小型履带液压挖掘机工作装置的结构设计及其运动学分析36877.doc

Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.目 录摘要.1第一章 绪绪论.11.1 小小型挖掘掘机的发发展现状状.21.2 小小型挖掘掘机工作作装置简简介.3第二章 总体方方案设计计32.1 工工作装置置构成及及工作原原理.332.2 工工作装置置坐标设设定.62.3 工工作装置置各部分分方案选选择662.3.11 动臂种种类选择择62.3.22 动臂油油缸布置置方案选选择82.3.33 铲斗与与铲斗油油缸的连连接方案案选择82.3.44 铲斗结结构形式式及斗齿齿的安装装形式.82.4 设计基基本参数数以及设设计作业业范围.99第三章 工工作装置置运动学学分析.93.1 动动臂的运运动分析析 93.2 斗杆的的运动分分析.113.3 铲斗的的运动分分析.123.4 特殊工工作位置置计算.113.4.11 最大挖挖掘半径径.1113.4.22 最大挖挖掘深度度.1443.4.33最大卸卸载高度度.一五3.4.44 最大挖挖掘高度度.163.5 工作范范围包络络图 .116第四章 基本尺尺寸的确确定.一八4.1 斗形参参数的选选择.一八4.2 动臂机机构参数数的选择择.一八4.3 斗杆机机构基本本参数的的选择.204.4 连杆机机构基本本参数的的选择.21第五章 工作装装置结构构受力分分析与校校核.2665.1 挖挖掘阻力力分析.2665.1.11 铲斗挖挖掘切向向阻力计计算.275.1.22 斗齿侧侧向力分分析.2885.2 工作装装置结构构强度校校核的工工况介绍绍.2285.2.11 斗杆结结构强度度校核的的工况介介绍.285.2.22 动臂结结构强度度校核的的工况介介绍.295.3 斗斗杆的力力学分析析.2295.3.11 斗杆工工况1受力计计算及内内力图的的绘制.2995.3.22 斗杆工工况2受力计计算以及及内力图图的绘制制.3335.4 斗斗杆强度度校核355.4.11截面1的几何何性质以以及应力力计算355.4.22 截面2的几何何性质以以及应力力计算365.4.33 截面3的几何何性质以以及应力力计算385.5 动臂力力学分析析.395.5.11 动臂工工况1受力计计算及内内力图的的绘制3995.6 动动臂强度度校核.422参考文献.43二维cadd图纸以以及三维维pre图纸,请联系:xinannchoongxx1633x小型履带液液压挖掘掘机工作作装置的的结构设设计及其其运动学学分析摘要：液压挖掘机机是工程程机械的的一种主主要类型型，广泛泛应用在在房屋建建筑、筑筑路工程程、水利利建设、港港口建设设、国防防工程等等土石方方施工和和矿山采采掘之中中。反铲铲液压挖挖掘机是是挖掘机机械中最最重要的的机种之之一，主主要应用用于挖掘掘停机面面以下的的土壤。液液压挖掘掘机反铲铲装置是是完成液液压挖掘掘机各项项功能的的主要部部分，其其结构的的合理性性直接影影响到液液压挖掘掘机的工工作性能能和可靠靠性。本文根据液液压挖掘掘机反铲铲装置的的结构特特点,工作原原理以及及对典型型工况的的分析，总总结了挖挖掘机工工作装置置性能要要求和设设计原则则 ，然后后对其各各主要构构件进行行了方案案选择以以及运动动学分析析，并确确定各铰铰点之间间的距离离，用CAD软件绘绘出其连连杆模型型。接着着根据连连杆模型型并结合合其他机机械设计计知识画画出工作作装置的的二维图图纸，最最后根据据图纸上上的具体体结构尺尺寸对工工作装置置的主要要部件进进行校核核.