1、ZL50輪式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)全套CAD圖紙，聯(lián)系 153893706 摘 要：裝載機(jī)屬于鏟土運(yùn)輸機(jī)械類，是一種通過(guò)安裝在前端一個(gè)完整的鏟斗支撐結(jié)構(gòu)和連桿，隨機(jī)器向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)行裝載或挖掘，以及提升、運(yùn)輸和卸載的自行式機(jī)械。它廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口和礦山等工程建設(shè)。裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一，對(duì)于加快工程建設(shè)速度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工程質(zhì)量，降低工程本錢都發(fā)揮著重要的作用，是現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。 關(guān)鍵詞：裝載機(jī)； 機(jī)械化； 工作裝置 The Design of the Wheel Loader W

2、orking Device Abstract：Loader of soil belonging to the transport machinery，Through the installation of a front-end in a bucket full support structure and linkage, Random forward movement for loading or excavation, And the upgrading, transportation and unloading of self-propelled machinery. It widely

3、 used in highway, railway, construction, utilities, ports and mines, and other construction projects. Loader is operating speed, high efficiency, good mobility, the advantages of operating the Light, So as the construction of earth and stone in the construction of one of the main machine, speed up t

4、he construction speed and reduce labor intensity and improve quality, lower costs of the project has played an important role in the construction of a modern mechanized equipment indispensable one. Keywords：Loader； Mechanization；Work-Equipment1 緒論1.1 輪式裝載機(jī)概述1.1.1 裝載機(jī)簡(jiǎn)介裝載機(jī)屬于鏟土運(yùn)輸機(jī)械類，是一種通過(guò)安裝在前端一個(gè)完整的鏟斗支

5、撐結(jié)構(gòu)和連桿，隨機(jī)器向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)行裝載或挖掘，以及提升、運(yùn)輸和卸載的自行式履帶或輪胎機(jī)械。它廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口和礦山等工程建設(shè)。裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一，對(duì)于加快工程建設(shè)速度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工程質(zhì)量，降低工程本錢都發(fā)揮著重要的作用，是現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。1.1.2 裝載機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)標(biāo)志裝載機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)有鏟斗容量、額定載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、整機(jī)質(zhì)量、最大行駛速度、最小轉(zhuǎn)彎半徑、最大牽引力、最大掘起力、最大卸載高度、卸載距離、工作裝置動(dòng)作三項(xiàng)和等。(1)鏟斗容量. 一般指

6、鏟斗的額定容量，為鏟斗平裝容量與堆尖局部體積之和，用 m3 表示。(2)額定載重量.指在保證裝載機(jī)穩(wěn)定工作的前提下，鏟斗的最大載重量，單位為 kg 。(3)發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率.發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率又稱發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率或總功率，是說(shuō)明裝載機(jī)作業(yè)能力的一項(xiàng)重要參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)功率分為有效功率和總功率，有效功率是指在29C 和746mmHg壓力情況下，在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上實(shí)有的功率也稱飛輪功率。國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)上所標(biāo)有的功率一般指總功率，即包括發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率和風(fēng)扇、燃油泵、潤(rùn)滑油泵、濾清器等輔助設(shè)備所消耗的功率。單位為 kw。(4)整機(jī)質(zhì)量工作質(zhì)量.指裝載機(jī)設(shè)備應(yīng)有的工作裝置和隨機(jī)工具，加足燃油，潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)都

7、加足液體，并且?guī)в幸?guī)定形式和尺寸的空載鏟斗和司機(jī)標(biāo)定質(zhì)量75kg3kg時(shí)的主機(jī)質(zhì)量。它關(guān)系到裝載機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和附著性能，單位為 kg 。(5)最大行駛速度.指鏟斗空載，裝載機(jī)行駛于堅(jiān)硬的地面上，前進(jìn)和后退各檔能到達(dá)最大速度，它影響裝載機(jī)的生產(chǎn)率和安排施工方案，單位為 km/h 。(6)最小轉(zhuǎn)彎半徑.指自輪胎中心或后輪外側(cè)或鏟斗外側(cè)所構(gòu)成的弧線至回轉(zhuǎn)中心的距離，單位為 mm 。(7)最大牽引力.指裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)輪緣上所產(chǎn)生的推動(dòng)車輪前進(jìn)的作用力。裝載機(jī)的附著質(zhì)量越大，那么可能產(chǎn)生的最大牽引力越大，單位為 kN 。(8)最大掘起力指鏟斗切削刃的底面水平并高于底部基準(zhǔn)平面20mm 時(shí)，操縱提升

8、液壓缸或轉(zhuǎn)斗液壓缸在鏟斗切削刃最前面一點(diǎn)向后100mm處產(chǎn)生的最大向上鉛垂力, 單位為 kN 。(9)最大卸載高度. 指動(dòng)壁處于最高位置，鏟斗傾角為45時(shí)，從地面到斗刃最低點(diǎn)之間的垂直距離，單位為 mm 。(10)卸載距離.一般指在最大卸載高度時(shí)，從裝載機(jī)本體最前面一點(diǎn)包括輪胎或車架到斗刃之間的水平距離，單位為 mm 。(11)工作裝置動(dòng)作三項(xiàng)和.指鏟斗提升、下降、卸載三項(xiàng)時(shí)間的總和，單位為 s 。 1.1.3 裝載機(jī)的用途裝載機(jī)是一種用途十分廣泛的工程機(jī)械，可以用來(lái)鏟裝、搬運(yùn)、卸載、平整散裝物料，也可以對(duì)巖石、硬土等進(jìn)行輕度的鏟掘工作。此外，還可以進(jìn)行刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。換裝相應(yīng)的

9、工作裝置，裝載機(jī)還可以進(jìn)行推土、起重、裝卸木料或鋼管等作業(yè)。2 裝載機(jī)工作裝置總體設(shè)計(jì)2.1 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置裝載機(jī)工作裝置是完成裝卸作業(yè)并帶液壓缸的空間多桿機(jī)構(gòu)。工作裝置是組成裝載機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)水平的上下直接影響工作裝置性能的好壞，進(jìn)而影響整機(jī)的工作效率與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。裝載機(jī)工作裝置分為有鏟斗托架和無(wú)鏟斗托架兩種根本結(jié)構(gòu)形式，如以下圖1。它由運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立的兩局部組成 連桿機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)，主要由鏟斗、動(dòng)臂、連桿、上下?lián)u臂、轉(zhuǎn)斗油缸、動(dòng)臂舉升油缸、托架、液壓系統(tǒng)等組成。帶鏟斗托架的工作裝置，其動(dòng)臂及連桿的下鉸接點(diǎn)與鏟斗托架鉸接，上鉸接點(diǎn)與前車架支座鉸接；轉(zhuǎn)斗油缸鉸接在托架上部

10、，活塞桿及托架下部與鏟斗鉸接。由托架、動(dòng)臂、連桿及前車架構(gòu)成一個(gè)平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)斗缸閉鎖時(shí)，動(dòng)臂在舉升過(guò)程中，鏟斗始終保持平動(dòng)。無(wú)鏟斗托架的工作裝置，其動(dòng)臂下鉸接點(diǎn)與鏟斗鉸接，上鉸接點(diǎn)與前車架支座鉸接；轉(zhuǎn)斗缸一端與前車架鉸接，另一端與上搖臂鉸接；連桿一端與搖臂鉸接，另一端與鏟斗鉸接；搖臂鉸接在動(dòng)臂上。動(dòng)臂舉升缸一般采用立式又稱豎式或臥式又稱橫式布置形式，常見(jiàn)有兩種連接方式：一種是油缸頂端與前車架鉸接圖2；另一種是油缸中部通過(guò)銷軸與前車架鉸接圖3。鏟斗是裝載物料的容器，通常具有兩個(gè)鉸接點(diǎn)，一個(gè)與動(dòng)臂下鉸接點(diǎn)鉸接，另一個(gè)與連桿鉸接。操縱轉(zhuǎn)斗缸實(shí)現(xiàn)鏟斗的裝載或卸料；操縱舉升油缸實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂和鏟

