ZL60裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)【含8張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家】.zip

ZL60裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)【含8張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家】.zip,含8張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家,ZL60,裝載,機(jī)工,裝置,設(shè)計(jì),CAD,開題,報(bào)告,獨(dú)家 ZL60裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 摘要 裝載機(jī)是一種通過安裝在前端一個(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)完成裝載、提升、運(yùn)輸和卸載的自行式履帶或輪胎機(jī)械。具有作業(yè)速度快、效率高、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一，是現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。 本次研究的主要內(nèi)容是ZL60裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)。ZL60裝載機(jī)既保留了傳統(tǒng)裝載機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而有具有新的性能和優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的是工作裝置設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)之初通過資料的查閱，了解和掌握裝載機(jī)的工作原理、分類、特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢等內(nèi)容，為后面的設(shè)計(jì)和計(jì)算夯實(shí)基礎(chǔ)。通過任務(wù)書，確定本次設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)，對工作裝置的總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與確定，完成連桿機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)位置的作圖設(shè)計(jì)；連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；主要桿件與銷軸的強(qiáng)度與剛度校核計(jì)算；油缸等主要零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及校核。 通過本次設(shè)計(jì)在鞏固大學(xué)所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，還為今后的學(xué)習(xí)和工作夯實(shí)基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：裝載機(jī)；ZL60；工作裝置；連桿結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì) Abstract The loader is a self-propelled track or tire machine that is loaded, lifted, transported and unloaded by means of a complete bucket support structure and connecting rod mounted on the front end. With the operation speed, high efficiency, light operation, etc., the construction of earth and stone construction of one of the main models, is the modern mechanized construction of one of the indispensable equipment. The main content of this study is ZL60 loader work device design. The ZL60 loader retains both the advantages of traditional loaders and has new performance and benefits. This design is mainly the work of the device design. At the beginning of the design through the information access, understand and master the loader's working principle, classification, characteristics, research status and development trends and so on, for the back of the design and calculation to lay a solid foundation. Through the task book, determine the technical parameters of this design, the overall design of the work device to design and determine the completion of the joint structure of the hinge joint design; linkage structure of the structure of the components; The strength and rigidity of the calculation; cylinder and other major parts of the design, calculation and verification. Through this design in the consolidation of the University of knowledge at the same time, but also for the future study and work to lay a solid foundation. Key words：Loader; ZL60; working device; connecting rod structure; design 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 裝載機(jī)工作原理概述 1 1.2 裝載機(jī)的分類及概述 1 1.3 國內(nèi)外裝載機(jī)的研究現(xiàn)狀 3 1.3.1 國內(nèi)裝載機(jī)的研究現(xiàn)狀 3 1.3.2 國外裝載機(jī)的研究現(xiàn)狀 4 第2章 總體方案的設(shè)計(jì)與確定 6 2.1 技術(shù)參數(shù)的確定 6 2.2 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置 6 2.2.1 