側(cè)卸式裝載機(jī)設(shè)計(jì)

《側(cè)卸式裝載機(jī)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《側(cè)卸式裝載機(jī)設(shè)計(jì)（19頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1 摘 要 裝載機(jī)是一種廣泛用于公路 鐵路 建筑 水電 港口 礦山等建設(shè)工程的土石方 施工機(jī)械 它主要用于鏟裝土壤 砂石 石灰 煤炭等散狀物料 也可對(duì)礦石 硬土等 作輕度鏟挖作業(yè) 換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土 起重和其他物料如木材的裝 卸作業(yè) 在道路 特別是在高等級(jí)公路施工中 裝載機(jī)還用于路基工程的填挖 瀝青混 合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè) 此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤 刮平地面和牽引 其他機(jī)械等作業(yè) 由于裝載機(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) 因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一 本次設(shè)計(jì)報(bào)告共包括四個(gè)部分 是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程的描述和總結(jié) 第一部分 前言 第二部分 正文 第三部分 結(jié)論 第四部分 參考文獻(xiàn) 關(guān)鍵詞 工程機(jī)械 裝載機(jī) 工作裝置 行走機(jī)構(gòu) 1 目 錄 1 前言 2 1 1 設(shè)計(jì)目的 2 1 2 選題意義 2 1 3 裝載機(jī)的用途 3 1 4 裝載機(jī)的分類 3 2 鏟斗的設(shè)計(jì) 5 2 1 設(shè)計(jì)要求 5 2 2 鏟斗斗型的結(jié)構(gòu)分析 5 2 3 鏟斗基本參數(shù)的確定 7 2 4 斗容的計(jì)量 8 3 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 3 1 機(jī)構(gòu)分析 11 3 2 側(cè)卸裝載機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)解析 12 3 3 設(shè)計(jì)方法 13 3 4 尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)的圖解法 14 3 5 確定動(dòng)臂油缸的鉸接位置及動(dòng)臂油缸的行程 19 3 6 最大卸載高度和最小卸載距離 20 4 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 21 4 1 計(jì)算位置 21 4 2 外載荷的確定 21 4 3 工作裝置的受力分析 23 4 4 工作裝置的強(qiáng)度校核 28 5 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 38 5 1 行走參數(shù)的選擇 38 5 2 電動(dòng)機(jī)的選擇 39 5 3 進(jìn)行行走減速器的齒輪設(shè)計(jì) 40 參考文獻(xiàn) 49 致 謝 50 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 前言 1 1 設(shè)計(jì)目的 畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要課題 是學(xué)生綜合運(yùn)用 鞏固基礎(chǔ)理論 專業(yè) 技術(shù)和專業(yè)知識(shí)的機(jī)會(huì) 通過畢業(yè)設(shè)計(jì) 能夠檢查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握的程度 能夠提 高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和獨(dú)立工作的能力 并掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法和步驟 是 學(xué)生獲得知識(shí)的重要環(huán)節(jié) 因此 要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中必須端正態(tài)度 嚴(yán)格認(rèn)真 盡可能多的查閱有關(guān)書籍 搜索資料 刻苦鉆研 對(duì)比分析 取長(zhǎng)補(bǔ)短 大膽創(chuàng)新 以 便做出高質(zhì)量高水平的設(shè)計(jì)成果 1 2 選題意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù) 健康 高速發(fā)展 對(duì)工程機(jī)械的需求將增長(zhǎng) 這些需求對(duì)工 程機(jī)械產(chǎn)品既提出了 量 又提出了 質(zhì) 的巨大市場(chǎng)要求 我國(guó) 十二五 期間土石 方 路基路面 基礎(chǔ)及建筑施工工作量預(yù)計(jì)比 十一五 要大一倍以上 工程機(jī)械的總 需求量亦將為 十一五 期間的二倍 推土機(jī) 裝載機(jī) 輪式起重機(jī) 叉車 路面機(jī)械 鑿巖鉆車及挖掘機(jī)械等 7 類主要工程機(jī)械 十一五 末的年需求量可在 15 萬(wàn)臺(tái)以上 而 裝載機(jī)被大量應(yīng)用于各行各業(yè) 無(wú)論是公路 鐵路 建筑 水電 港口 礦山都有它的 身影 國(guó)外先進(jìn)的采掘機(jī)械設(shè)備將有更多的機(jī)會(huì)進(jìn)入中國(guó) 中國(guó)的設(shè)備也會(huì)有更多的的 機(jī)會(huì)走向世界 在這種情況下 我國(guó)從事地下采掘與工程的管理人員 技術(shù)人員和使用 維修人員都急需了解這類設(shè)備 國(guó)內(nèi)從事該類設(shè)備制造業(yè)的工程技術(shù)人員為了研制出能 參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的成套設(shè)備 也要掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)理論和方法 所以對(duì)該類機(jī)械設(shè)備的設(shè) 計(jì)是具有重大意義的 1 2 1 普通裝載機(jī)缺點(diǎn) 普通鏟斗裝載機(jī)挖力較小 鏟斗的有效容積不大 在工作時(shí) 車身需要移動(dòng)的范圍 較大 特別是在狹窄區(qū)域工作時(shí) 很容易發(fā)生碰撞而導(dǎo)致安全事故 另外 普通裝載機(jī) 的機(jī)械程度不高 需要操作人員的實(shí)時(shí)操控 對(duì)造作人員的工作壓力較大 1 2 2 側(cè)卸裝載機(jī)優(yōu)缺點(diǎn) 側(cè)卸式裝載機(jī) 圖 1 1 這種裝載機(jī)是正面鏟裝物料 運(yùn)動(dòng)至下料地點(diǎn)后進(jìn)行側(cè)卸下 料 它和普通的鏟斗車相比較 其鏟斗挖力較大 斗有效容積大 鏟斗運(yùn)動(dòng)距離小 車 體機(jī)動(dòng)高 工作外圍廣 鏟斗能多用途等優(yōu)點(diǎn) 另外 它的機(jī)械程度高 使得操作人員 能更加輕松 生產(chǎn)質(zhì)量也能得到提高 生產(chǎn)安全也有了跟好的保障 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 圖 1 1 側(cè)卸式裝載機(jī) 1 3 裝載機(jī)的用途 裝載機(jī)是一種用途十分廣泛的工程機(jī)械 可以用來(lái)鏟裝 搬運(yùn) 卸載 平整散裝物 料 也可以對(duì)巖石 硬土等進(jìn)行輕度的鏟掘工作 此外 還可以進(jìn)行刮平地面和牽引其 他機(jī)械等作業(yè) 換裝相應(yīng)的工作裝置 裝載機(jī)還可以進(jìn)行推土 起重 裝卸木料或鋼管 等作業(yè) 1 4 裝載機(jī)的分類 常用的單斗裝載機(jī) 按發(fā)動(dòng)機(jī)功率 傳動(dòng)形式 行走系結(jié)構(gòu) 裝載方式的不同進(jìn)行 分類 1 按行走裝置的不同 裝載機(jī)分為輪胎式和履帶式兩種 輪胎式裝載機(jī)由動(dòng)力裝置 車架 行走裝置 傳動(dòng)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 制動(dòng)系統(tǒng) 液 壓系統(tǒng)和工作裝置等組成 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下所示 輪胎式裝載機(jī)采用柴油機(jī)為動(dòng)力裝置 液力變距 