1、挖 掘 机,土石方作业的主力施工机种增长速度最快、增长绝对值最快对装载机的取代作用最显著,柳工技术中心 挖掘机室,挖掘机概述,挖掘机械作为一种快速、高效的施工作业机械是工程机械中的一个主要机种，是土石方施工工程中的主要机械设备之一，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,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斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回
2、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,挖掘机简史,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初期液压挖掘机采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全,挖掘机简史,从20世纪60年代起，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，产量猛增1968-1970年间，液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的83%，目前已接近100%,当前挖掘机水平及发展动向,工业发达国家生产挖掘机较早法国、德国、美国、
3、俄罗斯、日本是斗容量3.5-40m3单斗液压挖掘机的主要生产国从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机,当前挖掘机水平及发展动向,美国马利昂公司生产的斗容量50-150m3剥离用挖掘机，斗容量132m3的步行式拉铲挖掘机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，斗容量107m3的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。,挖掘机之最,最小的挖掘机：（研究阶段）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，1950年发展最快的国家：日本需求增长最快的国家：中国,挖掘机分类,单斗挖掘机分类（传动方式）,斗轮式挖掘机,挖沟机,机械式挖
4、掘机,单斗液压挖掘机,单斗液压反铲挖掘机,表征挖掘机大小的主要指标,标准斗容量：单位，立方米。这是早几年表述挖掘机大小的第一指标。机重：单位，吨。这是近几年开始表述挖掘机大小的第一指标。,发动机额定功率：单位，千瓦。,履带式单斗液压反铲挖掘机基本组成,液压挖掘机工作原理,反铲挖掘机的作业过程,挖掘：挖掘时先将铲斗向前伸出，动臂带着铲斗落在工作面上，然后铲斗向着挖掘机方向拉转，铲斗在工作面上挖出一条弧形挖掘带并装满土壤回转：随后将铲斗连同动臂一起升起，上部转台带动铲斗及动臂回转到卸土处,挖掘机每一作业循环包括：,反铲挖掘机的作业过程,卸料：将铲斗向前推出，使斗口朝下进 行卸土返回：卸土后将动臂及
5、铲斗回转并下放至工作面，准备下一循环的挖掘作业,挖掘机工作的特点,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面。,挖掘机的工作装置,工作装置是挖掘机的重要部分，常用工作装置类型有：反铲：以挖掘地面以下为主正铲：以挖掘地面以上为主装载：以装载地面以上松散物料为主抓斗：深井作业、装卸物料起重装置：主要用于装卸及埋设管道,反铲装置,铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构型式主要用于挖掘地面以下土方，往往以转斗挖掘为主动臂、斗杆和铲斗等主要部件彼此铰接
