挖機(jī)臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、湖南三一工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 論 文題 目 挖機(jī)臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)備維修與管理 年 級(jí) 10裝配1、2班 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 日 期 2012-12-25 摘 要液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等）帶動(dòng)各種構(gòu)件動(dòng)作，具有許多優(yōu)點(diǎn)，挖掘機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中復(fù)雜的。因此，對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)對(duì)推動(dòng)我國(guó)挖掘機(jī)發(fā)展具有十分重要的意義。在搜集了國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解了挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史，

2、并對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析總結(jié)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是液壓挖掘機(jī)。挖掘機(jī)由多個(gè)系統(tǒng)組成，包括液壓系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)，工作裝置，底架，轉(zhuǎn)臺(tái)，油箱，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝等。本人的設(shè)計(jì)主要致力于分析和設(shè)計(jì)中型液壓挖掘機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械和液壓元件。以液壓元件和液壓回路為主。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)；液壓系統(tǒng)；液壓泵 abstracthydraulic excavator is one of important engineering machinery, is a widely used in construction, railway, highway, water conservancy, minin

3、g, etc construction projects of earthwork machinery. excavator for hydraulic system design and puts forward high demand, the hydraulic systems of engineering machinery in hydraulic system is complex. therefore, the excavator hydraulic system analysis and design for impelling our country excavator de

4、velopment has the extremely vital significance.in the domestic and foreign excavator hydraulic system based on the materials of, learned about the excavator hydraulic system development history, and for excavator hydraulic system technology development dynamic is summarized. the graduation design ta

5、sk is hydraulic excavator. excavator by multiple system components, including hydraulic system, transmission system, control systems, work device, chassis, turntable, tank, engine installation, etc. my design is mainly devoted to the analysis and design medium-sized hydraulic excavator mechanical sy

6、stem mechanica and hydraulic components. with hydraulic components and hydraulic loop primarily. keywords: excavator; mechanica system; hydraulic cylinder目 錄1緒論11.1挖掘機(jī)的簡(jiǎn)介11.1.1裝配圖11.1.2行走裝置11.1.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)21.1.4工作裝置21.1.5液壓系統(tǒng)21.2液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況21.2.1國(guó)外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢(shì)31.2.2國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況1.3設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義1.3.1設(shè)計(jì)的內(nèi)容1.3.2設(shè)

7、計(jì)的意義2挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的計(jì)算12.1液壓挖掘機(jī)的基本系統(tǒng)2.1.1挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介2.2液壓挖掘機(jī)工作裝置油缸作用力的確定2.2.1動(dòng)臂油缸作用力分析2.2.2鏟斗油缸工作受力分析2.2.3斗桿油缸作用力分析3. 液壓元件的選擇3.1液壓缸的選擇4結(jié)論5致謝6參考文獻(xiàn)1.緒論液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的突發(fā)機(jī)械。液壓挖掘機(jī)利用液壓元件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等）帶動(dòng)各種構(gòu)件動(dòng)作，具有如下有點(diǎn)：功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大；啟動(dòng)性能好，能實(shí)現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)；布置靈活，基本不受總體結(jié)構(gòu)的限制；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各種可靠

8、，能自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；有過載保護(hù)功能；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)便省力等。因此，液壓挖掘機(jī)對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。 液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。 液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。1.1挖掘機(jī)的簡(jiǎn)介 液壓挖掘機(jī)是一種多功能

9、機(jī)械，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，它在減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。根據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計(jì)，幾十個(gè)工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。由于液壓挖掘機(jī)具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點(diǎn)，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。 挖掘機(jī)液壓傳動(dòng)緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)。由于挖掘機(jī)的工作條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜，于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓

