【正文】 stry development, port construction, national defense construction and the conditions of fortifications mining extraction industries, to reduce heavy manual labor, ensuring the quality of projects and accelerate the construction speed and improve labor productivity plays an enormous role. With the continuous development of national economic construction, dou excavator demand will greatly increase year by year, its role in national economic construction will bee more and more prominent.The shovel device as a single dou excavator working device of a main form in engineering practice, occupies an important position. The shovel device of each ponent of a variety of different shape, according to the design requirements for the selection of the structure and kinematic analysis. Then, on the basis of the requirement of motion parameters of various institutions, anizations, and determine the size parameters of the shovel device determine excavator basic outline.Key Words: Antishovel excavator。Insitiutions design。反鏟式挖掘機(jī)只是挖掘機(jī)其中的一種，回顧我國(guó)挖掘機(jī)發(fā)展歷史：我國(guó)的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從 1954 年撫順挖掘機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)第一臺(tái)斗容量為 1m3。新中國(guó)成立初期，以測(cè)繪仿制前蘇聯(lián) 20 世紀(jì) 30～40 年代的W50W50W100W1002 等型機(jī)械式單斗挖掘機(jī)為主，開(kāi)始了我國(guó)的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史。1967 年開(kāi)始，我國(guó)自主研制液壓挖掘機(jī)。隨后又出現(xiàn)了長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠(chǎng)的 WYl60 型和杭州重型機(jī)械廠(chǎng)的 WY250 型挖掘機(jī)等。至 20 世紀(jì) 80 年代末，我國(guó)挖掘機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)已有 30 多家，生產(chǎn)機(jī)型達(dá) 40 余種。但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)挖掘機(jī)生產(chǎn)的批量小、分散，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量等與國(guó)際先進(jìn)水平相比，有很大的差距。其中貴陽(yáng)礦山機(jī)器廠(chǎng)、上海建筑機(jī)械廠(chǎng)、合肥礦山機(jī)器廠(chǎng)、長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠(chǎng)等分別引進(jìn)德國(guó)利勃海爾(Liebherr)公司的A91R91R942 、A922 、R92R962 、R97 R982 型液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)。K)公司的 RH6 和 MH6 型液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)。這些廠(chǎng)通過(guò)數(shù)年引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收、移植，使國(guó)產(chǎn)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品性能指標(biāo)全面提高到 20 世紀(jì) 80 年代的國(guó)際水平，產(chǎn)量也逐年提高。近年來(lái)，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度在全國(guó)各地的日益加大，中國(guó)挖掘機(jī)市場(chǎng)進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段，亟須掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)技能的優(yōu)秀挖掘機(jī)操作手。與此同時(shí)，挖掘機(jī)的節(jié)能降耗的重要性也愈發(fā)明顯。反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 第 1 章 液壓挖掘機(jī) 挖掘機(jī)的類(lèi)型 挖掘機(jī)械的類(lèi)型與構(gòu)造形式繁多，可按照挖掘工作原理與過(guò)程、用途、構(gòu)造特征進(jìn)行劃分。建筑型挖掘機(jī)一般可裝置各種不同的工作裝置，進(jìn)行多種作業(yè)，故又稱(chēng)通用式。按照傳動(dòng)方式，挖掘機(jī)分為機(jī)械傳動(dòng)式、液壓傳動(dòng)式和混合傳動(dòng)式。單斗挖掘機(jī)工作裝置的型式很多，常用的基本型式，對(duì)于機(jī)械挖掘機(jī)有：正鏟、反鏟、拉鏟和起重吊鉤等以下如圖所示挖掘機(jī)基本類(lèi)型：1圖 11機(jī)械式單斗挖掘機(jī)2圖 12連續(xù)作業(yè)式挖掘機(jī)3圖 13單斗液壓挖掘機(jī) 液壓挖掘機(jī)的基本組成和工作原理液壓挖掘機(jī)的種類(lèi)很多，單斗液壓挖掘機(jī)算是其中一個(gè)代表,如圖 14。