（终稿）反铲式单斗液压挖掘机工作装置设计及其运动分析（全套完整有CAD）

再以此为基础就可以计算出动臂上的其他尺寸。

危险工况受力分析根据受力分析和以往的实验表明，在动臂上出现最大载荷的工况应满足以下条件动臂油缸全缩。

在同条直线上，其连线与轴垂直。

铲斗挖掘时，斗边点遇到障碍。

该工况也就是最大挖掘深度工况，具体工作装置简图如.所示。

摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油缸上铰点斗杆下铰点铲斗油缸下铰点铲斗下铰点铲斗上铰点铲斗斗齿尖图.第工况位置工作装置简图的求解由于在同条直线上，连杆机构的传动比不变，而铲斗的重力绕点所产生的力矩相对于铲斗油缸对点所产生的力矩而言可以忽略不计，故的值与前面两工况样，。

的求解在此工况下时，而前面的计算中已经得出取整个工作装置为研究对象，则有求得为负值，在此工况中铲斗油缸的挖掘力不能得到最大的发挥。

故需要转动铰点直到铲斗油缸发挥最大挖掘力为止。

由计算知当点纵坐标即时，铲斗油缸能发挥最大的挖掘力。

摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油缸上铰点斗杆下铰点铲斗油缸下铰点铲斗下铰点铲斗上铰点铲斗斗齿尖图.实际工作时第工况位置工作装置简图此工况是第Ⅰ工况下转动斗杆油缸而得的。

除第点中的连线与轴垂直修改成外，其他条件均不变，如图.所示。

在此工况中，动臂油缸全缩，由前面的计算有则解之在中，由几何关系则有解得，而则由图.可知与的求解由于挖掘时为铲斗油缸工作，而又在同条直线上，故的值仍与前面的计算样，。

工作装置各部分受到的重力对点的矩取整个工作装置为研究对象，则有也就是说此时仅是动臂与铲斗油缸进行挖掘。

动臂铰点作用力的求取取斗杆铲斗连杆机构为研究对象，则有方向与轴平行，在轴的正方向上。

铰点的求解对上下动臂附加弯矩与扭矩的求解与的夹角为，与的夹角为，则在坐标系上沿坐标轴的分力则所产生的横向弯矩则所产生的附加横向弯矩所产生的附加横向扭矩在坐标系上沿坐标轴的分力为则所产生的附加横向弯矩所产生的附加扭矩内力图和弯矩图的求解上动臂所受到的轴向力上动臂所受到的剪力上动臂所受到的轴向弯矩下动臂所受到的轴向力下动臂所受到的剪力下动臂所受到的轴向弯矩由计算可以得出动臂在危险工况中的内力图和弯矩图如图.所示。

动臂下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂油缸下铰点.危险工况下图动臂下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂油缸下铰点.危险工况下图动臂下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂油缸下铰点.危险工况下图结构尺寸计算由内力弯矩图分析知在动臂拐点处所受到的应力可能最大，是危险截面。

因此我们首先要选择该截面进行计算，然后再以此为基础，就可以用作图法或计算得到动臂的其它结构尺寸。

由现场测绘和经验统计，初步选择动臂底板的宽度底板的厚度的危险截面，以作为受力分析的依据。

但构件在不利的工况下危险截面往往不止个，这就需要分别计算出各危险截面尺寸再综合考虑，取其中的最大值作为最终的尺寸。

斗杆的结构设计斗杆的受力分析斗杆主要受到弯矩的作用，因此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表明，在铲斗进行挖掘时，产生最大弯矩的工况满足以下条件动臂处于最低位置。

即动臂油缸全缩。

斗杆油缸的力臂最大。

铲斗齿尖在动臂与斗杆铰点和斗杆与铲斗铰点的连线上。

侧齿挖掘时受到侧向力的作用。

在这个工况下斗杆会存在最大弯矩，受到的应力也会最大。

该工况的具体简图如图.所示。

取工作装置为研究对象，如图.所示。

在该工况下存在的力有工作装置各部件所受到的重力作用在铲斗上的挖掘阻力，包括切向阻力法向阻力侧向阻力。

摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油缸上铰点斗杆下铰点铲斗油缸下铰点铲斗下铰点铲斗上铰点铲斗斗齿尖图.斗杆危险工况时的工作装置简图连杆摇臂摇臂与斗杆的铰接点斗杆与铲斗的铰接点图.铲斗受力分析简图当动臂油缸全缩时，通过前面的章节可以得出，由图.可知的向量可以表示为由前面的章节计算结果知，并初选。

