課程設(shè)計(jì)--zl20裝載機(jī)反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)工作裝置的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、裝載機(jī)工作裝置介紹1</p><p><b>　　二、鏟斗的設(shè)計(jì)2</b></p><p>　　2.1 鏟斗的介紹2</p><p>　　2.2 鏟斗的斷面形狀和基本參數(shù)的確定4</p><p&

2、gt;　　2.3 斗容的計(jì)算7</p><p>　　2.4 斗鉸點(diǎn)位置的確定9</p><p><b>　　三、動(dòng)臂的設(shè)計(jì)9</b></p><p>　　3.1 動(dòng)臂長(zhǎng)度9</p><p>　　3.2 動(dòng)臂鉸點(diǎn)的確定9</p><p>　　四、反轉(zhuǎn)斗連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)11</

3、p><p>　　4.1 斗四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)11</p><p>　　4.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析12</p><p>　　4.3 程序代碼：17</p><p>　　4.4 運(yùn)行結(jié)果：18</p><p>　　4.5 ZL20裝載機(jī)參數(shù)24</p><p>　　4.6 轉(zhuǎn)斗缸

4、四連桿設(shè)計(jì)24</p><p>　　五、 心得體會(huì)25</p><p>　　六、 參考文獻(xiàn)25</p><p>　　一、裝載機(jī)工作裝置介紹</p><p>　　裝載機(jī)的工作裝置是由鏟斗、升降動(dòng)臂的液壓缸、連桿機(jī)構(gòu)組成，用以完成鏟掘、裝載作業(yè)。對(duì)中小型裝載機(jī)，一般還常配有可以更換的工作裝置，以適應(yīng)多種作業(yè)的需要。</p>

5、<p>　　裝載機(jī)工作裝置應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：</p><p>　　1.鏟斗的運(yùn)動(dòng)軌跡符合作業(yè)要求，即要滿(mǎn)足鏟掘、裝載的要求；</p><p>　　2.要滿(mǎn)足卸載高度和卸載距離的要求，并保證動(dòng)臂在任何位置都能卸凈鏟斗中的物料；</p><p>　　3.在滿(mǎn)足作業(yè)要求的前提下，工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自重輕、受力合理、強(qiáng)度高；</p><p>

6、　　4.保證駕駛員具有良好的工作條件，確保工作安全，視野良好，操作簡(jiǎn)單和維修方便。</p><p>　　原始的裝載機(jī)工作裝置如圖1—1所示，鏟斗與動(dòng)臂固定，若轉(zhuǎn)斗液壓缸不動(dòng)，當(dāng)動(dòng)臂提升時(shí)，鏟斗和動(dòng)臂一起繞著定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，斗的傾角隨著動(dòng)臂轉(zhuǎn)角的增大而增大，使斗中物料撒落，為使物料不撒落，要求動(dòng)臂舉升時(shí)，鏟斗應(yīng)相對(duì)動(dòng)臂向前傾，以補(bǔ)償鏟斗隨動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的后傾，實(shí)現(xiàn)鏟斗接近平移運(yùn)動(dòng)。這樣的運(yùn)動(dòng)通常是由連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。<

7、;/p><p>　　圖1—2所示，為一個(gè)由機(jī)架、動(dòng)臂拉桿和框架（斗）組成的工作裝置連桿機(jī)構(gòu)，動(dòng)臂和拉桿的一端與車(chē)架鉸接，另一端則與框架鉸接。斗和斗液壓缸固定在框架上。動(dòng)臂舉升時(shí)，動(dòng)臂與機(jī)架的夾角α改變，引起框架和動(dòng)臂的夾角ß改變，由于斗裝在框架上，故斗相對(duì)于動(dòng)臂產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂舉升時(shí)，斗在空間的運(yùn)動(dòng)，可以為斗跟隨動(dòng)臂一起繞定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的牽連運(yùn)動(dòng)和相對(duì)動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成。</p><p&

8、gt;　　若動(dòng)臂轉(zhuǎn)角△α（即斗的牽連運(yùn)動(dòng)），通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)使框架（斗）相對(duì)于動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)△ß（斗的相對(duì)運(yùn)動(dòng)），則斗在空間的實(shí)際轉(zhuǎn)角為：</p><p><b>　　△γ=△α+△ß</b></p><p>　　若△α≈-△ß，則△γ≈0，即使動(dòng)臂在舉升時(shí)，斗在空間基本上無(wú)轉(zhuǎn)角變化。</p><p>　　圖1—1最簡(jiǎn)單的工

