ZL50輪式裝載機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)及其液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

ZL50輪式裝載機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)及其液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：本次設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分：裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中將液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為主要的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常，按使用場(chǎng)合的不同，分成露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)；按行走系統(tǒng)的不同，分成輪式裝載機(jī)于履帶式裝載機(jī)。由于裝載機(jī)的品種較多，不能各個(gè)介紹，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成的是露天輪式裝載機(jī)工作液壓機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：輪式裝載機(jī)；工作裝置結(jié)構(gòu)；液壓系統(tǒng)The Design of ZL50 Wheel Loader Working device Structure and Hydraulic SystemAbstract: This dissertation is composed of two procedures: design of loading device and hydraulic system. And in this design, the hydraulic system design is the main content. Actually, in accordance with different operating occasions, the loader could be divided into open-air loaders and underground ones; and with discriminated walking environment, it could also separate into wheel loader and crawler ones; and other varieties of the loader is not introduced due to the huge population. The graduation project is completed the design of the hydraulic mechanism of open wheel loader.Key words: Wheel loader; Equipment structure of the; Hydraulic system1 前言裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、礦山、建筑、水電、港口等工程的土石方工程機(jī)械，他的作業(yè)對(duì)象主要是各種土壤、砂石料、灰料及其他筑路用散狀物料等，主要完成鏟、裝、卸、運(yùn)等作業(yè)，也可以對(duì)巖石、硬土進(jìn)行輕度鏟掘作業(yè)。如果換不同的工作裝置，還可以完成推土、起重、裝卸其他物料的工作。在公路施工中主要用于路基工程的填挖，瀝青和水泥混凝土料場(chǎng)的集料、裝料等作業(yè)。由于它具有作業(yè)速度快，機(jī)動(dòng)性好，操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展很快，成為土石方施工中的主要機(jī)械之一。國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)的型號(hào)一般用字母Z表示，第二個(gè)字母L代表輪式裝載機(jī)，無L表示履帶式裝載機(jī)，后面數(shù)字代表額定載重量。如ZL50，代表額定載重量為50KN的輪胎式裝載機(jī)。但須指出，各生產(chǎn)廠家也有自己獨(dú)特的類型和表示方法。2 裝載機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r2.1 國(guó)內(nèi)的裝載機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)的輪式裝載機(jī)是從60年代中期才發(fā)展起來的。經(jīng)過40年的發(fā)展，我國(guó)裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能都有了較大提高，產(chǎn)品技術(shù)水平有了很大的提高，目前我國(guó)生產(chǎn)輪式裝載機(jī)的廠家有幾十家，生產(chǎn)履帶式和輪胎式兩大系列的各種形式裝載機(jī)。近年來，國(guó)內(nèi)裝載機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)可歸結(jié)為如下幾個(gè)方面。1.產(chǎn)品形成系列規(guī)格向兩頭延伸。2.技術(shù)不斷創(chuàng)新，產(chǎn)品性能日趨完善。3.向機(jī)電液一體化、電子化方向發(fā)展。