6、，在液压缸的作用下各部件绕铰接点摆动，完成挖掘、提升和卸土等动作,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，但要保证薄板不失稳最终目的：重量轻，强度高，刚性好有效的工具：计算机有限元应力分析,动臂、斗杆结构,箱型截面,动臂,动臂是反铲装置的主要部件，其结构有：整体式动臂：多用于长期作业条件相似的挖掘机上组合式动臂：,整体式动臂,结构简单，质量轻而刚度大；缺点是更换的工作装置少，通用性较差。整体式动臂又可分为直动臂和弯动臂两种。直动臂结构简单、质量轻、制造方便，但不能获得较大的挖掘深度，主要用于悬挂式液压挖掘机；弯动臂是目前应用最广泛的结构型式，它可以使挖
7、掘机有较大的挖掘深度。但降低了卸土高度，这正符合挖掘机反铲作业的要求。,组合式动臂,组合式动臂用辅助连杆或液压缸连接而成。可根据作业条件，即时用辅助连杆或液压缸大幅度调节上、下动臂之间的夹角，调整挖掘机的作业尺寸和挖掘力，提高挖掘机的作业性能，容易得到较大距离的垂直挖掘轨迹。互换工作装置多，可满足各种作业的需要其缺点是结构和操作复杂化，质量大，制造成本高，一般用于中、小型挖掘机上。,标准动臂、标准斗杆、标准铲斗用于大多数作业；变形1：短动臂长斗杆用于坡道平整作业和挖掘基坑；变形2：超长臂反铲用于疏浚河道；变形3：拐臂式用于挖掘墙基。,工作装置的变化,超长臂反铲的应用,铲斗,铲斗形式、尺寸与其作
8、业对象有很大关系。为了满足各种挖掘作业的需要，在同一台挖掘机上可配以多种结构型式的铲斗铲斗的斗齿采用装配式，其形式有橡胶卡销式和螺栓连接式。,多种斗容多种用途的铲斗,岩石斗,主动挖掘力,主动挖掘力=工作装置油缸的推力相应的杠杆比杠杆机构效率其中工作装置油缸的推力与下列因素相关：液压系统压力、回油背压、油缸本身的效率等,影响挖掘力发挥的因素,动臂油缸的闭锁能力用铲斗挖掘时，斗杆油缸的闭锁能力用斗杆挖掘时，铲斗油缸的闭锁能力整机与地面的附着能力整机向前倾翻的可能性整机向后倾翻的可能性,挖掘性能的分析挖掘图,挖掘机专用CAD软件,土的切削,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
9、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。,切削阻力问题,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。,挖掘机性能与挖掘力,挖掘机性能取决于实际斗齿挖掘力、生产率和工作尺寸三方面就工作装置而言，归结于挖掘
10、力、工作装置动作速度和工作尺寸三方面挖掘力和挖掘速度是一对统一于纯挖掘功率之下的矛盾，挖掘力是矛盾的主要方面,挖掘机的作业范围,A：最大挖掘高度B：最大卸载高度C：最大挖掘深度F：最大挖掘距离G：在地平面的最 大挖掘距离,正铲装置,通用正铲：以挖掘土方为主挖掘装载装置：以装载岩石为主,以挖掘地面以上为主，且大多用于采矿装岩作业 ，工作对象坚硬，须采用切削厚度较小、挖掘行程较长的挖掘方式，故一般以斗杆挖掘为主。 根据挖掘对象不同可分为：,挖掘装载装置,其他工作装置,抓斗装置起重装置挖掘平整装置破碎锤抓钳装置液压剪 。,挖掘机的应用广泛，除反铲、正铲以外，可以更换多种类型的工作装置，常见的其他装置
11、有：,抓斗装置,抓斗分液压抓斗和钢绳抓斗两类，液压挖掘机一般采用液压抓斗。 抓斗装置按用途不同有：,圆井抓斗木材抓斗松散料抓斗挖土抓斗梅花(多颚)抓斗 。,吊管用起重装置,吊管用起重装置是反铲的替换装置，主要用于吊装地下管道。它有三种不同形式。 起重量受以下三个条件限制：,倾复载荷（不得超过75%）液压油缸能力（不得超过87%）结构强度,建筑安装用起重装置,这种装置只保留动臂和动臂油缸，在动臂上加装一个桁架起重臂吊钩升降利用钢绳滑轮机构,挖掘平整装置,伸缩臂式：铰接式：,能保证工作机构沿水平面或倾斜面作长距离运动,液压破碎锤,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,抓钳装置