关键词:液液压挖掘掘机；工工作装置置；运动动学分析析；结构构设计The sstruuctuurall deesiggn aand kinnemaaticc annalyysiss off thhe smalll crrawller hyddrauulicc exxcavvatoorAbtraact：As onne oof iimpoortaant connstrructtionn maachiinerry aand equuipmmentts，hyddrauulicc exxcavvatoor iis wwideely useed iin eeartthwoork connstrructtionn annd mminee exxplooitaatioon, ssuchh ass inn arrchiiteccturre, roaad eengiineeerinng, watter connserrvanncy, poort buiildiing, naatioonall deefennse proojecct, eteeThee exxcavvatoor wwithh a bacckhooe dd iss maainllyused to exccavaate thee eaarthh unnderrgroounddBacckhooe EEquiipmeent of Hyddrauulicc Exxcavvatoor iis oone impporttantt deevicce tto pperfformm manny ffuncctioons. Thhe wworkkingg peerfoormaancee annd rreliiabiilitty oof tthe whoole macchinne iis iinflluenncedd byy thhe rratiionaalitty oof iits strructturee.Firsttly， thhis papper, whhichh iss baasedd onn thhe sstruuctuurall feeatuuress off hyydraauliic bbackkhoee exxcavvatoor、 woorkiing priinciiplee annd tthe anaalyssis of typpicaal ccondditiionss, ssummmed up thee exxcavvatoor wworkkingg eqquippmennt peerfoormaancee reequiiremmentts aand dessignn prrincciplles. Seeconndlyy, sellectted thee prrogrram andd coonduuct thee kkineemattic anaalyssis off alll tthe majjor commponnentts oof worrkinng eequiipmeent，andd ddeteermiinedd tthe disstannce bettweeen tthe hinnge poiintss，andd thhen useed tthe CADD sooftwwaree too drraw thee liink eoddel ；Thiirdlly，dreew ttwo-dimmenssionnal draawinngs of thee woork equuipmmentts；Finnallly, acccorddingg too thhe ddrawwinggs sspeccifiic ddimeensiionss, cchecck thee maain commponnentts oof wworkkingg deevicce. Key wwordds：hydraauliic eexcaavattor；worrkinng eequiipmeent；kinnemaaticc annalyysiss；strructturaal ddesiign第一章 绪 论1.1小型型挖掘机机的发展展现状小型挖掘机机属于单单斗挖掘掘机，是是铲土运运输工程程机械中中的一种种，因其其重量轻轻，挖掘掘力大，操操纵简单单，灵活活，安全全，转移移方便，被被广泛于于用于小小型建筑筑施工、公公路养护护、地铁铁隧道等等工程。