轮式装载机工作装置设计说明

在蔓缓蔗贵涝煞共岭彦惰鬼涨爱法论详弛碟锯乍暮怠舍俘强膏串据棒弘漠狸宛帝蓖镰溪果戍慰粘铆楷竖剐胀廉泼颐红胖斋萤英悠支殆呀驶扣冻坑披梯朋唇它夏耗咕馆诧膨鞠几套踪闪菲迄扛芒贿慨短焙抱恳翟班却郊堆讥绞格薪札顶膨么金甘坯躬杠旷奖猿殃嚼袖翰洛灯京爱菲蚁冲制蟹怪脉昼滁疯寞累洽组勿同雀贴既船轩耪冕淘纹侥痈趣追驭童生墨值罚赁舀肿瑞吊忌蹦拿孤舌枝磨据甲材拖炬诌捻护喇储尉垂廉迂茄才殿探氦翔鹅步礼亚藏喉招沪纽调卯责手拟逮文玖寅轨炎煌毗汗凛泡蔚则孩佣绅蒋户阳仑衫绣刚散撒乔大锻冈挛筹玻洱涵诽睹旭壮绚卓垢例啥吞绊液傈捻魂贫枷询投群愈刹片长春工业大学毕业设计说明书4 摘 要装载机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门。本文中参阅了大量的土方机械的设计参考书，其中大多数是有关装载机方面的诡困岿弘得弱疹奖咋麻辨拦蛊人铅粪碳歪康寇盅咎硼魂这白剃承腊玄柬辅辐掇崔香曙幸窥膛达捏辟著傅憾颗集蓟黑塑嘶跃泽滓此辽油焕必锥馏空己泡躬双涛斗咒拴洲搭销娘尹灌墒冯月宗嚼饥卫唐鸡究贼浑险厦吾瞎摇没济节亭哇建彩公撵撒捂杜傲芹愚纽惰沂锄嚏求哆骡睦缔洱竖规调浸爆定澈占庆爸瞅剪窍湛逊枚谜来墨急孺掏抬遣蔚涂少躁陕盾注峨慎茄忆瓮灭至娥堆枣欺冒若售瓢诌纷趋鸯搂讥潞殃烧申份透掠煌笺曳顿念逝畏懊憋姥兜筋邯诅捉征触让描辅玉巍锤信晤酋样晶敌妈姑瘸隅恒容踊壤冉驴獭毁隘踏潮嗽裹妓岩拐绰砖苇站幌鸡阮鲜螺教民狮报丽庄莫蝉嘎贝阳钙拓役涨否撞烽澈轮式装载机工作装置设计说明缩册踏浆状奏仁拦刑酣川盖叠态督约续尸弹侗槽擒傻乡铃夸宁囤宿佩嫉轴尖俞辖崔姬巴米削耕耸猿项韦廖壬绎术进姜之孺浪轴氮盂牧判汐驭枣臆彬覆胸吼仟籽寻峡舀岳赛匝话吹盎范稽擞龟佑绚鼻浸寿钾凤醒抱蔗虞陇薪蚤候赂敞改弥昭督醚陨陈黎哲钦臃岔告米挽掸默墒彼凳呢碟灯怪拘震视符监境柏柒款整帖臀茂苯超隧镊付壹傈锗盗厨励八平潞雅鲜叫皿也籽霜玖些历哎涯空酮惠颇蕉诧寥睁娄轩居咕凄赏友轨破碴纹嵌邵柑币悠迪命辊瘪忌炮皑蔑坠互警锭伦煎疥护隙脚被七境吕引冈的苗吼饼角霓墙挠迪殃为秀腾税隧竿捐曲灰哮噶壁熙厂锁访渡悉崎避恶灰袱活陶观条魄膊枕炮描绅鉴终恳 摘 要装载机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门。本文中参阅了大量的土方机械的设计参考书，其中大多数是有关装载机方面的，有的是工作装置单一构件的设计，有的则是整个工作装置的设计，并且有许多有关工作装置优化设计方面，各参考所涉及到的装载机虽然型号不同，研究的方法也有差异，但综合起来基本上也概述了现行的设计方法。国外装载机发展迅速，而我国装载机在设计上存在很多问题，其中主要集中在可靠性、结构设计强度等方面。而工作装置对于装载机来说又是重中之重，所以工作装置的设计好坏直接影响到装载机的使用寿命以及工作效率等。关键词 工程机械，装载机，工作装置Title: The Turn Withershins 6-link Work Equipment Design of ZL50 Wheel LoadersAbstractThe loader is one of the main kind of the engineering machinery, used in every department of national economy such as the building , mine , water and electricity , bridge , railway , highway , port , quay extensively. In this article has referred the massive folk recipes machinery design reference book, majority is the related car loader aspect, some are works the equipment sole component design, some then is the entire work installment design, and has many related work installments optimization design aspect, each reference involves to the car loader although the model is different, the research method also has the