918-ZL15型輪式裝載機,zl15,輪式,裝載 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文題目 ZL15 型輪式裝載機 工作裝置設(shè)計 2前 言 裝載機主要用來裝卸成堆散料，也能進行輕度的鏟掘工作。由于它適用于建筑、礦山、鐵道、公路、水電等國民經(jīng)濟各個部門，因此，在國內(nèi)外產(chǎn)量與品種的發(fā)展都較快，是工程機械中的一個主要機種。裝載機根據(jù)不同的使用要求，發(fā)展形成了不同的結(jié)構(gòu)類型。通常，按使用場合的不同，分成露天用裝載機和井下用裝載機；接行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，分成輪式裝載機與履帶式裝載機；按卸料方式不同，分為前卸式(前端式)、后卸式與回轉(zhuǎn)式裝載機。本書主要論述露天工程用的輪式裝載機的設(shè)計。裝載機的設(shè)計，大致要經(jīng)歷：明確任務(wù)、調(diào)查研究、制訂設(shè)計任務(wù)書，進行整車布置、確定整機的主要性能參數(shù)，進行各部件的方案設(shè)計與強度計算，技術(shù)設(shè)計和工藝設(shè)計，試驗鑒定和修改定型等這樣一些階段。一臺裝載機的設(shè)計是否成功，首先是從能否滿足使用要求，好造、好用、好修，具備較高的作業(yè)生產(chǎn)串和較低的使用成本來衡量的。這體現(xiàn)在設(shè)計工作中，就是應(yīng)當使裝載機具有較完善的技術(shù)經(jīng)濟性能與指標以及先進的部件結(jié)構(gòu)方案。2摘 要我所設(shè)計的 ZL15 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)計主要進行的工作裝置的設(shè)計。裝載機采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過工作裝置的運動實現(xiàn)的。裝載機的工作裝置由鏟斗，動臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料；動臂和動臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂，連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動。動臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動采用液壓操作。先對裝載機的發(fā)展概況幾設(shè)計的指導(dǎo)思想、特點、任務(wù)進行概述，然后確定方案，在技術(shù)設(shè)計部分羅列了 ZL15 裝載機的主要技術(shù)性能和參數(shù)，進行了牽引特性計算，工作裝置設(shè)計。工作裝置設(shè)計中有工作裝置運動分析，對鏟斗、動臂、連桿機構(gòu)進行設(shè)計等幾部分組成。在工藝設(shè)計中敘述了工藝工程。應(yīng)用程序計算了受力分析?？傊?，整個設(shè)計是有序地完成的。在整個設(shè)計的過程中，在老師及其他老師的指導(dǎo)下順利完成的，通過這次設(shè)計，我學(xué)到很多東西，在實踐中把大學(xué)中所學(xué)的知識綜合運用復(fù)習(xí)了一次，同時也學(xué)到很多新的東西，受益非淺。在此，本人表示衷心感謝！并真誠希望各位老師對我提出寶貴的意見。2AbstractThis type of ZL15 loader that I have designed has the common virtues of the traditional loaders.And it has some new-improved virtues and function.In my design progress,I put emphasis on the working-device.The ZL15 loader also has some traditional virtues like the articulited wheel-type loader.The loader digging and unload the goods by the working-device.The working-device has manyParts and it is connected to the machine.Some parts of the device’s turning by liquid press realize.At first,I introduce the developing trend of the loaders,and explained the main designing idea, designing characteristic and designing task.The second part is the whole designing prgram.In the technical designing part,the main technological parameters and technological features of the ZL15 loader are listed.The following part is the calculation part of the tractive features and the designing of the working device.The necessary computer progress is placed in the end of my designing progress,all the computer program was composed with C language .In a word,the whole designing progress is designed carefully and step by step.I wish my design could clearly explained my designing idea.With the kind help of Mr.LiFeng and other teachers,I finished my design successfully.Through designing this type of ZL15 loader,I have attained a lot which was new to me.Here,I want to express my heartful gratitude to those teachers.At the same time ,the shortcomings in my design need to be poingted out by the teachers.thank you all.3目 錄第一章 設(shè)計任務(wù)書……………………………………………………1 第二章 裝載機的發(fā)展及應(yīng)用 2.1 裝載機在的介紹……………………………………………12.2 裝載機在地下開采中的應(yīng)用………………………………22.3 我國裝載機的發(fā)展前景 …………………………………3第三章 輪式裝載機總體參數(shù)的確定…………………………………4第四章 裝載機的總體布置 4.1 裝載機的總體布置原則……………………………………64.2 裝載機各部件的布置………………………………………74.3 裝載機的總體構(gòu)造和分類…………………………………9第五章 裝載機工作裝置的設(shè)計5.