在中解得.在中在前章节已经初定为由以上的角度关系知则.由式可.则可得此时铲斗的理论挖掘力.切向阻力初选该工况下铲斗重心到铰点的水平距离.取铲斗为研究对象，如图.所示，并对点取矩，则有法向阻力的求解工作装置所受重力对点取矩有.到点的距离.到点的距离.法向阻力决定于动臂油缸的闭锁力，取整个工作装置为研究对象，则有将式代入式中解之得.斗杆油缸作用力的求解向量在轴上的模值如图.所示，取斗杆铲斗和连杆机构为研究对象，则有.与需要满足以下条件将的值代入式式中得而满足两个经验条件，说明的取值是可行的。

至此，动臂机构的各主要基本参数已初步确定。

三动臂机构基本参数的校核动臂机构闭锁力的校核由第四章的计算可知，转斗的平均挖掘力由图知，最大挖掘深度时的挖掘阻力力矩式中，为点的轴坐标值将各参数代入式得.动臂油缸的闭锁力动臂油缸小腔的作用面积.最大挖掘深度工作装置自身重力所产生的力矩要求力矩，首先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部分的重量，由经验统计，初步估计工作装置的各部分重量如下动臂斗杆铲斗斗杆缸铲斗缸连杆机构动臂缸图.最大挖掘深度计算简图当处于最大挖掘深度时由图.有动臂油缸的闭锁力与工作装置重力所产生的力矩对点的矩在式中说明动臂油缸的闭锁力与工作装置重力所产生的力矩略大于平均挖掘阻力力矩，满足工作要求。

满斗处于最大挖掘半径时动臂油缸提升力矩的校核摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油缸上铰点斗杆下铰点铲斗油缸下铰点铲斗下铰点铲斗上铰点铲斗斗齿尖图.最大挖掘半径时工作装置结构简图为方便计算，现将工作装置划分为二个部分，动臂动臂液压缸和斗杆液压缸作为部分，该部分重量以表示表示其余的工作装置构件作为第二部分，重量以表示，于是有按经验公式取土的重量当处于最大挖掘半径时，工作装置简图如图.所示，则有动臂油缸的推力在如图.所示，在三角形中将各参数分别代入式和式得.则此时动臂油缸提升力矩故铲斗处于最大挖掘半径时动臂油缸提升力矩满足工作要求。

满斗处于最大高度时，动臂提升力矩的校核当斗杆在最大高度时的工况类似于图.，此时动臂油缸全伸，斗杆油缸全缩。

则工作装置所受重力和土的重力所产生的载荷力矩此时对于动臂油缸而言铲斗相对于斗杆的摆角铲斗的瞬时位置转角为其中，在三角形中当铲斗油缸长度分别取和时，可分别求得铲斗的最大和最小转角和，于是得铲斗的摆角范围斗齿尖运动分析见图.所示，斗齿尖点的坐标值和，是的函数只要推导出和的函数表达式，那么整机作业范围就可以确定，现推导如下由点知在三角形中由后面的设计确定，在确定后则有在三角形中图.齿尖坐标方程推导简图则可以得斗杆瞬间转角在设计画图中确定。

由三角形知由三角形知由点知在三角形中在三角形中在三角形中在四边形，其在后面的设计中确定。

在列出以上的各线段的长度和角度之间的关系后，利用矢量坐标我们就可以得到各坐标点的值。

四特殊工作位置计算最大挖掘深度摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油缸上铰点斗杆下铰点铲斗油缸下铰点铲斗下铰点铲斗上铰点铲斗斗齿尖.图.最大挖掘深度计算简图如图.示，当动臂全缩时，三点共线且处于垂直位置时，得最大挖掘深度为最大卸载高度摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油缸上铰点斗杆下铰点铲斗油缸下铰点铲斗下铰点铲斗上铰点铲斗斗齿尖图.最大卸载高度计算简图如图.所示，当斗杆油缸全缩，动臂油缸全伸时，连线处于垂直状态时，得最大卸载高度为水平面最大挖掘半径摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油缸上铰点斗杆下铰点铲斗油缸下铰点铲斗下铰点铲斗上铰点铲斗斗齿尖图.停机面最大挖掘半径计算简图如图.所示，当斗杆油缸全缩时，三点共线，且斗齿尖和铰点在同水平线上，即，得到最大挖掘半径为