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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
第一章 緒論
1.1 設(shè)計的背景和意義
我國是一個發(fā)展中國家，在其遼闊的土地上正在進(jìn)行大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，這
就需要大量的土石方施工機(jī)械為其服務(wù)，而液壓挖掘機(jī)是最重要的一類土石方施
工機(jī)械。它正以其適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)效率高等優(yōu)越性越來越受到施工單位的重視。
因此，在我國存在著一個巨大的液壓挖掘機(jī)的現(xiàn)實市場和更為巨大的潛在市場。
近年來，我國液壓挖掘機(jī)的產(chǎn)量在不斷增加，1994 年全國液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量為 2010
臺，1995 年為 2366 臺，1996 年產(chǎn)量達(dá)到 3104 臺，1997 年為 3341 臺，1998 年
產(chǎn)量達(dá)到 4021 臺，而 1999 年全國液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量近 6000 臺，比 1998 年增長近
40％。從 1994 年到 1999 年近 5 年時間，全國液壓挖掘機(jī)產(chǎn)量翻了兩番。另一方
面，現(xiàn)在廣大用戶，各級施工單位對液壓挖掘機(jī)在施工作業(yè)中的重要性或不可缺
少性認(rèn)識越來越清晰，用液壓挖掘機(jī)在眾多場合替代裝載機(jī)、推土機(jī)進(jìn)行施工作
業(yè)的合理性也越來越明顯。因此，可以肯定液壓挖掘機(jī)的發(fā)展空間很大。
隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，液壓挖掘機(jī)的需求量將逐年大幅度增長。可
以預(yù)料，今后幾年我國液壓挖掘機(jī)行業(yè)將會有一個很大的發(fā)展，液壓挖掘機(jī)的年
產(chǎn)量將會以高于 20％的速度增長。國內(nèi)市場，主要由以下諸多領(lǐng)域組成：首先
是交通運輸工業(yè)領(lǐng)域，其次是能源工業(yè)領(lǐng)域，第三個領(lǐng)域是原材料工業(yè)領(lǐng)域。
科學(xué)在發(fā)展，社會在進(jìn)步，對挖掘機(jī)的各方面的性能的要求也在不斷的提高 。
國內(nèi)外各個生產(chǎn)廠家都在積極采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)來提高其性能。例如
德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最
適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新 C 系列 LS-5800 型液壓
挖掘機(jī)安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的浪費。
還安裝了 CAPS（計算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮
液壓系統(tǒng)的功能。
液壓挖掘機(jī)主要由發(fā)動機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部
分組成。工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分
鉸接而成。動臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。工作
裝置是液壓挖掘機(jī)的重要組成部分，直接影響著挖掘機(jī)械的工作狀態(tài)，本畢業(yè)設(shè)
計將圍繞液壓挖掘機(jī)的工作裝置來進(jìn)行，以推動國內(nèi)挖掘機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展。
1.2 挖掘機(jī)的行業(yè)現(xiàn)狀
自 20 世紀(jì) 90 年代以來，中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，中國工程機(jī)械行業(yè)也步入了快
速發(fā)展期。近幾年來，小型工程機(jī)械作為后起之秀，在施工中，開始部分取代中
大型機(jī)械的位置，受到用戶的普遍歡迎。目前，我國小型挖掘機(jī)市場正處在高速
發(fā)展階段。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程向深度和廣度的發(fā)展，道路和市政設(shè)施的修繕維
護(hù)及城市小型工程項目的增多，其工程業(yè)務(wù)量占社會施工總量的比重越來越大。
據(jù)測算，一臺 10 噸位小型挖掘機(jī)的作業(yè)效率可以替代 30～50 個勞動力，極大地
降低了施工成本和管理成本，使得多功能小型挖掘機(jī)的需求量不斷上升。2002
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年行業(yè)銷售量只有 1400 多臺，到 2006 年達(dá)到了 1.7 萬余臺，到 2007 年就已經(jīng)
達(dá)到了 2 萬余臺，增長了十幾倍，2008 年剛剛過去幾個月，就已經(jīng)呈現(xiàn)出了長
足增長的態(tài)勢。
許多國外企業(yè)在中國加大投資，進(jìn)軍小挖產(chǎn)業(yè)正是他們看好中國工程機(jī)械市場
的具體表現(xiàn)。從市場份額來講，國內(nèi)小型挖掘機(jī)主要還是以斗山、現(xiàn)代、小松、
日立等日韓品牌為主，約占行業(yè)銷量的一半以上。本土小型挖掘機(jī)經(jīng)過山河智能 、
玉柴等供應(yīng)商多年的努力，正在逐步擴(kuò)大市場占有率，目前中國本土小挖企業(yè)市
場份額每年都在大幅攀升。
近幾年，小型挖掘機(jī)市場持續(xù)強(qiáng)力增長，特別是在出口方面，小型挖掘機(jī)對我
國工程機(jī)械行業(yè)出口市場起到了一定引領(lǐng)作用。我國本土小型挖掘機(jī)質(zhì)優(yōu)價廉，
性價比方面具有比較高的優(yōu)勢，受到海外市場的普遍青睞。2007 年我國小型挖
掘機(jī)市場銷量首次突破 2 萬臺大關(guān)，其中近 20％左右小挖銷量是出口海外市場
的，其中國內(nèi)某些小挖制造商的出口比例達(dá)到 40％以上，甚至某些企業(yè)生產(chǎn)的
小型挖掘機(jī)全部用來出口，滿足海外市場的需求。目前出口正成為拉動國內(nèi)小型
