ZL50輪式裝載機工作裝置設計含7張CAD圖

ZL50輪式裝載機工作裝置設計含7張CAD圖,zl50,輪式,裝載,機工,裝置,設計,cad ZL50輪式裝載機工作裝置設計 Design of working device of ZL50 wheel loader摘 要裝載機是一種在各種工程中都收到了廣泛的應用的集鏟土，運輸為一體的機械，當裝載機進行作業(yè)的時候，工作裝置在機器的運動的帶動下進行裝載作業(yè)，以及提升作業(yè)，運輸作業(yè)和卸載作業(yè)。裝載機具有在作業(yè)速度，效率，機動性，操作性等方面相對于其他作業(yè)機械的優(yōu)勢，對于加快工程建設速度，減輕勞動強度，降低工程成本有著顯著的作用，從而成為了現代機械化施工中的重要裝備。裝載機在在工程機械中的用途可以算是十分的廣泛，在工程中可以用來做很多事情，例如鏟裝貨物、搬運貨物和卸載貨物，散裝物料的對方不整齊的時候，也可以用來對他們進行平整作業(yè)，在挖掘作業(yè)中也可以輕度挖掘巖石、硬土。另外，地面不平整時，刮平地面也可以做到，當其他機械的運動需要牽引時，也可以用來對其進行牽引作業(yè)。對一些其他用途，假如更換了前方裝配的設備，就可以完后更多其他的任務，如搬運木材，鋼管等。這次設計采用先進的現代設計方法，對這種輪式裝載機工作裝置進行了總體設計到零部件設計。主要包括輪式裝載機工作裝置的關鍵零部件，如鏟斗、連桿機構以及轉斗油缸、舉升油缸等，并對重要零件進行了剛度、強度分析。關鍵詞： 裝載機； 機械化； 工作裝置AbstractThe loader is a kind of in various projects have received wide application in soil shovel, transportation as one of the machinery, when the operation of the loader, working device for loading operation in the movement of the machine drive, and improve the operation, transportation and unloading operations. The loader has the operating speed, efficiency, flexibility, relative to other operating machinery operation advantage and so on, to speed up the construction speed and reduce labor intensity, has a significant role to reduce the project cost, which has become the important equipment in the construction of a modern mechanized.Loading machine in use in engineering machinery is very extensive, in engineering can be used to do a lot of things, such as loading cargo, cargo handling and unloading of goods, when other bulk material not neat, can also be used for their smooth operation, the operation can also dig in mild rock mining and hard soil. In addition, when the ground is rough, scraping the ground can also be done, and when other mechanical movements need traction, it can also be used for traction operations. For some other purposes, if you replace the equipment in front of the assembly, you can finish more of the other tasks, such as handling timber, steel pipes and so on.The design uses advanced modern design methods, the