單斗挖掘機工作裝置的設(shè)計與計算

PAGEII摘要單斗挖掘機是一種重要的工程機械，廣泛應(yīng)用于房屋建筑、筑路工程、水利建設(shè)、農(nóng)林開發(fā)、港口建設(shè)、國防工事等的土石方施工和礦山采掘工業(yè)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。隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，單斗挖掘機的需求量將逐年大幅度增長，其在國民經(jīng)濟建設(shè)中的作用將越來越顯著。反鏟裝置作為單斗挖掘機工作裝置的一種主要形式，在工程實踐中占有重要地位。反鏟裝置的各組成部分有各種不同的外形，要根據(jù)設(shè)計要求選用適合的結(jié)構(gòu)并對其作運動分析。然后，在滿足機構(gòu)運動要求的基礎(chǔ)上對各機構(gòu)參數(shù)進行理論計算，確定各機構(gòu)尺寸參數(shù)，確定挖掘機反鏟裝置的基本輪廓。挖掘阻力和挖掘力是衡量挖掘機性能參數(shù)的重要性能指標(biāo)，對其分析計算至關(guān)重要。挖掘阻力主要與挖掘?qū)ο蠹白陨沓叽鐓?shù)有關(guān)，而挖掘力則受眾多條件限制，危險工況的分析是關(guān)鍵點。在挖掘力分析基礎(chǔ)上，可對各桿件鉸接點進行力的分析計算，并進行機構(gòu)設(shè)計的合理性分析。關(guān)鍵詞單斗挖掘機；反鏟裝置；運動分析；力學(xué)分析；強度校核AbstractSinglebucketexcavatorisanimportantengineeringmachinery,widelyusedinhousingconstruction,roadconstruction,waterconservancy,agricultureandforestrydevelopment,portconstruction,nationaldefensefortifications,suchastheconstructionofearthandstoneminingandextractiveindustries,toreducetheheavymanualwork,Ensureprojectqualityandacceleratetheconstructionspeed,raisinglaborproductivityplayedahugerole.Withtheeconomicconstructionofthecountrycontinuestodevelop,thedemandforsinglebucketexcavatorswillbesubstantialgrowthyearafteryear,itsroleintheconstructionofthenationaleconomywillbecomemoresignificant.Backhoedeviceasasinglebucketexcavatorworkingdeviceasamajorformoftheprojectoccupiesanimportantpositioninpractice.Backhoeinstallationofthecomponentsofavarietyofdifferentshape,accordingtothedesignrequirementsfortheselectionofitsstructureandmotionanalysisfor.Then,tomeettherequirementsofthesportsorganizationsonthebasisoftheparametersoftheagencies,identifiedtheagenciessizeparameters,determinedexcavatorbackhoedevice'sbasiccontours.Miningandminingoftheresistanceisameasureofperformanceparametersoftheexcavatorimportantperformanceindicators,analysisandcalculationofitscrucial.Miningandminingthemaintargetsofresistanceandself-sizeparameters,andtheexcavationoftheconditionsaresubjecttonumerousrestrictions,dangerousworkingconditionsanalysisisthekeypoint.Analysisoftheexcavationonthebasisofthebarcanbehingedonthepointoftheanalysis,designagenciesandtherationalanalysis.Keywords：singlebucketexcavatorbackhoedevicemotionanalysismechanicalanalysisStrengthCheckPAGE61目錄1緒論 11.1單斗液壓挖掘機的種類特點 11.2挖掘機的發(fā)展概況 11.3國外挖掘機研究現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài) 1液壓挖掘機的發(fā)展方向 31.5本課題的研究目的及意義 31.6主要研究對象及內(nèi)容 42單斗液壓挖掘機反鏟裝置的運動學(xué)分析 52.1單斗液壓挖掘機反鏟裝置的結(jié)構(gòu)及工作特點 52.1.1單斗液壓挖掘機反鏟裝置的結(jié)構(gòu)組成 52.1.2單斗液壓挖掘機反鏟裝置的工作特點 5反鏟裝置的設(shè)計原則 6反鏟裝置的方案選擇 7反鏟裝置各機構(gòu)的運動分析 82.4.1動臂機構(gòu)的運動分析 92.4.2斗桿機構(gòu)的運動分析 102.4.3鏟斗機構(gòu)的運動分析 113單斗液壓挖掘機的動力學(xué)分析 133.1挖掘阻力的分析 133.1.1轉(zhuǎn)斗挖掘阻力的分析 133.2挖掘力的分析 15挖掘的概念 15挖掘力的計算 164鏟斗及單斗液壓挖掘機反鏟裝置各機構(gòu)尺寸的確定 254.1鏟斗參數(shù)的確定 25鏟斗結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求 254.1.2鏟斗主要參數(shù)的確定 25動臂機構(gòu)參數(shù)的確定 26斗桿機構(gòu)參數(shù)的確定 274.4鏟斗機構(gòu)參數(shù)的確定 294.4.1鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍 29鏟斗機構(gòu)的載荷分析 29鏟斗機構(gòu)結(jié)構(gòu)布置的幾何可容性要求 315工作裝置的載荷分析和強度計算 325.1工況姿態(tài)的選取 325.1.1停機面最大挖掘半徑（工況一） 325.1.2最深挖掘位置（工況二） 335.1.3動臂斗桿最大受力位置（工況三） 335.2動臂各鉸點處受力分析 345.2.1斗桿各鉸點的受力分析 345.2.2動臂各鉸點的受力分析 365.3許用應(yīng)力和其它問題 365.4設(shè)計合理性分析 37結(jié)論 39致謝 40參考文獻 41附錄 42附錄1 42Electro-hydraulicdrumbrakes 491緒論1.1單斗液壓挖掘機的種類特點挖掘機的類型和構(gòu)造型式很多，可按照挖掘工作原理、用途、構(gòu)造特征等進行劃分。按照挖掘機的作業(yè)過程，可分成周期作業(yè)式和連續(xù)作業(yè)式兩類；按照用途，單斗挖掘機分為建筑型、采礦型和剝離型等；按照動力裝置，挖掘機有電驅(qū)動、內(nèi)燃機驅(qū)動和復(fù)合驅(qū)動等；按照傳動方式，挖掘機分為機械傳動式、液壓傳動式和混合傳動式。單斗挖掘機工作裝置的型式很多，對液壓傳動的挖掘機來說，常用的基本型式有反鏟、正鏟、抓斗、裝載和起重裝置等，本文研究的是單斗反鏟液壓挖掘機。單斗反鏟液壓挖掘機是一種采用液壓傳動并且以一個反鏟斗進行挖掘作業(yè)的機械，它是在機械傳動單斗挖掘機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是目前挖掘機械中最重要的機種之一。反鏟裝置是中小型液壓挖掘機的主要工作裝置，主要應(yīng)用于挖掘停機面以下的土壤(基坑、壕溝等)，其作業(yè)過程是以鏟斗的切削刃(通常裝有斗齒)切削土壤并將土裝入斗內(nèi)；斗裝滿后提升，回轉(zhuǎn)到卸土位置進行卸土；卸完后鏟斗再轉(zhuǎn)回到原位置并下降到挖掘面進行下次挖掘；當(dāng)挖完一段土后，機械移位，以便繼續(xù)工作。