裝載機工作裝置及其液壓系統(tǒng)設(shè)計機械畢業(yè)設(shè)計論文

工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 裝載機工作裝置及其液壓系統(tǒng)設(shè)計湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要裝載機屬于鏟土運輸類機械，是一種通過在支座前端安裝一個完整的鏟斗支撐結(jié)構(gòu)和連桿，隨機器向前運動進(jìn)行裝載或挖掘，以及提升、運輸和卸載的自行式機械。它廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口和礦山等工程領(lǐng)域。裝載機具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優(yōu)點，因此成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機種之一。對于加快工程建設(shè)速度，減輕勞動強度，提高工程質(zhì)量，降低工程成本都發(fā)揮著重要的作用，是現(xiàn)代機械化施工中不可缺少的裝備之一，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著十分重要的作用。本次設(shè)計采用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計方法和理念，對裝載機工作裝置進(jìn)行了總體設(shè)計和零部件設(shè)計。主要包括裝載機工作裝置的關(guān)鍵零部件，如鏟斗、動臂，連桿機構(gòu)以及轉(zhuǎn)斗油缸、舉升油缸等，并對重要零件進(jìn)行了受力分析以及強度校核。液壓系統(tǒng)在裝載機工十分重要，本次設(shè)計只是分析了工作裝置的液壓系統(tǒng)，并得出該液壓系統(tǒng)的工作油路運行圖。關(guān)鍵詞: 裝載機，鏟斗, 工作裝置，液壓系統(tǒng)I ABSTRACT Loader as part of the shoveling transport machinery, is a kind of through the pedestal front installation of a full bucket support structure and the connecting rod, along with the machine for loading or digging, moving forward and enhance self-propelled machinery, transportation and unloading.It is widely used in highway, railway, building, water and electricity, ports, and mining and other engineering fields. Loader has a operation speed, high efficiency, good maneuverability, the advantages of convenient operation, thus become the conditions in the construction of engineering construction of one of the main models.To speed up the construction speed, reduce labor intensity, improve project quality, reduce engineering cost are play an important role, is one of the indispensable equipment in modern mechanical construction, plays an important role in national economic development. This design USES the modern advanced design methods and ideas, the loader working device has carried on the overall design and parts design. Mainly including the key components of loader working device, such as bucket, movable arm, linkage and turning cylinder, lifting oil cylinder, etc., and has carried on the stress analysis and strength check to important parts.Hydraulic systems are important in load mechanic, this design only working device hydraulic