【文章內(nèi)容簡介】 m 軸距 2500mm 輪距 1750mm 最小離地間隙 390mm 最小轉(zhuǎn)彎半徑 5300mm 鏟斗高位自動放平性能 有 工作裝置提升、前傾、下降三項和 12s 整機(jī)外形尺寸 長*寬*高mm 7260*2960*3220 11 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 3 章 ZL30 裝 載機(jī)工作裝置六桿機(jī)構(gòu)的優(yōu) 化設(shè)計 目前，國內(nèi)在進(jìn)行裝載機(jī)工作裝置設(shè)計時，一般都采用較為傳統(tǒng)的“類比試湊法”，“經(jīng)驗法”等這些方法存在許多嚴(yán)重的缺點，最主要是由于試湊過程盲目性很大。致使設(shè)計效率很低效果很差，難于求得理想方案。 為了顯著的提高設(shè)計質(zhì)量和效率，就必須采用優(yōu)化理論借助電子計算機(jī)進(jìn)行工作裝置的優(yōu)化設(shè)計。為此，很多單位在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計理論的指導(dǎo)下可對裝載機(jī)的優(yōu)化設(shè)計產(chǎn)生了濃厚的興趣，并做了大量的研究工作，取得了一定的成績，然而，令人遺憾的是，無論從理論上還是實踐上都尚未有一種統(tǒng)一的，完善的和行之有效的工作裝置優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。綜合已有的研究成果，我們可以發(fā)現(xiàn)：優(yōu)化設(shè)計模型的建立及優(yōu)化方法的選擇都不盡相同。由于工作裝置的設(shè)計需要滿足諸多方面性能的要求，使得優(yōu)化設(shè)計的約束條件具有復(fù)雜性和多樣性。 工作裝置六桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計設(shè)計變量的選擇 31 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)工作裝置分析模型 如圖 31 所示，選取工作裝置處于地面鏟掘位置時的作業(yè)工況作為工作裝置優(yōu)化設(shè)計的標(biāo)定工況。當(dāng)組成工作裝置的各構(gòu)件長度及其相互間的位置確定之后，工12青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 作裝置的結(jié)構(gòu)形式就可以確定。通過分析發(fā)現(xiàn)，要得到一個確定的工作裝置方案至少需要十個設(shè)計變量，即 R2,R4,R5,R6,R8,UG1,UG2,UD1,UD3,UA1。因此，可選擇上述變量作為工作裝置反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計變量，即 X1 = 【R2,R4,R5,R6,R8,UG1,UG2,UD1,UD3,UA1】T= 【x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10】T 工作裝置六桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)函數(shù)的確定 對確定型號的裝載機(jī)來說，因其最大崛起力受到整機(jī)參數(shù)的限制。因此，在工作裝置的優(yōu)化設(shè)計中，如果一味的追求崛起力最大，有很大的盲目性；而且，在功率一定的情況下，工作裝置的崛起力與崛起速度存在著一種反比關(guān)系，這將導(dǎo)致崛起效率的降低。而在追求高效率的今天，只以崛起力最大作為優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)顯然是不合適的，并且在實際工作過程中，裝載機(jī)是很少在最大崛起力狀態(tài)下工作。通常，在滿足一定的崛起力條件下提高鏟斗的崛起速度，可以優(yōu)化出更加完善的工作裝置。因此，對工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)而言，其優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)確定為在追求工作裝置連桿機(jī)構(gòu)傳力比最大的同時，使轉(zhuǎn)斗缸的行程達(dá)到最短。即在考慮到工作裝置特性的基礎(chǔ)上，為提高其動力與經(jīng)濟(jì)性，取下列目標(biāo)函數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)： F(X1) = ω1μf1( X1)+ω2(XR74(X1)CC) （32） 式中 ω1，ω2對應(yīng)分目標(biāo)函數(shù)的加權(quán)因子，它的取值可體現(xiàn)各分目標(biāo)函數(shù)的重要程度，ω1+ω2=1； μf1(X1)連桿機(jī)構(gòu)的傳動比； XR74(X1)最不易卸料位置時，轉(zhuǎn)斗缸的卸料長度。 