【正文】 地面附著力矩 Mφ： Mφ = 5000 φ G4/3 （其中 φ = ） = 5000 105 N （ 59） 挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè) 共 69 頁(yè) 在所設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)中采用的是液壓制動(dòng)，由經(jīng)驗(yàn)公式可求得回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的最大制動(dòng)力矩 MB： MB= Mφ= 105 N WK = MB / XV = 105/ = 105 N （ 510） Q 點(diǎn)作用力與作用力矩 RQx 、 RQy、 MQx、 MQy 的求解： 取連桿機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，如圖 53 所示，則有： NH搖臂 HK連桿 G3鏟斗油缸的推力 RK– 連桿的作用力 RN– 搖臂的作用力 圖 53 連桿機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 ∑X2 = 0 P3COS∠ GHX2RNCOS∠ HNX2RkCOS∠ HKX2 = 0 （ 511） 105 = 0 ∑Y2 = 0 P3Sin∠ GHX2RNSin∠ HNX2RkSin∠ HKX2 = 0 （ 512） 105 = 0 由 51 512 式可解得： RN = 105 N ； Rk = 105 N 如圖 52所示，取整個(gè)鏟斗為研究對(duì)象，以 V點(diǎn)為新坐標(biāo)的原點(diǎn)， VK為 X3 軸，過(guò) V點(diǎn)與 VK 垂直的直線(xiàn)為 Y3，建立 X3O3Y3 坐標(biāo)，則有： ∑X3 = 0 W2 RQx Rk COS∠ = 0 （ 513） 105RQx– 105 COS∠ = 0 RQx = 105N ∑Y3 = 0 H K N Q Rk P3 RN X2 Y2 G 挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè) 共 69 頁(yè) RQy +W1 Rk Sin∠ = 0 （ 514） RQy +105 105Sin∠ = 0 RQy = 105 N ∑MQY3 = 0 MQy WK l3 W2 b/2= 0 （ 515） MQy 105 105 = 0 MQy = 105 Nm ∑MQX3 = 0 MQx–W1b/2= 0 （ 516） MQx = W1b/2= 3 105 Nm N 點(diǎn)作用力與作用力矩 RNx 、 RNy 的求解： 取曲柄和連桿為研究對(duì)象，如圖 54所示，則有： H搖臂 HK連桿 F3鏟斗油缸的推力 RK– 連桿的作用力 RX– 搖臂的作用力 沿 HK 連線(xiàn)上的分力 RY– 搖臂的作用力 沿 HK 連線(xiàn)垂直方向上的分力 ∑X2 = 0 RNX + Rk COS∠ F3 = 0 （ 517） RNX = 105 N RNy = RNX tan∠ FNH = 105tan∠ =105 N 第二工況位置的受力分析 （ 5） 在這個(gè)工況位置下斗桿可能存在最大彎矩，受到的應(yīng)力也可能最大 [1]具體簡(jiǎn)圖如圖 55所示。 第一工況位置的受力分析 在這個(gè)工況下斗桿可能存在 最大彎矩 ，受到的應(yīng)力也可能最大 [3]。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(gè)： 第一工況位置，其滿(mǎn)足以下條件： （ 1） 動(dòng)臂處于最低位置。 即 PD0≥ 80% PD0max；當(dāng)處于最大理論挖掘力位置 時(shí)∠ V1QV 應(yīng)為 30。在此處，則是先要求出工作裝置各部分的重量： 由 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，初步估計(jì) 工作裝置的各部分重量如下： 動(dòng)臂 G1 = 1320kg 斗桿 G2 = 700kg 鏟斗 G3 = 700kg 斗桿缸 G4 = 200kg 鏟斗缸 G5 = 115kg 連桿機(jī)構(gòu) G6 = 130kg 動(dòng)臂 缸 G7 = 350kg 當(dāng)處于最大挖掘深度時(shí)： θ1 =θ1min = α2 =θ 1 +α21 α11 =46 + 47 – = 由圖 37有 MG ≈ （ G1/2 +G2 +G3 +G4 +G5 +G6 ） l1COS20 = （ 660+700 +700 +200 +115 +130 ） COS20 = 05N .m (417) 動(dòng)臂油缸的閉鎖力與工作裝置 重力 所產(chǎn)生的力矩（對(duì) C點(diǎn)的矩） ： M3 = F1′l 7 l5 Sinθ1min / l1min + MG = 2 105 Sin46/ + 105 = 105 N .m ≈ M1J = 105 (418) 在 418 中說(shuō)明動(dòng)臂油缸的閉鎖力與工作裝置重力所產(chǎn)生的力矩略大于平均挖掘阻力，滿(mǎn)足要求。 由于鏟斗的轉(zhuǎn)角較大，而 k2的取值較小，故初選 α10 = ∠ KQV =110。 在列出以上的各線(xiàn)段的長(zhǎng)度和角度之間的關(guān)系后，利用矢量坐標(biāo)我們就可以得到各坐標(biāo)點(diǎn)的值。 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。鏟斗油缸的內(nèi)徑 D3=110mm，活塞桿的直徑 d3=80mm。 （ 2） 要使物料易于卸盡。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。 進(jìn)一步簡(jiǎn)化得圖如 23所示 。鏟斗裝滿(mǎn)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。 (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 。 （ 8） 增大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。電子計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 。 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。 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 。 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)。 （ 5） 由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)向電力驅(qū)動(dòng)發(fā)展。然后用 CAD 軟件進(jìn)行二維和三維圖的繪制。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)。各油缸可看作是只承受拉壓載荷的桿。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。 1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(mǎn)足以下的要求 [1]： （ 1） 有利于物料的自由流動(dòng)。 （ 2） 鏟斗斗容與主參數(shù)的選擇 斗容在任務(wù)書(shū)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。 動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是 L1的函數(shù)。 （ 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） /2l21l 2] (319) α10暫時(shí) 未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。 挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 69 頁(yè) 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(shū)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。 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 ： DB A Z XRCW ???? a x m a x1 ]}c os1[{ ?? ? (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。 鏟斗機(jī)構(gòu)其它基本 參數(shù)的計(jì)算 l12：搖臂的長(zhǎng)度； l29：連桿的長(zhǎng)度； l3：鏟斗的長(zhǎng)度； l2：斗桿的長(zhǎng)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 43 鏟斗機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 在 圖 43 中， l12：搖臂的長(zhǎng)度； l29：連桿的長(zhǎng)度； l3：鏟斗的長(zhǎng)度； l2：斗桿的長(zhǎng)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)。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)。 （ 2） 斗桿油缸的力臂最大。 在△ DEF 中 ∠ DEF = 90 COS∠ EFD = EF/DF = 940/3000 解得∠ EFD = 72 在□ CDEF 中 ∠ EFC = ∠ ZFC+∠ DFZ+∠ EFD = +10+72 = ∠ EFQ 在前一章節(jié)已經(jīng)初定為 150 由以上的角度關(guān)系知： FV = 4500[COS（ ） +Sin（ ） ] = 4500（ +） （ 51） OV = OC + CF + FV