12、,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,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,回转装置,挖掘机的回转时间约占工作循环时间的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,全回转的回转机构,高速方案：高速小扭矩液压马达+减速机+回转支承低速方案：低速大扭矩液压马达+回转支承,全回转机构按液压马达的
13、结构型式可分为：,据统计，约有80%左右的挖掘机采用高速方案,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（相当于轴承内圈）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,生产率,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。,生产率是挖掘机主要技术经济指标之一。,较大
14、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,行走装置,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：,履带式行走装置牵引力大（机重的70-90%），接地比压小，越野性能好，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
15、，挖掘时需要专门的支腿支撑使机器稳定,行走装置,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,履带式行走装置,行走架是履带行走装置的承重骨架它由底架、横梁和履带梁组成行走架按结构的不同分组合式和整体式两种,行走架,液压挖掘机采用整体式行走架较多整体式行走架结构简单、自重轻且刚性好,履带与其所绕过的驱动轮、导向轮、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
16、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导向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,四轮一带,转台平衡和整机稳定,由于工作装置呈悬臂的特点，因此工作时在其自重和外载荷作用下对底部履带边缘产生很大的倾覆力矩。这个力矩完全靠机身自重和转台后部的配重所产生的力矩来平衡，使挖掘机在各种工况下都能稳定地工作稳定性能的优劣对整机工作影响很大,转台平衡,挖掘机行走装置固定的，重心位置较低，是机器稳定的因素由于作业时工作装置的位置经常变化，且铲斗装料量也在变化，以致上部转台的重心位置变化较大挖掘过程中还有土壤的反力作用在工作装置
17、上,转台平衡与配重,为得到较好的整机稳定性，同时使回转支承受力和磨损均匀，应使挖掘机在一个工作循环中上部转台的合力前后移动均匀确定非常合理的配重有一定难度根据经验，挖掘机处于运输状态，配重应使上部转台连同工作装置的合力通过回转中心,回转平台,提供安装发动机、液压件、配重、驾驶室等诸多部件的平台。,需要具备足够的刚度,整机稳定性,作业稳定性：1、挖掘状态 2、卸载状态自身稳定性行走稳定性,挖掘状态稳定性,挖掘失稳状态,斗杆垂直地面斗齿尖在地面以下0.5m进行铲斗挖掘最大挖掘深度时铲斗挖掘最大地面挖掘半径时铲斗挖掘,卸载状态稳定性,斜坡上满斗最大幅度斜坡上满斗回转紧急制动,必须满足在12斜坡上安全
18、,自身稳定性,必须满足在7斜坡上安全,行走稳定性,爬坡时的稳定性下坡制动时的稳定性,必须满足在25斜坡上安全,液压系统,按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来的组合体，称为挖掘机的液压系统。其功能是，以油液为工作介质，利用液压泵将发动机的机械能转变为液压能并进行传送，然后通过液压缸和液压马达等将液压能转换为机械能，实现挖掘机的各种动作,液压系统基本要求,保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗既可独自动作，也可互相配合实现复合动作工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能作复合动作，以提高挖掘机的生产率履带式挖掘机的左、右履带分别驱动，使挖掘机行走方便、转向灵活，并且可
