液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 航空制造工程學(xué)院專業(yè)名稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班級學(xué)號： 08031717學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二O一二 年 六 月 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置設(shè)計(jì) 摘要：液壓挖掘機(jī)是一種重要的工程機(jī)械，它的廣泛應(yīng)用對于減輕勞動量，保證工程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度，提高勞動生產(chǎn)率起了巨大的作用。反鏟工作裝置由動臂，斗桿，動臂液壓缸，斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸組成。 本文根據(jù)液壓挖掘機(jī)反鏟裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，對其各主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析。并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)說明書的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合各機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，在對各機(jī)構(gòu)分析計(jì)算的同時(shí)，結(jié)合構(gòu)件已知尺寸參

2、數(shù)，算出各機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的其它參數(shù)，為各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。挖掘力是衡量挖掘機(jī)挖掘能力的重要參數(shù)。挖掘力是由各液壓缸中的油液壓力提供的，是主動力。最大挖掘力的實(shí)現(xiàn)受諸多因素的制約，它是工作裝置各鉸點(diǎn)受力分析的基礎(chǔ)。挖掘阻力不僅與鏟斗的尺寸形狀有關(guān)，還與挖掘?qū)ο笥嘘P(guān)，是兩者的綜合反映。 關(guān)鍵詞： 液壓挖掘機(jī) 反鏟裝置 運(yùn)動分析 參數(shù)設(shè)計(jì) 力學(xué)分析 指導(dǎo)老師簽名： The Design for Backhoe Equipment of the Hydraulic ExcavatorStudent name : Dong Chen xi Class: 080317 Supervisor: Xin

3、g PuAbstract: Hydraulic excavator is an important engineering machinery. Its wide application played a tremendous role to reducing the volume of labor and to ensuring project quality and to accelerating progress and to increasing productivity. Backhoe working devices is made up of a moving arm and a

4、 fighting pole and shovel and a hydraulic tank of moving arm and a hydraulic tank of fighting pole and a hydraulic tank of shovel. Based on the hydraulic excavator backhoe device characteristics and the structure of principle , to all the major institutions of the kinematic analysis . On this basis

5、, in accordance with the design specification design requirements , with the bodies of the characteristics and design requirements , in terms of the various agencies at the same time , combining elements of known size parameters , calculated in the component agencies of other parameters , for variou

6、s components , The shape of design data support.Mining is a measure of the ability of excavators digging the important parameters. Mining is done by the hydraulic cylinder of the pressure on the oil , is initiative , the largest excavation of the realization by many factors , it is also working devi

7、ce to hinge point Analysis of the foundation . Mining resistance not only reflect the size of bucket shape , but also with the excavation of the object , is a comprehensive reflection of the two.Keyword： hydraulic excavator backhoe device motion analysis design parameters mechanical Signature of Sup

8、ervisor:目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc15795 1 前言 HYPERLINK l _Toc19159 課題背景及目的 PAGEREF _Toc19159 1 HYPERLINK l _Toc23236 1.2 國內(nèi)外研究狀況 PAGEREF _Toc23236 1 HYPERLINK l _Toc3808 1.3 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容 PAGEREF _Toc3808 3 HYPERLINK l _Toc26901 2 挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì) HYPERLINK l _Toc20558 2.1 工作裝置構(gòu)成 PAGEREF _Toc20558 4

9、HYPERLINK l _Toc27848 2.2 動臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式 PAGEREF _Toc27848 5 HYPERLINK l _Toc17885 2.3 動臂油缸與鏟斗油缸的布置 PAGEREF _Toc17885 6 HYPERLINK l _Toc70 2.4 鏟斗與鏟斗油缸的連接方式 PAGEREF _Toc70 6 HYPERLINK l _Toc19586 2.5 鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇 PAGEREF _Toc19586 7 HYPERLINK l _Toc20503 2.6 原始幾何參數(shù)的確定 PAGEREF _Toc20503 8 HYPERLINK l _Toc15463

10、 3 挖掘機(jī)的工作裝置詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析 HYPERLINK l _Toc17022 動臂運(yùn)動分析 PAGEREF _Toc17022 11 HYPERLINK l _Toc32410 斗桿的運(yùn)動分析 PAGEREF _Toc32410 12 HYPERLINK l _Toc4308 鏟斗的運(yùn)動分析 PAGEREF _Toc4308 13 HYPERLINK l _Toc12651 3.3.1鏟斗的傳動比 PAGEREF _Toc12651 13 HYPERLINK l _Toc2306 3.3.2最大卸載高度 PAGEREF _Toc2306 15 HYPERLINK l _Toc2267

11、6 3.3.3最大挖掘半徑 PAGEREF _Toc22676 16 HYPERLINK l _Toc8076 4 工作裝置各部分的基本尺寸計(jì)算和驗(yàn)證 HYPERLINK l _Toc16270 4.1 鏟斗各參數(shù)的確定 PAGEREF _Toc16270 17 HYPERLINK l _Toc32505 4.1.1鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計(jì)及基本要求 PAGEREF _Toc32505 17 HYPERLINK l _Toc10193 4.1.2鏟斗主要參數(shù)的確定 PAGEREF _Toc10193 17 HYPERLINK l _Toc26544 4.2 動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 PAGEREF _To

