挖掘机培训教材Word文档格式.docx
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特大型挖掘机：
100t＜整机重量
2-1履带式挖掘机基本结构
2-2液压挖掘机工作原理
2-3液压挖掘机工作特点
2-4相关知识
v多自由度作业机械。
v利用杠杆原理，液压缸推动动臂、斗杆和铲斗产生各构件之间的相对旋转运动，从而实现人为控制的挖掘和卸料动作；
v上部回转平台绕垂直轴旋转；
v远距离悬臂挖掘和卸料；
v靠履带转移或移动整机的工作掌子面。
v土的切削是个很复杂的过程。
土在楔型刀具的压力作用下受到挤压和剪切而开始变形，土体的原始结构被破坏，土块或土层便被切离。
v土被切削时，在刀具上产生三种力：
土的原始结构破坏时所产生的阻力；
土的内摩擦力；
土与刀具之间的摩擦力。
我们把这三种力叫做切削阻力。
v切削阻力是变化的。
随土的性质如粘性、干性、含水量、砂石量变化，又随刀具和铲斗的形状而变化，还随切入厚度和切入过程而变化。
v切削阻力一般用实验方法获得，也可以按经验公式计算。
v合理地设计切削装置的形状如斗齿的切削角度，铲斗的宽度，铲斗的形状等可以减小切削阻力。
v只有主动挖掘力大于切削阻力时才能完成挖掘。
3-1操作重量
3-2发动机功率
3-3斗容
3-4挖掘力
3-5工作范围
3-6运输尺寸
3-7回转速度和扭矩
3-8行走速度和牵引力
3-9爬坡能力
3-10接地比压
3-11噪音
3-12提升能力
3-13生产率
v操作重量是挖掘机三个主参数（操作重量，发动机功率，斗容）之一。
v操作重量决定了挖掘机的级别，决定了挖掘机挖掘力的上限。
如果挖掘力超过这个极限，在反铲的情况下，挖掘机将打滑，并被向前拉动，这非常危险。
在正铲情况下，挖掘机将向后打滑。
挖掘力≦工作重量：
地面和履带间的附着力系数
v挖掘机三种主要重量。
操作重量：
带标准工作装置、司机、加满燃油；
运输重量：
不含司机、含10%燃油；
主机重量：
不含工作装置。
3-2发动机功率?
v发动机功率是挖掘机三个主参数（操作重量，发动机功率，斗容）之一。
v总功率SAEJ1995（grosshorsepower）
指在没有消耗功率附件，如消音器、风扇、交流发电机及空气滤清器的情况下，在发动机飞轮上测得的输出功率。
v净功率SAEJ1349；
ISO9249（nethorsepower）
A、指在装有全部消耗功率附件，如消音器、风扇、发电机及空气滤清器的情况下，在发动机飞轮上测得的输出功率。
（GB,VOLVO）
B、指在装有发动机运行必须的消耗功率附件，一般为风扇的情况下，在发动机飞轮上测得的输出功率。
（ISO）
v额定功率（ratedhorsepower）
定义：
v飞轮功率（flywheelhorsepower）
v斗容是挖掘机三个主参数（操作重量，发动机功率，斗容）之一。
v斗容一般分为堆装和平装两种，挖掘机常用标定斗容为堆装。
v铲斗堆装容量有两种计算标准。
SAE、PCSA、ISO、GB标准：
1：
1堆装；
CECE标准：
2堆装。
v包括斗杆挖掘力和铲斗挖掘力。
v两个挖掘力的动力不同，斗杆挖掘力来自斗杆油缸，铲斗挖掘力来自铲斗油缸。
v挖掘力的作用点有两种计算标准。
ISO标准：
作用在铲斗刀板边缘；
SAE、PCSA、GB标准：
作用在斗齿尖。
A
最大挖掘半径
B
最大地面挖掘半径
C
最大挖掘深度
D
最大挖掘深度（8′水平）
E
最大垂直挖掘深度
F
最大挖掘高度
G
最大卸载高度
H
最小回转半径
上部机构总宽度
发动机罩总高度
I
轨距
总宽度
配重离地间隙
J
履带板宽度
驾驶室总高度
轮距
K
最小离地间隙
尾部回转半径
下部行走体长度
L
总长度
M
动臂总高度
v回转速度：
