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附件3 任務(wù)書 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師姓名 論文（設(shè)計）題目 ZL60輪式反轉(zhuǎn)六連桿裝載機(jī)工作裝置設(shè)計 下達(dá)任務(wù)日期 任務(wù)起止日期 主要研究內(nèi)容及方法 研究內(nèi)容： 1、 了解國內(nèi)外裝載機(jī)的發(fā)展與方向； 2、 設(shè)計及計算裝載機(jī)工作裝置。 研究方法 1、 在圖書館和網(wǎng)上查閱有關(guān)裝載機(jī)的資料，整理選取相關(guān)的資料； 2、 查看主要生產(chǎn)廠家的裝載機(jī)視頻案例；? 3、 與同學(xué)配合，向老師請教，做出改進(jìn)后的裝載機(jī)； 4、 運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識、設(shè)計經(jīng)驗采用計算法和類比法綜合運(yùn)用的方法； 5、根據(jù)自己最后的設(shè)計，確定最終方案。 主要任務(wù)及目標(biāo) 斗容：3.3 m3 額定載重量：6t 最大鏟取力：180kN 最大牽引力：165kN 最小卸載距離：1250mm 最大卸載高度：3100mm （1）ZL60輪式裝載機(jī)工作裝置的機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)設(shè)計和主要構(gòu)件的強(qiáng)度校核計算； （2）編制設(shè)計計算說明書一份（40頁左右不少于1.2 萬字）； （3）繪制ZL60輪式裝載機(jī)工作裝置裝配圖一張（A0）； （4）繪制動臂部件圖一張（A1）； （5）繪制鏟斗部件圖一張（A1）。 主要參考文獻(xiàn) [1] 李健成．礦山機(jī)械（裝載機(jī)械部分）[M] ．北京：冶金工業(yè)出版社．1981 [2] 李健成．礦山裝載機(jī)械設(shè)計[M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1989 [3] 機(jī)械設(shè)計手冊編委會.機(jī)械設(shè)計手冊[M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2008 [4] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊.液壓傳動[M] ．化學(xué)化工出版社．2017.6 [5] 韓澤光、鄭夕健、同長虹．機(jī)械設(shè)計[M]．北京：北京航天航空大學(xué)出版社．2011.9 [6] 楊占敏、王智明、張春秋．裝載機(jī)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2006.1 [7] 高湖海．裝載機(jī)械[M]．冶金工業(yè)出版社．2011 [8] 周嶺、張有強(qiáng)．機(jī)械工程專業(yè)英語[M]．北京：北京航天航空大學(xué)出版社．2014.8 [9] 章躍．機(jī)械制造專業(yè)英語[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2003 [10] 符春生、張克義．機(jī)械制圖[M]．北京：北京航天航空大學(xué)出版社．2010.8 [11] 郭利軍、倪春迪、盛巍．中文版UG7.0高級案例教程[M]．北京：中國時代經(jīng)濟(jì)出版社．2013.6 進(jìn)度安排 各階段工作任務(wù) 起止日期 查閱相關(guān)資料 1~2周 進(jìn)行工作機(jī)構(gòu)計算 3~4周 進(jìn)行機(jī)械制圖的繪制 5~8周 完成畢業(yè)設(shè)計說明書 9~10周 整理資料，進(jìn)行答辯 11~12周 任務(wù)下達(dá)人簽名 任務(wù)接收人 簽名 教研室指導(dǎo)小組組長簽名 系部領(lǐng)導(dǎo)小組組長簽名 注：1、本表可根據(jù)內(nèi)容續(xù)頁； 2、本表一式兩份，學(xué)生、系部存檔各一份；3、簽名需手寫，其他內(nèi)容電子版填寫。 附件5 開題報告 課題名稱 ZL60輪式反轉(zhuǎn)六連桿裝載機(jī)工作裝置設(shè)計 指導(dǎo)教師 學(xué)生 學(xué)號 一、 課題的來源及意義 本文課題來源于生產(chǎn)生活，面向于裝載機(jī)的工作裝置設(shè)計。 本次課題的意義是通過設(shè)計，鞏固所學(xué)專業(yè)的基本知識，掌握ZL50D型輪式反轉(zhuǎn)六連桿裝載機(jī)工作裝置及主要構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計相關(guān)內(nèi)容和設(shè)計方法。使學(xué)生得到現(xiàn)代工程師技術(shù)能力的基本訓(xùn)練，進(jìn)一步提高專業(yè)設(shè)計能力。 二、 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及研究背景 1、國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 我國裝載機(jī)行業(yè)起步較晚，其制造技術(shù)是陸續(xù)從美國、德國和日本等國家引進(jìn)的。目前，我國裝載機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)水平只相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)80年代的生產(chǎn)制造水平。雖然目前國內(nèi)裝載機(jī)的生產(chǎn)廠家群雄并立，并且有增無減，但國內(nèi)的企業(yè)自主開發(fā)創(chuàng)新能力較弱，產(chǎn)品更新?lián)Q代以適應(yīng)市場需求的能力差，不能及時適應(yīng)市場的需求。在生產(chǎn)制造上，工藝裝備水平和生產(chǎn)能力低，造成關(guān)鍵零部件技術(shù)不過關(guān)，整機(jī)的可靠性，故障率，使用壽命，機(jī)、電、液一體化水平，外觀質(zhì)量，操縱靈活性和舒適性方面與先進(jìn)國家產(chǎn)品相比差距較大。目前，我國裝載機(jī)的發(fā)展有如下一些特點(diǎn)： （1） 缺乏高科技含量，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，檔次低 我國生產(chǎn)的裝載機(jī)的技術(shù)水平普遍較低，高科技附加值少，產(chǎn)品檔次低，屬于中等偏下水平。產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，國產(chǎn)裝載機(jī)大故障的部位主要集中在傳動系統(tǒng)，小毛病主要出現(xiàn)在液壓系統(tǒng)。 （2） 設(shè)備的靈活性、舒適性較差 靈活性是反映裝載機(jī)工作效率的一個重要指標(biāo)。由于設(shè)計或制造等原因，各個部件不能自如運(yùn)作，工作起來笨拙不堪，現(xiàn)場講是出工不出力、出力不出活?，F(xiàn)場作業(yè)，其環(huán)境千差萬別，特別是洞室、狹窄惡劣地段工作更需要靈活性，在這方面國外的大噸位設(shè)備也遠(yuǎn)比國內(nèi)小噸位設(shè)備靈活的多。 設(shè)備的舒適性是指駕駛員在操作設(shè)備作業(yè)時所感受到的舒適程度，也包括環(huán)保方面的排放標(biāo)準(zhǔn)和噪聲大小等。國產(chǎn)產(chǎn)品駕駛室的噪聲控制、密封問題都沒有得到很好的解決。一些廠家試圖在駕駛室里安裝收錄機(jī)等音響系統(tǒng)，其實(shí)在沒解決設(shè)備噪聲之前，這些都是徒勞的；同理，在沒有解決駕駛室密封問題之前，一切空調(diào)等通風(fēng)換氣裝置都是沒有任何意義的。 （3） 用途單一，產(chǎn)品規(guī)格中間大兩頭小 我國生產(chǎn)的裝載機(jī)所配有的附屬作業(yè)裝置有限，造成裝載機(jī)使用功能少、用途單一。盡管已能產(chǎn)生出0.4~10t 的裝載機(jī)產(chǎn)品，但產(chǎn)量主要集中在1~5t 范圍內(nèi)，無力生產(chǎn)微型級、大型級產(chǎn)品，造成了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中間大、兩頭小的格局。 2、國外發(fā)展?fàn)顩r （1） 產(chǎn)品形成系列，更新速度加快并朝大型化和小型化發(fā)展 產(chǎn)品的系列化、成套化、多品種化成為主流。