挖掘机的基本构造及工作原理

第一部分：挖掘机第一章挖掘机的基本构造及工作原理第一节概述一、单斗液压挖掘机的总体结构单斗液压挖掘机的总体结构包括①动力装置、②工作装置、③回转机构、④操纵机构、⑤传动系统、⑥行走机构和⑦辅助设备等，如图所示。常用的全回转式液压挖掘机的动力装置、传动系统的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室等都安装在可回转的平台上，通常称为上部转台。因此又可将单斗液压挖掘机概括成工作装置、上部转台和行走机构等三部分。挖掘机是通过柴油机把柴油的化学能转化为机械能，由液压柱塞泵把机械能转换成液压能，通过液压系统把液压能分配到各执行元件（液压油缸、回转马达+减速机、行走马达+减速机），由各执行元件再把液压能转化为机械能，实现工作装置的运动、回转平台的回转运动、整机的行走运动。二、挖掘机动力系统1、挖掘机动力传输路线如下１）行走动力传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀——中央回转接头——行走马达（液压能转化为机械能）——减速箱——驱动轮——轨链履带——实现行走２）回转运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀——回转马达（液压能转化为机械能）——减速箱——回转支承——实现回转３）动臂运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀——动臂油缸（液压能转化为机械能）——实现动臂运动４）斗杆运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀——斗杆油缸（液压能转化为机械能）——实现斗杆运动５）铲斗运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀——铲斗油缸（液压能转化为机械能）——实现铲斗运动工作装置——①动臂、②斗杆、③铲斗、④液压油缸、⑤连杆、⑥销轴、⑦管路上部转台——①发动机、②减震器主泵、③主阀、④驾驶室、⑤回转机构、⑥回转支承、⑦回转接头、⑧转台、⑨液压油箱、⑩燃油箱、○11控制油路、○12电器部件、○13配重行走机构——①履带架、②履带、③引导轮、④支重轮、⑤托轮、⑥终传动、⑦张紧装置1、引导轮2、中心回转接头3、控制阀4、终传动5、行走马达6、液压泵7、发动机8、行走速度电磁阀9、回转制动电磁阀10、回转马达11、回转机构12、回转支承2、动力装置单斗液压挖掘机的动力装置，多采用直立多缸式、水冷、一小时功率标定的柴油机。3、传动系统单斗液压挖掘机传动系统将柴油机的输出动力传递给工作装置、回转装置和行走机构等。单斗液压挖掘机用液压传动系统的类型很多，习惯上按主泵的数量、功率的调节方式和回路的数量来分类。有单泵或双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统、多泵多回路定量系统、双泵双回路分功率调节变量系统、双泵双回路全功率调节变量系统、多泵多回路定量或变量混合系统等六种。按油液循环方式分为开式系统和闭式系统。按供油方式分为串联系统和并联系统。1、驱动盘2、螺旋弹簧3、止动销4、摩擦片5、减震器总成6、消音器7、发动机后部安装座8、发动机前部安装座凡主泵输出的流量是定值的液压系统为定量液压系统；反之，主泵的流量可以通过调节系统进行改变的则称为变量系统。在定量系统中各执行元件在无溢流情况下是按油泵供给的固定流量工作，油泵的功率按固定流量和最大工作压力确定；在变量系统中，最常见的是双泵双回路恒功率变量系统，有分功率变量与全功率变量之分。分功率变量调节系统是在系统的每个回路上分别装一台恒功率变量泵和恒功率调节器，发动机的功率平均分配给各油泵；全功率调节系统是有一个恒功率调节器同时控制着系统中的所有油泵的流量变化，从而达到同步变量。开式系统中执行元件的回油直接流回油箱，其特点是系统简单、散热效果好。但油箱容量大，低压油路与空气接触机会多，空气易渗入管路造成振动。