正鏟單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計

1、機(jī)械設(shè)計（機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)）-課程設(shè)計說明書設(shè)計題目： 正鏟單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計 學(xué) 院： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械制造工藝與設(shè)備 班 級： 機(jī)制一班 學(xué) 號： 20137709 姓 名： 劉鑫 指導(dǎo)老師： 溫亞蓮 完成日期： 2016年9月2日 機(jī)械原理設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名 劉鑫 班級 機(jī)制一班 學(xué)號 20137709 設(shè)計題目： 正鏟單斗液壓挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計 一、設(shè)計題目簡介正鏟挖掘機(jī)的鏟土動作形式。其特點是“前進(jìn)向上，強制切土”。正鏟挖掘力大，能開挖停機(jī)面以上的土，宜用于開挖高度大于2m的干燥基坑，正鏟的挖斗比同當(dāng)量的反鏟的挖掘機(jī)的斗要大一些，其工作裝置直接決定其工作范圍和工作能力。

2、二、 設(shè)計數(shù)據(jù)與要求題號鏟斗容量挖掘深度挖掘高度挖掘半徑卸載高度A4.2m33.05m20.6m16.3m11.2m三、 設(shè)計任務(wù)1、繪制挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運動簡圖，確定機(jī)構(gòu)的自由度，對其驅(qū)動油缸在幾種工況下的運動繪制運動線圖；2、根據(jù)所提供的工作參數(shù)，對挖掘機(jī)工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度綜合，確定工作機(jī)構(gòu)各個桿件的長度；3、用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動仿真，并畫出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。4、編寫設(shè)計計算說明書，其中應(yīng)包括設(shè)計思路、計算及運動模型建立過程以及效果分析等。5、在機(jī)械基礎(chǔ)實驗室應(yīng)用機(jī)構(gòu)綜合實驗裝置驗證設(shè)計方案的可行性。完成日期

3、： 2016 年 9 月 2 日 指導(dǎo)教師 溫亞蓮 摘要正鏟挖掘機(jī)的開挖方式根據(jù)開挖路線與汽車相對位置的不同分為正向開挖、側(cè)向裝土以及正向開挖、后方裝土兩種，前者生產(chǎn)率較高。正鏟的生產(chǎn)率主要決定于每斗作業(yè)的循環(huán)延續(xù)時間。為了提高其生產(chǎn)率，除了工作面高度必須滿足裝滿土斗的要求之外，還要考慮開挖方式和與運土機(jī)械配合。盡量減少回轉(zhuǎn)角度，縮短每個循環(huán)的延續(xù)時間。 反鏟的開挖方式可以采用溝端開挖法，即反鏟停于溝端，后退挖土，向溝一側(cè)棄土或裝汽車運走，也可采用溝側(cè)開挖法，即反鏟停于溝側(cè)，沿溝邊開挖，它可將土棄于距離溝較遠(yuǎn)的地方，如裝車則回轉(zhuǎn)角度較小，但邊坡不易控制. 單斗液壓挖掘機(jī)主要由動臂、斗桿、鏟斗、

4、動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸等組成。鏟斗的斗底利用液壓缸來開啟，斗桿是鉸接在動臂的頂端，由雙作用的斗桿油缸使其轉(zhuǎn)動。斗桿油缸的一端鉸接在動臂上，另一端鉸接在斗桿上。其鉸接形式有兩種：一種是鉸接在斗桿的前端；另一種是鉸接在斗桿的尾端。動臂均為單桿式，頂端呈叉形，以便與斗桿鉸接。動臂有單節(jié)的和雙節(jié)的兩種。單節(jié)的動臂有長短兩種備品，可根據(jù)需要更換。雙節(jié)的動臂則由上、下兩節(jié)拼裝而成，根據(jù)拼裝點的不同，動臂的工作長度也不同。一、 正鏟挖掘機(jī)自由度計算根據(jù)下圖所示的挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖，我們可以對其自由度進(jìn)行計算。通過對機(jī)構(gòu)簡圖的分析，可以看出該工作裝置有11根桿件組成,其中包含15個運動副，即12個轉(zhuǎn)動副，3