挖掘机空载时，稳定回转所能达到的平均最大速度。
v标注的回转速度，既不是指起动时，也不是指制动时的回转速度。
对于一般的挖掘工况，挖掘机在0°
～180°
的范围内工作时，回转马达有加速和减速，当转到270°
～360°
范围内时，回转速度达到稳定。
v在实际的挖掘工作中，标注的回转速度并无实际意义
v需要的实际回转性能可用回转扭矩表示。
3-8行走速度与牵引力
v对于履带式挖掘机而言，行走时间大概占整个工作时间的10%。
v双速可以满足挖掘机的行走性能。
v牵引力是指挖掘机行走时所产生的力，主要影响因素包括行走马达低速档排量、工作压力、驱动轮节圆直径、机重。
v牵引力/机重=0.7~0.85
v行走速度与牵引力表明了挖掘机行走的机动灵活性及其行走能力。
v爬坡能力是指爬坡、下坡，或在一个坚实、平整的坡上停止的能力。
v两种表示方法：
角度，百分比。
爬坡角度θ，一般为35°
。
tanθ=b/a，一般为70%。
tanθ=b/a，一般为70%。
☆微型机指标一般为30°
或58%。
v接地比压的大小决定了挖掘机适合工作的地面条件。
v接地压力指机器重量对地面产生的压力。
v理论值。
因为履带不能完全与地面接触；
由于整机重心的偏移，履带上的压力不均匀。
v挖掘机的噪音主要来源于发动机。
v两种噪音：
司机耳边噪音
机外幅射噪音
v提升能力是指额定稳定提升能力或额定液压提升能力中较小的一个。
v额定稳定提升能力：
75%的倾翻载荷。
v额定液压提升能力：
87%的液压提升能力。
v生产率是挖掘机主要技术经济指标之一。
v理论生产率：
在“计算条件”下连续工作一小时的生产率。
“计算条件”是：
1、操作熟练；
2、常见工作条件和工作尺寸；
3、工作、运输工具的位置恰当。
v技术生产率：
在“给定条件”下连续工作一小时的生产率。
v实际生产率：
机器工作一段时间所得到的实际平均生产率。
它在技术生产率的基础上受机器利用率和操作熟练程度两方面影响。
4-1工作装置特点
4-2工作装置类别
4-3反铲装置
4-4其它工作装置
4-5工作装置组合应用
强度
v箱型截面、两种流行形式：
厚板小截面：
同等强度条件下，重量略大一些。
薄板大截面：
同等强度条件下，重量略小一些，但要仔细验算薄板是否失稳。
v最终目的：
重量轻，强度高，刚性好。
v有效的工具：
计算机有限元应力分析。
v可信的数据：
实际电测应力分析。
应力
v应力集中：
如支耳，孔，焊缝（贴角，对接，坡口），形状突变，焊缝过于集中，不同材料的焊接性能（板材与铸锻件）等。
v板材质量。
v焊缝的疲劳强度。
实践证明，破碎锤更容易使构件发生疲劳破坏。
v控制焊接变形。
v去应力措施：
振动，打磨，时效等。
要求耐磨的部分
v斗齿：
主斗齿、齿体、侧斗齿。
v刀板：
主刀板、侧刀板。
v销轴：
中碳合金钢+中频淬火。
v轴套：
⑴调质处理的中碳合金钢钢基+内壁喷涂自润滑和减磨及耐磨材料，⑵铜基镶嵌式，⑶方便调整的T型套端面喷涂碳化钨，⑷表面处理的高硬度合金钢。
v调整垫片：
钢制、高分子材料如橡胶和树脂。
v工作装置是挖掘机的主要组成部分之一。
可以更换的多种工作装置极大地拓展了挖掘机的应用。
v常见的工作装置类型有：
铲斗：
以挖掘、装载物料为主，包括反铲、正铲；
抓斗：
深井作业、装卸物料；
吸盘：
吸盘可以吸附废钢等材料，包括电磁吸盘和永久吸盘；
破碎锤：
破碎水泥、石块，拆除作业；
液压剪：
剪断水泥建筑的钢筋等；
液压螺旋钻：
钻孔、取土。
v反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构型式，主要用于挖掘停机面以下土壤。
v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转动，完成挖掘、提升和卸土等动作。
