挖掘機(jī)反鏟設(shè)計(jì)說明書例

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 II\o"CurrentDocument"第1章 工作裝置設(shè)計(jì)原則 -1 -\o"CurrentDocument"第2章 反鏟工作裝置總體方案的選擇 -2 -\o"CurrentDocument"2.1總體方案的選擇 -2 -\o"CurrentDocument"2.2反鏟工作裝置自身幾何參數(shù) -2 -\o"CurrentDocument"第3章 斗形參數(shù)的選擇 -6 -\o"CurrentDocument"第4章 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇 -7 -\o"CurrentDocument"5.1設(shè)計(jì)的主要要求 -7 -\o"CurrentDocument"5.2動(dòng)臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟 -7 -\o"CurrentDocument"第5章 斗桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇 -11 -\o"CurrentDocument"5.1設(shè)計(jì)的主要要求 -11 -\o"CurrentDocument"5.2總體方案的選擇 -11 -\o"CurrentDocument"第6章 鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇 -13 -\o"CurrentDocument"7.1設(shè)計(jì)的主要要求 -13 -\o"CurrentDocument"7.2鏟斗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟 -13 -\o"CurrentDocument"第7章 動(dòng)臂液壓缸作用力及閉鎖力的確定 -16 -\o"CurrentDocument"7.1動(dòng)臂液壓缸的作用力 -16 -\o"CurrentDocument"7.2動(dòng)臂液壓缸的閉鎖力 -20 -\o"CurrentDocument"第8章 工作裝置運(yùn)動(dòng)分析及包絡(luò)圖的繪制 -27 -\o"CurrentDocument"8.1動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析 -27 -\o"CurrentDocument"8.2斗桿運(yùn)動(dòng)分析 -28 -\o"CurrentDocument"8.3鏟斗運(yùn)動(dòng)分析 -29 -\o"CurrentDocument"8.4斗齒間運(yùn)動(dòng)分析 -31 -\o"CurrentDocument"8.5包絡(luò)圖的繪制 -32 -參考文獻(xiàn) -34 -總結(jié) -35 -附錄 -36 -摘要挖掘機(jī)械是工程機(jī)械的一種類型，是土石方開挖的主要機(jī)械設(shè)備，單斗液壓挖掘機(jī)是一種采用液壓傳動(dòng)并以鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械，液壓挖掘機(jī)的工作裝置常用的有反鏟，正鏟，裝載，抓斗和起重裝置。本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)24t履帶式單斗液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置。主要對(duì)工作裝置機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)液壓缸閉鎖力進(jìn)行驗(yàn)算，并采用合適的方法調(diào)整使其達(dá)到要求;對(duì)動(dòng)臂，斗桿進(jìn)行強(qiáng)度校核，使其滿足要求。在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意工作裝置設(shè)計(jì)原則，在各部件滿足要求的條件下實(shí)現(xiàn)10014mm，最大挖掘深度，10180mm最大挖掘半徑，7035mm最大卸載高度，實(shí)現(xiàn)挖掘的功能。關(guān)鍵字： 反鏟工作裝置，設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核，功能第1章工作裝置設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)合理工作裝置應(yīng)滿足以下要求：主要工作尺寸及工作范圍滿足使用要求。在設(shè)計(jì)反鏟裝置時(shí)要考慮與同類型機(jī)器相比的先進(jìn)性，考慮國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并注意到運(yùn)動(dòng)參數(shù)受機(jī)構(gòu)碰撞限制等的可能性。整機(jī)挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)滿足使用要求，并且有一定的先進(jìn)性。功率利用盡可能好，理論工作循環(huán)時(shí)間盡可能短。定鉸點(diǎn)布置結(jié)構(gòu)形式和截面尺寸形狀是盡可能使受力狀態(tài)有利，在保證強(qiáng)度，剛度和連結(jié)剛性的條件下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時(shí)應(yīng)考慮工作裝置的通用性，采用變鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)或配套機(jī)構(gòu)時(shí)，要注意分清主次。要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(jiǎn)單，換裝方便。