挖掘机工作装置
液压挖掘机正铲工作装置装设计.
太原科技大学本科毕业设计说明书EXS 3500液压挖掘机正铲工作装置装设计The Working Device Design of EXS 3500 Crawler Face-shovel Bucket Hydraulic Excavator学院 (系 :机械工程学院专业:机械制造及自动化(工机学生姓名:学号:指导教师:史青录评阅教师:完成日期:2015.06.15太原科技大学Taiyuan University of Science and Technology太原科技大学毕业设计(论文任务书(由指导教师填写发给学生学院(直属系 :机械工程时间: 15年 3月 9 日摘要挖掘机械是工程作业机械的一种重要类型,是开挖土石方的主要机械设备,正铲单斗液压挖掘机是一种以铲斗进行挖掘作业并采用液压传动的机械设备。
工作装置是液压挖掘机的执行机构,从总体来看常见的正铲工作装置属于平面连杆机构,铲斗、动臂和斗杆之间采用铰接的方式,在液压缸推力的作用下各部件围绕铰接点摆动,完成卸土、挖掘和提升等动作,常用的液压挖掘机的工作装置有正铲,反铲,装载, 抓斗和起重装置。
本次设计主要内容是 EXS 3500正铲液压挖掘机工作装置的设计,主要对挖掘机工作装置机构的几何参数进行计算设计,采用合适的调整方法使其达到设计要求;对动臂、斗杆进行强度校核和载荷分析,使其满足使用要求。
在本次设计中应该注意工作装置设计的原则,在满足各部件要求的条件下实现6.06米最大挖掘深度, 15.81米最大挖掘半径, 12.42米最大卸载高度, 17.17米最大挖掘高度, 以实现挖掘的功能。
关键词:设计;挖掘机;强度校核;正铲工作装置the Working Device Design of EXS 3500 Crawler Face-shovel Hydraulic ExcavatorAbstractShovel machinery is a major type of construction Machinery, which is major earth excavation equipment. Single Bucket Hydraulic shovel is a mechanical which reliance on hydraulic transmission with the bucket to carry out excavation work. Hydraulic shovel working device are commonly backhoe, hoe, loading, grab and lifting gear.The design principal is to design an EXS 3500 crawler face-shovel hydraulic excavator working device. And major working device geometry parameters are designed; checked hydraulic cylinder locking power .Use the appropriate method of adjustment to meet the requirement. Check boom and rod strength to meet the requirements.Design principles work should be noted in the design of device. all components must be meet the conditions, machine for maximum digging depth of 6.06 meters, radius of the largest mining of 15.81 meters, uninstall the greatest height of 12.42 meters, maximum cutting height of 17.17 meters, to achieve the functions of excavation.Keyword :Design;Excavator; Strength Check; face-shovel working device目录摘要 . (II)Abstract .................................................................................................................................I II 第 1章引言 ........................................................................................................................ 1 1.1挖掘机和工作装置概述 . .................................................................................... 