5、移動副，共包含15個低副，沒有高副。自由度計算：n=11,PH=0,PL=15 則：F=3n-2PL-PH=3*11-2*15-0=3二、 挖掘機(jī)參數(shù)計算2.1、液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)液壓挖掘機(jī)基本參數(shù)主要包括：標(biāo)準(zhǔn)斗容量：指挖掘級或密度為 的土壤時，代表該挖掘機(jī)登記的一種鏟斗堆積容量。最大挖掘高度：指工作裝置處于最大舉升高度時，鏟斗齒尖到停機(jī)地面的距離。最大挖掘半徑：在挖掘機(jī)縱向中心平面上鏟斗齒尖離機(jī)器回轉(zhuǎn)中心的最大距離。最大挖掘深度：指動臂處在最低位置，且斗齒尖，鏟斗與斗桿鉸點，斗桿與動臂鉸點三點在同一條垂直停機(jī)面的直線上，斗齒尖與停機(jī)面的最大距離。最大卸載高度：指動臂、斗桿處于最大舉升高度，

6、翻轉(zhuǎn)卸土，斗齒尖處在最低位置時，斗齒尖到停機(jī)面的距離。2.2、液壓正鏟挖掘機(jī)工作裝置機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析2.2.1動臂運動分析動臂AD的位置由動臂油缸MC的長度決定。和動臂水平傾角之間的關(guān)系可用下式表示 （2-1） （2-2）從上式看出，a11-a2對的影響很大，當(dāng)動臂和油缸的參數(shù)不變時，a11-a2愈大動臂提升高度愈小。設(shè)動臂油缸全縮時動臂傾角為；動臂油缸全伸時動臂傾角為，那么在動臂油缸由全縮到全伸，動臂總的轉(zhuǎn)角為： （2-3）為了便于運算和比較，仍用無因次比例系數(shù)表示，即； （2-4）代入式(22)可以得到動臂油缸全縮和全伸時相應(yīng)的動臂傾角值 （2-5） （2-6）而動臂總轉(zhuǎn)角為 （2-7）動臂

7、油缸伸縮時對A點的力臂也在不斷變化，由圖可知 （2-8）顯然，當(dāng)ABAC時有最大值，此時，而相應(yīng)的油缸長度為：=此時的動臂傾角為若用動臂油缸相對力臂（即來表示油缸長為時的力臂，則 （2-9）綜上所述，動臂傾角、力臂和都是的參數(shù)。2.2.2斗桿運動分析斗桿DJ的位置由動臂AD和斗桿油缸BE的長度所決定。但是動臂的位置隨動臂油缸的伸縮而變化，為了便于分析斗桿油缸對頭桿位置的影響，假定動臂不動，那么斗桿鉸點D以及斗桿油缸在動臂上的鉸點B就可以看作為固定基座。與斗桿、動臂夾角之間的關(guān)系為 （2-10） （2-11）設(shè)斗桿油缸全縮時動臂與頭桿的夾角為，全伸時為，那么當(dāng)油缸由全縮到全伸時斗桿總的轉(zhuǎn)角為 （

8、2-12）斗桿油缸的作用力臂也是可變值。 （2-13）當(dāng)MCAD時有最大值，即，這時相應(yīng)的油缸長度為相應(yīng)的斗桿轉(zhuǎn)角為 （2-14）用斗桿油缸相對力臂值（即）來表示時的力臂，則 （2-15）2.2.2斗齒尖的幾種特殊工作位置的計算 上圖為正鏟挖掘機(jī)作業(yè)范圍圖，以下為幾種特殊工作位置的分析與計算。（1）最大挖掘半徑(圖2.5)這時C、Q、V在同一條水平線上，而且斗桿油缸全伸，即；最大挖掘半徑為 （2-16）最大挖掘半徑處的挖掘高度相應(yīng)為 圖 2.5 最大挖掘半徑（2）最大挖掘高度(圖2.6) 圖 2.6 最大挖掘高度最大挖掘高度為： （2-17）最大挖掘高度時的挖掘半徑 （2-18）如果最大轉(zhuǎn)斗角