動(dòng)力換擋變速箱 雙橋驅(qū)動(dòng)等組成的液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng) 小型輪胎式裝載 機(jī)有的采用液壓傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng) 液壓操縱 鉸接式車架轉(zhuǎn)向 反轉(zhuǎn)桿機(jī)構(gòu)的工作裝置 履帶式裝載機(jī)由專用底盤或工業(yè)拖拉機(jī)為基礎(chǔ)車 裝上工作裝置并配裝相關(guān)的操縱 系統(tǒng)而構(gòu)成 如圖 1 2 所示 履帶式裝載機(jī) 由 專 用 底 盤 或 工 業(yè) 拖 拉 機(jī) 為 基 礎(chǔ) 車 裝 上 工 作 裝 置 并 配 裝 相 關(guān) 的 操 縱 系 統(tǒng) 而 構(gòu) 成 如 圖 1 2 所 示 履 帶 式 裝 載 機(jī) 的 動(dòng) 力 裝 置 也 是 柴 油 機(jī) 機(jī) 械 式 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 則 釆 用 液 壓 助 力 濕 式 離 合 器 或 濕 式 雙 向 液 壓 操 縱 轉(zhuǎn) 向 離 合 器 和 正 轉(zhuǎn) 連 桿 機(jī) 構(gòu) 的 工 作 裝 置 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 圖 1 2 履帶式裝載機(jī) 1 行走機(jī)構(gòu) 2 發(fā)動(dòng)機(jī) 3 動(dòng)臂 4 鏟斗 5 轉(zhuǎn)斗油缸 6 動(dòng)臂油缸 7 駕駛室 8 燃油箱 2 按發(fā)動(dòng)機(jī)功率分類 功率小于 74kw 為小型裝載機(jī) 功率在 74 147kw 為中型裝載機(jī) 功率在 147 515kw 為大型裝載機(jī) 功率大于 515kw 為特大型裝載機(jī) 3 按傳動(dòng)形式分類 液力 機(jī)械傳動(dòng) 沖擊振動(dòng)小 傳動(dòng)件壽命長(zhǎng) 操縱方便 車速與外載間可自動(dòng) 調(diào)節(jié) 一般在中大型裝載機(jī)多采用 液力傳動(dòng) 可無(wú)級(jí)調(diào)速 操縱間便 但啟動(dòng)性較差 一般僅在小型裝載機(jī)上采用 電力傳動(dòng) 無(wú)級(jí)調(diào)速 工作可靠 維修簡(jiǎn)單 費(fèi)用較高 一般在大型裝載機(jī)上采 用 4 按裝卸方式分類 前卸式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工作可靠 視野好 適合于各種作業(yè)場(chǎng)地 應(yīng)用較廣 后卸式 前端裝 后端卸 作業(yè)效率高 作業(yè)的安全性欠好 側(cè)卸式 與其他的工程機(jī)械相比 裝載機(jī)實(shí)用性很強(qiáng) 它主要用于煤巷 全巖巷 中煤及其他物料的裝載 除完成 裝載作業(yè)以外 還可以充當(dāng)支護(hù)時(shí)的工作平臺(tái) 在井下 作業(yè)時(shí) 主要是用完成工作面短距離運(yùn)輸 臥底 清幫 和支護(hù)等 由于它插入力大 機(jī)動(dòng)性能好 全斷面作業(yè) 安全性好 因而發(fā)展很快 成為進(jìn)下施工的主要機(jī)械 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 鏟斗的設(shè)計(jì) 2 1 設(shè)計(jì)要求 鏟斗是直接用來(lái)切削 收集 運(yùn)輸和卸出物料 裝載機(jī)工作時(shí)的插入能力及鏟掘能 力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來(lái)的 鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機(jī)的作業(yè)效率和上 作可靠性 所以減少切削阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求 鏟斗是在惡劣的條件下工作 承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨削 所以要求鏟斗具 有足夠的強(qiáng)度和剛度 同時(shí)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(lái)裝載客重 1 4 1 6 噸 米 3 的物料 如砂 碎石 松散泥土等 增加斗容的鏟斗 斗容一般為正常斗容的 1 4 1 6 倍 用來(lái)鏟掘容重 1 0 噸 米 3 左右的物料 如煤 煤渣等 減少斗容的鏟斗 斗容為正常斗容的 0 6 0 8 用來(lái)裝載容重大于 2 噸 米 3 的物料 如鐵礦石 巖石等 用于土方工程的裝載機(jī) 因作業(yè)對(duì)象較廣 因此多采用正常斗容的通用鏟斗 以適應(yīng)鏟 裝不同物料的需要 2 2 鏟斗斗型的結(jié)構(gòu)分析 2 2 1 切削刃的形狀 鏟斗切削刃的形狀根據(jù)鏟掘物料的種類不同而不同 一般分為直線型和非直線型兩 種 圖 2 1 直線型切削刃簡(jiǎn)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(jī)用得較多的是 v 型斗刃 這種切削刃由于中間突出 在插入 料堆時(shí) 插入力可以集中作用在斗刃中間部分 易于插入料堆 同時(shí)對(duì)減少 偏裁切入 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 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 2 2 鏟斗的斗齒 裝有斗齒的鏟斗在裝載機(jī)作業(yè)時(shí) 插入力由斗齒分擔(dān) 形成較大的比壓 利于插入 密實(shí)的料堆或松物料或撬起大的塊狀物料 便于鏟斗的插入 斗齒磨損后容易更換 因 此 對(duì)主要用于鏟裝巖石或密實(shí)物料的裝載機(jī) 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隊(duì)其鏟斗可以不裝斗齒 斗齒的形狀對(duì)切削阻力有影響 對(duì)稱齒形的切削阻力比不對(duì)稱齒形的大 長(zhǎng)而狹窄 的齒比寬而短的齒的切削阻力要小 2 2 3 鏟斗的側(cè)刃 弧 線 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 于 鏟 裝 巖 石 2 2 4 斗體形狀 對(duì)主要用于土方工程的裝載機(jī) 在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)要考慮斗體內(nèi)的流動(dòng)性 減少物料在 斗內(nèi)的移動(dòng)或滾動(dòng)阻力 同時(shí)要有利于在鏟裝粘性物料時(shí)有良好的倒空性 鏟斗底板的弧度 圓弧半徑 見圖 2 2 越大 鏟掘時(shí)泥土的流動(dòng)性越好 但對(duì)1R 于流動(dòng)性差的巖石等 則應(yīng)將底邊加長(zhǎng)而弧度減小 使鏟斗容積加大 比較容易鏟取 但是 當(dāng)?shù)走呥^長(zhǎng) 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 2 3 所 示 相反 如底邊短 不但鏟斗的鏟起力大 而且 卸載時(shí) 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 在極端時(shí)也有將轉(zhuǎn)鉸銷布置在鏟斗內(nèi)部 如 圖 2 4 所 示 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2 3 鏟斗基本參數(shù)的確定 鏟斗寬度 應(yīng)大于輪胎外側(cè)寬度 100 一 200 毫米 以防止鏟掘物料所形成的階梯地KB 面 而損傷輪胎側(cè)面和容易打滑而影響牽引力 鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R 是指鏟斗的轉(zhuǎn)鉸中心 B 與切削刃之間的距離 圖 2 4 由于鏟 斗的回轉(zhuǎn)半徑 R 不僅影響鏟起力和插入阻力的大小 而且與整機(jī)的總體參數(shù)有關(guān) 因此 鏟斗的其它參數(shù)依據(jù)它來(lái)決定 鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R 可按下式計(jì)算 2 1 1805 2cotsin co 5 02 11 rkzgBV 使用平裝斗容計(jì)算公式 1805 2cotsin co 5 01 rkzgBVR 式中 幾何斗容量 圖 2 4 中所示陰影斷面 由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定 米KV 3 B 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度 米 鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù) 通常g 5 1 g 一 后斗壁長(zhǎng)度系數(shù) 通常 z 2 z 擋板高度系數(shù) 通常 k 40k 斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù) 通常 R 40 35 R 擋板與后斗壁問的夾角 通常 1 01 5 斗底和后斗壁間的夾角 通常 有推薦 0 0286 2 2 2 0 1 abBw mm75972 式中 a1 鏟斗側(cè)壁切削刃的厚度 取 m10 1 b 輪距 bw 輪胎寬度 根據(jù)設(shè)計(jì)資料有 2 3 mw597210 所以有 2 4 1805 2cotsin co 5 010 rkzgBVR 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 m gR124 1805 250cot4 50sinco13 09 45 087 20 斗底長(zhǎng)度 Lg 是指由鏟斗切削刃到斗底與后斗壁交點(diǎn)的距離 2 5 R Lg18045 后斗壁長(zhǎng)度 是指出后斗壁上緣到與斗底相交點(diǎn)的距離Z 2 6 mR Lz14809 鏟斗圓弧半徑 1 2 8 RR498 001 鏟斗與動(dòng)臂鉸銷距斗底的高度 2 9 mhb 1502 6 0 鏟斗側(cè)壁切削刃相對(duì)于斗底的傾角 在選擇 時(shí) 應(yīng)保證側(cè)壁切削刃06 1 與擋板的夾角為 因此取 0 500 切削角 0 300 9 2 4 斗容的計(jì)量 鏟斗的斗容量可以根據(jù)鏟斗的幾何尺寸確定 2 4 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 圖 2 5 對(duì)于裝有擋板的鏟斗 2 10 32 32048 248 16 7 6mbaABVK 根據(jù)有關(guān)計(jì)算有 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 2 11 mLLNDCb BmaZgKgZK428 1 50cos48 10 216 0 cos827 1602220 A 鏟斗橫斷面面積 如圖 2 5 中所示陰影面積 鏟斗內(nèi)壁寬 m 0B a 擋板高度 m b 斗刃刃口與擋板最上部之間的距離 m 2 4 2 額定斗容 堆裝斗容 HV 鏟斗堆裝的額定斗容 是指斗內(nèi)堆裝物料的四邊坡度均為 1 2 此時(shí)額定斗容可按 下式確定 圖 2 5 2 12 3232005 276 01 648 87 4 1mchbBVKH 米 式中 c 物料堆積高度 米 物料堆積高度 c 可由作圖法確定 圖 2 5 根據(jù)科堆坡度角可得料堆尖端點(diǎn)肘 再由 d4 點(diǎn)作直線 d4N 與 Go 垂直 將 n4N 垂線向下延長(zhǎng) 與斗刃刃口和擋板最下端之間 的連線相交 此交點(diǎn)與料堆尖端之間的距離 即為物料堆積高度 G 2 13 m abc276 0162 048 1542 鏟斗斗容的誤差率 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 2 14 57 103 所以鏟斗的設(shè)計(jì)合格 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 3 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)裝載機(jī)用途 作業(yè)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等擬定購(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求 選定了工 作裝置的結(jié)構(gòu)形式后 便可進(jìn)行工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 額 定 斗 容 3 m3 額 定 載 重 量 50 KN 整 機(jī) 質(zhì) 量 17 5 t 輪 距 2150 mm 軸 距 3427 mm 輪 胎 規(guī) 格 23 5 25 最大 卸載 高度 2970 mm 最小 卸載 距離 1200 mm 工作裝置敗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括 1 確定動(dòng)臂長(zhǎng)度 形狀及與車架的鉸接位置 2 確定動(dòng)臂油缸的鉸接位置及動(dòng)臂油缸的行程 3 連桿機(jī)構(gòu) 由動(dòng)臂 鏟斗 轉(zhuǎn)斗油缸 搖臂 連桿或托架等組成 的設(shè)計(jì) 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求 1 保證滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書中所規(guī)定的使用性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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等 2 保證作業(yè)時(shí)與其它構(gòu)件無(wú)運(yùn)動(dòng)干涉 3 保證駕駛員有良好的勞動(dòng)條件 如工作安全 視野開闊 操作簡(jiǎn)便等 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的問題 因?yàn)榻M成工作裝置的各構(gòu)件的尺寸及 位置的相互影響 可變性很大 對(duì)于選定的結(jié)構(gòu)形式 在滿足上述要求下 可以有各種 各樣的構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置 因此 只有在綜合考慮各種因素的前提下 對(duì)工作裝置 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析 通過多方案比較 才能最后選出最佳構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置 使所設(shè)計(jì)的工作裝置不僅滿足使用要求 況且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 3 1 機(jī)構(gòu)分析 3 1 1 裝載機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同種類 現(xiàn)在國(guó)際上裝載機(jī)的工作裝置主要有兩種 六桿機(jī)構(gòu) 圖 3 1 八桿機(jī)構(gòu) 圖 3 2 六桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是傳力能力大 使得裝載機(jī)的挖力 所以一般都是在采掘類行業(yè)中運(yùn)用 八桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是桿件多 能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)多 運(yùn)轉(zhuǎn)靈活 所以一般用于多功用采掘中 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 3 1 裝載機(jī)六桿執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖 3 2 裝載機(jī)八桿執(zhí)行機(jī)構(gòu) 地下礦上的鏟裝作業(yè)中 由于空間有限 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就較為簡(jiǎn)單 通常采用四 種裝置 正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu) 正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu) 正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) Z 型反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 如圖 3 3 所 示 正傳四桿機(jī)構(gòu) 正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu) 正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) Z 型反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 圖 3 3 地下裝載機(jī)常用工作裝置 3 2 側(cè)卸裝載機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)解析 根據(jù)圖 3 3 一般裝載機(jī)所用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有四種 