為了適應(yīng)市場需求，各廠商加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，如以卡特彼勒為代表的美國，以小松公司為代表的日本和裝載機(jī)生產(chǎn)第三大集團(tuán)西歐各廠家都加快推出多功能，全面兼顧動力性、機(jī)動性與靈活性的新產(chǎn)品，以滿足不同用途用戶的需求。此外，裝載機(jī)的大小規(guī)格向兩頭延伸，以適應(yīng)大型露天煤礦或金屬礦和狹窄施工場所，如倉庫、貨棧、農(nóng)舍、地下等場所的裝載作業(yè)。這些產(chǎn)品如美國克拉克公司生產(chǎn)的675型，功率達(dá)1000 kW ， 而日本東洋遠(yuǎn)般株式會社生產(chǎn)的310型，斗容量僅為0.11m3 ，功率為9.8kW。此外，裝載機(jī)還向高卸位、遠(yuǎn)距離方向發(fā)展。如JCB公司開發(fā)了收縮臂式裝載機(jī)，小松公司開發(fā)了能擴(kuò)大作業(yè)范圍帶伸縮機(jī)構(gòu)的裝載機(jī)。 （2） 采用新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)，產(chǎn)品性能日趨完善 近年開發(fā)的產(chǎn)品普遍采用了高性能發(fā)動機(jī)和自動換擋變速器、大流量負(fù)荷傳感液壓系統(tǒng)、前后防滑差速器、多片濕式盤式制動器、行走顛簸減振先進(jìn)技術(shù)，并綜合液壓、微電子和信息技術(shù)制造，并應(yīng)用了很多智能系統(tǒng)。工作裝置連桿機(jī)構(gòu)推陳出新，各種自動功能更趨于成熟、完善。 （3） 發(fā)展多種工作裝置，不斷滿足市場需求 所有廠家的產(chǎn)品都強(qiáng)調(diào)一機(jī)多用，配用快換裝置及多種附件，可以換裝幾種到幾十種甚至上百種不同的作業(yè)裝置，如VME集團(tuán)生產(chǎn)的VolvoBM裝載機(jī)可更換多達(dá)100余種的工作裝置，如各種用途的鏟斗、裝卸叉、吊具、清掃裝置、集草叉、除雪鏟、路面銑刨器具、壓實(shí)器具、破碎器具、地表鉆等，以便進(jìn)行裝載、鏟平、搬運(yùn)、挖掘、清理等作業(yè)。各種工作裝置的更換非常簡便，司機(jī)在駕駛室內(nèi)只需1~2min就可以輕而易舉的完成。 （4） 易于維修、保養(yǎng)，注重環(huán)保 所以產(chǎn)品都充分考慮到可維護(hù)、維修性，各關(guān)鍵零部件和維護(hù)點(diǎn)都預(yù)留了足夠的通路，保養(yǎng)點(diǎn)集中并可以在地面上進(jìn)行，普遍采用了自動集中潤滑。大量機(jī)罩都采用可展開結(jié)構(gòu)，可整體翻轉(zhuǎn)，有些機(jī)型的駕駛室還可以整體傾翻。許多產(chǎn)品發(fā)動機(jī)風(fēng)扇采用液壓驅(qū)動。大部分產(chǎn)品設(shè)有微機(jī)操作信息中心供維修查詢。各個廠家也都十分注意產(chǎn)品的環(huán)保，主要從降噪降污和節(jié)約能源入手。普遍采用了降噪、將污染、滿足現(xiàn)有排放法的清潔型發(fā)動機(jī)，同時對機(jī)器主要噪聲源都采取了各種防護(hù)措施。 三、 本課題的研究目標(biāo)和內(nèi)容 斗容：3.3 m3 額定載重量：6t 最大鏟取力：180kN 最大牽引力：165KN 最小卸載距離：1250mm 最大卸載高度：3100mm （1）ZL60輪式裝載機(jī)工作裝置的機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)設(shè)計和主要構(gòu)件的強(qiáng)度校核計算； （2）編制設(shè)計計算說明書一份（40頁左右不少于1.2 萬字）； （3）繪制ZL60輪式裝載機(jī)工作裝置裝配圖一張（A0）； （4）繪制動臂部件圖一張（A1）； （5）繪制鏟斗部件圖一張（A1）。 四、 本課題研究方法及進(jìn)度安排 1、研究方法 （1） 在圖書館和網(wǎng)上查閱有關(guān)裝載機(jī)的資料，整理選取相關(guān)的資料； （2） 查看主要生產(chǎn)廠家的裝載機(jī)視頻案例；? （3） 與同學(xué)配合，向老師請教，做出改進(jìn)后的裝載機(jī)； （4） 運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識、設(shè)計經(jīng)驗采用計算法和類比法綜合運(yùn)用的方法； （5） 根據(jù)自己最后的設(shè)計，確定最終方案。 2、進(jìn)度安排： （1） 第一~二周：查閱相關(guān)資料； （2） 第三~四周：進(jìn)行工作機(jī)構(gòu)計算； （3） 第五~八周：進(jìn)行機(jī)械制圖的繪制； （4） 第九~十周：完成畢業(yè)設(shè)計說明書； （5） 第十一~十二周：整理資料，進(jìn)行答辯。 五、 實(shí)驗方案的可行性分析和已具備的實(shí)驗條件 輪式裝載機(jī)屬于鏟土運(yùn)輸機(jī)械類，是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口和礦山等建設(shè)工程的土石方施工機(jī)械。具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，對于加快工程建設(shè)速度，減輕勞動強(qiáng)度，提高工程質(zhì)量，降低工程成本都發(fā)揮著重要的作用，是現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。 隨著我國加入WTO組織和西部大開發(fā)的進(jìn)程，及水電、港口、公路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目的增多，國外先進(jìn)工程機(jī)械先后涌入中國市場，我國工程機(jī)械設(shè)施同時面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。這也意味著我國工程機(jī)械行業(yè)對技術(shù)人才的技術(shù)素質(zhì)提出了更高的要求。 六、 具體參考文獻(xiàn) [1] 李健成.礦山機(jī)械（裝載機(jī)械部分）[M] 北京：冶金工業(yè)出版社,1981 [2] 李健成.礦山裝載機(jī)械設(shè)計[M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1989 [3] 機(jī)械設(shè)計手冊編委會.機(jī)械設(shè)計手冊[M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008 [4] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊.液壓傳動[M] 化學(xué)化工出版社，2017.6 [5] 韓澤光、鄭夕健、同長虹．機(jī)械設(shè)計[M]．北京：北京航天航空大學(xué)出版社．2011.9 [6] 楊占敏、王智明、張春秋．裝載機(jī)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2006.1 [7] 高湖海．裝載機(jī)械[M]．冶金工業(yè)出版社．2011 [8] 周嶺、張有強(qiáng)．機(jī)械工程專業(yè)英語[M]．北京：北京航天航空大學(xué)出版社．2014.8 指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 注：1、本表可根據(jù)內(nèi)容續(xù)頁；2、指導(dǎo)教師意見及簽名手寫，其他內(nèi)容電子版填寫。 題　　目: ZL60輪式反轉(zhuǎn)六連桿裝載機(jī) 工作裝置設(shè)計  摘 要 裝載機(jī)是工程機(jī)械的主要機(jī)種之一，主要用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施工。它具有重量輕、機(jī)動靈活、效率高、維修方便等特點(diǎn)；它既可進(jìn)行鏟裝作業(yè)，又可用作短途運(yùn)輸。對于加快工程建設(shè)速度，減輕勞動強(qiáng)度，提高工程質(zhì)量，降低工程成本都發(fā)揮著重要的作用。裝載機(jī)的工作裝置對于裝載機(jī)來說是重中之重，所以工作裝置的設(shè)計好壞直接影響到裝載機(jī)的使用壽命以及工作效率等。 這次設(shè)計采用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計方法，對這種輪式裝載機(jī)的工作裝置進(jìn)行了總體設(shè)計到零部件設(shè)計。