反鏟液壓挖掘機(jī) 課件 第 3 章 反鏟工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)

反鏟液壓挖掘機(jī)太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2024年12月第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)3.1反鏟工作裝置構(gòu)造3.2反鏟工作裝置的幾何關(guān)系及運(yùn)動(dòng)分析3.3反鏟工作裝置設(shè)計(jì)第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)3.1反鏟工作裝置構(gòu)造反鏟工作裝置分為普通型和特殊型兩類。普通型是基本結(jié)構(gòu)型式，由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗及相應(yīng)的連桿機(jī)構(gòu)和油缸組成，特殊型是為滿足特定需要或擴(kuò)展功能的變化形式。根據(jù)工作需要，一臺(tái)液壓挖掘機(jī)有多種型式的可換工作裝置或附屬機(jī)具，為此，在普通反鏟工作裝置基礎(chǔ)上可進(jìn)行改裝或換裝，擴(kuò)大了反鏟液壓挖掘機(jī)的作用范圍。工作裝置是液壓挖掘機(jī)的標(biāo)志性零部件，它代表了挖掘機(jī)的功用，并反映了其主要作業(yè)性能。反鏟工作裝置包括動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、搖臂、連桿、相應(yīng)的液壓油缸等，類似于人體的大臂、小臂、關(guān)節(jié)、手掌與手指及上肢的各個(gè)部分。輪胎式普通反鏟履帶式普通反鏟普通反鏟工作裝置3.1.1反鏟工作裝置的整體結(jié)構(gòu)組成與工作原理第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)3.1.1反鏟工作裝置的整體結(jié)構(gòu)組成與工作原理

