2969 節(jié)能液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),節(jié)能,液壓,挖掘機(jī),系統(tǒng),設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 56 頁節(jié)能液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)引 言由中國工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)挖掘機(jī)械分會(huì)在組織制定的新的挖掘機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)（初稿）中提出小型挖掘機(jī)的定義，即整機(jī)重量小于等于 13T 的履帶式或輪式挖掘機(jī)統(tǒng)稱小型挖掘機(jī)，其中整機(jī)重量小于 6T 的挖掘機(jī)稱之謂微型挖掘機(jī)。小型挖掘機(jī)主要由結(jié)構(gòu)件總成、覆蓋件總成、行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電器系統(tǒng)和空調(diào)裝置等 8 大部分構(gòu)成其中最為關(guān)鍵核心的是液壓系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)。小型挖掘機(jī)主要用于小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混凝土破碎、埋設(shè)電纜、自來水管道的鋪設(shè)、園林栽培及河道河溝清淤工程。小型挖掘機(jī)具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能，又具有運(yùn)輸、能耗、靈活性、適應(yīng)、高效率等方面的優(yōu)勢，非常適用于空間狹小的施工場地作業(yè)，小型挖掘機(jī)以后可適用于高空挖掘作業(yè)，可以對參與高層建筑施工。我國小型挖掘機(jī)市場發(fā)展速度非?？捎^，是帶動(dòng)我國工程機(jī)械行業(yè)特別是挖掘機(jī)行業(yè)發(fā)展的一股重要力量，也是推動(dòng)我國挖掘機(jī)行業(yè)利潤增長的主要力量支撐，有著舉足輕重的地位。小型挖掘機(jī)以其小巧、靈活、多功能、高效的獨(dú)特優(yōu)勢，日益成為土方工程應(yīng)用的理想設(shè)備，用戶需求不斷擴(kuò)大。國內(nèi)外企業(yè)風(fēng)起云涌地進(jìn)入中國小型挖掘機(jī)市場，說明小型挖掘機(jī)行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益可觀，發(fā)展前景遠(yuǎn)大。第 1 章 緒 論1.1 中國小型挖掘機(jī)市場現(xiàn)狀自 20 世紀(jì) 90 年代以來，中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，中國工程機(jī)械行業(yè)也步入了快速發(fā)展期。近幾年來，小型工程機(jī)械作為后起之秀，在施工中，開始部分取代中大型機(jī)械的位置，受到用戶的普遍歡迎。目前，我國小型挖掘機(jī)市場正處在高速發(fā)展階段。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程向深度和廣度的發(fā)展，道路和市政設(shè)施的修繕維護(hù)及城市小型工程項(xiàng)目的增多，其工程業(yè)務(wù)量占社會(huì)施工總量的比重第 2 頁 共 56 頁越來越大。據(jù)測算，一臺(tái) 10 噸位小型挖掘機(jī)的作業(yè)效率可以替代 30～50 個(gè)勞動(dòng)力，極大地降低了施工成本和管理成本，使得多功能小型挖掘機(jī)的需求量不斷上升。在中國，挖掘機(jī)市場市場十年來幾乎平均每以 30%速度遞增，從 1995 年2503 臺(tái)到 2004 年 48921 臺(tái)，凈增 19.54 倍。2004 年全國進(jìn)口液壓挖掘機(jī)18670 臺(tái)、出口液壓挖掘機(jī) 2749 臺(tái)，2005 年國產(chǎn)挖掘機(jī) 28812 臺(tái)，同比增長4.3%，進(jìn)口挖掘機(jī) 18017 臺(tái)，同比減少 3.5%，出口挖掘機(jī) 3839 臺(tái)，同比增長36.43%（其中 6 噸及以下小挖出口 1345 臺(tái)，同比增長 77.9%） 。中國成為名副其實(shí)的世界最大的市場之一。目前，中國挖掘機(jī)行業(yè)已成為中國工程機(jī)械行業(yè)增長最快的機(jī)種了，有舉足輕重的地位。但行業(yè)中產(chǎn)銷量 80%為日、韓、美等外資所占有，主要外資企業(yè)有：日立、小松、神鋼、斗山、現(xiàn)代、卡特、特雷克斯、利勃海爾、阿特拉斯、沃爾沃等世界著名大企業(yè)。還有一些世界小型挖掘機(jī)專業(yè)企業(yè)如：日本久保田、竹內(nèi)、石川島、洋馬、小橋、長野等、美國凱斯、山貓、英國 JCB、德國雪孚等許多世界廠商也開始挺進(jìn)中國市場。從全球范圍看，小型挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)處于市場成熟期，需求量穩(wěn)定并呈現(xiàn)緩慢上升趨勢。隨著中國、印度等發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工程機(jī)械市場也日趨好轉(zhuǎn)，世界知名工程機(jī)械廠商為了降低制造成本，增強(qiáng)市場競爭力，逐漸將生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到這些生產(chǎn)成本較低的國家，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、當(dāng)?shù)劁N售，并開始進(jìn)入全球市場的供應(yīng)體系。從國內(nèi)市場看，中國挖掘機(jī)行業(yè)經(jīng)過 10 余年的快速發(fā)展，以外資企業(yè)占主導(dǎo)地位的中國中大型挖掘機(jī)市場格局日漸穩(wěn)定，已經(jīng)成為世界最大的挖掘機(jī)生產(chǎn)國和消費(fèi)國之一。樂觀預(yù)計(jì)，5 年之后中國挖掘機(jī)的年均需求量將達(dá)到100,000 臺(tái)。但是小型挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)仍然處于市場導(dǎo)入和發(fā)展初級階段，需求正在持續(xù)快速的增長。目前小型挖掘機(jī)僅占中國全部挖掘機(jī)銷售量比例的 20%，而 5 年后這個(gè)數(shù)字預(yù)計(jì)將達(dá)到 40%，產(chǎn)銷量達(dá)到近 40000 臺(tái)。這樣中國小型挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)將同其他消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)一樣，用 10 年的時(shí)間走完歐美等發(fā)達(dá)國家 30 年的市場之路。挖掘機(jī)是工程機(jī)械的標(biāo)志性產(chǎn)品，部分中國工程機(jī)械企業(yè)也正以小挖為突破口，進(jìn)軍挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，并由此擴(kuò)展到其他小型工程機(jī)械。中國挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)基第 3 頁 共 56 頁本走出了宏觀調(diào)控帶來的不利影響，而且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和區(qū)域結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化。小挖產(chǎn)業(yè)近兩年的需求變化也說明這一點(diǎn)。1.2 挖掘機(jī)的類型挖掘機(jī)械的類型與構(gòu)造型式繁多，可按照挖掘工作原理與過程、用途、構(gòu)造特征等進(jìn)行劃分。按照挖掘機(jī)的作業(yè)過程；可分成周期作業(yè)式和連續(xù)作業(yè)式閥類．凡是挖掘、運(yùn)載、卸載等作業(yè)依次重復(fù)循環(huán)進(jìn)行的挖掘機(jī)為周期作業(yè)式，各種單斗挖掘機(jī)都屬于這一類。凡是上述作業(yè)同時(shí)連續(xù)進(jìn)行的挖掘機(jī)為連續(xù)作業(yè)式，各種多斗挖掘機(jī)以及滾切式挖掘機(jī)、隧洞掘進(jìn)機(jī)等屬于這一類。通常簡稱單斗挖掘機(jī)與多斗挖掘機(jī)兩類。挖掘機(jī)的行走裝置型式有：履帶式、輪胎式、汽車式、步行式、軌道式，拖式等。履帶式與輪胎式采用廣泛。步行式主要用于剝離型挖掘機(jī)，此外還有浮式（船舶式）挖掘機(jī)，專用于水下采掘或港口疏浚（單斗或多斗） 。單斗挖掘機(jī)工作裝置的型式很多，常用的基本型式，對于機(jī)械傳動(dòng)的挖掘機(jī)有：正鏟、反鏟、拉鏟、抓斗和起重吊鉤等，如圖 1.1 所示。對于液壓傳動(dòng)的挖掘機(jī)有：反鏟、正鏟、抓斗、裝載和起重裝置等，如圖 1.2 所示。圖 1.1 機(jī)械式單斗挖掘機(jī)工作裝置主要型式 圖 1.2 單斗液壓挖掘機(jī)工作纏置主要型式a)正鏟；b）反鏟；c)拉鏟；d)抓斗 a）反鏟； b）正鏟或裝載；c）抓斗；d）起重第 4 頁 共 56 頁1.3 小型挖掘機(jī)的特點(diǎn)小型挖掘機(jī)價(jià)格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便，具有獨(dú)特優(yōu)勢。由于其小巧、靈活、多功能和高效率等特點(diǎn)，極受用戶的歡迎。第一，廣泛的適用性。小挖體積小，機(jī)動(dòng)靈活，非常適用于城鎮(zhèn)的各種管道開挖、基礎(chǔ)施工、公用事業(yè)以及房屋維修等作業(yè)。