工程機(jī)械設(shè)計-吳永平-第三篇工程機(jī)械整機(jī)設(shè)計輪式裝載機(jī)

1、第八章 輪式裝載機(jī)第一節(jié) 分類及開展概況大、中、小型裝載機(jī)鉸接轉(zhuǎn)向全輪轉(zhuǎn)向滑移轉(zhuǎn)向裝載機(jī)的多功能第二節(jié) 結(jié)構(gòu)與工作原理第三節(jié) 總體設(shè)計 裝載機(jī)的總體設(shè)計就是根據(jù)其主要用途，作業(yè)條件，及使用場合，生產(chǎn)情況等合理的選擇機(jī)型，性能參數(shù)，整機(jī)尺寸及各總成的結(jié)構(gòu)型式并進(jìn)行合理的布置，保證裝載機(jī)的整機(jī)性能得到充分發(fā)揮。一、裝載機(jī)的整機(jī)性能裝載機(jī)的主要技術(shù)性能包括有發(fā)動機(jī)功率，斗容、載重量、最大掘起力、運輸速度、最大爬坡度、最小轉(zhuǎn)彎半徑、卸載高度與卸載距離、鏟斗傾卸角、動臂上升和下降及鏟斗前傾的時間、裝載機(jī)自重、軸距、輪距、軸荷分配等。二、裝載機(jī)的選型及各總成部件的選擇裝載機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)型式的選擇裝載機(jī)各總成部

2、件的選擇1. 傳動形式選擇 液力機(jī)械傳動液壓傳動靜液傳動全液壓傳動2. 發(fā)動機(jī)選型與功率匹配 3. 轉(zhuǎn)向系的選型4. 制動系的選型 5.機(jī)架形式選擇6. 輪胎的選型 7.駕駛室的選擇三、載機(jī)總體參數(shù)的計算與確定一載重量 載重量是裝載機(jī)在保證必要的穩(wěn)定性的前提下所具有的最大載重能力。 二額定斗容量額定斗容量又稱為堆裝斗容，當(dāng)裝載機(jī)載重量確定之后，額定斗容量按下式確定： Vr = G/ 標(biāo)準(zhǔn)斗容：用來鏟裝密度為1.41.6t/m3的物料。加大斗容：一般為標(biāo)準(zhǔn)斗容的1.41.6倍，用來鏟裝密度為1t/m3左右的物料。減小斗容：為正常斗容的0.60.8倍，用來鏟裝密度2t/m3左右的物料。三裝載機(jī)的自

3、重裝載機(jī)的自重是指其使用重量用G0表示。目前大多數(shù)裝載機(jī)均為全輪驅(qū)動，因此裝載機(jī)自重就是其附著重量。裝載機(jī)在水平地面作業(yè)時，靠行走將鏟斗插入料堆，不考慮慣性，那么裝載機(jī)的牽引力F用來克服插入阻力FX,其大小受裝載機(jī)附著力的限制。為保證裝載機(jī)的正常作業(yè)，鏟斗必須能插入料堆一定的深度，裝載機(jī)的額定牽引力FH為：單位插入力和單位掘起力 表8-2名 稱額定載重量 （t）3466單位插入力（N / cm）單位掘起力（N / cm）150300200350350500350500500500四裝載機(jī)的行使速度 裝載機(jī)的作業(yè)速度一般為34 km / h，最高行使速度一般不超過40km/h。作業(yè)時，倒擋速度比

4、前進(jìn)作業(yè)速度高2540。五發(fā)動機(jī)功率的計算裝載機(jī)作業(yè)時發(fā)動機(jī)功率消耗在行走所需功率和油泵所需功率。因此，發(fā)動機(jī)功率可根據(jù)作業(yè)時車輪產(chǎn)生的額定牽引力及輔助油泵所需功率來計算：六軸距的選擇軸距L1的選取主要影響裝載機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑、縱向穩(wěn)定性、裝載機(jī)的自重。在保證裝載機(jī)主要性能的前提下，軸距應(yīng)盡量小些。七輪距的選擇裝載機(jī)輪距W2的選取主要影響裝載機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑、橫向穩(wěn)定性、鏟斗的寬度。鏟斗的寬度的增加導(dǎo)致單位長度斗刃插入力降低。在保證裝載機(jī)主要性能的前提下，軸距應(yīng)盡量小些。八鏟斗最大卸載高度選擇鏟斗最大卸載高度Hsmax是鏟斗鉸軸在最大高度，鏟斗處于45卸載角，鏟斗切削刃的最低點與水平面之間的距離。它與配合

