【正文】 3 m3額 定 載 重 量： 50 KN 整 機(jī) 質(zhì) 量： t 輪 距： 2150 mm 軸 距： 3427 mm 輪 胎 規(guī) 格： —25 最大 卸載 高度： 2970 mm 最小 卸載 距離： 1200 mm 工作裝置敗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括： 1)確定動(dòng)臂長(zhǎng)度、形狀及與車架的鉸接位置。 2)保證作業(yè)時(shí)與其它構(gòu)件無(wú)運(yùn)動(dòng)干涉。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)的工作裝置不僅滿足使用要求，況且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。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)。在運(yùn)動(dòng)學(xué)方面，必須滿足鏟斗舉升平動(dòng)、自動(dòng)放平、最大卸載高度、最小卸載距離和各個(gè)位置的卸載角等要求；在動(dòng)力學(xué)方面，主要是在滿足挖掘力、舉升力和生產(chǎn)率的要求前提下，使轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸的所需輸出力及功率盡量減小。 畫鏟斗圖 把已設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面外輪廓按比例畫在坐標(biāo)里，斗尖對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前臂與x軸呈前傾角。(1) 以B點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)48o，即工況Ⅱ。 （3—2） 圓整后取Rd=715mm。A點(diǎn)位置盡可能低一點(diǎn)，以提高整機(jī)工作的穩(wěn)定性，減小機(jī)器高度，改善司機(jī)視野。它對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比、倍力系數(shù)、連桿機(jī)構(gòu)的布置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng)度等都有很大影響。 確定C 、D兩點(diǎn)時(shí)，既要考慮對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，如必須保證鏟斗在各工況時(shí)的轉(zhuǎn)角，又要注意動(dòng)力學(xué)要求，如鏟斗在鏟裝物料時(shí)應(yīng)能輸出較大的鏟取力，同時(shí)，還要防止前述各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)被破壞的現(xiàn)象。搖臂是形狀以及長(zhǎng)短臂的比例關(guān)系及鉸點(diǎn)E的位置的確定，主要考慮連桿的受力情況及它們?cè)诳臻g布置的方便和可能性，同時(shí)轉(zhuǎn)斗油缸的行程及連桿的長(zhǎng)度也不要過(guò)大。設(shè)計(jì)時(shí)初步取m=(~)lD，le=(~)lD，EF=（~）lD，DE=（~）lD。根據(jù)搖臂的結(jié)構(gòu)尺寸和鏟斗在任意位置能卸凈物料這一條件，作出鏟斗在不同卸載位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸活塞桿鉸接點(diǎn)位置，連接各點(diǎn)得一曲線，過(guò)點(diǎn)作此曲線的內(nèi)包圓弧，則圓弧的圓心G即為與車架的交接點(diǎn)，圓弧的半徑G既為轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝尺寸。 動(dòng)臂舉升油缸的布置應(yīng)本著舉臂時(shí)工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、整機(jī)穩(wěn)定性好等原則來(lái)確定?？紤]到聯(lián)合鏟裝(邊抓入邊舉臂)工況的需要，在滿足M點(diǎn)最小離地高度要求的前提下，令工況Ⅰ時(shí)HM近似于水平，一般取HM與水平線成10o~15o夾角。但是，采用底部鉸接式油缸時(shí)，要使M點(diǎn)前移是比較困難的，它受前橋限制，支座布置也較麻煩，如圖3—7a所示，為克服M點(diǎn)前移的困難，可采取M點(diǎn)上移(即加大)和H點(diǎn)向B點(diǎn)方向前移的辦法，使舉升動(dòng)臂油缸幾乎呈水平狀態(tài)，計(jì)算證明，這樣布置也能得到較好的舉升特性。 確定動(dòng)臂油缸的鉸接位置及動(dòng)臂油缸的行程確定動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂及車架的鉸接點(diǎn)H、M的位置(圖3—5)，通常參考同類樣機(jī)，同時(shí)考慮動(dòng)臂油缸的提升力臂與行程的大小選定。但不論那種連接方式，都要使動(dòng)臂油缸的下端到地面的距離HM滿足裝載機(jī)離地間隙的要求。 最大卸載高度和最小卸載距離 鏟斗高位卸載時(shí)的卸載高度和卸載距離必須分別不小于設(shè)計(jì)任務(wù)給定的最大卸載高度和最小卸載距離，否則將影響卸載效率，甚至不能進(jìn)行高位卸載。2)選取工作裝置受力最大的典型工況，確定外載荷。 