挖掘机液压基础知识

挖掘机总体知识挖掘机研究所2007年主要内容§1概述§2基本结构和特点§3挖掘机的主要参数§4工作装置§5回转机构§6行走装置§7液压系统§8整机平衡及稳定性§1概述§1-1挖掘机概述§1-2挖掘机简史§1-3挖掘机之最§1-4挖掘机分类§1-1挖掘机概述挖掘机械作为一种快速、高效的施工作业机械已经成为工程机械产品家族中的一个主要机种。据统计，工程施工中约有60%以上的土石方量是靠挖掘机械来完成的。各种类型与功能的挖掘机械，广泛应用于工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等行业的机械化施工中。近年来，挖掘机是整个工程机械行业中产、销量增长最快的一个机种。§1-2挖掘机简史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到电力驱动和内燃机驱动的回转挖掘机、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履带式全液压挖掘机。§1-2挖掘机简史从20世纪60年代中期起，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，产量已达挖掘机总产量的80%以上。20世纪70年代起，液压挖掘机广泛采用高压变量系统，向高速、高压、大功率发展，产量占挖掘机总产量的90%以上。目前液压挖掘机产量已几乎占挖掘机总产量的100%。§1-3挖掘机之最最大的挖掘机：美国马利昂公司生产的斗容量50-150m3剥离用挖掘机，B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量168.2m3的步行式拉铲挖掘机。最小的挖掘机：（研究阶段）日本正在研究进入人体血管的医用挖掘机。生产历史最悠久的国家：美国最早采用液压技术的国家：德国发展最快的国家：日本需求增长最快的国家：中国§1-4挖掘机分类……正铲履带式反铲轮胎式抓斗起重电铲周期作业式（单斗）液压式机械式连续作业式（多斗）斗轮式轮斗式挖掘机汽车式步履式§1-4挖掘机分类……正铲履带式反铲轮胎式抓斗起重电铲周期作业式（单斗）液压式机械式连续作业式（多斗）斗轮式轮斗式挖掘机汽车式步履式§1-4挖掘机分类连续作业式挖掘机§1-4挖掘机分类机械式单斗挖掘机单斗液压挖掘机§1-4挖掘机分类§1-4挖掘机按机重分类微型挖掘机：整机重量≤6t小型挖掘机：6t＜整机重量≤13t中型挖掘机：13t＜整机重量≤40t大型挖掘机：40t＜整机重量≤100t特大型挖掘机：100t＜整机重量§2基本结构和特点§2-1履带式挖掘机基本结构§2-2液压挖掘机工作原理§2-3液压挖掘机工作特点§2-4相关知识§2-1履带式挖掘机的基本结构工作装置行走装置上部机构§2-1履带式挖掘机的基本结构回转平台发动机系统液压系统驾驶室电气系统覆盖件§2-1履带式挖掘机的基本结构回转支承行走架支重轮拖链轮引导轮驱动轮履带张紧装置§2-1履带式挖掘机的基本结构动臂斗杆摇杆动臂油缸斗杆油缸铲斗油缸铲斗连杆§2-2液压挖掘机工作原理驱动控制油操纵发动机先导泵先导阀司机控制油驱动工作油工作油工作泵主控阀马达工作油实现实现工作装置工作油缸旋转、行走§2-3液压挖掘机工作特点多自由度作业机械。利用杠杆原理，液压缸推动动臂、斗杆和铲斗产生各构件之间的相对旋转运动，从而实现人为控制的挖掘和卸料动作；上部回转平台绕垂直轴旋转；远距离悬臂挖掘和卸料；靠履带转移或移动整机的工作掌子面。§2-4相关知识§2-4相关知识土的切削是个很复杂的过程。土在楔型刀具的压力作用下受到挤压和剪切而开始变形，土体的原始结构被破坏，土块或土层便被切离。土被切削时，在刀具上产生三种力：土的原始结构破坏时所产生的阻力；土的内摩擦力；土与刀具之间的摩擦力。我们把这三种力叫做切削阻力。§2-4相关知识切削阻力是变化的。