【正文】 （4—40）式中 σs——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σs=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： (MPa) （4—37）式中 M——計(jì)算斷面上的彎矩（）； 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 （4—17） (4—18)由 （4—19）由 （4—20）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 （4—21）由 （4—22）由 （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 （4—24） （4—25）由 （4—26）所以 （4—27）由 （4—28）則 （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： （4—30）由圖示受力分析可知，連桿此時受拉。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 (4—7) 2）計(jì)算鏟斗重量GD。由于工作裝置是一個受力較復(fù)雜的空間超靜定系統(tǒng)，為簡化計(jì)算，通常要作如下假設(shè)：1) 在對稱受載工況中(圖4—2 a、b、c)，由于工作裝置是個對稱結(jié)構(gòu)，故兩動臂受的載荷相等。6．受水平偏載與垂直偏載同時作用的工況(圖4—2f)水平力與垂直力的大小與工況(c)相同。 3．對稱水平力與垂直力同時作用的工況(圖4—2g)此時垂直力由式(4—3)給出，水平力取發(fā)動機(jī)扣除工作油泵功率后，裝載機(jī)所能發(fā)揮的牽引力。 W——整車重量。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 （43）式中 W——裝載機(jī)滿載時的自重； ——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，此時認(rèn)為水平力與垂直力同時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，此時認(rèn)為鏟斗切削刃只受到水平力的作用。 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： （3—33）在軌跡圖中測量出：所以滿足和的要求。 轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝距離：1902mm轉(zhuǎn)斗油缸的最大伸長：2402mm轉(zhuǎn)斗油缸行程：500 mm 轉(zhuǎn)斗油缸行程與鉸接點(diǎn)的作用圖 最大卸載高度和最小卸載距離 鏟斗高位卸載時的卸載高度和卸載距離必須分別不小于設(shè)計(jì)任務(wù)給定的最大卸載高度和最小卸載距離，否則將影響卸載效率，甚至不能進(jìn)行高位卸載。動臂舉升油缸的最小安裝距離為：1644 mm動臂最大伸長：2558 mm動臂舉升油缸行程：963mm由于裝載機(jī)要求在最低位置舉升到最高位置時的任意位置都能卸載，卸載角不能小于，所以轉(zhuǎn)斗油缸的行程必須滿足。圖3—5 動臂舉升油缸兩鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì) 動臂油缸行程的確定在選定動臂油缸鉸接點(diǎn)的位置后，便可用與求動臂長度相同的解析法或作圖法求出其油缸行程： （3—4）式中 ——動臂油缸的最大安裝距離仍——動臂油缸的最小安裝距離MH。但不論那種連接方式，都要使動臂油缸的下端到地面的距離HM滿足裝載機(jī)離地間隙的要求。動臂油缸與車架有兩種連接方式：油缸下端與車架鉸接(圖3—6a)；油缸中部或上端與車架鉸接(圖3—6b)。 確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程確定動臂油缸與動臂及車架的鉸接點(diǎn)H、M的位置(圖3—5)，通常參考同類樣機(jī)，同時考慮動臂油缸的提升力臂與行程的大小選定。圖3—4 動臂油缸鉸接點(diǎn)的確定這個結(jié)論是顯而易見的，因?yàn)橛蓤D3—5可知，兩種結(jié)構(gòu)的油缸的最小工作力臂均出觀在鏟斗被舉到最高位置時，但圖3—5（a）中小于圖3—5（b）中的，并且都為銳角，而力臂大小為。但是，采用底部鉸接式油缸時，要使M點(diǎn)前移是比較困難的，它受前橋限制，支座布置也較麻煩，如圖3—7a所示，為克服M點(diǎn)前移的困難，可采取M點(diǎn)上移(即加大)和H點(diǎn)向B點(diǎn)方向前移的辦法，使舉升動臂油缸幾乎呈水平狀態(tài)，計(jì)算證明，這樣布置也能得到較好的舉升特性。M點(diǎn)往前橋方向靠是比較有利的?？