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1、毕业设计论文题目：液压挖掘机反铲工作装置设计学院：航空制造工程学院专业名称：机械设计制造及其自动化班级学号：08031717学生姓名：指导教师：二O一二年六月液压挖掘机反铲装置设计摘要：液压挖掘机是一种重要的工程机械，它的广泛应用对于减轻劳动量，保证工程质量，加快工程进度，提高劳动生产率起了巨大的作用。反铲工作装置由动臂，斗杆，动臂液压缸，斗杆液压缸和铲斗液压缸组成。本文根据液压挖掘机反铲装置的结构特点和工作原理，对其各主要机构进行了运动学分析。并在此根底上，根据设计说明书的设计要求，结合各机构的工作特点和设计要求，在对各机构分析计算的同时，结合构件尺寸参数，算出各机构中构件的其它参数，为各构
2、件的结构设计提供数据支撑。挖掘力是衡量挖掘机挖掘能力的重要参数。挖掘力是由各液压缸中的油液压力提供的，是主动力。最大挖掘力的实现受诸多因素的制约，它是工作装置各较点受力分析的根底。挖掘阻力不仅与铲斗的尺寸形状有关，还与挖掘对象有关，是两者的综合反映。关键词：液压挖掘机反铲装置运动分析参数设计力学分析指导老师签名：TheDesignforBackhoeEquipmentoftheHydraulicExcavatorStudentname:DongChenxiClass:080317Supervisor:XingPuAbstractiHydraulicexcavatorisanimportante
3、ngineeringmachinery.Itswideapplicationplayedatremendousroletoreducingthevolumeoflaborandtoensuringprojectqualityandtoacceleratingprogressandtoincreasingproductivity.Backhoeworkingdevicesismadeupofamovingarmandafightingpoleandshovelandahydraulictankofmovingarmandahydraulictankoffightingpoleandahydrau
4、lictankofshovel.Basedonthehydraulicexcavatorbackhoedevicecharacteristicsandthestructureofprinciple,toallthemajorinstitutionsofthekinematicanalysis.Onthisbasis,inaccordancewiththedesignspecificationdesignrequirements,withthebodiesofthecharacteristicsanddesignrequirements,intermsofthevariousagenciesat
5、thesametime,combiningelementsofknownsizeparameters,calculatedinthecomponentagenciesofotherparameters,forvariouscomponents,Theshapeofdesigndatasupport.Miningisameasureoftheabilityofexcavatorsdiggingtheimportantparameters.Miningisdonebythehydrauliccylinderofthepressureontheoil,isinitiative,thelargeste
6、xcavationoftherealizationbymanyfactors,itisalsoworkingdevicetohingepointAnalysisofthefoundation.Miningresistancenotonlyreflectthesizeofbucketshape,butalsowiththeexcavationoftheobject,isacomprehensivereflectionofthetwo.Keyword：hydraulicexcavatorbackhoedevicemotionanalysisdesignparametersmechanicalSig
