側(cè)卸式裝載機(jī)設(shè)計

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的集料與裝料等作業(yè) 此外還可進(jìn)行推運土壤 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)動性好 操作輕便等優(yōu)點 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)計報告共包括四個部分 是對整個設(shè)計過程的描述和總結(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 前言前言 2 1 1 設(shè)計目的 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)計鏟斗的設(shè)計 5 2 1 設(shè)計要求 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 斗容的計量 8 3 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 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)計方法 13 3 4 尺寸參數(shù)設(shè)計的圖解法 14 3 5 確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程 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)度計算工作裝置的強(qiáng)度計算 21 4 1 計算位置 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)計行走機(jī)構(gòu)設(shè)計 38 5 1 行走參數(shù)的選擇 38 5 2 電動機(jī)的選擇 39 5 3 進(jìn)行行走減速器的齒輪設(shè)計 40 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 49 致致 謝謝 50 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 1 1 前言 1 1 設(shè)計目的 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生理論聯(lián)系實際的重要課題 是學(xué)生綜合運用 鞏固基礎(chǔ)理論 專業(yè) 技術(shù)和專業(yè)知識的機(jī)會 通過畢業(yè)設(shè)計 能夠檢查學(xué)生對所學(xué)知識掌握的程度 能夠提 高學(xué)生解決實際問題的能力和獨立工作的能力 并掌握機(jī)械設(shè)計的一般方法和步驟 是 學(xué)生獲得知識的重要環(huán)節(jié) 因此 要求設(shè)計者在設(shè)計過程中必須端正態(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 對比分析 取長補(bǔ)短 大膽創(chuàng)新 以 便做出高質(zhì)量高水平的設(shè)計成果 1 2 選題意義 隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù) 健康 高速發(fā)展 對工程機(jī)械的需求將增長 這些需求對工 程機(jī)械產(chǎn)品既提出了 量 又提出了 質(zhì) 的巨大市場要求 我國 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 萬臺以上 而 裝載機(jī)被大量應(yīng)用于各行各業(yè) 無論是公路 鐵路 建筑 水電 港口 礦山都有它的 身影 國外先進(jìn)的采掘機(jī)械設(shè)備將有更多的機(jī)會進(jìn)入中國 中國的設(shè)備也會有更多的的 機(jī)會走向世界 在這種情況下 我國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 參與國際競爭的成套設(shè)備 也要掌握相關(guān)的設(shè)計理論和方法 所以對該類機(jī)械設(shè)備的設(shè) 計是具有重大意義的 1 2 1 普通裝載機(jī)缺點 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 車身需要移動的范圍 較大 特別是在狹窄區(qū)域工作時 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 需要操作人員的實時操控 對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 側(cè)卸式裝載機(jī) 圖 1 1 這種裝載機(jī)是正面鏟裝物料 運動至下料地點后進(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 鏟斗運動距離小 車 體機(jī)動高 工作外圍廣 鏟斗能多用途等優(yōu)點 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 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 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 可以用來鏟裝 搬運 卸載 平整散裝物 料 也可以對巖石 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)動機(jī)功率 傳動形式 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)由動力裝置 車架 行走裝置 傳動系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 制動系統(tǒng) 液 壓系統(tǒng)和工作裝置等組成 其結(jié)構(gòu)簡圖如下所示 輪胎式裝載機(jī)采用柴油機(jī)為動力裝置 液力變距 動力換擋變速箱 雙橋驅(qū)動等組成的液力機(jī)械式傳動系統(tǒng) 小型輪胎式裝載 機(jī)有的采用液壓傳動或機(jī)械傳動 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)的動力裝置也是柴油機(jī) 