普通反鏟工作裝置

1—?jiǎng)颖塾透祝?—?jiǎng)颖郏?—斗桿油缸；4—斗桿；5—鏟斗油缸；6—搖臂；7—連桿；8—鏟斗;9—側(cè)齒；10—斗齒

懸掛式反鏟工作裝置

1—回轉(zhuǎn)體；2—?jiǎng)颖郏?—?jiǎng)颖塾透祝?—斗桿油缸；5—斗桿；6—鏟斗油缸；7—搖臂；8—連桿；9—鏟斗；10—斗齒；11—斗齒第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置主要零部件可以是整體式，也可以是組合式，需根據(jù)工作需要確定。工作裝置總成分別由動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸的鉸接處與回轉(zhuǎn)平臺(tái)連接，普通反鏟工作裝置一般為平面連桿機(jī)構(gòu)，具有3個(gè)自由度，其動(dòng)力學(xué)特性符合連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性。3.1.1反鏟工作裝置的整體結(jié)構(gòu)組成與工作原理第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)液壓挖掘機(jī)的基本動(dòng)作包括如下：行走：直駛、轉(zhuǎn)向、爬坡等，在挖掘作業(yè)時(shí)整機(jī)一般不動(dòng)?；剞D(zhuǎn)：全回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)為轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，半回轉(zhuǎn)的一般只是工作裝置的擺動(dòng)。挖掘：主要是工作裝置的配合動(dòng)作，包括鏟斗和斗桿的獨(dú)立或配合動(dòng)作，動(dòng)臂一般用于提升或下降工作裝置。反鏟液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程一般包括如下四個(gè)：挖掘、滿斗回轉(zhuǎn)并提臂至卸料位置、卸料、空斗返回并下降動(dòng)臂至新的挖掘位置。簡(jiǎn)述為：挖掘、滿斗回轉(zhuǎn)、卸料及空斗返回四個(gè)基本動(dòng)作。每個(gè)基本動(dòng)作中都可能包括復(fù)合動(dòng)作。3.1.1反鏟工作裝置的整體結(jié)構(gòu)組成與工作原理第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各部件的連接與潤(rùn)滑工作裝置各部件之間用銷軸及襯套連接，在有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)合面一般采用油脂潤(rùn)滑。3.1.1反鏟工作裝置的整體結(jié)構(gòu)組成與工作原理動(dòng)臂、斗桿及鏟斗主體一般采用高強(qiáng)度合金鋼板焊接而成，其內(nèi)部關(guān)鍵部位需增加加強(qiáng)筋，尤其是鉸支座部位；此外，一般在鏟斗斗底及側(cè)壁加厚或采取保護(hù)措施以提高其強(qiáng)度和耐磨性。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)整體式彎動(dòng)臂是反鏟液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂的一般形式，呈左右對(duì)稱、向下彎曲的封閉箱形焊接結(jié)構(gòu)形式。前后兩端為鑄鋼件或板材，而中間部分用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼板，動(dòng)臂整體為焊接而成。采用向下彎曲的形式主要是為了達(dá)到較大的挖掘深度。通常動(dòng)臂與機(jī)身的鉸接處略寬，其主要目的是改善該處的受力狀況，中間部分兩腹板平行。直動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在對(duì)挖掘深度要求不高并兼顧挖掘高度的小型挖掘機(jī)或挖掘裝載機(jī)上采用。反鏟動(dòng)臂結(jié)構(gòu)形式整體式彎動(dòng)臂整體式直動(dòng)臂組合式動(dòng)臂3.1.2反鏟動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)型式第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)3.1.3動(dòng)臂液壓缸的布置中大型反鏟液壓挖掘機(jī)的動(dòng)臂油缸一般為雙缸，左右對(duì)稱布置于轉(zhuǎn)臺(tái)前端動(dòng)臂下方，小型或微型挖掘機(jī)，一般為單缸，置于動(dòng)臂下方或上方。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)按動(dòng)臂油缸相對(duì)于動(dòng)臂的位置關(guān)系下置式懸掛式下置式在工作裝置提升過程中動(dòng)臂油缸大腔進(jìn)油，可獲得較大的提升力矩，但由于提升過程中動(dòng)臂油缸受壓，存在細(xì)長(zhǎng)桿受壓穩(wěn)定性問題，因此，一般采用左右對(duì)稱的雙缸布置，中大型挖掘機(jī)常采用這種布置形式。懸掛式在工作裝置提升過程中動(dòng)臂油缸小腔進(jìn)油，可獲得較快的提升速度，這避免了提升過程中動(dòng)臂油缸受壓穩(wěn)定性問題，但由于提升力矩會(huì)受到影響，因此，一般在小型機(jī)上采用。3.1.3動(dòng)臂液壓缸的布置第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)3.1.4反鏟斗桿的結(jié)構(gòu)形式

反鏟液壓挖掘機(jī)斗桿一般為左右對(duì)稱、寬度相等、直的封閉箱形焊接結(jié)構(gòu)件，其上有與動(dòng)臂、斗桿油缸、鏟斗及鏟斗油缸、搖臂的鉸接孔。采用直的形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)也可達(dá)到較大的挖掘范圍。

為了達(dá)到不同的作業(yè)要求，同一臺(tái)機(jī)器一般要配備不同長(zhǎng)度的斗桿。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂與斗桿鉸接，在寬度方向上動(dòng)臂在與斗桿連接處開叉，將斗桿夾在中間，這對(duì)于需要更換斗桿的場(chǎng)合具有一定的便利，但也有斗桿夾動(dòng)臂的連接方式。3.1.5動(dòng)臂與斗桿的連接方式第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)輔助油缸的組合式動(dòng)臂螺栓連接的組合式動(dòng)臂