1 正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu) 2 正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu) 3 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 4 Z 型反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 下面對(duì)這四種機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步分析和選擇 六桿機(jī)構(gòu) 承載六桿機(jī)構(gòu)的元件及鉸銷較多 所以他的結(jié)構(gòu)也比較的復(fù)雜 鏟斗在 進(jìn)行物料的裝載和卸載時(shí) 所能進(jìn)行的活動(dòng)也最大 Z 型反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)能承受的負(fù)載最大 而且其在鏟斗工作時(shí)各處銷軸承受的力最大 它的動(dòng)臂在鏟斗和前橋中 因?yàn)槠渲械目臻g十分狹窄 構(gòu)件各部分很容易發(fā)生碰撞 正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)造是最最簡(jiǎn)潔的 它的前懸裝置比較小 承載鏟斗的元件 連接 的銷軸之類的部件數(shù)量少 自身比重小 正傳四桿機(jī)構(gòu)可以很好地滿足工作裝置最初的 設(shè)計(jì)要求 它能很好地保證鏟斗實(shí)現(xiàn)各種工作過程 在鏟裝物料時(shí) 鏟斗可以在最大范 圍內(nèi)進(jìn)行高速的運(yùn)動(dòng) 它的缺點(diǎn)是 在鏟斗回到初始位置時(shí) 鏟斗不能自動(dòng)地平放 在 卸載物料時(shí) 活塞桿很容易和其他部件相摩擦甚至產(chǎn)生碰撞 正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu)則是在四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上 在活塞桿和 鏟斗之間加了一根連接桿 它能夠改正四桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn) 使得鏟斗和活塞桿在裝卸物料時(shí)不容易產(chǎn)生摩擦碰撞 我設(shè)計(jì)的側(cè)卸式鏟斗裝載機(jī)是在一般的正傳四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上 將裝載機(jī)的鏟裝部 分由只有一個(gè)鏟斗變成鏟斗和鏟斗座相組合 這種機(jī)構(gòu)可以說(shuō)是近似的一中五桿機(jī)構(gòu) 而且 我在鏟斗和斗座之間加入了一個(gè)用于側(cè)卸的油缸 這使得裝載機(jī)卸載物料由傳統(tǒng) 的正卸變成了側(cè)卸 這樣使得裝載機(jī)擁有側(cè)卸功能 而且 這樣能夠減小轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng) 度 它的示意圖如圖 3 4 所示 側(cè)卸機(jī)構(gòu)如圖 3 5 所示 A 機(jī)架和動(dòng)臂油缸的鉸接點(diǎn) B 機(jī)架和動(dòng)臂的鉸接點(diǎn) C 機(jī)架和轉(zhuǎn)斗油缸的鉸接點(diǎn) D 動(dòng)臂油缸和動(dòng)臂的鉸接點(diǎn) E 轉(zhuǎn)斗油缸和鏟斗座的鉸接點(diǎn) F 動(dòng)臂和鏟斗座的鉸接點(diǎn) G 鏟斗和側(cè)卸油缸的鉸接點(diǎn) H 側(cè)卸油缸和鏟斗座的鉸接點(diǎn) M 鏟斗座和鏟斗鉸接點(diǎn) 圖 3 4 側(cè)卸裝載機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)總圖 1 機(jī)架 2 動(dòng)臂油缸 3 動(dòng)臂 4 轉(zhuǎn)斗油缸 5 鏟斗座 6 側(cè)卸油缸 7 鏟斗 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 3 3 設(shè)計(jì)方法 因?yàn)楣ぷ鳈C(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)直接與整機(jī)的基本性能和工作參數(shù)有關(guān) 所以通 常是先初步設(shè)計(jì)出整機(jī)的主要參數(shù) 然后以其為條件 再進(jìn)行連桿系統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì) 不管用什么方法確定各鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)值 但最終都必須滿足對(duì)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的 各種要求 在運(yùn)動(dòng)學(xué)方面 必須滿足鏟斗舉升平動(dòng) 自動(dòng)放平 最大卸載高度 最小卸 載距離和各個(gè)位置的卸載角等要求 在動(dòng)力學(xué)方面 主要是在滿足挖掘力 舉升力和生 產(chǎn)率的要求前提下 使轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸的所需輸出力及功率盡量減小 3 4 尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)的圖解法 圖解法比較直觀 易于掌握 是目前工程設(shè)計(jì)時(shí)常用的一種方法 圖解法是在初步確定了最大卸載高 最小卸載距離 卸載角 輪胎尺寸和鏟斗幾何 尺寸等參數(shù)后進(jìn)行的 它通過在坐標(biāo)圖上確定工況 見圖 3 5 時(shí)工作工作機(jī)構(gòu)的九 個(gè)鉸接點(diǎn)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn) 圖 3 5 鉸接點(diǎn) B 的確定 3 4 1 動(dòng)臂與鏟斗 搖臂 機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn) B E A 的確定 1 確定坐標(biāo)系 如 圖 3 2 所 示 先 在 坐 標(biāo) 紙 上 選 取 直 角 坐 標(biāo) 系 沖 選 定 長(zhǎng) 度 比 例 尺 xOy1 2 畫鏟斗圖 把 已 設(shè) 計(jì) 好 的 鏟 斗 橫 截 面 外 輪 廓 按 比 例 畫 在 坐 標(biāo) 里 斗 尖 對(duì) 準(zhǔn) 坐 標(biāo) 原 點(diǎn) O 斗 前 臂 與 x 軸 呈 前 傾 角 此 為 鏟 斗 插 入 料 堆 時(shí) 位 置 即 工 況 3 確定動(dòng)臂與鏟斗的鉸接點(diǎn) B 由于 B 點(diǎn)的 x 坐標(biāo)值越小 轉(zhuǎn)斗鏟取力就越大 所以 B 點(diǎn)靠近 O 點(diǎn)是有利的 但它 受斗底和最小離地高度的限制 不能隨意減小 而 B 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 但這樣就縮小了 B 點(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn) C 的距離 使鏟取力 下降 綜合考慮各種因素的影響 設(shè)計(jì)時(shí) 一般根據(jù)坐標(biāo)圖上工況 I 時(shí)的鏟斗實(shí)際狀況 在 保證 B 點(diǎn)與 Y 軸坐標(biāo)值 和 x 軸坐標(biāo)值 盡可能小而且不與斗底干涉的myB350 24 Bx 前提下 在坐標(biāo)圖上人為地把 B 點(diǎn)初步確定下來(lái) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 1 以 B 點(diǎn)為圓心 使鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 48o 即工況 2 把已選定的輪胎外廓畫在坐標(biāo)圖上 作圖時(shí) 應(yīng)使輪胎前緣與工況 時(shí)鏟斗后壁 的間隙盡量小些 目的使機(jī)構(gòu)緊湊 前懸小 但一般不小于 50mm 輪胎中心 Z 的 y 軸 坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑 KR 3 1 12wwdbHR 式中 輪胎動(dòng)力半徑 mm 輪轂直徑 mm w 輪胎寬度 mm b 輪胎斷面高度與寬度之比 取 0 7 H 輪胎變形系數(shù) 普通輪胎為 0 05 4 確定動(dòng)臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn) A 3 2 mbdRww714 005 1 2352 圓整后取 Rd 715mm 1 