system are analyzed, and concluded that the hydraulic system oil running.Key words: loader, Bucket,Working device,The hydraulic systemIII湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）目 錄第1章 裝載機的發(fā)展及應(yīng)用11.1 裝載機的概論11.2 裝載機的發(fā)展與前景11.2.1 國外裝載機發(fā)展趨勢11.2.2 國內(nèi)裝載機發(fā)展趨勢2第2章 裝載機工作裝置設(shè)計32.1裝載機工作裝置設(shè)計概述32.1.1 裝載機工作裝置設(shè)計概論32.1.2 結(jié)構(gòu)形式的選擇3 2.2 鏟斗基本參數(shù)的確定42.3工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計6 2.3.1轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)6 2.3.2工作裝置的機構(gòu)設(shè)計6 2.3.3動臂設(shè)計7 2.3.4連桿機構(gòu)的設(shè)計8第3章 裝載機工作裝置的受力分析與強度校核113.1鏟斗重量計算113.2 工作裝置的受力分析12 3.2.1工況水平偏載計算12 3.2.2工況垂直偏載計算143.3 動臂的強度校核163.4 鉸銷的強度校核193.5連桿的強度校核213.6 搖臂的強度校核22第4章 工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計264.1 轉(zhuǎn)斗油缸的選擇及其作用力的確定264.2 動臂油缸的選擇及其作用力的確定284.3工作裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計294.3.1 工作油路分析294.3.2 工作裝置油路設(shè)計31結(jié)論32參考文獻(xiàn)33致謝34III 第1章 裝載機的發(fā)展及應(yīng)用 1.1裝載機的概論裝載機主要用來鏟、裝載、卸載、運送土塊和石材,也可以對巖石、硬土進(jìn)行機械鏟掘作業(yè)的一種機械。如果切換到一個不同的設(shè)備上工作,還可以完成推土、起重、裝卸其他材料。在公路的修建中主要用于路基工程的填挖,瀝青和水泥混凝土料場的集料,裝貨等作業(yè)。由于它具有作業(yè)速度快，機動性好，操作輕便等優(yōu)點，因此迅猛發(fā)展,成為建筑的主要設(shè)備。金屬礦山的開采可以分為兩個主要的類別的露天開采和地下開采。雖然我國露天礦采以礦石的比重約占70，但是從事地下開采的人員比露天開采的人員多。這是因為地下開采的條件復(fù)雜，使用的設(shè)備種類繁多，在產(chǎn)量相同的條件下，對采挖地下礦產(chǎn)資源需要投入的人力和物力遠(yuǎn)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)濟的必要條件。隨著淺埋礦石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)裝運作業(yè)運至下步工序的作業(yè)地點。裝載作業(yè)是礦山整個生產(chǎn)過程小既繁重又費時的作業(yè)。所以努力提高裝載機械的作業(yè)能力，對實現(xiàn)礦山生產(chǎn)的高效率低消耗想著重要的作用1。 1.2裝載機的發(fā)展和前景 1.2.1國外裝載機發(fā)展趨勢近十年，隨著世界經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，建筑施工和資源開發(fā)規(guī)模的擴大，對裝載機的需求量迅速增加，因而對其可靠性、靈活性、安全性和節(jié)油性也提出了更高的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與微電子技術(shù)向工程機械的滲透，現(xiàn)代裝載機械越來越走向智能化和機電一體化。人機學(xué)的興起，同樣對裝載機有了更多的要求，比如：噪音小，工作穩(wěn)定，溫度低等。(1)系列化、特大型化系列化是工程機械發(fā)展的一個重要趨勢。國外大公司逐步實現(xiàn)其產(chǎn)品系列化，研制出了從微型到特大型不同規(guī)格的產(chǎn)品，同時，更新產(chǎn)品的周期顯著縮短。特大型工程機械的特點科技含量高，研制與生產(chǎn)周期較長，投資大，市場容量有限，市場競爭主要集中在國外少數(shù)幾家大公司。(2)多用途、微型化推動多用途、微型化發(fā)展的因素首先是液壓技術(shù)的快速發(fā)展和可更換連接裝置的誕生，使得裝載機能在作業(yè)現(xiàn)場完成各種附屬作業(yè)裝置的快速裝卸及液壓軟管的自動連接。一方面，提高機器的多功能性，可以讓用戶根據(jù)設(shè)備本身的性能并且在不增加投資的情況下，完成更多的工作；另一方面，為了盡可能地用機械作業(yè)代替人工勞動，提高生產(chǎn)率，適應(yīng)城市狹窄施工場所以及在貨棧、碼頭、倉庫、農(nóng)舍、建筑物層內(nèi)和地下工程作業(yè)環(huán)境的使用要求。