小挖緊湊的體積、特殊的設(shè)計(jì)使其能夠在大型挖掘機(jī)無法施工的環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)。第二，鮮明的作業(yè)特點(diǎn)。小型挖掘機(jī)適合狹窄區(qū)域作業(yè)的最主要的特點(diǎn)就是其特殊動(dòng)臂和斗桿的設(shè)計(jì)。小型挖掘機(jī)的動(dòng)臂是與機(jī)身鉸接的，這就使其能夠在一個(gè)很大的范圍內(nèi)進(jìn)行擺動(dòng)。同時(shí)，這也使得挖掘機(jī)能夠便于在墻壁或是圍墻的旁邊進(jìn)行挖掘作業(yè)。小型挖掘機(jī)的橡膠履帶有助于減少挖掘機(jī)施工時(shí)對狹窄施工范圍內(nèi)的景觀區(qū)域以及道路的損壞。第三，便于運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移作業(yè)場地。小挖便于各個(gè)施工現(xiàn)場間的轉(zhuǎn)移，無需大型拖車或是重型卡車來進(jìn)行運(yùn)輸，小型的運(yùn)輸工具就可將其運(yùn)載。這樣不但能夠方便運(yùn)輸，還可以大大降低機(jī)器的運(yùn)輸費(fèi)用。第四，投資回報(bào)率高。小挖的價(jià)格便宜，成本回收快。以 6 噸級小挖為例，美歐日品牌機(jī)的價(jià)格在 40 萬左右，韓國的機(jī)器價(jià)格在 32 萬左右，國產(chǎn)機(jī)器價(jià)格在 30 萬～32 萬左右；而 20 噸級的中挖價(jià)格在 70 萬～100 萬左右。1.4 液壓挖掘機(jī)基本結(jié)構(gòu)和其選擇單斗液壓挖掘機(jī)是一種采用液壓傳動(dòng)并以一個(gè)鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。它是在機(jī)械傳動(dòng)單斗挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是日前挖掘機(jī)械中重要的品種。它的作業(yè)過程是以鏟斗的切削刃(通常裝有斗齒)切削土壤并將土裝入斗內(nèi)，斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置進(jìn)行卸土，卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到挖掘面進(jìn)行下一次挖掘。當(dāng)挖掘機(jī)挖完一段土后，機(jī)械移位，以便繼續(xù)工作，因此，是一種周期作業(yè)的自行式土方機(jī)械。單斗液壓按掘機(jī)為了實(shí)現(xiàn)上述周期性作業(yè)動(dòng)作的要求，設(shè)有下列基本組成部分：工作裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備等。因而常又把這類機(jī)械概括成由：工作裝置、上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走裝置三大部分第 5 頁 共 56 頁組成。挖掘機(jī)的基本性能也就決定于各組成部分的構(gòu)造和性能。液壓挖掘機(jī)與機(jī)械挖掘機(jī)的主要區(qū)別在于傳動(dòng)裝置的不同，以及出于傳動(dòng)的改變而引起的工作裝置機(jī)構(gòu)形式的不同。液壓挖掘機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸、控制閥及油管等液壓元件組成。并且采用液壓分配器及各種控制閥來控制各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。圖 1.4 液壓挖掘機(jī)的基本組成及傳動(dòng)示意圖1— 鏟斗；2—斗桿；3—?jiǎng)颖郏?—連桿；5、6、7—液壓缸Ⅰ—挖掘裝置；Ⅱ—回轉(zhuǎn)裝置；Ⅲ—行走裝置液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，而各部分的運(yùn)動(dòng)則通過液壓缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)。挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)上部轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點(diǎn)，同時(shí)操縱動(dòng)臂液壓缸，小腔進(jìn)油液壓缸回縮，使動(dòng)臂下降至鏟斗接觸挖掘面為止，然后操縱斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。斗裝滿后，將斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂液壓缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂升離挖掘面，隨之接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使斗轉(zhuǎn)到卸載第 6 頁 共 56 頁地點(diǎn)，再操縱斗桿和鏟斗液壓缸回縮，使鏟斗反轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，將工作裝置轉(zhuǎn)至挖掘地點(diǎn)進(jìn)行第二次循環(huán)挖掘工作。第 2 章 液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)方案的確定2.1.1 挖掘機(jī)型式的確定本設(shè)計(jì)采用單斗液壓挖掘機(jī)，其工作裝置采用反鏟裝置，行走裝置采用履帶式，回轉(zhuǎn)裝置采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。2.1.2 單斗液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn)單斗液壓挖掘機(jī)由于采用了液壓傳動(dòng)裝量而使其在結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能和使用效果等方面與機(jī)械傳動(dòng)的單斗挖掘機(jī)相比具有很多特點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)綜合敘述如下：1．技術(shù)性能提高，工作裝置品種擴(kuò)大。單斗液壓挖掘機(jī)與同級機(jī)重的機(jī)械挖掘機(jī)相比挖掘力約提高一倍，液壓挖掘機(jī)最大挖掘力可達(dá)機(jī)重的 1/2，而機(jī)械挖掘機(jī)只達(dá)機(jī)重的 1/4。2. 操作簡便﹑靈活。采用的液壓伺服（先導(dǎo)閥）操縱，手柄操縱力小于20N，而機(jī)械挖掘機(jī)操縱力達(dá) 80～200N；主操縱手柄為 2 個(gè)，故操縱輕便司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度大為減輕；駕駛室與機(jī)棚完全隔開，噪音減小﹑視野良好，振動(dòng)減輕，改善了司機(jī)的工作條件。3. 傳動(dòng)性能改善，工作平穩(wěn)﹑安全可靠。采用液壓傳動(dòng)后能無級調(diào)速且調(diào)速范圍大；能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；液壓元件的運(yùn)動(dòng)慣性較小并可作高速反轉(zhuǎn)。4. 簡化結(jié)構(gòu)﹑減少易損件﹑機(jī)重小。同級的液壓挖掘機(jī)可比機(jī)械挖掘機(jī)總重量減輕 30～40％。5. 液壓元件易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化﹑系列化﹑通用化。便于組織專業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量﹑減低成本。也便于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。6. 機(jī)構(gòu)布置合理緊湊。由于液壓元件采用油管連接，各機(jī)構(gòu)部件之間相互第 7 頁 共 56 頁位置不受傳動(dòng)關(guān)系的影響限制，布置可較靈活﹑合理﹑緊湊。7. 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。便于與電﹑氣動(dòng)聯(lián)合組成自動(dòng)控制和遙控系統(tǒng)。2.1.3 所選機(jī)型的適用范圍主要用于小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混凝土破碎、埋設(shè)電纜、自來水管道的鋪設(shè)、園林栽培及河道河溝清淤工程。小型單斗液壓挖掘機(jī)具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能，又具有運(yùn)輸、能耗、靈活性、適應(yīng)、高效率等方面的優(yōu)勢，非常適用于空間狹小的施工場地作業(yè)。2.2 液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)的確定2.2.1 總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容根據(jù)學(xué)校指導(dǎo)老師提出的液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)的有關(guān)，在充分調(diào)查研究基礎(chǔ)上首先進(jìn)行液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)工作。