挖掘机工作装置设计说明书.doc

EXB260挖掘机反铲工作装置设计摘要挖掘机械是工程建筑机械的主要机种之一，是土石方开挖的主要机械设备，它包含了各种类型与功能的机型。单斗液压挖掘机属于土方机械，在建筑施工、水利工程和矿山开采中可进行基坑、沟槽、表面剥离等作业，此外它还可以用于清理和平整场地，是各类土方工程中十分重要的作业机械。通过更换工作装置，还可以利用它完成破碎、装卸、起重、打桩、拆除等作业任务。它是一种采用液压传动并以铲斗进行挖掘作业的机械，液压挖掘机的工作装置常用的有反铲，正铲，装载，抓斗和起重装置。本次设计主要是设计26.2 t履带式单斗液压挖掘机反铲工作装置。主要设计的过程：1.确定工作装置几何铰接点位置及相应的几何参数并绘制挖掘包络图；2.确定各工作油缸的缸数、缸径、杆径、长度参数及闭锁压力；3.计算整机的最大理论挖掘力；4.选择典型危险工况进行工作装置受力分析并作出内力图；5.设计工作装置结构型式并对主要部件进行强度校核；6.绘制工作装置装配图及另部件结构图；在设计中应注意工作装置设计原则，在各部件满足要求的条件下实现6.8米最大挖掘深度，10.0米最大挖掘半径，最大卸载高度不低于6.8米，最大挖掘高度9.55米，铲斗最大挖掘力160.0KN，斗杆最大挖掘力115.0KN，实现挖掘的功能。要求按时全面完成规定的设计内容；步骤翔实可信、方案正确、结构合理可行、工艺性好；所绘制的装配图和零部件图内容完整，符合国家标准及行业规范，达到工程实用要求。关键字：反铲工作装置，设计，强度校核，功能- 107 -EXB260挖掘机反铲工作装置设计Abstract Shovel machinery is a major type of construction Machinery, which is major earth excavation equipment. Single Bucket Hydraulic shovel is a mechanical which reliance on hydraulic transmission with the bucket to carry out excavation work. Hydraulic shovel working device are commonly backhoe, hoe, loading, grab and lifting gear. The design principal is to design a 6.5 tons crawler backhoe bucket hydraulic shovel working device. And major working device geometry parameters are designed; checked hydraulic cylinder locking power .Use the appropriate method of adjustment to meet the requirement. Check boom and rod strength to meet the requirements.Design principles work should be noted in the design of device. All components must be meet the conditions, machine for maximum digging depth of 3.8meters, radius of the largest mining of 6.25meters, uninstall the greatest height of 3.7meters, to achieve the functions of excavation. Keyword: Backhoe working