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附件：
動(dòng)臂、鏟斗運(yùn)動(dòng)仿真：
#include "stdio.h"
#include "math.h"
#include "graphics.h"
#define pi 3.1415926
main()
{
float l1 , l2 , l3 , l4 , a , b;
int x1 , y1 , x2 , y2 , x3 , y3 , x4 , y4;
int gdriver=DETECT,gmode;
initgraph (&gdriver ,&gmode , "c:\\mydocuments\\tc");
cleardevice();
line(20,460,400,460);
line(20,460,20,20);
circle(20,230,3);
circle(20,320,3);
l1=sqrt(pow(119,2)+pow(130,2));
l2=sqrt(pow(210,2)+pow(230,2));
x2=(int)(12*sin(135*(pi/180)));
y2=(int)(230-12*cos(135*(pi/180)));
l3=sqrt(pow((250-x2),2)+pow((460-y2),2));
l4=sqrt(pow((240-x2),2)+pow((y2-430),2));
x1=(int)(l1*sin(135*(pi/180)));
y1=(int)(230-l1*cos(135*(pi/180)));
circle(250,460,3);
circle(240,460,3);
line(x2,y2,250,460);
line(x2,y2,240,430);
line(240,430,250,460);
b=60*(pi/180);
for(a=70*(pi/180);a<145*(pi/180);a+=pi/180)
{cleardevice();
line (20,460,400,460);
line(20,460,20,20);
circle(20,230,3);
circle(20,320,3);
line(20,230,x1,y1);
line(x1,y1,x2,y2);
circle(x2,y2,3);
line(20,320,x1,y1);
circle(x1,y1,3);
x3=x2+l3*sin(a);
y3=y2+l3*cos(a);
x4=x2+l4*sin(a+b);
y4=y2+l4*cos(a+b);
circle(x3,y3,3);
circle(x4,y4,3);
line(x2,y2,x3,y3);
line(x2,y2,x4,y4);
line(x3,y3,x4,y4);
getch();
}
for (a=135*(pi/180);
a>50*(pi/180);
a-=pi/120)
{
line (20,460,400,460);
line (20,460,20,20);
circle(20,230,3);
circle(20,320,3);
x1=(int)(l1*sin(a));
y1=(int)(230-l1*cos(a));
circle(x1,y1,3);
line(20,320,x1,y1);
line(20,230,x1,y1);
x2=(int)(12*sin(a));
y2=(int)(230-12*cos(a));
circle(x2,y2,3);
line(x1,y1,x2,y2);
getch();
}
getch();
}
鉸接四桿機(jī)構(gòu)會(huì)引起不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的證明
不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)在它的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)有兩個(gè)平衡點(diǎn)，它們?cè)诤芏嘞到y(tǒng)中都很重要，如閥，開關(guān)和節(jié)拍。不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)由于能量?jī)?chǔ)存和動(dòng)作特征相結(jié)合并必須同時(shí)考慮而難設(shè)計(jì)。這篇論文研究的是不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)如四桿機(jī)構(gòu)，它在聯(lián)接處有扭轉(zhuǎn)彈力，理論上硬質(zhì)機(jī)構(gòu)的性質(zhì)已經(jīng)有所改善來保證不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)師用這些知識(shí)可以解決大量的不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與能量需求問題。舉例說明在不穩(wěn)定機(jī)設(shè)計(jì)中理論的作用。
介紹
一個(gè)活動(dòng)機(jī)構(gòu)在它的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)有兩個(gè)平衡位置，這是很多機(jī)構(gòu)所要求的，但是活動(dòng)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)中存在許多問題，尤其是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與能量積累特點(diǎn)有關(guān)。而且，通常情況下運(yùn)動(dòng)與能量存儲(chǔ)會(huì)發(fā)生在一個(gè)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)部件上。這篇論文講的是要設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)之間的基本關(guān)系的必要性。
許多人已經(jīng)討論了大量的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特征，包括運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)特征的設(shè)計(jì)。最近，他們對(duì)微型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)特別感興趣，它需要的用來控制開關(guān)的動(dòng)力是由轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供的，而不需要維持運(yùn)轉(zhuǎn)。不穩(wěn)定微型閥，微型開關(guān)，微型繼電器，甚至是一個(gè)小的纖維開關(guān)都已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。有人建議用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)來提供裝配微小零件的彈力，在穩(wěn)定系統(tǒng)中這項(xiàng)工作也正進(jìn)展。這篇論文是研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)來保證不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的執(zhí)行，這是不存在的例子。
問題的研究
以上的每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中都存儲(chǔ)和釋放能量，事實(shí)上，所有的不穩(wěn)定系統(tǒng)需要某種形式的能量?jī)?chǔ)存，因?yàn)?，穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)生在能量最小處。不穩(wěn)定機(jī)械系統(tǒng)典型地靠拉緊時(shí)儲(chǔ)存的能量來獲得不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)表現(xiàn)的順從的方式得到不穩(wěn)定執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榛顒?dòng)桿件允許活動(dòng)桿件和能量?jī)?chǔ)存合并為一體。另外，有許多優(yōu)點(diǎn)，如減少零件數(shù)，減少摩擦，反沖和損耗。
然而，不穩(wěn)定機(jī)械的設(shè)計(jì)并非機(jī)械的，需要分析機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)和儲(chǔ)存的能量，為解決這個(gè)問題，以上提到的機(jī)械中的許多用一個(gè)簡(jiǎn)單梁來獲得不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的情況。但是，這個(gè)方法簡(jiǎn)單，不能讓設(shè)計(jì)者靈活的控制滑動(dòng)力或穩(wěn)定狀態(tài)的位置，尤其是對(duì)小橫梁?？渴Ｓ嗟囊稽c(diǎn)拉力和改變的很多的參數(shù)減少?gòu)澢?