運(yùn)輸或停放時(shí)，工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運(yùn)輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性好，保證安全可靠，并盡可能使液壓缸卸載或減載。工作裝置液壓缸應(yīng)考慮三化：采用系列參數(shù)，盡可能減少液壓缸零件種類，尤其是易損件。工作裝置結(jié)構(gòu)形式和布置要便于裝卸和維修，尤其應(yīng)便于易損件的更換。要采取合理措施來滿足特殊使用要求。第2章反鏟工作裝置總體方案的選擇反鏟工作裝置總體方案的選擇主要依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作裝置是是專用的。2.1總體方案的選擇1、 動(dòng)臂及動(dòng)臂缸的布置確定用組合式或整體式動(dòng)臂，以及組合式動(dòng)臂的組合方式，整體式動(dòng)臂的形狀，確定液壓缸的布置為懸掛式或?yàn)橄轮檬健?、 斗桿和斗桿的布置。確定整體式或組合式斗桿，以及組合式動(dòng)臂的組合方式或整體式斗桿是否采用變節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)。3、確定動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比，特性參數(shù)K1 /4、 確定鏟斗的種類、斗容量及主要參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比是否需要調(diào)節(jié)。5、 根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力、工廠制造條件和三化的要求等確定各液壓缸的缸數(shù)、缸徑、全伸長(zhǎng)與全縮長(zhǎng)之比久。2.2反鏟工作裝置自身幾何參數(shù)圖2-1反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計(jì)算簡(jiǎn)圖

表2.1反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)參數(shù)分類機(jī)構(gòu)參數(shù)組成鏟斗斗桿動(dòng)臂機(jī)體符號(hào)意義原始參數(shù)L3=QV，L2=MHL13=MN，L14=HNL24=QK，L25=KVL=KH2L2=FQ，L9=CDLio=FG，Lii=EGLi5=GN，Li6=FNL疽NGL1=CF，L6=CDL7=CB，L8=DFL22=bf.L4=CP，l5=CAL17=CI，L19=CTL30=CS，L38=JTL39=ji推導(dǎo)參數(shù)a=ZNMH,9aio=ZKQVa4=ZEFG，a5=ZGNFa6=ZGFNa=ZNQF7a=ZNFQ8a2=ZBCFa3=ZDFCa「/capa12=ZTCP特性參數(shù)K「L24/L3， L3K5=L2/L9, L2K3=L42/L4i，Lia=ZCEF1a=L7/L5aiiK1=L1/L2備注L2為斗桿長(zhǎng)L1為動(dòng)臂長(zhǎng)a1為動(dòng)臂轉(zhuǎn)角下置式a廣/ACV表2.2反鏟工作液壓缸運(yùn)動(dòng)參數(shù)液壓缸種類參數(shù)意義瞬時(shí)長(zhǎng)度全縮長(zhǎng)度全伸長(zhǎng)度特性參數(shù)瞬時(shí)力臂全縮力臂全伸力動(dòng)臂液壓缸L1/E1L1/E10Li/Eiz"^ima^^imin斗桿液壓缸L2/E2L"L2"E2z" ^2ma^^2min鏟斗液壓缸L3/E3L」E30L3max/E3z"^3ma^^3min動(dòng)臂和擺角的計(jì)算方法圖3-2動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖F圖圖3-2動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖F圖3-3斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖2、動(dòng)臂的擺角范圍氣啞和各點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)根據(jù)余弦定理當(dāng)L=L.和L時(shí)得（3-1）（3-2）。]min=ZAC^=arcos（I普-揣）（3-1）（3-2）759 =ZACB=arcos（q+Mmax）1maX 3 227[5動(dòng)臂擺角范圍%max=91max—91min，和動(dòng)臂計(jì)算方法一樣，求出斗桿的擺角范圍:（3-3）^max'"ax「"in

（3-3）圖3-4F點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算簡(jiǎn)圖a=ABCU=0—a=arcos（弓+與-彳）圖3-4F點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算簡(jiǎn)圖TOC\o"1-5"\h\z20 1 11 21孔ai=ZUCF=a—aF點(diǎn)的X坐標(biāo)方程：X=l+1cosa=X+1cosaF30 1 21o1 21F點(diǎn)的Y坐標(biāo)方程：Y=Y+1sinaFc1 1（3-4）（3-5）（3-6）（3-4）（3-5）（3-6）（3-7）此次設(shè)計(jì)采用下置式雙動(dòng)臂缸，用整體式彎動(dòng)臂，整體式直斗桿。第3章斗形參數(shù)的選擇鏟斗的主要參數(shù)有四個(gè)，分別是標(biāo)準(zhǔn)斗容量q、平均斗寬B、轉(zhuǎn)斗挖掘半徑R和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿角2@。