zl100反轉(zhuǎn)六桿裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)

1、目 錄目 錄1摘 要2前 言31.裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)概述 41.1 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)概述41.2 輪式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)要求42.設(shè)計(jì)任務(wù)63.工作機(jī)構(gòu)和工作原理73.2 工作原理73.3 工作過(guò)程分析74.設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)94.1 鏟斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸設(shè)計(jì)94.2 工作裝置連桿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和尺寸設(shè)計(jì) 154.3 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 204.4 工作油缸的選擇 26設(shè)計(jì)總結(jié)29參 考 文 獻(xiàn) 30 摘 要裝載機(jī)是工程機(jī)械的主要機(jī)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(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)。本文中參閱了大量的土方機(jī)械的設(shè)計(jì)參考書(shū)，其中大多數(shù)是有關(guān)裝載機(jī)方面的，有的是工作裝置單一構(gòu)

2、件的設(shè)計(jì)，有的則是整個(gè)工作裝置的設(shè)計(jì)，并且有許多有關(guān)工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，各參考所涉及到的裝載機(jī)雖然型號(hào)不同，研究的方法也有差異，但綜合起來(lái)基本上也概述了現(xiàn)行的設(shè)計(jì)方法。國(guó)外裝載機(jī)發(fā)展迅速，而我國(guó)裝載機(jī)在設(shè)計(jì)上存在很多問(wèn)題，其中主要集中在可靠性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等方面。而工作裝置對(duì)于裝載機(jī)來(lái)說(shuō)又是重中之重，所以工作裝置的設(shè)計(jì)好壞直接影響到裝載機(jī)的使用壽命以及工作效率等。雖然現(xiàn)在市場(chǎng)上的裝載機(jī)已經(jīng)日趨成熟，但對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)仍有非常重要的意義，尤其是裝載機(jī)的工作裝置。裝載機(jī)工作裝置的轉(zhuǎn)斗六連桿機(jī)構(gòu)是由與液壓缸，鏟斗相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)組合而成。輪式裝載機(jī)在作業(yè)時(shí)，靠改變液壓缸的長(zhǎng)度來(lái)使鏟斗獲得所要

3、求的收斗角和卸料角。機(jī)構(gòu)中各桿件長(zhǎng)度及其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，需要對(duì)該機(jī)構(gòu)作某些特定計(jì)算，以判斷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)干涉、無(wú)死點(diǎn)、無(wú)自鎖；動(dòng)臂從最底位置到最大卸載高度的舉升過(guò)程中，保證鏟斗中物料不灑落；在卸載后，動(dòng)臂下放至鏟掘位置鏟斗能自動(dòng)放平。關(guān)鍵詞 工程機(jī)械，裝載機(jī)，工作裝置前 言裝載機(jī)是以輪胎式或履帶式拖拉機(jī)為基礎(chǔ)車(chē)，安裝上鏟斗作為工作裝置的一種土方工程機(jī)械。它是一種作業(yè)效率高、操作輕便、用途廣泛的施工機(jī)械，它不僅用來(lái)對(duì)松散的堆積物料進(jìn)行裝、運(yùn)、卸等作業(yè)，還可以鏟裝爆破后的礦石以及對(duì)硬土進(jìn)行輕度挖掘，并能用來(lái)進(jìn)行清理、刮

4、平場(chǎng)地及牽引等作業(yè)。裝載機(jī)的鏟掘和裝卸物料是通過(guò)工作裝置的運(yùn)動(dòng)而得以實(shí)現(xiàn)的，裝載機(jī)工作裝置由鏟斗、動(dòng)臂、連桿、搖臂和轉(zhuǎn)斗油缸、動(dòng)臂油缸等組成。整個(gè)工作裝置鉸接在車(chē)架上。鏟斗通過(guò)連桿和搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用以裝卸物料。動(dòng)臂與車(chē)架、動(dòng)臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動(dòng)臂的升降采用液壓操縱。裝載機(jī)作業(yè)時(shí)工作裝置應(yīng)能保證：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖、動(dòng)臂油缸舉升或降落時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗上下平動(dòng)或接近平動(dòng)，以免鏟斗傾斜而撒落物料；當(dāng)動(dòng)臂處于任何位置、鏟斗繞動(dòng)臂鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行卸料時(shí)，鏟斗傾斜角不小于45，卸料后動(dòng)臂下降時(shí)又能使鏟斗自動(dòng)放平。綜合國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)型式，主要有七種類(lèi)型，即按連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)不