鉸鏈模型提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的方法來模擬復(fù)雜的非直線偏斜的機(jī)構(gòu)。它能大約地說明一個(gè)用了一個(gè)或一個(gè)以上螺栓聯(lián)接的機(jī)構(gòu)的力偏斜的特征。聯(lián)接的扭轉(zhuǎn)彈力模仿部件的剛度，如圖1所示。這個(gè)類型的模型用運(yùn)了短且彎曲的旋軸，端部用螺栓固定，或直構(gòu)件用螺栓固定。連桿的長(zhǎng)度和彈簧的剛度都綜合地用運(yùn)。
鉸鏈模型在精確分析與轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和能量?jī)?chǔ)存特點(diǎn)的綜合用運(yùn)已經(jīng)被充分地證明，但是為了研究分析目前的問題，人們已經(jīng)意識(shí)到許多類型的機(jī)構(gòu)可能表示連桿被彎曲的彈簧螺栓聯(lián)接。因此，這篇論文將提醒我們用固定的帶有彎曲彈簧的結(jié)構(gòu)在一個(gè)或多個(gè)聯(lián)接處檢查機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)和運(yùn)行情況，然后這個(gè)；運(yùn)行的結(jié)果可能會(huì)用到固定結(jié)構(gòu)或不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)中。這要依賴于執(zhí)行結(jié)果或設(shè)計(jì)者的要求。
不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。機(jī)械中部件的彎曲或是彎曲彈簧要求有力的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)沒有外部力來保證力機(jī)構(gòu)位置的時(shí)候，機(jī)構(gòu)處于平衡位置。如果在小干擾之后系統(tǒng)又回到原來位置，機(jī)構(gòu)就是穩(wěn)定的，但是，如果小干擾使系統(tǒng)改變了原來的位置就不穩(wěn)定。潛能和機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性可以用拉格朗日定理聯(lián)系起來。如果符合最小潛能，平衡位置就是穩(wěn)定的，這條定理導(dǎo)致了更多的不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)形式上的定義，一個(gè)不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)包括兩個(gè)最小能量點(diǎn)。
用鉸鏈固定的模型的潛能方程可以簡(jiǎn)單地建立，對(duì)有聯(lián)接的桿，它的潛能方程為；
(1)
式中k是彎曲彈簧系數(shù)，θ是連桿的轉(zhuǎn)角，或桿件的彎曲角度，機(jī)構(gòu)的潛能是儲(chǔ)存在各個(gè)桿件中的潛能之和。平衡點(diǎn)可以通過確定機(jī)械位置的找，它是第一次找到偏移量為零的位置。在這些點(diǎn)中第二次的偏移量將決定平衡位置的穩(wěn)定性，正值則符合。
分析機(jī)構(gòu)的方法 如圖2所示無鉸鏈的四桿機(jī)構(gòu)，圖中有四根桿長(zhǎng)度分別是r1,r2,r3,r4,四個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧系數(shù)分別是k1,k2,k3和k4，每根桿和地面的夾角為θ1，θ2，θ3，θ4，定義地面為第一根桿，認(rèn)為扭轉(zhuǎn)彈簧不扭曲，機(jī)構(gòu)中的位置決定于θ20，θ30，θ40，不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要保證有不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)存在。所以，可能要單獨(dú)檢查每個(gè)彈簧來確定是否有一個(gè)彈簧在機(jī)構(gòu)中保證機(jī)構(gòu)能執(zhí)行運(yùn)動(dòng)。這要選擇一個(gè)非零參數(shù)，而其它的都為零，這種潛能方程可能不同，它的偏移量等于零，方程的解決定于平衡位置。因此，可以這樣描述解決問題的方法：在一般的四桿鉸鏈機(jī)構(gòu)中找到扭轉(zhuǎn)彈簧位置，該機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中要有兩個(gè)平衡點(diǎn)。
問題的解表明簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的工具加工不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)如同一系列定理指導(dǎo)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，由一系列定理說明不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的運(yùn)行結(jié)果，用定理論證以上解。
定理指導(dǎo)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)
根據(jù)Grashof準(zhǔn)則，四桿機(jī)構(gòu)分為Grashof機(jī)構(gòu)和非 Grashof機(jī)構(gòu)，Grashof
準(zhǔn)則可以用數(shù)學(xué)式描述：
（2）
式中s,l,p和q分別是最長(zhǎng)最短，和兩根長(zhǎng)度處于中間的桿。Grashof準(zhǔn)則2將方程分為
符合不等式的為 機(jī)構(gòu)，反之為非 機(jī)構(gòu)。另外，邊為機(jī)構(gòu)是對(duì)于方程左邊和右邊相等的一系列機(jī)構(gòu)。變位機(jī)構(gòu)將回和其它 機(jī)構(gòu)類型不同地處理，所以這里有三種機(jī)構(gòu)： 機(jī)構(gòu)，邊為機(jī)構(gòu)和非機(jī)構(gòu)。
Grashof不等式機(jī)構(gòu)
