【正文】 裝載、運輸和傾卸物料。為了保證鏟斗的設(shè)計質(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。機器銘牌上標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，但運輸行駛時容易撒落物料；由于前懸增大，影響車輛行駛平穩(wěn)性。相比之下，定點裝載使用淺底鏟斗，而運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)切削刃和加強角板都用高強度耐磨鋼材料制成。若斗刃上裝有斗齒時，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，特別是對料堆比較密實、大塊較多的情況，效果尤為顯著，因此礦用裝載機一般都是帶斗齒。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，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。大型裝載機由于作業(yè)條件差、斗齒磨損嚴重，故常采用這種分體式斗齒。一般中型裝載機鏟斗的斗齒間距為250~300mm左右，太大時由于切削刃將直接參與插入工作，使阻力增大，太小時，齒間易于卡住石塊，也將增大工作阻力。（4）鏟斗側(cè)刃 因為側(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，針對我的鏟斗設(shè)計性質(zhì)如下：斗體材料：低碳、耐磨、高強度鋼板斗刃形狀：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)前端式這裝載機都是用這種鏟斗。（3） 推卸式鏟斗它可以彌補整體前卸式鏟斗卸載高度不足，在裝載機其他尺寸參數(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和張開角γ四個參數(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。由試驗得知，插入阻力隨鏟入料堆的深度而急劇增加。對裝載輕質(zhì)物料為主的鏟斗，l可選擇大些，對于裝載巖石的鏟斗，應(yīng)取小些。到52176。適當(dāng)減小張開角并使斗底壁對地面有一定斜度，可減小插入料堆時的阻力，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損傷到輪胎側(cè)壁，并增加行駛時輪胎的阻力。（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)場的參考數(shù)據(jù)得到，本設(shè)計鏟斗的總寬度B為2900mm，并且鏟斗壁厚為30mm。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)斗時掘起力及斗容的大小，所以它是一個與整機總體有關(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）圖33中各參數(shù)含義如下： 鏟斗圓弧半徑，m 斗底長度，是指由鏟斗切削刃至斗底延長線與斗后壁延長線交點的距離，m 后壁長度，是指由后壁上緣至后壁延長線與斗底延長線交點的距離，m 擋板高度，m 調(diào)整參數(shù)，根據(jù)調(diào)整后的各值與R之比分別計算、值，=，=， =然后代入式（31），即可確定鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R，通過計算得出1140mm即可得出 =1140=1710mm =1140=1254mm =1140=一般取鏟斗側(cè)壁切削刃相對斗底壁的傾角=50176。鏟斗與動臂鉸接點距離斗底壁的高度=（~）R。（1） 平裝容量鏟斗的平裝容量（見圖34）按照式（32）計算。對于有防溢板的鏟斗 （m3） （33）式中 c 物料堆積高度，m對于無防溢板的鏟斗 （m3）圖35 設(shè)計鏟斗圖35 所示為本次設(shè)計的鏟斗，并通過CATIA輸出的立體圖形。 機構(gòu)分析反轉(zhuǎn)六桿工作機構(gòu)簡圖如圖36所示，它由轉(zhuǎn)斗機構(gòu)和動臂舉升機構(gòu)兩個部分組成。實際上，它由兩個反轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)GFEB和BCDA（即圖中GF2E2B和BC2DA）所串聯(lián)而成。舉升機構(gòu)主要由動臂舉升油缸HM和動臂GBA構(gòu)成。因為兩個油缸均為運動件所以整個機構(gòu)具有確定的運動。其材料為低碳、耐磨、高強度鋼。（1）動臂與鏟斗、搖臂、機架的三個鉸接點G、B、A的確定1）確定坐標系如圖37所示，先選取坐標系并確定尺寸比例1：40。~5176。此為鏟斗插入料堆時位置，即插入工況。綜合考慮各種因素的影響，根據(jù)坐標圖上插入工況的鏟斗實際狀況，在保證G點y軸坐標值yG=250~350mm和x軸坐標值xG盡可能小而且不與斗底干涉的前提下，在指標圖上人為的把G點初步定下來。4） 確定動臂與機架的鉸接點A①以G點為圓心，使鏟斗順時針轉(zhuǎn)動，至鏟斗斗口與x軸平行為止，即鏟裝工況。作圖時，應(yīng)使輪胎前緣與鏟裝工況時鏟斗后壁的間隙盡量小些，目的是使機構(gòu)緊湊、前懸小，但一般不小于50mm；輪胎中心Z的y坐標值應(yīng)等于輪胎的工作半徑Rk 600mm 。④以點為圓心，順時針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗口與x軸平行，即得到鏟斗最高舉升位置圖。因為G和點同在以A點為圓心，動臂AG長為半徑的圓弧上，所以A點必須在的垂直平分線上。