1 1.2国内外研究现状 . ................................................................................................ 1 1.3液压挖掘机的发展前景 . .................................................................................... 2第 2章原始数据及设计要求 ............................................................................................ 4 2.1原始参数 . ............................................................................................................ 4 2.2工作装置设计原则 . ............................................................................................ 5第 3章工作装置总体方案选择 ........................................................................................ 6 3.1工作装置构成 . .................................................................................................... 6 3.2动臂及斗杆的结构形式的初选 . ........................................................................ 7 3.3动臂与动臂油缸的布置 . .................................................................................... 7 3.4铲斗与铲斗油缸的连接方式 . ............................................................................ 8第 4章工作装置机构参数的选择 .................................................................................... 9 4.1最大挖掘深度1h 校核 (10)4.2最大挖掘高度2h 校核: (11)4.3最大卸载高度3h 校核 (13)4.4最大挖掘半径1r 校核 (14)4.5斗杆最大挖掘力aF 校核 (15)4.6铲斗最大挖掘力bF 校核 .................................................................................. 17第 5章工作装置运动分析及包络图的绘制 .................................................................. 19 5.1动臂运动分析 . .................................................................................................. 19 5.2斗杆运动分析 . .................................................................................................. 20 5.3包络图的绘制 . .................................................................................................. 21第 6章工作装置主要部件的结构校核 .......................................................................... 23 6.1斗杆 . .................................................................................................................. 23 6.1.1工况一 ........................................................................................................ 23 6.1.2工况二 ........................................................................................................ 