【導(dǎo)讀】已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)使用過(guò)的材料。文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相。關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。

　　

【正文】 由鏟斗在水平 X 方向 和豎直 Y 方向上的合力分別平衡 0HXF ??和 0HYF ??,可求 出鏟斗在鉸點(diǎn) H 處受到的 水平力 和豎直力 。 12c os 22 sin 22 sin 35H X W W MF F F F? ? ? ? ? ? c os 22 si n 22 184 si n 35? ? ? ? ? ? ? 1 2 1c o s 3 5 c o s 2 2 sin 2 2H Y M W WF G F F F? ? ? ? ? ? ? 14 .7 18 4 c os 35 9. 52 c os 22 71 .6 9 si n 22? ? ? ? ? ? ? ? 根據(jù)鉸點(diǎn) Q 處的力平衡，可求得搖桿 QG 對(duì)鉸點(diǎn) Q 的水平力 QXF 和 QYF 。 0QXF ?? 3 sin 1 6 sin 3 5Q X MF F F? ? ? ? si n 16 184 si n 35? ? ? ? ?? 0QYF ?? 3 c os 16 c os 35Q Y MF F F? ? ? ? c os 16 184 c os 35? ? ? ? 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 ? 將 斗桿 作為獨(dú)立 體，根據(jù)斗桿的力平衡方程可以求得在鉸點(diǎn) F 處斗桿受到的水平力FXF 和豎直力 FYF 。 0FXF ?? 32sin 16 c os 33F X H X Q XF F F F F? ? ? ? ? ? si n 16 c os 33? ? ? ? ? ? 337KN? 0FXF ?? 32c os 16 sin 33F Y H Y Q YF F F F F? ? ? ? ? ? c os 16 si n 33? ? ? ? ? ? ? 將 整個(gè)工作裝置 作 為 整 體，按對(duì)鉸點(diǎn) A 的力矩平衡方程可求 出 動(dòng)臂缸的作用力 CBF ，再按力 的 平衡方程可求 出 動(dòng)臂在鉸點(diǎn) A 處受到的水平力 AXF 和豎直力 AYF 。 0AM ?? 2 3 1 0 1 1 2 2 3 391 ()C B W WF F S F S G L G L G LS? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 ( 9 . 5 2 5 1 9 0 7 1 . 6 9 2 8 2 0 1 4 . 7 2 9 5 0 7 . 8 4 5 4 7 0 7 . 8 4 5 5 70)680? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0CXF ?? 12c os 22 sin 22 c os 25CX W W CBF F F F? ? ? ? ? ? c os 22 si n 22 c os 25? ? ? ? ? ? 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 ?? 0CYF ?? 12sin 35 sin 22 c os 22CY CB W WF F F F? ? ? ? ? ? si n 35 si n 22 c os 22? ? ? ? ? ? ? 到此，各鉸點(diǎn)的受力均已求出。 斗桿、動(dòng)臂 的強(qiáng)度校核 斗桿的強(qiáng)度校核 斗桿為變截面箱形結(jié)構(gòu)，用鋼板焊接而成，有時(shí)為了增強(qiáng)剛度還在內(nèi)部加隔板。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第一卷第三章，斗桿的材料選用 Q345（即原先的 16Mn） ， 其屈服極限345s MPa? ? 。其特點(diǎn)是 綜合機(jī)械性能 好，尤其是 低溫韌性、冷沖壓 性能、 焊接性 能 及切削性 能方面 [18]。 應(yīng)用廣泛 ，價(jià)格便宜 。用于 礦山 、 運(yùn)輸 、 化工 等 各種機(jī)械特別是需要 承受沖擊和 動(dòng) 載 的焊接結(jié)構(gòu)。 斗桿形狀復(fù)雜各個(gè)截面內(nèi)力的合成情況也較復(fù)雜，而且斗桿斷面的變化也較大，因此合成應(yīng)力最 大的危險(xiǎn)斷面很難準(zhǔn)確確定。一般要選取幾個(gè)斷面進(jìn)行強(qiáng)度校核，如圖 52,53所示。 圖 52 斗桿危險(xiǎn)截面 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 53 危險(xiǎn)截面 示意 圖 （ 單位 ： cm） a).截面 1 的強(qiáng)度校核 在該截面上的力 有 軸 力 KN? 、剪切力 KN? 、 彎矩46. 3 10xM Nm?? , 43. 2 10yM Nm?? 截 面面積 2438A cm? 截面對(duì)參數(shù)軸的靜矩 33732yS cm? , 33828xS cm? 截面型心 C SY cmA??, 4xC SX cmA?? 截面的慣性矩 A Y c m? ? ? ， 2433 45 5. 67xCI A X c m? ? ? 截面上的應(yīng)力 7m a x 6 . 3 1 0 2 2 4 1 . 43 3 4 5 5 . 6 7xx xMX M P aI? ? ??? ? ? 7m a x 3 .2 1 0 2 0 2 0 .13 1 7 9 4 .6yy yMY M P aI? ? ??? ? ? 341 2 5 . 1 1 0 2 8 . 64 3 8 1 0N N M P aA? ??? ? ?? 78 3 .3 1 0 1 9438Q M P aA? ? ? ? ? 按第四強(qiáng)度理論進(jìn)行校核為： 223 9 5 .9 M P a???? 。 b).截面 2 的強(qiáng)度校核 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 在 該 截 面 上 的 力 有 軸 力 KN? 、剪切力 Q= 、彎矩47. 1 10xM Nm?? , 44. 