1.2挖掘機的發(fā)展概況挖掘機械的最早雛形，遠在十六世紀(jì)于意大利威尼斯用于運河的疏浚工作。隨著工業(yè)發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步，單斗挖掘機也由于新技術(shù)、新工藝的采用而不斷地發(fā)展改進,但它的基本工作原理至今未變。動力裝置以及控制方式的不斷革新，基本上反映了挖掘機發(fā)展的以下幾個階段：1、蒸汽機驅(qū)動的挖掘機，從發(fā)明到廣泛應(yīng)用，大約經(jīng)歷了100年。當(dāng)時主要用于開挖運河和修建鐵路。結(jié)構(gòu)型式由軌道行走的半回轉(zhuǎn)式，發(fā)展到履帶行走的全回轉(zhuǎn)式。2、挖掘機傳動型式的液壓化，是挖掘機由機械傳動型式的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展到現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的一次躍進。隨著液壓傳動技術(shù)的迅速發(fā)展，四十年代至五十年代初挖掘機開始應(yīng)用于液壓傳動，并且由半液壓發(fā)展到全液壓傳動。產(chǎn)量日益增長，六十年代初期液壓挖掘機產(chǎn)量占挖掘機總產(chǎn)量的15%，發(fā)展到七十年代初期占總產(chǎn)量90%左右，近年來，西歐市場出售的挖掘機幾乎己全部采用液壓傳動。與此同時，斗輪挖掘機、輪斗挖溝機等工作裝置和臂架升降等部分也采用了液壓傳動。大型礦用挖掘機在基本傳動型式不變的情況下，其工作裝置也改為液壓驅(qū)動。3、控制方式的不斷革新，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操作和電氣控制，無線電遙控。最近又出現(xiàn)了電子計算機綜合程序控制，控制人員可在遠離施工現(xiàn)場的集中控制室內(nèi)通過工業(yè)電視監(jiān)視數(shù)臺挖掘機工作。1.3國外挖掘機研究現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)挖掘機在技術(shù)發(fā)展的階段上經(jīng)歷了三次飛躍。第一次是柴油機的出現(xiàn)，使挖掘機有了較理想的動力裝置；第二次是液壓技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使挖掘機有了較理想的控制系統(tǒng)；第三次是機電液一體化、智能化技術(shù)的應(yīng)用，使挖掘機面貌煥然一新。挖掘機具有挖掘、裝載、卸載和整機移動等功能，可連續(xù)高效地工作。據(jù)統(tǒng)計，各種土方作業(yè)中約有65%-70%的土方量是由挖掘機來完成的。從20世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機的生產(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。主要發(fā)展方向是采用遙控及微機控制的自動化技術(shù)，整個機組具有以下主要特點：功率增大；獨立作業(yè)性強；配件標(biāo)準(zhǔn)化；能降低噪聲、振動。同時，隨著計算機技術(shù)和數(shù)值分析方法的發(fā)展，有限元方法在機械結(jié)構(gòu)分析中得到廣泛應(yīng)用，取得了令人矚目的成果。有限元分析法已成為現(xiàn)代機械產(chǎn)品設(shè)計的一個重要工具。資料文獻檢索發(fā)現(xiàn)，國外不論在挖掘機的整機還是部件的設(shè)計上都有比較成熟的技術(shù)。國外挖掘機生產(chǎn)企業(yè)，利用有限元與優(yōu)化設(shè)計相結(jié)合進行結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化。它使液壓挖掘機的設(shè)計從經(jīng)驗的、靜止的、隨意性較大的傳統(tǒng)設(shè)計逐步發(fā)展到自動化程度高，設(shè)計周期短，設(shè)計方案優(yōu)越，計算精度高的現(xiàn)代化設(shè)計。我國從1958年開始研制液壓挖掘機，逐步形成了中小型液壓挖掘機系列。然而在液壓挖掘機機電一體化進程中，我國遠遠落后于技術(shù)先進國家。我國液壓挖掘機工業(yè)在1983年以后采用引進技術(shù)進行生產(chǎn)的方法，加快了液壓挖掘機的發(fā)展，這種引進技術(shù)的方式，是在較高的起點上，在較短的時間內(nèi)，用較少的資金提高技術(shù)水平，促進技術(shù)進步的捷徑。計算機技術(shù)在液壓挖掘機產(chǎn)品開發(fā)、研制中的作用愈來愈大。但是由于受客觀條件的限制，在產(chǎn)品設(shè)計制造中大多采用傳統(tǒng)的方法和理論。引進挖掘機技術(shù)時，只注意了整機技術(shù)，將有限元分析方法應(yīng)用到挖掘機動臂結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計、分析及優(yōu)化還不是很多，往往都是靜態(tài)分析，特別是通過完整的試驗進行驗證就更少?，F(xiàn)在國內(nèi)外正在通過動力學(xué)研究的設(shè)法提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，以求在根本上保證產(chǎn)品的動強度和可靠性，另外振動和噪聲被認為是工程機械作業(yè)時的兩大公害，隨著動臂強度要求越來越高，機械重量如何減輕也顯得越來越重要，因此對挖掘機動臂進行結(jié)構(gòu)的動態(tài)分析、試驗驗證以及進一步優(yōu)化，顯得越來越迫切。挖掘機的有限元分析是伴隨著有限元理論和有限元軟件的廣泛應(yīng)用而迅速發(fā)展起來的，特別是自20世紀(jì)八十年代以來，隨著國外幾種商用有限元軟件進入我國，挖掘機有限元分析的研究己初具規(guī)模。在眾多有限元軟件中，比較可靠的有國外的ANSYS，NASTRAN，MOCAL，ALGOR等，國內(nèi)真正通用的還幾乎沒有，所能做到的只是一些用于某種單元或是某個機構(gòu)的有限元分析。目前，利用有限元軟件對挖掘機進行分析，其所做的工作可以歸納為以下幾個方面：1、工作裝置的運動分析對工作裝置的運動分析，關(guān)系到挖掘機的力學(xué)分析，是其它分析與設(shè)計(如控制)的基礎(chǔ)。這方面的研究成果很多，理論基礎(chǔ)也比較成熟。2、有限元的分析自國外幾家大型有限元軟件在我國投放以來，有限元分析在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。其中有很多是挖掘機的有限元分析。一般來說，這類分析主要集中在對某些部件的研究上。對整體機構(gòu)進行有限元分析既可以提高我國設(shè)計能力和設(shè)計水平，反過來又可以利用有限元分析來解決挖掘機在使用中出現(xiàn)的問題?？傊?，由于有限元單元法在我國應(yīng)用比較晚，且主要集中在力學(xué)領(lǐng)域，因此對挖掘機的有限元分析還存在一定的局限性?？梢灶A(yù)見，隨著大型和超大型挖掘機的不斷涌現(xiàn)，合理地設(shè)計各構(gòu)件更加重要。同Pro/Mechanica分析軟件相比，絕大部分有限元分析軟件(如ANSYS分析軟件)的幾何建模功能比較弱，這些有限元軟件通常通過IGES格式或者STEP格式進行數(shù)據(jù)交換，而這樣做最大的弊端在于容易造成數(shù)據(jù)的丟失，因此常常需要花費大量的時間與精力進行幾何模型的修補工作。而利用Pro/Mechanica進行分析，恰好可以克服上述缺點，Pro/Mechanica作為Pro/Engineer集成模塊，是設(shè)計機構(gòu)運動和進行有限元計算強有力的工具。且實踐證明其分析的結(jié)果也較精確，完全可以滿足工程設(shè)計的需要。