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需完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文
題目 ZL15型輪式裝載機(jī)
工作裝置設(shè)計(jì)
22
前 言
裝載機(jī)主要用來裝卸成堆散料，也能進(jìn)行輕度的鏟掘工作。由于它適用于建筑、礦山、鐵道、公路、水電等國民經(jīng)濟(jì)各個部門，因此，在國內(nèi)外產(chǎn)量與品種的發(fā)展都較快，是工程機(jī)械中的一個主要機(jī)種。
裝載機(jī)根據(jù)不同的使用要求，發(fā)展形成了不同的結(jié)構(gòu)類型。通常，按使用場合的不同，分成露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)；接行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，分成輪式裝載機(jī)與履帶式裝載機(jī)；按卸料方式不同，分為前卸式(前端式)、后卸式與回轉(zhuǎn)式裝載機(jī)。本書主要論述露天工程用的輪式裝載機(jī)的設(shè)計(jì)。
裝載機(jī)的設(shè)計(jì)，大致要經(jīng)歷：明確任務(wù)、調(diào)查研究、制訂設(shè)計(jì)任務(wù)書，進(jìn)行整車布置、確定整機(jī)的主要性能參數(shù)，進(jìn)行各部件的方案設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算，技術(shù)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，試驗(yàn)鑒定和修改定型等這樣一些階段。一臺裝載機(jī)的設(shè)計(jì)是否成功，首先是從能否滿足使用要求，好造、好用、好修，具備較高的作業(yè)生產(chǎn)串和較低的使用成本來衡量的。這體現(xiàn)在設(shè)計(jì)工作中，就是應(yīng)當(dāng)使裝載機(jī)具有較完善的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能與指標(biāo)以及先進(jìn)的部件結(jié)構(gòu)方案。
摘 要
我所設(shè)計(jì)的ZL15裝載機(jī)既保留了傳統(tǒng)裝載機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而有具有新的性能和優(yōu)點(diǎn)。
本次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的工作裝置的設(shè)計(jì)。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)動實(shí)現(xiàn)的。裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗，動臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料；動臂和動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。動臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動采用液壓操作。
先對裝載機(jī)的發(fā)展概況幾設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想、特點(diǎn)、任務(wù)進(jìn)行概述，然后確定方案，在技術(shù)設(shè)計(jì)部分羅列了ZL15裝載機(jī)的主要技術(shù)性能和參數(shù)，進(jìn)行了牽引特性計(jì)算，工作裝置設(shè)計(jì)。工作裝置設(shè)計(jì)中有工作裝置運(yùn)動分析，對鏟斗、動臂、連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)等幾部分組成。
在工藝設(shè)計(jì)中敘述了工藝工程。應(yīng)用程序計(jì)算了受力分析?？傊?，整個設(shè)計(jì)是有序地完成的。
在整個設(shè)計(jì)的過程中，在老師及其他老師的指導(dǎo)下順利完成的，通過這次設(shè)計(jì)，我學(xué)到很多東西，在實(shí)踐中把大學(xué)中所學(xué)的知識綜合運(yùn)用復(fù)習(xí)了一次，同時也學(xué)到很多新的東西，受益非淺。在此，本人表示衷心感謝！并真誠希望各位老師對我提出寶貴的意見。
Abstract
This type of ZL15 loader that I have designed has the common virtues of the traditional loaders.And it has some new-improved virtues and function.
In my design progress,I put emphasis on the working-device.
The ZL15 loader also has some traditional virtues like the articulited wheel-type loader.The loader digging and unload the goods by the working-device.The working-device has many
Parts and it is connected to the machine.Some parts of the device’s turning by liquid press realize.
At first,I introduce the developing trend of the loaders,and explained the main designing idea, designing characteristic and designing task.The second part is the whole designing prgram.In the technical designing part,the main technological parameters and technological features of the ZL15 loader are listed.The following part is the calculation part of the tractive features and the designing of the working device.
The necessary computer progress is placed in the end of my designing progress,all the computer program was composed with C language .In a word,the whole designing progress is designed carefully and step by step.I wish my design could clearly explained my designing idea.