定理1 當(dāng)且僅當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)聯(lián)接處的扭轉(zhuǎn)彈簧位于最短桿對(duì)面，并且不彎曲彈簧與其對(duì)面的兩桿在一條直線上的狀態(tài)不符時(shí)，它運(yùn)動(dòng)起來和鉸鏈桿模型機(jī)構(gòu)一樣不穩(wěn)定。
準(zhǔn)則1.1 當(dāng)且僅當(dāng)四桿Grashof機(jī)構(gòu)有一個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧位于最短桿對(duì)面，并且不彎曲彈簧與其對(duì)面的兩桿在一條直線上的狀態(tài)不符時(shí)，它將不會(huì)平衡。
論證. 通過對(duì)一般的有一個(gè)聯(lián)接的四桿機(jī)構(gòu)的潛能方程分析，證明定理1，分析最小潛能方程的解決定機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)是否能達(dá)到每個(gè)最小值，因?yàn)榍懊嬲撟C的鉸鏈機(jī)構(gòu)的精度，結(jié)果是相當(dāng)?shù)剡m合任何機(jī)構(gòu)。因此準(zhǔn)則1和定理1.1同樣的論據(jù)。
以上定理可以通過考慮Grashof機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)來決定哪個(gè)螺栓聯(lián)接要在兩個(gè)位置保持相對(duì)大小一樣的角度。但是，更多的嚴(yán)密的論據(jù)給設(shè)計(jì)者更多的信息去認(rèn)識(shí)自然和穩(wěn)定位置的設(shè)定方法。
能量方程發(fā)分析，對(duì)于任何四桿機(jī)構(gòu)，能量方程是每個(gè)彈簧潛能的和
(3)
式中
(4)
選擇θ2為獨(dú)立的變量，第一個(gè)偏移量為：
(5)
因?yàn)檫@個(gè)機(jī)構(gòu)可能被反轉(zhuǎn)以使它的每個(gè)桿是地面一樣固定的，只有一個(gè)彈簧位置需要分析，選擇位置4是因?yàn)榉匠毯?jiǎn)單，而且θ2這個(gè)獨(dú)立變量沒在表達(dá)ψ4的方程中出現(xiàn)，如果k4不為零，方程為：
0= （6）
方程中的第一部分θ4-θ40=0，使機(jī)構(gòu)有兩種符合的裝配方法，那就是說，任何長(zhǎng)度r1,r2,r3r 和r4的桿，第四根桿的初始角θ40，有兩個(gè)不同的機(jī)械位置，假設(shè)θ40不符合要求，機(jī)構(gòu)可以被裝配，如圖3，按準(zhǔn)確的位置可以這樣列方程
（7）
方程的解是
或 （8）
式中
（9）
θ20，θ30分別是第二，第三根桿的初始交，但是如果θ20=θμ，這兩組解就相同了，和θ40的例子一樣。
方程（6）的第二部分偏移量為
（10）
如果 方程有兩組解：
θ2=θ3
θ2=θ3+π
因此，當(dāng)?shù)诙鶙U和第三根桿在同一條直線上時(shí)，偏移量為零，根據(jù)方程（10）的偏移量為零時(shí)，第二，三根桿也在同一條直線上，也就是說機(jī)構(gòu)是變位機(jī)構(gòu)。
對(duì)解的解釋
從以上分析可知，彈簧放在四桿機(jī)構(gòu)的任何一個(gè)桿件上第一個(gè)偏移量的潛能方程都有四組解。前兩組在方程（8）中給出，是機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定位置，另兩組解在方程（11）中，是不穩(wěn)定位置，除非θ40象以上定義的那樣是極值。這時(shí)，方程（7）有唯一解，和方程（11）總的解相同。因此，潛能方程在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中最多有兩個(gè)準(zhǔn)確值---一個(gè)穩(wěn)定位置和一個(gè)不穩(wěn)定位置。這就證明了一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)的彈簧聯(lián)接的對(duì)桿同軸是就會(huì)穩(wěn)定。
雖然對(duì)任何長(zhǎng)度桿件的機(jī)構(gòu)和彎曲彈簧都有可能有兩個(gè)穩(wěn)定位置，但是除了以上討論的極值，有些結(jié)構(gòu)達(dá)不到穩(wěn)定狀態(tài)，也就是說，一個(gè)機(jī)構(gòu)總可以在穩(wěn)定位置裝配。但是裝配后不一定穩(wěn)定。為了證明這點(diǎn)，認(rèn)為一個(gè)機(jī)構(gòu)在不穩(wěn)定位置，這時(shí)與彈簧聯(lián)接的對(duì)桿在一條直線上。即當(dāng)θ2=θ3時(shí)，機(jī)構(gòu)達(dá)到平衡點(diǎn)，
（12）
相似地，如果θ2和θ3相差π弧度，方程為
（13）
方程(12)的第二個(gè)條件和方程(13)的第一個(gè)條件可以同時(shí)用任意的四桿機(jī)構(gòu)證明，式中可知任意兩桿的長(zhǎng)度小于等于另外兩桿的和，要想證明這個(gè)不等式，可以組裝一個(gè)符合不等式地機(jī)構(gòu)。最長(zhǎng)的桿也要小于等于另外兩桿之和，表達(dá)式為
s+p+q>l （14）
式中slpq如方程（2）中定義的，代數(shù)不等式為
l-q ≤ s+p （15）
l-p ≤s+q
l-s ≤ p+q
另外，由于l為最長(zhǎng)桿，可得以下不等式：
p-s
10t。
三．裝載機(jī)的作業(yè)方式：
裝載機(jī)是循環(huán)作業(yè)式的工程機(jī)械。它的一個(gè)作業(yè)循環(huán)由駛進(jìn)料堆、鏟取、后退、轉(zhuǎn)向、駛進(jìn)卸料目標(biāo)和卸料等動(dòng)作構(gòu)成。其中，對(duì)物料的鏟取方法和作業(yè)時(shí)運(yùn)輸車輛的配置方案，將影響生產(chǎn)率的高低。
1． 鏟取方法：裝載機(jī)對(duì)物料的鏟取方法有一次鏟取法和復(fù)合鏟取法兩種。
（1）一次鏟取法：鏟斗一次插入料堆，一次收斗而裝滿鏟斗的鏟取方法。作業(yè)時(shí)裝載機(jī)從正前方駛進(jìn)料堆，邊進(jìn)邊放下鏟斗，在料堆前1m處使鏟斗落到地面，處于浮動(dòng)位置，斗刃能觸及料堆時(shí)，加大油門緩緩插入料堆，然后鏟斗上翻，提升動(dòng)臂到運(yùn)輸位置再倒退駛出。該法是最簡(jiǎn)單常用方法，比較適用于阻力比較小的松散料堆。