10、系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此，對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)挖掘機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)。 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 挖掘機(jī)由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置、行走裝置和液壓系統(tǒng)構(gòu)成。下面以輪式液壓挖掘機(jī)為例來說明一下： 單斗液壓挖掘機(jī)是一種周期性作業(yè)的自行式土方機(jī)械，它采用液壓傳動(dòng)，由一個(gè)鏟斗切削土裝入斗內(nèi)，然后提升裝滿土石的鏟斗，再回轉(zhuǎn)一定的角度進(jìn)行裝車，接下來空當(dāng)斗回到原來的位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的挖掘，此外整機(jī)還要定期移位，使鏟斗能在適當(dāng)位置上有效地作業(yè)，單斗挖掘機(jī)裝載，抓取起重、鉆孔、打樁、破碎、修坡、清溝等工作，挖掘機(jī)可分為提供動(dòng)力和基本動(dòng)作（行走回轉(zhuǎn)）的主機(jī)部分及進(jìn)行不同作業(yè)的工作裝置部分，主機(jī)又可

11、分為行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、工作裝置。1.1.1裝配圖1大臂較根軸 2大臂油缸與平臺(tái)連接軸 3大臂油缸 4大臂總成 5大臂油缸頭軸 6斗桿油缸與大臂連接軸 7斗桿油缸 8斗桿油缸與斗桿連接軸 9斗桿與大臂連接軸 10斗桿總成 11鏟桿油缸與斗桿連接軸 12鏟桿油缸 13搖臂與斗桿連接軸 14搖臂總成 15連桿總成 16連桿與搖臂連接軸 17鏟斗總成1.1.2行走裝置液壓挖掘機(jī)行走裝置的反力同時(shí)能使挖掘機(jī)作短距離行走，按結(jié)構(gòu)不同，可分為履帶式、輪胎式兩類。履帶式行走裝置由履帶、支重輪、托鏈輪、驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、張緊裝置、行走架液壓馬達(dá)、減速機(jī)等組成，液壓挖掘機(jī)的行走裝置采用液壓馬達(dá)、減速機(jī)、

12、驅(qū)動(dòng)輪，每條履帶有各自的液壓馬達(dá)和減速機(jī)，由于兩個(gè)液壓馬達(dá)可獨(dú)立操作，因此，機(jī)器的左右履帶可以同步前進(jìn)后退，也可以通過一條履帶制動(dòng)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，還可以通過兩條履帶相反方向驅(qū)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，操作十分簡(jiǎn)單。1.1.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置一般采用定量馬達(dá)，經(jīng)過回轉(zhuǎn)減速機(jī)兩行星齒輪與回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)齒圈相齒合而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、效率高速比大，承載能力強(qiáng)，發(fā)熱量和功率損失小，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，回轉(zhuǎn)支承一般采用的滾動(dòng)軸承，其中用的最廣泛的是單排滾球式和雙排式滾軸柱式回轉(zhuǎn)支承。1.1.4工作裝置 工作裝置是液壓挖掘機(jī)的主要組成部分之一，由于工作的不同，工作

13、裝置不同類很多常用挖掘、裝載和起重裝置也可以有很多形式，挖掘裝置一般采用斗杠油缸進(jìn)行挖掘，動(dòng)臂油缸主要用于調(diào)節(jié)切削角度，清除障礙，以及挖掘，鏟斗多用于開啟斗底的方式卸載，斗底的開啟、關(guān)閉也用了油缸。1.1.5液壓系統(tǒng) 液壓挖掘機(jī)的主要系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)有整機(jī)行走、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂升降，斗桿收放、鏟斗挖掘等，根據(jù)以上的工作要求把各液壓元件用管路連接起來的組合體叫做液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達(dá)等邊為機(jī)能，再傳動(dòng)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)。國(guó)家規(guī)定8噸以下的挖掘機(jī)采用定量泵。1.2液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)問世至今已有130多年的

14、歷史，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動(dòng)斗回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)到電力驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動(dòng)液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，可以追溯到1840年。當(dāng)時(shí)美國(guó)西部開發(fā)，進(jìn)行鐵路建設(shè)，產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機(jī)械手的挖掘機(jī)，它采用蒸汽機(jī)作為動(dòng)力在軌道上行走。但是此后的很長(zhǎng)時(shí)間挖掘機(jī)沒有得到很大的發(fā)展，應(yīng)用范圍也只局限于礦山作業(yè)中。 導(dǎo)致挖掘機(jī)發(fā)展緩慢的主要原因是:其作業(yè)裝置動(dòng)作復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)范圍大，需要采用多自由度機(jī)構(gòu)，古老的機(jī)械傳動(dòng)對(duì)它不太適合。而且當(dāng)時(shí)的工程建設(shè)主要是國(guó)土開發(fā)，大規(guī)模的筑路和整修場(chǎng)地等，大多是大面積的水平作業(yè)，因此對(duì)挖掘機(jī)的

