【正文】 ┈┈┈┈┈┈ 41 轉(zhuǎn)斗油缸與動臂油缸被動作用力的確定 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ ┈┈ 42 6. 工作裝置的限位機構(gòu) ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 42 鏟斗轉(zhuǎn)角限位裝置 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 42 動臂升降的自動限位機構(gòu) ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 43 參考文獻 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 45 致 謝 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 46 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 前 言 裝載機是以輪胎式或履帶式拖拉機為基礎(chǔ)車，安裝上鏟斗作為工作裝置的一種土方工程機械。它 是一種作業(yè)效率高、操作輕便、用途廣泛的施工機械，它不僅用來對松散的堆積物料進行裝、運、卸等作業(yè)，還可以鏟裝爆破后的礦石以及對硬土進行輕度挖掘，并能用來進行清理、刮平場地及牽引等作業(yè)。裝載機的鏟掘和裝卸物料是通過工作裝置的運動而得以實現(xiàn)的，裝載機工作裝置由鏟斗、動臂、連桿、搖臂和轉(zhuǎn)斗油缸、動臂油缸等組成。整個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。動臂與車架、動臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動臂的升降采用液壓操縱。裝載機作業(yè)時工作裝置應(yīng)能保證：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖、動臂油缸舉升 或降落時，連桿機構(gòu)使鏟斗上下平動或接近平動，以免鏟斗傾斜而撒落物料；當(dāng)動臂處于任何位置、鏟斗繞動臂鉸點轉(zhuǎn)動進行卸料時，鏟斗傾斜角不小于 45176。，卸料后動臂下降時又能使鏟斗自動放平。綜合國內(nèi)外裝載機工作裝置的結(jié)構(gòu)型式，主要有七種類型，即按連桿機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)不同，分為三桿式、四桿式、五桿式、六桿式和八桿式等；按輸入和輸出桿的轉(zhuǎn)向是否相同又分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)等。工作裝置直接影響到裝載機的性能參數(shù)和其作業(yè)效率。 ZL40／ ZL50 裝載機，主要裝載機生產(chǎn)廠家均擁有該產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品幾十年來沿續(xù)至今，全國幾乎使用同一套圖 紙，有些技術(shù)力量薄弱的廠家，仍把其當(dāng)作主導(dǎo)產(chǎn)品推向市場。第二三代產(chǎn)品主要是對工作裝置進行優(yōu)化，改變外觀造型。 所以，合理的設(shè)計工作裝置的結(jié)構(gòu)是非常重要的。 常見的有關(guān)輪式裝載機的工作裝置設(shè)計中，廣泛采用反轉(zhuǎn)六連桿機構(gòu)為例進行設(shè)計以及放平性、工作強度的校核，本次設(shè)計中在沒有同類正轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計資料的前提下，反復(fù)琢磨工作裝置的工作原理，并使用機械設(shè)計軟件 AUTOCAD 進行工作裝置的各鉸接點的設(shè)計，所以在進行有關(guān)校核時直接應(yīng)用繪圖尺寸，可以保證精度要求，此設(shè)計資料也可以作為今后正轉(zhuǎn)工作裝置的設(shè)計參考。當(dāng)然，在設(shè)計中難 免有疏忽以及錯誤的地方，望批評指正。 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 1. 裝載機工作裝置設(shè)計概述 裝載機工作裝置設(shè)計概述 裝載機鏟掘和裝卸物料的作業(yè)是通過工作裝置的運動實現(xiàn)的。 裝載機的工作裝置由鏟斗、動臂、搖臂 —— 連桿 (或托架 )及液壓系統(tǒng)等組成 (圖 1— 1)。鏟斗用以鏟裝物料；動臂和動臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂 —— 連桿(或托架 )使鏟斗轉(zhuǎn)動。動臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動采用液壓操縱。 由動臂、動臂油缸、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂 —— 連桿 (或托架 )及車架相互鉸接 所構(gòu)成的連桿機構(gòu)，在裝載機工作時要保證：當(dāng)動臂處于某種作業(yè)位置不動時，在轉(zhuǎn)斗油缸作用下，通過連桿機構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時，動臂在動臂油缸作用下提升或下降鏟斗過程中，連桿機構(gòu)應(yīng)能使鏟斗在提升時保持平移或斗底平面與地面的夾角變化控制在很小的范圍，以免裝滿物料的鏟斗由于鏟斗傾斜而使物料撒落；而在動臂下降時，又自動將鏟斗放平，以減輕駕駛員的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。 結(jié)構(gòu)型式選擇 裝載機工作裝置的結(jié)構(gòu)型式分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種。 