【正文】 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=。初選動(dòng)臂油缸內(nèi)徑D1=140mm，活塞桿的直徑d1=90mm。鏟斗油缸的內(nèi)徑D3=110mm，活塞桿的直徑d3=80mm。并按經(jīng)驗(yàn)公式初選各油缸全伸長(zhǎng)度與全縮長(zhǎng)度之比：λ1=λ2=λ3=。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31 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(xiàn)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(xiàn)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 (34)C點(diǎn)的坐標(biāo)為 XC = XA+l5COSα11 = l30 YC = YA+l5Sinα11 (35)動(dòng)臂油缸的力臂e1 e1 = l5Sin∠CAB (36)顯然動(dòng)臂油缸的最大作用力臂e1max= l5，又令ρ = l1min/ l5,δ = l7/ l5。斗桿的位置參數(shù)是l2，這里只討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，即只考慮L2的影響。（1） 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i利用圖33，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 (311)在三角形HNQ中L272 = l132 + l212 + 2COSα23l13l21∠NHQ = COS1[（l212+l142 L272）/2l21l14] (312)在三角形QHK中α27 = ∠QHK= COS1[（l292+l272L242）/2l29l27] (313)在四邊形KHQN中∠NHK=∠NHQ+∠QHK (314)鏟斗油缸對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r1r1 = l13Sinα32 (315)連桿HK對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r2r2 = l13Sin ∠NHK (316)而由r3 = l24，r4 = l3 有[3]連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比i = （r1r3）/（r2r4） (317)顯然317式中可知，i是鏟斗油缸長(zhǎng)度L2的函數(shù)，用L2min代入可得初傳動(dòng)比i0，L2max代入可得終傳動(dòng)比iz。當(dāng)鏟斗油缸長(zhǎng)度L3分別取L3max和L3min時(shí)，可分別求得鏟斗的最大和最小轉(zhuǎn)角θ3max和θ3min，于是得鏟斗的瞬間轉(zhuǎn)角:φ3 = θ3θ3min (320) 鏟斗的擺角范圍: φ3 = θ3maxθ3min (321) 圖33 鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖（3） 斗齒尖運(yùn)動(dòng)分析見(jiàn)圖34所示，斗齒尖V點(diǎn)的坐標(biāo)值XV和YV，是L1 、LL3的函數(shù)只要推導(dǎo)出XV和YV的函數(shù)表達(dá)式，那么整機(jī)作業(yè)范圍就可以確定，現(xiàn)推導(dǎo)如下:由F點(diǎn)知：α32= ∠CFQ= π –α3α4α6θ2 (322)在三角形CDF中：∠DCF由后面的設(shè)計(jì)確定，在∠DCF確定后則有：l82 = l62 + l12 2COS∠DCFl1l6 (323)l62 = l82 + l12 2COSα3l1l8 α3 = COS1（l82+l12–l62）/2l1l8 (324)在三角形DEF中L22 = l82 + l92 2COSθ2l8l9 圖34 齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖1則可以得斗桿瞬間轉(zhuǎn)角θ2 θ2 = COS1[（l82+l92 L22）/2l8l9] (325)αα6在設(shè)計(jì)中確定。在列出以上的各線(xiàn)段的長(zhǎng)度和角度之間的關(guān)系后，利用矢量坐標(biāo)我們就可以得到各坐標(biāo)點(diǎn)的值。通過(guò)兩者的幾何關(guān)系，我們可計(jì)算得到：l 30 = 85mm ；l 40 = 9800mm。具體分析方法和最大卸載高度工況的分析類(lèi)似。 = 再參考其它機(jī)型的平均斗寬預(yù)初定B = = 1040mm挖掘半徑R：按經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和參考同斗容的其它型號(hào)的機(jī)械，初選R = 1450mm 。由于鏟斗的轉(zhuǎn)角較大，而k2的取值較小，故初選α10 = ∠KQV =110。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 。則l7 = σl5 = 750 = 2335mm (412)L1min =ρl5 = 750 =1880mm (413)L1max =λ1 L1min = 1880 = 3010mm (414)至此，動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的各主要基本參數(shù)已初步確定。將以上的數(shù)值代入到415式中可以解得： W1J = 105N。