工程机械铲运机

点击次数:   更新时间:2020-07-16 23:00     作者:登录ag平台

  第二章 铲 运 机 第一节 概 述 一、用途 铲运机是以带铲刀的铲斗为工作部件的铲土运输机械,兼有铲装、运输、铺卸土方的功 能,铺卸厚度能够控制,主要用于大规模的土方调配和平土作业。铲运机可以自行铲装Ι级 至Ⅲ级土壤, 但不宜在混有大石块和树桩的土壤中作业, 在Ⅳ级土壤和冻土中作业时要用松 土机预先松土。 铲运机是一种适合中距离铲土运输的施工机械,根据机械的不同其经济运输范围较大, (100~2000m) 。由于铲运机一机就能实现铲装、运输,还能以一定的层厚进行均匀铺卸, 比其他铲土机械配合运输车作业具有较高的生产效率和经济性, 广泛用于公路、 铁路、 港口、 建筑、 矿山采掘等土方作业,如平整土地、 填筑路堤、开挖路埑以及浮土剥离等工作。此外, 在石油开发、军事工程等领域也得到广泛的应用。 二、分类和表示方法 铲运机主要根据行走方式、行走装置、装载方式、卸土方式、铲斗容量、操纵方式等进 行分类 (1)按行走方式不同铲运机分为拖式和自行式两种。 1)拖式铲运机:工作时常由履带式拖拉机牵引,具有接地比压小、附着能力大和爬坡能 力强等优点,在短运距离和松软潮湿地带工程中普遍使用。 2)自行式铲运机:本身具有行走能力,行走装置有履带式和轮胎式两种。履带式自行 铲运机又称铲运推土机,它的铲斗直接装在两条履带的中间,用于运距不长、场地狭窄和松 软潮湿等地带工作。 轮胎式自行铲运机按发动机台数又可分为单发动机、 双发动机和多发动 机三种,按轴数分为双轴式和三轴式。轮胎式自行铲运机由牵引车和铲运斗两部分组成,大 多采用铰接式连接,铲运斗不能独立工作。轮胎式自行铲运机结构紧凑、行驶速度快、机动 性好,在中距离的土方转移施工中应用较多。 (2)按装载方式铲运机分为升运式和普通式两种 1)升运式:也称链板装载式,在铲斗铲刀上方装有链板运土机构,把铲刀切削下的土升 运到铲斗内,从而加速装土过程,减小装土阻力,可有效地利用本身动力实现自装,不用助 铲机械即可装至堆尖容量,可以单机作业。土壤中含有较大石块时不宜使用,其经济运距在 1000m 之内。 2) 普通式: 也称开斗铲装式, 靠牵引机的牵引力和助铲机的推力, 使用铲刀将土铲切起, 在运行中将土屑装入铲斗,其铲装阻力较大。 (3)按卸土方式不同铲运机可分为自由卸土式、半强制卸土式和强制卸土式。 1)自由卸土式:当铲斗倾斜(有向前、向后两种形式)时,土壤靠其自重卸出。这种卸 土方式所需功率小,但土壤不易卸净(特别是粘附在铲斗侧壁上合斗底上的土) ,一般只用 于小容积铲运机。 2) 半强制卸土式: 利用铲斗倾斜时土壤自重和斗底后壁沿侧壁运动时对土壤的挤推作用 共同将土卸出。这种卸土方式仍不能使粘附在铲斗侧壁上合斗底上的土卸出干净。 3) 强制卸土式: 利用可移动的后斗壁 (也称卸土板) 将土壤从铲斗中自后向前强制推出, 卸土效果好,但移动后壁所消耗的功率较大,通常大中型铲运机采用这种卸土方式。 升运式铲运机因前方斜置着链板运土机构,只能从底部卸土。卸土时将铲斗后抽,再将后斗 壁前推,将土卸出。有的普通式大中型铲运机也采用这种抽底板和强制卸土相结合的方法, 效果较好。 (4)按铲斗容量铲运机分为以下四类: 1)小型铲运机:铲斗容量小于 5m?; 2)中型铲运机:铲斗容量 5~15m?; 3)大型铲运机:铲斗容量 15~30m?; 4)特大型铲运机:铲斗容量 30m?以上。 (5)按工作机构的操纵方式铲运机可分为机械式操纵、液压操纵和电液操纵式三种。 1)机械操纵式:用动力绞盘、钢索和滑轮来控制铲斗、斗门及卸土板的运动, 结构复杂、 技术落后,已逐渐被淘汰。 2)液压操纵式:工作装置各部分用液压操纵,能使铲刀刃强制切入土中,结构简单,操 纵轻便灵活,动作均匀平稳,应用广泛。 3)电液操纵式:操纵轻便灵活,易实现自动化,是今后发展的方向。 我国定型生产的铲运机产品型号按类、组、型分类原则编制,一般由类、组、型代号与主参 数代号两部分组成,如铲斗几何斗容为 9m?的液压拖式铲运机标记为CTY9。 近年来,我国引进了多种进口机型,很多都按照引进机型进行编号。 三、铲运机的作业过程 铲运机的作业过程包括铲土、运土、卸土和回程四道工序。 铲运机前驶,斗门 1 升起, 铲斗 2 放下,刀片切削土壤,并将土装入斗内, 是铲土作业; 待土装满后,关闭斗门,升起铲斗,机械重载运行,这是运土作业;当运土至卸土处,打开 斗门,放下铲斗并使斗口距地面一定距离,卸土板 3 前移,机械在慢行中卸土,并利用铲刀 将卸下的土壤推平,这是卸土作业;卸土完成后,铲斗 升起,机械快速空驶回铲土处,准 备下一个作业循环,这是回驶过成。 