3 10yM Nm?? 截面面積 2500A cm? 截面對(duì)參數(shù)軸的靜矩 324773yS cm? , 312375xS cm? 截面型心 C SY cmA??, C SX cmA?? 截面的慣性矩 A Y m? ? ? ， A X m? ? ? 截面上的應(yīng)力 4m a x 7 .1 1 0 0 .2 2 520 .0 0 3xx xMX M P aI? ? ??? ? ? 4m a x 4 . 3 1 0 0 . 5 51 9 . 70 . 0 1 2yy yMY M P aI? ? ??? ? ? 341 2 6 . 1 1 0 2 5 . 25 0 0 1 0N N M P aA? ??? ? ?? 71 5 0 .31 0 3 0500Q M P aA? ? ? ? ? 按第四強(qiáng)度理論進(jìn)行校核為： 223 1 0 9 .9 M P a???? 。 c).截面 3 的強(qiáng)度校核 在 該 截 面 上 的 力 有 軸 力 337N KN? 、剪切力 KN? 、彎矩46. 5 10xM Nm?? , 45. 2 10yM Nm?? 截面面積 2567A cm? 截面對(duì)參數(shù)軸的靜矩 326238yS cm? , 316718xS cm? 截面型心 C SY cmA??, C SX cmA?? 截面的慣性矩 A Y m? ? ? ， A X m? ? ? 截面上的應(yīng)力 4m a x 6 . 5 1 0 0 . 2 2 2 8 . 60 . 0 0 5xx xMX M P aI? ? ??? ? ? 4m a x 5 . 2 1 0 0 . 6 32 7 . 30 . 0 1 2yy yMY M P aI? ? ??? ? ? 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 343 3 7 1 0 5 9 . 45 6 7 1 0N N M P aA? ??? ? ?? 76 3 . 71 0 3 0567Q M P aA? ? ? ? ? 按第四強(qiáng)度理論進(jìn)行校核為： 223 1 1 6 .7 M P a???? 。 上述計(jì)算均按靜載進(jìn)行分析，而實(shí)際工作中，斗桿要承受比較大的沖擊和振動(dòng)載荷，并且變化不定。所以在計(jì)算時(shí)一般 采用降低許用應(yīng)力的辦法來(lái)考慮沖擊和動(dòng)載的影響，即在強(qiáng)度 校核時(shí)采用提高安全系數(shù)的辦法來(lái)解決 [19]。因此許用應(yīng)力為： []sn?? ? (53) 式中 s? —— 鋼材的屈服極限， n —— 安全系數(shù)， n=2～ 。 根據(jù)【 2】 P269 表 71（工作裝置結(jié)構(gòu)件的安全系數(shù)） 這里取 n 最大時(shí)，即 n=,所以345[ ] 1 3 82 .5 M P a? ?? 。經(jīng)校核計(jì)算三個(gè)危險(xiǎn)截面的應(yīng)力均小于最小許用應(yīng)力。 所以，斗桿的強(qiáng)度滿足要求。 動(dòng)臂 的強(qiáng)度 校核 動(dòng)臂材料仍采用 Q345 鋼板，厚度為 15mm。通過(guò)分析可知，在鉸點(diǎn) C 處動(dòng)臂受的彎矩最大，而且此處有彎角，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以該截面為危險(xiǎn)截面。 具體參數(shù)如圖 54所示。 圖 54 動(dòng)臂危險(xiǎn)截面尺寸圖（單位 ： cm） 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 在該截面上 的力 有軸力 KN? 、剪切力 KN? 、力矩為 4m ax 10M N m?? 。 其 截面面積 為 : 264 60 61 57 36 3A c m? ? ? ? ? 抗彎截面系數(shù)為： 22 36 0 6 4 ( 6 0 1 . 5 2 ) ( 6 4 1 . 5 2 ) 5 6 1 0 . 566W c m? ? ? ? ? ?? ? ? 截面所受的正應(yīng)力為： 34m a x461 3 5 . 4 1 0 5 . 3 1 0 1 3 1 . 83 6 3 1 0 5 6 1 0 . 5 1 0MN M P aAW? ????? ? ? ? ? 這里 n 最大為 ，則 動(dòng)臂的最小許用應(yīng)力 345[ ] 1 9 1 .71 .8sn???? ? ? ?。 所以， 動(dòng)臂 的強(qiáng)度 也 滿足要求。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 6 工作裝置零 件 建模與整機(jī)裝配 工作裝置零件建模 本次設(shè)計(jì) 所繪制 的零件三維圖都是用 SolidWorks2021 完成 的。 圖 61 駕駛室 圖 62 斗桿 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 圖 63 動(dòng)臂 圖 64 鏟斗 圖 65 動(dòng)臂液壓油缸 圖 66 斗 桿 液壓油缸 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 圖 67 鏟斗 液壓油缸 圖 68 搖桿 圖 69 連桿 整機(jī)裝配 通過(guò) SolidWorks2021 將各個(gè)零部件裝配在一起形成整體三維裝配體 。 圖 610 整機(jī)裝配圖 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 7 工作裝置運(yùn)動(dòng) 分析 簡(jiǎn)介 本次工作裝置的運(yùn)動(dòng) 分析 所使用的軟件為 COSMOSMotion。 COSMOSMotion 是SolidWorks 中用來(lái)進(jìn)行模型運(yùn)動(dòng)仿真的插件，它可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)干涉分析跟蹤模型 中零部件的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中零部件所受的作用力和反作用力，以及速度和加速度等。其分析結(jié)果能夠以動(dòng)畫(huà)、表格、圖標(biāo)等形式輸出 [20]。 其主要特點(diǎn)就是操作方便、使用簡(jiǎn)單、求解可靠。