【正文】 垂直。（3） 鏟斗挖掘時，斗邊點(diǎn)遇到障礙。 該工況也就是最大挖掘深度工況，具體工作裝置簡圖如516所示。NH搖臂；HK連桿；C動臂下鉸點(diǎn)；A 動臂油缸下鉸點(diǎn)；B動臂與動臂油缸鉸點(diǎn)；F動臂上鉸點(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516 第一工況位置工作裝置簡圖力的計(jì)算W1的求解：由于K、Q、V在同一條直線上，連桿機(jī)構(gòu)的傳動比不變，而鏟斗的重力繞Q點(diǎn)所產(chǎn)生的力矩相對于鏟斗油缸對C點(diǎn)所產(chǎn)生的力矩而言可以忽略不計(jì)，故W1的值與前面兩工況一樣，W1=105N。W1的求解：在此工況下時 而（前面的計(jì)算中已經(jīng)得出）取整個工作裝置為研究對象，則有： （526）求得為負(fù)值，知在此工況中鏟斗油缸的挖掘力不能得到最大的發(fā)揮。故需要轉(zhuǎn)動鉸點(diǎn)E直到鏟斗油缸發(fā)揮最大挖掘力為止。由計(jì)算知當(dāng)V點(diǎn)縱坐標(biāo)即=3000mm時，鏟斗油缸能發(fā)揮最大的挖掘力。NH搖臂；HK連桿；C動臂下鉸點(diǎn)；A 動臂油缸下鉸點(diǎn)；B動臂與動臂油缸鉸點(diǎn)；F動臂上鉸點(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517 實(shí)際工作時第一工況位置工作裝置簡圖此工況是第Ⅰ工況下轉(zhuǎn)動斗桿油缸而得的。除第（2）點(diǎn)中的K、Q、V連線與X軸垂直修改成=3000mm外，其他條件均不變，如圖517所示。在此工況中，動臂油缸全縮，由前面的計(jì)算有： 則 解之 在△DEF中，由幾何關(guān)系則有：此時解得 而則由圖 知與的求解：由于挖掘時為鏟斗油缸工作，而K、Q、V又在同一條直線上，故的值仍與前面的計(jì)算一樣。工作裝置各部分受到的重力對C點(diǎn)的矩： （527）取整個工作裝置為研究對象，則有： （528）也就是說此時僅是動臂與鏟斗油缸進(jìn)行挖掘。動臂鉸點(diǎn)作用力的求?。喝《窏U、鏟斗、連桿機(jī)構(gòu)為研究對象，則有： （529）方向與軸平行，在軸的正方向上。鉸點(diǎn)的求解： ?。?30） （531） 對上下動臂附加彎矩與扭矩的求解：W與的夾角為，與的夾角為則在坐標(biāo)系上沿坐標(biāo)軸的分力： （532） （533）則所產(chǎn)生的橫向彎矩M： （534）則所產(chǎn)生的附加橫向彎矩M： （535）所產(chǎn)生的附加橫向扭矩T： （536）在坐標(biāo)系上沿坐標(biāo)軸的分力為： （537） （538）則所產(chǎn)生的附加橫向彎矩： （539）所產(chǎn)生的附加扭矩： （540） 第二工況位置：在此工況下，動臂所受到的應(yīng)力也可能最大，其滿足以下條件：（1） 動臂油缸的作用力臂最大（2） 斗桿的作用力臂最大（3） 鏟斗進(jìn)行正常挖掘，鏟斗位于最大挖掘力位置。此時的工作裝置的簡圖如圖518所示：NH搖臂；HK連桿；C動臂下鉸點(diǎn)；A 動臂油缸下鉸點(diǎn)；B動臂與動臂油缸鉸點(diǎn)；F動臂上鉸點(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518 第二工況位置下工作裝置簡圖的求解：此時動臂油缸的力臂最大，即：取鏟斗為研究對象 （541） 解之：的求解在此工況中，工作裝置所受重力對C點(diǎn)的矩： （542）取整個工作裝置為研究對象，則有： （543） 的校核：取斗桿和鏟斗為研究對象，則有： 這說明當(dāng)時，斗桿油缸的閉鎖力足夠，故取。取斗桿與鏟斗為研究對象，則有： （544） （545）又取整個工作裝置為研究對象，則有： （546）：由圖 的幾何關(guān)系知:則在上動臂所產(chǎn)生的彎矩為: （547）在上動臂所產(chǎn)生的扭矩為: （548）同理,則上沿坐標(biāo)軸所產(chǎn)生的分力矩為: （549）在下動臂上所產(chǎn)生的彎矩為: （550） 在下動臂上所產(chǎn)生的扭矩為: （551）:Ⅰ工況中內(nèi)力和彎矩的求解:在上動臂上所受到的軸向力: （552） 在上動臂上所受到的剪力: （553）在上動臂上所受到的軸向彎矩: （554）在下動臂上所受到的軸向力: （555）在下動臂上所受到的剪力: （556）在下臂上所受到的軸向彎矩： （557）由計(jì)算可以得到在第一工況中的內(nèi)力和彎矩圖如圖515521所示。