挖掘机的基本构造及工作原理Word文档下载推荐.docx

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单斗液压挖掘机用液压传动系统的类型很多，习惯上按主泵的数量、功率的调节方式和回路的数量来分类。

有单泵或双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统、多泵多回路定量系统、双泵双回路分功率调节变量系统、双泵双回路全功率调节变量系统、多泵多回路定量或变量混合系统等六种。

按油液循环方式分为开式系统和闭式系统。

按供油方式分为串联系统和并联系统。

1、驱动盘2、螺旋弹簧3、止动销4、摩擦片5、减震器总成

6、消音器7、发动机后部安装座8、发动机前部安装座

凡主泵输出的流量是定值的液压系统为定量液压系统；

反之，主泵的流量可以通过调节系统进行改变的则称为变量系统。

在定量系统中各执行元件在无溢流情况下是按油泵供给的固定流量工作，油泵的功率按固定流量和最大工作压力确定；

在变量系统中，最常见的是双泵双回路恒功率变量系统，有分功率变量与全功率变量之分。

分功率变量调节系统是在系统的每个回路上分别装一台恒功率变量泵和恒功率调节器，发动机的功率平均分配给各油泵；

全功率调节系统是有一个恒功率调节器同时控制着系统中的所有油泵的流量变化，从而达到同步变量。

开式系统中执行元件的回油直接流回油箱，其特点是系统简单、散热效果好。

但油箱容量大，低压油路与空气接触机会多，空气易渗入管路造成振动。

单斗液压挖掘机的作业主要是油缸工作，而油缸大、小有腔的差异较大、工作频繁、发热量大，因此绝大多数单斗液压挖掘机采用开式系统；

闭式回路中的执行元件的回油路是不直接回油箱的，其特点式结构紧凑，油箱容积小，进回油路中有一定的压力，空气不易进入管路，运转比较平稳，避免了换向时的冲击。

但系统较复杂，散热条件差‘单斗液压挖掘机的回转装置等局部系统中，又采用闭式回路的液压系统的。

为补充因液压马达正反转的油液漏损，在闭式系统中往往还设有补油泵。

4、回转机构

回转机构使工作装置及上部转台向左或向右回转，以便进行挖掘和卸料。

单斗液压挖掘机的回转装置必须能把转台支撑在机架上，不能倾斜并使回转轻便灵活。

为此单斗液压挖掘机都设有回转支撑装置和回转传动装置，它们被称为回转装置。

1、制动器2、液压马达3、行星齿轮减速器4、回转齿圈5、润滑油杯、6、中央回转接头

全回转液压挖掘机回转装置的传动形式有直接传动和间接传动两种。

1）直接传动。

在低速大扭矩液压马达的输出轴上安装驱动小齿轮，与会转齿轮啮合。

2）间接传动。

由高速液压马达经齿轮减速器带动回转齿圈的间接传动结构形式。

他结构紧凑，具有较大的传动比，且齿轮的受力情况较好。

轴向柱塞液压马达与同类型的液压油泵结构基本相同，许多零件可以通用，便于制造及维修，从而降低了成本。

但必须设制动器，以便吸收较大的回转惯性力矩，缩短挖掘机作业循环时间，提高生产效率。

5、行走机构

行走机构支撑挖掘机的整机质量并完成行走任务，多采用履带式和轮胎式。

6、履带行走机构

单斗液压挖掘机的履带式行走机构的基本结构与其他履带式机构大致相同，但他多采用两个液压马达各自驱动一个履带。

与回转装置的传动相似可用高速小扭矩马达或低速大扭矩马达。

两个液压马达同方向旋转式挖掘机将直线行驶；