15、應(yīng)用相對(duì)較少，在一定程度上也限制了挖掘機(jī)的發(fā)展。 由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，二十世紀(jì)四十年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)。隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動(dòng)技術(shù)，挖掘機(jī)有了適合它的傳動(dòng)裝置，為挖掘機(jī)的發(fā)展建立了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，是挖掘機(jī)技術(shù)上的一個(gè)飛躍 。同時(shí)，工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進(jìn)行大規(guī)模國(guó)土開發(fā)的同時(shí)，也開始進(jìn)行城市型土木施工，這樣，具有較長(zhǎng)的臂和桿，能裝上各種各樣的工作裝置，能行走、回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由動(dòng)作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和溝槽的挖掘機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。 自第一臺(tái)手動(dòng)挖掘機(jī)誕生以來的160多年當(dāng)中，挖掘機(jī)一直在不斷地飛躍發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到

16、相對(duì)成熟穩(wěn)定的階段。目前國(guó)際上迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，對(duì)其控制方式不斷改進(jìn)和革新，使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的前提。 據(jù)有關(guān)專家估算，全世界各種施工作業(yè)場(chǎng)約有65%至70%的土石方工程都是由挖掘機(jī)完成的。挖掘機(jī)是一種萬能型工程機(jī)械，目前已經(jīng)無可爭(zhēng)議地成為工程機(jī)械的第一主力機(jī)種，在世界工程機(jī)械市場(chǎng)上己占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴(kuò)大。挖掘機(jī)的發(fā)展主要以

17、液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，其液壓系統(tǒng)已成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機(jī)需要大幅度的技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)創(chuàng)新是液壓挖掘機(jī)行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面，挖掘機(jī)產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以對(duì)其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2.1國(guó)外液壓挖掘機(jī)目前水平及發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，從20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。例如，美國(guó)馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量50-150m剝離用挖掘機(jī)，斗容量132m的步行式拉鏟挖掘機(jī)；b-e（布比賽路斯-伊利）公司

18、生產(chǎn)的斗容量168.2m的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量107m的剝離用挖掘機(jī)等，是世界上目前最大的挖掘機(jī)。 從20世紀(jì)后期開始，國(guó)際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。 (1)開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)田建設(shè)的需要，國(guó)外發(fā)展了斗容量在0.25m以下的微型挖掘機(jī)，最小的斗容量?jī)H在0.01m。另外，數(shù)量最的的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能，配備了多種工作裝置除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時(shí)，發(fā)展專門

19、用途的特種挖掘機(jī)，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等。 (2)迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了基礎(chǔ)和創(chuàng)造了良好的前提。 (3)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國(guó)阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國(guó)林肯貝爾特公司

20、新c系列l(wèi)s-5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)。還安裝了caps（計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的fj系列五種新型號(hào)挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗，并處長(zhǎng)了零部件的使用壽命；德國(guó)奧加凱(o&k)公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的904、905、907、909型液壓挖掘機(jī)上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作；德國(guó)利勃海爾公司開發(fā)了ec

21、o（電子控制作業(yè)）的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機(jī)的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國(guó)卡特匹勒公司在新型b系統(tǒng)挖掘機(jī)上采用最新的3114t型柴油機(jī)以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進(jìn)一步提高了挖掘機(jī)的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國(guó)大宇公司在dh280型挖掘機(jī)上采用了epos電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動(dòng)機(jī)始終以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、提高挖掘機(jī)的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動(dòng)機(jī)因過載而熄火。 (4)更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的

22、無限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面，促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法，并創(chuàng)立了預(yù)測(cè)產(chǎn)品失效和更新的的理論。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序，研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，借助于大量試驗(yàn)，縮短了新產(chǎn)品的研究周期，加速了液壓挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%，使用壽命超過1萬小時(shí)。 (5)加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。液壓挖掘機(jī)采用

