【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 卸料時(shí)鏟斗刃口降落的高度小，還可減小動(dòng)臂舉升高度，縮短作業(yè)時(shí)問(wèn)，但這會(huì)減小斗容。根據(jù)任務(wù)書(shū)要求以及老師建議，可選擇大些。鏟斗張開(kāi)角γ為鏟斗后壁與底壁間的夾角，一般取45176?！?2176。適當(dāng)減小張開(kāi)角并使斗底壁對(duì)地面有一定斜度，可減小插入料堆時(shí)的阻力，提高鏟斗的裝滿程度。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)要寬出50～l00mm。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料堆階梯會(huì)損傷輪胎側(cè)壁，并增加行駛時(shí)輪胎的阻力。②鏟斗基本參數(shù)的確定設(shè)計(jì)時(shí)，把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R(即鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)至切削刃之間的距離)作為基本參數(shù)，鏟斗的其他參數(shù)則作為R的函數(shù)。R是鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑(見(jiàn)圖35)，它的大小不僅直接影響鏟斗底壁的長(zhǎng)度，而且還直接影響轉(zhuǎn)斗時(shí)掘起力及斗容的大小，所以它是一個(gè)與整機(jī)總體有關(guān)的參數(shù)。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑尺寸可按下式計(jì)算。圖35 鏟斗參考尺寸 （m） (31)式中 Vr—鏟斗的額定容量，m179。；—鏟斗的內(nèi)側(cè)寬度，m；λg—鏟斗的斗底長(zhǎng)度系數(shù)，λg=～； λz—后壁的長(zhǎng)度系數(shù)，λz=～；λk—擋板的高度系數(shù)，λk=；λr—圓弧的半徑系數(shù)，λr==～；γ—張開(kāi)角,為45176?！?2176。；γ1—擋板與后壁間的夾角，選擇γ1時(shí)應(yīng)使側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為90176。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，鏟斗的額定容量由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出Vr=3m179。鏟斗的內(nèi)側(cè)寬度 =b++(～)2a (m) (32)式中b裝載機(jī)輪距，m； 輪胎寬度，m；a鏟斗側(cè)壁切削刃厚度，m。查閱資料，山特牌ZL50輪式裝載機(jī)圖冊(cè)，得b=， =，a=，關(guān)于(～),=。設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，由經(jīng)驗(yàn)獲取，λg=，λz=，λk=，λr=，γ=48176。，γ1=13176。通過(guò)上述參數(shù)的選擇，帶入(31)式中，得到R=。③鏟斗截面各邊尺寸計(jì)算斗底長(zhǎng)度：Lg=Rλg==， (33)斗后壁長(zhǎng)度：Lz=Rλz==， (34)擋板高度：Lk=Rλk==， (35)斗底圓弧半徑：r=Rλr==， (36)鏟斗容量計(jì)算與誤差判斷鏟斗容量是裝載機(jī)的總體參數(shù)之一，鏟斗的斗容量已經(jīng)系列化，其計(jì)算也以標(biāo)準(zhǔn)化。①鏟斗容量計(jì)算設(shè)計(jì)鏟斗的額定容量： (m) (37)式中 S—鏟斗平裝容量橫截面，；a—擋板高度， m；b—鏟斗開(kāi)口長(zhǎng)，m；c—堆積高度，m。(a)鏟斗平裝容量橫截面S的計(jì)算：如圖38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36 鏟斗截面計(jì)算計(jì)算式為 （38）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48知：S1== S2== S3= m2 S4== m2 S5= Lkm2綜上所得： S=(b)鏟斗開(kāi)口長(zhǎng)b和堆積高度c的計(jì)算鏟斗開(kāi)口長(zhǎng)b的計(jì)算： CN= b=堆積高度c的計(jì)算：圖49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=圖37 額定容量鏟斗的橫截面鏟斗容量計(jì)算代入(37)式中，得 179。②鏟斗的容量誤差判斷 式中 則 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。 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。參考市場(chǎng)同類(lèi)機(jī)型及設(shè)計(jì)需求連桿機(jī)構(gòu)選用反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)有兩大優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗，并且連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設(shè)計(jì)成較大值，所以可以獲得相當(dāng)大的鏟掘力；恰當(dāng)?shù)倪x擇各構(gòu)件尺寸，不僅能得到良好的鏟斗平動(dòng)性能，而且可以實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)產(chǎn)品，這是其他類(lèi)型工作機(jī)構(gòu)鎖望塵莫及的。此外，結(jié)構(gòu)十分緊湊、前懸小，司機(jī)視野好也是此種機(jī)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是搖臂和連桿布置在鏟斗與前橋之間的狹窄部位，容易發(fā)生構(gòu)件相互干擾，設(shè)計(jì)時(shí)需要特別精心。根據(jù)裝載機(jī)的用途、作業(yè)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等擬定的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求。選定了工作裝置結(jié)構(gòu)形式以后，可開(kāi)始進(jìn)行工作裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。工作機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。鏟斗、動(dòng)臂、連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸、舉升油缸等組成。整個(gè)工作機(jī)構(gòu)鉸接在車(chē)架上。圖38 輪式裝載機(jī)工作裝置輪式裝載機(jī)功過(guò)過(guò)程輪式裝載機(jī)是一種裝運(yùn)卸作業(yè)聯(lián)合一體的自行式機(jī)械，它的工作過(guò)程由5種工作狀態(tài)或工況組成：①工況I—插入狀態(tài)動(dòng)臂下放，鏟斗放置地面，斗尖觸地，鏟斗前壁對(duì)地面呈30～50前傾角；開(kāi)動(dòng)裝載機(jī)鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。②工況Ⅱ—鏟裝狀態(tài)工況I以后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，鏟取物料，待鏟斗口翻轉(zhuǎn)至近似水平為止。③工況Ⅲ—重載運(yùn)輸狀態(tài)舉升動(dòng)臂，待工況II之鏟斗升高到適合位置（以斗底離地的高度不小于最小允許距離為準(zhǔn)），然后驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)，載重駛向卸載點(diǎn)。④工況Ⅳ—卸載狀態(tài)在卸載點(diǎn)，舉升動(dòng)臂使鏟斗至卸載位置；翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運(yùn)輸車(chē)輛或固定料場(chǎng)卸載；卸畢，下放動(dòng)臂，使鏟斗恢復(fù)到運(yùn)輸狀態(tài)。 I插入狀態(tài) II鏟裝狀態(tài)Ⅲ重載狀態(tài) Ⅳ卸載狀態(tài)圖39工作工況圖⑤工況Ⅴ—空載運(yùn)輸狀態(tài)卸載結(jié)束后，裝載機(jī)由卸載點(diǎn)空載返回裝載點(diǎn)。在露天礦或工地，通常輪式裝載機(jī)是向載重汽車(chē)卸載，出于裝載點(diǎn)和卸載點(diǎn)距離很近，卸載位置較高，所以一般稱(chēng)為“定點(diǎn)高位卸載”。