ZL50輪式裝載機(jī)工作裝置建模及仿真分析

大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - I - 目錄 摘 要 .一章 緒 論 . 1 載機(jī)簡(jiǎn)介 . 1 計(jì)內(nèi)容 . 1 載機(jī)發(fā)展概況 . 2 第二章 裝載機(jī)總體設(shè)計(jì) .載機(jī)總體參數(shù)的確定 . 3 裝載機(jī)的插入阻力與掘起阻力的確定 . 4 第三章 裝載機(jī)工作裝設(shè)置計(jì) .工作裝置的設(shè)計(jì)要求 . 6 述 . 6 式裝載機(jī)工作過程 . 7 式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)要求 . 7 鏟斗設(shè)計(jì) . 8 斗的結(jié)構(gòu)形式 . 8 斗的分類 . 9 斗的設(shè)計(jì)要求 . 9 斗設(shè)計(jì) . 9 動(dòng)臂設(shè)計(jì) . 14 動(dòng)臂的設(shè)計(jì)要求 . 14 臂鉸點(diǎn)位置的確定 . 14 臂長(zhǎng)度 確定 . 16 臂結(jié)構(gòu)和形狀的確定 . 17 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 18 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 作裝置連 桿機(jī)構(gòu)的類型 . 18 桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 . 20 桿機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)及鉸點(diǎn)位置確定 . 21 第四章 工作裝置受 力分析及強(qiáng)度計(jì)算 .確定計(jì)算位置及典型工況 . 26 算位置的確定 . 26 型工況選取和外載荷的計(jì)算 . 26 工作裝置受力分析 . 27 稱載荷工況 . 27 載工況 . 30 工作裝置強(qiáng)度校核 . 31 臂 . 31 銷強(qiáng)度的校核 . 32 第五章 工作裝置的建模及仿真分析 .作裝置建模 . 34 中建立鏟斗 . 34 動(dòng) 序 . 35 查和設(shè)置建模基本環(huán)境 . 35 鏟斗模型導(dǎo)入 . 35 作裝置的幾何建模 . 36 建約束及施加運(yùn)動(dòng)和載荷 . 38 步仿真分析該模型的性能參數(shù) . 41 斗后傾角及卸載角的測(cè)量 . 41 析 .六章 結(jié) 論 . 考 文 獻(xiàn) . 謝 .學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - I - 摘 要 裝載機(jī)是一種用途較廣的鏟運(yùn)、施工機(jī)械。 它廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口和礦山等工程建設(shè)。裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。 款虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件，其強(qiáng)大的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)大大簡(jiǎn)化了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程 ,縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期和成本 ,明顯提高了產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)用 先是虛擬樣機(jī)模型的建模，然后是樣機(jī)仿真，在本設(shè)計(jì)中， 我們對(duì)工作裝置設(shè)計(jì)計(jì)算和虛擬樣機(jī)建模 ，使用 其工作裝置用 可以根據(jù)設(shè)計(jì)者要求來進(jìn)行調(diào)整，從而方便了設(shè)計(jì)者的不同需求。 關(guān) 鍵詞： 裝載機(jī)；工作裝置 ； 仿真 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - is a of It in is of of an in of a as a he is of is in We of of a to of 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 1 - 第一章 緒 論 載機(jī)簡(jiǎn)介 裝載機(jī)屬于鏟土運(yùn)輸機(jī)械類，是一種通過安裝在前端一個(gè)完整的鏟斗支承結(jié)構(gòu)和連桿，隨機(jī)器向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)行裝載或挖掘，以及提升、運(yùn)輸和卸載的自行式履帶或輪胎機(jī)械。它廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口和礦山等工程建設(shè)。裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一，對(duì)于加快工程建設(shè)速度，減輕勞動(dòng)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。 近年來，裝載機(jī)的品種和產(chǎn)量在國(guó)內(nèi)外都得到了迅 猛的發(fā)展。此次的設(shè)計(jì)任務(wù)就是裝載機(jī)的重要組成部分 工作裝置。 圖 1輪式裝載機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)； 2 液力變矩器； 3 變速箱； 4 前、后橋； 5 車架鉸鏈； 6 動(dòng)臂提升油缸； 7 轉(zhuǎn)斗油缸； 8 鏟斗； 9 駕駛室； 11 濾清器 計(jì)內(nèi)容 作裝置選型設(shè)計(jì)；工作裝置模型的建立；工作裝置仿真分析是本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。這次設(shè)計(jì)應(yīng)用到虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件 軟件的建模。 設(shè)計(jì)時(shí)利用 等軟件對(duì)輪式裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析 ， 可以快捷、高效、精確地解決許多設(shè)計(jì)上的難題， 使設(shè)計(jì)的工作量減少，設(shè)計(jì)工作得到簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)效大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 2 - 率和設(shè)計(jì)水平明顯提高，裝載機(jī)工作裝置綜合性能得到改善。 載機(jī)發(fā)展概況 盡管國(guó)產(chǎn)輪式裝載機(jī)的技術(shù)發(fā)展水平與西方發(fā)達(dá)國(guó)家存在著很大的差距，但也應(yīng)該考慮到歷史和國(guó)情的原因。目前國(guó)產(chǎn)輪式裝載機(jī)亦正在從低水平、低質(zhì)量、低價(jià)位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價(jià)位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過渡，各主要廠家也不斷進(jìn)行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)雷同，無自己特色和優(yōu)勢(shì)的 現(xiàn)狀，正在從低水平的無序競(jìng)爭(zhēng)的怪圈中脫穎而出，成為裝載機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者。其發(fā)展體現(xiàn)出以下一些趨勢(shì)。 大型和小型輪式裝載機(jī)，在近幾年的發(fā)展過程中，受到客觀條件及市場(chǎng)總需求量的限制。競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的中型裝載機(jī)更新速度將越來越快。 各生產(chǎn)廠家根據(jù)實(shí)際情況，重新進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，優(yōu)化各項(xiàng)性能指標(biāo)，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度，以使銘機(jī)可靠性得到提高。 優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)性能。如動(dòng)力系統(tǒng)的減振、散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性能指標(biāo)優(yōu)化及各鉸點(diǎn)的防塵、工業(yè)造型設(shè)計(jì)，逐步引進(jìn)最新的傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)技術(shù)，予以國(guó)產(chǎn)化 、商業(yè)化，降低能耗，提高性能 利用電子技術(shù)及負(fù)荷傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)變速箱的自動(dòng)換擋及液壓變量系統(tǒng)的應(yīng)用，提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機(jī)作業(yè)成本。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 3 - 第二章 裝載機(jī)總體設(shè)計(jì) 輪式裝載機(jī)設(shè)計(jì)包括總體 設(shè)計(jì)、工作裝置設(shè)計(jì)和底盤設(shè)計(jì)。 