第五章 挖掘机械.ppt

第五章挖掘机械,工程机械讲义,1,第五章挖掘机械,挖掘机械简称挖掘机，是用来进行土方开挖的一种施工机械。挖掘机的作业过程是用铲斗的切削刃切土并把土装入斗内，装满土后提升铲斗并回转到卸土地点卸土，然后，再使转台回转，铲斗下降到挖掘面，进行下一次挖掘。按作业特点分为周期性作业式和连续性作业式两种，前者为单斗挖掘机，后者为多斗挖掘机。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,2,挖掘机外形图（一）,第五章挖掘机械,工程机械讲义,3,挖掘机外形图二,第五章挖掘机械,工程机械讲义,4,挖掘机外形图（三）,第五章挖掘机械,工程机械讲义,5,挖掘机外形图四,第五章挖掘机械,工程机械讲义,6,第一节概述,单斗挖掘机在建筑筑路水利电力，采矿、石油等工程以及天然气管道铺设和现代军事工程中，被广泛地使用。单斗挖掘机的主要用途：在筑路工程中用来开挖堑壕，在建筑工程中用来开挖基础，在水利工程中用来开挖沟渠，运河和疏浚河道，在采石场、露天采矿等工程中用于剥离和矿石的挖掘等。此外还可对碎石进行装载作业：更换工作装置后还可进行浇筑、起重、安装，打桩、夯土和拔桩等工作。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,7,单斗挖掘机分类,按动力装置分：有电驱动式、内燃机驱动式、复合驱动式等；按传动装置分：有机械传动式，半液压传动式、全液压传动式；按行走机构分：有履带式轮胎式，汽车式悬挂式；按工作装置在水平面可回转的范围分：有全回转式(360)和非全回转式(270)；按工作装置分：有铰接式和伸缩臂式。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,8,各种类型的单斗挖掘机可根据需要换装正铲，反铲、拉铲和抓斗的任何一种(图151)工作装置，都属于一种循环作业式机械，每一个工作循环包括：挖掘、回转，卸料和返回四个过程。,图151单斗挖掘机工作装置类型1反铲；2正铲；3拉铲；4抓斗；5起重,第五章挖掘机械,工程机械讲义,9,机械传动式挖掘机的正铲的工作过程,正铲挖掘机的工作装置是由动臂2斗杆5和斗口朝上的铲斗1组成。正铲的工作过程是：(1)挖掘过程：先将铲斗下放到工作面底部(1)，然后提升铲斗，同时使斗杆向前推压(有的小型挖掘机依靠动臂下降的重力来施压)，斗内装满土料(11一111)。(2)回转过程：先将铲斗向后退出工作面()，然后回转，使动臂带着铲斗转到卸料处上空().在此过程中可适当涧整斗的伸出度和高度适应卸料要求，以提高工效。(3)卸料过程：打开斗底卸料()。(4)返回过程：回转挖掘机转台，使动臂带着空斗返回挖掘面，同时放下铲斗，斗底在惯性作用下自动关闭(1)。机械传动式正铲挖掘机适宜挖掘和装载停机画以上的I级土壤和松散物料、,第五章挖掘机械,工程机械讲义,10,图152正铲工作过程简图1铲斗；2动臂；3铲斗提升钢索；4鞍形座；5-斗杆；6-斗底；7运输车辆；I挖掘过程,第五章挖掘机械,工程机械讲义,11,挖掘机反铲的工作过程,机械传动的反铲挖掘机(图153)的工作装置是由动臂5，斗口朝下的带杆铲斗2组成，动臂由前支架7支持。反铲的工作过程是：先将铲斗向前伸出，让动臂带着铲斗落在工作面上(1)；然后将铲斗向着挖掘机方向拉转，于是它就在动臂和铲斗等重力以及牵引索的拉力作用下，使斗内装满土()；将斗保持()状态连同动臂一起提升到()，再回转至卸料处进行卸料。反铲有斗底可打开式与不可打开式两种。前者可打开斗底准确地卸料于车辆()，后者需将铲斗向前伸出，使斗口朝下卸料()。反铲挖掘机适宜于停机面以下的挖掘，例如挖掘基坑及沟槽等。机械传动的反铲挖掘过程由于只是依靠铲斗自身重力切土，所以只适宜于挖掘轻级和中级土壤。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,12,图153反铲工作过程简图1斗底；2铲斗；3牵引钢索；4斗杆；5提升钢索；7前支架；IV工作过程,第五章挖掘机械,工程机械讲义,13,挖掘机的拉铲的工作过程,机械传动的拉铲挖掘机(图15-4)的工作装置由格栅形动臂与带链索的悬挂铲斗1组成。铲斗的上部和前部是敞开的。拉铲的工作过程是：首先将铲斗以提升钢索2提升到位置()，拉收和放松牵引索3，使斗在空中前后摆动(视情况也可不摆动)，然后共同放松提升索和牵引索，铲斗就被抛掷在工作面面上()。然后拉动牵引索，铲斗在自重作用下切人土中，使铲斗装满土壤()(一般情况下当铲斗拉移34倍长的距离时，可装满)。然后提升铲斗，同时放松牵引索，使铲斗保持在斗底与水平面成812仰角，不让土料撒出。