ZL60裝載機工作裝置設(shè)計【含8張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip

ZL60裝載機工作裝置設(shè)計【含8張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip,含8張CAD圖帶開題報告-獨家,ZL60,裝載,機工,裝置,設(shè)計,CAD,開題,報告,獨家 ZL60裝載機工作裝置設(shè)計 摘要 裝載機是一種通過安裝在前端一個完整的鏟斗支撐結(jié)構(gòu)和連桿，隨機器向前運動完成裝載、提升、運輸和卸載的自行式履帶或輪胎機械。具有作業(yè)速度快、效率高、操作輕便等優(yōu)點，工程建設(shè)中土石方施工的主要機種之一，是現(xiàn)代機械化施工中不可缺少的裝備之一。 本次研究的主要內(nèi)容是ZL60裝載機工作裝置設(shè)計。ZL60裝載機既保留了傳統(tǒng)裝載機的優(yōu)點，而有具有新的性能和優(yōu)點。本次設(shè)計主要進(jìn)行的是工作裝置設(shè)計。設(shè)計之初通過資料的查閱，了解和掌握裝載機的工作原理、分類、特點、研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢等內(nèi)容，為后面的設(shè)計和計算夯實基礎(chǔ)。通過任務(wù)書，確定本次設(shè)計的技術(shù)參數(shù)，對工作裝置的總體方案進(jìn)行設(shè)計與確定，完成連桿機構(gòu)鉸接點位置的作圖設(shè)計；連桿機構(gòu)各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計；主要桿件與銷軸的強度與剛度校核計算；油缸等主要零部件的設(shè)計、計算及校核。 通過本次設(shè)計在鞏固大學(xué)所學(xué)知識的同時，還為今后的學(xué)習(xí)和工作夯實基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：裝載機；ZL60；工作裝置；連桿結(jié)構(gòu)；設(shè)計 Abstract The loader is a self-propelled track or tire machine that is loaded, lifted, transported and unloaded by means of a complete bucket support structure and connecting rod mounted on the front end. With the operation speed, high efficiency, light operation, etc., the construction of earth and stone construction of one of the main models, is the modern mechanized construction of one of the indispensable equipment. The main content of this study is ZL60 loader work device design. The ZL60 loader retains both the advantages of traditional loaders and has new performance and benefits. This design is mainly the work of the device design. At the beginning of the design through the information access, understand and master the loader's working principle, classification, characteristics, research status and development trends and so on, for the back of the design and calculation to lay a solid foundation. Through the task book, determine the technical parameters of this design, the overall design of the work device to design and determine the completion of the joint structure of the hinge joint design; linkage structure of the structure of the components; The strength and rigidity of the calculation; cylinder and other major parts of the design, calculation and verification. Through this design in the consolidation of the University of knowledge at the same time, but also for the future study and work to lay a solid foundation. Key words：Loader; ZL60; working device; connecting rod structure; design 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 裝載機工作原理概述 1 1.2 裝載機的分類及概述 1 1.3 國內(nèi)外裝載機的研究現(xiàn)狀 3 1.3.1 國內(nèi)裝載機的研究現(xiàn)狀 3 1.3.2 國外裝載機的研究現(xiàn)狀 4 第2章 總體方案的設(shè)計與確定 6 2.1 技術(shù)參數(shù)的確定 6 2.2 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置 6 2.2.1 鏟斗托架結(jié)構(gòu)形式的確定 6 2.2.2 動臂舉升機構(gòu)的確定 7 2.2.3 連桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的確定 7 2.3 工作裝置自由度的計算 8 第3章 鏟斗的設(shè)計與計算 10 3.1 鏟斗結(jié)構(gòu)形式的確定 10 3.2 鏟斗卸載方式的確定 11 3.3 鏟斗斷面形狀和基本參數(shù)確定 12 3.4 斗容的設(shè)計與計算 14 第4章 反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)的設(shè)計與計算 16 4.1 反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)的分析 16 4.2 尺寸參數(shù)設(shè)計與計算 17 4.3 連桿系統(tǒng)運動分析 22 4.4 連桿機構(gòu)的靜力學(xué)分析及強度校核 26 4.4.1 連桿機構(gòu)的靜力學(xué)分析 26 4.4.2 連桿機構(gòu)的強度校核 30 第5章 液壓缸的設(shè)計與計算 32 5.1 液壓缸類型和結(jié)構(gòu)的確定 32 5.2 液壓缸基本參數(shù)設(shè)計 32 結(jié)論 35 致謝 36 參考文獻(xiàn) 37 I 第1章 緒論 1.1 裝載機工作原理概述 裝載機是以輪胎式或履帶式拖拉機為基礎(chǔ)車，安裝上鏟斗作為工作裝置的一種土方工程機械。