12、c26544 18 HYPERLINK l _Toc10825 4.3 斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的選擇 PAGEREF _Toc10825 20 HYPERLINK l _Toc23391 4.4 鏟斗機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的選擇 PAGEREF _Toc23391 21 HYPERLINK l _Toc8684 4.4.1轉(zhuǎn)角范圍 PAGEREF _Toc8684 21 HYPERLINK l _Toc23623 4.4.2鏟斗機(jī)構(gòu)其它基本參數(shù)的計(jì)算 PAGEREF _Toc23623 21 HYPERLINK l _Toc28903 5 工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) HYPERLINK l _Toc24291 5.1

13、挖掘阻力分析 PAGEREF _Toc24291 23 HYPERLINK l _Toc27784 5.1.1轉(zhuǎn)斗挖掘阻力計(jì)算 PAGEREF _Toc27784 23 HYPERLINK l _Toc27454 5.1.2斗桿挖掘阻力計(jì)算 PAGEREF _Toc27454 24 HYPERLINK l _Toc11482 5.2 斗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc11482 25 HYPERLINK l _Toc20663 5.2.1斗桿的受力分析 PAGEREF _Toc20663 25 HYPERLINK l _Toc1342 5.2.2結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 PAGEREF _Toc1

14、342 30 HYPERLINK l _Toc14528 5.3 動臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc14528 32 HYPERLINK l _Toc22181 5.3.1第一工況位置 PAGEREF _Toc22181 33 HYPERLINK l _Toc4262 5.3.2第二工況位置 PAGEREF _Toc4262 36 HYPERLINK l _Toc12482 5.3.3內(nèi)力圖和彎矩圖的求解 PAGEREF _Toc12482 39 HYPERLINK l _Toc2692 5.4 鏟斗的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2692 43 HYPERLINK l _Toc8624

15、5.4.1鏟斗斗形尺寸的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc8624 43 HYPERLINK l _Toc14023 5.4.2鏟斗斗齒的結(jié)構(gòu)計(jì)算 PAGEREF _Toc14023 44 HYPERLINK l _Toc20446 5.5 挖掘機(jī)工作裝置油缸推力 PAGEREF _Toc20446 44 HYPERLINK l _Toc6205 PAGEREF _Toc6205 44 HYPERLINK l _Toc4001 5.5.2斗桿油缸推力 PAGEREF _Toc4001 45 HYPERLINK l _Toc31497 5.5.3動臂油缸推力 PAGEREF _Toc31497 45

16、 HYPERLINK l _Toc7815 5.6 銷軸與襯套的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7815 46 HYPERLINK l _Toc13213 5.6.1銷軸的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc13213 46 HYPERLINK l _Toc9107 5.6.2銷軸用螺栓的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc9107 46 HYPERLINK l _Toc31802 5.6.3襯套的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc31802 46 HYPERLINK l _Toc5660 6 結(jié)論 HYPERLINK l _Toc17572 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc17572 48 HYPERLIN

17、K l _Toc19828 致 謝 PAGEREF _Toc19828 49 HYPERLINK l _Toc6910 附錄：三維建模,裝配截圖 PAGEREF _Toc6910 50液壓挖掘機(jī)反鏟裝置設(shè)計(jì)1前言 液壓挖掘機(jī)是一種重要的工程機(jī)械，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利電氣工程、農(nóng)田改造、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工程等行業(yè)的機(jī)械化施工中，對減輕繁重的體力勞動、保證工程質(zhì)量、加快建設(shè)速度、提高勞動生產(chǎn)率起著十分巨大的作用。 反鏟式液壓挖掘機(jī)工作裝置是一個較復(fù)雜的空間機(jī)構(gòu)，國內(nèi)外對其運(yùn)動分析、機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面都作了較深入的研究，具體的設(shè)計(jì)特別是中型挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)趨于成熟。

18、我國挖掘機(jī)械行業(yè)近年來雖有很大的發(fā)展，但從產(chǎn)品的種類、數(shù)量和技術(shù)性能及制造質(zhì)量上都還不能滿足現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展的要求，迅速地提高挖掘機(jī)械的設(shè)計(jì)、研究和生產(chǎn)的技術(shù)水平是當(dāng)前挖掘機(jī)械行業(yè)所面臨的迫切而艱巨的任務(wù)。所以非常有必要提高挖掘機(jī)工作裝置的可靠性，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、減輕工作裝置重量、提高工作效率、減少能耗，從而提高挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計(jì)水平和自主開發(fā)能力。我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從1954年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)的第一臺斗容量為1 SKIPIF 1 0 的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個階段。新中國成立初期，以測繪仿制前蘇聯(lián)20世紀(jì)3040年代的W501、W502

19、、W1001、W1002等型機(jī)械式單斗挖掘機(jī)為主，開始了我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史。由于當(dāng)時(shí)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，先后建立起十多家挖掘機(jī)生產(chǎn)廠。1967年開始，我國自主研制液壓挖掘機(jī)。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的WY100型、貴陽礦山機(jī)器廠的WY60型、合肥礦山機(jī)器廠的WY60挖掘機(jī)等。隨后又出現(xiàn)了長江挖掘機(jī)廠的WY160型和杭州重型機(jī)械廠的WY250型挖掘機(jī)等。他們?yōu)槲覈簤和诰驒C(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了極其重要的一步。 SKIPIF 1 0 以及大型礦用10 SKIPIF 1 0 、12 SKIPIF 1 0 機(jī)械傳動單斗挖掘機(jī)，1 SKIPIF 1 0 隧道挖掘機(jī)，4 SKIPIF 1