在提升铲斗的同时将挖掘机回转到卸载处。卸料时制动提升索，放松牵引索，斗口就朝下卸料。再转回工作面进行下一次挖掘。拉铲挖掘机适宜于停机面以下的挖掘，特别适宜于开挖河道等工程-拉铲由于靠铲斗自身重力切上，所以只适宜挖掘一般土料和砂砾,第五章挖掘机械,工程机械讲义,14,图154拉铲工作过程简图1铲斗；2提升钢索；3牵引钢索；4卸料索；5动臂；I工作过程,第五章挖掘机械,工程机械讲义,15,挖掘机的抓斗的工作过程,抓斗挖掘机(图155)的工作装置是一种带双办或多办的抓斗1。抓斗用提升索2悬挂在动臂上。斗办的开闭由闭合索3宋执行，为了不使斗在空中旋转，由一根定位索5来保证，定位索的一端固定在抓斗上，另一瑞与动臂连接、抓斗的工作过程是：首先固定提升索放松闭合索，使斗办张开-然后同时放松提升索和闭合索，让张开的抓斗落在工作面上，并在自重作用下切入土中(1)。然后收紧闭合索，抓斗在闭合过程中抓满土料(11)。当抓斗完全闭合后，以同一速度提升索和闭合索将抓斗提升(III)，同时使挖掘机转到卸料位置：卸料时固定提升索，放松闭合索，斗办张开，卸出土料()。抓斗挖掘机适宜停机面以上和以下的挖掘，卸料寸无论是卸在车辆上或弃土堆上都很方便：由于抓斗是垂直上下运动，所以特别适合挖掘桥基桩孔、陡峭的深坑以及水下土方等作业-但抓斗的挖掘能力也受自重的限制，只能挖取一般土料、砂砾和松散料。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,16,图155抓斗的工作原理图1抓斗；2提升索；3-闭合索；4动臂；5定位索；I抓斗动作,第五章挖掘机械,工程机械讲义,17,液压挖掘机一般只带正铲、反铲抓斗和起重工作装置，其工作循环和机械传动的挖掘机基本相同.由于其挖掘，提升和卸料等动作是靠油缸来实现的，因此其工作能力比同级机械传动的挖掘机要高。其正铲、反铲的作业范围如图156所示，两者对停机面上下的作业都能挖掘。,图156a)正铲；b）反铲,第五章挖掘机械,工程机械讲义,18,单斗挖掘机主要由下列各部分组成,发动机：整机的动力源，多采用柴油机；传动系统：把动力传给工作装置，回转装置和行走装置。有机械传动和液压传动之分：回转装置：使工作装置向左或右回转，以便进行挖掘和卸料。行走装置：支承全机质量并执行行驶任务，有履带式，轮胎式与汽车式等。操纵系统：操纵工作装置，回转装置和行走装置，有机械式，液压式，气压式及复合式等。机棚：盖住发动机传动系统与操纵系统等，一部分作为驾驶室：底座(机架)：全机的骨架，除行走装置装在其下面外，其余组成部分都装在其上面。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,19,第二节单斗挖掘机构造,一、工作原理和组成单斗液压挖掘机由工作装置、上部转台和行走装置三大部分组成。液压挖掘机与机械式挖掘机不同之处在于动力传递和控制方式不同，液压挖掘机是采用液压传动装置来传递动力的，它由液压泵、液压马达、液压油缸，控制阀以及各种液压管路等液压元件组成。图1-5-7是这类液压挖掘机总体结构图。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,20,图157单斗液压挖掘机的总体结构1柴油机；2机棚；3液压泵；4液控多路阀；5液压油油箱；6回转减速器；7液压马达；8回转接头；9司机室；10动臂；11动臂油,12操纵台；13斗杆；14斗杆油缸；15铲斗；16铲斗油缸；17边齿；18斗齿；19平衡重；20转台；21走行减速器、液压马达；22支重轮；23托链轮；24履带板；I工作装置；II上部转台；III行走装置,第五章挖掘机械,工程机械讲义,21,图158液压挖掘机传动示意图l铲斗；2斗杆；3动臂；4连杆；5、6、7液压油缸；8安全阀；9分配阀；10油箱；1l、12油泵；13发动机；挖掘装置；-回转装置；III行走装置,图158为一种液压挖掘机传动示意图,如图所示，柴油机驱动两个油泵11、12，把压力油输送到两个分配阀中。操纵分配阀将压力油再送往有关液压执行元件，这样就可驱动相应的机构工作，以完成所需要的动作。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,22,二、回转装置,上部转台是液压挖掘机三大组成部分之一。在转台上除了有发动机，液压系统、司机室、平衡重，油箱等以外，还有一个很重要的部分回转装置。以上这些部分在转台上的布置不尽相同，但都力求使转台上的传动机构尽量布置紧凑：图159为国产液压挖掘机转台布置的一种型式。