鏟斗托架結(jié)構(gòu)形式的確定 6 2.2.2 動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)的確定 7 2.2.3 連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的確定 7 2.3 工作裝置自由度的計(jì)算 8 第3章 鏟斗的設(shè)計(jì)與計(jì)算 10 3.1 鏟斗結(jié)構(gòu)形式的確定 10 3.2 鏟斗卸載方式的確定 11 3.3 鏟斗斷面形狀和基本參數(shù)確定 12 3.4 斗容的設(shè)計(jì)與計(jì)算 14 第4章 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 16 4.1 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的分析 16 4.2 尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算 17 4.3 連桿系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析 22 4.4 連桿機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)分析及強(qiáng)度校核 26 4.4.1 連桿機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)分析 26 4.4.2 連桿機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核 30 第5章 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 32 5.1 液壓缸類型和結(jié)構(gòu)的確定 32 5.2 液壓缸基本參數(shù)設(shè)計(jì) 32 結(jié)論 35 致謝 36 參考文獻(xiàn) 37 I 第1章 緒論 1.1 裝載機(jī)工作原理概述 裝載機(jī)是以輪胎式或履帶式拖拉機(jī)為基礎(chǔ)車，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，它不僅用來對松散的堆積物料進(jìn)行裝、運(yùn)、卸等作業(yè)，還可以鏟裝爆破后的礦石以及對硬土進(jìn)行輕度挖掘，并能用來進(jìn)行清理、刮平場地及牽引等作業(yè)。 裝載機(jī)的鏟掘和裝卸物料是通過工作裝置的運(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)工作裝置鉸接在車架上。鏟斗通過連桿和搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用以裝卸物料。動(dòng)臂與車架、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。而裝載機(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≥45°，卸料后動(dòng)臂下降時(shí)又能使鏟斗自動(dòng)放平。 1.2 裝載機(jī)的分類及概述 1、按行走裝置不同分類 按行走裝置不同可以分為輪胎式和履帶式兩種。由于國產(chǎn)履帶式裝載機(jī)多是在推土機(jī)基礎(chǔ)上形成及國內(nèi)外使用和生產(chǎn)的絕大多數(shù)是輪胎式裝載機(jī)，又因?yàn)檫@兩類裝載機(jī)除了行走裝置不同外，其他系統(tǒng)和構(gòu)造大體相似，所以本次設(shè)計(jì)也以裝載機(jī)為目標(biāo)。輪胎式裝載機(jī)簡稱為裝載機(jī)，它由車架、工作裝置、動(dòng)力裝置、行走裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等組成。 2、按使用場合不同分類 按使用場合不同可以分為露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)。鏟運(yùn)機(jī)機(jī)構(gòu)簡單，國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的裝載機(jī)絕大多數(shù)是露天裝載機(jī)，井下用鏟運(yùn)機(jī)是根據(jù)井下巷道的工作條件，對發(fā)動(dòng)機(jī)的排污和噪音，整機(jī)高度和工作裝置以及駕駛操作系統(tǒng)的布置等提出特殊要求后，在露天使用的裝載機(jī)基礎(chǔ)上變形設(shè)計(jì)而成。 3、按傳動(dòng)形式不同分類 按傳動(dòng)形式不同可以分為：機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)四種。 （1）機(jī)械傳動(dòng) 在國內(nèi)僅用于斗容量為0.5m3以下的裝載機(jī)，它一般直接采用汽車或拖拉機(jī)的傳動(dòng)裝置，即離合器和變速器。具有成本低、傳動(dòng)效率高、可拖動(dòng)、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是操縱復(fù)雜而且費(fèi)力，離合器和變速箱壽命較低。 （2）液力機(jī)械傳動(dòng) 它是裝載機(jī)的主要傳動(dòng)形式。這是因?yàn)橐毫C(jī)械傳動(dòng)取消了機(jī)械傳動(dòng)中的離合器而換用液力變矩器，取消了人力換擋變速箱而換用了動(dòng)力換擋變速箱。這樣變矩器能吸收在作業(yè)時(shí)候傳給傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊和震動(dòng)，故能平穩(wěn)的插入料堆，并可以隨外界載荷變化自動(dòng)調(diào)速，不會(huì)因超載而使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，而且可以在不停車狀態(tài)下進(jìn)行換擋，操作輕便，工作可靠性高。主要缺點(diǎn)是功率損失較大，傳動(dòng)效率較低，成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜維修不便。大中型裝載機(jī)都采用液力機(jī)械傳動(dòng)。 我國液力機(jī)械傳動(dòng)裝載機(jī)的生產(chǎn)已經(jīng)形成一個(gè)系列，定型生產(chǎn)斗容量為0.5~3.5m3的裝載機(jī)，其額定載重量為1~7t。即ZL10型、ZL15型、ZL20型、ZL25型、ZL30型、ZL40型、ZL45型、ZL50型、ZL0型、ZL160型等10余種機(jī)型，20余個(gè)變型產(chǎn)品。 （3）液壓傳動(dòng) 用柴油機(jī)帶動(dòng)液壓泵產(chǎn)生高壓油，并通過控制系統(tǒng)和油管帶動(dòng)液壓馬達(dá)使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。這種傳動(dòng)方式省去了一系列的傳動(dòng)零件，簡化了傳動(dòng)系統(tǒng)，使整機(jī)質(zhì)量減輕，并可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，使傳動(dòng)更加平穩(wěn)，但它的啟動(dòng)性差，性能良好的液壓元件昂貴，壽命也較低，故在裝載機(jī)中的使用受到限制，目前只用在小型裝載機(jī)上。但隨著液壓技術(shù)的發(fā)展液壓元件質(zhì)量不斷提高和成本不斷降低，液壓傳動(dòng)將會(huì)越來越多的在中小型裝載機(jī)上使用。 （4）電傳動(dòng) 由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電，以此來驅(qū)動(dòng)裝在車輪上的直流電動(dòng)機(jī)，然后通過輪邊減速帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣也省去了一系列傳動(dòng)零件，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。這種傳動(dòng)檢查方便，維修簡單，工作可靠。缺點(diǎn)是電機(jī)設(shè)備質(zhì)量較大，費(fèi)用高，目前只在大型裝載機(jī)上使用這種傳動(dòng)方式。 4、按裝載方式不同分類 按裝載方式不同可以分為前卸式、后卸式、側(cè)卸式和回轉(zhuǎn)式。裝載機(jī)基本上都是前卸式。 5、按轉(zhuǎn)向方式不同分類 按轉(zhuǎn)向方式不同可以分為整體式和鉸接式。前者利用偏轉(zhuǎn)后輪或前輪轉(zhuǎn)向，或者同時(shí)偏轉(zhuǎn)前后輪，后者采用鉸接車架，利用前后車架之間的相對偏轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。國產(chǎn)ZL系列裝載機(jī)大多數(shù)采用鉸接式結(jié)構(gòu)。 本次設(shè)計(jì)的裝置機(jī)，其型號(hào)為ZL60型，圖1-1為ZL60型裝載機(jī)外形圖。 圖1-1 ZL60型裝載機(jī)外形圖 1.3 國內(nèi)外裝載機(jī)的研究現(xiàn)狀 1.3.1 國內(nèi)裝載機(jī)的研究現(xiàn)狀 我國裝載機(jī)行業(yè)起步于50年代末。1958年，上海港口機(jī)械廠首先測繪并試制了67KW、斗容量為1m3的裝載機(jī)。這是我國自己制造的第一臺(tái)裝載機(jī)。該機(jī)采用單橋驅(qū)動(dòng)、滑動(dòng)齒輪變速。1964年，天津工程機(jī)械研究所和廈門工程機(jī)械廠測繪并試制了功率為100.57KW斗容量為1.7m3的Z435型裝載機(jī)。1962年國外出現(xiàn)鉸接式裝載機(jī)后，天津工程機(jī)械化研究所與天津交通局于1965年聯(lián)合設(shè)計(jì)了Z425型鉸接式裝載機(jī)。柳州工程機(jī)械廠和天津工程機(jī)械研究所合作，在參考國外樣機(jī)的基礎(chǔ)上，于1970年設(shè)計(jì)試制了功率為163.9KW、斗容量為3m3的ZL50型裝載機(jī)。該機(jī)采用雙渦輪變矩器、動(dòng)力換擋行星變速箱的液力機(jī)械傳動(dòng)方式，Z形連桿機(jī)構(gòu)的工作裝置及鉸接轉(zhuǎn)抽，并自行設(shè)計(jì)了“三合一”的機(jī)構(gòu)，以解決液力機(jī)械化傳動(dòng)式裝載機(jī)的拖啟動(dòng)、熄火轉(zhuǎn)向及排氣制動(dòng)問題。 “十五”期間，輪式裝載機(jī)行業(yè)出現(xiàn)了井噴式的發(fā)展，2001-2004年裝載機(jī)銷量增長率平均為46.98%，大大超過前25年的均值17.86%；2006年中國裝載機(jī)26家主要企業(yè)共銷售119895臺(tái)，同比增長13.3%，占據(jù)世界裝載機(jī)的大半壁江山。中國市場大幅增長，已發(fā)展為世界上最大的市場。國內(nèi)各生產(chǎn)廠家所在地更加認(rèn)識(shí)到裝載機(jī)這一產(chǎn)品的巨大市場和效益，紛紛將其列為支柱產(chǎn)業(yè)加以扶持并在政策上給予優(yōu)惠，像福建龍巖、山東蒙嶺等一批新成員的加盟，發(fā)展勢頭迅猛，競爭更加激烈。國際一流公司小松、利渤海爾、沃爾沃、卡特彼勒等在國內(nèi)成立合資或獨(dú)資公司后，更加劇了國內(nèi)裝載機(jī)市場的競爭。 我國小型裝載機(jī)制造業(yè)當(dāng)前正處于發(fā)展時(shí)期，有一定的盈利空間，小裝技術(shù)水平低、結(jié)構(gòu)簡單、零配件充足齊全，進(jìn)入門檻低。因此目前仍有大批企業(yè)進(jìn)入小裝行業(yè)，在這種情況下，盡管市場“突飛猛進(jìn)”，但產(chǎn)能增長更快，因此今后的市場競爭必然殘酷而激烈，低水平的價(jià)格戰(zhàn)也在所難免。另外，我國小型裝載機(jī)還有很多需要改進(jìn)的地方，如：傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)水平太低，司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大，能耗高、作業(yè)效率低，與國家提倡的節(jié)能降耗、安全環(huán)保等不一致；在傳動(dòng)方面應(yīng)該向雙變或全液壓方向發(fā)展；當(dāng)前廣泛采用的單缸柴油機(jī)功率偏小，噪聲、振動(dòng)、能耗都偏大；從發(fā)展的角度看，在成本增加不大的情況下，應(yīng)盡量采用雙缸或4缸柴油機(jī)；同時(shí)在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面最好采用優(yōu)先全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，變速操縱應(yīng)由機(jī)械換擋變?yōu)橐簤簞?dòng)力換擋等。我想這些都是今后小裝技術(shù)發(fā)展的方向。 1.3.2 國外裝載機(jī)的研究現(xiàn)狀 國外輪式裝載機(jī)最早出現(xiàn)在第二次工業(yè)革命時(shí)期，其發(fā)展到今天，無論是技術(shù)、設(shè)計(jì)、制造還是銷售、服務(wù)等都已經(jīng)非常成熟。國外輪式裝載機(jī)著名的生產(chǎn)廠家有卡特彼勒、山貓等。2000年在中國市場真正搞活以前，輪式裝載機(jī)全球需求量約為74500臺(tái)。其中，中國(32%)是最大的地區(qū)市場，其后依次是歐洲(30%)、北美洲(20%)和日本(12%)。到2005年，市場環(huán)境急劇變化：全球需求量幾乎增長一倍，達(dá)14.2萬臺(tái)，中國市場大幅增長為世界上最大的市場。歐洲和北美洲彼此的市場規(guī)模非常相近，但其市場構(gòu)成卻存在根本差別：在歐洲低于59.7kW(80hp)的小型機(jī)械更受偏愛。這類產(chǎn)品占該地區(qū)需求量的40%，與之相比在北美洲只占12%。英國工程機(jī)械咨詢有限公司估計(jì)約有20家國際輪式裝載機(jī)制造商年產(chǎn)量超過500臺(tái)，合計(jì)年產(chǎn)約為6萬臺(tái)。2005年卡特彼勒、小松、沃爾沃、CNH和迪爾的總產(chǎn)量占該年總產(chǎn)量的75%，而10年前5大制造商只占54%，目前這5大制造商在國際市場中所占份額的總和仍在增加。因此，國際市場掌握在少數(shù)制造商的手里。國外輪式裝載機(jī)一方面往大型化發(fā)展，如：卡特彼勒公司90年代初推出Cat966F輪式裝載機(jī)，時(shí)隔1年又推出Cat980F輪式裝載機(jī)，它增加了斗容和功率，改善了性能、提高了可靠性。不久又推出更大的Cat994輪式裝載機(jī)，根據(jù)物料體積質(zhì)量不同而選配18-30m3的鏟斗、機(jī)重170t；德雷塞公司90年代初推出4000型輪式裝載機(jī)，斗容10-30m3、機(jī)重151.8t。目前，全世界約有400臺(tái)大型輪式裝載機(jī)應(yīng)用在露天礦山和建筑工程，與大型自卸汽車配套使用。另一方面，小型輪式裝載機(jī)以機(jī)動(dòng)靈活、效率高、多功能和價(jià)格低廉贏得市場，發(fā)展甚快。