挖掘機反鏟設(shè)計說明書例

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 動臂機構(gòu)參數(shù)選擇 -7 -\o"CurrentDocument"5.1設(shè)計的主要要求 -7 -\o"CurrentDocument"5.2動臂機構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容及步驟 -7 -\o"CurrentDocument"第5章 斗桿機構(gòu)的參數(shù)選擇 -11 -\o"CurrentDocument"5.1設(shè)計的主要要求 -11 -\o"CurrentDocument"5.2總體方案的選擇 -11 -\o"CurrentDocument"第6章 鏟斗機構(gòu)的參數(shù)選擇 -13 -\o"CurrentDocument"7.1設(shè)計的主要要求 -13 -\o"CurrentDocument"7.2鏟斗機構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容及步驟 -13 -\o"CurrentDocument"第7章 動臂液壓缸作用力及閉鎖力的確定 -16 -\o"CurrentDocument"7.1動臂液壓缸的作用力 -16 -\o"CurrentDocument"7.2動臂液壓缸的閉鎖力 -20 -\o"CurrentDocument"第8章 工作裝置運動分析及包絡(luò)圖的繪制 -27 -\o"CurrentDocument"8.1動臂運動分析 -27 -\o"CurrentDocument"8.2斗桿運動分析 -28 -\o"CurrentDocument"8.3鏟斗運動分析 -29 -\o"CurrentDocument"8.4斗齒間運動分析 -31 -\o"CurrentDocument"8.5包絡(luò)圖的繪制 -32 -參考文獻 -34 -總結(jié) -35 -附錄 -36 -摘要挖掘機械是工程機械的一種類型，是土石方開挖的主要機械設(shè)備，單斗液壓挖掘機是一種采用液壓傳動并以鏟斗進行挖掘作業(yè)的機械，液壓挖掘機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)計主要是設(shè)計24t履帶式單斗液壓挖掘機反鏟工作裝置。主要對工作裝置機構(gòu)的幾何參數(shù)進行設(shè)計，對液壓缸閉鎖力進行驗算，并采用合適的方法調(diào)整使其達到要求;對動臂，斗桿進行強度校核，使其滿足要求。在設(shè)計中應(yīng)注意工作裝置設(shè)計原則，在各部件滿足要求的條件下實現(xiàn)10014mm，最大挖掘深度，10180mm最大挖掘半徑，7035mm最大卸載高度，實現(xiàn)挖掘的功能。關(guān)鍵字： 反鏟工作裝置，設(shè)計，強度校核，功能第1章工作裝置設(shè)計原則設(shè)計合理工作裝置應(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)計反鏟裝置時要考慮與同類型機器相比的先進性，考慮國家標準的規(guī)定，并注意到運動參數(shù)受機構(gòu)碰撞限制等的可能性。整機挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)滿足使用要求，并且有一定的先進性。功率利用盡可能好，理論工作循環(huán)時間盡可能短。定鉸點布置結(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，使用情況多變時應(yīng)考慮工作裝置的通用性，采用變鉸點結(jié)構(gòu)或配套機構(gòu)時，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)簡單，換裝方便。運輸或停放時，工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運輸尺寸小，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、 動臂及動臂缸的布置確定用組合式或整體式動臂，以及組合式動臂的組合方式，整體式動臂的形狀，確定液壓缸的布置為懸掛式或為下置式。2、 斗桿和斗桿的布置。確定整體式或組合式斗桿，以及組合式動臂的組合方式或整體式斗桿是否采用變節(jié)點調(diào)節(jié)。3、確定動臂與斗桿的長度比，特性參數(shù)K1 /4、 確定鏟斗的種類、斗容量及主要參數(shù)，并考慮鏟斗連桿機構(gòu)傳動比是否需要調(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、全伸長與全縮長之比久。2.2反鏟工作裝置自身幾何參數(shù)圖2-1反鏟機構(gòu)自身幾何參數(shù)的計算簡圖

