液压挖掘机工作装置设计关键技术研究【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828或 11970985 I 摘要 液压挖掘机是土方和石方工程的主要施工机械，广泛应用于能源、交通、水利、城镇建设以及现代化军事工程等领域的机械化施工。液压挖掘机利用工作装置进行土方和石方挖掘，工作装置的性能和可靠性是整机先进性的重要标志。 本设计对液压挖掘机的典型工况进行了分析，根据液压挖掘机的工作特点，从几何尺寸、动力特性、结构强度、经济性等方面讨论了液压挖掘机工作装置的设计要求，提出了液压挖掘机工作装置的设计原则。通过分析挖掘机工作装置铰点的失效机理，提出了铰点销轴和轴套最小间隙的计算公式和最大间隙的限制条件。同时以某挖掘机工 作装置为例，进行了工作装置的优化设计。对比 优化设计和原设计尺寸 ，比较了 主要作业参数，得出经过优化设计的铲斗缸的挖掘力得到了充分发挥 。 关键词 液压挖掘机；工作装置；轴套配合；优化设计 买文档就送您 01339828或 11970985 is in it is in of is so of of is of of a is of of is to of is of as on s 文档就送您 01339828或 11970985 I 目 录 1 绪论 . 1 . 1 . 1 . 1 . 3 2 铲斗设计说明书 . 6 . 6 . 10 . 12 3 工作装置 . 13 . 13 臂及斗杆的结构形式 . 13 4 液压挖掘机工作装置铰点轴和轴套间隙的确定 . 20 . 20 . 21 应力和间隙的关系 . 24 5 挖掘机工作装置的 性能分析 . 26 . 26 . 30 . 30 . 31 6 工作装置运动学与动力学综合优化设计 . 39 . 39 . 39 . 40 . 41 7 总结与展望 . 43 . 43 . 43 . 44 结论 . 45 致谢 . 46 参考文献 . 47 附录 . 49 买文档就送您 01339828或 11970985 1 1 绪论 言 挖掘机是从事土方和石方开挖的 种施工机械。工作过程中，以铲斗的切削刃切削土铲斗装满后提升、回转至卸载地点 (或卸入运土车辆 )。卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开始下 次的作业。 我国建筑部门使用的挖掘机多为机械传动的单斗挖掘机。六十年代以后，随着各项建设事业的发展，液压传动的挖掘机才获得了越来越广泛的应用。挖掘机在建筑、筑路、水利、电力、采矿、石油、天然气管道铺设和军事工程中被广泛地使用。挖掘机主要用于筑路工程中的堑壕开挖，建筑工程中开挖基础，水利工程中开挖沟渠、运河和 疏浚 河道。在采石场、露天开采等工程中剥离和矿石的挖掘等。据统计，工程施工中约 60的土方和石方量是靠挖掘机完成的。 掘机发展简史 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半回转挖 掘机到电力驱动和内燃机驱动全回转挖掘机、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腰带式全液压挖掘机。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 1819。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间，液压 挖掘机产量已占挖掘机总产量的 83，目前已接近 100。 掘机 的 用途和 分类 掘机 的 用途 挖掘机在基础建设各个部门，在交通运输、水电工程、矿山采掘等一切需要搬运土方或石方的施工工程中都有着极广泛的应用。 应用挖掘机可以挖掘基坑和排水沟；平整场地，装卸、安装、打桩、拔树根、清理废墟；挖水库、运河和修筑堤坝、疏浚河道；修筑公路和铁路路基；挖掘管道和电缆沟渠；剥离表土；开采矿石和煤炭并装入运输车辆等。