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挖掘機的基本構造及工作原理

發布日期:2020-07-27

挖掘機的基本構造及工作原理


第一節 概述

01

單斗液壓挖掘機的總體結構

單斗液壓挖掘機的總體結構包括動力裝置、工作裝置、回轉機構、操縱機構、傳動系統、行走機構和輔助設備等,如圖所示。

挖掘機的基本構造及工作原理


常用的全回轉式液壓挖掘機的動力裝置、傳動系統的主要部分、回轉機構、輔助設備和駕駛室等都安裝在可回轉的平臺上,通常稱為上部轉臺。因此又可將單斗液壓挖掘機概括成工作裝置、上部轉臺和行走機構等三部分。

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挖掘機是通過柴油機把柴油的化學能轉化為機械能,由液壓柱塞泵把機械能轉換成液壓能,通過液壓系統把液壓能分配到各執行元件(液壓油缸、回轉馬達+減速機、行走馬達+減速機),由各執行元件再把液壓能轉化為機械能,實現工作裝置的運動、回轉平臺的回轉運動、整機的行走運動。

02

挖掘機動力系統

1、挖掘機動力傳輸路線如下

1

行走動力傳輸路線:柴油機——聯軸節——液壓泵(機械能轉化為液壓能)——分配閥——中央回轉接頭——行走馬達(液壓能轉化為機械能)——減速箱——驅動輪——軌鏈履帶——實現行走

2

回轉運動傳輸路線:柴油機——聯軸節——液壓泵(機械能轉化為液壓能)——分配閥——回轉馬達(液壓能轉化為機械能)——減速箱——回轉支承——實現回轉

3

動臂運動傳輸路線:柴油機——聯軸節——液壓泵(機械能轉化為液壓能)——分配閥——動臂油缸(液壓能轉化為機械能)——實現動臂運動

4

斗桿運動傳輸路線:柴油機——聯軸節——液壓泵(機械能轉化為液壓能)——分配閥——斗桿油缸(液壓能轉化為機械能)——實現斗桿運動

5

鏟斗運動傳輸路線:柴油機——聯軸節——液壓泵(機械能轉化為液壓能)——分配閥——鏟斗油缸(液壓能轉化為機械能)——實現鏟斗運動

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1、引導輪 2、中心回轉接頭 3、控制閥 4、終傳動 5、行走馬達 6、液壓泵 7、發動機

8、行走速度電磁閥 9、回轉制動電磁閥 10、回轉馬達 11、回轉機構 12、回轉支承

2、 動力裝置

單斗液壓挖掘機的動力裝置,多采用直立多缸式、水冷、一小時功率標定的柴油機。

3、 傳動系統

單斗液壓挖掘機傳動系統將柴油機的輸出動力傳遞給工作裝置、回轉裝置和行走機構等。單斗液壓挖掘機用液壓傳動系統的類型很多,習慣上按主泵的數量、功率的調節方式和回路的數量來分類。有單泵或雙泵單回路定量系統、雙泵雙回路定量系統、多泵多回路定量系統、雙泵雙回路分功率調節變量系統、雙泵雙回路全功率調節變量系統、多泵多回路定量或變量混合系統等六種。按油液循環方式分為開式系統和閉式系統。按供油方式分為串聯系統和并聯系統。

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1、驅動盤 2、螺旋彈簧 3、止動銷 4、摩擦片 5、減震器總成6、消音器 7、發動機后部安裝座 8、發動機前部安裝座

凡主泵輸出的流量是定值的液壓系統為定量液壓系統;反之,主泵的流量可以通過調節系統進行改變的則稱為變量系統。在定量系統中各執行元件在無溢流情況下是按油泵供給的固定流量工作,油泵的功率按固定流量和最大工作壓力確定;在變量系統中,最常見的是雙泵雙回路恒功率變量系統,有分功率變量與全功率變量之分。分功率變量調節系統是在系統的每個回路上分別裝一臺恒功率變量泵和恒功率調節器,發動機的功率平均分配給各油泵;全功率調節系統是有一個恒功率調節器同時控制著系統中的所有油泵的流量變化,從而達到同步變量。

