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前 言
裝載機(jī)主要用來(lái)裝卸成堆散料,也能進(jìn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門,因此,在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)量與品種的發(fā)展都較快,是工程機(jī)械中的一個(gè)主要機(jī)種。
裝載機(jī)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(chǎng)合的不同,分成露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī);接行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同,分成輪式裝載機(jī)與履帶式裝載機(jī);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(jī)。本書(shū)主要論述露天工程用的輪式裝載機(jī)的設(shè)計(jì)。
裝載機(jī)的設(shè)計(jì),大致要經(jīng)歷:明確任務(wù)、調(diào)查研究、制訂設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū),進(jìn)行整車布置、確定整機(jī)的主要性能參數(shù),進(jìn)行各部件的方案設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算,技術(shù)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì),試驗(yàn)鑒定和修改定型等這樣一些階段。一臺(tái)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)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(lái)衡量的。這體現(xiàn)在設(shè)計(jì)工作中,就是應(yīng)當(dāng)使裝載機(jī)具有較完善的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能與指標(biāo)以及先進(jìn)的部件結(jié)構(gòu)方案。
摘 要
我所設(shè)計(jì)的ZL15裝載機(jī)既保留了傳統(tǒng)裝載機(jī)的優(yōu)點(diǎn),而有具有新的性能和優(yōu)點(diǎn)。
本次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的工作裝置的設(shè)計(jì)。裝載機(jī)采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過(guò)工作裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗,動(dòng)臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料;動(dòng)臂和動(dòng)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(guò)搖臂,連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)采用液壓操作。
先對(duì)裝載機(jī)的發(fā)展概況幾設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想、特點(diǎn)、任務(wù)進(jìn)行概述,然后確定方案,在技術(shù)設(shè)計(jì)部分羅列了ZL15裝載機(jī)的主要技術(shù)性能和參數(shù),進(jìn)行了牽引特性計(jì)算,工作裝置設(shè)計(jì)。工作裝置設(shè)計(jì)中有工作裝置運(yùn)動(dòng)分析,對(duì)鏟斗、動(dòng)臂、連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)等幾部分組成。
在工藝設(shè)計(jì)中敘述了工藝工程。應(yīng)用程序計(jì)算了受力分析??傊?,整個(gè)設(shè)計(jì)是有序地完成的。
在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,在老師及其他老師的指導(dǎo)下順利完成的,通過(guò)這次設(shè)計(jì),我學(xué)到很多東西,在實(shí)踐中把大學(xué)中所學(xué)的知識(shí)綜合運(yùn)用復(fù)習(xí)了一次,同時(shí)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(chéng)希望各位老師對(duì)我提出寶貴的意見(jiàn)。
Abstract
This 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 many
Parts 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.
目 錄
第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)……………………………………………………1
第二章 裝載機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用
2.1 裝載機(jī)在的介紹……………………………………………1
2.2 裝載機(jī)在地下開(kāi)采中的應(yīng)用………………………………2
2.3 我國(guó)裝載機(jī)的發(fā)展前景 …………………………………3
第三章 輪式裝載機(jī)總體參數(shù)的確定…………………………………4
第四章 裝載機(jī)的總體布置
4.1 裝載機(jī)的總體布置原則……………………………………6
4.2 裝載機(jī)各部件的布置………………………………………7
4.3 裝載機(jī)的總體構(gòu)造和分類…………………………………9
第五章 裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)
5.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析……………………………………… 10
5.2 鏟斗設(shè)計(jì)………………………………………………… 11
5.3 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)…………………… 15
5.4 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算……………………………………… 21
5.5 裝載機(jī)工作裝置中油缸作用力的確定 ………………… 29