9、作裝置</p><p>　　圖1—2帶框架的工作裝置</p><p>　　1-動(dòng)臂；2-框架；3-拉桿</p><p><b>　　二、鏟斗的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 鏟斗的介紹</p><p>　　鏟斗是鏟裝物料的工具，它的斗型與結(jié)構(gòu)是否合理，直接影響裝載機(jī)的生產(chǎn)率，在設(shè)計(jì)工作

10、裝置連</p><p>　　桿之前，首先要確定鏟斗的幾何形狀和尺寸，因?yàn)?lt;/p><p>　　它與連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有密切的關(guān)系。設(shè)計(jì)鏟斗首先要具有合理的斗型，以減少切削和裝料阻力，提高作業(yè)生產(chǎn)率，其次是在保證鏟斗具有足夠強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量減少自重，同時(shí)也應(yīng)考慮到更換工作裝置和修復(fù)易換零件（切削刃、斗點(diǎn)）的方便。</p><p>　　1. 普通鏟斗的構(gòu)造（圖2—1

11、）</p><p>　　圖2—1鏟斗形式和構(gòu)造</p><p>　　1-主切削刃；2-側(cè)刀刃；3-擋板；4-護(hù)壁</p><p>　　直刀刃鏟斗；b）V形刀刃鏟斗；c)帶斗齒鏟斗；</p><p>　　d）V形刀刃帶斗鏟斗</p><p>　　圖2—1所示是一個(gè)焊接結(jié)構(gòu)的鏟斗，底板上的主切削刃1和側(cè)板上側(cè)刀刃2均由耐磨

12、材料制成；在鏟斗上方有擋板3把斗后壁加高，以防止斗舉高時(shí)物料向后撒落。斗底上鑲有耐磨材料制成的護(hù)壁4，以保護(hù)斗底，并加強(qiáng)斗的剛度。</p><p>　　直線(xiàn)型刀刃適宜用于轉(zhuǎn)載輕質(zhì)和松散小顆粒物料，并可以利用刀刃作刮平、清理場(chǎng)地工作；V形刀刃便于插入料堆，有利于改善 作用裝置的偏載，適宜于鏟裝較密實(shí)物料。由于其刀刃突出，影響卸載高度。</p><p>　　通常在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)都采用帶齒的鏟斗，因

13、為斗齒的作用是鏟斗插入物料時(shí)，減少鏟斗與物料的作用面積使插入力集中在斗齒上，破壞物料結(jié)構(gòu)，因而帶齒的斗具有較大的插入料堆的能力，適宜于裝礦石和堅(jiān)硬的物體，齒型的鏟斗的選擇使提高鏟斗的壽命，使鏟斗的插入力減小，如果齒變鈍了易于更換和維修，設(shè)計(jì)時(shí)采用分體式鏟斗。（如圖2—2）</p><p>　　圖2—2帶分體式斗齒鏟斗</p><p>　　鏟斗的截面形狀如圖2—2所示，它的基本形狀由一段圓弧

14、、兩段直線(xiàn)所焊接而成的基本的斗狀圓弧的半徑r、張開(kāi)角γ、后臂高h(yuǎn)、底臂長(zhǎng)l等四個(gè)參數(shù)決定的，圓弧半徑大，物料進(jìn)入鏟斗的流動(dòng)性能好，有利于減少物料裝入斗內(nèi)的阻力，卸料快而干凈，但圓弧半徑過(guò)大，斗的張開(kāi)角大，不易于裝滿(mǎn)，且鏟斗外形高，影響駕駛員的視野。后臂過(guò)小則容易漏料，過(guò)大則增加鏟斗的外形影響駕駛員的視野底臂長(zhǎng)，則斗的插入料堆深度大，斗易于裝滿(mǎn)，但 鏟起力由于力臂的增加而減少，底臂長(zhǎng)度小則鏟起力大，且由于卸料時(shí)鏟斗刃口降落的高度小，可以減