7、natureofSupervisor:Y44.-I-B1刖三LI课题背景及目的11.2 国内外研究状况11.3 论文构成及研究内容错误!未定义书签。2挖掘机工作装置的总体设计2.1工作装置构成32.2动臂及斗杆的结构形式41.1 3动臂油缸与铲斗油缸的布置41.4 铲斗与铲斗油缸的连接方式51.5 铲斗的结构选择52. 6原始几何参数确实定53挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析3.1动臂运动分析93. 2斗杆的运动分析103. 3铲斗的运动分析103. 3.1铲斗的传动比103. 3.2最大卸载高度113. 3.3最大挖掘半径124工作装置各局部的根本尺寸计算和验证4. 1铲斗各参数确实定1
8、24.1.1铲斗结构形状的设计及根本要求124.1.2铲斗主要参数确实定134.2动臂机构参数确实定144.3斗杆机构根本参数的选择154.4铲斗机构根本参数的选择161.4. 1转角范围164. 4.2铲斗机构其它根本参数的计算165工作装置结构设计5.1挖掘阻力分析175. 1.1转斗挖掘阻力计算185. 1.2斗杆挖掘阻力计算195. 2斗杆的结构设计205.1. 1斗杆的受力分析205.2.2结构尺寸的计算245.3动臂结构设计255.3.1第一工况位置265.3.2第二工况位置275.3.3内力图和弯矩图的求解295.4铲斗的设计315.4.1铲斗斗形尺寸的设计315.4.2铲斗斗齿
9、的结构计算315.5挖掘机工作装置油缸推力315.5.1铲斗油缸推力315.5.2斗杆油缸推力325.5.3动臂油缸推力325.6销轴与衬套的设计325.6.1销轴的设计325.6.2销轴用螺栓的设计335.6.3衬套的设计336结论参考文献34致谢35附录：三维建模,装配截图35液压挖掘机反铲装置设计1前言1.l课题背景及目的液压挖掘机是一种重要的工程机械，广泛应用于工业与民用建筑、交通运输、水利电气工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等行业的机械化施工中，对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产率起着十分巨大的作用。反铲式液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间机构
10、，国内外对其运动分析、机构和结构参数优化设计方面都作了较深入的研究，具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。我国挖掘机械行业近年来虽有很大的开展，但从产品的种类、数量和技术性能及制造质量上都还不能满足现代化建设开展的要求，迅速地提高挖掘机械的设计、研究和生产的技术水平是当前挖掘机械行业所面临的迫切而艰巨的任务。所以非常有必要提高挖掘机工作装置的可靠性,对结构进行优化、减轻工作装置重量、提高工作效率、减少能耗，从而提高挖掘机生产企业的设计水平和自主开发能力。1.2国内外研究状况我国的挖掘机生产起步较晚，从1954年抚顺挖掘机厂生产的第一台斗容量为14的机械式单斗挖掘机至今，大体上经历了测绘
11、仿制、自主研制开发和开展提高等三个阶段。新中国成立初期，以测绘仿制前苏联20世纪3040年代的W501、W502、Wloo1、WlO02等型机械式单斗挖掘机为主，开始了我国的挖掘机生产历史。由于当时国家经济建设的需要，先后建立起十多家挖掘机生产厂。1967年开始，我国自主研制液压挖掘机。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的WYIoo型、贵阳矿山机器厂的WY60型、合肥矿山机器厂的WY60挖掘机等。随后又出现了长江挖掘机厂的WY160型和杭州重型机械厂的WY250型挖掘机等。他们为我国液压挖掘机行业的形成和开展迈出了极其重要的一步。到20世纪80年代，我国挖掘机生产厂已有30多家，生产机型达
