裝載機(jī)鏟斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書2

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1、摘要 裝載機(jī)屬于鏟土運(yùn)輸機(jī)械類是工程機(jī)械的主要機(jī)種之一，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)各部門等工程建設(shè)中。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)，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，降低工程成 本都發(fā)揮著重要的作用。 裝載機(jī)根據(jù)不同的使用要求，發(fā)展形成了不同的結(jié)構(gòu)類型。通常，按使用場(chǎng)合的 不同，分成露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)；按行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，分成輪式裝載機(jī)與 履帶式裝載機(jī)；按卸料方式不同

2、，分為前卸式（前端式） 、后卸式與回轉(zhuǎn)式裝載機(jī)。 此次設(shè)計(jì)針對(duì)的是 ZL50 裝載機(jī)鏟斗的設(shè)計(jì)，根據(jù)鏟斗的鏟斗設(shè)計(jì)要求和鏟斗斗 型的結(jié)構(gòu)的分析來(lái)確定切削刃的形狀，鏟斗的斗齒，鏟斗的側(cè)刃，斗體形狀，鏟斗的 具體參數(shù)數(shù)據(jù)， 鏟斗容量等。 這次設(shè)計(jì)可以說(shuō)是一次的嘗試。 由于本人設(shè)計(jì)水平有限， 設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)存在一些考慮不周之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 關(guān)鍵詞： 工程機(jī)械，裝載機(jī)，鏟斗 ABSTRACT Loader belong to shovel transport machinery is one of the main model of engineering machiner

3、y, is a kind of through the installed in front of a complete bucket support structure and connecting rod, with machine move forward for loading or mining, and ascension, transport and unloading of self-propelled machinery. It is widely used in construction, mining, water and electricity, Bridges, ra

4、ilways, highways, ports, docks sectors of the national economy such as engineering construction. Loader has operation speed, high efficiency, good maneuverability, convenient operation, etc., and to speed up the construction speed, reduce labor intensity, improve the engineering quality, reduce the

5、cost for the project are play an important role. Loader according to different application requirements, development formed different structure types. Usually, according to the using situation is different, divided into open with loader and underground with loader; According to the running system s

6、tructure is different, divided into wheel loader and crawler loader; According to the discharge different ways, divided into before discharge type (front type) and after discharge type and rotary loader. This design is aimed at ZL50 loader bucket design, according to the bucket bucket design requir

7、ements and shovel bucket type structure analysis to determine the shape of the cutting edge, the bucket bucket tooth, the bucket side blade, bucket body shape, bucket specific parameter data, bucket capacity, etc. The design can be said to be a try. Because I design level is limited, the design proc

8、ess will inevitably there are some consideration not place, please join the teacher criticism and corrections. KEYWORD?gineering machinery, loader, bucket 摘要 1 1 .裝載機(jī)的概述 4 1.1 裝載機(jī)的概述 4 1.2 裝載機(jī)的工作原理 4 1.3 裝載機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù) 4 1.4 裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)型式 5 2 .鏟斗的設(shè)計(jì) 8 2.1 設(shè)計(jì)要求 8 2.2 鏟斗斗型的結(jié)構(gòu)分析 9 2.3 鏟斗基本

9、參數(shù)的確定 9 2.3.1. 鏟斗寬度 9 2.3.2. 鏟斗回傳半徑 R0 10 2.3.3. 鏟斗的斷面形狀參數(shù) 12 2.3.4. 斗容的計(jì)算 13 2.3.5. 斗齒的設(shè)計(jì) 15 2.3.6. 鏟斗的受力分析 15 3 .結(jié)論 21 4 .參考文獻(xiàn) 22 1 裝載機(jī)的概述 1.1 裝載機(jī)的概述 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(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

10、清理、刮平場(chǎng)地及牽引等作業(yè)。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，降低工程成本都發(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。 1.2 裝載機(jī)的工作原理 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

11、 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。 1.3 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。 鏟斗容量： 一般指鏟斗的額定容量， 為鏟斗平裝容量與堆尖部分體積之和， 用 m3 表示。 額定載重量： 指在保證裝載機(jī)穩(wěn)定工作的前提下，

