【正文】 求。 斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定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)；：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(jiǎn)圖Fig 42 Bucket arm organization basic parameter calculation diagram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 =100103 （3000+1550）103/π(70)2106 = 940mm (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)；：斗桿的擺角；l8：斗桿油缸的最大作用力臂。斗桿油缸的初始位置力臂e20與最大力臂e2max有以下關(guān)系: (423)由423知, 越大,則e20越小,就要盡量減少,初?。害?max = 90176。由上圖42的幾何關(guān)系有:L2min = 2l9sin (/2)/(λ21)= 2940sin 45176。/() = 2215mmL2max = L2min + 2l9sin (/2) = 2215 + 2940Sin45176。 = 3545mm l82 = L22min + l29 2L2minl9COS[(π)/2]= 22152+ 9402 22215940cos135176。解得：l8 = 2995mm而∠EFQ取決于結(jié)構(gòu)因素和工作范圍,一般在130176?！?70176。之間[1].初定∠EFQ=150176。,動(dòng)臂上∠DFZ也是結(jié)構(gòu)尺寸,按結(jié)構(gòu)因素分析,可初選∠DFZ=10176。. 鏟斗機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定 轉(zhuǎn)角范圍由最大挖掘高度H2max和最大卸載高度H3max的分析，可以得到初始轉(zhuǎn)角φD0：H2maxH3max = l3（sinφD0 +1）93156485 =1550（sinφD0 +1）φD0 =55176。最大轉(zhuǎn)角φ3max：φ3max = ∠V0QVZ，其不易太大，太大會(huì)使斗齒平均挖掘力降低，初選φ3max = 165176。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Fig 43 Scoop organization calculation diagram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)。則有： l24 = KQ = k2 l3 = 1550 = 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。粗略計(jì)算知斗桿挖掘平均阻力 F3J max = F3J max /2 =69KN 挖掘阻力F3J 所做的功W3J： (424) = = 106 由圖44知，鏟斗油缸推力所做的功W3： = (4 25)由功的守恒知鏟斗油缸推力所做的功W3 應(yīng)該等于鏟斗挖掘阻力所做的功W3J ：W3 = W3J (426)將42425式代入426中計(jì)算可得：L3min = 1720mm則 L3max =λ3 L3min =2750mm剩余未選定的基本尺寸大部分為連桿機(jī)構(gòu)尺寸，其應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件：1） 挖掘力的要求：鏟斗油缸的挖掘力應(yīng)與轉(zhuǎn)斗最大挖掘阻力相適應(yīng)，當(dāng)斗齒尖處于V1時(shí)，斗桿油缸的理論挖掘力應(yīng)不低于最大挖掘阻力的80% [1]。 即PD0≥80% PD0max；當(dāng)處于最大理論挖掘力位置時(shí)∠V1QV應(yīng)為30176。2） 幾何相容。保證△GFN、△GHN、□HNQK在的任意一行程下都不被破壞。在保證以上兩個(gè)條件，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式和同斗容的其它機(jī)型的測(cè)繪對(duì)照，初步選定剩余的基本尺寸如下：HK = 500mm； HN = 600mm；NQ = 686mm； FN = l2NQ = 2314mm； GF = 800mm；由預(yù)選∠GFN = 60176。則 GN = 2035mm至此，工作裝置的基本尺寸均已初步確定。5 工作裝置結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)整個(gè)工作裝置由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及油缸和連桿機(jī)構(gòu)組成，要確定這些結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸，必須要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。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)。但結(jié)構(gòu)件不利的工況和在該工況下的危險(xiǎn)截面往往不止一個(gè)，這需要分別計(jì)算出尺寸再綜合考慮，取其中的最大值作為最后的確定尺寸。在本部分設(shè)計(jì)內(nèi)容中，主要對(duì)斗桿進(jìn)行選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)動(dòng)臂、鏟斗只做選型。 斗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 斗桿的受力分析斗桿主要受到彎矩的作用，故要找出斗桿中的最大彎矩進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。