动臂是动臂油缸驱动，采用油缸前倾方案，与油缸后倾方案相比，在动臂油缸安装尺寸、铲斗最大挖掘高度和地面最大挖掘半径相等时，油缸前倾最大挖掘深度比较大，且动臂受到的弯矩也比较小。这是其优点。斗杆油缸布置要保证其产生足够的斗齿挖掘力，另外，斗杆摆角范围一般取100°～130°。铲斗油缸要保证转斗挖掘时产生足够大的斗齿挖掘力，即在铲斗油缸全行程中产生的斗齿挖掘力应大于正常工作情况下的挖掘阻力，同时，保证铲斗的摆角范围在140°～160°，当油缸全缩时，铲斗与斗杆轴线夹角（在轴线上方）应大于10°。五、研究进度计划1、调研1周2、收集资料1周3、翻译外文资料0.5周4、整理所得信息0.5周5、文献综述及开题报告1周6、工作装置的整体方案拟定、对比、确定1周7、工况分析、各主要零件的主要结构参数计算1周8、各主要零件的结构分析、结构设计1周9、绘制液压挖掘机底盘零件图1周10、绘制动臂零件图0.5周11、绘制斗杆零件图0.5周12、绘制铲斗零件图0.5周13、绘制连杆、摇杆零件图1周14、绘制装配图2周15、调试并实现运动仿真2周16、编写设计说明书1.5周17、准备毕业答辩1周附录二附录二文献综述课题名称：20吨挖掘机工作装置设计年级专业：学生姓名：指导教师：完成日期：1.液压挖掘机的工作特点和基本类型1.1液压挖掘机的主要优点液压挖掘机在动力装置和工作装置之间采用容积式液压静压传动，即靠液体的压力能进行工作。液压传动与机械传动相比有许多优点。①能无极调速且调速范围大，例如液压马达的最高转速与最低转速之比可达1000:1。②能得到较低的稳定转速，例如柱塞式液压马达的稳定转速可达1r/min。③快速作用时，液压元件产生的运动惯性小，加速性能好，并可作高速翻转。④传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动，操纵省力，易实现自动化控制。⑤易于实现标准化、系列化、通用化。［18］基于液压传动的上述优点，液压挖掘机与机械传动挖掘机相比，具有下列主要特点。①大大改善了挖掘机的技术性能，挖掘力大、牵引力大，机器重量轻，传动平稳，作业效率高，结构紧凑。液压挖掘机与同级机械传动挖掘机相比，挖掘力约高30%，例如1.0m3液压挖掘机铲斗挖掘力为120～150kN，而同级机械传动挖掘机只有100kN左右。②液压挖掘机的液压系统有防止过载的能力，所以使用安全可靠，操纵简便。由于可采用液压先导控制，不论驱动功率多大，操纵均很灵活、省力，司机的工作条件得到改善。更换工作装置时，由于不牵连转台上部的其他机构，因此更换工作装置容易，而机械式挖掘机则受到提升机构和推压机构的牵连和限制。③由于液压传动易于实现自动控制，因此现代液压挖掘机普遍采用了以微处理器为核心的电子控制单元（ECU），使发动机、液压泵、控制阀和执行元件在最佳匹配状态工作，以实现节能和提高作业效率，同时还可实现整机状态参数的电子监控和故障诊断。④液压元件易于实现标准化、系列化和通用化，便于组织大规模专业化生产，进一步提高质量和降低成本。1.2液压挖掘机的基本类型及主要特点挖掘机的种类繁多，可以从不同角度对其类型进行划分。（1）根据液压挖掘机主要机构传动类型划分根据液压挖掘机主要机构是否全部采用液压传动，分为全液压传动和非全液压（或称半液压）传动两种。若挖掘、回转、行走等几个主要机构的动作均为液压传动，则称为全液压传动挖掘机。若液压挖掘机中的某个机构采用机械传动，责称其为非全液压（或半液压）挖掘机。一般说来，这种区别主要表现在行走机构上。对液压挖掘机来说，工作装置及回转机构必须是液压传动，只有行走机构有的为液压传动，有的为机械传动。全液压挖掘机（2）根据行走机构的类型划分根据行走机构的不同，液压挖掘机可分为履带式、轮胎式、汽车式、悬挂式及拖式。履带式液压挖掘机应用最广，在任何路面行走均有良好的通过性，对土壤有足够的附着力，接地比压小，作业时不需设支腿，适用范围较大。在土质松软或沼泽地带作业的液压挖掘机，还可通过加宽和加长履带来降低接地比压。为防止对路面的碾压破坏，有些液压挖掘机还采用了橡胶履带。通常，履带行走的液压挖掘机多为全液压传动。轮胎式液压挖掘机具有行走速度快，机动性好，可在多种路面通行的特点。几年来，轮胎式挖掘机的生产量日渐增长。这种挖掘机一般都是四支点的，但也有三支点的，它将前轮距缩小为一个支点，与后轮形成三点支承。这种形式不需要在前轴上采用平衡悬挂，简化了前桥结构，减小了机器的转弯半径，提高了机动性。目前，轮胎式液压挖掘机的行走部分多数采用机械传动和单独液压马达的集中传动。［14］轮胎式液压挖掘机悬挂式液压挖掘机是将工作装置安装在轮胎式或履带式拖拉机上，可以达到一机多用的目的。这种挖掘机拆装方便，成本低廉。汽车式液压挖掘机一般采用标准的汽车底盘，速度快，机动性好。拖式液压挖掘机没有行走传动机构，行走时由拖拉机牵引。（3）根据工作装置划分根据工作装置结构不同，可分为铰接式和伸缩臂式挖掘机。铰接式工作装置应用较为普遍。这种挖掘机的工作装置靠各构件绕铰点传动来完成作业动作。伸缩臂式挖掘机的动臂由主臂及伸缩臂组成，伸缩臂可在主臂内伸缩，还可以变幅。伸缩臂前端装有铲斗，适于进行平整和清理作业，尤其是修整沟坡。2.液压挖掘机的发展概况国外液压挖掘机目前水平及发展趋势第一台手动挖掘机问世至今已有130多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。由于液压技术的应用，20世纪40年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机，20世纪50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从20世纪60年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970年间，液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的83%，目前已接近100%。