With the kind help of Mr.LiFeng and other teachers,I finished my design successfully.Through designing this type of ZL15 loader,I have attained a lot which was new to me.Here,I want to express my heartful gratitude to those teachers.At the same time ,the shortcomings in my design need to be poingted out by the teachers.thank you all.
目 錄
第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書……………………………………………………1
第二章 裝載機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用
2.1 裝載機(jī)在的介紹……………………………………………1
2.2 裝載機(jī)在地下開采中的應(yīng)用………………………………2
2.3 我國裝載機(jī)的發(fā)展前景 …………………………………3
第三章 輪式裝載機(jī)總體參數(shù)的確定…………………………………4
第四章 裝載機(jī)的總體布置
4.1 裝載機(jī)的總體布置原則……………………………………6
4.2 裝載機(jī)各部件的布置………………………………………7
4.3 裝載機(jī)的總體構(gòu)造和分類…………………………………9
第五章 裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)
5.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析……………………………………… 10
5.2 鏟斗設(shè)計(jì)………………………………………………… 11
5.3 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)…………………… 15
5.4 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算……………………………………… 21
5.5 裝載機(jī)工作裝置中油缸作用力的確定 ………………… 29
5.6 工作裝置的限位機(jī)構(gòu) …………………………………… 30
總結(jié)…………………………………………………………………… 31
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………… 32
第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
一． 課題名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及要求
ZL15型裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)
裝載機(jī)工作裝置斗容：0.9
額定載重量：1.5
柴油機(jī)功率：50
整機(jī)重量：5.1
最大卸載高度：2500
最小卸載距離：850
要求：保證裝載機(jī)工作的功能，滿足工程機(jī)械的各項(xiàng)使用性能。
二． 課題內(nèi)容幾工作量
1. 總體方案確定
2. 工作裝置結(jié)構(gòu)形式分析
3. 工作裝置運(yùn)動分析
4. 工作裝置性能分析
5. 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)
6. 電算程序
7. 譯文（機(jī)械設(shè)計(jì)類）
第二章 裝載機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r
2.1 輪式裝載機(jī)的介紹
金屬礦山的開采可劃分為露天開采和地下開采兩大類。我國露天礦采以礦石的比重約占70％，但從事地下開采的人員比露天開采的人員多。這是因?yàn)榈叵麻_采的條件復(fù)雜，使用的設(shè)備種類繁多，在產(chǎn)量相同的條件下，對地下礦投資的人力和物力遠(yuǎn)大于露天礦的緣故。
保護(hù)自然環(huán)境和合理地利用礦藏資源，是發(fā)展社會主義經(jīng)濟(jì)的必要條件。隨著淺埋礦床的耗盡而愈來愈向深部開采，或當(dāng)露天升采的深度很大而使地表遭受大面積的破壞時，就必須采用地下開采?？梢灶A(yù)料今后地下開采仍將逐漸增加。
