挖掘机工作装置结构设计
2. 4 铲斗与铲斗油缸的连接方式
本方案中采用六连杆的布置方式，相比四连杆布置方式而言在相同的铲斗油缸行程下能得到较大的铲斗转角，改善了机构的传动特性。该布置中1杆与2杆的铰接位置虽然使铲斗的转角减少但保证能得到足够大的铲斗平均挖掘力。如图2-5所示。 1-斗杆； 2-连杆机构； 3-铲斗
2 3 3 图2-5 铲斗连接布置示意图
2.5 铲斗的结构选择
铲斗结构形状和参数的合理选择对挖掘机的作业效果影响很大，其应满足以下的要求[1]：
（1） 有利于物料的自由流动。铲斗内壁不宜设置横向凸缘、棱角等。斗底的纵向剖面形状要适合于各种物料的运动规律。 （2） 要使物料易于卸尽。
（3） 为使装进铲斗的物料不易于卸出，铲斗的宽度与物料的粒径之比应大于4，大于50时，颗粒尺寸不考虑，视物料为均质。
综上考虑，选用中型挖掘机常用的铲斗结构，基本结构如图2-6所示。
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图2-6 铲斗
斗齿的安装连接采用橡胶卡销式，结构示意图如2-7所示。
1-卡销 ；2 –橡胶卡销；3 –齿座； 4–斗齿
图2-7 卡销式斗齿结构示意图
2.6 原始几何参数的确定
（1）动臂与斗杆的长度比K1
由于所设计的挖机适用性较强，一般不替换工作装置，故取中间比例方案，K1取在1.5～2.0之间，初步选取K1=1.8，即l1/l2=1.8。 （2） 铲斗斗容与主参数的选择 斗容在任务书中已经给出：q =0.9 m3 按经验公式和比拟法初选：l3=1550mm （3） 工作装置液压系统主参数的初步选择
各工作油缸的缸径选择要考虑到液压系统的工作压力和“三化“要求。初选动臂油缸内径D1=140mm，活塞杆的直径d1=90mm。斗杆油缸的内径D2=140mm，活塞杆的直径d2=90mm。铲斗油缸的内径D3=110mm，活塞杆的直径d3=80mm。又由经验公式和其它机型的参考初选动臂油缸行程L1=1000mm，斗杆油缸行程L2=1450mm，铲斗油缸行程L3=1250mm。并按经验公式初选各油缸全伸长度与全缩长度之比：λ1=λ2=λ3=1.6。参照任务书的要求选择工作装置液压系统的工作压力P=31.4MPa，闭锁压力Pg=34.3MPa。
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3 工作装置运动学分析
3.1 动臂运动分析
L1min:动臂油缸的最短长度；L1max:动臂油缸的伸出的最大长度；
A：动臂油缸的下铰点；B：动臂油缸的上铰点；C：动臂的下铰点.
图3-1 动臂摆角范围计算简图
φ1是L1的函数。动臂上任意一点在任一时刻也都是L1的函数。如图3-1所示，图中L1min:动臂油缸的最短长度；L1max:动臂油缸的伸出的最大长度；?1min:动臂油缸两铰点分别与动臂下铰点连线夹角的最小值；?1max:动臂油缸两铰点分别与动臂下铰点连线夹角的最大值；A：动臂油缸的下铰点；B：动臂油缸的上铰点；C：动臂的下铰点。 则有：
在三角形ABC中： L12 = l72+l52-2×COSθ1×l7×l5
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θ1 = COS-1[（l72+l52- L12）/2×l7×l5] (3-1) 在三角形BCF中：
L222 = l72+l12-2×COSα20×l7×l1
α20 = COS-1[（l72+ l12- L222）/2×l7×l1] (3-2) 由图3-3所示的几何关系，可得到α
21的表达式：
α21 =α20+α11-θ1 (3-3) 当F点在水平线CU之下时αF点的坐标为
XF = l30+l1×cosα21
YF = l30+l1×Sinα21 (3-4) C点的坐标为
XC = XA+l5×COSα11 = l30
YC = YA+l5×Sinα11 (3-5) 动臂油缸的力臂e1
e1 = l5×Sin∠CAB
21为负，否则为正。
(3-6)
显然动臂油缸的最大作用力臂e1max= l5，又令ρ = l1min/ l5,δ = l7/ l5。这时 L1 = Sqr（l72-l52）= l5 × Sqr（δ2-1）
θ1 = cos-11/δ (3-7)
3.2 斗杆的运动分析
如下图3-2所示，D点为斗杆油缸与动臂的铰点点，F点为动臂与斗杆的铰点，E点为斗杆油缸与斗杆的铰点。斗杆的位置参数是l2，这里只讨论斗杆相对于动臂的运动，即只考虑L2的影响。
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D-斗杆油缸与动臂的铰点点； F-动臂与斗杆的铰点； E-斗杆油缸与斗杆的铰点； θ斗杆摆角.
图3-2 斗杆机构摆角计算简图
在三角形DEF中
L22 = l82+ l92-2×COSθ2×l8×l9
θ2 = COS-1[（L22- l82-l92）/2×l8×l9] (3-8) 由上图的几何关系知
φ2max =θ2 max-θ2min (3-9) 则斗杆的作用力臂
e2 =l9Sin∠DEF (3-10) 显然斗杆的最大作用力臂e2max = l9，此时θ2 = COS-1（l9/l8），L2 = sqr（l82-l92）
3. 3 铲斗的运动分析
铲斗相对于XOY坐标系的运动是L1、L2、L3的函数，现讨论铲斗相对于斗杆的运动，如图3-5所示，G点为铲斗油缸与斗杆的铰点，F点为斗杆与动臂的铰点Q点为铲斗与斗杆的铰点，v点为铲斗的斗齿尖点，K点为连杆与铲斗的饺点，N点为曲柄与斗杆的铰点，M点为铲斗油缸与曲柄的铰点，H点为曲柄与连杆的铰点[1]。 （1） 铲斗连杆机构传动比i
利用图3-3，可以知道求得以下的参数： 在三角形HGN中
α22 = ∠HNG = COS-1[（l152+l142-L32）/2×l15×l14] α30 = ∠HGN = COS-1[（L32+ l152- l142）/2×L3×l14]
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