它是一種作業(yè)效率高、操作輕便、用途廣泛的施工機械，它不僅用來對松散的堆積物料進(jìn)行裝、運、卸等作業(yè)，還可以鏟裝爆破后的礦石以及對硬土進(jìn)行輕度挖掘，并能用來進(jìn)行清理、刮平場地及牽引等作業(yè)。 裝載機的鏟掘和裝卸物料是通過工作裝置的運動而得以實現(xiàn)的，裝載機工作裝置由鏟斗、動臂、連桿、搖臂和轉(zhuǎn)斗油缸、動臂油缸等組成。整個工作裝置鉸接在車架上。鏟斗通過連桿和搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用以裝卸物料。動臂與車架、動臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動臂的升降采用液壓操縱。而裝載機作業(yè)時工作裝置應(yīng)能保證：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖、動臂油缸舉升或降落時，連桿機構(gòu)使鏟斗上下平動或接近平動，以免鏟斗傾斜而撒落物料；當(dāng)動臂處于任何位置、鏟斗繞動臂鉸點轉(zhuǎn)動進(jìn)行卸料時，鏟斗傾斜角≥45°，卸料后動臂下降時又能使鏟斗自動放平。 1.2 裝載機的分類及概述 1、按行走裝置不同分類 按行走裝置不同可以分為輪胎式和履帶式兩種。由于國產(chǎn)履帶式裝載機多是在推土機基礎(chǔ)上形成及國內(nèi)外使用和生產(chǎn)的絕大多數(shù)是輪胎式裝載機，又因為這兩類裝載機除了行走裝置不同外，其他系統(tǒng)和構(gòu)造大體相似，所以本次設(shè)計也以裝載機為目標(biāo)。輪胎式裝載機簡稱為裝載機，它由車架、工作裝置、動力裝置、行走裝置、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等組成。 2、按使用場合不同分類 按使用場合不同可以分為露天用裝載機和井下用裝載機。鏟運機機構(gòu)簡單，國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的裝載機絕大多數(shù)是露天裝載機，井下用鏟運機是根據(jù)井下巷道的工作條件，對發(fā)動機的排污和噪音，整機高度和工作裝置以及駕駛操作系統(tǒng)的布置等提出特殊要求后，在露天使用的裝載機基礎(chǔ)上變形設(shè)計而成。 3、按傳動形式不同分類 按傳動形式不同可以分為：機械傳動、液力機械傳動、液壓傳動和電傳動四種。 （1）機械傳動 在國內(nèi)僅用于斗容量為0.5m3以下的裝載機，它一般直接采用汽車或拖拉機的傳動裝置，即離合器和變速器。具有成本低、傳動效率高、可拖動、維修方便等優(yōu)點。主要缺點是操縱復(fù)雜而且費力，離合器和變速箱壽命較低。 （2）液力機械傳動 它是裝載機的主要傳動形式。這是因為液力機械傳動取消了機械傳動中的離合器而換用液力變矩器，取消了人力換擋變速箱而換用了動力換擋變速箱。這樣變矩器能吸收在作業(yè)時候傳給傳動系統(tǒng)的沖擊和震動，故能平穩(wěn)的插入料堆，并可以隨外界載荷變化自動調(diào)速，不會因超載而使發(fā)動機熄火，而且可以在不停車狀態(tài)下進(jìn)行換擋，操作輕便，工作可靠性高。主要缺點是功率損失較大，傳動效率較低，成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜維修不便。大中型裝載機都采用液力機械傳動。 我國液力機械傳動裝載機的生產(chǎn)已經(jīng)形成一個系列，定型生產(chǎn)斗容量為0.5~3.5m3的裝載機，其額定載重量為1~7t。即ZL10型、ZL15型、ZL20型、ZL25型、ZL30型、ZL40型、ZL45型、ZL50型、ZL0型、ZL160型等10余種機型，20余個變型產(chǎn)品。 （3）液壓傳動 用柴油機帶動液壓泵產(chǎn)生高壓油，并通過控制系統(tǒng)和油管帶動液壓馬達(dá)使車輪轉(zhuǎn)動。這種傳動方式省去了一系列的傳動零件，簡化了傳動系統(tǒng)，使整機質(zhì)量減輕，并可以在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，使傳動更加平穩(wěn)，但它的啟動性差，性能良好的液壓元件昂貴，壽命也較低，故在裝載機中的使用受到限制，目前只用在小型裝載機上。但隨著液壓技術(shù)的發(fā)展液壓元件質(zhì)量不斷提高和成本不斷降低，液壓傳動將會越來越多的在中小型裝載機上使用。 （4）電傳動 由柴油機驅(qū)動交流發(fā)電機發(fā)電，以此來驅(qū)動裝在車輪上的直流電動機，然后通過輪邊減速帶動車輪轉(zhuǎn)動，這樣也省去了一系列傳動零件，可實現(xiàn)無級調(diào)速。這種傳動檢查方便，維修簡單，工作可靠。缺點是電機設(shè)備質(zhì)量較大，費用高，目前只在大型裝載機上使用這種傳動方式。 4、按裝載方式不同分類 按裝載方式不同可以分為前卸式、后卸式、側(cè)卸式和回轉(zhuǎn)式。裝載機基本上都是前卸式。 5、按轉(zhuǎn)向方式不同分類 按轉(zhuǎn)向方式不同可以分為整體式和鉸接式。前者利用偏轉(zhuǎn)后輪或前輪轉(zhuǎn)向，或者同時偏轉(zhuǎn)前后輪，后者采用鉸接車架，利用前后車架之間的相對偏轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。國產(chǎn)ZL系列裝載機大多數(shù)采用鉸接式結(jié)構(gòu)。 本次設(shè)計的裝置機，其型號為ZL60型，圖1-1為ZL60型裝載機外形圖。 圖1-1 ZL60型裝載機外形圖 1.3 國內(nèi)外裝載機的研究現(xiàn)狀 1.3.1 國內(nèi)裝載機的研究現(xiàn)狀 我國裝載機行業(yè)起步于50年代末。1958年，上海港口機械廠首先測繪并試制了67KW、斗容量為1m3的裝載機。這是我國自己制造的第一臺裝載機。該機采用單橋驅(qū)動、滑動齒輪變速。1964年，天津工程機械研究所和廈門工程機械廠測繪并試制了功率為100.57KW斗容量為1.7m3的Z435型裝載機。1962年國外出現(xiàn)鉸接式裝載機后，天津工程機械化研究所與天津交通局于1965年聯(lián)合設(shè)計了Z425型鉸接式裝載機。柳州工程機械廠和天津工程機械研究所合作，在參考國外樣機的基礎(chǔ)上，于1970年設(shè)計試制了功率為163.9KW、斗容量為3m3的ZL50型裝載機。