（2）復(fù)合鏟取法：裝載機(jī)前進(jìn)插入料堆的同時(shí)，鏟斗與提臂相配合鏟取物料的方法。這樣鏟取切削阻力小，容易裝滿鏟斗，適合鏟裝切削阻力較大的物料。
2． 作業(yè)配置方案：裝載機(jī)與運(yùn)輸車輛的作業(yè)配置方案，主要取決于現(xiàn)場(chǎng)的條件、運(yùn)輸車與裝載機(jī)的數(shù)量和類型。廣泛使用的有“I形”、“V形”、“L形”作業(yè)方法。
（1）“I”形作業(yè)法：運(yùn)輸車平行與工作面并往復(fù)地前進(jìn)和后退，所以也稱之為穿梭作業(yè)法。
這種作業(yè)方式可減少裝載機(jī)改變方向的次數(shù)，如果裝載機(jī)與運(yùn)輸車配合的好，會(huì)有較好的生產(chǎn)率。
（2）“V”形作業(yè)法：運(yùn)輸車與工作面成60度的角度，裝載機(jī)裝滿鏟斗后，在倒車駛離工作面的過程中，并調(diào)轉(zhuǎn)駛向料堆，進(jìn)入下一次的作業(yè)循環(huán)。
這種作業(yè)方式可以得到較短的工作循環(huán)時(shí)間，故應(yīng)用十分廣泛。
（3）“L”形作業(yè)法：運(yùn)輸車垂直于工作面，裝載機(jī)鏟裝物料后，倒退并翻轉(zhuǎn)90度，然后向前駛向料堆進(jìn)行下次鏟裝。
這種作業(yè)方式在運(yùn)距較短時(shí)，一個(gè)司機(jī)可輪換在兩輛運(yùn)輸車上工作，以減少人力。這種作業(yè)方式適用寬廣的作業(yè)場(chǎng)合。
第五章 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)
5.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析
裝載機(jī)采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過工作裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗，動(dòng)臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料；動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂，連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)采用液壓操作。
由動(dòng)臂、動(dòng)臂油缸、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂、連桿及車架相互鉸鏈而成的機(jī)構(gòu)，在裝載機(jī)工作時(shí)需要保證：當(dāng)動(dòng)臂處于某種作業(yè)位置不動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)斗油缸的的作用下，通過連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時(shí)，動(dòng)臂在動(dòng)臂油缸的作用下提升或下降鏟斗過程中，連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)該能使鏟斗在提升過程中保持平動(dòng)或與地面的夾角變化控制在很小的范圍，以免裝滿料的鏟斗由于鏟斗傾斜而使物料灑落；而在動(dòng)臂下降時(shí)，又自動(dòng)將鏟斗放平，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。
一. 結(jié)構(gòu)形式的選擇
裝載機(jī)的工作裝置的結(jié)構(gòu)形式分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種。
有鏟斗托架的工作裝置其動(dòng)臂和連桿的后端與車架的支座鉸鏈，動(dòng)臂和連桿的前端與鏟斗托架鉸鏈，托架上部鉸接轉(zhuǎn)斗油缸，其活塞桿幾托架下部與鏟斗鉸接。當(dāng)托架、動(dòng)臂、連桿及車架支座構(gòu)成的是平行四連桿機(jī)構(gòu)，則在動(dòng)臂提升、轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時(shí)，鏟斗始終保持平動(dòng)，斗內(nèi)物料不會(huì)灑落。
無鏟斗托架的工作裝置，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)，由于轉(zhuǎn)斗油缸及鏟斗都是直接鉸接在托架上，所以鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)角較大。但是，動(dòng)臂前端的較重的托架減少了鏟斗的載重量。根據(jù)搖臂、連桿數(shù)目及鉸接位置的不同，可組成不同形式的連桿機(jī)構(gòu)，鏟斗的鏟起力P隨鏟斗轉(zhuǎn)角a的變化關(guān)系，傾斜時(shí)的角速度大小以及工作裝置的運(yùn)動(dòng)特性也不同。因此，裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式的選擇，既要考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也要考慮作業(yè)性質(zhì)和挖掘方式來確定。
5.2 鏟斗設(shè)計(jì)
一．鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇
鏟斗是直接用來切削、收集、運(yùn)輸和卸出物料，裝載機(jī)工作時(shí)的插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機(jī)的作業(yè)效率和工作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗設(shè)計(jì)的主要要求。鏟斗是在惡劣的環(huán)境下工作承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨損，所以要求鏟斗具有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)要耐磨。
