【正文】 （4—20）如圖3—24d所示，取動(dòng)臂為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析動(dòng)臂的受力： 由 （4—21）由 （4—22）由 （4—23）b）垂直偏載（Pxa=0,Pza=116KN）與求水平偏載一樣，如圖4—4a所示，取鏟斗為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析鏟斗的受力：由 （4—24） （4—25）由 （4—26）所以 （4—27）由 （4—28）則 （4—29） 如圖3—24b所示，取連桿為脫離體，根據(jù)平衡原理，作用于連桿兩端的力大小相等，方向相反，即： （4—30）由圖示受力分析可知，連桿此時(shí)受拉。由于工作裝置是一個(gè)受力較復(fù)雜的空間超靜定系統(tǒng)，為簡(jiǎn)化計(jì)算，通常要作如下假設(shè)：1) 在對(duì)稱受載工況中(圖4—2 a、b、c)，由于工作裝置是個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，故兩動(dòng)臂受的載荷相等。2. 對(duì)稱垂直力的作用工況(圖4—2b)垂直力(即鏟起阻力)的大小受裝載機(jī)縱向穩(wěn)定條件的限制(圖3—21)，其最大值為 （43）式中 W——裝載機(jī)滿載時(shí)的自重； ——裝載機(jī)重心到前輪與地面接觸點(diǎn)的距離；在此處取軸距的四分之一靠前。4)主要零件的強(qiáng)度校核。圖3—5 動(dòng)臂舉升油缸兩鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì) 動(dòng)臂油缸行程的確定在選定動(dòng)臂油缸鉸接點(diǎn)的位置后，便可用與求動(dòng)臂長(zhǎng)度相同的解析法或作圖法求出其油缸行程： （3—4）式中 ——?jiǎng)颖塾透椎淖畲蟀惭b距離仍M——?jiǎng)颖塾透椎淖钚“惭b距離MH。圖3—4 動(dòng)臂油缸鉸接點(diǎn)的確定這個(gè)結(jié)論是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)橛蓤D3—5可知，兩種結(jié)構(gòu)的油缸的最小工作力臂均出觀在鏟斗被舉到最高位置時(shí)，但圖3—5（a）中小于圖3—5（b）中的，并且都為銳角，而力臂大小為。如圖34所示，一般H點(diǎn)選定在AB聯(lián)線附近或上方，并取。根據(jù)已經(jīng)選定的工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)，畫(huà)出動(dòng)臂和鏟斗在地面時(shí)鏟斗后傾的位置及搖臂和動(dòng)臂的鉸點(diǎn)E；將動(dòng)臂由最低到最高位置時(shí)的轉(zhuǎn)角分成若干等分，提升動(dòng)臂到不同的角度，并保持后傾鏟斗的平移性，依次畫(huà)出BC的相應(yīng)位置：、……，并使它們互相平行；然后畫(huà)出鏟斗在最大卸載高度時(shí)的卸載位置（取卸載角），得。通常BC與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑之間的夾角ψ=100o~120o；BC=（~）lD（見(jiàn)圖3——3）。 A點(diǎn)位置的變化，可借挪動(dòng)點(diǎn)和輪胎中心點(diǎn)的位置來(lái)進(jìn)行。作圖時(shí)，應(yīng)使輪胎前緣與工況Ⅱ時(shí)鏟斗后壁的間隙盡量小些，目的使機(jī)構(gòu)緊湊、前懸小，但一般不小于50mm ；輪胎中心Z的y軸坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑： （3—1）式中 ——輪胎動(dòng)力半徑， mm； ———輪轂直徑，mm； ——輪胎寬度，mm；——輪胎斷面高度與寬度之比。圖解法是在初步確定了最大卸載高、最小卸載距離、卸載角、輪胎尺寸和鏟斗幾何尺寸等參數(shù)后進(jìn)行的，它通過(guò)在坐標(biāo)圖上確定工況Ⅱ（見(jiàn)圖3—1）時(shí)工作工作機(jī)構(gòu)的九個(gè)鉸接點(diǎn)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。 機(jī)構(gòu)分析反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成。 3)連桿機(jī)構(gòu)(由動(dòng)臂、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂——連桿或托架等組成)的設(shè)計(jì)。(平裝斗容)鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定(圖2—5)。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)。 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。直線型切削刃簡(jiǎn)單并利于地面刮平作業(yè)，但切削阻力較大。國(guó)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)。如將轉(zhuǎn)斗油缸布置在動(dòng)臂上方(圖3—3b、d)，則在動(dòng)臂提升時(shí)，轉(zhuǎn)斗油缸軸線與動(dòng)臂軸線不會(huì)交叉，因而這種布置便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)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。 正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的工作裝置，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同(圖1—3a、b、c、d)。 有鏟斗托架的工作裝置，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(dòng)角較大。