【正文】 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。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。若要滿足要求，則應(yīng)該滿足下列要求： （3—33）在軌跡圖中測(cè)量出：所以滿足和的要求。裝載機(jī)的鏟掘過程通?？煞秩缦氯N受力情況：1）斗水平插入料堤，工作裝置油缸閉鎖，此時(shí)認(rèn)為鏟斗切削刃只受到水平力的作用。 3．對(duì)稱水平力與垂直力同時(shí)作用的工況(圖4—2g)此時(shí)垂直力由式(4—3)給出，水平力取發(fā)動(dòng)機(jī)扣除工作油泵功率后，裝載機(jī)所能發(fā)揮的牽引力。 通過上面的分析與假設(shè)，就能將工作裝置這樣一個(gè)空間超靜定結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化為平面問題進(jìn)行受力分析。動(dòng)臂的危險(xiǎn)斷面一般在H點(diǎn)附近，在此斷面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力： (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)。鉸銷材料選用40Cr,其σS=800MPa,則 MPa現(xiàn)將各個(gè)鉸銷的參數(shù)列于下表：表4—1 鉸銷各參數(shù)及應(yīng)力計(jì)算值 連桿裝載機(jī)在作業(yè)過程中，連桿有時(shí)受拉，有時(shí)受壓，需要同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算及壓桿穩(wěn)定驗(yàn)算。因?yàn)閯?dòng)臂計(jì)算斷面多為矩形，則 （MPa） （4—39）E點(diǎn)橫截面圖形見圖4—8。所以最大鏟起力Ng是確定油缸作用力的依據(jù)。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=。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。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。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。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)。如圖6—1所示，把擋塊直接焊在鏟斗后斗壁將面上，擋塊4用來限制鏟斗的后傾角，檔塊B用來限制鏟斗的前傾角，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。據(jù)此可以確定液壓系統(tǒng)過載閥的調(diào)定壓力。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)。當(dāng)油缸最大被動(dòng)作用力大于外載荷的作用力時(shí)，油缸無回縮現(xiàn)象，否則因過載閥打開而溢流，使油缸發(fā)生回縮。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)。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)， 。 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。(圖4—3b)中 (4—7) 2）計(jì)算鏟斗重量GD。 W——整車重量。 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。 轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝距離：1902mm轉(zhuǎn)斗油缸的最大伸長(zhǎng)：2402mm轉(zhuǎn)斗油缸行程：500 mm 轉(zhuǎn)斗油缸行程與鉸接點(diǎn)的作用圖 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。動(dòng)臂油缸與車架有兩種連接方式：油缸下端與車架鉸接(圖3—6a)；油缸中部或上端與車架鉸接(圖3—6b)。M點(diǎn)往前橋方向靠是比較有利的。鏟斗卸載角通常隨卸載高度的降低而稍有減小，若鏟斗的卸載角小于45o時(shí)，可減小BC或的長(zhǎng)度來滿足對(duì)卸載角的要求。彎曲搖臂的夾角一般不大于30o，否則使構(gòu)件受力不良。相對(duì)前輪胎，E點(diǎn)在其外廓的左上部。 (4)以點(diǎn)為圓心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏟斗48o，即得鏟斗被舉升到最高位置圖(工況Ⅲ)。 由于B點(diǎn)的x坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗鏟取力就越大，所以B點(diǎn)靠近O 點(diǎn)是有利的，但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減小；而坐標(biāo)值增大時(shí)，鏟斗在料堆中的鏟取面積增大，裝的物料多，但這樣就縮小了B點(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn)C的距離，使鏟取力下降。 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)。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，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。 （2—13）鏟斗斗容的誤差率 （2—14）所以鏟斗的設(shè)計(jì)合格。 （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)臂鉸銷距斗底的高度: (29)鏟斗側(cè)壁切削刃相對(duì)于斗底的傾角。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。 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。 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。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(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。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(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)布置帶來困難，并影響駕駛員的視野。其動(dòng)臂的前端和鏟斗鉸接，動(dòng)管的后端和車架上部支座鉸接，動(dòng)管油缸兩端分別和動(dòng)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(dòng)臂上，連桿一端和搖臂鉸接，另一端和鏟斗鉸接。