12、40余种。中、小型液压挖掘机已形成系列，斗容量有0.125立方米等12个等级、20多种型号，还生产0.54.0以及大型矿用IOm3、12/机械传动单斗挖掘机，1疝隧道挖掘机，4加长臂挖掘机，iooo加每小时的排土机等。但总的来说，我国挖掘机生产的批量小、分散，生产工艺及产品质量与国际先进睡睡水平相比，有很大差距。工业兴旺国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本等是斗容量3.540单斗液压挖掘机的主要生产国,从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机。是世界上目前最大的挖掘机。从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向开展。(1)、开发多品种、
13、多功能、高质量及高效率的挖掘机。12)、迅速开展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，使挖掘机由简单的杠杆操纵开展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现挖掘机作业操纵的完全自动化。(3)、采用新技术、新工艺、新结构、系列化、通用化开展速度。(4)、更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。美、英、日等国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤积累论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究方面，促进了产品的优质高效和竞争力。美国
14、提出了考核动强度的动态设计分析方法，并建立了预测产品失效和更新理论。日本制定了液压挖掘机构件的强度评定程度周期，加快了液压挖掘机更新换代的进程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液压挖掘机的运转率到达85%95%,使用寿命超过1万小时。15)、加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。液压挖掘机采用带有坠物保护结构和倾翻保护结构的驾驶室，安装可调节的弹性座椅，用隔音措施降低噪声干扰。(6)、进一步改进液压系统。(7)、迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。20世纪70年代，为了节省能源消耗减少对环境污染，是挖掘机的操作轻便和平安作业，降低挖掘机噪音，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘机上应用
15、电子和自动控制技术。随着对液压挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、平安舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了机电液一体化在挖掘机的应用，并使其各种性能有了质的飞跃。1.3论文构成及研究内容本论文主要对由动臂、斗杆、铲斗、销轴、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下五局部:(1)挖机工作装置的总体设计。(2)挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析。(3)工作装置各局部的根本尺寸的计算和验证。(4)工作装置主要部件的结构设计及仿真设计。(5)销轴的设计及螺栓等标准件进行选型。2挖掘机工作装置的总体设计液压挖掘机的作业过程是以铲斗的切削刃切削土壤并将土装入斗内。斗装满后提升，回转到
16、卸土位置进行卸土。卸完后铲斗再转回并下降到挖掘而进行下次挖掘。本文主要对工作装置的反铲装置进行分析。2.1工作装置构成液压挖掘机工作装置根本组成及传动示意图，反铲工作装置由铲斗、连杆、斗杆、动臂、相应的三组液压缸等组成，液压挖掘机的工作装置组图如图2T所示。斗杆油缸；2-动臂；3-油管：4-动臂油缸；5-铲斗；6-斗齿；7-侧板；8-连杆；9-曲柄：10-铲斗油缸；IL斗杆.图2T工作装置组成图动臂下较点较接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下较点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上钱点转动，而铲斗钱接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆那么使铲斗绕斗杆前较点转动。挖掘作业时，接通回
