履带式液压挖掘机挖掘机构设计说明书

履带式液压挖掘机挖掘机构设计说明书内容摘要：

为铰接式和伸缩臂式挖掘机。 铰接式工作装置应用较为普遍。 这种挖掘机的工作装置靠各构件绕铰点转动来完成作业动作。 伸缩臂式挖掘机的动臂由主臂及伸缩臂组成，伸缩臂可在主臂臂内伸缩，还可以变幅。 伸缩臂前端装有铲斗，适于进行平整和清理作业，尤其是修整沟坡。 液压挖掘机的发展概况 挖掘机械的最早雏形，主要用于河道。 港口的疏浚工作，第一台有确切记载的挖掘机械是 1796 年英国人发明的蒸汽“挖泥铲”。 而能够模拟人的掘土工作，在陆地上使用的蒸汽机驱动的“动力铲”于 1835 年在美国诞生，主要用于修筑铁路的繁重工作，被认为是现代挖掘机的先驱，距今已有 170 多 年历史。 1950 年，德国研制出世界上第一台全液压挖掘机。 由于科学技术的飞速发 展，各种新技术、新材料不断在挖掘机上得到应用，尤其是电子技术和信息技术的应用使得液压挖掘机在作业效率、可靠性、安全性和操作舒适性以节能、环保等方面有了长足的进步。 目前液压挖掘机已经在全世界范围内得到广泛应用，成为土石方施工不可缺少的重要机械设备。 国外液压挖掘机目前水平及发展趋势 工业发达国家的液压挖掘机生产较早，产品线齐全，技术成熟。 美国、德国和日本是液压挖掘机的主要生产国，具有较高市场占有率。 22 20 世纪后期开始，国际上液压挖掘机的生产从产品规格上看，在稳定和完善主力机型 的基础上向大型化、 微型化方向发展；从产品性能上看，向高效节能化、自动化、信息化、智能化的方向发展。 国内液压挖掘机的发展概况 我国从 1967 年开始研制液压挖掘机。 早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的 WY100、贵阳矿山机器厂的 W4－ 60、合肥矿山机器厂的 WY60 等。 到20世纪 70 年代末 80 年代初，长江挖掘机厂和杭州重型机械研制成功了 WY160和 WY250 等液压挖掘机产品。 从 1994 年开始，美国的卡特彼勒公司、日本的神户制钢所、日本的小松制作所、日本的日立建机株式会社、韩国大宇重工、韩国现代重工业以及德国利勃海尔 、德国雪孚、德国阿特拉斯、瑞典沃尔沃等公 中国矿业大学 07 届本科生毕业设计（论文） 第 10 页 司先后在中国建立了中外合资、外商独资挖掘机生产企业，生产具有世界先进水平的多种型号和规格的液压挖掘机产品。 近年来我国经济增长迅速，液压挖掘机市场需求不断扩大，形成了巨大的挖掘机市场窨，但该行业主要由合资企业和外资企业所垄断。 国内一些工程机械待业的上市股分公司合资的方式介入了挖掘机产业，同时国内还有众多的企业也在生产液压挖掘机，但在生产规模、品种、质量等方面与国外大公司相比还有一定差距。 为了发展民族挖掘机产业，必须瞄准国际先进水平，围绕国内外两个市场，在充分利用国际化配 套的国外先进技术的基础上，增强自主创新意识，掌握核心设计制造技术，发挥性价比优势，提高产品竞争力，把我国液压挖掘机产品做大做强。 本次设计概述 本次设计斗容量为 ,全液压履带式挖掘机型号为 WLY20 型，由于履带式液压挖掘机因有良好通过性能应用最广，对松软地面或沼泽地带还可采用加宽、加长以及浮式履带来降低接地比压。 反铲装置的工作原理 反铲工作装置是液压挖掘机的一种主要工作装置，如图 1－ 1 所示。 图 1－ 1 整体 式弯动臂 中国矿业大学 07 届本科生毕业设计（论文） 第 11 页 液压反铲工作装置一般由动臂 动臂液压缸 斗杆液压缸 斗杆 铲斗液压缸 铲斗 连杆 7 和摇杆 8 等组成。 其构造特点是各构件之间全部采用铰接连接，并通过改变各液压缸行程来实现挖掘过程中的各种动作。 动臂1 的下铰点与回转平台铰接，并以动臂液压缸 2 来支承动臂，通过改变动臂液压缸的行程即可改变动臂倾角，实现动臂的升降。 斗杆 4铰接于动臂的上端，可绕铰点转动，斗杆与动臂的相对转角由铲斗液压缸 5 控制，当斗杆液压缸伸缩时，斗杆即可绕动臂上铰点转动。 铲斗 6 则铰接于斗杆 4 的末端，通过铲斗液压缸 5 的伸缩来使铲斗绕铰点转动。 为了增大铲斗的转角，铲斗液压缸一般通过连杆机构（即连杆 7 和摇杆 8）与铲斗连接。 液压挖掘机反 铲工作装置主要用于挖掘停机面以下的土壤，如挖掘沟壕、基坑等，其挖掘轨迹取决于各液压缸的运动及其组合。 