5、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(zhuǎn)向是否相同又分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)等。工作裝置直接影響到裝載機(jī)的性能參數(shù)和其作業(yè)效率。ZL40ZL50裝載機(jī)，主要裝載機(jī)生產(chǎn)廠家均擁有該產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品幾十年來(lái)沿續(xù)至今，全國(guó)幾乎使用同一套圖紙，有些技術(shù)力量薄弱的廠家，仍把其當(dāng)作主導(dǎo)產(chǎn)品推向市場(chǎng)。第二三代產(chǎn)品主要是對(duì)工作裝置進(jìn)行優(yōu)化，改變外觀造型。所以，合理的設(shè)計(jì)工作裝置的結(jié)構(gòu)是非常重要的。常見(jiàn)的有關(guān)輪式裝載機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì)中，廣泛采用反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)以及放平性、工作強(qiáng)度的校核，本次設(shè)計(jì)中在沒(méi)有同類(lèi)正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)資料的前提下，反復(fù)琢磨工作裝置的工作原理，并使用機(jī)械設(shè)計(jì)軟

6、件AUTOCAD 進(jìn)行工作裝置的各鉸接點(diǎn)的設(shè)計(jì)，所以在進(jìn)行有關(guān)校核時(shí)直接應(yīng)用繪圖尺寸，可以保證精度要求，此設(shè)計(jì)資料也可以作為今后正轉(zhuǎn)工作裝置的設(shè)計(jì)參考。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中難免有疏忽以及錯(cuò)誤的地方，望批評(píng)指正。1 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)概述1.1 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)概述裝載機(jī)工作裝置是裝載機(jī)的核心部件，它是實(shí)現(xiàn)鏟掘、裝載物料的機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)水平的高低直接影響到整機(jī)的性能，如工作效率、作業(yè)質(zhì)量和總體結(jié)構(gòu)尺寸等。裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗、動(dòng)臂、搖臂連桿(或托架)及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗用以鏟裝物料；動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車(chē)架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過(guò)搖臂連桿(或托架)使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)采用

7、液壓操縱。由動(dòng)臂、動(dòng)臂油缸、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂連桿(或托架)及車(chē)架相互鉸接所構(gòu)成的連桿機(jī)構(gòu)，在裝載機(jī)工作時(shí)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)斗油缸作用下，通過(guò)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)臂油缸作用下提升或下降鏟斗過(guò)程中，連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)能使鏟斗在提升時(shí)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(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，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。1.2 輪式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)要求根據(jù)輪式裝載機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)，其工作裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：1.21基本要求(1)生產(chǎn)率高；(2)插入和鏟取能力大

8、；(3)結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要；(4)零部件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度和壽命合理；(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制造維修容易，操作使用方便。1.22特殊要求(1)由于鏟斗寬度和容積都較大，所以鏟裝阻力大，裝載系數(shù)小。因此設(shè)計(jì)時(shí)必須合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸，以減小工作阻力，達(dá)到裝滿卸凈、運(yùn)輸平穩(wěn)。(2)鏟斗由運(yùn)輸工況被舉升到最高卸載位置的過(guò)程中，為避免鏟斗中物料撒出，要求鏟斗作“平移運(yùn)動(dòng)”。從不易撒料這一目的出發(fā)，絕對(duì)平動(dòng)并無(wú)必要，只要把鏟斗舉升時(shí)的傾角變化限制在一定許可范圍之內(nèi)即可，設(shè)計(jì)時(shí)一般控制在10以?xún)?nèi)為好。(3)保證必要的卸載角、卸載高度和卸載距離。輪式裝載機(jī)要求鏟斗在從運(yùn)輸工況至最高位置之間的任