(3)節(jié)能與環(huán)保為了使產(chǎn)品的節(jié)能效果有最大的提高和滿足日益苛刻的環(huán)保要求，國外著名工程機械公司主要從降低發(fā)動機排放、提高液壓系統(tǒng)效率和減振、降噪等方面入手。近幾年來國外裝載機的設(shè)計和制造進(jìn)一步體現(xiàn)了以人為本的理念，要為駕駛者提供一個更加舒適的環(huán)境，以到達(dá)他們稱之為全自動化型的境地。1.2.2我國裝載機的發(fā)展前景隨著我國國民經(jīng)濟建設(shè)的調(diào)整發(fā)展，大型輪式裝載機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，大型輪式裝載機大有用武之地。另外，世界上生產(chǎn)大型輪式裝載機的國家、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。 國產(chǎn)挖掘裝載機及小型多功能裝載機數(shù)量很少，且性能不佳，市場認(rèn)可度不高。 國外小型裝載機及小型多功能裝載機，包括挖掘裝載機在內(nèi)，市場份額已相當(dāng)大。小型裝載機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、小型多功能裝載機基本上都是 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、小型多功能裝載機、挖掘裝載機等這一巨大的潛在市場。 第2章 裝載機的工作裝置設(shè)計 2.1 裝載機工作裝置設(shè)計概述2.1.1 裝載機工作裝置設(shè)計概述 裝載機的工作裝置是由鏟斗、動臂、搖臂連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗用以鏟填物料；動臂和動臂油缸的作用是提升鏟斗并使它和車架連接；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)動通過動臂舉升油缸實現(xiàn)操縱。裝載機鏟斗鏟掘和裝卸物料的作業(yè)是通過工作裝置的運動來實現(xiàn)的。由動臂、動臂油缸、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂連桿(或托架)及車架相互鉸接所構(gòu)成的連桿機構(gòu)，在裝載機工作時要保證：當(dāng)動臂處于某種作業(yè)位置不動時，在轉(zhuǎn)斗油缸作用下，通過連桿機構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)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(gòu)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，避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(chǎn)率。 圖2.1 無鏟斗托架式 1鏟斗 2動臂 3連桿 4下?lián)u臂 5上搖臂 6轉(zhuǎn)斗缸 7動臂舉升油缸 8前車架 9鏟斗托架2.1.2 結(jié)構(gòu)型式的選擇無鏟斗托架的工作裝置如圖2.1所示。其動臂的前端和鏟斗鉸接，動臂的后端和車架上部支座鉸接，動臂油缸兩端分別和動臂及車架底部支座鉸接，轉(zhuǎn)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。 2.2 鏟斗基本參數(shù)的確定 鏟斗寬度應(yīng)大于輪胎外側(cè)寬度100一150毫米，以防止鏟掘物料所形成的階梯地面，損傷輪胎側(cè)面和容易打滑而影響牽引力。 鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R是指鏟斗的轉(zhuǎn)鉸中心B與切削刃之間的距離(圖2.2)。由于鏟斗的回轉(zhuǎn)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(shù)有關(guān)。因此必須由鏟斗的其它參數(shù)來決定。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R可按下式計算2： 圖2.2鏟斗基本參數(shù)簡圖 （2.1）使用平裝斗容計算公式： （2.2）式中 幾何斗容量 ( 圖2.2中所示陰影斷面 ) ；B。鏟斗內(nèi)側(cè)寬度(米)； 鏟斗斗底長度系數(shù)，通常，取1.5； 一后斗壁長度系數(shù)，通常，取1.15；擋板高度系數(shù)，通常，取0.13； 斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常，取0.4；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)。 （2.3） mm式中 a1-鏟斗側(cè)壁切削刃的厚度 取b-輪距bw-輪胎寬度根據(jù)設(shè)計資料有： （2.4）所以有： （2.5） （2.6）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： （2.7）后斗壁長度是指出后斗壁上緣到與斗底相交點的距離： （2.8）擋板高度： （2.9）鏟斗圓弧半徑： （2.10）鏟斗與動臂鉸銷距斗底的高度: (2.11)鏟斗側(cè)壁切削刃相對于斗底的傾角。在選擇時，應(yīng)保證側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為。因此取0=500，切削角0=300。 2.3工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計2.3.1轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)這種機構(gòu)有兩大優(yōu)點3：1.轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時轉(zhuǎn)斗，并且連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設(shè)計成較大值。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性能，而且可以實現(xiàn)鏟斗自動放平。 缺點是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。2.3.2工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計工作機構(gòu)的基本給構(gòu)如圖所示。鏟斗1、動臂2、連桿3、搖臂4、轉(zhuǎn)斗油缸5，舉升油缸6等組成。圖2.3裝載機工作裝置圖2.3.3動臂設(shè)計反轉(zhuǎn)六桿工作機構(gòu)由轉(zhuǎn)斗機構(gòu)和動臂舉升機構(gòu)組成轉(zhuǎn)斗油缸FG、搖臂DEF、連桿CD、鏟斗BC、動臂 BEA 、機架AG六個構(gòu)件組成，由于AG和BC轉(zhuǎn)向相反，所以此機構(gòu)稱為反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)。1.動臂鉸接點高度動臂鉸接點的位置是通過作圖來確定的，如圖2.4所示，若確定了動臂下鉸點的最高位置，則最大卸載高度、最小卸載距離及最高位置的卸載角隨之確定。圖2.4中為斗底與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑的夾角，動臂下鉸點當(dāng)鏟斗在地面產(chǎn)掘時的位置，在考慮斗底與水平面夾角時及鏟斗裝滿物料后傾不與輪胎相碰的情況下，盡量靠近輪胎，以減小裝載機的整機尺寸。動臂的上鉸點A應(yīng)在連線的垂直平分線上，當(dāng)最大卸載高度和最小卸載距離一定時，上鉸接點的前后位置影響動臂的長度、動臂的回轉(zhuǎn)角及動臂最大伸出時的穩(wěn)定性。大，動臂增大，動臂回轉(zhuǎn)角減小，傾翻力矩小，提高了裝載機在鏟斗最大伸出時的穩(wěn)定性，所以在允許的情況下希望大些。動臂與車架鉸接點的高度通常取3： （2.12） 圖2.4動臂鉸點位置及長度計算圖 動臂與車架鉸接點的左右位置，根據(jù)裝載機輪距、動臂、轉(zhuǎn)斗油缸的尺寸布置和視線等確定。動臂回轉(zhuǎn)角通常取。2.動臂長度動臂鉸接點位置確定之后，按圖2.3利用幾何關(guān)系可以求出動臂的長度。mm （2.13） 式中：鏟斗最小卸載距離，1290mm； 鏟斗回傳半徑與斗底的夾角； 鏟斗最大卸載高度時最大卸載角，通常??；取； 動臂與車架鉸接點到裝載機前面外廓水平距離，1675mm； 最大卸載高度，2950mm。 計算得：3.動臂的形狀與結(jié)構(gòu)動臂形狀通常分為直線形和曲線形兩種，如圖2.5所示。直線形的動臂結(jié)構(gòu)簡單，制造比較容易，并且受力情況較好，一般正轉(zhuǎn)式連桿工作裝置采用較多；曲線形動臂，通常反轉(zhuǎn)式連桿采用較多，此種結(jié)構(gòu)形式的動臂可以使工作裝置的布置更為合理。 圖2.5動臂結(jié)構(gòu)形式圖 動臂斷面結(jié)構(gòu)形式有單板、雙板和箱型三種。單板動臂的結(jié)構(gòu)相對簡單、工藝性好、但其強度和剛度較低，小型裝載機采用較多，大、中型裝載機對動臂的強度和剛度要求高，大多采用雙板或箱型斷面動臂。為了減輕工作裝置的重量，動臂的斷面尺寸一般按等強度來設(shè)計。2.3.4連桿機構(gòu)設(shè)計連桿機構(gòu)是由鏟斗、動臂、連桿、搖臂和轉(zhuǎn)斗油缸等組成，該機構(gòu)的設(shè)計是個較復(fù)雜的問題。對于已經(jīng)確定結(jié)構(gòu)型式的連桿機構(gòu)，在滿足使用要求的情況之下，各構(gòu)件可以設(shè)計成各種尺寸以及不同鉸接點位置，構(gòu)件尺寸及鉸接點的位置可變性較大。