挖掘机铲斗设计
挖掘机工作机构的设计
摘要本文设计的是一种挖掘机的挖掘装置，在为工业、民用上有特殊用途的挖掘装载机，它可以用于煤矿井下狭小空间清理、装载、运输等工作，也可以用于冶金、矿山、隧道建设等场合的挖掘装载工作。
在本设计中，通过对国内外现有技术的了解和分析，利用任务书上所给定的挖掘机铲斗额定装载载荷，先计算出铲斗的斗容，而后选用标准容量铲斗，根据所选出的标准铲斗，计算出挖掘机的最大铲取阻力、最大卸载高度、最小卸载距离等一些设计所必需用到的量。
通过对工作机构上九个铰接点位置的确定来设计出动臂的模型及动臂上各点的受力，然后计算出举臂油缸和转斗油缸的内径、活塞杆的杆径，选出标准的液压缸。
关键词：铲斗；液压缸；动臂；挖掘机AbstractIn this paper, the design is a mini-excavators, as for the industry, there are special-purpose civilian loading machinery, it can be used in underground coal mines to clear a narrow space, loading, transport, etc., can also be used for metallurgy, mining, occasions, such as tunnel construction excavation work load.In this design, both at home and abroad through the understanding of existing technology and analysis, the use of task books given by the excavator bucket load rated load, calculate the first bucket of the bucket capacity, and then choose the standard size of the bucket, elected in accordance with standard bucket, to calculate the largest excavator shovel access resistance, the maximum unloading height, minimum distance, such as unloading the design used in the volume necessary. Through the work of nine institutions to determine the location of hinge points out to design the model and the moving arm arm stress points, and then calculate the fuel tank and to fight the diameter of the fuel tank, the rod diameter rod, the election a standard hydraulic cylinders.Keywords: bucket hydraulic cylinder boom excavator目录1绪论 (1)1.1课题背景及目的 (1)1.2 挖掘机发展简史 (1)1.3 挖掘机的基本类型 (1)1.4 国内外研究状况 (2)1.5 论文构成及研究内容 (3)2 总体方案设计 (4)2.1 工作装置构成 (4)2.2 动臂及斗杆的结构形式 (6)2.3 铲斗的结构选择 (6)2.4 液压挖掘机工矿分析 (6)2.5 液压挖掘机工作装置设计要求 (10)2.6 液压挖掘机工作装置的设计原则 (13)3工作装置运动学分析 (14)3.1 动臂运动分析 (14)3.2 斗杆的运动分析 (15)3.3 铲斗的运动分析 (16)3.4 特殊工作位置计算： (19)4 反铲装置的设计 (22)4.1 挖掘装载机工作装置典型工况分析确定 (22)4.2 挖掘装载机工作装置的基本参数的选择 (23)4.3 油缸基本参数的选择和计算 (29)5 挖掘装置受力计算和强度计算 (34)5.1、挖掘阻力的计算 (34)5.1.1铲斗挖掘阻力的计算 (34)5.1.2斗杆挖掘阻力计算 (35)5.2 工作液压缸的理论挖掘力 (35)5.2.1铲斗挖掘时，铲斗缸的理论挖掘力 (35)5.2.2斗杆挖掘时，斗杆油缸的理论挖掘力 (36)5.3 整机理论挖掘力 (36)5.3.2铲斗挖掘 (40)6 总结 (43)致谢 (44)参考文献 (45)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。
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
25t液压挖掘机主铲工作装置与驱动系统设计
The paper comprehensive collected of design information of the excavator working device at home and abroad, analyzed the principle, structural features, and typical working condition, summarized the design requirements of excavator working device and drive system. And then put forward the new designing methods which combined the traditional designing methods with the designing methods based on computer simulation.On the basis ofdetermine the size parameters of working device, simulatedmotion and analyzestress.Thencareful analyzeof several typicalworkingconditions of the excavator, and describes the basic types of hydraulic systems, loop, taking intothedesigningrequirementsof drive system,finallythe drive systemwhichmeet the requirementswasdesigned.
