【正文】 軸性以及合理地采用了內(nèi)嚙合，才使得其具有了上述的許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 本論文所設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)為50噸級(jí)中型挖掘機(jī)，參考國(guó)內(nèi)同型號(hào)的液壓挖掘機(jī)選擇單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支撐JB230084，型號(hào)： 該回轉(zhuǎn)支撐外齒齒數(shù)Z=94 齒頂圓直徑D=970mm 模數(shù)m=10 減速器輸出小齒輪主要尺寸的計(jì)算 小齒輪與回轉(zhuǎn)支撐大齒輪外嚙合，傳動(dòng)比為5。它是在普通滾動(dòng)軸承基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。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) ψ2max越大,則e20越小,就要盡量減少ψ2max,初取ψ2max = 90由上圖的幾何關(guān)系有:l82 = L22min + l29 + 2L2minl9COS[(πψ2max)/2]l8 = 3820 mm而∠EFQ取決于結(jié)構(gòu)因素和工作范圍,一般在130～∠EFQ=150,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=10.至此，工作裝置的基本尺寸均已初步確定。則l7 = σl5 = 750 = 2370mm (412)至此，動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的各主要基本參數(shù)已初步確定。斗桿油缸全縮時(shí)，∠ CFQ =α32 –α8最大，依經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和便于計(jì)算，初選（α32 –α8）max = 160 。 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇 動(dòng)臂轉(zhuǎn)角的選取初選動(dòng)臂轉(zhuǎn)角α1 = 120 由經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考其它同斗容機(jī)型，初選特性參數(shù)k3 = （k3 = L42/L41） l1與l2的選擇由統(tǒng)計(jì)分析，最大挖掘半徑R1值與l1+l2+l3的值很接近，由已給定的最大挖掘距離R已初步選定的l3和k1，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式有：l2 = （R l3）/（1+ k1）= （104201550）/（1+）= 3167mm則l1 = k1l2 = 3167 = 5700mm l41與l42的計(jì)算如圖3所示，在三角形CZF中：l42 = k3l41 = 2728 = 3820 mmα3 9= ∠ZFC = COS1（l422+l12–l412）/2l1l42 = 176。鏟斗兩個(gè)鉸點(diǎn)K、Q之間的間距l(xiāng)24和l3的比值k2的選?。簂24太大將影響機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性，太小則影響鏟斗的結(jié)構(gòu)剛度[3]，初選特性參數(shù)k2 = 。~110176。4工作裝置基本尺寸的確定 斗形參數(shù)的確定斗容量q ：在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中已給出q = m3平均斗寬b：其可以由經(jīng)驗(yàn)公式選擇： 再參考其它機(jī)型的平均斗寬預(yù)初定b = = 1750mm 轉(zhuǎn)斗挖掘滿(mǎn)轉(zhuǎn)角（2φ）：考慮到鏟斗切削入土和出土的余量，一般取2φ140176。（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(diǎn)旋轉(zhuǎn)直到鏟斗油缸全縮而形成的。 特殊工作位置計(jì)算：（1） 最大挖掘深度H1maxNH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35 最大挖掘深度計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖35示，當(dāng)動(dòng)臂全縮時(shí)，F(xiàn), Q, U三點(diǎn)共線且處于垂直位置時(shí)，得最大挖掘深度為: H1max = YV = YFmin–l2–l3 = YC+L1Sinα21min–l2–l3 = YC+l1Sin（θ1α20α11）–l2–l3 (333)（2） 最大卸載高度H3maxNH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36 最大卸載高度計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖36所示，當(dāng)斗桿油缸全縮，動(dòng)臂油缸全伸時(shí)，QV連線處于垂直狀態(tài)時(shí)，得最大卸載高度為: (334)（3） 水平面最大挖掘半徑R1maxNH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37 停機(jī)面最大挖掘半徑計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖37所示，當(dāng)斗桿油缸全縮時(shí)，F(xiàn). Q. V三點(diǎn)共線，且斗齒尖v和鉸點(diǎn)C在同一水平線上，即YC= YV，得到最大挖掘半徑R1max為:R1max=XC+L40 (335)式中：L40 = Sqr[（L1+L2+L3）22（L2+L3）L1COSα32max (336)（4） 最大挖掘半徑R最大挖掘半徑時(shí)的工況是水平面最大挖掘半徑工況下C、V連線繞C點(diǎn)轉(zhuǎn)到水平面而成的。