該機采用雙渦輪變矩器、動力換擋行星變速箱的液力機械傳動方式，Z形連桿機構(gòu)的工作裝置及鉸接轉(zhuǎn)抽，并自行設(shè)計了“三合一”的機構(gòu)，以解決液力機械化傳動式裝載機的拖啟動、熄火轉(zhuǎn)向及排氣制動問題。 “十五”期間，輪式裝載機行業(yè)出現(xiàn)了井噴式的發(fā)展，2001-2004年裝載機銷量增長率平均為46.98%，大大超過前25年的均值17.86%；2006年中國裝載機26家主要企業(yè)共銷售119895臺，同比增長13.3%，占據(jù)世界裝載機的大半壁江山。中國市場大幅增長，已發(fā)展為世界上最大的市場。國內(nèi)各生產(chǎn)廠家所在地更加認(rèn)識到裝載機這一產(chǎn)品的巨大市場和效益，紛紛將其列為支柱產(chǎn)業(yè)加以扶持并在政策上給予優(yōu)惠，像福建龍巖、山東蒙嶺等一批新成員的加盟，發(fā)展勢頭迅猛，競爭更加激烈。國際一流公司小松、利渤海爾、沃爾沃、卡特彼勒等在國內(nèi)成立合資或獨資公司后，更加劇了國內(nèi)裝載機市場的競爭。 我國小型裝載機制造業(yè)當(dāng)前正處于發(fā)展時期，有一定的盈利空間，小裝技術(shù)水平低、結(jié)構(gòu)簡單、零配件充足齊全，進(jìn)入門檻低。因此目前仍有大批企業(yè)進(jìn)入小裝行業(yè)，在這種情況下，盡管市場“突飛猛進(jìn)”，但產(chǎn)能增長更快，因此今后的市場競爭必然殘酷而激烈，低水平的價格戰(zhàn)也在所難免。另外，我國小型裝載機還有很多需要改進(jìn)的地方，如：傳動系統(tǒng)技術(shù)水平太低，司機勞動強度大，能耗高、作業(yè)效率低，與國家提倡的節(jié)能降耗、安全環(huán)保等不一致；在傳動方面應(yīng)該向雙變或全液壓方向發(fā)展；當(dāng)前廣泛采用的單缸柴油機功率偏小，噪聲、振動、能耗都偏大；從發(fā)展的角度看，在成本增加不大的情況下，應(yīng)盡量采用雙缸或4缸柴油機；同時在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面最好采用優(yōu)先全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，變速操縱應(yīng)由機械換擋變?yōu)橐簤簞恿Q擋等。我想這些都是今后小裝技術(shù)發(fā)展的方向。 1.3.2 國外裝載機的研究現(xiàn)狀 國外輪式裝載機最早出現(xiàn)在第二次工業(yè)革命時期，其發(fā)展到今天，無論是技術(shù)、設(shè)計、制造還是銷售、服務(wù)等都已經(jīng)非常成熟。國外輪式裝載機著名的生產(chǎn)廠家有卡特彼勒、山貓等。2000年在中國市場真正搞活以前，輪式裝載機全球需求量約為74500臺。其中，中國(32%)是最大的地區(qū)市場，其后依次是歐洲(30%)、北美洲(20%)和日本(12%)。到2005年，市場環(huán)境急劇變化：全球需求量幾乎增長一倍，達(dá)14.2萬臺，中國市場大幅增長為世界上最大的市場。歐洲和北美洲彼此的市場規(guī)模非常相近，但其市場構(gòu)成卻存在根本差別：在歐洲低于59.7kW(80hp)的小型機械更受偏愛。這類產(chǎn)品占該地區(qū)需求量的40%，與之相比在北美洲只占12%。英國工程機械咨詢有限公司估計約有20家國際輪式裝載機制造商年產(chǎn)量超過500臺，合計年產(chǎn)約為6萬臺。2005年卡特彼勒、小松、沃爾沃、CNH和迪爾的總產(chǎn)量占該年總產(chǎn)量的75%，而10年前5大制造商只占54%，目前這5大制造商在國際市場中所占份額的總和仍在增加。因此，國際市場掌握在少數(shù)制造商的手里。國外輪式裝載機一方面往大型化發(fā)展，如：卡特彼勒公司90年代初推出Cat966F輪式裝載機，時隔1年又推出Cat980F輪式裝載機，它增加了斗容和功率，改善了性能、提高了可靠性。不久又推出更大的Cat994輪式裝載機，根據(jù)物料體積質(zhì)量不同而選配18-30m3的鏟斗、機重170t；德雷塞公司90年代初推出4000型輪式裝載機，斗容10-30m3、機重151.8t。目前，全世界約有400臺大型輪式裝載機應(yīng)用在露天礦山和建筑工程，與大型自卸汽車配套使用。另一方面，小型輪式裝載機以機動靈活、效率高、多功能和價格低廉贏得市場，發(fā)展甚快。如：日本古河公司生產(chǎn)的FL30-1型輪式裝載機斗容0.34m3、機重2.3t；小松公司的WA30-l型斗容0.34m3、柴油機功率20kw；豐田織機公司的斗容0.17m3、機重1t等。 5 第2章 總體方案的設(shè)計與確定 2.1 技術(shù)參數(shù)的確定 本次設(shè)計的裝載機其工作裝置為反轉(zhuǎn)六連桿機構(gòu)。ZL60裝載機工作裝置設(shè)計的技術(shù)參數(shù)如下： 1、額定斗容：3m3 2、額定載重量：60KN 3、整機質(zhì)量：163KN 4、輪距：2240mm 5、軸距：2760mm 6、輪胎規(guī)格：23.5—25 7、最大卸載高度：2950mm 8、最小卸載距離：1250mm 2.2 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置 2.2.1 鏟斗托架結(jié)構(gòu)形式的確定 本次設(shè)計的裝載機工作裝置采用無鏟斗托架結(jié)構(gòu)形式，如下圖2-1所示。它由運動相互獨立的兩部分組成：連桿機構(gòu)和動臂舉升機構(gòu)，主要由鏟斗、動臂、連桿、上下?lián)u臂、轉(zhuǎn)斗油缸、動臂舉升油缸、托架、液壓系統(tǒng)等組成。 圖2-1 無鏟斗托架式 1、鏟斗 2、動臂 3、連桿 4、下?lián)u臂 5、上搖臂 6、轉(zhuǎn)斗缸 7、動臂舉升油缸 8、前車架 9、鏟斗托架 其動臂下鉸接點與鏟斗鉸接，上鉸接點與前車架支座鉸接；轉(zhuǎn)斗缸一端與前車架鉸接，另一端與上搖臂鉸接；連桿一端與搖臂鉸接，另一端與鏟斗鉸接；搖臂鉸接在動臂上。 2.2.2 動臂舉升機構(gòu)的確定 本次設(shè)計的動臂舉升機構(gòu)采用液壓缸。動臂舉升缸一般采用立式或臥式布置形式，常見有兩種連接方式：1、油缸頂端與前車架鉸接（圖2-2）；2、油缸中部通過銷軸與前車架鉸接（圖2-3）。鏟斗是裝載物料的容器，通常具有兩個鉸接點，一個與動臂下鉸接點鉸接，另一個與連桿鉸接。操縱轉(zhuǎn)斗缸實現(xiàn)鏟斗的裝載或卸料；操縱舉升油缸實現(xiàn)動臂和鏟斗升降運動。 圖2-2 立式布置形式 圖2-3 臥式布置形式 參考同類型產(chǎn)品，結(jié)合任務(wù)書，本次設(shè)計的動臂舉升機構(gòu)其液壓缸布置形式采用立式。 2.2.3 連桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的確定 由裝載機工作裝置的自由度分析可知，工作裝置的連桿機構(gòu)均為封閉運動鏈的單自由度的平面低副運動機構(gòu)，其桿件數(shù)目應(yīng)為4、6、8等。