［6］国外挖掘机目前水平及发展动向，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132m3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。［9］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；美国卡特彼勒公司在新型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。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法，并创立了预测产品失效和更新的的理论。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程序，研制了可靠性住处处理系统。在上述基础理论的指导下，借助于大量试验，缩短了新产品的研究周期，加速了液压挖掘机更新换代的进程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液压挖掘机的运转率达到85%-95%，使用寿命超过1万小时。5）加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。液压挖掘机采用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔音措施降低噪声干扰。6）进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系统转变的明显趋势。因为变量系统在油泵工作过程中，压力减小时和增大流量来裣，使液压泵功率保持恒定，亦即装有变量泵的液压挖掘机可经常性地充分利用油泵的最大功率。当外阻力增大时则减少流量（降低速度），使挖掘力成倍增长率加；采用三回路液压系统。［7］产生三个互不成影响的独立工作运动。实现与回转达机械的功率匹配。将第三泵在其他工作运动上接通，成为开式回路第二个独立的快速成运动。此外，液压技术在挖掘机上普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机的应用与推广创造了条件。7）迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。20世纪70年代，为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机的操作轻便和安全作业，降低挖掘机口音，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘上应用电子和自动控制技术。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了机电一体化在挖掘机上的应用，并使其各种性能有了质的飞跃。20世纪80年代，以微电子技术为核心的高新技术，特别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子控制技术在挖掘机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重要标志，亦即目前先进的挖掘机上设有发动机自动怠速及油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统、监控系统等电控系统。2.2国内液压挖掘机的发展概况我国的重工业起步比较晚，从1954年抚顺挖掘机厂生产第一台的机械式单斗挖掘机至今，大体上经历了测绘仿制、自主研制开发和发展提高等三个阶段。新中国成立初期，以测绘仿制前苏联20世纪30～40年代的W501、W502、W1001、W1002等型机械式单斗挖掘机（重庆挖掘机培训）为主，开始了我国的挖掘机生产历史。由于当时国家经济建设的需要，先后建立起十多家挖掘机生产厂。1967年开始，我国自主研制液压挖掘机。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的WYl00型、贵阳矿山机器厂的W4-60型、合肥矿山机器厂的WY60型挖掘机等。随后又出现了长江挖掘机厂的WYl60型和杭州重型机械厂（重庆装载机培训）的WY250型挖掘机等。它们为我国液压挖掘机行业的形成和发展迈出了极其重要的一步。［15］到20世纪80年代末，我国挖掘机生产厂已有30多家，生产机型达40余种。中、小型液压挖掘机（重庆挖掘机维修）已形成系列，斗容有0.1～2.5m3等12个等级、20多种型号，还生产0.5～4.0m3以及大型矿用10m3、12m3机械传动单斗挖掘机，1m3隧道挖掘机，4m3长臂挖掘机，1000m3/h的排土机等，还开发了斗容量0.25m3的船用液压挖掘机，斗容量0.4m3、0.6m3、0.8m3的水陆两用挖掘机等。但总的来说，我国挖掘机生产的批量小、分散，生产工艺及产品质量等与国际先进水平相比，有很大的差距。改革开放以来，积极引进、消化、吸收国外先进技术，以促进我国挖掘机行业的发展。其中贵阳矿山机器厂、上海建筑机械厂、合肥矿山机器厂、长江挖掘机厂等分别引进德国利勃海尔（Liebherr）公司的A912、R912、R942、A922、R922、R962、R972、R982型液压挖掘机制造技术。稍后几年，杭州重型机械厂引进德国德玛克（Demag）公司的H55和H85型液压挖掘机生产技术，北京建筑机械厂引进德国奥加凯（0&K）公司的RH6和MH6型液压挖掘机制造技术。