開式系統中執行元件的回油直接流回油箱,其特點是系統簡單、散熱效果好。但油箱容量大,低壓油路與空氣接觸機會多,空氣易滲入管路造成振動。單斗液壓挖掘機的作業主要是油缸工作,而油缸大、小有腔的差異較大、工作頻繁、發熱量大,因此絕大多數單斗液壓挖掘機采用開式系統;閉式回路中的執行元件的回油路是不直接回油箱的,其特點式結構緊湊,油箱容積小,進回油路中有一定的壓力,空氣不易進入管路,運轉比較平穩,避免了換向時的沖擊。但系統較復雜,散熱條件差‘單斗液壓挖掘機的回轉裝置等局部系統中,又采用閉式回路的液壓系統的。為補充因液壓馬達正反轉的油液漏損,在閉式系統中往往還設有補油泵。

4、回轉機構

回轉機構使工作裝置及上部轉臺向左或向右回轉,以便進行挖掘和卸料。單斗液壓挖掘機的回轉裝置必須能把轉臺支撐在機架上,不能傾斜并使回轉輕便靈活。為此單斗液壓挖掘機都設有回轉支撐裝置和回轉傳動裝置,它們被稱為回轉裝置。

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1、制動器2、液壓馬達3、行星齒輪減速器4、回轉齒圈5、潤滑油杯、6、中央回轉接頭

全回轉液壓挖掘機回轉裝置的傳動形式有直接傳動和間接傳動兩種。

1

直接傳動。在低速大扭矩液壓馬達的輸出軸上安裝驅動小齒輪,與會轉齒輪嚙合。

2

間接傳動。由高速液壓馬達經齒輪減速器帶動回轉齒圈的間接傳動結構形式。他結構緊湊,具有較大的傳動比,且齒輪的受力情況較好。軸向柱塞液壓馬達與同類型的液壓油泵結構基本相同,許多零件可以通用,便于制造及維修,從而降低了成本。但必須設制動器,以便吸收較大的回轉慣性力矩,縮短挖掘機作業循環時間,提高生產效率。

5、 行走機構

行走機構支撐挖掘機的整機質量并完成行走任務,多采用履帶式和輪胎式。

6、履帶行走機構

單斗液壓挖掘機的履帶式行走機構的基本結構與其他履帶式機構大致相同,但他多采用兩個液壓馬達各自驅動一個履帶。與回轉裝置的傳動相似可用高速小扭矩馬達或低速大扭矩馬達。兩個液壓馬達同方向旋轉式挖掘機將直線行駛;若只向一個液壓馬達供油,并將另一個液壓馬達制動,挖掘機將繞制動一側的履帶轉向,若是左右兩個液壓馬達反向旋轉,挖掘即將進行原地轉向。

行走機構的各零部件都安裝在整體式實行走架上。液壓泵輸入的壓力油竟多路換向閥和中央回轉接頭進入行走液壓馬達,該馬達將液壓能轉變為輸出扭矩后,通過齒輪減速器傳給驅動輪,最終卷繞履帶以實現挖掘機的行走。

單斗液壓挖掘機大都采用組合式結構履帶和平板型履帶——沒有明顯履刺,雖附著性能差,但堅固耐用,對路面破壞性小適用于堅硬巖石地面作業,或經常轉場的作業。也有采用三履刺型履帶,接地面積較大履刺切入土壤深度較淺,適宜于挖掘機采石作業。實行標準化后規定挖掘機采用質量輕、強度高、結構簡單、價格較低的軋制履帶板。專用于沼澤地的三角形履帶板可降低接地比壓,提高挖掘機在松土地面上的通過能力。