17、转马达、转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩，动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。挖掘机工作装置的大臂与斗杆是变截面的箱梁结构，铲斗是由厚度很薄的钢板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉压载荷的杆。根据以上特征，可以对工作装置进行适当简化处理。那么可知单斗液压挖掘机的工作装置可以看成是由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸及连杆机构组成的具有三自由度的六
18、杆机构，三维装配图如图2-2O图2-2挖掘机三维装配图挖掘机的工作装置经上面的简化后实质是一组平面连杆机构，自由度是3,工作装置的几何位置由动臂油缸长度Lh斗杆油缸长度L2、铲斗油缸长度L3决定，当LkL2、L3为某一确定的值时，工作装置的位置也就能够确定。2.2动臂及斗杆的结构形式动臂是工作装置中的主要构件，斗杆的结构型式往往取决于动臂的结构型式。反铲动臂可以分为整体式和组合式两类。整体式动臂有直动式和组合式两类。直动式臂结构简单，轻巧，布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机。采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度，它是专用反铲装置的常见形式。整体式弯动臂在弯曲处的结构形式和强度值得注意，近年来悬
19、挂式挖掘机出现了小弯臂的结构形式，是直动臂的改进，动臂的箱型结构可以不用开口，动臂和斗杆油缸及管路的布置也比较方便。整体式动臂结构简单，价廉。刚度相同时结构重量较组合式动臂轻。它的缺点是替换工作装置较少，通用性较差。而组合式动臂工作尺寸和挖掘力可以根据作业条件的变化调整，较合理的满足各种类型作业装置的参数和结构要求,装车运输比较方便。由于所设计的是中型液压挖掘机，综上选用整体式动臂。斗杆也有整体式和组合式两种，大多数挖掘机采用整体式斗杆。在本设计中由于不需要调节斗杆的长度，故采用整体式斗杆。2.3动臂油缸与铲斗油缸的布置动臂油缸装在动臂的前下方，动臂的下支承点（即动臂与转台的钦点）设在转台回转
20、中心之前并稍高于转台平面，这样的布置有利于反铲的挖掘深度。油缸活塞杆端部与动臂的校点设在动臂箱体的中间，这样虽然削弱了动臂的结构强度，但不影响动臂的下降幅度。并且布置中，动臂油缸在动臂的两侧各装一只，这样的双动臂在结构上起到加强筋的作用，以弥补前面的缺乏，所以动臂油缸和铲斗油缸的布置为是下置式，具体结构示意图如图2-3动臂油缸被接示意图。1-动臂；2-动臂油缸2.4铲斗与铲斗油缸的连接方式本方案中采用六连杆的布置方式，相比四连杆布置方式而言在相同的铲斗油缸行程下能得到较大的铲斗转角，改善了机构的传动特性。该布置中1杆与2杆的较接位置虽然使铲斗的转角减少但保证能得到足够大的铲斗平均挖掘力。如图2
21、-4所示。1-曲柄：2-连杆图2-4铲斗连接布置示意图2. 5铲斗的结构选择铲斗结构形状和参数的合理选择对挖掘机的作业效果影响很大，其应满足以下的要求：(1) 有利于物料的自由流动。铲斗内壁不宜设置横向凸缘、棱角等。斗底的纵向剖面形状要适合于各种物料的运动规律。(2) 要使物料易于卸尽。(3) 为使装进铲斗的物料不易于卸出，铲斗的宽度与物料的粒径之比应大于4,大于50时，颗粒尺寸不考虑，视物料为均质。综上考虑，选用中型挖掘机常用的铲斗结构，根本结构如图2-5所示。图2-5铲斗斗齿的安装连接采用橡胶卡销式，结构示意图如2-6所示。1-卡销：2-橡胶卡销：3-齿座；4-斗齿图2-6卡销式斗齿结构示
