挖掘機在國民經濟建設的許多行業被廣泛地採用，如工業與民用建築、交通運輸、水利電氣工程、農田改造、礦山採掘以及現代化軍事工程等等行業的機械化施工中。據統計，一般工程施工中約有60%的土方量、露天礦山中80%的剝離量和採掘量是用挖掘機完成的。
隨著我國基礎設施建設的深入和在建設中挖掘機的廣泛應用，挖掘機市場有著廣闊的發展空間，因此發展滿足我國國情所需要的挖掘機是十分必要的。而工作裝置作為挖掘機的重要組成部分，對其研究和控制是對整機開發的基礎。
反鏟式單鬥液壓挖掘機工作裝置是乙個較複雜的空間機構，國內外對其運動分析、機構和結構引數優化設計方面都作了較深入的研究，具體的設計特別是中型挖掘機的設計已經趨於成熟。而關於反鏟式單鬥液壓挖掘機的相關文獻也很多，這些文獻從不同側面對工作裝置的設計進行了論述。而筆者的設計知識和水平還只是乙個學步的孩子，進行本課題的設計是為對挖掘機的工作裝置設計有一些大體的認識，鞏固所學的知識和提高設計能力。
當前，國際上挖掘機的生產正向大型化、微型化、多能化和專用化的方向發展。國外挖掘機行業重視採用新技術、新工藝、新結構和新材料，加快了向標準化、系列化、通用化發展的步伐。我國己經形成了挖掘機的系列化生產，近年來還開發了許多新產品，引進了國外的一些先進的生產率較高的挖掘機型號[1]。
由於使用效能、技術指標和經濟指標上的優越，世界上許多國家，特別是工業發達國家，都在大力發展單鬥液壓挖掘機。目前，單鬥液壓挖掘機的發展著眼於動力和傳動系統的改進以達到高效節能;應用範圍不斷擴大，成本不斷降低，向標準化、模組化發展，以提高零部件、配件的可靠性，從而保證整機的可靠性;電子計算機監測與控制，實現機電一體化;提高機械作業效能，降低噪音，減少停機維修時間，提高適應能力，消除公害，縱觀未來，單鬥液壓挖掘機有以下的趨勢:
（1）向大型化發展的同時向微型化發展。
（2）更為普遍地採用節能技術。
（3）不斷提高可靠性和使用壽命。
（4）工作裝置結構不斷改進，工作範圍不斷擴大。
（5）由內燃機驅動向電力驅動發展。
（6）液壓系統不斷改進，液壓元件不斷更新。
（7）應用微電子、氣、液等機電一體化綜合技術。
（8）增大鏟斗容量，加大功率，提高生產效率。
（9）人機工程學在設計中的充分利用。
本文作者對三一重工生產的sany200c進行現場測繪，取得了工作裝置的大體資料資料。再結合同濟大學出版的《單鬥液壓挖掘機》，利用旋轉向量法和力學知識分別對單鬥液壓挖掘機的工作裝置進行運動學分析和力學計算。根據運動學分析和力學計算的結果得到工作裝置的基本尺寸和結構尺寸。
然後用cad軟體進行二維和三維圖的繪製。
本**主要對由動臂、鬥杆、鏟斗、銷軸、連桿機構組成挖掘機工作裝置進行設計。具體內容包括以下五部分:
(1) 挖機工作裝置的總體設計。
(2) 挖掘機的工作裝置詳細的機構運動學分析。
(3) 工作裝置各部分的基本尺寸的計算和驗證。
(4) 工作裝置主要部件的結構設計。
(5) 銷軸的設計及螺栓等標準件進行選型。
1-鬥杆油缸；2- 動臂； 3-油管； 4-動臂油缸； 5-鏟斗； 6-鬥齒； 7-側板；
8-連桿； 9-曲柄： 10-鏟斗油缸； 11-鬥杆.