2.2 國(guó)外的裝載機(jī)發(fā)展?fàn)顩r目前，國(guó)外裝載機(jī)生產(chǎn)廠家在其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中廣泛采用了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，并高度應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代電子信息技術(shù)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊(cè)等作為設(shè)計(jì)依據(jù)，通過經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類比等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是以電子計(jì)算機(jī)為手段，運(yùn)用工程設(shè)計(jì)的新理論新方法，使計(jì)算機(jī)結(jié)果達(dá)到最優(yōu)化，使設(shè)計(jì)過程實(shí)現(xiàn)高效化和自動(dòng)化，主要包括以下內(nèi)容：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)?？煽啃栽O(shè)計(jì)，有限元分析，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)仿真，并行設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)，機(jī)、電、液一體化設(shè)計(jì)，反求工程設(shè)計(jì)，綠色設(shè)計(jì)，工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)，人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，價(jià)值分析，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法可以適應(yīng)市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量并大大縮短設(shè)計(jì)周期，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。3 裝載機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)與工作裝置總體設(shè)計(jì)3.1 工作裝置總體設(shè)計(jì)3.1.1 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)裝載機(jī)工作裝置是完成裝卸作業(yè)并帶液壓缸的空間多桿機(jī)構(gòu)。工作裝置是組成裝載機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)水平的高低直接影響工作裝置性能的好壞，進(jìn)而影裝載機(jī)的工作裝置按結(jié)構(gòu)型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，這種結(jié)構(gòu)型式工作裝置的優(yōu)點(diǎn)是，托架、動(dòng)臂、連桿及車架鉸座可以構(gòu)成平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，這樣在轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖的情況下，提升動(dòng)臂時(shí)，鏟斗始終保持平移，鏟斗內(nèi)物料不易灑落。但也存在缺點(diǎn)，如動(dòng)臂的前端裝有比較重的托架和轉(zhuǎn)斗油缸，使得裝載機(jī)的載重量減小。無鏟斗托架的工作裝置，前端沒有很重的托架，克服了有鏟斗托架工作裝置的缺點(diǎn)，所以目前廣泛應(yīng)用。所以選擇無鏟斗托架的工作裝置。 3.1.2 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)由裝載機(jī)工作裝置的自由度分析可知，工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)均為封閉運(yùn)動(dòng)鏈的單自由度的平面低副運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其桿件數(shù)目應(yīng)為4、6、8、10、等。對(duì)裝載機(jī)工作裝置而言，盡管桿件數(shù)目越多越能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但同時(shí)鉸接點(diǎn)的數(shù)目也隨之增加，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越難在動(dòng)臂上進(jìn)行布置。因此，實(shí)際上裝載機(jī)工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)多為八桿以下機(jī)構(gòu)。這樣，按組成工作裝置連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)不同，裝載機(jī)工作裝置可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿機(jī)構(gòu)；按輸入與輸出桿轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相同；反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相反。