四、铲运机的主要技术性能参数 铲运机的主要技术性能参数有:铲斗的几何斗容(平装斗容) 、堆尖斗容、发动机的额定功 率、铲刀宽度、铲土深度、铺卸厚度、铲斗离地间隙、爬坡能力等,其中铲斗的斗容量是主 要参数,使选择铲运机的主要依据。 第二节 自行式铲运机机构 自行式铲运机多为轮胎式,一般由单轴牵引车和单轴铲运车组成。 有的铲运机在后车上还装有一台发动机, 称为双发动机式铲运机。 它利用其前发动机后 发动机驱动前、后轮,提高附着牵引力,在铲装土方过程中能克服较大的铲土阻力,增加爬 坡能力,适用于路面条件不好、铲装阻力和行驶阻力较大的场合。 单轴牵引车是自行式铲运机的动力部分,由发动机、传动系统、转向系统、制动系统、 悬挂装置、车架等组成;铲运车是工作装置,由辕架、铲斗、尾架及卸土装置组成。 一、传动系统 自行式铲运机大多采用液力机械式传动或全液压传动。 在液力机械式传动中,广泛采用变矩器、动力换挡变速器、最终行星齿轮传动等原件。 在铲运机作业过程中。 采用液力变距器能更好的适应外界载荷的变化, 自动有载换挡和无级 变速,从而改变输出轴的速度和牵引力,使机械平稳工作,可靠地防止发动机熄火及传动系 统过载,提高了铲运机的动力性能和作业性能 (一)CL9 型自动式铲运机传动系统 一 CL9 型铲运机是斗容量为 7~9m?的中型、液压操纵、普通装载、强制卸土的国产自动 式铲运机。采用单轴牵引车的传动系统,动力由发动机、动力输出箱,经前传动轴输入液力 变距器、行星式动力换挡变速器、传动箱、后传动轴,输入到差速器、轮边减速器,最后驱 动车轮使机械运行。 CL9 型铲运机装有四元件单级三相液力变矩器, 由两个变矩器特性和一个耦合器特性合 成,高效率范围广。当涡轮转速达 1700r/min 时,变矩器的锁紧离合器起作用,将泵轮和涡 轮直接闭锁在一起,变液力传动为直接机械传动,提高了传动效率。 行星式动力换挡变速器由两个行星变速器串联组合而成, 前变速器有一个行星排, 后变 速器有三个行星排。整个行星变速器有两个离合器 C1、C2 和四个制动器 T1、T2、T3、T4, 这六个操纵件均采用液压控制。 前后变速器各接合一个操纵件可实现一个挡位。 前行星变速 器接合 C1 可得直接挡,接合 T1 可得高速挡,再与后行星变速器操纵元件组合可实现不同 的挡位。CL9 型行星动力变速器有四个前进挡,两个倒退挡。各挡位接合操纵件及传动比见 表 (二)WS16S-2 型自动式铲运机传动系统 日本小松公司生产的 WS16S-2 型铲运机为单位发动机普通装载式铲运机, 斗容 11~16m ?,最大载重 22.4t。传动系统由液力变矩器、行星式动力换挡变速器、主传动、差速器和行 星齿轮式轮边减速器等组成。 WS16S-2 型铲运机的液力变矩器为 TCA43-2B 型三元件一级两相带闭锁离合器式,导 轮随外转矩的变化可实现被单向离合器楔紧不转的变距工况及导轮自由旋转的耦合工况。 闭 锁离合器为单片油压自动作用式。当控制闭锁离合器的电磁阀通电时,闭锁离合器接合,变 矩器的泵轮和涡轮锁紧在一起,变液力传动为机械直接传动,以提高传动效率。 行星式动力换挡变速器设有八个前进挡和一个倒退挡。变速器由前、后两部分组成,前 部包括两个制动器和一个离合器,后部包括三个制动器和一个离合器。当变速器在 3 挡到 8 挡工作时,紧锁离合器自动锁紧;在 1 挡和倒挡工作时,闭锁离合器解锁,动力经液力变矩 器传递; 2 挡时, 在 即可在变距工况下工作, 也可在闭锁工况下工作。 2 挡到 8 挡范围内, 在 可由微型计算机根据行驶速度、 外负荷和路面情况控制变速器实现自动换挡。 变速器各挡位 相应接合的换挡离合器、制动表见表 (三)627B 型自动式铲运机传动系统 美国卡特皮勒公司生产的 627B 型铲运机是双发动机开斗铲装轮式铲运机,配置两台额 定功率为 166kW 的 3066 型涡轮增压直喷式柴油机, 斗容量 11~16m?。 其传动系统分为牵引 车与铲运车两部分, 均为液力机械式传动, 利用电液系统控制牵引车与铲运车的变速器同步 换挡,整机系统全速同步驱动。 图 2-8 为 627B 型牵引车的传动系统简图。动力由发动机输出。经传动轴驱动液力变矩 器泵轮转动,同时带动六个油泵工作。行星式动力换挡变速器有八个前进挡和一个倒退挡。 倒挡、1 挡和 2 挡为手动换挡,动力经变矩器输出,以满足机械低速大转矩变负荷驱动的需 要。