有鏟斗托架的工作裝置如圖 1— 1a 所示。其動 臂和連桿的后端與車架支座鉸接，動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、動臂、連桿及車架支座構(gòu)成的是平行四連桿機構(gòu)，則在動留提升、轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時，鏟斗始終保持平移，斗內(nèi)物科不會撤落。 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，在托架太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 上裝上起重叉便可進行起重及叉車作業(yè)。 有鏟斗托架的工作裝置，結(jié)構(gòu)比較簡單，同時，由于轉(zhuǎn)斗油缸及鏟斗都是直接鉸接在托架上，所以鏟斗的轉(zhuǎn)動角較大。但由于在動管前端裝有較重的托架，所以減少了鏟斗的載重量。 國產(chǎn) ZL3 Z1— 160 裝載機均采用有鏟斗托架的工作裝置。 無鏟斗托架的工作裝置如圖 1— 1b 所示。其動臂的前端和鏟斗鉸接，動管的后端和車架上部支座鉸接，動管油缸兩端分別和動管及車架底部支座鉸接，轉(zhuǎn)斗油缸一端和車架鉸接，另一端和搖臂鉸按，搖臂則鉸接在動臂上，連桿一端和搖臂鉸接，另一端和鏟斗鉸接。 根據(jù)搖臂 —— 連桿數(shù)目及鉸接位置的不同，可組成不同型式的連桿機構(gòu)。不同型式的連桿機構(gòu)，鏟斗的鏟起力 P 隨鏟斗轉(zhuǎn)角 α 的變化關(guān)系，傾斜時的角速度大小以及工作裝置的運動特性也不同。因此，裝載機工作裝置結(jié) 構(gòu)型式的選擇，既要考慮結(jié)構(gòu)簡單，又要考慮作業(yè)性質(zhì)與鏟掘方式來確定 (圖 1— 2)。 正轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)的工作裝置，當(dāng)機構(gòu)運動時，鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動方向相同 (圖 1— 3a、 b、 c、 d)。其運動特點是：發(fā)出最大鏟起力 P 時的鏟斗轉(zhuǎn)角 α 是負的 (圖 1— 2a 曲線① )，有利于地面的挖掘 (圖 1— 2b)，鏟斗傾斜時的角速度大，易于抖落砂土，但沖擊較大。 正轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)又可分為正轉(zhuǎn)單連桿 (圖 1— 2a、 b)和正轉(zhuǎn)雙連桿 (圖 1— 2c、 d)兩種形式。單連桿機構(gòu)的連桿數(shù)目少，結(jié)構(gòu)簡單，易于布置，一般也能較好地滿足作業(yè)要求。缺點是鏟起力 變化曲線陡峭 (圖 1— 2 曲線① )；搖臂 —— 連桿的傳動比較小，為提高傳動比，需加長搖臂 —— 連桿的長度，給結(jié)構(gòu)布置帶來困難，并影響駕駛員的視野。雙連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，轉(zhuǎn)斗油缸也難于布置在動臂下方， 但搖臂 —— 連桿的傳動比較大，因此搖臂 —— 連桿尺寸可以減小，駕駛員的視野較好，鏟起力變化曲線平緩 (圖 1— 2a 曲線② )，適于利用鏟斗及動臂復(fù)合鏟掘的作業(yè) (圖 1— 2c)。缺點是提升動臂鏟斗便后傾，因此，如保證動臂在最大卸載高度時，鏟斗的后傾角適當(dāng)，則動管在運輸位置時，鏟斗 的后傾角較小，易造成鏟斗內(nèi)物料的撒落。 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 圖 1— 2 常見工作裝置結(jié)構(gòu)形式 正轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)，因總體結(jié)構(gòu)布置及動臂形狀的不同．而將轉(zhuǎn)斗油缸布置在不同的位置上。如將轉(zhuǎn)斗油缸布置在動臂上方 (圖 3— 3b、 d)，則在動臂提升時，轉(zhuǎn)斗油缸軸線與動臂軸線不會交叉，因而這種布置便于實現(xiàn)動臂、搖臂 —— 連桿與轉(zhuǎn)斗油缸的中心線布置在同一平面內(nèi)，工作裝置受力較好。缺點是當(dāng)鏟斗鏟裝物科時油缸的小腔工作，因而使鏟斗油缸的缸徑與重量增大。國產(chǎn) zK4— 10 裝載機的工作裝置就是采用這種正轉(zhuǎn)雙連桿機構(gòu)。 反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)的工作 裝置，當(dāng)機構(gòu)運動時，鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動方向相反 (圖13e)。其運動特點是，發(fā)出最大鏟起力 P 時的鏟斗轉(zhuǎn)角 α 是正的，且鏟起力變化曲線陡峭 (圖 1— 2a 曲線③ )，因此，在提升鏟斗肘的鏟起力較大，適于裝載礦石 (圖 1— 2d)，不利于地面的挖掘；鏟斗傾斜時的角速度小，卸料平緩，但難于抖落砂土；升降動臂時能基本保持鏟斗平移，因此物料撒落少，易于實現(xiàn)鏟斗自動放平 (圖 1— 2e)；搖臂 —— 連桿的傳動比較小。 反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)多采用單連桿，雙連桿機構(gòu)布置較困難。反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)當(dāng)鏟斗位于運輸位置時，連桿與動臂軸線相交，因此，難于 布置在同一平面內(nèi)。但由于這種型式結(jié)構(gòu)簡單，鏟起力較大，所以中小型裝載機采用較多。