device，Design，Strength Check，FunctionEXB260挖掘机反铲工作装置设计目 录1 文献综述- 1 -2 工作装置设计原则- 3 -3 反铲工作装置总体方案的选择- 5 -3.1总体方案的选择- 5 -3.2 反铲工作装置自身几何参数- 5 -4 工作装置主要结构参数的选择- 9 -4.1 斗形参数的选择- 9 -4.2 动臂机构参数选择- 10 -4.2.1设计的主要要求- 10 -4.2.2动臂机构设计的内容及步骤- 10 -4.3 斗杆机构的参数选择- 14 -4.3.1设计的主要要求- 14 -4.3.2总体方案的选择- 14 -4.4 铲斗机构的参数选择- 16 -4.4.1设计的主要要求- 16 -4.4.2铲斗机构设计的内容及步骤- 16 -4.5 斗形的参数选择- 18 -5 动臂液压缸作用力及闭锁力的确定- 19 -5.1 动臂液压缸的作用力- 19 -5.2动臂液压缸的闭锁力- 23 -6 工作装置运动分析及包络图的绘制- 31 -6.1 动臂运动分析- 31 -6.2 斗杆运动分析- 32 -6.3 铲斗运动分析- 33 -6.4 斗齿间运动分析- 34 -6.5 包络图的绘制- 36 -7 整机理论挖掘力的确定- 39 -7.1 附着条件确定的理论挖掘力- 39 -7.2 整机稳定性确定的理论挖掘力- 39 -8 工作装置主要部件的强度计算- 43 -8.1 斗杆载荷分析以及强度校核- 43 -8.1.1 斗杆受力计算- 43 -8.1.2 结构尺寸的计算- 49 -8.1.3 强度校核的计算- 52 -8.2 动臂载荷分析以及强度校核- 59 -8.2.1动臂受力计算- 59 -8.2.2结构尺寸的计算- 63 -8.2.3 强度校核的计算- 65 -8.3 连杆机构和铰销强度校核- 71 -8.3.1连杆机构受力计算- 71 -8.3.2连杆机构校核- 71 -参 考 文 献- 75 -结 论- 77 -致 谢- 79 -附录- 81 -1 文献综述从挖掘机的诞生至今已经历了100余年，其品种日益增多，设计和制造技术在不断的更新，使用范围也在不断的扩大。长期以来，随着工业和科学技术的不断发展，从早期的以简单正铲为代表的机械式挖掘机发展到今天以采用液压和电力技术以及复杂控制技术为特征的单斗液压挖掘机，在结构、材料、工艺、性能及用途等各个方面都取得了惊人的进步，但是由于其作业对象未变，因而其基本工作原理至今未有明显的改变，只是在原工作装置的基础上增加了部分配套的作业装置。单斗液压挖掘机是一种重要的工程机械，广泛应用在房屋建筑，道路工程，水利建设，农田开发，港口建设，国防公事等的土方施工机械和矿山采掘工业中，对减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，加快建设速度，提高劳动生产率起到巨大作用。单斗挖掘机分机械传动和液压传动两种。机械传动挖掘机已有一百多年历史。近一二十年来，随着液压传动技术在工程机械上的广泛应用，单斗液压挖掘机有了迅速发展，在中小型单斗挖掘机中，液压挖掘机几乎取代了机械传动挖掘机，大型单斗液压挖掘机也应用日广，这是由于液压挖掘机具有重量轻，体积小，结构紧凑，挖掘力大，传动平稳，操纵简便，以及容易实现无级变速和自动控制等一系列优点。单斗液压挖掘机是一种采用液压传动并以一个铲斗进行挖掘作业的机械。是目前挖掘机中重要的品种。它的作业过程是以铲斗的切削刃（通常装有斗齿）切削土壤并将土装入斗内，都装满后提升，回转至卸土位置进行卸土，卸空后铲斗再转回并下降到挖掘面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土后，机械位移以便继续工作，因此，是一种周期作业的咨询式土方机械。按行走装置的不同，液压挖掘机分为履带式，轮胎式，汽车式，悬挂式及托式等种类。