中国矿业大学徐海学院2012届本科生毕业设计
（3） 斗齿尖运动分析
见图3-4所示，斗齿尖V点的坐标值XV和YV，是L1 、L2、L3的函数只要推导出XV和YV的函数表达式，那么整机作业范围就可以确定，现推导如下: 由F点知：
α32=∠CFQ= π –α3-α4-α6-θ2 (3-22) 在三角形CDF中：∠DCF由后面的设计确定，在∠DCF确定后则有： l82 = l62 + l12 - 2×COS∠DCF×l1×l6 (3-23) l62 = l82 + l12 - 2×COSα3×l1×l8
α3 = COS-1（l82+l12–l62）/2×l1×l8 (3-24) 在三角形DEF中
L22 = l82 + l92 - 2×COSθ2×l8×l9
图3-4 齿尖坐标方程推导简图1
则可以得斗杆瞬间转角θ2
θ2 = COS-1[（l82+l92- L22）/2×l8×l9] (3-25)
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α4、α6在设计中确定。 由三角形CFN知：
l28 = Sqr（l162 + l12 - 2×COSα32×l16×l1） (3-26) 由三角形CFQ知：
l23 = Sqr（l22 + l12 - 2×COSα32×l2×l1） (3-27) 由Q点知：
α35=∠CQV= 2π–α33-α24-α10 (3-28) 在三角形CFQ中：
l12 = l232 + l32 - 2×COSα33×l23×l3
α33 = COS-1[（l232+l32- l12）/2×l23×l3] (3-29) 在三角形NHQ中：
l132 = l272 + l212 - 2×COSα24×l27×l21
α24 =∠NQH=COS-1[l272+l212 -l132）/2×l27×l21] (3-30) 在三角形HKQ中：
l292 = l272 + l242 - 2×COSα26×l27×l24
α26 =∠HQK=COS-1[l272+l242–l292）/2×l27×l24] (3-31) 在四边形HNQK：
NQH =α24 +α26 (3-32) α20 = ∠KQV，其在后面的设计中确定。
在列出以上的各线段的长度和角度之间的关系后，利用矢量坐标我们就可以得到各坐标点的值。
3.4 特殊工作位置计算：
（1） 最大挖掘深度H1max
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NH-摇臂；HK-连杆；C-动臂下铰点；A -动臂油缸下铰点；B-动臂与动臂油缸铰点；F-动臂上铰点；D-斗杆油缸上铰点；E-斗杆下铰点；G-铲斗油缸下铰点；Q-铲斗下铰点；K-铲斗上铰点；V-铲斗斗齿尖.
图3-5 最大挖掘深度计算简图
如图3-5示，当动臂全缩时，F, Q, U三点共线且处于垂直位置时，得最大挖掘深度为: H1max = YV = YFmin–l2–l3
= YC+L1Sinα21min–l2–l3
= YC+l1Sin（θ1-α20-α11）–l2–l3 (3-33)
（2） 最大卸载高度H3max
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NH-摇臂；HK-连杆；C-动臂下铰点；A -动臂油缸下铰点；B-动臂与动臂油缸铰点；F-动臂上铰点；D-斗杆油缸上铰点；E-斗杆下铰点；G-铲斗油缸下铰点；Q-铲斗下铰点；K-铲斗上铰点；V-铲斗斗齿尖
图3-6 最大卸载高度计算简图
如图3-6所示，当斗杆油缸全缩，动臂油缸全伸时，QV连线处于垂直状态时，得最大卸载高度为:
H3max?YQMAX?YC?l1sin(?1MAX??2??11)?l2sin(?32MAX??1MAX??2??11??)（3） 水平面最大挖掘半径R1max
(3-34)
NH-摇臂；HK-连杆；C-动臂下铰点；A -动臂油缸下铰点；B-动臂与动臂油缸铰点；F-动臂上铰点；D-斗杆油缸上铰点；E-斗杆下铰点；G-铲斗油缸下铰点；Q-铲斗下铰点；K-铲斗上铰点；V-铲斗斗齿尖
图3-7 停机面最大挖掘半径计算简图
如图3-7所示，当斗杆油缸全缩时，F. Q. V三点共线，且斗齿尖v和铰点C在同一水平线上，即YC= YV，得到最大挖掘半径R1max为:
R1max=XC+L40 (3-35) 式中：
L40 = Sqr[（L1+L2+L3）2-2×（L2+L3）×L1×COSα32max (3-36) （4） 最大挖掘半径R
最大挖掘半径时的工况是水平面最大挖掘半径工况下C、V连线绕C点转到水平面而成的。通过两者的几何关系，我们可计算得到：l 30 = 85mm ；l 40 = 9800mm。 （5） 最大挖掘高度H2max
最大挖掘高度工况是最大卸载高度工况中铲斗绕Q点旋转直到铲斗油缸全缩而形成的。具体分析方法和最大卸载高度工况的分析类似。
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4工作装置基本尺寸的确定
4.1 斗形参数的确定
斗容量q ：在设计任务书中已给出q = 2.0 m3
平均斗宽b：其可以由经验公式错误！未找到引用源。选择： 错误！未找到引用源。
再参考其它机型的平均斗宽预初定b = 1.75m = 1750mm 转斗挖掘满转角（2φ）：
考虑到铲斗切削入土和出土的余量，一般取2φ<140°，同时考虑到在转斗速度一定时转斗角度太大会增加挖掘阻力，降低生产率，因此一般取2φ=90°~110°。初取2φ=100 挖掘半径R：
参考同斗容的其它型号的机械，初选R = 10420mm 。 铲斗两个铰点K、Q之间的间距l24和l3的比值k2的选取：
l24太大将影响机构的传动特性，太小则影响铲斗的结构刚度[3]，初选特性参数k2 = 0.29。
由于铲斗的转角较大，而k2的取值较小，故初选α10 = ∠KQV =110。
4.2 动臂机构参数的选择
4.2.1 动臂转角的选取 初选动臂转角α1 = 120
由经验统计和参考其它同斗容机型，初选特性参数k3 = 1.4 （k3 = L42/L41） 4.2.2 l1与l2的选择
由统计分析，最大挖掘半径R1值与l1+l2+l3的值很接近，由已给定的最大挖掘距离R1、已初步选定的l3和k1，结合经验公式有：
l2 = （R -l3）/（1+ k1）= （10420-1550）/（1+1.8）= 3167mm 则l1 = k1l2 = 1.8 × 3167 = 5700mm
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