湖南三一工業(yè)職業(yè)技術學院 畢 業(yè) 論 文 題 目 挖機 臂架 結構 設計 與制作 專 業(yè) 機械設備維修與管理 年 級 10 裝配 1、 2 班 學生姓名 謝 威 學號 1001030214 指導教師 胡 軍 林 吳 曉 芳 日 期 2012-12-25 摘 要 液壓挖掘機是工程機械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設工程的土方機械。液壓挖掘機利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達、液壓缸等）帶動各種構件動作，具有許多優(yōu)點， 挖掘機 對液壓 系統(tǒng)的設計提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓系統(tǒng)中 復雜的。因此，對挖掘機液壓系統(tǒng)的分析設計對推動我國挖掘機發(fā)展具有十分重要的意義。 在搜集了 國內(nèi)外挖掘機液壓系統(tǒng)相關資料的基礎上，了解了挖掘機液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史，并對挖掘機液壓系統(tǒng)的技術發(fā)展動態(tài)進行了分析總結。本次畢業(yè)設計課題是液壓挖掘機。挖掘機由多個系統(tǒng)組成，包括液壓系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)，工作裝置，底架，轉(zhuǎn)臺，油箱，發(fā)動機安裝等。本人的設計主要致力于分析和設計中 型液壓挖掘機 機械 系統(tǒng) 的 機械和 液壓元件 。 以液壓元件和液壓回路為主 。 關鍵詞 ：挖掘機 ； 液壓系統(tǒng) ； 液壓泵 Abstract Hydraulic excavator is one of important engineering machinery, is a widely used in construction, railway, highway, water conservancy, mining, etc construction projects of earthwork machinery. Excavator for hydraulic system design and puts forward high demand, the hydraulic systems of engineering machinery in hydraulic system is complex. Therefore, the excavator hydraulic system analysis and design for impelling our country excavator development has the extremely vital significance. In the domestic and foreign excavator hydraulic system based on the materials of, learned about the excavator hydraulic system development history, and for excavator hydraulic system technology development dynamic is summarized. The graduation design task is hydraulic excavator. Excavator by multiple system components, including hydraulic system, transmission system, control systems, work device, chassis, turntable, tank, engine installation, etc. My design is mainly devoted to the analysis and design medium-sized hydraulic excavator mechanical system mechanica and hydraulic components. With hydraulic components and hydraulic loop primarily. Keywords: excavator； mechanica system； hydraulic cylinder 目 錄 （黑體 +三號） 1 緒論 . 錯誤 !未定義書簽。 1.1 挖掘機的簡介 . 錯誤 !未定義書簽。 1.1.1 裝配圖 . 錯誤 !未定義書簽。 1.1.2 行走裝置 . 錯誤 !未定義書簽。 1.1.3 回轉(zhuǎn)機構 . 2 1.1.4 工作裝置 . 2 1.1.5 液壓系統(tǒng) . 2 1.2 液壓挖掘機的發(fā)展概況 . 2 1.2.1 國外液壓挖掘機目前水平及發(fā)展趨勢 . 3 1.2.2 國內(nèi)液壓挖掘機的發(fā)展概況 . 1.3 設計的內(nèi)容和意義 . 1.3.1 設計的內(nèi)容 . 1.3.2 設計的意義 . 2挖掘機液壓系統(tǒng)的 計算 . 