【正文】 構(gòu)要求：結(jié)構(gòu)要求簡單緊湊，承載元件數(shù)量（包括油缸）盡量少，前懸小。 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 從整個(gè)斗體形狀看來，鏟斗基本可以分成“淺底”和“深底”兩種類型。 淺底鏟斗插入料堆的深度較小，相應(yīng)的插入阻力也較小，容易裝滿，但運(yùn)輸行駛時(shí)容易撒落物料；由于前懸增大，影響車輛行駛平穩(wěn)性。相比之下，定點(diǎn)裝載使用淺底鏟斗，而運(yùn)輸距離較大則采用深底鏟斗較為合適。（2）切削刃的形狀 根據(jù)裝載物料不同，切削刃有直線型和非直線型。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。若斗刃上裝有斗齒時(shí)，斗齒將先于切削刃插入料堆，由于它比壓大，所以比不帶齒的切削刃易于插入料堆，插入阻力能減小20%左右，特別是對(duì)料堆比較密實(shí)、大塊較多的情況，效果尤為顯著，因此礦用裝載機(jī)一般都是帶斗齒。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31所示。裝配時(shí)，先置入有彈性的金屬橡皮，然后再從上邊或從下邊往方形銷孔中打入鋼銷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。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入工作，使阻力增大，太小時(shí)，齒間易于卡住石塊，也將增大工作阻力。（4）鏟斗側(cè)刃 因?yàn)閭?cè)刃參與插入工作，為減小插入阻力，側(cè)壁前刃應(yīng)與斗前壁成銳角，弧線或折線側(cè)刃鏟斗的插入阻力比直線形側(cè)刃要小，但具有弧線或折線形側(cè)刃鏟斗的側(cè)壁較淺，物料易于從兩側(cè)撒落，影響鏟斗的裝滿。（5）斗底 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：直線形斗刃斗刃材料：耐磨又耐沖擊的中錳合金鋼材料 鏟斗的分類鏟斗按照卸載方式一般可以分為整體前卸式、側(cè)卸式、推卸式和底卸式等數(shù)種。通常情況下，絕大多數(shù)前端式這裝載機(jī)都是用這種鏟斗。（3） 推卸式鏟斗它可以彌補(bǔ)整體前卸式鏟斗卸載高度不足，在裝載機(jī)其他尺寸參數(shù)相同的情況下，能夠顯著提高卸載高度和增加卸載距離；特別適用于卸出小顆粒粘性物料。（4） 底卸式鏟斗底卸式鏟斗是用動(dòng)力打開斗底卸載的，同推卸式鏟斗一樣可以提高卸載高度，但結(jié)構(gòu)也是比較復(fù)雜。 鏟斗斷面形狀和基本參數(shù)確定（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l、后壁高h(yuǎn)和張開角γ四個(gè)參數(shù)確定，如圖32所示。但r過大，斗的開口大，不易裝滿，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l是指斗底壁的直線段長度。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。適當(dāng)減小張開角并使斗底壁對(duì)地面有一定斜度，可減小插入料堆時(shí)的阻力，提高鏟斗的裝滿程度。如鏟斗寬度小于兩輪外側(cè)間的寬度，則鏟斗鏟取物料后所行成的料堆階梯會(huì)損傷到輪胎側(cè)壁，并增加行駛時(shí)輪胎的阻力。（2）鏟斗基本參數(shù)的確定 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1580mm，并且鏟斗壁厚為15mm。它的大小不僅直接影響鏟斗底壁的長度，而且還直接影響轉(zhuǎn)斗時(shí)掘起力及斗容的大小，所以它是一個(gè)與整機(jī)總體有關(guān)的參數(shù)。 圖33 鏟斗尺寸參考（m） （31）式中 鏟斗平裝斗容， 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度， 鏟斗斗底長度系數(shù)，=~ 后壁長度系數(shù)，=~ 擋板高度系數(shù)，=~ 圓弧半徑系數(shù)， 張開角，為45176。 擋板與后壁間的夾角（無擋板取0），取5176。~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)書中體現(xiàn)出來的，并且鏟斗的參數(shù)都是根據(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 （m3） (32)式中 有擋板的鏟斗橫截面面積，m2 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，m 擋板高度，m 斗刃刃口與擋板最上部之間的距離，m對(duì)于無防溢板的鏟斗 （m3） 式中 不裝擋板的鏟斗橫截面面積，m2 圖34 鏟斗容量計(jì)算（2） 額定容量鏟斗的額定容量（見圖34）按照式（33）計(jì)算。 機(jī)構(gòu)分析反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)簡圖如圖36所示，它由轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成。