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、裝載和排空物料三項作業。切割時要求鬥齒能迅速切入物料。為此鏟斗必須具有足夠的強度和剛度, 以便承受物料的反作用力。
裝載時要求物料能較通暢地流人鏟斗( 這樣可減少切割阻力) , 同時在物料充填鏟斗時, 既要填滿鏟斗空間, 又不能產生過大的擠壓力, 否則由於擠壓力的增大, 會使鏟斗壁與物料的吸附力增大(在一定吸附係數下, 吸附力與兩物體之間的正壓力成正比) , 造成排料時物料排不淨或撒料等情況。
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，其應滿足以下要求：
（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該大於4，大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與下圖。
鬥齒的安裝連線採用橡膠銷式，結構示意圖如下圖
鬥容量q，平均寬度b，轉鬥挖掘半徑r和轉鬥挖掘滿轉角2是鏟斗的四個主要引數，r,b,2，三者之間有下幾何關係：
式中土壤鬆散係數近似值取1.25，q=0.28m，根據上式可由r,b,2中作任值求相應第三值。其鬥容量0.28m，鬥寬b=0.794m。
根據已經確定的鬥輪挖掘機生產力輪圈直徑寬度轉速鏟斗數量及每只鏟斗的容量, 即可確定鏟斗的寬度( b )長度( l )和高度( h )
l : b ≈ 1.3；所以可知l=1.0322m
q = 0 .8 b l h
,式中q ——鏟斗容量( 立方公尺 )
把資料代入後，可求得h=0.339m
求出l , h , b 後, 必須按輪圈的圓周速度及鏟斗個數來校核鏟斗處於輪圈正上方時,物料是否能靠自重保證落入卸料區間。設每只鏟斗及其卸料空間所佔的圓心角為a , 每只鏟斗的卸料空間弦長為空( 見圖1 )
。式中 n——鏟斗數
l——鏟斗長度（l=ab）
r——輪圈半徑
,然後根據物料拋物線軌跡, 求出拋物距離
式中 h——鏟斗高度
g——重力加速度
t——物料落到輪圈所需時間
v——鏟斗齒線速度
若l 空》 , 則所確定的l、b、h 三引數滿足設計要求, 若l空< s <、) , 則表明斗內
部分物料要外撒, 必須修正h 與l , 重新校核, 直至l 空》 。
挖掘機的工作物件是土壤，設計和使用挖掘機時，都需要了解土壤的基本特性和切削土壤過程的一些基本知識。
鏟刀或鏟斗的切削部分，以機械的方法將土塊或土層從土壤中剝離出來的過程，成為土壤切削。
土壤切削是乙個很複雜的過程。在楔形切削刃把土層從土壤中剝離的過程中，土壤受到擠壓和剪下，是被切離的土壤發生鬆散以及一部分受到壓縮。因而產生了土壤原始結構的破壞阻力；土壤與土壤之間的摩擦力和土壤與切削刀具之間的摩擦力。
切削過程中，土壤作用在切削刃上的力稱為切削阻力。為了研究方便，我們吧鏟斗和切削刃與土壤之間的摩擦力也當做切削阻力的一部分。
切削力與切削裝置作用在土壤上。其大小和土壤切削阻力大小相同，方向相反。
土壤唄剝離後，將向鏟斗內流動。流動過程中，土壤與土壤和土壤與切削裝置之間產生摩擦。同時，土壤的流動收到鏟斗後壁的阻礙還會產生附加阻力。
因此，機械的切削裝置除了客服上述切削阻力外，還有克服這些摩擦力和附加阻力。鏟斗工作時，這些附加力形成裝土阻力外。切削阻力和裝土阻力之和稱為挖掘阻力。
不同的鏟斗，裝土阻力佔挖掘阻力之比相差很大。
轉鬥挖掘時，土壤切削阻力隨挖掘深度改變而有明顯的變化，根據資料提供的公式：
式中c——表示土壤硬度的係數，iv級土取c=16~35，在此選31；
r——鏟斗與鬥杆鉸杆點至鬥齒尖距離，即轉鬥切削半徑，
——轉都在挖掘過程中總轉交的一半
——鏟斗瞬時轉角
b——切削刃寬度影響係數，b=1+2.6b，其中b為鏟斗平均寬度，單位為厘公尺
——切削角變化影響係數，a=1.3
z——帶有鬥齒的係數z=0.75
x——鬥側壁厚度影響係數初步設計時，x=1.15
d——切削刃擠壓土壤分力，據鬥容量大小在d=10000~20000n範圍內選取，選17000
求得鏟斗由斗唇、鬥體、鬥框及耳子四部分組成( 見圖2 )
( 1 ) 鬥唇鬥唇位於鏟斗的前部, 鬥齒裝在鬥唇上。為了降低挖掘作業時的動載荷,一般採用拱形斜切鬥唇。為了減少對土岩的粘著性, 鬥唇寬度在強度允許的條件下必須盡量窄些, 內表面平滑些。