正铲单斗液压挖掘机工作装置设计之欧阳语创编
机械设计（机械设计基础）时间：2021.03.01 创作：欧阳语----课程设计说明书设计题目：正铲单斗液压挖掘机工作装置设计学院：机械工程系专业：机械制造工艺与设备班级：机制一班学号：20137709姓名：刘鑫指导老师：温亚莲完成日期：2016年9月2日机械原理设计任务书学生姓名刘鑫班级机制一班学号 20137709设计题目：正铲单斗液压挖掘机工作装置设计一、设计题目简介正铲挖掘机的铲土动作形式。
其特点是“前进向上，强制切土”。
正铲挖掘力大，能开挖停机面以上的土，宜用于开挖高度大于2m的干燥基坑，正铲的挖斗比同当量的反铲的挖掘机的斗要大一些，其工作装置直接决定其工作范围和工作能力。
二、设计数据与要求三、设计任务1、绘制挖掘机工作机构的运动简图，确定机构的自由度，对其驱动油缸在几种工况下的运动绘制运动线图；2、根据所提供的工作参数，对挖掘机工作机构进行尺度综合，确定工作机构各个杆件的长度；3、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS 等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。
4、编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。
5、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。
完成日期：2016年9月2日指导教师温亚莲摘要正铲挖掘机的开挖方式根据开挖路线与汽车相对位置的不同分为正向开挖、侧向装土以及正向开挖、后方装土两种，前者生产率较高。
正铲的生产率主要决定于每斗作业的循环延续时间。
为了提高其生产率，除了工作面高度必须满足装满土斗的要求之外，还要考虑开挖方式和与运土机械配合。
尽量减少回转角度，缩短每个循环的延续时间。
反铲的开挖方式可以采用沟端开挖法，即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车运走，也可采用沟侧开挖法，即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距离沟较远的地方，如装车则回转角度较小，但边坡不易控制.单斗液压挖掘机主要由动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸等组成。
挖掘机铲斗设计范文
挖掘机铲斗设计范文挖掘机铲斗设计是指针对挖掘机的工作需求，对铲斗的结构、材料、尺寸以及功能等进行设计和优化，以提高挖掘机的工作效率和使用寿命。
本文将围绕着挖掘机铲斗设计展开，从铲斗的结构、材料、尺寸以及功能几个方面进行详细介绍。
一、铲斗结构设计挖掘机铲斗的结构通常包括铲齿、刀片、侧杆、支撑板等部分。
铲斗的结构设计应具有强度高、稳定性好、使用寿命长的特点。
为了增加铲斗的强度，可以采用加厚材料或者优化结构设计。
同时，在材料选择上可以考虑使用高强度合金钢或耐磨钢，以提高铲斗的耐磨性能。
二、铲斗材料选择挖掘机铲斗的材料选择直接影响着铲斗的使用寿命和工作效率。
通常情况下，挖掘机铲斗材料应具有足够的强度和硬度，同时耐腐蚀、耐磨和耐高温等特点。
目前常见的挖掘机铲斗材料有高锰合金钢、耐磨钢、高强度钢等。
在材料选择上，可以根据挖掘机的工作环境和工作强度来选择合适的材料。
三、铲斗尺寸设计挖掘机铲斗的尺寸设计直接决定着挖掘机的工作效率。
过大或过小的铲斗都会导致工作效率低下。
尺寸设计应综合考虑挖掘机的型号、工作需求、土壤条件等因素来确定。
一般来说，铲斗的宽度适合挖掘机轨迹的宽度，铲斗的深度和高度需要适应挖掘机的工作需求。
如需要挖掘深的物料，可以选择较高的铲斗；如果工作场地狭窄，可以选择较窄的铲斗。
四、铲斗功能设计挖掘机铲斗的功能设计也是铲斗设计的重要部分。
铲斗的功能设计主要包括倾斜功能、旋转功能等。
倾斜功能可以通过安装液压缸实现，能够实现铲斗在一个平面上倾斜，以适应不同工况下的挖掘需求。
旋转功能可以通过安装旋转机构实现，能够实现铲斗的360°旋转，提高工作效率和灵活性。
总之，挖掘机铲斗设计是一项非常重要的工作，它直接影响着挖掘机的工作效率和使用寿命。