根據(jù)給定的最大卸載高度 最小卸載距離和卸載角 畫出鏟斗在最高位卸載的位 置圖 即工況 此時(shí) B 點(diǎn)位置為 如圖 3 6 所示 iB A1205 BC 圖 3 6 連桿兩鉸接點(diǎn)的確定圖 2 以 點(diǎn)為圓心 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏟斗 48o 即得鏟斗被舉升到最高位置圖 工況 iB 3 連接 B 并作其垂直平分線 因?yàn)?B 和 點(diǎn)同在以 A 點(diǎn)為圓心 動(dòng)臂 AB 長(zhǎng)為i i 半徑的圓弧上 所以 A 點(diǎn)必在 B 的垂直平分線上 i A 點(diǎn)位置盡可能低一點(diǎn) 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 處 2 1 3 A 點(diǎn)位置的變化 可借挪動(dòng) 點(diǎn)和輪胎中心點(diǎn)的位置來(lái)進(jìn)行 i 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 5 確定動(dòng)臂與搖臂的鉸接點(diǎn) E E 點(diǎn)位置是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù) 它對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比 倍力系數(shù) 連桿機(jī)構(gòu)的布 置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng)度等都有很大影響 根據(jù)分析和經(jīng)驗(yàn) 一般取 E 點(diǎn)在 AB 連線上方 其在 AB 連線上的投影點(diǎn)距 A 點(diǎn) 45 處 相對(duì)前輪胎 E 點(diǎn)在其外廓的左上部 3 4 2 機(jī)構(gòu)中 C D F 點(diǎn)的確定 因?yàn)?B E 兩點(diǎn)已被確定 所以再確定 C 和 D 點(diǎn)實(shí)際上是為了是終確定與鏟斗相聯(lián) 的四桿機(jī)構(gòu) BCDE 的尺寸 確定 C D 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工況時(shí)的 轉(zhuǎn)角 又要注意動(dòng)力學(xué)要求 如鏟斗在鏟裝物料時(shí)應(yīng)能輸出較大的鏟取力 同時(shí) 還要 防止前述各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)被破壞的現(xiàn)象 為此 建議按下述方法進(jìn)行設(shè)計(jì) 按單搖桿條件設(shè)計(jì)六桿機(jī)構(gòu) 連桿與鏟斗鉸點(diǎn) C 的位置影響連桿的受力和轉(zhuǎn)斗油缸 的行程 選擇時(shí)主要考慮當(dāng)鏟斗處于地面挖掘位置情況下 轉(zhuǎn)斗油缸作用在連桿 CD 的有 效分力較大 以發(fā)揮比較大的掘起力 通常 BC 與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑之間的夾角 100 o 120o 取 113 BC 0 13 0 14 l D BC 0 14 2913 410 見圖 3 7 圖 3 7 確定連桿機(jī)構(gòu)圖解法簡(jiǎn)圖 搖臂和連桿要傳遞比較大的插入和轉(zhuǎn)斗阻力 因此在設(shè)計(jì)時(shí)不僅考慮運(yùn)動(dòng)關(guān)系 而 且還應(yīng)考慮它們的強(qiáng)度和剛度 搖臂是形狀以及長(zhǎng)短臂的比例關(guān)系及鉸點(diǎn) E 的位置的確 定 主要考慮連桿的受力情況及它們?cè)诳臻g布置的方便和可能性 同時(shí)轉(zhuǎn)斗油缸的行程 及連桿的長(zhǎng)度也不要過大 搖臂可做成直的也可做成彎曲的形狀 彎曲搖臂的夾角一般 不大于 30o 否則使構(gòu)件受力不良 搖臂與動(dòng)臂的鉸點(diǎn) E 布置在動(dòng)臂兩鉸點(diǎn)的連線 AB 的 中部偏上為 m 處 設(shè)計(jì)時(shí)初步取 m 0 11 0 18 lD m 0 15 2913 440 le 0 45 0 50 l D EF 0 22 0 24 lD EF 0 23 2913 670 DE 0 29 0 32 l D DE 0 32 2913 874 完成上述構(gòu)件尺寸選擇后 就可用下述作圖方法來(lái)確定連桿 CD 的長(zhǎng)度 轉(zhuǎn)斗油缸與 車架的鉸點(diǎn) G 及行程 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 根據(jù)已經(jīng)選定的工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù) 畫出動(dòng)臂和鏟斗在地面時(shí)鏟斗后傾 的位置及搖臂和動(dòng)臂的鉸點(diǎn) E 將動(dòng)臂由最低到最高位置時(shí)的轉(zhuǎn)角 分成若干等分 045 提升動(dòng)臂到不同的角度 并保持后傾鏟斗的平移性 依次畫出 BC 的相應(yīng)位置 1CB 并使它們互相平行 然后畫出鏟斗在最大卸載高度時(shí)的卸載位置 取卸2CBi 載角 在這里 50 取得 假設(shè)鏟斗在最大卸載高度卸載時(shí)搖臂和連05 iCB 桿 CD 處在極端位置 即鉸接點(diǎn) C D E 位于同一條直線上 則連桿 CD 的最小長(zhǎng)度 b 根據(jù)搖臂的結(jié)構(gòu)尺寸和鏟斗在任意位置能卸凈物料這一條件 作出鏟斗在不同cEi 卸載位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸活塞桿鉸接點(diǎn)位置 連接 各點(diǎn)得一曲線 過 iF i 點(diǎn)作此曲線的內(nèi)包圓弧 則圓弧的圓心 G 即為與車架的交接點(diǎn) 圓弧 的半徑 G iF N N 既為轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝尺寸 minR 根據(jù)提升動(dòng)臂過程中鏟斗保持平移的特性畫出相應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)油缸的鉸接點(diǎn)位置 得一曲線 以鉸接點(diǎn) G 為圓心 過 點(diǎn)做此曲線的外包圓弧 圓弧 N 的半徑 G i iF iF 即為轉(zhuǎn)斗油缸的最大安裝距離 轉(zhuǎn)斗油缸的行程 按下式計(jì)算 axxl 3 3 minaxRlx 當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)和鉸接點(diǎn)位置確定以后 根據(jù)上述作圖法所確定的轉(zhuǎn)斗油缸與車架鉸接 點(diǎn) G 及轉(zhuǎn)斗油缸的行程 一般當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖的情況下提升動(dòng)臂的過程中 鏟斗在任xl 何位置時(shí)的后傾角都不在地面時(shí)后傾角大 在動(dòng)臂提升范圍內(nèi)后傾角通常允許相差 15o 鏟斗卸載角通常隨卸載高度的降低而稍有減小 若鏟斗的卸載角小于 45o 時(shí) 可減小 BC 或 的長(zhǎng)度來(lái)滿足對(duì)卸載角的要求 xl 要 實(shí) 現(xiàn) 動(dòng) 臂 提 升 到 最 大 卸 載 位 置 卸 載 后 動(dòng) 臂 下 放 到 地 面 時(shí) 鏟 斗 即 自 動(dòng) 放 平 只 要 湊 成 連 桿 機(jī) 構(gòu) 使 鏟 斗 由 最 高 位 置 到 地 面 過 程 中 上 翻 角 即 可 3 4 3 舉升油缸與動(dòng)臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn) H 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(lái)確定 綜合考慮這些因素 一般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 如圖 3 8 所示 一般 H 點(diǎn)選定在 AB 聯(lián)線附近或上方 并取 AH 不可能取得太大 它還受到油缸行程的限制 2 ABH 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 3 8 動(dòng)臂油缸鉸接點(diǎn)的確定 考慮到聯(lián)合鏟裝 邊抓入邊舉臂 工況的需要 在滿足 M 點(diǎn)最小離地高度要求的前 提下 令工況 時(shí) HM 近似于水平 一般取 HM 與水平線成 10o 15o 夾角 這是機(jī)械優(yōu)化 設(shè)計(jì)的結(jié)果 M 點(diǎn)往前橋方向靠是比較有利的 這樣做 可使動(dòng)臂油缸在動(dòng)臂整個(gè)舉升過程中 舉升工作力臂大小的變化較小 即工作力矩變化不大 