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履帶式液壓挖掘機的總體結構設計
摘 要
液壓挖掘機是工程機械的主要機種。本文著重于液壓挖掘機整機設計，即整機參數(shù)的計算，整機穩(wěn)定性計算，整機重心計算，底盤的設計以及履帶行走裝置的設計。設計思路是從挖掘機總體以及各部分的工作性能和動作要求入手，并以國內的質量和技術性能接近設計要求的挖掘機為基礎，研究國外的先進機型，開發(fā)出自己的整套液壓挖掘機。設計圖紙采用AutoCAD 繪制和手工繪制，經過認真地設計計算,查找資料撰寫設計論文。
本液壓挖掘機的優(yōu)點是伺服系統(tǒng)采用先導閥控制，操縱輕便，控制準確。除具有挖掘裝卸的功能外,還可以根據需要加裝不同的輔助設備，來進行抓物,鉆孔,推土,清溝,破碎等作業(yè)。平臺可360°回轉,性能可靠,操縱工人勞動強度改善,可廣泛應用于建筑,市政,供水,供氣,供電,農林及園藝建設等工程。
關鍵詞：液壓挖掘機，整機,穩(wěn)定性，底盤,許用應力，履帶行走裝置
SUMMARY
Hydraulic excavator is a main model of the Engineering machine. This text puts great emphasis on to design the whole hydraulic excavator. That is to decide parameter of the whole machine, to compute stability, the barycenter of the whole machine, to design chassis and pedrail tread equipment. The way to solve the task is on the basis of the function of the whole and every part of the excavator. And we choose the domestic excavator whose quality and character is the most similar to our request as the basic type, further study the overseas advanced type. Then I designed the projects of the whole hydraulic excavator. All the drawings are drawn using the Auto CAD or handicraft. After the serious designing, calculating and consulting I wrote this thesis.
The strongpoint of this hydraulic excavator is using servo forerunner control system. It has beautiful sculpt. With the capacity of excavating, grappling, drilling, pushing, clearing channel and crashing etc. Have a 360° swinging platform, good quality, comfortably controlled. Be widely used in construction, supplying and city planning.
KEY WORDS: Hydraulic excavator, Complete machine, Stablity, Chassis Allowable stress, Crawler device.
V
目 錄
前 言. ...............................................................................................................1
1本課題的目的和意義................................................................................1
2本設計研究的主要內容............................................................................1
3本課題的技術難題和解決方法................................................................2
第1章 挖掘機簡介.....................................................................................3
1.1國內外小型挖掘機的發(fā)展情況...................................................3
1.1.1國內小型挖掘機的發(fā)展情況........................................................3
