【正文】 數(shù)，有利于更有效地使用這種挖掘裝載機(jī)和使這種挖掘裝載機(jī)的工作效率得到最大限度地發(fā)揮。性能分析即設(shè)計合理性分析。本次設(shè)計就是通過對挖掘裝載機(jī)裝載工作裝置進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計以及性能分析 ，來改善產(chǎn)品的性能目前我國又在計劃進(jìn)行西部大開發(fā)，挖掘裝載機(jī)作為工程機(jī)械的一種主要類型，挖掘與運(yùn)移土石方的主要機(jī)械設(shè)備，它的需求量迅速增長，對它的質(zhì)量以及性能也提出了更高的要求。 動臂下降時間為 3～ 6秒。 (3)搖臂做成彎曲形狀起夾角大小主要考慮到空間位置不受干涉而定，一般取 30 度左右，長短臂之比 1。 現(xiàn)代裝載機(jī)日趨向火斗容量發(fā)展為使鏟斗能夠強(qiáng)有力的插入料堆就要求裝載機(jī)有足夠的牽引力因此除采用較大馬力的發(fā) 動機(jī)之外還需要增加車輪的附著重量，以便達(dá)到提高牽引力的目的，所以現(xiàn)代絕大多數(shù)裝載機(jī)都采用四輪驅(qū)動，這樣可以有效的利用車種使全車重量均為附著重量。但本機(jī)械兼顧挖掘和裝載雙重任務(wù)，從總體布局考慮，將發(fā)動機(jī)置與前端，在后端布置單斗挖掘工作裝置。 2．關(guān)于主要功能設(shè)置與系統(tǒng)組成的建議： 裝載及工作裝置是完成鏟裝運(yùn)卸等作業(yè)并帶液壓缸的空間多桿機(jī)構(gòu)工作裝置是組成裝載機(jī)的關(guān)鍵部位之一，其設(shè)計水平的高低直接影響到工作裝置性能的好壞。已成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。 5 第二章：鏟斗設(shè)計．共 5 頁 第二部分： WZ45． 40 裝載工作裝置設(shè)計 2 第 三節(jié)：挖掘裝載機(jī)發(fā)展特點(diǎn) 17 五 、 鏟 斗 舉 升 平 動 分 析 及 最 大 卸 載 高 度 、 最 小 卸 載 距 離 的 確定． 21 第五章：工作裝置的運(yùn)動仿真 32 第六章：工藝分析 在通用拖拉機(jī)前端加裝載裝置，后部加挖掘裝置可改裝變形成前裝后挖拖拉機(jī)，亦稱挖掘裝載機(jī)，俗稱 “ 兩頭忙”。進(jìn)而影響到整機(jī)的工作效率與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。這樣就構(gòu)成了前裝載后挖掘的裝載挖掘機(jī)。 現(xiàn)將本機(jī)主要子系統(tǒng)概述如下： (1)當(dāng)動臂在最低位置時動臂與鏟斗的鉸接點(diǎn)應(yīng)盡量靠近輪胎，當(dāng)鏟斗處丁上翻位置時使其與輪胎有一定間隙而確定動臂與鉸接點(diǎn)的位置。 5左石。 鏟斗前傾時間為 1～ 2秒。雖然，我國的工程機(jī)械行業(yè)，如裝載機(jī)制造業(yè)等在不長的時間內(nèi)有了較快的發(fā)展，但是由于我國的工業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱以及工作中的缺點(diǎn)等原因行業(yè)的發(fā)展尚存在一系列的問題有待解決。 工 作裝置的性能分析過去多采用作圖分析和手工計算法，．工作量繁重，精度較低。本次設(shè)計前面所進(jìn)行的工作裝置 CAD設(shè)計是通過看資料、樣本，通過初步分析、計算而確定的初始方案。 現(xiàn)將裝載機(jī)工作原理介紹如下： 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)動實現(xiàn)的。 由動臂，動臂油缸，鏟斗，轉(zhuǎn)斗油缸，搖臂一連桿或托架及車架相互鉸接所構(gòu)成的連桿機(jī)構(gòu)在裝載及工作時要保證：當(dāng)動臂處于某種作業(yè)位置不動 時，在裝斗油缸的作用下通過連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖使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灑落；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(qiáng)度提高勞動生產(chǎn) 率。 