六桿機(jī)構(gòu)工作裝置是目前裝載機(jī)上使用最為普及的一種結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于單自由度的六桿機(jī)構(gòu)，只能有兩個(gè)三鉸構(gòu)件和4個(gè)兩鉸構(gòu)件組成， 根據(jù)轉(zhuǎn)斗油缸布置位置的不同，可以作為裝載機(jī)工作裝置的六桿機(jī)構(gòu)，常見的有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：轉(zhuǎn)斗缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)斗缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)斗缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。3.1.3 工作裝置總體設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)任務(wù)書和設(shè)計(jì)要求，對(duì)于本次ZL50裝載機(jī)的設(shè)計(jì)采取以下方案：在鏟斗部分，采用無鏟斗托架式結(jié)構(gòu)；油缸的布置形式為立式布置形式。同時(shí)考慮到實(shí)際工作中的運(yùn)用情況，它的連桿機(jī)構(gòu)采用的是反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。主要參數(shù)：鏟斗容量： 3.0 額定載重量： 5 t4 工作裝置主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 鏟斗設(shè)計(jì)鏟斗是工作裝置的重要部件，裝載機(jī)工作時(shí)用它直接鏟掘、裝載、運(yùn)輸和傾卸物料。鏟斗直接與物料接觸，是裝、運(yùn)、卸的工具，工作時(shí)，它被推壓插入料堆鏟取物料，工作條件惡劣，要承受很大的沖擊力和劇烈的磨損，因此鏟斗設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)裝載機(jī)的作業(yè)能力有較大的影響。為了保證鏟斗的設(shè)計(jì)質(zhì)量，首先應(yīng)當(dāng)合理的確定鏟斗的結(jié)構(gòu)及幾何尺寸，以降低鏟斗插入物料的阻力。其次要保證鏟斗有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性，使之具有合理的使用壽命。4.1.1 鏟斗的結(jié)構(gòu)形式鏟斗的形狀和尺寸參數(shù)對(duì)插入阻力、鏟取阻力、轉(zhuǎn)斗阻力和生產(chǎn)率都有著很大的影響。同一個(gè)鏟斗有兩種容積標(biāo)志：一是物料裝平時(shí)的容積，稱為平裝斗容；二是物料裝滿堆高后的容積，稱為堆裝斗容。機(jī)器銘牌上標(biāo)稱的斗容通常為堆裝的容積。鏟斗由斗底、側(cè)壁、斗刃及后壁等部分組成。鏟斗的斗刃還分為帶齒和不帶齒的兩種。鏟斗的斷面形狀一般為“U”形，用鋼板焊接而成。(1)斗體形狀基本可以分成“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，而后者正好相反。(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(jiǎn)單，有利于鏟平地面，但鏟裝阻力較大。后者又有V形和弧形等，由于這種刃中間突出，鏟斗插入料堆時(shí)可使插入力集中作用在斗刃的中間部分，所以插入阻力較小，容易插入料堆，并有利于減少偏載插入，但鏟斗裝滿系數(shù)要比前者小。礦用輪式裝載機(jī)工作條件惡劣，偏非直線形切削刃，并以V形切削刃為佳。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(qiáng)角板都用高強(qiáng)度耐磨鋼材料制成。1齒尖 2齒坐 3鋼銷圖1 雙段斗齒Fig 1 Double section dipper teeth(3）斗齒可以有斗齒，也可以沒有斗齒。此裝載設(shè)計(jì)帶了斗齒。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(jī)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1所示。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(shí)，先置入有彈性的金屬橡皮，然后再?gòu)纳线吇驈南逻呁叫武N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(zhǎng)使用壽命。大型裝載機(jī)由于作業(yè)條件差、斗齒磨損嚴(yán)重，故常采用這種分體式斗齒。一般中型裝載機(jī)鏟斗的斗齒間距為250300mm左右，太大時(shí)由于切削刃將直接參與插入工作，使阻力增大，太小時(shí)，齒間易于卡住石塊，也將增大工作阻力。長(zhǎng)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(zhǎng)載荷不大于500600kg為宜。（4）鏟斗側(cè)刃參與插入工作，為減小插入阻力，一般可將連接前后斗壁的側(cè)壁刃口設(shè)計(jì)成弧形。（5）斗底的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(dòng)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22，所以張開角必須大于44。綜上所述，針對(duì)我的鏟斗設(shè)計(jì)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：耐磨又耐沖擊的中錳合金鋼材料4.1.2 鏟斗斷面形狀和基本參數(shù)確定 圖2 鏟斗斷面基本參數(shù)圖Fig 2 The basic parameter diagram. Bucket section （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(zhǎng)l、后壁高h(yuǎn)和張開角四個(gè)參數(shù)確定，如圖2所示。