根據(jù)裝載物料的容重，鏟斗做成三種類型：正常斗容的鏟斗用來裝載容重1.4～1.6噸/米的物料（如砂、碎石、松散泥土等），增加斗容的鏟斗，斗容一般為正常斗容的1.4～1.6倍，用來采掘容重1.0噸/米左右的物料（如煤、渣等）；減少斗容的鏟斗，斗容為正常的0.6～0.8，用來裝載斗容重大于2噸/米的物料（如鐵礦石、巖石等）。用于土方工程機(jī)械的裝載機(jī)，因作業(yè)對(duì)象較廣，因此多采用正常斗容的通用鏟斗，一般適應(yīng)鏟裝不同物料的需要。
鏟斗切削刃的形狀根據(jù)鏟掘物料的種類不同而不同，一般分為直線型或非直線型兩種。直線型切削刃簡(jiǎn)單并利于地面刮平作業(yè)，但切削阻力較大。非直線型切削刃有V型和弧型等，裝載機(jī)用的較多是V型斗刃。這種切削刃由于中間突出，在插入料堆時(shí)，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆；同時(shí)減少“偏載切入”有一定的效果。但鏟斗的裝滿系數(shù)要小于直線型斗刃的鏟斗。
裝有斗齒的鏟斗，在裝載機(jī)作業(yè)時(shí)，插入力有斗齒分擔(dān)，形成較大的比壓，利于插入密實(shí)的料堆疏松物料，便于鏟斗的插入，斗齒磨損后容易更換。因此，對(duì)主要用于鏟裝巖石或密實(shí)物料的裝載機(jī)，其鏟斗均裝有斗齒。用于插入阻力較小的松散物料或粘性物料，其鏟斗可以不裝斗齒。
斗齒的形狀對(duì)切削阻力的影響：對(duì)稱齒型的切削阻力比不對(duì)稱的大；長(zhǎng)而狹窄的齒比寬而短的切削阻力小?；【€型側(cè)刃的插入阻力比直線型側(cè)刃小，但弧線型側(cè)刃容易從兩側(cè)泄漏物料，不利于鏟斗的裝滿適宜于鏟裝巖石。對(duì)主要用于土方工程的裝載機(jī)，在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)要考慮斗體內(nèi)的流動(dòng)性，減少物料在斗體的移動(dòng)或滾動(dòng)阻力，同時(shí)要有利于在鏟裝粘性物料是有良好的倒空性。
鏟斗底板的弧度(圓弧半徑，見圖)越大，鏟掘時(shí)泥土的流動(dòng)性越好，但對(duì)于流動(dòng)性差的巖石等，則應(yīng)將底邊加長(zhǎng)而弧度減小，使鏟斗容積加大，比較容易鏟取。但是當(dāng)?shù)走呥^長(zhǎng)，則鏟斗的鏟起力變小，且鏟斗插入料堆的插入阻力與刃口的插入深度成比例的急劇增加，如圖所示。相反，如底邊短，不但鏟斗的鏟起力大，而且卸載時(shí)，斗刃口的降落高度小，也易于將物料卸凈。因此，鏟斗轉(zhuǎn)鉸銷的位置以近于刃口處為好。
二．鏟斗容積
一）． 鏟斗基本參數(shù)的確定
鏟斗寬度應(yīng)大于裝載機(jī)輪胎寬度，每側(cè)為mm，以便保護(hù)輪胎側(cè)壁，減少行使阻力。
在確定鏟斗各部分尺寸時(shí)，一般把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R作為基本參數(shù)。著是因?yàn)樗苯佑绊戠P斗前壁的長(zhǎng)度，前壁長(zhǎng)度的鏟斗要求插入深度大，插入力大，卸載時(shí)所占的高度空間大，而且直接影響鏟斗鏟取力和斗容的大小。
式中 ： ——幾何4容量(圖3—18小所示陰影斷面)，由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定(米)
B?！P斗內(nèi)側(cè)寬度(米)；
——鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù)，通常＝1.4-1.5，
鏟斗基本參數(shù)圖
——后斗壁長(zhǎng)度系數(shù)，通常＝1.1-1.2，
——擋板高度系數(shù)，通常＝0.12-0.14；
——斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常＝0.35-0.40；
——擋板與后斗壁問的夾角，通常rl＝5-10；
——斗底和后斗壁間的夾角，通常r。＝48-52， (有推薦55-65)
由計(jì)算得：
選取
斗底長(zhǎng)度Lg是指由鏟斗切削刃到斗底與后斗壁交點(diǎn)的距離：=1528mm
后斗壁長(zhǎng)度是指后斗壁上緣到與底相交點(diǎn)的距離：
=1216mm
擋板高度：
=143mm
鏟斗圓弧半徑：
=386mm
鏟斗與動(dòng)臂鉸銷距斗底的高度：
=165mm
鏟斗側(cè)壁切削刃相對(duì)于斗底的傾角。在選擇時(shí)，擋板的夾角為90。
二） 斗容的計(jì)算
鏟斗的斗容量可以根據(jù)鏟斗的幾何尺寸確定。
1．幾何斗容(平裝斗容)
鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定：
對(duì)于裝有擋板的鏟斗：
米
式中： ——鏟斗橫斷面面積，如圖中所示陰影面積（米）算得為0.38m
——鏟斗內(nèi)壁寬(米)，1.93m
——擋板高度(米)；1.43m
——斗刃刃口與擋板h之間的距離(米)。0.9m
=0.73m
2．額定斗容(堆裝斗容)
鏟斗堆裝的額定斗容vR是指斗內(nèi)堆裝物料的四邊坡度均為1：2，此時(shí)額定斗容可按下式確定。
對(duì)于裝有擋板的鏟斗：
米
式中： c——物料堆積高度(米)。
物料堆積高度c可由作圖法確定：根據(jù)科堆坡度角可得料堆尖端點(diǎn)M，再由M點(diǎn)作直線MN與CD垂直，將MN垂線向下延長(zhǎng)，與斗刃刃口和擋板最下端之間的連線相交，此交點(diǎn)與料堆尖端之間的距離，即為物料堆積高度C,如下圖所示。
5.3 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)
這種機(jī)構(gòu)有兩大優(yōu)點(diǎn)：
（1）轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗，并且連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設(shè)計(jì)成較大值。所以可以獲得相當(dāng)大的鏟取力；
（2）恰當(dāng)?shù)剡x擇各構(gòu)件尺寸，不僅能得到良好的鏟斗平動(dòng)性能，而且可以實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平。這是其它6種工作機(jī)構(gòu)所望塵莫及的。
