【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 擋板高度， m；b—鏟斗開(kāi)口長(zhǎng)，m；c—堆積高度，m。①鏟斗平裝容量橫截面S的計(jì)算：如圖37所示，鏟斗平裝容量橫截面積S由5塊基本幾何圖形組成。圖37 鏟斗截面計(jì)算計(jì)算公式為： S = S1 + S2 + S3 + S4+S5 （34）式中 S1—扇形AGF的面積，m2； S2—直角三角形△GFN，m2； S3—直角三角形△GAC，m2； S4—三角形△CGN，m2； S5—直角三角形△CND，m2。由圖37知： S1 =GF2π360180γ （35） S2 =12GFFN=12rLzrtanγ2 （36） S3 =12GACA=12rLgrtanγ2 （37） S4 =LLCNLCG(LNG) （38） S5 =12NDCN=12 LkLz2+Lg22LzLgcosγ （39）經(jīng)過(guò)測(cè)量可知GF=， FN=，CA=，GA=，CN=，CG=，NG=，ND=，將上述數(shù)值分別代入公式（35），（36），（37），（38），（39）。可以得S1=㎡,S2=㎡,S3=㎡,S4=㎡，S5=㎡將上述結(jié)果帶入（34）最終得到S=②鏟斗開(kāi)口長(zhǎng)b和堆積高度c的計(jì)算由圖 37所示，鏟斗開(kāi)口長(zhǎng)b的計(jì)算： b=CN2+ND2=Lz2+Lg2+Lk22LzLgcosγ （310）由以上計(jì)算得 Lg=，Lz=，Lk==堆積高度c的計(jì)算：圖38是額定容量鏟斗的橫截面積，其中擋板DN高為a，CD是鏟斗開(kāi)口長(zhǎng)b，IH是斗尖至鏟斗側(cè)壁的高度c。根據(jù)美國(guó)汽車(chē)工程師手冊(cè)規(guī)定IH垂直于CD，且IK=CK/2=b/，擋板DN應(yīng)垂直于斗側(cè)壁CN，所以△CKH∽△CND。則 c=IK+KH=14b+ba2b2a2 （311）將a==（315）得 c= 圖38 額定容量鏟斗的橫截面鏟斗容量計(jì)算代入(33)式中，可以得 Vr=179。（2）鏟斗的容量誤差判斷若滿(mǎn)足 | VrVh|ε （312）式中 Vh計(jì)算的斗容量； ε 設(shè)計(jì)中給定的允許斗容量誤差，則設(shè)計(jì)的鏟斗容量符合設(shè)計(jì)要求。 將上述結(jié)果帶入（312），|VrVh|=||ε=，所以所設(shè)計(jì)的鏟斗容量符合設(shè)計(jì)要求。 鏟斗上下鉸接點(diǎn)位置的確定鏟斗的下鉸接點(diǎn)即與動(dòng)臂的連接鉸接點(diǎn)。當(dāng)鏟斗在鏟掘位置時(shí)，應(yīng)盡量使該點(diǎn)靠近切削刃與地面。下鉸接點(diǎn)靠近鏟斗切削刃，則轉(zhuǎn)斗時(shí)力臂小，有利于增加作用在斗刃上的掘起力。下鉸接點(diǎn)靠近地面，可減少在作業(yè)時(shí)的鏟入阻力。下鉸接點(diǎn)距斗底高度h=(～)R。這里我取h=140mm 鏟斗的上鉸接點(diǎn)即鏟斗與拉桿或連桿的連接鉸點(diǎn)。上鉸接點(diǎn)與下鉸接點(diǎn)的距離(稱(chēng)斗鉸連線)不宜過(guò)大，否則將增加鏟斗連桿機(jī)構(gòu)的尺寸，給結(jié)構(gòu)布置帶來(lái)一定困難。 設(shè)計(jì)小結(jié) 通過(guò)上述設(shè)計(jì)確定了斗底長(zhǎng)度Lg=，斗后壁長(zhǎng)度 Lz=，擋板高度 Lk=，斗底圓弧半徑 r=，回轉(zhuǎn)半徑R=，下鉸接點(diǎn)距斗底高度h=140mm。并且對(duì)所得參數(shù)進(jìn)行鏟斗容量計(jì)算，最后與額定斗容對(duì)比校核，校核結(jié)果在允許范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)符合要求。 根據(jù)以上內(nèi)容其PROE鏟斗圖形式如圖所示： 圖39鏟斗PROE圖其AOTOCAD焊接件圖如下圖310 AUTOCAD鏟斗焊接件 第四章 工作裝置連桿系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖解法設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)圖解法是設(shè)計(jì)連桿系統(tǒng)參數(shù)最有效的方法，因此本設(shè)計(jì)中也應(yīng)用圖解法來(lái)解決參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題。圖解法是在初步確定了最大卸載高度、最小卸載距離、卸載角、履帶尺寸和鏟斗幾何尺寸等整機(jī)主要參數(shù)后進(jìn)行的，通過(guò)在坐標(biāo)圖上確定工況Ⅱ時(shí)工作機(jī)構(gòu)的9個(gè)鉸接點(diǎn)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。 動(dòng)臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn)的確定（1）確定坐標(biāo)系，畫(huà)鏟斗圖如圖41所示，選取直角坐標(biāo)系xOy，并選定長(zhǎng)度比例尺把已設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面圖畫(huà)在坐標(biāo)系里，斗尖對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前壁與x軸呈5176。前傾角。此為鏟斗插入料堆時(shí)的位置，即工況Ⅰ。 