9、度不能保證GJ垂直向上，即，則應(yīng)根據(jù)實際的值求相應(yīng)的挖掘高度，如圖左上角所示，此時 （2-19）（3）最大挖掘深度(圖2.7) 這時動臂油缸全縮，頭桿DG及GJ垂直向下，即，。 最大挖掘深度為 （2-20）最大挖掘深度時的挖掘半徑為 （2-21）假若，則DG不可能呈垂直狀態(tài)，此時必須根據(jù)具體情況計算實際的最大挖掘深度。圖 2.7 最大挖掘深度（4）停機(jī)平面上的最大挖掘半徑(圖2.8)這是指斗齒靠在地面上、斗桿全部伸出而斗底平面與停機(jī)平面平行的工況。此時QV線與地面交成角(角是一個重要的鏟斗參數(shù)，設(shè)計中應(yīng)認(rèn)真確定)，根據(jù)這種定義可知圖 2.8 停機(jī)平面上的最大挖掘半徑；，其中 （2-22） （2

10、-23）這時停機(jī)平面上的最大挖掘半徑為 （2-24） 如果，則必須根據(jù)具體情況重新進(jìn)行計算。2.3 工作裝置各部分基本尺寸計算確定現(xiàn)從動臂與轉(zhuǎn)臺鉸點A出發(fā)，借助各相關(guān)轉(zhuǎn)角q 1、q 2和q 3，建立各關(guān)鍵點B、C、DV的位置模型，得到各關(guān)鍵點的坐標(biāo)，從而為下一步的分析提供依據(jù)。 以地面為橫坐標(biāo)，以回轉(zhuǎn)中心線為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系XOY如圖2.4所示。 2.3.1 動臂與平臺鉸點位置A的確定對由反鏟挖掘機(jī)改裝的正鏟來說，動臂鉸座往往就沿用反鏟動臂的鉸座。一般，鉸座都在轉(zhuǎn)臺中心的前方(0)，近來大型正鏟的鉸座卻有向后移(靠近回轉(zhuǎn)中心線)的趨勢。設(shè)計時，可用類比法確定或根據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計公式初步選取，在

11、此基礎(chǔ)上推薦以履帶軸距L為基本長度。履帶軸距L=3.123.66 （2-25）式中：為斗容量，取L=3.6m2.3.2 動臂及斗桿長度的確定同上轉(zhuǎn)斗半徑也可用類比法確定或根據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計公式初步選取，在此基礎(chǔ)上推薦以履帶軸距L為基本長度。2.3.3 機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍確定在動臂長度、斗桿長度、轉(zhuǎn)斗半徑及動臂油缸與平臺鉸點C初步確定之后，根據(jù)挖掘機(jī)工作尺寸的要求利用解析法求各機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍，其中包括動臂機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角、斗桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角、鏟斗機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍。(1) 斗桿轉(zhuǎn)角和的確定可根據(jù)最大挖掘半徑確定。最大轉(zhuǎn)角應(yīng)當(dāng)不小于 (2-26)根據(jù)停機(jī)平面上最小挖掘半徑確定。所謂停機(jī)平面上的最小挖掘半徑依不同工作情況而異，有的是

12、指鏟斗最靠近機(jī)體(斗桿油缸全縮)、斗齒尖處于停機(jī)平面而斗底平行于地面，在這種狀態(tài)下開始挖掘時的挖掘半徑。圖 2.9 停機(jī)平面上的最小挖掘半徑如圖2.9所示，這時斗桿和動臂間的夾角為最小()，鏟斗與地面相交成角(見圖2.7)，而斗齒尖V到回轉(zhuǎn)中心的距離為。從幾何推導(dǎo)可知 (2-27)式中、Q點的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，且=； (2-28) (2-29) (2-30) 帶入式（2-29）整理后得 (2-31) 有些挖掘機(jī)不要求鏟斗水平鏟入，而往往以一定的后角開始挖掘，因而最小挖掘半徑可能比前一種小，加大了停機(jī)平面上的挖掘范圍。在這種情況下QV與水平的夾角將增至。根據(jù)有的資料介紹，為使鏟斗容易切人土壤，開始