1.1.2國外小型挖掘機目前發(fā)展水平和方向.........................................3
1.2挖掘機的結構與工作原理....................................................................5
1.2.1液壓挖掘機的基本組成.................................................................5
1.2.2液壓挖掘機的工作原理.................................................................5
1.3小結..........................................................................................................6
第2章 液壓挖掘機的整機設計............................................................7
2.1液壓挖掘機主要參數(shù)的確定..................................................................7
2.1.1整機主要參數(shù)..................................................................................7
2.1.2液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)......................................................................7
2.1.3功率的計算......................................................................................7
2.1.4轉速及回轉力矩的計算..................................................................8
2.1.5牽引力的計算..................................................................................9
2.1.6行走速度的計算............................................................................10
2.1.7接地比壓計算................................................................................10
2.1.8轉向時阻力計算............................................................................10
2.1.9回轉制動時齒輪圓周力計算........................................................11
2.2整機穩(wěn)定性計算....................................................................................11
2.2.1初定配重........................................................................................11
2.2.2挖掘機穩(wěn)定力矩和傾翻力矩計算................................................12
2.2.3自身穩(wěn)定性....................................................................................19
2.2.4行駛穩(wěn)定性....................................................................................20
2.2.5誤操作時的穩(wěn)定性......................................................................23
2.2.6拆除工作裝置時的穩(wěn)定性..........................................................25
2.3整機的重心計算..................................................................................25
2.4小結......................................................................................................26
第3章 底盤的計算..................................................................................27