正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的工作裝置當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動時鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動方向相同其運(yùn)動特點(diǎn)是發(fā)出最大鏟起力時的鏟斗轉(zhuǎn)角是負(fù)的，有利于地面的挖掘，鏟斗傾斜時的角速度大易于抖落砂石，但沖擊較火。連桿傳動比大，因此搖臂 ―― 連桿尺寸可以減少，駕駛員的視野較好，鏟起力變化曲線平緩，適于利用鏟斗及動臂復(fù)合鏟掘的作業(yè)。易于實現(xiàn)鏟斗白動放平。但由于這種形式結(jié)構(gòu)簡單鏟起力較大所以中小型裝載機(jī)采用較多。 我國已開發(fā)、試制或生產(chǎn)挖掘裝載機(jī)的廠家及其型號有： (1)北京建筑機(jī)械廠及福建機(jī)器廠開發(fā)出 WZ2A、 WZ2B，北京建筑機(jī)械廠 1969年生產(chǎn) WZ2型挖掘裝載機(jī) (又稱 DY4— 55型 )， 1980 年改進(jìn)設(shè)計，試制了 WZ2A 型挖掘裝載機(jī)， 1981 年 10月通過鑒定。該廠近年還開發(fā)出 WZl6． 15E 型挖掘裝載機(jī)，以 zLl5 裝載機(jī)為基礎(chǔ)，額定裝載質(zhì)量 1500Kg，反鏟額定斗容 0． 14m3，整機(jī)操作質(zhì)量6250Kg o(4)柳州挖掘裝載機(jī)廠 (中外合資 )的、 WZ30． 25 型和 WZ30． 25A 型，裝載部分提升力、反鏟標(biāo)準(zhǔn)斗容分別為 25KN、 1． 0 m3； WZ45． 30 型，裝載部分提升力、反鏟標(biāo)準(zhǔn)斗容分別為 30KN、 1． 25 m3。 (8)柳州工程機(jī)械廠開發(fā)出 WZ25— 20。 7．應(yīng)貫徹的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范： 本機(jī)在設(shè)計和制造中應(yīng)貫徹的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)有： 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) (GB)。設(shè)計所用零部件應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、外構(gòu)件，從而減少設(shè)計和制造的：工作量、縮短設(shè)計和制造周期，提高系統(tǒng)可維護(hù)程 度，有利于降低成本和加快產(chǎn)品改進(jìn)更新步伐。 11．為與外部系統(tǒng)協(xié)調(diào)所需的約束條件： 由于工程機(jī)械工作環(huán)境惡劣，故要求工作裝置的安全系數(shù)較高，同時對輪胎的要求也較高。 13．關(guān)于成熟的技術(shù)結(jié)構(gòu)工藝等繼承的決定和建議： 與原來的技術(shù)資料相比繼承了以前的鏟斗形狀、大小、空間布置，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的外形等。 15。 輪式裝載機(jī)所達(dá)到的裝載量應(yīng)當(dāng)比別的裝載機(jī)器所達(dá)到的鏟裝量稍微大一些。這個過程包括裝載、收斗、舉升、翻斗、下降等過程。通過估計增加或減少的裝載拖運(yùn)物和返回時間可以獲得總共的循環(huán) 時間。 為適應(yīng)裝載機(jī)多功能作業(yè)要求，輪式裝載機(jī)已向一機(jī)功能方向發(fā)展。這種機(jī)型使用范圍很廣，其產(chǎn)品受到用戶的普遍關(guān)注。 隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷加強(qiáng)，建筑、水利工程日益增多。解決了這一問題，才能滿足未來我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅猛發(fā)展的需要。性能分析即設(shè)計合理性分析。同時，通過性能分析能夠很清楚地了解到這個裝載裝置在各個位置或各種工況時的力和其它工作參數(shù)，有利于更有效地使用這種挖掘裝載機(jī)和使這種挖掘裝載機(jī)的工作效率得到最大限度地發(fā)揮。由于今后從事笨重施工體力勞動的人員日漸減少，機(jī)械化施工程度逐年提高，以往靠人海戰(zhàn)術(shù)及小型機(jī)械裝備的施工方式，將逐步被采用大批較先進(jìn)的中大型工程機(jī)械的施工方式所替代。 1． 2 國內(nèi)外本課題現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 作為裝載機(jī)多種作業(yè)化品種之一，挖掘裝載機(jī)在我國起步較晚，但發(fā)展較快，已有十余家企業(yè)生產(chǎn)這種裝載機(jī)。