避免鏟斗舉升到最高位置時(shí)的舉 升力不足 因?yàn)榇藭r(shí)工作力臂往往較小或最小 但是 采用底部鉸接式油缸時(shí) 要使 M 點(diǎn)前移是比較困難的 它受前橋限制 支座布置也較麻煩 為克服 M 點(diǎn)前移的困難 可 采取 M 點(diǎn)上移 即加大 和 H 點(diǎn)向 B 點(diǎn)方向前移的辦法 使舉升動(dòng)臂油缸幾乎呈水Mh 平狀態(tài) 計(jì)算證明 這樣布置也能得到較好的舉升特性 為了得到較好的舉升工作力臂變化特性曲線 以適應(yīng)舉升過程中阻力矩的變化和合 理地選定舉升油缸的功率 采用中間鉸接式油缸是比較理想的 如圖所示 這 個(gè) 結(jié) 論 是 顯 而 易 見 的 因 為 由 圖 3 9 可 知 兩 種 結(jié) 構(gòu) 的 油 缸 的 最 小 工 作 力 臂 均 出 觀 在 鏟 斗 被 舉 到 最 高 位 置 時(shí) 但 圖 3 9 a 中 小 于 圖 3 9 b 中MAH 的 并 且 都 為 銳 角 而 力 臂 大 小 為 所 以 在 相 同 條 件 下 AH sin 中 間 鉸 接 式 油 缸 的 最 小 輸 出 力 矩 要 比 底 部 鉸 接 式 油 缸 的 最 小 輸 出 力 矩 大 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 圖 3 9 動(dòng)臂舉升油缸兩鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì) 3 5 確定動(dòng)臂油缸的鉸接位置及動(dòng)臂油缸的行程 3 5 1 動(dòng)臂油缸的鉸接位置 確定動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂及車架的鉸接點(diǎn) H M 的位置 圖 3 9 通常參考同類樣機(jī) 同時(shí)考慮動(dòng)臂油缸的提升力臂與行程的大小選定 H 點(diǎn)一般選在約為動(dòng)臂長(zhǎng)度的三分之一 處 且在動(dòng)臂兩鉸接點(diǎn)的連線之上 以便留出鉸座位置 對(duì)曲線型動(dòng)臂而言 動(dòng)臂油 缸與車架有兩種連接方式 油缸下端與車架鉸接 圖 3 10a 油缸中部或上端與車架鉸 接 圖 3 10b 后者在動(dòng)臂提升過程中 由于油缸下端的擺動(dòng) 可以使動(dòng)臂油缸的提升 力臂變化較小 效率較高 但不論那種連接方式 都要使動(dòng)臂油缸的下端到地面的距離 HM 滿足裝載機(jī)離地間隙的要求 此外 在采用動(dòng)臂油缸下端擺動(dòng)的連接方式時(shí) 要注意 油缸下端在擺動(dòng)過程中不與機(jī)體發(fā)生于涉 圖 3 10 動(dòng)臂油缸的鉸接位置 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 3 5 2 動(dòng)臂油缸行程 的確定Hl 在選定動(dòng)臂油缸鉸接點(diǎn)的位置后 便可用與求動(dòng)臂長(zhǎng)度相同的解析法或作圖法求出 其油缸行程 l 3 4 mHLinax 式中 動(dòng)臂油缸的最大安裝距離仍 M H 動(dòng)臂油缸的最小安裝距離 MH min AB 2913 mm AH 取 1457 mm 最小離地間隙一般 350 145mmhh 此 處 取 作圖知道 圖 3 11 動(dòng)臂油缸行程的設(shè)計(jì) 油缸最大長(zhǎng)度 1941mm 最小長(zhǎng)度 1201 mm 3 5 maxin1 62h 符合設(shè)計(jì)要求 3 6 最大卸載高度和最小卸載距離 鏟斗高位卸載時(shí)的卸載高度 和卸載距離 必須分別不小于設(shè)計(jì)任務(wù)給定的最大卸xhxl 載高度 和最小卸載距離 否則將影響卸載效率 甚至不能進(jìn)行高位卸載 太大maxhminl xh 時(shí) 將增加卸載沖擊 損壞運(yùn)輸車輛 過大 雖然有利于裝車 但加大了工作機(jī)構(gòu)前懸 xl 降低整機(jī)穩(wěn)定性 若要滿足要求 則應(yīng)該滿足下列要求 3 6 maxh minl 在軌跡圖中測(cè)量出 ax302970 x ll112in 所以滿足 和 的要求 mah 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 4 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算 工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算包括 1 確定計(jì)算位置 2 選取工作裝置受力最大的典型工況 確定外載荷 3 對(duì)工作裝置進(jìn)行受力分析 4 主要零件的強(qiáng)度校核 4 1 計(jì)算位置 分析裝載機(jī)插入料堆 鏟起 提升 卸載等作業(yè)過程可知 裝載機(jī)在鏟掘物料時(shí) 工作裝置的受力最大 所以取鏟斗斗底與地面的前傾角為 時(shí)的鏟取位置 圖 4 1 作05 為計(jì)算位置 且假定外裁荷作用在鏟斗的切削刃上 4 2 外載荷的確定 由于物料種類和作業(yè)條件的不同 裝載機(jī)實(shí)際作業(yè)時(shí)不可能使鏟斗切削刃均勻受載 但可簡(jiǎn)化為兩種極端情況 認(rèn)為載荷沿切削刃均勻分布 并以作用在鏟斗切削刃中部 的集中載荷來(lái)代替其均布載荷 稱為對(duì)稱受載情況 由于鏟斗偏鏟 料堆密實(shí)程度不 均 使載荷偏于鏟斗一例 形成偏載情況時(shí) 通常是將其簡(jiǎn)化后的集中栽荷加在鏟斗側(cè) 邊第一斗齒上 裝載機(jī)的鏟掘過程通?？煞秩缦氯N受力情況 1 斗水平插入料堤 工作裝置油缸閉鎖 此時(shí)認(rèn)為鏟斗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(dòng)臂 靠動(dòng)臂油缸 工作 鏟掘時(shí) 此時(shí)認(rèn)為鏟斗切削刃只受到垂直力的作用 3 鏟斗邊插入邊轉(zhuǎn)斗或邊插入邊提臂鏟掘時(shí) 此時(shí)認(rèn)為水平力與垂直力同時(shí)作用在 鏟斗的切削刃上 綜合上述分機(jī)可以得到如下六種工作裝置的典型工況 圖 4 2 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 1 對(duì)稱水平力的作用工況 圖 4 2a 水平力 即插入阻力 PC 的大小由裝載機(jī)的牽引力決定 其水平力的最大值為 4 1 cKPxR max 此處根據(jù)已知取 4 2 NMAXx138 裝載機(jī)空載時(shí)的最大牽引力 aKP 插入力 c 2 對(duì)稱垂直力的作用工況 圖 4 2b 垂直力 即鏟起阻力 的大小受裝載機(jī)縱向穩(wěn)定條件的限制 圖 3 21 其最大值 為 4 3 KN lWLpz5 4283071 式中 W 裝載機(jī)滿載時(shí)的自重 t1 07 裝載機(jī)重心到前輪與地面接觸點(diǎn)的距離 在此處取軸距的四分之一靠前 1L 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 4 4 mWL875075134211 式中 L 軸距 L W 整車重量 W1 滿載時(shí)前橋負(fù)荷 取整機(jī)重量的 75 3 對(duì)稱水平力與垂直力同時(shí)作用的工況 圖 4 2g 此時(shí)垂直力由式 4 3 給出 水平力取發(fā)動(dòng)機(jī)扣除工作油泵功率后 裝載機(jī)所能 發(fā)揮的牽引力 KP 4 受水平偏載的作用工況 圖 4 2d 5 受垂直偏載的作用工況 圖 4 2e 垂直力之大小與工況 b 相同 6 受水平偏載與垂直偏載同時(shí)作用的工況 圖 4 2f 水平力與垂直力的大小與工況 c 相同 4 3 工作裝置的受力分析 在確定了計(jì)算位置及外載荷的大小后 便可進(jìn)行工作裝置的受力分橋 由于工作裝 置是一個(gè)受力較復(fù)雜的空間超靜定系統(tǒng) 為簡(jiǎn)化計(jì)算 通常要作如下假設(shè) 1 在 對(duì) 稱 受 載 工 況 中 圖 4 2 a b c 由 于 工 作 裝 置 是 個(gè) 對(duì) 稱 結(jié) 構(gòu) 故 兩 動(dòng) 臂 受 的 載 荷 相 等 同 時(shí) 略 去 鏟 斗 及 支 承 橫 梁 對(duì) 動(dòng) 臂 受 力 與 變 形 的 影 響 則 可 取 工 作 裝 置 結(jié) 構(gòu) 的 一 例 進(jìn) 行 受 力 分 析 如 圖 3 23a 所 示 其 上 作 用 的 載 荷 取 相 應(yīng) 工 況 外 載 荷 之 半 進(jìn) 行 計(jì) 算 即 4 5 KNPKNPYaxaX 5 7 41 691382 在偏載工況中 圖 3 22d e f 近似地用求簡(jiǎn)支粱支反力的方法 求出分配于左 右動(dòng)臂平面內(nèi)的等效力 圖 4 3b baR與 4 6 aZbZaxXbxaPP 由于 所以取 進(jìn)行計(jì)算 YaR aYXR與 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 