工作裝置六桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計約束條件的確定 根據(jù)整 機(jī)尺寸及工作裝 置布置的可能性 要求，設(shè)計中應(yīng)給 出各設(shè)計變量允許變化的空間范圍。這些限制設(shè)計變量的取值范圍，稱為邊界約束。 邊界約束的選取帶有一定的經(jīng)驗性，一般應(yīng)考慮以下因素： 1）選取邊界約束時，應(yīng)在充分了解設(shè)計變量與性能之間的關(guān)系的基礎(chǔ)上， 綜合考慮性能約束，目標(biāo)函數(shù)的性質(zhì)，不要使二者過于矛盾，以便使優(yōu)化計算少走彎路，提高計算效率。 2）考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)的可能性，以獲得真正可行的設(shè)計方案。 13青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 3）考慮整機(jī)總體參數(shù)的要求 ，以獲得與總體參數(shù)相匹配的邊界約束。 4）考慮上機(jī)時間的要求，一般來說，邊界約束所取的范圍 越大，與最優(yōu)解的離散程度越高，則計算時所需的機(jī)時越多；反之機(jī)時越少。 5）分析同類機(jī)型工作裝置現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)尺寸，估計最優(yōu)解可 能出現(xiàn)的近似解范圍，使邊界約束的中心盡量靠近最優(yōu)解。 在充分考慮了上述因素后，對于連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)置了十個設(shè)計變量的上限和下限，共二十個邊界約束條件，即 Xmin≤Xi≤Xmax i=1,2,3,4,…,10 (33) 式中 Xmin，Xmax分別為連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計變量 Xi 的上，下限。 在具體計算時，設(shè)計變量上，下限的取值，一方面，可參考同噸位的現(xiàn)有裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行選擇；兩一方面，可采用優(yōu)選設(shè)計法進(jìn)行確定。 約束 性能 約束是指 某些性 能或 設(shè)計要求 所退到 出來的 一些約 束條件。它的建立保證了工作裝置的作業(yè)性能。性能約束一般包括以下組成部分： （1）平移性約束 所謂平移性，是指在動臂舉升過程中的鏟斗收斗角的變化特性。一般以動臂下限，運輸位置和上限位置時鏟斗的收斗角來度量。為保證鏟斗裝滿物料，根據(jù)鏟斗位置時鏟斗的收斗角應(yīng)大于 46176。；上限位置 時鏟斗的收斗角應(yīng)小于 62176。同時，必須保證任意位置收斗角之差不大于 15176。 需指出，滿足上述條件并不一定能保證裝滿物料的顫抖在舉升過程中物料部撒落。這是因為在動臂舉升過程中，鏟斗最大收斗角位置一般不與上限位置重合。因此，為了確保鏟斗的平移性，必須設(shè)立鏟斗最大收都叫機(jī)器位置的約束。 若假設(shè)運輸位置和上限位置時鏟斗的收斗角分別為 UA5 和 UA6，則由公式 U = f63（UG,R7,X1） 可得：UA5 = f63 （UG7,YR7,X1） （34） UA6 = f63 （UG6,YR7,X1） （35） 所以，可建立如下約束條件，即 UA5U7≥0 ( 36 ) U5+UA5UA6≥0 ( 37 ) UA6UA5≥0 ( 38 ) U10UA6≥0 ( 39 ) 14青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 U9(UA7UA6) ≥0 (310) 式中 U5上限位置收斗角與運輸位置收斗角之差值，即 U5=UA6UA5,一般取 U5≤20176。； U7運輸位置收斗角的限定值，取 U7≥46176。； U9最大收斗角與上限 位置收斗角之差的上限值，即 UA7UA6≤U9，亦稱收斗角回擺限定值，一般取 U9≤5176。； U10上限位置收斗角限定值，即 UA6≤U10，取 U10≤62176。； UA7最大收斗角，由一維優(yōu)化法求得 （2）靠檔塊約束 所謂靠檔塊，是指動臂從下限位置到運輸位置過程中，鏟斗始終靠在動臂的檔塊上。這樣可帶來如下好處： 1）當(dāng)運輸過程中鏟斗與障礙物相撞時，強(qiáng)烈的撞擊力可直接傳給動臂，可以保護(hù)工作裝置的其他薄弱構(gòu)件不遭破壞。 2）由于在物料的運輸過程中鏟斗靠緊檔塊，從而避免因運輸中出現(xiàn)鏟斗“點頭”現(xiàn)象而物料撒落。 3）司機(jī)操作時，運輸位置不一定是設(shè)計的運輸位置，常常是在其附近的位置；由于鏟斗處處靠檔塊，就可以保證實際運輸位置的斗缸長度，從而保證了連桿機(jī)構(gòu)理論上的平移性。 4）可以避 免某些工 作裝置在 運輸位置 下落動臂 時出現(xiàn)的 機(jī)構(gòu)嚴(yán)重干 涉現(xiàn)象。 