液压挖掘机比机械式挖掘机有更好的机动性，它可以在狭窄场地挖掘面积很小的深坑，能挖各种形状的表 面，具有很好的修理边坡、刮平地面和清理等性能。根据施工对象的不同要求，还可以采用调节铰点位置等简单方法使挖硬土时能发出较大的挖掘力，而挖掘软土时，又可以加大铲斗容量，提高生产效率。 买文档就送您 01339828或 11970985 2 液压挖掘机的行走牵引力与机重之比大大高于机械式挖掘机，这就使它可以完成一些特定的作业 (如局部牵引、陷坑自救 )。换装加宽加长履带后，可使接地比压降到 斤厘米 2 以下，适用于软土或沼泽地带工作。 在现代化的军事工程中，利用液压挖掘机通用程度高的特点，一种以反铲施工为主的小型通用挖掘机可以同时完成挖掘堑壕和掩体，快速修路，制造各 种军事构筑物等。特殊地区可以用直身飞机空投，机器就地安装，几分钟之内即可投入施工。 微型挖掘机的反铲可以小到容量 32021。人工操纵或无线电遥控均可。特别适用于放射性元素的科学实验场地作装载工作。基本建设部门也可作水泥等各种建筑材料的装载、喂料。还可配合其他机械化施工机具代替人力，实现综合机械化施工。 掘机的基本类型 液压挖掘机也和机械式挖掘机一样，由工作装置、回转装置和行走装置等三大部分组成 1。所以，我们可以从这三大部件的结构特点、功能和通用范围等方面来区分它 的类型。 就液压挖掘机构整机结构而言，全部采用液压传动者称为全液压挖掘机；部分采用液压传动者则称为半液压挖掘机 (多数情况下是行走装置用机械传功，其余均为液压传动。也有机体为机械传动，而仅工作装置采用液压传动的 )；能在水平面内回转 360o 的称为全回转挖掘机，否则就是非全回转式挖掘机。 就工作装置来说，根据其用途和结构型式可以区分为“通用”与“专用” 22。 般中小型液压挖掘机都是通用的，多带有正铲、反铲、装载、抓斗、起重等五种工作装置。大型液压挖掘机往往专门用于建筑材料露天矿或其它金属与非金属露天矿作装载和 挖掘工作，故只装正铲，成为专用；根据工作装置的结构特征，可以区分为铰接式和伸缩臂式。普通的液压挖掘机均为铰接式 (动臂、斗杆和铲斗均可绕铰点转动，完成各种作业动作 )，而伸缩臂式挖掘机的动臂由主臂和伸缩臂两部分组成，伸缩臂可在主臂内伸缩也可以变幅，臂端装有铲斗，适于作平整和清理工作，特别是修理沟坡。 就行走装置的型式而言，液压挖掘机可以制成履带式、轮胎式、轮胎 履带式、汽车式和悬挂式。悬挂式挖掘机用拖拉机作底盘，配装若干个工作装置 (通常是一端装反铲、另一端为装载铲或推土板 )。 除上述基本类型外，还有一些结构比较 特殊的液压挖掘机。无行走驱动装置的双轮拖式挖掘机 (亦称步履式挖掘机 )制造简单、价格低廉，特别适用于狭窄地带和小型土方施工工地；轮胎可以收放的无支腿式挖掘机工作时不用支腿支撑，而将支承转台的底架全部落地，在 360缩臂式挖掘机也可装上铰接式斗杆，满足作业过程中某些腕动式作业的要求。 买文档就送您 01339828或 11970985 3 掘机的发展方向 液压挖掘机从 50 年代问世以来，发展很快，当前，已经基本上取代了建筑部门所用中小型机械传动挖掘机。采掘用的大功率液压正铲挖掘机也在矿山上推广使用 2。进一步改善和发展液压挖掘机 是挖掘机行业的重大课题。 近十多年来，国外液压挖掘机产量急剧上升，结构逐步完善，在工程和采掘行业中占有很重要的位置。液压挖掘机迅速发展的原因，除机械本身优越性以外，还由于： (1)重视试验研究工作，在挖掘机研制过程中，进行了各种性能试验和可靠性试验包括构件强度试验、液压系统试验、操纵试验、耐久性试验等，配备有相应的试验设备，例如有的耐久性试验台每秒作 250脉冲，对挖掘机模型进行任意波形的加载，作可靠性试验，进行了二百万次反复脉冲以后，基本上测定了机械的使用耐久性，并利用电子计算机和磁带记录仪同时对 三百个测点进行快速测试和分析。