1、单斗液压挖掘机反铲工作装置设计计算,工作装置,上部转台,行走装置,动臂、斗杆、铲斗,动力装置、传动机构、回转机构、辅助设备、驾驶室,轮台式行走机构,履带式行走机构：,行走架、四轮一带、张紧装置,挖掘机作业流程：,(1)整机移动至合适工作位置,(2)平台回转，使工作装置处于挖掘位置,(3)动臂下降，并调整斗杆铲斗、至合适位置；,(4)斗杆、铲斗挖掘作业；,(5)动臂升起；,(6)回转工作装置至卸载位置；,(7)操纵斗杆、铲斗卸载。,一、动臂,整体式动臂：,组合式动臂：,结构简单、价廉，重量轻，但挖掘曲线单一。,工作尺寸和挖掘力可以根据作业条件的变化进行调整；较合理地满足各类型作业装置的参数和结构
2、要求；装车运输比较方便。,动臂液压缸的布置,动臂液压缸装于动臂的下前方,动臂液压缸装于动臂的上方或后方，称为“悬挂式液压缸”,动臂的结构型式,为统一缸径和保证液压缸的闭锁能力，经常采用双动臂液压缸,二、斗杆,斗杆结构型式,整体式动臂：,组合式动臂：,可通过更换斗杆或设置24个铰接孔来改变长度,不常用,斗杆液压缸的布置,三、铲斗与铲斗液压缸的连接方式,直接连接方式：铲斗、斗杆与组成四连杆机构,六连杆方式：铲斗液压缸通过摇杆1与连杆2与铲斗相连,六连杆方式二：活塞杆端接于摇杆两端之间,（有更大的铲斗转角，但其平均挖掘力较小）,得到较大的铲斗转角，改善机构的传动特性,四、整机作业范围,斗齿尖的坐标方
3、程,斗齿尖的坐标值是三组液压缸长度L1、L2、L3的函数 。,2.特殊工作尺寸,当下置式动臂液压缸全缩或悬挂式动臂液压缸全伸，FQV三点共线并处于垂直状态时有最大挖深。,最大挖掘深度,最大卸载高度,当下置式动臂液压缸全伸或悬挂式动臂液压缸全缩，斗杆液压缸全缩，QV连线处于垂直状态时有最大卸载高度。,最大挖掘半径,斗杆液压缸全缩，铲斗液压缸全缩，CV水平时有最大挖掘半径。,停机面最大挖掘半径,当斗杆液压缸、铲斗液压缸处于最大半径状态而铲斗斗齿尖V靠在停机面上时得到停机平面最大挖掘半径。,挖掘力的计算方法,一、工作液压缸的理论挖掘力,液压缸外伸时由该液压缸理论推力所能产生的斗齿切向挖掘力称为工作液
4、压缸的理论挖掘力。,铲斗挖掘时铲斗液压缸的理论挖掘力：,称为传动比,铲斗液压缸的理论推力,斗杆液压缸的理论挖掘力,二、整机的理论挖掘力,1.工作液压缸的闭锁能力；,2.整机的工作稳定性；,3.整机与地面的附着性能；,4.土壤的阻力；,5.工作装置的结构强度。,液压挖掘机处于某一工况下工作液压缸的主动挖掘力能否实现主要取决于下列条件：,求整机挖掘力假设条件,考虑整机自重，有相对运动的构件重量分别计算 ；,在挖掘过程中斗中土的重心与铲斗重心一致；,不考虑液压系统和连杆机构的效率；,不考虑液压缸小腔背压；,不考虑土壤阻力和工作装置结构强度的限制；,不考虑其他因素如停机面坡度、风力、惯性力、动载等的影
5、响。,例：当考虑自重后，铲斗液压缸产生的挖掘力P03 ，挖掘阻力W03,铲斗加土和连杆自重对Q点的力矩,在挖掘阻力的作用下，斗杆液压缸受压，动臂液压缸受拉，这一阻力还产生使整机绕I点逆时针方向倾翻的力矩，并使整机有沿着向前滑移的趋势。,假设动臂液压缸不被拉长的条件所限制的挖掘力为W01，对C点取矩：,动臂液压缸小腔闭锁力,如果,则动臂液压缸可锁住，否则动臂液压缸将被拉长,对F点取矩：,斗杆液压缸大腔闭锁力,如果,则斗杆液压缸可锁住，否则斗杆液压缸将被压缩,对倾翻支点I取矩，则整机稳定条件所允许的最大挖掘阻力：,附着条件所限制的挖掘阻力值W04 ：,工作装置总重,机体重量,动臂液压缸作用力和各液
