2969 節(jié)能液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),節(jié)能,液壓,挖掘機(jī),系統(tǒng),設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 56 頁節(jié)能液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)引 言由中國工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)挖掘機(jī)械分會(huì)在組織制定的新的挖掘機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)（初稿）中提出小型挖掘機(jī)的定義，即整機(jī)重量小于等于 13T 的履帶式或輪式挖掘機(jī)統(tǒng)稱小型挖掘機(jī)，其中整機(jī)重量小于 6T 的挖掘機(jī)稱之謂微型挖掘機(jī)。小型挖掘機(jī)主要由結(jié)構(gòu)件總成、覆蓋件總成、行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電器系統(tǒng)和空調(diào)裝置等 8 大部分構(gòu)成其中最為關(guān)鍵核心的是液壓系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)。小型挖掘機(jī)主要用于小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混凝土破碎、埋設(shè)電纜、自來水管道的鋪設(shè)、園林栽培及河道河溝清淤工程。小型挖掘機(jī)具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能，又具有運(yùn)輸、能耗、靈活性、適應(yīng)、高效率等方面的優(yōu)勢(shì)，非常適用于空間狹小的施工場(chǎng)地作業(yè)，小型挖掘機(jī)以后可適用于高空挖掘作業(yè)，可以對(duì)參與高層建筑施工。我國小型挖掘機(jī)市場(chǎng)發(fā)展速度非?？捎^，是帶動(dòng)我國工程機(jī)械行業(yè)特別是挖掘機(jī)行業(yè)發(fā)展的一股重要力量，也是推動(dòng)我國挖掘機(jī)行業(yè)利潤增長的主要力量支撐，有著舉足輕重的地位。小型挖掘機(jī)以其小巧、靈活、多功能、高效的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，日益成為土方工程應(yīng)用的理想設(shè)備，用戶需求不斷擴(kuò)大。國內(nèi)外企業(yè)風(fēng)起云涌地進(jìn)入中國小型挖掘機(jī)市場(chǎng)，說明小型挖掘機(jī)行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益可觀，發(fā)展前景遠(yuǎn)大。第 1 章 緒 論1.1 中國小型挖掘機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀自 20 世紀(jì) 90 年代以來，中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，中國工程機(jī)械行業(yè)也步入了快速發(fā)展期。近幾年來，小型工程機(jī)械作為后起之秀，在施工中，開始部分取代中大型機(jī)械的位置，受到用戶的普遍歡迎。目前，我國小型挖掘機(jī)市場(chǎng)正處在高速發(fā)展階段。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程向深度和廣度的發(fā)展，道路和市政設(shè)施的修繕維護(hù)及城市小型工程項(xiàng)目的增多，其工程業(yè)務(wù)量占社會(huì)施工總量的比重第 2 頁 共 56 頁越來越大。據(jù)測(cè)算，一臺(tái) 10 噸位小型挖掘機(jī)的作業(yè)效率可以替代 30～50 個(gè)勞動(dòng)力，極大地降低了施工成本和管理成本，使得多功能小型挖掘機(jī)的需求量不斷上升。在中國，挖掘機(jī)市場(chǎng)市場(chǎng)十年來幾乎平均每以 30%速度遞增，從 1995 年2503 臺(tái)到 2004 年 48921 臺(tái)，凈增 19.54 倍。2004 年全國進(jìn)口液壓挖掘機(jī)18670 臺(tái)、出口液壓挖掘機(jī) 2749 臺(tái)，2005 年國產(chǎn)挖掘機(jī) 28812 臺(tái)，同比增長4.3%，進(jìn)口挖掘機(jī) 18017 臺(tái)，同比減少 3.5%，出口挖掘機(jī) 3839 臺(tái)，同比增長36.43%（其中 6 噸及以下小挖出口 1345 臺(tái)，同比增長 77.9%） 。中國成為名副其實(shí)的世界最大的市場(chǎng)之一。目前，中國挖掘機(jī)行業(yè)已成為中國工程機(jī)械行業(yè)增長最快的機(jī)種了，有舉足輕重的地位。但行業(yè)中產(chǎn)銷量 80%為日、韓、美等外資所占有，主要外資企業(yè)有：日立、小松、神鋼、斗山、現(xiàn)代、卡特、特雷克斯、利勃海爾、阿特拉斯、沃爾沃等世界著名大企業(yè)。還有一些世界小型挖掘機(jī)專業(yè)企業(yè)如：日本久保田、竹內(nèi)、石川島、洋馬、小橋、長野等、美國凱斯、山貓、英國 JCB、德國雪孚等許多世界廠商也開始挺進(jìn)中國市場(chǎng)。從全球范圍看，小型挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)處于市場(chǎng)成熟期，需求量穩(wěn)定并呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)。隨著中國、印度等發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工程機(jī)械市場(chǎng)也日趨好轉(zhuǎn)，世界知名工程機(jī)械廠商為了降低制造成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競爭力，逐漸將生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到這些生產(chǎn)成本較低的國家，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、當(dāng)?shù)劁N售，并開始進(jìn)入全球市場(chǎng)的供應(yīng)體系。從國內(nèi)市場(chǎng)看，中國挖掘機(jī)行業(yè)經(jīng)過 10 余年的快速發(fā)展，以外資企業(yè)占主導(dǎo)地位的中國中大型挖掘機(jī)市場(chǎng)格局日漸穩(wěn)定，已經(jīng)成為世界最大的挖掘機(jī)生產(chǎn)國和消費(fèi)國之一。樂觀預(yù)計(jì)，5 年之后中國挖掘機(jī)的年均需求量將達(dá)到100,000 臺(tái)。但是小型挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)仍然處于市場(chǎng)導(dǎo)入和發(fā)展初級(jí)階段，需求正在持續(xù)快速的增長。目前小型挖掘機(jī)僅占中國全部挖掘機(jī)銷售量比例的 20%，而 5 年后這個(gè)數(shù)字預(yù)計(jì)將達(dá)到 40%，產(chǎn)銷量達(dá)到近 40000 臺(tái)。這樣中國小型挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)將同其他消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)一樣，用 10 年的時(shí)間走完歐美等發(fā)達(dá)國家 30 年的市場(chǎng)之路。挖掘機(jī)是工程機(jī)械的標(biāo)志性產(chǎn)品，部分中國工程機(jī)械企業(yè)也正以小挖為突破口，進(jìn)軍挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，并由此擴(kuò)展到其他小型工程機(jī)械。中國挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)基第 3 頁 共 56 頁本走出了宏觀調(diào)控帶來的不利影響，而且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和區(qū)域結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化。小挖產(chǎn)業(yè)近兩年的需求變化也說明這一點(diǎn)。1.2 挖掘機(jī)的類型挖掘機(jī)械的類型與構(gòu)造型式繁多，可按照挖掘工作原理與過程、用途、構(gòu)造特征等進(jìn)行劃分。按照挖掘機(jī)的作業(yè)過程；可分成周期作業(yè)式和連續(xù)作業(yè)式閥類．凡是挖掘、運(yùn)載、卸載等作業(yè)依次重復(fù)循環(huán)進(jìn)行的挖掘機(jī)為周期作業(yè)式，各種單斗挖掘機(jī)都屬于這一類。凡是上述作業(yè)同時(shí)連續(xù)進(jìn)行的挖掘機(jī)為連續(xù)作業(yè)式，各種多斗挖掘機(jī)以及滾切式挖掘機(jī)、隧洞掘進(jìn)機(jī)等屬于這一類。通常簡稱單斗挖掘機(jī)與多斗挖掘機(jī)兩類。挖掘機(jī)的行走裝置型式有：履帶式、輪胎式、汽車式、步行式、軌道式，拖式等。履帶式與輪胎式采用廣泛。步行式主要用于剝離型挖掘機(jī)，此外還有浮式（船舶式）挖掘機(jī)，專用于水下采掘或港口疏浚（單斗或多斗） 。單斗挖掘機(jī)工作裝置的型式很多，常用的基本型式，對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)的挖掘機(jī)有：正鏟、反鏟、拉鏟、抓斗和起重吊鉤等，如圖 1.1 所示。對(duì)于液壓傳動(dòng)的挖掘機(jī)有：反鏟、正鏟、抓斗、裝載和起重裝置等，如圖 1.2 所示。圖 1.1 機(jī)械式單斗挖掘機(jī)工作裝置主要型式 圖 1.2 單斗液壓挖掘機(jī)工作纏置主要型式a)正鏟；b）反鏟；c)拉鏟；d)抓斗 a）反鏟； b）正鏟或裝載；c）抓斗；d）起重第 4 頁 共 56 頁1.3 小型挖掘機(jī)的特點(diǎn)小型挖掘機(jī)價(jià)格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便，具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。