如：日本古河公司生產(chǎn)的FL30-1型輪式裝載機(jī)斗容0.34m3、機(jī)重2.3t；小松公司的WA30-l型斗容0.34m3、柴油機(jī)功率20kw；豐田織機(jī)公司的斗容0.17m3、機(jī)重1t等。 5 第2章 總體方案的設(shè)計(jì)與確定 2.1 技術(shù)參數(shù)的確定 本次設(shè)計(jì)的裝載機(jī)其工作裝置為反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)。ZL60裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)如下： 1、額定斗容：3m3 2、額定載重量：60KN 3、整機(jī)質(zhì)量：163KN 4、輪距：2240mm 5、軸距：2760mm 6、輪胎規(guī)格：23.5—25 7、最大卸載高度：2950mm 8、最小卸載距離：1250mm 2.2 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置 2.2.1 鏟斗托架結(jié)構(gòu)形式的確定 本次設(shè)計(jì)的裝載機(jī)工作裝置采用無鏟斗托架結(jié)構(gòu)形式，如下圖2-1所示。它由運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立的兩部分組成：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。 圖2-1 無鏟斗托架式 1、鏟斗 2、動(dòng)臂 3、連桿 4、下?lián)u臂 5、上搖臂 6、轉(zhuǎn)斗缸 7、動(dòng)臂舉升油缸 8、前車架 9、鏟斗托架 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。 2.2.2 動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)的確定 本次設(shè)計(jì)的動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)采用液壓缸。動(dòng)臂舉升缸一般采用立式或臥式布置形式，常見有兩種連接方式：1、油缸頂端與前車架鉸接（圖2-2）；2、油缸中部通過銷軸與前車架鉸接（圖2-3）。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2-2 立式布置形式 圖2-3 臥式布置形式 參考同類型產(chǎn)品，結(jié)合任務(wù)書，本次設(shè)計(jì)的動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)其液壓缸布置形式采用立式。 2.2.3 連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的確定 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等。本次設(shè)計(jì)的連桿機(jī)構(gòu)其結(jié)構(gòu)形式選擇反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)。具體機(jī)構(gòu)如下圖2-4 圖2-4 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)簡圖 本次選擇的反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)，其轉(zhuǎn)斗缸采用后置式，將轉(zhuǎn)斗缸布置在動(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)。該機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、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； 2、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； 3、結(jié)構(gòu)十分緊湊，前懸小，司機(jī)視野好。 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。 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的桿系結(jié)構(gòu)簡圖如下圖2-5所示。圖中，UG為動(dòng)臂位置角；即動(dòng)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)針方向?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)。 圖2-5 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的桿系結(jié)構(gòu)簡圖 對于反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的工作裝置，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)斗缸為原動(dòng)件。 39 第3章 鏟斗的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 鏟斗結(jié)構(gòu)形式的確定 1、斗體形狀 從整個(gè)斗體形狀看來，鏟斗基本可以分成“淺底”和“深底”兩種類型。在斗容量相同的情況下，前者開口尺寸較大，斗底深度較小，即斗前壁較短，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。而深底鏟斗則恰恰相反。相比之下，定點(diǎn)裝載使用淺底鏟斗，而運(yùn)輸距離較大則采用深底鏟斗較為合適。 本次設(shè)計(jì)的斗體采用低碳、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。前者形式簡單，有利于鏟平地面，但鏟裝阻力較大。后者有V形和弧形等。本次設(shè)計(jì)選用直線型。 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、斗齒 鏟斗斗刃上可以有斗齒，也可以沒有斗齒。若斗刃上裝有斗齒時(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%左右，特別是對料堆比較密實(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3-1所示。 圖3-1雙段斗齒 1、齒尖；2、齒坐；3、鋼銷 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，然后再從上邊或從下邊往方形銷孔中打入鋼銷3即可。由于拆卸方便，齒尖一邊磨損后可以翻轉(zhuǎn)再使用，從而延長使用壽命。大型裝載機(jī)由于作業(yè)條件差、斗齒磨損嚴(yán)重，故采用這種分體式斗齒。 斗齒的形狀和間距對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250~300mm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載荷不大于500~600kg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、斗底 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。若取物料與鋼板的摩擦因數(shù)f=0.4，則摩擦角φ≈22°，所以張開角必須大于44°。 