柳工挖掘机基本知识培训精讲课件.ppt
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- 挖掘机 基本知识 培训 讲课
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1、挖掘机概述挖掘机概述 挖掘机械挖掘机械作为一种快速、高效的施工作业机械作为一种快速、高效的施工作业机械是工是工程机械中的一个主要机种,是土石方施工工程中的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,工程施工中约有主要机械设备之一,据统计,工程施工中约有60%60%以以上的土石方量是靠挖掘机械来完成的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山采掘以及现代化军事
2、工程等行业的机械化施工中 近年来,挖掘机是整个工程机械行业中产、销量增近年来,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长最快的一个机种挖掘机简史挖掘机简史 第一台手动挖掘机问世至今已有第一台手动挖掘机问世至今已有130多年多年的历史的历史 期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到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机的逐步发展过程挖掘机简史挖掘机简史 由于液压技术的应用,由于液压技术的应用,20世纪世纪40年代有了年代有了在拖拉机上配装液压
3、反铲的悬挂式挖掘机在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机 20世纪世纪50年代初期和中期相继研制出拖式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,配套件也不齐全件,制造质量不够稳定,配套件也不齐全挖掘机简史挖掘机简史 从从20世纪世纪60年代起,液压挖掘机进入推年代起,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
4、和品种增加很快,产量猛增 1968-1970年间,液压挖掘机产量已占挖年间,液压挖掘机产量已占挖掘机总产量的掘机总产量的83%,目前已接近,目前已接近100%当前挖掘机水平及发展动向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、日本是斗法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容量容量3.5-40m3单斗液压挖掘机的主要生单斗液压挖掘机的主要生产国产国 从从20世纪世纪80年代开始生产特大型挖掘机年代开始生产特大型挖掘机当前挖掘机水平及发展动向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美国马利昂公司生产的斗容量50-150m3剥离用
5、挖掘机,斗容量剥离用挖掘机,斗容量132m3的步行式的步行式拉铲挖掘机拉铲挖掘机 B-E(布比赛路斯(布比赛路斯-伊利)公司生产的斗伊利)公司生产的斗容量容量168.2m3的步行式拉铲挖掘机,斗容的步行式拉铲挖掘机,斗容量量107m3的剥离用挖掘机等,是世界上的剥离用挖掘机等,是世界上目前最大的挖掘机。目前最大的挖掘机。 最小的挖掘机:最小的挖掘机:(研究阶段)进入人体血研究阶段)进入人体血管的医用挖掘机管的医用挖掘机 生产历史最悠久的国家:美国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,最早采用液压技术的国家:德国,1950年年 发展最快的国家:日本发展最快的国家:日本 需求增
6、长最快的国家:中国需求增长最快的国家:中国挖掘机分类挖掘机分类挖掘机挖掘机履带式履带式轮胎式轮胎式汽车式汽车式建筑型单斗挖掘机建筑型单斗挖掘机采矿型单斗挖掘机采矿型单斗挖掘机剥离型单斗挖掘机剥离型单斗挖掘机隧洞型单斗挖掘机隧洞型单斗挖掘机周期作业式单斗挖掘机周期作业式单斗挖掘机连续作业式多斗挖掘机连续作业式多斗挖掘机单斗挖掘机分类(传动方式)单斗挖掘机分类(传动方式)液压传动式挖掘机液压传动式挖掘机机械传动式挖掘机机械传动式挖掘机单斗挖掘机单斗挖掘机斗轮式挖掘机斗轮式挖掘机挖沟机挖沟机机械式挖掘机机械式挖掘机单斗液压挖掘机单斗液压挖掘机单斗液压反铲挖掘机单斗液压反铲挖掘机履带式轮式汽车式步履式
