挖掘机总体知识介绍.ppt

1、挖掘机总体知识,主要内容,概述 基本结构和特点 挖掘机的主要参数 工作装置 回转机构 行走装置 液压系统 整机平衡及稳定性,1 概述,1-1挖掘机概述 1-2 挖掘机简史 1-3 挖掘机之最 1-4 挖掘机分类,1-1 挖掘机概述,挖掘机械作为一种快速、高效的施工作业机械已经成为工程机械产品家族中的一个主要机种。据统计，工程施工中约有60%以上的土石方量是靠挖掘机械来完成的。 各种类型与功能的挖掘机械，广泛应用于工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等行业的机械化施工中。 近年来，挖掘机是整个工程机械行业中产、销量增长最快的一个机种。,工程机械之王,1-2

2、 挖掘机简史,第一台手动挖掘机问世至今已有130多年的历史。期间经历了由蒸汽驱动到电力驱动和内燃机驱动的回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。 由于液压技术的应用，20世纪40年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机。 20世纪50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。,1-2 挖掘机简史,从20世纪60年代中期起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量已达挖掘机总产量的80%以上。 20世纪70年代起，液压挖掘机广泛采用高压变量系统，向高速、高压、大功率发展，产量占挖掘机总产量的90%以上。 目前液压

3、挖掘机产量已几乎占挖掘机总产量的100%。,1-3 挖掘机之最,最大的挖掘机：美国马利昂公司生产的斗容量50-150m3剥离用挖掘机，B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量168.2m3的步行式拉铲挖掘机。 最小的挖掘机：（研究阶段）日本正在研究进入人体血管的医用挖掘机。 生产历史最悠久的国家：美国 最早采用液压技术的国家：德国 发展最快的国家：日本 需求增长最快的国家：中国,1-4 挖掘机分类,正铲,履带式,反铲,轮胎式,抓斗,起重,电铲,周期作业式（单斗）,液压式,机械式,连续作业式（多斗）,斗轮式,轮斗式,挖掘机,汽车式,步履式,1-4 挖掘机分类,连续作业式挖掘机,1-4 挖掘机分

4、类,机械式单斗挖掘机,单斗液压挖掘机,1-4 挖掘机分类,1-4 挖掘机按机重分类,微型挖掘机： 整机重量 6t 小型挖掘机： 6t 整机重量 13t 中型挖掘机： 13t 整机重量 40t 大型挖掘机： 40t 整机重量 100t 特大型挖掘机：100t 整机重量,2 基本结构和特点,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,2-1 履带式挖掘机的基本结构,工作装置,行走装置,上部机构,2-1 履带式挖掘机的基本结构,回转平台,发动机系统,液压系统,驾驶室,电气系统,覆盖件,2-1 履带式挖掘机的基本结构,回转支承,行走架,支重轮

5、,拖链轮,引导轮,驱动轮,履带,张紧装置,2-1 履带式挖掘机的基本结构,动臂,斗杆,摇杆,动臂油缸,斗杆油缸,铲斗油缸,铲斗,连杆,2-2 液压挖掘机工作原理,2-3 液压挖掘机工作特点,多自由度作业机械。 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； 上部回转平台绕垂直轴旋转； 远距离悬臂挖掘和卸料； 靠履带转移或移动整机的工作掌子面。,2-4 相关知识,2-4 相关知识,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。 土被切削时，在刀具上产生三种力：土的原始

6、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。,2-4 相关知识,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。 切削阻力一般用实验方法获得，也可以按经验公式计算。 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。 只有主动挖掘力大于切削阻力时才能完成挖掘。,3 挖掘机的主要参数,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

7、能力 3-10 接地比压 3-11 噪音 3-12 提升能力 3-13 生产率,3-1 操作重量,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。 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 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,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。 总功率

8、 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。 净功率 SAE J1349；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),3-3 斗容,斗容是挖掘机三个主参数（操作重量，发动机功率，斗容）之一。 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。 铲

9、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：1：2堆装。,1：1,1：2,3-4 挖掘力,包括斗杆挖掘力和铲斗挖掘力。 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。 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。,斗杆挖掘力,铲斗挖掘力,斗杆油缸力,铲斗油缸力,3-5 工作范围,3-7 回转速度和扭矩,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。 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0180的范围内

10、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。,在实际的挖掘工作中，标注的回转速度并无实际意义 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,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%。 双速可以满足挖掘机的行走性能。 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。 牵引力/机重=0.70.85 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。,3-9 爬坡能力,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。 两种表示方法：角度 ，百分比。 爬坡角度，一

11、般为35。 tan=b/a，一般为70%。 微型机指标一般为30或58%。,3-10 接地比压,接地比压,接地比压的大小决定了挖掘机适合工作的地面条件。 接地压力指机器重量对地面产生的压力。 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。,3-11 噪音,挖掘机的噪音主要来源于发动机。 两种噪音： 司机耳边噪音 机外幅射噪音,3-13 生产率,生产率是挖掘机主要技术经济指标之一。 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。 技术生产率：在“给定条件”下连续工作一小时

12、的生产率。 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 工作装置,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 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。 最终目的：重量轻，强度高，刚性好。 有效的工具：计算机有限元应力分析。 可信的数据：实际电测应力分析。,4-1 工作装置特点,应力 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，

13、不同材料的焊接性能（板材与铸锻件）等。 板材质量。 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。 控制焊接变形。 去应力措施：振动，打磨，时效等。,4-1 工作装置特点,4-2 工作装置类别,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。,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。,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

