挖掘機(jī)的機(jī)械手臂的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　挖掘機(jī)的機(jī)械手臂的設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　挖掘機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的多功能的建設(shè)施工機(jī)械，作為工程機(jī)械的主力機(jī)種。由于液壓挖掘機(jī)具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞，其生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。</p><p>　　挖掘機(jī)的主要特點為：能無

2、級調(diào)速且調(diào)速范圍大，能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，快速作用時，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)，傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，可吸收沖擊和振動，操縱省力，易實現(xiàn)自動化控制，易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。本次設(shè)計的主要參數(shù)是斗容量0.2m3它屬于中小型液壓挖掘機(jī)，主要設(shè)計挖掘機(jī)的工作裝置。挖掘機(jī)的工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，本設(shè)計對工作裝置的各個組成部分進(jìn)行了較為詳細(xì)的設(shè)計，這其中包括了動臂、斗桿和鏟斗及其驅(qū)動裝置的設(shè)計。<

3、;/p><p>　　挖掘力約為30kN，最大卸載高度約為2.65m，最大挖掘深度4.2m，最大挖掘半徑約為5.728m，從中可以看出整機(jī)作業(yè)能力有了很大的改進(jìn)，不僅挖掘力大，且機(jī)器重量輕，傳動平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。</p><p>　　關(guān)鍵詞　挖掘機(jī)，機(jī)械手臂；斗桿 </p><p><b>　　目 錄</b></p><

4、;p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題來源1</p><p>　　1.2 課題的研究的背景和意義1</p><p>　　1.3 國內(nèi)外的發(fā)展與現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4

5、 本次設(shè)計概訴3</p><p>　　第2章 機(jī)械手臂的設(shè)計5</p><p>　　2.1 設(shè)計方案原則5</p><p>　　2.2 確定動臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式5</p><p>　　2.2.1 確定動臂的結(jié)構(gòu)形式5</p><p>　　2.2.2 確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式7</p><

6、p>　　2.2.3 確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒安裝結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.2.4 鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式9</p><p>　　2.3 確定動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點布置9</p><p>　　2.3.1 動臂油缸的布置9</p><p>　　2.3.2 斗桿油缸的布置10</p><p>　

7、　2.3.3 鏟斗油缸的布置11</p><p>　　2.4 動臂、斗桿、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇12</p><p>　　2.4.1 反鏟裝置總體方案的選擇12</p><p>　　2.4.2 機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)13</p><p>　　2.4.3 斗形參數(shù)的選擇14</p><p>　　2.4.4 動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的

8、選擇17</p><p>　　2.4.5 斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇21</p><p>　　2.4.6 連桿、搖臂參數(shù)的選擇22</p><p>　　第3章 工作裝置的強(qiáng)度計算23</p><p>　　3.1 斗桿的計算23</p><p>　　3.2 動臂的計算28</p><p>&l

9、t;b>　　結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題來源</b></p>

10、<p>　　在學(xué)校組織的金工實習(xí)期間，對挖掘機(jī)的機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)和工作原理有了一定的了解，本課題來源于此。</p><p>　　課題的研究的背景和意義</p><p>　　挖掘機(jī)械的最早雛形，主要用于河道。港口的疏浚工作，第一臺有確切記載的挖掘機(jī)械是1796年英國人發(fā)明的蒸汽“挖泥鏟”。而能夠模擬人的掘土工作，在陸地上使用的蒸汽機(jī)驅(qū)動的“動力鏟”于1835年在美國誕生，主要用于

11、修筑鐵路的繁重工作，被認(rèn)為是現(xiàn)代挖掘機(jī)的先驅(qū)，距今已有170多年歷史。1950年，德國研制出世界上第一臺全液壓挖掘機(jī)。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料不斷在挖掘機(jī)上得到應(yīng)用，尤其是電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用使得液壓挖掘機(jī)在作業(yè)效率、可靠性、安全性和操作舒適性以節(jié)能、環(huán)保等方面有了長足的進(jìn)步。目前液壓挖掘機(jī)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，成為土石方施工不可缺少的重要機(jī)械設(shè)備。挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程

12、是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。在建筑工程中，可用來挖掘土坑、排水溝，拆除廢舊建</p><p>　　所以，挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個重要品種，對

13、于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都 起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計，一臺斗容量1.0m3的液壓挖掘機(jī)挖掘Ⅰ～Ⅳ級土壤時，每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)于300～400個工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對于提高勞動生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。本文主要設(shè)計液壓式挖掘機(jī)機(jī)械手臂。</p><p><b>　　國內(nèi)外的發(fā)展與現(xiàn)狀</b&g

14、t;</p><p>　　工業(yè)發(fā)達(dá)國家的液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)較早，產(chǎn)品線齊全，P技術(shù)成熟。美國、德國和日本是液壓挖掘機(jī)的主要生產(chǎn)國，具有較高市場占有率。20世紀(jì)后期開始，國際上液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)從產(chǎn)品規(guī)格上看，在穩(wěn)定和完善主力機(jī)型的基礎(chǔ)上向大型化、微型化方向發(fā)展；從產(chǎn)品性能上看，向高效節(jié)能化、自動化、信息化、智能化的方向發(fā)展。</p><p>　　1833～1836年，美國人奧蒂斯設(shè)計和制造了第一

15、臺蒸汽機(jī)驅(qū)動、鐵木混合結(jié)構(gòu)、半回轉(zhuǎn)、軌行式的單斗挖掘機(jī)，生產(chǎn)率為35立方米／時，但由于經(jīng)濟(jì)性差沒有應(yīng)用。19世紀(jì)70年代經(jīng)過改進(jìn)的蒸汽鏟正式生產(chǎn)并應(yīng)用于露天礦剝離。1880年又出現(xiàn)了第一批以拖拉機(jī)為底盤的半回轉(zhuǎn)式蒸汽鏟。20世紀(jì)初至40年代末，挖掘機(jī)進(jìn)入動力和行走裝置多樣化的階段。1910年，出現(xiàn)了第一臺電機(jī)驅(qū)動的單斗挖掘機(jī)；1912年出現(xiàn)了汽油機(jī)和煤油機(jī)驅(qū)動的全回轉(zhuǎn)式單斗挖掘機(jī)；1916年出產(chǎn)了柴油發(fā)電機(jī)驅(qū)動的開始采用。輪胎式行走裝置

16、隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，廣泛用于小型挖掘機(jī)1。</p><p>　　我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從1954年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)第一臺斗容量為1m&sup3；的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個階段。</p><p>　　新中國成立初期，以測繪仿制前蘇聯(lián)20世紀(jì)30～40年代的W501.W502.W1001.W1002等型機(jī)械式單斗挖掘機(jī)為主，開始了我國

17、的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史。由于當(dāng)時國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，先后建立起十多家挖掘機(jī)生產(chǎn)廠。1967年開始，我國自主研制液壓挖掘機(jī)。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的WYl00型、貴陽礦山機(jī)器廠的W4-60型、合肥礦山機(jī)器廠的WY60型挖掘機(jī)等。隨后又出現(xiàn)了長江挖掘機(jī)廠的WYl60型和杭州重型機(jī)械廠的WY250型挖掘機(jī)等。它們?yōu)槲覈簤和诰驒C(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了極其重要的一步。到20世紀(jì)80年代末，我國挖掘機(jī)生產(chǎn)廠已有30多家，生產(chǎn)機(jī)型達(dá)40余

