裝載機工作裝置結構設計【說明書+CAD+PROE+仿真】

裝載機工作裝置結構設計【說明書+CAD+PROE+仿真】,說明書+CAD+PROE+仿真,裝載機工作裝置結構設計【說明書+CAD+PROE+仿真】,裝載,機工,裝置,結構設計,說明書,仿單,cad,proe,仿真 河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表指導教師： 張海 職稱： 副教授 所在院（系）： 機械與動力工程學院 教研室（研究室）： 機械設計教研室 題 目裝載機工作裝置結構設計學生姓名 張娜專業(yè)班級 08機設2班學號 0828080114一、選題質量：（主要從以下四個方面填寫：1、選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標，能否體現綜合訓練要求；2、題目難易程度；3、題目工作量；4、題目與生產、科研、經濟、社會、文化及實驗室建設等實際的結合程度）本題目為裝載機工作裝置設計，主要涉及對零件結構的工藝分析，選材，裝載機的選擇，利用PROE建模等，本設計與我本科階段所學專業(yè)知識緊密相連，符合專業(yè)培訓目標，題目的難度與工作量都比較適中，本題目與日常生產，科研等實際結合程度非常大，在做本設計時，需要查閱各種資料，完成很多難題。通過這次設計的的鍛煉能夠很大程度運用綜合的鍛煉我的知識的能力，為以后在這方面的創(chuàng)新打下結實的基礎。二、開題報告完成情況：我認真分析了選題，通過調查和親自去工廠里實習，非常明確自己的課題設計方向與內容，在實習中通過對裝載機工作過程認真分析，認為開題報告完成的比較順利。三、階段性成果：1.通過查閱有關資料和文獻對設計的主要內容有了一個系統的了解。2.對裝載機工裝裝置原理有了一個清醒的認識。3.對涉及的整體思路有個初步方案。4.各子控制系統正在設計中。5.順利完成開題報告設計日志緊隨設計進度進行。6.系統控制大體框架基本完成。7.圖形正在繪制過程中。4、 存在主要問題：1. 對各工作原理還不是很熟悉，需要進一步學習。2. 對系統中各元件的選型還沒確定；對各元件參數的整體還不確定。3. 整體設計方案漏洞瑕疵比較多，需要進一步改進。4. 繪圖軟件應用不是很熟練，需要加強練習。5. 對論文格式排版還不能完全符合要求，需要進一步細化。五、指導教師對學生在畢業(yè)實習中，勞動、學習紀律及畢業(yè)設計（論文）進展等方面的評語指導教師： （簽名） 年 月 日河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告題目名稱裝載機工作裝置結構設計學生姓名張娜專業(yè)班級機設2班學號0828080114一、 選題的目的和意義：自90年代以來，國內外工程機械進入了一個新的發(fā)展時期，工程機械產品以信息技術為先導，在發(fā)動機燃料燃燒與電控、液壓控制系統、自動操縱、可視化駕駛、精確定位與作業(yè)、故障診斷與監(jiān)控、節(jié)能與環(huán)保等方面，進行了大量的研究，開發(fā)出許多新結構（或系統）和新產品，提高了工程機械的高科技含量，促進了工程機械的發(fā)展。 裝載機是一種用途十分廣泛得工程機械，它可以用來鏟裝、搬運、卸載、平整散裝物料，也可以對巖石硬土等進行輕度得鏟掘工作，因此，它被廣泛應用于建筑、公路、鐵路、水電、港口、礦山及國防等工程中，對加快工程建設速度、減輕勞動強度、提高工程質量、降低工程成本具有重要作用，所以裝載機在國內外不論是品種或是在產量方面都得到迅速發(fā)展，成為工程機械得主要品種之一。而合理的工作裝置結構更能起到事半功倍之成效。二、 主要參考文獻與資料獲得情況：1 王國彪楊力夫編著工作裝置優(yōu)化設計：機械工業(yè)出版社，19962 吉林工業(yè)大學工程機械教研室. 輪式裝載機設計（M）. 北京：中國建筑工業(yè)出版社. 1982. 11：63853 井下鏟斗式裝載機機械工業(yè)出版社4 周復光. 鏟土運輸機械設計與計算(M). 北京：水利水電出版社. 1988. 6：991435 張瑞肖. ZL50輪式裝載機工作裝置的改進（J）. 機械產品與科技. 2005,1(1)：29306 王玉良. 挖掘裝載機五合一鏟斗設計剖析. 建筑機械化.2005,26(3)：18207 曹旭陽, 張衛(wèi)虎, 王國彪. ZL30C裝載機工作裝置的改進設計. 建筑機械. 2005, 1(1)：9394,1038 寧濤王飛岳榮剛中文版ProE4.0基礎教程，清華大學出版社9 岳榮剛徐小榮朱敬， ProE3.0機械設計100例，電子工業(yè)出版社10 王國標. 裝載機工作裝置優(yōu)化設計（M）. 北京：機械工業(yè)出版社. 1998. 511 成大先. 機械設計手冊（單行本）M. 北京：化學工業(yè)出版社，2004.513 楊占敏 王智明 張春秋 等. 輪式裝載機. 北京：化學工業(yè)出版社，2005.814 機械設計手冊軟件版 R2.0 . 北京：機械工業(yè)出版社.15 李健成. 礦山裝載機械設計. 北京：機械工業(yè)出版社, 1989.516 其它網絡檢索到的相關資料畢業(yè)設計（論文）進度安排（按周說明）1調研、收集資料 4.24.12 2熟悉軟件、擬訂研究方案 4.44.25 3研究方案具體實施 4.185.18 4撰寫計算說明書、完成圖紙繪制 5.185.28 5準備畢業(yè)答辯 5.286.2 6畢業(yè)答辯 6.2三、 指導教師審批意見：指導教師： （簽名）年 月 日 3摘 要裝載機是工程機械的主要機種之一，廣泛用于建筑、礦山、水電、橋梁、鐵路、公路、港口、碼頭等國民經濟各部門。