總體設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有：① 分析或擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書，確定設(shè)計(jì)思想原則，并提出整機(jī)結(jié)構(gòu)方案的初步設(shè)想；② 液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)的確定；③ 液壓挖掘機(jī)各主要機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案確定；④ 各主要機(jī)構(gòu)作用力、速度、功率等分析計(jì)算；⑤ 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；⑥ 液壓挖掘機(jī)的平衡、穩(wěn)定、生產(chǎn)率以及其他總體特性的分析計(jì)算等。通過總體設(shè)計(jì)對所設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)作出初步全面的規(guī)劃，提出有關(guān)數(shù)據(jù)、資料、總體草圖等為進(jìn)一步設(shè)計(jì)、分析計(jì)算提供基礎(chǔ)。2.2.2 小型液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)小型液壓挖掘機(jī)的主要參數(shù)（或稱基本參數(shù)）有以下幾類：① 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)速等。② 液壓系統(tǒng)參數(shù)，如主泵的流量、壓力等。第 8 頁 共 56 頁③ 主要性能參數(shù)，如整機(jī)工作質(zhì)量、主要部件質(zhì)量、鏟斗容量范圍或標(biāo)稱鏟斗質(zhì)量、挖掘機(jī)、牽引力等。④ 尺寸參數(shù)，如工作尺寸、機(jī)體外形尺寸和工作裝置尺寸等。其中最主要的參數(shù)有三個(gè)，即斗容量﹑機(jī)重和發(fā)動(dòng)機(jī)功率。因?yàn)橥ㄟ^這三個(gè)參數(shù)可以從使用要求﹑技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)﹑動(dòng)力裝置的配備﹑國際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及傳統(tǒng)習(xí)慣等方面反映液壓挖掘機(jī)的級別，故有主參數(shù)之稱。如：斗容量直接反映挖掘機(jī)的挖掘能力和效果，據(jù)此選擇施工配套的運(yùn)輸車輛，而土石方工程量也以體積計(jì)算。機(jī)械式挖掘機(jī)一般就以斗容量作為挖掘機(jī)分級的主要標(biāo)志，液壓挖掘機(jī)也有采用標(biāo)準(zhǔn)斗容量作為分級標(biāo)志的。但也有認(rèn)為，液壓挖掘機(jī)工作裝置多，同一機(jī)械可以設(shè)有多種不同斗容量的鏟斗（按土質(zhì)不同及施工尺寸要求） ，故斗容量分級不夠明確。發(fā)動(dòng)機(jī)功率反映了機(jī)械的動(dòng)力級，與其他參數(shù)有函數(shù)關(guān)系，如定量系統(tǒng)挖掘機(jī) 0.1m3斗容量約需功率 12～15kW，影響挖掘機(jī)的性能，故也可作為挖掘機(jī)分級標(biāo)志，但也有認(rèn)為由于液壓系統(tǒng)不同，輔助設(shè)備能耗不同，或功率儲(chǔ)備不同，以功率分級亦不妥。機(jī)重則直接反映了機(jī)械本身的重量級，它對技術(shù)參數(shù)指標(biāo)影響很大，因挖掘機(jī)挖掘能力的發(fā)揮﹑功率的充分利用﹑機(jī)械的穩(wěn)定性都要以一定的機(jī)重來保證，因此機(jī)重反映了挖掘機(jī)的實(shí)際工作能力，可用作標(biāo)志。我國液壓挖掘機(jī)標(biāo)準(zhǔn)所定的定義為：1. 標(biāo)準(zhǔn)斗容量：指挖掘Ⅲ級或容重為 18000N/m3的土壤時(shí)，鏟斗堆尖時(shí)的斗容量（m 3） 。為充分發(fā)揮挖掘機(jī)的挖掘力，對于不同等級的土可以配備相應(yīng)不同斗容量的鏟斗 m3。2. 機(jī)重：是指帶標(biāo)準(zhǔn)反鏟或正鏟工作裝置和標(biāo)準(zhǔn)行走裝置時(shí)的整機(jī)工作質(zhì)量（t） 。3. 發(fā)動(dòng)機(jī)功率：指發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率（12 小時(shí)工作） ，即正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下本身消耗以外的輸出凈功率（kW） 。2.2.3 選擇確定液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)的基本依據(jù)首先確定標(biāo)準(zhǔn)斗容V R =0.25m3。整機(jī)質(zhì)量直接反映了液壓挖掘機(jī)本身的重量等級，對其他技術(shù)參數(shù)影響較第 9 頁 共 56 頁大，如挖掘力的發(fā)揮、發(fā)動(dòng)機(jī)功率的充分利用、作業(yè)的穩(wěn)定性等都要以一定的整機(jī)質(zhì)量來保證，所以設(shè)計(jì)時(shí)需要先將其確定。在標(biāo)準(zhǔn)斗容、挖掘力、工作尺寸等參數(shù)的設(shè)定中，不同廠家會(huì)根據(jù)其各自的理念和方案，針對某一特定的挖掘環(huán)境及客戶要求對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這自然會(huì)導(dǎo)致同一噸位挖掘機(jī)的相應(yīng)參數(shù)呈現(xiàn)出一種“百花齊放”的狀態(tài)，但是通過對這些基本參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析顯示，從整體上講，這些參數(shù)的數(shù)據(jù)走向有一定的規(guī)律可以遵循。2.3 整機(jī)參數(shù)確定1 標(biāo)準(zhǔn)斗容與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系下文中斗容定義采用SAE（美國汽車工程師協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)斗容V R如公式(2-1)所示。VR = VS + VE (2-1)式中 VS ——平裝斗容。鏟斗前后壁、側(cè)壁以及平裝面所包容的物料體積，m3；VE ——平裝面以上的物料以45°安息角堆積的體積，m3。圖1所示為整機(jī)質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)斗容的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。圖 2.1 標(biāo)準(zhǔn)斗容與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系第 10 頁 共 56 頁由圖2.1可以看出，斗容數(shù)據(jù)點(diǎn)分布大致接近線性函數(shù)分布,但是在實(shí)際的曲線擬合過程中，要分別對數(shù)據(jù)點(diǎn)用線性函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)等函數(shù)類型進(jìn)行擬合，然后對擬合方程進(jìn)行近似精度比較，即比較方程中y與x的相關(guān)系數(shù)R2與1的接近程度，越接近1說明精度越高，最終選擇相對精度高的函數(shù)作為所求曲線函數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)斗容與整機(jī)質(zhì)量的擬合曲線經(jīng)分析比較以后選擇線性函數(shù)形式，曲線方程如公式（2-2）所示。y=5×10-5x-0.0618 (2-2)式中 y——標(biāo)準(zhǔn)斗容，m3；x——整機(jī)質(zhì)量，㎏。由圖1看出，擬合曲線和實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)存在著一定程度的偏差，有些點(diǎn)甚至偏差很大，因?yàn)閳D中所擬合的曲線只是一條趨勢走向曲線，得出的參數(shù)值不可能完全合適。在具體參數(shù)設(shè)計(jì)過程中，擬合曲線可以作為設(shè)計(jì)的初步參考，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)方案、強(qiáng)度以及挖掘機(jī)的特殊要求再按標(biāo)準(zhǔn)選定和進(jìn)行理論分析計(jì)算，綜合上述方法以后即可得到相應(yīng)的參數(shù)值。通過計(jì)算得：x=6036 kg。2 挖掘力與整機(jī)質(zhì)量的關(guān)系鏟斗切入物料是鏟斗挖掘力和斗桿挖掘力共同作用的結(jié)果，SAE對上述兩種挖掘力進(jìn)行了定義。計(jì)算公式分別如公式（2-3）、（2-4）所示。式中 F B ——鏟斗挖掘力，N；F S ——斗桿挖掘力，N；PB ——工作裝置液壓系統(tǒng)最大設(shè)定壓力，Pa；AB ——鏟斗油缸作用面積，㎡；第 11 頁 共 56 頁AS ——斗桿油缸作用面積，㎡；l A ——轉(zhuǎn)斗油缸作用力臂，mm；lB ——搖桿作用力臂，mm；l C ——連桿作用力臂，mm；lD ——斗齒尖在轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)的作用半徑，mm；lE ——斗桿油缸作用力臂，mm；lF ——轉(zhuǎn)斗油缸在計(jì)算位置閉鎖時(shí)，斗齒尖在斗桿挖掘時(shí)的作用半徑，mm。圖 2.2 鏟斗、斗桿挖掘力與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系從數(shù)據(jù)的分布來看,兩種挖掘力的參數(shù)值大致隨著整機(jī)質(zhì)量的增加呈現(xiàn)上升趨勢，可以初步定為線性函數(shù)擬合。但是在擬合過程中，用階數(shù)為2的多項(xiàng)式擬合方法更能接近數(shù)據(jù)散點(diǎn)的分布。