機(jī)械式傳動系統(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 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 3 圖 1 2 履帶式裝載機(jī) 1 行走機(jī)構(gòu) 2 發(fā)動機(jī) 3 動臂 4 鏟斗 5 轉(zhuǎn)斗油缸 6 動臂油缸 7 駕駛室 8 燃油箱 2 按發(fā)動機(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 按傳動形式分類 液力 機(jī)械傳動 沖擊振動小 傳動件壽命長 操縱方便 車速與外載間可自動 調(diào)節(jié) 一般在中大型裝載機(jī)多采用 液力傳動 可無級調(diào)速 操縱間便 但啟動性較差 一般僅在小型裝載機(jī)上采用 電力傳動 無級調(diào)速 工作可靠 維修簡單 費用較高 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)簡單 工作可靠 視野好 適合于各種作業(yè)場地 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)時的工作平臺 在井下 作業(yè)時 主要是用完成工作面短距離運輸 臥底 清幫 和支護(hù)等 由于它插入力大 機(jī)動性能好 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 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 4 2 鏟斗的設(shè)計 2 1 設(shè)計要求 鏟斗是直接用來切削 收集 運輸和卸出物料 裝載機(jī)工作時的插入能力及鏟掘能 力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的 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 插入力可以集中作用在斗刃中間部分 易于插入料堆 同時對減少 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 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 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 插入力由斗齒分擔(dān) 形成較大的比壓 利于插入 密實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 對主要用于鏟裝巖石或密實物料的裝載機(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其鏟斗可以不裝斗齒 斗齒的形狀對切削阻力有影響 對稱齒形的切削阻力比不對稱齒形的大 長而狹窄 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 對主要用于土方工程的裝載機(jī) 在設(shè)計鏟斗時要考慮斗體內(nèi)的流動性 減少物料在 斗內(nèi)的移動或滾動阻力 同時要有利于在鏟裝粘性物料時有良好的倒空性 鏟斗底板的弧度 圓弧半徑 見圖 2 2 越大 鏟掘時泥土的流動性越好 但對 1 R 于流動性差的巖石等 則應(yīng)將底邊加長而弧度減小 使鏟斗容積加大 比較容易鏟取 但是 當(dāng)?shù)走呥^長 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 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 在極端時也有將轉(zhuǎn)鉸銷布置在鏟斗內(nèi)部 如圖 2 4 所示 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 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 K B 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)它來決定 鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R 可按下式計算 2 1 180 15 0 2 cotsin cos 5 02 1 2 10 rkzg B rV R 使用平裝斗容計算公式 180 15 0 2 cotsin cos 5 0 2 10 rkzg s B V R 式中 幾何斗容量 圖 2 4 中所示陰影斷面 由設(shè)計任務(wù)書給定 米 K V 3 B 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度 米 鏟斗斗底長度系數(shù) 通常 g 5 1 4 1 g 一 后斗壁長度系數(shù) 通常 z 2 1 1 1 z 擋板高度系數(shù) 通常 k 14 0 12 0 k 斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù) 通常 R 40 0 35 0 R 擋板與后斗壁問的夾角 通常 1 00 1 10 5 斗底和后斗壁間的夾角 通常 有推薦 0 00 0 52 48 00 65 55 2 2 10 2 2 0 1 0 abbB w mm28271025971002150 0 B 式中 a1 鏟斗側(cè)壁切削刃的厚度 取mmma10010 0 1 b 輪距 bw 輪胎寬度 根據(jù)設(shè)計資料有 2 3 mmb mmb w 597 2150 所以有 2 4 180 15 0 2 cotsin cos 5 0 2 10 0 rkzg s B V R 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 7 mm g R 1244 180 50 15 0 2 50 cot4 050sin5cos13 0 19 1 45 1 5 028272 1 3 0 00 200 0 斗底長度 Lg 是指由鏟斗切削刃到斗底與后斗壁交點的距離 2 5 mm R RL gg 1804 45 1 0 0 后斗壁長度是指出后斗壁上緣到與斗底相交點的距離 Z L 2 6 mm R RL zz 1480 19 1 0 0 