11、斗升降運(yùn)動(dòng)。圖1 有鏟斗托架式Fig1 A bucket bracket type帶鏟斗托架的工作裝置，其動(dòng)臂及連桿的下鉸接點(diǎn)與鏟斗托架鉸接，上鉸接點(diǎn)與前車架支座鉸接；轉(zhuǎn)斗油缸鉸接在托架上部，活塞桿及托架下部與鏟斗鉸接。由托架、動(dòng)臂、連桿及前車架構(gòu)成一個(gè)平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)斗缸閉鎖時(shí)，動(dòng)臂在舉升過(guò)程中，鏟斗始終保持平動(dòng)。無(wú)鏟斗托架的工作裝置，其動(dòng)臂下鉸接點(diǎn)與鏟斗鉸接，上鉸接點(diǎn)與前車架支座鉸接；轉(zhuǎn)斗缸一端與前車架鉸接，另一端與上搖臂鉸接；連桿一端與搖臂鉸接，另一端與鏟斗鉸接；搖臂鉸接在動(dòng)臂上。動(dòng)臂舉升缸一般采用立式又稱豎式或臥式又稱橫式布置形式，常見(jiàn)有兩種連接方式：一種是油缸頂端與前車架鉸

12、接圖2；另一種是油缸中部通過(guò)銷軸與前車架鉸接圖3。鏟斗是裝載物料的容器，通常具有兩個(gè)鉸接點(diǎn)，一個(gè)與動(dòng)臂下鉸接點(diǎn)鉸接，另一個(gè)與連桿鉸接。操縱轉(zhuǎn)斗缸實(shí)現(xiàn)鏟斗的裝載或卸料；操縱舉升油缸實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂和鏟斗升降運(yùn)動(dòng)。 圖2 立式布置形式 圖3 臥式布置形式 Fig2 Vertical layout form Fig3 Horizontal layout form 2.2 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)由裝載機(jī)工作裝置的自由度分析可知，工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)均為封閉運(yùn)動(dòng)鏈的單自由度的平面低副運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其桿件數(shù)目應(yīng)為4、6、8、10、等。對(duì)裝載機(jī)工作裝置而言，盡管桿件數(shù)目越多越能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但同時(shí)鉸接點(diǎn)的數(shù)目

13、也隨之增加，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越難在動(dòng)臂上進(jìn)行布置。因此，實(shí)際上裝載機(jī)工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)多為八桿以下機(jī)構(gòu)。這樣，按組成工作裝置連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)不同，裝載機(jī)工作裝置可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿機(jī)構(gòu)；按輸入與輸出桿轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相同；反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相反。綜合國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)工作裝置可知，其連桿機(jī)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)主要有以下幾種。(1) 正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)斗缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗鏟取，所以鏟取力較大；各構(gòu)件設(shè)計(jì)合理時(shí)，鏟斗能獲得較好的舉升平動(dòng)性能；連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比擬大，鏟斗能獲得較大的卸載角和卸載速度，因此卸載干凈，速度快；因傳動(dòng)比大，還可以適當(dāng)減

14、小連桿機(jī)構(gòu)的尺寸，因而可以改善司機(jī)的視野。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鏟斗自動(dòng)放平性較差。組成一個(gè)自由度的平面八桿機(jī)構(gòu)共有16種根本結(jié)構(gòu)形式。由于連桿機(jī)構(gòu)要布置在動(dòng)臂上，所以有可能作為裝載機(jī)工作裝置的僅有兩種方案：其一，是由2個(gè)四鉸構(gòu)件和6個(gè)兩鉸構(gòu)件組成圖5a；其二，是由1個(gè)四鉸構(gòu)件、2個(gè)三鉸構(gòu)件和5個(gè)兩鉸構(gòu)件組成圖5bf?？梢?jiàn)，八桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式很多，需進(jìn)行選擇使用。目前，裝載機(jī)工作裝置八桿機(jī)構(gòu)有以下兩種結(jié)構(gòu)形式：由圖4b組成的工作裝置如圖5a、b所示。由圖4e組成的工作裝置如圖5c所示。 圖4 八桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方案Fig4 Eight pole institution construction prog

15、ram 圖5 八桿機(jī)構(gòu)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式Fig5 Ght pole institutions work device structure form(2) 六桿機(jī)構(gòu) 六桿機(jī)構(gòu)工作裝置是目前裝載機(jī)上使用最為普及的一種結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于單自由度的六桿機(jī)構(gòu)，只能有兩個(gè)三鉸構(gòu)件和4個(gè)兩鉸構(gòu)件組成，其傳遞方案如圖6所示。其中，圖b 所示方案目前在裝載機(jī)上尚未采用；圖a 所示方案形成的工作裝置，是以三鉸構(gòu)件1為動(dòng)臂、構(gòu)件2為鏟斗、構(gòu)件4為搖臂、構(gòu)件6為機(jī)架。 圖6 六桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方案Fig6 The composition of six poles structure scheme 根據(jù)轉(zhuǎn)斗油缸布置位置的不同，

16、可以作為裝載機(jī)工作裝置的六桿機(jī)構(gòu)，常見(jiàn)的有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：(1 轉(zhuǎn)斗缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)圖7a 以圖6的構(gòu)件3為轉(zhuǎn)斗缸，其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗缸直接與搖臂相連接，易于設(shè)計(jì)成兩個(gè)平行的四連桿機(jī)構(gòu)，鏟斗平移性較好；同八桿機(jī)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，司機(jī)視野較好。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔進(jìn)油，鏟掘力相對(duì)較小；連桿機(jī)構(gòu)傳力比小，使得轉(zhuǎn)斗缸活塞行程較大，轉(zhuǎn)斗缸加長(zhǎng)，卸載程度不如八桿機(jī)構(gòu)；由于轉(zhuǎn)斗缸前置，使得工作裝置的整體重心外移，增大了工作裝置的前懸量，影響整機(jī)的穩(wěn)定性和行駛時(shí)的平穩(wěn)性；鏟斗不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放平。(2 轉(zhuǎn)斗缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)圖7b 以圖7a 的構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗缸，并布置在動(dòng)臂的上方。與轉(zhuǎn)斗缸前置式相比，機(jī)構(gòu)前懸較

17、小，傳動(dòng)比擬大，活塞行程較短；有可能將動(dòng)臂、轉(zhuǎn)斗缸、搖臂和連桿機(jī)構(gòu)的中心線設(shè)計(jì)在同一平面內(nèi)，從而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，改善了動(dòng)臂和鉸銷的受力狀態(tài)。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)斗缸與車架的鉸接點(diǎn)位置較高，影響了司機(jī)的視野，其他同前置式。(3 轉(zhuǎn)斗缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)圖7c 仍以構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗缸，但將其布置在動(dòng)臂下方。在鏟掘收斗作業(yè)時(shí)，以油缸大腔工作，故能產(chǎn)生較大的掘起力。但組成工作裝置的各構(gòu)件不易布置在同一平面內(nèi)，構(gòu)件受力狀態(tài)較差。 圖7 六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式Fig7 Six members and institutions structure form working device(4 轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)圖7d