3.2 鏟斗卸載方式的確定 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。 1、整體前卸式鏟斗 結(jié)構(gòu)簡單，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)都是用這種鏟斗。 2、側(cè)卸式鏟斗 沒有側(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。 3、推卸式鏟斗 可以彌補(bǔ)整體前卸式鏟斗卸載高度不足，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。 4、底卸式鏟斗 用動(dòng)力打開斗底卸載的，同推卸式鏟斗一樣可以提高卸載高度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 考慮到成本和產(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。 3.3 鏟斗斷面形狀和基本參數(shù)確定 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l、后壁高h(yuǎn)和張開角γ四個(gè)參數(shù)確定，如圖3-2所示。 圖3-2鏟斗斷面基本參數(shù)圖 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過大，斗的開口大，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l是指斗底壁的直線段長度。 鏟斗張開角γ為鏟斗后壁與底壁之間的夾角，一般取45°到52°之間。適當(dāng)減小張開角并使斗底壁對地面有一定斜度，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50~100mm。如鏟斗寬度小于兩輪外側(cè)間的寬度，則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。 通過以上介紹，結(jié)合從現(xiàn)場采集來的大概參數(shù)，本次設(shè)計(jì)的具體參數(shù)初定如下： 鏟斗圓弧半徑r：350mm；底壁長l：700mm；后壁高h(yuǎn)：400mm；張開角γ：48° 2、鏟斗基本參數(shù)的確定 在定下了以上的斷面參數(shù)后，從現(xiàn)場的參考數(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，如圖3-3所示，作為基本參數(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可按下式計(jì)算。 圖3-3鏟斗尺寸參考 （m） 式中鏟斗平裝斗容，2.5m3 -鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，2.840m -鏟斗斗底長度系數(shù)，=1.40~1.53 -后壁長度系數(shù)，=1.1~1.2 -擋板高度系數(shù)，=0.12~0.14 -圓弧半徑系數(shù)， -張開角，為45°~52° -擋板與后壁間的夾角（無擋板取0） 圖3-3中各參數(shù)含義如下： -鏟斗圓弧半徑，m -斗底長度，是指由鏟斗切削刃至斗底延長線與斗后壁延長線交點(diǎn)的距離，m -后壁長度，是指由后壁上緣至后壁延長線與斗底延長線交點(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，=1.5，=1.1，=0.12 即可確定鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R，通過計(jì)算得出1140mm 即可得出=1.5×1140=1710mm =1.1×1140=1254mm =0.12×1140=136.8mm 一般取鏟斗側(cè)壁切削刃相對斗底壁的傾角=50°~60°。鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)距離斗底壁的高度=（0.06~0.12）R。 3.4 斗容的設(shè)計(jì)與計(jì)算 鏟斗的斗容量可以根據(jù)鏟斗的幾何尺寸確定。 圖3-4 裝載機(jī)斗容計(jì)算圖 1、幾何斗容(平裝斗容) 鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定：= () 對于裝有擋板的鏟斗： 根據(jù)有關(guān)計(jì)算有 A—鏟斗橫斷面面積，如圖2—5中所示陰影面積 —鏟斗內(nèi)壁寬(m)， a—擋板高度(m)； b—斗刃刃口與擋板最上部之間的距離(m)。 裝有擋板的鏟斗幾何斗容 2、額定斗容(堆裝斗容) 鏟斗堆裝的額定斗容是指斗內(nèi)堆裝物料的四邊坡度均為1：2，此時(shí)額定斗容可按下式確定。 式中：c—物料堆積高度(米)。 物料堆積高度c可由作圖法確定(圖3—4)：根據(jù)科堆坡度角可得料堆尖端點(diǎn)肘，再由d4點(diǎn)作直線d4N與Go垂直，將n4N垂線向下延長，與斗刃刃口和擋板最下端之間的連線相交，此交點(diǎn)與料堆尖端之間的距離，即為物料堆積高度G。 鏟斗堆裝的額定斗容 鏟斗斗容的誤差率，所以鏟斗的設(shè)計(jì)合格。 第4章 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的分析 反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)簡圖如圖4-1，由轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成。 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)，若假定動(dòng)臂為固定桿，則可把機(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HM和動(dòng)臂GBA構(gòu)成。 若把油缸分解成兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)移動(dòng)副，則反轉(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A點(diǎn)作牽連運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又相對動(dòng)臂繞G點(diǎn)作相對轉(zhuǎn)動(dòng)。其材料為低碳、耐磨、高強(qiáng)度鋼。 圖4-1反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)簡圖 I-插入工況 II-鏟裝工況 III-最高位置工況 IV-高位卸載工況 V-低位卸載工況 4.2 尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算 因?yàn)閳D解法比較直觀，易于掌握，故采用圖解法設(shè)計(jì)，它通過在坐標(biāo)圖上確定鏟裝工況（圖4-1）時(shí)工作裝置的9個(gè)鉸接點(diǎn)的位置來實(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、A的確定 （1）確定坐標(biāo)系 如圖4-2所示，先選取坐標(biāo)系并確定尺寸比例1：40。 （2）畫鏟斗圖 把設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面外廓按比例在坐標(biāo)系xOy中畫出，斗尖對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前壁與x軸呈3°~5°的前傾角。此為鏟斗插入料堆時(shí)位置，即插入工況。 