20、 0 長臂挖掘機(jī)，1000 SKIPIF 1 0 每小時(shí)的排土機(jī)等。但總的來說，我國挖掘機(jī)生產(chǎn)的批量小、分散，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量與國際先進(jìn)睡睡水平相比，有很大差距。工業(yè)發(fā)達(dá)國家的挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本等是斗容量3.540 SKIPIF 1 0 單斗液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，從20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。 是世界上目前最大的挖掘機(jī)。 從20世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)展。（1）、開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。（2）、迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操

21、縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動化。（3）、采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)、系列化、通用化發(fā)展速度。(4)、更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并將疲勞損傷積累論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面，促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效和競爭力。美國提出了考核動強(qiáng)度的動態(tài)設(shè)計(jì)分析方法，并建立了預(yù)測產(chǎn)品失效和更新理論。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評定程度周期，加快了液壓

22、挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%95%，使用壽命超過1萬小時(shí)。（5）、加強(qiáng)對駕駛員的勞動保護(hù)，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機(jī)采用帶有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。（6）、進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。（7）、迅速拓展電子化、自動化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，為了節(jié)省能源消耗減少對環(huán)境污染，是挖掘機(jī)的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機(jī)噪音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘機(jī)上應(yīng)用電子和自動控制技術(shù)。隨著對液壓挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機(jī)電液一

23、體化在挖掘機(jī)的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。1.3 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容本論文主要對由動臂、斗桿、鏟斗、銷軸、連桿機(jī)構(gòu)組成挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括以下五部分:(1) 挖機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)。(2) 挖掘機(jī)的工作裝置詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析。(3) 工作裝置各部分的基本尺寸的計(jì)算和驗(yàn)證。(4) 工作裝置主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真設(shè)計(jì)。(5) 銷軸的設(shè)計(jì)及螺栓等標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行選型。2 挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程是以鏟斗的切削刃切削土壤并將土裝入斗內(nèi)。斗裝滿后提升，回轉(zhuǎn)到卸土位置進(jìn)行卸土。卸完后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到挖掘面進(jìn)行下次挖掘。本文主要對工作裝置的反鏟裝置進(jìn)行分析。2.1

24、工作裝置構(gòu)成液壓挖掘機(jī)工作裝置基本組成及傳動示意圖，反鏟工作裝置由鏟斗、連桿、斗桿、動臂、相應(yīng)的三組液壓缸等組成，液壓挖掘機(jī)的工作裝置組圖如圖2-1所示。1-斗桿油缸；2- 動臂； 3-油管； 4-動臂油缸； 5-鏟斗； 6-斗齒； 7-側(cè)板；8-連桿； 9-曲柄： 10-鏟斗油缸； 11-斗桿.圖2-1 工作裝置組成圖 動臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動，而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動。 挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)、轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)操縱動臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回

25、縮，動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進(jìn)油，使動臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。 挖掘機(jī)工作裝置的大臂與斗桿是變截面的箱梁結(jié)構(gòu)，鏟斗是由厚度很薄的鋼板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉壓載荷的桿。根據(jù)以上特征，可以對工作裝置進(jìn)行適當(dāng)簡化處理。則可知單斗液壓挖掘機(jī)的工作裝置可以看成是由動臂、斗桿、鏟斗、動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸及連桿機(jī)構(gòu)組成的具有三自由度的六桿機(jī)構(gòu)，三維裝配圖如圖2-2。圖2-2 挖掘機(jī)三維裝配圖 挖掘機(jī)的工作裝置

26、經(jīng)上面的簡化后實(shí)質(zhì)是一組平面連桿機(jī)構(gòu)，自由度是3，工作裝置的幾何位置由動臂油缸長度L1、斗桿油缸長度L2、鏟斗油缸長度L3決定，當(dāng)L1、L2、L3為某一確定的值時(shí)，工作裝置的位置也就能夠確定。2.2 動臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式動臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)型式往往取決于動臂的結(jié)構(gòu)型式。反鏟動臂可以分為整體式和組合式兩類。整體式動臂有直動式和組合式兩類。直動式臂結(jié)構(gòu)簡單，輕巧，布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機(jī)。采用整體式彎動臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專用反鏟裝置的常見形式。整體式彎動臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形式和強(qiáng)度值得注意，近年來懸掛式挖掘機(jī)出現(xiàn)了小彎臂的結(jié)構(gòu)形式，是直動臂的改良，動臂的箱型結(jié)構(gòu)

27、可以不用開口，動臂和斗桿油缸及管路的布置也比較方便。整體式動臂結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)廉。剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動臂輕。它的缺點(diǎn)是替換工作裝置較少，通用性較差。而組合式動臂工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化調(diào)整，較合理的滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，裝車運(yùn)輸比較方便。由于所設(shè)計(jì)的是中型液壓挖掘機(jī)，綜上選用整體式動臂。斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)采用整體式斗桿。在本設(shè)計(jì)中由于不需要調(diào)節(jié)斗桿的長度，故采用整體式斗桿。2.3 動臂油缸與鏟斗油缸的布置動臂油缸裝在動臂的前下方，動臂的下支承點(diǎn)（即動臂與轉(zhuǎn)臺的鉸點(diǎn)）設(shè)在轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心之前并稍高于轉(zhuǎn)臺平面，這樣的布置有利于反鏟的挖掘深度。油缸