若只向一个液压马达供油，并将另一个液压马达制动，挖掘机将绕制动一侧的履带转向，若是左右两个液压马达反向旋转，挖掘即将进行原地转向。

行走机构的各零部件都安装在整体式实行走架上。

液压泵输入的压力油竟多路换向阀和中央回转接头进入行走液压马达，该马达将液压能转变为输出扭矩后，通过齿轮减速器传给驱动轮，最终卷绕履带以实现挖掘机的行走。

单斗液压挖掘机大都采用组合式结构履带和平板型履带——没有明显履刺，虽附着性能差，但坚固耐用，对路面破坏性小适用于坚硬岩石地面作业，或经常转场的作业。

也有采用三履刺型履带，接地面积较大履刺切入土壤深度较浅，适宜于挖掘机采石作业。

实行标准化后规定挖掘机采用质量轻、强度高、结构简单、价格较低的轧制履带板。

专用于沼泽地的三角形履带板可降低接地比压，提高挖掘机在松土地面上的通过能力。

1、引导轮2、履带架3、托链轮4、终传动

5、支重轮6、履带板7、中心护板8、张紧弹簧9、前护板

单斗液压挖掘机的驱动轮均采用整体铸件，能与履带正确啮合、传动平稳。

挖掘机行

走时驱动轮应位于后部，式履带的张紧段较短，减少履带的摩擦磨损和功率损耗。

每条履带都设有张紧装置，以调整履带的张紧度减少振动噪声摩擦磨损和功率损失。

目前单斗液压挖掘机都采用液压张紧结构。

其液压缸置与缓冲弹簧内部减小了结构尺寸。

7、轮胎式行走机构

轮胎式挖掘机的行走机构由机械传动和液压传动两种。

其中的液压传动的轮胎式挖掘机的行走机构主要由车架、前桥、后桥、传动轴和液压马达等组成。

行走液压马达安装在固定与机架的变速箱上，动力经变速箱、传动轴传给前后驱动桥，有的挖掘机经轮边减速器驱动车轮。

采用液压马达的高速传动方式使用可靠，省掉了机械传动中的上下传动箱垂直动轴，结构简单布置方便。

1、车架2、回转支撑3、中央回转接头4、支腿5、后桥6、传动轴7、液压马达及变速箱8、前桥

第二节挖掘机的工作装置

液压挖掘机工作装置的种类繁多（可达100余种），目前工程建设中，目前工程建设中应用最多的是反铲和破碎器。

1、反铲结构

铰接式反铲式单斗液压挖掘机最常用的结构形式，动臂、斗杆和铲斗等主要部件彼此铰接，在液压缸的作用下各部件绕铰接点摆动，完成挖掘提升和卸土等动作。

图5-25反铲工作装置

1-斗杆油缸；

2-动臂；

3-液压管路；

4-动臂油缸；

5-铲斗；

6-斗齿；

7-侧齿；

8-连杆；

9-摇杆；

10-铲斗油缸；

11-斗杆

1.1动臂

动臂是反铲的主要部件，其结构由整体式和组合式两种。

整体式动臂的优点是结构简单，质量轻而刚度大。

其缺点是更换的工作装置少，通用性较差，多用于长期作业条件相似的挖掘机上。

整体式动臂又可分为直动臂和弯曲动臂两种。

其中的直动臂结构简单质量轻制造方便，主要用于悬挂式挖掘机，但它不能式挖掘机获得较大的挖掘深度不适用于通用挖掘机；

弯动臂是目前是目前应用最广泛的结构形式，与同厂都得直动臂相比可以使挖掘机有较大的挖掘深度，但降低了卸土高度，这正符合挖掘机反铲作业的要求。

组合式动臂有辅助连杆（或液压缸）或螺栓连接而成。

上下动臂之间的夹角可用辅助连杆或液压缸来调节，虽然结构操作复杂化但在挖掘机作业中可随时大幅度调整上下动臂者间的夹角，从而提高挖掘机的作业性能，尤其是用反铲或抓斗挖掘窄而深得基坑时，容易得到较大距离的垂直挖掘轨迹，提高挖掘质量和生产率。