3.1底盤數(shù)據概述......................................................................................27
3.2底盤強度計算......................................................................................29
3.2.1底盤車架的尺寸............................................................................29
3.2.2底架強度計算................................................................................30
3.3許用力的選取........................................................................................32
3.4小結........................................................................................................32
第4章 履帶行走裝置的計算..............................................................33
4.1壓馬達的輸出扭矩和轉速...................................................................33
4.2 挖掘機的行走速度和牽引力..............................................................34
4.3 挖掘機爬坡度計算 .........................................................................36
4.4 行走下坡制動力計算..........................................................................36
4.5 彈簧張緊裝置計算..............................................................................37
4.6 小結......................................................................................................38
結論.................................................................................................................39
謝辭...................................................................................................................40
參考文獻...........................................................................................................41
外文翻譯資料....................................................................................................42
51
前 言
1.本課題的目的和意義
小型多功能液壓挖掘機（以后簡稱小挖）通常指標準斗容在0.25m3以下，或指機重在8T以內的挖掘機產品，產品歸類為小型工程機械，在世界工程機械市場，屬銷量最大的工程機械產品之一。其主要適用場合為公路養(yǎng)護、園林綠化、小區(qū)建設、市政工程及農田建設等。小挖機動能力強、體積小，適合于各種土方量分散、作業(yè)范圍狹窄的工況。路養(yǎng)護已經常規(guī)化，園林綠化有序進行，小區(qū)建設工程漸增，市政工程不斷升級，農田建設正趨向機械化，小挖的應用優(yōu)勢恰得其所地得以發(fā)揮。它與挖斗、推土鏟、液壓破碎錘等多種作業(yè)裝置配套使用后，具有挖掘、裝載、清溝、破碎等多種功能。
小型無尾液壓挖掘機的尾部長度為零，可以在狹窄地段方便的作業(yè)。受施工場地限制較少，在建筑物間、城市道路、園林綠化、挖掘溝槽等小型土方施工中比大中型挖掘機更有優(yōu)勢，即使在僅靠墻根時也能方便的進行回轉和挖掘，與大型挖掘機相比，小型挖掘機設備的購買投入較少，使用成本相對較低。
由于我國目前正處于全面開展基礎設施建設階段，沿海地區(qū)正趨于基礎建設逐步完善階段，小挖應用的市場環(huán)境日益擴展并呈現(xiàn)可以預見的強勁后市，此時對小挖進行一些理論聯(lián)系實際的研究顯然具有重要的現(xiàn)實意義和長遠的指導意義。