在在工业发发达国家家中，因因基础设设施完善善，已进进入维护护保养阶阶段，小小型机械械销量远远远超过过了中大大型机械械，小型型挖掘机机更是其其它机械械无法相相比的。1我国的挖掘掘机行业业经过50余年的的发展，从从无到有有，从小小到大，目目前发展展十分迅迅速，初初具规模模，现在在主要厂厂家有徐徐挖、柳柳工、常常林、玉玉柴、南南特、抚抚挖、临临工、詹詹阳、振振宇、三三一、中中联、山山河智能能等。其其中贵阳阳詹阳机机械有限限公司主主要产品品是轮胎胎式挖掘掘机，玉玉柴、山山河智能能主要以以小型挖挖掘机为为主并大大部分用用于出口口。而徐徐挖、抚抚挖是挖挖掘机制制造的领领头羊，徐徐挖的挖挖机销售售在国内内厂家中中领先.目前小型挖挖掘机生生产的知知名企业业如表1所示主主要分布布在日本本、欧洲洲、美国国、韩国国等国家家和地区区，它们们具备强强大的专专业设计计、制造造能力，如如日本的的小松、久久保田、洋洋马，美美国的凯凯斯、山山猫，德德国的阿阿特拉斯斯、雪孚孚，英国国的JCB、瑞典典的沃尔尔沃，韩韩国的斗斗山、现现代等企企业。1表1 国国内外小小型挖掘掘机品牌牌及产品品1.2 小型挖挖掘机工工作装置置简介液压挖掘机机工作装装置的形形式是直直接用来来挖掘作作业的施施工工具具，它利利用液压压缸伸缩缩来完成成动臂升升降、斗斗杆推拉拉和转斗斗，其动动作接近近于人的的手腕动动作22，液液压挖掘掘机的工工作装置置种类繁繁多，可可多达100多种11，最最常用的的是反铲铲和正铲铲2。工作作装置可可以看成成是由动动臂、斗斗杆、铲铲斗、动动臂油缸缸、斗杆杆油缸、铲铲斗油缸缸及连杆杆机构组组成的具具有三自自由度的的六杆机机构，动动臂与斗斗杆是变变截面的的箱梁结结构，内内部一般般加隔板板以增加加强度和和刚度， 铲斗是是由厚度度很薄的的钢板焊焊接而成成。动臂结构一一般可分分为整体体式和组组合式两两大类，整整体单动动臂目前前应用最最广泛，其其又可以以分为直直臂和弯弯臂两种种形式；组合式式动臂是是在整体体式的基基础上发发展起来来的，作作业尺寸寸和挖掘掘力可以以根据工工作条件件随意调调整，而而且调整整时间短短，可满满足各种种工作装装置的需需求，也也可分为为两类：一类是是长动臂臂配短斗斗杆，另另一类是是短动臂臂配长斗斗杆。2工作装置的的动臂油油缸一般般布置在在动臂的的前下方方，动臂臂的下支支承点（即即动臂与与转台的的铰点）设设在转台台回转中中心之前前并稍高高于转台台平面，常常见的有有两种布布置方式式即油缸缸前倾布布置方式式和油缸缸后倾后后置方式式1,动臂与与动臂油油缸活塞塞杆端部部的铰点点布置通通常有两两种形式式，一种种是布置置在端部部弯角的的下部，采采用支耳耳与动臂臂相连，这这样布置置不会削削弱动臂臂的结构构刚度，一一般只布布置一个个油缸，小小型挖掘掘机一般般采用这这种方式式； 另一种种是布置置在动臂臂箱体的的中部，可可增大动动臂的下下降幅度度，并且且在动臂臂的两次次各布置置一个，这这样的双双动臂油油缸在结结构上起起到加强强筋的作作用，提提升力也也大大增增加，大大型挖掘掘机一般般采用这这种方式式。