1前言挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛地使用，如工业与民用建筑、农田改造、交通运输、矿山采掘、水利电气工程、以及现代化军事工程等等行业的机械化施工中根据统计，一般的工程施工中约有60%的土方量、露天矿山中80%的剥离量和采掘量是使用挖掘机来完成的在上世际末，随着我国经济的持续发展和基础建设投入的加大，对挖机的需求加大进口挖机急剧上升另外国外著名产家纷纷到国内合资或独资建厂，主要有小松山推、合肥日立、卡特徐州、成都神钢、常州现代、大宇重工等，国外产家的进口或合资的销售额占到国内总销售额的70%～80%合资产品的主要型号有：小松山推PC系列、合肥日立ZX系列、卡特徐州320B系列、成都神钢SK系列、常州现代R系列、大宇重工DH系列近年来，随着我国深入地进行基础建设和挖掘机在建设中被广泛地应用，挖掘机的市场前景非常广泛，因此很有必要积极的发展适合我国国情的挖掘机然而在挖掘机中工作装置是十分重要的组成部分，对其研究和设计是对整机开发的基础单斗液压挖掘机工作装置是一个较复杂的空间机构，国内外对其机构、运动分析和结构参数优化设计方面都作了大量的研究，其中的许多技术已经很成熟了而关于单斗液压挖掘机有关书籍也很多，这些书籍从不同角度对工作装置的设计进行了阐述。
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、斗杆11、连杆9、动臂2、以及1, 4,10等三组相应的液压油缸组成由于动臂得下铰点铰与转台相连，通过动臂油缸的伸缩，使动臂以及整个工作装置都围绕动臂下铰点来转动而斗杆靠斗杆缸使斗杆围绕动臂的上铰点摆动，相似的铲斗也铰接于斗杆得前端，依靠铲斗油缸得伸缩来时铲斗围绕斗杆转动在挖掘作业时，通过驱动回转马达使转台转动，从而令工作装置回转到正确的挖掘位置，同时操纵动臂油缸的无杆腔进油使液压油缸收缩，动臂下降到铲斗接触地面以后再操纵斗杆油缸或铲斗油缸，液压油缸无杆腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘或者装载工作铲斗装满后，铲斗油缸和斗杆油缸停动并操纵动臂油缸无杆腔进油，使动臂上升，然后转动回转马达，使工作装置转到相应的卸载位置，再操纵铲斗油缸或者斗杆油缸收缩，使铲斗翻转进行卸载卸载完毕后工作装置再转至下一个挖掘位置进行第二次循环挖掘。
但是在实际得挖掘作业之中，由于挖掘面条件、土质及挖掘机液压系统的不一样等情况，反铲装置的三种液压油缸在挖掘循环中的动作配合可以是多种多样的以上描述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，简化得如图所示图2-2工作装置结构简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 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21 1-动臂； 2=动臂油缸图2-3 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2331-斗杆； 2-连杆机构； 3-铲斗图2-4 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） 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2） 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3） 要使物料易于卸尽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1.5～2.0之间，初步选取K1=1.7，即l3/l2=1.7。
2） 铲斗斗容与主参数的选择斗容在任务书中已经给出：q =0.8 m3按经验公式和比拟法初选：l3=1480mm工作装置的最大挖掘半径：R1=9875mm（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的选择要考虑到实际液压系统的工作压力初选动臂油缸内径D1=120mm，活塞杆的直径d1=80mm斗杆油缸的内径D2=120mm，活塞杆的直径d2=80mm铲斗油缸的内径D3=100mm，活塞杆的直径d3=60mm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=1450mm，铲斗油缸行程L3=1250mm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