【正文】 ? （ 434） 由 KNXXPXXXPXXEBHAEBHA9 2 11 2 2 04 9 215c o s2 0 0c o s0c o s,044?????????????????? （ 435） KNPZZZZZPZZHEBABEHA4115s in2 0 c o s0s in,0044?????????????????? （ 436） 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 工作裝置的強(qiáng)度校核 動(dòng)臂 ? ??? ?????66 1010 F NW M (MPa) （ 437） 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)。 （ 46） 由于 bYaYbXaX RRRR ?? 。 工作裝置的受力分析 KNPPKNPP YaYxaX ,691382121 ???????? （ 45） ?????????????aZZbZaxXbxZaZXaxPPPPPPPa baPPa baP。 W—— 整車(chē)重量。 mmW WW WWLL 875007513 4 2 711 ????? ）（）（ （ 44） 式中 L—— 軸距。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 4 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算位置 外載荷的確定 1. 對(duì)稱(chēng)水平力的作用工況 (圖 4— 2a) 水平力 (即插入阻力 PC)的大小由裝載機(jī)的牽引力決定，其水平力的最大值為： cKPx PPR ?? m ax (41) 此處根據(jù)已知取 KNPR MA XKPx 1 3 8?? （ 42） 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 28 maxKPP —— 裝載機(jī)空載時(shí)的最大牽引力， cP —— 插入力。此外，在采用動(dòng)臂油缸下端擺動(dòng)的連接方式時(shí)，要注意油缸下端在擺動(dòng)過(guò)程中不與機(jī)體發(fā)生于涉。后者在動(dòng)臂提升過(guò)程中，由于油缸下 端的擺動(dòng)，可以使動(dòng)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(dòng)臂長(zhǎng)度的三分之一處，且在動(dòng)臂兩鉸接點(diǎn)的連線(xiàn)之上，以便留出鉸座位置 (對(duì)曲線(xiàn)型動(dòng)臂而言 )。 為了得到較好的舉升工作力臂變化特性曲線(xiàn)，以適應(yīng)舉升過(guò)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(dòng)臂油缸在動(dòng)臂整個(gè)舉升過(guò)程中，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(chē)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(jiǎn)圖 要實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂提升到最大卸載位置卸載后，動(dòng)臂下放到地面時(shí)鏟斗即自動(dòng)放平，只要湊成連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗由最高位置到地面過(guò)程中，上翻角 ??? ?? 即可。 根據(jù)提升動(dòng)臂過(guò)程中鏟斗保持平移的特性畫(huà)出相應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油 的鉸接點(diǎn)位置 iF 得一曲線(xiàn)，以鉸接點(diǎn) G 為圓心，過(guò) iF 點(diǎn)做此曲線(xiàn)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 ?? （ 33） 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(chē)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(dòng)臂的過(guò)程中，鏟長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 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(dòng)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(xiàn)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(xiàn)上，則連桿 CD 的最小長(zhǎng)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(huà)出動(dòng)臂和鏟斗在地面時(shí)鏟斗后傾 045 的位置及搖臂和動(dòng)臂的鉸點(diǎn) E；將動(dòng)臂由 最低到最高位置時(shí)的轉(zhuǎn)角 ? 分成若干等分，提升動(dòng)臂到不同的角度，并保持后傾鏟斗的平移性，依次畫(huà)出 BC的相應(yīng)位置：11CB 、 22CB ?? iiCB ，并使它們互相平行；然后畫(huà)出鏟斗在最大卸載高度時(shí)的卸載位置（取卸載角 00 50~45?? ），得 39。設(shè)計(jì)時(shí)初步取 m=(~) mld ? ， el =(~) mld ? ， EF=e =（ ~） dl =， DE=c =（ ~） mld ? 。彎曲搖臂的夾角一般不大于 30o，否則使構(gòu)件受力不良。