【導(dǎo)讀】第一章裝載機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用····································································1. 第二章裝載機(jī)總體參數(shù)的確定·································································6. 裝載機(jī)阻力的確定··········································································6

　　

【正文】 能得到良好的鏟斗平動性能，而且可以實現(xiàn)鏟斗自動放平。 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。 缺點 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。 工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 工作機(jī)構(gòu)的基本給構(gòu)如圖所示。鏟斗 動臂 連桿 搖臂 轉(zhuǎn) 斗油缸 5，舉升油缸 6等組成。 圖 動臂設(shè)計 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)組成轉(zhuǎn)斗油缸 FG、 搖臂 DEF、 連桿CD、 鏟斗 BC、 動臂 BEA 、 機(jī) 架 AG 六個構(gòu)件組成，由于 AG 和 BC 轉(zhuǎn)向相反，所以此機(jī)構(gòu)稱為反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。 動臂鉸接點的位置時通過作圖在確定的，如圖 所示，若確定了動臂下鉸點的最高位置 iB ，則最大卸載高度 maxsH 、最小卸載距離 minsl 及最高位置的卸載角 ? 隨之而定。圖 中 ? 為斗底與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑的夾角，動臂下鉸點當(dāng) 鏟斗在地面產(chǎn)掘時的位置 1B ，在考慮斗底與水平面夾角 ??? 5~3? 時及鏟斗裝滿物料后傾不與輪胎相碰的情況下，盡量靠近輪胎，以減小裝載機(jī)的整機(jī)尺寸。動臂的上鉸接點 A 應(yīng)在 iBB1 連線的 23 垂直平分線上，當(dāng)最大卸載高度和最小卸載距離一定時，上鉸接點的前后位置影響動臂的長度 dl 、動臂的回轉(zhuǎn)角 ? 及動臂最大伸出時的穩(wěn)定性。 Al 大，動臂增大，動臂回轉(zhuǎn)角 ? 減小，傾翻力矩小，提高了裝載機(jī)在鏟斗最大伸出時的穩(wěn)定性，所以在允許的情況下希望 Al 大些。動臂與車架鉸接點的高度通常取： )()~( 0 mmRH A ? 式 圖 動臂 與車架鉸接點的左右位置。根據(jù)裝載機(jī)輪距、動臂、轉(zhuǎn)斗油缸的尺寸布置和視線等確定。動臂回轉(zhuǎn)角通常取 ??? 90~80? 。 動臂鉸接點位置確定之后，按圖 利用幾何關(guān)系可以求出動臂的長度 Dl 。 20m a x20m i n )]s i n([])c os ([ ???? ???????? RHHlRll AsBsD （ mm） 式 24 式中： minsl —— 鏟斗最小卸載距離， 1250mm； ?—— 鏟斗回傳半徑與斗底的夾角； ?5 ； ? —— 鏟斗最大卸載高度時最大卸載角，通常取 ??45? ； 取 ?45 ； Bl —— 動臂與車架鉸接點到裝載機(jī)前 面外廓水平距離， 1668mm； maxsH —— 最大卸載高度， 2850mm。 計算得： mmlD 2776? 。 動臂形狀一般可以分為直線形和曲線形兩種，如圖 所示。