组合式动臂的优点是，可以根据作业条件随意调整挖掘机的作业尺寸和挖掘能力，且调整时间短。

此外他的互换工作装置多，可以满足各种作业的需要，装车运输方便。

其缺点是质量大，制造成本高，用于中小型挖掘机上。

组合式动臂

（a）连杆下置（b）连杆上置

1、下动臂2、上动臂3、连杆或液压缸

2、铲斗

1.2.1基本要求

1）铲斗的纵向剖面应适应挖掘过程各种物料的在斗中运动规律有利于物料的流动，使装土阻力最小，有利于将铲斗充满。

2）装设斗齿，以增大铲斗对挖掘物料的线压比，斗持及斗形参数具有较小单位切削阻力，便于切入及破碎土壤。

斗齿应耐磨、易更换。

3）为式装载铲斗的物料不易掉出，斗款与直径之比应大于4∶1.

4）物料易于卸净，缩短卸载时间，并提高铲斗的容积效率。

，在同一台挖掘机上可以配置多种形式的铲斗，图2－3、图2－4分别为反用铲斗的基本形式和常用形式铲斗的斗齿采用装配式，其形式有橡胶卡销式和螺连接式。

铲斗与液压缸连接的结构形式有四连杆机构和六连杆机构。

其中四连杆机构连接方式是铲斗直接交接与液压缸，使铲斗转角较小，工作力矩变化较大；

六连杆机构的特点是，在液压缸活塞行程相同的条件下，铲斗可以后的较大的转角，并改善机构的传动特性。

图2－3

反铲斗

1-齿座；

2-斗齿；

3-橡胶卡销；

4-卡销；

5、6、7-斗口板

图2-4斗齿结构

a）螺栓连接方式；

b）橡胶卡销连接方式

1-卡销；

2-橡胶卡销；

3-齿座；

4-斗齿

3、液压破碎器

3.1概述

液压破碎器（锤）是利用液压能转化为机械能，对外做工的一种工作装置，它主要用于打桩、开挖冻土层和岩层、可更换的作业工具（凿子、扁铲、镐）等组成。

锤的撞击部分再双作用液压缸作用下，在壳体内作往复直线运动，装机作业工具，完成破碎和开挖作业。

液压破碎器通过附加的中间支撑与斗杆连接。

为了减轻振动，在锤的壳体和支座的连接处常设有橡胶

连接装置。

液压破碎器外观如图所示

液压破碎器经过近40年的发展，其规格和功率都大量增加，可靠性和工作效率也明显提高。

其中最大的技术进步是“智能型液压破碎器“的诞生，其特点是能根据岩石的阻力自动调节输出功率，当岩石被击穿是，自动切断功率输出，避免空打、损坏工具和固定销。

3.2液压破碎器的选用

根据液压挖掘机主机总重选择液压破碎器。

它与主机的匹配十分重要，其中主要匹配参数主要有两个：

一是主机液压泵的压力和流量；

另一个是主机的总重。

选用是既要考虑充分发挥液压破碎器的工作效率，又要考虑挖掘机的稳定性和结果的耐久性。

因此，针对需安装液压破碎器的挖掘机机型，根据提供的液压破碎器与主机总重的匹配范围表，可利用下列公式予以校核：

G<

0.9（W+γq）（N）

式中G——液压破碎器总重，N；

G＝G1＋G2＋G3，其中G1为支座总重，G2＋为破碎器重量，G3为作业工具（如凿子、扁铲、镐等）量，

W——标准铲斗的重量。

γ——砂土容量，一般取1600N／m3

q——标准铲斗容量；

m3

若液压破碎其总重（G）为标准斗容量（W）和铲斗中沙土中重量（γq）总和的90％以下时，则可以认为破碎器的选择是正确的。

3.3液压破碎器的基本工作原理

　首先、用钢凿将活塞向上推至打击点位置。

1.活塞上升

　图1表示活塞打击钢凿时的位置。

　活塞的反向腔与高压腔连通,活塞因上部承压面与下部承压面的面积差之故而上升。

　活塞上升,压缩了气体缓冲室内充入的气体。

2.滑阀上升

　图2表示活塞上升过程。

活塞一上升,液压先导腔与低压腔连通,滑阀下部承压面的作用力大于上部承压面的作用力,滑阀上升。

3.活塞下降（打击）

　图3表示活塞上升至上顶部状态。

