單斗正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)12

1、單斗正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)正鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)2.1 液壓正鏟挖掘機(jī)的基本組成和工作原理液壓正鏟挖掘機(jī)由工作裝置，上部轉(zhuǎn)臺(tái)和行走裝置三大部分組成，如圖 2.1 所示。其中上部轉(zhuǎn)臺(tái)包括動(dòng)力裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部分、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、輔助設(shè)備和駕駛室；工作裝置由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸組成，如圖 2.2 所示。 圖 2.1 液壓正鏟挖掘機(jī)的基本組成圖 2.2 液壓正鏟挖掘機(jī)工作裝置挖掘作業(yè)時(shí)，操縱動(dòng)臂油缸使動(dòng)臂下降至鏟斗接觸挖掘面，然后操縱斗桿油缸和鏟斗油缸，使斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，操縱動(dòng)臂油缸，使鏟斗升高離開(kāi)挖掘面，在回轉(zhuǎn)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下，使

2、鏟斗回轉(zhuǎn)到卸載地點(diǎn)，然后操縱斗桿和鏟斗油缸使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)至合適位置，再回縮開(kāi)斗油缸轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，使斗前、斗后分開(kāi)卸載物料。卸載后，開(kāi)斗油缸伸長(zhǎng)使斗前、斗后閉合，將工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點(diǎn)進(jìn)行第二次循環(huán)挖掘工作。轉(zhuǎn)移工作場(chǎng)地時(shí)，操縱行走馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)完成移動(dòng)工作4。 在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。上述過(guò)程僅為一般的理想過(guò)程。2.2 工作裝置結(jié)構(gòu)方案的確定正鏟工作裝置的構(gòu)造：正鏟工作裝置由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、工作液壓缸和連桿機(jī)構(gòu)等組成。動(dòng)臂是焊接的箱形結(jié)構(gòu)，由高強(qiáng)度鋼板焊成，也有的是鑄造的混合結(jié)構(gòu)，和反鏟工作

3、裝置相比，正鏟動(dòng)臂較短且是單節(jié)的。動(dòng)臂下端和轉(zhuǎn)臺(tái)鉸接，動(dòng)臂油缸一般為雙缸，在布置上動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)高于動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)且靠后。這種布置方案能保證動(dòng)臂具有一定的上傾角和下傾角，以滿足挖掘和卸載的需要，同時(shí)也保證動(dòng)臂機(jī)構(gòu)具有必要的提升力矩和閉鎖力矩。 斗桿也是焊接箱形結(jié)構(gòu)或鑄造混合結(jié)構(gòu)。斗桿的一端與動(dòng)臂的上端鉸接，斗桿油缸的兩端分別與動(dòng)臂和斗桿的下緣鉸接，形成了斗桿機(jī)構(gòu)。由于正鏟常以斗桿挖掘?yàn)橹?，這樣的結(jié)構(gòu)布置適合于向前推壓，液壓缸大腔進(jìn)油可以發(fā)揮較大的挖掘力。 正鏟斗鉸接在斗桿的端部，鏟斗油缸的兩端分別與斗桿中部和連桿裝置連接，形成轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)，一般為六連桿機(jī)構(gòu)。有時(shí)鏟斗缸的活塞桿直接和鏟斗鉸接形成四連

4、桿機(jī)構(gòu)。挖掘機(jī)正鏟的鏟斗根據(jù)結(jié)構(gòu)和卸土方式可分為前卸式和底卸式兩大類(lèi)。    前卸式鏟斗卸土?xí)r直接靠鏟斗油缸使斗翻轉(zhuǎn)，土鑲從斗的前方卸出。這種構(gòu)造簡(jiǎn)單，斗體是整體結(jié)構(gòu)，剛度和強(qiáng)度都比較好，并且不需要另設(shè)卸土油缸，但是為了能將土卸盡，要求卸土?xí)r前壁與水平夾角大于45度,因而要求鏟斗的轉(zhuǎn)角加大，結(jié)果導(dǎo)致所需的鏟斗油缸功率增加，或者造成轉(zhuǎn)斗挖掘力下降或卸土?xí)r間延長(zhǎng)。此外，前卸式鏟斗還影響有效卸載高度。    底卸式鏟斗靠打開(kāi)斗底卸土。所示的鏟斗是靠專(zhuān)門(mén)的油缸起閉斗底。挖掘時(shí)斗底關(guān)閉，卸土?xí)r斗底打開(kāi)，土城從底部卸出。這類(lèi)結(jié)構(gòu)的卸土性能較好，要