圓弧半徑r越大，物料進(jìn)入鏟斗的流動(dòng)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(diǎn)間的距離。底壁長(zhǎng)l是指斗底壁的直線段長(zhǎng)度。l長(zhǎng)則鏟斗鏟入料堆深度大，斗容易裝滿，但掘起力將由于力臂的增加而減小。由試驗(yàn)得知，插入阻力隨鏟入料堆的深度而急劇增加。l長(zhǎng)同樣會(huì)減小卸載高度，短則掘起力大，且由于卸料時(shí)鏟斗刃口降落的高度小，還可以減小動(dòng)臂舉升高度，縮短作業(yè)時(shí)間，但會(huì)減小斗容。對(duì)裝載輕質(zhì)物料為主的鏟斗，l可選擇大些，對(duì)于裝載巖石的鏟斗，應(yīng)取小些。鏟斗張開角 為鏟斗后壁與底壁之間的夾角，一般取45到52之間。鏟斗的寬度應(yīng)大于裝載機(jī)兩個(gè)前輪外側(cè)間的寬度，每側(cè)要寬出50100mm。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(huì)損傷到輪胎側(cè)壁，并增加行駛時(shí)輪胎的阻力。通過以上的介紹，結(jié)合從現(xiàn)場(chǎng)采集來的大概參數(shù)，本次設(shè)計(jì)的具體參數(shù)初定如下：鏟斗圓弧半徑r：350mm底壁長(zhǎng)l：700mm后壁高h(yuǎn)：400mm張開角： 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(chǎng)的參考數(shù)據(jù)得到，本設(shè)計(jì)鏟斗的總寬度B為2900mm，并且鏟斗壁厚為30mm。設(shè)計(jì)時(shí)，把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R （即鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)至切削刃間的距離），作為基本參數(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可按照下式計(jì)算。（m） （1）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(zhǎng)度系數(shù)，=1.401.53 后壁長(zhǎng)度系數(shù)，=1.11.2 擋板高度系數(shù)，=0.120.14 圓弧半徑系數(shù)， 張開角，為4552 擋板與后壁間的夾角（無擋板取0） 圖3 鏟斗尺寸參考Fig 3 Bucket size reference圖3中各參數(shù)含義如下： 鏟斗圓弧半徑，m 斗底長(zhǎng)度，是指由鏟斗切削刃至斗底延長(zhǎng)線與斗后壁延長(zhǎng)線交點(diǎn)的距離，m 后壁長(zhǎng)度，是指由后壁上緣至后壁延長(zhǎng)線與斗底延長(zhǎng)線交點(diǎn)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(jì)算、值，=1.5，=1.1， =0.12然后代入式（1），即可確定鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R，通過計(jì)算得出1140mm即可得出 =1.51140=1710mm =1.11140=1254mm =0.121140=136.8mm一般取鏟斗側(cè)壁切削刃相對(duì)斗底壁的傾角=5060。鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)距離斗底壁的高度=（0.060.12）R。4.1.3 鏟斗容量的計(jì)算 由于本次設(shè)計(jì)的鏟斗容量是在設(shè)計(jì)任務(wù)書中體現(xiàn)出來的，并且鏟斗的參數(shù)都是根據(jù)鏟斗容量而定下的，所以如下只介紹的是它的算法公式。平裝容量，鏟斗的平裝容量按照式（2）計(jì)算。對(duì)于有防溢板的鏟斗 （m3） (2)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(duì)于無防溢板的鏟斗 （m3） 式中 不裝擋板的鏟斗橫截面面積，m2 額定容量，鏟斗的額定容量（見圖13）按照式（3）計(jì)算。對(duì)于有防溢板的鏟斗 （m3） （3）式中 c 物料堆積高度，m對(duì)于無防溢板的鏟斗 （m3） （4）4.2 工作裝置連桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過在第二章中的工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)的介紹，綜合本次設(shè)計(jì)的基本要求和設(shè)計(jì)任務(wù)，所選取的結(jié)構(gòu)形式為反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式。4.2.1 機(jī)構(gòu)分析反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成。轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)斗油缸CD、搖臂CBE、連桿FE、鏟斗GF、動(dòng)臂GBA和機(jī)架AD六個(gè)構(gòu)件組成。當(dāng)舉升動(dòng)臂時(shí)，若假定動(dòng)臂為固定桿，則可把機(jī)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(jī)構(gòu)。舉升機(jī)構(gòu)主要由動(dòng)臂舉升油缸HM和動(dòng)臂GBA構(gòu)成。