毕业设计方案说明指导书参考模版挖掘机工作装置设doc.doc

本科毕业论文题目：挖掘机工作装置设计学 院:机械自动化学院专 业:机械工程及自动化学 号:学生姓名:汪乐指导老师:侯宇日 期:6月摘要液压挖掘机是一个应用广泛多功效建设施工机械，作为工程机械主力机种。出于液压挖掘机含有多品种，多功效，高质量及高效率等特点，所以受到了广大施工作业单位青睐，其生产制造来了日益蓬勃发展。液压挖掘机关键由发动机、工作装置、回转装置、行走装置和、电气装置和液压系统等部分组成。此次设计关键是相关挖掘机工作装置设计，工作装置是直接完成挖掘任务装置，进行工作装置全方面通用性设计研究对推进中国挖掘机发展含有十分关键意义。本设计全方面搜集了中国外挖掘机工作装置设计资料，对挖掘机多种工况进行了分析，总结了挖掘机工作装置设计要求。分别对工作装置各个组成部分进行了较为具体设计，这其中就包含了动臂，斗杆和挖斗选型，多种组成部分尺寸计算及它们驱动装置设计，驱动装置设计包含多种驱动装置部署，行程，作用力确实定。最终对动臂和斗杆在部分特殊工况下进行了校核。关键字：挖掘机：工作装置：动臂：斗杆：挖斗AbstractHydraulic excavator is a kind of multifunction machine used widely in construction fieldIt is a primary kind of machineBecause of its multifunction，high quality and efficiency and various kinds，many company like to use itIts manufacture is developing day by day Hydraulic excavator consist of engine working equipment，rotator，walking equipment , electric control part and hydraulic systemOne main partsworking equipment designing make up of this articleWorking equipment is the first equipment to finish digging taskUsing universal and professional excavators working Equipments design methods，having a study of universal design with computer is very important to the development of domestic excavator In this article，collect most of the world excavators working equipments designing materialAnalyze various kinds of excavators working conditionsDetailed design the various components of working device separately, including the selection and calculation of Boom, Stick and bucket and what they drive and design of their drive. The design of drive includes determine of their arrangement and travelling and force. At last checking the intensity of boom and stick in some special conditions. Keywords: excavator，working equipment，boom, stick , bucket 目 录1 绪论11.1 