wheel loader working device for the overall design of the parts design. It mainly includes the key components of the wheel loader, such as bucket, connecting rod mechanism, bucket cylinder, lifting cylinder, etc. the stiffness and strength of the important parts are analyzed.Key words: loader; mechanization; working device目 錄1. 前言 .11.1 輪式裝載機概述 11.1.1 裝載機簡介 11.1.2 裝載機的用途 11.2 輪式裝載機應用技術發(fā)展 11.2.1 國外輪式裝載機發(fā)展現狀 11.2.2 國內輪式裝載機發(fā)展現狀 22 裝載機工作裝置總體設計 32.1 工作裝置的總體結構與布置 32.2 工作裝置連桿機構的結構形式與特點 42.3 工作裝置自由度的計算 52.4 工作裝置總體設計 53 ZL50 裝載機工作裝置設計 .53.1 工作裝置的設計要求 53.1.1 工作裝置工作性能 53.1.2 對工作裝置的要求 53.2 鏟斗設計 63.2.1 鏟斗的結構形式 63.2.2 鏟斗的分類 73.2.3 鏟斗斷面形狀和基本參數確定 73.2.4 鏟斗容量的計算 103.3 工作裝置連桿系統(tǒng)設計 113.3.1 機構分析 113.3.2 尺寸參數設計 123.3 連桿系統(tǒng)運動分析 163.4 工作裝置靜力學分析及強度校核 204 液壓缸設計 .253.5.1 液壓缸的類型和結構 253.5.2 液壓缸基本參數設計 25參考文獻 29致 謝 3011. 前言1.1 輪式裝載機概述1.1.1 裝載機簡介裝載機是一種在各種工程中都收到了廣泛的應用的集鏟土，運輸為一體的機械，當裝載機進行作業(yè)的時候，工作裝置在機器的運動的帶動下進行裝載作業(yè)，以及提升作業(yè)，運輸作業(yè)和卸載作業(yè)。裝載機具有在作業(yè)速度，效率，機動性，操作性等方面相對于其他作業(yè)機械的優(yōu)勢，對于加快工程建設速度，減輕勞動強度，降低工程成本有著顯著的作用，從而成為了現代機械化施工中的重要裝備。1.1.2 裝載機的用途裝載機在在工程機械中的用途可以算是十分的廣泛，在工程中可以用來做很多事情，例如鏟裝貨物、搬運貨物和卸載貨物，散裝物料的對方不整齊的時候，也可以用來對他們進行平整作業(yè)，在挖掘作業(yè)中也可以輕度挖掘巖石、硬土。另外，地面不平整時，刮平地面也可以做到，當其他機械的運動需要牽引時，也可以用來對其進行牽引作業(yè)。對一些其他用途，假如更換了前方裝配的設備，就可以完后更多其他的任務，如搬運木材，鋼管等。1.2 輪式裝載機應用技術發(fā)展裝載機的發(fā)展已經經過了很多年的發(fā)展，現如今無論國外還是國內都有了很高的水平。利用各種智能系統(tǒng)，如液壓，微電子等技術開發(fā)出的一系列高科技技術已經應用在了裝載機諸如設計，控制，檢測，監(jiān)控，維護保養(yǎng)，生產，經營等一系列的方方面面，是的裝載機在現如今已經在最初的基礎上有了很大的人性化進步。1.2.1 國外輪式裝載機發(fā)展現狀國外的裝載機在后續(xù)的發(fā)展中更加偏向于產品形成系列，更新速度加快并且朝著大型化和小型化的方向發(fā)展。因為不同的用戶有不一樣的設備需求，美國，日本，西歐各廠家都在致力于推出能夠全方面兼顧動力，激動與靈活的新系列產品。其中，近期發(fā)展的關鍵所在已經發(fā)展為了采用新的結構和新的技術來完善提高產品的性能。比較具有代表性的應用方面為發(fā)動機，換擋變速器系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，差速器系統(tǒng)，制動器系統(tǒng)，減震系統(tǒng)等方面的應用尤為突出，并且在此基礎上綜合液壓技術，微電子技術和很多智能系統(tǒng)做出了很多研究。在發(fā)動機方面，近些年來開始采用的發(fā)動機管理系統(tǒng)得到了很大的突破創(chuàng)新，從而致力于解決高作業(yè)效率與低燃料消耗之間的矛盾。傳動機構方面，卡特彼勒公司的 G 系列裝載2機采用了液力機械傳動系統(tǒng)，小松公司的 WA 系列采用了液壓機械傳動與新興集中結構驅動橋從根本上防止了軸承軸端因應立集中的斷裂原因。