反铲液压挖掘机的工作过程为，先下放动臂至挖掘位置，然后转动斗杆及铲斗，当挖掘至装满铲斗时，提升动臂使铲斗离开土壤，边提升边回转至卸载位置，转斗卸出土壤，然后再回转至工作装置开始下一次作业循环。 动臂液压缸主要用于调整工作装置的挖掘位置，一般不单独直接挖掘土壤；斗杆挖掘可获得较大的挖掘行程，但挖掘力小一些。 转斗挖掘的行程较短，为使铲斗在转斗挖掘结束时装满铲斗，需要较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤，因此挖掘机 的最大挖掘力一般由转斗液压缸实现的。 由于挖掘力大且挖掘行程短，因此转斗挖掘可用于清除障碍或提高生产率。 在实际工作中，熟练的液压挖掘机人员可根据实际情况，合理操纵各个液压缸，往往是各液压缸联合 工作，实现最有效的挖掘作业。 例如，挖掘基坑时由于挖掘深度较大，并要求有较陡而平整的基坑壁，则采用动臂和斗杆同时工作；当挖掘基坑底时，挖掘行程将结束，为加速装满铲斗，或挖掘过程中调整切削角时，则需要铲斗液压缸和斗杆液压缸同时工作。 本次设计任务 本次设计斗容量 ，采用履带式行走装置 ，全液压驱动，挖Ⅲ及以下土壤。 中国矿业大学 07 届本科生毕业设计（论文） 第 12 页 2 总体设计方案 工作装置设计方案原则 设计合理的工作装置应能满足下列要求： ①主要工作尺寸及作业范围能满足要求，在设计通用反铲装置时要考虑与同类型、同等级机器相比的先进性。 考虑国家标准的规定，并注意到结构参数受结构碰撞限制等的可能性。 ②整机挖掘力的大小及其分布情况应满足使用要求，并具有一定的先进性。 ③功率利用情况尽可能好，理论工作时间尽可能短。 ④确定铰点布置，结构型式和截面尺寸形状时尽可能使受力状态有利，在保证强度、刚度和连接刚性的条件下尽量减轻结构自重。 ⑤作 业条件复杂，使用情况多变时应考虑工作装置的通用性。 采用变铰点构件或配套构件时要注意分清主次，在满足使用要求的前提下力求替换构件种类少，结构简单，换装方便。 ⑥运输或停放时工作装置应有合理的姿态，使运输尺寸小，行驶稳定性好，保证安全可靠，并尽可能使液压缸卸载或减载。 ⑦工作装置液压缸设计应考虑三化。 采用系列参数，尽可能减少液压缸零件种类，尤其是易损件的种类。 ⑧工作装置的结构型式和布置使于装拆和维修，尤其是易损件的更换。 ⑨要采取合理措施来满足特殊使用要求。 液压系统设计方案原则（总体） 按照挖掘机各个 机构和装置的传动要求，把各种液压元件用管路有机连接起来的组合体叫做挖掘机的液压系统。 液压系统的功能是把发动机的机械能以油液为介质，利用液压泵转变为液压能进行传送，然后通过液压缸和液压马达等执行元件转返为机械能，实现各种动作。 中国矿业大学 07 届本科生毕业设计（论文） 第 13 页 单斗液压挖掘机作业过程 液压挖掘机的作业过程包括下列几个间歇动作：动臂升降、斗杆收放、铲斗装载、转台回转、整机行走，以及其它辅助动作，除辅助动作不需要功率驱动外，其它都是挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。 由于挖掘机的作业对象和工作条件变化较大，主机的工作有两项特殊要求： ① 实现各种主要动作时，阻力与作业速度随时变化。 因此，要求液压缸和液压马达的压力和流量也能相应变化。 ②为了充分利用发动机功率和缩短作业循环时间，工作过程中往往要求有两个主要动作同时进行，叫做复合动作，这两项要求需要由液压系统来保证。 对液压系统作业动作要求 液压挖掘机的动作复杂，机构经常启动、制动、换向，负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外施工作业，温度变化和地理条件差别大，因此，应根据液压挖掘机的工作特点和环境特点，对其液压系统提出一些有别于其他应用的基本要求。 液压挖掘机的液压系统应满足的 作业动作要求如下。 ①保证液压挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合动作。 ②保证工作装置的动作与回转平台的回转动作既能单独动作，又能作复合动作，以提高液压挖掘机的作业效率。 ③履带式液压挖掘机的左、右履带应能分别驱动，使挖掘机行走转弯方便灵活，并能实现原地转向，以提高 挖掘机的机动性。 ④保证液压挖掘机工作安全可靠，对各机构及液压执行元件应具有完善的安全保护措施。 例如，对回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而下降过快；防止机器下坡行驶时超速溜坡等。 