此外，結(jié)構(gòu)十分緊湊、前懸小，司機(jī)視野好也是此種機(jī)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)。
缺點(diǎn)足搖臂和連桿布置在鏟斗與前橋之間的狹窄部位，容易發(fā)生構(gòu)件相互干擾，設(shè)計(jì)時(shí)需特別精心。
一．工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)裝載機(jī)的用途、作業(yè)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等擬訂的設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，選定了工作裝置結(jié)構(gòu)形式以后，可開始進(jìn)行工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
工作機(jī)構(gòu)的基本給構(gòu)如圖所示。鏟斗1、動(dòng)臂2、連桿3、搖臂4、轉(zhuǎn)斗油缸5、舉
臂(舉升)油缸6等組成。整個(gè)工作機(jī)構(gòu)鉸接在車架7上。
裝載機(jī)工作裝置圖
二．裝載工作對(duì)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求
（一）輪胎式裝教機(jī)工作過程
輪胎式裝載機(jī)是一種裝運(yùn)卸作業(yè)聯(lián)合一體的自行式機(jī)械，它的工作過程由5種工作狀態(tài)或工況組成：
1）工況I——插入狀態(tài)
動(dòng)臂下放，鏟斗放置地面，斗尖觸地，鏟斗前壁對(duì)地面呈3 5前傾角；開動(dòng)裝載機(jī)鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。
2) 工況II——鏟裝狀態(tài)
工況I以后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，鏟取物料，待鏟斗口翻轉(zhuǎn)至近似水平為止。
3)工況III——重載運(yùn)輸狀態(tài)
舉升動(dòng)臂，待工況II之鏟斗升高到適合位置(以斗底離地的高度不小于最小允許距離為準(zhǔn))，然后驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)，載重駛向卸載點(diǎn)。
4)工況IV—一卸載狀態(tài)
在卸載點(diǎn)，舉升動(dòng)臂使鏟斗至卸載位置；翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運(yùn)輸車輛或固定料倉(cāng)卸載；卸畢，下放動(dòng)臂，使鏟斗恢復(fù)到運(yùn)輸狀態(tài)。
5)工況V——空載運(yùn)輸狀態(tài)
卸載結(jié)束后，裝載機(jī)由卸載點(diǎn)空載返回裝載點(diǎn)。在露天礦或工地，通常輪胎式裝載機(jī)是向載重汽車卸裁，出于裝載點(diǎn)和卸載點(diǎn)距離很近，卸載位置較高，所以一般稱作“定點(diǎn)高位卸載”。
地下礦山使用的輪胎式裝載機(jī)習(xí)慣上稱“井下鏟運(yùn)機(jī)”。目前，鏟運(yùn)機(jī)多數(shù)向溜井或礦倉(cāng)卸載，運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，卸載位置較低，所以一般被稱為“動(dòng)點(diǎn)低位卸載”．
工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：
1）確定動(dòng)臂的長(zhǎng)度、形狀及車架的鉸接位置。
2）確定動(dòng)臂油缸的鉸接位置及動(dòng)臂油缸的行程。
3）連桿機(jī)構(gòu)（動(dòng)臂、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂和連桿構(gòu)成）
4）工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：
（1） 保證滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書中所規(guī)定的使用性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求，如最大卸載高度、最大卸載距離，在任何位置都能卸凈物料并考慮可換工作裝置。
（2）保證作業(yè)過程中任何構(gòu)件不與其它構(gòu)件干涉。
工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，因?yàn)榻M成工作裝置的各個(gè)構(gòu)件尺寸幾位置的相互影響，可變性很大。對(duì)于選定的結(jié)構(gòu)形式，在滿足上述條件下可以有各種各樣的構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置。通過多種方案的比較，選出最佳構(gòu)件的尺寸及鉸接點(diǎn)位置，使所設(shè)計(jì)的工作裝置不僅滿足使用要求，而且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
目前，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，參考同類樣機(jī)結(jié)構(gòu)，采用比較法設(shè)計(jì)。下面以連桿式的工作裝置為例來進(jìn)行分析。
三．機(jī)構(gòu)分析
反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)組成轉(zhuǎn)斗油缸CD,搖臂CBE連桿FE鏟斗GF動(dòng)臂 GBA 機(jī)架AD六個(gè)構(gòu)件組成，由于AD和GF轉(zhuǎn)向相反，所以此機(jī)構(gòu)稱為反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。
