【正文】 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(diǎn)轉(zhuǎn)動進(jìn)行卸料時(shí)，鏟斗傾斜角不小于45176。，卸料后動臂下降時(shí)又能使鏟斗自動放平。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。第二三代產(chǎn)品主要是對工作裝置進(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)是通過工作裝置的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。 裝載機(jī)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(jī)構(gòu)，在裝載機(jī)工作時(shí)要保證：當(dāng)動臂處于某種作業(yè)位置不動時(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；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時(shí)，動臂在動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；而在動臂下降時(shí)，又自動將鏟斗放平，以減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(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(jī)構(gòu)，則在動留提升、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(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(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)動時(shí)，鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動方向相同(圖1—3a、b、c、d)。其運(yùn)動特點(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(jī)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(diǎn)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(shí)，鏟斗的后傾角適當(dāng)，則動管在運(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(shí)，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(shí)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(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)動時(shí)，鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動方向相反(圖13e)。其運(yùn)動特點(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)鏟斗自動放平(圖1—2e)；搖臂——連桿的傳動比較小。 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 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； —／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(jī)，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(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(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(jī)，在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)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(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，見圖2—2)越大，鏟掘時(shí)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(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 （21）使用平裝斗容計(jì)算公式：式中 ——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?！P斗內(nèi)側(cè)寬度(米)； ——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 a1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）斗底長度Lg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(shí)，應(yīng)保證側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為。因此取α0=500，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)。對于裝有擋板的鏟斗： （2—10） 根據(jù)有關(guān)計(jì)算有 （2—11） A——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)。 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)：根據(jù)科堆坡度角可得料堆尖端點(diǎn)肘，再由d4點(diǎn)作直線d4N與Go垂直，將n4N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(diǎn)與料堆尖端之間的距離，即為物料堆積高度G。 （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)等擬定購設(shè)計(jì)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(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：