PAGE4PAGE1某輪胎裝載機的結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u16201某輪胎裝載機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 126306第1章工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 2110971.1輪式裝載機工作過程 274231.1.1工況I——插入狀態(tài) 2308411.1.2工況II——鏟裝狀態(tài) 2186161.1.3工況III——重載運輸狀態(tài) 251601.1.4工況IV——卸載狀態(tài) 242871.1.5工況V——空載運輸狀態(tài) 210151.2輪式裝載機工作裝置設(shè)計要求 377481.2.1基本要求 399081.2.2特殊要求 3117261.3鏟斗設(shè)計 310051.3.1鏟斗斗型的結(jié)構(gòu)分析 464541.3.2鏟斗基本參數(shù)的確定 5175591.3.3鏟斗主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 7108021.3.4鏟斗斗容計算 714971.4工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計 11170051.4.1機構(gòu)分析 11325891.4.2尺寸參數(shù)設(shè)計的圖解法 1233981．動臂與鏟斗，搖臂，機架的三個鉸鏈點GBA的確定 12592.連桿與鏟斗和搖臂兩個鉸接點E﹑F的確定 14206553.轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機架的鉸鏈點C和D的確定 1891004.舉升平移性驗證 21239944.舉升油缸與動臂和機架的鉸接點H及M的確定 22226726.確定轉(zhuǎn)斗油缸行程 2426328第二章工作裝置強度校核 2637952.1輪式裝載機工作過程 26288912.1.1．計算位置 2614122.1.2．外載荷確定 26320551.外載荷確定原則 268382.插入阻力 27161493.掘起阻力 2885482.1.3受力分析 29312852.1.4工作裝置強度校核 31280891.動臂校核 32250142．搖臂強度校核 332103．連桿強度校核 34159274.較銷強度校核 3521003第三章油缸作用力確定 3776683.1鏟取力確定 3886363.2轉(zhuǎn)斗油缸的選擇 3899261.轉(zhuǎn)斗油缸作用力的確定 38209172.確定油缸內(nèi)徑 3984983.確定活塞桿直徑 3916794.計算油缸壁厚 39196943.3動臂油缸的選擇 401621.動臂油缸主動力的確定 40211192.確定油缸內(nèi)徑 40209033.確定活塞桿直徑 407394.計算油缸壁厚 4131810第四章工作裝置的限位機構(gòu) 4113579五、裝載機的發(fā)展前景 42217395.1國外裝載機發(fā)展趨勢 42309385.1.1系列化、大型化 42229915.1.2多功能化、小型化、微型化 4226475.1.3節(jié)能和環(huán)保 4344715.1.4遠程監(jiān)控系統(tǒng)及整機智能化管理和診斷 43146225.1.5新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn) 43136995.2我國裝載機的發(fā)展前景 43第1章工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1輪式裝載機工作過程輪胎裝載機是一種集裝卸作業(yè)于一體的自行式機器，其工作過程由五種工作狀態(tài)或工作條件組成：1.1.1工況I——插入狀態(tài)動臂下降，鏟斗置于地面上，鏟斗齒尖接觸地面，鏟斗前壁向地面前傾3-5°，啟動裝載機，鏟斗在機器牽引下插入料堆。1.1.2工況=2\*ROMANII——鏟裝狀態(tài)工況I后，轉(zhuǎn)動鏟斗并鏟料，直到鏟斗口翻轉(zhuǎn)到大致水平。1.1.3工況=3\*ROMANIII——重載運輸狀態(tài)舉升動臂，待工況=2\*ROMANIIII下等待鏟斗上升到合適的位置（鏟斗底部與地面的高度不小于最小允許距離），然后驅(qū)動裝載機并將載荷驅(qū)動到卸料點。1.1.4工況=4\*ROMANIV——卸載狀態(tài)卸料點提升動臂，將斗帶至卸料位置，將斗卸至運輸車輛或固定筒倉，卸載后降低動臂，使斗恢復(fù)至運輸狀態(tài)。1.1.5工況=5\*ROMANV——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”。