液压挖掘机工作装置设计参数

1. 挖掘机工作装置的发展状况（从过去至今）……

你是做毕业设计的吗？？我的毕业设计业有这一部分内容，我可以复制给你做个参考。
国内外液压挖掘机的发展现状与趋势

挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛地采用，如工业与民用建筑、交通运输、水利电气工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等等行业的机械化施工中。据统计，一般工程施工中约有60%的土方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量是用挖掘机完成的，如图1-1所示为挖掘中的液压挖掘机。
当前，国际上挖掘机的生产正向大型化、微型化、多能化和专用化的方向发展。国外挖掘机行业重视采用新技术、新工艺、新结构和新材料，加快了向标准化、系列化、通用化发展的步伐。我国己经形成了挖掘机的系列化生产，近年来还开发了许多新产品，引进了国外的一些先进的生产率较高的挖掘机型号。
国内小挖目前的整体技术水平处于国际二十世纪八十年代末九十年代初水平，与国外先进技术的差距主要体现在整机匹配、微操作性能、维修性、可靠性及外观质量上。现阶段仍处于仿制阶段，缺乏自主开发能力和发掘自身优势的意识。目前国产品牌的优势仍主要建立在价格优势和服务优势上，技术上还无法与国际先进水平相提并论。未来的发展将在很长一段时间内受制于两大主要配件，一是动力，二是液压件。国产动力要抗衡进口动力尚需时日，而国产液压件取代进口液压件更需巨大努力。
国外挖掘机目前水平完全可以称之为渐趋完美、渐入佳境，其功能的可靠性，操作的流畅性和舒适性不必详述，即使其驾驶室内的美观与质感也几可国产轿车蓖美。国外挖掘机目前的发展动向主要体现在：以一机多能为目标的多功能化；以提高操作性能为目标的智能化；以节能为目标的功率模式控制；以动态设计分析为基础的可靠性设计；以人为本的驾驶室设计；基于微电子技术的自动监控系统的发展。
国内外单斗液压挖掘机的发展趋势:
液压挖掘机由于使用性能、技术指标和经济指标上的优越，因而世界上许多国家，特别是工业发达国家，都在大力发展单斗液压挖掘机。目前，单元液压挖掘机的发展着眼于动力和传动系统的改进以达到高效节能;应用范围不断扩大，不断降低成本，实现标准化、模块化发展，以提高零部件、配件的可靠性，从而保证整机的可靠性;电子计算机监测与控制，实现机电一体化;提高机械作业性能，降低噪音，减少停机维修时间，提高适应能力，消除公害，其趋势为:
①向大型化发展的同时向微型化发展。
②更为普遍地采用节能技术。
③不断提高可靠性和使用寿命。
④工作装置结构不断改进，工作范围不断扩大。
⑤由内燃机驱动向电力驱动发展。
⑥液压系统不断改进，液压元件不断更新。
⑦应用微电子、气、液等机电一体化综合技术。
⑧增大铲斗容量，加大功率，提高生产效率。
⑨人机工程学在设计中的充分利用。

