（终稿）挖掘机工作机构的设计（全套完整有CAD）

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。

.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，得最大挖掘深度为式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，得最大卸载高度为式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式式中式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连线绕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。

最大挖掘高度最大挖掘高度工况是最大卸载高度工况中铲斗绕点旋转直到铲斗油缸全缩而形成的。

具体分析方法和最大卸载高度工况的分析类似。

反铲装置的设计.挖掘装载机工作装置典型工况分析确定挖掘装载机的反铲装置实质是组平面连杆机构，其结构特点是个部件均采用铰销连接，通过液压缸的伸缩运动来完成挖掘过程的各种作业动作。

动臂小铰点与车架铰接，由动臂液压缸支撑并改变动臂倾角，使动臂绕下铰点转动，达到动臂的升或降。

斗杆铰接在动臂上端点，斗杆与动臂的相对位置由斗杆缸控制。

铲斗铰接在斗杆前端点，铲点缸活塞伸缩即可使铲都绕斗杆杆端部伸缩。

图挖掘装载机反铲工作装置结构简图反铲挖掘装置主要挖掘停机面以下的土壤，挖掘轨迹决定于各液压缸的运动及相互配合的情况。

通常采用动臂油缸挖掘斗杆油缸挖掘铲斗油缸挖掘等作业方式。

铲斗油缸挖掘以铲斗油缸工作进行挖掘，挖掘轨迹则以铲斗与斗杆的铰点为中心，该铰点至斗齿尖的距离为半径所做的圆弧线的包角铲斗的转角及弧长决定与铲斗液压缸的行程。

以铲斗液压缸进行挖掘时的挖掘行程较短，如使铲斗在挖掘行程结束时能够装满土壤，需要有较大的挖掘力保证能够挖掘厚度的土壤。

所以，般挖掘机构的斗齿最大挖掘力在采用铲斗缸挖掘时铲斗的结构和土壤性质。

其它性能要求液压挖掘机的工作装置除了满足上述基本设计要求之外，还需要满足其它的般性能要求。

例如，通过实现零部件的标准化组件化和通用化，降低挖掘机的制造成本提高液压挖掘机各功能部件的工作可靠性和耐久性，以满足液压挖掘机作业条件恶劣的要求降低振动和噪声，重视其作业中的环保性等。

.液压挖掘机工作装置的设计原则对于液压挖掘机工作装置的设计，般应考虑以下几个原则位置特性满足主要工作尺寸及作业范围的要求，在设计时应考虑与同类机型相比时的先进性，性能与主参数应符合国家标准之规定。

运输或停放时应有合理的姿态。

运动特性功率利用情况好，理论工作循环时间短。

动力特性满足整机挖掘力大小及分布情况的要求应考虑到整机稳定性。

结构特性确定各铰点布置，结构形状应尽可能使受力状态有利，在保证刚度和强度的前提下，重量越轻越好工作装置应安全可靠，拆装维修方便液压缸设计应尽量采用系列参数。

特殊使用要求附属装置如破碎捶等。

工作装置运动学分析.动臂运动分析动臂油缸的最短长度动臂油缸的伸出的最大长度动臂油缸的下铰点动臂油缸的上铰点动臂的下铰点.图动臂摆角范围计算简图是的函数。

动臂上任意点在任时刻也都是的函数。

如图所示，图中动臂油缸的最短长度动臂油缸的伸出的最大长度动臂油缸两铰点分别与动臂下铰点连线夹角的最小值动臂油缸两铰点分别与动臂下铰点连线夹角的最大值动臂油缸的下铰点动臂油缸的上铰点动臂的下铰点。

则有在三角形中式在三角形中式由图所示的几何关系，可得到的表达式式当点在水平线之下时为负，否则为正。

点的坐标为式点的坐标为式动臂油缸的力臂式显然动臂油缸的最大作用力臂，又令，。

这时式.斗杆的运动分析如下图所示，点为斗杆油缸与动臂的铰点点，点为动臂与斗杆的铰点，点为斗杆油缸与斗杆的铰点。

斗杆的位置参数是，这里只讨论斗杆相对于动臂的运动，即只考虑的影响。

斗杆油缸与动臂的铰点点动臂与斗杆的铰点斗杆油缸与斗杆的铰点斗杆摆角.图斗杆机构摆角计算简图在三角形中式由上图的几何关系知杆调节卸载半径和卸载高度，用铲斗油缸卸载。