设计选题意义11.2 中国外液压挖掘机发展动态和研究现实状况11.2.1 国外液压挖掘机发展动态和研究现实状况11.2.2 中国液压挖掘机发展动态和研究现实状况21.3 目前液压挖掘机存在关键问题31.4 本设计关键内容及目标41.4.1 设计关键内容41.4.2 设计关键问题41.4.3 设计过程中已知参数52 工作装置总体方案设计62.1 机型选择及特点分析62.1.1 所用机型适用范围62.2 工作装置组成62.3 动臂及斗杆结构形式初选82.3.1 动臂结构形式初选82.3.2 斗杆结构形式初选82.4 动臂和动臂油缸部署82.5 铲斗和铲斗油缸连接方法83 动臂机构参数计算及校核93.1 动臂机构参数确实定93.1.1 1 和A点坐标选择93.1.2 、和计算93.1.3 103.1.4 113.1.5 动臂其它相关尺寸计算143.2 动臂基础数校核143.2.1 动臂机构闭锁力校核143.2.2 当满斗处最大挖掘半径时，动臂油缸提升力矩校核174 斗杆机构参数计算及校核194.1 斗杆参数计算及选择应考虑原因194.2 斗杆基础参数确实定194.2.1 斗杆液压缸最大作用力臂及计算194.2.2 斗杆其它相关尺计算214.3 斗杆结构设计和强度校核214.3.1 斗杆受力分析214.3.2 第一工况位置受力分析214.3.3 第二工况位置受力分析294.3.4 斗杆内力图绘制304.3.5 斗杆宽度、钢板厚度、许用应力选择344.3.6 斗杆危险截面处高度h计算345 铲斗机构选型及基础参数确实定365.1 铲斗选型365.2 铲斗结构基础参数计算375.2.1 铲斗关键参数计算375.2.2 斗形尺寸计算375.2.3转角范围确定395.2.4 铲斗机构其它基础参数计算396销轴和衬套设计416.1 销轴设计416.2 衬套设计417总结427.1 设计结果427.2 存在不足及改善427.3 设计展望42参考文件43致谢441 绪论1.1 设计选题意义中国是一个发展中国家，在广阔国土上正在进行大规模经济建设，这就需要大量土石方施工机械为其服务，而液压挖掘机是最关键一类土石方施工机械。所以，能够肯定液压挖掘机发展空间很大。能够预见，伴随国家经济建设不停发展，液压挖掘机需求量将逐年大幅度增加。以后几年中国液压挖掘机行业将会有一个很大发展，液压挖掘机年产量将会以高于20速度增加。中国挖掘机市场自1997年开始已进入了一个较快发展时期， 和比较，全国挖掘机产、销量分别增加55和56。截止到8月底全国挖掘机销量已超出13000台，超出了整年销售数。全国液压挖掘机销售量超出18000台。显然，挖掘机在整个工程机械行业中是产、销量增加最快机种之一。而在挖掘机中最为关键就是相关工作装置设计，因为挖掘机工作装置能够最为显著表现机器工作能力和工作寿命，所以设计工作可靠，性能好，成本低，效率高，维护使用方便工作装置就显得格外关键。1.2 中国外液压挖掘机发展动态和研究现实状况 最早在液压挖掘机工作装置设计时，设计人员经过类比、查表、理论计算初步确定性性能参数以后，还需要花大量时间对设计合理性进行分析，计算量大，而且在设计过程中，大全部选择多个特殊位置进行检讨计算，其精度当然较低。当今计算机广泛应用于机械设计中，挖掘机工作装置设计得到了很快发展。针对液压挖掘机工作装置CAD软件也已经有了不少研究。1.2.1 国外液压挖掘机发展动态和研究现实状况国外挖掘机生产历史较长，液压挖技术不停成熟使挖掘机得到全方面发展。德国是世界上较早开发研制挖掘机国家，1954年和1955年德国德马克和利渤海尔企业分别开发了全液压挖掘机；美国是继德国以后生产挖掘机历史最长、数量最大、品种最多和技术水平处于领先地位国家；日本挖掘机制造业是在二次大战后发展上起来，其关键特点是在引进、消化优异技术基础上，经过大胆创新发展起来；韩国是液压挖掘机生产后起之秀，20世纪70年代开始引进技术，因为产业政策进入国际市场，并已挤入国际液压挖掘机关键生产国之一。20世纪60年代，挖掘机进入成熟期，各国挖掘机制造商纷纷采取液压技术并和其它技术相结合，使产品适应性得到了较快发展，产品寿命和质量不停得到提升，操纵愈加舒适，产品愈加节能。