§1.3 国内外液压挖掘机工作装置的发展状况

§1.3.1 国内的发展状况
早在 1958 年国内便开始了液压挖掘机的研制开发工作，随后开发出一系列比较成熟的产品。当时山于受配件如发动机、液压件及企业自身条件的影响，其质最和产量远未达到应有的水平，与国外同类产品相比也存在较大差距。
到了 80 年代末和 90 年代初，世界各工业发达国家液压挖掘机技术水平得到了迅速的提高，突出表现在追求高效率（同一机重的挖掘机功率普遍提高，液压系统流量增大，作业循环时间减小，作业效率大大提高）；高可靠性和追求司机操作的舒适性。
国内原有的数家挖掘机专业生产厂为了生存和发展，利用自身的实力和丰畜的挖掘机生产经验．纷纷在工厂的技术改造、试脸研究、新产品开发方面下大功夫。有的新开发的产品他包括某些已生产多年的老产品）为了提高作业的可靠性，干脆采用了进口的液压件和发动机，甚至于整个传动系统都按照采用国外元件来设计．这种经过改型或新设计开发的液压挖掘机其工作可靠性和作业效率得到很大的提高．这样，引进和消化国外的不少技术，在技术方面都有了长足的进步。
国内液压挖掘机行业近年来虽有很大发展．但与国外挖掘机行业发达国家相比仍存在许多不足，其原因除了国内挖掘机加工水平落后之外．挖掘机设计水平与发达国家相比也有较大的差距，尤其是一些先进设计技术的掌握和应用．国内众多的研究人员和单位对液压挖掘机工作装置设计进行了不少研究．开发了其设计软件，他们的研究篆本上局限于解决某些问题，即工作装置的几何参数、运动参数和力参数等的解决。关于工作装置设计参数分析和在 CAD上其自动设计的综合研究文献还没有。因此，开发出的软件缺少通用性，不能使用于挖掘机工作装置的一些通用问题的解决．对工程机械这个行业不具有通用性．特别是国内， CAD在许多企业还停留在辅助制图的程度上，当然也有部分企业用 CAD 进行空间布置设计．虽然部分软件也有一定的分析计算能力，但是远远不能达到设计需要．对液压挖掘机进行分析的大型通用软件目前市场上还很少．经过近十年的研究，获得了一些成果，但是研究还不够深入，有些研究结果己进入实际应用过程中。
目前，液压挖掘机工作装置结构件的生产制造技术国内企业都己基本掌握，在如下方面与国外厂家尚有差距:(l)产品设计能力。国内企业在外观设计、管路布置、设计细节上与国外企业还有一定差距。(2)产品质量。国内挖掘机产品与国外产品的差距在工作装置上的表现主要在铰点轴承寿命、各个臂的结构优化水平、涂装质量等方面。
§1.3.2 国外的发展状况
从 20 世纪 50 年代开始生产第一台液压挖掘机至今，挖掘机工作装置己经发展到了相当成熟的阶段。随着液压挖掘机产量的提高和使用范围的扩大，世界上著名的挖掘机生产商纷纷采用各种高新技术，来提高自己挖掘机在国际上的竟争力。
近几年来，国外液压挖掘机产量急剧上升．结构逐步完善．在工程建设和施工行业中占有很重要的位置。液压挖掘机迅速发展的根本原因，在于机械本身的优越性（重量轻、挖掘能力大、生产率高）、通用性好、操纵轻便，也由于下述几个因素： ( 1 ）重视试验研究工作，液压挖掘机的研制除了保证机械技术性能以外，十分重视挖掘机的使用经济性和工作可推性，研制过程中．进行各种性能试验和可靠性试验．包括构件强度试验、系统试验、操纵试验、耐久性试验等等，要通过严格的科学试验和用户评价，才进行定型生产： ( 2 ）重视电子计算机技术的引用，加快了新产品的发展速度，国外发展有总体、工作装置、液压系统等的设计程序．出现了总体优化设计方法和适合于计算机数据处理的数学模型描述液压系统和元件特性的程序，这样，就可以利用计算机在很短的时间内进行总体设计，新产品从设计到批量生产的周期缩短到2~3 年左右。
当前液压挖掘机的研制和改进主要着眼于： ( l ）发动机功率的充分有效利用，通过各种途径使机械多做有效的功，其中包括动力装置与液压系统的最佳匹配，传动效率的提高，回转机构功率的回收．高效液压系统的研究等： ( 2 ）铲斗挖掘力的充分发挥．挖掘力大小和有效作用范田是衡量各种液压挖掘机工作能力的重要指标。
随着建筑施工和资源开发规模的扩大．对各种挖掘机需求里迅速增加，因而国际上液压挖掘机工作装置的生产向多功能化和专用化的方向发展。当液压挖掘机配置不同的作业装置时，可以用来吊、夹、推、刮、松、挖、装、铣削、拆除、清除和压实等作业，且大都采用快换装置．驾驶员在驾驶室内就可以完成作业装置的更换，仅用2min时间，就完成了作业装置的更换．工作装 t 中，动有、斗杆结构变化多样，也扩展了主机的使用功能，这一结构主要表现为动臂、斗杆长度的变化，由动臂、斗杆的两元件变化为两节动臂、斗杆的多元件和伸缩臂。
随着计算机辅助设计技术的日益推厂，机械设计及制造技术发生了革命性的变化．液压挖掘机行业作为机械行业的一个重要分支．计算机辅助设计技术的推广应用势在必行．计算机辅助设计技术既能缩短产品的设计周期和制造周期，同时又能大大提高产品的质量，相应也就提高了机器整体质量的可靠性和稳定性．采用新结构和新材料，利用现代设计技术和先进制造技术，仍是保证和提高液压挖掘机性能的一个较重要的途径．
国外许多有实力的生产厂商有了自己的软件。在国外很多科研机构和一些大型企业，都己经对挖掘机工作装置的设计进行研究，并开发出了一些专业软件，美国长特匹勒（Caterpillar）、德国利勃海尔（ Liebherr ）、英国 JBC 、日本神钢（ KOBELCO ）等公司将疲劳损伤景积理论、断裂力学、有限元法、结构件优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面，促进了产品的优质高效率和竞争力，但目前市场上可供选用的商品化的成熟的应用软件却还是很少。
在液压挖掘机产品功能方面，液压挖掘机工作装置向多功能化的方向发展。当液压挖掘机配置不同的作业装置时，可以用来吊、夹、推、刮、松、挖、装、铣削、拆除、清除和压实等作业，且大都采用快换装置，驾驶员在驾驶室内就可以完成作业装置的更换，一般在2分钟内就可以完成作业装置的更换。工作装置中动臂、斗杆结构变化多样，扩展了主机的使用功能。这一结构主要表现为动臂、斗杆长度的变化，由动臂、斗杆的两元件变化为两节动臂、斗杆的多元件和伸缩臂等。随着传统型和通用型产品样机减少，一些有特殊构造的、有特色的产品和多功能的产品备受用户的青睐，如挖掘机工作装置由大臂、中臂、斗杆和快换作业装置四元件构成的产品增多。这些多用途作业装置大大扩展了液压挖掘机的功用，提高了产品的施工适用性。同时也体现了各厂家市场差异化的产品发展战略和各自的技术水平。