當(dāng)舉升油缸閉鎖時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞G點(diǎn)作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，舉升油缸動(dòng)作時(shí)，鏟斗將作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即一邊隨動(dòng)臂對(duì)A點(diǎn)作牽連運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又相對(duì)動(dòng)臂繞G點(diǎn)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。其材料為低碳、耐磨、高強(qiáng)度鋼。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-低位卸載工況圖4 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig 4 Reverse six poles structure diagram4.2.2 尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)因?yàn)閳D解法比較直觀，易于掌握，故采用圖解法設(shè)計(jì)，它通過在坐標(biāo)圖上確定鏟裝工況（圖4）時(shí)工作裝置的9個(gè)鉸接點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)。（1）動(dòng)臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn)G、B、A的確定1）確定坐標(biāo)系如圖5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(jì)好的鏟斗橫截面外廓按比例在坐標(biāo)系xOy中畫出，斗尖對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前壁與x軸呈35的前傾角。此為鏟斗插入料堆時(shí)位置，即插入工況。確定動(dòng)臂與鏟斗的鉸接點(diǎn)G由于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，但不能隨意減??；而G點(diǎn)的y坐標(biāo)值增大時(shí)，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(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn)F的距離，使得掘起力下降。圖5 動(dòng)臂上三鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì)Fig 5 Moving arm hinged on three point design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(shí)際狀況，在保證G點(diǎn)y軸坐標(biāo)值yG=250350mm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(diǎn)初步定下來。初定G點(diǎn)坐標(biāo)為（1130，260）。確定動(dòng)臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn)A以G點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，至鏟斗斗口與x軸平行為止，即鏟裝工況。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(shí)，應(yīng)使輪胎前緣與鏟裝工況時(shí)鏟斗后壁的間隙盡量小些，目的是使機(jī)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Rk 600mm 。 （5）式中 Z點(diǎn)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0.10.16，寬面輪胎取0.050.1）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，即高位卸載工況。以點(diǎn)為圓心，順時(shí)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。連接并作其垂直平分線。因?yàn)镚和點(diǎn)同在以A點(diǎn)為圓心，動(dòng)臂長(zhǎng)為半徑的圓弧上，所以A點(diǎn)必須在的垂直平分線上。A點(diǎn)在平分線的位置應(yīng)盡可能低一些，以提高整機(jī)工作的穩(wěn)定性，減小機(jī)器高度，改善司機(jī)視野。一般A點(diǎn)取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的1/31/2處。最終定下A點(diǎn)的坐標(biāo)為（3230，2110）。A點(diǎn)位置的變化，可借挪動(dòng)點(diǎn)和輪胎中心Z點(diǎn)的位置來進(jìn)行。連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn)F、E的確定因?yàn)镚、B兩點(diǎn)已被確定，所以再確定F點(diǎn)和E點(diǎn)實(shí)際上是為了最終確定與鏟斗相連的四桿機(jī)構(gòu)GFEB的尺寸，如圖18所示。確定F、E兩點(diǎn)時(shí)，既要考慮對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，如必須保證鏟斗在各個(gè)工況時(shí)的轉(zhuǎn)角，又要注意動(dòng)力學(xué)的要求，如鏟斗在鏟裝物料時(shí)應(yīng)能輸出較大的掘起力，同時(shí)，還要防止前述各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)被破壞的現(xiàn)象。