鏟斗圓弧半徑 1 R 2 8 mm RRR R 498 4 0 001 鏟斗與動臂鉸銷距斗底的高度 2 9 mmRRhb15012 0 12 0 06 0 00 鏟斗側(cè)壁切削刃相對于斗底的傾角 在選擇時 應(yīng)保證側(cè)壁切削刃 00 0 60 50 1 與擋板的夾角為 因此取 0 500 切削角 0 300 0 90 2 4 斗容的計量 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 K V 鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定 圖 2 5 對于裝有擋板的鏟斗 2 10 3 2 32 0 48 2 428 1 162 0 3 2 827 2 886 0 3 2 m bmaABVK 根據(jù)有關(guān)計算有 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 8 2 11 m LLLLL NDCNb mB mLa ZgKgZ K 428 1 50cos48 1 804 1 216 0 806 1 48 1 cos2 827 2 162 0 0222 222 22 0 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 0 B 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 H V 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 H V 下式確定 圖 2 5 2 12 3 2 3 2 0 2 05 3 276 0 162 0 6 428 1 8 827 2 428 1 48 2 68 m ch bBb VV KH 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肘 再由 d4 點作直線 d4N 與 Go 垂直 將 n4N 垂線向下延長 與斗刃刃口和擋板最下端之間 的連線相交 此交點與料堆尖端之間的距離 即為物料堆積高度 G 2 13 m ab ba bc 276 0 162 0 428 1 2 162 0 428 1 428 1 25 0 2 4 1 22 22 鏟斗斗容的誤差率 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 9 2 14 5 7 1 100 3 05 3 3 所以鏟斗的設(shè)計合格 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 10 3 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 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)等擬定購設(shè)計任務(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 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)計包括 1 確定動臂長度 形狀及與車架的鉸接位置 2 確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程 3 連桿機(jī)構(gòu) 由動臂 鏟斗 轉(zhuǎn)斗油缸 搖臂 連桿或托架等組成 的設(shè)計 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足以下要求 1 保證滿足設(shè)計任務(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)時與其它構(gòu)件無運動干涉 3 保證駕駛員有良好的勞動條件 如工作安全 視野開闊 操作簡便等 工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個比較復(fù)雜的問題 因為組成工作裝置的各構(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)件尺寸及鉸接點位置 因此 只有在綜合考慮各種因素的前提下 對工作裝置 進(jìn)行運動學(xué)和動力學(xué)分析 通過多方案比較 才能最后選出最佳構(gòu)件尺寸及鉸接點位置 使所設(shè)計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)中運用 八桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是桿件多 能實現(xiàn)的運動多 運轉(zhuǎn)靈活 所以一般用于多功用采掘中 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 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)計就較為簡單 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 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 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 所能進(jìn)行的活動也最大 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各處銷軸承受的力最大 它的動臂在鏟斗和前橋中 因為其中的空間十分狹窄 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)計要求 它能很好地保證鏟斗實現(xiàn)各種工作過程 在鏟裝物料時 鏟斗可以在最大范 圍內(nèi)進(jìn)行高速的運動 它的缺點是 在鏟斗回到初始位置時 鏟斗不能自動地平放 在 卸載物料時 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 使得鏟斗和活塞桿在裝卸物料時不容易產(chǎn)生摩擦碰撞 我設(shè)計的側(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 分由只有一個鏟斗變成鏟斗和鏟斗座相組合 這種機(jī)構(gòu)可以說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 