新开发的机型，要通过严格的科学试验和用户评价，才进行定型生产； (2)重视电子计算机技术的引用，加快了新产品的发展速度，国外开发有总体、工作装置、液压系统等的设计程序，出现了总体优化设计方法和适合于计算机数据处理的数学模型描述液压系统和元件特性的程序，这样，就可以利用计算机在很短的时间内进行总体设计，新产品从设计到批量生产的周期缩短短 2左右； (3)专业化生产，主机厂与元件厂紧密协作，主机厂通过各种途径加强与使用部门的联系，例如，普遍设立技术服务点，进行司机培训、指导用户正确 使用挖掘机、保证供应元件和更换设备，包括维修，直到大修，使主机厂、协作厂和使用单位结合成一体 4。 当前液压挖掘机的研制和改进，主要着眼于： (1)发动机功率的充分有效利用，通过各种途径使机械多做有效的功，其中包括动力装置与液压传动的最佳匹配，传动效率的提高，回转机构功率的回收，高效液压系统 (如恒压恒功率调节等 )的研究等， (2)铲斗挖掘力大小和有效工作范围是衡量各种液压挖掘机工作能力的重要指标，大型矿用正铲挖掘机更较重要，目前是通过工作装置铰点最佳位置，采用高压与超高压技术，提高整机稳定性和采用随动机构使铲 斗做恒角切削等； (3)缩短工作循环周期，提高机械生产率，包括整机性能研究 (作业循环、回转和行走性能的研究 )，发展专用机械、专用装置和大型化机械等； (4)机械可靠性研究，是各国十分重视的一项内容，关键在于设计的合理化和材料工艺的研究，包括摩擦磨损机理的研究和新材料的引用，在试验手段方面，进行挖掘机整机和液压传动的快速试验研究，以及结构件快速疲劳试验和寿命预测的研究等； (5)司机安全舒适性以及维护保养的方便性对挖掘机的有效利用有极大影响，从人体生理学和环境工程的观点来研究操作舒适性和振动噪音对司机和环境的影响， 以及对空气的污染等，各国已做了大量工作，国内产品也逐渐予以注意。 根据上述发展要求，新研制的液压挖掘机在整机、行走装置、操纵系统和材料使用等方面有下列动向： (1)整机液压挖掘机的发展，趋间于大型化、微型化、多能化和专用化。 买文档就送您 01339828或 11970985 4 大型矿用全液压挖掘机在近十五年内已由 100 吨级发展到 480 吨级，功率提高到1730容达 30前发展仍是方兴末艾。大型机的特征是动力源采用两台或多台柴油机联合驱动，采用了节能、回收功率、蓄能和功率有效利用等措施。 结合城市建设和农村建筑的需要，国外发展了微型挖掘机，斗容量一 般在 下，最小的达 型机的特点是结构简单，轻便灵活，零部件尽量提高标准化程度。 数量最庞大的中型机和小型机趋向于一机多能，有的国家统计，非建筑用的中、小型机已占 30左右，主要是在冶金工业和林业中作物科装卸和其他用途。中型机和小型机的特点是发展多种专业装置进行不同的作业 (也有通过液压接头，带动装在工作装置旁的液压马达，驱动另一输送设备 )，不断提高性能和单位机重的功率等。 发展专门用途的特种挖掘机，可以提高工作效率，解决特殊施工困难。例如，目前发展有步履式、履带低比压式、低噪音、水下 专用、水陆两用等品种。配合水下资源的开发，对水下专用挖掘机更较重视，开展了无线电遥控、电液遥控和同步显示控制技术在水下挖掘机中应用的研究。 (2)工作装置 工作装置的型式将进一步扩大，除了常用的正铲、反铲以外，发展了起重、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、冲击工具、集装叉、高空作业架、绞盘与拉铲等几十种品种。工作装置的更换快速而简便，甚至在司机室内按动电钮，几秒钟即可换好，并且通过挖掘过程的研究，来控制工作装置的挖掘轨迹，目前正在研究连杆式、仿形式、套筒伸缩式、斗杆追随式 和具有运算输入装置的轨迹控制装置。 (3)液压系统和元件 液压系统向高压和超高压发展，采用多泵多回路全功率或分功率变量系统，进行系统和集体相结合的研究，还重视了系统发热、系统压力和流量损失，液压功率等问题。 液压元件将逐步提高可靠性和效率，减少振动和噪音，提高液压泵的转速和增大液压马达的低速稳定性和调速范围，提高元件功率，延长寿命，发展小型化组合阀，并逐渐发展结构紧凑的集成化液压元件。 (4)行走装置 履带行走装置将进一步改善行走性能和增加速度档数，用变量马达代替定量马达在与变量泵结合以后，实现两次变量，进 一步扩大变量范围。