挖掘机理论实习报告

挖掘机理论实习报告挖掘机理论实习报告2012 年 2 月 27 号-2012年3 月16 号。2 实习地点西安市三桥机电市场，曲江国际展览中心，绿地笔克。3 实习性质4 实习目的此次实习我们要达到以下几点：(1) 初步了解常用工程机械的种类，对常用工程机械有一个直观 的认识。(2) 通过记实习日记，写实习报告，锻炼与培养我们的观察，分 析问题以及搜集和整理技术资料等方面的能力。(3) 观察挖掘机整体，对其工作装置在各种工况中的受力情况有 一个初步的认识，为随后的设计打下基础。5 国内外挖掘机发展概况5.1 国内挖掘机发展概况第一台手动挖掘机问世至今已有130 多年的历史，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。第一台液 压挖掘机由日本发明成功。由于液压技术的应用，20 世纪40年代 有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机，20世纪50 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。 初期试制的液压挖掘机是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件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。 从 20 世纪 60 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 挖掘机产量已占挖掘机总产量的83%，目前已接近 100%。中国的挖掘机生产起步较晚，从1954 年抚顺挖掘机厂生产第一 台斗容量为lm3;的机械式单斗挖掘机至今，大体上经历了测绘仿制、 自主研制开发和发展提高等三个阶段。新中国成立初期，以测绘仿制前苏联20世纪3040年代的 W501.W502.W1001.W1002等型机械式单斗挖掘机为主，开始了中国 的挖掘机生产历史。由于当时国家经济建设的需要，先后建立起十 多家挖掘机生产厂。1967 年开始，中国自主研制液压挖掘机。早期 开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的WY100型、贵阳矿山机器 厂的 W4-60 型、合肥矿山机器厂的 WY60 型挖掘机等。随后又出现了 长江挖掘机厂的WY160型和杭州重型机械厂的WY250型挖掘机等。 它们为中国液压挖掘机行业的形成和发展迈出了极其重要的一步。到20世纪80年代末，中国挖掘机生产厂已有30多家，生产机 型达40余种。中、小型液压挖掘机已形成系列，斗容有0.1 2.5m3;等12个等级、20多种型号，还生产0.5-4.0m3;以及大型矿 用10m3;、12m3;机械传动单斗挖掘机，1m3隧道挖掘机，4m3长臂 挖掘机，1000m3/h的排土机等，还开发了斗容量0.25m3 ;的船用液 压挖掘机，斗容量0.4m3;、0.6m3;、0.8m3;的水陆两用挖掘机等。 但总的来说，中国挖掘机生产的批量小、分散，生产工艺及产品质 量等与国际先进水平相比，有很大的差距。业内人士指出，中国单斗液压挖掘机应向全液压方向发展；斗容 量宜控制在0.1-15m;；而对于大型及多斗挖掘机，由于液压元件的 制造、装配精度要求高，施工现场维修条件差等，则仍以机械式为 主。应着手研究、运用电液控制技术，以实现液压挖掘机操纵的自 动化。5.2 国际挖掘机发展概况工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、 日本等是斗容量3.5-40m3单斗液压挖掘机的主要生产国，从20世 纪 80 年代开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗 容量 50-150m3 的剥离用挖掘机，斗容量 132m3 的步行式拉铲挖掘机 B-E(布比赛路斯-伊利)公司生产的斗容量168.2m3的步行式拉铲挖 掘机，斗容量 107m3 的剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘 机。从 20 世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、 多功能化、专用化和自动化的方向发展。(1) 开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。为满足市 政建设和农田建设的需要，国外发展了斗容量在0.25m3以下的微型 挖掘机，最小的斗容量仅0.01m3。另外，数量最多的中、小型挖掘 机趋向于一机多能，配备了多种工作装置除正铲、反铲外，还 配备了起重、抓斗、平坡斗、装载斗、耙齿、破碎锥、麻花钻、电 磁吸盘、振捣器、推土板、冲击铲、集装叉、高空作业架、铰盘及 拉铲等，以满足各种施工的需要。与此同时，发展专门用途的特种 挖掘机，如低比压、低噪声、水下专用和水陆两用挖掘机等。(2) 迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，使挖掘 机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和 电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。