挖掘机动臂机构液压系统

挖掘机动臂机构液压系统

1、设计背景

液压挖掘机是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。由于液压挖掘机具有多品种，多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐。液压挖掘机的生产制造业也日益蓬勃发展。

挖掘机液压传动紧密地联系在一起，其发展主要以液压技术的应用为基础。其结构主要是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成（如图所示），由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析设计已经成为推动挖掘机发展中的重要一环。

2、设计要求

2.1使用要求

小型挖掘机主要用于城市、狭窄地区，代替人力劳动。主要作业是挖掘、装载、整地、起重等，用于城市管道工程、道路、住宅建设、基础工程和园林作业等。小型挖掘机体积小，机动灵活，并趋向于一机多能，配备多种工作装置，除正铲、反铲外，还配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、电磁吸盘、推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及拉铲等，以满足各种施工的需要。与此同时，发展专门用途的特种挖掘机，如低比压、低嗓声、水下专用和水陆两用挖掘机等。总之它是一种多用途万能型的城市建设机械。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，特别要注意以下几点：

(1)安全性即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)低公害即排放要求高、低震动、低噪音，声音要比较悦耳。

(3)与周围环境能调和，形象要美观，形体和色彩不要引起人们不愉快感，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。

2.2 性能要求

小型挖掘机具有中型挖掘机的多项功能，又具有便于运输、能耗低、灵活、适应性强等优势，非常适用于空间狭小的施工场地作业，而且价格低、质量轻、保养维修方便，所以在小型土石方工程、市政工程、路面修复、混凝土破碎、电缆埋设、自来水管道的铺设、园林栽培等工程中得到了广泛的应用。由于满足基本的挖掘、装载、

整地、起重等功能外，必须考虑到工作空间小(人力所不能至)、地形复杂、方便操作、可控，目前市场对小型挖掘机性能要求如下]2[：

(1)改进挖掘机可控性和控制精确性以及复合动作。

(2)简化液压系统、降低成本，达到大作业量与低油耗的动态平衡。

(3)改进工作可靠性。

(4)改进驾驶操作舒适性及降低劳动强度，提高单位生产率。

(5)改进操作安全性。

(6)低振动、低噪音适用生活区工作。

2.3 总体图

液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用，因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。

1.铲斗缸

2.斗杆缸

3.动臂缸

4.回转马达

5.冷却器

6.滤油器

7. 磁滤器

8.油箱

9.液压泵

10.背压阀11. 后组合阀 12.前组合阀 13.中央回转接头14.回转制动阀 15.限速阀16.行走马达

图1.1 液压挖掘机整体系统图

3、液压系统的设计

液压系统设计作为机电一体化挖掘机设计的重要组成部分，设计时必须满足挖掘机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好、效率高、结构简单、工作安全可靠、寿命长、经济性好、使用维护方便。其中液压系统的设计作为挖掘机总体设计的一部分，必须要满足整机工作要求，并要求进行相关参数的计算与分析验证，选取合适的各液压元件。

3.1 液压挖掘机的工况分析

液压挖掘机的主要功能运动包括以下几个动作(如图3.1所示):动臂升降、斗杆

收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走以及其它辅助动作。除了辅助动作 (例如整机转向等)不需全功率驱动以外，其它都是液压挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。

3.1.1．挖掘机的典型作业流程:

(1) 整机移动至合适的工作位置

(2) 回转平台，使用工作装置处于挖掘位置

(3) 动臂下降，并调整斗杆、铲斗至合适位置

(4) 斗杆、铲斗挖掘作业

(5) 动臂升起

(6) 回转工作装置至卸载位置

(7) 操纵斗杆、铲斗卸载

1一动臂升降;2一斗杆收放:3一铲斗装卸;4一转台回转:5一整机行走

图3. 1液压挖掘机的工作运动

3.1.2．工况分析

(1) 铲斗挖掘工况:由铲斗液压缸单独动作进行挖掘的工况。采用铲斗液压缸进行挖掘常用于清除障碍，挖掘较松软的土壤以提高生产率，因此，在一般土方工程挖掘中(III级土以下土壤的挖掘)铲斗挖掘最常用。

(2) 斗杆挖掘工况:由斗杆液压缸单独动作进行挖掘的工况。在较坚硬的土质条件下工作时，为了能够装满铲斗，中小型液压挖掘机在实际工作中常以斗杆液压缸进行挖掘。

(3) 联合挖掘工况:由铲斗、斗杆液压缸复合动作进行挖掘的工况，必要时还需配以动臂液压缸的动作。主要用于需要轨迹控制的情况。

当单独采用斗杆液压缸进行挖掘时，挖掘轨迹以动臂与斗杆的铰点为中心，铲斗斗尖所作的圆弧线的长度决定于斗杆液压缸的行程。当动臂液压缸位于最小长度并以斗杆液压缸进行挖掘时，可以得到最大挖掘深度尺寸，并且也有较大的挖掘行程。

(4) 空斗返回:卸载结束，转台反向回转，动臂液压缸和斗杆液压缸配合，把空斗放到新的挖掘点，此时是回转和动臂或斗杆的复合动作。

(5) 整机移动工况:将整机移动至合适的工作位置。