四者的關(guān)系：(4-1)二1R2B(2^-sin2^)K(4-1)2 s式中q一標(biāo)準(zhǔn)斗容量，q=1.1m3；B一平均斗寬，由表3.1差值計(jì)算B=0.75m（參考文獻(xiàn)1P61）；R一轉(zhuǎn)斗挖掘半徑；"一土壤松散系數(shù)，取近似值為1.25（參考文獻(xiàn)1P14）；2甲一挖掘裝滿角，全面考慮有關(guān)因素，可以取2甲=90o?100o,取2中二100o。R8計(jì)算直q=0.Em，反鏟斗主步數(shù)特性計(jì)算袤續(xù)表0.850.90.S5J1.051.11.2.說116.238332.685113.557512.460111.4'57272.：70109.1565。2.100107.35洶1.956105.455471.825102.054541.6072。叭E.K107.9尊5331C5.755032.373103.654422.192101.653672.02999.C953C31.38793.1552751.76791.9451751.555表3.1反鏟斗平均斗寬統(tǒng)計(jì)值和推薦范圍（中國(guó)）將以上各值代入上式，計(jì)算得R=1625mm。鏟斗的特性參數(shù)K2=l24=KQ=0.3?0.38，太大將影響傳動(dòng)性，太小將影響剛度，3當(dāng)鏟斗轉(zhuǎn)角較大時(shí)取k2較小值。取k2=0.35KQ=0.35X1625=553mm一般取a=ZKQV=95?！?15。，取a=110°10 10第4章動(dòng)臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇反鏟工作裝置是幾組連桿機(jī)構(gòu)的組合。在發(fā)動(dòng)機(jī)功率、機(jī)重和斗容量等主參數(shù)以及工作裝置結(jié)構(gòu)形式既定的情況下，連桿機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)位置和油缸參數(shù)選擇是否得當(dāng)，會(huì)對(duì)挖掘性能和生產(chǎn)率帶來很大影響，下面就動(dòng)臂、斗桿、鏟斗三大機(jī)構(gòu)進(jìn)行討論。5.1設(shè)計(jì)的主要要求1、 滿足作業(yè)尺寸和挖掘范圍(幾何尺寸)2、 滿足提升力和閉鎖要求(性能)3、 結(jié)構(gòu)布置及結(jié)構(gòu)型式要合理緊湊，無干涉，無功率浪費(fèi)。5.2動(dòng)臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟1、動(dòng)臂下鉸點(diǎn)C位置的確定表4.1機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表機(jī)體尺寸系數(shù)名稱推薦值范圍轉(zhuǎn)臺(tái)底部離地高0.400.37-0.42臂鉸離回轉(zhuǎn)中心0.150.1-0.2臂鉸離地高度0.630.6-0.7臂鉸與液壓缸臂距0.300.25-0.32關(guān)于尺寸參數(shù)可按下式近似求的：L=%VG(m) (5-1)由于機(jī)重G=6.5t，查表5.1可求出：l元CA=0.25x3-24=721mmXC=0.15x324=433mmYC=0.63x324=1817mm2、氣1的確定原則：基本用于反鏟的小型機(jī)氣1>60°，甚至氣1>80°；以反鏟為主的通用機(jī)氣1>50°；1m3左右的正反鏟通用機(jī)取氣1w45°；以正鏟或裝載為主的通用機(jī)取氣1w40°-45°。由于本設(shè)計(jì)考慮為以反鏟為主的通用挖掘機(jī)，取a［廣60。3、動(dòng)臂缸下鉸點(diǎn)A位置的確定圖4-1動(dòng)臂鉸點(diǎn)與液壓缸鉸點(diǎn)簡(jiǎn)圖所以X=280+1cosa=794Y=1817-1sina=11924、初步確定動(dòng)臂長(zhǎng)度原始參數(shù)給定最大挖掘半徑為^1=10180mm13=R=10180mm動(dòng)臂和斗桿的夾角最大角即/ZFQ^=160?！?80。取^ZFQ =160。max圖5-2最大挖掘半徑計(jì)算簡(jiǎn)圖最大挖掘半徑R=l+" +X3*1 2 12 maxc(5-2)選動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比匕=l1/12=1.8求出匕=3064mm〈=k,2=5515mm5、 動(dòng)臂缸的伸縮臂人］的確定人1=L1max/%min=1.6?1.7 考慮到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素，取入1=1.66、 初選上下動(dòng)臂長(zhǎng)度之比K3

K3=ZF/ZC=1.1?1.3，取K3=1.3動(dòng)臂彎角偵*CZF=120。—140。，取a]=140。圖5-3動(dòng)臂結(jié)構(gòu)間圖有三角形余弦公式可求出：ZC=2666，ZF=37327、有最大挖掘深度和最大卸載高度確定動(dòng)臂最大仰角9 和最大俯角91max 1min由原始參數(shù)可知：最大卸載高度H3max=7035mm最大挖掘深度H =6920mm1max圖4-4 最大卸載高度時(shí)工裝簡(jiǎn)圖由圖5.4得最大卸載高度的表達(dá)式為：H=Y+1sina+1sin(9 —a—a)3max A5 11 11max11 2 (5-3)+1sin(a +9 -a-a-a-180。)-1得出：91 =159。