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1、引導輪 2、履帶架3、托鏈輪4、終傳動

5、支重輪6、履帶板7、中心護板8、張緊彈簧9、前護板

單斗液壓挖掘機的驅動輪均采用整體鑄件,能與履帶正確嚙合、傳動平穩。挖掘機行

走時驅動輪應位于后部,式履帶的張緊段較短,減少履帶的摩擦磨損和功率損耗。

每條履帶都設有張緊裝置,以調整履帶的張緊度減少振動噪聲摩擦磨損和功率損失。目前單斗液壓挖掘機都采用液壓張緊結構。其液壓缸置與緩沖彈簧內部減小了結構尺寸。

7、輪胎式行走機構

輪胎式挖掘機的行走機構由機械傳動和液壓傳動兩種。其中的液壓傳動的輪胎式挖掘機的行走機構主要由車架、前橋、后橋、傳動軸和液壓馬達等組成。

行走液壓馬達安裝在固定與機架的變速箱上,動力經變速箱、傳動軸傳給前后驅動橋,有的挖掘機經輪邊減速器驅動車輪。采用液壓馬達的高速傳動方式使用可靠,省掉了機械傳動中的上下傳動箱垂直動軸,結構簡單布置方便。

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1、車架2、回轉支撐3、中央回轉接頭4、支腿5、后橋6、傳動軸7、液壓馬達及變速箱8、前橋

第二節 挖掘機的工作裝置

液壓挖掘機工作裝置的種類繁多(可達100余種),目前工程建設中,目前工程建設中應用最多的是反鏟和破碎器。

01

反鏟結構

鉸接式反鏟式單斗液壓挖掘機最常用的結構形式,動臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接,在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點擺動,完成挖掘提升和卸土等動作。

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圖5-25 反鏟工作裝置

1-斗桿油缸;2-動臂;3-液壓管路;4-動臂油缸;5-鏟斗;6-斗齒;7-側齒;

8-連桿;9-搖桿;10-鏟斗油缸;11-斗桿

1.1動臂

動臂是反鏟的主要部件,其結構由整體式和組合式兩種。

1.1.1整體式動臂

整體式動臂的優點是結構簡單,質量輕而剛度大。其缺點是更換的工作裝置少,通用性較差,多用于長期作業條件相似的挖掘機上。整體式動臂又可分為直動臂和彎曲動臂兩種。其中的直動臂結構簡單質量輕制造方便,主要用于懸掛式挖掘機,但它不能式挖掘機獲得較大的挖掘深度不適用于通用挖掘機;彎動臂是目前是目前應用最廣泛的結構形式,與同廠都得直動臂相比可以使挖掘機有較大的挖掘深度,但降低了卸土高度,這正符合挖掘機反鏟作業的要求。

1.1.2組合式動臂

組合式動臂有輔助連桿(或液壓缸)或螺栓連接而成。上下動臂之間的夾角可用輔助連桿或液壓缸來調節,雖然結構操作復雜化但在挖掘機作業中可隨時大幅度調整上下動臂者間的夾角,從而提高挖掘機的作業性能,尤其是用反鏟或抓斗挖掘窄而深得基坑時,容易得到較大距離的垂直挖掘軌跡,提高挖掘質量和生產率。組合式動臂的優點是,可以根據作業條件隨意調整挖掘機的作業尺寸和挖掘能力,且調整時間短。此外他的互換工作裝置多,可以滿足各種作業的需要,裝車運輸方便。其缺點是質量大,制造成本高,用于中小型挖掘機上。

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組合式動臂

(a)連桿下置 (b) 連桿上置

1、下動臂2、上動臂3、連桿或液壓缸

02

鏟斗

1.2.1 基本要求

1

鏟斗的縱向剖面應適應挖掘過程各種物料的在斗中運動規律有利于物料的流動,使裝土阻力最小,有利于將鏟斗充滿。

2

裝設斗齒,以增大鏟斗對挖掘物料的線壓比,斗持及斗形參數具有較小單位切削阻力,便于切入及破碎土壤。斗齒應

3

為式裝載鏟斗的物料不易掉出,斗款與

4

物料易于卸凈,縮短卸載時間,并提高鏟斗的容積效率。

1.2.2結構反鏟用的鏟斗形狀尺寸與其作業對象有很大關系。為了滿足各種挖掘機作業的需要,在同一臺挖掘機上可以配置多種形式的鏟斗,圖2-3、圖2-4分別為反用鏟斗的基本形式和常用形式鏟斗的斗齒采用裝配式,其形式有橡膠卡銷式和螺連接式。