1.4液壓挖掘機的發(fā)展方向單斗液壓挖掘機的研制和改進主要的發(fā)展方向在于：1、發(fā)動機功率的充分有效利用，通過各種途徑使機械多做有效功，其中包括動力裝置與液壓傳動的最佳匹配，提高傳動效率，能量回收，高效液壓系統(tǒng)的研究等；2、鏟斗挖掘力的充分發(fā)揮，挖掘力大小和有效作用范圍是衡量各種液壓挖掘機工作能力的重要指標(biāo)，目前通過優(yōu)化程序?qū)崿F(xiàn)工作裝置鉸點最佳布置，采用高壓與超高壓技術(shù)，提高整機穩(wěn)定性等方面進行研究；3、縮短工作循環(huán)周期，提高機械生產(chǎn)率，包括整機性能研究(作業(yè)循環(huán)、回轉(zhuǎn)和行走性能的研究)，發(fā)展專用機械和工作裝置以及機械大型化和小型化等；4、機械可靠性研究，是各國十分重視的一項內(nèi)容，關(guān)鍵在于設(shè)計的合理化和材料工藝的研究，包括摩擦磨損機理的研究和新材料的應(yīng)用，在試驗手段方面，進行挖掘機整機和液壓傳動的快速試驗研究，以及結(jié)構(gòu)件快速疲勞試驗和壽命預(yù)測的研究等；5、司機室安全舒適性以及維護保養(yǎng)的方便性對挖掘機的有效利用有極大影響，從人體生理學(xué)和環(huán)境工程的觀點來研究操作舒適性和振動噪音對司機和環(huán)境的影響，以及控制空氣的污染等，各國已做了大量工作，國內(nèi)也逐漸予以注意。1.5本課題的研究目的及意義中國國土面積大，各項建設(shè)事業(yè)正處于蓬勃發(fā)展過程中，對挖掘機的需求量大。世界上工業(yè)發(fā)達國家著名的挖掘機制造商幾乎全部進入中國，不少國有和民營企業(yè)也看好中國的挖掘機市場，紛紛進入挖掘機行業(yè)，進行挖掘機產(chǎn)品的生產(chǎn)和開發(fā)，而且產(chǎn)品的產(chǎn)量隨著市場的需求量的提高而不斷增長。中國已成為世界最大的挖掘機市場，正在成為世界挖掘機的制造中心。但是必須注意，中國目前雖然已成為挖掘機需求和生產(chǎn)的大國，但決不是強國。國際水平的研發(fā)中心不在中國，挖掘機關(guān)鍵配套零部件也不在中國。在挖掘機關(guān)鍵的核心技術(shù)研究與掌握方面，國內(nèi)企業(yè)與國外企業(yè)差距很大，特別是國內(nèi)企業(yè)在挖掘機的基礎(chǔ)理論研究方面投入的人力、財力嚴(yán)重不足。這些年來，我們?nèi)〉昧碎L足的進步，大大縮小了與國外先進技術(shù)的差距，但如果今后技術(shù)創(chuàng)新(包括設(shè)計技術(shù)和制造技術(shù)等方面上稍有懈怠，與國外先進技術(shù)的差距仍然會拉大，因此可以說今后國內(nèi)挖掘機企業(yè)的任務(wù)仍然十分艱巨。由于歷史的原因，原本的國有挖掘機企業(yè)因為人才流失，資金不足，技術(shù)不高，造成自主研發(fā)能力不高，設(shè)計方法落后；而改革開放后的合資企業(yè)和外資企業(yè)，只是根據(jù)國外的設(shè)計圖紙進行批量生產(chǎn)，基本不進行設(shè)計，所以中國的挖掘機設(shè)計手段比較落后，常常憑借經(jīng)驗進行設(shè)計制造，造成生產(chǎn)的挖掘機存在一些缺陷，在三包期間常出現(xiàn)故障，做不到等壽命設(shè)計，對廠商和買家造成不小的經(jīng)濟損失。以往液壓挖掘機的新產(chǎn)品開發(fā)過程是前期設(shè)計完成后，進行樣機試制，然后經(jīng)過現(xiàn)場挖掘試驗或強度測試，若發(fā)現(xiàn)問題→改進→再試驗→再修改，復(fù)修改直到滿足設(shè)計要求后，再批量投產(chǎn)。這種開發(fā)過程的周期長、風(fēng)險大、成本高、上市慢，限制了企業(yè)的市場競爭力。目前國內(nèi)企業(yè)在設(shè)計挖掘機時仍以測繪類比為主，強度計算仍采用材料力學(xué)方法，對挖掘機結(jié)構(gòu)件應(yīng)力分布情況缺乏定量的了解。并且，挖掘機作業(yè)外載荷又復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的材料力學(xué)方法難以滿足設(shè)計上的需要。所以非常有必要將現(xiàn)代設(shè)計方法和有限元方法應(yīng)用于挖掘機工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能分析，以提高挖掘機工作裝置的可靠性，對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化、減輕工作裝置重量、提高工作效率、減少能耗，從而提高挖掘機生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計水平和自主開發(fā)能力。1.6主要研究對象及內(nèi)容1、根據(jù)液壓挖掘機的工作條件及設(shè)計參數(shù)要求，參考挖掘機的設(shè)計資料及國內(nèi)外各液壓挖掘機生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，選定液壓挖掘機反鏟裝置的設(shè)計方案。2、在了解液壓挖掘機反鏟裝置工作原理和方案選擇的基礎(chǔ)上，用幾何法分別對動臂機構(gòu)、斗桿機構(gòu)和鏟斗機構(gòu)做動力學(xué)分析。3、在定性分析的基礎(chǔ)上，用解析法對反鏟裝置各機構(gòu)的尺寸作了定量計算，為作圖提供了尺寸依據(jù)，也為進一步用計算機編程及計算機輔助設(shè)計提供了數(shù)學(xué)模型。4、對反鏟裝置的挖掘力及挖掘阻力進行了分析計算，并著重分析計算了挖掘機復(fù)合挖掘時最大挖掘力實現(xiàn)的各種限制條件。5、對各機構(gòu)的桿件及鉸點進行了受力分析。2單斗液壓挖掘機反鏟裝置的運動學(xué)分析2.1單斗液壓挖掘機反鏟裝置的結(jié)構(gòu)及工作特點液壓挖掘機的作業(yè)過程是以鏟斗的切削刃(通常裝有斗齒)切削土壤并將土裝入斗內(nèi)。斗裝滿后提升，回轉(zhuǎn)到卸土位置進行卸土。卸完后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下降到挖掘面進行下次挖掘。當(dāng)挖完一段土后，機械移位，以便繼續(xù)工作。單斗液壓挖掘機反鏟裝置的結(jié)構(gòu)組成圖2-1反鏟裝置結(jié)構(gòu)簡圖以下。它由斗桿油缸1、斗桿2、動臂3、鏟斗油缸4、動臂油缸5、搖桿6、連桿7和鏟斗8組成（圖2-1），其構(gòu)造特點是各部件之間的聯(lián)系全部采用鉸接，動臂下鉸點鉸接在轉(zhuǎn)臺上，利用動臂油缸的伸縮，使動臂繞動臂下圖2-1反鏟裝置結(jié)構(gòu)簡圖鉸點轉(zhuǎn)動，依靠斗桿油缸使斗桿繞動臂的上鉸點擺動。而鏟斗鉸接于斗桿前端，并通過鏟斗油缸和連桿使鏟斗繞斗桿前鉸點轉(zhuǎn)動。為增大鏟斗轉(zhuǎn)角，通常以連桿機構(gòu)與鏟斗連接。從而通過油缸的伸縮來實現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。單斗液壓挖掘機反鏟裝置的工作特點液壓挖掘機的反鏟裝置主要用于挖掘停機面以下土壤(基坑、溝壕等)。其挖掘軌跡決定于油缸的運動及其相互配合情況。通常情況下，分為動臂挖掘、斗桿挖掘、轉(zhuǎn)斗挖掘等幾種。1、動臂挖掘:當(dāng)采用動臂油缸工作來進行挖掘時(斗桿和鏟斗油缸不工作)可以得到最大的挖掘半徑和最長的挖掘行程。此時鏟斗的挖掘軌跡系以動臂下鉸點為中心，斗齒至該鉸點的距離為半徑所作的圓弧線。其極限挖掘高度和挖掘深度(不是最大挖掘深度)即圓弧線之起終點，分別決定于動臂的最大上傾角和下傾角(動臂與水平線之夾角)，也即決定于動臂油缸的行程。由于這種挖掘方式時間長而且由于穩(wěn)定條件限制挖掘力的發(fā)揮，實際工作中基本上不采用。2、斗桿挖掘:當(dāng)僅以斗桿油缸工作進行挖掘時，鏟斗的挖掘軌跡為圓弧線，弧線的長度與包角決定于斗桿油缸的行程。當(dāng)動臂位于最大下傾角，并以斗桿油缸進行挖掘工作時，可以得到最大的挖掘深度尺寸，并且也有較大的挖掘行程。在較堅硬的土質(zhì)條件下工作時，能夠保證裝滿鏟斗，故挖掘機實際工作中常以斗桿油缸工作進行挖掘。3、轉(zhuǎn)斗挖掘:當(dāng)僅以鏟斗油缸工作進行挖掘時，鏟斗的挖掘軌跡也為圓弧線，弧線的包角及弧長決定于鏟斗油缸的行程。顯然，以鏟斗油缸工作進行挖掘時的挖掘行程較短，如使鏟斗在挖掘行程結(jié)束時裝滿土壤，需要有較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤。所以一般挖掘機的斗齒最大挖掘力都在采用鏟斗油缸工作時實現(xiàn)。采用鏟斗油缸挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產(chǎn)率。因此，在一般土方工程挖掘中，轉(zhuǎn)斗挖掘較常采用。在實際挖掘工作中，往往需要采用各種油缸的聯(lián)合工作。