汽车式，悬挂式是以汽车及拖拉机为基础机械（底盘）装设挖掘或装载工作装置的小型挖掘机。按回转部分转角的不同，液压挖掘机有全回转和半回转两类。大部分液压挖掘机是全回转式的，小型液压挖掘机如悬挂式等工作装置仅能作180左右的回转，为半回转式。由于我的水平有限，对单斗液压挖掘机的研究不够深入，说明书中难免存在缺点和错误，恳切地希望老师批评指正。EXB260挖掘机反铲工作装置设计2 工作装置设计原则设计合理工作装置应满足以下要求：1. 主要工作尺寸及工作范围满足使用要求。在设计反铲装置时要考虑与同类型机器相比的先进性，考虑国家标准的规定，并注意到运动参数受机构碰撞限制等的可能性。2. 整机挖掘力的大小及其分布情况应满足使用要求，并且有一定的先进性。3. 功率利用尽可能好，理论工作循环时间尽可能短。4. 定铰点布置结构形式和截面尺寸形状是尽可能使受力状态有利，在保证强度，刚度和连结刚性的条件下尽量减轻结构自重。5. 作业条件复杂，使用情况多变时应考虑工作装置的通用性，采用变铰点结构或配套机构时，要注意分清主次。要满足使用要求的前提下，力求替换构件种类少，结构简单，换装方便。6. 运输或停放时，工作装置应有合理的姿态，使运输尺寸小，行驶稳定性好，保证安全可靠，并尽可能使液压缸卸载或减载。7. 工作装置液压缸应考虑三化：采用系列参数，尽可能减少液压缸零件种类，尤其是易损件。8. 工作装置结构形式和布置要便于装卸和维修，尤其应便于易损件的更换。9. 要采取合理措施来满足特殊使用要求。3 反铲工作装置总体方案的选择反铲工作装置总体方案的选择主要依据设计任务书规定的使用要求，据以决定工作装置是通用或是专用的。以反铲为主的通用装置应保证反铲使用要求，并照顾到其他装置的性能。专用装置应根据作业条件决定结构方案，在满足主要作业条件要求的同时照顾其它条件的性能。3.1总体方案的选择1、动臂及动臂缸的布置确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合方式，整体式动臂的形状，确定液压缸的布置为悬挂式或为下置式。2、斗杆和斗杆的布置。确定整体式或组合式斗杆，以及组合式动臂的组合方式或整体式斗杆是否采用变节点调节。3、确定动臂与斗杆的长度比，特性参数4、确定铲斗的种类、斗容量及主要参数，并考虑铲斗连杆机构传动比是否需要调节。5、根据液压系统工作压力、工厂制造条件和三化的要求等确定各液压缸的缸数、缸径、全伸长与全缩长之比。3.2 反铲工作装置自身几何参数图3-1 反铲机构自身几何参数的计算简图表3.1反铲机构自身几何参数参数分类机构参数组成铲斗斗杆动臂机体符号意义原始参数L3=QV， L2=MHL13=MN，L14=HNL24=QK，L25=KVL2=KHL2=FQ，L9=CDL10=FG，L11=EGL15=GN，L16=FNL21=NGL1=CF，L6=CDL7=CB，L8=DFL22=BF.L4=CP，L5=CAL17=CI，L19=CTL30=CS，L38=JTL39=JI推导参数9=NMH，10= KQV4=EFG，5=GNF6=GFN7=NQF8=NFQ2=BCF3=DFC11=CAP12=TCP特性参数K2=L24/L3， L3K5=L2/L9， L2K3=L42/L41，L11=CEF=L7/L511K1=L1/L2备注L2为斗杆长L1为动臂长1为动臂转角下置式11=ACV表3.2反铲工作液压缸运动参数液压缸种类参数意义特性参数动臂液压缸L1/E1L1min/E10L1max/E1z=L1max/L1min斗杆液压缸L2/E2L2min/E20L2max/E2z=L2max/L2min铲斗液压缸L3/E3L3min/E30L3max/E3z=L3max/L3min第一类参数是决定运动机构运动特性的必要参数，称原始参数，主要为长度参数；第二类参数为推导出来的参数，称推导参数；第三类参数是作方案比较所需的其它特征参数。1.