15青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 2 2 2(YR +R ) +R5 R6UGg =UG1 arccos( ) （311） 圖 32 所示 鏟斗靠擋塊約束 由圖 32 可以很直觀的看出：工作裝置在下限收斗位置，如果 F 點處于 G,E兩點的線之上，那么動臂在舉升過程中， 當(dāng) G,F,E 三點處于一條直線上時，由于 UD 角達(dá)到其最大值，而使得 UA 角變?yōu)樽钚?。而后，隨著動臂的不斷舉升，UA 又逐漸增大。這樣一來，如果位置 G,F,E 三點重合于一條直線的位置設(shè)計在運輸位置附近，那么就使得動臂從下限位置到運輸位置的舉升過程中，鏟斗緊緊的靠在動臂的檔塊上，即使 AB 桿緊靠在 AD 桿上。 令 2 R5 ( R6 +YR7 )UG8 =UG7 +UG2 （312） 這樣，可建立靠擋塊約束，即 U 4 UG1 UG9 179。0 （313） 而動臂從下限位置至運輸位置的舉升過程中，鏟斗相對動臂的轉(zhuǎn)角 UA4 為 UA4 = UA5 + UG4UG7U2 (314) 所謂靠擋塊約束也是相對的。為避免靠擋塊約束帶來的 干涉現(xiàn)象，必須建立相應(yīng)的不干涉性約束，即 UA4≥0 （315） U 4 UA4 179。0 （316） 其中，U4 為滿足靠擋塊性能時，運輸位置斗背相對動臂干涉角的限定值。U4 應(yīng)取充分小，一般取 U4≤3。這樣，可使得下限位置至運輸位置的舉升過程中，鏟斗相對動臂的轉(zhuǎn)角充分小。由于整個工作裝置各構(gòu)件裝配過程中存在著很多間隙。這些間隙的消除足以抵消 U4 微小干涉量，而它帶來的好處卻很大。 式（316）的建立還帶來了其他好處，即 U4 的取值可改變運輸位置收斗角及整個舉升過程收斗角的變化規(guī)律，使得優(yōu)化方案的平移性更適合于設(shè)計方案。 16青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 鏟斗的設(shè)計 第4章 裝 載機(jī) 鏟斗的設(shè)計 （1）鏟斗的截面形狀 鏟斗截面 鏟斗的斷面形狀由鏟斗圓弧半徑r，底壁長l，后壁高h(yuǎn) 和張開角γ四個參數(shù)確定。 所示。鏟斗的寬度應(yīng)大于裝載機(jī)兩前輪外側(cè)間的寬度，每側(cè)腰寬出50100mm，選定80mm。如鏟斗寬度小于兩輪外側(cè)間的寬度，則鏟斗鏟取物料后所形成的物料堆階梯會損傷輪胎側(cè)壁，并增加行駛時輪胎的阻力。 （2）鏟斗基本參數(shù)的確定 設(shè)計時，把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R 作為基本參數(shù)，鏟斗的其他參數(shù)則作為R 的函數(shù)。 式中， Vs ——鏟斗平裝容量，單位：立方米，取Vs=B0 ——鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，單位：米，B0= （41） λg ——鏟斗斗底長度系數(shù)，λg =，取λg = 17青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 λz ——后壁長度系數(shù)，λz =，取λz = λk——擋板高度系數(shù)，λk =，取λk = λr ——圓弧半徑系數(shù) λr =，取rλ = γ ——張開角，為45 度52 度，取48 度 γ1——擋板與后壁間的夾角 取30 度 根據(jù)公式31公式得 R = m 斗底長度L g =λg R== 后壁長度L z =λz R== 擋板高度L k =λk R== 圓弧半徑r=λr R== 斗齒的設(shè)計 鏟斗 斗刃上可以由斗齒，也可以沒有斗齒。若斗刃上裝有斗齒，斗齒將先于切削刃插入料堆，由于它比壓大（即單位長度插入力大），所以比不帶齒的切削刃易于插入料堆，插入阻力能減小20% 左右，特別是對料堆比較密實，大塊較多的情況，效果尤為明顯。所以選擇帶斗齒的鏟斗。 斗齒結(jié)構(gòu)分整體式和分體式兩種。一般斗齒是用高錳鋼制成的整體式，用螺栓固定在鏟斗斗刃上。 斗齒的形狀和間距對切削阻力是有影響的。一般中型裝載機(jī)鏟斗的斗齒間距為250~500mm 左右。太大時由于切削刃將直接參與插入工作，使阻力增大；太小時，齒間易卡住石塊，也將增大工作阻力。長而窄的齒要比短而寬的齒插入阻力小，但太窄又容易損壞，所以齒寬以每厘米長載荷不大于500~600kg 為宜。所以選擇齒間距為370mm，斗齒寬度為93mm，斗齒長度為400mm。 18青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 5 章 裝載機(jī)工作 裝置連桿系統(tǒng)設(shè)計 、形狀與車架的鉸接位置 1．動臂與車架鉸接點位置的確定采用比較法設(shè)動胃與車架的鉸接點位置 A，如圖 51 所示。兩動臂鉸接點 A 在橫向平面內(nèi)的距離 bA 可根據(jù)裝載機(jī)的輪距、并考慮動臂油缸的外形尺寸確定。 動臂鉸接點 A 在縱向平面內(nèi)的位置可由 A 點到前輪中心的距離 LA 及斗的上下兩個極限位置來確定。當(dāng)動臂長度一定時，LA 的大小影響裝載機(jī)的卸裁距離。在滿足卸載距離的情況下，從