28、活塞桿端部與動臂的鉸點(diǎn)設(shè)在動臂箱體的中間，這樣雖然削弱了動臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但不影響動臂的下降幅度。并且布置中，動臂油缸在動臂的兩側(cè)各裝一只，這樣的雙動臂在結(jié)構(gòu)上起到加強(qiáng)筋的作用，以彌補(bǔ)前面的不足，所以動臂油缸和鏟斗油缸的布置為是下置式，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-3動臂油缸鉸接示意圖。1-動臂； 2-動臂油缸圖2-3 動臂油缸鉸接示意圖2.4 鏟斗與鏟斗油缸的連接方式本方案中采用六連桿的布置方式，相比四連桿布置方式而言在相同的鏟斗油缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機(jī)構(gòu)的傳動特性。該布置中1桿與2桿的鉸接位置雖然使鏟斗的轉(zhuǎn)角減少但保證能得到足夠大的鏟斗平均挖掘力。如圖2-4所示。1-曲柄； 2-連桿

29、圖2-4 鏟斗連接布置示意圖2.5 鏟斗的結(jié)構(gòu)選擇鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大，其應(yīng)滿足以下的要求：有利于物料的自由流動。鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合于各種物料的運(yùn)動規(guī)律。要使物料易于卸盡。為使裝進(jìn)鏟斗的物料不易于卸出，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應(yīng)大于4，大于50時(shí)，顆粒尺寸不考慮，視物料為均質(zhì)。綜上考慮，選用中型挖掘機(jī)常用的鏟斗結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5 鏟斗斗齒的安裝連接采用橡膠卡銷式，結(jié)構(gòu)示意圖如2-6所示。1-卡銷 ；2 橡膠卡銷；3 齒座； 4斗齒圖2-6 卡銷式斗齒結(jié)構(gòu)示意圖2.6 原始幾何參數(shù)的確定（1）動臂與斗

30、桿的長度比K1由于所設(shè)計(jì)的挖機(jī)適用性較強(qiáng)，一般不替換工作裝置，故取中間比例方案，K1取在1.52.0之間，初步選取K1=1.8，即l1/l2=1.8。（2） 鏟斗斗容與主參數(shù)的選擇斗容：q =0.9 m3按經(jīng)驗(yàn)公式和比擬法初選：l3=1550mm（3） 工作裝置液壓系統(tǒng)主參數(shù)的初步選擇各工作油缸的缸徑選擇要考慮到液壓系統(tǒng)的工作壓力。初選動臂油缸內(nèi)徑D1=140mm，活塞桿的直徑d1=90mm。斗桿油缸的內(nèi)徑D2=140mm，活塞桿的直徑d2=90mm。鏟斗油缸的內(nèi)徑D3=110mm，活塞桿的直徑d3=80mm。又由經(jīng)驗(yàn)公式和其它機(jī)型的參考初選動臂油缸行程L1=1000mm，斗桿油缸行程L2=1

31、450mm，鏟斗油缸行程L3=1250mm。并按經(jīng)驗(yàn)公式初選各油缸全伸長度與全縮長度之比：1=2=3=1.6。參照要求選擇工作裝置液壓系統(tǒng)的工作壓力P=31.4MPa，閉鎖壓力Pg=34.3MPa。由上繪出圖2-7工作裝置結(jié)構(gòu)簡圖和表一后面設(shè)計(jì)中所需的參數(shù)。此上，后續(xù)設(shè)計(jì)所需參數(shù)已給定，液壓挖掘機(jī)的總體設(shè)計(jì)基本完成。 圖2-7：工作裝置結(jié)構(gòu)簡圖表一 ：反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)表參 數(shù) 分 類機(jī) 構(gòu) 組 成鏟 斗斗 桿動 臂機(jī) 體符 號 意 義原始參數(shù) SKIPIF 1 0 =QV , SKIPIF 1 0 =MH , SKIPIF 1 0 =MN , SKIPIF 1 0 =HN, SKIPIF

32、1 0 =QK, SKIPIF 1 0 =KV, SKIPIF 1 0 =KH SKIPIF 1 0 =FQ, SKIPIF 1 0 =EF, SKIPIF 1 0 =FG, SKIPIF 1 0 =EG, SKIPIF 1 0 =GN, SKIPIF 1 0 =FN, SKIPIF 1 0 =NQ SKIPIF 1 0 =CF, SKIPIF 1 0 =CD, SKIPIF 1 0 =CB, SKIPIF 1 0 =DF, SKIPIF 1 0 =BF SKIPIF 1 0 =CP, SKIPIF 1 0 =CA, SKIPIF 1 0 =CI, SKIPIF 1 0 =CT, SKIPIF

33、 1 0 =CS, SKIPIF 1 0 =JT, SKIPIF 1 0 =JI推 導(dǎo)參 數(shù) SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 ， SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 ， SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 ， SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 ， SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 ， SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 ， SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 ，

34、 SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 特 性 參 數(shù) SKIPIF 1 0 , SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 , SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 , SKIPIF 1 0 , SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 備 注 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 3 挖掘機(jī)的工作裝置詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析反鏟裝置的具體結(jié)構(gòu)型按運(yùn)動學(xué)分析，在運(yùn)動學(xué)上能以通用的數(shù)學(xué)表達(dá)式表示。本文通過直角坐標(biāo)系對典型結(jié)構(gòu)型式作運(yùn)動分析的方法反鏟裝置的幾何位置取決于動臂液壓缸的長度 SKIPIF 1 0 、