变速器在 3~8 挡之间为自动换挡,此时动力直接输出,不经液力变矩器,以提高传动效 率。差速器为行星齿轮式,并设有气动联锁离合器,以备一侧车轮打滑时锁住离合器,使另 一侧车轮能发出足够转矩。动力经行星式轮边减速器最终传给行走车轮。 铲运车传动系统中, 动力经变矩器传递到行星式动力换挡变速器。 变速器有四个前进挡 和一个倒退挡。 铲运车变速器通过电液控制系统与牵引车变速器同步换挡或保持空挡。 铲运 车的一个前进挡对应于牵引车的两个前进挡, 它利用液力变矩器在一定范围内可以自动变距 变速的特点,补偿前、后传动比的不同,保证前后传动系统同步驱动。铲运车采用牙嵌式自 由轮差速器。轮边减速器与牵引车一样采用行星齿轮减速器。 二、自行式铲运机的转向系统 现代轮胎自行式铲运机多采用铰接式双作用双油缸动力转向, 有带换向阀非随动式和四 杆机构随动式两类。随动式又有机械反馈和液压反馈之分。 牵引车和铲运车由转向枢架来实现, 转向枢架是一个牵引铰接装置, 其传递牵引力和实现机 械转向的作用。 转向枢架 3 以纵向水平销 2 铰接在牵引车架 1 上, 上部以转向立销与辕架铰 接。双作用双油缸(转向油缸)铰接在辕架的左右耳座和转向枢架油缸支座 9 上,通过油缸 的推拉式铲斗与牵引车绕立销偏转而实现转向。 (一)带换向阀的非随动式转向系统 CL9 型铲运机采用带换向阀的非随动式铰接转向。转向系统如图 2-11 所示,由转向器、 转向泵、常流式非随动转向操纵阀、滤油器、液压油箱、双作用安全阀、换向阀、液压管路、 转向油缸及转向枢架等组成。 图 2-12 为转向操纵液压系统图。转向器 20 采用球面涡杆滚轮式,两个转向油缸 14 装在牵 引车转向枢架和辕架曲梁的牵引座之间, 油缸两端分别与转向枢架和牵引座铰接。 转动方向 盘通过转向垂臂及拉杆操纵分配阀 7,实现左右转向或直线 用来消 除由于道路不平驱动轮碰到障碍物而引起的作用在液压缸内的冲击负荷。 (二)机械式反馈四杆机构随动式转向系统 图 2-13 所示为 WS16S-2 型铲运机的转向机构杆系,铲斗绕上下垂直铰销 4 相对于牵引 车回转实现铲运机的转向,转向系统如图 2-14 所示.。 转向器为循环球齿条齿扇式,其转向垂臂的下端铰接于 AC 上的 B 点。RQ 轴经托架装在牵 引车上,其上端有双臂杠杆,铰点 T 刚性地装在曲梁上,靠近垂直铰销左侧。 方向盘左转时,转向垂直臂随着摆动(此时转向枢架与铲斗无相对运动,A 无法移动) , 使 AC 杆以支点向 C 点移动, 经连杆 CD 和转向阀另一支点将转向阀组中的阀杆移到左转供 油位置,使压力油进入又转向油缸无杆腔和左转向油缸活塞杆腔,实现铲运机的左转向,即 曲梁绕垂直主销相对于牵引车做顺时针方向转动。此时 T 点拉着 AF 杆作图示方向移动,B 点因方向盘停止转动而不动。AC 杆以 B 点为支点转动使转向阀回到中位,停止向转向油缸 供油,铲运机就保持一定的转向位置,若要继续转向,必须不断的转动方向盘,从而实现机 械反馈随动式动力转向。向右转可自行分析。 液压式反馈机构随动式转向系统 (三)液压式反馈机构随动式转向系统 图 2-25 所示为 672B 型铲运机的液压反馈随动式动力转向系统。 方向盘上有一左旋螺纹的螺杆,装在齿条螺母中。转动方向盘时,螺杆在齿条螺母中向上或 向下移动。 螺杆的移动带动转向垂臂摆动, 将与之相连的转向操纵系统阀的阀杆移动到相应 转向位置。转向操纵阀为三位四通阀,有左转、右转和中间三个位置,方向盘不动时阀处于 中间位置。 输入随动油缸的缸体和活塞杆分别铰接于牵引车和铲运车上, 装在转向枢架左侧。 输出 随动油缸的缸体铰接在牵引车上,活塞杆端通过扇形齿轮连杆与转向器杠杆臂相连。 转向时, 输入随动油缸的活塞杆向外拉出或缩回, 将油液从其小腔或大腔压入输出随动油缸 的大腔或小腔, 迫使输出随动油缸的活塞杆拉着转向器杠杆臂及扇形齿轮转动一角度, 从而 使与扇形齿轮啮合的齿条螺母及螺杆和转向垂直臂回到原位, 转向操纵阀阀杆在转向垂直臂 的带动下回到中间位置,转向停止。因此,方向盘转一角度,牵引车相对铲运车转一角度, 以实现随动作用。 来自缓冲油路的压力油经减压阀进入随动油缸以补充其油量。 综上所述,带换向阀非随动式转向系统由于没有随动作用,操纵比较困难;机械式反馈 四杆机构随动式转向系统操作性虽好,但其杆系复杂,铰点较多;液压式反馈机构随动式转 向系统,结构质量轻,操作性能好,比机械式反馈更优越。 三、自行式铲运机的悬架系统 自行式铲运机在装在作业时,为使其工作稳定,有较高的铲装效率,需要采用刚性悬架的底 盘;但在运输和回使时,刚性悬架使机械的振动较大,限制了运行速度,极大地影响铲运机 的生产效率,并降低了使用寿命。 