錯誤 !未定義書簽。 2.1 液壓挖掘機的基本系統(tǒng) . 2.1.1 挖掘機液壓系統(tǒng)的簡介 . 2.2 液壓挖掘機工作裝置油缸作用力的確定 . 2.2.1 動臂油缸作用力分析 . 2.2.2 鏟斗油缸工作受力分析 . 2.2.3 斗桿油缸作用力分析 . 3. 液壓元件的選擇 . 3.1 液壓缸的選擇 . 4結論 . 5 致謝 . 6 參考文獻 . 1.緒論 液壓挖掘機是工程機械的一個重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設工程的突發(fā)機械。液壓挖掘機利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達、液壓 缸等）帶動各種構件動作，具有如下有點：功率密度大，結構緊湊，重量輕；無級調(diào)速，調(diào)速范圍大；啟動性能好，能實現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)；布置靈活，基本不受總體結構的限制；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各種可靠，能自行潤滑，使用壽命長；有過載保護功能；容易實現(xiàn)自動化，操作簡便省力等。因此，液壓挖掘機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，促進各項建設事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。 液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎上發(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用，是各種土石施工中不可缺少的一種重要機械設備 。 1.1 挖掘機的簡介 液壓挖掘機是一種多功能機械，目前被廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量。加快建設速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。根據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計，幾十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。由于液壓挖掘機具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。 挖掘機液壓傳動緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術的應用為基礎。由于挖掘機的工作條件惡劣，要求實現(xiàn)的動作很復雜，于是它對液壓系統(tǒng)的設計提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓系統(tǒng)中最為復雜的。因此，對挖掘機液壓系統(tǒng)的分析設計已經(jīng)成為推動挖掘機發(fā)展中的重要一環(huán)。 液壓挖掘機結構特點 : 挖掘機由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置和液壓系統(tǒng) 構成。下面以輪式液壓挖掘機為例來說明一下： 單斗液壓挖掘機是一種周期性作業(yè)的自行式土方機械，它采用液壓傳動，由一個鏟斗切削土裝入斗內(nèi)，然后提升裝滿土石的鏟斗，再回轉(zhuǎn)一定的角度進行裝車，接下來空當斗回到原來的位置，準備進行下一個循環(huán)的挖掘，此外整機還要定期移位，使鏟斗能在適當位置上有效地作業(yè)，單斗挖掘機裝載，抓取起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作，挖掘機可分為提供動力和基本動作（行走回轉(zhuǎn)）的主機部分及進行不同作業(yè)的工作裝置部分，主機又可分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、工作裝置。 1.1.1 裝配 圖 1大臂較根軸 2大臂油缸與平臺連接軸 3大臂油缸 4大臂總成 5大臂油缸頭軸 6斗桿油缸與大臂連接軸 7斗桿油缸 8斗桿油缸與斗桿連接軸 9斗桿與大臂連接軸 10 斗桿總成 11 鏟桿油缸與斗桿連接軸 12 鏟桿油缸 13 搖臂與斗桿連接軸 14 搖臂總成 15 連桿總成 16 連桿與搖臂連接軸 17 鏟斗總成 1.1.2 行走裝置 液壓挖掘機行走裝置的反力同時能使挖掘機作短距離行走，按結構不 同，可分為履帶式、輪胎式兩類。履帶式行走裝置由履帶、支重輪、托鏈輪、驅(qū)動輪、導向輪、張緊裝置、行走架液壓馬達、減速機等組成，液壓挖掘機的行走裝置采用液壓馬達、減速機、驅(qū)動輪，每條履帶有各自的液壓馬達和減速機，由于兩個液壓馬達可獨立操作，因此，機器的左右履帶可以同步前進后退，也可以通過一條履帶制動來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，還可以通過兩條履帶相反方向驅(qū)動，來實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，操作十分簡單。 