挖掘機(jī)行業(yè)業(yè)績增長的一個主要動力，前景十分看好。
1.3 挖掘機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢
從 20 世紀(jì)后期開始，挖掘機(jī)的生產(chǎn)向多功能化、專用化和自動化的方向發(fā)
展。
1）開發(fā)多品種、多功能、高質(zhì)量及高效率的挖掘機(jī)。為滿足市政建設(shè)和農(nóng)
田建設(shè)的需要，國外發(fā)展了斗容量在 0.25m3以下的微型挖掘機(jī)，最小的斗容量
僅在 0.01m3。另外，數(shù)量最多的中、小型挖掘機(jī)趨向于一機(jī)多能，配備了多種
工作裝置——除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、
破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、
鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī) ，
如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等。
2）迅速發(fā)展全液壓挖掘機(jī)，不斷改進(jìn)和革新控制方式，使挖掘機(jī)由簡單的
杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、
電子計算機(jī)綜合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計
算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實現(xiàn)了挖掘機(jī)作業(yè)操縱的完全自動化。所有
這一切，挖掘機(jī)的全液壓化為其奠定了基礎(chǔ)和創(chuàng)造了良好的前提。
3）重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展
速度。例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，
使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新 C 系列 LS-
5800 型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動
功率的浪費。還安裝了 CAPS（計算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，
更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的 FJ 系列五種新型號挖掘機(jī)配
有與液壓回路連接的計算機(jī)輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃
油、發(fā)動機(jī)功率和液壓功率的消耗，并處長了零部件的使用壽命；德國奧加凱
（O&K）公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工
作效率；日本神鋼公司在新型的 904、905、907、909 型液壓挖掘機(jī)上采用智能
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型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作；德國利勃海爾公司
開發(fā)了 ECO（電子控制作業(yè)）的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機(jī)的作業(yè)性
能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型 B 系統(tǒng)挖掘機(jī)上采
用最新的 3114T 型柴油機(jī)以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進(jìn)一
步提高了挖掘機(jī)的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國大宇公司在 DH280 型挖掘機(jī)上采用了
EPOS---電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷的變化，自動調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的
功率，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動機(jī)始終以全功率運轉(zhuǎn)，這
樣既充分利用了發(fā)動機(jī)的功率、提高挖掘機(jī)的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動機(jī)因過載
而熄火。
4）更新設(shè)計理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采
用有限壽命設(shè)計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計理論和方法，并將疲勞損傷累
積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計、電子計算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗
技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面，促進(jìn)了
產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效率和競爭力。美國提出了考核動強(qiáng)度的動態(tài)設(shè)計分析方法，并創(chuàng)
立了預(yù)測產(chǎn)品失效和更新的理論。日本制定了液壓挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評定程序，
研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，借助于大量試驗，縮短
了新產(chǎn)品的研究周期，加速了液壓挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程，并提高其可靠性和耐
久性。例如，液壓挖掘機(jī)的運轉(zhuǎn)率達(dá)到 85%-95%，使用壽命超過 1 萬小時。
5）加強(qiáng)對駕駛員的勞動保護(hù)，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機(jī)采用帶