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)架和動臂油缸的鉸接點 B 機(jī)架和動臂的鉸接點 C 機(jī)架和轉(zhuǎn)斗油缸的鉸接點 D 動臂油缸和動臂的鉸接點 E 轉(zhuǎn)斗油缸和鏟斗座的鉸接點 F 動臂和鏟斗座的鉸接點 G 鏟斗和側(cè)卸油缸的鉸接點 H 側(cè)卸油缸和鏟斗座的鉸接點 M 鏟斗座和鏟斗鉸接點 圖 3 4 側(cè)卸裝載機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)總圖 1 機(jī)架 2 動臂油缸 3 動臂 4 轉(zhuǎn)斗油缸 5 鏟斗座 6 側(cè)卸油缸 7 鏟斗 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 13 3 3 設(shè)計方法 因為工作機(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 不管用什么方法確定各鉸接點的坐標(biāo)值 但最終都必須滿足對工作機(jī)構(gòu)設(shè)計提出的 各種要求 在運動學(xué)方面 必須滿足鏟斗舉升平動 自動放平 最大卸載高度 最小卸 載距離和各個位置的卸載角等要求 在動力學(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)計的圖解法 圖解法比較直觀 易于掌握 是目前工程設(shè)計時常用的一種方法 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 時工作工作機(jī)構(gòu)的九 個鉸接點的位置來實現(xiàn) 圖 3 5 鉸接點 B 的確定 3 4 1 動臂與鏟斗 搖臂 機(jī)架的三個鉸接點 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 沖選定長度比例尺 xOy 1 2 畫鏟斗圖 把已設(shè)計好的鏟斗橫截面外輪廓按比例畫在坐標(biāo)里 斗尖對準(zhǔn)坐標(biāo)原點xOy O 斗前臂與 x 軸呈前傾角 此為鏟斗插入料堆時位置 即工況 3 3 確定動臂與鏟斗的鉸接點 B 由于 B 點的 x 坐標(biāo)值越小 轉(zhuǎn)斗鏟取力就越大 所以 B 點靠近 O 點是有利的 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 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 點與連桿鏟斗鉸接點 C 的距離 使鏟取力 下降 綜合考慮各種因素的影響 設(shè)計時 一般根據(jù)坐標(biāo)圖上工況 I 時的鏟斗實際狀況 在 保證 B 點與 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mmyB350 240 B x 前提下 在坐標(biāo)圖上人為地把 B 點初步確定下來 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 14 1 以 B 點為圓心 使鏟斗順時針轉(zhuǎn)動 48o 即工況 2 把已選定的輪胎外廓畫在坐標(biāo)圖上 作圖時 應(yīng)使輪胎前緣與工況 時鏟斗后壁 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 K R 3 1 1 2 w w w d b b Hd R 式中 輪胎動力半徑 mm d R 輪轂直徑 mm w d 輪胎寬度 mm w b 輪胎斷面高度與寬度之比 取 0 7 w bH 輪胎變形系數(shù) 普通輪胎為 0 05 4 確定動臂與機(jī)架的鉸接點 A 3 2 m b b Hd R w w w d 714 0 05 0 15 237 0 2 25 4 25 1 2 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 B 點位置為 如圖 3 6 所示 i B A 1200 50 A B C1 C B 圖 3 6 連桿兩鉸接點的確定圖 2 以點為圓心 順時針旋轉(zhuǎn)鏟斗 48o 即得鏟斗被舉升到最高位置圖 工況 i B 3 連接 B并作其垂直平分線 因為 B 和點同在以 A 點為圓心 動臂 AB 長為 i B i B 半徑的圓弧上 所以 A 點必在 B的垂直平分線上 i B A 點位置盡可能低一點 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 點取在前輪右上方 與前軸心水平距離為軸距的處 2 1 3 1 A 點位置的變化 可借挪動點和輪胎中心點的位置來進(jìn)行 i B 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 15 5 確定動臂與搖臂的鉸接點 E E 點位置是一個十分關(guān)鍵的參數(shù) 它對連桿機(jī)構(gòu)的傳動比 倍力系數(shù) 連桿機(jī)構(gòu)的布 置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長度等都有很大影響 根據(jù)分析和經(jīng)驗 一般取 E 點在 AB 連線上方 其在 AB 連線上的投影點距 A 點 45 處 相對前輪胎 E 點在其外廓的左上部 3 4 2 機(jī)構(gòu)中 C D F 點的確定 因為 B E 兩點已被確定 所以再確定 C 和 D 點實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 兩點時 既要考慮對機(jī)構(gòu)運動學(xué)的要求 如必須保證鏟斗在各工況時的 轉(zhuǎn)角 又要注意動力學(xué)要求 如鏟斗在鏟裝物料時應(yīng)能輸出較大的鏟取力 同時 還要 防止前述各機(jī)構(gòu)運動被破壞的現(xiàn)象 為此 建議按下述方法進(jìn)行設(shè)計 按單搖桿條件設(shè)計六桿機(jī)構(gòu) 連桿與鏟斗鉸點 C 的位置影響連桿的受力和轉(zhuǎn)斗油缸 的行程 選擇時主要考慮當(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 100o 120o 取 113 BC 0 13 0 14 lD BC 0 14 2913 