本文中參閱了大量的土方機械的設計參考書，其中大多數是有關裝載機方面的，有的是工作裝置單一構件的設計，有的則是整個工作裝置的設計，并且有許多有關工作裝置優(yōu)化設計方面，各參考所涉及到的裝載機雖然型號不同，研究的方法也有差異，但綜合起來基本上也概述了現行的設計方法。國外裝載機發(fā)展迅速，而我國裝載機在設計上存在很多問題，其中主要集中在可靠性、結構設計強度等方面。而工作裝置對于裝載機來說又是重中之重，所以工作裝置的設計好壞直接影響到裝載機的使用壽命以及工作效率等。雖然現在市場上的裝載機已經日趨成熟，但對其進行改進設計仍有非常重要的意義，尤其是裝載機的工作裝置。裝載機工作裝置的轉斗六連桿機構是由與液壓缸，鏟斗相關聯的兩個四連桿機構組合而成。輪式裝載機在作業(yè)時，靠改變液壓缸的長度來使鏟斗獲得所要求的收斗角和卸料角。機構中各桿件長度及其結構參數確定后，需要對該機構作某些特定計算，以判斷機構設計的正確性。在工作循環(huán)中速度與加速度變化合理；油缸活塞行程為最佳值；工作裝置運動平穩(wěn)、無干涉、無死點、無自鎖；動臂從最底位置到最大卸載高度的舉升過程中，保證鏟斗中物料不灑落；在卸載后，動臂下放至鏟掘位置鏟斗能自動放平。關鍵詞 工程機械，裝載機，工作裝置AbstractThe wheel loader is one kind of the engineering machinery, used in many departments of national economy such as the building , mine , water and electricity , bridge , railway , highway , port , quay extensively. In this article has referred the massive folk recipes machinery design reference book, majority is the related car loader aspect, some are works the equipment sole component design, some then is the entire work installment design, and has many related work installments optimization design aspect, each reference involves to the car loader although the model is different, the research method also has the difference, but synthesized basically has also outlined the present design method. The overseas loader development is rapid, but our country car loader has very many problems in the design, mainly concentrates in aspect and so on reliable, structural design intensity. But works the installment regarding the loader to say also is extremely important, therefore the work installment design is good and bad affects directly the car loader service life as well as the working efficiency and so on . Although in the present market car loader already day by day was mature, but carried on the improvement design to it still to have the extremely vital significance, in particular loader work installment. Loading the machine work equips of turn the container six connect pole organization is from press with liquid an urn of, the container mutually connection of two four connect the pole organization combine.A type loads the machine at homework, is pressed by the liquid of changes an urn lengths to makes the container acquired requests of accept the Cape of the container with unload to anticipate the Cape.Each pole in inside in organization a length and its construction parameter certain empress, need to make the some and particular calculation to that organization, the accuracy that to judge the organization the design.In worked circulation the speed changes with acceleration the reasonable;The