【導(dǎo)讀】大學(xué)畢業(yè)設(shè)計。-I-. 目錄。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計。-II-

　　

【正文】 臂的兩個鉸接點 F 、 E 的確定 因為 G 、 B 兩點已被確定，所以再確定 F 點和 E 點實際上是為了最終確定與鏟斗相大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 23 連的四桿機構(gòu) GFEB(即 GF2E2B)的尺寸，如圖 314 所示。 圖 314 連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸尺寸設(shè)計 確定 F、 E 兩點時，既要考慮對機構(gòu)運動學(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)的要求，如鏟斗在鏟裝物料時應(yīng)能輸出較大的掘起力，同時，還要防止前述各種機構(gòu)運動被破壞的現(xiàn)象。為此，建議按下述方法進行設(shè)計。 1) 按雙搖桿條件設(shè)計四桿機構(gòu) 令 GF 桿為最短桿， BG 桿為最長桿，即必有 GF+BGFE + BE [1] () 如圖 314 所示，若令 GF =a 、 FE=b 、 BE=c、 BG =d ，并將式 ()不等號兩邊同 除以 d，經(jīng)整理可得下式，即 K=b／ d﹢ c／ d﹢ a／ d1 () 初步設(shè)計時，上式各值可按式 (39)選取。 ????????dc daK)~( )~(~ () 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 24 因為 d 值已由 BG 確定，所以由式 ()和式 ()即可求得 a、 b、 c 三值。 因為 d=： a=～ ， c=～ 2) 確定 E 和 F 點位置 這兩點位置的確定要綜合考慮如下四點要求： ① E 點不可與前橋相碰，并有足夠的最小離地高度； ② 工況 I（插人工況）時，使 EF 桿盡量與 GF 桿垂直，這樣可獲得較大的傳動 角和倍力系數(shù)； ③ 工況Ⅱ (鏟裝工況 )時， EF 桿與 GF 桿的夾角必須小于 170176。，即傳動角大于 10176。 ，以免機構(gòu)運動時發(fā)生自鎖； ④ 工況 Ⅳ (高位卸載工況 )時， EF 桿與 GF 桿的傳動角也必須大于 10176。 。 所以?。?a=420mm， c=800mm有 a、 c、 d 長度可得 b 的取值范圍取 b=920mm。 (3) 轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機架的鉸接點 C 和 D 的確定 在圖 314 中，如果確定了 C 點和 D 點，就最后確定了與機架連接的四桿機構(gòu) BCDA (BC2 DA ）的尺寸。 C 點和 D 點的布置汽接影響到鏟斗舉升平動和自動放平性能，對掘起力和動臂舉升阻力的影響都較大。 1) 確定 C 點 從力傳遞效果出發(fā)，顯然使搖臂 BC 段長一些有利，那樣可以增大轉(zhuǎn)斗油缸作用力臂，使掘起力相應(yīng)增加．但加長 BC 段，必將減小鏟斗和搖臂的轉(zhuǎn)角比，造成鏟斗轉(zhuǎn)角難以滿足各個工況的要求，并且使轉(zhuǎn)斗油缸行程過長．因此，初步設(shè)計時，一般取 BC≈ (～ )BE C 點一般取在 B 點左上方， BC 與 BE 夾角（即搖桿折角）可取∠ CBE = 130176?！?180176。，并注意使工況Ⅰ時搖臂 BC 與轉(zhuǎn)斗油缸 CD 趨近垂直； C 點運動不得與鏟斗干擾，其高度不能影響司機視野。 2）確定 D 點 轉(zhuǎn)斗油缸與機架的鉸接點 D，是依據(jù)鏟斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ過程為平動和由工況Ⅳ下降到工 況Ⅰ時能自動放平這兩大要求來確定的。 如圖 314 所示，當(dāng)鉸接點 G 、 F（即 F2）、 E（即 E2）、 B 、 C（即 C2）被確定后，則鏟斗分別在工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ時的 C 點的位置 C C C C4 也就惟一地被確定下來。因為鏟斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ或由工況Ⅳ下放到工況Ⅰ的運動過程中，轉(zhuǎn)斗油缸的長度均分別保持不變，所以 D 點必為 C2 點和 C3 點連線的垂直平分線與 C1 和 C4 點連線的垂直平分線的交點。 