由于其小巧、靈活、多功能和高效率等特點(diǎn)，極受用戶的歡迎。第一，廣泛的適用性。小挖體積小，機(jī)動(dòng)靈活，非常適用于城鎮(zhèn)的各種管道開挖、基礎(chǔ)施工、公用事業(yè)以及房屋維修等作業(yè)。小挖緊湊的體積、特殊的設(shè)計(jì)使其能夠在大型挖掘機(jī)無法施工的環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)。第二，鮮明的作業(yè)特點(diǎn)。小型挖掘機(jī)適合狹窄區(qū)域作業(yè)的最主要的特點(diǎn)就是其特殊動(dòng)臂和斗桿的設(shè)計(jì)。小型挖掘機(jī)的動(dòng)臂是與機(jī)身鉸接的，這就使其能夠在一個(gè)很大的范圍內(nèi)進(jìn)行擺動(dòng)。同時(shí)，這也使得挖掘機(jī)能夠便于在墻壁或是圍墻的旁邊進(jìn)行挖掘作業(yè)。小型挖掘機(jī)的橡膠履帶有助于減少挖掘機(jī)施工時(shí)對(duì)狹窄施工范圍內(nèi)的景觀區(qū)域以及道路的損壞。第三，便于運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移作業(yè)場(chǎng)地。小挖便于各個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)間的轉(zhuǎn)移，無需大型拖車或是重型卡車來進(jìn)行運(yùn)輸，小型的運(yùn)輸工具就可將其運(yùn)載。這樣不但能夠方便運(yùn)輸，還可以大大降低機(jī)器的運(yùn)輸費(fèi)用。第四，投資回報(bào)率高。小挖的價(jià)格便宜，成本回收快。以 6 噸級(jí)小挖為例，美歐日品牌機(jī)的價(jià)格在 40 萬左右，韓國的機(jī)器價(jià)格在 32 萬左右，國產(chǎn)機(jī)器價(jià)格在 30 萬～32 萬左右；而 20 噸級(jí)的中挖價(jià)格在 70 萬～100 萬左右。1.4 液壓挖掘機(jī)基本結(jié)構(gòu)和其選擇單斗液壓挖掘機(jī)是一種采用液壓傳動(dòng)并以一個(gè)鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。它是在機(jī)械傳動(dòng)單斗挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是日前挖掘機(jī)械中重要的品種。它的作業(yè)過程是以鏟斗的切削刃(通常裝有斗齒)切削土壤并將土裝入斗內(nèi)，斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置進(jìn)行卸土，卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到挖掘面進(jìn)行下一次挖掘。當(dāng)挖掘機(jī)挖完一段土后，機(jī)械移位，以便繼續(xù)工作，因此，是一種周期作業(yè)的自行式土方機(jī)械。單斗液壓按掘機(jī)為了實(shí)現(xiàn)上述周期性作業(yè)動(dòng)作的要求，設(shè)有下列基本組成部分：工作裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備等。因而常又把這類機(jī)械概括成由：工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走裝置三大部分第 5 頁 共 56 頁組成。挖掘機(jī)的基本性能也就決定于各組成部分的構(gòu)造和性能。液壓挖掘機(jī)與機(jī)械挖掘機(jī)的主要區(qū)別在于傳動(dòng)裝置的不同，以及出于傳動(dòng)的改變而引起的工作裝置機(jī)構(gòu)形式的不同。液壓挖掘機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸、控制閥及油管等液壓元件組成。并且采用液壓分配器及各種控制閥來控制各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。圖 1.4 液壓挖掘機(jī)的基本組成及傳動(dòng)示意圖1— 鏟斗；2—斗桿；3—?jiǎng)颖郏?—連桿；5、6、7—液壓缸Ⅰ—挖掘裝置；Ⅱ—回轉(zhuǎn)裝置；Ⅲ—行走裝置液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，而各部分的運(yùn)動(dòng)則通過液壓缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)。挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)上部轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點(diǎn)，同時(shí)操縱動(dòng)臂液壓缸，小腔進(jìn)油液壓缸回縮，使動(dòng)臂下降至鏟斗接觸挖掘面為止，然后操縱斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。斗裝滿后，將斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂液壓缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂升離挖掘面，隨之接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使斗轉(zhuǎn)到卸載第 6 頁 共 56 頁地點(diǎn)，再操縱斗桿和鏟斗液壓缸回縮，使鏟斗反轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，將工作裝置轉(zhuǎn)至挖掘地點(diǎn)進(jìn)行第二次循環(huán)挖掘工作。第 2 章 液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)方案的確定2.1.1 挖掘機(jī)型式的確定本設(shè)計(jì)采用單斗液壓挖掘機(jī)，其工作裝置采用反鏟裝置，行走裝置采用履帶式，回轉(zhuǎn)裝置采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。2.1.2 單斗液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)單斗液壓挖掘機(jī)由于采用了液壓傳動(dòng)裝量而使其在結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能和使用效果等方面與機(jī)械傳動(dòng)的單斗挖掘機(jī)相比具有很多特點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)綜合敘述如下：1．技術(shù)性能提高，工作裝置品種擴(kuò)大。單斗液壓挖掘機(jī)與同級(jí)機(jī)重的機(jī)械挖掘機(jī)相比挖掘力約提高一倍，液壓挖掘機(jī)最大挖掘力可達(dá)機(jī)重的 1/2，而機(jī)械挖掘機(jī)只達(dá)機(jī)重的 1/4。2. 操作簡便﹑靈活。采用的液壓伺服（先導(dǎo)閥）操縱，手柄操縱力小于20N，而機(jī)械挖掘機(jī)操縱力達(dá) 80～200N；主操縱手柄為 2 個(gè)，故操縱輕便司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度大為減輕；駕駛室與機(jī)棚完全隔開，噪音減小﹑視野良好，振動(dòng)減輕，改善了司機(jī)的工作條件。3. 傳動(dòng)性能改善，工作平穩(wěn)﹑安全可靠。采用液壓傳動(dòng)后能無級(jí)調(diào)速且調(diào)速范圍大；能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；液壓元件的運(yùn)動(dòng)慣性較小并可作高速反轉(zhuǎn)。4. 簡化結(jié)構(gòu)﹑減少易損件﹑機(jī)重小。同級(jí)的液壓挖掘機(jī)可比機(jī)械挖掘機(jī)總重量減輕 30～40％。5. 液壓元件易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化﹑系列化﹑通用化。便于組織專業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量﹑減低成本。也便于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。6. 機(jī)構(gòu)布置合理緊湊。由于液壓元件采用油管連接，各機(jī)構(gòu)部件之間相互第 7 頁 共 56 頁位置不受傳動(dòng)關(guān)系的影響限制，布置可較靈活﹑合理﹑緊湊。7. 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。便于與電﹑氣動(dòng)聯(lián)合組成自動(dòng)控制和遙控系統(tǒng)。2.1.3 所選機(jī)型的適用范圍主要用于小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混凝土破碎、埋設(shè)電纜、自來水管道的鋪設(shè)、園林栽培及河道河溝清淤工程。小型單斗液壓挖掘機(jī)具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能，又具有運(yùn)輸、能耗、靈活性、適應(yīng)、高效率等方面的優(yōu)勢(shì)，非常適用于空間狹小的施工場(chǎng)地作業(yè)。2.2 液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)的確定2.2.1 總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容根據(jù)學(xué)校指導(dǎo)老師提出的液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)的有關(guān)，在充分調(diào)查研究基礎(chǔ)上首先進(jìn)行液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)工作。