動(dòng)臂確定用整體式彎動(dòng)臂，動(dòng)臂液壓缸的布置為下置式。斗桿確定用整體式斗桿，采用變較點(diǎn)調(diào)節(jié)。接下來進(jìn)行基本尺寸設(shè)計(jì)，過程中以圖1.1中得參數(shù)符號(hào)進(jìn)行計(jì)算。圖1.1反鏟工作裝置幾何參數(shù)符號(hào)確定動(dòng)臂與斗桿的長度比。對(duì)不同的工作尺寸的需求來說，動(dòng)臂與斗桿之間的長度比可以有多種不同的范圍可以選擇。一般當(dāng)時(shí)的方案稱為長動(dòng)臂短斗桿方案，當(dāng)時(shí)屬于短動(dòng)臂長斗桿力案。在1.5到2之間時(shí)稱為中間比例方案。本文所設(shè)計(jì)的反鏟裝置沒有可供替換的構(gòu)建，又對(duì)裝載等工作有一定的要求，所以本文選擇中間比例方案，鏟斗的斗容量由整機(jī)重量確定為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法求得以下參數(shù)：式中——最大挖掘半徑，m；——最大挖掘深度，m；——最大挖掘高度，m；——最大卸載高度，m。根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力、流量、等確定全伸長度與全縮長度之比λ?？紤]到結(jié)構(gòu)尺寸、穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動(dòng)幅度等因素，一般取。在本文中初取為1.6，初取為1.7，而須經(jīng)后文計(jì)算后得出。由于鏟斗容量為1已定，挖掘裝滿角度,挖掘半徑R和平均斗寬B之間存在一定的關(guān)系，見圖1.1，即具有尺寸R和B的鏟斗轉(zhuǎn)過2ф角度所切下的土壤剛好裝滿鏟斗，于是斗容量可按下式計(jì)算:q——鏟斗容量，；——土壤松散系數(shù)（取=1.25）；B——鏟斗平均寬度，m。一般?。?，根據(jù)表1.1以及斗容量選為1.32；——鏟斗裝滿角度，一般取本文取為。圖1.2斗形示意圖表1.1反鏟斗平均斗寬統(tǒng)計(jì)值和推薦范圍 0.10.150.20.250.40.50.60.81.0 0.540.510.750.80.90.911.18根據(jù)公式可求得鏟斗挖掘半徑R=1.457m。鏟斗結(jié)構(gòu)形狀如圖1.3所示。圖1.3鏟斗結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖鏟斗兩個(gè)鉸點(diǎn)K、Q之間的間距太大將影響機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性，太小則影響鏟斗的結(jié)構(gòu)剛度，一般取根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可知，或，同時(shí)可求得。本文取=0.33，=R=1.457m，求得當(dāng)鏟斗的轉(zhuǎn)角較大，而K2的取值較小，初取基礎(chǔ)參數(shù)α10（∠KQV）=80°根據(jù)一般的取值范圍，由經(jīng)驗(yàn)公式得斗尖角∠SVQ=60°~70°，本文∠SVQ初取為60°。鏟斗齒的安裝采用橡膠卡銷形式，斗齒刃角θ越小，越有利于挖掘，但是太小的刃角會(huì)加劇刃角的磨損[18]。通常取θ=15°~25°,本次設(shè)計(jì)取θ=18°。一般動(dòng)臂轉(zhuǎn)角可取=∠CZF=120°～140°，彎角太小會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不利，本文中動(dòng)臂轉(zhuǎn)角為130°。彎臂轉(zhuǎn)折長度比。根據(jù)結(jié)構(gòu)和液壓缸鉸點(diǎn)B的位置考慮初選=1.2。如圖1.4所示，最大挖掘半徑的值一般與的值相近。因此已知的和可按近似經(jīng)驗(yàn)公式確定和，即：≈，=;且、、已知，所以：圖1.4動(dòng)臂結(jié)構(gòu)計(jì)算圖在△CZF中已知、、,根據(jù)余弦定理得：是動(dòng)臂液壓缸全伸與全縮時(shí)的力臂比,按不同工況作業(yè)的情況選取，專用反鏟要求地面以下挖掘時(shí)動(dòng)臂液壓缸要有足夠的閉鎖能力可取，通用式反鏟挖掘機(jī)還需適當(dāng)考慮其他換用裝置，要求在地面以上作業(yè)時(shí)有足夠的提升力矩，可取，本文考慮所設(shè)計(jì)產(chǎn)品應(yīng)用情況，初取為1。