【導讀】及現(xiàn)代化軍事工程等的機械化施工中。國外發(fā)達國家和地區(qū)的大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)早已于20世紀60年代結(jié)。束，從1970年以后起國際上已形成小型液壓挖掘機的需求市場。機的發(fā)展雖然只有30多年的生產(chǎn)歷史，但其發(fā)展非常迅速。在參照和分析山河。本文主要進行小型液壓挖掘機的總體設(shè)計和有關(guān)計算。和計算；然后對行走系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)系統(tǒng)進行設(shè)計計算。下來對整機的穩(wěn)定性進行了分析和研究，并對其可能發(fā)生的失穩(wěn)狀態(tài)進行校核。

　　

【正文】 件以及挖掘機液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作配合可以是多樣的、隨機的。上述過程僅為一般的理想過程。 挖掘機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。 則可知 單斗液壓挖掘機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、鏟斗油缸及連桿機構(gòu)組成的具有三自由度的六桿機構(gòu)， 進一步簡化得圖如 22所示。 1鏟斗； 2連桿； 3斗桿； 4動臂； 5鏟斗油缸； 6斗桿油缸 圖 42 工作裝置結(jié)構(gòu)簡化圖 挖掘機的工作裝置經(jīng)上面的簡化后實質(zhì)是一組平面連桿機構(gòu)，自由度是 3，即工作裝置的幾何位置由動臂油缸長度 l斗桿油缸長度 l鏟斗油缸長度 l3決定，當 l l l3為某一確定的值時，工作裝置的位置也就能夠確定。 動臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式 動臂是反鏟工作裝置的 主要構(gòu)件之一，反鏟動臂按其數(shù)量特征可分為整體式和組合式兩類。按其外形特征分為直動臂和彎動臂兩種。 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。在現(xiàn)在常用的中小型反鏟液壓挖掘機中主要采用的這種結(jié)構(gòu)形式。 其結(jié)構(gòu)堅固耐用，結(jié)構(gòu)強度較高，動作靈敏，工作范圍較大， 與同長度的直 動式 動臂相比，可以使挖掘機有較大的挖掘深度 ， 但降低了卸土高度，這正符合挖掘機反鏟作 第 頁 業(yè)的要求。 且外型美觀，截面還采用箱型結(jié)構(gòu)，節(jié)省材料，更重要的是受力狀況較好，強度較高。相對于 直 動式 動臂 ，受力狀況和強度均有很大的改善，另外過渡 處的圓角和圓弧使其應(yīng)力集中情況也有所避免。 綜上所述，結(jié)合任務(wù)書對挖掘深度和卸料高度的要求，動臂結(jié)構(gòu)選擇整體式彎動臂。 斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機采用整體式斗桿。在本設(shè)計中由于不需要調(diào)節(jié)斗桿的長度，故也采用整體式斗桿。 動臂油缸與鏟斗油缸的布置 動臂油缸一般布置在動臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺鉸接， 動臂下支撐點可以設(shè)在底座回轉(zhuǎn)中心之前。它也可以設(shè)在底座回轉(zhuǎn)中心之后，以改善其受力情況，但使用反鏟作業(yè)裝置時動臂支點靠后布置會影響挖掘深度。因此采用動臂支點靠前布置方案。 動臂液壓缸與動臂鉸點有 兩種布置方案，一種是動臂液壓缸 鉸接于動臂中部的方案，此方案一般用于雙動臂液壓缸，分置于動臂的兩側(cè)，有利于增加反鏟挖掘機的挖掘深度并提高工作裝置的穩(wěn)定性，但會削弱動臂強度，大中型挖掘機 多采用此方案。另一種為動臂液壓缸鉸接 于動臂下翼板的方案，該方案對動臂斷面強度沒有影響，但影響動臂的下降幅度并降低了挖掘深度，由于其結(jié)構(gòu)較為簡單在采用單動臂 液壓缸的小型挖掘機上大多采用此方案。本設(shè)計采用第二種方案。 斗桿油缸的布置應(yīng)保持斗桿產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力，同時保證斗桿的擺角范圍。