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滑移式裝載機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1.1 引言
近幾年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，滑移裝載機(jī)等小型工程機(jī)械市場(chǎng)逐漸升溫，為業(yè)內(nèi)人士普遍看好。小型工程機(jī)械因其綜合使用率高、回報(bào)豐厚將取代部分大中型工程機(jī)械的市場(chǎng)份額，逐漸成為市場(chǎng)的新一輪熱點(diǎn)。
鑒于國(guó)內(nèi)和國(guó)外的滑移式裝載機(jī)在結(jié)構(gòu)形式和性能等方面的差距以及國(guó)外滑移式裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)放方面的缺陷，本文將對(duì)滑移式裝載機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及液壓油缸等進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，使其在結(jié)構(gòu)方面得到優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在性能方面得到提升，提高產(chǎn)品的工作效率。
1.2 滑移裝載機(jī)簡(jiǎn)介
滑移式裝載機(jī)是一種小型多功能工程機(jī)械，利用兩側(cè)車輪線速度差而實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的輪式專用底盤，采用輪式行走機(jī)構(gòu)，全輪驅(qū)動(dòng)，滑移轉(zhuǎn)向，可與作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)快速更換或掛接各種工作裝置，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境，滿足不同的作業(yè)內(nèi)容，具體類型非常多樣化，當(dāng)需要一種機(jī)械承擔(dān)多種工作，而且還需要操作快捷時(shí)，就應(yīng)該考慮使用滑移式裝載機(jī)。
滑移式裝載機(jī)最大的特點(diǎn)是整機(jī)外形尺寸小，可實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，可在作業(yè)線程隨機(jī)快速更換或掛接各種工作裝置。
滑移式裝載機(jī)的主要用途為：城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、道路或建筑工地、廠房車間、倉(cāng)庫(kù)、碼頭、輪船甲板甚至船艙內(nèi)等狹窄場(chǎng)地的作業(yè)；在起伏不平的場(chǎng)地上進(jìn)行鏟運(yùn)、堆垛、起重、挖掘、鉆孔、破碎、抓取、推扒、松土、道路清掃和路面壓實(shí)等作業(yè)。
1.3 滑移式裝載機(jī)的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式
1.3 .1 單臂式滑移裝載機(jī)
通?；蒲b載機(jī)由于整機(jī)布置所限，動(dòng)臂提升只能采用雙動(dòng)臂結(jié)構(gòu)的形式，單臂式裝載機(jī)將原有兩側(cè)的動(dòng)臂去掉，將駕駛室固定在車體一側(cè)，在車體另一側(cè)安裝新型動(dòng)臂，這種結(jié)構(gòu)的滑移裝載機(jī)在保證原有的滑移轉(zhuǎn)向裝載機(jī)工作性能不變的額情況下 圖1 單臂式滑移裝載機(jī)
突破性的將兩側(cè)雙臂改為單側(cè)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)，急既解決了操作員必須跨越工作裝置才能進(jìn)入駕駛室內(nèi)的弊端，又簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、提高整車的穩(wěn)定性，降低了操作的安全隱患。
1.3 .2 雙臂式滑移裝載機(jī)
雙臂式滑移裝載機(jī)是常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，雙臂式滑移裝載機(jī)駕駛室具有寬敞的空間，采用雙臂進(jìn)行舉升，更容易保證工作過(guò)程中機(jī)身的穩(wěn)定，適用范圍更廣泛，承載的工作載荷更大。
圖2 雙臂式滑移裝載機(jī)
1.4 滑移裝載機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)概述
1.4.1 裝載機(jī)工作裝置作業(yè)流程
裝載機(jī)作業(yè)過(guò)程大致為：工作裝置油缸閉鎖，將鏟斗插入料堆，操縱鏟斗向后翻轉(zhuǎn)到最大后傾角停止。操縱動(dòng)臂油缸使動(dòng)臂提升到運(yùn)輸位置并保持將物料運(yùn)輸?shù)叫遁d地點(diǎn)。提升動(dòng)臂到卸載位置操縱轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗前傾到最大卸載角卸載，然后再回到裝載場(chǎng)地，進(jìn)行下一次循環(huán)。
裝運(yùn) 卸 返回
分析工況是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，理想的情況是進(jìn)行工況分析時(shí)能繪出裝載機(jī)一個(gè)工作循環(huán)重總負(fù)荷和功率變化的分析圖表。但是由于工作多變，繪制這樣的圖表往往很困難，所以一般只能分析工作循環(huán)過(guò)程中的最大負(fù)荷點(diǎn)或最大功率點(diǎn)，以這些點(diǎn)上的峰值作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。
裝載機(jī)一個(gè)作業(yè)循環(huán)各個(gè)裝置的動(dòng)作是：鏟掘、提升、保持、傾卸。
1.4.2 基本參數(shù)確定
功率：………………………………………………………………52.1KW/2500rpm
