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挖掘機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的基本構(gòu)造

2015/5/25 19:49:42

1 動(dòng)力裝置

單斗液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力裝置，多采用直立式多缸、水冷、一小時(shí)功率標(biāo)定的柴油機(jī)。

以三一SY230C5挖掘機(jī)為例，該機(jī)采用康明斯6BTA5.9-C柴油機(jī)作為動(dòng)力，其中各數(shù)字及字母的含義為：

• 6——6個(gè)汽缸

• B——發(fā)動(dòng)機(jī)系列

• T——渦輪增壓

• A——后級(jí)冷卻（增壓后中冷）

• 5.9——排量（51×51×3.14×120×6=5.9升）

• C——改進(jìn)次數(shù)

液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力裝置是由發(fā)動(dòng)機(jī)、散熱器、連軸器及輔助元件組成。它主要是發(fā)動(dòng)機(jī)和五大系統(tǒng)組成，如下圖所示：

圖3-3 動(dòng)力系統(tǒng)圖1

1-減震及傳動(dòng)系統(tǒng) 2-排氣系統(tǒng) 3-冷卻系統(tǒng)

圖3-4 動(dòng)力系統(tǒng)圖2

4-進(jìn)氣系統(tǒng) 5-燃油系統(tǒng) 6-發(fā)動(dòng)機(jī)

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)

將自然界能源轉(zhuǎn)化為人們所需要的機(jī)械運(yùn)動(dòng)能的裝置，稱(chēng)為動(dòng)力機(jī)械，俗稱(chēng)發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，柴油機(jī)具有熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、使用成本低、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故目前絕大多數(shù)工程建設(shè)機(jī)械作為動(dòng)力裝置，為其行走及工作裝置提供動(dòng)力。

目前三一挖掘機(jī)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)一般是六缸、四沖程、頂置氣門(mén)式渦輪增壓柴油機(jī)。

1.1.1 柴油機(jī)組成及作用

柴油機(jī)是一種動(dòng)力裝置?，F(xiàn)代工程建設(shè)機(jī)械用的往復(fù)活塞式柴油機(jī)總體機(jī)構(gòu)，由以下的機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成：

① 曲柄連桿機(jī)構(gòu)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)完成熱功轉(zhuǎn)換、產(chǎn)生并輸出動(dòng)力的主要機(jī)構(gòu)。它的機(jī)體組-汽缸體、汽缸體、曲軸箱等；活塞連桿組-活塞、活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)、連桿及其軸承等；曲軸及其軸承、飛輪等組成。

② 配氣機(jī)構(gòu)。配氣機(jī)構(gòu)的作用是：按照柴油機(jī)工作循環(huán)與著火順序，定時(shí)地使空氣進(jìn)入氣缸；使燃燒后的廢氣排出汽缸；在壓縮和作功沖程中使汽缸密閉。配氣機(jī)構(gòu)使一種控制機(jī)構(gòu)。

凸輪-氣門(mén)式配氣機(jī)構(gòu)廣泛運(yùn)用在四沖程柴油機(jī)上。這種配氣機(jī)構(gòu)不僅工作可靠，而且對(duì)氣門(mén)的密封性也好。

頂置氣門(mén)式配氣機(jī)構(gòu)由氣門(mén)、氣門(mén)彈簧、凸輪軸及凸輪、挺桿及推桿、搖臂軸等主要零件組成。

③ 供給系。柴油機(jī)供給系的作用是，向汽缸提供染油和空氣，并引導(dǎo)廢氣排入大氣的裝置。它由空氣濾清器、，進(jìn)、排氣管，柴油箱，噴油泵和噴油嘴等主要部件組成。