18、種。中、小型液壓挖掘機(jī)已形成系列，斗容有0.1～2.5m&sup3；等12個等級、20多種型號，還生產(chǎn)0.5～4.0m&sup3；以及大型礦用10m&sup3、12m&sup3；機(jī)械傳動單斗挖掘機(jī)，1m3隧道挖掘機(jī)，4m3長臂挖掘機(jī)，1000m&sup3/h的排土機(jī)等，還開發(fā)了斗容量0.25m&sup3；的船用液壓挖掘機(jī)，斗容量0.4m&sup3、0.6m&sup3、0.8

19、m&sup3；的水陸兩用挖掘機(jī)等。但總的來說，我國</p><p>　　近年來我國經(jīng)濟(jì)增長迅速，液壓挖掘機(jī)市場需求不斷擴(kuò)大，形成了巨大的挖掘機(jī)市場空間，但該行業(yè)主要由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。國內(nèi)一些工程機(jī)械待業(yè)的上市股分公司合資的方式介入了挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，同時國內(nèi)還有眾多的企業(yè)也在生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)，但在生產(chǎn)規(guī)模、品種、質(zhì)量等方面與國外大公司相比還有一定差距。為了發(fā)展民族挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，必須瞄準(zhǔn)國際先進(jìn)水平，圍繞國

20、內(nèi)外兩個市場，在充分利用國際化配套的國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)自主創(chuàng)新意識，掌握核心設(shè)計制造技術(shù)，發(fā)揮性價比優(yōu)勢，提高產(chǎn)品競爭力，把我國液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品做大做強(qiáng)。</p><p><b>　　本次設(shè)計概訴</b></p><p>　　本文通過對挖掘機(jī)的機(jī)械機(jī)械手臂的觀察和了解，對挖掘機(jī)機(jī)械手臂進(jìn)行研究，對挖掘機(jī)的動力臂尺寸設(shè)計，鏟斗容量等進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)挖掘機(jī)機(jī)械手臂的運(yùn)

21、動與循環(huán)工作。</p><p><b>　　` </b></p><p>　　圖1-1　整體式彎動臂</p><p>　　液壓反鏟工作裝置一般由動臂1、動臂液壓缸2、斗桿液壓缸3、斗桿4、鏟斗液壓缸5、鏟斗6、連桿7和搖桿8等組成。其構(gòu)造特點是各構(gòu)件之間全部采用鉸接連接，并通過改變各液壓缸行程來實現(xiàn)挖掘過程中的各種動作。</p>

22、<p>　　動臂1的下鉸點與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，并以動臂液壓缸2來支承動臂，通過改變動臂液壓缸的行程即可改變動臂傾角，實現(xiàn)動臂的升降。斗桿4鉸接于動臂的上端，可繞鉸點轉(zhuǎn)動，斗桿與動臂的相對轉(zhuǎn)角由斗桿液壓缸3控制，當(dāng)斗桿液壓缸伸縮時，斗桿即可繞動臂上鉸點轉(zhuǎn)動。鏟斗6則鉸接于斗桿4的末端，通過鏟斗液壓缸5的伸縮來使鏟斗繞鉸點轉(zhuǎn)動。為了增大鏟斗的轉(zhuǎn)角，鏟斗液壓缸一般通過連桿機(jī)構(gòu)（即連桿7和搖桿8）與鏟斗連接。</p><

23、;p>　　液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置主要用于挖掘停機(jī)面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等，其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運(yùn)動及其組合。反鏟液壓挖掘機(jī)的工作過程為，先下放動臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動斗桿及鏟斗，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作裝置開始下一次作業(yè)循環(huán)。動臂液壓缸主要用于調(diào)整工作裝置的挖掘位置，一般不單獨直接挖掘土壤；斗桿挖掘可獲得較大的挖掘行程，但挖掘力小一些。轉(zhuǎn)斗挖掘

24、的行程較短，為使鏟斗在轉(zhuǎn)斗挖掘結(jié)束時裝滿鏟斗，需要較大的挖掘力以保證能挖掘較大厚度的土壤，因此挖掘機(jī)的最大挖掘力一般由鏟斗液壓缸實現(xiàn)的。由于挖掘力大且挖掘行程短，因此轉(zhuǎn)斗挖掘可用于清除障礙或提高生產(chǎn)率。</p><p>　　在實際工作中，熟練的液壓挖掘機(jī)人員可根據(jù)實際情況，合理操縱各個液壓缸，往往是各液壓缸聯(lián)合工作，實現(xiàn)最有效的挖掘作業(yè)。例如，挖掘基坑時由于挖掘深度較大，并要求有較陡而平整的基坑壁，則采用動臂和斗

25、桿同時工作；當(dāng)挖掘基坑底時，挖掘行程將結(jié)束，為加速裝滿鏟斗，或挖掘過程中調(diào)整切削角時，則需要鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸同時工作。本次設(shè)計斗容量0.2m3挖掘機(jī)的機(jī)械手臂2。</p><p><b>　　機(jī)械手臂的設(shè)計</b></p><p><b>　　設(shè)計方案原則</b></p><p>　　設(shè)計合理的工作裝置應(yīng)能滿足下列要

26、求：</p><p>　　1．主要工作尺寸及作業(yè)范圍能滿足要求，在設(shè)計通用反鏟裝置時要考慮與同類型、同等級機(jī)器相比的先進(jìn)性?？紤]國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并注意到結(jié)構(gòu)參數(shù)受結(jié)構(gòu)碰撞限制等的可能性。</p><p>　　2．具有一定的先進(jìn)性。</p><p>　　3．功率利用情況盡可能好，理論工作時間盡可能短。</p><p>　　4．確定鉸點布置，結(jié)構(gòu)

27、型式和截面尺寸形狀時盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證強(qiáng)度、剛度和連接剛性的條件下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。</p><p>　　5．作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時應(yīng)考慮工作裝置的通用性。采用變鉸點構(gòu)件或配套構(gòu)件時要注意分清主次，在滿足使用要求的前提下力求替換構(gòu)件種類少，結(jié)構(gòu)簡單，換裝方便。</p><p>　　6．裝置的結(jié)構(gòu)型式和布置便于裝拆和維修，尤其是易損件的更換。</p><p

28、>　　7．要采取合理措施來滿足特殊使用要求3。</p><p>　　確定動臂、斗桿、鏟斗的結(jié)構(gòu)形式</p><p><b>　　確定動臂的結(jié)構(gòu)形式</b></p><p>　　動臂是工作裝置中的主要構(gòu)件，斗桿的結(jié)構(gòu)形式往往決定于動臂的結(jié)構(gòu)形式。反鏟動臂分為整體式和組合式兩類。</p><p>　　直動臂構(gòu)造簡單、輕

