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第二章 反铲装置的设计
2.1 挖掘装载机工作装置典型工况分析确定
挖掘装载机的反铲装置实质是一组平面连杆机构，其结构特点是个部件均采用铰销连接，通过液压缸的伸缩运动来完成挖掘过程的各种作业动作。动臂CBF小铰点C与车架铰接，由动臂液压缸L1支撑并改变动臂倾角，使动臂绕下铰点C转动，达到动臂的升或降。斗杆铰接在动臂上端F点，斗杆与动臂的相对位置由斗杆缸L2控制。铲斗铰接在斗杆前端Q点，铲点缸L3活塞伸缩即可使铲都绕斗杆杆端部伸缩。
图2-1挖掘装载机反铲工作装置结构简图
反铲挖掘装置主要挖掘停机面以下的土壤，挖掘轨迹决定于各液压缸的运动及相互配合的情况。通常采用动臂油缸挖掘、斗杆油缸挖掘、铲斗油缸挖掘等作业方式。 （1）铲斗油缸挖掘
以铲斗油缸工作进行挖掘，挖掘轨迹则以铲斗与斗杆的铰点Q为中心，该铰点Q至斗
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齿尖V的距离|QV|为半径所做的圆弧线的包角（铲斗的转角）及弧长决定与铲斗液压缸的行程（|GH|max-|GH|min）。以铲斗液压缸进行挖掘时的挖掘行程较短，如使铲斗在挖掘行程结束时能够装满土壤，需要有较大的挖掘力保证能够挖掘厚度的土壤。所以，一般挖掘机构的斗齿最大挖掘力在采用铲斗缸挖掘时实现。
在实际挖掘中，往往需要采用各种液压缸的联合工作，例如当挖掘基坑时，由于挖掘深度较大，并且要求有陡而且平整基坑时，需要采用动臂与斗杆两种液压缸的同时工作；当挖掘到坑低时，挖掘行程结束，为加速将铲斗装满土，以及挖掘过程需要改变斗杆与铲斗的液压缸同时工作。 （2）斗杆油缸挖掘
以斗杆液压缸进行挖掘，铲斗的挖掘轨迹系以动臂与斗杆铰点F为中心，斗尖V至F的距离|FV|为半径所做的圆弧线。弧线的长度与包角决定与斗杆液压缸的行程（|DE|max-|DE|min）。当动臂位于最大下倾角时，可以得到最大挖掘深度，并且有较大的挖掘行程，在较硬的土质条件下工作时，能够保证装满铲斗。中小型挖掘机构在实际工作中常以斗杆挖掘进行工作。 （3）动臂油缸挖掘
采用动臂液压缸工作进行挖掘（斗杆、铲斗液压缸不工作），可以得到最大的挖掘半径和最大的挖掘行程，此时铲斗的挖掘轨迹以挖掘轨迹系以动臂下铰接点C为中心，斗尖V至C的距离|CV|为半径而作的圆弧线，其极挖掘高度和挖掘深度（不是最大挖掘深度），分别决定于动臂上倾角Ψ1min（动臂对水平线的夹角），也即决定于动臂液压缸的行程（|AB|max-|AB|min）。这种挖掘方式时间长，并且稳定条件限制了挖掘力的发挥，实际工作中基本上不采用。
2.2、挖掘装载机工作装置的基本参数的选择
（1）原始几何参数的给定 1)动臂与斗杆的长度比 Kl
由于所设计的挖掘装机适用性较强，一般不替换工作装置，故取中间比例方案， Kl 取
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在 1 . 5 一 2 . 0 之间，初步选取k1＝ l . 8 ，即 l1/l2 = 1 . 8 。
l1-----动臂下铰点到动臂与连杆连接的铰点的距离
l2-----斗杆与动臂连接的铰点到斗杆与铲斗连接的铰点的距离
2 ）铲斗斗容与主参数的选择 斗容： q 二 0.25m3 ,
按经验公式和比拟法初选：l3=910mm 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“要求以及初步估取的液压缸受力。初选动臂油缸内径 Dl = 140mm ，活塞杆的直径 dl=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 = 90mm ，活塞杆的直径d3=＝ 63mm 。又由经验公式和其它机型的参考初选动臂油缸行程 LI 二 1377mm ，斗杆油缸行程 L2 二 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=16Mpa。 最大挖掘半径R R= 4570 mm
最大挖掘深度 Hlmax Hlmax = 3600mm 最大挖掘高度H2max H2max= 5080mm 最大卸载高度H3max H3max＝ 3480mm （2）斗行参数的选择
Φ
图2-2铲斗主参数示意图
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平均斗宽B、转斗挖掘半径R、斗容量q和转斗挖掘装满转角2?（这里令?=是铲斗的四个主要参数。R、B及2?三者与q之间有如下集合关系
q?12RB(2??sin2?)Ks （2-1） 2Ks?max）
其中土壤松散系数的近似值取1.2，根据表2-6（反铲平均斗宽统计值和推荐范围）
3可根据斗容量q=0.0.25 m查得B可取0.6.q一定时但B和R大到一定程度，综合反应到2?<90以后，
?W1max和E随着B和R的增大而下降。
W1max和E的下降减缓。综合考虑，可
?W取2??90?~100?。如果2?>100?则1max太大。如果2?<90，则B或R太大。所以取
2?=93?。
则可根据式2-1可得
R?2qB?2??sin2??Ks=
2?0.160.25??93??sin93???1.25=0.91m
l即： R=3=910 mm
铲斗上两个铲点K与Q之间距离l24，太大将影响铲斗机构传动特性，太小则影响铲斗结构刚度。一般取特性参数K2?取
l24=0.3～0.38.当铲斗转角较大时，K2取较小值，一般l3?10
=∠KQV=95?～115?。根据实际情况取K2=0.33，
?1096?=
即：
l24=K2l3=0.33?910=273 mm
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（3）当工作装置处于最大挖掘半径时
α11α
图2-3最大挖掘半径时动臂机构计算简图
据统计，最大挖掘半径R1值一般与
l1?l2?l3的值很相近。因此由要求的R1，一定的
l3和K1可以按下列近似经验公式选择l1和l2
R1?l3l2=1?K1 （2-2）
l1=K1l2 （2-3）
式中K1为动臂与斗杆的长度比，对一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可在很大范围内选择。一般当K1>2时，称为长动臂短斗杆方案；当K1<1.5时，属于短动臂长斗杆方案；K1在1.5～2之间称为中间比列方案。根据设计作业机械的实际情况，选取
l短动臂长斗杆方案。选取K1=1.3.其中3=865 mm，R1=4.57m=4570mm
则把公式2-2、2-3联立可得出：
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