动臂和摆角的计算方法图3-2 动臂摆角范围计算简图图3-3 斗杆机构摆角计算简图2、动臂的摆角范围和各点瞬时坐标根据余弦定理当和时得 （3.1） （3.2）动臂摆角范围和动臂计算方法一样，求出斗杆的摆角范围： （3.3）图3-4 F点坐标计算简图 （3.4） （3.5）F点的X坐标方程： （3.6）F点的Y坐标方程： （3.7） 其余各点的坐标计算方法类推:根据设计任务要求确定各机构的相应参数。此次设计采用下置式双动臂缸，用整体式弯动臂，整体式直斗杆。4 工作装置主要结构参数的选择4.1 斗形参数的选择铲斗的主要参数有四个，分别是标准斗容量q、平均斗宽B、转斗挖掘半径R和转斗挖掘装满角2。四者的关系： (4.1)式中 标准斗容量，；平均斗宽，由表4.1 差值计算；转斗挖掘半径； 土壤松散系数，取近似值为1.25；挖掘装满角，全面考虑有关因素，可以取=90o100o，取2=100o。表4.1 反铲斗平均斗宽统计值和推荐范围(欧美)q（m）0.40.50.60.811.62B(m)0.780.880.941.181.261.51.65将以上各值代入上式，计算得。铲斗的特性参数 ，太大将影响传动性，太小将影响刚度，当铲斗转角较大时取较小值。取=0.35KQ=0.35865=500mm一般取，取=1104.2 动臂机构参数选择反铲工作装置是几组连杆机构的组合。在发动机功率、机重和斗容量等主参数以及工作装置结构形式既定的情况下，连杆机构铰点位置和油缸参数选择是否得当，会对挖掘性能和生产率带来很大影响，下面就动臂、斗杆、铲斗三大机构进行讨论。4.2.1设计的主要要求1、满足作业尺寸和挖掘范围（几何尺寸）2、满足提升力和闭锁要求（性能）3、结构布置及结构型式要合理紧凑，无干涉，无功率浪费。4.2.2动臂机构设计的内容及步骤1、动臂下铰点C位置的确定表4.2机体尺寸和工作尺寸经验系数表机 体 尺 寸 系 数名称推荐值范围转台底部离地高0.400.37-0.42臂铰离回转中心0.150.1-0.2臂铰离地高度0.630.6-0.7臂铰与液压缸臂距0.300.25-0.32关于尺寸参数可按下式近似求的: (4.2)由于机重G=26.2t，查表5.1可求出： 2、的确定原则：基本用于反铲的小型机60，甚至80；以反铲为主的通用机50；1m左右的正反铲通用机取45；以正铲或装载为主的通用机取40-45。由于本设计考虑为以反铲为主的通用挖掘机，取3动臂缸下铰点A位置的确定 图4-1 动臂铰点与液压缸铰点简图所以 4、初步确定动臂长度原始参数给定最大挖掘半径为动臂和斗杆的夹角最大角即取图4-2 最大挖掘半径计算简图最大挖掘半径 + Xc (4.3)选动臂与斗杆的长度比求出 5、动臂缸的伸缩臂的确定 考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运动幅度等因素，取=1.66、初选上下动臂长度之比，取=1.3 动臂弯角，取图4-3 动臂结构简图有三角形余弦公式可求出： ZC=2489mm，ZF=3236mm7、有最大挖掘深度和最大卸载高度确定动臂最大仰角和最大俯角由原始参数可知：最大卸载高度最大挖掘深度图4-4 最大卸载高度时工装简图铲斗仰角初选由图5.4得最大卸载高度的表达式为： (4.4)得出：由图5.5得最大挖掘深度的表达式为： (4.5) 得出： 图4-5 最大挖掘深度时工装简图8、确定动臂缸全伸长度和全缩长度及的长度由公式 (4.6) (4.7) 求得 该结果符合 故动臂机构成立。4.3 斗杆机构的参数选择斗杆的结构型式往往取决于动臂的结构型式，此次设计采用整体式斗杆。