29、巧、布置緊湊，主要用于懸掛式挖掘機(jī),如圖3-1所示。</p><p>　　圖2-1　整體式直動臂</p><p>　　采用整體式彎動臂有利于得到較大的挖掘深度，它是專用反鏟裝置的常見形式。整體式彎動臂在彎曲處的結(jié)構(gòu)形狀和強(qiáng)度值得注意，有時采用三節(jié)變動臂有利于降低彎曲處的應(yīng)力集中。</p><p>　　整體式動臂結(jié)構(gòu)簡單、價廉，剛度相同時結(jié)構(gòu)重量較組合式動臂輕。它的缺

30、點是替換工作裝置少，通用性較差。為了擴(kuò)大機(jī)械通用性，提高其利用率。往往需要配備幾套完全不通用的工作裝置。一般說，長期用于作業(yè)相似的反鏟采用整體式動臂結(jié)構(gòu)比較合適。如圖2-1所示。</p><p>　　組合式動臂一般都為彎臂形式。其組合方式有兩類，一類用輔助連桿（或液壓缸）連接，另一類用螺栓連接。</p><p>　　組合式動臂與整體式動臂相比各有優(yōu)缺點，它們分別適用于不同的作業(yè)條件。組合式

31、動臂的主要優(yōu)點是：</p><p>　　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。當(dāng)采用螺栓或連桿連接時調(diào)整時間只需十幾分鐘，采用液壓缸連接時可以進(jìn)行無級調(diào)節(jié)。</p><p>　　2．較合理地滿足各種類型作業(yè)裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求，從而較簡單地解決主要構(gòu)件的統(tǒng)一化問題。因此其替換工作裝置較多，替換也方便。一般情況下，下動臂可以適應(yīng)各種作業(yè)裝置要求，不需拆換。</p>

32、<p>　　3．裝車運(yùn)輸比較方便。</p><p>　　4．由于上述優(yōu)點，組合式動臂結(jié)構(gòu)雖比整體式動臂復(fù)雜，但得到了較廣泛的應(yīng)用。尤以中小型通用液壓挖掘機(jī)作業(yè)條件多時采用組合式動臂較為合適。</p><p>　　本次設(shè)計作業(yè)條件比較單一，所以動臂選用整體式動臂4。</p><p><b>　　確定斗桿的結(jié)構(gòu)形式</b></p&

33、gt;<p>　　斗桿也有整體式和組合式兩種，大多數(shù)挖掘機(jī)都采用整體式斗桿，當(dāng)需要調(diào)節(jié)斗桿長度或杠桿時采用更換斗桿的辦法，或者在斗桿上設(shè)置2～4個可供調(diào)節(jié)時選擇的與動臂端部鉸接的孔。有些反鏟采用組合式斗桿。</p><p>　　確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式和斗齒安裝結(jié)構(gòu)</p><p>　　1．確定鏟斗的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選擇

34、對挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大。鏟斗的作業(yè)對象繁多，作業(yè)條件也不同，用一個鏟斗來適應(yīng)任何作業(yè)對象和條件較困難。為了滿足各種特定情況，盡可能提高作業(yè)效率，通用反鏟裝置常配有甚至十多種斗容量不同，結(jié)構(gòu)形式各異的鏟斗。</p><p>　　目前，對鏟斗結(jié)構(gòu)形式的研究還處于現(xiàn)場試驗、實驗室試驗或模型試驗階段，未建立起較系統(tǒng)的理論。將兩只0.6m3容量而斗型不同的反鏟斗裝在RH6液壓挖掘機(jī)上進(jìn)行對比試驗，結(jié)果如表2-1所示。由

35、于砂的挖掘阻力較小，對鏟斗設(shè)計的合理性反映不靈敏，所以這兩種鏟斗的試驗結(jié)果差別不大。而對頁巖作業(yè)效果就大不一樣，其中一個鏟斗的切削前緣中間略微凸出，不帶側(cè)齒，側(cè)臂略呈凹形，這些因素使頁巖挖掘阻力降低。另一個鏟斗的情況則相反。</p><p>　　對各種鏟斗結(jié)構(gòu)形狀的共同要求是：</p><p>　?。?）有利于物料的自由流動，因此鏟斗內(nèi)壁不宜設(shè)置橫向凸緣、棱角等。斗底的縱向剖面形狀要適合各

36、種物料的運(yùn)動規(guī)律。</p><p>　?。?）要使物料易于卸凈。用于粘土的鏟斗卸載時不易卸凈，因此延長了作業(yè)循環(huán)時間，降低了有效斗容量。國外采用設(shè)有強(qiáng)制卸土的粘土鏟斗。</p><p>　?。?）為了使裝進(jìn)鏟斗的物料不易掉出，鏟斗寬度與物料顆粒直徑之比應(yīng)大于4：1。當(dāng)此比值大于50：1時顆粒尺寸的影響可不考慮，視物料為勻質(zhì)。</p><p>　?。?）裝設(shè)斗齒有利于

37、增大鏟斗與物料剛接觸時的挖掘線比壓，以便切入或破碎阻力較大有物料。挖硬土或碎石時還能把石塊從土壤中耙出。斗齒的材料、形狀、安裝結(jié)構(gòu)及其尺寸參數(shù)都值得研究，對它的主要要求是挖掘阻力小，耐磨，易于更換。</p><p>　　表2-1　反鏟斗對比試驗結(jié)果</p><p><b>　　a）在頁巖中作業(yè)</b></p><p><b>　　b）

38、在頁砂中作業(yè)</b></p><p>　　2．確定斗齒安裝方式</p><p>　　目前，國產(chǎn)挖掘機(jī)斗齒安裝方式主要有兩類，斗容量q≤0.6m3時多采用螺栓連接圖2-2a，斗容量q≥0.6m3時時多采用橡膠卡銷結(jié)構(gòu)圖2-2b。</p><p>　　本次設(shè)計斗容量為0.2 m3挖掘機(jī)，所以斗齒安裝方式為螺栓連接5。</p><p>

39、　　圖2—2　斗齒的設(shè)計</p><p>　　a)螺栓連接方式； b)橡膠卡銷連接方式</p><p>　　1-卡銷； 2-橡膠卡銷； 3-齒座； 4-斗齒</p><p>　　鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式</p><p>　　鏟斗與鏟斗液壓缸有三種型式圖2-3，其區(qū)別主要在于液壓缸活塞桿端部與鏟斗的連接方式不同，圖a為直接連接，鏟斗、斗桿與鏟

40、斗液壓缸組成四連桿機(jī)構(gòu)。圖b中鏟斗液壓缸通過搖桿1和連桿2與鏟斗相連，它們與斗桿一起組成六連桿機(jī)構(gòu)。圖a和圖b類似，區(qū)別在于前者液壓缸活塞桿端接于搖桿兩端之間。圖c的機(jī)構(gòu)傳動比與b差不多，但鏟斗擺角位置順時針方向轉(zhuǎn)動了一個角度。</p><p>　　六連桿方式與四連桿方式相比在同樣的液壓缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機(jī)構(gòu)的傳動特性。六連桿方式b和d在液壓缸行程相同時，后者能得到更大的鏟斗轉(zhuǎn)角，但其鏟斗挖掘力