采用超宽超长履带接地比压减小到 25下。此外，还广泛引用工业拖拉机的通用底盘来代替专用底盘，通用化程度达到 70以上。 轮胎式底盘将进一步提高行驶速度，采用多速车轮马达，扩大变速范围。 (5)操纵系统 操纵系统趋向于轻便化，采用伺服机构，使操纵力减小到 2N，实现“指拨”操纵。近一步发展为电液遥控、无线电遥控和电子计算机程序控制，使司机实现按钮操纵，甚至可买文档就送您 01339828或 11970985 5 取消司机室，利用移动式控制台近行操纵。操纵系统设置故障自动检测装置，自动指示故障并自动排除故障。 司机室扩大司机视野，尽可能减少死角 ，装设冷暖和空调设备，尽量减少司机的澡作动作，逐渐发展用计算机和液压自动机构使机械根据作业情况自动调整力和速度。 (6)材料 根据一部分中型液压挖掘机的故障分析，出于金属材料引起的故障占 35以上，其中疲劳破坏和磨损之比约为 2： 1。如果按照机构划分，则工作装置约占 60以上，所以，金属材料的合理选用是十分重要的。 液压挖掘机要求选用具有耐磨性、冲击韧性和可焊性的金属材料，当前广泛使用的是价廉的低合金强度钢，个别机械上，也采用了铝合金和超高强度钢等优质材料，然而，这种材料价格昂贵，很不经济。 斗齿等零件要求有 很高的耐磨性，各国都在探索新的耐磨材料，如发展镍、铬、泪合金钢，含镍高锰钢，以及高硬度高耐磨性的合金钢堆焊材料。制造传动零件的结构钢，逐渐用中低碳合金结构钢代替部分高合金钢，降低贵重元素 (如镍 )的含量，而锰、硅、硼等较廉元素和矾、铌等能有效控制晶粒度的微量元素应用日广。在治焊技术上注意减少钢中气体、提面钢的纯度；在热处理上采用强化淬火工艺等。 材料的研究，还包括复合材料的发展，磨损机理的研究，实现磨损件的局部更换，简易有效的修补方法，以及提高结构件的更换性。 展望以后液压挖掘机的进一步发展，可以设想为； (1)提高功率对机重的比率，这是最关键的内容。采用特种高强度钢材，设计重量轻、强度高的挖掘机，并采用优化设计方法达到机械各项指标的均衡。 (2)铲斗和斗齿引用振动技术，不用强力而增大贯入性，加大斗容量。矿用挖掘机具有特种装置，可以直接开挖一般矿石，而毋需爆破。采用功率可调的激光装置进行挖掘。 (3)用燃气轮机取代活塞式柴油机，燃气轮机直接与高压油泵相连。然而由于环境保护的原因，燃气轮机最后将被燃料电池所取代，由燃料电池发电驱动液压挖掘机。 (4)液压系统将会简化，执行元件的运动直接由液压泵控制，而不用换向操纵 阀，工作装置各铰点装以密封式摆动液压马达，取代液压缸。 (5)履带行走装置增加行驶速度，重新没计行走传动，不用常规的刚性车架，采用气垫行走支承装置代替履带，减少接地比压，便于定位。 (6)操纵台可以与挖掘机分开，司机按钮控制小型样斗，挖掘机的作业将随着样斗的移动而动作。大型工地上，可以在中心指挥站上通过各种遥控装置操纵一台或者多台挖掘机，实现无人驾驶机械。 买文档就送您 01339828或 11970985 6 2 铲斗设计说明书 压挖掘机工矿分析 液压挖掘机的主要运动功能包括以下几个动作 56：动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机 行走以及其它辅助动作，如图 2示。除了辅助动作 (例如整机转向等 )不需全功率驱动以外，其它都是液压挖掘机的主要动作，一般要进行全功率驱动研究。挖掘机的典型作业流程： (1)整机移动至合适工作位置； (2)平台回转，使工作装置处于挖掘位置； (3)动臂下降，并调整斗杆、铲斗至合适位置； (4)斗杆、铲斗挖掘作业； (5)动臂升起； (6)回转工作装置至卸载位置； (7)操纵斗杆、铲斗卸载。 图 2压挖掘机的工作运动 12345由于液压挖掘机的作业对象和 工作条件变化较大，对主机的工作有两项要求：实现各种主要动作时，随着阻力与作业速度的变化，要求液压缸和液压马达的压力和流量也能相应变化；为了充分利用发动机功率，缩短作业循环时间，工作过程中往往要求有两个主要动作 (例如挖掘与动臂下降、提升与回转 )同时进行复合动作。 