22、意图2.6原始几何参数确实定(1)动臂与斗杆的长度比Kl由于所设计的挖机适用性较强,一般不替换工作装置,故取中间比例方案,KI取在L52.0之间，初步选取Kl=L8,即/Mz=L8。(2)铲斗斗容与主参数的选择斗容：q=0.9m3按经验公式和比较法初选：/3=155Omm(3)工作装置液压系统主参数的初步选择各工作油缸的缸径选择要考虑到液压系统的工作压力。初选动臂油缸内径D/=140mm,活塞杆的直径d=90mm。斗杆油缸的内径)2=14OnInb活塞杆的直径J2=90mmo铲斗油缸的内径。3二IlOmnb活塞杆的直径力二80mm。又由经验公式和其它机型的参考初选动臂油缸行程L尸100Omnb
23、斗杆油缸行程2二1450mm,铲斗油缸行程L3=1250mm0并按经验公式初选各油缸全伸长度与全缩长度之比：=2=3=l.6o参照要求选择工作装置液压系统的工作压力片31.4MPa,闭锁压力Pg=34.3MPa.由上绘出图2-7工作装置结构简图和表一后面设计中所需的参数。此上，后续设计所需参数己给定，液压挖掘机的总体设计根本完成。图2-7：工作装置结构简图表一：反铲机构自身几何参数表参数分类机构组成铲斗斗杆动臂机体符号意义原始参数Z3=QV,Z12=MH,Z13=MN,Z14=HN,Z24=QK,25=v,Z29=KH4=FQ,G=ER/.o=FG,Z11=EG,15=gn,16=FN,2i=
24、NQ1=CF,Z6=CD,I1=CB,4=DF,Z22=BF4=CP,I5=CA,%=CLZ18=CT,，3o=CS,4=,K=Jl推导参数CCjNMH,ai.=ZKQVg=NEFG,a广/GNF,a6=ZGFN,a1=ZNQF,as=ZNFQa?=NBCF,a3=ZDFCau=CAP,an=ZTCP特性参数2K戈kMl4=ZCFZp=即=X备注4斗杆长4f动臂长动臂弯角3挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析反铲装置的具体结构型按运动学分析，在运动学上能以通用的数学表达式表示。本文通过直角坐标系对典型结构型式作运动分析的方法反铲装置的几何位置取决于动臂液压缸的长度L1斗杆液压缸的长度L2和铲斗
25、液压缸的长度L3o3.1动臂运动分析动臂是液压挖掘机的主要部件，前面选定整体式动臂，动臂上任意一点在任一时刻也都是LI的函数。1.lmin:动臂油缸的最短长度：Llnwx:动臂油缸的伸出的最大长度；A：动臂油缸的下校点；B：动臂油缸的上校点：C：动臂的下校点.图3T动臂摆角范围计算简图如图3-1所示，6是Ll的函数，图中Lmn:动臂油缸的最短长度；LigX:动臂油缸的伸出的最大长度；lmin:动臂油缸两较点分别与动臂下钦点连线夹角的最小值;Gmx：动臂油缸两较点分别与动臂下钦点连线夹角的最大值；在三角形ABoC中:动臂的瞬时转角为:ma = arccos当F点 线CU 21 二 负，否 正。（
26、图 点坐标 图）F标为在水平 之下时 ZUCB 为 那么为 3-2 F 计算简点的坐 Xf =ho+l cosa21Yf=ho+liSina2C点的坐标为Xc=X+l5COSan=hoYc=YA+l5Sina动臂油缸的力臂e/e=kSinNCAB显然动臂油缸的最大作用力臂e,na=I53.2斗杆的运动分析如以下图3-3所示，点为斗杆油缸与动臂的钱点点，尸点为动臂与斗杆的较点，点为斗杆油缸与斗杆的较点。斗杆的位置参数是I2,这里只讨论斗杆相对于动臂的运动，即只考虑Lz的影响。D-斗杆油缸与动臂的较点点：F-动臂与斗杆的饺点；图3-3斗杆机构摆角计算简图由上图的几何关系知 斗杆的瞬时转角为： 那么
27、斗杆的作用力臂e2=kSinNDEF显然斗杆的最大作用力臂e2nax=l93. 3铲斗的运动分析3. 3.1铲斗的传动比铲斗相对于XY坐标系的运动是4、4和4的函数， 斗HJ =情况较复杂。现先讨论铲K相对于斗Y当给定了x斗液压缸E-斗杆油缸与斗杆的较点；O斗杆摆角图3-4铲斗连杆机构计算简图长度右，由表一原始参数及推导参数出发，利用几何关系可依次求得图3-4中巴(ZGNF)、%(/GNM)、。(/MGN)、(AMNQKl26(MQKa24(/MQN)、a25(ZHMQhI21(HQ)、a26(ZMQK).a27(/KHQ)、a2g(/KHN1、29(NHKQ)等值。由图3-4铲斗液压缸对N点
