【文章內(nèi)容簡介】 ① 插入工況 動(dòng)臂下方，鏟斗放置于地面，斗尖觸地，斗底板與地面呈 3186?！?5186。傾角，開動(dòng)裝載機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。 ② 鏟裝工況 鏟斗插入料堆后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗鏟取物料，待鏟斗口翻至近似水平為止。 ③ 重載運(yùn)輸工況 鏟斗鏟裝滿物料后舉升動(dòng)臂，將鏟斗舉升至運(yùn)輸位置（即鏟斗斗底離地高度不小于機(jī)器的最小允許離地間隙），然后驅(qū)動(dòng)機(jī)器駛向卸載點(diǎn)。 ④ 舉升工況 保持轉(zhuǎn)斗缸長度不變，操作舉升缸，將動(dòng)臂升至上限位置，準(zhǔn)備卸載。 ⑤ 卸載工況 在卸載點(diǎn)，在舉升工況下操作轉(zhuǎn)斗缸翻轉(zhuǎn)鏟斗，向溜井倉或運(yùn)輸車輛中卸載，鏟斗 物料卸凈后下放動(dòng)臂，使鏟斗恢復(fù)至運(yùn)輸位置。 ⑥ 空載運(yùn)輸工況 卸載結(jié)束后，裝載機(jī)再由卸載點(diǎn)空載返回裝載點(diǎn)。 輪式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)要求 根據(jù)輪式裝載機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)，其工作裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 (l) 基本要求 所設(shè)計(jì)的裝載機(jī)應(yīng)具有較強(qiáng)的作業(yè)能力，鏟斗插人料堆的阻力要小，在料堆中鏟掘的能力大、能耗小。工作機(jī)構(gòu)的各桿件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度壽命合理。結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要，效率高。結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造及維修容易，操作使用方便。 (2) 特殊要求 ① 由于鏟斗寬度和容積都較大，所以鏟裝阻力大，裝滿 系數(shù)小，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸，以減小工作阻力，達(dá)到裝滿卸凈、運(yùn)輸平穩(wěn)。 ② 鏟斗由運(yùn)輸工況被舉升到最高卸載位置的過程中，為避免鏟斗中物料撒出，要求鏟斗作“平移運(yùn)動(dòng)”。嚴(yán)格要求鏟斗舉升平 動(dòng)是很困難的 。從不易撒料這一目的出發(fā)，絕對平動(dòng)并無必要，只要把鏟斗舉升時(shí)的傾角變化限制在一定許可范圍之內(nèi)即可。 ④ 鏟斗能自動(dòng)放平。鏟斗在最高位置卸載后廠閉鎖轉(zhuǎn)斗油缸，下放動(dòng)臂，鏟斗能自動(dòng)變成插人工況（開始插人狀態(tài)）的功能稱為“鏟斗自動(dòng)放平”．它對定點(diǎn)高位卸載很有意義。 ⑤ 輪式裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)屬于連桿機(jī)構(gòu) ，設(shè)計(jì)中要特別注意防止各個(gè)工況出現(xiàn)構(gòu)件相 互干擾、“死點(diǎn)”、“自鎖”和“機(jī)構(gòu)撕裂”等現(xiàn)象；各處傳動(dòng)角不得小于 10176。 ⑥ 應(yīng)盡量減小工作機(jī)構(gòu)的前懸（即工作機(jī)構(gòu)重心至整機(jī)重心的距離）、長度和高度，以提高裝載機(jī)在各種工況下的穩(wěn)定性和司機(jī)的視野。 鏟斗設(shè)計(jì) 工作裝置是裝載機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，鏟斗是這個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件，它是工作裝置的重要部件。鏟斗直接與物料接觸，是裝、運(yùn)、卸的工具，工作時(shí)，它被推壓插人料堆鏟取物料，工作條件惡劣，要承受很大的沖擊力和劇烈的磨損，因此鏟斗的設(shè)計(jì)質(zhì)量對裝載機(jī)的作業(yè)能力有較大影 響。 所以鏟斗的設(shè)計(jì)就是根據(jù)裝載機(jī)的主要用途和作業(yè)條件，從而減少插入阻力，掘起阻力及提高生產(chǎn)率，合理的確定鏟斗的幾何形狀和尺寸。 鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 鏟斗通常用低碳，耐磨，高強(qiáng)度鋼板焊接而成。由切削刃、側(cè)壁切削刃、斗底、斗后壁、擋板、角板、耐磨板、護(hù)板或支角組成。 由于鏟斗是直接與物料接觸，特別是鏟裝堅(jiān)硬的砂等物料，斗前緣與斗壁磨損較快，因此，斗前緣采用耐磨的高錳鋼等優(yōu)質(zhì)材料，或者是堆焊硬質(zhì)合金 。 此設(shè)計(jì)采用堆焊 TDP1(35)型合金，硬度 HR(要求在 35 以上），側(cè)切削刃和加強(qiáng)角板都采用高強(qiáng)度耐磨板料 制成，耐，磨板和支角亦都用耐磨材料制成，可以更換，用以增加大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 鏟斗的使用壽命。鏟斗前緣的斗齒是用 65Mn 鍛制后熱處理或 ZG13Mn 鑄成型斗齒。