9、一高度都能卸載干凈，為此，鏟斗各瞬時(shí)卸載(鏟斗斗底對(duì)地面的前傾角 )均需不小于45。(4)鏟斗能自動(dòng)放平。鏟斗在最高位置卸載后，閉鎖轉(zhuǎn)斗油缸，下放動(dòng)臂，鏟斗能自動(dòng)變成插入工礦(開(kāi)始插入狀態(tài))的功能成為“鏟斗自動(dòng)放平”。(5)輪式裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)屬于連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)中要注意防止各個(gè)工況出現(xiàn)構(gòu)件相互干擾、“死點(diǎn)”、“自鎖”和“機(jī)構(gòu)撕裂”等現(xiàn)象；各處傳動(dòng)角不得小于 10；在綜合滿足工作性能的前提下，盡可能增大機(jī)構(gòu)而倍力系數(shù)。(6)應(yīng)盡量減少工作機(jī)構(gòu)的前懸(即工作機(jī)構(gòu)重心至整機(jī)重心的距離)、長(zhǎng)度和高度，以提高裝載機(jī)在各種工況下的穩(wěn)定性和司機(jī)的視野。2 設(shè)計(jì)任務(wù) (1)設(shè)計(jì)斗容：5m (2)設(shè)計(jì)工作機(jī)構(gòu)：

10、轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)(3)設(shè)計(jì)機(jī)型：ZL100型裝載機(jī)(4)工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容： a工作機(jī)構(gòu)各鉸鏈點(diǎn)位置及銷(xiāo)軸； b鏟斗、大臂、斗柄、連桿、力學(xué)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； c油缸的力學(xué)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(5)要求完成的文字資料 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(30頁(yè)左右) (6)要求完成的圖紙 a工作機(jī)構(gòu)總裝圖一張(A0)b鏟斗組裝圖一張(A1) 或動(dòng)臂油缸裝配圖一張(A1) (7)要求按照指導(dǎo)教師指定的數(shù)據(jù)組完成設(shè)計(jì)工作，按時(shí)交出設(shè)計(jì)資料及圖紙，并參加答辯。3 工作機(jī)構(gòu)和工作原理3.1 轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn) (1)優(yōu)點(diǎn)： a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)成轉(zhuǎn)大值，可獲得相當(dāng)大的

11、鏟取力； b恰當(dāng)?shù)倪x擇各機(jī)構(gòu)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，這是其它六種機(jī)構(gòu)所望塵莫及的； c結(jié)構(gòu)十分緊湊，前懸小，司機(jī)視野好。 (2)缺點(diǎn)： 搖臂和連桿布置在鏟斗和前橋之間的的狹窄部位，容易發(fā)生桿件相互干擾，設(shè)計(jì)時(shí)須特別精心。3.2 工作原理 當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸將活塞桿推出時(shí)，經(jīng)過(guò)搖桿和連桿作用，推壓鏟斗插入料堆，然后轉(zhuǎn)斗油缸小腔進(jìn)油。將活塞桿收回，牽引鏟斗向后翻轉(zhuǎn)完成鏟取動(dòng)作。此時(shí)，鏟斗側(cè)刃平行地面進(jìn)入運(yùn)輸狀態(tài)。當(dāng)動(dòng)臂油缸活塞桿推出將動(dòng)臂舉到一定的位置或卸載高度時(shí)，要求鏟斗始終平移。然后轉(zhuǎn)斗油缸的活塞桿推出，經(jīng)搖桿和連桿作用，翻轉(zhuǎn)鏟斗，向溜靜或儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)卸載，鏟斗卸載角

12、不小于45。卸干凈后，轉(zhuǎn)斗油缸將活塞桿收回，牽引鏟斗向后翻轉(zhuǎn)完成卸載動(dòng)作，此時(shí)動(dòng)臂油缸活塞桿收回，將動(dòng)臂下放到一定位置，鏟斗側(cè)刃平行地面進(jìn)入空載運(yùn)輸狀態(tài)，這樣工作機(jī)構(gòu)就完成了一個(gè)工作循環(huán)。3.3 工作過(guò)程分析 ZL100型裝載機(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(guò)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，鏟斗前臂對(duì)地面呈3-5前傾角；開(kāi)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，將工況II之鏟斗升高到適當(dāng)位置(以斗底離地的高度

13、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(chē)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)。4 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)4.1 鏟斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸設(shè)計(jì)4.1.1鏟斗簡(jiǎn)介 鏟斗是裝載機(jī)工作裝置的執(zhí)行構(gòu)件。鏟斗直接與物料接觸，是裝、運(yùn)、卸的工具，工作時(shí)，它被推壓插入料堆鏟取物料，工作條件惡劣，是承受很大的沖擊力和劇烈的磨損，因此鏟斗的設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)裝載機(jī)的作業(yè)能力有較大影響。為了保證鏟斗的設(shè)計(jì)質(zhì)量，首先應(yīng)當(dāng)合理地確定鏟斗的結(jié)構(gòu)及幾何形狀，以降低鏟