在危险地区或 水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向 相结合，实现挖掘机作业操纵的完全自动化。所有这一切，挖掘机 的全液压化为其奠定了基础和创造了良好前提。(3) 重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、 通用化发展速度。例如，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型 的发动机转速调节装置，使挖掘机按最适合其作业要求的速度来工 作；美国林肯-贝尔特公司新C系列LS-5800型液压挖掘机安装了全 自动控制液压系统，可自动调节流量，避免了驱动功率的浪费。还 安装了 CAPS(计算机辅助功率系统)，提高挖掘机的作业功率，更好 地发挥液压系统的功能；日本住友公司生产的J系列五种新型号挖 掘机配有与液压回路连接的计算机辅助的功率控制系统，利用精控 模式选择系统，减少燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并延长 了零部件的使用寿命；德国奥加凯(0&K)公司生产的挖掘机的油泵调 节系统具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神钢公司 在新型的 904.905.907.909 型液压挖掘机上采用智能型控制系统， 即使无经验的驾驶员也能进行复杂的作业操作；德国利勃海尔公司 开发了 ECO(电子控制作业)的操纵装置，可根据作业要求调节挖掘 机的作业性能，取得了高效率、低油耗的效果；美国卡特匹勒公司 在新型 B 系统挖掘机上采用最新的 3114T 型柴油机以及扭矩载荷传 感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的作业效率 和稳定性。韩国大宇公司在DH280型挖掘机上采用了 EPOS电子 功率优化系统，根据发动机负荷的变化，自动调节液压泵所吸收的 功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全 功率运转，这样既充分利用了发动机的功率、提高挖掘机的作业效 率，又防止了发动机因过载而熄火。(4) 更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。美、英、日等 国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论 和方法，并将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计 电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先 进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面，促进了产品的优质高效 率和竞争力。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法，并创立 了预测产品失效和更新的理论。日本制定 l 了液压挖掘机构件的强 度评定程序，研制了可靠性信息处理系统。在上述基础理论的指导 下，借助于大量试验，缩短了新产品的研究周期，加速了液压挖掘 机更新换代的进程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液压挖掘机 的运转率达到85%95%，使用寿命超过1万小时。(5) 加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。液压挖 掘机采用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节 的弹性座椅，用隔音措施降低噪声干扰。(6) 进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向 变量系统转变的明显趋势。因为变量系统在油泵工作过程中，压力 减小时用增大流量来补偿，使液压泵功率保持恒定，亦即装有变量 泵的液压挖掘机可经常性地充分利用油泵的最大功率。当外阻力增 大时则减少流量(降低速度)，使挖掘力成倍增加；采用三回路液压 系统。产生三个互不影响的独立工作运动。实现与回转机构的功率 匹配。将第三泵在其他工作运动上接通，成为开式回路第二个独立 的快速运动。此外，液压技术在挖掘机上普遍使用，为电子技术、 自动控制技术在挖掘机的应用与推广创造了条件。(8)更注重环境保护，CAT、小松等厂家纷纷推出满足三次排放要 求的挖掘机。6 实习内容本次实习是了解挖掘机的发展情况，以及挖掘机工作装置的内部 构造及组成，并且更进一步的了解其运转原理，为今后的毕业设计 做一个铺垫。我们分别去了西安市三桥机电市场和西安市曲江国际 展览中心、绿地笔克进行了实习，通过看，问等方式对挖掘机进行 了了解，由于本次毕业设计涉及到轮式挖掘机，所以我们特别着重 的看了下轮式挖掘机。