在设计过程中，应综合考虑铲斗的结构、材料、尺寸以及功能等因素，以满足挖掘机在不同工况下的工作需求。
同时，铲斗的结构应具有强度高、稳定性好的特点，材料选择应具有足够的强度、硬度和耐磨性能。
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。
装载机铲斗几何形状参数优化设计
装载机铲斗几何形状参数的优化设计关键词：装载机，铲斗，几何形状，尺寸参数，优化设计轮式装载机的工作装置主要由动臂、铲斗、摇臂、连杆等机构组成，工作装置的结构和性能直接影响装载机的动力性与运动特性；铲斗是工作装置的重要工作部件，其几何形状和尺寸参数对插入阻力、铲取阻力、转斗阻力和生产率有着很大的影响，为保证铲斗在一次装载过程中具有较高的装满系数，达到装满卸净，并且减小工作阻力，为此要求铲斗结构形状和尺寸参数必须符合一定的设计规范。
装载机铲斗的动力性主要体现在铲斗下铰接点位置的确定，铲斗下铰接点与切削刃的距离定义为铲斗的回转半径Rr，因此在铲斗几何形状设计过程中，以铲斗的回转半径为主参数，以铲斗的截面各几何形状参数和铲斗下铰接点的位置参数作为回转半径Rr的函数。
铲斗的斗容量分为平装斗容和堆装斗容，额定斗容量是指堆装斗容，并且斗容量已经实现系列化，本优化设计软件可以实现任意斗容量的优化设计。
铲斗的斗容量由铲斗的截面形状和内侧宽度B0决定，而铲斗的宽度一般比两轮胎外侧之间距离长100mm左右，以保护轮胎不受损害，因此铲斗内侧宽度是一个相对固定值，设计时一般根据实际需要预先给出一个具体数值，因而铲斗的设计主要是铲斗的截面几何形状参数的确定。
图1是装载机铲斗截面几何形状参数优化设计简图：铲斗的截面几何形状由铲斗底板长度ld、半径为r的圆弧段、后板长度le及底板与后板之间的张开角度x5四个参数确定；铲斗的平装斗容由底板、底圆弧、后板围成的U形面积CAFNC确定，堆装斗容由三角形面积CNEC确定，其中E点为堆装顶点，堆装斜度1：2。
图中B点为铲斗与动臂铰接的下铰接点，也是铲斗的回转中心，C点为斗刃，BC两点距离即是铲斗的回转半径Rr；铲斗设计时定义铲斗回转半径Rr为基本参数，斗底圆弧半径r、斗底长度Loc、后壁长度Lon则作为回转半径Rr的函数；铲斗的回转半径Rr小，则铲斗转斗时力臂小，相同的掘起力矩下可增加作用在斗刃上的掘起力，yb是铲斗的下铰接点与底板ld的距离，yb数值小，有利于作业时的铲入，减少插入阻力。
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目录一、基本要求 (2)1.1铲斗的结构选择 (2)二、铲斗基本参数的确定 (3)2.1铲斗长宽高的确定 (3)2.2挖掘力计算 (4)三、铲斗几何形状 (6)3.1铲斗的组成 (6)3.2斗体曲线 (7)3.3两种曲线的比较 (9)四、结论 (11)参考文献 (13)一、基本要求斗轮挖掘机的铲斗在轮圈回转一周的过程中, 要完成切割、装载和排空物料三项作业。
切割时要求斗齿能迅速切入物料。
为此铲斗必须具有足够的强度和刚度, 以便承受物料的反作用力。
装载时要求物料能较通畅地流人铲斗( 这样可减少切割阻力) , 同时在物料充填铲斗时, 既要填满铲斗空间, 又不能产生过大的挤压力, 否则由于挤压力的增大, 会使铲斗壁与物料的吸附力增大(在一定吸附系数下, 吸附力与两物体之间的正压力成正比) , 造成排料时物料排不净或撒料等情况。
1.1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，其应满足以下要求：（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该大于4，大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与下图。
斗齿的安装连接采用橡胶销式，结构示意图如下图二、铲斗基本参数的确定2.1铲斗长宽高的确定斗容量q ，平均宽度B ，转斗挖掘半径R 和转斗挖掘满转角2ϕ是铲斗的四个主要参数，R,B,2ϕ，三者之间有下几何关系：s K B R q )2sin 2(212ϕϕ-=式中土壤松散系数s K 近似值取1.25，q=0.28m ³，根据上式可由R,B,2ϕ中作任值求相应第三值。
其斗容量0.28m ³，斗宽B=0.794m 。