圖4-2 動(dòng)臂上三鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì) （3）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=250~350mm和x軸坐標(biāo)值xG盡可能小而且不與斗底干涉的前提下，在指標(biāo)圖上人為的把G點(diǎn)初步定下來。初定G點(diǎn)坐標(biāo)為（1130，260）。 （4）確定動(dòng)臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn)A 1）以G點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，至鏟斗斗口與x軸平行為止，即鏟裝工況。 2）把已選定的輪胎外廓畫在指標(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Rk600mm。 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0.83，超寬面輪胎取0.64） 輪胎變形系數(shù)（普通輪胎為0.1~0.16，寬面輪胎取0.05~0.1） 3）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4-2所示。 4）以點(diǎn)為圓心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗口與x軸平行，即得到鏟斗最高舉升位置圖。 5）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1/3~1/2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)的位置來進(jìn)行。 （5）確定動(dòng)臂與搖臂的鉸接點(diǎn)B B點(diǎn)的位置是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)。它對連桿機(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)斗油缸的長度等都有很大的影響。如圖4-2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)盡量靠近鏟裝工況時(shí)的鏟斗處。相對前輪胎，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4-3所示。 圖4-3動(dòng)臂鉸接點(diǎn)A的確定 2、連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn)F、E的確定 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4-4所示。 確定F、E兩點(diǎn)時(shí)，既要考慮對機(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)，還要防止前述各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)被破壞的現(xiàn)象。 （1）按雙搖桿條件設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 令GF桿為最短桿，BG為最長桿，即有GF+BG>FE+BE 如圖4-4所示，若令GF=a，F(xiàn)E=b，BE=c，BG=d，并將不等號(hào)兩邊同時(shí)除以d，整理后得到下式，即 由G（1130，260）、B（1680，1565）點(diǎn)的坐標(biāo)得到d=1415mm ，選取K=0.950，得到a=0.3d=425，c=0.58d=830，得到b=948。 圖4-4 連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸尺寸設(shè)計(jì) （2）確定E和F點(diǎn)位置 這兩點(diǎn)位置的確定要綜合考慮如下四點(diǎn)要求： 1）E點(diǎn)不可與前橋相碰，并有足夠的最小離地高度； 2）插入工況，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）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）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4-5所示，鏟斗去插入工況，以B點(diǎn)為圓心，以BE=c為半徑畫??；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分別為半徑畫弧，得到交點(diǎn)，即為F。 圖4-5連桿端部鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì) 如圖所示的得到了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明此時(shí)情況的坐標(biāo)值。 3、轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn)C和D點(diǎn)的確定 在圖4-4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，對掘起力和動(dòng)臂舉升阻力的影響都較大。 （1）確定C點(diǎn) 從力傳遞效果出發(fā)，顯然使搖臂BC段長一些有利，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，并且使得轉(zhuǎn)斗油缸行程過長。因此初步設(shè)計(jì)時(shí)，一般取 C點(diǎn)一般取在B點(diǎn)左上方，BC與BE夾角可取∠CBE=130°~180°，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)不得與鏟斗干涉，其高度不能影響司機(jī)視野。 通過本次設(shè)計(jì)的基本要求，在這里確定BC=0.72BE=600mm，同時(shí)BC與BE夾角取值∠CBE=154°。 （2）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)放平這兩大要求來確定的。 如圖4-4所示，當(dāng)鉸接點(diǎn)G、F（即F2）、E（即E2）、B、C（即C2）被確定后，則鏟斗分別在工況I、II、III、IV時(shí)的C點(diǎn)的位置C1、C2、C3、C4也就唯一被確定。 因?yàn)殓P斗由工況II舉升到工況III或由工況IV下放到工況I的運(yùn)動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)斗油缸的長度分別保持不變，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）。 4、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)的確定 動(dòng)臂舉升油缸的布置應(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)定性好等原則來確定。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。 