19、就地转向，以提高挖掘机的灵活性,根据挖掘机的工作及环境特点，液压系统应满足如下要求：,液压系统基本要求,保证挖掘机的一切动作可逆，且无级变速保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件（液压缸、液压马达等）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，防止整机超速溜坡防止动臂、斗杆因自重而工作失速,液压系统基本要求,高传动效率，充分发挥发动机动率系统和元件在负载变化大、急剧的振动冲击作用下，具有足够的可靠性设置轻便耐振的冷却装置，使主机持续工作时液压油温不超过80度，或温升不超过45度密封性能好，作业现场尘土多，液压油容易被污染，系统要设置滤油器和防尘装置采用液压或电液伺服操纵装置，提高挖掘机
20、技术性能和减轻驾驶员的劳动强度。,液压系统类型,按液压泵特性，液压挖掘机采用的液压系统大致上有三种类型：定量系统：流量不随负载而变化，通常依靠 节流来调节速度变量系统：通过容积变量来实现无级调速的变量系统和定量,大多数液压挖掘机采用高压变量系统,液压变量系统,大多数液压挖掘机采用高压变量系统，通过容积变量来实现无级调速，功率利用和系统性能较好变量系统多采用变量泵-定量马达的组合方式实现无级变量，且都是双泵双回路根据两个回路的变量有无关连，分为： 分功率变量系统 全功率变量系统,分功率变量调节,系统的每个油泵各有一个功率调节机械，油泵的流量变化只受自身所在回路压力变化的影响，与另一回路的压力变化
21、无关，即两个回路的油泵各自独立地进行恒功率调节变量，两个油泵各拥有一半发动机输出功率,全功率变量调节,系统中的两个油泵由一个总功率调节机构进行平衡调节，使两个油泵的摆角始终相同，同步变量、流量相等。决定流量变化的是系统的总压力，两个油泵的功率在变量范围内是不相同的,液压挖掘机操纵系统,操纵系统是用来完成挖掘作业中各种动作的操纵液压挖掘机挖掘作业过程中主要有铲斗转动、斗杆收放、动臂升降和转台回转等四个动作操纵系统中工作油缸的推拉和液压马达的正、反转，绝大多数是采用三位轴向移动式滑阀来控制油液流动的方向作业速度是根据液压系统型式和阀的开度大小等由操作者控制或者通过辅助装置来控制,操纵系统基本要求,
22、操纵系统要集中布置在驾驶室内，并符合人体机能学的要求。例如，按男子160-180cm、女子150-170cm身高来设计、布置操纵装置及驾驶室作业操纵时的启动和停止应平稳，并可控制其速度和力量，可以同时控制复合动作操纵简单，轻便和直观。一般手柄上的操作力不超过40-60N，而单边的手柄操作行程不超过17cm，转动手柄的转角不超过35-40度。脚踏板转动角度不超过60-70度。踏板行程在6-20cm范围内，踏板的踏动力不超过80-100N,操纵系统基本要求,操纵机构的杠杆变形要小，机构组成的间隙和空行程要小操纵手柄和脚踏板的数目量少，最好可以手脚联动，便于操作人员做复合操作应保证在-40-50度的
23、范围内操作性能正常,操纵系统基本形式,根据推动主分配阀的动力来源，液压挖掘机作业操纵系统的基本型式可分为： 机械杠杆式 液压式 气压式 电气式 。 采用液压式、气压式和电气式操纵可以减轻操作人员的劳动强度，并便于操纵系统的合理布置,液压操纵系统,液压操纵是依靠油液压力来推动主分配阀的阀杆，现在越来越多的液压挖掘机采用液压操纵，其型式有：机械反馈随动式操纵阀与主分配阀一体式先导阀操纵式,先导阀操纵系统,液压操纵型式采用先导阀操纵式居多，它又分为：压力发生式：这是一种远距离操纵阀，驾驶员利用先导阀的压力油来操纵主分配阀减压阀式：与压力发生式先导阀操纵一样，操纵主分配阀滑阀的移动，也是用液压导向而进