18、 以圖6a 的構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗缸，將其布置在動(dòng)臂上面，轉(zhuǎn)斗缸小腔作用時(shí)進(jìn)行鏟掘。這種機(jī)構(gòu)又稱為“Z形連桿機(jī)構(gòu)Z-bar Linkage。該機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是，鏟斗插入時(shí)轉(zhuǎn)斗缸大腔進(jìn)油，并且連桿機(jī)構(gòu)的傳力比可以設(shè)計(jì)成較大值，故可獲得較大的掘起力；二是，合理設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸，不僅可以得到良好的鏟斗平移性能，而且可以實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)放平；三是，結(jié)構(gòu)十分緊湊，前懸小，司機(jī)視野好。缺點(diǎn)是搖臂和連桿布置在鏟斗和前橋之間的狹窄部位，各構(gòu)件間易于發(fā)生干預(yù)。(5 轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)圖7e 以圖6a 的構(gòu)件3為轉(zhuǎn)斗缸，布置在靠近鏟斗處，鏟掘時(shí)靠小腔作用。現(xiàn)在這種機(jī)構(gòu)很少用。3、正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

19、最為簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)成鏟斗舉升平動(dòng)；前懸較小。缺點(diǎn)是鏟掘轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔作用，輸出力較??；連桿機(jī)構(gòu)的傳力比難以設(shè)計(jì)成較大值，所以鏟掘力相對(duì)較小；轉(zhuǎn)斗缸行程較大，油缸結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)；鏟斗卸載時(shí)，活塞桿易與鏟斗底部相碰，減小了卸載角；機(jī)構(gòu)不易實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平。4、 正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)是在正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)的根底上，在活塞桿和鏟斗之間增加一根短連桿演變而成的，從而克服了正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)卸載時(shí)活塞桿易與斗底相碰的缺乏。當(dāng)鏟斗端平時(shí)，短連桿與活塞桿靠油缸拉力和鏟斗重力拉成一直線，合為一桿；而當(dāng)鏟斗卸料時(shí)，短連桿能相對(duì)活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而防止了活塞桿與斗底相碰。5、 動(dòng)臂可伸縮式三桿機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)臂借助油缸可以進(jìn)行

20、伸縮。其鏟斗插入工況是依靠動(dòng)臂伸出來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而解決了靠機(jī)器行走時(shí)插入造成輪胎嚴(yán)重磨損的問(wèn)題；卸載時(shí)可伸出動(dòng)臂，以獲得較大的卸載高度和卸載距離；運(yùn)輸工況時(shí)，可縮回動(dòng)臂，減小前懸，提高車架行駛時(shí)的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)鏟斗放平和鏟斗自動(dòng)放平，結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜。 2.3 工作裝置自由度的計(jì)算由于組成裝載機(jī)工作裝置的各構(gòu)件是通過(guò)銷軸連接的，各個(gè)銷軸互相平行；加上，其結(jié)構(gòu)又是縱向?qū)ΨQ。因此，在進(jìn)行裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)，可將其簡(jiǎn)化為帶液壓缸的平面低副多桿機(jī)構(gòu)，不計(jì)各桿件的自重，并假設(shè)各鉸接點(diǎn)的摩擦力為零。圖9所示，為典型的反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)和正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)工作裝置的桿系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖中，UG為動(dòng)臂位置角；即動(dòng)

21、臂上、下鉸接點(diǎn)的連線與垂直線的夾角，以繞動(dòng)臂上鉸接點(diǎn)逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，反之為?fù)；U為鏟斗位置角，即鏟斗斗底與水平線正向的夾角為正，反之為負(fù)。對(duì)于反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的工作裝置圖9a，它由舉升機(jī)構(gòu)GHI、油缸四連桿機(jī)構(gòu)DEFG和鏟斗四連桿機(jī)構(gòu)ABCD等組成。其中，活動(dòng)桿件數(shù)n=8，低副數(shù)11，高副數(shù)0。這樣，由平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式可得，反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的自由度2當(dāng)轉(zhuǎn)斗缸閉鎖時(shí)，動(dòng)臂在舉升缸的作用下舉升或下降鏟斗，此時(shí)該工作裝置的自由度為1，舉升缸為原動(dòng)件；當(dāng)舉升缸閉鎖，動(dòng)臂處于某一特定作業(yè)位置不動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)斗缸的作用下，通過(guò)一平面六桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)該工作裝置的自由度也是為1，轉(zhuǎn)斗缸為原

22、動(dòng)件。對(duì)于正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)的工作裝置圖9b，它由舉升機(jī)構(gòu)IMN、油缸四連桿機(jī)構(gòu)IFHJ、鏟斗四連桿機(jī)構(gòu)ABCD和中間四連桿機(jī)構(gòu)DEGF等組成。同樣可得，正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)工作裝置的自由度F=2。 2.4 工作裝置總體設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和設(shè)計(jì)要求，對(duì)于本次ZL50裝載機(jī)的設(shè)計(jì)采取以下方案：在鏟斗局部，采用無(wú)鏟斗托架式結(jié)構(gòu)；油缸的布置形式為立式布置形式。同時(shí)考慮到實(shí)際工作中的運(yùn)用情況，它的連桿機(jī)構(gòu)采用的是反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。主要參數(shù)：鏟斗容量： 3.0 m3額定載重量： 5 t發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率： 154 kw整機(jī)質(zhì)量： 16.3 t3 ZL50 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)3.1 工作裝置的設(shè)計(jì)要求3.1.1 工作裝置工作性能

23、工作裝置的結(jié)構(gòu)和性能直接影響工程機(jī)械整機(jī)的工作尺寸和性能參數(shù)，工作裝置的合理性直接影響整機(jī)的工作效率、生產(chǎn)負(fù)荷、動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)特性、不同工況下的作業(yè)效果、工作循環(huán)的時(shí)間、外形尺寸和發(fā)動(dòng)機(jī)功率等。不同類型工程機(jī)械的工作裝置的組成是不同的。裝載機(jī)的工作過(guò)程包括：插入工況、鏟裝工況、重載運(yùn)輸工況、舉升工況、卸載工況、空載運(yùn)輸工況。裝載機(jī)的工作裝置主要由鏟斗、動(dòng)臂、連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸組成。裝載機(jī)工作裝置主要由鏟斗和支持鏟斗進(jìn)行裝載作業(yè)的連桿系統(tǒng)組成，依靠這套裝置裝載機(jī)可以對(duì)汽車、火車進(jìn)行散料裝載作業(yè)，也可以對(duì)散料進(jìn)行短距離運(yùn)輸作業(yè)，還可以進(jìn)行平地修路等作業(yè)。把鏟斗更換成專門的裝置，還可以進(jìn)行其

24、他的裝載作業(yè)。3.1.2 對(duì)工作裝置的要求工作裝置在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下要求：1 角度要求：滿足工作循環(huán)中對(duì)鏟斗各個(gè)工作位置的角度要求，到達(dá)所要求的卸載高度與卸載距離。2 運(yùn)動(dòng)要求：在工作循環(huán)中速度與加速度變化合理，油缸活塞行程為最正確，工作裝置運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)干預(yù)、無(wú)死點(diǎn)、無(wú)自鎖，動(dòng)臂從最低位置到最大卸載高度的舉升過(guò)程中，保證鏟斗中的物料無(wú)撒落，在卸載后，動(dòng)臂下放至鏟掘位置，鏟斗能自動(dòng)放平。3 結(jié)構(gòu)要求：結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單緊湊，承載元件數(shù)量包括油缸盡量少，前懸小。4 動(dòng)力性要求：連桿機(jī)構(gòu)具有較高的力傳遞效率，以保證工作裝置產(chǎn)生較大的插入力、掘起力和舉升力。3.2 鏟斗設(shè)計(jì)鏟斗是工作裝置的重要部件，裝載機(jī)工