實(shí)際上，它由兩個(gè)反轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)GFEB和BCDA（即圖中GF2E2B和BC2DA）所串聯(lián)而成。舉升機(jī)構(gòu)主要由動(dòng)臂舉升油缸HM和動(dòng)臂GBA構(gòu)成。因?yàn)閮蓚€(gè)油缸均為運(yùn)動(dòng)件所以整個(gè)機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。其材料為低碳、耐磨、高強(qiáng)度鋼。（1）動(dòng)臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn)G、B、A的確定1）確定坐標(biāo)系如圖37所示，先選取坐標(biāo)系并確定尺寸比例1：40。~5176。此為鏟斗插入料堆時(shí)位置，即插入工況。綜合考慮各種因素的影響，根據(jù)坐標(biāo)圖上插入工況的鏟斗實(shí)際狀況，在保證G點(diǎn)y軸坐標(biāo)值yG=120~180mm和x軸坐標(biāo)值xG盡可能小而且不與斗底干涉的前提下，在指標(biāo)圖上人為的把G點(diǎn)初步定下來。4） 確定動(dòng)臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn)A①以G點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，至鏟斗斗口與x軸平行為止，即鏟裝工況。作圖時(shí)，應(yīng)使輪胎前緣與鏟裝工況時(shí)鏟斗后壁的間隙盡量小些，目的是使機(jī)構(gòu)緊湊、前懸小，但一般不小于50mm；輪胎中心Z的y坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑Rk =320mm 。④以點(diǎn)為圓心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗口與x軸平行，即得到鏟斗最高舉升位置圖。因?yàn)镚和點(diǎn)同在以A點(diǎn)為圓心，動(dòng)臂AG長為半徑的圓弧上，所以A點(diǎn)必須在的垂直平分線上。一般A點(diǎn)取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的1/3~1/2處。A點(diǎn)位置的變化，可借挪動(dòng)點(diǎn)和輪胎中心Z點(diǎn)的位置來進(jìn)行。它對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)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的影響。相對(duì)前輪胎，B點(diǎn)在其外廓的左上部。在CATIA中顯示如圖38和圖39所示。確定F、E兩點(diǎn)時(shí)，既要考慮對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，如必須保證鏟斗在各個(gè)工況時(shí)的轉(zhuǎn)角，又要注意動(dòng)力學(xué)的要求，如鏟斗在鏟裝物料時(shí)應(yīng)能輸出較大的掘起力，同時(shí)，還要防止前述各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)被破壞的現(xiàn)象。 圖310 連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸尺寸設(shè)計(jì)2） 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：①E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。圖311 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明此時(shí)情況的坐標(biāo)值。C點(diǎn)和D點(diǎn)的布置直接影響到鏟斗舉升平動(dòng)和自動(dòng)放平性能，對(duì)掘起力和動(dòng)臂舉升阻力的影響都較大。但加長BC段，必將減小鏟斗和搖臂的轉(zhuǎn)角比，造成鏟斗轉(zhuǎn)角難以滿足各個(gè)工況的要求，并且使得轉(zhuǎn)斗油缸行程過長。~180176。通過本次設(shè)計(jì)的基本要求，在這里確定BC==500mm，同時(shí)BC與BE夾角取值∠CBE=130176。如圖310所示，當(dāng)鉸接點(diǎn)G、F（即F2）、E（即E2）、B、C（即C2）被確定后，則鏟斗分別在工況I、II、III、IV時(shí)的C點(diǎn)的位置CCCC4也就唯一被確定了。最終，D點(diǎn)設(shè)計(jì)在A點(diǎn)的左下方，這樣不但平動(dòng)性能好，而且動(dòng)臂舉升時(shí)，可減小舉升外阻力矩，有利于舉升油缸的設(shè)計(jì)。（4） 動(dòng)臂舉升油缸與動(dòng)臂和車架鉸接點(diǎn)H點(diǎn)及M點(diǎn)的確定動(dòng)臂舉升油缸的布置應(yīng)本著舉臂時(shí)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。