ZL50型裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì).doc

ZL50型裝載機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì)第一章1.1 zl50裝載機(jī)的概述裝載機(jī)主要用來(lái)鏟、裝、卸、運(yùn)土和石料一類(lèi)散狀物料，也可以對(duì)巖石、硬土進(jìn)行輕度鏟掘作業(yè)。如果換不同的工作裝置，還可以完成推土、起重、裝卸其他物料的工作。在公路施工中主要用于路基工程的填挖，瀝青和水泥混凝土料場(chǎng)的集料、裝料等作業(yè)。由于它具有作業(yè)速度快，機(jī)動(dòng)性好，操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展很快，成為土石方施工中的主要機(jī)械。它的用途十分廣泛，不僅對(duì)散狀物料可以進(jìn)行鏟裝、搬運(yùn)、卸載及平整作業(yè)，也可以進(jìn)行輕度掘進(jìn)工作，而且若換裝相應(yīng)的工作裝置，還可以進(jìn)行推土、起重、裝卸木料及鋼管等作用，因此，它廣泛應(yīng)用到建筑、鐵路、公路、水電、港口、礦山、農(nóng)田基本建設(shè)及國(guó)防等工程中，對(duì)于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，加快工程建設(shè)速度，提高工程質(zhì)量起著重要的作用。ZL50為輪式裝載機(jī)額定載重量為50KN。ZL50系列輪式裝載機(jī)是一種高效率的工程機(jī)械，具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能可靠，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，操縱方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于礦山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，貨場(chǎng)，電站以及其他工業(yè)部門(mén)，進(jìn)行裝載，推土，鏟挖，起重，牽引等多種作業(yè)。對(duì)加快工程建設(shè)速度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度提高工程質(zhì)量降低工程成本都發(fā)揮著重要作用，因此近幾年來(lái)無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。1.2 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)要求裝載機(jī)的鏟掘和裝卸物料作業(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、連桿及轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸等組成。鏟斗與動(dòng)臂通過(guò)連桿或托架與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用于裝卸物料；動(dòng)臂、車(chē)架與動(dòng)臂油缸鉸接，用于升降鏟斗；鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動(dòng)臂的升降采用液壓操縱。基本設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)時(shí)要求由鏟斗、搖臂、連桿、轉(zhuǎn)斗油缸、動(dòng)臂、動(dòng)臂油缸及車(chē)架互相鉸接所構(gòu)成的連桿機(jī)構(gòu)，應(yīng)保證在裝載機(jī)作業(yè)時(shí)滿足以下幾點(diǎn)。(1)：鏟斗的平移能力，及當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，動(dòng)臂在動(dòng)臂在動(dòng)臂油缸的作用下提升，連桿機(jī)構(gòu)能使鏟斗保持平移或使斗底平面與水平面夾角的變化控制在允許的范圍，以免裝滿物料的鏟斗由于傾斜而抖落物料。(2)：一定大小的卸載角，及當(dāng)動(dòng)臂處于任何作業(yè)位置時(shí)，在轉(zhuǎn)斗油缸的作用下通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞絞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且卸載角不小于45度(3)：鏟斗的自動(dòng)放平能力，即在動(dòng)臂下降時(shí)，鏟斗能自動(dòng)方平，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：根據(jù)作業(yè)對(duì)象和工作條件確定工作裝置的結(jié)構(gòu)類(lèi)型；完成鏟斗、動(dòng)臂及連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算與校核；完成工作裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)輪式裝載機(jī)的工作裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其科技成果在滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的同時(shí)，應(yīng)做到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)字化、智能化、模塊化和注重綠色設(shè)計(jì)。按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工制造、使用保護(hù)、維修的同時(shí)，設(shè)計(jì)目標(biāo)預(yù)期應(yīng)達(dá)到：（1）具有較強(qiáng)的作業(yè)能力，鏟斗插入料堆的阻力要??；（2）在料堆中鏟掘的能力大、能耗??；（3）工作機(jī)構(gòu)的各桿件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度壽命合理；（4）結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要，效率高；（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制造和維修容易，操作使用方便。尺寸設(shè)計(jì)要求: 試設(shè)計(jì)ZL50型裝載機(jī)反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)工作裝置。