正鏟單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）-課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目： 正鏟單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械制造工藝與設(shè)備 班 級(jí): 機(jī)制一班 學(xué) 號(hào)： 20137709 姓 名: 劉鑫 指導(dǎo)老師： 溫亞蓮 完成日期： 2016年9月2日 機(jī)械原理設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名 劉鑫 班級(jí) 機(jī)制一班 學(xué)號(hào) 20137709 設(shè)計(jì)題目： 正鏟單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介正鏟挖掘機(jī)的鏟土動(dòng)作形式。其特點(diǎn)是“前進(jìn)向上,強(qiáng)制切土”。正鏟挖掘力大，能開挖停機(jī)面以上的土，宜用于開挖高度大于2m的干燥基坑，正鏟的挖斗比同當(dāng)量的反鏟的挖掘機(jī)的斗要大一些，其工作裝置直接決定其工作范圍和工作能力。

2、二、 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求題號(hào)鏟斗容量挖掘深度挖掘高度挖掘半徑卸載高度A4.2m33。05m20.6m16。3m11。2m三、 設(shè)計(jì)任務(wù)1、繪制挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，確定機(jī)構(gòu)的自由度，對(duì)其驅(qū)動(dòng)油缸在幾種工況下的運(yùn)動(dòng)繪制運(yùn)動(dòng)線圖；2、根據(jù)所提供的工作參數(shù)，對(duì)挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度綜合，確定工作機(jī)構(gòu)各個(gè)桿件的長(zhǎng)度；3、用軟件(VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并畫出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。4、編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，其中應(yīng)包括設(shè)計(jì)思路、計(jì)算及運(yùn)動(dòng)模型建立過程以及效果分析等。5、在機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用機(jī)構(gòu)綜合實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。完成日期

3、： 2016 年 9 月 2 日 指導(dǎo)教師 溫亞蓮 摘要正鏟挖掘機(jī)的開挖方式根據(jù)開挖路線與汽車相對(duì)位置的不同分為正向開挖、側(cè)向裝土以及正向開挖、后方裝土兩種，前者生產(chǎn)率較高.正鏟的生產(chǎn)率主要決定于每斗作業(yè)的循環(huán)延續(xù)時(shí)間。為了提高其生產(chǎn)率,除了工作面高度必須滿足裝滿土斗的要求之外,還要考慮開挖方式和與運(yùn)土機(jī)械配合。盡量減少回轉(zhuǎn)角度，縮短每個(gè)循環(huán)的延續(xù)時(shí)間。 反鏟的開挖方式可以采用溝端開挖法,即反鏟停于溝端，后退挖土，向溝一側(cè)棄土或裝汽車運(yùn)走，也可采用溝側(cè)開挖法，即反鏟停于溝側(cè)，沿溝邊開挖，它可將土棄于距離溝較遠(yuǎn)的地方，如裝車則回轉(zhuǎn)角度較小，但邊坡不易控制。 單斗液壓挖掘機(jī)主要由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、

4、動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸等組成。鏟斗的斗底利用液壓缸來開啟，斗桿是鉸接在動(dòng)臂的頂端，由雙作用的斗桿油缸使其轉(zhuǎn)動(dòng)。斗桿油缸的一端鉸接在動(dòng)臂上,另一端鉸接在斗桿上.其鉸接形式有兩種:一種是鉸接在斗桿的前端；另一種是鉸接在斗桿的尾端.動(dòng)臂均為單桿式，頂端呈叉形，以便與斗桿鉸接。動(dòng)臂有單節(jié)的和雙節(jié)的兩種。單節(jié)的動(dòng)臂有長(zhǎng)短兩種備品,可根據(jù)需要更換.雙節(jié)的動(dòng)臂則由上、下兩節(jié)拼裝而成，根據(jù)拼裝點(diǎn)的不同，動(dòng)臂的工作長(zhǎng)度也不同。一、 正鏟挖掘機(jī)自由度計(jì)算根據(jù)下圖所示的挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，我們可以對(duì)其自由度進(jìn)行計(jì)算。通過對(duì)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的分析，可以看出該工作裝置有11根桿件組成,其中包含15個(gè)運(yùn)動(dòng)副,即12個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，3

5、移動(dòng)副,共包含15個(gè)低副，沒有高副.自由度計(jì)算：n=11,PH=0,PL=15 則:F=3n-2PLPH=311-2*150=3二、 挖掘機(jī)參數(shù)計(jì)算2.1、液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)主要包括：標(biāo)準(zhǔn)斗容量：指挖掘級(jí)或密度為 的土壤時(shí)，代表該挖掘機(jī)登記的一種鏟斗堆積容量.最大挖掘高度：指工作裝置處于最大舉升高度時(shí)，鏟斗齒尖到停機(jī)地面的距離。最大挖掘半徑：在挖掘機(jī)縱向中心平面上鏟斗齒尖離機(jī)器回轉(zhuǎn)中心的最大距離。最大挖掘深度：指動(dòng)臂處在最低位置，且斗齒尖，鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)，斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)三點(diǎn)在同一條垂直停機(jī)面的直線上,斗齒尖與停機(jī)面的最大距離。最大卸載高度：指動(dòng)臂、斗桿處于最大舉升高度,翻轉(zhuǎn)卸

6、土，斗齒尖處在最低位置時(shí)，斗齒尖到停機(jī)面的距離.2.2、液壓正鏟挖掘機(jī)工作裝置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析2.2。1動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析動(dòng)臂AD的位置由動(dòng)臂油缸MC的長(zhǎng)度決定.和動(dòng)臂水平傾角之間的關(guān)系可用下式表示 (21） （22)從上式看出,a11a2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： (23)為了便于運(yùn)算和比較，仍用無因次比例系數(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 (25） (2-6）而動(dòng)臂總轉(zhuǎn)角為 （27）動(dòng)臂油缸伸縮時(shí)對(duì)A點(diǎn)