14、斗插入物料的阻力。其次要保證鏟斗具有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性，使其具有合理的壽命。目前國(guó)內(nèi)外的鏟運(yùn)機(jī)絕大多數(shù)采用整體向前傾翻式鏟斗，這種鏟斗的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，有效裝載容積大，但需要有較大的卸載角才能將物料卸凈。本次設(shè)計(jì)就采用這種形式。4.1.2鏟斗的設(shè)計(jì) a鏟斗的形狀、尺寸和刃口的設(shè)計(jì)，必須以一鏟就裝滿整個(gè)工作腔為準(zhǔn)； b在選擇有效鏟掘力矩時(shí)，應(yīng)考慮到料堆低及在斜坡上的作業(yè)因素，故鏟斗的高度不宜過(guò)大； c鏟斗的刃口應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和抗沖擊性； d斗的幾何形狀應(yīng)能保證可靠運(yùn)輸，還能進(jìn)行場(chǎng)地的平整工作； e降低對(duì)鏟斗部分的非正常磨損，提高刃口的耐磨性，保證鏟斗維修的方便； f合理增

15、加鏟斗相對(duì)于輪胎外緣的寬度，以清除可能出現(xiàn)在輪胎下面的石塊，減少輪胎的磨損； g由于礦石的容量不同，往往同一臺(tái)裝載機(jī)要配備幾個(gè)斗容不同的鏟斗，為此，鏟斗元件應(yīng)做高通用性，高互換性； h鏟掘時(shí)能保證工作面的良好視野； i為了減少插入阻力、鏟取阻力和轉(zhuǎn)斗阻力，盡量做到一次裝滿，鏟斗斗刃做直線型型(帶齒)，側(cè)刃做成折線； j為了提高鏟斗強(qiáng)度和剛度，對(duì)斗容3-5m的中型裝載機(jī)來(lái)說(shuō)，斗體材料選用20厚的低碳高強(qiáng)度合金鋼，斗刃選用厚為38-40的特殊耐磨鋼。在一些重要的部位都用加強(qiáng)板和加強(qiáng)筋進(jìn)行加強(qiáng)。4.1.3鏟斗基本參數(shù)的確定 把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R(即鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)至切削刃之間的距離)作為基本參數(shù)，鏟斗

16、的其他參數(shù)則作為R的函數(shù)。R(見(jiàn)下圖)的大小不僅直接影響鏟斗底壁的長(zhǎng)度，而且還直接影響轉(zhuǎn)斗時(shí)掘起力及斗容的大小，所以它是一個(gè)與整機(jī)總體有關(guān)的參數(shù)。 鏟斗參考尺寸鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑尺寸可按下式計(jì)算：式中 V鏟斗的額定容量（m）,設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出V=5m B 鏟斗的內(nèi)側(cè)寬度（m）；l 鏟斗的斗底長(zhǎng)度系數(shù)，通常 =1.41.5； 后斗壁的長(zhǎng)度系數(shù)，通常 =1.11.2； 擋板的高度系數(shù)，通常 =0.120.14； 斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常=r/R=0.350.4；斗底和后斗壁夾角,通常 =4852(有的推薦 5565)；擋板和后斗壁間的夾角，選時(shí)應(yīng)使側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為90，通常=510

17、。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，鏟斗的額定容量由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出V=5m。鏟斗的內(nèi)側(cè)寬度B=b+ b+(0.10.2)-2a (m)式中 b裝載機(jī)輪距，m；b輪胎寬度，m；a鏟斗側(cè)壁切削刃厚度，m。查閱資料得，b=2.5m，b =0.7574m，a=0.040m關(guān)于(0.10.2),取0.15m.計(jì)算得B=3.4274m設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，由經(jīng)驗(yàn)獲取: =1.5，=1.2，=0.13，=0.4 =50 =8則可求得鏟斗回轉(zhuǎn)半徑R=1.4501m斗底長(zhǎng)度L是指由后斗壁上緣到與后斗壁底相交點(diǎn)的距離：L=R=2.1751m后斗壁長(zhǎng)度L是指由后斗壁上緣到與斗底相交點(diǎn)的距離：L=R=1.7401m 擋板高度Lk: L=R=0.