23、帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。 (6)進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時(shí)和增大流量來襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。當(dāng)外阻力增大時(shí)則減少流量（降低速度），使挖掘力成倍增長(zhǎng)率加；采用三回路液壓系統(tǒng)。產(chǎn)生三個(gè)互不成影響的獨(dú)立工作運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)達(dá)機(jī)械的功率匹配。將第三泵在其他工作運(yùn)動(dòng)上接通，成為開式回路第二個(gè)獨(dú)立的快速成運(yùn)動(dòng)。此外，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了

24、條件。 (7)迅速拓展電子化、自動(dòng)化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對(duì)環(huán)境的污染，使挖掘機(jī)的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機(jī)口音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應(yīng)用電子和自動(dòng)控制技術(shù)。隨著對(duì)挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機(jī)電一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。20世紀(jì)80年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機(jī)、微處理器、傳感器和檢測(cè)儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，推動(dòng)了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，亦即目前先進(jìn)的挖掘機(jī)上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)怠速及油門控制系統(tǒng)、功率優(yōu)化

25、系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等電控系統(tǒng)。1.2.2國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況近年來，我國(guó)的挖掘機(jī)市場(chǎng)90%被外國(guó)獨(dú)資或合資企業(yè)壟斷，而國(guó)產(chǎn)品的價(jià)格優(yōu)勢(shì)仍然是十分明顯的。成都神鋼的挖掘機(jī)、凱斯的挖掘裝載機(jī)、jcb的挖掘裝載機(jī)、常林的挖掘裝載機(jī)、柳工的挖掘機(jī)、詹工的挖掘機(jī)、玉柴的挖掘機(jī)以及山河智能、南特的小挖等諸多企業(yè)的產(chǎn)品一一呈現(xiàn)在市場(chǎng)上。 挖掘機(jī)在2003年國(guó)內(nèi)產(chǎn)銷量達(dá)35000臺(tái)，市場(chǎng)總量突破6萬臺(tái)，升幅達(dá)80%。國(guó)產(chǎn)機(jī)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)是十分明顯的，以13至14噸級(jí)的輪式挖掘機(jī)為例，雖然其關(guān)鍵零部件系國(guó)外配置，但價(jià)格仍相差25萬至30萬元。小功率、多功能的挖掘機(jī)尤其受到青睞。通過快速換裝不同的工

26、作裝置以完成挖、裝、填、夯、抓、刨、吊鉆、剪等多種作業(yè)，挖掘裝載機(jī)出現(xiàn)了需求不斷上升的勢(shì)頭。除了jcb、凱斯等品牌外，德工的wz 25-20型也出現(xiàn)了較好的銷售趨勢(shì)。輪胎挖掘機(jī)的需求一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)，如常州現(xiàn)代的輪挖從0.25至0.92立方米都可生產(chǎn)，詹工可生產(chǎn)14至30噸級(jí)的輪挖，其中20噸級(jí)的輪挖的行駛速度可高達(dá)54公里/小時(shí)。目前我國(guó)輪挖的生產(chǎn)企業(yè)大約為10家。 大型挖掘機(jī)在我國(guó)一直處于薄弱地位，主要依賴進(jìn)口。長(zhǎng)挖的ce600 -5型其斗容達(dá)4立方米，常州現(xiàn)代的r450lc-5型挖掘機(jī)屬于43.53噸級(jí)，而相比之下，德國(guó)的利勃海爾生產(chǎn)的600噸級(jí)的挖掘機(jī)最大斗容可達(dá) 34 立方米。 小型挖

27、掘機(jī)兼具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能,又具有運(yùn)輸、能耗、靈活性、適應(yīng)性等方面優(yōu)勢(shì),而且價(jià)格低、重量輕、保養(yǎng)維修方便等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的。目前,國(guó)內(nèi)外有關(guān)小型挖掘機(jī)的劃分標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一。這里,我們暫且將整機(jī)質(zhì)量在10噸或10噸以下稱小型挖掘機(jī)(整機(jī)質(zhì)量等于或小于4噸的挖掘機(jī)稱作為微型挖掘機(jī)或叫做迷你型挖掘機(jī))。 總之,中國(guó)挖掘機(jī)市場(chǎng)將持續(xù)呈波浪型發(fā)展,從的發(fā)展觀來看,要摒棄一切脫離實(shí)際的超前。4 今后一個(gè)時(shí)期挖掘機(jī)市場(chǎng)火爆式的炎夏恐難遇到,我們期待溫暖、柔和、生機(jī)勃勃的春天的到來。期望中國(guó)挖掘機(jī)市場(chǎng)能夠持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)的發(fā)展起步較晚，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)大多數(shù)為20t40t級(jí)的，超過5

