【正文】 、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也就唯一被確定了。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C1和C4點(diǎn)連線的垂直平分線的交點(diǎn)。最終，D點(diǎn)設(shè)計(jì)在A點(diǎn)的左下方，這樣不但平動(dòng)性能好，而且動(dòng)臂舉升時(shí)，可減小舉升外阻力矩，有利于舉升油缸的設(shè)計(jì)。D點(diǎn)的固定坐標(biāo)值為（3000，1850）。（4） 動(dòng)臂舉升油缸與動(dòng)臂和車(chē)架鉸接點(diǎn)H點(diǎn)及M點(diǎn)的確定動(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，所以動(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。通過(guò)以上的設(shè)計(jì)，確定了各個(gè)鉸接點(diǎn)的位置，同時(shí)設(shè)計(jì)好了的外形前提下，在CATIA軟件畫(huà)圖為基礎(chǔ)，得到本次設(shè)計(jì)中 ZL50裝載機(jī)的各個(gè)工況如下：圖312 I 插入工況圖312 II 鏟裝工況圖313 III 最高位置工況圖314 IV 高位卸載工況圖315 V 低位卸載工況 連桿系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析（1）鏟斗對(duì)地位置角圖316所示為鏟斗位置角計(jì)算，A、B、G為動(dòng)臂與機(jī)架、搖臂、鏟斗的鉸接點(diǎn)，D、C為轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架、搖臂的鉸接點(diǎn)，E、F為連桿與搖臂、鏟斗的鉸接點(diǎn)。因?yàn)镚點(diǎn)和F點(diǎn)同為一個(gè)鏟斗上的兩點(diǎn)，所以鏟斗在坐標(biāo)系中的平面運(yùn)動(dòng)可用GF桿的平面運(yùn)動(dòng)來(lái)描述，而在鏟斗舉升過(guò)程中的各瞬時(shí)對(duì)地面的傾角，即鏟斗對(duì)地位置角，可用GF與地面的夾角來(lái)表示。由于在舉升過(guò)程中鏟斗做復(fù)合運(yùn)動(dòng)，所以可用運(yùn)動(dòng)合成的方法求得。 圖316 鏟斗位置角計(jì)算在圖316中，取運(yùn)輸工況為工作裝置連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的初始位置，令為與地面固連的直角坐標(biāo)系，x軸與地面平行，并在動(dòng)臂上G點(diǎn)（動(dòng)臂與鏟斗鉸接點(diǎn)）處建立一個(gè)隨動(dòng)臂一起運(yùn)動(dòng)的動(dòng)坐標(biāo)系，則動(dòng)臂被舉升時(shí)的鏟斗各瞬時(shí)對(duì)地位置角，可用下式計(jì)算： （39）式中 GF桿與動(dòng)坐標(biāo)系軸的夾角（方向角） 動(dòng)臂ABG舉升時(shí)，在固定坐標(biāo)系xOy中轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)角在動(dòng)坐標(biāo)系中，運(yùn)用“向量投影法”，可求得以機(jī)架桿AD的方向角為自變量，鏟斗GF桿的方向角為因變量的函數(shù)方程式。根據(jù)向量投影法的原理，可把四桿機(jī)構(gòu)GFEB和BCDA當(dāng)作兩個(gè)封閉的向量四邊形，各邊向量分別用GF、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，他們的模分別用GF、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，則在BCDA向量四邊形中有 AD－CD－BC+BA=0 （310）將式（310）中各向量分別向軸和軸投影，則得到下列方程 （311）式中、分別為各邊向量對(duì)軸的方向角。變換式（311）為下式，即 （312）將式（312）等號(hào)兩邊平方后，使兩方程相加，并令 （313）和 （314）則從式（312）中消去了，并將其變換成下列三角方程 （315）將式（315）乘以，并設(shè)，則式（315）可化為 （316）解式（316），得 或 （317）同理，在向量四邊形GFEB中，有 BE－FE－GF+GB= 0 （318）令 （319）和 （320）得三角方程 （321）其解為 （322）通過(guò)公式的計(jì)算和實(shí)際設(shè)計(jì)尺寸的情況，可得到在各個(gè)工況的對(duì)地位置角分別為：插入工況：105176。；鏟裝工況：50176。；最高位置工況：57176。