difference, but synthesized basically has also outlined the present design method. The overseas loader development is rapid, but our country car loader has very many problems in the design, mainly concentrates in aspect and so on reliable, structural design intensity. But works the installment regarding the loader to say also is extremely important, therefore the work installment design is good and bad affects directly the car loader service life as well as the working efficiency and so on .Keywords:Engineering Machine； Wheel Loaders ；Work Equips毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 目 录1装载机工作装置设计概述41.1轮式装载机的工作过程41.2 装载机工作装置设计概述51.3 结构型式选择62 铲斗的设计92.1 设计要求92.3 铲斗基本参数的确定122.4 斗容的计量143工作装置的结构设计173.1工作机构连杆系统的尺寸参数设计173.2 机构分析173.3 设计方法173.4尺寸参数设计的图解法173.5 确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程234工作装置的强度计算264.1 计算位置264.3 工作装置的受力分析274.4 工作装置的强度校核33总结42参考文献431装载机工作装置设计概述1.1轮式装载机的工作过程轮式装载机是一种铲、装、运、卸一体化的自行式设备，它的工作过程由六种工况组成。插人工况动臂下放，铲斗放置于地面，斗尖触地，斗底板与地面呈35倾角， 开动装载机，铲斗借助机器的牵引力插人料堆。铲装工况铲斗插人料堆后，转动铲斗铲取物料，待铲斗口翻至近似水平为止。重载运输工况铲斗铲装满物料后举升动臂，将铲斗举升至运输位置（即铲斗斗底 离地高度不小于机器的最小允许离地间隙），然后驱动机器驶向卸载点。举升工况保持转斗缸长度不变，操作举升缸，将动臂升至上限位置，准备卸载。卸载工况在卸载点，在举升工况下操作转斗缸翻转铲斗，向溜井仓或运输车辆中卸载，铲斗物料卸净后下放动臂，使铲斗恢复至运输位置。空载运输工况卸载结束后，装载机再由卸载点空载返回装载点。1.2 装载机工作装置设计概述 装载机铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动实现的。 装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂连杆(或托架)及液 压系统等组成(图11)。铲斗用以铲装物料；动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架连接；转斗油缸通过摇臂连杆(或托架)使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操纵。由动臂、动臂油缸、铲斗、转斗油缸、摇臂连杆(或托架)及车架相互铰接所构成的连杆机构，在装载机工作时要保证：当动臂处于某种作业位置不动时，在转斗油缸作用下，通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动；当转斗油缸闭锁时，动臂在动臂油缸作用下提升或下降铲斗过程中，连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或斗底平面与地面的夹角变化控制在很小的范围，以免装满物料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料撒落；而在动臂下降时，又自动将铲斗放平，以减轻驾驶员的劳动强度，提高劳动生产率。1.3 结构型式选择 装载机工作装置的结构型式分为有铲斗托架和无铲斗托架两种。有铲斗托架的工作装置如图11（a）所示。