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1 前言
随着全球经济的高速发展以及基本建设范围的持续拓宽,液压挖掘机目前被广泛应用于水利工程,交通运输,电力工程和矿山采掘等机械施工中,它在减轻繁重的体力劳动,保证工程质量和加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。由于液压挖掘机具有多品种,多功能,高质量及高效率等特点,因此受到了广大施工作业单位的青睐。
液压挖掘机的发展主要以液压技术的应用为基础。由于挖掘机的工作条件恶劣,要求实现的动作很复杂,于是它对液压系统的设计提出了很高的要求,其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此,挖掘机液压系统的分析设计对推动挖掘机的发展具有重要的意义[1]。
工程机械的发展概况
在十八世纪以后,英国、美国相继完成工业革命。随着城市及城市工业的发展,需要大量的劳动力,因此,农村大批劳动力向城市转移,这就促进了拖拉机、播种机、收割机等农业机械、城市施工机械的大发展。
综观工程机械的发展过程,从其结构、控制系统以及性能来看:经历了动力技术革命、传统技术革命、钢结构技术革命、控制技术革命几个阶段,也所谓经历了几次飞跃和更新换代。
首先是动力技术革命:随着体积小、重量轻、强有力的内燃机技术的出现,解决了工程机械移动的动力源,促使工程机械的诞生和发展。
其次是传动技术革命:移动性动力源的问题解决之后,主要矛盾转移到如何有效地传递动力、完成作业的焦点上。20世纪50年代出现了液体传动(液压和液力),由于液压传动具有功率密度高、结构紧凑、容易实现各种运动形式的转换以满足复杂的作业要求,速度刚性大、便于冷却散热,配置灵活、组装方便、可靠耐用等独到特点,以最小的空间、最灵便的途径、传递最大的动力,而且动力特性好,具有许多优良的传动性能,传动平稳、自动防止过载,容易实现无极变速,操纵简单轻便、控制性能好。因此,液压技术作为机械传动的一中有力的补充,以成功地用语一切需要中等以上功率输出,以及需要对运动工程进行灵活控制和调节的地方,在工程机械中得到广泛的应用[2-3]。
挖掘机简介
1840年美国西部开发,进行铁路建设,产生了模仿人体构造,有大臂、小臂和手腕,能行走和扭腰类似机械手的挖掘机,它采用蒸汽机作为动力在轨道上行走。但是此后的很长时间挖掘机没有得到很大的发展,应用范围也只局限于矿山作业中。
导致挖掘机发展缓慢的主要原因是:其作业装置动作复杂,运动范围大,需要采用多自由度机构,古老的机械传动对它不太适合。而且当时的工程建设主要是国土开发,大规模的筑路和整修场地等,大多是大面积的水平作业,因此对挖掘机的应用相对较少,在一定程度上也限制了挖掘机的发展。
二十世纪四十年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机。随着液压传动技术迅速发展成为一种成熟的传动技术,挖掘机有了适合它的传动装置,为挖掘机的发展建立了强有力的技术支撑,是挖掘机技术上的一个飞跃。同时,工程建设和施工形式也发生了很大变化。在进行大规模国土开发的同时,也开始进行城市型土木施工,这样,具有较长的臂和杆,能装上各种各样的工作装置,能行走、回转,实现多自由动作,可以切削高的垂直壁面,挖掘深的基坑和沟槽的挖掘机得到了广泛应用。
1950年在意大利北部生产了第一台液压挖掘机。第一台液压挖掘机采用定量齿轮泵,中位开式多路阀,工作压力为9Mpa,所有执行元件互相并联连结。由单泵向6个执行元件供油。由于早期液压挖掘机主要采用了定量齿轮泵,不能按需改变供油流量,无法充分利用发动机的功率,因此其能量损失很大,不能满足挖掘机复合动作的复杂要求,且可操纵性差。另外,早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,配套件也不齐全,制造质量不够稳定。从二十世纪六十年代到八十年代中期,液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展的阶段,各国挖掘机制造厂和品种增加很快,产量猛增。
自第一台手动挖掘机诞生以来的160多年当中,挖掘机一直在不断地飞跃发展,其技术已经发展到相对成熟稳定的阶段。目前国际上迅速发展全液压挖掘机,对其控制方式不断改进和革新,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,实现了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坚实的基础,创造了良好的前提。
据有关专家估算,全世界各种施工作业场约有65%至70%的土石方工程都是由挖掘机完成的。挖掘机是一种万能型工程机械,目前已经无可争议地成为工程机械的第一主力机种,在世界工程机械市场上己占据首位,并且仍在发展扩大。挖掘机的发展主要以液压技术的应用为基础,其液压系统已成为工程机械液压系统的主流形式。随着科学技术的发展和