25、作時(shí)用它直接鏟掘、裝載、運(yùn)輸和傾卸物料。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，要承受很大的沖擊力和劇烈的磨損，因此鏟斗設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)裝載機(jī)的作業(yè)能力有較大的影響。為了保證鏟斗的設(shè)計(jì)質(zhì)量，首先應(yīng)當(dāng)合理確實(shí)定鏟斗的結(jié)構(gòu)及幾何尺寸，以降低鏟斗插入物料的阻力。其次要保證鏟斗有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性，使之具有合理的使用壽命。3.2.1 鏟斗的結(jié)構(gòu)形式鏟斗的形狀和尺寸參數(shù)對(duì)插入阻力、鏟取阻力、轉(zhuǎn)斗阻力和生產(chǎn)率都有著很大的影響。同一個(gè)鏟斗有兩種容積標(biāo)志：一是物料裝平時(shí)的容積，稱為平裝斗容；二是物料裝滿堆高后的容積，稱為堆裝斗容。機(jī)器銘牌上標(biāo)稱的斗容通常為堆裝的

26、容積。鏟斗由斗底、側(cè)壁、斗刃及后壁等局部組成。鏟斗的斗刃還分為帶齒和不帶齒的兩種。鏟斗的斷面形狀一般為“U形，用鋼板焊接而成。1斗體形狀:從整個(gè)斗體形狀看來(lái)，鏟斗根本可以分成“淺底和“深底兩種類型。在斗容量相同的情況下，前者開(kāi)口尺寸較大，斗底深度較小，即斗前壁較短，而后者正好相反。淺底鏟斗插入料堆的深度較小，相應(yīng)的插入阻力也較小，容易裝滿，但運(yùn)輸行駛時(shí)容易撒落物料；由于前懸增大，影響車輛行駛平穩(wěn)性。而深底鏟斗那么恰恰相反。相比之下，定點(diǎn)裝載使用淺底鏟斗，而運(yùn)輸距離較大那么采用深底鏟斗較為適宜。斗體常用低碳、耐磨、高強(qiáng)度鋼板焊接制成。2切削刃的形狀:根據(jù)裝載物料不同，切削刃有直線型和非直線型。前

27、者形式簡(jiǎn)單，有利于鏟平地面，但鏟裝阻力較大。后者又有V形和弧形等，由于這種刃中間突出，鏟斗插入料堆時(shí)可使插入力集中作用在斗刃的中間局部，所以插入阻力較小，容易插入料堆，并有利于減少偏載插入，但鏟斗裝滿系數(shù)要比前者小。礦用輪式裝載機(jī)工作條件惡劣，任務(wù)繁重，插入和掘起阻力都很大，偏載工況對(duì)工作機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度影響嚴(yán)重，所以多項(xiàng)選擇用非直線形切削刃，并以V形切削刃為佳。斗刃材質(zhì)是即耐磨又耐沖擊的中錳合金鋼材料，側(cè)切削刃和加強(qiáng)角板都用高強(qiáng)度耐磨鋼材料制成。3鏟斗斗刃上可以有斗齒，也可以沒(méi)有斗齒。假設(shè)斗刃上裝有斗齒時(shí)，斗齒將先于切削刃插入料堆，由于它比壓大，所以比不帶齒的切削刃易于插入料堆，插入阻力能減小20

28、%左右，特別是對(duì)料堆比擬密實(shí)、大塊較多的情況，效果尤為顯著，因此礦用裝載機(jī)一般都是帶斗齒。斗齒結(jié)構(gòu)分為整體式和分體式兩種，一般斗齒是用高錳鋼制成的整體式，用螺栓固定在鏟斗斗刃上，中小型裝載機(jī)多采用這種形式。為便于斗齒磨損后更換和節(jié)約斗齒金屬，也有使用雙段斗齒的，如圖10所示。 1齒尖； 2齒坐； 3鋼銷 圖10 雙段斗齒 Fig10 Double section dipper teeth 這種斗齒的齒尖與齒坐的配合面為錐面，兩者配合情況良好。裝配時(shí)，先置入有彈性的金屬橡皮，然后再?gòu)纳线吇驈南逻呁叫武N孔中打入鋼銷3即可。由于拆卸方便，齒尖一邊磨損后可以翻轉(zhuǎn)再使用，從而延長(zhǎng)使用壽命。大型裝載機(jī)由

29、于作業(yè)條件差、斗齒磨損嚴(yán)重，故常采用這種分體式斗齒。斗齒的形狀和間距對(duì)切削阻力是有影響的。一般中型裝載機(jī)鏟斗的斗齒間距為250300mm左右，太大時(shí)由于切削刃將直接參與插入工作，使阻力增大，太小時(shí)，齒間易于卡住石塊，也將增大工作阻力。長(zhǎng)而窄的齒要比段而寬的齒插入阻力小，但太窄又容易損壞，所以齒寬以每厘米長(zhǎng)載荷不大于500600kg為宜。4鏟斗側(cè)刃:因?yàn)閭?cè)刃參與插入工作，為減小插入阻力，側(cè)壁前刃應(yīng)與斗前壁成銳角，弧線或折線側(cè)刃鏟斗的插入阻力比直線形側(cè)刃要小，但具有弧線或折線形側(cè)刃鏟斗的側(cè)壁較淺，物料易于從兩側(cè)撒落，影響鏟斗的裝滿。為了不使斗容減小太多，一般可將連接前后斗壁的側(cè)壁刃口設(shè)計(jì)成弧形。5

30、斗前壁與斗后壁用圓弧銜接，構(gòu)成弧形斗底。為了使物料在斗中有很好的流動(dòng)性，斗底圓弧半徑不宜太小，前后壁夾角不應(yīng)小于物料與鋼板的摩擦角的2倍，以免卡住大塊物料。假設(shè)取物料與鋼板的摩擦因數(shù)，那么摩擦角22，所以張開(kāi)角必須大于44。綜上所述，針對(duì)我的鏟斗設(shè)計(jì)性質(zhì)如下：斗體材料：低碳、耐磨、高強(qiáng)度鋼板斗刃形狀：直線形斗刃斗刃材料：耐磨又耐沖擊的中錳合金鋼材料3.2.2 鏟斗的分類鏟斗按照卸載方式一般可以分為整體前卸式、側(cè)卸式、推卸式和底卸式等數(shù)種。整體前卸式鏟斗整體前卸式鏟斗的突出優(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。通常情況下，絕大多數(shù)前端式這裝載機(jī)都是用這種鏟

