【正文】 C動(dòng)臂下鉸點(diǎn) F動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn) Q動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)519 第一工況下N圖C動(dòng)臂下鉸點(diǎn) F動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn) Q動(dòng)臂油缸下鉸點(diǎn)520 第一工況下T圖C動(dòng)臂下鉸點(diǎn) F動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸點(diǎn) Q動(dòng)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(dòng)臂上所受到的軸向力: 。此時(shí)的工作裝置的簡(jiǎn)圖如圖518所示：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518 第二工況位置下工作裝置簡(jiǎn)圖的求解：此時(shí)動(dòng)臂油缸的力臂最大，即：取鏟斗為研究對(duì)象 （541） 解之：的求解在此工況中，工作裝置所受重力對(duì)C點(diǎn)的矩： （542）取整個(gè)工作裝置為研究對(duì)象，則有： （543） 的校核：取斗桿和鏟斗為研究對(duì)象，則有： 這說(shuō)明當(dāng)時(shí)，斗桿油缸的閉鎖力足夠，故取。動(dòng)臂鉸點(diǎn)作用力的求?。喝《窏U、鏟斗、連桿機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，則有： （529）方向與軸平行，在軸的正方向上。在此工況中，動(dòng)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(shí)解得 而則由圖 知與的求解：由于挖掘時(shí)為鏟斗油缸工作，而K、Q、V又在同一條直線(xiàn)上，故的值仍與前面的計(jì)算一樣。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517 實(shí)際工作時(shí)第一工況位置工作裝置簡(jiǎn)圖此工況是第Ⅰ工況下轉(zhuǎn)動(dòng)斗桿油缸而得的。故需要轉(zhuǎn)動(dòng)鉸點(diǎn)E直到鏟斗油缸發(fā)揮最大挖掘力為止。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516 第一工況位置工作裝置簡(jiǎn)圖力的計(jì)算W1的求解：由于K、Q、V在同一條直線(xiàn)上，連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比不變，而鏟斗的重力繞Q點(diǎn)所產(chǎn)生的力矩相對(duì)于鏟斗油缸對(duì)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。（3） 鏟斗挖掘時(shí)，斗邊點(diǎn)遇到障礙。在這工況下可能在動(dòng)臂上出現(xiàn)最大載荷，其應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：（1） 動(dòng)臂油缸全縮。首先還是要分析計(jì)算動(dòng)臂可能出現(xiàn)應(yīng)力的工況，并找出在該工況下的危險(xiǎn)截面，并計(jì)算出其尺寸。這樣斗桿的所有尺寸已經(jīng)基本確定。在斗桿中取安全系數(shù)，則斗桿的許用安全應(yīng)力為： 斗桿危險(xiǎn)截面處高度的計(jì)算危險(xiǎn)截面的有效面積： (517) 該截面對(duì)y軸的慣性矩: (518) 該截面對(duì)z軸的慣性距: (519)橫截面總面積: (520)該危險(xiǎn)截面所受到的正應(yīng)力: (521)該截面所受到的最大彎曲正應(yīng)力: (522) (523)則截面所受到軸向拉應(yīng)力與彎曲應(yīng)力合成后有: (524)由于剪應(yīng)力的大小相對(duì)于彎矩所產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力要小得多，為簡(jiǎn)化計(jì)算，在計(jì)算中簡(jiǎn)應(yīng)力忽略不計(jì)，僅在校核中用，則有： (525)由525252 52525解得h=800mm。12為斗桿側(cè)板的厚度； 14為斗桿底板和頂板的厚度；275為底板的寬度圖515在挖掘機(jī)中選用的結(jié)構(gòu)鋼材一般為16Mn，其有足夠大的屈服極限和良好的機(jī)械性能。 斗桿寬度、鋼板厚度、許用應(yīng)力的選取由經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和其它同斗容機(jī)型的測(cè)繪，處取斗桿的寬度。由圖5圖5圖511知在通過(guò)F點(diǎn)且與斗桿下底板垂直的截面所受到的應(yīng)力最大，是危險(xiǎn)截面。