裝載機(jī)總體設(shè)計(jì)要完成的工作是根據(jù)它的用途、作業(yè)情況、制造條件及設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求合理地選擇機(jī)型，確定性能參數(shù)、整機(jī)尺寸、各部件的結(jié)構(gòu)形式等，進(jìn)行總體布置，從而實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各種性能指標(biāo)。 裝載機(jī)是由許多部件組合起來的一個(gè)有機(jī)整體，其整機(jī)性能不僅取決于每個(gè)部件的品質(zhì)，而且主要取決于各部件之 間的相互協(xié)調(diào)，這種相互協(xié)調(diào)是通過總體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，所以裝載機(jī)總體設(shè)計(jì)對(duì)它的銘機(jī)性能起決定性作用。 而 各總成性能的協(xié)調(diào)如何，則又取決于總體參數(shù)及各總成部件的匹配情況及其布置的合理性，如果在設(shè)計(jì)過程中缺乏全局觀點(diǎn)，而對(duì)總體參數(shù)及各總成部件的匹配考慮不周，或者注意不夠，即便所設(shè)計(jì)的各部件結(jié)構(gòu)是先進(jìn)的，性能是良好的，但組合在一起不一定能獲得整機(jī)的良好性能。因此，正確的選擇和確定總體參數(shù)，能使設(shè)計(jì)部分獲得良好的匹配關(guān)系。 載機(jī)總體參數(shù)的確定 本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容在于用現(xiàn)代先進(jìn)的 方面的軟件，對(duì)工作裝置 進(jìn)行建模及仿真分析。但在對(duì)工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，我們必須先確定整體結(jié)構(gòu)及整車的性能參數(shù)，由整車的要求來確定工作裝置各構(gòu)件的參數(shù)。整車的主要技術(shù)參數(shù)是根據(jù)主要用途，作業(yè)條件等實(shí)際情況合理選擇的。類比現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的 裝載機(jī)，整車主要技術(shù)參數(shù)見 (表 2 由于這 次設(shè)計(jì)最初技術(shù)參數(shù)是通過統(tǒng)計(jì)類比方法選取的，所以對(duì)與今后參數(shù)的確定則要求結(jié)合類比與計(jì)算方法來確定。 (表 2初設(shè)計(jì)參數(shù) 序號(hào) 基本參數(shù)名稱 單位 設(shè)計(jì) 額定斗容量 額定載重量 t 5 5 5 3 最大卸載高度 197 2910 3180 4 對(duì)應(yīng)卸載距離 214 1350 1274 5 輪距 250 2240 2250 6 軸距 760 2245 2450 7 功率 62 162 162 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 4 - 裝載機(jī)的插入阻力與掘起阻力的確定 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人阻力和掘起阻力進(jìn)行計(jì)算 。 (1) 插入阻力 插入阻力就是鏟斗插人料堆時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力 （圖 2示 。插人阻力由鏟斗前切削刃和兩側(cè)斗壁的切削刃的阻力，鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料 的摩擦阻力，鏟斗底外表面和物料的摩擦阻力組成。這些阻力與物料的種類、料堆高度、鏟斗插人料堆的深度、鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀等有關(guān)。計(jì)算上述阻力比較困難，一般按以下經(jīng)驗(yàn)公式來確定總插人阻力。 圖 25. (N) 1 (式中 鏟斗插入阻力（ N）； 8 最大掘起力 150 150 150 9 滿斗舉升時(shí)間 s 6 6 5 10 空斗下降時(shí)間 s 4 4 5 11 轉(zhuǎn)斗卸載時(shí)間 s 2 2 2 12 輪胎規(guī)格 3 外形尺寸 （長(zhǎng) × 寬 × 高） 597× 3024 × 3309 7620× 2990 × 3260 7598× 3024 × 3290 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 5 - 1K 被鏟掘物料的塊度及松散程度影響系數(shù)；對(duì)于 小塊 物料 (碎石和 沙礫 ) K 2K 物料種類影響系數(shù)； 同理取 K 3K 料堆高度影響系數(shù)； 其值取中間值 鏟斗形狀系數(shù) ， 一般在 間，對(duì)于前刃不帶齒的斗， 4K 取較大值 ,本機(jī)是帶齒的斗且較大，則取 K 鏟斗插入料堆深度 ( 在 一 次鏟掘法時(shí)，取等于 底長(zhǎng)度，在配合鏟掘法時(shí)，取等于 取 鏟斗寬度 ( 有3cm，1K =2K =K=4K =把以上各參數(shù)代入公式（ 1 4 (2) 掘起阻力 掘起阻力就是指鏟斗插人料堆一定深度后，舉升動(dòng)臂時(shí)物料對(duì)鏟斗的反作用力 （圖 2示 。