第三节   挖掘机总体结构及特点

一、概述

单斗液压挖掘机是采用液压传动并以一个铲斗进行挖掘作业的机械。它是在机械传动单斗挖掘机的基础上发展而来的，是目前挖掘机械中重要的品种。

单斗液压挖掘机的作业过程是以铲斗的切削刃（通常装有斗齿）切削土壤并将土装入斗内，装满后提升、回转至卸土位置进行卸土，卸空后铲斗再转回并下降到挖掘面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土方后，机械移位继续工作，因此是一种周期作业的自行式土方机械。单斗液压挖掘机为了实现上述周期性作业动作的要求，设有下列基本组成部分：工作装置、回转机构、动力装置、传动操纵机构、行走装置和辅助设备等。常用的全回转式（转角大于360°）挖掘机，其动力装置、传动机构的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室等都装在可回转的平台上，简称上部转台。这类机械概由工作装置、上部转台和行走装置三大部分组成（见图1-4）。挖掘机的基本性能取决于各组成部分的构造和性能。

图1-4   单斗反铲液压挖掘机结构

二、单斗液压挖掘机组成部分

1.动力装置  

单斗液压挖掘机的动力装置，多采用直立式多缸、水冷，以小时功率标定的柴油机。

2.传动系统  

单斗液压挖掘机的传动系统将柴油机的输出动力传递给工作装置、回转装置和行走机构等。单斗液压挖掘机用液压传动系统的类型很多，习惯上按主泵的数量、功率调节方式和回路的数量进行分类，有单泵或双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统、多泵多回路定量系统、双泵双回路分功率调节变量系统、双泵双回路全功率调节变量系统、多泵多回路定量或变量混合系统六种；按油液循环方式分为开式系统和闭式系统；按供油方式分为串联系统和并联系统。

凡主泵输出的流量是定值的液压系统为定量系统；反之，主泵输出的流量通过调节系统进行改变的则称为变量系统。在定量系统中，各执行元件在无溢流情况下是按油泵供给的固定流量工作，油泵的功率按固定流量和**工作压力确定；在变量系统中，最常见的是双泵双回路恒功率变量系统，该系统又有分功率变量与全功率变量之分。分功率调节系统是用一个恒功率调节器同时控制系统中所有油泵的流量变化，从而达到同步变量。

开式系统中执行元件的回油直接流回油箱，其特点是系统简单、散热效果好。但油箱容量大，低压油路与空气接触机会多，空气易渗入管路造成振动。单斗液压挖掘机的作业主要是油缸工作，而油缸大、小油腔的差异较大，工作频繁，发热量大，因此绝大多数单斗液压挖掘机采用开式系统；闭式系统中执行元件的回油是不直接返回油箱，其特点是系统结构紧凑，油箱容积小，进、回油路中均有一定的压力，空气不容易进入管路，运转比较平稳，避免了换向时的冲击，但系统较复杂，散热条件差。在单斗液压挖掘机的回转装置等局部系统中，有采用闭式回路的液压系统。为补充因液压马达正、反转的油液漏损，在闭式系统中往往还设有补油阀。

3.回转机构   回转机构使工作装置及上部转台向左或向右回转，以便进行挖掘和卸料。单斗液压挖掘机的回转装置必须能把转台支撑在机架上，不能倾斜，回转轻便灵活。为此，单斗液压挖掘机都设有回转支撑装置（起支撑作用）和回转传动装置（驱动转台回转），这两种装置统称为回转装置。

（1）回转支撑  

单斗液压挖掘机是采用回转支撑的结构形式，分为转柱式和滚动轴承式等两种。

（2）回转传动  

全回转液压挖掘机是采用回转装置的传动形式，分为直接传动和间接传动两种。

①直接传动  

在低速大扭矩液压马达的输出轴上安装驱动小齿轮，与回转齿圈啮合。国产WY100、WY40、WLY25、WY60、WLY60C等型挖掘机的回转传动均采取这种传动形式。

