【文章內(nèi)容簡介】 足鏟斗舉升平動、自動放平、最大卸載高度、最小卸載距離和各個位置的卸載角等要求；在動力學方面，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。 圖解法比較直觀，易于掌握，是目前工程設(shè)計時常用的一種方法。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)后進行的，它通過在坐標圖上確定工況Ⅱ（見圖3—1）時工作工作機構(gòu)的九個鉸接點的位置來實現(xiàn)。圖3—1 鉸接點B的確定 動臂與鏟斗、搖臂、機架的三個鉸接點B、E、A的確定 確定坐標系如圖32所示，先在坐標紙上選取直角坐標系，沖選定長度比例尺。 畫鏟斗圖 把已設(shè)計好的鏟斗橫截面外輪廓按比例畫在坐標里，斗尖對準坐標原點O，斗前臂與x軸呈前傾角。此為鏟斗插入料堆時位置，即工況Ⅰ。 由于B點的x坐標值越小，轉(zhuǎn)斗鏟取力就越大，所以B點靠近O 點是有利的，但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減??；而坐標值增大時，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點與連桿鏟斗鉸接點C的距離，使鏟取力下降。圖3—2 連桿兩鉸接點的確定圖綜合考慮各種因素的影響，設(shè)計時，一般根據(jù)坐標圖上工況I時的鏟斗實際狀況，在保證B點與Y軸坐標值和x軸坐標值盡可能小而且不與斗底干涉的前提下，在坐標圖上人為地把B點初步確定下來。(1) 以B點為圓心，使鏟斗順時針轉(zhuǎn)動48o，即工況Ⅱ。(2)把已選定的輪胎外廓畫在坐標圖上。作圖時，應使輪胎前緣與工況Ⅱ時鏟斗后壁的間隙盡量小些，目的使機構(gòu)緊湊、前懸小，但一般不小于50mm ；輪胎中心Z的y軸坐標值應等于輪胎的工作半徑： （3—1）式中 ——輪胎動力半徑， mm； ———輪轂直徑，mm； ——輪胎寬度，mm；——輪胎斷面高度與寬度之比。取1；——輪胎變形系數(shù)。 （3—2） 圓整后取Rd=。動臂長度的確定：動臂鉸點位置確定之后，按圖32利用幾何關(guān)系可求出動臂的長度：由輪胎型號查的輪胎的外徑D=，(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，點位置為，如圖32所示。 (4)以點為圓心，順時針旋轉(zhuǎn)鏟斗48o，即得鏟斗被舉升到最高位置圖(工況Ⅲ)。 (5)連接并作其垂直平分線．因為和點同在以A點為圓心，動臂長為半徑的圓弧上，所以點必在的垂直平分線上。動臂育車架鉸點的高度通常取：=鏟斗回轉(zhuǎn)半徑A點位置盡可能低一點，以提高整機工作的穩(wěn)定性，減小機器高度，改善司機視野。一般，A點取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的處。；斗底與地平面夾角=；斗底與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑的夾角；最高位置時卸載角=；動臂回轉(zhuǎn)角通常取 A點位置的變化，可借挪動點和輪胎中心點的位置來進行。 確定動臂與搖臂的鉸接點E E點位置是一個十分關(guān)鍵的參數(shù)。它對連桿機構(gòu)的傳動比、倍力系數(shù)、連桿機構(gòu)的布置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長度等都有很大影響。如圖4—7所示，根據(jù)分析和經(jīng)驗，一般取E點在AB連線上方，其在AB連線上的投影點距A點45%處。相對前輪胎，E點在其外廓的左上部。 連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點C、D的確定因為B、E兩點已被確定，所以再確定C和D點實際上是為了是終確定與鏟斗相聯(lián)的四桿機構(gòu)BCDE的尺寸。 確定C 、D兩點時，既要考慮對機構(gòu)運動學的要求，如必須保證鏟斗在各工況時的轉(zhuǎn)角，又要注意動力學要求，如鏟斗在鏟裝物料時應能輸出較大的鏟取力，同時，還要防止前述各機構(gòu)運動被破壞的現(xiàn)象。為此，建議按下述方法進行設(shè)計：按單搖桿條件設(shè)計六桿機構(gòu)，連桿與鏟斗鉸點C的位置影響連桿的受力和轉(zhuǎn)斗油缸的行程，選擇時主要考慮當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；=（~）=（見圖3——3）。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)計時不僅考慮運動關(guān)系，而且還應考慮它們的強度和剛度。搖臂是形狀以及長短臂的比例關(guān)系及鉸點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。搖臂與動臂的鉸點E布置在動臂兩鉸點的連線AB的中部偏上為m處。