24、行间接控制的，所不同的是采用了减压式先导阀,挖掘机走合期,新购或经过大修的挖掘机，必须经过一段试运转的时间，通常称之为走合期。走合的目的是为了防止挖掘机早期磨损，延长挖掘机的使用寿命。走合期一般为100小时。在挖掘机走合期内，必须严格执行下列规定：,挖掘机走合期,走合期内在明显处悬挂“走合期”字样的标牌走合期内发动机应减速30%，减小负荷20%-30%进行运转启动发动机时严禁猛轰油门，发动机低温启动时应预热20-50秒，然后启动发动机启动后怠速运转3-5分钟，冷却水温升至40度时方可增加转速和负荷走合期的前30或50小时内应挖掘较松的土壤，每次装料为斗容量1/2，以后的70或50小时内装料量可
25、逐步增加，但不得超过斗容量的3/4，并适当降低操作速度,挖掘机走合期,走合期内应经常注意挖掘机各机构的运转情况，观察液压系统有无渗漏现象。对运转中的不正常现象应立即停机检查其原因，并予以排除走合期满后应根据走合期内运转情况对机器进行全面检查、调整和润滑工作。检查液压油箱液压油的清洁情况，必要时予以更换,挖掘机操作作业前的技术准备,检查仪器仪表启动或操作前应发出警告信号检查液压系统有无渗漏试运转，确认机器正常方可进入作业状态详细了解施工任务和现场情况。检查挖掘机停机处土壤的坚实性和稳定性严禁任何人员在挖掘机作业区内滞留，禁止无关人员进入驾驶室,挖掘机操作作业与行驶中的技术要求,作业时禁止任何人上
26、、下机器和传递物品不要随意调整发动机（调速器）以及液压系统、电控系统卸料时在不碰撞自卸车任何部位的情况下，应尽量降低铲斗高度，严禁铲斗从自卸车驾驶室上方越过禁止利用铲斗击碎坚固物体，如遇到较大石块或坚硬物体时，应先清除后继续作业禁止挖掘未经爆破的5级以上的岩石,挖掘机操作作业与行驶中的技术要求,挖掘机在工作面内移动时应先平整地面，并清除通道内的障碍物禁止用铲斗油缸全伸出的方法顶起挖掘机，铲斗没有离开地面时挖掘机不能作横行行驶或回转运动禁止用挖掘机动臂横向拖拉他物液压挖掘机不能用冲击方法进行挖掘挖掘机在作回转运动时，不能对回转手柄作相反方向的操作,挖掘机操作作业与行驶中的技术要求,挖掘机与高压电
27、线的距离不得少于5m挖掘机应尽可能避免倒退行走挖掘机运行时其动臂应与行走机构平行，转台应锁止，铲斗离地面1m左右下坡时应使用低速档挖掘机行走路线应与边坡、沟渠、基坑保持足够距离，以保证安全越过松软地段时应使用低档匀速行驶，必要时使用木板、石块等予以铺垫,反铲挖掘机的基本作业方式,沟端挖掘沟侧挖掘直线挖掘曲线挖掘超深沟挖掘和沟坡挖掘 。,沟端挖掘,挖掘机从沟槽的一端开始挖掘，然后沿沟槽的中心线倒退挖掘，自卸车停在沟槽一侧，挖掘机动臂及铲斗回转40-45即可卸料如果沟宽为挖掘机最大回转半径的两倍时，自卸车只能停在挖掘机的侧面，动臂及铲斗要回转90方可卸料若挖掘的沟槽较宽，可分段挖掘，这样可减少作业
28、循环的时间，提高作业效率,沟侧挖掘,沟侧挖掘与沟端挖掘不同的是，自卸车停在沟槽端部，挖掘机停在沟槽一侧，动臂及铲斗回转小于90可卸料。沟侧挖掘的作业循环时间短、效率高，但挖掘机始终沿沟侧行驶，因此挖掘过的沟边坡较大,直线挖掘,当沟槽宽度与铲斗宽度相同时，可将挖掘机置于沟槽的中心线上，从正面进行直线挖掘。挖到所要求的深度后再后退挖掘机，直至挖完全部长度。利用这种挖掘方法挖掘浅沟槽时挖掘机移动的速度较快，反之则较慢,曲线挖掘,挖掘曲线沟槽时可用短的直线挖掘相继连接而成为使沟廓有圆滑的曲线，需要将挖掘机中心线稍微向外偏斜，同时挖掘机缓慢地向后移动,超深沟挖掘,当需要挖掘面积很大、深度也很大的沟槽时，可采用分层挖掘方法或正、反铲双机联合作业,沟坡挖掘,挖掘沟坡时将挖掘机位于沟槽一侧，最好用可调的加长斗杆进行挖掘，这样可以使挖出的沟坡不需要作任何修整,反铲挖掘机的应用,反铲挖掘机可用于路堑挖掘、填筑路堤、平面挖掘、建筑物基础的挖掘和沟槽挖掘等工程施工,谢谢各位！,希望大家对挖掘机有一个初步的了解和认识,