如當(dāng)挖掘基坑時由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁時，則需采用動臂與斗桿兩種油缸的同時工作，當(dāng)挖掘坑底，挖掘行程將結(jié)束為加速將鏟斗裝滿土，以及挖掘過程需要改變鏟斗切削角等情況下，則要求采用斗桿與鏟斗油缸同時工作。雖然此時挖掘機的挖掘軌跡是由相應(yīng)油缸分別工作時的軌跡組合而成。顯然，這種動作能夠?qū)崿F(xiàn)還決定于液壓系統(tǒng)的設(shè)計。當(dāng)反鏟裝置的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)尺寸己定時(包括動臂、斗桿、鏟斗尺寸、鉸點位置，相對的允許轉(zhuǎn)角或各油缸的行程等)，即可用作圖法求得挖掘機挖掘軌跡的包絡(luò)圖，即挖掘機在任一正常工作位置時所圖2—2反鏟挖掘工作示意圖控制到的工作范圍上各控制尺寸即液壓挖掘機的工作尺寸。對于反鏟裝置圖2-2反鏟裝置工作示意圖。主要的工作尺寸為最大挖掘深度和最大挖掘半徑。包絡(luò)圖中可能有部分區(qū)間靠近甚至深入到挖掘機停機點底下，這一范圍的土壤雖可挖及，但可能引起土壤的崩塌而影響機械的穩(wěn)定和安全工作，除有條件的挖溝作業(yè)外一般不使用。挖掘機反鏟裝置的最大的挖掘力決定于液壓系統(tǒng)的工作壓力、油缸尺寸，以及各油缸間作用力之影響(斗桿、動臂油缸的閉鎖壓力及力臂)外，還決定于整機的穩(wěn)定和地面附著情況。因此反鏟裝置不可能在任何位置都能發(fā)揮最大挖掘力。2.2反鏟裝置的設(shè)計原則1、主要工作尺寸及作業(yè)范圍的要求，在設(shè)計時應(yīng)考慮與同類型相比時的先進性，性能與主參數(shù)應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定。2、滿足整機挖掘力大小及分布情況的要求3、功率利用情況好，理論工作循環(huán)時間短。4、確定各個鉸點布置，結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證剛度和強度的前提下，重量越輕越好。5、應(yīng)考慮到通用性和穩(wěn)定性。6、運輸或停放時應(yīng)有合理的姿態(tài)。7、液壓缸設(shè)計應(yīng)考慮三化，采用系列參數(shù)。8、工作裝置應(yīng)安全可靠，拆裝方便。9、滿足特殊使用要求。2.3反鏟裝置的方案選擇反鏟方案選擇的主要依據(jù)是設(shè)計任務(wù)書規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作裝置是通用還是專用的。以反鏟為主的通用裝置應(yīng)保證反鏟使用要求，并照顧到其它裝置的性能，專用裝置應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿足主要作業(yè)條件要求的同時照顧其它條件下的性能。反鏟裝量總體方案的選擇包括以下方面：1、動臂及動臂液壓缸的布置確定用組合式或整體式動臂，以及組合式動臂的組合方式或整體式動臂的形狀,動臂液壓缸的布置為懸掛式或是下置式。2、斗桿及斗桿液壓缸的布置確定用整體式或組合式布置，以及組合式斗桿的組合方式或整體式斗桿是否采用變鉸點調(diào)節(jié)。3、確定動臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù)。對于一定的工作尺寸而言，動臂與斗桿之間的長度比可在很大范圍內(nèi)選擇?！惝?dāng)＞2時(有的反鏟?。?)稱為長動臂短斗桿方案，當(dāng)＜1．5時屬于短動臂長斗桿方案。在1．5～2之間稱為中間比例方案。要求適用性較強而又無配套替換構(gòu)件或可調(diào)結(jié)構(gòu)的反鏟常取中間比例方案。相反當(dāng)用配套替換構(gòu)件或可調(diào)鏈接來適應(yīng)不同作業(yè)條件時，不同的配置或鉸點連接情況可組成各種比例方案。在使用條件單一，作業(yè)對象明確的條件下采用整體動臂和斗桿固定鉸接，值由作業(yè)條件確定。從作業(yè)范圍看，在挖高、挖深與挖掘半徑均相同的條件下，值越大作業(yè)范圍愈窄。從挖掘方式看值大宜用斗桿挖掘為主，因其剛度較易保證。而值小宜用轉(zhuǎn)斗挖掘為主。從挖掘軌跡看，值小易得到接近于直線的運動軌跡，因而它用于平整和清理作業(yè)，在挖掘窄而深的溝渠或基坑時挖掘軌跡也較易控制，向挖掘質(zhì)量和裝卸效率比抓高。從結(jié)構(gòu)強度看，值大結(jié)構(gòu)重心離機體近。4、確定配套鏟斗的種類、斗容量及其主參數(shù)，并考慮鏟斗連扦機構(gòu)傳動比是否需要調(diào)節(jié)。5、根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式、工廠制造條件和三化要術(shù)等確定各液壓缸缸數(shù)、缸徑、全伸長度與全納長度之比?？紤]到結(jié)構(gòu)尺寸、運動余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運動幅度等因素一般?。?．6~I．7，個別情況下因動臂擺角和鉸點布置要求可以取1．75。取＝1．6～1．7，＝1．5～1．7。2.4反鏟裝置各機構(gòu)的運動分析反鏟裝置的幾何位置取決于動臂液壓缸的長度、斗桿液壓缸的長度和鏟斗液壓缸的長度。顯然，當(dāng)、和為某一組確定值時反鏟裝置就相應(yīng)處于某一確定的幾何位置。如圖(2—4)設(shè)計平面直角坐標(biāo)系，使X軸與地平面重合，Y軸與挖掘機回轉(zhuǎn)中心重合。則斗齒尖V所在的X坐標(biāo)值就表示挖掘半徑，Y坐標(biāo)值為正值時就表示挖掘高度，為負值時表示挖掘深度。必須注意，當(dāng)、和為一組定值時只有一組和值與其對應(yīng)，反之對于和的一組定值卻有許多組、和值與其相應(yīng)。圖2-3挖掘機實物圖（現(xiàn)代）圖2-4挖掘機反鏟裝置結(jié)構(gòu)計算簡圖2.4.1動臂機構(gòu)的運動分析動臂擺角∠UCF是動臂油缸的函數(shù)。動臂上任意一點在任一時刻的置坐標(biāo)也都是的函數(shù)。動臂的擺角∠UCF和F點瞬時位置坐標(biāo)（圖2-5）：圖2-5動臂機構(gòu)計算簡圖因為其中故F點坐標(biāo)方程為：B點坐標(biāo)方程為：D點坐標(biāo)方程為：2、動臂液壓缸的作用力臂當(dāng)液壓缸長度為時，動臂液壓缸的作用力臂當(dāng)分別取和時，可得動臂機構(gòu)的起始和終了力臂值和。顯然動臂液壓缸最大作用力臂，此時。2.4.2斗桿機構(gòu)的運動分析斗桿的位置參數(shù)是和的函數(shù)。這里暫先討論斗桿相對于動臂的運動，也即只考慮的影響。斗桿機構(gòu)與動臂機構(gòu)性質(zhì)類似。在動臂機構(gòu)中一般，在斗桿機構(gòu)中一般。1、斗桿相對于動臂的擺角范圍由圖(2—6)得圖2-6斗桿機構(gòu)擺角計算簡圖2、斗桿液壓缸的作用力臂當(dāng)液壓缸長度為時，動臂液壓缸的作用力臂當(dāng)分別取和時，可得斗桿機構(gòu)的起始和終了力臂值和。顯然,斗桿液壓缸最大作用力臂，此時。2.4.3鏟斗機構(gòu)的運動分析鏟斗相對于X—Y坐標(biāo)系的運動是、和的函數(shù)，情況較復(fù)雜?，F(xiàn)先討論鏟斗相對于斗桿的運動。1．鏟斗連桿機構(gòu)的傳動比圖2-7鏟斗連桿機構(gòu)的傳動比圖2-7鏟斗連桿機構(gòu)的傳動比顯然i是鏟斗油缸的一元函數(shù)。用代入上式可得初傳力比,用代入上式則得終傳力比。為了求得時對應(yīng)的，在理論上可以求,解得，然后代入上式求得。2、鏟斗相對于斗桿的擺角∠UQV和各點的瞬時位置坐標(biāo)(1)鏟斗相對于斗桿的擺角∠UQV(2)各點瞬時位置坐標(biāo)Q點坐標(biāo)M點坐標(biāo)K點坐標(biāo)V點坐標(biāo)利用V點的坐標(biāo)式可以算出當(dāng)油缸長度、和為任意一組值時斗齒尖的位置坐標(biāo)。3單斗液壓挖掘機的動力學(xué)分析3.1挖掘阻力的分析反鏟裝置工作時，即可用鏟斗油缸挖掘（簡稱轉(zhuǎn)斗挖掘），也可用斗桿油缸挖掘（簡稱斗桿挖掘），或做復(fù)合動作挖掘。3轉(zhuǎn)斗挖掘阻力的分析轉(zhuǎn)斗挖掘時，土壤切削力隨挖掘深度改變而有明顯變化，經(jīng)實驗轉(zhuǎn)斗挖掘時的切削阻力與切削深度基本上成正比。但總的來說，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。