【文章內(nèi)容簡介】 17 額定斗容 (堆裝斗容 ) HV 鏟斗堆裝的額定斗容 HV 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) ? ?? ?3222020 0 4 2 6 63 8 89 9 8 68mcabBbVV pH??????????? （ 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)：由 M點(diǎn)作直線 MN與 CD垂直，將 MN 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 c。 mabbabc24122???????? （ 213） 鏟斗斗容的誤差率 %5%%1003 ?????? （ 214） 所以鏟斗的設(shè)計(jì)合格。 長春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 3 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì) 由于現(xiàn)今國內(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)。 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。轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)內(nèi)轉(zhuǎn)斗油缸 GF、搖臂 FED、連桿 DC、鏟斗 BC、動(dòng)臂 AEB 和機(jī)架 AG六個(gè)構(gòu)件組成。 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 A點(diǎn)作牽連運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又相對動(dòng)臂繞 B 點(diǎn)作相對轉(zhuǎn)動(dòng)。這在作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析時(shí)必須注意。 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)。 不管用什么方法確定各鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)值，但最終都必須滿足對工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的各種要求。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。 尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)的圖解法 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。 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，它通過在坐標(biāo)圖上確定工況Ⅱ（見 圖 3— 1）時(shí)工作工作機(jī)構(gòu)的九個(gè)鉸接點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)。 長春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 圖 3— 1 鉸接點(diǎn) B 的確定 動(dòng)臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn) B、 E、 A 的確定 確定坐標(biāo)系 如圖 32所示，先在坐標(biāo)紙上選取直角坐標(biāo)系 xOy ，沖選定長度比例尺 1? 。 圖 3— 2 連桿兩鉸接點(diǎn)的確定圖 長春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 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 xOy 坐標(biāo) 里，斗尖對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn) O，斗前臂與 x 軸呈 ?3 前傾角。此為鏟斗插入料堆時(shí)位置，即工況Ⅰ。 確定動(dòng)臂與鏟斗的鉸接點(diǎn) B 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 yB 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。 綜合考慮各種因素的 影響，設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)坐標(biāo)圖上工況 I 時(shí)的鏟斗實(shí)際狀況，在保證 B 點(diǎn)與 Y 軸坐標(biāo)值 mmyB 350~250? 和 x 軸坐標(biāo)值 Bx 盡可能小而且不與斗底干涉的前提下，在坐標(biāo)圖上人為地把 B點(diǎn)初步確定下來。 (1) 以 B點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 48o，即工況Ⅱ。 (2)把已選定的輪胎外廓畫在坐標(biāo)圖上。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 KR ： ? ??????? ???????????? ?12 Zd bbHdYR （ 31） 式中 dR —— 輪胎動(dòng)力半徑， mm； wd ——— 輪轂直徑， mm； wb —— 輪胎寬度， mm； wbH/ —— 輪胎斷面高度與寬度之比。取 1； ? —— 輪胎變形系數(shù)，普通輪胎為 。 確定動(dòng)臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn) A ? ?mmmmbbHdRwwwd263512?????????????????????? ? （ 32） 圓整后取 Rd=。 ??2 動(dòng)臂長度 dl 的確定：動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置確定之后，按圖 3? 2 利用幾何關(guān)系可求出動(dòng)臂的長度 dl ： 長春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 ? ?? ? ? ?? ?239。0m i n239。0m a x c o ss i n Bsasd lRlRHHl ???????? ???? ? ?? ?mmmmmm a x39。0m i n動(dòng)臂與車架鉸點(diǎn)的高度最大卸載高度距離機(jī)前面外廓部分的水平動(dòng)臂與車架鉸點(diǎn)到裝載大卸載角鏟斗最大卸載高度時(shí)最?yuàn)A角鏟斗回轉(zhuǎn)半徑與斗底的鏟斗回轉(zhuǎn)半徑鏟斗最小卸載距離?????????AsbsHHlRl?? 由輪胎型號查的輪胎的外徑 D=， mdmb ww 6 3 ,5 9 ?? ? ? ? ?ml d 50s i o 22? ??????? ? (3)根據(jù)給定的最大卸載高度、最小卸載距離和卸載角，畫出鏟斗在最高位卸載的位置圖，即工況Ⅱ，此時(shí)， B 點(diǎn)位置為 iB ，如圖 32所示。 (4)以 iB 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 )。 (5)連接 B iB 并作其垂直平分線．因?yàn)?B 和 iB 點(diǎn)同在以 A點(diǎn)為圓心，動(dòng)臂 AB 長為半徑的圓弧上，所以 A 點(diǎn)必在 B iB 的垂直平分線上。 動(dòng)臂育車架鉸點(diǎn)的高度通常?。? ? ? ~ RH A ? = ?0R 鏟斗回轉(zhuǎn)半徑 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。一般， A點(diǎn)取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的 2/1~3/1 處。 mla ?? ； mlb 9 2 ??? 斗底與地平面夾角 ? = ?? 