液压挖掘机一个作业循环的组成和动作的复合主要包括： (1)挖掘：通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或两者配合进行挖掘。因此，在此过程中主要是铲斗和斗杆的复合动作，必要时，配以动臂动作。 (2)满斗举升回转：挖掘结束，动臂液压缸将动臂顶起，满斗 提升，同时回转液压马达使转台转向卸载位置，此时主要是动臂和回转的复合动作。 (3)卸载：转到卸载位置时，转台制动，用斗杆液压缸调节卸载半径，然后铲斗液压缸回缩，铲斗卸载。为了调整卸载位置，还要有动臂液压缸的配合，此时是斗杆和铲斗的复合动作，兼以动臂动作。 买文档就送您 01339828或 11970985 7 (4)空斗返回：卸载结束，转台反向回转，动臂液压缸和斗杆液压缸配合，把空斗放到新的挖掘点，此时是回转和动臂或斗杆的复合动作。 (5)整机移动工况：将整机移动至合适的工作位置。 (6)姿态调整与保持工况：满足停放、运输、检修等需要。 (7)其他辅助作业工况： 辅助工作装置作业工况。 型挖掘工况 液压挖掘机典型的挖掘工况包括如下 3 种。 2324 (1)铲斗挖掘工况：由铲斗液压缸单独动作进行挖掘的工况，采用铲斗液压缸进行挖掘常用于清除障碍，挖掘较松软的土壤以提高生产率，因此，在一般土方工程挖掘中 (土以下土壤的挖掘 )铲斗挖掘最常用。 (2)斗杆挖掘工况：由斗杆液压缸单独动作进行挖掘的工况，在较坚硬的土质条件下工作时，为了能够装满铲斗，中小型液压挖掘机在实际工作中常以斗杆液压缸进行挖掘。 (3)联合挖掘工况：由铲斗、斗杆液压缸复合动作进行挖掘 的工况，必要时还需配以动臂液压缸的动作。主要用于需要轨迹控制的情况。 当单独采用铲斗液压缸进行挖掘时，挖掘轨迹以铲斗与斗杆的铰点为中心，铲斗斗尖所作的圆弧线的长度决定铲斗液压缸的行程。以铲斗液压缸进行挖掘时的挖掘行程较短，为了能够装满铲斗，需要有较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，所以一般挖掘机的斗尖最大挖掘力都在采用铲斗液压缸挖掘时实现。 当单独采用斗杆液压缸进行挖掘时，挖掘轨迹以动臂与斗杆的铰点为中心，铲斗斗尖所作的圆弧线的长度决定于斗杆液压缸的行程。当动臂液压缸位于最小长度并以斗杆液压缸进行挖掘 时，可以得到最大挖掘深度尺寸，并且也有较大的挖掘行程。 图 2尖直线挖削 图 2面的切削和压整 一般认为斗容量小于 土质松软时以转斗挖掘为主，否则以斗杆挖掘为主。这两种情况的挖掘阻力不同。 在实际挖掘工作中，往往需要采用各液压缸的复合工作。如在平整土地或切削斜坡时，需要同时操纵动臂和斗杆，以使斗尖能沿直线运动，见图 2示 。此时斗杆收回，动臂抬起，需要保证彼此动作独立，相互之间无干扰。如果需要铲斗保持一定切削角度并按照买文档就送您 01339828或 11970985 8 一定的轨迹进行切削时，或者需要用铲斗斗底压整地面时，就需要铲斗、斗杆、动臂三者同时作用完成复合动作，这些动作决定于液压系统的设计，见图 2示。当进行沟槽侧壁掘削和斜坡切削时，为了有效地进行垂直掘削，还要求向回转马达提供压力油，产生回转力，保持铲斗贴紧侧壁进行切削，因此需要回转机构和斗杆机构复合动作。 单独采用斗杆挖掘时，为了提高掘削速度，一般采用双泵合流，个别也有采用三泵合流。单独采用铲斗挖掘时，也有采用双 泵合流的情况。 当动臂、斗杆和铲斗复合运动时，为了防止同一油泵向多个液压作用元件供油时动作的相互干扰，一般三泵系统中，每个油泵单独对一个液压作用元件供油较好。对于双泵系统，复合动作时各液压作用元件间出现相互干扰的可能性大，因此需要采用节流等措施进行流量分配，流量分配要求和三泵系统相同。 挖掘过程中还有可能碰到石块、树根等坚硬障碍物，往往由于挖不动而需要短时间增大挖掘力，希望液压系统能暂时增压，能提高主压力阀的压力。 