有墜物保護(hù)結(jié)構(gòu)和傾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)的駕駛室，安裝可調(diào)節(jié)的彈性座椅，用隔音措施
降低噪聲干擾。
6）進(jìn)一步改進(jìn)液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)
變的明顯趨勢。因為變量系統(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時和增大流量變化，
使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機(jī)可經(jīng)常性地充分利用油泵
的最大功率。當(dāng)外阻力增大時則減少流量（降低速度），使挖掘力成倍增長率加 ；
采用三回路液壓系統(tǒng)。產(chǎn)生三個互不影響的獨立工作運動。實現(xiàn)與回轉(zhuǎn)達(dá)機(jī)械的
功率匹配。將第三泵在其他工作運動上接通，成為開式回路第二個獨立的快速運
動。此外，液壓技術(shù)在挖掘機(jī)上普遍使用，為電子技術(shù)、自動控制技術(shù)在挖掘機(jī)
的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件。
7）迅速拓展電子化、自動化技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用。20 世紀(jì) 70 年代，為
了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境的污染，使挖掘機(jī)的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖
掘機(jī)口音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應(yīng)用電子和自動控制技術(shù)。隨著
對挖掘機(jī)的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要
求的提高，促使了機(jī)電一體化在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍 。
20 世紀(jì) 80 年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機(jī)、微處理器、傳
感器和檢測儀表在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，推動了電子控制技術(shù)在挖掘機(jī)上應(yīng)用和推
廣，并已成為挖掘機(jī)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，亦即目前先進(jìn)的挖掘機(jī)上設(shè)有發(fā)動機(jī)自
動怠速及油門控制系統(tǒng)、功率優(yōu)化系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等電控系
統(tǒng)。
1.4 存在問題
我國小挖發(fā)展態(tài)勢良好，但依然存在很多問題。
一、國內(nèi)企業(yè)技術(shù)水平、質(zhì)量、可靠性參差不齊，僅有少數(shù)企業(yè)質(zhì)量技術(shù)水平
與國際先進(jìn)水平接近，這主要是國內(nèi)大部分企業(yè)的體系建設(shè)相對落后所致。國內(nèi)
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眾多的小型挖掘機(jī)制造企業(yè)普遍存在機(jī)制、資金、人才、管理等綜合實力不足的
現(xiàn)象，難以形成核心競爭力和規(guī)?；l(fā)展。目前小型挖掘機(jī)零部件國產(chǎn)化率達(dá)到
70％，占采購成本的 50％。各大挖掘機(jī)制造商背后都有世界知名的零部件商作
技術(shù)支撐，零部件技術(shù)的進(jìn)步帶動整機(jī)性能和可靠性的提高。小型挖掘機(jī)的液壓
系統(tǒng)中泵、閥、馬達(dá)等關(guān)鍵技術(shù)、工藝和知識產(chǎn)權(quán)基本掌握在日本、德國等少數(shù)
國家的廠商手中，采購成本約占據(jù)了整機(jī)成本的 40％。與挖掘機(jī)相配套的小型
發(fā)動機(jī)技術(shù)也掌握在日本、美國、德國等發(fā)達(dá)國家手中。隨著國內(nèi)小挖市場的持
續(xù)升溫，國產(chǎn)小挖關(guān)鍵配套件缺失的矛盾進(jìn)一步升級。制約我國工程機(jī)械品質(zhì)提
升的一個重要因素，就是基礎(chǔ)配套件的落后以及上游供應(yīng)鏈的薄弱。迫于競爭的
加劇，挖掘機(jī)制造企業(yè)對配套件質(zhì)量的要求越來越高，國產(chǎn)小挖企業(yè)幾乎都選擇
進(jìn)口的關(guān)鍵零部件。從國外進(jìn)口零部件，不僅供貨期不能保證，導(dǎo)致企業(yè)無法進(jìn)
一步提高產(chǎn)量。同時，從國外采購的全套液壓系統(tǒng)，占到了整機(jī)成本的 30％ ，
而且價格沒有商量的余地。加上售前、售后服務(wù)不到位等因素，大大制約了國產(chǎn)
小挖的快速發(fā)展。
二、進(jìn)口二手挖掘機(jī)對國內(nèi)小型挖掘機(jī)行業(yè)的影響也很大。目前國內(nèi)存在大量
進(jìn)口的二手設(shè)備，以挖掘機(jī)數(shù)量最為巨大，其中包括了相當(dāng)比例的小型挖掘機(jī)，
對國內(nèi)本行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了相當(dāng)大的沖擊。
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第二章
液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置結(jié)構(gòu)方案設(shè)計
2.1 引言
單斗液壓挖掘機(jī)是裝有一只鏟斗并采用液壓傳動進(jìn)行挖掘作業(yè)的機(jī)械。它是
目前挖掘機(jī)械中重要的機(jī)種之一。
單斗液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程是以鏟斗(一般裝有斗齒)的切削刃切削土壤并
將土裝入斗內(nèi)，斗滿后提升。回轉(zhuǎn)至卸上位置進(jìn)行卸土，卸空后鏟斗再轉(zhuǎn)回并下
降到地面進(jìn)行下一次挖掘。當(dāng)挖掘機(jī)挖完一段土后，機(jī)械移動一段距離，以便繼
續(xù)作業(yè)。
因此單斗液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的自行式土方機(jī)械。
2.2 液壓挖掘機(jī)的基本組成分析與工作原理