31、斗。側(cè)卸式鏟斗這種鏟斗沒(méi)有側(cè)板，插入阻力小，裝載效率高，特別是在裝載機(jī)用于填溝或在狹窄場(chǎng)地往側(cè)旁的運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行裝載作業(yè)時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)就更加顯著了。推卸式鏟斗它可以彌補(bǔ)整體前卸式鏟斗卸載高度缺乏，在裝載機(jī)其他尺寸參數(shù)相同的情況下，能夠顯著提高卸載高度和增加卸載距離；特別適用于卸出小顆粒粘性物料。與整體前卸式鏟斗相比，推卸式鏟斗的結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些，且需要用動(dòng)力推卸，但具有以上的一些優(yōu)點(diǎn)，在地下作業(yè)時(shí)多被采用。底卸式鏟斗底卸式鏟斗是用動(dòng)力翻開(kāi)斗底卸載的，同推卸式鏟斗一樣可以提高卸載高度，但結(jié)構(gòu)也是比擬復(fù)雜。以為考慮到本錢和產(chǎn)品的實(shí)用性，以及在工作中遇到的情況，本次的設(shè)計(jì)所采用的是整體前卸式的鏟斗卸載方式。3

32、.2.3 鏟斗斷面形狀和根本參數(shù)確定 圖11 鏟斗斷面根本參數(shù)圖Fig11 The basic parameter diagram. Bucket section 1鏟斗的斷面形狀鏟斗的斷面形狀由鏟斗圓弧半徑r、底壁長(zhǎng)l、后壁高h(yuǎn)和張開(kāi)角四個(gè)參數(shù)確定，如圖11所示。圓弧半徑r越大，物料進(jìn)入鏟斗的流動(dòng)性越好，有利于較少物料裝入斗內(nèi)的阻力，卸料快而干凈。但r過(guò)大，斗的開(kāi)口大，不易裝滿，且鏟斗外形較高，影響駕駛員觀察鏟斗斗刃的工作情況。后壁高h(yuǎn)是指鏟斗上緣至圓弧與后壁切點(diǎn)間的距離。底壁長(zhǎng)l是指斗底壁的直線段長(zhǎng)度。l長(zhǎng)那么鏟斗鏟入料堆深度大，斗容易裝滿，但掘起力將由于力臂的增加而減小。由試驗(yàn)得知，插入

33、阻力隨鏟入料堆的深度而急劇增加。l長(zhǎng)同樣會(huì)減小卸載高度，短那么掘起力大，且由于卸料時(shí)鏟斗刃口降落的高度小，還可以減小動(dòng)臂舉升高度，縮短作業(yè)時(shí)間，但會(huì)減小斗容。對(duì)裝載輕質(zhì)物料為主的鏟斗，l可選擇大些，對(duì)于裝載巖石的鏟斗，應(yīng)取小些。鏟斗張開(kāi)角 為鏟斗后壁與底壁之間的夾角，一般取45到52之間。適當(dāng)減小張開(kāi)角并使斗底壁對(duì)地面有一定斜度，可減小插入料堆時(shí)的阻力，提高鏟斗的裝滿程度。鏟斗的寬度應(yīng)大于裝載機(jī)兩個(gè)前輪外側(cè)間的寬度，每側(cè)要寬出50100mm。如鏟斗寬度小于兩輪外側(cè)間的寬度，那么鏟斗鏟取物料后所行成的料堆階梯會(huì)損傷到輪胎側(cè)壁，并增加行駛時(shí)輪胎的阻力。通過(guò)以上的介紹，結(jié)合從現(xiàn)場(chǎng)采集來(lái)的大概參數(shù)，本

34、次設(shè)計(jì)的具體參數(shù)初定如下：鏟斗圓弧半徑r： 350mm 底壁長(zhǎng)l： 700mm 后壁高h(yuǎn)： 400mm 張開(kāi)角： 482鏟斗根本參數(shù)確實(shí)定 在定下了以上的斷面參數(shù)后，從現(xiàn)場(chǎng)的參考數(shù)據(jù)得到，本設(shè)計(jì)鏟斗的總寬度B為2900mm，并且鏟斗壁厚為30mm。設(shè)計(jì)時(shí)，把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R 即鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)至切削刃間的距離，如圖3-3所示，作為根本參數(shù)，鏟斗的其他參數(shù)作為R的函數(shù)。它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)。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R可按照式12計(jì)算。圖12 鏟斗尺寸參考Fig12 Bucket size referencem 1式中

35、鏟斗平裝斗容，3 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度， 鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù)， 后壁長(zhǎng)度系數(shù)， 擋板高度系數(shù)， 圓弧半徑系數(shù)， 張開(kāi)角，為4552 擋板與后壁間的夾角無(wú)擋板取0圖3-3中各參數(shù)含義如下： 鏟斗圓弧半徑，m 斗底長(zhǎng)度，是指由鏟斗切削刃至斗底延長(zhǎng)線與斗后壁延長(zhǎng)線交點(diǎn)的距離，m 后壁長(zhǎng)度，是指由后壁上緣至后壁延長(zhǎng)線與斗底延長(zhǎng)線交點(diǎn)的距離，m 擋板高度，m 調(diào)整參數(shù)，根據(jù)調(diào)整后的各值與R之比分別計(jì)算、值， 然后代入式3-1，即可確定鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R，通過(guò)計(jì)算得出1140mm即可得出 1140=1710mm 1140=1254mm 一般取鏟斗側(cè)壁切削刃相對(duì)斗底壁的傾角=5060。鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)距離斗底壁的高度=

36、R。3.2.4 鏟斗容量的計(jì)算 由于本次設(shè)計(jì)的鏟斗容量是在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中表達(dá)出來(lái)的，并且鏟斗的參數(shù)都是根據(jù)鏟斗容量而定下的，所以如下只介紹的是它的算法公式。平裝容量鏟斗的平裝容量見(jiàn)圖13按照式2計(jì)算。對(duì)于有防溢板的鏟斗 m3 (2)式中 有擋板的鏟斗橫截面面積，m2 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，m 擋板高度，m 斗刃刃口與擋板最上部之間的距離，m對(duì)于無(wú)防溢板的鏟斗 m3 式中 不裝擋板的鏟斗橫截面面積，m2 圖13 鏟斗容量計(jì)算Fig13 Bucket capacity is calculated 額定容量鏟斗的額定容量見(jiàn)圖13按照式3計(jì)算。對(duì)于有防溢板的鏟斗 m3 3式中 c 物料堆積高度，m對(duì)于無(wú)防溢板的

37、鏟斗 m33.3 工作裝置連桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)在第二章中的工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)的介紹，綜合本次設(shè)計(jì)的根本要求和設(shè)計(jì)任務(wù)，所選取的結(jié)構(gòu)形式為反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式。3.3.1 機(jī)構(gòu)分析反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-6所示，它由轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)兩個(gè)局部組成。轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)斗油缸CD、搖臂CBE、連桿FE、鏟斗GF、動(dòng)臂GBA和機(jī)架AD六個(gè)構(gòu)件組成。實(shí)際上，它由兩個(gè)反轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)GFEB和BCDA即圖中GF2E2B和BC2DA所串聯(lián)而成。當(dāng)舉升動(dòng)臂時(shí)，假設(shè)假定動(dòng)臂為固定桿，那么可把機(jī)架AD視為輸入桿，把鏟斗GF看成輸出桿，由于AD和GF轉(zhuǎn)向相反，所以叫反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。舉升機(jī)構(gòu)主要由動(dòng)臂舉升油缸H

38、M和動(dòng)臂GBA構(gòu)成。假設(shè)把油缸分解成兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)移動(dòng)副，那么反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=8，運(yùn)動(dòng)低副數(shù)PL=11，由自由度公式F=3n-2PL，得到自由度為2。因?yàn)閮蓚€(gè)油缸均為運(yùn)動(dòng)件所以整個(gè)機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)舉升油缸閉鎖時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞G點(diǎn)作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，舉升油缸動(dòng)作時(shí)，鏟斗將作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即一邊隨動(dòng)臂對(duì)A點(diǎn)作牽連運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又相對(duì)動(dòng)臂繞G點(diǎn)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。其材料為低碳、耐磨、高強(qiáng)度鋼3.3.2 尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)因?yàn)閳D解法比擬直觀，易于掌握，故采用圖解法設(shè)計(jì)，它通過(guò)在坐標(biāo)圖上確定鏟裝工況圖14時(shí)工作裝置的9個(gè)鉸接點(diǎn)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。1動(dòng)臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn)G、B

