【正文】 = 93 L1 e1 = ACBCSin∠ACB (419)即:2320e1 = 7502335Sin97 e1 = 750 mm 則此時(shí)斗桿油缸提升力矩:MT = F1 e1= 106π(70)21062 = 106 ＞MZ (420)故滿足要求 滿斗處于最大高度時(shí),動(dòng)臂提升力矩的校核當(dāng)斗桿在最大高度時(shí)的工況類似于圖36，此時(shí)動(dòng)臂油缸全伸，斗桿油缸全縮。 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的校核 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)閉鎖力的校核正常的挖掘阻力 W1J ： (415)在415式中，W1—— 切削阻力的切向分力；C——土壤的硬度系數(shù)，對(duì)不同的土壤條件取值不同，這里設(shè)挖機(jī)用于Ⅲ級(jí)土壤的挖掘，取值為3；R——鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)到斗齒尖距離，即轉(zhuǎn)斗切削半徑其在前面已經(jīng)初步確定，取值為1550mm；ψmax——某一挖掘位置時(shí)鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半；ψ——某一挖掘位置處轉(zhuǎn)斗的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角，在此處由于是求平均挖掘阻力，故初取ψmax =ψ = ；B——切削刃寬度影響系數(shù)，B = 1 + = 1 + = ；A——切削角變化影響系數(shù)，取A = .；Z——帶有斗齒的系數(shù)，取Z =；X——斗側(cè)壁厚影響系數(shù)，X = 1+0. 03S,其中S為側(cè)壁厚度，由于是初步設(shè)計(jì)，故預(yù)取X = ；D——切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和斗容量的大小選取D = 104N。 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 α1與A點(diǎn)坐標(biāo)的選取初選動(dòng)臂轉(zhuǎn)角α1 = 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 = （k3 = L42/L41）鉸點(diǎn)A坐標(biāo)的選擇：由底盤和轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合同斗容其它機(jī)型的測(cè)繪，初選：XA = 430 mm ；YA = 1200mm l1與l2的選擇由統(tǒng)計(jì)分析，最大挖掘半徑R1值與l1+l2+l3的值很接近，由已給定的最大挖掘距離R已初步選定的l3和k1，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式有：l2 = （R l3）/（1+ k1）= （98851550）/（1+）= 3000mm則l1 = k1l2 = 3000 = 5400mm l41與l42的計(jì)算如圖41所示，在三角形CZF中：l42 = k3l41 = 2585 = 3620 mmα3 9= ∠ZFC = COS1（l422+l12–l412）/2l1l42 = l5的計(jì)算由經(jīng)驗(yàn)和反鏟工作裝置對(duì)閉鎖力的要求初取k4 = α11的取值對(duì)特性參數(shù)k最大挖掘深度H1max和最大挖高H2max均有影響，增大α11會(huì)使k4減少或使H1max 增大，這符合反鏟作業(yè)的要求，初選α11 = 。4基本尺寸的確定 斗形參數(shù)的確定斗容量q ：在設(shè)計(jì)任務(wù)書中已給出q = m3平均斗寬B：其可以由經(jīng)驗(yàn)公式和差分法選擇，又由續(xù)表知[1]：當(dāng)q = m3時(shí)， B = 當(dāng)q = m3時(shí)， B = 則當(dāng)q = ， B = +（）247。 特殊工作位置計(jì)算：（1） 最大挖掘深度H1maxNH搖臂；HK連桿；C動(dòng)臂下鉸點(diǎn)；A 動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)；B動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)；F動(dòng)臂上鉸點(diǎn)；D斗桿油缸上鉸點(diǎn)；E斗桿下鉸點(diǎn)；G鏟斗油缸下鉸點(diǎn)；Q鏟斗下鉸點(diǎn)；K鏟斗上鉸點(diǎn)；V鏟斗斗齒尖.圖35 最大挖掘深度計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖35示，當(dāng)動(dòng)臂全縮時(shí)，F(xiàn), Q, U三點(diǎn)共線且處于垂直位置時(shí)，得最大挖掘深度為: H1max = YV = YFmin–l2–l3 = YC+L1Sinα21min–l2–l3 = YC+l1Sin（θ1α20α11）–l2–l3 (333)（2） 最大卸載高度H3maxNH搖臂；HK連桿；C動(dòng)臂下鉸點(diǎn)；A 動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)；B動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)；F動(dòng)臂上鉸點(diǎn)；D斗桿油缸上鉸點(diǎn)；E斗桿下鉸點(diǎn)；G鏟斗油缸下鉸點(diǎn)；Q鏟斗下鉸點(diǎn)；K鏟斗上鉸點(diǎn)；V鏟斗斗齒尖圖36 最大卸載高度計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖36所示，當(dāng)斗桿油缸全縮，動(dòng)臂油缸全伸時(shí)，QV連線處于垂直狀態(tài)時(shí)，得最大卸載高度為: (334)（3） 水平面最大挖掘半徑R1maxNH搖臂；HK連桿；C動(dòng)臂下鉸點(diǎn)；A 動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)；B動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn)；F動(dòng)臂上鉸點(diǎn)；D斗桿油缸上鉸點(diǎn)；E斗桿下鉸點(diǎn)；G鏟斗油缸下鉸點(diǎn)；Q鏟斗下鉸點(diǎn)；K鏟斗上鉸點(diǎn)；V鏟斗斗齒尖圖37 停機(jī)面最大挖掘半徑計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖37所示，當(dāng)斗桿油缸全縮時(shí)，F(xiàn). Q. V三點(diǎn)共線，且斗齒尖v和鉸點(diǎn)C在同一水平線上，即YC= YV，得到最大挖掘半徑R1max為:R1max=XC+L40 (335)式中：L40 = Sqr[（L1+L2+L3）22（L2+L3）L1COSα32max (336)（4） 最大挖掘半徑R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。（2） 鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角φ3鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 φ3 =α7+α24+α26+α10 (318)其中，在三角形NFQ中α7 = ∠NQF= COS1[（l212+l22 l162）/2l21l2] (319)α10暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。這時(shí)L1 = Sqr（l72l52）= l5 Sqr（δ21）θ1 = cos11/δ (37) 斗桿的運(yùn)動(dòng)分析如下圖32所示，D點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是L1的函數(shù)。又由經(jīng)驗(yàn)公式和其它機(jī)型的參考初選動(dòng)臂油缸行程L1=1000mm，斗桿油缸行程L2=1450mm，鏟斗油缸行程L3=1250mm。（2） 鏟斗斗容與主參數(shù)的選擇斗容在任務(wù)書中已經(jīng)給出：q = 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)的工作壓力和“三化“要求。（3） 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)。2331斗桿； 2連桿機(jī)構(gòu)； 3鏟斗圖25 鏟斗連接布置示意圖 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(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大，其應(yīng)滿足以下的要求[1]：（1） 有利于物料的自由流動(dòng)。具體結(jié)構(gòu)如圖24所示。在本設(shè)計(jì)中由于不需要調(diào)節(jié)斗桿的長(zhǎng)度，故也采用整體式斗桿。圖22 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1鏟斗；2連桿；3斗桿；4動(dòng)臂；5鏟斗油缸；6斗桿油缸圖23 工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖挖掘機(jī)的工作裝置經(jīng)上面的簡(jiǎn)化后實(shí)質(zhì)是一組平面連桿機(jī)構(gòu)，自由度是3，即工作裝置的幾何位置由動(dòng)臂油缸長(zhǎng)度L斗桿油缸長(zhǎng)度L鏟斗油缸長(zhǎng)度L3決定，當(dāng)LLL3為某一確定的值時(shí)，工作裝置的位置也就能夠確定[2]。各油缸可看作是只承受拉壓載荷的桿。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)[2]。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)動(dòng)臂缸的伸縮，使動(dòng)臂連同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。(3) 工作裝置各部分的基本尺寸的計(jì)算和驗(yàn)證。然后用CAD軟件進(jìn)行二維和三維圖的繪制。（9）人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計(jì)中的充分利用。（5）由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)向電力驅(qū)動(dòng)發(fā)展。提高機(jī)械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機(jī)維修時(shí)間，提高適應(yīng)能力，消除公害，縱觀未來(lái)，單斗液壓挖掘機(jī)有以下的趨勢(shì):（1）向大型化發(fā)展的同時(shí)向微型化發(fā)展。由于使用性能、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上的優(yōu)越，世界上許多國(guó)家，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，都在大力發(fā)展單斗液壓挖掘機(jī)。而筆者的設(shè)計(jì)知識(shí)和水平還只是一個(gè)學(xué)步的孩子，進(jìn)行本課題的設(shè)計(jì)是為對(duì)挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì)有一些大體的認(rèn)識(shí)，鞏固所學(xué)的知識(shí)和提高設(shè)計(jì)能力。隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的深入和在建設(shè)中挖掘機(jī)的廣泛應(yīng)用，挖掘機(jī)市場(chǎng)有著廣闊的發(fā)展空間，因此發(fā)展?jié)M足我國(guó)國(guó)情所需要的挖掘機(jī)是十分必要的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般工程施工中約有60%的土方量、露天礦山中80%的剝離量和采掘量是用挖掘機(jī)完成的。而關(guān)于反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)的相關(guān)文獻(xiàn)也很多，這些文獻(xiàn)從不同側(cè)面對(duì)工作裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。我國(guó)己經(jīng)形成了挖掘機(jī)的系列化生產(chǎn)，近年來(lái)還開(kāi)發(fā)了許多新產(chǎn)品，引進(jìn)了國(guó)外的一些先進(jìn)的生產(chǎn)率較高的挖掘機(jī)型號(hào)[1]。電子計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。（4）工作裝置結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，工作范圍不斷擴(kuò)大。（8）增大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和力學(xué)計(jì)算的結(jié)果得到工作裝置的基本尺寸和結(jié)構(gòu)尺寸。(2) 挖掘機(jī)的工作裝置詳細(xì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。2總體方案設(shè)計(jì) 工作裝置構(gòu)成1斗桿油缸；2 動(dòng)臂； 3油管； 4動(dòng)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21 工作裝置組成圖 圖21為液壓挖掘機(jī)工作裝置基本組成及傳動(dòng)示意圖，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗連桿斗桿1動(dòng)臂相應(yīng)的三組液壓缸1, 4,10等組成。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)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。進(jìn)一步簡(jiǎn)化得圖如23所示。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。并且布置中，動(dòng)臂油缸在動(dòng)臂的兩側(cè)各裝一只，這樣的雙動(dòng)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。如圖25所示。（2） 要使物料易于卸盡。1卡銷 ；2 –橡膠卡銷；3 –齒座； 4–斗齒圖27 卡銷式斗齒結(jié)構(gòu)示意圖 原始幾何參數(shù)的確定（1）動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)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，～，初步選取K1=，即l1/l2=。鏟斗油缸的內(nèi)徑D3=110mm，活塞桿的直徑d3=80mm。3 工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn).圖31 動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖φ1是L1的函數(shù)。F點(diǎn)的坐標(biāo)為 XF = l30+l1cosα21 YF = l30+l1Sinα21 (34)C點(diǎn)的坐標(biāo)為 XC = XA+l5COSα11 = l30 YC = YA+l5Sinα11 (35)動(dòng)臂油缸的力臂e1 e1 = l5Sin∠CAB (36)顯然動(dòng)臂油缸的最大作用力臂e1max= l5，又令ρ = l1min/ l5,δ = l7/ l5。（1） 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i利用圖33，可以知道求得以下的參數(shù)：在三角形HGN中 α22 = ∠HNG = COS1[（l152+l142L32）/2l15l14]α30 = ∠HGN = COS1[（L32+ l152 l142）/2L3l14]α32 = ∠HNG = π ∠MNG ∠MGN =π α22α30 (311)在三角形HNQ中L272 = l132 + l212 + 2COSα23l13l21∠NHQ = COS1[（l212+l142 L272）/2l21l14] (312)在三角形QHK中α27 = ∠QHK= COS1[（l292+l272L242）/2l29l27] (313)在四邊形KHQN中∠NHK=∠NHQ+∠QHK (314)鏟斗油缸對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r1r1 = l13Sinα32 (315)連桿HK對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r2r2 = l13Sin ∠NHK (316)而由r3 = l24，r4 = l3 有[3]連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比i = （r1r3）/（r2r4）