單斗液壓挖掘機(jī)為實現(xiàn)周期性作業(yè)的要求，設(shè)有下列基本組成部分:工作裝
置、回轉(zhuǎn)裝置、動力裝置、傳動操縱機(jī)構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備等。常用的全回
轉(zhuǎn)式(轉(zhuǎn)角>3600)挖掘機(jī)，其動力裝置、傳動機(jī)構(gòu)的主要部分、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、輔助
設(shè)備和駕駛室等都在轉(zhuǎn)臺上，稱上部轉(zhuǎn)臺。因而這種挖掘機(jī)也可概括為由工作裝
置、上部轉(zhuǎn)臺和行走裝置三大部分組成，而挖掘機(jī)的基本性能決定于各部分的構(gòu)
造、性能及其綜合的效果。
圖 2-1 為液壓挖掘機(jī)基本組成及傳動示意圖，如圖所示，柴油機(jī)驅(qū)動液壓泵 ，
操縱分配閥，將高壓油送給各液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))驅(qū)動相應(yīng)的機(jī)構(gòu)
進(jìn)行工作。
液壓挖掘機(jī)的工作裝置采用連桿機(jī)構(gòu)原理，各部分的運動通過液壓缸的伸縮
來實現(xiàn)。
反鏟工作裝置由鏟斗 1、斗桿 2、動臂 3、連桿 4 及相應(yīng)的三組液壓缸 5. 6. 7
組成。動臂下鉸點鉸接在轉(zhuǎn)臺上，通過動臂缸的伸縮，使動臂連同整個工作裝置
繞動臂下鉸點轉(zhuǎn)動。依靠斗桿缸使斗桿繞動臂的上鉸點轉(zhuǎn)動;而鏟斗鉸接于斗桿
前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點轉(zhuǎn)動。
挖掘作業(yè)時，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時操
縱動臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮;動臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗
缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸
和斗桿缸停動并操縱動臂缸大腔進(jìn)油，使動臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作
裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后 ，
工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)。
在實際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的不同 ，
反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。上述過程
僅為一般的理想過程。
總之，液壓挖掘機(jī)采用三組液壓缸使工作裝置具有三個自由度，鏟斗可實現(xiàn)
有限的平面轉(zhuǎn)動，加上液壓馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn)運動，使鏟斗運動擴(kuò)大到有限的空間，
再通過行走馬達(dá)驅(qū)動行走(移位)，使挖掘空間可沿水平方向得到間歇地擴(kuò)大，從
而滿足挖掘作業(yè)的要求。
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圖 2-1 液壓挖掘機(jī)基本組成及傳動示意圖
1-鏟斗 2 斗桿 3-動臂 4-連桿 5、6、7-液壓油缸
Ⅰ-挖掘裝置 Ⅱ-回轉(zhuǎn)裝置 Ⅲ-行走裝置
2.3 反鏟工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
工作裝置是液壓挖掘機(jī)的主要組成部分之一。反鏟裝置是中小型液壓挖掘機(jī)
的主要工作裝置，也是建筑型挖掘機(jī)的主要工作裝置。
2.3.1 結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)特點
(1)動臂及斗桿的結(jié)構(gòu)形式
由于整體式彎動臂結(jié)構(gòu)簡單、價廉，剛度相同時結(jié)構(gòu)重量較組合式動臂輕，
并且有利于得到較大的挖掘深度，故該反鏟液壓挖掘機(jī)采用整體式彎動臂。同時
采用整體式可調(diào)節(jié)斗桿以增大作業(yè)適應(yīng)性。
(2)動臂及斗桿油缸的布置
動臂油缸裝于動臂的前下方，下支承點設(shè)在轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心之前，并稍高于轉(zhuǎn)
臺平面。兩動臂油缸活塞桿分別鉸接動臂兩側(cè)，在結(jié)構(gòu)上有加筋保證強(qiáng)度。而斗
桿油缸鉸接于動臂上端，活塞桿鉸接于斗桿大端。
(3)鏟斗與鏟斗油缸的連接方式
鏟斗油缸通過搖桿和連桿與鏟斗相連，它們與斗桿一起組成六連桿機(jī)構(gòu)，因
此較四連桿連接方式在相同的油缸行程下能得到較大的鏟斗轉(zhuǎn)角，改善了機(jī)構(gòu)的
傳動特性。
(4)鏟斗的結(jié)構(gòu)特點
由于鏟斗的作業(yè)對象繁多，作業(yè)條件也不同，鏟斗結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)的合理選
擇對挖掘機(jī)的作業(yè)效果影響很大。采用切削前緣齊平，帶側(cè)齒，側(cè)壁微凸形鏟斗
以增大對巖石的作業(yè)效果。
2.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的選擇
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裝置設(shè)計）
反鏟方案選擇的主要依據(jù)是設(shè)計任務(wù)書規(guī)定的使用要求，據(jù)以決定工作裝置
是通用或是專用的。以反鏟為主的通用裝置應(yīng)保證反鏟使用要求，并照顧到其他
裝置的性能。專用裝置應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件決定結(jié)構(gòu)方案，在滿足主要作業(yè)條件要求
的同時，照顧其他條件的性能。
反鏟裝置總體方案的選擇包括以下方面：
(1)動臂及動臂油缸的布置
確定用組合式或整體式動臂，以及組合式動臂的組合方式或整體式動臂的形
狀。確定動臂油缸的布置為懸掛式或是下置式。本設(shè)計采用整體式動臂，動臂彎
角 a1 = 150° (其推薦范圍：150°～170°)，動臂油缸采取下置式布置。
(2)斗桿及斗桿油缸的布置
確定用整體式或組合式斗桿，以及組合式斗桿的組合方式或整體式斗桿是否
