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6365.docx

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1、目 录录摘要.11第一章 绪论.111.1 小型挖挖掘机的的发展现现状.21.2 小型挖挖掘机工工作装置置简介.3第二章 总体体方案设设计332.1 工作装装置构成成及工作作原理.32.2 工作装装置坐标标设定.62.3 工作装装置各部部分方案案选择62.3.1 动臂种种类选择择62.3.2 动臂油油缸布置置方案选选择82.3.3 铲斗与与铲斗油油缸的连连接方案案选择82.3.4 铲斗结结构形式式及斗齿齿的安装装形式.82.4 设计计基本参参数以及及设计作作业范围围.9第三章 工作装装置运动动学分析析.993.1 动臂的的运动分分析 93.2 斗杆杆的运动动分析.1113.3 铲斗斗的运动动分

2、析.1223.4 特殊殊工作位位置计算算.1113.4.1 最最大挖掘掘半径.113.4.2 最最大挖掘掘深度.143.4.3最大大卸载高高度.一一五3.4.4 最大挖挖掘高度度.163.5 工作作范围包包络图 .116第四章 基本本尺寸的的确定.一一八4.1 斗形形参数的的选择.一八4.2 动臂臂机构参参数的选选择.一八4.3 斗杆杆机构基基本参数数的选择择.2004.4 连连杆机构构基本参参数的选选择.221第五章 工作作装置结结构受力力分析与与校核.2265.1 挖掘阻阻力分析析.2265.1.1 铲斗挖挖掘切向向阻力计计算.275.1.2 斗齿侧侧向力分分析.2885.2 工作作装置结

3、结构强度度校核的的工况介介绍.285.2.1 斗斗杆结构构强度校校核的工工况介绍绍.2285.2.2 动动臂结构构强度校校核的工工况介绍绍.2295.3 斗杆的的力学分分析.295.3.1 斗斗杆工况况1受力力计算及及内力图图的绘制制.2295.3.2 斗斗杆工况况2受力力计算以以及内力力图的绘绘制.3335.4 斗杆强强度校核核355.4.1截面面1的几几何性质质以及应应力计算算3555.4.2 截截面2的的几何性性质以及及应力计计算3365.4.3 截截面3的的几何性性质以及及应力计计算3385.5 动臂臂力学分分析.3995.5.1 动动臂工况况1受力力计算及及内力图图的绘制制3395.

4、6 动臂强强度校核核.442参考文献献.433二维caad图纸纸以及三三维prre图纸纸,请联联系:xinaanchhonggx1663x小型履带带液压挖挖掘机工工作装置置的结构构设计及及其运动动学分析析摘要：液压挖掘掘机是工工程机械械的一种种主要类类型，广广泛应用用在房屋屋建筑、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

5、能和可靠靠性。本文根据据液压挖挖掘机反反铲装置置的结构构特点,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 ，然然后对其其各主要要构件进进行了方方案选择择以及运运动学分分析，并并确定各各铰点之之间的距距离，用用CADD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:液压挖挖掘机；工作装装置；运运动学分分析；结结构设计计The strructturaal ddesiign andd kiinemmatiic

6、 aanallysiis oof tthe smalll ccrawwlerr hyydraauliic eexcaavattorAbtrractt：As oone of impporttantt coonsttrucctioon mmachhineery andd eqquippmennts，hhydrraullic exccavaatorr iss wiidelly uusedd inn eaarthhworrk cconsstruuctiion andd miine expploiitattionn, suuch as in arcchittectturee, rroadd enngin

7、neerringg, wwateer cconsservvanccy, porrt bbuilldinng, nattionnal deffensse pprojjectt, eeteThee exxcavvatoor wwithh a bacckhooe dd iss maainllyusedd too exxcavvatee thhe eeartth uundeergrrounndBBackkhoee Eqquippmennt oof HHydrraullic Exccavaatorr iss onne iimpoortaant devvicee too peerfoorm mmanyy

8、fuuncttionns. Thee woorkiing perrforrmannce andd reeliaabillityy off thhe wwholle mmachhinee iss innfluuencced by thee raatioonallityy off itts sstruuctuure.Firsstlyy， thhis papper, whhichh iss baasedd onn thhe sstruuctuurall feeatuuress off hyydraauliic bbackkhoee exxcavvatoor、 woorkiing priinciipl

9、ee 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

10、 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 sppeciificc diimennsioons, chhe

11、ckk tthe maiin ccompponeentss off woorkiing devvicee. Key worrds：hydrraullic exccavaatorr；woorkiing equuipmmentt；kinnemaaticc annalyysiss；strructturaal ddesiign第一章 绪绪 论1.1小小型挖掘掘机的发发展现状状小型挖掘掘机属于于单斗挖挖掘机，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