4.3.1设计的主要要求1、保证足够的斗齿挖掘力和闭锁力2、保证斗杆的摆角范围DFE最大=105-125 A、满足挖高，一般使CFQ约=160-180 B、斗杆缸全伸，转斗缸全伸时，斗齿与动臂之间距离4.3.2总体方案的选择表4.3 同类机型对比表型号斗容量铲斗挖掘力斗杆挖掘力机重CAT320D1125.7103.421CAT336D/DL1.4-2.0198-264143-21533.75ZX270-31.3019313727.7ZX330-31.423420432PC300-51.618618031.6DH3201.4718917031.2ROBEX290-31.316716428.41、确定斗杆后部长度 (4.6) 由任务书取 初选斗杆缸缸径 液压系统工作压力是30Mpa，假定液压泵到液压缸的压力损失是500Kpa，液压缸回油背压是1000Kpa。 将其代入上式得出： 2、预选斗杆缸伸缩比 取 斗杆的摆角范围 取 3、根据几何关系确定和 设 全缩和全伸时斗杆缸作用力对F点的力臂，则有： (4.7) 则 得出： 4、求 D为斗杆缸与动臂之铰点 (4.8) 求得：5、由几何位置确定EFQ=130-170。斗杆上取决于结构因素，并考虑到工作范围，取4.4 铲斗机构的参数选择反铲铲斗机构有四连杆的，也有六连杆的。此次设计采用四连杆机构。4.4.1设计的主要要求1、必要的转角范围 必要的开挖角（水平面以上0-30） 必要的挖掘转角（90-110） 必要的挖掘装满转角（铲斗的总转角=150-180）2、符合载荷变化情况 开挖角范围内及处大于等于平均挖掘阻力 25-35之间大于等于最大挖掘阻力 之后可不考虑，只要挖掘力大于零就行3、机构运动无干涉（避免转斗缸全伸时斗齿尖碰撞斗杆下缘的现象）4.4.2铲斗机构设计的内容及步骤图4-6 连杆机构设计在铲斗主要参数已知的情况下： 取1、初选 取2、初选 共点时 此次设计采用共点时， 3、初选铲斗缸伸缩比 取4、作图确定和当转斗处于两个极限位置时，作图求出由于-MM1,查资料在油缸行程系列中取800mm，即：求得： 5、铲斗油缸的选取由表6.1取铲斗最大挖掘力转斗机构最大理论挖掘力应与转斗最大挖掘阻力相适应，常布置在处。最大挖掘力则大致出现在20-35处，此次设计取30，作图测得： 因此 初取铲斗油缸缸经，由，可知所选油缸缸径合适。4.5 斗形的参数选择根据铲斗主要参数可进一步设计计算斗形其他结构尺寸，改变三角形OEG的形状可以获得不同的斗形，如图12.1图4-7 铲斗计算简图图中三角形OGE为等腰三角形，OA段为直线，AB弧段为抛物线。A点至直线EB的距离为H，抛物线定点高度为L，一般取H=L。斗尖角取值范围一般为2025，斗侧壁角取3050，包角取108设计铲斗时，还应综合考虑铲斗的主要用途和挖掘对象合理选择，铲斗主要参数使铲斗的挖掘阻力最小，作业效率最高。本设计所需的铲斗数据见下表： 表4.4铲斗的主要数据（mm）bmL2010840750865807852905709006385 动臂液压缸作用力及闭锁力的确定确定出动臂液压缸作用力和闭锁力，就能确定出动臂缸的缸径。5.1 动臂液压缸的作用力动臂液压缸应保证反铲作业过程中在任何位置上都能提起带有满载铲斗的工作装置到达最高和最远的位置。斗内土重 取 表5.1 国内几种反铲装置的构件近似质量表序号斗容量（m）质量（t）动臂（G1）斗杆（G2）铲斗（G3）斗杆缸（G4）铲斗缸（G5）连杆摇杆（G6）动臂缸（G7）机重（G）40.150.2230.1790.0850.0550.0510.0170.0555611.50.80.80.230.130.150.422.6由于此次设计的斗容量是q=1.3m，采用插值法确定各构件的重量，如下表 表5.2工作装置各构件质量表斗容量（q）动臂（G1）斗杆（G2）铲斗（G3）斗杆缸（G4）铲斗缸（G5）连杆摇杆（G6）动臂缸（G7）机重（G）11.50.80.80.230.130.150.426.2依据以下三个位置动臂液压缸的举升力：1、 工况一：从最大挖掘深度处提起满载斗时所需要的动臂缸举升力，图上所有重心位置及到C点的所在纵轴线距离都是通过作图在图上的测得的，与实际的存在误差，只能对动臂缸的作用力作估计计算。