5、求鏟斗的轉(zhuǎn)角也小，但必須增設(shè)卸土油缸，此外，斗底打開(kāi)后也影響到有效卸載高度。這類(lèi)開(kāi)斗方式現(xiàn)在已少用，目前挖掘機(jī)上采用較多的是另一種底卸式鏟斗，鏟斗由兩半組成，靠上部 的鉸連接。卸土油缸裝在斗的后壁中。油缸收縮時(shí)通過(guò)杠桿系統(tǒng)使斗前壁(順板)向上翹起，將土壤從底部卸出。用這種方式卸載，卸載高度大，卸載時(shí)間較短，裝車(chē)時(shí)鏟斗得以更靠近車(chē)休并且還可以有控制地打開(kāi)額板，使土或石塊比較緩慢地卸出，因而減少了對(duì)車(chē)輛的撞擊，延長(zhǎng)了車(chē)輛的使用壽命。另外這種斗還能用于挑選石塊，很受歡迎，但鏟斗的重量加大較多，因而在工作裝置尺寸、整機(jī)穩(wěn)定性相同的情況下斗容量有所減少，并且由于斗由兩部分組成，受力情況較差。采用底卸式鏟

6、斗結(jié)構(gòu)，鏟斗的轉(zhuǎn)角可以減小，因而有些挖掘機(jī)已取消了鏟斗油缸的連桿裝置，鏟斗油缸直接與斗體相連接，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，并在一定程度上加大了轉(zhuǎn)斗挖掘力5。    當(dāng)挖掘機(jī)挖掘比較松軟的對(duì)象、或用于裝載散粒物料時(shí)，正鏟斗可以換成裝載斗，在整機(jī)重量基本不變的情況下，這種斗的容量可以大大增加，因而提高了生產(chǎn)率。裝載斗一般都是前卸式，不裝斗齒，以減小挖掘松散物料時(shí)的挖掘阻力。本設(shè)計(jì)中我采用圖2.3這一結(jié)構(gòu)。圖 2.3 液壓正鏟挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)圖 2.4 液壓正鏟挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖2.4所示是5 m3正鏟挖掘機(jī)工作裝置的示意圖，采用直動(dòng)臂、直斗桿形式，鏟斗為前卸式。動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸在轉(zhuǎn)臺(tái)上的鉸點(diǎn)

7、分別為C和A，它們的位置以停機(jī)面為X軸，整機(jī)回轉(zhuǎn)中心線為Y軸(圖b)的直角坐標(biāo)值來(lái)表示。這臺(tái)挖掘機(jī)的主要工作油缸共5只，其中動(dòng)臂油缸兩只，置于動(dòng)臂的兩側(cè)；斗桿油缸一只,置于斗桿的中部；鏟斗油缸兩只，鉸于斗桿中部。主要工作油缸的主要參數(shù)列于表21中。表 2.1 5m3正鏟液壓挖掘機(jī)主要油缸的主要參數(shù)油缸名稱(chēng)工作壓力/MPa全縮時(shí)長(zhǎng)度/mm全伸時(shí)長(zhǎng)度/mm行程/mm動(dòng)臂油缸28158026601080斗桿油缸28160026601060鏟斗油缸2814002320920第三章 液壓正鏟挖掘機(jī)工作裝置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析3.1動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析動(dòng)臂CF的位置由動(dòng)臂油缸AB的長(zhǎng)度決定。和動(dòng)臂水平傾角之間的關(guān)系可用

8、下式表示 （2-1） （2-2）從上式看出，a11-a2對(duì)的影響很大，當(dāng)動(dòng)臂和油缸的參數(shù)不變時(shí)，a11-a2愈大動(dòng)臂提升高度愈小。設(shè)動(dòng)臂油缸全縮時(shí)動(dòng)臂傾角為；動(dòng)臂油缸全伸時(shí)動(dòng)臂傾角為，那么在動(dòng)臂油缸由全縮到全伸，動(dòng)臂總的轉(zhuǎn)角為： （2-3）為了便于運(yùn)算和比較，仍用無(wú)因次比例系數(shù)表示，即； （2-4）代入式(22)可以得到動(dòng)臂油缸全縮和全伸時(shí)相應(yīng)的動(dòng)臂傾角值 （2-5） （2-6）而動(dòng)臂總轉(zhuǎn)角為 （2-7）動(dòng)臂油缸伸縮時(shí)對(duì)C點(diǎn)的力臂也在不斷變化，由圖可知 （2-8）顯然，當(dāng)ABAC時(shí)有最大值，此時(shí)，而相應(yīng)的油缸長(zhǎng)度為：=此時(shí)的動(dòng)臂傾角為若用動(dòng)臂油缸相對(duì)力臂（即來(lái)表示油缸長(zhǎng)為時(shí)的力臂，則 （2-9