35、斗桿液壓缸的長度 SKIPIF 1 0 和鏟斗液壓缸的長度 SKIPIF 1 0 。3.1 動臂運(yùn)動分析動臂是液壓挖掘機(jī)的主要部件，前面選定整體式動臂，動臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是L1的函數(shù)。 SKIPIF 1 0 動臂油缸的最短長度； SKIPIF 1 0 動臂油缸的伸出的最大長度；A：動臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動臂的下鉸點(diǎn).圖3-1 動臂擺角范圍計(jì)算簡圖如圖3-1所示，1是L1的函數(shù)，圖中 SKIPIF 1 0 動臂油缸的最短長度； SKIPIF 1 0 動臂油缸的伸出的最大長度； SKIPIF 1 0 動臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最小值； SKIPIF 1

36、 0 動臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最大值；在三角形AB0C中： SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 動臂的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角為: SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 圖 3-2 F點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算簡圖 當(dāng)F點(diǎn)在水平線CU之下時(shí)21 = UCB為負(fù)，否則為正。(圖 3-2 F點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算簡圖)F點(diǎn)的坐標(biāo)為 XF = l30+l1cos21 YF = l30+l1Sin21 C點(diǎn)的坐標(biāo)為 XC = XA+l5COS11 = l30 YC = YA+l5Sin11 動臂油缸的力臂e1 e1 = l5SinCAB 顯然動臂油缸的最大作用力臂e1max= l53.2

37、斗桿的運(yùn)動分析如下圖3-3所示，D點(diǎn)為斗桿油缸與動臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為動臂與斗桿的鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。斗桿的位置參數(shù)是l2，這里只討論斗桿相對于動臂的運(yùn)動，即只考慮L2的影響。D-斗桿油缸與動臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)； F-動臂與斗桿的鉸點(diǎn)；E-斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)； 斗桿擺角.圖3-3 斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡圖由上圖的幾何關(guān)系知 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 斗桿的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角為: SKIPIF 1 0 則斗桿的作用力臂 e2 =l9SinDEF 顯然斗桿的最大作用力臂 e2max = l93. 3 鏟斗的運(yùn)動分析3.3.1 鏟斗的傳動比鏟斗相對于XY坐標(biāo)系的運(yùn)動是 SKIPIF 1 0

38、 、 SKIPIF 1 0 和 SKIPIF 1 0 的函數(shù)，情況較復(fù)雜?，F(xiàn)先討論鏟斗相對于斗桿的運(yùn)動。圖 3-4 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖 當(dāng)給定了鏟斗液壓缸長度 SKIPIF 1 0 ，由表一原始參數(shù)及推導(dǎo)參數(shù)出發(fā)，利用幾何關(guān)系可依次求得圖34中 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ S

39、KIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）等值。由圖3-4鏟斗液壓缸對N點(diǎn)的作用力臂為 SKIPIF 1 0 連桿HK對N點(diǎn)作的用力臂為 SKIPIF 1 0 連桿HK對Q點(diǎn)作的用力臂為 SKIPIF 1 0 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的總傳動比為 SKIPIF 1 0 鏟斗相對于斗桿的擺角范圍 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 當(dāng)取上 SKIPIF

40、1 0 和 SKIPIF 1 0 時(shí)可分別求得 SKIPIF 1 0 和 SKIPIF 1 0 。于是得： SKIPIF 1 0 斗齒尖坐標(biāo)方程斗齒尖V的坐標(biāo)值 SKIPIF 1 0 和 SKIPIF 1 0 是 SKIPIF 1 0 、 SKIPIF 1 0 和 SKIPIF 1 0 的函數(shù)。 只要推導(dǎo)出 SKIPIF 1 0 和 SKIPIF 1 0 的函數(shù)表達(dá)式，那么整機(jī)作業(yè)范圍就可以確定?，F(xiàn)按圖 35 推導(dǎo)如下。結(jié)合表一以及前面計(jì)算得到的有關(guān)參數(shù)值，通過幾何和三角函數(shù)運(yùn)算，可依次求得： SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0

41、 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）、 SKIPIF 1 0 （ SKIPIF 1 0 ）等最后得到: SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 圖3-5最大卸載高度計(jì)算簡圖圖3-6 最大挖掘深度計(jì)算簡圖3.3.2 最大卸載高度當(dāng)動臂液壓缸全伸，斗桿液壓缸全縮，鏟斗液壓缸處于適當(dāng)位置使QV連線處于垂直狀態(tài)時(shí)得到最大卸載高度為： SKIPIF 1 0 故Q點(diǎn)坐

42、標(biāo)為： SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 式中： SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 因此V點(diǎn)坐標(biāo)為： SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 就是最大卸載高度 SKIPIF 1 0 當(dāng)斗桿液壓缸全縮，鏟斗液壓缸處于適當(dāng)位置使QV轉(zhuǎn)到CQ的延長線上，CV水平時(shí)得到最大挖掘半徑： SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 就是最大挖掘半徑。 最大挖掘半徑時(shí)的工況是水平面最大挖掘半徑工況下C、V連線繞C點(diǎn)轉(zhuǎn)到水平面而成的。通過兩者的幾何關(guān)系，我們可計(jì)算得到：l 30 = 85mm ；l 40 = 9800mm； SKIPIF 1