18、1885m 鏟斗圓弧半徑r： r=R=0.5801m4.1.4鏟斗容量計(jì)算與誤差判斷a鏟斗容量計(jì)算 設(shè)計(jì)鏟斗的額定容量： V=SBo-2ab/3+ Bo/8- b(a+c)/6 式中 S鏟斗平裝容量橫截面,單位 a擋板高度，單位 m；b鏟斗開(kāi)口長(zhǎng)，單位 m；c堆積高度，單位 m。如圖所示，鏟斗平裝容量橫截面積 S 由 5 塊基本幾何圖形組成。 計(jì)算式為 S=S1+S2+S3+S4+S5式中 S1扇形AGF 的面積,單位；S2直角三角形GFN，單位；S3直角三角形GAC，單位；S4三角形CGN，單位；S5直角三角形CND，單位。 由圖可得S1=(GF) (180-) =0.4115 S2=GFF

19、N/2=0.2175 S3=GAAC=0.2204 由上得，CN=1.5367m，CG=0.9912m，NG=0.6897m，令L=(CN+CG+NG)/2，則S4=0.2570S5= CNND/2=0.1309則綜上可得S=1.2373由b=CN+ND得，鏟斗開(kāi)口長(zhǎng)b=1.5463m如下圖，IH是斗尖至鏟斗側(cè)壁的高度c，根據(jù)美國(guó)汽車(chē)工程師手冊(cè)規(guī)定IH垂直于CD，且IK=CK/2=b/4.按照通常的設(shè)計(jì)要求，擋板DN應(yīng)垂直于斗側(cè)壁CN，所以CKHCND。則 c=IK+KH=0.4722m則額定容量V=5.0265 mb鏟斗的容量誤差判斷若滿足 V-V 式中 V計(jì)算斗容量 設(shè)計(jì)中給定的允許斗容量

20、誤差，根據(jù)設(shè)計(jì)要求=0.1m則V- V=5.0265-5=0.0265 mFE+BE 若令GF=a,FE=b,BE=c,BG=d,并將上式不等號(hào)兩邊同時(shí)除以d，經(jīng)整理上式，得下式，即 K=+-GE工況時(shí)： FE+BEFB 工況時(shí)，GF=993mm，F(xiàn)E=1986mm，GE=2220mm，因此滿足GF+FEGE 工況時(shí)，F(xiàn)E=1986mm，BE=1489mm，F(xiàn)B=1500mm，因此滿足FE+BEFBc. 轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn)C和D的確定 初步設(shè)計(jì)時(shí)，一般取BC(0.71.0)BE,因此，取BC=0.85BE=1042mm。C點(diǎn)一般取在B點(diǎn)左上方，BC與BE夾角(即搖桿折角)，可取CBE

21、=165，C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)不與鏟斗干擾，其高度不影響司機(jī)視野。轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架的鉸接點(diǎn) D，是根據(jù)鏟斗由工況舉升到工況過(guò)程為平動(dòng)和由工況下降到工況能自動(dòng)放平這兩大要求來(lái)確定的。當(dāng)鉸接點(diǎn)G、F、E、B、C、被確定后，則鏟斗分別在工況、時(shí)的C點(diǎn)的位置C、C、C、C也就唯一的被確定下來(lái)。因?yàn)殓P斗由工況舉升到工況或由工況下放到工況的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng)度分別保持不變，所以D點(diǎn)必為C點(diǎn)和C點(diǎn)連線的垂直平分線與點(diǎn)C和C點(diǎn)連線的垂直平分線的交點(diǎn)。研究證明，D點(diǎn)設(shè)計(jì)在A點(diǎn)的左下方較好。D的固定坐標(biāo)為(4500,2200)。d. 動(dòng)臂舉升油缸與動(dòng)臂和車(chē)架鉸接點(diǎn) H 點(diǎn)及 M 點(diǎn)的確定H點(diǎn)一般選在約為動(dòng)臂長(zhǎng)度的三分之一

