第一章 工作装置总体方案的选择

研究内容：

1、工作装置机构的几何参数设计 2、各主要工作尺寸验算

3、工作装置各部件运动及受力分析、工作装置挖掘性能分析 4、各液压缸闭锁力验算

5、动臂机构、斗杆机构的结构设计

6、动臂、斗杆强度校核

研究方法：采用静力学原理和机构几何学原理，对挖掘工作装置进行应用研究。 原始参数：

表1-1 原始参数表

名 称 整机重 斗容量 发动机功率 液压系统压力

技术要求：

对工作装置的参数和几何构进行研究设计，设计尺寸达到要求；主要工作尺寸误差不得大3%；对动臂、斗杆进行强度校核。

工作装置应满足以下要求：

1. 主要工作尺寸及工作范围满足使用要求。在设计反铲装置时要考虑与同类

型机器相比的先进性，考虑国家标准的规定，并注意到运动参数受机构碰撞限制等的可能性。

2. 整机挖掘力的大小及其分布情况应满足使用要求，并且有一定的先进性。 3. 作业条件复杂，使用情况多变时应考虑工作装置的通用性，采用变铰点结

构或配套机构时，要注意分清主次。要满足使用要求的前提下，力求替换构件种类少，结构简单，换装方便。

4.工作装置结构形式和布置要便于装卸和维修，尤其应便于易损件的更换。

值 12.8t 0.2 m3 55KW 35MPa 名 称 最大挖掘深度 最大挖掘半径 最大卸载高度 挖取距离 值 700mm 4000mm 2900mm 2150mm

第一节 动臂和斗杆总体方案的选择

动臂是工作装置的主要构件，反铲动臂可分为整体式和组合式两类。整体式动臂有直动臂和弯动臂两种。直动臂构造简单，轻巧，布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机。整体式动臂结构简单，价廉，刚度相同时结构重量轻于组合式动臂。动臂液压缸的布置方案如图所示，动臂液压缸装于动臂的上方这个方案的特点是动臂下降幅度较大，在挖掘时动臂液压缸往往处于受压状态，闭锁能力较强。动臂提升时液压缸小腔进油，提升速度也较快。

为了统一缸径和液压缸的闭锁能力，双动臂液压缸的方案采用渐多。有些悬挂式动臂液压缸布置时考虑到不破坏动臂箱型截面，且不与斗杆液压缸碰撞，也采用双缸，斗杆液压缸一般只用一个。但大多数动臂液压缸还是采用单缸。本设计采用在上方布置的单动臂液压缸。

第二节 铲斗总体方案的选择

铲斗与铲斗液压缸的连接有三种形式，如下图所示，其区别主要在于液压缸活塞杆端部与铲斗的连接方式不同。图a为直接连接，铲斗，斗杆与液压缸组成四连杆机构。图b中铲斗液压缸通过摇杆1和连杆2与铲斗相连，它们与斗杆一起组成六连杆机构。图d与图b类似，区别在于前者液压缸活塞杆端铰接于摇杆

两端之间，图c的机构传动比与b相同，只是铲斗摆角位置向顺时针方向转动了一个角度。

六连杆方式与四连杆方式相比在同样的液压缸行程下能得到较大的铲斗转角，改善了机构的传动特性。六连杆中方式b和d在液压缸行程相同时，后者能得到更大的铲斗转角。但其铲斗挖掘力的平均值较小。铲斗液压缸一般用一个，因传动比小，单液压缸作用力足以保证斗齿所需的挖掘力。本设计采用图b的方案。

第三章 反铲工作装置几何参数的设计验算

第一节 斗型参数的选择

斗容量q，平均斗宽B，转斗挖掘半径R和转斗挖掘装满转角2? 是铲斗的四个主要参数。R,B及2?三者与q之间有以下几何关系

q?12RB?2??sin2??KS 2式中 q—标准斗容量即堆尖斗容，q?0.2m3； B—平均斗宽，选取R?750mm； R—转斗挖掘半径；

Ks—土壤松散系数，取1.25；

全面考虑有关因素，可以取2?=90o～100o，取2?=96o。 2?—挖掘装满角，

将以上各值代入式计算得R?790mm?800mm。

铲斗上两个铰点K和Q 的间距太大将影响铲斗机构的传动特性，太小则影响铲斗结构刚度，一般取特性参数 K2?l24KQ??0.3~0.38。取K2?0.375。 l3QV则KQ?0.375QV?0.375?800?300

一般地，取?10??KQV?95?～115?，取?10?100?

第二节 动臂机构参数选择

确定动臂与斗杆的长度比，即特性参数K1?l1l2 。对于一定的工作尺寸而

言，动臂与斗杆的长度比可以在很大的范围内选择。由样机，初选K1?1.46。 据统计，最大挖掘半径R1 值一般与l1?l2?l3的和值很接近。因此由要求的

R1，已定的l3和K1可按下列近似经验公式初选l1和l2：

R1?l31?K1 l1?K1l2l2?由原始参数给定最大挖掘半径为R1?4000mm，l3?R?800mm代入公式得

l2=1300mm，l1=1900mm。

动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比K4按不同情况选取，以反铲为主的通用挖掘机要适当顾及其他换用装置要求在地面以上作业时有足够的提升力矩可取

K4=0.8~1.1。初选K4=0.9。

?11的取值对参数特性K4，最大挖掘深度H1max有影响。加大?11会使K4减小或使H1max增大，这正符合反铲作业要求。因此基本用作反铲的小型机取?11＞60°初选?11=60°。

根据液压系统工作压力，流量，系统回路，供油方式，工厂制造条件和三化的要求确定液压缸的伸缩比λ。增大液压缸伸缩比?1可以增大动臂的转角

?max，但由于受油缸稳定性的限制，?1一般取1.6~1.7。初选动臂液压缸的伸缩

比?1=1.67。

（m） 由机体尺寸和工作尺寸经验系数表及线尺寸参数公式：Li?kli3G

可得l5=AC=400mm. 由样机，初选无因次比例系数ρ=0.8，则由??l5L1min可得

L1min=500mm,

L1max??1L1min?1.67?500?835mm

动臂在上极限位置时由△CAB1得

L1min2?l52?l72?2l5l7cos?

l72?l52?L1min2cos???常数

2l5l7

令cos??p