28、0t級(jí)的液壓挖掘機(jī)極少。1.3設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義1.3.1設(shè)計(jì)的內(nèi)容(1)要保證挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動(dòng)作，也可以互相配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。 (2)工作裝置的動(dòng)作和轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能作復(fù)合動(dòng)作，以提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)率。 (3)履帶式挖掘機(jī)的左、右履帶分別驅(qū)動(dòng)，使挖掘機(jī)行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機(jī)的靈活性。 (4)保證挖掘機(jī)的一切動(dòng)作可逆，且無級(jí)變速。 (5)保證挖掘機(jī)工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）有良好的過載保護(hù)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動(dòng)和限速；防止動(dòng)臂因自重而快帶下降和整機(jī)超速溜坡。 為此，液壓系統(tǒng)應(yīng)做到： (1)有高的傳動(dòng)效率，以充

29、分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃料使用經(jīng)濟(jì)性。 (2)液壓系統(tǒng)和液壓元件在負(fù)載變化大、急劇的振動(dòng)沖擊作用下，具有足夠的可靠性。 (3)調(diào)協(xié)輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機(jī)持續(xù)工作時(shí)液壓油溫不超過80度，或溫升不超過45度。 (4)由于挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)塵土多，液壓油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密封性能要好，液壓元件對(duì)油液污染的敏感性低，整個(gè)液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。 (5)采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機(jī)設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)而提高挖掘機(jī)技術(shù)性能和減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。1.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容的意義挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，它在

30、減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。液壓系統(tǒng)是挖掘機(jī)的核心部分，對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算能有效的提高挖掘機(jī)性能。 本次設(shè)計(jì)是以研究探討為主，了解液壓挖掘機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理，在此基礎(chǔ)上對(duì)液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)的一些部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)所得結(jié)果對(duì)液壓元件（液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸等）進(jìn)行合理配置，使之能提高挖掘機(jī)的使用率、生產(chǎn)率適用范圍和使用壽命等。2.挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的計(jì)算2.1液壓挖掘機(jī)的基本系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)的基本參數(shù)定為：正鏟斗容量為1.6m3；液壓泵的系統(tǒng)工作壓力28mpa，最大排量2140ml/r；回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)最大排量140ml/

31、r；行走液壓馬達(dá)最大排量2140ml/r。為了合理的選擇液壓元件，對(duì)這些液壓元件進(jìn)行分析計(jì)算，得到理論的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)選擇液壓元件。2.1.1挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成，它們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回路、支腿順序回路、支腿鎖止回路和先導(dǎo)閥操縱回路等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。(1)液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本類型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)大致上有定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)和定量、變量復(fù)合系統(tǒng)等三種類型。(2)定量系統(tǒng)在液壓挖掘機(jī)采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨外載荷而變化，通常依靠節(jié)流來調(diào)節(jié)速度。根據(jù)定量系

32、統(tǒng)中油泵和回路的數(shù)量及組合形式，分為單泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵雙回路定量系統(tǒng)及多泵多回路定量系統(tǒng)等。(3)變量系統(tǒng)在液壓挖掘機(jī)采用的變量系統(tǒng)中，是通過容積變量來實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的，其調(diào)速方式有三種：變量泵定量馬達(dá)調(diào)速、定量泵變量馬達(dá)調(diào)速和變量泵變量馬達(dá)調(diào)速。單斗液壓挖掘機(jī)的變量系統(tǒng)多采用變量泵定量馬達(dá)的組合方式實(shí)現(xiàn)無極變量，且都是雙泵雙回路。根據(jù)兩個(gè)回路的變量有無關(guān)連，分為功率變量系統(tǒng)和全功率變量系統(tǒng)兩種。其中的分功率變量系統(tǒng)的每個(gè)油泵各有一個(gè)功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，油泵的流量變化只受自身所在回路壓力變化的影響，與另一回路的壓力變化無關(guān)，即兩個(gè)回路的油泵各自獨(dú)立地進(jìn)行恒功率調(diào)節(jié)變量，兩個(gè)油