直線形動臂結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，并且受力情況較好，通常正轉(zhuǎn)式連桿工作裝置采用較多；曲線形動臂，一般反轉(zhuǎn)式連桿 采用較多，這種結(jié)構(gòu)形式的動臂可以使工作裝置的布置更為合理。 圖 動臂的 斷面結(jié)構(gòu)形式有單板、雙板和箱型三種。單板 動臂結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、但其強(qiáng)度和剛度較低，小型裝載機(jī)采用較多，大、中型裝載機(jī)對動臂的強(qiáng)度和剛度要求較高，則多采用雙板或箱型斷面的動臂。為了減輕工作裝置的重量，動臂的斷面尺寸一般按等強(qiáng)度來設(shè)計。 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計 連桿機(jī)構(gòu)是由鏟斗、動臂、連桿、搖臂和轉(zhuǎn)斗油缸等組成，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計是個較復(fù)雜的問題。對已定結(jié)構(gòu)型式的連桿 機(jī)構(gòu)，在滿足使用要求的情況下，各構(gòu)件可以設(shè)計成各種尺寸及不同鉸接點位置，構(gòu)件尺寸及鉸接點的位置可變性較大。所以設(shè)計出的連桿機(jī)構(gòu)，并不都具有高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。要想獲得連桿機(jī)構(gòu)的最佳尺寸及構(gòu)件最合理的鉸接位置，需要結(jié)合總體布置、構(gòu)件的運動學(xué)及動力學(xué)分析，并綜合考慮各種因素進(jìn)行方案比較，選擇較理想的方案。若運用優(yōu)化設(shè)計理論，借助計算機(jī)，則可以獲得更理想的設(shè)計方案。 1）平移性好，動臂從最低到最高卸載高度的舉升過程中，鏟斗后傾角變化盡量小， 25 盡量接近平移運動，保證滿載鏟斗中的物料不撒落，一般相對地面的轉(zhuǎn)角差不大于 15度；鏟斗在地面時的后傾角取 45 度左右；在運輸位置時應(yīng)有大于 45 度。在最大卸載高度時一般取 4761 度。 2）卸載性好，在動臂舉升高度范圍內(nèi)的任意位置，鏟斗的卸載角 ??45? ，以保證能卸載干凈。 3）動力性好，在設(shè)計構(gòu)件尺寸時，為保證連桿機(jī)構(gòu)具有較高的力傳遞效率，斗桿機(jī)構(gòu)要能滿足鏟掘位置傳動角接近 90度，使有效分力大，以便有較大的掘起力；運輸位置傳動角小于 170 度，這個角太大會使鏟斗收不緊，以致運輸途中使物料撒落。斗搖壁應(yīng)盡量短，否則，為了獲得一定的掘起力，勢必使缸搖臂較長，連桿機(jī)構(gòu)尺寸增大，翻斗油缸行程較長，造成卸料時間過長。 4）作業(yè)時與其他構(gòu)件無運動干涉，保證駕駛員工作方便、視野寬闊。 反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)（見圖 ）的尺寸及鉸點位置確定：連桿 CD 的長度 b，搖臂 DF 的長臂長度 c 和短臂長度 e，鏟斗上兩個鉸接點 BC 之間的距離 a，鉸接點 E 和鉸接點 C的位置，轉(zhuǎn)斗油缸與車架的鉸點 G的位置及轉(zhuǎn)斗油缸的行程等。 動臂的長度是連桿機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)，該參數(shù)不僅影響著連桿機(jī)構(gòu)的運動和受力，而且與連桿的尺寸和鉸接點的位置有關(guān)，因此連桿機(jī)構(gòu)的其他構(gòu)件的尺寸可以依據(jù)該參數(shù)來確定。 