C動臂下鉸點(diǎn) F動臂與動臂油缸鉸點(diǎn) Q動臂油缸下鉸點(diǎn)519 第一工況下N圖C動臂下鉸點(diǎn) F動臂與動臂油缸鉸點(diǎn) Q動臂油缸下鉸點(diǎn)520 第一工況下T圖C動臂下鉸點(diǎn) F動臂與動臂油缸鉸點(diǎn) Q動臂油缸下鉸點(diǎn)521 第一工況下M圖 第Ⅱ工況中內(nèi)力和彎矩的求解:在上動臂上所受到的軸向力: （558）在上動臂上所受到的應(yīng)有剪力： （559）在下動臂上所受到的軸向力: （560） 在下動臂上所受到的剪力: （561）在下臂上所受到的彎矩表達(dá)式： （562）由計(jì)算可以得到在第二工況中的內(nèi)力和彎矩圖如圖5252524所示。C動臂下鉸點(diǎn) F動臂與動臂油缸鉸點(diǎn) Q動臂油缸下鉸點(diǎn)522 第二工況下N圖C動臂下鉸點(diǎn) F動臂與動臂油缸鉸點(diǎn) Q動臂油缸下鉸點(diǎn)523 第二工況下T圖C動臂下鉸點(diǎn) F動臂與動臂油缸鉸點(diǎn) Q動臂油缸下鉸點(diǎn)524 第二工況下M圖：由以上兩工況的內(nèi)力圖分析和比較知，應(yīng)用第Ⅱ工況作為設(shè)計(jì)，而用第Ⅰ工況作為校核。由內(nèi)力彎矩圖分析知在動臂拐點(diǎn)處所受到的應(yīng)力可能最大，是危險(xiǎn)截面。因此我們首先要選擇該截面進(jìn)行計(jì)算，然后再以此為基礎(chǔ)，就可以用作圖法或計(jì)算得到動臂的其它結(jié)構(gòu)尺寸。幾個主要參數(shù)的預(yù)選：由現(xiàn)場測繪和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，初步選擇：動臂底板的寬度： 底板的厚度：由于上動臂所受的載荷較大，故取上動臂側(cè)板的厚度，而下動臂所受的載荷相對要小，故選擇下動臂的側(cè)板的厚度為。許用應(yīng)力的選?。簞颖垆摪逅x的材料為挖掘機(jī)中所普遍采用的低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn，其屈服極限，并初選安全系數(shù)則許用應(yīng)力： （563）應(yīng)力的計(jì)算與危險(xiǎn)截面尺寸的求?。何ｋU(xiǎn)截面所圍成的面積：危險(xiǎn)截面所圍成的有效面積： （564）則上動臂的有效面積： （565）下動臂的有效面積： （566）上動臂危險(xiǎn)截面對Y軸的慣性矩 （567）下動臂危險(xiǎn)截面對Y軸的慣性矩 （568）上動臂危險(xiǎn)截面對Z軸的慣性矩 （569）同理下動臂危險(xiǎn)截面對Z軸的慣性矩 （570）上動臂危險(xiǎn)截面中拉伸軸向力所產(chǎn)生的正應(yīng)力： （571）彎曲所產(chǎn)生的正應(yīng)力： （572）由應(yīng)力的合成有： （573）解之：得到危險(xiǎn)截面的尺寸后，利用作圖法結(jié)合前面計(jì)算出來的尺寸就可以繪制出動臂圖，從而也就得到了整個動臂的尺寸。 鏟斗的設(shè)計(jì)反鏟的鏟斗的斗形與尺寸，有較常用的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配制[4]。簡圖如 所示。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和現(xiàn)場測繪，可以求得其中的未知參數(shù)。