所以設(shè)計出的連桿機構(gòu)，并不都具有高的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。要想獲得連桿機構(gòu)的最佳尺寸及構(gòu)件最合理的鉸接位置，需要結(jié)合總體布局、構(gòu)件的運動學(xué)及動力學(xué)分析，并綜合考慮各種因素進(jìn)行方案比較，選擇較理想的方案。1.連桿機構(gòu)設(shè)計要求1）平移性好，動臂從最低到最高卸載高度的舉升過程中，鏟斗后傾角變化盡量小，盡量接近平移運動，保證滿載鏟斗中的物料不撒落，一般相對地面的轉(zhuǎn)角差不大于15度；鏟斗在地面時的后傾角取45度左右；在運輸位置時應(yīng)有大于45度。在最大卸載高度時一般取47-61度。2）卸載性好，在動臂舉升高度范圍內(nèi)的任意位置，鏟斗的卸載角，以保證能卸載干凈。3）動力性好，在設(shè)計構(gòu)件尺寸時，為保證連桿機構(gòu)具有較高的力傳遞效率，斗桿機構(gòu)要能滿足鏟掘位置傳動角接近90度，使有效分力大，以便有較大的掘起力；運輸位置傳動角小于170度，這個角太大會使鏟斗收不緊，以致運輸途中使物料撒落。斗搖壁應(yīng)盡量短，否則，為了獲得一定的掘起力，勢必使缸搖臂較長，連桿機構(gòu)尺寸增大，翻斗油缸行程較長，造成卸料時間過長。4）作業(yè)時與其他構(gòu)件無運動干涉，保證駕駛員工作方便、視野寬闊。2.連桿尺寸及鉸點位置反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)的尺寸及鉸點位置確定：連桿CD的長度b，搖臂DF的長臂長度c和短臂長度e，鏟斗上兩個鉸接點BC之間的距離a，鉸接點E和鉸接點C的位置，轉(zhuǎn)斗油缸與車架的鉸點G的位置及轉(zhuǎn)斗油缸的行程等。動臂的長度是連桿機構(gòu)的主要參數(shù)，該參數(shù)不僅影響著連桿機構(gòu)的運動和受力，而且與連桿的尺寸和鉸接點的位置有關(guān)，因此連桿機構(gòu)的其他構(gòu)件的尺寸可以依據(jù)該參數(shù)來確定。1）搖臂DF長度及鉸接點位置連桿與鏟斗鉸點C的位置與連桿的受力和轉(zhuǎn)斗油缸的行程有關(guān)，選擇時主要考慮當(dāng)鏟斗處于地面鏟掘位置時，轉(zhuǎn)斗油缸作用在連桿CD的有效分力較大，以發(fā)揮較大的掘起力。通常BC與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑之間的夾角；BC長。 搖臂DF和連桿CD要傳遞較大的插入和轉(zhuǎn)斗阻力，要充分考慮其強度和剛度。搖臂DF的形狀和長短臂的比例關(guān)系及鉸點E的位置，是由連桿機構(gòu)受力情況及它們在空間布置的方便和可能性來確定的，同時轉(zhuǎn)斗油缸的行程及連桿CD的長度也不宜過大。搖臂可以做成直線形或彎曲形。彎曲形搖臂夾角一般不大于30度，否則構(gòu)件受力不良。鉸點E的位置，布置在動臂兩鉸點連線AB的中部偏上m處。 設(shè)計時初定：。 （2.14） 計算得：。 第3章 工作裝置的受力分析與強度校核 3.1鏟斗重量計算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10G4。則 (3.1)又 (3.2)式中 S1鏟斗側(cè)壁的面積； t鏟斗壁厚； S2斗底和后斗壁的面積； SK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=0.976m2 t=0.01m S2=6.567 m2 SK=0.461 m2 代入各項數(shù)據(jù)可得： （3.3） （3.4） 認(rèn)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(gòu)件(除鏟斗外)斷面的彎曲中心，即略去了由于安裝鉸座而產(chǎn)生的附加的扭轉(zhuǎn)，從而可以用軸線、折線或曲線來代替實際構(gòu)件。 3.2 工作裝置的受力分析3.2.1.工況水平偏載計算 將工作裝置簡化為平面問題進(jìn)行受力分析。工作裝置的受力分析，就是根據(jù)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(yīng)工況下工作裝置各構(gòu)件的內(nèi)力。如圖3.1所示5； 圖3.1 工作裝載受力分析（a） 鏟斗脫離體；（b）連桿脫離體；（c）搖臂脫離體；（d）動臂脫離體1)取鏟斗為脫離體，如圖3.1a所示，根據(jù)平衡原理，分析鏟斗的受力：由 （3.5） （3.6） 由 （3.7） 所以 （3.8） 由 （3.9） 得 （3.10） 2)取連桿為脫離體，如圖3.1b所示，根據(jù)平衡原理，作用于連桿兩端的力大小相等，方向相反。即： （3.11）由圖示受力分析可知，連桿此時受拉。3)取搖臂為脫離體，如圖3.1c所示，根據(jù)平衡原理，分橋搖臂的受力： 由 （3.12） 由 （3.13）由 （3.14）4)取動臂為脫離體，如圖3.1d所示，根據(jù)平衡原理，分析動臂的受力： （3.15） 得 （3.16） 得 （3.17）3.2.2工況垂直偏載計算 1)取鏟斗為脫離體，如圖3.1a所示，根據(jù)平衡原理，分析鏟斗的受力： 由 （3.18） 得 （3.19） 由 （3.20） 得 （3.21） 由 （3.22）得 （3.23） 2)取連桿為脫離體，如圖3.1b所示，根據(jù)平衡原理，作用于連桿兩端的力大小相等，方向相反。