本次設(shè)計的連桿機構(gòu)其結(jié)構(gòu)形式選擇反轉(zhuǎn)六連桿機構(gòu)。具體機構(gòu)如下圖2-4 圖2-4 反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)簡圖 本次選擇的反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)，其轉(zhuǎn)斗缸采用后置式，將轉(zhuǎn)斗缸布置在動臂上面，轉(zhuǎn)斗缸小腔作用時進(jìn)行鏟掘。這種機構(gòu)又稱為“Z”形連桿機構(gòu)。該機構(gòu)具有以下優(yōu)點： 1、鏟斗插入時轉(zhuǎn)斗缸大腔進(jìn)油，并且連桿機構(gòu)的傳力比可以設(shè)計成較大值，故可獲得較大的掘起力； 2、合理設(shè)計連桿機構(gòu)各構(gòu)件的尺寸，不僅可以得到良好的鏟斗平移性能，而且可以實現(xiàn)鏟斗的自動放平； 3、結(jié)構(gòu)十分緊湊，前懸小，司機視野好。 2.3 工作裝置自由度的計算 由于組成裝載機工作裝置的各構(gòu)件是通過銷軸連接的，各個銷軸互相平行；加上，其結(jié)構(gòu)又是縱向?qū)ΨQ。因此，在進(jìn)行裝載機工作裝置的運動學(xué)分析時，可將其簡化為帶液壓缸的平面低副多桿機構(gòu)，不計各桿件的自重，并假設(shè)各鉸接點的摩擦力為零。 反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)工作裝置的桿系結(jié)構(gòu)簡圖如下圖2-5所示。圖中，UG為動臂位置角；即動臂上、下鉸接點的連線與垂直線的夾角，以繞動臂上鉸接點逆時針方向為正，反之為負(fù)；U為鏟斗位置角，即鏟斗斗底與水平線正向的夾角為正，反之為負(fù)。 圖2-5 反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)工作裝置的桿系結(jié)構(gòu)簡圖 對于反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)的工作裝置，由舉升機構(gòu)GHI、油缸四連桿機構(gòu)DEFG和鏟斗四連桿機構(gòu)ABCD等組成。其中，活動桿件數(shù)n=8，低副數(shù)11，高副數(shù)0。這樣，由平面機構(gòu)自由度的計算公式可得，反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)工作裝置的自由度 2 當(dāng)轉(zhuǎn)斗缸閉鎖時，動臂在舉升缸的作用下舉升或下降鏟斗，此時該工作裝置的自由度為1，舉升缸為原動件；當(dāng)舉升缸閉鎖，動臂處于某一特定作業(yè)位置不動時，在轉(zhuǎn)斗缸的作用下，通過一平面六桿機構(gòu)使鏟斗繞其鉸點轉(zhuǎn)動，此時該工作裝置的自由度也是為1，轉(zhuǎn)斗缸為原動件。 39 第3章 鏟斗的設(shè)計與計算 3.1 鏟斗結(jié)構(gòu)形式的確定 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。在斗容量相同的情況下，前者開口尺寸較大，斗底深度較小，即斗前壁較短，后者正好相反。 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。而深底鏟斗則恰恰相反。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。 本次設(shè)計的斗體采用低碳、耐磨、高強度鋼板焊接制成。 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。前者形式簡單，有利于鏟平地面，但鏟裝阻力較大。后者有V形和弧形等。本次設(shè)計選用直線型。 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。 3、斗齒 鏟斗斗刃上可以有斗齒，也可以沒有斗齒。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。 斗齒結(jié)構(gòu)分為整體式和分體式兩種，一般斗齒是用高錳鋼制成的整體式，用螺栓固定在鏟斗斗刃上，中小型裝載機多采用這種形式。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3-1所示。 圖3-1雙段斗齒 1、齒尖；2、齒坐；3、鋼銷 這種斗齒的齒尖與齒坐的配合面為錐面，兩者配合情況良好。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。由于拆卸方便，齒尖一邊磨損后可以翻轉(zhuǎn)再使用，從而延長使用壽命。大型裝載機由于作業(yè)條件差、斗齒磨損嚴(yán)重，故采用這種分體式斗齒。 斗齒的形狀和間距對切削阻力是有影響的。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。長而窄的齒要比段而寬的齒插入阻力小，但太窄又容易損壞，所以齒寬以每厘米長載荷不大于500~600kg為宜。 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。為了不使斗容減小太多，一般可將連接前后斗壁的側(cè)壁刃口設(shè)計成弧形。 5、斗底 斗前壁與斗后壁用圓弧銜接，構(gòu)成弧形斗底。為了使物料在斗中有很好的流動性，斗底圓弧半徑不宜太小，前后壁夾角不應(yīng)小于物料與鋼板的摩擦角的2倍，以免卡住大塊物料。若取物料與鋼板的摩擦因數(shù)f=0.4，則摩擦角φ≈22°，所以張開角必須大于44°。 3.2 鏟斗卸載方式的確定 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。 1、整體前卸式鏟斗 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，有效裝載容積大，但需要有較大的卸載角才能將物料卸凈。通常情況下，絕大多數(shù)前端式這裝載機都是用這種鏟斗。 2、側(cè)卸式鏟斗 沒有側(cè)板，插入阻力小，裝載效率高，特別是在裝載機用于填溝或在狹窄場地往側(cè)旁的運輸設(shè)備進(jìn)行裝載作業(yè)時，其優(yōu)點就更加顯著了。 3、推卸式鏟斗 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。與整體前卸式鏟斗相比，推卸式鏟斗的結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些，且需要用動力推卸，但具有以上的一些優(yōu)點，在地下作業(yè)時多被采用。 4、底卸式鏟斗 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)復(fù)雜。 考慮到成本和產(chǎn)品的實用性，以及在工作中遇到的情況，本次的設(shè)計所采用的是整體前卸式的鏟斗卸載方式。 