挖掘機的動力、底盤、和主工作裝置設計的好壞很大程度上決定著挖掘機的整體性能，本課題在這些方面進行了研究。此外，為了適應挖掘機多功能化的需要，本課題還進行了附屬推土鏟的設計。
本文設計的液壓挖掘機正是基于以上目的，設計出符合生產需求的小型液壓挖掘機。
2.本設計研究的主要內容
本次所設計的挖掘機為無尾式小型履帶液壓挖掘機。設計的內容為總體設計，主要包括主工作臂的設計和底盤行走系統(tǒng)的設計?？傮w設計的優(yōu)劣決定了其它零部件設計的質量，也決定了整機的性能。合理的、全面的總體設計是整個設計任務順利完成的保證。因此，對整體設計必須從一個更高的層次出發(fā)，對整體設計必須提出更高的要求。
總體設計主要是對小型無尾液壓挖掘機進行深入地分析，并提出切實可行的方案，對整體參數(shù)、整體布局、整體結構、整機系統(tǒng)及其主要零部件進行設計計算，最后再將其建模裝配。在整體設計中，主工作裝置的設計、底盤行走系統(tǒng)的設計是最重要的，也是整機設計的關鍵所在。因為對于整個挖掘機而言，主工作裝置和底盤行走系是整個機器工作的前提和保證，它將決定整個機器的性能和質量。主工作裝置的設計必須考慮全面，比如外形尺寸、形狀、鉸點布置、工作過程中不能相互干涉、強度、剛度等等。而對于底盤行走系統(tǒng)，履帶式比輪式更加穩(wěn)定，轉彎半徑更小，接地比壓更大，附著性能更好，結構布置更加緊湊，執(zhí)行操作更加方便。此次設計的主工作裝置主要采用反鏟裝置，動臂部分主要采用整體式彎動臂，這樣有利于得到較大的挖掘深度。斗桿部分主要采用整體式直動斗桿；鏟斗部分采用道側齒的鏟斗。底盤行走系采用履帶式行走底盤，在設計底盤過程中盡量采用標準件，以便更換方便。
3.本課題的技術難點及主要手段
對于挖掘機的整體設計，其難點是主工作裝置和底盤行走系的設計。主工作裝置是整個機器的工作部分，它直接影響到整機的工作性能。它主要由動臂、斗桿、動臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸組成。對于動臂、斗桿和鏟斗的外形尺寸、形狀、空間結構布局，主要是根據CASE系列及山河智能無尾式小型液壓挖掘機類比來確定，最后經計算證明其設計也基本上滿足要求，能夠實現(xiàn)預期目標。底盤行走系是整個機械機體的支撐，它設計的好壞直接影響到整機的穩(wěn)定性能和行使性能。對于底盤行走系，主要是由“四輪一帶”、履帶架和X型機架組成。我們經過現(xiàn)場調研后決定采用全液壓挖掘機的底盤，即全液壓驅動、轉向和制動。全液壓可以使其工作更方便，操作也更方便，還可以快捷順利地實現(xiàn)無級變速。
第一章 挖掘機的簡介
1.1國內外小型挖掘機的發(fā)展情況
1.1.1國內小型挖掘機的發(fā)展現(xiàn)狀
國內挖掘機市場比裝載機等工程機械起步晚，小挖則更晚。盡管近幾年小挖在國內市場的發(fā)展速度很快，主要生產廠家已近20余家，市場銷量增長率很高，但仍處于啟動階段。在國內小挖生產企業(yè)中，以廣西玉柴為首，山河智能、江西南特、山東臨挖、杭州軍聯(lián)等企業(yè)組成的中國小挖團隊已經出具規(guī)模。
國內小挖目前已形成1.5T至8T全系列產品，并占有國內市場的主要份額，且略有出口。國內小挖目前的整體技術水平處于國際二十世紀八十年代末九十年代初水平，與國外先進技術的差距主要體現(xiàn)在整機匹配、微操作性能、維修性、可靠性及外觀質量上。
現(xiàn)階段我國的挖掘機仍處于仿制階段，缺乏自主開發(fā)能力和發(fā)掘自身優(yōu)勢的意識。目前國產品牌的優(yōu)勢仍主要建立在價格優(yōu)勢和服務優(yōu)勢上，技術上還無法與國際先進水平相提并論。
未來的發(fā)展將在很長一段時間內受制于兩大主要配件，一是動力，二是液壓件。國產動力要抗衡進口動力尚需時日，而國產液壓件取代進口液壓件更需巨大努力。
1.1.2國外挖掘機目前水平及發(fā)展動向
工業(yè)發(fā)達國家的挖掘機生產較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40 m3單斗液壓挖掘機的主要生產國，從20世紀80年代開始生產特大型挖掘機。從20世紀后期開始，國際上挖掘機的生產向大型化、微型化、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、高質量及高效率的挖掘機。為滿足市政建設和農田建設的需要，國外發(fā)展了斗容量在0.25m3以下的微型挖掘機，最小的斗容量僅在0.01 m3。另外，數(shù)量最多的中、小型挖掘機趨向于一機多能，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，如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機等。
（2）迅速發(fā)展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，使挖掘機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，利用電子計算機控制接收器和激光導向相結合，實現(xiàn)了挖掘機作業(yè)操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機的全液壓化為其奠定了基礎和創(chuàng)造了良好的前提。