15、少動(dòng)臂舉升高度，縮短作業(yè)時(shí)間。</p><p>　　2.2 鏟斗的斷面形狀和基本參數(shù)的確定</p><p>　　斗的斷面形狀由圓弧半徑r、張開(kāi)角γ、后臂高度h、和底臂長(zhǎng)l等四個(gè)參數(shù)決定。如圖2—3所示，</p><p>　　圓弧半徑r越大，物料進(jìn)入鏟斗的流動(dòng)性越好，有利于減少物料裝入斗內(nèi)的阻力，卸載快而干凈，但r過(guò)大，斗的開(kāi)口大，不易裝滿(mǎn)，且鏟斗的外形較高，影響駕

16、駛員觀察鏟斗刃的工作情況。 </p><p>　　圖2—3鏟斗截面的基本參數(shù) </p><p>　　后壁高h(yuǎn)和底壁長(zhǎng)h是指斗上緣至圓弧與后壁切點(diǎn)的距離，h過(guò)小則易漏料，過(guò)大則增加鏟斗外形，影響駕駛員視線(xiàn)。</p><p>　　根據(jù)圖2—3鏟斗截面基本參數(shù)：</p><p>　　已知該工作機(jī)構(gòu)的額定載重量Q=2t </p>&

17、lt;p>　　由土壤的自然重度公式得 V=mg/γ=20/20=1</p><p>　　在應(yīng)用中采用平裝斗容來(lái)計(jì)算鏟斗的截面面積的基本參數(shù)，鏟斗的截面面積：</p><p><b>　?。?—1） </b></p><p>　　鏟斗的幾何容積V=S×B，則可以建立下式：</p><p><b&

18、gt;　?。?—2）</b></p><p>　　式中V—平裝斗容量圖2—4所示陰影面積由設(shè)計(jì)給定；</p><p><b>　　B—鏟斗的凈寬度；</b></p><p>　　λ—鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù)，λ=L/R；</p><p>　　λ—后斗壁長(zhǎng)度，λ=L/R；</p><p>　　L

19、—后斗壁長(zhǎng)度，是指由后斗壁上緣至斗壁與</p><p>　　斗底延長(zhǎng)線(xiàn)相交點(diǎn)的距離； </p><p><b>　　Q=2t</b></p><p><b>　　V=1</b></p><p>　　λ—擋板高度系數(shù)，λ=L/R；</p><p><b>　　Lk—擋

20、板高度；</b></p><p>　　λ— 圓弧半徑系數(shù)，λ=r/R；</p><p>　　γ―斗底與后斗壁間的夾角,又稱(chēng)斗張開(kāi)角；</p><p>　　γ—擋板與后斗壁的夾角。</p><p>　　圖2—4鏟斗斗型計(jì)算 </p><p>　　由式（2—2）可見(jiàn)，已知V、B，只要選定λg、λz、λk、λr等

21、系數(shù)值和γ、γ1值，即可求得新鏟斗的基本R。為此，實(shí)測(cè)所選樣機(jī)鏟斗的下列數(shù)據(jù)R,Lg,Lk,Lr,r,γ1和γ值，并分別計(jì)算出λg,λz,λk和λr值，帶入（2—1）式，即可求得新鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R，由基本參數(shù)R，根據(jù)所選定的各系數(shù)值，即可求得新鏟斗的其他參數(shù)值。</p><p>　　鏟斗側(cè)板切削刃，相對(duì)于斗底的傾交α0=50°～60°，取α0=60°。</p><

22、p>　　根據(jù)已知條件取合適的值：</p><p>　　取γ=8°、λr =0.4、λk=0.13、λz =1.15、λg =1.5、γ=50°把以上數(shù)據(jù)代入式（2—2）得鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑：</p><p><b>　　α0=60</b></p><p><b>　　γ=8°</b><

23、/p><p><b>　　λr =0.4</b></p><p><b>　　λk=0.13</b></p><p><b>　　λz=1.15</b></p><p><b>　　λg =1.5</b></p><p><b&g

24、t;　　γ=50°</b></p><p>　　并由R得到以下數(shù)值：</p><p>　　鏟斗的橫截面面積 S= V/B=1/1.9=0.526㎡;</p><p>　　后 斗 臂 長(zhǎng) 度Lz =1.15×0.958=1.1017m;</p><p>　　斗 底 長(zhǎng) 度Lg =1.5×0