掘 起阻力同樣與物料的種類、塊度、松散程度、密度、物料之間及物料與鏟斗之間的摩擦阻力有關(guān)。 最大掘起阻力 發(fā)生在鏟斗開始提升時(shí)，并假定作用在 鏟斗斗刃上，隨著動(dòng)臂的提升，掘起阻力逐漸減小。鏟斗開始提升時(shí)的掘 起阻力 由公 式 （ 計(jì)算： (式中 掘起阻力 (N)； 鏟斗插入料堆的深度 (m)； Lm 鏟斗寬度 (m)； 024.3開始提升時(shí)物料的剪切應(yīng)力 m 的已松散的巖石，取5000有 NP z 0 0 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 6 - 第三章 裝 載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 工作裝置的設(shè)計(jì)要求 述 裝載機(jī)工作裝置主要由鏟斗和支持鏟斗進(jìn)行裝載作業(yè)的連桿的系統(tǒng)組成，依靠這套裝置裝載機(jī)可以對(duì)汽車、火車進(jìn)行散料裝載作業(yè)，也可以對(duì)散料進(jìn)行短途運(yùn)輸作業(yè)，還可以進(jìn)行平地修路等作業(yè)。把鏟斗更換成專門的裝置，還可以進(jìn)行其他裝載作業(yè)。 裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)和性能直接影響整機(jī)的工作尺寸和性能參數(shù)，因此，工作裝置的合理性直接影響裝載機(jī)的生產(chǎn)效率、工作負(fù)荷、動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)特性、不同工況下的作業(yè)效果、工作循環(huán)的時(shí)間、外形尺寸和發(fā)動(dòng)機(jī)功率等。輪式裝載機(jī)工作裝置有多種形式 ，根據(jù)桿數(shù)和運(yùn)動(dòng)特征可分為正桿四轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)五桿、正轉(zhuǎn)六桿、反轉(zhuǎn)六桿、正轉(zhuǎn)八桿等類型。下面以常見的反轉(zhuǎn)六桿式工作機(jī)構(gòu)有二種形式如圖（圖 3 圖 3轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu) 下面以常見的反轉(zhuǎn)六桿式工作機(jī)構(gòu) （圖 3a 圖為例，敘述其組成。 如圖 3示，輪式裝載機(jī)工作裝置由鏟斗、連桿、搖臂、動(dòng)臂、轉(zhuǎn)斗油缸、舉升油缸組成。這個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)是兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 7 - 圖 3載機(jī)工作裝置組成 1234式裝載機(jī)工作過程 輪式裝載機(jī)是一種鏟、裝、運(yùn)、卸一體化的自行式設(shè)備，它的工作過程由 六種工況組成。 插入工況 動(dòng)臂下方，鏟斗放置于地面，斗尖觸地，斗底板與地面呈 3º 5º傾角，開動(dòng)裝載機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。 鏟裝工況 鏟斗插入料堆后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗鏟取物料，待鏟斗口翻至近似水平為止。 重載運(yùn)輸工況 鏟斗鏟裝滿物料后舉升動(dòng)臂，將鏟斗舉升至運(yùn)輸位置（即鏟斗斗底離地高度不小于機(jī)器的最小允許離地間隙），然后驅(qū)動(dòng)機(jī)器駛向卸載點(diǎn)。 舉升工況 保持轉(zhuǎn)斗缸長(zhǎng)度不變，操作舉升缸，將動(dòng)臂升至上限位置，準(zhǔn)備卸載。 卸載工況 在卸載點(diǎn)，在舉升工況下操作轉(zhuǎn)斗缸翻轉(zhuǎn)鏟斗，向溜井倉或運(yùn)輸車輛中卸載，鏟斗 物料卸凈后下放動(dòng)臂，使鏟斗恢復(fù)至運(yùn)輸位置。 空載運(yùn)輸工況 卸載結(jié)束后，裝載機(jī)再由卸載點(diǎn)空載返回裝載點(diǎn)。 式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)要求 根據(jù)輪式裝載機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)，其工作裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 8 - (l) 基本要求 所設(shè)計(jì)的裝載機(jī)應(yīng)具有較強(qiáng)的作業(yè)能力，鏟斗插人料堆的阻力要小，在料堆中鏟掘的能力大、能耗小。