（3）重視采用新技術、新工藝、新結構，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產的挖掘機裝有新型的發(fā)動機轉速調節(jié)裝置，使挖掘機按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調節(jié)流量，避免了驅動功率的浪費。還安裝了CAPS（計算機輔助功率系統(tǒng)），提高挖掘機的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能。
（4）更新設計理論，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計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優(yōu)化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術、疲勞強度分析方法等先進技術應用于液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產品的優(yōu)質高效率和競爭力。美國提出了考核動強度的動態(tài)設計分析方法，并創(chuàng)立了預測產品失效和更新的的理論。日本制定了液壓挖掘機構件的強度評定程序，研制了可靠性住處處理系統(tǒng)。在上述基礎理論的指導下，借助于大量試驗，縮短了新產品的研究周期，加速了液壓挖掘機更新?lián)Q代的進程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機的運轉率達到85%-95%，使用壽命超過1萬小時。
（5）加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機采用帶有墜物保護結構和傾翻保護結構的駕駛室，安裝可調節(jié)的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。
（6）進一步改進液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉變的明顯趨勢。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來襝，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機可經常性地充分利用油泵的最大功率。當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)。產生三個互不成影響的獨立工作運動。實現(xiàn)與回轉達機械的功率匹配。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成運動。此外，液壓技術在挖掘機上普遍使用，為電子技術、自動控制技術在挖掘機的應用與推廣創(chuàng)造了條件。
（7）迅速拓展電子化、自動化技術在挖掘機上的應用。20世紀70年代，為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境的污染，使挖掘機的操作輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機口音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應用電子和自動控制技術。隨著對挖掘機的工作效率、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，促使了機電一體化在挖掘機上的應用，并使其各種性能有了質的飛躍。20世紀80年代，以微電子技術為核心的高新技術，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機上的應用，推動了電子控制技術在挖掘機上應用和推廣，并已成為挖掘機現(xiàn)代化的重要標志，亦即目前先進的挖掘機上設有發(fā)動機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)。
總之，國外小挖目前水平與發(fā)展動向國外小挖目前水平完全可以稱之為漸趨完美、漸入佳境，其功能的可靠性，操作的流暢性和舒適性不必詳述，即使其駕駛室內的美觀與質感也幾可與國產轎車蓖美。
國外小挖目前的發(fā)展動向主要體現(xiàn)在：以一機多能為目標的多功能化；以提高操作性能為目標的智能化；以節(jié)能為目標的功率模式控制；以動態(tài)設計分析為基礎的可靠性設計；以人為本的駕駛室設計；基于微電子技術的自動監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。
1.2挖掘機的結構與工作原理
1.2.1 液壓挖掘機的基本組成
液壓挖掘機主要由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、工作裝置、回轉裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。
從外觀上看挖掘機由工作裝置，上部轉臺，行走機構三部分組成。
1.2.2 液壓挖掘機的工作原理
