鏟運(yùn)機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)

1轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)組成六桿結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1。它具有良好的橡膠性。在支撐斗的優(yōu)點(diǎn)上，可以實(shí)現(xiàn)支撐斗的自動(dòng)釋放。結(jié)構(gòu)非常緊湊，前懸小型，司機(jī)視野良好。目前反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)被廣泛地應(yīng)用于地下鏟運(yùn)機(jī)上。鏟運(yùn)機(jī)的轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)組成了一個(gè)反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂、連桿、鏟斗、動(dòng)臂和機(jī)架6個(gè)構(gòu)件組成。實(shí)際上,它是由兩個(gè)反轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。當(dāng)舉升動(dòng)臂時(shí),若假定動(dòng)臂為固定桿,則可把機(jī)架視為輸入桿,把鏟斗看成輸出桿,由于機(jī)架和鏟斗轉(zhuǎn)向相反,所以把機(jī)構(gòu)稱(chēng)作反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。舉升機(jī)構(gòu)主要由動(dòng)臂舉升油缸和動(dòng)臂構(gòu)成。在運(yùn)動(dòng)學(xué)方面,必須滿足鏟斗舉升平動(dòng)、自動(dòng)放平、最大卸載高度、最小卸載距離和各個(gè)位置的卸載角等設(shè)計(jì)要求;在動(dòng)力學(xué)方面,主要是在滿足挖掘力、舉升力和生產(chǎn)率要求的前提下,使轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸的所需輸出力及功率盡量減小。同時(shí),一定保證機(jī)構(gòu)在各個(gè)工況下都能正常工作,不得出現(xiàn)“死點(diǎn)”、“自鎖”和“機(jī)構(gòu)撕裂”等機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)被破壞的現(xiàn)象。2尺寸設(shè)計(jì)圖的理解方法圖解法比較直觀,易掌握。本文的分析計(jì)算是在初步確定了卸載高度、最小卸載距離、卸載角、輪胎尺寸和鏟斗幾何尺寸等整機(jī)主要參數(shù)后進(jìn)行的。2.1確定初始定動(dòng)臂長(zhǎng)度首先,按比例將已設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面外廓圖畫(huà)出。然后,根據(jù)工況要求的最大卸載高度Hmax、最小卸載距離Lmin和鏟斗基本參數(shù)初定動(dòng)臂長(zhǎng)度。圖1為動(dòng)臂上的三鉸點(diǎn)設(shè)計(jì)圖。(1)初步確定g點(diǎn)G點(diǎn)直接影響鏟取力的大小,綜合考慮,G點(diǎn)x坐標(biāo)值應(yīng)盡量小,且以一般設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),在工況Ⅰ時(shí),y坐標(biāo)取250mm～350mm,初步確定G點(diǎn)。在高位卸載工況時(shí),通過(guò)最大卸載高度Hmax和最小卸載距離Lmin確定G′點(diǎn)的位置。(2)a點(diǎn)的工作半徑點(diǎn)A應(yīng)在GG′的垂直平分線上,且根據(jù)輪胎的工作半徑,將A點(diǎn)取在前輪右上方,與前軸心水平距離為軸距的1/3～1/2處。A點(diǎn)的位置盡可能的低一點(diǎn),有利于整機(jī)工作的穩(wěn)定性。(3)ag點(diǎn)長(zhǎng)度點(diǎn)B對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比、倍力系數(shù)、連桿機(jī)構(gòu)的布置及轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng)度等都有很大的影響。一般取B點(diǎn)在AG連線的上方,過(guò)A點(diǎn)的水平線下方,并在AG的垂直平分線左側(cè)盡量靠近鏟裝工況的鏟斗處。這樣,動(dòng)臂的形狀和尺寸大概地確定了,即確定了BG和AG的長(zhǎng)度。2.2傳統(tǒng)模式的確定本文采用雙搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)GFEB四桿機(jī)構(gòu),即GF+BG>FE+BE,設(shè)GF=a,FE=b,BE=c,BG=d,則K=bd+cd?ad<1Κ=bd+cd-ad<1。通常取K=0.95～0.995,a=(0.3～0.5)d,c=(0.4～0.8)d。確定E、F點(diǎn)位置要注意:①E點(diǎn)不可與前橋相碰,并有足夠的最小離地高度,②在工況Ⅰ時(shí),使EF桿盡量與GF桿垂直,可獲得較大的傳動(dòng)角和倍力系數(shù);③在工況Ⅱ時(shí),EF和GF兩桿的夾角必須小于170°,即傳動(dòng)角不能小于10°,以免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)自鎖;④在工況Ⅳ時(shí)傳動(dòng)角也必須大于10°;⑤為防止機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“死點(diǎn)”、“自鎖”或“撕裂”,工況Ⅱ時(shí),GF+FE>GE,工況Ⅳ時(shí),FE+BE>FB。通過(guò)計(jì)算,初步選定E、F點(diǎn),見(jiàn)圖2。2.3滿足要求的d點(diǎn)位置初步設(shè)計(jì)時(shí)取搖臂BC=(0.7～1.0)BE,既能滿足較大的鏟取力,且能實(shí)現(xiàn)鏟斗各個(gè)工況的鏟斗轉(zhuǎn)角要求。C點(diǎn)一般取在B點(diǎn)左上方,取BC與BE夾角∠CBE=130°～180°,并使工況Ⅰ時(shí)搖臂BC與轉(zhuǎn)斗油缸CD趨近垂直;C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)不得與鏟斗干擾,其高度不能影響司機(jī)視野。轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架的鉸接點(diǎn)D可根據(jù)鏟斗在四個(gè)工況下的C點(diǎn)的位置來(lái)確定,由文獻(xiàn)可知,D點(diǎn)為C1C4和C2C3的垂直平分線的交點(diǎn)。實(shí)踐證明,往往D點(diǎn)的位置很難滿足設(shè)計(jì)要求,它或遠(yuǎn)高于A點(diǎn),或者遠(yuǎn)低于A點(diǎn),需反復(fù)試湊方可。筆者通過(guò)多次試湊,發(fā)現(xiàn)D點(diǎn)縱坐標(biāo)值隨桿件BC長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)比隨角度∠CBE變化的趨勢(shì)弱,D點(diǎn)縱坐標(biāo)隨BC長(zhǎng)度變化見(jiàn)圖3,D點(diǎn)縱坐標(biāo)隨∠CBE的變化見(jiàn)圖4。筆者利用Excel通過(guò)插值的方法求解滿足要求的D點(diǎn)縱坐標(biāo)位置,以減小試湊次數(shù)。首先將∠CBE按10°的步長(zhǎng)變化,大致確定D點(diǎn)合適位置時(shí)相應(yīng)的桿BC長(zhǎng)度及∠CBE大小。但通過(guò)進(jìn)一步細(xì)化,筆者發(fā)現(xiàn)當(dāng)BC桿長(zhǎng)固定時(shí),∠CBE在[132°,133°]內(nèi),D點(diǎn)縱坐標(biāo)值趨于無(wú)窮大,而在133°附近發(fā)生了跳躍,可見(jiàn)此曲線不是連續(xù)函數(shù)曲線,存在間斷點(diǎn)。而當(dāng)∠CBE在[134°,180°],D點(diǎn)縱坐標(biāo)值則是趨于連續(xù)性降低的趨勢(shì),BC桿長(zhǎng)固定時(shí)yD隨∠CBE的變化見(jiàn)圖5。筆者利用此規(guī)律從而較為迅速地確定了C、D點(diǎn)位置,完成了工作裝置反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的初步設(shè)