斗齒是易換件，磨損較快，必要時(shí)應(yīng)予以更換。 輪式裝載機(jī)的鏟斗斷面形狀一般為“ U” 形，用鋼板焊接而成。常見鏟斗結(jié)構(gòu)如圖 33所示。 (a)直線形斗刃鏟斗 (b)V形斗刃鏟斗 (c)直線形帶齒鏟斗 (d)弧形帶齒鏟斗 圖 33 常見鏟斗結(jié)構(gòu) 鏟斗由斗底、側(cè)壁、斗刃及后壁等部分組成，如圖 34 所示。 圖 34 輪式裝載機(jī)鏟斗結(jié)構(gòu) 1— 防滋板； 2— 連 接耳； 3— 斗后壁． 4— 斗前壁； 5— 斗側(cè)壁； 6— 切削刃； 7— 斗齒； 8— 斗側(cè)刃 本次設(shè)計(jì)鏟斗采用直線形 帶斗齒的切削刃 如圖 33(c)所示 ，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的平地性能，能適于鏟裝較松散的物料，帶有斗齒的鏟斗在鏟斗插入、料堆時(shí)，減少刀刃與料堆的作用面積，使插入力集中在斗齒上，容易插入縫隙，破壞物料結(jié)構(gòu)，因而帶有齒的。 鏟斗的分類 鏟斗按卸載方式一般可分為整體前卸式、側(cè)卸式、推卸式和底卸式等數(shù)種 。 鏟斗的設(shè)計(jì)要求 (1) 插入及鏟起阻力小，作業(yè)效率高； (2) 鏟斗工作條 件惡劣，要求強(qiáng)度，剛度足夠且耐磨； (3) 由所鏟裝物料的種類和重度不同，設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)形式的鏟斗。 鏟斗設(shè)計(jì) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 鏟斗基本參數(shù)的確定 鏟斗的幾何斷面形狀由 鏟 斗的圓弧半徑 r、張開角 γ 、后壁高度 h、底壁長 l 和鏟斗寬度 B 五個(gè)基本參數(shù)確定。此外， 鏟斗的寬度 Bg 應(yīng)大于 裝載機(jī)兩前輪外側(cè)間的寬度 ，每側(cè)大出 50~100mm。如果鏟斗寬度小于兩輪外側(cè)間的寬度，則鏟斗鏟取物料后形成的料堆階梯會(huì)損傷輪胎側(cè)壁，并增加行駛時(shí)輪胎的阻力。所 以 是 保護(hù)輪胎不受損傷，底壁相對地面應(yīng)有一定傾角，以減少摩擦阻力并保護(hù)底壁。 在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)， 可 參照同類型鏟斗，選擇 r、 h、 l、γ參數(shù)；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（見圖 32 所示）它的大小不僅直接影響鏟斗底壁的長度，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) 圖 35 鏟斗尺寸參照 (1)計(jì)算鏟斗內(nèi)壁寬度 0B abbB w 2)~(0 ???? () 試中 b — 裝載機(jī)輪距， mm 。 wb — 輪胎寬度， mm。 a — 鏟斗側(cè)壁切削刃厚度， mm。 由總體設(shè)計(jì)中可知： 2250?b 595?wb 22?a 則有 298022217959522500 ??????B mm (2)計(jì)算回轉(zhuǎn)半徑 R 由圖 35 可以看出，鏟斗橫截面積 )]}1801([c ot]s i n)c os({[ 212 ?????? ????????? rKZgRS () 而鏟斗幾何斗容 0 rS VBSV ??? () 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 若斗容量為額定容量，則回轉(zhuǎn)半徑 R 為 ? ?? ? ?????? ?????? ?????? ?????? o ts i nc o 210?????????rKZgrBVR [1] () 式中 rV — 設(shè)計(jì)任務(wù)書給的鏟斗額定容量， 3m ； 0B — 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度 ， m g? — 鏟斗斗底長度系數(shù) ， ~?g? ； Z? — 后斗壁長度系數(shù) ， ~?Z? ； K? — 擋板高度系數(shù) ， ~?K? ； r? — 圓弧半徑系數(shù) ， ~?? Rrr? ； 1? — 擋板與后斗壁間夾角，選擇時(shí)應(yīng)使側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為 90176。； ? — 斗底與后斗壁間夾角 （即張開角）， ??? 52~45? ； 圖 35 中 各參數(shù)含義如下 。 r — 鏟斗的圓 弧半徑， m； Rr )~(? gL — 斗底長度，指鏟斗切削刃至斗底延長線與后斗壁延線交點(diǎn)的距離 ， m, ? ?RRL gg ~?? ? ZL — 后壁長度，是指由后斗壁上緣至后壁延長線交點(diǎn)的距離 ， m， ? ?RRL KZ ~?? ? KL — 擋板高度 ， m， ? ?RRL KK ~?? ? 由式 (34)可知，當(dāng) rV 、 0B 已知，只要初選 g? 、 Z? 、 K? 、 r? ，系數(shù)值和 ? 、 1? 值，即可求得新鏟斗的基本參數(shù)。調(diào)整參數(shù)，根據(jù)調(diào)整后的各值與 R之比分別計(jì)算 g? 、 Z? 、 K? 、r? 值，然后代入式 ()，即可確定新鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R。由 R和計(jì)算出來的各系數(shù)值，即可確定新鏟斗的其他參數(shù)值。