第五章 挖掘机械

第五章
挖掘机械
第一节 概
述
用途
挖掘机械是用来进行土、石方开挖的一种工程机械，按作业特点分为周 期性作业式和连续性作业式两种，前者为单斗挖掘机，后者为多斗挖掘机。
单斗挖掘机的主要用途是：
在筑路工程中用来开挖堑壕； 在建筑工程中用来开挖基础； 在水利工程中用来开挖沟渠、运河和疏通河道； 在采石场、露天采矿等工程中用于矿石的剥离和挖掘； 对碎石、煤等松散物料进行装载作业； 更换工作装置后还可进行起重、挠筑、安装、打校、夯土和拨桩。
(一)履带式行走装置的构造
履带式行走装置主要由行走架、中心回转接头、行走驱动装置、驱动轮、引导 轮和履带及张紧装置等组成。
行走架由X形底架、履带架和回转支承底座组成。
驱动轮大都采用整体铸件，其作用是把动力传给履带，要求能与履带正确啮 合，传动平稳，并要求当履带因连接销套磨损而伸长后仍能保证可靠地传递动力。 引导轮用来引导履带正确绕转，防止跑偏和脱轨。 行走驱动多数采用高速小扭矩马达或低速大扭矩液压马达驱动，左右两条履 带分别由两个液压马达驱动，独立传动。
抓斗的工作过程为：
(1)放松闭合索3，固定提升索，使斗瓣张开。
(2)同时放松提升索和闭合索，让张开的抓斗落在工作面上，并借自 重切入土中(Ⅰ)。 (3)逐渐收紧闭合索，抓斗在闭合过程中装满土料(Ⅱ)。 (4)当抓斗完全闭合后，提升索和闭合索收紧，并以同一速度将抓斗 提升(Ⅲ)，同时将挖掘机转至卸料位置。 (5)放松闭合索，使斗瓣张开，卸出土料(Ⅳ)。
分类及表示方法
单斗挖掘机可以按以下几个方面来分类： 按动力装置分为电驱动式、内燃机驱动式、复合驱动式等； 按传动装置分为机械传动式、半液压传动式、全液压传动式； 按行走机构分为履带式、轮胎式、汽车式； 按工作装置在水平面可回转的范围分为全回转式(360°)和非全国转式 (270°)。
挖掘机的类代号用字母W表示，主参数为整机的机重。如WLY表示轮胎式 液压挖掘机WY100表示机重为10t的履带式液压挖掘机。
(二)液压传动式单斗挖掘机的工作过程
液压传动式单斗挖掘机一般只带正铲、反铲、抓斗和起重工作装置，其 工作循环和机械传动式的挖掘机基本相同。
挖掘机的主要技术参数
单斗液压挖掘机的技术参数有：
斗容量、机重、额定功率、最大挖掘半径、最大挖掘深度、最大卸 载高度、最小回转半径、回转速度和液压系统的工作压力等。
第三节 挖掘机的使用
挖掘机的使用
（一）工作循环
挖掘机的一个作业工作循环可分为四个步骤： 挖土装载、满载回转、卸土、空斗转回至工作面。
(二)挖掘机的使用
决定挖掘机的每一个工作循环所耗费的时间的因素很多，它取决于机械本 身的性能、操作人员的技术水平和施工组织等因素。 为了缩短每一个工作循环的时间，可进行在空斗返回的回转过程中同时下 降铲斗和在回转卸土过程中同时调整铲斗卸土高度等联合作业。 在使用过程中．要经常注意斗齿的磨损情况，及时更换，否则会大大增加 切削阻力和发动机功率的消耗。为了合理利用发动机的功率，在挖掘过程中， 应根据土质的情况及时调整挖掘深度。 合理组织施工，保证挖掘机连续作业。
工作装置
(一)机械单斗挖掘机的工作装置 1．机械式正铲 正铲工作装置主要由动臂、斗柄、铲斗和机械操纵系统等组成。机械操纵系统 由动力绞盘和钢索滑轮系统组成。 2．机械式反铲 反铲工作装置由铲斗、斗柄、动胃和钢索滑轮系等组成。