研究證明， D 點設(shè)計在 A 點的左下方較好，這樣不但平動性能好，而且動臂舉升時，可 減小舉升外阻力矩，有利于舉升油缸的設(shè)計 。 所以由計算法和圖解法可以確定連桿個鉸點位置和長度如圖 314 即可知： 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 鏟斗上下鉸點的距離 GF=a=420mm 連桿 FE 的長度 FE=b=920mm； 搖臂的長搖臂長度 BE=c=800mm； 搖臂的短搖臂長度 BC=e=570mm； GF 與鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R的夾角為 100176。； 搖臂的夾角 ∠ CBE=145176。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 26 第四章 工作裝置受力分析及強度計算 確定計算位置及典型工況 進行工作裝置的強度設(shè)計，首先要分析裝載機的工作情況，裝載機的作業(yè)環(huán)境是都變的，其作業(yè)工況也 是多種多樣的，因此必須選定經(jīng)常使用的受力最不 利的作業(yè)位置和 工作裝置受力最大的 典型工 況來進行工作裝置的強度計算，這樣技能滿足使用條件，又不浪費材料，比較經(jīng)濟。 計算位置的確定 裝載機有時工作在水平地面上，也有時工作在洼地或斜坡上，但分析裝載機鏟掘、運輸、提升及卸載等作業(yè)過程，發(fā)現(xiàn)裝載機在水平面上作業(yè)時，工作裝置受力最大。因此，選擇裝載機在水平地面上作業(yè)時動臂處于最低位置，鏟斗斗底與地面成 3176。～ 5176。傾角，裝載機將以 34Km/h的速度接近料堆，并進行鏟掘作業(yè)，以此作為計算位置。（如圖 41） 典型工況選取和外載荷的計算 由于 鏟裝物料的種類和作業(yè)條件不同載，裝載機實際作業(yè)時不可能使鏟斗切削刃均勻受裝 ， 但可簡化為兩種極端受載情況： 一是對稱載荷，載荷沿切削刃均勻分布，計算時可用一 個作用在斗刃中部的集中載荷來代替；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 ，通常將 其簡化后的集中載荷加在鏟斗側(cè)邊的第一個斗齒上。 裝載機在鏟掘作業(yè)過程中，通常有以下三種受力工況。 ① 鏟斗水平插人料堆，工作裝置油缸閉鎖，此時可認為鏟斗斗刃只受水平插人阻力的作用。 ② 鏟斗水平插 人料堆，翻轉(zhuǎn)鏟斗（操縱轉(zhuǎn)斗缸）或舉升動臂（操縱動臂舉升缸）鏟取物料時，認為鏟斗斗齒只受垂直掘起阻力的作用。 （ 圖 41） 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 27 ③ 鏟斗邊插入邊收斗或邊插入 邊舉臂進行鏟掘時，認為鏟斗斗齒受水平插人阻力與垂直掘起阻力的同時作用。 如果將對稱載荷 和偏載情況分別與上述三種典型受力工況相組合型的受力作用工況，就可得到鏟斗六種典 工況。如圖 42 所示： (a)水平 對稱工況 (b)垂 直對稱工況 (c)水平垂直對稱同時作用工況 (a)水平 偏載工況 (b)垂直偏載工況 (c) 水平垂直偏載 同時作用工況 圖 42 工作裝置外載荷工況 工作裝置受力分析 在確定了裝載機典型作業(yè)工況和鏟斗所受外載荷后，便可進行工作裝置的受力分析，以求出相應(yīng)工況下工作裝置各構(gòu)件的受力。 對稱載荷工況 對稱載荷工況可簡化成平面靜定系統(tǒng)計算，但需要作如下假定。 ① 忽略鏟斗和支承橫梁對工作裝置各構(gòu)件受力和變形的影響。根據(jù)這個假設(shè)，由于工作裝置構(gòu)件均為對稱構(gòu)件（對稱于機器的縱軸線），當(dāng)載荷是對稱作用時，兩側(cè)桿件受力相等，各為相應(yīng)工況外載荷的一半，可單獨取一側(cè)桿件系統(tǒng)并視為平面力 系進行受力分析，即 XX2x1 R21RR ??，yy2y1 R21RR ?? 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 28 ② 每一側(cè)連桿機構(gòu)各構(gòu)件軸線均假設(shè)在同一平面內(nèi)，所有作用力都通過各桿件斷面彎曲中心，忽略各桿件因不在同一平面內(nèi)所引起的扭矩，計算時可以用構(gòu)件的中軸線來代替實際構(gòu)件。 根據(jù)以上假設(shè)，就可將工作裝置這樣一個空間超靜定結(jié)構(gòu)，簡化為一般平面問題進行受力分析 。 計算工作裝置各構(gòu)件受力時，首先以鏟斗為受力分離體，去掉約束以反力代替，然后，根據(jù)構(gòu)件中的連接順序，依次求出各構(gòu)件的受力。