【正文】 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 14 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì) ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 15 機(jī)構(gòu)分析 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ ┈┈┈┈ 15 設(shè)計(jì)方法 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 15 尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)的圖解法 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 16 動臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個鉸接點(diǎn) G、 B、 A 的確定 ┈┈┈ 16 連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點(diǎn) F、 E 的確定 ┈┈┈┈┈┈┈ 18 轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn) C 和 D 的確定 ┈┈┈┈┈┈ 20 舉升油缸與動臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn) H 及 M 點(diǎn)的確定 ┈┈┈┈┈┈ 22 確定動臂油缸的 鉸接位置及動臂油缸的行程 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 23 動臂油缸的鉸接位置 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 23 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 動臂油缸行程 Hl? 的確定 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 24 工作裝置連桿系統(tǒng)運(yùn)動分析 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 25 鏟斗對地位置角 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 25 最大卸載高度和最小卸載距離 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 28 鏟斗卸載角 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 29 4. 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 29 計(jì)算位置 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 29 外載荷的確定 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 30 工作裝置的受力分析 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 31 工作裝置的強(qiáng)度校核 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 35 動臂 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 35 鉸銷 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 36 連桿 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 37 5. 裝載機(jī)工作裝置中油缸作用力的確定 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 38 鏟起力的確定 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 39 轉(zhuǎn)斗油缸作用力的確定 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 40 動臂油缸作用力的確定 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 41 轉(zhuǎn)斗油缸與動臂油缸被動作用力的確定 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ ┈┈ 42 6. 工作裝置的限位機(jī)構(gòu) ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 42 鏟斗轉(zhuǎn)角限位裝置 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 42 動臂升降的自動限位機(jī)構(gòu) ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 43 參考文獻(xiàn) ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 45 致 謝 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 46 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 前 言 裝載機(jī)是以輪胎式或履帶式拖拉機(jī)為基礎(chǔ)車，安裝上鏟斗作為工作裝置的一種土方工程機(jī)械。裝載機(jī)的鏟掘和裝卸物料是通過工作裝置的運(yùn)動而得以實(shí)現(xiàn)的，裝載機(jī)工作裝置由鏟斗、動臂、連桿、搖臂和轉(zhuǎn)斗油缸、動臂油缸等組成。鏟斗通過連桿和搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用以裝卸物料。鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動臂的升降采用液壓操縱。卸料后動臂下降時又能使鏟斗自動放平。工作裝置直接影響到裝載機(jī)的性能參數(shù)和其作業(yè)效率。第一代產(chǎn)品幾十年來沿續(xù)至今，全國幾乎使用同一套圖 紙，有些技術(shù)力量薄弱的廠家，仍把其當(dāng)作主導(dǎo)產(chǎn)品推向市場。 所以，合理的設(shè)計(jì)工作裝置的結(jié)構(gòu)是非常重要的。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中難 免有疏忽以及錯誤的地方，望批評指正。 裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗、動臂、搖臂 —— 連桿 (或托架 )及液壓系統(tǒng)等組成 (圖 1— 1)。動臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動采用液壓操縱。 結(jié)構(gòu)型式選擇 裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)型式分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種。其動 臂和連桿的后端與車架支座鉸接，動臂和連桿的前端與鏟斗托架鉸接，托架上部鉸接轉(zhuǎn)斗油缸體，其活塞桿及托架下部與鏟斗鉸接。 有鏟斗托架的工作裝置易十更換鏟斗及安裝附件，例如將鏟斗卸下，在托架太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 上裝上起重叉便可進(jìn)行起重及叉車作業(yè)。但由于在動管前端裝有較重的托架，所以減少了鏟斗的載重量。 無鏟斗托架的工作裝置如圖 1— 1b 所示。 根據(jù)搖臂 —— 連桿數(shù)目及鉸接位置的不同，可組成不同型式的連桿機(jī)構(gòu)。因此，裝載機(jī)工作裝置結(jié) 構(gòu)型式的選擇，既要考慮結(jié)構(gòu)簡單，又要考慮作業(yè)性質(zhì)與鏟掘方式來確定 (圖 1— 2)。其運(yùn)動特點(diǎn)是：發(fā)出最大鏟起力 P 時的鏟斗轉(zhuǎn)角 α 是負(fù)的 (圖 1— 2a 曲線① )，有利于地面的挖掘 (圖 1— 2b)，鏟斗傾斜時的角速度大，易于抖落砂土，但沖擊較大。單連桿機(jī)構(gòu)的連桿數(shù)目少，結(jié)構(gòu)簡單，易于布置，一般也能較好地滿足作業(yè)要求。雙連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，轉(zhuǎn)斗油缸也難于布置在動臂下方， 但搖臂 —— 連桿的傳動比較大，因此搖臂 —— 連桿尺寸可以減小，駕駛員的視野較好，鏟起力變化曲線平緩 (圖 1— 2a 曲線② )，適于利用鏟斗及動臂復(fù)合鏟掘的作業(yè) (圖 1— 2c)。 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 圖 1— 2 常見工作裝置結(jié)構(gòu)形式 正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)，因總體結(jié)構(gòu)布置及動臂形狀的不同．而將轉(zhuǎn)斗油缸布置在不同的位置上。