表2.1反鏟機構(gòu)自身幾何參數(shù)參數(shù)分類機構(gòu)參數(shù)組成鏟斗斗桿動臂機體符號意義原始參數(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L1為動臂長a1為動臂轉(zhuǎn)角下置式a廣/ACV表2.2反鏟工作液壓缸運動參數(shù)液壓缸種類參數(shù)意義瞬時長度全縮長度全伸長度特性參數(shù)瞬時力臂全縮力臂全伸力動臂液壓缸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動臂和擺角的計算方法圖3-2動臂擺角范圍計算簡圖F圖圖3-2動臂擺角范圍計算簡圖F圖3-3斗桿機構(gòu)擺角計算簡圖2、動臂的擺角范圍氣啞和各點瞬時坐標根據(jù)余弦定理當(dāng)L=L.和L時得（3-1）（3-2）。]min=ZAC^=arcos（I普-揣）（3-1）（3-2）759 =ZACB=arcos（q+Mmax）1maX 3 227[5動臂擺角范圍%max=91max—91min，和動臂計算方法一樣，求出斗桿的擺角范圍:（3-3）^max'"ax「"in

（3-3）圖3-4F點坐標計算簡圖a=ABCU=0—a=arcos（弓+與-彳）圖3-4F點坐標計算簡圖TOC\o"1-5"\h\z20 1 11 21孔ai=ZUCF=a—aF點的X坐標方程：X=l+1cosa=X+1cosaF30 1 21o1 21F點的Y坐標方程：Y=Y+1sinaFc1 1（3-4）（3-5）（3-6）（3-4）（3-5）（3-6）（3-7）此次設(shè)計采用下置式雙動臂缸，用整體式彎動臂，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，分別是標準斗容量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一標準斗容量，q=1.1m3；B一平均斗寬，由表3.1差值計算B=0.75m（參考文獻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計算直q=0.Em，反鏟斗主步數(shù)特性計算袤續(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)計值和推薦范圍（中國）將以上各值代入上式，計算得R=1625mm。鏟斗的特性參數(shù)K2=l24=KQ=0.3?0.38，太大將影響傳動性，太小將影響剛度，3當(dāng)鏟斗轉(zhuǎn)角較大時取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章動臂機構(gòu)參數(shù)選擇反鏟工作裝置是幾組連桿機構(gòu)的組合。在發(fā)動機功率、機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，連桿機構(gòu)鉸點位置和油缸參數(shù)選擇是否得當(dāng)，會對挖掘性能和生產(chǎn)率帶來很大影響，下面就動臂、斗桿、鏟斗三大機構(gòu)進行討論。5.1設(shè)計的主要要求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。5.2動臂機構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容及步驟1、動臂下鉸點C位置的確定表4.1機體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗系數(shù)表機體尺寸系數(shù)名稱推薦值范圍轉(zhuǎn)臺底部離地高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氣1>60°，甚至氣1>80°；以反鏟為主的通用機氣1>50°；1m3左右的正反鏟通用機取氣1w45°；以正鏟或裝載為主的通用機取氣1w40°-45°。由于本設(shè)計考慮為以反鏟為主的通用挖掘機，取a［廣60。3、動臂缸下鉸點A位置的確定圖4-1動臂鉸點與液壓缸鉸點簡圖所以X=280+1cosa=794Y=1817-1sina=11924、初步確定動臂長度原始參數(shù)給定最大挖掘半徑為^1=10180mm13=R=10180mm動臂和斗桿的夾角最大角即/ZFQ^=160?！?80。取^ZFQ =160。max圖5-2最大挖掘半徑計算簡圖最大挖掘半徑R=l+" +X3*1 2 12 maxc(5-2)選動臂與斗桿的長度比匕=l1/12=1.8求出匕=3064mm〈=k,2=5515mm5、 動臂缸的伸縮臂人］的確定人1=L1max/%min=1.6?1.7 考慮到結(jié)構(gòu)尺寸、運動余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運動幅度等因素，取入1=1.66、 初選上下動臂長度之比K3

