挖掘机综合讲解与应用

工作油 油缸
实现 旋转、行走
反铲挖掘机的作业过程
挖掘机每一作业循环包括：
• 挖掘：挖掘时先将铲斗向前伸出，动臂带着 铲斗落在工作面上，然后铲斗向着挖掘机方 向拉转，铲斗在工作面上挖出一条弧形挖掘 带并装满土壤
• 回转：随后将铲斗连同动臂一起升起，上部 转台带动铲斗及动臂回转到卸土处
反铲挖掘机的作业过程
• 卸料：将铲斗向前推出，使斗口朝下进 行卸土
• 返回：卸土后将动臂及铲斗回转并下放 至工作面，准备下一循环的挖掘作业
挖掘机工作的特点
• 多自由度作业机械。 • 利用杠杆原理，液压缸推动动臂、斗杆
和铲斗产生各构件之间的相对旋转运动 从而实现人为控制的挖掘和卸料动作； • 上部回转平台绕垂直轴旋转； • 远距离悬臂挖掘和卸料； • 靠履带转移或移动整机的工作面。
• 动臂、斗杆和铲斗等主要部件彼此铰接， 在液压缸的作用下各部件绕铰接点摆动， 完成挖掘、提升和卸土等动作
动臂、斗杆结构
箱型截面 • 厚板小截面：同等强度条件下，重量略大一些 • 薄板大截面：同等强度条件下，重量略小一些，
但要保证薄板不失稳 • 最终目的：重量轻，强度高，刚性好 • 有效的工具：计算机有限元应力分析
• 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。
组合式动臂
• 组合式动臂用辅助连杆或液压缸连接而成。 • 可根据作业条件，即时用辅助连杆或液压缸大幅
度调节上、下动臂之间的夹角，调整挖掘机的作 业尺寸和挖掘力，提高挖掘机的作业性能，容易 得到较大距离的垂直挖掘轨迹。 • 互换工作装置多，可满足各种作业的需要 • 其缺点是结构和操作复杂化，质量大，制造成本 高，一般用于中、小型挖掘机上。
挖掘机的工作装置
工作装置是挖掘机的重要部分，常用 工作装置类型有： • 反铲：以挖掘地面以下为主 • 正铲：以挖掘地面以上为主 • 装载：以装载地面以上松散物料为主 • 抓斗：深井作业、装卸物料 • 起重装置：主要用于装卸及埋设管道
反铲装置
• 铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的 结构型式
• 主要用于挖掘地面以下土方，往往以转 斗挖掘为主
• 1968-1970年间，液压挖掘机产量已占挖 掘机总产量的83%，目前已接近100%
当前挖掘机水平及发展动向
• 工业发达国家生产挖掘机较早 • 法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗
容 量 3.5-40m3 单 斗 液 压 挖 掘 机 的 主 要 生 产国 • 从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机
• 近年来，挖掘机是整个工程机械行业中产、销量增 长最快的一个机种
挖掘机简史
• 第一台手动挖掘机问世至今已有130多年 的历史
• 期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到 电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应 用机电液一体化技术的全自动液压挖掘 机的逐步发展过程
挖掘机简史
• 由于液压技术的应用，20世纪40年代有了 在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机
• 机重：单位，吨。这是近几年开始表 述挖掘机大小的第一指标。
• 发动机额定功率： 单位，千瓦。
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
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
Leabharlann Baidu
实现 工作装置工作
当前挖掘机水平及发展动向
• 美国马利昂公司生产的斗容量50-150m3 剥 离 用 挖 掘 机 ， 斗 容 量 132m3 的 步 行 式 拉铲挖掘机
• B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗 容量168.2m3的步行式拉铲挖掘机，斗容 量 107m3 的 剥 离 用 挖 掘 机 等 ， 是 世 界 上 目前最大的挖掘机。
• 20世纪50年代初期和中期相继研制出拖式 全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机
• 初期液压挖掘机采用飞机和机床的液压技 术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元 件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全
挖掘机简史
• 从20世纪60年代起，液压挖掘机进入推 广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂 和品种增加很快，产量猛增
单斗挖掘机分类（传动方式）
单斗挖掘机 液压传动式挖掘机 机械传动式挖掘机
斗轮式挖掘机
挖沟机
机 械 式 挖 掘 机
单 斗 液 压 挖 掘 机
单斗液压反铲挖掘机
单斗液压挖掘机 履带式 轮式 汽车式步履式
表征挖掘机大小的主要指标
• 标准斗容量：单位，立方米。这是早 几年表述挖掘机大小的第一指标。
挖掘机之最
• 最小的挖掘机：（研究阶段）进入人体血 管的医用挖掘机
• 生产历史最悠久的国家：美国 • 最早采用液压技术的国家：德国，1950年 • 发展最快的国家：日本 • 需求增长最快的国家：中国
挖掘机分类
挖掘机
周期作业式单斗挖掘机 连续作业式多斗挖掘机 建筑型单斗挖掘机 采矿型单斗挖掘机 剥离型单斗挖掘机 隧洞型单斗挖掘机 履带式 轮胎式 汽车式
土石方作业的主力施工机种 增长速度最快、增长绝对值最快
对装载机的取代作用最显著
挖掘机综合讲解和应用
挖掘机概述
• 挖掘机械作为一种快速、高效的施工作业机械是工 程机械中的一个主要机种，是土石方施工工程中的 主要机械设备之一，据统计，工程施工中约有60%以 上的土石方量是靠挖掘机械来完成的
• 各种类型与功能的挖掘机械，广泛应用于工业与民 用建筑、交通运输、水利电力工程、农田改造、矿 山采掘以及现代化军事工程等行业的机械化施工中
工作装置的变化
• 标准动臂、标准斗杆、标准铲斗用于大 多数作业；
• 变形1：短动臂长斗杆用于坡道平整作业 和挖掘基坑；
• 变形2：超长臂反铲用于疏浚河道； • 变形3：拐臂式用于挖掘墙基。 • ……
动臂
动臂是反铲装置的主要部件，其结构有： • 整体式动臂：多用于长期作业条件相似的
挖掘机上 • 组合式动臂：
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；