斗举升回转工况 满斗举升回转的运动约占整个作业 循环时间的 50% 70%，能量消 耗占 25% 50%，回转液压回路的发热量占液压系统总发热量的 30% 50%，因此要求尽可能地缩短转台的回转时间。 挖掘结束后，动臂油缸将动臂顶起，满斗举升，同时回转液压马达使转台转向卸载处，此时主要是动臂和回转马达的复合动作。动臂抬升和回转马达同时动作时，要求二者在速度上匹配，即回转到指定卸载位置时，动臂和铲斗自动提升到合适的卸载高度。由于卸载所需的回转角度不同，随液压挖掘机相对卸载的位置而变，因此动臂提升速度和回转马达的回转速度的相对关系应该是可调整的。卸载回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂的提升速度 慢些。 回转起动时，由于惯性较大，油压会升得很高，有可能从溢流阀溢流，此时应该将溢流的油供给动臂。在回转和动臂提升的同时，斗杆要外放，有时还需要对铲斗进行调整。这时是回转马达、动臂、斗杆和铲斗进行复合动作。 载工况 回转至卸载位置时，转台制动，用斗杆调节卸载半径和卸载高度，用铲斗油缸卸载。为了调整卸载位置，还需要动臂配合动作。卸载时，主要是斗杆和铲斗复合动作，兼有动臂动作。 斗返回工况 当卸载结束后，转台反向回转，同时动臂油缸和斗杆油缸相互配合动作，把空斗放在新的挖掘点。此工况是 回转马达、动臂和斗杆复合动作。由于动臂下降有重力作用，压力买文档就送您 01339828或 11970985 9 低、变量泵流量大、下降快，要求回转速度快，因此该工况的供油情况为一个油泵的全部流量供回转马达，另一油泵的大部分油供给动臂，少部分油经节流阀供给斗杆。 发动机在低转速时油泵供油量小，为防止动臂因重力作用迅速下降和动臂油缸产生吸空现象，可采用动臂下降再生补油回路，利用重力将动臂油缸无杆腔的油供至有杆腔。特点与满载回转类似，但转动惯量比满足时减小。 机移动工况 挖掘机一般不作长距离行走，只在工地范围行走，作业时用来调整整机位置。基本要求：左右 履带可独立操纵，可调速，具有直线行走功能，具有一定的行走速度 (2 5km/h)和爬坡能力 (坡度大约在 35，具有制动能力。 在行走的过程有可能要求对作业装置液压元件 (如回转机构、动臂、斗杆和铲斗 )进行调整。在双泵系统中，一个油泵为左行走马达供油、另一个油泵为右行走马达供油，此时如果某一液压元件动作，使某一油泵分流供油，就会造成一侧行走速度降低，影响直线行驶性，特别是当挖掘机进行装车运输或上下卡车行走时，行驶偏斜会造成事故。 为了保证挖掘机的直线行驶性，在三泵供油系统中，左右行走马达分别由一个油泵单独供 油，另一个油泵向其它液压作用元件 (如动臂、斗杆、铲斗和回转 )供油。对于双泵系统，目前采用以下供油方式： 一个油泵并联向左、右行走马达供油，另一个油泵向其他液压作用元件供油，其多余的油液通过单向阀向行走马达供油； 双泵合流并联向左、右行走马达和作业装置液压作用元件同时供油。 态调整与保持工况 液压挖掘机工作装置及其他功能运动的制动与锁定，要满足接地比压要求，并保证合适的停放、运输尺寸、姿态及其特殊的检查姿态， 图 2掘机姿态调整保持工况图 买文档就送您 01339828或 11970985 10 压挖掘机工作装置设计要求 液压挖掘 机工作装置由动臂机构、斗杆机构、铲斗机构三部分组成，是一种具有多自由度的工程机械。这些主要机构经常启动、制动、换向，外负载变化很大，工作条件恶劣，冲击和振动多，因此对液压挖掘机的工作装置提出了较高的设计要求。根据液压挖掘机的工作特点，其工作装置的设计需要满足以下要求。 何尺寸要求 液压挖掘机工作装置的几何尺寸要求满足一定的作业范围和合适的运输尺寸，挖掘机作业范围图如图 2何尺寸之间要求不要干扰。 图 2掘机作业范围主要挖掘区域 工作装置的几何尺寸要求满足合理的挖掘力分布特性，在整个作业范围内的任何位置都要求实现最大挖掘力并不经济，而要求挖掘机在主要挖掘区内能实现最大挖掘力。主要挖掘区是指用最合理最经常的挖掘方式，最经常进行挖掘的区域。