已知該工作裝置的鏟斗容量Vp=3 m3，卸載高度H=2.85m，鏟斗寬度B=2.94m，上下?lián)u臂為曲線型，動(dòng)臂按曲線型結(jié)構(gòu)考慮，其轉(zhuǎn)角=90。g=1.5，z=1.2，k=0.14，b=0.4，=50，1=8。1.3 裝載機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)標(biāo)志裝載機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)有鏟斗容量、額定載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、整機(jī)質(zhì)量、最大行駛速度、最小轉(zhuǎn)彎半徑、最大牽引力、最大掘起力、最大卸載高度、卸載距離、工作裝置動(dòng)作三項(xiàng)和等。ZL50型的參數(shù)如下：鏟斗容量： 一般指鏟斗的額定容量，為鏟斗平裝容量與堆尖部分體積之和，3 m3 。額定荷重：指在保證裝載機(jī)穩(wěn)定工作的前提下，鏟斗的最大荷重，50KN。發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率：發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率又稱(chēng)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率或總功率，是表明裝載機(jī)作業(yè)能力的一項(xiàng)重要參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)功率分為有效功率和總功率，有效功率是指在29C 和746mmHg（1mmHg=133.322Pa）壓力情況下，在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上實(shí)有的功率（也稱(chēng)飛輪功率）。國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)上所標(biāo)有的功率一般指總功率，即包括發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率和風(fēng)扇、燃油泵、潤(rùn)滑油泵、濾清器等輔助設(shè)備所消耗的功率。164kw。整機(jī)質(zhì)量（工作質(zhì)量）：指裝載機(jī)設(shè)備應(yīng)有的工作裝置和隨機(jī)工具，加足燃油，潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)都加足液體，并且?guī)в幸?guī)定形式和尺寸的空載鏟斗和司機(jī)標(biāo)定質(zhì)量（75kg3kg）時(shí)的主機(jī)質(zhì)量。它關(guān)系到裝載機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和附著性能，170 kn 。最大行駛速度：指鏟斗空載，裝載機(jī)行駛于堅(jiān)硬的地面上，前進(jìn)和后退各檔能達(dá)到最大速度，它影響裝載機(jī)的生產(chǎn)率和安排施工方案，(010) km/h 。最小轉(zhuǎn)彎半徑：指自輪胎中心或后輪外側(cè)或鏟斗外側(cè)所構(gòu)成的弧線至回轉(zhuǎn)中心的距離，6680 mm 。最大牽引力：指裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)輪緣上所產(chǎn)生的推動(dòng)車(chē)輪前進(jìn)的作用力。裝載機(jī)的附著質(zhì)量越大，則可能產(chǎn)生的最大牽引力越大，140 kN 。最大卸載高度：指動(dòng)壁處于最高位置，鏟斗傾角為45時(shí)，從地面到斗刃最低點(diǎn)之間的垂直距離，2850 mm 。卸載距離：一般指在最大卸載高度時(shí)，從裝載機(jī)本體最前面一點(diǎn)（包括輪胎或車(chē)架）到斗刃之間的水平距離，1430 mm 。工作裝置動(dòng)作三項(xiàng):指鏟斗提升、下降、卸載三項(xiàng)時(shí)間的總和，單位為 s 。第二章、鏟斗的設(shè)計(jì) 鏟斗是工作裝置的重要部件，裝載機(jī)工作時(shí)用它直接鏟掘、裝載、運(yùn)輸和傾卸物料。鏟斗直接與物料接觸，是裝、運(yùn)、卸的工具，工作時(shí)，它被推壓插入料堆鏟取物料，工作條件惡劣，要承受很大的沖擊力和劇烈的磨損，因此鏟斗設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)裝載機(jī)的作業(yè)能力有較大的影響。為了保證鏟斗的設(shè)計(jì)質(zhì)量，首先應(yīng)當(dāng)合理的確定鏟斗的結(jié)構(gòu)及幾何尺寸，以降低鏟斗插入物料的阻力。其次要保證鏟斗有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性，使之具有合理的使用壽命。2.1 鏟斗的設(shè)計(jì)要求 (1)：插入及掘進(jìn)阻力小，效率高 (2)：具有足夠的強(qiáng)度、剛性和耐磨性 (3)：適應(yīng)鏟裝不同種類(lèi)和重要的物料，備有不同結(jié)構(gòu)的形式和斗容的鏟斗 (4)：鏟斗的裝滿性好2.2 鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)裝載物料不同，切削刃有直線型和非直線型。前者形式簡(jiǎn)單，有利于鏟平地面，但鏟裝阻力較大。后者又有V形和弧形等，由于這種刃中間突出，鏟斗插入料堆時(shí)可使插入力集中作用在斗刃的中間部分，所以插入阻力較小，容易插入料堆，并有利于減少偏載插入，但鏟斗裝滿系數(shù)要比前者小鏟斗斗刃上可以有斗齒，也可以沒(méi)有斗齒。若斗刃上裝有斗齒時(shí)，斗齒將先于切削刃插入料堆，由于它比壓大，所以比不帶齒的切削刃易于插入料堆，插入阻力能減小20%左右，特別是對(duì)料堆比較密實(shí)、大塊較多的情況，效果尤為顯著，因此礦用裝載機(jī)一般都是帶斗齒。斗齒結(jié)構(gòu)分為整體式和分體式兩種，一般斗齒是用高錳鋼制成的整體式，用螺栓固定在鏟斗斗刃上，中小型裝載機(jī)多采用這種形式。為便于斗齒磨損后更換和節(jié)約斗齒金屬，也有使用雙段斗齒的，如圖3-1所示。 圖3-1 雙段斗齒 1齒尖； 2齒坐； 3鋼銷(xiāo)這種斗齒的齒尖與齒坐的配合面為錐面，兩者配合情況良好。裝配時(shí)，先置入有彈性的金屬橡皮，然后再?gòu)纳线吇驈南逻呁叫武N(xiāo)孔中打入鋼銷(xiāo)3即可。由于拆卸方便，齒尖一邊磨損后可以翻轉(zhuǎn)再使用，從而延長(zhǎng)使用壽命。大型裝載機(jī)由于作業(yè)條件差、斗齒磨損嚴(yán)重，故常采用這種分體式斗齒。斗齒的形狀和間距對(duì)切削阻力是有影響的。一般中型裝載機(jī)鏟斗的斗齒間距為250300mm左右，太大時(shí)由于切削刃將直接參與插入工作，使阻力增大，太小時(shí)，齒間易于卡住石塊，也將增大工作阻力。