比如美国卡特彼勒企业1955年以后推出300B系列液压挖掘机，采取一个命名为maestro系统，经过载荷传感液压装置，控制发动机输出功率，实现和液压泵严格匹配。Maestro控制面板在机型上安装两种功率模式和四种工况状态，许可用户自行决定功率工况模式。再如韩国现代企业生产ROBEX450-3型液压挖掘机，有四种功率模式，经过集成化电子控制系统自动确定最好发动机转速和液压泵输出参数，使得发动机、液压泵速度及液压用液压系统压力和实际工况相适应，从而取得最高生产率和最好燃油消耗。此种技术在日本松、日立建机、神钢、韩国大宇重工、德国利渤海尔、英国JCB等到企业均得到普遍应用，代表了现代液压挖掘机最高水平。目前，国际上挖掘机生产正向大型化、微型化、多能化和专用化方面发展。因为使用性能、技术指标上优越，世界上很多国家，尤其是工业发达国家，全部在大力发展单斗液压挖掘机。现在，单斗液压挖掘机发展着眼于动力和传动系统改善以达成高效节能；应用范围不停扩大，成本不停降低，向标准化、模块化发展，以提升部件、配件可靠性，从而确保整机可靠性；电子计算机监测和控制，实现机电一体化；提升机械作业性能，降低噪音，降低停机维修时间，提升适应能力，消除公害，纵观未来，单斗液压挖掘机有以下趋势：（1）向大型化发展同时向微型化发展。（2）更为普遍地采取节能技术。（3）不停提升可靠性和使用寿命。（4）工作装置结构图不停改善，工作范围不停扩大。（5）由内燃机驱动向电力驱动发展。（6）液压系统不停改善，液压元件不停更新。（7）应用微电子、气、液等机电一体化综合技术。（8）增大铲斗容量，加大功率，提升生产效率。（9）人机工程学在设计中充足应用。1.2.2 中国液压挖掘机发展动态和研究现实状况 早在1958年中国便开始了液压挖掘机研制开发工作，随即开发出一系列比较成熟产品。当初出于受配件如发动机、液压件及企业本身条件影响，其质量和产量远未达成应有水平，和国外同类产品相比也存在较大差距。到了80年代末和90年代初，世界各工业发达国家液压挖掘机技术水平得到了快速提升，突出表现在追求高效率(同一机重挖掘机功率普遍提升，液压系统流量增大作业循环时间减小，作业效率大大提升)；高可靠性和追求司机操作舒适性。中国原有数家挖掘机专业生产厂为了生存和发展，利用本身实力和丰富挖掘机生产经验，纷纷在工厂技术改造、试验研究、新产品开发方面下大功夫。有新开发产品(也包含一些已生产多年老产品)为了提升作业可靠性，干脆采取了进口液压件和发动机，甚至于整个传动系统全部根据采取国外元件来设计，这种经过改型或新设计开发液压挖掘机其工作可靠性和作业效率得到很大提升。这么，引进和消化国外不少技术，在技术方面全部有了长足进步。中国液压挖掘机行业多年来虽有很大发展，但和国外挖掘机行业发达国家相比仍存在很多不足，其原因除了中国挖掘机加工水平落后之外，挖掘机设计水平和发达国家相比也有较大差距，尤其是部分优异设计技术掌握和应用。中国众多研究人员和单位对液压挖掘机工作装置设计进行了不少研究，开发了其设计软件，她们研究基础上局限于处理一些问题，即工作装置几何参数、运动参数和力参数等处理。相关工作装置设计参数分析和在CAD上其自动设计综合研究文件还没有。所以，开发出软件缺乏通用性，不能使用于挖掘机工作装莺部分通用问题处理，对工程机械这个行业不含有通用性。尤其是中国，CAD在很多企业还停留在辅助制图程度上，当然也有部分企业用CAD进行空间部署设计。即使部分软件也有一定分析计算能力，不过远远不能达成设计需要，对液压挖掘机进行分析大型通用软件现在市场上还极少。经过近十年研究，取得了部分结果，不过研究还不够深入，有些研究结果已进入实际应用过程中。现在研究液压挖掘机工作装置设计关键在于，为了使挖掘机设计人员从繁忙计算中解脱出来，现有工作装置机构计算机辅助计算和优化设计，即大多数液压挖掘机工作装置设计研究在现有机构基础上局限进行，在这种情况下开发出一个专业工作装置设计工具和软件显得很关键。中国液压挖掘机研究和发展动向应该表现在以下多个方面：（1）提升效率，降低能耗。（2）提升技术性能和控制性能。（3）发展集成、复合、小型化、轻化元件。