液壓挖掘機工作裝置設計參數

1. 挖掘機工作裝置的發展狀況（從過去至今）……

你是做畢業設計的嗎？？我的畢業設計業有這一部分內容，我可以復制給你做個參考。
國內外液壓挖掘機的發展現狀與趨勢

挖掘機在國民經濟建設的許多行業被廣泛地採用，如工業與民用建築、交通運輸、水利電氣工程、農田改造、礦山採掘以及現代化軍事工程等等行業的機械化施工中。據統計，一般工程施工中約有60%的土方量、露天礦山中80%的剝離量和採掘量是用挖掘機完成的，如圖1-1所示為挖掘中的液壓挖掘機。
當前，國際上挖掘機的生產正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發展。國外挖掘機行業重視採用新技術、新工藝、新結構和新材料，加快了向標准化、系列化、通用化發展的步伐。我國己經形成了挖掘機的系列化生產，近年來還開發了許多新產品，引進了國外的一些先進的生產率較高的挖掘機型號。
國內小挖目前的整體技術水平處於國際二十世紀八十年代末九十年代初水平，與國外先進技術的差距主要體現在整機匹配、微操作性能、維修性、可靠性及外觀質量上。現階段仍處於仿製階段，缺乏自主開發能力和發掘自身優勢的意識。目前國產品牌的優勢仍主要建立在價格優勢和服務優勢上，技術上還無法與國際先進水平相提並論。未來的發展將在很長一段時間內受制於兩大主要配件，一是動力，二是液壓件。國產動力要抗衡進口動力尚需時日，而國產液壓件取代進口液壓件更需巨大努力。
國外挖掘機目前水平完全可以稱之為漸趨完美、漸入佳境，其功能的可靠性，操作的流暢性和舒適性不必詳述，即使其駕駛室內的美觀與質感也幾可國產轎車蓖美。國外挖掘機目前的發展動向主要體現在：以一機多能為目標的多功能化；以提高操作性能為目標的智能化；以節能為目標的功率模式控制；以動態設計分析為基礎的可靠性設計；以人為本的駕駛室設計；基於微電子技術的自動監控系統的發展。
國內外單斗液壓挖掘機的發展趨勢:
液壓挖掘機由於使用性能、技術指標和經濟指標上的優越，因而世界上許多國家，特別是工業發達國家，都在大力發展單斗液壓挖掘機。目前，單元液壓挖掘機的發展著眼於動力和傳動系統的改進以達到高效節能;應用范圍不斷擴大，不斷降低成本，實現標准化、模塊化發展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機的可靠性;電子計算機監測與控制，實現機電一體化;提高機械作業性能，降低噪音，減少停機維修時間，提高適應能力，消除公害，其趨勢為:
①向大型化發展的同時向微型化發展。
②更為普遍地採用節能技術。
③不斷提高可靠性和使用壽命。
④工作裝置結構不斷改進，工作范圍不斷擴大。
⑤由內燃機驅動向電力驅動發展。
⑥液壓系統不斷改進，液壓元件不斷更新。
⑦應用微電子、氣、液等機電一體化綜合技術。
⑧增大鏟斗容量，加大功率，提高生產效率。
⑨人機工程學在設計中的充分利用。