工作機(jī)構(gòu)的各桿件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度壽命合理。結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要，效率高。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制造及維修容易，操作使用方便。 (2) 特殊要求 由于鏟斗寬度和容積都較大，所以鏟裝阻力大，裝滿 系數(shù)小，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸，以減小工作阻力，達(dá)到裝滿卸凈、運(yùn)輸平穩(wěn)。 鏟斗由運(yùn)輸工況被舉升到最高卸載位置的過程中，為避免鏟斗中物料撒出，要求鏟斗作“平移運(yùn)動(dòng)”。嚴(yán)格要求鏟斗舉升平 動(dòng)是很困難的 。從不易撒料這一目的出發(fā)，絕對(duì)平動(dòng)并無必要，只要把鏟斗舉升時(shí)的傾角變化限制在一定許可范圍之內(nèi)即可。 鏟斗能自動(dòng)放平。鏟斗在最高位置卸載后廠閉鎖轉(zhuǎn)斗油缸，下放動(dòng)臂，鏟斗能自動(dòng)變成插人工況（開始插人狀態(tài)）的功能稱為“鏟斗自動(dòng)放平”它對(duì)定點(diǎn)高位卸載很有意義。 輪式裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)屬于連桿機(jī)構(gòu) ，設(shè)計(jì)中要特別注意防止各個(gè)工況出現(xiàn)構(gòu)件相 互干擾、“死點(diǎn)”、“自鎖”和“機(jī)構(gòu)撕裂”等現(xiàn)象；各處傳動(dòng)角不得小于 10°。 應(yīng)盡量減小工作機(jī)構(gòu)的前懸（即工作機(jī)構(gòu)重心至整機(jī)重心的距離）、長(zhǎng)度和高度，以提高裝載機(jī)在各種工況下的穩(wěn)定性和司機(jī)的視野。 鏟斗設(shè)計(jì) 工作裝置是裝載機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，鏟斗是這個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件，它是工作裝置的重要部件。鏟斗直接與物料接觸，是裝、運(yùn)、卸的工具，工作時(shí)，它被推壓插人料堆鏟取物料，工作條件惡劣，要承受很大的沖擊力和劇烈的磨損，因此鏟斗的設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)裝載機(jī)的作業(yè)能力有較大影 響。 所以鏟斗的設(shè)計(jì)就是根據(jù)裝載機(jī)的主要用途和作業(yè)條件，從而減少插入阻力，掘起阻力及提高生產(chǎn)率，合理的確定鏟斗的幾何形狀和尺寸。 斗的結(jié)構(gòu)形式 鏟斗通常用低碳，耐磨，高強(qiáng)度鋼板焊接而成。由切削刃、側(cè)壁切削刃、斗底、斗后壁、擋板、角板、耐磨板、護(hù)板或支角組成。 由于鏟斗是直接與物料接觸，特別是鏟裝堅(jiān)硬的砂等物料，斗前緣與斗壁磨損較快，因此，斗前緣采用耐磨的高錳鋼等優(yōu)質(zhì)材料，或者是堆焊硬質(zhì)合金 。 此設(shè)計(jì)采用堆焊 5)型合金，硬度 求在 35 以上），側(cè)切削刃和加強(qiáng)角板都采用高強(qiáng)度耐磨板料 制成，耐，磨板和支角亦都用耐磨材料制成，可以更換，用以增加大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 9 - 鏟斗的使用壽命。鏟斗前緣的斗齒是用 65制后熱處理或 成型斗齒。斗齒是易換件，磨損較快，必要時(shí)應(yīng)予以更換。 輪式裝載機(jī)的鏟斗斷面形狀一般為“ U” 形，用鋼板焊接而成。常見鏟斗結(jié)構(gòu)如圖 3 (a)直線形斗刃鏟斗 (b)V 形斗刃鏟斗 (c)直線形帶齒鏟斗 (d)弧形帶齒鏟斗 圖 3常見鏟斗結(jié)構(gòu) 鏟斗由斗底、側(cè)壁、斗刃及后壁等部分組成，如圖 3示。 圖 3式裝載機(jī)鏟斗結(jié)構(gòu) 1 防滋板； 2 連 接耳； 3 斗后壁 4 斗前壁； 5 斗側(cè)壁； 6 切削刃； 7 斗齒； 8 斗側(cè)刃 本次設(shè)計(jì)鏟斗采用直線形 帶斗齒的切削刃 如圖 3-3(c)所示 ，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的平地性能，能適于鏟裝較松散的物料，帶有斗齒的鏟斗在鏟斗插入、料堆時(shí)，減少刀刃與料堆的作用面積，使插入力集中在斗齒上，容易插入縫隙，破壞物料結(jié)構(gòu)，因而帶有齒的。 斗的分類 鏟斗按卸載方式一般可分為整體前卸式、側(cè)卸式、推卸式和底卸式等數(shù)種 。 