采用變鉸點調(diào)節(jié)。本設(shè)計采用整體式斗桿，不采用變鉸點調(diào)節(jié)。
(3)確定動臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù) k1 = l1
l 2
。
對于一定的工作尺寸而言，動臂與斗桿之間的長度比可在很大范圍內(nèi)選擇。
一般當(dāng) k1>2 時稱為長動臂短斗桿方案，當(dāng) k1<1.5 時屬于短動臂長斗桿方案。k1
在 1.5-2 之間稱為中間比例方案。本設(shè)計特性參數(shù) k1 = l1
l 2
=1.46，從作業(yè)范圍
來看，在挖高、挖深、挖掘半徑均相同的條件下，k1 越大，工作范圍越窄。從挖
掘方式來看，k1 大宜用于斗桿挖掘為主，因其剛度易保證。而 k1 值小宜用于鏟
斗挖掘為主等。
(4)確定配套鏟斗的種類，斗容量及其主要參數(shù)。
根據(jù)設(shè)計要求本設(shè)計選定其斗容量為 0.2m3。
2.4 本章小結(jié)
本章首先介紹了液壓挖掘機(jī)的整體組成及工作原理，重點分析了反鏟工作裝
置結(jié)構(gòu)組成和工作特點，然后分別對各機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的選擇，以便借助于電
子計算機(jī)及相關(guān)資料進(jìn)行方案比較和參數(shù)選擇。
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
第三章
工作裝置的主要參數(shù)選擇及驗算
3.1 工作裝置的設(shè)計原則與參數(shù)說明
反鏟裝置的合理設(shè)計問題至今尚未理想的解決。以往多按經(jīng)驗，采取統(tǒng)計和
作圖試湊的方法，現(xiàn)在盡可能采用數(shù)解分析方法，并利用電子計算機(jī)輔助設(shè)計。
3.1.1 工作裝置的設(shè)計原則
設(shè)計合理的工作裝置應(yīng)滿足下列要求：
(1)主要工作尺寸及作業(yè)范圍能滿足使用要求。在設(shè)計通用反鏟裝置時要考
慮與同類型，同等級及其相比的先進(jìn)性，考慮國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并注意到運動參
數(shù)受結(jié)構(gòu)碰撞限制等的可能性。
(2)整機(jī)挖掘力的大小及其分布情況應(yīng)滿足使用要求，并具一定的先進(jìn)性。
(3)功率利用情況盡可能好，理論工作循環(huán)時間盡可能短。
(4)確定鉸點布置，結(jié)構(gòu)型式和截面尺寸形狀時盡可能使受力狀態(tài)有利。在
保證強(qiáng)度，剛度和連接剛性的條件下盡量減輕結(jié)構(gòu)自重。
(5)作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時應(yīng)考慮工作裝置的通用性。采用變鉸點
構(gòu)件或配套構(gòu)件時要注意分清主次。在滿足使用要求的前提下力求替換構(gòu)件種類
少，結(jié)構(gòu)簡單，換裝方便。
(6)運輸或停放時工作裝置應(yīng)有合理的的姿態(tài)，使運輸尺寸小，行駛穩(wěn)定性
好。保證安全可靠，并盡可能使油缸卸載或減載。
(7)工作裝置油缸設(shè)計應(yīng)考慮三化，采用系列參數(shù)，盡可能減少油缸零件種
類，尤其是易損件的種類。
(8)工作裝置的結(jié)構(gòu)型式和布置要便于裝拆和維修，尤其應(yīng)便于易損壞的更
換。
(9)采用合理措施來滿足特殊使用要求。
3.1.2 機(jī)構(gòu)自身的幾何參數(shù)
機(jī)構(gòu)的自身幾何參數(shù)有三類：第一類是決定機(jī)構(gòu)運動特性的必要參數(shù)，稱原
始參數(shù)，這里主要選擇長度參數(shù)作為原始參數(shù)；第二類是由第一類參數(shù)推算出來
的參數(shù)，稱推倒參數(shù)，多為運算中需要的角度參數(shù)；第三類是作方案分析比較所
需要的其他特性參數(shù)。反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)的計算簡圖及相關(guān)符號見圖 3-1
所示。
表 3-1
反鏟機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)
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參
數(shù)
分
類
機(jī)構(gòu)參數(shù)組成
鏟斗
斗桿
動臂
機(jī)體
符號意義
小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
原
始
參
數(shù)
L3=QV， l12=MH
l13=MN，l14=HN
l24=QK，l25=KV
l29=KH
L2=FQ ， l10=FG ， L1=CF，l6=CD
l11=EG, l15=GN ， l7=CB，l8=DF
l16=FN l22=BF.
l4=CP，l5=CA
α9=∠NMH，
α4=∠EFG，
α2=∠BCF
α11=∠CAP
推
α10=∠ KQV
α5=∠GNF
α3=∠DFC
α12=∠ACP
導(dǎo)
參
數(shù)
α6=∠GFN
α7=∠NQF
α8=∠NFQ
特
K2=l24/l3， L3
K5=l2/l9， L2
L1
α11
性
參
數(shù)
α1=∠CFU
σ=L7/L5
K1=L1/L2
備
注
L2 為斗桿長
L1 為動臂長
α1 為動臂轉(zhuǎn)角
下置式
圖 3-1 反鏟工作裝置機(jī)構(gòu)自身幾何參數(shù)計算簡圖
3.2 斗型參數(shù)的選擇
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
斗容量 q，平均斗寬 B，轉(zhuǎn)斗挖掘半徑 R 和轉(zhuǎn)斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角 2? （令
2? =? max）
是鏟斗的四個主要參數(shù)。R,B 及 2? 三者與 q 之間有以下幾何關(guān)系
（3—1）
式中
q—標(biāo)準(zhǔn)斗容量即堆尖斗容, q = 0.2m3 ;
B—平均斗寬，查表 2—6，選取 B=750mm；
R—轉(zhuǎn)斗挖掘半徑；
—土壤松散系數(shù)，取 1.25；
—挖掘裝滿角，全面考慮有關(guān)因素，可以取 2? =90o～100o，取 2? =96o。
將以上各值代入式(3—1)，計算得 R = 790mm ≈ 800mm。
鏟斗上兩個鉸點 K 和 Q 的間距
太大將影響鏟斗機(jī)構(gòu)的傳動特性，太小
則影 響 鏟 斗 結(jié) 構(gòu) 剛 度 ， 一 般 取 特 性 參 數(shù) k 2 =
l 24
l 3
=
KQ
QV
= 0.3 ~ 0.38
。取
.