有鏟斗托架的工作裝置如圖1—1a所示。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。裝載機(jī)作業(yè)時(shí)工作裝置應(yīng)能保證：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖、動(dòng)臂油缸舉升或降落時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗上下平動(dòng)或接近平動(dòng)，以免鏟斗傾斜而撒落物料；當(dāng)動(dòng)臂處于任何位置、鏟斗繞動(dòng)臂鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行卸料時(shí)，鏟斗傾斜角不小于45176。Move the arm from most the bottom position arrives the biggest unloading to raise to rise the process inside highly, guaranteeing the container the inside the material do not spread to fall。雖然現(xiàn)在市場(chǎng)上的裝載機(jī)已經(jīng)日趨成熟，但對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)仍有非常重要的意義，尤其是裝載機(jī)的工作裝置。鏟斗容量：；額定載荷：50kN；額定功率：／2200rpm；低檔速度：10km／h；高檔速度：34km／h；倒檔速度:13km／h；最大掘起力:160kn；最大卸載高度：3200mm；最小卸載距離：1250mm進(jìn)度安排第4～8周：收集資料，方案設(shè)計(jì)（包括畢業(yè)實(shí)習(xí)）第9～11周：主參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算第12～16周：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、校合計(jì)算第17周：整理說明書，準(zhǔn)備答辯說明：一式兩份，一份裝訂入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)，一份交學(xué)院（直屬系）。機(jī)構(gòu)中各桿件長(zhǎng)度及其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，需要對(duì)該機(jī)構(gòu)作某些特定計(jì)算，以判斷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性。裝載機(jī)的鏟掘和裝卸物料是通過工作裝置的運(yùn)動(dòng)而得以實(shí)現(xiàn)的，裝載機(jī)工作裝置由鏟斗、動(dòng)臂、連桿、搖臂和轉(zhuǎn)斗油缸、動(dòng)臂油缸等組成。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。 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)。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)。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)與鏟掘方式來確定(圖1—2)。 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(dòng)臂形狀的不同．而將轉(zhuǎn)斗油缸布置在不同的位置上。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。 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)。 斗齒的形狀對(duì)切削阻力有影響：對(duì)稱齒形的切削阻力比不對(duì)稱齒形的大；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)。 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。 2)確定動(dòng)臂油缸的鉸接位置及動(dòng)臂油缸的行程。由于現(xiàn)今國(guó)內(nèi)、外購輪胎式裝載機(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。 圖解法比較直觀，易于掌握，是目前工程設(shè)計(jì)時(shí)常用的一種方法。(2)把已選定的輪胎外廓畫在坐標(biāo)圖上。一般，A點(diǎn)取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的處。為此，建議按下述方法進(jìn)行設(shè)計(jì)：按單搖桿條件設(shè)計(jì)六桿機(jī)構(gòu)，連桿與鏟斗鉸點(diǎn)C的位置影響連桿的受力和轉(zhuǎn)斗油缸的行程，選擇時(shí)主要考慮當(dāng)鏟斗處于地面挖掘位置情況下，轉(zhuǎn)斗油缸作用在連桿CD的有效分力較大，以發(fā)揮比較大的掘起力。完成上述構(gòu)件尺寸選擇后，就可用下述作圖方法來確定連桿CD的長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)斗油缸與車架的鉸點(diǎn)G及行程。綜合考慮這些因素，一般舉升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。 為了得到較好的舉升工作力臂變化特性曲線，以適應(yīng)舉升過程中阻力矩的變化和合理地選定舉升油缸的功率，采用中間鉸接式油缸是比較理想的，如圖所示。此外，在采用動(dòng)臂油缸下端擺動(dòng)的連接方式時(shí)，要注意油缸下端在擺動(dòng)過程中不與機(jī)體發(fā)生于涉。4. 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算包括：1)確定計(jì)算位置。2) 鏟斗水平插入料堆后，翻轉(zhuǎn)鏟斗(靠轉(zhuǎn)斗油缸工作) 或提升動(dòng)臂(靠動(dòng)臂油缸工作)鏟掘時(shí)，此時(shí)認(rèn)為鏟斗切削刃只受到垂直力的作用。4．受水平偏載的作用工況(圖4—2d)5．受垂直偏載的作用工況(圖4—2e)垂直力之大小與工況(b)相同。工作裝置的受力分橋，就是根據(jù)上述各種工況下作用在鏟斗的外力，用解析法或圖解法求出對(duì)應(yīng)工況下工作裝置各構(gòu)件的內(nèi)力。 （MPa） （4—38）式中 Q——計(jì)算斷面的剪力(N)； SZmax——計(jì)算斷面中性軸Z處的靜矩（m3）； JZ——計(jì)算斷面時(shí)對(duì)中性軸Z的慣性矩（m4）； b——計(jì)算斷面的寬度（m）。其計(jì)算根據(jù)《工程力學(xué)》中