43、0 =9885mm此上，已對液壓挖掘機(jī)的動臂、斗桿、鏟斗的機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)作了分析。4 工作裝置各部分的基本尺寸計(jì)算和驗(yàn)證液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)是表示和衡量挖掘機(jī)性能的重要指標(biāo)，本文主要計(jì)算和驗(yàn)證鏟斗、動臂、斗桿的尺寸。4.1 鏟斗各參數(shù)的確定4.1.1 鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計(jì)及基本要求對于液壓挖掘機(jī)，考慮到現(xiàn)實(shí)工作狀況和查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，對鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計(jì)有以下基本要求：（1）、要有利于物料的自由流動，因此，鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合各種物料的運(yùn)動規(guī)律。（2）、要使物料易于卸凈，縮短卸載時(shí)間，并提高鏟斗有效容積。 （3）、為使裝進(jìn)鏟斗的物料不易掉出，斗寬與物料直徑之比應(yīng)不

44、大于：1.（4）、裝設(shè)斗齒有利于增大鏟斗與物料剛接觸時(shí)的挖掘比壓，以便切人或破碎阻力較大的物料。挖硬土或碎石時(shí)還能把石塊從土壤中耙出。對斗齒的材料、形狀、安裝結(jié)構(gòu)及其尺寸參數(shù)的基本要求是挖掘阻力小，耐磨，易于更換。4.1.2 鏟斗主要參數(shù)的確定 當(dāng)鏟斗容量q一定時(shí)，挖掘轉(zhuǎn)角，挖掘半徑和平均斗寬b之間存在一定的關(guān)系，即具有尺寸和b的鏟斗轉(zhuǎn)過角度所切下的土壤剛好裝滿鏟斗，于是斗容量可按下式計(jì)算： (4.1) 式中：鏟斗充滿系數(shù)；土壤松散系數(shù)。（查表 SKIPIF 1 0 ）一般取: (4.2)的取值范圍： (4.3)式中： q鏟斗容量，； b鏟斗平均寬度，m。 因?yàn)?SKIPIF 1 0 ，查表跟

45、經(jīng)驗(yàn)公式取 b=1040mm.按經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考同斗容的其它型號的機(jī)械，初選 = 1450mm 得出 鏟斗挖掘體積土壤所消耗的能量稱為切削能容量。反鏟鏟斗的主要參數(shù)，即平均鏟斗寬度b，切削轉(zhuǎn)角和挖掘半徑對轉(zhuǎn)斗底切削能容量有直接影響，可用下式表示： (4.4) 式中： 鏟斗切削能容量， SKIPIF 1 0 ； 考慮切削過程中其他影響因素的系數(shù)；（理想狀態(tài)取 SKIPIF 1 0 ） 具有應(yīng)力因次的系數(shù)，在鏟斗容量1時(shí)，?。?具有容積質(zhì)量因次的系數(shù)，在鏟斗容量1時(shí)，取。顯然，在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)，在滿足鏟斗容量q的條件下，應(yīng)使鏟斗切削能容量E最小。由上式可以看出，減小角，增大鏟斗寬度b和切削半徑能夠減低E

46、，計(jì)算得 E = 1554.81 SKIPIF 1 0 鏟斗兩個鉸點(diǎn)K、Q之間的間距l(xiāng)24和l3的比值k2的選取：l24太大將影響機(jī)構(gòu)的傳動特性，太小則影響鏟斗的結(jié)構(gòu)剛度，初選特性參數(shù)k2 = 0.29。由于鏟斗的轉(zhuǎn)角較大，而k2的取值較小，故初選10 = KQV =1104.2 動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定初選動臂轉(zhuǎn)角1 = 120 由經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考其它同斗容機(jī)型，初選特性參數(shù)k3 = 1.4 （k3 = L42/L41）鉸點(diǎn)A坐標(biāo)的選擇：由底盤和轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，并結(jié)合同斗容其它機(jī)型的測繪，初選：XA = 430 mm ；YA = 1200mm4.2.1 SKIPIF 1 0 據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大挖掘半徑值一般與的

47、值很接近。因此要求，已知的和可按下列近似經(jīng)驗(yàn)公式初定和，即：由: 其中 K1 l3=1550mm 且 = 9885mm 可解得： l2 = （R -l3）/（1+ k1）= （9885-1550）/（1+）= 3000mm l1 = k1l2 = 3000 = 5400mm4.2.2 SKIPIF 1 0 在 SKIPIF 1 0 中已知 SKIPIF 1 0 、 SKIPIF 1 0 可得： SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 計(jì)算得 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 3 9 = 24.54.2.3 SKIPIF 1 0 由經(jīng)驗(yàn)和反鏟工作裝置對閉鎖力的

48、要求初取k4初選11。斗桿油缸全縮時(shí)，CFQ =32 8最大，依經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和便于計(jì)算，初選（32 8）max = 160 。由于采用雙動臂油缸，BCZ的取值較小，初取BCZ = 5 如上圖4-1所示，在三角形CZF中：ZCF= -1-39BCF=3=ZCF-ZCB最大卸載高度的表達(dá)式為：H3max = YC+l1Sin（1-20-11）l2l3 最大挖掘深度絕對值的表達(dá)式為：H1max = l2+l3+l1Sin（11-1min+2）- l5 Sin11- YA) 令 A =2+11 = 30.5 + 62.5 = 93 B = A + （32 8）max = 93 +（-160）=-67H1m

49、ax + H3max - l1Sin（1max-93）+ Sin（93 -1min） + l2 Sin（1max +67）+1= 0 又特性參數(shù) SKIPIF 1 （1 + ）/ = 4.1 1/2.51 = 1.64 （= 1.6） 、滿足經(jīng)驗(yàn)條件，說明、的取值是可行的。則 l7 = l5 = 2335mm L1min =l5 =1880mm L1max =1 L1min = 3010mm 至此，動臂機(jī)構(gòu)的各主要基本參數(shù)已初步確定。4.3 斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的選擇取整個斗桿為研究對象，可得斗桿油缸最大作用力臂的表達(dá)式：e2max = l9 = PGmax （l2 + l3 ）/ P2 = 94