1.2輪式裝載機工作裝置設(shè)計要求根據(jù)輪式裝載機工作的特點，工作裝置的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：1.2.1基本要求設(shè)計的裝載機應(yīng)具有較強的工作能力，當(dāng)鏟斗插入料樁時阻力低，挖料能力大，能耗低。工作機構(gòu)構(gòu)件處于良好的應(yīng)力狀態(tài)，強度壽命合理。結(jié)構(gòu)和工作規(guī)模滿足生產(chǎn)條件的需要，效率高。結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造維護方便，操作使用方便。1.2.2特殊要求1.由于鏟斗的寬度和容積大，鏟斗的安裝阻力大，裝滿系數(shù)小，必須減小工作阻力，合理選擇鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸，以使裝滿的排出、輸送順利。2.從運輸作業(yè)狀況看，鏟斗被提升到最高卸載位置的過程中，要求鏟斗進行“平移運動”，以免鏟斗內(nèi)的材料脫落。嚴格要求鏟斗平移是非常困難的，最好控制在設(shè)計極限以內(nèi)。3.確保必要的卸載角、卸載高度、卸載距離。輪式裝載機要求能夠在從運輸作業(yè)狀況到最高位置之間的任意高度上干凈地卸載鏟斗。因此，鏟斗的瞬間卸載角(鏟斗底部相對于地面的前傾角度)在45°以上。4.鏟斗會自動放平。將鏟斗卸載到最高位置后，鎖緊鏟斗油缸，下臂，鏟斗可自動成為插入狀態(tài)（開始插入狀態(tài)）稱為“鏟斗自動調(diào)平”。5.輪式裝載機工作機構(gòu)為聯(lián)動機構(gòu)，特別注意防止相互干擾、“死角”、“自鎖”、“機構(gòu)撕裂”，傳動角不小于10°，盡可能增加機構(gòu)的力系數(shù)。6.盡量減小工作裝置前懸，也就是工作裝置重心到整機重心的距離、長度、高度，提高裝載機在各工況下的穩(wěn)定性和司機的視野。1.3鏟斗設(shè)計鏟斗直接用于物料的切削、收集、輸送和卸出，裝載機工作時的插入能力和挖掘能力通過鏟斗直接發(fā)揮，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸直接影響裝載機的工作效率和上部的可靠性，因此降低切削阻力和提高工作效率是鏟斗結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要要求。鏟斗在惡劣的條件下動作，受到較大的沖擊載荷和激烈的磨削，因此鏟斗要求足夠的強度和剛性，同時也要求耐磨損性。根據(jù)裝載物料的容積重，鏟斗分為3種類型；普通鏟斗用于裝載客重1.4-1.6噸/米平方的材料(砂、碎石、松散的土等)。具有普通鏟斗容量的1.4-1.6倍的鏟斗容量，容積1噸/米平方左右的材料)例如煤炭、煤渣等))進行挖掘使用。減少斗容的鏟斗。斗容為通常斗容的0.6-0.8，用于裝載容積重2噸/米平方以上的材料(鐵礦石、巖石等)。土方工程中使用的裝載機由于作業(yè)對象廣泛，因此為了應(yīng)對向刀片中放入不同材料的需求，大多采用通常的鏟斗容量的通用鏟斗。1.3.1鏟斗斗型的結(jié)構(gòu)分析鏟斗切削刃的形狀根據(jù)鏟料的類型而不同，一般分為線性和非線性兩種(圖1-1)。直線切割刃簡單，有利于平地作業(yè)，但切割阻力大。非線性切削刃有異形和弧形等。鏟斗邊緣類型在裝載機中使用得更頻繁。由于刃口向中間突出，插入時插入力可以集中在桶邊的中間部位，容易插入到樁中，對減少“偏切”有一定作用。但鏟斗的滿載系數(shù)小于直線型斗刃的鏟斗。(a)直線型切削刃(b)型切削刃圖1-1鏟斗結(jié)構(gòu)簡圖帶齒的鏟斗在裝載機工作時，插入力由齒分擔(dān)，形成較大的比壓，因此，便于插入密集的材料堆或松散的材料，或掀起較大的塊狀的材料，鏟斗的插入容易，齒磨損后的更換容易。因此，主要將巖石和密實材料裝入刀片的裝載機，鏟斗上帶有齒。插入阻力小的松散材料和粘性物隊使用的鏟斗中也可以不安裝齒。斗齒形狀對切削阻力有影響:對稱齒廓的切削阻力大于非對稱齒廓；狹長齒比寬短齒的切削阻力小。彎邊刃的插入阻力小于直邊刃，但彎邊刃容易從兩側(cè)漏料，不利于滿斗，適合鏟巖。對于主要用于土方工程的裝載機，在設(shè)計鏟斗時應(yīng)考慮鏟斗內(nèi)的流動性，以減少鏟斗內(nèi)物料的移動或滾動阻力，同時有利于鏟取粘性物料時的良好排空。鏟斗底板弧度越大，鏟土?xí)r土壤流動性越好，但對于流動性差的巖石，應(yīng)加長底邊，減小弧度，這樣可以增加鏟斗體積，更容易鏟。然而，當(dāng)?shù)走吿L時，鏟斗的鏟起力變小，鏟斗插入樁中的阻力與切削刃的插入深度成比例地急劇增加。相反，如果底邊短，不僅鏟斗的鏟起力大，而且卸載時鏟斗邊緣的下落高度也小，便于卸料。