總體設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有：① 分析或擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書，確定設(shè)計(jì)思想原則，并提出整機(jī)結(jié)構(gòu)方案的初步設(shè)想；② 液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)的確定；③ 液壓挖掘機(jī)各主要機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案確定；④ 各主要機(jī)構(gòu)作用力、速度、功率等分析計(jì)算；⑤ 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；⑥ 液壓挖掘機(jī)的平衡、穩(wěn)定、生產(chǎn)率以及其他總體特性的分析計(jì)算等。通過總體設(shè)計(jì)對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)作出初步全面的規(guī)劃，提出有關(guān)數(shù)據(jù)、資料、總體草圖等為進(jìn)一步設(shè)計(jì)、分析計(jì)算提供基礎(chǔ)。2.2.2 小型液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)小型液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)（或稱基本參數(shù)）有以下幾類：① 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)速等。② 液壓系統(tǒng)參數(shù)，如主泵的流量、壓力等。第 8 頁 共 56 頁③ 主要性能參數(shù)，如整機(jī)工作質(zhì)量、主要部件質(zhì)量、鏟斗容量范圍或標(biāo)稱鏟斗質(zhì)量、挖掘機(jī)、牽引力等。④ 尺寸參數(shù)，如工作尺寸、機(jī)體外形尺寸和工作裝置尺寸等。其中最主要的參數(shù)有三個(gè)，即斗容量﹑機(jī)重和發(fā)動(dòng)機(jī)功率。因?yàn)橥ㄟ^這三個(gè)參數(shù)可以從使用要求﹑技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)﹑動(dòng)力裝置的配備﹑國際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及傳統(tǒng)習(xí)慣等方面反映液壓挖掘機(jī)的級(jí)別，故有主參數(shù)之稱。如：斗容量直接反映挖掘機(jī)的挖掘能力和效果，據(jù)此選擇施工配套的運(yùn)輸車輛，而土石方工程量也以體積計(jì)算。機(jī)械式挖掘機(jī)一般就以斗容量作為挖掘機(jī)分級(jí)的主要標(biāo)志，液壓挖掘機(jī)也有采用標(biāo)準(zhǔn)斗容量作為分級(jí)標(biāo)志的。但也有認(rèn)為，液壓挖掘機(jī)工作裝置多，同一機(jī)械可以設(shè)有多種不同斗容量的鏟斗（按土質(zhì)不同及施工尺寸要求） ，故斗容量分級(jí)不夠明確。發(fā)動(dòng)機(jī)功率反映了機(jī)械的動(dòng)力級(jí)，與其他參數(shù)有函數(shù)關(guān)系，如定量系統(tǒng)挖掘機(jī) 0.1m3斗容量約需功率 12～15kW，影響挖掘機(jī)的性能，故也可作為挖掘機(jī)分級(jí)標(biāo)志，但也有認(rèn)為由于液壓系統(tǒng)不同，輔助設(shè)備能耗不同，或功率儲(chǔ)備不同，以功率分級(jí)亦不妥。機(jī)重則直接反映了機(jī)械本身的重量級(jí)，它對(duì)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)影響很大，因挖掘機(jī)挖掘能力的發(fā)揮﹑功率的充分利用﹑機(jī)械的穩(wěn)定性都要以一定的機(jī)重來保證，因此機(jī)重反映了挖掘機(jī)的實(shí)際工作能力，可用作標(biāo)志。我國液壓挖掘機(jī)標(biāo)準(zhǔn)所定的定義為：1. 標(biāo)準(zhǔn)斗容量：指挖掘Ⅲ級(jí)或容重為 18000N/m3的土壤時(shí)，鏟斗堆尖時(shí)的斗容量（m 3） 。為充分發(fā)揮挖掘機(jī)的挖掘力，對(duì)于不同等級(jí)的土可以配備相應(yīng)不同斗容量的鏟斗 m3。2. 機(jī)重：是指帶標(biāo)準(zhǔn)反鏟或正鏟工作裝置和標(biāo)準(zhǔn)行走裝置時(shí)的整機(jī)工作質(zhì)量（t） 。3. 發(fā)動(dòng)機(jī)功率：指發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率（12 小時(shí)工作） ，即正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下本身消耗以外的輸出凈功率（kW） 。2.2.3 選擇確定液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)的基本依據(jù)首先確定標(biāo)準(zhǔn)斗容V R =0.25m3。整機(jī)質(zhì)量直接反映了液壓挖掘機(jī)本身的重量等級(jí)，對(duì)其他技術(shù)參數(shù)影響較第 9 頁 共 56 頁大，如挖掘力的發(fā)揮、發(fā)動(dòng)機(jī)功率的充分利用、作業(yè)的穩(wěn)定性等都要以一定的整機(jī)質(zhì)量來保證，所以設(shè)計(jì)時(shí)需要先將其確定。在標(biāo)準(zhǔn)斗容、挖掘力、工作尺寸等參數(shù)的設(shè)定中，不同廠家會(huì)根據(jù)其各自的理念和方案，針對(duì)某一特定的挖掘環(huán)境及客戶要求對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這自然會(huì)導(dǎo)致同一噸位挖掘機(jī)的相應(yīng)參數(shù)呈現(xiàn)出一種“百花齊放”的狀態(tài)，但是通過對(duì)這些基本參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析顯示，從整體上講，這些參數(shù)的數(shù)據(jù)走向有一定的規(guī)律可以遵循。2.3 整機(jī)參數(shù)確定1 標(biāo)準(zhǔn)斗容與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系下文中斗容定義采用SAE（美國汽車工程師協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)斗容V R如公式(2-1)所示。VR = VS + VE (2-1)式中 VS ——平裝斗容。鏟斗前后壁、側(cè)壁以及平裝面所包容的物料體積，m3；VE ——平裝面以上的物料以45°安息角堆積的體積，m3。圖1所示為整機(jī)質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)斗容的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。圖 2.1 標(biāo)準(zhǔn)斗容與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系第 10 頁 共 56 頁由圖2.1可以看出，斗容數(shù)據(jù)點(diǎn)分布大致接近線性函數(shù)分布,但是在實(shí)際的曲線擬合過程中，要分別對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)用線性函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)等函數(shù)類型進(jìn)行擬合，然后對(duì)擬合方程進(jìn)行近似精度比較，即比較方程中y與x的相關(guān)系數(shù)R2與1的接近程度，越接近1說明精度越高，最終選擇相對(duì)精度高的函數(shù)作為所求曲線函數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)斗容與整機(jī)質(zhì)量的擬合曲線經(jīng)分析比較以后選擇線性函數(shù)形式，曲線方程如公式（2-2）所示。y=5×10-5x-0.0618 (2-2)式中 y——標(biāo)準(zhǔn)斗容，m3；x——整機(jī)質(zhì)量，㎏。由圖1看出，擬合曲線和實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)存在著一定程度的偏差，有些點(diǎn)甚至偏差很大，因?yàn)閳D中所擬合的曲線只是一條趨勢(shì)走向曲線，得出的參數(shù)值不可能完全合適。在具體參數(shù)設(shè)計(jì)過程中，擬合曲線可以作為設(shè)計(jì)的初步參考，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)方案、強(qiáng)度以及挖掘機(jī)的特殊要求再按標(biāo)準(zhǔn)選定和進(jìn)行理論分析計(jì)算，綜合上述方法以后即可得到相應(yīng)的參數(shù)值。通過計(jì)算得：x=6036 kg。2 挖掘力與整機(jī)質(zhì)量的關(guān)系鏟斗切入物料是鏟斗挖掘力和斗桿挖掘力共同作用的結(jié)果，SAE對(duì)上述兩種挖掘力進(jìn)行了定義。計(jì)算公式分別如公式（2-3）、（2-4）所示。式中 F B ——鏟斗挖掘力，N；F S ——斗桿挖掘力，N；PB ——工作裝置液壓系統(tǒng)最大設(shè)定壓力，Pa；AB ——鏟斗油缸作用面積，㎡；第 11 頁 共 56 頁AS ——斗桿油缸作用面積，㎡；l A ——轉(zhuǎn)斗油缸作用力臂，mm；lB ——搖桿作用力臂，mm；l C ——連桿作用力臂，mm；lD ——斗齒尖在轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)的作用半徑，mm；lE ——斗桿油缸作用力臂，mm；lF ——轉(zhuǎn)斗油缸在計(jì)算位置閉鎖時(shí)，斗齒尖在斗桿挖掘時(shí)的作用半徑，mm。