舉升機(jī)構(gòu)主要由舉臂油缸HM和動(dòng)臂GBA構(gòu)成，若將整個(gè)反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)放置在直角坐標(biāo)系中，只要確定出九個(gè)鉸鏈點(diǎn)GFEBCDAH和M的位置就可求得工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)中個(gè)構(gòu)件的尺寸參數(shù)值。
一） 寸參數(shù)的圖解
圖解法是在初步確定了最大卸載高，最小卸載距離，卸載角等參數(shù)后進(jìn)行的。
（一） 動(dòng)臂與鏟斗，搖臂，機(jī)架的三個(gè)鉸鏈點(diǎn)GBA的確定
1．定坐標(biāo)系
先在坐標(biāo)紙上選取直角坐標(biāo)系XOY，并選定長(zhǎng)度比例
2．畫鏟斗圖
把已畫好的鏟斗橫截面外廓圖按比例畫在坐標(biāo)里，斗尖對(duì)準(zhǔn)O點(diǎn)，與X軸成度的前傾角。此時(shí)鏟斗插入料堆的位置工礦I。
3．確定動(dòng)臂與鏟斗的鉸鏈點(diǎn)G
由于G點(diǎn)的X坐標(biāo)值越小轉(zhuǎn)斗鏟取力就越大，G點(diǎn)的Y坐標(biāo)值一般取mm
反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
4． 定動(dòng)臂與機(jī)架的銨接點(diǎn)A
以G為圓心，使鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，至鏟斗斗口與x軸平行為止。
即工礦II，Y值為
(mm)
輪胎選標(biāo)準(zhǔn)系列: 16-24 外直徑為146010mm，
（a）根據(jù)最大卸載高度h和最小卸載距離l和卸載角畫出工礦Ⅳ，G點(diǎn)位置為G。以G點(diǎn)為圓心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗口與x軸平行，即得鏟斗被舉升到最高位，即工況圖III。
(b)連接G和 G，作G G的垂直平分線，A點(diǎn)必在垂直平分線上，且A點(diǎn)取在前輪的右上方，與前軸心水平距離為軸距的1/3～1/2處。
5．確定動(dòng)臂與搖臂的鉸接點(diǎn)B
B點(diǎn)位置是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)。它對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，倍力系數(shù)，連桿機(jī)構(gòu)的布置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng)度等都有很大影響。一般B點(diǎn)在AG連線的上方，過A點(diǎn)水平線下方，相對(duì)于前輪外廓，B點(diǎn)在其左上方。
（二）連桿與鏟斗和搖臂兩個(gè)鉸接點(diǎn)E﹑F的確定
確定E﹑F兩點(diǎn)時(shí)，既要考慮對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，如必須保證鏟斗在各工礦時(shí)的轉(zhuǎn)角又要注意動(dòng)力學(xué)的要求，如鏟斗在鏟裝物料時(shí)輸出較大的力，同時(shí)還要考慮各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)被破壞的現(xiàn)象。
1．按雙搖桿條件設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，并令GF桿為最短桿，BG為最長(zhǎng)桿，即必有：
GF+BG>FE+BE
若令GF=a,FE=b,BE=c,BG=d,并將上式兩邊同時(shí)除以d得下式：
初步設(shè)計(jì)時(shí)，上式可在下列值內(nèi)選?。?
因?yàn)閐值已經(jīng)由—確定，所以可求得a、b、c三值。
d=1352mm, a=406mm～676mm, c=541～1081mm
這兩點(diǎn)位移的確定要綜合考慮如下四點(diǎn)要求：1)E點(diǎn)不可與前橋相碰，并有足夠的最小離地高度；2)工況I時(shí)，使EF桿盡處與G桿垂直，這樣可獲得較大的傳動(dòng)角和倍力系放；3)工況時(shí)，EF與GF兩桿的夾角必須小于170度，即傳動(dòng)角不能小于l0度，以免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生自鍘；4)工況IV時(shí)，EF與GF桿的傳動(dòng)角也必須大于l 0度。
具體作法有兩種：
1)初選E點(diǎn)法 如圖4—9所示，鏟斗取工況I 。以B點(diǎn)為圓。以BE＝c為半徑畫?。蝗藶榈爻踹xE點(diǎn)，使其落在B點(diǎn)右下方的
弧段上；再分別以B點(diǎn)和G點(diǎn)為圓心，以FE＝b和GF＝a分別為半徑畫弧，得交點(diǎn)，即為F。
2)圖解法
分別以B點(diǎn)和G點(diǎn)為圓心，c和分別為半徑畫弧，其交點(diǎn)為E；再分別以G和E點(diǎn)為圓心，a和b為半徑畫弧，則其交點(diǎn)必為F。如下圖所示：
若上述所得E和F點(diǎn)均滿足要求則罷，否則，可調(diào)整a、b、c長(zhǎng)度，重新作圖，直至滿意為止。但是，同時(shí)滿足上述四點(diǎn)要求是不易的，尤其若保證EF上GF是很難的，所以，設(shè)計(jì)時(shí)，一般使不小于70即可。
3．為了防止機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“死點(diǎn)”、“自鎖”或“撕裂”設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)滿足下列不等式：
工況l時(shí) GF十FE＞GE
工況IV肘 FE十BE＞FB
（三）轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸鏈點(diǎn)C和D的確定
１. 確定C點(diǎn)
從力傳動(dòng)效果出發(fā)，顯然使搖臂BC段長(zhǎng)一些有利，那樣可以增大轉(zhuǎn)斗油缸的作用力臂，使攫取力相應(yīng)的增加。但增加BC段，必將減小鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)角比，造成鏟斗轉(zhuǎn)角難以滿足各工礦的要求，并且使轉(zhuǎn)斗油缸行程過長(zhǎng)。因此初步設(shè)計(jì)?。?