因此，鏟斗鉸鏈銷的位置應(yīng)靠近刀刃。在極端情況下，鉸鏈銷也布置在鏟斗內(nèi)部。綜上選用直線型切削刃帶斗齒鏟斗,鏟斗形狀如圖1-2所示。圖1-2鏟斗形狀示意圖1.3.2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，以防止鏟掘物料所形成的階梯地面，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)半徑是指鏟斗的鉸接中心和切削刃之間的距離。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑不僅與鏟力和插入阻力的大小有關(guān)，還與整機的參數(shù)有關(guān)。因此鏟斗的其它參數(shù)依據(jù)它來決定。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑可按下式計算：

式中：——幾何斗容量()；——鏟斗內(nèi)側(cè)寬度()；——鏟斗斗底長度系數(shù)，通常；——后斗壁長度系數(shù)，通常；——擋板高度系數(shù)，通常；——斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常；——擋板與后斗壁問的夾角，通常；——斗底和后斗壁間的夾角，通常；其中：由所給輪胎型號得：（輪胎型號，行駛面寬度）；裝載機驅(qū)動橋輪距：，同時根據(jù)：鏟斗寬度應(yīng)大于輪胎外側(cè)寬度，取值。所以有：其中：鏟斗側(cè)壁厚度取所以有：其中由任務(wù)中給定的額定斗容：由式知：；因此，取=0.833；=2.12；λg=1.5；λz=1.15；λk=0.13；；λb=0.4；=80；=450；=550。得出：=0.869。1.3.3鏟斗主要結(jié)構(gòu)參數(shù)1.斗底長度：；2.后斗壁長度：指由斗壁上緣到斗底相交的距離；3.擋板高度：；4.鏟斗圓弧半徑：；5.鏟斗與動臂鉸銷距斗底的高度：圖1-3鏟斗基本參數(shù)簡圖1.3.4鏟斗斗容計算幾何斗容(平裝斗容)對于裝有擋板的鏟斗：式中：S——鏟斗橫截面面積——鏟斗內(nèi)壁寬度——擋板高度——斗刃刃口與擋板最上部之間的距離圖1-4鏟斗基本參數(shù)簡圖由圖知(式中：——扇形AGF的面積——直角三角形GFN的面積——直角三角形GAC的面積——三角形CGN的面積——直角三角形CND的面積把以上數(shù)據(jù)代入公式：平裝斗容額定斗容(堆裝斗容)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，此時額定斗容可按下式確定：式中：—物料堆積高度。把以上數(shù)據(jù)代入公式：額定斗容鏟斗的容量誤差判斷：若滿足：式中：————；——；則。所以，所設(shè)計的鏟斗容量符合設(shè)計要求。1.4工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計根據(jù)裝載機的用途、工作條件及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)等制定的設(shè)計任務(wù)書的要求，選定工作裝置結(jié)構(gòu)形式后，可開始工作裝置連桿機構(gòu)的設(shè)計。工作裝置連桿機構(gòu)的設(shè)計任務(wù)是確定各連桿的尺寸和相互之間的位置關(guān)系以滿足設(shè)計中規(guī)定的使用性能和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。由于連桿尺寸和銷位置的相互影響，連桿機構(gòu)的可變性大，同時有結(jié)構(gòu)限制，可變參數(shù)非常多，不能簡單地用理論計算的方法確定，目前多結(jié)合圖式、統(tǒng)計、類比法進行確定。本設(shè)計通過圖解式敘述。動作機構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)如圖（1-5）所示。由鏟斗1、動臂2、連桿3、搖臂4、轉(zhuǎn)斗油缸5、動臂(提升)油缸6等組成。整個工作機構(gòu)鉸接在車架7上。圖1-5裝載機工作裝置圖1.4.1機構(gòu)分析反轉(zhuǎn)六桿動作機構(gòu)由臂旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和動臂提升機構(gòu)構(gòu)成臂液壓缸CD、臂CBE、連桿FE、鏟斗GF、動臂GBA、框架AD這六個部件構(gòu)成，由于AD和GF向相反方向旋轉(zhuǎn)，因此使該機構(gòu)反轉(zhuǎn)六桿，其機構(gòu)圖解如圖（1-6）敘述。提升機構(gòu)主要由動臂缸HM和動臂GBA構(gòu)成，如果將反轉(zhuǎn)機構(gòu)整體置于直角坐標(biāo)系，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。