《工程机械设计》05 单斗挖掘机ppt课件.ppt

单斗挖掘机,第一节 单斗挖掘机的类型第二节 作业方法第三节 单斗液压挖掘机一、组成、主要优点、分类二、工作装置三、回转支承装置四、液压系统,第一节 单斗挖掘机的用途与类型,a）正铲 b）反铲 c）刨铲 d）刮铲 e）拉铲 f）抓斗 g）吊钩 h）桩锤 i）夯板,机械传动式,第一节 单斗挖掘机的用途与类型,正铲挖掘机。正铲挖掘机是单斗挖掘机的主要形式之一。在实际工作中，斗柄外伸以2/3行程为佳，用来挖掘停机面以上的工作面。反铲挖掘机。反铲挖掘机是正铲挖掘机的一种换用工作装置。反铲在挖掘较窄的沟槽时铲斗必须在提出工作面后才能回转，提升时间大于回转时间。反铲工作循环时间一般要比正铲大830。反铲挖掘机用来挖掘停机面以下的工作面。刨铲用于挖掘停机面以上的土壤主要用于平整场地。,第一节 单斗挖掘机的用途与类型,刮铲：用来刮动停机面以上已经松动的上壤，进行坑道、沟槽、基坑等回填工作；拉铲挖掘机：铲斗做挠性连接。适用于挖掘停机面以下的工作面，适合水下作业。挖掘能力受铲斗自重的限制，IIV级土壤。抓斗挖掘机：铲斗做挠性连接。可挖掘停机面以上或者以下的工作面，特别适合于挖掘深而边坡陡直的基坑和深井，也可进行水下作业，其挖掘深度一般比拉铲大2040。抓斗的挖掘能力因受自重限制，只能挖掘一般土料、砂砾和松散物料。,第一节 单斗挖掘机的用途与类型,装有吊钩的挖掘机起重机。桩锤用于进行打桩。夯板用于夯实土壤。,第一节 单斗挖掘机的用途与类型,液压传动式,第一节 单斗挖掘机的用途与类型,反铲反铲是中、小型液压挖掘机的主要工作装置，主要用于基坑开挖等停机面以下的土方工程，也可以挖停机面以上的土方工程。液压挖掘机的挖土动作，主要靠挖掘机动臂、斗杆、铲斗的自重和各工作液压缸的推动力，因此，它的切削力较大。,第一节 单斗挖掘机的用途与类型,正铲主要用于挖掘停机面以上的工作面。由于液压挖掘机正铲的动臂摆幅能够变化，因此也能挖掘停机面以下工作面的土壤。正铲的卸土方式有两种：前卸式和底卸式。用反铲改成的正铲斗只能用前卸式卸上；底卸式铲斗靠液压缸打开斗底卸土以降低卸土高度，减少土对运输车辆的冲击。在挖掘比较松散的物料时，正铲斗可换装成装载斗。在整机重量不变的情况下，这种铲斗的斗容量可以增加到反铲斗容量的1.62倍。,第一节 单斗挖掘机的用途与类型,抓斗液压抓斗根据作业对象的不同，其结构形状也不相同。用于土方作业的抓斗，一般为双颚式，斗容量约等于正反铲的斗容量。液压抓斗的抓取力比钢丝绳式抓斗大得多，其生产率也较钢丝绳抓斗高得多，作业质量也好。但其挖掘深度受动臂和斗杆限制，因此挖掘深度较浅。,第一节 单斗挖掘机的用途与类型,起重吊钩通用液压挖掘机只要在斗杆端部把铲斗换成吊钩，就可以成为液压起重机。起重能力比一般起重机小得多，由于它机动灵活，在一些工程中(如铺设管道)效率比较高。有时为了配合反铲作业，在吊装不太重的物体时，可以直接在反铲斗上安装吊钩。,第一节 单斗挖掘机的用途与类型,其他工作装置液压挖掘机还可以配用其他装置以完成不同的作业。如配上液压镐，可进行岩石、混凝土路面的破碎；装上液压钻，可在地面上钻孔；装上松土器，可以耙松硬粘土和红砂岩等。,第一节 单斗挖掘机的用途与类型,2单斗挖掘机的分类(1)按走行方式分：履带式、轮胎式、步履式和轨行式；(2)按采用的动力分：内燃式和电动式；(3)按传动方式分：机械传动和液压传动；(4)按适应工作环境分：适用于高原地区、寒冷地区、沼泽地区等；(5)按铲斗容积分：轻型：铲斗容量在0.250.35m3之间的单斗挖掘机。中型；铲斗容量在0.351.5m3之间的单斗挖掘机。重型：铲斗容量在1.5m3以上的单斗挖掘机。