现在我们先来介绍下挖掘机，以及挖掘机在 国内外的发展概况。图16.1 挖掘机的定义挖掘机，又称挖掘机械(excavatingmachinery),是用铲斗从工 作面铲装剥离物或矿产品并将其运至排卸地点卸载的自行式采掘机 械。或者是依靠在动臂上装置的铲斗进行挖掘作业的施工机械。再 或是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至 堆料场的土方机械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预 松后的土壤和岩石。从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展 相对较快，而挖掘机作为工程建设中最主要的工程机械机型之一， 其正确的选型也就显得更为重要。6.2 挖掘机的主要组成常见的挖掘机结构包括，动力装置，工作装置，回转机构，操纵 机构，传动机构，行走机构和辅助设施等。而从外观上看，挖掘机 由工作装置，上部转台，行走机构三部分组成。从外观上看，挖掘机由工作装置，上部转台，行走机构三部分组 成。根据其构造和用途可以区分为：履带式、轮胎式、步履式、全 液压、半液压、全回转、非全回转、通用型、专用型、铰接式、伸 缩臂式等多种类型。工作装置是直接完成挖掘任务的装置。它由动臂、斗杆、铲斗等 三部分铰接而成。动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作 用液压缸控制。为了适应各种不同施工作业的需要，挖掘机可以配 装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击 锤等多种作业机具。回转与行走装置是液压挖掘机的机体，转台上部设有动力装置和 传动系统。发动机是挖掘机的动力源，大多采用柴油要在方便的场 地，也可改用电动机。传动机构通过液压泵将发动机的动力传递给液压马达、液压缸等 执行元件，推动工作装置动作，从而完成各种作业。6.3 挖掘机的分类最初挖掘机是手动的，从发明到现在已经有一百三十多年了，经 历了蒸汽驱动，电力驱动，和内燃机驱动等多种驱动方式。在 20 世纪 40 年代以后，液压技术在挖掘机上得到应用，20 世 纪 50 年代研制出了今天人们常见的履带式全液压挖掘机。挖掘机最重要的三个参数：整车重量（质量），发动机功率和铲 斗斗容。1951 年，第一台全液压反铲挖掘机由位于法国的 Poclain（波克兰）工厂推出，从而在挖掘机的技术发展领域开创了全 新空间。以下是常见挖掘机的分类：（1）常见的挖掘机按驱动方式有内燃机驱动挖掘机和电力驱动挖 掘机两种。其中电动挖掘机主要应用在高原缺氧与地下矿井和其它 一些易燃易爆的场所。(2) 按照行走方式的不同，挖掘机可分为履带式挖掘机和轮式挖 掘机。(3) 按照传动方式的不同，挖掘机可分为液压挖掘机和机械挖掘 机。机械挖掘机主要用在一些大型矿山上。(4) 按照用途来分，挖掘机又可以分为通用挖掘机，矿用挖掘机， 船用挖掘机，特种挖掘机等不同的类别(5) 按照铲斗来分，挖掘机又可以分为正铲挖掘机、反铲挖掘机 拉铲挖掘机和抓铲挖掘机。正铲挖掘机多用于挖掘地表以上的物料， 反铲挖掘机多用于挖掘地表以下的物料。6.3.1 反铲挖掘机反铲式是我们见过最常见的，向后向下，强制切土。可以用于停 机作业面以下的挖掘，基本作业方式有：沟端挖掘、沟侧挖掘、直 线挖掘、曲线挖掘、保持一定角度挖掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等。图2 反铲挖掘机图3 正铲挖掘机6.3.2 正铲挖掘机正铲挖掘机的铲土动作形式。其特点是“前进向上，强制切土” 正铲挖掘力大，能开挖停机面以上的土，宜用于开挖高度大于2m的 干燥基坑，但须设置上下坡道。正铲的挖斗比同当量的反铲的挖掘 机的斗要大一些，可开挖含水量不大于27%的一至三类土，且与自 卸汽车配合完成整个挖掘运输作业，还可以挖掘大型干燥基坑和土 丘等。正铲挖土机的开挖方式根据开挖路线与运输车辆的相对位置 的不同，挖土和卸土的方式有以下两种：正向挖土，侧向卸土；正 向挖土，反向卸土。6.4 挖掘机相关参数简介6.4.1 挖掘机三个重要参数(发动机功率，铲斗容量，操作重量(1) 操作重量操作重量决定了挖掘机的级别，决定了挖掘机挖掘力的上限。如 果挖掘力超过这个极限，在反铲的情况下，挖掘机将打滑，并被向 前拉动，这非常危险。在正铲情况下，挖掘机将向后打滑。挖掘力W工作重量：地面和履带间的附着力系数挖掘机三种主要重量:操作重量：带标准工作装置、司机、加满 燃油；运输重量：不含司机、含10%燃油；主机重量：不含工作装 置。(2) 发动机功率总功率SAEJ1995 (grosshorsepower)指在没有消耗功率附件， 如消音器、风扇、交流发电机及空气滤清器的情况下，在发动机飞 轮上测得的输出功率。净功率 SAEJ1349； ISO9249 (nethorsepower)指在装有全部消 耗功率附件，如消音器、风扇、发电机及空气滤清器的情况下，在 发动机飞轮上测得的输出功率。(GB,VOLVO)(3) 斗容斗容一般分为堆装和平装两种，挖掘机常用标定斗容为堆装。铲 斗堆装容量有两种计算标准。