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第四章挖掘机挖掘机是土方工程机械的主要机种之一，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的机械化施工中。挖掘机的作业过程是利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。挖掘机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，施工中多采用单斗挖掘机。第一节概述一、功用：1、在筑路工程中用来开挖堑壕、在建筑工程中用来开挖基础；2、在水利工程中用来开挖沟渠、运河和疏浚河道；3、在采石场、露天采矿等工程中用于剥离和矿石的挖掘等。4、对碎石进行装载作业。5、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。二、分类1、按用途分为通用型和专用型两种。中小型挖掘机大部分为通用型，它装有反铲、正铲、装载、起重等多种工作装置。大型和中型液压挖掘机主要用于矿山采掘和装载，称为采矿型或矿用型，只配有正铲或装载工作装置。2、按工作装置的结构不同分为铰接式和伸缩臂式挖掘机常用的均为铰接式，伸缩臂式挖掘机因可用于平整清理场地和坡道等作业，故有挖掘平地机之称。3、按行走装置的不同，液压挖掘机分为履带式、轮胎式、悬挂式及拖式等。履带式因有良好的通过性能因而应用最广，对松软地面或沼泽地带还可采用加宽、加长以及浮式履带来降低接地比压。轮式挖掘机具有行走速度快、机动性好的特点，可在城市街道通行，故近年来在中小型液压挖掘机中发展较快。汽车式、悬挂式是以汽车及拖拉机为基础机械(底盘)并安装挖掘或装载工作装置的小型挖掘机，适用于城建小量土方工程及农村建筑。拖式则没有行走驱动机构，转移时由牵引车牵引，主要优点是结构简单、成本低。4、按工作装置在水平面内可回转的范围分，液压挖掘机有全回转和非全回转两类。大部分液压挖掘机是全回转式的，小型液压挖掘机如悬挂式等工作装置仅能做180度左右的回转，为非全回转式或半回转式。5、按传动装置分，有机械传动式、半液压传动式和全半液压传动式液压挖掘机按主要机构是否全部采用液压传动分为全液压式与半液压式两种。两者区别在于半液压传动挖掘机的行走机构采用机械传动，少数挖掘机仅工作装置采用液压传动。部分轮胎式液压挖掘机多采用半液压式。三、单斗挖掘机的工作原理与使用范围：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工作装置，都属于一种循环作业式机械，单斗挖掘机每一个工作循环包括：挖掘、回转、卸料和返回四个过程。1、正铲的工作过程：2、反铲的工作过程：3、拉铲的工作过程：4、抓斗的工作过程：液压挖掘机一般只带正铲、反铲铲斗和起重工作装置，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、反铲的作业范围如下图所示，两者对停机面上下的作业都能挖掘。第二节单斗挖掘机的结构分析一、总体构造：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。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。二、传动系统：单斗挖掘机的传动系是将柴油机的动力传递给工作装置、回转装置和行走机构。单斗挖掘机的动力装置一般是直立、多缸、水冷式柴油机。传动系中一般工作装置与回转装置为全液压传动，行走机构则有机械传动、液压—机械传动和全液压传动。1、机械传动：2、液压—机械传动：3、全液压传动：见书92页。三、上部转台与回转装置上部转台是液压挖掘机三大组成部分之一，其前部安装着工作装置，其上面布置着发动机、液压系统、司机室、平衡重、油箱等；其下部通过回转装置支撑在下部底架上。转台上各部分的布置因不同型号而异，但都力求布置紧凑。1、回转支撑装置：回转支撑装置主要用于承受轴向力及倾翻力矩引起的轴向载荷，现在主要采用以下几种结构：转柱式回转支撑：滚动轴承式回转支撑：2、回转驱动机构：（1）半回转液压挖掘机的回转驱动机构：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，活塞的往复运动就使回转轴转动。