額定載重量（kg）：…………………………………………………………980kg
最大操作高度：………………………………………………………………4100mm
卸載距離： …………………………………………………………………750mm
最大卸載高度：………………………………………………………………2400mm
鏟斗容量：……………………………………………………………………0.5m3
1.4.3技術(shù)要求
1、 前翻駕駛室，后開(kāi)機(jī)罩，維修方便；
2、 良好的減震裝置，符合人機(jī)工程設(shè)計(jì)；
3、 維修點(diǎn)布置合理，維修方便；
4、 能滿足用戶多用途作業(yè)需要。
1.5 本章小結(jié)
本章通過(guò)對(duì)滑移裝載機(jī)當(dāng)前現(xiàn)狀以及現(xiàn)存結(jié)構(gòu)形式的敘述，介紹了現(xiàn)有滑移式裝載機(jī)的種類和結(jié)構(gòu)形式；大致介紹了滑移裝載機(jī)的工作裝置的工作流程；明確了本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求，對(duì)接下來(lái)的設(shè)計(jì)和計(jì)算進(jìn)行了概述。
第二章 總體方案的確定
滑移裝載機(jī)的總體設(shè)計(jì)就是根據(jù)其主要用途、作業(yè)條件、使用場(chǎng)合、生產(chǎn)情況、生產(chǎn)率要求以及技術(shù)要求和制造成本等,合理地選擇和確定機(jī)型、各總成結(jié)構(gòu)形式、性能參數(shù)及整體尺寸等,并進(jìn)行合理的布以達(dá)到預(yù)期的效果。各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)選擇是否合理,使用是否可靠、耐用,部件之間是否協(xié)調(diào)、匹配,都將影響整機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),故在做總體設(shè)計(jì)時(shí),必須多方收集資料,反復(fù)比較作出緩佳方案。
2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)
發(fā)動(dòng)機(jī)選用道依茨TD226B-4,機(jī)型成熟,性價(jià)比好。
2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)
傳動(dòng)系統(tǒng)采用加液壓閉式回路,一級(jí)鏈傳動(dòng)模式左、右個(gè)馬達(dá)可以獨(dú)立工作,通過(guò)鏈條直接驅(qū)動(dòng)左、右輪,左、右輪轉(zhuǎn)速不一致時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
2.3 工作裝置
采用四連桿工作裝,并配置調(diào)平閥,保證鏟斗提升過(guò)程中始終保持水平,配置快換裝置。裝載機(jī)作業(yè)時(shí)工作裝置應(yīng)能保證：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖、動(dòng)臂油缸舉升或降落時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗上下平動(dòng)或接近平動(dòng)，以免鏟斗傾斜而撒落物料；當(dāng)動(dòng)臂處于任何 位置、鏟斗繞動(dòng)臂鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行卸料時(shí)，鏟斗傾斜角不小于45°，卸料后動(dòng)臂下降時(shí)又能使鏟斗自動(dòng)放平。
2.4 車架
采用上下分體式車架,下車架有發(fā)動(dòng)機(jī)、行走閉式系統(tǒng)、油箱的安裝平臺(tái)上車架有散熱系統(tǒng)、工作液壓系統(tǒng)、管路工作裝置、駕駛室部件的安裝平臺(tái)。大修時(shí)可以分離車架,車架底面開(kāi)有維修口,便于發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)。
2.5 液壓系統(tǒng)
滑移主機(jī)的所有作業(yè)動(dòng)作都是通過(guò)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要在滿足各種作業(yè)工況的前提下,充分考慮使用的可靠性和技術(shù)的先進(jìn)性。液壓系統(tǒng)包括工作液壓系統(tǒng)、行走液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)。
2.6 駕駛室
前翻駕駛室，采用帶FOPS和ROPS駕駛室,配冷暖空調(diào),駕駛室內(nèi)設(shè)有儀表、指示燈,工作液壓系統(tǒng)電鎖保護(hù)、停車制動(dòng)也設(shè)在駕駛室內(nèi)部,以保證司機(jī)的正常安全工作。
2.7 本章小結(jié)
本章通過(guò)對(duì)滑移裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、工作裝置、車架、液壓系統(tǒng)、駕駛室等部分的總體設(shè)計(jì)和大致方案的描述，確定了滑移裝載機(jī)整體方案以及部分部件和工作裝置、行走裝置設(shè)計(jì)的大體路線，為下一章的設(shè)計(jì)計(jì)算建立了一個(gè)框架。
第三章 滑移裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)
3.1 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)要求
裝載機(jī)的鏟掘和裝卸物料作業(yè)是通過(guò)其工作裝置的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。裝載機(jī)工作裝置由鏟斗、動(dòng)臂、搖臂和轉(zhuǎn)斗油缸、動(dòng)臂油缸等組成。整個(gè)工作裝置鉸接在車架上。鏟斗通過(guò)連桿和搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用以裝卸物料。動(dòng)臂與車架、動(dòng)臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動(dòng)臂的升降采用液壓操縱。