它是在機(jī)械傳動(dòng)單斗挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，是目前挖掘機(jī)中重要的品種。當(dāng)挖掘機(jī)挖完一段土后，機(jī)械移位，以便繼續(xù)工作，因此，是一種周期作業(yè)的自行式土方機(jī)械。單斗液壓挖掘機(jī)基本組成：由轉(zhuǎn)臺(tái)及轉(zhuǎn)臺(tái)上部的結(jié)構(gòu)、底架及行走系、工作裝置等三大部分組成。 工作裝置：由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、連桿、搖桿、油缸等組成。 動(dòng)作（五個(gè)動(dòng)作及其復(fù)合）——?jiǎng)颖凵?、斗柄轉(zhuǎn)動(dòng)、挖斗轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)及行走。液壓挖掘機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸、控制閥及油管等液壓元件組成。圖 14所示為液壓挖掘機(jī)基本組成及傳動(dòng)示意圖。液壓挖掘機(jī)的工作原理采用連桿機(jī)構(gòu)原理，而各部分的運(yùn)動(dòng)則通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。它由鏟斗 斗桿 動(dòng)臂 連桿 4以及相應(yīng)的三組液壓缸 7 組成。挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)上部轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘地點(diǎn)，同時(shí)操縱動(dòng)臂液壓缸，小腔進(jìn)油液壓缸回縮，使動(dòng)臂下降至鏟斗接觸挖掘面為止，然后操縱斗桿液壓缸和鏟斗液壓缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長(zhǎng)，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。卸完后，將工作裝置轉(zhuǎn)至挖掘地點(diǎn)進(jìn)行第二次挖掘工作。以下我們介紹一下反鏟式挖掘機(jī)。如圖 16所示。6圖 16 液壓挖掘機(jī)反鏟裝置1動(dòng)臂；2斗桿；3鏟斗；6動(dòng)臂、斗桿及鏟斗液壓缸；7連桿機(jī)構(gòu)液壓挖掘機(jī)反鏟裝置由動(dòng)臂 斗桿 鏟斗 8以及動(dòng)臂液壓缸 斗桿液壓缸液壓缸 6和連桿機(jī)構(gòu) 7等組成。反鏟式挖掘機(jī)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 7圖 17反鏟式挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖自由度的計(jì)算活動(dòng)構(gòu)件數(shù) n=9低副 PL=12 高副 PH=0厡動(dòng)機(jī)件有 3自由度 F=3n2PLPH (11) =39212=3 液壓挖掘機(jī)主要參數(shù)中最重要的參數(shù)有三個(gè)，即斗容、整機(jī)重量、和發(fā)動(dòng)機(jī)功率。為充分發(fā)揮挖掘機(jī)的挖掘力，對(duì)于不同等級(jí)或容量的土壤可以配備相應(yīng)不同的斗容量的鏟斗。發(fā)動(dòng)機(jī)功率：指發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率（12 小時(shí)工作） ，即正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下本身消耗以外的輸出凈功率。 參考卡特 CT857B 挖掘機(jī)參數(shù)設(shè)定挖掘機(jī)的參數(shù)如下1表 11設(shè)計(jì)參數(shù)鏟斗容量 整機(jī)重量 發(fā)動(dòng)機(jī)功率179。列計(jì)算后所得機(jī)體尺寸和工作尺寸數(shù)據(jù)在下表。反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 整體式動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕。為了擴(kuò)大機(jī)械的通用性，提高其利用率。一般說(shuō)，長(zhǎng)期用于作業(yè)條件相似的反鏟采用整體動(dòng)臂結(jié)構(gòu)比較合適。組合式動(dòng)臂的主要優(yōu)點(diǎn)：1. 工作尺寸和挖掘力可以根據(jù)作業(yè)條件的變化進(jìn)行調(diào)整。2. 較合理地滿(mǎn)足各種類(lèi)型的作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡(jiǎn)單地解決主要構(gòu)件的變化問(wèn)題。3. 裝車(chē)運(yùn)輸比較方便。以中小型通用液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件多變時(shí)采用整體式彎動(dòng)動(dòng)臂較為合適。斗桿有整體式和組合式兩種，如下圖分別是整體式和組合式斗桿的簡(jiǎn)圖12圖 25整體式斗桿13圖 26組合式斗桿14圖 27整體式斗桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖15圖 28組合式斗桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖整體斗桿的自由度 F1=2, 組合式斗桿自由度 F2=3n2PLPH=1 (22)由于組合式斗桿通用性比較好，自由度為 1，所以選擇組合式斗桿一，基本要求：，以增大鏟斗對(duì)挖掘物料的線(xiàn)比壓，斗齒及斗形參數(shù)具有較小的削阻力，便于切入及破碎的土壤。，斗寬與物料直徑之比應(yīng)大于 4：1.，縮短卸載時(shí)間，并提高鏟斗有效容積。為了滿(mǎn)足各種挖掘業(yè)的需要，在同一臺(tái)挖掘機(jī)上可配以多種結(jié)構(gòu)型式的鏟斗。反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 16圖 29反鏟式鏟斗基本形式17圖 210反鏟式鏟斗常用形式二，斗型參數(shù)的選擇斗容量 q，平均斗寬 B，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑 R和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿(mǎn)轉(zhuǎn)角 2 （這里令 ?max）?