28、的作用力臂为连杆HK对N点作的用力臂为连杆HK对Q点作的用力臂为铲斗连杆机构的总传动比为铲斗相对于斗杆的摆角范围仍2当取上k=Amin和k=4a时可分别求得min和.nax。于是得：斗齿尖坐标方程斗齿尖V的坐标值Xy和X，是4、L2和4的函数。只要推导出Xy和%的函数表达式，那么整机作业范围就可以确定。现按图3-5推导如下。结合表一以及前面计算得到的有关参数值，通过几何和三角函数运算，可依次求得：a32(ZCFN).28(CN).a33(ZCNQhI23(C。)、34(NFCQ)、a35CZCQV)I31(CV)/6(NQCV)等最后得到：图3-5最大卸载高度计算八简图图3-6最大挖掘深度计算
29、简图3. 3.2最大卸载高度当动臂液压缸全伸，斗杆液压缸全缩，铲斗液压缸处于适当位置使Qv连线处于垂直状态时得到最大卸载高度为：故Q点坐标为：式中：因此V点坐标为：儿就是最大卸载高度也皿4. 3.3最大挖掘半径当斗杆液压缸全缩，铲斗液压缸处于适当位置使QV转到CQ的延长线上，CV水平时得到最大挖掘半径：Nnux就是最大挖掘半径。最大挖掘半径时的工况是水平面最大挖掘半径工况下C、V连线绕C点转到水平面而成的。通过两者的几何关系，我们可计算得到：130=85mm；ho=9800mm；/?lmax=9885mm此上，己对液压挖掘机的动臂、斗杆、铲斗的机构运动学作了分析。4工作装置各局部的根本尺寸计算
30、和验证液压挖掘机根本参数是表示和衡量挖掘机性能的重要指标，本文主要计算和验证铲斗、动臂、斗杆的尺寸。5. 铲斗各参数确实定6. 1.l铲斗结构形状的设计及根本要求对于液压挖掘机，考虑到现实工作状况和查阅相关文献资料，对铲斗结构形状的设计有以下根本要求：(1)、要有利于物料的自由流动，因此，铲斗内壁不宜设置横向凸缘、棱角等。斗底的纵向剖面形状要适合各种物料的运动规律。(2)、要使物料易于卸净，缩短卸载时间，并提高铲斗有效容积。(3)、为使装进铲斗的物料不易掉出，斗宽与物料直径之比应不大于4：1.(4)、装设斗齿有利于增大铲斗与物料刚接触时的挖掘比压，以便切人或破碎阻力较大的物料。挖硬土或碎石时还
31、能把石块从土壤中耙出。对斗齿的材料、形状、安装结构及其尺寸参数的根本要求是挖掘阻力小，耐磨，易于更换。6.1 2铲斗主要参数确实定当铲斗容量q一定时，挖掘转角2,挖掘半径时和平均斗宽b之间存在一定的关系，即具有尺寸即和b的铲斗转过2。角度所切下的土壤刚好装满铲斗，于是斗容量可按下式计算：g=gM2一sin2。*(4.1)式中：ks铲斗充满系数；Ks一一土壤松散系数。查表kxKs=1.25)一般取=(1.01.4)四(4.2)%的取值范围：RD=(L31.6)(4.3)式中：q铲斗容量，m3；b一一铲斗平均宽度，mo因为q=0.9m3,查表跟经验公式取b=1040mm.按经验统计和参考同斗容的其
32、它型号的机械，初选RD=1450mm得出=95/2=47.5铲斗挖掘b体积土壤所消耗的能量称为切削能容量。反铲铲斗的主要参数，即平均铲斗宽度b,切削转角2和挖掘半径时对转斗底切削能容量有直接影响，可用下式表示：E;迎(SinfOSe+IoOM-Lfcos4)b(2-sin22-r2)式中：E一铲斗切削能容量，Nm113;k、一一考虑切削过程中其他影响因素的系数；理想状态取K=I)k2具有应力因次的系数，在铲斗容量q=0.15l时，取网二1.5；k3具有容积质量因次的系数，在铲斗容量q=0.151时，取自二0.07。显然，在设计铲斗时，在满足铲斗容量q的条件下，应使铲斗切削能容量E最小。由上式可
33、以看出，减小。角，增大铲斗宽度b和切削半径时能够减低E,计算得E=1554.81Nmm3铲斗两个较点K、Q之间的间距勿和/3的比值上的选取：124太大将影响机构的传动特性，太小那么影响铲斗的结构刚度，初选特性参数上=0.29。由于铲斗的转角较大，而k2的取值较小，故初选o=ZKQV=HOo4.2动臂机构参数确实定初选动臂转角a=120由经验统计和参考其它同斗容机型，初选特性参数上=1.4(k3=L42/LQ较点A坐标的选择：由底盘和转台结构，并结合同斗容其它机型的测绘，初选：XA=430mm；Ya=1200mm4.2.14和4的计算据统计，最大挖掘半径4nl值一般与4+4+4的值很接近。因此要