,图159转台布置l发动机；2换向阀；3-回转驱动液压马达；4-司机室；5回转大齿圈和回转支承;6-中央回转接头:7-油箱；8液压泵；9-平衡重,第五章挖掘机械,工程机械讲义,23,液压挖掘机的回转装置照片,第五章挖掘机械,工程机械讲义,24,液压挖掘机的回转装置必需能把转台支承在固定部分(下车)上。不能倾翻倒，并应使回转轻便灵活。为此，液压挖掘机都设置了回转支承装置(起支承作用)和回转传动装置(驱动转台回转)，并统称为液压挖掘机的回转装置：,(一)回转支承的主要结构形式,1转柱式回转支承摆动式液压马达驱动的转柱式支承如图1510所示它由固定在回转体1上的上、下支承轴4和6，上、下轴承座3和7组成。轴承座用螺栓固定在机架5上。回转体与支承轴组成转柱，插入轴承座的轴承中。外壳固定在机架5上的摆动液压缸输出轴插入下支承轴6内，驱动回转体相对于机架转动。回转体常做成“”形，以避免与回转机构碰撞、工作装置铰接在回转体上，与回转体一起回转。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,25,图l510转柱式回转支承1回转体；2摆动液压缸；3上轴承座；4上支承轴；5机架；6下支承轴；7下轴承座,第五章挖掘机械,工程机械讲义,26,2滚动轴承式回转支承,滚动轴承式回转支承实际上就是一个大直径的滚动轴承。它与普通轴承的最大区别是它的转速很慢、挖掘机的回转速度在51lrmin之间。此外，一般轴承滚道中心直径和高度比为45，而回转支承则达1015。所以，这种轴承的刚度较差，工作中要靠支承连接结构来保证。滚动轴承式回转支承的典型构造如图1511所示。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,27,内座圈或外座圈可加上成内齿圈或外齿圈。带齿圈的座圈为固定座圈，用沿圆周分布的螺栓4、5固定在底座上。不带齿的座圈为回转圈，用螺栓与挖掘机转台连接。装配时可先把座圈1、3和滚动体8装好，形成一个完整的部件，然后再与挖掘机组装。为保证转动灵活，防止受热膨胀后产生卡死现象，回转支承应留有一定的轴向间隙。此间隙因加工误差和滚道与滚动体的磨损而变化。所以在两座圈之间设有调整垫片2，装配和修理时可以调整间隙。隔离体7用来防止相邻滚动体8间的挤压，减少滚动体的磨损，并起导向作用。滚动体可以是滚珠或滚柱。小齿轮与齿圈的啮合方式有内、外啮合两种。,图1511演动轴承式支承1下座圈；2调整垫片；3上座圈；4、5螺栓；6内齿圈；7隔离体；8滚动体；9油嘴；10密封装置,第五章挖掘机械,工程机械讲义,28,(二)回转机构传动形式与结构特点,1半回转液压挖掘机的回转传动装置小型液压挖掘机常采用液压缸驱动的传动机构。这种液压缸活塞杆的一部分加工成齿条，与回转轴上的齿轮相啮合，这样，活塞的往复运动就使回转轴回转。2全回转挖掘机的回转传动装置；1)直接传动方案在低速大扭矩液压马达的输出轴上，直接装有传动小齿轮，与回转齿图相啮合：这种传动方案结构简单，液压马达的制动性能较好，但外形尺寸较大.2)间接传动方案这种方案是由高速液压马达经齿轮减速箱带动回转大齿圈来驱动回转机构。这种方案结构紧凑，容易得到较大的传动比，且齿轮的受力情况也比较好。另外一个很大的优点是轴向柱塞式马达与同类型泵的结构基本相同，许多零件可以通用便于组织生产，从而降低了成本，但必须装设制动器，以便吸收较大的回转惯性力矩。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,29,图1512斜轴式高速液压马达驱动的回转机构l制动器；2液压马达；3行星减速器；4回转大齿圈；5润滑油环；6中央回转接头,第五章挖掘机械,工程机械讲义,30,三、行走装置,1，履带式行走装置的构造液压挖掘机的履带式行走装置都采用液压传动，且基本构造大致相同。,图1513履带行走装置1驱动轮；2驱动轮轴；3下支承架轴；4履带架；5托链轮；6引导轮；7张紧螺杆；8支重轮；9履带；10履带销；11链条；12链轮,第五章挖掘机械,工程机械讲义,31,履带式行走装置的构造照片,第五章挖掘机械,工程机械讲义,32,行走架由底架、横梁和履带组成，如图l-514所示。行走的各种零部件都安装在行走架上。由液压泵出来的压力油经多路换向阀和中央回转接头进入行走液压马达。马达把压力能转变为输出扭矩后，通过减速箱传给驱动轮。当驱动轮转动后，与它相啮合的履带有移动的趋势。但是，由于履带和上壤间的附着力大于驱动轮，引导轮和支重轮等的滚动阻力，所以驱动轮沿着履带轨道滚动，从而驱动整台机器前进或后退。如果左右两边液压马达供油方向相反，则挖掘机就地转弯。液压挖掘机的履带大都采用组合式结构,图1514行走架示意图1底架；2横梁；3履带架,第五章挖掘机械,工程机械讲义,33,液压挖掘机的履带照片,第五章挖掘机械,工程机械讲义,34,液压挖掘机的履带大都采用组合式结构。