主要包括輪式裝載機(jī)工作裝置的關(guān)鍵零部件，如鏟斗、連桿機(jī)構(gòu)以及轉(zhuǎn)斗油缸、舉升油缸等，并對重要零件進(jìn)行了剛度、強(qiáng)度分析。應(yīng)用UG軟件對輪式裝載機(jī)工作裝置整體進(jìn)行設(shè)計，并用它對本次設(shè)計進(jìn)行立體展示表達(dá)。在設(shè)計過程中，必須使工作裝置運(yùn)動平穩(wěn)、無干涉、無死點(diǎn)、無自鎖、有足夠的強(qiáng)度；動臂從最底位置到最大卸載高度的舉升過程中，保證鏟斗中物料不灑落；在卸載后，動臂下放至鏟掘位置鏟斗能自動放平。 關(guān)鍵字：3.3m3斗容；輪式裝載機(jī)；反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)；工作裝置；強(qiáng)度校核 Abstract As one of the main types of construction machinery, loader is mainly used for earthwork construction of highway, railway, building, hydropower, port, mine and other construction projects. Characterized by light weight, flexibility, high efficiency and convenient maintenance, it can not only carry out scooping but also be used for short-distance transportation, as well as plays an important role in speeding up the engineering construction, reducing labor intensity, improving the quality of the project and reducing the cost of the project. For a loader, the working device is the most important, therefore, the design of the working device directly affects the life length and efficiency of a load. The design of the modern use of advanced design methods, wheel loaders working on such a device design to design components. It mainly includes key parts of wheel loader's working device, such as bucket, link mechanism, rotary bucket cylinder and lifting cylinder etc., and the rigidity and strength of key parts are analyzed. Application of UG software installed on the wheel loader work for the overall design and its use of this design three-dimensional display of expression. In the process of design, the working device must be worked smoothly without interference, dead spot or self-lock and with sufficient strength. During the lifting process of boom from the bottom to the maximum uninstall height, the material in the bucket must be ensured not to spill out, and the bucket can be leveled down automatically when the boom is lowered to the digging position after unloading. Key words: 3.3m3 bucket capacity; Wheel loader; Reversing six-bar mechanism; Working device; Strength checking .. 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1 裝載機(jī)概述 1 1.2 裝載機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展 1 1.2.1 國外裝載機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2.2 國外裝載機(jī)發(fā)展趨勢 1 1.2.3 國內(nèi)裝載機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2.4 國內(nèi)裝載機(jī)發(fā)展趨勢 2 第2章 裝載機(jī)工作裝置總體設(shè)計 3 2.1 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置 3 2.2 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn) 3 2.3 工作裝置自由度的計算 5 第3章 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計 7 3.1 鏟斗設(shè)計 7 3.1.1 鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 7 3.1.2 鏟斗斷面形狀和基本參數(shù)確定 8 3.1.3 鏟斗容量的計算 10 3.2 工作裝置連桿系統(tǒng)設(shè)計 12 3.2.1 機(jī)構(gòu)分析 12 3.2.2 尺寸參數(shù)設(shè)計 13 3.3 工作裝置靜力學(xué)分析 21 3.3.1 外載荷確定原則 21 3.3.2 鏟斗形心的確定 21 3.3.3 外載荷的計算 25 3.4 工作機(jī)構(gòu)的受力分析與計算 28 3.4.1 裝載機(jī)的幾種工況 28 3.4.2 聯(lián)合鏟裝時的受力分析 28 3.4.3 工作機(jī)構(gòu)主要零件的強(qiáng)度計算及液壓缸的確定 32 3.4.4 搖臂及連桿的計算 34 3.4.5 關(guān)于潤滑 42 第4章 UG軟件的應(yīng)用 45 4.1 仿真和優(yōu)化 45 4.2 零件設(shè)計 46 4.3 產(chǎn)品設(shè)計 48 第5章 實(shí)體模型的制作 51 總 結(jié) 53 附 錄 55 參考文獻(xiàn) 57 致 謝 59 第1章 緒 論 1.1 裝載機(jī)概述 裝載機(jī)主要用于鏟裝石灰、土壤、煤炭和其他散狀物料。裝載機(jī)不僅可以完成挖掘作業(yè)，還可以執(zhí)行一些其他任務(wù)，如推平和起重等。它具備自重輕、機(jī)動靈活、效率高等特點(diǎn)，所以用途廣泛。 1.2 裝載機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展 1.2.1 國外裝載機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 (1) 產(chǎn)品已經(jīng)形成系列化，成品更新速度快，并且朝著大型化、小型化方向發(fā)展； (2) 裝載機(jī)的成套化、系列化、多品種化已經(jīng)成為當(dāng)下市場的主流； (3) 裝載機(jī)上采用新的結(jié)構(gòu)、新的技術(shù)，可以使裝載機(jī)的性能日趨完善； (4) 開發(fā)各種工作裝置以滿足市場需求； (5) 易于維修、保養(yǎng)，注重環(huán)保。 1.2.2 國外裝載機(jī)發(fā)展趨勢 (1) 系列化，特大型化； (2) 多用途，微型化； (3) 廣泛使用液壓技術(shù)，廣泛使用微電子和信息技術(shù)，提高裝載機(jī)的技術(shù)含量； (4) 不斷創(chuàng)新結(jié)構(gòu)上的設(shè)計； (5) 安全性、舒適性和可靠性也是國外企業(yè)的賣點(diǎn)。 1.2.3 國內(nèi)裝載機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 中國的裝載機(jī)制造技術(shù)與國外的一些國家還有一定的差距。