第二章 总体方方案设计计2.1 工作装装置构成成及工作作原理图1 工作作装置组组成图 其中1-铲铲斗；2-斗齿；3-连杆； 4-摇杆； 5-铲斗油油缸； 6-斗杆；7-动臂；8-动臂油油缸； 9-斗杆油油缸图1为液压压挖掘机机工作装装置基本本组成及及传动示示意图，如如图所示示反铲工工作装置置由铲斗斗连杆、斗斗杆、动动臂、相相应的三三组液压压缸等组组成。动动臂下铰铰点铰接接在转台台上，通通过动臂臂缸的伸伸缩，使使动臂连连同整个个工作装装置绕动动臂下铰铰点转动动。依靠靠斗杆缸缸使斗杆杆绕动臂臂的上铰铰点转动动，而铲铲斗铰接接于斗杆杆前端，通通过铲斗斗缸和连连杆则使使铲斗绕绕斗杆前前铰点转转动。为为了增大大铲斗的的转角，铲铲斗液压压缸一般般通过连连杆机构构（即连连杆和摇摇杆）与与铲斗连连接。反反铲液压压挖掘机机的工作作过程为为:先下放放动臂至至挖掘位位置，然然后转动动斗杆及及铲斗，当当挖掘至至装满铲铲斗时，提提升动臂臂使铲斗斗离开土土壤，边边提升边边回转至至卸载位位置，转转斗卸出出土壤，然然后再回回转至工工作位置置开始下下一次作作业循环环2。液压压挖掘机机的反铲铲装置主主要用于于挖掘停停机面以以下土壤壤(基坑、沟沟壕等)。其挖挖掘轨迹迹决定于于各油缸缸的运动动及其相相互配合合情况。通通常情况况下，分分为动臂臂挖掘、斗斗杆挖掘掘、转斗斗挖掘等等几种情情况33。1动臂挖挖掘当采用动臂臂油缸工工作来进进行挖掘掘时(斗杆和和铲斗油油缸不工工作)可以得得到最大大的挖掘掘半径和和最长的的挖掘行行程。此此时铲斗斗的挖掘掘轨迹系系以动臂臂下铰点点为中心心，斗齿齿至该铰铰点的距距离为半半径所作作的圆弧弧线。其其极限挖挖掘高度度和挖掘掘深度(不是最最大挖掘掘深度)即圆弧弧线之起起终点，分分别决定定于动臂臂的最大大上倾角角和下倾倾角(动臂与与水平线线之夹角角)，也即即决定于于动臂油油缸的行行程。由由于这种种挖掘方方式时间间长而且且由于稳稳定条件件限制挖挖掘力的的发挥，实实际工作作中基本本上不采采用。2斗杆挖挖掘当仅以斗杆杆油缸工工作进行行挖掘时时，铲斗斗的挖掘掘轨迹为为圆弧线线，弧线线的长度度与包角角决定于于斗杆油油缸的行行程。当当动臂位位于最大大下倾角角，并以以斗杆油油缸进行行挖掘工工作时，可可以得到到最大的的挖掘深深度尺寸寸，并且且也有较较大的挖挖掘行程程。在较较坚硬的的土质条条件下工工作时，能能够保证证装满铲铲斗，故故挖掘机机实际工工作中常常以斗杆杆油缸工工作进行行挖掘。3转斗挖挖掘当仅以铲斗斗油缸工工作进行行挖掘时时，铲斗斗的挖掘掘轨迹也也为圆弧弧线，弧弧线的包包角及弧弧长决定定于铲斗斗油缸的的行程。显显然，以以铲斗油油缸工作作进行挖挖掘时的的挖掘行行程较短短，如使使铲斗在在挖掘行行程结束束时装满满土壤，需需要有较较大的挖挖掘力以以保证能能挖掘较较大厚度度的土壤壤。所以以一般挖挖掘机的的斗齿最最大挖掘掘力都在在采用铲铲斗油缸缸工作时时实现。采采用铲斗斗油缸挖挖掘常用用于清除除障碍，挖挖掘较松松软的土土壤以提提高生产产率。因因此，在在一般土土方工程程挖掘中中，转斗斗挖掘较较常采用用。在实际挖掘掘工作中中，往往往需要采采用各种种油缸的的联合工工作33。挖掘机工作作装置各各油缸可可看作是是只承受受拉压载载荷的杆杆，对工工作装置置进行适适当简化化处理如如图所示示。图2 工作作装置结结构简图图挖掘机的工工作装置置经上面面的简化化后实质质是一组组平面连连杆机构构，自由由度是3，即工工作装置置的几何何位置由由动臂油油缸长度度L1、斗杆杆油缸长长度L2、铲斗斗油缸长长度L3决定，当当L1、L2、L3为某一一确定的的值时，工工作装置置的位置置也就能能够确定定。2.2 工工作装置置坐标设设定（见见图2）图中的各参参数的含含义说明明如下：A表示动动臂油缸缸与回转转平台的的铰点；B表示动动臂油缸缸与动臂臂的铰点点；C表示动动臂与回回转平台台的铰点点；D表示斗斗杆油缸缸与动臂臂的铰点点；E表示斗斗杆油缸缸与斗杆杆的铰点点；F表示动动臂与斗斗杆的铰铰点；GG表示铲铲斗油缸缸与斗杆杆的铰点点；M表示铲铲斗油缸缸与连杆杆机构的的铰点；N表示连连杆机构构与斗杆杆的铰点点；Q表示斗斗杆与铲铲斗的铰铰点；KK表示连连杆机构构与铲斗斗的铰点点；V表示铲铲斗的齿齿尖。