圖1-6反轉(zhuǎn)六連桿機構(gòu)簡圖1.4.2尺寸參數(shù)設(shè)計的圖解法在初步確定最大卸載高度、最小卸載距離和卸載角度等參數(shù)后，進行圖解式敘述。1．動臂與鏟斗，搖臂，機架的三個鉸鏈點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(biāo)里，斗尖對準(zhǔn)O點，與X軸成的前傾角。此時鏟斗插入料堆的位置工礦=1\*ROMANI。（3）．確定動臂與鏟斗的鉸鏈點G因為G點的X坐標(biāo)值越小，鏟斗鏟的受力越大，所以G點靠近O點是有利的，但由于鏟斗底部和離地最小高度的限制，不能任意減??；當(dāng)G點的Y坐標(biāo)值增大時，料堆中鏟斗的鏟面面積增大，裝載的物料增多，但這減小了G點與連桿鏟斗鉸點f的距離，減小了上升力?？紤]到各種因素的影響，設(shè)計一般以坐標(biāo)紙上工況I下鏟斗的實際情況為基礎(chǔ)，在保證G點Y坐標(biāo)值和X坐標(biāo)值XG盡可能小而且不與斗底干涉的情況下，在坐標(biāo)圖上人為的把G點初步確定下來。（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，至鏟斗斗底與X軸成，即工礦Ⅱ。把已經(jīng)選定的輪胎外輪廓畫在坐標(biāo)圖上。作圖時應(yīng)使輪胎前沿與工況Ⅱ時的鏟斗后壁的間隙盡量的小些，目的使機構(gòu)緊湊、前懸小，但一般不小于；輪胎中心Z點的Y坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑。查閱輪胎、輪輞樣本：輪胎外直徑為；因此，輪胎中心Z點的Y坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑.(a).根據(jù)最大卸載高度’、最小卸載距離和卸載角繪出工礦Ⅳ，G點位置為G′。以G′點為中心順時針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗斗口和X軸呈45°夾角，將鏟斗提升到最高位置，情況如圖=3\*ROMANIII。(b).連接G和G′，作GG′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處。如圖（1-7）所示：圖（1-7）動臂與車架鉸點確定（5）.確定動臂與搖臂的鉸接點BB點的位置是非常重要的參數(shù)。對連桿機構(gòu)的傳動比、增力系數(shù)、連桿機構(gòu)的配置、轉(zhuǎn)斗缸的長度等有很大影響。根據(jù)分析和經(jīng)驗，一般的B點是連接AG的線上，過A點的水平線以下，然后是AG的垂直平分線上，然后是AG的垂直平分線上接近左側(cè)工況II時的鏟斗，相對于前輪胎，B點位于其外輪廓的左上。通過作圖，設(shè)計B點。。2.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，必須考慮機構(gòu)對運動學(xué)的要求。例如，在鏟斗必須確保在各礦山的旋轉(zhuǎn)角的同時，必須注意動力學(xué)的要求。例如，在鏟斗裝載材料時發(fā)出很大的力的同時，也必須考慮各種機構(gòu)的運動被破壞的現(xiàn)象。(1)．在2桿條件下設(shè)計4桿機構(gòu)，必須將GF桿作為最短桿，將BG作為最長桿,則：GF+BG>FE+BE如果設(shè)GF=a、FE=b、BE=c、BG=d，則如果將上式的兩邊同時除以d，則得到下式：其中值是由確定，即初步設(shè)計時，上式可在下列值內(nèi)選取：因為d值已經(jīng)由—確定，所以可求得a、b、c三值。初選：可求出：,根據(jù)，則(2).確定E和F點位置這兩點位移的確定要綜合考慮如下四點要求：(a)、E點不能碰到前橋。另外，有足夠的最小地面高度；（b）、情況I時，通過使EF桿到處與g桿垂直，可以得到較大的傳動角和倍力系釋放；（c）、工作下，EF和GF兩桿的夾角必須小于170°。也就是說，傳動角不能小于l0°。這是為了防止機構(gòu)運動時發(fā)生自動側(cè)翻；（d）、工作=4\*ROMANIV狀況下EF與GF桿的傳動角也必須大于l0°。具體作法有兩種：（a)、初選E點法如圖1—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。（b）、圖解法以B點和G點為圓心，畫出一條以c和()為半徑圓弧，交點為E；然后畫出一個以G和E點為中心圓，a和b為半徑畫圓弧，交點必須為F，如圖（1-8）所敘：圖（1-8）E、F點位置確定若上述所得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。