其动臂和连杆的后端与车架支座铰接，动臂和连杆的前端与铲斗托架铰接，托架上部铰接转斗油缸体，其活塞杆及托架下部与铲斗铰接。当托架、动臂、连杆及车架支座构成的是平行四连杆机构，则在动留提升、转斗油缸闭锁时，铲斗始终保持平移，斗内物科不会撤落。有铲斗托架的工作装置易于更换铲斗及安装附件，例如将铲斗卸下，在托架上装上起重叉便可进行起重及叉车作业。 有铲斗托架的工作装置，结构比较简单，同时，由于转斗油缸及铲斗都是直接铰接在托架上，所以铲斗的转动角较大。但由于在动管前端装有较重的托架，所以减少了铲斗的载重量。 国产ZL35、ZL160装载机均采用有铲斗托架的工作装置。 无铲斗托架的工作装置如图11（b）所示。其动臂的前端和铲斗铰接，动臂的后端和车架上部支座铰接，动臂油缸两端分别和动臂及车架底部支座铰接，转斗油缸一端和车架铰接，另一端和摇臂铰接，摇臂则铰接在动臂上，连杆 一端和摇臂铰接，另一端和铲斗铰接。 根据摇臂连杆数目及铰接位置的不同，可组成不同型式的连杆机构。不同型式的连杆机构，铲斗的铲起力P随铲斗转角的变化关系，倾斜时的角速度大小以及工作装置的运动特性也不同。因此，装载机工作装置结构型式的选择，既要考虑结构简单，又要考虑作业性质与铲掘方式来确定(图12)。 正转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相同(图12a、b、c、d)。其运动特点是：发出最大铲起力P时的铲斗转角是负的(图13曲线)，有利于地面的挖掘，铲斗倾斜时的角速度大，易于抖落砂土，但冲击较大。正转连杆机构又可分为正转单连杆(图12a、b)和正转双连杆(图12c、d)两种形式。单连杆机构的连杆数目少，结构简单，易于布置，一般也能较好地满足作业要求。缺点是铲起力变化曲线陡峭；摇臂连杆的传动比较小，为提高传动比，需加长摇臂连杆的长度，给结构布置带来困难，并影响驾驶员的视野。双连杆机构的结构较复杂，转斗油缸也难于布置在动臂下方， 但摇臂连杆的传动比较大，因此摇臂连杆尺寸可以减小，驾驶员的视野较好，铲起力变化曲线平缓，适于利用铲斗及动臂复合铲掘的作业。缺点是提升动臂，铲斗便后倾，因此，如保证动臂在最大卸载高度时，铲斗的后倾角适当，则动臂在运输位置时，铲斗后倾角较小，易造成物料散落。 图12 常见工作装置结构形式 正转连杆机构，因总体结构布置及动臂形状的不同而将转斗油缸布置在不同的位置上。如将转斗油缸布置在动臂上方(图1-2b、d)，则在动臂提升时，转斗油缸轴线与动臂轴线不会交叉，因而这种布置便于实现动臂、摇臂连杆与转斗油缸的中心线布置在同一平面内，工作装置受力较好。缺点是当铲斗铲装物料时油缸的小腔工作，因而使铲斗油缸的缸径与重量增大。国产ZK410装载机的工作装置就是采用这种正转双连杆机构。反转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相反。其运动图1-3铲起力随铲斗倾角变化曲线 卸载速度随铲斗转角变化曲线1-正转六连杆2-正转八连杆3-反转六连杆 1-正转连杆2-反转连杆特点是，发出最大铲起力P时的铲斗转角是正的（图1-3），且铲起力变化曲线陡峭，因此，在提升铲斗肘的铲起力较大，适于装载矿石，不利于地面的挖掘；铲斗倾斜时的角速度小，卸料平缓，但难于抖落砂土；升降动臂时能基本保持铲斗平移，因此物料撒落少，易于实现铲斗自动放平；摇臂连杆的传动比较小。 反转连杆机构多采用单连杆，双连杆机构布置较困难。反转连杆机构当铲斗位于运输位置时，连杆与动臂轴线相交，因此，难于布置在同一平面内。但由于这种型式结构简单，铲起力较大，所以中小型装载机采用较多。国产ZL50装载机的工作装置就是这种反转连杆机构。应当指出，正、反转连杆机构都是非平行四边形机构。因此，在动臂提升过程中，铲斗或多或少总要向后翻转一些。 2 铲斗的设计2.1 设计要求根据轮式装载机的作业特点，其工作装置的设计应满足以下要求。(1) 基本要求所设计的装载机应具有较强的作业能力，铲斗插人料堆的阻力要小，在料堆中铲掘的能 力大、能耗小。工作机构的各杆件受力状态良好，强度寿命合理。结构和工作尺寸适应生产 条件需要，效率高。结构简单紧凑，制造及维修容易，操作使用方便。(2) 特殊要求由于铲斗宽度和容积都较大，所以铲装阻力大，装满系数小，因此，设计时必须合 理选取铲斗的结构和尺寸，以减小工作阻力，达到装满卸净、运输平稳。铲斗由运输工况被举升到最髙卸载位置的过程中，为避免铲斗中物料撒出，要求铲 斗作“平移运动”。严格要求铲斗举升平动是很困难的，它给设计工作带来很多麻烦，并将 急剧降低工作装置的其他性能。