随土的性质如粘性、干性、含水量、砂石量变化，又随刀具和铲斗的形状而变化，还随切入厚度和切入过程而变化。切削阻力一般用实验方法获得，也可以按经验公式计算。合理地设计切削装置的形状如斗齿的切削角度，铲斗的宽度，铲斗的形状等可以减小切削阻力。只有主动挖掘力大于切削阻力时才能完成挖掘。§3挖掘机的主要参数§3-1操作重量§3-2发动机功率§3-3斗容§3-4挖掘力§3-5工作范围§3-6运输尺寸§3-7回转速度和扭矩§3-8行走速度和牵引力§3-9爬坡能力§3-10接地比压§3-11噪音§3-12提升能力§3-13生产率§3-1操作重量操作重量是挖掘机三个主参数（操作重量，发动机功率，斗容）之一。操作重量决定了挖掘机的级别，决定了挖掘机挖掘力的上限。如果挖掘力超过这个极限，在反铲的情况下，挖掘机将打滑，并被向前拉动，这非常危险。在正铲情况下，挖掘机将向后打滑。挖掘力≦工作重量：地面和履带间的附着力系数挖掘机三种主要重量。操作重量：带标准工作装置、司机、加满燃油；运输重量：不含司机、含10%燃油；主机重量：不含工作装置。§3-2发动机功率?发动机功率是挖掘机三个主参数（操作重量，发动机功率，斗容）之一。总功率SAEJ1995（grosshorsepower）指在没有消耗功率附件，如消音器、风扇、交流发电机及空气滤清器的情况下，在发动机飞轮上测得的输出功率。净功率SAEJ1349；ISO9249（nethorsepower）A、指在装有全部消耗功率附件，如消音器、风扇、发电机及空气滤清器的情况下，在发动机飞轮上测得的输出功率。(GB,VOLVO)B、指在装有发动机运行必须的消耗功率附件，一般为风扇的情况下，在发动机飞轮上测得的输出功率。(ISO)§3-2发动机功率?额定功率（ratedhorsepower）定义：飞轮功率（flywheelhorsepower）定义：§3-3斗容斗容是挖掘机三个主参数（操作重量，发动机功率，斗容）之一。斗容一般分为堆装和平装两种，挖掘机常用标定斗容为堆装。铲斗堆装容量有两种计算标准。SAE、PCSA、ISO、GB标准：1：1堆装；CECE标准：1：2堆装。1：11：2§3-4挖掘力包括斗杆挖掘力和铲斗挖掘力。两个挖掘力的动力不同，斗杆挖掘力来自斗杆油缸，铲斗挖掘力来自铲斗油缸。挖掘力的作用点有两种计算标准。ISO标准：作用在铲斗刀板边缘；SAE、PCSA、GB标准：作用在斗齿尖。斗杆挖掘力铲斗挖掘力§3-5工作范围A最大挖掘半径B最大地面挖掘半径C最大挖掘深度D最大挖掘深度（8′水平）E最大垂直挖掘深度F最大挖掘高度G最大卸载高度H最小回转半径§3-6运输尺寸A上部机构总宽度E发动机罩总高度I轨距B总宽度F配重离地间隙J履带板宽度C驾驶室总高度G轮距K最小离地间隙D尾部回转半径H下部行走体长度L总长度M动臂总高度§3-7回转速度和扭矩回转速度：挖掘机空载时，稳定回转所能达到的平均最大速度。标注的回转速度，既不是指起动时，也不是指制动时的回转速度。对于一般的挖掘工况，挖掘机在0°～180°的范围内工作时，回转马达有加速和减速，当转到270°～360°范围内时，回转速度达到稳定。在实际的挖掘工作中，标注的回转速度并无实际意义需要的实际回转性能可用回转扭矩表示。§3-8行走速度与牵引力对于履带式挖掘机而言，行走时间大概占整个工作时间的10%。双速可以满足挖掘机的行走性能。牵引力是指挖掘机行走时所产生的力，主要影响因素包括行走马达低速档排量、工作压力、驱动轮节圆直径、机重。牵引力/机重=0.7~0.85行走速度与牵引力表明了挖掘机行走的机动灵活性及其行走能力。§3-9爬坡能力爬坡能力是指爬坡、下坡，或在一个坚实、平整的坡上停止的能力。两种表示方法：角度，百分比。爬坡角度θ，一般为35°。tanθ=b/a，一般为70%。微型机指标一般为30°或58%。§3-10接地比压全部与地面接触的面积工作重量接地比压的大小决定了挖掘机适合工作的地面条件。接地压力指机器重量对地面产生的压力。