圖 2.2 鏟斗、斗桿挖掘力與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系從數(shù)據(jù)的分布來看,兩種挖掘力的參數(shù)值大致隨著整機(jī)質(zhì)量的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，可以初步定為線性函數(shù)擬合。但是在擬合過程中，用階數(shù)為2的多項(xiàng)式擬合方法更能接近數(shù)據(jù)散點(diǎn)的分布。擬合后的兩種挖掘力同整機(jī)質(zhì)量的關(guān)系如公式（2-5）、（2-6）所示。y1 =-6×10-7x2+0.0135x-17.695 （2-5）y2 =0.0047x+2.0409 （2-6）式中 y 1 ——鏟斗挖掘力，kN；y2 ——斗桿挖掘力，kN；第 12 頁 共 56 頁x ——整機(jī)質(zhì)量，kg。通過計(jì)算得：y 1 =41.93 kNy2 =30.41 kN。3 工作尺寸與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系目前，對(duì)于一些線性尺寸（外形尺寸、工作裝置尺寸、工作尺寸）還沒有具體的定義公式，只有近似的經(jīng)驗(yàn)公式通過查表來求得。最大挖掘高度、深度以及半徑均可以通過公式（2-7）求得。Li=kli (2-7)3x式中 L i ——工作尺寸，mm；kli ——尺寸系數(shù)；x——整機(jī)質(zhì)量，kg。最大挖掘高度、最大挖掘深度和最大挖掘半徑的尺寸系數(shù)k H 、k Z 、k R的推薦值分別為2.25、2.05、3.35。圖2.3和圖2.4所示為整機(jī)質(zhì)量與工作尺寸的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。第 13 頁 共 56 頁圖 2.3 最大挖掘高度。最大挖掘深度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系圖 2.4 最大挖掘半徑與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系通過對(duì)圖示散點(diǎn)進(jìn)行線性函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)5種函數(shù)類型擬合后近似精度的分析比較，最終確定最大挖掘半徑和最大挖掘高度采用二次多項(xiàng)式擬合，最大挖掘深度采用線性擬合。擬合關(guān)系如公式（2-8）、（2-9）、（2-10）所示。h1 =-5×10-6x2+0.4892x+3350.4 (2-8)h2 =-4×10-5x2+0.7526x+3239.3 (2-9)h3 =0.1689x+2810.3 (2-10)式中 h 1 ——最大挖掘高度，mm；h2 ——最大挖掘半徑，mm；h3 ——最大挖掘深度，mm；x ——整機(jī)質(zhì)量，kg。通過計(jì)算得：最大挖掘高度 h 1 =6121.05 mm最大挖掘半徑 h 2 =6324.66 mm最大挖掘深度 h3 =3829.78 mm。第 14 頁 共 56 頁第 3 章 液壓挖掘機(jī)的工作裝置——反鏟裝置3.1 動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)型式，動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接（見圖 3.1） ，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，完成挖掘、提升和卸土等動(dòng)作。圖 3.1 反鏟1—斗桿油缸；2—?jiǎng)颖郏?—油管；4—?jiǎng)颖塾透祝?—鏟斗；6—斗齒；7—側(cè)齒；8—連桿；9—搖桿；10—鏟斗油缸；11—斗桿 反鏟動(dòng)臂分整體式與組合式(圖 3.2)兩類。整體臂又有直臂和彎臂兩種型式。直臂構(gòu)造筒單、輕巧、布置緊湊，適用于挖掘幅度大而挖深要求不大的機(jī)型，多用于懸掛式挖掘機(jī)。整體彎臂可得較大挖掘深度，是反鏟常用的型式。彎臂彎曲處的形狀及強(qiáng)度應(yīng)注意改善，可采用三節(jié)彎臂或大圓弧過渡以減少該處的應(yīng)力集中。整體臂結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉、剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式輕。缺點(diǎn)是可更換第 15 頁 共 56 頁工裝少，通用性較差。使用經(jīng)驗(yàn)說明，長期用于作業(yè)條件近似的反鏟，以采用整體臂較好。 組合式動(dòng)臂基本都是彎臂型式。組合方式有兩種：采用輔助連桿或液壓缸聯(lián)接和用螺栓或銷軸聯(lián)接。組合臂與整體臂比較，各有優(yōu)缺點(diǎn)，組合臂主要優(yōu)點(diǎn)是：1. 工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的不同進(jìn)行調(diào)整，充分利用機(jī)械的功能。2. 較合理地滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡單地解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問題。 3. 裝車運(yùn)輸比較方便。 組合式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比整體式動(dòng)臂復(fù)雜，自重較大，但因上述優(yōu)點(diǎn)，仍得到較廣泛應(yīng)用。但主要用于挖掘作業(yè)的反鏟動(dòng)臂，由于強(qiáng)度、則度要求高，自重要輕，工藝性要好，多用整體式。綜上所述本設(shè)計(jì)采用整體式動(dòng)臂。圖 3.2 組合式動(dòng)臂1—下動(dòng)臂；2—上動(dòng)臂；3—連桿或液壓缸第 16 頁 共 56 頁3.2 動(dòng)臂缸和斗桿缸的布置動(dòng)臂缸的布置有如下方案（圖 3.3） ；圖 a 和圖 b 方案動(dòng)臂缸裝于動(dòng)臂的前下方。動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)的鉸點(diǎn)一般設(shè)于回轉(zhuǎn)中心之前，鉸點(diǎn)太后，太高均影響反鏟挖掘深度，中小型液壓挖掘機(jī)多以反鏟作業(yè)為主，因此都采用動(dòng)臂支點(diǎn)靠前的布置方案。動(dòng)臂缸一般都支于轉(zhuǎn)臺(tái)的前緣，并盡量靠近回轉(zhuǎn)支承，以改善轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的受力狀況。動(dòng)臂缸與動(dòng)臂鉸點(diǎn)有兩種布置方案。單缸支承大多鉸接于動(dòng)臂下緣（圖圖 3.3 動(dòng)臂缸布置方案綜合以上分析，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)臂缸安裝于動(dòng)臂的下緣，單缸支承動(dòng)臂。斗桿缸要考慮挖掘時(shí)有較大工作力矩（或封鎖力矩） ，對(duì)于反鏟裝置均置于動(dòng)臂上方，采用大腔工作（液壓缸受壓）并基本采用單缸?？紤]與正鏟通用時(shí)，動(dòng)臂下方設(shè)鉸點(diǎn)，以便作正鏟用時(shí)將斗桿缸裝于動(dòng)臂下方，斗桿缸前端鉸接于斗桿前下方（液壓缸同樣受壓） 。3.3 鏟斗與鏟斗缸的連接方案鏟斗與鏟斗缸連接方案（圖 3.4）的區(qū)別在于采用的機(jī)構(gòu)方案。第 17 頁 共 56 頁圖 3.4 鏟斗缸與鏟斗連接方案鏟斗缸直接鉸接于鏟斗（圖 3.4 a）則由鏟斗﹑斗桿及鏟斗缸組成四連桿機(jī)構(gòu)，一般使鏟斗轉(zhuǎn)角較小，工作力矩變化較大。鏟斗缸通過搖桿 1 推桿 2 鉸接鏟斗并于斗桿組成六連桿機(jī)構(gòu)，如圖 3.4 中 b﹑c﹑d 方案。b 為共點(diǎn)方案，c﹑d 為非共點(diǎn)方案，六連桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是當(dāng)液壓缸行程相同條件下，鏟斗可得較大轉(zhuǎn)角并改善了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。c 方案鏟斗轉(zhuǎn)角超前一個(gè)角度，b﹑d 方案的不同為相同液壓缸行程時(shí)，d 方案轉(zhuǎn)角更大，鏟斗挖掘力小而力矩變化較大，b方案則轉(zhuǎn)角小，挖掘力大，工作力矩變化較小。 反鏟廣泛采用六連桿方案。由于傳動(dòng)比小，單缸已足以保證挖掘力需要。綜上所述經(jīng)比較，本設(shè)計(jì)采用 b 方案。3.4 鏟斗結(jié)構(gòu)﹑斗形及斗容量計(jì)算反鏟用的鏟斗形式，尺寸與其作業(yè)對(duì)象有很大關(guān)系。為了滿足各種挖掘作業(yè)的需要，在同一臺(tái)挖掘機(jī)上可配以多種結(jié)構(gòu)型式的鏟斗，圖 3.5 為反鏟常用鏟斗形式。鏟斗的斗齒采用裝配式，其形式有橡膠卡銷式和螺栓連接式，如圖3.6 所示。第 18 頁 共 56 頁圖 3.5 反鏟常用鏟斗結(jié)構(gòu)1—齒座；2—斗齒；3—橡膠卡銷；4—卡銷；5、6、7—斗齒板鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大。鏟斗的作業(yè)對(duì)象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個(gè)鏟斗來適應(yīng)任何作業(yè)對(duì)象和條件較困難。為了滿足各種特定情況，盡可能提高作業(yè)效率，通用反鏟裝置常配有幾種甚至十多種斗容量不同，結(jié)構(gòu)型式各異的鏟斗。本設(shè)計(jì)決定采用標(biāo)準(zhǔn)型反鏟斗，見圖 3.5。圖 3.6 斗齒安裝形式（a） 螺栓連接；（b）橡膠卡銷連接1— 卡銷；2—橡膠卡銷；3—齒座；4—斗齒對(duì)各種鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的共同要求是：第 19 頁 共 56 頁1、有利于物料的自由流動(dòng)，因此鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2、要使物料易于卸凈。