如图5.1各构件到动臂铰点的力臂值见表5.4表5.3各作用力的近似力臂值表（mm）土动臂斗杆铲斗斗杆缸铲斗缸连杆摇杆动臂缸力臂24811744327127482983360432911245449图5-1动臂液压缸作用力计算简图（工况一） 对动臂铰点C点取矩有： 即：求得：2、 工况二：从最大挖掘半径处提起满载斗时所需要的动臂缸举升力，图上所有重心位置及到C点的所在纵轴线距离都是通过作图在图上的测得的，与实际的存在误差，只能对动臂缸的作用力作估计计算。如图5.2各构件到动臂铰点的力臂值见表5.4表5.4各作用力的近似力臂值表（mm）土动臂斗杆铲斗斗杆缸铲斗缸连杆摇杆动臂缸力臂76612503609179623601723981781290714图5-2动臂液压缸作用力计算简图（工况二）对动臂铰点C点取矩有： 即：求得：3、 工况三：从最大卸载高度处提起满载斗时所需要的动臂缸举升力，图上所有重心位置及到C点的所在纵轴线距离都是通过作图在图上的测得的，与实际的存在误差，只能对动臂缸的作用力作估计计算。如图5.3各构件到动臂铰点的力臂值见表5.5表5.5各作用力的近似力臂值表（mm）土动臂斗杆铲斗斗杆缸铲斗缸连杆摇杆动臂缸力臂5726.512103720.55839131046695855430409.5 图5-3动臂液压缸作用力计算简图（工况三）对动臂铰点C点取矩有： 即：求得：综上所述，动臂缸最大举升力初选动臂缸缸径 有机械设计手册5 知当工作压力大于20MPa，i=(1.4-2)时，=115mm查表取标准件。液压缸往返速比i=1.46，活塞杆较细，动臂在举升的过程中活塞受压，在此需对活塞杆进行稳定性分析，由于工况一活塞杆全缩，满足稳定性，故只对工况二和工况三做稳定性分析。动臂缸活塞杆选用45钢，查资料可知： 工况二：由图9.2测出动臂液压缸的长度由时，由欧拉公式 (5.1) 式中-活塞杆计算柔度 -长度折算系数，取决于液压缸的支承状况，参见液压元件表10-1 取=1 -活塞杆计算长度，即 E-活塞杆材料的纵向弹性模量（Pa），对硬钢，E= -活塞杆横断面回转半径，其中A为断面面积（） I为断面最小惯性矩（），对圆断面， 所以求得 液压缸的稳定条件是： (5.2) 式中 P-活塞杆的最大推力 -液压缸稳定临界力 -稳定性安全系数，一般取=2-4，取=4,所以在此工况下活塞杆满足稳定性。工况三：由图9.3测出动臂液压缸的长度由时，由欧拉公式 显然，所以在此工况下活塞杆也满足稳定性。5.2动臂液压缸的闭锁力确定合理的液压缸闭锁能力是保证挖掘力得到充分发挥的基本条件之一。选择适当的动臂液压缸闭锁压力既能起到保护元件的目的又能保证主动油缸发挥最大挖掘力使正常作业顺利进行。过大的闭锁压力不但起不到保护液压系统及其元件的作用，而且会对系统提出过高的要求，这样既不经济，也无必要，还可能损坏元件。合理的闭锁压力是保证在主要挖掘范围内使主动液压缸能发挥出最大挖掘力的同时还能起到保护元件的作用。常选定以下三个工况进行闭锁力分析：.动臂最低，斗杆铅垂，转斗挖掘，其作用力臂最大；.动臂最低，F、Q、V三点一线，斗杆挖掘且作用力臂最大 ；.动臂最低，挖掘深度最大，F、Q、V三点一线，铲斗挖掘，克服平均阻力 。工况一：铲斗液压缸产生的挖掘力最大，挖掘阻力对动臂铰点C，斗杆铰点F所造成的力矩均接近最大值，而动臂液压缸的力臂值为最小453447451361443705177130923272175368875389449763表5.6各作用力的近似力臂值表（mm）（工况一）注： 转斗液压缸可通过对Q点的力矩平衡方程求得： 从可能出现的最不利情况出发，假设存在法向阻力，其值取各点对F点取矩，可得到斗杆液压缸所受的被动作用力图5-5液压缸闭锁压力计算简图（工况一） 在此工况下闭锁力不足，斗杆缸会出现被动回缩现象，为了防止液压缸回缩，限压阀的调定压力应高于液压缸工作压力，超出的百分比为： 由于超出百分比远大于25% ，所以液压缸不符合，应该重新调定液压缸缸径D。 