对液压 系统基本的要求 根据液压挖掘机的作业动作和环境特点，对液压系统提出如下要求。 ①液压挖掘机的液压系统应具有较高效率，以充分发动机的动力性和燃油经济性。 中国矿业大学 07 届本科生毕业设计（论文） 第 14 页 ②液压系统 和液压元件在大负载和剧烈振动冲击作用下，应具有足够的可靠性。 ③选择轻便、适用、耐振的冷却散热系统，减少系统总发热量，使液压系统工作温度及温升在规定范围内。 ④由于液压挖掘机作业现场尘土多，液压油被污染，因此液压稭密封性能要好，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。 ⑤在必要时采用液压先导或电液伺服操纵装置，提高液压挖掘机操作的舒适性，减轻操作人 员的劳动强度。 ⑥在液压系统中采用先进的自动控制技术，提高液压挖掘机的技术性能指标，使液压挖掘机具有节能、高效和自动适应负载变化的特点。 中国矿业大学 07 届本科生毕业设计（论文） 第 15 页 3 挖掘机的工作装置设计 确定动臂、斗杆、铲斗的结构形式 确定动臂的结构形式 动臂是工作装置中的主要构件，斗杆的结构形式往往决定于动臂的结构形式。 反铲动臂分为整体式和组合式两类。 直动臂构造简单、轻巧、布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机 ,如图 3－ 1所示。 采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专 用反铲装置的常见形式。 整体式弯动臂在弯曲处的结构形状和强度值得注意，有时采用三节变动臂有利于降低弯曲处的应力集中。 整体式变动臂结构简单、价廉，风度相同时结构重量较组合式动臂轻。 它的缺点是替换工作装置少，通用性较差。 为了扩大机械通用性，提高其利用率。 往往需要配备几套完全 不通用的工作装置。 一般说，长期用于作业相似的反铲采用整体式动臂结构比较合适。 如图 2－ 1 所示。 组合式动臂一般都为弯臂形式。 其组合方式有两类，一类用辅助连杆（或　　　　 图3－ 1　 整体式直动臂 中国矿业大学 07 届本科生毕业设计（论文） 第 16 页 液压缸）连接，另一类用螺栓连接。 组合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点，它们分 别适用于不同的作业条件。 组合式动臂的主要优点是： 1．工作尺寸和挖掘力可以根据作业条件的变化进行调整。 当采用螺栓或连杆连接时调整时间只需十几分钟，采用液压缸连接时可以进行无级调节。 2．较合理地满足各种类型作业装置的参数和结构要求，从而较简单地解决主要构件的统一化问题。 因此其替换工作装置较多，替换也方便。 一般情况下，下动臂可以适应各种作业装置要求，不需拆换。 3．装车运输比较方便。 由于上述优点，组合式动臂结构虽比整体式动臂复杂，但得到了较广泛的应用。 尤以中小型通用液压挖掘机作业条件多时 采用组合式动臂较为合适。 本次设计作业条件比较单一，所以选用整体式弯动臂。 确定斗杆的结构形式 斗杆也有整体式和合式两种，大多数挖掘机都采用整体式斗杆，当需要调节斗杆长度或杠杆时采用更换斗杆的办法，或者在斗杆上设置 2～ 4个可供调节时选择的与动臂端部铰接的孔。 有些反铲采用组合式斗杆。 确定铲斗的结构形式和斗齿安装结构 确定铲斗的结构形式 铲斗结构形状和参数的合理选择对挖掘机的作业效果影响很大。 铲斗的作业对象繁多，作业条件也不同，用一个铲斗来适应任何作业对象和条 件较困难。 为了满足各种特定情况，尽可能提高作业效率，通用反铲装置常配有甚至十多种斗容量不同，结构形式各异的铲斗。 目前，对铲斗结构形式的研究还处于现场试验、实验室试验或模型试验阶段，未建立起较系统的理论。 例如有人曾将两只 容量而斗型不同的反铲斗装在 RH6 液压挖掘机上进行对比试验，结果如表 3－ 1 所示。 由于砂的挖掘阻力较小，对铲斗设计的合理性反映不灵敏，所以这两种铲斗的试验结果差别不大。 而对页岩作业效果就大不一样，其中一个铲斗的切削前缘中间略微凸出， 中国矿业大学 07 届本科生毕业设计（论文） 第 17 页 不带侧齿，侧臂略呈凹形，这些因素使页岩挖掘阻力降低。 另 一个铲斗的情况则相反。 对各种铲斗结构形状的共同要求是： 1．有利于物料的自由流动，因此铲斗内臂不宜设置横向凸缘、棱角等。 斗底的纵向剖面形状要适合各种物料的运动规律。 2．要使物料易于卸净。 用于粘土。