3.3 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四個參數(shù)確定，如圖3-2所示。 圖3-2鏟斗斷面基本參數(shù)圖 圓弧半徑r越大，物料進(jìn)入鏟斗的流動性越好，有利于較少物料裝入斗內(nèi)的阻力，卸料快而干凈。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。 后壁高h(yuǎn)是指鏟斗上緣至圓弧與后壁切點間的距離。 底壁長l是指斗底壁的直線段長度。 鏟斗張開角γ為鏟斗后壁與底壁之間的夾角，一般取45°到52°之間。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。 鏟斗的寬度應(yīng)大于裝載機兩個前輪外側(cè)間的寬度，每側(cè)要寬出50~100mm。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。 通過以上介紹，結(jié)合從現(xiàn)場采集來的大概參數(shù)，本次設(shè)計的具體參數(shù)初定如下： 鏟斗圓弧半徑r：350mm；底壁長l：700mm；后壁高h(yuǎn)：400mm；張開角γ：48° 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。 設(shè)計時，把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R，如圖3-3所示，作為基本參數(shù)，鏟斗的其他參數(shù)作為R的函數(shù)。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)。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R可按下式計算。 圖3-3鏟斗尺寸參考 （m） 式中鏟斗平裝斗容，2.5m3 -鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，2.840m -鏟斗斗底長度系數(shù)，=1.40~1.53 -后壁長度系數(shù)，=1.1~1.2 -擋板高度系數(shù)，=0.12~0.14 -圓弧半徑系數(shù)， -張開角，為45°~52° -擋板與后壁間的夾角（無擋板取0） 圖3-3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，=1.5，=1.1，=0.12 即可確定鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R，通過計算得出1140mm 即可得出=1.5×1140=1710mm =1.1×1140=1254mm =0.12×1140=136.8mm 一般取鏟斗側(cè)壁切削刃相對斗底壁的傾角=50°~60°。鏟斗與動臂鉸接點距離斗底壁的高度=（0.06~0.12）R。 3.4 斗容的設(shè)計與計算 鏟斗的斗容量可以根據(jù)鏟斗的幾何尺寸確定。 圖3-4 裝載機斗容計算圖 1、幾何斗容(平裝斗容) 鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定：= () 對于裝有擋板的鏟斗： 根據(jù)有關(guān)計算有 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)。 裝有擋板的鏟斗幾何斗容 2、額定斗容(堆裝斗容) 鏟斗堆裝的額定斗容是指斗內(nèi)堆裝物料的四邊坡度均為1：2，此時額定斗容可按下式確定。 式中：c—物料堆積高度(米)。 物料堆積高度c可由作圖法確定(圖3—4)：根據(jù)科堆坡度角可得料堆尖端點肘，再由d4點作直線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，此交點與料堆尖端之間的距離，即為物料堆積高度G。 鏟斗堆裝的額定斗容 鏟斗斗容的誤差率，所以鏟斗的設(shè)計合格。 第4章 反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)的設(shè)計與計算 4.1 反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)的分析 反轉(zhuǎn)六桿工作機構(gòu)簡圖如圖4-1，由轉(zhuǎn)斗機構(gòu)和動臂舉升機構(gòu)兩個部分組成。 轉(zhuǎn)斗機構(gòu)由轉(zhuǎn)斗油缸CD、搖臂CBE、連桿FE、鏟斗GF、動臂GBA和機架AD六個構(gòu)件組成。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。當(dāng)舉升動臂時，若假定動臂為固定桿，則可把機架AD視為輸入桿，把鏟斗GF看成輸出桿，由于AD和GF轉(zhuǎn)向相反，所以叫反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)。 舉升機構(gòu)主要由動臂舉升油缸HM和動臂GBA構(gòu)成。 若把油缸分解成兩個活動構(gòu)件和一個移動副，則反轉(zhuǎn)六桿工作機構(gòu)的活動構(gòu)件數(shù)n=8，運動低副數(shù)PL=11，由自由度公式F=3n-2PL，得到自由度為2。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。 當(dāng)舉升油缸閉鎖時，啟動轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞G點作定軸轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，舉升油缸動作時，鏟斗將作復(fù)合運動，即一邊隨動臂對A點作牽連運動，同時又相對動臂繞G點作相對轉(zhuǎn)動。其材料為低碳、耐磨、高強度鋼。 圖4-1反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)簡圖 I-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 4.2 尺寸參數(shù)設(shè)計與計算 因為圖解法比較直觀，易于掌握，故采用圖解法設(shè)計，它通過在坐標(biāo)圖上確定鏟裝工況（圖4-1）時工作裝置的9個鉸接點的位置來實現(xiàn)。 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(biāo)系 如圖4-2所示，先選取坐標(biāo)系并確定尺寸比例1：40。 （2）畫鏟斗圖 把設(shè)計好的鏟斗橫截面外廓按比例在坐標(biāo)系xOy中畫出，斗尖對準(zhǔn)坐標(biāo)原點O，斗前壁與x軸呈3°~5°的前傾角。此為鏟斗插入料堆時位置，即插入工況。 圖4-2 動臂上三鉸接點設(shè)計 （3）確定動臂與鏟斗的鉸接點G 由于G點的x坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗掘起力就越大，所以G點靠近O點是有利的，但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減小；而G點的y坐標(biāo)值增大時，鏟斗在料堆中的鏟取面積增大，裝的物料多，但這樣縮小了G點與連桿鏟斗鉸接點F的距離，使得掘起力下降。 