液压单斗挖掘机及工作原理

挖掘机械—2 单斗液压挖掘机—R994B型单斗液压挖掘机
整体式动臂
鹅颈式动臂
弯动臂：目前应用最广泛的结 构形式，可获得较大的挖掘深 度，但降低了卸土高度，这个 正符合挖掘机反铲作业的也要
挖掘机械—2 单斗液压挖掘机—R994B型单斗液压挖掘机
工作装置 2、斗杆
三、铲斗与铲斗液压缸的连接方式
直接连接方式：铲斗、斗杆与组成四连杆机构 六连杆方式：铲斗液压缸通过摇杆1与连杆2与铲斗相连 六连杆方式二：活塞杆端接于摇杆两端之间
挖掘机械—2 单斗液压挖掘机—液压挖掘机主要机构的综合分析
反铲：
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
挖掘机械—2 单斗液压挖掘机—液压挖掘机主要机构的综合分析
工作装置的改进
强力三角杠杆：
挖掘机械—2 单斗液压挖掘机—液压挖掘机主要机构的综合分析
当前挖掘机水平及发展动向
美国特雷克斯-O&K公司：
RH40-E：102～106t， 477KW， 7.0m3； RH70： 122t， 522KW， 7.2m3， 反铲； RH90-C： 170t， 760KW， 10.0m3； RH120-E： 283t，1008KW， 15.0m3； RH170： 374t，1492KW， 18.0m3； RH200： 525t，1880KW， 26.0m3；
工作装置 3、铲斗
铲斗
铲斗形式、尺寸与其作业对象有很大关系。 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。
大斗用于挖掘松软的土层，小斗用于挖掘 硬土和碎石。
铲斗与斗杆联接
销轴与铲斗同转 黄油注入 O形圈-防尘 铲斗间隙调整
大值；
动臂位于动臂液压缸对 铰点C有最大作用力， 臂rBmax处斗杆液压缸 作用力臂最大，这时F、 Q、V共线，或铲斗位于 发挥最大挖掘力位置。
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
挖掘机械—2 单斗液压挖掘机—概述
德国德马格公司：
H255：13m3； H455：28m3； H685：38m3； H740：40m3；
挖掘机械—2 单斗液压挖掘机—概述
德国利勃海尔公司：
R994：20m3； R995：26.5m3； R996：36m3；
美国卡特彼勒公司：
正铲： 5130B：9～11m3； 5230B：12.5～17m3； 反铲： 5130B ME：8.5～18.3m3； 5230B ME：13～27.5m3；
4、生产制造情况
日本日立公司：
EX2500：16.5m3； EX3600：21m3； EX5500：29m3； EX8000：40m3；
日本小松公司：
PC3000：14.9m3； PC4000：21m3； PC5500：28m3； PC8000：38m3；
国内自主品牌挖掘机企业大体上可分为三类： 1）以小型挖掘机为突破口的企业，如玉柴机器和山河智能； 2）由其他产品渗透到挖掘机的大型企业，如柳工、厦工、徐工、临工、福田和福建晋工、 龙工、三一重工等。 3）新兴的民营小企业。
结束

4）、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。
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)；由于各元件相互位置无严格要求，可使结构紧 凑、外形美观、布置方便。
3）为使装进铲斗的物料不易掉出，斗宽与物料直 径之比应大于4：1
4）物料易于卸净，缩短装载时间，并提高铲斗有 效容积。
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
最大挖掘力: 铲斗齿尖的运动轨迹的切线方向上所产生挖掘力的最
（有更大的铲斗转角，但其平均挖掘力较小）
得到较大的 铲斗转角， 改善机构的 传动特性
斗杆结构型式
整体式斗杆：可通过更换斗杆或设置2~4个铰接孔来改变斗杆的长度或调整铲斗 转角。整体式斗杆的油缸布置简单，挖掘效率高，可以根据需要更换斗杆改变长 度。
组合式斗杆：不常用。
整整体式动臂体式动臂
挖掘机械—2 单斗液压挖掘机—R994B型单斗液压挖掘机
液压单斗挖掘机
第一节、概述
挖掘机械—2 单斗液压挖掘机
1、用途和类型
基于机械式挖掘机发展而来，与机械式的主要区别在于 传动和控制装置不同：
机械式： 利用齿轮、链轮、钢绳、皮带等来传递动力； 液压式： 采用容积式液压传动来传递动力，由液压泵、液压马达 、液压缸、控制阀、油管等元件组成；
也属于间断式作业设备工作循环： 挖掘——满斗提升——回转——卸载——返回；
机构的工作原理决定的： 液压式： 铲斗与斗杆铰接，可相
对转动，强制切入岩层； 机械式： 依靠挠性的钢绳提升铲斗来进行挖掘；
4、液压挖掘机工作的特点
1)良好的运动轨迹
机械式： 近似圆弧形； 液压式： 多自由度作业机械，通过三组油缸能 沿矿层轮廓运动，做各种不同的直 线、折线、曲线运动，可进行分层 开采，铲平、清根、松石时不用辅 助设备； 2)移动性能好 液压独立行走装置，结构简单 紧凑，操作灵活，转弯方便；
挖掘机械—单斗液压挖掘机—概述