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析……………………………………… 105.2 鏟斗設(shè)計………………………………………………… 115.3 工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計…………………… 155.4 工作裝置強度計算……………………………………… 215.5 裝載機工作裝置中油缸作用力的確定 ………………… 295.6 工作裝置的限位機構(gòu) …………………………………… 30總結(jié)…………………………………………………………………… 31參考文獻……………………………………………………………… 321第一章 設(shè)計任務(wù)及要求一． 課題名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及要求ZL15 型裝載機工作裝置設(shè)計裝載機工作裝置斗容：0.9 3m額定載重量：1.5 t柴油機功率：50 kw整機重量：5.1最大卸載高度：2500最小卸載距離：850要求：保證裝載機工作的功能，滿足工程機械的各項使用性能。二． 課題內(nèi)容幾工作量1. 總體方案確定2. 工作裝置結(jié)構(gòu)形式分析3. 工作裝置運動分析4. 工作裝置性能分析5. 圖紙設(shè)計6. 電算程序7. 譯文（機械設(shè)計類）第二章 裝載機的應(yīng)用與發(fā)展狀況2.1 輪式裝載機的介紹金屬礦山的開采可劃分為露天開采和地下開采兩大類。我國露天礦采以礦石的比重約占 70％，但從事地下開采的人員比露天開采的人員多。這是因為地下開采的條件復(fù)雜，使用的設(shè)備種類繁多，在產(chǎn)量相同的條件下，對地下礦投資的人力和物力遠大于露天礦的緣故。保護自然環(huán)境和合理地利用礦藏資源，是發(fā)展社會主義經(jīng)濟的必要條件。隨著淺埋礦床的耗盡而愈來愈向深部開采，或當露天升采的深度很大而使地表遭受大面積的破壞時，就必須采用地下開采?？梢灶A(yù)料今后地下開采仍將逐漸增加。不論是露天礦開采還是地下礦開采，對礦體較硬的金屬礦山，都是經(jīng)鑿巖爆破將崩落松散礦石或巖石，經(jīng)裝運作業(yè)運至下步工序的作業(yè)地點。裝載作業(yè)是礦山整個生產(chǎn)過程小既繁重又費時的作業(yè)。所以努力提高裝載機械的作業(yè)能力，對實現(xiàn)礦2山生產(chǎn)的高效率低消耗想著重要的作用。ZL 系列輪式裝載機是一種高效率的工程機械，具有結(jié)構(gòu)先進，性能可靠，機動性強，操縱方便等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于礦山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，貨場，電站以及其他工業(yè)部門，進行裝載，推土，鏟挖，起重，牽引等多種作業(yè)。對加快工程建設(shè)速度減輕勞動強度提高工程質(zhì)量降低工程成本都發(fā)揮著重要作用，因此近幾年來無論在國內(nèi)還是國外裝載機品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。為適應(yīng)裝載機多功能作業(yè)的要求，輪式裝載機已經(jīng)向一機功能方向發(fā)展。這主要靠主機控制適合多種作業(yè)的組合工作裝置完成。80 年代國外裝載機和液壓挖掘機除了不斷完善裝，挖功能外，正向一機多能方向發(fā)展。許多公司競相生產(chǎn)各式各樣的輔助機構(gòu)。這種機型使用范圍很廣，其產(chǎn)品受到用戶的普遍關(guān)注。在通用拖拉機前端加裝載裝置，后部加挖掘裝置可改裝變形成前裝后挖拖拉機，亦稱挖掘裝載機，俗稱“兩頭忙” 。工作裝置的性能分析過去多采用作圖分析和手工計算法，工作量繁重，精度較低。當分析工礦較多時問題更為突出，為克服手工畫圖的誤差。本次設(shè)計前面所進行的工作裝置 CAD 設(shè)計是通過看資料、實物，通過初步分析、計算而確定的方案。其次要考慮各個工作液壓缸作用力的均衡性，整機的穩(wěn)定性，整機與地面的附著性、滿足結(jié)構(gòu)和布置的可能性，以綜合比較初選方案，從而確定機構(gòu)參數(shù)（一般來說，從計算機輔助分析中發(fā)現(xiàn)不合理的現(xiàn)象可究其原因，采取改進措施，是設(shè)計合理化。對已經(jīng)擬訂的各種方案可通過計算機輔助分析作進一步的取舍和修改，以便確定較合理的方案） 。同時，通過性能分析能夠很清楚的了解到這個裝載機裝置在各個位置或各種工況時的里和其它參數(shù)，有利于更有效地使用挖掘裝載機和使這種裝載機工作效率得到最大限度的發(fā)揮。2.2 裝載機在地下開采中的應(yīng)用地下礦的開采，包括開拓、采準、回采三個步驟。開拓是礦山的基建工程，它是用井巷把地表與山地下礦體接通，并建成完整的運輸、通風(fēng)、排水的并巷工程，包括豎井、斜井、盲井、井底車場，如水泵房、變電室、機修站、火藥庫等，還有石門、階段運輸巷道、溜井等。采準是指掘進形成采區(qū)外形的一些巷道及為了回采工作面的碎巖和爆破而需要的自由空間。前者如采區(qū)的運輸巷道、通風(fēng)和人行天井，以及電耙巷道等，如切割槽、拉底空間、放礦漏斗等?；夭删褪亲鐾瓴蓽屎?，在采區(qū)工作面進行的落礦、裝運和管理作業(yè)?；夭芍械牡V石裝運作業(yè)是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。裝載作業(yè)就是把開拓、采準、回采的礦石或巖石裝入運輸工具或卸入溜井。開拓、采準和回采三者在使用裝運機械方面對比起來，采準工程的特點是：它的裝運3作業(yè)工作量，是在階段水平以上或礦房內(nèi)部及礦床上下盤中進行的。一般地說，這些巷道斷面尺寸小、長度短，分布在階段水平以上不同的高度上，要求機械設(shè)備輕便靈活，便于調(diào)入和調(diào)出及遷移到不同高度上。在斷面只寸很小的空間內(nèi)工作，由于設(shè)備的調(diào)入遷移和使用都比較困難，致使采準工作的機械化程度低、工作效率低、成本高。因此采準工作量的多少，便成為衡量采礦方法好壞的重要指標之一。2.3 我國裝載機的發(fā)展前景隨著我國國民經(jīng)濟建設(shè)的調(diào)整發(fā)展，大型輪式裝載機的需求量會有大幅度上升，特別是西部大 開發(fā)，許多大型工程建設(shè)等，大型輪式裝載機大有用武之地。另外，世界上生產(chǎn)大型輪式裝載 機的國家、企業(yè)也不多，出口前景也非常好，苦于我們還拿不出產(chǎn)品。 1999 年，我國全行業(yè) ZL60 型共銷 28 臺，ZL80 型及 ZL100 型一臺也未銷售。因此，我國大型 輪式裝載機可以說是基本上未推向市場。影響推出市場的主要原因是，除開發(fā)水平較低外，主 要是配套件跟不上。大型 輪式裝載機的配套件國內(nèi)基本上沒有，有少量的也是水平低，可靠 性差，不太適用，進口配套件價格又太貴。因此大型輪式裝載機的國內(nèi)市場基本上被國外大公 司所占領(lǐng)。我國裝載機行業(yè)，特別是主要裝載機制造企業(yè)，應(yīng)抓住我國加入 WTO 后進口件價格 降低的機遇，進口一部分重要的關(guān)鍵部件，同時為盡量降低成本，加大力度開發(fā)一些目前已經(jīng)有能力開發(fā)的零部件，如傳動系統(tǒng)中的驅(qū)動橋、液壓件中的缸、閥等，經(jīng)過精心設(shè)計，開發(fā)出 具有中國特色的大型輪式裝載機。