为了调整卸载位置，还需要动臂配合动作。

卸载时，主要是斗杆和铲斗复合动作，兼有动臂动作。

空斗返回工况当卸载结束后，转台反向回转，同时动臂油缸和斗杆油缸相互配合动作，把空斗放在新的挖掘点。

此工况是回转马达动臂和斗杆复合动作。

由于动臂下降有重力作用，压力低变量泵流量大下降快，要求回转速度快，因此该工况的供油情况为个油泵的全部流量供回转马达，另油泵的大部分油供给动臂，少部分油经节流阀供给斗杆。

发动机在低转速时油泵供油量小，为防止动臂因重力作用迅速下降和动臂油缸产生吸空现象，可采用动臂下降再生补油回路，利用重力将动臂油缸无杆腔的油供至有杆腔。

特点与满载回转类似，但转动惯量比满足时减小。

整机移动工况挖掘机般不作长距离行走，只在工地范围行走，作业时用来调整整机位置。

基本要求左右履带可独立操纵，可调速，具有直线行走功能，具有定的行走速度和爬坡能力坡度大约在左右，具有制动能力。

在行走的过程有可能要求对作业装置液压元件如回转机构动臂斗杆和铲斗进行调整。

在双泵系统中，个油泵为左行走马达供油另个油泵为右行走马达供油，此时如果液压元件动作，使油泵分流供油，就会造成侧行走速度降低，影响直线行驶性，特别是当挖掘机进行装车运输或上下卡车行走时，行驶偏斜会造成事故。

为了保证挖掘机的直线行驶性，在三泵供油系统中，左右行走马达分别由个油泵单独供油，另个油泵向其它液压作用元件如动臂斗杆铲斗和回转供油。

对于双泵系统，目前采用以下供油方式个油泵并联向左右行走马达供油，另个油泵向其他液压作用元件供油，其多余的油液通过单向阀向行走马达供油双泵合流并联向左右行走马达和作业装置液压作用元件同时供油。

姿态调整与保持工况液压挖掘机工作装置及其他功能运动的制动与锁定，要满足接地比压要求，并保证合适的停放运输尺寸姿态及其特殊的检查姿态，图挖掘机姿态调整保持工况图.液压挖掘机工作装置设计要求液压挖掘机工作装置由动臂机构斗杆机构铲斗机构三部分组成，是种具有多自由度的工程机械。

这些主要机构经常启动制动换向，外负载变化很大，工作条件恶劣，冲击和振动多，因此对液压挖掘机的工作装置提出了较高的设计要求。

根据液压挖掘机的工作特点，其工作装置的设计需要满足以下要求。

几何尺寸要求液压挖掘机工作装置的几何尺寸要求满足定的作业范围和合适的运输尺寸，挖掘机作业范围图如图，几何尺寸之间要求不要干扰。

图挖掘机作业范围主要挖掘区域最大挖掘半径最大挖掘深度工作装置的几何尺寸要求满足合理的挖掘力分布特性，在整个作业范围内的任何位置都要求实现最大挖掘力并不经济，而要求挖掘机在主要挖掘区内能实现最大挖掘力。

主要挖掘区是指用最合理最经常的挖掘方式，最经常进行挖掘的区域。

对液压挖掘机来说最合理最经常的挖掘方式是指挖掘地面以下，由下向上，向机身运动的挖掘方式，用这种方式挖掘充斗效率高，循环时间短，也便于卸土，装车，司机视野无阻，因此生产率高而又安全。

最经常的挖掘区域大致为图的灰色部分。

作业范围图如斗底的纵向剖面形状要适合于各种物料的运动规律。

要使物料易于卸尽。

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，大于时，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，基本结构如图所示。