26 6.2动臂 . .................................................................................................................. 28 6.2.1工况一 ........................................................................................................ 29 6.2.2工况二 ........................................................................................................ 31 6.3销轴校核 . .......................................................................................................... 33总结 . ......................................................................................................................................34EXS 3500液压挖掘机正铲工作装置装设计参考文献 (35附录A 文献翻译原文 (36附录B 文献翻译中文 (44致谢 (49第1章引言1.1挖掘机和工作装置概述挖掘机在农田水利以及快速抢修等物料挖掘、搬移方面以及机场、港口、矿山、油田、城乡建设中得到了充分的利用,发挥了其他机械不可替代的关键作用。
小型挖掘机工作装置设计
03 关键部件设计
斗杆
斗杆的设计需要考虑其强度、 刚度和耐磨性
斗杆是挖掘机的重要组成部 分，用于挖掘和装载物料
斗杆的材质通常为高强度钢 或合金钢
斗杆的形状和尺寸需要根据 挖掘机的工作条件和作业要
求进行优化设计
动臂
设计要点：强度、刚度、稳 定性、耐磨性
结构：由液压缸、连杆、轴 承等部件组成
作用：支撑挖掘机工作装置， 进行挖掘、装载等操作
价格策略：通过 制定合理的价格 策略，提高产品 的市场竞争力
竞争优势分析
成本优势：小型挖掘机设计成本相对较低，有利于降低产品价格，提高市场竞争力
技术优势：小型挖掘机设计技术先进，性能稳定，提高了工作效率和可靠性 市场需求：小型挖掘机市场需求量大，设计满足市场需求，提高市场竞争力 售后服务：提供完善的售后服务，提高客户满意度，增强市场竞争力
优化方法：根据测试结果，对 挖掘机的设计进行优化，提高 性能和可靠性。
测试结果分析
测试项目：挖掘 力、挖掘深度、 挖掘宽度等
测试方法：模拟 实际工况，进行 现场测试
测试结果：各项 性能指标均达到 设计要求
优化建议：针对测 试中发现的问题， 提出优化方案，提 高工作效率和可靠 性。
优化方案
提高工作效率： 通过优化设计提 高挖掘机的工作 效率，如改进液 压系统、优化传 动系统等。
降低能耗：通过 优化设计降低挖 掘机的能耗，如 改进发动机、优 化液压系统等。
提高安全性：通 过优化设计提高 挖掘机的安全性， 如改进安全防护 装置、优化控制 系统等。
提高舒适性：通 过优化设计提高 挖掘机的舒适性， 如改进驾驶室、 优化座椅等。
优化效果评估
工作效率：提高挖掘机的工作效率， 减少工作时间
挖掘机概述-构造(完整详细版)
液压挖掘机的结构
托链轮 驱动轮
履带 支重轮 行走支架 轨链
液压挖掘机内部构造示意图
液压挖掘机的结构
液压泵
液压挖掘机的结构
挖掘机配备的为斜轴式柱塞泵与斜盘式柱塞泵 液压挖掘机的结构
控制阀
液压挖掘机的结构
液压挖掘机的结构
行走马达（三级行星减速）
回转支撑
液压挖掘机的结构
液压挖掘机的结构
液压挖掘机的常用工作参数
★ 第12代 ZX200（ 2001年底）150马力 350Kg/cm2
★ ZX200-3 于2006年闪亮登场
挖掘机历史
❖ZX-3采用新型电喷发动机符合欧3排放， 采用新E模式，高效的新型液压系统 ( HIOS Ⅲ )，新机型ZX200-3与现机型 ZX200比较，斗杆回收速度提高 20 % ， 燃油消耗量降低 13%。
日立挖掘机的演化历程
挖掘机历史
第1代 UH06-2型（1968年8月） 85马力 动力传递方式为链传动
175Kg／cm2
第2代 UH06-2型 （1970年11月） 85马力 变量油泵·行走部分不用加润滑脂
175Kg／cm2
第3代 UH06D 型 （1971年9月） 93马力
175Kg／cm2
动力传递方式为行走马达直接连接式，把小臂作为标准设备
１９３０年日本最早的电动挖掘机50K问世
１９４９年日立U05型挖掘机问世
美国开发
神户制钢所 日立制作所
１９６１年 ３５型
液 １９６３年 油谷 ＴＹ４５型（轮式） 压 式 １９６４年 日钢 ＲＨ３５型
时 代
１９６５年
ＵＨ０３型开始生产和销售
１９６７年 ＵＨ０６型开始生产和销售
第二章挖掘机工程机械设计