得到本次設(shè)計(jì)中ZL60裝載機(jī)的各個(gè)工況如下： 圖4-6 I插入工況 圖4-7 II鏟裝工況 圖4-8 III最高位置工況 圖4-9 IV高位卸載工況 圖4-10 V低位卸載工況 4.3 連桿系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析 1、鏟斗對地位置角 圖4-11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)來描述，而在鏟斗舉升過程中的各瞬時(shí)對地面的傾角，即鏟斗對地位置角，可用GF與地面的夾角來表示。由于在舉升過程中鏟斗做復(fù)合運(yùn)動(dòng)，所以可用運(yùn)動(dòng)合成的方法求得。 圖4-11鏟斗位置角計(jì)算 在圖4-11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，則動(dòng)臂被舉升時(shí)的鏟斗各瞬時(shí)對地位置角，可用下式計(jì)算： 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GF、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，他們的模分別用GF、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，則在BCDA向量四邊形中有 AD－CD－BC+BA=0 將式中各向量分別向軸和軸投影，則得到下列方程 式中、、、分別為各邊向量對軸的方向角。 將上等號(hào)兩邊平方后，使兩方程相加，并令 和 則從式中消去了，并將其變換成下列三角方程 乘以，并設(shè)，則可化為 或 同理，在向量四邊形GFEB中，有BE－FE－GF+GB=0 令 和得三角方程 其解為 通過公式計(jì)算和實(shí)際設(shè)計(jì)尺寸情況，可得到在各個(gè)工況的對地位置角分別為： 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)過程中，鏟斗的對地位置角是不斷變化的，在此只針對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，否則將影響卸載效率，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。 高位卸載時(shí)，鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)為 式中x1，x2工況II時(shí)G點(diǎn)的x和y坐標(biāo)值（1130，260） 工況II時(shí)動(dòng)臂對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 =3291（3-24） 即得到點(diǎn)的坐標(biāo)為（985，3487） 若要滿足和要求，必須有下列各式成立 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IV時(shí)OG對x軸的方向角，可用下式計(jì)算 =58° 所以=4487－1141×sin58°=3190mm≥hmax（2950）滿足要求 =2873―600―1085+1141cos58° =1300mm≥lmin（1250）滿足要求 3、鏟斗卸載角 裝載工作要求鏟斗在工況II和工況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°。對反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析可知，由于工況II時(shí)轉(zhuǎn)斗油缸最長，而低位卸載時(shí)轉(zhuǎn)斗油缸長度最短，所以，若工況II和工況III時(shí)的鏟斗的卸載角都不小于45°，則他們之間各個(gè)位置必能正常卸載，因此，只要對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：=131－105+5=31°（3-28） 4.4 連桿機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)分析及強(qiáng)度校核 4.4.1 連桿機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)分析 裝載機(jī)在鏟掘作業(yè)過程中，通常有以下三種受力工況： 1、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、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、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4-12所示。 圖4-12工作裝置外載荷工況 1、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。 （1）插入阻力 插入阻力就是鏟斗插入料堆時(shí)，料堆對鏟斗的反作用力。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)表面與物料的摩擦阻力，鏟斗底外表面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)算上述阻力比較困難，一般按照下面經(jīng)驗(yàn)公式來確定：（N） 式中K1物料塊度與松散程度系數(shù) K2物料性質(zhì)系數(shù)，見附錄表3-2 K3料堆高度系數(shù)，見附錄表3-3 K4鏟斗形狀系數(shù)，一般在1.1~1.8之間，取1.3 B鏟斗寬度，290cm L鏟斗的一次插入深度，40cm 得到：F=9.8×1.0×0.045×1.10×1.3×290×401.25=18397（N） （2）掘起阻力 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。 鏟斗開始舉升時(shí)物料的剪切力按下式計(jì)算（N） 式中K開始舉升鏟斗時(shí)物料的剪切應(yīng)力，它通過試驗(yàn)測定，對于塊度為0.1~0.3m的松散花崗巖，剪切應(yīng)力的平均值取K=35000Pa B鏟斗寬度，mLc鏟斗插入料堆的深度，m得F=2.2×35000×2.9×0.4=89320（N） （3）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)時(shí)，料堆對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（見圖4-13），一直到鏟斗前切削刃離開料堆坡面線為止。開始鏟取時(shí)（a=0）的靜阻力矩為 式中Fx開始轉(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，1.13m y鏟斗回轉(zhuǎn)中心與地面的垂直距離，0.26m L鏟斗的插入深度，0.4m 得到 =1.1×18397×[0.4×（1.13－0.25×0.4）+0.26]=13599（N·m） 圖4-13 轉(zhuǎn)斗靜阻力矩與鏟斗轉(zhuǎn)角的關(guān)系 掘起阻力矩隨鏟斗回轉(zhuǎn)角a的增大而減小。當(dāng)鏟斗回轉(zhuǎn)a角后，其轉(zhuǎn)斗阻力矩 式中， 鏟斗離開料堆時(shí)的翻轉(zhuǎn)角度 鏟斗離開料堆時(shí)，由物料重力產(chǎn)生的阻力矩，N·m 轉(zhuǎn)斗阻力矩計(jì)算：鏟斗在料堆中轉(zhuǎn)斗時(shí)，除了要克服料堆的靜阻力矩之外，還要克服鏟斗自重和鏟斗中物料所產(chǎn)生的阻力矩。