④ 潤(rùn)滑系。潤(rùn)滑系的作用是：連續(xù)不斷地想運(yùn)動(dòng)零件的摩擦表面提供潤(rùn)滑油，減少零件間的摩擦和磨損，保證柴油機(jī)正常工作，并減少功率消耗；冷卻高溫零件或維持起正常工作溫度；沖洗、帶走摩擦表面的磨屑，避免其加速零件的磨損；粘附在零件表面上，避免與水、空氣及燃?xì)饨佑|，減輕零件的氧化和銹蝕；潤(rùn)滑油填充在零件的配合間隙中，起到提高密封效果的輔助作用。

⑤ 冷卻系。冷卻系的作用是，對(duì)柴油機(jī)，特別是高溫的零部件進(jìn)行冷卻，維持正常的工作溫度，避免零件的剛度、強(qiáng)度下降；零件的正常配合間隙被破壞，摩擦和磨損加?。粰C(jī)油粘度變化，使?jié)櫥阅茏儾?；柴油機(jī)的充分效果降低、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性破壞等。柴油機(jī)的冷卻方式有水冷和風(fēng)冷。它主要由水泵、風(fēng)扇、散熱器、節(jié)溫器等零件組成。

⑥ 啟動(dòng)系。啟動(dòng)系的功用是，使柴油機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)迅速的進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。除小功率、單缸柴油機(jī)外，目前工程建設(shè)機(jī)械用的柴油機(jī)均用電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，因此柴油機(jī)電啟動(dòng)系主要由蓄電池、發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)等組成。

1.2減震系統(tǒng)

減震系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)支腿、減震墊、固定座組成，通過(guò)螺栓連接在一起，見(jiàn)圖3—5。

圖3-5 減震系統(tǒng)

1、4-發(fā)動(dòng)機(jī)支腿 2、5-減震墊 3、6-固定座

1.3傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)由飛輪、端蓋、軸、聯(lián)軸器組成，通過(guò)螺栓連接在一起，見(jiàn)圖3-6。

圖3-6 傳動(dòng)系統(tǒng)

1-飛輪 2-端蓋 3-軸 4-聯(lián)軸器

1.4油門(mén)控制系統(tǒng)

油門(mén)控制系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)、曲柄總成、熄火裝置、連桿、油門(mén)擺桿組成，見(jiàn)圖3-7。

圖3-7 油門(mén)控制機(jī)構(gòu)

1- 步進(jìn)電機(jī) 2-曲柄總成 3-熄火裝置 4-連桿 5-油門(mén)擺桿

1.5排氣系統(tǒng)

排氣系統(tǒng)由渦輪增壓器、防燙護(hù)罩、排氣管、消聲器、消聲器支架、引水膠管組成，見(jiàn)圖3-8。

圖3-8 排氣系統(tǒng)圖

1-渦輪增壓器 2-防燙護(hù)罩 3-排氣管 4-消音器 5-支架 6-引水膠管

1.6進(jìn)氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)由空濾支架、空氣過(guò)濾器（有些機(jī)器還包括空氣預(yù)濾器）、中冷器、進(jìn)氣管、渦輪增壓器組成，見(jiàn)圖3-9。

圖3-9 進(jìn)氣系統(tǒng)圖

1-空濾支架 2-空氣過(guò)濾器 3-中冷器 4、5、6-進(jìn)氣管 7-渦輪增壓器

1.7燃油系統(tǒng)

燃油系統(tǒng)由燃油箱、油水分離器、柴油粗濾器、柴油精濾器、輸油管組成，見(jiàn)圖3-10。

圖3-10 燃油系統(tǒng)圖

1-柴油精濾器 2-燃油箱 3-燃油粗濾器 4-油水分離器

2 傳動(dòng)系統(tǒng)

單斗液壓挖掘機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)將柴油機(jī)的輸出動(dòng)力通過(guò)液壓系統(tǒng)傳遞給工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走機(jī)構(gòu)等，見(jiàn)圖3-11。