14、。,4-4 其它工作装置液压破碎锤,4-4 其它工作装置抓钳装置,用在疏松和开挖冻土层或沥青路面等工程中。 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,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。 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。,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。 ,4-5 工作装置组合应用,5 回转机构,5-1 回转运动 5-2 回转支承 5-3 回转平台,5-1 回转运动,挖掘机的回转时间约

15、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%。 在角加速度和回转力矩允许的前提下，回转时间越短越好。 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。 回转机构可分为：a、半回转 b、全回转两种型式。,5-2 回转支承,回转支承实际上就是一个带内齿圈的、放大了的滚动轴承。 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。 刚度由转台和行走架保证。,5-3 回转平台,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 行走装置,6-1 行走装置特点 6-

16、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,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）； 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。,6-1 行走装置特点,常见的行走装置有履带式和轮胎式两大类： 履带式行走装置牵引力大（机重的70-85%），接地比压小，越

17、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。 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。,6-2 行走装置分类,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。 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。 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。 履带的松紧程度可由张紧装置调整。,6-3 履带式行走装置,行走架是履带行走装置的承重骨架。 液压挖掘机采用整体式行走架，结构简单、自重轻且刚性好。,6-4 行走架,履带与其所绕过的驱

18、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。 有齿的驱动轮带动履带链轨运动。 引导轮引导方向。 支重轮支撑整机重量。 托链轮托住履带使其不过分下垂。 履带太松时将黄油打进张紧装置就可以自动张紧。,6-5 四轮一带,7 液压系统,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,挖掘机液压系统特殊要求： 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 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。 左、右履带

19、分别驱动。 一切动作都是可逆的，而且要求无级调速。 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。,7-1 挖掘机对液压系统的要求,7-2 常用挖掘机液压系统类型,目前常用的挖掘机液压系统： 总功率控制系统 负流量控制系统 正流量控制系统 负荷传感系统 电控液压系统 定量液压系统,7-2 挖掘机液压系统类型,总功率控制系统： 双泵变量系统。 两主泵由一个总功率调节机构平衡调节。 两主泵摆角始终相同，流量相等。 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。 一种恒扭矩变量系统。,7-2 挖掘机

20、液压系统类型,负流量控制系统： 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。,7-2 挖掘机液压系统类型,负荷传感系统： 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。,总功率调节、负流量控制主泵 动力元件，将发动机的机械能转化为液压能输出。 结构特点：双泵串联，后面还可以再串一个先导齿轮泵。 机械动力传动路线：发动机飞轮弹性联轴器 主泵。 液压动力传动路线：主泵油管主控阀。,7-3 挖掘机液压系统元件,主控阀 控制元件，将主泵输出的液压能传递给各

21、执行机构，驱动主机动作。 结构特点：内含许多阀杆和各种插装阀、单向阀等，集成度很高。 控制对象：行走马达，回转马达，工作装置油缸。 液压动力传动路线：主控阀油管各种执行元件。,7-3 挖掘机液压系统元件,行走马达及减速机 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。 结构特点：马达和减速机集成为一体。 动力传动路线：马达减速机驱动链轮履带。,7-3 挖掘机液压系统元件,回转马达及减速机 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。 结构特点：马达和减速机集成为一体。 动力传动路线：马达减速机回转支承回转平台。,7-3 挖掘机液压系统元件,脚

22、先导阀 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。 结构特点：两阀并排，可以脚踩，还可以通过操纵杆手控。 液压动力传动路线：先导泵脚先导阀主控阀行走阀芯。,7-3 挖掘机液压系统元件,手先导阀 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。 结构特点：十字轴，可前后动作，也可左右动作。 液压动力传动路线：先导泵手先导阀主控阀相关阀芯 。,7-3 挖掘机液压系统元件,计算机控制器,先导泵,主泵1,主泵2,柴油机速度传感器,油门执行器,反馈传感器,监视器,柴油机速度旋钮,电比例减压阀,泵压力传感器,泵压力传感器,7-4 全功率控制系统,

23、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。 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。 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。,7-4 全功率控制系统,重载（H）模式 快速模式、高功率模式等。 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

24、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。,7-4 全功率控制系统,标准（S）模式 也叫经济模式。 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。,7-4 全功率控制系统,精细（F）模式 这个模式主要是做

25、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。,7-4 全功率控制系统,平地模式 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

26、施。,7-4 全功率控制系统,附件模式 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。 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。,7-4 全功率控制系统,挖沟模式 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（相对于动臂和斗杆）,7-4 全功率控制系统,其它功能 应急模式：当电控系统失效时启用，给泵一个固定的电流，使泵功率保持在标准或轻载模式。它可以保证用户在等待维修的过程中仍然可以满足一

27、般情况下的作业需要。 应急模式有两种方式可以实现，一种是专门设置模拟电路驱动油门执行器并且设定泵的固定功率，需要时拨动转换手柄即可；一种是机械式油门，设定电控系统断电时泵有一个固定功率。,7-4 全功率控制系统,其它功能 自动怠速：当操作杆全部中立时，延迟5秒钟左右发动机自动降至怠速。当再次操纵操作杆时，自动恢复原来转速。这里要注意的问题是油门执行器提升油门的动作必须优先于液压主阀打开的动作，否则很容易造成柴油机熄火。 触式怠速：按下触式怠速开关，发动机转速降至怠速，再次按下该开关，转速恢复至原来转速。,7-4 全功率控制系统,其它功能 自动降低转速功能：与自动怠速类似，只不过是降低100转/分钟左右，这样再次恢复工作状态时的反映速度比较快。 自动暖机：发动机启动后，利用传感器检测冷却水温度，若低于设定值则自动预热。 防止过热：如果工作中水温过高时，则工作模式自动降低一档，减轻发动机负荷以防止过热。