即： （3.24）由圖示受力分析可知，連桿此時受拉。 3)取搖臂為脫離體，如圖3.1c所示，根據(jù)平衡原理，分橋搖臂的受力； 得 （3.25） (3.26)得 （3.27）得 （3.28） 4)取動臂為脫離體，如圖3.1d所示，根據(jù)平衡原理，分析動臂的受力： 得 （3.29） 得 （3.30） 得 （3.31） 3.3動臂的強度校核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3.2)，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(nèi)的內(nèi)力Q、N、M的值。動臂的危險斷面通常在H點附近，此斷面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力6： MPa （3.32）式中 M計算斷面上的彎矩（）； N計算斷面上的軸向力(N)； F計算斷面的截面積(m2)； W計算斷面的抗彎斷面系數(shù)(m3)。 MPa （3.33）式中計算斷面中性軸Z處的靜矩（m3）； Q計算斷面的剪力(N)； b計算斷面的寬度（m）； 計算斷面時對中性軸Z的慣性矩（m4）。動臂計算斷面通常為槽形7，則： MPa （3.34）強度計算中許用應(yīng)力按下式選取： MPa （3.35）式中 s材料的屈服極限，國內(nèi)裝載機工作裝置的動臂以及搖臂通常采用45鋼，其s=350MPa； n安全系數(shù)，設(shè)計手冊中規(guī)定n1.11.5，考慮工程機械工作繁重，作業(yè)條件惡劣及計算上的失誤，一般取n1.5，此處取n=1.7。則 MPa (3.36) (3.37) 圖3.2 動臂強度校核圖 BI段：彎矩 (3.38) 軸向力 (3.39) 剪力 (3.40)查表取動臂臂寬h=200mm，臂厚b=75mm，臂高d=9mm，W=191F=32.837;綜上所述得： (3.41) (3.42)IJ段： 彎矩 (3.43) 軸向力 (3.44) 剪力 (3.45)查表取動臂臂厚b=60mm，臂寬h=500mm，臂高d=10.5，W=879F=75.068;綜合各式得： (3.46) (3.47) 綜上所述，所選動臂滿足強度要求。 3.4鉸銷的強度校核因裝載機受力點較大的在動臂與機座連接處，故此次鉸銷的強度校核點就選用動臂與機座連接處的鉸銷。目前國內(nèi)外一些工程機械工作裝置上采用密封式鉸銷。所謂密封式鉸銷，就是鉸銷軸套的端部加一個密封圈，密封圈可以防止?jié)櫥瑒┬孤都皦m土進(jìn)入，因此可延長軸銷和軸套銷的使用壽命及減少定期潤滑的次數(shù)，使日常維修工作所消耗的時間及費用減少。因鉸銷主要受力為剪切力，故工作裝置各鉸銷的強度計算都采用下面的計算公式：銷軸的切應(yīng)力： （3.48）銷軸的許用切應(yīng)力； 計算載荷，為鉸點所受載荷一半；A鉸銷的橫截面積； （3.49）取鉸銷直徑為30mm，A；鉸銷材料選用40Cr,其則： (3.50)銷軸的切應(yīng)力： (3.51) 銷軸支座的擠壓應(yīng)力： （3.52）銷軸套的擠壓應(yīng)力： （3.53） 圖3.3工作裝置鉸銷綜上所述，所選鉸銷合格。 3.5連桿的強度校核裝載機在工作中，連桿有時受拉，有時受壓，需要同時進(jìn)行強度計算及壓桿穩(wěn)定驗算。其計算根據(jù)材料學(xué)第一強度理論公式進(jìn)行8。連桿的強度校核： MPa （3.54）式中軸向力 A連桿橫截面積連桿材料選用45鋼，其屈服極限s=350MPa，即：= s/n=350/1.7=206MPa (3.55) 則 m2 (3.56)取連桿截面為矩形截面，寬度為b=100mm，高為h=120mm。則： (3.57)壓桿穩(wěn)定校核：連桿的材料取,45n鋼，查表可得：=350MPa, E=210MPa, =280MPa, a=461MPa, b=2.568MPa則： （3.58）將連桿簡化成一端鉸支一端固定的梁，即=0.7，則 （3.59） （3.60） 因為<1,所以不能用歐拉公式計算臨界壓力。由經(jīng)驗公式知 （3.61） 因為<2,所以cr=s=350MPa Fcr=Acr=4200KN （3.62）由于鏟斗額定載荷為50KN，斗重為8.2KN，所以連桿壓力為：Fmax=(50+8.2)cos7o=57KN （3.63）所以 （3.64）能夠滿足連桿穩(wěn)定。綜上所述：選用的連桿強度滿足要求。 3.6搖臂的強度校核搖臂的危險截面處于中間孔附近，在次截面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力，計算方法與動臂相同，將搖臂主軸線分成DE、EF段分別計算其內(nèi)力9。