6、压缸闭锁力的确定,一、动臂液压缸作用力,动臂液压缸应保证在任何位置上都能提起带有满载铲斗的工作装置到达最高和最远的位置,计算位置,1.从最大挖掘深处提起满载斗,2.最大挖掘半径时举起满载斗,3.最大卸载高度时提动满载斗,在各位置所需的动臂液压缸作用力：,斗内土重,二、液压缸的闭锁力,计算位置I：,动臂处于最低，斗杆呈垂直状态，铲斗挖掘，且作用力臂最大时。,对Q点取矩得：,铲斗液压缸挖掘力：,假设法向力：,对F点取矩，得斗杆液压缸所受的被动作用力 ：,对C点取矩，得动臂液压缸所受的被动作用力：,计算位置I,动臂处于最低，斗杆绞点F，铲斗绞点Q及斗尖V三点共线，斗杆缸进行挖掘，其作用力臂最大时。,
7、计算位置II,对C点取矩，得动臂液压缸闭锁力：,对Q点取矩，得铲斗液压缸闭锁力：,对F点取矩，得挖掘力：,计算位置III：,动臂处于最低，F、Q、V三点共线垂直，铲斗挖掘深度最大时，要求它能克服平均挖掘阻力,闭锁压力与工作压力之间的比值：高压系统不超过1.25，中高压在1.25以上,工作装置的载荷分析和强度计算,内容：工况及计算位置的选择，载荷的分析和计算简图,一、斗杆的计算,斗杆强度主要为弯矩所控制斗杆危险断面最大应力发生在铲斗挖掘,计算位置I,动臂最低,斗杆液压缸作用力臂最大,F、Q、V共线,侧齿遇障碍作用有横向力Wk,工作装置的作用力有：,各部分的重量、作用于斗齿上的挖掘阻力,对Q点取矩
8、,取工作装置为隔离体，对C点取矩：,取斗杆和铲斗隔离体，对F点取矩：,铲斗液压缸推力,动臂液压缸闭锁力,斗杆液压缸作用力,横向挖掘力Wk由回转机构制动器承受：,取铲斗为研究对象，对Q点取矩可求出RkM,取铲斗为研究对象，根据力平衡方程或图解法求出RQ。,取摇杆MN为研究对象，根据力平衡方程或图解法求出RN。,侧向力引起的弯矩：,扭矩：,作内力图：内力有N，斗杆平面内、外弯矩Mx、My，剪力Qx、Qy，扭矩Mkp,危险截面：铰点所在断面、外形突变处、内力较大的断面,计算位置II：,动臂位于动臂液压缸对铰点C有最大作用力臂rBmax处,斗杆液压缸作用力臂最大,正常挖掘，无侧向力,F、Q、V共线，或
9、铲斗位于发挥最大挖掘力位置。,对Q点取矩,铲斗液压缸推力,取工作装置为隔离体，对C点取矩：,动臂液压缸闭锁力,当铲斗位于蓝线位置时，W2还受斗杆液压缸闭锁力的限制，取斗杆和铲斗为对象，对F点取矩：,作内力图：内力有N，Mx、Qx,二、动臂的计算,计算位置I,动臂最低,F、Q、V共线且铅锤,侧齿遇障碍作用有横向力Wk,计算位置II,斗杆液压缸作用力臂最大,正常挖掘，无侧向力,铲斗位于发挥最大挖掘力位置。,动臂位于动臂液压缸对铰点C有最大作用力臂rBmax处,工作装置作用的载荷：各部件重量G1、G2、G3，斗齿力W1、W2、Wk,液压缸工作状态：铲斗缸工作，斗杆缸和动臂缸被动闭锁。,斗齿力的计算：
10、,斗杆铰点F的支反力：取铲斗和斗杆为隔离体，图解求RF,动臂铰点C的支反力：取动臂为隔离体，在RF、Pg、PB及自重G1的作用下图解求得。,作内力图,整体式弯动臂强度计算按曲梁验算：,支座C的反力Rc分解，,横向力Wk引起动臂的弯矩和扭矩可用支座反力T、Q代替：,支座C处的横向弯矩,支座C处的扭矩,距动臂支座X的截面Nx的内力：,垂直平面的弯矩：,横向弯矩：,轴向力：,工作装置结构件的安全系数,动臂部分,斗杆、铲斗摇杆,铲斗、转斗连杆,主要载荷,主要+附加载荷,1.82,2.53,34,1.51.8,22.5,2.53.5,主要载荷：,工作装置自重,附加载荷：,偶然出现的横向阻力Wk,正常作业时挖掘阻力（W1、W2）,回转惯性力,由于边齿挖掘而产生的偏心力矩,