1.1.3 回轉(zhuǎn)機構 回轉(zhuǎn)機構包括回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置一般采用定量馬達，經(jīng)過回轉(zhuǎn)減速機兩行星齒輪與回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)齒圈相齒合而實 現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)，具有結構緊湊，體積小、效率高速比大，承載能力強，發(fā)熱量和功率損失小，工作可靠等優(yōu)點，回轉(zhuǎn)支承一般采用的滾動軸承，其中用的最廣泛的是單排滾球式和雙排式滾軸柱式回轉(zhuǎn)支承。 1.1.4 工作裝置 工作裝置是液壓挖掘機的主要組成部分之一，由于工作的不同，工作裝置不同類很多常用挖掘、裝載和起重裝置也可以有很多形式，挖掘裝置一般采用斗杠油缸進行挖掘，動臂油缸主要用于調(diào)節(jié)切削角度，清除障礙，以及 挖掘，鏟斗多用于開啟斗底的方式卸載，斗底的開啟、關閉也用了油缸。 1.1.5 液壓系統(tǒng) 液壓挖掘機的主要系統(tǒng)運 動有整機行走、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、動臂升降，斗桿收放、鏟斗挖掘等，根據(jù)以上的工作要求把各液壓元件用管路連接起來的組合體叫做液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動機機械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達等邊為機能，再傳動各個執(zhí)行機構，實現(xiàn)各種運動。國家規(guī)定 8 噸以下的挖掘機采用定量泵。 1.2 液壓挖掘機的發(fā)展概況 第一臺手動挖掘機問世至今已有 130 多年的歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動斗回轉(zhuǎn)挖掘機到電力驅(qū)動和內(nèi)燃機驅(qū)動回轉(zhuǎn)挖掘機、應用機電液一體化技術的全自動液壓挖掘機的逐步發(fā)展過程。挖掘機行業(yè)的發(fā)展歷史久 遠，可以追溯到 1840 年。當時美國西部開發(fā)，進行鐵路建設，產(chǎn)生了模仿人體構造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機械手的挖掘機，它采用蒸汽機作為動力在軌道上行走。但是此后的很長時間挖掘機沒有得到很大的發(fā)展，應用范圍也只局限于礦山作業(yè)中。 導致挖掘機發(fā)展緩慢的主要原因是 :其作業(yè)裝置動作復雜，運動范圍大，需要采用多自由度機構，古老的機械傳動對它不太適合。而且當時的工程建設主要是國土開發(fā)，大規(guī)模的筑路和整修場地等，大多是大面積的水平作業(yè)，因此對挖掘機的應用相對較少，在一定程度上也限制了挖掘機的發(fā)展。 由于液壓技 術的應用，二十世紀四十年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機。隨著液壓傳動技術迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動技術，挖掘機有了適合它的傳動裝置，為挖掘機的發(fā)展建立了強有力的技術支撐，是挖掘機技術上的一個飛躍 。同時，工程建設和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進行大規(guī)模國土開發(fā)的同時，也開始進行城市型土木施工，這樣，具有較長的臂和桿，能裝上各種各樣的工作裝置，能行走、回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)多自由動作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和溝槽的挖掘機得到了廣泛應用。 自第一臺手動挖掘機誕生以來的 160 多年當中，挖掘機一直在不斷 地飛躍發(fā)展，其技術已經(jīng)發(fā)展到相對成熟穩(wěn)定的階段。目前國際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機，對其控制方式不斷改進和革新，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計算機控制接收器和激光導向相結合，實現(xiàn)了挖掘機作業(yè)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機的全液壓化為其奠定了堅實的基礎，創(chuàng)造了良好的前提。 據(jù)有關專家估算，全世界各種施工作業(yè)場約有 65%至 70%的土石方工程都是由挖掘機完成的。挖掘機是一種萬能型工程機械 ，目前已經(jīng)無可爭議地成為工程機械的第一主力機種，在世界工程機械市場上己占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴大。