鉸點布置和油缸行程的確定應(yīng)結(jié)合作業(yè)尺寸及挖掘力 的要求反復進行，在保證作業(yè)要求的前提下，使其結(jié)構(gòu)合理，材料更節(jié)省。 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的作業(yè)效果影響很大，其應(yīng)滿足以下的要求： 1）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動規(guī)律。 2）要使物料易于卸盡。 3）為使裝進鏟斗的物料不易灑落和掉出，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應(yīng)大于 4： 1，當大于 50： 1 時，顆粒尺寸不考慮，視物料為均質(zhì)。 4）為了提高鏟斗的切入和破碎能力，便于耙出物料中的石塊，對于較為堅硬的或夾雜石塊 的物料，一般要在斗刃上裝設(shè)斗齒。 第 頁 綜上考慮，選小型挖掘機常用的鏟斗結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)如圖 32所示 圖 43 鏟斗結(jié)構(gòu)示意圖 工作裝置結(jié)構(gòu)尺寸的確定 經(jīng)驗公式計算法是 在概率統(tǒng)計的基礎(chǔ)上得出的以液壓挖掘機的機重為基本參數(shù)的一系列經(jīng)驗公式 ， 用 來確定挖掘機的各種參數(shù) 。 根據(jù)《液壓挖掘機》 41P 公式 : 線尺寸參數(shù) 面積參數(shù) 體積參數(shù) 式中 第 頁 —— 分別為線尺寸、面積尺寸、體積尺寸 —— 分別為線尺寸經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)《液壓挖掘機》 42P 表 21選取 G—— 為液壓挖掘機的機重， ? 表 41 工作裝置的經(jīng)驗計算 名稱 代號及參數(shù)選取 計算結(jié)果 動臂長 1 ? 斗桿長 2 ? 斗長度 3 ? 最大挖掘半徑 k ? ? 最大挖掘深度 ? 最大挖掘高度 0 ? 最大卸載高度 ? 臂鉸離回轉(zhuǎn)中心 0 ? 臂鉸離地高度 0 ? 臂鉸與液壓缸鉸距 0 ? 斗形參數(shù)的確定 由 《單斗液壓挖掘機》 P73 公式 240 第 頁 q0 =21R2 B（ 2? － sin2? ） Ks 得： B=)2sin2( 22 0 ?? ?Rk qs （ 41） 式中： B—— 轉(zhuǎn)斗平均寬度； R—— 轉(zhuǎn)斗挖掘半徑； R=850mm； Ks —— 土壤松散系數(shù)； Ks =； 2? —— 轉(zhuǎn)斗裝滿轉(zhuǎn)角； 2? =90176。 =??18090? =； q0 —— 鏟斗額定斗容量； q0 = m3 ； 代入式 33得 B= 222 0 . 21 . 2 5 0 . 8 5 (1 . 5 7 0 8 s in 9 0 )m?? ? ?==776mm； 根據(jù)《液壓挖掘機》 P88表 34， q0 = 時， B 的取值 在 合適 范圍內(nèi) 。 鏟斗上兩個鉸點之間的距離 24l ,一般取特性參數(shù) ~2 ?? DRlk, 所以 24 ( 0 .3 ~ 0 .3 8 ) ( 2 6 0 ~ 3 3 0 )Dl R m m??，這里取 24 4 850 289l m m? ? ?，一般取 ???? 115~95K QV ,這里取 ??? 100KQV 。 動臂機構(gòu)參數(shù)的選擇 動臂 通常做成向下彎曲的形狀，有上下兩段直的部分和中間彎曲的部分組成， 動臂彎角一 般的 取 值范圍為 ?1? 1200～ 1400，本設(shè)計 初選 ?1? 120176。 上下動臂的長度之比 2 /K ZF ZC? =~ ，初選取 2 ? 。 在三角形 CUF 中， 由 已知可求得： 141 223 3 13 . 3 2 4 1 . 7 41 2 c o s 1 1 . 2 2 1 . 2 c o s 1 2 0llmkk ?? ? ?? ? ? ? ? ? 第 頁 42 3 41 4 9l k l m? ? ? ? ? 2 2 2 2 2 24 2 1 4 139 4 2 1 2 . 0 9 3 . 3 2 4 1 . 7 4a r c c o s ( ) a r c c o s ( ) 2 72 2 2 . 0 9 3 . 