12、鏟斗的最大載重量， 單位為 kg 。 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，是表明裝載機(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 29° C和746mmHg1mmHg=133.322Pa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。 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)都加足液體， 并且?guī)в幸?guī)定形式和尺寸的空載鏟斗

13、和 司機(jī)標(biāo)定質(zhì)量（75kg ± 3kg）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 。 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)和后退各檔能達(dá) 到最大速度，它影響裝載機(jī)的生產(chǎn)率和安排施工方案，單位為 km/h 。 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 。 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，則可能產(chǎn)生的最大牽引力越大，單位為 kN 。 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 液壓缸或轉(zhuǎn)斗

14、液壓缸在鏟斗切削刃最前面一點(diǎn)向后 100mnit產(chǎn)生的最大向上鉛垂力， 單位為 kN 。 最大卸載高度： 指鏟斗鉸軸在最大高度、 鏟斗處于 450卸載角 （如果卸載角小于 450 時(shí)，指明該卸載角）時(shí)，鏟斗切削刃的最低點(diǎn)與水平面之間的距離。單位為 mm 。 卸載距離：一般指在最大卸載高度時(shí)，從裝載機(jī)前外廓到斗刃之間的水平距離， 單位為 mm 。 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 。 1.4 裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)型式 裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)型式分為有鏟斗托架和無(wú)鏟斗托架兩種。 有鏟斗托架的工作裝置如圖 1— 1 所示。其動(dòng)臂和連桿的后端與車架支座鉸接，

15、 動(dòng)臂和連桿的前端與鏟斗托架鉸接， 托架上部鉸接轉(zhuǎn)斗油缸體， 其活塞桿及托架下部 與鏟斗鉸接。當(dāng)托架、動(dòng)臂、連桿及車架支座構(gòu)成的是平行四連桿機(jī)構(gòu)，則在動(dòng)留提 升、轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時(shí)，鏟斗始終保持平移，斗內(nèi)物科不會(huì)撤落。 有鏟斗托架的工作裝置易十更換鏟斗及安裝附件， 例如將鏟斗卸下， 在托架上裝上起重叉便可進(jìn)行起重及叉車作業(yè)。 有鏟斗托架的工作裝置，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)，由于轉(zhuǎn)斗油缸及鏟斗都是直接較 接在托架上，所以鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)角較大。但由于在動(dòng)管前端裝有較重的托架，所以減少 了鏟斗的載重量。 圖1-1有鏟斗托架式 1-鏟斗；2-托架；3-轉(zhuǎn)斗油缸；4-連桿；5-動(dòng)臂;6-動(dòng)臂油缸；

16、 無(wú)鏟斗托架的工作裝置如圖1-2所示。其動(dòng)臂的前端和鏟斗較接，動(dòng)管的后端和 車架上部支座較接，動(dòng)管油缸兩端分別和動(dòng)管及車架底部支座較接，轉(zhuǎn)斗油缸一端和 車架較接，另一端和搖臂較按，搖臂則較接在動(dòng)臂上，連桿一端和搖臂較接，另一端 和鏟斗較接。 圖1-2無(wú)鏟斗托架式 1-鏟斗；2-托架；3-轉(zhuǎn)斗油缸；4-連桿；5-動(dòng)臂；6-動(dòng)臂油缸; 1.4.1 正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的工作裝置：如圖1-3和1-4所示，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鏟斗 與搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)因搖臂連桿數(shù)目不同有單搖臂和雙搖臂連桿機(jī) 構(gòu)。其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：鏟起力特性有利于地下挖掘；而且可設(shè)計(jì)成只用一個(gè)搖臂，可是 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；特

17、別是整個(gè)機(jī)構(gòu)可以布置在動(dòng)臂的后上方并較接在車架上， 斗內(nèi)物料散落 時(shí)不易損傷油缸；工作裝置的重心靠近車架，有利于提高鏟斗的裝載量；另外鏟斗在 發(fā)出最大鏟起力P時(shí)的鏟斗轉(zhuǎn)角a是負(fù)的，也是有利于地面的挖掘，但是鏟斗傾斜時(shí) 的角速度大，易于抖落砂土，而且沖擊較大。這種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)缺點(diǎn)是當(dāng)鏟斗鏟裝物料 時(shí)油缸的小腔工作，因而使鏟斗油缸的缸徑與重量增大。 1.4.2 :反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的工作裝置：如圖1-5所示，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn) 圖1-5反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu) 動(dòng)方向相反。其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：鏟起力特性適合于鏟裝地面以上的物料，而不利于地面 以下的挖掘；升降動(dòng)臂時(shí)基本保持鏟 斗平移，易于實(shí)

