挖掘机工作装置结构设计
∑MC（Gi）= G1×X1 +（G2 +G5）×X2 + G3×X3+G4×0.7XF+ G6×X2
= 1.32×10
4
×1.974+（700+200）×10×3.068+7000×1.863+
2000×0.7×3.863+1300×3.068
= 0.76×105 N （5-4） W1到C点的距离r0
r0 = l2 + l3–CFCOS∠CFV （5-5） = 3000+1550-5400×（360-106.5-150） = 3280mm W2到C点的距离r1
r1 = CFSin∠CFV = 5400×Sin103.5 = 5249mm （5-6） 法向阻力W2决定于动臂油缸的闭锁力F1′ ，取整个工作装置为研究对象，则有 ∑MC = 0
F1′ e1+ ∑MC（Gi ）- W1 r0 - W2 r1 = 0 （5-7） 将5-4、5-5、5-6代入5-7中解之 W2 = 0.32×105 N
斗杆有油缸作用力P2g′的求解： FQ向量在X轴上的模值：
XFN = FQ COS-122 = 3000×0.53 = 1590mm
如图5-1所示，取斗杆（带斗和连杆机构）为研究对象，则有： ∑MC = 0
P2g′×EF- W1 （l2+l3）- G3（XFN +r2′）- G2XFN /2 = 0
P2g′×0.94-105×4.55-7×103×（1.59+0.274）-7×103×10.59/2=0
P2g′= 5.04×105 N （5-8） 而此时的斗杆闭锁力P2′= 34.3×π×（70）2= 5.28×105 N，略大于P2g′，说明闭锁力足够。
横向挖掘阻力WK的求解：
横向挖掘力WK由回转机构的制动器所承受，即WK的最大值决定于回转平台的制动力矩。故要先计算出制动力矩。
地面附着力矩Mφ：Mφ = 5000×φ×G4/3 （其中φ = 0.5）
= 5000×0.5×19.64/3 = 1.32×105 N （5-9）
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在所设计的液压挖掘机中采用的是液压制动，由经验公式可求得回转机构的最大制动力矩MB：
MB= 0.6×Mφ=0.79×105 N
WK = MB / XV = 0.79×105/1.432 = 0.55×105 N （5-10） Q点作用力与作用力矩RQx 、RQy、MQx、MQy的求解： 取连杆机构为研究对象，如图5-3所示，则有：
Y2 Q Rk NH-摇臂 HK-连杆 G3-铲斗油缸的推力 RK–连杆的作用力 RN–摇臂的作用力
RN N H G P3 X2 K 图5-3 连杆机构计算简图
∑X2 = 0
P3COS∠GHX2-RNCOS∠HNX2-RkCOS∠HKX2 = 0 （5-11） 2.98×105×COS4.5-RNCOS57.5-RkCOS11.5 = 0
∑Y2 = 0
P3Sin∠GHX2-RNSin∠HNX2-RkSin∠HKX2 = 0 （5-12） 2.98×105×Sin4.5-RNSin57.5-RkSin11.5 = 0 由5-11、5-12式可解得：
RN = -0.51×105 N ； Rk =3.3×105 N
如图5-2所示，取整个铲斗为研究对象，以V点为新坐标的原点，VK为X3轴，过V点与VK垂直的直线为Y3，建立X3O3Y3坐标，则有：
∑X3 = 0
W2 -RQx -Rk COS∠11.5= 0 （5-13） 0.32×105-RQx–3.3×105 ×COS∠11.5 = 0 RQx = -2.91×105N
∑Y3 = 0
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RQy +W1- Rk Sin∠11.5= 0 （5-14） RQy +105 - 3.3×105Sin∠11.5= 0 RQy = -0.34×105 N
∑MQY3 = 0
MQy -WK l3- W2 b/2= 0 （5-15） MQy -0.55 ×105×1.55- 0.32×105×0.52= 0 MQy = 105 Nm
∑MQX3 = 0
MQx–W1b/2= 0 （5-16） MQx = W1b/2=0.5 3×105 Nm
N点作用力与作用力矩RNx 、RNy的求解： 取曲柄和连杆为研究对象，如图5-4所示，则有：
RNx K Rk H-摇臂 HK-连杆 F3-铲斗油缸的推力 RK–连杆的作用力 RX–摇臂的作用力沿HK连线上的分力
RY–摇臂的作用力沿HK连线垂直方向上的分力
RNy N H F3
∑X2 = 0
图5-4 曲柄和连杆受力图 RNX + Rk COS∠11.5- F3 = 0 （5-17） RNX = 0.27×105 N
RNy = RNX tan∠FNH = 0.27×105×tan∠57.5=0.43×105 N 5.1.1.2 第二工况位置的受力分析
（5） 在这个工况位置下斗杆可能存在最大弯矩，受到的应力也可能最大[1]具体简图如图5-5所示。取工作装置为研究对象，如图5-5所示。在该工况下存在的力有：工
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作装置各部件所受到的重力Gi；作用在铲斗上的挖掘阻力，包括切向阻力W1、法向阻力W2。
A X H K C F G B E Y D N Q W2 V W1
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5-5 第二工况下工作装置计算简图
同第一工况的分析一样，可以得到以下向量： FC = 5400（COS163+Sin163） FV = 4550（COS-93.5+Sin-93.5） 0V = OC + CF + FV = 1865（COS88+Sin88）+ 5400（COS17+Sin17）+ 4550（COS-93.5+Sin-93.5） 则 XV = 1865COS88+ 5400COS17 + 4550COS-93.5 = 4971mm
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同理也可以求得在该工况下作用在斗杆和铲斗上的力，其分别为： W1 = 1×105 N W2 = 0.48×105 N Rk2 = 3.3×105 N WN2 = -0.5×105 N RQx =-2.75×105 N RQy= -0.34×105 N MQx = 0.5×105 Nm MQy = 0.24×105 Nm 5.1.1.3 斗杆内力图的绘制
根据第一工况和第二工况下所求出的斗杆所受到的力和力矩，可以分别绘制出在第一工况下和第二工况下的内力图，如图5-6、5-7、5-8、5-9、5-10、5-11、5-12、5-13、5-14所示。 Q
图5-6 第一工况下斗杆的N图
0.77×10N 0.34×10N 552.97KN 2.64KN + G N 0.33KN F E — 2.42KN 0.54×10N F E 5+ Q N G — 3.47×10N 5图5-7 第一工况下斗杆的Qy图
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