12、，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我国的挖挖掘机行行业经过过50余余年的发发展，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

13、型型挖掘机机生产的的知名企企业如表表1所示示主要分分布在日日本、欧欧洲、美美国、韩韩国等国国家和地地区，它它们具备备强大的的专业设设计、制制造能力力，如日日本的小小松、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JCCB、瑞瑞典的沃沃尔沃，韩韩国的斗斗山、现现代等企企业。1表1 国内外外小型挖挖掘机品品牌及产产品1.2 小型型挖掘机机工作装装置简介介液压挖掘掘机工作作装置的的形式是是直接用用来挖掘掘作业的的施工工工具，它它利用液液压缸伸伸缩来完完成动臂臂升降、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，

14、可可多达1100多多种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。动臂结构构一般可可分为整整体式和和组合式式两大类类，整体体单动臂臂目前应应用最广广泛，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

15、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工作装置置的动臂臂油缸一一般布置置在动臂臂的前下下方，动动臂的下下支承点点（即动动臂与转转台的铰铰点）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，一一种是布布置在端端部弯角角的下部部，采用用支耳与与动臂相相连，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

16、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 总体体方案设设计2.1 工作作装置构构成及工工作原理理图1 工工作装置置组成图图 其中1-铲斗；2-斗斗齿；33-连杆杆； 44-摇杆杆； 55-铲斗斗油缸； 6-斗杆；7-动动臂；88-动臂臂油缸； 9-斗杆油油缸图1为液液压挖掘掘机工作作装置基基本组成成及传动动示意图图，如图图所示反反铲工作作装置由由铲斗连连杆、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

17、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:先下下放动臂臂至挖掘掘位置，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

18、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动臂臂挖掘当采用动动臂油缸缸工作来来进行挖挖掘时(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

19、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斗杆杆挖掘当仅以斗斗杆油缸缸工作进进行挖掘掘时，铲铲斗的挖挖掘轨迹迹为圆弧弧线，弧弧线的长长度与包包角决定定于斗杆杆油缸的的行程。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转斗斗挖掘当仅以铲铲斗油缸缸工作进进行挖掘掘时，铲铲斗的挖挖掘轨迹迹也为圆圆弧线，弧弧线的包包角及弧弧

20、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。在实际挖挖掘工作作中，往往往需要要采用各各种油缸缸的联合合工作3。挖掘机工工作装置置各油缸缸可看作作是只承承受拉压压载荷的的杆，对对工作装装置进行行适当简简化处理理如图所所示。图2

21、工工作装置置结构简简图挖掘机的的工作装装置经上上面的简简化后实实质是一一组平面面连杆机机构，自自由度是是3，即即工作装装置的几几何位置置由动臂臂油缸长长度L11、斗杆杆油缸长长度L22、铲斗斗油缸长长度L33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 工作装装置坐标标设定（见见图2）图中的各各参数的的含义说说明如下下：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

22、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，oo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 工作作装置各各部分方方案选择择2.3.1 动臂种种类选择择动臂是反反铲工作作装置的的主要部部件，一一般可以以分为组组合式和和整体式式， 目目前采用用得多的的是整体体式动臂臂2。组合式动动臂如图图3所示示，组合合式动臂臂用辅助助连杆或或液压缸缸或

23、螺栓栓连接而而成。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 ,故故本次设设计不采采用。

24、图3 组组合式动动臂整体式动动臂的优优点是结结构简单单，轻巧巧，质量量轻而刚刚度大。其其缺点是是更换的的工作装装置少，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

25、臂。图4 整体直直动臂 图图5 整体弯弯动臂2.3.2 动臂油油缸布置置方案选选择动臂油缸缸一般布布置在动动臂的前前下方，有有两种具具体布置置方式，油缸前倾倾布置方方案，即即当动臂臂油缸全全伸出，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。 臂与动动臂油缸缸活塞杆杆端部的的铰点布布置通常常有两种种形式，一一种

26、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。2.3.3 铲斗与与铲斗油油缸的连连接方案案选择本方案中中采用六六连杆的的布置方方式，相相比四连连杆布置置方式而而言在相相同的铲铲斗油缸缸行程下下能得到到较大的的铲斗转转角，改改善了机机构的传传动特性性。该布布置中11杆与22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所示示。图6

27、 铲斗斗连接布布置示意意图其中1-斗杆； 2-连杆机机构； 3-铲铲斗2.3.4 铲斗结结构形式式及斗齿齿的安装装形式铲斗结构构的基本本要求51)铲斗斗的纵向向剖面形形状应适适应挖掘掘过程各各种物料料在斗中中运动规规律，有有利于物物料的流流动，使使装土阻阻力最小小，有利利于将铲铲斗充满满。2)装设设斗齿，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)为使使装进铲铲斗的物物料不易易掉出，斗斗宽与物物料直径径之比应应大于44：1。4)物料料易于卸卸净，缩缩短卸载载时间，并并提高铲铲斗有效效容积。