雖然國內(nèi)裝載機(jī)生產(chǎn)企業(yè)確實(shí)數(shù)量多，而且還仍呈現(xiàn)增長趨勢，但國內(nèi)大多企業(yè)自主開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品的能力比較的弱，導(dǎo)致產(chǎn)品的更新能力也隨之減弱，適應(yīng)裝載機(jī)市場需求的能力變差。在裝載機(jī)制造方面，國內(nèi)關(guān)鍵部件技術(shù)不能滿足要求，技術(shù)裝備和生產(chǎn)能力也較低。與發(fā)達(dá)國家相比，我國裝載機(jī)在操縱靈活性和舒適性方面較差。國內(nèi)裝載機(jī)有以下幾個特點(diǎn)： (1) 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，科技含量低 國內(nèi)生產(chǎn)的裝載機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定：國產(chǎn)裝載機(jī)的傳動系統(tǒng)是出現(xiàn)大故障的主要部位，而在液壓系統(tǒng)中主要出現(xiàn)一些小毛病。裝載機(jī)制造技術(shù)普遍也比較低，現(xiàn)在處于較低水平。 (2) 設(shè)備的靈活性、舒適性較差 可以體現(xiàn)裝載機(jī)工作效率的主要是它的靈活性。由于制造等原因，裝載機(jī)各部件不能自如的運(yùn)作，工作起來顯得不夠靈活，工作效率低。 國內(nèi)裝載機(jī)駕駛室噪聲控制問題還沒有得到很好的解決；密封問題也尚未得到的解決，這些問題都需要進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。 (3) 產(chǎn)品用途單調(diào)，產(chǎn)品規(guī)格中小型化 國內(nèi)生產(chǎn)的裝載機(jī)功能較少、用途較單一，主要是因為國內(nèi)生產(chǎn)的裝載機(jī)只能配置幾種附屬作業(yè)裝置，在這方面的技術(shù)水平不高。盡管已經(jīng)能生產(chǎn)了0.4噸到10噸 的裝載機(jī)，但是裝載機(jī)的產(chǎn)量仍然主要在1噸到5噸的范圍內(nèi)。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)無法生產(chǎn)微型，大型，超大型的產(chǎn)品，導(dǎo)致產(chǎn)品中小型化。 1.2.4 國內(nèi)裝載機(jī)發(fā)展趨勢 由于我國歷史與國情等原因，目前國內(nèi)裝載機(jī)生產(chǎn)企業(yè)與西方發(fā)達(dá)國家的一些制造企業(yè)的生產(chǎn)水平仍存在較大差距?，F(xiàn)在國產(chǎn)裝載機(jī)正在處于一個十分重要的過渡期，國內(nèi)各個廠家也在加大對技術(shù)方面的投入。中國裝載機(jī)制造業(yè)現(xiàn)在有下面幾個發(fā)展趨勢： (1) 大小型裝載機(jī)受到了一些客觀條件與市場需求的限制，所以無法大量的生產(chǎn)制造，廠商對這方面的投入也不是很注重。 (2) 通過優(yōu)化每個系統(tǒng)，以提高每個系統(tǒng)的性能。動力系統(tǒng)的減震、工作裝置的性能指標(biāo)優(yōu)化、冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工業(yè)設(shè)計等。引進(jìn)國外最先進(jìn)的傳動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)技術(shù)，使國內(nèi)裝載機(jī)生產(chǎn)更先進(jìn)。 (3) 提高安全性、舒適性。通過設(shè)計，駕駛室內(nèi)提供了ROPS和FOPS功能，使國內(nèi)裝載機(jī)能夠通過國際安全要求認(rèn)證。 (4) 降低裝載機(jī)駕駛室與裝載機(jī)對外部環(huán)境的噪聲，減少尾氣排放，強(qiáng)化裝載機(jī)的環(huán)保指標(biāo)，讓國內(nèi)的裝載機(jī)綠色化。 - 61 - 第2章 裝載機(jī)工作裝置總體設(shè)計 2.1 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置 工作裝置是裝配到裝載機(jī)上，是裝載機(jī)上的關(guān)鍵組件之一，它能夠使裝載機(jī)完成鏟取、裝載及卸載等作業(yè)。它是自帶液壓缸的多連桿機(jī)構(gòu)。 工作裝置是由兩個獨(dú)立的運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成：動臂舉升機(jī)構(gòu)與多連桿機(jī)構(gòu)。主要由鏟斗、連桿、動臂、上下?lián)u臂、轉(zhuǎn)斗油缸、動臂舉升油缸、托架等組成。 2.2 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn) 目前裝載機(jī)上使用最為廣泛的是六連桿機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)。它的機(jī)構(gòu)傳遞方案如圖2-1所示。其中，目前未在裝載機(jī)使用的是圖b 所示的方案；由圖a 所示方案形成的工作裝置，是以三鉸構(gòu)件1為動臂、構(gòu)件2為鏟斗、構(gòu)件3為連桿、構(gòu)件4為搖臂、構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗油缸、構(gòu)件6為機(jī)架。 圖2-1 六桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方案 以下是一些最廣泛設(shè)計的裝載機(jī)設(shè)計類型。它是根據(jù)轉(zhuǎn)斗油缸布置位置的不同設(shè)計的。轉(zhuǎn)斗油缸可以作為裝載機(jī)工作裝置其中的連桿機(jī)構(gòu)： (1) 轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-2a） 以圖2-1a的構(gòu)件3作為轉(zhuǎn)斗油缸時，它的優(yōu)點(diǎn)在于裝載機(jī)的轉(zhuǎn)斗油缸可以直接連接到搖臂上。缺點(diǎn)就是在翻轉(zhuǎn)鏟斗時，是轉(zhuǎn)斗油缸小腔進(jìn)油，通過的小腔作用來實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，這樣鏟斗的鏟掘力就會相對較小。 圖2-2 六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式 (2) 轉(zhuǎn)斗油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-2b） 以圖2-1a中的構(gòu)件5作為轉(zhuǎn)斗油缸，并將裝載機(jī)的轉(zhuǎn)斗油缸放在動臂的上方。機(jī)構(gòu)的傳動比大于轉(zhuǎn)斗油缸前置式的傳動比，并且前懸小于轉(zhuǎn)斗油缸前置式的?；钊谐瘫绒D(zhuǎn)斗油缸前置式的短。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)斗油缸后置式的轉(zhuǎn)斗油缸與車架的鉸接點(diǎn)位置過高，這會影響駕駛員的視野并且在操作方面給駕駛員造成不便。 (3) 轉(zhuǎn)斗油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-2c） 使用圖2-1a中構(gòu)件5作為轉(zhuǎn)斗油缸，并將轉(zhuǎn)斗油缸安裝在動臂下方，以便當(dāng)裝載機(jī)用于鏟掘收斗作業(yè)時，使用油缸的大腔進(jìn)行工作，產(chǎn)生更大的掘起力，并且鏟斗易于翻轉(zhuǎn)。 (4) 轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-2d） 將圖2-1a中的構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗油缸并將其安裝在動臂的上。該機(jī)構(gòu)主要有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：一是鏟斗插入料堆時（第一工況時）轉(zhuǎn)斗油缸的大油腔注油，多連桿機(jī)構(gòu)的傳力比可以設(shè)計成較大的值。因此鏟斗可以獲得較大的掘起力，使得鏟斗翻轉(zhuǎn)時比較容易；二是多連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸合理設(shè)計；三是工作裝置連桿的結(jié)構(gòu)十分緊湊，前懸也很小，所以駕駛員的視野會更好。