搖臂是形狀以及長(zhǎng)短臂的比例關(guān)系及鉸點(diǎn) E的位置的確定，主要考慮連桿的受力情況及它們?cè)诳臻g布置的方便和可能性，同時(shí)轉(zhuǎn)斗油缸的行程及連桿的長(zhǎng)度也不要過(guò)大。為此，建議按下述方法進(jìn)行設(shè)計(jì)： 按單搖桿條件設(shè)計(jì)六桿機(jī)構(gòu)，連桿與鏟斗鉸點(diǎn) C 的位置影響連桿的受力和轉(zhuǎn)斗油缸的行程，選擇時(shí)主要考慮當(dāng)鏟斗處于地面挖掘位置情況下，轉(zhuǎn)斗油缸作用在連桿CD 的有效分力較大，以發(fā)揮比較大的掘起力。 連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn) C、 D 的確定 因?yàn)?B、 E 兩點(diǎn)已被確定，所以再確定 C 和 D 點(diǎn)實(shí)際上是為了是終確定與鏟斗相聯(lián)的四桿機(jī)構(gòu) BCDE 的尺寸。 mla ?? ； mlb 9 2 ??? 斗底與地平面夾角 ? = ?? 5~3 ； 斗底與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑的夾角 ??539。 動(dòng)臂育車(chē)架鉸點(diǎn)的高度通常?。? ? ? ~ RH A ? = ?0R 鏟斗回轉(zhuǎn)半徑 A 點(diǎn)位置盡可能低一點(diǎn)，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。 (4)以 iB 點(diǎn)為圓心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏟斗 48o，即得鏟斗被舉升到最高位置圖 (工況Ⅲ )。0m a x c o ss i n Bsasd lRlRHHl ???????? ???? ? ?? ?mmmmmm a x39。 ??2 動(dòng)臂長(zhǎng)度 dl 的確定：動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置確定之后，按圖 3? 2 利用幾何關(guān)系可求出動(dòng)臂的長(zhǎng)度 dl ： 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 ? ?? ? ? ?? ?239。取 1； ? —— 輪胎變形系數(shù)，普通輪胎為 。 (2)把已選定的輪胎外廓畫(huà)在坐標(biāo)圖上。 綜合考慮各種因素的 影響，設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)坐標(biāo)圖上工況 I 時(shí)的鏟斗實(shí)際狀況，在保證 B 點(diǎn)與 Y 軸坐標(biāo)值 mmyB 350~250? 和 x 軸坐標(biāo)值 Bx 盡可能小而且不與斗底干涉的前提下，在坐標(biāo)圖上人為地把 B點(diǎn)初步確定下來(lái)。此為鏟斗插入料堆時(shí)位置，即工況Ⅰ。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 圖 3— 1 鉸接點(diǎn) B 的確定 動(dòng)臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn) B、 E、 A 的確定 確定坐標(biāo)系 如圖 32所示，先在坐標(biāo)紙上選取直角坐標(biāo)系 xOy ，沖選定長(zhǎng)度比例尺 1? 。 尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)的圖解法 圖解法比較直觀，易于掌握，是目前工程設(shè)計(jì)時(shí)常用的一種方法。 不管用什么方法確定各鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)值，但最終都必須滿(mǎn)足對(duì)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的各種要求。這在作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析時(shí)必須注意。轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)內(nèi)轉(zhuǎn)斗油缸 GF、搖臂 FED、連桿 DC、鏟斗 BC、動(dòng)臂 AEB 和機(jī)架 AG六個(gè)構(gòu)件組成。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 3 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì) 由于現(xiàn)今國(guó)內(nèi)、外購(gòu)輪胎式裝載機(jī)廣泛地采用反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)，并且它的設(shè)計(jì)難度較大，又有一定的代表性，所以以其為例，闡述工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)。 物料堆積高度 c 可由作圖法確定 (圖 2— 5)：由 M點(diǎn)作直線(xiàn) MN與 CD垂直，將 MN 垂線(xiàn)向下延長(zhǎng)，與斗刃刃口和擋板最下端之間的連線(xiàn)相交，此交點(diǎn)與料堆尖端之間的距離，即為物料堆積高度 c。 對(duì)于裝有擋板的鏟斗： 32203 8 6 9 3 32mbaSBV p???????? （ 210） 根據(jù)有關(guān)計(jì)算有 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 mlllllNDCNbmBmlaZgKgZK50c o c o s202220222220????????????????? （ 211） S —— 鏟斗橫斷面面積，如圖 2— 5中所示陰影面積 0B —— 鏟斗內(nèi)壁寬 (m)， a—— 擋板高度 (m)； b—— 斗刃刃口與擋板最上部之間的距離 (m)。 