Pg=34.3MPa3运动学分析3.1动臂运动学分析图3-1动臂简图L1为动臂油缸长度，N为动臂与车体的铰点，Q为动臂油缸与车体的铰点，P为动臂油缸与动臂的铰点，L1min为动臂油缸的最短长度，L1max为动臂油缸的最大长度，C1为动臂两点与Q点连线的夹角，动臂伸长或缩短C1的大小值也随之改变在三角形QNP中：L1=l152+l162-2cosC1*l15+l16所以：C1=arccos[(l152+l162-L12)/(2*l15*l16)]在三角形PNH中(图1中)：l172=l152+l32-2*cosa17*l3*l15所以：a17=arccos[(l152+l32-l172)/(2*l3*l15)]H点坐标： XH=l3*cosa18 (注意当H点在N点上方时，a18为正值否则为负值) YH=l3*sina18N点坐标： XN=0 YN：由实际测量对比获得。
动臂油缸力臂：S1=l16*sin∠NQP所以：动臂油缸的最大作用力臂为S1max=l16，当令ξ=l15/l16这时：L1=sqr（l152-l162）=l16*sqr（ξ2-1）C1=arccos1/ξ3.2斗杆运动分析图3-2斗杆运动简图如图：G点位斗杆油缸与动臂的铰点，H位动臂与斗杆连接处的铰点，F是斗杆油缸和斗杆连接的铰点，斗杆下面（无铲斗油缸一侧）长度为l2既：HB，斗杆油缸长度为L2，C2为动臂与斗杆间的夹角.在三角形GMH中L22=l142+l132-2*cosC2*l14*l13C2=arccos[(l142+l132-2*cosC2*l14*l13)]由图中的集合关系可知： B2=C2max-C2min 所以，斗杆所用力臂：S2=lHG*∠MGH(HG即为l13)于是得斗杆的最大作用力臂为：S2max=l13这时，C2=arccos（l3/l4）,L2=sqr(l142-l132)3.3铲斗的运动分析图3-3铲斗简图F为铲斗油缸与斗杆的铰点，H是斗杆与动臂铰点，B点为铲斗与斗杆的铰点，A为铲斗的斗齿尖点，C为连杆与铲斗的铰点，E为曲柄与斗杆的铰点，D为曲柄与连杆的铰点。
3.3.1铲斗与连杆机构的传动比由图中可得：在三角形DFE中a9=∠DEF=arccos[（l92+l62-L32）/(2*l9*l6)]a11=∠DFE=arccos[(L32+l92-l62]/(2*L3*l9)]a10=∠EDF=兀-∠DEF-∠DFE=兀-a9-a11在三角形DBE中l182=l62+l72+2*cosa8*l6*l7所以:∠DEB=a8=arccos[(l62+l72-l18)/(2*l6*l7)]在三角形BDC中∠BDC=a7=arccos[（l52+l182-l232）/（2*l5*l8）]在四边形BCDE中∠EDC=∠EDB+∠BDC所以：铲斗油缸对E点作用力臂R1R1=l6*sina9连杆CD对E点作用力臂R2=l6*sina20且 已知R3=l23，R4=l1.所以：连杆机构的总传动比：i=（R1*R3）/（R2*R4）显然，由上式可知，i是铲斗油缸长度l2的函数，将l2两个端直l2max，l2min代入可以得到最终传动比i0，im.3.3.2 铲斗相对于斗杆的摆角为B3由上图中可知：铲斗在任一时刻的转角为：B3=a6+a19+a5+a2在三角形EHB中a6=∠HBE=arccos[(l22+l72-l82)/2*l2*l7]a10,a24,a2在后面的计算与设计中得到类同动臂与斗杆，当铲斗油缸最长或最短即为：L3max和L3min时，对应的铲斗最大转角C3max和C3min而B3=C3max-C3min3.3.3斗齿尖的运动分析图3-4斗齿运动简图如图所示，在坐标系中，斗齿尖A的坐标值XA和YA可以表示为L1，L2，L3的函数。
所以只、只需要推导出XA和YA的函数表达式，那么就可以知道整机的作业大体范围在H点可知：a24=∠NHE=2兀-a16-a15-a14-C2在三角形NMH中，∠NMH在后面的设计与计算中确定l142=l102+l32-2*cos∠NMH*l10*l3l102=l142+l32-2cosa16*l14*l13所以：a16=arccos[(l142+l32-l102)/(2*l14*l13)]在三角形MGH中L22=l142+l152-2*cosC2*l14*l15所以：斗杆在任意时刻的转角为：C2=arccos[(l142+l152-L22)/(2*l14*l15)]a4,a6在设计中确定在三角形NHE中：l22=sqr（l32+l82-2cosa24*l3*l8）在三角形NHB中l21=sqr（l32+l22-2cosa25*l3*l2）。