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1、济南大学毕业论文毕业论文题 目 SC180.7履带式液压 挖掘机的设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机升0901 学 生 刘长平 学 号 20090404036 指导教师 赵洪华 二一一 年五月二十五日- 1 -济南大学毕业论文- 38 -1 前言1.1液压挖掘机的作用改革开放以来，我国的科学技术、信息技术迅速发展，各行各业都发生了翻天覆地的变化，各行各业都在奋力拼搏、大胆创新，使得工程机械品种不断增加，产量不断升高、性能不断完善、发展势头强劲。 液压挖掘机是工程机械的一个重要品种，是一种广泛用于建设、铁路、公路、水利、采矿等建设工程的土方机械。它的发展与应用反应了
2、一个国家施工机械化的水平。 液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的，液压挖掘机的工作过程是以铲斗的切割刃切削，铲斗装满后提升回转至卸载位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置并开始下一次的作业。所以，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。 液压挖掘机在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、漏天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可少的一种重要机械设备。 在建筑工程中，可用来挖掘基坑、拆除旧有建筑物、平整场地等。更换工作装置后，可进行装卸、打桩和拔除树根等作业。 在水利中，可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏浚原有的河道等。 在铁路公路建设中，用来挖掘
3、土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟。 在漏天采矿上，可用来剥离表面、采掘矿石和煤，也可用来进行装载和钻孔等作业。 在军事工程中，可用来筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工速度，促进各项事业的发展，都起着很大的作用。1.2 液压挖掘机的工作特点和基本类型1.2.1液压挖掘机的主要优缺点 1）液压挖掘机在动力装置和工作装置之间采用容积式液压静压传动，即靠液体的压力能进行工作，液压传动与机械传动相比有许多优点 2）液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。 3）重量轻、体积小、运动
4、惯性小、反应速度快。 4）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。 5）可自动实现过载保护。 6）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； 7）很容易实现直线运动/8) 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。 基于液压传动的上述特点，液压挖掘机与机械传动挖掘机相比，具有以下主要特点： 1)大大的改善了挖掘机的性能，挖掘力大、牵引力大、机器重量轻、传动平稳，作业效率高，结构紧凑。 2)液压挖掘机的液压系统有防止过载的能力，所以使用安全可靠，操纵简便，由于可采用液压先导控制，无论驱动功率多大，
5、操作均很灵活，司机的工作条件得到了改善。更换工作装置时，由于不牵连状态上不的其他机构，一次更换工作装置容易，而机械式挖掘机则受到提升机构和推压机构的牵连和限制 3)由于液压传动易于实现自动控制，因此现在挖掘机普遍采用了以微处理器为核心的电子控制单元，使发动机、液压泵、控制阀和执行元件在最佳匹配状态下工作，以实现节能和提高作业效率，同时还可以实现整机状态参数的电子控制和故障诊断。 4)液压元件易于实现标准化、系列化、通用化，便于组织大规模专业化生产，进一步提高了效率和降低成本。 1.2.2液压挖掘机的基本类型及主要特点 （1）根据行走机构的类型来划分 根据行走机构的不同，可分为履带式、轮胎式、汽
6、车式、悬挂式和拖式。履带式液压挖掘机应用最广，在任何路面行走都具有良好的通过性，对土壤有足够的附着力，接地比压小，作业时不需设支腿，使用范围较大，在土质松软或沼泽地带作业的液压挖掘机，还可以通过加宽履带来降低接地比压 轮胎式液压式液压挖掘机具有行走速度快，机动性好，可在多种路面上行走的特点。这种挖掘机都是四支点，目前轮胎式液压挖掘机的行走部分斗数采用机械传动和单独液压马达的集中传动。 悬挂式液压挖掘机式将工作装置安装在轮胎式拖拉机上，可以达到一机多用的目的，拆卸方便，成本低廉。 拖式挖掘机没有传动机构，行走时由拖拉机牵引。 （2）根据工作装置划分 根据工作装置的不同可分为铰链式和伸缩臂式挖掘机
7、铰链式工作装置应用较为普遍。这种挖掘机的工作装置靠个构件绕绞点转动来完成作业。伸缩臂是挖掘机的动臂由主臂及伸缩臂组成，伸缩臂可以在主臂内伸缩，还可以变幅。1.3 国内外液压挖掘机研究现状及发展趋势1.3.1 研究现状国外发展现状，为了提高挖掘机的作业生产率，自90年代以来，各生产厂商在广泛采用新技术，相继研制出许多功能超强的系统。国外挖掘机制造采用的先进技术主要体现在以下几个方面：(1)改革动力和传动系统，用“交直”变流拖动装置代替发电机组；工作装置及其过载保护机构采用液压传动；行走机构采用液压传动或用电动机配以大型减速箱的独立行走方案。(2)采用脉冲调节交流变频系统和全功率调节变量系统，使其