（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Ⅱ時工況IV肘檢驗E與F點位置的設(shè)計：綜上所得，E點與F點設(shè)計位置滿足要求。最后得出E點和F點如下圖所示：圖（1-9）E、F點位置確定3.轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機架的鉸鏈點C和D的確定如果確定了C點和D點，就最后確定了與機架連接的四桿機構(gòu)BCDA的尺寸。C點和D點的布置影響到鏟斗舉升平移和自動調(diào)平性能對吊臂的挖掘力和提升阻力有很大影響。（1）.確定C點從傳力效果出發(fā)，使搖臂BC段變長顯然是有利的，可以增加鏟斗油缸的作用力臂，從而增加抓取力。但增加BC段肯定會降低鏟斗與搖臂的角度比，使鏟斗角度難以滿足各種工礦行業(yè)的要求，使鏟斗油缸行程過長。因此，初步設(shè)計需要：因此，取C點一般取在B左上方，BC與BE夾角可取，并使工礦Ⅰ時搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸趨近垂直，C點運動不得與鏟斗干擾，其高度不能影響司機視野。因此，（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(dāng)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。由于鏟斗油缸從工礦Ⅱ升到Ⅲ或由Ⅳ放到工礦Ⅰ的過程中，轉(zhuǎn)斗油缸的長度保持不變，所以D點必須是為和點連線的垂直平分線與和連線的垂直平分線的交點。最后，C點和D點如下圖所示：圖（1-10）C、D點位置確定4.舉升平移性驗證在坐標(biāo)圖上畫出第Ⅱ工況和第Ⅲ工況時的連桿圖，把兩個位置之間平分為6份，每個位置畫出連桿位置，畫法如下：（1）、以第Ⅱ工況的轉(zhuǎn)斗油缸長度為半徑，以轉(zhuǎn)斗油缸與車架鉸點為圓心畫圓弧，起點為終點為點；（2）、將⌒弧段內(nèi)等分為6等分；（3）、以第一條平分線和圓弧的交點為中心，以長度為半徑，畫一個圓1，以動臂和車架鉸接點為圓心，以動臂和搖臂的鉸接點與動臂和車架鉸接點之間的距離為半徑畫圓2，圓1與圓2的交點即為；（4）、根據(jù)鏟斗和搖臂的的尺寸幾何關(guān)系可畫出鏟斗、搖臂、拉桿的位置。量出鏟斗斗底與水平面之間的夾角，看其與第Ⅱ工況時的后傾角相差是否大于。（5）、其他位置重復(fù)1-4步圖解法求出相應(yīng)位置。如下圖所示：圖（1-11）舉升平移性驗證4.舉升油缸與動臂和機架的鉸接點H及M的確定提升油缸的布置應(yīng)根據(jù)工作扭矩大、油缸穩(wěn)定性好、部件互不干涉、整機穩(wěn)定性好的原則來確定。考慮到這些因素，動臂提升油缸一般布置在前軸和前后車架鉸接點之間的狹窄空間內(nèi)。一般H點在AG連線下方，并取。AH不能太大，受油缸行程限制。有利的是盡量保持M點與地面之間的最小高度，并向前軸傾斜，這樣提升力臂大小的變化相對較小。根據(jù)動臂中心距長度（2798mm）和可知，考慮到組合鏟裝的需要(插入時提升臂)，在滿足吊臂提升油缸與車架鉸接點M最小離地間隙高度要求的前提下，AH和MH在其他工況下趨于垂直。這是因為，當(dāng)鏟斗開始從料堆中提升時，阻力扭矩最大，這種設(shè)計可以獲得較大的初始提升工作扭矩。更有利的是在M處向前橋傾斜，這樣可以使吊臂提升油缸的提升工作力臂在整個吊臂提升過程中的變化最小，即工作扭矩變化不大，從而避免鏟斗提升到最高位置時提升力不足，因為此時工作力臂往往較小或最小。但使用底部鉸接油缸時，M點很難前移，受前軸限制，軸承布置麻煩。為了克服M點前移的困難，可以采用M點上移和H點向G點前移的方法，使吊臂提升油缸處于水平狀態(tài)。必須注意的是，油缸的行程不容易太大，油缸的最小長度必須標(biāo)準(zhǔn)化。如果太短，就不能設(shè)計出滿足沖程要求的油缸?？紤]到油缸的穩(wěn)定性，在初步設(shè)計中可以采用油缸的最大長度與最小長度之比。最終確定的提升油缸、動臂和車架的鉸接點H和M如圖（1-12）所示：由圖可得：動臂舉升油缸的最小安裝距離為：；動臂舉升油缸行程為：圖（1-12）H、M點位置確定6.確定轉(zhuǎn)斗油缸行程由于裝載機從最低位置提升到最高位置時，需要在任何位置卸載，卸載角度不能小于。因此，鏟斗油缸的沖程必須滿足。將最低位置和最高位置分為六個部分，在每個位置畫出有卸載角度的鏟斗。根據(jù)連桿之間的長度和角度關(guān)系，可以得到鏟斗油缸在任意位置的長度，最小值為鏟斗油缸的最小安裝距離。如圖(1-13)所示：圖（1-13）轉(zhuǎn)斗油缸行程確定由圖可知：轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝距離為:轉(zhuǎn)斗油缸的最大伸長為:轉(zhuǎn)斗油缸行程為:第二章工作裝置強度校核2.1輪式裝載機工作過程輪胎裝載機是一種集裝卸作業(yè)于一體的自走式機械。