用于粘土的鏟斗卸載時(shí)不易卸凈，因此延長了作業(yè)循環(huán)時(shí)間，降低了有效斗容量。國外采用設(shè)有強(qiáng)制卸土板的粘土鏟斗。3、為了使裝進(jìn)鏟斗的物料不易掉出，鏟斗寬度與物料顆粒直徑之比應(yīng)大于4：1。當(dāng)此比值大于 50：1 時(shí)顆粒尺寸的影響可不考慮，視物料為勻質(zhì)。4、裝設(shè)斗齒有利于增大鏟斗與物料剛接觸時(shí)的挖掘線比壓，以便切入或破碎阻力較大的物料。挖硬土或碎石時(shí)還能把石塊從土壤中耙出。斗齒的材料、形狀、安裝結(jié)構(gòu)及其尺寸參數(shù)都值得研究，對(duì)它的主要要求是挖掘阻力小，耐磨易于更換。第 4 章 回轉(zhuǎn)裝置4.1 回轉(zhuǎn)裝置概述4.1.1 回轉(zhuǎn)裝置的組成液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)支撐和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成。如圖 4.1 所示?；剞D(zhuǎn)支撐 3 的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺(tái) 1 連接，帶齒的內(nèi)座與底架 4 用螺栓連接，內(nèi)、外座圈之間設(shè)有滾動(dòng)體。挖掘機(jī)工作裝置作用在轉(zhuǎn)臺(tái)上的垂直載荷、水平載荷和傾覆力矩通過回轉(zhuǎn)支撐的外座圈、滾動(dòng)體和內(nèi)座轉(zhuǎn)傳給底架?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的殼體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)座圈上的齒圈相嚙合。小齒輪既可繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，又可繞轉(zhuǎn)臺(tái)中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)就相對(duì)底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。第 20 頁 共 56 頁圖 4.1 回轉(zhuǎn)裝置1-轉(zhuǎn)臺(tái) 2-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 3-回轉(zhuǎn)支承 4-底架本設(shè)計(jì)采用的就是上圖所示的回轉(zhuǎn)裝置。4.1.2 對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本要求液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)約占整個(gè)作業(yè)循環(huán)時(shí)間的 50%-70%，能量消耗占 25%-40%，回轉(zhuǎn)液壓回路的發(fā)熱量占液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量的 30%-40%。為提高液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)率和功能利用率，故對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提出如下基本要求：1. 加速度和回轉(zhuǎn)力矩不超過允許值時(shí)，應(yīng)盡可能地縮短轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)時(shí)間。在回轉(zhuǎn)部分慣性矩已知的情況下，角加速度的大小受轉(zhuǎn)臺(tái)最大扭矩的限制，此扭矩不應(yīng)超過行走部分與土壤的附著力矩。2. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)挖掘機(jī)工作裝置的動(dòng)荷系數(shù)不應(yīng)超過允許值。4.2 回轉(zhuǎn)支承的構(gòu)造和特點(diǎn)4.2.1 轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承的構(gòu)造和特點(diǎn)轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承常用于懸掛式液壓挖掘機(jī)上，回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)角一般等于成小于 180。 。其構(gòu)造是由焊接在回轉(zhuǎn)體上的上、下支承軸和上、下軸承座組成。軸承座用螺栓固定在機(jī)架上。通過安裝在支承軸上的液壓馬達(dá)使回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)。第 21 頁 共 56 頁4.2.2 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的構(gòu)造和特點(diǎn)滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承廣泛用于全回轉(zhuǎn)的挖掘機(jī)﹑起重機(jī)和其他機(jī)械上。它是在普通滾動(dòng)軸承基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于放大了的滾動(dòng)軸承。它與舊式回轉(zhuǎn)支承相比，具有尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大，回轉(zhuǎn)摩擦阻力小，滾動(dòng)體與滾道之間的間隙小，維護(hù)方便﹑使用壽命長，易于實(shí)現(xiàn)“三化”等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。它與普通滾動(dòng)軸承相比，又有其特點(diǎn)。普通滾動(dòng)軸承的內(nèi)﹑外座圈剛度靠軸與軸承座裝配來保證，而它的剛度則靠支承它的轉(zhuǎn)臺(tái)和底架來保證。設(shè)計(jì)時(shí)必須注意底架和轉(zhuǎn)臺(tái)的剛度是否符合它的需要。滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)速低，通常承受軸向載荷﹑傾復(fù)力矩和徑向載荷，因此滾道上接觸點(diǎn)的載荷循環(huán)次數(shù)較少，設(shè)計(jì)時(shí)主要進(jìn)行負(fù)荷能力計(jì)算。滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承（圖 4.2）由內(nèi)﹑外圈 10、1、4，滾動(dòng)體 11，隔離體，密封體密封裝置 5、12，調(diào)整墊片 8﹑潤滑裝置和連接螺栓 6 等組成。內(nèi)座圈或外座圈可加工帶內(nèi)齒或外齒。根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)不同可作如下分類：按滾動(dòng)體型式有滾球和滾柱（包括錐形和鼓形滾動(dòng)體） ；按滾動(dòng)體排數(shù)有單排﹑雙排和多排；按滾道型式有曲面（圓?。?，平面和鋼絲滾道等。4.2.3 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的系列標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承，不少國家已有系列標(biāo)準(zhǔn)，由專門的軸承廠制造，主機(jī)廠根據(jù)用途選用即可。我國已制定的滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承系列標(biāo)準(zhǔn)分兩大類，六種結(jié)構(gòu)型式，四十種規(guī)格。第 22 頁 共 56 頁圖 4.2 單排交叉滾柱內(nèi)齒式回轉(zhuǎn)支承4.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4.3.1 傳動(dòng)方式及其特點(diǎn)單斗液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)約占整個(gè)工作循環(huán)時(shí)間的 50～70％，能量消耗約占 25～40％，回轉(zhuǎn)液壓油路的發(fā)熱量約占總發(fā)熱量的 30～40％。因此，合理地確定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓油路和結(jié)構(gòu)方案﹑正確地選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)參數(shù)，對(duì)提高生產(chǎn)率和功能利用率，改善司機(jī)的勞動(dòng)條件，減少工作裝置的沖擊等具有十分重要的意義。對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本要求是：1. 在角速度和回轉(zhuǎn)力矩不超過允許值的前提下，應(yīng)盡可能縮短回轉(zhuǎn)時(shí)間。在回轉(zhuǎn)部分慣性已知的情況下，角加速度的大小受最大回轉(zhuǎn)扭矩的限制，該扭矩不應(yīng)超過行走部分與地面的附著力矩。2. 回轉(zhuǎn)時(shí)工作裝置的動(dòng)載系數(shù)不應(yīng)超過允許值。非全回轉(zhuǎn)的挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，工作裝置不應(yīng)碰撞定位器。3. 回轉(zhuǎn)能量損失最小。第 23 頁 共 56 頁4.3.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的類型確定小型液壓挖掘機(jī)通常選用全回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，按液動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式可分為高速方案和低速方案兩類。