長(zhǎng)而窄的齒要比段而寬的齒插入阻力小，但太窄又容易損壞，所以齒寬以每厘米長(zhǎng)載荷不大于500600kg為宜。2.3 鏟斗的基本參數(shù)的確定該工作裝置的鏟斗容量Vp=3 m3，卸載高度H=2.85m，鏟斗寬度B=2.94m，上下?lián)u臂為曲線型，動(dòng)臂按曲線型結(jié)構(gòu)考慮，其轉(zhuǎn)角=90。g=1.5，z=1.2，k=0.14，b=0.4，=50，1=8。（1）鏟斗的寬度B: 鏟斗的寬度應(yīng)大于裝載機(jī)兩前輪外側(cè)間的寬度，每側(cè)要寬出50100mm。否則，產(chǎn)狀物料或者分層鏟取土?xí)r，所形成的階梯地面不僅會(huì)損傷輪胎的側(cè)面，而且還會(huì)引起輪胎的打滑影響牽引力的發(fā)揮。（2）鏟斗回轉(zhuǎn)半徑R0鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑是指鏟斗與動(dòng)臂轉(zhuǎn)鉸的中心B 與切削刃之間的距離。由于鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑不僅影響鏟起力的大小，而且與裝載機(jī)的卸載高度和卸載距離等總體參數(shù)有關(guān)，所以鏟斗的其他參數(shù)都是根據(jù)它來(lái)確定。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R0 按以下公式計(jì)算： 式中： Vp 幾何斗容量容，取3m；B 0 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，取2890m；lg 鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù)，1.5；l z后壁長(zhǎng)度系數(shù)，1.2；l k擋板高度系數(shù)，0.14；lr 圓弧半徑系數(shù)，0.4；g0 張開(kāi)角，取50；g1 擋板與后壁間的夾角，取8。根據(jù)以上參數(shù)得到：R0=1307.73(3) 鏟斗的斷面參數(shù)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：后斗臂長(zhǎng)度lz：指出后斗壁上緣到與斗底相交點(diǎn)的距離擋板高度lk：斗上緣到斗底圓弧與后壁相切點(diǎn)的距離：圓弧半徑R1：鏟斗與動(dòng)臂鉸銷(xiāo)距斗底的高度: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)壁切削刃與擋板的夾角為。因此取0=550，切削角0=350。(4) 斗容的計(jì)算 1：幾何斗容（平裝斗容）無(wú)擋板的面積：式中：由鏟斗的幾何劃分可得974983.43有擋板的面積：式中：為有擋板的面積a擋板到刮平線的高度，可近似為擋板的高度a=183.08mmb為鏟斗刀刃與擋板最上部之間的距離b=1485.44mm其中a、b、由下圖的幾何關(guān)系和角度關(guān)系可確定A=S1+S2+S3+S4+S5 式中 S1扇形AGF 的面積,單位m2； S2直角三角形GFN，單位m2； S3直角三角形GAC，單位m2；S4三角形CGN，單位m2； S5直角三角形CND，單位m2可知=974983.43，=1109923.462: 額定斗容（堆裝斗容）無(wú)擋板鏟斗的斗容式中：b為鏟斗刀刃與斗背最上部之間的距離；為物料按2：1的坡度堆裝的體積有擋板鏟斗的額定斗容式中：c為物料堆積的高度；為物料按2：1的坡度堆積的體積。其中第三章. 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(shū)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 t 輪 距： 2200 mm 軸 距： 2760 mm 輪 胎 規(guī) 格： 23.525 最大 卸載 高度： 2850 mm 最小 卸載 距離： 1430 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(chē)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(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(kāi)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(wèn)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(guò)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工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)由裝載機(jī)工作裝置的自由度分析可知，工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)均為封閉運(yùn)動(dòng)鏈的單自由度的平面低副運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其桿件數(shù)目應(yīng)為4、6、8、10、等。對(duì)裝載機(jī)工作裝置而言，盡管桿件數(shù)目越多越能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但同時(shí)鉸接點(diǎn)的數(shù)目也隨之增加，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越難在動(dòng)臂上進(jìn)行布置。因此，實(shí)際上裝載機(jī)工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)多為八桿以下機(jī)構(gòu)。這樣，按組成工作裝置連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)不同，裝載機(jī)工作裝置可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿機(jī)構(gòu)；按輸入與輸出桿轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相同；反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相反。綜合國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)工作裝置可知，其連桿機(jī)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)主要有下列幾種。