A Summary of Small-size Excavators Home and Abroad
[Abstract] Development of small-size hydraulic excavators is the temporization of global diversified construction site demanding. Their technical performance, work functions and efficiency, safety, environment protection, energy saving and maintenance aspects have been upgraded through thirty more years of gradual improvement. More consentaneous technical standards and operation criteria have been formed. Developing situation of small-size excavator market in recent years is described home and abroad.
[Key words] Small-size excavator Market home and abroad Technical developing trend;
I. The brief introduction of hydraulic excavator
Parts such as the hydraulic excavator is by engine, hydraulic system and works device and walks device and electric control etc are formed. The hydraulic system is formed by hydraulic pump, control valve, hydraulic cylinder, hydraulic pressure motor, pipe route and fuel tank etc. The electric control system includes supervision dish, motor control system, pump brain and various kinds of sensor and solenoid valves etc. The hydraulic excavator is general by the work device and turns round the device and walks device three is mostly formed. According to his construction and use, we can differentiate : many kinds of types such as caterpillar tread type, tyre type, walk type, full hydraulic pressure, half hydraulic pressure, turns round entirely, not turns round entirely, utility version, mould for a special purpose, the joining with a hinge type and arm type stretched out and drawn back etc.
Designing starts with a need real.Existing apparatus may need improvements in
durability, efficiency, weight, speed, or cost. New apparatus may be needed to perform a function previously
done by men, such as computation, assembly, or servicing. With the objective wholly or partly
In the design preliminary stage, should allow to design the personnel fully to display the creativity, not each kind of restraint. Even if has had many impractical ideas, also can in the design early time, namely in front of the plan blueprint is corrected. Only then, only then does not send to stops up the innovation the mentality. Usually, must propose several sets of design proposals, then perform the comparison. Has the possibility very much in the plan which finally designated, has used certain not in plan some ideas which accepts.
When the general shape and a few dimensions of the several components become
apparent, analysis can begin in earnest. The analysis will have as its objective satisfactory or superior performance, plus safety and durability with minimum weight, and a
competitive cost. Optimum proportions and dimensions will be sought for each critically loaded section, together with a balance between the strengths of the several components. Materials and their treatment will be chosen. These important objectives can be attained only by analysis based upon the principles of mechanics, such as those of static for reaction forces and for the optimum utilization of friction; of dynamics for inertia,
acceleration, and energy; of elasticity and strength of materials for stress and deflection; of physical behavior of materials; and of fluid mechanics for lubrication and
hydrodynamic drives. The analyses may be made by the same engineer who conceived
the arrangement of mechanisms, or, in a large company, they may be made by a separate analysis division or research group. Design is a reiterative and cooperative process,
whether done formally or informally, and the analyst can contribute to phases other than his own. Product design requires much research and development. Many Concepts of an idea must be studied, tried, and then either used or discarded. Although the content of each engineering problem is unique, the designers follow the similar process to solve the problems.
Product liability suits designers and forced in material selection, using the best program. In the process of material, the most common problems for five (a) dont
understand or not use about the latest application materials to the best information, (b) failed to foresee and consider the reasonable use material may (such as possible,
designers should further forecast and consider due to improper use products. In recent years, many products liability in litigation, the use of products and hurt the plaintiff
accused manufacturer, and won the decision), (c) of the materials used all or some of the data, data, especially when the uncertainty long-term performance data is so, (d) quality control method is not suitable and unproven, (e) by some completely incompetent persons choose materials.
Through to the above five questions analysis, may obtain these questions is does not have the sufficient reason existence the conclusion. May for avoid these questions to these questions research analyses the appearance indicating the direction. Although uses the best choice of material method not to be able to avoid having the product
responsibility lawsuit, designs the personnel and the industry carries on the choice of
material according to the suitable procedure, may greatly reduce the lawsuit the quantity. May see from the above discussion, the choice material people should to the material nature, the characteristic and the processing method have comprehensive and the basic understanding.