22、處，且在動(dòng)臂兩鉸接點(diǎn)的連線之上，以便留出鉸座位置。因此，取工況時(shí)的H坐標(biāo)(3650,1600),AH=1350mm。取M點(diǎn)在A點(diǎn)左下方2000mm 處，取為(1570,350)。為進(jìn)一步檢驗(yàn)鏟斗平動(dòng)質(zhì)量，在工況、間選擇2個(gè)位置進(jìn)行檢驗(yàn)鏟斗轉(zhuǎn)角，所得結(jié)果鏟斗轉(zhuǎn)較差小于 10，則合理。4.3 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 在實(shí)際裝載作業(yè)中，經(jīng)?？赡艹霈F(xiàn)的惡劣工況是：鏟斗在裝載機(jī)牽引力的作用下先插入料堆最大深度，與此同時(shí)，轉(zhuǎn)斗油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗鏟裝物料，這是插入阻力和鏟取阻力均達(dá)到最大值，而且力作用點(diǎn)均處在鏟斗切削刃一端，即偏載時(shí)邊插入邊轉(zhuǎn)斗工況。所以，一般對(duì)此工況下的工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算或校核。 為了簡(jiǎn)化計(jì)

23、算，又考慮到外載本身的計(jì)算誤差就較大，所以往往采取按正載時(shí)邊插入邊轉(zhuǎn)斗鏟取即插入阻力和鏟取阻力均作用在鏟斗切削刃中央的工況進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，而用放大安全系數(shù)來(lái)處理偏載的影響。另外，由于插入阻力對(duì)工作機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的影響相對(duì)于鏟取阻力的影響要小得多，特別是那種在插入時(shí)動(dòng)臂支承在前車(chē)架上的結(jié)構(gòu)更是如此。因此，不管是正載聯(lián)合鏟裝還是偏載聯(lián)合鏟裝，可簡(jiǎn)化成正載鏟取或偏載鏟取，而把插入阻力的影響放在安全系數(shù)中考慮。4.3.1外載荷計(jì)算 a插入阻力計(jì)算 插入阻力是鏟斗插入堆料時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力，一般按以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算F=9.8KBL式中：K阻力系數(shù)，一般K=0.2； B鏟斗的寬度，cm； L鏟斗一次插入深

24、度，cm； L=0.7708=497mm=49. 7cm 故F=83474.6 Nb掘取阻力計(jì)算掘起阻力就是指鏟斗插入料堆一定深度后，舉升動(dòng)臂時(shí)物料對(duì)鏟斗的反作用力。掘起阻力同樣與物料的種類(lèi)、快度、松散程度、密度、料堆之間及物料與鏟斗之間的摩擦阻力有關(guān)。掘起阻力主要是剪切阻力。最大掘起阻力通常發(fā)生在鏟斗開(kāi)始局生的時(shí)刻，此時(shí)鏟斗中物料與料堆之間的剪切面積最大，隨著動(dòng)臂的舉升掘起阻力逐漸減小。 鏟斗開(kāi)始舉升時(shí)物料的剪切力按下式計(jì)算： F=2.2 KB L 式中 K開(kāi)始舉升鏟斗時(shí)物料的剪切應(yīng)力，它通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，對(duì)于塊度為0.10.3m 的松散花崗巖，剪切應(yīng)力的平均值取 K=35000Pa；其中 K=

25、30000Pa，B=3.2774 m，L=0.497m計(jì)算得F=105865.2 Nc轉(zhuǎn)斗阻力矩 當(dāng)鏟斗插入料堆一定深度后，用轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗向后翻轉(zhuǎn)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力矩稱(chēng)為轉(zhuǎn)斗阻力矩。當(dāng)用鏟斗翻轉(zhuǎn)鏟取物料時(shí)，在鏟斗充分插入料堆轉(zhuǎn)斗的初始時(shí)刻，轉(zhuǎn)斗的靜阻力矩最大，用M表示，此時(shí)鏟斗轉(zhuǎn)角 =0；其后，轉(zhuǎn)斗靜阻力矩隨著鏟斗翻轉(zhuǎn)角 的變化而按雙曲線特性變化。開(kāi)始鏟取時(shí)的靜阻力矩M為： M=1.1 F 0.4(x- L)+y 式中x鏟斗回轉(zhuǎn)中心與斗刃的水平距離，m； y鏟斗回轉(zhuǎn)中心與地面的垂直距離，m； 根據(jù)鏟斗的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，得x=1.217m,y=0.15m 計(jì)算得M=53908.7 Nm 鏟斗的重