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際狀況，在保證G點y軸坐標(biāo)值yG=250~350mm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點初步定下來。初定G點坐標(biāo)為（1130，260）。 （4）確定動臂與機架的鉸接點A 1）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。 2）把已選定的輪胎外廓畫在指標(biāo)圖上（輪胎外廓直徑約為1600mm）。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(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑Rk600mm。 式中Z點的y坐標(biāo)值，mm；輪輞直徑，mm；輪胎寬度，mm 輪胎斷面高度與寬度之比（普通輪胎取1，寬面輪胎去0.83，超寬面輪胎取0.64） 輪胎變形系數(shù)（普通輪胎為0.1~0.16，寬面輪胎取0.05~0.1） 3）根據(jù)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，如圖4-2所示。 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。 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。 A點在平分線的位置應(yīng)盡可能低一些，以提高整機工作的穩(wěn)定性，減小機器高度，改善司機視野。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。最終定下A點的坐標(biāo)為（3230，2110）。 A點位置的變化，可借挪動點和輪胎中心Z點的位置來進(jìn)行。 （5）確定動臂與搖臂的鉸接點B B點的位置是一個十分關(guān)鍵的參數(shù)。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。如圖4-2所示，根據(jù)分析和經(jīng)驗，一般取B點在AG連線的上方，過A點的水平線下方，并在AG的垂直平分線左側(cè)盡量靠近鏟裝工況時的鏟斗處。相對前輪胎，B點在其外廓的左上部。本次設(shè)計所確定B點坐標(biāo)為（1680，1565）。在CATIA中顯示如圖4-3所示。 圖4-3動臂鉸接點A的確定 2、連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點F、E的確定 因為G、B兩點已被確定，所以再確定F點和E點實際上是為了最終確定與鏟斗相連的四桿機構(gòu)GFEB的尺寸，如圖4-4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。 （1）按雙搖桿條件設(shè)計四桿機構(gòu) 令GF桿為最短桿，BG為最長桿，即有GF+BG>FE+BE 如圖4-4所示，若令GF=a，F(xiàn)E=b，BE=c，BG=d，并將不等號兩邊同時除以d，整理后得到下式，即 由G（1130，260）、B（1680，1565）點的坐標(biāo)得到d=1415mm ，選取K=0.950，得到a=0.3d=425，c=0.58d=830，得到b=948。 圖4-4 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： 1）E點不可與前橋相碰，并有足夠的最小離地高度； 2）插入工況，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170°，即傳動角不能小于10°，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10°。 如圖4-5所示，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。 圖4-5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(biāo)值。 3、轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機架的鉸接點C和D點的確定 在圖4-4中，如果確定了C點和D點，就最后確定了與機架連接的四桿機構(gòu)BCDA的尺寸。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。 （1）確定C點 從力傳遞效果出發(fā)，顯然使搖臂BC段長一些有利，那樣可以增大轉(zhuǎn)斗油缸作用力臂，使掘起力相應(yīng)增加。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。因此初步設(shè)計時，一般取 C點一般取在B點左上方，BC與BE夾角可取∠CBE=130°~180°，并注意使插入工況時搖臂BC與轉(zhuǎn)斗油缸CD趨近垂直；C點運動不得與鏟斗干涉，其高度不能影響司機視野。 通過本次設(shè)計的基本要求，在這里確定BC=0.72BE=600mm，同時BC與BE夾角取值∠CBE=154°。 （2）確定D點 轉(zhuǎn)斗油缸與機架的鉸接點D，是根據(jù)鏟斗由鏟裝工況舉升到最高位置工況過程為平動和由高位卸載工況下降到插入工況時能自動放平這兩大要求來確定的。 如圖4-4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C1、C2、C3、C4也就唯一被確定。 因為鏟斗由工況II舉升到工況III或由工況IV下放到工況I的運動過程中，轉(zhuǎn)斗油缸的長度分別保持不變，所以D點必為C2點和C3點連線的垂直平分線與C1和C4點連線的垂直平分線的交點。 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。D點的固定坐標(biāo)值為（3000，1850）。 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。綜合考慮這些因素，所以動臂舉升油缸都布置在前橋與前后車架的鉸接點之間的狹窄空間里。 得到本次設(shè)計中ZL60裝載機的各個工況如下： 圖4-6 I插入工況 圖4-7 II鏟裝工況 圖4-8 III最高位置工況 圖4-9 IV高位卸載工況 圖4-10 V低位卸載工況 4.3 連桿系統(tǒng)運動分析 1、鏟斗對地位置角 圖4-11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。因為G點和F點同為一個鏟斗上的兩點，所以鏟斗在坐標(biāo)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(fù)合運動，所以可用運動合成的方法求得。 