裝載機(jī)作業(yè)時(shí)工作裝置應(yīng)能保證：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖、動(dòng)臂油缸舉升或降落時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗上下平動(dòng)或接近平動(dòng)，以免鏟斗傾斜而撒落物料；當(dāng)動(dòng)臂處于任何 位置、鏟斗繞動(dòng)臂鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行卸料時(shí)，鏟斗傾斜角不小于45°，卸料后動(dòng)臂下降時(shí)又能使鏟斗自動(dòng)放平。
綜合國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)型式，主要有七種類型，即按連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)不同，分為三桿式、四桿式、五桿式、六桿式和八桿式等；按輸入和輸出桿的 轉(zhuǎn)向是否相同又分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)等。
（a） 單臂桿機(jī)構(gòu) （b）正轉(zhuǎn)四連桿機(jī)構(gòu) （c）正轉(zhuǎn)五連桿機(jī)構(gòu)
（d）正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu) （e）Z型反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu) （f）正轉(zhuǎn)八連桿機(jī)構(gòu)
（g）反轉(zhuǎn)八連桿機(jī)構(gòu)
圖3 工作裝置結(jié)構(gòu)形式
3.2 工作裝置各部分設(shè)計(jì)
3.2.1 鏟斗設(shè)計(jì)
鏟斗是工作裝置的重要組成部件，工作條件惡劣，時(shí)常承受很大的沖擊載荷及劇烈的磨削，其結(jié)構(gòu)形狀及尺寸參數(shù)對(duì)插入阻力、掘起阻力和生產(chǎn)率有著很大的影響。
土方工程用裝載機(jī)鏟斗結(jié)構(gòu)，其斗體常用低碳、耐磨、高強(qiáng)度鋼板焊接制成，切削刃采用耐磨的中錳合金鋼材料，側(cè)切削刃和加強(qiáng)角板都用高強(qiáng)度耐磨鋼材料制成。
3.2.1.1 鏟斗設(shè)計(jì)要求
鏟斗設(shè)計(jì)要求滿足：1）插入和掘起阻力小，作業(yè)效率高；2）具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性；3）適應(yīng)鏟裝不同種類和重量的物料，備有不同結(jié)構(gòu)形式和斗容的鏟斗。
3.2.1.2鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇
通常鏟斗由切削刃、斗底、側(cè)壁及后斗壁組成。
鏟斗切削刃的形狀根據(jù)所鏟裝物料的不同，通常分為直線形和非直線形（V形或弧線形）兩種。
直線形切削刃結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的平地性能，適用于裝重度不超過(guò)16KN/m3，并且堆積比較松散的物料。
非直線形切削刃（裝載機(jī)多用V形）中間突出，在鏟斗插入料堆，且對(duì)中性好，但平地性能和裝滿系數(shù)均不如直線形切削刃鏟斗。
考慮到滑移式裝載機(jī)的工作環(huán)境，本次設(shè)計(jì)中采用的是直線型切削刃。
3.2.1.3 鏟斗基本參數(shù)的確定
1）.鏟斗的寬度B=1920mm；
2）.鏟斗回轉(zhuǎn)半徑Ro：指鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)至切削刃之間的距離。
根據(jù)公式（3—1）
式中： —斗的幾何容量，；
—鏟斗內(nèi)壁寬度，mm；
—鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù)，取=1.4~1.5；
—后斗壁長(zhǎng)度系數(shù)，取=1.1~1.2；
—擋板高度系數(shù)，取=0.12~0.14；
—斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑的系數(shù)，取=0.35~0.40；
—擋板和后斗壁之間的夾角，取=
—斗底和斗壁之間的夾角，取=
代入數(shù)據(jù)：=1920mm ，=1.5，=2.7，=1.2，=0.14，=，=，=0.40得，
=883mm
3）.鏟斗斷面形狀參數(shù)：斗的圓弧半徑、張開(kāi)角、擋板高度和后斗壁長(zhǎng)等四個(gè)參數(shù)。
以上參數(shù)都可以看做鏟斗回轉(zhuǎn)半徑的函數(shù)，分別按公式計(jì)算…（3—2）
代入數(shù)據(jù)： =1.5， =1.2，=0.14，=0.4得
鏟斗上的動(dòng)臂鉸銷距斗底之間的高度取為，鏟斗的側(cè)壁切削刃相對(duì)于斗底的傾角，在選擇時(shí)，使側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為。
取=0.1883=88.3mm
4）.斗容的計(jì)算校核
鏟斗的基本參數(shù)確定后，根據(jù)鏟斗的幾何尺寸，就可以核算鏟斗的容量。
幾何容量
公式：…………………………………………（3—3）
式中：——鏟斗斗容，：
——鏟斗內(nèi)壁寬度，mm。
b——斗刃口與擋板最上部之間的的距離，mm。
a——擋板高度，mm。
可以得，=0.51m3
3.2.2 動(dòng)臂設(shè)計(jì)
3.2.2.1 動(dòng)臂鉸點(diǎn)的確定
動(dòng)臂與車架鉸點(diǎn)的高度通常取=（1.5~2.5）（mm）已知=883mm公式得=1.8=1590(mm)
動(dòng)臂回轉(zhuǎn)角通常取~ ， 取