18、現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平，因 此物料散落少，可提高裝載機(jī)裝卸的 作業(yè)效率；因只有一個(gè)搖臂，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，特別是對(duì)輪式地盤布置容易。而 且鏟斗工作時(shí)發(fā)出最大鏟起力 P時(shí)的鏟斗轉(zhuǎn)角a是正的，且鏟起力變化曲線陡峭，因 此，在提升鏟斗肘的鏟起力較大，適于裝載礦石，不利于地面的挖掘；鏟斗傾斜時(shí)的 角速度小，卸料平緩；所以綜上原因，國(guó)產(chǎn)輪式裝載機(jī)廣泛采用反轉(zhuǎn)連桿機(jī)單連桿， 雙連桿機(jī)構(gòu)布置較困難。 正、反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)都是非平行四邊形機(jī)構(gòu)。因此，在動(dòng)臂提升過(guò)程中，鏟斗或多 或少總要向后翻轉(zhuǎn)一些。 2 鏟斗的設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)要求 鏟斗是直接用來(lái)切削、收集、運(yùn)輸和卸出物料，裝載機(jī)工作時(shí)的插入能力及鏟掘 能力是通過(guò)鏟

19、斗直接發(fā)揮出來(lái)的， 鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機(jī)的作業(yè)效率 和上作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求。 鏟斗是在惡劣的條件下工作， 承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨削，所以要求鏟斗 具有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)要耐磨。 根據(jù)裝載物料的容重，鏟斗做成三種類型； 正常斗容的鏟斗用來(lái)裝載客重 1.4 — 1.6 噸／米 3 的物料 （ 如砂、碎石、松散泥土等 ） ：增加斗容的鏟斗，斗容一般為正 常斗容的 1.4— 1.6 倍，用來(lái)鏟掘容重 1.0 噸／米 3 左右的物料 （如煤、煤渣等 ）；減 少斗容的鏟斗， 斗容為正常斗容的 0.6~0.8 ， 用來(lái)裝載容

20、重大于 2 噸／米 3 的物料 （如 鐵礦石、巖石等 ） 。用于土方工程的裝載機(jī)，因作業(yè)對(duì)象較廣，因此多采用正常斗容 的通用鏟斗，以適應(yīng)鏟裝不同物料的需要。 2.2 鏟斗斗型的結(jié)構(gòu)分析 不同種類的物料，需要不同結(jié)構(gòu)形式的鏟斗，通常鏟斗由切削刃、斗底、側(cè)壁及 后斗壁組成。鏟斗切削刃的形狀根據(jù)所鏟裝物料的不同而異，通常分為直線型和非直 線型。直線型切削刃結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的平地性能，但切削阻力較大，適用于裝載 3 重度不超過(guò)16kN/m ,并且堆積比較松散的物料。非直線型切削刃有 V型和弧型等， 裝載機(jī)用的較多是V型斗刃。這種切削刃由于中間突出，在插入料堆時(shí)，插入力可以 集中作用在

21、斗刃中間部分，易于插入料堆；且對(duì)中性較好。但平地性能和裝滿系數(shù)要 小于直線型斗刃的鏟斗。 裝有斗齒的鏟斗，在裝載機(jī)作業(yè)時(shí)，插入力有斗齒分擔(dān)，形成較大的比壓，利于 插入密實(shí)的料堆疏松物料，便于鏟斗的插入，斗齒可以延長(zhǎng)切削刃的使用壽命，斗齒 磨損后容易更換。因此，對(duì)主要用于鏟裝巖石或密實(shí)物料的裝載機(jī)，其鏟斗均裝有斗 齒。用于插入阻力較小的松散物料或粘性物料，其鏟斗可以不裝斗齒。 斗齒的形狀對(duì)切削阻力的影響：對(duì)稱齒型的切削阻力比不對(duì)稱的大；長(zhǎng)而狹窄的 齒比寬而短的切削阻力小?；【€或折線形鏟斗側(cè)刃的插入阻力比直線形側(cè)刃小， 但弧 線或折線形側(cè)刃鏟斗的側(cè)壁較淺，容易從兩側(cè)泄漏物料，不利于