一般A點取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的1/3~1/2處。A點位置的變化，可借挪動點和輪胎中心Z點的位置來進行。它對連桿機構(gòu)的傳動比、倍力系數(shù)、連桿機構(gòu)的布置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長度等都有很大的影響。相對前輪胎，B點在其外廓的左上部。在CATIA中顯示如圖38和圖39所示。確定F、E兩點時，既要考慮對機構(gòu)運動學(xué)的要求，如必須保證鏟斗在各個工況時的轉(zhuǎn)角，又要注意動力學(xué)的要求，如鏟斗在鏟裝物料時應(yīng)能輸出較大的掘起力，同時，還要防止前述各種機構(gòu)運動被破壞的現(xiàn)象。 圖310 連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸尺寸設(shè)計2） 確定E和F點位置這兩點位置的確定要綜合考慮如下四點要求：①E點不可與前橋相碰，并有足夠的最小離地高度；②插入工況時，使EF桿盡量與GF桿垂直，這樣可獲得較大的傳動角和倍力系數(shù)；③鏟裝工況時，EF桿與GF桿的夾角必須小于170176。以免機構(gòu)運動時發(fā)生自鎖；④高位卸載工況時，EF桿與GF桿的傳動角也必須大于10176。圖311 連桿端部鉸接點設(shè)計 如圖所示的得到了E和F點的位置，由于各種工況的情況不定，所以在這就不具體說明此時情況的坐標值。C點和D點的布置直接影響到鏟斗舉升平動和自動放平性能，對掘起力和動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)計的基本要求，在這里確定BC==600mm，同時BC與BE夾角取值∠CBE=154176。如圖310所示，當(dāng)鉸接點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時的C點的位置CCCC4也就唯一被確定了。最終，D點設(shè)計在A點的左下方，這樣不但平動性能好，而且動臂舉升時，可減小舉升外阻力矩，有利于舉升油缸的設(shè)計。（4） 動臂舉升油缸與動臂和車架鉸接點H點及M點的確定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、整機穩(wěn)定性好等原則來確定。通過以上的設(shè)計，確定了各個鉸接點的位置，同時設(shè)計好了的外形前提下，在CATIA軟件畫圖為基礎(chǔ)，得到本次設(shè)計中 ZL50裝載機的各個工況如下：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)運動分析（1）鏟斗對地位置角圖316所示為鏟斗位置角計算，A、B、G為動臂與機架、搖臂、鏟斗的鉸接點，D、C為轉(zhuǎn)斗油缸與機架、搖臂的鉸接點，E、F為連桿與搖臂、鏟斗的鉸接點。由于在舉升過程中鏟斗做復(fù)合運動，所以可用運動合成的方法求得。根據(jù)向量投影法的原理，可把四桿機構(gòu)GFEB和BCDA當(dāng)作兩個封閉的向量四邊形，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的卸載高度和卸載距離，必須分別不小于設(shè)計任務(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，甚至不能進行高位卸載。如圖35所示，高位卸載時，鏟斗與動臂鉸接點的坐標為 （323）式中 x1，x2 工況II時G點的x和y坐標值（1130，260） 工況II時動臂對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。則他們之間各個位置必能正常卸載，因此，只要對鏟斗的高位卸載角和低位卸載角進行計算分析即可。 （328） 工作裝置靜力學(xué)分析及強度校核 靜力學(xué)分析（1）外載荷確定原則裝載機在鏟斗插入料堆，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，并形成兩個集中力：水平插入阻力和垂直掘起阻力。裝載機在鏟掘作業(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，此時可認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行鏟掘時，認為鏟斗斗齒受水平插入阻力與垂直掘起阻力的同時作用。 圖317 工作裝置外載荷工況（2）外載荷計算裝載機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，料堆對鏟斗的反作用力。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刻，此時鏟斗中物料與料堆之間剪切面積最大，隨著動臂的舉升掘起阻力逐漸減小。當(dāng)鏟斗翻轉(zhuǎn)鏟取物料時，在鏟斗充分插入料堆轉(zhuǎn)斗的最初時刻，轉(zhuǎn)斗靜阻力矩具有最大值，用表示，此時鏟斗轉(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)斗阻力矩計算：鏟斗在料堆中轉(zhuǎn)斗時，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，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） 強度校核搖臂的強度校核，在對稱載荷作用下，搖臂可看作是支承在動臂B點變截面曲梁。 圖320 搖臂內(nèi)力計算由式334可得Fc=104265 N，取單邊側(cè)板為研究對象，得到