設(shè)計時初步取m=(~)，=(~)，EF==（~）=，DE==（~）。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G及行程。根據(jù)已經(jīng)選定的工作裝置連桿機構(gòu)的尺寸參數(shù)，畫出動臂和鏟斗在地面時鏟斗后傾的位置及搖臂和動臂的鉸點E；將動臂由最低到最高位置時的轉(zhuǎn)角分成若干等分，提升動臂到不同的角度，并保持后傾鏟斗的平移性，依次畫出BC的相應位置：、……，并使它們互相平行；然后畫出鏟斗在最大卸載高度時的卸載位置（取卸載角），得。假設(shè)鏟斗在最大卸載高度卸載時搖臂和連桿CD處在極端位置，即鉸接點C、D、E位于同一條直線上，則連桿CD的最小長度 b=。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所對應的搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸活塞桿鉸接點位置，連接各點得一曲線，過點作此曲線的內(nèi)包圓弧，則圓弧的圓心G即為與車架的交接點，圓弧的半徑G既為轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝尺寸。 根據(jù)提升動臂過程中鏟斗保持平移的特性畫出相應的搖臂與轉(zhuǎn)斗油的鉸接點位置得一曲線，以鉸接點G為圓心，過點做此曲線的外包圓弧，圓弧N的半徑G，即為轉(zhuǎn)斗油缸的最大安裝距離，轉(zhuǎn)斗油缸的行程，按下式計算： （3—3）當連桿機構(gòu)和鉸接點位置確定以后，根據(jù)上述作圖法所確定的轉(zhuǎn)斗油缸與車架鉸接點G及轉(zhuǎn)斗油缸的行程，一般當轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖的情況下提升動臂的過程中，鏟斗在任何位置時的后傾角都不在地面時后傾角大，在動臂提升范圍內(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，可減小BC或的長度來滿足對卸載角的要求。圖3—3 確定連桿機構(gòu)圖解法簡圖要實現(xiàn)動臂提升到最大卸載位置卸載后，動臂下放到地面時鏟斗即自動放平，只要湊成連桿機構(gòu)使鏟斗由最高位置到地面過程中，上翻角即可。 動臂舉升油缸的布置應本著舉臂時工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、整機穩(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之間的狹窄空間里。如圖34所示，一般H點選定在AB聯(lián)線附近或上方，并取。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點最小離地高度要求的前提下，令工況Ⅰ時HM近似于水平，一般取HM與水平線成10o~15o夾角。這是機械優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果。M點往前橋方向靠是比較有利的。這樣做，可使動臂油缸在動臂整個舉升過程中，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的舉升力不足，因為此時工作力臂往往較小或最小。但是，采用底部鉸接式油缸時，要使M點前移是比較困難的，它受前橋限制，支座布置也較麻煩，如圖3—7a所示，為克服M點前移的困難，可采取M點上移(即加大)和H點向B點方向前移的辦法，使舉升動臂油缸幾乎呈水平狀態(tài)，計算證明，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 動臂油缸鉸接點的確定這個結(jié)論是顯而易見的，因為由圖3—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，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。所以，在相同條件下，中間鉸接式油缸的最小輸出力矩要比底部鉸接式油缸的最小輸出力矩大。 確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程確定動臂油缸與動臂及車架的鉸接點H、M的位置(圖3—5)，通常參考同類樣機，同時考慮動臂油缸的提升力臂與行程的大小選定。H點一般選在約為動臂長度的三分之一處，且在動臂兩鉸接點的連線之上，以便留出鉸座位置 (對曲線型動臂而言)。動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)。后者在動臂提升過程中，由于油缸下端的擺動，可以使動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，都要使動臂油缸的下端到地面的距離HM滿足裝載機離地間隙的要求。