不論是露天礦開采還是地下礦開采，對礦體較硬的金屬礦山，都是經(jīng)鑿巖爆破將崩落松散礦石或巖石，經(jīng)裝運(yùn)作業(yè)運(yùn)至下步工序的作業(yè)地點(diǎn)。裝載作業(yè)是礦山整個生產(chǎn)過程小既繁重又費(fèi)時的作業(yè)。所以努力提高裝載機(jī)械的作業(yè)能力，對實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)的高效率低消耗想著重要的作用。
ZL系列輪式裝載機(jī)是一種高效率的工程機(jī)械，具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能可靠，機(jī)動性強(qiáng)，操縱方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于礦山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，貨場，電站以及其他工業(yè)部門，進(jìn)行裝載，推土，鏟挖，起重，牽引等多種作業(yè)。對加快工程建設(shè)速度減輕勞動強(qiáng)度提高工程質(zhì)量降低工程成本都發(fā)揮著重要作用，因此近幾年來無論在國內(nèi)還是國外裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。
為適應(yīng)裝載機(jī)多功能作業(yè)的要求，輪式裝載機(jī)已經(jīng)向一機(jī)功能方向發(fā)展。這主要靠主機(jī)控制適合多種作業(yè)的組合工作裝置完成。80年代國外裝載機(jī)和液壓挖掘機(jī)除了不斷完善裝，挖功能外，正向一機(jī)多能方向發(fā)展。許多公司競相生產(chǎn)各式各樣的輔助機(jī)構(gòu)。這種機(jī)型使用范圍很廣，其產(chǎn)品受到用戶的普遍關(guān)注。
在通用拖拉機(jī)前端加裝載裝置，后部加挖掘裝置可改裝變形成前裝后挖拖拉機(jī)，亦稱挖掘裝載機(jī)，俗稱“兩頭忙”。
工作裝置的性能分析過去多采用作圖分析和手工計(jì)算法，工作量繁重，精度較低。當(dāng)分析工礦較多時問題更為突出，為克服手工畫圖的誤差。本次設(shè)計(jì)前面所進(jìn)行的工作裝置CAD設(shè)計(jì)是通過看資料、實(shí)物，通過初步分析、計(jì)算而確定的方案。其次要考慮各個工作液壓缸作用力的均衡性，整機(jī)的穩(wěn)定性，整機(jī)與地面的附著性、滿足結(jié)構(gòu)和布置的可能性，以綜合比較初選方案，從而確定機(jī)構(gòu)參數(shù)（一般來說，從計(jì)算機(jī)輔助分析中發(fā)現(xiàn)不合理的現(xiàn)象可究其原因，采取改進(jìn)措施，是設(shè)計(jì)合理化。對已經(jīng)擬訂的各種方案可通過計(jì)算機(jī)輔助分析作進(jìn)一步的取舍和修改，以便確定較合理的方案）。同時，通過性能分析能夠很清楚的了解到這個裝載機(jī)裝置在各個位置或各種工況時的里和其它參數(shù)，有利于更有效地使用挖掘裝載機(jī)和使這種裝載機(jī)工作效率得到最大限度的發(fā)揮。
2.2 裝載機(jī)在地下開采中的應(yīng)用
地下礦的開采，包括開拓、采準(zhǔn)、回采三個步驟。開拓是礦山的基建工程，它是用井巷把地表與山地下礦體接通，并建成完整的運(yùn)輸、通風(fēng)、排水的并巷工程，包括豎井、斜井、盲井、井底車場，如水泵房、變電室、機(jī)修站、火藥庫等，還有石門、階段運(yùn)輸巷道、溜井等。
采準(zhǔn)是指掘進(jìn)形成采區(qū)外形的一些巷道及為了回采工作面的碎巖和爆破而需要的自由空間。前者如采區(qū)的運(yùn)輸巷道、通風(fēng)和人行天井，以及電耙巷道等，如切割槽、拉底空間、放礦漏斗等。
回采就是做完采準(zhǔn)后，在采區(qū)工作面進(jìn)行的落礦、裝運(yùn)和管理作業(yè)?；夭芍械牡V石裝運(yùn)作業(yè)是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。
裝載作業(yè)就是把開拓、采準(zhǔn)、回采的礦石或巖石裝入運(yùn)輸工具或卸入溜井。開拓、采準(zhǔn)和回采三者在使用裝運(yùn)機(jī)械方面對比起來，采準(zhǔn)工程的特點(diǎn)是：它的裝運(yùn)作業(yè)工作量，是在階段水平以上或礦房內(nèi)部及礦床上下盤中進(jìn)行的。一般地說，這些巷道斷面尺寸小、長度短，分布在階段水平以上不同的高度上，要求機(jī)械設(shè)備輕便靈活，便于調(diào)入和調(diào)出及遷移到不同高度上。在斷面只寸很小的空間內(nèi)工作，由于設(shè)備的調(diào)入遷移和使用都比較困難，致使采準(zhǔn)工作的機(jī)械化程度低、工作效率低、成本高。因此采準(zhǔn)工作量的多少，便成為衡量采礦方法好壞的重要指標(biāo)之一。