；高位卸載工況：131176。因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中，鏟斗的對(duì)地位置角是不斷變化的，在此只針對(duì)以上四種特殊情況的位置角代入了計(jì)算。（2）最大卸載高度和最小卸載距離鏟斗高位卸載時(shí)的卸載高度和卸載距離，必須分別不小于設(shè)計(jì)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(shí)，將增加卸載沖擊，損壞運(yùn)輸車(chē)輛；過(guò)大，雖然有利于裝車(chē)，但加大了工作機(jī)構(gòu)前懸，降低了整機(jī)穩(wěn)定性。如圖35所示，高位卸載時(shí)，鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)為 （323）式中 x1，x2 工況II時(shí)G點(diǎn)的x和y坐標(biāo)值（1130，260） 工況II時(shí)動(dòng)臂對(duì)x軸的方向角40176。 動(dòng)臂與鏟斗鉸接點(diǎn)分別在G點(diǎn)和點(diǎn)之間的距離，可用式（324）計(jì)算 =3291 （324） 即得到點(diǎn)的坐標(biāo)為（985，3487）若要滿足和要求，必須有下列各式成立 （325） （326）式中 OG 鏟斗尖O點(diǎn)至G點(diǎn)距離1141mm 前輪軸心的x坐標(biāo)值2873mm 輪胎工作半徑600mm 工況IV時(shí)OG對(duì)x軸的方向角，可用下式計(jì)算 =58176。 （327）所以 =3487－1141sin58176。=2519 mm≥hmax（2500）滿足要求 =2873―600―985+1141cos58176。 =1893 mm≥lmin（1500）滿足要求（3）鏟斗卸載角裝載工作要求鏟斗在工況II和工況III之間的任何位置都能正常卸載，即各處卸載角都必須不小于45176。對(duì)反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析可知，由于工況II時(shí)轉(zhuǎn)斗油缸最長(zhǎng)，而低位卸載時(shí)轉(zhuǎn)斗油缸長(zhǎng)度最短，所以，若工況II和工況III時(shí)的鏟斗的卸載角都不小于45176。，則他們之間各個(gè)位置必能正常卸載，因此，只要對(duì)鏟斗的高位卸載角和低位卸載角進(jìn)行計(jì)算分析即可。高位卸載角為： =131－105+5=31176。 （328） 工作裝置靜力學(xué)分析及強(qiáng)度校核 靜力學(xué)分析（1）外載荷確定原則裝載機(jī)在鏟斗插入料堆，鏟取物料和舉升鏟斗的過(guò)程中，鏟斗要克服切削物料的阻力、物料與鏟斗間的摩擦力和物料自身的重力。這些力構(gòu)成了裝載機(jī)工作裝置的作業(yè)阻力。為了分析問(wèn)題方便，假設(shè)它們作用在鏟斗齒尖的刃口上，并形成兩個(gè)集中力：水平插入阻力和垂直掘起阻力。由于鏟裝物料的種類(lèi)和作業(yè)條件不同，裝載機(jī)實(shí)際作業(yè)時(shí)不可能使鏟斗切削刃均勻受載，但可以簡(jiǎn)化為兩種極端受載情況：一是對(duì)稱(chēng)載荷，載荷沿切削刃均勻分布，計(jì)算時(shí)可用一個(gè)作用在斗刃中部的集中載荷來(lái)代替；二是偏心載荷，由于鏟斗偏鏟或物料的不均勻性而導(dǎo)致物料對(duì)鏟斗的載荷產(chǎn)生不均勻分布，使載荷偏于鏟斗一側(cè)，形成偏心載荷，此時(shí)，通常將其簡(jiǎn)化后的集中載荷加在鏟斗側(cè)邊的第一個(gè)斗齒上。裝載機(jī)在鏟掘作業(yè)過(guò)程中，通常有以下三種受力工況：①鏟斗水平插入料堆，工作裝置油缸閉鎖，此時(shí)可認(rèn)為鏟斗斗刃只受水平插入阻力的作用。②鏟斗水平插入料堆，翻轉(zhuǎn)鏟斗或舉升動(dòng)臂鏟取物料時(shí)，認(rèn)為鏟斗斗齒只受垂直掘起阻力的作用。③鏟斗邊插入邊收斗或邊插入邊舉臂進(jìn)行鏟掘時(shí)，認(rèn)為鏟斗斗齒受水平插入阻力與垂直掘起阻力的同時(shí)作用。如果將對(duì)稱(chēng)載荷和偏載情況分別與上述三種典型受力工況相組合，就可得到鏟斗六種典型的受力作用工況，如圖317所示。 圖317 工作裝置外載荷工況（2）外載荷計(jì)算裝載機(jī)的工作阻力是多種阻力的合力。由于物料性質(zhì)和工作機(jī)構(gòu)工作方式的不同，工作阻力有不同的計(jì)算方法，一般工作阻力通常分別按插入阻力、掘起阻力和轉(zhuǎn)斗阻力矩進(jìn)行計(jì)算。①插入阻力插入阻力就是鏟斗插入料堆時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力。