　活塞的反向腔经滑阀从低压腔连通至油箱。

活塞上部承压面的作用力大于下部承压面的作用力,活塞下降。

　此时,被压缩的气体发挥作用,加快活塞下降速度,打击钢凿。

4.滑阀下降

　图4表示活塞下降过程。

　活塞一旦下降,液压先导腔与高压回路连通,滑阀因上部承压面与下部承压面的面积差之故而下降。

　滑阀下降结束时如图1状态。

从而进行连续打击。

第三节挖掘机的回转装置

一、回转装置

上部转台是液压挖掘机三大组成部分之一。

在转台上除了有发动机、液压系统、司机室、平衡重、油箱等以外，还有一个很重要的部分——回转装置。

液压挖掘机回转装置有转台、回转支撑和回转机构组成，如图3－1所示，回转装置的外座圈用螺栓与转台连接，带齿的内座圈与底架用螺栓连接，内外圈之间设有滚动体。

挖掘机工作装置作用在转台上的垂直载荷、水平载荷、和倾覆力矩通过回转支撑的外座圈、滚动体和內座转传给底架。

回转机构的壳体固定在转台上，用小齿轮与回转支撑内座圈上的齿圈相啮合.小齿轮可绕自身轴线旋转，又可绕转台中心线公转，当回传机构工作时就像对底架进行回转。

图3-1回转装置

1、转台2、回转机构3、回转支承4、底架

液压挖掘机的回转装置必需能把转台支承在固定部分（下车）上。

不能倾翻倒，并应使回转轻便灵活。

为此，液压挖掘机都设置了回转支承装置（起支承作用）和回转传动装置（驱动转台回转），并统称为液压挖掘机的回转装置。

回转支撑

图3-2转柱式回转支承

1-回转体；

2-摆动液压缸；

3-上轴承座；

4-上支承轴；

5-机架；

6-下支承轴；

7-下轴承座

二、回转支承的主要结构形式

1．转柱式回转支承

摆动式液压马达驱动的转柱式支承如图3-2所示。

它由固定在回转体1上的上、下支承轴4和6，上、下轴座3和7组成。

轴承座用螺栓固定在机架5上。

回转体与支承轴组成转柱，插入轴承座的轴承中。

外壳固定在机架5上的摆动液压缸输出轴插入下支承轴6内，驱动回转体相对于机架转动。

回转体常做成“匚”形，以避免与回转机构碰撞。

工作装置铰接在回转体上，与回转体一起回转。

2．滚动轴承式回转支承

滚动轴承式回转支承实际上就是一个大直径的滚动轴承。

它与普通轴承的最大区别是它的转速很慢。

挖掘机的回转速度在5~11r/min之间。

此外，一般轴承滚道中心直径和高度比为4~5，而回转支承则达10~15。

所以，这种轴承的刚度较差，工作中要靠支承连接结构来保证。

滚动轴承式回转支承的典型构造如图3-3所示。

内座圈或外座圈可加工成内齿圈或外齿圈。

带齿圈的座圈为固定圈，用沿圆周分布的螺栓4、5固定在底座上。

不带齿的座圈为回转圈，用螺栓与挖掘机转台连接。

装配时可先把座圈1、3和滚动体8装好，形成一个完整的部件，然后再与挖掘机组装。

为保证转动灵活，防止受热膨胀后产生卡死现象，回转支承应留有一定的轴向间隙。

此间隙因加工误差和滚道与滚动体的磨损而变化。

所以在两座圈之间设有调整垫片2，装配和修理时可以调整间隙。

隔离体7用来防止相邻滚动体8间的挤压，减少滚动体的磨损，并起导向作用。

滚动体可以是滚珠或滚柱。

图3-3滚动轴承式支承

1-下座圈；

2-调整垫片；

3-上座圈；

4、5-螺栓；

6-内齿圈；

7-隔离体；

8-滚动体；

9-油嘴；

10-密封装置

滚动轴承式回转支撑机构广泛应用于全回转的液压挖掘机上，它是在普通滚动轴承的基础上发展起来的，结构上相当于放大了的滚动轴承。

它与传统的滚动轴承相比，具有尺寸小，结构紧凑，承载能力大，回转摩擦阻力小，滚动体与轨道之间的间隙小，维护方便，使用寿命长，易于实现三化等特点一系列优点，它与普通滚动轴承相比，又有其特点：