2.3 我國裝載機(jī)的發(fā)展前景
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的調(diào)整發(fā)展，大型輪式裝載機(jī)的需求量會有大幅度上升，特別是西部大 開發(fā)，許多大型工程建設(shè)等，大型輪式裝載機(jī)大有用武之地。另外，世界上生產(chǎn)大型輪式裝載 機(jī)的國家、企業(yè)也不多，出口前景也非常好，苦于我們還拿不出產(chǎn)品。
1999年，我國全行業(yè)ZL60型共銷28臺，ZL80型及ZL100型一臺也未銷售。因此，我國大型 輪式裝載機(jī)可以說是基本上未推向市場。影響推出市場的主要原因是，除開發(fā)水平較低外，主 要是配套件跟不上。大型 輪式裝載機(jī)的配套件國內(nèi)基本上沒有，有少量的也是水平低，可靠 性差，不太適用，進(jìn)口配套件價格又太貴。因此大型輪式裝載機(jī)的國內(nèi)市場基本上被國外大公 司所占領(lǐng)。我國裝載機(jī)行業(yè)，特別是主要裝載機(jī)制造企業(yè)，應(yīng)抓住我國加入WTO 后進(jìn)口件價格 降低的機(jī)遇，進(jìn)口一部分重要的關(guān)鍵部件，同時為盡量降低成本，加大力度開發(fā)一些目前已經(jīng)有能力開發(fā)的零部件，如傳動系統(tǒng)中的驅(qū)動橋、液壓件中的缸、閥等，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，開發(fā)出 具有中國特色的大型輪式裝載機(jī)。只要我們的產(chǎn)品能占領(lǐng)國內(nèi)市場，也一定能打進(jìn)國際市場。
國產(chǎn)挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)數(shù)量很少，在我國ZL20型以下屬小型裝載機(jī)，據(jù)1999 年全行業(yè)主要企業(yè)統(tǒng)計(jì),共銷售小型裝載機(jī)有1546 臺，能占全行業(yè)的8.2％。
國外小型裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)，包括挖掘裝載機(jī)在內(nèi)，市場份額已相當(dāng)大。美國的 山貓牌小型多功能裝載機(jī)年銷量在5萬臺左右，還有美國的凱斯、約翰迪爾、卡特彼勒、英國 的JCB公司等的挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)年銷量都在萬臺上。可見世界市場上挖掘裝載 機(jī)及小型多功能裝載機(jī)市場是多么大，而中國目前這類產(chǎn)品基本上還沒有。這類產(chǎn)品特別適用 于市政建設(shè)、中小城鎮(zhèn)建設(shè)、鄉(xiāng)間非等級公路建設(shè)、一般公路的維護(hù)保養(yǎng)、港口碼頭作業(yè)，還 有改造環(huán)境、植樹造林等。特別是西部大開發(fā)，這類產(chǎn)品將有廣闊的潛在市場。這類產(chǎn)品的開發(fā)，今后肯定是以靜液壓件傳動為主，目前世界上小型裝載機(jī)、小型多功能裝載機(jī)基本上都是 靜液壓傳動。我國要能真正把這類產(chǎn)品發(fā)展起來，必須有自己的創(chuàng)新。裝載機(jī)行業(yè)的廣大企 業(yè)，特別是有能力的大企業(yè)，應(yīng)加大創(chuàng)新力度，去爭我國小型裝載機(jī)、小型多功能裝載機(jī)、挖掘裝載機(jī)等這一巨大的潛在市場。
我國西部3000米以上高海拔地區(qū)及沙漠地區(qū)占了很大的面積，在實(shí)施西部大開發(fā)中，高原 及沙漠型特殊用途裝載機(jī)需要量較大，國內(nèi)目前基本上還沒有這類產(chǎn)品，而國外大公司在這方 面已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品。因此，我國加入WTO后，這個巨大的潛在市場很可能被國外大公司所占領(lǐng)。我國的裝載機(jī)行業(yè)從現(xiàn)在起應(yīng)積極行動起來，與有關(guān)科研院所及有關(guān)發(fā)動機(jī)等配套件企業(yè)聯(lián)合起來，盡快開發(fā)出具有中國特色的高原、沙漠型特殊用途裝載機(jī)，去搶占我國西部這一潛在大市場。
中型輪式裝載機(jī)是國內(nèi)最成熟而產(chǎn)量又大大過剩的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品只要“入世”后實(shí)行國 際采購，提高質(zhì)量、水平、可靠性，那么大批進(jìn)入國際市場的機(jī)遇就在眼前。