按雙搖桿條件設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)令GF桿為最短桿，BG為最長(zhǎng)桿，即有 GF+BG FE+BE （6）如圖3-10所示，若令GF=a，F(xiàn)E=b，BE=c，BG=d，并將式（5）不等號(hào)兩邊同時(shí)除以d，整理后得到下式，即 （7）上式各值可按式（7）選取，由G（1130，260）、B（1680，1565）點(diǎn)的坐標(biāo)得到d=1415mm （8）由式（7）選取K=0.950得到 a=0.3d=425c=0.58d=830，代入（6）得到 b=948 。圖6 連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸尺寸設(shè)計(jì)Fig 6 Connecting rod, rocker, and turn fights oil cylinder size design確定E和F點(diǎn)位置這兩點(diǎn)位置的確定要綜合考慮如下四點(diǎn)要求：E點(diǎn)不可與前橋相碰，并有足夠的最小離地高度；插入工況時(shí)，使EF桿盡量與GF桿垂直，這樣可獲得較大的傳動(dòng)角和倍力系數(shù)；鏟裝工況時(shí)，EF桿與GF桿的夾角必須小于170，即傳動(dòng)角不能小于10，以免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生自鎖；高位卸載工況時(shí)，EF桿與GF桿的傳動(dòng)角也必須大于10。如圖19所示，鏟斗插入工況，以B點(diǎn)為圓心，以BE=c為半徑畫??；人為的初選E點(diǎn)，使其落在B點(diǎn)右下方的弧線上；再分別以E點(diǎn)和G點(diǎn)為圓心，以FE=b和GF=a分別為半徑畫弧，得到交點(diǎn)，即為F。圖7 連桿端部鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì)Fig 7 Connecting rod ends hinged point design如圖所示的得到了E和F點(diǎn)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(shí)情況的坐標(biāo)值。動(dòng)臂舉升油缸與動(dòng)臂和車架鉸接點(diǎn)H點(diǎn)及M點(diǎn)的確定動(dòng)臂舉升油缸的布置應(yīng)本著舉臂時(shí)工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、整機(jī)穩(wěn)定性好等原則來確定。綜合考慮這些因素，所以動(dòng)臂舉升油缸都布置在前橋與前后車架的鉸接點(diǎn)之間的狹窄空間里。4.3 工作裝置靜力學(xué)分析及強(qiáng)度校核4.3.1 靜力學(xué)分析（1）外載荷確定原則，裝載機(jī)在鏟斗插入料堆，鏟斗要克服切削物料的阻力、物料與鏟斗間的摩擦力和物料自身的重力。這些力構(gòu)成了裝載機(jī)工作裝置的作業(yè)阻力。為了分析問題方便，假設(shè)它們作用在鏟斗齒尖的刃口上，并形成兩個(gè)集中力：水平插入阻力和垂直掘起阻力。裝載機(jī)實(shí)際作業(yè)時(shí)簡(jiǎn)化為兩種極端受載情況：一是對(duì)稱載荷，載荷沿切削刃均勻分布，二是偏心載荷，由于鏟斗偏鏟或物料的不均勻性而導(dǎo)致物料對(duì)鏟斗的載荷產(chǎn)生不均勻分布，使載荷偏于鏟斗一側(cè)，形成偏心載荷。裝載機(jī)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(shí)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(dòng)臂鏟取物料時(shí)，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(shí)，認(rèn)為鏟斗斗齒受水平插入阻力與垂直掘起阻力的同時(shí)作用。如果將對(duì)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1.水平對(duì)稱工況2.直對(duì)稱工況3.水平垂直對(duì)稱同時(shí)作用工況4水平偏載工況5垂直偏載工況6水平垂直偏載同時(shí)作用工況。（2）外載荷計(jì)算，裝載機(jī)的工作阻力是多種阻力的合力。由于物料性質(zhì)和工作機(jī)構(gòu)工作方式的不同，工作阻力有不同的計(jì)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(jì)算。1）插入阻力插入阻力就是鏟斗插入料堆時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力計(jì)算上述阻力比較困難，一般按照下面經(jīng)驗(yàn)公式來確定： （N） （9）式中 K1 物料塊度與松散程度系數(shù) K2 物料性質(zhì)系數(shù) K3 料堆高度系數(shù) K4 鏟斗形狀系數(shù)，一般在1.11.8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=9.81.00.0451.101.3290401.25 =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(dòng)臂時(shí)物料對(duì)鏟斗的反作用力。掘起阻力主要是剪切阻力。