【正文】 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。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)ZL3Z1—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。 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 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； —／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 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，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)半徑可按下式計算 使用平裝斗容計算公式: （21）式中 ——幾何斗容量 (3)；B。——鏟斗內(nèi)側(cè)寬度()； ——鏟斗斗底長度系數(shù)，通常 一—后斗壁長度系數(shù)，通常；——擋板高度系數(shù)，通常； ——斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常；——擋板與后斗壁問的夾角，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)計資料有 （2—3）所以有： （2—4）斗底長度是指由鏟斗切削刃到斗底與后斗壁交點的距離： （2—5）后斗壁長度是指出后斗壁上緣到與斗底相交點的距離 （2—6）擋板高度： （2—7）鏟斗圓弧半徑： （2—8）鏟斗與動臂鉸銷距斗底的高度: (29)鏟斗側(cè)壁切削刃相對于斗底的傾角。在選擇時，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)。對于裝有擋板的鏟斗： （2—10） 根據(jù)有關(guān)計算有 （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點作直線MN與CD垂直，將MN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)計合格。3. 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)裝載機用途、作業(yè)條件及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)等擬定購設(shè)計任務(wù)書的要求，選定了工作裝置的結(jié)構(gòu)形式后，便可進行工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。額 定 斗 容： 3 m3額 定 載 重 量： 50 KN 整 機 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)計包括： 1)確定動臂長度、形狀及與車架的鉸接位置。 2)確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程。 3)連桿機構(gòu)(由動臂、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂——連桿或托架等組成)的設(shè)計。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足以下要求： 1)保證滿足設(shè)計任務(wù)書中所規(guī)定的使用性能及技術(shù)經(jīng)濟指標(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)時與其它構(gòu)件無運動干涉。 3)保證駕駛員有良好的勞動條件，如工作安全、視野開闊、操作簡便等。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個比較復(fù)雜的問題，因為組成工作裝置的各構(gòu)件的尺寸及位置的相互影響，可變性很大。對于選定的結(jié)構(gòu)形式，在滿足上述要求下，可以有各種各樣的構(gòu)件尺寸及鉸接點位置。因此，只有在綜合考慮各種因素的前提下，對工作裝置進行運動學(xué)和動力學(xué)分析，通過多方案比較，才能最后選出最佳構(gòu)件尺寸及鉸接點位置，使所設(shè)計的工作裝置不僅滿足使用要求，況且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。由于現(xiàn)今國內(nèi)、外購輪胎式裝載機廣泛地采用反轉(zhuǎn)六桿工作機構(gòu)，并且它的設(shè)計難度較大，又有一定的代表性，所以以其為例，闡述工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計，以求舉一反三。 機構(gòu)分析反轉(zhuǎn)六桿工作機構(gòu)由轉(zhuǎn)斗機構(gòu)和動臂舉升機構(gòu)兩個部分組成。轉(zhuǎn)斗機構(gòu)內(nèi)轉(zhuǎn)斗油缸GF、搖臂FED、連桿DC、鏟斗BC、動臂AEB和機架AG六個構(gòu)件組成。當(dāng)舉升油缸閉鎖時，啟動轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞B點作定軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，舉升油缸動作時，鏟斗將作復(fù)合運動，即一邊隨動臂對A點作牽連運動，同時又相對動臂繞B點作相對轉(zhuǎn)動。這在作機構(gòu)運動分析時必須注意。 設(shè)計方法 因為工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)直接與整機的基本性能和工作參數(shù)有關(guān)，所以通常是先初步設(shè)計出整機的主要參數(shù)，然后以其為條件，再進行連桿系統(tǒng)的尺寸設(shè)計。 不管用什么方法確定各鉸接點的坐標(biāo)值，但最終都必須滿足對工作機構(gòu)設(shè)計提出的各種要求。在運動學(xué)方面，必須滿