由三角形CFN知：l28 = Sqr（l162 + l12 2COSα32l16l1） (326)由三角形CFQ知：l23 = Sqr（l22 + l12 2COSα32l2l1） (327)由Q點(diǎn)知：α35=∠CQV= 2π–α33α24α10 (328)在三角形CFQ中：l12 = l232 + l32 2COSα33l23l3 α33 = COS1[（l232+l32 l12）/2l23l3] (329)在三角形NHQ中：l132 = l272 + l212 2COSα24l27l21 α24 =∠NQH=COS1[l272+l212 l132）/2l27l21] (330)在三角形HKQ中：l292 = l272 + l242 2COSα26l27l24 α26 =∠HQK=COS1[l272+l242–l292）/2l27l24] (331)在四邊形HNQK：NQH =α24 +α26 (332)α20 = ∠KQV，其在后面的設(shè)計(jì)中確定。（2） 鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角φ3鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 φ3=α7+α24+α26+α10 (318)其中，在三角形NFQ中α7 = ∠NQF= COS1[（l212+l22 l162）/2l21l2] (319)α10暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。D斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)； F動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)；E斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)； θ斗桿擺角.圖32 斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖在三角形DEF中L22 = l82+ l922COSθ2l8l9θ2 = COS1[（L22 l82l92）/2l8l9] (38)由上圖的幾何關(guān)系知φ2max=θ2 maxθ2min (39)則斗桿的作用力臂e2=l9∠DEF (310)顯然斗桿的最大作用力臂e2max = l9，此時(shí)θ2 = COS1（l9/l8），L2 = sqr（l82l92）3. 3 鏟斗的運(yùn)動(dòng)分析鏟斗相對(duì)于XOY坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是LLL3的函數(shù)，現(xiàn)討論鏟斗相對(duì)于斗桿的運(yùn)動(dòng)，如圖35所示，G點(diǎn)為鏟斗油缸與斗桿的鉸點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為斗桿與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)Q點(diǎn)為鏟斗與斗桿的鉸點(diǎn)，v點(diǎn)為鏟斗的斗齒尖點(diǎn)，K點(diǎn)為連桿與鏟斗的餃點(diǎn)，N點(diǎn)為曲柄與斗桿的鉸點(diǎn)，M點(diǎn)為鏟斗油缸與曲柄的鉸點(diǎn)，H點(diǎn)為曲柄與連桿的鉸點(diǎn)[1]。這時(shí)L1 = Sqr（l72l52）= l5 Sqr（δ21）θ1=cos11/δ (37) 斗桿的運(yùn)動(dòng)分析如下圖32所示，D點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。則有：在三角形ABC中：L12 = l72+l522l7l5 COSθ1θ1 = COS1[（l72+l52 L12）/2l7l5] (31)在三角形BCF中：L222 = l72+l122COSα20l7l1α20 = COS1[（l72+ l12 L222）/2l7l1] (32)由圖33所示的幾何關(guān)系，可得到α21的表達(dá)式：α21=α20+α11θ1 (33)當(dāng)F點(diǎn)在水平線CU之下時(shí)α21為負(fù)，否則為正。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是L1的函數(shù)。1卡銷(xiāo) ；2 –橡膠卡銷(xiāo)；3 –齒座； 4–斗齒圖27 卡銷(xiāo)式斗齒結(jié)構(gòu)示意圖 原始幾何參數(shù)的確定（1）動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比K1由于所設(shè)計(jì)的挖機(jī)適用性較強(qiáng)，一般不替換工作裝置，故取中間比例方案，～，初步選取K1=，即l1/l2=。綜上考慮，選用中型挖掘機(jī)常用的鏟斗結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)如圖26所示。（2） 要使物料易于卸盡。鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。如圖25所示。21 1動(dòng)臂； 2=動(dòng)臂油缸圖24 動(dòng)臂油缸鉸接示意圖 鏟斗與鏟斗油缸的連接方式本方案中采用六連桿的布置方式，相比四連桿布置方式而言在相同的鏟斗油缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性。并且布置中，動(dòng)臂油缸在動(dòng)臂的兩側(cè)各裝一只，這樣的雙動(dòng)臂在結(jié)構(gòu)上起到加強(qiáng)筋的作用，以彌補(bǔ)前面的不足。 