8、可承受宽幅电压波动范围(+10%-30%),获得比较理想的挖掘特性；功率因数较高，耗电量较低。同时，使维护工作量减小，设备利用率提高。(3)动力电子控制/管理系统根据传动装置及液压系统的工作状态，自动调节发动机输出功率，以满足不同作业工况的需要，提高燃料的经济性。(4)发动机自动控制系统当挖掘机处于非作业工况时，自动降低发动机转速，减少燃料消耗及发动机噪音。(5)关键信息显示/管理系统采用网络通讯技术，在办公室的控制中心实时控挖掘机的作业状态，据此向司机提供基于文字提示的精确的故障诊断信息。(6)转向变速集成控制系统取消传统的方向盘和变速杆，将转向与变速操纵装置集成为一个操纵手柄，并采用简单的
9、触发式控制开发和选档用的分装式加速按钮。(7)负载感应变速系统根据负载状态，自动调节车速及发动机飞轮扭矩，实现高速、小扭矩或低速、大扭矩的动力输出。(8)监控/管理系统-连续监控/管理挖掘机数十项性能指标参数，在遇到突发或紧急情况时很容易通过液晶仪表显示、听觉与视觉相结合报警信号，提醒驾驶人员注意。国内发展概况，向我国挖掘机行业的主导产品，基本上都是以柳工70年代初开发的ZL50为基础发展起来的。进入80年代消化吸收了美国Caterpillar、日本小松等先进技术，逐步开发成功了我国第二代挖掘机产品。它与第一代显著不同之处，主要是增设了空调系统、紧急制动系统、落物保护装置等。我国的第二代产品与
10、国际先进水平相比，在机电一体化、操纵舒适性、作业效率等方面有较大差距，差距最大的是产品可靠性。目前我国挖掘机行业已经出现了第三代产品，以柳工、徐工的ZLOG为代表。第三代产品的显著特点有:(1)工作液压系统的系统压力与国际接轨，由原来普遍的16MPa提高到20MPa以上。(2)机电一体化水平大大提高。变速操纵由原来的机械液压操纵改为电脑集成控制系统(EST17T)控制电液操纵。同时还采用了多种型式的电子监控系统。(3)采用了全密封内藏湿式多片式制动器及制动可靠、性能卓越的全液压制动系统。(4)采用了当今世界上流行的流线形外观设计，并采用了前后玻璃分别为一体的更加优美的空调密封驾驶室。 第三代产
11、品的整机性能也有很大的提高，各主要性能指标基本上能与世界先进水平接轨。但在可靠性、舒适性、作业效率及制造水平等方面和国外先进水平还有相当差距。第四代产品在第三代的基础上也已出现，进一步优化了整机的性能及配置，电控箱、湿式制动器等新技术得到了应用，并形成了各企业的专有技术及专利技术，使产品以崭新的面目推场。这些都将进一步促进我国挖掘机行业的技术进步。 1.3.2 发展趋势 工业发达国家的液压挖掘机生成较早，产品线齐全，技术成熟，美国德国日本式挖掘机的主要生产国，具有较高的市场占有率，从20世纪后期开始，国际上液压挖掘机的生产从产品规格上看，在稳定和完善主力机型的基础上向大型化、微型化方向发展，从
12、功能上看，在满足基本功能的基础上，向多功能化，专业化方向发展，从产品性能上看，向高效节能化、自动化、信息化、智能化的方向发展。 2 挖掘机的整体设计2.1 设计依据履带式行走装置的特点：牵引力大，接地比小，转弯半径小，机动灵活。采用液压传动，能实现无级调速。每条履带各自有驱动的液压马达及减速装置。 设计参数：机重 18T 标准斗容量 0.7M3 最大行走速度 3-5KMh 发动机功率 80-100KW 爬坡能力不低于 40%2.2 履带式液压挖掘机的总体构造与组成液压挖掘机主要有发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电器控制等部分组成。液压系统有液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组
13、成。电气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。从系统仿真建模的角度，挖掘机可分为:动力系统、机械系统、液压系统、控制系统。(1)动力系统 柴油机是用柴油做燃料的内燃机，属于压缩点火式发动机，柴油机具有热效率高的显著特点，经济性优于汽油机，功率大，符合工程机械向大型化发展的趋势。柴油机具有较好的燃油经济性，使用成本低，在相同的驾驶历程里，可以设置容积小些的油箱。柴油机热效率高达38%，而汽油机为30%；柴油机工作可靠，寿命长排污量小。为了节能，各国都在关注燃烧过程，研究燃用低质劣油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦损失、广泛应用废气涡轮增压并提高增压度、进一步轻量化
14、、高速化、低油耗、低噪声和低污染。考虑到液压挖掘机常作用于野外，而柴油机作为动力装置不受电源、电缆的限制，使得液压挖掘机移动行走方便，顾本设计采用了柴油机作为动力源。挖掘机工作的主要特点是环境温度变化大，负荷变化大，经常倾斜工作，维护条件差。因此挖掘机原动力一般由柴油机提供，柴油机具有工作可靠、功率特性曲线硬、燃油经济等特点，符合挖掘机工作条件恶劣，负载多变的要求。(2)机械系统 挖掘机的机械系统部分是完成挖掘机各项基本动作的直接执行者，主要包括行走装置、转向机构和工作装置。行走装置是整个机器的支撑部分，承受机器的全部重量和工作装置的反力，同时能使挖掘机作短途行驶。 转向机构是用来操纵挖掘机的行驶方向的，根据行驶和作业的需要，应能稳定地直线行驶，并能灵活地改变行驶方向。工作装置是挖掘机完成实际作业的主要组成部分，它是带有液压缸的空间多杆机构。(3)液压系统挖掘机的主要运动有整机行走、转向、动臂升降和铲斗翻转等。在全液压挖掘机中这些运动都靠液压传动。根据以上工作要求，把各液压元件用油管有机地连接起来的组合体即是挖掘机的液压系统。该系统的功能是把发动机的机械能以油液为介质，利用油泵转变为液压能，传送给油缸、油马达等转变为机械能，再传动各执行机构，实现各种运动和工作过程。液压系统设计得合理与否，对挖掘机的性能起着决定性的作用。同样的元件，若系统设计不同，则挖掘机性能差
