DBJX-202 挖掘机液压工程机械实训台
液压挖掘机是机械工程中主要的机械,它广泛应用于工程建筑、施工筑路、水力工程、国 防工事等土石方施工以及矿山采掘作业。 目前中小型挖掘机几乎全部采用了液压传动。液压挖 掘机较之机械式挖掘机具有体积小、重量轻、操作灵活方便、挖掘力大、易于实现过载保护和 远距离操纵等优点。近年来高新微电子技术在液压技术上的应用,使工程机械、建筑机械综合 技术水平越来越高,提高了这些机械的使用可靠性、操作安全性、舒适性和使用寿命,其适应 性更强。
挖掘机液压工程机械实训台是以单斗液压挖掘机械为对象研制开发的一种实训平台,实训台 结构紧凑,制作精美,操作简单,安全可靠是理想的实验室配套设备,它填补了长久以来,实 验室没有工程机械设备的空白,它使学生可以不出教室就能了解挖掘机械的结构及原理,并可 以自己动手操作。实训台配有多种控制方式,除手动控制、继电器控制外还配有可编程控制, 不但使学生能够完成基础控制方式,并探索以自动控制为目的的全新操作模式。
(参考图)
一、实验项目
1、液压传动各元部件结构及工作原理观摩、拆装实验。
2、液压挖掘机械演示控制实验。
3、PLC 软件仿真演示及控制实验。
4、可编程序控制器(PLC) 电气控制实验:机-电-液一体控制实验。
二、实验内容
1、液压挖掘机械演示控制实验
1)挖掘作业,铲斗和斗杆复合进行工作实验;
2)回转作业,动臂提升同时平台回转;
3)卸料作业,斗杆和铲斗工作同时大臂可调整位置高度;
4)返回,平台回转、动臂和斗杆配合回到挖掘开始位置。
2、可编程序控制器(PLC) 电气控制实验:机-电-液一体控制实验。
1) PLC 指令编程、梯形图编程学习;
2) PLC 编程软件的学习与使用;
3) PLC 与计算机的通讯、在线调试;
4) PLC 在液压传动控制中的应用以及控制方案的优化。
三、性能与特点
1、实验台采用冷轧钢板(并经过喷塑、防腐处理)制作,台式结构,控制操作于一体。
2、电气操作控制为下置式,液压站放置于液压台主柜内。整体结构紧凑,协调,布局 美观大方,实用性强,可供 4-6 人实验。
3、挖掘机械按实物比例缩小的全金属结构,实验时启动液压系统根据实验要求模拟操 作机械进行工作。
4、挖掘机械是按实物的结构与缩小比例制作而成,能够真实地体现其机械的实际工况, 使学生能够在实验中深刻了解其机构的各部件的结构与工作原理。
5、实验控制采用手动控制、 自动控制两种方式。
6、实验部件采用耐压胶管,压力可达到 25Mpa。
7、带三相漏电保护、输出电压 380V/220V,对地漏电电流超过 30mA 即切断电源; 电 气控制采用直流 24V 电源,并带有过压保护,防止误操作损坏设备。
四、主要技术参数
电机型号:M3P4H523 功率:0.75KW 转速:1420r/min
油泵型号:VAI-15F-A3 工作压力:0-4Mpa 额定流量:8ml/rev
外形尺寸:1550×650×1800mm
五、控制说明
1、紧停 ――在系统运行下,按下此按钮所有运行停止。
2、手动-PLC 转换开关 ――旋转此开关可实现继电器控制或 PLC 编程控制。 3、泵开关 ――按下此按钮启动电机泵供压,调整溢流阀得到所需压力。 4、动臂升 ――推动操纵杆动臂上升,调节节流阀J2 可控制动臂上升速度。 5、动臂降 ――推动操纵杆动臂下降,调节节流阀 J1 可控制动臂下降速度。 6、斗杆升 ――推动操纵杆斗杆上升,调节节流阀J3 可控制斗杆上升速度。 7、斗杆降 ――推动操纵杆斗杆下降,调节节流阀J4 可控制斗杆下降速度。 8、铲斗升 ――按下此按钮铲斗上升,调节节流阀J5 可控制铲斗上升速度。 9、铲斗降 ――推动操纵杆铲斗下降,调节节流阀J6 可控制铲斗下降速度。 10、回转台右 ――推动操纵杆回转台右转。 11、回转台左 ――推动操纵杆回转台左转。