1、 正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)斗缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗鏟取，所以鏟取力較大；各構(gòu)件設(shè)計(jì)合理時(shí)，鏟斗能獲得較好的舉升平動(dòng)性能；連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比較大，鏟斗能獲得較大的卸載角和卸載速度，因此卸載干凈，速度快；因傳動(dòng)比大，還可以適當(dāng)減小連桿機(jī)構(gòu)的尺寸，因而可以改善司機(jī)的視野。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鏟斗自動(dòng)放平性較差。組成一個(gè)自由度的平面八桿機(jī)構(gòu)共有16種基本結(jié)構(gòu)形式。由于連桿機(jī)構(gòu)要布置在動(dòng)臂上，所以有可能作為裝載機(jī)工作裝置的僅有兩種方案：其一，是由2個(gè)四鉸構(gòu)件和6個(gè)兩鉸構(gòu)件組成（a）；其二，是由1個(gè)四鉸構(gòu)件、2個(gè)三鉸構(gòu)件和5個(gè)兩鉸構(gòu)件組成（f）?？梢?jiàn)，八桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式很多，需進(jìn)行選擇使用。目前，裝載機(jī)工作裝置八桿機(jī)構(gòu)有以下兩種結(jié)構(gòu)形式：由b組成的工作裝置如圖a、b所示。由e組成的工作裝置如圖c所示。 八桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方案 八桿機(jī)構(gòu)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式2、 六桿機(jī)構(gòu) 六桿機(jī)構(gòu)工作裝置是目前裝載機(jī)上使用最為普及的一種結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于單自由度的六桿機(jī)構(gòu)，只能有兩個(gè)三鉸構(gòu)件和4個(gè)兩鉸構(gòu)件組成，其傳遞方案如圖所示。其中，圖b 所示方案目前在裝載機(jī)上尚未采用；圖a 所示方案形成的工作裝置，是以三鉸構(gòu)件1為動(dòng)臂、構(gòu)件2為鏟斗、構(gòu)件4為搖臂、構(gòu)件6為機(jī)架。 六桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方案根據(jù)轉(zhuǎn)斗油缸布置位置的不同，可以作為裝載機(jī)工作裝置的六桿機(jī)構(gòu)，常見(jiàn)的有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：1） 轉(zhuǎn)斗缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖a） 以圖的構(gòu)件3為轉(zhuǎn)斗缸，其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗缸直接與搖臂相連接，易于設(shè)計(jì)成兩個(gè)平行的四連桿機(jī)構(gòu)，鏟斗平移性較好；同八桿機(jī)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，司機(jī)視野較好。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔進(jìn)油，鏟掘力相對(duì)較??；連桿機(jī)構(gòu)傳力比小，使得轉(zhuǎn)斗缸活塞行程較大，轉(zhuǎn)斗缸加長(zhǎng)，卸載程度不如八桿機(jī)構(gòu)；由于轉(zhuǎn)斗缸前置，使得工作裝置的整體重心外移，增大了工作裝置的前懸量，影響整機(jī)的穩(wěn)定性和行駛時(shí)的平穩(wěn)性；鏟斗不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放平。 六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式2） 轉(zhuǎn)斗缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（b） 以圖a 的構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗缸，并布置在動(dòng)臂的上方。與轉(zhuǎn)斗缸前置式相比，機(jī)構(gòu)前懸較小，傳動(dòng)比較大，活塞行程較短；有可能將動(dòng)臂、轉(zhuǎn)斗缸、搖臂和連桿機(jī)構(gòu)的中心線設(shè)計(jì)在同一平面內(nèi)，從而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，改善了動(dòng)臂和鉸銷(xiāo)的受力狀態(tài)。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)斗缸與車(chē)架的鉸接點(diǎn)位置較高，影響了司機(jī)的視野，其他同前置式。3） 轉(zhuǎn)斗缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖c） 仍以構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗缸，但將其布置在動(dòng)臂下方。在鏟掘收斗作業(yè)時(shí)，以油缸大腔工作，故能產(chǎn)生較大的掘起力。但組成工作裝置的各構(gòu)件不易布置在同一平面內(nèi)，構(gòu)件受力狀態(tài)較差。4） 轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖d） 以圖a 的構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗缸，將其布置在動(dòng)臂上面，轉(zhuǎn)斗缸小腔作用時(shí)進(jìn)行鏟掘。這種機(jī)構(gòu)又稱(chēng)為“Z”形連桿機(jī)構(gòu)（Z-bar Linkage）。該機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是，鏟斗插入時(shí)轉(zhuǎn)斗缸大腔進(jìn)油，并且連桿機(jī)構(gòu)的傳力比可以設(shè)計(jì)成較大值，故可獲得較大的掘起力；二是，合理設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸，不僅可以得到良好的鏟斗平移性能，而且可以實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)放平；三是，結(jié)構(gòu)十分緊湊，前懸小，司機(jī)視野好。缺點(diǎn)是搖臂和連桿布置在鏟斗和前橋之間的狹窄部位，各構(gòu)件間易于發(fā)生干涉。