【正文】 NH搖臂； HK連桿； C動臂下鉸點； A 動臂油缸下鉸點； B動臂與動臂油缸鉸點； F動臂上鉸點； D斗桿油缸上鉸點； E斗桿下鉸點； G鏟斗油缸下鉸點； Q鏟斗下鉸點； K鏟斗上鉸點； V鏟斗斗齒尖 圖 213 第二工況下工作裝置計算簡圖 同第一工況的分析一樣，可以得到以下向量： FC = 3118（ COS163+Sin163） FV =2650（ +） 0V = OC + CF + FV
。取工作裝置為研究對象，如圖 55 所示。故要先計算出制動力矩。 在△ DEF 中 ∠ DEF = 90 COS∠ EFD = EF/DF = 460/1525 解得∠ EFD = 72 在□ CDEF 中 ∠ EFC = ∠ ZFC+∠ DFZ+∠ EFD V K F Pd N H Q K W1 W2 G3 = +10+72 = ∠ EFQ 已經(jīng)初定為 150 由以上的角度關(guān)系知： FV = 2650[COS（ ） +Sin（ ） ] = 2650（ +） （ 51） OV = OC + CF + FV （ 52） = 1026（ COS87+Sin87） +3118（ COS45+Sin45） + 2650（ COS122+Sin122） 則 XV = 1026COS87 + 3118COS（ 45） + 2650COS（ 122） = 854 mm （ 53） 由（ 317）式可 i= 則可得此時鏟斗的理論挖掘力： 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 Q 的水平距離 r2′= l3 COS（ 122） /2=255mm 取鏟斗為研究對象，如圖 52 所示，并對 Q 點取矩，則有 ∑MQ = 0 （ F0D W1） l3 –G3 r2′ = 0 （ 105 W1） = 0 W1 = 105 N 法向阻力 W2 的求解： 工作裝置所受重力對 C 點取矩有 ∑MC（ Gi） = G1X 1 +（ G2 +G5） X 2 + G3X 3+G4+ G6X 2 = 104 +（ 170+28） 10 +1700 + 500 +320 = 105 N （ 54） W1到 C 點的距離 r0 r0 = l2 + l3– CFCOS ∠ CFV （ 55） = 1685+9653118 COS（ ） = 3282mm W2到 C 點的距離 r1 r1 = CFSin ∠ CFV = 3118 = 3031mm （ 56） 法向阻力 W2決定于動臂油缸的閉鎖力 F1′ ，取整個工作裝置為研究對象，則有 ∑MC = 0 F1′ e1+ ∑MC（ Gi ） W1 r0 W2 r1 = 0 （ 57） 將 5 5 56 代入 57 中解之 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 = FQ COS122 = 1685 = 893mm 如圖 51 所示，取斗桿（帶斗 和連桿機構(gòu)）為研究對象，則有： ∑ MC = 0 P2g′EF W1（ l2+l3） G3（ XFN +r2′） G2XFN /2 = 0 P2g′ 103（ +） 103 P2g′= 105 N （ 58） 而此時的斗桿閉鎖力 P2′= 27π（ 85） 2= 105 N，略大于 P2g′，說明閉鎖力足夠。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。 該工況的具體簡圖如圖 51 所示。 （ 4） 挖掘阻力對稱于鏟斗，無側(cè)向力 Wk的作用。 （ 2） 斗桿油缸的力臂最大。 （ 3） 鏟斗齒尖在動臂與斗桿鉸點和斗桿與鏟斗鉸點的連線上。即動臂油缸全縮。斗桿油缸的初始位置力臂 e20與最大力臂 e2max有以下關(guān)系 : e20/e2max = l9COS(ψ2max/2)/l9 = COS (ψ2max/2) (423) 由 423 知 , ψ2max 越大 ,則 e20 越小 ,即平均挖掘阻力越小 .要得到較大的平均挖掘力 ,就要盡量減少 ψ2max,初取 ψ2max = 90 由上圖 43 的幾何關(guān)系有 : L2min = 2 l9 Sin (ψ2max/2)/(λ21) = 2 460 Sin 45/( 1) = 1084 mm L2max = L2min + 2 l9 Sin (ψ2max/2) = 1084 + 2 460 Sin 45 = 1734 mm l82 = L22min + l29 + 2 L2min l9 COS[(πψ2max)/2] = 10842+ 4602 + 2 1084 460 COS135 l8 =585 mm 而 ∠ EFQ 取決于結(jié)構(gòu)因素和工作范圍 ,一般在 130～ 170 之間 [1].初定 ∠ EFQ=150,動臂上∠ DFZ 也是結(jié)構(gòu)尺寸 ,按結(jié)構(gòu)因素分析 ,可初 選 ∠ DFZ=10. 斗桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 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)計計算。 ,取 ψg =60176。 D斗桿油缸的下鉸點； E鏟斗油缸的上鉸點； F動臂的上鉸點； ψ2斗桿的擺角； l9斗桿油缸的最大作用力臂 . 圖 28 斗桿機構(gòu)基本參數(shù)計算簡圖 首先計算斗桿挖掘阻力：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 ψg =50176。 3. 保證斗桿的擺角范圍 95176。 基本尺寸的確定 斗桿機構(gòu)基本參數(shù)的選擇 考慮因素： 1. 保證斗桿液壓缸產(chǎn)生足夠的斗 齒挖掘力。 （ 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 點旋轉(zhuǎn)直到鏟斗油缸全縮而形成的。 