33、泵各自擁有一半發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率；全功率變量系統(tǒng)中的兩個(gè)油泵由一個(gè)總功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，使兩個(gè)油泵的擺角始終相同。同步變量、流量相等。決定流量變化的是系統(tǒng)的總壓力，兩個(gè)油泵的功率在變量范圍內(nèi)是不相同的。其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有機(jī)械聯(lián)動(dòng)式和液壓聯(lián)動(dòng)式兩種形式。52.2液壓挖掘機(jī)工作裝置油缸作用力的確定對(duì)液壓挖掘機(jī)的油缸研究，先以動(dòng)臂油缸、鏟斗油缸、斗桿油缸做為研究對(duì)象。2.2.1動(dòng)臂油缸作用力分析動(dòng)臂油缸作用力，即最大提升力，以能提升鏟斗內(nèi)裝滿土壤的工作裝置至最大卸載距離位置進(jìn)行卸載來確定，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖2.2所示。圖2.2動(dòng)臂油缸作用力分析此時(shí)動(dòng)臂油缸作用力為：（） (2.1)式中，鏟斗及其裝載土壤重

34、力 斗桿所受重力 動(dòng)臂所受重力鏟斗質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的水平距離 斗桿質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的水平距離 動(dòng)臂質(zhì)心到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的水平距離同樣根據(jù)受力平衡可求出斗桿油缸閉鎖力和鏟斗油缸閉鎖力。因?yàn)閯?dòng)臂油缸只承受大臂、斗桿、鏟斗及各液壓缸的自重，而不進(jìn)行挖掘動(dòng)作，但是要承受很大的彎曲力矩，要考慮液壓缸的抗彎能力，所以如果計(jì)算出動(dòng)臂油缸所需過載壓力太大，只要采取增加動(dòng)臂油缸徑和活塞桿徑的措施即可解決。2.2.2鏟斗油缸工作受力分析反鏟裝置載作業(yè)過程中，當(dāng)以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鲿r(shí)，其最大挖掘力為鏟斗油缸設(shè)計(jì)的依據(jù)。反鏟最重要的工作位置最大挖掘深度時(shí)能保證具有最大挖掘力來分析確定鏟斗油缸的作用力。此時(shí)計(jì)算位置為動(dòng)臂下放到最

35、低位置，鏟斗油缸作用力與斗桿鉸點(diǎn)由最大力臂，如圖2.3所示鏟斗油缸作用力為： (2.2)圖2.3鏟斗油缸作用力式中，鏟斗油缸作用力對(duì)搖臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（此位置為要比長(zhǎng)度）這時(shí)斗桿及動(dòng)臂油缸處于封閉狀態(tài)，斗桿油缸封閉力應(yīng)滿足： (2.3) 式中，斗桿油缸閉鎖力對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂 挖掘阻力的法向分力，動(dòng)臂油缸閉鎖力應(yīng)滿足 (2.4)式中，動(dòng)臂油缸閉鎖力對(duì)鉸點(diǎn)的力臂對(duì)動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂對(duì)鉸點(diǎn)的力臂此外，最大鏟斗挖掘力在其工作位置能否實(shí)現(xiàn)，還受到挖掘機(jī)穩(wěn)定性的限制，因?yàn)橛锌赡芡诰蛄ι形催_(dá)到最大值時(shí)，挖掘機(jī)已經(jīng)失去穩(wěn)定。因此，選取鏟斗油缸最大推力時(shí)應(yīng)以保證挖掘機(jī)的穩(wěn)定為前提條件。2.2.3斗桿油缸作用力分析當(dāng)挖掘機(jī)以鏟斗挖掘時(shí)，其最大挖掘力則由斗桿油缸來保證。斗桿油缸最大作用力計(jì)算位置為動(dòng)臂下方到最低位置，斗桿油缸作用力對(duì)斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)有最大力臂，