用途： 除矿山外，广泛用于建筑、交通、水利的工程； 类型：通用型、专用型； ⑴通用型： 工作装置以反铲为主，可以换装正铲、抓斗、装载、 起重、推土等作业装置，行走方式有履带式、轮胎式、汽 车式、悬挂式、拖式，斗容量较小； ⑵专用型： 主要用于矿山（矿用液压挖掘机），工作装置多见正 铲或装载，也有反铲，大多采用履带行走装置。
当动臂提升时，动臂油缸伸长，三角形杠杆绕E点顺时针转动，铲 斗则绕J点相应地反时针转动，在铲斗油缸长度不变的情况下，铲斗
对水平面角度不变，满足平移性要求。
二、工作装置 1、动臂：
动臂是反铲的主要部件，可分为整体式和组合式两种。 （1）整体式动臂
结构简单，质量轻而刚度大，但更换的工作装置少，通 用性教差，多用于作业条件相似的挖掘机上。 可分为直动臂和弯动臂两种。 1）直动臂：结构简单质量轻制造方便，主要用于悬挂式 挖掘机，但不能获得较大的挖掘深度； 2）弯动臂：目前应用最广泛的结构形式，可获得较大的 挖掘深度，但降低了卸土高度，这个正符合挖掘机反铲 作业的也要。
正铲的卸土方式有两种：前卸式和底卸式。用反 铲改成的正铲斗只能用前卸式卸上；底卸式铲斗 靠液压缸打开斗底卸土以降低卸土高度，减少土 对运输车辆的冲击。
在挖掘比较松散的物料时，正铲斗可换装成装载 斗。在整机重量不变的情况下，这种铲斗的斗容 量可以增加到反铲斗容量的1.6～2倍。
2、反铲
反铲是中、小型液压挖掘机的主要工作装 置，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。
反铲工作装置
挖掘机械—2 单斗液压挖掘机—R994B型单斗液压挖掘机
工作装置
铰接式反铲单斗液压挖掘机最常用的结构形式 动臂、斗杆和铲斗等主要部件彼此铰接形成四连杆机构或六连杆机构 （铲斗与油缸的连接方式），在液压缸的作用下各部件绕铰接点摆动， 挖成挖掘机提升和卸土等动作。
六联杆机构
作用：转角优化、使平均挖掘力大
3、铲斗与液压缸、斗杆的结构型式
铲斗与液压缸、斗杆连接的结构型式有四连 杆机构和六连杆机构。
其中四连杆机构连接方式是铲斗直接铰接于液 压缸，使铲斗转角较小，工作力矩变化较大；六 连杆机构连接方式的特点是，在液压缸活塞杆形 成相同条件下，铲斗可获得较大转角，并改善挖 掘机时动作灵活性，提高了铲土效率。
3)利用工作装置 越过路坎或高地，运移时自行上下运输设备，自 救本领。 总之，由于以上特点，液压挖掘机在矿 山将得到越来越广泛的应用，它的铲斗运动自如， 装满率比机械铲高15%，斗齿寿命提高1.2倍；灵 活的装卸料动作，加上较快的平台回转速度，缩短 了作业周期时间，可得到较高的生产能力和较低的 作业成本。
动臂一端铰接在回转平 台上，另一端与斗杆铰接， 斗杆另一端与铲斗后壁铰 接，斗后壁与斗前体铰接；
四组液压缸是工作装置产生四个动作：动臂升降、斗杆升降、铲斗转动、开 斗运动；
铲斗由前体和后壁两部分组成，为底卸式铲斗，卸料时液压缸活塞向里收缩， 打开前体。
1、正铲
主要用于挖掘停机面以上的工作面。由于液压挖 掘机正铲的动臂摆幅能够变化，因此也能挖掘停 机面以下工作面的土壤。
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
5）主要缺点： 元件的加工精度要求高、装配要求严格、制造困难、维护要求高；
液压油要求高。
第二节、液压挖掘机的工作装置
一、工作装置概述
1-动臂；2-动臂液压缸； 3-斗杆液压缸；4-斗杆； 5-铲斗液压缸；6-铲斗； 7-开斗液压缸；
工作装置
多种斗容多种用途的铲斗
岩石斗
各种铲斗
反铲斗
பைடு நூலகம்
驱逐铲
清沟铲
撕裂铲 撕裂齿
铲斗
1）铲斗的纵向剖面应适应挖掘过程各种物料在斗 中运动规律有利于物料的流动，使装土阻力最小， 有利于将铲斗充满。
2)装设斗齿，以增大铲斗对挖掘物料的线压比，具 有较小单位切屑阻力，便于切入及破碎土壤。斗 齿应耐磨、易更换。
工作装置
强力三角杠杆： 机构的核心部分： 在动臂上铰接一个三角形杠杆，
铰接点为E，三个顶点H、F、G分别 与铲斗液压缸HK、动臂液压缸FD、 连杆液压缸GB铰接，三角形杠杆既 随动臂运动，又绕E点转动；
挖掘时，斗杆液压缸LA伸出，铲斗推出，动臂液压缸处于浮动位 置，斗杆向前推进时，动臂因自重作用下降，铲斗相对于地面倾角 不变，并作水平直线运动；
动臂：提升负载
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。
2、履带式单斗液压反铲挖掘机 基本组成
挖掘机
工作装置 回转平台 行走装置
动力装置 液压系统 回转装置 驾驶室
挖掘机工作系统组成：
• 底盘 （四轮一带：驱动轮、导向轮、 支重轮、托链轮、履带）
• 工作装置（动臂、斗杆、铲斗）
• 回转装置（回转机构、回转平台、动力系统）
• 液压系统（双泵双回路恒功率控制系统）
• 电控系统（采用PLC控制，触摸显示屏）
3、液压挖掘机工作原理
驱动
控制油
操纵
柴油机
先导泵
先导阀
司机
驱动
工作油
工作泵
控制油 工作油
主控阀
马达
实现 工作装置工作
工作油 油缸
实现 旋转、行走
液压铲与机械铲的比较
1)质量轻、生产能力大 斗容相同时，液压挖掘机比机械式质量轻40～60%， 2)挖掘力大 这是由两种挖掘机工作