只要我們的產(chǎn)品能占領(lǐng)國內(nèi)市場，也一定能打進國際市場。 　　 國產(chǎn)挖掘裝載機及小型多功能裝載機數(shù)量很少，在我國 ZL20 型以下屬小型裝載機，據(jù) 1999 年全行業(yè)主要企業(yè)統(tǒng)計,共銷售小型裝載機有 1546 臺，能占全行業(yè)的8.2％。 　　 國外小型裝載機及小型多功能裝載機，包括挖掘裝載機在內(nèi)，市場份額已相當大。美國的 山貓牌小型多功能裝載機年銷量在 5 萬臺左右，還有美國的凱斯、約翰迪爾、卡特彼勒、英國 的 JCB 公司等的挖掘裝載機及小型多功能裝載機年銷量都在萬臺上?？梢娛澜缡袌錾贤诰蜓b載 機及小型多功能裝載機市場是多么大，而中國目前這類產(chǎn)品基本上還沒有。這類產(chǎn)品特別適用 于市政建設(shè)、中小城鎮(zhèn)建設(shè)、鄉(xiāng)間非等級公路建設(shè)、一般公路的維護保養(yǎng)、港口碼頭作業(yè)，還 有改造環(huán)境、植樹造林等。特別是西部大開發(fā)，這類產(chǎn)品將有廣闊的潛在市場。這類產(chǎn)品的開發(fā)，今后肯定是以靜液壓件傳動為主，目前世界上小型裝載機、小型多功能裝載機基本上都是 靜液壓傳動。我國要能真正把這類產(chǎn)品發(fā)展起來，必須有自己的創(chuàng)新。裝載機行業(yè)的廣大企 業(yè)，特別是有能力的大企業(yè)，應(yīng)加大創(chuàng)新力度，去爭我國小型裝載機、小型多功能裝載機、挖掘裝載機等這一巨大的潛在市場。 　　 我國西部 3000 米以上高海拔地區(qū)及沙漠地區(qū)占了很大的面積，在實施西部大開發(fā)中，高原 及沙漠型特殊用途裝載機需要量較大，國內(nèi)目前基本上還沒有這類產(chǎn)品，4而國外大公司在這方 面已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品。因此，我國加入 WTO 后，這個巨大的潛在市場很可能被國外大公司所占領(lǐng)。我國的裝載機行業(yè)從現(xiàn)在起應(yīng)積極行動起來，與有關(guān)科研院所及有關(guān)發(fā)動機等配套件企業(yè)聯(lián)合起來，盡快開發(fā)出具有中國特色的高原、沙漠型特殊用途裝載機，去搶占我國西部這一潛在大市場。 　　 中型輪式裝載機是國內(nèi)最成熟而產(chǎn)量又大大過剩的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品只要“入世”后實行國 際采購，提高質(zhì)量、水平、可靠性，那么大批進入國際市場的機遇就在眼前。第三章 輪式裝載機總體參數(shù)的確定3.1 裝載機鏟掘時的作業(yè)阻力裝載機在進行鏟掘作業(yè)中的作業(yè)阻力主要是：鏟斗插入料堆時的插入力；提升動臂時的鏟起力；翻起轉(zhuǎn)斗時的轉(zhuǎn)斗阻力矩。影響這些阻力的因素很多，例如鏟掘的物料種類、鏟斗的形狀，鏟斗插入的深度等。而鏟掘的物料種類又是多種多樣的，可能是土壤砂石，也可能是各種塊度的礦石，因此在這些復(fù)雜因素影響下，難以準確的計算出裝載機鏟掘時的作業(yè)阻力，為確定這些阻力，則通過鏟掘散狀物料試驗的辦法得出經(jīng)驗公式和多種系數(shù)進行計算，下面分別計算裝載機在鏟掘散狀物料時的各種阻力。一、插入阻力插入阻力是裝載機鏟斗插入料堆時，料堆對鏟斗的反作用力。插入阻力分別由以下阻力組成：鏟斗前切削刃口和兩側(cè)壁切削刃口的阻力；鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力；鏟斗外表面與物料接觸時的摩擦阻力。這些阻力與物料的類型、料堆的高度、鏟今插入料堆的深度、鏟斗的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。由實驗得知，隨著鏟斗插入料堆深度的增加，插入力隨指數(shù)稍大于 1 的拋物線而增長，推薦用下面的經(jīng)驗公式 11 算：4325.1KBLPGc?式中： P ——鏟斗插入阻力(公斤)；K ——取決于被鏟掘物科的塊度和松散程度的影響系數(shù),取塊度小于 4001毫米時，K =1.1；K ——物科種類(容積比重)的影響系數(shù)，散狀物料種類為沙石，系數(shù)為20.12；5L?！P斗插入料堆深度(厘米)；取 50cm;——鏟斗寬度(厘米)；KB—一散狀物料料堆高度影響系數(shù)，料高度為 1.4m, =1.15。3 3K4325.1KLPGc?9645.1970.. ??二、鏟起阻力鏟起阻力是指鏟斗插入料堆一定深度后，用動臂油缸提升動臂時，科堆對鏟斗的反作用力。鏟斗插入科堆 深度后，用動臂提升鏟斗，鏟起阻力由鏟斗斗底插入科堆深度cL和鏟斗寬度 所決定的矩形面積上的物科所決定。cLKB鏟起阻力同樣受到物科的塊度、松散性、容積比重、溫度、濕度、物料之間及物料與斗壁摩擦之間的影響。最大的鏟起力發(fā)生在鏟斗剛剛開始提升的時刻．隨著動臂的提升，鏟起阻力逐漸減小。鏟斗開始提升時的鏟起阻力 可按下式確定：cP＝c?KBL2.l ——鏟斗插入科堆深度(米)；B ——鏟斗寬度(米)；K——鏟斗開始提升時物科的剪切阻力(公斤／米 )。? 3?LPKcc2.?35097.10?(公斤)758三、轉(zhuǎn)斗阻力矩轉(zhuǎn)斗阻力矩是當鏟斗插入科氓一定深度后，用轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗向上翻起時，料堆對鏟斗的反作用力矩。當用翻轉(zhuǎn)鏟斗來鏟掘物科比如不考慮鏟斗翻轉(zhuǎn)的角加速度，6在鏟斗翻起最開始時刻靜阻力矩 ；具有最大值以 。表元而當鏟斗繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，'cMc的數(shù)值迅速減小，回轉(zhuǎn)到 值時，即鏟斗底板前線開始離開料堆坡面，這時靜'cM0?阻力矩為 。 ，僅由鏟斗中物科重量決定。翻起鏟斗的靜阻力矩肥；隨鏟斗翻轉(zhuǎn)角c的變化， 表示開始轉(zhuǎn)斗時刻的靜阻力矩，這時鏟斗翻轉(zhuǎn)角 ， 表示鏟?0 0??M斗離開科堆時靜阻力矩，這時鏟斗翻轉(zhuǎn)角 。0??第四章 裝載機的總體布置4.1 裝載機的總體布置原則一． 總體布置的內(nèi)容總體布置內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面：1．確定各個部件在整機上的位置，并對外形尺寸提出要求；2．確定各部件之間、部件與整機之間的連接方式；3．估算整機重量幾重心位置，并對各部件的重量提出要求；4．布置各個操縱機構(gòu)、機棚、駕駛室等；5．審核各運動件的運動空間，排除可能發(fā)生的運動干涉；6．定出標準化、通用化和系列化的零、部件的名細表。二．總體布置的原則總體布置時要考慮以下幾條原則：1．保證整機的穩(wěn)定性；2．結(jié)構(gòu)緊湊、并有較高的傳動的效率；3．便于操作和維修，工作安全可靠；4．外形平整美觀。三．總體布置的基準選擇總體布置時，應(yīng)注意以下幾個基準選擇：1．通過后橋中心線的水平面，為上、下位置的基準面；2．以通過后橋中心線的垂直面，為前、后位置的基準面；3．以整機的鉛垂縱向?qū)ΨQ面，為左右位置的基準面。四、設(shè)計中應(yīng)考慮的整機性能1)牽引性，是裝載機在不同工作速度下所能發(fā)出的最大牽引力的性能。它影響到機子的工作能力與工作效率。牽引性能的好風(fēng)是用牽引功率和牽引效率來評價的。