41、的平均值較小。連接方式如下圖。</p><p>　　圖2-3　鏟斗與鏟斗液壓缸的連接方式</p><p>　　確定動臂、斗桿、鏟斗油缸的鉸點布置</p><p>　　反鏟工作裝置實際上是多個連桿機(jī)構(gòu)的組合。在發(fā)動機(jī)功率、整機(jī)質(zhì)量和鏟斗容量等主要參數(shù)及工作裝置基本形式初步確定的情況下，工作裝置各鉸點在布置及各工作油缸參數(shù)的選擇是否合理，會直接影響液壓挖掘機(jī)的實際挖掘能

42、力。</p><p><b>　　動臂油缸的布置</b></p><p>　　動臂油缸一般布置在動臂前下方，下端與回轉(zhuǎn)平臺鉸接，常見的有兩種具體布置方式。</p><p>　　1．油缸前傾布置方案，如圖2-4所示，動臂油缸與動臂鉸接于E點。當(dāng)動臂油缸全伸出，將動臂舉升至上極限位置，動臂油缸軸線向轉(zhuǎn)臺前方傾斜。</p><p&

43、gt;　　2．油缸后傾布置方案，如圖2-4所示，當(dāng)動臂油缸全伸出，將動臂舉升到上極限位置時，動臂油缸軸線向后方傾斜。</p><p>　　油缸全收縮時，后傾方案的最大挖掘深度比前傾方案小，即h1＜h2。此外，在后傾方案中，動臂EF部分往往比前傾方案的長，因此動臂所受彎矩也比較大。以上為動臂油缸后傾方案的缺點。然而，后傾方案動臂下鉸點C與動臂油缸下鉸點D的距離CD比前傾方案的大，則動臂在上下兩極位置時，動臂油缸的作

44、用力臂Cp也較大。因此，在動臂油缸作用力相同時，后傾方圖為了增大后傾方案的挖掘深度，有的挖掘機(jī)將長動臂CE′F′改換成短動臂CE′F″，并配以長斗桿。在最大深度處挖掘時，采用鏟斗挖掘而還是斗桿挖掘，這樣得到的最大挖掘深度為h1′>h2。</p><p>　　圖2-4　動臂油缸前傾布置方案</p><p>　　顯然，不論是動臂油缸前傾還是后傾方案，當(dāng)C、D兩鉸點位置和CE長度均不變時，

45、通過加大動臂油缸長度可以增大動臂仰角，從而增大最大挖掘高度，但會影響到最大挖掘深度。所以，在布置油缸時，應(yīng)綜合考慮動臂的結(jié)構(gòu)、工作裝置的作業(yè)尺寸及動臂舉升力的挖掘力等因素。</p><p>　　本設(shè)計選用動臂油缸前傾布置方案。</p><p><b>　　斗桿油缸的布置</b></p><p>　　確定斗桿油缸鉸點、行程及斗桿力臂比時應(yīng)該考慮下

46、列因素。</p><p>　　1．保證斗桿油缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。即油缸從最短長度開始推伸時和油缸最大伸出時產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)該大于正常挖掘阻力。油缸全伸時的力矩應(yīng)該足以支承滿載鏟斗和斗桿靜止不動。油缸力臂最大時產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要求克服的最大挖掘范圍可以取得越小一些。</p><p>　　2．保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍一般取100°～130°。在斗桿油

47、缸和轉(zhuǎn)斗油缸同時伸出最長時，鏟斗前壁和動臂之間的距離應(yīng)大于10cm。一般來說，斗桿越長，則其擺角范圍可以取得越小一些。</p><p>　　鉸點位置的確定需要反復(fù)進(jìn)行。在計算中初定鉸點位置，如不夠合理，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)修改。</p><p><b>　　鏟斗油缸的布置</b></p><p>　　確定鏟斗油缸鉸點應(yīng)考慮以下因素。</p>

48、<p>　　1．保證轉(zhuǎn)斗挖掘時產(chǎn)生足夠大的斗齒挖掘力，即在鏟斗油缸全行程中產(chǎn)生的斗齒挖掘力應(yīng)大于正常工作情況下的挖掘阻力。當(dāng)鏟斗油缸作用力臂最大時，所產(chǎn)生的最大斗齒挖掘應(yīng)能使?jié)M載鏟斗靜止不動。</p><p>　　2．保證鏟斗的擺角范圍。鏟斗的擺角范圍一般取140°～160，在特殊作業(yè)時可以大于180°，擺角位置可以按圖2-5布置。當(dāng)鏟斗油缸全縮時，鏟斗與斗桿軸線夾角（在軸線上方）

49、應(yīng)大于10°,常取15°～25°，鏟斗油缸全伸、鏟斗滿載回轉(zhuǎn)時，應(yīng)使土壤不從斗中撒落。</p><p>　　3．鏟斗從位置Ⅰ到位置Ⅱ時圖2-5，鏟斗油缸作用力臂最大，這里能得到斗齒最大切削角度的1/2左右，即當(dāng)鏟斗挖掘深度最大時，正好斗齒挖掘力也最大。實際上鏟斗的切削轉(zhuǎn)角是可變的。在許多情況下，特別是進(jìn)行復(fù)合動作挖掘時，鏟斗的切削轉(zhuǎn)角一般都小于100°，而且鏟斗也不一定都在

50、初始位置Ⅰ開始挖掘。因此，目前一般取位置Ⅰ至位置Ⅱ的轉(zhuǎn)角為30°～50°，在這個角度范圍內(nèi)可以照顧到鏟斗在挖掘過程中能較好地適應(yīng)挖掘阻力的變化，又可以使鏟斗在開始挖掘時就有一定的挖掘力6。</p><p>　　圖2-5　鏟斗擺角范圍</p><p>　　動臂、斗桿、鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇</p><p>　　反鏟裝置總體方案的選擇</p>

51、<p>　　反鏟方案選擇的主要依據(jù)是設(shè)計任務(wù)書規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作裝置是通用或是專用的。以反鏟為主的通用裝置應(yīng)保證反鏟使用要求，并照顧到其它裝置的性能。專用裝置應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿足主要作業(yè)條件要求的同時照顧其它條件下性能。</p><p>　　反鏟裝置總體方案的選擇包括以下方面：</p><p>　　1．動臂及動臂液壓缸的布置</p>&l

52、t;p>　　確定用組合式或整體式動臂，以及組合式動臂的組合方式或整體式動臂的形狀。確定動臂液壓缸的布置為懸掛式或是下置式。</p><p>　　前面已確定采用整體式動臂，動臂液壓缸的布置為下置式。</p><p>　　2．斗桿及斗桿液壓缸的布置</p><p>　　確定用整體式或組合式斗桿，以及組合式斗桿的組合方式或整體式斗桿是否采用變鉸點調(diào)節(jié)。前面已確定采用