5） 轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖e） 以圖a 的構(gòu)件3為轉(zhuǎn)斗缸，布置在靠近鏟斗處，鏟掘時(shí)靠小腔作用?，F(xiàn)在這種機(jī)構(gòu)很少用。3、正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)（圖a） 該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)成鏟斗舉升平動(dòng)；前懸較小。缺點(diǎn)是鏟掘轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔作用，輸出力較??；連桿機(jī)構(gòu)的傳力比難以設(shè)計(jì)成較大值，所以鏟掘力相對(duì)較小；轉(zhuǎn)斗缸行程較大，油缸結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)；鏟斗卸載時(shí)，活塞桿易與鏟斗底部相碰，減小了卸載角；機(jī)構(gòu)不易實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平。4、 正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu)（圖b） 該機(jī)構(gòu)是在正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在活塞桿和鏟斗之間增加一根短連桿演變而成的，從而克服了正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)卸載時(shí)活塞桿易與斗底相碰的不足。當(dāng)鏟斗端平時(shí)，短連桿與活塞桿靠油缸拉力和鏟斗重力拉成一直線，合為一桿；而當(dāng)鏟斗卸料時(shí)，短連桿能相對(duì)活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而避免了活塞桿與斗底相碰。a）正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu) b）正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu)本工作裝置選取的是：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。 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)是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。3.2反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)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FG、搖臂DEF、連桿CD、鏟斗BC、動(dòng)臂 BEA 、機(jī)架AG六個(gè)構(gòu)件組成，由于AG和BC轉(zhuǎn)向相反，所以此機(jī)構(gòu)稱(chēng)為反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)舉升油缸閉鎖時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞 G 點(diǎn)做定軸運(yùn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，舉升油缸動(dòng)作時(shí)，鏟斗將做復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即一邊隨動(dòng)臂對(duì) A 進(jìn)行牽引運(yùn)動(dòng)，同時(shí)有相對(duì)動(dòng)臂繞 G 點(diǎn)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖反轉(zhuǎn)六連桿的運(yùn)動(dòng)分析：若把油缸分解成兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)移動(dòng)副，則反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)放入活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為 n=8，運(yùn)動(dòng)低副數(shù) PL=11,應(yīng)用計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度公式 F=3n-2PL ，可得其自由度為 2。因?yàn)橛透拙鶠檫\(yùn)動(dòng)件，所以整個(gè)機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)的圖解法： 圖解法是在初步確定了最大卸載高度、最小卸載距離、卸載角、輪胎尺寸和鏟斗幾個(gè)尺寸等整機(jī)參數(shù)后進(jìn)行的，它通過(guò)坐標(biāo)圖上確定工況二時(shí)工作機(jī)構(gòu)的9個(gè)鉸接點(diǎn)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。1：動(dòng)臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn)G、B、A的確定首先建立坐標(biāo)系畫(huà)鏟斗圖如:把已經(jīng)設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面外輪廓圖按比例畫(huà)入坐標(biāo)系里，斗尖對(duì)原點(diǎn)，斗臂與x軸成5度，插入物料里，即工況一；確定動(dòng)臂與鏟斗的鉸接點(diǎn)G:G點(diǎn)離x坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗掘進(jìn)力就越大，但他受到斗底和最小離地距離高度的限制，不能隨意減小，而y的坐標(biāo)值增大時(shí)，斗在料堆中鏟取面積增大，裝的物料就多了，這樣就縮小G點(diǎn)與鏟斗鉸接點(diǎn)f的距離，使掘進(jìn)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)上工況一時(shí)的鏟斗實(shí)際狀況保證G點(diǎn)y軸坐標(biāo)值yg=250300mm和x軸坐標(biāo)值x值盡可能小而且不與斗底接觸干涉前提下G的坐標(biāo)為（1287.2，0）確定動(dòng)臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn)A:以G鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，至鏟斗斗口與x軸平行為之為工況二。