22、鏟斗的裝滿，這種形 狀適宜于鏟裝巖石。對(duì)主要用于土方工程的裝載機(jī)，在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)要考慮斗體內(nèi)的流 動(dòng)性，減少物料在斗體的移動(dòng)或滾動(dòng)阻力， 同時(shí)要有利于在鏟裝粘性物料是有良好的 倒空性。 (d)弧形帶齒鏟斗 (a)直線形斗刃鏟斗 (b)直線形帶齒鏟斗 (c) v形斗刃鏟斗 圖3—1常見的鏟斗結(jié)構(gòu) 鏟斗的形狀對(duì)鏟裝阻力和粘性物料卸靜性有著較大的影響。對(duì)于主演鏟裝土方的 裝載機(jī)，希望斗底圓弧半徑大些，斗底長(zhǎng)度短些，如圖 2—2a所示，以改善泥土在斗 內(nèi)的流動(dòng)性，減少物料在斗內(nèi)的運(yùn)動(dòng)阻力。而對(duì)于主要用于鏟裝流動(dòng)性較差的巖石裝 載機(jī)，希望采用圓弧半徑較小，矮而深的鏟斗，如圖2—2b所

23、示，這種鏟斗貫入性好, 可以減小鏟插入料堆的阻力，同時(shí)也可以改善司機(jī)的視野。但過(guò)深的鏟斗會(huì)引起斗底 太長(zhǎng)，因而造成掘起力變小。 2.3鏟斗基本參數(shù)的確定 Z150裝載機(jī)的基本數(shù)據(jù)如表1-1 : 額定斗容 額定載重重 整機(jī)質(zhì)里 3 3 3 m 50 KN 17.5 t 輪距 軸距 輪胎規(guī)格 2150 mm 3427 mm 23.5 —25 最大卸載高度 最小卸載距離 2970 mm 1200 mm 2.3.1. 鏟斗寬度 鏟斗寬度Bk應(yīng)大于輪胎外側(cè)寬度50 — 100毫米，如果鏟斗寬度小于輪胎外側(cè)寬 而且 度，則鏟斗鏟取物料后所形成的料

24、推階梯，會(huì)損傷輪胎側(cè)壁，增加行駛阻力, 還會(huì)引起輪胎打滑影響牽引力的發(fā)揮 2.3.2. 鏟斗回傳半徑R0 鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R是指鏟斗的轉(zhuǎn)校中心B與切削刃之間的距離（圖2—3）。由于鏟 斗的回轉(zhuǎn)半徑R不僅影響鏟起力和插入阻力的大小，而且與整機(jī)的總體參數(shù)有關(guān)。因 此鏟斗的其它參數(shù)依據(jù)它來(lái)決定。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R可按下式計(jì)算 R 二 ——（ Vr——=—二 ；―T 公式（1） [I1.2B010.5% （% + 限 cos，）sin 飛一九2 'loot- -0,5i 1 —— \ g 1 2 <180 ）\ R0 = 一 (mm)公式(3) )]} Vs y y r0.5%QZ

25、 十除 cosV1)sinY0 —乃[cot _0. — 0.5r (1 _ _0_ 2 180 式中Vs 一—幾何斗容量（圖3—2中所示陰影斷面），由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定（米3）; w ——鏟斗內(nèi)側(cè)寬度（米）； g 一—鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù)，通常-g =1.4~1.5 后斗壁長(zhǎng)度系數(shù)，通常 七=1.1~1.2； 擋板高度系數(shù)，通常 限=0.12~0.14; 斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常 、=0.35 ~ 0.40 ; 立 一一擋板與后斗壁問(wèn)的夾角，通常 匕=5° ~100 ; 7。一一斗底和后斗壁間的夾角，通常 ”=48° ~ 520 ,（有推薦550?650）。 W =