圖4-11鏟斗位置角計算 在圖4-11中，取運輸工況為工作裝置連桿機構(gòu)運動的初始位置，令為與地面固連的直角坐標(biāo)系，x軸與地面平行，并在動臂上G點（動臂與鏟斗鉸接點）處建立一個隨動臂一起運動的動坐標(biāo)系，則動臂被舉升時的鏟斗各瞬時對地位置角，可用下式計算： 式中GF桿與動坐標(biāo)系軸的夾角（方向角） 動臂ABG舉升時，在固定坐標(biāo)系xOy中轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角 在動坐標(biāo)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，鏟斗GF桿的方向角為因變量的函數(shù)方程式。 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 將式中各向量分別向軸和軸投影，則得到下列方程 式中、、、分別為各邊向量對軸的方向角。 將上等號兩邊平方后，使兩方程相加，并令 和 則從式中消去了，并將其變換成下列三角方程 乘以，并設(shè)，則可化為 或 同理，在向量四邊形GFEB中，有BE－FE－GF+GB=0 令 和得三角方程 其解為 通過公式計算和實際設(shè)計尺寸情況，可得到在各個工況的對地位置角分別為： 插入工況：105°；鏟裝工況：50°；最高位置工況：57°；高位卸載工況：131°。 因為在運動過程中，鏟斗的對地位置角是不斷變化的，在此只針對以上四種特殊情況的位置角代入了計算。 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(jìn)行高位卸載。太大時，將增加卸載沖擊，損壞運輸車輛；過大，雖然有利于裝車，但加大了工作機構(gòu)前懸，降低了整機穩(wěn)定性。 高位卸載時，鏟斗與動臂鉸接點的坐標(biāo)為 式中x1，x2工況II時G點的x和y坐標(biāo)值（1130，260） 工況II時動臂對x軸的方向角40° 動臂與鏟斗鉸接點分別在G點和點之間的距離 =3291（3-24） 即得到點的坐標(biāo)為（985，3487） 若要滿足和要求，必須有下列各式成立 式中OG鏟斗尖O點至G點距離1141mm 前輪軸心的x坐標(biāo)值2873mm 輪胎工作半徑600mm 工況IV時OG對x軸的方向角，可用下式計算 =58° 所以=4487－1141×sin58°=3190mm≥hmax（2950）滿足要求 =2873―600―1085+1141cos58° =1300mm≥lmin（1250）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45°。對反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)進(jìn)行分析可知，由于工況II時轉(zhuǎn)斗油缸最長，而低位卸載時轉(zhuǎn)斗油缸長度最短，所以，若工況II和工況III時的鏟斗的卸載角都不小于45°，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(jìn)行計算分析即可。 高位卸載角為：=131－105+5=31°（3-28） 4.4 連桿機構(gòu)的靜力學(xué)分析及強度校核 4.4.1 連桿機構(gòu)的靜力學(xué)分析 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(rèn)為鏟斗斗刃只受水平插入阻力的作用。 2、鏟斗水平插入料堆，翻轉(zhuǎn)鏟斗或舉升動臂鏟取物料時，認(rèn)為鏟斗斗齒只受垂直掘起阻力的作用。 3、鏟斗邊插入邊收斗或邊插入邊舉臂進(jìn)行鏟掘時，認(rèn)為鏟斗斗齒受水平插入阻力與垂直掘起阻力的同時作用。 如果將對稱載荷和偏載情況分別與上述三種典型受力工況相組合，就可得到鏟斗六種典型的受力作用工況，如圖4-12所示。 圖4-12工作裝置外載荷工況 1、外載荷計算 裝載機的工作阻力是多種阻力的合力。由于物料性質(zhì)和工作機構(gòu)工作方式的不同，工作阻力有不同的計算方法，一般工作阻力通常分別按插入阻力、掘起阻力和轉(zhuǎn)斗阻力矩進(jìn)行計算。 （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。插入阻力由鏟斗前切削刃和兩側(cè)斗壁的切削刃的阻力，鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力，鏟斗底外表面和物料的摩擦阻力組成。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)。計算上述阻力比較困難，一般按照下面經(jīng)驗公式來確定：（N） 式中K1物料塊度與松散程度系數(shù) K2物料性質(zhì)系數(shù)，見附錄表3-2 K3料堆高度系數(shù)，見附錄表3-3 K4鏟斗形狀系數(shù)，一般在1.1~1.8之間，取1.3 B鏟斗寬度，290cm L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） （2）掘起阻力 掘起阻力就是指鏟斗插入料堆一定深度后，舉升動臂時物料對鏟斗的反作用力。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)。掘起阻力主要是剪切阻力。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。 鏟斗開始舉升時物料的剪切力按下式計算（N） 式中K開始舉升鏟斗時物料的剪切應(yīng)力，它通過試驗測定，對于塊度為0.1~0.3m的松散花崗巖，剪切應(yīng)力的平均值取K=35000Pa B鏟斗寬度，mLc鏟斗插入料堆的深度，m得F=2.2×35000×2.9×0.4=89320（N） （3）轉(zhuǎn)斗阻力矩 當(dāng)鏟斗插入料堆一定深度后，用轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗向后翻轉(zhuǎn)時，料堆對鏟斗的反作用力矩稱為轉(zhuǎn)斗阻力矩。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4-13），一直到鏟斗前切削刃離開料堆坡面線為止。開始鏟取時（a=0）的靜阻力矩為 式中Fx開始轉(zhuǎn)斗時的插入阻力，18397N x鏟斗回轉(zhuǎn)中心與斗刃的水平距離，1.13m y鏟斗回轉(zhuǎn)中心與地面的垂直距離，0.26m L鏟斗的插入深度，0.4m 得到 =1.1×18397×[0.4×（1.13－0.25×0.4）+0.26]=13599（N·m） 圖4-13 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。當(dāng)鏟斗回轉(zhuǎn)a角后，其轉(zhuǎn)斗阻力矩 式中， 鏟斗離開料堆時的翻轉(zhuǎn)角度 鏟斗離開料堆時，由物料重力產(chǎn)生的阻力矩，N·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。