【正文】 。其分析結(jié)果能夠以動(dòng)畫(huà)、表格、圖標(biāo)等形式輸出 [20]。 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。 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。 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???? ? ? ?。 具體參數(shù)如圖 54所示。 動(dòng)臂 的強(qiáng)度 校核 動(dòng)臂材料仍采用 Q345 鋼板，厚度為 15mm。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。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～ 。 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。 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???? 。一般要選取幾個(gè)斷面進(jìn)行強(qiáng)度校核，如圖 52,53所示。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)。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]。 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。 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 。 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 。 再將 鏟斗 取出作為獨(dú)立 體， 視 連桿 QM 為二力桿，其對(duì)鉸點(diǎn) M 作用力的方向沿 QM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） 27 方向，按對(duì)鉸點(diǎn) H 的力矩平衡方程 0HM ??，可求 出 鉸點(diǎn) M 處受力 FM。 計(jì)算時(shí)取 39。2 1 5 2 7 3 5 2 661 ()WWF F L F L G S G SL? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 ( 7 1 . 6 9 3 1 3 0 1 1 . 7 9 6 3 0 7 . 8 4 1 1 5 0 7 . 8 4 5 6 0 )950? ? ? ? ? ? ? ? ? 230KN? 而斗桿液壓 缸的閉鎖力 2 KN? ，由 39。 241 3 1 3471 ()W SSF G S FLS ?? ? ? ? ? 1 6 0 0 6 1 0( 7 .8 4 5 9 0 1 9 6 .2 5 )1 6 3 0 6 4 0?? ? ? ? ? ? 將整個(gè)工作機(jī)構(gòu)作為整體 體，按對(duì) 動(dòng)臂底部 鉸點(diǎn) A 的力矩平衡方程 0AM ?? 求出鏟斗液壓 缸的 另一個(gè) 挖掘力 2WF 。 各 液壓 缸所能 產(chǎn)生 的最大力按下式計(jì)算： 24F A P D p?? ? ? (52) 式中 D—— 液壓缸的 缸 徑 mm， 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） 26 p—— 液壓油作用力 MP。圖中各參數(shù)如下（未注單位為 mm）： 0 2820S ? ， 1 590S ? ， 2 600S ? ， 3 5190S ? ， 4 610S ? ， 5 1150S ? ， 6 560S ? ， 7 670S ? ，9 680S ? ， 1 2950L ? ， 2 5470L ? ， 3 5570L ? ， 4 1630L ? ， 5 3130L ? ， 6 950L ? ， 7 630L ? ，1 KN? ， 2 KN? ， 3 KN? 圖 51 最不利工況尺寸圖 力的計(jì)算 在此工況下 挖掘機(jī) 工作裝置 上的作用力 僅 有工作 裝置 各部分的 自身 重量 (動(dòng)臂重 G斗桿重 G鏟斗重 G3)和作用于鏟斗齒上的挖掘阻力。 由于本次設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)以斗桿挖掘?yàn)橹?，即斗桿挖掘力大于鏟斗挖掘力，所以應(yīng)選取斗桿液壓缸挖掘作為計(jì)算工況。 工況的選擇 液壓挖掘機(jī)的工作裝置 由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、連桿、搖桿和各種液壓缸組成。 根據(jù)【 2】 P71 可知斗桿挖掘阻力可用下式表示： 00= sKqW K??阻 （ 51） 式中 K—— 挖掘比阻力 ， K=20～ 30N/cm2； q—— 鏟斗容量； 0? —— 斗桿挖掘時(shí)的切削半徑 ，由 CAD建?？芍?0? =； 0? —— 斗桿在挖掘過(guò)程中的總轉(zhuǎn)角，一般 0? =50 ～ 80 ，取 0? =75 ； Ks—— 土壤松散系數(shù)， ～ ，取 Ks=。本次設(shè)計(jì)的挖掘 機(jī)斗容為 且要求 挖掘 Ⅳ 土壤，所以本設(shè)計(jì)中以斗桿挖掘?yàn)橹鳌? 挖掘力的計(jì)算 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置工作時(shí)既可用鏟斗液壓缸挖掘（簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)斗挖掘），也可用斗桿液壓缸挖掘（簡(jiǎn)稱(chēng)斗桿挖掘） ，或作復(fù)合動(dòng)作挖掘。 液壓系統(tǒng)原理圖 本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)原理圖見(jiàn)附圖 YYWJJ— 01。 本次設(shè)計(jì)中選用回油節(jié)流調(diào)速方式，將單向節(jié)流閥安裝在各個(gè)液壓缸的回油路上。