普通的滚动轴承的内外座圈之间的刚度依靠轴与轴承座之间的装配来保证，而它则有转台和底架来保证；

回转支撑的转速低，通常承受轴向载荷，因此轨道上的接触点的循环次数较少。

第四节挖掘机转台的布置

一、转台结构

转台的主要承载部分是由钢板焊接成的抗扭和抗弯刚度很大的相形框架结构主梁3，动臂及其液压缸就支撑在主梁的突耳1上。

大型挖掘机的动臂支承多用双凸耳，而小型挖掘机多用单凸耳。

主梁下有衬板和支撑环2与回转支承连接左右侧焊有小框架，作为附加承载部分。

转台支承处应有足够的刚度，以保证回转支承的正常运转。

如图所示。

（a）

（b）

（a）双凸耳式（b）单凸耳式

1、凸耳2、支撑环3、纵梁

二、转台布置

液压挖掘机工作时转台上部自重和荷载和的合力位置也是经常变化的，并偏向载荷方面，为平衡载荷力矩转台上的各个装置需要合理布置并在尾部设置配重，以改善转台下部结构的受力，减轻回转支撑磨损，保证整机的稳定性。

图3－16为国产WY160型全液压挖掘机的转台布置，发动机1是横向布置在转台尾部的图3－17为日产HC－300型半液压挖掘机的转台布置，发动机1是纵向布置在转台尾部的。

液压挖掘机的布置原则是左右对称，尽量做到质量均衡，较重的总成、部件靠近转台尾部。

此外，还要考虑各个装置工作上的协调，维修方便等。

有时转台布置受结构尺寸限制，重心偏离轴线，致使左右履带接地比压不等，影响走架结构强度和挖掘机的行驶能，此时可通过调整配重的重心来解决，如图3－18所示，图中x与x’分别为转台重心与配重中心偏离轴线值。

