【正文】 x = 3190 mm θ1 =θ1max = 118同419的計算可求得此時的動臂油缸的力臂e2 = 408 mm此時動臂油缸的提升力矩MT可參考420求得：MT = 105 ＞MZ′說明滿足要求。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 = 3040 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，太大會使斗齒平均挖掘力降低，初選φ3max = 165 。則有：l24 = KQ = k2 l3 = 1550 = 450 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∠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 整個工作裝置由動臂、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截面往往不止一個，這需要分別計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)驗表明，在鏟斗進(jìn)行挖掘時，產(chǎn)生最大彎矩的工況可能有以下兩個：第一工況位置，其滿足以下條件：（1） 動臂處于最低位置。（2） 斗桿油缸的力臂最大。（4） 側(cè)齒挖掘時受到橫向力Wk的作用第二工況位置，該工況滿足以下條件：（1） 動臂位于動臂油缸對鉸點(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象，如圖52所示。DBCYEAFGXNHQKVNH搖臂；HK連桿；C動臂下鉸點(diǎn)；A 動臂油缸下鉸點(diǎn)；B動臂與動臂油缸鉸點(diǎn)；F動臂上鉸點(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 斗桿第一工況時的工作裝置簡圖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 鏟斗受力分析簡圖當(dāng)斗桿油缸全縮時，通過前面的章節(jié)可以得出α21 = 45，由圖51可知CF的向量可以表示為：FC = 5700（COS143+Sin143）由前面的章節(jié)計算結(jié)果知：∠ZFC = 16，并初選DF = 3040mm。橫向挖掘阻力WK的求解：橫向挖掘力WK由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制動器所承受，即WK的最大值決定于回轉(zhuǎn)平臺的制動力矩。地面附著力矩M φ：M φ = 5000φG4/3 （其中φ = ） = 5000105 N （59）在所設(shè)計的液壓挖掘機(jī)中采用的是液壓制動，由經(jīng)驗公式可求得回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的最大制動力矩MB：MB= M φ=105 NWK = MB / XV = 105/ = 105 N （510）Q點(diǎn)作用力與作用力矩RQ x 、RQ y 、M Q x、M Q y的求解：取連桿機(jī)構(gòu)為研究對象，如圖53所示，則有：GRNP3NHX2KQY2RkNH搖臂 HK連桿G3鏟斗油缸的推力 RK–連桿的作用力 RN–搖臂的作用力圖53 連桿機(jī)構(gòu)計算簡圖∑X2 = 0P3COS∠GHX2RNCOS∠HNX2RkCOS∠HKX2 = 0 （511）105 = 0 ∑Y2 = 0P3Sin∠GHX2RNSin∠HNX2RkSin∠HKX2 = 0 （512）105 = 0 由51512式可解得：RN = 105 N ； Rk =105 N如圖52所示，取整個鏟斗為研究對象，以V點(diǎn)為新坐標(biāo)的原點(diǎn)，VK為X3軸，過V點(diǎn)與VK垂直的直線為Y3，建立X3O3Y3坐標(biāo)，則有：∑X3 = 0W2 RQ x –R k COS∠= 0 （513）105RQx–105 COS∠ = 0RQ x = 105N∑Y3 = 0RQ y +W1 R k Sin∠= 0 （514）RQ y +105 105Sin∠= 0RQ y = 105 N∑MQY3 = 0MQ y WK l3 W2 b/2= 0 （515）MQ y 105 105= 0 MQ y = 105 Nm∑MQX3 = 0MQx–W1b/2= 0 （516） MQ x = W1b/2= 3105 NmN點(diǎn)作用力與作用力矩RN x 、RN y的求解：取曲柄和連桿為研究對象，如圖54所示，則有：RN yF3HNRN xR kK H搖臂 HK連桿F3鏟斗油缸的推力 RK–連桿的作用力RX–搖臂的作用力沿HK連線上的分力 RY–搖臂的作用力沿HK連線垂直方向上的分力圖54 曲柄和連桿受力圖∑X2 = 0RNX + R k COS∠ F3 = 0 （517）RNX = 105 NRN y = RNX tan ∠FNH = 105tan∠=105 N 第二工況位置的受力分析（5） 在這個工況位置下斗桿可能存在最大彎矩，受到的應(yīng)力也可能最大[1]具體簡圖如圖55所示。在該工況下存在的力有：工作裝置各部件所受到的重力Gi；作用在鏟斗上的挖掘阻力，包括切向阻力W法向阻力W2。+FGENQ—圖56 105N105N+105NEFGNQ—圖57 第一工況下斗桿的Q y圖257KNm+FEQ圖58 第一工況下斗桿的My圖105N+105NmEFQ圖59 第一工況下斗桿的QZ圖1105Nm+EFQ圖510 第一工況下斗桿的MZ圖105Nm+F105NEQ圖511 第一工況下斗桿的T x圖105N105NG+NFEQ105N105N圖512 第二工況下斗桿的N x圖105N105N+105NFGENQ105N圖513 第二工況下斗桿的Q y圖257KNm+EFQ圖514 第二工況下斗桿的M x圖 結(jié)構(gòu)尺寸的計算由前面的受力分析知，在第二工況下所受到的彎矩和內(nèi)力均要比第一工況中要小，故用第一工況進(jìn)行計算，而用第二截面校核。故首先要對該截面進(jìn)行計算，然后以此為基礎(chǔ)再求解其它尺寸。挖掘機(jī)所用鋼板的厚度在我國一般為，初選底板厚度如圖515所示。其屈服極限。有了危險截面的結(jié)構(gòu)尺寸，再結(jié)合前面的基本尺寸，就可以利用CAD軟件將斗桿繪制出來。 同斗桿的受力分析及結(jié)構(gòu)計算一樣，在動臂的計算 。以此為基礎(chǔ)，就可以計算出動臂上的其他尺寸。（2） F、Q、V在同一條直線上，其連線與X軸垂直。 該工況也就是最大挖掘深度工況，具體工作裝置簡圖如516所示。W1的求解：在此工況下時 而（前面的計算中已經(jīng)得出）取整個工作裝置為研究對象，則有： （526）求得為負(fù)值，知在此工況中鏟斗油缸的挖掘力不能得到最大的發(fā)揮。由計算知當(dāng)V點(diǎn)縱坐標(biāo)即=3000mm時，鏟斗油缸能發(fā)揮最大的挖掘力。除第（2）點(diǎn)中的K、Q、V連線與X軸垂直修改成=3000mm外，其他條件均不變，如圖517所示。工作裝置各部分受到的重力對C點(diǎn)的矩： （527）取整個工作裝置為研究對象，則有： （528）也就是說此時僅是動臂與鏟斗油缸進(jìn)行挖掘。鉸點(diǎn)的求解： 　（530） （531） 對上下動臂附加彎矩與扭矩的求解：W與的夾角為，與的夾角為則在坐標(biāo)系上沿坐標(biāo)軸的分力： （532） （533）則所產(chǎn)生的橫向彎矩M： （534）則所產(chǎn)生的附加橫向彎矩M： （535）所產(chǎn)生的附加橫向扭矩T： （536）在坐標(biāo)系上沿坐標(biāo)軸的分力為： （537） （538）則所產(chǎn)生的附加橫向彎矩： （539）所產(chǎn)生的附加扭矩： （540） 第二工況位置：在此工況下，動臂所受到的應(yīng)力也可能最大，其滿足以下條件：（1） 動臂油缸的作用力臂最大（2） 斗桿的作用力臂最大（3） 鏟斗進(jìn)行正常挖掘，鏟斗位于最大挖掘力位置。取斗桿與鏟斗為研究對象，則有： （544） （545）又取整個工作裝置為研究對象，則有： （546）：由圖 的幾何關(guān)系知:則在上動臂所產(chǎn)生的彎矩為: （547）在上動臂所產(chǎn)生的扭矩為: （548）同理,則上沿坐標(biāo)軸所產(chǎn)生的分力矩為: （549）在下動臂上所產(chǎn)生的彎矩為: （550） 在下動臂上所產(chǎn)生的扭矩為: （551）:Ⅰ工況中內(nèi)力和彎矩的求解:在上動臂上所受到的軸向力: （552） 在上動臂上所受到的剪力: （553）在上動臂上所受到的軸向彎矩: （554）在下動臂上所受到的軸向力: （555）在下動臂上所受到的剪力: （556）在下臂上所受到的軸向彎矩： （557）由計算可以得到在第一工況中的內(nèi)力和彎矩圖如圖515521所