410 見圖 3 7 圖 3 7 確定連桿機(jī)構(gòu)圖解法簡圖 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)計時不僅考慮運動關(guān)系 而 且還應(yīng)考慮它們的強(qiáng)度和剛度 搖臂是形狀以及長短臂的比例關(guān)系及鉸點 E 的位置的確 定 主要考慮連桿的受力情況及它們在空間布置的方便和可能性 同時轉(zhuǎn)斗油缸的行程 及連桿的長度也不要過大 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 搖臂與動臂的鉸點 E 布置在動臂兩鉸點的連線 AB 的 中部偏上為 m 處 設(shè)計時初步取 m 0 11 0 18 lD m 0 15 2913 440 le 0 45 0 50 lD EF 0 22 0 24 lD EF 0 23 2913 670 DE 0 29 0 32 lD 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確定連桿 CD 的長度 轉(zhuǎn)斗油缸與 車架的鉸點 G 及行程 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 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) 畫出動臂和鏟斗在地面時鏟斗后傾 的位置及搖臂和動臂的鉸點 E 將動臂由最低到最高位置時的轉(zhuǎn)角分成若干等分 0 45 提升動臂到不同的角度 并保持后傾鏟斗的平移性 依次畫出 BC 的相應(yīng)位置 11C B 并使它們互相平行 然后畫出鏟斗在最大卸載高度時的卸載位置 取卸 22C B iiC B 載角 在這里 50 取得 假設(shè)鏟斗在最大卸載高度卸載時搖臂和連 00 50 45 iiC B 桿 CD 處在極端位置 即鉸接點 C D E 位于同一條直線上 則連桿 CD 的最小長度 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cEC ii 卸載位置時所對應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸活塞桿鉸接點位置 連接各點得一曲線 過 i F i F 點作此曲線的內(nèi)包圓弧 則圓弧的圓心 G 即為與車架的交接點 圓弧的半徑 G i F N N 既為轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝尺寸 i F min R 根據(jù)提升動臂過程中鏟斗保持平移的特性畫出相應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)油缸的鉸接點位置 得一曲線 以鉸接點 G 為圓心 過點做此曲線的外包圓弧 圓弧 N 的半徑 G i F i FN i F 即為轉(zhuǎn)斗油缸的最大安裝距離 轉(zhuǎn)斗油缸的行程 按下式計算 max R x l 3 3 minmax RRlx 當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)和鉸接點位置確定以后 根據(jù)上述作圖法所確定的轉(zhuǎn)斗油缸與車架鉸接 點 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臂的過程中 鏟斗在任 x l 何位置時的后傾角都不在地面時后傾角大 在動臂提升范圍內(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 可減小 BC 或的長度來滿足對卸載角的要求 x l 要實現(xiàn)動臂提升到最大卸載位置卸載后 動臂下放到地面時鏟斗即自動放平 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 舉升油缸與動臂和機(jī)架的鉸接點 H 及 M 點的確定 動臂舉升油缸的布置應(yīng)本著舉臂時工作力矩大 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 一般舉升油缸都布置在前橋與前后車架 的鉸接點之間的狹窄空間里 如圖 3 8 所示 一般 H 點選定在 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 ABAH 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 17 圖 3 8 動臂油缸鉸接點的確定 考慮到聯(lián)合鏟裝 邊抓入邊舉臂 工況的需要 在滿足 M 點最小離地高度要求的前 提下 令工況 時 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)計的結(jié)果 M 點往前橋方向靠是比較有利的 這樣做 可使動臂油缸在動臂整個舉升過程中 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的舉 升力不足 因為此時工作力臂往往較小或最小 但是 采用底部鉸接式油缸時 要使 M 點前移是比較困難的 它受前橋限制 支座布置也較麻煩 為克服 M 點前移的困難 可 采取 M 點上移 即加大 和 H 點向 B 點方向前移的辦法 使舉升動臂油缸幾乎呈水 M h 平狀態(tài) 計算證明 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 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 MAH MAHAH 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 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 18 圖 3 9 動臂舉升油缸兩鉸接點設(shè)計 3 5 確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程 3 5 1 動臂油缸的鉸接位置 確定動臂油缸與動臂及車架的鉸接點 H M 的位置 圖 3 9 通常參考同類樣機(jī) 同時考慮動臂油缸的提升力臂與行程的大小選定 H 點一般選在約為動臂長度的三分之一 處 且在動臂兩鉸接點的連線之上 以便留出鉸座位置 對曲線型動臂而言 動臂油 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 