由圖5.5得最大卸載高度的表達(dá)式為:(5-4)H=lsin(a—0 +a)+1+1—Y—lsina(5-4)1max1 111min2 2 3A5 11得出:0].=得出:0].=46°圖5-5最大挖掘深度時(shí)工裝簡(jiǎn)圖8、確定動(dòng)臂缸全伸長(zhǎng)度L8、確定動(dòng)臂缸全伸長(zhǎng)度L 和全縮長(zhǎng)度L及CB=/的長(zhǎng)度1max 1min 7由公式cos01 =。2f)2(5-5)cos01mincos01min2bp(5-6)求得求得b=1.183p=0.479該結(jié)果符合b該結(jié)果符合b+p＞人b—pJ1故動(dòng)臂機(jī)構(gòu)成立。%.=15/p=721/0.479=1505L=..七=1505x1.6=240817=bL]■=1.183x2408=2849第5章斗桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇選用整體式直斗桿，斗桿油缸布置在動(dòng)臂上方，采用單缸方式，活塞桿與E點(diǎn)鉸接，斗桿缸另一端與動(dòng)臂鉸接與D點(diǎn)。5.1設(shè)計(jì)的主要要求1、 保證足夠的斗齒挖掘力和閉鎖力2、 保證斗桿的擺角范圍＜DFE最大=105°-125°A、 滿足挖高，一般使＜CFQ約=160°-180°B、 斗桿缸全伸，轉(zhuǎn)斗缸全伸時(shí)，斗齒與動(dòng)臂之間距離＞10cm，以防碰撞5.2總體方案的選擇1、確定斗桿后部長(zhǎng)度e=l=P (l+1)/P (6-1)9Gmax2 3 2由表6.1取%maxT0°KN初選斗桿缸缸徑D=180mm液壓系統(tǒng)工作壓力是32.3Mpa，假定液壓泵到液壓缸的壓力損失是500Kpa，液壓缸回油背壓是1000Kpa。P2=3.14D2+4x(32.3-1-0.5)=822將其代入上式得出：1=1372mm92、預(yù)選斗桿缸伸縮比人2=1.6?1.7 取入2=1.6斗桿的擺角范圍中2啞=105。?125。取中2max=120。3、 根據(jù)幾何關(guān)系確定L2max和L2min設(shè)e廣&全縮和全伸時(shí)斗桿缸作用力對(duì)F點(diǎn)的力臂，則有：S=L—L=L (九一1)=21sin%max (6-2)22max2min2min2 9 22lsin'2max貝UL =— 2—— L=XL2min X—1 2max22min2得出：L=3306mm L=4987mm4、求DF(18)D為斗桿缸與動(dòng)臂之鉸點(diǎn)+Ql=L+12一2L lcos( 2mx) (6-3)8 \2min92min9 2求得：18=33005、由幾何位置確定＜EFQ=130°-170°。斗桿上ZEFQ取決于結(jié)構(gòu)因素，并考慮到工作范圍，取ZEFQ=150第6章鏟斗機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇本次設(shè)計(jì)選取六連桿鏟斗機(jī)構(gòu)，布置在斗桿上方，鏟斗油缸布置斗桿上方并與搖桿和連桿共點(diǎn)鉸接，鏟斗與斗桿和連桿鉸接與Q和K點(diǎn)，如圖（6-1）所示。7.1設(shè)計(jì)的主要要求1、 必要的轉(zhuǎn)角范圍必要的開挖角（水平面以上0°-30°）必要的挖掘轉(zhuǎn)角（90°-110°）必要的挖掘裝滿轉(zhuǎn)角（鏟斗的總轉(zhuǎn)角93max=160°-180°）2、 符合載荷變化情況開挖角范圍內(nèi)及29處大于等于平均挖掘阻力max25°-35。之間大于等于最大挖掘阻力29之后可不考慮，只要挖掘力大于零就行max3、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無干涉（保證鏟斗缸在伸縮過程中，鏟斗與個(gè)連桿機(jī)構(gòu)之間無干涉，避免轉(zhuǎn)斗缸全伸時(shí)斗齒尖碰撞斗桿下緣的現(xiàn)象）7.2鏟斗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟圖7-1連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在鏟斗主要參數(shù)已知的情況下：l=QV=1625mm l=kl=0.35x1625=569mm l=FQ=3064mm3 24 23 2a=〈KQV=95。?115。 取a=110。-13-1、初選k2=QQ=0.3-0.38 取k2=0.352、 初選MN牝KQ=569mm共點(diǎn)時(shí)MK就MNNQ牝(0.7~0.8)MN此次設(shè)計(jì)采用共點(diǎn)時(shí)，MN=MK=KQ=569mmNQ=0.75MN=427mm3、初選鏟斗缸伸縮比氣=1.45-1.65 取入3=1.64、 作圖確定七啞和L3min當(dāng)轉(zhuǎn)斗處于兩個(gè)極限位置時(shí)，作圖求出MM1如圖7-2圖7-2由于L3-L3.<MM],查資料在油缸行程系列中取1300mm，即：L3max-L3min="^m.n一^m.n=13°°心求得：L3.=2200m L3 =3520mm5、鏟斗油缸的選取由挖掘要求取鏟斗最大挖掘力嗎啞=148KN轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)最大理論挖掘力應(yīng)與轉(zhuǎn)斗最大挖掘阻力相適應(yīng)，常布置在中max處。最大挖掘力則大致出現(xiàn)在20°-35。處，此次設(shè)計(jì)取30°，作圖測(cè)得：[=451.2r=449.3r=452.5因此P=頃W =533KNrr1max初取鏟斗油缸缸經(jīng)D=150mm,F3=罕x32.3x10-3KN=570KN由F3>［，可知所選油缸缸徑合適。第7章動(dòng)臂液壓缸作用力及閉鎖力的確定根據(jù)主動(dòng)舉升工況和閉鎖工況有求，計(jì)算動(dòng)臂液壓缸所能實(shí)現(xiàn)的舉升力和閉鎖力根據(jù)相應(yīng)的液壓件手冊(cè)選取合適的液壓缸。7.1動(dòng)臂液壓缸的作用力動(dòng)臂液壓缸應(yīng)保證反鏟作業(yè)過程中在任何位置上都能提起帶有滿載鏟斗的工作裝置到達(dá)最高和最遠(yuǎn)的位置。