4-3反铲装置——铲斗
针对不同的作业对象，选取不同的铲斗。
v有利于物料的自由流动。
v使物料易于卸净。
v铲斗宽度与物料颗粒直径之比应大于4:
1。
v利用斗齿增大挖掘线比压，以便于切削。
铲斗宽度选择的原则
v宽的铲斗适用于较软的土壤，窄的铲斗适用于较硬的物料。
v铲斗宽度与单位挖掘力成反比，宽度越小，单位挖掘力越大。
铲斗的宽度与大小臂的寿命
v预期的小臂和大臂的寿命周期取决于铲斗的宽度。
铲斗的容量要与机器相匹配
如果选取的铲斗比推荐的容量大得多，挖掘机的瞬时转动惯量将会变得很大。
这使循环周期增长，且对整个机器的寿命和稳定性都有不利影响；
对液压部件、大臂、小臂和机架同样也有不利影响。
大小臂的选取与铲斗容量
v相对较短的大小臂具有较大的挖掘力，宜配较大容量的铲斗，可提高生产率，但是同时以降低挖掘范围为代价。
v较长的大小臂，尤其是超长臂挖掘机，具有较小的挖掘力，宜配较小容量的铲斗，优点是扩大挖掘范围。
选择合适的铲斗具有下列优点：
v降低工作装置的故障率，
v降低工作循环时间；
v降低燃油消耗；
v提高单位挖掘力；
v提高生产率；
v提高机器的耐用性；
v提高机器的稳定性。
4-3反铲装置——挖掘力
v挖掘力可分为油缸理论挖掘力、整机理论挖掘力和实际挖掘力三类。
只有实际挖掘力大于挖掘阻力才能完成挖掘。
v油缸理论挖掘力=工作装置油缸的推力×
相应的杠杆比
v其中工作装置油缸的推力=液压系统压力×
油缸大腔作用面积。
v整机理论挖掘力需考虑：
工作油缸的闭锁能力；
整机的工作稳定性；
整机与地面的附着能力；
构件及整机重量。
v实际挖掘力需考虑：
液压系统和连杆机构的效率；
油缸小腔背压；
土壤阻力；
工作装置结构强度；
其它因素，如停机坡度、风力等等。
4-3反铲装置——挖掘图
4-3反铲装置——挖掘性能
v挖掘性能取决于实际斗齿挖掘力、生产率和工作尺寸三方面。
v就工作装置而言，归结于挖掘力、工作装置动作速度和工作尺寸三方面。
v挖掘力和挖掘速度是一对统一于挖掘功率之下的矛盾，挖掘力是矛盾的主要方面。
4-4其它工作装置——正铲装置
v以挖掘地面以上为主，且大多用于采矿装岩作业，工作对象坚硬，须采用切削厚度较小、挖掘行程较长的挖掘方式，故一般以斗杆挖掘为主。
v根据挖掘对象不同可分为：
通用正铲：
以挖掘土方为主。
挖掘装载装置：
以装载岩石为主。
4-4其它工作装置——抓斗装置
圆井抓斗
木材抓斗
松散料抓斗
挖土抓斗
梅花（多颚）抓斗
4-4其它工作装置——起重装置
v起重装置是反铲的替换装置，主要用于吊装物料。
它有三种不同形式。
起重量受以下三个条件限制：
v倾翻载荷（不得超过75%）。
v液压油缸能力（不得超过87%）。
v结构强度。
4-4其它工作装置——挖掘平整装置
v能保证工作机构沿水平面或倾斜面作长距离运动，伸缩臂式、铰接式
4-4其它工作装置——液压破碎锤
v主要用来打桩、开挖冻土和岩层、破坏路面表层、捣实土壤等工作。
4-4其它工作装置——抓钳装置
v用在疏松和开挖冻土层或沥青路面等工程中。
v它是在反铲基础上增加了一个松土器。
4-4其它工作装置——快换装置
v随着多种工作装置的广泛应用，更换作业装置频繁，且不易更换。
v快换装置能方便、快捷地进行作业装置的更换，包括液压式和机械式。
v工作装置组合应用：
标准动臂、标准斗杆、标准铲斗用于大多数作业；
短动臂长斗杆用于坡道平整作业和挖掘基坑；
超长臂反铲用于疏浚河道和坡道平整作业；
拐臂式用于挖掘墙基。
5-1回转运动
5-2回转支承
5-3回转平台
v挖掘机的回转时间约占工作循环时间的50%以上，能量消耗约占25-40%，液压发热量约占系统总发热量的30-40%。
v在角加速度和回转力矩允许的前提下，回转时间越短越好。