34、求此而，的4和Kl可按以下近似经验公式初定4和4,即：由：RImaX4+，2+4其中K1=1.8/3=1550mm.&/,=KiI24mx=9885mm可解得：I2=(R-h)/(l+k)=/9885-1550/0+1.8/=3000mmIi=kh=1.83000=5400mm4.2.2&和加的计算在冰中药、Z1可得：计算得41=2585mmI42=3620mm.?9=24.5o4.2.3&的计算由经验和反铲工作装置对闭锁力的要求初取k4=0.4初选an=62.50斗杆油缸全缩时，NCF0=32rz8最大，依经验统计和便于计算，初选(a32-a8)max=160由于采用双动臂油缸，NBCZ的取
35、值较小，初取/BCZ=5如上图4-1所示，在三角形CZF中：ZCF=-a-a39=35.5NBCF=a3=NZCF-NZCB=30.5最大卸载高度的表达式为：Hjmax=Yc+hSin(1-a2o-a11)-I2-I3最大挖掘深度绝对值的表达式为：Himax=h+h+hSin(a11-imin-si-a2)-IsSinan-Ya)令A=G+a”=30.5+62.5=93B=A+Ia32a)max-93+(-160)=-67Hhnax+113max-11Sin(hw-93)+Si11(93-hnin)+hSitl(lmax+67)+1=O又特性参数winf)储二TX可得:hna=152lmit-
36、46.14smnillHimax-l2+h+lSinIall-8i而+Q2)-fcS%11-YkIs-2+3+1Szta-min+a2)-Ya-Hma/Sinaw-750mm而。/加”与8mr需要满足以下条件hnin=COS,(2+l-p2)2Ohnax=COS1(2+l-2p2)2p=2.51=3.11而p+1=2.51+1=3,51(1)p=4.11/2.51=1.64(=1.6)P、。满足经验条件，说明P、。的取值是可行的。那么h-l5=2335mm1.min=pb=1880mm1.1max=ILlmin=301O1111至此，动臂机构的各主要根本参数已初步确定。4.3斗杆机构根本参数的
37、选择取整个斗杆为研究对象，可得斗杆油缸最大作用力臂的表达式：e2max=/9=PGmax2+/3)/Pl-940mm如图4-1所示图中，D：斗杆油缸的下较点；E：铲斗油缸的上被点；F动臂的上较点；2:斗杆的摆角；尿斗杆油缸的最大作用力臂。斗杆油缸的初始位置力臂C20与最大力臂e2max有以下关系：2e2nwx=I9COS(2max2)l9=COS(2ma,2)由4.24知，U2S越大,那么62。越小，即平均挖掘阻力越小.要得到较大的平均挖掘力，就要尽量减少W2S,初取2max=90取决于结构因素和工作范围，一般在130170之间.初定EFQ=150o,动臂上死也是结构尺寸,按结构因素分析,可初
38、选XDFZ=IOo.D：斗杆油缸的下校点：E：铲斗油缸的上钦点：F动臂的上校点：斗杆的摆角：L斗杆油缸的最大作用力臂.图4-1斗杆机构根本参数计算简图由图4-2的几何关系有：1.2min=29Sin(2naxi)/(Z2-1)=221511UD1.lmax2X/9SlH(犷2心工/2)=354511M11/F=Lmin+/%+2XL2111inXI9XCOS(jt-2max)/2/8=2995mm4. 4铲斗机构根本参数的选择4.1 .1转角范围由最大挖掘高度Wmax和最大卸载高度H3max的分析，可以得到初始转角4D0:H2max-H3max=h(Sin(PDo+1)得D0=55最大转角网M
39、X网如=NVoQVz,不易太大，太大会使斗齿平均挖掘力降低，初3max1654.4 .2铲斗机构其它根本参数的计算在图4-2中，112：摇臂的长度；129：连杆的长度；13：铲斗的长度；12：斗杆的长度；F：斗杆的下钦点；G：铲斗油缸的下钦点；N：摇臂与斗杆的皎接点；K：铲斗的上校点；Q：铲斗的下钱点。112：摇臂的长度：129：连杆的长度：13：铲斗的长度；12：斗杆的长度：F：斗杆的下钱点;G：铲斗油缸的下校点；N：摇臂与斗杆的较接点；K：铲斗的上校点；Q：铲斗的下钦点.图4-2铲斗机构计算简图那么有：l24=KQ=k2l3=1550mm铲斗的最大挖掘阻力奴应该等于斗杆的最大挖掘力，即B/
