挖掘機的結構與工作原理

挖掘機的結構與工作原理液壓挖掘機主要由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動機控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。液壓挖掘機一般由工作裝置、回轉裝置和行走裝置三大部分組成（圖」）。根據(jù)其構造和用途可以區(qū)分為：履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全回轉、非全回轉、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。工作裝置是直接完成挖掘任務的裝置。它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉動都用往復式雙作用液壓缸控制。為了適應各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機具（圖2）?；剞D與行走裝置是液壓挖掘機的機體，轉臺上部設有動力裝置和傳動系統(tǒng)。發(fā)動機是液壓挖掘機的動力源，大多采用柴油要在方便的場地，也可改用電動機。液壓傳動系統(tǒng)通過液壓泵將發(fā)動機的動力傳遞給液壓馬達、液壓缸等執(zhí)行元件，推動工作裝置動作，從而完成各種作業(yè)。以工地使用較多的PV-200型液壓挖掘機為例。該機采用改進型的開式中心負荷傳感系統(tǒng)（OLSS）。該系統(tǒng)用控制斜盤式變量柱塞泵斜盤角度（輸出流量）的方法，減少了發(fā)動機的功率輸出，從而減少燃油消耗，是一種節(jié)能型系統(tǒng)（見圖3）。這種液壓系統(tǒng)的特點是：定轉矩控制，能維持液壓泵驅動轉矩不變，載斷控制，可以減少作業(yè)時間的卸荷損失；油量控制，可減少空擋和微調控制時液壓泵的輸出流量，減少功率損失。I.舟斗血2.斗桿3.耕而4回轉馬達&冷卻器