把輪胎畫(huà)到外輪廓坐標(biāo)上，做圖時(shí)間隙盡可能小，目的是機(jī)構(gòu)緊湊、前懸小但一般不小于50mm；輪胎中心z的y坐標(biāo)的值應(yīng)該等于輪胎的工作半徑。式中，為Z點(diǎn)的y的坐標(biāo)值；為輪輞的直徑；為輪胎的寬度；為輪胎斷面高度和寬度的比，一般為1；為輪胎變形系數(shù)(0.10.16)。 根據(jù)給定的最大卸載高度、最小卸載距離和卸載角，畫(huà)出卸載的位置，即工況四，并令此時(shí)斗尖和G點(diǎn) 連接倆個(gè)G點(diǎn)并作垂直平分線，A在倆點(diǎn)連線上。A點(diǎn)在垂直平分線上的點(diǎn)盡量第一點(diǎn)，以提高穩(wěn)定性，改善視線，一般A點(diǎn)在輪的右上方，到z中心點(diǎn)的水平距離是前輪軸距的，得1000，即A到中心為1000mm。 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。如圖47所示，根據(jù)分析和經(jīng)驗(yàn)，一般取B點(diǎn)在AG連線上方，其在AG連線上的投影點(diǎn)距A點(diǎn)45%處。相對(duì)前輪胎，G點(diǎn)在其外廓的左上部。2 連桿與鏟斗和搖臂的倆個(gè)鉸接點(diǎn)F、E的確定因?yàn)镚、B兩點(diǎn)已被確定，所以再確定F和E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)GFEB的尺寸。 確定B 、E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)F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EF的有效分力較大，以發(fā)揮比較大的掘起力。通常GF與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑之間的夾角=100o120o,取=113;GF=（0.130.14）l,GF=0.142913=410.（見(jiàn)圖33）。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(guò)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=(0.110.18)lE，m=0.152913=440.lB=(0.450.50)lE，CB=（0.220.24）lD，CB=0.232913=670。BE=（0.290.32）lE , BE=0.322913=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EF的長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)斗油缸與車(chē)架的鉸點(diǎn)D及行程。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(huà)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)B；將動(dòng)臂由最低到最高位置時(shí)的轉(zhuǎn)角分成若干等分，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(huà)出GF的相應(yīng)位置：、，并使它們互相平行；然后畫(huà)出鏟斗在最大卸載高度時(shí)的卸載位置（取卸載角），在這里=50取得。假設(shè)鏟斗在最大卸載高度卸載時(shí)搖臂和連桿EF處在極端位置，即鉸接點(diǎn)F、E、B位于同一條直線上，則連桿EF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(guò)點(diǎn)作此曲線的內(nèi)包圓弧，則圓弧的圓心D即為與車(chē)架的交接點(diǎn)，圓弧的半徑D既為轉(zhuǎn)斗油缸的最小安裝尺寸。 根據(jù)提升動(dòng)臂過(guò)程中鏟斗保持平移的特性畫(huà)出相應(yīng)的搖臂與轉(zhuǎn)斗油的鉸接點(diǎn)位置得一曲線，以鉸接點(diǎn)D為圓心，過(guò)點(diǎn)做此曲線的外包圓弧，圓弧N的半徑D，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： （33）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(chē)架鉸接點(diǎn)D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(guò)程中，鏟斗在任何位置時(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。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(guò)程中，上翻角即可.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(chē)架的鉸接點(diǎn)之間的狹窄空間里。如圖3-4所示，一般H點(diǎn)選定在AG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?？紤]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10o15o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(guò)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，如圖所示，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)臂油缸幾乎呈水平狀態(tài)，計(jì)算證明，這樣布置也能得到較好的舉升特性。3.3動(dòng)臂的形狀與結(jié)構(gòu) 動(dòng)臂形狀一般可以分為直線形和曲線形兩種。直線形動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，并且受力情況較好，通常正轉(zhuǎn)式連桿工作裝置采用較多；曲線形動(dòng)臂，一般反轉(zhuǎn)式連桿采用較多，這種結(jié)構(gòu)形式的動(dòng)臂可以使工作裝置的布置更為合理。動(dòng)臂的斷面結(jié)構(gòu)形式有單板、雙板和箱型三種。單板動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、但其強(qiáng)度和剛度較低，小型裝載機(jī)采用較多，大、中型裝載機(jī)對(duì)動(dòng)臂的強(qiáng)度和剛度要求較高，則多采用雙板或箱型斷面的, 動(dòng)臂。為了減輕工作裝置的重量，動(dòng)臂的斷面尺寸一般按等強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)。 