9、）綜上所述，動(dòng)臂傾角、力臂和都是的參數(shù)。3.2斗桿運(yùn)動(dòng)分析斗桿FQ的位置由動(dòng)臂CF和斗桿油缸DE的長(zhǎng)度所決定。但是動(dòng)臂的位置隨動(dòng)臂油缸的伸縮而變化，為了便于分析斗桿油缸對(duì)頭桿位置的影響，假定動(dòng)臂不動(dòng)，那么斗桿鉸點(diǎn)F以及斗桿油缸在動(dòng)臂上的鉸點(diǎn)D就可以看作為固定基座。與斗桿、動(dòng)臂夾角之間的關(guān)系為 （2-10） （2-11）設(shè)斗桿油缸全縮時(shí)動(dòng)臂與頭桿的夾角為，全伸時(shí)為，那么當(dāng)油缸由全縮到全伸時(shí)斗桿總的轉(zhuǎn)角為 （2-12）斗桿油缸的作用力臂也是可變值。 （2-13）當(dāng)EFDE時(shí)有最大值，即，這時(shí)相應(yīng)的油缸長(zhǎng)度為相應(yīng)的斗桿轉(zhuǎn)角為 （2-14）用斗桿油缸相對(duì)力臂值（即）來(lái)表示時(shí)的力臂，則 （2-15）2.

10、3.3斗齒尖的幾種特殊工作位置的計(jì)算 上圖為正鏟挖掘機(jī)作業(yè)范圍圖，以下為幾種特殊工作位置的分析與計(jì)算。（1）最大挖掘半徑(圖2.5)這時(shí)C、Q、V在同一條水平線上，而且斗桿油缸全伸，即；最大挖掘半徑為 （2-16）最大挖掘半徑處的挖掘高度相應(yīng)為 圖 2.5 最大挖掘半徑（2）最大挖掘高度(圖2.6) 圖 2.6 最大挖掘高度最大挖掘高度為： （2-17）最大挖掘高度時(shí)的挖掘半徑 （2-18）如果最大轉(zhuǎn)斗角度不能保證QV垂直向上，即，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際的值求相應(yīng)的挖掘高度，如圖左上角所示，此時(shí) （2-19）（3）最大挖掘深度(圖2.7) 這時(shí)動(dòng)臂油缸全縮，頭桿FQ及QV垂直向下，即，。 最大挖掘深度為

11、 （2-20）最大挖掘深度時(shí)的挖掘半徑為 （2-21）假若，則FQ不可能呈垂直狀態(tài)，此時(shí)必須根據(jù)具體情況計(jì)算實(shí)際的最大挖掘深度6。圖 2.7 最大挖掘深度（4）停機(jī)平面上的最大挖掘半徑(圖2.8)這是指斗齒靠在地面上、斗桿全部伸出而斗底平面與停機(jī)平面平行的工況。此時(shí)QV線與地面交成角(角是一個(gè)重要的鏟斗參數(shù)，設(shè)計(jì)中應(yīng)認(rèn)真確定)，根據(jù)這種定義可知圖 2.8 停機(jī)平面上的最大挖掘半徑；，其中 （2-22） （2-23）這時(shí)停機(jī)平面上的最大挖掘半徑為 （2-24） 如果，則必須根據(jù)具體情況重新進(jìn)行計(jì)算。第四章 工作裝置各部分基本尺寸計(jì)算確定現(xiàn)從動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)鉸點(diǎn)A出發(fā)，借助各相關(guān)轉(zhuǎn)角q 1、q 2和q

12、3，建立各關(guān)鍵點(diǎn)B、C、DV的位置模型，得到各關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)，從而為下一步的分析提供依據(jù)。 以地面為橫坐標(biāo)，以回轉(zhuǎn)中心線為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系XOY如圖2.4所示。 4.1 動(dòng)臂與平臺(tái)鉸點(diǎn)位置C的確定對(duì)由反鏟挖掘機(jī)改裝的正鏟來(lái)說(shuō)，動(dòng)臂鉸座往往就沿用反鏟動(dòng)臂的鉸座。一般，鉸座都在轉(zhuǎn)臺(tái)中心的前方(>0)，近來(lái)大型正鏟的鉸座卻有向后移(靠近回轉(zhuǎn)中心線)的趨勢(shì)。設(shè)計(jì)時(shí)，可用類(lèi)比法確定或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式初步選取，在此基礎(chǔ)上推薦以履帶軸距L為基本長(zhǎng)度。履帶軸距L=3.123.66 （2-25）式中：為斗容量，取L=3.6m4.2 動(dòng)臂及斗桿長(zhǎng)度的確定同上轉(zhuǎn)斗半徑也可用類(lèi)比法確定或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式初步