单斗液压挖掘机的作业主要是油缸工作，而油缸大、小有腔的差异较大、工作频繁、发热量大，因此绝大多数单斗液压挖掘机采用开式系统；闭式回路中的执行元件的回油路是不直接回油箱的，其特点式结构紧凑，油箱容积小，进回油路中有一定的压力，空气不易进入管路，运转比较平稳，避免了换向时的冲击。但系统较复杂，散热条件差‘单斗液压挖掘机的回转装置等局部系统中，又采用闭式回路的液压系统的。为补充因液压马达正反转的油液漏损，在闭式系统中往往还设有补油泵。4、回转机构回转机构使工作装置及上部转台向左或向右回转，以便进行挖掘和卸料。单斗液压挖掘机的回转装置必须能把转台支撑在机架上，不能倾斜并使回转轻便灵活。为此单斗液压挖掘机都设有回转支撑装置和回转传动装置，它们被称为回转装置。1、制动器2、液压马达3、行星齿轮减速器4、回转齿圈5、润滑油杯、6、中央回转接头全回转液压挖掘机回转装置的传动形式有直接传动和间接传动两种。1）直接传动。在低速大扭矩液压马达的输出轴上安装驱动小齿轮，与会转齿轮啮合。2）间接传动。由高速液压马达经齿轮减速器带动回转齿圈的间接传动结构形式。他结构紧凑，具有较大的传动比，且齿轮的受力情况较好。轴向柱塞液压马达与同类型的液压油泵结构基本相同，许多零件可以通用，便于制造及维修，从而降低了成本。但必须设制动器，以便吸收较大的回转惯性力矩，缩短挖掘机作业循环时间，提高生产效率。5、行走机构行走机构支撑挖掘机的整机质量并完成行走任务，多采用履带式和轮胎式。6、履带行走机构单斗液压挖掘机的履带式行走机构的基本结构与其他履带式机构大致相同，但他多采用两个液压马达各自驱动一个履带。与回转装置的传动相似可用高速小扭矩马达或低速大扭矩马达。两个液压马达同方向旋转式挖掘机将直线行驶；若只向一个液压马达供油，并将另一个液压马达制动，挖掘机将绕制动一侧的履带转向，若是左右两个液压马达反向旋转，挖掘即将进行原地转向。行走机构的各零部件都安装在整体式实行走架上。液压泵输入的压力油竟多路换向阀和中央回转接头进入行走液压马达，该马达将液压能转变为输出扭矩后，通过齿轮减速器传给驱动轮，最终卷绕履带以实现挖掘机的行走。单斗液压挖掘机大都采用组合式结构履带和平板型履带——没有明显履刺，虽附着性能差，但坚固耐用，对路面破坏性小适用于坚硬岩石地面作业，或经常转场的作业。也有采用三履刺型履带，接地面积较大履刺切入土壤深度较浅，适宜于挖掘机采石作业。实行标准化后规定挖掘机采用质量轻、强度高、结构简单、价格较低的轧制履带板。专用于沼泽地的三角形履带板可降低接地比压，提高挖掘机在松土地面上的通过能力。1、引导轮2、履带架3、托链轮4、终传动5、支重轮6、履带板7、中心护板8、张紧弹簧9、前护板单斗液压挖掘机的驱动轮均采用整体铸件，能与履带正确啮合、传动平稳。挖掘机行走时驱动轮应位于后部，式履带的张紧段较短，减少履带的摩擦磨损和功率损耗。每条履带都设有张紧装置，以调整履带的张紧度减少振动噪声摩擦磨损和功率损失。目前单斗液压挖掘机都采用液压张紧结构。其液压缸置与缓冲弹簧内部减小了结构尺寸。7、轮胎式行走机构轮胎式挖掘机的行走机构由机械传动和液压传动两种。其中的液压传动的轮胎式挖掘机的行走机构主要由车架、前桥、后桥、传动轴和液压马达等组成。行走液压马达安装在固定与机架的变速箱上，动力经变速箱、传动轴传给前后驱动桥，有的挖掘机经轮边减速器驱动车轮。采用液压马达的高速传动方式使用可靠，省掉了机械传动中的上下传动箱垂直动轴，结构简单布置方便。1、车架2、回转支撑3、中央回转接头4、支腿5、后桥6、传动轴7、液压马达及变速箱8、前桥第二节挖掘机的工作装置液压挖掘机工作装置的种类繁多（可达100余种），目前工程建设中，目前工程建设中应用最多的是反铲和破碎器。1、反铲结构铰接式反铲式单斗液压挖掘机最常用的结构形式，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摆动，完成挖掘提升和卸土等动作。图5-25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1.1动臂动臂是反铲的主要部件，其结构由整体式和组合式两种。