【正文】 前，單 斗 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展著眼于動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)以達(dá)到高效節(jié)能 。 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容 本論文 主要對(duì)由動(dòng)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)。根據(jù)以上特征，可以對(duì)工作裝置進(jìn)行適當(dāng)簡化處理 [3]。鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。如圖 31所示 ， 圖中 :min1L 動(dòng)臂油缸的最短長度； :max1L 動(dòng)臂油缸的伸出的最大長度； :min1? 動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最小值； :max1? 動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最大值 ； 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)。 = 再參考其它 機(jī)型的平均斗寬預(yù)初定 B = = 1040mm 挖掘半徑 R：按經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考同斗容的其它型號(hào)的機(jī)械，初選 R = 1450mm 。 則 有： l24 = KQ = k2 l3 = 1550 = 1550 mm L3max 與 L3min 的確定 鏟斗的最大挖掘阻力 F3J max 應(yīng)該等于斗桿的最大挖掘力，即 F3J max = 138KN。 （ 3） 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。在該工況下存在的力有：工H K N RNx RNy F3 Rk 圖 54 曲柄和連桿受力圖 挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 34 頁 共 69 頁 作裝置各部件所受到的重力 Gi；作用在鏟斗上的挖掘阻力，包括切向阻力 W法向阻力W2。 （ 2） 斗桿油缸的力臂最大。 θ1 =θ1max =152 α32 =α32max = 160 α2 = α21 =θ1（ α2 +α11） = 152（ + ） = 59 α37 =α32 （π α21） =160（ 18059） = 39 則工作裝置所受重力和土的重力所產(chǎn)生的載荷力矩 MZ′： MZ′ = G1+4 H1 + GG+D（ H1+l2COS39/2） + GT （ H1+l2COS39–l3/2） = （ 1320+200） + （ +3 COS39/2） 10+ 15300（ +3） (421) = 105 此時(shí)對(duì)于動(dòng)臂油缸而言： L1 = L1max = 2454 mm θ 1 =θ1max = 152 同 419 的計(jì)算可求得此時(shí)的動(dòng)臂油缸的力臂 e2 = 375 mm 此時(shí)動(dòng)臂油缸的提升力矩 MT可參考 420求得 ： MT = 105 ＞ MZ′ 說明滿足要求。通過兩者的幾何關(guān)系，我們可計(jì)算得到： l 30 = 85mm ； l 40 = 9800mm。并按經(jīng)驗(yàn)公式初選各油缸 全伸長度與全縮長度之比 ： λ1=λ2=λ3=。 1動(dòng)臂； 2=動(dòng)臂油缸 圖 24 動(dòng)臂油缸鉸接示意圖 1 2 挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 69 頁 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(dòng)特性。 挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 69 頁 在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。 課題研究方法 本文作者 對(duì) 三一重工生產(chǎn)的 SANY200C 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪 ，取得了 工 作裝置的大體數(shù)據(jù)資料。 國內(nèi)外研究狀況 當(dāng)前，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發(fā)展。國外挖掘機(jī)行業(yè)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料，加快了向 標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。再 結(jié)合 同濟(jì)大學(xué)出版的《單斗液壓挖掘機(jī)》 ， 利用旋轉(zhuǎn)矢量法和力學(xué)知識(shí)分別對(duì)單斗液壓挖掘機(jī)的工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和力學(xué)計(jì)算。上述過程僅為一般的理想過程。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。 參照任務(wù)書的要求選擇工作裝置液壓系統(tǒng)的工作 壓力 P=，閉鎖壓力 Pg=。 （ 5） 最大挖掘高度 H2max 最大挖掘高度工況是 最大卸載高度工況中鏟斗繞 Q 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)直到鏟斗油缸全縮而形成的。 斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的選擇 挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 25 頁 共 69 頁 D：斗桿油缸的下鉸點(diǎn)； E：鏟斗油缸的上鉸點(diǎn)； F 動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)； ψ2：斗桿的擺角； l9：斗桿油缸的最大作用力臂 . 圖 42 斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)計(jì)算簡圖 取整個(gè)斗桿為研究對(duì)象，可得斗桿油缸最大作用力臂的表達(dá)式： e2max = l9 = PGmax （ l2 + l3 ） / P2 = 100 103 （ 3000+1550） 103/ π (70)2 106 = 940 mm (422) 如圖 42 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(dòng)臂的上鉸點(diǎn)；ψ 2：斗桿的擺角； l8：斗桿油缸的最大作用力臂。 （ 3） 鏟斗齒尖在動(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與鏟斗鉸點(diǎn)的連線上。 NH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 55 第二工況下工作裝置計(jì)算簡圖 同第一工況的分析一樣，可以得到以下向量： FC = 5400（ COS163+Sin163） FV = 4550（ +） 0V = OC + CF + FV = 1865（ COS88+Sin88） + 5400（ COS17+Sin17） + 4550（ +） 則 XV = 1865COS88+ 5400COS17 + = 4971mm X Y C A B D F E G N H K Q V W1 W2 挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 35 頁 共 69 頁 同理也可以求得在該工況下作用在斗桿和鏟斗上的力，其分別為： W1 = 1 105 N W2 = 105 N Rk2 = 105 N WN2 = 105 N RQx = 105 N RQy= 105 N MQx = 105 Nm MQy = 105 Nm 斗桿內(nèi)力圖的繪制 根據(jù)第一工況和第二工況下所求出的斗桿所受到的力和力矩，可以分別繪 制出在第一工況下和第二工況下的內(nèi)力圖，如圖 5 5 5 5 5 51 51 51514 所示 。 （ 2） 斗桿油缸的力臂最大。 鏟斗機(jī)構(gòu)其它基本 參數(shù)的計(jì)算 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 43 鏟斗機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖 在 圖 43 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)。 挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 69 頁 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。 動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是 L1的函數(shù)。 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)滿足以下的要求 [1]： （ 1） 有利于物料的自由流動(dòng)。各油缸可看作是只承受拉壓載荷的桿。然后用 CAD 軟件進(jìn)行二維和三維圖的繪制。 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， 世界上許多國家，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，都在大力發(fā)展單斗液壓挖掘機(jī)。 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。 （ 8） 增大鏟斗容量，加大功率，提高生產(chǎn)效率。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。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。鏟斗油缸的內(nèi)徑 D3=110mm，活塞桿的直徑 d3=80mm。 在列出以上的各線段的長度和角度之間的關(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。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，滿足要求。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，其滿足以下條件： （ 1） 動(dòng)臂處于最低位置。 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 共 69 頁 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 （