斗內(nèi)土重氣=(1.6?1.8〉取G廣1.6q=1.76t表7.1國(guó)內(nèi)幾種反鏟裝置的構(gòu)件近似質(zhì)量表序號(hào)斗容量3)質(zhì)量(t)動(dòng)臂(G1)斗桿(G2)鏟斗(G3)斗桿缸(G4)鏟斗缸(G5)連桿搖桿(G6)動(dòng)臂缸(G7)機(jī)重(G)40.150.2230.1790.0850.0550.0510.0170.055560.40.5980.2880.30.110.090.0590.1211.6由于此次設(shè)計(jì)的斗容量是q=1.1m3，采用插值法確定各構(gòu)件的重量，如下表表7.2工作裝置各構(gòu)件質(zhì)量表動(dòng)臂(G1)斗桿(G2)鏟斗(G3)斗桿缸(G4)鏟斗缸(G5)連桿搖桿(G6)動(dòng)臂缸(G7)機(jī)重(G)1.6480.5930.9020.2640.1990.1770.30224考察動(dòng)臂油缸的舉升力和閉鎖力，從以下三種工況來計(jì)算：1、 工況一：從最大挖掘深度處提起滿載斗時(shí)所需要的動(dòng)臂缸舉升力％］，圖上所有重心位置及到C點(diǎn)的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測(cè)得的，與實(shí)際的存在誤差，只能對(duì)動(dòng)臂缸的作用力作估計(jì)計(jì)算。如圖7.1各構(gòu)件到動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂值見表7.4

表7.3各作用力的近似力臂值表（mm）土動(dòng)臂斗桿鏟斗斗桿缸鏟斗缸連桿搖桿動(dòng)臂缸力臂rtr1r2了3r4了5r6re13372.22363.04727.23927.33218.14857.04757.91151.9680圖7-1動(dòng)臂液壓缸作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖（工況一）對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C點(diǎn)取矩有：M=0即：Pe-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr=011尤11 22 33 44 55 66 77tt求得：P=263KN112、工況二：從最大挖掘半徑處提起滿載斗時(shí)所需要的動(dòng)臂缸舉升力P12,圖上所有重心位置及到C點(diǎn)的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測(cè)得的，與實(shí)際的存在誤差，只能對(duì)動(dòng)臂缸的作用力作估計(jì)計(jì)算。如圖7.2各構(gòu)件到動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂值見表7.4

表7.4各作用力的近似力臂值表（mm）土動(dòng)臂斗桿鏟斗斗桿缸鏟斗缸連桿搖桿動(dòng)臂缸力臂rtr1「2井3r4井5,6re18416.62709.34960.08814.54024.97725.39012.01170.1737.7對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C點(diǎn)取矩有：M=0即：Pe-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr=0F11 11 2233 44 55 66 77tt求得：P12=360KN3、工況三：從最大卸載高度處提起滿載斗時(shí)所需要的動(dòng)臂缸舉升力P13,圖上所有重心位置及到C點(diǎn)的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測(cè)得的，與實(shí)際的存在誤差，只能對(duì)動(dòng)臂缸的作用力作估計(jì)計(jì)算。如圖7.3各構(gòu)件到動(dòng)臂鉸點(diǎn)的力臂值見表7.5

表7.5各作用力的近似力臂值表（mm）土動(dòng)臂斗桿鏟斗斗桿缸鏟斗缸連桿搖桿動(dòng)臂缸力臂rtr1r2r3r4r5r6r7e17189.21372.84413.97189.22141.35619.56912.2640.7503.9圖7-3動(dòng)臂液壓缸作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖（工況三）對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C點(diǎn)取矩有：M=0即：Pe-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr-Gr=0F11 11 22 33 44 55 66 77tt求得：P13=63KN綜上所述，動(dòng)臂缸最大舉升力pmax=376KN7.2動(dòng)臂液壓缸的閉鎖力確定合理的液壓缸閉鎖能力是保證挖掘力得到充分發(fā)揮的基本條件之一。選擇適當(dāng)?shù)膭?dòng)臂液壓缸閉鎖壓力既能起到保護(hù)元件的目的又能保證主動(dòng)油缸發(fā)揮最大挖掘力使正常作業(yè)順利進(jìn)行。過大的閉鎖壓力不但起不到保護(hù)液壓系統(tǒng)及其元件的作用，而且會(huì)對(duì)系統(tǒng)提出過高的要求，這樣既不經(jīng)濟(jì)，也無必要，還可能損壞元件。合理的閉鎖壓力是保證在主要挖掘范圍內(nèi)使主動(dòng)液壓缸能發(fā)揮出最大挖掘力的同時(shí)還能起到保護(hù)元件的作用。常選定以下三個(gè)工況進(jìn)行閉鎖力分析：動(dòng)臂最低，斗桿鉛垂，轉(zhuǎn)斗挖掘，其作用力臂最大；動(dòng)臂最低，F(xiàn)、Q、V三點(diǎn)一線，斗桿挖掘且作用力臂最大；動(dòng)臂最低，挖掘深度最大，F(xiàn)、Q、V三點(diǎn)一線，鏟斗挖掘，克服平均阻力。工況一：鏟斗液壓缸產(chǎn)生的挖掘力最大，挖掘阻力對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C，斗桿鉸點(diǎn)F所造成的力矩均接近最大值，而動(dòng)臂液壓缸的力臂值為最小，如圖7-5所示。表7.6各作用力的近似力臂值表（mm）（工況一）'3'5r6r7井8r10r11r13r14r16勺e24991993374130174743644899280575164648667851注：rwr轉(zhuǎn)斗液壓缸w1可通過對(duì)Q點(diǎn)的力矩平衡方程，取鏟斗機(jī)構(gòu)為分離體SMq=0求得:W=^4-也=196KNi rA 13從可能出現(xiàn)的最不利情況出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其值取w=0.2W1=39.2KN各力對(duì)F點(diǎn)取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動(dòng)作用力p'，SMf=0,對(duì)連桿機(jī)構(gòu)和鏟斗機(jī)構(gòu)