12、程序运行 ――将手动-PLC 转换开关旋转至 PLC 位置,按下此按钮控制程序运行。
13、程序停止 ――在程序运行下,按下此按钮控制程序运行停止。
14、可编程控制器 ――三菱 FX1S-20MR
六、液压系统原理图
图 2 液压系统原理图
七、挖掘机各部分说明
(一)控制、执行机构
图 3I 挖掘机各部件说明
1、主 动 臂 ― ―(大臂)承担挖掘机的挖掘工作时的定位、升降、卸土等功能,它与斗
杆、铲斗的合理配合是挖掘能否达到最佳效果的主要因素。
2、轴 销 I ――主动臂与动臂缸的连接轴销,是主动臂启降支点。
3、动 臂 缸 ――负责主动臂升降、定位的动力支撑。
4、轴 销 II ――主动臂与回转台连接支点的轴销,它使主动臂以此点为圆心、轴销 I 点为半径,作上下运动。
5、支 撑 座 I ――主动臂支撑座。
6、支 撑 座 II ――动臂缸支撑座。
7、支撑座 III ――斗杆缸支撑座。
8、斗 杆 缸 ――负责斗杆伸缩。
9、轴 销 III ――斗杆与斗杆缸连接轴。
10、轴 销 IV ――斗杆与主动臂连接支点。
11、支撑座 IV ――铲斗缸支撑座。
12、铲 斗 缸 ――此缸负责铲斗的挖、卸。
13、轴 销 V ――铲斗缸与连接板的连接轴。
14、轴 销 VI ――铲斗与连接板的连接轴。
15、连 接板 I ――铲斗缸与斗杆的连接板。
16、连接板 II ――铲斗缸与铲斗的连接板。
17、轴 销 VII ――铲斗与斗杆的连接轴。
18、铲 斗 ――挖、卸土的执行机构。
图 3II 挖掘机各部件说明
19、回转平台 ――所有控制、执行机构的支撑平台,其下部与马达旋转部分连接,启动 马达可以使执行部位按指定角度挖掘。
20、阀 板 ――控制元件与显示仪表支撑板。
图 4 挖掘机控制部分说明
21、仪 表 盘 ――系统压力表显示盘。
22、压 力 表 I ――铲斗工作压力显示。
23、压力表 II ――斗杆工作压力显示。
24、压力表 III ――主动臂工作压力显示。
25、换 向 阀 I ――主动臂伸降控制阀。
26、节 流 阀 I ――主动臂伸降速度控制阀。
27、溢 流 阀 ――系统压力控制阀。
28、换向阀 II ――斗杆伸缩控制阀。
29、节流阀 II ――斗杆伸出速度控制阀。
30、节流阀 III ――斗杆缩回速度控制阀。
31、换向阀 III ――铲斗伸缩控制阀。
32、节流阀 IV ――铲斗伸出速度控制阀。
33、节流阀 V ――铲斗缩回速度控制阀。
34、阀 座 ――控制阀的底座。
(二)旋转机构 I
1、回 转 平 台 ――所有控制、执行机构的支撑平台,其下部与马达旋转部分连接,启动 马达可以使执行部位按指定角度挖掘。(与上 19 项)
2、主旋转齿轮 ――传动大齿轮,与主回转平台结合构成旋转机构。
3、滚 珠 ――大齿轮与固定座间隔用,其作用与平面轴承同。
4、滚 珠 座 ――滚珠旋转底座。
5、青 铜 轴套 ――旋转轴轴套。
6、轴 承 I ――平面推力球轴承。
7、垫 圈 ――平面垫圈。
8、螺 母 ――六角细牙薄螺母。