oil a piston route of travel is the best value;The work equips the sport steady, have no to interfere with, have no the dead center and have no from the lock;Move the arm from most the bottom position arrives the biggest unloading to raise to rise the process inside highly, guaranteeing the container the inside the material do not spread to fall;After unloading, move the arm descend to put to the container to dig the position container can put automatically even.KEY WORDS Construction Machine, Wheel Loaders ,Work Equips目錄前言11. 裝載機工作裝置概述31.1 裝載機工作裝置設計概述31.2 結構型式選擇41.3 裝載機設計任務72 鏟斗結構設計92.1 鏟斗斗型的結構分析102.1.1 切削刃的形狀102.1.2 鏟斗的斗齒102.1.3 鏟斗的側刃112.1.4 斗體形狀122.2 鏟斗基本參數的確定122.3 斗容的計量153.1幾何斗容(平裝斗容)162.3.2 額定斗容(堆裝斗容)163.工作裝置的結構設計193.1 工作機構連桿系統的尺寸參數設計203.2 機構分析203.3 設計方法203.4 尺寸參數設計的圖解法213.4.1 動臂與鏟斗、搖臂、機架的三個鉸接點B、E、A的確定223.4.1.1 確定坐標系223.4.1.2 畫鏟斗圖223.4.1.3 確定動臂與鏟斗的鉸接點B223.4.1.4 確定動臂與機架的鉸接點A243.4.1.5 確定動臂與搖臂的鉸接點E253.4.2 連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點C、D的確定253.4.3 舉升油缸與動臂和機架的鉸接點H及M點的確定283.5 確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程313.5.1動臂油缸的鉸接位置313.5.2 動臂油缸行程的確定323.6.2 最大卸載高度和最小卸載距離344 工作裝置的強度計算354.1 計算位置354.2 外載荷的確定354.3 工作裝置的受力分析384.4 工作裝置的強度校核474.4.1動臂484.4.2 鉸銷524.4.3 連桿544.4.4 搖臂565 裝載機工作裝置中油缸作用力的確定625.1 轉斗油缸的選擇645.2 動臂油缸的選擇675.3 轉斗油缸與動臂油缸被動作用力的確定696. 工作裝置的限位機構706.1 鏟斗轉角限位裝置706.2 動臂升降的自動限位機構717裝載機工作裝置三維實體建模737.1 Pro/E軟件介紹737.2 工作裝置零件建模747.2.1 動臂的生成757.2.2 鏟斗的生成777.2.3 底座的生成787.2.4 連桿的生成787.2.5搖臂的生成797.2.6 液壓缸筒的生成797.2.7 液壓缸活塞的生成808. 工作裝置裝配模型建模828.1 底座模型裝配848.2 動臂模型裝配858.3 鏟斗模型裝配868.4 液壓缸體模型裝配868.5 搖桿模型的裝配連接888.6 連桿模型與鏟斗模型和搖桿模型的裝配連接888.7 銷釘模型的連接888.8 本章小結929 裝載機工作裝置運動仿真949.1 概述949.2 創(chuàng)建裝載機工作裝置的機械運動仿真949.2.1 連接軸設置949.2.2 創(chuàng)建快照969.2.3 定義伺服電動機979.2.4 運行運動1029.2.5 結果回放動態(tài)干涉檢查與制作播放文件10310 總結107致 謝108參 考 文 獻109110 前 言裝載機是以輪胎式或履帶式拖拉機為基礎車，安裝上鏟斗作為工作裝置的一種土方工程機械。它是一種作業(yè)效率高、操作輕便、用途廣泛的施工機械，它不僅用來對松散的堆積物料進行裝、運、卸等作業(yè)，還可以鏟裝爆破后的礦石以及對硬土進行輕度挖掘，并能用來進行清理、刮平場地及牽引等作業(yè)。裝載機的鏟掘和裝卸物料是通過工作裝置的運動而得以實現的，裝載機工作裝置由鏟斗、動臂、連桿、搖臂和轉斗油缸、動臂油缸等組成。整個工作裝置鉸接在車架上。鏟斗通過連桿和搖臂與轉斗油缸鉸接，用以裝卸物料。動臂與車架、動臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉和動臂的升降采用液壓操縱。裝載機作業(yè)時工作裝置應能保證：當轉斗油缸閉鎖、動臂油缸舉升或降落時，連桿機構使鏟斗上下平動或接近平動，以免鏟斗傾斜而撒落物料；當動臂處于任何位置、鏟斗繞動臂鉸點轉動進行卸料時，鏟斗傾斜角不小于45，卸料后動臂下降時又能使鏟斗自動放平。綜合國內外裝載機工作裝置的結構型式，主要有七種類型，即按連桿機構的構件數不同，分為三桿式、四桿式、五桿式、六桿式和八桿式等；按輸入和輸出桿的轉向是否相同又分為正轉和反轉連桿機構等。工作裝置直接影響到裝載機的性能參數和其作業(yè)效率。ZL40ZL50裝載機，主要裝載機生產廠家均擁有該產品。第一代產品幾十年來沿續(xù)至今，全國幾乎使用同一套圖紙，有些技術力量薄弱的廠家，仍把其當作主導產品推向市場。第二三代產品主要是對工作裝置進行優(yōu)化，改變外觀造型。所以，合理的設計工作裝置的結構是非常重要的。