這樣，根 據(jù)平面靜力學(xué)公式 可列出工作裝置各構(gòu)件的靜力學(xué)計算平衡方程式。 對稱水平力與垂直力確定 (1) 水平力 Px 的確定 a) 發(fā)動機扭矩 MT 參考同類樣機，?。喊l(fā)動機功率 N=160Kw， 轉(zhuǎn)速 n=2200r/min。 則由 MT=1000N/ω，ω =2π n/60 () 得 MT= m b) 驅(qū)動輪動力半徑 rd r d= r –Δ b () 式中 r— 輪胎的自由半徑，由輪胎規(guī)格 可知，輪胎寬度 B= 英寸 =，輪輞直徑 d=25 英寸 =，斷面高度與寬度之比 H/B 取 ，則輪胎的自由半徑ro=(d+2H)/2=； Δ — 系數(shù)，一般取Δ =~，取Δ =； b— 輪胎的斷面寬度， b=. 則 rd= c)驅(qū)動力矩 Mk Mk=M2 iM η () 式中 M2—— 渦輪軸輸出轉(zhuǎn)矩，則 M2=K MT ，取變矩系數(shù) K=4； iM —— 機械傳動部分總傳動比（自變矩器輸出軸至驅(qū)動輪） iM= rd/vT= 2200 ； η M—— 機械傳動系和履帶驅(qū)動段效率，取η M =. 則 Mk=4 49 = m 對于輪式機械， PK=Mk/ rd 則有 PK=所以，水平力 Px=PKP=PKPf 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 29 式中 Pf—— 滾動阻力， Pf=f GS 取滾動阻力系數(shù) f=，總重力 GS=50KN 則 Px = (2) 垂直力 PZ 參考 臨工 工 ZL50 同類樣機， 選取 PZ = 120K N 兩側(cè)受力均為 PZ =60KN (3) 單側(cè)動臂受力 Pax ， Pby 由于對稱工況，在假設(shè)條件下，兩動臂受力大小相同，所以可取工裝的一側(cè)進行受力分析 則 Pax = Px/2 = Pby = PZ/2 =30KN 圖 43 工作裝置受力分析 取鏟斗為分離體，根據(jù)平衡原理計算鏟斗的受力 ∑ MG=0 PF=(Pxa h1+ Pyb l1) /(h2 cosα 1+l2 sinα 1) ∑ y=0 xG= Pxa+ PF cosα 1 ∑ y=0 yG= － PF sinα 1+ Pby 取連桿為分離體，因連桿為二力桿件，故 PF=PE (受拉力 ) 取搖臂為分離體，根據(jù)平衡原理，搖臂的受力為： ∑ MD=0 PC= PE (l4 sinα 2+ h3 cosα 2) /（ h4 cosα 3－ l3 sinα 3） ∑ x=0 xD= PC cosα 3+PE cosα 2 ∑ y=0 yD=PE sinα 2－ PC sinα 3 取動臂為分離體： ∑ MA=0 PH=( yD l6+yG l7xD h5+xG h7)/( h6 cosα 4+ l5 sinα 4 ) ∑ x=0 xA= PHcosα 4 +xD+xG ∑ y=0 yA= yD+yG－ PH sinα 4 有前面敘述 的可以得到： 405?Bl mm 13121 ?l mm 292?l mm ?h mm 4202 ?h mm ?? ? 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 30 ?? ? 03?l mm ?l mm 6723 ?h mm 5704 ?h mm ?? ? ?? ? ?h mm 6795 ?l mm ?l mm 20487 ?l mm ?h mm 6786 ?h mm 把上 值代入以上公式可以得： PF =115KN xG= yG= PE=115KN PC= xD=260KN yD=－ 31KN PH= xA= yA= 偏載工況 把偏載工況轉(zhuǎn)化為作用在鏟斗中點的集中力和，個附加力偶。由于裝載機無論是轉(zhuǎn)斗缸還是舉升缸，在作業(yè)中，左、右缸的作用力總是相等的（因為左、右缸的油路是并聯(lián)的） , 因而可假定附加力偶僅作用在鏟斗、動臂和橫梁上，其他桿件不受此力偶的影響。集中力所 引起的各桿件受力計算如同對稱工況一樣，可以視為一平面力系。附加力偶則在動臂上產(chǎn)生扭矩和側(cè)彎矩?，F(xiàn)以水平和垂直偏載工況為例計算動臂與車架鉸接點由于附加力偶所引起的外載荷 。 (如圖 44) 把作用在斗邊齒上的外力（垂直力 N 和水平力 P）轉(zhuǎn)化為作用在鏟斗中心的水平集中力 P、垂直集中力 N 和力偶 My=PL ， Mx=NL 。 圖 44 偏載工況受力分析 α =40176。 力偶對動臂的作用可分解成一個扭矩 MK和一個側(cè)彎矩 MG， 以矢量式表示，即 GxKxx MMM ?? 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