9、大 齿 轮轴 ――大齿轮定位轴。
10、隔 套 ――主轴定位隔套。
11、支 座 ――主体支座。
(三)旋转机构 II
图 6I 挖掘机旋转部分说明
1、盖 板 ――小齿轮定位盖板。
2、小 齿 轮 ――传动小齿轮,与大齿轮啮合带动上部执行机构旋转。
3、输 出 轴 ――蜗轮输出轴。
4、透 盖 I ――蜗轮输出轴透盖。
5、轴 承 II ――输出轴用圆锥滚子轴承。
6、闷 盖 I ――蜗轮输出轴闷盖。
7、限 位 套 ――蜗轮限位套。
8、蜗 轮 ――蜗轮副,起传动、减速的作用。
图 6II 挖掘机旋转部分说明
9、蜗轮减速机机壳
10、闷 盖 II ――蜗杆轴闷盖。
11、轴 承 III ――蜗杆轴用圆锥滚子轴承。
12、蜗 杆 ――马达带动蜗杆,蜗杆与蜗轮组成一传动副,起到减速与传动作用。
13、透 盖 II ――蜗轴轴透盖。
14、联 轴 器 I ――减速机端联轴器。
15、联 轴器 II ――马达端联轴器。
16、基 座 ――马达基座。
17、马 达 ――轴向柱塞马达。
八、开机前检查
1、开机前检查各部位有无异常现象,溢流阀确保是全开(避免开机后的瞬间峰值)。各部 位应无漏油、异响、异味和油温过高现象;
2、检查各部件的连接固定情况。紧定松动的螺母、螺栓、轴销、和油管接头;
3、检查工作装置工作情况。挖掘、升降、回转、卸土等工作正常,动臂、斗臂、挖斗、液 压缸等部件各铰接处不得送旷或卡滞;
4、检查电器设备工作情况。;
九、操作注意事项
1、因实验元器件结构和用材的特殊性;在实验的过程中务必注意稳拿轻放防止碰撞;在回 路实验过程中确认安装稳妥无误才能进行加压实验。
2、做实验之前必须熟悉元器件的工作原理和动作的条件,掌握快速组合的方法,绝对禁止 强行拆卸,不要强行旋扭各种元件的手柄,以免造成人为损坏。
3、请不要带负载启动(要将溢流阀旋松),以免损坏压力表。
4、学生做实验时不应将压力调的太高(正常工作压力为 4~7MPa)。
5、学生使用本实验系统之前一定要了解液压实验准则,了解本实验系统的操作规程,在实 验老师的指导下进行,切勿盲目进行实验。
6、学生实验过程中,发现回路中任何一处有问题,此时应立即关闭泵,只有当回路释压后 才能重新进行实验。
7、实验完毕后,要清理好元器件;注意好元件的保养和实验台的整洁。
8、对于油泵电机的效率:实验计算时,一般取80%。
9、因油路联接采用的是开闭式快速接头,实验时,管路会有一定的压降;流量小于 7 升/ 分时,可忽略不计;流量大于 7 升/分时每个开闭式接头压降约为 0.1~0.4Mpa。
十、实验步骤
课程实验分手动控制和 PLC 控制,手动控制主要由按钮操作,PLC 控制是培养学生编程控 制能力。
断续操纵和连贯操作两种方法。挖掘机是循环作业的机械,每个作业循环由挖土、升大臂、 旋转、卸土、回转和降大臂 6 个动作组成。所谓断续操作,是将上述 6 个动作分开去做,即做 完一个动作后再做下一个动作。连贯操作是在挖土过程中,使挖斗、斗杆、大臂和回转操纵杆 (按钮)的动作能密切协调地配合起来,在尽量短的时间内,完成一个作业循环,以提高挖掘机作业效率。连贯操作的方法及配合要领如下。
1)挖土(挖斗与大臂、斗杆操纵杆的配合)