26、量G由兩部分組成，一部分是圍成鏟斗的鋼板的重量G，另一部分是筋板、吊耳等附屬裝置的重量G，估算G的值為10G，則： G= G+G=1.1 G G=(2St+St+S”t)g 式中 S鏟斗側(cè)壁的面積， t鏟斗壁厚， S 斗底和后斗壁的面積， S” 檔板面積， 鋼板的密度（取=7850kg/m）， g重力加速度（取 g=10N/Kg） 由前述可知S=1.0373，t=0.02m，S=8.00，S”=0.5496 代入數(shù)據(jù)得G=18348N 開(kāi)始轉(zhuǎn)斗的阻力矩為： M= M+（G+G）L 式中M轉(zhuǎn)斗阻力矩，Nm； G輪式裝載機(jī)額定載重量重力，N； L鏟斗中心至回轉(zhuǎn)中心B水平距離，m。 其中M=5390

27、8.7 Nm，G=78400 N，G=18348N，L=1.24m 代入數(shù)據(jù)得M=173876.22 Nm 鏟斗充分插入料堆后開(kāi)始轉(zhuǎn)斗時(shí)，作用在鏟斗與轉(zhuǎn)斗連桿鉸銷(xiāo)上的力F為 F= M /L式中L鏟斗回轉(zhuǎn)中心至F作用線的垂直距離，m。 L=0.888m F=195806.55N4.3.2工作裝置的強(qiáng)度校核a動(dòng)臂 動(dòng)臂是工作機(jī)構(gòu)中最重要的組件，它受力復(fù)雜，自重較大，國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)的動(dòng)臂均發(fā)生過(guò)斷裂破壞現(xiàn)象，破壞較多的部位是動(dòng)臂油缸和動(dòng)臂鉸接點(diǎn)處，橫梁和動(dòng)臂焊接處（包括焊縫處和動(dòng)臂在此部位的斷面處），因此，初步設(shè)計(jì)時(shí)，選這三處為危險(xiǎn)截面，然后對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。 動(dòng)臂的形狀按其縱向軸線的形狀可以分為直線

28、型和曲線型兩種。直線型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力狀況良好，加工容易省料；曲線型雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力狀況較差，但他可以使工作機(jī)構(gòu)的布置十分緊湊合理，故此次設(shè)計(jì)選用曲線型動(dòng)臂結(jié)構(gòu)。動(dòng)臂可看成是支撐在車(chē)架A點(diǎn)和動(dòng)臂油缸上鉸點(diǎn)H點(diǎn)的雙支點(diǎn)懸梁臂，其危險(xiǎn)斷面在H點(diǎn)附近： 最大應(yīng)力幅=+式中 A計(jì)算斷面的截面積,m； M計(jì)算斷面的彎矩，Nm；F計(jì)算斷面的軸向力，N；W計(jì)算斷面的抗彎斷面模數(shù)，m；材料的屈服極限，國(guó)內(nèi)裝載機(jī)工作裝置的動(dòng)臂以及搖臂多采用16Mn鋼，其=360MPa； n安全系數(shù)，設(shè)計(jì)手冊(cè)中規(guī)定 n1.11.5，考慮工程機(jī)械工作繁重，作業(yè)條件惡劣及計(jì)算上的失誤，一般取n1.5，此處取 n=2。 =式中 Q計(jì)

29、算斷面的剪力(N)；S計(jì)算斷面中性軸B處的靜矩（m）；J計(jì)算斷面時(shí)對(duì)中性軸B慣性矩（m）；b計(jì)算斷面的寬度（m）。因?yàn)閯?dòng)臂計(jì)算斷面多為矩形，則= =210934 Nm F=cos+ cos=135222 N =125231N W=0.001225m A=bh=0.060.35=0.021m則 =+=178.63MPa=180Mpa =8.95MPa=108Mpa 綜上計(jì)算分析動(dòng)臂強(qiáng)度設(shè)計(jì)符合要求。b鉸銷(xiāo) 其危險(xiǎn)斷面在支座G點(diǎn)附近，裝載機(jī)工作裝置鉸銷(xiāo)的一般結(jié)構(gòu)形式及受力情況，如圖所示。在鉸銷(xiāo)軸套的端部增加一個(gè)密封圈，密封圈可以防止?jié)櫥瑒┬孤┘皦m土進(jìn)入，因此可以延長(zhǎng)軸銷(xiāo)和軸套的使用壽命及減小定期潤(rùn)