13、挖掘時的后角可取為。應(yīng)該注意不論鏟斗開始挖掘時的位置如何，必須以不碰撞履帶板為原則，因此（） (2-32)式中 R驅(qū)動輪半徑(毫米)；履帶行走裝置水平投影的對角線與縱軸問的夾角； 考慮轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)連桿裝置及余隙在內(nèi)的間隙，初步設(shè)計時可取200400毫米。(2) 動臂傾角和的確定動臂最大傾角根據(jù)最大挖掘高度確定。由圖2.5并根據(jù)式(217)和(218)經(jīng)過運算得出 (2-33)因此先確定后，再根據(jù)可得。動臂最小傾角。根據(jù)最大挖掘深度確定。由圖2.5和式(220)得到 (2-34)（3）鏟斗轉(zhuǎn)角和的確定 轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求：滿足工作尺才的要求，即保證所要求的、等參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)；挖掘過程中能夠調(diào)整切削

14、后角，保證工作正常進(jìn)行，滿足挖掘過程結(jié)束時的轉(zhuǎn)斗要求及卸載要求。A.必須滿足工作尺寸的要求為滿足挖掘高度要求(圖2.5) (2-35)為滿足最大挖掘半徑要求(圖2.4) (2-36)為滿足停機(jī)平面上最小挖掘半徑要求(圖2.8) (2-37) (2-38) (2-39) (2-40)為滿足最大挖掘深度要求(圖2.6)B必須滿足挖掘過程中調(diào)整切削后角的要求挖掘過程中隨著鏟斗向前運動，斗的切削后角也不斷發(fā)生改變，為了保證挖掘正常進(jìn)行，斗底不應(yīng)與地面發(fā)生摩擦，即0，為此必須使（圖2.10）又 將式代入，整理后得到 (2-41)圖 2.10 鏟斗運動方向與切削后角C必須滿足卸載要求由于前卸式鏟斗和底卸式

15、鏟斗的卸載方法不同，因此對轉(zhuǎn)角的要求也不同。為使卸斗于凈，前卸式鏟斗在卸土?xí)r要求斗底與水平相交成以上的角(見圖2.11a)，因此從圖2.5及式(235)得 (2-42)圖 2.11 不同卸載方式對的影響底卸式鏟斗卸土?xí)r可假定斗的后壁接近于垂直枚態(tài)，斗底按近于水平位置(圖2.11b)，因此要求 (2-43)對比(242)和(243)可見，從卸土要求來看，底卸式鏟斗的轉(zhuǎn)角可比前卸式少左右。D必須滿足挖掘結(jié)束時鏟斗后傾的要求為了使鏟斗在挖掘結(jié)束時脫離工作面并在提升過程中使斗內(nèi)物科不致撒落，鏟斗必須后傾。根據(jù)裝裁機(jī)的要求鏟斗裝滿后斗底必須向上傾斜角， 顯然這時QV連線也必然向上翹起角。結(jié)合圖2.7和2

16、.12可知+ (2-44)根據(jù)以上所得的公式(235)(244)就可以初步確定動臂、斗桿、鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍。但是求出這些參數(shù)后還必須校接所規(guī)定的其它工作參數(shù)，如最大卸載高度、最大卸載高度時的卸載半徑、最大挖掘高度時的挖掘半徑等，如不能滿足則應(yīng)加以修正。圖 2.12 鏟斗后傾示意圖2.3.4動臂油缸的鉸點及行程確定確定動臂油缸及其鉸點位置時首先應(yīng)滿足動臂變幅時力短和轉(zhuǎn)角的要求。圖2.13中設(shè)動臂油缸全縮和全伸時的位置為和，則；。再假定鉸點B不在動臂中心線CF上，且(當(dāng)B在CF線下方時為“十”，反之為“一”)。那么由幾何推導(dǎo)可以求出工作時動臂油缸的起始力臂和終了力臂的值： (2-45) (2-46)

17、式中各參數(shù)可見表210、211及公式(257)。如果CF線處于水平線以下則用負(fù)值代入。圖 2.13 動臂提升機(jī)構(gòu)計算示意圖設(shè)起始力臂和終了力臂的比值為K，則 (2-47)或 （2-48）展開并整理后得到 (2-49)對式(248)、(249)可作如下分析：(1)公式表示了、K、諸值之間存在著一定的依賴關(guān)系。當(dāng)其它數(shù)值不變，降低值則K值下降，因而對上部挖掘有利；當(dāng)、K不變，降低值會使加大而減小，對挖高有利。這些都說明正鏟的值應(yīng)當(dāng)比反鏟的小。但是如果工作尺寸已定，過多降低值會對下部挖掘不利，甚至在下部挖掘時不能提起滿載斗；此外為了保證、和K，降低值就必須加大值，加大了油缸行程，對油缸的穩(wěn)定性也有影