由經(jīng)驗(yàn)公式初選：則下底板的斗形方程為：上頂板的斗形方程為：同理計(jì)算出鏟斗拋物線部分的方程為：：鏟斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按最大彎矩進(jìn)行設(shè)計(jì),由力學(xué)分析知在與鏟斗斗體連接處的彎矩最大,如圖525所示，由公式774有: (774)a : 斗齒厚度 b : 斗齒寬度: 挖掘阻力 r : 斗齒尖到斗體的距離t : 鏟斗的厚度 : 斗齒的許用應(yīng)力代入值解得a=110 mma : 斗齒厚度 : 挖掘阻力r : 斗齒尖到斗體的距離 t : 鏟斗的厚度525斗齒計(jì)算簡圖 鏟斗的繪制：在鏟斗的尺寸確定后，就可以用CAD軟件進(jìn)行繪制，繪制出的三維立體圖的各視圖如圖5252528所示：526 鏟斗三維視圖的主視圖526 鏟斗三維視圖的左視圖526 鏟斗三維視圖的仰視圖6 銷軸與襯套的設(shè)計(jì) 銷軸的設(shè)計(jì)由于銷軸與襯套的配合間隙較小，故以剪應(yīng)力強(qiáng)度作為銷軸的基本尺寸的設(shè)計(jì)，抗壓強(qiáng)度與抗彎強(qiáng)度用于校核用。由有[1]： （61）在設(shè)計(jì)計(jì)算時，應(yīng)以所有工況中銷軸所受到的剪應(yīng)力最大值對銷軸進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中，銷軸所選用的材料為40CrMnMo，其耐磨，在熱處理后有著良好的綜合機(jī)械性能。由于銷軸在重載的較惡劣工況中工作，故選擇。代入式61有：動臂各銷軸的尺寸：斗桿各銷軸的尺寸： 銷軸用螺栓的設(shè)計(jì)：螺栓選用的直徑由銷軸的直徑不同分別選擇兩種系列的螺栓[5]。 襯套的設(shè)計(jì)：為使襯套耐磨、減震與潤滑性能好，選擇襯套的材料為銅基合金襯套的厚度選擇為5mm，與銷軸和圓筒分別采用間隙和過盈配合，如圖61。則各銷軸的尺寸為：61 襯套動臂各襯套的尺寸：斗桿各襯套的尺寸：7 總結(jié)在本次設(shè)計(jì)中，在現(xiàn)場對SANY200C產(chǎn)品的現(xiàn)場測繪的基礎(chǔ)上，利用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式、旋轉(zhuǎn)矢量法及力學(xué)計(jì)算，以機(jī)重為20t的挖掘機(jī)工作裝置為對象，進(jìn)行了以下設(shè)計(jì)工作： 在現(xiàn)場測繪的基礎(chǔ)上，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)，并用旋轉(zhuǎn)適量法對工作裝置進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析。 用比例法和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算選擇出工作裝置各部分的基本尺寸。 以上、下動臂、斗桿分別建立起三個新的坐標(biāo)系，利用已經(jīng)計(jì)算出的基本尺寸，對工作裝置的各部分分別進(jìn)行了力學(xué)分析。繪制出了工作裝置斗桿和動臂的內(nèi)力和彎矩圖，選出了危險(xiǎn)截面并計(jì)算出其結(jié)構(gòu)尺寸。 利用成熟的經(jīng)驗(yàn)公式，選擇出鏟斗的斗形參數(shù)，并對鏟斗斗齒進(jìn)行力學(xué)分析以計(jì)算出其結(jié)構(gòu)尺寸。 對銷軸和襯套進(jìn)行了材料的選擇和尺寸的計(jì)算，并對其緊固的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行了選型。挖掘機(jī)工作裝置是挖掘機(jī)的核心部分，其結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析和計(jì)算較復(fù)雜，難度也較大，而作者本身的設(shè)計(jì)知識也十分有限，不足之處還望各位老師、同學(xué)指正，以使設(shè)計(jì)不斷完善。參考文獻(xiàn)[1] 同濟(jì)大學(xué)，[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1980：4086，264274.[2] 金海薇. 液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置CAD/CAM研究[D].沈陽： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2001[3] [D].西安： 長安大學(xué)，2003，2[4] 高衡、 [M].北京：中國建筑工業(yè)出版社