動(dòng)臂油缸與鏟斗油缸的布置動(dòng)臂油缸裝在動(dòng)臂的前下方，動(dòng)臂的下支承點(diǎn)（即動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)的鉸點(diǎn)）設(shè)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心之前并稍高于轉(zhuǎn)臺(tái)平面，這樣的布置有利于反鏟的挖掘深度。斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)采用整體式斗桿。 動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式動(dòng)臂采用整體式彎動(dòng)臂，這種結(jié)構(gòu)形式在中型挖掘機(jī)中應(yīng)用較為廣泛。進(jìn)一步簡(jiǎn)化得圖如23所示。根據(jù)以上特征，可以對(duì)工作裝置進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化處理[3]。挖掘機(jī)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(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)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(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。鏟斗裝滿(mǎn)后，鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)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(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過(guò)鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。2工作裝置總體設(shè)計(jì) 工作裝置構(gòu)成1斗桿油缸；2 動(dòng)臂； 3油管； 4動(dòng)臂油缸； 5鏟斗； 6斗齒； 7側(cè)板；8連桿； 9曲柄： 10鏟斗油缸； 11斗桿.圖21 工作裝置組成圖 圖21為液壓挖掘機(jī)工作裝置基本組成及傳動(dòng)示意圖，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗連桿斗桿1動(dòng)臂相應(yīng)的三組液壓缸1, 4,10等組成。(3) 液壓挖掘機(jī)工作裝置各部分的基本尺寸的計(jì)算。具體內(nèi)容包括以下五部分:(1) 液壓挖掘機(jī)工作裝置的總體設(shè)計(jì)。（9）人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計(jì)中的充分利用。（7）應(yīng)用微電子、氣、液等機(jī)電一體化綜合技術(shù)。（5）由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)向電力驅(qū)動(dòng)發(fā)展。（3）不斷提高可靠性和使用壽命。提高機(jī)械作業(yè)性能，降低噪音，減少停機(jī)維修時(shí)間，提高適應(yīng)能力，消除公害，縱觀未來(lái)，單斗液壓挖掘機(jī)有以下的趨勢(shì):（1）向大型化發(fā)展的同時(shí)向微型化發(fā)展。應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，成本不斷降低，向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機(jī)的可靠性。由于使用性能、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上的優(yōu)越，世界上許多國(guó)家，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，都在大力發(fā)展單斗液壓挖掘機(jī)。國(guó)外挖掘機(jī)行業(yè)重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料，加快了向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展的步伐。而筆者的設(shè)計(jì)知識(shí)和水平還只是一個(gè)學(xué)步的孩子，進(jìn)行本課題的設(shè)計(jì)是為對(duì)挖掘機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì)有一些大體的認(rèn)識(shí)，鞏固所學(xué)的知識(shí)和提高設(shè)計(jì)能力。反鏟式單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置是一個(gè)較復(fù)雜的空間機(jī)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外對(duì)其運(yùn)動(dòng)分析、機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面都作了較深入的研究，具體的設(shè)計(jì)特別是中型挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)趨于成熟。隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的深入和在建設(shè)中挖掘機(jī)的廣泛應(yīng)用，挖掘機(jī)市場(chǎng)有著廣闊的發(fā)展空間，因此發(fā)展?jié)M足我國(guó)