5.6 工作裝置的限位機(jī)構(gòu) …………………………………… 30
總結(jié)…………………………………………………………………… 31
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………… 32
第一章 設(shè)計(jì)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(jī)工作裝置設(shè)計(jì)
裝載機(jī)工作裝置斗容:0.9
額定載重量:1.5
柴油機(jī)功率:50
整機(jī)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(jī)工作的功能,滿足工程機(jī)械的各項(xiàng)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(yùn)動(dòng)分析
4. 工作裝置性能分析
5. 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)
6. 電算程序
7. 譯文(機(jī)械設(shè)計(jì)類)
1
鉸接四桿機(jī)構(gòu)會(huì)引起不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的證明
不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)在它的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)有兩個(gè)平衡點(diǎn),它們?cè)诤芏嘞到y(tǒng)中都很重要,如閥,開(kāi)關(guān)和節(jié)拍。不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)由于能量?jī)?chǔ)存和動(dòng)作特征相結(jié)合并必須同時(shí)考慮而難設(shè)計(jì)。這篇論文研究的是不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)如四桿機(jī)構(gòu),它在聯(lián)接處有扭轉(zhuǎn)彈力,理論上硬質(zhì)機(jī)構(gòu)的性質(zhì)已經(jīng)有所改善來(lái)保證不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)師用這些知識(shí)可以解決大量的不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與能量需求問(wèn)題。舉例說(shuō)明在不穩(wěn)定機(jī)設(shè)計(jì)中理論的作用。
介紹
一個(gè)活動(dòng)機(jī)構(gòu)在它的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)有兩個(gè)平衡位置,這是很多機(jī)構(gòu)所要求的,但是活動(dòng)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)中存在許多問(wèn)題,尤其是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與能量積累特點(diǎn)有關(guān)。而且,通常情況下運(yùn)動(dòng)與能量存儲(chǔ)會(huì)發(fā)生在一個(gè)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)部件上。這篇論文講的是要設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu),研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)之間的基本關(guān)系的必要性。
許多人已經(jīng)討論了大量的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特征,包括運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)特征的設(shè)計(jì)。最近,他們對(duì)微型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)特別感興趣,它需要的用來(lái)控制開(kāi)關(guān)的動(dòng)力是由轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供的,而不需要維持運(yùn)轉(zhuǎn)。不穩(wěn)定微型閥,微型開(kāi)關(guān),微型繼電器,甚至是一個(gè)小的纖維開(kāi)關(guān)都已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。有人建議用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)提供裝配微小零件的彈力,在穩(wěn)定系統(tǒng)中這項(xiàng)工作也正進(jìn)展。這篇論文是研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)來(lái)保證不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的執(zhí)行,這是不存在的例子。
問(wèn)題的研究
以上的每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都存儲(chǔ)和釋放能量,事實(shí)上,所有的不穩(wěn)定系統(tǒng)需要某種形式的能量?jī)?chǔ)存,因?yàn)?,穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)生在能量最小處。不穩(wěn)定機(jī)械系統(tǒng)典型地靠拉緊時(shí)儲(chǔ)存的能量來(lái)獲得不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)表現(xiàn)的順從的方式得到不穩(wěn)定執(zhí)行運(yùn)動(dòng),因?yàn)榛顒?dòng)桿件允許活動(dòng)桿件和能量?jī)?chǔ)存合并為一體。另外,有許多優(yōu)點(diǎn),如減少零件數(shù),減少摩擦,反沖和損耗。
然而,不穩(wěn)定機(jī)械的設(shè)計(jì)并非機(jī)械的,需要分析機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)和儲(chǔ)存的能量,為解決這個(gè)問(wèn)題,以上提到的機(jī)械中的許多用一個(gè)簡(jiǎn)單梁來(lái)獲得不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的情況。但是,這個(gè)方法簡(jiǎn)單,不能讓設(shè)計(jì)者靈活的控制滑動(dòng)力或穩(wěn)定狀態(tài)的位置,尤其是對(duì)小橫梁??渴S嗟囊稽c(diǎn)拉力和改變的很多的參數(shù)減少?gòu)澢?