因此，開始轉(zhuǎn)斗的阻力矩為 式中轉(zhuǎn)斗阻力矩，N·m 開始轉(zhuǎn)斗靜阻力矩，13599N·m 裝載機(jī)額定載重量重力，49000N 鏟斗自重力，13470N 鏟斗中心至回轉(zhuǎn)中心B的水平距離（圖4-13），0.5m 得到=13599+（49000+13470）×0.5=44834（N·m） 圖4-14 作用在轉(zhuǎn)斗連桿上力的確定 作用在轉(zhuǎn)斗連桿上的力：鏟斗充分插入料堆后開始轉(zhuǎn)斗時(shí)，作用在鏟斗與鏟斗連桿鉸銷上的力（圖4-14） （N）式中鏟斗回轉(zhuǎn)中心至的作用線的垂直距離，0.430m 得到=44834/0.43=104265（N） 4.4.2 連桿機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核 搖臂強(qiáng)度校核，在對稱載荷作用下，搖臂可看作是支承在動(dòng)臂B點(diǎn)變截面曲梁。為簡化計(jì)算，將搖臂主軸線分成CB、BE折線段，見圖4-15，求出每段的內(nèi)力值。 圖4-15 搖臂內(nèi)力計(jì)算 由式3-34可得Fc=104265N，取單邊側(cè)板為研究對象，得到N 由，得到，=72116N 彎矩=43269N·m 在對稱水平載荷作用下，由內(nèi)力得出內(nèi)力圖（圖4-16） 圖4-16 對稱載荷引起的搖臂內(nèi)力圖 然后對危險(xiǎn)斷面強(qiáng)度校核。對于危險(xiǎn)斷面1-1，在此斷面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力，以其合成應(yīng)力所表示的強(qiáng)度條件為 ，=0.0063m2 得到：20000000Pa，強(qiáng)度通過 式中A搖臂斷面1-1處截面積；R搖臂斷面處外圓弧半徑 b側(cè)臂斷面1-1處的鋼板厚度；d斷面1-1處鉸接銷直徑 第5章 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1 液壓缸類型和結(jié)構(gòu)的確定 為了實(shí)現(xiàn)增壓目的，本裝置選用增壓液壓缸。增壓液壓缸工作原理如圖5-1所示。當(dāng)?shù)蛪簽镻1的液體推動(dòng)增壓桿的大活塞D時(shí)，大活塞推動(dòng)與其連成一體的小活塞d輸出壓力為P2的高壓液體。增壓缸的特性方程為： 式中，為增壓比，代表其增壓能力。顯然，增壓能力是在降低有效流量的基礎(chǔ)上得到的，也就是說增壓缸僅僅是增大輸出的壓力，并不能增大輸出的能量。 圖5-1 單作用液壓缸 5.2 液壓缸基本參數(shù)設(shè)計(jì) 1、液壓缸載荷力的組成和計(jì)算 液壓缸的載荷力在整個(gè)推進(jìn)過程中式變化的，計(jì)算時(shí)只需求出最大載荷力。液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞桿上的力包括工作載荷，導(dǎo)軌的摩擦力和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力。以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷。 起動(dòng)加速時(shí) 穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí) 減速制動(dòng)時(shí) 除外載荷外作用于活塞上的載荷還包括液壓缸密封處的摩擦力阻力，由于各種缸的密封材質(zhì)和密封形成不同，密封阻力難以精確計(jì)算，一般估算為： 式中：—液壓缸的機(jī)械效率，本裝置取0.90。故。 2、液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算 活塞桿受壓時(shí) 式中：-大腔活塞有效作用面積，m2 -小腔活塞有效作用面積，m2 -液壓缸工作腔壓力 -液壓缸回油腔壓力，即背壓 -活塞直徑 -活塞桿直徑 本裝置中取,,MPa。則可得出桿徑比約為0.3。 對無活塞桿腔，當(dāng)要求推力為時(shí)，。 對有活塞桿腔，當(dāng)要求推力為時(shí)，。 式中：-液壓缸的工作壓力，本裝置取16Mpa。 -往返速比，，本裝置取1.46。 -液壓缸的機(jī)械效率，本裝置取0.90。 缸筒的內(nèi)徑按(GB/T2348－1993)/mm中所列的液壓缸內(nèi)徑系列圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。圓整后轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸的增壓缸活塞直徑均為mm，活塞桿直徑均為mm。 3、活塞桿的最大允許行程 活塞行程，在初步確定時(shí)，主要是按實(shí)際工作需要的長度來考慮的。但這一工作行程并不一定是液壓缸的穩(wěn)定性所允許的行程。為計(jì)算行程，首先應(yīng)求出活塞桿的最大允許計(jì)算長度。由歐拉公式推導(dǎo)出： 式中：-活塞桿彎曲失穩(wěn)臨街壓縮力，N。 -活塞桿縱向壓縮力，N。 -安全系數(shù)，通常。 -材料的彈性模數(shù)。鋼材的N/mm2 -活塞桿橫截面慣性矩，mm2；圓截面 對于各種安裝導(dǎo)向條件的液壓缸計(jì)算長度 式中：-活塞桿直徑，mm。 -液壓缸末端條件系數(shù)（安裝及導(dǎo)向系數(shù)）。 根據(jù)上述公式所確定的活塞桿計(jì)算長度及（GB/T2349-1980）/mm中，第一系列所給出的活塞行程系列，確定轉(zhuǎn)斗油缸活塞行程為600mm，舉升油缸活塞缸行程為800mm。 4、最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度H。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。對一般液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求 式中：-液壓缸的最大行程。-缸筒內(nèi)徑。 本裝置中mm，mm，mm，故取mm，得到H=120。 活塞的寬度，一般取。到向套滑動(dòng)面的長度A，在mm時(shí)，取。本裝置中取mm，mm。 結(jié)論 論文終于完成了，完成這篇論文的過程實(shí)際上就是對我大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一次溫習(xí)。在完成論文的這段時(shí)間里面，有很多知識(shí)點(diǎn)是書本上沒有的，我要在課外資料里面進(jìn)行尋找，這樣一來，擴(kuò)展了我的知識(shí)面，針對論文里面研究的ZL60裝載機(jī)，讓我進(jìn)一步有所了解。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容大致可以歸納為： 1、對機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、公差配合、AUTOcad、Word等辦公軟件有更深的了解和更熟練的掌握。 2、對機(jī)械設(shè)計(jì)得到進(jìn)一步了解。掌握了零部件設(shè)計(jì)的步驟和方法。 3、通過查閱資料，我學(xué)會(huì)了如何利用工具書上的公式，對主要零件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的校核。 4、因本次設(shè)計(jì)所有的資料都來源于圖書館和累積下來的手稿。來自網(wǎng)絡(luò)粗糙的的知識(shí)，可直接利用的卻不夠詳盡，不夠本原。 5、沒有通過分析軟件對本結(jié)構(gòu)進(jìn)行干涉、變形及穩(wěn)定性的分析，這也是本次設(shè)計(jì)的不足之處。我將通過在今后的工作中來彌補(bǔ)這一不足，使得設(shè)計(jì)更加完美。 本次設(shè)計(jì)雖然已經(jīng)完成，但我的課題研究仍沒結(jié)束，希望在將來的學(xué)習(xí)與工作中為機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)的理學(xué)與