7、单斗液压挖掘机 标准斗容量:单位,立方米。这是早标准斗容量:单位,立方米。这是早几年表述挖掘机大小的第一指标。几年表述挖掘机大小的第一指标。 机重:单位,吨。这是近几年开始表机重:单位,吨。这是近几年开始表述挖掘机大小的第一指标。述挖掘机大小的第一指标。 发动机额定功率:发动机额定功率:单位,千瓦。单位,千瓦。工作装置工作装置动力装置动力装置液压系统液压系统回转装置回转装置驾驶室驾驶室回转平台回转平台行走装置行走装置挖掘机挖掘机驱动控制油操纵柴油机柴油机先导泵先导泵先导阀先导阀司司 机机 控制油驱动工作油工作油工作泵工作泵主控阀主控阀马马 达达 工作油 实现实现工作装置工作工作装置工作油缸油缸
8、旋转、行走旋转、行走反铲挖掘机的作业过程反铲挖掘机的作业过程 挖掘:挖掘时先将铲斗向前伸出,动臂带着挖掘: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向拉转,铲斗在工作面上挖出一条弧形挖掘带并装满土壤带并装满土壤 回转:随后将铲斗连同动臂一起升起,上部回转: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转台带动铲斗及动臂回转到卸土处挖掘机每一作业循环包括:挖掘机每一作业循环包括:反铲挖掘机的作业过程反铲挖掘机的作业过程 卸料:将铲斗向前推出,使斗口朝下进卸料:将铲斗向前推出,使
9、斗口朝下进 行卸土行卸土 返回:卸土后将动臂及铲斗回转并下放返回: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至工作面,准备下一循环的挖掘作业 多自由度作业机械。多自由度作业机械。 利用杠杆原理,液压缸推动动臂、斗杆利用杠杆原理,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;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;上部回转平台绕垂直轴旋转; 远距离悬臂挖掘和卸料;远距离悬臂挖掘和卸料; 靠履带转移或移动整机的工作面。靠履带转移或移动整机的工作面。 工作装置是挖掘机的重要部分,常工作
10、装置是挖掘机的重要部分,常用工作装置类型有:用工作装置类型有: 反铲:以挖掘地面以下为主反铲:以挖掘地面以下为主 正铲:以挖掘地面以上为主正铲: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起重装置:主要用于装卸及埋设管道反铲装置反铲装置 铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构型式结构型式 主要用于挖掘地面以下土方,往往以转主要用于挖掘地面以下土方,往往以转斗挖掘为主斗挖掘为主 动臂、斗杆和铲斗等主要部件彼此铰接,动臂、斗杆和铲斗等主要部件
11、彼此铰接,在液压缸的作用下各部件绕铰接点摆动,在液压缸的作用下各部件绕铰接点摆动,完成挖掘、提升和卸土等动作完成挖掘、提升和卸土等动作厚板小截面:同等强度条件下,重量略大一些厚板小截面: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,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但要保证薄板不失稳最终目的:重量轻,强度高,刚性好最终目的:重量轻,强度高,刚性好有效的工具:计算机有限元应力分析有效的工具:计算机有限元应力分析箱型截面箱型截面动臂动臂动臂是反铲装置的主要部件,其结构有: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整体
12、式动臂:多用于长期作业条件相似的挖掘机上挖掘机上 组合式动臂:组合式动臂:整体式动臂整体式动臂 结构简单,质量轻而刚度大;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。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。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,主要用于悬挂不能获得较大的挖掘深度,主要用于悬挂式液压挖掘机;式液压挖掘机; 弯动臂是目前应用最广泛的结构型式,它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。但降低可以使挖掘机有较