一.液压挖掘机工作装置油缸作用力的确定 2.油缸作用力的确定 (2)斗杆油缸作用力的确定
铲斗油缸及动臂油缸处于闭锁状态。 铲斗油缸闭锁力F’d应满足：
动臂油缸闭锁力F’b应满足：
§3.挖掘机工作装置液压系统设计
一.液压挖掘机工作装置油缸作用力的确定 2.油缸作用力的确定 根据以上分析所确定的各油缸作用力及选定的工作压力，可初步选 定各油缸的缸径。 再选取上述计算位置所求得各油缸闭锁力中较大者，按初选各油缸 直径计算其所需过载压力。过载安全阀压力与工作压力之比值(p’/p)不宜 过大。一般取p’/p=1. 1~1.15，否则将导致工作装置结构自重的增大。 如果计算出某油缸所需过载压力太大时，则应通过调整该工作装置 部件的结构尺寸或改变铰点位置等措施来改善受力情况。
图9-15 液压挖掘机的回转装置
1—回转驱动机构2—回转支承3—外圈4—内圈 5—钢球6—隔离体7—上下密封圈
§2.挖掘机总体设计
三. 回转平台及回转支承 3.回转驱动机构（上部平台），是液压挖掘机的重要组成部分。 低速：低速大转矩液压马达直接驱动小齿轮
高速：高速液压马达通过行星减速器驱动小齿轮
图9-15 液压挖掘机的回转装置
三.型号及表示方法
W L Y ***
§1.挖掘机概述
整机质量（主参数）
液压式（机械式不标） 轮式（履带式不标） 挖掘机 例如：WY100表示机重为l0t的履带式液压挖掘机
四.基本工作原理
挖掘机是一种循环作业式工程机械，每一个工作循环包括挖掘、回转、卸料 和返回四个工作过程。 1.单斗挖掘机的主要工作装置 (1)机械式工作装置
确定工作装置各油缸的作用力和可能产生的被动作用力后，即可按 照选定的液压系统的工作压力确定油缸所需的缸径以及过载溢流阀压力。
正铲挖掘机工作装置机械课程设计
—斗杆挖掘力 到B点的距离
—齿尖纵向阻力 到B点的距离
—齿尖纵向阻力 到A点的距离
—动臂挖掘力 到A点的距离
所以动臂挖掘力 取 。
动臂油缸与动臂最大夹角 ，斗杆油缸与动臂最大夹角
取H=0.45 B=0.3 h=0.43 b=0.28
由上面斗杆的计算可知拉压应力和剪切应力较小，主要计算弯曲应力，在这不再计算。
6
轴承选用滑动轴承，材料选择铅青铜 ，轴承宽径比选1。在F处用一个轴承受力最大为227KN
根据公式 得：
由ห้องสมุดไป่ตู้径比选1，则 ，向大取整得
则尺寸强度满足。
轴的直径选取为 材料为40Cr， 。
第三章
1
用solidworks进行三维建模，建了个零件的三维模型和总体装配图。还用solidworks进行重要零件的有限元分析。
最大挖掘深度：
2440mm
最大挖掘半径：
8260mm
动臂长度：
3950mm
动臂转动角度：
斗杆长度：
2600mm
斗杆转动角度：
铲斗长度:
1760mm
铲斗转动角度:
斗杆挖掘力(ISO)：
243kN
铲斗挖掘力(ISO)：
230kN
主油路系统工作压力：
27.4Mpa
最大牵引力：
294KN
2
正铲挖掘机的工作装置如下图所示，主要由1-动臂、2-斗杆、3-铲斗、4-动臂油缸、5-斗杆油缸和6-铲斗油缸组成，其他组成有连接处的轴承和轴等。
最大拉应力为：
最大剪切应力为：
斗杆材料的选择：
选取Q235碳素结构钢，查机械工程材料表7-2可知：
所以强度满足。
当工作装置处于最大挖掘半径时，铲斗齿尖D无横向阻力，如下图所示。
单斗液压挖掘机反铲工作装置设计计算ppt课件
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
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挖掘机工作装置设计
研究内容：1、工作装置机构的几何参数设计2、各主要工作尺寸验算3、工作装置各部件运动及受力分析、工作装置挖掘性能分析4、各液压缸闭锁力验算5、动臂机构、斗杆机构的结构设计6、动臂、斗杆强度校核研究方法：采用静力学原理和机构几何学原理，对挖掘工作装置进行应用研究。
原始参数：表1-1 原始参数表技术要求：对工作装置的参数和几何构进行研究设计，设计尺寸达到要求；主要工作尺寸误差不得大3%；对动臂、斗杆进行强度校核。
工作装置应满足以下要求：1.主要工作尺寸及工作范围满足使用要求。
在设计反铲装置时要考虑与同类型机器相比的先进性，考虑国家标准的规定，并注意到运动参数受机构碰撞限制等的可能性。
2.整机挖掘力的大小及其分布情况应满足使用要求，并且有一定的先进性。
3.作业条件复杂，使用情况多变时应考虑工作装置的通用性，采用变铰点结构或配套机构时，要注意分清主次。
要满足使用要求的前提下，力求替换构件种类少，结构简单，换装方便。
4.工作装置结构形式和布置要便于装卸和维修，尤其应便于易损件的更换。
动臂是工作装置的主要构件，反铲动臂可分为整体式和组合式两类。
整体式动臂有直动臂和弯动臂两种。
直动臂构造简单，轻巧，布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机。
整体式动臂结构简单，价廉，刚度相同时结构重量轻于组合式动臂。
动臂液压缸的布置方案如图所示，动臂液压缸装于动臂的上方这个方案的特点是动臂下降幅度较大，在挖掘时动臂液压缸往往处于受压状态，闭锁能力较强。