（4）开展液压自动控制技术方面研究和开发。（5）加强以提升安全性和环境保护为目标研究工作开发。（6）提升液压元件和系统工作可靠性。（7）标准化和多样化。（8）开展液压系统设计理论和系统性能分析研究。1.3 目前液压挖掘机存在关键问题即使液压挖掘机发展很快，不过液压挖掘机仍然存在着多种问题：（1） 控制精度要求并不高，多数在100mm之内，并不像其它领域机器人运动控制要求到10mm之内，或更高。首先，挖掘机本身机构尺寸通常全部比较大；其次，挖掘机进行土木施工精度和部分工业加工比较起来要低得多，相对较低精度仍然能够满足挖掘机在实际工作中需要。多数研究者在实现以上控制精度时，铲斗末端速度比较低，最快也在150mm/s之内，而这个关键参数直接影响挖掘机工作效率，所以，确保控制精度情况下提升铲斗末端速度是本文需要处理问题之一。（2） 即使世界各国研究水平参差不齐，不过多数处于试验室阶段，或从成本角度考虑采取伺服阀进行控制，和工程实际差距较大；对挖掘机工作装置研究是在静态下进行，忽略惯性项影响，所以在实际工程中也是不适用；多数研究中全部没有考虑到系统节能问题，极难将研究结果在实际中进行推广。（3） 挖掘机工作装置作为一个经典工程机械复杂机电液系统，因为其本身特点，该项研究是比较困难工作。关键在于：在机构运动过程中，惯性力负载多变性；电液百分比系统数学模型中参数多和机构姿态相关，属于时变参数，正确地得到每个参数值很困难；整个系统存在大量不确定量（不确定参数及不确定非线性模型），比如在不一样温度下液压油弹性模量和黏性等，均属于不确定参数；工作过程中，因为和地面接触而产生扰动等不能正确建立数学模型量，均属于不确定非线性模型。以上各类不确定量全部将对系统控制稳定性和动态特征产生极大影响。1.4 本设计关键内容及目标1.4.1 设计关键内容 （1）分析和确定设计任务书，确定设计思想和标准，并提出设计结构方案初步思想。 （2）挖掘机关键参数确实定。 （3）挖掘机工作装置各关键机构结构方案确实定。 （4）挖掘机工作装置各关键结构力分析和计算。 （5）挖掘机工作装置各关键机构强度校核。1.4.2 设计关键问题（1）相关挖掘机总体设计，就是多种整体参数和局部参数计算，这中间就 包含动臂，斗杆及挖斗关键参数计算。（2）液压挖掘机工作装置各关键机构结构方案确实定，这包含几方面内容，首先就是相关动臂和斗杆选型。其次就是动臂，斗杆和挖斗油缸部署怎样确定。第三就是各个铰链点怎样确定。（3）作用力计算，这其中包含油缸作用力，还有多种挖掘力。（4）多种强度校核。其中动臂校核尤为关键，还有斗杆强度校核。1.4.3 设计过程中已知参数 铲斗容量：0.8立方米最大挖掘力130KN整体质量：20吨工作装置液压回路最大压力：34MP最大挖掘半径：7.42米最大挖掘高度：8.41米最大挖掘深度：5.12米最大卸料高度：4.62米发动机功率：98KW发动机转速：2300r/m工作装置液压系统主参数初步选择：各工作油缸缸径选择要考虑到液压系统工作压力和“三化”要求和初步估取液压缸受力，初选动臂油缸内径D1=120mm，活塞杆直径。斗杆油缸内径D2=120mm，活塞直径。铲斗油缸内径D3=80mm，活塞杆直径，又由按经验公式选各缸全伸长度和全缩长度之比。参考猫画虎任务书要求选择工作装置液压系统工作压力为，闭锁压力;和相同类型挖掘机相比可知动臂油缸行程；斗杆油缸行程；铲斗油缸行程。2 工作装置总体方案设计2.1 机型选择及特点分析 本设计中，我选是单斗液压挖掘机，其工作装置采取反铲装置。 单斗液压挖掘机是一个采取液压传动并以一个铲斗进行挖掘作业机械，它是机械传动单斗挖掘机基础上发展而来，是现在挖掘机中关键品种。2.1.1 所用机型适用范围 在建筑工程，交通工程，露天工程，水利施工及现代军事工程中全部广泛采取，是多种土石方施工中关键机械设备。由液压挖掘机在结构和性能上有较多优越性，所以多年来发展快速，在中小型单斗挖掘机中，已替换了机械传动单斗挖掘机，成为工程机械关键机种。