与此同时，还有山东推土机总厂、黄河工程机械厂、江西长林机械厂、山东临沂工程机械厂等联合引进了日本小松制作所的PC100、PC120、PC200、PC220、PC300、PC400型液压挖掘机（除发动机外）的全套制造技术。这些厂通过数年引进技术的消化、吸收、移植，使国产液压挖掘机产品性能指标全面提高到20世纪80年代的国际水平，产量也逐年提高。由于国内对液压挖掘机需求量的不断增加且多样化，在国有大、中型企业产品结构的调整，牵动了一些其他机械行业的制造厂加入液压挖掘机行业。业内人士指出，我国单斗液压挖掘机应向全液压方向发展；斗容量宜控制在0.1-15m3；而对于大型及多斗挖掘机，由于液压元件的制造、装配精度要求高，施工现场维修条件差等，则仍以机械式为主。应着手研究、运用电液控制技术，以实现液压挖掘机操纵的自动化。［20］迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。20世纪70年代，为了节省能源消耗和减少对环境污染，使挖掘机（四川挖掘机维修）的操作轻便和安全作业，降低挖掘机噪音，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘上应用电子和自动控制技术。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了机电液一体化在挖掘机上的应用，并使其各种性能有了质的飞跃。20世纪80年代，以微电子技术为核心的高新技术，特别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子控制技术在挖掘机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重要标志，亦即目前先进的挖掘上设有发动机自动怠速及油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统、监控系统等电控系统。3.参考文献［1］张质文．起重机设计手册．中国铁道出版社，1997［2］闻邦椿．机械设计手册．机械工业出版社，2010［3］同济大学．单斗液压挖掘机，中国建筑工业工业出版社．1986［4］孔德文等．液压挖掘机，化学工艺出版社．2007［5］张铁．液压挖掘机结构、原理及使用，石油大学出版社．2002［6］林慕义等．单斗液压挖掘机构造与设计，冶金工业出版社．2011［7］陈国俊．液压挖掘机（原理、结构、设计、计算），华中科技大学出版社有限责任公司．2011［8］张利平等．液压气动系统设计手册，机械工业出版社．1997［9］曹善华．单斗挖掘机，机械工业出版社．1989［10］杨培元等．液压系统设计简明手册，机械工业出版社．1994［11］马永辉等．工程机械液压系统设计计算，机械工程出版社．1987［12］周士昌主编，液压系统设计图集，北京-机械工业出版社，2003［13］吉林工业大学等编写，工程机械液压与液力传动上册，北京-机械工业出版社，1979［14］潘天宏．液压挖掘机节能控制系统的研究，排灌机械．1999［15］李洪忠．浅析我国液压挖掘机的发展，矿山机械．2005（9）［16］GregoryW.Davis.TheDevelopmentofanElectro-HydraulicallyControlled，Five-SpeedTransmissionforaHybridElectricVehicle[J].SAE980830，109~118［17］KazuoUeharaandHiroyoshiTominaga.EneigySavingonHydraulicSystemsofExcavators，SAEpaper，821057［18］Zhangdaqing，HeQinghua，HaoPeng，etal.Modelandcontrolforhydraulicexcavator’sarm[C].ProceedingofASMEInternationalMechanicalEngineeringCongressandExposition.Orlando，AmericanSocietyofMechanicalEngineers，2005:165-170.［19］FuadMrad，M.AsemAbdul-malak，SalahSadek，etal.Automatedexcavationinconstructionusingroboticstrajectoryandenvelopgeneration[J].Engineering，ConstructionandArchitecturalManagement.2002，9(4).325-336［20］QuangHa，MiguelSantos.RoboticExcavationinConstructionAutomation[C].IEEERobotics&Automationmagazine.2002:20~23.附录三附录三HydraulicSystemThereareonlythreebasicmethodsoftransmittingpower：Electrical，mechanical．andfluidpower．Mostapplicationsactuallyuseacombinationofthethreemethodstoobtainthemostefficientoverallsystem．Toproperlydeterminewhichprinciplemethodtouse。itisimportanttoknowthesalientfeaturesofeachtype．Forexample，fluidsystemscalltransmitpowermoreeconomicallyOvergreaterdistancesthanCanmechanicaltypes．