切削阻力的切向分力與土壤硬度、轉(zhuǎn)斗切削半徑、挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角、鏟斗轉(zhuǎn)角切削刃寬度、切削角、斗側(cè)壁厚度和切削刃擠壓土壤的力有關(guān)。轉(zhuǎn)斗挖掘的平均阻力可按平均挖掘深度下的阻力計算，也把半月形切削斷面看作相等面積的條形斷面，條形斷面的長度可看作成斗齒轉(zhuǎn)過的圓弧長度與其相應(yīng)之弦的平均值。一般所謂平均阻力是指裝滿鏟斗的全過程阻力平均值，國外有試驗認為平均挖掘阻力的80%。轉(zhuǎn)斗挖掘時，挖掘阻力的切向分力可表示為：式中:C——表示土壤硬度的系數(shù)，對II級土宜取C＝50~80，對III級土宜取C=90~150，對IV級土宜取C=160~320；R——鏟斗與斗桿鉸點至斗齒尖距離，即轉(zhuǎn)斗切削半徑，R＝，單位為cm；——挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半；——鏟斗瞬時轉(zhuǎn)角；B——切削刃寬度影響系數(shù)，，其中b為鏟斗平均寬度；A——切削角變化影響系數(shù),取A＝1．3;Z——帶有斗齒的系數(shù),Z＝0.75(無斗齒時，Z＝1)；X——斗側(cè)壁厚度影響系數(shù)，X＝1+0.03s，其中s為側(cè)壁厚度，單位為cm，初步設(shè)計時可取X＝1.15；D——切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)斗容量大小在D=10000~17000N范圍內(nèi)選取。當(dāng)斗容量q＜時D應(yīng)小于10000N。轉(zhuǎn)斗挖掘裝土阻力的切向分力為:式中：——密實狀態(tài)下土壤容重，單位為N／；——挖掘起點和終點間連線方向與水平線的夾角；——土壤與鋼的摩擦系數(shù)。計算表明：與相比很小，可忽略不計。當(dāng)，時出現(xiàn)轉(zhuǎn)斗挖掘最大切向分力，其值為：試驗表明法向挖掘阻力的指向是可變的，數(shù)值也較小，一般，土質(zhì)愈均勻，愈小。從隨機統(tǒng)計的角度看，取法向分力為零來簡化計算是允許的。這樣就可看作為轉(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：平均挖掘阻力為:式中: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。顯然這一計算方法是近以的，國外有試驗認為平均挖掘阻力為最大挖掘阻力的70～80％，可作為參考。3.1.2斗桿挖掘時切削行程較長，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轉(zhuǎn)角為，在這轉(zhuǎn)角行程中鏟斗被裝滿。這時斗齒的實際行程為：式中：——斗桿挖掘時的切削半徑，=FV。斗桿挖掘時的切削厚度可按下式計算：斗扦挖掘阻力為式中：——挖掘比阻力，當(dāng)取主要挖掘土壤的值時可求得正常挖掘阻力，取要求挖掘的最硬土質(zhì)值時則得最大挖掘阻力。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。顯然，研究挖掘阻力的目的是確定需要的斗齒挖掘力及其變化規(guī)律，以便在工作裝置設(shè)計中給予保證。挖掘力太小挖掘能力自然降低，但挖掘力太大或者其變化規(guī)律與阻力的變化不適應(yīng)，則功率利用率要降低。由于計算方法尚不成熟，挖掘力的計算值只供參考，設(shè)計時應(yīng)盡量考慮到工作裝置實際使用條件下的土質(zhì)情況及同類型其它機器的實際作業(yè)情況。3.2挖掘力的分析3.2.1挖掘的概念挖掘力是衡量反鏟裝置挖掘性能的重要指標(biāo)之一。關(guān)于挖掘力的概念目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的定義，因此可比性較差。為便于進行設(shè)計方案的分析比較，對挖掘力概念規(guī)定如下。反鏟裝置挖掘力可按下列情況分為工作液壓缸的理論挖掘力，整機的理論挖掘力和整機的實際挖掘力三類。3.2.反鏟裝置主要采用斗桿液壓缸或鏟斗液壓缸進行挖掘。假定不考慮下列因素：1、工作裝置自重和土重；2、液壓系統(tǒng)和連桿機構(gòu)的效率；3、工作液壓缸的背壓。工作液壓缸外伸時由該液壓缸理論推力所能產(chǎn)生的斗齒切向挖掘力稱為工作液壓缸的理論挖掘力。3..2液壓挖掘機處于某一工況下工作液壓缸的主動挖掘力能否實現(xiàn)主要取決于下列條件：1、工作液壓缸的閉鎖能力；2、整機的工作穩(wěn)定性；3、整機與地面的附著性能；4、土壤(或其它作業(yè)對象)的阻力；5、工作裝置的結(jié)構(gòu)強度。當(dāng)全面考慮這些條件后求得的工作液壓缸能實現(xiàn)的挖掘力值就是整機在該工況下的挖掘力。求整機挖掘力按下列假定進行：1、考慮整機自重，有相對運動的構(gòu)件重量分別計算；2、在挖掘過程中斗中土重視為主動液壓缸長度的分級線性函數(shù)，其重心與鏟斗重心一致；3、不考慮液壓系統(tǒng)和連桿機構(gòu)的效率；4、不考慮液壓缸小腔背壓；5、不考慮土壤阻力和工作裝置結(jié)構(gòu)強度的限制；6、不考慮其它因素如停機面坡度、風(fēng)力、慣性力、動載等的影響。求得的挖掘力值稱為整機的理論挖掘力。3.2.如果考慮到整機理論挖掘力計算時簡化假定中忽略的某些因素，則可求得整機的實際挖掘力。但用于特殊作業(yè)條件時求整機實際挖掘力必須考慮坡度、風(fēng)力等影響，如果不采用近似的作圖法，而全部用數(shù)解法來計算整機挖掘力，則相當(dāng)繁瑣。用電子計算機分析比較各種設(shè)計方案的挖掘性能或驗算已制成的挖掘機的挖掘性能，并與機器的實用或測試結(jié)果相對照，既可為改進設(shè)計提供依據(jù)，又可檢驗理論計算的正確程度。在對大量機型進行計算分析的基礎(chǔ)上可為優(yōu)化設(shè)計積累資料和提供簡化根據(jù)。3.2.2挖掘力的計算在考慮以上條件和假設(shè)的同時，在液壓挖掘機在實際復(fù)合挖掘的過程中，為了最大限度的發(fā)揮挖掘力，司機主要按照以下兩種工作方式進行復(fù)合挖掘：復(fù)合挖掘方式一：鏟斗油缸挖掘為主，斗桿油缸復(fù)合動作；復(fù)合挖掘方式二：斗桿油缸挖掘為主，鏟斗油缸復(fù)合動作?，F(xiàn)以復(fù)合挖掘方式一為例，介紹整機符合挖掘力的計算方法。圖3-1受力及力臂計算簡圖如圖（3—1）所示，為了計算復(fù)合挖掘力，本文將作用在斗齒尖V點復(fù)合挖掘力分解為垂直于QV的切向分力和與QV線平行的法向分力，并令(其中η是一個帶符號的系數(shù),當(dāng)η取正則表示與圖示法向力同向，反之則反向)，這樣復(fù)合挖掘力的方向就確定了。計算任一挖掘位置整機理論復(fù)合挖掘力的步驟。3.2.如圖3—2所示，令和對鉸點F的力臂分別為、，對動臂根部鉸點C的力臂分別為、,對前傾點T的力臂分別為、及對后傾點I的力臂分別為、；并令：、、、。復(fù)合挖掘力對鉸點F的力矩為：同理，該挖掘力對點C、T、I的力矩分別用切向力分別表示為：式中：、、、為復(fù)合挖掘力對F、C、T、I點的當(dāng)量作用力臂。求解當(dāng)量作用力臂關(guān)鍵是求任意工況下的切向力和法向力對應(yīng)各鉸點的力臂、；、；、；、。下面分別計算它們對應(yīng)各鉸點的力臂值：1、和分別對動臂根部鉸點C的力臂、的計算；圖3-2力臂方向判斷簡圖構(gòu)造三角形CQV如圖（3—2）中各圖所示，假設(shè)圖示和的方向為正。取和對于C點的力矩延逆時針方向為正，反之為負，這樣就可以確定、的正負。其正負只與三角形的形狀有關(guān)，因此、的大小只與斗桿和鏟斗液壓缸的長度有關(guān)而與動臂液壓缸長度無關(guān)。式中∠CVQ可通過反三角函數(shù)求出，當(dāng)∠CVQ<90°時，>0；反之小于0。在上式中只求出了的大小，其方向須進一步加以判斷；點C、Q、V的坐標(biāo)與任一工況的各油缸的長度對應(yīng)，且法向力總是由V指向Q的，根據(jù)這些條件即可以確定的正負。圖3-3法向力相對于C點的力臂方向判斷簡圖如圖（3-3）所示，和分別為不同工況下，工作裝置上鉸點，它們確定了兩條直線和。當(dāng)點C位于鏟斗與斗桿連接的鉸點Q和斗齒尖V連線的上方(如圖（3—4）中的直線f(x))，當(dāng)它們分別與圖中的Q、V位置重合時，此時的法向挖掘力對C點的力臂為負；反之當(dāng)它們分別與圖中的Q'、V'位置重合時，法向挖掘力對C點的力臂為正。