的取值對(duì)特性參數(shù)和最大挖掘深度及最大挖掘高度有影響，加大會(huì)使減小或使增大，這是符合反鏟作業(yè)要求的，反鏟的挖掘機(jī)常取大于60°，本文考慮所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)用情況，為滿足其他換用裝置的工作要求初取為45°[19-20]。斗桿液壓缸全縮時(shí)最大，常選。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求初選。大小取決于液壓缸布置形式，本文選用的動(dòng)臂液壓缸為雙液壓缸，其在動(dòng)臂上的鉸點(diǎn)B在Z的正上方。一般情況下，根據(jù)設(shè)計(jì)要求本文初選。在中：,故：。最大卸載高度的表達(dá)式為最大挖掘深度絕對(duì)值的表達(dá)式為將公式1.13和公式1.14兩式相加，消去，令，，得到以下方程：又有特性參數(shù)式中。又由公式1.15可以得到下列公式將公式1.17和公式1.18代入方程解的128°。將得到的代入公式1.15得到31.2°。最后根據(jù)公式1.18求得——?jiǎng)颖坫q點(diǎn)與地面的距離，m。根據(jù)對(duì)國內(nèi)外類似型號(hào)產(chǎn)品調(diào)查取為1m。解聯(lián)立方程1.20：求出σ和ρ分別為1.32和0.4。驗(yàn)算所得到的結(jié)果符合的幾何條件：根據(jù)求得ρ和σ的結(jié)果可以得到以下數(shù)據(jù)：式中——?jiǎng)颖塾透鬃钚￠L度，m；——?jiǎng)颖塾透鬃畲箝L度，m。圖1.5動(dòng)臂擺角計(jì)算簡圖根據(jù)所求得得動(dòng)臂結(jié)構(gòu)和油缸尺寸，求得動(dòng)臂擺角如圖1.4所示，圖中，。動(dòng)臂的全部參數(shù)已初步選出，根據(jù)選出的參數(shù)進(jìn)行實(shí)際最大挖掘半徑的校核，結(jié)果如圖1.6圖1.6實(shí)際最大挖掘半徑校核結(jié)果圖取整個(gè)斗桿為研究對(duì)象，見圖1.7[21]。其中D為斗桿油缸的下鉸點(diǎn)；E為鏟斗油缸的上鉸點(diǎn)；F為動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)；為斗桿的擺角；為斗桿油缸最大作用力臂；為斗桿油缸的初始力臂；為斗桿油缸全伸長時(shí)的力臂圖1.7斗桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)示意圖參考國內(nèi)外同類型機(jī)器斗桿挖掘力值，根據(jù)資料確定最大斗桿挖掘力，并以此確定最大作用力臂根據(jù)表1.2選擇合適的斗桿油缸從而確定表1.2工程液壓缸的技術(shù)規(guī)格缸徑D/mm活塞桿直徑d/mm工作壓力20Mpa最大行程s/mm速度比推力/kN1.331.46280404555*100.5320001005055*70157.064000125637090245.4440001407080100307.8840001608090110402.13400018090100125508.944000參考市場上同型號(hào)的挖掘機(jī)，選擇缸徑為180mm，速度比為1.33的液壓缸，其推力為508.94kN。為了統(tǒng)一缸徑，動(dòng)臂油缸和鏟斗油缸均與斗桿油缸選擇同一種缸徑為180mm，速度比為1.33的油缸。將選取的代入公式1.26，解得斗桿油缸的初始力臂與最大力臂有以下關(guān)系：根據(jù)公式1.27不難看出，當(dāng)確定時(shí)，越大，和就越小，一般取為70°～130°，本文初取為80°。由圖1.7可得出以下幾何關(guān)系：解得，，。斗桿的運(yùn)動(dòng)由動(dòng)臂油缸、斗桿油缸和回轉(zhuǎn)平臺(tái)共同完成。因此,對(duì)斗桿運(yùn)動(dòng)的分析是建立斗桿與動(dòng)臂鉸點(diǎn)、斗桿與鏟斗鉸點(diǎn)與斗桿油缸瞬時(shí)長度之間的關(guān)系式。