5、作業(yè)的車輛有關(guān)，可按下式確定：九卸載距離最大卸載高度時鏟斗斗尖與裝載機(jī)前外廓的距離稱為卸載距離Ls，且 Ls = B/2 + 十鏟斗后傾角及卸載角 動臂在最低位置時，鏟斗最大后傾，鏟斗斗底與水平面的夾角成為鏟斗后傾角，一般取=4045。在轉(zhuǎn)斗連桿機(jī)構(gòu)不是平行四連桿時，在動臂舉升過程中允許鏟斗進(jìn)一步后傾。最大后傾角應(yīng)在6065范圍內(nèi)。裝載機(jī)在卸載時，鏟斗在最大提升位置時鏟斗內(nèi)底面最大平板局部在水平線以下旋轉(zhuǎn)的最大角度成為卸載角，一般取45。十一裝載機(jī)動臂提升、下降及鏟斗前傾時間動臂提升時間 6 9秒動臂下降時間 4 6秒鏟斗前傾時間 2 3 秒十二 裝載機(jī)橋荷分配對鉸接式裝載機(jī)空載時前橋載荷占裝

6、載機(jī)自重的50%，后橋載荷占自重的50%，滿載時前橋占裝載機(jī)自重的6575%，后橋載荷占裝載機(jī)自重的2535%。十三最小離地間隙裝載機(jī)最小離地間隙是表示裝載機(jī)越過障礙物的能力，在設(shè)計中一般取H1035米。第四節(jié) 工作裝置設(shè)計一、結(jié)構(gòu)型式與參數(shù)確定裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗、動臂、搖臂、連桿或托架及液壓系統(tǒng)所組成。 一結(jié)構(gòu)型式二 參數(shù)確定1確定鏟斗的結(jié)構(gòu)參數(shù)和鏟斗容量的計算鏟斗結(jié)構(gòu)型式的選擇 鏟斗根本參數(shù)確實定 鏟斗的寬度要大于左右輪胎外側(cè)寬度510厘米，否那么鏟裝物料時形成階梯地面不僅會損傷輪胎，而且還會引起輪胎打滑影響牽引力的發(fā)揮。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R0按下式計算： 鏟斗容量的計算根本型鏟斗：后斗板

7、不高出兩側(cè)板后角交點所連成的線，切削刃不高出兩側(cè)前角交點所連成的線。鏟斗容量按下式計算： 平裝容量VS: VS=AW 堆尖局部體積VT 鏟斗額定容量VR: VR = VS + VT 有擋板鏟斗：擋板高出兩側(cè)板后角交點所連成的線，但切削刃不高出兩側(cè)前角交點所連成的線。鏟斗容量按下式計算： 鏟斗平裝容量VS: 堆尖局部體積VT： 鏟斗額定容量VR: 2.確定動臂長度、形狀及與車架的鉸接位置動臂與車架鉸接點位置確實定：動臂鉸點在縱向平面內(nèi)的位置，可通過作圖來確定。用動臂與車架鉸接點A到前輪中心距離LA和距地面高度HA表示。動臂的回轉(zhuǎn)角通常取=8090。動臂長度確實定：當(dāng)動臂鉸點位置確定之后，根據(jù)給定

8、的最大卸載高度Hmax 及最大卸載高度時的卸載距離即最小卸載距離Lmin，按幾何關(guān)系可計算出動臂的長度LD： 動臂的形狀與結(jié)構(gòu)：動臂形狀一般可分為直線形和曲線形兩種圖8-25。直線形動臂結(jié)構(gòu)簡單易制造，且受力情況較好，通常在正轉(zhuǎn)連桿工作裝置中較多采用；曲線形動臂可使工作裝置的結(jié)構(gòu)布置更為合理，一般多用于反轉(zhuǎn)連桿工作裝置。 動臂的斷面結(jié)構(gòu)型式有單板、雙板和箱型三種。單板動臂結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，但其強(qiáng)度和剛度較低，多用于小型裝載機(jī)；對動臂強(qiáng)度和剛度要求較高的大中型裝載機(jī)多采用雙板或箱型斷面的動臂。動臂的斷面尺寸由強(qiáng)度分析確定。3連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 1設(shè)計要求：從完成鏟掘、運輸及裝卸作業(yè)要求出發(fā)，連桿機(jī)