18、響。所以當(dāng)確定值時必須全面考慮，籠統(tǒng)地給定正鏟或反鏟的值是不恰當(dāng)?shù)摹?2)當(dāng)、K等值固定，與之間也存在一定的關(guān)系，即為常數(shù)。在反鏟上由于需要提高地面以下的挖掘性能，值往往都是負(fù)值。因此加大可以減小動臂的彎曲程度，對動臂的結(jié)構(gòu)強度有利。而正鏟動臂一般不采用反鏟那樣大曲率的彎臂，角主要按油缸在動臂上的鉸接方式而定，有時油缸鉸在動留下緣的耳板上(動臂截面不致削弱)；有時靠兩個鐘形座鉸于動臂兩側(cè)(在雙缸方案中常采用)等等，因而角有正有負(fù)，但角度一般部不大，因此對的影響也不很大。綜合上述兩點，建議在初步設(shè)計中先確定動臂結(jié)構(gòu)，初選值，然后根據(jù)工作尺寸的需要，在確定、基礎(chǔ)上按公式(249)求合理的值。一般情

19、況下正鏟的值不大干。(3)值主要應(yīng)從油缸的穩(wěn)定性出發(fā)選用，建議取1.61.7。(4)由于正鏟主要挖掘地面以上土，終了力臂不能忽視，故K值可建議在0.901.14的范圍內(nèi)選取。設(shè)計動臂機(jī)構(gòu)時合理地確定A、B、C三點的位置非常重要。從和中(圖2.13)還能得到如下關(guān)系式 (2-50) (2-51)用公式(24)代入得 (2-52) (2-53)令，代人上式，解聯(lián)立方程后得到 (2-54) (2-55)以上我們根據(jù)動臂轉(zhuǎn)角需要和K值確定了、等比例系數(shù)和值，因此只要進(jìn)一步求出、中任一值就可以求得其它各參數(shù)。對于正鏟來說動臂油缸的主要作用是將滿載斗由任何可能挖掘的位置舉升到卸載點。而在最大挖掘半徑下舉升

20、滿載斗時的提升力矩往往接近最大值，此時油缸的作用力臂也接近于最大值，且。另一方面油缸的缸徑一般部按照系列選用，并且還要考慮與其它油缸通用等問題，因此缸徑?jīng)]有很多選擇的余地。鑒于以上情況可以在預(yù)先確定油缸數(shù)目和缸徑的前提下初步選擇鉸點距離AC()。 (2-56)式中 M提升力矩，圖214，即各部分重量對C點的力矩和，其中包括動臂重量、斗桿重量、斗和土壤的重量、連桿裝置重量以及油缸重量、等。初步設(shè)計時這些重量和重心位置可根據(jù)類比法確定；s油缸推力， s，其中、分別為動臂油缸數(shù)目和缸徑；p是系統(tǒng)的工作壓力；油缸和鉸點的機(jī)械效率，在初步設(shè)計時可取=0.85。 將式(2110)和(2111)的結(jié)果代人式

21、(257)，就能求得其余參數(shù)值。動臂機(jī)構(gòu)還必須按以下兩種情況進(jìn)行校核； 1)動筒在上部或下部極限位置時的舉升能力；2)主要挖掘范圍內(nèi)挖掘時動臂油缸能提供的閉鎖能力(借助電算結(jié)合整機(jī)挖掘力分析進(jìn)行)。 2.3.5斗桿油缸鉸點及行程確定選擇斗桿油缸在動臂和斗桿上的鉸點D和E并確定斗桿油缸的長度和。如圖215所示，假設(shè)斗桿油缸全縮和全伸時的長度為和，則。=，對F點的相應(yīng)力臂為和。也取比例系數(shù)圖 2.14 確定提升機(jī)構(gòu)的示意圖圖 2.15 斗桿機(jī)構(gòu)計算示意圖；則初始與終了力臂比K為K= (2-57)或 最后得到 (2-58)式中和相應(yīng)為DF、FC的夾角和EF、FQ的夾角。若CF或FQ落在的外側(cè)，則夾角