擬合后的兩種挖掘力同整機(jī)質(zhì)量的關(guān)系如公式（2-5）、（2-6）所示。y1 =-6×10-7x2+0.0135x-17.695 （2-5）y2 =0.0047x+2.0409 （2-6）式中 y 1 ——鏟斗挖掘力，kN；y2 ——斗桿挖掘力，kN；第 12 頁 共 56 頁x ——整機(jī)質(zhì)量，kg。通過計(jì)算得：y 1 =41.93 kNy2 =30.41 kN。3 工作尺寸與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系目前，對于一些線性尺寸（外形尺寸、工作裝置尺寸、工作尺寸）還沒有具體的定義公式，只有近似的經(jīng)驗(yàn)公式通過查表來求得。最大挖掘高度、深度以及半徑均可以通過公式（2-7）求得。Li=kli (2-7)3x式中 L i ——工作尺寸，mm；kli ——尺寸系數(shù)；x——整機(jī)質(zhì)量，kg。最大挖掘高度、最大挖掘深度和最大挖掘半徑的尺寸系數(shù)k H 、k Z 、k R的推薦值分別為2.25、2.05、3.35。圖2.3和圖2.4所示為整機(jī)質(zhì)量與工作尺寸的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。第 13 頁 共 56 頁圖 2.3 最大挖掘高度。最大挖掘深度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系圖 2.4 最大挖掘半徑與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系通過對圖示散點(diǎn)進(jìn)行線性函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)5種函數(shù)類型擬合后近似精度的分析比較，最終確定最大挖掘半徑和最大挖掘高度采用二次多項(xiàng)式擬合，最大挖掘深度采用線性擬合。擬合關(guān)系如公式（2-8）、（2-9）、（2-10）所示。h1 =-5×10-6x2+0.4892x+3350.4 (2-8)h2 =-4×10-5x2+0.7526x+3239.3 (2-9)h3 =0.1689x+2810.3 (2-10)式中 h 1 ——最大挖掘高度，mm；h2 ——最大挖掘半徑，mm；h3 ——最大挖掘深度，mm；x ——整機(jī)質(zhì)量，kg。通過計(jì)算得：最大挖掘高度 h 1 =6121.05 mm最大挖掘半徑 h 2 =6324.66 mm最大挖掘深度 h3 =3829.78 mm。第 14 頁 共 56 頁第 3 章 液壓挖掘機(jī)的工作裝置——反鏟裝置3.1 動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)型式，動(dòng)臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接（見圖 3.1） ，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，完成挖掘、提升和卸土等動(dòng)作。圖 3.1 反鏟1—斗桿油缸；2—?jiǎng)颖郏?—油管；4—?jiǎng)颖塾透祝?—鏟斗；6—斗齒；7—側(cè)齒；8—連桿；9—搖桿；10—鏟斗油缸；11—斗桿 反鏟動(dòng)臂分整體式與組合式(圖 3.2)兩類。整體臂又有直臂和彎臂兩種型式。直臂構(gòu)造筒單、輕巧、布置緊湊，適用于挖掘幅度大而挖深要求不大的機(jī)型，多用于懸掛式挖掘機(jī)。整體彎臂可得較大挖掘深度，是反鏟常用的型式。彎臂彎曲處的形狀及強(qiáng)度應(yīng)注意改善，可采用三節(jié)彎臂或大圓弧過渡以減少該處的應(yīng)力集中。整體臂結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉、剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式輕。缺點(diǎn)是可更換第 15 頁 共 56 頁工裝少，通用性較差。使用經(jīng)驗(yàn)說明，長期用于作業(yè)條件近似的反鏟，以采用整體臂較好。 組合式動(dòng)臂基本都是彎臂型式。組合方式有兩種：采用輔助連桿或液壓缸聯(lián)接和用螺栓或銷軸聯(lián)接。組合臂與整體臂比較，各有優(yōu)缺點(diǎn)，組合臂主要優(yōu)點(diǎn)是：1. 工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的不同進(jìn)行調(diào)整，充分利用機(jī)械的功能。2. 較合理地滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡單地解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問題。 3. 裝車運(yùn)輸比較方便。 組合式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比整體式動(dòng)臂復(fù)雜，自重較大，但因上述優(yōu)點(diǎn)，仍得到較廣泛應(yīng)用。但主要用于挖掘作業(yè)的反鏟動(dòng)臂，由于強(qiáng)度、則度要求高，自重要輕，工藝性要好，多用整體式。綜上所述本設(shè)計(jì)采用整體式動(dòng)臂。圖 3.2 組合式動(dòng)臂1—下動(dòng)臂；2—上動(dòng)臂；3—連桿或液壓缸第 16 頁 共 56 頁3.2 動(dòng)臂缸和斗桿缸的布置動(dòng)臂缸的布置有如下方案（圖 3.3） ；圖 a 和圖 b 方案動(dòng)臂缸裝于動(dòng)臂的前下方。動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)的鉸點(diǎn)一般設(shè)于回轉(zhuǎn)中心之前，鉸點(diǎn)太后，太高均影響反鏟挖掘深度，中小型液壓挖掘機(jī)多以反鏟作業(yè)為主，因此都采用動(dòng)臂支點(diǎn)靠前的布置方案。動(dòng)臂缸一般都支于轉(zhuǎn)臺(tái)的前緣，并盡量靠近回轉(zhuǎn)支承，以改善轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的受力狀況。動(dòng)臂缸與動(dòng)臂鉸點(diǎn)有兩種布置方案。單缸支承大多鉸接于動(dòng)臂下緣（圖圖 3.3 動(dòng)臂缸布置方案綜合以上分析，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)臂缸安裝于動(dòng)臂的下緣，單缸支承動(dòng)臂。斗桿缸要考慮挖掘時(shí)有較大工作力矩（或封鎖力矩） ，對于反鏟裝置均置于動(dòng)臂上方，采用大腔工作（液壓缸受壓）并基本采用單缸?？紤]與正鏟通用時(shí)，動(dòng)臂下方設(shè)鉸點(diǎn)，以便作正鏟用時(shí)將斗桿缸裝于動(dòng)臂下方，斗桿缸前端鉸接于斗桿前下方（液壓缸同樣受壓） 。3.3 鏟斗與鏟斗缸的連接方案鏟斗與鏟斗缸連接方案（圖 3.4）的區(qū)別在于采用的機(jī)構(gòu)方案。第 17 頁 共 56 頁圖 3.4 鏟斗缸與鏟斗連接方案鏟斗缸直接鉸接于鏟斗（圖 3.4 a）則由鏟斗﹑斗桿及鏟斗缸組成四連桿機(jī)構(gòu)，一般使鏟斗轉(zhuǎn)角較小，工作力矩變化較大。鏟斗缸通過搖桿 1 推桿 2 鉸接鏟斗并于斗桿組成六連桿機(jī)構(gòu)，如圖 3.4 中 b﹑c﹑d 方案。b 為共點(diǎn)方案，c﹑d 為非共點(diǎn)方案，六連桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是當(dāng)液壓缸行程相同條件下，鏟斗可得較大轉(zhuǎn)角并改善了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。c 方案鏟斗轉(zhuǎn)角超前一個(gè)角度，b﹑d 方案的不同為相同液壓缸行程時(shí)，d 方案轉(zhuǎn)角更大，鏟斗挖掘力小而力矩變化較大，b方案則轉(zhuǎn)角小，挖掘力大，工作力矩變化較小。 反鏟廣泛采用六連桿方案。由于傳動(dòng)比小，單缸已足以保證挖掘力需要。綜上所述經(jīng)比較，本設(shè)計(jì)采用 b 方案。3.4 鏟斗結(jié)構(gòu)﹑斗形及斗容量計(jì)算反鏟用的鏟斗形式，尺寸與其作業(yè)對象有很大關(guān)系。為了滿足各種挖掘作業(yè)的需要，在同一臺(tái)挖掘機(jī)上可配以多種結(jié)構(gòu)型式的鏟斗，圖 3.5 為反鏟常用鏟斗形式。鏟斗的斗齒采用裝配式，其形式有橡膠卡銷式和螺栓連接式，如圖3.6 所示。第 18 頁 共 56 頁圖 3.5 反鏟常用鏟斗結(jié)構(gòu)1—齒座；2—斗齒；3—橡膠卡銷；4—卡銷；5、6、7—斗齒板鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大。鏟斗的作業(yè)對象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個(gè)鏟斗來適應(yīng)任何作業(yè)對象和條件較困難。為了滿足各種特定情況，盡可能提高作業(yè)效率，通用反鏟裝置常配有幾種甚至十多種斗容量不同，結(jié)構(gòu)型式各異的鏟斗。本設(shè)計(jì)決定采用標(biāo)準(zhǔn)型反鏟斗，見圖 3.5。圖 3.6 斗齒安裝形式（a） 螺栓連接；（b）橡膠卡銷連接1— 卡銷；2—橡膠卡銷；3—齒座；4—斗齒對各種鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的共同要求是：第 19 頁 共 56 頁1、有利于物料的自由流動(dòng)，因此鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2、要使物料易于卸凈。用于粘土的鏟斗卸載時(shí)不易卸凈，因此延長了作業(yè)循環(huán)時(shí)間，降低了有效斗容量。國外采用設(shè)有強(qiáng)制卸土板的粘土鏟斗。3、為了使裝進(jìn)鏟斗的物料不易掉出，鏟斗寬度與物料顆粒直徑之比應(yīng)大于4：1。