根据已经确定的斗轮挖掘机生产力轮圈直径宽度转速铲斗数量及每只铲斗的容量, 即可确定铲斗的宽度( B )长度( L )和高度( H ) L : B ≈ 1.3；所以可知L=1.0322m q = 0 .8 B L H204.1B qH =,式中q ——铲斗容量( 立方米 ) 把数据代入后，可求得H=0.339m求出L , H , B 后, 必须按轮圈的圆周速度及铲斗个数来校核铲斗处于轮圈正上方时,物料是否能靠自重保证落入卸料区间。
设每只铲斗及其卸料空间所占的圆心角为a , 每只铲斗的卸料空间弦长为L BC =空( 见图1 )n a π2=。
R LR AB a 2arcsin 22arcsin1==式中 n ——铲斗数L ——铲斗长度（L=AB ） R ——轮圈半径12a a a -= ,2sin22a R L =然后根据物料抛物线轨迹, 求出抛物距离)(x Sg H vvt S x 2)(==式中 H ——铲斗高度 g ——重力加速度t ——物料落到轮圈所需时间 v ——铲斗齿线速度若L 空>)(x S , 则所确定的L 、B 、H 三参数满足设计要求, 若L 空< S <、) , 则表明斗内部分物料要外撒, 必须修正H 与L , 重新校核, 直至L 空>)(x S 。
2.2挖掘力计算挖掘机的工作对象是土壤，设计和使用挖掘机时，都需要了解土壤的基本特性和切削土壤过程的一些基本知识。
铲刀或铲斗的切削部分，以机械的方法将土块或土层从土壤中剥离出来的过程，成为土壤切削。
土壤切削是一个很复杂的过程。
在楔形切削刃把土层从土壤中剥离的过程中，土壤受到挤压和剪切，是被切离的土壤发生松散以及一部分受到压缩。
因而产生了土壤原始结构的破坏阻力；土壤与土壤之间的摩擦力和土壤与切削刀具之间的摩擦力。
切削过程中，土壤作用在切削刃上的力称为切削阻力。
为了研究方便，我们吧铲斗和切削刃与土壤之间的摩擦力也当做切削阻力的一部分。
切削力与切削装置作用在土壤上。
其大小和土壤切削阻力大小相同，方向相反。
土壤呗剥离后，将向铲斗内流动。
流动过程中，土壤与土壤和土壤与切削装置之间产生摩擦。
同时，土壤的流动收到铲斗后壁的阻碍还会产生附加阻力。
因此，机械的切削装置除了客服上述切削阻力外，还有克服这些摩擦力和附加阻力。
铲斗工作时，这些附加力形成装土阻力外。
切削阻力和装土阻力之和称为挖掘阻力。
不同的铲斗，装土阻力占挖掘阻力之比相差很大。
转斗挖掘时，土壤切削阻力随挖掘深度改变而有明显的变化，根据资料提供的公式：[]}{17000cos 1501235.1max 1+-=x Z A B D k k k k R C F ϕ式中C ——表示土壤硬度的系数，IV 级土取C=16~35，在此选31；R ——铲斗与斗杆铰杆点至斗齿尖距离，即转斗切削半径，mm L R 100033==max ϕ——转都在挖掘过程中总转交的一半ϕ——铲斗瞬时转角B ——切削刃宽度影响系数，B=1+2.6B ，其中b 为铲斗平均宽度，单位为厘米A k ——切削角变化影响系数，A=1.3Z ——带有斗齿的系数Z=0.75X ——斗侧壁厚度影响系数初步设计时，X=1.15D ——切削刃挤压土壤分力，据斗容量大小在D=10000~20000N 范围内选取，选17000求得N F 135558max =三、铲斗几何形状3.1铲斗的组成铲斗由斗唇、斗体、斗框及耳子四部分组成( 见图2 )( 1 ) 斗唇斗唇位于铲斗的前部, 斗齿装在斗唇上。
为了降低挖掘作业时的动载荷,一般采用拱形斜切斗唇。
为了减少对土岩的粘着性, 斗唇宽度在强度允许的条件下必须尽量窄些, 内表面平滑些。
斗齿与斗唇的连接必须牢固可靠, 拆卸方便。
( 2 ) 耳环用螺栓与轮圈固定( 图3 )。
第一轮设计时, 仅将耳环贴在轮圈侧壁上。
工作中发现:由于切割时冲击力的作用, 使斗唇产生弹性变形, 以致耳环窜动, 挤压螺母, 造成拉毛螺检螺纹, 耳环孔眼变成椭圆等问题。
为了克服这种现象,我们将耳子与轮圈的连接改为将铲斗耳环擂人轮圈侧壁中间再用螺栓紧固的方法(见图 3 )。
这样挖掘时的冲击力造成耳环窜动的力即由轮圈两侧壁承受，防止了螺栓拉毛现象。
( 3 ) 斗体斗体与斗唇固联( 一般采用灯接)。
斗体的形状直接影响物料的装卸。