这种作业时要求底盘为刚性悬架, 高速行驶时要求底盘为弹性悬架的矛盾, 通过借鉴重型汽 车上的油气式弹性悬架得以解决。 弹性悬架现有两种结构形式: 一种是日本小松和美国通用 的铲运机上采用的油气弹性悬架;另一种是美国卡特皮勒的铲运机上采用的弹性转向枢架, 如图 2-16 所示。 (一)油气弹性悬架 WS16S-2 型铲运机的全部车轮都经油气悬架装置悬挂在车架上。 2-16a 为牵引车悬架 图 部分原理图,铲运斗悬架部分与之相仿。 由图 2-16a 可见,车桥装在悬臂上,悬臂前端经悬架油缸与车架连接,后端和上端各用 一个铰与车架铰接。悬架油缸下腔经止回阀与油箱接通,故下腔中的油液无压力。 WS16S-2 采用气控液压悬架,装有悬架锁定机构,可将弹性悬架装置锁住使机身稳定;还 装有自动控制水平机构,无论载荷如何变化(如空斗和装在的铲斗) ,可保护铲运机离地间 隙不变。图 2-17 为悬架系统运力图。 悬架锁定机构的工作原理: 当悬架操纵阀 10 电路被切断, 气缸 14 使液压水准阀 5 在下 降位置,悬架油缸 3 的大腔回油,关闭通向蓄能器 6 的油路,这时为刚性悬架。 悬架操纵阀开启,压缩空气使气缸 14 的活塞杆向外推出,液压水准阀 5 的阀杆换位, 使悬架油缸 3 的大腔进油, 水准阀 5 定位在将油泵来油泄回油箱位置。 这时根据运输工况的 需要,悬架油缸 3 的活塞给蓄能器 6 中的压缩氮气以不同的压力,形成有效的弹性,成为弹 性悬架。 水平控制机构的原理: 当悬架油缸 3 的活塞杆在某一负荷作用下缩回到某种程度, 车架 7 和悬臂 20 之间的距离随之减小,随动杆 13 上移,带动摇臂 18 压向水平控制阀 19,使之 换位,压缩氮气进入气缸 14,使液压水准阀 5 在上升位置,压力油进入悬架油缸 3 的上腔, 活塞杆外伸, 使车架和悬臂之间的距离增加, 随动杆 13 拉动摇臂逐渐离开左上水平控制阀。 当悬架油缸活塞杆回复到其原来位置时, 随动杆夜回复到原来位置, 左上水平控制阀又恢复 右位工作,气缸 14 在右腔密封气体压力的作用下复位,液压水准阀 5 也回复到“定位”位 置。由刚性悬架变弹性悬架时也有这样一个动作过程。 当铲运机卸铺土壤时, 因铲运机减载, 悬架油缸的活塞杆外伸 (压力油从蓄能器中补入) , 车架和悬臂之间的距离增加。随动杆向下拉动,导致水准阀的阀杆向内移动到另一位置。这 时阀内的油路使悬架油缸大腔中的油流回油箱, 悬架油缸中的活塞杆逐渐缩回。 如此循环往 复使铲运机始终处于一定的高度。 由于采用了弹性悬架缓冲减振性能得到改善,行驶平稳,缩短了作业循环时间,延长了 轮胎的使用寿命。铲运机在铲装作业时又可以实现刚性悬架,防止铲斗出现摇摆现象。 (二)弹性转向枢架 由于转向枢架与牵引车之间用一个水平铰销铰接,使牵引车与铲斗可有一定的横向摆 动。在铲运机高速行驶时,存在牵引铰接装置的冲击振动。 美国卡特皮勒公司生产的 627B 型自行式铲运机在牵引车和铲运车之间设有氮气-液压 缓冲连接装置,可减缓车辆运行时的振动冲击,减轻司机疲劳,降低对道路的要求,提高车 辆行驶的速度,其结构原理如图 2-18 所示。 在前转向枢架与后转向枢架之间, 用两个连杆 1 和 7 相连, 构成了具有一个自由度的平 行四连杆机构。由缓冲油缸 2 控制这个自由度的运动。缓冲油缸的下腔为工作强,和装有氮 气的蓄能器 4 通过节流孔口相连。蓄能器中的氮气如同弹簧,受压时吸收振动,弹回时氮气 膨胀使液流停止并回流,节流孔口起阻尼作用。选择阀 19 至于司机室右侧,有升斗/弹性、 升斗/锁定、降斗/锁定三个位置。选择阀位于锁定位时,液压缸大腔和蓄能器的油液接通油 缸的小腔,铲运机为刚性连接,用于铲装或卸土作业,保证强制控制铲刀位置。选择阀位于 弹性位时,液压泵向氮气蓄能器和液压缸大腔供油,液压缸的活塞杆推出,铲斗的前部被顶 起,这时铲斗前部支撑在油气弹性悬架系统上。 水平控制阀组由想到组合阀(其上有主溢流阀、单向节流阀、放油阀、先导阀、油缸单 向阀和溢流阀)和定位组合阀(其上有定位阀、锁定单向阀和先导活塞)用螺栓组成一体, 装在弹性连接处,起控制油液通向蓄能器及液压缸各腔的作用。 弹性悬架与弹性转向枢架两者的结构, 若从原理上分析, 前者的缓冲减振性能应优于后 者,但其零部件数较多,结构较复杂。 四、自行式铲运机工作装置 (一)开斗铲装式工作装置 开斗铲装式工作装置由辕架、斗门及其操纵装置、斗体、尾架、行走机构等组成。