进行标准化后，规定采用质量轻、强度高、结构简单和价格较低的轧制履带板。,图1515挖掘机履带总成(t203mm)l履带板；2履带螺栓；3履带螺母；4履带销；5销套；6锁紧销垫；7锁紧销；8锁紧销套；9右轨链节；10左轨链节,第五章挖掘机械,工程机械讲义,35,挖掘机履带驱动轮都采用整体铸件(图1516)其作用是把动力传给履带，要求与履带啮合正确，传动平衡，并且当履带因销套磨损而伸长后仍能很好啮合。行走时，驱动轮常放在机械的后部，使履带的张紧段较短，减少磨擦和功率损失。,图1516驱动轮,挖掘机的载荷通过支重轮和履带传给地面。支重轮沿轨链踏面滚动，并靠它的轮缘夹持轨链，使它不至于横向脱落，而在转向时迫使履带在地面滑移。引导轮用宋引导履带正确绕转，可以防止跑偏和越轨。大部分挖掘机的引导轮兼起支重轮的作用，可以增加履带的接地长度，减少接地比压,第五章挖掘机械,工程机械讲义,36,一般引导轮做得和驱动轮一样大，使履带架结构简单，受力状况得到改善。国产履带式挖掘机多采用光面引导轮，这种引导轮结构，采用直轴式及浮动轴封：除引导轮轮体外，全部零件都能与支重轮通用。每条履带都应设张紧装置，以调整履带保持一定的张紧度。现代液压挖掘机都采用液压张紧装置。图1517是一种液压张紧装置原理图，其液压缸活塞放在弹簧中间，这一种结构的优点是缩短了外形尺寸,图1517液压张紧装置1引导轮；2连接叉；3液压缸；4弹簧,第五章挖掘机械,工程机械讲义,37,履带式单斗液压挖掘机的行走驱动，多数采用两个液压马达各自传动一条履带。与回转机构传动相似，行走传动也可由高速小扭矩马达或低速大扭矩马达驱动。低速液压马达驱动的行走机构如图15-18所示。两个液压马达以相同方向旋转。履带直线行驶时，如只向一个液压马达供油，并同时将另一个马达制动，则挖掘机绕制动一边的履带转向；若使左，右两液压马达以相反方向卷绕，挖掘机即可实现原地转向。,图15-18WY100型挖掘机行走机构1液压马达；2主动小齿轮；3驱动轮,第五章挖掘机械,工程机械讲义,38,2轮胎式行走装置的构造,国产轮胎式行走装置有机械传动和液压传动两种。图15，19是W4一60A型挖掘机行走装置的机械传动系统简图。,图1519w4一60A型挖掘机行走机构传动简图,第五章挖掘机械,工程机械讲义,39,柴油机通过双片主离合器L1驱动由齿轮z1，z2构成的增速箱，经过齿轮Z3Z12构成的变速箱获得四挡前进速度和一挡后退速度，然后经过Z13、Z14锥齿轮构成的上部传动箱和Z15，Z16锥齿轮构成的下部传动箱，带动轴v旋转、轴v通过锥齿轮Z17、Z18构成的主传动器，经过差速器齿轮Z19、Z20带动两根半袖v1转动；在后桥两侧车轮处，装有最终传动VII，太阳轮Z21与半轴vI固定连接，而内齿圈Z23与桥壳相连，行星齿轮Z22装在行星架上，后者与轮辋相连。前桥的驱动情况与后桥相类似，不过，为了保证前轮能够转向，装有两个万向节A.此外，离合器L2可以接合或脱开，从而使前桥可以作为转向驱动桥，也可以不驱动而只为作转向桥。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,40,液压传动的轮胎式挖掘机的行走装置如图1520所示行走马达直接装在变速箱上(变速箱固定在底盘上)，动力经变速箱通过传动轴传给前后驱动桥，或再经轮边减速装置驱动轮胎。采用高速液体马达的传动方式使用可靠，传动系统比机械传动简单，省掉了上下传动箱及垂直轴，结构布置较为简便。,图1520R922型挖掘机行走装置1车架；2回转支承；3中央回转接头；4支腿；5后桥；6传动轴；7液压马达及变速箱；8前桥,第五章挖掘机械,工程机械讲义,41,轮胎式单斗液压挖掘机的行走速度不高，后桥常采用刚性固定，使结构简单-前桥轴是悬挂摆动的，如图1521所示，车架与前桥4通过中间的摆动铰销铰接-铰的两旁边设有两个悬挂液压缸2，它的一端与车架5连接，活塞杆端与前桥4连接，控制阀l有两个位置-挖掘机工作时，控制阀1把两个液压缸的工作腔与油箱的联系切断，此时液压缸将前桥的平衡悬挂锁住，减少了摆动，提高了作业稳定性；行走寸控制阀1左移，使两个悬挂液压缸的工作腔相通，并与油箱接通，前桥便能适应路面的高低坡度，上下摆动使轮胎与地面保持足够的附着力，使挖掘机有较高的越野性能。,图1521液压悬挂平衡装置1控制阀；2悬挂液压缸；3摆动铰销；4前桥；5车架,第五章挖掘机械,工程机械讲义,42,液压式单斗挖掘机的传动系统,液压挖掘机的多种动作都是由各种不同液压元件所组成的液压传动系统来完成的。一个能够完成能量传递的液压系统通常由四部分组成。液压动力元件(液压泵)。