后者在動臂提升過程中 由于油缸下端的擺動 可以使動臂油缸的提升 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 在采用動臂油缸下端擺動的連接方式時 要注意 油缸下端在擺動過程中不與機(jī)體發(fā)生于涉 圖 3 10 動臂油缸的鉸接位置 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 19 3 5 2 動臂油缸行程的確定 H l 在選定動臂油缸鉸接點的位置后 便可用與求動臂長度相同的解析法或作圖法求出 其油缸行程 H l 3 4 mm H LLl minmax 式中 動臂油缸的最大安裝距離仍 M m Lmax H 動臂油缸的最小安裝距離 MH m Lmin AB 2913 mm AH 取 1457 mm 最小離地間隙一般350 1451 mm hmmhmm 此處取 作圖知道 圖 3 11 動臂油缸行程的設(shè)計 油缸最大長度 1941mm 最小長度 1201 mm 3 5 max min 1 62 m m h h 符合設(shè)計要求 3 6 最大卸載高度和最小卸載距離 鏟斗高位卸載時的卸載高度和卸載距離必須分別不小于設(shè)計任務(wù)給定的最大卸 x h x l 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 max h min l x h 時 將增加卸載沖擊 損壞運輸車輛 過大 雖然有利于裝車 但加大了工作機(jī)構(gòu)前懸 x l 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 max hhx min llx 在軌跡圖中測量出 max 30002970 x hmmhmm mmlmmlx12001200 min 所以滿足和的要求 max h min l 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 20 4 工作裝置的強(qiáng)度計算 工作裝置的強(qiáng)度計算包括 1 確定計算位置 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 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的鏟取位置 圖 4 1 作 0 5 為計算位置 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)實際作業(yè)時不可能使鏟斗切削刃均勻受載 但可簡化為兩種極端情況 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 的集中載荷來代替其均布載荷 稱為對稱受載情況 由于鏟斗偏鏟 料堆密實程度不 均 使載荷偏于鏟斗一例 形成偏載情況時 通常是將其簡化后的集中栽荷加在鏟斗側(cè) 邊第一斗齒上 裝載機(jī)的鏟掘過程通常可分如下三種受力情況 1 斗水平插入料堤 工作裝置油缸閉鎖 此時認(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 或提升動臂 靠動臂油缸 工作 鏟掘時 此時認(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 此時認(rèn)為水平力與垂直力同時作用在 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 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 21 1 對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 cKPx PPR max 此處根據(jù)已知取 4 2 KNPR MAX KPx 138 裝載機(jī)空載時的最大牽引力 maxKP P 插入力 c P 2 對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 l WL pz 5 54 2830 8571018 1 式中 W 裝載機(jī)滿載時的自重 tW185 0 5 17 裝載機(jī)重心到前輪與地面接觸點的距離 在此處取軸距的四分之一靠前 1 L 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 22 4 4 mm W W W WWL L875 0 0 7513427 1 1 式中 L 軸距 mmL3427 W 整車重量 W1 滿載時前橋負(fù)荷 取整機(jī)重量的 75 3 對稱水平力與垂直力同時作用的工況 圖 4 2g 此時垂直力由式 4 3 給出 水平力取發(fā)動機(jī)扣除工作油泵功率后 裝載機(jī)所能 發(fā)揮的牽引力 KP P 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 置是一個受力較復(fù)雜的空間超靜定系統(tǒng) 為簡化計算 通常要作如下假設(shè) 1 在對稱受載工況中 圖 4 2 a b c 由于工作裝置是個對稱結(jié)構(gòu) 故兩 動臂受的載荷相等 同時略去鏟斗及支承橫梁對動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)行計算 即 4 5 KNPPKNPP Y a Yx a X 25 27 5 54 2 1 2 1 69138 2 1 2 1 在偏載工況中 圖 3 22d e f 近似地用求簡支粱支反力的方法 求出分配于左 右動臂平面內(nèi)的等效力 圖 4 3b ba RR 與 4 6 a ZZ b Z a xX b x Z a ZX a x PPPPPP P a ba PP a ba P 由于 所以取進(jìn)行計算 b Y a Y b X a X RRRR a Y a X RR 與 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 23 圖 4 3b 中 870 989amm bmm 4 7 989870 138295 870 989870 54 5116 870 a X a Z PKN PKN 2 計算鏟斗重量 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 1 1 0 0 10GGGGGGD 又 4 9 gtStStSG K 2 211 