1 緒論
1.1 本課題背景意義及目的
液壓挖掘機是在機械傳動挖掘機的基礎上發展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削土壤，鏟斗裝滿後提公升、迴轉至卸土位置，卸空後的鏟斗再回到挖掘位置開始下一次的作業。因此液壓挖掘機是一種週期作業的土方機械。
各類挖掘機在國民經濟建設的許多行業被廣泛地採用，如工業與民用建築、交通運輸、水利電氣工程、農田改造、礦山採掘以及現代化軍事工程等等行業的機械化施工中。據統計，一般工程施工中約有60%的土石方量、露天礦山中80%的剝離量和採掘量是用挖掘機完成的。
小型液壓挖掘機是指一般總重量在6t以下的挖掘機，因其體積小，主要應用於城市、相對狹窄的地區，替人力勞動，其用途廣泛，主要作業是挖掘、裝載、整地，用於城市管道、道路、住宅建設、基礎工程和園林作業等。它不僅體積小，機動靈活，且可附裝各種工作裝置，屬多功能建設機械。採用小挖掘機可以大大減輕人力的勞動，縮短施工週期。
為節省勞動力、減輕繁重體力勞動，提高勞動生產率、加快建設速度，保證工程質量和降低成本，採用機械化施工是根本的措施。它對盡早發揮建設投資效果，促進國名經濟的高速度發展有很大的作用。
隨著我國基礎設施建設的深入和在建設中挖掘機的廣泛應用，挖掘機市場有著廣闊的發展空間，因此發展滿足我國國情所需要的挖掘機是十分必要的，即此次對液壓挖掘機的研究具有現實意義。
而對於還在學習當中的我來說，這個課題能讓我更深入地鞏固和學習液壓、機械原理、機械設計、機械繪圖等方面的知識。之前，對於這些知識的學習好像只是為了應付考試，根本就沒有真正掌握這些知識。但作為乙個機械專業的學生，掌握好液壓、機械設計、機械繪圖都是很有必要的。
因此，現在我剛好借這個課題，去深刻的學習這些知識並加以綜合運用，為工作打好基礎，做好準備。
1.2 挖掘機的基本型別和液壓挖掘機的主要特點
挖掘機的型別與構造形式繁多，可按挖掘工作原理與過程、用途、構造特性等進行劃分。
按工作過程可分為週期作業和連續作業兩類，即通常簡稱為單鬥挖掘機和多鬥挖掘機。
按照用途，單鬥挖掘機分為：建築型、採礦型、和剝離型。
按照動力裝置，挖掘機有電驅動、內燃機驅動和復合驅動等。
按照傳動方式，挖掘機分為機械傳動式、液壓傳動式和混合傳動式。
而液壓挖掘機則具有下列主要特點：
1 大大改善了挖掘機的技術效能，挖掘力大、牽引力大，傳動平穩，作用效率高，結構緊湊。
挖掘機在工作是主要動作包括行走、轉台迴轉和工作裝置的作業動作，其中最頻繁的是迴轉和工作裝置的迴圈往復運動。機械挖掘機結構複雜，完成這些動作要產生很大的慣性力和衝擊載荷。而液壓挖掘機則不需要複雜的中間傳動，大大的簡化了結構。
2 液壓挖掘機的液壓系統有防止過載的能力，所以使用安全可靠，操縱簡便。
3 液壓元件易於實現標準化，系列化和通用化，便於組織大規模專業生產，進一步提高質量和降低成本。
1.3 液壓挖掘機的發展概況
挖掘機的最早主要用於河道，港口的疏浚工作。第一台有確切記載的挖掘機械是2023年英國人發明的蒸汽「挖泥鏟」。而在陸地上使用的「動力鏟」於2023年在美國誕生，主要用於修築鐵路的繁重工作，被認為是現代挖掘機得先驅，距今已有170多年的歷史。
2023年，德國研製出世界上第一台全液壓挖掘機。由於科學技術的發展，各種新技術，新材料不斷應用在挖掘機上。使得液壓挖掘機在作業效率、可靠性、完全性和操作舒適性以及節能、環保等方面有了長足的進步。