拐臂式組合動(dòng)臂伸縮式動(dòng)臂伸縮式斗桿組合式動(dòng)臂、斗桿及其聯(lián)接方式第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)組合式動(dòng)臂、斗桿及其聯(lián)接方式示例第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)a)鏟斗油缸直接與鏟斗連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍受到限制；b)六連桿共點(diǎn)機(jī)構(gòu)，鏟斗轉(zhuǎn)角范圍較大，可獲得較大的傳動(dòng)比；c)六連桿非共點(diǎn)機(jī)構(gòu)，可獲得較大的傳動(dòng)比，但鏟斗的開挖角受到限制；d)六連桿非共點(diǎn)機(jī)構(gòu)，鏟斗可獲得較大的轉(zhuǎn)角范圍，但傳動(dòng)比較小。1-鏟斗油缸;2-斗桿;3-搖臂;4-連桿;5-鏟斗3鉸點(diǎn)連桿的鏟斗機(jī)構(gòu)3.1.6反鏟鏟斗連桿機(jī)構(gòu)反鏟鏟斗連桿機(jī)構(gòu)由鏟斗、連桿、搖臂、鏟斗油缸及斗桿組成。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)3.1.7反鏟鏟斗的結(jié)構(gòu)型式1—側(cè)壁；2—側(cè)刃；3—側(cè)齒；4—齒座；5—斗齒；6—前刃；7—斗底；8—與斗桿鉸接支座；9—橫梁；10—耳板；11—與連桿鉸接支座反鏟液壓挖掘機(jī)一般會(huì)根據(jù)物料情況和工作需要配置不同的鏟斗，如通用鏟斗、重型鏟斗；巖石或重負(fù)荷鏟斗等，此外還有用于特殊場(chǎng)合的專用鏟斗如成形鏟斗、篩分鏟斗等。通用鏟斗重負(fù)荷鏟斗篩分鏟斗強(qiáng)制卸土鏟斗第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)斗齒及齒座斗齒和齒座需要采用高強(qiáng)度耐磨材料，齒座焊接與斗刃上，斗齒用螺栓或橡膠卡銷連接于齒座上，便于更換。斗齒與齒座用斗齒銷和卡簧連接。

鏟斗應(yīng)滿足下列要求：

1．切削阻力??；

2．易充滿和卸料；

3．強(qiáng)度、剛度好、壽命長(zhǎng)。

螺栓連接橡膠卡銷連接1—卡銷；2—橡膠卡銷；3—齒座；4—斗齒第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)快速連接裝置便于擴(kuò)大挖掘機(jī)的功能、提高其靈活性和更換效率。3.1.8附屬作業(yè)裝置與快速更換裝置第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)根據(jù)工作需要，一臺(tái)液壓挖掘機(jī)可換的工作裝置有多種型式，挖掘只是其基本功能。3.1.1反鏟工作裝置的整體結(jié)構(gòu)組成與工作原理反鏟液壓挖掘機(jī)擴(kuò)展功能及輔助作用裝置第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)3.1.9挖掘機(jī)用液壓油缸挖掘機(jī)用液壓油缸由缸筒、缸蓋、活塞桿、活塞、導(dǎo)向套、緩沖裝置、管接頭、兩端軸承、襯套、密封圈等零部件組成。其主要參數(shù)包括額定壓力、缸筒內(nèi)徑、活塞桿直徑、最小安裝距離、行程等。挖掘機(jī)用液壓油缸承受壓力高、受載荷大、往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻繁，強(qiáng)度、剛度及密封問題突出，為了保證其工作可靠性，在裝配環(huán)節(jié)和工作中都要避免其因承受彎曲載荷而產(chǎn)生彎曲變形甚至導(dǎo)致受壓失穩(wěn)，為此，需要限制液壓缸的伸縮比，并在兩端采用關(guān)節(jié)軸承以改善其受力狀況。1-缸底、2-彈簧擋圈、3-套環(huán)、4-卡環(huán)、5-密封圈、7-支承環(huán)、8-擋圈、9-密封圈、10-缸筒、11-管接頭、12-導(dǎo)向套、13-缸蓋、14-防塵圈、15活塞桿、16-定位螺釘、17-耳環(huán)、18-緩沖柱塞液壓油缸兩端關(guān)節(jié)軸承及連接關(guān)系第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)a)控制工作油缸的動(dòng)作，以使動(dòng)臂、斗桿及鏟斗產(chǎn)生需要的動(dòng)作；b)觸發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，當(dāng)無(wú)操作時(shí)，會(huì)自動(dòng)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；c)解除回轉(zhuǎn)停車制動(dòng)，使挖掘機(jī)完成轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)；d)按照液壓系統(tǒng)載荷的大小自動(dòng)把行駛速度提高或降低；e)控制行走馬達(dá)及直駛控制閥，使工作裝置操作進(jìn)行期間保持直駛；f)控制挖掘過程中閥類的動(dòng)作?，F(xiàn)代液壓挖掘機(jī)先導(dǎo)回路產(chǎn)生信號(hào)壓力以完成下列動(dòng)作：液壓挖掘機(jī)主要采用液壓先導(dǎo)操縱控制，輕便、省力，手柄擺動(dòng)角度不超過35-40o，腳踏板轉(zhuǎn)動(dòng)角度不超過60-70o，踏板行程在6-20cm范圍內(nèi)，踏動(dòng)力不超過80-100N。3.1.10挖掘機(jī)操作控制履帶式駕駛室輪胎式駕駛室超大型液壓挖掘機(jī)駕駛室遙控電液操作控制第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)3.2.1符號(hào)約定與坐標(biāo)系的建立絕對(duì)坐標(biāo)系與大地即停機(jī)面固結(jié)，X、Y軸所在的平面與停機(jī)面重合，Y軸水平向右為正，Z軸過與回轉(zhuǎn)中心線重合向上為正，X軸垂直于Y、Z軸組成的平面，如圖方向?yàn)檎?，坐?biāo)系符合右手規(guī)則。3.2反鏟工作裝置的幾何關(guān)系及運(yùn)動(dòng)分析相對(duì)坐標(biāo)系與各部件固結(jié)，隨所屬部件運(yùn)動(dòng)，其方位如圖所示。各相對(duì)坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸的初始方位與絕對(duì)坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸分別平行。相對(duì)坐標(biāo)系同樣符合右手規(guī)則。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)3.2.2回轉(zhuǎn)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)分析

挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)平臺(tái)上安裝有除下車架及行走機(jī)構(gòu)外的其余各個(gè)部件，這些部件連同轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)過程包括起動(dòng)加速、勻速和制動(dòng)減速，期間會(huì)產(chǎn)生的很大的慣性力矩。 設(shè)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角為φ0，其上的C點(diǎn)和A點(diǎn)以及轉(zhuǎn)臺(tái)重心的相對(duì)位置不發(fā)生改變，其計(jì)算式分別為：第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)a）動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的幾何運(yùn)動(dòng)關(guān)系三角形ABC中CF連線與水平線的夾角

為：3.2.3動(dòng)臂機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系及運(yùn)動(dòng)分析動(dòng)臂的最大仰角：

動(dòng)臂的最大俯角：

動(dòng)臂的擺角范圍：第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂上各鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)動(dòng)臂B點(diǎn)的坐標(biāo)：

動(dòng)臂D點(diǎn)的坐標(biāo)：

動(dòng)臂F點(diǎn)的坐標(biāo)：

動(dòng)臂重心位置坐標(biāo)：

第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)三角形DEF中∠DFE：斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的轉(zhuǎn)角為φ2：3.2.4斗桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系及運(yùn)動(dòng)分析斗桿的最大擺角：斗桿的最小擺角：斗桿的擺角范圍：第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)斗桿上各鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)斗桿上N點(diǎn)的坐標(biāo)：斗桿上Q點(diǎn)的坐標(biāo)：斗桿E點(diǎn)的坐標(biāo)：斗桿G點(diǎn)的坐標(biāo)：第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)3.2.5鏟斗連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系及運(yùn)動(dòng)分析求鉸接點(diǎn)M的坐標(biāo)

求∠MNQ為：直線MN與y2軸的夾角為：M點(diǎn)的坐標(biāo)為：第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)求∠HNQ為：求鉸接點(diǎn)H的坐標(biāo)直線HN與y2軸的夾角為：H點(diǎn)的坐標(biāo)為：求鏟斗的轉(zhuǎn)角φ3