However。fluidsystemsarerestrictedtoshorterdistancesthanareelectricalsystems．Hydraulicpowertransmissionsystemaleconcernedwiththegeneration,modulation,andcontrolofpressureandflowandingeneralsuchsystemsinclude:1．Pumpswhichconvertavailablepowerfromtheprimemovertohydraulicpowerattheactuator．2．Valveswhichcontrolthedirectionofpump--flow，thelevelofpowerproduced，andtheamountoffluid一一flowtotheactuators．Thepowerlevelisdeterminedbycontrollingboththeflowandpressurelevel．3．ActuatorswhichconverthydraulicpowertousablemechanicalpowerOutputatthepointrequired．4．Themedium，whichisaliquid，providesrigidtransmissionandcontrolaswellas1ubricationofcomponents，sealinginvalves．andcoolingofthesystem．5．Connectorswhichlinkthevarioussystemcomponents，providepowerconductorsforthefluidunderpressure，andfluidflowreturntotank(reservoir)．．6、Fluidstorageandconditioningequipmentwhichensuresufficientqualityandquantityaswellascoolingofthefluid．7、pneumaticssystemsrequiredalubricatortoinject。averyfinemistofoilintotheairdischargingfromthepressureregulator．ThispreventswearofthecloselyfittingmovingpartsofpneumaticHydraulicsystemsaleusedinindustrialapplicationssuchasstampingpresses，steelmills，andgeneralmanufacturing，agriculturalmachines，miningindustry，aviation，spacetechnology，deep—seaexploration,transportation，marinetechnology，andoffshoregasandpetroleumexploration．Inshort，veryfewpeoplegetthroughadayoftheir1iveswithoutsomehowbenefitingfromthetechnologyofhydraulics2．Theprincipleofelectrical-dischargemachiningalsocalledelectroisorspark-erosionmachining,isbasedontheerosionofmetalsbysparkdischarges.Weknowthatwhentwocurrent-conductinwiresareallowedtotoucheachother,anarcisproduced.Ifwelookcloselyatthepointofcontactbetweenthetwowires,wenotethatasmallportionofthemetalhasbeenerodedaway,leavingasmallcrater.ThebasicEDMsystemconsistsofashapetoolandtheworkpiece,connectedtoadcpowersupplyandplacedinadielectricfluidthisisoneofthemostwidelyusedmachiningprocesses,particularlyfordie-sinkingoperationswhenthepotentialdifferencebetweenthetoolandtheworkpieceissufficientlyhigh,atransientsparkdischargesthroughthefluid,removingaverysmallamountofmetalfromtheworkpiecesurface.Thecapacitordischargeisrepeatedatratesofbetween50,withvoltagesusuallyrangingbetween50vand380vandcurrentsfrom0.1Ato500A.Mechanicalcontrolincludescamsandgovernors.Althoughtheyhavebeenusedforthecontrolofverycomplexmachines,tobecosteffectively,todaytheyareusedforsimpleandfixed-cycletas