挖掘机械--结构及工作过程

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1—5—1)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1—5—1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(Ⅵ)，然后回转，使动臂带着铲斗转到卸料处上空(Ⅴ).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(Ⅵ)。•(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(Ⅵ—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—Ⅳ级土壤和松散物料、第五章挖掘机械工程机械讲义10•图1—5—2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→Ⅵ—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1—5—3)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(Ⅱ)；将斗保持(Ⅱ)状态连同动臂一起提升到(Ⅲ)，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(Ⅵ)，后者需将铲斗向前伸出，使斗口朝下卸料(Ⅴ)。•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1—5—3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；I～V—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1—5-4)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(Ⅰ)，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(Ⅱ—Ⅲ)。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(Ⅳ)(一般情况下当铲斗拉移3—4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8°—12°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1—5—4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～Ⅳ—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1—5—5)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(Ⅳ)。•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1—5—5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～Ⅳ—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1—5—6所示，两者对停机面上下的作业都能挖掘。图1－5－6a)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1—5—7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1—5—8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；Ⅰ—挖掘装置；Ⅱ-回转装置；III－行走装置图1—5—8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1—5—9为国产液压挖掘机转台布置的一种型式。图1—5—9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1—5—10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l—5—10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262．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5—1lr／min之间。此外，一般轴承滚道中心直径和高度比为4—5，而回转支承则达10—15。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1—5—11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1—5—11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