1.1.1整体式动臂整体式动臂的优点是结构简单，质量轻而刚度大。其缺点是更换的工作装置少，通用性较差，多用于长期作业条件相似的挖掘机上。整体式动臂又可分为直动臂和弯曲动臂两种。其中的直动臂结构简单质量轻制造方便，主要用于悬挂式挖掘机，但它不能式挖掘机获得较大的挖掘深度不适用于通用挖掘机；弯动臂是目前是目前应用最广泛的结构形式，与同厂都得直动臂相比可以使挖掘机有较大的挖掘深度，但降低了卸土高度，这正符合挖掘机反铲作业的要求。1.1.2组合式动臂组合式动臂有辅助连杆（或液压缸）或螺栓连接而成。上下动臂之间的夹角可用辅助连杆或液压缸来调节，虽然结构操作复杂化但在挖掘机作业中可随时大幅度调整上下动臂者间的夹角，从而提高挖掘机的作业性能，尤其是用反铲或抓斗挖掘窄而深得基坑时，容易得到较大距离的垂直挖掘轨迹，提高挖掘质量和生产率。组合式动臂的优点是，可以根据作业条件随意调整挖掘机的作业尺寸和挖掘能力，且调整时间短。此外他的互换工作装置多，可以满足各种作业的需要，装车运输方便。其缺点是质量大，制造成本高，用于中小型挖掘机上。组合式动臂（a）连杆下置（b）连杆上置1、下动臂2、上动臂3、连杆或液压缸2、铲斗1.2.1基本要求1）铲斗的纵向剖面应适应挖掘过程各种物料的在斗中运动规律有利于物料的流动，使装土阻力最小，有利于将铲斗充满。2）装设斗齿，以增大铲斗对挖掘物料的线压比，斗持及斗形参数具有较小单位切削阻力，便于切入及破碎土壤。斗齿应耐磨、易更换。3）为式装载铲斗的物料不易掉出，斗款与直径之比应大于4∶1.4）物料易于卸净，缩短卸载时间，并提高铲斗的容积效率。1.2.2结构反铲用的铲斗形状尺寸与其作业对象有很大关系。为了满足各种挖掘机作业的需要，在同一台挖掘机上可以配置多种形式的铲斗，图2－3、图2－4分别为反用铲斗的基本形式和常用形式铲斗的斗齿采用装配式，其形式有橡胶卡销式和螺连接式。铲斗与液压缸连接的结构形式有四连杆机构和六连杆机构。其中四连杆机构连接方式是铲斗直接交接与液压缸，使铲斗转角较小，工作力矩变化较大；六连杆机构的特点是，在液压缸活塞行程相同的条件下，铲斗可以后的较大的转角，并改善机构的传动特性。图2－3反铲斗1-齿座；2-斗齿；3-橡胶卡销；4-卡销；5、6、7-斗口板图2-4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3、液压破碎器3.1概述液压破碎器（锤）是利用液压能转化为机械能，对外做工的一种工作装置，它主要用于打桩、开挖冻土层和岩层、可更换的作业工具（凿子、扁铲、镐）等组成。锤的撞击部分再双作用液压缸作用下，在壳体内作往复直线运动，装机作业工具，完成破碎和开挖作业。液压破碎器通过附加的中间支撑与斗杆连接。为了减轻振动，在锤的壳体和支座的连接处常设有橡胶连接装置。液压破碎器外观如图所示液压破碎器经过近40年的发展，其规格和功率都大量增加，可靠性和工作效率也明显提高。其中最大的技术进步是“智能型液压破碎器“的诞生，其特点是能根据岩石的阻力自动调节输出功率，当岩石被击穿是，自动切断功率输出，避免空打、损坏工具和固定销。3.2液压破碎器的选用根据液压挖掘机主机总重选择液压破碎器。它与主机的匹配十分重要，其中主要匹配参数主要有两个：一是主机液压泵的压力和流量；另一个是主机的总重。选用是既要考虑充分发挥液压破碎器的工作效率，又要考虑挖掘机的稳定性和结果的耐久性。因此，针对需安装液压破碎器的挖掘机机型，根据提供的液压破碎器与主机总重的匹配范围表，可利用下列公式予以校核：G0.9(W+γq)(N)式中G——液压破碎器总重，N；G＝G1＋G2＋G3，其中G1为支座总重，G2＋为破碎器重量，G3为作业工具（如凿子、扁铲、镐等）量，W——标准铲斗的重量。γ——砂土容量，一般取1600N／m3q——标准铲斗容量；m3若液压破碎其总重（G）为标准斗容量(W)和铲斗中沙土中重量(γq)总和的90％以下时，则可以认为破碎器的选择是正确的。3.3液压破碎器的基本工作原理首先、用钢凿将活塞向上推至打击点