鬥齒與鬥唇的連線必須牢固可靠, 拆卸方便。
( 2 ) 耳環用螺栓與輪圈固定( 圖3 )。第一輪設計時, 僅將耳環貼在輪圈側壁上。工作中發現:
由於切割時衝擊力的作用, 使鬥唇產生彈性變形, 以致耳環竄動, 擠壓螺母, 造成拉毛螺檢螺紋, 耳環孔眼變成橢圓等問題。為了克服這種現象,我們將耳子與輪圈的連線改為將鏟斗耳環擂人輪圈側壁中間再用螺栓緊固的方法(見圖3 )。這樣挖掘時的衝擊力造成耳環竄動的力即由輪圈兩側壁承受，防止了螺栓拉毛現象。
( 3 ) 鬥體鬥體與鬥唇固聯( 一般採用燈接)。鬥體的形狀直接影響物料的裝卸。對鬥體的主要要求是:
能減少切割物料時的阻力, 使物料易於流入鏟斗並減少對鬥壁的正壓力, 接近斗口的脊背部分應與切割方向平行,鬥體的橫向截面積變化應較小, 接近鏟斗尾部的鬥體脊背曲線的切線應與斗口切線垂直。
本次所設計的wud—400\700型鬥輪挖掘機鬥形選用某一大圓中的一段圓弧曲線作為鬥體脊背曲線( 見圖4 )。該機在茂名油母頁岩露天礦挖掘頁岩及砂土混合物料時, 鬥體上粘附物料十分嚴重。
滿斗時經壓實的物料在鬥體上形成了一條十分光滑的曲線n ( 見圖5 )。剷除粘附物後繼續挖掘, 發現粘附的物料在鏟斗中仍形成同樣的一條曲線。經測量發現是一條類似橢圓曲線。
圓弧和橢圓都是處處可導的光滑曲線, 沒有死角拐點。但是圓弧曲線的曲率不變而橢圓
曲線各點都不一樣( 圖6 )。橢圓引數方程是:
式中 a——橢圓的長半軸
b——橢圓的短半軸
根據引數方程可求得橢圓曲率
當0＜＜2/π時，＜0，這表明橢圓在第一象限的曲率是隨著角增大而單調下降的，因此，當=0時，曲率最大，將=0代入上式中可知。為了保證脊背曲線在鬥體尾部處的切線與水平線垂直。我們選取橢圓曲線時, 從它與長軸的交點a 作為起點取弧am 為所設計的鬥體後部曲線( 見圖6 )。
在m 點處，。弧am曲線上哥哥點曲率的變化範圍是：。鬥體所需的橢圓曲線, 是根據鏟斗長度和高度及在斗口處所需求的切線與x 軸( 水平軸)的夾角刀來確定( 見圖7 )。
設弧am為所需鬥體脊背曲線，長半軸：oa=a，短半軸：ob=b，則ac=l=a—x，mc=h=y，則橢圓方程為
以x = a 一l , v = h , m = t g 代入上邊橢圓方程式得： ，由此求得a,b，從而即可確定所需橢圓。為使鬥體橫向截面收縮率較小, 在確定脊背曲線後, 還需要再確定鬥體的拱形曲線及鬥體底面框線。
根據前面的分析, 可以選用半圓弧的拱形曲線及變化緩慢的梯形框線( 見圖8 )。這樣就完成了鏟斗各部位的設計。
( 1 ) 分別將兩種曲線等分為12 等分, 計算各橫截面積和截面收縮率(表1 )
橢圓方程
( 2 ) 分別求得圓弧曲線及橢圓曲線曲率
**一、 兩種曲線的比較
注：圓弧曲率為：k圓=1/r=1/680=0.0014705882
當a=1893.5公釐，b=614公釐時，橢圓曲率變化範圍是：0.000380842≤≤0.005022599
再利用取慮公式和橢圓引數方程，求得弧am上一點n，使得橢圓在此點的曲率與k圓相同（見圖11）。由的單調性可知弧mn的曲率都小於k圓，僅弧an的曲率大於k圓。由計算得：
ad=146.75公釐
( 1 ) 橢圓曲線鬥體的橫截面收縮率比畫弧鬥體橫截面收縮率較小, 也就是橢圓橫截面
積的變化較緩慢, 從而減少挖掘時物料對鏟斗壁的擠壓力, 有利於鏟斗內物料卸淨。
( 2 ) 橢圓鬥體曲率的變化中, 只有在弧a n 這段曲線鬥體尾部上曲率才大於圓弧曲線的曲率, 而這段曲線在x 軸的投影只佔鬥長( l )的四分之一左右, 其餘四分之三都比圓弧曲線的變化更平穩。可以滿足鏟斗在卸料時快而淨的要求。
橢圓的離心率，以a=1893.5，b=614代入上式=0.9459 此離心率很接近拋物線的離心率（e拋=1）若以斗體底部為座標原點，則可得拋物線為方程（圖12）
，以x=609，y=450(見圖10)得，則p=166.256 而拋物線的焦點（f）座標為（p/2，0）即為（83.128，0）拋物線的曲率為：
，＜0（x≥0）。當p=166.256，0≤x≤609時，得0.
002503≤k拋≤0.0060148，所以同樣能在拋物線上找到一點n』使得kn』拋=k圓=1/680，同時求得弧on』在x軸上的投影x=oc=129.5＜146.
75（橢圓線上弧an在x軸上的投影）
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