§1.3 國內外液壓挖掘機工作裝置的發展狀況

§1.3.1 國內的發展狀況
早在 1958 年國內便開始了液壓挖掘機的研製開發工作，隨後開發出一系列比較成熟的產品。當時山於受配件如發動機、液壓件及企業自身條件的影響，其質最和產量遠未達到應有的水平，與國外同類產品相比也存在較大差距。
到了 80 年代末和 90 年代初，世界各工業發達國家液壓挖掘機技術水平得到了迅速的提高，突出表現在追求高效率（同一機重的挖掘機功率普遍提高，液壓系統流量增大，作業循環時間減小，作業效率大大提高）；高可靠性和追求司機操作的舒適性。
國內原有的數家挖掘機專業生產廠為了生存和發展，利用自身的實力和豐畜的挖掘機生產經驗．紛紛在工廠的技術改造、試臉研究、新產品開發方面下大功夫。有的新開發的產品他包括某些已生產多年的老產品）為了提高作業的可靠性，乾脆採用了進口的液壓件和發動機，甚至於整個傳動系統都按照採用國外元件來設計．這種經過改型或新設計開發的液壓挖掘機其工作可靠性和作業效率得到很大的提高．這樣，引進和消化國外的不少技術，在技術方面都有了長足的進步。
國內液壓挖掘機行業近年來雖有很大發展．但與國外挖掘機行業發達國家相比仍存在許多不足，其原因除了國內挖掘機加工水平落後之外．挖掘機設計水平與發達國家相比也有較大的差距，尤其是一些先進設計技術的掌握和應用．國內眾多的研究人員和單位對液壓挖掘機工作裝置設計進行了不少研究．開發了其設計軟體，他們的研究篆本上局限於解決某些問題，即工作裝置的幾何參數、運動參數和力參數等的解決。關於工作裝置設計參數分析和在 CAD上其自動設計的綜合研究文獻還沒有。因此，開發出的軟體缺少通用性，不能使用於挖掘機工作裝置的一些通用問題的解決．對工程機械這個行業不具有通用性．特別是國內， CAD在許多企業還停留在輔助制圖的程度上，當然也有部分企業用 CAD 進行空間布置設計．雖然部分軟體也有一定的分析計算能力，但是遠遠不能達到設計需要．對液壓挖掘機進行分析的大型通用軟體目前市場上還很少．經過近十年的研究，獲得了一些成果，但是研究還不夠深入，有些研究結果己進入實際應用過程中。
目前，液壓挖掘機工作裝置結構件的生產製造技術國內企業都己基本掌握，在如下方面與國外廠家尚有差距:(l)產品設計能力。國內企業在外觀設計、管路布置、設計細節上與國外企業還有一定差距。(2)產品質量。國內挖掘機產品與國外產品的差距在工作裝置上的表現主要在鉸點軸承壽命、各個臂的結構優化水平、塗裝質量等方面。
§1.3.2 國外的發展狀況
從 20 世紀 50 年代開始生產第一台液壓挖掘機至今，挖掘機工作裝置己經發展到了相當成熟的階段。隨著液壓挖掘機產量的提高和使用范圍的擴大，世界上著名的挖掘機生產商紛紛採用各種高新技術，來提高自己挖掘機在國際上的竟爭力。
近幾年來，國外液壓挖掘機產量急劇上升．結構逐步完善．在工程建設和施工行業中佔有很重要的位置。液壓挖掘機迅速發展的根本原因，在於機械本身的優越性（重量輕、挖掘能力大、生產率高）、通用性好、操縱輕便，也由於下述幾個因素： ( 1 ）重視試驗研究工作，液壓挖掘機的研製除了保證機械技術性能以外，十分重視挖掘機的使用經濟性和工作可推性，研製過程中．進行各種性能試驗和可靠性試驗．包括構件強度試驗、系統試驗、操縱試驗、耐久性試驗等等，要通過嚴格的科學試驗和用戶評價，才進行定型生產： ( 2 ）重視電子計算機技術的引用，加快了新產品的發展速度，國外發展有總體、工作裝置、液壓系統等的設計程序．出現了總體優化設計方法和適合於計算機數據處理的數學模型描述液壓系統和元件特性的程序，這樣，就可以利用計算機在很短的時間內進行總體設計，新產品從設計到批量生產的周期縮短到2~3 年左右。
當前液壓挖掘機的研製和改進主要著眼於： ( l ）發動機功率的充分有效利用，通過各種途徑使機械多做有效的功，其中包括動力裝置與液壓系統的最佳匹配，傳動效率的提高，回轉機構功率的回收．高效液壓系統的研究等： ( 2 ）鏟斗挖掘力的充分發揮．挖掘力大小和有效作用范田是衡量各種液壓挖掘機工作能力的重要指標。
隨著建築施工和資源開發規模的擴大．對各種挖掘機需求里迅速增加，因而國際上液壓挖掘機工作裝置的生產向多功能化和專用化的方向發展。當液壓挖掘機配置不同的作業裝置時，可以用來吊、夾、推、刮、松、挖、裝、銑削、拆除、清除和壓實等作業，且大都採用快換裝置．駕駛員在駕駛室內就可以完成作業裝置的更換，僅用2min時間，就完成了作業裝置的更換．工作裝 t 中，動有、斗桿結構變化多樣，也擴展了主機的使用功能，這一結構主要表現為動臂、斗桿長度的變化，由動臂、斗桿的兩元件變化為兩節動臂、斗桿的多元件和伸縮臂。
隨著計算機輔助設計技術的日益推廠，機械設計及製造技術發生了革命性的變化．液壓挖掘機行業作為機械行業的一個重要分支．計算機輔助設計技術的推廣應用勢在必行．計算機輔助設計技術既能縮短產品的設計周期和製造周期，同時又能大大提高產品的質量，相應也就提高了機器整體質量的可靠性和穩定性．採用新結構和新材料，利用現代設計技術和先進製造技術，仍是保證和提高液壓挖掘機性能的一個較重要的途徑．
國外許多有實力的生產廠商有了自己的軟體。在國外很多科研機構和一些大型企業，都己經對挖掘機工作裝置的設計進行研究，並開發出了一些專業軟體，美國長特匹勒（Caterpillar）、德國利勃海爾（ Liebherr ）、英國 JBC 、日本神鋼（ KOBELCO ）等公司將疲勞損傷景積理論、斷裂力學、有限元法、結構件優化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術、疲勞強度分析方法等先進技術應用於液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產品的優質高效率和競爭力，但目前市場上可供選用的商品化的成熟的應用軟體卻還是很少。
在液壓挖掘機產品功能方面，液壓挖掘機工作裝置向多功能化的方向發展。當液壓挖掘機配置不同的作業裝置時，可以用來吊、夾、推、刮、松、挖、裝、銑削、拆除、清除和壓實等作業，且大都採用快換裝置，駕駛員在駕駛室內就可以完成作業裝置的更換，一般在2分鍾內就可以完成作業裝置的更換。工作裝置中動臂、斗桿結構變化多樣，擴展了主機的使用功能。這一結構主要表現為動臂、斗桿長度的變化，由動臂、斗桿的兩元件變化為兩節動臂、斗桿的多元件和伸縮臂等。隨著傳統型和通用型產品樣機減少，一些有特殊構造的、有特色的產品和多功能的產品備受用戶的青睞，如挖掘機工作裝置由大臂、中臂、斗桿和快換作業裝置四元件構成的產品增多。這些多用途作業裝置大大擴展了液壓挖掘機的功用，提高了產品的施工適用性。同時也體現了各廠家市場差異化的產品發展戰略和各自的技術水平。

