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就液压挖掘机构整机结构而言，全部采用液压传动者称为全液压挖掘机；部分采用液压传动者则称为半液压挖掘机(多数情况下是行走装置用机械传功，其余均为液压传动。也有机体为机械传动，而仅工作装置采用液压传动的)；能在水平面内回转360o的称为全回转挖掘机，否则就是非全回转式挖掘机。
就工作装置来说，根据其用途和结构型式可以区分为“通用”与“专用”[22]。—般中小型液压挖掘机都是通用的，多带有正铲、反铲、装载、抓斗、起重等五种工作装置。大型液压挖掘机往往专门用于建筑材料露天矿或其它金属与非金属露天矿作装载和挖掘工作，故只装正铲，成为专用；根据工作装置的结构特征，可以区分为铰接式和伸缩臂式。普通的液压挖掘机均为铰接式(动臂、斗杆和铲斗均可绕铰点转动，完成各种作业动作)，而伸缩臂式挖掘机的动臂由主臂和伸缩臂两部分组成，伸缩臂可在主臂内伸缩也可以变幅，臂端装有铲斗，适于作平整和清理工作，特别是修理沟坡。
就行走装置的型式而言，液压挖掘机可以制成履带式、轮胎式、轮胎—履带式、汽车式和悬挂式。悬挂式挖掘机用拖拉机作底盘，配装若干个工作装置(通常是一端装反铲、另一端为装载铲或推土板)。
除上述基本类型外，还有一些结构比较特殊的液压挖掘机。无行走驱动装置的双轮拖式挖掘机(亦称步履式挖掘机)制造简单、价格低廉，特别适用于狭窄地带和小型土方施工工地；轮胎可以收放的无支腿式挖掘机工作时不用支腿支撑，而将支承转台的底架全部落地，在360o的范围内自由回转进行作业。仲缩臂式挖掘机也可装上铰接式斗杆，满足作业过程中某些腕动式作业的要求。
1.4国内外研究状况
当前，国际上挖掘机的生产正向大型化、微型化、多能化和专用化的方向发展。国外挖掘机行业重视采用新技术、新工艺、新结构和新材料，加快了向标准化、系列化、通用化发展的步伐。我国己经形成了挖掘机的系列化生产，近年来还开发了许多新产品，引进了国外的一些先进的生产率较高的挖掘机型号[1]。
由于使用性能、技术指标和经济指标上的优越，世界上许多国家，特别是工业发达国家，都在大力发展单斗液压挖掘机。目前，单斗液压挖掘机的发展着眼于动力和传动系统的改进以达到高效节能;应用范围不断扩大，成本不断降低，向标准化、模块化发展，以提高零部件、配件的可靠性，从而保证整机的可靠性;电子计算机监测与控制，实现机电一体化;提高机械作业性能，降低噪音，减少停机维修时间，提高适应能力，消除公害，纵观未来，单斗液压挖掘机有以下的趋势:
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（1）向大型化发展的同时向微型化发展。 （2）更为普遍地采用节能技术。 （3）不断提高可靠性和使用寿命。
（4）工作装置结构不断改进，工作范围不断扩大。 （5）由内燃机驱动向电力驱动发展。 （6）液压系统不断改进，液压元件不断更新。 （7）应用微电子、气、液等机电一体化综合技术。 （8）增大铲斗容量，加大功率，提高生产效率。 （9）人机工程学在设计中的充分利用。
1.5 论文构成及研究内容
本论文主要对由动臂、斗杆、铲斗、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下四部分:
(1) 挖机工作装置的总体设计。
(2) 挖掘机的工作装置详细的机构运动学分析。 (3) 工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。 (4) 工作装置主要部件的结构设计。
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2 总体方案设计
2.1 工作装置构成
1-斗杆油缸；2- 动臂； 3-油管； 4-动臂油缸； 5-铲斗； 6-斗齿； 7-侧板； 8-连杆； 9-曲柄： 10-铲斗油缸； 11-斗杆.
图2-1 工作装置组成图
图2-1为液压挖掘机工作装置基本组成及传动示意图，如图所示反铲工作装置由铲斗5、连杆9、斗杆11、动臂2、相应的三组液压缸1, 4,10等组成。动臂下铰点铰接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动，而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。 挖掘作业时，接通回转马达、转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩，动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随即接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或斗杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。卸完后，工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘循环
[2]
。
在实际挖掘作业中，由于土质情况、挖掘面条件以及挖掘机液压系统的不同，反铲装
置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是多样的、随机的。上述过程仅为一般的理想过程。
挖掘机工作装置的大臂与斗杆是变截面的箱梁结构，铲斗是由厚度很薄的钢板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉压载荷的杆。根据以上特征，可以对工作装置进行适当简化
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处理[3]。则可知单斗液压挖掘机的工作装置可以看成是由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸及连杆机构组成的具有三自由度的六杆机构，处理的具体简图如2-2所示。进一步简化得图如2-3所示。
图2-2 工作装置结构简图
1-铲斗；2-连杆；3-斗杆；4-动臂；5-铲斗油缸；6-斗杆油缸
图2-3 工作装置结构简化图
挖掘机的工作装置经上面的简化后实质是一组平面连杆机构，自由度是3，即工作装置的几何位置由动臂油缸长度L1、斗杆油缸长度L2、铲斗油缸长度L3决定，当L1、L2、L3为某一确定的值时，工作装置的位置也就能够确定[2]。
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2.2 动臂及斗杆的结构形式
动臂采用整体式弯动臂，这种结构形式在中型挖掘机中应用较为广泛。其结构简单、价廉，刚度相同时结构重量较组合式动臂轻[3]，且有利于得到较大的挖掘深度。 斗杆也有整体式和组合式两种，大多数挖掘机采用整体式斗杆。在本设计中由于不需要调节斗杆的长度，故也采用整体式斗杆。
2.3 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。
图2-6 铲斗
2.4 液压挖掘机工矿分析
液压挖掘机的主要运动功能包括以下几个动作[5][6]：动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走以及其它辅助动作，如图2-1所示。除了辅助动作(例如整机转向等)不需全功率驱动以外，其它都是液压挖掘机的主要动作，一般要进行全功率驱动研究。挖掘机的典型作业流程：
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