【《液压挖掘机工作装置概述》4600字】

液压挖掘机工作装置概述目录TOC\o"1-3"\h\u6406液压挖掘机工作装置概述 1182531.1工作装置结构组成 1171901.2反铲装置工作原理分析 2248961.3反铲装置主要结构的论述与选型 384311.3.1动臂及斗杆的结构方案 3264001.3.2动臂和斗杆的截面形状 4192641.3.3动臂液压缸和斗杆液压缸的布置 4264871.3.4铲斗和铲斗液压缸的连接方式 5130551.3.5铲斗的结构形式 6169081.4反铲工作装置选型总结 824101.4.1动臂与斗杆的结构形式 8147051.4.2动臂油缸与斗杆油缸的布置方案 8112421.4.3动臂与斗杆的材料 8199721.4.4铲斗与铲斗液压缸的连接方式与材料 9142311.4.5铲斗的结构形状 956071.4.6铲斗的材料选择 9液压挖掘机的工作过程依靠工作装置来完成，根据其结构不同常见的工作装置分为正铲工作装置和反铲工作装置两种。其中正铲常应用于进行装卸作业，也适用于机重大于25t的大型挖掘机。当进行挖掘停机面以下的作业作业时则更适合使用反铲装置。本文为二十吨液压挖掘机工作装置的设计，属于中型挖掘机，因此选择反铲装置作为本文所设计的工作装置。1.1工作装置结构组成反铲工作装置常用在中小型液压挖掘机，动臂、斗杆和铲斗三个主要部分通过销轴铰接在一起,同时各部分配有对应的油缸，通过各油缸的伸缩完成施工作业。图1.1反铲装置结构组成1-斗杆油缸；2-动臂；3-油管；4-动臂油缸；5-铲斗；6-斗齿；7-倒齿；8-连杆；9-摇杆；10-铲斗油缸；11-斗杆反铲工作装置由动臂、动臂油缸、斗杆、斗杆油缸、铲斗、铲斗油缸、连杆、摇杆、液压管路组成。在反铲装置中,动臂的下铰点铰接在回转支承装置上,动臂可通过动臂液压缸的伸缩而绕铰接点转动和移动。斗杆铰接在斗杆上端,斗杆与铲斗之间的相对位置由铲斗液压缸控制。斗杆可根据斗杆液压缸的伸缩，绕在动臂上的铰点转动。铲斗铰接在斗杆前端,由铲斗油缸和连杆驱动,控制铲斗转动进行挖掘作业。1.2反铲装置工作原理分析反铲装置常应用于在停机面以下进行土壤的挖掘工作。由各部分的尺寸参数和铲斗的形状参数以及各液压缸伸缩相互协调共同决定了工作装置的运动轨迹[15]。反铲挖掘机工作装置的几个重要极限工作位置决定了挖掘机的有效工作范围，通过对这些工况进行分析，可以有效的避免在作业过程中挖掘死角的出现，同时也可以对挖掘机的性能有一个基础的认识。在实际挖掘作业过程中，往往需要工作装置的各个部件相互配合。例如，当需要挖掘一个比较深的基坑时，为了得到坡度更大且平滑的坑壁，动臂和斗杆两个油缸需要共同作用。进行坑底的挖掘时，挖掘作业的过程需要斗杆油缸和铲斗油缸共同作用控制铲斗不停的改变切削角度，以保证坑底平坦。1.3反铲装置主要结构的论述与选型1.3.1动臂及斗杆的结构方案动臂是液压挖掘机工作装置的最基础的部分，确定了动臂的结构形式，也就确定了整个工作装置的结构。动臂的结构形式主要有两种1整体式动臂：整体式动臂有整体式弯动臂和整体式直动臂两种，见图1.2。直动臂具有结构简单,质量轻,布局紧凑的优势。通常情况下悬挂式挖掘机采用直动臂更多，直动臂也有其弊端，相比于弯动臂其挖掘深度更浅，通用性较差。目前大多数挖掘机使用的是弯动臂结构，弯动臂挖掘深度更深，但获得更深的挖掘深度的同时也牺牲卸载高度，更适合进行停机面以下挖掘作业的反铲装置。图1.2整体式直动臂与整体式弯动臂2组合式动臂：组合式动臂由两部分通过油缸和连杆组合而成，这种动臂结构可以通过调节辅助连杆或者辅助液压缸改变两截动臂之间的角度。组合式动臂的结构和操作相较于整体式动臂更加复杂,不过可以在作业中根据实际工况调节两段动臂之间的角度，从而获得当前工况最优性能。