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 由總體參數(shù)知： mVr ? 29800 ?B mm= ?。?g? = z? = K? = r? = ? =48176。 1? =8176。 代入公式 得鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R： R= 所以： mRr r ???? ? mRL gg 7 6 1 ???? ? mRL ZZ ???? ? mRL KK 1 4 1 ???? ? 一般取鏟斗側(cè)壁切削刃相對斗底壁的傾角 ??? 60~500? 。鏟斗與 動(dòng)臂鉸銷（稱下鉸接點(diǎn)）距斗底壁的高度 Rh )~(? 。 所以鏟斗與動(dòng)臂鉸銷距斗底壁的高度： h＝ = =。 鏟斗容量計(jì)算 鏟斗容量是裝載機(jī)的總體參數(shù)之一，鏟斗幾何尺寸初步確定后，應(yīng)立即進(jìn)行斗容計(jì)算，以檢驗(yàn)其是否滿足給定的斗容要求，若計(jì)算值與要求值不符，則需修改有關(guān)尺寸，直至滿足要求為止。如前所述，鏟斗的斗容量已經(jīng)系列化，其計(jì)算也已標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算方法如下。 (1) 平裝斗容 鏟斗的平裝容量（見圖 36 ）按式 ()計(jì)算。 對于有防 溢 板的鏟斗 baSBVS 20 32??( 3m ) () 式中 S— 有擋板的鏟斗橫截面面積，㎡； 0B — 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度， m； a — 擋板高度， m； b — 斗刃刃口與擋板最上 部之間的距離， m。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 37 額定斗容鏟斗的橫截面 圖 36 鏟斗容量計(jì)算 (2) 額定容量 額定容量（見圖 36）按式（ ）計(jì)算。 對于有防溢 板的鏟斗 ? ?cabBbVVSr ???? 68202 ( 3m ) () 鏟斗截面的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 裝載機(jī)鏟斗的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)是確定鏟斗的截面形狀和尺寸。用人工設(shè)計(jì)鏟斗截面很繁瑣，修改也很麻煩，而用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)鏟斗的截面既簡單、迅速又準(zhǔn)確。下面介紹鏟斗截 面的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 (1) 堆積高度 c 的計(jì)算 利用公式 ()計(jì)算鏟斗容量時(shí)，式中 c 的計(jì)算可參照圖 37用下述方法進(jìn)行。圖 37是額定容量鏟斗的橫截面，其中擋板 DN 高為ɑ ,CD 是鏟斗開口長 b,IH 是斗尖至鏟斗側(cè)壁的高度 c。根據(jù)美國汽車工程師手冊規(guī)定 IH垂直于 CD，且 IK=CK/2 =b/4 。按照通常的設(shè)計(jì)要求 , 擋板 DN 應(yīng)垂直于斗側(cè)壁 CN , 所以 △ CKH∽△ CND 。因而 mmab babKHIKc 405241 22 ?????? () (2) 鏟斗的開口長 b的計(jì)算 由圖 37 知 ?? c os2c os2 2222 ZgZg LLLLNOCOCONOCN ??????? mmLLLLLNDCNb ZgZKg 1330c os222222 ??????? ? 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 38 鏟斗 截面計(jì)算 (3) 鏟斗橫截面 S 的計(jì)算 如圖 38 所示，鏟斗平裝容量橫截面面積 S由 5塊基本幾何圖形組成。 54321 SSSSSS ????? 式中 1S — 扇形 AGF 的面積， 2S — 直角三角形△ GFN 的面積， 3S — 直角三角形△ GAC 的面積， 4S — 三角形△ CGN 的面積， 5S — 直角三角形△ CND 的面積， ? ? )180(360)180(360 221 ????? ???? rGFS ㎡ 2t a n21212 ????????????????? ?rLrFNGFS z㎡ 17 0 2t a n21213 ????????????????? ?rLrCAGAS g㎡ 1 7 5 ))()((4 ????? NGlCGlCNllS ㎡ os22121 225 ?????? ?zggzk LLLLLCNNDS ㎡ 所以 ： 7 6 8 7 5 9 7 0 7 4 ??????????? SSSSSS ㎡ 鏟斗的幾何 斗容量按式 (35)計(jì)算： 32 mVS ??????? 額定斗容按式 ()計(jì)算 mV r ???? 動(dòng)臂設(shè)計(jì) 對動(dòng)臂的設(shè)計(jì)要求 (1) 結(jié)構(gòu)簡單，容易制造； (2) 受力合理，強(qiáng)度，剛度足夠。 動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置的確定 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置的確定，應(yīng)在總體參數(shù)己確定后，以及鏟斗主要尺寸確定后進(jìn)行。動(dòng)臂與鏟斗連接點(diǎn)也稱下鉸點(diǎn)，其下限位置應(yīng)保