它的职能是将机械能转换为液体的压力能，它是液压系统的动力元件。液压执行元件。它的职能是将液体的压力能转换为机械能，执行元件包括液压马达和液压油缸，液压马达带负荷做旋转运动，液压油缸带负荷做往复运动。液压控制元件。即液压系统的控制调节装置，用以控制和调节液压系统中的各部分液体的压力、流量和方向，以满足机械的工作要求，完成一定的工作循环。辅助装置。液体系统中的辅助装置包括油箱、滤清器、油管、管接头、密封件、冷却器、蓄能器等。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,43,在定量系统中，各执行元件在无溢流情况下是按泵能供给的固定流量工作，泵的功率按固定流量和最大工作压力确定。在变量系统中，最常见的是双泵双回路恒功率变量系统，有分功率变量与全功率变量之分。分功率调节系统是在系统的每个回路上分别装一台恒功率变量泵和恒功率调节器，发动机的功率平均分配给各泵。全功率调节是有一个恒功率调节器同时控制系统中所有泵的流量变化，从而达到同步变量。开式系统，执行元件的回油直接返回油箱，其特点是系统简单、散热条件好。但油箱容积大，低压油路与空气接触机会多，空气易渗入管路造成振动。单斗液压挖掘机的作业主要是油缸工作，而油缸大小油腔的差异较大，工作频繁，发热量大，因此绝大多数采用开式系统。闭式系统，执行元件的回油直接返回油泵，其特点是系统结构紧凑，油箱小，无论进回油路都有一定的压力，空气不易进入管路，运转比较平稳，避免了换向时的冲击，但系统较复杂，散热条件差。在液压挖掘机回转机构等局部系统中，有采用闭式系统的液压系统。为补充因液压马达正反转的油液漏损，在闭式系统中，往往还设有一个补油泵。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,44,1WYl00型全液压挖掘机的液压传动系统,WYl00型全液压挖掘机采用双泵双回路定量液压系统。,图1523WYl00型全液压挖掘机液压系统原理图I带合流阀组(后组阀)；带限逮阀组(前组阀)l单向节流阀；2斗杆油缸；3铲斗油缸；4动臂油缸；5液控限速阀；6工况选择阀；7推土油缸；8多路回路接头；9节流阀；10左行走马达；11双速阀；12电磁阀；13液控合流阀；14限压阀；15补油阀；16回转马达；17柴油机；18径向柱塞泵；19油箱；20加油滤清器；21油冷却器；22背压阀；23梭形阀；24进油阀；25分配阀；26右行走马达；27主回油滤清器；28磁性滤清器；29十字联轴节；A限速；B合流；C行走；P进油；O回油,第五章挖掘机械,工程机械讲义,45,从系统原理图可以看出，径向柱塞泵18从工作油箱19中吸油。由油泵出来的高压油分成两个回路，分别进入两组四路组合阀，形成两个独立的回路。1)第一路高压油流程为：进入第一组四路组合阀的高压油，可以分别驱动回转马达16、铲斗油缸3、辅助油缸及右行走马达26。由执行元件返回到四路组合阀的油进入合流阀13，当四个动作全部不工作时通过零位串联的油道直接进人合流阀，该阀是一个液控的二位三通阀(由工况选择阀及与之串联在一个油路上的二位三通电磁阀联合控制)。通过操纵合流阀可以将第一分路的高压油井入第二分路的进油阀，进行合流，也可以直接通到第二分路的四路组合回油部分的限速阀5，经过限速阀后通人背压阀22、冷却器21、滤清器27，再回到油箱19。2)第二路高压油流程为：进入第二组四路组合阀的高压油，可以分别控制臂油缸4、斗杆油缸2、左行走马达10及推土油缸7。由执行元件返回到回路组合阀的油进入限速阀5中，当四个动作全部不工作时，则通过阀内的零位串联通道直接进入限速阀5。由限速阀再进入背压阀22、油冷却器21、滤清器27，最后到油箱19。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,46,3)WYl00型全液压挖掘机的液压系统特点挖掘机作业时，经常要求两个执行元件同时工作。例如，左右行走马达同时工作，转台回转与斗杆提升同时动作，斗杆与铲斗缸同时挖掘，动臂提升与转台回转同时动作等。该机采用双回路系统完全满足了上述两个执行元件同时工作的要求。WYl00型全液压挖掘机还可通过操纵合流阀来实现双泵合流，以提高挖掘机在作业过程中单动作的工作速度。不需要联合动作时，为减少不必需的滤流发热，系统中设置了工况选择阀。选择阀出来的液控油经过二位三通电磁阀进人合流阀的液控口。要求合流时，只需踩下脚踏板即可。当合流阀在合流工况时，仪表盘上有灯光信号显示。WYl00型全液压挖掘机的液压回路中还设有限速阀。它是一个双信号液控节流阀，由两组多路阀进油口来的压力信号到梭形阀以后再进入限速阀的液控口。