紤]到聯(lián)合鏟裝(邊抓入邊舉臂)工況的需要，在滿足M點(diǎn)最小離地高度要求的前提下，令工況Ⅰ時HM近似于水平，一般取HM與水平線成10o~15o夾角。如圖34所示，一般H點(diǎn)選定在AB聯(lián)線附近或上方，并取。 動臂舉升油缸的布置應(yīng)本著舉臂時工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、整機(jī)穩(wěn)定性好等原則來確定。鏟斗卸載角通常隨卸載高度的降低而稍有減小，若鏟斗的卸載角小于45o時，可減小BC或的長度來滿足對卸載角的要求。根據(jù)搖臂的結(jié)構(gòu)尺寸和鏟斗在任意位置能卸凈物料這一條件，作出鏟斗在不同卸載位置時所對應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸活塞桿鉸接點(diǎn)位置，連接各點(diǎn)得一曲線，過點(diǎn)作此曲線的內(nèi)包圓弧，則圓弧的圓心G即為與車架的交接點(diǎn)，圓弧的半徑G既為轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝尺寸。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鏟斗后傾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：、……，并使它們互相平行；然后畫出鏟斗在最大卸載高度時的卸載位置（取卸載角），得。設(shè)計(jì)時初步取m=(~)，=(~)，EF==（~）=，DE==（~）。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在空間布置的方便和可能性，同時轉(zhuǎn)斗油缸的行程及連桿的長度也不要過大。通常BC與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑之間的夾角ψ=35o~100o；=（~）=（見圖3——3）。 確定C 、D兩點(diǎn)時，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工況時的轉(zhuǎn)角，又要注意動力學(xué)要求，如鏟斗在鏟裝物料時應(yīng)能輸出較大的鏟取力，同時，還要防止前述各機(jī)構(gòu)運(yùn)動被破壞的現(xiàn)象。相對前輪胎，E點(diǎn)在其外廓的左上部。它對連桿機(jī)構(gòu)的傳動比、倍力系數(shù)、連桿機(jī)構(gòu)的布置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長度等都有很大影響。；斗底與地平面夾角=；斗底與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑的夾角；最高位置時卸載角=；動臂回轉(zhuǎn)角通常取 A點(diǎn)位置的變化，可借挪動點(diǎn)和輪胎中心點(diǎn)的位置來進(jìn)行。動臂育車架鉸點(diǎn)的高度通常?。?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)以點(diǎn)為圓心，順時針旋轉(zhuǎn)鏟斗48o，即得鏟斗被舉升到最高位置圖(工況Ⅲ)。 （3—2） 圓整后取Rd=。作圖時，應(yīng)使輪胎前緣與工況Ⅱ時鏟斗后壁的間隙盡量小些，目的使機(jī)構(gòu)緊湊、前懸小，但一般不小于50mm ；輪胎中心Z的y軸坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑： （3—1）式中 ——輪胎動力半徑， mm； ———輪轂直徑，mm； ——輪胎寬度，mm；——輪胎斷面高度與寬度之比。(1) 以B點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時針轉(zhuǎn)動48o，即工況Ⅱ。 由于B點(diǎn)的x坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗鏟取力就越大，所以B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鴺?biāo)值增大時，鏟斗在料堆中的鏟取面積增大，裝的物料多，但這樣就縮小了B點(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn)C的距離，使鏟取力下降。 畫鏟斗圖 把已設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面外輪廓按比例畫在坐標(biāo)里，斗尖對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前臂與x軸呈前傾角。圖解法是在初步確定了最大卸載高、最小卸載距離、卸載角、輪胎尺寸和鏟斗幾何尺寸等參數(shù)后進(jìn)行的，它通過在坐標(biāo)圖上確定工況Ⅱ（見圖3—1）時工作工作機(jī)構(gòu)的九個鉸接點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)。