圖 41 動(dòng)臂上三鉸接點(diǎn)的設(shè)計(jì)（2）確定動(dòng)臂與鏟斗的鉸接點(diǎn)G由于G點(diǎn)的x坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗崛起力就越大，所以G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G點(diǎn)的y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，但縮小了G點(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn)F的距離，使崛起力下降。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)際情況，在保證G點(diǎn)y軸的坐標(biāo)值yG=250～350mm和x軸坐標(biāo)值盡可能小的而且不與斗底干涉的前提下，我取G點(diǎn)的坐標(biāo)為(1250,250)。（3）確定動(dòng)臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn)A①以G點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，至鏟斗斗口與x軸平行為止，即工況Ⅱ。 ②把已選定的輪胎外廓畫(huà)在坐標(biāo)圖上。應(yīng)使輪胎前緣與工況Ⅱ時(shí)的鏟斗后壁的間隙盡量小些。履帶中心Z的坐標(biāo)值應(yīng)等于履帶的工作半徑Rk。 ，mm (41) 式中 —Z點(diǎn)的y坐標(biāo)值，mm；—輪輞直徑，mm；—輪胎寬度，mm；H/—輪胎斷面高度與寬度之比；—輪胎變形系數(shù)。查文獻(xiàn)得， =635mm，=597mm，H/=1，=。代入上式解得：=855mm。③根據(jù)給定的最大卸載高度=2900mm，最小卸載距離=1300mm，以及卸載角=59176。，畫(huà)出鏟斗在最高位置卸載時(shí)的位置圖，即工況Ⅳ，令此時(shí)斗尖為，G點(diǎn)位置為。④以為圓心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗口與x軸平行，即得到鏟斗最高位置圖，即工況Ⅲ。⑤連接GG`并作垂直平分線。因?yàn)镚和G`點(diǎn)同在以A點(diǎn)為圓心，動(dòng)臂AG長(zhǎng)為半徑的圓弧上，所以A點(diǎn)必在的垂直平分線上。A點(diǎn)在垂直平分線的位置應(yīng)盡量低些，一般取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的1/3～1/2處。因此，我取A點(diǎn)坐標(biāo)為(3932，2280)。 動(dòng)臂與搖臂鉸接點(diǎn)的確定 動(dòng)臂與搖臂鉸接點(diǎn)B點(diǎn)的位置是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)，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)度都有很大影響。根據(jù)分析與經(jīng)驗(yàn)，一般取B點(diǎn)在AG連線的上方，過(guò)A點(diǎn)的水平線下方，并在AG的垂直平分線上，并在AG的垂直平分線上左側(cè)靠近工況Ⅱ時(shí)的鏟斗處。相對(duì)于前輪胎，B點(diǎn)在其外廓的左上部。通過(guò)作圖，設(shè)計(jì)出B點(diǎn)坐標(biāo)為(1932,1793)。 連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn)的確定因?yàn)镚、B兩點(diǎn)已被確定，所以在確定連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn)F點(diǎn)和E點(diǎn)實(shí)際上是為了最終確定與鏟斗相連的四桿機(jī)構(gòu)GFEB的尺寸，如圖42所示。 圖42 連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸尺寸設(shè)計(jì) 確定F、E兩點(diǎn)時(shí)，既要考慮對(duì)機(jī)構(gòu)的要求，又要注意動(dòng)力學(xué)的要求，同時(shí)，還要防止前述各種機(jī)構(gòu)被破壞的現(xiàn)象。（1）按雙搖桿條件設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)令GF為最短桿，BG桿為最長(zhǎng)桿，即必有 GF+BGFE+BE (42)如圖42所示，若令，GF=a,FE=b,BE=c,BG=d,并將式(410)不等號(hào)兩邊同時(shí)除以d，經(jīng)整理上式得下式，即 (43)其中d值由BG確定，即d=1636mm。初步設(shè)計(jì)時(shí)，(43)式中各值可按式(44)中選取。K=～ a=(～)d (44)c=(～)d此次設(shè)計(jì)中取 K=，a=495mm，c=1155mm,b=998mm。（2）確定E點(diǎn)和F點(diǎn)的位置這兩點(diǎn)位置的確定要綜合考慮如下四點(diǎn)要求：①E點(diǎn)不可與前橋相碰，并且有足夠的最小離地高度；②插入工況時(shí)，使EF桿盡量與GF桿垂直，這樣可獲得較大的傳動(dòng)比角和倍力系數(shù)；③裝工況時(shí)，EF與GF桿的夾角必須小于170176。，即傳動(dòng)角不能小于10176。，以免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生自鎖；④位卸載工況時(shí)，EF桿與GF桿的傳動(dòng)角也必須大于10176。具體做法如下：如圖43所示，鏟斗取工況Ⅰ。