在液壓系統(tǒng)方面，以前的裝載機大多是應用很多級的液壓裝置形成一個系統(tǒng)，例如小松公司將這些裝置集合，利用一個轉換裝置將他們有機的聯系在一起，達到和以前一樣的目的。工作裝置作為裝載機的核心也得到了了很大程度上的發(fā)展和創(chuàng)新，如沃爾沃公司的 L500-L220D 系列中采用了扭矩平行連桿系統(tǒng)保證了裝載機在配用其它設備時也能有良好的作業(yè)能力?？偨Y了國外的裝載機的發(fā)展趨勢，大體上可以概括為以下幾點：（1） 系列化，特大型化（2） 多用途，微型化（3） 進一步普及應用液壓技術，廣泛應用微電子、信息技術（4） 不斷創(chuàng)新的結構設計（5） 向節(jié)能與環(huán)保方向發(fā)展1.2.2 國內輪式裝載機發(fā)展現狀我國的輪式裝載機的起步是比外的起亞要晚很多的，在技術上很多情況下還不能自己研發(fā)而是是依靠著向美，德，日等國外的企業(yè)進行買進使用。所以目前我國的輪式裝載機的技術水平還遠遠不如國外的發(fā)展，原因在于國內的企業(yè)雖然生產能力足夠，但是開發(fā)創(chuàng)新的能力有待提高，產品型號的更替速度不能滿足市場的需求?？傮w來說，有以下特點：（1） 缺乏高科技含量，產品質量不穩(wěn)定，檔次低（2） 設備的靈活性、舒適性較差 （3） 用途單一，產品規(guī)格中間大兩頭小畢業(yè)設計（論文）的主要參數；額定載重量 50KN；最大卸載高度 2900mm；動臂提升時間 8s；車重 16T；動臂下降時間 4s；鏟斗前傾時間 2s。32 裝載機工作裝置總體設計2.1 工作裝置的總體結構與布置裝載機的工作裝置裝載機在進行作業(yè)時最為重要也是直接參與作業(yè)的部分，他們是一系列的空間桿件的結合，在液壓缸的帶動下進行工作，達到預期的作業(yè)目標。設計水平與工作裝置的性能有直接關系。圖 2-1 無鏟斗托架式1--鏟斗 2—動臂 3—連桿 4—下搖臂 5—上搖臂 6—轉斗缸 7—動臂舉升油缸 8—前車架 9—鏟斗托架鏟斗的運動都是靠其上的鉸接點與連桿相結合來達到運動的目的，其中一段鏈接在連桿上，另一端通過連桿與動臂的一段相連。動臂舉升缸的布置形式分為立式和橫式。立式布置連接方式為液壓缸的一端與固定位置鉸接，橫式布置連接方式為液壓缸的中間位置與固定位置通過銷軸進行鉸接。對轉斗油缸操作時，鏟斗進行裝載和卸料的操作；對舉升油缸操作時，整體進行升降的操作。舉升油缸的兩種布置形式如圖 2-2 和圖 2-3 所示4圖 2-2液壓缸立式布置形式 圖 2-3 液壓缸臥式布置形式2.2 工作裝置連桿機構的結構形式與特點在對裝載機的工作裝置進行自由度分析后得到的結果，工作裝置的連桿機構的運動鏈類型為封閉，自由度為單自由度的平面低副機構，桿件的數目取偶數，最低位 4，依次增加。雖然隨著桿件的數目的增加能夠實現更加復雜的運動，但隨之而來的是鉸接點的數目也增加了，架構也更加復雜了，就更加難以在動臂上進行布置。所以，工作裝置的連桿機構大多選擇 4 桿，6 桿或 8 桿機構。按照輸入桿和輸出桿的轉向的劃分，分為正轉和反轉機構，輸入與輸出桿的方向相同為正轉機構，反之則為反轉機構。按照國內外的情況可知，連桿機構主要有機種形式：1、 正轉八桿機構 2、 六桿機構 六桿機構之間最大的區(qū)別就在于將轉斗油缸安排在不同的位置，裝載機上使用的情況有以下幾種：1） 轉斗缸前置式正轉六桿機構2） 轉斗缸后置式正轉六桿機構3） 轉斗缸后置式正轉六桿機構4） 轉斗缸后置式反轉六桿機構5） 轉斗缸后置式反轉六桿機構3、正轉四桿機構4、正轉五桿機構5、動臂可伸縮式三桿機構結合各種機構形式的優(yōu)劣，選擇反轉六桿機構為本次設計的機構類型選擇。52.3 工作裝置自由度的計算裝載機工作裝置中的各個構件的鏈接方式為互相平行的銷軸連接，并且是縱向對稱的機構形式。所以在計算的時候選擇忽視桿重的因素，并且不計算鉸接點自身帶來的摩擦力這種情況下的桿件進行運動分析的方法。舉升、油缸四連桿和鏟斗四連桿機構組成了反轉六桿機構的工作裝置。其中，活動桿件數 n=8，低副數 11，高副數 0。反轉六桿機構工作裝置的自由度?lP?h2?hlnF32.4 工作裝置總體設計結合設計要求和實際情況，本次的設計決定采用反轉六桿機構作為連桿機構的設計思路，立式的油缸布置形式和無鏟斗托架的鏟斗設計。主要參數：鏟斗容量： 3.0 m 3額定載重量： 50 KN發(fā)動機額定功率： 154 kw整機質量： 16.3 t以上是設計的總體參數。通過任務書要求的各個工況遂要求的鏟斗的位置，來進行坐標系的計算進而進行各個桿件的長度和工作情況的計算。3 ZL50 裝載機工作裝置設計3.1 工作裝置的設計要求3.1.1 工作裝置工作性能通過查閱資料了解到影響工程機械整機的工作尺寸和性能參數的指標為工作裝置的結構和性能，工作效率、生產負荷、動力與運動特性等受工作裝置的合理性直接影響。