K3=ZF/ZC=1.1?1.3，取K3=1.3動臂彎角偵*CZF=120?！?40。，取a]=140。圖5-3動臂結(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 最大卸載高度時工裝簡圖由圖5.4得最大卸載高度的表達式為：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最大挖掘深度時工裝簡圖8、確定動臂缸全伸長度L8、確定動臂缸全伸長度L 和全縮長度L及CB=/的長度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故動臂機構(gòu)成立。%.=15/p=721/0.479=1505L=..七=1505x1.6=240817=bL]■=1.183x2408=2849第5章斗桿機構(gòu)的參數(shù)選擇選用整體式直斗桿，斗桿油缸布置在動臂上方，采用單缸方式，活塞桿與E點鉸接，斗桿缸另一端與動臂鉸接與D點。5.1設(shè)計的主要要求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，斗齒與動臂之間距離＞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&全縮和全伸時斗桿缸作用力對F點的力臂，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為斗桿缸與動臂之鉸點+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章鏟斗機構(gòu)的參數(shù)選擇本次設(shè)計選取六連桿鏟斗機構(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鉸接，鏟斗與斗桿和連桿鉸接與Q和K點，如圖（6-1）所示。7.1設(shè)計的主要要求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、 機構(gòu)運動無干涉（保證鏟斗缸在伸縮過程中，鏟斗與個連桿機構(gòu)之間無干涉，避免轉(zhuǎn)斗缸全伸時斗齒尖碰撞斗桿下緣的現(xiàn)象）7.2鏟斗機構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容及步驟圖7-1連桿機構(gòu)設(shè)計在鏟斗主要參數(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共點時MK就MNNQ牝(0.7~0.8)MN此次設(shè)計采用共點時，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)斗處于兩個極限位置時，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)計取30°，作圖測得：[=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章動臂液壓缸作用力及閉鎖力的確定根據(jù)主動舉升工況和閉鎖工況有求，計算動臂液壓缸所能實現(xiàn)的舉升力和閉鎖力根據(jù)相應(yīng)的液壓件手冊選取合適的液壓缸。7.1動臂液壓缸的作用力動臂液壓缸應(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最高和最遠的位置。斗內(nèi)土重氣=(1.6?1.8〉取G廣1.6q=1.76t表7.1國內(nèi)幾種反鏟裝置的構(gòu)件近似質(zhì)量表序號斗容量3)質(zhì)量(t)動臂(G1)斗桿(G2)鏟斗(G3)斗桿缸(G4)鏟斗缸(G5)連桿搖桿(G6)動臂缸(G7)機重(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)量表動臂(G1)斗桿(G2)鏟斗(G3)斗桿缸(G4)鏟斗缸(G5)連桿搖桿(G6)動臂缸(G7)機重(G)1.6480.5930.9020.2640.1990.1770.30224考察動臂油缸的舉升力和閉鎖力，從以下三種工況來計算：1、 工況一：從最大挖掘深度處提起滿載斗時所需要的動臂缸舉升力％］，圖上所有重心位置及到C點的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測得的，與實際的存在誤差，只能對動臂缸的作用力作估計計算。如圖7.1各構(gòu)件到動臂鉸點的力臂值見表7.4

表7.3各作用力的近似力臂值表（mm）土動臂斗桿鏟斗斗桿缸鏟斗缸連桿搖桿動臂缸力臂rtr1r2了3r4了5r6re13372.22363.04727.23927.33218.14857.04757.91151.9680圖7-1動臂液壓缸作用力計算簡圖（工況一）對動臂鉸點C點取矩有：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所需要的動臂缸舉升力P12,圖上所有重心位置及到C點的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測得的，與實際的存在誤差，只能對動臂缸的作用力作估計計算。如圖7.2各構(gòu)件到動臂鉸點的力臂值見表7.4

表7.4各作用力的近似力臂值表（mm）土動臂斗桿鏟斗斗桿缸鏟斗缸連桿搖桿動臂缸力臂rtr1「2井3r4井5,6re18416.62709.34960.08814.54024.97725.39012.01170.1737.7對動臂鉸點C點取矩有：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所需要的動臂缸舉升力P13,圖上所有重心位置及到C點的所在縱軸線距離都是通過作圖在圖上的測得的，與實際的存在誤差，只能對動臂缸的作用力作估計計算。如圖7.3各構(gòu)件到動臂鉸點的力臂值見表7.5