鏟斗開始舉升時(shí)物料的剪切力按下式計(jì)算 （N） （10）式中 K 開始舉升鏟斗時(shí)物料的剪切應(yīng)力，它通過試驗(yàn)測(cè)定，對(duì)于塊度為0.10.3m的松散花崗巖，剪切應(yīng)力的平均值取K=35000Pa B 鏟斗寬度，m Lc 鏟斗插入料堆的深度，m得到： F=2.2350002.90.4=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(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力矩稱為轉(zhuǎn)斗阻力矩。開始鏟取時(shí)（a=0）的靜阻力矩為 （11）式中 Fx 開始轉(zhuǎn)斗時(shí)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 =1.1183970.4（1.130.250.4）+0.26 =13599 （Nm）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)斗阻力矩為 （12）式中 鏟斗離開料堆時(shí)的翻轉(zhuǎn)角度 鏟斗離開料堆時(shí)，由物料重力產(chǎn)生的阻力矩，Nm轉(zhuǎn)斗阻力矩計(jì)算：鏟斗在料堆中轉(zhuǎn)斗時(shí)，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 （13）式中 轉(zhuǎn)斗阻力矩，Nm 開始轉(zhuǎn)斗靜阻力矩，13599 Nm 輪式裝載機(jī)額定載重量重力，49000 N 鏟斗自重力，13470N 鏟斗中心至回轉(zhuǎn)中心B的水平距離，0.5m得到 =13599+（49000+13470）0.5 =44834 （Nm） 圖8 作用在轉(zhuǎn)斗連桿上力的確定Fig 8 Turn on role in determination of connecting force of fight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(shí)，作用在鏟斗與鏟斗連桿鉸銷上的力 （N） （14）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）4.3.2 強(qiáng)度校核搖臂的強(qiáng)度校核，在對(duì)稱載荷作用下，搖臂可看作是支承在動(dòng)臂B點(diǎn)變截面曲梁。由式24可得Fc=104265 N，取單邊側(cè)板為研究對(duì)象，得到 N （15）由，得到 （16）代入數(shù)據(jù)得到 =72116 N 彎矩 =43269 Nm （17）在對(duì)稱水平載荷作用下，由內(nèi)力得出內(nèi)力圖（圖9） 圖9對(duì)稱載荷引起的搖臂內(nèi)力圖 Fig 9 Load symmetry in caused to the rocker 然后對(duì)危險(xiǎn)斷面強(qiáng)度校核。對(duì)于危險(xiǎn)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(qiáng)度條件為 （18） （19）由式3-39得到： =0.0063 m2得到：20 000 000 Pa強(qiáng)度通過5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算5.1 初選系統(tǒng)的工作壓力壓力的選擇要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間，經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。具體選擇可考慮表1和表2由工作要求，和系統(tǒng)壓力要求可初步確定，用到的主要液壓元件有：液壓泵，液壓缸，油箱 表1 按載荷選擇工作壓力Table 3-1 press load selection work pressure載荷/KN50工作壓力/MPa，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。若受力F1完全在軸上，按下式計(jì)算： 符合條件其中活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，安全系數(shù)，通常去1.52液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)，取實(shí)際彈性模數(shù)材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取 材料的彈性模數(shù)，鋼材活塞桿橫截面慣性矩，活塞桿材料屈服極限， 5.3.6 卡環(huán)連接的計(jì)算 卡環(huán)材料為45鋼，卡環(huán)的強(qiáng)度按如下公式計(jì)算：卡環(huán)的切應(yīng)力 式中 油缸工作壓力（）； （m） 卡環(huán)厚度（）卡環(huán)連接軸徑為， 故卡環(huán)強(qiáng)度條件滿足。5.3.7 塞桿的導(dǎo)向套 活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向。內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。導(dǎo)向套的典型結(jié)構(gòu)型式有軸套式和端蓋式兩種。根據(jù)實(shí)際工況，采用端蓋式導(dǎo)向套，導(dǎo)向套的材料35鋼。導(dǎo)向套內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合采用H8/h7。導(dǎo)向套外圓與內(nèi)孔的同軸度公差定為 0.02mm，圓度和圓柱度公差不大于直徑公差的1/2。導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度，在缸筒大于80mm時(shí)，=（） 取 5.3.8 油口 油口包括油口孔和油口連接螺紋。液壓缸的進(jìn)、出油口可布置在端蓋或缸筒上。油口結(jié)構(gòu)如圖4 查表4得： 表5 油口的結(jié)構(gòu)T