3.1.2 對工作裝置的要求工作裝置在設計時應滿足以下要求6（1） 角度要求：在運動中滿足裝載高度和卸載距離的前提下，同事也要滿足各個工作位置所要求能達到的作業(yè)所要求的角度值并且工作循環(huán)是不會出現問題（2） 運動要求：在保證液壓缸的行程滿足要求的情況下，在工作的循環(huán)中，速度不出現劇烈變化，加速度的變化符合要求值，工作裝置在整個運動中要平穩(wěn)運動，不能劇烈抖動，沒有桿件互相干涉的情況，沒有預期運動出現死點的情況，沒有運動中出現自鎖以至于鎖死的情況，產斗中的物料在鏟斗由低到高的運動中不能出現散落的情況，鏟斗在完成卸載，歸位的動作后要能自己放平。（3） 結構要求：工作裝置的各個部分之間的連接要盡可能的緊湊一些，不能出現間距過大的情況，成才的原件數量不能過多，避免浪費，前懸要盡可能的小，防止重心太靠前。（4） 動力性要求：連桿機構的傳遞效率要達到標準值，防止出現太大的動能損耗浪費，保證在輸出不變的情況下，各種工況所要求的力要足夠。3.2 鏟斗設計3.2.1 鏟斗的結構形式鏟斗的形狀和尺寸大小對鏟斗的性能有著不小的影響，會影響到很多屬性。鏟斗的容積大小有兩種標準，其一是當小鏟斗中的貨物只裝到鏟斗上表面平齊的情況下，稱為瓶裝斗容，另一種是鏟斗里的貨物堆裝到極限，這種情況下叫堆裝斗容。一般的情況下，裝載機牌子上標注的容積為堆裝滿的時候的斗容?？傮w來說，鏟斗一般有幾大部分組成，斗刃，側壁，后壁，斗底。鏟斗的側面截面圖一般情況下看起來像是一個 U 形，具又齒和沒有齒的兩種斗刃。（1）斗體形狀鏟斗整體的形狀可分為小的開口尺寸和大的斗深度即淺底類型和與之相反的深底類型。（2）切削刃的形狀目前有兩種切削刃的形狀可供選擇，一種是比較簡單的鏟裝時具有較大的阻力但是會很容易平整地面的直線型切削刃，另外一種就是具有中間突出的刃的 V 形或弧形的切削刃，這種切削刃才插入式以為集中力的影響更加容易插入所以比較容易鏟裝，但是當鏟斗裝滿時的容積要小于選擇直線型切削刃的情況下的容積。（3）斗齒斗齒雖然也可以沒有但是具有斗齒的斗刃才插入時因為集中力的影響更加容易插入，所受到的阻力也會相應的減少百分之 20 左右，在一些比較堅硬，密度較大，或者很多大體積的物料的情況下，選擇帶有斗齒會有很大的改觀，所以選擇斗齒。斗齒在使用的時候一面因為直接接觸的緣故會受到劇烈的磨損，但是另外一邊因外同樣的原因不會有很大的損耗，鑒于這種情況下，如果可以翻轉齒面，那么使用壽命無疑會大大增加，所以分體式斗齒就成了很好的選擇。后半部分與鏟斗相固定，前面參與插入作業(yè)的部7分使用銷進行固定，當使用一段時間的時候，可以將前面的部分進行翻面，就節(jié)省了使用經費。斗齒的大小和形狀對斗齒在使用時的性能有很大的影響，雖然長度長而且窄的斗齒因為壓強的作用更加容易插入，但是長且窄的斗齒會因為力矩的緣故很容易斷裂，相反，太大太寬的斗齒雖不易損壞，但是插入時的阻力會很大，增加消耗的能量，所以選擇要適中。（4）鏟斗側刃側刃在插入作業(yè)時也會參與，所以側壁的前刃要有一個銳角的角度，便于受力，插入，所以一般選擇弧形的側壁刃口來保證鏟斗容積不至于太小而影響性能。（5）斗底鏟斗的前壁與后壁之間用圓弧的鋼板鏈接，形成一個弧線，這個弧線就是鏟斗的斗底。斗底的圓弧的半徑不能太小，否則會影響到物料在斗中的流動性，同時為了避免卡住體積較大的物料，物料與鋼板的摩擦角應小于前后壁夾角的一半。鏟斗摩擦角在按一般情況下選擇物料與鋼板的摩擦因數取 0.4 的情況下約等于 22 度，所以前后壁之間的夾角應大于22*2=44 度。結合實際情況和任務書要求，我選擇以下為鏟斗性質：斗體材料：低碳、耐磨、高強度鋼板 Q460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3.2.2 鏟斗的分類鏟斗按照卸載方式一般可以分為四種情況：（1） 整體前卸式鏟斗（2） 側卸式鏟斗（3） 推卸式鏟斗（4） 底卸式鏟斗在結合成本和實用性的基礎上，整體前卸式的卸載方式更加符合本次設計的要求與目的。3.2.3 鏟斗斷面形狀和基本參數確定（1）鏟斗的斷面形狀影響鏟斗的斷面形狀的數據主要有四個：底壁長 l，后壁高 h，鏟斗圓弧半徑 r 和張開角 γ，如圖 3-1 所示。8圖 3-1 鏟斗斷面基本參數圖圓弧半徑 r 會影響到物料在鏟斗中的流動性能，大的半徑會使物料裝入時所受的阻力較小，但是會使形狀尺寸高度過大，不利于裝滿，在一定情況下會影響駕駛員的視野，影響判斷，所以選擇要適中。后壁高 h 是指后壁切點到鏟斗上緣至圓弧間的距離。底壁長 l 是鏟斗下面的壁的長度值。