此外，在采用動臂油缸下端擺動的連接方式時，要注意油缸下端在擺動過程中不與機體發(fā)生于涉。圖3—5 動臂舉升油缸兩鉸接點設(shè)計 動臂油缸行程的確定在選定動臂油缸鉸接點的位置后，便可用與求動臂長度相同的解析法或作圖法求出其油缸行程： （3—4）式中 ——動臂油缸的最大安裝距離仍——動臂油缸的最小安裝距離MH。AB= 2558 mm AH取1050 mm最小離地間隙一般 圖3—6 動臂油缸的鉸接位置作圖知道圖3—7 動臂油缸行程的設(shè)計油缸最大長度1644 mm ，最小長度963 mm ， （35）符合設(shè)計要求。動臂舉升油缸的最小安裝距離為：1644 mm動臂最大伸長：2558 mm動臂舉升油缸行程：963mm由于裝載機要求在最低位置舉升到最高位置時的任意位置都能卸載，卸載角不能小于，所以轉(zhuǎn)斗油缸的行程必須滿足。把最低與最高位置之間分為6份，每個位置畫出卸載角為時的鏟斗，根據(jù)連桿之間的長度和角度關(guān)系，可以得出任意位置的轉(zhuǎn)斗油缸長度，其中最小值即為轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝距離。 轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝距離：1902mm轉(zhuǎn)斗油缸的最大伸長：2402mm轉(zhuǎn)斗油缸行程：500 mm 轉(zhuǎn)斗油缸行程與鉸接點的作用圖 最大卸載高度和最小卸載距離 鏟斗高位卸載時的卸載高度和卸載距離必須分別不小于設(shè)計任務(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，甚至不能進行高位卸載。太大時，將增加卸載沖擊，損壞運輸車輛，過大，雖然有利于裝車，但加大了工作機構(gòu)前懸，降低整機穩(wěn)定性。若要滿足要求，則應該滿足下列要求： （3—33）在軌跡圖中測量出：所以滿足和的要求。4. 工作裝置的強度計算工作裝置的強度計算包括：1)確定計算位置。2)選取工作裝置受力最大的典型工況，確定外載荷。3)對工作裝置進行受力分析。4)主要零件的強度校核。 計算位置 分析裝載機插入料堆、鏟起、提升、卸載等作業(yè)過程可知，裝載機在鏟掘物料時，工作裝置的受力最大，所以取鏟斗斗底與地面的前傾角為時的鏟取位置(圖4—1)作為計算位置，且假定外裁荷作用在鏟斗的切削刃上。 外載荷的確定由于物料種類和作業(yè)條件的不同，裝載機實際作業(yè)時不可能使鏟斗切削刃均勻受載，但可簡化為兩種極端情況：①認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，稱為對稱受載情況；②由于鏟斗偏鏟、料堆密實程度不均，使載荷偏于鏟斗一例。形成偏載情況時，通常是將其簡化后的集中栽荷加在鏟斗側(cè)邊第一斗齒上。裝載機的鏟掘過程通?？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，此時認為鏟斗切削刃只受到水平力的作用。2) 鏟斗水平插入料堆后，翻轉(zhuǎn)鏟斗(靠轉(zhuǎn)斗油缸工作) 或提升動臂(靠動臂油缸工作)鏟掘時，此時認為鏟斗切削刃只受到垂直力的作用。3) 鏟斗邊插入邊轉(zhuǎn)斗或邊插入邊提臂鏟掘時，此時認為水平力與垂直力同時作用在鏟斗的切削刃上。綜合上述分機可以得到如下六種工作裝置的典型工況(圖4—2)：1. 對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）——裝載機空載時的最大牽引力， ——插入力。2. 對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——裝載機滿載時的自重； ——裝載機重心到前輪與地面接觸點的距離；在此處取軸距的四分之一靠前。 （4—4） 式中L—— 軸距。 W——整車重量。 W1——滿載時前橋負荷，取整機重量的75％。 3．對稱水平力與垂直力同時作用的工況(圖4—2g)此時垂直力由式(4—3)給出，水平力取發(fā)動機扣除工作油泵功率后，裝載機所能發(fā)揮的牽引力。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。6．受水平偏載與垂直偏載同時作用的工況(圖4—2f)水平力與垂直力的大小與工況(c)相同。 工作裝置的受力分析在確定了計算位置及外載荷的大小后，便可進行工作裝置的受力分橋。由于工作裝置是一個受力較復雜的空間超靜定系統(tǒng)，為簡化計算，通常要作如下假設(shè)：1) 在對稱受載工況中(圖4—2 a、b、c)，由于工作裝置是個對稱結(jié)構(gòu)，故兩動臂受的載荷相等。同時略去鏟斗及支承橫梁對動臂受力與變形的影響，則可取工作裝置結(jié)構(gòu)的一例進行受力分析，如圖(3—23a)所示，其上作用的載荷取相應工況外載荷之半進行計算，即： （4—5）在偏載工況中(圖3—22d、e、f)，近似地用求簡支粱支反力的方法，求出分配于左右動臂平面內(nèi)的等