圖7-5圖7-5液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖（工況一）八wr+wr+Gr-GrP'=I 2-8 3-5 2-6=1024KN （7-1）2將表（7-6）帶入式（7-1）得出此時(shí)油缸大腔閉鎖有被動(dòng)縮回的趨勢(shì)而此時(shí)P=^D2，在此工況下閉鎖力不足，斗桿缸會(huì)出現(xiàn)被動(dòng)回縮現(xiàn)象，為了防止液壓缸回縮，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力，超出的百分比為：P-P—P-P—□ 2 2P21024-822822X100%=24.6% ‘同樣對(duì)動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn)C取矩，求得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力「，（7-2）Gr+Gr+Gr—wr—wrP'=―340 241 1-43 W6 ^4（7-2）1 e1=—1507KN此時(shí)動(dòng)臂油缸小腔受壓有被動(dòng)拉長(zhǎng)的趨勢(shì)而此時(shí)p=n（D4—d2），在此工況下閉鎖力足夠，動(dòng)臂缸不會(huì)出現(xiàn)伸長(zhǎng)現(xiàn)象，為防止其伸長(zhǎng)，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于其工作壓力，超出的百分比為：

P-PP-P—1 1小P1小1507-13001300=15.9%工況二：這種情況下斗桿液壓缸產(chǎn)生最大挖掘力，挖掘阻力對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C的力矩接近最大值，而動(dòng)臂液壓缸的力臂為最小。表7.7各作用力的近似力臂值表（mm）（工況二）井3井5丫6r7丫8r10r11r13r14r16e1e2500711534645036074717280547615330667888注：rwr各點(diǎn)對(duì)F點(diǎn)取矩，此時(shí)斗桿液壓缸所受的主動(dòng)作用力P=822KN，以斗桿機(jī)構(gòu)鏟斗2機(jī)構(gòu)為分離件￡Mf=0得式（7-3）□—2 28e2八wr+wr+Gr一Gr□—2 28e2（7-3）P'=I 2-8 3-5 2-6=822KN（7-3）2求得*=172KN圖7-6圖7-6液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖（工況二）此時(shí)斗桿油缸主動(dòng)挖掘，鏟斗油缸和動(dòng)臂油缸閉鎖，從可能出現(xiàn)的最不利情況出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其值取W=0.2W1=34.4KN以鏟斗油缸為分離件，￡Mn=oEM^=0聯(lián)合求解得，轉(zhuǎn)斗液壓缸W1可通過對(duì)Q點(diǎn)的力矩平衡方程求得：W=孕3-也=172KN （7-4）i Y3 13求得P=490KN3在此工況下鏟斗缸大腔閉鎖力富裕，超出的百分比為：P3—P3=490—570X100%=-14.1%P5703比值為負(fù)說明能夠提供足夠的閉鎖力同樣對(duì)動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn)?取矩，以整個(gè)工作裝置為分離體，EMc=0，求 '得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力P］，Gr+Gr+Gr-wr-wrP'=—340 241 1-43 1-46 14=-1330KN1 e1在此工況下動(dòng)臂缸會(huì)出現(xiàn)伸長(zhǎng)現(xiàn)象，為防止其伸長(zhǎng)，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于其工作壓力，超出的百分比為：P-PP-P—1 1-小P1小1330-13001300=2.3%工況三：如圖（7-7）所示，在這種挖掘狀態(tài)下，挖掘阻力對(duì)動(dòng)臂鉸點(diǎn)C必將造成最大的挖掘阻力矩，它會(huì)要求液壓缸缸徑增大，或閉鎖壓力過分增高，這種過分的要求往往被認(rèn)為是不合理的。因此在這種情況下挖掘時(shí)只要求能克服平均挖掘阻力表7.8各作用力的近似力臂值表（mm）（工況三）r1r2,3,5r6井7井8r10r11r13r14r16e1e24014415003273564645048904922280545648210667851圖7-7液壓缸閉鎖壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖(工況三)最大挖掘阻力：W =c[r(1一cos中m)1.35BAZX+D (9-3)式中 C—土壤硬質(zhì)系數(shù)。對(duì)于III級(jí)土宜取c=90?150，取C=90R一鏟斗與斗桿鉸點(diǎn)到斗齒齒距離，單位為cm，R=l3=86.5cm中ma廠挖掘過程中鏟斗總轉(zhuǎn)角的一半，中max=45。B一切削刃寬度影響系數(shù)，B=1+2.6b，b為鏟斗平均寬度，單位為mA一切削角變化影響，取A=1.3X一斗的側(cè)壁厚度影響系數(shù)，X=1+0.03s，s為側(cè)壁厚度單位為cm，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取X=1.15Z一帶有斗齒的系數(shù)，Z=0.75D一切削刃擠壓土壤的力，取D=13.5KN求得.W =90x〔625(-cos45。