斗的設(shè)計(jì)要求 (1) 插入及鏟起阻力小，作業(yè)效率高； (2) 鏟斗工作條 件惡劣，要求強(qiáng)度，剛度足夠且耐磨； (3) 由所鏟裝物料的種類和重度不同，設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)形式的鏟斗。 斗設(shè)計(jì) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 10 - 1、 鏟斗基本參數(shù)的確定 鏟斗的幾何斷面形狀由 鏟 斗的圓弧半徑 r、張開角 、后壁高度 h、底壁長(zhǎng) l 和鏟斗寬度 B 五個(gè)基本參數(shù)確定。此外， 鏟斗的寬度 載機(jī)兩前輪外側(cè)間的寬度 ，每側(cè)大出 50100果鏟斗寬度小于兩輪外側(cè)間的寬度，則鏟斗鏟取物料后形成的料堆階梯會(huì)損傷輪胎側(cè)壁，并增加行駛時(shí)輪胎的阻力。所 以 是 保護(hù)輪胎不受損傷，底壁相對(duì)地面應(yīng)有一定傾角，以減少摩擦阻力并保護(hù)底壁。 在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)， 可 參照同類型鏟斗，選擇 r、 h、 l、參數(shù)；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)則作為 R 的函數(shù)。 R 是鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑（見圖 3示）它的大小不僅直接影響鏟斗底壁的長(zhǎng)度，而且還直接 影響轉(zhuǎn)斗時(shí)掘起力及斗容的大小，所以它是一個(gè)與整機(jī)總體有關(guān)的參數(shù) 圖 3斗尺寸參照 (1)計(jì)算鏟斗內(nèi)壁寬度 0B w 2) (試中 b 裝載機(jī)輪距， 輪胎寬度， a 鏟斗側(cè)壁切削刃厚度， 由總體設(shè)計(jì)中可知： 2250b 595 22a 則有 298022217959522500 B 2)計(jì)算回轉(zhuǎn)半徑 R 由圖 3以看出，鏟斗橫截面積 ) 1801(c ots i n)c 212 而鏟斗幾何斗容 (大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 11 - 若斗容量為額定容量，則回轉(zhuǎn)半徑 R 為 1 8 ts i 1 (式中 設(shè)計(jì)任務(wù)書給的鏟斗額定容量， 3m ； 0B 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度 ， m g 鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù) ， 0.1g； Z 后斗壁長(zhǎng)度系數(shù) ， ； K 擋板高度系數(shù) ， ； r 圓弧半徑系數(shù) ， ； 1 擋板與后斗壁間夾角，選擇時(shí)應(yīng)使側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為 90°； 斗底與后斗壁間夾角 （即張開角）， 5245 ； 圖 3 各參數(shù)含義如下 。 r 鏟斗的圓 弧半徑， m； 斗底長(zhǎng)度，指鏟斗切削刃至斗底延長(zhǎng)線與后斗壁延線交點(diǎn)的距離 ， m, 后壁長(zhǎng)度，是指由后斗壁上緣至后壁延長(zhǎng)線交點(diǎn)的距離 ， m， Z 擋板高度 ， m， K 由式 (3知，當(dāng) 0要初選g、 Z 、 K 、 r ，系數(shù)值和 、 1 值，即可求得新鏟斗的基本參數(shù)。調(diào)整參數(shù)，根據(jù)調(diào)整后的各值與 Z 、 K 、r 值，然后代入式 (即可確定新鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R。由 可確定新鏟斗的其他參數(shù)值。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 12 - 由總體參數(shù)知： 37.2 29800 ：g=z =K =r = =48° 1 =8° 代入公式 鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R： R=以： r 6 Z K 1 4 一般取鏟斗側(cè)壁切削刃相對(duì)斗底壁的傾角 60500。鏟斗與 動(dòng)臂鉸銷（稱下鉸接點(diǎn)）距斗底壁的高度 。 所以鏟斗與動(dòng)臂鉸銷距斗底壁的高度： h 2、鏟斗容量計(jì)算 鏟斗容量是裝載機(jī)的總體參數(shù)之一，鏟斗幾何尺寸初步確定后，應(yīng)立即進(jìn)行斗容計(jì)算，以檢驗(yàn)其是否滿足給定的斗容要求，若計(jì)算值與要求值不符，則需修改有關(guān)尺寸，直至滿足要求為止。如前所述，鏟斗的斗容量已經(jīng)系列化，其計(jì)算也已標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算方法如下。 (1) 平裝斗容 鏟斗的平裝容量（見圖 3按式 (算。 