尤其是在对较深的基坑进行挖掘时,组合式动臂结构可以轻易获得较大的垂直开挖路径。组合式动臂相较于整体式动臂其优势在于可根据施工条件无需对动臂进行拆解和再次组装便可自由调节工作尺寸和挖掘力,节约了调节时间，提高了挖掘机的生产率。图1.3采用辅助油缸的组合式动臂1-辅助液压缸；2-调节螺孔斗杆的结构类型于动臂类似，也有整体式和组合式两种结构形式。整体式斗杆广泛用于大多数挖掘机,可以通过更换斗杆来对斗杆的长度进行调节,此举需要在斗杆上设置几个可以在更换斗杆时选择的孔[16]。1.3.2动臂和斗杆的截面形状动臂和斗杆都不是实心的，而是采用的箱型结构，由四块钢板焊接而成。这是因为动臂和斗杆截面高度不能太大，还要保证抗扭性能。箱型结构在抗弯性能上相当于两个并排的工字钢，而抗扭性能则优于两个单独的工字钢总和，是最合适的结构。1.3.3动臂液压缸和斗杆液压缸的布置动臂液压缸可供选择的布置方案有两种。第一种布置方案如图1.4所示，动臂油缸安装在动臂下面。动臂和转台铰接点的设计有两种设计方案，分别位于转台的前后。当铰接点位于转台的旋转中心之后时，可以避免应力集中的情况，但如果工作装置的结构为反铲结构，这种布置方式会降低挖掘的深度。动臂和动臂油缸的铰接点通常有两种布置方式。一个是在动臂的箱体下面布置一个凸缘，将铰接点布置在凸缘上，这种铰点不会影响动臂的结构强度。另一个是位于动臂箱体中部的铰接点，选择这种布置方式需要对动臂进行额外加工——只用单缸需要在动臂下面开口来保证活塞缸的运动不受干涉；在选用双缸时，双缸分布在动臂两侧且需要在左右加筋，这两种布置方式均会削弱动臂的结构强度。图1.4支点后倾和支点前倾第二种方案如图1.5所示，与于第一种方案不同的是，动臂油缸的铰点布置在动臂后方或上方。由于动臂油缸布置位置的原因，动臂牺牲了下置式时大的仰角，最大挖掘高度大幅度降低，获得在施工作业时动臂的上下摆动的速度较快，提高生产率的优势。图1.5悬挂式液压缸中小型挖掘机反铲工作装置的斗杆油缸一般只用一个，布置在斗杆的上部。1.3.4铲斗和铲斗液压缸的连接方式铲斗与铲斗油缸的连接方式有的三种类型，如图1.6所示，这三种类型的主要区别在于和活塞杆端部的连接方式。图1.6(a)为直接连接,铲斗、斗杆与铲斗油缸组成四连杆机构。图1.6(b)中铲斗油缸通过摇杆3和连杆4与铲斗相连,它们与斗杆一起组成六连杆共点机构。图1.6(d)与图1.6(b)类似,区别在于前者油缸活塞杆端铰接于摇杆两端之间。图1.6(c)的机构传动比与(b)差不多,但铲斗摆角位置向顺时针方向转动了一个角度。四连杆机构的铲斗转动的范围较小，但是能够得到较大的挖掘力。六连杆机构牺牲了较大挖掘力从而获得了更好的运动特性，可以有效地避免挖掘死角的出现。图1.6反铲铲斗连杆机构的结构形式1-铲斗油缸；2-斗杆；3-摇杆；4-连杆；5-铲斗1.3.5铲斗的结构形式铲斗常见的结构形式有两种，土方铲斗和岩石铲斗。土方铲斗的斗容量一般来说相较于岩石铲斗更大一些，所以可以将挖掘机的岩石铲斗更换为同种机型的土方铲斗从而提高挖掘机挖掘作业的效率。土方铲斗的铲斗侧边轮廓较浅（底部的曲率半径较大），结构上采用从光滑直线逐渐过度到内切圆弧的轮廓形状，具有强度较高且易于卸载黏性物料的特点。岩石铲斗具有较深的轮廓形状（底部的曲率半径较小），具有强度更高且斗口较小的特点，但是岩石铲斗不易卸载黏性土壤。挖掘机的作业效果在很大程度上是受铲斗结构形状和参数的影响，所以如何合理的选择铲斗的结构形状和参数也是十分关键的。由于在不同的工作条件下铲斗的作用对象也多种多样,单一种基础的铲斗很难通用于任何工况。为了适配各种具体的工作条件从而保证挖掘作业的工作效率,一台挖掘机除了基础的铲斗以外，往往需要配备数个不同结构和斗容的斗型[17]。各种铲斗所需满足的共同要求有：（1）保证物料的自由流动。