分別以B點(diǎn)和G點(diǎn)為圓心，以c和分別為半徑畫(huà)弧，其交點(diǎn)為E；再分別以G點(diǎn)和E點(diǎn)為圓心，a和b半徑畫(huà)弧，則其交點(diǎn)必為F。 圖 43 連接端部鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì)作圖所得，在鏟裝工況下，即工況Ⅰ下，E點(diǎn)坐標(biāo)為(2535，833),F點(diǎn)坐標(biāo)為(1337,903)。為了防治機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“死點(diǎn)”，“自鎖”或“撕裂”現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足下列不等式。工況Ⅱ時(shí)： GF+FEGE (45)工況Ⅳ時(shí)： FE+BEFB (46)檢驗(yàn)E與F點(diǎn)位置設(shè)計(jì)：①工況Ⅱ時(shí)，GF=495mm，F(xiàn)E=998mm，GE=1114mm，因此滿(mǎn)足GF+FEGE。②工況Ⅳ時(shí)，F(xiàn)E=998mm，BE=1155mm，F(xiàn)B=2945mm，因此滿(mǎn)足FE+BEFB。綜上所得，E點(diǎn)與F點(diǎn)設(shè)計(jì)位置滿(mǎn)足要求。 轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn)的確定在圖43中，如果確定了C點(diǎn)和D點(diǎn)，就最后確定了與機(jī)架連接的四桿機(jī)構(gòu)BCDA的尺寸。C點(diǎn)和D點(diǎn)的布置直接影響到鏟斗舉升平動(dòng)和自動(dòng)放平性能，對(duì)掘起力和動(dòng)臂舉升阻力的影響都較大。1)確定C點(diǎn)從力的傳遞出發(fā)，顯然使搖臂BC長(zhǎng)一些有利，那樣可以增大轉(zhuǎn)斗油缸作用力臂，使掘起力相應(yīng)增大。但加長(zhǎng)BC段，必將減小鏟斗和搖臂的轉(zhuǎn)角比，造成鏟斗轉(zhuǎn)角難以滿(mǎn)足各個(gè)工況的要求，并且使轉(zhuǎn)斗油缸行程過(guò)長(zhǎng)。初步設(shè)計(jì)時(shí)，一般取BC≈(～)BE （47）因此，取BC==809mm。C點(diǎn)一般取在B點(diǎn)左上方，BC與BE夾角(即搖桿折角)，可取∠CBE=175176。，C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)不與鏟斗干擾。 2)確定D點(diǎn) 轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架的鉸接點(diǎn)D，是根據(jù)鏟斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ過(guò)程為平動(dòng)和由工況Ⅳ下降到工況Ⅰ能自動(dòng)放平這兩大要求來(lái)確定的。如圖42所示，當(dāng)鉸接點(diǎn)G、F(即F2)、E(即E2)、B、C、(即C2)被確定后，則鏟斗分別在工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ時(shí)的C點(diǎn)的位置CCCC4也就唯一的被確定下來(lái)。因?yàn)殓P斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ或由工況Ⅳ下放到工況Ⅰ的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng)度分別保持不變，所以D點(diǎn)必為C2點(diǎn)和C3點(diǎn)連線的垂直平分線與點(diǎn)C1和C4點(diǎn)連線的垂直平分線的交點(diǎn)。 研究證明，D點(diǎn)設(shè)計(jì)在A點(diǎn)的左下方較好。D的固定坐標(biāo)為(3611,2104)。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。綜合考慮這些因素，一般動(dòng)臂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。一般動(dòng)臂舉升油缸與動(dòng)臂的鉸接點(diǎn)H選定在AG連線附近或上方，并取AHAG/3。因此，取工況Ⅰ時(shí)的H坐標(biāo)為(2582,1315),AH=1651mm?？紤]到聯(lián)合鏟裝工況(邊插入邊舉臂)的需要，在滿(mǎn)足動(dòng)臂舉升油缸與車(chē)架鉸接點(diǎn)M最小離地高度要求的前提下，令工況Ⅰ時(shí)AH與MH趨于垂直。這樣可以使鏟斗開(kāi)始從料堆中提升時(shí)阻力距最大，獲得較大的初始工作力矩。M點(diǎn)往前橋方向靠近是比較有利的。這樣做，可使動(dòng)臂舉升油缸在動(dòng)臂整個(gè)舉升過(guò)程中，舉升工作力臂大小的變化往往較小，即工作力矩變化不大，避免鏟斗舉升最高位置時(shí)的舉升力不足，因此此時(shí)工作力臂往往較小或最小。綜上所述，我取M點(diǎn)在A點(diǎn)正下方850mm處。經(jīng)過(guò)上述的各步作圖，整個(gè)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)完畢。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)鏟斗的平動(dòng)質(zhì)量，在工況Ⅱ、Ⅲ之間選擇2個(gè)位置進(jìn)行檢驗(yàn)鏟斗的轉(zhuǎn)角，所得結(jié)果鏟斗轉(zhuǎn)較差小于10176。，則證明設(shè)計(jì)合理。1. 對(duì)稱(chēng)水平力的作