由高速液壓馬達(dá)經(jīng)齒輪減速箱帶動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪繞回轉(zhuǎn)支承上的固定齒圈滾動(dòng)，促使轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)的稱為高速方案。圖 4.3 所示為斜軸式高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡圖。圖 4.3 斜軸式高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡圖圖中 a）采用兩級(jí)正齒輪傳動(dòng)，b）采用一級(jí)正齒輪和一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，c）采用兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，d）采用一級(jí)正齒輪和兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，因此減速箱的速比以 a 最小，d 最大，此外在高速軸上均裝有機(jī)械制動(dòng)器。行星齒輪減速籍雖然加工要求較高，但可用一般漸開線齒廓的模數(shù)銑刀進(jìn)行加工，結(jié)構(gòu)也比較緊湊，速比大，受力好，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。目前我國對(duì)圖 b） 、圖 c）第 24 頁 共 56 頁結(jié)構(gòu)部件已進(jìn)行了系列化和專業(yè)化生產(chǎn)，可供選用。由低速大扭矩液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪促使轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)的稱為低速方案。這種方案所采用的液壓馬達(dá)通常為內(nèi)曲線式，有平衡式和星形柱塞式等。高速方案和低速方案各有特點(diǎn)。高速液壓馬達(dá)具有體積小，效率高，不需背壓補(bǔ)油，便于設(shè)置小制動(dòng)器，發(fā)熱和功率損失小，工作可靠，可以與軸向柱塞泵的零件通用等優(yōu)點(diǎn)。低速大扭矩液壓馬達(dá)具有零件小，傳動(dòng)簡單，起動(dòng)制動(dòng)性能好，對(duì)油污染的敏感性小，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，約有 80％左右產(chǎn)品由于買不到經(jīng)濟(jì)合理的減速箱而采用低速液壓馬達(dá)。在高速方案中采用彎軸式軸向柱塞液壓馬達(dá)則占大多數(shù)。綜上所述本設(shè)計(jì)采用全回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)并且液動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式采用高速方案。4.4 轉(zhuǎn)臺(tái)單斗液壓挖掘機(jī)由于它的工作裝置呈懸臂的特點(diǎn)，因此工作時(shí)在其自重和外載荷作用下對(duì)底部履帶（或輪式的支腿）邊緣產(chǎn)生很大的傾復(fù)力矩。這個(gè)力矩完全靠機(jī)身（不包括工作裝置）自重和轉(zhuǎn)臺(tái)后部另加的配重所產(chǎn)生的力矩來平衡，使挖掘機(jī)能在各種工況下穩(wěn)定的工作。挖掘機(jī)穩(wěn)定性能的優(yōu)劣對(duì)整機(jī)工作影響很大。穩(wěn)定性能好的不但能夠保證挖掘機(jī)安全工作，而且能使其在作業(yè)范圍內(nèi)充分發(fā)揮挖掘能力。同時(shí)回轉(zhuǎn)支承裝置磨損也均勻﹑使用壽命長。決定挖掘機(jī)穩(wěn)定性能的因素很多，包括工作裝置尺寸﹑轉(zhuǎn)臺(tái)尺寸﹑配重的大小﹑回轉(zhuǎn)平臺(tái)上的部件布置以及行走底座支承面尺寸等。這些因素在挖掘機(jī)總體設(shè)計(jì)時(shí)須處理好。從挖掘機(jī)的穩(wěn)定性分析：挖掘機(jī)的行走底盤部分的重量是固定的，重心位置也較低，是使機(jī)械穩(wěn)定的因素。而挖掘機(jī)上部的重心位置變化較大，因?yàn)橥诰驒C(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中工作裝置的位置經(jīng)常變化，鏟斗也因滿斗或空斗的原因重量不等。在挖掘過程中還有土壤的反力作用在工作裝置上等，這些都使整個(gè)回轉(zhuǎn)平臺(tái)上部的重心位置經(jīng)常在變化，有時(shí)重心遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出支承滾盤外面。為了平衡這些載荷力矩，回轉(zhuǎn)平臺(tái)上的較重部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)等）通常放在轉(zhuǎn)臺(tái)尾部，第 25 頁 共 56 頁此外在轉(zhuǎn)臺(tái)尾部還另加配重。即使這樣，若滿載幅度較大時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上部的合力還是偏在前面較多。如圖 4.4 所示偏心距為 e。但是也不能為了平衡載荷力矩﹑減少偏心距 e 而過分加大配重，因?yàn)檫@樣會(huì)在空載時(shí)尤其當(dāng)幅度較小時(shí)，載荷力矩大大減少，而配重等造成的平和力矩是不變的，此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上的合力 R′便會(huì)大大偏于后部，偏心距 e′（圖 4.5）造成向后傾翻的較大力矩。故回轉(zhuǎn)平臺(tái)所加配重也不宜過大。配重對(duì)載荷力矩實(shí)際上僅起部分的平衡作用。目前單斗液壓挖掘機(jī)普遍采用滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置。這種支承裝置基本上將挖掘機(jī)上﹑下兩部分連成一體，而且滾動(dòng)表面經(jīng)過熱處理，所以能夠承受較大的前后兩方向的傾復(fù)力矩。圖 4.4 滿載幅度較大時(shí)的轉(zhuǎn)臺(tái)上部的合力位置 圖 4.5 配重過大后空載時(shí)上部的合力位置為了使整機(jī)有較好的穩(wěn)定性，同時(shí)使支承滾盤受力均勻，應(yīng)使挖掘機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中回轉(zhuǎn)平臺(tái)上部的合力前后移動(dòng)均勻，即應(yīng)使 e 和 e′值的大小盡量接近，所以要重視回轉(zhuǎn)平臺(tái)上各種機(jī)構(gòu)的合理布置，同時(shí)也可通過調(diào)整配重大小來實(shí)現(xiàn)。4.4.1 轉(zhuǎn)臺(tái)平衡的確定挖掘機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上部自重和載荷合力的位置是經(jīng)常變化的，而且偏向載荷方面。為了平衡載荷力矩，轉(zhuǎn)臺(tái)上的各個(gè)裝置需要合理布置，并在尾部另加配重，以改善下部結(jié)構(gòu)受力、減輕回轉(zhuǎn)支承磨損，保證整機(jī)穩(wěn)定性。有時(shí)轉(zhuǎn)合布置受結(jié)構(gòu)尺寸限制，重心偏離縱軸線。致使左右履帶接地比壓不等，影響行走架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和行駛性能。一般可通過調(diào)整配重重心來解決，如第 26 頁 共 56 頁圖 4.6 所示。圖中 x 為轉(zhuǎn)臺(tái)重心偏離縱軌線值，x′為配重重心偏離縱軸線值。對(duì)縱軸線取力矩平衡可求出 x′。確定配重的原則應(yīng)使重載大幅度時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上部分力 FR的偏心距 e 與空載小幅度時(shí)合力 FR′的偏心距 e′大致相等，如圖 4.7 所示。圖 4.6 調(diào)整配重橫向位置圖 4.7 確定配重時(shí)的偏心距4.4.2 轉(zhuǎn)臺(tái)配重的確定根據(jù)國內(nèi)外許多挖掘機(jī)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為挖掘機(jī)處于運(yùn)輸狀態(tài)，斗桿缸和鏟斗缸全伸，動(dòng)臂放低使鏟斗離地約 1m（圖 4.8） ，轉(zhuǎn)臺(tái)上部連同工作裝置的重力 G 應(yīng)通過回轉(zhuǎn)中心。由于這些部件的質(zhì)量和位置已初步確定，配重 即5g可由下式求得：第 27 頁 共 56 頁123455..gllg???式中 、 、 、 ——分別為動(dòng)臂，斗桿，鏟斗及轉(zhuǎn)臺(tái)的重量；1g234g、 、 、 ——為相應(yīng) 的重心至回轉(zhuǎn)中心的距離；ll12g34——為配重 的中心至回轉(zhuǎn)中心的距離。55圖 4.8 確定配重工況必需指出，由于平臺(tái)上部件的布置受結(jié)構(gòu)的局限性、不一定能做到完全對(duì)稱于縱軸線，因此平臺(tái)上的重心會(huì)偏離縱軸線，致使左右履帶對(duì)地壓力不等、影響底盤強(qiáng)度及行駛性能。當(dāng)平臺(tái)重心偏離縱軸線量 x 不大時(shí)可調(diào)整配重重心，在橫向朝相反方向偏移 （圖 4.6） ，使平臺(tái)合力移到縱向軸線上。需調(diào)整配重'x重心的偏移量 可由下式求得：' ''Gx??中小型挖掘機(jī)當(dāng)改裝成起重機(jī)使用時(shí)必須調(diào)整配重，并驗(yàn)算穩(wěn)定性。4.5 單斗液壓挖掘機(jī)的穩(wěn)定性4.5.1 穩(wěn)定性驗(yàn)證的條件反鏟式液壓挖掘機(jī)的穩(wěn)定性（防止傾覆的安全性）是通過計(jì)算予以驗(yàn)證的。這種驗(yàn)證使用于挖掘機(jī)放置在水平停機(jī)面上。第 28 頁 共 56 頁進(jìn)行反鏟式液壓挖掘機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)針對(duì)最不利的傾覆線，即同反鏟式液壓挖掘機(jī)重心垂直距離最小的傾覆線。