以滑移裝載機(jī)的重心為坐標(biāo)原點(diǎn)（0,0），取動(dòng)臂油缸與機(jī)架連接的鉸點(diǎn)坐標(biāo)為（-750,0），取動(dòng)臂油缸和機(jī)架之間的鉸點(diǎn)與動(dòng)臂油缸和動(dòng)臂之間鉸點(diǎn)的距離為1200mm，另取動(dòng)臂油缸和機(jī)架之間的鉸點(diǎn)與動(dòng)臂機(jī)架鉸點(diǎn)的距離為750mm，角度為120°，則由幾何方法計(jì)算可得：動(dòng)臂與機(jī)架鉸點(diǎn)坐標(biāo)為：（-1125,650）；動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)坐標(biāo)為：（410,310）。動(dòng)臂到達(dá)最大舉升高度時(shí)，與初始位置夾角為60°，則計(jì)算可得，此時(shí)動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)坐標(biāo)近似為：（-70,1800）。
3.2.2.2 動(dòng)臂長(zhǎng)度
鉸點(diǎn)位置確定以后，可以根據(jù)幾何知識(shí)，通過(guò)三角形的余弦定理以及下面公式：根據(jù)以下公式求出動(dòng)臂的長(zhǎng)度和油缸的相關(guān)長(zhǎng)度
（3—4）
式中： ——鏟斗最小卸載距離，mm ;
——鏟斗回轉(zhuǎn)半徑與斗底夾角；
——鏟斗最大卸載高度時(shí)最大卸載角，通常取；
——?jiǎng)颖叟c車架鉸點(diǎn)到轉(zhuǎn)載機(jī)前面外廓水平距離，mm；
——最大卸載高度，mm；
——?jiǎng)颖叟c車架連接鉸點(diǎn)的高度，mm。
動(dòng)臂和機(jī)架的鉸點(diǎn)與動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸的鉸點(diǎn)的距離為1430mm，即此段動(dòng)臂的長(zhǎng)度為1430mm，動(dòng)臂前段連接翻斗油缸的小臂長(zhǎng)度通過(guò)確定與翻斗油缸連接的鉸點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)計(jì)算得到；翻斗油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)的坐標(biāo)為（410，,310）。
3.2.2.3 鏟斗快換裝置的設(shè)計(jì)
在滑移式裝載機(jī)使用壽命之內(nèi)，當(dāng)鏟斗出問(wèn)題或者需要更換除鏟斗外的其他用途的附屬件時(shí)，需要對(duì)鏟斗進(jìn)行拆卸和重新安裝，為了在安裝過(guò)程中保證機(jī)器的工作效率，在此對(duì)鏟斗的快換裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用焊接件，與快換鏟斗盡行配合使用，安裝時(shí)，鏟斗上的半圓耳與快換裝置上焊接的銷軸扣起來(lái)，然后快換裝置下半部分通過(guò)螺栓進(jìn)行連接。此種快換裝置的特點(diǎn)在于，減少了螺栓的使用數(shù)量，簡(jiǎn)化了鏟斗的結(jié)構(gòu)，提高了安裝鏟斗的效率。本次設(shè)計(jì)中的快換裝置如圖所示：
圖 4 鏟斗快換裝置
3.2.2.4四連桿機(jī)構(gòu)的確定：
根據(jù)以上計(jì)算得到的桿長(zhǎng)、鉸點(diǎn)以及下面選取的油缸型號(hào)，確定出來(lái)的四連桿機(jī)構(gòu)
圖5 四連桿機(jī)構(gòu)
圖3中，動(dòng)臂、動(dòng)臂油缸、翻斗油缸、快換裝置組成四連桿機(jī)構(gòu)，組成滑移式裝載機(jī)的工作裝置。連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求：
1） .平移性好；2）.卸料性好；3）.動(dòng)力性好；4）.作業(yè)時(shí)與其他構(gòu)件無(wú)運(yùn)動(dòng)干涉，保證駕駛員工作方便、視野開(kāi)闊。
3.2.2.5 動(dòng)臂的形狀與結(jié)構(gòu)
動(dòng)臂的形狀一般可以分為直線形和曲線形兩種。曲線形動(dòng)臂，一般反轉(zhuǎn)式連桿工作裝置采用較多，這種結(jié)構(gòu)形式的動(dòng)臂可以使工作裝置的分布更為合理。
動(dòng)臂的斷面結(jié)構(gòu)形式有單板、雙板和箱形三種。單板動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、但強(qiáng)度和剛度較小，小型裝載機(jī)采用較多。
基于上面的陳述，動(dòng)臂的形狀結(jié)構(gòu)為：曲線雙板形。
3.2.3油缸的計(jì)算與選擇：
液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它的職能是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是直線速度和力。液壓缸的活塞能完成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，輸出有限的直線位移。
為了滿足各種主機(jī)的不同用途，液壓缸有多種類型：按供油方向分，可分為單作用缸和雙作用缸。單作用缸只是往缸的一側(cè)輸入高壓油，靠其它外力使活塞反向回程。雙作用缸則分別向缸的兩側(cè)輸入壓力油?；钊恼聪蜻\(yùn)動(dòng)均靠液壓力完成。按結(jié)構(gòu)形式分，可分為活塞缸、柱塞缸、擺動(dòng)缸和伸縮套筒缸。按活塞桿的形式分，可分為單活塞桿缸和雙活塞桿缸。
根據(jù)前面的計(jì)算：動(dòng)臂油缸全縮時(shí)，mm，動(dòng)臂到達(dá)最大舉升高度時(shí)，=1925mm。所以，動(dòng)臂油缸的行程可求的：==1925mm-1200mm=725mm。
翻斗油缸全縮時(shí)，mm，動(dòng)臂到達(dá)最大舉升高度時(shí)，=1112mm。所以，動(dòng)臂油缸的行程可求的：==1112mm-750mm=362mm。
滑移裝載機(jī)作業(yè)阻力的計(jì)算：
3.2.3.1 插入阻力
根據(jù)滑移裝載機(jī)的實(shí)際工況，可以選擇：。將以上各數(shù)據(jù)及代入插入阻力計(jì)算公式可得：
=19994N.