对液压挖掘机来说最合理最经常的挖掘方式是指挖掘地面以下，由下向上，向机身运动的挖掘方式，用这种方式挖掘充斗效率高，循环时间短，也便于卸土，装车，司机视野无阻，因此生产率高而又安全。最经常的挖掘区域大致为图 2灰色部分。作业范围图 (如图 2示 )有部分区间深入到挖掘机停机点地下，这一范围的土壤虽 能挖掘，但可能引起土壤的崩塌而影响挖掘机的稳定和安全工作，除有条件的挖沟作业以外一般不使用。 此外，工作装置的几何尺寸还必须满足停放和行走时的整机稳定性要求。 买文档就送您 01339828或 11970985 11 动和动力特性要求 液压挖掘机各功能运动的动力特性要求和常见复合运动要求，如表 2 2示。 表 2功能运动的动力特性要求一览表 功能运动名称 应用工况 功率需求 变速要求 制动及锁定要求 铲斗正转 挖掘、姿势调整 大 不大 铲斗反转 卸载、姿势调整 不大 不大 最好有锁定 斗杆正转 挖掘、姿势调整 大 高 最好有锁定 斗杆反转 姿势调整 不大 较高 最好有锁定 动臂举升 举升、姿态调整 较大 高 动臂下降 姿态调整、辅助作业 一般 较高 回转运动 挖掘与卸载转位 高 高 行走运动 场内转位、调整作业位置 高 高 表 2见复合运动要求一览表 复合运动 应用工况 特点与要求说明 铲斗正转 +斗杆正转 复合挖掘 功率需求大、变速要求高 铲斗反转 +斗杆反转 卸载 功率需求较小 斗杆正转 +动臂举升 平整土地 要求操纵兴性能好 动臂举升 +回转运动 挖掘与卸载转位 功率需求大，变速要求高，动力分配可调整 动臂下降 +回转运动 返回向挖掘处 两者载荷差别大、速度要求高 构强度要求 液压挖掘机结构强度是工作装置设计的关键之一，工作装置的结构和所承受的载荷是十分复杂的。要求满足工作装置各部分的受力的情况下，保证工作装置的强度和刚度特性。 在设计液压挖掘机的工作装置时，要求尽可能减少焊缝和变形，这不仅增加了构件强度，而且缩短制造周期，降低了成本。要求动臂下支点及动臂油缸支承在平台主梁的整块钢板上，这不仅增加构件强度而且减少焊接，而且防止焊接变形。斗杆要求采取整块钢板下料。为了减少焊接变形及焊接应力 ，要求采用型钢及压型等结构。在结构件设计中为求等强度，要求采取局部加强的措施。 动臂、斗杆要求改为焊铸结构，在应力较高的部位以铸代焊，这样大大提高了结构件的冲击和疲劳强度。为确保焊接强度，要求所有铰接部均采用铸钢件。结构件的破坏主要是由于冲击疲劳，因此实际破坏时常不在负荷最大部位，而是应力集中部位。为减少应力集中，应使焊缝与应力集中部位错开，在主要受力铰接支承处采用铸钢件。 济性要求 液压挖掘机经济性评价指标有能量指标、作业循环时间减小、机重轻、延长维修周期和挖掘机寿命周期、加快维修进度和降低 维修费用、司机操作的舒适性等。 买文档就送您 01339828或 11970985 12 能量指标 (即消耗于单位土方的能量 )虽不宜作为评价土方机械技术经济效率的通用准则，但由于工作装置单位重量和价格相对整机而言都较小，常用能量指标来表征工作装置结构现代化的程度，这种符合能量指标的工作装置应能完全满足技术与使用要求，且足够可靠。从能量指标角度来看，要求液压挖掘机的挖掘力大，工作装置的重量轻，挖掘速度高。 决定挖掘机生产率的基本因素是工作循环时间包括挖掘时间、向卸载点运行时间、卸载时间、向工作面返回时间。挖掘时间取决于挖掘速度的高低 (合理值约为 s)，过高的 挖掘速度将增加操作人员的紧张和疲劳程度。为减少运行时间和返回时间应在允许的情况下尽量减小回转角。回转角的合理范围一般为 70o180o，最佳角度为 90o。回转角度过小时，由于达不到最大回转速度，不能充分利用发动机的功率，从而增加运行和返回时间。卸载时间主要取决于铲斗的结构和土壤性质。 它性能要求 液压挖掘机的工作装置除了满足上述基本设计要求之外，还需要满足其它的一般性能要求。例如，通过实现零部件的标准化、组件化和通用化，降低挖掘机的制造成本；提高液压挖掘机各功能部件的工作可靠性和耐久性，以满足 液压挖掘机作业条件恶劣的要求；降低振动和噪声，重视其作业中的环保性等。 