在設計之初必須明確設計的基本工作原理。對于一般的工程機械來說，都必須包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、底盤行走系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)這五大基本系統(tǒng)（見圖1-1所示）。動力系統(tǒng)主要采用的是柴油發(fā)動機，其原因是由于它具有燃料經濟性好、工作可靠、功率大、排氣污染小等一系列優(yōu)點；工程機械的傳動系統(tǒng)主要類型包括機械傳動、液力機械傳動、液壓傳動和電傳動等四種形式；底盤行走系統(tǒng)主要有輪式和履帶式兩種類型，此外還有步履帶式行走機構等。操縱控制系統(tǒng)一般包括底盤操縱系統(tǒng)和工作裝置操縱系統(tǒng)兩個部分;執(zhí)行系統(tǒng)主要包括各種類型的工作裝置和機構,其類型多種多樣。只要確定了這五大基本系統(tǒng)，就可以確定基本的設計方案。
地面條件
工作介質
執(zhí)行系統(tǒng)
（工作裝置）
行走系統(tǒng)
傳動系統(tǒng)
動力系統(tǒng)
（發(fā)動機）
操作控制系統(tǒng)
操作指令
圖1-1機械工程系統(tǒng)圖
1.3 小結
通過對挖掘機的整體分析和了解，使我們對挖掘機的整體有了大概的了解以及學習，為接下來的整機參數(shù)的設計，整機穩(wěn)定性的計算，底盤的設計以及履帶行走裝置的有了初步的思路，從而更好的完善挖掘機整體性能有了初步的基礎！
第二章 液壓挖掘機的整機設計
2.1 液壓挖掘機主要參數(shù)的確定
2.1.1 整機主要參數(shù)
整機使用質量
發(fā)動機額定功率
發(fā)動機額定轉速
斗容
2.1.2 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)
系統(tǒng)壓力
系統(tǒng)流量
系統(tǒng)壓力
工作裝置系統(tǒng)流量
回轉系統(tǒng)壓力
回轉系統(tǒng)流量
伺服系統(tǒng)壓力
伺服系統(tǒng)流量
2.1.3 功率計算
選用康明斯發(fā)動機（日本產）
功率為
工作裝置油泵排量
回轉裝置油泵排量
先導操縱油泵排量 （起調壓力 額定壓力）
泵所需功率 －機械效率 （公式-1）
工作裝置功率:
回轉裝置功率：
伺服裝置功率：
風扇直徑,消耗功率，發(fā)電機消耗功率，飛輪輸出功率為
發(fā)動機功率儲備系數(shù)為：
發(fā)動機功率儲備系數(shù)合適
2.1.4 轉速度及回轉力矩計算
回轉裝置A、B口的流量為
轉支承傳動比
回轉馬達排量
回轉裝置減速比
回轉平臺轉速 轉/分 回轉裝置在壓力下，輸出扭矩為：
(2-1)
－壓力差
回轉起動力矩：
M平臺
地面附著力矩：
—地面附著系數(shù) 取
—整機質量 取噸
根據計算回轉時地面附著力矩滿足要求。
根據經驗公式計算平臺回轉起動力矩
（公式-2） (2-2)
G-整機質量 取噸
§2.1.5 牽引力計算
一擋工況：
馬達的輸出轉矩：
(2-3)
驅動裝置的輸出轉矩：
(2-4)
單邊牽引力：
(2-5)
式中：R驅動輪半徑
一擋牽引力：
取地面附著力：
二擋工況：
馬達的輸出轉矩：
(2-6)
驅動裝置的輸出轉矩：
(2-7)
單邊牽引力：
二擋牽引力：
附著力發(fā)揮為 F總/ F附：
行走速度計算
行走裝置（馬達、減速機）馬達排量兩擋
減速機傳動比
驅動輪轉速：
(2-8)
(2-9)
2.1.6 行走速度計算
行走速度：
（公式-3） (2-10)
式中 —驅動輪轉速
t —鏈軌節(jié)距
z —驅動輪齒數(shù)
(2-11)
(2-12)
2.1.7 接地比壓計算
接地面積：
平均接地比壓：
（公式-4） (2-13)
2.1.8 轉向時阻力計算
（公式-5）
a－履帶動力阻力系數(shù) 取0.12 u履帶與地面的摩擦系數(shù) 取0.7
L—輪距 1990mm
S—軌距 1520mm
G—整機質量5600kg
二擋牽引力
可以轉向
2.1.9 回轉制動時齒輪圓周力計算
1、首選驗算回轉制動時地面附著力矩是否夠履帶式挖掘機對地面的附著力矩
（公式-6） (2-14)
－履帶對地面的附著系數(shù)＝0.5
－機重
2、轉臺的制動力矩
回轉制動時附著力滿足要求。
3、制動時回轉減速機輸出齒輪轉矩
(2-15)
制動時圓周力P
（公式-7） (2-16)
選用Is-616回轉支承 內齒模數(shù)，，
其額定圓周力 故齒輪強度安全。
2.2整機穩(wěn)定性計算
挖掘機的穩(wěn)定性包括作業(yè)穩(wěn)定性和自身穩(wěn)定性。為使機器外形尺寸較小，充分發(fā)揮挖掘力，為此在挖掘機轉臺后部設有平衡重[10]（俗稱配重）。
2.2.1 初定配重（表2-1）
挖掘機停在水平地面上，斗桿和鏟斗液壓缸全伸出，空斗，斗底離地高約1m，轉臺上部各部件和工作裝置的重心應當平衡，即各部件對回轉中心力矩之和為零。（上部重心通過回轉中心）
表2-1各部件重量和與回轉中心的距離
穩(wěn)定力矩Μ穩(wěn)
傾翻力矩Μ翻
下車重G下=2400kg
r下=0mm
動臂重G臂=300kg
r=2129mm
轉臺重量（不含配重和工作裝置）
連桿重G連=28kg
r=2540mm
G上=2300kg
r上=890mm
斗桿重G桿=120kg
r=3320mm
G配
r配=1484mm
搖桿重G搖=28kg
r=2651mm
鏟斗重G斗=120kg