,第二节 作业方法,单斗挖掘机的作业方法 正铲作业 正向开挖 侧面开挖法 中心开挖法 反铲作业沟端开挖法沟侧开挖法拉铲作业沟端开挖法沟侧开挖法,第二节 作业方法,正铲挖掘,第二节 作业方法,正铲挖掘,第二节 作业方法,反铲挖掘,第二节 作业方法,拉铲挖掘,第二节 作业方法,配套汽车数量挖掘机挖土装车时，要合理确定汽车的容量和台数。汽车的容量不要少于铲斗容量的34倍，否则由于装满一车的时间太短，汽车不容易配合得上；同时，汽车承载量过小时也容易受到损坏。汽车的台数应保证挖掘机能连续地进行挖装，即：汽车的行驶速度是不会很均衡的，因此，实际的配套数应较算出的台数多加一两台。,第三节 单斗液压挖掘机,一、组成、主要优点二、工作装置三、回转支承装置四、液压系统五、悬挂与支腿工作原理,第三节 单斗液压挖掘机,一、组成转台及转台上部机构、底架及行走系、工作装置等三大部分；,第三节 单斗液压挖掘机,五个工作动作：动臂升降、斗柄转动、挖斗转动、转台回转及挖掘机行走，由液压传动实现；比之机械传动有许多优点：无级调速且调速范围大(最高与最低速度之比可达1000：1)；能得到较低的稳定转速(采用柱塞式油马达，稳定转速可低到1r/min)；转动惯量较小，加减速过程较快；传动平稳，结构简单，吸收冲击和振动；操纵省力，易实现自动化控制；易实现标准化、通用化、系列化等。由于调速范围大，可增加挖掘力(约30)；由于结构简单，使机重减小(约减少30以上)；由于各元件相互位置无严格要求，可使结构紧凑、外形美观、布置方便。因此，斗容量不大时，单斗液压挖掘机已大量取代了机械传动式单斗挖掘机。,第三节 单斗液压挖掘机,二、工作装置（一）工作装置的结构形式标准式和伸缩臂式：标准式工作装置为常规的结构，即由动臂、斗柄、挖斗(或其他作业装置)、油缸和其他杆件组成，如下图所示。,第三节 单斗液压挖掘机,伸缩臂式工作装置为单斗挖掘机工作装置的另一种型式，出现较晚；动臂由两节套装而成。由伸缩机构控制伸缩臂相对于主动臂作往复伸缩动作，代替了一般结构上斗柄与动臂间的铰接(滑动副代替回转副)。其余动臂摆动与挖斗转动则与一般的液压挖掘机动作相同。伸缩式动臂的断面有三角形的、矩形的和圆形的，以三角形断面为多；大量的液压挖掘机装标准式工作装置，适用于土方工程的各种挖掘作业。装伸缩臂式工作装置的液压挖掘机，主要用于平整边坡(刷坡)和清理作业。,第三节 单斗液压挖掘机,第三节 单斗液压挖掘机,动臂的两种结构形式：单节整体式动臂；双节可调式动臂。单节整体式：弯曲外形，箱形断面，制造简单，重量轻，成本低；双节可调式：上动臂下动臂，可得到不同的工作参数；,第三节 单斗液压挖掘机,（二）工作装置的静载分析与强度计算反铲是主要形式，其动臂和斗柄均为箱形断面；1、挖掘力的确定：转动挖斗挖掘，转动斗柄挖掘；斗齿上的挖掘力取决于油缸的力以及各构件的相对位置，并且受限于整机稳定性以及行走装置对地面的附着力；,第三节 单斗液压挖掘机,（1）转动挖斗挖掘:,满足正常挖掘的条件：,第三节 单斗液压挖掘机,（2）转动斗柄挖掘:,满足正常挖掘的条件：,第三节 单斗液压挖掘机,单斗液压挖掘机斗齿作用力的大小和方向在挖掘过程中，随传力构件位置而变。最大挖掘力是指额定油压时能发挥的最大斗齿作用力。,第三节 单斗液压挖掘机,2、反铲斗柄的计算计算位置：斗柄某断面出现最大弯矩时；动臂处于最低位置；斗柄油缸中心线与斗柄尾部轴线互成90；用转斗方式进行挖掘；斗柄在其与动臂的铰接点B附近出现最大弯矩。,第三节 单斗液压挖掘机,而,近似的取力P1引起的弯矩全由斗柄本身承受，得：,转台回转导致的水平力：,第三节 单斗液压挖掘机,如果挖掘时发生一侧斗齿偏载受力，将使斗柄产生附加扭矩：计算时，考虑弯扭组合应力。