其工作過程由幾種工作狀態(tài)或5種工作條件組成：工作裝置的強度計算包括：1)確定計算位置。2)選擇工作裝置受力最大的典型工況，確定外載荷。3)對工作裝置進行應(yīng)力分析。4)主要零件的強度檢查。2.1.1．計算位置通過分析裝載機的裝料、鏟起、升舉、卸載等作業(yè)過程?？梢灾姥b載機鏟料時工作裝置承受的應(yīng)力最大，所以把鏟斗底部與地面的前5°角時的鏟料位置作為計算位置，假設(shè)外部載荷作用在鏟斗的斗刃上。2.1.2．外載荷確定1.外載荷確定原則由于材料種類和工作條件的不同，裝載機實際工作時不能均勻裝載鏟斗的切削刃，但可以簡化為兩種極端情況。也就是說，可以認為載荷沿著切削刃均勻分布，代替該均勻分布載荷，作用于鏟斗切削刃中央部的集中載荷稱為對稱裝載狀況；鏟斗鏟由于材料的密集度不均勻，所以在載荷偏向鏟斗側(cè)，變?yōu)閼冶蹱顟B(tài)的情況下，一般將該簡化的集中載荷施加到鏟斗側(cè)的最初的齒上。裝載機的鏟掘過程通?？煞譃槿缦氯N受力情況：（a）、鏟斗水平插入物料堆，鎖定工作裝置的油缸。此時，鏟斗的切削刃可能只有水平力起作用。（b）、鏟斗水平插入物料堆后，反轉(zhuǎn)鏟斗，或提升動臂進行挖掘時，可能對鏟斗的切削刃只作用垂直的力。(c)、鏟斗邊插入物料堆邊轉(zhuǎn)斗和邊插入物料堆邊提臂鏟掘時，水平力和垂直力同時作用在鏟斗切削刃上。綜合以上分析，可以得到以下6種工作裝置的典型工作情況，如圖（2-1）所示：（a）對稱水平載荷；（b）對稱垂直載荷；（c）對稱水平和垂直載荷（d）水平偏載荷；（e）垂直偏載荷；（f）水平和垂直偏載荷圖（2-1）裝載機工作裝置典型工況簡圖2.插入阻力插入阻力是鏟斗插入鏟斗時鏟斗對鏟斗的反作用力。插入阻力由鏟斗前的切削刃和兩側(cè)鏟斗壁的切削刃的阻力、鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與材料的摩擦阻力、鏟斗底外面與材料的摩擦阻力組成，這些阻力與材料的種類、材料的堆高、鏟斗插入材料的堆深、鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀等有關(guān)。雖然計算上述阻力很難，但一般按照以下經(jīng)驗公式?jīng)Q定總插入力。（Ｎ）式中：——物料塊度與松散系數(shù)，見表5-1；——物料性質(zhì)系數(shù)，見表5-2；——料堆高度系數(shù)，見表5-3；——鏟斗形狀系數(shù)，一般在1.1~1.8之間，對于前刃不帶斗齒的斗，取較大值；——鏟斗寬度，cm;——鏟斗一次插入深度，cm。表2－１物料塊度與松散程度系數(shù)物料塊度細粒小塊接近小于小于松散不好時表2－２物料性質(zhì)系數(shù)散狀物料種類密度＼系數(shù)K2散狀物料種類密度＼系數(shù)K2磁鐵礦石4.2-4.50.2沙碩石2.3-2.450.1鐵礦石3.2-3.80.17爐渣0.8-0.90.09細?；◢弾r2.75-2.80.14泥質(zhì)頁巖2.4-2.50.08砂質(zhì)頁巖2.65-2.750.12河沙1.70.06石灰石2.650.1煤1.2-1.30.04-0.045表2-3料堆高度系數(shù)料堆高度＼ｍ０.４０.５０.６０.８１.０１.２１.４K30.550.50.81.01.051.11.15取：代入式3.掘起阻力挖掘阻力是指鏟斗插入到一定深度后，動臂上升時鏟斗對鏟斗的反作用力。挖掘阻力還與材料的種類、塊度、松動程度、密度、材料之間以及材料與鏟斗之間的摩擦阻力有關(guān)。挖掘阻力主要是剪切阻力。最大挖掘阻力通常在鏟斗開始起升時發(fā)生。此時，鏟斗中材料和材料堆之間的剪切面積最大，隨著動臂的提升，挖掘阻力逐漸減小。鏟斗開始舉升時物料的剪切力按下式計算：式中：Ｋ—開始提升鏟斗時材料的剪應(yīng)力通過實驗進行了測量，對于塊度為的松岡巖，剪切應(yīng)力的平均值為——鏟斗寬度，;——鏟斗一次插入深度，。?。捍胧降茫?.1.3受力分析確定計算位置和外部載荷后，可以進行工作裝置的受力分析。由于工作裝置是受力復(fù)雜空間的靜靜態(tài)系統(tǒng)，為了簡化計算，通?？梢匀缦逻M行假定：1、在對稱承受負荷的情況下，由于作業(yè)裝置為對稱結(jié)構(gòu)，因此兩起重臂所承受的負荷相等。如果省略鏟斗和支撐梁對動臂受到的力和變形的影響，則分析工作裝置結(jié)構(gòu)的單側(cè)受到的力，如圖(2-2)所示，作用的載荷取相應(yīng)的殼外載荷的一半進行計算，即：在部分負載條件下，在左右臂中分配的等效效果Pa與Pb：由于>；>；因此取，作為計算外載荷。在工作裝置中，;有：（a）工作裝置受力簡圖；（b）分析簡圖圖（2-2）工作裝置受力分析簡圖2、鑒于吊臂軸與連桿——處于同一平面，所有的力通過構(gòu)件部分的彎曲中心，消除了額外的扭轉(zhuǎn)，允許更換實際構(gòu)件。