【正文】 工作裝置主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鏟斗設(shè)計(jì) 鏟斗是工作裝置的重要部件，裝載機(jī)工作時(shí)用它直接鏟掘、裝載、運(yùn)輸和傾卸物料。為了保證鏟斗的設(shè)計(jì)質(zhì)量，首先應(yīng)當(dāng)合理的確定鏟斗的結(jié)構(gòu)及幾何尺寸，以降低鏟斗插入物料的阻力。 鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 鏟斗的形狀和尺寸參數(shù)對(duì)插入阻力、鏟取阻力、轉(zhuǎn)斗阻力和生產(chǎn)率都有著很大的影響。機(jī)器銘牌上標(biāo)稱(chēng)的斗容通常為堆裝的容積。鏟斗的斗刃還分為帶齒和不帶齒的兩種。 (1)斗體形狀基本可以分成“淺底”和“深底”兩種類(lèi)型。 (2)切削刃的形狀根據(jù)裝載物料不同，切削刃有直線(xiàn)型和非直線(xiàn)型。后者又有 V 形和弧形等，由于這種刃中間突出，鏟斗插入料堆時(shí)可使插入力集中作用在斗刃的中間部分，所以插入阻力較小，容易插入料堆，并有利于減少偏載插入，但鏟斗裝滿(mǎn)系數(shù)要比前者小。斗刃材質(zhì)是即耐磨又耐沖擊的中錳合金鋼材料，側(cè)切削刃和加強(qiáng)角板都用高強(qiáng)度耐磨鋼材料制成。此裝載設(shè)計(jì)帶了斗齒。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，如 圖 所示。裝配時(shí)，先置入有彈性的金屬橡皮，然后再?gòu)纳线吇驈南逻呁叫武N(xiāo)孔中打入鋼銷(xiāo) 3 即可。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。長(zhǎng)而窄的齒要比段而寬的齒插入阻力小，但太窄又容易損壞，所以齒寬以每厘米 6 長(zhǎng)載荷不大于 500~600kg 為宜。 （ 5）斗底的斗前壁與斗后壁用圓弧銜接，構(gòu)成弧形斗底。若取物料 與鋼板的摩擦因數(shù) f =，則摩擦角φ≈ 22176。 綜上所述，針對(duì)我的鏟斗設(shè)計(jì)性質(zhì)如下： 斗體材料：低碳、耐磨、高強(qiáng)度鋼板 斗刃形狀：直線(xiàn)形斗刃 斗刃材料：耐磨又耐沖擊的中錳合金鋼材料 鏟斗斷面形狀和基本參數(shù)確定 圖 鏟斗斷面基本參數(shù)圖 （ 1）鏟斗的斷面形狀，鏟斗的斷面形狀由鏟斗圓弧半徑 r、底壁長(zhǎng) l、后壁高 h和張開(kāi)角 γ 四個(gè)參數(shù)確定，如 圖 所示。但 r 過(guò)大，斗的開(kāi)口大，不易裝滿(mǎn)，且鏟斗外形較高，影響駕駛員觀察鏟斗斗刃的工作情況。 底壁長(zhǎng) l是指斗底壁的直線(xiàn)段長(zhǎng)度。由試驗(yàn)得知，插入阻力隨鏟入料堆的深度而急劇增加。對(duì)裝載輕質(zhì)物料為主的鏟斗， l可選擇大些，對(duì)于裝載巖石的鏟斗，應(yīng)取小些。到 52176。 鏟斗的寬度應(yīng)大于裝載機(jī)兩個(gè)前輪外側(cè)間的寬度，每側(cè)要寬出 50~100mm。 通過(guò)以上的介紹，結(jié)合從現(xiàn)場(chǎng)采集來(lái)的大概參數(shù)，本次設(shè)計(jì)的具體參數(shù)初定如下： 鏟斗圓弧半徑 r： 350mm 底壁長(zhǎng) l： 700mm 后壁高 h： 400mm 張開(kāi)角 γ ： 48176。在定下了以上的斷面參數(shù)后，從現(xiàn)場(chǎng)的參考數(shù)據(jù)得到，本設(shè)計(jì)鏟斗的總寬度 B 為 2900mm， 并且鏟斗壁厚為 30mm。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R 可按照下式計(jì)算。 ~52176。 ~60176。 鏟斗容量的計(jì)算 由于本次設(shè)計(jì)的鏟斗容量是在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中體現(xiàn)出來(lái)的，并且鏟斗的參數(shù)都 9 是根據(jù)鏟斗容量而定下的，所以如下只介紹的是它的算法公式。 對(duì)于有防溢板的鏟斗 baSBVs 20 32?? （ m3） () 式中 S 有擋板的鏟斗橫截面面積， m2 0B 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度， m a 擋板高度， m b 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 0BSVs ??? （ m3） 式中 S? 不裝擋板的鏟斗橫截面面積， m2 額定容量，鏟斗的額定容量按照式（ ）計(jì)算。 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(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成。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)。當(dāng)舉升油缸閉鎖時(shí)，啟動(dòng) 10 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)。 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 圖 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 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 ）時(shí)工作裝置的 9個(gè)鉸接點(diǎn)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （ 3）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。的前傾角。 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，但不能隨意減?。欢?G 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。初定 G點(diǎn)坐標(biāo)為（ 1130， 260）。 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）。 12 ?????? ???????????? )1(2 ?kz bbHdRy （ ） 式中 zy Z點(diǎn)的 y 坐標(biāo)值， mm wd 輪輞直徑， mm wb 輪胎寬度， mm wbH 輪胎斷面高度與寬度之比（普通輪胎取 1，寬面輪胎去 ，超寬面輪胎取 ） ? 輪胎變形系數(shù)（普通輪胎為 ~，寬面輪胎取 ~） 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 x? ，即高位卸載工況。 ⑤ 連接 G? 并作其垂直平分線(xiàn)。 A 點(diǎn)在平分線(xiàn)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。最終定下 A 點(diǎn)的坐標(biāo)為（ 3230， 2110）。 連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn) F、 E的確定 因?yàn)?G、 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。 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 （ ） 如 圖 所示，若令 GF=a， FE=b， BE=c， BG=d，并將式 （ ） 不等號(hào)兩邊同時(shí)除以 d，整理后得到下式，即 1???? dadcdbK （ ） 上式各值可按式 （ ） 選取，由 G（ 1130， 260）、 B（ 1680， 1565）點(diǎn)的坐標(biāo) 13 得到 d=1415mm ????????dcdaK)~()~(9 9 ~9 5 （ ） 由式（ 7）選取 K= 得到 a==425 c==830，代入 （ ） 得到 b=948 圖 連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸尺寸設(shè)計(jì) 確定 E 和 F 點(diǎn)位置 這兩點(diǎn)位置的確定要綜合考慮如下四點(diǎn)要求： ① E 點(diǎn)不可與前橋相碰，并有足夠的最小離地高度； ② 插入工況時(shí)，使 EF 桿盡量與 GF 桿垂直，這樣可獲得較大的傳動(dòng)角和倍力系數(shù)； ③ 鏟裝工況時(shí)， EF 桿與 GF 桿的夾角必須小于 170176。以免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生自鎖； ④ 高位卸載工況時(shí)， EF 桿與 GF桿的傳動(dòng)角也必須大于 10176。 14 圖 連桿端部鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì) 如圖所示的得到了 E 和 F 點(diǎn)的位置，由于各種工況的情況不定，所以在這就不具體說(shuō)明此時(shí)情況的坐標(biāo)值。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(chē)架的鉸接點(diǎn)之間的狹窄空間里。這些力構(gòu)成了裝載機(jī)工作裝置的作業(yè)阻力。 裝載機(jī)實(shí)際作業(yè)時(shí)簡(jiǎn)化為兩種極端受載情況：一是對(duì)稱(chēng)載荷，載荷沿切削刃均勻分布，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。 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 15 垂直掘起阻力的作用。 如果將對(duì)稱(chēng)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 作用工況 4 水平偏載工況 5垂直偏載工況 6水平垂直偏載同時(shí)作用工況。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。掘起阻力主要是剪切阻力。開(kāi)始鏟取時(shí)（ a=0）的靜阻力矩 0aM 為 ?????? ??????? ?? yLxFM xa （ ） 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 ?????? ??????? ?? yLxFM xa = 18397 [（ － ） +] =13599 （ N當(dāng)鏟斗回轉(zhuǎn) a角后，其轉(zhuǎn)斗阻力矩 aM 為 )1(0 naa caMM ?? （ ） 式中 3lg2lg00aMMMn aaa????????? ??? 00)( 1aaan M MMac ????? a? 鏟斗離開(kāi)料堆時(shí)的翻轉(zhuǎn)角度 aM? 鏟斗離開(kāi)料堆時(shí)，由物料重力產(chǎn)生的阻力矩， N因此，開(kāi)始轉(zhuǎn)斗的阻力矩為 BCHaz LGGMM )(0 ??? （ ） 式中 zM 轉(zhuǎn)斗阻力矩 N m HG 輪式裝載機(jī)額定載重量重力 49000 N 17 cG 鏟斗自重力 13470N BL 鏟斗中心至回轉(zhuǎn)中心 B 的水平距離 得到 BCHaz LGGMM )(0 ??? =13599+（ 49000+13470） =44834 （ N 由式 可得 Fc=104265 N，取單邊側(cè)板為研究對(duì)象，得到 1 ?? cFF N （ ） 18 由 ? ?0M ，得到 2112 /llFF ?? （ ） 代入數(shù)據(jù)得到 6 0 0/8 3 2 1 3 22 ??F =72116 N 彎矩 11 lFM ?? =43269 N對(duì)于危險(xiǎn)斷面 11，在此斷面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力，以其合成應(yīng)力所表示的強(qiáng)度條件為 ? ??? ?? AM （ ） bdRA ??? )2( （ ） 由式 得到： 0 )( ????A = m2 得到： ? ??? ??? 6 8 6 8 0 9 50 0 6 3 2 6 9 20 000 000 Pa 強(qiáng)度通過(guò) 19 第 3 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 初選系統(tǒng)的工作壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備類(lèi)型而定。具體選擇可考慮 表 和 表 由工作要求，和系統(tǒng)壓力要求可初步確定，用到的主要液壓元件有：液壓泵，液壓缸，油箱 表 按載荷選擇工作壓力 載荷 /KN 5 5～ 10 10～ 20 20～ 30 30～ 50 50 工作壓力 /MPa ～ 1 ～ 2 ～ 3 3～ 4 4～ 5 ≥ 5 表 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類(lèi)型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓鑿巖機(jī) 液壓機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門(mén)刨床 拉床 工作壓力/MPa ～ 2 3～ 5 2～ 8 8～ 10 10～ 18 20～ 32 有以上的數(shù)據(jù)查表可得：初步選定工作壓力 P = 16 MPa。 根據(jù)裝載機(jī)縱向穩(wěn)定條件得最大掘起阻力