1.工作装置计算位置
分析装载机铲掘、运输、提升及卸载等作业过程，发现装载机在水平地面上铲掘物料时，工作装置受力最大，因此取装载机在水平地面作业，铲斗斗底与地面的夹角δ 为 3°～5° 铲掘时作为计算位置，并假设外载荷作用在切削刃上。如图10.22 所示。
图10.22 工作装置强度计算位置
2.工作装置典型工况的选择及外载荷的确定
装载机在铲掘过程中使工作装置受力最大有以下3 种情况：
（1）装载机沿水平地面运动，工作装置油缸闭锁，铲斗插入料堆，此时认为物料对于铲斗的阻力水平作用在切削刃上。
（2）铲斗水平插入料堆足够深度后，装载机停止运动，向后转斗或者提升动臂，此时认为掘起阻力垂直作用在切削刃上。
（3）装载机在水平面上匀速运动，铲斗水平插入料堆一定深度后，边插入边转斗或边插入边提升动臂，此时认为物料对铲斗的水平阻力和垂直阻力同时作用在切削刃上。
由于作业场地、作业条件及作业对象不同，装载机在实际作业时，铲斗切削刃所承受的载荷情况十分复杂，并且变化范围也相当大，因此铲斗切削刃上的载荷不可能是均匀分布，但是我们为了计算方便将其简化为两种极端情况，即：
（1）对称受载：即认为外载荷是沿铲斗切削刃均匀分布，并用作用于切削刃中点的集中载荷来代替其均布载荷；
（2）偏载：由于铲斗偏铲或物料密实度不均，使载荷偏于铲斗的一侧，形成偏载情况时，我们认为简化后的集中载荷完全由铲斗一侧第一个斗齿承受。
根据以上分析，使工作装置某些构件受力最大有以下6 种典型工况（见图10.23）。
图10.23 工作装置典型工况
（1）对称水平受力工况［见图 10.23（a）］，此种工况铲斗的水平载荷由装载机的牵引力决定，水平最大力按照下式计算：
式中 PKmax——装载机空载时驱动轮上的最大切线牵引力，N；
Pf——装载机空载时的滚动阻力，N；
Gϕ——装载机附着重量，N；
ϕ——附着系数。
（2）对称垂直受力工况［见图10.23（b）］，该工况下，掘起力受限于装载机的纵向稳定条件，最大值为
式中 Gs——装载机自重，N；
l1——装载机重心到前轮接地点的距离；
l——垂直力 PZ 的作用点到前轮接地点的距离。
（3）对称水平力与垂直力同时作用的工况［见图10.23（c）］，此时的水平力 PX ，通常在此工况下按发动机所能传至装载机驱动轮的牵引力计算：
式中 PK——装载机驱动轮上的切线牵引力；
Pf——装载机的滚动阻力。
此时垂直力按照式（10.12）计算。
（4）水平偏载工况［见图10.23（d）］：水平力按照式（10.11）计算。
（5）垂直偏载工况［见图10.23（e）］：垂直力按照式（10.12）计算。
（6）水平偏载与垂直偏载同时作用工况［见图 10.23（f）］：此时水平力与垂直力按照工况3 计算。
3.工作装置受力分析
工作装置实际是一个空间超静定结构，受力复杂，精确计算复杂，故做如下假设简化分析计算：
（1）铲斗动臂横梁不影响动臂的变形与受力。
（2）动臂轴线与摇臂、连杆轴线处于同一平面内。
通过以上假设，将工作装置这样一个空间超静定结构，简化成了一个简单的平面力系。
对于对称受力工况，由于动臂是一个对称结构，两动板受力大小相同，所以可取工作装置的一侧进行受力分析，并取外载荷的一半进行计算，即
对于偏载工况［见图 10.23（d）、（e）、（f）］，近似用简支梁的方法，求出分配在左右动臂平面内的等效力
和
［见图10.24（b）］。
由于
，因此
作为计算外载荷。
图10.24 工作装置受力分析图
外载荷求出后，用解析法或图解法可求出对应工况下的工作装置的内力（见图10.25），下面我们以第一工况为例计算内力，其他工况类似。
首先取铲斗为分离体，依据平衡原理，计算铲斗的受力。
由∑MB=0得
式中 GD——铲斗重量。
由∑x=0得
图10.25 工作装置各构件受力分析图
由∑z=0得
连杆［见图10.24（c）］依据平衡原理，摇臂受力为(www.xing528.com)
由∑ME=0得
由∑x=0得
由∑z=0得
取动臂为分离体［见图10.24（d）］。
由∑MA=0得
由∑x=0得
由∑z=0得
4.工作装置强度计算
根据各典型工况受力分析所求出各构件的作用力，画出弯矩图，找出其危险断面，按强度理论对工作装置的主要构体进行强度校核。
通常第6 典型工况各构件受力较大。
（1）动臂：动臂相当于一个支承在动臂油缸上铰点H 及车架A 点的双铰悬臂折线变断面梁（见图10.26），强度计算时，我们把它分成1-2，2-3，3-4，4-5 等4 个区段，每个区段的断面上作用有弯曲应力、正应力和剪应力。
式中 M——计算断面的弯矩，N·m；
W——计算断面的抗弯断面系数，m3；
N——计算断面的轴向力，N；
F——计算断面的面积，m2。
式中 Q——计算断面的剪力，N；
Szmax——计算断面中性轴z 处的静矩，N·m；
Jz——计算断面对z 轴的惯性矩，m4；
b——计算断面的宽度，m。
图10.26 动臂强度计算简图
如果计算断面为矩形，则
通常动臂的危险截面在H 点处，现在以M—M 断面为例进行计算，计算M—M 断面处的弯矩、轴向力和剪力。
将求出的M 、 N代入式（10.25），Q 代入式（10.27）得
（2）连杆：连杆在装载机铲掘过程中，有时受拉，有时受压，因此需要对其进行强度及压杆稳定验算，计算方法按材料力学的方法进行。
（3）摇臂：摇臂的受力情况如图 10.25（c）所示，其危险断面通常在 E 点附近，在该断面上作用有弯曲应力和正应力，其计算方法与动臂相同。
（4）铰销：装载机工作装置铰销的一般结构形式及受力情况如图10.27 所示。
图10.27 工作装置铰销
目前国外一些装载机工作装置上采用密封式铰销。所谓密封铰销，就是铰销轴套的端部加一个密封圈，密封圈可以防止润滑剂泄漏及尘土进入，因此可延长轴销和轴套的使用寿命及减少定期润滑的次数，使日常维修工作所消耗的时间及费用减少。
工作装置中各铰销的强度按下式计算：
销轴的弯曲应力为
式中 P1——计算载荷，铰销承受载荷的一半，N；
l2——铰销的弯曲强度计算长度，m；
W——销轴的抗弯断面系数。
销轴支座的挤压应力为
销轴套的挤压应力为
式中 l3——轴套的支承长度，m。
强度计算的许用应力[σ]按下式计算：
式中 σs——材料的屈服极限，国内装载机工作装置一般采用 16Mn 钢，屈服极限取360 MPa；
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