缺點(diǎn)是在搖臂與連桿的位置處于鏟斗與前橋之間的狹窄位置，容易造成構(gòu)件之間發(fā)生干涉，無法滿足市場需求。 (5) 轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-2e） 以圖2-1a 的構(gòu)件3作為轉(zhuǎn)斗油缸并將其布置在靠近鏟斗的地方。 2.3 工作裝置自由度的計算 圖2-3為反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)工作裝置各連桿結(jié)構(gòu)簡圖。 圖2-3 工作裝置平面桿系結(jié)構(gòu)簡圖 該機(jī)構(gòu)中活動構(gòu)桿件數(shù)n=8，低副數(shù)目Pi=11，高副數(shù)目Ph=0。這樣，通過平面機(jī)構(gòu)的自由度的計算公式，反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的自由度為 F=3n-2Pi-Ph=2 (2-1) 第3章 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計 3.1 鏟斗設(shè)計 3.1.1 鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 (1) 斗體形狀 從鏟斗的整體形狀來看，鏟斗分為兩種形式：深底和淺底。淺底鏟斗比深底鏟斗更容易裝滿，但在運(yùn)輸過程中淺底鏟斗容易溢出物料。相比之下，淺底鏟斗更適合定點(diǎn)裝卸，深底鏟斗適合遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸。 (2) 切削刃形狀 切削刃分為兩種類型：直線型和非直線型；前者設(shè)計比后者的要簡單，這樣會有利于鏟平地面，但鏟裝的阻力要比后者的大。非直線型切削刃主要有兩種類型：V形和弧形。這種切削刃在插入時具有相對較小的阻力并且易于插入料堆中，并且對于減小偏執(zhí)載荷的插入也是有利的。 (3) 斗齒 斗齒是安裝或焊接在鏟斗斗刃上的，有的斗刃也不安裝或焊接斗齒。如果將鏟斗的斗刃上安裝或焊接了斗齒后，則首先將斗齒插入料堆中。由于安裝或焊接斗齒的比壓大，所以帶齒的比不帶齒的切削刃更容易插入料堆里。當(dāng)料堆的密度更大時，效果更加明顯。 斗齒結(jié)構(gòu)分為兩種：分體式和整體式。一般斗齒都是用高錳鋼制成的整體式，用螺栓固定在鏟斗斗刃上，圖3-1是整體式斗齒。 圖3-1 整體式斗齒 (4) 鏟斗側(cè)刃 由于鏟斗側(cè)刃要參與插入工作，為了減小插入阻力，側(cè)壁前刃通常與鏟斗的前壁形成銳角。弧線或折線側(cè)刃鏟斗的插入阻力小于直線形側(cè)刃的插入阻力，但具有弧線或折線形側(cè)刃鏟斗的側(cè)壁較淺。物料容易從兩側(cè)撒落，影響鏟斗的堆裝量。 (5) 斗底 為了使鏟裝的物料在鏟斗內(nèi)能有良好的流動性，鏟斗底部的圓弧半徑應(yīng)不宜過小，前后壁夾角應(yīng)大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°。 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(qiáng)度鋼板 斗刃形狀：直線形斗刃 斗刃材料：耐磨和耐沖擊的中錳合金鋼材料 3.1.2 確定鏟斗斷面形狀和基本參數(shù) (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 后壁高h(yuǎn)是指鏟斗的上邊緣至圓弧與后壁切點(diǎn)之間的距離。 底壁長l是指鏟斗底壁的直線部分的長度。l如果增加，鏟斗鏟入料堆深度也變大，鏟斗容易裝滿，但掘起力將由于力臂的增加而減小。從試驗中可知，插入阻力隨著鏟斗入料堆的深度而急劇增加。l長同樣也會降低卸載高度。l如果縮短，則掘起力大；并且由于卸料時鏟斗刃口降落的高度較小，縮短工作時間，但會降低鏟斗容量。對于主要裝載輕質(zhì)物料的鏟斗，l可選擇較的大值；對于裝載巖石的鏟斗，應(yīng)取小些。 鏟斗張開角γ 是鏟斗后壁和底壁之間的角度，一般在45°到52°之間。 本次設(shè)計的具體參數(shù)初始設(shè)置如下： 鏟斗圓弧半徑r：500mm 底壁長l：700mm 后壁高h(yuǎn)：400mm 張開角γ：50° (2) 鏟斗基本參數(shù)的確定 設(shè)定好上述鏟斗斷面參數(shù)后，根據(jù)老師給定的參數(shù)，本次設(shè)計鏟斗的總寬度B為3100mm，鏟斗壁厚為20mm。 在設(shè)計鏟斗時，鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R （即鏟斗與動臂鉸接點(diǎn)到切削刃之間的距離）被用作基本參數(shù)。鏟斗的其他參數(shù)作為R的函數(shù)。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R可按照式（3-1）計算。 圖3-3 鏟斗尺寸參考 （m） (3-1) 式中 鏟斗平裝斗容，3m3 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，3.02m 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)，，取值范圍(0.35~0.4) 張開角，為45°~52°取50° 擋板與后壁間的夾角5°~10°（無擋板取0） 圖3-3中各參數(shù)含義如下： 鏟斗圓弧半徑，m Lg 斗底長度，是指從鏟斗切削刃到鏟斗底部延長線與鏟斗后壁延長線交點(diǎn)的距離，m (3-2) KZ 后壁長度，是指從后壁上緣到后壁延長線與斗底延長線交點(diǎn)的距離，m Kk 擋板高度，m 調(diào)整每個參數(shù)后，每個值可以通過與R值之比，分別計算出、、、值，=1.4，=1.2,=0.13,=0.4 然后，代入公式（3-1），可以確定鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R，并且可以計算得出R≈1314mm 即可得出 Lg=1.4×1314=1839.6mm Lz=1.2×1314=1576.8mm Lk=0.13×1314=170.8mm 通常，鏟斗側(cè)壁切削刃相對于鏟斗底壁的傾角=50°~60°。鏟斗與動臂鉸接點(diǎn)距離斗底壁的高度為 h=（0.06~0.12）R=78.84~157.68mm (3-3) r=525.6mm S=0.957 m2 3.1.3 鏟斗容量的計算 在設(shè)計任務(wù)書里已經(jīng)給出來了鏟斗的斗容，并且鏟斗的參數(shù)是根據(jù)鏟斗的斗容制定下的，因此，下面只描述用于計算鏟斗斗容的算法公式。 (1) 平裝容量 根據(jù)公式（3-4）計算鏟斗的平裝容量（見圖3-4）。 對于有防溢板的鏟斗 VS=SB0-23a2b=3.87 (3-4) 式中 有擋板的鏟斗橫截面面積，m2 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，m 擋板高度，m 斗刃刃口與擋板最上部之間的距離，m 對于無防溢板的鏟斗 Vs'=S'B0（m3） (3-5) 式中 不裝擋板的鏟斗橫截面面積，m2 圖3-4 鏟斗容量計算 (2) 額定容量 鏟斗的額定容量（見圖3-4）按照式（3-6）計算。 對于有防溢板的鏟斗 Vr=Vs+b2B08-b26a+c=3.44 (3-6) 式中 c 物料堆積高度，m 對于無防溢板的鏟斗 Vr'=Vs'+b2B08-b324 3.44-3.33.3=4.24%<5% 該結(jié)果在誤差范圍內(nèi)，所以該方案合理。 (3) 判斷鏟斗類型： 對于淺底鏟斗為： LB=425~475·3Vr (3-7) 對于深底鏟斗為： LB=620~665·3Vr LB3Vr=457.1 所以此鏟斗為淺底鏟斗。 3.2 工作裝置連桿系統(tǒng)設(shè)計 3.2.1 機(jī)構(gòu)分析 轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)主要由六個部分組成：轉(zhuǎn)斗油缸CD、搖臂CBE、連桿FE、鏟斗GF、動臂GBA和機(jī)架AD。實(shí)際上，它由兩個反轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)GFEB和BCDA（圖中GF2E2B和BC2DA）串聯(lián)組成。當(dāng)舉升動臂時，如果假定動臂是固定桿，則可以將機(jī)架AD視為輸入桿。把鏟斗GF看作輸出桿。因為AD和GF轉(zhuǎn)向相反，所以叫反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。 舉升機(jī)構(gòu)主要由動臂舉升油缸HM和動臂GBA構(gòu)成。 