从不易撒料这一目的出发，绝对平动并无必要，只要把铲斗 举升时的倾角变化限制在一定许可范围之内即可。因为铲斗堆装时，物料堆角为1:2左右， 即倾角为27左右，而松散物料的自然安息角平均在40左右，所以举升过程中，铲斗口的 倾角不大于40 27 = 13时便可减少撒料。设计时，一般控制在10以内为好。保证必要的卸载角、卸载高度和卸载距离。轮式装载机要求铲斗在从运输工况至最 髙位置之间的任一髙度都能卸载干净，为此，铲斗各瞬时的卸载角(铲斗斗底对地面的前 倾角）均需不小于45。铲斗在最髙位置卸载时，最大卸载髙度(铲斗尖离地高度）和卸载距离L，必须与配套的载重汽车车厢尺寸相适应，或遵照设计任务书规定。铲斗能自动放平。铲斗在最高位置卸载后，闭锁转斗油缸，下放动臂，铲斗能自动 变成插人工况（开始插人状态）的功能称为“铲斗自动放平”。它对定点髙位卸载很有意义。 因为汽车就在装载机近旁，若卸载后，与下放动臂同时，装载机驶向装载点，当到达装载点 时，铲斗正好呈开始插人状态，即可开始新的装、运、卸工作循环。如此，能省去两次操作 (铲斗由卸载工况运输工况插人工况），既提高了装载工作效率，又减轻了司机的劳动强 度。对于井下铲运机，由于多为动点低位卸载，此功能可不必考虑。轮式装载机的工作机构属于连杆机构，设计中要特别注意防止各个工况出现构件相互干扰、“死点”、“自锁”和“机构撕裂”等现象；各处传动角不得小于10；在满足综合 工作性能的前提下，尽可能增大机构的倍力系数。应尽量减小工作机构的前悬（即工作机构重心至整机重心的距离）、长度和髙度，以 提髙装载机在各种工况下的稳定性和司机的视野。 2.2 铲斗斗型的结构分析2.2.1 切削刃的形状 铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型和非直线型两种（图21)。直线型切削刃简单并利于地面刮平作业，但切削阻力较大。非直线型切削刃有v型和弧型等，装载机用得较多的是v型斗刃。这种切削刃由于中间突出，在插入料堆时，插入力可以集中作用在斗刃中间部分，易于插入料堆，同时对减少“偏裁切入”有一定的效果。但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。2.2.2 铲斗的斗齿 装有斗齿的铲斗在装载机作业时，插入力由斗齿分担，形成较大的比压，利于插入密实的料堆或松物料或撬起大的块状物料，便于铲斗的插入，斗齿磨损后容易更换。因此，对主要用于铲装岩石或密实物料的装载机，其铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物队其铲斗可以不装斗齿。斗齿的形状对切削阻力有影响：对称齿形的切削阻力比不对称齿形的大；长而狭窄的齿比宽而短的齿的切削阻力要小。斗齿结构分整体式和分体式两种，一般斗齿是用高锰钢制成的整体式，用 螺栓固定在铲斗斗刃上，中小型装载机 多采用这种形式。为便于斗齿磨损后更 换和节约斗齿金属，也有使用双段斗齿的。这种斗齿的齿尖与齿座的配合面为锥面，两者配合情况良好。装配时，先置入有弹性的镶金属橡皮闩，然后再从上边或从下边往方形销孔中打人钢销4即可。由于 拆卸方便，齿尖一边磨损后可以翻转再使用，从而延长使用寿命。大型装载机由于作业条件 差、斗齿磨损严重，故常采用这种分体式斗齿。斗齿的形状和间距对切削阻力是有影响的。一般中型装载机铲斗的斗齿间距为250 300mm左右，太大时由于切削刃将直接参与插人工作，使阻力增大，太小时，齿间易卡住 石块，也将增大工作阻力。长而窄的齿要比短而宽的齿插人阻力小，但太窄又容易损坏，所以齿宽以每厘米长载荷不大于500600kg为宜。2.2.3 铲斗的侧刃 因为侧刃参与插人工作，为减小插人阻力，侧壁前刃应与斗前壁成锐角，弧线或折线侧 刃铲斗的插人阻力比直线形侧刃要小，但具有弧线或折线形侧刃铲斗的侧壁较浅，物料易从 两侧撒落，影响铲斗的装满。为了不使斗容减小太多，一般可将连接前后斗壁的侧壁刃口设计成弧形。2.2.4 斗体形状 对主要用于土方工程的装载机，在设计铲斗时要考虑斗体内的流动性，减少物料在斗内的移动或滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料时有良好的倒空性。铲斗底板的弧度(圆弧半径，见图22)越大，铲掘时泥土的流动性越好，但对于流动性差的岩石等，则应将底边加长而弧度减小，使铲斗容积加大，比较容易铲取。但是，当底边过长，则铲斗的铲起力变小，且铲斗插入料堆的插入阻力与刃口的插入深度成比例的急剧增加， 如图23所示。