【文章內(nèi)容簡介】 t 輪 距： 2150 mm 軸 距： 3427 mm 輪 胎 規(guī) 格： —25 最大 卸載 高度： 2970 mm 最小 卸載 距離： 1200 mm 工作裝置敗結(jié)構(gòu)設(shè)計包括： 1)確定動臂長度、形狀及與車架的鉸接位置。 2)確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程。 3)連桿機(jī)構(gòu)(由動臂、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂——連桿或托架等組成)的設(shè)計。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足以下要求： 1)保證滿足設(shè)計任務(wù)書中所規(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可換工作裝置等。 2)保證作業(yè)時與其它構(gòu)件無運(yùn)動干涉。 3)保證駕駛員有良好的勞動條件，如工作安全、視野開闊、操作簡便等。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個比較復(fù)雜的問題，因?yàn)榻M成工作裝置的各構(gòu)件的尺寸及位置的相互影響，可變性很大。對于選定的結(jié)構(gòu)形式，在滿足上述要求下，可以有各種各樣的構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置。因此，只有在綜合考慮各種因素的前提下，對工作裝置進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，通過多方案比較，才能最后選出最佳構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置，使所設(shè)計的工作裝置不僅滿足使用要求，況且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。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，以求舉一反三。 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)和動臂舉升機(jī)構(gòu)兩個部分組成。轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)內(nèi)轉(zhuǎn)斗油缸GF、搖臂FED、連桿DC、鏟斗BC、動臂AEB和機(jī)架AG六個構(gòu)件組成。當(dāng)舉升油缸閉鎖時，啟動轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞B點(diǎn)作定軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，舉升油缸動作時，鏟斗將作復(fù)合運(yùn)動，即一邊隨動臂對A點(diǎn)作牽連運(yùn)動，同時又相對動臂繞B點(diǎn)作相對轉(zhuǎn)動。這在作機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析時必須注意。 設(shè)計方法 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。 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)計提出的各種要求。在運(yùn)動學(xué)方面，必須滿足鏟斗舉升平動、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(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。 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(jìn)行的，它通過在坐標(biāo)圖上確定工況Ⅱ（見圖3—1）時工作工作機(jī)構(gòu)的九個鉸接點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)。圖3—1 鉸接點(diǎn)B的確定 動臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個鉸接點(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，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(biāo)里，斗尖對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)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(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??；而B y坐標(biāo)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(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn)C的距離，使鏟取力下降。圖3—2 連桿兩鉸接點(diǎn)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(biāo)圖上工況I時的鏟斗實(shí)際狀況，在保證B點(diǎn)與Y軸坐標(biāo)值和x軸坐標(biāo)值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，使鏟斗順時針轉(zhuǎn)動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，應(yīng)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(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： （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。；——輪胎變形系數(shù)。 （3—2） 圓整后取Rd=715mm。(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，B點(diǎn)位置為，如圖32所示。 (4)以點(diǎn)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B并作其垂直平分線．因?yàn)锽和點(diǎn)同在以A點(diǎn)為圓心，動臂AB長為半徑的圓弧上，所以A點(diǎn)必在B的垂直平分線上。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處。 A點(diǎn)位置的變化，可借挪動點(diǎn)和輪胎中心點(diǎn)的位置來進(jìn)行。 確定動臂與搖臂的鉸接點(diǎn)E E點(diǎn)位置是一個十分關(guān)鍵的參數(shù)。它對連桿機(jī)構(gòu)的傳動比、倍力系數(shù)、連桿機(jī)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(yàn)，一般取E點(diǎn)在AB連線上方，其在AB連線上的投影點(diǎn)距A點(diǎn)45%處。相對前輪胎，E點(diǎn)在其外廓的左上部。 連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點(diǎn)C、D的確定因?yàn)锽、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。 確定C 、D兩點(diǎn)時，既要考慮對機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)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(xué)要求，如鏟斗在鏟裝物料時應(yīng)能輸出較大的鏟取力，同時，還要防止前述各機(jī)構(gòu)運(yùn)動被破壞的現(xiàn)象。為此，建議按下述方法進(jìn)行設(shè)計：按單搖桿條件設(shè)計六桿機(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=100o~120o；BC=（~）lD（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(yùn)動關(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(diǎn)E布置在動臂兩鉸點(diǎn)的連線AB的中部偏上為m處。設(shè)計時初步取m=(~)lD，le=(~)lD，EF=（~）lD，DE=（~）lD。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)，畫出動臂和鏟斗在地面時鏟斗后傾的位置及搖臂和動臂的鉸點(diǎn)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(yīng)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(diǎn)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(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸活塞桿鉸接點(diǎn)位置，連接各點(diǎn)得一曲線，過點(diǎn)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(diǎn)，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(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油的鉸接點(diǎn)位置得一曲線，以鉸接點(diǎn)G為圓心，過點(diǎn)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(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，一般當(dāng)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(jī)構(gòu)圖解法簡圖要實(shí)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(jī)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(yīng)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(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。AH不可能取得太大，它還受到油缸行程的限制?？紤]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?yàn)榇藭r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(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，為克服M點(diǎn)前移的困難，可采取M點(diǎn)上移(即加大)和H點(diǎn)向B點(diǎn)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(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 動臂油缸鉸接點(diǎn)的確定這個結(jié)論是顯而易見的，因?yàn)橛蓤D3—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(diǎn)H、M的位置(圖3—5)，通常參考同類樣機(jī)，同時考慮動臂油缸的提升力臂與行程的大小選定。H點(diǎn)一般選在約為動臂長度的三分之一處，且在動臂兩鉸接點(diǎn)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(jī)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(jī)體發(fā)生于涉。圖3—5 動臂舉升油缸兩鉸接點(diǎn)設(shè)計 動臂油缸行程的確定在選定動臂油缸鉸接點(diǎn)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M——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。 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(jìn)行高位卸載。太大時，將增加卸載沖擊，損壞運(yùn)輸車輛，過大，雖然有利于裝車，但加大了工作機(jī)構(gòu)前懸，降低整機(jī)穩(wěn)定性。若要滿足要求，則應(yīng)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(qiáng)度計算工作裝置的強(qiáng)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(jìn)行受力分析。4)主要零件的強(qiáng)度校核。 計算位置 分析裝載機(jī)插入料堆、鏟起、提升、卸載等作業(yè)過程可知，裝載機(jī)在鏟掘物料時，工作裝置的受力