這個長度會影響鏟入料對的深度，越大鏟斗越容易裝滿，但是崛起力反而隨著力臂增加而減少。鏟斗張開角 γ 為鏟斗后方的壁與底面壁的夾角，一般選擇 45~52 度角。鏟斗的寬度為了保證輪的正常轉動，減少磨損，應該大于兩前輪外側間的寬度，根據任務書要求，本次設計的具體參數初定如下：鏟斗圓弧半徑 r： 350mm底壁長 l： 700mm后壁高 h： 400mm張開角 γ： 48°（2）鏟斗基本參數的確定根據實際情況，最后結合任務書鏟斗寬度設定為 29000mm鏟斗的壁厚設定為 30mm。9圖 3-2 鏟斗尺寸參考圖（m） （3-1）?????????? ???????????????? 1805.2cotsinco5.01 ??????rkzgBVR式中 鏟斗平裝斗容，2.5m 3sV鏟斗內側寬度，2.840m0鏟斗斗底長度系數， =1.40~1.53g g后壁長度系數， =1.1~1.2z?z?擋板高度系數， =0.12~0.14k k圓弧半徑系數，r Rr?張開角，為 45°~52°?擋板與后壁間的夾角（無擋板取 0）1圖 3-2 中各參數含義如下：鏟斗圓弧半徑，mr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，mgL??53.1~4??Rg?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，mz2.z擋板高度，mkL10)14.0~2.(??RLk?調整參數，根據調整后的各值與 R 之比分別計算 、 、 、 值，g?zkr?=1.5， =1.1， =0.12g?zk然后代入式（3-1） ，即可確定鏟斗的回轉半徑 R，通過計算得出 1140mm?R即可得出 =1.5×1140=1710mmg=1.1×1140=1254mmzL=0.12×1140=136.8mmk在一般的情況下，側壁與斗底的傾角 =50°~60°。鏟斗與動臂鉸接點距離斗底壁的0?高度 =（0.06~0.12 ）R。h3.2.4 鏟斗容量的計算（1） 平裝容量對于有防溢板的鏟斗（m 3） baSBVs20??式中 有擋板的鏟斗橫截面面積， m2鏟斗內側寬度，m0擋板高度，ma斗刃刃口與擋板最上部之間的距離， mb對于無防溢板的鏟斗（m 3） 0BSVs??式中 鏟斗在不裝擋板的情況下的橫截面積， m2 ?圖 3-3 鏟斗容量計算（2） 額定容量對于有防溢板的鏟斗（m 3） )(68202cabBVsr ????式中 c 物料堆積高度，m11對于無防溢板的鏟斗（m 3）24830bBVsr????3.3 工作裝置連桿系統(tǒng)設計根據之前的設計，選擇反轉六桿結構。3.3.1 機構分析機架 AD、鏟斗 GF、動臂 GBA、連桿 FE、搖臂 CBE 和轉斗油缸 CD 六個構件組成了轉斗機構。動臂上升的時候，此時可以將動臂假設為固定不動的桿件，這個時候機架則可以看成輸入的桿件，鏟斗在這時候可看做輸出的桿件，因為機架和鏟斗的轉向方向是相反的，所以將這種轉型方式的機構稱為反轉六桿機構。動臂上升液壓缸和動臂共同組成了舉升機構。選擇低碳，耐磨，高強度鋼作為本次設計桿件的選擇材料。圖 3-4 反轉六桿機構簡圖12I-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3.3.2 尺寸參數設計本次設計采用通過確定工作裝置在鏟裝各個工作情況在坐標系上所對應的位置用坐標的方式表現出的的方式即圖解法來實現。1）確定坐標系如圖所示，選擇尺寸比例為 1:40，選取坐標系。2）畫鏟斗圖先畫插入工況的位置，將鏟斗的側面截面按照比例花在坐標系中，使鏟斗的斗齒對準圓心，斗底與 X 軸有 3 到 5 度的夾角，此時即為插入工況。圖 3-5 動臂上三鉸接點設計131） 確定動臂與鏟斗的鉸接點 G結合實際情況，保證 G 點縱坐標的值為 250-350 時，初步確定 G 點的坐標為（1278，301） 。2） 確定動臂與機架的鉸接點 A①以 G 點為圓心，使鏟斗順時針轉動，至鏟斗斗口 水平為止，這個時候的鏟斗的O?位置就是鏟裝工況。②把約為 1600mm 的輪胎輪廓畫在圖中。輪胎的中坐標值等于輪胎半徑 600mm。???????????????)1(2?wwkz bHdRy式中 Z 點的 y 坐標值， mmz輪輞直徑，mmwd輪胎寬度， mmb輪胎斷面高度與寬度之比（普通輪胎取 1，寬面輪胎去 0.83，超寬面輪wH胎取 0.64）輪胎變形系數?③根據給定的最大卸載高度 hx，最小卸載距離 lx 和和卸載角 ，畫出鏟斗在最高位x?置卸載時的位置圖，即高位卸載工況，并令此時斗尖為 O4， G 點位置為 ， 。?④以 點為圓心，鏟斗進行順時針方向的旋轉，當鏟斗的上口與 X 軸平行的時候，此G?