挖土时,首先应当降下大臂压住挖斗,使挖斗不因土壤的反作用力升起,此时大臂控制阀 操纵杆(按钮)必须在中立位置。挖斗开始挖土后,大臂的压力使挖斗深入土中, 由于土壤的 阻力会使挖斗挖土的速度减慢并有停止的趋势,这时需立即稍升大臂(不放松挖斗操纵杆或按 钮)。当挖斗挖掘速度稍提高后,立即放松大臂操纵杆(按钮),使大臂不再上升。如果土壤较 软或挖斗切削土层太薄而不能挖满土时,应及时稍降大臂,增大挖掘深度。如此反复,使挖斗 不停地旋转挖掘,在尽量短的时间内装满土壤。
上述动作配合的关键是大臂的升降时机必须及时准确,要不早不晚、不高不低。
挖掘距挖掘机较近的土壤时,首先要收回斗杆;降低大臂,使挖斗插入土中,此时,要注 视挖斗旋转的速度,及时收、伸斗杆;当挖斗旋转速度过快时,挖斗挖掘的土太少,要稍收斗 杆;旋转速度过慢时,挖斗挖掘的土壤过多,要及时前伸斗杆,以保证挖斗不停地挖掘土壤。
上述动作配合的关键是斗杆的运用要及时准确。
2)旋转(大臂与回转操纵杆的配合)
大臂与转盘回转操纵杆(按钮)的配合是在转盘旋转中进行的。即在挖斗挖土结束后,立 即升大臂,待挖斗离开地面时,要立即使转盘旋转,使大臂在旋转中继续升高到需要的高度。 这时,操作手的注意力要观察挖斗的离地高度和挖斗前方有无障碍物,如果目测挖斗高度不能 越过障碍物时,要降低旋转速度或停止转动,使大臂进一步升高后继续旋转。
3)卸土(回转与挖斗操纵的配合)
回转与挖斗操纵杆(按钮)的配合也是转盘旋转过程中进行的。这时,操作人员要注视挖 斗的位置,待挖斗进入卸土区,立即操纵挖斗操纵杆(按钮)使之卸土;当挖斗卸土约 1/2 时, 开始操纵回转先导阀操纵杆(按钮),使转盘回转,可使挖斗在回转中继续卸土,直到卸完为止。 在这一过程中,操作人员注意力要放在挖斗卸土上,如果在卸土区内挖斗不能卸完土,要暂停 旋转,使挖斗卸完土后再继续旋转。如果挖斗已接触堆土,但斗内的土还未全部卸完,此时应 升一下大臂后再卸土,也可边升大臂边卸土。
4)回转(回转与大臂操纵杆的配合)
在挖斗内的土完全卸出向挖土区回转的过程中,应迅速使大臂下降,待挖斗将要对正挖土 区时,开始缓推旋转操纵杆(按钮),使挖斗平稳地停在挖土位置,并立即下降大臂,使挖斗无 冲击地插入土壤中,开始下一循环的挖土作业。
挖掘机在循环作业过程中,两个先导阀操作杆是密切配合、协调工作的,在某一时间内,两个操纵杆(按钮)同时工作,从而能使挖掘机工作装置不停地工作,达到了节省时间、减少 油料消耗、提高生产率的目的。
十一 应用作业(参考)
1 .沟渠的挖掘
1 )直线挖掘
当沟渠宽度和挖斗宽度基本相同时,可将挖掘机置于其挖掘的中心线上,从正面进行直线 挖掘;当挖到所要求的深度后,再移动挖掘机,直至全部挖完.
2 )曲线部的挖掘
挖掘沟渠曲线部时,可使挖掘的第一直线部分超过第二直线部分中心线,然后,调整挖掘 方向,使挖斗与先前挖好的壕沟相衔接.这种挖掘成型的沟渠为折线形,转弯处为死角.如果 需要缓角时,挖掘机则需按照曲半径中心线不断调整挖掘方向.此种挖掘方法作业率低,一般 不应采用.
3 )沟渠结合部的挖掘
挖掘沟渠结合部时,根据地形可从两端或一端按标定线开挖,直到纵向不能继续挖掘为止; 然后,将挖掘机开出,再成 9 0 °停放在沟渠中心线上,从侧面继续挖掘,如图 7a 所示;最后, 将挖掘机开离沟渠中心线,从后部挖掘剩余部分,如图 7b 所示.
2 .建筑地基的挖掘
1 )小型建筑地基的挖掘
挖掘小型建筑地基可采用端面挖掘法和侧面挖掘法.
( 1 )端面挖掘:是在建筑地基的一侧或两侧均可卸土的情况下采用.视地形条件,挖掘机沿建筑地基中心线一端倒进或从另一端开进作业位置,从端面开始挖掘.
端面挖掘可采用细挖法或粗挖法.