^35xG+2.6x0.75)x1.3x1.15x0.75+13500.=55.0kN鏟斗平均挖掘阻力W1=(70-80%, =38.5?44.0kN-24-取W=43KN1從可能出現(xiàn)的最不利情況出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其值取W=0.2嗎=8.6KN各點(diǎn)對(duì)F點(diǎn)取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動(dòng)作用力P；wr+wr+Gr-GrP'=I 2-8 3-5 2-6=699KN2 e2在此工況下閉鎖力富裕，超出的百分比為:699-822^^x100%=-14.9%822 ‘同樣對(duì)動(dòng)臂在平臺(tái)上的支撐點(diǎn)C取矩，求得動(dòng)臂液壓缸所受的被動(dòng)作用力「，八Gr+Gr+Gr-wr-wrP*=—340 241 1-43 1-46 14=—1452KN1 e1在此工況下動(dòng)臂缸小腔閉鎖力不足，會(huì)出現(xiàn)伸長(zhǎng)現(xiàn)象，為防止其伸長(zhǎng)，限壓閥的調(diào)1452-13001452-13001300=11.7%液壓缸種類液壓缸參數(shù)液壓缸閉鎖壓力（Mp）只數(shù)缸徑桿徑行程大腔推力第1工況第11工況第111工況mmKN閉鎖壓力超壓閉鎖壓力超壓閉鎖壓力超壓動(dòng)臂缸2180859032*822102415.9%13302.6%145211.7%斗桿缸1180851772822150724.6%——699-14.9%轉(zhuǎn)斗缸1150851300570——490-14.1%——1小表4.4液壓缸閉鎖力計(jì)算結(jié)果匯總表由上述過程得出的動(dòng)臂油缸閉鎖壓力是保證這些指定工況下主動(dòng)油缸能發(fā)揮最大挖掘力的最低限定壓力。實(shí)際分析計(jì)算中難以對(duì)所有的工況計(jì)算油缸應(yīng)產(chǎn)生的閉鎖壓力，事實(shí)上，對(duì)所有的工況都保證主動(dòng)油缸能充分發(fā)揮其最大挖掘力是不現(xiàn)實(shí)的，也是不可取的，因?yàn)?，某些工況下所需的閉鎖壓力可能會(huì)很大，如照此工況設(shè)定閉鎖壓力，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來更高甚至難以達(dá)到的要求，所以，比較合理的閉鎖壓力設(shè)定值應(yīng)如前面所述，能保證主要工況下在較大范圍內(nèi)主動(dòng)油缸的最大挖掘力能充分發(fā)揮就行了。為了統(tǒng)一閉鎖力壓力，將三組油缸的閉鎖壓力上調(diào)25%，即：動(dòng)臂小腔閉鎖力P'=1507KN1小斗桿大腔閉鎖力P2=11024KN鏟斗大腔閉鎖力P'=490KN3第8章工作裝置運(yùn)動(dòng)分析及包絡(luò)圖的繪制8.1動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)分析巾］是L1的函數(shù)。動(dòng)臂上任意一點(diǎn)在任一時(shí)刻也都是L1的函數(shù)。如圖10.1所示，圖中L1min：動(dòng)臂油缸的最短長(zhǎng)度；七?。簞?dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度；氣心：動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最小值；0imax:動(dòng)臂油缸兩鉸點(diǎn)分別與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)連線夾角的最大值；A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn)。L1min:動(dòng)臂油缸的最小長(zhǎng)度；L1max:動(dòng)臂油缸的伸出的最大長(zhǎng)度;A：動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)；B：動(dòng)臂油缸的上鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂的下鉸點(diǎn).圖8-1動(dòng)臂擺角范圍計(jì)算簡(jiǎn)圖則有：在三角形ABC中：L12=l頂+l；-2l7l5COS61幻=COS-1[(l72+l52-L12)/2xl7xl5] (10-1)在三角形BCF中：L22=i2+li2-2^COSa20xl7xl1匕匕 / Ji 匕/Jia20=COS」[(l72+l2-L222)/2xl7xll (10-2)匕/ Ji 匕匕 /Ji由圖3-3所示的幾何關(guān)系，可得到a21的表達(dá)式：。21=。20+。1"1 (10-3)當(dāng)F點(diǎn)在水平線CU之下時(shí)a21為負(fù)，否則為正。F點(diǎn)的坐標(biāo)為Xf=l30+l1XCOSa21Yf=l30+l1xSina21 (10-4)C點(diǎn)的坐標(biāo)為Xc=X^xCOS以11=yYC=YA+l5xSina11 (10-5)動(dòng)臂油缸的力臂e1e1=l5xSinZCAB (10-6)顯然動(dòng)臂油缸的最大作用力臂e=L，又令p=/./LQ=l/L。這時(shí)1max5 1min5 75L]=Sqr(l72-l52)=l5xSqr(32-1)01=cos-11/3 (10-7)8.2斗桿運(yùn)動(dòng)分析如下圖3-2所示，D點(diǎn)為斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)，E點(diǎn)為斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)。