鉸鏈模型提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的方法來(lái)模擬復(fù)雜的非直線偏斜的機(jī)構(gòu)。它能大約地說(shuō)明一個(gè)用了一個(gè)或一個(gè)以上螺栓聯(lián)接的機(jī)構(gòu)的力偏斜的特征。聯(lián)接的扭轉(zhuǎn)彈力模仿部件的剛度,如圖1所示。這個(gè)類型的模型用運(yùn)了短且彎曲的旋軸,端部用螺栓固定,或直構(gòu)件用螺栓固定。連桿的長(zhǎng)度和彈簧的剛度都綜合地用運(yùn)。
鉸鏈模型在精確分析與轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和能量?jī)?chǔ)存特點(diǎn)的綜合用運(yùn)已經(jīng)被充分地證明,但是為了研究分析目前的問(wèn)題,人們已經(jīng)意識(shí)到許多類型的機(jī)構(gòu)可能表示連桿被彎曲的彈簧螺栓聯(lián)接。因此,這篇論文將提醒我們用固定的帶有彎曲彈簧的結(jié)構(gòu)在一個(gè)或多個(gè)聯(lián)接處檢查機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)和運(yùn)行情況,然后這個(gè);運(yùn)行的結(jié)果可能會(huì)用到固定結(jié)構(gòu)或不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)中。這要依賴于執(zhí)行結(jié)果或設(shè)計(jì)者的要求。
不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。機(jī)械中部件的彎曲或是彎曲彈簧要求有力的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)沒(méi)有外部力來(lái)保證力機(jī)構(gòu)位置的時(shí)候,機(jī)構(gòu)處于平衡位置。如果在小干擾之后系統(tǒng)又回到原來(lái)位置,機(jī)構(gòu)就是穩(wěn)定的,但是,如果小干擾使系統(tǒng)改變了原來(lái)的位置就不穩(wěn)定。潛能和機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性可以用拉格朗日定理聯(lián)系起來(lái)。如果符合最小潛能,平衡位置就是穩(wěn)定的,這條定理導(dǎo)致了更多的不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)形式上的定義,一個(gè)不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)包括兩個(gè)最小能量點(diǎn)。
用鉸鏈固定的模型的潛能方程可以簡(jiǎn)單地建立,對(duì)有聯(lián)接的桿,它的潛能方程為;
(1)
式中k是彎曲彈簧系數(shù),θ是連桿的轉(zhuǎn)角,或桿件的彎曲角度,機(jī)構(gòu)的潛能是儲(chǔ)存在各個(gè)桿件中的潛能之和。平衡點(diǎn)可以通過(guò)確定機(jī)械位置的找,它是第一次找到偏移量為零的位置。在這些點(diǎn)中第二次的偏移量將決定平衡位置的穩(wěn)定性,正值則符合。
分析機(jī)構(gòu)的方法 如圖2所示無(wú)鉸鏈的四桿機(jī)構(gòu),圖中有四根桿長(zhǎng)度分別是r1,r2,r3,r4,四個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧系數(shù)分別是k1,k2,k3和k4,每根桿和地面的夾角為θ1,θ2,θ3,θ4,定義地面為第一根桿,認(rèn)為扭轉(zhuǎn)彈簧不扭曲,機(jī)構(gòu)中的位置決定于θ20,θ30,θ40,不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要保證有不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)存在。所以,可能要單獨(dú)檢查每個(gè)彈簧來(lái)確定是否有一個(gè)彈簧在機(jī)構(gòu)中保證機(jī)構(gòu)能執(zhí)行運(yùn)動(dòng)。這要選擇一個(gè)非零參數(shù),而其它的都為零,這種潛能方程可能不同,它的偏移量等于零,方程的解決定于平衡位置。因此,可以這樣描述解決問(wèn)題的方法:在一般的四桿鉸鏈機(jī)構(gòu)中找到扭轉(zhuǎn)彈簧位置,該機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中要有兩個(gè)平衡點(diǎn)。
問(wèn)題的解表明簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的工具加工不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)如同一系列定理指導(dǎo)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu),由一系列定理說(shuō)明不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的運(yùn)行結(jié)果,用定理論證以上解。
定理指導(dǎo)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)
根據(jù)Grashof準(zhǔn)則,四桿機(jī)構(gòu)分為Grashof機(jī)構(gòu)和非 Grashof機(jī)構(gòu),Grashof
準(zhǔn)則可以用數(shù)學(xué)式描述:
(2)
式中s,l,p和q分別是最長(zhǎng)最短,和兩根長(zhǎng)度處于中間的桿。Grashof準(zhǔn)則2將方程分為
符合不等式的為 機(jī)構(gòu),反之為非 機(jī)構(gòu)。另外,邊為機(jī)構(gòu)是對(duì)于方程左邊和右邊相等的一系列機(jī)構(gòu)。變位機(jī)構(gòu)將回和其它 機(jī)構(gòu)類型不同地處理,所以這里有三種機(jī)構(gòu): 機(jī)構(gòu),邊為機(jī)構(gòu)和非機(jī)構(gòu)。
Grashof不等式機(jī)構(gòu)
定理1 當(dāng)且僅當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)聯(lián)接處的扭轉(zhuǎn)彈簧位于最短桿對(duì)面,并且不彎曲彈簧與其對(duì)面的兩桿在一條直線上的狀態(tài)不符時(shí),它運(yùn)動(dòng)起來(lái)和鉸鏈桿模型機(jī)構(gòu)一樣不穩(wěn)定。
準(zhǔn)則1.1 當(dāng)且僅當(dāng)四桿Grashof機(jī)構(gòu)有一個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧位于最短桿對(duì)面,并且不彎曲彈簧與其對(duì)面的兩桿在一條直線上的狀態(tài)不符時(shí),它將不會(huì)平衡。