1）搖臂 DF 長度及鉸接點位置 連桿與鏟斗鉸點 C 的位置與連桿的受力和轉(zhuǎn)斗油缸的行程有關(guān)，選擇時主要考慮當(dāng)鏟斗處于地面鏟掘位置時，轉(zhuǎn)斗油缸作用在連桿 CD 的有效分力較大，以 發(fā)揮較大的掘起力。通常 BC 與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑 0R 之間的夾角 ??? 125~100? ； BC 長 Dla )~(? 。 搖臂 DF 和連桿 CD 要傳遞較大的插入和轉(zhuǎn)斗阻力，要充分考慮其強(qiáng)度和剛度。搖臂 DF的形狀和長短臂的比例關(guān)系 ec 及鉸點 E 的位置，是由連桿機(jī)構(gòu)受力情況及它們在空間布置的方便和可能性來確定的，同時轉(zhuǎn)斗油缸的行程及連桿 CD 的長度也不宜過大。搖臂可以做成直線形或彎曲形。彎曲形搖臂夾角 一般不大于 30度，否則構(gòu)件受力不良。鉸點 E 的位置，布置在動臂兩鉸點連線 AB的中部 el 偏上 m 處。 設(shè)計時初定： DDDDe lclelmll )~(。)~(。)~(。)~( ???? 。 式 計算得： 805~749。666~610。333~305。1 3 8 8~1 3 3 2 ???? ceml e 。 2）確定連桿長度及轉(zhuǎn)斗油缸在車架上的鉸接點 26 確定上述尺寸后，用作圖法確定連桿 CD 的長度 b，轉(zhuǎn)斗油缸在車架上的鉸接點 G 及其行程，如圖 所示。 由已選好的連桿機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)，繪制出動臂和鏟斗在地面時鏟斗后傾角 45 度的位置及搖臂和動臂的鉸點 E。將動臂由最低到最高位置的轉(zhuǎn)角等分成 4 份，提升動臂到不同的角度，并保持鏟斗的平移性，依次繪出 5544332211 , CBCBCBCBCB 的相應(yīng)位置，并使它們相互平行。然后繪出鏟斗在最大卸載高度時的卸載位置，取卸載角 45 度，假設(shè)鏟斗在最大卸載高度卸載時搖臂 DF 和連桿 CD 處在極端位置，即鉸接點 C、 D、 E位于一條直線上 ，則 CD的最小長度 cEcb ?? 55 。再根 據(jù)已選定的連桿 CD、搖臂 DEF，繪出其相應(yīng)的位置 11DC 和 111 FED ,由此得出該位置搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸的鉸點 1F 。 保持后傾鏟斗的平移性，作出鏟斗在提升中的各位置及其相應(yīng)的連桿機(jī)構(gòu)位置，得出相應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸鉸點位置 iF ，連接 iF 各點得一曲線，作該曲線的外包弧 M；則圓弧 M的圓心 G即為所求轉(zhuǎn)斗油缸在車架上的鉸點；半 徑 GF 即為轉(zhuǎn)斗油缸的最大安裝長度 maxR 。 同理，作出鏟斗在不同卸載位置時的連桿機(jī)構(gòu)位置，得出搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸鉸點位置 if ，連接 if 各點得一曲線，作該曲線的內(nèi)包圓弧 N，則圓弧半徑 iGf 為轉(zhuǎn)斗油缸的最小 安 裝 長 度 minR 。 于 是 轉(zhuǎn) 斗 油 缸 的 行 程 xl 可 以 按 下 式 計 算 ： )(3 4 56 8 01 0 2 5m inm a x mmRRl x ????? 當(dāng)在轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖情況下舉升動臂，鏟斗在任何位置時的后傾角都比鏟斗在地面時的后傾角大，在動臂舉升范圍內(nèi)后傾角通常允許相差 15 度。鏟斗卸載角通常隨著卸載高度的降低而略有減小，若鏟斗的卸載角小于 45 度，可以通過減小 BC 或 xl 的長度來滿足對卸載角的要求。 當(dāng)動臂舉升到最大卸載位置卸載后，動臂下降到地面時要求鏟斗能自動放平，只要 湊成連桿機(jī)構(gòu)鏟斗由最高卸載位置到地面過程中，鏟斗繞 B點的上翻角等于 ??? 即可。 3）舉 升油缸與動臂和機(jī)架的鉸接點 H及 I的確定 舉升油缸布置應(yīng)本著工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、整機(jī)穩(wěn)定性好的原則來確定。 一般 H 點選在 AG 連線上方，并取 AG≥ AH/3。 AH 不能取太大，它受到油缸行程的限制。 I 點盡量與地保持最小高度，并且 往 前橋方向靠是比較有利的，這樣舉升工作力臂大小變化比較小。 27 圖 工作裝置強(qiáng)度計算 計算位置 裝載機(jī)作業(yè)工況不同，工作裝置的受力情況也不一樣。因此，進(jìn)行工作裝置強(qiáng)度計算時。只要其受 力最大時的計算位置，選取工作裝置受力最大的典型工況，來對工作裝置進(jìn)行強(qiáng)度計算。 通過 分析裝載機(jī) 鏟斗 插入料堆、鏟起、提升、卸載等作業(yè)過程可知，裝載機(jī)在 地面 鏟掘物料時，工作裝置的受力最大，所以 對裝載機(jī)進(jìn)行受力分析，可選 取 裝載機(jī)在水平地面上鏟斗斗底與地面的夾 角 為 35 度 鏟掘時的鏟取位置作為計算位置，且假設(shè)外載荷作用在鏟斗的切削刃上。 28 圖 分析 1） 水平 受力 裝載機(jī)沿水平面運動，工作裝置油缸閉鎖，鏟斗插入料堆，此時認(rèn)為物料對鏟斗的阻力水平作用在 切削刃上，水平力的大小由裝載機(jī)的牽引力決定，其最大值按下式計算： ftx FFF ?? max 式 =75200(N) 式中： maxtF —— 裝載機(jī)空載時 驅(qū)動輪上 的最大 切線 牽引力 ， N； fF —— 裝載機(jī)空載時滾動阻力， N； 2） 垂直力的作用工況 鏟斗水平插入料堆足夠深度后，裝載機(jī)停止運動，向后轉(zhuǎn)斗或提升動臂，此時認(rèn)為掘起阻 力 垂直 作用在切削刃上，且垂直載荷受裝載機(jī)的縱向穩(wěn)定性條件的限制， 其最大值為： ijGFz 0?（ N） 式 2336130099960?? =55628(N) 式中： 0G —— 裝載機(jī)空載時 的自重； j —— 裝載機(jī)重心到前輪與地面接觸點的距離； 29 i — — 垂直力的作用點到前輪與地面接觸點的距離； 3） 水平與垂直同時 受力 裝載機(jī)在水平面上勻速運動，鏟斗水平插入料堆一定深度后，邊插入邊轉(zhuǎn)斗或者邊插入邊提升動臂，此時認(rèn)為物料對鏟斗的水平阻力和垂直阻力同時作用在切削刃上 。 ftx FFF ?? max ； ilGFz 10? 式 分析 由于物料種類和作業(yè)條件的不同，裝載機(jī)實際作業(yè)不可能使鏟斗切削刃均勻的受力，可將其轉(zhuǎn) 化為兩種情況： ，稱為對稱受載的情況； ，料堆密實程度不同，使載荷偏于鏟斗一側(cè)。形成偏載情況，通常將其簡化后的集中載荷加在鏟斗側(cè)邊第一斗齒上。 裝載機(jī)的鏟掘過程通常分為如下三種受力情況： 1） 鏟 斗水平插入料堆，工作裝置油缸閉鎖，此時認(rèn)為切削刃只受到水平力的作用。 2）鏟斗水平插入料堆后，翻轉(zhuǎn)鏟斗（靠轉(zhuǎn)斗油缸工作）或提升動臂（依靠動臂油缸工作）鏟掘時，認(rèn)為切削刃只受到垂直力的作用。 3）鏟斗邊插入邊轉(zhuǎn)斗或邊提臂鏟掘時，認(rèn)為水平力與垂直力同時作用在鏟斗 切削刃上。 根據(jù)以上分析得出工作裝置構(gòu)件受力最大的六種典型工況 ： 如圖 （ a） ，這種工況下鏟斗的水平載荷由裝載機(jī)的牽引力決定，水平力的最大值按式 計算。 如圖 （ b） ，這種工況下垂直載荷受裝載機(jī)的縱向穩(wěn)定條件限制，其最大值按式 計算。 