【正文】 場(chǎng)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。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)，鏟斗傾斜角不小于 45176。，卸料后動(dòng)臂下降時(shí)又能使鏟斗自動(dòng)放平。綜合國內(nèi)外裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)型式，主要有七種類型，即按連桿機(jī)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(jī)構(gòu)等。工作裝置直接影響到裝載機(jī)的性能參數(shù)和其作業(yè)效率。 ZL40／ ZL50 裝載機(jī)，主要裝載機(jī)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(chǎng)。第二三代產(chǎn)品主要是對(duì)工作裝置進(jìn)行優(yōu)化，改變外觀造型。 所以，合理的設(shè)計(jì)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(jī)的工作裝置設(shè)計(jì)中，廣泛采用反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)以及放平性、工作強(qiáng)度的校核，本次設(shè)計(jì)中在 沒有同類正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)資料的前提下，反復(fù)琢磨工作裝置的工作原理，并使用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件 AUTOCAD 進(jìn)行工作裝置的各鉸接點(diǎn)的設(shè)計(jì)，所以在進(jìn)行有關(guān)校核時(shí)直接應(yīng)用繪圖尺寸，可以保證精度要求，此設(shè)計(jì)資料也可以作為今后正轉(zhuǎn)工作裝置的設(shè)計(jì)參考。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中難免有疏忽以及錯(cuò)誤的地方，望批評(píng)指正。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 2 1. 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)概述 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 概 述 裝載機(jī)鏟掘和裝卸物料 的作業(yè)是通過工作裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。 裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗、動(dòng)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(dòng)臂 和動(dòng) 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(dòng)。動(dòng)臂 的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)采用液壓操縱。 由動(dòng)臂、動(dòng)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(jī)構(gòu)，在裝載機(jī)工作時(shí)要保證：當(dāng)動(dòng)臂處于某種作業(yè)位置不動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)斗油 缸 作用下，通過連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其 鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油 缸 閉鎖時(shí)，動(dòng)臂在動(dòng)臂油缸作用下提升或下降鏟斗過程中，連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)能使鏟斗在提升時(shí)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(dòng)臂下降時(shí)，又自動(dòng)將鏟斗放平，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 結(jié)構(gòu)型式選擇 裝載機(jī)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(dòng)臂和連桿的后端與車架支座鉸接，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)。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 3 有鏟斗托架的工作裝置，結(jié)構(gòu)比較簡單，同時(shí)，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(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。 國產(chǎn) ZL3 Z1— 160 裝載機(jī)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(dòng)臂的前端和鏟斗鉸 接，動(dòng)管的后端和車架上部支座鉸接，動(dòng)管油缸兩端分別和動(dòng)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(dòng) 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(jī)構(gòu)。不同型式的連桿機(jī)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(shí)的角速度大小以及工作裝置的運(yùn)動(dòng)特性也不同。因此，裝載機(jī)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(jī)構(gòu)的工作裝置，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 (圖 1— 3a、 b、 c、 d)。其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：發(fā)出最大鏟起力 P 時(shí)的鏟斗轉(zhuǎn)角 α 是負(fù)的 (圖 1— 2a 曲線 ① )，有利于地面的挖掘 (圖 1— 2b)，鏟斗傾斜時(shí)的角速度大， 易于抖落砂土，但沖擊較大。 正轉(zhuǎn)連桿機(jī)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(jī)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(diǎn)是鏟起力變化曲線陡峭 (圖 1— 2 曲線① )；搖臂 —— 連桿的傳動(dòng)比較小，為提高傳動(dòng)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(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 較 復(fù)雜，轉(zhuǎn)斗油缸也難于布置在動(dòng) 臂 下方， 但搖臂 —— 連桿的傳動(dòng)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(dòng)臂 復(fù)合鏟掘的作業(yè) (圖 1— 2c)。缺點(diǎn)是提升動(dòng) 臂 鏟斗便后傾，因此，如保證動(dòng)臂在最大卸 載 高度時(shí)，鏟斗的后傾角適當(dāng)，則動(dòng)管在運(yùn)輸位置時(shí)，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)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 4 圖 1— 2 常見工作裝置結(jié)構(gòu)形式 正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)，因總體結(jié)構(gòu)布置及動(dòng)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(dòng)臂 上方 (圖 3— 3b、 d)，則在動(dòng)臂提升時(shí)，轉(zhuǎn)斗油缸軸線與動(dòng)臂軸線不會(huì)交叉，因而 這種布置便于實(shí)現(xiàn) 動(dòng) 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(diǎn)是當(dāng)鏟斗鏟裝物科時(shí)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(jī)的工作裝置就是采用這種正轉(zhuǎn)雙連桿機(jī)構(gòu)。 反 轉(zhuǎn) 連桿機(jī)構(gòu)的工作裝置，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鏟斗與搖 臂 的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反 (圖13e)。其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是，發(fā)出最大鏟起力 P 時(shí)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(shí)的角速度小，卸料平緩， 但 難于抖落砂土；升降 動(dòng)臂時(shí) 能基本保持鏟斗平移，因此物料 撒 落少，易于實(shí)現(xiàn)鏟斗 自動(dòng)放平 (圖 1— 2e)；搖臂 —— 連桿 的 傳動(dòng)比較 小。 反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)多采用單連桿，雙連桿機(jī)構(gòu)布置較困難。反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)當(dāng)鏟斗位于運(yùn)輸位置時(shí)，連桿與動(dòng)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(jī)采用較多。國產(chǎn) zL50 裝載機(jī)的工作裝置就是這種反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu) (圖 1— 1b)。 應(yīng)當(dāng)指出，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) 設(shè)計(jì)要求 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 5 鏟斗是直接用來切削、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(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(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。 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(jī)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(shí)，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆，同時(shí)對(duì)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)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 6 裝有斗齒的鏟斗在裝載機(jī)作業(yè)時(shí)，插入力由斗齒分擔(dān)，形成較大的比壓，利于插入密實(shí)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(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隊(duì)其鏟斗 可以不裝斗齒。 斗齒的形狀對(duì)切削阻力有影響：對(duì)稱齒形的切削阻力比不對(duì)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(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，減少物料在斗內(nèi)的移動(dòng)或滾動(dòng)阻力，同時(shí)要有利于在鏟裝粘性物料時(shí)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(shí)泥土的流動(dòng)性越好，但對(duì)于流動(dòng)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(shí)，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(shí)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 KB 應(yīng)大 于輪胎外側(cè)寬度 100 一 200 毫米，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 R 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 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)它來決定。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R 可按下式計(jì)算 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 7 ?????? ?????? ?????? ?????? o ts i n)c o s(210?????????rkzgBrVR （ 21） 使用平裝斗容計(jì)算公式： ?????? ?????? ?????? ?????? o ts i n)c o s(210?????????rkzgsBVR 式中 KV —— 幾何斗容量 ( 圖 2— 4 中所示陰影斷面 ) ，由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定 (米3)； B。 —— 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度 (米 )； 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? ； R? —— 斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常 ~?R? ； 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） 282710259710021500 ??????B mm 式中 a1鏟斗側(cè)壁切削刃的厚度 取 mmma ?? b— 輪距 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 8bw輪胎寬度 根據(jù)設(shè)計(jì)資料有 mmb mmbw 5972150?? （ 2— 3） 所以有 ： ?????? ?????? ?????? ?????? o ts i n)c o s(2100 ????????? rkzgsBVR （ 2— 4） ? ?mmgR1244180250c o i n5c o 30002000??????????? ?????????????? ?????????斗底長度 Lg 是