2.2 工作装置组成 铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常见结构型式，动臂、斗杆和铲斗等关键部件相互铰接，在液压缸作用下各部件绕铰点摆动，完成挖掘、提升和卸土等动作，图2.1为挖掘机最常见反铲工作装置 1-油管；2-动臂；3-斗杆油缸；4-动臂油缸；5-铲斗；6-斗齿；7-侧齿；8-连杆； 9-摇杆 10-铲斗油缸 11斗杆图2.1 挖掘机反铲工作装置挖掘机工作装置大臂和斗杆是变截面箱梁结构，铲斗是由厚度很薄钢板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉压载荷杆。依据以上特征，能够对工作装置进行合适简化处理。则可知单斗液压挖掘机工作装置能够看成是由动臂，斗杆，铲斗，动臂油缸，斗杆油缸，铲斗油缸及连杆机构组成含有三自由度六杆机构，处理具体简图2.2所表示。深入简化图如2.3所表示。图2.2工作装置结构简图 1-铲斗 2-连杆 3-斗杆 4-动臂 5-铲斗油缸 6-斗杆油缸图2.3 工作装置结构简化图挖掘机工作装置经上面简化后实质是一组平面连杆机构，自由度是3，即工作装置几何位置由动臂油缸长度L1、斗杆油缸长度L2、铲斗油缸长度L3决定，当L1、L2、L3为某一确定值时，工作装置位置也就能够确定。2.3 动臂及斗杆结构形式初选2.3.1 动臂结构形式初选动臂采取整体式弯动臂，这种结构形式现在应用最广泛，其关键特点是制造方便，成本低，质量轻，能有较大动臂弯角，装载作效率高，挖掘深度也比较大；配用加长可调斗杆，能够很好地完成垂直壁面挖掘作业，而且所挖掘壁面平直整齐。2.3.2 斗杆结构形式初选斗杆也有整体式和组合式两种，大多数挖掘机采取整体式斗杆。在本设计中因为不需要调整斗杆长度，故也采取整体式直斗杆。2.4 动臂和动臂油缸部署动臂油缸通常部署在动臂前下方，下端和回转平台铰接，支承点设在转台回转中心之前并稍高于转台平面，这么部署有利于反铲挖掘深度。油自由式活塞杆端部和动臂铰点设在动臂箱体中间，这么即使减弱了动臂结构强度，但不影响以、动臂下降幅度。而且部署中，动臂油缸在动臂两侧各装一只，这么双臂在结构上起到加强盘作用，以填补前面不足，具体结构图2.4所表示。 1-动臂 2-动臂油缸 1-斗杆 2-连杆机构 3铲斗 图2.4 铲斗连接部署图 图2-5 铲斗连接部署图2.5 铲斗和铲斗油缸连接方法 本方案中采取六连杆部署方法，相比四连杆部署方法而言在相同铲斗油缸行程下能得到较大铲斗转角，改善了机构传动特征。该部署1杆和2杆铰接位置即使使铲斗转角降低但确保能得到足够铲斗平均挖掘力。图2.5所表示。3 动臂机构参数计算及校核3.1 动臂机构参数确实定我是依据在前面图2.2，即工作装置结构简图来计算出动臂，斗杆，连杆及铲斗基础参数。3.1.1 1 和A点坐标选择 动臂弯角 1 图2.2所表示，通常可取为1 =120140。弯角太小会对结构强度不利。般取1=120。 由经验统计参考其它同斗容机型，初选牲参数K3=1.2,其中铰点A点坐标选择：由底盘和转台结构，并结协议斗容其它机型测绘，初选： 3.1.2 、和计算 由统计分析可知，最大挖掘半径R1 值和+值很靠近，由已经给定最大挖掘径R1和经过和K1 计算和选择就能够得到另外两个尺寸。 取K1=1.8 其中 由经验公式知：取 其中q是斗容量代入q=0.8mm可得：=1448mm 最大挖掘半径则 所以 3.1.3 参看图3.1中可知，在CZF中知道了1、就能够轻易求得。计算公式以下：代入数值可得：=.02mm一样在CZF中，由余弦定律得：一样能够得到 图 3.1 最大挖掘半径时动臂机构计算简图3.1.4 动臂液压缸全伸和全缩时力臂比按不一样情况选择，如前所述，专用反铲取0.8，所以这里我取=0.4。 ，依据要求能够初选 斗杆液压缸全缩时最大，图3.2所表示，常选依据本设计要求可选择 图3.2 最大卸载高度时动臂机构计算简图取决于液压缸部署形式，图3.1所表示。动臂又液压缸结构中这一夹角较小，可能为零。