【正文】 地面附著力矩Mφ： Mφ = 5000φG4/3 （其中φ = ） = 5000176。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。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。=176。+10176。cos∠EFD = EF/DF = 940/3000=解得：∠EFD = 72176。并初選DF = 3000mm。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)，通過前面的章節(jié)可以得出α21 = 45176。取工作裝置為研究對(duì)象，如圖52所示。 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]。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） 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。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。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。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)。則 GN = 2035mm至此，工作裝置的基本尺寸均已初步確定。保證△GFN、△GHN、□HNQK在的任意一行程下都不被破壞。 即PD0≥80% PD0max；當(dāng)處于最大理論挖掘力位置時(shí)∠V1QV應(yīng)為30176。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。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。,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?！?70176。 = 3545mm l82 = L22min + l29 2L2minl9COS[(π)/2]= 22152+ 9402 22215940cos135176。由上圖42的幾何關(guān)系有:L2min = 2l9sin (/2)/(λ21)= 2940sin 45176。 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。則： 式中 —NF與水平軸線成的角則工作裝置所受重力和土的重力所產(chǎn)生的載荷力矩：MZ′ === 105 (421)此時(shí)對(duì)于動(dòng)臂油缸而言：L1 = L1max = 2454 mm θ1 =θ1max = 152176。α32 =α32max = 160176。 滿斗處于最大高度時(shí),動(dòng)臂提升力矩的校核當(dāng)斗桿在最大高度時(shí)的工況類似于圖36，此時(shí)動(dòng)臂油缸全伸，斗桿油缸全縮。L1 e1 = ACBCsin∠ACB (419)即 2320e1 = 7502335sin97176。+0176。 滿斗處于最大挖掘半徑時(shí)，動(dòng)臂油缸提升力矩的校核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41 最大挖掘半徑時(shí)工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig 41 Biggest excavating radius work paid by time makes the installment diagram of mechanism工作裝置重量 GG+D =G2 +G3 +G5 +G6 = 700+700+1150+130 = 1645kg按經(jīng)驗(yàn)公式取土的重量：當(dāng)處于最大挖掘半徑時(shí)，工作裝置簡(jiǎn)圖如圖41所示，則有：MZ = G1+4 l1 /2 + GG+D（l1 + ）+ GT （l1 + l2 + l3 /2） = = 105 動(dòng)臂油缸的推力： F1 = P1 S1 = 107π702106=105 N在如圖33所示，在CAB中∠ACB =α2 +α11 +α21 =176。由圖37知，最大挖掘深度時(shí)的挖掘阻力力矩M1J：M1J = W1J（H1max + YC） = 105（ +）=13105 (416)動(dòng)臂油缸的閉鎖力F1′F1′ = P1S1′ （S1′：動(dòng)臂油缸小腔的作用面積） = 107π（702452）106 = 105 N 最大挖掘半徑工作裝置自身重力所產(chǎn)生的力矩MG ：要求力矩，首先應(yīng)該需要知道作用力和作用力臂。 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的校核 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)閉鎖力的校核正常的挖掘阻力[1] ： (415)在415式中，W1——切削阻力的切向分力；C——土壤的硬度系數(shù)，對(duì)不同的土壤條件取值不同，這里設(shè)挖機(jī)用于Ⅲ級(jí)土壤的挖掘，取值為100；R——鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)到斗齒尖距離，即轉(zhuǎn)斗切削半徑其在前面已經(jīng)初步確定，取值為1550mm；——某一挖掘位置時(shí)鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半；——某一挖掘位置處轉(zhuǎn)斗的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角，在此處由于是求平均挖掘阻力，故初取== ；B——切削刃寬度影響系數(shù)，B = 1+ = 1 + = ；A——切削角變化影響系數(shù)，取A = .；Z——帶有斗齒的系數(shù)，取Z =；X——斗側(cè)壁厚影響系數(shù)，X = 1+0. 03S,其中S為側(cè)壁厚度，由于是初步設(shè)計(jì)，故預(yù)取X = ；D——切削刃擠壓土壤的力，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和斗容量的大小選取D = 104N。 如上圖41所示，在CZF中由334和335有 (41) (42)由442式有： (43)令 將A、B的值代入43式中有 (44)又特性參數(shù) 則有 (45) (46)將446代入到44式中 (47)解之： 由42式有 而θ1min與θ1max需要滿足以下條件 (48) (49)將θ1max 、θ1min 的值代入449中得：ρ = σ = 1而 (410) （λ= ） (411)、滿足4411兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)條件，說明ρ、σ的取值是可行的。的取值對(duì)特性參數(shù)k最大挖掘深度H1max和最大挖高H2max均有影響，增大會(huì)使k4減少或使H1max 增大，這符合反鏟作業(yè)的要求，初選= 176。 與A點(diǎn)坐標(biāo)的選取初選動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處軸線夾角 = 120176。由于鏟斗的轉(zhuǎn)角較大，而k2的取值較小，故初選α10 =∠KQV=110176。/2 = 176。 = 再參考其它機(jī)型的平均斗寬預(yù)初定B ==1040mm挖掘半徑R：按經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考同斗容的其它型號(hào)的機(jī)械，初選R =1450mm 。具體分析方法和最大卸載高度工況的分析類似。通過兩者的幾何關(guān)系，我們可計(jì)算得到：。經(jīng)分析可知：動(dòng)臂上任意一點(diǎn)(除去C 點(diǎn))在任一時(shí)刻的坐標(biāo)值是 的函數(shù)；斗桿上任意一點(diǎn)(除去F 點(diǎn))在任一時(shí)刻的坐標(biāo)值是和的函數(shù)；鏟斗和連桿機(jī)構(gòu)(除去Q點(diǎn)外)其它各點(diǎn)坐標(biāo)值是 、和的函數(shù)，以后在使用到這些點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，就將其作為已知數(shù)據(jù)，不再作特別的介紹。這樣斗齒尖的坐標(biāo)系(如圖 34)可表示如下： (334)對(duì)于反鏟裝置上的其它點(diǎn)的坐標(biāo)可采用同樣方法求出。因此，斗齒尖坐標(biāo)值也是 、及的函數(shù)。在列出以上的各線段的長(zhǎng)度和角度之間的關(guān)系后，利用矢量坐標(biāo)我們就可以得到各坐標(biāo)點(diǎn)的值。那么整機(jī)作業(yè)范圍就可以確定，現(xiàn)推導(dǎo)如下:由F點(diǎn)知： (323)在CDF中：由后面的設(shè)計(jì)確定，在確定后則有： (324) (325)在DEF中圖34 齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖Fig 34 Crown coordinate equation inferential reasoning diagram則可以得斗桿瞬間轉(zhuǎn)角 (326)、在設(shè)計(jì)中確定。2） 鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 (319)其中，在NFQ中 (320)暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。1） 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i和鏟斗缸的當(dāng)量作用力臂利用圖33，可以知道求得以下的參數(shù)：在MNG中 (311)在HNQ中 (312)在QHK中 (313)在□KHQN中 (314)鏟斗油缸對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r1 (315)連桿HK對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r2 (316)連桿HK對(duì)Q點(diǎn)的作用力臂r3r3 = l24鏟斗對(duì)Q點(diǎn)的作用力臂r4r4 = l3連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比 (317)