挖掘機的發(fā)展主要以液壓技 術的應用為基礎，其液壓系統(tǒng)已成為工程機械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學技術的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機需要大幅度的技術進步，技術創(chuàng)新是液壓挖掘機行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術方面，挖掘機產(chǎn)品的核心技術就是液壓系統(tǒng)設計，所以對其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。 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)達國家的挖掘機生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本是斗容 量3.5-40m單斗液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國，從 20 世紀 80 年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機。例如，美國馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量 50-150m剝離用挖掘機，斗容量 132m的步行 式拉鏟挖掘機； B-E（布比賽路斯 -伊利）公司生產(chǎn)的斗容量 168.2m的步行式拉鏟挖掘機，斗容量 107m的剝離用挖掘機等，是世界上目前最大的挖掘機。 從 20 世紀后期開始，國際上挖掘機的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展。 (1)開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機。為滿足市政建設和農(nóng)田建設的需要，國外發(fā)展了斗容 量在 0.25m以下的微型挖掘機，最小的斗容量僅在 0.01m。另外，數(shù)量最的的中、小型挖掘機趨向于一機多能，配備了多種工作裝置 除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時，發(fā)展專門用途的特種挖掘機，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機等。 (2)迅速發(fā)展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電 遙控、電子計算機綜合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計算機控制接收器和激光導向相結合，實現(xiàn)了挖掘機作業(yè)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機的全液壓化為其奠定了基礎和創(chuàng)造了良好的前提。 (3)重視采用新技術、新工藝、新結構，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機裝有新型的發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新 C 系列 LS-5800型液壓挖掘機安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的浪費。還安裝了 CAPS（計算機輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的 FJ 系列五種新型號挖掘機配有與液壓回路連接的計算機輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動機功率和液壓功率的消耗，并處長了零部件的使用壽命；德國奧加凱 (O&K)公司生產(chǎn)的挖掘機的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的 904、 905、 907、 909 型液壓挖掘機上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗的駕駛員也能進行復雜的作業(yè)操作；德國利勃海爾公司開發(fā)了 ECO（電子控制作業(yè)）的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型 B 系統(tǒng)挖掘機上采用最新的 3114T 型柴油機以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進一步提高了挖掘機的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國大宇公司在 DH280 型挖掘機上采用了 EPOS 電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機負荷的變化，自動調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動機始終以全功率運轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動機的功率、提高挖掘機的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動機因過載而熄火。 (4)更新設計理論，提高可靠性 ，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優(yōu)化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術、疲勞強度分析方法等先進技術應用于液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。美國提出了考核動強度的動態(tài)設計分析方法，并創(chuàng)立了預測產(chǎn)品失效和更新的的理論。日本制定了液壓挖掘機構件的強度評定程序，研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎理論的指導下，借助于大量試驗，縮短了新產(chǎn)品的研究周期，加速了液壓挖掘機更新?lián)Q代的進程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機的運轉(zhuǎn)率達到 85%-95%，使用壽命超過 1 萬小時。 (5)加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機采用帶有墜物保護結構和傾翻保護結構的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。 (6)進一步改進液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。因為變量系統(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時和增大流量 來襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當外阻力增大時則減少流量（降低速度），使 挖掘力成倍增長率加；采用三回路液壓系統(tǒng)。產(chǎn)生三個互不成影響的獨立工作運動。實現(xiàn)與回轉(zhuǎn)達機械的功率匹配。將第三泵在其他工作運動上接通，成為開式回路第二個獨立的快速成運動。此外，液壓技術在挖掘機上普遍使用，為電子技術、自動控制技術在挖掘機的應用與推廣創(chuàng)造了條件。 (7)迅速拓展電子化、自動化技術在挖掘機上的應用。 20世紀 70 年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境的污染，使挖掘機的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機口音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應用電子和自動控制技術。隨著對挖掘機的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安 全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機電一體化在挖掘機上的應用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。 20 世紀 80 年代，以微電子技術為核心的高新技術，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機上的應用，推動了電子控制技術在挖掘機上應用和推廣，并已成為挖掘機現(xiàn)代化的重要標志，亦即目前先進的挖掘機上設有發(fā)動機自動怠速及油門控制系統(tǒng)、功率優(yōu)化系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等電控系統(tǒng)。 1.2.2 國內(nèi)液壓挖掘機的發(fā)展概況 近年來，我國的挖掘機市場 90%被外國獨資或合資企業(yè)壟斷，而國產(chǎn)品的價格優(yōu)勢仍然是十分明顯的 。成都神鋼的挖掘機、凱斯的挖掘裝載機、 JCB 的挖掘裝載機、常林的挖掘裝載機、柳工的挖掘機、詹工的挖掘機、玉柴的挖掘機以及山河智能、南特的小挖等諸多企業(yè)的產(chǎn)品一一呈現(xiàn)在市場上。 挖掘機在 2003 年國內(nèi)產(chǎn)銷量達 35000 臺，市場總量突破 6 萬臺，升幅達 80%。國產(chǎn)機的價格優(yōu)勢是十分明顯的，以 13 至 14 噸級的輪式挖掘機為例，雖然其關鍵零部件系國外配置，但價格仍相差 25 萬至 30 萬元。小功率、多功能的挖掘機尤其受到青睞。通過快速換裝不同的工作裝置以完成挖、裝、填、夯、抓、刨、吊鉆、剪等多種作業(yè)，挖掘裝載機出現(xiàn)了需求不斷 上升的勢頭。除了 JCB、凱斯等品牌外，德工的 WZ 25-20 型也出現(xiàn)了較好的銷售趨勢。輪胎挖掘機的需求一直在穩(wěn)步增長，如常州現(xiàn)代的輪挖從 0.25 至0.92 立方米都可生產(chǎn)，詹工可生產(chǎn) 14 至 30 噸級的輪挖，其中 20 噸級的輪挖的行駛速度可高達 54 公里 /小時。