【正文】 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。m 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 （N因此，開(kāi)始轉(zhuǎn)斗的阻力矩為 （333）式中 轉(zhuǎn)斗阻力矩，N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，N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 （N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為轉(zhuǎn)斗阻力矩。掘起阻力主要是剪切阻力。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。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。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。如果將對(duì)稱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。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。由于鏟裝物料的種類和作業(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。這些力構(gòu)成了裝載機(jī)工作裝置的作業(yè)阻力。高位卸載角為： =131－105+5=31176。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。=2519 mm≥hmax（2500）滿足要求 =2873―600―985+1141cos58176。 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。太大時(shí)，將增加卸載沖擊，損壞運(yùn)輸車輛；過(guò)大，雖然有利于裝車，但加大了工作機(jī)構(gòu)前懸，降低了整機(jī)穩(wěn)定性。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。；最高位置工況：57176。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。 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。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。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架的鉸接點(diǎn)之間的狹窄空間里。D點(diǎn)的固定坐標(biāo)值為（3000，1850）。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)。2） 確定D點(diǎn)轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架的鉸接點(diǎn)D，是根據(jù)鏟斗由鏟裝工況舉升到最高位置工況過(guò)程為平動(dòng)和由高位卸載工況下降到插入工況時(shí)能自動(dòng)放平這兩大要求來(lái)確定的。并注意使插入工況時(shí)搖臂BC與轉(zhuǎn)斗油缸CD趨近垂直；C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)不得與鏟斗干涉，其高度不能影響司機(jī)視野。因此初步設(shè)計(jì)時(shí)，一般取 （38）C點(diǎn)一般取在B點(diǎn)左上方，BC與BE夾角可取∠CBE=130176。1） 確定C點(diǎn)從力傳遞效果出發(fā)，顯然使搖臂BC段長(zhǎng)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。（3） 轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn)C和D點(diǎn)的確定在圖310中，如果確定了C點(diǎn)和D點(diǎn)，就最后確定了與機(jī)架連接的四桿機(jī)構(gòu)BCDA的尺寸。如圖311所示，鏟斗去插入工況，以B點(diǎn)為圓心，以BE=c為半徑畫(huà)??；人為的初選E點(diǎn)，使其落在B點(diǎn)右下方的弧線上；再分別以E點(diǎn)和G點(diǎn)為圓心，以FE=b和GF=a分別為半徑畫(huà)弧，得到交點(diǎn)，即為F。即傳動(dòng)角不能小于10176。1） 按雙搖桿條件設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)令GF桿為最短桿，BG為最長(zhǎng)桿，即有 GF+BG FE+BE （35）如圖310所示，若令GF=a，F(xiàn)E=b，BE=c，BG=d，并將式（35）不等號(hào)兩邊同時(shí)除以d，整理后得到下式，即 （36）上式各值可按式（37）選取，由G（1130，260）、B（1680，1565）點(diǎn)的坐標(biāo)得到d=1415mm （37）由式（37）選取K=得到 a==425c==830，代入（36）得到 b=948 。圖38 動(dòng)臂鉸接點(diǎn)A的確定圖39 動(dòng)臂鉸接點(diǎn)的三維顯示（2）連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn)F、E的確定因?yàn)镚、B兩點(diǎn)已被確定，所以再確定F點(diǎn)和E點(diǎn)實(shí)際上是為了最終確定與鏟斗相連的四桿機(jī)構(gòu)GFEB的尺寸，如圖310所示。本次設(shè)計(jì)所確定B點(diǎn)坐標(biāo)為（1680，1565）。如圖37所示，根據(jù)分析和經(jīng)驗(yàn)，一般取B點(diǎn)在AG連線的上方，過(guò)A點(diǎn)的水平線下方，并在AG的垂直平分線左側(cè)盡量靠近鏟裝工況時(shí)的鏟斗處。5） 確定動(dòng)臂與搖臂的鉸接點(diǎn)BB點(diǎn)的位置是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)。最終定下A點(diǎn)的坐標(biāo)為（3230，2110）。A點(diǎn)在平分線的位置應(yīng)盡可能低一些，以提高整機(jī)工作的穩(wěn)定性，減小機(jī)器高度，改善司機(jī)視野。⑤連接并作其垂直平分線。 （34）式中 Z點(diǎn)的y坐標(biāo)值，mm 輪輞直徑，mm 輪胎寬度，mm 輪胎斷面高度與寬度之比（普通輪胎取1，） 輪胎變形系數(shù)（~，~）③根據(jù)給定的最大卸載高度hx，最小卸載距離lx和和卸載角，畫(huà)出鏟斗在最高位置卸載時(shí)的位置圖，即高位卸載工況，并令此時(shí)斗尖為O4，G點(diǎn)位置為，如圖37所示。②把已選定的輪胎外廓畫(huà)在指標(biāo)圖上（輪胎外廓直徑約為1600mm）。初定G點(diǎn)坐標(biāo)為（1130，260）。圖37 動(dòng)臂上三鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì)3） 確定動(dòng)臂與鏟斗的鉸接點(diǎn)G由于G點(diǎn)的x坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗掘起力就越大，所以G點(diǎn)靠近O點(diǎn)是有利的，但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減?。欢鳪點(diǎn)的y坐標(biāo)值增大時(shí)，鏟斗在料堆中的鏟取面積增大，裝的物料多，但這樣縮小了G點(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn)F的距離，使得掘起力下降。的前傾角。2）畫(huà)鏟斗圖把設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面外廓按比例在坐標(biāo)系xOy中畫(huà)出，斗尖對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前壁與x軸呈3176。圖36 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖I插入工況 II鏟裝工況 III最高位置工況 IV高位卸載工況 V低位卸載工況 尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)因?yàn)閳D解法比較直觀，易于掌握，故采用圖解法設(shè)計(jì)，它通過(guò)在坐標(biāo)圖上確定鏟裝工況（圖36）時(shí)工作裝置的9個(gè)鉸接點(diǎn)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)舉升油缸閉鎖時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞G點(diǎn)作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，舉升油缸動(dòng)作時(shí)，鏟斗將作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即一邊隨動(dòng)臂對(duì)A點(diǎn)作牽連運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又相對(duì)動(dòng)臂繞G點(diǎn)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。若把油缸分解成兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)移動(dòng)副，則反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=8，運(yùn)動(dòng)低副數(shù)PL=11，由自由度公式F=3n2PL，得到自由度為2。當(dāng)舉升動(dòng)臂時(shí)，若假定動(dòng)臂為固定桿，則可把機(jī)架AD視為輸入桿，把鏟斗GF看成輸出桿，由于AD和GF轉(zhuǎn)向相反，所以叫反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)斗油缸CD、搖臂CBE、連桿FE、鏟斗GF、動(dòng)臂GBA和機(jī)架AD六個(gè)構(gòu)件組成。 工作裝置連桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)在第二章中的工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)的介紹，綜合本次設(shè)計(jì)的基本要求和設(shè)計(jì)任務(wù)，所選取的結(jié)構(gòu)形式為反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于有防溢板的鏟斗 （m3） (32)式中 有擋板的鏟斗橫截面面積，m2 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，m 擋板高度，m 斗刃刃口與擋板最上部之間的距離，m對(duì)于無(wú)防溢板的鏟斗 （m3） 式中 不裝擋板的鏟斗橫截面面積，m2 圖34 鏟斗容量計(jì)算（2） 額定容量鏟斗的額定容量（見(jiàn)圖34）按照式（3