26、b + bw + (0.1 ~ 0.2) — 2a1公式(4) 式中a1---鏟斗側(cè)壁切削刃的厚度取a1 = 0.010m = 10mm b―-輪距 bw---輪胎寬度 根據(jù)設(shè)計(jì)資料有 b = 2150mm bw = 597mm W =2150 80 597 - 2 10 = 2807 mm 所以有: 1.2 x 2807 0.5 父 1.45(1.19 + 0.13 父 cos50 Sin 50 0 c 2 I 500 c [ -0.4 |cot g———0.5江 1- 1500 =1245mm 圖3—3鏟斗斷面基本參數(shù)圖 2.3

27、.3. 鏟斗的斷面形狀參數(shù)： 鏟斗的斷面形狀參數(shù)：斗的圓弧半徑Ri、張開角丫。、擋板高度lk和底壁長(zhǎng)lz ,如 圖3—2所示。 斗底長(zhǎng)度：是指鏟斗切削刃到斗底后斗壁交線之間的距離，可用下式算： Lg =% Ro =1.4R0 = 1743mm公式（5） 后斗壁長(zhǎng)度lz：是指切削刃至斗底圓弧與底壁相切點(diǎn)間的距離，lz長(zhǎng)，則斗插入 料堆深度大，斗易于裝滿，但由于力臂的增大而使掘起力減小，插入阻力隨鏟斗插入 料堆的深度而急劇增加，l z長(zhǎng)還影響卸載高度；lz短，則掘起力大，并由于卸料時(shí)鏟 斗刃口降落的高度小，可以減小動(dòng)臂舉升高度，縮短作業(yè)時(shí)間。對(duì)裝載輕質(zhì)物料為主 的鏟斗，lz可以選用大些；對(duì)

28、裝載巖石料的鏟斗。lz應(yīng)取小些。 lz =?,Ro =1.1Ro=1370mm 公式（6） 擋板高度鼠：是指斗上緣至斗底圓弧與后壁相切點(diǎn)間的距離。 鼠過(guò)小，易漏料； lk過(guò)大則增加鏟斗外形。影響駕駛員視線。 Lk =九k Ro =O.13Ro= 162mm公式（7） 鏟斗圓弧半徑Ri：鏟斗圓弧半徑大，物料進(jìn)入鏟斗的流動(dòng)性好，物料裝入斗內(nèi)阻 力減小。卸料快速干凈；但Ri過(guò)大，斗的開口太大，物料不易裝滿，且鏟斗較高，不 利于駕駛員觀察鏟斗刀刃作業(yè)情況。 R = KrR0 =0.35R0 = 435.75mm公式（8） 鏟斗上的動(dòng)臂較銷距斗底的高度: hb =(0.06~0.12)

29、R0 三 0.10R0 = 124.5mm公式(9) 鏟斗側(cè)壁切削刃相對(duì)于斗底的傾角 a。=50。~60九在選擇工時(shí)，使側(cè)壁切削刃與 擋板的夾角為90%切削刃的削尖角 耳=30口~402 2.3.4. 斗容的計(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）Vg 鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定： Vg =A0 x B0 X10^ （ m3） 公式（10） 對(duì)于裝有擋板的鏟斗： 2 2 _9 3 一 Vk = （AB0 - a b）父 10 m 公式（11） 3 根據(jù)有關(guān)計(jì)算有 a = Lk = 0.162m B0

30、= 2.827m b = CN2 ND2 , 公式（12） 二,LZ Lg LK -2LgLz cos - <■1.372 1.7432 0.1622 -2 1.743 1.37cos500 =1.425m A——鏟斗橫斷面面積，如圖2—5中所示陰影面積 Bo ——鏟斗內(nèi)壁寬（m）, a 擋板局度（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 2 9 3 Vk =（ab0 --a b） 10 m 3 2 2 9 = （0.886x2.807 — =<0.162 父 1.425）父 10 公式（13） 3 9 3 = 2.