理论值。因为履带不能完全与地面接触；由于整机重心的偏移，履带上的压力不均匀。接地比压§3-11噪音挖掘机的噪音主要来源于发动机。两种噪音：司机耳边噪音机外幅射噪音§3-12提升能力提升能力是指额定稳定提升能力或额定液压提升能力中较小的一个。额定稳定提升能力：75%的倾翻载荷。额定液压提升能力：87%的液压提升能力。§3-13生产率生产率是挖掘机主要技术经济指标之一。理论生产率：在“计算条件”下连续工作一小时的生产率。“计算条件”是：1、操作熟练；2、常见工作条件和工作尺寸；3、工作、运输工具的位置恰当。技术生产率：在“给定条件”下连续工作一小时的生产率。实际生产率：机器工作一段时间所得到的实际平均生产率。它在技术生产率的基础上受机器利用率和操作熟练程度两方面影响。§4工作装置§4-1工作装置特点§4-2工作装置类别§4-3反铲装置§4-4其它工作装置§4-5工作装置组合应用强度箱型截面、两种流行形式：厚板小截面：同等强度条件下，重量略大一些。薄板大截面：同等强度条件下，重量略小一些，但要仔细验算薄板是否失稳。最终目的：重量轻，强度高，刚性好。有效的工具：计算机有限元应力分析。可信的数据：实际电测应力分析。§4-1工作装置特点应力应力集中：如支耳，孔，焊缝（贴角，对接，坡口），形状突变，焊缝过于集中，不同材料的焊接性能（板材与铸锻件）等。板材质量。焊缝的疲劳强度。实践证明，破碎锤更容易使构件发生疲劳破坏。控制焊接变形。去应力措施：振动，打磨，时效等。§4-1工作装置特点要求耐磨的部分斗齿：主斗齿、齿体、侧斗齿。刀板：主刀板、侧刀板。销轴：中碳合金钢+中频淬火。轴套：⑴调质处理的中碳合金钢钢基+内壁喷涂自润滑和减磨及耐磨材料，⑵铜基镶嵌式，⑶方便调整的T型套端面喷涂碳化钨，⑷表面处理的高硬度合金钢。调整垫片：钢制、高分子材料如橡胶和树脂。§4-1工作装置特点§4-2工作装置类别工作装置是挖掘机的主要组成部分之一。可以更换的多种工作装置极大地拓展了挖掘机的应用。常见的工作装置类型有：铲斗：以挖掘、装载物料为主，包括反铲、正铲；抓斗：深井作业、装卸物料；吸盘：吸盘可以吸附废钢等材料，包括电磁吸盘和永久吸盘；破碎锤：破碎水泥、石块，拆除作业；液压剪：剪断水泥建筑的钢筋等；液压螺旋钻：钻孔、取土。§4-3反铲装置反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构型式，主要用于挖掘停机面以下土壤。动臂、斗杆和铲斗等主要部件彼此铰接，在液压缸的作用下各部件绕铰接点转动，完成挖掘、提升和卸土等动作。……标准铲斗V型铲斗平整斗岩石斗§4-3反铲装置——铲斗有利于物料的自由流动。使物料易于卸净。铲斗宽度与物料颗粒直径之比应大于4:1。利用斗齿增大挖掘线比压，以便于切削。针对不同的作业对象，选取不同的铲斗。铲斗宽度选择的原则宽的铲斗适用于较软的土壤，窄的铲斗适用于较硬的物料。铲斗宽度与单位挖掘力成反比，宽度越小，单位挖掘力越大。窄型铲斗宽型铲斗§4-3反铲装置——铲斗铲斗的宽度与大小臂的寿命预期的小臂和大臂的寿命周期取决于铲斗的宽度。小臂与大臂的寿命铲斗的宽度标准斗窄斗宽斗§4-3反铲装置——铲斗铲斗的容量要与机器相匹配如果选取的铲斗比推荐的容量大得多，挖掘机的瞬时转动惯量将会变得很大。这使循环周期增长，且对整个机器的寿命和稳定性都有不利影响；对液压部件、大臂、小臂和机架同样也有不利影响。§4-3反铲装置——铲斗大小臂的选取与铲斗容量相对较短的大小臂具有较大的挖掘力，宜配较大容量的铲斗，可提高生产率，但是同时以降低挖掘范围为代价。较长的大小臂，尤其是超长臂挖掘机，具有较小的挖掘力，宜配较小容量的铲斗，优点是扩大挖掘范围。§4-3反铲装置——铲斗选择合适的铲斗具有下列优点：降低工作装置的故障率，降低工作循环时间；降低燃油消耗；提高单位挖掘力；提高生产率；提高机器的耐用性；提高机器的稳定性。§4-3反铲装置——铲斗§4-3反铲装置——挖掘力