當(dāng)此比值大于 50：1 時(shí)顆粒尺寸的影響可不考慮，視物料為勻質(zhì)。4、裝設(shè)斗齒有利于增大鏟斗與物料剛接觸時(shí)的挖掘線比壓，以便切入或破碎阻力較大的物料。挖硬土或碎石時(shí)還能把石塊從土壤中耙出。斗齒的材料、形狀、安裝結(jié)構(gòu)及其尺寸參數(shù)都值得研究，對它的主要要求是挖掘阻力小，耐磨易于更換。第 4 章 回轉(zhuǎn)裝置4.1 回轉(zhuǎn)裝置概述4.1.1 回轉(zhuǎn)裝置的組成液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)支撐和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成。如圖 4.1 所示?；剞D(zhuǎn)支撐 3 的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺(tái) 1 連接，帶齒的內(nèi)座與底架 4 用螺栓連接，內(nèi)、外座圈之間設(shè)有滾動(dòng)體。挖掘機(jī)工作裝置作用在轉(zhuǎn)臺(tái)上的垂直載荷、水平載荷和傾覆力矩通過回轉(zhuǎn)支撐的外座圈、滾動(dòng)體和內(nèi)座轉(zhuǎn)傳給底架?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的殼體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)座圈上的齒圈相嚙合。小齒輪既可繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，又可繞轉(zhuǎn)臺(tái)中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)就相對底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。第 20 頁 共 56 頁圖 4.1 回轉(zhuǎn)裝置1-轉(zhuǎn)臺(tái) 2-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 3-回轉(zhuǎn)支承 4-底架本設(shè)計(jì)采用的就是上圖所示的回轉(zhuǎn)裝置。4.1.2 對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本要求液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)約占整個(gè)作業(yè)循環(huán)時(shí)間的 50%-70%，能量消耗占 25%-40%，回轉(zhuǎn)液壓回路的發(fā)熱量占液壓系統(tǒng)總發(fā)熱量的 30%-40%。為提高液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)率和功能利用率，故對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提出如下基本要求：1. 加速度和回轉(zhuǎn)力矩不超過允許值時(shí)，應(yīng)盡可能地縮短轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)時(shí)間。在回轉(zhuǎn)部分慣性矩已知的情況下，角加速度的大小受轉(zhuǎn)臺(tái)最大扭矩的限制，此扭矩不應(yīng)超過行走部分與土壤的附著力矩。2. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)挖掘機(jī)工作裝置的動(dòng)荷系數(shù)不應(yīng)超過允許值。4.2 回轉(zhuǎn)支承的構(gòu)造和特點(diǎn)4.2.1 轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承的構(gòu)造和特點(diǎn)轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承常用于懸掛式液壓挖掘機(jī)上，回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)角一般等于成小于 180。 。其構(gòu)造是由焊接在回轉(zhuǎn)體上的上、下支承軸和上、下軸承座組成。軸承座用螺栓固定在機(jī)架上。通過安裝在支承軸上的液壓馬達(dá)使回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)。第 21 頁 共 56 頁4.2.2 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的構(gòu)造和特點(diǎn)滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承廣泛用于全回轉(zhuǎn)的挖掘機(jī)﹑起重機(jī)和其他機(jī)械上。它是在普通滾動(dòng)軸承基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于放大了的滾動(dòng)軸承。它與舊式回轉(zhuǎn)支承相比，具有尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大，回轉(zhuǎn)摩擦阻力小，滾動(dòng)體與滾道之間的間隙小，維護(hù)方便﹑使用壽命長，易于實(shí)現(xiàn)“三化”等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。它與普通滾動(dòng)軸承相比，又有其特點(diǎn)。普通滾動(dòng)軸承的內(nèi)﹑外座圈剛度靠軸與軸承座裝配來保證，而它的剛度則靠支承它的轉(zhuǎn)臺(tái)和底架來保證。設(shè)計(jì)時(shí)必須注意底架和轉(zhuǎn)臺(tái)的剛度是否符合它的需要。滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)速低，通常承受軸向載荷﹑傾復(fù)力矩和徑向載荷，因此滾道上接觸點(diǎn)的載荷循環(huán)次數(shù)較少，設(shè)計(jì)時(shí)主要進(jìn)行負(fù)荷能力計(jì)算。滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承（圖 4.2）由內(nèi)﹑外圈 10、1、4，滾動(dòng)體 11，隔離體，密封體密封裝置 5、12，調(diào)整墊片 8﹑潤滑裝置和連接螺栓 6 等組成。內(nèi)座圈或外座圈可加工帶內(nèi)齒或外齒。根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)不同可作如下分類：按滾動(dòng)體型式有滾球和滾柱（包括錐形和鼓形滾動(dòng)體） ；按滾動(dòng)體排數(shù)有單排﹑雙排和多排；按滾道型式有曲面（圓?。?，平面和鋼絲滾道等。4.2.3 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的系列標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承，不少國家已有系列標(biāo)準(zhǔn)，由專門的軸承廠制造，主機(jī)廠根據(jù)用途選用即可。我國已制定的滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承系列標(biāo)準(zhǔn)分兩大類，六種結(jié)構(gòu)型式，四十種規(guī)格。第 22 頁 共 56 頁圖 4.2 單排交叉滾柱內(nèi)齒式回轉(zhuǎn)支承4.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4.3.1 傳動(dòng)方式及其特點(diǎn)單斗液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)約占整個(gè)工作循環(huán)時(shí)間的 50～70％，能量消耗約占 25～40％，回轉(zhuǎn)液壓油路的發(fā)熱量約占總發(fā)熱量的 30～40％。因此，合理地確定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓油路和結(jié)構(gòu)方案﹑正確地選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)參數(shù)，對提高生產(chǎn)率和功能利用率，改善司機(jī)的勞動(dòng)條件，減少工作裝置的沖擊等具有十分重要的意義。對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本要求是：1. 在角速度和回轉(zhuǎn)力矩不超過允許值的前提下，應(yīng)盡可能縮短回轉(zhuǎn)時(shí)間。在回轉(zhuǎn)部分慣性已知的情況下，角加速度的大小受最大回轉(zhuǎn)扭矩的限制，該扭矩不應(yīng)超過行走部分與地面的附著力矩。2. 回轉(zhuǎn)時(shí)工作裝置的動(dòng)載系數(shù)不應(yīng)超過允許值。非全回轉(zhuǎn)的挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，工作裝置不應(yīng)碰撞定位器。3. 回轉(zhuǎn)能量損失最小。第 23 頁 共 56 頁4.3.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的類型確定小型液壓挖掘機(jī)通常選用全回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，按液動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式可分為高速方案和低速方案兩類。由高速液壓馬達(dá)經(jīng)齒輪減速箱帶動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪繞回轉(zhuǎn)支承上的固定齒圈滾動(dòng)，促使轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)的稱為高速方案。