第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)反鏟鏟斗的最大轉(zhuǎn)角φmax對(duì)應(yīng)鏟斗油缸的最短長(zhǎng)度，其最小轉(zhuǎn)角φmin對(duì)應(yīng)于鏟斗缸的最大長(zhǎng)度，其表達(dá)式較為復(fù)雜。兩者之差的絕對(duì)值即為鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍。鏟斗的最大擺角范圍按下式計(jì)算：中間斗齒尖在絕對(duì)坐標(biāo)系OXYZ中的位置坐標(biāo)計(jì)算公式第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)幾何性能參數(shù)一般由主要工作尺寸、挖掘包絡(luò)圖及作業(yè)范圍表示。以下7個(gè)主要作業(yè)尺寸一般在反鏟液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品樣本中都會(huì)明確給出。H1—最大挖掘深度H2—最大挖掘高度R1—最大挖掘半徑H3—最大卸載高度R0—停機(jī)面上的最大挖掘半徑H4—最大垂直挖掘深度H5—水平底面為2.5m時(shí)的最大挖掘深度3.2.7反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)幾何性能參數(shù)分析第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)挖掘包絡(luò)圖是指斗齒尖能達(dá)到的最大范圍所形成的封閉圖形，它與工作裝置的幾何參數(shù)及工作油缸的伸縮長(zhǎng)度或范圍有關(guān)。通過挖掘包絡(luò)圖能夠從幾何上直觀地反映挖掘機(jī)最大的作業(yè)范圍、在極限位置上工作裝置各部件的幾何位置關(guān)系以及機(jī)構(gòu)的干涉情況，這些信息在一定程度上反映了工作裝置幾何參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性和整機(jī)的作業(yè)性能。反鏟液壓挖掘機(jī)普通工作裝置的挖掘包絡(luò)圖一般是由9段圓弧組成首尾相連的封閉曲線。挖掘包絡(luò)圖及其作業(yè)范圍3.2.7反鏟液壓挖掘機(jī)的整機(jī)幾何性能參數(shù)分析第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)挖掘包絡(luò)圖與主要工作尺寸計(jì)算機(jī)繪制流程以及結(jié)果示例履帶式反鏟輪胎式反鏟挖掘裝載機(jī)挖掘端反鏟第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)3.3反鏟工作裝置設(shè)計(jì)3.3.1反鏟工作裝置的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、內(nèi)容和方法滿足主要工作尺寸與作業(yè)范圍要求滿足最大挖掘力及挖掘力分布的合理性要求滿足作業(yè)穩(wěn)定性、行駛穩(wěn)定性要求滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及安全可靠性要求功率利用要盡可能好，工作循環(huán)時(shí)間要盡可能短自重要盡可能小，運(yùn)輸姿態(tài)要合理、尺寸要盡可能小應(yīng)考慮零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化要求便于拆裝、維修和保養(yǎng)考慮特殊要求——輔助功能、擴(kuò)展功能首先應(yīng)明確設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)指標(biāo)、設(shè)計(jì)原則和規(guī)范，然后確定具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容并制定詳細(xì)的設(shè)計(jì)步驟和進(jìn)程。1.反鏟工作裝置的設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)已知條件：1）主機(jī)尺寸：主機(jī)長(zhǎng)、寬高、履帶接地長(zhǎng)度、寬度、回轉(zhuǎn)平臺(tái)底面高度等；2）主要工作尺寸：最大挖掘深度、最大挖掘高度，最大挖掘半徑、最大卸料高度等；3）鏟斗最大挖掘力和斗桿最大挖掘力等。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)a)動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式及動(dòng)臂液壓缸的布置動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式：組合式或整體式動(dòng)臂油缸的布置形式：下置式或懸掛式（一）反鏟工作裝置總體方案的確定b）斗桿的結(jié)構(gòu)形式及斗桿液壓缸的布置斗桿的結(jié)構(gòu)形式：組合式或整體式斗桿斗桿油缸的布置形式：下置式或上置式c)確定配套鏟斗的種類、結(jié)構(gòu)形式標(biāo)準(zhǔn)鏟斗、重型鏟斗、特殊鏟斗及斗容量鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式考慮附屬機(jī)具第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比K1

