【正文】 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈375. 裝載機(jī)工作裝置中油缸作用力的確定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈38┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈39┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 40┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 41┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 426. 工作裝置的限位機(jī)構(gòu)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 42┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 42┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈43參考文獻(xiàn)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 45致 謝┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 46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(dòng)而得以實(shí)現(xiàn)的，裝載機(jī)工作裝置由鏟斗、動(dòng)臂、連桿、搖臂和轉(zhuǎn)斗油缸、動(dòng)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(dòng)臂的升降采用液壓操縱。卸料后動(dòng)臂下降時(shí)又能使鏟斗自動(dòng)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(cuò)誤的地方，望批評(píng)指正。 裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗、動(dòng)臂、搖臂——連桿(或托架)及液壓系統(tǒng)等組成(圖1—1)。動(dòng)臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)臂和連桿的后端與車架支座鉸接，動(dòng)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，在托架上裝上起重叉便可進(jìn)行起重及叉車作業(yè)。但由于在動(dòng)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(dòng)特點(diǎn)是：發(fā)出最大鏟起力P時(shí)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(shí)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(dòng)臂下方， 但搖臂——連桿的傳動(dòng)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(dòng)臂復(fù)合鏟掘的作業(yè)(圖1—2c)。 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(dòng)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(shí)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(dòng)時(shí)，鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)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 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(shí)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； —／米3的物料(如砂、碎石、松散泥土等)：增加斗容的鏟斗，—，／米3左右的物料(如煤、煤渣等)；減少斗容的鏟斗，~，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(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。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(shí)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R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?！P斗內(nèi)側(cè)寬度(米)； ——鏟斗斗底長度系數(shù)，通常 一—后斗壁長度系數(shù)，通常；——擋板高度系數(shù)，通常； ——斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常；——擋板與后斗壁問的夾角，通常；——斗底和后斗壁間的夾角，通常， (有推薦)。在選擇時(shí)，應(yīng)保證側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為。 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： （2—10） 根據(jù)有關(guān)計(jì)算有 （2—11） A——鏟斗橫斷面面積，如圖2—5中所示陰影面積 ——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)：根據(jù)科堆坡度角可得料堆尖端點(diǎn)肘，再由d4點(diǎn)作直線d4N與Go垂直，將n4N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G。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(dòng)臂油缸的鉸接位置及動(dòng)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(dòng)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(dòng)臂AEB和機(jī)架AG六個(gè)構(gòu)件組成。這在作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析時(shí)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(shí)常用的一種方法。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，沖選定長度比例尺。此為鏟斗插入料堆時(shí)位置，即工況Ⅰ。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(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)值和x軸坐標(biāo)值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。；——輪胎變形系數(shù)。(3)根據(jù)給定的最大卸載高度、最小卸載距離和卸載角，畫出鏟斗在最高位卸載的位置圖，即工況Ⅱ，此時(shí)，B點(diǎn)位置為，如圖32所示。 (5)連接B并作其垂直平分線．因?yàn)锽和點(diǎn)同在以A點(diǎn)為圓心，動(dòng)臂AB長為半徑的圓弧上，所以A點(diǎn)必在B的垂直平分線上。一般，A點(diǎn)取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的處。 確定動(dòng)臂與搖臂的鉸接點(diǎn)E E點(diǎn)位置是一個(gè)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(gè)鉸接點(diǎn)C、D的確定因?yàn)锽、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(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。搖臂和連桿要傳遞比較大的插入和轉(zhuǎn)斗阻力，因此在設(shè)計(jì)時(shí)不僅考慮運(yùn)動(dòng)關(guān)系，而且還應(yīng)考慮它們的強(qiáng)度和剛度。搖臂可做成直的也可做成彎曲的形狀。搖臂與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)E布置在動(dòng)臂兩鉸點(diǎn)的連線AB的中部偏上為m處。完成上述構(gòu)件尺寸選擇后，就可用下述作圖方法來確定連桿CD的長度、轉(zhuǎn)斗油缸與車架的鉸點(diǎn)G及行程。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位于同一條直線上，則連桿CD的最小長度 b=。 根據(jù)提升動(dòng)臂過程中鏟斗保持平移的特性畫出相應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油的鉸接點(diǎn)位置得一曲線，以鉸接點(diǎn)G為圓心，過點(diǎn)做此曲線的外包圓弧，圓弧N的半徑G，即為轉(zhuǎn)斗油缸的最大安裝距離，轉(zhuǎn)斗油缸的行程，按下式計(jì)算： （3—3）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)斗油缸與車架鉸接點(diǎn)G及轉(zhuǎn)斗油缸的行程，一般當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖的情況下提升動(dòng)臂的過程中，鏟斗在任何位置時(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。圖3—3 確定連桿機(jī)構(gòu)圖解法簡圖要實(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程中，上翻角即可。綜合考慮這些因素，一般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。AH不可能取得太大，它還受到油缸行程的限制。這是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果。這樣做，可使動(dòng)臂油缸在動(dòng)臂整個(gè)舉升過程中，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。 為了得到較好的舉升工作力臂變化特性曲線，以適應(yīng)舉升過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。所以，在相同條件下，中間鉸接式油缸的最小輸出力矩要比底部鉸接式油缸的最小輸出力矩大。H點(diǎn)一般選在約為動(dòng)臂長度的三分之一處，且在動(dòng)臂兩鉸接點(diǎn)的連線之上，以便留出鉸座位置 (對曲線型動(dòng)臂而言)。后者在動(dòng)臂提升過程中，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。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)過程中不與機(jī)體發(fā)生于涉。AB= 2558 mm AH取1050 mm最小離地間隙一般 圖3—6 動(dòng)臂油缸的鉸接位置作圖知道圖3—7 動(dòng)臂油缸行程的設(shè)計(jì)油缸最大長度1644 mm ，最小長度963 mm ， （35）符合設(shè)計(jì)要求。太大時(shí)，將增加卸載沖擊，損壞運(yùn)輸車輛，過大，雖然有利于裝車，但加大了工作機(jī)構(gòu)前懸，降低整機(jī)穩(wěn)定性。4. 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算包括：1)確定計(jì)算位置。3)對工作裝置進(jìn)行受力分析。 計(jì)算位置 分析裝載機(jī)插入料堆、鏟起、提升、卸載等作業(yè)過程可知，裝載機(jī)在鏟掘物料時(shí)，工作裝置的受力最大，所以取鏟斗斗底與地面的前傾角為時(shí)的鏟取位置(圖4—1)作為計(jì)算位置，且假定外裁荷作用在鏟斗的切削刃上。形成偏載情況時(shí)，通常是將其簡化后的集中栽荷加在鏟斗側(cè)邊第一斗齒上。2) 鏟斗水平插入料堆后，翻轉(zhuǎn)鏟斗(靠轉(zhuǎn)斗油缸工作) 或提升動(dòng)臂(靠動(dòng)臂油缸工作)鏟掘時(shí)，此時(shí)認(rèn)為鏟斗切削刃只受到垂直力的作用。綜合上述分機(jī)可以得到如下六種工作裝置的典型工況(圖4—2)：1. 對稱水平力的作用工況(圖4—2a)水平力(即插入阻力PC)的