式中：物料塊度及松散程度影響系數(shù)；
物料種類影響系數(shù)；
-鏟斗寬度，m；
料堆高度的影響系數(shù)；
-鏟斗形狀影響系數(shù)；
-鏟斗插入料堆深度，m。
3.2.3.2鏟起阻力
根據(jù)裝載機(jī)的實(shí)際工作環(huán)境，可以選擇=30000.
將數(shù)據(jù)=0.6524m，=1.92m，=30000代入鏟起阻力的計(jì)算公式
=23247N
式中：-鏟斗寬度，m
-鏟斗開(kāi)始提升時(shí)物料的剪應(yīng)力，。
3.2.3.3轉(zhuǎn)斗阻力矩
已知x=0.750m，y=0.058m。將=19994N，x=0.750,y=0.058,=0.6254m代入轉(zhuǎn)斗阻力矩的計(jì)算公式可以得到：
由于開(kāi)始轉(zhuǎn)斗時(shí)的靜阻力矩最大，通常應(yīng)預(yù)先按照這時(shí)的總阻力矩來(lái)確定轉(zhuǎn)斗時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的功率。
根據(jù)所鏟裝的物料類型不同，可以采用不同的鏟掘方法，因此在確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率時(shí)，應(yīng)從最不利的條件進(jìn)行計(jì)算。
油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算：
（1） 鏟斗油缸：已知鏟斗油缸的鏟掘力，根據(jù)力臂平衡，由下式可求出油缸的推力，，代入，得
。根據(jù)力士樂(lè)油缸的選擇標(biāo)準(zhǔn)，可以選擇油缸內(nèi)徑D=40mm，活塞桿直徑d=22mm的液壓油缸。
（2）、動(dòng)臂油缸：已知鏟斗油缸的鏟掘力，根據(jù)力臂平衡，由下式可求出油缸的推力，，代入，得
。根據(jù)力士樂(lè)油缸的選擇標(biāo)準(zhǔn)，可以選擇油缸內(nèi)徑D=63mm，活塞桿直徑d=36mm的液壓油缸。
3.3 本章小結(jié)
本章重點(diǎn)對(duì)滑移裝載機(jī)的工作裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，主要包括：鏟斗的設(shè)計(jì)、動(dòng)臂的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)工作過(guò)程中受力的變化，對(duì)動(dòng)臂油缸和翻斗油缸的計(jì)算和選型。確定了工作裝置的四連桿機(jī)構(gòu)中鉸點(diǎn)的位置，各桿的桿長(zhǎng)，確定了鏟斗的形狀和尺寸，選定了符合設(shè)計(jì)要求的動(dòng)臂油缸和翻斗油缸。
第四章 行走裝置的設(shè)計(jì)
滑移式裝載機(jī)的行走裝置，按結(jié)構(gòu)可分為履帶式和輪式兩大類（如圖6（a）、（b））。履帶式行走裝置的特點(diǎn)是，驅(qū)動(dòng)力大，越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力大且轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性號(hào)但是制作成本高，運(yùn)行速度低，運(yùn)行和轉(zhuǎn)向是功率消耗大，零件磨損快。輪式行走裝置與履帶式的相比，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度快，機(jī)動(dòng)性好，運(yùn)行時(shí)輪胎不損壞路面，因而在城市建設(shè)中很受歡迎，缺點(diǎn)是接地比壓大，爬坡能力差。為了改善越野性能，宜采用全輪驅(qū)動(dòng)。機(jī)型主要依據(jù)作業(yè)場(chǎng)合和用途進(jìn)行選擇和確定。一般在采石場(chǎng)和軟基地進(jìn)行作業(yè)，多選用履帶式裝載機(jī)；滑移式裝載機(jī)多用于市政建設(shè)等場(chǎng)所，多使用輪式行走裝置。
（a） （b）
圖 6 履帶式行走裝置與輪式行走裝置
4.1 底盤概述
滑移裝載機(jī)底盤是該種機(jī)器各部件裝配的機(jī)體，也是整個(gè)機(jī)器承載的主體，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響機(jī)器的性能。目前一般的滑移裝載機(jī)底盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，底盤剛度不夠，成本高。
4.2 底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了解決目前滑移裝載機(jī)底盤存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、底盤剛度不夠，制造成本高等問(wèn)題，本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)目前底盤的研究和改進(jìn)，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、底盤剛度強(qiáng)、制造成本低的滑移裝載機(jī)底盤。
根據(jù)滑移裝載機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，采用的底盤結(jié)構(gòu)如下：底盤上部組焊有左側(cè)減速箱支撐架、左側(cè)立柱和右側(cè)減速箱支撐架、右側(cè)立柱，立柱內(nèi)部?jī)蓚?cè)焊有 圖7 滑移裝載機(jī)底盤