39、、A確實(shí)定。 = 1 * ROMAN I-插入工況 = 2 * ROMAN II-鏟裝工況 = 3 * ROMAN III-最高位置工況 = 4 * ROMAN IV-高位卸載工況 = 5 * ROMAN V-低位卸載工況圖14 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig14 Reverse six poles structure diagram 1確定坐標(biāo)系如圖15所示，先選取坐標(biāo)系并確定尺寸比例1：40。2畫(huà)鏟斗圖把設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面外廓按比例在坐標(biāo)系xOy中畫(huà)出，斗尖對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前壁與x軸呈35的前傾角。此為鏟斗插入料堆時(shí)位置，即插入工況。圖15 動(dòng)臂上三鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì)Fig15 Moving arm h

40、inged on three point design 確定動(dòng)臂與鏟斗的鉸接點(diǎn)G由于G點(diǎn)的x坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗掘起力就越大，所以G點(diǎn)靠近O點(diǎn)是有利的，但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減小；而G點(diǎn)的y坐標(biāo)值增大時(shí)，鏟斗在料堆中的鏟取面積增大，裝的物料多，但這樣縮小了G點(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn)F的距離，使得掘起力下降。綜合考慮各種因素的影響，根據(jù)坐標(biāo)圖上插入工況的鏟斗實(shí)際狀況，在保證G點(diǎn)y軸坐標(biāo)值yG=250350mm和x軸坐標(biāo)值xG盡可能小而且不與斗底干預(yù)的前提下，在指標(biāo)圖上人為的把G點(diǎn)初步定下來(lái)。初定G點(diǎn)坐標(biāo)為1130，260。確定動(dòng)臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn)A以G點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，至鏟斗斗口

41、與x軸平行為止，即鏟裝工況。把已選定的輪胎外廓畫(huà)在指標(biāo)圖上輪胎外廓直徑約為1600mm。作圖時(shí)，應(yīng)使輪胎前緣與鏟裝工況時(shí)鏟斗后壁的間隙盡量小些，目的是使機(jī)構(gòu)緊湊、前懸小，但一般不小于50mm；輪胎中心Z的y坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑Rk 600mm 。 4式中 Z點(diǎn)的y坐標(biāo)值，mm 輪輞直徑，mm 輪胎寬度，mm 輪胎斷面高度與寬度之比普通輪胎取1，寬面輪胎去，超寬面輪胎取 輪胎變形系數(shù)普通輪胎為，寬面輪胎取根據(jù)給定的最大卸載高度hx，最小卸載距離lx和和卸載角，畫(huà)出鏟斗在最高位置卸載時(shí)的位置圖，即高位卸載工況，并令此時(shí)斗尖為O4，G點(diǎn)位置為，如圖3-7所示。以點(diǎn)為圓心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗

42、口與x軸平行，即得到鏟斗最高舉升位置圖。連接并作其垂直平分線。因?yàn)镚和點(diǎn)同在以A點(diǎn)為圓心，動(dòng)臂AG長(zhǎng)為半徑的圓弧上，所以A點(diǎn)必須在的垂直平分線上。A點(diǎn)在平分線的位置應(yīng)盡可能低一些，以提高整機(jī)工作的穩(wěn)定性，減小機(jī)器高度，改善司機(jī)視野。一般A點(diǎn)取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的1/31/2處。最終定下A點(diǎn)的坐標(biāo)為3230，2110。A點(diǎn)位置的變化，可借挪動(dòng)點(diǎn)和輪胎中心Z點(diǎn)的位置來(lái)進(jìn)行。確定動(dòng)臂與搖臂的鉸接點(diǎn)BB點(diǎn)的位置是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)。它對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比、倍力系數(shù)、連桿機(jī)構(gòu)的布置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng)度等都有很大的影響。如圖3-7所示，根據(jù)分析和經(jīng)驗(yàn)，一般取B點(diǎn)在AG連線的上方，過(guò)A點(diǎn)的水平

43、線下方，并在AG的垂直平分線左側(cè)盡量靠近鏟裝工況時(shí)的鏟斗處。相對(duì)前輪胎，B點(diǎn)在其外廓的左上部。本次設(shè)計(jì)所確定B點(diǎn)坐標(biāo)為1680，1565。在CATIA中顯示如圖3-8和圖3-9所示。圖16 動(dòng)臂鉸接點(diǎn)A確實(shí)定Fig16 The hinged point A arm affirmatory 2連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn)F、E確實(shí)定因?yàn)镚、B兩點(diǎn)已被確定，所以再確定F點(diǎn)和E點(diǎn)實(shí)際上是為了最終確定與鏟斗相連的四桿機(jī)構(gòu)GFEB的尺寸，如圖18所示。確定F、E兩點(diǎn)時(shí)，既要考慮對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，如必須保證鏟斗在各個(gè)工況時(shí)的轉(zhuǎn)角，又要注意動(dòng)力學(xué)的要求，如鏟斗在鏟裝物料時(shí)應(yīng)能輸出較大的掘起力，同時(shí)，還要防

44、止前述各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)被破壞的現(xiàn)象。按雙搖桿條件設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)令GF桿為最短桿，BG為最長(zhǎng)桿，即有 GF+BG FE+BE 5如圖3-10所示，假設(shè)令GF=a，F(xiàn)E=b，BE=c，BG=d，并將式5不等號(hào)兩邊同時(shí)除以d，整理后得到下式，即 6上式各值可按式3-7選取，由G1130，260、B1680，1565點(diǎn)的坐標(biāo)得到d=1415mm 7由式3-7選取K得到 ad=425cd=830，代入3-6得到 b=948 。圖18 連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸尺寸設(shè)計(jì)Fig18 Connecting rod, rocker, and turn fights oil cylinder size design 確定E和

45、F點(diǎn)位置這兩點(diǎn)位置確實(shí)定要綜合考慮如下四點(diǎn)要求： = 1 * GB3 E點(diǎn)不可與前橋相碰，并有足夠的最小離地高度； = 2 * GB3 插入工況時(shí)，使EF桿盡量與GF桿垂直，這樣可獲得較大的傳動(dòng)角和倍力系數(shù)； = 3 * GB3 鏟裝工況時(shí)，EF桿與GF桿的夾角必須小于170，即傳動(dòng)角不能小于10，以免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生自鎖； = 4 * GB3 高位卸載工況時(shí)，EF桿與GF桿的傳動(dòng)角也必須大于10。如圖19所示，鏟斗去插入工況，以B點(diǎn)為圓心，以BE=c為半徑畫(huà)弧；人為的初選E點(diǎn)，使其落在B點(diǎn)右下方的弧線上；再分別以E點(diǎn)和G點(diǎn)為圓心，以FE=b和GF=a分別為半徑畫(huà)弧，得到交點(diǎn)，即為F。圖19 連