則 KQ = 0.375QV
= 0.375×800 = 300mm
一般地，取 a10 = ∠KQV = 95° ~ 115° ，取 a10 = 1000
3.3 動臂機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇
確定動臂與斗桿的長度比，即特性參數(shù) K1 = l1
l2
。對于一定的工作尺寸而言，
動臂與斗桿的長度比可以在很大的范圍內(nèi)選擇。由樣機(jī)，初選 K1 = 1.46。
據(jù)統(tǒng)計，最大挖掘半徑 R1 值一般與 l1 + l 2 + l3 的和值很接近。因此由要求的
R1 ，已定的 l3 和 K1可按下列近似經(jīng)驗公式初選 l1和 l 2 ：
l 2 =
R1 ? l 3
1+ K1
(3—2)
l1 = K1l2
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
由原始參數(shù)給定最大挖掘半徑為 R1 = 5500mm ， l3 = R = 800mm
代入公式（3—2）得 l 2 =1810mm， l1=2610mm。
動臂液壓缸全伸與全縮時的力臂比
按不同情況選取，以反鏟為主的通用
挖掘機(jī)要適當(dāng)顧及其他換用裝置要求在地面以上作業(yè)時有足夠的提升力矩可取
K 4 =0.8~1.1。
初選 K 4 =0.9。
a11的取值對參數(shù)特性 K4 ，最大挖掘深度 H1max 有影響。加大 a11 會使 K 4 減
小或使 H1max 增大，這正符合反鏟作業(yè)要求。因此基本用作反鏟的小型機(jī)取 a11 ＞60
°，有的甚至取 a11＞80°。初選 a11=80°。
根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力，流量，系統(tǒng)回路，供油方式，工廠制造條件和三
化的要求等確定液壓缸的伸縮比λ。增大液壓缸伸縮比 ?1 可以增大動臂的轉(zhuǎn)角
? max ，但由于受油缸穩(wěn)定性的限制， ?1 一般取 1.6~1.7。初選動臂液壓缸的伸縮
比 ?1 =1.67。
由機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗系數(shù)表及線尺寸參數(shù)公式：
（3—3）
由公式（3—3）可得 l 5=AC=560mm
如圖 3—1。
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
圖 3—1 AC 計算簡圖
動臂及動臂液壓缸鉸點的幾何關(guān)系可按圖 3—2 用公式表達(dá)：
由樣機(jī)，初選無因次比例系數(shù)ρ=0.5，則由 ? =
l 5
l1min
可得 L1min =1120mm,
動臂在上極限位置時由△ CAB1得
(3—4）
（3—5）
圖 3—2
動臂和動臂液壓缸鉸點位置的幾何關(guān)系
動臂在下極限位置時由△ CAB 得
（3—6）
（3—7）
又由△ CAB1得
l 5
sin ?
L
= 1max
sin a
∴ sin ? =
l5
L1max
sin a
由△ CAB 得
l5
sin ?
L
= 1max
sin a
∴ sin ? =
l 5
L1max
sin a
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
于是動臂在上，下極限位置時液壓缸作用力臂相應(yīng)為
力臂比 K 4 =
e z
e0
=
L1max 1 ? p 2
L1max 1? M 2
=
1 1? p 2
? 1? M 2
= 0.9
（3—8）
取無因次比例系數(shù) ? =
l5
L1min
，ó =
l7
L1min
，把它們代入式（3—5）和式（3—7） ，
得出
p =
ó 2 + ? 2 ? 12
2ó?
M =
ó 2 + ? 2 ? ?2
2ó?
（3—9）
將式（3—9）代入式（3—8）得
ó = 1.4
由式（3—9）,（3—6）,（3—7）得
l 7 = 1568 mm
從△ CAB 和△ CAB1中可以看到 ó , ? ,? 之間的關(guān)系：
ó + ? = 1.9 > ? = 1.67 ；
ó ? ? = 0.9 < 1。符合要求
ó 大于 ? ，此時 l7 > l5 。懸掛式動臂連接方案即屬于此類。
由式（3—4）和（3—6）得
顯然，動臂的擺角為 a -á = 84°
斗桿液壓缸全縮時 ∠CFQ = a32 ? a8 最大，常選（a32 ? a8 ) max = 160 ° ~ 180° 。
初選（a32 ? a8 ) max = 170°。
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
當(dāng)懸掛式動臂液壓缸全縮，斗桿液壓缸全縮，QV 連線處于垂直狀態(tài)時可以得
到最大卸載高度狀態(tài)，如圖 3—3。
由圖知最大卸載高度的表達(dá)式為：
H 3max = Yc + sin( a11 ? è1min ? a2 ) + l 2 sin( a32max ? è1min ? a8 + a11 ? a2 ? 180° ) ? l3
(3-10)
初選 a1 = 130° ，則
圖 3—3 最大卸載高度計算簡圖
由正弦定理得，
l1
sin a1
=
l 22
sin a 2
，因此 a 2 = 23° , a39 = 180 ° ? a1 ? a2 ? 27°
將以上所得代入式（3—10）可得Y c = 780 mm
當(dāng)懸掛式動臂液壓缸全伸，F(xiàn)QV 三點同直線并處于垂直狀態(tài)時可以得到最大
挖掘深度狀態(tài)，如圖 3—4。
由圖知最大挖掘深度的表達(dá)式為：
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
圖 3—4 最大挖掘深度計算簡圖
3.4
斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇
確定斗桿液壓缸的鉸點位置，行程及力臂比時應(yīng)考慮以下因素：
1.保證斗桿液壓缸產(chǎn)生足夠的斗齒挖掘力。一般來說希望液壓缸在全行程中
產(chǎn)生的斗齒挖掘力始終大于正常挖掘阻力；液壓缸全伸時的作用力矩應(yīng)足以支承
滿載斗和斗桿靜止不動；液壓缸作用力臂最大時產(chǎn)生的最大斗齒挖掘力應(yīng)大于要
求克服的最大挖掘阻力。