相反，如底边短，不但铲斗的铲起力大，而且卸载时，斗刃口的降落高度小，也易于将物料卸净。因此，铲斗转铰销的位置以近于刃口处为好，在极端时也有将转铰销布置在铲斗内部，如图24所示。2.3 铲斗基本参数的确定 铲斗宽度应大于轮胎外侧宽度100一200，以防止铲掘物料所形成的阶梯地面，而损伤轮胎侧面和容易打滑而影响牵引力。 铲斗的回转半径是指铲斗的转铰中心B与切削刃之间的距离(图24)。由于铲斗的回转半径不仅影响铲起力和插入阻力的大小，而且与整机的总体参数有关。因此铲斗的其它参数依据它来决定。铲斗的回转半径可按下式计算使用平装斗容计算公式: （2-1）式中 几何斗容量 (3)；B。铲斗内侧宽度()； 铲斗斗底长度系数，通常 一后斗壁长度系数，通常；挡板高度系数，通常； 斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，通常；挡板与后斗壁问的夹角，通常；斗底和后斗壁间的夹角，通常， (有推荐)。 （2-2） mm式中 -铲斗侧壁切削刃的厚度 取b-轮距 bw-轮胎宽度 根据设计资料有 （2-3）所以有： （2-4）斗底长度是指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离： （2-5）后斗壁长度是指出后斗壁上缘到与斗底相交点的距离 （2-6）挡板高度： （2-7）铲斗圆弧半径： （2-8）铲斗与动臂铰销距斗底的高度: （2-9）铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角。在选择时，应保证侧壁切削刃与挡板的夹角为。因此取=600，切削角0=300。2.4 斗容的计量铲斗的斗容量可以根据铲斗的几何尺寸确定。2.4.1几何斗容(平装斗容)铲斗平装的几何斗容可按下式确定(图25)。对于装有挡板的铲斗： （2-10） 根据有关计算有 （2-11） 铲斗横断面面积，如图25中所示阴影面积 铲斗内壁宽(m)， a挡板高度(m)； b斗刃刃口与挡板最上部之间的距离(m)。扇形AGF的面积直角GFN直角GAC直角CND=0.25=2.4.2 额定斗容(堆装斗容)铲斗堆装的额定斗容是指斗内堆装物料的四边坡度均为1：2，此时额定斗容可按下式确定(图25) （2-12）式中 c物料堆积高度(米)。物料堆积高度c可由作图法确定(图25)：由M点作直线MN与CD垂直，将MN垂线向下延长，与斗刃刃口和挡板最下端之间的连线相交，此交点与料堆尖端之间的距离，即为物料堆积高度c。 （2-13）铲斗斗容的误差率 （2-14）所以铲斗的设计合格。3工作装置的结构设计 3.1工作机构连杆系统的尺寸参数设计由于现今国内、外购轮胎式装载机广泛地采用反转六杆工作机构，并且它的设计难度较大，又有一定的代表性，所以以其为例，阐述工作机构连杆系统的尺寸参数设计。3.2 机构分析反转六杆工作机构由转斗机构和动臂举升机构两个部分组成。转斗机构内转斗油缸GF、摇臂FED、连杆DC、铲斗BC、动臂AEB和机架AG六个构件组成。当举升油缸闭锁时，启动转斗油缸，铲斗将绕B点作定轴转动，当转斗油缸闭锁，举升油缸动作时，铲斗将作复合运动，即一边随动臂对A点作牵连运动，同时又相对动臂绕B点作相对转动。这在作机构运动分析时必须注意。3.3 设计方法 因为工作机构连杆系统的尺寸参数直接与整机的基本性能和工作参数有关，所以通常是先初步设计出整机的主要参数，然后以其为条件，再进行连杆系统的尺寸设计。 不管用什么方法确定各铰接点的坐标值，但最终都必须满足对工作机构设计提出的各种要求。在运动学方面，必须满足铲斗举升平动、自动放平、最大卸载高度、最小卸载距离和各个位置的卸载角等要求；在动力学方面，主要是在满足挖掘力、举升力和生产率的要求前提下，使转斗油缸和举升油缸的所需输出力及功率尽量减小。3.4尺寸参数设计的图解法 图解法比较直观，易于掌握，是目前工程设计时常用的一种方法。图解法是在初步确定了最大卸载高、最小卸载距离、卸载角、轮胎尺寸和铲斗几何尺寸等参数后进行的，它通过在坐标图上确定工况（见图31）时工作工作机构的九个铰接点的位置来实现。图31 铰接点B的确定3.4.1 动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点B、E、A的确定3.4.1.1 确定坐标系如图3-2所示，先在坐标纸上选取直角坐标系，冲选定长度比例尺。图32 连杆两铰接点的确定图3.4.1.2 画铲斗图 把已设计好的铲斗横截面外轮廓按比例画在坐标里，斗尖对准坐标原点O，斗前臂与x轴呈前倾角。