工作 时,铲斗前端的刀刃在牵引力的作用下切入土中,铲斗装满后,提斗并关闭斗门,运送到卸 土地点时打开斗门, 在卸土板的强制作用下将土卸出, CL9 型铲运机工作装置与一般的铲斗 有所不同,其斗门可帮助向铲斗中扒土,其结构如图 2-19 所示。 1.辕架 辕架为铲运车的牵引构件,主要由曲梁和“冂”型架两部分组成,如图 2-20 所示。辕 架由钢板卷制或弯曲成形后焊接而成。曲梁 2 前端焊有牵引座 1,与转向枢架相连,后端焊 在横梁 4 的中部。横梁两端焊有铲运斗液压缸支座 3,与铲斗液压缸相连。臂杆 5 前部焊在 横梁 4 两端,后端有球销铰座 6,与铲斗相连。 2.斗门 如图 2-21 所示,CL9 型铲运机斗门部分主要由斗门 1、拉杆 2、斗臂 3 及摇臂 4 组成。 轴孔与铲斗板上的轴销连接。该机斗门具有扒土的功能,其运动由 A、B 两油缸完成,如图 2-22 所示。 A 缸活塞杆伸缩使斗门绕斗孔转动而升降。B 缸活塞杆缩进,通过摇臂 4 和拉杆 2 使斗 门张开,反之,活塞杆伸出,斗门收拢。其动作过程分四部,当斗门在最下位置时,斗门张 开。第一步,油缸 B 下端进油,斗门收拢,扒土;第二步,油缸 A 下端进油,斗门上升(图 2-22b) ;第三步,斗门上升到顶后,油缸 B 上端进油,斗门张开(图 2-23c) ;第四步,油缸 A 上端进油,斗门下降(图 2-22d) 。在斗门上升过程中,斗门保持收拢状态;下降过程中 斗门保持张开状态。 斗门收拢与上升是通过顺序阀控制连续完成的, 而斗门张开与下降通过 压力阀控制而连续完成。 3.斗体 斗体为工作装置的主体部分,结构如图 2-23 所示,由左右侧壁 6 和前后斗底板 3、13 及后横梁 12 组焊而成。 斗体两侧对称地焊有连接辕架连接球轴 9、 斗门升降臂连接轴座 10、 斗门升降油缸连接轴座 8 和斗门扒土油缸连接轴座 11、 铲斗升降油缸连接吊耳 5。 铲斗前端 的铲刀片 2、斗齿 1 和侧刀片 4 为可拆式,磨损后可以更换。撞块 7 的作用是当斗底活动门 向前推动时,活动门两侧的杠杆碰到撞块 7 后关闭,反之,斗底门后退,活动板就打开。 4.卸料机构 卸料机构由斗底门和卸土板(后斗门)组成。斗门自装式铲运机的斗底门是活动部件, 如图 2-24 所示。它有四个悬挂轮系 2 挂在铲斗两侧的槽子内。轮轴是偏心的,可调整与铲 斗底板的间隙。斗底门的前部是一个活动板 1,可以转动。推拉杆 4 与铲运机后面的推拉杠 杆连接(如图 2-25) 。斗底门的主要作用是卸土,活动板 1 在卸土时可以刮平卸下的土。 推拉杠杆是两组 V 形杠杆,在其上端用同一轴心两铰接销连接,下端销轴分别与斗底门和 后斗底门,两 V 形杠杆中间的孔分别与油缸活塞杆和缸体连接。 卸土工作原理如图 2-26。斗底门后斗底门是联动的,由卸土油缸 4 驱动。斗底门 2 与 杠杆 a-e 连接,后斗门 3 与杠杆 a-d 连接。a、b、c、d、e 为铰接点。当卸土油缸 4 的大腔 进油时(左图) ,油缸 4 的缸体向右移,拉动 a-e 杠杆向右,斗底门打开。同时活塞杆通过 b 点推动 a-d 杠杆向左移。后斗门向左运动把土推到卸土口。油缸 4 的小腔进油时(右图) , a-e 杠杆把斗底门 2 向左推,关闭卸土口,同时 a-d 杠杆把后斗门向右拉回到铲斗的后端。 在这一联动的过程中, 由于斗底门 2 的移动力小于后斗门 3 的移动力, 所以总是斗底门先动, 后斗门后动。 (二)其他形式铲运机的工作装置 1.履带自行式铲运机的工作装置 这种铲运机的工作装置如图 2-27 所示,铲运斗直接安装在两条履带中间,铲运斗也做 机架作用,前面装有辅助推土板,后部后部装发动机和传动装置。上部是驾驶室,司机座位 横向安放,以便前后行驶时观察方便。 铲运斗由后轴铰接在左右履带加上, 两侧经起油缸和铰支撑在履带架上。 靠左右铲斗油 缸油路的连同保证履带贴靠在不平地面上。与轮胎式铲运机相比,附着牵引力大,接地比压 低,纵向尺寸小,作业灵活,进退均可卸土,可填深沟。因发动机装置较高,也可涉水作业。 但铲运斗宽带手履带的限制,一般用于容量为 7m3 以下的铲运机。 2.链板升运式铲运机工作装置 该机在铲运斗前部刀刃上方装链板升运装置, 用来把切削下的土壤输送到铲斗内, 可加 快装载过程和减小装土阻力,故可单机作业,不用推土机助铲。但也因安装了升运装置而无 法设置斗门,必须经过活动斗底卸土。因此多用于运距短、路面平坦的工程。 3.串联作业的自行式铲运机工作装置 如图 2-28 所示,在两台自行式铲运机的前后端加装一套牵引顶推装置,以实现串联作 业。