30、滑次數(shù)，使日常維修工作所消耗的時(shí)間及費(fèi)用減小。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)工程機(jī)械工作裝置鉸銷(xiāo)的強(qiáng)度計(jì)算都采用下面的計(jì)算公式：銷(xiāo)軸的彎曲應(yīng)力： （） = ()式中 ：銷(xiāo)軸的彎曲應(yīng)力；計(jì)算載荷，為鉸銷(xiāo)所受載荷的一半；銷(xiāo)軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算長(zhǎng)度；其中 的意義如圖所示； 銷(xiāo)軸的抗彎斷面模數(shù)，取銷(xiāo)軸直徑為50mm： 銷(xiāo)軸支座的擠壓應(yīng)力： 因此，銷(xiāo)軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)符合要求。4.4 工作油缸的選擇目前大多數(shù)裝載機(jī)的工作裝置只有兩種油缸：動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸。推壓(變幅)油缸則采用較少。裝載機(jī)工作裝置的動(dòng)作是靠動(dòng)臂和轉(zhuǎn)斗油缸的伸縮實(shí)現(xiàn)的。油缸應(yīng)保證產(chǎn)生足夠的作用力以克服作業(yè)時(shí)的各種工作阻力。動(dòng)臂油缸與轉(zhuǎn)斗油缸的作用力有兩種情況：

31、油缸推動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的作用力為主動(dòng)作用力(簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)作用于閉鎖狀態(tài)的油缸上的作用力為被動(dòng)作用力，其最大值取決于液壓系統(tǒng)的過(guò)載閥壓力值和承載活塞面積。如工作裝置的動(dòng)臂油缸不動(dòng)，靠轉(zhuǎn)斗油缸轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗而進(jìn)行鏟掘作業(yè)時(shí)，則轉(zhuǎn)斗油缸產(chǎn)生的作用力為主動(dòng)作用力，動(dòng)臂油缸所承受的作用力為被動(dòng)作用力。當(dāng)油缸最大被動(dòng)作用力大于外載荷的作用力時(shí)，油缸無(wú)回縮現(xiàn)象，否則因過(guò)載閥打開(kāi)而溢流，使油缸發(fā)生回縮。4.4.1轉(zhuǎn)斗油缸的選擇a.轉(zhuǎn)斗油缸作用力的確定 由圖所示，裝載機(jī)在鏟掘工況，動(dòng)臂油缸閉鎖，轉(zhuǎn)斗油缸發(fā)出最大崛起力時(shí)，其主動(dòng)力按下式計(jì)算

32、： P= K 式中 ：K考慮連桿機(jī)構(gòu)摩擦損失的系數(shù)，取 K1.25； P最大掘起力，P=185.5KN； G鏟斗自重, G=18.35KN； n轉(zhuǎn)斗油缸數(shù),n=2。代入數(shù)據(jù)，計(jì)算得：P=257.35 KNb.根據(jù)載荷和系統(tǒng)壓力計(jì)算油缸內(nèi)徑 D當(dāng)油缸大腔進(jìn)油，活塞桿承受推力 F F=Dp/4式中D油缸內(nèi)徑 p系統(tǒng)壓力； 油缸機(jī)械效率，對(duì)于橡膠密封 =0.95。 F= P 則 D=147mm，取D=150mmc確定活塞桿直徑d 速比=，壓力較大時(shí)選用大值，此處取=2則d=106mm，取d=110mm4.4.2動(dòng)臂油缸的選擇a動(dòng)臂油缸主動(dòng)力的確定當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，動(dòng)臂油缸產(chǎn)生最大崛起力時(shí)其主動(dòng)力按下式計(jì)算：P= P(L+L)+G(L+L)+GEA-PAF計(jì)算得 P=110,62 KNb根據(jù)載荷和系統(tǒng)壓力計(jì)算油缸內(nèi)徑 D 當(dāng)油缸大腔進(jìn)油，活塞桿承受推力 P1 P=Dp/4 由于P= P，則 D=96mm，取D=100mmc確定活塞桿直徑d 同上可得d=71mm。取d=80mm設(shè)計(jì)總結(jié)針對(duì)工程機(jī)械行業(yè)，輪式裝載機(jī)是一種普遍運(yùn)用的機(jī)械，本次結(jié)合以前別人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了ZL100型裝載機(jī)工作裝置鏟斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。裝載機(jī)裝置主要