53、整體式斗桿。</p><p>　　3．確定動臂與斗桿的長度比，</p><p>　　即特性參數(shù)K1=l1l2。對于一定的工作尺寸而言，動臂與斗桿之間的長度比可在很大內(nèi)選擇。一般當(dāng)K12時，（有反鏟取K13）稱為長動臂短斗桿方案，當(dāng)K11.5葉屬于短動臂長斗桿方案。K1在1.5～2之間稱為中間比例方案。</p><p>　　要求適用性較強(qiáng)而又無配套替換構(gòu)件或可調(diào)結(jié)構(gòu)的

54、反鏟常取中間比例方案。相反，當(dāng)用配套替換構(gòu)件或可調(diào)連接適應(yīng)不同作業(yè)條件時，不同的配置或鉸點連接情況可組成各種比例方案。在使用條件單一，作業(yè)對象明確的條件下采用整體式動臂和斗桿固定鉸接，K1值由作業(yè)條件確定。從作業(yè)范圍看，在挖高、挖深與挖掘半徑均相同的條件下，K1愈大作業(yè)范圍愈窄，從挖掘方式看K1大宜用于斗桿挖掘為主，因其剛度較易保證。而K1值小宜用于以轉(zhuǎn)斗挖掘為主。本設(shè)計采用中間比例方案,取K1=1.8。</p><

55、p>　　4．確定配套鏟斗的種類、斗容量及其主參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動比是否需要調(diào)節(jié)。</p><p>　　5．根據(jù)液壓缸系統(tǒng)壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式、工廠制造條件和三化要求等確定各液壓缸缸數(shù)、缸徑、全伸長度與全縮長度之比?？紤]到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動幅度等因素一般取1=1.6～1.7，個別情況下因動臂擺角和鉸點布置要求可以取1≤1.75，而取2=1.6～1.7，3=1.6～1.77。&

56、lt;/p><p><b>　　機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)</b></p><p>　　機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)有三類，第一類是決定機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性的必要參數(shù)，稱原始參數(shù)，本次設(shè)計主要選擇長度參數(shù)作為原始參數(shù)；第二類是由第一類參數(shù)推算出來的參數(shù)，稱推導(dǎo)參數(shù)，多為運(yùn)算中需要的角度參數(shù)；第三類是作方案分析比較所需要的其它特性參數(shù)。</p><p>　　反鏟機(jī)構(gòu)各部分原始參數(shù)

57、、推導(dǎo)參數(shù)和部分特性參數(shù)見表2-2所示。</p><p>　　表2-2反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)表</p><p><b>　　斗形參數(shù)的選擇</b></p><p>　　1.鏟斗的主要參數(shù)的選擇</p><p>　　斗容量q、平均斗寬B，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑R和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角2這里令=max是鏟斗的四個主要參數(shù)。R、B及2三者與q

58、之間有以下幾何關(guān)系圖2-68。</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　其中　q——0.2m3其中：q=0.2m3(已知)，鏟斗斗容量；</p><p>　　R——鏟斗挖掘半徑，單位m；</p><p>　　B——鏟斗斗寬，根據(jù)反鏟斗平均斗寬統(tǒng)計值和推薦范圍，查表2-67取B＝0.75m；&l

59、t;/p><p>　　2——鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角，一般取2＝90°～100°，取2=95°=1.658rad把q、B、2代入式(2-1)得：</p><p>　　解得：R=0.803m</p><p>　　圖2-6　鏟斗主參數(shù)示意圖</p><p>　　鏟斗上兩個鉸點K與Q的間距l(xiāng)24圖2-5太大將影響鏟斗傳動特性，太小

60、則影響鏟斗結(jié)構(gòu)剛度。</p><p><b>　　一般取特性：</b></p><p>　　K2=l24l3=0.3～0.38</p><p>　　取K2＝0.34＝l24l3=0.34，R=0.803m，得出l24=0.273m。</p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)角較大時K2取較小值，一般取10=KQV=95°～11

61、5°，</p><p>　　取KQV =105°。</p><p><b>　　2 .斗形尺寸計算</b></p><p>　　根據(jù)鏟斗主要參數(shù)可進(jìn)一步設(shè)計計算斗形其尺寸，如圖2-7所示。圖中三角形OGE為等腰三角形，OA段為直線，AB弧段為拋物線。A點至直線EB的距離為H，拋物線定點高度為L，一般取H＝L。斗尖角取值范圍一

62、般為20°～30°，斗側(cè)壁角為取30°～50°，包角取108°。常見鏟斗斗形參數(shù)參考表2-2。改變?nèi)切蜲EG的形狀可以獲得不同的形狀的斗形。</p><p>　　斗形尺寸根據(jù)比擬法D=0.75m(已知)、RD=0.803m(已知)，得出：</p><p>　　1=0.294m；2=0.534m；3=0.87；</p><

63、;p>　　R=0.7324m；m=0.0706m；</p><p>　　=40°；=23°；=108°；</p><p>　　H＝L=0.56m。</p><p>　　圖2-7　反鏟斗計算尺寸</p><p>　　3.初選斗齒的幾何形狀</p><p>　　鏟斗的幾何形狀應(yīng)對挖掘比阻

64、力達(dá)到最小值。鏟斗及切削時的主要參數(shù)，如圖2-7所示，圖中鏟斗容量q、長度L、寬度B、高度H、切削角α、刃角β和后角γ等參數(shù)的選擇都對挖掘比阻力有直接影響。斗齒在鏟斗上的布置（齒寬和齒距）也是一個重要參數(shù)9。</p><p>　　為使斗側(cè)壁不參與切削，鏟斗應(yīng)裝有側(cè)齒。</p><p><b>　　一般齒寬：</b></p><p><b&

65、gt;　　m；</b></p><p><b>　　齒長：</b></p><p><b>　　m；</b></p><p><b>　　齒距為：</b></p><p><b>　　m；</b></p><p><

66、;b>　　取a=0.18m</b></p><p>　　斗前臂與切削面的間隙?。? =0.7b=0.0448m</p><p>　　又由于鏟斗寬度B=0.75m,齒寬與齒距之和為a+b</p><p><b>　　因此：</b></p><p><b>　　斗裝有3個齒。</b>&

67、lt;/p><p>　　另外齒尖應(yīng)保持銳利，否則挖掘阻力將急劇增加。新鑄（或鍛）的齒只有一個小的圓弧尖連續(xù)工作后，齒尖將逐漸磨損，并變鈍。通常，挖掘Ⅱ～Ⅲ級土壤，齒尖顯著磨鈍后，挖掘阻用將增加50～100%。因此，為避免這種超載挖掘，應(yīng)及時更換或在齒刃口上堆焊硬質(zhì)合金層，斗齒做成楔入式或組合式，以便快速更換和修補(bǔ)。</p><p>　　圖2-8　鏟斗的基本參數(shù)</p><p

68、>　　切削角對切削阻力影響也很大。通常，挖Ⅰ～Ⅲ級土?xí)r，斗切削角為＝20°～35°（較大值適用于硬土，小值適用于一般土），常用切削角為＝30°，本次設(shè)計取＝30°，后角不應(yīng)小于5°，刃角取25°。</p><p><b>　　動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇</b></p><p>　　由于鏟斗容量q＝0.2m3,根