外載荷的確定由于物料種類和作業(yè)條件的不同，裝載機(jī)實(shí)際作業(yè)時(shí)不可能使鏟斗切削刃均勻受載，但可簡(jiǎn)化為兩種極端情況：①認(rèn)為載荷沿切削刃均勻分布，并以作用在鏟斗切削刃中部的集中載荷來(lái)代替其均布載荷，稱為對(duì)稱受載情況；②由于鏟斗偏鏟、料堆密實(shí)程度不均，使載荷偏于鏟斗一例。3) 鏟斗邊插入邊轉(zhuǎn)斗或邊插入邊提臂鏟掘時(shí)，此時(shí)認(rèn)為水平力與垂直力同時(shí)作用在鏟斗的切削刃上。 W——整車重量。6．受水平偏載與垂直偏載同時(shí)作用的工況(圖4—2f)水平力與垂直力的大小與工況(c)相同。(圖4—3b)中 (4—7) 2）計(jì)算鏟斗重量GD。下面以工況(c)為例進(jìn)行受力分析，其他工況與此類同。 工作裝置的強(qiáng)度校核根據(jù)計(jì)算工況及其受力分析，即可按強(qiáng)度理論對(duì)工作裝置主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核。因?yàn)閯?dòng)臂計(jì)算斷面多為矩形，則 （MPa） （4—39）圖4—5 動(dòng)臂強(qiáng)度校核圖強(qiáng)度計(jì)算中許用應(yīng)力[σ]按下式選取 （4—40）式中 σs——材料的屈服極限，國(guó)內(nèi)裝載機(jī)工作裝置的動(dòng)臂以及搖臂多采用16Mn鋼，其σs=360MPa； n——安全系數(shù)，設(shè)計(jì)手冊(cè)中規(guī)定n≈～，考慮工程機(jī)械工作繁重，作業(yè)條件惡劣及計(jì)算上的失誤，一般取n﹥，此處取n=。工作裝置各鉸銷的強(qiáng)度計(jì)算都采用下面的計(jì)算公式：銷軸的彎曲應(yīng)力： （4—51）——銷軸的彎曲應(yīng)力； ——計(jì)算載荷，為鉸點(diǎn)所受載荷之半；——銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算長(zhǎng)度， ，式中La、d的意義如圖4—6所示； （4—52） W——銷軸的抗彎斷面系數(shù)， 。連桿的強(qiáng)度校核： （4—55）式中F——軸向力 A——連桿截面積連桿材料選用16Mn鋼，其屈服極限σs=350MPa，即[σ]= σs/n=360/=200MPa作用在連桿上的作用力由圖3—24b中有：則 m2取連桿截面為圓形截面，直徑D=80mm，則 壓桿穩(wěn)定校核：連桿的材料取16Mn鋼，查表可得：E=210MPa,σs=350MPa,σp=280MPa,a=461MPa,b= （4—56）將連桿簡(jiǎn)化成一端鉸支一端固定的梁，即μ=，則 （4—57） （4—58） 因?yàn)棣甩?,所以不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力。DE段：軸向力剪力彎矩 搖臂材料選用16Mn，其屈服極限σs=360MPa，n=,則[σ]=360/=200MPa截面M——M處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力按如下公式計(jì)算： (MPa) （4—37）式中 M——計(jì)算斷面上的彎矩（）； N——計(jì)算斷面上的軸向力(N)； W——計(jì)算斷面的抗彎斷面系數(shù)(m3) F——計(jì)算斷面的截面積(m2)。5. 裝載機(jī)工作裝置中油缸作用力的確定目前大多數(shù)裝載機(jī)的工作裝置只有兩種油缸：動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸。當(dāng)油缸最大被動(dòng)作用力大于外載荷的作用力時(shí)，油缸無(wú)回縮現(xiàn)象，否則因過(guò)載閥打開(kāi)而溢流，使油缸發(fā)生回縮。至于油缸行程，如前所述，它由工作裝置結(jié)構(gòu)方案決定。由圖5—1所示，裝載機(jī)在鏟掘工況，動(dòng)臂油缸閉鎖，轉(zhuǎn)斗油缸發(fā)出最大崛起力時(shí)，其主動(dòng)力按下式計(jì)算： （5—1）式中 ：K——考慮連桿機(jī)構(gòu)摩擦損失的系數(shù)，取K＝； ——最大鏟起力； ——鏟斗自重； n——轉(zhuǎn)斗油缸數(shù)。PF，——未考慮連桿機(jī)構(gòu)摩擦損失的轉(zhuǎn)斗油缸被動(dòng)力‘2） 根據(jù)載荷和系統(tǒng)壓力計(jì)算油缸內(nèi)徑D 。據(jù)此可以確定液壓系統(tǒng)過(guò)載閥的調(diào)定壓力。因此，需要有相應(yīng)的限位裝置與限位機(jī)構(gòu)。如圖6—1所示，把擋塊直接焊在鏟斗后斗壁將面上，擋塊4用來(lái)限制鏟斗的后傾角，檔塊B用來(lái)限制鏟斗的前傾角，與之相對(duì)應(yīng)的擋塊則分別焊在工作裝置的動(dòng)臂或橫梁上。鏟斗前傾角的限位原理與上述一樣，在最大卸載高度的鏟斗前傾角達(dá)到時(shí)，鏟斗上的擋塊B與動(dòng)臂或橫梁上相對(duì)應(yīng)的擋塊相碰(圖3—28a)，鏟斗即停止前傾。動(dòng)臂升降的自動(dòng)限位機(jī)構(gòu)通常采用動(dòng)臂油缸控制閥自動(dòng)復(fù)位結(jié)構(gòu)。 參考文獻(xiàn)[1] 吉林工業(yè)大學(xué)工程機(jī)械教研室. 輪式裝載機(jī)設(shè)計(jì)（M）. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社. 1982. 11：63－85[2] 楊晉升. 