7它反映了裝載機利用發(fā)動機功率進行工作的有效程度，是最重要的一個性能指標。2)動力性，是反映裝載機在行駛中，以不同檔位工作時，所具有的加速性能，以及所能達到的最大行駛速度和爬坡能力的一個性能。動力性能的好訊用動力因數(shù)來評價。3)經(jīng)濟性，是反映裝載機在工作中燃樹消耗是否經(jīng)濟合理的性能。它有兩個指標：是依牽引馬力小時消耗的燃油克數(shù)，這個指標可以用來比較不同裝載機的經(jīng)濟性的好壞，另一個是作業(yè)中裝卸每噸物料消耗的燃料這個指標可以用來核算作業(yè)的生產(chǎn)成本。由于后者包含著使用中各種因素的影響，因此不能用作評價不同裝載機經(jīng)濟性能好壞的指標。4)穩(wěn)定性，是裝載機在坡道上行駛時不失去穩(wěn)定和不傾翻的性能。它關(guān)系到裝載機機在坡道行駛的安全性，因此，是一個很重要的性能指標。裝載機的穩(wěn)定性用穩(wěn)定度這一指標的大小來表示。5)機動性，是裝載機能否在狹窄場地轉(zhuǎn)向和通過的性能因此，可以用外側(cè)輪胎和鏟斗的轉(zhuǎn)向半徑來標志。機動性的好壞，影響到裝載機的適用程度。6)作業(yè)性，是反映裝載機整機使用好壞的性能，通常以功率到生產(chǎn)率的高低為評價指標，它與整機所具有的切削力、掘起力、鏟斗容量和容積效率，以及工作裝置杠桿系統(tǒng)的工作速度等有關(guān)。4.2 裝載機各部件的布置一．發(fā)動機和傳動系的布置發(fā)動機一般置于裝載機后部，起著對前置鏟斗中負荷的平衡作用，并增加裝載機的穩(wěn)定性。發(fā)動機是預(yù)選現(xiàn)成的，故主要尺寸均已知。根據(jù)載荷分配確定發(fā)動機相對后橋中心的前后位置，并參考同類型裝載機的發(fā)動機布置來確定曲軸中心線相對車架上線的高度。發(fā)動機位置的布置要結(jié)合傳動系各總成的結(jié)構(gòu)和整機的使用要求全面考慮。發(fā)動機位置確定后，即可安排變矩器、變速器的位置然后確定傳動軸數(shù)目。二、工作裝置布置工作裝置布置在整車的前端，結(jié)合工作裝置的設(shè)計要求確定動臂與車架鉸點的位置。假如動臂長度不變，鉸點布置向前，最大卸載距離大，但由鏟斗中載荷作用的傾翻力矩增加，為減小此傾翻力矩而不減小載重量，一般將鉸點向后布置，但最好不安排在駕駛室兩側(cè)或駕駛室之后，以免動臂舉升時恰在駕駛員的兩側(cè)影響駕駛?cè)藛T的安全性。動臂落在最低位置時鏟斗位于前輪之前，不能與前輪干涉。動臂的最大舉升與最低位置的夾角一般為 90 左右，此角度太大，特使最大卸載高度時的卸?載距離急劇下降，同時動臂油缸與動臂鉸點間的距離(力臂)也大大減小，使受力情況不利。三、轉(zhuǎn)向系的布置及分類輪胎式裝載機的轉(zhuǎn)向系：有偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向和鉸接式轉(zhuǎn)向兩類，偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向又8分為偏轉(zhuǎn)前輪、偏轉(zhuǎn)后輪、偏轉(zhuǎn)前后輪三種。(一)偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向 前輪轉(zhuǎn)向半徑大于后輪轉(zhuǎn)向半徑，這樣當前輪能從障礙物的內(nèi)側(cè)通過時，后輪也一定能從障礙物內(nèi)側(cè)通過，駕駛員可以利用前輪估計后輪避開障礙物，有利于安全行駛。在整體車架的車輛上，多采用偏轉(zhuǎn)前輪的轉(zhuǎn)向系。但是對裝載機來說，由于工作機構(gòu)布置在前端，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的布置，受到前部空間的限制；又因為裝載機的前輪負荷大、轉(zhuǎn)向阻力大、所以，轉(zhuǎn)向機構(gòu)不易布置在前輪上。只有沿用其它車輛的前輪轉(zhuǎn)向的底盤時，才采用偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向。(二)偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向后輪的轉(zhuǎn)向半徑大于前輪的轉(zhuǎn)向半徑，當前輪從障礙物的內(nèi)側(cè)通過后，后輪不一定就能從障礙物的內(nèi)側(cè)通過，這就不利于安全行駛。在一般車輪上，不采用偏轉(zhuǎn)后輪的轉(zhuǎn)向，但是在整體車架的裝載機上，多采用偏轉(zhuǎn)后輪的轉(zhuǎn)向。這是因為裝載機的油輪負荷大，并且前端空間位置又難以布置轉(zhuǎn)向，所以，多采用偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向。采用偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向時，要求駕駛員要有熟練的操作技術(shù)。(三)偏轉(zhuǎn)肋、后輪轉(zhuǎn)向 一般采用前、后輪偏轉(zhuǎn)角度相等的結(jié)構(gòu)。全輪轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)彎半徑小，機動性好；前、后車輪的轉(zhuǎn)向半徑相同，后輪行駛在前輪的輪轍上，減小了后輪的行駛阻力。但是，由于驅(qū)動輪又是轉(zhuǎn)向輪，造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（四）鉸接式車架采用鉸接轉(zhuǎn)向鉸接轉(zhuǎn)向的鉸銷位置有以下三種情況:1)鉸銷位于前后軸線的中間，轉(zhuǎn)彎時，前后輪軌跡重合。2)鉸銷位置在前后軸中間偏前，前輪轉(zhuǎn)彎半徑大于后輪轉(zhuǎn)彎半徑。3)鉸銷位置在前后軸中間偏后，前輪轉(zhuǎn)彎半徑小于后輪轉(zhuǎn)彎半徑。一般多采用第一種布置方案，故前輪與后輪軌跡相同，可以減小在劣路上的行駛阻力，并且前輪能通過的狹小地段，后輪也能順利通過。整體式車架采用偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向，裝載機重載時前橋負荷比后橋大，所以多采用后輪轉(zhuǎn)向。第二種方案比第一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是要保證前轉(zhuǎn)向輪與動臂不發(fā)生干涉，因而也給總體布置方而帶來一定困難。在布置轉(zhuǎn)向車輪時應(yīng)保證它的周圍有一定的空間，在任何轉(zhuǎn)向角時車輪都不與周圍的零部件相碰，尤其是在最大轉(zhuǎn)向角時不能與車架相碰。轉(zhuǎn)向梯形可布置在橋的前部或后部。六、駕駛室的布置為使駕駛員在作業(yè)時前方有良好視野，整體式車架駕駛室是布置在車架的前部。駕駛室布置在前車架后端。這種布置形式前方視野艙便于駕駛員鏟挖作業(yè)，但后方視野較差。轉(zhuǎn)向時駕駛員隨前車架一起轉(zhuǎn)動，鏟斗始終在駕駛員的正前方，便9于對準料堆和卸載卡車。由于駕駛它在全車的較前部，因此在鏟挖時駕駛員受到的沖擊較大，容易疲勞。另外因駕駛室在前車架上，而發(fā)動機、變速箱等均在后車架上，所以操縱機構(gòu)一般只能采用電、氣壓或液壓操縱。目前國外有少數(shù)裝載機駕駛室是這樣布置的。4.3 裝載機的總體構(gòu)造和分類一．