2. 挖掘機液壓結構及工作原理

挖掘機主要由發動機、傳動系統、行駛系統、制動系統、工作裝置、液壓系統、電氣系統等組成，如圖2-11所示。

圖2-11 挖掘機的結構

（1）發動機

發動機一般為四沖程、水冷（或風冷）、多缸、直噴式柴油機發動機。少數挖掘機採用電控柴油機。

（2）傳動系統

傳動泵有機械傳動式、半液壓傳動式和全液壓傳動式3種，其中機械傳動式和半液壓傳動式應用較廣。

（3）行駛系統

液壓挖掘機行駛系統是整個機器的支撐部分，承受機器的全部質量和工作裝置的反力，同時能使挖掘機作短距離行駛。按結構不同，行駛系統可分為履帶式和輪胎式兩類。

①履帶式行駛系統。由履帶、支重輪、托鏈輪、驅動輪、導向輪、張緊裝置、行走架、油馬達、減速機等組成。

液壓挖掘機的行駛系統採用液壓驅動。驅動裝置主要包括液壓馬達、減速機和驅動輪，每條履帶有各自的液壓馬達和減速機。由於兩個液壓馬達可獨立操作，因此機器的左右履帶可以同步前進或後退，也可以通過一條履帶制動來實現轉彎，還可以通過兩條履帶朝相反方向驅動來實現原地轉向，其操作十分簡單、方便、靈活。