9、構(gòu)應(yīng)滿足以下設(shè)計要求：鏟斗從最低鏟起收斗位置到最大卸載高度的提升過程中，應(yīng)保證鏟斗中滿載的物料不撒落，既鏟斗的后傾角的變化量盡量小(一般不超過15)。鏟斗在地面時后傾角取=45，在最大卸載高度時通常取1=60。B. 要保證在動臂提升過程中的任意位置,鏟斗都能卸凈物料,即要求轉(zhuǎn)斗油缸有足夠的行程,在任意位置時都能使鏟斗的卸載角45。 C. 在設(shè)計連桿機(jī)構(gòu)時，為保證連桿機(jī)構(gòu)具有較高的力傳遞效率，應(yīng)盡量使力的作用方向與鉸接點的運動方向的夾角壓力角不應(yīng)太大，否那么工作時有效分力太小，而且使鉸銷承受較大的擠壓力。由于機(jī)構(gòu)運動過程中，壓力角是變化的，所以有效分力也是變化的，設(shè)計時應(yīng)盡力保證在鏟掘阻力最大時

10、產(chǎn)生的有效分力也最大，以使鏟斗能發(fā)揮較大的掘起力。 此外，在設(shè)計連桿機(jī)構(gòu)時，還應(yīng)考慮在作業(yè)過程中無構(gòu)件運動干預(yù)；駕駛員的視野寬闊， 工作方便平安。用作圖發(fā)來確定連桿CD的長度、轉(zhuǎn)斗油缸與車架鉸接點G的位置及轉(zhuǎn)斗油缸行程。二、工作裝置的強(qiáng)度計算裝載機(jī)的作業(yè)條件是復(fù)雜多變的，即使在同樣的作業(yè)條件下，由于工作位置及作業(yè)工況不同，工作裝置的受力情況也不一樣，因此工作裝置的強(qiáng)度計算包括：1.確定受力最大的計算位置；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(jìn)行受力分析；4.對工作裝置的主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核。一確定工作裝置的計算位置通過分析裝載機(jī)鏟斗插入料堆、鏟掘、運輸、提升和卸載等作

11、業(yè)過程可知裝載機(jī)在地面上鏟掘物料時，工作裝置的受力最大，所以對工作裝置進(jìn)行受力分析，可取裝載機(jī)在水平地面上鏟斗斗底與地面的夾角為35鏟掘時作為計算位置見圖8-30，并假設(shè)外載荷作用在鏟斗的切削刃上。二選取工作裝置受力最大的典型工況，確定外載荷由于作業(yè)條件和作業(yè)對象的不同，裝載機(jī)在實際作業(yè)時不可能使鏟斗切削刃均勻受載，但為計算方便可簡化為兩種極端情況：1. 認(rèn)為載荷是沿著切削刃均勻分布，并以作用在切削刃中部的集中載荷來代替其均布載荷，稱為對稱受載；2. 由于鏟斗偏鏟或物料密實程度不均，使載荷偏于鏟斗一側(cè)，稱為偏載。形成偏載情況時，可認(rèn)為簡化后的集中載荷作用在鏟斗一側(cè)的第一斗齒上。三工作裝置的受力分析由于工作裝置是一個受力情況比較復(fù)雜的空間超靜定系統(tǒng)，精確計算比較繁瑣，為簡化計算，可作以下假設(shè)：認(rèn)為鏟斗及動臂橫梁不影響動臂的受力與變形；認(rèn)為動臂軸線與搖臂連桿軸線處于同一平面內(nèi)。通過以上假設(shè)，就能將工作裝置這樣一個空間超靜定結(jié)構(gòu)，簡化為一個簡單的平面力系進(jìn)行分析。四工作裝置的強(qiáng)度校核根據(jù)各典型工況受力分析求出各構(gòu)件的作用力，畫出彎距圖，找出其危險斷面，按強(qiáng)度理論對工作裝置主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核。第五節(jié) 液壓系統(tǒng)設(shè)計輪式裝載機(jī)的整個液壓系統(tǒng)由四局部油路組成：變矩器變速箱液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)、工作裝置液壓系統(tǒng)