裝載機的總體構(gòu)造：裝載機一般有發(fā)動機，車架，動力傳動系統(tǒng)，行走系統(tǒng)，工作裝置，液壓系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等組成，發(fā)動機的液力變矩器把動力傳給變速箱，然后經(jīng)前傳動軸和后傳動軸分別傳給前后驅(qū)動橋，以驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動，工作裝置是由動臂，鏟斗，連桿機構(gòu)，動臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸等組成，動臂一端鉸鏈在機架上，另一端和鏟斗鉸鏈連接。動臂的升降由動臂油缸帶動，鏟斗翻轉(zhuǎn)則由轉(zhuǎn)斗油缸通過連桿機構(gòu)來實現(xiàn)，車架由前后兩部分組成，中間用前后車架鉸鏈聯(lián)接，依靠轉(zhuǎn)向油缸可使前后車架繞鉸銷相對地轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。二．裝載機的分類：（1）按行走裝置分：有輪胎式和履帶式兩種。輪胎式裝載機是以輪胎式專用底盤為基礎(chǔ)車，配置工作裝置及操作系統(tǒng)組成。其重量輕，速度快，機動靈活性及效率高，因而他的品種與產(chǎn)量都發(fā)展快。履帶式裝載機是以專用底盤或工業(yè)履帶式拖拉機為基礎(chǔ)，裝上工作裝置及操作系統(tǒng)完成。其接地比壓小，通用性好；重心低，穩(wěn)定性好；重量大，附著性能好。因此，在輪式裝載機不適宜的場合更顯優(yōu)越性。（2）卸料方式分：有前卸式，回轉(zhuǎn)式，后卸式前卸式裝載機的工作裝置不回轉(zhuǎn)，裝料與卸料都是整機走動進行，作業(yè)過程中調(diào)車費時，但因結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，視野良好，因此應(yīng)用最廣泛?；剞D(zhuǎn)式裝載機的動臂安裝在轉(zhuǎn)臺上，鏟斗在前端裝料后，回轉(zhuǎn)至側(cè)面卸掉，裝載時不需要調(diào)車，作業(yè)效率高，適宜于廠區(qū)工作。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，回轉(zhuǎn)卸載時偏心載荷較大，整機側(cè)向穩(wěn)定性不好。后卸載裝載機是在前端裝料，卸載時鏟斗越過駕駛室向后端卸料，作業(yè)時不需要調(diào)車，可直接向后停在起后面的運輸車輛卸載，作業(yè)效率高。但卸載時鏟斗越過駕駛室不安全，只用于礦井下狹窄的場地。（3）聯(lián)接方式分為：整體式、鉸接式整體式裝載機的車架是一個整體，利用偏轉(zhuǎn)后輪同時偏轉(zhuǎn)進行轉(zhuǎn)向。鉸接式裝載機的車架有前后兩部分組成，中間用垂直鉸銷聯(lián)接，它通過連接前后車架的油缸推動前后車架繞垂直鉸鏈相對轉(zhuǎn)動折腰轉(zhuǎn)向。由于前后車架折腰度大（大約 35～40 度） ，所以轉(zhuǎn)彎半徑小，可在半徑比較小的場地作業(yè)。（4）鏟斗的額定量分：小型10t。t0.2~6三．裝載機的作業(yè)方式：裝載機是循環(huán)作業(yè)式的工程機械。它的一個作業(yè)循環(huán)由駛進料堆、鏟取、后退、10轉(zhuǎn)向、駛進卸料目標和卸料等動作構(gòu)成。其中，對物料的鏟取方法和作業(yè)時運輸車輛的配置方案，將影響生產(chǎn)率的高低。1． 鏟取方法：裝載機對物料的鏟取方法有一次鏟取法和復(fù)合鏟取法兩種。（1）一次鏟取法：鏟斗一次插入料堆，一次收斗而裝滿鏟斗的鏟取方法。作業(yè)時裝載機從正前方駛進料堆，邊進邊放下鏟斗，在料堆前 1m 處使鏟斗落到地面，處于浮動位置，斗刃能觸及料堆時，加大油門緩緩插入料堆，然后鏟斗上翻，提升動臂到運輸位置再倒退駛出。該法是最簡單常用方法，比較適用于阻力比較小的松散料堆。（2）復(fù)合鏟取法：裝載機前進插入料堆的同時，鏟斗與提臂相配合鏟取物料的方法。這樣鏟取切削阻力小，容易裝滿鏟斗，適合鏟裝切削阻力較大的物料。2． 作業(yè)配置方案：裝載機與運輸車輛的作業(yè)配置方案，主要取決于現(xiàn)場的條件、運輸車與裝載機的數(shù)量和類型。廣泛使用的有“I 形” 、 “V 形” 、 “L 形”作業(yè)方法。（1） “I”形作業(yè)法：運輸車平行與工作面并往復(fù)地前進和后退，所以也稱之為穿梭作業(yè)法。這種作業(yè)方式可減少裝載機改變方向的次數(shù)，如果裝載機與運輸車配合的好，會有較好的生產(chǎn)率。（2） “V”形作業(yè)法：運輸車與工作面成 60 度的角度，裝載機裝滿鏟斗后，在倒車駛離工作面的過程中，并調(diào)轉(zhuǎn)駛向料堆，進入下一次的作業(yè)循環(huán)。這種作業(yè)方式可以得到較短的工作循環(huán)時間，故應(yīng)用十分廣泛。（3） “L”形作業(yè)法：運輸車垂直于工作面，裝載機鏟裝物料后，倒退并翻轉(zhuǎn) 90度，然后向前駛向料堆進行下次鏟裝。這種作業(yè)方式在運距較短時，一個司機可輪換在兩輛運輸車上工作，以減少人力。這種作業(yè)方式適用寬廣的作業(yè)場合。第五章 裝載機工作裝置設(shè)計5.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析裝載機采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過工作裝置的運動實現(xiàn)的。裝載機的工作裝置由鏟斗，動臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料；動臂和動臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂，連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動。動臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動采用液壓操作。由動臂、動臂油缸、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂、連桿及車架相互鉸鏈而成的機構(gòu)，在裝載機工作時需要保證：當動臂處于某種作業(yè)位置不動時，在轉(zhuǎn)斗油缸的的作用下，通過連桿機構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點轉(zhuǎn)動；當轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時，動臂在動臂油缸的作用下提升或下降鏟斗過程中，連桿機構(gòu)應(yīng)該能使鏟斗在提升過程中保持平動或與地面的夾角變化控制在很小的范圍，以免裝滿料的鏟斗由于鏟斗傾斜而使物料灑落；11而在動臂下降時，又自動將鏟斗放平，以減輕駕駛員的勞動強度，提高生產(chǎn)效率。一.結(jié)構(gòu)形式的選擇裝載機的工作裝置的結(jié)構(gòu)形式分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種。有鏟斗托架的工作裝置其動臂和連桿的后端與車架的支座鉸鏈，動臂和連桿的前端與鏟斗托架鉸鏈，托架上部鉸接轉(zhuǎn)斗油缸，其活塞桿幾托架下部與鏟斗鉸接。當托架、動臂、連桿及車架支座構(gòu)成的是平行四連桿機構(gòu)，則在動臂提升、轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時，鏟斗始終保持平動，斗內(nèi)物料不會灑落。