②间接传动  

由高速液压马达经齿轮减速器带动回转齿圈的间接传动结构形式（见图1-5）。国产WY60A、WY100B、WY160、WLY50等型挖掘机则采用这种传动形式。它结构紧凑，具有较大的传动比，且齿轮的受力情况较好。轴向柱塞马达与同类型液压油泵的结构基本相同，许多零件可以通用，便于制造及维修，从而降低了成本。但必须装设制动器，以便吸收较大的回转惯性力矩，缩短挖掘机作业循环时间，提高生产率。

图1-5   间接传动的回转传动

4.行走机构  

行走机构支撑挖掘机的整机重量并完成行走任务，多采用履带式或轮胎式。

（1）履带式行走机构  

单斗液压挖掘机的履带式行走机构的基本结构与其他履带式行走机构大致相同，但它多采用两个液压马达各自驱动一条履带。与回转装置的传动相似，可用高速小扭矩马达或低速大扭矩马达。两个液压马达同方向旋转时挖掘机将直线行驶；若只给一个液压马达供油，并将另一个液压马达制动；挖掘机则绕制动一侧的履带转向；若使左、右两液压马达反向旋转，挖掘机将做原地转向。

行走机构的各零部件都安装在整体式行走架上。液压泵输出的压力油经多路换向阀和中央回转接头进入行走液压马达。该马达将压力能转变为输出扭矩后，通过齿轮减速器传给驱动轮，最终卷绕履带实现挖掘机行走。

单斗液压挖掘机大都采用组合式结构履带和平板型履带板（没有明显履刺），虽附着性能差，单坚固耐用，对路面破坏性小，适用于坚硬岩石地面作业或经常转场的作业。也有采用三履刺形履带板，接地面积较大，履刺切入土壤深度较浅适宜于挖掘采石作业。实行标准化后规定挖掘机采用质量轻、强度高以及结构简单和价格较低的轧制履带板。三角形履带板专用于沼泽地，可降低接地比压，提高挖掘机在松软地面上的通过能力。

单斗液压挖掘机的驱动轮均采用整体铸件，能与履带正确啮合，并且传动平稳。挖掘机行走时驱动轮应位于后部，使履带的张紧段较短，减少履带的摩擦、磨损和功率消耗。

每条履带都设有张紧装置，以调整履带的张紧度，减少履带的振动噪声、摩擦、磨损及功率损失。目前单斗液压挖掘机都采用液压张紧结构（图1-6）。其液压缸置于缓冲弹簧内部，减小了外形尺寸。

图1-6   履带液压张紧装置

（2）轮胎式行走机构  

轮胎式挖掘机的行走机构有机械传动和液压传动两种。液压传动的轮胎挖掘机的行走机构如图1-7所示，主要由车架、前桥、后桥、传动轴和液压马达等组成。行走马达安装在固定于机架的变速箱上，动力经变速箱、传动轴传给前、后驱动桥。有的挖掘机再经过轮边减速器驱动车轮。采用高速液压马达的传动方式使用可靠，省掉了机械传动中的上、下传动箱及垂直轴，结构简单且布置方便。

图1-7   单斗液压挖掘机轮胎式行走机构

轮胎式单斗液压挖掘机的行驶速度不高，后桥常采用刚性悬架，结构简单。前桥悬挂多为摆动式。车架和前桥中部铰链连接，而活塞杆与前桥连接。控制阀有两个位置：挖掘机作业时，控制阀将两个液压缸的工作缸与油箱的油路切断，液压缸将前桥的平衡悬挂锁住，阻止其摆动，以提高挖掘机的作业稳定性；挖掘机行走时，控制阀使两个悬挂液压缸的工组腔相通，并与油箱接通，前桥便能适应路面情况，并使左、右车轮随时着地，保持足够的附着性能，使挖掘机有足够的附着力，提高挖掘机的通过性能。

5.工作装置  

工作装置是液压挖掘机的主要组成部分之一。因用途不同，工作装置的种类繁多，其中最主要的有反铲装置、正铲装置、挖掘装置、起重装置和抓斗装置等。而同种装置也可以有多种结构形式，有的多达数十种，以适应各种不同的作业条件。