圖3-5 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)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 3.2.2 尺寸參數(shù)設(shè)計 由于圖解法更直觀，更易于掌握，因此通過在坐標(biāo)圖上確定鏟裝工況（圖3-6）時工作裝置的9個鉸接點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)。 3.2.2.1 確定動臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個鉸接點(diǎn)G、B、A (1) 確定坐標(biāo)系 如圖3-6所示，先選取坐標(biāo)系并確定尺寸比例1:45。 (2) 畫鏟斗圖 鏟斗橫截面的設(shè)計輪廓按比例繪制在坐標(biāo)系xOy中。斗尖對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前壁與x軸呈3°~5°的前傾角。這是鏟斗插入料堆時位置，即插入工況。 圖3-6 動臂上三鉸接點(diǎn)設(shè)計 (3) 確定動臂與鏟斗的鉸接點(diǎn)G 因為G點(diǎn)的x坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗掘起力就越大，所以G點(diǎn)靠近O點(diǎn)是有利的。但是，它受鏟斗底部和最小離地高度的限制，不能任意減??；當(dāng)G點(diǎn)的y坐標(biāo)值增加時，鏟斗在料堆中的鏟取區(qū)域增加，并且裝載的物料量很大。然而，連桿與鏟斗之間的鉸接點(diǎn)F距離減小，從而掘起力減小。 綜合考慮各種因素，根據(jù)坐標(biāo)圖上插入工況的鏟斗實(shí)際位置，為了確保G點(diǎn)在y軸的坐標(biāo)值yG=250~350mm，并且x軸坐標(biāo)值xG盡可能小，在不干涉斗底的前提下，人為確定指標(biāo)圖上的G點(diǎn)。初定G點(diǎn)坐標(biāo)為（1300，300）。 yG=300mm (4) 確定動臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn)A ① 以G點(diǎn)作為圓心，順時針旋轉(zhuǎn)鏟斗，直到鏟斗斗口O'O''與x軸平行，即鏟裝工況。 ② 把已經(jīng)選定的輪胎外輪廓畫在指標(biāo)圖上（輪胎外輪廓的直徑約為1700mm）。在繪圖時，鏟斗裝載狀態(tài)下輪胎前緣與鏟斗后壁之間的間隙應(yīng)盡可能小。輪胎中心Z的y坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑Rk =800mm。 (3-8) 式中 yz Z點(diǎn)的y坐標(biāo)值，mm dw 輪輞直徑，mm =25in bw 輪胎寬度，mm =24.5in Hbw 輪胎斷面高度和寬度的比例（普通輪胎取1，寬面輪胎取0.83，超寬面輪胎取0.64）。取Hbw=0.83 輪胎變形系數(shù)（普通輪胎為0.1至0.16，寬面輪胎為0.05至0.1）。 取=0.16 ③ 根據(jù)老師給定的最大卸載高度hx，最小卸載距離lx和卸載角度αx，繪制卸載到最高位置時鏟斗的位置圖，即高位卸載工況，并令此時斗尖為O4，G點(diǎn)位置為G'，如圖3-7所示。 ④ 以G'點(diǎn)作為圓心，順時針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗開口平行于X軸。 ⑤ 連接G G'并作其垂直平分線。 A點(diǎn)在平分線上的位置應(yīng)盡可能的低一些，以提高裝載機(jī)整體的工作穩(wěn)定性，降低機(jī)器的整體高度，并改善駕駛員的視野。一般來說，A點(diǎn)位于前輪的右上角，與前軸心水平距離為軸距的1/3~1/2處。最終定下A點(diǎn)的坐標(biāo)為（3932，2064）。 A點(diǎn)位置的變化可以通過移動點(diǎn)G'點(diǎn)位置和輪胎中心Z點(diǎn)的位置來執(zhí)行。 3.2.2.2 確定動臂與搖臂的鉸接點(diǎn)B B點(diǎn)是一個十分關(guān)鍵的位置參數(shù)。如圖3-7所示，通過分析，根據(jù)以往的經(jīng)驗，一般取B點(diǎn)在AG連線的上方和A點(diǎn)的水平線下方，并在AG的垂直平分線的左側(cè)，盡可能靠近鏟裝工況時的鏟斗。相對于前輪胎，B點(diǎn)位于其輪廓的左上角。裝載機(jī)的工作裝置的設(shè)計確定B點(diǎn)的坐標(biāo)為（1977，1828）。在UG中顯示如圖3-7和圖3-8所示。 圖3-7 動臂鉸接點(diǎn)A的確定 圖3-8 動臂鉸接點(diǎn)的三維顯示 3.2.2.3 連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點(diǎn)F、E的確定 由于G與B已經(jīng)定下來，因此定F與E點(diǎn)實(shí)際上是確定連接到鏟斗的四連桿機(jī)構(gòu)GFEB的尺寸，如圖3-9所示。 根據(jù)雙搖桿條件設(shè)計四桿機(jī)構(gòu) 令GF桿為最短桿，BG為最長桿，即有 GF+BG > FE+BE (3-9) 如圖3-10所示，若令GF=a，F(xiàn)E=b，BE=c，BG=d，并將式（3-9）不等號兩邊同時除以d，整理后得到下式，即 K=bd+cd-ad<1 (3-10) 上式各值可按式（3-11）選取，由G（1300，300）、B（1977，1827）點(diǎn)的坐標(biāo)得到d=1670mm (3-11) 由式（3-8）選取K=0.950 得到，a=0.39d=651mm c=0.6d=1000mm，代入（3-11） 得到，b=1271mm。 圖3-9 連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸尺寸設(shè)計 3.2.2.4 確定E和F點(diǎn)位置 確定這兩個點(diǎn)位置必須考慮一下四個要求： (1) E點(diǎn)不得與裝載機(jī)的前軸發(fā)生碰撞，并且要使它與地面有足夠小距離； (2) 插入工況時，使EF桿與GF桿盡可能垂直，以便獲得更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(jī)構(gòu)運(yùn)動時發(fā)生自鎖； (4) 高位卸載工況時，EF桿和GF桿之間的傳動角也必須大于10°。 如圖3-10所示，將鏟斗去插入工況，以B點(diǎn)為圓心，以BE=c為半徑畫?。蝗斯こ踹xE點(diǎn)，使其落在B點(diǎn)右下角的圓弧上；然后分別以E點(diǎn)和G點(diǎn)為中心，分別用FE=b和GF=a繪制半徑的圓弧得到交點(diǎn)，即為F。 圖3-10 連桿端部鉸接點(diǎn)設(shè)計 3.2.2.5 確定轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn)C和D (1) 確定C點(diǎn) 從作用力的傳遞開始，可以肯定搖臂BC段長一些更加的好，這可以增加轉(zhuǎn)斗油缸的推力并增加挖掘力。但是，如果BC部分延長，鏟斗和搖臂之間的角度比將減小。因此初步設(shè)計時，一般取 BC≈(0.7~1.0)BE (3-12) 點(diǎn)C通常位于點(diǎn)B左上角。BC與BE之間的角度為∠CBE=130°~180°。另外請注意，當(dāng)達(dá)到插入工況時，搖臂BC接近轉(zhuǎn)斗油缸CD趨近垂直。C點(diǎn)運(yùn)動不得干涉鏟斗，其高度不得影響駕駛員的視野。 在此確定BC=0.67BE=680mm，并且BC與BE之間的角度為∠CBE=130°。 (2) 確定D點(diǎn) 如圖3-10所示，當(dāng)鉸接點(diǎn)G、F（即F2）、E（即E2）、B、C（即C2）被確定之后，然后，鏟斗分別在工況I、II、III、IV時的C點(diǎn)的位置C1、C2、C3、C4也就唯一的確定。 當(dāng)鏟斗從工況II舉升到工況III或工況IV時，下放到工況I的運(yùn)動過程中，轉(zhuǎn)斗油缸的長度始終保持不變，因此D點(diǎn)必須在C2點(diǎn)和C3 點(diǎn)連線的垂直平分線與C1和C4點(diǎn)連線的垂直平分線的交點(diǎn)上。 最后，D點(diǎn)設(shè)計在A點(diǎn)的左下角。這樣設(shè)計不僅會給裝載機(jī)工作裝置提供良好的平移性能，而且動臂在舉升過程中，還可以降低舉升外阻力矩。D點(diǎn)的固定坐標(biāo)值為（3537，1885）。 (3) 確定動臂舉升油缸與動臂和車架鉸接點(diǎn)H點(diǎn)及M 動臂舉升油缸布置在前軸和前后車架的鉸接點(diǎn)之間的狹窄空間內(nèi)。 通過上述確定了裝載機(jī)工作裝置的每個鉸接點(diǎn)的位置。