B.湄油整酸噩稽a.油箱3演狂泵10.背壓麗

II后埔舍州以葡垣芻鋼S3中央回轉援頭

E.回轉制成閥㈤倔速祖13.行走馬達圖一

圖二圖3PC-200^掘ur液壓系挽國

圖三機械手臂液壓控制圖三機械手臂液壓控制從土壤切削，整機穩(wěn)定性及液壓系統(tǒng)與液壓元件的工作原理分析液壓挖掘機工作原理一土壤切削挖掘阻力挖掘阻力是指鏟斗在挖掘過程中所遇到的土壤阻力，通常近似的認為它作用在斗尖上，并可依照挖掘軌跡的切線方向分解切向阻力Pt和法向阻力Pn。目前的粗略算法為：Pt=Pt=obcPn=^Pt式中：o為挖掘比阻力，由試驗確定；b為斗寬；c為切削厚度；中為系數(shù)，由試驗確定。挖掘功當不計土壤的松散系數(shù)和鏟斗的裝滿系數(shù)時，為了在一定的挖掘行程中能裝滿鏟斗，應有q=bcL式中：L為挖掘行程；q為斗容量；c為切削厚度。所以Pt=oxbxc=oq/L即挖掘功：PtL=oq在挖掘過程中，Pn不做功，只有Pt做功，簡稱為挖掘功。當挖掘對象的土壤等級和鏟斗容量以確定時，就可由上式來確定挖掘功PtL。液壓缸所做的功根據(jù)能量守恒定律，當不計損失時，液壓缸在其行程上所做的功應等于挖掘功。即 FAl>PtL=oxq式中：F為液壓缸的最大推力；△]為液壓缸的行程。上式是選擇液壓缸缸徑的主要以據(jù)，對于反、正鏟工作裝置上式都是適用的。應用情況若土壤等級和鏟斗容量都相同，則液壓缸所做的功也應相同。但在選擇液壓缸的缸徑和行程上，各公司都具有自己的特點，見表1一一2。液壓缸推力大小為F=Pa式中：p為工作壓力；A為液壓缸面積。表1 2缸徑與行程比較表公司名稱液壓缸面積A液壓缸行程△[德馬可大小Komatsu小大利勃海爾中中液壓缸面積A大，推力F也大工作裝置受力惡劣，焊接遇到的問題也增多。若液壓缸面積A小，行程Al大，則液壓缸剛度就差，易彎曲。因此，在設計時要綜合考慮各種因素。根據(jù)實踐經驗，挖掘機鏟斗最小挖掘力值與鏟斗寬度有關，每米斗寬最小需10噸以上的力，鏟斗才能插入土中完成挖掘作業(yè)。鏟斗挖掘力與斗桿挖掘力和整機重量有關，而鏟斗挖掘力與斗桿挖掘力也有一定的比例關系：Fb/W=0.53?0.65Fa/Fb=0.73?0.85式中：Fa為斗桿挖掘力；Fb為鏟斗挖掘力；W為整機重量。二反鏟工作裝置的傳動計算反鏟斗與液壓缸的連接方式見圖1--2⑴圖1——2(a)所示，鏟斗缸直接絞接于鏟斗上，由鏟斗，斗桿及鏟斗缸組成四連桿機構，一般鏟斗轉角較小，工作力矩變化較大，一般不采用。圖1——2反鏟斗與液壓缸的連接方式圖1一一2反鏟斗與液壓缸的連接方式⑵圖1—2（b）轉角小，挖掘力大，工作力矩變化較小，多數(shù)中小機型采用此方式。日本機型中搖桿1是直的，在歐洲機型上如利勃海爾和小型挖掘機上多用彎曲的。⑶圖1—2（c）鏟斗轉角超前一個角度，同時也具有（b）方式的優(yōu)點。在利勃海爾早年機型上多有采用。⑷圖1—2（d）在油缸行程相同時，此方式轉角更大，但挖掘力小，而力矩變化較大，目前較少采用。反鏟挖掘力的計算圖1——3為反鏟挖掘力計算簡圖。下面分別計算斗桿缸理論挖掘力和鏟斗缸理論挖掘力（破碎力）：斗桿缸理論挖掘力Fa可用下式計算圖1——3反鏟挖掘力的計算簡圖Fa=Fsa/b式中：Fa為斗桿缸理論挖掘力；Fs為斗桿缸推力；a、b為力臂值。鏟斗缸理論挖掘力（破碎力）為Fb=Flce/dr式中：Fb為鏟斗缸理論挖掘力；Fl為鏟斗缸推力；c、e、d、r為力臂值。說明：如果各力臂值未知時，則可在挖掘機上進行如圖1——3所示的位置的實測或用比例作圖法求出。反鏟裝置采用斗桿缸（或鏟斗缸）進行挖掘，所得的理論挖掘力不考慮下列因素：a.工作裝置自重和土重；b.液壓系統(tǒng)和連桿機構的效率；c.X作液壓缸背壓。反鏟斗容量的計算反鏟斗容量的計算簡圖如1—4所示。其計算公式分別為：（口下標訴（口下標訴圖I-'!反鏟斗容玷的計算簡圖按SAE標準的斗容量V1（安息角1/1）V1=F（b1+b2）/2+Ab12/4—b13/12按CECE標準的斗容量V2（安息角2/1）V2=F（b1+b2）/2+Ab12/8—b13/24式中：A為斗開口長度；b1為前面內寬度；b2為斗底處寬度；F為鏟斗橫截面積。三挖掘機的穩(wěn)定性適用范圍本計算適用于帶有相應裝備的，使用于挖掘機作業(yè)范圍內的液壓挖掘機。本計算不適用于進行起重作業(yè)的液壓挖掘機。穩(wěn)定性驗證的條件液壓挖掘機的穩(wěn)定性（防止傾覆的安全性）是通過計算加以驗證的。這種驗證適用于挖掘機放置在水平停機面上。穩(wěn)定性的計算在計算穩(wěn)定性時要使用下列計算力值代替實際的重力值，即K]E=1.10E k2N=1.25N式中：E為當挖掘機處在最大作業(yè)半徑時，超出在傾覆線之外的該機作業(yè)裝置的另部件的重力；N為有效載荷（土，石方）的重力；K1為工作裝置自重系數(shù)；K2為有效載荷系數(shù)?，F(xiàn)以圖1—5反鏟挖掘機為例，也適用于正鏟挖掘機。同時，適用于履帶式及輪胎式挖掘機。穩(wěn)定性=穩(wěn)定力矩/傾覆力矩=（Gr??S—1.10El）/1.25Nn>1

式中：S為傾覆線間距離；G為主機自重，G=Gl+Gr；D為整機自重，D=Dl+Dr；E為工作裝置自重，E=D-G；l為重心間距，l=(Dr—Gr)S/E；N為有效載荷；n為最大幅度。武校芟怔武校芟怔圖1-5液壓挖掘機穩(wěn)定牡計笄簡圖四生產率生產率是液壓挖掘機的主要技術經濟指標之一，它表示在單位時間內從掌子面中挖掘出并卸到運土車上或棄土堆的土方體積。通常以每小時挖多少立方米為單位，在工地上也有用臺班或晝夜挖出的土方體積來表示的。一般有三種生產率的概念。1.理論生產率理論生產率是指一臺挖掘機在''計算條件”下連續(xù)工作一小時的生產率。''計算條件”可取為：司機操作熟練，充分考慮機械作單一動作時合流供油和作復合動作的可能性，如動臂生降可與轉臺回轉同時進行，動臂和斗桿油缸單獨工作時可以合流供油等。（2） 選擇最經常出現(xiàn)的工作條件和平均工作尺寸。如取最經常挖掘的土壤作為計算土壤。對反鏟來講，取最大挖掘深度的一半作為計算挖掘深度，取裝車高度或棄土堆的平均高度作為計算用卸土高度，取90°作為轉臺單向回轉角度等。（3） 掌子面、運輸車（棄土堆）與挖掘機之間的相互位置恰當，運輸車選擇合理，配合良好。理論生產率按下式計算：Q=60qn（立方米/