第三章 輪式裝載機(jī)總體參數(shù)的確定
3.1 裝載機(jī)鏟掘時的作業(yè)阻力
裝載機(jī)在進(jìn)行鏟掘作業(yè)中的作業(yè)阻力主要是：鏟斗插入料堆時的插入力；提升動臂時的鏟起力；翻起轉(zhuǎn)斗時的轉(zhuǎn)斗阻力矩。影響這些阻力的因素很多，例如鏟掘的物料種類、鏟斗的形狀，鏟斗插入的深度等。而鏟掘的物料種類又是多種多樣的，可能是土壤砂石，也可能是各種塊度的礦石，因此在這些復(fù)雜因素影響下，難以準(zhǔn)確的計(jì)算出裝載機(jī)鏟掘時的作業(yè)阻力，為確定這些阻力，則通過鏟掘散狀物料試驗(yàn)的辦法得出經(jīng)驗(yàn)公式和多種系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，下面分別計(jì)算裝載機(jī)在鏟掘散狀物料時的各種阻力。
一、插入阻力
插入阻力是裝載機(jī)鏟斗插入料堆時，料堆對鏟斗的反作用力。插入阻力分別由以下阻力組成：鏟斗前切削刃口和兩側(cè)壁切削刃口的阻力；鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力；鏟斗外表面與物料接觸時的摩擦阻力。這些阻力與物料的類型、料堆的高度、鏟今插入料堆的深度、鏟斗的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。由實(shí)驗(yàn)得知，隨著鏟斗插入料堆深度的增加，插入力隨指數(shù)稍大于1的拋物線而增長，推薦用下面的經(jīng)驗(yàn)公式11算：
式中： P——鏟斗插入阻力(公斤)；
K——取決于被鏟掘物科的塊度和松散程度的影響系數(shù),取塊度小于400毫米時，K=1.1；
K——物科種類(容積比重)的影響系數(shù)，散狀物料種類為沙石，系數(shù)為0.12；
L?！P斗插入料堆深度(厘米)；取50cm;
——鏟斗寬度(厘米)；
—一散狀物料料堆高度影響系數(shù)，料高度為1.4m, =1.15。
此處省略?NN
NNNNN
NNN
NN
字
裝載機(jī)工作裝置圖
二．裝載工作對工作機(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)
動臂下放，鏟斗放置地面，斗尖觸地，鏟斗前壁對地面呈3 5前傾角；開動裝載機(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)輸車輛或固定料倉卸載；卸畢，下放動臂，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)向溜井或礦倉卸載，運(yùn)輸距離較長，卸載位置較低，所以一般被稱為“動點(diǎn)低位卸載”．
工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：
1）確定動臂的長度、形狀及車架的鉸接位置。
2）確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程。
3）連桿機(jī)構(gòu)（動臂、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)是一個比較復(fù)雜的問題，因?yàn)榻M成工作裝置的各個構(gòu)件尺寸幾位置的相互影響，可變性很大。對于選定的結(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動臂 GBA 機(jī)架AD六個構(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和動臂GBA構(gòu)成，若將整個反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)放置在直角坐標(biāo)系中，只要確定出九個鉸鏈點(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） 動臂與鏟斗，搖臂，機(jī)架的三個鉸鏈點(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，斗尖對準(zhǔn)O點(diǎn)，與X軸成度的前傾角。此時鏟斗插入料堆的位置工礦I。
3．確定動臂與鏟斗的鉸鏈點(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)簡圖
4． 定動臂與機(jī)架的銨接點(diǎn)A
以G為圓心，使鏟斗順時針轉(zhuǎn)動，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．確定動臂與搖臂的鉸接點(diǎn)B