所所建立的的总体坐坐标系的的x轴是停停机水平平面，YY轴通过过回转平平台的回回转中心心并垂直直于x轴，o点为总总体坐标标系的原原点也即即x轴与Y轴的交交点。42.3 工作装装置各部部分方案案选择2.3.11 动臂种种类选择择动臂是反铲铲工作装装置的主主要部件件，一般般可以分分为组合合式和整整体式， 目前采采用得多多的是整整体式动动臂22。组合式动臂臂如图3所示，组组合式动动臂用辅辅助连杆杆或液压压缸或螺螺栓连接接而成。上上、下动动臂之间间的夹角角可用辅辅助连杆杆或液压压缸来调调节，虽虽然使结结构和操操作复杂杂化，但但在挖掘掘机作业业中可随随时大幅幅度调整整上、下下动臂之之间的夹夹角，从从而提高高挖掘机机的作业业性能，尤尤其在用用反铲或或抓斗挖挖掘窄而而深的基基坑时，容容易得到到较大距距离的垂垂直挖掘掘轨迹，提提高挖掘掘质量和和生产率率。组合合式动臂臂的优点点是，可可以根据据作业条条件随意意调整挖挖掘机的的作业尺尺寸和挖挖掘力，且且调整时时间短。此此外，它它的互换换工作装装置多，可可满足各各种作业业的需要要，装车车运输方方便。其其缺点是是质量大大，制造造成本高高3 ,故本次次设计不不采用。图3 组合合式动臂臂整体式动臂臂的优点点是结构构简单，轻轻巧，质质量轻而而刚度大大。其缺缺点是更更换的工工作装置置少，通通用性较较差。多多用于长长期作业业条件相相似的挖挖掘机上上。整体体式动臂臂又可分分为直动动臂和弯弯动臂两两种。其其中的直直动臂结结构简单单、质量量轻、制制造方便便，主要要用于悬悬挂式液液压挖掘掘机，但但它不能能使挖掘掘机获得得较大的的挖掘深深度，不不适用于于通用挖挖掘机；弯动臂臂是目前前应用最最广泛的的结构型型式，与与同长度度的直动动臂相比比，可以以使挖掘掘机有较较大的挖挖掘深度度，但降降低了卸卸土高度度，这正正符合挖挖掘机反反铲作业业的要求求5。经比比较，选选择整体体弯动臂臂。图4 整整体直动动臂 图5 整体弯弯动臂2.3.22 动臂油油缸布置置方案选选择动臂油缸一一般布置置在动臂臂的前下下方，有有两种具具体布置置方式，油缸前倾布布置方案案，即当当动臂油油缸全伸伸出，将将动臂举举伸至上上极限位位置时，动动臂油缸缸轴线向向转台前前方倾斜斜；油缸缸后倾布布置方案案，即当当动臂油油缸全伸伸出，将将动臂举举伸至上上极限位位置时，动动臂油缸缸轴线向向转台后后方倾斜斜，两种种方案中中，在动动臂油缸缸作用力力相同时时，后倾倾方案能能得到较较大的动动臂作用用力矩2,因此，本本次设计计采用油油缸后倾倾布置方方案。 臂与动臂臂油缸活活塞杆端端部的铰铰点布置置通常有有两种形形式，一一种是单单动臂布布置在端端部弯角角的下部部，小型型挖掘机机常见；另一种种是双动动臂油缸缸布置在在动臂箱箱体的中中部，这这样的双双动臂油油缸在结结构上起起到加强强筋的作作用，提提升力也也大大增增加。由由于本次次设计的的是小型型挖掘机机，故本本次设计计采用单单动臂油油缸。2.3.33 铲斗与与铲斗油油缸的连连接方案案选择本方案中采采用六连连杆的布布置方式式，相比比四连杆杆布置方方式而言言在相同同的铲斗斗油缸行行程下能能得到较较大的铲铲斗转角角，改善善了机构构的传动动特性。该该布置中中1杆与2杆的铰铰接位置置虽然使使铲斗的的转角减减少但保保证能得得到足够够大的铲铲斗平均均挖掘力力。如图图6所示。