,第三节 单斗液压挖掘机,3、反铲动臂的计算位置最大挖掘深度；转斗油缸挖掘。步骤：根据P1、P2计算斗柄的支反力，然后据此计算动臂上最大受载断面处的应力。,第三节 单斗液压挖掘机,三、回转支承装置单斗挖掘机以及其他工程机械，作业时要求其上部的转台可相对于其下部的底架作360 的回转，并要求回转时轻便灵活，因此采用了回转支承装置。承受轴向力、倾覆力矩和径向力。回转支承装置现已普遍地采用结构先进的回转滚盘，主要承受轴向力及倾覆力矩引起的轴向荷载。回转滚盘主要有交叉滚柱滚盘、单排滚珠滚盘、双排滚珠滚盘、多排滚柱滚盘等。,第三节 单斗液压挖掘机,1、交叉滚柱滚盘接触角为45，滚动体为圆柱形滚柱或圆锥形滚柱。滚柱的长度稍小于滚柱的直径，交叉排列在滚道内，以传递不同方向的载荷。,第三节 单斗液压挖掘机,交叉排列比例；滚柱与滚道的接触形式；滚动平面。,第三节 单斗液压挖掘机,交叉滚柱滚盘对相邻构件的刚度及安装精度要求较高，否则滚盘受载变形，会使滚柱与滚道出现边缘载荷，线接触变成点接触，引起应力集中；划破滚道面、产生噪音、并降低使用寿命；优点：结构紧凑、平面滚道加工方便，重量轻，高度小，使转台重心稍微降低，可提高整机稳定性。,第三节 单斗液压挖掘机,2、单排滚珠滚盘滚道为圆弧形曲面，四点接触。接触角一般为45，也可以有较大的接触角(6070)。由于滚珠受力大小与接触角之间是正弦函数关系，所以外力越大，接触角也随着增大。,第三节 单斗液压挖掘机,安装方法一种是将座圈之一分成两半，另一种是使用径向装填孔，装填完毕后，用紧配合的塞子堵住。采用装填孔法的成本低，且座圈末被剖分因而刚度高。单排滚珠该盘的优点是：结构简单紧凑、成本较低、重量较轻、并允许安装中的微小误差。,第三节 单斗液压挖掘机,3、双排滚珠滚盘由上下两排滚珠、内外座圈、隔离体和密封装置、润滑装置等组成。内外座圈中不带齿圈者，可作成上下可分式。在较大的轴向载荷和倾覆力矩作用下，其接触角能达90，因此比同样大小和同样滚珠数目的单排滚珠滚盘的承载能力要大得多。,第三节 单斗液压挖掘机,双排滚珠滚盘在欧洲用得较多，整个看来因为成本较高应用不广。它比单排滚珠滚盘更适用于结构刚度较低的情况。当结构刚度较低时，在轴向力和倾覆力矩作用下，产生的反力会引起滚道出现分离倾向。当座圈直径D0与滚珠直径d0的比值D0/d0较大时，刚度不足甚至会引起边缘受载以至内外座圈分离损坏。因此，在D0/d0 值较大而机体结构刚度又较差时，如要求结构轻巧的工程机械(如塔式起重机)、可采用双排滚珠滚盘。,第三节 单斗液压挖掘机,4、多排滚柱滚盘国内很少使用，国外广泛使用；它等于在双排滚柱滚盘上增设一排承受径向载荷的滚柱；有三组滚道，零件较多，加工复杂；在整机尺寸较小时采用这种结构型式成本高，但尺寸较大时相对说来就经济些。,第三节 单斗液压挖掘机,承载能力相同的单排滚珠滚盘与多排滚柱滚盘断面尺小的比较，显然后者断面较小、重量较轻。在尺寸较小时这些节省材料的优点不能补偿滚道和滚动体较多、制造成本较高的缺点。而尺寸较大时节约材料费用就比较重要。任何回转支承装置承受倾覆力矩的能力是滚道直径平方的函数，而挖掘机主要的载荷就是倾覆力矩。所以，应尽可能加大滚道直径。此外，大直径滚道还可以降低回转齿轮载荷和提高减速比。,第三节 单斗液压挖掘机,静容量：单排滚柱滚盘最大，全部钢球承受负荷；动容量：交叉滚柱滚盘最大，线接触，疲劳强度较高。虽然其对座圈变形、锥角误差、滚道精度等比较敏感，但仍广泛采用；滚动体尺寸d0越大，容量越大。但会增加自重，增加摩擦阻力。工程机械中摩擦消耗功率小，对转动灵活性要求不高，但要求工作容量大一些。