B點(diǎn)位置是一個十分關(guān)鍵的參數(shù)。它對連桿機(jī)構(gòu)的傳動比，倍力系數(shù)，連桿機(jī)構(gòu)的布置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長度等都有很大影響。一般B點(diǎn)在AG連線的上方，過A點(diǎn)水平線下方，相對于前輪外廓，B點(diǎn)在其左上方。
（二）連桿與鏟斗和搖臂兩個鉸接點(diǎn)E﹑F的確定
確定E﹑F兩點(diǎn)時，既要考慮對機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)的要求，如必須保證鏟斗在各工礦時的轉(zhuǎn)角又要注意動力學(xué)的要求，如鏟斗在鏟裝物料時輸出較大的力，同時還要考慮各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動被破壞的現(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,并將上式兩邊同時除以d得下式：
初步設(shè)計(jì)時，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，使EF桿盡處與G桿垂直，這樣可獲得較大的傳動角和倍力系放；3)工況時，EF與GF兩桿的夾角必須小于170度，即傳動角不能小于l0度，以免機(jī)構(gòu)運(yùn)動時發(fā)生自鍘；4)工況IV時，EF與GF桿的傳動角也必須大于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長度，重新作圖，直至滿意為止。但是，同時滿足上述四點(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，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)時還應(yīng)滿足下列不等式：
工況l時 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)
從力傳動效果出發(fā)，顯然使搖臂BC段長一些有利，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。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，并使工礦一時搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸趨近垂直，C點(diǎn)運(yùn)動不得與鏟斗干擾。
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，由工礦Ⅳ到工礦Ⅰ時為啟動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．動臂形狀的選擇
動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)簡單，腹板變形小，重量輕，而且動臂的受力情況好。后者可使工作裝置布置更為合理。
動臂的斷面尺寸由強(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)動臂斷面尺寸。
動臂斷面的結(jié)構(gòu)形式有單板式、雙板式和箱體式三種。大型裝載機(jī)的動臂多采用雙板式或箱體式結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@種動臂形式能較好的改善動臂的受力情況，消除了單板式動臂因搖臂支撐力作用使動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，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）或提升動臂（依靠動臂油缸工作）鏟掘時，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，認(rèn)為水平力與垂直力同時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．對稱水平力與垂直力同時作用的工況
此時垂直力由上式給出，水平力取發(fā)動機(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）在對稱受載的工況下，由于工作裝置是個對稱結(jié)構(gòu)，固兩動臂受的載荷相等。同時略去鏟斗及支撐橫梁對動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，近似地用求簡支梁支反力的方法，求出分配于左右動臂平面內(nèi)的等效力與：