油箱和液壓油箱的安裝位，底盤上焊接有固定發(fā)動(dòng)機(jī)的三個(gè)支撐板。（如圖7）
4.3 行走裝置參數(shù)的確定
參照廈工XG3090滑移裝載機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，本設(shè)計(jì)中，設(shè)置輪距為=1200mm,輪胎直徑選擇d=800mm，底盤離地高度最小選為150mm。
4.4 減速箱的選擇
根據(jù)定義的滑移裝載機(jī)整機(jī)的行駛速度、載荷、扭矩等數(shù)據(jù)，選取符合要求的液壓行走馬達(dá)和減速箱。選取的減速箱的型號(hào)為GFT24M2，機(jī)器采用四輪驅(qū)動(dòng)，所以每個(gè)減速器配合一個(gè)液壓馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖 8 減速箱與液壓馬達(dá)
4.5 本章小結(jié)
本章通過(guò)對(duì)滑移裝載機(jī)行走裝置的分析設(shè)計(jì)，確定了車架的形狀和尺寸，選定了比較具有優(yōu)勢(shì)的底盤，并確定了底盤的一些必要參數(shù)，選定了符合設(shè)計(jì)要求的液壓馬達(dá)和減速箱。
第五章 整機(jī)部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
滑移式裝載機(jī)在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、道路或建筑工地、廠房車間、倉(cāng)庫(kù)、碼頭、輪船甲板甚至船艙內(nèi)等狹窄場(chǎng)地都有廣泛的使用，目前的滑移裝載機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面具有很多的相似點(diǎn)，但是同時(shí)也存在著相似的缺點(diǎn)，例如：普通滑移裝載機(jī)底盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剛度不夠，成本較高；快換裝置使用較少，使得安裝過(guò)程效率低等。下面，將對(duì)本次設(shè)計(jì)中優(yōu)化的部分機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述：
5.1 使用新型底盤
使用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的底盤，剛度能夠滿足工作需求，成本較低，在底盤上具有油箱和液壓油箱的安裝位，使得油箱和液壓油箱的安裝更加方便。
5.2 設(shè)計(jì)新的鏟斗快換裝置
鏟斗快換裝置做成焊接件，與快換鏟斗配合使用，安裝時(shí)，鏟斗上的半圓耳與快換裝置上焊接的銷軸扣起來(lái)，然后快換裝置下半部分通過(guò)螺栓進(jìn)行連接。此種快換裝置的特點(diǎn)在于，減少了螺栓的使用數(shù)量，簡(jiǎn)化了鏟斗的結(jié)構(gòu)，提高了安裝鏟斗的速度。
5.3 采用新型后開(kāi)機(jī)罩
滑移式裝載機(jī)的機(jī)罩采用后開(kāi)模式，模仿房門的旋轉(zhuǎn)模式，將機(jī)罩的后開(kāi)通過(guò)使用合頁(yè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。安裝時(shí)只需將合頁(yè)的兩片焊接到機(jī)罩與機(jī)架上，由于合頁(yè)本身厚度比較小，焊接方便，占用的空間比較小，可以很好的實(shí)現(xiàn)機(jī)罩的轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖9 機(jī)罩的合頁(yè)結(jié)構(gòu)
5.4 本章小結(jié)
本章介紹了在本次設(shè)計(jì)中使用的新型結(jié)構(gòu)以及新的設(shè)計(jì)思路，拓寬了自己對(duì)工程機(jī)械實(shí)用性的理解。
第六章 滑移裝載機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算
6.1穩(wěn)定比K的校核
在水平地面，滿載，動(dòng)臂最大外伸時(shí)，根據(jù)穩(wěn)定比的公式：
式中：-裝載機(jī)自重；
-裝載機(jī)重心到前軸重心的距離；
-裝載機(jī)載重量；
-動(dòng)臂最大外伸時(shí)與鉸點(diǎn)的距離。
為了計(jì)算穩(wěn)定比，先求得裝載機(jī)的自重：
由前面的計(jì)算可得，=19994N，由裝載機(jī)的工況可以選擇0.83，，由經(jīng)驗(yàn)可知，裝載機(jī)最大爬坡角度為16°，所以，代入裝載機(jī)的自重計(jì)算公式得：
（1） 平路行駛時(shí)：
式中：-裝載機(jī)的附著重量，kg；
-插入阻力，N；
-附著系數(shù)；
-滾動(dòng)阻力系數(shù)。
由可以計(jì)算出裝載機(jī)的自重為3138kg
（2） 上坡行駛時(shí)：
式中：-道路坡度，（°）。
由可以計(jì)算出裝載機(jī)的自重為3218kg。
（3）上坡行駛時(shí)：
式中：-道路坡度，（°）。
由可以計(jì)算出裝載機(jī)的自重為3063kg。
通過(guò)以上的計(jì)算分析可知，裝載機(jī)的自重可以設(shè)計(jì)為3300kg，既能完全滿足裝載機(jī)的使用性能及穩(wěn)定性要求，而且不會(huì)因?yàn)樽灾氐倪^(guò)分增大而增加運(yùn)行的阻力和使裝載機(jī)的動(dòng)力性下降。
將代入自重公式可得：
所以，通過(guò)對(duì)穩(wěn)定比的計(jì)算，可知在這種情況下滿足穩(wěn)定性要求。