無鏟斗托架的工作裝置，結(jié)構(gòu)比較簡單，同時，由于轉(zhuǎn)斗油缸及鏟斗都是直接鉸接在托架上，所以鏟斗的轉(zhuǎn)動角較大。但是，動臂前端的較重的托架減少了鏟斗的載重量。根據(jù)搖臂、連桿數(shù)目及鉸接位置的不同，可組成不同形式的連桿機構(gòu)，鏟斗的鏟起力 P 隨鏟斗轉(zhuǎn)角 a 的變化關(guān)系，傾斜時的角速度大小以及工作裝置的運動特性也不同。因此，裝載機工作裝置的結(jié)構(gòu)形式的選擇，既要考慮結(jié)構(gòu)簡單，也要考慮作業(yè)性質(zhì)和挖掘方式來確定。5.2 鏟斗設(shè)計一．鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇鏟斗是直接用來切削、收集、運輸和卸出物料，裝載機工作時的插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機的作業(yè)效率和工作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗設(shè)計的主要要求。鏟斗是在惡劣的環(huán)境下工作承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨損，所以要求鏟斗具有足夠的強度和剛度，同時要耐磨。根據(jù)裝載物料的容重，鏟斗做成三種類型：正常斗容的鏟斗用來裝載容重1.4～1.6 噸/米 的物料（如砂、碎石、松散泥土等） ，增加斗容的鏟斗，斗容一般為3正常斗容的 1.4～1.6 倍，用來采掘容重 1.0 噸/米 左右的物料（如煤、渣等） ；減3少斗容的鏟斗，斗容為正常的 0.6～0.8，用來裝載斗容重大于 2 噸/米 的物料（如3鐵礦石、巖石等） 。用于土方工程機械的裝載機，因作業(yè)對象較廣，因此多采用正常斗容的通用鏟斗，一般適應(yīng)鏟裝不同物料的需要。鏟斗切削刃的形狀根據(jù)鏟掘物料的種類不同而不同，一般分為直線型或非直線型兩種。直線型切削刃簡單并利于地面刮平作業(yè)，但切削阻力較大。非直線型切削刃有 V 型和弧型等，裝載機用的較多是 V 型斗刃。這種切削刃由于中間突出，在插入料堆時，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆；同時減少“偏載切入”有一定的效果。但鏟斗的裝滿系數(shù)要小于直線型斗刃的鏟斗。裝有斗齒的鏟斗，在裝載機作業(yè)時，插入力有斗齒分擔(dān)，形成較大的比壓，利于插入密實的料堆疏松物料，便于鏟斗的插入，斗齒磨損后容易更換。因此，對主要用于鏟裝巖石或密實物料的裝載機，其鏟斗均裝有斗齒。用于插入阻力較小的松散物料或粘性物料，其鏟斗可以不裝斗齒。斗齒的形狀對切削阻力的影響：對稱齒型的切削阻力比不對稱的大；長而狹窄12的齒比寬而短的切削阻力小?；【€型側(cè)刃的插入阻力比直線型側(cè)刃小，但弧線型側(cè)刃容易從兩側(cè)泄漏物料，不利于鏟斗的裝滿適宜于鏟裝巖石。對主要用于土方工程的裝載機，在設(shè)計鏟斗時要考慮斗體內(nèi)的流動性，減少物料在斗體的移動或滾動阻力，同時要有利于在鏟裝粘性物料是有良好的倒空性。鏟斗底板的弧度(圓弧半徑，見圖)越大，鏟掘時泥土的流動性越好，但對于流動性差的巖石等，則應(yīng)將底邊加長而弧度減小，使鏟斗容積加大，比較容易鏟取。但是當?shù)走呥^長，則鏟斗的鏟起力變小，且鏟斗插入料堆的插入阻力與刃口的插入深度成比例的急劇增加，如圖所示。相反，如底邊短，不但鏟斗的鏟起力大，而且卸載時，斗刃口的降落高度小，也易于將物料卸凈。因此，鏟斗轉(zhuǎn)鉸銷的位置以近于刃口處為好。二．鏟斗容積一） ． 鏟斗基本參數(shù)的確定鏟斗寬度應(yīng)大于裝載機輪胎寬度，每側(cè)為 mm，以便保護輪胎側(cè)壁，減10~5少行使阻力。在確定鏟斗各部分尺寸時，一般把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R 作為基本參數(shù)。著是因為它直接影響鏟斗前壁的長度，前壁長度的鏟斗要求插入深度大，插入力大，卸載時所占的高度空間大，而且直接影響鏟斗鏟取力和斗容的大小。 )]}180(5.2[sin)co(5.0{ 0010 ???????????ctgBVRRKZgK式中 ： ——幾何 4 容量(圖 3—18 小所示陰影斷面)，由設(shè)計任務(wù)書給定(米KV)3B?！P斗內(nèi)側(cè)寬度(米)；——鏟斗斗底長度系數(shù)，通常 ＝1.4-1.5，g?g?13鏟斗基本參數(shù)圖——后斗壁長度系數(shù)，通常 ＝1.1-1.2，Z?Z?——擋板高度系數(shù)，通常 ＝0.12-0.14；KK——斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常 ＝0.35-0.40；R R?——擋板與后斗壁問的夾角，通常 rl＝5 -10 ；1r ?——斗底和后斗壁間的夾角，通常 r。＝48 -52 ， (有推薦 55 -65 )0 ? ?由計算得： mR1234~0?選取 65斗底長度 Lg 是指由鏟斗切削刃到斗底與后斗壁交點的距離：=1528mm00).1~4(Lg??后斗壁長度 是指后斗壁上緣到與底相交點的距離：Z=1216mm00)2.(Rz擋板高度 ：KL=143mm00)14.~.(??14鏟斗圓弧半徑 ：1R=386mm00)4.~35.(R??鏟斗與動臂鉸銷距斗底的高度：=165mm0)12.6.(hw鏟斗側(cè)壁切削刃相對于斗底的傾角 。在選擇 時，擋板的夾角??60~5?a1?為 90 。?二） 斗容的計算鏟斗的斗容量可以根據(jù)鏟斗的幾何尺寸確定。1．幾何斗容(平裝斗容) KV鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定：對于裝有擋板的鏟斗：米bhABK203??3式中： ——鏟斗橫斷面面積，如圖中所示陰影面積（米）算得為 0.38m 2——鏟斗內(nèi)壁寬(米)，1.93m0——擋板高度(米)；1.43mh——斗刃刃口與擋板 h 之間的距離(米)。0.9mb=0.73m9.043.128.0320 ?????bABVK 22．額定斗容(堆裝斗容) H鏟斗堆裝的額定斗容 vR 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。對于裝有擋板的鏟斗：米)(6820chbBVKH????391.0 )5.014.(9...7322???式中： c——物料堆積高度(米)。15物料堆積高度 c 可由作圖法確定：根據(jù)科堆坡度角可得料堆尖端點 M，再由 M 點作直線 MN 與 CD 垂直，將 MN 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 C,如下圖所示。5.3 工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)這種機構(gòu)有兩大優(yōu)點：（1）轉(zhuǎn)斗油缸大腔進油時轉(zhuǎn)斗，并且連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設(shè)計成較大值。所以可以獲得相當大的鏟取力；（2）恰當?shù)剡x擇各構(gòu)件尺寸，不僅能得到良好的鏟斗平動性能，而且可以實現(xiàn)鏟斗自動放平。這是其它 6 種工作機構(gòu)所望塵莫及的。 此外，結(jié)構(gòu)十分緊湊、前懸小，司機視野好也是此種機構(gòu)的突出優(yōu)點。