斗桿的位置參數(shù)是l2,這里只討論斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)，即只考慮l2的影響。D-斗桿油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)點(diǎn)；F-動(dòng)臂與斗桿的鉸點(diǎn)；e-斗桿油缸與斗桿的鉸點(diǎn)； e斗桿擺角.圖8-2斗桿機(jī)構(gòu)擺角計(jì)算簡(jiǎn)圖在三角形DEF中L2=l2+l3-2xCOS6,xlxl02 8 9 2 8 9%=COS-1(L2-l2-l2)/2xlxlJ (10-8)2 2 8 9 8 9由上圖的幾何關(guān)系知糙max=62maX-62min (10-9)則斗桿的作用力臂e2=l9SinZDEF (10-10)顯然斗桿的最大作用力臂%=L，此時(shí)o?=cos-1(i/ip,l=睥2122max9 2 98 2 ，898.3鏟斗運(yùn)動(dòng)分析鏟斗相對(duì)于XOY坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)是L1、L2、L3的函數(shù)，現(xiàn)討論鏟斗相對(duì)于斗桿的運(yùn)動(dòng)，如圖3-5所示，G點(diǎn)為鏟斗油缸與斗桿的鉸點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為斗桿與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)Q點(diǎn)為鏟斗與斗桿的鉸點(diǎn)，u點(diǎn)為鏟斗的斗齒尖點(diǎn)，K點(diǎn)為連桿與鏟斗的餃點(diǎn)，N點(diǎn)為曲柄與斗桿的鉸點(diǎn)，M點(diǎn)為鏟斗油缸與曲柄的鉸點(diǎn)，H點(diǎn)為曲柄與連桿的鉸點(diǎn)[1]。圖8-3鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算簡(jiǎn)圖1、鏟斗連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i利用圖10.3，可以知道求得以下的參數(shù)：在三角形HGN中a=ZHNG=COS-1[(l2+l2-L2)/2xlxL.]a=ZHGN=COS-1[(L2+I2-72)/2xLxLJ30 3 15 14 3 14Ja32=ZHNG=n-匕MNG-匕MGN=n-a22-a30 (10-11)在三角形HNQ中L2=I2+I2+2^COSaxlxl13 21 23 13 21匕NHQ=COS-1[(l孵2+12一12)/2xlxlJ (10-12)H L21 14 27 21 14J在三角形QHK中%廣匕QHK=COS-1[(l292+l272-L242)/2Xl29Xl27] (10-13)在四邊形KHQN中匕NHK=匕NHQ+ZQHK (10-14)鏟斗油缸對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r1r1=l13xSina32 (10-15)連桿HK對(duì)N點(diǎn)的作用力臂r2r2=l13xSinZNHK (10-16)而由r3=l24,r4=l3有3連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比i=(r1xr3)/(r2xr4) (10-17)顯然3-17式中可知，i是鏟斗油缸長(zhǎng)度L2的函數(shù)，用L2min代入可得初傳動(dòng)比i0,L2max代入可得終傳動(dòng)比iz。2、鏟斗相對(duì)于斗桿的擺角(p3鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為%=a7+a24+a26+a10 (10-18)其中，在三角形NFQ中a=ZNQF=COS-1[(L2+L2-72)/2xlxlJ (10-19)7 21 2 16 21 2a10暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。當(dāng)鏟斗油缸長(zhǎng)度L3分別取L3max和L3min時(shí)，可分別求得鏟斗的最大和最小轉(zhuǎn)角、和嘰n，于是得鏟斗的瞬間轉(zhuǎn)角：氣=狀3min (10-20)鏟斗的擺角范圍：也Ymafin (10-21)8.4斗齒間運(yùn)動(dòng)分析如圖3-4所示，斗齒尖V點(diǎn)的坐標(biāo)值X^和％,是L1、L2、L3的函數(shù)只要推導(dǎo)出Xy和％的函數(shù)表達(dá)式，那么整機(jī)作業(yè)范圍就可以確定，現(xiàn)推導(dǎo)如下：由F點(diǎn)知：a32=XCFQ=n-a3-a4~a6-02 (10-22)在三角形CDF中:ZDCF由后面的設(shè)計(jì)確定，在ZDCF確定后則有：12=12+12-2xCOSZDCFxlxL (10-23)TOC\o"1-5"\h\z8 6 1 1 612=12+12-2xCOSaXl,Xl。6 8 1 3 18a=COS-Kl2+12-12)/2xl〔xl。 (10-24)3 8 16 1 8在三角形DEF中L2=L2+l2-2xCOS07xlxl92 8 9 2 8圖8-4齒尖坐標(biāo)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖則可以得斗桿瞬間轉(zhuǎn)角e2%=COS-1[(l2+l2-L《)/2xLxlJ (10-25)\o"CurrentDocument"2 8 9 2 8 9a4、a6在設(shè)計(jì)中確定。由三角形CFN知：/=Sqr(72+12-2xCOSa，xLxl) (10-26)土16 1 32 16 1由三角形CFQ知：&=Sqr(72+12-2^COSaxLxl) (10-27)匕J 乙 J. 0乙乙J.由Q點(diǎn)知：a35=ZCQV=2na33~a24~a10 (10-28)在三角形CFQ中：l2=i2+i2-2^COSaxlxl_Z 匕J J JJ匕JJa,=COS-1[(L2+12-12)/2xlxlJ (10-29