常見的有關輪式裝載機的工作裝置設計中，廣泛采用反轉六連桿機構為例進行設計以及放平性、工作強度的校核，本次設計中在沒有同類正轉機構設計資料的前提下，反復琢磨工作裝置的工作原理，并使用機械設計軟件AUTOCAD 進行工作裝置的各鉸接點的設計，所以在進行有關校核時直接應用繪圖尺寸，可以保證精度要求，此設計資料也可以作為今后正轉工作裝置的設計參考。當然，在設計中難免有疏忽以及錯誤的地方，望批評指正。1. 裝載機工作裝置概述1.1 裝載機工作裝置設計概述 裝載機鏟掘和裝卸物料的作業(yè)是通過工作裝置的運動實現的。裝載機的工作裝置由鏟斗、動臂、搖臂連桿(或托架)及液壓系統等組成(圖11)。鏟斗用以鏟裝物料；動臂和動臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架連接；轉斗油缸通過搖臂連桿(或托架)使鏟斗轉動。動臂的升降和鏟斗的轉動采用液壓操縱。由動臂、動臂油缸、鏟斗、轉斗油缸、搖臂連桿(或托架)及車架相互鉸接所構成的連桿機構，在裝載機工作時要保證：當動臂處于某種作業(yè)位置不動時，在轉斗油缸作用下，通過連桿機構使鏟斗繞其鉸接點轉動；當轉斗油缸閉鎖時，動臂在動臂油缸作用下提升或下降鏟斗過程中，連桿機構應能使鏟斗在提升時保持平移或斗底平面與地面的夾角變化控制在很小的范圍，以免裝滿物料的鏟斗由于鏟斗傾斜而使物料撒落；而在動臂下降時，又自動將鏟斗放平，以減輕駕駛員的勞動強度，提高勞動生產率。1.2 結構型式選擇 裝載機工作裝置的結構型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如圖11a所示。其動臂和連桿的后端與車架支座鉸接，動臂和連桿的前端與鏟斗托架鉸接，托架上部鉸接轉斗油缸體，其活塞桿及托架下部與鏟斗鉸接。當托架、動臂、連桿及車架支座構成的是平行四連桿機構，則在動留提升、轉斗油缸閉鎖時，鏟斗始終保持平移，斗內物科不會撤落。有鏟斗托架的工作裝置易十更換鏟斗及安裝附件，例如將鏟斗卸下，在托架上裝上起重叉便可進行起重及叉車作業(yè)。有鏟斗托架的工作裝置，結構比較簡單，同時，由于轉斗油缸及鏟斗都是直接鉸接在托架上，所以鏟斗的轉動角較大。但由于在動管前端裝有較重的托架，所以減少了鏟斗的載重量。 國產ZL35、Z1160裝載機均采用有鏟斗托架的工作裝置。 無鏟斗托架的工作裝置如圖11b所示。其動臂的前端和鏟斗鉸接，動管的后端和車架上部支座鉸接，動管油缸兩端分別和動管及車架底部支座鉸接，轉斗油缸一端和車架鉸接，另一端和搖臂鉸按，搖臂則鉸接在動臂上，連桿一端和搖臂鉸接，另一端和鏟斗鉸接。 根據搖臂連桿數目及鉸接位置的不同，可組成不同型式的連桿機構。不同型式的連桿機構，鏟斗的鏟起力P隨鏟斗轉角的變化關系，傾斜時的角速度大小以及工作裝置的運動特性也不同。因此，裝載機工作裝置結構型式的選擇，既要考慮結構簡單，又要考慮作業(yè)性質與鏟掘方式來確定(圖12)。 正轉連桿機構的工作裝置，當機構運動時，鏟斗與搖臂的轉動方向相同(圖13a、b、c、d)。其運動特點是：發(fā)出最大鏟起力P時的鏟斗轉角是負的(圖12a曲線)，有利于地面的挖掘(圖12b)，鏟斗傾斜時的角速度大，易于抖落砂土，但沖擊較大。 正轉連桿機構又可分為正轉單連桿(圖12a、b)和正轉雙連桿(圖12c、d)兩種形式。單連桿機構的連桿數目少，結構簡單，易于布置，一般也能較好地滿足作業(yè)要求。缺點是鏟起力變化曲線陡峭(圖12曲線)；搖臂連桿的傳動比較小，為提高傳動比，需加長搖臂連桿的長度，給結構布置帶來困難，并影響駕駛員的視野。雙連桿機構的結構較復雜，轉斗油缸也難于布置在動臂下方， 但搖臂連桿的傳動比較大，因此搖臂連桿尺寸可以減小，駕駛員的視野較好，鏟起力變化曲線平緩(圖12a曲線)，適于利用鏟斗及動臂復合鏟掘的作業(yè)(圖12c)。缺點是提升動臂鏟斗便后傾，因此，如保證動臂在最大卸載高度時，鏟斗的后傾角適當，則動管在運輸位置時，鏟斗的后傾角較小，易造成鏟斗內物料的撒落。圖12 常見工作裝置結構形式 正轉連桿機構，因總體結構布置及動臂形狀的不同而將轉斗油缸布置在不同的位置上。如將轉斗油缸布置在動臂上方(圖33b、d)，則在動臂提升時，轉斗油缸軸線與動臂軸線不會交叉，因而這種布置便于實現動臂、搖臂連桿與轉斗油缸的中心線布置在同一平面內，工作裝置受力較好。缺點是當鏟斗鏟裝物科時油缸的小腔工作，因而使鏟斗油缸的缸徑與重量增大。國產zK410裝載機的工作裝置就是采用這種正轉雙連桿機構。 反轉連桿機構的工作裝置，當機構運動時，鏟斗與搖臂的轉動方向相反(圖1-3e)。其運動特點是，發(fā)出最大鏟起力P時的鏟斗轉角是正的，且鏟起力變化曲線陡峭(圖12a曲線)，因此，在提升鏟斗肘的鏟起力較大，適于裝載礦石(圖12d)，不利于地面的挖掘；鏟斗傾斜時的角速度小，卸料平緩，但難于抖落砂土；升降動臂時能基本保持鏟斗平移，因此物料撒落少，易于實現鏟斗自動放平(圖12e)；搖臂連桿的傳動比較小。 反轉連桿機構多采用單連桿，雙連桿機構布置較困難。反轉連桿機構當鏟斗位于運輸位置時，連桿與動臂軸線相交，因此，難于布置在同一平面內。但由于這種型式結構簡單，鏟起力較大，所以中小型裝載機采用較多。國產zL50裝載機的工作裝置就是這種反轉連桿機構(圖11b)。應當指出，正、反轉連桿機構都是非平行四邊形機構。因此，在動臂提升過程中，鏟斗或多或少總要向后翻轉一些。1.3 裝載機設計任務根據裝載機用途、作業(yè)條件及技術經濟指標等，選定工作裝置設計參數如下。額 定 斗 容： 3 m3額 定 載 重 量： 50 KN整 機 質 量： 16.5 t輪 距： 2150 mm軸 距： 3427 mm輪 胎 規(guī) 格： 23.525最大 卸載 高度： 3090mm最小 卸載 距離： 1130mm2 鏟斗結構設計 鏟斗是直接用來切削、收集、運輸和卸出物料，裝載機工作時的插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的，鏟斗的結構形狀及尺寸直接影響裝載機的作業(yè)效率和上作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗結構設計的主要要求。