确定配重位置的布置原则是，使挖掘机重载、大幅度作业时的转台上部合力FR的偏心距e与其空载小幅度时的合力FR’的偏心距e’大致相等,如图3－19所示。

图3-18调整配重的横向位置图3-19确定配重时的偏距

第五节挖掘机的行走装置

因为行走装置兼有液压挖掘机支撑和运行两大功能，因此液压挖掘机行走装置应尽量满足以下要求：

1）应有较大的驱动力，使挖掘机在软湿或高低不平等不良地面上行走时具有良好的通过性能、爬坡性能和转向性能。

2）在不增大行走装置高度的前提下，式挖掘机具有较大的离地间隙，以提高其不平地面上的越野性能。

3）行走装置具有较大的支撑面积或较小的接地比压，，以提高挖掘机的稳定性。

4）挖掘机在斜坡下行时不发生下滑和超速溜坡现象，以提高挖掘机的安全性。

5）行走装置的外形尺寸应符合道路运行要求。

液压挖掘机的行走装置，按结构可以分为履带式和轮胎式两大类。

履带式行走装置的特点是，驱动力大，接比压小，因此越野性能和稳定性较好，爬坡能力大且转弯半径小，灵活好用。

履带式行走装置在液压挖掘机上应用较普遍。

但履带式行走装置制造成本高，运行所速度低，运行和转向时消耗功率大零件磨损快，因此挖掘机长距离运行时需借助于其他运行车辆。

轮胎式行走装置与履带式的相比，优点是运行速度快、机动性能好，运行时不损坏路面，因而在城市建设中很受欢迎。

缺点是接地比压大，爬坡能力小，挖掘机作业时需要用专门的支腿支撑，以确保挖掘机的稳定性和安全性。

1、履带式行走装置

1.1组成与工作原理

履带式行走装置有四轮一带（即驱动轮、引导轮、支重轮、托伦以及履带）张紧装置和缓冲弹簧，行走机构，行走架（包括底架、横梁和履带架）等组成如图所示。

挖掘机运行时驱动轮在履带的紧边——驱动段及接地段产生一拉力，企图把履带从支重轮下拉出，由于支重轮下的履带与地面之间有足够的附着力。

阻止履带的拉出。

迫使驱动轮卷动履带，引导轮在把履带铺设在地面上，从而使挖掘机借助支重轮沿着履带轨道向前运行。

液压传动的履带行走装置，挖掘机转向时有安装在履带上分别有两台液压泵供油的行走马达通过对油路的控制，很方便地实现转向和就地转弯，以适应挖掘机在各种地面、场地上运动。

图为液压挖掘机的转弯情况，图（a）为两个行走马达旋转方向相反，挖掘机就地转向。

图（b）为液压泵仅向一个行走马达供油，挖掘机则绕着一测履带转向。

图（a）就地转向图（b）绕一侧履带转向

1.2结构

行走架是履带式行走装置的承重骨架，它有底架、横梁、横梁和履带架组成，通常用16Mn钢板焊接而成底架的连接转台，承受挖掘机上部载荷，并通过衡量传给履带架。

行走按结构形式可分为组合式和整体式两种。

组合行走架的底架为框架结构，横梁为工字钢或焊接的箱形梁，插入履带架孔中，履带架通常采用下部敞开的“∏”形截面，两端呈叉形以便安装驱动轮、引导轮和支重轮。

组合式行走架的优点是，当需要改变挖掘机的稳定性和降低接地比压时。

不需要改变底架的结构就能换装加宽的横梁和加长履带架，从而、安装不同长度和宽度的履带。

他的缺点是，履带架截面削弱较多，刚度较差，并且截面削弱处易产生裂缝。

为克服上述缺点，越来越多的液压挖掘机采用整体式行走架，它结构简单，自重轻，刚度大，制造成本低。

支重轮直径较小，在行走装置的长度内，每侧可安装5～9个支重轮，这样可使挖掘机上部均匀地传至地面，便于在承能力较低的地面使用，提高行走性能。

1.2.2四轮一带

有履带和轮驱动轮、引导轮、支重轮、托轮组成的四轮一带，直接关系到挖掘机的工作性能和行走性能，其质量和制造成本约占整机的四分之一。

1）履带。

挖掘机的绿带有整体式和组合式两种。

整体式履带是履带板上带啮合齿，直接与驱动轮啮合，履带板本身成为支重轮等轮子的滚动轨道，整体式制造方便，连接履带板的销子容易拆装，但磨损较快。

目前液压挖掘机上广泛采用组合式履带。

它有履带板、链轨节和履带销轴和销套等组成。

左右链轨接与销套紧配合连接，履带销轴插入销套有一定的间隙，以便转动灵活，其两端与另两个轨节孔配合。

锁紧履带销与链轨节孔为动配合，便于整个履带的拆装。

组合式履带的节距小，绕转性好，使挖掘机行走速度较快，销轴和硬度较高，耐磨，使用寿命长。

2）支重轮。

支重轮将挖掘机的重量传给地面，挖掘机在不同地面上行驶时之中轮经常承受地面的冲击，因此支重轮所受的载荷较大。

此外之中轮的工作条件也较恶劣，经常处于尘土中，有时还浸泡在泥水中，故要求良好的密封性。

支重轮常用35Mn或50Mn钢铸造而成，轮面淬火硬度为HRC48～57，以获得良好的耐磨性。

。

支重轮多采用滑动轴承支撑，并用浮动油封防尘。

双边支重轮

单边支重轮

支重轮的结构如上图所示通过两端轴固定在履带架上。

支重轮的轮边凸缘，其支持履带的作用，以免履带行走时横向脱落。

为了在有限的长