69、據(jù)國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)有關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，通過類比法，選出參數(shù)機(jī)重G＝5t。</p><p>　　又根據(jù)經(jīng)驗公式計算法，參考表1-3機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗系數(shù)表7，線尺寸參數(shù)：</p><p>　　得出:最大挖掘半徑：</p><p><b>　　m；</b></p><p><b>　　最大挖掘深度：</b>

70、;</p><p><b>　　m；</b></p><p><b>　　最大卸載高度：</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　據(jù)統(tǒng)計，最大挖掘半徑R1值一般與l1+ l2+ l3的和值很接近。因此由要求R1，已定的l3和K1可按下列經(jīng)驗公式初選l

71、1、l2：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　R1=5.728m；K1＝1.8；</p><p><b>　　經(jīng)計算得出：</b></p><p>　　l2=1.759m；&l

72、t;/p><p>　　l1= K1 l2=1.8×1.759=3.166m</p><p>　　在三角形CZF中，1、l1和K3都可以根據(jù)經(jīng)驗初選出：</p><p>　　其中　1——動臂的彎角，采用彎角能增加挖掘深度，但降低了卸載高度，但太小對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不利，一般取120°～140°，取1＝140°7；</p>&

73、lt;p>　　l1——前面已算出為3.166m；</p><p>　　K3——動臂轉(zhuǎn)折處的長度比ZFZC，一般根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸鉸點B的位置來考慮，初步設(shè)計取K3＝1.1～1.3，取K3＝1.2；</p><p>　　圖2-9　動臂實際尺寸</p><p><b>　　因此根據(jù)公式：</b></p><p><

74、b>　　(2-3)</b></p><p>　　可以算出l41、l42、39</p><p><b>　　經(jīng)計算得出：</b></p><p><b>　　m；</b></p><p><b>　　m；</b></p><p><

75、b>　　39 =17.9°</b></p><p>　　如圖2-9所示動臂液壓缸全伸與全縮時的力臂比K4按不同情況選取，專用反鏟可取K40.8；以反鏟為主的通用機(jī)，K4＝0.8～1.1；斗容量1m3左右的通用機(jī)，則可取K4＝1。</p><p>　　本設(shè)計中取K4＝1。</p><p>　　11的取值對特性參數(shù)K4、最大挖掘深度1max和

76、最大挖高2max有影響。</p><p>　　加大11會使減小或使1max增大，這下符合反鏟作業(yè)要求，因此基本用作反鏟的小型機(jī)取1160°。</p><p>　　本設(shè)計中取11＝70°。</p><p>　　斗桿液壓缸全縮時CFQ=32-8最大圖2-10，常選(32-8)=160°～180°本設(shè)計中?。?2-8）max＝170

77、°。</p><p>　　BCZ取決于液壓缸布置形式，圖2-5，動臂液壓缸結(jié)構(gòu)中這一夾角較小，可能為零。動臂單液壓缸在動臂上的鉸點一般置于動臂下翼加耳座上B在Z的下面。初定∠BCZ＝5°，根據(jù)已知∠CZF＝22.1°10。 </p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　∠BCF＝17.1

78、6;。</p><p>　　由圖2-10得最大卸載高度的表達(dá)式為：</p><p><b>　　（2-4）</b></p><p>　　圖2-10　最大卸載高度時動臂機(jī)構(gòu)計算簡圖</p><p>　　由圖2-11得最大挖掘深度絕對值的表達(dá)式為</p><p><b>　　(2-5)<

79、;/b></p><p>　　將這兩式相加，消去l5，</p><p>　　并令A(yù)＝11＋2，B＝A+8-32max，得到：</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　又特性參數(shù)：</b></p><p><b>　　(2-7

80、)</b></p><p>　　圖2-11　最大挖掘深度時動臂機(jī)構(gòu)計算簡圖</p><p>　　) （2-8）</p><p>　　將上式代入式(2-7)則得到一元函數(shù)f(1max)=0。式中H1max和H3max已根據(jù)經(jīng)驗公式計算法求出：</p><p>　　1min=29.6°；1max=73.5

81、°</p><p>　　最后由式2-5求l5為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　=0.638m</b></p><p>　　(其中l(wèi)1=3.166m；l2＝1.759m；A=97.1°；由于履帶總高，近似取YA=0.65m)</

82、p><p>　　然后，解下面的聯(lián)立方程，可求σ和ρ：</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　經(jīng)計算得出：=1.63；=0.67；L1min=0.952m；L1max=1.52m；l7=1.61m</p><p>　　得到的結(jié)果符合下列幾何條件：；10。</p><p>

83、<b>　　斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇</b></p><p>　　第一步計算斗桿挖掘阻力：</p><p>　　斗桿挖掘過程中，切削行程較長，切土厚度在挖掘過程中視為常數(shù)，一般取斗桿在挖掘過程中總轉(zhuǎn)角g=50°～80°,取g＝65°，在這轉(zhuǎn)角過程中，鏟斗被裝滿，這時半齒的實際行程為：</p><p>　　其中：r6—斗桿

84、挖掘時的切削半徑，r6=FV；</p><p><b>　　m</b></p><p>　　斗桿挖掘時的切土厚度hg可按下式計算：</p><p><b>　　斗桿挖掘阻力為：</b></p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　

85、　式中　K0——挖掘比阻力，由表0?10查得，K0＝20（Ⅲ級土壤以下）</p><p>　　KS——土壤松散系數(shù)近似值取1.2511。</p><p>　　斗桿l2與鏟斗l3和FVmin之間，為了滿足開挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到150°～180°。</p><p><b>　　計算得：</b>&l

86、t;/p><p><b>　　m</b></p><p>　　把K0、q、r6min、g、KS代入式2-12得：</p><p><b>　　kN</b></p><p>　　第二步確定斗桿液壓缸的最大作用力臂。</p><p><b>　　m</b><

87、;/p><p>　　其中：根據(jù)經(jīng)驗公式計算法得出P2＝13.96kN</p><p>　　斗桿液壓缸初始力臂e20與最大力臂e2min之比是斗桿擺角2min的余弦函數(shù)，設(shè)e20=e2max則：</p><p><b>　　（2-12）</b></p><p>　　由圖2-13，取e20=e2max，求得：</p>

88、<p><b>　　m</b></p><p>　　（其中斗桿擺角范圍大致在105°～125°，取2max＝105°）</p><p><b>　　=1.588m</b></p><p>　　連桿、搖臂參數(shù)的選擇</p><p>　　從幾何可容性與結(jié)構(gòu)布置

89、的角度對鏟斗機(jī)構(gòu)的要求考慮，必須保證鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)在l3全行程中任一瞬間時都不會被破壞，即保證△GFN、△GNM及四邊形HNQK在任何瞬間皆成立12。根據(jù)鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)的要求，借助電子計算機(jī)選出可行的方案為QN=7m；MH=156m；NM=95m；HK=12m；HN=3m。</p><p><b>　　工作裝置的強(qiáng)度計算</b></p><p>　　工作裝置由鏟斗、斗