22、為正，反之為負(fù)。因此在初步設(shè)計中如果根據(jù)動臂和斗桿的結(jié)構(gòu)形式及鉸點的固定方式預(yù)先確定一個角，則可按公式求出第二個角，或者根據(jù)所求的值結(jié)合具體結(jié)構(gòu)情況分別確定各值。計算斗桿機(jī)構(gòu)時建議K值取0.91，以使開始挖掘和挖掘終了時作用力臂大致相同。值仍建議取1.61.7。 同樣，由和可列出聯(lián)立方程 (2-59) (2-60)令，并將代人上式，解聯(lián)立方程后得到 (2-61) (2-62)2.3.6計算結(jié)果所有桿長數(shù)據(jù)如下： （單位均為mm）固定點坐標(biāo)：A(1000,5696) M(3000,2696)桿長：AB=3208 BC=1788.2 BD=6000 AD=8000 DG=6999.98 KG=49

23、99.25 DK=3001.46 DE=1999.97 FG=1000 GJ=1746 IJ=1021.38 IG=897.84 HI=1000 HF=1500 油缸：MC=3799.77 MC=2551.8 BE=5168.62 BE=4624.5 EH=5428.97 EH=4157 三、 工作裝置主要部件的強度校核主要結(jié)構(gòu)件的計算主要是指對斗桿和動臂在不利工況下進(jìn)行載荷分析，以計算其材料與結(jié)構(gòu)的強度。3.1斗桿反鏟挖掘機(jī)斗桿的強度主要由彎矩控制。取以下兩個工況位置進(jìn)行強度校核。3.1.1 工況一1、動臂位于最低；2、斗桿油缸作用力臂最大；3、斗齒尖位于鏟斗與斗桿鉸點和斗桿與動臂鉸點連線的

24、延長線上；4、側(cè)齒遇障礙有橫向作用力。切向最大挖掘力取決斗桿油缸的閉鎖力，取斗桿為隔離體，按力矩平衡求得：式中，斗桿和鏟斗的重量（噸）；斗桿和鏟斗長（米）；斗桿重力到動臂與斗桿鉸點的力臂（米）；鏟斗重力到動臂與斗桿鉸點的力臂（米）取鏟斗為隔離體，按力矩平衡求得鏟斗油缸工作力：式中，鏟斗重力到鏟斗與斗桿鉸點的距離（米）；連桿到鏟斗與斗桿鉸點的距離（米）；連桿到搖桿與斗桿鉸點的距離（米）；搖桿的長度（米）。法向阻力取決于動臂油缸的閉鎖力，取整個工作裝置為隔離體，由力矩平衡求得： (噸)式中，切向挖掘阻力到動臂下鉸點的力臂（米）；法向挖掘阻力到動臂下鉸點的力臂（米）；動臂油缸作用力到動臂下鉸點的力臂

25、（米）；工作裝置各個部分對動臂下鉸點的力矩和。鏟斗邊齒遇障礙時，橫向挖掘阻力取決于回轉(zhuǎn)平臺的制動力矩： (噸)式中，橫向挖掘阻力與回轉(zhuǎn)中心間的距離。按圖解法和力平衡方程求得斗桿所受作用力。此外，斗桿與鏟斗鉸點處還作用有和產(chǎn)生的橫向力矩：式中，b鏟斗寬（米）。切向挖掘阻力作用于斗邊齒，造成對斗桿的扭矩： (噸*米)按以上作用力分析，作斗桿內(nèi)力圖，包括軸力N，斗桿平面內(nèi)的剪力和彎矩，斗桿平面外的剪力和彎矩，以及扭矩。取彎矩最大處進(jìn)行校核，斷面如圖3-2所示： 圖3-2斷面面積為： 斷面轉(zhuǎn)動慣量： 斷面處壓應(yīng)力為： 斗桿平面內(nèi)剪應(yīng)力為： 圖3-3斗桿平面內(nèi)彎曲正應(yīng)力：斗桿平面外剪應(yīng)力為： 斗桿平面外