是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)。令 q=,R=, 2 =90176。顯然，B 過(guò)大會(huì)造成最大挖掘阻力和轉(zhuǎn)斗挖掘能容量 E增大，不利于提高效率。 反鏟式挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析反鏟裝置的具體結(jié)構(gòu)型式雖多，但常見(jiàn)的只有十幾種，按運(yùn)動(dòng)分析，其中有實(shí)質(zhì)差別的機(jī)構(gòu)型式不過(guò)幾種，且它們之間還存在著許多共同點(diǎn)?，F(xiàn)介紹一種通過(guò)直角坐標(biāo)系對(duì)典型結(jié)構(gòu)型式作運(yùn)動(dòng)分析的方法，以便借助于電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行方案比較和參數(shù)的選擇。如圖 212 設(shè)計(jì)平面直角坐標(biāo)系，使 X 軸與地面重合，Y 軸與挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)重合。必須注意，當(dāng) L1 、L 2和 L3為一組定值時(shí)只有一組XV 和 YV 值與其對(duì)應(yīng)，反之對(duì)于 XV 和 YV 的一組定值卻有許多組 L1L2和 L3與其相應(yīng)。第二類(lèi)是由第一類(lèi)參數(shù)推算出來(lái)的參數(shù) ,稱(chēng)推導(dǎo)參數(shù),多為運(yùn)算中需要的角度參數(shù)。反鏟機(jī)構(gòu)自身的幾何參數(shù)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及其有關(guān)符號(hào)如圖 213 所示?，F(xiàn)在以 F 點(diǎn)為例，由圖 215 得α 10=∠BCU=Φ 1－α 11= （24）22751arcos()lLl????20圖 214動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 21圖 215F點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算簡(jiǎn)圖動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇與計(jì)算選取動(dòng)臂彎角 α 1=120176。 （27）214arcosl???22830158arcos..???在三角形 ZCF中∠ZCF=33176。,l5= 基本用于反鏟。考慮結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素，取 ,??30min1?? 因： (28)min1ax4s???k得：θ 1max=125176。討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，也即只考慮 L2的影響。斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的擺角范圍 φ 2max由圖反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 216 22圖 216斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖φ 2max=θ 2max－θ 1min = （215）2 22 289max89minarcos()rcos()lLlLl l??????斗桿液壓缸的作用力臂設(shè) B= 則892lL?e2= （216）8922()()()BllBLL????當(dāng) L2以 L2min和 L2max代入，得 e20和 e2max=l9，此時(shí) L2= 。即 176?？傻?E0EZ=（m ）選擇油缸 L2min= L2max=（m） (219)???由前面的公式可知 (220)2 2max8min92min9cos()lLlLl??????? —()= （221）892maxmax..78lLB????? （222）?? me20= （223）(.)(.6)(.967)??????e22= （224）.9(.5)(.905)(.1).5這時(shí) θ=∠DEF= =25176?，F(xiàn)在先討反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 論23 圖 217鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖 i當(dāng)給定了鏟斗液壓缸長(zhǎng)度 L3，由原始參數(shù)及推導(dǎo)參數(shù)出發(fā)，利用幾何關(guān)可依次求得圖 217 中α 5，α 22，α 30，α 23，L 26，α 24，α 25，L 27，α 26，α 28，α 27和 α 29等值。用 L3min代入上式可得到初傳動(dòng)比 i0，用 L3max代入上式則得終傳動(dòng)比 imax及其發(fā)生時(shí)的 L3，在理論可以取 ，解得30id?L3，求得 imax。如采用優(yōu)化方法以很快得到結(jié)果。于是得φ 3max=θ 3max－θ 3min （229）斗齒尖 V 的坐標(biāo)值 Xv和 Yv是 ll 2和 l3的函數(shù)。圖 218 推導(dǎo)如下反鏟式挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 24圖 218斗齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖由 F 點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合前面計(jì)算得到的有關(guān)參數(shù)值，通過(guò)幾何和三角函數(shù)運(yùn)算可依次求得 α 32，l 28，α 33，l 23,α 34，α 35，l 37， α 36等最后得到Xv=l30+l37cos(α 21α 34α 36) （230）Yv=l19cosα 12+l37sin(α 21α 34α 36) （231）斗容 q，平均斗寬 B，挖掘半徑和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿(mǎn)角度 2 是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)?它們之間的關(guān)系如下 q= 21(sin)SRBK??一般土壤松散系數(shù) KS=。求出挖掘半徑 Rm （232）(sin).76(15sin9).5SqRB???????鏟斗上兩鉸點(diǎn) K 與 Q 間距 l24K2= 由鏟斗長(zhǎng)度 l3=，K 2=,l24=取 l24=(m)