挖掘机液压工作运动分析

挖掘机液压工作运动分析
专业：自动化
班级：T1123-5
学号：20110230534
姓名：王光辉
挖掘机的工作特点及机械与液压的基本原理分析
一．挖掘机的工作机构
机构如图所示:
挖掘机的组成和工作原理
（1）组成
发动机：柴油机，提供动力；
底盘：包括离合器，变速器，后桥行走装置和机架，支撑整机质量和将动力传给行走机构的液压操作机构；
机架：整机的骨架，使整机成为整体。

电气系统：包括发动机的电启动部分，照明系统，控制系统和发电机等。

（2）工作原理
启动柴油机（主离合器）→变速器→中央传动系统→左右转向离合器→左右最终传动装置→行走机构，左右驱动轮→履带操纵系统→操纵挖斗工作
二．挖斗的运动过程分析
1.挖掘—通过对铲斗，斗杆及它们的复合动作，实现铲斗的破土和装土。

2.满斗回转—铲斗装满土后，动臂提升，同时进行平台回转到卸土位置。

3.卸土—平台回转到位后制动，由斗杆调节卸土半径，铲斗翻转卸土。

4.回位—铲斗卸土，转台反转，动臂，斗杆配合，回到挖掘位置
三．课堂中所包含的挖掘机的机械与液压
机构图如下：
挖掘机机械与液压包括：液压变力矩，联轴器总成，行星齿轮式动力换挡变速器，中央传动，转向离合和转向制动器，终转动和行走系统，挖斗的控制系统等。

图中的机构图中包含：
1.挖掘机的机械部分
平面连杆机构：挖掘机的工作离不开平面连杆机构，图中的斗杆与机械臂，连杆与铲斗液压杆和摇臂等都是构成连杆机构。

凸轮机构：当发动机工作时，曲轴通过齿轮驱动凸轮轴旋转的那个凸轮轴转到凸轮突起部分顶起挺杆时，通过推杆和调整器螺丝使摇臂绕摇臂轴转动，压缩气门弹簧，
压下气门使其开启。