·细挖法:采用两边挖掘,即将挖掘机用倒车的方法停在建筑地基的一侧,车架中心线位 于建筑地基一侧标线的内侧,与标线平行,并有一定距离,能使挖斗外侧紧靠标线,以扇形面逐渐向建筑地基中心挖掘,挖出的土壤卸到靠近标线的一侧,一 直挖到建筑地基所需深度为止;然后,将挖掘机调到另一侧用同样的方法挖掘 2 、 3 的土壤时; 挖完后,再调到第一次挖掘的一侧挖掘 4 、 5 的土壤.如此多次地调车将建筑地基挖完.如果 建筑地基较窄时,应按照 1 、 2 、 3 、 4 的顺序进行挖掘;如果建筑地基的宽度超过 6 m时, 可先挖完一侧.即 1 、 3 、 5 、 7 、 9 ,再挖另一侧。此种挖掘法的特点是能将绝大部分的土 壤挖出,略经人式修整即可。但由于机械移动频繁,影响作业率。在工程任务不太重和修整人 员比较少的情况下,可采用此种挖掘方法。
·粗挖法:将挖掘机停在建筑地基中间,并使车架中心线与建筑地基中心线相重合,成扇 形面向两边挖掘,挖出的土壤卸在建筑地基两侧或指定的位置。第一个扇形面挖完后,直线倒 车,再挖第二个扇形面,但要注意与第一个扇形面的相接,直到挖完为止。此种 挖掘方法能充分发挥机械的作业效率,但坑内余土量大,需要较多的人工修整,在工程任务重 而修整人员多的情况下,可采用此种挖掘方法。端面挖掘因地形条件限制只能在一边卸土时, 挖掘机可顺着建筑地基中心线靠卸土一侧运行,这样可以增加卸土场地 的面积,利于卸土和提高作业效率。
( 2 )侧面挖掘:挖掘机由建筑地基侧面开挖,可在下列情况下采用:①建筑地基的断面 小,挖掘机挖掘半径能够一次挖掘出建筑地基的断面,而且又只能一面卸土时采用单侧面挖掘 法;②建筑地基断面较宽,超过挖掘机挖掘半径,挖掘机只能沿建筑地基的两侧开挖时采用双 侧面挖掘法。单侧面和双侧面挖掘建筑地基。
从侧面挖掘建筑地基时,挖掘机应停放在坑的一侧边沿上,机械后轮可垂直于或平行于建 筑地基侧面线放置。
2 )中型建筑地基的挖掘
中型建筑地基的挖掘可采用反铲工作装置的方法进行,但考虑到挖掘中间第 3 段时卸土有困难,可配合推土机,将挖掘机卸出的土壤推出建筑地基标线以外。或配备翻斗汽 车将土壤运出,以不影响第4段的挖掘。
3 )大型建筑地基的挖掘
大型建筑地基的挖掘,可以根据情况,采用多行程的方式和分层挖掘达到所需断面。挖掘
时,可以单机作业,也可以多机同时作业,不管是单机或多机同时作业,均需有其它不同类型 的机械车辆配合实施。
( 1 )多行程的挖掘:要求建筑地基两侧堆放土壤的位置要宽,沿建筑地 基中心 1 挖掘的土壤必须由推土机或其它车辆配合运至远处,以不影响开挖 2 、 3 断面。挖掘 作业时,挖掘机依地形条件采取沿建筑地基中心,向前向后行驶进入作业位置,挖掘出来的土 壤堆放在 2 、 3位置上,然后,由推土机推至建筑地基两侧较远处。为了提高作业效率,挖掘 机和推土机应注意协同,当开始挖掘的一半土壤堆放在建筑地基的右侧,另一半堆放在左侧时, 推土机即可在右侧推土,依次交替进行开挖和推运土壤。此种方法作业,挖掘机始终在90° 范围内循环工作,缩短了工作循环时间,作业率可得到提高。
( 2 )分层挖掘:当大型建筑地基过深,挖掘机一次挖掘不能达到所需深度时,可采用分 层挖掘的方法达到所需深度,如图 11b 所示。
分层挖掘的次数,根据大型建筑地基的深度和挖掘机的挖掘深度而定,一般可分 1 层~ 3