論證. 通過(guò)對(duì)一般的有一個(gè)聯(lián)接的四桿機(jī)構(gòu)的潛能方程分析,證明定理1,分析最小潛能方程的解決定機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)是否能達(dá)到每個(gè)最小值,因?yàn)榍懊嬲撟C的鉸鏈機(jī)構(gòu)的精度,結(jié)果是相當(dāng)?shù)剡m合任何機(jī)構(gòu)。因此準(zhǔn)則1和定理1.1同樣的論據(jù)。
以上定理可以通過(guò)考慮Grashof機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)決定哪個(gè)螺栓聯(lián)接要在兩個(gè)位置保持相對(duì)大小一樣的角度。但是,更多的嚴(yán)密的論據(jù)給設(shè)計(jì)者更多的信息去認(rèn)識(shí)自然和穩(wěn)定位置的設(shè)定方法。
能量方程發(fā)分析,對(duì)于任何四桿機(jī)構(gòu),能量方程是每個(gè)彈簧潛能的和
(3)
式中
(4)
選擇θ2為獨(dú)立的變量,第一個(gè)偏移量為:
(5)
因?yàn)檫@個(gè)機(jī)構(gòu)可能被反轉(zhuǎn)以使它的每個(gè)桿是地面一樣固定的,只有一個(gè)彈簧位置需要分析,選擇位置4是因?yàn)榉匠毯?jiǎn)單,而且θ2這個(gè)獨(dú)立變量沒(méi)在表達(dá)ψ4的方程中出現(xiàn),如果k4不為零,方程為:
0= (6)
方程中的第一部分θ4-θ40=0,使機(jī)構(gòu)有兩種符合的裝配方法,那就是說(shuō),任何長(zhǎng)度r1,r2,r3r 和r4的桿,第四根桿的初始角θ40,有兩個(gè)不同的機(jī)械位置,假設(shè)θ40不符合要求,機(jī)構(gòu)可以被裝配,如圖3,按準(zhǔn)確的位置可以這樣列方程
(7)
方程的解是
或 (8)
式中
(9)
θ20,θ30分別是第二,第三根桿的初始交,但是如果θ20=θμ,這兩組解就相同了,和θ40的例子一樣。
方程(6)的第二部分偏移量為
(10)
如果 方程有兩組解:
θ2=θ3
θ2=θ3+π
因此,當(dāng)?shù)诙鶙U和第三根桿在同一條直線上時(shí),偏移量為零,根據(jù)方程(10)的偏移量為零時(shí),第二,三根桿也在同一條直線上,也就是說(shuō)機(jī)構(gòu)是變位機(jī)構(gòu)。
對(duì)解的解釋
從以上分析可知,彈簧放在四桿機(jī)構(gòu)的任何一個(gè)桿件上第一個(gè)偏移量的潛能方程都有四組解。前兩組在方程(8)中給出,是機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定位置,另兩組解在方程(11)中,是不穩(wěn)定位置,除非θ40象以上定義的那樣是極值。這時(shí),方程(7)有唯一解,和方程(11)總的解相同。因此,潛能方程在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中最多有兩個(gè)準(zhǔn)確值---一個(gè)穩(wěn)定位置和一個(gè)不穩(wěn)定位置。這就證明了一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)的彈簧聯(lián)接的對(duì)桿同軸是就會(huì)穩(wěn)定。
雖然對(duì)任何長(zhǎng)度桿件的機(jī)構(gòu)和彎曲彈簧都有可能有兩個(gè)穩(wěn)定位置,但是除了以上討論的極值,有些結(jié)構(gòu)達(dá)不到穩(wěn)定狀態(tài),也就是說(shuō),一個(gè)機(jī)構(gòu)總可以在穩(wěn)定位置裝配。但是裝配后不一定穩(wěn)定。為了證明這點(diǎn),認(rèn)為一個(gè)機(jī)構(gòu)在不穩(wěn)定位置,這時(shí)與彈簧聯(lián)接的對(duì)桿在一條直線上。即當(dāng)θ2=θ3時(shí),機(jī)構(gòu)達(dá)到平衡點(diǎn),
(12)
相似地,如果θ2和θ3相差π弧度,方程為
(13)
方程(12)的第二個(gè)條件和方程(13)的第一個(gè)條件可以同時(shí)用任意的四桿機(jī)構(gòu)證明,式中可知任意兩桿的長(zhǎng)度小于等于另外兩桿的和,要想證明這個(gè)不等式,可以組裝一個(gè)符合不等式地機(jī)構(gòu)。最長(zhǎng)的桿也要小于等于另外兩桿之和,表達(dá)式為
s+p+q>l (14)
式中slpq如方程(2)中定義的,代數(shù)不等式為
l-q ≤ s+p (15)
l-p ≤s+q
l-s ≤ p+q
另外,由于l為最長(zhǎng)桿,可得以下不等式:
p-s
10t。
三.裝載機(jī)的作業(yè)方式:
裝載機(jī)是循環(huán)作業(yè)式的工程機(jī)械。它的一個(gè)作業(yè)循環(huán)由駛進(jìn)料堆、鏟取、后退、轉(zhuǎn)向、駛進(jìn)卸料目標(biāo)和卸料等動(dòng)作構(gòu)成。其中,對(duì)物料的鏟取方法和作業(yè)時(shí)運(yùn)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(jī)對(duì)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(shí)裝載機(jī)從正前方駛進(jìn)料堆,邊進(jìn)邊放下鏟斗,在料堆前1m處使鏟斗落到地面,處于浮動(dòng)位置,斗刃能觸及料堆時(shí),加大油門緩緩插入料堆,然后鏟斗上翻,提升動(dòng)臂到運(yùn)輸位置再倒退駛出。該法是最簡(jiǎn)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(jī)前進(jìn)插入料堆的同時(shí),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(jī)與運(yùn)輸車輛的作業(yè)配置方案,主要取決于現(xiàn)場(chǎng)的條件、運(yùn)輸車與裝載機(jī)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(yùn)輸車平行與工作面并往復(fù)地前進(jìn)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(jī)改變方向的次數(shù),如果裝載機(jī)與運(yùn)輸車配合的好,會(huì)有較好的生產(chǎn)率。
(2)“V”形作業(yè)法:運(yùn)輸車與工作面成60度的角度,裝載機(jī)裝滿鏟斗后,在倒車駛離工作面的過(guò)程中,并調(diào)轉(zhuǎn)駛向料堆,進(jìn)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(shí)間,故應(yīng)用十分廣泛。