；
；
由于 , , 所以只求，
在工作裝置中a= 165mm, b= 1500mm
N
N
認(rèn)為動臂軸線與連桿、搖臂軸線處于同一平面內(nèi)，則所有的作用力都通過構(gòu)件（鏟斗除外）斷面的彎曲中心，即略去的由于安裝鉸座而產(chǎn)生的附加扭轉(zhuǎn)，從而可以用軸線、折線或曲線來代替實(shí)際構(gòu)件。
通過上面的分析與假設(shè)，就能將工作裝置這樣一個空間超靜定結(jié)構(gòu)簡化為平面問題進(jìn)行受力分析。
工作裝置的受力分析，就是根據(jù)上述工況下作用在鏟斗的外力，用解析法或作圖法求出對應(yīng)工況下工作裝置各構(gòu)件的內(nèi)力。下面以工況Ⅲ為例進(jìn)行分析，其它工況與此類同。
取鏟斗為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析鏟斗的受力：
由
所以
（N）
由
所以
(N)
由
所以
(N)
所示，取連扦為脫離體，根據(jù)平衡原理，作用于連扦兩端的力大小相等，方向相反，即：
所以
工作裝置受力分析
由
所以
(N)
所以
(N)
由圖示受力分析可知，連桿此時受拉。
如圖所示，取搖臂為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析搖臂的受力
由
所以
(N)
由
所以
(N)
所以
(N)
四．動臂強(qiáng)度校核
根據(jù)計(jì)算工況及受力分析，即可按強(qiáng)度理論對工作裝置主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核。
1．動臂
動臂可看成是支撐在車架A點(diǎn)和動臂油缸上鉸點(diǎn)H點(diǎn)的雙支點(diǎn)懸梁臂，其危險斷面在H點(diǎn)附近，在此斷面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力：
1
式中： ——計(jì)算斷面的截面積；
——計(jì)算斷面上的彎矩；
——計(jì)算斷面上的軸向力；
——計(jì)算斷面的抗彎斷面系數(shù)。
對于H點(diǎn)的斷面：
=-2.6
=1.1
將式和代入得：
同理，計(jì)算得H點(diǎn)的斷面的應(yīng)力
2．搖臂
搖臂的受力分析，如圖所示，彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力，計(jì)算法和動臂相同。
3．鉸銷
其危險斷面在支座G點(diǎn)附近，裝載機(jī)工作裝置鉸銷的一般結(jié)構(gòu)形式及受力情況，如圖所示。
目前國內(nèi)外對工程機(jī)械工作裝置備銷軸的強(qiáng)度計(jì)算都采用下面的計(jì)算公式
銷軸的彎曲應(yīng)力：
=(千克/厘米)
式中 ： ——銷軸的彎曲應(yīng)力；
——計(jì)算載荷，為鉸點(diǎn)所受載荷之半；
——銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算長度；
——銷軸的抗彎斷面系數(shù)
取銷軸直徑為70mm為例：
銷軸支座的擠壓應(yīng)力：
=17.8=178（千克/厘米）
銷軸套的擠壓應(yīng)力：
式中： 為軸套的支承長度;
4．連桿
裝載機(jī)在作業(yè)過程中，連桿有時受拉，有時受壓，需要同時進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算及壓桿穩(wěn)定驗(yàn)算。其計(jì)算根據(jù)《工程力學(xué)》中所講的方法進(jìn)行。
強(qiáng)度計(jì)算中所用的許用應(yīng)力可按下式選?。?
=（千克/厘米）
——材料的屈服極限。國內(nèi)裝載機(jī)工作裝置的動臂常用16Mn鋼，其＝3600千克／厘米；搖臂材料為3號鋼，＝2100一2400千克／厘米；
n——安全系數(shù)，設(shè)計(jì)手冊規(guī)定n＝；由于工程機(jī)械工作繁重，條件惡劣，并考慮到計(jì)算上的誤差，通常M＞1.5。
5.5 裝載機(jī)工作裝置中油缸作用力的確定
目前大多數(shù)裝載機(jī)的工作裝置只有兩種油缸：動臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸。推壓(變幅)油缸則采用較少。