31、485 10 m （2）額定斗容（堆裝斗容）Vh 鏟斗堆裝的額定斗容Vh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。 .2 2 VH = VK [ 0 - - a c ] 10 "9m3 8 6 公式（14） 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， Go 再由d4點(diǎn)作直線d4N與Go垂直，將n4N垂線向下延長(zhǎng)，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 c 1 ba G =  b 4 2

32、=0.25父1.425十一 —— 公式(15) 2.1.4252 -0.1622 =0.28m 鏟斗堆裝的額定斗容Vh b Bo b2 ? 3 Vh =Vk [ 0 - 一 a c ] 10 m 公式（16） 8 6 2 2 1 4252 2 807 1 4252 Q = 2.485 [1^25—2^07 _1^25_ 0.162 0.28] 10 8 6 _9 3 = 3.0489 10 m 鏟斗斗容的誤差率 3 - 3.0489 100% 公式（17） = 1.63% :二 5% 所以鏟斗的設(shè)計(jì)合格 2.3.5 .斗齒的設(shè)計(jì) 鏟斗斗刃上可以由

33、斗齒，也可以沒(méi)有斗齒。若斗刃上裝有斗齒，斗齒將先于切削 刃插入料堆，由于它比壓大（即單位長(zhǎng)度插入力大），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(duì)料堆比較密實(shí)，大塊較多的情況，效果 尤為明顯。 斗齒結(jié)構(gòu)分整體式和分體式兩種。一般斗齒是用高鉆鋼制成的整體式，用螺栓固 定在鏟斗斗刃上。 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 250~500mm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 問(wèn)易卡住石塊，也將增大工作阻力。長(zhǎng)而窄的齒要比短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 500-6

34、00kg為宜。初選齒間距為320mm 斗齒寬度為60mm斗齒長(zhǎng)度為300mm 2.3.6 鏟斗的受力分析 （1）外載荷確定原則 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

35、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)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)鏟斗或舉開動(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(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

36、況，如圖 3—5所示。 (b)垂直對(duì)稱工況 (a)水平對(duì)稱工況 (c)水平偏載工況 (d)垂直偏載工況  （c）水平垂直對(duì)稱同時(shí)作用工況 （d）水平垂直偏載同時(shí)作用工況 圖3— 5工作裝置外載荷工況 （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。 ①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)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

37、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(lái)確定: Fx =9.8K1K2K3K4BL1.25 (N) 公式（18） 式中K1 ——物料塊度與松散程度系數(shù)，（查表可得） K2——物料性質(zhì)系數(shù)，（查表可得） K3 ——料堆高度系數(shù)，（查表可得） 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 得至ij: F=9.8 3 1.0 3 0.0453 1.103 1.3 3 2903 401.25 =18397 （N ②掘起阻力

38、 掘起阻力就是指鏟斗插入料堆一定深度后，舉開動(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)臂的舉開掘起阻力逐漸減小。 鏟斗開始舉開時(shí)物料的剪切力按下式計(jì)算 Fz =2.2KBLc z c (N) 公式（19） 式中 K ——開始舉開鏟斗時(shí)物料的剪切應(yīng)力，它通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，對(duì)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，m Lc —

39、—鏟斗插入料堆的深度, 得至上 F =2.2 3 350003 2.9 3 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(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 Ma0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 2—7）, 一直到鏟斗前切削 刃離開料堆坡面線為止（a=a）。開始鏟取時(shí)（a=0）的靜阻力矩Ma0為 Ma0 =1.1Fx 0.4 式中 Fx 開始轉(zhuǎn)斗時(shí)的插入阻力，18397N

40、鏟斗回轉(zhuǎn)中心與斗刃的水平距離， 鏟斗回轉(zhuǎn)中心與地面的垂直距離， 鏟斗的插入深度，0.4m 1.13m 0.26m 得到 Ma0 =1.1Fx 0.4 a 0 x 公式（21） =1.1 3 183973 [0.4 3 ( 1.13 —0.253 0.4) +0.26] =13599 (N2 項(xiàng) 圖3—6轉(zhuǎn)斗靜阻力矩與鏟斗轉(zhuǎn)角的關(guān)系 掘起阻力矩Ma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Ma為 Ma=Ma0(1—can)公式(21) 式中 1g 2 公式(22) n=— Ma0 M -Ma a a0 ,a 1g 3