D斗桿油缸與動臂的鉸點點； F動臂與斗桿的鉸點； E斗桿油缸與斗桿的鉸點； θ斗桿擺角 . 圖 24 斗桿機構(gòu)擺角計算簡圖 在三角形 DEF 中 L22 = l82+ l922COSθ2l 8l 9 θ2 = COS1[（ L22 l82l92） /2l8l 9] 由上圖的幾何關(guān)系知 φ2max =θ2 maxθ2min 則斗桿的作用力臂 e2 =l9Sin∠ DEF 顯然斗桿的最大作用力臂 e2max = l9，此時 θ2 = COS1（ l9/l8）， L2 = sqr（ l82l92） 特殊工作位置計算 （ 1） 最大挖掘深度 H1max NH搖臂； HK連桿； C動臂下鉸點； A 動臂油缸下鉸點； B動臂與動臂油缸鉸點； F動臂上鉸點； D斗桿油缸上鉸點； E斗桿下鉸點； G鏟斗油缸下鉸點； Q鏟斗下鉸點； K鏟斗上鉸點； V鏟斗斗齒尖 . 圖 25 最大挖掘深度計算簡圖 如圖 25 示，當(dāng)動臂全縮時， F, Q, V 三點共線且處于垂直位 置 時，得最大挖掘深度為 : H1max = YV = YFmin–l2–l3 = YC+L1Sinα21min–l2–l3 = YC+l1Sin（ θ1α20α11） –l2–l3 (28) （ 2） 最大卸載高度 H3max NH搖臂； HK連桿； C動臂下鉸點； A 動臂油缸下鉸點； B動臂與動臂油缸鉸點； F動臂上鉸點； D斗桿油缸上鉸點； E斗桿下鉸點； G鏟斗油缸下鉸點； Q鏟斗下鉸點； K鏟斗上鉸點； V鏟斗斗齒尖圖 26 最大卸載高度計算簡圖 如圖 27 所示，當(dāng)斗桿油缸全縮，動臂油缸全伸時， QV連線處于垂直狀態(tài)時，得最大卸載高度為 : )s i n()s i n( 112132211211m a x3 ???????? ????????? ? M AXM AXM AXC Q M AX llY YH (29) （ 3） 水平面最大挖掘半徑 R1max NH搖臂； HK連桿； C動臂下鉸點； A 動臂油缸下鉸點； B動臂 與動臂油缸鉸點； F動臂上鉸點； D斗桿油缸上鉸點； E斗桿下鉸點； G鏟斗油缸下鉸點； Q鏟斗下鉸點； K鏟斗上鉸點； V鏟斗斗齒尖圖 27 停機面最大挖掘半徑計算簡圖 如圖 28 所示，當(dāng)斗桿油缸全縮時， F、 Q、 V 三點共線，且斗齒尖 v 和鉸點 C 在同一水平線上，即 YC= YV，得到最大挖掘半徑 R1max為 : R1max=XC+L40 (210) 式中： L40 = Sqr[（ L1+L2+L3） 22（ L2+L3） L 1COSα32max (211) （ 4） 最大挖掘半徑 R 最大挖掘半徑時的工況是水平面最大挖掘半徑工況下 C、 V 連線繞 C 點轉(zhuǎn)到水平面而成的。 工作裝置運動學(xué)分析 斗桿運動分析 如下圖 32 所示， D 點為斗桿油缸與動臂的鉸點點， F 點為動臂與斗桿的鉸點， E 點為斗桿油缸與斗桿的鉸點。又由經(jīng)驗公式和其它機型的參考初選斗桿油缸行程 L1=760mm，并按經(jīng)驗公式初選各油缸全伸長度與全縮長度之比： λ1=。 原始幾何參數(shù)的確定 （ 1） 動臂與斗桿的長度比 K1 由于所設(shè)計的挖機適用性較強，一般不替換工作裝置，故取中間比例方案，K1取在 ～ 之間，初步選取 K1=，即 l1/l2=。 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。進(jìn)一步簡化得圖如 23 所示。根據(jù)以上特征，可以對工作裝置進(jìn)行適當(dāng)簡化處理。 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。 在實際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條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。鏟斗裝滿后，鏟 斗缸和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進(jìn)油，使動臂抬起，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。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉(zhuǎn)動，而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉(zhuǎn)動。 圖 21 工作裝置組成圖 圖 21 為液壓 挖掘機工作裝置基本組成及傳動示意圖，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗 連桿 斗桿 1動臂 相應(yīng)的三組液壓缸 10 等組成。 12）鏟斗轉(zhuǎn)角 = 0160 ，取推薦值。 10）動臂轉(zhuǎn)角 = 040 ，取推薦值。 線尺寸參數(shù)： 3 GkL lii ? (m) 式中 lik 為各個線向尺寸經(jīng)驗系數(shù)，可由《單斗液壓挖掘機》表 14查得， G為整機質(zhì)量。 根據(jù)公式 M=2179+20207q ，可估算出整機質(zhì)量為 噸。 一 設(shè)計原始數(shù)據(jù) 工作重量： 6850kg 額定功率： 56kw/2200rpm 斗容： 3m 工作壓力： 25MPa 爬坡度： 58% 接地比壓： 34kPa 最大牽引力： 平臺回轉(zhuǎn)速度： 二 主要尺寸參數(shù)的選擇 參照《單斗液壓挖掘機》，估算整機各部分尺寸和工作裝置尺寸。在本設(shè)計中由于不需要調(diào)節(jié)斗桿的長度，故采用整體式斗桿。 2） 斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