鏟斗與液壓缸連接的結構形式有四連桿機構和六連桿機構。其中四連桿機構連接方式是鏟斗直接交接與液壓缸,使鏟斗轉角較小,工作力矩變化較大;六連桿機構的特點是,在液壓缸活塞行程相同的條件下,鏟斗可以后的較大的轉角,并改善機構的傳 動特性。

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第三節 挖掘機的回轉裝置

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回轉裝置

上部轉臺是液壓挖掘機三大組成部分之一。在轉臺上除了有發動機、液壓系統、司機室、平衡重、油箱等以外,還有一個很重要的部分——回轉裝置。液壓挖掘機回轉裝置有轉臺、回轉支撐和回轉機構組成,如圖3-1所示,回轉裝置的外座圈用螺栓與轉臺連接,帶齒的內座圈與底架用螺栓連接,內外圈之間設有滾動體。挖掘機工作裝置作用在轉臺上的垂直載荷、水平載荷、和傾覆力矩通過回轉支撐的外座圈、滾動體和內座轉傳給底架?;剞D機構的殼體固定在轉臺上,用小齒輪與回轉支撐內座圈上的齒圈相嚙合.小齒輪可繞自身軸線旋轉,又可繞轉臺中心線公轉,當回傳機構工作時就像對底架進行回轉。

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液壓挖掘機的回轉裝置必需能把轉臺支承在固定部分(下車)上。不能傾翻倒,并應使回轉輕便靈活。為此,液壓挖掘機都設置了回轉支承裝置(起支承作用)和回轉傳動裝置(驅動轉臺回轉),并統稱為液壓挖掘機的回轉裝置

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02

回轉支承的主要結構形式

1.轉柱式回轉支承

擺動式液壓馬達驅動的轉柱式支承如圖3-2所示。它由固定在回轉體1上的上、下支承軸4和6,上、下軸座3和7組成。軸承座用螺栓固定在機架5上?;剞D體與支承軸組成轉柱,插入軸承座的軸承中。外殼固定在機架5上的擺動液壓缸輸出軸插入下支承軸6內,驅動回轉體相對于機架轉動?;剞D體常做成“匚”形,以避免與回轉機構碰撞。工作裝置鉸接在回轉體上,與回轉體一起回轉。

2.滾動軸承式回轉支承

滾動軸承式回轉支承實際上就是一個大直徑的滾動軸承。它與普通軸承的最大區別是它的轉速很慢。挖掘機的回轉速度在5~11r/min之間。此外,一般軸承滾道中心直徑和高度比為4~5,而回轉支承則達10~15。所以,這種軸承的剛度較差,工作中要靠支承連接結構來保證。

滾動軸承式回轉支承的典型構造如圖3-3所示。內座圈或外座圈可加工成內齒圈或外齒圈。帶齒圈的座圈為固定圈,用沿圓周分布的螺栓4、5固定在底座上。不帶齒的座圈為回轉圈,用螺栓與挖掘機轉臺連接。裝配時可先把座圈1、3和滾動體8裝好,形成一個完整的部件,然后再與挖掘機組裝。為保證轉動靈活,防止受熱膨脹后產生卡死現象,回轉支承應留有一定的軸向間隙。此間隙因加工誤差和滾道與滾動體的磨損而變化。所以在兩座圈之間設有調整墊片2,裝配和修理時可以調整間隙。隔離體7用來防止相鄰滾動體8間的擠壓,減少滾動體的磨損,并起導向作用。滾動體可以是滾珠或滾柱。

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滾動軸承式回轉支撐機構廣泛

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