作為反鏟挖掘使用時，是通過鏟斗向機(jī)械方向運(yùn)動進(jìn)行地平面以下的挖掘。綜合四家公司的挖掘裝載機(jī)，共有二十余種型號。發(fā)動機(jī)功率 46～ 78kW，整機(jī)質(zhì)量 5900～ 9900Kg。 1989 年又推出了 438 型。綜合三家公司的挖掘裝載機(jī)，共有 1 7 種型號。產(chǎn)品有四輪驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向形式，還有蟹行功能供選擇。 歐洲共同體國家生產(chǎn)挖掘裝載機(jī)的公司主要有：德國謝弗 (Schaeff)、漢諾瑪格(Hanomag)、克拉默爾 (Kyamer)公司，意大利菲亞特艾利斯 (Fiatallis)、貝納蒂(Benati)、 Moxy、 Benfra 公司，瑞典沃爾沃 (Volvo)公司。產(chǎn)品有 T5C， T5D， T6 型； (3)New Holland公司。將回轉(zhuǎn)支架的回轉(zhuǎn)銷改為可拆卸式。 (3)煙臺工程機(jī)械廠 zLl5WJ 型，反鏟鏟斗標(biāo)準(zhǔn)斗容量0． 14． m3 ，整機(jī)質(zhì)量 6400Kg， 1 988 年通過省級鑒定。 (6)洛陽拖拉機(jī)工程機(jī)械公司的 DFII 一 904WZ。 (10)徐州裝載機(jī)廠開發(fā)研制出 WZ25— 16 型挖掘裝載機(jī)，發(fā)動機(jī)功率為 50KW，裝載斗容量 0． 8m3，反鏟斗容量 0． 25 m3，裝載裝置最大掘 起力≥ 25． 6 KN。 1) 國外歐美大多數(shù)公司仍繼續(xù)生產(chǎn)采用傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)底盤的挖掘裝載機(jī)，而近年來日本卻發(fā)展專用工程機(jī)械底盤的挖掘裝載機(jī)。 現(xiàn)代輪胎式挖掘裝載機(jī)則采用鉸接車架的專用底盤。工作時前后車架用液壓缸定位，可提高機(jī)械的機(jī)動性。福州機(jī)械廠生產(chǎn)的 WZ25 型挖掘裝載機(jī)采用輪式專用底盤。 (2)前、后橋 用裝載斗作業(yè)時，采用全輪驅(qū)動，在道路狀況不好的條件下作業(yè)時，發(fā)揮了機(jī)器的最大牽引力。沃爾沃公司 BW6300 型挖掘裝載機(jī)在后橋上采用了自鎖差速器，由于鎖緊過程是自動完成的，可以省去一套差速鎖的控制系統(tǒng)，適用于挖掘裝置工作工況。如圖設(shè)計平面 直角坐標(biāo)系，使 X軸與地面重合， Y 軸與挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)中心線重合。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，同時要耐磨。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。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”偏載切入”有一定的效果。用于插入阻力較小的松散物料或粘性物料，其鏟斗可以不裝斗齒。 2． 2 鏟斗基本參數(shù)的確定 鏟斗的主要參數(shù)是鏟斗寬度和鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑。 鏟斗的回 轉(zhuǎn)半徑 R。 —— 斗底與后斗壁間的夾角，通常 b?！?60。 對于裝有擋板的鏟斗： 32K 32ABV 米－＝ bh 。 第三章：挖掘裝載機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 167。動臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動采用液壓操縱。因此裝載機(jī)工作裝置形式的選擇廣既要考慮結(jié)構(gòu)簡單又要考慮結(jié)構(gòu)性質(zhì)與鏟掘方式來確定。缺點(diǎn)是鏟起力變化曲線陡峭；搖臂一連桿的傳動比比較小，為提高傳動比，需要加長搖臂一連 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．連桿傳動比大，因此搖臂 一連桿尺寸可以減少，駕駛員的視野較好，鏟起力變化曲線平緩，適于利用鏟斗及動臂復(fù)合鏟掘的作業(yè)。易 于實現(xiàn)鏟斗自動放平。但由于這種形式結(jié)構(gòu)簡單鏟起力較大所以中小型裝載機(jī)采用較多。 (2)確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程。因此只有在綜合考慮各種因素的前提下對工作裝置進(jìn)行 動力學(xué)運(yùn)動學(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(diǎn)位置時所設(shè)計的工作裝置不僅滿足使用要求而且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。圖中 a為斗底與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑的夾角，動臂下鉸點(diǎn)當(dāng)鏟斗在地面鏟掘時的位置 Bl，在考慮斗底與地平面夾角為 3～ 5度 時及鏟斗裝滿物料后傾不與輪胎相碰的情況下盡量靠近輪胎，以減小裝載機(jī)的整機(jī)尺寸。 2．動臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn) A (1) 以 B 點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時針轉(zhuǎn)動，至鏟斗斗口 OO’ 與 X 軸平行為止，即工況 2。普通輪胎取 1，寬面輪胎取 0． 83，超寬輪胎取 0． 64； ? —— 輪胎變形系數(shù)，普通輪胎為 0． 1～ 0． 16，寬面輪胎為 0． 05～ 0． 1。因為 B 和 B4 點(diǎn)同在以 A點(diǎn)為圓心，動臂 AB 長為半徑的圓弧上，所以 A點(diǎn)必在 BB4的垂直平分線上。 A點(diǎn)位置的變化，可借挪動 B4 點(diǎn)和輪胎中心 Z 點(diǎn)的位置來進(jìn)行。相對前輪胎， J 點(diǎn)在其外廓的左上部。 ： 動臂形狀一般可分為直線形和曲線性兩種，直線形動臂結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，并且受力情況良好，通常正轉(zhuǎn)連桿工作裝置較多采用；曲線形動臂，一般反轉(zhuǎn)式連桿工作裝置采用較多，這種結(jié)構(gòu)形式的動臂可使工作裝置的布置更為合理。 二、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計： 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計是一個比較復(fù)雜的問題，因為組成連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的位置及尺寸可變性較大，對于一定結(jié)構(gòu)形式的連桿機(jī)構(gòu)在滿足使用要求的條件下可以降格構(gòu)件設(shè)計成各種各樣的尺寸及不同的鉸接點(diǎn)位置。但作起來比較繁瑣。長度比為 1． 5左右。長臂長度為 526mm，短臂長度為 486mrrl。 3。 BE 的長度為動臂長度的 1／ 6～ 1／ 7。 I點(diǎn)不可與前橋相碰，并應(yīng)有足夠的離地高度。 2． 確定 L 點(diǎn) 下拉桿與機(jī)架的鉸接點(diǎn) L，是依據(jù)鏟斗由工況 2 舉升到工況 3 過程為平動和由工況4下降到工況 1 時能自動放平這兩大要求來確定的。所以，需經(jīng)過多次試湊方能奏效。綜合考慮這些因素，一般舉聲油缸都布置在前橋與前后車架的鉸接點(diǎn)之間的狹窄空間里。這樣做，可使舉升油缸在動臂整個舉升過程中，舉升工作力臂 大小的變化較小，即工作力矩變化不大，避免鏟斗舉升到最高位置時的舉升力不足，因為此時工作力臂往往較小或最小。 經(jīng)過上述各步作圖，整個工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)即設(shè)計完畢，但最后還必須進(jìn)一步檢驗一下鏟斗舉升平動的質(zhì)量，因為上述方法只保證鏟斗在工況 2和工況 3 的轉(zhuǎn)角相等，而工況 2至工況 3之間各瞬時位置的轉(zhuǎn)角就不一定和 工況 2都一樣了，為此，可在 2和 3工況之間任選 1～ 2各位置，畫出已定的機(jī)構(gòu)簡圖，然后檢驗鏟斗的轉(zhuǎn)角，如果相對工況 2的鏟斗轉(zhuǎn)角差小于或等于 10。 通過上述步驟，確定出工作裝置上各鉸點(diǎn)的坐標(biāo)，如圖 4． 1： A(0,2020) B（ 2120,260) C（ 2350,825） D(1940， 1200) E(1 760， 540) F(1 740， 2040) G(1004， 1020) H(0， 1435) I(300， 1489) J(324，