46、桿端部鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì)Fig19 Connecting rod ends hinged point design 如下圖的得到了E和F點(diǎn)的位置，由于各種工況的情況不定，所以在這就不具體說(shuō)明此時(shí)情況的坐標(biāo)值。轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn)C和D點(diǎn)確實(shí)定在圖18中，如果確定了C點(diǎn)和D點(diǎn)，就最后確定了與機(jī)架連接的四桿機(jī)構(gòu)BCDA的尺寸。C點(diǎn)和D點(diǎn)的布置直接影響到鏟斗舉升平動(dòng)和自動(dòng)放平性能，對(duì)掘起力和動(dòng)臂舉升阻力的影響都較大。確定C點(diǎn)從力傳遞效果出發(fā)，顯然使搖臂BC段長(zhǎng)一些有利，那樣可以增大轉(zhuǎn)斗油缸作用力臂，使掘起力相應(yīng)增加。但加長(zhǎng)BC段，必將減小鏟斗和搖臂的轉(zhuǎn)角比，造成鏟斗轉(zhuǎn)角難以滿足各個(gè)工況的要求，并且使

47、得轉(zhuǎn)斗油缸行程過(guò)長(zhǎng)。因此初步設(shè)計(jì)時(shí)，一般取 8C點(diǎn)一般取在B點(diǎn)左上方，BC與BE夾角可取CBE=130180，并注意使插入工況時(shí)搖臂BC與轉(zhuǎn)斗油缸CD趨近垂直；C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)不得與鏟斗干預(yù)，其高度不能影響司機(jī)視野。通過(guò)本次設(shè)計(jì)的根本要求，在這里確定BCBE=600mm，同時(shí)BC與BE夾角取值CBE=154。確定D點(diǎn)轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架的鉸接點(diǎn)D，是根據(jù)鏟斗由鏟裝工況舉升到最高位置工況過(guò)程為平動(dòng)和由高位卸載工況下降到插入工況時(shí)能自動(dòng)放平這兩大要求來(lái)確定的。如圖18所示，當(dāng)鉸接點(diǎn)G、F即F2、E即E2、B、C即C2被確定后，那么鏟斗分別在工況 = 1 * ROMAN I、 = 2 * ROMAN II、 =

48、3 * ROMAN III、 = 4 * ROMAN IV時(shí)的C點(diǎn)的位置C1、C2、C3、C4也就唯一被確定了。因?yàn)殓P斗由工況 = 2 * ROMAN II舉升到工況 = 3 * ROMAN III或由工況 = 4 * ROMAN IV下放到工況 = 1 * ROMAN I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C2點(diǎn)和C3 點(diǎn)連線的垂直平分線與C1和C4點(diǎn)連線的垂直平分線的交點(diǎn)。最終，D點(diǎn)設(shè)計(jì)在A點(diǎn)的左下方，這樣不但平動(dòng)性能好，而且動(dòng)臂舉升時(shí)，可減小舉升外阻力矩，有利于舉升油缸的設(shè)計(jì)。D點(diǎn)的固定坐標(biāo)值為3000，1850。動(dòng)臂舉升油缸與動(dòng)臂和車架鉸接點(diǎn)H點(diǎn)及M點(diǎn)確實(shí)定動(dòng)臂舉升油

49、缸的布置應(yīng)本著舉臂時(shí)工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、整機(jī)穩(wěn)定性好等原那么來(lái)確定。綜合考慮這些因素，所以動(dòng)臂舉升油缸都布置在前橋與前后車架的鉸接點(diǎn)之間的狹窄空間里。3.3.3 連桿系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析1鏟斗對(duì)地位置角:圖3-16所示為鏟斗位置角計(jì)算，A、B、G為動(dòng)臂與機(jī)架、搖臂、鏟斗的鉸接點(diǎn)，D、C為轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架、搖臂的鉸接點(diǎn)，E、F為連桿與搖臂、鏟斗的鉸接點(diǎn)。因?yàn)镚點(diǎn)和F點(diǎn)同為一個(gè)鏟斗上的兩點(diǎn)，所以鏟斗在坐標(biāo)系中的平面運(yùn)動(dòng)可用GF桿的平面運(yùn)動(dòng)來(lái)描述，而在鏟斗舉升過(guò)程中的各瞬時(shí)對(duì)地面的傾角，即鏟斗對(duì)地位置角，可用GF與地面的夾角來(lái)表示。由于在舉升過(guò)程中鏟斗做復(fù)合運(yùn)動(dòng)，所以可用運(yùn)動(dòng)合成的方法求得

50、。在圖20中，取運(yùn)輸工況為工作裝置連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的初始位置，令為與地面固連的直角坐標(biāo)系，x軸與地面平行，并在動(dòng)臂上G點(diǎn)動(dòng)臂與鏟斗鉸接點(diǎn)處建立一個(gè)隨動(dòng)臂一起運(yùn)動(dòng)的動(dòng)坐標(biāo)系，那么動(dòng)臂被舉升時(shí)的鏟斗各瞬時(shí)對(duì)地位置角，可用下式計(jì)算： 圖20 鏟斗位置角計(jì)算 Fig20 Bucket Angle calculation 9式中 GF桿與動(dòng)坐標(biāo)系軸的夾角方向角 動(dòng)臂ABG舉升時(shí)，在固定坐標(biāo)系xOy中轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)角在動(dòng)坐標(biāo)系中，運(yùn)用“向量投影法，可求得以機(jī)架桿AD的方向角為自變量，鏟斗GF桿的方向角為因變量的函數(shù)方程式。根據(jù)向量投影法的原理，可把四桿機(jī)構(gòu)GFEB和BCDA當(dāng)作兩個(gè)封閉的向量四邊形，各邊向量分別用G

51、F、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，他們的模分別用GF、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，那么在BCDA向量四邊形中有 ADCDBC+BA=0 10將式3-10中各向量分別向軸和軸投影，那么得到以下方程 11式中、分別為各邊向量對(duì)軸的方向角。變換式3-11為下式，即 12將式12等號(hào)兩邊平方后，使兩方程相加，并令 13和 14那么從式3-12中消去了，并將其變換成以下三角方程 15將式3-15乘以，并設(shè)，那么式3-15可化為 16解式3-16，得 或 17同理，在向量四邊形GFEB中，有 BEFEGF+GB= 0 18令 19和 20得三角方程 21其解為 22通過(guò)公式的計(jì)算和實(shí)

52、際設(shè)計(jì)尺寸的情況，可得到在各個(gè)工況的對(duì)地位置角分別為：插入工況：105；鏟裝工況：50；最高位置工況：57；高位卸載工況：131。因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中，鏟斗的對(duì)地位置角是不斷變化的，在此只針對(duì)以上四種特殊情況的位置角代入了計(jì)算。2最大卸載高度和最小卸載距離:鏟斗高位卸載時(shí)的卸載高度和卸載距離，必須分別不小于設(shè)計(jì)任務(wù)給定的最大卸載高度和最小卸載距離，否那么將影響卸載效率，甚至不能進(jìn)行高位卸載。太大時(shí)，將增加卸載沖擊，損壞運(yùn)輸車輛；過(guò)大，雖然有利于裝車，但加大了工作機(jī)構(gòu)前懸，降低了整機(jī)穩(wěn)定性。如圖3-5所示，高位卸載時(shí)，鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)為 23式中 x1，x2 工況 = 2 * ROMAN II