如圖 4.9 所示，所謂傾覆線，對(duì)于履帶式挖掘機(jī)是支重輪的傾覆支點(diǎn)連線 A—A 和左右履帶的引導(dǎo)輪或驅(qū)動(dòng)輪的傾覆支點(diǎn)的連線 B—B。圖 4.9 反鏟式液壓挖掘機(jī)的傾覆線（a）履帶式挖掘機(jī)側(cè)向傾覆線；（b）履帶式挖掘機(jī)縱向傾覆線4.5.2 穩(wěn)定性反鏟式液壓挖掘機(jī)的穩(wěn)定性是指在最不利的傾覆線上的穩(wěn)定力矩之和大于或等于傾覆力矩之和。挖掘機(jī)所有零部件、總成由于自重引起的力矩都作為穩(wěn)定力矩。對(duì)于可以變更的或者可以移動(dòng)的零部件、凡是對(duì)挖掘機(jī)穩(wěn)定性有影響的重力，均要考慮其最不利的值和最不利的位置。傾覆力矩主要是由鏟斗挖掘力（有效載荷）及工作裝置自重引起的。4.5.3 穩(wěn)定性的計(jì)算在計(jì)算反鏟液壓挖掘機(jī)穩(wěn)定性時(shí)要使用下列計(jì)算力值代替實(shí)際的重力值：12.05KEN????式中 ——挖掘機(jī)工作裝置自重系數(shù)； ——挖掘機(jī)有效載荷系數(shù)；1K第 29 頁 共 56 頁——挖掘機(jī)最大作業(yè)半徑時(shí)超出傾覆線之外的工作裝置的重力；E——有效載荷（土、石方）的重力， =qr，其中 q 為標(biāo)準(zhǔn)鏟斗容量，NNm3；r 為土壤容重，一般取 1600N/ m3。1.穩(wěn)定力矩通過稱重求得。（1）挖掘機(jī)主機(jī)稱重條件（無工作裝置）。挖掘機(jī)已做好作業(yè)準(zhǔn)備，但無工作裝置，上部回轉(zhuǎn)至與前進(jìn)方向成 90°夾角。（2）挖掘機(jī)整機(jī)稱重條件。挖掘機(jī)已做好作業(yè)準(zhǔn)備，帶工作裝置，上部回轉(zhuǎn)至與前進(jìn)方向成 90°夾角。工作裝置伸出并達(dá)到最大作業(yè)半徑，不會(huì)將有效載荷（土、石方）卸出。2.整機(jī)穩(wěn)定性的計(jì)算。反鏟式液壓挖掘機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算公式（參見圖 4.10）為圖 4.10 反鏟式液壓挖掘機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算簡圖12s-.Ee15MGNn???穩(wěn) 定 力 矩穩(wěn) 定 性 傾 覆 力 矩（4-3）式中 ——主機(jī)自重，N；G——傾覆線間距，m；s——工作裝置自重，N；E第 30 頁 共 56 頁——重心間距，m；e——有效載荷，N；——最大幅度，m。n根據(jù)第 3 章中工作裝置主要參數(shù)可知，工作裝置的重量為 666kg，整機(jī)重量為 6t，可以得到主機(jī)自重 G，工作裝置自重 E,重心間距 e，最大幅度 n，即： N(60)9.85273.????N.6.Ee=3.602mn=5.91m根據(jù) 5 章中行走裝置的主要參數(shù)可知，傾覆線間距為 s 為 0.18m。有效載荷 N=qr=0.25x1600=400N將以上數(shù)據(jù)帶入公式（4-3）得 12s.e5273.18.652.8302.91n4091MGEN?????? ??穩(wěn) 定 力 矩穩(wěn) 定 性 傾 覆 力 矩通過上式計(jì)算，整機(jī)達(dá)到了穩(wěn)定。第 5 章 行走裝置5.1 液壓挖掘機(jī)行走裝置介紹 挖掘機(jī)的行走裝置既是機(jī)械的運(yùn)行部分，又是機(jī)械的支承。挖掘作業(yè)時(shí)機(jī)械不行走，行走裝置要承受整臺(tái)機(jī)械的自重和外載，這是與運(yùn)輸車輛和鏟土運(yùn)輸機(jī)所所不同的，因此設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的行走裝置時(shí)應(yīng)兼顧支承和運(yùn)行兩個(gè)方面的需要。因此，液壓挖掘機(jī)行走裝置應(yīng)盡量滿足以下要求：1. 應(yīng)有較大的驅(qū)動(dòng)力，使挖掘機(jī)在濕軟或高低不平等不良地面上行走時(shí)具有良好的通過性能、爬坡性能和轉(zhuǎn)向性能。2. 在不增大行走裝置高度的前提下使挖掘機(jī)具有較大的離地間隙，以提高第 31 頁 共 56 頁其不平地面上的越野性能。3. 行走裝置具有較大的支撐面積或較小的接地比壓，以提高挖掘機(jī)的穩(wěn)定性。4. 挖掘機(jī)在斜坡下行時(shí)不發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象，以提高挖掘機(jī)的安全性。5. 行走裝置的外形尺寸應(yīng)符合道路運(yùn)輸?shù)囊蟆Ｒ簤和诰驒C(jī)的行走裝置，按結(jié)構(gòu)可分為履帶式和輪胎式兩大類。履帶工行走裝置的特點(diǎn)是，驅(qū)動(dòng)力大（通常每條履帶的驅(qū)動(dòng)力可達(dá)機(jī)重的 35%-45%） ，接比壓小（40-150kPa） ，因而越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力大（一般為 50%-80%，最大的可達(dá) 100%） ，且轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性好。橡膠履帶式行走裝置在液壓挖掘上使用較為普遍。但橡膠履帶式行走裝置制造成本低，運(yùn)行速度低，運(yùn)行和轉(zhuǎn)向時(shí)功率消耗大，零件磨損快，因此，挖掘機(jī)長距離運(yùn)行時(shí)需借助于其他運(yùn)輸車輛。輪胎式行走裝置與履帶式的相比，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度快、機(jī)動(dòng)性好，運(yùn)行時(shí)輪胎不損壞路面，因而在城市建設(shè)中很受歡迎，缺點(diǎn)是接地比壓大，爬坡能力小，挖掘作業(yè)時(shí)需要用專門支腿支撐，以確保挖掘機(jī)的穩(wěn)定性和安全性。履帶式行走裝置組成與工作原理：履帶式行走裝置由“四輪一帶” （即驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪、以及履帶） ，張緊裝置和緩沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)，行走架等組成。挖掘機(jī)運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪在履帶的緊邊——驅(qū)動(dòng)段及接地段（支撐段）產(chǎn)生一個(gè)拉力，企圖把履帶從支重輪下拉出，由于支重輪下的履帶與地面間有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動(dòng)輪卷動(dòng)履帶，導(dǎo)向輪再把履帶鋪設(shè)到地面上，從而使挖掘機(jī)借支重輪沿著履帶軌道向前運(yùn)行。液壓傳動(dòng)的履帶行走裝置，挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)由安裝在兩條履帶上且分別由兩臺(tái)液壓泵供油的行走馬達(dá)（用一臺(tái)油泵供油時(shí)需采用專用的控制閥來操縱）通過對(duì)油路的控制，很方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎，以適應(yīng)挖掘機(jī)在各種地面、場(chǎng)地上運(yùn)動(dòng)。與履帶式液壓挖掘機(jī)行走裝置相比較，輪胎式行走裝置的主要特點(diǎn)是：1. 要求地面平整、堅(jiān)實(shí)，以免輪轍過深，增加挖掘機(jī)行駛阻力、轉(zhuǎn)向阻力，第 32 頁 共 56 頁影響挖掘機(jī)的穩(wěn)定性。2. 輪胎式挖掘機(jī)的行走速度通常不超過 20km/h，爬坡能力為 40%-60%。3. 為了改善挖掘機(jī)的越野性能，宜采用全輪驅(qū)動(dòng)，液壓懸掛平衡擺動(dòng)軸。作業(yè)時(shí)由液壓支腿支撐，使前后橋卸荷并整機(jī)穩(wěn)定性得以提高。5.2 履帶式行走裝置的結(jié)構(gòu)布置和傳動(dòng)方案5.2.1 履帶式行走裝置的構(gòu)造履帶式行走裝置（圖 5.1）由連接回轉(zhuǎn)支承裝置的行走架 1 通過支重輪 2，履帶 3 將載荷傳至地面。履帶呈封閉環(huán)繞過驅(qū)動(dòng)輪 5 和導(dǎo)向輪 6，為了減少上分支撓度，履帶由 1-2 個(gè)托鏈輪 4 支持。行走裝量的傳動(dòng)是由液壓馬達(dá) 8 經(jīng)減速箱 9 傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪 5 使整個(gè)行走裝置運(yùn)行。當(dāng)履帶由于磨損而伸長時(shí)可由張緊裝置 7 調(diào)整其松緊度。圖 5.1 履帶式行走裝置1-行走架；2-支重輪；3-履帶；4-托鏈輪；6-驅(qū)動(dòng)輪；6-導(dǎo)向輪；7-張緊裝置；8-液壓馬達(dá)；9-減速箱1．行走架行走架是履帶行走裝置的承重骨架，它由底架、橫梁和履帶架組成，通常用 16Mn 鋼板焊接。底架連接轉(zhuǎn)臺(tái)，承受上部的載荷，并通過橫梁傳給履帶架。行走架按結(jié)構(gòu)的不同分組合式和整體式兩種。第 33 頁 共 56 頁2．支重輪挖掘機(jī)重量通過支重輪傳給地面，工作時(shí)如地面不平它將經(jīng)常受到?jīng)_擊，所以支重輪所受載荷輪大。支重輪的工作條件也較惡劣，經(jīng)常處于塵土中有時(shí)還浸泡于泥水之中，故要求密封可靠。支重輪輪體常用 35Mn 或 50Mn 制造，輪面淬火硬度應(yīng)達(dá) HRC48-57。采用滑動(dòng)軸承較多，并用浮動(dòng)油封防塵。結(jié)構(gòu)如圖5.2.3. 導(dǎo)向輪導(dǎo)向輪用于引導(dǎo)履帶正確繞轉(zhuǎn)，可以防止跑偏和越軌。大部分液壓挖掘機(jī)的導(dǎo)向輪同時(shí)起到支重輪的作用，這樣可增加履帶對(duì)地面的接觸面積，減小比壓。導(dǎo)向輪的輪面大多制成光面，中間有擋肩環(huán)作為導(dǎo)向用，兩側(cè)的環(huán)面則能支撐軌鏈起支重輪的作用。導(dǎo)向輪的中間擋肩環(huán)應(yīng)有足夠的高度，兩側(cè)邊的斜度要小。導(dǎo)向輪與最靠近的支重輪距離越小則導(dǎo)向性能越好。圖 5.2 支重輪1-軸；2-輪體；3-軸套；4-螺塞；5-墊圈；6-浮封環(huán)；7 浮封膠圈；8；軸座4. 