(二)液压单斗挖掘机的工作装置 液压挖掘机的工作装置最常用的是反铲和正铲，也可以更换抓斗和拉铲工作装置。 1．反铲工作装置 反铲工作装置主要由动臂、斗杆、连杆和铲斗组成。
其中主要参数有标准斗容量、机重和额定功率三个，用来作为液压 挖掘分级的标志性参数，反映液压挖掘机级别的大小。
第二节 单斗挖掘机构造
工作原理和总体构造
单斗挖掘机主要 由发动机、机架、传 动系统、行走装置、 工作装置、回转装置、 操纵控制系统和驾驶 室等部分组成。
传动系统
(一)机械传动 履带式单斗挖掘机传动系统示意图如图5-8。 它是一个机械传动系统，发动机1输出的动力经主离合器2与链式减速器3传 给换向机构水平轴48。然后分成两条传动路线：一路由圆柱齿轮4、5、11将动 力传递至主卷扬轴12，驱动主卷简回转，控制铲斗的动作；另一路由换向机构 经垂直轴42、一个两挡变速器43，通过圆柱齿轮28、26分别将动力传递给回转 立轴29和行走立轴30。 结合爪形离合器27，回转立铀29带动回转小齿轮绕固定的大齿圈41回转， 从而带动回转平台向右或向左回转。结合爪形离合器25，行走立轴30经锥形齿 轮传动将动力传给行走水平铀37，再通过左右行走爪形离合器32和链传动把动 力传递结左右驱动链轮，左右爪形离合器32可将一边行走装置的动力切断而使 机械转向。 机械单斗挖掘机的传动系统，一般由以下机构组成： (1)主卷扬机构。 (2)回转机构。 (3)变幅机构。 (4)换向机构。 (5)行走机构。
(二)轮胎式行走装置的构造
行走液压马达直接与变速器相连接(变速器安装在底盘上)，动力通过变速器由 传动轴输出给前后驱动桥，或再经轮边减速器驱动车轮。
行走装置的摆动前桥
车架与前桥4通过中间的摆动 铰销铰接。铰销的两侧设有两 个悬挂液压油缸2，它的一端 与车架5连接，活塞杆端与前 桥4连接。挖掘机工作时，控 制阀1把两个液压缸的工作腔 与油箱的通路切断，此时液压 缸将前桥的平衡悬挂锁住，减 少了摆动，提高了作业稳定性； 行定时控制阀1左移，使两个 悬挂液压缸的工作腔相通，并 与油箱接通。前桥便能适应路 面的高低坡度而上下摆动，使 轮胎与地面保持足够的附着力。
生产率计算
(一)理论生产率 理论生产率是指挖掘机在“计算条件”下．单位时间内所挖掘的土方量， 其单位是 3 / h 。 m
3600 q Ql 60qn T
(二)技术生产率 技术生产率指在”给定条件“下连续工作l一小时所能获得的最大生产率。
KnKm K m 3600 q K m Q j 60 qn 60 qn j Ka Ka Tj Ka
Leabharlann Baidu 挖掘机械的工作过程
单斗挖掘机的工作装置主要有正铲、反铲、拉铲和抓斗等形式。
(一)机械式单斗挖掘机的工作过程
正铲挖掘机的工作装置由动臂2、斗杆5和铲斗1组成。 正铲的工作过程为： (1)挖掘过程 (2)回转过程 (3)卸料过程 (4)返回过程
机械传动的反铲挖掘机的工作装置由动臂5、斗杆4和铲斗2组成。动臂由前支架7支持。 反铲的工作过程为： (1)先将铲斗向前伸出，让动臂带着铲斗落在工作面上(Ⅰ)。 (2)将铲斗向着挖掘机方向拉转，于是它就在动臂和铲斗等重力以及牵引索的拉力作用下 完成挖掘(Ⅱ)。 （3)将铲斗保持Ⅱ所示状态连同动臂一起提升到Ⅲ所示状态，再回转至卸料处进行卸料。 反铲有斗底可开启式(Ⅳ)与不可开启式(V)两种。
反铲工作装置常用铲斗结构
常用的反铲斗的斗齿结构普遍采用橡胶卡销式和螺栓连接式。