圖 4.3 所示為斜軸式高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡圖。圖 4.3 斜軸式高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡圖圖中 a）采用兩級正齒輪傳動(dòng)，b）采用一級正齒輪和一級行星齒輪傳動(dòng)，c）采用兩級行星齒輪傳動(dòng)，d）采用一級正齒輪和兩級行星齒輪傳動(dòng)，因此減速箱的速比以 a 最小，d 最大，此外在高速軸上均裝有機(jī)械制動(dòng)器。行星齒輪減速籍雖然加工要求較高，但可用一般漸開線齒廓的模數(shù)銑刀進(jìn)行加工，結(jié)構(gòu)也比較緊湊，速比大，受力好，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。目前我國對圖 b） 、圖 c）第 24 頁 共 56 頁結(jié)構(gòu)部件已進(jìn)行了系列化和專業(yè)化生產(chǎn)，可供選用。由低速大扭矩液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪促使轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)的稱為低速方案。這種方案所采用的液壓馬達(dá)通常為內(nèi)曲線式，有平衡式和星形柱塞式等。高速方案和低速方案各有特點(diǎn)。高速液壓馬達(dá)具有體積小，效率高，不需背壓補(bǔ)油，便于設(shè)置小制動(dòng)器，發(fā)熱和功率損失小，工作可靠，可以與軸向柱塞泵的零件通用等優(yōu)點(diǎn)。低速大扭矩液壓馬達(dá)具有零件小，傳動(dòng)簡單，起動(dòng)制動(dòng)性能好，對油污染的敏感性小，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，約有 80％左右產(chǎn)品由于買不到經(jīng)濟(jì)合理的減速箱而采用低速液壓馬達(dá)。在高速方案中采用彎軸式軸向柱塞液壓馬達(dá)則占大多數(shù)。綜上所述本設(shè)計(jì)采用全回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)并且液動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式采用高速方案。4.4 轉(zhuǎn)臺(tái)單斗液壓挖掘機(jī)由于它的工作裝置呈懸臂的特點(diǎn)，因此工作時(shí)在其自重和外載荷作用下對底部履帶（或輪式的支腿）邊緣產(chǎn)生很大的傾復(fù)力矩。這個(gè)力矩完全靠機(jī)身（不包括工作裝置）自重和轉(zhuǎn)臺(tái)后部另加的配重所產(chǎn)生的力矩來平衡，使挖掘機(jī)能在各種工況下穩(wěn)定的工作。挖掘機(jī)穩(wěn)定性能的優(yōu)劣對整機(jī)工作影響很大。穩(wěn)定性能好的不但能夠保證挖掘機(jī)安全工作，而且能使其在作業(yè)范圍內(nèi)充分發(fā)揮挖掘能力。同時(shí)回轉(zhuǎn)支承裝置磨損也均勻﹑使用壽命長。決定挖掘機(jī)穩(wěn)定性能的因素很多，包括工作裝置尺寸﹑轉(zhuǎn)臺(tái)尺寸﹑配重的大小﹑回轉(zhuǎn)平臺(tái)上的部件布置以及行走底座支承面尺寸等。這些因素在挖掘機(jī)總體設(shè)計(jì)時(shí)須處理好。從挖掘機(jī)的穩(wěn)定性分析：挖掘機(jī)的行走底盤部分的重量是固定的，重心位置也較低，是使機(jī)械穩(wěn)定的因素。而挖掘機(jī)上部的重心位置變化較大，因?yàn)橥诰驒C(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中工作裝置的位置經(jīng)常變化，鏟斗也因滿斗或空斗的原因重量不等。在挖掘過程中還有土壤的反力作用在工作裝置上等，這些都使整個(gè)回轉(zhuǎn)平臺(tái)上部的重心位置經(jīng)常在變化，有時(shí)重心遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出支承滾盤外面。為了平衡這些載荷力矩，回轉(zhuǎn)平臺(tái)上的較重部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)等）通常放在轉(zhuǎn)臺(tái)尾部，第 25 頁 共 56 頁此外在轉(zhuǎn)臺(tái)尾部還另加配重。即使這樣，若滿載幅度較大時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上部的合力還是偏在前面較多。如圖 4.4 所示偏心距為 e。但是也不能為了平衡載荷力矩﹑減少偏心距 e 而過分加大配重，因?yàn)檫@樣會(huì)在空載時(shí)尤其當(dāng)幅度較小時(shí)，載荷力矩大大減少，而配重等造成的平和力矩是不變的，此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上的合力 R′便會(huì)大大偏于后部，偏心距 e′（圖 4.5）造成向后傾翻的較大力矩。故回轉(zhuǎn)平臺(tái)所加配重也不宜過大。配重對載荷力矩實(shí)際上僅起部分的平衡作用。目前單斗液壓挖掘機(jī)普遍采用滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置。這種支承裝置基本上將挖掘機(jī)上﹑下兩部分連成一體，而且滾動(dòng)表面經(jīng)過熱處理，所以能夠承受較大的前后兩方向的傾復(fù)力矩。圖 4.4 滿載幅度較大時(shí)的轉(zhuǎn)臺(tái)上部的合力位置 圖 4.5 配重過大后空載時(shí)上部的合力位置為了使整機(jī)有較好的穩(wěn)定性，同時(shí)使支承滾盤受力均勻，應(yīng)使挖掘機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中回轉(zhuǎn)平臺(tái)上部的合力前后移動(dòng)均勻，即應(yīng)使 e 和 e′值的大小盡量接近，所以要重視回轉(zhuǎn)平臺(tái)上各種機(jī)構(gòu)的合理布置，同時(shí)也可通過調(diào)整配重大小來實(shí)現(xiàn)。4.4.1 轉(zhuǎn)臺(tái)平衡的確定挖掘機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上部自重和載荷合力的位置是經(jīng)常變化的，而且偏向載荷方面。為了平衡載荷力矩，轉(zhuǎn)臺(tái)上的各個(gè)裝置需要合理布置，并在尾部另加配重，以改善下部結(jié)構(gòu)受力、減輕回轉(zhuǎn)支承磨損，保證整機(jī)穩(wěn)定性。有時(shí)轉(zhuǎn)合布置受結(jié)構(gòu)尺寸限制，重心偏離縱軸線。致使左右履帶接地比壓不等，影響行走架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和行駛性能。一般可通過調(diào)整配重重心來解決，如第 26 頁 共 56 頁圖 4.6 所示。圖中 x 為轉(zhuǎn)臺(tái)重心偏離縱軌線值，x′為配重重心偏離縱軸線值。對縱軸線取力矩平衡可求出 x′。確定配重的原則應(yīng)使重載大幅度時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上部分力 FR的偏心距 e 與空載小幅度時(shí)合力 FR′的偏心距 e′大致相等，如圖 4.7 所示。圖 4.6 調(diào)整配重橫向位置圖 4.7 確定配重時(shí)的偏心距4.4.2 轉(zhuǎn)臺(tái)配重的確定根據(jù)國內(nèi)外許多挖掘機(jī)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為挖掘機(jī)處于運(yùn)輸狀態(tài)，斗桿缸和鏟斗缸全伸，動(dòng)臂放低使鏟斗離地約 1m（圖 4.8） ，轉(zhuǎn)臺(tái)上部連同工作裝置的重力 G 應(yīng)通過回轉(zhuǎn)中心。由于這些部件的質(zhì)量和位置已初步確定，配重 即5g可由下式求得：第 27 頁 共 56 頁123455..gllg???式中 、 、 、 ——分別為動(dòng)臂，斗桿，鏟斗及轉(zhuǎn)臺(tái)的重量；1g234g、 、 、 ——為相應(yīng) 的重心至回轉(zhuǎn)中心的距離；ll12g34——為配重 的中心至回轉(zhuǎn)中心的距離。55圖 4.8 確定配重工況必需指出，由于平臺(tái)上部件的布置受結(jié)構(gòu)的局限性、不一定能做到完全對稱于縱軸線，因此平臺(tái)上的重心會(huì)偏離縱軸線，致使左右履帶對地壓力不等、影響底盤強(qiáng)度及行駛性能。當(dāng)平臺(tái)重心偏離縱軸線量 x 不大時(shí)可調(diào)整配重重心，在橫向朝相反方向偏移 （圖 4.6） ，使平臺(tái)合力移到縱向軸線上。需調(diào)整配重'x重心的偏移量 可由下式求得：' ''Gx??中小型挖掘機(jī)當(dāng)改裝成起重機(jī)使用時(shí)必須調(diào)整配重，并驗(yàn)算穩(wěn)定性。4.5 單斗液壓挖掘機(jī)的穩(wěn)定性4.5.1 穩(wěn)定性驗(yàn)證的條件反鏟式液壓挖掘機(jī)的穩(wěn)定性（防止傾覆的安全性）是通過計(jì)算予以驗(yàn)證的。這種驗(yàn)證使用于挖掘機(jī)放置在水平停機(jī)面上。第 28 頁 共 56 頁進(jìn)行反鏟式液壓挖掘機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)針對最不利的傾覆線，即同反鏟式液壓挖掘機(jī)重心垂直距離最小的傾覆線。如圖 4.9 所示，所謂傾覆線，對于履帶式挖掘機(jī)是支重輪的傾覆支點(diǎn)連線 A—A 和左右履帶的引導(dǎo)輪或驅(qū)動(dòng)輪的傾覆支點(diǎn)的連線 B—B。