当两路进口压力均低于1215MPa时，限速阀将自动开始对回油节流，增加回油阻力，起到自动限速作用。反之，当两个油路中的任一个压力高于1215MPa时，限速阀则起不到限速作用。因此，限速阀只在挖掘机下坡时起限速作用，而对挖掘作业不起作用。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,47,液压系统的总回路上装有背压阀，使液压系统的回油油管中保持1215MPa的压力，防止液压系统吸空。设有补油回路是为了防止液压马达由于回转制动或机器下坡而造成行驶超速，和在回路中产生吸空现象。液压油经背压油路进入补油阀，向马达补油，以保证马达工作可靠及有效制动。设有排灌油路，它是将背压油路中的低压油经过节流减压以后，通人马达壳体内。这样即使液压马达不运转，壳体仍能保存一定的循环油量，使马达壳体经常得到冲洗。同时，还可防止在外界温度和马达温度较低时，突然通人温度较高的工作油而引起配油轴及柱塞副等配合的局部不均匀热膨胀，导致马达卡住或咬死而产生故障。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,48,2WYl60A型履带式全液压挖掘机液压系统,采用双泵双回路全功率变量液压系统，系统额定工作压力为28MPa，最大流量为2*210Lmin，,图524WYl60A挖掘机反铲液压系统原理图1铲斗油缸；2动臂油缸；3、4右、左行走马达；5梭阀；6回转马达；7斗杆油缸；8、9左、右主阀；10单体阀；11发动机,第五章挖掘机械,工程机械讲义,49,在该液压系统中，一个泵排出的压力油经左多路换向阀8可进入斗杆缸7、回转马达6、左行走马达4。上述三个动作停止时，泵排出的压力油通过合流阀可在阀外与另一泵排出的压力油合流，提高动臂提升和铲斗挖掘作业的速度。另一个泵排出的压力油可同时通过右多路换向阀9和单体阀10，分别进入动臂油缸2、铲斗油缸1、右行走马达3和开斗液压缸。在上述四个动作停止时，泵排出的压力油经过合流阀可在阀外对斗杆实现合流，以加快斗杆作业速度。主油路上设有主安全阀、过载阀和补油阀，上述三个阀体均与多路换向阀体组合在一起。为防止动臂下降和反铲斗杆回转时的重下落现象，在动臂缸和反铲斗杆回路上，设有单向节流阀。在两组多路换向阀内，设有自动限速装置，以保证挖掘机在40的坡道上，安全平稳地下坡。油箱为密封式。在恒定的空气压力下，向系统内供油。油箱内设有磁性纸质联合过滤器，整个系统的回油均经过此过滤器流回油箱。WYl60A型挖掘机的液压系统采用先导式液压操纵，操纵系统最大工作压力为3MPa，最大流量为40Lmin。主回路的两组多路换向阀即由此先导阀操纵液压挖掘机的各个动作。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,50,第四节液压式单斗挖掘机工作装置,一、反铲工作装置1铰接式工作装置铰接式工作装置是挖掘机最常用的结构形式。动臂、斗杆和铲斗等主要结构件彼此用铰链连接在一起(图1531)，在液压缸推力的作用下，各杆件围绕铰点摆动，完成挖掘、提升和卸土等动作。,图1531反铲工作装置1斗杆油缸；2动臂；3液压管路；4动臂油缸；5铲斗；6斗齿；7侧齿；8连杆；9摇杆；l0-铲斗油缸；11斗杆,第五章挖掘机械,工程机械讲义,51,铰接式工作装置照片,第五章挖掘机械,工程机械讲义,52,铰接式工作装置二,第五章挖掘机械,工程机械讲义,53,铰接式工作装置三,第五章挖掘机械,工程机械讲义,54,铰接式工作装置四,第五章挖掘机械,工程机械讲义,55,动臂是工作装置中的主要构件，斗杆的结构形式往往取决于它的结构形式。反铲动臂结构一般可分为整体式和组合式两大类。1)整体式动臂整体式动臂有直动臂和弯动臂两种。直动臂构造简单、质量轻、布置紧凑，主要用于悬挂式液压挖掘机。但直动臂不能得到较大的挖掘深度，不适用于通用挖掘机。弯动臂是目前应用最广泛的结构形式。与同样长度的直动臂相比，它可以得到较大的挖掘深度，但降低了卸载高度，这正适合反铲作业的要求。整体式动臂的优点是结构简单，刚度相同时结构质量比组合式动臂轻。但其缺点是替换工作装置少，通用性较差。整体式动臂一般用于长期作业条件相似的场合,第五章挖掘机械,工程机械讲义,56,整体式动臂弯动臂照片,第五章挖掘机械,工程机械讲义,57,2)组合式动臂组合式动臂由辅助连杆(或液压缸)或螺栓连接而成，如图1532所示。采用辅助连杆(或液压缸)连接的组合臂，上、下动臂之间的夹角可用辅助连杆或液压缸来调节，后者虽然使结构和操作复杂化，但在作业过程中可随时大幅度调整上、下动臂之间的夹角，从而提高挖掘机的作业性能。尤其在用反铲或抓斗挖掘窄而深的基坑时，这种结构容易得到较大距离的垂直挖掘轨迹，可以提高挖掘质量和生产率。