時鏟斗所在的的位置就是最高的舉升位置。⑤連接 并作其垂直平分線。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。?所以可以確定 A 點的坐標值（3360，2259） ?？山枧矂?點和 Z 點的位置來進行 A 點位置的變化。?3） 確定動臂與搖臂的鉸接點 B根據分析和結合經驗， B 點的位置一般取在 AG 兩點 連線的上方，過 A 點的水平線下方，并盡量靠近鏟斗在鏟裝工況時的位置。 B 點在相對前輪胎外廓的左上部位置。最后根據計算選擇 B 點位置為（1680，1565） 。前面已經完成了 G 點與 B 點兩點的確定，在這里只要可以確定確定 F,E 兩點的位置即可確定 GFEB 即與鏟斗相連的四桿機構的尺寸大小。1） 按雙搖桿條件設計四桿機構14令 GF 桿為最短桿， BG 為最長桿，即有GF+BG FE+BE 若令 GF=a， FE=b， BE=c， BG=d，而后將等號的兩側 ，可得到下式，即d?1????dacbK上式各值可按下式選取，由 G、B 點的坐標可以確定 d 的尺寸為 1415mm?????dca)8.0~4(539由式選取 K=0.950得到 a=0.3d=425c=0.58d=830，代入（3-6）得到 b=948 。圖 3-6 連桿、搖臂、轉斗油缸尺寸設計2） 確定 E 和 F 點位置15鏟斗去插入工況，以 B 點為圓心，以 BE=c 為半徑畫??；人為的初選 E 點，使其落在 B點右下方的弧線上；再分別以 E 點和 G 點為圓心，以 FE=b 和 GF=a 分別為半徑畫弧，得到交點，即為 F。C,D 兩點是確定四桿機構 BCDA 即與機架相連接的四桿機構的關鍵。鏟斗舉升平動和自動放平性能受 C 點和 D 點的布置直接影響。1） 確定 C 點初步設計，取BEB)0.1~7(?結合設計任務書和實際情況，確定 BC=0.72BE=600mm，同時 BC 與 BE 夾角∠ CBE=154°。2） 確定 D 點根據鏟斗舉升到最高位置時的運動為平動和下降至插入工況時可以自動放平兩個要求可以確定轉斗液壓缸與機架的鉸接點 D 的位置。當鉸接點 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 C1、 C2、 C3、 C4 也就唯一被確定了。D 點的坐標值最后確定為（3000，1850） 。3.3 連桿系統(tǒng)運動分析（1）鏟斗對地位置角G,B,A 為三個點分別為動臂與鏟斗、搖臂和機架的鉸接點D、 C 為轉斗油缸與機架、搖臂的鉸接點E、 F 為連桿與搖臂、鏟斗的鉸接點因為 G 點和 F 點同為一個鏟斗上的兩點，所以鏟斗在坐標系中的平面運動可用 GF 桿的平面運動來描述，而在鏟斗舉升過程中的各瞬時對地面的傾角，即鏟斗對地位置角，可用GF 與地面的夾角 來表示。由于在舉升過程中鏟斗做復合運動，所以 可用運動合成的方ia ia法求得。16圖 3-7 連桿運動分析取運輸工況為工作裝置連桿機構運動的初始位置，則動臂被舉升時的鏟斗各瞬時對地位置角 ，可用下式計算：iaiii?????式中 GF 桿與動坐標系 軸的夾角（方向角）i?? x?動臂 ABG 舉升時，在固定坐標系 xOy 中轉過的轉角i?在動坐標系 中，運用“ 向量投影法” ，可求得以機架桿 AD 的方向角 為自變量，yOx? i??鏟斗 GF 桿的方向角 為因變量的函數方程式。i根據向量投影法的原理，可把四桿機構 GFEB 和 BCDA 當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 將式中各向量分別向 軸和 軸投影，則得到下列方程x?y??????????? 0sinsisinsi coccoc BACDiBAD????式中 、 、 、 分別為各邊向量對 軸的方向角。i??C?i??BAx?17變換式（3-11）為下式，即?????????? BAiiCDBCA????sinssnsincoccoco將式（3-12）等號兩邊平方后，使兩方程相加，并令??????baBAi?sinsco和??????abBCDA22則從式（3-12）中消去了 ，并將其變換成下列三角方程CD??Aii?????snco將式（3-15）乘以 ，并設 ，則式（3-15）可化為21B??cot21sincosinBAi ???????解式，得arcBAi ot1arcsin2?????或i 1arctn1arcsin2?同理，在向量四邊形 GFEB 中，有BE－ FE－ GF+GB= 0 （3-18）令??????? bGBBEai ???sin)sn(coco和18??????????abBGFEA22得三角方程Aii ????snco其解為Bi ????? 