13、選取，在此基礎(chǔ)上推薦以履帶軸距L為基本長(zhǎng)度。4.3 機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍確定在動(dòng)臂長(zhǎng)度、斗桿長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)斗半徑及動(dòng)臂油缸與平臺(tái)鉸點(diǎn)C初步確定之后，根據(jù)挖掘機(jī)工作尺寸的要求利用解析法求各機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍，其中包括動(dòng)臂機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角、斗桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角、鏟斗機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍6。(1) 斗桿轉(zhuǎn)角和的確定可根據(jù)最大挖掘半徑確定。最大轉(zhuǎn)角應(yīng)當(dāng)不小于 (2-26)根據(jù)停機(jī)平面上最小挖掘半徑確定。所謂停機(jī)平面上的最小挖掘半徑依不同工作情況而異，有的是指鏟斗最靠近機(jī)體(斗桿油缸全縮)、斗齒尖處于停機(jī)平面而斗底平行于地面，在這種狀態(tài)下開(kāi)始挖掘時(shí)的挖掘半徑。圖 2.9 停機(jī)平面上的最小挖掘半徑如圖2.9所示，這時(shí)斗桿和動(dòng)臂間的夾角為最小()，鏟

14、斗與地面相交成角(見(jiàn)圖2.7)，而斗齒尖V到回轉(zhuǎn)中心的距離為。從幾何推導(dǎo)可知 (2-27)式中、Q點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，且=； (2-28) (2-29) (2-30) 帶入式（2-29）整理后得 (2-31) 有些挖掘機(jī)不要求鏟斗水平鏟入，而往往以一定的后角開(kāi)始挖掘，因而最小挖掘半徑可能比前一種小，加大了停機(jī)平面上的挖掘范圍。在這種情況下QV與水平的夾角將增至。根據(jù)有的資料介紹，為使鏟斗容易切人土壤，開(kāi)始挖掘時(shí)的后角可取為。應(yīng)該注意不論鏟斗開(kāi)始挖掘時(shí)的位置如何，必須以不碰撞履帶板為原則，因此（） (2-32)式中 R驅(qū)動(dòng)輪半徑(毫米)；履帶行走裝置水平投影的對(duì)角線與縱軸問(wèn)的夾角； 考慮轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)

15、連桿裝置及余隙在內(nèi)的間隙，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取200400毫米。(2) 動(dòng)臂傾角和的確定動(dòng)臂最大傾角根據(jù)最大挖掘高度確定。由圖2.5并根據(jù)式(217)和(218)經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出 (2-33)因此先確定后，再根據(jù)可得。動(dòng)臂最小傾角。根據(jù)最大挖掘深度確定。由圖2.5和式(220)得到 (2-34)（3）鏟斗轉(zhuǎn)角和的確定 轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求：滿足工作尺才的要求，即保證所要求的、等參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)；挖掘過(guò)程中能夠調(diào)整切削后角，保證工作正常進(jìn)行，滿足挖掘過(guò)程結(jié)束時(shí)的轉(zhuǎn)斗要求及卸載要求。A.必須滿足工作尺寸的要求為滿足挖掘高度要求(圖2.5) (2-35)為滿足最大挖掘半徑要求(圖2.4) (2-36)為滿足停機(jī)

16、平面上最小挖掘半徑要求(圖2.8) (2-37) (2-38) (2-39) (2-40)為滿足最大挖掘深度要求(圖2.6)B必須滿足挖掘過(guò)程中調(diào)整切削后角的要求挖掘過(guò)程中隨著鏟斗向前運(yùn)動(dòng)，斗的切削后角也不斷發(fā)生改變，為了保證挖掘正常進(jìn)行，斗底不應(yīng)與地面發(fā)生摩擦，即0，為此必須使（圖2.10）又 將式代入，整理后得到 (2-41)圖 2.10 鏟斗運(yùn)動(dòng)方向與切削后角C必須滿足卸載要求由于前卸式鏟斗和底卸式鏟斗的卸載方法不同，因此對(duì)轉(zhuǎn)角的要求也不同。為使卸斗于凈，前卸式鏟斗在卸土?xí)r要求斗底與水平相交成以上的角(見(jiàn)圖2.11a)，因此從圖2.5及式(235)得 (2-42)圖 2.11 不同卸載方