50、0 mm 如圖4-1所示圖中，D：斗桿油缸的下鉸點(diǎn)；E：鏟斗油缸的上鉸點(diǎn)；F動臂的上鉸點(diǎn)；2：斗桿的擺角；l8：斗桿油缸的最大作用力臂。斗桿油缸的初始位置力臂e20與最大力臂e2max有以下關(guān)系:e20/e2max = l9COS(2max/2)/l9 = COS (2max/2) 由4.24知, 2max越大,則e20越小,即平均挖掘阻力越小.要得到較大的平均挖掘力,就要盡量減少2max,初取2max = 90EFQ取決于結(jié)構(gòu)因素和工作范圍,一般在 130170之間.初定 EFQ=150,動臂上DFZ也是結(jié)構(gòu)尺寸,按結(jié)構(gòu)因素分析,可初選 DFZ=10.D：斗桿油缸的下鉸點(diǎn)；E：鏟斗油缸的上鉸

51、點(diǎn)；F動臂的上鉸點(diǎn)；2：斗桿的擺角；l9：斗桿油缸的最大作用力臂.圖4-1斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)計(jì)算簡圖由圖4-2的幾何關(guān)系有:L2min = 2l9Sin (2max/2)/(2-1) = 2215 mmL2max = L2min + 2l9Sin (2max/2) = 3545 mml82 = L22min + l29 + 2L2minl9COS(-2max)/2 l8 = 2995 mm4.4 鏟斗機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的選擇4.4.1 轉(zhuǎn)角范圍由最大挖掘高度H2max和最大卸載高度H3max的分析，可以得到初始轉(zhuǎn)角D0：H2max-H3max = l3（SinD0 +1） 得 D0 = 55最大轉(zhuǎn)角3

52、max：3max = V0QVZ，不易太大，太大會使斗齒平均挖掘力降低，初選3max = 165 。4.4.2 鏟斗機(jī)構(gòu)其它基本參數(shù)的計(jì)算在圖4-2中，l12：搖臂的長度；l29：連桿的長度；l3：鏟斗的長度；l2：斗桿的長度；F：斗桿的下鉸點(diǎn)；G：鏟斗油缸的下鉸點(diǎn)；N：搖臂與斗桿的鉸接點(diǎn)；K：鏟斗的上鉸點(diǎn)；Q：鏟斗的下鉸點(diǎn)。l12：搖臂的長度；l29：連桿的長度；l3：鏟斗的長度；l2：斗桿的長度；F：斗桿的下鉸點(diǎn)；G：鏟斗油缸的下鉸點(diǎn)；N：搖臂與斗桿的鉸接點(diǎn)；K：鏟斗的上鉸點(diǎn)；Q：鏟斗的下鉸點(diǎn).圖4-2 鏟斗機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖則有：l24 = KQ = k2 l3 = 1550 mm鏟斗的最大挖

53、掘阻力F3J max 應(yīng)該等于斗桿的最大挖掘力，即F3J max = 138KN。粗略計(jì)算知斗桿挖掘平均阻力F3J max = F3J max /2 = 69 KN 挖掘阻力F3J 所做的功W3J：W3J = F3J max l3 3max 105 N.m 由圖4-3知，鏟斗油缸推力所做的功W3：W3 = F3 （2-1）L3min 由功的守恒知 W3 = W3J 計(jì)算可得：L3min = 1720mm 則L3max =3 L3min =2750mm通過經(jīng)驗(yàn)公式和同斗容的其它機(jī)型的參考，初步選定剩余的基本尺寸如下：HK = 600mm； HN = 640mm；NQ = 400mm； FN =

54、l2-NQ = 2600mm； GF = 800mm；由預(yù)選GFN = 60則 GN2 = FN2 + GF2 2COSGFNFNGF GN = 2300mm至此，工作裝置的基本尺寸均已初步確定。5 工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整個工作裝置由動臂、斗桿、鏟斗及油缸和連桿機(jī)構(gòu)組成，要確定這些結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸，必須要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。要進(jìn)行受力分析，首先要確定結(jié)構(gòu)件最不利的工況，并找到在該工況下的最危險(xiǎn)截面，以作為受力分析的依據(jù)。5.1 挖掘阻力分析液壓挖掘機(jī)反鏟裝置工作時(shí)既可用鏟斗液壓缸挖掘(簡稱轉(zhuǎn)斗挖掘)，也可用斗桿液壓缸挖掘(簡稱斗桿挖掘)，或作復(fù)合動作挖掘。一般認(rèn)為斗容量小于 SKIPIF 1

55、0 或在土質(zhì)松軟時(shí)以轉(zhuǎn)斗挖掘?yàn)橹鳎粗畡t以斗桿挖掘?yàn)橹?。這兩種情況的挖掘阻力不同。5.1.1 轉(zhuǎn)斗挖掘阻力計(jì)算轉(zhuǎn)斗挖掘時(shí)，土壤切削阻力隨挖掘深度改變而有明顯變化。 切削阻力與切削深度基本上成正比。但總的說前半過程切削阻力較后半過程高，因前半過程的切削角不利，產(chǎn)生了較大的切削阻力，對斗形切削刃所作的大曲率切削有同樣結(jié)果，其切削阻力的切向分力可以用下列公式表達(dá)： SKIPIF 1 0 （5.1）式中: C表示土壤硬度的系數(shù)， 對II級土宜取C5080， 對III級土宜取C=90150，對IV級土宜取C=160320； R鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)至斗齒尖距離，即轉(zhuǎn)斗切削半徑，R SKIPIF 1 0 ，單位為