r=2550mm
動臂缸1只G1=126kg
r1=1450zmm
斗桿缸1G2=120kg
r2=3400mm
鏟斗缸1只G3=98kg
r3=3340mm
（公式-8） (2-17)不計下車重量
（公式-9） (2-18)
2.2.2 挖掘機采用單排球四點接觸式回轉支承，通過回轉支承將上下車連成一體，下車的重量也參與平衡[11]。
工作裝置和履帶垂直，傾翻點為支重輪中心A點（圖2-1）。挖掘機各構件（包括下車及工作裝置）重心至A點的距離為r（圖2-1未表示出，計算時，在A的左側加760，右側減760）
選取配重為G配=240kg
表2-2 各部件重量和與回轉中心的距離
穩(wěn)定力矩Μ穩(wěn)
傾翻力矩Μ翻
G配=240 kg
r配=1484mm
G臂=300kg
r臂=1369mm
G上=2300kg
r上=890mm
G連=28kg
r連=1780mm
G下=2400kg
r下=760mm
r斗=1790mm
r桿 =2560mm
G搖=28kg
r搖=1891mm
G斗=120kg
G1=126kg
r1=690mm
G2=120kg
r2=2640mm
G3=98kg
r3=2580mm
M穩(wěn)=4227160kgfmm
M翻= 1692068kgfmm
圖2-1作業(yè)穩(wěn)定性
1.挖掘狀態(tài)—工況（圖2-2）
挖掘機停在水平地面上，工作裝置與履帶平行，斗桿與地面垂直，斗齒尖在停機面以下500mm處；用鏟斗缸挖掘，風從后面來，傾翻點為履帶前方引導輪中心[12]。
圖2-2 挖掘狀態(tài)
（1）求挖掘力（圖2-3）
鏟斗與斗桿鉸點至斗齒尖距離 R=952mm
鏟斗缸直徑85mm,油壓力 圖2-3 鏟斗
Pmax=210bar
（扣除壓力損失）
取液壓缸效率η=0.98
鏟斗缸最大推力
(2-19)
（2）鏟斗
Ⅲ級松土重324kg
（3）系統(tǒng)壓力
Pmax=210bar
表2-3 各部件重量和與回轉中心的距離
穩(wěn)定力矩Μ穩(wěn)
傾翻力矩Μ翻
G配=240 kg
r配=1484mm
G臂=300kg
r臂=1069mm
G上=2300kg
r上=1885mm
G連=28kg
r連=2985mm
G下=2400kg
r下=995mm
G桿=120kg
r桿=2890zmm
G搖=28kg
r搖=2995mm
G斗=120kg
r斗=2522mm
G1=126kg
r1=400mm
G2=120kg
r2=2058mm
G3=98kg
r3=3102mm
W切=3377kg
r切=920mm
G徑=675.4kg
r徑=300mm
G風=87.5kg
r=1256.5mm
G鏟=200kg
r鏟=400mm
M穩(wěn)=7079660kgfmm
M翻=5158339.75kgfmm
圖2-4 挖掘狀態(tài)
2.挖掘狀態(tài)—工況（2）（圖2-4）
挖掘機停在水平地面上，工作裝置與履帶平行，斗桿與地面垂直，挖掘至最大深度（3890），風從前面來，傾翻點在履帶前方推土鏟B點；這時配重成為穩(wěn)定載荷。
求挖掘力----鏟斗缸挖掘（圖2-5）
圖2-5 鏟斗缸
（公式-10） (2-20)
(2-21)
表2-4 各部件重量和與回轉中心的距離
穩(wěn)定力矩Μ穩(wěn)
傾翻力矩Μ翻
G上=2300kg
r上=3032mm
G臂=300kg
r臂=550mm
G下=2400kg
r下=2142mm
G連=28kg
r連=2521mm
G配=240 kg
r配=3106mm
G桿=120kg
r桿=2291mm
G產=200 kg
r產 =200mm
G搖=28kg
r搖=2398mm
G1=126kg
r1=335mm
G斗=120kg
r斗=2410mm
W切=3187kg
r切=3890mm
G2=120kg
r2=2528mm
G徑=637.6kg
r徑=689mm
G3=98kg
r3=2559mm
G風=87.5kg
r風=1490mm
M穩(wěn)=25909161.4kgf.mm
M翻=1120282kgf.mm
穩(wěn)定系數(shù)：
滿足穩(wěn)定要求。
3.卸載狀態(tài)—工況（3）（圖2-6）（圖2-7）
挖掘機橫向停在12o斜坡上，工作裝置位于下坡方向（與履帶垂直），伸出最大幅度，滿斗，鏟斗剛離開地面，風從后面來，傾翻點為下坡方向履帶邊緣A點；挖掘機向下坡方向回轉制動，傾翻力矩除A點右側的重力矩外，還有慣性力矩、穩(wěn)定力矩為A點左側的重力矩和回轉中心左側的慣性力矩。
圖2-6 卸載狀態(tài)
表2-5 各部件重量和與回轉中心的距離
穩(wěn)定力矩Μ穩(wěn)
傾翻力矩Μ翻
G配=240 kg
r配=2396mm
G臂=300kg
r臂=1100mm
h配=897mm
h臂=2254mm
G上=2300kg
r上=1815mm
G連=28kg
r連=4138mm
h上=1293mm
h連=1618mm
G下=2400kg
r下=944mm
G桿=120kg
r桿=3660mm
h下=423mm
h桿=1943mm
G搖=28kg
r搖=4118mm
h搖=1738mm
G斗=120kg
r斗=3686mm
h斗=1525mm
G1=126kg
r1=444mm
h1=1829mm
G2=120kg
r2=2093mm
h2=2653mm
G3=98kg
r3=3880mm
h3=2090mm
G土=324kg
r土=3003mm
h土=250mm
