(第一篇)第五章挖掘机械

第五章挖掘机械第五章挖掘机械第五章挖掘机械第一节概述第二节机械式单斗挖掘机构造第三节单斗液压挖掘机构造第四节挖掘机电子控制系统简介第五章挖掘机械第一节概述一、用途在基础工程中用来挖掘Ⅵ级以下的土层和爆破后的岩石，还可对松散物料进行装载作业。更换工作装置后还可进行起重、安装、打桩、夯土和拔桩等工作。二、分类按动力装置：电驱动式、内燃机驱动式、复合驱动式等。按传动装置：机械传动式、半液压传动式、全液压传动式。按行走装置：履带式、轮胎式、汽车式、悬挂式。按工作装置的操纵方式:机械式和液压式。第五章挖掘机械1.机械式挖掘机工作装置的主要形式（图5-1）。a）正铲；b）反铲；c）刨铲；d）刮铲；e）拉铲；f）抓斗；g）吊钩；h）桩锤；i）夯板第五章挖掘机械a）正铲：是机械式挖掘机的主要形式，主要挖掘停机面以上的工作面。b）反铲：是机械式挖掘机的一种换用装置，主要挖掘停机面以下的工作面。c）刨铲：用于平整场地。e）拉铲：铲斗为挠性连接，适用于挖掘停机面以下的工作面。拉铲的挖掘能力受铲斗自重的限制，一般只适宜挖掘土料和砂砾。d）刮铲：用来刮动停机面以上已经松动的土壤。h)桩锤：用于进行打桩，挖掘机在换用桩锤工作装置就成为打桩机。f)夯板：用于夯实土壤，故称为夯土机。第五章挖掘机械2.液压挖掘机液压挖掘机具有挖掘力大、动作平稳、作业效率高、结构紧凑、操纵轻便、更换工作装置容易等特点。其主要工作方式（图5-2）：图5-2液压单斗挖掘机工作装置的主要型式a）反铲；b）正铲；c）抓斗；d）吊钩第五章挖掘机械a）反铲：靠挖掘机动臂、斗杆和铲斗的自重和各工作液压缸的推动力。主要用于停机面以下的土方工程，也可以挖停机面以上的土方工程。是中小型液压挖掘机的主要工作装置。b）正铲：主要用于挖掘停机面以上的工作面。卸土方式有两种：前卸式和底卸式。c）抓斗：根据作业对象不同，液压抓斗结构形状也不相同。双颚式抓斗用于土方作业。液压挖掘机还可以配用其它装置完成不同的作业，如平整刮刀、液压镐、液压钻、松土器等。挖掘机属于循环作业式机械，每一个工作循环包括：挖掘、回转、卸料和返回四个过程。第五章挖掘机械三、液压挖掘机的主要技术参数单斗液压挖掘机的主要参数：斗容量、机重、额定功率、最大挖掘半径、最大挖掘深度、最大卸载高度、最小回转半径、回转速度和液压系统的工作压力等。其中主要参数有标准斗容，机重和额定功率三个，是液压挖掘机分级的标志性参数。标准斗容量：指挖掘Ⅳ级土壤时，铲斗堆尖时的斗容量（m3）。它直接反映了挖掘机的挖掘能力。机重：指带标准反铲或正铲工作装置的整机质量（t）。反映机械本身的级别和实际工作能力。额定功率：指发动机正常工作条件下，飞轮的净输出功率（kW），反映了挖掘机的动力性能。第五章挖掘机械四、液压挖掘机的发展概况近年来，由于电子技术的飞速发展及计算机的普遍使用，挖掘机开始由机电液一体化技术向自动化、智能化和机器人化的方向发展。采用机电液一体化技术的优点：（1）提高了作业质量和工作的舒适性。（2）采用机电液一体化技术可节约能源20％～30％。（3）使操纵简单省力，可实现无人或远距离操纵。（4）提高了安全性和可靠性，可进行状态自动监测和故障诊断。第五章挖掘机械国外挖掘机上应用机电一体化技术，主要体现的方面：（1）泵－发动机电子负荷传感控制系统。（2）挖掘机工况检测与故障诊断系统。（3）无线遥控挖掘机。（4）作业过程的局部自主化控制（即半自动化液压挖掘机）。（5）全自动液压挖掘机。挖掘机的另一个发展方向是大型化和超大型化发展。第五章挖掘机械第二节机械式单斗挖掘机构造机械式单斗挖掘机由三大部分组成，即工作装置1、转台2和行走装置3，如图5-3所示。图5-3机械挖掘机外形图1－工作装置；2－转台；3－行走装置第五章挖掘机械工作装置1包括铲斗、动臂及提升用的主铰车和变幅铰车；转台2包括动力装置、传动装置和操纵装置（全部罩在机身内）；行走装置3包括车座、行走履带及其传动装置。一、正铲工作装置正铲工作装置由铲斗、斗杆、动臂、推压机构、滑轮钢索和斗底开闭机构等组成。