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：①確定動(dòng)臂的長(zhǎng)度、形狀及車(chē)架的鉸接位置。②確定動(dòng)臂油缸的鉸接位置及其行程。③連桿機(jī)構(gòu)（動(dòng)臂、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂和連桿組成）。④工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：（a）保證滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中所規(guī)定的使用性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求，如最大卸載高度、最大卸載距離，在任何位置都能卸凈物料并考慮和換工作裝置。（b）保證作業(yè)過(guò)程中任何構(gòu)件不與其他構(gòu)件干涉。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，因?yàn)榻M成工作裝置的各個(gè)構(gòu)件尺寸幾位置的相互影響，可變性很大。對(duì)于選定的結(jié)構(gòu)形式，在滿足上述條件下可以有各種各樣的構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置，通過(guò)多種方案的比較，選出最佳構(gòu)件的尺寸及鉸接點(diǎn)位置，使所設(shè)計(jì)的工作裝置不僅滿足使用要求，而且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。機(jī)構(gòu)分析輪式裝載機(jī)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)任務(wù)是確定各連桿的尺寸和相互的位置關(guān)系，以滿足設(shè)計(jì)任務(wù)中的規(guī)定的使用性能及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。由于連桿機(jī)構(gòu)尺寸以及銷(xiāo)軸位置的相互影響，連桿機(jī)構(gòu)可變性很大，同時(shí)又要受結(jié)構(gòu)限制，可變參數(shù)很多，因而無(wú)法單純采用理論計(jì)算的方法來(lái)確定，目前大多數(shù)采用圖解法并配合統(tǒng)計(jì)或類(lèi)比法加以確定轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)斗油缸CD、搖臂CBE、連桿EF、鏟斗GF、動(dòng)臂GBA和機(jī)架AD六個(gè)構(gòu)件組成。實(shí)際上，它是由兩個(gè)反轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)組成—GFEB和BCDA串聯(lián)而成。當(dāng)舉升動(dòng)臂時(shí)，若假定動(dòng)臂為固定桿，則可以把機(jī)架AD視為輸入桿，把鏟斗GF看成輸出桿，由于AD與GF轉(zhuǎn)向相反，所以把此機(jī)構(gòu)稱(chēng)作反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。舉升油缸主要由動(dòng)臂舉升油缸HM和動(dòng)臂GBA構(gòu)成。若把油缸分解成兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)移動(dòng)副，則反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)放入活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為n=8，運(yùn)動(dòng)低副數(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度公式F=3n2，可得其自由度為2。因?yàn)橛透拙鶠檫\(yùn)動(dòng)件，所以整個(gè)機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)舉升油缸閉鎖時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞G點(diǎn)做定軸運(yùn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，舉升油缸動(dòng)作時(shí)，鏟斗將做復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即一邊隨動(dòng)臂對(duì)A進(jìn)行牽引運(yùn)動(dòng)，同時(shí)有相對(duì)動(dòng)臂繞G點(diǎn)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖解法設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)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、輪胎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)。(1)動(dòng)臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn)G、B、A的確定1)確定坐標(biāo)系，畫(huà)鏟斗圖如圖310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 310 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?。欢鳪點(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(1300,250)。3)確定動(dòng)臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn)A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。 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。輪胎中心Z的坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑Rk。 (39)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。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=50176。，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。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。 連接G并作垂直平分線。因?yàn)镚和點(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(3900，2097)。 4)確定動(dòng)臂與搖臂的鉸接點(diǎn)B 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(2065,1696)。(2)連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn)F、E的確定因?yàn)镚、B兩點(diǎn)已被確定，所以在確定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311所示。圖311 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 (310)如圖311所示，若令，GF=a,FE=b,BE=c,BG=d,并將式(310)不等號(hào)兩邊同時(shí)除以d，經(jīng)整理上式得下式，即 (311)其中d值由BG確定，即d=1636mm。初步設(shè)計(jì)時(shí)，(311)式中各值可按式(412)中選取。 K=～ a=(～)d (312) c=(～)d所以得K=，a=654mm，c=982mm,b=1200mm。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：E點(diǎn)不可與前橋相碰，并且有足夠的最小離地高度；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)；鏟裝工況時(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；高位卸載工況時(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312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 312 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)滿足下列不等式。工況Ⅱ時(shí)： GF+FEGE (313)工況Ⅳ時(shí)： FE+BEFB