6.2 穩(wěn)定度i校核
穩(wěn)定度與重心的位有關(guān),重心位置越低,距支承界線越遠(yuǎn),則穩(wěn)定度越大,裝載機(jī)穩(wěn)定性越好但裝載機(jī)能否在與穩(wěn)定度相同的坡道行駛作業(yè),還與發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、地面的附普條件以及動(dòng)載荷等有關(guān)。因此,穩(wěn)定度只是用于比較裝載機(jī)技術(shù)性能的一個(gè)指標(biāo)。
6.3 穩(wěn)定性的計(jì)算
6.3.1 縱向穩(wěn)定性的計(jì)算
在水平地面裝載機(jī)空載運(yùn)行時(shí)：
滿載時(shí)穩(wěn)定性的計(jì)算，共有三種工況：
（1）水平地面裝載機(jī)滿載運(yùn)輸工況，即在水平地面，裝載機(jī)在額定載量、鏟斗后傾、顫抖接近角為15°的運(yùn)輸狀態(tài)下：
（2）在水平地面裝載機(jī)滿載，動(dòng)臂最大外伸工況
（3） 在水平地面裝載機(jī)滿載，鏟斗處于最大舉升高度位置工況
6.3.2 橫向穩(wěn)定性的計(jì)算
在水平地面裝載機(jī)空載運(yùn)行，=965mm，B=1920mm代入橫向穩(wěn)定性計(jì)算公式，得
（1）水平地面裝載機(jī)滿載運(yùn)輸工況，即在水平地面，裝載機(jī)在額定載量、鏟斗后傾、顫抖接近角為15°的運(yùn)輸狀態(tài)下：
（2）在水平地面裝載機(jī)滿載，動(dòng)臂最大外伸工況:
（3）在水平地面裝載機(jī)滿載，鏟斗處于最大舉升高度位置工況：
前面分析的裝載機(jī)的穩(wěn)定性是指裝載機(jī)在行駛和作業(yè)時(shí)抗傾翻的能力,其縱向和橫向穩(wěn)定度僅說(shuō)明裝載機(jī)不傾翻的最大坡度,但裝載機(jī)是否能在與穩(wěn)定度相同的坡道上行駛和作業(yè)還受附著條件等因素的限制。通過(guò)對(duì)裝載機(jī)的整體參數(shù)的選擇計(jì)算,使裝載機(jī)的總體尺寸滿足設(shè)計(jì)的要求,保證各個(gè)部分合理匹配及裝載機(jī)的使用性能,也可以使裝載機(jī)獲得最大的生產(chǎn)效率。
6.4 行駛速度v的校核
裝載機(jī)行駛時(shí)的功率平衡，由于發(fā)動(dòng)機(jī)供給裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的功率用于克服各種阻力，當(dāng)裝載機(jī)沿坡道角為的坡道加速（或減速）行駛時(shí)，其功率平衡的方程式如下：
式中：-發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率，kW；
-消耗于傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦上的功率，kW;
-消耗于滾動(dòng)阻力上的功率，kW；
-消耗于爬坡的功率，kW；
-消耗于克服慣性（加速）的功率，kW；
-克服風(fēng)阻消耗的功率，kW。
在最大行駛速度的工況下，必然是在坡道角的情況下勻速行駛。所以根據(jù)的定義可以知道，。由設(shè)計(jì)條件要求知裝載機(jī)最大的行駛速度為12km/h，=0.所以上式簡(jiǎn)化為：
將 和 代入上式，化簡(jiǎn)可以得到
式中：v-裝載機(jī)行駛速度，km/h；
-液壓系統(tǒng)效率。
將=0.65，=52.1kW，=0.18，代入上式，計(jì)算可得：v=20.5km/h。
所以設(shè)計(jì)的裝載機(jī)的行駛速度可以達(dá)到12km/h，完全滿足設(shè)計(jì)的原始要求。
6.5本章小結(jié)
根據(jù)上面對(duì)所設(shè)計(jì)的滑移裝載機(jī)在穩(wěn)定比、穩(wěn)定度、橫向和縱向穩(wěn)定性以及行駛速度等方面的驗(yàn)算和校驗(yàn)，獲得的檢驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求里面的各項(xiàng)參數(shù)要求，滿足機(jī)器正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)的條件。
總結(jié)
滑移式裝載機(jī)不同于普通的輪式裝載機(jī)，滑移裝載機(jī)是利用兩側(cè)車輪線速度差而實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的，采用輪式行走機(jī)構(gòu)，全輪驅(qū)動(dòng)，滑移轉(zhuǎn)向，可于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)快速更換或掛接各種附件，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和作業(yè)內(nèi)容。
根據(jù)上述的設(shè)計(jì)及計(jì)算過(guò)程，本次設(shè)計(jì)中，滑移式裝載機(jī)的工作裝置采用正轉(zhuǎn)四連桿機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器的卸料性能和放平性能，操作簡(jiǎn)便；液壓油缸分別為：動(dòng)臂油缸、翻斗油缸，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)這兩個(gè)油缸進(jìn)行了合理的計(jì)算和選型；裝載機(jī)的行走裝置采用輪式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)差式底盤，選用了符合要求的液壓馬達(dá)和減速器，因?yàn)檩喪津?qū)動(dòng)便于在狹窄的工地上作業(yè)，轉(zhuǎn)差式底盤可以實(shí)現(xiàn)小半徑的轉(zhuǎn)彎。