56、cm； SKIPIF 1 0 挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半； SKIPIF 1 0 鏟斗瞬時(shí)轉(zhuǎn)角；B切削刃寬度影響系數(shù)， SKIPIF 1 0 ，其中b為鏟斗平均寬度；A切削角變化影響系數(shù),取A13;Z帶有斗齒的系數(shù),Z0.75(無斗齒時(shí)，Z1)； X斗側(cè)壁厚度影響系數(shù)，X1+0.03s，其中s為側(cè)壁厚度，單位為cm，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取X1.15； D切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)斗容量大小在D=100001700范圍內(nèi)選取，當(dāng)斗容量 SKIPIF 1 0 時(shí)，D應(yīng)小于10000N。轉(zhuǎn)斗挖掘裝土 SKIPIF 1 0 （5.2）式中 ： SKIPIF 1 0 密實(shí)狀態(tài)下土壤容重，單位為N SKIPIF 1

57、 0 ； SKIPIF 1 0 挖掘起點(diǎn)和終點(diǎn)間連線ab方向與水平線的夾角； SKIPIF 1 0 土壤與鋼的摩擦系數(shù) 。計(jì)算表明： SKIPIF 1 0 與 SKIPIF 1 0 相比很小，可忽略不計(jì)。當(dāng) SKIPIF 1 0 ， SKIPIF 1 0 時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)斗挖掘最大切向分力 SKIPIF 1 0 ，其值為： SKIPIF 1 0 （5.3）試驗(yàn)表明法向挖掘阻力 SKIPIF 1 0 的指向是可變的，數(shù)值也較小，一般 SKIPIF 1 0 SKIPIF 1 0 ，土質(zhì)愈均勻， SKIPIF 1 0 愈小。從隨機(jī)統(tǒng)計(jì)的角度看，取法向分力 SKIPIF 1 0 為零來簡化計(jì)算是允許的。這樣

58、SKIPIF 1 0 就可看作為轉(zhuǎn)斗挖掘的最大阻力。轉(zhuǎn)斗挖掘的平均阻力可按平均挖掘深度下的阻力計(jì)算。也即把半月形切削斷面看作相等面積的條形斷面，條形斷面長度等于斗齒轉(zhuǎn)過的圓弧長度與其相應(yīng)之弦的平均值，則平均切削厚度為： SKIPIF 1 0 （5.4）平均挖掘阻力為: SKIPIF 1 0 （5.5）式中: SKIPIF 1 0 用度數(shù)代表，一般所謂平均阻力是指裝滿鏟斗的全過程阻力平均值， 因此應(yīng)取 SKIPIF 1 0 。顯然這一計(jì)算方法是近以的，國外有試驗(yàn)認(rèn)為平均挖掘阻力為最大挖掘阻力的7080，可作為參考。斗桿挖掘時(shí)切削行程較長，切土厚度在挖掘過程中可視為常數(shù)。一般取斗桿在挖掘過程中的總

59、轉(zhuǎn)角為 SKIPIF 1 0 ，在這轉(zhuǎn)角行程中鏟斗被裝滿。這時(shí)斗齒的實(shí)際行程為： SKIPIF 1 0 （5.6） 斗桿挖掘時(shí)的切削厚度 SKIPIF 1 0 可按下式計(jì)算： SKIPIF 1 0 （5.7）斗桿挖掘阻力為： SKIPIF 1 0 （5.8）式中： SKIPIF 1 0 斗桿挖掘時(shí)的切削半徑， SKIPIF 1 0 =FV。 SKIPIF 1 0 挖掘比阻力，當(dāng)取主要挖掘土壤的 SKIPIF 1 0 值時(shí)可求得正常挖掘阻力，取要求挖掘的最硬土質(zhì) SKIPIF 1 0 值時(shí)則得最大挖掘阻力。一般斗桿挖掘阻力比轉(zhuǎn)斗挖掘阻力小，主要原因是前者切削厚度較小。5.2.1 斗桿的受力分析斗

60、桿主要受到彎矩的作用，故要找出斗桿中的最大彎矩進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)受力分析和以往的實(shí)驗(yàn)表明，在鏟斗進(jìn)行挖掘時(shí)，產(chǎn)生最大彎矩的工況可能有以下兩個：第一工況位置，其滿足以下條件：動臂處于最低位置。即動臂油缸全縮。斗桿油缸的力臂最大。鏟斗齒尖在動臂與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與鏟斗鉸點(diǎn)的連線上。側(cè)齒挖掘時(shí)受到橫向力Wk的作用第二工況位置，該工況滿足以下條件：動臂位于動臂油缸對鉸點(diǎn)A的最大作用力臂e1max處。斗桿油缸的力臂最大。鏟斗齒尖位于F、Q兩鉸點(diǎn)的連線上或鏟斗位于最大挖掘力位置。挖掘阻力對稱于鏟斗，無側(cè)向力 Wk的作用。 .第一工況位置的受力分析在這個工況下斗桿可能存在最大彎矩，受到的應(yīng)力也可能最大。該工況