因此，開始轉(zhuǎn)斗的阻力矩為 式中轉(zhuǎn)斗阻力矩，N·m 開始轉(zhuǎn)斗靜阻力矩，13599N·m 裝載機額定載重量重力，49000N 鏟斗自重力，13470N 鏟斗中心至回轉(zhuǎn)中心B的水平距離（圖4-13），0.5m 得到=13599+（49000+13470）×0.5=44834（N·m） 圖4-14 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4-14） （N）式中鏟斗回轉(zhuǎn)中心至的作用線的垂直距離，0.430m 得到=44834/0.43=104265（N） 4.4.2 連桿機構(gòu)的強度校核 搖臂強度校核，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。為簡化計算，將搖臂主軸線分成CB、BE折線段，見圖4-15，求出每段的內(nèi)力值。 圖4-15 搖臂內(nèi)力計算 由式3-34可得Fc=104265N，取單邊側(cè)板為研究對象，得到N 由，得到，=72116N 彎矩=43269N·m 在對稱水平載荷作用下，由內(nèi)力得出內(nèi)力圖（圖4-16） 圖4-16 對稱載荷引起的搖臂內(nèi)力圖 然后對危險斷面強度校核。對于危險斷面1-1，在此斷面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力，以其合成應(yīng)力所表示的強度條件為 ，=0.0063m2 得到：20000000Pa，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(cè)臂斷面1-1處的鋼板厚度；d斷面1-1處鉸接銷直徑 第5章 液壓缸的設(shè)計與計算 5.1 液壓缸類型和結(jié)構(gòu)的確定 為了實現(xiàn)增壓目的，本裝置選用增壓液壓缸。增壓液壓缸工作原理如圖5-1所示。當(dāng)?shù)蛪簽镻1的液體推動增壓桿的大活塞D時，大活塞推動與其連成一體的小活塞d輸出壓力為P2的高壓液體。增壓缸的特性方程為： 式中，為增壓比，代表其增壓能力。顯然，增壓能力是在降低有效流量的基礎(chǔ)上得到的，也就是說增壓缸僅僅是增大輸出的壓力，并不能增大輸出的能量。 圖5-1 單作用液壓缸 5.2 液壓缸基本參數(shù)設(shè)計 1、液壓缸載荷力的組成和計算 液壓缸的載荷力在整個推進(jìn)過程中式變化的，計算時只需求出最大載荷力。液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞桿上的力包括工作載荷，導(dǎo)軌的摩擦力和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力。以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷。 起動加速時 穩(wěn)態(tài)運動時 減速制動時 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，由于各種缸的密封材質(zhì)和密封形成不同，密封阻力難以精確計算，一般估算為： 式中：—液壓缸的機械效率，本裝置取0.90。故。 2、液壓缸的主要參數(shù)計算 活塞桿受壓時 式中：-大腔活塞有效作用面積，m2 -小腔活塞有效作用面積，m2 -液壓缸工作腔壓力 -液壓缸回油腔壓力，即背壓 -活塞直徑 -活塞桿直徑 本裝置中取,,MPa。則可得出桿徑比約為0.3。 對無活塞桿腔，當(dāng)要求推力為時，。 對有活塞桿腔，當(dāng)要求推力為時，。 式中：-液壓缸的工作壓力，本裝置取16Mpa。 -往返速比，，本裝置取1.46。 -液壓缸的機械效率，本裝置取0.90。 缸筒的內(nèi)徑按(GB/T2348－1993)/mm中所列的液壓缸內(nèi)徑系列圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。圓整后轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸的增壓缸活塞直徑均為mm，活塞桿直徑均為mm。 3、活塞桿的最大允許行程 活塞行程，在初步確定時，主要是按實際工作需要的長度來考慮的。但這一工作行程并不一定是液壓缸的穩(wěn)定性所允許的行程。為計算行程，首先應(yīng)求出活塞桿的最大允許計算長度。由歐拉公式推導(dǎo)出： 式中：-活塞桿彎曲失穩(wěn)臨街壓縮力，N。 -活塞桿縱向壓縮力，N。 -安全系數(shù)，通常。 -材料的彈性模數(shù)。鋼材的N/mm2 -活塞桿橫截面慣性矩，mm2；圓截面 對于各種安裝導(dǎo)向條件的液壓缸計算長度 式中：-活塞桿直徑，mm。 -液壓缸末端條件系數(shù)（安裝及導(dǎo)向系數(shù)）。 根據(jù)上述公式所確定的活塞桿計算長度及（GB/T2349-1980）/mm中，第一系列所給出的活塞行程系列，確定轉(zhuǎn)斗油缸活塞行程為600mm，舉升油缸活塞缸行程為800mm。 4、最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度H。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。對一般液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求 式中：-液壓缸的最大行程。-缸筒內(nèi)徑。 本裝置中mm，mm，mm，故取mm，得到H=120。 活塞的寬度，一般取。到向套滑動面的長度A，在mm時，取。本裝置中取mm，mm。 結(jié)論 論文終于完成了，完成這篇論文的過程實際上就是對我大學(xué)所學(xué)知識的一次溫習(xí)。在完成論文的這段時間里面，有很多知識點是書本上沒有的，我要在課外資料里面進(jìn)行尋找，這樣一來，擴(kuò)展了我的知識面，針對論文里面研究的ZL60裝載機，讓我進(jìn)一步有所了解。本次設(shè)計的內(nèi)容大致可以歸納為： 1、對機械設(shè)計基礎(chǔ)、公差配合、AUTOcad、Word等辦公軟件有更深的了解和更熟練的掌握。 2、對機械設(shè)計得到進(jìn)一步了解。掌握了零部件設(shè)計的步驟和方法。 3、通過查閱資料，我學(xué)會了如何利用工具書上的公式，對主要零件進(jìn)行強度、剛度及穩(wěn)定性的校核。 4、因本次設(shè)計所有的資料都來源于圖書館和累積下來的手稿。來自網(wǎng)絡(luò)粗糙的的知識，可直接利用的卻不夠詳盡，不夠本原。 5、沒有通過分析軟件對本結(jié)構(gòu)進(jìn)行干涉、變形及穩(wěn)定性的分析，這也是本次設(shè)計的不足之處。我將通過在今后的工作中來彌補這一不足，使得設(shè)計更加完美。 本次設(shè)計雖然已經(jīng)完成，但我的課題研究仍沒結(jié)束，希望在將來的學(xué)習(xí)與工作中為機械工業(yè)設(shè)計的理學(xué)與