90、桿、動臂以及連桿機(jī)構(gòu)和各種工作液壓缸組成。對這些結(jié)構(gòu)件的分析計算，首先應(yīng)確定各結(jié)構(gòu)件的不利工況，即在這工況下對某一結(jié)構(gòu)件可能出現(xiàn)最大的應(yīng)力，以這工況作為設(shè)計該結(jié)構(gòu)件的依據(jù)，也就是強(qiáng)度設(shè)計中計算位置的選擇，計算圖式和載荷的確定問題。</p><p>　　由于影響挖掘機(jī)挖掘力的因素很多，如三個工作液壓缸的匹配。整機(jī)穩(wěn)定問題等，并且同樣的反鏟裝置還有較多的形式，對計算位置的選擇，看法很不一致，更無統(tǒng)一的規(guī)定。隨著電子計

91、算機(jī)的普及應(yīng)用，目前已有可能對挖掘機(jī)的所有工況及其挖掘過程中指定的千百個位置進(jìn)行作用力分析和對各結(jié)構(gòu)件進(jìn)行較多的可能危險斷面進(jìn)行應(yīng)力計算，再結(jié)合樣機(jī)的應(yīng)力測定，使工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計有可能得到比較可行而又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀，對工作裝置中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件以及對結(jié)構(gòu)中斷面突變或應(yīng)力集中的部分可以采用有限元法進(jìn)行計算，以提高分析計算的精確度13。</p><p><b>　　斗桿的計算</b><

92、/p><p>　　反鏟裝置的斗桿（尤以標(biāo)準(zhǔn)和加長斗桿）強(qiáng)度主要為彎矩所控制，故其計算位置可根據(jù)反鏟工作中挖掘阻力對斗桿可能產(chǎn)生的最大彎矩來確定。根據(jù)斗桿工作情況的手試驗說明，斗桿危險斷面最大應(yīng)力發(fā)生在采用轉(zhuǎn)斗挖掘的工況下。其計算位置可按以下條件確定：</p><p>　　計算位置Ⅰ圖3-1，條件為：</p><p>　　1．動臂位于最低（動臂液壓缸全縮）；</p&

93、gt;<p>　　2．斗桿液壓缸作用力臂最大（斗桿液壓缸與斗桿尾部夾角為90°）；</p><p>　　3．斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點和斗桿與動臂鉸點連線的延長線上；</p><p>　　4．側(cè)齒遇障礙作用有橫向力Wk。</p><p>　　這時，工作裝置上的作用力有工作裝置各部分的重量(鏟斗重Gd，斗桿重Gg和動臂重Gb)，作用于斗側(cè)齒上的挖

94、掘阻力(包括切向力為W1，法向分力W2和側(cè)向力Wk)14。</p><p>　　鏟斗挖掘時，鏟斗液壓缸工作力Pd所能克服的切向阻力W1可取鏟斗為隔離體，按對鉸點的力矩平衡方程MC＝0求得</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中　ld——由圖3-1畫圖得，液壓缸與斗臂兩鉸點距l(xiāng)d＝0.766m；</p>

95、;<p>　　r5——鏟斗上兩鉸點間距離r5＝0.3m</p><p>　　r6——鏟斗上的鉸點E與斗臂上的鉸點D間距離r6＝0.423m</p><p>　　r7——動力臂與斗臂兩鉸點距為r7＝0.268m；</p><p>　　r2——r2＝0.142m；</p><p>　　把ld、r5、r6、r7代入式(3-1)得：&l

96、t;/p><p><b>　　kN</b></p><p>　　法向阻力W2決定于動臂液壓缸的閉鎖力PB，可取工作裝置為隔離體，按對動臂底部鉸點的力矩平衡方程MA＝0求得：</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　式中　PB——動臂液壓缸的閉鎖力，PB＝286kN；MA(Gb

97、GgGd) </p><p>　　工作裝置各部分重量對點的力矩之和，相應(yīng)的力臂值由圖3-1確定為：rb由圖3-1畫圖得，rb＝1.36m；rg＝1.99m；rd＝1.1m；rB＝0.325m；r1＝3.16m；r0＝2.05m把rb、rg、rd、rB、r1、r0代入式5-2得：</p><p><b>　　=4.15kN</b></p><p>

98、;　　取斗桿（帶斗）為隔離體，列出對鉸點B力矩平衡方程MB＝0，可求得斗桿液壓缸作用力（被動狀態(tài)）。一般情況下，此力Pg與其閉鎖力值（按該液壓缸閉鎖壓力決定）相近。</p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　　式中　rb——由圖3-1畫圖得，rb =0.46m；r2=1.56m；rd=0.766m；r4=1.39m；r3=0.49m；</

99、p><p>　　把rb、r2、rd、r4、r3代入式(3-3)得：</p><p>　　Pg=0.46[41.718(1.56+0.766)+0.86×1.39＋2.23×0.49]</p><p><b>　　=45.69kN</b></p><p>　　鏟斗邊齒遇障礙時，橫向挖掘阻力Wk由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制

100、動器承受，此力的最大值決定于回轉(zhuǎn)平臺的制動力矩，其值為：</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　式中　r——橫向阻力Wk與回轉(zhuǎn)中心間的距離, 由CAD做圖得，r=1.28m；</p><p>　　MT——回轉(zhuǎn)平臺制動器可承受的最大力矩，MT＝4925.3N·m。</p><p>　

101、　把r、MT代入式(3-4)得：</p><p>　　Wk=3.848kN</p><p>　　5計算位置Ⅱ圖3-2，條件為：</p><p>　　動臂位于動臂液壓缸對鉸點有最大作用力臂rBmax處；</p><p>　　斗桿液壓缸作用力臂最大；</p><p>　　鏟斗斗齒尖位于B、C兩鉸點連線的延長線上，或鏟斗位于

102、發(fā)揮最大挖掘力為置，正常挖掘，即挖掘阻力對稱于鏟斗，無側(cè)向力作用。</p><p>　　此時工作裝置上的作用力僅為工作裝置的自重及斗齒上的作用力W1及W2。作用力的分析方法同上15</p><p><b>　　切向阻力：</b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p><

103、;b>　　法向阻力：</b></p><p><b>　　(3-6)</b></p><p><b>　　橫向挖掘阻力：</b></p><p>　　：　 (3-7)</p><p>　　由圖3-1畫圖得，r6＝

104、0.423m；r7＝0.29m；r2＝0.14m；，rb＝1.52m；rg＝2.225m；rd＝1.36m；rB＝0.56m；r1＝2.8m；r0＝0.45m；lb=0.46m；l2=1.56m；ld=0.77m；R4=1.39m；r3=0.49m；r=1.22m；</p><p>　　圖3-1　斗桿計算位置Ⅰ</p><p>　　通過計算得出：W1＝63.51kN； W2＝6.45kN；

105、 Wk＝4.037kN。</p><p>　　根據(jù)以上位置的斗桿作用力分析，便可作出斗桿的內(nèi)力圖。對于計算位置Ⅰ，斗桿內(nèi)力圖包括斗桿軸向力N，斗桿平面內(nèi)、外的彎矩Mx、My和剪力Qx、Qy，以及扭矩Mkp；對于計算位置Ⅱ或Ⅱ′，斗桿內(nèi)力側(cè)僅有N，Mx、Qx。</p><p>　　斗桿受載荷最嚴(yán)重的那一側(cè)，危險斷面為m-m。作用在這個截面中心上載荷有：</p><p>