25、.958=1.437m;</p><p>　　擋 板 高 度Lk =0.13×0.958=0.12454m;</p><p>　　鏟 斗 圓 弧 半徑 r = 0.4×0.958=0.3832 m;</p><p>　　鏟斗與動(dòng)臂鉸銷(xiāo)距斗底的高度：=0.1=0.0948m</p><p>　　2.3 斗容的計(jì)算

26、</p><p>　　根據(jù)確定的鏟斗幾何尺寸即可計(jì)算鏟斗的容量。</p><p>　　1.平裝容量（幾何容量）Vp:</p><p>　　鏟斗的平裝斗容分為裝有當(dāng)板和無(wú)擋板兩種。我選用有擋板鏟斗：</p><p><b>　?。?）平裝斗容V</b></p><p>　　V=SB-2ab/3 m

27、 （2—3）</p><p>　　式中：S—鏟斗橫截面積等于0.526㎡</p><p>　　B—鏟斗內(nèi)側(cè)寬度等于1.9m</p><p><b>　　a—擋板高度</b></p><p>　　b—鏟斗刀刃與擋板最上部之間的距離</p><p><b>　?。ㄈ鐖D2—5），</

28、b></p><p>　　由圖知a==0.13=0.12454m，</p><p><b>　　b=</b></p><p><b>　　==1.122m</b></p><p><b>　　S= (㎡)</b></p><p>　　式中：——扇

29、形AGF的面積(㎡)</p><p>　　——直角三角形GFN的面積(㎡)</p><p><b>　　R=0.958m</b></p><p><b>　　S=0.526</b></p><p><b>　　㎡</b></p><p><b>

30、;　　Lz=</b></p><p><b>　　1.1017m </b></p><p><b>　　Lg=</b></p><p><b>　　1.437m</b></p><p><b>　　Lk=</b></p><

31、p><b>　　0.12454m</b></p><p><b>　　r=</b></p><p><b>　　0.3832m</b></p><p><b>　　=0.0948m</b></p><p><b>　　S=0.526㎡<

32、;/b></p><p><b>　　B=1.9m</b></p><p>　　a=0.12454m</p><p><b>　　b=1.122m</b></p><p>　　——直角三角形GAC的面積(㎡)</p><p>　　——三角形CGN的面積(㎡)</p

33、><p>　　——直角三角形CND的面積(㎡)</p><p>　　=GF×=0.3832×=0.1665(㎡)</p><p>　　=GF×FN=× 0.3832×=0.0536(㎡)</p><p>　　=GA×CA=×0.3832×=0.1179 (㎡)<

34、/p><p><b>　　=</b></p><p>　　CN=1.115m CG==0.7248m </p><p>　　NG= =0.4745m</p><p><b>　　=1.157m</b></p><p>　　==0.1197(㎡)</p>&l

35、t;p>　　=ND×CN=××1.115=0.069(㎡)</p><p>　　==0.1665+0.0536+0.1179+0.1179+0.0069=0.5267 (㎡)</p><p>　　把以上數(shù)據(jù)代入公式（2-3）得：</p><p>　　平裝斗容：=0.5267×1.9-=0.989m3</p>

36、<p>　?。?）堆裝容量VH（額定斗容量）</p><p>　　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：</p><p>　　VH= V＋bB/8－[b(a+c)]/6 </p><p><b>　　=0.1665㎡</b></p><p><b>　

37、　=</b></p><p><b>　　0.0536㎡</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　0.1179㎡</b></p><p><b>　　CN=1.115m</b></p><

38、p>　　CG=0.7248m</p><p>　　NG=0.4745m</p><p><b>　　P=1.157m</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　0.1197㎡</b></p><p><b&g

39、t;　　=</b></p><p><b>　　0.069㎡</b></p><p><b>　　=5267 ㎡</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　0.989m3</b></p><

40、p>　　C —物料堆積高度（m）</p><p><b>　　=0.343(m)</b></p><p>　　所以VH=1.0264 m3</p><p>　　=1.0264 (m3) 與所給額定斗容1 (m3) 相差2.64﹪，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2.4 斗鉸點(diǎn)位置的確定</p>