动臂提升时液压缸小腔进油，提升速度也较快。
为了统一缸径和液压缸的闭锁能力，双动臂液压缸的方案采用渐多。
有些悬挂式动臂液压缸布置时考虑到不破坏动臂箱型截面，且不与斗杆液压缸碰撞，也采用双缸，斗杆液压缸一般只用一个。
但大多数动臂液压缸还是采用单缸。
本设计采用在上方布置的单动臂液压缸。
第二节铲斗总体方案的选择铲斗与铲斗液压缸的连接有三种形式，如下图所示，其区别主要在于液压缸活塞杆端部与铲斗的连接方式不同。
挖掘机-工作装置各部分的基本尺寸计算和验证
三、工作装置各部分的基本尺寸计算和验证反铲装置的合理设计问题至今尚未理想地解决。
以往多按经验，采取统计和作周试凑的方法，现在则尽可能采用数解分析方法。
液压挖掘机基本参数是表示和衡量挖掘机性能的重要指标，本文主要计算和验证铲斗、动臂、斗杆的尺寸。
(一)反铲装置总体方案的选择反铲装量总体方案的选择包括以下方面：1、动臂及动臂液压缸的布置确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合方式或整体式动臂的形状动臂液压缸的布置为悬挂式或是下置式。
2、斗杆及斗杆液压缸的布置确定用整体式或组合式斗扦，以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗扦是否采用变铰点调节。
3、确定动臂与斗杆的长度比，即特性参数K1 l1 l2 。
对于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。
—般当K1> 2时(有的反铲取K1>3)称为长动臂短斗杆方案，当K1<1.5 时属于短动比长斗杆力案。
K1在1.5~2 之间称为中间比例方案。
要求适用性较强而又无配套替换构件或可调结构的反铲常取中间比例方案。
4、确定配套铲斗的种类、斗容量及其主参数，并考虑铲斗连杆机构传动比是否需要调节。
5、根据液压系统工作压力、流量、系统回路供油方式、工厂制造条件等确定各液压缸缸数、缸径、全伸长度与全纳长度之比λ。
考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运动幅度等因素一般取λ1＝1.6~1.7。
取λ2＝1.6~1.7；λ3＝1.5~1.7。
(二)斗形主要参数的确定当铲斗容量q 一定时，挖掘转角2 ，挖掘半径R和平均斗宽B 之间存在一定的关系，即具有尺寸R和B 的铲斗转过2 角度所切下的土壤刚好装满铲斗，于是斗容量可按下式计12q R2B(2 sin2 )K s算：2(4.1)式中：K s ——土壤松散系数。
(取K s 1.25 )一般取: (1.0~1.4) 3q (4.2)R的取值范围：(1.3~1.6) 3q (4.3)式中：q ——铲斗容量，m3；B ——铲斗平均宽度，m。
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挖掘机工作装置目录1绪论 (1)1.1课题背景及目的 (1)1.2国内外研究状况 (1)1.3 课题研究方法 (2)1.4 论文构成及研究内容 (2)2总体方案设计 (3)2.1 工作装置构成 (3)2.2 动臂及斗杆的结构形式 (5)2.3 动臂油缸与铲斗油缸的布置 (5)2. 4 铲斗与铲斗油缸的连接方式 (6)2.5 铲斗的结构选择 (6)2.6 原始几何参数的确定 (7)3 工作装置运动学分析 (9)3.1 动臂运动分析 (9)3.2 斗杆的运动分析 (10)3. 3 铲斗的运动分析 (11)3.4 特殊工作位置计算： (15)4基本尺寸的确定 (19)4.1 斗形参数的确定 (19)4.2 动臂机构参数的选择 (19)4.2.1 α1与A点坐标的选取 (19)4.2.2 l1与l2的选择 (20)4.2.3 l41与l42的计算 (20)4.2.4 l5的计算 (20)4.3 动臂机构基本参数的校核 (22)4.3.1 动臂机构闭锁力的校核 (22)4.3.2 满斗处于最大挖掘半径时动臂油缸提升力矩的校核 (24)4.3.3 满斗处于最大高度时,动臂提升力矩的校核 (25)4.4 斗杆机构基本参数的选择 (26)4.5 铲斗机构基本参数的选择 (27)4.5.1 转角范围 (27)4.5.2 铲斗机构其它基本参数的计算 (27)5工作装置结构设计 (30)5.1斗杆的结构设计 (30)5.1.1 斗杆的受力分析 (30)5.1.2 结构尺寸的计算 (40)5.2动臂结构设计 (42)5.2.1第一工况位置 (42)5.2.2 第二工况位置： (47)5.2.3内力图和弯矩图的求解: (50)5.3 铲斗的设计 (56)5.3.1铲斗斗形尺寸的设计 (56)5.3.2铲斗斗齿的结构计算： (57)5.3.3 铲斗的绘制： (57)6 销轴与衬套的设计 (59)6.1 销轴的设计 (59)6.2 销轴用螺栓的设计： (59)6.3 衬套的设计： (59)7 总结 (61)参考文献 (62)致谢 (63)附件一开题报告 (64)附件二外文翻译 (70)挖掘机工作装置结构设计1绪论1.1课题背景及目的挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛地采用，如工业与民用建筑、交通运输、水利电气工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等等行业的机械化施工中。