17、式對(duì)的影響底卸式鏟斗卸土?xí)r可假定斗的后壁接近于垂直枚態(tài)，斗底按近于水平位置(圖2.11b)，因此要求 (2-43)對(duì)比(242)和(243)可見(jiàn)，從卸土要求來(lái)看，底卸式鏟斗的轉(zhuǎn)角可比前卸式少左右。D必須滿足挖掘結(jié)束時(shí)鏟斗后傾的要求為了使鏟斗在挖掘結(jié)束時(shí)脫離工作面并在提升過(guò)程中使斗內(nèi)物科不致撒落，鏟斗必須后傾。根據(jù)裝裁機(jī)的要求鏟斗裝滿后斗底必須向上傾斜角， 顯然這時(shí)QV連線也必然向上翹起角。結(jié)合圖2.7和2.12可知+ (2-44)根據(jù)以上所得的公式(235)(244)就可以初步確定動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍。但是求出這些參數(shù)后還必須校接所規(guī)定的其它工作參數(shù)，如最大卸載高度、最大卸載高度時(shí)的卸載

18、半徑、最大挖掘高度時(shí)的挖掘半徑等，如不能滿足則應(yīng)加以修正。圖 2.12 鏟斗后傾示意圖但是由于設(shè)計(jì)說(shuō)明中已經(jīng)給出所需要的鏟斗轉(zhuǎn)角范圍為145°265°4.4動(dòng)臂油缸的鉸點(diǎn)及行程確定確定動(dòng)臂油缸及其鉸點(diǎn)位置時(shí)首先應(yīng)滿足動(dòng)臂變幅時(shí)力短和轉(zhuǎn)角的要求。圖2.13中設(shè)動(dòng)臂油缸全縮和全伸時(shí)的位置為和，則；。再假定鉸點(diǎn)B不在動(dòng)臂中心線CF上，且(當(dāng)B在CF線下方時(shí)為“十”，反之為“一”)。那么由幾何推導(dǎo)可以求出工作時(shí)動(dòng)臂油缸的起始力臂和終了力臂的值： (2-45) (2-46)式中各參數(shù)可見(jiàn)表210、211及公式(257)。如果CF線處于水平線以下則用負(fù)值代入。圖 2.13 動(dòng)臂提升機(jī)構(gòu)

19、計(jì)算示意圖設(shè)起始力臂和終了力臂的比值為K，則 (2-47)或 （2-48）展開(kāi)并整理后得到 (2-49)對(duì)式(248)、(249)可作如下分析：(1)公式表示了、K、諸值之間存在著一定的依賴(lài)關(guān)系。當(dāng)其它數(shù)值不變，降低值則K值下降，因而對(duì)上部挖掘有利；當(dāng)、K不變，降低值會(huì)使加大而減小，對(duì)挖高有利。這些都說(shuō)明正鏟的值應(yīng)當(dāng)比反鏟的小。但是如果工作尺寸已定，過(guò)多降低值會(huì)對(duì)下部挖掘不利，甚至在下部挖掘時(shí)不能提起滿載斗；此外為了保證、和K，降低值就必須加大值，加大了油缸行程，對(duì)油缸的穩(wěn)定性也有影響。所以當(dāng)確定值時(shí)必須全面考慮，籠統(tǒng)地給定正鏟或反鏟的值是不恰當(dāng)?shù)摹?2)當(dāng)、K等值固定，與之間也存在一定的關(guān)系

20、，即為常數(shù)。在反鏟上由于需要提高地面以下的挖掘性能，值往往都是負(fù)值。因此加大可以減小動(dòng)臂的彎曲程度，對(duì)動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有利。而正鏟動(dòng)臂一般不采用反鏟那樣大曲率的彎臂，角主要按油缸在動(dòng)臂上的鉸接方式而定，有時(shí)油缸鉸在動(dòng)留下緣的耳板上(動(dòng)臂截面不致削弱)；有時(shí)靠?jī)蓚€(gè)鐘形座鉸于動(dòng)臂兩側(cè)(在雙缸方案中常采用)等等，因而角有正有負(fù)，但角度一般部不大，因此對(duì)的影響也不很大。綜合上述兩點(diǎn)，建議在初步設(shè)計(jì)中先確定動(dòng)臂結(jié)構(gòu)，初選值，然后根據(jù)工作尺寸的需要，在確定、基礎(chǔ)上按公式(249)求合理的值。一般情況下正鏟的值不大干。(3)值主要應(yīng)從油缸的穩(wěn)定性出發(fā)選用，建議取1.61.7。(4)由于正鏟主要挖掘地面以上土，