鏟斗是在惡劣的條件下工作，承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨削，所以要求鏟斗具有足夠的強度和剛度，同時要耐磨。根據裝載物料的容重，鏟斗做成三種類型； 正常斗容的鏟斗用來裝載客重1.41.6噸米3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1.41.6倍，用來鏟掘容重1.0噸米3左右的物料(如煤、煤渣等)；減少斗容的鏟斗，斗容為正常斗容的0.60.8，用來裝載容重大于2噸米3的物料(如鐵礦石、巖石等)。用于土方工程的裝載機，因作業(yè)對象較廣，因此多采用正常斗容的通用鏟斗，以適應鏟裝不同物料的需要。2.1 鏟斗斗型的結構分析 2.1.1 切削刃的形狀 鏟斗切削刃的形狀根據鏟掘物料的種類不同而不同，一般分為直線型和非直線型兩種（圖21)。直線型切削刃簡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，裝載機用得較多的是v型斗刃。這種切削刃由于中間突出，在插入料堆時，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆，同時對減少“偏裁切入”有一定的效果。但鏟斗的裝滿系數要小于直線型斗刃的鏟斗。 2.1.2 鏟斗的斗齒 裝有斗齒的鏟斗在裝載機作業(yè)時，插入力由斗齒分擔，形成較大的比壓，利于插入密實的料堆或松物料或撬起大的塊狀物料，便于鏟斗的插入，斗齒磨損后容易更換。因此，對主要用于鏟裝巖石或密實物料的裝載機，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隊其鏟斗可以不裝斗齒。 斗齒的形狀對切削阻力有影響：對稱齒形的切削阻力比不對稱齒形的大；長而狹窄的齒比寬而短的齒的切削阻力要小。 2.1.3 鏟斗的側刃 弧線型側刃的插入阻力比直線型側刃小，但弧線型側刃容易從兩側泄漏物料，不利于鏟斗的裝滿，適于鏟裝巖石。 2.1.4 斗體形狀 對主要用于土方工程的裝載機，在設計鏟斗時要考慮斗體內的流動性，減少物料在斗內的移動或滾動阻力，同時要有利于在鏟裝粘性物料時有良好的倒空性。 鏟斗底板的弧度(圓弧半徑，見圖22)越大，鏟掘時泥土的流動性越好，但對于流動性差的巖石等，則應將底邊加長而弧度減小，使鏟斗容積加大，比較容易鏟取。但是，當底邊過長，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23所示。相反，如底邊短，不但鏟斗的鏟起力大，而且卸載時，斗刃口的降落高度小，也易于將物料卸凈。因此，鏟斗轉鉸銷的位置以近于刃口處為好，在極端時也有將轉鉸銷布置在鏟斗內部，如圖24所示。2.2 鏟斗基本參數的確定 鏟斗寬度應大于輪胎外側寬度100一200毫米，以防止鏟掘物料所形成的階梯地面，而損傷輪胎側面和容易打滑而影響牽引力。 鏟斗的回轉半徑R是指鏟斗的轉鉸中心B與切削刃之間的距離(圖24)。由于鏟斗的回轉半徑R不僅影響鏟起力和插入阻力的大小，而且與整機的總體參數有關。因此鏟斗的其它參數依據它來決定。鏟斗的回轉半徑R可按下式計算 （2-1）使用平裝斗容計算公式： 式中 幾何斗容量 ( 圖24中所示陰影斷面 ) B。鏟斗內側寬度(米)； 鏟斗斗底長度系數，通常 一后斗壁長度系數，通常； 擋板高度系數，通常； 斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數，通常； 擋板與后斗壁問的夾角，通常； 斗底和后斗壁間的夾角，通常，(有推薦)。 （22） mm式中 a1-鏟斗側壁切削刃的厚度 取 b-輪距 bw-輪胎寬度根據設計資料有 （23）所以有： （24）斗底長度Lg是指由鏟斗切削刃到斗底與后斗壁交點的距離： （26）擋板高度： （27）鏟斗圓弧半徑： （28）鏟斗與動臂鉸銷距斗底的高度: (2-9)鏟斗側壁切削刃相對于斗底的傾角。在選擇時，應保證側壁切削刃與擋板的夾角為。因此取0=500，切削角0=300。2.3 斗容的計量 鏟斗的斗容量可以根據鏟斗的幾何尺寸確定。 3.1幾何斗容(平裝斗容)鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定(圖25)。對于裝有擋板的鏟斗： （210） 根據有關計算有 （211）式中 A鏟斗橫斷面面積，如圖25中所示陰影面積 鏟斗內壁寬(m)， a擋板高度(m)； b斗刃刃口與擋板最上部之間的距離(m)。 2.3.2 額定斗容(堆裝斗容)鏟斗堆裝的額定斗容是指斗內堆裝物料的四邊坡度均為1：2，此時額定斗容可按下式確定(圖25) （2-12）式中 c物料堆積高度(米)。物料堆積高度c可由作圖法確定(圖25)：根據科堆坡度角可得料堆尖端點肘，再由d4點作直線d4N與Go垂直，將n4N垂線向下延長，與斗刃刃口和擋板最下端之間的連線相交，此交點與料堆尖端之間的距離，即為物料堆積高度G。 （213）鏟斗斗容的誤差率 （214）所以鏟斗的設計合格。3.工作裝置的結構設計工作裝置敗結構設計包括：1)確定動臂長度、形狀及與車架的鉸接位置。2)確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程。3)連桿機構(由動臂、鏟斗、轉斗油缸、搖臂連桿或托架等組成)的設計。工作裝置的結構設計應滿足以下要求： 1)保證滿足設計任務書中所規(guī)定的使用性能及技術經濟指標的要求，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等。 