40、S=138KNo粗略计算知斗杆挖掘平均阻力Fjjwt=F3Jnuu2=69KN挖掘阻力F3J所做的功W3J：IVjj=Fsjmaxh3nax=3.08IO5N.m由图4-3知，铲斗油缸推力所做的功：W3=F3（2-l）L3min由功的守恒知Wj=W3J计算可得：Ljmin=1720mmaB么LSnx=23L3加n=2750mm通过经验公式和同斗容的其它机型的参考，初步选定剩余的根本尺寸如下：HK=600mm；HN=640mm；NQ=400mm；FN=h-NQ=2600mm；GF=800mm；由预选NGFN=60o刃口么GN2=FN2+GF2-2COSZGFNFNGFGN=2300mm至此，工作
41、装置的根本尺寸均已初步确定。5工作装置结构设计整个工作装置由动臂、斗杆、铲斗及油缸和连杆机构组成，要确定这些结构件的结构尺寸，必须要对其结构进行受力分析。要进行受力分析，首先要确定结构件最不利的工况，并找到在该工况下的最危险截面，以作为受力分析的依据。5.1 挖掘阻力分析液压挖掘机反铲装置工作时既可用铲斗液压缸挖掘（简称转斗挖掘），也可用斗杆液压缸挖掘（简称斗杆挖掘），或作复合动作挖掘。一般认为斗容量小于05或在土质松软时以转斗挖掘为主，反之那么以斗杆挖掘为主。这两种情况的挖掘阻力不同。5.1.1 转斗挖掘阻力计算转斗挖掘时，土壤切削阻力随挖掘深度改变而有明显变化。切削阻力与切削深度根本上成正
42、比。但总的说前半过程切削阻力较后半过程高，因前半过程的切削角不利，产生了较大的切削阻力，对斗形切削刃所作的大曲率切削有同样结果，其切削阻力的切向分力可以用以下公式表达：(I-|Wi=CR18S0maxBAZX+D(5.1)Ics(x-)式中：C一一表示土壤硬度的系数，对II级土宜取C=5080,对In级土宜取O9(150,对IV级土宜取0160320;R铲斗与斗杆钱点至斗齿尖距离，即转斗切削半径，R=h单位为cm；n一一挖掘过程中铲斗总转角的一半；铲斗瞬时转角；B切削刃宽度影响系数，B=l+2.6b,其中b为铲斗平均宽度；A一一切削角变化影响系数,取A=L3;Z带有斗齿的系数,Z=O.75(无
43、斗齿时，Z=I):X一一斗侧壁厚度影响系数，X=1+0.03s,其中S为侧壁厚度，单位为cm,初步设计时可取X=L15；D切削刃挤压土壤的力，根据斗容量大小在D=100001700范围内选取，当斗容量qO.25?时，D应小于IoooON。转斗挖掘装土叫=qcQs(5.2)式中：q密实状态下土壤容重，单位为N/n?；一一挖掘起点和终点间连线ab方向与水平线的夹角；土壤与钢的摩擦系数。计算说明：叱与叫相比很小，可忽略不计。当*=Qmax,=0时出现转斗挖掘最大切向分力叱ma,其值为：W1=c/?(l-cosmsa),j5BAZX+D(5.3)试验说明法向挖掘阻力W2的指向是可变的，数值也较小，一般
44、叱=0。-2叱，土质愈均匀，的2愈小。从随机统计的角度看，取法向分力卬2为零来简化计算是允许的。这样叱a就可看作为转斗挖掘的最大阻力。转斗挖掘的平均阻力可按平均挖掘深度下的阻力计算。也即把半月形切削断面看作相等面积的条形断面，条形断面长度等于斗齿转过的圆弧长度与其相应之弦的平均值，那么平均切削厚度为：R2R2._/、sin2。氏(初一90sin2)兀ISin夕、万+180,Sine平均挖掘阻力为:叱=C7?(3.1416-90sin2。)3.1416+180sin2BAZX+D(5.5)式中：用度数代表，一般所谓平均阻力是指装满铲斗的全过程阻力平均值，因此应取9=外.。显然这一计算方法是近以的
45、，国外有试验认为平均挖掘阻力为最大挖掘阻力的7080%,可作为参考。5.1.2斗杆挖掘阻力计算斗杆挖掘时切削行程较长，切土厚度在挖掘过程中可视为常数。一般取斗杆在挖掘过程中的总转角为外=5080,在这转角行程中铲斗被装满。这时斗齿的实际行程为：S=0.01745/(5.6)斗杆挖掘时的切削厚度4可按下式计算:h=q=qfiBSK0.017454然8(5.7)斗杆挖掘阻力为:%,=KOh,B=0.01745分化KS(5.8)式中：4斗杆挖掘时的切削半径，r6=FVoKO挖掘比阻力，当取主要挖掘土壤的KO值时可求得正常挖掘阻力，取要求挖掘的最硬土质Ko值时那么得最大挖掘阻力。一般斗杆挖掘阻力比转斗挖掘阻力小,主要原因是前者切削厚度较小。5.2斗杆的结构设计5.2.1 斗杆的受力分析斗杆主要受到弯矩的作用，故要找出斗杆中的最大弯矩进行设计计算。根据受力分析和以往的实验说明，在铲斗进行挖掘时，产生最大弯矩的工况可能