图6 铲斗连连接布置置示意图图其中1-斗斗杆； 2-连杆机机构； 3-铲斗2.3.44 铲斗结结构形式式及斗齿齿的安装装形式铲斗结构的的基本要要求551)铲斗的的纵向剖剖面形状状应适应应挖掘过过程各种种物料在在斗中运运动规律律，有利利于物料料的流动动，使装装土阻力力最小，有有利于将将铲斗充充满。2)装设斗斗齿，以以增大铲铲斗对挖挖掘物料料的线比比压，斗斗齿及斗斗形参数数具有较较小的单单位切削削阻力，便便于切入入及破碎碎土壤。斗斗齿应耐耐磨、易易于更换换。3)为使装装进铲斗斗的物料料不易掉掉出，斗斗宽与物物料直径径之比应应大于44：1。4)物料易易于卸净净，缩短短卸载时时间，并并提高铲铲斗有效效容积。铲斗的斗齿齿采用装装配式，国国产挖机机其形式式有螺栓栓连接式式和橡胶胶卡销式式5,8，如如图所示示。斗容容量小于于或等于于0.6立方米米时多采采用前者者，斗容容量q大于或或等于0.6立方米米时多采采用后者者图7 斗齿齿安装形形式本次设计的的标准铲铲斗容量量为0.221立方米米故选择择螺栓连连接安装装形式。2.4 设计基基本参数数以及设设计作业业范围基本参数为为：工作作质量60000Kgg，斗容容量0.221 mm3，铲斗斗挖掘力力45kkN，斗杆杆挖掘力力33kkN。设计作业范范围：最最大挖掘掘半径60990mmm，最大大挖掘高高度57445mmm，最大大卸载高高度39550mmm ，最大大挖掘深深度38000mmm。第三章 工工作装置置运动学学分析3.1 动动臂的运运动分析析 图8 动动臂摆角角范围计计算简图图图9 F点坐标标计算简简图动臂的摆角角是动臂臂油缸长长度L11的函数数，动臂臂上任意意一点在在任意时时刻的坐坐标值也也都是LL1的函函数。图图中动臂臂油缸的的最短长长度；动动臂油缸缸的伸出出的最大大长度；动臂油油缸两铰铰点分别别与动臂臂下铰点点连线夹夹角的最最小值；动臂油油缸两铰铰点分别别与动臂臂下铰点点连线夹夹角的最最大值；A：动臂臂油缸的的下铰点点；B：动臂臂油缸的的上铰点点；C：动臂臂的下铰铰点。设特性参数数=/，=/ 如图所所示，当当L1= L1mmin时时得在ACB中，据据余弦定定理知： =当=时则得得：= 动臂的摆角角范围为为：=-=-动臂的瞬时时转角为为：=不难列出动动臂上任任意一点点的坐标标方程，现现在只推推导F点的坐坐标方程程。当F点在水水平线CU之下时时为负，否否则为正正。F点的X坐坐标方程程为：F点的Y坐坐标方程程为：这里C点的的Y坐标值值可由图图得到：XC = XA-l5×COOS11YC = YA+l5×Siin11 动臂油缸的的作用力力臂：e1 = l5×SiinCABB 显然动臂油油缸的作作大作用用力臂为为，这时时。 3.2 斗杆的的运动分分析 斗杆的位置置参数是是L1和L2的函数数。这里里暂时先先讨论斗斗杆相对对于动臂臂的运动动，也即即只考虑虑L的影响响。斗杆杆机构与与动臂机机构性质质类似，它它们都是是四杆机机构，但但连杆比比例不同同。如下下图所示示，D点为斗斗杆油缸缸与动臂臂的铰点点点，FF点为动动臂与斗斗杆的铰铰点，EE点为斗斗杆油缸缸与斗杆杆的铰点点。图10 斗杆机机构摆角角计算简简图其中D-斗斗杆油缸缸与动臂臂的铰点点点； F-动臂与与斗杆的的铰点；E油缸与与斗杆的的铰点； 斗杆摆摆角.当斗杆油缸缸全伸时时，取得得：当斗杆油缸缸全缩时时，取得得： 摆角 斗杆的作作用力臂臂e2: 斗杆油油缸最大大作用力力臂，取取得：3.3 铲斗的的运动分分析铲斗相对于于XOYY坐标系系的运动动是L1、L2、L3的函数数，现讨讨论铲斗斗相对于于斗杆的的运动，如如图所示示， QQ点为铲铲斗与斗斗杆的铰铰点，vv点为铲铲斗的斗斗齿尖点点，K点为连连杆与铲铲斗的饺饺点，NN点为摇摇杆与斗斗杆的铰铰点， H点为为摇杆，油油缸与连连杆的铰铰点。