2)保證作業(yè)時與其它構件無運動干涉。 3)保證駕駛員有良好的勞動條件，如工作安全、視野開闊、操作簡便等。工作裝置的結構設計是一個比較復雜的問題，因為組成工作裝置的各構件的尺寸及位置的相互影響，可變性很大。對于選定的結構形式，在滿足上述要求下，可以有各種各樣的構件尺寸及鉸接點位置。因此，只有在綜合考慮各種因素的前提下，對工作裝置進行運動學和動力學分析，通過多方案比較，才能最后選出最佳構件尺寸及鉸接點位置，使所設計的工作裝置不僅滿足使用要求，況且具有較高的技術經濟指標。3.1 工作機構連桿系統的尺寸參數設計由于現今國內、外購輪胎式裝載機廣泛地采用反轉六桿工作機構，并且它的設計難度較大，又有一定的代表性，所以以其為例，闡述工作機構連桿系統的尺寸參數設計，以求舉一反三。3.2 機構分析反轉六桿工作機構由轉斗機構和動臂舉升機構兩個部分組成。轉斗機構內轉斗油缸GF、搖臂FED、連桿DC、鏟斗BC、動臂AEB和機架AG六個構件組成。當舉升油缸閉鎖時，啟動轉斗油缸，鏟斗將繞B點作定軸轉動，當轉斗油缸閉鎖，舉升油缸動作時，鏟斗將作復合運動，即一邊隨動臂對A點作牽連運動，同時又相對動臂繞B點作相對轉動。這在作機構運動分析時必須注意。3.3 設計方法因為工作機構連桿系統的尺寸參數直接與整機的基本性能和工作參數有關，所以通常是先初步設計出整機的主要參數，然后以其為條件，再進行連桿系統的尺寸設計。不管用什么方法確定各鉸接點的坐標值，但最終都必須滿足對工作機構設計提出的各種要求。在運動學方面，必須滿足鏟斗舉升平動、自動放平、最大卸載高度、最小卸載距離和各個位置的卸載角等要求；在動力學方面，主要是在滿足挖掘力、舉升力和生產率的要求前提下，使轉斗油缸和舉升油缸的所需輸出力及功率盡量減小。3.4 尺寸參數設計的圖解法 圖解法比較直觀，易于掌握，是目前工程設計時常用的一種方法。圖解法是在初步確定了最大卸載高、最小卸載距離、卸載角、輪胎尺寸和鏟斗幾何尺寸等參數后進行的，它通過在坐標圖上確定工況（見圖31）時工作工作機構的九個鉸接點的位置來實現。圖31 鉸接點B的確定 3.4.1 動臂與鏟斗、搖臂、機架的三個鉸接點B、E、A的確定 3.4.1.1 確定坐標系如圖3-2所示，先在坐標紙上選取直角坐標系，初選定長度比例尺。 3.4.1.2 畫鏟斗圖 把已設計好的鏟斗橫截面外輪廓按比例畫在坐標里，斗尖對準坐標原點O，斗前臂與x軸呈前傾角。此為鏟斗插入料堆時位置，即工況。 3.4.1.3 確定動臂與鏟斗的鉸接點B 由于B點的x坐標值越小，轉斗鏟取力就越大，所以B點靠近O 點是有利的，但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減??；而B y坐標值增大時，鏟斗在料堆中的鏟取面積增大，裝的物料多，但這樣就縮小了B點與連桿鏟斗鉸接點C的距離，使鏟取力下降。圖32 連桿兩鉸接點的確定圖綜合考慮各種因素的影響，設計時，一般根據坐標圖上工況I時的鏟斗實際狀況，在保證B點與Y軸坐標值和x軸坐標值盡可能小而且不與斗底干涉的前提下，在坐標圖上人為地把B點初步確定下來。(1) 以B點為圓心，使鏟斗順時針轉動48o，即工況。(2)把已選定的輪胎外廓畫在坐標圖上。作圖時，應使輪胎前緣與工況時鏟斗后壁的間隙盡量小些，目的使機構緊湊、前懸小，但一般不小于50mm ；輪胎中心Z的y軸坐標值應等于輪胎的工作半徑： （31）式中 輪胎動力半徑， mm； 輪轂直徑，mm； 輪胎寬度，mm； 輪胎斷面高度與寬度之比。取0.7； 輪胎變形系數，普通輪胎為0.05。 3.4.1.4 確定動臂與機架的鉸接點A （32） 圓整后取Rd=715mm。(3)根據給定的最大卸載高度、最小卸載距離和卸載角，畫出鏟斗在最高位卸載的位置圖，即工況，此時，B點位置為，如圖3-2所示。(4)以點為圓心，順時針旋轉鏟斗48o，即得鏟斗被舉升到最高位置圖(工況)。(5)連接B并作其垂直平分線因為B和點同在以A點為圓心，動臂AB長為半徑的圓弧上，所以A點必在B的垂直平分線上。A點位置盡可能低一點，以提高整機工作的穩(wěn)定性，減小機器高度，改善司機視野。一般，A點取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的處。A點位置的變化，可借挪動點和輪胎中心點的位置來進行。 3.4.1.5 確定動臂與搖臂的鉸接點EE點位置是一個十分關鍵的參數。它對連桿機構的傳動比、倍力系數、連桿機構的布置以及轉斗油缸的長度等都有很大影響。如圖47所示，根據分析和經驗，一般取E點在AB連線上方，其在AB連線上的投影點距A點45%處。相對前輪胎，E點在其外廓的左上部。 3.4.2 連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點C、D的確定因為B、E兩點已被確定，所以再確定C和D點實際上是為了是終確定與鏟斗相聯的四桿機構BCDE的尺寸。確定C 、D兩點時，既要考慮對機構運動學的要求，如必須保證鏟斗在各工況時的轉角，又要注意動力學要求，如鏟斗在鏟裝物料時應能輸出較大的鏟取力，同時，還要防止前述各機構運動被破壞的現象。為此，建議按下述方法進行設計：按單搖桿條件設計六桿機構，連桿與鏟斗鉸點C的位置影響連桿的受力和轉斗油缸的行程，選擇時主要考慮當鏟斗處于地面挖掘位置情況下，轉斗油缸作用在連桿CD的有效分力較大，以發(fā)揮比較大的掘起力。通常BC與鏟斗回轉半徑之間的夾角=100o120o；BC=（0.130.14）lD（見圖33）。搖臂和連桿要傳遞比較大的插入和轉斗阻力，因此在設計時不僅考慮運動關系，而且還應考慮它們的強度和剛度。搖臂是形狀以及長短臂的比例關系及鉸點E的位置的確定，主要考慮連桿的受力情況及它們在空間布置的方便和可能性，同時轉斗油缸的行程及連桿的長度也不要過大。搖臂可做成直的也可做成彎曲的形狀。彎曲搖臂的夾角一般不大于30o，否則使構件受力不良。