【正文】 2. 現(xiàn)取鏟斗作為隔離體（圖 ） ,可得到： 00 131 ??????? F lFlWM 第 頁 共 50 頁 30 030s i n12c o s30c o s0 010102 ??????? WFFWF 平行平行 012s i n30s i n30c o s0 010201 ??????? FWFWF 垂直垂直 上述式中 mlFQ ? 則求得： KNF ? ， KNFQ ?平行 ， KNFQ ?垂直 圖 鏟斗受力示意圖 3. 現(xiàn)取搖桿作為隔離體（圖 ）（圖中 近似 的 認(rèn)為 FN平行 與 Pd平行 ）： 00 1 ??????? dpdFNN PllFM 012c o s0 d01 ?????? PFFF NN 平行平行 012s i n0 01 ????? 垂直垂直 NN FFF 第 頁 共 50 頁 31 上式中： mlpd ? ， mlFN ? 則可求得： KNPd ? ， KNFN ?平行 ， KNFN ??垂直 （圖 ）（ 近似 Pd 平行于 FQ）： 0lll0 9d d ??????????? FFNNgPF FFlPPM 垂直垂直050s i n0 0g ???????? 垂直垂直垂直垂直 QNFF FFPFF 050c os0 0gd ????????? 平行平行平行平行 QNFF FFPPFF 上式中： mlFN ? ， mlFQ ? ， mldP ?， ml ? 可求得： KNPg ? ， KNF F ??垂直 ， KNFF ?平行 。 將上述數(shù)據(jù)代入式（ 46）中，可得 KNPg 310? 而斗桿液壓缸閉鎖力： KNPg ? ，則知 g1PPg＞ ，則挖掘力不能實(shí)現(xiàn)。 ，對鉸點(diǎn) F 的力矩平衡方程為 0?? FM ，可得斗桿液壓缸的作用力為 gP 。 鏟斗在挖掘時(shí)，鏟斗液壓缸的工作力 Pd能克服的切向阻力 W1取鏟斗為隔離體，由對鉸點(diǎn) Q 的力矩平衡方程 0?? QM 可求得 : 第 頁 共 50 頁 29 dQdlrGr rrPW 331213111????? （ 44） 上式中： mlld ?? ， 3121311 ??? rr rr ， KNG ? ， KNPPd 1293 ?? ，mrQ ? ，可求得： KNW ? 。 93322321 )( l rGrGllWP FFg ?????? （ 43） 上式中： ml ? ， ml ? ，KNG ? , KNG ? , ml ? , mrF ? ， mrF ? 第 頁 共 50 頁 25 將上述數(shù)據(jù)代入式（ 43）中，求得 KNPg ? 而斗桿液壓缸閉鎖力： KNPDPg 2221 ?????? ??，則知g1PPg＜ ， 能保證此挖掘力工作實(shí)現(xiàn)。令 02?W ，在（ 42）反求得 KNW ? 。 圖 第三種工況計(jì)算位置 第 頁 共 50 頁 24 第一種工況位置下動臂和斗桿受力分析計(jì)算 [8][9] 如圖 中，此時(shí)工作裝置上的作用力為： 反鏟 工作裝置各部分的重量（動臂重 G鏟斗重 G斗桿重 G2等），作用 在 斗齒上的挖掘阻力（切向分力 W法向分 力 W2）。并取其中的第一種工況和第二種工況的斗桿作用力來 分析斗桿所受的內(nèi)力，并且以此作為依據(jù)來初定斗桿的截面尺寸；取其中的第二種工況和第三種工況的動臂作用力來分析動臂的內(nèi)力，并且以此作為依據(jù)來初定動臂的截面尺寸。同樣反鏟工作裝置動臂的強(qiáng)度計(jì)算也應(yīng)根據(jù)挖掘工作中對動臂可能出現(xiàn)的最大載荷來進(jìn)行選定計(jì)算的位置。對于這些結(jié)構(gòu)件的分析計(jì) 算，首先要確定各構(gòu)件的最不利工況所在，即在這一工況下對某一結(jié)構(gòu)件可能出現(xiàn)的最大應(yīng)力分析計(jì)算，并以這工況作為設(shè)計(jì)這個結(jié)構(gòu)件的主要依據(jù)，也就是強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的計(jì)算位置選擇，計(jì)算圖式和載荷的確定 第 頁 共 50 頁 22 問題。