在設(shè)計良好的外形前提下，基于UG軟件繪圖，本次設(shè)計中 ZL60裝載機(jī)的各個工作狀況如下圖： 圖3-11 I 插入工況 圖3-12 II 鏟裝工況 圖3-13 III 最高位置工況 圖3-14 IV 高位卸載工況 3.3 工作裝置靜力學(xué)分析 3.3.1 外載荷確定原則 在鏟掘作業(yè)過程中，裝載機(jī)通常具有以下三種受力工作狀況： (1) 鏟斗水平插入料堆中，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3-15所示。 圖3-15 工作裝置外載荷工況 3.3.2 鏟斗形心的確定 以C點(diǎn)為原點(diǎn)進(jìn)行計算 (1) 三角形形心的確定 由圖可得 yC1=403mm xC1=888mm (2) 扇形形心的確定 圖3-16 扇形形心 x=2/3 (3-13) 式中， 用弧度表示，=0.72π，r=525mm 由此可得 x=317mm x=xsin=287mm y=r-xc2cos65°=403mm (3) 三角形ODB的形心確定 圖3-17 三角形ODB形心的確定 y=175mm x=1088mm (4) 三角形OEB的形心確定 OBD=25° BC=y/sin12.5°=808mm y= BC·sin(65-15)=618mm x= BC·cos50°=519mm 由以上各式該形心在x軸和Y軸上的坐標(biāo)為 x=888mm y=403mm x=287mm y=403mm x=913mm y=175mm x=519mm y=618mm DH=1.212m (5) 鏟斗重心坐標(biāo)為： 根據(jù)幾何關(guān)系有 A=1/21.8391.212=1.11443m A=0.36R=0.31244m A=A=1/20.5251.127=0.2958m 由此可得鏟斗重心坐標(biāo)為 X=A1x1-(A3x3+A4x4-A2x2)A1+A2-A3-A4 (3-14) 代入數(shù)據(jù)得：X=785mm Y=A1y1-(A3y3+A4y4-A2y2)A1+A2-A3-A4 (3-15) 代入數(shù)據(jù)得：Y=407mm 即鏟斗形心坐標(biāo)為（785，407）。 (6) 鏟斗在堆裝狀態(tài)下的物料重心 ① 已知：C0(785，407) AD=1213mm MD=1481mm 根據(jù)幾何關(guān)系得三角形DNM重心坐標(biāo)為（218，720），三角形ADM重心（506，839）。 ② 堆裝狀態(tài)物料重心 圖3-18 鏟斗的形心 xc=A1x1+A2x2+A3x3A1+A2+A3 代入數(shù)據(jù)得 x=632mm 同理可得 y=516mm 式中， A——鏟斗橫斷面面積； A——的面積； A——物料堆高面積。 x1，y1——鏟斗橫斷面形心坐標(biāo)； x2，y2——的形心坐標(biāo)； x3，y3——物料堆高形心坐標(biāo)； 由于（632，516）和鏟斗形心坐標(biāo)（785，407）接近，因此選物料和鏟斗重心坐標(biāo)為（710，460）。 3.3.3 外載荷的計算 (1) 插入阻力 根據(jù)一般方法難以計算上述阻力，通常根據(jù)以下經(jīng)驗公式確定： Fx=9.8K1K2K3K4BL1.25 （N） (3-16) 式中 K1 物料塊度與松散程度系數(shù)，見附錄附表1 K2 物料性質(zhì)系數(shù)，見附錄附表2 K3 料堆高度系數(shù)，見附錄附表3 K4 鏟斗形狀系數(shù)， 寬斗 B1.5 m K3=1.1 ～1.4； 小斗 B（0.5～1.3）m K4=1.6～1.8；取1.4 B 鏟斗寬度，305cm L 鏟斗一次插入深度，48cm(最大插入深度可取鏟斗前壁長的0.6~0.7倍) 得到： Fx=9.8×1×0.2×0.8×1.4×305×481.25=84591.3（N） (2) 掘起阻力 鏟斗開始舉升時物料的剪切力按下式計算 FZ=2.2KBLC （N） (3-17) 式中 K 開始舉升鏟斗時物料的剪切應(yīng)力；此值是通過試驗測定的，塊度為0.1~0.3m的松散花崗巖，它的剪切應(yīng)力平均值可取K=35000Pa。 B 鏟斗寬度，m Lc 鏟斗插入料堆的深度，m 得到： Fz=2.2×35000×3.05×0.48=112728（N） (3) 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Ma0表示，此時鏟斗轉(zhuǎn)角a=0；之后，當(dāng)鏟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3-19），一直到鏟斗前切削刃離開料堆坡’面線為止(a=a')。開始鏟取時(a=0)的靜阻力矩Ma0為 Ma0=1.1Fx[0.4(x-14L)+y] (3-18) 式中 Fx 開始轉(zhuǎn)斗時的插入阻力，165000N(取最大牽引力值) x 鏟斗回轉(zhuǎn)中心與斗刃的水平距離，1.3m y 鏟斗回轉(zhuǎn)中心與地面的垂直距離，0.3m L 鏟斗的插入深度，0.48m Ma0=1.1Fx[0.4(x-14L)+y] =1.1×165000×[0.4×(1.3－0.25×0.48)+0.3] =140118（N·m） 圖3-19 轉(zhuǎn)斗靜阻力矩與鏟斗轉(zhuǎn)角的關(guān)系 掘起阻力矩Ma隨著鏟斗回轉(zhuǎn)角a的增加而減小。當(dāng)鏟斗回轉(zhuǎn)a角后，轉(zhuǎn)斗阻力矩Ma為 Ma=Ma0(1-can) (3-19) 式中 n=lg(2Ma0-Ma'ma0)lga'3 c=1(a')n×Ma0-Ma'Ma0 a’ 鏟斗離開料堆時的翻轉(zhuǎn)角度 Ma' 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：開始轉(zhuǎn)斗的阻力矩為 MZ=Ma+(Gm+GC)LC (3-20) 式中 MZ 轉(zhuǎn)斗阻力矩，N·m Ma0 開始轉(zhuǎn)斗靜阻力矩，140118N·m Gm 裝載機(jī)額定載重量重力，6000 N Gc 鏟斗自重力 取鏟斗底厚20mm，后臂和擋板厚20mm，側(cè)板厚15mm 根據(jù)鏟斗各機(jī)構(gòu)尺寸計算鏟斗體積為： V=0.1804 ρ鋼=7900Kg/m3 GC=ρvg=14253(N) LG 鏟斗中心至回轉(zhuǎn)中心C的水平距離（圖3-20），0.6m 得到 MZ=Ma+(Gm+GC)LC =140118+（60000+14253）×0.6 =184669.8（N·m） 圖3-20 作用在轉(zhuǎn)斗連桿上力的確定 作用在轉(zhuǎn)斗連桿上的力FF：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為FF（圖3-20）。 3.4 工作機(jī)構(gòu)的受力分析與計算 3.4.1 裝載機(jī)的幾種工況 (1) 重載鏟斗舉升至最高位置； (2) 重載鏟斗舉升至最大水平幅度； (3) 聯(lián)合鏟裝工況； 3.4.2 聯(lián)合鏟裝時的受力分析 圖3-21 鏟斗受力分析 (1) FF求解 由圖可知 a=710mm b=1300mm c=650mm y=300mm 以G為支點(diǎn)，有力矩方程 Gm+Gc2×a+Fsh2×b+Fin2×y=FF×sin80×c (3-21) 代入數(shù)據(jù)得 FF=461866N FF=FE（方向相反） (2) FG求解 圖3-22 G點(diǎn)的受力分析 經(jīng)過計算知F1E1水平，因此有FF與Fin/2方向一致。有 FG=(Fin2+FF)2+[Fsh2+Gc+Gm2]2 (3-22) 代入數(shù)據(jù)得 FG=329037N θ=arctan(Fin/2+FFFsh2+Gc+Gm2) (3-23) 代入數(shù)據(jù)得：θ=72° (3) 分離搖桿，取B為支點(diǎn)，有力矩方程： FE×LBE×sinα3=Fc×LBCsinα2 (3-24) 由此可得 Fc=FE×LBE×sinα3LBC×sinα2 代入數(shù)據(jù)得 Fc=600910N (4) 求解FB 圖3-23 FB的分解 經(jīng)過計算 FE與Fc夾角為23.8°。 根據(jù)幾何關(guān)系有： FE2+FC2-2FE×FCcos17.5=FB2 可得 FE=4618662+6009102-2×230933×461866×cos156.2° =1040331N (5) FE，F(xiàn)B夾角求解 β=arccos(FE2+FB2-FC22FBFE) (3-25) 代入數(shù)數(shù)據(jù)得 β=arccos(4618662+10403312-60091022×1040331×461866) =13° (6) 分離動臂，以A為支點(diǎn)，有 FB×LM+FH×LAN=FG×LAG (3-26) 圖3-24 動臂受力分析 式中，——A點(diǎn)到FB的作用線的距離 ； ——點(diǎn)到的作用線的距離 ； ——點(diǎn)到的作用線的距離 ； 經(jīng)過計算得AG與水平線夾角為33.5，F(xiàn)G與水平線夾角為18，因此有FG與AG連線的夾角為51.5。