4 3b 中870 9amb 4 7 138254 670XaZPKN 2 計(jì)算鏟斗重量 GD 鏟斗的重量由兩部分組成 一部分是圍成鏟斗的鋼板的重量 G1 另一部分是筋板 吊耳等附屬裝置的重量 G 估算 G 的值為 10 G1 則 4 8 1111 0D 又 4 9 gtStK 2 2 式中 S1 鏟斗側(cè)壁的面積 t 鏟斗壁厚 S2 斗底和后斗壁的面積 SK 檔板面積 鋼板的密度 取 7850kg m 3 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 代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)可得 NG6801750 461 37 86 021 KND 81 3 認(rèn)為動(dòng)臂軸線與連桿 搖臂軸線處于同一平面 則所有的作用力都通過構(gòu)件 除鏟斗外 斷面的彎曲中心 即略去了由于安裝鉸座而產(chǎn)生的附加的扭轉(zhuǎn) 從而可以 用軸線 折線或曲線來(lái)代替實(shí)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(gè)空間超靜定結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)化為平面問 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 題進(jìn)行受力分析 工作裝置的受力分橋 就是根據(jù)上述各種工況下作用在鏟斗的外力 用解析法或圖 解法求出對(duì)應(yīng)工況下工作裝置各構(gòu)件的內(nèi)力 下面以工況 c 為例進(jìn)行受力分析 其他 工況與此類同 a 水平偏載 Pxa 295KN PZa 0 如圖 4 4a 所示 取鏟斗為脫離體 根據(jù)平衡原理 分析鏟斗的受力 由 4 10 0BM 121211 sinco lhPlhCX 4 11 KN laZac1846sin406os35287 5295i121 由 4 12 0c 1BaXXP 所以 4 13 KNcaB4786os29501 由 4 14 2sin 01DaZBc GPPZ 則 4 15 KN DcaZB5 1732948 6sin82i01 如圖 3 24b 所示 取連桿為脫離體 根據(jù)平衡原理 作用于連桿兩端的力大小相等 方 向 相 反 即 4 16 DCP 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 由圖示受力分析可知 連桿此時(shí)受拉 如圖 4 4c 所示 取搖臂為脫離體 根據(jù)平衡原理 分橋搖臂的受力 由 4 17 3432324 cossincossin0 hPlhPlMFFDDE 4 18 KNPF388i1485 60679 由 4 19 PXDFE726cos958cos43 0 23 由 4 20 KNZDFE306sin2958sin4 0ii 2323 如 圖 3 24d 所 示 取 動(dòng) 臂 為 脫 離 體 根 據(jù) 平 衡 原 理 分 析 動(dòng) 臂 的 受 力 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 由 4 21 KNlhlZhXZP lZhXlZhMEBH EBA4315sin3915cos72904372 08i 0sinco 446657 657 由 4 22 XPXEBHA67724815cos 4 由 4 23 KNZ ZHEBA BE16015sin435 c0i 04 b 垂 直 偏 載 Pxa 0 Pza 116KN 與 求 水 平 偏 載 一 樣 如 圖 4 4a 所 示 取 鏟 斗 為 脫 離 體 根 據(jù) 平 衡 原 理 分 析 鏟 斗 的 受 力 由 4 24 0BM 121211 sinco lhlhCaZaX 4 25 KN lhPPZaXc4956sin406os35287 1520i121 由 4 26 0c 1BaXXP 所 以 4 27 KNPca4926os501 由 4 28 2sin 01DaZBc GZ 則 4 29 KN PDcaZB612487 sin49501 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 如圖 3 24b 所示 取連桿為脫離體 根據(jù)平衡原理 作用于連桿兩端的力大小相等 方 向 相 反 即 4 30 DCP 由 圖 示 受 力 分 析 可 知 連 桿 此 時(shí) 受 拉 如 圖 4 4c 所 示 取 搖 臂 為 脫 離 體 根 據(jù) 平 衡 原 理 分 橋 搖 臂 的 受 力 由 4 30 3432324 cossincossin0 hPlhlMFFDDE 4 31 KNPF73518 79 由 4 32 PXDFE1206cos4958cos735 0 23 由 4 33 KNZDFE6 506sin4958sin73 0ii 2323 如圖 3 24d 所示 取動(dòng)臂為脫離體 根據(jù)平衡原理 分析動(dòng)臂的受力 由 4 34 KNlhlZhXZP lZhXlZhMEBH EBA2015sin68015cos87426 39271349i 0sico 446657 657 由 4 35 XPXEBHA921120495cos 0 4 由 4 36 KNZ ZHEBA BE4115sin06 5coi 04 比較兩種工況可知第 5 種典型工況受力比較大 故取第 5 種工況為例進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 4 4 工作裝置的強(qiáng)度校核 根據(jù)計(jì)算工況及其受力分析 即可按強(qiáng)度理論對(duì)工作裝置主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核 4 4 1 動(dòng)臂 動(dòng)臂可看成是支承在前車架 A 點(diǎn)和動(dòng)臂油缸上鉸點(diǎn) H 點(diǎn)的雙支點(diǎn)懸臂梁 圖 4 5 為簡(jiǎn)化計(jì)算 將動(dòng)臂主軸線分為 BI IJ JA 等折線 分別求各段內(nèi)的內(nèi)力 Q N M 的 值 圖 4 5 動(dòng)臂強(qiáng)度校核圖 動(dòng)臂的危險(xiǎn)斷面一般在 H 點(diǎn)附近 在此斷面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力 MPa 4 37 FNWM 式中 M 計(jì)算斷面上的彎矩 mN N 計(jì)算斷面上的軸向力 N W 計(jì)算斷面的抗彎斷面系數(shù) m3 F 計(jì)算斷面的截面積 m2 MPa 4 38 106maxax bJQSZ 式中 Q 計(jì)算斷面的剪力 N SZmax 計(jì)算斷面中性軸 Z 處的靜矩 m 3 JZ 計(jì)算斷面時(shí)對(duì)中性軸 Z 的慣性矩 m 4 b 計(jì)算斷面的寬度 m 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 因?yàn)閯?dòng)臂計(jì)算斷面多為矩形 則 MPa 4 39 6max1023 FQ 強(qiáng)度計(jì)算中許用應(yīng)力 按下式選取 4 40 ns 式中 s 材料的屈服極限 國(guó)內(nèi)裝載機(jī)工作裝置的動(dòng)臂以及搖臂多采用 16Mn 鋼 其 s 360MPa n 安全系數(shù) 設(shè)計(jì)手冊(cè)中規(guī)定 n 1 1 1 5 考慮工程機(jī)械工作繁重 作業(yè) 條件惡劣及計(jì)算上的失誤 一般取 n 1 5 此處取 n 1 8 則 MPa208 136 MPa1 BI 段 彎矩 4 41 mN LZXMB 152348 1cos6sin49 0031 軸向力 4 42 K ZXooBB49515sin6c 剪力 4 43 N QooBB1cssi211 參考柳工 856 型裝載機(jī) 取動(dòng)臂厚 b 60mm 寬 h 200mm 則 m3 4 44 22104 6 0 bhW F bh 0 06x0 2 12x10 3m2 4 45 將式 4 41 4 42 4 43 4 44 及 4 45 代入式 4 37 和 4 39 得 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 MPaPaF NWM20 79102495104 53636 aMaQ2 91025310266max IJ 段 彎矩 4 46 軸向力 mKN LZXLZMEB 437 18 0651 021 619 243 4 47 ZXNooEBB62931sin6 501cs022 剪力 4 48 KN ZXQooEBB38431cs6 50si2922 參考柳工 856 型裝載機(jī) 取動(dòng)臂厚 b 60mm 寬 h 450mm 則 m3 4 49 22 10 65 0 bhW F bh 0 06x0 45 27x10 3m2 4 50 將式 4 46 4 47 4 48 4 49 及 4 50 代入式 4 37 和 4 39 得 MPaPaF NWM20 196027610 2336 aMaQ12 