21、終了力臂不能忽視，故K值可建議在0.901.14的范圍內(nèi)選取。設(shè)計(jì)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)時(shí)合理地確定A、B、C三點(diǎn)的位置非常重要。從和中(圖2.13)還能得到如下關(guān)系式 (2-50) (2-51)用公式(24)代入得 (2-52) (2-53)令，代人上式，解聯(lián)立方程后得到 (2-54) (2-55)以上我們根據(jù)動(dòng)臂轉(zhuǎn)角需要和K值確定了、等比例系數(shù)和值，因此只要進(jìn)一步求出、中任一值就可以求得其它各參數(shù)。對(duì)于正鏟來(lái)說(shuō)動(dòng)臂油缸的主要作用是將滿載斗由任何可能挖掘的位置舉升到卸載點(diǎn)。而在最大挖掘半徑下舉升滿載斗時(shí)的提升力矩往往接近最大值，此時(shí)油缸的作用力臂也接近于最大值，且。另一方面油缸的缸徑一般部按照系列選用，并

22、且還要考慮與其它油缸通用等問(wèn)題，因此缸徑?jīng)]有很多選擇的余地。鑒于以上情況可以在預(yù)先確定油缸數(shù)目和缸徑的前提下初步選擇鉸點(diǎn)距離AC()。 (2-56)式中 M提升力矩，圖214，即各部分重量對(duì)C點(diǎn)的力矩和，其中包括動(dòng)臂重量、斗桿重量、斗和土壤的重量、連桿裝置重量以及油缸重量、等。初步設(shè)計(jì)時(shí)這些重量和重心位置可根據(jù)類(lèi)比法確定；s油缸推力， s，其中、分別為動(dòng)臂油缸數(shù)目和缸徑；p是系統(tǒng)的工作壓力；油缸和鉸點(diǎn)的機(jī)械效率，在初步設(shè)計(jì)時(shí)可取=0.85。 將式(2110)和(2111)的結(jié)果代人式(257)，就能求得其余參數(shù)值。動(dòng)臂機(jī)構(gòu)還必須按以下兩種情況進(jìn)行校核； 1)動(dòng)筒在上部或下部極限位置時(shí)的舉升能力

23、；2)主要挖掘范圍內(nèi)挖掘時(shí)動(dòng)臂油缸能提供的閉鎖能力(借助電算結(jié)合整機(jī)挖掘力分析進(jìn)行)。 4.5斗桿油缸鉸點(diǎn)及行程確定選擇斗桿油缸在動(dòng)臂和斗桿上的鉸點(diǎn)D和E并確定斗桿油缸的長(zhǎng)度和。如圖215所示，假設(shè)斗桿油缸全縮和全伸時(shí)的長(zhǎng)度為和，則。=，對(duì)F點(diǎn)的相應(yīng)力臂為和。也取比例系數(shù)圖 2.14 確定提升機(jī)構(gòu)的示意圖圖 2.15 斗桿機(jī)構(gòu)計(jì)算示意圖；則初始與終了力臂比K為K= (2-57)或 最后得到 (2-58)式中和相應(yīng)為DF、FC的夾角和EF、FQ的夾角。若CF或FQ落在的外側(cè)，則夾角為正，反之為負(fù)。因此在初步設(shè)計(jì)中如果根據(jù)動(dòng)臂和斗桿的結(jié)構(gòu)形式及鉸點(diǎn)的固定方式預(yù)先確定一個(gè)角，則可按公式求出第二個(gè)角，

24、或者根據(jù)所求的值結(jié)合具體結(jié)構(gòu)情況分別確定各值。計(jì)算斗桿機(jī)構(gòu)時(shí)建議K值取0.91，以使開(kāi)始挖掘和挖掘終了時(shí)作用力臂大致相同。值仍建議取1.61.7。 同樣，由和可列出聯(lián)立方程 (2-59) (2-60)令，并將代人上式，解聯(lián)立方程后得到 (2-61) (2-62)下面介紹一種根據(jù)挖掘作功的理論確定斗桿油缸參數(shù)的方法。設(shè)斗桿油缸挖掘時(shí)需要克服的切向挖掘阻力為，那么 (2-64)式中 b切削寬度(厘米)； h平均切削深度(厘米)； 挖掘比阻力，取設(shè)計(jì)任務(wù)所規(guī)定的最硬土壤的挖掘比阻力值(公斤厘米)。假設(shè)鏟斗在行程L(厘米)中裝滿，那么在裝斗過(guò)程中消耗到挖掘土壤上的功為（ (2-65)式中 q斗容量()

25、； 、鏟斗的充滿系數(shù)和土壤的松散系數(shù)。顯然這個(gè)功由斗桿油缸來(lái)完成，而在此期間斗桿油缸所作的功為 (2-66)式中 S斗桿油缸推力，其中，是斗桿油缸數(shù)量和缸徑，是系統(tǒng)工作壓力； 油缸和鉸點(diǎn)的機(jī)械效率，在初步設(shè)計(jì)時(shí)建議取=0.85； 油缸挖掘行程。在正鏟上一般認(rèn)為鏟斗應(yīng)在斗桿油缸60的行程內(nèi)裝滿，則=其中是斗桿油缸全行程。因此從作功出發(fā)可列出平衡方程式= (2-67) = (2-68)確定斗桿油缸行程之后，不難求出其全縮和全伸時(shí)的長(zhǎng)度，即 (2-69) (2-70)將式(269)、(270)和（2-62）所得的結(jié)果代入就可求出等值。所選購(gòu)油缸及斗桿機(jī)構(gòu)的其它參數(shù)應(yīng)按油缸極限位置時(shí)能產(chǎn)生偽挖掘力進(jìn)行

