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4 反铲装置的设计
4.1 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。
4.1.1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
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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。
4.1.2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。
4.1.3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。
4.2、挖掘装载机工作装置的基本参数的选择
4.2.1斗行参数的选择
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Φ
图2-2铲斗主参数示意图
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?=?max）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
1q?R2B(2??sin2?)Ks 式（4-1）
2其中土壤松散系数Ks的近似值取1.25，根据表2-6（反铲平均斗宽统计值和推荐范围）可根据斗容量q=0.16 m查得B可取0.6.q一定时W1max和E随着B和R的增大而下降。但
?B和R大到一定程度，综合反应到2?<90以后，W1max和E的下降减缓。综合考虑，可取
3?2??90?~100?。如果2?>100?则W1max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??Ks2?0.16=0.6??93??sin93???1.25=0.865 m
即： R=l3=865 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
l结构刚度。一般取特性参数K2?24=0.3～0.38.当铲斗转角较大时，K2取较小值，一般
l3取?10=∠KQV=95?～115?。根据实际情况取K2=0.33，?10=96?
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即：
l24=K2l3=0.33?865=285 mm
再根据⊿KQV由遇险定理可得
2l32?l24?2l3l24cos?10l25 KV==
22? =865?285?2?865?285?cos96
=939 mm
4.2.2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 式（4-2） l1=K1l2 式（4-3）
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
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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，选取短动臂长斗杆方案。选取K1=1.3.其中l3=865 mm，R1=4.3m=4300mm 则把公式2-2、2-3联立可得出：
l1=1942 mm，l2=1493 mm
动臂油缸全伸与全缩时的力臂比K4=
e1z按不同情况选取。考虑到以反铲为主的通用e10机应适当顾及替换装置（如正铲）在地面以上对动臂油缸力矩的要求，可取K4=0.8～1.1 m3左右的通用机往往对正、反铲并重，可取K4=1.
?11的取值对特性参数K4、最大挖掘深度H1max和最大挖掘高度H3max有影响，加大?11会使K4减小或使H1max增大，这也正符合反铲作业要求，因此基本用作反铲的小型机取?11>60.所以取?11≈60。
??α32-α8α11θ
图2-4最大卸载高度时动臂机构计算简图
斗杆油缸全缩时∠CFQ=?32-?8最大，如图2-4，常选??32??8?max=160?～180?。选取
??32??8?max=170°
∠BCF取决于油缸的布置形式，双动臂油缸这一夹角很小，可能为零。单动臂油缸在动臂上的铰点一般置于动臂下翼附加耳座上，根据三角形CBF可得：
22l7?l12?l22 式（4-4） cos?2?2l1l726