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 m3 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 代入各項數(shù)據(jù)可得 NG680610785001 0 461 0 437 6 886 0 2 1 KNNGGD487 7748768061 11 1 1 3 認(rèn)為動臂軸線與連桿 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 折線或曲線來代替實際構(gòu)件 通過上面的分析與假設(shè) 就能將工作裝置這樣一個空間超靜定結(jié)構(gòu) 簡化為平面問 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 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 0 B M 121211 sincos lhPlPhP C a Z a X 4 11 KN lh lPhP P a Z a X c 184 6sin4006cos360 500 2 487 7sincos 1212 11 由 4 12 0cos 0 1Bc a X XPPX 所以 4 13 KN PPX c a XB 478 6cos184295 cos 0 1 由 4 14 0 2 sin 0 1 Da ZBc G PZPZ 則 4 15 KN G PPZ D c a ZB 5 15 7 3 2 19 2 487 7 6sin184 2 sin 0 1 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 DC PP 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 25 由圖示受力分析可知 連桿此時受拉 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 34332324 cossincossin 0 hPlPhPlP M FFDD E 4 18 KN PF 438 8sin1488cos551 6sin8006cos776 295 由 4 19 KN PPX PPXX DFE DFE 727 6cos2958cos438 coscos 0coscos 0 23 23 由 4 20 KN PPZ PPZZ DFE DFE 30 6sin2958sin438 sinsin 0sinsin 0 23 23 如圖 3 24d 所示 取動臂為脫離體 根據(jù)平衡原理 分析動臂的受力 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 26 由 4 21 KN lh lZhXlZhX P lZhXlZhXlhPM EEBB H EEBBHA 443 15sin33915cos742 904307907271527 5 152053478 sincos 0sincos 0 4546 6577 65774546 由 4 22 KN XXPX XXPXX EBHA EBHA 677 72747815cos443 cos 0cos 0 4 4 由 4 23 KN PZZZ ZZPZZ HEBA BEHA 160 15sin44330 5 15 cos 0sin 0 0 4 4 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 0 B M 121211 sincos lhPlPhP C a Z a X 4 25 KN lh lPhP P a Z a X c 495 6sin4006cos360 500 2 487 7sincos 1212 11 由 4 26 0cos 0 1Bc a X XPPX 所以 4 27 KN PPX c a XB 492 6cos4950 cos 0 1 由 4 28 0 2 sin 0 1 Da ZBc G PZPZ 則 4 29 KN G PPZ D c a ZB 61 2 487 7 6sin495116 2 sin 0 1 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 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 DC PP 由圖示受力分析可知 連桿此時受拉 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 34332324 cossincossin 0 hPlPhPlP M FFDD E 4 31 KN PF 735 18547 7728 495 由 4 32 KN PPX PPXX DFE DFE 1220 6cos4958cos735 coscos 0coscos 0 23 23 由 4 33 KN PPZ PPZZ DFE DFE 6 50 6sin4958sin735 sinsin 0sinsin 0 23 23 如圖 3 24d 所示 取動臂為脫離體 根據(jù)平衡原理 分析動臂的受力 由 4 34 KN lh lZhXlZhX P lZhXlZhXlhPM EEBB H EEBBHA 200 15sin68015cos806 742 6 5063912201767611853492 sincos 0sincos 0 4546 6577 65774546 由 4 35 KN XXPX XXPXX EBHA EBHA 921 122049215cos200 cos 0cos 0 4 4 由 4 36 KN PZZZ ZZPZZ HEBA BEHA 41 15sin200 6 5061 cos 0sin 0 0 4 4 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)度計算 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20142014 屆畢業(yè)設(shè)計屆畢業(yè)設(shè)計 28 4 4 工作裝置的強(qiáng)度校核 根據(jù)計算工況及其受力分析 即可按強(qiáng)度理論對工作裝置主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核 4 4 1 動臂 動臂可看成是支承在前車架 A 點和動臂油缸上鉸點 H 點的雙支點懸臂梁 圖 4 5 為簡化計算 將動臂主軸線分為 BI