v角加速度的大小受最大回转扭矩的限制，最大回转扭矩不应超过机器的附着力矩。
v回转机构可分为：
a、半回转b、全回转两种型式。
v回转支承实际上就是一个带内齿圈的、放大了的滚动轴承。
v内齿圈固定在行走架上，外圈固定在转台上，安装在转台上的液压马达+减速机驱动小齿轮带着回转转台转动。
v刚度由转台和行走架保证。
安装发动机、泵、阀、油箱、配重、驾驶室等诸多部件。
重要问题：
刚度
6-1行走装置特点
6-2行走装置分类
6-3履带式行走装置
6-4行走架
6-5四轮一带
v行走装置是挖掘机的支承部分，它承受机器的自重及工作装置挖掘时的反力，同时能使挖掘机作工作场内运行或运输性运行（轮式）；
v根据挖掘机的性能要求，行走装置应满足：
Ø
较大的牵引力，使挖掘机具有良好的越野性能，并有较强的爬坡和转弯能力。
在行走装置有合适总高度的情况下，应有较大的离地间隙，使挖掘机具有良好的通过能力。
使挖掘机接地比压小，且具有较大的支承面积制动性能好，且能防止失速，使挖掘机工作安全可靠。
常见的行走装置有履带式和轮胎式两大类：
v履带式行走装置牵引力大（机重的70-85%），接地比压小，越野性能好，通过能力强，爬坡能力大，转弯半径小，但行驶速度低，且易损坏道路。
v轮胎式行走装置机动性好，行驶速度快，易拖拉，但接地比压较大，爬坡能力小，挖掘时需要专门的支腿支撑使机器稳定。
v履带式行走装置由连接回转支承的行走架通过支重轮，履带将载荷传至地面。
v履带呈封闭环绕过驱动轮和引导轮，为减小上分支的挠度，履带由1～2个托链轮支持。
v行走装置的传动是由液压马达及减速机带动驱动轮使行走装置运行。
v履带的松紧程度可由张紧装置调整。
v行走架是履带行走装置的承重骨架。
v液压挖掘机采用整体式行走架，结构简单、自重轻且刚性好。
v履带与其所绕过的驱动轮、引导轮、支重轮及托链轮组成所谓“四轮一带”，是行走装置的重要零部件，直接关系到挖掘机的工作性能和行走性能。
v有齿的驱动轮带动履带链轨运动。
v引导轮引导方向。
v支重轮支撑整机重量。
v托链轮托住履带使其不过分下垂。
v履带太松时将黄油打进张紧装置就可以自动张紧。
7-1挖掘机工作特点及对液压系统的要求
7-2常用挖掘机液压系统类型
7-3常用挖掘机液压元件
7-4全功率控制系统
挖掘机每一作业循环包括：
v挖掘：
主要是铲斗和斗杆复合动作，必要时配以动臂动作。
v回转：
主要是动臂和回转复合动作。
v卸料：
返回：
回转和动臂或斗杆的复合动作。
挖掘机液压系统特殊要求：
v实现主机各动作时，阻力与作业速度随时变化，要求油缸和马达的压力和流量也能相应变化。
v为充分利用发动机功率和缩短作业循环时间，要求进行复合动作。
v左、右履带分别驱动。
v一切动作都是可逆的，而且要求无级调速。
v各作业油缸有良好的过载保护，回转机构和行走装置有可靠的制动和限速，要防止动臂因自重快速下降。
目前常用的挖掘机液压系统：
v总功率控制系统
v负流量控制系统
v正流量控制系统
v负荷传感系统
v电控液压系统
v定量液压系统
总功率控制系统：
v双泵变量系统。
v两主泵由一个总功率调节机构平衡调节。
v两主泵摆角始终相同，流量相等。
v在变量范围内，两泵总功率恒定，但两泵间功率可以不同，甚至可达到一个泵功率为零，另一个为发动机输出功率。
v一种恒扭矩变量系统。
负流量控制系统：
v在主阀中位回油路增设一节流口，利用节流口前产生的压力来控制主泵斜盘摆角，从而控制流量。
负荷传感系统：
v在主阀各阀片处设置压力补偿阀，利用压力补偿阀平衡各动作间压力差值，保持各主阀前后压差恒定，这样流经各主阀的流量仅与主阀开度有关，而与各动作负载大小无关。
7-3常用挖掘机液压系统元件
总功率调节、负流量控制主泵
v动力元件，将发动机的机械能转化为液压能输出。
v结构特点：