(3)“L”形作業(yè)法:運(yùn)輸車垂直于工作面,裝載機(jī)鏟裝物料后,倒退并翻轉(zhuǎn)90度,然后向前駛向料堆進(jìn)行下次鏟裝。
這種作業(yè)方式在運(yùn)距較短時(shí),一個(gè)司機(jī)可輪換在兩輛運(yùn)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(chǎng)合。
第五章 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)
5.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析
裝載機(jī)采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過(guò)工作裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗,動(dòng)臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料;動(dòng)臂和動(dòng)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(guò)搖臂,連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)采用液壓操作。
由動(dòng)臂、動(dòng)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(jī)構(gòu),在裝載機(jī)工作時(shí)需要保證:當(dāng)動(dòng)臂處于某種作業(yè)位置不動(dòng)時(shí),在轉(zhuǎn)斗油缸的的作用下,通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時(shí),動(dòng)臂在動(dòng)臂油缸的作用下提升或下降鏟斗過(guò)程中,連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)該能使鏟斗在提升過(guò)程中保持平動(dòng)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;而在動(dòng)臂下降時(shí),又自動(dòng)將鏟斗放平,以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率。
一. 結(jié)構(gòu)形式的選擇
裝載機(jī)的工作裝置的結(jié)構(gòu)形式分為有鏟斗托架和無(wú)鏟斗托架兩種。
有鏟斗托架的工作裝置其動(dòng)臂和連桿的后端與車架的支座鉸鏈,動(dòng)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(dāng)托架、動(dòng)臂、連桿及車架支座構(gòu)成的是平行四連桿機(jī)構(gòu),則在動(dòng)臂提升、轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時(shí),鏟斗始終保持平動(dòng),斗內(nèi)物料不會(huì)灑落。
無(wú)鏟斗托架的工作裝置,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,同時(shí),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(dòng)角較大。但是,動(dòng)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(jī)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(shí)的角速度大小以及工作裝置的運(yùn)動(dòng)特性也不同。因此,裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式的選擇,既要考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,也要考慮作業(yè)性質(zhì)和挖掘方式來(lái)確定。
5.2 鏟斗設(shè)計(jì)
一.鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇
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(guò)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(jì)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(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,斗容一般為正常斗容的1.4~1.6倍,用來(lái)采掘容重1.0噸/米左右的物料(如煤、渣等);減少斗容的鏟斗,斗容為正常的0.6~0.8,用來(lái)裝載斗容重大于2噸/米的物料(如鐵礦石、巖石等)。用于土方工程機(jī)械的裝載機(jī),因作業(yè)對(duì)象較廣,因此多采用正常斗容的通用鏟斗,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(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(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)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(jī)作業(yè)時(shí),插入力有斗齒分擔(dān),形成較大的比壓,利于插入密實(shí)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(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料,其鏟斗可以不裝斗齒。
斗齒的形狀對(duì)切削阻力的影響:對(duì)稱齒型的切削阻力比不對(duì)稱的大;長(zhǎng)而狹窄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(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,減少物料在斗體的移動(dòng)或滾動(dòng)阻力,同時(shí)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(jiàn)圖)越大,鏟掘時(shí)泥土的流動(dòng)性越好,但對(duì)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^(guò)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。
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(jī)輪胎寬度,每側(cè)為mm,以便保護(hù)輪胎側(cè)壁,減少行使阻力。