C點(diǎn)一般取在B左上方，BC與BE夾角可取，并使工礦一時(shí)搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸趨近垂直，C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)不得與鏟斗干擾。
2．確定D點(diǎn)
轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架的鉸鏈點(diǎn)D的確定，是依據(jù)工礦Ⅱ舉升到工礦Ⅲ過程為平動(dòng)，由工礦Ⅳ到工礦Ⅰ時(shí)為啟動(dòng)放平這兩大要求來確定的。
當(dāng)以上鉸鏈點(diǎn)確定下來后，則鏟斗在各工礦的C位置也唯一的被確定下來。因?yàn)殓P斗油缸由工礦Ⅱ舉升到Ⅲ或由Ⅳ放到工礦Ⅰ的過程中，轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng)度均分別保持不變，所以D點(diǎn)必為和點(diǎn)連線的垂直平分線與和連線的垂直平分線的交點(diǎn)。
（四） 升油缸與動(dòng)臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn)H及M的確定
舉升油缸布置應(yīng)本著工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、整機(jī)穩(wěn)定性好的原則來確定。
一般H點(diǎn)選在AG連線上方，并取AG≥AG/3。AH 不能取太大，它受到油缸行程的限制。M點(diǎn)盡量與地保持最小高度，并且望前橋方向靠是比較有利的，這樣舉升工作力臂大小變化比較小。
四．動(dòng)臂形狀的選擇
動(dòng)臂按其縱向中心線形狀分為直線型與曲線型兩種。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，腹板變形小，重量輕，而且動(dòng)臂的受力情況好。后者可使工作裝置布置更為合理。
動(dòng)臂的斷面尺寸由強(qiáng)度分析決定，為減輕工作裝置重量，通常按等強(qiáng)度梁設(shè)計(jì)動(dòng)臂斷面尺寸。
動(dòng)臂斷面的結(jié)構(gòu)形式有單板式、雙板式和箱體式三種。大型裝載機(jī)的動(dòng)臂多采用雙板式或箱體式結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@種動(dòng)臂形式能較好的改善動(dòng)臂的受力情況，消除了單板式動(dòng)臂因搖臂支撐力作用使動(dòng)臂承受附加扭矩的影響。此工作裝置是ZL45-40型裝載機(jī)的工作裝置，固采用雙板式曲線型結(jié)構(gòu)，其具體參數(shù)見上述所示。
5.4 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算
一．計(jì)算位置
分析裝載機(jī)插入料堆、鏟起、提升、卸載等作業(yè)過程可知，裝載機(jī)在鏟掘物料時(shí)，工作裝置的受力最大，所以取鏟斗斗底與地面的前傾角5度時(shí)的鏟取位置作為計(jì)算位置，且假定外載荷作用在鏟斗的切削刃上。
二．外載荷的確定
由于物料種類和作業(yè)條件的不同，裝載機(jī)實(shí)際作業(yè)不可能使鏟斗切削刃均勻的受力，可將其轉(zhuǎn)化為兩種情況：1.認(rèn)為載荷沿切削刃中部的集中載荷來代替均布載荷，稱為對(duì)稱受載的情況；2.由于鏟斗偏鏟，料堆密實(shí)程度不同，使載荷偏于鏟斗一側(cè)。形成偏載情況，通常將其簡(jiǎn)化后的集中載荷加在鏟斗側(cè)邊第一斗齒上。
裝載機(jī)的鏟掘過程通常分為如下三種受力情況：
（1）鏟斗水平插入料堆，工作裝置油缸閉鎖，此時(shí)認(rèn)為切削刃只受到水平力的作用。
（2）鏟斗水平插入料堆后，翻轉(zhuǎn)鏟斗（靠轉(zhuǎn)斗油缸工作）或提升動(dòng)臂（依靠動(dòng)臂油缸工作）鏟掘時(shí)，認(rèn)為切削刃只受到垂直力的作用。
（3）鏟斗邊插入邊轉(zhuǎn)斗或邊提臂鏟掘時(shí)，認(rèn)為水平力與垂直力同時(shí)作用在鏟斗切削刃上。
綜合上述分析，可以得到以下六種工作裝置的典型結(jié)構(gòu)和工礦：
1．水平力的作用工況
水平力（即插入力阻力）的大小由裝載機(jī)的牽引力決定，起水平力的最大值為：
=5964(N)
式中：——裝載機(jī)空載時(shí)的最大牽引力
——插入力
2．垂直力的作用工況
垂直力（即鏟取阻力）的大小受裝載機(jī)的縱向穩(wěn)定條件限制，其最大值為：
0(N)
式中：——裝載機(jī)空載是的自重；
——裝載機(jī)重心到前輪與地面接觸點(diǎn)的距離；
——垂直力的作用點(diǎn)到前輪與地面接觸點(diǎn)的距離；
3．對(duì)稱水平力與垂直力同時(shí)作用的工況
此時(shí)垂直力由上式給出，水平力取發(fā)動(dòng)機(jī)扣除工作油泵功率后，裝載機(jī)所能發(fā)出的牽引力。
4．偏載的作用工況。
5．受垂直力偏載的作用工況，垂直力大小與工況II相同。
6．受水平偏載與垂直偏載同時(shí)作用的工況，水平力與垂直力的大小與工況Ⅲ相同。
三．工作裝置受力分析
在確定了計(jì)算位置及外載荷的大小后，可進(jìn)行工作裝置的受力分析。
（1）在對(duì)稱受載的工況下，由于工作裝置是個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，固兩動(dòng)臂受的載荷相等。同時(shí)略去鏟斗及支撐橫梁對(duì)動(dòng)臂與受力與變形的影響，則可取工作裝置；則一側(cè)進(jìn)行分析，其上作用的載荷取相應(yīng)工況外載荷的一半進(jìn)行分析計(jì)算，即：
(N)
(N)
（2）在偏載的工況中，近似地用求簡(jiǎn)支梁支反力的方法，求出分配于左右動(dòng)臂平面內(nèi)的等效力與：
；
；
由于 , , 所以只求，