驅(qū)動(dòng)輪發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過驅(qū)動(dòng)輪傳給履帶，因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的主要要求是嚙合平穩(wěn)，并在履帶因銷套磨損而伸長時(shí)，仍能很好地嚙合。履帶的驅(qū)動(dòng)輪通常置于后部，這樣履帶的張緊段較短，減少磨損和功率損失。驅(qū)動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)有多種型式，如按輪體構(gòu)造分有整體式和分體式兩種。5. 張緊裝置履帶式行走裝置使用一段時(shí)間后由于鏈軌銷軸的磨損會(huì)使節(jié)距增大，并使第 34 頁 共 56 頁整個(gè)履帶伸長，導(dǎo)致摩擦履帶架，脫軌等，影響行走性能。因此，每條履帶必需裝設(shè)張緊裝置，使履帶經(jīng)常保持一定的張緊度。5.2.2 履帶行走裝置的傳動(dòng)方式單斗液壓挖掘機(jī)的履帶行走裝置絕大部分都采用液壓傳動(dòng)，它使履帶行走架結(jié)構(gòu)簡單化，并且省去了機(jī)械傳動(dòng)的一套復(fù)雜的錐齒輪﹑離合器及傳動(dòng)軸等零件。液壓傳動(dòng)的方式是每條履帶各自有驅(qū)動(dòng)的液壓馬達(dá)及減速裝置，由于兩個(gè)液壓馬達(dá)可以獨(dú)立操縱，因此挖掘機(jī)的左﹑右履帶除可以同步前進(jìn)后退或一條履帶驅(qū)動(dòng)，一條履帶止動(dòng)的轉(zhuǎn)彎外，還可以兩條履帶相反方向驅(qū)動(dòng)，使挖掘機(jī)實(shí)現(xiàn)原地旋轉(zhuǎn)（見圖 5.3a） ，提高了作業(yè)的靈活性。雖然液壓傳動(dòng)的效率低，僅為 50％左右（機(jī)械傳動(dòng)的效率約 70％） ，但因具備上述優(yōu)點(diǎn)，目前國產(chǎn)履帶式液壓挖掘機(jī)都采用此種型式。本設(shè)計(jì)亦采用此種型式。單斗液壓挖掘機(jī)的行走裝置按照傳動(dòng)方式可分為液壓式和機(jī)械式兩類。選擇行走裝置的型式時(shí)，應(yīng)根據(jù)工作地點(diǎn)的土壤條件﹑工作量﹑運(yùn)輸距離及使用條件等決定。本設(shè)計(jì)采用液壓式傳動(dòng)方式。履帶式行走裝置的傳動(dòng)方式與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相仿，可分為高速馬達(dá)和低速馬達(dá)兩種方案。圖 5.3 履帶式液壓挖掘機(jī)的行走裝置轉(zhuǎn)彎a) 原地轉(zhuǎn)彎 b) 繞一條履帶轉(zhuǎn)彎高速方案通常是采用定量軸向柱塞式﹑葉片式或齒輪式液壓馬達(dá)通過多級(jí)正齒輪減速或正齒輪和行星齒輪組合的減速箱，最后驅(qū)動(dòng)履帶的驅(qū)動(dòng)輪。即通過采用高速液壓馬達(dá)通過專門的行走減速器驅(qū)動(dòng)履帶的驅(qū)動(dòng)輪。這種減速器常第 35 頁 共 56 頁常連同液壓馬達(dá)和制動(dòng)器組成一個(gè)獨(dú)立而緊湊的部件進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)。低速方案是采用低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。由于該馬達(dá)在低速時(shí)效率很低，故一般仍加一級(jí)正齒輪或一級(jí)行星輪減速，使馬達(dá)轉(zhuǎn)速不致過低。采用高速液壓液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，由于馬達(dá)轉(zhuǎn)速可達(dá) 2000～3000r/min，因此減速器裝置需一對(duì)或兩對(duì)正齒輪與一列或兩列行星齒輪組合成減速箱，這種減速箱常常連液壓馬達(dá)和制動(dòng)器組成一個(gè)獨(dú)立緊湊的部件，我國已進(jìn)行了部件系列化和專業(yè)化的生產(chǎn)，因而使挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)和制造工作大為簡化。因此，綜上所述本設(shè)計(jì)中選用高速方案，采用高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。5.3 履帶行走裝置參數(shù)的確定5.3.1 主要性能參數(shù)的確定性能參數(shù)的選擇是挖掘機(jī)總體方案設(shè)計(jì)中的首要環(huán)節(jié)。對(duì)其履帶行走裝置而言，主要包括行駛速度、爬坡能力、接地比壓、最大牽引力等。一般這些性能參數(shù)都是根據(jù)挖掘機(jī)的整機(jī)質(zhì)量，由設(shè)計(jì)人員自己的經(jīng)驗(yàn)來確定，或是參考現(xiàn)有成熟產(chǎn)品進(jìn)行類比。1. 行駛速度考慮到挖掘機(jī)在作業(yè)時(shí)工地行走的需要，一般將行駛速度設(shè)定為高低兩檔，這樣就可以根據(jù)行走路面的狀況及工作場(chǎng)地的大小選擇合適的行駛速度。為了減少挖掘機(jī)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的移動(dòng)時(shí)間、提高生產(chǎn)率，根據(jù)一些知名品牌（小松、竹內(nèi)、洋馬、久保田建機(jī)、日立、石川島中俊、小橋機(jī)械、沃爾沃、特雷克斯、現(xiàn)代、斗山、山河智能、福田雷沃、玉柴、徐工、龍工、柳工、三一，圖1～圖8 數(shù)據(jù)均來自這些品牌）小挖行駛速度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見圖5.1），推薦高速行駛速度為4.0～5.5km/h，低速行駛速度為2.0～3.5km/h。第 36 頁 共 56 頁圖 5.1 行駛速度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系2. 爬坡能力履帶行走裝置一個(gè)顯著特點(diǎn)就是爬坡能力大，一般為50%～80%。由小挖爬坡度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見圖5.2），推薦爬坡度??為30°～35°，即爬坡能力為58%～70%。圖 5.2 爬坡度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系第 37 頁 共 56 頁3. 接地比壓接地比壓指平均接地比壓，是履帶式液壓挖掘機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，主要根據(jù)地面條件、挖掘機(jī)的附著性能、外形尺寸等進(jìn)行合理選取。在設(shè)計(jì)挖掘機(jī)時(shí)，在結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)，盡量取小值，依據(jù)小挖平均接地比壓與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見圖5.3），推薦平均接地比壓p ≤ 35kPa。圖 5.3 平均接地比壓與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系4. 最大牽引力履帶行走裝置的牽引力必須大于或等于各阻力之和，小于或等于履帶對(duì)地面的附著力。一般情況下，履帶行走裝置爬坡不與轉(zhuǎn)彎同時(shí)進(jìn)行，因此只考慮挖掘機(jī)在最大設(shè)計(jì)爬坡能力的情況下確定的最大牽引力，不再考慮轉(zhuǎn)彎阻力，而且行駛速度低，運(yùn)行空氣阻力忽略不計(jì)，則履帶行走裝置的最大牽引力T 計(jì)算公式為：T＝Tf＋Ti＝fG＋sinaG　　　?。?-1）式中　T f —履帶行走裝置的滾動(dòng)阻力；Ti —履帶行走裝置的坡道阻力；f —履帶行走裝置的滾動(dòng)阻力系數(shù)；a —最大設(shè)計(jì)坡度角。第 38 頁 共 56 頁另外，目前大多數(shù)履帶式挖掘機(jī)的最大牽引力也可按挖掘機(jī)整機(jī)質(zhì)量的一定比例選取，即T＝(0.7 ～0.85)G×10 4　　　?。?-2）式中　T —整機(jī)最大牽引力（N）；G —為整機(jī)質(zhì)量（t）。計(jì)算得：T=0.8×6.023×104 =48184 N =48.18 kN考慮到挖掘機(jī)需具備較好的爬坡、轉(zhuǎn)彎等性能，可根據(jù)小挖最大牽引力與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果恰當(dāng)選擇（見圖5.4）。圖 5.4 最大牽引力與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系5.3.2　主要設(shè)計(jì)參數(shù)分析1. 行走裝置主要零部件的選擇履帶行走傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想一般是憑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和用戶要求，首先根據(jù)最第 39 頁 共 56 頁大牽引力確定履帶鏈軌節(jié)距t，再根據(jù)公式確定四輪一帶等。1）鏈軌節(jié)節(jié)距t 與四輪一帶液壓挖掘機(jī)已采用標(biāo)準(zhǔn)化履帶鏈軌節(jié)節(jié)距t，如101 、125、135 和154mm 等多種。一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，鏈軌節(jié)的斷裂拉力應(yīng)是履帶最大牽引力的2～3 倍，即履帶總牽引力應(yīng)小于或等于鏈軌節(jié)的允許拉力。因此可根據(jù)已經(jīng)確定的最大牽引力和標(biāo)準(zhǔn)鏈軌節(jié)的允許拉力，即可確定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距t。另外，也可按經(jīng)驗(yàn)公式選取 t ＝(15～17.5) G0.25 （5-3）式中　G—整機(jī)質(zhì)量(kg)。計(jì)算得： t=16×6036 0.25 =141.03 mm確