13、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了卸土高度,这正符合挖掘机反铲作业的要求。要求。组合式动臂组合式动臂 组合式动臂用辅助连杆或液压缸连接而成。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。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互换工作装置多,可满足各种作业的需要 其缺点是结构
14、和操作复杂化,质量大,制造成本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。高,一般用于中、小型挖掘机上。 标准动臂、标准斗杆、标准铲斗用于大标准动臂、标准斗杆、标准铲斗用于大多数作业;多数作业; 变形变形1:短动臂长斗杆用于坡道平整作业:短动臂长斗杆用于坡道平整作业和挖掘基坑;和挖掘基坑; 变形变形2:超长臂反铲用于疏浚河道;:超长臂反铲用于疏浚河道; 变形变形3:拐臂式用于挖掘墙基。:拐臂式用于挖掘墙基。 铲斗铲斗 铲斗形式、尺寸与其作业对象有很大关铲斗形式、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,在系。为了满足各种挖掘作业的需要,在同一台挖掘机上
15、可配以多种结构型式的同一台挖掘机上可配以多种结构型式的铲斗铲斗 铲斗的斗齿采用装配式,其形式有橡胶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。卡销式和螺栓连接式。多种斗容多种用途的铲斗多种斗容多种用途的铲斗岩石斗 主动挖掘力主动挖掘力=工作装置油缸的推力工作装置油缸的推力相应相应的杠杆比的杠杆比杠杆机构效率杠杆机构效率 其中工作装置油缸的推力与下列因素相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、油缸本关:液压系统压力、回油背压、油缸本身的效率等身的效率等动臂油缸的闭锁能力动臂油缸的闭锁能力用铲斗挖掘时,斗杆油缸用铲斗挖掘时,斗杆油缸的闭锁能力的闭锁能力用斗杆挖掘时
16、,铲斗油缸用斗杆挖掘时,铲斗油缸的闭锁能力的闭锁能力整机与地面的附着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前倾翻的可能性整机向后倾翻的可能性整机向后倾翻的可能性挖掘机专用挖掘机专用CADCAD软件软件 土的切削是个很复杂的过程。土在楔型刀具的压力作土的切削是个很复杂的过程。土在楔型刀具的压力作用下受到挤压和剪切而开始变形,土体的原始结构被用下受到挤压和剪切而开始变形,土体的原始结构被破坏,土块或土层便被切离。破坏,土块或土层便被切离。 土被切削时,在刀具上产生三种力:土的原始结构破土被切削时,在刀具上产生三种力:土的原始结构破坏时所产生的阻力;土的内摩擦力;土与刀具之间的坏时所产生
17、的阻力;土的内摩擦力;土与刀具之间的摩擦力。我们把这三种力叫做切削阻力。摩擦力。我们把这三种力叫做切削阻力。 切削阻力是变化的。随土的性质如粘性、干性、切削阻力是变化的。随土的性质如粘性、干性、含水量、砂石量变化,又随刀具和铲斗的形状含水量、砂石量变化,又随刀具和铲斗的形状而变化,还随切入厚度和切入过程而变化。而变化,还随切入厚度和切入过程而变化。 切削阻力一般用实验方法获得,也可以按经验切削阻力一般用实验方法获得,也可以按经验公式计算。公式计算。 合理地设计切削装置的形状如斗齿的切削角度,合理地设计切削装置的形状如斗齿的切削角度,铲斗的宽度,铲斗的形状等可以减小切削阻力。铲斗的宽度,铲斗的形
18、状等可以减小切削阻力。 只有主动挖掘力大于切削阻力时才能完成挖掘。只有主动挖掘力大于切削阻力时才能完成挖掘。挖掘机性能与挖掘力挖掘机性能与挖掘力 挖掘机性能取决于实际斗齿挖掘力、生挖掘机性能取决于实际斗齿挖掘力、生产率和工作尺寸三方面产率和工作尺寸三方面 就工作装置而言,归结于挖掘力、工作就工作装置而言,归结于挖掘力、工作装置动作速度和工作尺寸三方面装置动作速度和工作尺寸三方面 挖掘力和挖掘速度是一对统一于纯挖掘挖掘力和挖掘速度是一对统一于纯挖掘功率之下的矛盾,挖掘力是矛盾的主要功率之下的矛盾,挖掘力是矛盾的主要方面方面A:最大挖掘高度:最大挖掘高度B:最大卸载高度:最大卸载高度C:最大挖掘深
19、度:最大挖掘深度F:最大挖掘距离:最大挖掘距离G:在地平面的最:在地平面的最 大挖掘距离大挖掘距离正铲装置正铲装置 通用正铲:以挖掘土方为主通用正铲:以挖掘土方为主 挖掘装载装置:以装载岩石为主挖掘装载装置:以装载岩石为主 以挖掘地面以上为主,且大多用于采矿以挖掘地面以上为主,且大多用于采矿装岩作业装岩作业 ,工作对象坚硬,须采用切削厚,工作对象坚硬,须采用切削厚度较小、挖掘行程较长的挖掘方式,故一般度较小、挖掘行程较长的挖掘方式,故一般以斗杆挖掘为主。以斗杆挖掘为主。 根据挖掘对象不同可分为:根据挖掘对象不同可分为: 抓斗装置抓斗装置 起重装置起重装置 挖掘平整装置挖掘平整装置 破碎锤破碎锤
