第二章挖掘装置运动学及动力学分析2.1挖掘装置的结构及工作特点挖掘装载机反铲工作装置的结构，其基本型式见图2-1所示。图2-1反铲结构简图工作特点：反铲工作装置主要用于挖掘停机面以下的土壤，其挖掘轨迹决定于各液压缸的运动及其相互配合的情况。当采用动臂液压缸工作进行挖掘时(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系以动臂下铰点C为中心，斗齿尖V至C的距离|CV|为半径而作的圆弧线，其极限挖掘高度和挖掘深度(不是最大挖掘深度，分别决定于动臂的最大上倾角和下倾角(动臂对水平线的夹角，也即决定于动臂液压缸的行程由于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。当仅以斗杆液压缸工作进行挖掘时，铲斗的挖掘轨迹系以动臂与斗杆的铰点F为中心，斗齿尖V至F的距离|FV|为半径所作的圆弧线，同样，弧线的长度与包角决定于斗杆液压缸的行程。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，故中小型挖掘机构在实际工作中常以斗杆挖掘进行工作。反铲装置如果仅以铲斗液压缸工作进行挖掘时，挖掘轨迹则为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|为半径所作的圆弧线。同理，圆弧线的包角(铲斗的转角及弧长决定于铲斗液压缸的行程（|GH|–|GH|）。显然，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以保证能够挖掘较大厚度的土壤。所以，一般挖掘机构的斗齿最大挖掘力都在采用铲斗液压缸工作时实现。用铲斗液压缸进行挖掘常用于清除障碍，挖掘较松软的土壤以提高生产率，因此在一般土方工程机械中(土壤多为Ⅲ级土以下，转斗挖掘最常采用。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，并且要求有较陡而且平整的基坑壁时，需要采用动臂与斗杆两种液压缸的同时工作；当挖掘到坑底时，挖掘行程将结束，为加速将铲斗装满土，以及挖掘过程需要改变切削角，需要采用斗杆与铲斗液压缸同时工作。当然，这种动作能否实现还取决于液压系统的设计。当反铲装置的结构形式及尺寸已定时，即可用作图法求出挖掘包络图，即挖掘机构在工作位置时，所能控制到的作业范围。对反铲工作装置而言，包络图中可能有部分区域靠近甚至深入到挖掘机构停机点以下，这一范围的土壤虽能挖及，但可能引起土壤的崩塌而影响作业的稳定性和安全性，除有条件的挖沟作业外，一般不使用。挖掘机构的最大挖掘力除决定于液压系统的压力、液压缸的尺寸，以及各液压缸间作用力的影响(液压缸闭锁能力的限制外，还受整机稳定性和附着性的影响。因此，工作装置不可能在任何位置都能发挥其最大挖掘力。反铲工作装置一般采用转斗卸土，卸载较准确、平稳，便于装车工作。2.2挖掘机构的设计原则1.满足主要工作尺寸及作业范围的要求，在设计时应考与同类机型相比时的先进性，性能与主参数应符合国家标准之规定。2.满足整机挖掘力大小及分布情况的要求。3.功率利用情况好，理论工作循环时间短。4.确定各铰点布置，结构形状应尽可能使受力状态有利，在保证刚度和强度的前提下,重量越轻越好。5.应考虑到通用性和稳定性。6.运输或停放时应有合理的姿态。7.液压缸设计应考虑到三化，采用系列参数。8.工作装置应安全可靠，拆装维修方便。9.满足特殊使用要求。2.3挖掘机构运动学分析2.3.1动臂机构参见图2-1，反铲工作考虑到主要作业区域在地面以下，为有利于挖深，一般常选用弯动臂，考虑到动臂强度，弯角α一般不宜太小，推荐取120°~140°。角度α一般不小于45°，同样有利于地面以下作业。初步设计常取K=L/L，（ZF/ZC）=1.1~1.3或B、Z点重合，考虑到变形的需要可取K=1.1~1.9为结构的宜于实现，动臂的仰角一般不大于45°，俯角一般不小于-52°，保证△ABC在运动过程中均成立。考虑到动臂液压缸的稳定性，一般常取伸缩比为:λ=1.6～1.7，对通用式挖掘机构常取:L=(0.5～0.6·L，动臂与斗杆的长度比K=l/l，可在很大范围内变动，一般为:K＞2称为长动臂短斗杆方案；K＜1.5...