Finally, a design based upon function, and a prototype may be built. If its tests are satisfactory, the initial design will undergo certain modifications that enable it to be manufactured in quantity at a lower cost. During subsequent years of manufacture and service, the design is likely to undergo changes as new ideas are conceived or as further analyses based upon tests and experience ind
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国内外小型挖掘机发展综述
[摘要] 小型液压挖掘机的发展顺应全球多样化施工现场的需求,经过三十多年的不断改进完善，在技术性能、作业功能和效率、安全、环保、节能及维护保养方面有了大幅度提高,形成了比较一致的技术标准和作业规范。介绍近年来国内外小型挖掘机市场的发展情况,分析国内市场用户需求快速发展的因素,论述小型挖掘机在无尾回转、动臂偏转、节能、安全、环保、易于维护和人机工程学等方面的未来技术发展趋势。
[关键词] 小型挖掘机； 国内外市场； 技术发展趋势；
一、液压挖掘机简介
液压挖掘机是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。液压挖掘机一般由工作装置、回转装置和行走装置三大部分组成。根据其构造和用途可以区分为：履带式、轮胎式、步履式、全液压、半液压、全回转、非全回转、通用型、专用型、铰接式、伸缩臂式等多种类型。
设计开始之前就要想到机器的实际性，现存的机器需要在耐用性、效率、重量、速度，或者成本上得到改善。新的机器必需具有以前机器所能执行的功能。 在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不要受到任何约束。即使产生了许多不切实际的想法，也会在设计的早期，即在绘制图纸之前被改正掉。只有这样，才不致于阻断创新的思路。通常,还要提出几套设计方案，然后加以比较。很有可能在这个计划最后决定中,使用了某些不在计划之内的一些设想。 一般的当外型特点和组件部分的尺寸特点分析得透彻时，就可以全面的设计和分析。接着还要客观的分析机器性能的优越性，以及它的安全、重量、耐用性，并且竞争力的成本也要考虑在分析结果之内。每一个至关重要的部分要优化它的比例和尺寸，同时也要保持与其它组成部分相协调。 也要选择原材料和处理原材料的方法。通过力学原理来分析和实现这些重要的特性，如那些静态反应的能量和摩擦力的最佳利用，像动力惯性、加速动力和能量；包括弹性材料的强度、应力和刚度等材料的物理特性，以及流体润滑和驱动器的流体力学。设计的过程是重复和合作的过程，无论是正式或非正式的进行，对设计者来说每个阶段都很重要。
最后，以图样为设计的标准，并建立将来的模型。如果它的测试是符合事先要求的，则再将对初步设计进行某些修改，使它能够在制造成本上有所降低。产品的设计需要不断探索和发展。许多方案必须被研究、试验、完善，然后决定使用还是放弃。虽然每个工程学问题的内容是独特的，但是设计师可以按照类似的步骤来解决问题。 产品的责任诉讼迫使设计人员和公司在选择材料时，采用最好的程序。在材料过程中，五个最常见的问题为：（a）不了解或者不会使用关于材料应用方面的最新最好的信息资料；(b)未能预见和考虑材料的合理用途（如有可能，设计人员还应进一步预测和考虑由于产品使用方法不当造成的后果。在近年来的许多产品责任诉讼案件中，由于错误地使用产品而受到伤害的原告控告生产厂家，并且赢得判决）；(c)所使用的材料的数据不全或是有些数据不确定，尤其是当其性能数据长期不更新；(d)质量控制方法不适当和未经验证；(e)由一些完全不称职的人员选择材料。 通过对上述五个问题的分析，可以得出这些问题是没有充分理由而存在的结论。对这些问题的研究分析可以为避免这些问题的出现而指明方向。尽管采用最好的材料选择方法也不能避免发生产品责任诉讼，设计人员和工业界按照适当的程序进行材料选择，可以大大减少诉讼的数量。 从以上的讨论可以看出，选择材料的人们应该对材料的性质，特点和加工方法有一个全面而基本的了解。 在随后生产和售后服务的几年中，要接受新观念的变化，或者由试验和经验为基础，进一步分析并改进。