K1大，作業(yè)范圍小，宜用斗桿挖掘?yàn)橹?；K1小，作業(yè)范圍大，易得到接近于直線的運(yùn)動(dòng)軌跡、便于進(jìn)行平整作業(yè)，宜用鏟斗挖掘?yàn)橹?。（一）反鏟工作裝置總體方案的確定根據(jù)作業(yè)要求（作業(yè)范圍和挖掘力）、液壓系統(tǒng)形式、結(jié)構(gòu)布置條件和穩(wěn)定性條件等確定各組液壓缸的數(shù)量、缸徑及伸縮比。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)鏟斗的主要參數(shù)：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2φ應(yīng)滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鏟斗，平均斗寬B、轉(zhuǎn)斗挖掘半徑R相差不宜太大；轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角2φ一般取90~100o；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鏟斗，初選可取k2=l24/l3=0.3~0.38對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鏟斗，初選可取∠KQV=95~115o針對(duì)不同作業(yè)對(duì)象，斗形結(jié)構(gòu)參數(shù)相差較大，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)針對(duì)不同的物料結(jié)合試驗(yàn)來(lái)確定不同鏟斗的斗形結(jié)構(gòu)參數(shù)。（二）鏟斗結(jié)構(gòu)形式及斗形參數(shù)的確定確定配套鏟斗種類、結(jié)構(gòu)形式、斗容量和鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂油缸缸伸縮比：λ1=1.6~1.7動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處的長(zhǎng)度比:k3=1.1~1.3

α11一般按以下范圍選?。簩Ｓ梅寸P：α11≥60°以反鏟為主的通用機(jī)：α11>50°正、反鏟基本通用：α11≈45°專用正鏟：α11=40~45°動(dòng)臂彎角α1的一般取值范圍為120~140°（三）動(dòng)臂機(jī)構(gòu)特征參數(shù)及鉸點(diǎn)位置的選擇第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)特性參數(shù)：專用反鏟：以反鏟為主的通用機(jī)：正、反鏟通用機(jī)：鉸接點(diǎn)AC之距：動(dòng)臂上C、B之距：動(dòng)臂機(jī)構(gòu)特性參數(shù)及鉸點(diǎn)位置選擇依據(jù)和范圍（三）動(dòng)臂機(jī)構(gòu)特征參數(shù)及鉸點(diǎn)位置的選擇第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)參考樣機(jī)根據(jù)比擬法初選動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比k1和動(dòng)臂油缸的伸縮比λ1；初選動(dòng)臂彎角α1（=120~140o）和動(dòng)臂轉(zhuǎn)折處的長(zhǎng)度比k3=ZF/ZC（=1.1~1.3）；初選角度α11和力臂比k4，其范圍參照前述或樣機(jī)；根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性初選動(dòng)臂與斗桿的最大夾角即參數(shù)∠CFQmax=160~180o；根據(jù)結(jié)構(gòu)情況初選∠BCZ。第一步：根據(jù)底盤和轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)初步確定動(dòng)臂油缸的下鉸點(diǎn)A的位置坐標(biāo)第二步：初選動(dòng)臂機(jī)構(gòu)相關(guān)參數(shù)第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)第三步：按近似計(jì)算公式計(jì)算動(dòng)臂和斗桿長(zhǎng)度；第四步：由三角形CZF中的幾何關(guān)系求l41、l42和α39。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)第五步：根據(jù)最大挖掘高度和最大挖掘深度時(shí)的幾何關(guān)系求∠ACB的最大值θ1max、最小值θ1min和l5。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)第七步：由以下各式計(jì)算L1min、L1max和l7。由求得由最大挖掘深度表達(dá)式求得l5

如下：第六步：求長(zhǎng)度比ρ(=l5/L1min)和σ（=l7/L1min）第八步：考慮油缸的伸縮速度并參考同類機(jī)型和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)等初選動(dòng)臂油缸的缸數(shù)、缸徑和活塞桿直徑。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)（四）斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇1）對(duì)斗桿機(jī)構(gòu)的要求：保證斗桿液壓缸有足夠的挖掘力；保證斗桿液壓缸有足夠的閉鎖力矩；保證斗桿液壓缸有足夠的回?cái)[力矩；保證斗桿的擺角范圍（105~125o）。第一步：初步選擇斗桿擺角范圍φ2max（105~125o）及斗桿油缸伸縮比λ2（1.6~1.75）；

2）斗桿機(jī)構(gòu)的選擇步驟第二步：按要求的斗桿油缸最大挖掘力由公式初步確定l9；第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)第四步：參考樣機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)情況初選斗桿結(jié)構(gòu)角度∠EFQ和∠DFZ。