压挖掘机工作装置的设计原则 对于液压挖掘机工作装置的设计，一般应考虑以下几个原则： (1)位置特性：满足主要工作尺寸及作业范围的要求，在设计时应考虑与同类机型相比时的先进性，性能与主参数应符合国家标准之规定。运输或停放时应有合理的姿态。 (2)运动特性：功率利用情况好，理论工作循环时间短。 (3)动力特性：满足整机挖掘力大小及分布情况的要求；应考虑到整机稳定性。 (4)结构特性：确定各铰点布置，结构形状应尽可能使受力状态有利， 在保证刚度和强度的前提下，重量越轻越好；工作装置应安全可靠，拆装维修方便；液压缸设计应尽量采用系列参数。 (5)特殊使用要求：附属装置如破碎捶等。 买文档就送您 01339828或 11970985 13 3 工作装置 工作装置是液压挖掘机的主要组成部分之一。因用途不同，工作装置的种类繁多其中最主要的有反铲装置、正铲装置 (包括装载装置 )、起重装置和抓斗装置等。而同一种装置也可以有许多种结构型式，有的多达数十种，以适合各种不同的作业条件。 以下将从设计的角度对液压挖掘机的反铲工作装置加以讨论。 铲装置 反铲装置是中小型液压挖掘机最主要的工作装置。 臂及斗杆的结构形式 动臂是工作装置中的主要构件，斗杆的结构型式往往取决于动臂的结构型式。反铲动臂可分为整体式和组合式两类。 整体式动臂有直动臂和弯动臂两种。 直动臂构造简单、轻巧、布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机，如图 3示。 采用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 (图3整体式弯动臂在弯曲处的结构形状和强度值得注意，图 3示三节弯动臂有利于降低弯曲处的应力集中。 图 3体式动臂 图 体式弯臂 臂液压缸和斗杆液压缸的布置 动臂液压缸的连接，一般有两种布置方案。 第一种如图 3 b 所示，动臂液压缸装于动臂的前下方。动臂下支承点 (即；转台的铰点 )可以设在转台回转中心之前，并稍高于转台平面。它也可以设在转台回转中心之后，以改善转台的受力情况，但使用反铲作业装置时动臂支点靠后布置会影响挖掘强度。大部 买文档就送您 01339828或 11970985 14 图 3臂液压缸布置方案 分 中小型液压挖掘机以反铲作业为主，因此都采用动臂支点靠前布置的方式。动臂液压缸一般都支于转台前部凸缘上。动臂液压缸活塞杆端部与动臂的铰点通常 也有两种布置方案。一种是铰点设在动臂封闭箱形体下方的凸缘上，如图 3示。另一种是铰点设在动臂箱体中间，如图 3示。后一种方案用单只动臂液压随时，动臂底面需开口使活塞杆可以伸入连接；用两只动臂液压缸时，则两缸分置于动臂两侧，在结构上有加强筋保证强度。铰点布置 a 不削弱动臂结构强度，但影响动臂下降幅度， b 则与之相反，但对动臂双液压缸则较合适。 第二种方案如图 3 d 所示，动臂液压缸装于动臂的上方或后方，有的称之谓 “悬挂式液压缸 ”。这个方案的特点是动臂下降幅度较大，在挖掘时，尤其在挖深较大时动臂液压 缸往往处于受压状态，闭锁能力较强。尽管在动臂提升时液压缸小腔进油，提升力矩一般尚够用，提升速度也较快。故作为专用的反铲装置这种方案仍然可取。 为了统一缸径和保证液压缸的闭锁能力，双动臂液压缸的方案采用较多。有些悬挂式动臂液压缸布置时考虑到不破会动臂箱形截面且不与斗杆液压缸碰撞，也采用双缸。斗杆液压缸一般只用一个，大型反铲有的动臂和斗杆液压缸均为双缸。 斗与铲斗液压缸的连接方式 铲斗与铲斗液压缸的连接有三种型式 (图 3其区别主要在于液压缸活塞杆端部与铲斗的连接方式不同。图 3直接连 接，铲斗、斗杆与铲斗液压缸组成四连杆机构。图 3铲斗液压缸通过摇扦 1和连杆 2与铲斗相连，它们与斗杆一起组成六连杆机构。图 3因 3似，区别在于前者液压缸活塞杆端铰接于摇杆两端之间。图 3机构传动比与 铲斗摆角位置向顺时针方向转动了一个角度。 图 3斗与铲斗液压缸的连接方式 买文档就送您 01339828或 11970985 15 六连扦方式与四连杆方式相比在同样的