通過學(xué)習(xí)上述分析和假設(shè)，該工作裝置可以將這種空間超靜態(tài)結(jié)構(gòu)簡化為平面問題。確定外部負荷后，可找到相應(yīng)工作裝置的內(nèi)力。通過各工況的外部負荷比較，外部負荷最大，實際工況中不允許部分負荷。因此，選擇工況，即水平對稱載荷工況，作為各構(gòu)件內(nèi)力計算和強度校準(zhǔn)的典型工況。工作裝置的力分析是根據(jù)相應(yīng)的工作條件，找出鏟斗構(gòu)件的內(nèi)力。工作條件的應(yīng)力分析如圖（2-3）所示：圖（2-3）工作裝置受力分析圖取鏟斗為隔離體，根據(jù)受力平衡：由所以：由所以：由所以：取連桿為隔離體，連桿為二力桿，根據(jù)受力平衡得：取搖臂為隔離體，根據(jù)受力平衡：由所以：由所以：由所以：取動臂為隔離體，根據(jù)受力平衡：由所以：由所以：由所以：2.1.4工作裝置強度校核根據(jù)典型工況找出各構(gòu)件的作用力，查明危險截面，根據(jù)強度理論檢查工作裝置的主要部件。在進行強度校核時，各種材料的許用應(yīng)力按照下式?。菏街校骸牧系那姸葮O限；——安全系數(shù)，設(shè)計手冊中規(guī)定，由于裝載機操作大，動力負載大，考慮簡化計算方法的影響，可選擇：對稱條件，各驗算斷面的安全系數(shù)在之間。本次設(shè)計選?。簞颖邸⒗瓧U、搖臂、鏟斗的材料為；銷軸材料用。查機械設(shè)計手冊可知：：：一般取：：：1.動臂校核動臂可以看作是支承在車架的a點和動臂提升油缸的鉸鏈點的h點上的雙支點懸臂梁，其危險截面在h點附近，在強度計算中，動臂如圖2-4所示分為4級：圖（2-4）動臂受力分析圖每個區(qū)段上分別作用有彎曲應(yīng)力、正應(yīng)力，計算出各段內(nèi)危險截面的內(nèi)力，按照下述方法進行校核：式中：——計算斷面的彎矩，；——計算斷面的抗彎截面系數(shù)，；——計算斷面的軸向力，；——計算斷面的面積，。?。赛c處的ｍ－ｍ斷面進行強度校核。在斷面上：彎矩：軸向力：選?。簞颖酆穸葹?，計算斷面的高度為。斷面的對大正應(yīng)力和最大剪切應(yīng)力分別為：截面滿足設(shè)計安全性的要求。2．搖臂強度校核搖臂的材料鋼，則許用應(yīng)力，其危險斷面通常取在E點附近，在此斷面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力，其方法與動臂相同。如圖（2-5）所示：圖（2-5）搖臂受力分析圖危險截面通常在B點附近，所以對過B點附近取截面。取B點處的ｍ－ｍ斷面進行強度校核。在斷面上：彎矩：軸向力：把搖臂設(shè)計成矩形截面，取截面的寬度為，，搖臂設(shè)計滿足安全設(shè)計的要求。3．連桿強度校核計時把連桿設(shè)計成矩形桿（即連桿斷面為矩形），根據(jù)一般設(shè)計要求，斷面的一邊大于另一邊的二倍時，連桿的彎曲強度最好。選取連桿的厚度為，寬度為，材料為,則許用應(yīng)力。連桿的拉應(yīng)力為連桿設(shè)計滿足設(shè)計安全性能的要求。4.較銷強度校核鉸銷的材料鋼，則許用應(yīng)力只需校核彎曲強度和擠壓強度，如圖（2-6）所示：圖（2-6）較銷強度計算銷軸的彎曲應(yīng)力：式中——銷軸的彎曲應(yīng)力；——計算載荷，為鉸點所受載荷之半；——銷軸彎曲強度計算的計算長度；（m）；W——銷軸的抗彎斷面系數(shù)，；銷軸支座的擠壓應(yīng)力：(1).對點鉸銷進行強度計算：取，故點鉸銷滿足強度要求。(2).對點鉸銷進行強度計算：取，故點鉸銷滿足強度要求。(3).對點鉸銷進行強度計算：取,故點鉸銷滿足強度要求。(4)、對點鉸銷進行強度計算：取故點鉸銷滿足強度要求。(5).對點鉸銷進行強度計算：取，故點鉸銷滿足強度要求。(6).對點鉸銷進行強度計算：取,故點鉸銷滿足強度要求。第三章油缸作用力確定標(biāo)配裝載機有動臂油缸與轉(zhuǎn)斗油缸。動臂油缸和斗桿油缸的作用力有兩種情況。油缸推進機構(gòu)工作時的作用力是主工作力(簡稱工作力或作用力)，其最大值取決于液壓系統(tǒng)的工作壓力和油缸直徑(活塞作用面積)。工作裝置工作時作用于封鎖狀態(tài)油缸的力是被動的力，其最大值取決于液壓系統(tǒng)的過載閥壓力值和負載活塞面積。工作裝置的動臂油缸不動，用斗桿油缸轉(zhuǎn)動鏟斗進行挖掘作業(yè)時，作用在斗桿油缸上的力為主工作力，作用在動臂油缸上的力為受動力。氣缸的最大受力大于外負荷的力時，氣缸不收縮。過載閥打開后溢流，氣缸收縮。油缸作用力的分析和確定是裝載機設(shè)計中的重要內(nèi)容之一。分析裝載機的工作情況，為了保證裝載機正常有效地工作，油缸的作用力在裝載機工作時發(fā)揮最大的鏟起力，使鏟斗裝滿，同時動臂油缸的作用力達到需要滿斗材料的卸載高度和卸載距離。