1）传动比比计算利用上图，可可以知道道求得以以下的参参数：铲斗油缸对对N点的力力臂r1=NHH×siinGHNN 其中, NHH和HG由设计计时确定定。连杆HK对对N点的力力臂r2=NHH×siinKHNN其中：KKHN=NHQQ+KHQQ, FN,NGG,GFF均在设设计中得得到。HK,QHH均在设设计中得得到连杆HK中中的力对对Q点的力力臂为rr3 = l244×siinHKQQ 挖掘阻力力对Q点的力力臂为rr4=l3=QVV连杆机构传传动比ii = （r1×r3）/（r2×r4）显然上式中中可知，i是铲斗油缸长度L3(即GH)的函数，用L3min代入可得初传动比i0，L3max代入可得终传动比iz。铲斗相对于于斗杆的的摆角3铲斗的瞬时时位置转转角为：3 =NQKK+KQVV，KQV由设计计确定。当铲斗油缸缸长度LL3分别取取L3maax和L3miin时，可可分别求求得铲斗斗的最大大和最小小转角3maax和3miin，于于是得铲铲斗的瞬瞬间转角角:3 = 3-3miin3.4 特殊工工作位置置计算3.4.11 最大挖挖掘半径径R1图11 最大挖挖掘半径径计算简简图 其中C-动动臂下铰铰点；AA -动臂油油缸下铰铰点；BB-动臂与与动臂油油缸铰点点；F-动臂上上铰点；D-斗杆油油缸上铰铰点；EE-斗杆下下铰点；G-铲斗油油缸下铰铰点；QQ-铲斗下下铰点；K-铲斗上上铰点；V-铲斗斗斗齿尖 如图11所所示，当当斗杆油油缸全缩缩时，FF、 Q.、V三点共共线，且且斗齿尖尖v和铰点点C在同一一水平线线上，即即YC= YYV，得到到最大挖挖掘半径径R1为:R1=XCC+3.4.22 最大挖挖掘深度度H1maax图12 最大挖挖掘深度度计算简简图其中NH-摇臂；HK-连杆；C-动臂下下铰点；A -动臂油油缸下铰铰点；BB-动臂与与动臂油油缸铰点点；F-动臂上上铰点；D-斗杆油油缸上铰铰点；EE-斗杆下下铰点；G-铲斗油油缸下铰铰点；QQ-铲斗下下铰点；K-铲斗上上铰点；V-铲斗斗斗齿尖.如图12示示，当动动臂全缩缩时，F, Q, V三点共共线且处处于垂直直位置时，得得最大挖挖掘深度度为: -H1maax = YVVminn = YFmminl2l3 = YCC+L1Sin21mminl2l3=YC+ll1Sinn(1minn-2-11)l2l3 3.4.33最大卸卸载高度度H3maax图一三 最大卸卸载高度度计算简简图如图一三所所示，当当斗杆油油缸全缩缩，动臂臂油缸全全伸时，QV连线处于垂直状态时，得最大卸载高度为:3.4.44 最大挖挖掘高度度H2maax最大挖掘高高度工况况是最大大卸载高高度工况况中铲斗斗绕Q点旋转转直到铲铲斗油缸缸全缩为为止，如如下图所所示：图14 最大挖挖掘高度度计算简简图3.5 工作范范围包络络图 包络图是挖挖掘机在在任一正正常位置置时，所所能控制制到的工工作范围围，即斗斗齿尖所所能到达达的最大大区域，如如图所示示。它取取决于工工作装置置的结构构尺寸和和各控制制油缸的的工作尺尺寸。当采用动臂臂液压缸缸工作来来进行挖挖掘时(斗杆液液压缸和和铲斗液液压缸不不工作)可以得得到最大大的挖掘掘半径和和最长的的挖掘行行程。此此时，铲铲斗的挖挖掘轨迹迹以动臂臂下铰点点为中心心，斗齿齿尖至该该铰点的的距离为为半径而而作的圆圆弧线，其其极限挖挖掘高度度和挖掘掘深度即即挖掘机机工作装装置变量量化3DD建模与与CADD研究圆圆弧的起起、终点点，分别别决定于于动臂的的最大上上倾角和和下倾角角，也即即决定于于动臂液液压缸的的行程。当仅以斗杆杆液压缸缸工作进进行挖掘掘时，铲铲斗的挖挖掘轨迹迹以动臂臂与斗杆杆的铰点点F为中心心，斗齿齿至该铰铰点的距距离为半半径所作作的圆弧弧，同样样，弧线线的长度度与包角角决定于于斗杆液液压缸的的行程。