如圖3.4：DE段：軸向力 （3.65）剪力 （3.66）彎矩 （3.67）搖臂材料選用45鋼，其屈服極限s=350MPa，n=1.7,則：=360/1.8=206MPa (3.68)截面MM處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力計算： (MPa) （3.69）式中 M計算斷面上的彎矩（）； N計算斷面上的軸向力(N)； F計算斷面的截面積(m2)； W計算斷面的抗彎斷面系數(shù)(m3)。 MPa （3.70）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）。設(shè)計的搖臂為槽型，則: MPa （3.71）E點橫截面圖形見圖3.5。將此截面在AutoCAD中做成面域10，計算得 （3.72） （3.73） （3.74）所以 （3.75） （3.76）EF段；軸向力 （3.77）剪力 （3.78） 圖3.4搖臂強度計算簡圖 圖3.5 搖臂E點截面形狀圖彎矩 （3.79）和DE段一樣，此處截面NN如圖3.511。 （3.80） 綜上所述:所選擇的搖臂滿足強度要求。 第4章 工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計 4.1 轉(zhuǎn)斗油缸的選擇及其作用力的確定 1）轉(zhuǎn)斗油缸作用力的確定。由圖4.1所示，裝載機在鏟掘工況，動臂油缸閉鎖，轉(zhuǎn)斗油缸發(fā)出最大崛起力時，其主動力按下式計算： （4.1）式中 ： K考慮連桿機構(gòu)摩擦損失的系數(shù)，取K1.25； 最大鏟起力； 鏟斗自重； n轉(zhuǎn)斗油缸數(shù)。其中： 2）根據(jù)載荷和系統(tǒng)壓力計算油缸內(nèi)徑D。當(dāng)油缸大腔進(jìn)油，活塞桿承受推力P1 （4.2）即 （4.3） 式中：D油缸內(nèi)徑； p系統(tǒng)壓力； 油缸機械效率，對于橡膠密封=0.95。 由于則 在系列中取D=260mm. 3）確定活塞桿直徑d。 速比，壓力較大時選用大值，此處取則： （4.4） 圖4.1油缸主動力的計算簡圖 取系列值d=190mm. 4)計算油缸壁厚。 （4.5） 式中： py試驗壓力，取24MPa； 許用應(yīng)力，油缸材料選用45號鋼，其b=350MPa，n=5,即 所以 在系列中取=44.6mm 4.2 動臂油缸的選擇及其作用力的確定 1）動臂油缸主動力的確定。 由圖4.2所示，當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，動臂油缸產(chǎn)生最大崛起力時其主動力按下式計算： （4.6）式中 ：K2考慮連桿機構(gòu)摩擦損失的系數(shù)，取K21.25； 最大鏟起力； 動臂自重，在CAD中求得其面積，并算出體積從而求得Gs約為30KN； n轉(zhuǎn)斗油缸數(shù)；PF未考慮連桿機構(gòu)摩擦損失的轉(zhuǎn)斗油缸被動力。 2)根據(jù)載荷和系統(tǒng)壓力計算油缸內(nèi)徑D 。當(dāng)油缸大腔進(jìn)油，活塞桿承受推力 （4.7）即 （4.8）式中：D油缸內(nèi)徑； p系統(tǒng)壓力；油缸機械效率，對于橡膠密封=0.95。由于則 在系列中取D=150mm. 3）確定活塞桿直徑d。 速比，壓力較大時選用大值，此處取則：， （4.9）取系列d=90mm.4)計算油缸壁厚。 （4.10） 式中：py試驗壓力，取24MPa； 許用應(yīng)力，油缸材料選用45號鋼，其b=700MPa，n=5,即。 所以 在系列中取=13mm 4.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計4.3.1工作油路的分析裝載機工作油路由工作油泵A和輔助油泵B雙聯(lián)CB-G齒輪油泵供給壓力油。流量總和最大可達(dá)320升/分。轉(zhuǎn)向油泵C為CB-4612。本裝載機采用順序油路開式系統(tǒng)。順序油路又稱互鎖油路。鏟斗油缸操縱閥離開中位即切斷去動臂油缸操縱閥的油路，欲使動臂油缸動作，必需使鏟斗油缸操縱閥回中位。因此動臂與鏟斗不能進(jìn)行復(fù)合動作，所以各油缸推力較大。工作油路包括動臂油缸和鏟斗油缸兩個執(zhí)行元件。裝載機動臂要求具有較快的升降動作和良好的慢速微調(diào)性能。動臂油缸的控制閥為四位六通閥（提升、鎖緊、下降、浮動）。當(dāng)四位閥處于圖示的中位時，油缸鎖緊和油泵卸載。如果將四位閥換接a或b位，則油液進(jìn)入油缸大腔或小腔驅(qū)動動臂升降，這時靠換向閥閥口的開度進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)。當(dāng)動臂舉升到最高位置時，氣壓系統(tǒng)的二位電磁閥接通氣路，使壓縮空氣進(jìn)入四位閥松開彈跳定位鋼球，閥桿便在彈簧作用下回到中位，于是動臂自動限位。同樣動臂下降到最低位置時，亦能自動限位。當(dāng)閥接c位時，油缸處于浮動狀態(tài)，以便空斗能迅速下降，甚至在發(fā)動機熄火的情況下也能降下鏟斗。此外，在堅硬地面上鏟取物料或進(jìn)行刮平作業(yè)時也需要浮動工位。 鏟斗油缸與動臂油缸兩者并不要求同時作用，但需保證鏟斗油缸能優(yōu)先動作，因此控制鏟斗油缸的三位六通閥（上轉(zhuǎn)、鎖緊、下轉(zhuǎn)）應(yīng)在動臂油缸的四位閥之前。