同理，若C位于直線的下方，當(dāng)鉸點Q和斗齒尖V分別與圖中的和位置重合時，法向挖掘力對C點的力臂為正；然而當(dāng)它們分別與圖中的和位置重合時，法向挖掘力對C點的力臂為負。對于任一工況，和都是定值,從而可以得到它們所在直線的方程：綜上所述，可以得到的大小及方向判斷方法：a、當(dāng)時其它b、當(dāng)時其它2、和分別對斗桿與動臂連接鉸點F的力臂和的計算；如圖(3—2)所示,以三角形為研究對象,同理取逆時針方向的力矩為正，假設(shè)切向和法向挖掘力的正向為圖示方向，這樣就很容易判斷和的正負。其表達式為：其它從上式可以看出，、僅為鏟斗油缸的函數(shù)。3、和分別對前傾點T的力臂為、的計算；以三角形為研究對象，由于前傾點T和動臂根部C點均為固定點，因此、的求解方式與、基本相同，只是假設(shè)條件不一樣，取順時針方向的力矩為正，來確定、的方向。同理，可以按以下a、b兩種情況來確定的大小及方向：當(dāng)時其它b、當(dāng)時其它4、和分別對后傾點I的力臂為、的計算；以三角形為研究對象，由于后傾點I和動臂根部C點以及前傾點T均為固定點，因此、的求解方式與、基本相同，取順時針方向的力矩為正，同理可確定、的方向。的大小及方向判斷如下：a、當(dāng)時:其它b、當(dāng)時其它當(dāng)液壓挖掘機工作裝置處于任一挖掘位置進行挖掘時，各油缸的長度都確定了，其工作裝置上任一點的位置也固定。以上各推導(dǎo)過程的表達式中的所有的長度和角度都可以通過兩點間距離公式和反三角函數(shù)求出。這樣就能應(yīng)用計算機軟件編程求解工作裝置處于任一工況下復(fù)合挖掘力對各鉸點的力臂和當(dāng)量作用力臂，為下一步計算打下了基礎(chǔ)。3.2.2.2計算切向挖掘力1、動臂液壓缸閉鎖力所限制的切向挖掘分力如圖(3—4)所示，取整個工作裝置為隔離體。工作裝置處于不同的挖掘位置時復(fù)合挖掘力對C點的當(dāng)量作用力臂的大小和方向也隨之不斷變化。以下分別按≥0和<0兩種情況來求。a、當(dāng)≥0時；復(fù)合挖掘力產(chǎn)生力矩有使整個工作裝置繞動臂根部鉸點C逆時針轉(zhuǎn)動的趨勢。動臂液壓缸在這種情況下處于受拉狀態(tài)，其抗拉能力取決于小腔閉鎖力，設(shè)為動臂液壓缸過載閥調(diào)定壓力，為動臂液壓缸小腔作用面積，則。動臂液壓缸不被拉長所限制的挖掘力的切向分力為。圖3-4動臂液壓缸閉鎖時所決定的復(fù)合挖掘力計算簡圖由對C點的力矩平衡方程得：式中：——動臂油缸閉鎖力；——F對鉸點C的力臂；——動臂、斗桿、鏟斗、斗桿油缸、鏟斗油缸和連桿機構(gòu)的重量；——對C點的作用力臂。b、<0時在復(fù)合挖掘力所產(chǎn)生的力矩，有使整個工作裝置繞動臂鉸點C順時針轉(zhuǎn)動的趨勢。此時動臂液壓缸處于受壓狀態(tài)，其抗壓能力取決于大腔閉鎖力，設(shè)為動臂液壓缸大腔過載閥調(diào)定壓力，為動臂液壓缸大腔作用面積，則。動臂液壓缸不被壓縮所限制的挖掘力的切向分力：由對C點的力矩平衡方程得：2、斗桿液壓缸主動所能發(fā)揮的切向挖掘分力圖3-5斗桿液壓缸挖掘時所決定的復(fù)合挖掘力計算簡圖如圖(3—5)所示，取斗桿、鏟斗缸、鏟斗和連桿機構(gòu)為研究對象，由F點的力矩平衡方程得：式中：——斗桿油缸的最大推力，；——斗桿油缸大腔面積；——液壓系統(tǒng)調(diào)定壓力；——對鉸點F的力臂；、、——、、對F點的作用力臂。3、鏟斗液壓缸主動所能發(fā)揮的切向挖掘分力以鏟斗為研究對象，由Q點的力矩平衡方程得：式中：——鏟斗斗油缸主動推力，；——鏟斗液壓缸的大腔面積；i——連桿機構(gòu)傳動比；、——、對Q點的作用力臂；——鏟斗QV的距離。4、整機附著條件所限制的切向挖掘分力式中：G——整機重量；μ——行走裝置與地面的附著系數(shù)；α——復(fù)合挖掘力與水平方向的夾角；圖3-6前傾穩(wěn)定性所限制的挖掘力計算簡圖5、整機前傾穩(wěn)定性所限制的切向挖掘分力；以整機為研究對象，如圖(3—6)所示，如果要使整機向前傾覆，那么合力矩必須為順時針方向，由于前面求、時假設(shè)復(fù)合挖掘力延順時針方向為正，那么整機要產(chǎn)生前傾的必要條件就是>0。本文也按以下a、b兩種情況確定的值。a.、當(dāng)≤0時此時無論取多大的正值液壓挖掘機都不會出現(xiàn)整機前傾的情況，為了便于判斷，在這種情況下本文?。?∞圖3-7后傾穩(wěn)定性所限制的挖掘力計算簡圖b、.當(dāng)>0時由前傾支點T的力矩平衡方程得：式中：——機體重量；——對T點的作用力臂；——動臂油缸重量；——的重心至T點的水平距離，即作用力臂；6、整機后前傾穩(wěn)定性所限制的切向挖掘分力；的計算方法和基本相同，如圖(3—7)所示。a．當(dāng)≤0時，此時挖掘機不會出現(xiàn)后傾現(xiàn)象，此時?。?∞b．當(dāng)>0時：由前傾支點I的力矩平衡方程得：式中：——對I點的作用力臂；——的重心至I點的水平距離，即作用力臂；3.2.整機所能實現(xiàn)的理論復(fù)合挖掘力的切向分力為：；復(fù)合挖掘力為：這樣就求出了按照鏟斗主動挖掘，斗桿復(fù)合動作的挖掘方式下的整機理論復(fù)合挖掘力。挖掘方式二復(fù)合挖掘力的計算方法與上相同，在此不作說明。4鏟斗及單斗液壓挖掘機反鏟裝置各機構(gòu)尺寸的確定4.1鏟斗參數(shù)的確定4鏟斗結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求1、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動規(guī)律。2、要使物料易于卸凈，縮短卸載時間，并提高鏟斗有效容積。3、為使裝進鏟斗的物料不易掉出，斗寬與物料直徑之比應(yīng)不大于：1.4、裝設(shè)斗齒有利于增大鏟斗與物料剛接觸時的挖掘比壓，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，切削轉(zhuǎn)角，切削半徑和切削寬度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算：式中：——鏟斗充滿系數(shù)；——土壤松散系數(shù)。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)角和切削半徑對轉(zhuǎn)斗底切削能容量有直接影響，可用下式表示：式中：——鏟斗切削能容量，；——考慮切削過程中其他影響因素的系數(shù)；——具有應(yīng)力因次的系數(shù)，在鏟斗容量～1時，取；——具有容積質(zhì)量因次的系數(shù)，在鏟斗容量～1時，取。顯然，在設(shè)計鏟斗時，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,但受鏟斗結(jié)構(gòu)的限制，一般?。菏街校簈——鏟斗容量，；b——鏟斗平均寬度，m?？紤]到鏟斗切削入土和出土的余量，一般取。同時考慮到轉(zhuǎn)斗速度一定時，轉(zhuǎn)斗角度太大會增加挖掘阻力，降低生產(chǎn)力，因此一般取。在確定鏟斗寬度b和轉(zhuǎn)角角度后，即可導(dǎo)出切削半徑：式中：b——鏟斗寬度，m；——鏟斗轉(zhuǎn)角的一半，——土壤松散系數(shù)；——鏟斗充滿系數(shù)，這里取。當(dāng)鏟斗寬度b和轉(zhuǎn)斗角度在上述推薦范圍內(nèi)時，此時的取值范圍為：4.2動臂機構(gòu)參數(shù)的確定據(jù)統(tǒng)計，最大挖掘半徑值一般與的值很接近。因此要求，已知的和可按下列近似經(jīng)驗公式初定和，即：由:得：其中：可解得：、在三角形CZF中已知、、可得：最大卸載高度的表達式為：最大挖掘深度絕對值的表達式為：將上兩式相加，消去，并令,得又特性參數(shù)得：將上式代入聯(lián)立上式可解得：、然后，解下面的聯(lián)立方程，求和于是:這樣，動臂機構(gòu)的全部參數(shù)初步選定。4.3斗桿機構(gòu)參數(shù)的確定確定斗桿液壓缸的鉸點位置、行程及力臂比時應(yīng)當(dāng)考慮以下因素：1、保證斗桿液壓缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。一般來說希望液壓缸在全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力始終大于正常挖掘阻力，液壓缸全伸時的作用力矩應(yīng)足以支撐滿載斗和斗桿靜止不動；液壓缸作用力臂最大時產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘阻力。2、保證斗桿液壓缸有必要的閉鎖能力。