對(duì)裝載機(jī)作業(yè)阻力的計(jì)算,得到裝載機(jī)在各種工況下可能出現(xiàn)的各種不同的作業(yè)阻力,從而可以從最不利的條件進(jìn)行計(jì)算,確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率,在選定發(fā)動(dòng)機(jī)以后,裝載機(jī)在最大的驅(qū)動(dòng)力下,可以在各種不同的工況下順利地完成任務(wù)。對(duì)整機(jī)功率的計(jì)算,可以直接按照不同系統(tǒng)壓力對(duì)油缸進(jìn)行計(jì)算,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行選型。對(duì)重心位置和穩(wěn)定性的計(jì)算,決定了裝載機(jī)的爬坡能力,及在各種不同路面坡道上是否可以平穩(wěn)地進(jìn)行作業(yè)。
通過(guò)本文的計(jì)算,結(jié)合滑移轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)轉(zhuǎn)向阻力矩的研究和滑移轉(zhuǎn)向裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向原理,使滑移轉(zhuǎn)向裝載機(jī)的總體設(shè)計(jì)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。
謝 辭
經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的查找資料、CAD繪圖、整理材料、寫作論文，今天終于可以順利的完成論文的謝辭了。時(shí)光匆匆飛逝，四年多的努力與付出，隨著論文的完成，終于讓我在大學(xué)的生活劃下句點(diǎn)。
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我又吸收了許多新的知識(shí)。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我更加深刻的接觸了機(jī)械行業(yè)中的一個(gè)重要的方面——工程機(jī)械里面比較重要的一種滑移式裝載機(jī)。雖然學(xué)到的這些知識(shí)都很基礎(chǔ)，但是能夠?qū)W到這些知識(shí)，相信在以后的工作和學(xué)習(xí)中必定能有發(fā)揮的余地。更重要的是，我能夠在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到實(shí)踐技能以及獨(dú)立完成任務(wù)的能力。在這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我能夠獨(dú)立查找資料，獨(dú)立解決設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，學(xué)會(huì)了利用手冊(cè)和網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成設(shè)計(jì)。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力，還由原先的被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這可以說(shuō)是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很大的突破。
我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目對(duì)一個(gè)即將要走向工作崗位的我非常有幫助。并且，通過(guò)本次設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了一般的機(jī)械設(shè)計(jì)方法、機(jī)械繪圖軟件的熟練使用，提高了分析解決問(wèn)題和綜合運(yùn)用各種資料的能力。同時(shí)也培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的思想和獨(dú)立工作的品質(zhì)。
這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成，還要感謝畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師陳劍雄老師的細(xì)心幫助。他那嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德以及樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。
我還要感謝那些曾經(jīng)幫助過(guò)我的其他老師和同學(xué)們，尤其是此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的組員們。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的很多設(shè)計(jì)思路都是在與它們相互談?wù)摰倪^(guò)程中形成的。再次感謝在大學(xué)傳授給我知識(shí)以及給我?guī)椭凸膭?lì)的老師，同學(xué)和朋友，謝謝你們。
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