2．正铲工作装置 单斗液压挖掘机的正铲工作装置主要由动冒2、动臂油缸1、铲斗5、斗底油缸4等 组成。
3. 抓斗工作装置 液压抓斗根据作业对象的不同，其结构形式主要有梅花抓斗和双颚式抓斗两 种形式。
液压控制系统
单斗液压挖掘机的传动系统将柴油机的动力传递给工作装置、回 转装置和行走装置等机构进行工作。它的多种动作都是由各种不同液 压元件所组成的液压传动系统来实现的。 液压传动系统常按主泵的数量、功率、调节方式和回路的数量来 分类。 单斗液压挖掘机上的液压控制系统一般有单泵或双泵单回路定量 系统、双泵双回路定量系统、双泵双回路分功率调节变量系统和双泵 双路全功率调节变量系统等形式，按油液循环方式的不同还可分为开 式系统和闭式系统。
机械传动的拉铲挖掘机的工作装置没有斗杆，而是由格栅型动臂与带钢索的 悬挂铲斗1组成。铲斗的上部和前部是敞开的。
拉铲的工作过程为： (1)首先拉收和放松牵引钢索3，使铲斗在空中前后摆动(视情况也可不 摆动)，将铲斗以提升钢索2提升到位置Ⅰ，然后同时放松提升钢索和牵 引钢索，铲斗被顺势抛掷在工作面上(Ⅱ→Ⅲ)，铲斗在自重作用下切入 土中。
(2)拉动牵引钢索，使铲斗装满土壤(Ⅳ)。
(3)然后提升铲斗，同时放松牵引钢索，使铲斗保持在斗底与水平面成 8～12°仰角，防止铲斗倾翻卸料。
(4)在提升铲斗的同时将挖掘机回转至卸料处，放松牵引钢索使斗口朝 下卸料。
(5)挖掘机转回工作面进行下一次挖掘。
抓斗挖掘机的工作装置是一种带两瓣或多瓣的蚌形抓斗1。抓斗用提升索2 悬挂在动臂4上。斗瓣的启闭由闭合索3来执行。为了不使爪斗在空中旋转，用 一根定位索5来定位。定位索的一端与抓斗固定，另一端与动臂连接。
WY100型全液压挖掘机液压系统
WY100型全液压挖掘机液压系统原理
径向柱塞泵18出来的高压油分成两个回路，分别进入两组四路组合阀，形成 两个独立的回路。
进入第一组四路组合阀的高压油，可以分别驱动回转马达16、铲斗油缸3、 辅助油缸及右行走马达26。由执行元件返回到四路组合阀的油进入合流阀13， 当四个动作元件全部不工作时通过零位串联的油道直接进入合流阀．该阀是液 控的二位三通阀(由工况选择阀及与之串联在一个油路上的二位三通电磁阀联合 控制)。通过操纵合流阀可以将第一分路的高压油并入第二分路的进油阀，进行 合流，也可以直接通到第二分路的四路组合回油部分的限速阀5，经过限速阀 后通入背压阀22、冷却器21、滤清器27，再回到油箱19。 进入第二组四路组合阀的高压油，可以分别控制动臂油缸4、斗杆油缸2、 左行走马达10及推土油缸7。油液由执行元件返回到回路组合阀，并进入限速 阀5中，当四个动作元件全部不工作时，则通过阀内的零位串联通道直接进入 限速阀5。油液由限速阀再进入背压阀流回油箱19。
(三)实际生产率 实际生产率指一台挖掘机在一段工作时间内所得到的实际平均生产率。
Qa Q j K l K s
(二)液压传动
柴油机驱动两个油泵11、12， 把压力油输送到两个分配阀中。 操纵分配阀将压力油再送往有 关液压执行元件，这样就可驱 动相应的机构工作，以完成所 需要的动作。
回转装置
液压挖掘机的回转装置由回转支承装置(起支承作用)和回转驱动装置(驱动转 台回转)组成。
行走装置
行走装置是挖掘机的支承部分，它承载整机重量和工作载荷并完成行走任 务，一般有履带式和轮胎式两种．常用的是履带式行走底盘。单斗液压挖掘 机的履带式行走装置都采用液压传动。