一般取较大的d0值，交叉滚柱式D0/d0近似取35，单排四点接触式取28。,第三节 单斗液压挖掘机,座圈滚道表面要求外硬内韧，感应处理，表面硬度HRC58左右，心部HB250300；滚动体直径越大，要求表面淬硬层越深；由于大直径座圈不容易达到高硬度和深淬硬层厚度，一般采用增大D0/d0的办法；双排滚珠滚盘，由于高度限制，滚珠直径更小。,第三节 单斗液压挖掘机,座圈毛坯加工方法：轧制：50Mn，50CrMnMo，40Cr。有的厂试制小型液压挖掘机时，滚盘座圈直接借用机车上轧制轮箍的毛坯；铸造：50CrMnMo，ZG38SiMnMo；水压机自由锻：50Mn，50CrMnMo。铸造及自由锻的毛坯加工余量大、成本高。轧制座圈质量稳定，车削工时仅为前两者的1/22/3，价格便宜。由于轧机能力所限，仅用于中小型座圈，2m以上的座圈多用锻和铸。,第三节 单斗液压挖掘机,座圈滚道的热处理：中频淬火，火焰淬火，高频淬火；要注意的问题：硬度偏低。寿命与静承载能力与滚道表面硬度成正比。多数情况下，滚道表面硬度略低于滚动体，约为HRC5560；但目前较难达到，有些直径较大的只有HRC48左右；淬埂层偏小。淬硬层要求一般为2.5mm以上。火焰淬火可达2mm，中频淬火日前可达1.8mm；高频淬火更小，使滚道易出现裂纹或剥落。硬度不均匀。交叉滚柱式的平面滚道中部硬，两端软，圆弧滚道沿圆周方向出现软点或压痕等，因而使承载能力达不到设计要求。变形。淬火回火后，有时出现翘曲达1.2mm，一般在0.5mm以上。安装后间隙不一致，严重时卡住。裂纹。用着色法测检，淬火不好的裂纹肉眼可见，有的裂纹宽达0.51mm。,第三节 单斗液压挖掘机,隔离块：为防止互相挤压，在滚动体之间，常采用较软的隔离块。交叉滚柱式过去有不用隔离块的，但在使用时会发生噪音和压痕，加隔离块后这些现象消失。材料主要采用尼龙、塑料(聚氯乙烯)、粉末冶金、青铜、钢等。青铜和钢本身重、价格高、消耗金属多、加工费时、经济性差。尼龙质量轻，可以压铸成型，不需再加工，价格便宜，使用效果较好，但压缩变形较大。,第三节 单斗液压挖掘机,四、液压系统将液压动力元件、液压执行元件、液压控制元件和其它辅件、管路按作业要求连接起来，称为液压系统。单斗液压挖掘机的液压系统各式各样，一般按主油泵的数量、功率调节方式和回路的数量来分类。六类基本形式：单泵或双泵单路定量系统，双泵双路定量系统，多泵多路定量系统，双泵双路分功率调节变量系统，双泵双路全功率调节变量系统和多泵多路定量、变量混合系统。另外，还有开式油路与闭式油路之分。,1、单泵单路定量系统,支腿,支腿,铲斗,动臂,斗柄,马达,动臂,转斗,2、双泵双路定量系统,推土,3、双泵双路分功率调节变量系统,主泵为两台轴向柱塞式变量泵。挖掘机小负荷时，泵输出的流量大，动作速度快；大负荷时，泵输出的流量小，工作装置可以较低的速度克服较大的负荷。油量的改变是通过压力变化反馈到泵本身的变量调节机构来实现的。由于每台泵只能输出发动机功率的二分之一，并且各自独立调节，故称为分功率调节变量系统。,3、双泵双路分功率调节变量系统,铲斗,动臂,斗柄,回转,4、双泵双路全功率调节变量系统,主泵为双联斜轴泵；在任何供油压力下，都能输出全部功率。两个泵是同步变量的，流量总是相等。决定泵流量变化的压力不是P1、P2的单数值，而是P1P2；全功率变量系统有以下特点：当一台泵空载时，另一台泵可以输出全部功率；可保证左右履带同步运行；挖掘作业中，卸土完毕后机械的回转和动臂的下降可同时动作，从而提高了作业效率。,第三节 单斗液压挖掘机,五、轮式挖掘机的悬挂与支腿工作原理摆动式悬挂平衡装置,第三节 单斗液压挖掘机,液压悬挂与支腿联动作用示意图,闭锁阀,联动换向阀,换向阀,