G風=87.5 kg
r風=930mm
h風=1490mm
M穩(wěn)=7015140kgf.mm
M翻=3407939 kgf.mm
圖2-7 穩(wěn)定性
2.2.3 自身穩(wěn)定性（圖2-8）
挖掘機停在12o斜坡上，履帶與坡度方向垂直，工作裝置與履帶垂直，鏟斗舉至最高，空斗，幅度最小，鏟斗處于上坡方向，風從上坡方向來，挖掘機有向下坡方向傾翻的可能，傾翻點為下方履帶支重輪中心A點。
表2-6 各部件重量和與回轉中心的距
穩(wěn)定力矩Μ穩(wěn)
傾翻力矩Μ翻
G下=2400kg
r下=651mm
G配=240 kg
r配=892 mm
G臂=300kg
r臂=1495mm
W風=87.5kg
r風=1490mm
G連=28kg
r連=3085mm
G上=2300kg
r上=418mm
G桿=120kg
r桿=3007mm
G搖=28kg
r搖=3075mm
G斗=120kg
r斗=2625mm
G1=126kg
r1=1457mm
G2=120kg
r2=2202mm
G3=98kg
r3=3144mm
M穩(wěn)=3615154kgf.mm
M翻=1305855kgf.mm
圖2-8 自身穩(wěn)定性
2.2.4 行駛穩(wěn)定性
1.上坡行駛穩(wěn)定性（圖2-9）
挖掘機沿25o斜坡上坡行駛，斗桿全收回，斗底離地約0.5m位于上坡方向，風從前方來，挖掘機由靜止到啟動狀態(tài)[13]。這時配重、風力和啟動慣性力使挖掘機繞位于斜坡下方驅動輪中心A點朝后傾翻。
表2-7 各部件重量和與回轉中心的距離
穩(wěn)定力矩Μ穩(wěn)
傾翻力矩Μ翻
G桿=120kg
r桿=3814mm
G配=240 kg
r配=2163mm
h桿=1109mm
h配=1103mm
G上=1800kg
r上=440mm
h上=1280mm
G下=2400kg
r下=668mm
h下=575mm
G臂=300kg
r臂=1895mm
h臂=2191mm
G連=28kg
r連=3069mm
m=5600kg
v=2.7km/h=0.75m/s
t=1.7s
h連=325mm
G搖=28kg
r搖=3249mm
h搖=393mm
G1=126kg
r1=1687mm
h1=1422mm
G2=120kg
r2=3137mm
h2=1908mm
G3=98kg
r3=3762mm
h3=746mm
G斗=120kg
r斗=2897mm
h斗=757mm
M穩(wěn)=4111602kgf.mm
M翻=1539180kgf.mm
圖2-9 上坡行駛穩(wěn)定性
圖2-10下坡行駛穩(wěn)定性
2.下坡行駛穩(wěn)定性（圖2-10）
挖掘機沿25o斜坡上下坡制動，斗桿及鏟斗垂直于地面，斗齒尖離地約0.5m，急剎車（制動）慣性力（P）使挖掘機朝前傾翻，傾翻點在履帶前方推土鏟A點，風從后方來。
表2-8 各部件重量和與回轉中心的距離
穩(wěn)定力矩Μ穩(wěn)
傾翻力矩Μ翻
G配=240 kg
r配=2422mm
G臂=300kg
r臂=1020mm
h配=901mm
h臂=2695mm
G上=2300kg
r上=2008mm
G連=28kg
r連=2540mm
h上=1230mm
h連=1123mm
G下=2400kg
r下=1024mm
G桿=120kg
r桿=2565mm
h下=619mm
h桿=1999mm
G搖=28kg
r搖=2543mm
h搖=1118mm
G斗=120kg
r斗=2014mm
h斗=788mm
G1=126kg
r1=449mm
h1=3033mm
G2=120kg
r2=2394mm
h2=1685mm
G3=98kg
r3=2721mm
h3=1972mm
P=252kgf
M穩(wěn)=7657280kgf.mm
M翻=1890304kgf.mm
2.2.5 誤操作時的穩(wěn)定性（圖2-11）
圖2-11誤操作時的穩(wěn)定性
挖掘機在25o斜坡上下坡，工作裝置全伸出在下坡方向，空斗，斗齒尖離地約1m，以最高速度下坡，急剎車，風從后方來，慣性力使挖掘機繞履帶引導輪中心下方A點向前傾翻。
表2-9 各部件重量和與回轉中心的距離
穩(wěn)定力矩Μ穩(wěn)
傾翻力矩Μ翻
G配=240 kg
r配=2428mm
G臂=300kg
r臂=1368mm
h配=901mm
h臂=2286mm
G上=2300kg
r上=1765mm
G連=28kg
r連=3578mm
h上=1251mm
h連=820mm
G下=2400kg
r下=1242mm
G桿=120kg
r桿=2959mm
h下=563mm
h桿=1157mm
G搖=28kg
r搖=3538mm
h搖=806mm
G斗=120kg
r=3678mm
h=392mm
G1=126kg
r1=1048mm
h1=1565mm
G2=120kg
r2 =2830mm
h2 =1999mm
G3=98kg
r3 =3820mm
h3 =1287mm
P=252kgf
M穩(wěn)=7623020kgf.mm
M翻=2514402.8kgf.mm
穩(wěn)定系數(shù)：
可以
圖2-12 拆除工作裝置時的穩(wěn)定性
2.2.6 拆除工作裝置時的穩(wěn)定性（圖2-12）
挖掘機修理時，停在水平場地上，上車縱軸線和履帶垂直，拆除工作裝置，此時配重變成傾翻因素。場地無風，挖掘機繞后方履帶支重輪中心A點傾翻。
表2-10 各部件重量和與回轉中心的距離