三、液压挖掘机的特点

1.液压挖掘机的优点   液压挖掘机采用液压传动装置，在结构、技术性能和使用效果等方面与机械传动的单斗挖掘机相比具有许多特点。其优点综合如下：

（1）技术性能提高，工作装置品种扩大  

单斗液压挖掘机与同级机械挖掘机相比，挖掘力提高约30％，如1m3 斗容量的液压挖掘机斗齿挖掘力为12～15吨，而机械式只有10吨。因此在整机参数不变时，可适当加大铲斗容量，提高生产率。抓斗可以强制切土和闭斗，使切土力和闭斗力都提高。液压挖掘机的行走牵引力与机重之比大大高于机械挖掘机，行速、爬坡能力都大有提高，还可换装宽大履带，使机械接地比压大大降低。当液压挖掘机陷于淤泥或土坑中时，可以利用工作装置进行自救或逾越沟渠等障碍物，两履带可独立驱动，实现就地转向，使通过能力大大提高。

工作装置由于采用液压传动，使构造布置方便、灵活，而且工作装置的种类不断增加，新的结构不断出现，如组合动臂、加长斗杆、双瓣铲斗、底卸式装载斗以及伸缩式动臂等。小型液压挖掘机带有三四十种工作装置，以适应各种作业（最多达150种）要求。而且工作装置调换方便，从而扩大了机械的使用范围。

（2）简化结构，减少易损件，机重小  

采用液压传动后省去了机械挖掘机复杂的中间传动零部件，简化了机构并减少易损件，由于传动装置紧凑，重量减少导致转台、底架等结构件的尺寸和重量都相应降低，故同级的液压挖掘机可比机械挖掘机总重量减轻30％～40％，如WY100型液压挖掘机重25吨，W-100型机械挖掘机重41吨。

（3）传动性能改善，工作平稳，安全可靠  

采用液压传动后能无级调速且调速范围大（最高于与最低速度之比可达1000︰1）；能得到较低的稳定转速（采用柱塞式液压马达，稳定转速可低到1转/分）；液压元件的运动惯性较小并可作高速反转（电动机运动部分的惯性力矩比其他驱动装置大50％，而液压马达则不大于5％。加速中等功率电动机需1秒钟以上，而液压马达只需0.1秒）。因此，在挖掘机工作中换向频繁的情况下动作平稳，冲击很小，而且液压油还能吸收部分冲击能量减少机械的冲击、振动。液压系统中还设置了各种安全溢流阀，在机械工作过载或误操作时不至于发生事故或机械损坏，并使机械结构将件受力情况改善。

（4）机构布置合理、紧凑  

由于液压传动采用油管连接，各机构部件之间相互位置不受传动关系的影响、限制，布置较灵活，设计时可使机构的布置既满足传动要求，也能满足结构件受力均衡、维修方便，附加平衡重尽可能少等条件，做到结构紧凑、外形美观，同时也易于改进、变形发展。

（5）操作简便、灵活  

液压传动比机械传动操纵轻便而灵活，尤以现在采用的液压伺服（先导阀）操纵，手柄操纵力（不管主机多大）小于3kg，而机械挖掘机（如W1001型）操纵力达8～20kg；采用先导阀后操纵杆数大为减少，故作业中司机的劳动强度大大减轻，驾驶室与机棚完全隔开，噪声减小，视野良好，振动减轻，改善了司机的工作条件。

（6）易实现“三化”、提高质量  

液压元件容易实现标准化、系统化、通用化，便于组织专业化生产，进一步提高产品质量和降低成本。

（7）易实现自动化  

便于与电、气动联合组成自动控制和遥控系统。

2.液压挖掘机的缺点

（1）对液压元件加工精度要求高，装配要求严格，制造较为困难。使用中系统出现故障时，现场进行排除较困难，维修条件和维修调整的技术都要求较高。

（2）液压油的黏稠度受温度影响较大，总效较低，同时液压系统容易漏油，渗入空气后产生噪音和振动，使动作不稳，并对液压元件产生腐蚀作用。