②輪胎式行駛系統。通常由車架、轉向前橋、後橋、行車機構及支腿等組成。

後橋通過螺栓與機架剛性固定連接。前橋通過懸掛平衡裝置與機架鉸接連接。懸掛平衡裝置的作用是當挖掘機行駛時，利用支承板的擺動和兩懸掛油缸的浮動，保證4個車輪充分著地，減輕機體不平均承載、擺跳、道路沖擊及機架扭曲，提高挖掘機的越野性能；當挖掘機作業時，將兩懸掛油缸閉鎖，保證挖掘作業時整機的穩定性。

（4）轉向系統

輪胎式挖掘機，其轉向系統通常採用全液壓、偏轉前輪式轉向系統，主要由油箱（與工作裝置液壓系統共用）、轉向油泵、轉向器、濾油器、流量控制閥、轉向油缸、油管和轉向盤等組成。

履帶式挖掘機，其轉向系統比較簡單，通過切斷驅動鏈輪動力來實現。其轉向裝置為濕式、多片彈簧壓緊、液壓分離、手動液壓操作方式轉向離合器。

（5）制動系統

腳制動裝置的制動器為凸輪張開蹄式制動器。制動傳動器機構採用氣壓式，主要由空氣壓縮機、氣體控制閥、腳制動閥、儲氣筒、雙向逆止閥、快速放氣閥、手操縱氣開關、制動汽缸及氣壓表等組成。

手制動裝置的制動器為凸輪張開蹄式制動器，傳動機構為機械式。制動底板通過螺釘固定在上傳動箱蓋上；制動鼓用螺栓固定在接盤上，接盤則通過花鍵和上傳動箱的從動軸連接。

當挖掘機作業時，必須解除手制動，否則，將損壞手制動器或回轉液壓馬達。

（6）工作裝置

工作裝置是液壓挖掘機的主要組成部分之一。由於工作性質的不同，工作裝置的種類很多，常用的有反鏟、正鏟、裝載和起重等裝置，而且一種裝置也可以有很多形式。

（7）液壓系統

液壓挖掘機的主要運動有整機行走、轉台回轉、動臂升降、斗桿收放、鏟斗轉動等，根據以上工作要求，把各液壓元件用管路有機地連接起來的組合體叫作液壓挖掘機的液壓系統。液壓系統的功能是把發動機的機械能以油液為介質，利用油泵轉變為液壓能，傳送給油缸、油馬達等，然後轉變為機械能，再傳給各種執行機械，實現各種運動。液壓挖掘機的液壓系統常用的有定量系統、分功率變數系統和總功率變數系統。我國規定，單斗液壓挖掘機重8t以下的，採用定量系統；機重32t以上的，採用變數系統；機重8～32t的，定量和變數系統均可用。

全功率變數系統是目前液壓挖掘機普遍採用的液壓系統，通常選用恆功率變數雙泵。液壓泵的型號不同，採用的恆功率調節機構也不相同。

液壓系統主要由油路系統、先導控制油路系統和控制系統構成。

（8）電氣系統

液壓挖掘機的電氣系統包括啟動線路、發電線路、照明、儀表以及由感測器和壓力開關、電磁閥組成的控制電路，另外還有附屬電路（如空調、收音機等）。啟動電機按所配套的主機不同，分12V、24V兩種，啟動功率分3kW、3.7kW、4.8kW等。

發電線路主要包括交流發電機、電壓調節器、充電指示燈及啟動開關等。

為了保證安全、高效、節能及正常地工作，根據需要，挖掘機的電氣系統都安裝了各種信號裝置，如機油溫度報警、充電指示燈、機油壓力報警、轉向信號燈等，以警告操作者。為了使操作者隨時掌握機器的運轉情況，駕駛室中安裝了各種儀表，如機油壓力表、機油溫度表、液壓油溫度表、水溫表。現代進口挖掘機都採用了先進的電控裝置，這種設備便於維修人員在挖掘機出現故障時能及時、准確地判斷故障位置，及時修復。