對于以轉(zhuǎn)斗挖掘為主的中小型反鏟，選擇斗桿機構(gòu)參數(shù)時必須注意轉(zhuǎn)斗挖掘時斗桿液壓缸的閉鎖能力，要求在主要挖掘區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)到液壓缸的挖掘力能得到充分地發(fā)揮。3、保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍大致在之間。在滿足工作范圍和運輸要求的前提下此值應(yīng)盡可能取得小些，對以斗桿挖掘為主的中型機更應(yīng)注意到這—點。一般說斗桿愈長，其擺角范圍也可稍小。當(dāng)斗桿液壓缸和轉(zhuǎn)斗液壓缸同時伸出最長時，鏟斗前壁與動臂之間的距離應(yīng)大于10cm。斗桿機構(gòu)的參數(shù)選擇可按下述步驟進行。根據(jù)斗桿挖掘阻力計算，并參考國內(nèi)外同類型機器斗桿挖掘力值，按要求的最大挖掘力確定斗桿液壓缸的最大作用力臂斗桿液壓缸初始力臂和之比是斗桿擺角的余弦函數(shù)，設(shè),則：可見，已定時愈大，和就愈小，平均挖掘阻力也就越小。取，求得：斗桿上取決于結(jié)構(gòu)因素，考慮到工作范圍，一般在之間。動臂上也是結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)結(jié)構(gòu)因素預(yù)先估計。圖4-1斗桿機構(gòu)參數(shù)計算簡圖圖4-2斗鏟機構(gòu)參數(shù)計算簡圖4.4鏟斗機構(gòu)參數(shù)的確定反鏟鏟斗機構(gòu)是四連桿機構(gòu)。作機構(gòu)參數(shù)選擇時、、和等往往都預(yù)先選定，待選參數(shù)還有8個(圖4—2，即=FG、=GN、=MH、=MN、=KH、=NQ以及、等。這些參數(shù)必須滿足以下要求：4.4.1鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍如前所述，鏟斗在挖掘過程中的轉(zhuǎn)角大致為，為了滿足開挖和最后卸裁及運輸狀態(tài)的要求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達到。如圖2—16所示，設(shè)時斗齒尖為。，則可能在FQ延長線上，或在其上側(cè)處(此時為仰角)，在個別情況下，例如為了適應(yīng)挖掘深度及垂直側(cè)壁的作業(yè)要求，不使斗底先于斗齒接觸土壤，常采用大仰角機構(gòu)，這時仰角可能達到。總轉(zhuǎn)角必須選擇恰當(dāng)，不宜過大，一般在之間。設(shè)計時還要避免當(dāng)轉(zhuǎn)斗液壓缸全伸時斗齒尖碰撞斗桿下緣的現(xiàn)象。圖4-3鏟斗機構(gòu)參數(shù)選擇要求圖4-3鏟斗機構(gòu)參數(shù)選擇要求4.4.2鏟斗機構(gòu)的載荷分析轉(zhuǎn)斗挖掘過程為大曲率切削，挖掘過程因切削土壤厚度的變化較大所以阻力的變化也很大，這點在本節(jié)中已作了詳細的論述，然而在挖掘機實際作業(yè)過程中轉(zhuǎn)斗挖掘土壤的縱斷面形式是多種多樣的，其阻力變化的情況也各不相同，故挖掘過程中轉(zhuǎn)斗機構(gòu)的實際裁荷是隨機的。從挖掘工藝來分析，挖掘土壤的縱斷面形狀基本上可歸納為以下幾種（圖中箭頭所示的方向為鏟斗挖掘行進方向）。對圖中a斷面，其阻力的變化應(yīng)與其切削厚度變化所示的相適應(yīng)，并可以近似地以曲線a的形狀示于圖4—4中；而圖b斷面挖掘阻力的變化則由于自轉(zhuǎn)斗起始點到轉(zhuǎn)角間的切削厚度增大，阻力也相應(yīng)地有所提高；圖c斷面阻力在轉(zhuǎn)角至2區(qū)段有所增高；圖d的斷面近似于扇形，切削厚度變化較小，因而阻力亦接近相等，大致接近于平均挖掘阻力，其阻力的變化如圖4—5d所示。至于b形斷面的起始切削厚度和c形斷面的終了切削厚度，也可近似地取為相當(dāng)于平均切削厚度，因而其阻力曲線就可用圖4—5曲線b和c分別表示。這樣，取幾種斷面挖掘阻力曲線的包絡(luò)線作為轉(zhuǎn)斗在2角范圍內(nèi)(即挖掘區(qū)段內(nèi))的載荷曲線就大致能適應(yīng)各種斷面的挖掘，滿足各種斷面挖掘阻力變化的要求。在非挖掘區(qū)段，鏟斗機構(gòu)除應(yīng)滿足充斗的要求外，當(dāng)達到最大轉(zhuǎn)角時還應(yīng)當(dāng)滿足支撐鏟斗自重及斗中土重并計及動載影響的力矩要求。根據(jù)這些要求可以畫出轉(zhuǎn)斗機構(gòu)在整個轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的計算載荷曲線。轉(zhuǎn)斗機構(gòu)最大理論挖掘力應(yīng)與轉(zhuǎn)斗最大挖掘阻力相適應(yīng)，常布置在處。當(dāng)鏟斗以的仰角開始挖掘時，最大挖掘力則大致出現(xiàn)在處。因此鏟斗液壓證的作用力臂應(yīng)滿足：式中：——最大挖掘阻力；、、——鏟斗處于位置時連桿機構(gòu)的力臂值。起始點及轉(zhuǎn)角2處的挖掘力按載荷曲線應(yīng)與平均挖掘阻力相適應(yīng)。圖4—4挖掘土壤的縱斷面形狀圖4—5裝斗機構(gòu)載荷曲線圖4.4.3鏟斗機構(gòu)結(jié)構(gòu)布置的幾何可容性要求（a）、必須保證鏟斗桿機構(gòu)在全行程中任一瞬時都不會被破壞，即保證、及四邊形在任何瞬時皆成立；（b）、液壓缸全仲和全縮長度之比應(yīng)當(dāng)在允許的范圍內(nèi)，對鏟斗機構(gòu)可?。唬╟）、全行程中機構(gòu)都不應(yīng)出現(xiàn)死點，且傳動角應(yīng)當(dāng)在允許的范圍內(nèi)；（d）、在任何瞬間各構(gòu)件之間都不應(yīng)有干涉、碰撞現(xiàn)象。5工作裝置的載荷分析和強度計算5.1工況姿態(tài)的選取每一臺挖掘機的挖掘工況由動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸的變化可以組成幾萬種工況，所以如何確定工作裝置（動臂、斗桿）在外載荷作用下的一個或幾個最不利工況作為挖掘機工作裝置強度計算的工況，進行精確的強度校核，從而為設(shè)計出更為經(jīng)濟合理、安全可靠的液壓挖掘機提供依據(jù)，是非常重要的。對結(jié)構(gòu)的分折計算，首先應(yīng)確定各構(gòu)件的最不利工況，即在這工況下對某一結(jié)構(gòu)件可能出現(xiàn)的最大應(yīng)力，以這工況作為設(shè)計該結(jié)構(gòu)件的依據(jù)，也就是強度設(shè)計中計算位置的選擇，計算圖式和載荷的確定問題。由于影響挖掘機挖掘力的因素很多，如三個工作液壓缸的匹配、整機穩(wěn)定問題等，并且同樣的反鏟裝置還有較多的形式，因此對計算位置的選擇，看法很不一致，更無統(tǒng)一的規(guī)定。隨著電子計算機的普及應(yīng)用，目前已可能對挖掘機的所有工況及其挖掘過程各指定的千百個位置進行作用力分析和對各結(jié)構(gòu)件進行較多的可能危險斷面進行應(yīng)力計算，再結(jié)合樣機的應(yīng)力測定，使工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計有可能得到比較可靠而又經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀。對工作裝置中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件以及對結(jié)構(gòu)件中斷面突變或應(yīng)力集中的部分可以采用有限元法進行計算，以提成分析計算的精確度。5停機面最大挖掘半徑（工況一）圖5-1停機面最大挖掘半徑挖掘機處于停機面最大挖掘半徑處，鏟斗挖掘，鏟斗在發(fā)揮最大挖掘力位置進行挖掘。在挖掘機的設(shè)計規(guī)范中，最大挖掘半徑是評價挖掘能力的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，它決定著挖掘機的挖掘范圍。因而，在設(shè)計時，技術(shù)人員必須考慮清楚該位置的受力情況。該位置出現(xiàn)在斗桿油缸全縮，鏟斗齒尖、斗桿與鏟斗鉸接點及斗桿與斗桿油缸鉸接點這三點處于同一直線上，且大臂油缸縮進使鏟斗齒尖處于地面上，如圖5-1所示。在該位置處，在挖掘的過程中也將受到很大的土壤阻力。因此考慮此位置的受力與沖擊將是動力學(xué)分析和強度檢驗的一項重要內(nèi)容。5.1.2最深挖掘位置（工況二）圖圖5-2最深挖掘位置挖掘機處于最深挖掘位置處，鏟斗挖掘，鏟斗在發(fā)揮最大挖掘力位置進行挖掘。