动臂单液压缸在动臂上铰点通常置于动臂下翼缘加耳座上，B在Z下面，初定，则在CZF中能够得到： 由图3.2得最大卸载高度表示式为：也能够写成以下式子： （3-1）由图3.3得到最大挖掘深度绝对值表示式：也能够写成以下表示式； （3-2）将式（3-1）和（3-2）相加，消去得： （3-3）同时令 依据以上求得数据代入得，可知：将A和B值代入到式（3-3）中则得到以下式子： （3-4）又知特征参数： （3-5）则相关 （3-6）将式（3-6）代入式（3-4）中则得一元函数。式中是在设计任务书要求，就是已知，、A和B全部先已选出或算出，由此式可解得： 再由式（3-2）可求得为：代入数值得：而和满足以下方程： （3-7） （3-8）所以：=0.895 = -0.958通常情况下选择是： 则解上式就能够得到。 对求得值进行验算： 则 值满足这两个经验公式，说明了值是可行。由（3-7）和（3-8）两式可知： 图 3.3 最大挖掘深度时动臂机构计算简图3.1.5 动臂其它相关尺寸计算 前面已经确定了动臂选型为整体弯动臂，则还要一个关键参数是在动臂转弯处高度，经过对相同容量挖掘机进行类比可知，初定这个高度为H=800mm。 对此，动臂机构全部参数初步选出。3.2 动臂基础数校核 3.2.1 动臂机构闭锁力校核正常挖掘力 （3-9） 在式（3-9）中切削阻力切向分力； C土壤硬度系数，对不一样土壤条件取值不一样，这里设挖掘机用于III级土壤挖掘，取值为120； R铲斗和斗杆铰点到斗齿尖距离，即转斗切削半径其在前面已经初步确定取值为1448mm； 某一挖掘位置时铲斗总转角二分之一，这里取值为50； 某一挖掘位置处转斗瞬时转角，在此处因为是求平均挖掘阻力，故初取值和相同为50； B切削刃宽度影响系数，B=1+2.6b=1+2.61.448=4.76m； A切削角改变影响系数，取值为1.3； Z带有斗齿白唇红系数，取值为0.75； X斗侧臂厚影响系数，X=1+0.03S，其中要为侧臂baidu，因为是初步设计，故预取值为1.15； D切削刃挤压土壤力，依据经验统计和斗容量大小选择D=1.3N；将以上数值代入到式（3-9）中能够解得： =0.2 N值求取：图3.5所表示，当斗杆油缸全缩时，E，Q，V三点共线，且斗齿尖V和铰点C在同一水平线上，代入数值得：则=7420-7379=41mm由图3.4可知 代入数值得：=1300+62462.5 =1853mm图3.4 最大挖掘半径计算简图由图3.5知，最大挖掘深度时挖掘力力矩； （3-10）=0.2（5.12+1.853）=1.39N动臂油缸闭锁力 解之得： =2.35N其中为动臂油缸小腔作用面积，锁紧压力：最大挖掘半径工作装置本身重力所产生力矩为 要求力矩，自行应该需要知道作用力和作用力臂。在此处，则是先要求出工作装置各个部分重量；由经验统计，初步估量工作装置各部分质量以下：动臂 斗杆 铲斗 斗杆 铲斗缸 连杆机构 动臂油缸 当处于最大挖掘深度时： 由前面计算可知=另外依据经验公式斗内土重=由图3.5可知： 代入数值得： 动臂油缸闭锁力和工作装置重力所产生力矩（对C点矩）： 由前面计算可知：=则这说明动臂油缸闭锁力和工作装置重力所产生力矩略大于平均挖掘姐力满足要求。图3.5 最大挖掘深度计算简图3.2.2 当满斗处最大挖掘半径时，动臂油缸提升力矩校核NH-摇臂 HK-连杆 C-动臂下铰点 A-动臂油缸下铰点 B-动臂和动臂油缸铰点 P-动臂上铰点 D-斗杆油缸上铰点 E-斗杆下铰点 G-铲斗油缸下铰点 Q-铲斗下铰点 K-铲斗上铰点 V-铲斗斗齿尖 图3.6最大挖掘半径时工作装置结构简图工作装置重量级 ：代入数值得： 按经验公式取土重量：当处最大挖掘半径时，工作装置简图图3.6所表示，则有： 代入数值得：动臂油缸推力：如前图所表示：在CAB中 一样在CAB当中由余弦定律可知： 代入数值得：由等面积方法可知以下等式： 则力臂代入数值可知：则此时动臂油缸提升力矩为： 故满足要求。4 斗杆机构参数计算及校核4.1 斗杆参数计算及选择应考虑原因 第一：确保斗杆液压缸有足够斗齿挖掘力。通常来说期望液压缸在全行程中产生斗齿挖掘力一直大于正常挖掘阻力；液压缸全伸时作用力矩应足以支撑满载斗和斗杆静止不动；液压缸作用力臂最大时产生最大斗齿挖掘力大于要求克服最大挖掘阻力。 第二：确保斗杆液压缸有必需闭锁能力。