缺點足搖臂和連桿布置在鏟斗與前橋之間的狹窄部位，容易發(fā)生構(gòu)件相互干擾，設(shè)計時需特別精心。一．工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)裝載機的用途、作業(yè)條件及技術(shù)經(jīng)濟指標等擬訂的設(shè)計任務(wù)書的要求，選定了工作裝置結(jié)構(gòu)形式以后，可開始進行工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。工作機構(gòu)的基本給構(gòu)如圖所示。鏟斗 1、動臂 2、連桿 3、搖臂 4、轉(zhuǎn)斗油缸 5、舉臂(舉升)油缸 6 等組成。整個工作機構(gòu)鉸接在車架 7 上。16裝載機工作裝置圖二．裝載工作對工作機構(gòu)設(shè)計的要求（一）輪胎式裝教機工作過程輪胎式裝載機是一種裝運卸作業(yè)聯(lián)合一體的自行式機械，它的工作過程由 5 種工作狀態(tài)或工況組成：1）工況 I——插入狀態(tài)動臂下放，鏟斗放置地面，斗尖觸地，鏟斗前壁對地面呈 3 5 前傾角；開動~?裝載機鏟斗借助機器的牽引力插入料堆。2) 工況 II——鏟裝狀態(tài)工況 I 以后，轉(zhuǎn)動鏟斗，鏟取物料，待鏟斗口翻轉(zhuǎn)至近似水平為止。3)工況 III——重載運輸狀態(tài)舉升動臂，待工況 II 之鏟斗升高到適合位置(以斗底離地的高度不小于最小允許距離為準)，然后驅(qū)動裝載機，載重駛向卸載點。4)工況 IV—一卸載狀態(tài)在卸載點，舉升動臂使鏟斗至卸載位置；翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運輸車輛或固定料倉卸載；卸畢，下放動臂，使鏟斗恢復(fù)到運輸狀態(tài)。5)工況 V——空載運輸狀態(tài)卸載結(jié)束后，裝載機由卸載點空載返回裝載點。在露天礦或工地，通常輪胎式裝載機是向載重汽車卸裁，出于裝載點和卸載點距離很近，卸載位置較高，所以一般稱作“定點高位卸載” 。17地下礦山使用的輪胎式裝載機習(xí)慣上稱“井下鏟運機” 。目前，鏟運機多數(shù)向溜井或礦倉卸載，運輸距離較長，卸載位置較低，所以一般被稱為“動點低位卸載” ．工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：1）確定動臂的長度、形狀及車架的鉸接位置。2）確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程。3）連桿機構(gòu)（動臂、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂和連桿構(gòu)成）4）工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：（1） 保證滿足設(shè)計任務(wù)書中所規(guī)定的使用性能及技術(shù)經(jīng)濟指標的要求，如最大卸載高度、最大卸載距離，在任何位置都能卸凈物料并考慮可換工作裝置。（2）保證作業(yè)過程中任何構(gòu)件不與其它構(gòu)件干涉。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個比較復(fù)雜的問題，因為組成工作裝置的各個構(gòu)件尺寸幾位置的相互影響，可變性很大。對于選定的結(jié)構(gòu)形式，在滿足上述條件下可以有各種各樣的構(gòu)件尺寸及鉸接點位置。通過多種方案的比較，選出最佳構(gòu)件的尺寸及鉸接點位置，使所設(shè)計的工作裝置不僅滿足使用要求，而且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟指標。目前，在實際設(shè)計工作中，參考同類樣機結(jié)構(gòu)，采用比較法設(shè)計。下面以連桿式的工作裝置為例來進行分析。三．機構(gòu)分析反轉(zhuǎn)六桿工作機構(gòu)由轉(zhuǎn)斗機構(gòu)和動臂舉升機構(gòu)組成轉(zhuǎn)斗油缸 CD,搖臂 CBE 連桿FE 鏟斗 GF 動臂 GBA 機架 AD 六個構(gòu)件組成，由于 AD 和 GF 轉(zhuǎn)向相反，所以此機構(gòu)稱為反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)。舉升機構(gòu)主要由舉臂油缸 HM 和動臂 GBA 構(gòu)成，若將整個反轉(zhuǎn)機構(gòu)放置在直角坐標系中，只要確定出九個鉸鏈點 GFEBCDAH 和 M 的位置就可求得工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)中個構(gòu)件的尺寸參數(shù)值。一） 寸參數(shù)的圖解圖解法是在初步確定了最大卸載高，最小卸載距離，卸載角等參數(shù)后進行的。（一） 動臂與鏟斗，搖臂，機架的三個鉸鏈點 GBA 的確定1．定坐標系先在坐標紙上選取直角坐標系 XOY，并選定長度比例2．畫鏟斗圖把已畫好的鏟斗橫截面外廓圖按比例畫在坐標里，斗尖對準 O 點，與 X 軸成度的前傾角。此時鏟斗插入料堆的位置工礦 I。5~33．確定動臂與鏟斗的鉸鏈點 G由于 G 點的 X 坐標值越小轉(zhuǎn)斗鏟取力就越大，G 點的 Y 坐標值一般取 mm20~118反轉(zhuǎn)六桿工作機構(gòu)簡圖4． 定動臂與機架的銨接點 A以 G 為圓心，使鏟斗順時針轉(zhuǎn)動，至鏟斗斗口與 x 軸平行為止。即工礦 II，Y 值為 )]1()2[4.5????wkZbHdR5.06.?(mm)650?輪胎選標準系列: 16-24 外直徑為 1460 10mm，?（a）根據(jù)最大卸載高度 h 和最小卸載距離 l 和卸載角 畫出工礦Ⅳ，G 點位置為?19G 。以 G 點為圓心，順時針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗口與 x 軸平行，即得鏟斗被舉升到' '最高位，即工況圖 III。(b)連接 G 和 G ，作 G G 的垂直平分線，A 點必在垂直平分線上，且 A 點取在前' '輪的右上方，與前軸心水平距離為軸距的 1/3～1/2 處。5．確定動臂與搖臂的鉸接點 BB 點位置是一個十分關(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影響。一般 B 點在 AG 連線的上方，過 A 點水平線下方，相對于前輪外廓，B 點在其左上方。（二）連桿與鏟斗和搖臂兩個鉸接點 E﹑F 的確定確定 E﹑F 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工礦時的轉(zhuǎn)角又要注意動力學(xué)的要求，如鏟斗在鏟裝物料時輸出較大的力，同時還要考慮各種機構(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)，并令 GF 桿為最短桿，BG 為最長桿，即必有：GF+BG>FE+BE若令 GF=a,FE=b,BE=c,BG=d,并將上式兩邊同時除以 d 得下式：1????dacbK初步設(shè)計時，上式可在下列值內(nèi)選取： 95.0~.a)3(dc8.4?因為 d 值已經(jīng)由—確定，所以可求得 a、b、c 三值。