所以有 LAQ=AGsin51.5 =2512mm 由前面已求得FB與水平線的夾角為13，AB與水平線的夾角為7。 所以有FB與AB夾角為6。 LAM=ABsin6°=1969sin6°=206mm 根據(jù)同類型產(chǎn)品，取AH=800mm 由(3-23)得，有 FH=FG×FAQ-FB×LAMLAN =329037×2512-520165.5×206800 =968758N (7) 求解FA XA=FHcos33.5°+FB2cos13°-FGsin72° =968758×cos33.5°+520165.5×cos13°-329037×sin72° =1001734.5N YA=-(FHsin33.5°+FB2sin13°-FGcos72°) =-(968758sin33.5°+520165.5sin13°-329037cos72°) =-316003N 因此有 FA=XA2+YA2 FA=1050394N 那么FA與水平線夾角γ為 γ=arccos XA/YA (3-27) γ=45.4° 3.4.3 工作機(jī)構(gòu)主要零件的強(qiáng)度計算及液壓缸的確定 說明：對于裝載機(jī)的每個工作機(jī)構(gòu)，在計算裝載機(jī)工作強(qiáng)度時應(yīng)使用第四強(qiáng)度理論： σ=(σn+σμ)2+3τk2≤σs/n (3-28) 工作初步計算 σmax=MW+FS≤σs/n (3-29) 式中，n——為安全系數(shù)，n=1.8~2.3。 (1) 動臂強(qiáng)度計算 動臂可以看作是支撐在車架的A點(diǎn)和動臂油缸上鉸接點(diǎn)H的雙支點(diǎn)懸臂變截面曲梁，為簡化計算，將動臂危險取為動臂油缸上H處截面。則 σmax=MW+FS≤σs/n 取n=2。 W=BHA23 (3-30) S=2BH (3-31) M=FAsin42.5°×LAN F= FAcos42.5°=774431N BσsHA2-FHA-6M=0 (3-32) 得 HA≥F±F2+24BσsM2Bσs (3-33) 式中，M=1050394sin42.5°0.8=567709N·m σs——屈服極限，MPa； 45鋼σs=353MPa； B——鋼板厚度，取B=40mm HA≥774431+7744312+24×0.04×353×567709×1062×0.04×353×106≥519mm 根據(jù)同類型產(chǎn)品，取HA=560mm (2) 轉(zhuǎn)斗油缸的選擇 F1=FC=600910N 工作壓力取 P=30MPa ① 直徑的選擇 根據(jù)國家系列，P1推=603186N,P1拉=412334N 查表得,活塞桿直徑d=90mm； 缸體內(nèi)徑D1=160mm。 ② 行程的選擇 經(jīng)過計算得其行程為：S=405mm； 根據(jù)同類型產(chǎn)品，取S=600mm。 根據(jù)經(jīng)驗公式 L+SL=1.6~1.7 (3-34) 代入數(shù)據(jù)得：L=850~1000mm (3) 動臂油缸的選擇 ① 直徑的選擇 F2=FH=968758N 工作壓力取P=30MPa； 根據(jù)同類型產(chǎn)品，取液壓缸桿徑D2=150mm 液壓缸內(nèi)徑D3=220mm F=1140398N 取S=750mm； 根據(jù)經(jīng)驗公式（3-31）， =1.6-1.7 代入數(shù)據(jù)得：L=1071~1250mm ② 行程的選擇 經(jīng)過計算以及根據(jù)同類型產(chǎn)品，所以行程取S=750mm。 3.4.4 搖臂及連桿的計算 (1) 經(jīng)過討論可知，搖臂的危險斷面在B點(diǎn)所在截面，根據(jù)公式 圖3-25 危險校核 σmax=MW+FB2≤σ2 W=BHB23 S=2BHB M=Fc×LBC 代入數(shù)據(jù)得：M=204309N?m F=Fcsin90° 代入數(shù)據(jù)得：F=600910N 根據(jù)公式 B 可得公式： HB≥F+F2+24BσsM2Bσs 式中，σs=353MPa，B=0.04m 代入數(shù)據(jù)得 HB≥600910+6009102+24×0.04×353×204309×1062×0.04×353×106=317mm 根據(jù)同類型產(chǎn)品，取HB=350mm。 (2) 連桿的計算 ① 直徑的確定 根據(jù)公式 FE1/4πd2≤σsn 式中,連桿受力F=461866N，=353MPa n——安全系數(shù) (1.8~2.25)，取n=2； 由此可得 d≥4FEnπσs≥4×461866×2π×353×106≥0.058mm ② 穩(wěn)定性校核 根據(jù)公式 Pcr/FE≥nst (3-35) Pcr=π2EIl I=πd464 式中， E——彈性模量 E=210MPa； n——安全系數(shù) n=3~5，取n=3； l——即EF的長度 EF=1269mm； 由此可得 π2EIFEl2≥4 代入數(shù)據(jù)得 π2×210×109×πd4/64461866×1.2692≥3 從而可得 d≥43×461866×1.2692×64π3×210×109≥68.4mm 取d=70mm。 (3) 連桿銷軸計算 ① 彎曲強(qiáng)度計算 根據(jù)公式 σmax=M/W<σs/2 (3-36) W=πd332 (3-37) M=PL2 (3-38) 式中，P——計算載荷，為鉸點(diǎn)所受載荷的1/2，即 P=1/2FF=230933N 圖3-26 連桿銷軸 L2——銷軸計算長度， L2=1/2L1+a+1/4d d——連桿寬度；取=30mm，a=20mm 則L2=70mm； ——屈服極限，由于銷軸常用40Cr，=800MPa 因此有 d≥316×461866×0.07π×400×106≥74.4mm 故取d=80mm。 ② 銷軸、支座擠壓強(qiáng)度的計算 根據(jù)公式 σmz=p1L1d≤σs2 (3-39) 式中，σs——支座的擠壓屈服極限，σs =353MPa； 代入數(shù)據(jù)得 σmz=2309330.03×0.07=110×106≤176.5×106Pa 因此合適。 ③ 銷軸套擠壓應(yīng)力的計算 根據(jù)公式 σmt=4P1d'd=4×2309330.07×0.08=165×106≤176.5×106 因此合適。 (4) G點(diǎn)銷軸的確定 ① 根據(jù)公式 σmax=MW≤σs/2 W=πd332 M=FGi2 l=a/2+b+c/2 式中，根據(jù)同類型產(chǎn)品，取c=20mm，b=20mm，a=40mm。 圖3-27 G點(diǎn)銷軸 因此有d=50mm。 根據(jù)公式 d≥364Mπσs 式中，——屈服極限，=800MPa； 因此有 d≥364FGlπσs 代入數(shù)據(jù)得d=60mm。 ② 銷軸支座擠壓應(yīng)力的計算 根據(jù)公式 σmz=1/2FGad=329037/2 0.04×0.055 =75MPaMPa 因此合適。 ③ 銷軸套擠壓應(yīng)力的計算 根據(jù)公式 σmt=1/2FGcd =3290372×0.02×0.055=68.5MPa 因此合適。 (5) C點(diǎn)銷軸的確定 ① 根據(jù)彎曲強(qiáng)度計算 圖3-28 C點(diǎn)銷軸 根據(jù)公式 σmax=MW≤σs/2 W=πd332 M=1/2F =1/2+a+701/2=70mm P1=1/2600910=300455N 代入數(shù)據(jù)可得 σmax=300455×0.07×32πd3≤σs/2 因此有 D≥332×300455×0.07π×400×106 D≥79.8mm 由活塞桿耳環(huán)查得：dc=80mm ② 銷軸套擠壓應(yīng)力的計算 根據(jù)公式有： σmt=1/2Fcl1d =3004550.03×0.07 =143.1MPa≤176.5MPa 因此合適。 (6) 動臂鉸點(diǎn)A的確定 根據(jù)彎曲強(qiáng)度的計算 圖3-29 A點(diǎn)銷軸 根據(jù)公式 σmax=MW≤σs/2 其中有 W=πd332 M=1/2FAl2 式中，σs——屈服極限，σs=800MPa； FA=1050394N； l2=10+15+20=45mm； 代入數(shù)據(jù)得 d≥316×253905×0.05πσs≥67mm 根據(jù)同類型產(chǎn)品，取d=70mm。 (7) 動臂鉸點(diǎn)B的確定 圖3-30 B點(diǎn)銷軸 根據(jù)公式 σmax=MW≤σs/2 其中有 W=πd332 (3-40) M=12FBl2 式中，——屈服極限，=800MPa； FB=520165.5N，l3 =80mm 代入