1arctn1arcsi2可得出：插入工況：105°；鏟裝工況：50°；最高位置工況：57°；高位卸載工況：131°。（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 ，必須分別不小于設計任務給定的最大卸xhxl載高度 和最小卸載距離 ，否則將影響卸載效率。 太大時，將會對卸載沖擊的值maxhminl xh大大加大，嚴重時可能會對運輸的車輛造成一定程度的損壞； 過大，雖然這樣會有利于對l車輛進行裝卸，但是一定程度上會影響到整體的穩(wěn)定性。如圖 3-5 所示，高位卸載時，鏟斗與動臂鉸接點 的坐標為G??????????????????? 2180sinco21 sGAsx??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 40°GA?動臂與鏟斗鉸接點分別在 G 點和 點之間的距離，可用式（3-24）計算? ?=3291 2sin3??即得到 點的坐標為（985，3487）?若要滿足 和 要求，必須有下列各式成立maxhinl19max42sinhOGxh??????in41coslRl GOLqzx??式中 OG 鏟斗尖 O 點至 G 點距離 1141mm前輪軸心的 x 坐標值 2873mmqz輪胎工作半徑 600mmLR工況 IV 時 OG 對 x 軸的方向角，可用下式計算GO?4?=58° )5~3(arctn124?????所以 GOxh???42si?=3487－1141×sin58°=2519 mm≥ hmax（2500）滿足要求GOLqzxxRl ????41cos=2873―600―985+1141cos58°=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，即各處卸載角都應該要按要求大于 45°。由于工況 II 時轉斗油缸的長度值是最大的，而在低位卸載的x?時候，轉斗油缸的長度值最小。所以，只要在工作中到達工況 II 與工況 III 時的鏟斗的卸載角 都不小于 45°，這個時候，應該能正常卸載。x因此，高位卸載角和低位卸載角的兩種情況下的計算即為極限值，只對他們進行計算就可保證其他的值都滿足要求。高位卸載角 為：4?)5~3(1?????=131－105+5=31° 203.4 工作裝置靜力學分析及強度校核3.4.1 靜力學分析外載荷計算①插入阻力插入阻力在計算時會很困難，無法計算，所以在一般的情況下都是按照經驗公式來計算的：（N） 25.143218.9BLKFx?式中 K1 物料塊度與松散程度系數，見表 3-1K2 物料性質系數，見表 3-2K3 料堆高度系數，見表 3-3K4 鏟斗形狀系數，一般在 1.1~1.8 之間，取 1.3B 鏟斗寬度，290cmL 鏟斗的一次插入深度，40cm得到： F=9.8×1.0×0.045×1.10×1.3×290×401.25 =18397（N）鏟斗所裝物塊與松散程度系數如表 3-1 所示表 3-1 物料塊度與松散程度系數 K1物料塊度 細粒 小塊 接近300mm小于400mm小于500mm松散不好時K1 0.45~0.5 0.75 1.0 1.1 1.3 增大20%~40%鏟斗所裝物料的性質系數 K2 如表 3-2 所示表 3-2物料性質系數 K2散狀物料種類密度（t/）3m系數 K2 散狀物料種類密度（t/）3m系數 K2磁鐵礦石 4.2~4.5 0.2 砂礫石 2.3~2.45 0.10鐵礦石 3.2~3.8 0.17 爐渣 0.8~0.9 0.09細?；◢弾r 2.75~2.8 0.14 泥質頁巖 2.4~2.5 0.08砂質頁巖 2.65~2.75 0.12 河沙 1.7 0.06石灰石 2.65 0.10 煤 1.2~1.3 0.04~0.04521鏟斗所裝物料的高度系數 K3 如表 3-3 所示表 3-3物料高度系數 K3②掘起阻力鏟斗開始舉升時物料的剪切力按下式計算（N） czKBLF2.?式中 K 通過一系列的實驗測定的鏟斗在開始上升的時候物料在鏟斗中所受的的剪切應力。B 鏟斗寬度，mLc 鏟斗插入料堆的深度，m得到： F=2.2×35000×2.9×0.4=89320（N）③轉斗阻力矩開始鏟取時（ a=0）的靜阻力矩 為0aM???????????????yLxFa41.10式中 Fx 插入阻力在開始轉斗時的值，19377Nx 斗刃和鏟斗旋轉的中心的水平方向的距離，1.13my 鏟斗旋轉的中心到地面的高度，0.26mL 鏟斗的插入深度，0.4m得到 ???????????????yLxFMa41.010=1.1×18397×[0.4×（1.13－0.25×0.4）+0.26]=13599 （N·m）堆料高度/m0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4K3 0.55 0.6 0.8 1.0 1.05 1.10 1.1522圖 3-8 轉斗靜阻力矩與鏟斗轉角的關系掘起阻力矩 隨鏟斗回轉角 a 的增大而減小。