圖 4.9 反鏟式液壓挖掘機(jī)的傾覆線（a）履帶式挖掘機(jī)側(cè)向傾覆線；（b）履帶式挖掘機(jī)縱向傾覆線4.5.2 穩(wěn)定性反鏟式液壓挖掘機(jī)的穩(wěn)定性是指在最不利的傾覆線上的穩(wěn)定力矩之和大于或等于傾覆力矩之和。挖掘機(jī)所有零部件、總成由于自重引起的力矩都作為穩(wěn)定力矩。對于可以變更的或者可以移動(dòng)的零部件、凡是對挖掘機(jī)穩(wěn)定性有影響的重力，均要考慮其最不利的值和最不利的位置。傾覆力矩主要是由鏟斗挖掘力（有效載荷）及工作裝置自重引起的。4.5.3 穩(wěn)定性的計(jì)算在計(jì)算反鏟液壓挖掘機(jī)穩(wěn)定性時(shí)要使用下列計(jì)算力值代替實(shí)際的重力值：12.05KEN????式中 ——挖掘機(jī)工作裝置自重系數(shù)； ——挖掘機(jī)有效載荷系數(shù)；1K第 29 頁 共 56 頁——挖掘機(jī)最大作業(yè)半徑時(shí)超出傾覆線之外的工作裝置的重力；E——有效載荷（土、石方）的重力， =qr，其中 q 為標(biāo)準(zhǔn)鏟斗容量，NNm3；r 為土壤容重，一般取 1600N/ m3。1.穩(wěn)定力矩通過稱重求得。（1）挖掘機(jī)主機(jī)稱重條件（無工作裝置）。挖掘機(jī)已做好作業(yè)準(zhǔn)備，但無工作裝置，上部回轉(zhuǎn)至與前進(jìn)方向成 90°夾角。（2）挖掘機(jī)整機(jī)稱重條件。挖掘機(jī)已做好作業(yè)準(zhǔn)備，帶工作裝置，上部回轉(zhuǎn)至與前進(jìn)方向成 90°夾角。工作裝置伸出并達(dá)到最大作業(yè)半徑，不會(huì)將有效載荷（土、石方）卸出。2.整機(jī)穩(wěn)定性的計(jì)算。反鏟式液壓挖掘機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算公式（參見圖 4.10）為圖 4.10 反鏟式液壓挖掘機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算簡圖12s-.Ee15MGNn???穩(wěn) 定 力 矩穩(wěn) 定 性 傾 覆 力 矩（4-3）式中 ——主機(jī)自重，N；G——傾覆線間距，m；s——工作裝置自重，N；E第 30 頁 共 56 頁——重心間距，m；e——有效載荷，N；——最大幅度，m。n根據(jù)第 3 章中工作裝置主要參數(shù)可知，工作裝置的重量為 666kg，整機(jī)重量為 6t，可以得到主機(jī)自重 G，工作裝置自重 E,重心間距 e，最大幅度 n，即： N(60)9.85273.????N.6.Ee=3.602mn=5.91m根據(jù) 5 章中行走裝置的主要參數(shù)可知，傾覆線間距為 s 為 0.18m。有效載荷 N=qr=0.25x1600=400N將以上數(shù)據(jù)帶入公式（4-3）得 12s.e5273.18.652.8302.91n4091MGEN?????? ??穩(wěn) 定 力 矩穩(wěn) 定 性 傾 覆 力 矩通過上式計(jì)算，整機(jī)達(dá)到了穩(wěn)定。第 5 章 行走裝置5.1 液壓挖掘機(jī)行走裝置介紹 挖掘機(jī)的行走裝置既是機(jī)械的運(yùn)行部分，又是機(jī)械的支承。挖掘作業(yè)時(shí)機(jī)械不行走，行走裝置要承受整臺(tái)機(jī)械的自重和外載，這是與運(yùn)輸車輛和鏟土運(yùn)輸機(jī)所所不同的，因此設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的行走裝置時(shí)應(yīng)兼顧支承和運(yùn)行兩個(gè)方面的需要。因此，液壓挖掘機(jī)行走裝置應(yīng)盡量滿足以下要求：1. 應(yīng)有較大的驅(qū)動(dòng)力，使挖掘機(jī)在濕軟或高低不平等不良地面上行走時(shí)具有良好的通過性能、爬坡性能和轉(zhuǎn)向性能。2. 在不增大行走裝置高度的前提下使挖掘機(jī)具有較大的離地間隙，以提高第 31 頁 共 56 頁其不平地面上的越野性能。3. 行走裝置具有較大的支撐面積或較小的接地比壓，以提高挖掘機(jī)的穩(wěn)定性。4. 挖掘機(jī)在斜坡下行時(shí)不發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象，以提高挖掘機(jī)的安全性。5. 行走裝置的外形尺寸應(yīng)符合道路運(yùn)輸?shù)囊蟆Ｒ簤和诰驒C(jī)的行走裝置，按結(jié)構(gòu)可分為履帶式和輪胎式兩大類。履帶工行走裝置的特點(diǎn)是，驅(qū)動(dòng)力大（通常每條履帶的驅(qū)動(dòng)力可達(dá)機(jī)重的 35%-45%） ，接比壓小（40-150kPa） ，因而越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力大（一般為 50%-80%，最大的可達(dá) 100%） ，且轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性好。橡膠履帶式行走裝置在液壓挖掘上使用較為普遍。但橡膠履帶式行走裝置制造成本低，運(yùn)行速度低，運(yùn)行和轉(zhuǎn)向時(shí)功率消耗大，零件磨損快，因此，挖掘機(jī)長距離運(yùn)行時(shí)需借助于其他運(yùn)輸車輛。輪胎式行走裝置與履帶式的相比，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度快、機(jī)動(dòng)性好，運(yùn)行時(shí)輪胎不損壞路面，因而在城市建設(shè)中很受歡迎，缺點(diǎn)是接地比壓大，爬坡能力小，挖掘作業(yè)時(shí)需要用專門支腿支撐，以確保挖掘機(jī)的穩(wěn)定性和安全性。履帶式行走裝置組成與工作原理：履帶式行走裝置由“四輪一帶” （即驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪、以及履帶） ，張緊裝置和緩沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)，行走架等組成。挖掘機(jī)運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪在履帶的緊邊——驅(qū)動(dòng)段及接地段（支撐段）產(chǎn)生一個(gè)拉力，企圖把履帶從支重輪下拉出，由于支重輪下的履帶與地面間有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動(dòng)輪卷動(dòng)履帶，導(dǎo)向輪再把履帶鋪設(shè)到地面上，從而使挖掘機(jī)借支重輪沿著履帶軌道向前運(yùn)行。液壓傳動(dòng)的履帶行走裝置，挖掘機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)由安裝在兩條履帶上且分別由兩臺(tái)液壓泵供油的行走馬達(dá)（用一臺(tái)油泵供油時(shí)需采用專用的控制閥來操縱）通過對油路的控制，很方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎，以適應(yīng)挖掘機(jī)在各種地面、場地上運(yùn)動(dòng)。與履帶式液壓挖掘機(jī)行走裝置相比較，輪胎式行走裝置的主要特點(diǎn)是：1. 要求地面平整、堅(jiān)實(shí)，以免輪轍過深，增加挖掘機(jī)行駛阻力、轉(zhuǎn)向阻力，第 32 頁 共 56 頁影響挖掘機(jī)的穩(wěn)定性。2. 輪胎式挖掘機(jī)的行走速度通常不超過 20km/h，爬坡能力為 40%-60%。3. 為了改善挖掘機(jī)的越野性能，宜采用全輪驅(qū)動(dòng)，液壓懸掛平衡擺動(dòng)軸。作業(yè)時(shí)由液壓支腿支撐，使前后橋卸荷并整機(jī)穩(wěn)定性得以提高。5.2 履帶式行走裝置的結(jié)構(gòu)布置和傳動(dòng)方案5.2.1 履帶式行走裝置的構(gòu)造履帶式行走裝置（圖 5.1）由連接回轉(zhuǎn)支承裝置的行走架 1 通過支重輪 2，履帶 3 將載荷傳至地面。履帶呈封閉環(huán)繞過驅(qū)動(dòng)輪 5 和導(dǎo)向輪 6，為了減少上分支撓度，履帶由 1-2 個(gè)托鏈輪 4 支持。行走裝量的傳動(dòng)是由液壓馬達(dá) 8 經(jīng)減速箱 9 傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪 5 使整個(gè)行走裝置運(yùn)行。當(dāng)履帶由于磨損而伸長時(shí)可由張緊裝置 7 調(diào)整其松緊度。圖 5.1 履帶式行走裝置1-行走架；2-支重輪；3-履帶；4-托鏈輪；6-驅(qū)動(dòng)輪；6-導(dǎo)向輪；7-張緊裝置；8-液壓馬達(dá)；9-減速箱1．行走架行走架是履帶行走裝置的承重骨架，它由底架、橫梁和履帶架組成，通常用 16Mn 鋼板焊接。底架連接轉(zhuǎn)臺(tái)，承受上部的載荷，并通過橫梁傳給履帶架。行走架按結(jié)構(gòu)的不同分組合式和整體式兩種。第 33 頁 共 56 頁2．支重輪挖掘機(jī)重量通過支重輪傳給地面，工作時(shí)如地面不平它將經(jīng)常受到?jīng)_擊，所以支重輪所受載荷輪大。支重輪的工作條件也較惡劣，經(jīng)常處于塵土中有時(shí)還浸泡于泥水之中，故要求密封可靠。支重輪輪體常用 35Mn 或 50Mn 制造，輪面淬火硬度應(yīng)達(dá) HRC48-57。采用滑動(dòng)軸承較多，并用浮動(dòng)油封防塵。結(jié)構(gòu)如圖5.2.3. 導(dǎo)向輪導(dǎo)向輪用于引導(dǎo)履帶正確繞轉(zhuǎn)，可以防止跑偏和越軌。大部分液壓挖掘機(jī)的導(dǎo)向輪同時(shí)起到支重輪的作用，這樣可增加履帶對地面的接觸面積，減小比壓。導(dǎo)向輪的輪面大多制成光面，中間有擋肩環(huán)作為導(dǎo)向用，兩側(cè)的環(huán)面則能支撐軌鏈起支重輪的作用。導(dǎo)向輪的中間擋肩環(huán)應(yīng)有足夠的高度，兩側(cè)邊的斜度要小。導(dǎo)向輪與最靠近的支重輪距離越小則導(dǎo)向性能越好。圖 5.2 支重輪1-軸；2-輪體；3-軸套；4-螺塞；5-墊圈；6-浮封環(huán)；7 浮封膠圈；8；軸座4. 