【正文】 進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。所有這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了基礎(chǔ)和創(chuàng)造了良好的前提。例如，德國(guó)阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來工作。 4）更新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。5）加強(qiáng)對(duì)駕駛員的勞動(dòng)保護(hù)，改善駕駛員的勞動(dòng)條件。 6）進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時(shí)和增大流量來襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率。隨著對(duì)挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機(jī)電一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。2總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 工作裝置構(gòu)成液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，各部分的運(yùn)動(dòng)通過液壓缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)。依靠斗桿鋼使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。鏟斗裝滿后，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。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。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。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]。進(jìn)一步簡(jiǎn)化得圖如23所示。 動(dòng)臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式整體式動(dòng)臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕巧，質(zhì)量輕而剛度大。多用于長(zhǎng)期作業(yè)條件相似的挖掘機(jī)上。其中的直動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、制造方便，主要用于懸掛式液壓挖掘機(jī)，但它不能使挖掘機(jī)獲得較大的挖掘深度，不適用于通用挖掘機(jī)；彎動(dòng)臂是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式，與同長(zhǎng)度的直動(dòng)臂相比，可以使挖掘機(jī)有較大的挖掘深度，但降低了卸土高度，這正符合挖掘機(jī)反鏟作業(yè)的要求。圖4 整體直動(dòng)臂 圖5 整體彎動(dòng)臂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)臂油缸和斗桿油缸的布置方案動(dòng)臂油缸一般布置在動(dòng)臂的前下方，有兩種具體布置方式，油缸前傾布置方案，即當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉伸至上極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)前方傾斜；油缸后傾布置方案，即當(dāng)動(dòng)臂油缸全伸出，將動(dòng)臂舉伸至上極限位置時(shí)，動(dòng)臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺(tái)后方傾斜，兩種方案中，在動(dòng)臂油缸作用力相同時(shí)，后傾方案能得到較大的動(dòng)臂作用力矩,因此，本次設(shè)計(jì)采用油缸后傾布置方案。油缸活塞桿端部與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)設(shè)在動(dòng)臂箱體的中間，這樣雖然削弱了動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但不影響動(dòng)臂的下降幅度。具體結(jié)構(gòu)如圖24所示。該布置中1桿與2桿的鉸接位置雖然使鏟斗的轉(zhuǎn)角減少但保證能得到足夠大的鏟斗平均挖掘力。2 1斗桿； 2連桿機(jī)構(gòu)； 3鏟斗圖7 鏟斗連接布置示意圖 鏟斗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇對(duì)挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大，其應(yīng)滿足以下的要求： (1)有利于物料的自由流動(dòng)。斗底的縱向剖面形狀要適合于各種物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。(3)為使裝進(jìn)鏟斗的物料不易于卸出，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應(yīng)大于4，大于50時(shí)，顆粒尺寸不考慮，視物料為均質(zhì)。斗齒應(yīng)耐磨、易于更換。挖粘性軟土的斗齒一般比較細(xì)長(zhǎng)，挖硬土巖石的斗齒為粗短。綜上考慮，選用小中型挖掘機(jī)常用的鏟斗結(jié)構(gòu)，斗齒狀況為三個(gè)齒，基本結(jié)構(gòu)如圖所示。設(shè)計(jì)作業(yè)范圍：最大挖掘半徑5884mm，最大挖掘高度5365mm，最大卸載高度3792mm ，最大挖掘深度3582mm。（2） 工作裝置液壓系統(tǒng)主參數(shù)的初步選擇？？各工作油缸的缸徑選擇要考慮到液壓系統(tǒng)的工作壓力和“三化“要求。斗桿油缸的內(nèi)徑D2=140mm，活塞桿的直徑d2=90mm。又由經(jīng)驗(yàn)公式和其它機(jī)型的參考初選動(dòng)臂油缸行程L1=1000mm，斗桿油缸行程L2=1450mm，鏟斗油缸行程L3=1250mm。 3 工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn).圖10 動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖φ1是L1的函數(shù)。如圖31所示，圖中動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最小值；動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最大值；A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)。F點(diǎn)的坐標(biāo)為 XF = l30+l1cosα21 YF = l30+l1Sinα21 C點(diǎn)的坐標(biāo)為 XC = XA+l5COSα11 = l30 YC=YA+l5Sinα11 動(dòng)臂油缸的力臂e1 = l5Sin∠CAB 顯然動(dòng)臂油缸的最大作用力臂e1max= l5，又令ρ = l1min/ l5,δ = l7/ l5。這里暫時(shí)先討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，也即只考慮L的影響。如下圖所示，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)。(1)鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i利用圖10，可以知道求得以下的參數(shù)：在三角形HGN中 α22 = ∠HNG = COS1[（l152+l142L32）/2l15l14]α30 = ∠HGN = COS1[（L32+ l152 l142）/2L3l14]α32 = ∠HNG = π ∠MNG ∠MGN =π α22α30 在三角形HNQ中L272 = l132 + l212 + 2COSα23l13l21∠NHQ = COS1[（l212+l142 L272）/2l21l14] 在三角形QHK中α27 = ∠QHK= COS1[（l292+l272L242）/2l29l27] 在四邊形KHQN中∠NHK=∠NHQ+∠QHK 鏟斗油缸對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r1r1 = l13Sinα32 連桿HK對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r2r2 = l13Sin ∠NHK 而由r3 = l24，r4 = l3 有[3]連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比i = （r1r3）/（r2r4） 顯然317式中可知，i