鏟斗用以鏟裝物料；動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車(chē)架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過(guò)搖臂——連桿(或托架)使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。ZL40／ZL50裝載機(jī)，主要裝載機(jī)生產(chǎn)廠家均擁有該產(chǎn)品。整個(gè)工作裝置鉸接在車(chē)架上。在工作循環(huán)中速度與加速度變化合理；油缸活塞行程為最佳值；工作裝置運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)干涉、無(wú)死點(diǎn)、無(wú)自鎖；動(dòng)臂從最底位置到最大卸載高度的舉升過(guò)程中，保證鏟斗中物料不灑落；在卸載后，動(dòng)臂下放至鏟掘位置鏟斗能自動(dòng)放平。太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2008屆）ZL50裝載機(jī)反轉(zhuǎn)單連桿工作裝置設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 院 系 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 日 期 ZL50裝載機(jī)反轉(zhuǎn)六連桿工作裝置設(shè)計(jì)摘 要裝載機(jī)是工程機(jī)械的主要機(jī)種之一，廣泛用于建筑、礦山、水電、橋梁、鐵路、公路、港口、碼頭等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)。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(guò)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(chē)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(lái)確定(圖1—2)。 圖1—2 常見(jiàn)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(lèi)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R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(gòu)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(huà)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(lái)確定連桿CD的長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)斗油缸與車(chē)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(chē)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(guò)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(guò)程中不與機(jī)體發(fā)生于涉。3)對(duì)工作裝置進(jìn)行受力分析。綜合上述分機(jī)可以得到如下六種工作裝置的典型工況(圖4—2)：1. 對(duì)稱水平力的作用工況(圖4—2a)水平力(即插入阻力PC)的大小由裝載機(jī)的牽引力決定，其水平力的最大值為： (4—1)此處根據(jù)已知取 （4—2）——裝載機(jī)空載時(shí)的最大牽引力， ——插入力。 工作裝置的受力分析在確定了計(jì)算位置及外載荷的大小后，便可進(jìn)行工作裝置的受力分橋。(a)水平偏載（Pxa=295KN,PZa=0） 如圖4—4a所示，取鏟斗為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析鏟斗的受力：由 （4—10） （4—11） 由 （4—12） 所以 （4—13） 由 (4—14) 則 （4—15） 如圖3—24b所示，取連桿為脫離體，根據(jù)平衡原理，作用于連桿兩端的力大小相等，方向相反，即： （4—16）由圖示受力分析可知，連桿此時(shí)受拉。則 MPa BI段：彎矩 (4—41)軸向力 (4—42)剪力 (4—43)參考柳工856型裝載機(jī)，取動(dòng)臂厚b=60mm，寬h=200mm則m3 (4—44)F=bh==12x103m2 (4—45)將式(4—41)(4—42) (4—43) (4—44)及(4—45)代入式（4—37）和(4—39))得： IJ段：彎矩 (4—46)軸向力 (4—47)剪力 (4—48)參考柳工856型裝載機(jī)，取動(dòng)臂厚b=60mm，寬h=450mm則m3 (4—49)F=bh==27x103m2 (4—50)將式(4—46)(4—47) (4—48) (4—49)及(4—50)代入式（4—37）和(4—39))得： 鉸銷(xiāo)裝載機(jī)工作裝置鉸銷(xiāo)的一般結(jié)構(gòu)形式及受力情況，如圖4—6所示。由經(jīng)驗(yàn)公式知 （4—59） 因?yàn)棣甩?,所以σcr=σs=350MPa Fcr=A?σcr=1758KN （4—60）由于鏟斗額定載荷為50KN，所以連桿壓力為：Fmax=(50+)cos7o=57KN （4—61）所以 （4—62）滿足壓桿穩(wěn)定的要求。推壓(變幅)油缸則采用較少。工作裝置的結(jié)構(gòu)方案，也影響各油缸在主動(dòng)和被動(dòng)狀態(tài)下的作用力，所以確定油缸作用力要在工作裝置的結(jié)構(gòu)方案、構(gòu)件尺寸與鉸接點(diǎn)位置選定之后進(jìn)行。當(dāng)油缸大腔進(jìn)油，活塞桿承受推力P1 （5—6）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=。此外，當(dāng)鏟斗在某一卸載高度卸載后，要求自動(dòng)控制鏟斗卸載后的后傾角，使之放下動(dòng)臂時(shí)、鏟斗能自動(dòng)放平。鏟斗前傾角的限位擋塊的作用是有利于鏟斗中物料