按照節(jié)流閥的安裝位置，可分為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速和回油節(jié)流調(diào)速兩種 [15]。如 下 圖所示： a) 換向閥中位卸荷回路； b) 穿越換向閥卸荷 回路 在本次設(shè)計(jì)中卸荷回路選用換向閥中位卸荷回路，采用三位四通換向閥，當(dāng)換向閥中位時(shí)，進(jìn)油口和回油口接通，工作油經(jīng)過(guò)各閥后，以最低壓力返回油箱。在設(shè)計(jì)時(shí)常常采用液壓泵以最低壓力進(jìn)行空轉(zhuǎn)的卸荷方式。 本次設(shè)計(jì) 采用 的是 在 各個(gè)液壓油缸 的進(jìn)油和回油路上成對(duì)的并聯(lián)溢流閥的方法來(lái)限制液壓 油 缸 工作時(shí)所受的 最大壓力，若超過(guò) 限定值 ， 此時(shí) 溢流閥 將 打開(kāi)進(jìn)行 壓力 卸載， 這樣就能保護(hù) 液壓 油缸 和管路免受損壞。 工作介質(zhì) —— 普通液壓油，因工作壓力較高 ，所以 要求黏度較大 。 執(zhí)行元件 —— 四組液壓油缸。 控制元件 —— 各種液壓閥，用來(lái)控制和調(diào)節(jié)液壓油的方向、流量和壓力。 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） 22 圖 43 雙泵雙回路系統(tǒng)的原理和系統(tǒng)特性 液壓元件的選用 一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由動(dòng)力元件、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件和工作介質(zhì)這五部分組成 [13]。這種系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是： 不管各個(gè)回路的組合方式怎樣，都能確保至少有兩個(gè)動(dòng)作可以同時(shí)進(jìn)行，能夠滿(mǎn)足挖掘機(jī)的作業(yè)要求 [12]。 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） 21 圖 42 最大卸料高度模型 同樣，為最大挖掘高度和最大挖掘深度狀態(tài)， CAD 建模得 H2max=7340mm＞ 6178mm，H3max=6800mm＞ 5629mm，均滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)要求。 參照 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷 P43176 表 （ 工 程液壓缸 的 技術(shù) 規(guī)格） 初步選取四 個(gè)液壓缸 的缸徑均為 100mm，活塞桿直徑為 70mm。此時(shí)液壓缸有桿腔工作面積A2是無(wú)桿腔工作面積 A1的一半。 在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，鉸點(diǎn)位置以及液壓缸行程很難一次確定，要通過(guò)反復(fù)修改，最終確定各結(jié)構(gòu)尺寸和液壓缸行程。 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） 20 鏟斗液壓缸應(yīng)使得鏟斗有一定的擺角范圍，當(dāng)鏟斗液壓缸全縮時(shí)，鏟斗與斗桿的夾角應(yīng)大于 10186?！?130186。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷 P17_257 活塞行程系列表 第三系列 ，初步選定動(dòng)臂缸的工作行程 S1=1050mm。當(dāng)動(dòng)臂缸全伸、斗桿缸全縮、鏟斗處于豎直狀態(tài)時(shí)，工作裝置為最大卸料高度狀態(tài)；當(dāng)動(dòng)臂剛?cè)臁⒍窏U缸和鏟斗缸全縮時(shí)，工作裝置為最大挖掘高度狀態(tài)；當(dāng)動(dòng)臂缸全縮、斗桿和鏟斗都處于豎直狀態(tài)時(shí)，工作裝置為最大挖掘深度狀態(tài) [11]。 根據(jù)表 4表 42，并考慮到本液壓挖掘機(jī)的最大負(fù)載 fF , 初選系統(tǒng)工作壓力為25P MPa? 。 圖 41 液壓挖掘機(jī)工作裝置的作業(yè)循環(huán)組成 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 系統(tǒng)工作壓力的確定 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)整機(jī)重量小于 30 噸，所以本機(jī)最大挖掘阻力可由以下經(jīng)驗(yàn)公式求出： ffF k G?? （ 41） 式中 fk —— 挖掘阻力系 數(shù)，推薦值 ， G—— 整機(jī)重量（ KN）。因?yàn)檫@幾個(gè)運(yùn)動(dòng)都是線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，所以選用液壓缸作為執(zhí)行元件。 圖 38 各鉸點(diǎn)位置 到此，動(dòng)臂和斗桿的基本長(zhǎng)度和彎角已經(jīng)確定， 其余 各部分的具體參數(shù)，可參照 現(xiàn)代ROBEX 系列液壓挖掘機(jī)進(jìn)行類(lèi)比做仿形設(shè)計(jì)，并結(jié)合本次設(shè)計(jì)要求， 運(yùn)用 SolidWorks 三維技術(shù)對(duì)工作裝置進(jìn)行建模分析，優(yōu)化各鉸點(diǎn)的位置 如圖 38 所示 ，進(jìn)而得到各部分的尺寸如下表所示： 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） 17 表 31 各 部件 鉸點(diǎn)的距離 工作裝置組成 距離（ mm） 鏟斗 QV=1630 KQ=590 HN=600 HK=700 斗桿 FQ=290