斗容的計(jì)量 鏟斗的斗容量可以根據(jù)鏟斗的幾何尺寸確定。在選擇 1? 時(shí)，應(yīng)保證側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為 090 。 —— 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度 (m )； g? —— 鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù)，通常 ~?g? z? 一 — 后斗壁長(zhǎng)度系數(shù)，通常 ~?z? ； k? —— 擋板高度系數(shù)，通常 ~?k? ； b? —— 斗底和后斗壁直線(xiàn)間的圓弧半徑系數(shù)，通常 ~?b? ； 1? —— 擋板與后斗壁問(wèn)的夾角，通常 001 10~5?? ； 0? —— 斗底和后斗壁間的夾角，通常 000 52~48?? ， (有推薦 00 65~55 )。因此鏟斗的其它參數(shù)依據(jù)它來(lái)決定。 鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 0R 是指鏟斗的轉(zhuǎn)鉸中心 B 與切削刃之間的距離 (圖 2— 4)。因此，鏟斗轉(zhuǎn)鉸銷(xiāo)的位置以近于刃口處為好，在極端時(shí)也有將轉(zhuǎn)鉸銷(xiāo)布置在鏟斗內(nèi)部，如圖 2— 4所示。但是，當(dāng)?shù)走呥^(guò)長(zhǎng)，則鏟斗的鏟起力變小，且鏟斗插入料堆的插入阻力與刃口的插入深度成比例的急劇增加， 如圖 2— 3 所示。 斗體形狀 對(duì)主要用于土方工程的裝載機(jī)，在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)要考慮斗體內(nèi)的流動(dòng)性，減少物料在斗內(nèi)的移動(dòng)或滾動(dòng)阻力，同時(shí)要有利于在鏟裝粘性物料時(shí)有良好的倒空性。 鏟斗的側(cè)刃 因?yàn)閭?cè)刃參與插人工作，為減小插人阻力，側(cè)壁前刃應(yīng)與斗前壁成銳角，弧線(xiàn)或折線(xiàn)側(cè) 刃鏟斗的插人阻力比直線(xiàn)形側(cè)刃要小，但具有弧線(xiàn)或折線(xiàn)形側(cè)刃鏟斗的側(cè)壁較淺，物料易從 兩側(cè)撒落，影響鏟斗的裝滿(mǎn)。一般中型裝載機(jī)鏟斗的斗齒間距為 250? 300mm 左右，太大時(shí)由于切削刃將直接參與插人工作，使阻力增大，太小時(shí)，齒間易卡住 石塊，也將增大工作阻力。大型裝載機(jī)由于作業(yè)條件 差、斗齒磨損嚴(yán)重，故常采用這種分體式斗齒。裝配時(shí)，先置入有彈性的鑲金屬橡皮閂，然后再?gòu)纳线吇驈南逻呁叫武N(xiāo)孔中打人鋼銷(xiāo) 4即可。為便于斗齒磨損后更 換和節(jié)約斗齒金屬，也有使用雙段斗齒的。 斗齒的形狀對(duì)切削阻力有影響：對(duì)稱(chēng)齒形的切削阻力比不對(duì)稱(chēng)齒形的大；長(zhǎng)而狹窄的齒比寬而短的齒的切削阻力要小。因此，對(duì)主要用于鏟裝巖石或密實(shí)物料的裝載機(jī)，其鏟斗均裝有斗齒。但鏟斗的裝滿(mǎn)系數(shù)要小于直線(xiàn)型斗刃的鏟斗。非直線(xiàn)型切削刃 有 v型和弧型等，裝載機(jī)用得較多的是 v型斗刃。 鏟斗斗型 的結(jié)構(gòu)分析 切削刃的形狀 鏟斗切削刃的形狀根據(jù)鏟掘物料的種類(lèi)不同而不同，一般分為直線(xiàn)型和非直線(xiàn)型兩種（圖 2— 1)。； 在滿(mǎn)足綜合 工作性能的前提下，盡可能增大機(jī)構(gòu)的倍力系數(shù)。對(duì)于井下鏟運(yùn)機(jī)，由于多為動(dòng)點(diǎn)低位卸載，此功能可不必考慮。 因?yàn)槠?chē)就在裝載機(jī)近旁，若卸載后，與下放動(dòng)臂同時(shí)，裝載機(jī)駛向裝載點(diǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)裝載點(diǎn) 時(shí)，鏟斗正好呈開(kāi)始插人狀態(tài)， 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 即可開(kāi)始新的裝、運(yùn)、卸工作循環(huán)。鏟斗在最高位置卸載后，閉鎖轉(zhuǎn)斗油缸，下放動(dòng)臂，鏟斗能自動(dòng) 變成插人工況（開(kāi)始插人狀態(tài)）的功能稱(chēng)為 “ 鏟斗自動(dòng)放平 ” 。鏟斗在最髙位置卸載時(shí)，最大卸載髙度 (鏟斗尖離地高度）和卸載距離 L，必須與配套的載重汽車(chē)車(chē)廂尺寸相適應(yīng)，或遵照設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)規(guī)定。輪式裝載機(jī)要求鏟斗在從運(yùn)輸工況至最 髙位置之間的任一髙度都能卸載干凈，為此，鏟斗各瞬時(shí)的卸載角 (鏟斗斗底對(duì)地面的前 傾角）均需不小于 45176。 以?xún)?nèi)為好。 時(shí)便可減少撒料。 — 27176。 左右，而松散物料的自然安息角平均在 40176。從不易撒料這一目的出發(fā)，絕對(duì)平動(dòng)并無(wú)必要，只要把鏟斗 舉升時(shí)的傾角變化限制在一定許可范圍之內(nèi)即可。 ②鏟斗由運(yùn)輸工況被舉升到最髙卸載位置的過(guò)程中，為避免鏟斗中物料撒出，要求鏟 斗作 “ 平移運(yùn)動(dòng) ” 。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)