工作装置是直接完成挖掘任务的装置。它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业机具。
回转与行走装置是液压挖掘机的机体，转台上部设有动力装置和传动系统。发动机是液压挖掘机的动力源，大多采用柴油要在方便的场地，也可改用电动机。
液压传动系统通过液压泵将发动机的动力传递给液压马达、液压缸等执行元件，推动工作装置动作，从而完成各种作业。以工地使用较多的PV-200型液压挖掘机为例。该机采用改进型的开式中心 负荷传感系统（OLSS）。该系统用控制斜盘式变量柱塞泵斜盘角（输出流量）的方法，减少了发动机的功率输出，从而减少燃油消耗，是一种节能型系统。这种液压系统的特点是：定转矩控制，能维持液压泵驱动转矩不变，载断控制，可以减少作业时间的卸荷损失；油量控制，可减少空挡和小调控制时液压泵的输出流量，减少功率损失。
第一台手动挖掘机问世至今已有130多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动斗回转机械到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。由于液压技术的应用，20世纪40年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式机械，20世纪50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压机械。初期试制的液压挖掘机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于机械各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从20世纪60年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国机械制造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970年间，液压挖掘机产量已占机械总产量的83%，目前已接近100%。
二、小型挖掘机的发展及其趋势
20 世纪80～90 年代小型挖掘机在市政工程、交通、管道等施工中发挥了较大优势并得以迅速发展。它在城市的土建施工工程中为节省人力、物力出了较大贡献 , 逐步成为城市施工中具有代表性的施工机械。
小型挖掘机的发展主要依赖于城市建设的发展,由于城市的改造、建设施工较多,要求施工时间短、施工机械对周围环境影响小、安全、低污染、回转半径小、便于运输以及具有与城市景色相协调的外观,小型挖掘机满足了城市各种作业要求，在城市狭窄的工作空间内能够最大限度地发挥其生产能力,因此具有独特的优越性。
1. 小型挖掘机的发展
小型挖掘机在城市中主要用于土建施工及一般住宅修整等工作,要求具有良好工作性能和回转性能。最初的小型挖掘机以轮胎式为主,由于轮胎式在软地面的行走性和通过性差,后来逐渐被履带式替代,并在动臂支撑机构处增加了回转机构,使整个工作装置能相对机体进行左右摆动,以完成沟道侧壁挖掘整修工作,但这种小型挖掘机挖掘范围小、不能实现后部卸料。此后,小型挖掘机增加了上部回转机构,解决了后部卸料等问题,提高了挖掘机的工作性能,形成小型挖掘机的基本结构。后来,小型挖掘机在回转半径、后部视野、动臂仰角、机械性能等方面得到进一步改善,发展为现在的标准型。
2. 技术的进步
小型挖掘机工作环境大部分在城市,为了防止行走时损坏路面,从 80 年代开始使用橡胶履带 ,并逐步得到普及。橡胶履带的支重轮是在内部铁芯板上运动 , 铁芯板接缝处与支重轮接触落地时,成为行走破坏路面的主要原因。以前使用宽形铁芯板,橡胶履带的支重轮直径较大,因此在接近地面时,这个缝隙变大,造成履带对路面的破坏。超级小型挖掘机使用与以前相同的支重轮,只是履带内使用的铁芯板变窄,因此在接触地面时缝隙变小,减小了对地面的损坏。