26、彎曲正應(yīng)力： 按閉口薄壁桿件公式計算扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：=14.7 式中，截面中線所圍面積 最小壁厚此時，有附加載荷，斗桿安全系數(shù)取為2，材料16Mn的屈服極限=350，則，許用應(yīng)力最大壓應(yīng)力X方向最大剪應(yīng)力Y方向最大剪應(yīng)力故，強度滿足。3.1.2工況二1、動臂位于動臂油缸最大作用力臂處；2、斗桿油缸作用力臂最大；3、鏟斗斗齒尖，動臂與斗桿鉸點，斗桿與鏟斗鉸點三點位于同一直線；4、正常挖掘，挖掘阻力對稱于鏟斗，無橫向力。斗桿受力分析同工況一。切向最大挖掘力取決斗桿油缸的閉鎖力，取斗桿為隔離體，按力矩平衡求得： (噸)式中，斗桿和鏟斗的重量（噸）；斗桿和鏟斗長（米）；斗桿重力到動臂與斗桿鉸點的力臂（米）

27、；鏟斗重力到動臂與斗桿鉸點的力臂（米）取鏟斗為隔離體，按力矩平衡求得鏟斗油缸工作力： (噸)式中，鏟斗重力到鏟斗與斗桿鉸點的距離（米）；連桿到鏟斗與斗桿鉸點的距離（米）；連桿到搖桿與斗桿鉸點的距離（米）；搖桿的長度（米）。法向阻力取決于動臂油缸的閉鎖力，取整個工作裝置為隔離體，由力矩平衡求得：2.571(噸)式中，切向挖掘阻力到動臂下鉸點的力臂（米）；法向挖掘阻力到動臂下鉸點的力臂（米）；動臂油缸作用力到動臂下鉸點的力臂（米）；工作裝置各個部分對動臂下鉸點的力矩和。按圖解法和力平衡方程求得斗桿所受作用力。按以上作用力分析，作斗桿內(nèi)力圖， 包括軸力N，斗桿平面內(nèi)的剪力，彎矩如圖3-4。取彎矩最大

28、處進(jìn)行校核，斷面如圖3-5所示： 圖3-4受力分析同上。斷面處壓應(yīng)力為： 斗桿平面內(nèi)剪應(yīng)力為： 斗桿平面內(nèi)彎曲正應(yīng)力：此時，為主載荷，斗桿安全系數(shù)取為2.5，材料16Mn的屈服極限=350，則，許用應(yīng)力 最大壓應(yīng)力 圖3-5最大剪應(yīng)力故，強度滿足。3.2 動臂反鏟裝置動臂的強度校核按挖掘中動臂可能出現(xiàn)的最大載荷來選定計算位置。3.2.1、工況一1、 工作裝置處于最大挖掘深度處；2、 正常挖掘，無橫向作用力。切向最大挖掘力取決斗桿油缸的閉鎖力，取斗桿為隔離體，按力矩平衡求得： 式中，斗桿和鏟斗的重量（噸）；斗桿和鏟斗長（米）；斗桿重力到動臂與斗桿鉸點的力臂（米）；鏟斗重力到動臂與斗桿鉸點的力臂（米）法向阻力取決于動臂油缸的閉鎖力，取整個工作裝置為隔離體，由力矩平衡求得： (噸)式中，切向挖掘阻力到動臂下鉸點的力臂（米）；法向挖掘阻力到動臂下鉸點的力臂（米）；動臂油缸作用力到動臂下鉸點的力臂（米）；工作裝置各個部分對動臂下鉸點的力矩和。取鏟斗和斗桿為隔離體，求得斗桿與動臂鉸點處的作用力。再取動臂為隔離體，求得動臂下鉸點的作用力。按以上作用力分析，作動臂內(nèi)力圖，包括軸力N，動臂平面內(nèi)的剪力和彎矩如圖3-6。取動臂彎曲處進(jìn)行強度校核，斷面如圖3-7：斷面面積為： 斷面轉(zhuǎn)動慣量： 取動臂安