在確定鏟斗各部分尺寸時(shí),一般把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R作為基本參數(shù)。著是因?yàn)樗苯佑绊戠P斗前壁的長(zhǎng)度,前壁長(zhǎng)度的鏟斗要求插入深度大,插入力大,卸載時(shí)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。
式中 : ——幾何4容量(圖3—18小所示陰影斷面),由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定(米)
B。——鏟斗內(nèi)側(cè)寬度(米);
——鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù),通常=1.4-1.5,
鏟斗基本參數(shù)圖
——后斗壁長(zhǎng)度系數(shù),通常=1.1-1.2,
——擋板高度系數(shù),通常=0.12-0.14;
——斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù),通常=0.35-0.40;
——擋板與后斗壁問(wèn)的夾角,通常rl=5-10;
——斗底和后斗壁間的夾角,通常r。=48-52, (有推薦55-65)
由計(jì)算得:
選取
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:=1528mm
后斗壁長(zhǎng)度是指后斗壁上緣到與底相交點(diǎn)的距離:
=1216mm
擋板高度:
=143mm
鏟斗圓弧半徑:
=386mm
鏟斗與動(dòng)臂鉸銷距斗底的高度:
=165mm
鏟斗側(cè)壁切削刃相對(duì)于斗底的傾角。在選擇時(shí),擋板的夾角為90。
二) 斗容的計(jì)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)
鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定:
對(duì)于裝有擋板的鏟斗:
米
式中: ——鏟斗橫斷面面積,如圖中所示陰影面積(米)算得為0.38m
——鏟斗內(nèi)壁寬(米),1.93m
——擋板高度(米);1.43m
——斗刃刃口與擋板h之間的距離(米)。0.9m
=0.73m
2.額定斗容(堆裝斗容)
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(shí)額定斗容可按下式確定。
對(duì)于裝有擋板的鏟斗:
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:根據(jù)科堆坡度角可得料堆尖端點(diǎn)M,再由M點(diǎn)作直線MN與CD垂直,將MN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C,如下圖所示。
5.3 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)
這種機(jī)構(gòu)有兩大優(yōu)點(diǎn):
(1)轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗,并且連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設(shè)計(jì)成較大值。所以可以獲得相當(dāng)大的鏟取力;
(2)恰當(dāng)?shù)剡x擇各構(gòu)件尺寸,不僅能得到良好的鏟斗平動(dòng)性能,而且可以實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平。這是其它6種工作機(jī)構(gòu)所望塵莫及的。
此外,結(jié)構(gòu)十分緊湊、前懸小,司機(jī)視野好也是此種機(jī)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)。
缺點(diǎn)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(jì)時(shí)需特別精心。
一.工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)裝載機(jī)的用途、作業(yè)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等擬訂的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求,選定了工作裝置結(jié)構(gòu)形式以后,可開(kāi)始進(jìn)行工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
工作機(jī)構(gòu)的基本給構(gòu)如圖所示。鏟斗1、動(dòng)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(gè)工作機(jī)構(gòu)鉸接在車架7上。
裝載機(jī)工作裝置圖
二.裝載工作對(duì)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求
(一)輪胎式裝教機(jī)工作過(guò)程
輪胎式裝載機(jī)是一種裝運(yùn)卸作業(yè)聯(lián)合一體的自行式機(jī)械,它的工作過(guò)程由5種工作狀態(tài)或工況組成:
1)工況I——插入狀態(tài)
動(dòng)臂下放,鏟斗放置地面,斗尖觸地,鏟斗前壁對(duì)地面呈3 5前傾角;開(kāi)動(dòng)裝載機(jī)鏟斗借助機(jī)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(dòng)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(yùn)輸狀態(tài)
舉升動(dòng)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(zhǔn)),然后驅(qū)動(dòng)裝載機(jī),載重駛向卸載點(diǎn)。
4)工況IV—一卸載狀態(tài)
在卸載點(diǎn),舉升動(dòng)臂使鏟斗至卸載位置;翻轉(zhuǎn)鏟斗,向運(yùn)輸車輛或固定料倉(cāng)卸載;卸畢,下放動(dòng)臂,使鏟斗恢復(fù)到運(yùn)輸狀態(tài)。
5)工況V——空載運(yùn)輸狀態(tài)
卸載結(jié)束后,裝載機(jī)由卸載點(diǎn)空載返回裝載點(diǎn)。在露天礦或工地,通常輪胎式裝載機(jī)是向載重汽車卸裁,出于裝載點(diǎn)和卸載點(diǎn)距離很近,卸載位置較高,所以一般稱作“定點(diǎn)高位卸載”。
地下礦山使用的輪胎式裝載機(jī)習(xí)慣上稱“井下鏟運(yùn)機(jī)”。目前,鏟運(yùn)機(jī)多數(shù)向溜井或礦倉(cāng)卸載,運(yùn)輸距離較長(zhǎng),卸載位置較低,所以一般被稱為“動(dòng)點(diǎn)低位卸載”.