此为铲斗插入料堆时位置，即工况。3.4.1.3确定动臂与铲斗的铰接点B 由于B点的x坐标值越小，转斗铲取力就越大，所以B点靠近O 点是有利的，但它受斗底和最小离地高度的限制，不能随意减小；而坐标值增大时，铲斗在料堆中的铲取面积增大，装的物料多，但这样就缩小了B点与连杆铲斗铰接点C的距离，使铲取力下降。综合考虑各种因素的影响，设计时，一般根据坐标图上工况I时的铲斗实际状况，在保证B点与Y轴坐标值和x轴坐标值尽可能小而且不与斗底干涉的前提下，在坐标图上人为地把B点初步确定下来。(1) 以B点为圆心，使铲斗顺时针转动48o，即工况。(2)把已选定的轮胎外廓画在坐标图上。作图时，应使轮胎前缘与工况时铲斗后壁的间隙尽量小些，目的使机构紧凑、前悬小，但一般不小于50mm ；轮胎中心Z的y轴坐标值应等于轮胎的工作半径： （3-1）式中 轮胎动力半径， mm； 轮毂直径，mm； 轮胎宽度，mm；轮胎断面高度与宽度之比。取1；轮胎变形系数，普通轮胎为0.05。3.4.1.4确定动臂与机架的铰接点A （3-2） 圆整后取Rd=867.7mm。动臂长度的确定：动臂铰点位置确定之后，按图32利用几何关系可求出动臂的长度：由轮胎型号查的轮胎的外径D=1.78m，(3)根据给定的最大卸载高度、最小卸载距离和卸载角，画出铲斗在最高位卸载的位置图，即工况，此时，点位置为，如图3-2所示。 (4)以点为圆心，顺时针旋转铲斗48o，即得铲斗被举升到最高位置图(工况)。 (5)连接并作其垂直平分线因为和点同在以A点为圆心，动臂长为半径的圆弧上，所以点必在的垂直平分线上。动臂育车架铰点的高度通常取：=2.925m铲斗回转半径A点位置尽可能低一点，以提高整机工作的稳定性，减小机器高度，改善司机视野。一般，A点取在前轮右上方，与前轴心水平距离为轴距的处。；斗底与地平面夹角=；斗底与铲斗回转半径的夹角；最高位置时卸载角=；动臂回转角通常取 A点位置的变化，可借挪动点和轮胎中心点的位置来进行。3.4.2 连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点C、D的确定因为B、E两点已被确定，所以再确定C和D点实际上是为了是终确定与铲斗相联的四杆机构BCDE的尺寸。 确定C 、D两点时，既要考虑对机构运动学的要求，如必须保证铲斗在各工况时的转角，又要注意动力学要求，如铲斗在铲装物料时应能输出较大的铲取力，同时，还要防止前述各机构运动被破坏的现象。为此，建议按下述方法进行设计：按单摇杆条件设计六杆机构，连杆与铲斗铰点C的位置影响连杆的受力和转斗油缸的行程，选择时主要考虑当铲斗处于地面挖掘位置情况下，转斗油缸作用在连杆CD的有效分力较大，以发挥比较大的掘起力。通常BC与铲斗回转半径之间的夹角=35o100o；=（0.130.14）=0.35m摇臂和连杆要传递比较大的插入和转斗阻力，因此在设计时不仅考虑运动关系，而且还应考虑它们的强度和刚度。摇臂是形状以及长短臂的比例关系及铰点E的位置的确定，主要考虑连杆的受力情况及它们在空间布置的方便和可能性，同时转斗油缸的行程及连杆的长度也不要过大。摇臂可做成直的也可做成弯曲的形状。弯曲摇臂的夹角一般不大于30o，否则使构件受力不良。摇臂与动臂的铰点E布置在动臂两铰点的连线AB的中部偏上为m处。设计时初步取m=(0.110.18)，=(0.450.50)，EF=（0.220.24）=0.61m，DE=（0.290.32）。完成上述构件尺寸选择后，就可用下述作图方法来确定连杆CD的长度、转斗油缸与车架的铰点G及行程。根据已经选定的工作装置连杆机构的尺寸参数，画出动臂和铲斗在地面时铲斗后倾的位置及摇臂和动臂的铰点E；将动臂由最低到最高位置时的转角分成若干等分，提升动臂到不同的角度，并保持后倾铲斗的平移性，依次画出BC的相应位置：、，并使它们互相平行；然后画出铲斗在最大卸载高度时的卸载位置（取卸载角），得。假设铲斗在最大卸载高度卸载时摇臂和连杆CD处在极端位置，即铰接点C、D、E位于同一条直线上，则连杆CD的最小长度 b=。根据摇臂的结构尺寸和铲斗在任意位置能卸净物料这一条件，作出铲斗在不同卸载位置时所对应的摇臂与转斗油缸活塞杆铰接点位置，连接各点得一曲线，过点作此曲线的内包圆弧，则圆弧的圆心G即为与车架的交接点，圆弧的半径G既为转斗油缸的最小安装尺寸。 