正铲工作装置的结构型式有：单杆斗柄配双杆动臂和双杆斗柄配单杆动臂两种。前者多用于中小型（斗容小于1立方米）挖掘机上，后者多用于1立方米以上的挖掘机。第五章挖掘机械图5-4机械正铲工作装置1-铲斗；2-斗底开启索链；3-斗柄；4-推压齿条；5-鞍形座；6-推压轴；7-推压齿轮；8-动臂；9-提升钢索；10-主卷扬筒；11-变幅卷筒；12-变幅钢索；13-定滑轮；14-动滑轮双斗柄配单杆动臂的正铲工作装置（图5-4），由动臂8、斗柄3、铲斗1和机械操纵系统等组成。第五章挖掘机械二、反铲工作装置反铲工作装置由铲斗、斗柄、动臂和钢索滑轮系等组成，如图5-5所示。图5-5机械反铲工作装置1－动臂；2－圆弧铲斗；3－斗柄；4－前支架；5－牵引机构第五章挖掘机械反铲斗有斗底可开启铲斗（如图5-6）和斗底不可开启铲斗（如图5-7）两种。斗底可开启的反铲斗卸料面积小（如车辆上卸料）。斗底不可开启的反铲斗，卸料时必须斗柄带着铲斗一起翻转，使斗口朝下，因此卸料面积较大。此种斗的后部呈弧形以利卸料。反铲斗的刃口多制成圆弧状，以减小挖掘阻力。第五章挖掘机械图5-6斗底可开启的反铲斗1-斗体；2-斗底开启机构；3-安全突筋；4-斗底；5-拱板；6-斗齿；7-螺钉；8-侧齿；9-铰销；10、12-销孔；11-拉杆第五章挖掘机械图5-7斗底不能开启的铲斗1－斗齿；2－侧齿；3－斗体；4、5、6－销孔；7－拉杆第五章挖掘机械三、机械式拉铲与抓斗工作装置1.拉铲工作装置拉铲工作装置（图5-8）由动臂、铲斗和钢索三部分组成。图5-8拉铲工作装置1-机身；2-门形架；3-动臂升降钢索；4-滑轮组；5-悬挂钢索；6-动臂；7-滑轮；8-铲斗升降钢索；9-悬挂连接器；10-卸土钢索；11-升降链条；12-铲斗；13-牵引链条：14-横向连接器；15-牵引钢索；16-导向滑轮第五章挖掘机械动臂6用角钢焊成格栅式桁架，分节拼装。各节之间用接盘和螺栓连接。采用这种结构可减轻动臂质量，扩大拉铲的工作范围。拉铲斗是一个簸箕形钢斗（图5-9），斗的后臂呈圆弧形。图5-9拉铲斗1-斗壁；2-拱板；3-卸料索；4-侧刃；5-斗底；6-耳环；7-牵引链；8-牵引索；9-提升链；10-铲斗提升钢索；11-连接器；12-横撑杆第五章挖掘机械2.抓斗工作装置抓斗工作装置是一个用钢索操纵的抓斗，抓斗由两个弧形斗瓣组成，如图5-10所示。图5-10钢索操纵的抓斗a）闭合状态；b）张开状态1、13-斗齿；2、18-拉杆；3-拉臂；4、16-动滑轮组；5、17、20-关斗钢索；7、21-铲斗升降钢索；8、19-定滑轮组；10、22-钢索固定器；12、14-斗瓣第五章挖掘机械四、机械传动系统机械式单斗挖掘机传动系统的组成：1.主卷扬机构；2.回转机构；3.变幅机构；4.换向机构；5.行走机构。例：履带式单斗挖掘机的机械传动系统（图5-11）。第五章挖掘机械图5-11单斗挖掘机的机械传动1-发动机；2-主离合器；3-减速器；7-变幅卷筒轴；8、15、17-推压机构传动链轮；9-离合器；10-变幅卷筒；12-主卷扬轴；14、20-主卷筒离合器；16-右主卷筒；18-回缩钢索；19-推压钢索；21-推压卷筒；29-回转立轴；30-行走立轴；31、35-行走齿轮；33、36-行走链轮；34-驱动轮；37-行走水平轴；38-回转小齿轮；41-大齿圈；42-垂直轴；45、46、47-换向齿轮；48-换向机构水平轴；51-斗底开启卷筒第五章挖掘机械发动机1的动力经主离合器2与链式减速器3传给换向机构水平轴48。然后分成两条传动路线：一路由齿轮4、5、11将动力传递至主卷扬轴12，驱动主卷筒回转，控制铲斗的动作；另一路由换向机构经垂直轴42、两挡变速器43，经齿轮28、26分别将动力传给回转立轴29和行走立轴30。接合爪形离合器27，回转立轴29带动回转小齿轮绕固定的大齿圈41回转，从而带动回转平台回转。