26、驗(yàn)算，此時(shí)斗桿油缸的挖掘力應(yīng)不低于斗桿挖掘時(shí)遇到的正常挖掘阻力。而這些數(shù)值作為已知條件，課題已給出。4.6鏟斗油缸鉸點(diǎn)及行程確定轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)應(yīng)保證鏟斗有一定的挖掘能力，并具有必要的閉鎖能力。但正鏟上轉(zhuǎn)斗挖掘不是主要的挖掘方式，因此在參數(shù)選擇時(shí)提出以下幾點(diǎn)作為參考：(1)在主要挖掘土壤中工作時(shí)，轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)保證鏟斗在70一100的轉(zhuǎn)斗行程內(nèi)挖滿土；(2)在最硬的土壤中工作時(shí)，轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)應(yīng)保證在主要挖掘范圍內(nèi)用斗桿油缸挖掘時(shí)鏟斗油缸具有必要的閉鎖能力；(3)參考前端裝載機(jī)設(shè)計(jì)要求，建議在鏟斗油缸全伸時(shí)斗齒上的挖掘力不低于滿斗土重的兩倍。 根據(jù)以上幾點(diǎn)，在初步設(shè)計(jì)時(shí)也可以用挖掘作功的理論來(lái)選擇鏟斗油缸參數(shù)

27、。與斗桿機(jī)構(gòu)計(jì)算相類(lèi)似，可直接列出鏟斗油缸的行程 (2-71)式中 鏟斗油缸挖掘行程與全行程的比率，取1，其中大值適用于低卸式鏟斗，小值適用于前卸式鏟斗； 挖掘比阻力，建議采用主要挖掘土壤的值； 鏟斗油缸數(shù)量及缸徑； 油缸和鉸點(diǎn)的效率。在具有連桿裝置的情況下取=0.80.85。仍取油僅全伸和全縮時(shí)長(zhǎng)度之比為1.7），則鏟斗油缸長(zhǎng)度為 (2-72) (2-73)油缸的鉸點(diǎn)位置、連桿裝置的結(jié)構(gòu)形式及其鉸點(diǎn)布置在初步設(shè)計(jì)時(shí)可參考樣機(jī)或采用類(lèi)比法預(yù)先確定，再根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)角及其與FQ連線的相對(duì)位置進(jìn)行校核。第五章 工作裝置主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)件的計(jì)算主要是指對(duì)斗桿和動(dòng)臂在不利工況下進(jìn)行載荷分析，

28、以計(jì)算其材料與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。§5.1斗桿反鏟挖掘機(jī)斗桿的強(qiáng)度主要由彎矩控制。取以下兩個(gè)工況位置進(jìn)行強(qiáng)度校核。一、工況一1、動(dòng)臂位于最低；2、斗桿油缸作用力臂最大；3、斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線上；4、側(cè)齒遇障礙有橫向作用力。切向最大挖掘力取決斗桿油缸的閉鎖力，取斗桿為隔離體，按力矩平衡求得：式中，斗桿和鏟斗的重量（噸）；斗桿和鏟斗長(zhǎng)（米）；斗桿重力到動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（米）；鏟斗重力到動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（米）取鏟斗為隔離體，按力矩平衡求得鏟斗油缸工作力：式中，鏟斗重力到鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)的距離（米）；連桿到鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)的距離（米）；連桿到搖桿與斗桿鉸點(diǎn)的距離

29、（米）；搖桿的長(zhǎng)度（米）。法向阻力取決于動(dòng)臂油缸的閉鎖力，取整個(gè)工作裝置為隔離體，由力矩平衡求得： (噸)式中，切向挖掘阻力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）；法向挖掘阻力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）；動(dòng)臂油缸作用力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）；工作裝置各個(gè)部分對(duì)動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力矩和。鏟斗邊齒遇障礙時(shí)，橫向挖掘阻力取決于回轉(zhuǎn)平臺(tái)的制動(dòng)力矩： (噸)式中，橫向挖掘阻力與回轉(zhuǎn)中心間的距離。按圖解法和力平衡方程求得斗桿所受作用力。此外，斗桿與鏟斗鉸點(diǎn)處還作用有和產(chǎn)生的橫向力矩：式中，b鏟斗寬（米）。切向挖掘阻力作用于斗邊齒，造成對(duì)斗桿的扭矩： (噸*米)按以上作用力分析，作斗桿內(nèi)力圖，包括軸力N，斗桿平面內(nèi)的剪力和彎矩