当前机铲土作业时,以后机为助铲机,后机铲土作业时,前机可给后机强大的牵引力, 从而使铲土时间大大缩短,降低土方成本。 4.螺旋装载自行式铲运机工作装置 这种铲运机是在铲运斗中垂直安装一个螺旋装料器, 它把标准式铲运机与链板式铲运机 结合起来,结构简单,更换迅速,易于在一般铲运机上改装。 螺旋装料器有一套独立的高压小流量液压系统, 包括油泵、 液压马达、 冷却器、 滤油器、 加压油箱及电子气动控制器, 可在一定转速范围内获得较大转矩。 液压马达经行星齿轮减速 器驱动螺旋旋转,提升刀刃切削下来的物料,并均匀地撒在整个铲斗内。 螺旋式铲运机能在较短的时间里自己装满铲斗,作业时尘土较少,由于斗门关闭,运输 时不致撒漏物料。它的生产效率比斗容量相等的链板式或推拉作业的铲运机高 10%~30%, 而铲装距离减少一半。其运动零件比链板式少,维修保养的时间和费用也少,驱动轮胎寿命 是助铲运机的 2~3 倍。 5.带有双铲刀机构的铲运机工作装置 这种铲运机在铲斗后部另设一装料口,并在料口沿整个铲斗宽度装有直刀刃的第二铲 刀,称为双铲刀铲运机,即可用前铲刀单独作业,也可用两个铲刀同时作业。当用两个铲刀 作业时, 用液压缸控制后铲刀相对固定铰摆动, 打开有一定切削的装料口, 铲刀切入土表面, 同时土进入后部铲斗,前后铲刀能处在同一水平面,也可在不同水平面。当只用前铲刀铲装 时,关闭后部装料口,铲运机按传统方式作业。 关闭前斗门和后铲刀机构, 便形成重载运输状态, 在液压系统中控制铲刀机构的液压缸 和油管之间装有液压锁,以保证后铲刀机构可靠地固定在举升位置上。卸土时,后铲刀机构 也可进行卸土作业。 这种形式的铲运机提高了铲装效率, 同时保持了普通式铲运机结构简单、 工作可靠的优点。 (三)工作装置的液压系统 1.CL9 型铲运机工作装置的液压系统 如图 2-23 所示,液压系统主要由手动控制和自动控制两大部分组成。 操纵系统的液压油由齿轮泵 19 供给,齿轮泵由动力输出箱的一个从动齿轮驱动。油 7 个工 作油缸:铲斗升降油缸 16、17,斗门升降油缸 14、15,斗门开闭油缸 12、13 及卸土油缸 18,用手动三联多路阀 5 控制。因斗门升降及扒土的动作频繁,故增设了自动控制。 斗门液压控制原理如下:油泵压力油先流经二位四通电-液切换阀 4,次阀不通电时, 压力油进入手动三联多路阀 5,该阀三个手柄都处于中位时,压力油直接回到油箱,形成卸 荷回路。当手动阀 c 左移时,压力油就进入顺序阀 10 和同步阀 11 由于顺序阀 10 调定压力 为 7Mpa,所以压力油先经同步阀 11 进入斗门升降油缸 14、15 的下端,活塞上移,斗门就 收拢扒土。油缸 14、15 的活塞上移到顶,液压增高到大于 7Mpa 时,压力油冲开同步阀 11, 进入斗门升降油缸 14、15 的下端,活塞上移,斗门上升。斗门上升到顶后,将手动阀换向, 压力油就进入油缸 12、13、14、15 上端。由于油缸下端的我回油要经过同步阀 11(调定压 力为 2Mpa) ,所以压力油先进入 14、15 的上端,活塞下移,斗门张开。当次活塞下移到底 后,油缸 12、13、14、15 上端油压增高,促使油缸 12、13 下端油压夜增高,当液压大于 2Mpa 时,回油就冲开顺序阀 9 流回油箱,油缸 12、13 的活塞下移,斗门下降。由于顺序 阀的作用,手动阀 c 每一次换向,斗门就可完成扒土到上升或张开到下降两个动作。 铲运机装满一斗土,斗门需扒土 5~6 次,手动阀换向就需 10~12 次,动作频繁。为改 善操作性能,液压系统中采用了电-液换向阀 6 和压力继电器 7、8,实现自动控制。其工作 原理如下: 当电-液切换阀 4 励磁后,油泵来油被切换到电-液换向阀 6,向油缸 12、13、14、15 供 油。油缸动作顺序与手动阀控制相同。当斗门上升到顶时,油压升高,压力继电器 8 动作, 产生电信号,使电-液换向阀 6 自动换向。反之,斗门下降到底后,压力继电器 7 动作,电 信号使电-液换向阀 6 又自动换向。如此循环 5~6 次后自动停止。 铲斗的升降及卸土板的前后移动由手动阀 a、b 控制。当电-液切换阀不通电时,油泵来 油就进入手动三通多路阀 5,操纵阀 a,压力油进入铲斗升降油缸实现升降;操纵阀 b,压 力油进入卸土油缸 18 实现强制卸土。回油均从多路阀 5 流回油箱。 该系统在油泵出口处并联了两个溢流安全阀。 大通径先导式溢流阀 1 可实现大流量的卸 荷式溢流,因其灵敏度低,所以并联一个小通径溢流阀 2。 