对于以转斗挖掘力为主中小型反铲，选择斗杆机构参数时必需注意转斗挖掘时斗杆液压缸闭锁能力，要求在关键挖掘区内转斗液压缸挖掘力能得到充足发挥。 第三：确保斗杆摆角范围。斗杆摆角范围大致在之间。大在满足工作范围和运输要求前提下此值应尽可能小些，对以斗杆挖掘为主中型机更应注意到这一点。通常说斗杆愈长，其摆角也可稍小。当斗杆液压缸和转斗液压缸同时伸出最长时，铲斗前壁和动臂之间距离应大于10cm。4.2 斗杆基础参数确实定4.2.1 斗杆液压缸最大作用力臂及计算 依据斗杆挖掘阻力计算，并参考中国外同型机器斗杆挖掘力值，按要求最大挖掘力确定斗杆液压缸最大作用力臂，取整个斗杆为研究对象，可得斗杆油缸最大作用力臂表示式为： = =726.73 mm 图4.1 斗杆机构参数计算简图图4.1所表示，斗杆液压缸初始力臂和最大力臂之比是斗杆摆角余弦函数，则存在以下式子。可见已定时愈大，和就愈小，即平均挖掘力就越小。要得到较大平均挖掘力，就要尽可能降低，初取= 由图4.1几何关系有： = =1712.92 mm而 =1.61712.92=2740.67 mm一样由图4.1所表示可知，由余弦定律知： = =2285.32 mm4.2.2 斗杆其它相关尺计算 斗杆上取决于结构原因和工作范围（图2.2），通常在之间，初定=，一样动臂上也是结构尺寸，并按结构原因分析，可初选=。4.3 斗杆结构设计和强度校核4.3.1 斗杆受力分析 斗杆要受到弯矩作用，故要找出斗杆最大弯矩进行设计计算。依据分析和以往试验表明，在铲斗进行挖掘时，产生最大弯矩工况可能能有以下两个； 第一工况位置，其满足以下条件：1） 动臂处于最低位置，即动臂油缸全缩。2） 斗杆油缸力臂最大。3） 铲斗齿尖在动辟和斗杆铰点和斗杆和铲斗铰点连线上。4） 侧齿挖掘时受到横向力作用。第二工况位置，其满足以下条件：1） 动臂在动臂油缸对铰点A最大作用力臂处。2） 斗杆油缸力臂最大。3） 铲斗齿尖在F，Q两铰眯连线上或铲斗在最挖掘力位置。4） 挖掘阻力对称于铲斗，无侧向力作用。4.3.2 第一工况位置受力分析 在这个工况下斗杆可能存在最大矩，受到应力也可能最大。 该工况具体简图图4.2所表示，取工作装置为研究对象，图4.3所表示，在该工况下存在力有：工作装置各部件所受到重力；作用在铲斗上挖掘力，包含切向阻力，法向阻力，侧向阻力。 HK-连杆 HN-摆杆 C-动臂下铰点 A-动臂油缸下铰点 B-动臂和动臂油缸交点 F-动臂上铰点 D-斗杆油缸上铰点 E-斗杆油缸下铰点 G-铲斗油缸下铰点 Q-铲斗下铰点 K-铲斗上铰点 V-铲斗斗齿尖图4.2 斗杆第二工况时工作装置简图当液压缸全缩时，则动臂处于摆摆角最小处，由图4.4可知以下角度关系。 依据前面已知角度可求得：=，由图4.2所表示可知，向量CF能够表示为： 向量 = NH-摇臂 HK-连杆图4.3铲斗受力分析简图图4.4 F点坐标计算简图由前面计算结果可知，在中= 经过上式可解得=一样在前面我已经确定了 在四边形CDEF中=由以上角度关系可表示出向量FV,设向量FV和X轴夹角为，则依据图2.2可知： 则取正值就是 向量 FV= =3580.86连杆机构总传动比为r，铲斗油缸对N点作用力臂为； 连杆HK对N点作用力臂为； 连杆对Q点作用力臂为； 铲斗对Q点作用力臂； 则可得此时铲斗理论挖掘力： 切向阻力： 铲斗重心到Q点水平距离为 =取铲斗为研究对象，图4.3所表示，并对Q点取矩，则有： 代入数值可得： 法向阻力求解：工作装置所受重力对C点力矩有： 把，值代入上式得：到C点距离为： = =2808.89 mm到C点距离为：法向阻力决定于动臂油缸闭锁力， 取整个工作装置为研究对象，则有： 即 把以上求得数值全部该式可求得： N 斗杆油缸作用力求解： 向量FQ在X轴上模量： = =图4.2所表示，取斗杆（带斗和连杆机构）为研究对象，则有： 将已知量代入数值可得：解得： =2.3N而些时斗杆闭锁力为： ，略大于说明闭锁力中够横向挖掘力求解： 横向挖掘力由回转机构制动器所承受，即最大值决定于回转平台制动力矩，故先要计算出制动力矩。地面附着力矩： = =在所设计液压挖掘机中采取是液压制动，由经验公式求得回转机构最制动力矩： Q点作用力和作用力矩，求解：