第五步：考慮油缸的伸縮速度并參考同類機(jī)型和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)等初選斗桿油缸的缸數(shù)、缸徑和活塞桿直徑。3）按照前述要求選擇適當(dāng)?shù)墓r計(jì)算斗桿油缸挖掘力、閉鎖力、閉鎖壓力及回?cái)[力矩。第三步：求斗桿油缸最短長(zhǎng)度L1min和DF距離l8

第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)（五）鏟斗連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇1）對(duì)鏟斗機(jī)構(gòu)的要求：保證鏟斗液壓缸在鏟斗轉(zhuǎn)角的特定范圍內(nèi)有足夠的挖掘力；保證鏟斗液壓缸有足夠的閉鎖力矩；保證鏟斗油缸有足夠的回?cái)[力矩；保證鏟斗的擺角范圍（160~180o）；保證鏟斗機(jī)構(gòu)在鏟斗的整個(gè)轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)不發(fā)生干涉現(xiàn)象、不出現(xiàn)死點(diǎn)和連桿機(jī)構(gòu)幾何特征被破壞等幾何不相容現(xiàn)象。2）鏟斗機(jī)構(gòu)的載荷與對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角的關(guān)系理論上將切削形狀分為右圖所示的4種情況，其載荷變化曲線如下圖所示。按此規(guī)律，鏟斗挖掘力大致應(yīng)符合以下要求：0~30o：挖掘力不小于平均挖掘阻力；30~80o：希望挖掘力較大且接近最大值；80~120o：對(duì)挖掘力的要求有所降低；>120o：不考慮挖掘，滿足收斗要求即可。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)3）鏟斗機(jī)構(gòu)各參數(shù)的初步選擇對(duì)非共點(diǎn)機(jī)構(gòu)：第一步：通過對(duì)資料的統(tǒng)計(jì)分析，初選時(shí)可按照如下關(guān)系確定鏟斗機(jī)構(gòu)各主要參數(shù)：第二步：根據(jù)鏟斗轉(zhuǎn)角范圍要求確定連桿機(jī)構(gòu)NHKQ的幾何運(yùn)動(dòng)關(guān)系并檢查機(jī)構(gòu)的合理性。第三步：確定鏟斗油缸與搖臂鉸接點(diǎn)M的位置和最大直線位移，并確定鏟斗油缸行程。第四步：根據(jù)鏟斗轉(zhuǎn)角范圍要求結(jié)合斗桿結(jié)構(gòu)情況確定鏟斗油缸與斗桿的鉸接點(diǎn)G的位置。第五步：計(jì)算鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比并根據(jù)最大挖掘力要求確定鏟斗油缸應(yīng)產(chǎn)生的推力。第六步：參考樣機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)初選鏟斗油缸的缸數(shù)、缸徑及活塞桿直徑。第三章反鏟液壓挖掘機(jī)工作裝置構(gòu)造與設(shè)計(jì)反鏟液壓挖掘機(jī)

挖掘機(jī)工作裝置是一個(gè)多自由度、多參數(shù)的復(fù)雜機(jī)構(gòu)，各參數(shù)之間具有很強(qiáng)的耦合關(guān)系，并具有很強(qiáng)的非線性特性，設(shè)計(jì)計(jì)算過程復(fù)雜，某些步驟甚至無(wú)法用人工計(jì)算完成，因此，對(duì)挖掘機(jī)工作裝置幾何鉸點(diǎn)位置及其它幾何參數(shù)的選擇和性能的分析，單靠上述過程進(jìn)行人工設(shè)計(jì)很難達(dá)到滿意的效果，有效的方法是把理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，采用正向設(shè)計(jì)思路并借助于計(jì)算機(jī)來(lái)完成。

對(duì)挖掘機(jī)工作裝置的合理性分析是在綜合了各種影響因素的情況下對(duì)工作裝置乃至整機(jī)所進(jìn)行的綜合性能分析，其主要目的是檢驗(yàn)挖掘機(jī)工作裝置幾何設(shè)計(jì)是否滿足前述要求，包括運(yùn)動(dòng)范圍、主要工作尺寸、挖掘力的發(fā)揮情況及其限制因素的匹配等。按上述過程選擇的鏟斗連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)僅是初選值，須首先滿足對(duì)鏟斗機(jī)構(gòu)的功能和性能要求，在此基礎(chǔ)上，需