53、時(shí)G點(diǎn)的x和y坐標(biāo)值1130，260 工況 = 2 * ROMAN II時(shí)動(dòng)臂對(duì)x軸的方向角40 動(dòng)臂與鏟斗鉸接點(diǎn)分別在G點(diǎn)和點(diǎn)之間的距離，可用式3-24計(jì)算 =3291 24 即得到點(diǎn)的坐標(biāo)為985，3487假設(shè)要滿足和要求，必須有以下各式成立 25 (26式中 OG 鏟斗尖O點(diǎn)至G點(diǎn)距離1141mm 前輪軸心的x坐標(biāo)值2873mm 輪胎工作半徑600mm 工況 = 4 * ROMAN IV時(shí)OG對(duì)x軸的方向角，可用下式計(jì)算 =58 ( 27所以 =34871141sin58=2519 mmhmax2500滿足要求 =2873600985+1141cos58 =1893 mmlmin1500

54、滿足要求 3鏟斗卸載角:裝載工作要求鏟斗在工況 = 2 * ROMAN II和工況 = 3 * ROMAN III之間的任何位置都能正常卸載，即各處卸載角都必須不小于45。對(duì)反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析可知，由于工況 = 2 * ROMAN II時(shí)轉(zhuǎn)斗油缸最長(zhǎng)，而低位卸載時(shí)轉(zhuǎn)斗油缸長(zhǎng)度最短，所以，假設(shè)工況 = 2 * ROMAN II和工況 = 3 * ROMAN III時(shí)的鏟斗的卸載角都不小于45，那么他們之間各個(gè)位置必能正常卸載，因此，只要對(duì)鏟斗的高位卸載角和低位卸載角進(jìn)行計(jì)算分析即可。高位卸載角為： =13105+5=31 283.4 工作裝置靜力學(xué)分析及強(qiáng)度校核3.4.1 靜力學(xué)分析1外載荷確

55、定原那么裝載機(jī)在鏟斗插入料堆，鏟取物料和舉升鏟斗的過(guò)程中，鏟斗要克服切削物料的阻力、物料與鏟斗間的摩擦力和物料自身的重力。這些力構(gòu)成了裝載機(jī)工作裝置的作業(yè)阻力。為了分析問(wèn)題方便，假設(shè)它們作用在鏟斗齒尖的刃口上，并形成兩個(gè)集中力：水平插入阻力和垂直掘起阻力。由于鏟裝物料的種類和作業(yè)條件不同，裝載機(jī)實(shí)際作業(yè)時(shí)不可能使鏟斗切削刃均勻受載，但可以簡(jiǎn)化為兩種極端受載情況：一是對(duì)稱載荷，載荷沿切削刃均勻分布，計(jì)算時(shí)可用一個(gè)作用在斗刃中部的集中載荷來(lái)代替；二是偏心載荷，由于鏟斗偏鏟或物料的不均勻性而導(dǎo)致物料對(duì)鏟斗的載荷產(chǎn)生不均勻分布，使載荷偏于鏟斗一側(cè)，形成偏心載荷，此時(shí)，通常將其簡(jiǎn)化后的集中載荷加在鏟斗側(cè)

56、邊的第一個(gè)斗齒上。裝載機(jī)在鏟掘作業(yè)過(guò)程中，通常有以下三種受力工況： = 1 * GB3 鏟斗水平插入料堆，工作裝置油缸閉鎖，此時(shí)可認(rèn)為鏟斗斗刃只受水平插入阻力的作用。 = 2 * GB3 鏟斗水平插入料堆，翻轉(zhuǎn)鏟斗或舉升動(dòng)臂鏟取物料時(shí)，認(rèn)為鏟斗斗齒只受垂直掘起阻力的作用。 = 3 * GB3 鏟斗邊插入邊收斗或邊插入邊舉臂進(jìn)行鏟掘時(shí)，認(rèn)為鏟斗斗齒受水平插入阻力與垂直掘起阻力的同時(shí)作用。如果將對(duì)稱載荷和偏載情況分別與上述三種典型受力工況相組合，就可得到鏟斗六種典型的受力作用工況，如圖21所示。如果將對(duì)稱載荷和偏載情況分別與上述三種典型受力工況相組合，就可得到鏟斗六種典型的受力作用工況，如圖21所

57、示。2外載荷計(jì)算裝載機(jī)的工作阻力是多種阻力的合力。由于物料性質(zhì)和工作機(jī)構(gòu)工作方式的不同，工作阻力有不同的計(jì)算方法，一般工作阻力通常分別按插入阻力、掘起阻力和轉(zhuǎn)斗阻力矩進(jìn)行計(jì)算。插入阻力就是鏟斗插入料堆時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力。插入阻力由鏟斗前切削刃和兩側(cè)斗壁的切削刃的阻力，鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)外表與物料的摩擦阻力，鏟斗底外外表和物料的摩擦阻力組成。這些阻力與物料的種類、料堆高度、鏟斗插入料堆的深度、鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀等有關(guān)。計(jì)算上述阻力比擬困難，一般按照下面經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定：如果將對(duì)稱載荷和偏載情況分別與上述三種典型受力工況相組合，就可得到鏟斗六種典型的受力作用工況，如圖21所示。3外載荷計(jì)算裝載機(jī)的工作

58、阻力是多種阻力的合力。由于物料性質(zhì)和工作機(jī)構(gòu)工作方式的不同，工作阻力有不同的計(jì)算方法，一般工作阻力通常分別按插入阻力、掘起阻力和轉(zhuǎn)斗阻力矩進(jìn)行計(jì)算。 圖21 工作裝置外載荷工況Fig21 Work device the load conditions 插入阻力插入阻力就是鏟斗插入料堆時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力。插入阻力由鏟斗前切削刃和兩側(cè)斗壁的切削刃的阻力，鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)外表與物料的摩擦阻力，鏟斗底外外表和物料的摩擦阻力組成。這些阻力與物料的種類、料堆高度、鏟斗插入料堆的深度、鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀等有關(guān)。計(jì)算上述阻力比擬困難，一般按照下面經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定： N 29式中 K1 物料塊度與松散程度系數(shù)，見(jiàn)

59、附錄表3-1 K2 物料性質(zhì)系數(shù)，見(jiàn)附錄表3-2 K3 料堆高度系數(shù)，見(jiàn)附錄表3-3 K4 鏟斗形狀系數(shù)，一般在之間，取 B 鏟斗寬度，290cm L 鏟斗的一次插入深度，40cm得到： F290401.25 =18397N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、塊度、松散程度、密度、物料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)始舉升的時(shí)刻，此時(shí)鏟斗中物料與料堆之間剪切面積最大，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 N 30式中 K 開(kāi)始舉升鏟斗時(shí)物料的剪切應(yīng)

60、力，它通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，對(duì)于塊度為的松散花崗巖，剪切應(yīng)力的平均值取K=35000Pa B 鏟斗寬度，m Lc 鏟斗插入料堆的深度，m得到： F35000=89320N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)時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力矩稱為轉(zhuǎn)斗阻力矩。當(dāng)鏟斗翻轉(zhuǎn)鏟取物料時(shí)，在鏟斗充分插入料堆轉(zhuǎn)斗的最初時(shí)刻，轉(zhuǎn)斗靜阻力矩具有最大值，用表示，此時(shí)鏟斗轉(zhuǎn)角a=0；其后，轉(zhuǎn)斗靜阻力矩隨著鏟斗的翻轉(zhuǎn)角a的變化而按雙曲線特性變化見(jiàn)圖22，一直到鏟斗前切削刃離開(kāi)料堆坡面線為止。開(kāi)始鏟取時(shí)a=0的靜阻力矩為 31式中 Fx 開(kāi)始轉(zhuǎn)斗時(shí)的插入阻力，18397N x 鏟斗回轉(zhuǎn)中心與斗刃的水平距離， y 鏟斗回轉(zhuǎn)