30、，斗桿平面外的剪力和彎矩，以及扭矩如圖5-1。取彎矩最大處進(jìn)行校核，斷面如圖5-3所示： 圖5-3斷面面積為： 斷面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 斷面處壓應(yīng)力為： 斗桿平面內(nèi)剪應(yīng)力為： 圖5-2斗桿平面內(nèi)彎曲正應(yīng)力：斗桿平面外剪應(yīng)力為： 斗桿平面外彎曲正應(yīng)力： 按閉口薄壁桿件公式計(jì)算扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：=14.7 式中，截面中線所圍面積 最小壁厚此時(shí)，有附加載荷，斗桿安全系數(shù)取為2，材料16Mn的屈服極限=350，則，許用應(yīng)力最大壓應(yīng)力<X方向最大剪應(yīng)力<Y方向最大剪應(yīng)力<故，強(qiáng)度滿足。二、工況二1、動(dòng)臂位于動(dòng)臂油缸最大作用力臂處；2、斗桿油缸作用力臂最大；3、鏟斗斗齒尖，動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)，斗桿與鏟斗鉸

31、點(diǎn)三點(diǎn)位于同一直線；4、正常挖掘，挖掘阻力對(duì)稱(chēng)于鏟斗，無(wú)橫向力。斗桿受力分析同工況一。切向最大挖掘力取決斗桿油缸的閉鎖力，取斗桿為隔離體，按力矩平衡求得： (噸)式中，斗桿和鏟斗的重量（噸）；斗桿和鏟斗長(zhǎng)（米）；斗桿重力到動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（米）；鏟斗重力到動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（米）取鏟斗為隔離體，按力矩平衡求得鏟斗油缸工作力： (噸)式中，鏟斗重力到鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)的距離（米）；連桿到鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)的距離（米）；連桿到搖桿與斗桿鉸點(diǎn)的距離（米）；搖桿的長(zhǎng)度（米）。法向阻力取決于動(dòng)臂油缸的閉鎖力，取整個(gè)工作裝置為隔離體，由力矩平衡求得：2.571(噸)式中，切向挖掘阻力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）

32、；法向挖掘阻力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）；動(dòng)臂油缸作用力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）；工作裝置各個(gè)部分對(duì)動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力矩和。按圖解法和力平衡方程求得斗桿所受作用力。按以上作用力分析，作斗桿內(nèi)力圖， 圖5-5包括軸力N，斗桿平面內(nèi)的剪力，彎矩如圖5-5。取彎矩最大處進(jìn)行校核，斷面如圖5-6所示：受力分析同上。斷面處壓應(yīng)力為： 斗桿平面內(nèi)剪應(yīng)力為： 斗桿平面內(nèi)彎曲正應(yīng)力：此時(shí)，為主載荷，斗桿安全系數(shù)取為2.5，材料16Mn的屈服極限=350，則，許用應(yīng)力 圖5-6最大壓應(yīng)力<最大剪應(yīng)力<故，強(qiáng)度滿足。§5.2 動(dòng)臂反鏟裝置動(dòng)臂的強(qiáng)度校核按挖掘中動(dòng)臂可能出現(xiàn)的最大載荷來(lái)選定計(jì)算位置。

33、一、工況一1、 工作裝置處于最大挖掘深度處；2、 正常挖掘，無(wú)橫向作用力。切向最大挖掘力取決斗桿油缸的閉鎖力，取斗桿為隔離體，按力矩平衡求得： 式中，斗桿和鏟斗的重量（噸）；斗桿和鏟斗長(zhǎng)（米）；斗桿重力到動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（米）；鏟斗重力到動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)的力臂（米）法向阻力取決于動(dòng)臂油缸的閉鎖力，取整個(gè)工作裝置為隔離體，由力矩平衡求得： (噸)式中，切向挖掘阻力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）；法向挖掘阻力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）；動(dòng)臂油缸作用力到動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力臂（米）；工作裝置各個(gè)部分對(duì)動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的力矩和。取鏟斗和斗桿為隔離體，求得斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)處的作用力。再取動(dòng)臂為隔離體，求得動(dòng)臂下鉸點(diǎn)的作用力。按以上作用力分析，作動(dòng)臂內(nèi)力圖，包括軸力N，動(dòng)臂平面內(nèi)的剪力和彎矩如圖5-8。取動(dòng)