挖掘机工作装置结构设计
Q 图5-8 第一工况下斗杆的My图
0.55×10N 5+ F E + Q F 图5-9 第一工况下斗杆的QZ图 2.65×10Nm 5E 1×10Nm 5 + Q F
图5-10 第一工况下斗杆的MZ图
0.53×10Nm 5E + F Q E 图5-11 第一工况下斗杆的Tx图 52.75×10N 2.48×10N 5第 36 页 共 69 页
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+ G Q N F 0.49×105N - 2.42 ×105N 图5-12 第二工况下斗杆的Nx图
0.77×105N 0.54×105N 0.34× 105N + G F Q N - 3.42×105 N 图5-13 第二工况下斗杆的Qy图
257KNm + Q F 图5-14 第二工况下斗杆的Mx图
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E E E
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5.1.2 结构尺寸的计算
由前面的受力分析知，在第二工况下所受到的弯矩和内力均要比第一工况中要小，故用第一工况进行计算，而用第二截面校核。
由图5-9、图5-10、图5-11知在通过F点且与斗杆下底板垂直的截面所受到的应力最大，是危险截面。故首先要对该截面进行计算，然后以此为基础再求解其它尺寸。 5.1.2.1 斗杆宽度、钢板厚度、许用应力的选取
由经验统计和其它同斗容机型的测绘，处取斗杆的宽度a2?275mm。
挖掘机所用钢板的厚度在我国一般为8～15mm，初选底板厚度m?14mm，n?12mm。如图5-15所示。
12为斗杆侧板的厚度； 14为斗杆底板和顶板的厚度；275为底板的宽度
图5-15
在挖掘机中选用的结构钢材一般为16Mn，其有足够大的屈服极限和良好的机械性能。其屈服极限?S?350MPa。在斗杆中取安全系数n2?2.8，则斗杆的许用安全应力为：
[?2]??S/n?350/2.8?125MPa 5.1.2.2 斗杆危险截面处高度h的计算 危险截面的有效面积S2：
S2?275h?（275?25）?（h?28） (5-17)
（h?28）?（7000?25h）?10?6m2 ?275h?250第 38 页 共 69 页
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该截面对y轴的惯性矩Iy:
Iy?112112?12.5?(h?28)?2?2??h?12.5?(h?28)?2?2??h3h223h22?14Z2dA (5-18)
??14Z2?275?dz
该截面对z轴的惯性距Iz:
Iz?112?28?(h?25)?2?2??3137.5135y2dA (5-19) y2?h?dy
1?12?12.5?(h?28)3?2?2??137.5125横截面总面积S1:
S1?275h (5-20) 该危险截面所受到的正应力?N:
?N?FNS12.42?10?（7000 (5-21) ?25h）?10?65该截面所受到的最大弯曲正应力?y、?z:
Myh2.57?105h?y?????10?3 (5-22)
IY2Iy2My2.752.65?1052.75?3?z???10???10?3 (5-23)
IY2Iz2则截面所受到轴向拉应力与弯曲应力合成后有:
???N??y??z (5-24)
由于剪应力的大小相对于弯矩所产生的弯曲正应力要小得多，为简化计算，在计算中简应力忽略不计，仅在校核中用，则有：
????? (5-25)
由5-21、5-22、5-23、 5-24、5-25解得h=800mm。
有了危险截面的结构尺寸，再结合前面的基本尺寸，就可以利用CAD软件将斗杆绘制出来。这样斗杆的所有尺寸已经基本确定。
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5.2动臂结构设计
同斗杆的受力分析及结构计算一样，在动臂的计算 。首先还是要分析计算动臂可能出现应力的工况，并找出在该工况下的危险截面，并计算出其尺寸。以此为基础，就可以计算出动臂上的其他尺寸。 5.2.1第一工况位置
在这工况下可能在动臂上出现最大载荷，其应满足以下条件： （1） 动臂油缸全缩。
（2） F、Q、V在同一条直线上，其连线与X轴垂直。 （3） 铲斗挖掘时，斗边点遇到障碍。
该工况也就是最大挖掘深度工况，具体工作装置简图如5-16所示。
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5-16 第一工况位置工作装置简图
力的计算 W1的求解：
由于K、Q、V在同一条直线上，连杆机构的传动比不变，而铲斗的重力绕Q点所产生的力矩相对于铲斗油缸对C点所产生的力矩而言可以忽略不计，故W1的值与前面两工况一样，W1=105N。
W1的求解：
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