41、;<p>　　動(dòng)臂與斗的連接鉸點(diǎn)（簡(jiǎn)稱(chēng)下鉸點(diǎn)）的位置應(yīng)盡量使鏟斗在鏟掘位置時(shí)布置在靠近切削與地面。下鉸點(diǎn)靠近鏟斗切削刃，則轉(zhuǎn)斗時(shí)力臂l小，有利于增加作用在刀刃上的鏟起力。下鉸點(diǎn)靠近地面，可減少在作業(yè)時(shí)，由插入阻力所引起的附加力矩(ph,見(jiàn)圖2—6），此力矩將影響掘起力值。對(duì)裝載輕質(zhì)物料的鏟斗，其下鉸點(diǎn)允許高一些，以增加回轉(zhuǎn)半徑R，增加轉(zhuǎn)斗時(shí)斗刃所掃過(guò)的料堆面積，從而提高鏟斗物料的裝滿(mǎn)程度。下鉸點(diǎn)距離斗底高度一般可取h=（0

42、.06～0.15）R。即： </p><p>　　下鉸點(diǎn)距斗底高度h=0.1×0.0958=0.0958m。</p><p><b>　　三、動(dòng)臂的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1 動(dòng)臂長(zhǎng)度</b></p><p>　　動(dòng)臂長(zhǎng)度決定于動(dòng)臂與機(jī)架的鉸點(diǎn)位置和動(dòng)臂與鏟斗的鉸點(diǎn)

43、的位置。</p><p>　　3.2 動(dòng)臂鉸點(diǎn)的確定</p><p>　　動(dòng)臂下鉸點(diǎn)在動(dòng)臂舉升最高位置A1由所需的</p><p>　　最大卸載高度Hmax和相應(yīng)的卸載距離S確定。動(dòng)</p><p>　　臂的下鉸點(diǎn)在動(dòng)臂下落時(shí)的位置A2則應(yīng)盡量靠近輪胎，以減少對(duì)傾覆軸的力臂，縮短整機(jī)總長(zhǎng)，但</p><p>　　應(yīng)保

44、證鏟斗上翻時(shí)，斗與輪胎有一定的間隙。</p><p>　　動(dòng)臂繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)至最高和最低位置時(shí)，要求其下鉸點(diǎn)分別落在A1和A2位置上，則A1和A2兩點(diǎn)必在</p><p><b>　　C=0.343m</b></p><p>　　VH=1.0264 m3</p><p><b>　　h=0.0958m</b

45、></p><p>　　同一圓弧上，故動(dòng)臂與機(jī)架鉸接點(diǎn)（簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)臂上</p><p>　　鉸點(diǎn)）應(yīng)在A1A2連線(xiàn)的垂直平分線(xiàn)上。上鉸點(diǎn)在該</p><p>　　平分線(xiàn)上的具體位置由總體布置確定。上鉸點(diǎn)O的位置將影響動(dòng)臂轉(zhuǎn)角和動(dòng)臂的最大外伸距離。由圖3—1可見(jiàn)，O點(diǎn)靠后布置，可減少動(dòng)臂轉(zhuǎn)角（δ<δ’)和動(dòng)臂最大外伸距離（l<l')，有利于整機(jī)的

46、穩(wěn)定。但O點(diǎn)布置太后面，對(duì)駕駛室的布置造成困難，可能影響駕駛員的操作安全。對(duì)鉸接式裝載機(jī)則還受到折腰鉸接點(diǎn)位置的限制。</p><p>　　動(dòng)臂的長(zhǎng)度決定于動(dòng)臂與機(jī)架的鉸點(diǎn)位置（上鉸點(diǎn)）和動(dòng)臂與鏟斗的鉸點(diǎn)（下鉸點(diǎn)）的位置。動(dòng)臂上鉸點(diǎn):在確定了A1、A2、則上鉸點(diǎn)O一定在由A1、A2、連線(xiàn)的垂直平分線(xiàn)上，具體位置由總體布置確定，O點(diǎn)向后布置可減少和最大外伸 ，有利于整機(jī)穩(wěn)定，但靠后布置受駕駛室布置及折腰鉸點(diǎn)位置限

47、制。動(dòng)臂的上、下鉸點(diǎn)位置確定后，就可以用計(jì)算或作圖法確定動(dòng)臂長(zhǎng)度。如圖3—1，</p><p>　　圖3—1動(dòng)臂上鉸點(diǎn)位置的確定 </p><p>　　根據(jù)已知條件可知：轉(zhuǎn)角δ=90°；</p><p>　　取鏟斗離輪胎的距離為△=0.1m；</p><p>　　卸載高度H=2.5m；</p><p>&l