YDEBGCFAXNQHKW2W1VNH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55 第二工況下工作裝置計(jì)算簡(jiǎn)圖同第一工況的分析一樣，可以得到以下向量：FC = 5700（COS163+Sin163）FV = 4550（+）0V = OC + CF + FV = 1865（COS88+Sin88）+ 5700（COS17+Sin17）+ 4550（+）則 XV = 1865COS88+ 5700COS17 + = 5238mm同理也可以求得在該工況下作用在斗桿和鏟斗上的力，其分別為：W1 = 1105 NW2 = 105 NRk2 = 105 NWN2 = 105 NRQ x =105 NRQ y= 105 NMQ x = 105 NmMQ y = 105 Nm 斗桿內(nèi)力圖的繪制根據(jù)第一工況和第二工況下所求出的斗桿所受到的力和力矩，可以分別繪制出在第一工況下和第二工況下的內(nèi)力圖，如圖55555515151。取工作裝置為研究對(duì)象，如圖55所示。故要先計(jì)算出制動(dòng)力矩。在△DEF中∠DEF = 90COS∠EFD = EF/DF = 940/3040解得∠EFD = 在□CDEF中∠EFC = ∠ZFC+∠DFZ+∠EFD = 16+10+72 .5= ∠EFQ在前一章節(jié)已經(jīng)初定為150由以上的角度關(guān)系知：FV = 4500[COS（）+Sin（）] = 4500（+） （51）OV = OC + CF + FV （52） = 1777（COS87+Sin87）5700（COS143+Sin143）+4550（COS115+Sin115） 則XV = 1777COS87 5700COS143 + 4500 COS（115） = 2743mm （53）由（317）式可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（122）/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） = 0W1 = 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（G i）= G1X1 +（G2 +G5）X2 + G3X3+G4+ G6X2 = 104+（700+200）10+7000+2000+1300 = 105 N （54）W1到C點(diǎn)的距離r0r0 = l2 + l3–CFCOS∠CFV （55） = 3000+15505700（） = 2460mm W2到C點(diǎn)的距離r1r1 = CF Sin∠CFV = 5700 = 5303mm （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（G i ） W1 r0 W2 r1 = 0 （57）將5556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 COS115 = 1268mm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 = 0P2g′EF W1 （l2+l3） G3（XFN +r2′） G2XFN /2 = 0P2g′103（+）7103P2g′= 105 N （58）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。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(jiǎn)圖如圖51所示。（4） 挖掘阻力對(duì)稱(chēng)于鏟斗，無(wú)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(dòng)臂與斗桿鉸點(diǎn)和斗桿與鏟斗鉸點(diǎn)的連線(xiàn)上。即動(dòng)臂油缸全縮。 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。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)。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 = 600mm； HN = 580mm；NQ = 465mm； FN = l2NQ = 2535mm； GF = 770mm；由預(yù)選∠GFN = 50則 GN2 = FN2 + GF2 – 2COS∠GFNFNGF GN = 2124mm至此，工作裝置的基本尺寸均已初步確定。（2） 幾何相容。粗略計(jì)算知斗桿挖掘平均阻力F3J max = F3J max /2 = 69 KN 挖掘阻力F3J 所做的功W3J：W3J = F3J max l3 φ3max (424) = 105165π/180 = 105 N .m 由圖44知，鏟斗油缸推力所做的功W3：W3 = F3 （λ21）L3min = 106π552106L3min ………………[425]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(mǎn)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% [1，7980]。 鏟斗機(jī)構(gòu)其它基本參數(shù)的計(jì)算L3Ml29GKl24l12FNQl21l2 Vl3l12：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)。 斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的選擇E20E2ZDl9ψ2maxl8FD：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)；ψ2：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