2. 挖掘机液压结构及工作原理

挖掘机主要由发动机、传动系统、行驶系统、制动系统、工作装置、液压系统、电气系统等组成，如图2-11所示。

图2-11 挖掘机的结构

（1）发动机

发动机一般为四冲程、水冷（或风冷）、多缸、直喷式柴油机发动机。少数挖掘机采用电控柴油机。

（2）传动系统

传动泵有机械传动式、半液压传动式和全液压传动式3种，其中机械传动式和半液压传动式应用较广。

（3）行驶系统

液压挖掘机行驶系统是整个机器的支撑部分，承受机器的全部质量和工作装置的反力，同时能使挖掘机作短距离行驶。按结构不同，行驶系统可分为履带式和轮胎式两类。

①履带式行驶系统。由履带、支重轮、托链轮、驱动轮、导向轮、张紧装置、行走架、油马达、减速机等组成。

液压挖掘机的行驶系统采用液压驱动。驱动装置主要包括液压马达、减速机和驱动轮，每条履带有各自的液压马达和减速机。由于两个液压马达可独立操作，因此机器的左右履带可以同步前进或后退，也可以通过一条履带制动来实现转弯，还可以通过两条履带朝相反方向驱动来实现原地转向，其操作十分简单、方便、灵活。

②轮胎式行驶系统。通常由车架、转向前桥、后桥、行车机构及支腿等组成。

后桥通过螺栓与机架刚性固定连接。前桥通过悬挂平衡装置与机架铰接连接。悬挂平衡装置的作用是当挖掘机行驶时，利用支承板的摆动和两悬挂油缸的浮动，保证4个车轮充分着地，减轻机体不平均承载、摆跳、道路冲击及机架扭曲，提高挖掘机的越野性能；当挖掘机作业时，将两悬挂油缸闭锁，保证挖掘作业时整机的稳定性。

（4）转向系统

轮胎式挖掘机，其转向系统通常采用全液压、偏转前轮式转向系统，主要由油箱（与工作装置液压系统共用）、转向油泵、转向器、滤油器、流量控制阀、转向油缸、油管和转向盘等组成。

履带式挖掘机，其转向系统比较简单，通过切断驱动链轮动力来实现。其转向装置为湿式、多片弹簧压紧、液压分离、手动液压操作方式转向离合器。

（5）制动系统

脚制动装置的制动器为凸轮张开蹄式制动器。制动传动器机构采用气压式，主要由空气压缩机、气体控制阀、脚制动阀、储气筒、双向逆止阀、快速放气阀、手操纵气开关、制动汽缸及气压表等组成。

手制动装置的制动器为凸轮张开蹄式制动器，传动机构为机械式。制动底板通过螺钉固定在上传动箱盖上；制动鼓用螺栓固定在接盘上，接盘则通过花键和上传动箱的从动轴连接。

当挖掘机作业时，必须解除手制动，否则，将损坏手制动器或回转液压马达。

（6）工作装置

工作装置是液压挖掘机的主要组成部分之一。由于工作性质的不同，工作装置的种类很多，常用的有反铲、正铲、装载和起重等装置，而且一种装置也可以有很多形式。

（7）液压系统

液压挖掘机的主要运动有整机行走、转台回转、动臂升降、斗杆收放、铲斗转动等，根据以上工作要求，把各液压元件用管路有机地连接起来的组合体叫作液压挖掘机的液压系统。液压系统的功能是把发动机的机械能以油液为介质，利用油泵转变为液压能，传送给油缸、油马达等，然后转变为机械能，再传给各种执行机械，实现各种运动。液压挖掘机的液压系统常用的有定量系统、分功率变量系统和总功率变量系统。我国规定，单斗液压挖掘机重8t以下的，采用定量系统；机重32t以上的，采用变量系统；机重8～32t的，定量和变量系统均可用。

全功率变量系统是目前液压挖掘机普遍采用的液压系统，通常选用恒功率变量双泵。液压泵的型号不同，采用的恒功率调节机构也不相同。

液压系统主要由油路系统、先导控制油路系统和控制系统构成。

（8）电气系统

液压挖掘机的电气系统包括启动线路、发电线路、照明、仪表以及由传感器和压力开关、电磁阀组成的控制电路，另外还有附属电路（如空调、收音机等）。启动电机按所配套的主机不同，分12V、24V两种，启动功率分3kW、3.7kW、4.8kW等。

发电线路主要包括交流发电机、电压调节器、充电指示灯及启动开关等。

为了保证安全、高效、节能及正常地工作，根据需要，挖掘机的电气系统都安装了各种信号装置，如机油温度报警、充电指示灯、机油压力报警、转向信号灯等，以警告操作者。为了使操作者随时掌握机器的运转情况，驾驶室中安装了各种仪表，如机油压力表、机油温度表、液压油温度表、水温表。现代进口挖掘机都采用了先进的电控装置，这种设备便于维修人员在挖掘机出现故障时能及时、准确地判断故障位置，及时修复。