缺點(diǎn)是當(dāng)鏟斗鏟裝物科時油缸的小腔工作，因而使鏟斗油缸的缸徑與重量增大。 反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的工作 裝置，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動方向相反 (圖13e)。 反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)多采用單連桿，雙連桿機(jī)構(gòu)布置較困難。但由于這種型式結(jié)構(gòu)簡單，鏟起力較大，所以中小型裝載機(jī)采用較多。 應(yīng)當(dāng)指出，正、反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)都是非平行四邊形機(jī)構(gòu)。 2. 鏟斗的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 鏟斗是直接用來切削、收集、運(yùn)輸和卸出物料，裝載機(jī)工作時的插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機(jī)的作業(yè)效率和上作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求。 根據(jù)裝載物料的容重，鏟斗做成三種類型； 正常斗容的鏟斗用來裝載客重 — 噸／米 3的物料 (如砂、碎石、松散泥土等 )：增加斗容的鏟斗，斗容一般為正常斗容的 — 倍，用來鏟掘容重 噸／米 3左右的物料 (如煤、煤渣等 )；減少斗容的鏟斗，斗容為正常斗容的 ~，用來裝載容重大于 2 噸／米 3 的物料 (如鐵礦石、巖石等 )。 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)鏟掘物料的種類不同而不同，一般分為直線型和非 直線型兩種（圖 2— 1)。非 直 線型切削刃 有 v 型和弧型等，裝載機(jī)用得較多的是 v 型斗刃。但鏟斗的裝滿系數(shù)要小于 直 線型斗刃的鏟斗。因此，對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。 斗齒的形狀對切削阻力有影響：對稱齒形的切削阻力比不對稱齒形的大；長而狹窄的齒比寬而短的齒的切削阻力要小。 斗體形狀 對主要用于土方工程的裝載機(jī)，在設(shè)計(jì)鏟斗時要考慮斗體內(nèi)的流動性，減少物料在斗內(nèi)的移動或滾動阻力，同時要有利于在鏟裝粘性物料時有良好的倒空性。但是，當(dāng)?shù)走呥^長，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。因此，鏟斗轉(zhuǎn)鉸銷的位置以近于刃口處為好，在極端時也有將轉(zhuǎn)鉸銷布置在鏟斗內(nèi)部，如圖 2— 4 所示。 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)。因此鏟斗的其它參數(shù)依據(jù)它來決定。 —— 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度 (m )； g? —— 鏟斗斗底長度系數(shù)，通常 ~?g? z? 一 — 后斗壁長度系數(shù)，通常 ~?z? ； k? —— 擋板高度系數(shù)，通常 ~?k? ； b? —— 斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常 ~?b? ； 1? —— 擋板與后斗壁問的夾角，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 )。在選擇 1? 時，應(yīng)保證側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為 090 。 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。 對于裝有擋板的鏟斗： 322032mbaSBV p???????? （ 2—10） 根據(jù)有關(guān)計(jì)算有 mlllllNDCNbmBmlaZgKgZK50c o c o s202220222220????????????????? （ 2—11） 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)。 物料堆積高度 c 可由作圖法確定 (圖 2— 5)：由 M 點(diǎn)作直線 MN 與 CD 垂直，將MN 垂線向下延長，與斗刃刃口和擋板最下端之間的連線相交，此交點(diǎn)與料堆尖端之間的距離，即為物料堆積高度 c。 3. 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)裝載機(jī)用途、作業(yè)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等擬定購設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，選定了工作裝置的結(jié)構(gòu)形式后，便可進(jìn)行工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2)確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下 要求： 1)保證滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書中所規(guī)定的使用性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求，如最大卸載高度、最大卸載距離、在任何位置都能卸凈物料并考慮可換工作裝置等。 3)保證駕駛員有良好的勞動條件，如工作安全、視野開闊、操作簡便等。對于選定的結(jié)構(gòu)形式，在滿足上述要求下，可以有各種各樣的構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置。 由于現(xiàn)今國內(nèi)、外購輪胎式裝載機(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)，以求舉一反三。轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)內(nèi)轉(zhuǎn)斗油缸 GF、搖臂 FED、連桿 DC、鏟斗 BC、動臂 AEB 和機(jī)架 AG 六個構(gòu)件組成。這在作機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析時必須注意。 不管用什么方法確定各鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)值，但最終都必須滿足對工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的各種要求。 圖解法比較直觀，易于掌握，是目前工程設(shè)計(jì)時常用的一種方法。 圖 3— 1 鉸接點(diǎn) B 的確定 動臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個鉸接點(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 ，沖選定長度比例尺 1? 。此為鏟斗插入料堆時位置，即工況Ⅰ。 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 圖 3— 2 連桿兩鉸接點(diǎn)的確定圖 綜合考慮各種因素的影響，設(shè)計(jì)時，一般根據(jù)坐標(biāo)圖上工況 I 時的鏟斗實(shí)際狀況，在保證 B 點(diǎn)與 Y 軸坐標(biāo)值 mmy B 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。 (2)把已選定的輪胎外廓畫在坐標(biāo)圖上。取 1； ? —— 輪胎變形系數(shù)，普通輪胎為 。 ??2 動臂長度 dl 的確定：動臂鉸點(diǎn)位置確定之后，按圖 3? 2 利用幾何關(guān)系可求出動臂的長度 dl ： ? ?? ? ? ?? ?239。0m a x c oss i n BsasD lRlRHHl ???????? ???? ? ?? ?mmmmmm a x39。 (4)以 iB 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 )。 動臂育車架鉸點(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，改善司太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 機(jī)視野。 ml a 9 ?? ； ml b ??? 斗底與地平面夾角 ? = ?? 5~3 ； 斗底與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑的夾角 ??539。 確定動臂與搖臂的鉸接點(diǎn) E E 點(diǎn)位置是一個十分關(guān)鍵的參數(shù)。如圖 4—7 所示，根據(jù)分析和經(jīng)驗(yàn)，一般取 E 點(diǎn)在 AB 連線上方，其在 AB 連線上的投影點(diǎn)距 A 點(diǎn) 45%處。 連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點(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。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