3.4結(jié)構(gòu)的模型設(shè)計(jì)通過(guò)以上的設(shè)計(jì)，確定了各個(gè)鉸接點(diǎn)的位置，同時(shí)設(shè)計(jì)好了的外形前提下，在ProE軟件畫(huà)圖為基礎(chǔ):第四章、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；4.1 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(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為5度時(shí)的鏟取位置作為計(jì)算位置，且假定外裁荷作用在鏟斗的切削刃上。由于物料種類(lèi)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(chēng)為對(duì)稱(chēng)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)在鏟掘作業(yè)過(guò)程中，通常有以下三種受力工況：鏟斗水平插入料堆，工作裝置油缸閉鎖，此時(shí)可認(rèn)為鏟斗斗刃只受水平插入阻力的作用。鏟斗水平插入料堆，翻轉(zhuǎn)鏟斗或舉升動(dòng)臂鏟取物料時(shí)，認(rèn)為鏟斗斗齒只受垂直掘起阻力的作用。鏟斗邊插入邊收斗或邊插入邊舉臂進(jìn)行鏟掘時(shí)，認(rèn)為鏟斗斗齒受水平插入阻力與垂直掘起阻力的同時(shí)作用。如果將對(duì)稱(chēng)載荷和偏載情況分別與上述三種典型受力工況相組合，就可得到鏟斗六種典型的受力作用工況1. 對(duì)稱(chēng)水平力的作用工況(圖42a)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： (41)此處根據(jù)已知取 （42）裝載機(jī)空載時(shí)的最大牽引力， 插入力。2. 對(duì)稱(chēng)垂直力的作用工況(圖42b)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321)，其最大值為 （4-3）式中 W裝載機(jī)滿載時(shí)的自重； 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。 （44） 式中L 軸距。 W整車(chē)重量。 W1滿載時(shí)前橋負(fù)荷，取整機(jī)重量的75。3對(duì)稱(chēng)水平力與垂直力同時(shí)作用的工況(圖42g)此時(shí)垂直力由式(43)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。4受水平偏載的作用工況(圖42d)5受垂直偏載的作用工況(圖42e)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42f)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(chēng)受載工況中(圖42 a、b、c)，由于工作裝置是個(gè)對(duì)稱(chēng)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(323a)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： （45）在偏載工況中(圖322d、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43b)： （4-6）由于，所以取進(jìn)行計(jì)算。(圖43b)中 (47) 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10G1，則 (48) 又 (49) 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=0.975m2 t=0.025m S2=6.894 m2 SK=0.538 m2 代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)可得： 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(guò)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(guò)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(wèn)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(lèi)同。(a)水平偏載（Pxa=464.6KN,PZa=0） 如圖44a所示，取鏟斗為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析鏟斗的受力：由 （410） （411） 由 （412） 所以 （413） 由 (414) 則 （415） 如圖324b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： （416）由圖示受力分析可知，連桿此時(shí)受拉。如圖44c所示，取搖臂為脫離體，根據(jù)平衡原理，分橋搖臂的受力； 由 （417） (418)由 （419）由 （420）如圖324d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 （421）由 （422）由 （423）b）垂直偏載（Pxa=0,Pza=167.9KN）與求水平偏載一樣，如圖44a所示，取鏟斗為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析鏟斗的受力：由 （424） （425）由 （426）所以 （427）由 （428）則 （429） 如圖324b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： （430）由圖示受力分析可知，連桿此時(shí)受拉。如圖44c所示，取搖臂為脫離體，根據(jù)平衡原理，分橋搖臂的受力； 由 （430） (431)由 （432）由 （433）如圖324d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 （434）由 （435） 由 （436）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。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(chē)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45)，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。