搖臂與動臂的鉸點E布置在動臂兩鉸點的連線AB的中部偏上為m處。設計時初步取m=(0.110.18)lD，le=(0.450.50)lD，EF=（0.220.24）lD，DE=（0.290.32）lD。完成上述構件尺寸選擇后，就可用下述作圖方法來確定連桿CD的長度、轉斗油缸與車架的鉸點G及行程。根據已經選定的工作裝置連桿機構的尺寸參數，畫出動臂和鏟斗在地面時鏟斗后傾的位置及搖臂和動臂的鉸點E；將動臂由最低到最高位置時的轉角分成若干等分，提升動臂到不同的角度，并保持后傾鏟斗的平移性，依次畫出BC的相應位置：、，并使它們互相平行；然后畫出鏟斗在最大卸載高度時的卸載位置（取卸載角），得。假設鏟斗在最大卸載高度卸載時搖臂和連桿CD處在極端位置，即鉸接點C、D、E位于同一條直線上，則連桿CD的最小長度 b=。根據搖臂的結構尺寸和鏟斗在任意位置能卸凈物料這一條件，作出鏟斗在不同卸載位置時所對應的搖臂與轉斗油缸活塞桿鉸接點位置，連接各點得一曲線，過點作此曲線的內包圓弧，則圓弧的圓心G即為與車架的交接點，圓弧的半徑G既為轉斗油缸的最小安裝尺寸。根據提升動臂過程中鏟斗保持平移的特性畫出相應的搖臂與轉斗油的鉸接點位置得一曲線，以鉸接點G為圓心，過點做此曲線的外包圓弧，圓弧N的半徑G，即為轉斗油缸的最大安裝距離，轉斗油缸的行程，按下式計算： （33）當連桿機構和鉸接點位置確定以后，根據上述作圖法所確定的轉斗油缸與車架鉸接點G及轉斗油缸的行程，一般當轉斗油缸閉鎖的情況下提升動臂的過程中，鏟斗在任何位置時的后傾角都不在地面時后傾角大，在動臂提升范圍內后傾角通常允許相差15o。鏟斗卸載角通常隨卸載高度的降低而稍有減小，若鏟斗的卸載角小于45o時，可減小BC或的長度來滿足對卸載角的要求。圖33 確定連桿機構圖解法簡圖要實現動臂提升到最大卸載位置卸載后，動臂下放到地面時鏟斗即自動放平，只要湊成連桿機構使鏟斗由最高位置到地面過程中，上翻角即可。 3.4.3 舉升油缸與動臂和機架的鉸接點H及M點的確定動臂舉升油缸的布置應本著舉臂時工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構件互不干擾、整機穩(wěn)定性好等原則來確定。綜合考慮這些因素，一般舉升油缸都布置在前橋與前后車架的鉸接點之間的狹窄空間里。如圖3-4所示，一般H點選定在AB聯線附近或上方，并取。AH不可能取得太大，它還受到油缸行程的限制。考慮到聯合鏟裝(邊抓入邊舉臂)工況的需要，在滿足M點最小離地高度要求的前提下，令工況時HM近似于水平，一般取HM與水平線成10o15o夾角。這是機械優(yōu)化設計的結果。M點往前橋方向靠是比較有利的。這樣做，可使動臂油缸在動臂整個舉升過程中，舉升工作力臂大小的變化較小，即工作力矩變化不大，避免鏟斗舉升到最高位置時的舉升力不足，因為此時工作力臂往往較小或最小。但是，采用底部鉸接式油缸時，要使M點前移是比較困難的，它受前橋限制，支座布置也較麻煩，如圖37a所示，為克服M點前移的困難，可采取M點上移(即加大)和H點向B點方向前移的辦法，使舉升動臂油缸幾乎呈水平狀態(tài)，計算證明，這樣布置也能得到較好的舉升特性。為了得到較好的舉升工作力臂變化特性曲線，以適應舉升過程中阻力矩的變化和合理地選定舉升油缸的功率，采用中間鉸接式油缸是比較理想的，如圖所示。圖34 動臂油缸鉸接點的確定這個結論是顯而易見的，因為由圖35可知，兩種結構的油缸的最小工作力臂均出觀在鏟斗被舉到最高位置時，但圖35（a）中小于圖35（b）中的，并且都為銳角，而力臂大小為。所以，在相同條件下，中間鉸接式油缸的最小輸出力矩要比底部鉸接式油缸的最小輸出力矩大。3.5 確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程 3.5.1動臂油缸的鉸接位置確定動臂油缸與動臂及車架的鉸接點H、M的位置(圖35)，通常參考同類樣機，同時考慮動臂油缸的提升力臂與行程的大小選定。H點一般選在約為動臂長度的三分之一處，且在動臂兩鉸接點的連線之上，以便留出鉸座位置 (對曲線型動臂而言)。動臂油缸與車架有兩種連接方式：油缸下端與車架鉸接(圖36a)；油缸中部或上端與車架鉸接(圖36b)。后者在動臂提升過程中，由于油缸下端的擺動，可以使動臂油缸的提升力臂變化較小，效率較高。但不論那種連接方式，都要使動臂油缸的下端到地面的距離HM滿足裝載機離地間隙的要求。此外，在采用動臂油缸下端擺動的連接方式時，要注意油缸下端在擺動過程中不與機體發(fā)生于涉。圖35 動臂舉升油缸兩鉸接點設計 3.5.2 動臂油缸行程的確定在選定動臂油缸鉸接點的位置后，便可用與求動臂長度相同的解析法或作圖法求出其油缸行程： （34）式中 動臂油缸的最大安裝距離仍M 動臂油缸的最小安裝距離MH。 AB= 2558 mm AH取1050 mm最小離地間隙一般 圖36 動臂油缸的鉸接位置作圖知道圖37 動臂油缸行程的設計油缸最大長度1644 mm ，最小長度963 mm ， （3-5）符合設計要求。 3.6.2 最大卸載高度和最小卸載距離鏟斗高位卸載時的卸載高度和卸載距離必須分別不小于設計任務給定的最大卸載高度和最小卸載距離，否則將影響卸載效率，甚至不能進行高位卸載。太大時，將增加卸載沖擊，損壞運輸車輛，過大，雖然有利于裝車，但加大了工作機構前懸，降低整機穩(wěn)定性。若要滿足要求，則應該滿足下列要求： （333）在軌跡圖中測量出： hx=3100mmhmax=3090mm Lx=1200mmlmin=1130mm所以滿足和的要求。4 工作裝置的強度計算工作裝置的強度計算包括：1)確定計算位置。2)選取工作裝置受力最大的典型工況，確定外載荷。3)對工作裝置進行受力分析。4)主要零件的強度校核。4.1 計算位置分析裝載機插入料堆、鏟起、提升、卸載等作業(yè)過程可知，裝載機在鏟掘物料時，工作裝置的受力最大，所以取鏟斗斗底與地面的前傾角為時的鏟取位置(圖41)作為計算位置，且假定外裁荷作用在鏟斗的切削刃上。