28、铲斗的斗斗齿采用用装配式式，国产产挖机其其形式有有螺栓连连接式和和橡胶卡卡销式5,88，如如图所示示。斗容容量小于于或等于于0.66立方米米时多采采用前者者，斗容容量q大大于或等等于0.6立方方米时多多采用后后者图7 斗斗齿安装装形式本次设计计的标准准铲斗容容量为00.211立方米米故选择择螺栓连连接安装装形式。2.4 设计计基本参参数以及及设计作作业范围围基本参数数为：工工作质量量60000Kgg，斗容容量0.21 m3，铲斗斗挖掘力力45kkN，斗斗杆挖掘掘力333kN。设计作业业范围：最大挖挖掘半径径60990mmm，最大大挖掘高高度57745mmm，最最大卸载载高度339500mm ，

29、最大大挖掘深深度38800mmm。第三章 工作装装置运动动学分析析3.1 动臂的的运动分分析 图8 动臂摆摆角范围围计算简简图图9 F点点坐标计计算简图图动臂的摆摆角是动动臂油缸缸长度LL1的函函数，动动臂上任任意一点点在任意意时刻的的坐标值值也都是是L1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：动动臂油缸缸的下铰铰点；BB：动臂臂油缸的的上铰点点；C：动臂的的下铰点点。设特性参参数=/，=/ 如图图所示，当当L1= L1mmin时时

30、得在ACBB中，据据余弦定定理知： =当=时则则得：= 动臂的摆摆角范围围为：=-=-动臂的瞬瞬时转角角为：=不难列出出动臂上上任意一一点的坐坐标方程程，现在在只推导导F点的的坐标方方程。当F点在在水平线线CU之之下时为为负，否否则为正正。F点的XX坐标方方程为：F点的YY坐标方方程为：这里C点点的Y坐坐标值可可由图得得到：XC = XAA-l5COOS111YC = YAA+l5Siin111 动臂油缸缸的作用用力臂：e1 = l55SiinCABB 显然动臂臂油缸的的作大作作用力臂臂为，这这时。 3.2 斗杆杆的运动动分析 斗杆的位位置参数数是L11和L2的函数数。这里里暂时先先讨论斗斗杆

31、相对对于动臂臂的运动动，也即即只考虑虑L的影影响。斗斗杆机构构与动臂臂机构性性质类似似，它们们都是四四杆机构构，但连连杆比例例不同。如如下图所所示，DD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 斗斗杆机构构摆角计计算简图图其中D-斗杆油油缸与动动臂的铰铰点点； FF-动臂臂与斗杆杆的铰点点；E油缸与与斗杆的的铰点； 斗杆摆摆角.当斗杆油油缸全伸伸时，取取得：当斗杆油油缸全缩缩时，取取得： 摆角 斗杆的的作用力力臂e22: 斗杆杆油缸最最大作用用力臂，取取得：3.3 铲斗斗的运动动分析铲斗相对对于XOOY坐标标系的运运动是L

32、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点为为连杆与与铲斗的的饺点，N点为摇杆与斗杆的铰点， H点为摇杆，油缸与连杆的铰点。1）传动动比计算算利用上图图，可以以知道求求得以下下的参数数：铲斗油缸缸对N点点的力臂臂r1=NHHsinnGHNN 其中, NNH和HHG由设设计时确确定。连杆HKK对N点点的力臂臂r2=NHHsinnKHNN其中：KHNN=NHQQ+KHQQ, FN,NNG,GGF均在在设计中中得到。HK,QQH均在在设计中中得到连杆HKK中的力力对Q点点的力臂臂为r3 = l244

33、sinnHKQQ 挖掘阻阻力对QQ点的力力臂为rr4=l3=QVV连杆机构构传动比比i = （rr1r3）/（rr2r4）显然上式式中可知知，i是铲斗斗油缸长长度L3(即GGH)的的函数，用用L3minn代入可可得初传传动比ii0，L3maxx代入可可得终传传动比iiz。铲斗相对对于斗杆杆的摆角角3铲斗的瞬瞬时位置置转角为为：3 =NQKK+KQVV，KQVV由设计计确定。当铲斗油油缸长度度L3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 = 3-3mmin3.4 特殊殊工作位位置计算算3.4.1 最大挖