（2）全回转挖掘机的回转驱动机构：1）高速传动：高速液压马达经齿轮减速箱带动回转大齿圈驱动：2）低速传动：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圈相啮合。四、底架与行走装置：挖掘机的底架与行走装置是整个机械的基础，除了承受挖掘机的全部重量及挖掘作业中工作装置的挖掘反力外，还要使挖掘机在作业场内行走或转场。按结构可分为：履带式和轮胎式。1、履带式底架与行走装置：97页2、轮胎式底架与行走装置：98页支腿：第三节工作装置一、反铲工作装置：反铲工作装置的结构主要由动臂、斗杆、铲斗等构件组成，如下图所示。动臂、斗杆和铲斗等彼此用铰链连接在一起，在液压缸推力的作用下，各杆件围绕铰点摆动，完成挖掘、提升和卸土动作。1、动臂：动臂是工作装置中的主要构件，斗杆的结构形式往往取决于动臂的结构，反铲动臂一般可分为整体式和组合式两种。（1）整体式动臂：有直动臂和弯动臂两大类。（2）组合式动臂：由辅助连杆（或液压缸）或螺栓连接而成。2、铲斗：铲斗的形状和大小与作业对象有很大关系，为满足各种工况的需要，在同一台挖掘机上可以配装多种形式的铲斗。下图为常用的反铲斗：铲斗与铲斗油缸的连接：二、正铲工作装置液压挖掘机的正铲工作装置用于挖掘停机面以上土壤和装载爆破后的岩石或其它散状物料。由动臂、斗杆和铲斗等构件组成。其铲斗一般采用斗底开启式，专用正铲工作装置常以爆破后的岩石、矿石为作业对象。为了换装方便，也有正反铲通用的铲斗，通用形好，造价低，适用于小型建筑工地上挖掘比较松软的土壤。三、抓斗工作装置为实现液压挖掘机的一机多用，除反铲、正铲铲斗外，还常备有其它类型的工作装置，常用的有抓斗、起重装置和液压锤等。抓斗装置主要用于挖掘停机面以下的土壤或其它散状物料，还可用于采木场抓取圆木等。液压抓斗的挖掘深度受到动臂和斗杆长度的限制，一般限制在20m以内。1、双颚抓斗：见书106页2、多颚抓斗：也称梅花抓斗，由多块颚板组成，主要用于抓取巨石或其它形状不规则的物料。3、抓斗的运动：抓斗的运动包括颚的开闭、斗的升降、斗在水平面内旋转和在任意垂直面内的摆动。抓斗的开闭靠液压缸实现，有单缸式和多缸式。（1）单缸式：主要用于双颚抓斗，采用中心布置的方式。（2）多缸式：主要用于多颚抓斗，每一颚由一个液压缸执行开闭动作，各油缸并联在一条总供油管路上并采用周围布置的形式。（3）抓斗的旋转装置：107页图3—5—35。（4）抓斗的升降：107页图3—5—36.四、起重装置：1、利用挖掘机的机体和部分工作装置构件，配上专用的起重臂构成履带式起重机的形式，用于建筑安装作业；107页图3—5—372、完全利用反铲挖掘机的工作装置或稍加更换而成，一般用于小型工地起吊管道或其它物件。107页图3—5—38。五、液压锤：用于打桩、开挖冻土和岩层、破坏路面表层、夯实土壤等。第四节液压系统液压挖掘机作业时的主要动作有：动臂升和降、斗杆收和放、铲斗转动、转台回转、机械行走和转向等；若是轮胎式液压挖掘机，还有支腿的收放等。全液压挖掘机液压系统中主要液压元件的的安装位置如下图所示：全液压挖掘机的动作复杂，机构经常启动、制动、换向、以及负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外作业条件差，液压系统必须适应其工作和环境特点。1、定量系统：系统流量不变，即流量不随负载而变化，通常依靠节流调节速度。根据定量系统中油泵和回路的数量和组合形式又分为单泵单回路定量系统、双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统及多泵多回路定量系统等。2、变量系统：通过容积变量来实现无极调速，其调节方式有三种，即变量泵—定量马达调速、定量泵—变量马达调速、变量泵—变量马达调速。目前多采用的变量系统为变量泵—定量马达调速。3、国产WY100型单斗挖掘机液压系统分析该机重25t，发动机功率为100kW，反铲斗，斗容量1m³。该液压系统采用双泵双回路定量液压系统。