3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使工作裝置及上部轉(zhuǎn)臺(tái)向左或向右回轉(zhuǎn)，以便進(jìn)行挖掘和卸料。單斗液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置必須能把轉(zhuǎn)臺(tái)支撐在機(jī)架上，不能傾斜并使回轉(zhuǎn)輕便靈活。為此，單斗液壓挖掘機(jī)都設(shè)有回轉(zhuǎn)支撐裝置(起支撐作用)和回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置(驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn))，它們被統(tǒng)稱(chēng)為回轉(zhuǎn)裝置，見(jiàn)圖3-12。

3.1 回轉(zhuǎn)支撐

單斗液壓挖掘機(jī)用回轉(zhuǎn)支撐的結(jié)構(gòu)型式，實(shí)現(xiàn)上部平臺(tái)的回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)支撐按結(jié)構(gòu)形式分為轉(zhuǎn)柱式和滾動(dòng)軸承式等兩種，見(jiàn)圖3-13、圖3-14、圖3-15。

3.2 回轉(zhuǎn)傳動(dòng)

全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)裝置的傳動(dòng)型式有直接傳動(dòng)和間接傳動(dòng)兩種。

1)直接傳動(dòng)。在低速大扭矩液壓馬達(dá)的輸出軸上安裝驅(qū)動(dòng)小齒輪，與回轉(zhuǎn)齒圈嚙合?，F(xiàn)在挖掘機(jī)一般都不采用這種結(jié)構(gòu)型式。

2)間接傳動(dòng)。由高速液壓馬達(dá)經(jīng)齒輪減速器帶動(dòng)回轉(zhuǎn)齒圈的間接傳動(dòng)結(jié)構(gòu)型式。這種傳動(dòng)型式結(jié)構(gòu)緊湊，具有較大的傳動(dòng)比，且齒輪的受力情況較好。軸向柱塞液壓馬達(dá)與同類(lèi)型液壓油泵的結(jié)構(gòu)基本相同，許多零件可以通用，便于制造及維修，從而降低了成本。

4 行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)支撐挖掘機(jī)的整機(jī)質(zhì)量并完成行走任務(wù)。

1-履帶；2-行走馬達(dá)及驅(qū)動(dòng)輪；3-托鏈輪；4-X型車(chē)架；支重輪

單斗液壓挖掘機(jī)的履帶式行走機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)與其他履帶式機(jī)構(gòu)的大致相同，但它多采用兩個(gè)液壓馬達(dá)各自驅(qū)動(dòng)一條履帶，見(jiàn)圖3-16。與回轉(zhuǎn)裝置的傳動(dòng)相似，可用高速小扭矩馬達(dá)或低速大扭矩馬達(dá)。兩個(gè)液壓馬達(dá)同方向旋轉(zhuǎn)時(shí)挖掘機(jī)將直線(xiàn)行駛；若只向一個(gè)液壓馬達(dá)供油，并將另一個(gè)液壓馬達(dá)制動(dòng)，挖掘機(jī)則繞制動(dòng)一側(cè)的履帶轉(zhuǎn)向；若使左、右兩液壓馬達(dá)反向旋轉(zhuǎn)，挖掘機(jī)將進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向。

行走機(jī)構(gòu)的各零部件都安裝在整體式行走架上。液壓泵輸出的壓力油經(jīng)多路換向閥和中央回轉(zhuǎn)接頭進(jìn)入行走液壓馬達(dá)，該馬達(dá)將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵雠ぞ睾?，通過(guò)齒輪減速器傳給驅(qū)動(dòng)輪，最終卷繞履帶以實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的行走。

單斗液壓挖掘機(jī)大都采用組合式結(jié)構(gòu)履帶和平板型履帶板—沒(méi)有明顯履剌，雖附著性能差，但堅(jiān)固耐用，對(duì)路面破壞性小，適用于堅(jiān)硬巖石地面作業(yè)或經(jīng)常轉(zhuǎn)場(chǎng)的作業(yè)。也有采用三履刺型履帶板，接地面積較大，履刺切入土壤深度較淺，適宜于挖掘機(jī)采石作業(yè)。實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化后規(guī)定挖掘機(jī)采用質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和價(jià)格較低的軋制履帶板。專(zhuān)用于沼澤地的三角形履帶板可降低接地比壓，提高挖掘機(jī)在松軟地面上的通過(guò)能力。