为了减小系统中电-液换向阀换向时的压力脉冲,系统中装有气囊式缓冲器 3.同步阀 11 的作用是,使斗门扒土油缸活塞的伸缩在两侧负载不同时能基本同步。 2.627B 型铲运机工作装置液压系统 如图 2-32 所示,控制动作装置运动的各部分油路为: (1) 铲斗控制油路。 铲斗操纵阀 8 共有四个工位: 快落铲斗、 压力油送入铲斗油缸大腔, 此时小腔的回路通过单向速降阀 7 直接送入油缸大腔,实现铲斗快落;铲斗下降;中位:锁 定铲斗;提升铲斗,放下斗门:铲斗操纵阀杆向前推,可控制气阀使铲斗提升的同时斗门放 下,这样可以用同一手柄控制铲斗和斗门。 (2)斗门控制油路。斗门浮动:此时斗门油缸的两腔相通,斗门可以自由升降;斗门下 降:此工位也可由压缩空气作用于操纵阀实现,此时由铲斗操纵杆控制,由于压力油作用于 顺序阀,使其不能开启,不会由顺序阀回油;中位:斗门固定不动,若此时此地提升迫使斗 门上升时,由于此时顺序阀的开启压力较低(7030Kpa) ,油缸小腔压出的油液可经顺序阀 排至油缸大腔;斗门上升。 (3)卸土板控制油路。卸土板操纵阀 2 共有 4 个工位:卸土板收回:在此工位操纵阀杆 可以锁定,卸土板完全收回后阀杆可以自动复位;卸土板收回;中位:卸土板固定不动;卸 土板推土卸料。 第三节 铲运机使用 一、 铲运机生产率的计算 铲运机生产率按下式计算: Q=3600 VH K M K1 K ST 式中 Q——铲运机生产率,m?/h; VH——铲斗堆装斗容,m?; Km——铲斗充满系数,砂取 0.9,普通土取 0.8,粘土取 0.7,碎石取 0.6; K1——铲运机时间利用系数,拖式:作业顺利取 0.9,一般取 0.83,不顺利取 0.75;自 行式:作业顺利取 0.83,一般取 0.75,不顺利取 0.67; Ks——材料松散系数,砂取 1.11,普通土取 1.25,粘土取 1.43; T——一个工作循环所需的时间,s。 T=T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7 式中 T1——铲装时间,可近似取值,拖式:无助铲机取 90~120s,有助铲机取 60~90s;自行 式:无助铲机取 48~60s; T2——满载行驶时间,s; T3——卸土时间,s; T4——空载行驶时间,s; T5——换挡所需时间(一般每工作循环换挡 4 次,共需约 15s) ,s; T6——助铲机接合时间,约 30s; T7——转向调头所需时间,约 15~20s。 T 1= l1 v1 l1 = VH K m K R K s hBc 式中 l1 ——铲装距离,一般为 8~35m; v1 ——实际铲装速度,一般取 0.56~0.8m/s; KR——土层进斗过程中的损失系数; h——切土深度,m; Bc——铲刀宽度,m。 T 2= l2 v2 式中 l2——满载运输距离,m; v2——满载运输速度,拖式取 1.65~2.2m/s,自行式取 5.5~7m/s。 行驶时间与路面条件有很大关系。图 2-23 为美国 CAT 公司自行式铲运机行驶时间随地 面变化关系曲线= VH K m hE Bc 式中 l3——卸土距离,一般取 15~40m; v3——卸土时车速,一般为 0.85~1.65m/s; hE——卸土时铺层厚度,一般取 0.2~0.6m。 T 4= l4 v4 式中 l4——空载行驶距离,m; v4——空载车速,拖式一般为 2.5m/s,自行式一般为 8.5m/s。 从铲运机生产率计算公式可以看出, 影响生产率因素有人为和施工组织两种, 人为因素 有铲斗和充满系数 Km、一个工作循环所需时间 T 和时间利用系数 K1.Km 除土壤性质等自然 因素外,还与驾驶员的操作技术、操作方法和其他施工辅助措施等有关,对于 T 和 K1 的影 响主要是施工组织、驾驶员的操作方法核技术熟练程度。另外,施工组织的好坏也影响到一 个工作循环中的每个环节和铲运机运行速度的高低。 二、 铲运机的基本操作方法 (一)铲装作业 铲装作业方法有以下几种: (1)一次铲土法(图 2-34) 。铲刀一次切如图中并完成铲土行程,装满铲斗。 (2)交替铲装法(也称跨铲铲土法) 。如图 2-35 所示,作业时,先在取土场第一排(1、 2、3 区)铲土道上取土,在相邻两铲土道间留出 1/2 铲刀宽的土不铲。然后再从第二排铲土 道上铲起(4、5 区) ,且铲土起点后移的距离为铲土道长度的一半。随后依次交替进行铲土 作业。这种作业的特点是,在铲土后半段因切土宽度减小而使铲土阻力降低,从而使铲运机 有足够的功率使铲斗装满,同时又可缩短铲土道长度和铲土时间,提高铲装工效。 (3)波浪式铲土法。这种方法适用于较硬的土质。开始铲土时,铲刀以最大深度切入 土中, 随着负荷增加, 车速降低, 相应的减小切土深度,依次反复进行,直到铲斗装满为止, 如图 2-36 所示。 (4)下坡铲土法。在平地铲土时,应先铲挖前一段。然后逐渐向后延伸铲土道,以便 形成前低后高的自然坡道。 当铲土区为一小土丘时, 先从四周斜向铲起, 然后逐渐向后延伸, 以创造下坡取土的有利地形。不应从坡顶开始水平铲土。 (5)顶推铲土法(如图 2-37) 。在土质较坚硬,普通大斗容铲机作业或牵引力不足等 情况下,可采用推土机顶推铲土法。每台推土机可顶推的铲运台数 N 由下式决定: N= t T ? (t1 ? t 2 ) t2 + t3 式中 tT——无助铲时铲运机循环作业时间,s; t1——无助铲时铲装过程所需时间,s; t2——有助铲时铲装过程所需时间,s; t3——推土机每次助铲后换位所需时间,s。 (二)施工组织 (1)施工组织的主要任务是,根据施工对象,合理的选择机械运行路线和安排好铲土 和卸土方式,在整个循环作业中,尽可能减小转向和空载回程次数,以便在最短的时间内完 成工作循环,并使两循环间无间断时间,或在一个循环中完成两次装卸作业,从而达到提高 生产率的目的。铲运机的运行路线有以下四种: 椭圆形运行路线) 。此油箱路线形式简单,容易布置,适用于地段狭小、运距短、 高度不大的填筑路堤或开挖路堑作业。 (2) “8”字形运行路线) 。此运行路线在一个循环中可完成两次装卸作业, 工效高,适用于宽大的施工场地。 (3) “之”字形运行路线) 。此运行路线”字形路线连接而成,适 合于地段较长的施工现场。施工时,各机列队,依次进行填挖直到场地尽头,然后 1800 后 反向运行。 (4)穿梭性和螺旋形运行路线) 。此运行路线适合御较宽的路堤或路堑施工。 其运距短,每循环由两次装卸作业,功效较高。 (三)施工作业 1.平整场地 平整作业应先在挖填区高差大的地段进行, 铲高填洼。 待整个区域标高与设计标高变差 在 20~30cm 以后,先从平域中部(或一侧)平整出一条标准带,然后由此向外逐步扩展, 直到整个区域达标为止。施工作业面较大时,可分块进行平整。 2 填筑路堤 填筑路堤的施工范围是: 取土坑离路中线m 以上, 路堤填土高度要求在 2m 以上。 填筑路堤有纵向填筑路堤和横向填筑路堤两种施工方法。 纵向填筑应从路堤两侧开始(见图 2-42) ,铺卸成层,逐渐向路堤中线靠近,并经常保 持两侧高于中部, 以保证作业质量和安全。 当填堤高度在两米以下时, 采用椭圆形运行路线, 若运行路线较长时也可采用“之”字形运行路线” 字形作业路线,这样可使进出口的坡道平缓些。卸土时应将土均匀的分布于路堤上,并使轮 胎将所卸土方均能压到,以保证路基的压实质量。当路基到 1m 以上时,应修筑进出口上下 坡道进出口间距一般在 100m 以下。一般上坡道坡度为 1:6~1:5,下坡到极限坡度为 1:2, 宽度不小于 3.5~4m.. 横向填筑路堤可选用螺旋形运行路线施工,作业方法同纵向填筑路堤。 3.开挖路埑 开挖路埑的作业方式有移挖作填、挖土弃掉式综合施工等。图 2-43 为综合作业方式的 运行路线。铲运机开挖路埑,应从路埑两边开始,以保证边坡的质量,防止超挖和欠挖;否 则,将增加边坡修整作业量。 4.傍山挖土 这是修筑山区道路的挖土方法。 挖土前先用推土机将坡顶线推出, 并修出铲运机作业的 上下坡道。作业应按边坡线分层进行,保持里低外高的作业断面,如图 2-44 所示。若施工 作业断面里高外低时,可先在里面铲装几斗,形成一土坎,并使一侧轮胎位于土坎上,使铲 运机向里倾斜,然后铲装几斗后,便可形成外高内低的工作面,如图 2-44 所示。 5.铲挖基坑(槽)或管沟 用铲挖基坑(槽)或管沟时,其宽度应在 4m 以上。作业场地足够大时,可放外坡道; 若施工场地比较狭窄,则可设置内坡道,待中段土方挖完后,再用人工清楚坡道。施工中应 注意挖边,使其保持两边低中间高。操作方法与傍山挖土基本相同。 6.铲运沙子 用普通铲运机装运沙子及松散砂土时,应保证刃口锋利。铲装开始时油门要加大,铲入 要深,斗门开启要大。 铲运砂料时,最好用升运式铲运机作业。升运式铲运机可容易地将砂料装满铲斗,操作 方便,生产效率高。但因沙子的松散性和流动性较强,对机械和轮胎磨损较大,因而在施工 中要加强保养。


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