1.3.1國外液壓挖掘機目前水平
工業發達國家的液壓挖掘機生產較早，產品齊全，技術成熟。美國、德國和日本是液壓挖掘機的主要生產國，具有較高的市場占有率。
當前，國際上挖掘機的生產正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發展。國外挖掘機行業重視採用新技術、新工藝、新結構和新材料，加快了向標準化、系列化、通用化發展的步伐。
1.3.2 國內液壓挖掘機發展概況及趨勢
我國己經形成了挖掘機的系列化生產，近年來還開發了許多新產品，引進了國外的一些先進的生產率較高的挖掘機型號。
由於使用效能、技術指標和經濟指標上的優越，世界上許多國家，特別是工業發達國家，都在大力發展單鬥液壓挖掘機。目前，單鬥液壓挖掘機的發展著眼於動力和傳動系統的改進以達到高效節能;應用範圍不斷擴大，成本不斷降低，向標準化、模組化發展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機的可靠性;電子計算機監測與控制，實現機電一體化;提高機械作業效能，降低噪音，減少停機維修時間，提高適應能力，消除公害，縱觀未來，液壓挖掘機有以下的趨勢:
（1）向大型化發展的同時向微型化發展。
（2）更為普遍地採用節能技術。
（3）不斷提高可靠性和使用壽命。
（4）工作裝置結構不斷改進，工作範圍不斷擴大。
（5）由內燃機驅動向電力驅動發展。
（6）液壓系統不斷改進，液壓元件不斷更新。
（7）應用微電子、氣、液等機電一體化綜合技術。
（8）增大鏟斗容量，加大功率，提高生產效率。
（9）人機工程學在設計中的充分利用。
1.4 本次設計內容概述
本次設計標準鬥容0.25m3；最大挖掘力59kn；爬坡度：27.
8；最大牽引力：48kn；最大行走速度：5km/h ；最低行走速度：
3km/h的履帶式全液壓挖掘機。
具體設計任務是對液壓挖掘機的行走裝置的設計和行走能力的校核，包括
(1) 挖機行走裝置的總體設計。
(2) 行走裝置四輪一帶的結構設計與布置。
(3) 挖掘機各部分的基本結構的認識和設計。
(4) 挖掘機的行走裝置詳細接地比壓的分析和設計。
(5) 馬達的驗算和選取及馬達原理的認識和研究。
2．液壓挖掘機的履帶行走裝置構造
2.1綜述
單鬥液壓挖掘機的行走裝置是整個機械的支承部分，它承受機械的自重及工作裝置挖掘時的反力，使挖掘的穩定地支承在地面上工作。同時又使挖掘機能在工作時作場內執行及轉移工地時作運輸性(輪式行走裝置)執行。
因而，設計單鬥液壓挖掘機的行走裝置時應盡量滿足下列要求：
1．單鬥液壓挖掘機應有較大的牽引力，使挖掘機在濕軟地面或高低不平的地面上行走時具有良好的越野效能，並有較強的爬坡和轉彎能力。
2．在不增高行走裝置總高度的前提下應使行走裝置具有較大的離地間隙，使挖掘機在不平地面上行走具有良好的通過效能。
3．要降低挖掘機的接地比壓或具有較大的支承面積，以提高挖掘機的穩定性；
4．挖掘機在斜坡下行時不發生超速溜坡現象，挖掘時不發生下滑，提高工作時的為安全可靠性；
5．挖掘機的行走裝置外形尺寸應符合道路運輸的要求。
單鬥液壓挖掘機的行走裝置按照結構的不同可分履帶式和輪胎式兩大類。