3 2 4l l lZ F C ll? ?? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ZCF? =180176。 120176。 27176。 =33176。 а 39а 8+32а 11а 2а 1 圖 44 最大挖掘半徑時動臂機構(gòu)計算簡圖 動臂液壓缸全伸與全縮時的力臂比 4k 按不同情況選取，以反鏟為主的 專 用機取 4k =， 11? 取 65176。斗桿液壓缸全縮時， 832 ?? ???CFQ 最大，常選oo 1 8 0~1 6 0)( m a x832 ?? ?? ，本設(shè)計取 o160 ， BCZ? 取決于液壓缸布置形式，動臂 單 液壓缸結(jié)構(gòu)中 初 取 10o （圖 39）。 2 3 3 1 0 2 3ZC F ZC B? ? ? ? ? ? ? ? 第 頁 θ 1 а 2а 11а 328 圖 45 最大卸載高度時動臂機構(gòu)計算簡圖 а 11а 2θ 1 圖 46 最大挖掘深度時動臂機構(gòu)計算簡圖 據(jù) 《單斗液 壓挖掘機》 80 82~PP: 由圖（ 45） 得最大卸載高度的表達式為： 32118m a x1m a x322211m a x11115m a x3 )180s i n( )s i n(s i n ll llYH oA ??????? ????? ????? ???? （ 42） 由圖 46 得最大挖掘深度絕對值的表達式為： 1 m a x 3 2 1 1 1 m in 2 3 1 1sin( ) sin AH l l l l Y? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 第 頁 將兩式相加，消去 5l 并令 m a x328211 , ???? ????? ABA ，得： ? ? ? ? 01)s i n ()s i n ()s i n ( m a x12m i n1m a x11m a x3m a x1 ????????? BlAAlHH ??? 式中 ： 1max ? 3max ? 88A? 72B?? ?k ?? 1 ? 2 ? 又特性參數(shù) k4 = Sinθ1max/ λ1Sinθ1min 因此， 14m a x1m in1 /s ins in ??? k? )s in(1c os 21242 m a x1m in1 ?? ?k?? 將上式代入得到一元函數(shù) 0)( max1 ??f ，由于設(shè)計任務(wù)書中要求最大挖掘高度大于 4500mm，最大挖掘深度大于 3000mm，故設(shè)計最大卸載高度 max3H 等于3500mm，最大挖掘深度 max1H 為 3500mm。 整理得： 73． 324 [Sin（ θ1max 88 ） + Sin（ 72 θ1min） ] + [Sin（ θ1max + 88 ） 1? ] = 0 解得： 1max ? ? 1min ? ? 由《單斗液壓挖掘機》 82P 公式 256 求 5l 得 ： 5 2 3 1 11 1 2 1 11= [ ] /m in A m axl l l l Sin Y H Sin? ? ? ?? ? ? ? ? ?（ ） [ 78 5 24 S in 88 42. 5 ] / S in 65? ? ? ? ? ?（ ） = θ1min 與 θ1max 需要滿足以方程： ? ??????? ?? ? ? ??? 2 1c os 221m in1 第 頁 ? ??????? ??? ? ? ???? 21c os 22121ma x1 以及不等式： 1???? ? ?1 ? ??? ?? 聯(lián)立求解得： ρ = σ = 由式 min11max15min157LLlLll?????? 所以， 7 1 m in 1 m a 72 , 2 , 78l m L m L m? ? ?； 斗桿機構(gòu)參數(shù)的選擇 斗桿挖掘阻 力的計算 斗桿挖掘過程中，切削行程較長，切土壤厚度在挖掘過程中為常數(shù)，一般取斗桿在挖掘過程中總轉(zhuǎn)角 000 60,80~50 ?? gg ?? 取，在這轉(zhuǎn)角過程中，鏟斗被裝滿，這時斗齒的實際行程為： grS ?? 式中 : 6r —— 半桿挖掘時的切削半徑， FVr ?6 取 m a x 2 3 1 .4 7 8 0 .8 5 2 .3 2 8F V l l m? ? ? ? ? 斗桿挖掘時的切土厚度 gh 可按下式計算： 1745g gqh rB?