工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括:
1)確定動(dòng)臂的長(zhǎng)度、形狀及車架的鉸接位置。
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)(動(dòng)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(jì)應(yīng)滿足以下要求:
(1) 保證滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)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。
(2)保證作業(yè)過(guò)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(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題,因?yàn)榻M成工作裝置的各個(gè)構(gòu)件尺寸幾位置的相互影響,可變性很大。對(duì)于選定的結(jié)構(gòu)形式,在滿足上述條件下可以有各種各樣的構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置。通過(guò)多種方案的比較,選出最佳構(gòu)件的尺寸及鉸接點(diǎn)位置,使所設(shè)計(jì)的工作裝置不僅滿足使用要求,而且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
目前,在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中,參考同類樣機(jī)結(jié)構(gòu),采用比較法設(shè)計(jì)。下面以連桿式的工作裝置為例來(lái)進(jìn)行分析。
三.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)組成轉(zhuǎn)斗油缸CD,搖臂CBE連桿FE鏟斗GF動(dòng)臂 GBA 機(jī)架AD六個(gè)構(gòu)件組成,由于AD和GF轉(zhuǎn)向相反,所以此機(jī)構(gòu)稱為反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。
舉升機(jī)構(gòu)主要由舉臂油缸HM和動(dòng)臂GBA構(gòu)成,若將整個(gè)反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)放置在直角坐標(biāo)系中,只要確定出九個(gè)鉸鏈點(diǎn)GFEBCDAH和M的位置就可求得工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)中個(gè)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(jìn)行的。
(一) 動(dòng)臂與鏟斗,搖臂,機(jī)架的三個(gè)鉸鏈點(diǎn)GBA的確定
1.定坐標(biāo)系
先在坐標(biāo)紙上選取直角坐標(biāo)系XOY,并選定長(zhǎng)度比例
2.畫(huà)鏟斗圖
把已畫(huà)好的鏟斗橫截面外廓圖按比例畫(huà)在坐標(biāo)里,斗尖對(duì)準(zhǔn)O點(diǎn),與X軸成度的前傾角。此時(shí)鏟斗插入料堆的位置工礦I。
3.確定動(dòng)臂與鏟斗的鉸鏈點(diǎn)G
由于G點(diǎn)的X坐標(biāo)值越小轉(zhuǎn)斗鏟取力就越大,G點(diǎn)的Y坐標(biāo)值一般取mm
反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
4. 定動(dòng)臂與機(jī)架的銨接點(diǎn)A
以G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。
即工礦II,Y值為
(mm)
輪胎選標(biāo)準(zhǔn)系列: 16-24 外直徑為146010mm,
(a)根據(jù)最大卸載高度h和最小卸載距離l和卸載角畫(huà)出工礦Ⅳ,G點(diǎn)位置為G。以G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(diǎn)必在垂直平分線上,且A點(diǎn)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(dòng)臂與搖臂的鉸接點(diǎn)B
B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。一般B點(diǎn)在AG連線的上方,過(guò)A點(diǎn)水平線下方,相對(duì)于前輪外廓,B點(diǎn)在其左上方。
(二)連桿與鏟斗和搖臂兩個(gè)鉸接點(diǎn)E﹑F的確定
確定E﹑F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礦時(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)輸出較大的力,同時(shí)還要考慮各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)被破壞的現(xiàn)象。
1.按雙搖桿條件設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),并令GF桿為最短桿,BG為最長(zhǎng)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(shí)除以d得下式:
初步設(shè)計(jì)時(shí),上式可在下列值內(nèi)選?。?
因?yàn)閐值已經(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(diǎn)位移的確定要綜合考慮如下四點(diǎn)要求:1)E點(diǎn)不可與前橋相碰,并有足夠的最小離地高度;2)工況I時(shí),使EF桿盡處與G桿垂直,這樣可獲得較大的傳動(dòng)角和倍力系放;3)工況時(shí),EF與GF兩桿的夾角必須小于170度,即傳動(dòng)角不能小于l0度,以免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生自鍘;4)工況IV時(shí),EF與GF桿的傳動(dòng)角也必須大于l 0度。
具體作法有兩種:
1)初選E點(diǎn)法 如圖4—9所示,鏟斗取工況I 。以B點(diǎn)為圓。以BE=c為半徑畫(huà)??;人為地初選E點(diǎn),使其落在B點(diǎn)右下方的
弧段上;再分別以B點(diǎn)和G點(diǎn)為圓心,以FE=b和GF=a分別為半徑畫(huà)弧,得交點(diǎn),即為F。
2)圖解法
分別以B點(diǎn)和G點(diǎn)為圓心,c和分別為半徑畫(huà)弧,其交點(diǎn)為E;再分別以G和E點(diǎn)為圓心,a和b為半徑畫(huà)弧,則其交點(diǎn)必為F。如下圖所示:
若上述所得E和F點(diǎn)均滿足要求則罷,否則,可調(diào)整a、b、c長(zhǎng)度,重新作圖,直至滿意為止。但是,同時(shí)滿足上述四點(diǎn)要求是不易的,尤其若保證EF上GF是很難的,所以,設(shè)計(jì)時(shí),一般使不小于70即可。
3.為了防止機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“死點(diǎn)”、“自鎖”或“撕裂”設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)滿足下列不等式:
工況l時(shí) GF十FE>GE
工況IV肘 FE十BE>FB
(三)轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸鏈點(diǎn)C和D的確定
1. 確定C點(diǎn)
從力傳動(dòng)效果出發(fā),顯然使搖臂BC段長(zhǎng)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(guò)長(zhǎng)。因此初步設(shè)計(jì)?。?