据统计，一般工程施工中约有60%的土方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量是用挖掘机完成的。
随着我国基础设施建设的深入和在建设中挖掘机的广泛应用，挖掘机市场有着广阔的发展空间，因此发展满足我国国情所需要的挖掘机是十分必要的。
而工作装置作为挖掘机的重要组成部分，对其研究和控制是对整机开发的基础。
反铲式单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间机构，国内外对其运动分析、机构和结构参数优化设计方面都作了较深入的研究，具体的设计特别是中型挖掘机的设计已经趋于成熟。
而关于反铲式单斗液压挖掘机的相关文献也很多，这些文献从不同侧面对工作装置的设计进行了论述。
而笔者的设计知识和水平还只是一个学步的孩子，进行本课题的设计是为对挖掘机的工作装置设计有一些大体的认识，巩固所学的知识和提高设计能力。
1.2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:（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。
1.3 课题研究方法本文作者对三一重工生产的SANY200C进行现场测绘，取得了工作装置的大体数据资料。
再结合同济大学出版的《单斗液压挖掘机》，利用旋转矢量法和力学知识分别对单斗液压挖掘机的工作装置进行运动学分析和力学计算。
根据运动学分析和力学计算的结果得到工作装置的基本尺寸和结构尺寸。
然后用CAD软件进行二维和三维图的绘制。
1.4 论文构成及研究内容本论文主要对由动臂、斗杆、铲斗、销轴、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。
具体内容包括以下五部分:(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。
(5) 销轴的设计及螺栓等标准件进行选型。
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；7、动臂油缸图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]。
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 动臂油缸与铲斗油缸的布置动臂油缸装在动臂的前下方，动臂的下支承点（即动臂与转台的铰点）设在转台回转中心之前并稍高于转台平面[3]，这样的布置有利于反铲的挖掘深度。
油缸活塞杆端部与动臂的铰点设在动臂箱体的中间，这样虽然削弱了动臂的结构强度，但不影响动臂的下降幅度。
并且布置中，动臂油缸在动臂的两侧各装一只，这样的双动臂在结构上起到加强筋的作用，以弥补前面的不足。
具体结构如图2-4所示。
1-动臂； 2=动臂油缸图2-4 动臂油缸铰接示意图2. 4 铲斗与铲斗油缸的连接方式本方案中采用六连杆的布置方式，相比四连杆布置方式而言在相同的铲斗油缸行程下能得到较大的铲斗转角，改善了机构的传动特性。
该布置中1杆与2杆的铰接位置虽然使铲斗的转角减少但保证能得到足够大的铲斗平均挖掘力。
如图2-5所示。
1-斗杆； 2-连杆机构； 3-铲斗 图2-5 铲斗连接布置示意图2.5 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。
32 1图2-6 铲斗斗齿的安装连接采用橡胶卡销式，结构示意图如2-7所示。
1-卡销；2 –橡胶卡销；3 –齿座； 4–斗齿图2-7 卡销式斗齿结构示意图2.6 原始几何参数的确定（1）动臂与斗杆的长度比K1由于所设计的挖机适用性较强，一般不替换工作装置，故取中间比例方案，K1取在=1.8，即l1/l2=1.8。
1.5～2.0之间，初步选取K1（2）铲斗斗容与主参数的选择斗容在任务书中已经给出：q =0.9 m3按经验公式和比拟法初选：l3=1600mm（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。
初选动臂油缸内径D1=140mm，活塞杆的直径d1=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=110mm，活塞杆的直径d3=80mm。
又由经验公式和其它机型的参考初选动臂油缸行程L1=1000mm，斗杆油缸行程L2=1500mm，铲斗油缸行程L3=1300mm。
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=31.4MPa，闭锁压力P g=34.3MPa。
3 工作装置运动学分析3.1 动臂运动分析:min 1L 动臂油缸的最短长度；:max 1L 动臂油缸的伸出的最大长度；A ：动臂油缸的下铰点；B ：动臂油缸的上铰点；C ：动臂的下铰点.图3-1 动臂摆角范围计算简图φ1是L1的函数。