圖2-1 工作裝置組成圖
圖2-1為液壓挖掘機工作裝置基本組成及傳動示意圖，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗5、連桿9、鬥杆11、動臂2、相應的三組液壓缸1, 4,10等組成。動臂下鉸點鉸接在轉台上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個工作裝置繞動臂下鉸點轉動。依靠鬥杆缸使鬥杆繞動臂的上鉸點轉動，而鏟斗鉸接於斗杆前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞鬥杆前鉸點轉動。
挖掘作業時，接通迴轉馬達、轉動轉台，使工作裝置轉到挖掘位置，同時操縱動臂缸小腔進油使液壓缸回縮，動臂下降至鏟斗觸地後再操縱鬥杆缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進油而伸長，使鏟斗進行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿後，鏟斗缸和鬥杆缸停動並操縱動臂缸大腔進油，使動臂抬起，隨即接通迴轉馬達，使工作裝置轉到解除安裝位置，再操縱鏟斗缸或鬥杆缸回縮，使鏟斗翻轉進行卸土。卸完後，工作裝置再轉至挖掘位置進行第二次挖掘迴圈[2]。
在實際挖掘作業中，由於土質情況、挖掘面條件以及挖掘機液壓系統的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘迴圈中的動作配合可以是多樣的、隨機的。上述過程僅為一般的理想過程。
挖掘機工作裝置的大臂與鬥杆是變截面的箱梁結構，鏟斗是由厚度很薄的鋼板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉壓載荷的杆。根據以上特徵，可以對工作裝置進行適當簡化處理[3]。
則可知單鬥液壓挖掘機的工作裝置可以看成是由動臂、鬥杆、鏟斗、動臂油缸、鬥杆油缸、鏟斗油缸及連桿機構組成的具有三自由度的六桿機構，處理的具體簡圖如2-2所示。進一步簡化得圖如2-3所示。
圖2-2 工作裝置結構簡圖
1-鏟斗；2-連桿；3-鬥杆；4-動臂；5-鏟斗油缸；6-鬥杆油缸
圖2-3 工作裝置結構簡化圖
挖掘機的工作裝置經上面的簡化後實質是一組平面連桿機構，自由度是3，即工作裝置的幾何位置由動臂油缸長度l1、鬥杆油缸長度l2、鏟斗油缸長度l3決定，當l1、l2、l3為某一確定的值時，工作裝置的位置也就能夠確定[2]。
動臂採用整體式彎動臂，這種結構形式在中型挖掘機中應用較為廣泛。其結構簡單、價廉，剛度相同時結構重量較組合式動臂輕[3]，且有利於得到較大的挖掘深度。
鬥杆也有整體式和組合式兩種，大多數挖掘機採用整體式鬥杆。在本設計中由於不需要調節鬥杆的長度，故也採用整體式鬥杆。
動臂油缸裝在動臂的前下方，動臂的下支承點（即動臂與轉台的鉸點）設在轉台迴轉中心之前並稍高於轉台平面[3]，這樣的布置有利於反鏟的挖掘深度。油缸活塞桿端部與動臂的鉸點設在動臂箱體的中間，這樣雖然削弱了動臂的結構強度，但不影響動臂的下降幅度。並且布置中，動臂油缸在動臂的兩側各裝乙隻，這樣的雙動臂在結構上起到加強筋的作用，以彌補前面的不足。
具體結構如圖2-4所示。
1-動臂； 2=動臂油缸
圖2-4 動臂油缸鉸接示意圖
本方案中採用六連桿的布置方式，相比四連桿布置方式而言在相同的鏟斗油缸行程下能得到較大的鏟斗轉角，改善了機構的傳動特性。該布置中1杆與2杆的鉸接位置雖然使鏟斗的轉角減少但保證能得到足夠大的鏟斗平均挖掘力。如圖2-5所示。
1-鬥杆； 2-連桿機構； 3-鏟斗
圖2-5 鏟斗連線布置示意圖
鏟斗結構形狀和引數的合理選擇對挖掘機的作業效果影響很大，其應滿足以下的要求[1]：
（1） 有利於物料的自由流動。鏟斗內壁不宜設定橫向凸緣、稜角等。斗底的縱向剖面形狀要適合於各種物料的運動規律。
（2） 要使物料易於卸盡。