如圖 （ c） ，這種工況下水平載荷與垂直載荷按式 計算。 如圖 （ d） ，水平載荷按式 計算，但是要考慮偏載情況。 況 如圖 （ e） ，垂直載荷按式 計算，但是要考慮偏載情況。 如圖 （ f） ，其受力按公式 計算，但是要考慮偏載情況。 30 圖 ，精確計算比較復(fù)雜，為簡化計算，可作如下假設(shè)： 1）認(rèn)為鏟斗及動臂橫梁不影響動臂的受力與變形； 2）認(rèn)為動臂軸線與搖臂連桿軸線處于同一水平面內(nèi)。 ，就能將工作裝置簡化成一個簡單的平面力系進(jìn)行分析 。 1）對于對 稱受力工況 ，由于動臂 是個對稱結(jié)構(gòu)， 所以 兩動臂 所 受的載荷相等。同時略去鏟斗及支撐橫梁對動臂與受力與變形的影響，則可取工作裝置 一側(cè)進(jìn)行分析，其上作用的載荷取相應(yīng)工況外載荷的一半進(jìn)行分析計算，即： 376002/7520211 ??? xax FF (N) 31 278142/3467021 ??? zaz FF (N) 2）在偏載的工況中，近似地用求簡支梁的方法，求出分配于左右動臂平面內(nèi)的等效力 xF 和 zF ； xax FbbaF ??； zaz FbbaF ?? 式 axxbx FFF ?? ； azbz FFF ?? 式 由于 bxax FF ? , bzaz FF ? ,所以只求 axF ， azF 。 在工作裝置中 a=165mm,b=1500mm。 83472752021500 1500165 ????axF N 61747556281500 1500165 ????azF N 圖 、搖臂軸線處于同一平面內(nèi)，則所有的作用力都通過構(gòu)件 32 （鏟斗除外）斷面的彎曲中心，即略去的由于安裝鉸座而產(chǎn)生的附加扭轉(zhuǎn)，從而可以用軸線、折線或曲線來代替實際構(gòu)件。 通過上面的分析與假設(shè)，就能將工作裝置這樣一個空間超靜定結(jié)構(gòu)簡化為平面問題進(jìn)行受力分析。 工作裝置的受力分析，就是根據(jù)上述工況下作用在鏟斗的外力，用解 析法或作圖法求出對應(yīng)工況下工作裝置各構(gòu)件的內(nèi)力。 典型工況 6 下的各構(gòu)件受力最大， 以工況 6進(jìn)行內(nèi)力計算。 33 （ a） 鏟斗 (b)連桿 (c)搖臂 (d)動臂 圖 1)如圖 （ a） 取鏟斗為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析鏟斗的受力： 由 0?? BM ,有 )s i nc o s( 121211 ?? lhFlGlFhF cDbzaxa ???? 所以 121311 s inc os ?? lh lGlFhFF Dbzaxac ? ??? ? 91451? （ N） 由 0??X ， 0c o s 1 ??? Bcxa XFF ? 所以 )c o s( 1?cxaB FFX ??? )14c o s9 1 4 5 16 6 2 0 0( ????? 154934?? (N) 由 0??Z ， in 1 ???? bBcza GZFF ? 所以 bczaB GFFZ in 1 ??? ? =16359 (N) 2） 如圖 （ b） 所示，取連扦為分離體，根據(jù)平衡原理，作用于連桿 兩端的力大小相等，方向相反，即： CD FF? 由圖示受力分析可知，連桿此時受拉。 3)如圖 （ c） 所示，取搖臂為分離體，根據(jù)平衡原理，進(jìn)行受力分析： 0?? EM )s i nc o s()s i nc o s( 33342423 ???? lhFlhF FD ??? 34 所以 33342423 s i nc os s i nc os ?? ?? lh lhPF DF ??? 591 451 ?? 96859? (N) 0??X 0c o sc o s 23 ??