在此處，則是先要求出工作裝置各部分的重量：由經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，初步估計(jì)工作裝置的各部分重量如下：動(dòng)臂G1 = 1320kg 斗桿G2 = 700kg鏟斗G3 = 700kg 斗桿缸G4 = 200kg鏟斗缸G5 = 115kg 連桿機(jī)構(gòu)G6 = 130kg動(dòng)臂缸G7 = 350kg當(dāng)處于最大挖掘深度時(shí)：θ1 =θ1min = α2 =θ1 +α21 α11 =46 + 47 – = 由圖37有MG ≈ （G1/2 +G2 +G3 +G4 +G5 +G6 ）l1COS20 = （660+700 +700 +200 +115 +130 ）COS20 = 05N .m (417)動(dòng)臂油缸的閉鎖力與工作裝置重力所產(chǎn)生的力矩（對(duì)C點(diǎn)的矩）：M3 = F1′l7 l5 Sinθ1min / l1min + MG = 2105 Sin46/ + 105 = 105 N .m ≈M1J = 105 (418)在418中說(shuō)明動(dòng)臂油缸的閉鎖力與工作裝置重力所產(chǎn)生的力矩略大于平均挖掘阻力，滿(mǎn)足要求。θ1 =θ1max =152 α32 =α32max = 160α2 = α21 =θ1（α2 +α11） = 152（ + ） = 59 α37 =α32 （πα21）=160（18059） = 39則工作裝置所受重力和土的重力所產(chǎn)生的載荷力矩MZ′：MZ′ = G1+4 H1 + GG+D（H1+l2COS39/2）+ GT （H1+l2COS39–l3/2） = （1320+200） + （+3COS39/2）10+ 15300（+3） (421) = 105 此時(shí)對(duì)于動(dòng)臂油缸而言：L1 = L1max = 2454 mm θ1 =θ1max = 152同419的計(jì)算可求得此時(shí)的動(dòng)臂油缸的力臂e2 = 375 mm此時(shí)動(dòng)臂油缸的提升力矩MT可參考420求得：MT = 105 ＞MZ′說(shuō)明滿(mǎn)足要求。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) (423)由423知, ψ2max越大,則e20越小,就要盡量減少ψ2max,初取ψ2max = 90由上圖43的幾何關(guān)系有:L2min = 2l9Sin (ψ2max/2)/(λ21) = 2940Sin 45/( 1) = 2215 mmL2max = L2min + 2l9Sin (ψ2max/2) = 2215 + 2940Sin 45 = 3545 mml82 = L22min + l29 + 2L2minl9COS[(πψ2max)/2] = 22152+ 9402 + 22215940COS135 l8 = 2995 mm而∠EFQ取決于結(jié)構(gòu)因素和工作范圍,一般在130～170之間[1].初定∠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. 鏟斗機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的選擇 轉(zhuǎn)角范圍由最大挖掘高度H2max和最大卸載高度H3max的分析，可以得到初始轉(zhuǎn)角φD0：H2maxH3max = l3（SinφD0 +1）93156485 = 1550（SinφD0 +1）φD0 = 55最大轉(zhuǎn)角φ3max：φ3max = ∠V0QVZ，其不易太大，太大會(huì)使斗齒平均挖掘力降低，初選φ3max = 165 。則有：l24 = KQ = k2 l3 = 1550 = 1550 mmL3max 與L3min 的確定鏟斗的最大挖掘阻力F3J max 應(yīng)該等于斗桿的最大挖掘力，即F3J max = 138KN。 即PD0≥80% PD0max；當(dāng)處于最大理論挖掘力位置時(shí)∠V1QV應(yīng)為30。保證△GFN、△GHN、□HNQK在l3的任意一行程下都不被破壞。5工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整個(gè)工作裝置由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及油缸和連桿機(jī)構(gòu)組成，要確定這些結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸，必須要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。但結(jié)構(gòu)件不利的工況和在該工況下的危險(xiǎn)截面往往不止一個(gè)，這需要分別計(jì)算出尺寸再綜合考慮，取其中的最大值作為最后的確定尺寸。根據(jù)受力分析和以往的實(shí)驗(yàn)表明，在鏟斗進(jìn)行挖掘時(shí)，產(chǎn)生最大彎矩的工況可能有以下兩個(gè)：第一工況位置，其滿(mǎn)足以下條件：（1） 動(dòng)臂處于最低位置。（2） 斗桿油缸的力臂最大。（4） 側(cè)齒挖掘時(shí)受到橫向力Wk的作用第二工況位置，該工況滿(mǎn)足以下條件：（1） 動(dòng)臂位于動(dòng)臂油缸對(duì)鉸點(diǎn)A的最大作用力臂e1max處。（3） 鏟斗齒尖位于F、Q兩鉸點(diǎn)的連線(xiàn)上或鏟斗位于最大挖掘力位置。 第一工況位置的受力分析在這個(gè)工況下斗桿可能存在最大彎矩，受到的應(yīng)力也可能最大[3]。取工作裝置為研究對(duì)象，如圖52所示。DBCYEAFGXNHQKVNH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51 斗桿第一工況時(shí)的工作裝置簡(jiǎn)圖FNQPdW1HKW2G3HK連桿 HN搖臂N搖臂與斗桿的鉸接點(diǎn) Q斗桿與鏟斗的鉸接點(diǎn)圖52 鏟斗受力分析簡(jiǎn)圖當(dāng)斗桿油缸全縮時(shí)，通過(guò)前面的章節(jié)可以得出α21 = 45，由圖51可知CF的向量可以表示為：FC = 5400[COS（18045）+Sin（18045）] = 5400（COS135+Sin135）由前面的章節(jié)計(jì)算結(jié)果知：∠ZFC = ，并初選DF = 3000mm。橫向挖掘阻力WK的求解：橫向挖掘力WK由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器所承受，即WK的最大值決定于回轉(zhuǎn)平臺(tái)的制動(dòng)力矩。地面附著力矩Mφ：Mφ = 5000φG4/3 （其中φ = ） = 5000105 N （59）在所設(shè)計(jì)的液壓挖掘機(jī)中采