根據(jù)∠DEF在三角形DEF中的幾何關(guān)系，由余弦公式得斗桿相對(duì)于動(dòng)臂的最大擺角范圍按下式計(jì)算根據(jù)最大挖掘高度和最大卸載的分析可得：根據(jù)式1.32，可以得到初始轉(zhuǎn)角為17.7°。鏟斗在挖掘過程中的轉(zhuǎn)角大致為90°～110°，為了要滿足開挖和最后卸載及運(yùn)輸狀態(tài)的要求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到140°～180°，初取為180°。圖1.8鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍如圖1.8所示，當(dāng)鏟斗油缸全縮時(shí)，鏟斗和斗桿軸線NQ夾角（在軸線上方）應(yīng)大于10°，常取15°～25°，選取為20°，故當(dāng)鏟斗油缸全伸時(shí)：∠NQV應(yīng)小于45°，所得數(shù)據(jù)滿足要求。在圖1.8中鏟斗從位置Ⅰ到位置Ⅱ時(shí)，鏟斗的作用力臂最大，這時(shí)能得到最大斗齒挖掘力，目前一般取位置Ⅰ到位置Ⅱ的轉(zhuǎn)角為30°～50°。從幾何可容性與結(jié)構(gòu)布置的角度考慮，對(duì)鏟斗機(jī)構(gòu)有以下要求：在全行程任一瞬間必須保證鏟斗的六連桿機(jī)構(gòu)都不會(huì)被破壞，即保證△GFN，△GHN,□HNQK在任意行程下都不被破壞。液壓缸全伸和全縮之比應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，對(duì)鏟斗機(jī)構(gòu)取。全行程機(jī)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)死點(diǎn)。圖1.9鏟斗油缸全縮時(shí)圖圖1.10鏟斗油缸全伸時(shí)圖圖1.11鏟斗挖掘獲得最大挖掘力時(shí)圖如圖1.9，1.10，1.11，所示，根據(jù)以上幾方面的要求，初步選取、、、。在三角形GNF中，根據(jù)余弦定理得、、、。保證,即最短桿長度+最長桿長度≤其余兩桿長度之和，最短桿NQ為機(jī)架，□HNQK為雙曲柄機(jī)構(gòu)[22]。根據(jù)鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)，分別作圖1.9，1.10，鏟斗油缸全縮時(shí)圖和鏟斗油缸全伸時(shí)圖，通過作圖法得出鏟斗油缸全縮長度和鏟斗油缸全伸長度。得到，經(jīng)驗(yàn)證本文初選的鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)合理。當(dāng)鏟斗油缸與搖桿HN垂直時(shí)，鏟斗挖掘獲得最大挖掘力，如圖1.11所示。通過繪圖以及計(jì)算知道斗桿與鏟斗的鉸點(diǎn)與齒尖的連線即QV與斗桿軸線的夾角為，要求滿足在30°～50°范圍內(nèi)。此位置可計(jì)算鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的最大傳動(dòng)比在本章中，本文首先根據(jù)機(jī)重，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式確定了挖掘機(jī)的最大工作范圍，并在合理范圍內(nèi)初選了動(dòng)臂和斗桿的油缸全伸長度與全縮長度之比。接著依靠經(jīng)驗(yàn)公式和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定了斗形參數(shù)，并根據(jù)斗長進(jìn)一步推算出斗桿及動(dòng)臂的尺寸參數(shù)。根據(jù)前文求出的工作范圍，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，從而確定了動(dòng)臂及其油缸鉸點(diǎn)位置參數(shù)并求出了動(dòng)臂油缸的擺角范圍。然后通過對(duì)市場上同類型挖掘機(jī)的調(diào)查，確定了斗桿挖掘力的大小。結(jié)合前文中斗桿尺寸參數(shù)的確定，選擇了油缸的缸徑，行程等參數(shù)，并對(duì)斗桿及其油缸進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，求得了斗桿