鏟土運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)（M）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 1981. 5[3] 周復(fù)光. 鏟土運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)與計(jì)算(M). 北京：水利水電出版社. 1988. 6：99－143[4] 張瑞肖. ZL50輪式裝載機(jī)工作裝置的改進(jìn)（J）. 機(jī)械產(chǎn)品與科技. 2005,1(1)：29－30[5] 王玉良. 挖掘裝載機(jī)五合一鏟斗設(shè)計(jì)剖析. ,26(3)：18－20[6] 曹旭陽(yáng), 張衛(wèi)虎, 王國(guó)彪. ZL30C裝載機(jī)工作裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì). 建筑機(jī)械. 2005, 1(1)：93－94,103[7] 盧承濤. 多功能裝載機(jī)八連桿工作裝置設(shè)計(jì). , 35(4)：25－27[8] 汪清波. 論裝載機(jī)工作裝置的合理設(shè)計(jì). 物料搬運(yùn)與分離技術(shù). 1996, (4)：30－32[9] 王國(guó)標(biāo). 裝載機(jī)工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)（M）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 1998. 5[10] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（單行本）[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，[11] 楊占敏 王智明 張春秋 等. 輪式裝載機(jī). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，[12] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)軟件版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.[13] 李健成. 礦山裝載機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, [13]。氣控閥的進(jìn)氣口與貯氣罐相連，出氣口與動(dòng)臂油缸控制閥7的進(jìn)氣口相連。當(dāng)裝載粘性物料時(shí)，可以來(lái)回搬動(dòng)轉(zhuǎn)斗油缸控制閥，使鏟斗和限位擋塊碰撞，使物料抖落倒凈。時(shí)，鏟斗上的擋塊4與動(dòng)臂或橫梁上相應(yīng)的檔塊相碰(圖6—1b)鏟斗即停止上翻。因此需要有鏟斗自動(dòng)放平機(jī)構(gòu)。6. 工作裝置的限位機(jī)構(gòu)裝載機(jī)工作時(shí)，為使操縱方便，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，要求在工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小，對(duì)鏟斗在地面時(shí)的后傾角，一般不小于，在最大卸載高度時(shí)的卸載角(或前傾角)，—般不小于。 由于則 在系列中取D=140mm. 3）確定活塞桿直徑d 速比，壓力較大時(shí)選用大值，此處取則， （5—7）取系列d=80mm.4)計(jì)算油缸壁厚 （5—8） 式中：py——試驗(yàn)壓力，取24MPa； [σ]——許用應(yīng)力，油缸材料選用45號(hào)鋼，其σb=700MPa，n=5,即 所以 在系列中取δ=13mm 根據(jù)上述數(shù)據(jù)選用油缸型號(hào)為HSGF140/80——700x1330. 轉(zhuǎn)斗油缸與動(dòng)臂油缸被動(dòng)作用力的確定轉(zhuǎn)斗油隨和動(dòng)臂油缸的被動(dòng)作用力PP4，是根據(jù)裝載機(jī)在工作中， 工作裝置受力最大的計(jì)算工況確定的。當(dāng)油缸大腔進(jìn)油，活塞桿承受推力P1 （5—2）即式中：D——油缸內(nèi)徑； p——系統(tǒng)壓力；η——油缸機(jī)械效率，對(duì)于橡膠密封η=。進(jìn)行分析與計(jì)算。所以最大鏟起力Ng是確定油缸作用力的依據(jù)。動(dòng)臂油缸與轉(zhuǎn)斗油缸的作用力有兩種情況：油缸推動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的作用力為主動(dòng)作用力(簡(jiǎn)稱工作力或作用力)，其最大值取決于液壓系統(tǒng)的工作壓力和油缸直徑(活塞作用面積)；工作裝置工作時(shí)作用于閉鎖狀態(tài)的油缸上的作用力為被動(dòng)作用力，其最大值取決于液壓系統(tǒng)的過(guò)載閥壓力值和承載活塞面積。因?yàn)閯?dòng)臂計(jì)算斷面多為矩形，則 （MPa） （4—39）E點(diǎn)橫截面圖形見(jiàn)圖4—8。搖臂搖臂的危險(xiǎn)截面處于E點(diǎn)附近，在次截面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力，計(jì)算方法與動(dòng)臂相同，將搖臂主軸線分成DE、EF段分別計(jì)算其內(nèi)力。鉸銷材料選用40Cr