而后，气门变回在弹簧的张力作用下而使气门关闭。

2.联接：
（1）.螺纹联接：挖掘机的各个部分都是通过螺纹精密联接的，各个工作部件都是可以拆分的，使得检修方便。

（2）.键连接：在发动机的飞轮上，采用了键的联接，此种联接方式简单，工作的可靠性较高，拆装方便。

（3）.铆接：挖掘机的驾驶舱是采用铁皮铆接而成的，此种联接方式为不可拆联接，其特点是精密性好，为驾驶员提供了较好的工作环境。

（4）焊接：焊接在挖掘机的上面运用极其广泛，一些大的不能一次成型的部件就是采用焊接的方式进行制造的，其中有缝焊接和角焊接两种。

3.带传动：发动机的水箱散热，以及很多部件的传动都是靠带传动来完成的。

4.齿轮传动：发动机内外的各种运动，变速装置都是离不开齿轮的。

5.轴：发动机的曲轴，传出发动机的动力。

除了以上的机械装置，挖掘机的还运用了轴承和蜗杆传动，轮系，减速器，联轴器，离合器等机械装置。

挖掘机的液压系统分析
1.液压土如下：
工作过程：
（1）向铲斗液压缸的小腔供油，斗扬起
（2）接通回转机构液压马达，转台转动至挖掘面
（3）向动臂液压缸小腔供油，液压缸回缩，动臂下降，铲斗接触挖掘面
（4）向斗杆液压缸货铲斗液压缸大腔供油，液压缸伸长，铲斗进行挖掘作业货装载作业（5）斗装满后，停止操纵斗杆缸和铲斗缸，向动臂液压缸大腔供油，动臂举升离开挖掘面（6）接通回转马达，斗转到卸载大点
（7）向斗杆液压缸和铲斗液压缸小腔供油，液压缸回缩，铲斗扬起卸土
挖掘机液压系统的特点
就图上那个来说有以下特点：
（1）液压泵系统该系统是由两台轴向变量活塞泵先导泵以及扭变阀截断阀和反向控制阀组成其中变量活塞泵中的伺服阀由伺服活塞和导向滑阀组成其作用是增大或减小变量活
塞泵的输出流量扭变阀由活塞阀体和电磁阀组成它的作用是液压泵在轻重负载变化时
能保持泵的驱动功率不变截断阀由活塞滑阀弹簧等组成它的作用是变量活塞泵在压力
低于系统溢流阀压力时截断阀不起作用变量活塞泵流量不变当变量活塞泵接近系统溢
流阀压力时通过截断阀会使泵排量减小也就是说截断阀的作用就是执行切断功能以减
小变量活塞泵流量因而减小了溢流损失反向控制阀也是由活塞滑阀和弹簧组成其作用
是按照控制阀的开口量控制变量泵的流量以减少空档和微调控制损失
（2）主控制阀系统主控制阀由行走往复阀四联多路阀组其中包括直线行走阀斗杆节流阀和五联多路阀组其中包括回转定压阀组成
（3）上车回转制动器上车回转机构的制动器为常闭式不工作时用弹簧力刹紧旋转工作时靠压力油解除刹车由回转电磁阀控制执行
（4）挖掘机行走系统行走系统具有高速和低速两挡高速低扭矩时双速液压马达调节阀根据行走速度电磁阀作用使调节活塞推动凸轮斜盘至最小角度行走马达排量最小系统处于高速状态低速大扭矩时电磁阀不起作用此时系统处于低速状态行走系统中的停车制动器采用的是常闭盘式制动器在行走控制杆处中立位置时流向行走制动阀的油停止行走制动阀阀芯处中位使制动器刹车制动起步行走时操纵行走杆使压力油经行走控制阀进入马达和制动阀。

四．对于机械与液压的认识
1、液压传动的优点
(1)体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；
(2)能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速；
(3)换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；
(4)液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；
(5)由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；
(6)操纵控制简便，自动化程度高；
(7)容易实现过载保护。

2、液压传动的缺点
(1)使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；
(2)对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；
(3)液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；
(4)用油做工作介质，在工作面存在火灾隐患；
(5)传动效率低。

液压技术的发展趋势
由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、
计算机技术、
微电子技术、磨擦磨
损技术、
可靠性技术及新工艺和新材料，
使传统技术有了新的发展，
也使液压系统和元件的
质量、水平有一定的提高。

尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。

综合国内外专
家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：
1减少能耗充分利用能量---液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。

如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。

为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：
①减少元件和系统的内部压力损失，
以减少功率损失。

主要表现在改进元件内部流道的压力损失采用集成化回路和铸造流道可少管道损失同时还可减少漏油损失。

②减少或消除系统的节流损失，
尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。

③采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。

④发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展
3通径、
4通径电磁阀以及低功率电磁阀。

⑤改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。

⑥为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。

2．主动维护----液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。

3．---- 要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。

---另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在
故障发生之前
一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。

液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。

根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。

液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

液压的原理
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它是由两个大小不同的液缸组成的，在液缸里充满水或油。

充水的叫“水压机”；充油的称“油压机”。

两个液缸里各有一个可以滑动的活塞，如果在小活塞上加一定值的压力，根据帕斯卡定律，小活塞将这一压力通过液体的压强传递给大活塞，将大活塞顶上去。

设小活塞的横截面积是S1，加在小活塞上的向下的压力是F1。

于是，小活塞对液体的压强为P=F1/SI, 能够大小不变地被液体向各个方向传递”。

大活塞所受到的压强必然也等于P。

若大活塞的横截面积是S2，压强P在大活塞上所产生的向上的压力F2=PxS2
截面积是小活塞横截面积的倍数。

从上式知，在小活塞上加一较小的力，则在大活塞上会得到很大的力，为此用液压机来压制胶合板、榨油、提取重物、锻压钢材等。

液压传动的发展史
液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795年英国约瑟夫•布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。

1905年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。

第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。

液压元件大约在19 世纪末20 世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。

1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。

20 世纪初康斯坦丁•尼斯克(G•Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。

第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。

应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20 多年。

在1955 年前后, 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了“液压工业会”。

近20~30 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。

液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工。

业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

液压的优缺点
与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：
1、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。