双泵串联，后面还可以再串一个先导齿轮泵。
v机械动力传动路线：
发动机飞轮→弹性联轴器→主泵。
v液压动力传动路线：
主泵→油管→主控阀。
主控阀
v控制元件，将主泵输出的液压能传递给各执行机构，驱动主机动作。
内含许多阀杆和各种插装阀、单向阀等，集成度很高。
v控制对象：
行走马达，回转马达，工作装置油缸。
主控阀→油管→各种执行元件。
行走马达及减速机
v执行元件，将主控阀传递过来的液压能转化为机械能输出，驱动整机行走及转向。
马达和减速机集成为一体。
v动力传动路线：
马达→减速机→驱动链轮→履带。
回转马达及减速机
v执行元件，将主控阀传递过来的液压能转化为机械能输出，驱动上部机构回转。
马达→减速机→回转支承→回转平台。
脚先导阀
v控制元件，将先导泵输出的液压能传递至主控阀行走阀芯，控制行走动作。
两阀并排，可以脚踩，还可以通过操纵杆手控。
先导泵→脚先导阀→主控阀行走阀芯。
手先导阀
v控制元件，将先导泵输出的液压能传递至主控阀动臂、斗杆、铲斗、回转阀芯，控制相应动作。
十字轴，可前后动作，也可左右动作。
先导泵→手先导阀→主控阀相关阀芯。
v
v全功率控制系统又称发动机转速传感控制系统（ESS），简称电控系统。
v它监测发动机转速。
随着外载荷增大，泵的功率增加，发动机的负荷也随之增大。
当外载荷增大致使发动机转速降低到一定程度时，电控系统发挥作用，自动调小泵的输出功率，也就减小了发动机的负荷，使发动机转速恢复正常。
v随着使用工况的不同，可以任意人为设定泵的功率，最大限度地发挥机器的使用效果。
重载（H）模式
v快速模式、高功率模式等。
v对于要求高效率挖掘的工况，将发动机转速设定为最高。
此时不预留发动机的功率储备，既泵的设定功率等于或略大于发动机的飞轮功率。
作业时要求泵功率跟随：
当外载荷增大到致使发动机转速下降到一定程度时，电控系统调整给泵的电流，自动减小泵的功率，使发动机转速恢复正常。
标准（S）模式
v也叫经济模式。
v对于挖掘时要求有比较好的燃油经济性，同时又有一定的作业效率时，可以通过降低发动机转速来实现。
随着发动机转速的降低，发动机和泵的功率都将下降，但是泵的功率下降幅度大于发动机。
如果降速后发动机的功率比泵的功率大很多，此时就没有功率跟随的必要。
这个模式一般给泵设定一个固定的功率即可（既给泵一个固定的电流），但是根据具体的发动机应该有防熄火措施，一般情况下当发动机转速下降超过250转/分钟时，电控系统应该调小泵的功率。
精细（F）模式
v这个模式主要是做一些动作缓慢而细致的工作，例如起重、吊装焊接等。
要求的流量更低但是动作必须稳定，因此以控制系统流量为主，一般给泵设定一个固定的功率即可（既给泵一个固定的电流）。
此时发动机转速降得很低，容易熄火，尤其是低速性能不好的发动机更应该注意，必须在电控系统上设置防熄火功能。
平地模式
v对于平整场地，司机操作时手柄动作大而斗杆摆动速度慢一些将更容易控制，当然发动机将转速降得更低一些为好。
控制速度实际上就是控制流量，这个模式有多种方法可以控制进入斗杆油缸的流量。
一般给泵设定一个固定的功率即可（既给泵一个固定的电流），平地时也会遇到大块石头、树根等，根据具体的发动机应该有防熄火措施。
附件模式
v这个模式专门为破碎锤、液压剪等附件设置，仍然以满足附件要求的流量为控制目的。
一般给泵设定一个固定的功率（既给泵一个固定的电流）同时根据具体情况决定是否增加防熄火措施。
v有些挖掘机采用电控流量调节，可以更方便地调整附件的流量。
挖沟模式
v有的挖掘机专门为挖掘沟壕而设置这个模式，它的主要目的是更有利于挖掘沟壕的边缘，主要措施有：
增大回转力矩；
回转优先（相对于动
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