動臂油缸與轉(zhuǎn)斗油缸的作用力有兩種情況：油缸推動機(jī)構(gòu)運(yùn)動時的作用力為主動作用力(簡稱工作力或作用力)，其最大值取決于液壓系統(tǒng)的工作壓力和油缸直徑(活塞作用面積)；工作裝置工作時作用于閉鎖狀態(tài)的油缸上的作用力為被動作用力，其最大值取決于液壓系統(tǒng)的過載閥壓力值和承載活塞面積。如工作裝置的動臂油缸不動，靠轉(zhuǎn)斗油缸轉(zhuǎn)動鏟斗而進(jìn)行鏟掘作業(yè)時，則轉(zhuǎn)斗油缸所產(chǎn)生的作用力為主動作用力，動臂油位所承受的作用力為被動作用力。當(dāng)油缸最大被動作用力大于外裁荷的作用力時，油缸無回縮現(xiàn)象，否則因過載閥打開而溢流，使油缸發(fā)生回縮。 ．
油缸作用力的分析與確定是裝載機(jī)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一。分析裝載機(jī)的工作情況可知，為保證裝載機(jī)正常而有效地工作，油缸作用力應(yīng)能保證裝載機(jī)工作時發(fā)揮最大的鏟起力Ng，使鏟斗裝滿，同時動臂油缸的作用力還應(yīng)保證把滿斗的物科提升到所需的卸載高度與卸載距離。所以最大鏟起力Ng是確定油隨作用力的依據(jù)。
確定了工作裝置油缸作用力和可能產(chǎn)生的被動作用力后，便可按選定的液壓系統(tǒng)的工作壓力設(shè)計(jì)油隨所需之缸徑，并選定過載閥之壓力。至于油缸行程，如前所述，它由工作裝置結(jié)構(gòu)方案決定。工作裝置的結(jié)構(gòu)方案，也影響各油缸在主動和被動狀態(tài)下的作用力，所以確定油缸作用力要在工作裝置的結(jié)構(gòu)方案、構(gòu)件尺寸與鉸接點(diǎn)位置選定之后進(jìn)行。
5.6 工作裝置的限位機(jī)構(gòu)
裝載機(jī)工作時，為使操縱方便，提高勞動生產(chǎn)率，要求在工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對鏟斗在地面時的后傾角，一般不小于45，在最大卸裁高度時的卸載角(或前傾角)，一般不小于45。對動臂提升與下降的高度進(jìn)行控制與限位。因此，需要有相應(yīng)的限位裝置與限位機(jī)構(gòu)。此外，當(dāng)鏟斗在某一卸載高度卸載后，要求自動控制鏟斗卸載后的后傾角，使之放下動臂時、鏟斗能自動放平。因此需要有鏟斗自動放平機(jī)構(gòu)。
一、鏟斗轉(zhuǎn)角限位裝置
鏟斗轉(zhuǎn)角限位裝置通常采用簡單的擋塊結(jié)構(gòu)。如圖所示，把擋塊直接焊在鏟斗后的斗壁背面上，擋塊A用來限制鏟斗的后傾角，擋塊B用來限制鏟斗的前傾角，與之相對應(yīng)的擋塊則分別焊在工作裝置的動臂或橫梁上。作業(yè)時，裝載機(jī)水平插入料堆，然后操縱轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗上翻，在運(yùn)輸位置的鏟斗后傾到45時，鏟斗上的擋塊A與動臂或橫梁上相應(yīng)的擋塊相碰鏟斗即停止上翻。由于轉(zhuǎn)斗油缸控制閥尚未回到中立位置，故油泵繼續(xù)向轉(zhuǎn)斗油缸供油，造成液壓系統(tǒng)的壓力超過過載閥調(diào)出壓力，過載閥打開，避免機(jī)構(gòu)損壞。鏟斗前傾角的限位原理與上述一樣，在最大卸載高度的鏟斗前傾角達(dá)到45時，鏟斗上的擋塊B與動臂或橫梁上相對應(yīng)的擋塊相碰，鏟斗即停止前傾。
鏟斗轉(zhuǎn)角限位裝置簡圖
總 結(jié)
經(jīng)過這三個月的集中努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，至此我已經(jīng)完成了所有的設(shè)計(jì)任務(wù)。在我做設(shè)計(jì)期間，主要經(jīng)歷了實(shí)習(xí)，可行性分析，計(jì)算和繪圖等幾個階段。
由于設(shè)計(jì)的內(nèi)容是第一次接觸，所以開始著手時候不是很順利，整個設(shè)計(jì)過程中有很多反復(fù)計(jì)算，如設(shè)計(jì)裝載機(jī)工作裝置的工作部分確定各個鉸接點(diǎn)位置的過程中走了一些彎路。到目前為止對設(shè)計(jì)不是非常滿意，我所學(xué)知識有限沒能弄懂某些知識點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中，很多新的東西都是邊翻資料邊作設(shè)計(jì)，對有些知識掌握的不透，還需要在以后的工作學(xué)習(xí)過程中多實(shí)踐學(xué)習(xí)。同時在設(shè)計(jì)過程中有粗心大意的時候，造成了一些影響，望老師諒解。
設(shè)計(jì)過程中，我得到老師的細(xì)心指導(dǎo)，使我所遇到的困難得到了即時的解決。另外，也感謝老師的督促指導(dǎo)，在此向所有的指導(dǎo)老師表示感謝！
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