小型液压挖掘机

1、小型液压挖掘机同济大学 黄宗益 叶伟一、 概述一般总重在6t以下称为小型挖掘机，它主要用于城市、狭窄地区，替人力劳动。主要作业是挖掘、装载、整地，用于城市管道工程、道路、住宅建设、基础工程和园林作业等。它体积小，机动灵活，在其上可附装各种工作装置，是多用途万能型的城市建设机械。该产品在人们住所附近作业，所进行的工程与我们生活密切相关，是一种与人很亲近的产品。过去这些作业劳动往往是人工来完成的，施工时间长，严重阻害交通和人们的正常生活。采用小挖掘机可以大大减轻人的劳动，缩短施工周期。在日本由于社会老龄化，建设劳动者的减少，小型液压挖掘机获得很快发展，它的产量已占整个液压挖掘机的40。最小的液压挖

2、掘机的总重仅100kg至500kg，斗容量小于0.01m3。由于这种机械的特点很靠近人，因此在设计上除了要求耐久性、可靠性和作业效率等，还需着重考虑人、机、环境的协调，要特别注意以下几点：1. 安全性：机械作业过程中不要与周围的人和物相碰撞，防倾翻稳定性好。2. 低公害：排放要求高、低震动、低噪音，声音要比较悦耳。3. 和周围环境能调和，形象要美观，形体和色彩不要引起人们不愉快感，要尊重人，对人有亲和感。4. 尽量扩大其使用功能，可装多种附属装置，应成为城市万能型工程机械。5. 操纵简便，任何人一学就会，都能操纵。二、 小型挖掘机基本结构特点和类型小型挖掘机结构上主要特点是：1. 行走装置采用

3、机动性好的履带式，为了防止破坏城市路面，大多采用橡胶履带。2. 除上部回转台可旋转360°，动臂又可相对转台偏转，转台回转和动臂偏转结合起来，可进行侧沟挖掘。3. 为进行平整土地、回填土，一般装有推土板。根据小型挖掘机基本功能要求，为了更适应作业形态和工作要求，经淘汰进化，目前有以下三种形式。1. 标准型是最早产生的小型挖掘机机种，其结构特点是挖掘机前部工作装置和后部平衡部分都突出在履带宽度之外。机体较宽敞，驾驶室居住性好，重心布置得当，稳定性好，作业性能优良。在以前标准型是小型挖掘机的主力机种。但由于后部突出较大，在工作过程中往往是只注意前部工作装置，易出现后部碰撞事故。因此近年它

4、的发展受到了限制，在长年来设计和使用实践中，其液压系统作了改进，工作装置重量减轻了，作业范围扩大了。标准型小挖掘机如图一所示，（a）表示挖掘机上部工作装置和后部机身突出履带情况；（b）挖掘机上部回转和动臂偏转后控侧沟的情况；（c）标准型小挖掘机装在卡车运输情况（动臂偏转状态）（b）（c）（a）（a）挖掘机上部突出履带情况 （b）控侧沟情况 （c）装卡车运输情况图一 标准型2. 超小回转型其主要特点是工作装置在收缩状态可收到履带宽度之内，其后部平衡重部分也在履带宽度之内，即整个上部回转体轮廓的最小回转半径小于履带宽度。它主要用于非常狭窄场所下施工，例如管道施工等。为了回转半径小，要求动臂举升角大

5、，这给动臂带来了困难，要挖侧沟，不能采用动臂偏转方式，而要将动臂分成两段，中间采用平行连杆机构，即所谓偏置式挖侧沟形式，如图二所示。（a）（c）（b）图二 超小回转型工作装置图中（a）为二段式动臂，液压管道在动臂和斗柄内部，所谓内藏式管道，（b）平行连杆机构偏置式控侧沟，（c）挖沟时油管和油缸易碰沟壁。图三 超小回转型小挖掘机图三为超小回转型小挖掘机。图中（a）超小回转型收缩回转和侧偏挖掘情况，（b）超小回转型装在卡车上运输情况。超小回转型小挖掘机，机动、灵活、小巧，但存在以下缺点：1）动臂分两段平行四边形侧边挖掘机构使得其工作装置重量大，使得机械稳定性差，作业速度不能快，挖侧沟深度不够。2）