4.2 外載荷的確定由于物料種類和作業(yè)條件的不同，裝載機實際作業(yè)時不可能使鏟斗切削刃均勻受載，但可簡化為兩種極端情況：認為載荷沿切削刃均勻分布，并以作用在鏟斗切削刃中部的集中載荷來代替其均布載荷，稱為對稱受載情況；由于鏟斗偏鏟、料堆密實程度不均，使載荷偏于鏟斗一例。形成偏載情況時，通常是將其簡化后的集中栽荷加在鏟斗側邊第一斗齒上。裝載機的鏟掘過程通?？煞秩缦氯N受力情況：1）斗水平插入料堤，工作裝置油缸閉鎖，此時認為鏟斗切削刃只受到水平力的作用。2) 鏟斗水平插入料堆后，翻轉鏟斗(靠轉斗油缸工作) 或提升動臂(靠動臂油缸工作)鏟掘時，此時認為鏟斗切削刃只受到垂直力的作用。3) 鏟斗邊插入邊轉斗或邊插入邊提臂鏟掘時，此時認為水平力與垂直力同時作用在鏟斗的切削刃上。綜合上述分機可以得到如下六種工作裝置的典型工況(圖42)：1. 對稱水平力的作用工況(圖42a)水平力(即插入阻力PC)的大小由裝載機的牽引力決定，其水平力的最大值為： (41) 此處根據已知取 （42） 裝載機空載時的最大牽引力， 插入力。2. 對稱垂直力的作用工況(圖42b)垂直力(即鏟起阻力)的大小受裝載機縱向穩(wěn)定條件的限制(圖321)，其最大值為 （4-3）式中 W裝載機滿載時的自重； 裝載機重心到前輪與地面接觸點的距離；在此處取軸距的四分之一靠前。 （44）式中 L 軸距。 W整車重量。 W1滿載時前橋負荷，取整機重量的75。3 平力與垂直力同時作用的工況(圖42g)此時垂直力由式(43)給出，水平力取發(fā)動機扣除工作油泵功率后，裝載機所能發(fā)揮的牽引力。4受水平偏載的作用工況(圖42d)5受垂直偏載的作用工況(圖42e)垂直力之大小與工況(b)相同。6受水平偏載與垂直偏載同時作用的工況(圖42f)水平力與垂直力的大小與工況(c)相同。4.3 工作裝置的受力分析在確定了計算位置及外載荷的大小后，便可進行工作裝置的受力分橋。由于工作裝置是一個受力較復雜的空間超靜定系統，為簡化計算，通常要作如下假設：1) 在對稱受載工況中(圖42 a、b、c)，由于工作裝置是個對稱結構，故兩動臂受的載荷相等。同時略去鏟斗及支承橫梁對動臂受力與變形的影響，則可取工作裝置結構的一例進行受力分析，如圖(323a)所示，其上作用的載荷取相應工況外載荷之半進行計算，即： （45）在偏載工況中(圖322d、e、f)，近似地用求簡支粱支反力的方法，求出分配于左右動臂平面內的等效力 (圖43b)： （4-6）由于，所以取進行計算。(圖43b)中 (47)2）計算鏟斗重量GD。鏟斗的重量由兩部分組成，一部分是圍成鏟斗的鋼板的重量G1，另一部分是筋板、吊耳等附屬裝置的重量G，估算G的值為10G1，則 (48)又 (49)式中 S1鏟斗側壁的面積， t鏟斗壁厚， S2斗底和后斗壁的面積， K檔板面積， 鋼板的密度（取=7850kg/m3）， g重力加速度（取g=10N/Kg），由前述可得 S1=0.886m2 t=0.01m S2=6.437 m2 SK=0.461 m2代入各項數據可得： 3)認為動臂軸線與連桿搖臂軸線處于同一平面， 則所有的作用力都通過構件(除鏟斗外)斷面的彎曲中心，即略去了由于安裝鉸座而產生的附加的扭轉，從而可以用軸線、折線或曲線來代替實際構件。通過上面的分析與假設，就能將工作裝置這樣一個空間超靜定結構，簡化為平面問題進行受力分析。工作裝置的受力分橋，就是根據上述各種工況下作用在鏟斗的外力，用解析法或圖解法求出對應工況下工作裝置各構件的內力。下面以工況(c)為例進行受力分析，其他工況與此類同。(a)水平偏載（Pxa=295KN,PZa=0）如圖44a所示，取鏟斗為脫離體，根據平衡原理，分析鏟斗的受力：由 （410） （411）由 （412）所以 （413）由 (414則 （415）如圖324b所示，取連桿為脫離體，根據平衡原理，作用于連桿兩端的力大小相等，方向相反，即： （416）由圖示受力分析可知，連桿此時受拉。如圖44c所示，取搖臂為脫離體，根據平衡原理，分橋搖臂的受力； 由 （417） (418)由 （419）由 （420）如圖324d所示，取動臂為脫離體，根據平衡原理，分析動臂的受力： （421）由 （422）由 （423）b）垂直偏載（Pxa=0,Pza=116KN）與求水平偏載一樣，如圖44a所示，取鏟斗為脫離體，根據平衡原理，分析鏟斗的受力：由 （424） （425）由 （426）所以 （427）由 （428） （429）如圖324b所示，取連桿為脫離體，根據平衡原理，作用于連桿兩端的力大小相等，方向相反，即： （430）由圖示受力分析可知，連桿此時受拉。如圖44c所示，取搖臂為脫離體，根據平衡原理，分橋搖臂的受力； 由 （430） (431)由 （432）由 （433）如圖324d所示，取動臂為脫離體，根據平衡原理，分析動臂的受力： （434）由 （435）由 （436）比較兩種工況可知第5種典型工況受力比較大，故取第5種工況為例進行強度計算。4.4 工作裝置的強度校核根據計算工況及其受力分析，即可按強度理論對工作裝置主要構件進行強度校核。 4.4.1動臂動臂可看成是支承在前車架A點和動臂油缸上鉸點H點的雙支點懸臂梁(圖45)，為簡化計算，將動臂主軸線分為BI、IJ、JA等折線，分別求各段內的內力Q、N、M的值。動臂的危險斷面一般在H點附近，在此斷面上作用有彎曲應力和正應力： (MPa) （437）式中 M計算斷面上的彎矩（）； N計算斷面上的軸向力(N)； W計算斷面的抗彎斷面系數(m3) F計算斷面的截面積(m2)。 （MPa） （438）式中 Q計算斷面的剪力(N)； SZmax計算斷面中性軸Z處的靜矩（m3）； JZ計算斷面時對中性軸Z的慣性矩（m4）； b計算斷面的寬度（m）。因為動臂計算斷面多為矩形，則 （MPa） （439）圖45 動臂