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)[1]：第一工況位置，其滿足以下條件：1） 動(dòng)臂處于最低位置。即動(dòng)臂油缸全縮。2） 斗桿油缸的力臂最大。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。4） 側(cè)齒挖掘時(shí)受到橫向力Wk的作用第二工況位置，該工況滿足以下條件：1） 動(dòng)臂位于動(dòng)臂油缸對(duì)鉸點(diǎn)A的最大作用力臂處。2） 斗桿油缸的力臂最大。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。4） 挖掘阻力對(duì)稱于鏟斗，無(wú)側(cè)向力 Wk的作用。 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]。該工況的具體簡(jiǎn)圖如圖51所示。取工作裝置為研究對(duì)象，如圖52所示。在該工況下存在的力有：工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W側(cè)向阻力W3。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51 斗桿第一工況時(shí)的工作裝置簡(jiǎn)圖Fig 52 The first condition of puting devices sketch HK連桿 HN搖臂N搖臂與斗桿的鉸接點(diǎn) Q斗桿與鏟斗的鉸接點(diǎn)圖52 鏟斗受力分析簡(jiǎn)圖Fig 52 Scoop stress analysis diagram當(dāng)動(dòng)臂油缸全縮時(shí)，通過(guò)前面的章節(jié)可以得出α21 = 45176。，由圖51可知CF的向量可以表示為：FC = 由前面的章節(jié)計(jì)算結(jié)果知：∠ZFC = 176。，并初選DF = 3000mm。在△DEF中 ∠DEF=90176。cos∠EFD = EF/DF = 940/3000=解得：∠EFD = 72176。在□CDEF中 ∠EFC =∠ZFC+∠DFZ+∠EFD= 176。+10176。+72176。=176?！螮FQ在前一章節(jié)已經(jīng)初定為150176。由以上的角度關(guān)系知：FV = = （51）OV = OC + CF + FV （52） =則 （53）=1542mm 由（317）式可知：i=則可得此時(shí)鏟斗的理論挖掘力：F0D =F D i=105=105 N切向阻力W1：初選該工況下鏟斗重心到鉸點(diǎn)Q的水平距離：r2′= l3 cos（122176。）/2=274mm取鏟斗為研究對(duì)象，如圖52所示，并對(duì)Q點(diǎn)取矩，則有：∑MQ = 0（F0D W1）l3 –G3 r2′ = 0（105 W1） = 0解得：W1 =105 N法向阻力W2 的求解：工作裝置所受重力對(duì)C點(diǎn)取矩有：∑MC（Gi）= G1X1 +（G2 +G5）X2 + G3X3+G4+ G6X2 （54） = 104+（700+200）10+7000+2000+1300 = 105 N W1到C點(diǎn)的距離r0 （55） = 3000+15505400（） = 3280mm W2到C點(diǎn)的距離 （56）法向阻力W2決定于動(dòng)臂油缸的閉鎖力F1′ ，取整個(gè)工作裝置為研究對(duì)象，則有：∑MC = 0F1′ e1+ ∑MC（Gi ） W1 r0 W2 r1 = 0 （57）將5556代入57中解之解得：W2 = 105 N 斗桿有油缸作用力P2g′的求解：FQ向量在X軸上的模值：XFN = =3000 =1590mm如圖51所示，取斗桿（帶斗和連桿機(jī)構(gòu)）為研究對(duì)象，則有：∑MC = 0 （58）P2g′103（+）7103解得：P2g′= 105 N 而此時(shí)的斗桿閉鎖力P2′= π（70）2= 105 N，略大于P2g′，說(shuō)明閉鎖力足夠。橫向挖掘阻力WK的求解：橫向挖掘力WK由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器所承受，即WK的最大值決定于回轉(zhuǎn)平臺(tái)的制動(dòng)力矩。故要先計(jì)算出制動(dòng)力矩。地面附著力矩Mφ： Mφ = 5000φG4/3 （其中φ = ） = 5000176。105 N （59）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 NWK = MB / XV = 105/ = 105 （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Fig 53 Link motion gear calculation diagram （511） （512）由51512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)，VQ為X3軸，過(guò)V點(diǎn)與VQ垂直的直線為Y3，建立X3O3Y3坐標(biāo)，則有： （513）解得：RQx = 105N （514）解得：RQy = 105 NMQy WK l3 W2 b/2= 0 （515）105105= 0解得：MQy = 105 MQx–W1b/2= 0 （516） 解得：MQx =105 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連線上的分力 RY–搖臂的作用力沿HK連線垂直方向上的分力圖54 曲柄和連桿受力圖Fig 54 Crank and connecting rod freebody diagramN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： （517）解得：RNx = 105 NR