通過以上的設(shè)計(jì)，確定了各個(gè)鉸接點(diǎn)的位置，同時(shí)設(shè)計(jì)好了的外形前提下，在CATIA軟件畫圖為基礎(chǔ)，得到本次設(shè)計(jì)中 ZL50裝載機(jī)的各個(gè)工況如下：圖312 I 插入工況圖312 II 鏟裝工況圖313 III 最高位置工況圖314 IV 高位卸載工況圖315 V 低位卸載工況 連桿系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析（1）鏟斗對(duì)地位置角圖316所示為鏟斗位置角計(jì)算，A、B、G為動(dòng)臂與機(jī)架、搖臂、鏟斗的鉸接點(diǎn)，D、C為轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架、搖臂的鉸接點(diǎn)，E、F為連桿與搖臂、鏟斗的鉸接點(diǎn)。由于在舉升過程中鏟斗做復(fù)合運(yùn)動(dòng)，所以可用運(yùn)動(dòng)合成的方法求得。根據(jù)向量投影法的原理，可把四桿機(jī)構(gòu)GFEB和BCDA當(dāng)作兩個(gè)封閉的向量四邊形，各邊向量分別用GF、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，他們的模分別用GF、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，則在BCDA向量四邊形中有 AD－CD－BC+BA=0 （310）將式（310）中各向量分別向軸和軸投影，則得到下列方程 （311）式中、分別為各邊向量對(duì)軸的方向角。；鏟裝工況：50176。；高位卸載工況：131176。（2）最大卸載高度和最小卸載距離鏟斗高位卸載時(shí)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。如圖35所示，高位卸載時(shí)，鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)為 （323）式中 x1，x2 工況II時(shí)G點(diǎn)的x和y坐標(biāo)值（1130，260） 工況II時(shí)動(dòng)臂對(duì)x軸的方向角40176。 （327）所以 =3487－1141sin58176。 =1893 mm≥lmin（1500）滿足要求（3）鏟斗卸載角裝載工作要求鏟斗在工況II和工況III之間的任何位置都能正常卸載，即各處卸載角都必須不小于45176。則他們之間各個(gè)位置必能正常卸載，因此，只要對(duì)鏟斗的高位卸載角和低位卸載角進(jìn)行計(jì)算分析即可。 （328） 工作裝置靜力學(xué)分析及強(qiáng)度校核 靜力學(xué)分析（1）外載荷確定原則裝載機(jī)在鏟斗插入料堆，鏟取物料和舉升鏟斗的過程中，鏟斗要克服切削物料的阻力、物料與鏟斗間的摩擦力和物料自身的重力。為了分析問題方便，假設(shè)它們作用在鏟斗齒尖的刃口上，并形成兩個(gè)集中力：水平插入阻力和垂直掘起阻力。裝載機(jī)在鏟掘作業(yè)過程中，通常有以下三種受力工況：①鏟斗水平插入料堆，工作裝置油缸閉鎖，此時(shí)可認(rèn)為鏟斗斗刃只受水平插入阻力的作用。③鏟斗邊插入邊收斗或邊插入邊舉臂進(jìn)行鏟掘時(shí)，認(rèn)為鏟斗斗齒受水平插入阻力與垂直掘起阻力的同時(shí)作用。 圖317 工作裝置外載荷工況（2）外載荷計(jì)算裝載機(jī)的工作阻力是多種阻力的合力。①插入阻力插入阻力就是鏟斗插入料堆時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力。這些阻力與物料的種類、料堆高度、鏟斗插入料堆的深度、鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀等有關(guān)。掘起阻力同樣與物料的種類、塊度、松散程度、密度、物料之間及物料與鏟斗之間的摩擦阻力有關(guān)。最大掘起阻力通常發(fā)生在鏟斗開始舉升的時(shí)刻，此時(shí)鏟斗中物料與料堆之間剪切面積最大，隨著動(dòng)臂的舉升掘起阻力逐漸減小。當(dāng)鏟斗翻轉(zhuǎn)鏟取物料時(shí)，在鏟斗充分插入料堆轉(zhuǎn)斗的最初時(shí)刻，轉(zhuǎn)斗靜阻力矩具有最大值，用表示，此時(shí)鏟斗轉(zhuǎn)角a=0；其后，轉(zhuǎn)斗靜阻力矩隨著鏟斗的翻轉(zhuǎn)角a的變化而按雙曲線特性變化（見圖318），一直到鏟斗前切削刃離開料堆坡面線為止。m） 圖318 轉(zhuǎn)斗靜阻力矩與鏟斗轉(zhuǎn)角的關(guān)系掘起阻力矩隨鏟斗回轉(zhuǎn)角a的增大而減小。m轉(zhuǎn)斗阻力矩計(jì)算：鏟斗在料堆中轉(zhuǎn)斗時(shí)，除了要克服料堆的靜阻力矩之外，還要克服鏟斗自重和鏟斗中物料所產(chǎn)生的阻力矩。m 開始轉(zhuǎn)斗靜阻力矩，13599 Nm） 圖319 作用在轉(zhuǎn)斗連桿上力的確定作用在轉(zhuǎn)斗連桿上的力：鏟斗充分插入料堆后開始轉(zhuǎn)斗時(shí)，作用在鏟斗與鏟斗連桿鉸銷上的力（圖312） （N） （334）式中 鏟斗回轉(zhuǎn)中心至的作用線的垂直距離，得到 =44834/=104265 （N） 強(qiáng)度校核搖臂的強(qiáng)度校核，在對(duì)稱載荷作用下，搖臂可看作是支承在動(dòng)臂B點(diǎn)變截面曲梁。 圖320 搖臂內(nèi)力計(jì)算由式334可得Fc=104265 N，取單邊側(cè)板為研究對(duì)象，得到 N （335）由，得到 （336）代入數(shù)據(jù)得到