當鏟斗回轉 a 角后，其轉斗阻力矩aM為a)1(0nac??式中3lg20aMn?????????0)(1anc????鏟斗離開料堆時的翻轉角度a物料的重力在鏟斗抬起后的力矩，N·mM?開始轉斗的阻力矩為BCHaz LG)(0??式中 轉斗阻力矩，N·mz23開始轉斗靜阻力矩，13599 N·m0aM輪式裝載機額定載重量重力，49000 NHG鏟斗自重力，13470Nc鏟斗中心至回轉中心 B 的水平距離（圖 3-19） ，0.5mBL得到 CHaz LGM)(0??=13599+（49000+13470）×0.5=44834 （N·m）圖 3-9 作用在轉斗連桿上力的確定作用在轉斗連桿上的力 ：當鏟斗全部插入物料中并且開始轉斗作業(yè)的時候，作用在cF鏟斗上的力 （圖 3-9）c（N） czLM?式中 的力的作用線到鏟斗的回轉中心的垂直方向距離，0.489mcLcF得到 =44834/0.43cz?24=104265 （N）3.4.2 強度校核將搖臂主軸線分成兩部分進行計算，分別為 BE 軸線部分和 CE 軸線部分進行分段計算，可以對計算進行簡化，以便進行計算求出每段的內力值。圖 3-10 搖臂內力計算由式 3-34 可得 Fc=104265 N，取單邊側板為研究對象，得到N 5.2131?由 ，得到??0M212/lF?代入數據得到 60835.=72116 N 彎矩=43269 N·m 1lFM??在對稱水平載荷作用下，由內力得出內力圖（圖 3-11）25圖 3-11 對稱載荷引起的搖臂內力圖然后對危險斷面強度校核。對于危險斷面 1-1，在這個斷面上作用有彎曲應力和正應力。以其合成應力所表示的強度條件為?????AMbdR??)2(由式 3-39 得到： 045.1.0=0.0063 m2得到： 20 000 000 Pa??????68953.042強度通過式中 A 搖臂斷面 1-1 處截面積R 搖臂斷面處外圓弧半徑b 側臂斷面 1-1 處的鋼板厚度d 斷面 1-1 處鉸接銷直徑264 液壓缸設計3.5.1 液壓缸的類型和結構選擇單活塞桿液壓缸，3.5.2 液壓缸基本參數設計1.液壓缸載荷力的組成和計算在液壓缸的運動過程中，液壓缸的載荷力隨著運動在不停的變化，無法計算，但是都不會大于極限值，所以最大的載荷計算出來就可滿足要求。假設工作條件為外部作用力為壓力，液壓缸的活塞桿上加載的力包括工作載荷 ，導軌的摩擦力 和由于速度變化而產生的慣gFfF性力 。以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷 。aFw起動加速 afgw??穩(wěn)態(tài)運動 F減速制動 afgw?除外載荷 外作用于活塞上的載荷 還包括液壓缸密封處的摩擦力阻力 ，由于液mF壓缸的型號不同，在制作時所使用的材質不同，安裝時所選用的密封方式不同，所以不同材料在不同密封條件下的密封阻力也不同，密封阻力難以精確計算，一般估算為：Fm)1(???式中： ——液壓缸在工作時的效率，一般情況下應為 0.9。m?故 。 wF?2.液壓缸的主要參數計算活塞桿受壓時 21ApFmw???式中： ——大腔活塞有效作用面積， m2214DA?27——小腔活塞有效作用面積，m 2214dA??——液壓缸工作腔壓力p——液壓缸回油腔壓力，即背壓2——活塞直徑D——活塞桿直徑d本裝置中取 , , MPa。最后經過計算得出的桿徑比約為90.?m?2p1?0.3。對無活塞桿腔，當要求推力為 時， 。 1FmpFD??14對有活塞桿腔，當要求推力為 時， 。 2?22?式中： ——液壓缸在工作時內部液體的壓力，取 16，單位 MPA。p——往返速比， ，本裝置取 1.46。?)/(22dD??——液壓缸在工作時的機械效率，一般情況下應為 0.9。m?缸筒的內徑 取兩種情況下計算值較大的一個，然后圓整為標準值。圓整后轉斗油缸D的活塞直徑為 mm，活塞桿直徑均為 mm。舉升油缸的活塞直徑為160?90?dmm，活塞桿直徑均為 mm。81253.活塞桿的最大允許行程活塞行程 ，實際工作中所需要的行程值即為在初步確定中的值。但是液壓缸行程的實S際值并不一定就是初步額確定的值，要按照穩(wěn)定性要求來計算才行。最大允許計算長度是計算行程值得前提。由歐拉公式推導出：mFEILK2??式中： ——活塞桿在彎曲時的臨界失穩(wěn)值，N。KF——活塞桿縱向壓縮力，N。