试取：D=170mm .不符合 D=175mm .符合所以斗杆缸缸径。同样对动臂在平台上的支撑点C取矩，求得动臂液压缸所受的被动作用力，在此工况下闭锁力足够，动臂缸不会出现伸长现象，为防止其伸长，限压阀的调定压力应高于其工作压力，超出的百分比为：工况二：这种情况下斗杆液压缸产生最大挖掘力，挖掘阻力对动臂铰点C的力矩接近最大值，而动臂液压缸的力臂为最小。表5.7各作用力的近似力臂值表（mm）（工况二）42514592214285016682907174448156688448.553249.4注：，图5-6 液压缸闭锁压力计算简图（工况二）各点对F点取矩，此时斗杆液压缸所受的主动作用力，求得从可能出现的最不利情况出发，假设存在法向阻力，其值取转斗液压缸可通过对Q点的力矩平衡方程求得： 求得 在此工况下铲斗缸大腔闭锁力富裕，超出的百分比为： 工况三：在这种挖掘状态下，挖掘阻力对动臂铰点C必将造成最大的挖掘阻力矩，它会要求液压缸缸径增大，或闭锁压力过分增高，这种过分的要求往往被认为是不合理的。因此在这种情况下挖掘时只要求能克服平均挖掘阻力表5.8 各作用力的近似力臂值表（mm）（工况三）3553524261421444285032703271.5174431288670438656图5-7液压缸闭锁压力计算简图（工况三）最大挖掘阻力： (5.3)式中 土壤硬质系数。对于III级土宜取，取铲斗与斗杆铰点到斗齿齿距离，单位为cm，挖掘过程中铲斗总转角的一半，切削刃宽度影响系数，为铲斗平均宽度，单位为m切削角变化影响，取斗的侧壁厚度影响系数，为侧壁厚度单位为cm，初步设计时可取X=1.15带有斗齿的系数，Z=0.75D切削刃挤压土壤的力，根据斗容大小在D=1000017000N的范围内选取，斗容大于0.25 时，D应大于10000N。取D=17000N求得： 铲斗平均挖掘阻力取从可能出现的最不利情况出发，假设存在法向阻力，其值取各点对F点取矩，可得到斗杆液压缸所受的被动作用力 在此工况下闭锁力富裕，超出的百分比为： 同样对动臂在平台上的支撑点C取矩，求得动臂液压缸所受的被动作用力，在此工况下动臂缸小腔闭锁力不足，会出现伸长现象，为防止其伸长，限压阀的调定压力应高于其工作压力，超出的百分比为：工况四：取斗尖在 即V, 转斗挖掘，铲斗油缸作用力臂最大。表5.9 各作用力的近似力臂值表（mm）（工况三）4534474514792703055188357575507256670232513741889图5-8液压缸闭锁压力计算简图（工况四）从可能出现的最不利情况出发，假设存在法向阻力，其值取 对C点取矩，求得动臂液压缸所受的被动作用力 在此工况下闭锁力富裕，超出的百分比为 表5.10液压缸闭锁力计算结果汇总表 液压缸种类液压缸参数液压缸闭锁压力（MPa） 只数液压缸闭锁压力（Mp）杆径行程大腔推力第工况第工况第工况缸径mmKN闭锁压力超压闭锁压力超压闭锁压力超压动臂缸216011013772*573斗杆缸1175125149068537.324.2%20.1-33%转斗缸115011080050318.2-39.3% 由上述过程得出的动臂油缸闭锁压力是保证这些指定工况下主动油缸能发挥最大挖掘力的最低限定压力。实际分析计算中难以对所有的工况计算油缸应产生的闭锁压力，事实上，对所有的工况都保证主动油缸能充分发挥其最大挖掘力是不现实的，也是不可取的，因为，某些工况下所需的闭锁压力可能会很大，如照此工况设定闭锁压力，将会对系统带来更高甚至难以达到的要求，所以，比较合理的闭锁压力设定值应如前面所述，能保证主要工况下在较大范围内主动油缸的最大挖掘力能充分发挥就行了。 为了统一闭锁力压力，将三组油缸的闭锁压力上调21.8%，即： 动臂小腔闭锁力 斗杆大腔闭锁力 铲斗大腔闭锁力6 工作装置运动分析及包络图的绘制6.1 动臂运动分析动臂油缸的最小长度；动臂油缸的伸出的最大长度；A：动臂油缸的下铰点；B：动臂油缸的上铰点；C：动臂的下铰点.