106、;　　T2力可對斗齒取力矩平衡方程式來解得：</p><p>　　圖3-2　斗桿受力圖</p><p><b>　　=2.87kN</b></p><p>　　垂直平面內(nèi)的彎矩（y-z平面內(nèi)）：</p><p><b>　　=81.35kN</b></p><p>　　通過斗

107、桿中心垂直于yz平面的xz平面中的彎矩為：</p><p><b>　　=0.8kN·m</b></p><p><b>　　沿斗桿軸向拉力為：</b></p><p><b>　　=39.25kN</b></p><p>　　這樣斗桿危險斷面上正應(yīng)力為：</p

108、><p><b>　　=83MPa<</b></p><p>　　式中　——許用應(yīng)力，?。?.85s；</p><p>　　F——斗桿梁的斷面積。</p><p>　　斗桿還應(yīng)根據(jù)危險斷面上的內(nèi)力進(jìn)行整體穩(wěn)定驗算，其應(yīng)力值為：</p><p><b>　　(3-8)</b>

109、</p><p>　　式中　Wx、Wy——截面對x-x軸、y-y軸的抗彎斷面系數(shù)；</p><p>　　Fm——斗桿梁橫斷面的毛面積；</p><p>　　——中心壓桿許用應(yīng)力折減系數(shù)，可根據(jù)斗桿梁的細(xì)長比來定。</p><p><b>　　按下式求出：</b></p><p><b>

110、　　上式中用下式求出：</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　式中　——斗桿的計算長度；</p><p>　　——計算截面的最小回轉(zhuǎn)半徑；</p><p>　　——計算截面的最小轉(zhuǎn)動慣量；</p><p>　　因此斗齒截面上的應(yīng)力：</p>

111、<p>　　=82.45MPa≤</p><p>　　對于承受扭力的單梁方型斷面斗桿，還要計算其扭力矩：</p><p>　　=63.51×0.4＋4.037×0.18</p><p>　　=26.13kN·m</p><p><b>　　其扭曲應(yīng)力為：</b></p>

112、<p><b>　　=</b></p><p>　　=120.97MPa≤</p><p>　　式中　a1、a1——單梁方型斷面相應(yīng)邊壁厚中心線距；</p><p>　　t——最薄處的壁厚。</p><p>　　經(jīng)驗算，該斗桿符合要求。</p><p><b>　　動臂的計

113、算</b></p><p>　　反鏟裝置動臂的強(qiáng)度計算同樣應(yīng)按挖掘工作中對動臂可能出現(xiàn)的最大載荷選定計算位置。除按電算結(jié)果進(jìn)行選擇外，一般近似計算可采用以下計算位置條件為：</p><p>　　1．動臂位于最低（動臂液壓缸全縮）；</p><p>　　2．斗齒尖、鏟斗與斗桿鉸點、斗桿與動臂鉸點三點位</p><p>　　將支座A點

114、產(chǎn)總反力銨兩支座三個座標(biāo)方向分解。支座總反力RA分解為RAX和RAZ并平均分配作用于兩支座。橫向力Wk引起動臂的彎矩和扭矩可用支座反力T和Q的形式來代替：</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　式中　MZA——支座A處的橫向彎矩； </p

115、><p>　　MZA——支座A處的扭矩（即MXA）；</p><p>　　由于動臂支座內(nèi)的側(cè)向間隙，橫向力Wk可能同其中一個分支座（左邊或右邊的）來承受。</p><p>　　這樣，距動臂支座ln的截面NX的內(nèi)力可按下列各式求得：</p><p><b>　　垂直平面內(nèi)的彎矩：</b></p><p>

116、;<b>　　(3-11)</b></p><p><b>　　橫向彎矩：</b></p><p><b>　　(3-12)</b></p><p><b>　　軸向力：</b></p><p><b>　　(3-13)</b><

117、;/p><p>　　整體彎曲動臂對彎曲部分的斷面進(jìn)行強(qiáng)度計算時，應(yīng)考慮按曲梁進(jìn)行驗算，即在彎曲平面內(nèi)的應(yīng)力按下式計算：</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　式中　F——斷面積；</p><p>　　r——斷面彎曲處的曲率半徑；</p><p>　　y——重心至計算點的

118、距離，該點在曲率中心與斷面重心之間為負(fù)，反之為正； </p><p>　　k——斷面形狀及曲梁曲率有關(guān)系數(shù)；</p><p>　　(積分范圍由斷面中心軸至最邊緣點)對簡單的幾何圖形(矩形圓形等)k為無窮級數(shù)，可以近似計算之，一般用替代，則；</p><p>　　動臂計算位置Ⅱ，條件為：</p><p>　　動臂位于動臂液壓缸作用力臂最大值處（

119、rBmax）；</p><p>　　斗桿液壓缸作用力臂最大（斗桿液壓缸與斗桿尾部軸部夾角90°時）；鏟斗發(fā)揮最大挖掘力位置，進(jìn)行正常挖掘。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計歷時一個學(xué)期，是在大學(xué)三年所學(xué)知識的一次綜合應(yīng)用，它將理論與實際結(jié)合在一起，即總結(jié)了大學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，又給我們提供了應(yīng)用

120、所學(xué)知識和查閱有關(guān)資料的能力，是對大學(xué)四年學(xué)習(xí)的檢驗和完善。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計，突出體現(xiàn)了機(jī)械行業(yè)的發(fā)展方向，同時，各學(xué)科的交叉與綜合顯得相當(dāng)明顯，這也是多學(xué)科發(fā)展的方向。本次設(shè)計的液壓挖掘機(jī)與其它類型的挖掘機(jī)相比有很多優(yōu)點，傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單。設(shè)計過程中運(yùn)用AutoCAD制圖設(shè)計，使計算更準(zhǔn)確，設(shè)計更合理，充分體現(xiàn)出了現(xiàn)代設(shè)計的優(yōu)越性。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)

121、計，我學(xué)會了如何查閱資料，如何應(yīng)用已學(xué)的知識，深刻體會了所學(xué)知識的重要性，以及使所學(xué)知識聯(lián)系起來成為一個系統(tǒng)的整體的必要性，逐漸形成一套自己提出問題、分析問題、最后解決問題的整套思路。這些寶貴財富都會使自己在將來的學(xué)習(xí)和工作中受益匪淺。由于所學(xué)知識有限，實際經(jīng)驗缺乏，因此，畢業(yè)設(shè)計中難免存在缺陷與不足，懇請各位老師及評閱者批評指正，將在今后的學(xué)習(xí)和工作中進(jìn)行彌補(bǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)&

122、lt;/b></p><p>　　閻書文．機(jī)械式液壓挖掘機(jī)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982：35～41</p><p>　　王剛．天津工程機(jī)械研究所．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1976：64～72</p><p>　　吳拓．機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計指導(dǎo)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：78～97</p><p>　　張鐵．液壓挖掘