34、挖掘半径径R1图11 最大大挖掘半半径计算算简图 其中C-动臂下下铰点；A -动动臂油缸缸下铰点点；B-动臂臂与动臂臂油缸铰铰点；FF-动臂臂上铰点点；D-斗杆油油缸上铰铰点；EE-斗杆杆下铰点点；G-铲斗斗油缸下下铰点；Q-铲斗斗下铰点点；K-铲斗斗上铰点点；V-铲斗斗斗齿尖 如图111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=XXC+3.4.2 最最大挖掘掘深度HH1maax图12 最大大挖掘深深度计算算简图其中NHH-摇臂臂；HKK-连杆杆；C-动臂臂下铰点点；A -动臂臂

35、油缸下下铰点；B-动臂臂与动臂臂油缸铰铰点；FF-动臂臂上铰点点；D-斗杆油油缸上铰铰点；EE-斗杆杆下铰点点；G-铲斗斗油缸下下铰点；Q-铲斗斗下铰点点；K-铲斗斗上铰点点；V-铲斗斗斗齿尖.如图122示，当当动臂全全缩时，FF, QQ, VV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: -H1mmax = YYVminn = YFmminl2l3 = YYC+L1Sinn211minnl2l3=YC+l1Sinn(1minn-2-111)l2l3 3.4.3最大大卸载高高度H3maax图一三 最大大卸载高高度计算算简图如图一三三所示，当当斗杆油油缸全缩缩，动臂臂油缸全全伸时，Q

36、V连线处于垂直状态时，得最大卸载高度为:3.4.4 最大挖挖掘高度度H2maax最大挖掘掘高度工工况是最最大卸载载高度工工况中铲铲斗绕QQ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 最大大挖掘高高度计算算简图3.5 工作作范围包包络图 包络图是是挖掘机机在任一一正常位位置时，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。当采用动动臂液压压缸工作作来进行行挖掘时时(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

37、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。当仅以斗斗杆液压压缸工作作进行挖挖掘时，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。挖掘机如如果仅以以铲斗液液压缸工工作进行行挖掘时时，挖掘掘轨迹是是以铲斗斗与斗杆杆的铰点点Q为中心心，该铰铰点至斗斗齿尖的的

38、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。在实际挖挖掘工作作中，往往往需要要采用各各液压缸缸的联合合工作。图一五 工作作范围包包络图第四章 基本本尺寸的的确定4.1 斗形形参数的的选择图16 斗斗型示意意图 斗容qq,平均均斗宽BB，挖掘掘半径RR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2,55为：一般土壤壤松散系系数=11.255，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qq：设计计主参数数已经给给出q=0.221立方方米平均都宽宽B：查查文献55的P775表-以以及文献献2的PP2

39、8的的公式33-111即B=（1.01.44），取取B=00.7mm。挖掘装满满角度：根据据文献55的P775及文文献2的的P288取2=900故由前面面公式计计算得到到R= 0.992m，从从而l33=R=9200mm。4.2 动臂臂机构参参数的选选择1）111的取取值对特特性参数数k4、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。参考文献献5的PP76取取动臂弯弯角1 = 1200，动臂臂转折处处的长度度比k3 = 1.22（k3 = L422/L411），参考考文

40、献55的P772取kk1=1.8.A点由底底盘和转转台结构构决定，初初选：XA = 8990 mmm,YYA = 8800mm, 初取取l5=4007mmm,则由前面公公式得 XC = XA-l5COOS111 =7000mm，YC = YAA+l5Siin111 =12440mmm 2）动臂臂长度与与斗杆长长度的选选择参照文献献5的PP80知知道斗杆杆油缸全全缩时，CFQ =32最大，常选32max = 160一八0，本次设计取32max=160由已给定定的最大大挖掘半半径R1、已初初步选定定的l33和k1，在最大挖挖掘半径径处，简简图如下下：根据余弦弦定理得得，上式中只只有l2是未知知的，

41、因因而解之之得，ll12=16625mmm，则l1 = kk1l2 = 1.88 16225= 29330mmm3）l441与ll42的计计算如图2，在在三角形形CZFF中：l42 = kk3l41= 1.22一五336 = 一八八43 mm3 99= ZFCC = COOS-11（l4222+l12l412）/22l11l422=277参照文献献5的PP80取取k4 = 0.331由于采用用动臂单单液压缸缸初取BCZZ = 8如图2，在在三角形形CZFF中：ZCFF= -1-39= 一一八0-1220-277 =333a2=BCFF=33=ZCFF-ZCBB=33-8 =225由前面的的计算有有H3maax= Yc+l1Sinn（11maxx-2-111）+ll2 Siin（1maax+32 maxx -11-2-）l3-H1mmax =YYC+L1Sinn211minnl2l3= Ycc+l1Sinn(1minn-2-111)l2l3 两式相减减，并令令 A =22+111=25+622=877,B = A -32maax 887-1660=-773，得H1maax + H33maxx ll1 SSin（