鏟斗油路也設(shè)有限位機構(gòu)，即當(dāng)鏟斗在高出傾翻卸料完畢之后操縱三位閥使鏟斗上轉(zhuǎn)到一定位置便自動限位，這個位置能使鏟斗隨動臂下降到停機面剛好水平位置，無需再調(diào)平。此外，在鏟斗油缸的小腔油路中還設(shè)有雙作用安全閥，它的作用是在動臂升降過程中，鏟斗油缸的連桿機構(gòu)由于動作不協(xié)調(diào)而受到某種程度的干涉，即在動臂提升時，鏟斗油缸的活塞桿又被拉出的趨勢，而在動臂下降時，活塞桿又被強制頂回，這時鏟斗油缸三位控制閥處于中位，油路不通。為防止油路過載或出現(xiàn)真空，雙作用安全閥可起到緩沖補油的作用。其中過載閥的油壓調(diào)定位80公斤/厘米2，此壓力已能滿座油缸小腔在轉(zhuǎn)斗卸料時所需要的壓力。當(dāng)小腔受到干涉后壓力超過調(diào)定值時，便可從過載閥釋放部分壓力油回油箱，使油缸得到緩沖。在小腔產(chǎn)生真空時，可從單向閥向油箱吸油補空。應(yīng)當(dāng)指出，鏟斗油缸的大腔也應(yīng)該設(shè)置雙作用安全閥，使油缸大小腔的緩沖和補油彼此協(xié)調(diào)的更加合理。如在活塞桿被向外拉出小腔 受壓釋放部分壓力油時，活塞向前移動，大腔就要產(chǎn)生真空，但若在大腔上也設(shè)有雙作用安全閥就可以準(zhǔn)確及時進(jìn)行補油。油缸大腔在鏟斗鏟掘物料時所需要的壓力較大，有系統(tǒng)的安全閥調(diào)定為150公斤/厘米2。 4.3.2 工作裝置油路設(shè)計 工作裝置油路如圖4.2所示：動臂油缸轉(zhuǎn)向油缸轉(zhuǎn)斗油缸 圖4.2 ZL50裝載機液壓系統(tǒng) 結(jié) 論經(jīng)過近兩個月的努力，我終于完成了題為裝載機工作裝置及其液壓系統(tǒng)設(shè)計的畢業(yè)設(shè)計。在這個過程中，我收獲良多，畢業(yè)設(shè)計作為大學(xué)中必修的一門課程，它賦予了我們多重使命。從學(xué)習(xí)方面來講，它既考驗了我們大學(xué)四年來是否學(xué)好了扎實的基本功，又檢驗了我們是否能夠靈活應(yīng)用所學(xué)的各科知識，并且，畢業(yè)設(shè)計使我重溫了所學(xué)的各科知識，特別是充分應(yīng)用了機械原理、材料力學(xué)、液氣壓傳動等多門課程的知識。本次設(shè)計的輪式裝載機用液壓系統(tǒng)控制，可以實現(xiàn)自動放平，具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操作輕便等特點；從培養(yǎng)思維方式方面來講，它培養(yǎng)了我如何收集和查詢各種材料，去偽存真，并充分應(yīng)用。可以說，雖然畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)學(xué)習(xí)生活的一個終點，卻是走向社會的一個起點，它所給與我們的一切將對走向社會的我們起到很大的幫助。 參考文獻(xiàn)1章宏甲液壓傳動M北京：機械工業(yè)出版社，1999:59-72.2 許光君工程機械概論M成都：西南交通大學(xué)出版社，2006:23-45.3 張洪，賈志絢工程機械概論M北京：冶金工業(yè)出版社2006:46-61.4 機械工程手冊編委會機械工程手冊（第二版）北京：機械工業(yè)出版社，1995.5 吳慶民，何小新工程機械設(shè)計M武漢：武漢大學(xué)出版社，2006:32-41.6 濮良貴，紀(jì)名剛機械設(shè)計（第七版）M北京：高等教育出版社，2001:78-89.7 成大先機械設(shè)計手冊北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004:73-77:8 鄭文緯，吳克堅機械原理（第七版）M北京：高等教育出版社，2004:57-64.9 甘永立幾何量公差與檢測M上海：上?？萍技夹g(shù)出版社，2001:22-29.10 王魏機械制圖M北京：高等教育出版社，2003:2-8.11 寇長青工程機械基礎(chǔ)M成都：西南交通大學(xué)出版社，1988:12-24.12 翟芳工程機械基礎(chǔ)M哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2007:65-81.致 謝 在這次畢業(yè)設(shè)計中，感謝老師，感謝我寢室的室友，感謝我的同組的同學(xué)。鄧英劍老師作為我的指導(dǎo)老師，給予我巨大的幫助和指導(dǎo)，我要特別感謝她；寢室的室友和同組的同學(xué)，他們在我遇到困難迷茫無措時，主動向我伸出援手，提出解決困難的方法，我非常感謝他們。畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束了，我將會化他們的感謝為精神動力，在即將走向的社會工作崗位上做出貢獻(xiàn)，為社會主義的現(xiàn)代化建設(shè)添磚加瓦，來回報導(dǎo)師，回報母校。學(xué)生簽名：日 期：35畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