6、工作装置布置在中部，驾驶室偏于一侧，很狭小，司机不舒服。3）工作装置在司机室右侧，司机右侧视野差。4）和标准型相比，同样斗容量、重量增加大，要求运输车量载重量较大。由于以上缺点，价格贵，价格性能比差，目前这种型式小挖掘机使用不够普及，尚未得到用户认可，感到结构复杂，有种不信任感，除非特殊需要才使用它。3. 后部小回转型回转机体后部设计成圆弧形，它的外廓旋转半径在履带宽度范围之内。图四为后部小回转型小挖掘机。（b）（a）图四 后部小回转型小挖掘机图中（a）表示该种小挖掘机上部回转部分，突出履带的情况和偏转动臂挖侧沟情况，（b）表示装车运输情况（动臂偏转）。这种小挖掘机具有接近标准型的作业能力和接

7、近超小回转型的小回转性，其主要优点是作业时注意力可集中于工作装置，不用担心后方与外界相碰，安全性好，作业效率也高，视野也好。而且运输性是三种小挖掘机中最好的，它后方突出卡车货台最小。这种小挖掘机发表后，很受用户欢迎，目前已代替标准型成为小挖掘机中的主力机种。该机型后方回转半径缩小，为确保稳定性，不得不增加平衡重，因此整机重量要比标准型稍重（同样斗容量）。三种小挖掘机的对比表项目标准型超小回转型后部小回转型回转半径大小中作业速度快慢快运输重量轻重中运输尺寸大中小驾驶空间（居住性）好差中三、 小型挖掘机设计上应注意点1. 小挖掘机的特点是轻巧、尺寸小，但又要保证其作业性能，要求工作装置在保持强度和

8、刚度条件下减轻重量，因此采用了高强度钢，在臂架铰接处，采用铸钢如图五所示。图五2. 增加横向作业时的稳定性横向作业时，橡胶履带横向作业倾翻支点不是在履带的最外侧，而是支重轮最外侧与履带的接触点，如图六所示。图六为了提高横向稳定性，将支重轮滚道外移，使支重轮接地点相对履带外移，如图七所示。图七四、 小型液压挖掘机液压系统小型液压挖掘机对液压元件的要求是：紧凑体积小、重量轻，结构简洁，价格低廉，噪声低，操作轻便。为此许多厂家都在开发适用于小型液压挖掘机上使用的液压元件，花了不少功夫。从液压系统来看，初期采用的二泵系统，一泵供作业装置（动臂、斗杆、铲斗和回转），一泵供行走。但挖掘机作业要求、作业装置

9、要求复合动作，单泵供油动作缓慢，复合动作困难。接着产生了作业装置和行走合用的二泵系统，能更好的利用泵的动力和实现复合动作。随后又增加了一个泵出现三泵系统，增加了一个泵用于回转，各厂家都开发了自己的液压系统，着力于研究各泵如何分配对各液压元件进行供油、操作阀各阀块间如何连接来实现挖掘机作业装置的动作要求，功率和流量分配要求，复合动作要求。例如：动臂油缸和斗杆油缸的合流供油以提高生产率，掘削时同时动作液压元件之间的流量分配，回转时同时动作流量分配，行走时同时动作的流量分配和如何保证作业装置同时动作时直线行驶性等等。同时又出现了从定量泵转向变量泵的全功率控制，以充分利用发动机功率以及节能控制。由于挖

10、掘机作业，要求对液压元件能很好的控制其运动速度和进行微调，在工作过程大部分时间要求多个液压元件完成复合动作。因此长期来使用的中位开路直通式操纵阀系统，在调速性能和复合操纵性能上是无法满足调速和复合动作要求的。因此近年出现了CLSS（CLOSED CENTER LOAD SENSING SYSTEM）中位闭路负荷传感系统。如图八所示。图八 压力补偿式CLSS系统CLSS系统在操纵阀前或后设压力补偿阀，它使液压元件的操纵速度只与操纵阀杆行程有关，而与液压元件的负载以及油泵流量无关，司机很好控制。复合动作时也一样，各液压元件都需要大流量时，其总的流量需要超过了液压泵的供油量时，无法满足各液压元件总的供油