d=1352mm, a=406mm～676mm, c=541～1081mm 這兩點位移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)工況 I 時，使 EF 桿盡處與 G 桿垂直，這樣可獲得較大的傳動角和倍力系放；3)工況時，EF 與 GF 兩桿的夾角必須小于 170 度，即傳動角不能小于l0 度，以免機構(gòu)運動時發(fā)生自鍘；4)工況 IV 時，EF 與 GF 桿的傳動角也必須大于 l 0 度。具體作法有兩種：1)初選 E 點法 如圖 4—9 所示，鏟斗取工況 I 。以 B 點為圓。以 BE＝c 為半徑畫弧；人為地初選 E 點，使其落在 B 點右下方的弧段上；再分別以 B 點和 G 點為圓心，以 FE＝b 和 GF＝a 分別為半徑畫弧，得交點，即為 F。2)圖解法分別以 B 點和 G 點為圓心，c 和 分別為半徑畫弧，其交點為 E；2a?20再分別以 G 和 E 點為圓心，a 和 b 為半徑畫弧，則其交點必為 F。如下圖所示：若上述所得 E 和 F 點均滿足要求則罷，否則，可調(diào)整 a、b、c 長度，重新作圖，直至滿意為止。但是，同時滿足上述四點要求是不易的，尤其若保證 EF上 GF 是很難的，所以，設(shè)計時，一般使 不小于 70 即可。EFG??3．為了防止機構(gòu)出現(xiàn)“死點” 、 “自鎖”或“撕裂”設(shè)計時還應(yīng)滿足下列不等式：工況 l 時 GF 十 FE＞GE工況 IV 肘 FE 十 BE＞FB（三）轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機架的鉸鏈點 C 和 D 的確定１. 確定 C 點從力傳動效果出發(fā)，顯然使搖臂 BC 段長一些有利，那樣可以增大轉(zhuǎn)斗油缸的作用力臂，使攫取力相應(yīng)的增加。但增加 BC 段，必將減小鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)角比，造成鏟斗轉(zhuǎn)角難以滿足各工礦的要求，并且使轉(zhuǎn)斗油缸行程過長。因此初步設(shè)計?。?BEB)0.1~7(?C 點一般取在 B 左上方，BC 與 BE 夾角可取 ，并使工礦一????180~3CBA時搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸趨近垂直，C 點運動不得與鏟斗干擾。2．確定 D 點轉(zhuǎn)斗油缸與機架的鉸鏈點 D 的確定，是依據(jù)工礦Ⅱ舉升到工礦 Ⅲ過程為平動，由工礦Ⅳ到工礦Ⅰ時為啟動放平這兩大要求來確定的。當以上鉸鏈點確定下來后，則鏟斗在各工礦的 C 位置也唯一的被確定下來。因為鏟斗油缸由工礦Ⅱ舉升到Ⅲ或由Ⅳ放到工礦Ⅰ的過程中，轉(zhuǎn)斗油缸的長度均分別保持不變，所以 D 點必為 和 點連線的垂直平分線與 和 連線的垂直平分線的交2C3 14點。21（四） 升油缸與動臂和機架的鉸接點 H 及 M 的確定舉升油缸布置應(yīng)本著工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、整機穩(wěn)定性好的原則來確定。一般 H 點選在 AG 連線上方，并取 AG≥AG/3。AH 不能取太大，它受到油缸行程的限制。M 點盡量與地保持最小高度，并且望前橋方向靠是比較有利的，這樣舉升工作力臂大小變化比較小。四．動臂形狀的選擇動臂按其縱向中心線形狀分為直線型與曲線型兩種。前者結(jié)構(gòu)簡單，腹板變形小，重量輕，而且動臂的受力情況好。后者可使工作裝置布置更為合理。動臂的斷面尺寸由強度分析決定，為減輕工作裝置重量，通常按等強度梁設(shè)計動臂斷面尺寸。動臂斷面的結(jié)構(gòu)形式有單板式、雙板式和箱體式三種。大型裝載機的動臂多采用雙板式或箱體式結(jié)構(gòu)。因為這種動臂形式能較好的改善動臂的受力情況，消除了單板式動臂因搖臂支撐力作用使動臂承受附加扭矩的影響。此工作裝置是 ZL45-40型裝載機的工作裝置，固采用雙板式曲線型結(jié)構(gòu)，其具體參數(shù)見上述所示。5.4 工作裝置強度計算一．計算位置分析裝載機插入料堆、鏟起、提升、卸載等作業(yè)過程可知，裝載機在鏟掘物料時，工作裝置的受力最大，所以取鏟斗斗底與地面的前傾角 5 度時的鏟取位置作為計算位置，且假定外載荷作用在鏟斗的切削刃上。二．外載荷的確定由于物料種類和作業(yè)條件的不同，裝載機實際作業(yè)不可能使鏟斗切削刃均勻的受力，可將其轉(zhuǎn)化為兩種情況：1.認為載荷沿切削刃中部的集中載荷來代替均布載荷，稱為對稱受載的情況；2.由于鏟斗偏鏟，料堆密實程度不同，使載荷偏于鏟斗一側(cè)。形成偏載情況，通常將其簡化后的集中載荷加在鏟斗側(cè)邊第一斗齒上。裝載機的鏟掘過程通常分為如下三種受力情況：（1）鏟斗水平插入料堆，工作裝置油缸閉鎖，此時認為切削刃只受到水平力的作用。（2）鏟斗水平插入料堆后，翻轉(zhuǎn)鏟斗（靠轉(zhuǎn)斗油缸工作）或提升動臂（依靠動臂油缸工作）鏟掘時，認為切削刃只受到垂直力的作用。（3）鏟斗邊插入邊轉(zhuǎn)斗或邊提臂鏟掘時，認為水平力與垂直力同時作用在鏟斗切削刃上。綜合上述分析，可以得到以下六種工作裝置的典型結(jié)構(gòu)和工礦：1．水平力的作用工況22水平力（即插入力阻力 ）的大小由裝載機的牽引力決定，起水平力的最大cP值為： ckxR?max=5964(N) 式中： ——裝載機空載時的最大牽引力maxKP——插入力c2．垂直力的作用工況垂直力（即鏟取阻力）的大小受裝載機的縱向穩(wěn)定條件限制，其最大值為：lWLRY1?209345?0(N)67式中： ——裝載機空載是的自重；——裝載機重心到前輪與地面接觸點的距離；1L——垂直力 的作用點到前輪與地面接觸點的距離；lYR3．對稱水平力與垂直力同時作用的工況此時垂直力由上式給出，水平力取發(fā)動機扣除工作油泵功率后，裝載機所能發(fā)出的牽引力 。kpP4．偏載的作用工況。5．受垂直力偏載的作用工況，垂直力大小與工況 II 相同。6．受水平偏載與垂直偏載同時作用的工況，水平力與垂直力的大小與工況Ⅲ相同。三．工作裝置受力分析在確定了計算位置及外載荷的大小后，可進行工作裝置的受力分析。（1）在對稱受載的工況下，由于工作裝置是個對稱結(jié)構(gòu)，固兩動臂受的載荷相等。同時略去鏟斗及支撐橫梁對動臂與受力與變形的影響，則可取工作裝置；則一側(cè)進行分析，其上作用的載荷取相應(yīng)工況外載荷的一半進行分析計算，即：(N)2980/56421??xaxR23(N)17352/346021??yayR（2）在偏載的工況中，近似地用求簡支梁支反力的方法，求出分配于左右動臂平面內(nèi)的等效力 與 ：ab； xaxRb??yayRb??； a?a?由于 , , 所以只求 ，bxa?bY?xY在工作裝置中 a= 165mm, b= 1500mm N620594106????axRN387Y認為動臂軸線與連桿、搖臂軸線處于同一平面內(nèi)，則所有的作用力都通過構(gòu)件（鏟斗除外）斷面的彎曲中心，即略去的由于安裝鉸座而產(chǎn)生的附加扭轉(zhuǎn)，從而可以用軸線、折線或曲線來代替實際構(gòu)件。通過上面的分析與假設(shè)，就能將工作裝置這樣一個空間超靜定結(jié)構(gòu)簡化為平面問題進行受力分析。工作裝置的受力分析，就是根據(jù)上述工況下作用在鏟斗的外力，用解析法或作圖法求出對應(yīng)工況下工作裝置各構(gòu)件的內(nèi)力。下面以工況Ⅲ為例進行分析，其它工況與此類同。取鏟斗為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析鏟斗的受力：由 0??BM)sinco(12121?lhPlRhaYX???24所以 1213sinco?lhRPaYX????4i0458065836?.79?（N）1由