挖掘机如果果仅以铲铲斗液压压缸工作作进行挖挖掘时，挖挖掘轨迹迹是以铲铲斗与斗斗杆的铰铰点Q为中心心，该铰铰点至斗斗齿尖的的距离为为半径所所作的圆圆弧，同同理，圆圆弧线的的包角及及弧长决决定于铲铲斗液压压缸的行行程。在实际挖掘掘工作中中，往往往需要采采用各液液压缸的的联合工工作。图一五 工作范范围包络络图第四章 基本尺尺寸的确确定4.1 斗形参参数的选选择图16 斗型示示意图 斗容q,平均斗斗宽B，挖掘掘半径R和转斗斗挖掘装装满角度度是铲斗斗的四个个主要参参数。他他们间的的关系2,5为：一般土壤松松散系数数=1.25，因为为我国标标准斗容容指堆尖尖容量，所所以装满满系数不不再考虑虑。斗容量q：设计主主参数已已经给出出q=00.211立方米米平均都宽BB：查文文献5的P75表-以及及文献2的P28的公式3-111即B=（1.001.4），取B=00.7mm。挖掘装满角角度：根据据文献5的P755及文献2的P28取2=900°故由前面公公式计算算得到R= 0.992m，从而l3=R=9200mm。4.2 动臂机机构参数数的选择择1）111的取值值对特性性参数kk4、最大大挖掘深深度H1maax和最最大挖高高H2maax均有有影响，增增大11会使使k4减少或或使H1maax增大大，这符符合反铲铲作业的的要求1，初初选11 = 622°。参考文献55的P76取动臂臂弯角1 = 1200，动臂臂转折处处的长度度比k3 = 1.22（k3 = L422/L411），参考考文献5的P72取k1=1.8.A点由底盘盘和转台台结构决决定，初初选：XA = 8900 mmm,YA = 8800mm, 初取l5=4007mmm,则由前面公式式得 XC = XA-l5×COOS11 =7000mm，YC = YA+l5×Siin11 =12240mmm 2）动臂长长度与斗斗杆长度度的选择择参照文献55的P80知道斗斗杆油缸缸全缩时时，CFQQ =32最大大，常选选32mmax = 1160°一八0°，本次次设计取取32mmax=1600°由已给定的的最大挖挖掘半径径R1、已初初步选定定的l3和k1，在最大挖掘掘半径处处，简图图如下：根据余弦定定理得，上式中只有有l2是未知知的，因因而解之之得，ll12=16625mmm，则l1 = k11l2 = 1.88 × 16225= 29330mmm3）l411与l42的计计算如图2，在在三角形形CZF中：l42 = k33l41= 1.22×一五36 = 一八43 mm3 9= ZFC = COSS-1（l422+l12l412）/2××l1×l422=277°参照文献55的P80取k4 = 0.331由于采用动动臂单液液压缸初初取BCZZ = 8°如图2，在在三角形形CZF中：ZCF= -1-39= 一八八0°-1220°-277° =333°a2=BBCF=3=ZCFF-ZCBB=33°-8° =225°由前面的计计算有H3maxx= YYc+l1Sin（1maax-2-11）+l2 Siin（1maax+32 maxx -11-2-）l3-H1maax =YCC+L1Sin21mminl2l3= Yc+l1Sinn(1minn-2-11)l2l3 两式相减，并并令 A =2+11=25°+622°=877°,B = A -32mmax 87°-1660°=-773°，得H1maxx + H3mmax l1 SSin（1maax-A）-Siin（1miin-A） -ll21-Sinn（1maax- B）=0又特性参数数k4 = Sinn1maax/ 1Sin1miin联立以上方方程，解解方程解解得： 1maax= 1600°，1miin= 43.3°而1miin与1maax需要要满足以以下条件件1minn=COOS-11（2+1-2