图铲斗.液压挖掘机工矿分析液压挖掘机的主要运动功能包括以下几个动作动臂升降斗杆收放铲斗装卸转台回转整机行走以及其它辅助动作，如图所示。

除了辅助动作例如整机转向等不需全功率驱动以外，其它都是液压挖掘机的主要动作，般要进行全功率驱动研究。

挖掘机的典型作业流程整机移动至合适工作位置平台回转，使工作装置处于挖掘位置动臂下降，并调整斗杆铲斗至合适位置斗杆铲斗挖掘作业动臂升起回转工作装置至卸载位置操纵斗杆铲斗卸载。

图液压挖掘机的工作运动动臂升降斗杆收放铲斗装卸转台回转整机行走由于液压挖掘机的作业对象和工作条件变化较大，对主机的工作有两项要求实现各种主要动作时，随着阻力与作业速度的变化，要求液压缸和液压马达的压力和流量也能相应变化为了充分利用发动机功率，缩短作业循环时间，工作过程中往往要求有两个主要动作例如挖掘与动臂下降提升与回转同时进行复合动作。

液压挖掘机个作业循环的组成和动作的复合主要包括挖掘通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或两者配合进行挖掘。

因此，在此过程中主要是铲斗和斗杆的复合动作，必要时，配以动臂动作。

满斗举升回转挖掘结束，动臂液压缸将动臂顶起，满斗提升，同时回转液压马达使转台转向卸载位置，此时主要是动臂和回转的复合动作。

卸载转到卸载位置时，转台制动，用斗杆液压缸调节卸载半径，然后铲斗液压缸回缩，铲斗卸载。

为了调整卸载位置，还要有动臂液压缸的配合，此时是斗杆和铲斗的复合动作，兼以动臂动作。

空斗返回卸载结束，转台反向回转，动臂液压缸和斗杆液压缸配合，把空斗放到新的挖掘点，此时是回转和动臂或斗杆的复合动作。

整机移动工况将整机移动至合适的工作位置。

姿态调整与保持工况满足停放运输检修等需要。

其他辅助作业工况辅助工作装置作业工况。

典型挖掘工况液压挖掘机典型的挖掘工况包括如下种。

铲斗挖掘工况由铲斗液压缸单独动作进行挖掘的工况，采用铲斗液压缸进行挖掘常用于清除障碍，挖掘较松软的土壤以提高生产率，因此，在般土方工程挖掘中级土以下土壤的挖掘铲斗挖掘最常用。

斗杆挖掘工况由斗杆液压缸单独动作进行挖掘的工况，在较坚硬的土质条件下工作时，为了能够装满铲斗，中小型液压挖掘机在实际工作中常以斗杆液压缸进行挖掘。

联合挖掘工况由铲斗斗杆液压缸复合动作进行挖掘的工况，必要时还需配以动臂液压缸的动作。

主要用于需要轨迹控制的情况。

当单独采用铲斗液压缸进行挖掘时，挖掘轨迹以铲斗与斗杆的铰点为中心，铲斗斗尖所作的圆弧线的长度决定铲斗液压缸的行程。

就液压挖掘机构整机结构而言，全部采用液压传动者称为全液压挖掘机部分采用液压传动者则称为半液压挖掘机多数情况下是行走装置用机械传功，其余均为液压传动。

也有机体为机械传动，而仅工作装置采用液压传动的能在水平面内回转的称为全回转挖掘机，否则就是非全回转式挖掘机。

就工作装置来说，根据其用途和结构型式可以区分为“通用”与“专用”。

般中小型液压挖掘机都是通用的，多带有正铲反铲装载抓斗起重等五种工作装置。

大型液压挖掘机往往专门用于建筑材料露天矿或其它金属与非金属露天矿作装载和挖掘工作，故只装正铲，成为专用根据工作装置的结构特征，可以区分为铰接式和伸缩臂式。

普通的液压挖掘机均为铰接式动臂斗杆和铲斗均