2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。

3、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。

4、可自动实现过载保护。

5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；
6、很容易实现直线运动/
7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

当然，液压传动也存在着一些缺点：
1、由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。

如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。

2、由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。

3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。

4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。

5、液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。

液压系统的组成及其作用
一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、无件和液压油。

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。

液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵，它们的性能比较如1-1所示
执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。

根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。

液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

编辑本段液压系统的三大顽疾
1、发热由于传力介质（液压油）在流动过程中存在各部位流速的不同，导致液体内部存在一定的内摩擦，同时液体和管路内壁之间也存在摩擦，这些都是导致液压油温度升高的原因。

温度升高将导致内外泄漏增大，降低其机械效率。

同时由于较高的温度，液压油会发生膨胀，导致压缩性增大，使控制动作无法很好的传递。

解决办法：发热是液压系统的固有特征，无法根除只能尽量减轻。

使用质量好的液压油、液压管路的布置中应尽量避免弯头的出现、使用高质量的管路以及管接头、液压阀等。

2、振动液压系统的振动也是其痼疾之一。

由于液压油在管路中的高速流动而产生的冲击以及控制阀打开关闭过程中产生的冲击都是系统发生振动的原因。

强的振动会导致系统控制动作发生错误，也会使系统中一些较为精密的仪器发生错误，导致系统故障。

解决办法：液压管路应尽量固定，避免出现急弯。

避免频繁改变液流方向，无法避免时应做好减振措施。

整个液压系统应有良好的减振措施，同时还要避免外来振源对系统的影响。

3、泄漏液压系统的泄漏分为内泄漏和外泄漏。

内泄漏指泄漏过程发生在系统内部，例如液压缸活塞两边的泄漏、控制阀阀芯与阀体之间的泄漏等。

内泄漏虽然不会产生液压油的损
失，但是由于发生泄漏，既定的控制动作可能会受到影响，直至引起系统故障。

外泄漏是指发生在系统和外部环境之间的泄漏。

液压油直接泄漏到环境中，除了会影响系统的工作环境外，还会导致系统压力不够引发故障。

泄漏到环境中的液压油还有发生火灾的危险。

解决办法：采用质量较好的密封件，提高设备的加工精度。

另：对于液压系统这三大顽疾，有人进行了总结：“发烧、拉稀带得瑟”（这位总结者是东北人）
液压系统
用于升降机，挖掘机，泵站，强夯机，起重机，等等大型工业，建筑，工厂，企业，还有升降机，升降平台，登车桥等等行业。

五．总结：
倏忽间半年的时光已经过去了，在这半年中我们完成了对机械与液压这门课程的学习。

这门课程是我们在工程制图的基础上对机械方面知识有了更深的理解。

机械在我们的日常生活中是很常见的，机械推动了人类文明的进步，而液压系统在现代机械中是比不可少的组成部分。

我国在机械研究与制造方面拥有悠久的历史，从春秋战国时代的墨家开始，我国的劳动人民就充分发挥其智慧，建造了各种各样的机械，其后张衡、诸葛亮、沈括、宋应星等人都是我国著名的发明家。

这是中华名族的宝贵财富。

令人心痛的是到了近代后我国没有能够保持住先发优势，导致科技逐渐被西方赶上。

但是民国以后，我国的仁人志士开始觉醒，创造了许多科学奇迹，如茅以升建造的钱塘江大桥。

新中国成立后，我国的科技事业更是土匪猛进，近来我国先后涌现出了一大批在世界具有举足轻重地位的机械高科技企业，如三一重工、中联重科、徐工集团等，它们是中国机械行业的希望，是中国实体经济的重要组成部分。

精密机械是一个国家科技实力的重要象征，老牌发达国家如日本、德国在这方面都有很雄厚的实力，很值得我国学习。

我们作为受
过高等教育的新一代大学生，应当时刻以振兴中华为己任，为祖国的现代化事业贡献出自己的一份力量。