20、 抓钳装置抓钳装置 液压剪液压剪 。 挖掘机的应用广泛,除反铲、正铲以外,可以挖掘机的应用广泛,除反铲、正铲以外,可以更换多种类型的工作装置,常见的其他装置有:更换多种类型的工作装置,常见的其他装置有:抓斗装置抓斗装置 抓斗分液压抓斗和钢绳抓斗两类,液压挖掘机抓斗分液压抓斗和钢绳抓斗两类,液压挖掘机一般采用液压抓斗。一般采用液压抓斗。 抓斗装置按用途不同有:抓斗装置按用途不同有: 圆井抓斗圆井抓斗 木材抓斗木材抓斗 松散料抓斗松散料抓斗 挖土抓斗挖土抓斗 梅花梅花(多颚多颚)抓斗抓斗 。吊管用起重装置吊管用起重装置 吊管用起重装置是反铲的替换装置,主要用于吊吊管用起重装置是反铲的替换装置,主要
21、用于吊装地下管道。它有三种不同形式。装地下管道。它有三种不同形式。 起重量受以下三个条件限制:起重量受以下三个条件限制: 倾复载荷(不得超过倾复载荷(不得超过75%) 液压油缸能力(不得液压油缸能力(不得超过超过87%) 结构强度结构强度建筑安装用起重装置建筑安装用起重装置 这种装置只保留动臂和这种装置只保留动臂和动臂油缸,在动臂上加动臂油缸,在动臂上加装一个桁架起重臂装一个桁架起重臂 吊钩升降利用钢绳滑轮吊钩升降利用钢绳滑轮机构机构挖掘平整装置挖掘平整装置 伸缩臂式:伸缩臂式: 铰接式:铰接式: 能保证工作机构沿水平面或倾斜面作长能保证工作机构沿水平面或倾斜面作长距离运动距离运动液压破碎锤液
22、压破碎锤 主要用来打桩、主要用来打桩、开挖冻土和岩开挖冻土和岩层、破坏路面层、破坏路面表层、捣实土表层、捣实土壤等工作壤等工作抓钳装置抓钳装置 用在疏松和开挖冻土层用在疏松和开挖冻土层或沥青路面等工程中或沥青路面等工程中 它是在反铲基础上增加它是在反铲基础上增加了一个松土器了一个松土器快换装置快换装置 随着多种工作装置的广泛应用,更换作业随着多种工作装置的广泛应用,更换作业装置频繁,且不易更换装置频繁,且不易更换 快换装置能方快换装置能方便、快捷地进便、快捷地进行作业装置的行作业装置的更换更换 挖掘机的回转时间约占工作循环时间的挖掘机的回转时间约占工作循环时间的50%以上,以上,能量消耗约占能
23、量消耗约占25-40%,液压发热量约占系统总发热,液压发热量约占系统总发热量的量的30-40% 在角加速度和回转力矩允许的前提下,回转时间越在角加速度和回转力矩允许的前提下,回转时间越短越好短越好 角加速度的大小受最大回转扭矩的限制,最大回转角加速度的大小受最大回转扭矩的限制,最大回转扭矩不应超过机器的附着力矩扭矩不应超过机器的附着力矩 回转机构可分为回转机构可分为:a、半回转、半回转 b、全回转两种型式、全回转两种型式 高速方案:高速小扭矩液压马达高速方案:高速小扭矩液压马达+减速机减速机+回转支承回转支承 低速方案:低速大扭矩液压马达低速方案:低速大扭矩液压马达+回转支承回转支承全回转机构
24、按液压马达的结构型式可分为:全回转机构按液压马达的结构型式可分为:据统计,约有据统计,约有80%左右的挖掘机采用高速方案左右的挖掘机采用高速方案 回转支承实际上就是一个带内齿圈的、放大了的滚动回转支承实际上就是一个带内齿圈的、放大了的滚动轴承,内齿圈(相当于轴承内圈)固定在行走架上,轴承,内齿圈(相当于轴承内圈)固定在行走架上,外圈固定在转台上,安装在转台上的液压马达外圈固定在转台上,安装在转台上的液压马达+减速减速机驱动小齿轮带着回转机驱动小齿轮带着回转 转台转动转台转动 理论生产率:在理论生产率:在“计算条件计算条件”下连续工作一小时的下连续工作一小时的生产率。生产率。 “计算条件计算条件
25、”是:是:1、操作熟练;、操作熟练;2、常见、常见工作条件和工作尺寸;工作条件和工作尺寸;3、工作、运输工具的位置恰、工作、运输工具的位置恰当。当。 技术生产率:在技术生产率:在“给定条件给定条件”下连续工作一小时的下连续工作一小时的生产率。生产率。 实际生产率:机器工作一段时间所得到的实际平均实际生产率:机器工作一段时间所得到的实际平均生产率。它在技术生产率的基础上受机器利用率和生产率。它在技术生产率的基础上受机器利用率和操作熟练程度两方面影响。操作熟练程度两方面影响。 生产率是挖掘机主要技术经济指标之一。生产率是挖掘机主要技术经济指标之一。 较大的牵引力,使挖掘机具有良好的越野性能,并有较
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