本科毕业设计文献综述

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文献综述

液压挖掘机具有多种工作装置，通过更换不同的工作装置，可以实现清淤、钻孔和起重等功能，同时其还具有工作效率高、便于操作的特点，因此广泛应用于建筑施工、矿山采掘、城市道路以及现代化的军事工程等机械化施工领域，是工程机械中最重要的品种之一。液压挖掘机在进行土石方工程的工作时，利用其工作装置对土石方进行挖掘，因此高性能和高可靠性的工作装置是挖掘机整机先进性的重要体现。

1引言

挖掘机械是工程机械的一种主要类型，是土石方开掘的主要机械设备，包括有各种类型与功能的挖掘机。据统计，采用一台1.0m3斗容量的单斗挖掘机，挖掘Ⅳ级以下的土壤时，每班生产率大约相当300～400个工人一天的工作量；而一台日产20万m3的大型斗轮挖掘机，则可代替5～6万人的劳动。由此可见，挖掘机在现代化建设工程中的功用，而挖掘机完成各项功能的主要构件又是挖掘机的工作装置，所以对于挖掘机工作装置的设计和研究就显得极为重要了。

工程施工中约有60%以上的土石方量，系有挖掘机来完成的。挖掘机从诞生到现在已经有170多年的历史，期间经历了由蒸汽机驱动，利用杠杆原理，有轨式的挖掘机，到电力驱动及内燃机驱动的全回转挖掘机，最后发展到现在生产的电控式、半智能化挖掘机。挖掘机械的最早雏形，远在十六世纪于意大利威尼斯用于运河的疏浚工作。模拟人的掘土工作，以蒸汽机驱动的“动力铲”诞生于十九世纪（1836年）。挖掘机的发展经历了四个阶段，第一阶段：机械式挖掘机，由蒸汽机或柴油机提供动力利用杠杆原理进行机械传动，行走方式为有轨式移动，有的可以在小范围内回转有的不能回转。其中由柴油机提供动力的挖掘机是挖掘机发展史上的飞跃。第二阶段：液压挖掘机，1950年液压挖掘机在德国开始发展，液压技术的运用是挖掘机发展史的第二次飞跃。第三阶段：电控式挖掘机，1970年世界知名厂家开始生产，电控技术应用是挖掘机发展史的第三次飞跃。第四阶段：智能型挖掘机（未来挖掘机的发展方向）。

2研究现状

目前市场上应用最广泛的就是反铲式单斗液压挖掘机，也是最常见的。反铲装置是液压挖掘机重要的工作装置，是一种适用于成批或中小批量生产的、可以改变动作程序的自动搬运和操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间结构，挖掘机工作装置主要有动臂、斗杆和铲斗，斗杆有整体式和组合式两种，大多数挖掘机斗采用整体式斗杆，国内外对其运动分析，机构和结构参数优化设计方面都做了比较深入的研究，具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。而关于反铲式单斗液压挖掘机的相关文献也很多，这些文献从不同侧面对工作装置的设计进行了论述。当前，国际上挖掘机的生产正向大型化，微型化，多能化和专业化的方向发展。国外挖掘机行业重视采用新技术、新工艺、新结构和新材料，加快了向标准化、系列化、通用化发展的步伐。液压挖掘机由于使用性能、技术指标和经济指标上的优越，因而世界上许多国家，特别是工业发达国家，都在大力发展单斗液压挖掘机。目前，单斗液压挖掘机的发展着眼于动力和传动系统的改进以达到高效节能;应用范围不断扩大，不断降低成本，实现标准化、模块化发展，以提高零部件、配件的可靠性，从而保证整机的可靠性;电子计算机监测与控制，实现机电一体化;提高机械作业性能，降低噪音，减少停机维修时间，提高适应能力，消除公害，其趋势为:

①向大型化发展的同时向微型化发展。

②更为普遍地采用节能技术。

③不断提高可靠性和使用寿命。

④工作装置结构不断改进，工作范围不断扩大。

⑤由内燃机驱动向电力驱动发展。

⑥液压系统不断改进，液压元件不断更新。

⑦应用微电子、气、液等机电一体化综合技术。

⑧增大铲斗容量，加大功率，提高生产效率。

⑨在液压挖掘机产品功能方面，液压挖掘机工人机工程学在设计中的充分利用。

3工作原理

液压挖掘机是一种利用液压系统实现动力传递与控制的工程机械，其工作原理基于液压传动和控制技术。

液压挖掘机的工作原理如下：

液压系统：液压挖掘机采用液压系统来传递动力和控制机械元件的运动，包括主油泵、液压缸、液压马达、油箱、油管等组成。

动力传递：液压挖掘机通过液压系统将主油泵输出的高压液体传递给液压马达或液压缸，从而实现机械元件的运动。例如，液压缸可通过液压系统实现钩臂、斗杆、铲斗等的伸缩、升降、旋转等运动。