后方小回转型挖掘机的回转尾部尺寸非常小,为了确保挖掘机工作的稳定性,必须有足够的配重,并在不增加机械重量的前提下,采用增大履带长度及加宽车体等有效方法。但是,车体宽度受运输卡车宽度的限制,为解决这个问题,在超级小型挖掘机中采用ViCTAS (Vio - Crawler Technology by Advanced Stability )技术。
3. 舒适性
小型挖掘机大部分没有封闭的驾驶室, 下雨时座椅常常被雨淋湿而渗水。为了解决这一问题,使用表面与内部聚安脂橡胶一体制作的没有缝制缝的座椅 ,不会再从缝制缝处破坏 ,耐久性也得以提高,成为完全防水型座椅。
推动小型挖掘机市场快速发展的因素:
(1) 小型挖掘机具有的广泛适用性 小型挖掘机体积小、机动灵活,非常适用于城镇的各种管道铺设、基础施工、公用事业以及房屋维修等作业。小型挖掘机紧凑的体积、特殊的设计使其能够在大型挖掘机无法施工的环境中进行作业。
(2) 小型挖掘机具有的多功能性 小型挖掘机的真正优点是它具有多功能性。小型挖掘机能够安装许多辅助作业机具,如安装破碎锤、液压钳用于轻量级的拆除作业,安装夹钳用于清除作业,安装滚筒、平板夯用于沟槽的填埋压实,安装旋挖钻具用于钻孔,吊钩用于起吊重物等等。
(3) 小型挖掘机便于运输和转移作业场地小型液压挖掘机市场迅速扩张的原因之一应归于它的尺寸和重量。小型挖掘机能方便地在各个施工现场间转移,小型挖掘机无需大型拖车或是重型卡车进行运输,小型的运输工具就可运载。这样不但能够方便运输,还可以大大降低机器的运输费用。
(4) 小型挖掘机鲜明的作业特点:尾部旋转半径为零的设计,使得小型挖掘机在作业空间有限的环境下作业时挖掘机操作人员无须考虑施工现场是,从而使操作人员能否有障碍物阻碍挖掘机的转动够更专心于铲斗的操作,这也防止了施工现场周围建筑物以及挖掘机自身的损坏。
(5) 投资回报率高、成本回收快
小型挖掘机的价格便宜,成本回收快。以6t级小挖为例,美、欧日品牌机的价格在四十万元左右,韩国的机器价格在三十二万元左右,国产机器价格为30～32 万元有些品牌更低;而20t级的中挖价格在70～100 万元。较高的投资回报率使得小型挖掘机深受广大中小土方工程施工承包业主的欢迎。
4. 小型挖掘机的技术发展趋势
小型挖掘机的技术发展顺应全球多样化施工现场的需求,经历了三十多年的历史演变过程,经过不断的改进完善,在技术性能、作业功能、作业效率、安全、环保、节能和维护保养等方面有了大幅度的提高,形成了比较一致的技术标准和作业规范。主要体现在以下几方面:
(1) 无尾回转和动臂偏转技术 作为小挖基本概念的动臂偏转和无尾回转功能于 20世纪 90年代中后期面向世界市场推出。在机体前部的动臂偏转,而无机构能够实现位于墙根附近的直接挖掘作业须频繁移动机身。无尾回转结构的应用,使其在狭窄地带作业时无须担心尾部的碰撞。无尾回转结构设计的难点在于回转平台上的总体布置、动力系统的热平衡解决以及整机稳定性的解决。而动臂偏转机构的设计难点在于铰点位置的确定和铰接体的制造技术。
(2) 新型液压控制技术
新型液压控制技术应具有作业效率高、操作性能好、具有良好的经济性,可进行高效率、强有力的作业。新的液环境适应性压系统不受负荷大小的影响,完全根据操纵杆的幅度分配所需液压油流量,完全可以按照操作人员的意图轻松完成作业。同时,由于发动机的负荷小可避免流量的无谓损失,能够实现小动操作和复合操作。新型液压控制技术的应用还能够增加动力输出,提高作业速度,降低燃料消耗。
(3) 安全性能
在欧洲市场和北美市场对安全性有严格的法律规定,设备的安全性能能够给操作人员提供安心作业的环境,提高操作人员的安全性。小型挖掘机的安全性能主要体现在驾驶室的ROPS/FOPS设计上,在驾驶室的试验中应满足以下性能要求:
①可满足必须的能量吸收；
②可满足必须的抗荷载；
③乘员安全区域足够大。
(4) 环
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