层即可满足挖掘建筑地基深度的要求。若是分两层挖掘,第一层按照上述分几个行程的挖掘方 法进行。如果坑底需要平整,或由推土机对进出路作业面进行粗略平整时,可根据第二层要开 挖的断面,决定分几个行程继续开挖。如果分两个行程挖掘时,挖掘机首先停放在 1 、 2 之间, 自卸车则停在 2 、 3之间。挖掘机以一个方向前进,并一次挖到 4 的预定深度和宽度。当沿着 4纵断面即将挖到所需长度时,挖掘深度应减小,以便构筑斜坡,利于下一步的作业。继续开 挖 5 的断面时,挖掘机停放在 2 、 3之间, 自卸车则停在 4 的位置上。这种作业方法,挖掘机在90 °范围内循环工作,循环时间短,作业效率较高。同时,当挖 5 断面时,挖斗不需升得 很高,即可将土壤装在车内,节省时间,有利于提高作业效率。最后,将 4 的进出路继续挖掘 到所需要求。
4 )平整建筑地基和修刮侧坡
挖掘大型建筑地基时,为了减少工作量和便于机械车辆在坑内通行,往往要求坑平且硬的 地面,此种工程一般由推土机配合完成;当没有推土机配合时,可用挖掘机平整和压实。
( 1 )平整和压实:平整建筑地基是一种难度较大的作业,平整的关键是大臂和斗杆的密 切配合,保证挖斗能沿地面平行移动,使挖斗既能挖除高于坑底面的土壤,又不破坏较硬的地 面。其操纵要领是:前伸挖斗下降大臂,使斗齿向下接触地面; 回收斗杆和升降大臂,使挖斗 水平移动。
回收斗杆的目的,是用挖斗将松散的土壤向挖掘机方向收拢和挖除高于地面的土层。升降 大臂的目的,则是保证挖斗能沿平面平行移动。因此,操作人员在平整过程中要时刻注意斗齿 的位置,当斗齿不易铲刮土壤时,要及时调整挖斗高度。当发现斗齿向地平面以下伸入时,要 及时稍升大臂;如斗齿位置高于所需高度时,要及时稍降大臂,使大臂在平整过程中能随斗杆距地面位置的高低而升降,从而保证挖斗沿地平面平行移动。
在收斗杆过程中,如发现挖斗前方堆积较多的松土或遇到较厚的土层时,要及时收斗挖除, 并注意挖掘的深度,不要破坏硬土平面,否则应重新填土压实。
压实土层时,要先收回斗杆使其垂直,并使斗底平面着地,然后下降大臂,借自身的重量 压实填土。如填土较厚,要分层填筑分层压实,一次填土厚度一般不大于30cm。在压实土 层时,切忌用冲击的方法夯实。
( 2 )修刮建筑地基边坡:是挖掘大型建筑地基中一项必不可少的作业程序。作业前,操 作手必须熟悉坡度要求,考虑好施工方案,并构筑坡度样板,或预先制作坡度样板尺,以便在 施工过程中随时检查。
修刮边坡,要根据边坡的深浅和挖掘机数量,来选定挖掘机的停放位置。如用单机修刮较 深的边坡时,工作装置(挖斗)不能伸到坑底或边坡的上沿,应将挖掘机停放在边坡的上边, 先修刮坡的上半部分;然后,移动挖掘机到坑底,再修刮坡的下半部分,并清除流落到坑内的 土壤,使坑底平整。如用两台挖掘机修刮同一个较深的边坡时,两台挖掘机要分别放在边坡的 上边沿和坑底,先由上边的挖掘机修刮上半部分,下边的挖掘机修刮坡的下半部分,并负责清 除坑底内的土壤,保证坑底平整。修刮浅的边坡时,工作装置(挖斗)应能伸到边坡的上边沿, 挖掘机要放在坑内,挖斗由上向下刮修。
修刮边坡的要领与平整建筑地基基本相同,但更应注意大臂与斗杆的配合,准确目测斗齿 的高度,使其能按坡度样板的要求修刮。在修刮的过程中遇有较厚的土层时,可快速深挖,清 除大的土方;接近坡度要求时,要浅挖、慢挖,以便准确地达到坡度要求。
3 .挖掘装车
挖掘机挖掘装车时,应按挖掘建筑地基的方法进行。
( 1 )合理安排挖土作业面。如果是一侧装车,挖土宽度过大,会使回转角度相应增加; 挖土宽度过小,会使挖掘机移位次数增多。
( 2 )挖掘的土层厚度要适当。过厚时应采用分层挖掘法;土层太薄时,应用推土机集拢 成土堆后再进行装车作业。
( 3 )注意安全,避免挖掘机与自卸车发生碰撞。