驅(qū)動(dòng)輪發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過驅(qū)動(dòng)輪傳給履帶，因此，對驅(qū)動(dòng)輪的主要要求是嚙合平穩(wěn)，并在履帶因銷套磨損而伸長時(shí)，仍能很好地嚙合。履帶的驅(qū)動(dòng)輪通常置于后部，這樣履帶的張緊段較短，減少磨損和功率損失。驅(qū)動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)有多種型式，如按輪體構(gòu)造分有整體式和分體式兩種。5. 張緊裝置履帶式行走裝置使用一段時(shí)間后由于鏈軌銷軸的磨損會(huì)使節(jié)距增大，并使第 34 頁 共 56 頁整個(gè)履帶伸長，導(dǎo)致摩擦履帶架，脫軌等，影響行走性能。因此，每條履帶必需裝設(shè)張緊裝置，使履帶經(jīng)常保持一定的張緊度。5.2.2 履帶行走裝置的傳動(dòng)方式單斗液壓挖掘機(jī)的履帶行走裝置絕大部分都采用液壓傳動(dòng)，它使履帶行走架結(jié)構(gòu)簡單化，并且省去了機(jī)械傳動(dòng)的一套復(fù)雜的錐齒輪﹑離合器及傳動(dòng)軸等零件。液壓傳動(dòng)的方式是每條履帶各自有驅(qū)動(dòng)的液壓馬達(dá)及減速裝置，由于兩個(gè)液壓馬達(dá)可以獨(dú)立操縱，因此挖掘機(jī)的左﹑右履帶除可以同步前進(jìn)后退或一條履帶驅(qū)動(dòng)，一條履帶止動(dòng)的轉(zhuǎn)彎外，還可以兩條履帶相反方向驅(qū)動(dòng)，使挖掘機(jī)實(shí)現(xiàn)原地旋轉(zhuǎn)（見圖 5.3a） ，提高了作業(yè)的靈活性。雖然液壓傳動(dòng)的效率低，僅為 50％左右（機(jī)械傳動(dòng)的效率約 70％） ，但因具備上述優(yōu)點(diǎn)，目前國產(chǎn)履帶式液壓挖掘機(jī)都采用此種型式。本設(shè)計(jì)亦采用此種型式。單斗液壓挖掘機(jī)的行走裝置按照傳動(dòng)方式可分為液壓式和機(jī)械式兩類。選擇行走裝置的型式時(shí)，應(yīng)根據(jù)工作地點(diǎn)的土壤條件﹑工作量﹑運(yùn)輸距離及使用條件等決定。本設(shè)計(jì)采用液壓式傳動(dòng)方式。履帶式行走裝置的傳動(dòng)方式與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相仿，可分為高速馬達(dá)和低速馬達(dá)兩種方案。圖 5.3 履帶式液壓挖掘機(jī)的行走裝置轉(zhuǎn)彎a) 原地轉(zhuǎn)彎 b) 繞一條履帶轉(zhuǎn)彎高速方案通常是采用定量軸向柱塞式﹑葉片式或齒輪式液壓馬達(dá)通過多級正齒輪減速或正齒輪和行星齒輪組合的減速箱，最后驅(qū)動(dòng)履帶的驅(qū)動(dòng)輪。即通過采用高速液壓馬達(dá)通過專門的行走減速器驅(qū)動(dòng)履帶的驅(qū)動(dòng)輪。這種減速器常第 35 頁 共 56 頁常連同液壓馬達(dá)和制動(dòng)器組成一個(gè)獨(dú)立而緊湊的部件進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)。低速方案是采用低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。由于該馬達(dá)在低速時(shí)效率很低，故一般仍加一級正齒輪或一級行星輪減速，使馬達(dá)轉(zhuǎn)速不致過低。采用高速液壓液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，由于馬達(dá)轉(zhuǎn)速可達(dá) 2000～3000r/min，因此減速器裝置需一對或兩對正齒輪與一列或兩列行星齒輪組合成減速箱，這種減速箱常常連液壓馬達(dá)和制動(dòng)器組成一個(gè)獨(dú)立緊湊的部件，我國已進(jìn)行了部件系列化和專業(yè)化的生產(chǎn)，因而使挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)和制造工作大為簡化。因此，綜上所述本設(shè)計(jì)中選用高速方案，采用高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。5.3 履帶行走裝置參數(shù)的確定5.3.1 主要性能參數(shù)的確定性能參數(shù)的選擇是挖掘機(jī)總體方案設(shè)計(jì)中的首要環(huán)節(jié)。對其履帶行走裝置而言，主要包括行駛速度、爬坡能力、接地比壓、最大牽引力等。一般這些性能參數(shù)都是根據(jù)挖掘機(jī)的整機(jī)質(zhì)量，由設(shè)計(jì)人員自己的經(jīng)驗(yàn)來確定，或是參考現(xiàn)有成熟產(chǎn)品進(jìn)行類比。1. 行駛速度考慮到挖掘機(jī)在作業(yè)時(shí)工地行走的需要，一般將行駛速度設(shè)定為高低兩檔，這樣就可以根據(jù)行走路面的狀況及工作場地的大小選擇合適的行駛速度。為了減少挖掘機(jī)現(xiàn)場作業(yè)的移動(dòng)時(shí)間、提高生產(chǎn)率，根據(jù)一些知名品牌（小松、竹內(nèi)、洋馬、久保田建機(jī)、日立、石川島中俊、小橋機(jī)械、沃爾沃、特雷克斯、現(xiàn)代、斗山、山河智能、福田雷沃、玉柴、徐工、龍工、柳工、三一，圖1～圖8 數(shù)據(jù)均來自這些品牌）小挖行駛速度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見圖5.1），推薦高速行駛速度為4.0～5.5km/h，低速行駛速度為2.0～3.5km/h。第 36 頁 共 56 頁圖 5.1 行駛速度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系2. 爬坡能力履帶行走裝置一個(gè)顯著特點(diǎn)就是爬坡能力大，一般為50%～80%。由小挖爬坡度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見圖5.2），推薦爬坡度??為30°～35°，即爬坡能力為58%～70%。圖 5.2 爬坡度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系第 37 頁 共 56 頁3. 接地比壓接地比壓指平均接地比壓，是履帶式液壓挖掘機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，主要根據(jù)地面條件、挖掘機(jī)的附著性能、外形尺寸等進(jìn)行合理選取。在設(shè)計(jì)挖掘機(jī)時(shí)，在結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)，盡量取小值，依據(jù)小挖平均接地比壓與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見圖5.3），推薦平均接地比壓p ≤ 35kPa。圖 5.3 平均接地比壓與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系4. 最大牽引力履帶行走裝置的牽引力必須大于或等于各阻力之和，小于或等于履帶對地面的附著力。一般情況下，履帶行走裝置爬坡不與轉(zhuǎn)彎同時(shí)進(jìn)行，因此只考慮挖掘機(jī)在最大設(shè)計(jì)爬坡能力的情況下確定的最大牽引力，不再考慮轉(zhuǎn)彎阻力，而且行駛速度低，運(yùn)行空氣阻力忽略不計(jì)，則履帶行走裝置的最大牽引力T 計(jì)算公式為：T＝Tf＋Ti＝fG＋sinaG　　　?。?-1）式中　T f —履帶行走裝置的滾動(dòng)阻力；Ti —履帶行走裝置的坡道阻力；f —履帶行走裝置的滾動(dòng)阻力系數(shù)；a —最大設(shè)計(jì)坡度角。第 38 頁 共 56 頁另外，目前大多數(shù)履帶式挖掘機(jī)的最大牽引力也可按挖掘機(jī)整機(jī)質(zhì)量的一定比例選取，即T＝(0.7 ～0.85)G×10 4　　　?。?-2）式中　T —整機(jī)最大牽引力（N）；G —為整機(jī)質(zhì)量（t）。計(jì)算得：T=0.8×6.023×104 =48184 N =48.18 kN考慮到挖掘機(jī)需具備較好的爬坡、轉(zhuǎn)彎等性能，可根據(jù)小挖最大牽引力與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果恰當(dāng)選擇（見圖5.4）。圖 5.4 最大牽引力與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系5.3.2　主要設(shè)計(jì)參數(shù)分析1. 行走裝置主要零部件的選擇履帶行走傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想一般是憑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和用戶要求，首先根據(jù)最第 39 頁 共 56 頁大牽引力確定履帶鏈軌節(jié)距t，再根據(jù)公式確定四輪一帶等。1）鏈軌節(jié)節(jié)距t 與四輪一帶液壓挖掘機(jī)已采用標(biāo)準(zhǔn)化履帶鏈軌節(jié)節(jié)距t，如101 、125、135 和154mm 等多種。一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，鏈軌節(jié)的斷裂拉力應(yīng)是履帶最大牽引力的2～3 倍，即履帶總牽引力應(yīng)小于或等于鏈軌節(jié)的允許拉力。因此可根據(jù)已經(jīng)確定的最大牽引力和標(biāo)準(zhǔn)鏈軌節(jié)的允許拉力，即可確定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距t。另外，也可按經(jīng)驗(yàn)公式選取 t ＝(15～17.5) G0.25 （5-3）式中　G—整機(jī)質(zhì)量(kg)。計(jì)算得： t=16×6036 0.25 =141.03 mm確