表7.5各作用力的近似力臂值表（mm）土動臂斗桿鏟斗斗桿缸鏟斗缸連桿搖桿動臂缸力臂rtr1r2r3r4r5r6r7e17189.21372.84413.97189.22141.35619.56912.2640.7503.9圖7-3動臂液壓缸作用力計算簡圖（工況三）對動臂鉸點C點取矩有：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，動臂缸最大舉升力pmax=376KN7.2動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)膭颖垡簤焊组]鎖壓力既能起到保護元件的目的又能保證主動油缸發(fā)揮最大挖掘力使正常作業(yè)順利進行。過大的閉鎖壓力不但起不到保護液壓系統(tǒng)及其元件的作用，而且會對系統(tǒng)提出過高的要求，這樣既不經(jīng)濟，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)使主動液壓缸能發(fā)揮出最大挖掘力的同時還能起到保護元件的作用。常選定以下三個工況進行閉鎖力分析：動臂最低，斗桿鉛垂，轉(zhuǎn)斗挖掘，其作用力臂最大；動臂最低，F(xiàn)、Q、V三點一線，斗桿挖掘且作用力臂最大；動臂最低，挖掘深度最大，F(xiàn)、Q、V三點一線，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，挖掘阻力對動臂鉸點C，斗桿鉸點F所造成的力矩均接近最大值，而動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Q點的力矩平衡方程，取鏟斗機構(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F點取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動作用力p'，SMf=0,對連桿機構(gòu)和鏟斗機構(gòu)

圖7-5圖7-5液壓缸閉鎖壓力計算簡圖（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）得出此時油缸大腔閉鎖有被動縮回的趨勢而此時P=^D2，在此工況下閉鎖力不足，斗桿缸會出現(xiàn)被動回縮現(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% ‘同樣對動臂在平臺上的支撐點C取矩，求得動臂液壓缸所受的被動作用力「，（7-2）Gr+Gr+Gr—wr—wrP'=―340 241 1-43 W6 ^4（7-2）1 e1=—1507KN此時動臂油缸小腔受壓有被動拉長的趨勢而此時p=n（D4—d2），在此工況下閉鎖力足夠，動臂缸不會出現(xiàn)伸長現(xiàn)象，為防止其伸長，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，挖掘阻力對動臂鉸點C的力矩接近最大值，而動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各點對F點取矩，此時斗桿液壓缸所受的主動作用力P=822KN，以斗桿機構(gòu)鏟斗2機構(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液壓缸閉鎖壓力計算簡圖（工況二）此時斗桿油缸主動挖掘，鏟斗油缸和動臂油缸閉鎖，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Q點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比值為負說明能夠提供足夠的閉鎖力同樣對動臂在平臺上的支撐點?取矩，以整個工作裝置為分離體，EMc=0，求 '得動臂液壓缸所受的被動作用力P］，Gr+Gr+Gr-wr-wrP'=—340 241 1-43 1-46 14=-1330KN1 e1在此工況下動臂缸會出現(xiàn)伸長現(xiàn)象，為防止其伸長，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，挖掘阻力對動臂鉸點C必將造成最大的挖掘阻力矩，它會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為是不合理的。因此在這種情況下挖掘時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液壓缸閉鎖壓力計算簡圖(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)。