102738410266max 4 4 2 鉸銷 裝載機(jī)工作裝置鉸銷的一般結(jié)構(gòu)形式及受力情況 如圖 4 6 所示 目前國(guó)內(nèi)外一些 工程機(jī)械工作裝置上采用密封式鉸銷 所謂密封式鉸銷 就是鉸銷軸套的端部加一個(gè)密 封圈 密封圈可以防止?jié)櫥瑒┬孤都皦m土進(jìn)入 因此可延長(zhǎng)軸銷和軸套銷的使用壽命及 減少定期潤(rùn)滑的次數(shù) 使日常維修工作所消耗的時(shí)間及費(fèi)用減少 工作裝置各鉸銷的強(qiáng) 度計(jì)算都采用下面的計(jì)算公式 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 銷軸的彎曲應(yīng)力 w 4 51 awMPWL2 481067 5 5421 銷軸的彎曲應(yīng)力 w 計(jì)算載荷 為鉸點(diǎn)所受載荷之半 1 銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算長(zhǎng)度 式中 L1 a d 的意義2L daL212 如圖 4 6 所示 4 52 m da06 5 92132 W 銷軸的抗彎斷面系數(shù) 321dW 銷軸支座的擠壓應(yīng)力 jY 4 53 dLPjY1 銷軸套的擠壓應(yīng)力 jY 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 4 54 dLPjY31 式中 軸套的支承長(zhǎng)度 3 鉸銷材料選用 40Cr 其 S 800MPa 則 MPa48 10 ns 現(xiàn)將各個(gè)鉸銷的參數(shù)列于下表 表 4 1 鉸銷各參數(shù)及應(yīng)力計(jì)算值 4 4 3 連桿 裝載機(jī)在作業(yè)過程中 連桿有時(shí)受拉 有時(shí)受壓 需要同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算及壓桿穩(wěn) 定驗(yàn)算 其計(jì)算根據(jù) 工程力學(xué) 中所講的方法進(jìn)行 連桿的強(qiáng)度校核 4 55 APF 式中 F 軸向力 A 連桿截面積 連桿材料選用 16Mn 鋼 其屈服極限 s 350MPa 即 s n 360 1 8 200MPa 作用在連桿上的作用力由圖 3 24b 中有 KNPFC495 則 m236 310475 2102495 CPFA 取連桿截面為圓形截面 直徑 D 80mm 則 2332 54 D 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 壓桿穩(wěn)定校核 連桿的材料取 16Mn 鋼 查表可得 E 210MPa s 350MPa p 280MPa a 461MPa b 2 568MPa 則 4 56 862014 321 PE 將連桿簡(jiǎn)化成一端鉸支一端固定的梁 即 0 7 則 4 57 mDAIi4 4 58 7 32096 il 因?yàn)?1 所以不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力 由經(jīng)驗(yàn)公式知 4 59 2 4568 2 bas 因?yàn)?2 所以 cr s 350MPa Fcr A cr 1758KN 4 60 由于鏟斗額定載荷為 50KN 斗重為 7 487KN 所以連桿壓力為 Fmax 50 7 487 cos7 o 57KN 4 61 所以 4 62 31576max Fncr 滿足壓桿穩(wěn)定的要求 搖臂 搖臂的危險(xiǎn)截面處于 E 點(diǎn)附近 在次截面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力 計(jì)算方法與 動(dòng)臂相同 將搖臂主軸線分成 DE EF 段分別計(jì)算其內(nèi)力 如圖 4 7 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 圖 4 7 搖臂強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖 DE 段 軸向力 KNZXPoEoEoD397426253cssinsi 剪力 KNZXPQoEoEoD54281033sinccs 彎矩 lPMocD3478 02cs95 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 搖臂材料選用 16Mn 其屈服極限 s 360MPa n 1 8 則 360 1 8 200MPa 截面 M M 處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力按如下公式計(jì)算 MPa 4 37 FNW 式中 M 計(jì)算斷面上的彎矩 m N 計(jì)算斷面上的軸向力 N W 計(jì)算斷面的抗彎斷面系數(shù) m3 F 計(jì)算斷面的截面積 m2 MPa 4 38 106axmax bJQSZ 式中 Q 計(jì)算斷面的剪力 N SZmax 計(jì)算斷面中性軸 Z 處的靜矩 m 3 JZ 計(jì)算斷面時(shí)對(duì)中性軸 Z 的慣性矩 m 4 b 計(jì)算斷面的寬度 m 因?yàn)閯?dòng)臂計(jì)算斷面多為矩形 則 MPa 4 39 6max1023 FQ E 點(diǎn)橫截面圖形見圖 4 8 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 圖 4 8 搖臂 E 點(diǎn)截面形狀圖 將此截面在 AutoCAD 中做成面域 查詢可得23108 mF ZC6 4329 I 所以 331067 106 mZIWC MPaPaFN20 18268 297 46363 EF 段 軸向力 KNZXoEoEoF915047cssinsi 剪力 KNZXPQoEoEoF49612077sinc5cs 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 彎矩 KNlPMoeF3057 1cs7 和 DE 段一樣 此處截面 N N 如圖 4 8 MPaPaFW20 18642 10 2917 35636 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 5 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 行走機(jī)構(gòu)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī) 輪軸和減速箱等 鑄鋼的減速箱體是行走機(jī)構(gòu)的底架 又是機(jī)器的架體 它的前部是一個(gè)整塊的半圓行緩沖器 用以拖掛礦車 減速箱上部裝 有回轉(zhuǎn)托盤 用以安裝機(jī)器的回轉(zhuǎn)部分 行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 5 1 所示 圖 5 1 行走機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng) 5 1 行走參數(shù)的選擇 行走速度為設(shè)計(jì)參數(shù) 1 m minv 行走機(jī)構(gòu)的選擇 由于軌輪式行走機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造和維護(hù)容易 操作方便 運(yùn)行阻力小 運(yùn) 轉(zhuǎn)費(fèi)用低和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn) 所以裝載機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇軌輪式 原動(dòng)機(jī)的選擇主要有氣動(dòng)馬達(dá)和電動(dòng)機(jī) 氣動(dòng)馬達(dá)對(duì)于裝載機(jī)的工作要求有較好的適應(yīng)性 因其特性軟 啟動(dòng)和停止不會(huì)產(chǎn) 生過熱現(xiàn)象 但由于氣源的價(jià)格高 能源輸入比較麻煩 能量利用率較低 維護(hù)檢修工 作比較繁雜等原因 使用較少 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 能源輸入比較簡(jiǎn)單 方便 能量利用率較高 使用操作容易 維護(hù)檢 修方便 由于經(jīng)常處在大電流下工作 發(fā)熱現(xiàn)象較為嚴(yán)重 但可選擇容量適當(dāng)增大 特 性軟 過載能力強(qiáng)的 同時(shí)電動(dòng)機(jī)工作費(fèi)用較低 所以一般選電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)較多 傳動(dòng)系統(tǒng)參照 選四輪驅(qū)動(dòng) 則裝載機(jī)的粘著重量就等于自身重量 從而增大20ZB 鏟斗的插入力 使鏟斗插入深度增加 提高生產(chǎn)率 軌距按照 mm1538760J規(guī) 定 從 標(biāo) 準(zhǔn) 軌 距 中 選 車輪直徑有 300 mm 和