5~3 ； 斗底與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑的夾角 ??539。? ； 最高位置時(shí)卸載角 ? = ?45 ； 動(dòng)臂回轉(zhuǎn)角通常取 ?? ? 90~80? A 點(diǎn)位置的變化，可借挪動(dòng) iB 點(diǎn)和輪胎中心點(diǎn)的位置來進(jìn)行。 連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn) C、 D 的確定 因?yàn)?B、 E 兩點(diǎn)已被確定，所以再確定 C 和 D 點(diǎn)實(shí)際上是為了是終確定與鏟斗相聯(lián)的四桿機(jī)構(gòu) BCDE 的尺寸。 長春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 確定 C 、 D 兩點(diǎn)時(shí)，既要考慮對機(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。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。通常 BC 與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑之間的夾角ψ=35o~100o； ?a 1BC =（ ~） dl = 搖臂和連桿要傳遞比較大的插入和轉(zhuǎn)斗阻力，因此在設(shè)計(jì)時(shí)不僅考慮運(yùn)動(dòng)關(guān)系，而且還應(yīng)考慮它們的強(qiáng)度和剛度。搖臂是形狀以及長短臂的比例關(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在空間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度也不要過大。搖臂可做成直的也可做成彎曲的形狀。彎曲搖臂的夾角一般不大于 30o，否則使構(gòu)件受力不良。搖臂與動(dòng)臂的鉸點(diǎn) E 布置在動(dòng) 臂兩鉸點(diǎn)的連線 AB 的中部偏上為 m處。設(shè)計(jì)時(shí)初步取 m=(~) mld ? ， el =(~) mld ? ， EF=e =（ ~） dl =， DE=c =（ ~） mld ? 。 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 的長度、轉(zhuǎn)斗油缸與車架的鉸點(diǎn) G及行程。 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)，畫出動(dòng)臂和鏟斗在地面時(shí)鏟斗后傾 045 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，依次畫出 BC的相應(yīng)位置：11CB 、 22CB ?? iiCB ，并使它們互相平行；然后畫出鏟斗在最大卸載高度時(shí)的卸載位置（取卸載角 00 50~45?? ），得 39。iiCB 。假設(shè)鏟斗在最大卸載高度卸載時(shí)搖臂和連桿 CD 處在極 端位置，即鉸接點(diǎn) C、 D、 E 位于同一條直線上，則連桿 CD 的最小長度 b= cEC ii ?、 。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)所對應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸活塞桿鉸接點(diǎn)位置 39。iF ，連接 39。iF 各點(diǎn)得一曲線，過 39。iF 點(diǎn)作此曲線的內(nèi)包圓弧 39。N ，則圓弧的圓心 G 即為與車架的交接點(diǎn)，圓弧 39。N的半徑 G 39。iF 既為轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝尺寸 minR 。 根據(jù)提升動(dòng)臂過程中鏟斗保持平移的特性畫出相應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油 的鉸接點(diǎn)位置 iF 得一曲線，以鉸接點(diǎn) G 為圓心，過 iF 點(diǎn)做此曲線的外包圓弧 N ，圓弧 N的半徑 G iF ，即為轉(zhuǎn)斗油缸的最大安 裝距離 maxR ，轉(zhuǎn)斗油缸的行程 xl ，按下式計(jì)算： minmax RRlx ?? （ 33） 當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)和鉸接點(diǎn)位置確定以后，根據(jù)上述作圖法所確定的轉(zhuǎn)斗油缸與車架鉸接點(diǎn) G 及轉(zhuǎn)斗油缸的行程 xl ，一般當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖的情況下提升動(dòng)臂的過程中，鏟長春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 斗在任何位置時(shí)的后傾角都不在地面時(shí)后傾角大，在動(dòng)臂提升范圍內(nèi)后傾角通常允許相 差 15o。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 xl 的長度來滿足對卸載角的要求。 圖 3— 3 確定連桿機(jī)構(gòu)圖解法簡圖 要實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂提升到最大卸載位置卸載后，動(dòng)臂下放到地面時(shí)鏟斗即自動(dòng)放平，只要湊成連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗由最高位置到地面過程中，上翻角 ??? ?? 即可。 舉升油缸與動(dòng)臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn) H 及 M 點(diǎn)的確定 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)定性好等原則來確定。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。如圖 34 所示，一般 H點(diǎn)選定在 AB 聯(lián)線附近或上方，并取 2/ABAH? 。 AH 不可能取得太大，它還受到油缸行程的限制。 考慮到聯(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。這是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果。 M 點(diǎn)往前橋方向靠是比較有利的。這樣做，可使動(dòng)臂油缸在動(dòng)臂整個(gè)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(shí)的舉升力不足，因?yàn)榇藭r(shí)工作力臂往往較小或最小。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，為克長春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 服 M點(diǎn)前移的困難，可采取 M 點(diǎn)上移 (即加大 Mh )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。 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。 圖 3— 4 動(dòng)臂油缸鉸接點(diǎn)的確定 確定動(dòng)臂油缸的鉸接位置及動(dòng)臂油缸的行程 動(dòng)臂油缸的鉸接位置 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。 H點(diǎn)一般選在約為動(dòng)臂長度的三分之一處，且在動(dòng)臂兩鉸接點(diǎn)的連線之上，以便留出鉸座位置 (對曲線型動(dòng)臂而言 )。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— 5a)；油缸中部或上端與車架鉸接 (圖 3— 5b)。后者在動(dòng)臂提升過程中，由于油缸下 端的擺動(dòng)，可以使動(dòng)臂油缸的提升力臂變化較小，效率較高。但不論那種連接方式，都要使