2.保證斗桿液壓缸有必要的閉鎖能力。對于以轉(zhuǎn)斗挖掘為主的中小型反鏟，
選擇斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)時必須注意轉(zhuǎn)斗挖掘時斗桿液壓缸的閉鎖能力，要求在主要挖
掘區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)斗液壓缸的挖掘力能得到充分的發(fā)揮。
3.保證斗桿的擺角范圍。斗桿擺角范圍大致在 105°~125°之間。在滿足工作
范圍和運輸要求的前提下此值應(yīng)盡可能取的小些。一般說斗桿愈長，其擺角范圍
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
也可稍小。當(dāng)斗桿液壓缸和轉(zhuǎn)斗液壓缸同時伸出最長時，鏟斗前臂與動臂之間的
距離應(yīng)大于 10cm。
斗桿上 ∠EFQ 的大小取決于結(jié)構(gòu)因素，并考慮到工作范圍一般在130° ~ 170°
之間。
本設(shè)計取 ∠EFQ = 140 ° 。
參考國內(nèi)同類機(jī)型機(jī)器斗桿挖掘力值
，按要求的最大挖掘力確
定斗桿液壓缸的最大作用力臂
。初選斗桿液壓缸缸筒內(nèi)徑為 140mm，桿徑為
80mm，伸縮比 ?2 = 1.67。可查得，液壓缸的推力為 215.46KN，拉力為 145.04KN。
e2 max = l 9 =
則 e2 max = l 9 =
PG max ( l2 + l3 )
P2
40× (1810 + 800 )
215.46
= 484.5mm
（3—11）
斗桿的擺角在105°～125°之間，取 ? 2max = 110°
斗桿液壓缸初始力臂 e20 與最大力臂 e2 max 之比是斗桿擺角? 2max 的余弦函數(shù)。
設(shè) e20 = e2 Z ，則
可見 l9 已定時 ? 2max 愈大， e20 和 e2 Z 就愈小。如圖 3—5 所示，平均挖掘力也就越
小。
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
圖 3—5
由圖 3—5，取 e20 = e2 Z ，求得
斗桿機(jī)構(gòu)參數(shù)計算簡圖
l 2min =
? 2max
2
?2 ?1
= 1185mm
l 2max = 1978.5mm
l8 = l 22min + l92 ? 2l 2min l 9 cos
e + ?2 max
2
(3—12)
將所得結(jié)果代入式(3—12)得
挖掘機(jī)在最大卸載高度處，斗桿液壓缸全縮,此時
3.5
鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇
作機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇時，已知
待選的參數(shù)還有 7 個（見圖 3—6）即
。
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2l9sin
小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
圖 3—6
鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇
如前所述，鏟斗在挖掘過程中的轉(zhuǎn)角大致為 90°~100°，為了要滿足開挖和
最后卸載及運輸狀態(tài)的要求，鏟斗的總轉(zhuǎn)角往往要達(dá)到 150°~180°，本設(shè)計初
選? 3max = 160° 。
如圖 3—7 所示，設(shè) l3 = l3 min 時斗齒尖為 V0 ，則V0肯能在 FQ 延長線上，或者在其
上側(cè)的 0°~30°處，本設(shè)計初選V0 在其上側(cè) 15°處，此時 ⊥ V 0QV1 為仰角。
圖 3—7 鏟斗機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇要求
鏟斗液壓缸伸縮比應(yīng)當(dāng)在允許的范圍內(nèi)，對鏟斗機(jī)構(gòu)可取 ? 3 = 1 .45 ~ 1 .65 。
本設(shè)計初選 ?3 = 1.46。
由圖得， MM 1 = S = 517mm ，即轉(zhuǎn)斗液壓缸的行程。則
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
則可測的 ∠GFQ = 60° , GF = 567mm。
由結(jié)構(gòu)確定 G 點位置，必須保證鏟斗六連桿機(jī)構(gòu)在 l3 全行程中任一瞬時都不會被
破壞，即保證 ?GFQ, ?GNM 在任何瞬時都成立。l3 全行程中機(jī)構(gòu)都不應(yīng)出現(xiàn)死點 ，
且傳動角應(yīng)在允許的范圍內(nèi)。在任何瞬間各構(gòu)件之間都不應(yīng)有干涉，碰撞現(xiàn)象。
3.6 本章小結(jié)
前述機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇計算是初步的。所謂“設(shè)計要求”只考慮了工作尺寸和
各油缸的作用力矩及其變化規(guī)律兩方面。接著應(yīng)考察各油缸作用力矩的均衡性，
整機(jī)挖掘穩(wěn)定性，整機(jī)與地面的附著性，滿足結(jié)構(gòu)和布置的可能性等，以綜合比
較各初選方案，從而確定最佳的機(jī)構(gòu)參數(shù)。
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
第四章 液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置受力分析
4.1 引言
本章主要討論液壓挖掘機(jī)反鏟裝置設(shè)計計算時工況及計算位置的選擇，載荷
的分析和計算圖式等。
工作裝置主要由鏟斗，斗桿，動臂以及連桿機(jī)構(gòu)的各種工作由缸組成。對這
些結(jié)構(gòu)件的分析計算，首先應(yīng)確定各結(jié)構(gòu)的最不利工況，即在這工況下對某一結(jié)
構(gòu)件可能出現(xiàn)的最大應(yīng)力，以這工況作為設(shè)計該結(jié)構(gòu)的依據(jù)，也就是強(qiáng)度設(shè)計中