对斗体的主要要求是: 能减少切割物料时的阻力, 使物料易于流入铲斗并减少对斗壁的正压力, 接近斗口的脊背部分应与切割方向平行,斗体的横向截面积变化应较小, 接近铲斗尾部的斗体脊背曲线的切线应与斗口切线垂直。
3.2斗体曲线本次所设计的WUD —400\700型斗轮挖掘机斗形选用某一大圆中的一段圆弧曲线作为斗体脊背曲线( 见图4 )。
该机在茂名油母页岩露天矿挖掘页岩及砂土混合物料时, 斗体上粘附物料十分严重。
满斗时经压实的物料在斗体上形成了一条十分光滑的曲线N ( 见图5 )。
铲除粘附物后继续挖掘, 发现粘附的物料在铲斗中仍形成同样的一条曲线。
经测量发现是一条类似椭圆曲线。
圆弧和椭圆都是处处可导的光滑曲线, 没有死角拐点。
但是圆弧曲线的曲率不变而椭圆曲线各点都不一样( 图6 )。
椭圆参数方程是:{θθcos sin a x b y ==式中 a ——椭圆的长半轴B ——椭圆的短半轴根据参数方程可求得椭圆曲率r K25222222232222)cos sin (22sin )(3)cos sin (θθθθθθb a b a ab d dK b a abK T T ++-=+=当0＜θ＜2/π时，θd dK T＜0，这表明椭圆在第一象限的曲率T K 是随着θ角增大而单调下降的，因此，当θ=0时，曲率最大，将θ=0代入上式T K 中可知2ba K Tmas =。
为了保证脊背曲线在斗体尾部处的切线与水平线垂直。
我们选取椭圆曲线时, 从它与长轴的交点A 作为起点取弧AM 为所设计的斗体后部曲线( 见图6 )。
在M点处，OC BCarctg =1θ。
弧AM 曲线上哥哥点曲率T K 的变化范围是：2232222)cos sin (b aK b a abT ≤≤+θθ。
斗体所需的椭圆曲线, 是根据铲斗长度和高度及在斗口处所需求的切线与X 轴( 水平轴)的夹角刀来确定( 见图7 )。
设弧AM 为所需斗体脊背曲线，长半轴：OA=a ，短半轴：OB=b ，则AC=L=a —X ，MC=H=y ，则椭圆方程为m tg ya xb b y a x ==-=+β2222221以x = a 一L , v = H , m = t g β代入上边椭圆方程式得：mLHmLHLaLamHab2)(22++=--=，由此求得a,b，从而即可确定所需椭圆。
为使斗体横向截面收缩率较小, 在确定脊背曲线后, 还需要再确定斗体的拱形曲线及斗体底面框线。
根据前面的分析, 可以选用半圆弧的拱形曲线及变化缓慢的梯形框线( 见图8 )。
这样就完成了铲斗各部位的设计。
3.3两种曲线的比较( 参见图9 , 10)( 1 ) 分别将两种曲线等分为12 等分, 计算各横截面积和截面收缩率(表1 )椭圆方程16145.1893222=+yx( 2 ) 分别求得圆弧曲线及椭圆曲线曲率表格一、两种曲线的比较注：)~2,1(11nissseiiii=-=++圆弧曲率为：K圆=1/R=1/680=0.0014705882当a=1893.5毫米，b=614毫米时，椭圆曲率变化范围是：0.000380842≤TK≤0.005022599再利用取虑公式TK和椭圆参数方程，求得弧AM上一点N，使得椭圆在此点的曲率与K 圆相同（见图11）。
由T K 的单调性可知弧MN 的曲率都小于K 圆，仅弧AN 的曲率大于K 圆。
由计算得：AD=146.75毫米四、结论( 1 ) 椭圆曲线斗体的横截面收缩率比画弧斗体横截面收缩率较小, 也就是椭圆横截面积的变化较缓慢, 从而减少挖掘时物料对铲斗壁的挤压力, 有利于铲斗内物料卸净。
( 2 ) 椭圆斗体曲率的变化中, 只有在弧 A N 这段曲线斗体尾部上曲率才大于圆弧曲线的曲率, 而这段曲线在x 轴的投影只占斗长( L )的四分之一左右, 其余四分之三都比圆弧曲线的变化更平稳。
可以满足铲斗在卸料时快而净的要求。
椭圆的离心率2)(1ab e T -=，以a=1893.5，b=614代入上式T e =0.9459 此离心率很接近抛物线的离心率（e 抛=1）若以斗体底部为坐标原点，则可得抛物线为方程（图12）px y 22=，以x=609，y=450(见图10)得512.332609450222===X y P ，则P=166.256 而抛物线的焦点（F ）坐标为（p/2，0）即为（83.128，0）抛物线的曲率为：23)2(p x PK +=， 25)2(3p x p dX dK +-=＜0（x ≥0）。