對于III級土宜取c=90?150，取C=90R一鏟斗與斗桿鉸點到斗齒齒距離，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)計時可取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各點對F點取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動作用力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 ‘同樣對動臂在平臺上的支撐點C取矩，求得動臂液壓缸所受的被動作用力「，八Gr+Gr+Gr-wr-wrP*=—340 241 1-43 1-46 14=—1452KN1 e1在此工況下動臂缸小腔閉鎖力不足，會出現(xiàn)伸長現(xiàn)象，為防止其伸長，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液壓缸閉鎖力計算結(jié)果匯總表由上述過程得出的動臂油缸閉鎖壓力是保證這些指定工況下主動油缸能發(fā)揮最大挖掘力的最低限定壓力。實際分析計算中難以對所有的工況計算油缸應(yīng)產(chǎn)生的閉鎖壓力，事實上，對所有的工況都保證主動油缸能充分發(fā)揮其最大挖掘力是不現(xiàn)實的，也是不可取的，因為，某些工況下所需的閉鎖壓力可能會很大，如照此工況設(shè)定閉鎖壓力，將會對系統(tǒng)帶來更高甚至難以達到的要求，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章工作裝置運動分析及包絡(luò)圖的繪制8.1動臂運動分析巾］是L1的函數(shù)。動臂上任意一點在任一時刻也都是L1的函數(shù)。如圖10.1所示，圖中L1min：動臂油缸的最短長度；七?。簞颖塾透椎纳斐龅淖畲箝L度；氣心：動臂油缸兩鉸點分別與動臂下鉸點連線夾角的最小值；0imax:動臂油缸兩鉸點分別與動臂下鉸點連線夾角的最大值；A：動臂油缸的下鉸點；B：動臂油缸的上鉸點；C：動臂的下鉸點。L1min:動臂油缸的最小長度；L1max:動臂油缸的伸出的最大長度;A：動臂油缸的下鉸點；B：動臂油缸的上鉸點；C：動臂的下鉸點.圖8-1動臂擺角范圍計算簡圖則有：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的表達式：。21=。20+。1"1 (10-3)當(dāng)F點在水平線CU之下時a21為負，否則為正。F點的坐標為Xf=l30+l1XCOSa21Yf=l30+l1xSina21 (10-4)C點的坐標為Xc=X^xCOS以11=yYC=YA+l5xSina11 (10-5)動臂油缸的力臂e1e1=l5xSinZCAB (10-6)顯然動臂油缸的最大作用力臂e=L，又令p=/./LQ=l/L。這時1max5 1min5 75L]=Sqr(l72-l52)=l5xSqr(32-1)01=cos-11/3 (10-7)8.2斗桿運動分析如下圖3-2所示，D點為斗桿油缸與動臂的鉸點點，F(xiàn)點為動臂與斗桿的鉸點，E點為斗桿油缸與斗桿的鉸點。斗桿的位置參數(shù)是l2,這里只討論斗桿相對于動臂的運動，即只考慮l2的影響。D-斗桿油缸與動臂的鉸點點；F-動臂與斗桿的鉸點；e-斗桿油缸與斗桿的鉸點； e斗桿擺角.圖8-2斗桿機構(gòu)擺角計算簡圖在三角形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o?=cos-1(i/ip,l=睥2122max9 2 98 2 ，898.3鏟斗運動分析鏟斗相對于XOY坐標系的運動是L1、L2、L3的函數(shù)，現(xiàn)討論鏟斗相對于斗桿的運動，如圖3-5所示，G點為鏟斗油缸與斗桿的鉸點，F(xiàn)點為斗桿與動臂的鉸點Q點為鏟斗與斗桿的鉸點，u點為鏟斗的斗齒尖點，K點為連桿與鏟斗的餃點，N點為曲柄與斗桿的鉸點，M點為鏟斗油缸與曲柄的鉸點，H點為曲柄與連桿的鉸點[1]。圖8-3鏟斗連桿機構(gòu)傳動比計算簡圖1、鏟斗連桿機構(gòu)傳動比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N點的作用力臂r1r1=l13xSina32 (10-15)連桿HK對N點的作用力臂r2r2=l13xSinZNHK (10-16)而由r3=l24,r4=l3有3連桿機構(gòu)的總傳動比i=(r1xr3)/(r2xr4) (10-17)顯然3-17式中可知，i是鏟斗油缸長度L2的函數(shù)，用L2min代入可得初傳動比i0,L2max代入可得終傳動比iz。2、鏟斗相對于斗桿的擺角(p3鏟斗的瞬時位置轉(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暫時未定，其在后面的設(shè)計中可以得到。當(dāng)鏟斗油缸長度L3分別取L3max和L3min時，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斗齒間運動分析如圖3-4所示，斗齒尖V點的坐標值X^和％,是L1、L2、L3的函數(shù)只要推導(dǎo)出Xy和％的函數(shù)表達式，那么整機作業(yè)范圍就可以確定，現(xiàn)推導(dǎo)如下：由F點知：a32=XCFQ=n-a3-a4~a6-02 (10-22)在三角形CDF中:ZDCF由后面的設(shè)計確定，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齒尖坐標方程推導(dǎo)簡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