計算位置的選擇，計算圖式和載荷的確定問題。
由于影響挖掘機(jī)挖掘力的因素很多，如三個工作油缸的匹配，整機(jī)穩(wěn)定問題
等，并且同樣的反鏟裝置還有較多的形式，因此對計算位置的選擇，看法很不一
致，更無統(tǒng)一的規(guī)定。隨著電子計算機(jī)的普及應(yīng)用，目前已有可能對挖掘機(jī)的所
有工況及其挖掘過程中指定的千百個位置進(jìn)行作用力分析和對各結(jié)構(gòu)件進(jìn)行較
多的可能危險斷面進(jìn)行應(yīng)力計算，再結(jié)合樣機(jī)的應(yīng)力測試，使工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)
計有可能得到比較可靠而又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀。
4.2
動臂液壓缸的作用力計算
動臂液壓缸應(yīng)保證反鏟作業(yè)過程中在任何位置上都能提起帶有滿載鏟斗的
工作裝置達(dá)到最高和最遠(yuǎn)的位置?？蛇x用三個計算位置：
1.從最大挖掘深度處提起滿載斗（圖 4—1 a）
2.最大挖掘半徑時舉起滿載斗（圖 4—1 b）
3.最大卸載高度時提起滿載斗（圖 4—1 c）
根據(jù)斗容量查參考資料確定工作裝置各部分重量：
表 4-1 反鏟裝置的構(gòu)造近似質(zhì)量表
4.2.1.從最大挖掘深度處提起滿載斗
表 4-2 最大挖掘深度處各重量的近似力臂值表（mm）
土
動臂
斗桿
鏟斗
斗桿缸 鏟斗缸
連桿搖桿
動臂缸
力臂
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斗容
動臂
斗桿
鏟斗
斗桿缸
鏟斗缸
連桿搖桿
動臂缸
0.2
0.223
0.179
0.086
0.055
0.051
0.017
0.055
小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
1703
1253
2163
1873
1613
2323
2093
743
429
由
有：
圖 4—1 動臂液壓缸的作用力計算簡圖
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
4.2.2.從最大挖掘半徑處提起滿載斗
表 4-3 最大挖掘半徑處各重量的近似力臂值表（mm）
由 M c = 0
有：
4.2.3.從最大卸載高度處提起滿載斗
表 4-4 最大卸載高度處各重量的近似力臂值表（mm）
由 M c = 0
有：
4.3 液壓缸的閉鎖壓力計算
確定合理的液壓缸閉鎖能力是保證挖掘力得到充分發(fā)揮的條件之一。在挖掘
范圍內(nèi)當(dāng)工作裝置處于不同位置時各液壓缸所受到的被動作用力值也不同，要全
面地確定各位置下的液壓缸被動作用力，既很繁瑣，又無必要。一般常選定幾個
反鏟作業(yè)主要工況作為計算位置來計算各液壓缸應(yīng)有的閉鎖力，使之在該工況下
不發(fā)生液壓缸被動回縮或伸長的現(xiàn)象，從而保證了工作液壓缸作用力的發(fā)揮。
根據(jù)參考資料
初選動臂液壓缸一支，缸徑 140mm，桿徑 80mm。則動臂液壓缸大腔推力 246.2KN，
動臂液壓缸小腔推力 165.8KN，
初選斗桿液壓缸一支，缸徑 100mm，桿徑 50mm。則斗桿液壓缸大腔推力 125.6KN，
斗桿液壓缸小腔推力 94.2KN，
第 22 頁
共 66 頁
土
動臂
斗桿
鏟斗
斗桿缸
鏟斗缸
連桿搖桿
動臂缸
力臂
4050
1200
3010
4340
1540
3830
4540
490
542
土
動臂
斗桿
鏟斗
斗桿缸
鏟斗缸
連桿搖桿
動臂缸
力臂
3953
773
2393
4153
943
3043
4063
193
403
小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
初選鏟斗液壓缸一支，缸徑 100mm，桿徑 50mm。則鏟斗液壓缸大腔推力 125.6KN，
鏟斗液壓缸小腔推力 94.2KN，
為確定各液壓缸的閉鎖壓力，選用以下三個計算位置：
1.動臂處于最低位置，斗桿呈垂直狀態(tài)，轉(zhuǎn)斗挖掘，其作用力臂為最大（圖 4—2）。
因此鏟斗液壓缸產(chǎn)生的挖掘力為最大，挖掘阻力對動臂鉸點 C，斗桿鉸點 F 所造
成的力矩均接近最大值，而動臂液壓缸的力臂值為最小。
表 4-5 第一種工況時各作用力的近似力臂值表（mm）
轉(zhuǎn)斗液壓缸挖掘力
可通過對 Q 點的力矩平衡方程求得：
從可能出現(xiàn)的最不利的情況出發(fā)，假設(shè)存在法向阻力，其值取
各力對 F 點取矩，可得到斗桿液壓缸所受的被動作用力
＇
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共 66 頁
233
269
215
127
174
1487
1677
1873
2000
1233
3927
253
429
418
小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
圖 4—2
第一種工況液壓缸閉鎖壓力計算簡圖
其中， G2 —斗桿，轉(zhuǎn)斗液壓缸及連桿機(jī)構(gòu)總重
＇使斗桿液壓缸受壓縮（液壓缸的大腔為高壓腔）。假設(shè)此時限壓閥調(diào)定壓
力等于液壓缸的工作壓力，則大腔的閉鎖力等于其作用力 125.6KN，而小于
＇
=128KN，顯然液壓缸會回縮。
為了防止液壓缸回縮，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力，超出的百分比
為：
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小型液壓挖掘機(jī)設(shè)計（工作裝置設(shè)計）
同樣對動臂在平臺上的支撐點 C 取矩，求得動臂液壓缸所受的被動作用力 P1 ＇
＇使動臂液壓缸受壓縮（液壓缸的大腔為高壓腔）。假設(shè)此時限壓閥調(diào)定壓力
等于液壓缸的工作壓力，則大腔的閉鎖力等于其作用力 246.2KN，而小于
＇
=249.7KN，顯然液壓缸會回縮。
為了防止液壓缸回縮，限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于液壓缸工作壓力，超出的百分比
為：
2.動臂處于最低位置，斗桿與動臂鉸點 F，斗與斗桿鉸點 Q，斗齒尖 V