【正文】 因?yàn)閯颖塾?jì)算斷面多為矩形，則 6m ax 1023?? F Q? （ MPa） （ 4— 39） 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 30 圖 4— 5 動臂強(qiáng)度 校核圖 強(qiáng)度計(jì)算中許用應(yīng)力 [σ ]按下式選取 ns?? ?][ （ 4— 40） 式中 σ s—— 材料的屈服極限，國內(nèi)裝載機(jī)工作裝置的動臂以及搖臂多采用16Mn 鋼，其 σ s=360MPa； n—— 安全系數(shù)，設(shè)計(jì)手冊中規(guī)定 n≈ ～ ，考慮工程機(jī)械工作繁重，作業(yè)條件惡劣及計(jì)算上的失誤，一般取 n﹥ ，此處取 n=。動臂的 危險(xiǎn)斷面 一般 在 H 點(diǎn)附近，在此斷面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力： ? ??? ??? FNWM (MPa) （ 4— 37） 式中 M—— 計(jì)算斷面上的彎矩 （ mN? ） ； N—— 計(jì)算斷面上的軸向力 (N)； W—— 計(jì)算斷面的抗彎斷面系數(shù) (m3) F—— 計(jì)算斷面的截面積 (m2)。 工作裝置的強(qiáng)度 校 核 根據(jù)計(jì)算工況及其受力分析，即可按強(qiáng)度理論對工作裝置主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 如圖 4— 4c 所示，取搖臂為脫離體，根據(jù)平衡原理，分橋搖臂的受 力； 由 34332324 c oss i nc oss i n0???? hPlPhPlPMFFDDE ????? ?? （ 4— 17） KNP F438 8s i n1488c o s5516s i n8006c o s776295? ???????????? (4— 18) 由 KNPPXPPXXDFEDFE7276c o s2958c o s438c o sc o s0c o sc o s,02323??????????????????? （ 4— 19） 由 KNPPZPPZZDFEDFE306s i n2958s i n438s i ns i n0s i ns i n,02323???????????????????? （ 4— 20） 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 27 如圖 3— 24d 所示，取動 臂為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析 動臂的受力： 由? ?? ?KNlhlZhXlZhXPlZhXlZhXlhPMEEBBHEEBBHA44315s i n33915c o s742s i nc o s0s i nc o s,04546657765774546?????????????????????????????????? （ 4— 21） 由 KNXXPXXXPXXEBHAEBHA67772747815c o s443c o s0c o s,044?????????????????? （ 4— 22）由 KNPZZZZZPZZHEBABEHA16015s i c o s0s i n,0044??????????????????? （ 4— 23） b）垂直偏載（ Pxa=0,Pza=116KN） 與求水平偏載一樣， 如圖 4— 4a 所示，取鏟斗為脫離體，根據(jù)平衡原 理，分析鏟斗的受力： 由 ? ?0BM ? ?121211 s i nc o s ?? ??????? lhPlPhP CaZaX （ 4— 24） KNlhlPhPP aZaXc4 9 56s i n4 0 06c o s3 6 05 0 024 8 5 3 01 1 62 2 00s i nc o s 121211????????????????????? （ 4— 25） 由 ? ????? 0c o s,0 1 BcaX XPPX ? （ 4— 26） 所以 ? ?? ?KNPPX caXB4 9 26c o s4 9 50c o s01??????? ? （ 4— 27） 由 ? ?????? 02s i n,01 DaZBc GPZPZ ? （ 4— 28）太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 28 則 KNGPPZ DcaZB6124 8 in4 9 51 1 62s in01??????????? ???? ? （ 4— 29） 如圖 3— 24b 所示，取連桿為脫離體，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： DC PP? （ 4— 30） 由圖示受力分析可知，連桿此時(shí)受拉。下面以 工 況 (c)為例進(jìn)行受力分析，其他工況 與 此類同。 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。 (圖 4— 3b)中 87 0 , 98 9a m m b m m?? ?98 9 87 0 13 8 29 587098 9 87 0 54 .5 11 6870aXaZP KNP KN?? ? ??? ? ? (4— 7) 2）計(jì)算鏟斗重量 GD。 （ 46） 由于 bYaYbXaX RRRR ?? 。同時(shí)略去鏟斗及支承橫梁對動 臂 受力與變形的影響，則可取太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 23 工作裝置結(jié)構(gòu)的一例進(jìn)行受力分析，如圖 (3— 23a)所示，其上作用的載荷取相應(yīng)工況外載荷之半進(jìn)行計(jì)算，即： KNPPKNPP YaYxaX ,691382121 ???????? （ 4— 5） 在偏載工況中 (圖 3— 22d、 e、 f)，近似地用求簡支粱支反力的方法， 求出分配于 左右動臂平面內(nèi)的等效力 ba RR與 (圖 4— 3b)： ?????????????aZZbZaxXbxZaZXaxPPPPPPPa baPPa baP。 工作裝置的受力分析 在確定了計(jì)算位置及外 載 荷的大小后，便可進(jìn)行工作裝置的受力分橋。 4．受水平偏 載 的作用工況 (圖 4— 2d) 5．受垂直偏 載 的作用工況 (圖 4— 2e) 垂直力之大小與工況 (b)相同。 W1—— 滿載時(shí)前橋負(fù)荷，取整機(jī)重量的 75％ 。 mmL 3427? 。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 22 2. 