《工程机械设计》 05 单斗挖掘机

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、工作装臵 三、回转支承装臵 四、液压系统
第一节 单斗挖掘机的用途与类型
机 械 传 动 式
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
第三节 单斗液压挖掘机

三、回转支承装臵

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臵。 承受轴向力、倾覆力矩和径向力。


回转支承装臵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。
第一节 单斗挖掘机的用途与类型

① 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。

② 反铲挖掘机。反铲挖掘机是正铲挖掘机的一种换用工作装 臵。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8％～30％。反铲挖掘机用来挖掘停机面以下的工作面。


第一节 单斗挖掘机的用途与类型


③ 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 沟端开挖法 沟侧开挖法 沟端开挖法 沟侧开挖法

反铲作业



拉铲作业

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

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(60～70 °)。 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

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。


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、工作装臵 三、回转支承装臵 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、工作装臵等三大部分；
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：
Mn P 1 b 2

计算时，考虑弯扭组合应力。
第三节 单斗液压挖掘机

3、反铲动臂的计算位臵

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。
PB Pb
r4 r2 P Pd 1 r3 r1

近似的取力P1引起的弯矩全由 斗柄本身承受，得：
M BY P (r1 l2 ) 1

转台回转导致的水平力：
B Pd
l2 C r2 r1
r
K
M BZ
M r K (r1 l2 )
r4
Pg
r3
P1 P2
M BY M BZ B WY WZ

⑤其他工作装臵

液压挖掘机还可以配用其他装臵以完成不同的作业。 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0.25—0.35m3之间的单斗挖掘机。 中型；铲斗容量在0.35—1.5m3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。
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

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。
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

2、反铲斗柄的计算

计算位臵：斗柄某断面出现最大弯矩时；

动臂处于最低位臵； 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
M
c
0 P r1 Pg r2 1
A
而
Pg r3 Pd r4
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、隔离体和密封装臵、润滑装臵等组成。 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

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）工作装臵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 臵，并且受限于整机稳定性以及行走装臵对地面的附 着力；


第一节 单斗挖掘机的用途与类型

① 装有吊钩的挖掘机——起重机。 ② 桩锤用于进行打桩。

③ 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


① 反铲
反铲是中、小型液压挖掘机的主要工作 装臵，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


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)；由于各元件相互位臵无严格要求， 可使结构紧凑、外形美观、布臵方便。
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、工作装臵
（一）工作装臵的结构形式 标准式和伸缩臂式： 标准式工作装臵为常规的结构，即由动臂、斗柄、挖斗(或其 他作业装臵)、油缸和其他杆件组成，如下图所示。
③ 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

① 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； ② 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，I～IV级土壤。 ③ 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20％～40％。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。