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) （437）式中 M計(jì)算斷面上的彎矩（）； 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） （438）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（m3）； JZ計(jì)算斷面時(shí)對(duì)中性軸Z的慣性矩（m4）； 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） （439）圖45 動(dòng)臂強(qiáng)度校核圖強(qiáng)度計(jì)算中許用應(yīng)力按下式選取 （440）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n1.11.5，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n1.5，此處取n=1.8。則 MPa BI段：彎矩 (441)軸向力 (442)剪力 (443)參考柳工856型裝載機(jī)，取動(dòng)臂厚b=60mm，寬h=200mm則m3 (444)F=bh=0.06x0.2=12x10-3m2 (445)將式(441)(442) (443) (444)及(445)代入式（437）和(439)得： IJ段：彎矩 (446)軸向力 (447)剪力 (448)參考柳工856型裝載機(jī)，取動(dòng)臂厚b=60mm，寬h=450mm則m3 (449)F=bh=0.06x0.45=27x10-3m2 (450)將式(446)(447) (448) (449)及(450)代入式（437）和(439)得： 4.4.2 鉸銷(xiāo)裝載機(jī)工作裝置鉸銷(xiāo)的一般結(jié)構(gòu)形式及受力情況，如圖46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(xiāo)。所謂密封式鉸銷(xiāo)，就是鉸銷(xiāo)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(xiāo)和軸套銷(xiāo)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(xiāo)的強(qiáng)度計(jì)算都采用下面的計(jì)算公式：銷(xiāo)軸的彎曲應(yīng)力： （451）銷(xiāo)軸的彎曲應(yīng)力； 計(jì)算載荷，為鉸點(diǎn)所受載荷之半；銷(xiāo)軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算長(zhǎng)度， ，式中L1、a、d的意義如圖46所示； （452） W銷(xiāo)軸的抗彎斷面系數(shù)， 。銷(xiāo)軸支座的擠壓應(yīng)力： （4-53）銷(xiāo)軸套的擠壓應(yīng)力： （454）式中軸套的支承長(zhǎng)度。鉸銷(xiāo)材料選用40Cr,其S=800MPa,則 MPa現(xiàn)將各個(gè)鉸銷(xiāo)的參數(shù)列于下表：表41 鉸銷(xiāo)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(guò)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： （455）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324b中有：則 m2取連桿截面為圓形截面，直徑D=80mm，則 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 （456）將連桿簡(jiǎn)化成一端鉸支一端固定的梁，即=0.7，則 （457） （458） 因?yàn)?,所以不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力。由經(jīng)驗(yàn)公式知 （459） 因?yàn)?,所以cr=s=350MPa Fcr=Acr=1758KN （460）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)cos7o=57KN （461）所以 （462）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47。DE段：軸向力剪力彎矩 搖臂材料選用16Mn，其屈服極限s=360MPa，n=1.8,則=360/1.8=200MPa截面MM處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力按如下公式計(jì)算： (MPa) （437）式中 M計(jì)算斷面上的彎矩（）； 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） （438）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（m3）； JZ計(jì)算斷面時(shí)對(duì)中性軸Z的慣性矩（m4）； 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） （439）E點(diǎn)橫截面圖形見(jiàn)圖48。將此截面在AutoCAD中做成面域，查詢(xún)可得 所以 圖47 搖臂強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖EF段；軸向力剪力彎矩 圖48 搖臂E點(diǎn)截面形狀圖和DE段一樣，此處截面NN如圖48。參考文獻(xiàn)1 陳海虹，唐緒文.工程機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京大學(xué)出版社，2016.82 秦四成.工程機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京：科學(xué)出版社，2003.53 吳慶鳴，何小新，劉華英，等.工程機(jī)械設(shè)計(jì)M.武漢：武漢大學(xué)出版社，2006.44 程建輝.工程機(jī)械總體與工裝設(shè)計(jì)M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012.65 秦四成.現(xiàn)代工程機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)及應(yīng)用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.26 林慕義，張福生.車(chē)輛底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì)M.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.17 趙克利，孔德文.底盤(pán)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.9.袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