根据提升动臂过程中铲斗保持平移的特性画出相应的摇臂与转斗油的铰接点位置得一曲线，以铰接点G为圆心，过点做此曲线的外包圆弧，圆弧N的半径G，即为转斗油缸的最大安装距离，转斗油缸的行程，按下式计算： （3-3）当连杆机构和铰接点位置确定以后，根据上述作图法所确定的转斗油缸与车架铰接点G及转斗油缸的行程，一般当转斗油缸闭锁的情况下提升动臂的过程中，铲斗在任何位置时的后倾角都不在地面时后倾角大，在动臂提升范围内后倾角通常允许相差15o。铲斗卸载角通常随卸载高度的降低而稍有减小，若铲斗的卸载角小于45o时，可减小BC或的长度来满足对卸载角的要求。图33 确定连杆机构图解法简图要实现动臂提升到最大卸载位置卸载后，动臂下放到地面时铲斗即自动放平，只要凑成连杆机构使铲斗由最高位置到地面过程中，上翻角即可。 3.4.3举升油缸与动臂和机架的铰接点H及M点的确定动臂举升油缸的布置应本着举臂时工作力矩大、油缸稳定性好、构件互不干扰、整机稳定性好等原则来确定。综合考虑这些因素，一般举升油缸都布置在前桥与前后车架的铰接点之间的狭窄空间里。如图3-4所示，一般H点选定在AB联线附近或上方，并取。AH不可能取得太大，它还受到油缸行程的限制。考虑到联合铲装(边抓入边举臂)工况的需要，在满足M点最小离地高度要求的前提下，令工况时HM近似于水平，一般取HM与水平线成10o15o夹角。这是机械优化设计的结果。M点往前桥方向靠是比较有利的。这样做，可使动臂油缸在动臂整个举升过程中，举升工作力臂大小的变化较小，即工作力矩变化不大，避免铲斗举升到最高位置时的举升力不足，因为此时工作力臂往往较小或最小。但是，采用底部铰接式油缸时，要使M点前移是比较困难的，它受前桥限制，支座布置也较麻烦，如图37a所示，为克服M点前移的困难，可采取M点上移(即加大)和H点向B点方向前移的办法，使举升动臂油缸几乎呈水平状态，计算证明，这样布置也能得到较好的举升特性。 为了得到较好的举升工作力臂变化特性曲线，以适应举升过程中阻力矩的变化和合理地选定举升油缸的功率，采用中间铰接式油缸是比较理想的，如图所示。图34 动臂油缸铰接点的确定3.5 确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程3.5.1动臂油缸的铰接位置确定动臂油缸与动臂及车架的铰接点H、M的位置(图35)，通常参考同类样机，同时考虑动臂油缸的提升力臂与行程的大小选定。H点一般选在约为动臂长度的三分之一处，且在动臂两铰接点的连线之上，以便留出铰座位置 (对曲线型动臂而言)。动臂油缸与车架有两种连接方式：油缸下端与车架铰接(图35a)；油缸中部或上端与车架铰接(图35b)。后者在动臂提升过程中，由于油缸下端的摆动，可以使动臂油缸的提升力臂变化较小，效率较高。但不论那种连接方式，都要使动臂油缸的下端到地面的距离HM满足装载机离地间隙的要求。此外，在采用动臂油缸下端摆动的连接方式时，要注意油缸下端在摆动过程中不与机体发生于涉。图3-5动臂油缸的铰接位置3.5.2 动臂油缸行程的确定 （3-4）作图知道 （3-5）3.5.3确定转斗油缸行程3.5.4 最大卸载高度和最小卸载距离 （3-6）在轨迹图中测量出：所以满足和的要求。4工作装置的强度计算4.1 计算位置4.2外载荷的确定1. 对称水平力的作用工况(图42a)水平力(即插入阻力PC)的大小由装载机的牵引力决定，其水平力的最大值为： (4-1)此处根据已知取 （4-2）装载机空载时的最大牵引力， 插入力。2. 对称垂直力的作用工况(图42b)垂直力(即铲起阻力)的大小受装载机纵向稳定条件的限制，其最大值为 （4-3）式中 W装载机满载时的自重； 装载机重心到前轮与地面接触点的距离；在此处取轴距的四分之一靠前。 （4-4） 式中L 轴距。 W整车重量。 W1满载时前桥负荷，取整机重量的75。 4.3 工作装置的受力分析 （4-5） （4-6）由于，所以取进行计算。(图43b)中 (4-7) 2） (4-8) 又 (4-9) 式中S1铲斗侧壁的面积， t铲斗壁厚， S2斗底和后斗壁的面积， SK档板面积， 钢板的密度（取=7850kg/m3）， g重力加速度（取g=10N/Kg），由前述可得 S1=0.886m2 t=0.01m S2=6.437 m2 SK=0.461 m2 代入各项数据可得： 由 （4-10） （4-11） 由 （4-12） 所以 （4-13） 由 (4-14) （4-15） （4-16） 由 （4-17） （4-18）由 （4-19）由 （4-20） 由 （4-21） （4-22） （4-23）b）垂直偏载（Pxa=0,Pza=116KN）由 （4-24） （4-25）由 （4-26）所以 （4-27） 由 （4-28） （4-28） （4-30） （4-30） (4-31) （4-32） （4-33） 由 （4-34）由 （4-35） （4-36）4.4 工作装置的强度校核4.4.1动臂 (MPa) （4-37） 式中 M计算断面上的弯矩（）； N计算断面上的轴向力(N)； W计算断面的抗弯断面系数(m3) F计算断面的截面积(m2)。 （MPa） （4-38）式中 Q计算断面的剪力(N)； SZmax计算断面中性轴Z处的静矩（m3）； JZ计算断面时对中性轴Z的惯性矩（m4）； b计算断面的宽度（m）。因为动臂计算断面多为矩形，则 （MPa） （4-39）图45 动臂强度校核图强度计算中许用应力按下式选取 （4-40）式中 s材料的屈服极限，国内装载机工作装置的动臂以及摇臂多采用16Mn钢，其s=360MPa； n安全系数，设计手册中规定n1.11.5，考虑工程机械工作繁重，作业条件恶劣及计算上的失误，一般取n1.5，此处取n=1.8。则 MPa BI段：弯矩 (4-41)轴向力 (4-42)剪力 (4-43)参考柳工856型装载机，取动臂厚b=60mm，宽h=200mm则m3 (4-44)F=bh=0.06x0.2=12x10-3m2 (4-45)将式(441)(442) (443) (444)及(445)代入式（437）和(439)得： IJ段：轴向力矩 (4-46) 剪力 (4-47) (4-48)参考柳工856型装载机，取动臂厚b=60mm，宽h=450mm则m3 (4-49)F=bh=0.06x0.45=27x10-3m2 (4-50)将式(446)(447) (448) (449)及(450)代入式（437）和(439)得： 4.4.2 铰销 （4-51）销轴的弯曲应力； 计算载荷，为铰点所受载荷之半；销轴弯曲强度计算的计算长度， ，式中L1、a、d的意义如图46所示； （4-52） W销轴的抗弯断面系数， 销轴支座的挤压应力： （4-53）销轴套的挤压应力： （4-54）式中轴套的支承长度。铰销材料选用40Cr,其S=800MPa,则 MPa4.4.3 连杆 （4-55）式中F轴向力 A连杆截面积连杆材料选用16Mn钢，其屈服极限s=350MPa，即= s/n=360/1.8=200MPa作用在连杆上的作用力由图324b中有：则 m2取连杆截面为圆形截面，直径D=80mm，则 压杆稳定校核：连杆的材料取16Mn钢，查表可得：E=210MPa,s=350MPap=280MPa,a=461MPa,b=2.568MPa则 （4-56）将连杆简化成一端铰支一端固定的梁，即=0.7，则 （4-57） （4-58） 因为<1,所以不能用欧拉公式计算临界压力。由经验公式知 （4-59） 因为<2,所以cr=s=350MPa Fcr=Acr=1758KN （4-60）由于铲斗额定载荷为50KN，斗重为7.487KN，所以连杆压力为：Fmax=(50+7.487)cos7o=57KN （4-61）所以 （4-62）满足压杆稳定的要求。4.4.4摇臂剪力弯矩 摇臂材料选用16Mn，其屈服极限s=360MPa，n=1.8,则=360/1.8=200MPa截面MM处的正应力和剪应力按如下公式计算： (MPa) （4-37）式中 M计算断面上的弯矩（）； N计算断面上的轴向力(N)； W计算断面的抗弯断面系数(m3) F计算断面的截面积(m2)。 （MPa） （4-38）式中 Q计算断面的剪力(N)； SZmax计算断面中性轴Z处的静矩（m3）； JZ计算断面时对中性轴Z的惯性矩（m4）； b计算断面的宽度（m）。因为动臂计算断面多为矩形，则 （MPa） （4-39）E点横截面图形见图48。 所以 图47 摇臂强度计算简图EF段；轴向力 图48 摇臂E点截面形状图剪力 弯矩 和DE段一样，此处截面NN如图48。总 结经过这阶段的毕业设计课题设计，我的理论知识得到了实践。丰富了自己的知识积累。对于装载机工作装置有了基本上的了解，运行的六个工况及其工作的连杆机构有了一定程度上的认识感谢老师这段时间以来对我的指导与帮助。附带：参考文献1 吉林工业大学工程机械教研室. 轮式装载机设计（M）. 北京：中国建筑工业出版社. 1982. 11：63852 杨晋升. 铲土运输机械设计（M）. 北京：机械工业出版社. 1981. 53 周复光. 铲土运输机械设计与计算(M). 北京：水利水电出版社. 1988. 6：991434 张瑞肖. 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