（3） 為使裝進鏟斗的物料不易於卸出，鏟斗的寬度與物料的粒徑之比應大於4，大於50時，顆粒尺寸不考慮，視物料為均質。
綜上考慮，選用中型挖掘機常用的鏟斗結構，基本結構如圖2-6所示。
圖2-6 鏟斗
鬥齒的安裝連線採用橡膠卡銷式，結構示意圖如2-7所示。
1-卡銷 ；2 –橡膠卡銷；3 –齒座； 4–鬥齒
圖2-7 卡銷式鬥齒結構示意圖
（1）動臂與鬥杆的長度比k1
由於所設計的挖機適用性較強，一般不替換工作裝置，故取中間比例方案，k1取在1.5～2.0之間，初步選取k1=1.8，即l1/l2=1.8。
（2） 鏟斗鬥容與主引數的選擇
鬥容在任務書中已經給出：q =0.9 m3
按經驗公式和比擬法初選：l3=1550mm
（3） 工作裝置液壓系統主引數的初步選擇
各工作油缸的缸徑選擇要考慮到液壓系統的工作壓力和「三化「要求。初選動臂油缸內徑d1=140mm，活塞桿的直徑d1=90mm。鬥杆油缸的內徑d2=140mm，活塞桿的直徑d2=90mm。
鏟斗油缸的內徑d3=110mm，活塞桿的直徑d3=80mm。又由經驗公式和其它機型的參考初選動臂油缸行程l1=1000mm，鬥杆油缸行程l2=1450mm，鏟斗油缸行程l3=1250mm。並按經驗公式初選各油缸全伸長度與全縮長度之比：
λ1=λ2=λ3=1.6。參照任務書的要求選擇工作裝置液壓系統的工作壓力p=31.
4mpa，閉鎖壓力pg=34.3mpa。
動臂油缸的最短長度；動臂油缸的伸出的最大長度；
a：動臂油缸的下鉸點；b：動臂油缸的上鉸點；c：動臂的下鉸點.
圖3-1 動臂擺角範圍計算簡圖
φ1是l1的函式。動臂上任意一點在任一時刻也都是l1的函式。如圖3-1所示，圖中動臂油缸的最短長度；動臂油缸的伸出的最大長度；動臂油缸兩鉸點分別與動臂下鉸點連線夾角的最小值；動臂油缸兩鉸點分別與動臂下鉸點連線夾角的最大值；a：
動臂油缸的下鉸點；b：動臂油缸的上鉸點；c：動臂的下鉸點。
則有：在三角形abc中：
l12 = l72+l52-2×cosθ1×l7×l5
θ1 = cos-1[（l72+l52- l12）/2×l7×l53-1)
在三角形bcf中：
l222 = l72+l12-2×cosα20×l7×l1
α20 = cos-1[（l72+ l12- l222）/2×l7×l13-2)
由圖3-3所示的幾何關係，可得到α21的表示式：
α21 =α20+α11-θ13-3)
當f點在水平線cu之下時α21為負，否則為正。
f點的座標為
xf = l30+l1×cosα21
yf = l30+l1×sinα213-4)
c點的座標為
xc = xa+l5×cosα11 = l30
yc = ya+l5×sinα113-5)
挖掘機的結構
挖掘機的結構與工作原理 液壓挖掘機重要由發動機 液壓系統 工作裝置 行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統由液壓幫浦 控制閥 液壓缸 液壓馬達 管路 油箱等組成。電氣節制系統包含監控盤 發動機掌握系統 幫浦掌握系統 各類感測器 電磁閥等。液壓挖掘機一般由工作裝置 迴轉裝置和行走裝置三大部分組成。依據...
挖掘機鏟斗設計
一 基本要求 1 1.1鏟斗的結構選擇 1 二 鏟斗基本引數的確定 2 2.1鏟斗長寬高的確定 2 2.2挖掘力計算 4 三 鏟斗幾何形狀 5 3.1鏟斗的組成 5 3.2鬥體曲線 6 3.3兩種曲線的比較 8 四 結論 10 參考文獻 12 鬥輪挖掘機的鏟斗在輪圈迴轉一周的過程中,要完成切割 裝載...
減速機支承結構設計
減速機類別 減速機是一種相對精密的機械，它的種類繁多，型號各異，不同種類有不同的用途。按照傳動型別可分為齒輪減速器 蝸輪蝸桿減速器和行星齒輪減速器 按照傳動級數不同可分為單級和多級減速器 按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器 圓錐齒輪減速器和圓錐 圓柱齒輪減速器 按照傳動的布置形式又可分為展開式 分流式...