7、的力臂也在不斷變化，由圖可知 （28）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(即來表示油缸長(zhǎng)為時(shí)的力臂,則 （29）綜上所述，動(dòng)臂傾角、力臂和都是的參數(shù)。2.2.2斗桿運(yùn)動(dòng)分析斗桿DJ的位置由動(dòng)臂AD和斗桿油缸BE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)D以及斗桿油缸在動(dòng)臂上的鉸點(diǎn)B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） (211)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

8、用力臂也是可變值。 （213）當(dāng)MCAD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 (214)用斗桿油缸相對(duì)力臂值（即）來表示時(shí)的力臂，則 （2-15）2.2.2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： （217）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GJ垂直向上，即,

9、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) (219）(3）最大挖掘深度(圖2.7) 這時(shí)動(dòng)臂油缸全縮，頭桿DG及GJ垂直向下，即，。 最大挖掘深度為 （220）最大挖掘深度時(shí)的挖掘半徑為 （2-21）假若，則DG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。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 （222） (223)這時(shí)停機(jī)平面上的最大挖掘半徑

10、為 （224） 如果,則必須根據(jù)具體情況重新進(jìn)行計(jì)算.2。3 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 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. 2.3。1 動(dòng)臂與平臺(tái)鉸點(diǎn)位置A的確定對(duì)由反鏟挖掘機(jī)改裝的正鏟來說,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

11、帶軸距L=3.123.66 （2-25）式中：為斗容量,取L=3.6m2。3.2 動(dòng)臂及斗桿長(zhǎng)度的確定同上轉(zhuǎn)斗半徑也可用類比法確定或根據(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。2.3.3 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.（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 (226）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

12、處于停機(jī)平面而斗底平行于地面，在這種狀態(tài)下開始挖掘時(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()，鏟斗與地面相交成角(見圖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，開始挖掘時(shí)的后角可取為。應(yīng)該注意不論鏟斗開

13、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)角線與縱軸問的夾角； -考慮轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)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)過運(yùn)算得出 (233）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(2-20)得到 （234）（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，滿足挖掘過程

14、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)平面上最小挖掘半徑要求(圖2.8) （237) （238) (2-39） （240）為滿足最大挖掘深度要求(圖2.6)B必須滿足挖掘過程中調(diào)整切削后角的要求挖掘過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 (241)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.

15、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(見圖2.11a）,因此從圖2.5及式(2-35)得 （242）圖 2。11 不同卸載方式對(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 （243)對(duì)比（242）和（243)可見,從卸土要求來看,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（

16、235）(2-44)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2.3.4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: （245) （246)式中各參數(shù)可見表210、211及公式(257）。如

17、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)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）展開并整理后得到 （249)對(duì)式(2-48)、(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

18、鏟的值是不恰當(dāng)?shù)?(2）當(dāng)、K等值固定,與之間也存在一定的關(guān)系，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

19、發(fā)選用，建議取1.61。7。(4)由于正鏟主要挖掘地面以上土，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) (251)用公式(24)代入得 （252) (2-53）令，代人上式，解聯(lián)立方程后得到 （2-54) (255)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)于正鏟來說動(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

20、近于最大值，且。另一方面油缸的缸徑一般部按照系列選用，并且還要考慮與其它油缸通用等問題,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（）。 （256)式中 M-提升力矩，圖2-14，,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(2-110）和（2-111）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

21、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；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）。 2。3.5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= （257)或 最后得到 （258）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

22、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,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 （259) （260）令，,并將代人上式，解聯(lián)立方程后得到 (261） （262)2。3.6計(jì)算結(jié)果所有桿長(zhǎng)數(shù)據(jù)如下： （單位均為mm）固定點(diǎn)坐標(biāo)：A(1000,5696) M(3000,2696)桿長(zhǎng)：AB=3208 BC=1788.2 BD=6000 AD=8000 DG=6999.98 KG=4999。25 DK=3001。46 DE=1999。97

23、FG=1000 GJ=1746 IJ=1021.38 IG=897.84 HI=1000 HF=1500 油缸：MC=3799.77 MC=2551。8 BE=5168.62 BE=4624。5 EH=5428.97 EH=4157 三、 工作裝置主要部件的強(qiáng)度校核主要結(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，以計(jì)算其材料與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。3。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。3.1.1 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

24、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（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

25、。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，斗桿平面外的剪力和彎矩，以及扭矩。取彎矩最大處進(jìn)行校核,斷面如圖3-2所示: 圖3-2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3-3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

26、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。3.1.2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)，斗桿與鏟斗鉸點(diǎn)三點(diǎn)位于同一直線；4、正常挖掘,挖掘阻力對(duì)稱于鏟斗，無橫向力。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）

27、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）；-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， 包括軸力N，斗桿平面內(nèi)的剪力，彎矩如圖34。取彎矩最大處進(jìn)行校核,斷面如圖35所示:

28、圖3-4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 最大壓應(yīng)力 圖35最大剪應(yīng)力故，強(qiáng)度滿足。3.2 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)的最大載荷來選定計(jì)算位置。3。2。1、工況一1、 工作裝置處于最大挖掘深度處；2、 正常挖掘，無橫向作用力。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36。取動(dòng)臂彎曲處進(jìn)行強(qiáng)度校核,斷面如圖37:斷面面積為： 斷面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：