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液压挖掘机振动掘削机理研究* 赵崇友 ( 中南大学机电工程学院智能机械研究所，湖南 长沙4 10083) 摘 要 本文主要讨论了液压挖掘机利用铲斗实现振动挖掘的机理，并在挖掘机上做了振动 切削土壤的实验，根据实验结果，分析了振动减阻的机理。振动使土壤的抗剪强度下降是切 削阻力下降的主要原因，同时，铲斗与土壤间摩擦力和粘附力下降，也是切削阻力下降的原 因之一。 关键词 挖掘机 振动掘削 机理 土壤切削 抗剪强度 the Reseach on Mechanism of Vibrating excavation in Hydraulic Excavator Abstract: In this paper , the method of vibrating excavation using the bucket is mainly introduced, and the experiment of soil cutting is carried out; the mechanism of cutting resistence deducing is analyzed according to the results. The main reason is that the cutting intension of soil reduced due to vibrating, and another one is the deducing of friction between bucket and soil. Keywords excavator; vibrating excavation; mechanism; soil cutting; cutting intension 0引言 尽管将振动应用到难切削金属材料的加工、农机耕作以及岩石破碎[1]等方面在国内外 都有研究，但将振动应用到液压铲装机械上的研究在国内还很少，象吉林工业大学[2]所进 行的振动铲装研究也还只是停留在实验研究上，没有对振动掘削的机理进行深入的理论分 析，也没有对系统的实现方法进行全面的探讨。并且在已有的研究中，均需要对现有的机构 进行改造以产生冲击或者振动，这涉及对现有机构进行改造及附加振动发生器，因此，这些 研究都有着一定的局限性，严重阻碍了振动掘削理论在铲装机械上的广泛应用。 将振动理论应用到掘削过程中可以大幅度降低能耗，提高工作效率，这已被广大研究人 员所认可。因此，液压挖掘机的振动掘削技术已进入到一个新的发展时期，振动掘削岩土技 术已成为挖掘机自动化与智能化的发展趋势。 1激振系统 一般来说，实现挖掘机工作装置振动的方法有两类，一是对工作装置的结构进行改造； 一是通过系统控制来实现。因为挖掘机结构相对比较成熟，并且如果通过对机构进行改造以 产生所需的振动，这就需要对现有的工作机构进行变更及附加振动器，因此这种方法的应用 具有较大的局限性。 液压挖掘机工作机构是由液压传动提供动力的，具备了采用液压振动的基本条件，故提 出了将挖掘机的铲斗油缸作为铲斗振动插入的振动元件[3]，通过控制铲斗油缸往复运动的 位移及换向频率达到对铲斗实施激振的目的的方案。这样可避免在工作机构上附加任何构 件，只需对工作机构液压系统进行改造，使铲斗油缸兼有激振功能，又不影响正常的铲斗动 作，这将是一个非常理想的方案。 课题来源：国家863项目-挖掘机的机电一体化及制造信息化 （编号 2003AA430200） 作者简介：赵崇友 （1981-），男，中南大学机电工程学院，硕士研究生 1 电液比例控制铲斗油缸系统的基本结构如图1所示。 工作装置控制手柄是系统中的输入信号，随着手柄位置 的变化，输出相应的电信号，由控制器将信号放大并驱动相 应的比例电磁铁，从而控制电液比例减压阀输出相应的控制 压力，控制主换向阀阀芯的位移。为了实现铲斗的振动，我 们在手柄上设置一激振按钮，该按钮的功能是在手柄信号上 叠加一正弦信号。如图2。