C點(diǎn)一般取在B左上方,BC與BE夾角可取,并使工礦一時(shí)搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸趨近垂直,C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)不得與鏟斗干擾。
2.確定D點(diǎn)
轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架的鉸鏈點(diǎn)D的確定,是依據(jù)工礦Ⅱ舉升到工礦Ⅲ過(guò)程為平動(dòng),由工礦Ⅳ到工礦Ⅰ時(shí)為啟動(dòng)放平這兩大要求來(lái)確定的。
當(dāng)以上鉸鏈點(diǎn)確定下來(lái)后,則鏟斗在各工礦的C位置也唯一的被確定下來(lái)。因?yàn)殓P斗油缸由工礦Ⅱ舉升到Ⅲ或由Ⅳ放到工礦Ⅰ的過(guò)程中,轉(zhuǎn)斗油缸的長(zhǎng)度均分別保持不變,所以D點(diǎn)必為和點(diǎn)連線的垂直平分線與和連線的垂直平分線的交點(diǎn)。
(四) 升油缸與動(dòng)臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn)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(jī)穩(wěn)定性好的原則來(lái)確定。
一般H點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)臂形狀的選擇
動(dòng)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(jiǎn)單,腹板變形小,重量輕,而且動(dòng)臂的受力情況好。后者可使工作裝置布置更為合理。
動(dòng)臂的斷面尺寸由強(qiáng)度分析決定,為減輕工作裝置重量,通常按等強(qiáng)度梁設(shè)計(jì)動(dòng)臂斷面尺寸。
動(dòng)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(jī)的動(dòng)臂多采用雙板式或箱體式結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@種動(dòng)臂形式能較好的改善動(dòng)臂的受力情況,消除了單板式動(dòng)臂因搖臂支撐力作用使動(dòng)臂承受附加扭矩的影響。此工作裝置是ZL45-40型裝載機(jī)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(jiàn)上述所示。
5.4 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算
一.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(guò)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5度時(shí)的鏟取位置作為計(jì)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(jī)實(shí)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(rèn)為載荷沿切削刃中部的集中載荷來(lái)代替均布載荷,稱為對(duì)稱受載的情況;2.由于鏟斗偏鏟,料堆密實(shí)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(jiǎn)化后的集中載荷加在鏟斗側(cè)邊第一斗齒上。
裝載機(jī)的鏟掘過(guò)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(shí)認(rèn)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(dòng)臂(依靠動(dòng)臂油缸工作)鏟掘時(shí),認(rèn)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(shí),認(rèn)為水平力與垂直力同時(shí)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
水平力(即插入力阻力)的大小由裝載機(jī)的牽引力決定,起水平力的最大值為:
=5964(N)
式中:——裝載機(jī)空載時(shí)的最大牽引力
——插入力
2.垂直力的作用工況
垂直力(即鏟取阻力)的大小受裝載機(jī)的縱向穩(wěn)定條件限制,其最大值為:
0(N)
式中:——裝載機(jī)空載是的自重;
——裝載機(jī)重心到前輪與地面接觸點(diǎn)的距離;
——垂直力的作用點(diǎn)到前輪與地面接觸點(diǎn)的距離;
3.對(duì)稱水平力與垂直力同時(shí)作用的工況
此時(shí)垂直力由上式給出,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)出的牽引力。
4.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(shí)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(jì)算位置及外載荷的大小后,可進(jìn)行工作裝置的受力分析。
(1)在對(duì)稱受載的工況下,由于工作裝置是個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu),固兩動(dòng)臂受的載荷相等。同時(shí)略去鏟斗及支撐橫梁對(duì)動(dòng)臂與受力與變形的影響,則可取工作裝置;則一側(cè)進(jìn)行分析,其上作用的載荷取相應(yīng)工況外載荷的一半進(jìn)行分析計(jì)算,即:
(N)
(N)
(2)在偏載的工況中,近似地用求簡(jiǎn)支梁支反力的方法,求出分配于左右動(dòng)臂平面內(nèi)的等效力與: