挖掘机培训教材Word文档格式.docx

1、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

2、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

3、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 SAE J1995（gross horsepower） 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 SAE J13

4、49；ISO 9249（net horsepower） 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（rated horsepower） 定义：v飞轮功率（flywheel horsepower）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

5、：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

6、转速度。对于一般的挖掘工况，挖掘机在0180的范围内工作时，回转马达有加速和减速，当转到270360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=0.70.85v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

7、：角度 ，百分比。 爬坡角度，一般为35。 tan=b/a，一般为70%。tan=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

8、。 “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

9、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：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， 铜基镶嵌式， 方便调整的T型套端面喷涂碳化钨， 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

10、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

11、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，

12、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

13、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

14、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

15、、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

16、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：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

17、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12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

18、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

19、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

20、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

21、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

22、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 。vv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

23、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

24、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