在運(yùn)動學(xué)方面，必須滿足鏟斗舉升平動、自動放平、最大卸載高度、最小卸載距離和各個位置的卸載角等要求；在動力學(xué)方面，主要是在滿足挖掘力、舉升力和生產(chǎn)率的要求前提下，使轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸的所需輸出力及功率盡量減小。 設(shè)計(jì)方法 因?yàn)楣ぷ鳈C(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)直接與整機(jī)的基本性能和工作參數(shù)有關(guān)，所以通常是先初步設(shè)計(jì)出整機(jī)的主要參數(shù)，然后以其為條件，再進(jìn)行連桿系統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì)。當(dāng)舉升油缸閉鎖時，啟動轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞B點(diǎn)作定軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，舉升油缸動作時，鏟斗將作復(fù)合運(yùn)動，即一邊隨動臂對A點(diǎn)作牽連運(yùn)動，同時又相對動臂繞B點(diǎn)作相對轉(zhuǎn)動。 機(jī)構(gòu)分析反轉(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)兩個部分組成。因此，只有在綜合考慮各種因素的前提下，對工作裝置進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，通過多方案比較，才能最后選出最佳構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置，使所設(shè)計(jì)的工作裝置不僅滿足使用要求，況且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個比較復(fù)雜的問題，因?yàn)榻M成工作裝置的各構(gòu)件的尺寸及位置的相互影響，可變性很大。 2)保證作業(yè)時與其它構(gòu)件無運(yùn)動干涉。 3)連桿機(jī)構(gòu)(由動臂、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂——連桿或托架等組成)的設(shè)計(jì)。額 定 斗 容： 3 m3額 定 載 重 量： 50 KN 整 機(jī) 質(zhì) 量： t 輪 距： 2240 mm 軸 距： 2760 mm 輪 胎 規(guī) 格： —24 最大 卸載 高度： 3200 mm 最小 卸載 距離： 1250 mm 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括： 1)確定動臂長度、形狀及與車架的鉸接位置。 （2—13）鏟斗斗容的誤差率 （2—14）所以鏟斗的設(shè)計(jì)合格。扇形AGF的面積直角GFN直角GAC直角CND== 額定斗容(堆裝斗容)鏟斗堆裝的額定斗容是指斗內(nèi)堆裝物料的四邊坡度均為1：2，此時額定斗容可按下式確定(圖2—5) （212）式中 c——物料堆積高度(米)。(平裝斗容)鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定(圖2—5)。因此取=600，切削角δ0=300。 （2—2） mm式中 鏟斗側(cè)壁切削刃的厚度 取b—輪距 bw輪胎寬度 根據(jù)設(shè)計(jì)資料有 （2—3）所以有： （2—4）斗底長度是指由鏟斗切削刃到斗底與后斗壁交點(diǎn)的距離： （2—5）后斗壁長度是指出后斗壁上緣到與斗底相交點(diǎn)的距離 （2—6）擋板高度： （2—7）鏟斗圓弧半徑： （2—8）鏟斗與動臂鉸銷距斗底的高度: (29)鏟斗側(cè)壁切削刃相對于斗底的傾角。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑可按下式計(jì)算 使用平裝斗容計(jì)算公式: （21）式中 ——幾何斗容量 (3)；B。由于鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑不僅影響鏟起力和插入阻力的大小，而且與整機(jī)的總體參數(shù)有關(guān)。 鏟斗基本參數(shù)的確定 鏟斗寬度應(yīng)大于輪胎外側(cè)寬度100一200，以防止鏟掘物料所形成的階梯地面，而損傷輪胎側(cè)面和容易打滑而影響牽引力。相反，如底邊短，不但鏟斗的鏟起力大，而且卸載時，斗刃口的降落高度小，也易于將物料卸凈。 鏟斗底板的弧度(圓弧半徑，見圖2—2)越大，鏟掘時泥土的流動性越好