接合爪形离合器25，行走立轴30经锥形齿轮传动将动力传给行走水平轴37，再通过左右行走爪形离合器32和链传动把动力传递给左右驱动链轮，左右离合器32可将一边行走装置的动力切断而使机械转向。第五章挖掘机械第三节单斗液压挖掘机构造单斗液压挖掘机由发动机、机架、传动系统、行走装置、工作装置、回转装置、操纵控制系统和驾驶室等组成。机架是整机的骨架，支承在行走装置上。传动系是将发动机的动力传递给工作装置、回转机构和行走装置，可分为机械传动和液压传动。液压系统由液压泵、液压马达、液压油缸、控制阀以及液压管路等液压元件组成。工作装置主要由动臂8、斗杆4、铲斗1、连杆2、摇杆3、动臂油缸7、斗杆油缸6和铲斗油缸5等组成。各构件之间的连接以及工作装置与回转平台的连接全部采用铰接，通过三个油缸的伸缩配合，实现挖掘机的挖掘、提升和卸土等作业过程。第五章挖掘机械图5-12单斗液压挖掘机的总体结构1-铲斗；2-连杆；3-摇杆；4-斗杆；5-铲斗油缸；6-斗杆油缸；7-动臂油缸；8-动臂；9-回转支撑；10-回转驱动装置；11-燃油箱；12-液压油箱；13-控制阀；14-液压泵；15-发动机；17-液压油冷却器；18-平台；19-中央回转接头；20-行走装置；21-操作系统；22-驾驶室第五章挖掘机械一、工作装置液压挖掘机的工作装置最常用的是反铲和正铲，也可以更换抓斗和拉铲等工作装置。1.反铲工作装置图5-13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;10-铲斗油缸;11-斗杆第五章挖掘机械反铲工作装置由动臂、斗杆、连杆和铲斗组成，分别由动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸驱动，完成挖掘、回转等作业过程。三个液压油缸配合工作可以使铲斗在不同的位置挖掘，组合成许多铲斗挖掘位置。动臂和斗杆是工作装置的主要构件，由高强度钢板焊接而成，多采用整体式结构，等强度设计。第五章挖掘机械图5-14反铲铲斗结构1-齿座；2-斗齿；3-橡胶卡销；4-卡销；5、6、7-斗齿板铲斗形状和大小与作业对象有很大关系，结构如图5-14所示。铲斗斗齿结构如图5-15所示。图5-15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2.正铲工作装置单斗液压挖掘机的正铲工作装置（图5-16）由动臂2、动臂油缸1、铲斗5、斗底油缸4等组成。铲斗的斗底用液压缸开启，斗杆6铰接在动臂的顶端，由双作用的斗杆油缸7使其转动。图5-16液压正铲工作装置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3.抓斗工作装置根据作业对象的不同，液压抓斗结构型式有梅花抓斗（图5-17）和双颚式抓斗（图5-18）两种型式，双颚式抓斗多用于土方作业。图5-17梅花抓斗结构图图5-18双鄂式抓斗第五章挖掘机械4.液压锤液压锤是一种常用的换装工作装置（图5-19）。主要用来进行打桩、开挖冻土和岩层、破坏路面表层、捣实土壤等工作。图5-19液压锤第五章挖掘机械图5-20液压锤工作过程示意图图5-20所示为一种液压锤的工作过程。第五章挖掘机械二、回转装置液压挖掘机的回转装置由回转支承装置和回转驱动装置组成，用于支持和驱动回转平台。回转支承的主要结构型式有转柱式回转支承和滚动轴承式回转支承两种。滚动轴承式回转支承是一个大直径的滚动轴承，转速很慢，常用结构型式有单排球式（图5-21）和双排球式。图5-21回转支承结构图1-回转驱动装置；2-回转支承；3-外圈；4-内圈；5-钢球；6-隔离体、7-上下密封圈第五章挖掘机械三、行走装置行走装置是挖掘机的支承部分，承载整机重量和工作载荷并完成行走任务，有履带式和轮胎式两种形式，常用的是履带式行走装置。1.履带式行走装置的构造履带式行走装置（图5-23）由行走架、中心回转接头、行走驱动装置、驱动轮、引导轮和履带张紧装置等组成。驱动轮沿着履带铺设的轨道滚动，从而驱动整台机器