河北工程大学毕业设计
机统计的角度看，取法向分力W2为零来简化计算是可以的。这样W1max就可以看作为铲斗挖掘的最大阻力。
（2）斗杆挖掘阻力计算
W1g?K0hgB?式中：
Koq (3-3)
0.01745r6?gKsK0:挖掘比阻力，对二级土K0=6～13；
?g：挖掘过程中的总转角，一般为?g=50?～80?
3.2、 工作液压缸的理论挖掘力
挖掘力是指当反铲作业时在铲斗齿尖上可能主动发挥的挖掘能力，它是衡量反铲装置挖掘性能的重要指针之一。工作液压缸的理论挖掘力是指由该液压缸的理论推力所能产生的斗齿切向挖掘力。
（1）铲斗挖掘时，铲斗缸的理论挖掘力 斗杆挖掘阻力
K0q0.25?1.0?103W0???35581.9N
?0.01745rs?k0.01745?2.574??1.83K0:挖掘比阻力 K0?1.0?103 rs：斗杆切削半径 rs?l2?l3?1664?910?2574mm 2?：斗杆挖掘过程总转角（50°——80°）
取整个斗杆为研究对象，可得斗杆油缸最大作用力臂的表达式：
- 22 -
河北工程大学毕业设计
e2max?l9?W0?l2?l3?/P2?35581.9?1.664?0.910?/196250?470mm
斗杆油缸的初始位置力臂 e20与最大力臂e2max有以下关系：
e20/e2max?l9cos??2max/2?/l9?cos??2max/2?
?2max越大，e20越小，即平均挖掘阻力越小．要得到较大的平均挖掘力，就要尽量减少?2max，初取：?2max?90?。
由上图 4 一 2 的几何关系有：
???L2min?2?L2min?2L9sin?2max??2?L2min?2?470?sin45?/?1.6?1? ?1100mmL2max?1100?2?470?sin45??1764mm
2l82?l2min?l92?2L2min?l9?cos??????2max?/2???11002?4702?2?1100?470cos?????45??/2?? l8?1017mm而?EFQ取决于结构因素和工作范围，一般在 130?~170?之间.初定?EFQ＝ 150 °, 动臂上?DFZ 也是结构尺寸，按结构因素分析，可初选.?DFZ?10? POD?P3?i?P3?式中：
P3：铲斗油缸的理论推力，P3?F3?p，F3为铲斗油缸大腔工作面积，p为液压
r1?r3?f?L1? （3-4） r2?l3系统工作压力；
r1、r2、r3：力臂值。
对于已定的工作装置铲斗油缸理论挖掘力值是该油缸瞬时长度L3的函数。显然，当
i0?imax时POD?PODmax即得到铲斗油缸最大理论挖掘力PODmax?P3?imax
POG?P2?
r5?f?L2,L3? (3-5) r6- 23 -
河北工程大学毕业设计
式中：
P2：为斗杆油缸的理论推力，P2?F2p，其中F2为斗杆油缸大腔工作面积，p为
液压系统工作压力；
r5、r6：力臂值，其中r5是L2的函数，r6是L3的函数。
（2）斗杆挖掘时，斗杆油缸的理论挖掘力
POG?P2?式中：
r5?f?L2,L3? (3-5) r6P2：为斗杆油缸的理论推力，P2?F2p，其中F2为斗杆油缸大腔工作面积，p为
液压系统工作压力；
r5、r6：力臂值，其中r5是L2的函数，r6是L3的函数。
3.3、 整机理论挖掘力
参见图 3-2，已知条件:整机重量 G，重心坐标(xe，ye)，斗容 q，地面附着系数μ，三组液压缸的工作压力 P 和闭锁压力 P0，除反铲装置外机体重量 G2及重心位置坐标(xe2，ye2)， G2及重心位置坐标(xe1，ye1)，前轮及支腿着地点 O1和 O2的位反铲装置各零部件的重量置参数 xO1和 xO2，三组液压缸的缸径D1、D2和 D3，活塞杆直经 d1、d2和 d3，液压缸的伸缩比λ
1、λ
2和λ
3。
(1)斗杆挖掘：
在给定工况(L1，L2，L3)的情况下，计算斗杆的实际挖掘力时，应当考虑到下列因素的影响:
①动臂液压缸闭锁能力对斗杆挖掘力的限制。 ②斗杆主动挖掘力的限制。
- 24 -
河北工程大学毕业设计
③铲斗液压缸闭锁能力对斗杆挖掘力的限制。 ④整机向前倾翻对斗杆挖掘力的限制。 ⑤整机向后倾翻对斗杆挖掘力的限制。 ⑥整机对地面的前后滑移对斗杆挖掘力的限制。 现分别计算如下：:
1)动臂液压缸闭锁力限制的最大斗杆挖掘力 PG1
液压缸闭锁力则指挖掘工况下某些液压缸被动状态所能承受的作用力，它
是挖掘力发挥的重要影响因素之一。参见图 3-3，根据前面提到的几何尺寸计算，可以求出 F 和 V 点的坐标(XF，YF)和(X，YV)。
VFV?CV??XF?XV?2??YF?YV?2 (3-6) ?XC?XV?2??YC?YV?2 (3-7)
2?CVF?arccosCV2?FV2?l2????2?CV?FV?? (3-8)
当?CVF?90?时，动臂液压缸小腔受压，此时小腔闭锁力对C点产生的力矩为
M1??P0?D12???d12??l5?sin?4 （3-9）
22??有关重量对C产生的力矩为
M2??Gi?Xi?XC? (3-10)
所以:
PG1??M1?M2? (3-11) ?CV?cos??CVF??2当?CVF＞90?时，动臂液压缸大腔受压，此时大腔闭锁力对c点产生的力矩为
M3??P0?D12??l5?sin?4 （3-12） PG1??M2?M3??CV?cos??CVF?? （3-13）
2)斗杆液压缸主动挖掘力PG2，参见图3-3，斗杆液压缸主动力对F点产生的力矩
M1??P?D22?l9sin?5 （3-14）
2有关重量对F点产生的力矩为：
M2??Gi?Xi?Xf?
- 25 -
河北工程大学毕业设计
所以
PG2??M1?M2?FV
3)铲斗液压缸闭锁力限制的最大斗杆挖掘力PG3 参见图3-3，对于?FVQ
22?FVQ?arccosl3?FV2?l22?l3?FV (3-15)
????当?FVQ?90?时，铲斗液压缸大腔受压，此时大腔闭锁力对Q点产生的力矩为
M1??P0?D32??i3?l3 （3-16）
2其中:i3为铲斗连杆机构的总传动比
i3?其中：
l14l24sin??22??30?sin?29 （3-17）
l3l34sin?28?22??GNH;?30??NGH;?29??HKQ;?28??NHK
图3-3斗杆液压缸理论挖掘力结构简图
- 26 -