控制系统：液压挖掘机的控制系统由控制阀、控制杆、电磁阀等组成。操作者通过操纵控制杆来控制控制阀和电磁阀的开关，从而控制液压系统的动作和机械元件的运动。

工作原理：液压挖掘机的工作原理是通过液压系统将主油泵输出的高压液体传递给液压缸或液压马达。液压缸通过液压系统实现钩臂、斗杆、铲斗等的伸缩、升降、旋转等运动，从而实现挖掘、装载、卸载等工作。

4设计综述

本课题针对液压挖掘机的总体设计、工作装置设计及其运动仿真进行了重点研究。目的在于阐明液压挖掘机铲斗挖掘时的受力状况，总体及工作装置的设计，根据对挖掘阻力的分析，对挖掘机进行动力学仿真，为进一步分析研究挖掘机工作装置的强度提供证据。

液压挖掘机工作装置是完成液压挖掘机各项功能的主要构件,其结构的合理性直接影响到液压挖掘机的工作性能和可靠性。因此，对挖掘机的设计和研究就显得非常重要。利用CAD对设计的模型进行仿真操作，在模拟真实环境中的工作状况并对其进行分析和判断，让设计者尽早发现设计的缺陷和潜在的失败可能并及时修改与优化，这样既能缩短产品的设计周期、提高产品的可靠性，又能实现产品的优化设计，从而减少后期修改付出的昂贵代价。

利用此软件能够进行快速正确的分析计算，形象直观、操作简单，当改变参数时只要在计算机的有关界面上简单操作就能达到修改的目的，从而实现减少用户的工作强度。同时对产品进行运动仿真，能够形象生动地进行产品的运动模拟，使仿真运动更加清晰地展现在设计人员和用户面前，对于挖掘机的研究有非常重要意义。

4.1设计方法

挖掘机工作装置主要有动臂、斗杆和铲斗，斗杆有整体式和组合式两种，大多数挖掘机斗采用整体式斗杆，当需要调节斗杆长度或杠杆比时采用更换斗杆的办法，或者在都赶上设置2-4个可供调节时选择的与动臂端不铰接的孔。由于工作半径、最大高度和最大深度的不同工作装置都有不同的参数。通过计算算出一个工况的工作参数，再通过编程算出各个工况的工作参数。

首先用已知数据计算出一个工况的合理性之后，再运用软件CAD模拟出各个工况的工作参数曲线，以验证所设计的动臂、斗杆和铲斗的参数都是合理的。在这里主要模拟出斗杆的工作参数在各个工况都是合理的。最后通过合理的设计分析，选择最优的工作参数，使得挖掘机的工作装置能够适合多种复杂的工况，低功耗，高功率。特别是通过斗杆挖掘工况挖掘性能的分析，使得挖掘机的斗杆更进一步的优化。

4.2参数选择

（1）有高的传动效率，以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。

（2）液压系统和液压元件在变化大的负载、急剧的振动作用下，具有足够的可靠性。

（3）设置轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时的液压油温不超过80℃，或温升不超过45℃。

（4）由于挖掘机作业现场尘土多，液压油容易被污染，因此液压系统的密封性能要好，液压元件对油液污染的敏感性要低，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。

（5）采用液压或电液伺服操纵装置，以便挖掘机设置自动控制系统，进而提高挖掘机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度

4.3优化设计

（1）要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合动作。

（2）工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能复合动作，以提高挖掘机的生产率。

（3）履带式挖掘机的左、右履带分别驱动，使挖掘机行走方便、转向灵活，并且可就地转向，以提高挖掘机的灵活性。

（4）保证挖掘机的一切动作可逆，且无级变速。

（5）保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件（液压缸、液压马达等）有良好的过载保护；回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而快速下降和整机超速溜坡。

4.4故障诊断

挖掘机液压系统具有以下几种控制功能:

（1）按需供流；

（2）当负载所需流量几乎为零时，要求系统压力也降到最低，降低溢流损失；

（3）液压系统的最高压力限制；

（4）防止系统压力冲击；

（5）当系统所需流量过大时，要求按比例对各个工作装置的流量进行限制；

（6）发动机的扭矩限制。

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