因此，最大的鏟起力是決定油缸作用力的依據(jù)。確定附件的油缸作用力和可能產(chǎn)生的受力后，可根據(jù)所選液壓系統(tǒng)的工作壓力根據(jù)所需的缸徑設(shè)計油，選擇過載閥的壓力。關(guān)于氣缸行程，如上所述，由附件的結(jié)構(gòu)方案決定。由于工作裝置的結(jié)構(gòu)方案還會影響各油缸的主動狀態(tài)和被動狀態(tài)下的作用力，因此要確定油缸的作用力，必須在選擇工作裝置的結(jié)構(gòu)方案、構(gòu)件尺寸和鉸鏈位置的基礎(chǔ)上進行分析和計算。3.1鏟取力確定3.2轉(zhuǎn)斗油缸的選擇1.轉(zhuǎn)斗油缸作用力的確定由圖（3-1）所示，裝載機在鏟掘工況，動臂油缸閉鎖，轉(zhuǎn)斗油缸發(fā)出最大崛起力時，其主動力按下式計算：圖3-1鏟掘工況簡圖式中：2.確定油缸內(nèi)徑根據(jù)載荷和系統(tǒng)壓力計算油缸內(nèi)徑。當(dāng)油缸大腔進油，活塞桿承受推力即式中：由于則在系列中取3.確定活塞桿直徑速比，壓力較大時選用大值，此處取則在系列中取4.計算油缸壁厚式中：所以在系列中選取根據(jù)上述數(shù)據(jù)選用轉(zhuǎn)斗油缸規(guī)格為3.3動臂油缸的選擇1.動臂油缸主動力的確定由圖(3-1)所示，當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，動臂油缸產(chǎn)生最大崛起力時其主動力按下式計算：式中：2.確定油缸內(nèi)徑根據(jù)載荷和系統(tǒng)壓力計算油缸內(nèi)徑。當(dāng)油缸大腔進油，活塞桿承受推力即式中：由于則在系列中取3.確定活塞桿直徑速比，壓力較大時選用大值，此處取則在系列中取4.計算油缸壁厚式中：所以在系列中選取根據(jù)上述數(shù)據(jù)選用轉(zhuǎn)斗油缸規(guī)格為第四章工作裝置的限位機構(gòu)裝載機工作時，為了便于操作，提高勞動生產(chǎn)率，要求縮小工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，鏟斗在地面時的腳輪角一般必須在以上，最大卸載高度時的傾卸角(或外傾角)以上。對動臂提升與下降的高度進行控制與限位。這需要適當(dāng)?shù)闹箘友b置和止動機構(gòu)。另外，要求自動控制鏟斗卸載后的傾角，以使鏟斗在某個卸載高度卸載后，動臂下降時鏟斗自動變平。因此，需要鏟斗自動調(diào)平機構(gòu)。4.1鏟斗轉(zhuǎn)角限位裝置鏟斗角限制裝置通常采用簡單的擋塊結(jié)構(gòu)。如圖（4-1）所示，將擋塊直接焊接在鏟斗的后臂壁的接合面上，擋塊a限制鏟斗的傾角，擋塊b限制鏟斗的傾角，對應(yīng)的擋塊分別焊接在工作裝置的動臂或橫梁上。作業(yè)時，水平插入堆垛機，操作斗桿油缸使鏟斗上翻，輸送位置的鏟斗后傾時，鏟斗上的擋塊a碰到動臂或橫梁上的相應(yīng)擋塊，鏟斗就停止上翻。(圖4-1b)。由于斗桿油缸控制閥未返回中立位置，油泵繼續(xù)向斗桿油缸供油，液壓系統(tǒng)的壓力超過過載閥的公稱壓力，過載閥打開，避免機構(gòu)損壞。鏟斗前傾角度的限制原理與上述相同，在最大卸載高度的鏟斗前傾角度達到時，鏟斗的擋塊b碰上動臂或橫梁所對應(yīng)的擋塊(圖4-1a，鏟斗的前傾45°停止)。鏟鏟斗前傾角度的限位器的作用有利于鏟斗內(nèi)的材料的倒置干凈。裝載粘性材料時，前后移動斗桿油缸的控制閥，使鏟斗和擋塊碰撞，可以將材料抖落干凈。卸載限位裝置示意（b）收斗限位裝置示意圖4-1鏟斗轉(zhuǎn)角限位裝置簡圖五、裝載機的發(fā)展前景5.1國外裝載機發(fā)展趨勢目前，各種施工建設(shè)不斷增加，裝載機各種附件的開發(fā)應(yīng)用越來越廣泛，對機械的安全性、可靠性、維修性、經(jīng)濟性也提出了更高的要求。隨著電子技術(shù)向工程機械的發(fā)展，現(xiàn)代裝載機械已經(jīng)向機電一體化、智能化發(fā)展。從國外裝載機進入新的發(fā)展時期，在廣泛應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料的同時，許多新結(jié)構(gòu)和新產(chǎn)品層出不窮。在整機可靠性要求后，技術(shù)發(fā)展方向向電子信息化技術(shù)的應(yīng)用和智能化方向發(fā)展。產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、提高舒適性、向節(jié)能、環(huán)保方向發(fā)展。5.1.1系列化、大型化系列化是裝載機開發(fā)的趨勢。國內(nèi)外大公司基本實現(xiàn)產(chǎn)品系列，有小、小、小、超大產(chǎn)品系列產(chǎn)品可以促進各市場，產(chǎn)品升級速