對稱垂直力的作用工況 (圖 4— 2b) 垂直力 (即鏟起阻力 )的大小受裝載機(jī)縱向穩(wěn)定條件的限制 (圖 3— 21)，其最 大值為 KNlWLpz283085710181????? （ 43） 式中 W—— 裝載機(jī)滿 載時(shí)的自重； tW ??? 1L —— 裝載機(jī)重心到前輪與地面接觸點(diǎn)的 距離 ； 在此處取軸距的四分之一靠前。 3) 鏟斗邊插入邊轉(zhuǎn)斗或邊插入邊提臂鏟掘時(shí)，此時(shí)認(rèn)為水平力與垂直力同時(shí)作用在鏟斗的切削刃上。 裝載機(jī)的鏟掘過程通?？煞秩缦氯N受力情況 ： 1） 斗水平插入料堤，工作裝置油 缸閉鎖，此時(shí)認(rèn)為鏟斗切削刃只受到水平力的作用。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 21 外 載 荷的確定 由于物料種類和作業(yè)條件的 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 ，但可簡化為兩種極端情況：①認(rèn)為 載 荷沿切削刃均勻分布，并以作用在鏟斗切削刃中部的集中 載 荷來代替其均布 載荷，稱為對稱受 載 情 況；② 由于鏟斗偏鏟、料堆密實(shí)程度不均，使載荷偏于鏟斗一例。 4)主要零件的 強(qiáng)度校核。 2)選取工作裝置受力最大的典型工況， 確定外載荷。 若要滿足要求，則應(yīng)該滿足下列要求： maxhhx ? minllx? （ 3— 33） 在軌跡圖中測量出： m a x3 0 0 0 2 9 7 0xh m m h m m? ? ? mmlmml x 12022200 m in ??? 所以滿足 maxh 和 minl 的要求。 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 xh 和卸載距離 xl 必須分別不小于設(shè)計(jì)任務(wù)給定的最大卸載高度 maxh 和最小卸載距離 minl ，否則將影響卸載效率，甚至不 能進(jìn)行高位卸載。H mLmin —— 動臂油缸的最小安裝距離 MH。此外，在采用動臂油缸下端擺動的連接方式時(shí)，要注意油缸下端在擺動過程中不與機(jī)體發(fā)生于涉。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。 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 )。所以，在太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 18 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。39。? 小于圖 3— 5（ b）中的 MAH39。 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。這樣做，可使動臂油缸在動臂整 個舉升過程太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 17 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(shí)的舉升力不足，因?yàn)榇藭r(shí)工作力臂往往較小或最小。這是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果。 AH 不可能取得太大，它還受到油缸行程的限制。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。 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(shí)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。 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 iF 得一曲線，以鉸接點(diǎn) G 為圓心，過 iF 點(diǎn)做此曲線的外包圓弧 N ，圓弧 N 的半徑 G iF ，即為轉(zhuǎn)斗油缸的最大安裝距離 maxR ，轉(zhuǎn)斗油缸的行程 xl ，按下式計(jì)算： minmax RRlx ?? （ 3— 3） 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 16 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 xl ，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(shí)的后傾角都不在地面時(shí)后傾 角大，在動臂提升范圍內(nèi)后傾角通常允許相差 15o。N 的半徑 G 39。iF 點(diǎn)作此曲線的內(nèi)包圓弧 39。iF ，連接 39。假設(shè)鏟斗在最大卸載高度卸載時(shí)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= cEC ii ?、 。 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(shí)鏟斗后傾 045 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(shí)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： 11CB 、 22CB ?? iiCB ，并使它們互相平行；然后畫出鏟斗在最大卸載高度時(shí)的卸載位置（取卸載角 00 50~45?? ）， 在這里 β =50 取 得 39。 DE=（ ~） lD , DE= 2913=874。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。搖臂可做成直的也可做成彎曲的形狀。 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(jì)時(shí)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。通常 BC 與鏟斗回轉(zhuǎn)半太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 15 徑之間的夾角 ψ =100o~120o,取 ψ =113186。 確定 C 、 D 兩點(diǎn)時(shí)，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