41、 M^ 公式(23) (a) Mao a'——鏟斗離開料堆時(shí)的翻轉(zhuǎn)角度 Ma'——鏟斗離開料堆時(shí)，由物料重力產(chǎn)生的阻力矩， N2 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 Mz=Ma0+(GH +Gc)Lb 公式(24) 式中 Ma0 Gh Gc LB 得到 Mz ——轉(zhuǎn)斗阻力矩，N2 m -開始轉(zhuǎn)斗靜阻力矩，13599 N2 m 輪式裝載機(jī)額定載重量重力，49000 N 鏟斗自重力，13470N 鏟斗中心至回轉(zhuǎn)中心B的水平距離(圖2—8), Mz=Ma

42、0 +(Gh +Gc)Lb 公式 心6 0.5m =13599+ (49000+13470) 3 0.5 =44834 (N2 m 圖3—7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), 連桿錢銷上的力Fc （圖2—8）為 作用在鏟斗與轉(zhuǎn)斗 Fc Mz Lc (N) 公式（26） 式中Lc鏟斗回轉(zhuǎn)中心至 Fc的作用線的垂直距離，0.430m 得到 匚 Mz FcH 公式（27） =44834/0.43 =104265 (N) 3. 結(jié) 論 本課程設(shè)計(jì)主旨是對(duì) zL50 裝載機(jī)的鏟斗進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析

43、設(shè)計(jì)，本次課程設(shè)計(jì)以裝 載機(jī)的概念、工作原理、工作性質(zhì)參數(shù)、發(fā)展?fàn)顩r以及發(fā)展趨勢(shì)為主題，來(lái)設(shè)計(jì)裝載 機(jī)的鏟斗結(jié)構(gòu)。通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)得出如下結(jié)論： ① 裝載機(jī)是一種作業(yè)效率高、操作輕便、用途廣泛的施工機(jī)械。它即可以當(dāng)淺 層挖掘機(jī)，也可以當(dāng)短程的運(yùn)輸機(jī)械來(lái)使用。 ② 裝載機(jī)的連桿不同就具有不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)， 所對(duì)應(yīng)的技術(shù)參數(shù)和工作狀況也 就不同。 ③ 裝載機(jī)隨著時(shí)間的發(fā)展越來(lái)越智能化， 能大幅度的降低勞動(dòng)強(qiáng)度， 提高效率。 ④ 裝載機(jī)的鏟斗形狀是由工作環(huán)境和作業(yè)對(duì)象性質(zhì)所決定的。 ⑤ 裝載機(jī)的工作過(guò)程不一樣所對(duì)應(yīng)的鏟斗工況也就不一樣。 [1] 秦四成，工程機(jī)械設(shè)計(jì)，北京，科學(xué)出

44、版社， 2003.1 [2] 李自光，公路施工機(jī)械，北京，人民交通出版社， 2008. [3] 吳永平，工程機(jī)械設(shè)計(jì)，北京，人民交通出版設(shè)， 2005. [4] 宋永剛。工程機(jī)械專業(yè)英語(yǔ)，北京，人民交通出版社， 2006 [5] 郭小宏，公路工程施工機(jī)械化管理，北京，人民交通出版社， 2009 [6] 武建軍，機(jī)械工程材料，北京，國(guó)防工業(yè)出版社， 2009 [7] 解明芳，材料力學(xué)，上海，同濟(jì)大學(xué)出版社， 2005 [8] 章躍主編；機(jī)械制造專業(yè)英語(yǔ) .機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 [9] 楊占敏，王智明張春秋等編著；輪式裝載機(jī) .化學(xué)工業(yè)出版社， 2006.1 [10]楊國(guó)平，現(xiàn)代工程機(jī)械技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 圖3—2鏟斗基本參數(shù)簡(jiǎn)圖 根據(jù)幾何簡(jiǎn)圖（見圖3—2）可以計(jì)算鏟斗橫截面積為 A =R2{[0.5%（% +%cosZ）sin"]—￡2[cot^—0.5n（1—日）]}（mm* 2）公式（2） 2 180 而鏟斗的幾何容積Vs = A0MB0 ,可得回傳半徑為