對(duì)于有防 溢 板的鏟斗 0 32( 3m ) (式中 S 有擋板的鏟斗橫截面面積，； 0B 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度， m； a 擋板高度， m； b 斗刃刃口與擋板最上 部之間的距離， m。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 13 - 圖 3定斗容鏟斗的橫截面 圖 3鏟斗容量計(jì)算 (2) 額定容量 額定容量（見圖 3式（ 算。 對(duì)于有防溢 板的鏟斗 68202 ( 3m ) (3、 鏟斗截面的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 裝載機(jī)鏟斗的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)是確定鏟斗的截面形狀和尺寸。用人工設(shè)計(jì)鏟斗截面很繁瑣，修改也很麻煩，而用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)鏟斗的截面既簡(jiǎn)單、迅速又準(zhǔn)確。下面介紹鏟斗截 面的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 (1) 堆積高度 c 的計(jì)算 利用公式 (算鏟斗容量時(shí)，式中 3中擋板 為 ,鏟斗開口長(zhǎng) b,斗尖至鏟斗側(cè)壁的高度 c。根據(jù)美國(guó)汽車工程師手冊(cè)規(guī)定 D，且 K/2 =b/4 。按照通常的設(shè)計(jì)要求 , 擋板 垂直于斗側(cè)壁 所以 因而 0524122 (2) 鏟斗的開口長(zhǎng) 由圖 3 c 222 330c 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 14 - 圖 3鏟斗 截面計(jì)算 (3) 鏟斗橫截面 S 的計(jì)算 如圖 3示，鏟斗平裝容量橫截面面積 塊基本幾何圖形組成。 54321 式中 1S 扇形 面積， 2S 直角三角形 面積， 3S 直角三角形 面積， 4S 三角形 面積， 5S 直角三角形 面積， 80(360)180(360 221 a z a g ()(4 25 所以 ： 鏟斗的幾何 斗容量按式 (3算： 32 額定斗容按式 (算 mV r 動(dòng)臂設(shè)計(jì) 動(dòng)臂的設(shè)計(jì)要求 (1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造； (2) 受力合理，強(qiáng)度，剛度足夠。 臂鉸點(diǎn)位置的確定 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 15 - 動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置的確定，應(yīng)在總體參數(shù)己確定后，以及鏟斗主要尺寸確定后進(jìn)行。動(dòng)臂與鏟斗連接點(diǎn)也稱下鉸點(diǎn)，其下限位置應(yīng)保證鏟斗正常工作位置和下挖掘位置還有鏟斗在運(yùn)輸位置時(shí)，仍與輪胎保持有定問隙為準(zhǔn)，而且下鉸點(diǎn)與地而應(yīng)有 200 300 的離地間隙。其上限位置應(yīng)保證鏟斗有最大卸載高度、卸載角度及最小卸載距離。其具體位置可用作圖方法來確定，根據(jù)鏟斗形狀、幾何尺寸及鏟斗與地面應(yīng)保持的角度可以確定下鉸點(diǎn)1B 的下限位置 見圖 3然后將鏟斗轉(zhuǎn)置運(yùn)輸位置并留出定間隙，繪出輪胎位置，再根據(jù)最大卸載高度小卸載以確定下鉸點(diǎn)上限位置。 圖 3定動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置及長(zhǎng)度計(jì)算圖 動(dòng)臂與機(jī)架的連結(jié)點(diǎn) A(上鉸點(diǎn) )應(yīng)在 線的垂直平分線上。當(dāng)其他要求不變時(shí)， l 、動(dòng)臂的回轉(zhuǎn)角、動(dòng)臂伸出最大距離以及鏟斗在升起時(shí)擺動(dòng)的角度。 A 點(diǎn)與前輪中心的距離為 大則動(dòng)臂增長(zhǎng)而動(dòng)臂回轉(zhuǎn)角將會(huì)減小，大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 16 - 且動(dòng)臂伸出距離減小，提高裝載機(jī)在鏟斗最人伸出時(shí)的穩(wěn)定性。因此，在總 體布置允許的條件下， 以適當(dāng)?shù)脑龃螅?但也會(huì)增加司機(jī)室布置的困難，一般動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 在8090°（如圖 3示）。 動(dòng)臂與車架鉸點(diǎn)的高度通常?。?7 21 2 1 87 8 (式中 R 鏟斗回轉(zhuǎn)半徑 (m) (1) 即 =6° 動(dòng)臂處于最低位置時(shí)，鏟斗斗底與地面成 3角 ，取 =5°則下鉸點(diǎn) B 的下限位置： + ) =° +5° )= 230300范圍內(nèi)，故合理。 (2) 下鉸點(diǎn) B 的上限位置： + )+45°) + 動(dòng)臂長(zhǎng)度 確定 (1) 動(dòng)臂長(zhǎng)度計(jì)算 動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置確定之后，按定比例作圖即可直接求得。除此之外， 也可以按圖 3用幾何關(guān)系可求出動(dòng)臂的長(zhǎng)度： 2m a i n s i nc 式中 鏟斗最小卸載高度，單位 m； R 鏟斗回轉(zhuǎn)半徑，單位 m； 鏟斗回轉(zhuǎn)半徑與斗底夾角，單位度 ； 鏟斗最大卸載高度時(shí)的最大卸載角，單位度 ； 動(dòng)臂與車架連接鉸點(diǎn)到裝載機(jī)前面外廓部分（輪胎）的水平 距離，單位 m； 最大卸載高度，單位 m； 動(dòng)臂與車架連接鉸點(diǎn)高度，單位 m； 動(dòng)臂的長(zhǎng)度，單位 m 。 則?。?274 =6° R =1218 =45° 180學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 17 - 參數(shù) 代入公式 （ 則求得： 28952) 動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 a r c s BA ，在 8090°的可選范圍內(nèi)，故合適。 (3) 驗(yàn)算最小距離 近似的看作 1274長(zhǎng)度滿足總體尺寸的要求 。 臂結(jié)構(gòu)和形狀的確定 動(dòng)臂的形狀按其縱向中心線形狀可分為直 線形和曲線形兩種。如圖 3示 。 直線行動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，而且受力情況好，通常正轉(zhuǎn)式連桿工 作裝置多采用這種形式；曲線型動(dòng)臂一般常用于反轉(zhuǎn)式連桿作裝置，這種形式的動(dòng)臂可使反轉(zhuǎn)式 連桿工 作裝置布置更為合理。 而這次設(shè)計(jì)選著曲線形動(dòng)臂。 圖 3臂形式 ( a )單板型 ( b )雙板型 ( c )工字型 ( d )箱型 圖 3動(dòng)臂斷面形狀 動(dòng)臂的斷面機(jī)構(gòu)形式有單板、雙板和箱形，如圖 3多裝載機(jī)采用單板，這種動(dòng)臂機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，但抵抗受扭的剛性較差；大中型裝載機(jī)多采用雙板形或箱形斷面結(jié) 構(gòu)的動(dòng)臂，可 以改善單板動(dòng)臂受扭剛度不好的影響。為了減少動(dòng)臂的重量，動(dòng)臂的斷面尺寸 可 按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)采用的是曲線形單 板動(dòng)臂，這樣不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易制造，而且經(jīng)濟(jì)性好。 (a) 曲線形 (b)直線形 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) - 18 - 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 作裝置連桿機(jī)構(gòu)的類型 綜合國(guó)內(nèi)、外輪式裝載機(jī)的 工作裝置的形式，主要有 7 種類型的連桿機(jī)構(gòu)。按工作機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)不同，可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿連桿機(jī)構(gòu)。按輸入桿和輸出桿的轉(zhuǎn)向是否相同又分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)。 7 種連桿機(jī)構(gòu)如圖 3示。 (1)正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu) 正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)見圖 3a)。此機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗鏟取，所以掘起力較大；各構(gòu)件尺寸配置合理時(shí)，鏟斗具有較好的舉升平動(dòng)性能；連桿系統(tǒng)傳動(dòng)比較大，鏟斗能獲得較大的卸載角和卸載速度，因此卸載干凈、速度快；由于傳動(dòng)比大，還可適當(dāng)減小連桿系統(tǒng)尺寸，因而司機(jī)視野得到改善，但是一定要“適當(dāng)”，否 則易使連桿系統(tǒng)倍力系數(shù)減小，影響掘起力發(fā)揮。 正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平。 (2)轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)