组合式动臂的优点是可以根据施工条件随意调整作业尺寸和挖掘力，而且调整时间短。此外，它的互换工作装置多，可以满足各种作业的需要，装车运输方便。它的缺点是制造成本较高，比整体式动臂重，一般用于中小型挖掘机上。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,58,图1532采用辅助连杆(或液压缸)的组合臂a)连杆在动臂下前方；b)连杆在下动臂后上方1下动臂；2上动臂；3连杆(或液压缸),第五章挖掘机械,工程机械讲义,59,2反铲斗,铲斗的形状和大小与作业对象有很大的关系。为了满足各种工况的需要，在同一台挖掘机上可配以多种结构形式的铲斗。图15-33为常用的反铲斗。,图1533反铲斗1齿座；2斗齿；3橡胶卡销；4卡销；5、6、7斗口板,第五章挖掘机械,工程机械讲义,60,反铲斗照片一,第五章挖掘机械,工程机械讲义,61,反铲斗照片二,第五章挖掘机械,工程机械讲义,62,反铲斗照片三,第五章挖掘机械,工程机械讲义,63,斗齿结构目前普遍采用的是橡胶卡销式和螺桂连接式，如图15-34所示。,图1534斗齿结构a)螺栓连接方式；b)橡胶卡销连接方式1卡销；2橡胶卡销；3齿座；4斗齿,第五章挖掘机械,工程机械讲义,64,二、正铲工作装置,液压挖掘机的正铲工作装置(图15-35)的铲斗构造与机械式挖掘机基本相似，只是斗底采用油缸来开启。,图1535WY60型液压挖掘机正铲工作装置1动臂油缸；2动臂；3加长臂；4斗底开闭油缸；5铲斗；6斗杆；7斗杆油缸；8液压软管,第五章挖掘机械,工程机械讲义,65,正铲工作装置照片,第五章挖掘机械,工程机械讲义,66,为了换装方便，也有正反铲通用的铲斗。斗杆都是铰装在动臂的顶端，由双作用的斗杆油缸执行其转动动作。斗杆油缸的一端铰接在动臂上，另一端铰装在斗杆上。其铰接形式有两种：一种是铰接在斗杆的前端，另一种则是铰接在斗杆的尾端(图15-35)。动臂都是单杆式，顶端呈叉形，以便铰装斗杆。动臂有单节的，也有双节的(图1-535)。单节的有长短两种备品，可根据需要更换。双节的则由上下两节拼装而成，根据拼装点的不同则总长度也不同。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,67,三、抓斗工作装置,梅花抓斗(图1536)，它是多瓣(四或五瓣)的，每瓣由一只油缸来执行其开闭动作。其缸体端和活塞杆端分别铰装在上铰链和斗瓣背面的耳环上。各部油缸并联在一条总供油路上，所以各缸的动作是同步的，即斗瓣的开闭动作是协调一致的。,图1536梅花抓斗,第五章挖掘机械,工程机械讲义,68,第六节单斗挖掘机的操纵与控制系统,一、单斗挖掘机的操纵系统目前，在单斗挖掘机上采用的操纵系统有以下五种型式：人力操纵、液压操纵、气压操纵、电力操纵、复合操纵(如电力一液压操纵和电力一气压操纵)。在单发动机驱动的挖掘机中，多半采用人力操纵、液力操纵或气力操纵。在多发动机电力驱动的挖掘机中，各机构的电动机依靠各种型式的控制器操纵，而制动器和离合器用人力操纵、电气一液压操纵或电气一电力操纵。在挖掘机中，各个机构的工作情况不同，因此，也常选用混合的操纵装置。如有些不常工作的爪形离合器用人力操纵，有些经常工作的离合器则用液压操纵。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,69,1人力操纵人力操纵是依靠司机的体力通过杠杆和踏板来使机构接合和分离的。现在只在小型挖掘机上采用这种操纵型式。2液压操纵在挖掘机中，液压操纵用的较为广泛。液压操纵的优点是操纵轻便省力、反应快而灵敏，易于提高机械的生产率。它的缺点是构造复杂，制造精度要求高，成本高。液压操纵系统有两种：一种是无泵式；另一种是有泵式。无泵式液压操纵系统，由踏板、总泵、小油缸及相应的杆杠、油管等组成。它实际上还是人力通过总泵产生压力油到小油缸起作用的。这种系统使传动系统比人力操纵的大为简化。无泵液压操纵系统保持了人力操纵的优越性，即操纵的敏感性与平衡性，所以常用于提升卷筒和牵引筒的制动器。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,70,有泵式液压操纵系统用来操纵工作频繁或需力较大的机构与装置。如目前全液压挖掘机上广泛采用的先导操纵系统，其操纵油路如图1541所示。,图1541先导操纵油路1减压阀式先导阀；2先导泵；3主泵；4主控制阀；5液压马达,第五章挖掘机械,工程机械讲义,71,扳动先导阀操纵手柄，则从先导泵2来的先导压力油首先进入先导阀，然后推动主控制阀的滑阀左右移动使液压马达5(或工作油缸)工作。