國產(chǎn) zL50 裝載機的工作裝置就是這種反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu) (圖 1— 1b)。 應(yīng)當(dāng)指出，正、反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)都是非平行四邊形機構(gòu)。因此，在動臂提升過程中，鏟斗或多或少總要向后翻轉(zhuǎn)一些。 2. 鏟斗的設(shè)計 設(shè)計要求 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 鏟斗是直接用來切削、收集、運輸和卸出物料，裝載機工作時的插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機的作業(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度和剛度，同時要耐磨。 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裝載客重 — 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 — 倍，用來鏟掘容重 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 ~，用來裝載容重大于 2 噸／米 3 的物料 (如鐵礦石、巖石等 )。用于土方工程的裝載機，因作業(yè)對象 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。 鏟斗斗型的結(jié)構(gòu)分析 切削刃的形狀 鏟斗切削刃的形狀根據(jù)鏟掘物料的種類不同而不同，一般分為直線型和非 直線型兩種（圖 2— 1)。 直 線型切削刃簡單并利于地面刮平作業(yè)，但切削阻力較大。非 直 線型切削刃 有 v 型和弧型等，裝載機用得較多的是 v 型斗刃。這種切削刃由于中間突出，在插入料堆時，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆，同時對減少“偏裁切入”有一定的效果。但鏟斗的裝滿系數(shù)要小于 直 線型斗刃的鏟斗。 鏟斗 的斗齒 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 裝有斗齒的鏟斗在裝載機作業(yè)時，插入力由斗齒分擔(dān)，形成較大的比壓，利于插入密實的料堆或松物料或撬起大的塊狀物料，便于鏟斗的插入，斗齒磨損后容易更換。因此，對主要用于鏟裝巖石或密實物料的裝載機，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隊其鏟斗可以不裝斗齒。 斗齒的形狀對切削阻力有影響：對稱齒形的切削阻力比不對稱齒形的大；長而狹窄的齒比寬而短的齒的切削阻力要小。 鏟斗的側(cè)刃 弧線型側(cè)刃的插入阻力比 直 線型側(cè)刃小，但弧線型側(cè)刃容易從兩側(cè)泄漏物料，不利于鏟斗的裝滿 ，適于鏟裝巖石。 斗體形狀 對主要用于土方工程的裝載機，在設(shè)計鏟斗時要考慮斗體內(nèi)的流動性，減少物料在斗內(nèi)的移動或滾動阻力，同時要有利于在鏟裝粘性物料時有良好的倒空性。 鏟斗底板的弧度 (圓弧半徑 1R ，見圖 2— 2)越大，鏟掘時泥土的流動性越好，但對于流動性差的巖石等，則應(yīng)將底邊加長而弧度減小，使鏟斗容積加大，比較容易鏟取。但是，當(dāng)?shù)走呥^長，則鏟斗的鏟起力變小，且鏟斗插入料堆的插入阻力與刃口的插入深度成比例的急劇增加， 如圖 2— 3 所示。相反 ，如底邊短，不但鏟斗的鏟起力大，而且卸載時，斗刃口的降落高度小，也易于將物料卸凈。因此，鏟斗轉(zhuǎn)鉸銷的位置以近于刃口處為好，在極端時也有將轉(zhuǎn)鉸銷布置在鏟斗內(nèi)部，如圖 2— 4 所示。 鏟斗基本參數(shù)的確定 鏟斗寬度 gB 應(yīng)大于輪胎外側(cè)寬度 100 一 200mm ，以防止鏟掘物料所形成的階梯地面，而損傷輪胎側(cè)面和容易打滑而影響牽引力。 鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 0R 是指鏟斗的轉(zhuǎn)鉸中心 B 與切削刃之間的距離 (圖 2— 4)。由于鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 0R 不僅影響鏟起力和插入阻力的大小，而且與整機的總體參數(shù)有關(guān)。因此鏟斗的其它參數(shù)依據(jù)它來決定。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 0R 可按下式計算 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 11 使用平裝斗容計算公式 : （ 21） ?????? ?????? ?????? ?????? o ts i n)c o s(0020210 ????????? bkzgpBVR 式中 PV —— 幾何斗容量 (m 3)； B。 —— 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度 (m )； g? —— 鏟斗斗底長度系數(shù)，通常 ~?g? z? 一 — 后斗壁長度系數(shù)，通常 ~?z? ； k? —— 擋板高度系數(shù)，通常 ~?k? ； b? —— 斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常 ~?b? ； 1? —— 擋板與后斗壁問的夾角，通常 001 10~5?? ； 0? —— 斗底和后斗壁間的夾角，通常 000 52~48?? ， (有推薦 00 65~55 )。10 2)~( abbB w ???? （ 2—2） 299820259820212400 ??????B mm 式中 1a 鏟斗側(cè)壁切削刃的厚度 取 mmma ??