在下一章對工作裝置的載荷進(jìn)行分析時(shí)可以知道，以上所確定的閉鎖壓力能夠保證液壓挖掘機(jī)在主要挖掘的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大挖掘力，并且能夠?qū)崿F(xiàn)的最大挖掘力值高于設(shè)計(jì)目標(biāo)所要求的最大挖掘力值，符合設(shè)計(jì)要求。反鏟液壓挖掘機(jī)的閉鎖壓力一般是調(diào)定在同一壓力值上的。對于小型反鏟 挖掘機(jī) 來說 則 是指地 面以下靠近機(jī)身一方的側(cè)壁或側(cè)坡，其范圍大致為地表 下至max1)43~32( H，履帶支撐點(diǎn)前 1)43~32( R的區(qū)間里。 此 時(shí)被動液壓缸的閉鎖壓力 就 必須 要 予以保證。 其實(shí)在 實(shí)際 工作中 上，挖掘機(jī)不會經(jīng)常 處 在最大挖掘阻力的條件下 進(jìn)行 工作， 同時(shí) 在整個作業(yè)范圍內(nèi)的任何位置都要實(shí)現(xiàn)最大挖掘力既 是 不經(jīng)濟(jì)，又 是沒有 必要 的 ，有時(shí)即 便 遇到 了 很大 挖掘 阻力， 也 可以適當(dāng)減小切土 的 厚度， 從而 使挖掘阻力減小。 在上述三個位置下 ， 工作裝置都能正常 進(jìn)行 工作而不發(fā)生液壓缸 在 被動伸縮時(shí)液壓系統(tǒng)的閉鎖壓力， 但 并不能 夠 保證在任何 工作 位置下都不出現(xiàn)伸縮 的 現(xiàn)象。 [15] 為確定各液壓缸的閉鎖壓力，本次設(shè)計(jì)中選用以下三個計(jì)算位置： (1)動臂 處于最低 的位置，斗桿呈現(xiàn)垂直狀態(tài)，轉(zhuǎn)斗挖掘，此時(shí)其作用力臂最大 (2)動臂處于最低的位置，斗桿與動臂鉸點(diǎn) F、斗與斗桿鉸點(diǎn) Q、斗齒尖 V 三點(diǎn)共線。挖掘機(jī)在挖掘工作范圍內(nèi)，當(dāng)工作裝置處于不同挖掘位置時(shí)，各液壓缸所受到的被動作用力的大小是不同的，然而要全面地確定各位置下液壓缸被動作用力的大小是很繁瑣的。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，取活塞桿直徑 d1=100mm，動臂液壓缸的外徑為 D11 =165mm。 將上述數(shù)據(jù)代入（ 317）中，求得： KNerGrGP ttii ) 11 ?????? ? 圖 最大挖掘深處提起滿載斗 在計(jì)算位置 2（圖 ）中： mr ? ， mr ? ， mr ? ， mr ? ， mr ? ， mr ? ， mr ? ， mrt ? ， me ? 第 頁 共 50 頁 20 將上述數(shù)據(jù)代入（ 317）中，求得： KNerGrGP ttii ) 11 ?????? ? 圖 最大 卸載高度時(shí)提動滿載斗 在計(jì)算位置 3（圖 ）中： mr ? ， mr ? ， mr ? ， mr ? ， mr ? ， mr ? ， mr ? ， mrt ? ， me ? 將上述數(shù)據(jù)代入（ 317）中，求得： KNerGrGP ttii ) 11 ?????? ? 圖 最大挖掘半徑時(shí)舉起滿 載斗 由上述計(jì)算分析可見，以上三種位置以第二種位置，即最大卸載高度時(shí)提動滿載斗 (圖 )時(shí)要求動臂液壓缸的推力為最大。 對動臂在轉(zhuǎn)臺上的鉸點(diǎn) C 取矩， 則 可以得 到以上 各位置下所需的動臂液壓缸作用力 ： 11 ) erGrGP ttii? ???? (317) 上式中： Gi—— 為工作裝置各構(gòu)件的重量； Gt—— 為斗內(nèi)土重， Gt=（ ～ ） q； rt—— 為斗內(nèi)土壤重心到 C 點(diǎn)的力臂； ri—— 為 各構(gòu)件重 心 到 C點(diǎn)的力臂 ； e1—— 為 動臂液壓缸作用力對 C 點(diǎn)的力臂 。 動臂液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 動臂液壓缸應(yīng)能保證反鏟裝置在作業(yè)過程中，任何位置上都能提起帶有滿載鏟斗的 工作裝置到達(dá)最高和最遠(yuǎn)的位置。