目前我國輪挖的生產(chǎn)企業(yè)大約為 10 家。 大型挖掘機在我國一直處于薄弱地位，主要依賴進口。長挖的 CE600 -5 型其斗容達 4 立方米，常州現(xiàn)代的 R450LC-5 型挖掘機屬于 43.53 噸級，而相比之下，德國的利勃海爾生產(chǎn)的 600噸級的挖掘機最大斗容可達 34 立方米。 小型挖掘機兼具有中型挖掘機的多項功能 ,又具有運輸、能耗、靈活性、適應性等方面優(yōu)勢 ,而且價格低、重量輕、保養(yǎng)維修方便等優(yōu)點得到了廣泛的。目前 ,國內(nèi)外有關小型挖掘機的劃分標準并不統(tǒng)一。這里 ,我們暫且將整機質(zhì)量在 10 噸或 10 噸以下稱小型挖掘機 (整機質(zhì)量等于或小于 4 噸的挖掘機稱作為微型挖掘機或叫做迷你型挖掘機 )。 總之 ,中國挖掘機市場將持續(xù)呈波浪型發(fā)展 ,從的發(fā)展觀來看 ,要摒棄一切脫離實際的超前。 4 今后一個時期挖掘機市場火爆式的炎夏恐難遇到 ,我們期待溫暖、柔和、生機勃勃的春天的到來。期望中國挖掘機 市場能夠持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。國內(nèi)挖掘機的發(fā)展起步較晚，目前國內(nèi)市場上國產(chǎn)挖掘機大多數(shù)為 20t 40t 級的，超過 50t 級的液壓挖掘機極少。 1.3 設計的內(nèi)容和意義 1.3.1 設計的內(nèi)容 (1)要保證挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以互相配合實現(xiàn)復合動 作。 (2)工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨進行，又能作復合動作，以提高挖掘機的生產(chǎn)率。 (3)履帶式挖掘機的左、右履帶分別驅(qū)動，使挖掘機行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機的靈活性。 (4)保證挖掘機的一切動作可逆，且無級變速。 (5)保證挖掘機工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達等）有良好的過載保護；回轉(zhuǎn)機構和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快帶下降和整機超速溜坡。 為此，液壓系統(tǒng)應做到： (1)有高的傳動效率，以充分發(fā)揮發(fā)動機的動力性和燃料使用經(jīng)濟性。 (2)液壓系統(tǒng)和液壓元件在負載變化大、急劇的振動沖擊作用下，具有足夠的可靠性。 (3)調(diào)協(xié)輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機持續(xù)工作時液壓油溫不超過 80 度，或溫升不超過 45 度。 (4)由于挖掘機作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密封性能要好， 液壓元件對油液污染的敏感性低，整個液壓系統(tǒng)要設置濾油器和防塵裝置。 (5)采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機設置自動控制系統(tǒng)，進而提高挖掘機技術性能和減輕駕駛員的勞動強度。 1.3.2 設計內(nèi)容的意義 挖掘機是一種多功能機械，目前被廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量。加快建設速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。液壓系統(tǒng)是挖掘機的核心部分，對挖掘機液壓系統(tǒng)設計計算能有效的提高挖掘機性能。 本次設計是以研究探討為主，了解液壓挖掘機的基本 結構和原理，在此基礎上對液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)的一些部件進行設計計算，根據(jù)所得結果對液壓元件（液壓泵、液壓馬達、液壓缸等）進行合理配置，使之能提高挖掘機的使用率、生產(chǎn)率適用范圍和使用壽命等。 2.挖掘機液壓系統(tǒng)的計算 2.1 液壓挖掘機的基本系統(tǒng) 本次設計的液壓挖掘機的基本參數(shù)定為： 正鏟斗容量為 1.6m3；液壓泵的系統(tǒng)工作壓力 28MPa，最大排量 2140mL/r；回轉(zhuǎn)液壓馬達最大排量 140mL/r；行走液壓馬達最大排量 2140mL/r。 為了合理的選擇液壓元件，對這些液壓元件進行分析計算，得到理論的數(shù)據(jù) ，根據(jù)這些數(shù)據(jù)選擇液壓元件。 2.1.1 挖掘機液壓系統(tǒng)的簡介 液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成，它們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回路、支腿順序回路、支腿鎖止回路和先導閥操縱回路等，由它們構成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。 (1)液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的基本類型 液壓挖掘機液壓系統(tǒng)大致上有定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)和定量、變量復合系統(tǒng)等三種類型。 (2)定量系統(tǒng) 在液壓挖掘機采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨外載荷而變化，通常依靠節(jié)流來調(diào)節(jié)速度。根據(jù)定量系統(tǒng)中油泵 和回路的數(shù)量及組合形式，分為單泵 單回路定量系統(tǒng)、雙泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵雙回路定量系統(tǒng)及多泵多回路定量系統(tǒng)等。 (3)變量系統(tǒng) 在液壓挖掘機采用的變量系統(tǒng)中，是通過容積變量來實現(xiàn)無級調(diào)速的，其調(diào)速方式有三種：變量泵定量馬達調(diào)速、定量泵變量馬達調(diào)速和變量泵變量馬達調(diào)速。 單斗液壓挖掘機的變量系統(tǒng)多采用變量泵定量馬達的組合方式實現(xiàn)無極變量，且都是雙泵雙回路。根據(jù)兩個回路的變量有無關連，分為功率變量系統(tǒng)和全功率變量系統(tǒng)兩種。其中的分功率變量系統(tǒng)的每個油泵各有一個功率調(diào)節(jié)機構，油泵的流量變化只受自身所在回路 壓力變化的影響，與另一回路的壓力變化無關，即兩個回路的油泵各自獨立地進行恒功率調(diào)節(jié)變量，兩個油泵各自擁有一半發(fā)動機輸出功率；全功率變量系統(tǒng)中的兩個油泵由一個總功率調(diào)節(jié)機構進行平衡調(diào)節(jié)，使兩個油泵的擺角始終相同。同步變量、流量相等。決定流量變化的是系統(tǒng)的總壓力，兩個油泵的功率在變量范圍內(nèi)是不相同的。其調(diào)節(jié)機構有機械聯(lián)動式和液壓聯(lián)動式兩種形式。 5 2.2 液壓挖掘機工作裝置油缸作用力的確定 對液壓挖掘機的油缸研究，先以動臂油缸、鏟斗油缸、斗桿油缸做為研究對象。 2.2.1 動臂油缸作用力分析 動臂油缸作用力，即 最大提升力，以能提升鏟斗內(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最大卸載距離位置進行卸載來確定，其計算簡圖如下圖 2.2 所示。 圖 2.2 動臂油缸作用力分析 此時動臂油缸作用力為： bF 31l （ bAbgAgdAbt lGlGlG ） (2.1) 式中 ，btG 鏟斗及其裝載土壤重力 G 斗桿所受重力 bG 動臂所受重力 dAl 鏟斗質(zhì)心到動臂下鉸點 A 的水平距離 gAl 斗桿質(zhì)心到動臂下鉸點 A 的水平距離 bAl 動臂質(zhì)心到動臂下鉸點 A 的水平距離 同樣根據(jù)受力平衡可求出斗桿油缸閉鎖力和鏟斗油缸閉鎖力。 因為動臂油缸只承受大臂、斗桿、鏟斗及各液壓缸的自重，而不進行挖掘動作，但是要承受很大的彎曲力矩，要考慮液壓缸的抗彎能力，所以如果計算出動臂油缸所需過載壓力太大，只要采取增加動臂油缸徑和活塞桿徑的措施即可解決。 2.2.2 鏟斗油缸工作受力分析 反鏟裝置載作業(yè)過程中，當以轉(zhuǎn)斗挖掘為主時，其最大挖掘力為鏟斗油缸設計的依據(jù)。反鏟最重要的工作位置 最大挖掘深度時能保證具有最大挖掘力來分析確定鏟斗油缸的作用力。此時計 算位置為動臂下放 到最低位置，鏟斗油缸作用力與斗桿鉸點由最大力臂，如圖 2.3 所示 鏟斗油缸作用力為： 1max1 l lFF Cd (2.2) 圖 2.3 鏟斗油缸作用力 式中 ， 1l 鏟斗油缸作用力對搖臂與斗桿鉸點的力臂（此位置為要比長度） 這時斗桿及動臂油缸處于封閉狀態(tài)，斗桿油缸封閉力 gF/ 應滿足： gF/2/2m ax1llFlF BB (2.3) 式中 ， 2l 斗桿油缸閉鎖力 gF/ 對斗桿與動臂鉸點 B 的力臂 blmax1F對斗桿與動臂鉸點 B 的力臂 Bl 2F 對斗桿與動臂鉸點 B 的力臂 2F 挖掘阻力的法向分力， max12 2.0 FF 動臂油缸閉鎖力 /bF應滿足 /bF3/2m ax1llFlF AA (2.4) 式中 ，3l 動臂油缸閉鎖力 /bF對鉸點 A 的力臂 Al max1F 對動臂下鉸點 A 的力臂 Al 2F 對鉸點 A 的力臂 此外，最大鏟斗挖掘力在其工作位置能否實現(xiàn)，還受到挖掘機穩(wěn)定性的限制，因為有可能挖掘力尚未達到最大值時，挖掘機已經(jīng)失去穩(wěn)定。因此，選取鏟斗油缸最大推力時應以保證挖掘機的穩(wěn)定為前提條件。 2.2.3 斗桿油缸作用力分析 當挖掘機以鏟斗挖掘時，其最大挖掘力則由斗桿油缸來保證。斗桿油缸最大作用力計算位置為動臂下方到最低位置，斗桿油缸作用力對斗桿與動臂鉸點有最大力臂，即對斗桿產(chǎn)生最 大作用力距，并使斗齒尖和鉸 點 B ， C 在一條直線上，如 圖 2.4 所示。 與前面推導斗桿油缸作用力一樣，此時斗桿油缸作用力為： 2max1