單斗液壓挖掘機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪均采用整體鑄件，能與履帶正確嚙合、傳動(dòng)平衡。挖掘機(jī)行走時(shí)驅(qū)動(dòng)輪應(yīng)位于后部，使履帶的張緊段較短，減少履帶的摩擦、磨損和功率消耗。

每條履帶都設(shè)有張緊裝置，以調(diào)整履帶的張緊度，減少履帶的振動(dòng)噪聲、摩擦、磨損及功率損失，見(jiàn)圖3-17。目前單斗液壓挖掘機(jī)都采用液壓張緊結(jié)構(gòu)。其液壓缸置于緩沖彈簧內(nèi)部，減小了外形尺寸。

5 工作裝置

液壓挖掘機(jī)工作裝置的種類(lèi)繁多(可達(dá)100余種)，目前工程建設(shè)中應(yīng)用最多的是反鏟和破碎器。

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(jiàn)圖3-18，在液壓缸的作用下各部件繞鉸點(diǎn)擺動(dòng)，完成挖掘、提升和卸土等動(dòng)作。

5.1 動(dòng)臂

動(dòng)臂是反鏟的主要部件，其結(jié)構(gòu)有整體式和組合式兩種。

整體式動(dòng)臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕而剛度大。其缺點(diǎn)是更換的工作裝置少，通用性較差。多用于長(zhǎng)期作業(yè)條件相似的挖掘機(jī)上。整體式動(dòng)臂又可分為直動(dòng)臂和彎動(dòng)臂兩種。其中的直動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、制造方便，主要用于懸掛式液壓挖掘機(jī)，但它不能使挖掘機(jī)獲得較大的挖掘深度，不適用于通用挖掘機(jī)；彎動(dòng)臂是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式，與同長(zhǎng)度的直動(dòng)臂相比，可以使挖掘機(jī)有較大的挖掘深度，但降低了卸土高度，這正符合挖掘機(jī)反鏟作業(yè)的要求。

5.2 鏟斗

5.2.1 基本要求

1)鏟斗的縱向剖面形狀應(yīng)適應(yīng)挖掘過(guò)程各種物料在斗中運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有利于物料的流動(dòng)，使裝土阻力最小，有利于將鏟斗充滿(mǎn)。

2)裝設(shè)斗齒，以增大鏟斗對(duì)挖掘物料的線(xiàn)比壓，斗齒及斗形參數(shù)具有較小的單位切削阻力，便于切入及破碎土壤。斗齒應(yīng)耐磨、易于更換。

3)為使裝進(jìn)鏟斗的物料不易掉出，斗寬與物料直徑之比應(yīng)大于4：1。

4)物料易于卸凈，縮短卸載時(shí)間，并提高鏟斗有效容積。

5.2.2 結(jié)構(gòu)

反鏟用的鏟斗形狀、尺寸與其作業(yè)對(duì)象有很大關(guān)系。為了滿(mǎn)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，見(jiàn)圖3-19、圖3-20分別為反鏟用鏟斗的基本形式和常用形式。鏟斗的斗齒采用裝配式，其形式有橡膠卡銷(xiāo)式和螺栓連接式，如圖2-5所示。

鏟斗與液壓缸連接的結(jié)構(gòu)型式有四連桿機(jī)構(gòu)和六連桿機(jī)構(gòu)，如圖2-6所示。其中的四連桿機(jī)構(gòu)連孥方式是鏟斗直接鉸接于液壓缸，使鏟斗轉(zhuǎn)角較小，工作力矩變化較大；六連桿機(jī)構(gòu)連接方式的特點(diǎn)是，在液壓缸活塞桿行程相同條件下，鏟斗可獲得較大轉(zhuǎn)角，并改善機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。