此位置出現(xiàn)在動臂油缸全縮，即動臂位置最低處，此時斗桿與斗桿油缸鉸接點、斗桿與鏟斗鉸接點及鏟斗齒尖在同一直線上且垂直于挖掘面，如圖5-2所示。該位置處，鏟斗中物料較多，土壤挖掘阻力較大，大臂、斗桿與鏟斗的受力都很大，同時該位置也是用于計算斗桿與鏟斗的危險情況的典型受力位置。因而，此位置也是整個動力學(xué)分析中較為重要的一個姿態(tài)。5.1.3動臂斗桿最大受力位置（工況三）圖5-3動臂、斗桿最大受力位置大臂、斗桿處于最大受力位置處，鏟斗在發(fā)揮最大挖掘力位置進行挖掘。大臂、斗桿最大受力位置出現(xiàn)在動臂油缸全縮，斗桿與斗桿油缸鉸接點、斗桿與鏟斗鉸接點及鏟斗齒尖在同一直線上且垂直斗桿油缸，如圖5-3所示。據(jù)計算，此位置對動臂與斗桿都產(chǎn)生最大的力矩，是大臂和斗桿出現(xiàn)危險截面處的工況。相同挖掘力作用時，對動臂、斗桿產(chǎn)生的作用力最大。5.2動臂各鉸點處受力分析工作裝置各構(gòu)件通過銷連接，在計算工況中不考慮偏載的影響，可以認為其只承受x、y方向的力，整個結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu)，在各工況的計算位置圖所定坐標(biāo)系中，分別取工作裝置做為整體及將動臂作為隔離體，根據(jù)靜力學(xué)平衡原理和對不同的鉸點取矩，在該工況受力情況下，即可計算出動臂各鉸點的反力。5.2.1斗桿各鉸點的受力分析下面求解斗桿各鉸點作用力的大小和方向。如圖5-4所示，取斗桿和鏟斗為研究對象，斗桿缸、鏟斗缸及連桿機構(gòu)各構(gòu)件均可視為二力桿單元，任意工況的切向挖掘力為,那么就可以計算斗桿上各鉸點力。.1鉸點E斗桿油缸作用力及方向由F點力矩平衡方程可反求斗桿液壓缸的推力：鉸點E作用力方向為斗桿油缸與水平方向的夾角，可由函數(shù)表示。由Q點力矩平衡方程可反求鏟斗缸的主動作用力：同理，鉸點G處作用力大小為，其與水平方向的夾角為；該力對鉸點M作用力與水平方向的夾角為。圖5-4鉸點M受力簡圖5..-4連桿MK受力式中為連桿MK對Q點的作用力臂。連桿KM對鉸點M的作用力與水平方向的夾角為，對鉸點K作用力與水平方向的夾角為，它們相差π。.4搖桿MN對鉸點N點的作用力及方向如圖5-4，由對M點的力平衡方程得：式中：∠GMN——GM與NM的夾角；∠KMN——KM與NM的夾角，可由反三角函數(shù)求出；——與的大小相等。鉸點N的作用力與水平方向的夾角為。.5求斗桿與鏟斗的接鉸點Q的受力以鏟斗為獨立的研究對象如圖5-5所示，分別在x和y方向由力平衡方程可得：圖5-5鉸點Q受力簡圖圖5-6動臂各鉸點的受力簡圖5.2.2動臂各鉸點的受力分析動臂各鉸點的受力情況如圖5-6所示，鉸點D和F的受力分別與斗桿鉸點E和F處力的大小相等，但方向相反，可直接根據(jù)斗桿的計算結(jié)果求出。現(xiàn)在只需計算鉸點B和C點的作用力。5.2由對C點的力矩平衡方程：的方向為動臂油缸與水平坐標(biāo)的夾角可表示為5.2取整個工作裝置為研究對象，由力平衡方程得：式中表示動臂油缸與水平線的夾角。5.3許用應(yīng)力和其它問題1、上述工作裝置各構(gòu)件的計算，均按靜載荷進行分析，而實際工作中，工作裝置承受著相當(dāng)大的沖擊和振動載荷，而且變化不定。除了機械本身運動參數(shù)和構(gòu)造以及液壓系統(tǒng)等因素的影響外，工作對象的不同也影響很大，如建筑型中小型液壓挖掘機和采礦型液壓挖掘機動載的影響就有很大的差別，而同一機械用于挖土或用于挖掘礦石，沖擊載荷也大不相同，進行精確計算很困難，因此通過實驗，按不同類型機械和不同工作對象確定合理的載荷譜，并以此作為依據(jù)作出設(shè)計載荷的標(biāo)準(zhǔn)，對挖掘機的合理設(shè)計和試驗研究那有重大意義。我國挖掘機載荷譜的研究工作正進行中。目前設(shè)計計算中一般采用降低許用應(yīng)力的方法來考慮動載的影響，即在強度設(shè)計中采用提高安全系數(shù)的方法來解決。由于工作裝置各構(gòu)件承受動載荷程度不同，因而采用不同的安全系數(shù)以區(qū)別對待。此外挖掘機正常作業(yè)過程中經(jīng)常反復(fù)(周期)出現(xiàn)的載荷類似脈動載荷，而遇障礙等尖峰載荷(應(yīng)力)的出現(xiàn)，莊是較少或偶然的。根據(jù)工作裝置試驗和破壞情況的分析來看，構(gòu)件的破壞70％為疲勞問題。因此設(shè)計中以考慮把載荷分為兩類，即主要載荷和附加載荷。主要載荷(或稱基本載荷)指工作裝置的自重、正常作業(yè)時挖掘阻力()，并認為較均勻地作用于斗齒對稱于鏟斗中心線，以及回轉(zhuǎn)時的慣性力等。附加載荷指挖掘中由于邊齒挖掘而產(chǎn)生的偏心力矩()以及偶然出現(xiàn)的橫向阻力等。計算中若只考慮主要載荷，應(yīng)適當(dāng)提高安全系數(shù)，若考慮主要載荷加附加載荷則可適當(dāng)降低安全系數(shù)。其次，工作裝置結(jié)構(gòu)件多為焊接件，若考慮焊接質(zhì)量的影響也應(yīng)適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)件的安全系數(shù)，即適當(dāng)降低焊接件的許用應(yīng)力。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料的推薦，綜合考慮以上因素的影響，可根據(jù)設(shè)計要求和使用條件，選用安全系數(shù).對于建筑型挖掘機，尤以工作對象為III級及III級以下土壤的小型挖掘機，安全系效可取小值，一般中型挖掘機考慮建筑及礦山通用可選用大值，對于礦山采掘型，可按需再適當(dāng)提高，例如再提高一檔即將主要載荷的安全系數(shù)作為主要附加載荷安全系數(shù)使用。則許用應(yīng)力可按下式確定式中——鋼材屈服極限。2、上述動臂和斗桿的計算工況適用于以轉(zhuǎn)斗挖掘為主，即轉(zhuǎn)斗挖掘力大于斗桿挖掘力的液壓挖掘機，若斗桿挖掘力大于鏟斗挖掘力，則應(yīng)取斗桿液壓缸挖掘作為計算工況。3、動臂和斗桿還應(yīng)驗算以下工況：滿載鏟斗在最大卸載半徑回轉(zhuǎn)制動時。這時應(yīng)考慮工作裝置及斗中土壤回轉(zhuǎn)制動慣性力和離心力等的影響。4、動臂、斗桿中銷軸及孔均應(yīng)驗算其強度。軸向間隙小的銷軸按剪切計算已可滿足。5、在動臂和斗桿等結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)合理布置橫隔板及肋板以增加抗扭剛度及側(cè)板穩(wěn)定，盡量避免斷面突變，以及在內(nèi)力較大的斷面附近拼接鋼板，以免應(yīng)力集中和削弱結(jié)構(gòu)強度，并應(yīng)注意對結(jié)構(gòu)薄弱部分作適當(dāng)?shù)募訌娞幚怼?.4設(shè)計合理性分析1、挖掘性能和挖掘力挖掘性能能可以從實際斗齒挖掘力，生產(chǎn)率和工作尺寸三個方面衡量。如果不考慮操縱因素和回轉(zhuǎn)機構(gòu)合理性的影響，就工作裝置而言，問題就歸結(jié)為挖掘力、工作裝置動作度和工作尺寸三個方面。挖掘力和挖掘速度是一對統(tǒng)一于純挖掘功率之下的矛盾，它們既相互依存，又相互限制，其中挖掘力是矛盾的主要方面。挖掘力不夠就挖不動一定硬度的土，速度也就等于零，或者需要減薄切土厚度，等于降低了挖掘速度。挖掘力太富裕不但沒有實際意義而又會影響各液壓缸(也即工作裝置)動作速度，從而降低功率利用率和生產(chǎn)率。在液壓功率不富裕的情況下，特別是在中小型反鏟裝置采用定量系統(tǒng)的情況下，正確處理力與速度之間的關(guān)系至為重要。轉(zhuǎn)斗挖掘時，挖掘阻力隨切削厚度而變化，希望挖掘力的大小及其變化規(guī)律能與挖掘阻力的變化相適應(yīng)。工作尺寸應(yīng)與機型大小相適應(yīng)。要使幾何尺寸能達到的范圍變成有效的挖掘范圍很不容易。工作尺寸太小則顯得落后，甚至不能滿足正常使用要求；但太大也不一定先進，可能在邊緣地區(qū)的挖掘性能很差，甚至還影響其它重要地區(qū)的挖掘性能。對定量系統(tǒng)挖掘機來說，為了達到較大挖掘力指標(biāo)的現(xiàn)實辦法之一是采用可換鉸點的鏟斗連桿機構(gòu)或變鉸點斗桿；為了達到較大工作尺寸指標(biāo)的現(xiàn)實辦法之一是采用可換斗桿或可換動臂。按其效果類似于在工作裝置上沒有級變量機構(gòu)，既提高了不同條件下的挖掘性能，又不影響經(jīng)常工作狀態(tài)下的功率利用率。2、鏟斗、斗桿和動臂三組液壓缸的作用力矩應(yīng)相匹配。液壓缸從全縮到全伸，其作用力