图6-1 动臂摆角范围计算简图1是L1的函数。动臂上任意一点在任一时刻也都是L1的函数。如图10.1所示，图中动臂油缸的最短长度；动臂油缸的伸出的最大长度；动臂油缸两铰点分别与动臂下铰点连线夹角的最小值；动臂油缸两铰点分别与动臂下铰点连线夹角的最大值；A：动臂油缸的下铰点；B：动臂油缸的上铰点；C：动臂的下铰点。则有：在三角形ABC中：L12 = l72+l52-2l7l5 COS11 = COS-1（l72+l52- L12）/2l7l5 (6.1)在三角形BCF中：L222 = l72+l12-2COS20l7l120 = COS-1（l72+ l12- L222）/2l7l1 (6.2)由图3-3所示的几何关系，可得到21的表达式：21 =20+11-1 (6.3)当F点在水平线CU之下时21为负，否则为正。F点的坐标为 XF = l30+l1cos21 YF = l30+l1Sin21 (6.4)C点的坐标为 XC = XA+l5COS11 = l30 YC = YA+l5Sin11 (6.5)动臂油缸的力臂e1 e1 = l5SinCAB (6.6)显然动臂油缸的最大作用力臂e1max= l5，又令 = l1min/ l5, = l7/ l5。这时L1 = Sqr（l72-l52）= l5 Sqr（2-1）1 = cos-11/ (6.7)6.2 斗杆运动分析如下图6-2所示，D点为斗杆油缸与动臂的铰点点，F点为动臂与斗杆的铰点，E点为斗杆油缸与斗杆的铰点。斗杆的位置参数是l2，这里只讨论斗杆相对于动臂的运动，即只考虑L2的影响。D-斗杆油缸与动臂的铰点点； F-动臂与斗杆的铰点；E-斗杆油缸与斗杆的铰点； 斗杆摆角.图6-2 斗杆机构摆角计算简图在三角形DEF中L22 = l82+ l92-2COS2l8l92 = COS-1（L22- l82-l92）/2l8l9 (6.8)由上图的几何关系知2max =2 max-2min (6.9)则斗杆的作用力臂e2 =l9SinDEF (6.10)显然斗杆的最大作用力臂e2max = l9，此时2 = COS-1（l9/l8），L2 =6.3 铲斗运动分析铲斗相对于XOY坐标系的运动是L1、L2、L3的函数，现讨论铲斗相对于斗杆的运动，如图3-5所示，G点为铲斗油缸与斗杆的铰点，F点为斗杆与动臂的铰点Q点为铲斗与斗杆的铰点，v点为铲斗的斗齿尖点，K点为连杆与铲斗的饺点，N点为曲柄与斗杆的铰点，M点为铲斗油缸与曲柄的铰点，H点为曲柄与连杆的铰点1。图6-3 铲斗连杆机构传动比计算简图1、 铲斗连杆机构传动比i利用图6.3，可以知道求得以下的参数：在三角形HGN中 22 = HNG = COS-1（l152+l142-L32）/2l15l1430 = HGN = COS-1（L32+ l152- l142）/2L3l1432 = HNG = - MNG - MGN = -22-30 (6.11)在三角形HNQ中L272 = l132 + l212 + 2COS23l13l21NHQ = COS-1（l212+l142- L272）/2l21l14 (6.12)在三角形QHK中27 = QHK= COS-1（l292+l272-L242）/2l29l27 (6.13)在四边形KHQN中NHK=NHQ+QHK (6.14)铲斗油缸对N点的作用力臂r1r1 = l13Sin32 (6.15)连杆HK对N点的作用力臂r2r2 = l13Sin NHK (6.16)而由r3 = l24，r4 = l3 有3连杆机构的总传动比i = （r1r3）/（r2r4） (6.17)显然3-17式中可知，i是铲斗油缸长度L2的函数，用L2min代入可得初传动比i0，L2max代入可得终传动比iz。2、铲斗相