【正文】 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(méi)有同類(lèi)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。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(guò)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(chē)架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過(guò)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(chē)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(guò)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(guò)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(mǎn)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(wú)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(chē)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(chē)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(chē)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(guó)產(chǎn)ZL3Z1—160裝載機(jī)均采用有鏟斗托架的工作裝置。 無(wú)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(chē)架上部支座鉸接，動(dòng)管油缸兩端分別和動(dòng)管及車(chē)架底部支座鉸接，轉(zhuǎn)斗油缸一端和車(chē)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(jiǎn)單，又要考慮作業(yè)性質(zhì)與鏟掘方式來(lái)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(xiàn)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(jiǎn)單，易于布置，一般也能較好地滿(mǎn)足作業(yè)要求。缺點(diǎn)是鏟起力變化曲線(xiàn)陡峭(圖1—2曲線(xiàn)①)；搖臂——連桿的傳動(dòng)比較小，為提高傳動(dòng)比，需加長(zhǎng)搖臂——連桿的長(zhǎng)度，給結(jié)構(gòu)布置帶來(lái)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(xiàn)平緩(圖1—2a曲線(xiàn)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。 圖1—2 常見(jiàn)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(xiàn)與動(dòng)臂軸線(xiàn)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(xiàn)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(guó)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(xiàn)陡峭(圖1—2a曲線(xiàn)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(xiàn)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(jiǎn)單，鏟起力較大，所以中小型裝載機(jī)采用較多。國(guó)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(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) 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(lèi)型； —／米3的物料(如砂、碎石、松散泥土等)：增加斗容的鏟斗，—，／米3左右的物料(如煤、煤渣等)；減少斗容的鏟斗，~，用來(lái)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(lèi)不同而不同，一般分為直線(xiàn)型和非直線(xiàn)型兩種（圖2—1)。直線(xiàn)型切削刃簡(jiǎn)單并利于地面刮平作業(yè)，但切削阻力較大。非直線(xiàn)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(mǎn)系數(shù)要小于直線(xiàn)型斗刃的鏟斗。 鏟斗的斗齒 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(chēng)齒形的切削阻力比不對(duì)稱(chēng)齒形的大；長(zhǎng)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(xiàn)型側(cè)刃的插入阻力比直線(xiàn)型側(cè)刃小，但弧線(xiàn)型側(cè)刃容易從兩側(cè)泄漏物料，不利于鏟斗的裝滿(mǎn)，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，見(jiàn)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(zhǎng)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^(guò)長(zhǎng)，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(xiāo)的位置以近于刃口處為好，在極端時(shí)也有將轉(zhuǎn)鉸銷(xiāo)布置在鏟斗內(nèi)部，如圖2—4所示。 鏟斗基本參數(shù)的確定 鏟斗寬度應(yīng)大于輪胎外側(cè)寬度100一200，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)半徑可按下式計(jì)算 使用平裝斗容計(jì)算公式: （21）式中 ——幾何斗容量 (3)；B?！P斗內(nèi)側(cè)寬度()； ——鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù)，通常 一—后斗壁長(zhǎng)度系數(shù)，通常；——擋板高度系數(shù)，通常； ——斗底和后斗壁直線(xiàn)間的圓弧半徑系數(shù)，通常；——擋板與后斗壁問(wèn)的夾角，通常；——斗底和后斗壁間的夾角，通常， (有推薦)。 （2—2） mm式中 鏟斗側(cè)壁切削刃的厚度 取b—輪距 bw輪胎寬度 根據(jù)設(shè)計(jì)資料有 （2—3）所以有： （2—4）斗底長(zhǎng)度是指由鏟斗切削刃到斗底與后斗壁交點(diǎn)的距離： （2—5）后斗壁長(zhǎng)度是指出后斗壁上緣到與斗底相交點(diǎn)的距離 （2—6）擋板高度： （2—7）鏟斗圓弧半徑： （2—8）鏟斗與動(dòng)臂鉸銷(xiāo)距斗底的高度: (29)鏟斗側(cè)壁切削刃相對(duì)于斗底的傾角。在選擇時(shí)，應(yīng)保證側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為。因此取=600，切削角δ0=300。 斗容的計(jì)量鏟斗的斗容量可以根據(jù)鏟斗的幾何尺寸確定。(平裝斗容)鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定(圖2—5)。對(duì)于裝有擋板的鏟斗： （2—10） 根據(jù)有關(guān)計(jì)算有 （2—11） ——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)。扇形AGF的面積直角GFN直角GAC直角CND== 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(圖2—5) （212）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2—5)：由M點(diǎn)作直線(xiàn)MN與CD垂直，將MN垂線(xiàn)向下延長(zhǎng)，與斗刃刃口和擋板最下端之間的連線(xiàn)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。 （2—13）鏟斗斗容的誤差率 （2—14）所以鏟斗的設(shè)計(jì)合格。3. 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)裝載機(jī)用途、作業(yè)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等擬定購(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，選定了工作裝置的結(jié)構(gòu)形式后，便可進(jìn)行工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。額 定 斗 容： 3 m3額 定 載 重 量： 50 KN 整 機(jī) 質(zhì) 量： t 輪 距： 2240 mm 軸 距： 2760 mm 輪 胎 規(guī) 格： —24 最大 卸載 高度： 3200 mm 最小 卸載 距離： 1250 mm 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括： 1)確定動(dòng)臂長(zhǎng)度、形狀及與車(chē)架的鉸接位置。 2)確定動(dòng)臂油缸的鉸接位置及動(dòng)臂油缸的行程。 3)連桿機(jī)構(gòu)(由動(dòng)臂、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂——連桿或托架等組成)的設(shè)計(jì)。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求： 1)保證滿(mǎn)足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中所規(guī)定的使用性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求，如最大卸載高度、最大卸載距離、在任何位置都能卸凈物料并考慮可換工作裝置等。 2)保證作業(yè)時(shí)與其它構(gòu)件無(wú)運(yùn)動(dòng)干涉。 3)保證駕駛員有良好的勞動(dòng)條件，如工作安全、視野開(kāi)闊、操作簡(jiǎn)便等。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，因?yàn)榻M成工作裝置的各構(gòu)件的尺寸及位置的相互影響，可變性很大。對(duì)于選定的結(jié)構(gòu)形式，在滿(mǎn)足上述要求下，可以有各種各樣的構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置。因此，只有在綜合考慮各種因素的前提下，對(duì)工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，通過(guò)多方案比較，才能最后選出最佳構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置，使所設(shè)計(jì)的工作裝置不僅滿(mǎn)足使用要求，況且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。由于現(xiàn)今國(guó)內(nèi)、外購(gòu)輪胎式裝載機(jī)廣泛地采用反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)，并且它的設(shè)計(jì)難度較大，又有一定的代表性，所以以其為例，闡述工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)，以求舉一反三。 機(jī)構(gòu)分析反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)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)內(nèi)轉(zhuǎn)斗油缸GF、搖臂FED、連桿DC、鏟斗BC、動(dòng)臂AEB和機(jī)架AG六個(gè)構(gòu)件組成。當(dāng)舉升油缸閉鎖時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞B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(duì)A點(diǎn)作牽連運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又相對(duì)動(dòng)臂繞B點(diǎn)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這在作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析時(shí)必須注意。 設(shè)計(jì)方法 因?yàn)楣ぷ鳈C(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)直接與整機(jī)的基本性能和工作參數(shù)有關(guān)，所以通常是先初步設(shè)計(jì)出整機(jī)的主要參數(shù)，然后以其為條件，再進(jìn)行連桿系統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì)。 不管用什么方法確定各鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)值，但最終都必須滿(mǎn)足對(duì)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的各種要求。在運(yùn)動(dòng)學(xué)方面，必須滿(mǎn)