（2）要易于卸净物料。挖掘黏性土壤时可加装强制卸土板。（3）合理设计工作装置各部分形状结构，避免出现应力集中，保证施工作业时的稳定性。（4）铲斗所安装的斗齿需要满足阻力小，耐磨，便于拆卸等要求。常见的安装斗齿的方式有两种，如图1.7所示。一种是螺栓连接，常用于小型挖掘机的铲斗中，另一种是采用橡胶卡销结构进行连接，这种连接方式适用于中型及以上的挖掘机的铲斗中。图1.7斗齿的安装形式a-螺栓连接；b-橡胶卡销连接1-卡销；2-橡胶卡销；3-齿座；4-斗齿斗齿刃角θ的大小会影响铲斗的挖掘阻力和斗齿的磨损速度。θ的值的大小与挖掘阻力成正比，与斗齿的磨损速度成反比。故一般取在20°~25°。为防止在挖掘过程中铲斗斗背与地面发生摩擦，铲斗的背面应有一个后角。通过对土壤阻力和最大挖掘深度的分析可以对后角的大小进行选择，铲斗的后角常取在25°至35°之间。为了减小摩擦阻力并使物料的倾卸更加容易，铲斗的后部应该比铲斗的前部窄上一些，铲斗口的宽度应比底部宽度略大。通常，深度倾角是3°至5°。铲斗的宽度不应超过铲斗的长度，尤其是设计常用工况为硬质土壤的铲斗，这样可以减少部分负荷。铲斗侧壁上厚厚的侧挡板不仅可以提高铲斗的强度并减少磨损，还可以确保铲斗的刚度并减少作业操作时铲斗的变形。铲斗挖掘切削角γ一般取在40°到50°之间。铲斗前壁一般有一定长度的直线段，一般为500mm至900mm。挖掘黏性土壤时斗齿一般较长，挖掘硬土岩石时斗齿较短。铲斗底板分为网格底板和普通底板。斗侧壁形状有平直型和下凹型两种，如图1.8所示，我国国家标准规定x/y＜12为下凹型，x/y≥12为平直型。图1.8铲斗侧壁形状1.4反铲工作装置选型总结1.4.1动臂与斗杆的结构形式本文中动臂结构选择使用整体式弯动臂，这种结构具有结构简单，质量轻的特点，且不会降低刚度。弯动臂可以使挖掘机具有较大的挖掘深度，同时降低了卸土高度，切合这台反铲挖掘机的设计要求。斗杆则选择应用广泛的整体式斗杆。1.4.2动臂油缸与斗杆油缸的布置方案动臂油缸选择后倾下支式双油缸，安装于动臂的下方。这种油缸安装方式会削弱动臂结构强度，但不影响下降幅度，更适合双油缸设计，而双动臂油缸的设计可以保证液压缸的闭锁能力和缸径统一。因本文所设计的挖掘机机重为20t，属于中型挖掘机，所以斗杆油缸选择单油缸设计即可。1.4.3动臂与斗杆的材料动臂的材料选择常用的低合金高强度钢Q345系列中的Q345C号钢材。Q345系列钢材综合力学性能良好，低温性能尚可，塑性和焊接性良好，适合动臂这种承受动载荷的构件。Q345C级钢材是承受0℃冲击的，低温性能较好且价格适中，适合作为动臂的材料斗杆也属于焊接件，材料和母材相同。这里选择Q345C号钢材，该材料含碳量适中综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合。1.4.4铲斗与铲斗液压缸的连接方式与材料选择铲斗与铲斗液压缸通过连杆和摇杆连接，与斗杆组成六连杆机构。液压缸活塞杆铰接于摇杆中部。连杆和摇杆选择Q235号碳素结构钢。1.4.5铲斗的结构形状铲斗耳板布置方式选择反铲常用的耳板上置式布置方案。侧壁样式选择平直型侧壁(x/y≤12)。斗齿选择橡胶卡销的连接方式安装在铲斗上。总体结构大致如图1.9：图1.9铲斗总体结构初选1.4.6铲斗的材料选择铲斗根据材料不同分为标准斗，加强斗和岩石斗。表1.1不同铲斗的材料性能与适用环境铲斗材料配置与性能适用环境标准斗Q345号国产优质合金钢标准板厚国产优质斗齿座适用于一般黏土、松土的挖掘和沙、土、砾石的装载等较轻作业环境岩石斗易损部位齿座板和侧刃板材料选用国产优质高强度耐磨钢NM360板材较厚国产优质斗齿座延长使用寿命适用于挖掘混有较软碎石的硬土或碎石、砾石的装载等重载作