鏟斗液 壓缸全縮長度圓整后去 mmL 700min3 ? ，全伸長度圓整后取 mmL 1200max3 ? 。本設(shè)計(jì)中，當(dāng)斗齒處于 FQ 延長線時(shí)連桿機(jī)構(gòu)的傳動比為 ，得此位置時(shí)鏟斗液壓缸的理論挖掘力與最大值之比為： %94% ?? ，滿足設(shè)計(jì)要求。本次設(shè)計(jì)中鏟斗將以 200的仰角開始挖掘，取 0max 1042 ?? ，故最大挖掘力則大致出現(xiàn) 第 頁 共 50 頁 17 在 FQ 連線下側(cè) 320 處，則鏟斗液壓缸的作用力應(yīng)滿足： 3312 1311max1 Plr rrW ??? (316) 式中： max1W —— 為最大挖掘阻力； 11r —— 為鏟斗液壓缸對 N 點(diǎn)的作用力臂； 12r —— 為連桿 HK 對 N 點(diǎn)的作用力臂； 13r —— 為連桿 HK 對 Q 點(diǎn)的作用力臂； 而連桿機(jī)構(gòu)總傳動比為：3121311 lr rri ??? 則 取 max1W 的值等于設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)鏟斗挖掘力的值 ， KNW ? ,通過作圖求得連桿機(jī)構(gòu)處于 圖 i=，從而求得 KNP 3 ??,取鏟斗液壓缸大腔內(nèi) 徑 mmD 803 ? ，則有 KNKNPDP 233 ＞???? ?,滿足設(shè)計(jì)要求。并得 mmL 702min3 ? ， mmL 1207max3 ? ，此時(shí) m in3m a x33 ＞?? LL? 。 由上述已知條件為基礎(chǔ)，以 3? 的取值范圍為約束，經(jīng)過多次作圖，得到比較合理的 15l 和 10l 的值。 當(dāng) min33 LL ? 時(shí)，斗齒尖為 0V ， 0V 可能 在 FQ 的延長線上，或在其上側(cè) 00 ~ 300的地方。參考同類機(jī)型，按照成比例的方法，可求得： mNQl ?? , mHKl ?? , mNHl ?? 由于考慮到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動余量、穩(wěn)定性以及構(gòu)件運(yùn)動幅度等因素的影響，一般取鏟斗液壓缸全伸長度與全縮長度之比為 5~m a x3m in33 ?? LL? 圖 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)示意圖 第 頁 共 50 頁 16 圖 鏟斗液壓缸全縮時(shí)鏟斗機(jī)構(gòu)位置圖 圖 鏟斗液壓缸全伸時(shí)鏟斗機(jī)構(gòu)位置圖 鏟斗 在挖掘過程中轉(zhuǎn)角大致為 900 ~ 1000 ，即鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角為 900 ~ 1000，為了能滿足開挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到 1500 ~ 1800。 鏟斗機(jī)構(gòu)及鏟斗液壓缸主要參數(shù)的設(shè)計(jì)過程 連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 圖 中， 13l 為搖臂的長度， 29l 連桿的長度， 3l 鏟斗的長度， F為斗桿的下鉸點(diǎn)，G鏟斗油缸的下鉸點(diǎn)， N搖臂與斗桿的鉸接點(diǎn)， K和 Q分別為鏟斗的上下鉸點(diǎn)。 由圖 ，取斗桿油缸在位置 O 與 Z 的力臂 zo ee 22 ? ，則求得： 12sin22m ax29m in2 ?? ??lL (314) 式中：min2max22 LL?? ，它的取值范圍為 ~ ?? ，取 ?? ，則得到：mmL 882min2 ? 如圖 ，由三角形余弦定理得 DF間的距離為： )2c os (2 m a x2992m in228 ?? ???? llLl (315) 由式中 mmL 882min2 ? ， mml 3509 ? ， 0max2 110?? ，則代入式 (315)中可得： mml 12148 ? ， mmLL 1 4 5 in22m