SAE、PCSA、ISO、GB标准：1： 1堆装; CECE标准：1： 2堆装。6.4.2其他参数(1)挖掘力对于挖掘力来说，挖掘力主要分为小臂挖掘力和铲斗挖掘力。两 个挖掘力的作用点均为铲斗的齿根(铲斗的唇边)，只是动力不同， 小臂挖掘力来自小臂油缸；而铲斗挖掘力来自铲斗油缸。(2 )爬坡能力爬坡能力是指爬坡、下坡，或在一个坚实、平整的坡上停止的力。 两种表示方法：角度，百分比。(3)提升能力提升能力是指额定稳定提升能力或额定液压提升能力中较小的一 个。额定稳定提升能力：75%的倾翻载荷；额定液压提升能力：87% 的液压提升能力。(4) 回转速度回转速度是指挖掘机空载时，稳定回转所能达到的平均最大速度。 这意味着定义的回转速度，既不是指起动时的，也不是指制动时的 回转速度；也就是说，不是加速或减速的回转速度。对于一般的挖 掘工作来说，这种挖掘机在 0到 180的范围内工作时，回转马达 有加速或减速，当转到 270到 360范围内时，回转速度达到稳定。因此，在实际的挖掘工作中，上面定义的回转速度是不切实际的。 也就是说，需要的实际回转性能是可用回转扭矩表示的加速/减速。6.5 实习中见到的一些挖掘机型号及参数6.5.1 陕西奥力信工程机械有限公司简介陕西奥力信工程机械有限公司(原陕西欣安远工程机械有限公司) 创建于一九九九年，地处西安市和平工业园，占地 30 亩，是中西部 地区规模最大，实力最强集技术开发、产品设计与创造于一体的轮 式挖掘机专业化生产经营企业。连续被西安市消费者协会评为“诚 信单位”。主营产品或服务：小型挖掘机、抓草机、抓石机、液压 锤、挖机配件、泡菜机。接下来看一下发动机型号为K4102ZHQ1的 AWL7038-3 型轮式挖掘机的一些主要技术参数，如图 6 与表 1 所示。图 6AWL7038-3 型轮式挖掘机表 1AWL7038-3 型轮式挖掘机主要参数6.5.2 山东鑫奥工程机械有限公司简介山东鑫奥工程机械有限公司为中型工程机械的专业制造公司，公 司现有员工 300 余人，高级专业技术人员 16 人，中级职称人员 22 人，初级技术人员 26 人。公司秉承以“质量求发展，以信誉求生存” 的服务宗旨，专注于中小型工程机械的开发研究，陆续开发出 XA70-8、XA100-8、XA120-8、XA160-8、XA180-8 系列轮式履带式全 液压挖掘机，5 吨、6 吨、7 吨、8 吨全液压起重机,自走式打桩机。 这些优良产品投放全国市场后，深得广大用户的好评与信赖，为公 司可持续发展赢得了广阔的市场空间。2000 年，公司又与日本山田建机合作，把中国的工况与日本的 标准应用有机结合，生产出国内领先更贴近和适合农机市场的新一 代高可靠性挖掘机，产品投放市场后，深受广大用户的好评。为了 满足客户需求，拓展更大市场空间，2011 年 3 月，鑫奥公司投资 2.4 亿元在滕州市组建鑫奥工程机械工业园。工业园占地面积259 亩。在建厂房 10 余万平方米，项目投产将达到年产挖掘机 2000 台 起重机 2000 台，打桩机 1000 台的生产能力。接下来看一下 XA100-8 轮式双驱液压挖掘机以及 XA70-8 轮式机 械行走挖掘机的一些主要配置与技术参数，如以下图表l.XA100-8 轮式双驱液压挖掘机图 7XA100-8 轮式双驱液压挖掘机表 2XA100-8 轮式双驱液压挖掘机主要配置表 3XA100-8 轮式双驱液压挖掘机主要参数2. XA70-8 轮式机械行走挖掘机表 4XA70-8 轮式机械行走挖掘机主要配置图 8XA70-8 轮式机械行走挖掘机表 5XA70-8 轮式机械行走挖掘机 主要参数3. XA100-8 履带式液压挖掘机表 6XA100-8 履带式液压挖掘机主要参数图 9XA100-8 履带式液压挖掘机表 7XA100-8 履带式液压挖掘机主 要配置7 实习心得经过大约两周的实习，我深深的感觉到自己所学的知识的肤浅和 在实际运用中的专业知识的匮乏.这时才真正领悟到“学无止境”的 含义。我们的教育应该社会实践更多得结合起来,采用理论和实践的办 学模式,做到课堂教育与社会实践的关系，分别同过课堂和实践把我 们所学的和运用想结合起来,才能更完全的掌握.在将来材料成型将会向“四个化”发展，即柔性化、灵捷化、智 能化、信息化.即使工艺装备与工艺路线能适用于生产各种产品的需 要，能适用于迅速更换工艺、更换产品的需要,使其与环境协调的柔性,使生产推向市 场的时间最短且使得企业生产制造灵活多变的灵捷化,还有使制造过 程物耗,人耗大大降低,高自动化生产,追求人的智能于机器只能高度 结合的智能化以及主要使信息借助于物质和能量的力量生产出价值 的信息化。当然机械制造业的四个发展趋势不是单独的，它们是有机的结合 在一起的，是相互依赖，相互促进的。同时由于科学技术的不断进 步，也将会使它出现新的发展方向。前面我们看到的是机械制造行 业其自身线上的发展。然而，作为社会发展的一个部分，它也将和 其它的行业更广泛的结合。21 世纪机械制造业的重要性表现在它的 全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造等。它 将使人类不仅要摆脱繁重的体力劳动，而且要从繁琐的计算、分析 等脑力劳动中解放出来，以便有更多的精力从事高层次的创造性劳 动，智能化促进柔性化，它使生产系统具有更完善。