履帶式行走裝置由「四輪一帶」（即驅動輪、導向輪、支重輪、託輪、以及履帶），張緊裝置和緩衝彈簧，行走機構，行走架等組成。液壓傳動的履帶行走裝置，挖掘機轉向時由安裝在兩條履帶上、分別由兩台液壓幫浦供油的行走馬達（用一台油幫浦供油時需採用專用的控制閥來操縱）通過對油路的控制，很方便地實現轉向或就地轉彎，以適應挖掘機在各種地面、場地上運動。履帶式行走裝置驅動力大（通常每條履帶的驅動力可達機重的35%-45%），接比壓小（40-150kpa），因而越野效能及穩定性好，爬坡能力大（一般為50%-80%，最大的可達100%），且轉彎半徑小，靈活性好。
履帶式行走裝置在液壓挖掘上使用較為普遍。但履帶式行走裝置製造成本高，執行速度低，執行和轉向時功率消耗大，零件磨損快，因此，挖掘機長距離執行時需借助於其他運輸車輛。
輪胎式液壓挖掘機行走裝置的結構型式很多，有採用標準汽車底盤的可輪式拖拉機底盤的，但鬥容量稍大、工作效能要求較高的輪胎式液壓挖掘則採用專用的輪胎式底盤行走裝置。
儘管履帶式行走裝置存在一些，但在單鬥液壓挖掘機中使用較為廣泛，而且本機主要用於城市道路建設或者狹窄空間內作業。考慮到工作環境和實際條件等因素本機採用橡膠履帶，由於橡膠履帶具有對路面破壞小、噪音低、速度快、振動小、接地比壓小、牽引力大，可以減少地面對機械的衝擊等優點，所以本機主要使用橡膠履帶。而在惡劣環境中或在野外作業時可以使用鋼製履帶以適應惡劣的工況。
而輪式行走裝置雖有執行速度快、機動性好，執行時輪胎不損壞路面，因而在城市建設中很受歡迎，但是其接地比壓大，爬坡能力小，挖掘作業時需要用專門支腿支撐，以確保挖掘機的穩定性和安全性。所以履帶式行走裝置比輪式行走裝置更為適用。故本機採用履帶式行走裝置。
2.2 液壓挖掘機履帶式行走裝置的結構和構造
履帶式行走裝置(圖2.2—1)由連線迴轉支承裝置的行走架通過支重輪4，履帶2將載荷傳至地面。履帶呈抱死迴圈繞過驅動輪5和導向輪1，為了減少上分支撓度，履帶由l一2個託鏈輪4支援。
行走裝置的傳動是由液壓馬達經減速箱6傳動驅動輪5使整個行走裝置執行。當履帶由於磨損而伸長時可由張緊裝置3調整其鬆緊度。
其中，導向輪，支重輪，驅動輪拖鏈輪與履帶即為通常所說的「四輪一帶」，是履帶式行走裝置的重要零部件，它直接關係到挖掘機的工作效能和行走效能。這部分的重量相當大，約佔整機的1／4，製造成本也高，約佔整機的1／4。因此，合理設計「四輪一帶」具有重要意義。
我國過去這些零部件規格品種繁多，據不完全統計，約有34種結構、93種規格，影響了加工質量的提高和備件的**，零件互換性很差致使機械完好率很低。為了克服上述缺點，提高質量，目前有關部門已將挖掘機、推土機和裝載機的「四輪一帶」圖紙統一，逐步做到標準化、通用化和系列化，為提高產品質量、而速發展工程機械創造條件。
圖2.2-1 履帶式行走裝置的結構圖
1 - 導向輪；2 - 橡膠履帶； 3 - 張緊裝置； 4 - 支重輪；
5 - 驅動輪； 6 - 減速機
行走架是履帶行走裝置的承重骨架，它由底架、橫樑和履帶架組成，通常用
16mn鋼板焊接。底架連線轉台，承受上部的載荷，並通過橫樑傳給履帶架行走架按結構的不同分組合式和整體式兩種。
組合式行走架(圖2.2—2)的底架為框架結構，橫樑是工字鋼或焊接的箱形梁，活人履帶架孔中。履帶架通常採用下部敞開的「門」形截面，兩端呈又形，以便安裝驅動輪、導向輪和支重輪。
這種結構的優點是當需要改善挖掘機的穩定性和降低接地比壓時，不需改變底架結構就能換裝加寬的橫樑和加長的履帶架，從而安裝不同長度和寬度的履帶。它的缺成是履帶架截面削弱較多，剛性較差，在截面削弱處易產生裂縫。
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