插入阻力由鏟斗前切削刃和兩側(cè)斗壁的切削刃的阻力，鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力，鏟斗底外表面和物料的摩擦阻力組成。這些阻力與物料的種類(lèi)、料堆高度、鏟斗插入料堆的深度、鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀等有關(guān)。計(jì)算上述阻力比較困難，一般按照下面經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定： （N） （329）式中 K1 物料塊度與松散程度系數(shù)，見(jiàn)附錄表31 K2 物料性質(zhì)系數(shù)，見(jiàn)附錄表32 K3 料堆高度系數(shù)，見(jiàn)附錄表33 K4 鏟斗形狀系數(shù)，~， B 鏟斗寬度，290cm L 鏟斗的一次插入深度，40cm得到： F=290 =18397（N）②掘起阻力掘起阻力就是指鏟斗插入料堆一定深度后，舉升動(dòng)臂時(shí)物料對(duì)鏟斗的反作用力。掘起阻力同樣與物料的種類(lèi)、塊度、松散程度、密度、物料之間及物料與鏟斗之間的摩擦阻力有關(guān)。掘起阻力主要是剪切阻力。最大掘起阻力通常發(fā)生在鏟斗開(kāi)始舉升的時(shí)刻，此時(shí)鏟斗中物料與料堆之間剪切面積最大，隨著動(dòng)臂的舉升掘起阻力逐漸減小。鏟斗開(kāi)始舉升時(shí)物料的剪切力按下式計(jì)算 （N） （330）式中 K 開(kāi)始舉升鏟斗時(shí)物料的剪切應(yīng)力，它通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，~，剪切應(yīng)力的平均值取K=35000Pa B 鏟斗寬度，m Lc 鏟斗插入料堆的深度，m得到： F=35000=89320（N）③轉(zhuǎn)斗阻力矩當(dāng)鏟斗插入料堆一定深度后，用轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗向后翻轉(zhuǎn)時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力矩稱(chēng)為轉(zhuǎn)斗阻力矩。當(dāng)鏟斗翻轉(zhuǎn)鏟取物料時(shí)，在鏟斗充分插入料堆轉(zhuǎn)斗的最初時(shí)刻，轉(zhuǎn)斗靜阻力矩具有最大值，用表示，此時(shí)鏟斗轉(zhuǎn)角a=0；其后，轉(zhuǎn)斗靜阻力矩隨著鏟斗的翻轉(zhuǎn)角a的變化而按雙曲線特性變化（見(jiàn)圖318），一直到鏟斗前切削刃離開(kāi)料堆坡面線為止。開(kāi)始鏟取時(shí)（a=0）的靜阻力矩為 （331）式中 Fx 開(kāi)始轉(zhuǎn)斗時(shí)的插入阻力，18397N x 鏟斗回轉(zhuǎn)中心與斗刃的水平距離， y 鏟斗回轉(zhuǎn)中心與地面的垂直距離， L 鏟斗的插入深度，得到 =18397[（－）+] =13599 （Nm） 圖318 轉(zhuǎn)斗靜阻力矩與鏟斗轉(zhuǎn)角的關(guān)系掘起阻力矩隨鏟斗回轉(zhuǎn)角a的增大而減小。當(dāng)鏟斗回轉(zhuǎn)a角后，其轉(zhuǎn)斗阻力矩為 （332）式中 鏟斗離開(kāi)料堆時(shí)的翻轉(zhuǎn)角度 鏟斗離開(kāi)料堆時(shí)，由物料重力產(chǎn)生的阻力矩，Nm轉(zhuǎn)斗阻力矩計(jì)算：鏟斗在料堆中轉(zhuǎn)斗時(shí)，除了要克服料堆的靜阻力矩之外，還要克服鏟斗自重和鏟斗中物料所產(chǎn)生的阻力矩。因此，開(kāi)始轉(zhuǎn)斗的阻力矩為 （333）式中 轉(zhuǎn)斗阻力矩，Nm 開(kāi)始轉(zhuǎn)斗靜阻力矩，13599 Nm 輪式裝載機(jī)額定載重量重力，49000 N 鏟斗自重力，13470N 鏟斗中心至回轉(zhuǎn)中心B的水平距離（圖319），得到 =13599+（49000+13470） =44834 （Nm） 圖319 作用在轉(zhuǎn)斗連桿上力的確定作用在轉(zhuǎn)斗連桿上的力：鏟斗充分插入料堆后開(kāi)始轉(zhuǎn)斗時(shí)，作用在鏟斗與鏟斗連桿鉸銷(xiāo)上的力（圖312） （N） （334）式中 鏟斗回轉(zhuǎn)中心至的作用線的垂直距離，得到 =44834/=104265 （N） 強(qiáng)度校核搖臂的強(qiáng)度校核，在對(duì)稱(chēng)載荷作用下，搖臂可看作是支承在動(dòng)臂B點(diǎn)變截面曲梁。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將搖臂主軸線分成CB、BE折線段，見(jiàn)圖320，求出每段的內(nèi)力值。 圖320 搖臂內(nèi)力計(jì)算由式334可得Fc=104265 N，取單邊側(cè)板為研究對(duì)象，得到 N （335）由，得到 （336）代入數(shù)據(jù)得到