先导泵的出口油压为143MPa，手柄操纵力不大于20N。采用这种先导操纵系统，较好地解决了减小操纵力的问题，使主控制阀在主机上的布置更加方便，给液压系统的布置提供了便利，从而有可能缩短管路，减少整个液压系统的压力损失，还可大大改善多路阀的调节性能。3气压操纵在中小型挖掘机中，气压操纵系统有较明显的优势。这是因为气体有压缩性，所以气压操纵十分平稳，对机构造成的动载荷小。此外，气体的漏泄不像油液那样会把挖掘机弄脏，气体在低温下工作性能比油液好。气压操纵系统与液体操纵系统基本相似。只是压缩空气的压力一般为0407MPa，因此气压操纵系统元件的尺寸要比液压操纵系统的大。气压操纵系统由空气压缩机(气泵)、各类气缸与气盒、各类操纵阀、管路及气压表等组成。空气压缩机为系统的动力源，它由发动机来驱动。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,72,图1542WLY25挖掘机气压操纵系统原理图1空气压缩机；2单向阀；3卸荷阀；4安全阀；5储气筒；6水分离器；7调压阀；8脚制动阀；9梭阀；10三位五通气阀；11压力表；12油雾器；13三位四通气阀；14中央回转接头；15变速箱气缸；16中央制动气缸；17支腿阀；18悬挂阀；19四轮制动气室,第五章挖掘机械,工程机械讲义,73,4电力操纵在多发动机电力驱动的挖掘机中，各机构的电动机都用电力操纵。电力操纵的主要元件是主令控制器和接触器。在大型挖掘机中，还有电机放大机。在这种挖掘机中，制动器和离合器可以用电磁铁操纵。这种操纵系统操纵轻便，操纵主令控制手柄所需力约为710N。5复合操纵在多发动机电力驱动的挖掘机中，某些辅助装置(如制动器和离合器)依靠复合操纵装置操纵。例如电力一液压操纵和电力一气压操纵。在这种系统中，离合器和制动器是由气压操纵或液压操纵装置的活塞杆来驱动的，但是油阀或气阀并非依靠人为搬动手柄来操纵，而是依靠电磁铁来操纵的。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,74,挖掘机驾驶室照片,第五章挖掘机械,工程机械讲义,75,挖掘机驾驶室照片二,第五章挖掘机械,工程机械讲义,76,二、单斗挖掘机的控制系统,(一)概述目前先进的单斗挖掘机多为单斗全液压挖掘机。初期的液压挖掘机，多采用定量泵和大功率的柴油机，由液压阀控制。其后采用变量泵代替定量泵，柴油机的功率可有效地利用，且不会导致柴油机熄火。但由于变量液压泵的流量通常是利用泵斜盘倾角控制机构内的弹簧力与泵的排油压力相平衡来加以控制的。这种控制方式在负荷变动时斜盘响应快，却存在如下缺点而不能最大限度地利用发动机功率。1由于是用数根弹簧特性的折线设定泵的控制特性(pQ特性)，会产生图1543所示的近似误差。2考虑到机械工作环境的大气压力、气温和温度以及燃料种类等会影响发动机输出功率，故在上述设定值上应预留约10的裕量。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,77,图1543液压泵的pQ特性,第五章挖掘机械,工程机械讲义,78,为了避免上述缺点，提高液压挖掘机的作业性能，因此，目前先进的单斗全液压挖掘机多采用发动机和液压泵的电液控制系统。这种电液控制系统可以简化成如图1544所示的系统。,图l544液压泵的电液控制系统1转速传感器；2发动机；3油门位置传感器；4控制器；5斜盘控制机构；6泵,第五章挖掘机械,工程机械讲义,79,该系统由泵6及斜盘控制机构5、控制器4和传感器(发动机油门位置传感器3和转速传感器1)组成。液压泵采用双联变量泵，由柴油机驱动。斜盘控制机构受泵排油压力和来自电磁比例减压阀二次压力的作用，以控制斜盘的倾角。控制器用8位微处理器组成，输人油门位置传感器和转速传感器的信号，经运算放大后驱动是电磁比例减压阀，该阀的驱动采用脉冲宽度调制式，进行电流反馈，并有电源电压变化和温度的补偿。当发动机转速与目标转速相一致时，该转速便控制了液压泵斜盘的倾角，即控制了发动机的负荷扭矩。目标转速是由发动机油门位置传感器发出的信号经计算求出的，即发动机性能曲线上的额定转速。如果发动机经常处于额定转速下工作，则最有效地提高了液压挖掘机的作业性。液压泵斜盘倾角由排油压力来控制。当轻负荷时，电磁比例减压阀的二次压力上升，过载时则该阀的二次压力下降。由于使用了原有的斜盘控制方式，对负载压力的急剧变化，斜盘的响应快，可防止发动机转速的极剧变化。总之，将发动机的控制和泵的控制相结合，可进一步将单斗全液压挖掘机的几个作业动作实现复合控制，使挖掘机产生的动作准确地追随操作量，进而实现机械的自动化。,第五章挖掘机械,工程机械讲义,80,(二)日立EX300型全液压单斗挖掘机电液控制系