48、t;b>　　δ=90°</b></p><p><b>　　△=0.1m</b></p><p><b>　　H=2.5m</b></p><p>　　下鉸點(diǎn)距離地的高度h=0.0958m；</p><p>　　則Φ=arcsin（h/R）= arcsin（0.0958/

49、0.958）</p><p><b>　　≈5.74°；</b></p><p><b>　　又有γ=50°；</b></p><p>　　γ+Φ=50°+5.74°=55.74°；</p><p>　　L=Rsin55.74°=0.958

50、sin55.74°=0.7918m；</p><p>　　A1A2垂直距離b=2.5-0.0958+0.7918=3.196m</p><p><b>　　取 ∠A1=90°</b></p><p>　　則β角為55.74°-45°=10.74°；</p><p>　　則

51、A1A2=b/cos10.74°=3.253m；</p><p>　　OA1=3.253/2cos45°=2.3m。</p><p>　　四、反轉(zhuǎn)斗連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)題目的設(shè)計(jì)要求可得，要求工作裝置設(shè)計(jì)成斗四連桿機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)是在產(chǎn)掘位置時(shí)的傳動(dòng)角大，轉(zhuǎn)斗液壓缸以大腔作用，能產(chǎn)生較大的崛起力。我設(shè)計(jì)反轉(zhuǎn)六連桿工作裝

52、置，采用以動(dòng)臂為固定件的圖解法來(lái)設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)，把六連</p><p>　　桿分成兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)（即斗四連桿和斗油缸四連桿機(jī)構(gòu)）分別設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　?。?）鏟斗運(yùn)動(dòng)軌道符合作業(yè)要求。</p><p>　?。?）滿(mǎn)足動(dòng)臂在任意位置都能卸載，即卸載角。</

53、p><p>　?。?）連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角盡可能大，以提高傳動(dòng)效率。</p><p>　　（4）作業(yè)時(shí)，各構(gòu)件間無(wú)運(yùn)動(dòng)干涉。</p><p>　　4.1 斗四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) </p><p>　　1.斗四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求：</p><p>　?。?）滿(mǎn)足斗（相對(duì)動(dòng)臂）的轉(zhuǎn)角范圍，在轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，傳動(dòng)角大于10°轉(zhuǎn)角

54、范圍比較大。傳動(dòng)角取得比較大較難，但傳動(dòng)角最小值時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)受載不大，因此傳動(dòng)角可小些但不得小于10°。如圖4—1 </p><p><b>　　h=0.0958m</b></p><p><b>　　Φ=</b></p><p><b>　　5.74°</b></p>

55、<p><b>　　γ=50°</b></p><p><b>　　L=0.7918m</b></p><p><b>　　b=3.196m</b></p><p><b>　　β=</b></p><p><b>　　1

56、0.74°</b></p><p><b>　　A1A2=</b></p><p><b>　　3.253m</b></p><p><b>　　OA1=2.3m</b></p><p>　　圖4—1鏟斗的轉(zhuǎn)角范圍 &l

57、t;/p><p>　?。?）斗四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比應(yīng)符合掘起力變化規(guī)律要求。即在鏟掘位置附近力傳動(dòng)比比較大，以保證有足夠的掘起力。</p><p>　?。?）連桿尺寸要適當(dāng)，考慮結(jié)構(gòu)布置的可能性和合理性。</p><p>　　4.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析 </p><p><b>　　1.運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)：</b></p>

58、<p>　　（1）動(dòng)臂提升時(shí)，收斗角變化不大，因而在不增加動(dòng)臂在最高位置的收斗的條件下，可加大動(dòng)臂在下部位置的收斗角，這樣即可提高鏟掘是的裝滿(mǎn)程度，避免撒料。</p><p>　?。?）卸料時(shí)，轉(zhuǎn)斗角速度小，易于控制卸料速度，減少卸料沖擊。圖4—2所示是正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)和反轉(zhuǎn)連桿工作裝置在動(dòng)臂處于舉升高度時(shí)鏟斗卸載速度隨鏟斗轉(zhuǎn)角的變化曲線(xiàn)，很明顯，在鏟斗卸載的后期（鏟斗切削刃與水平面夾角γ<0）反

59、轉(zhuǎn)連桿的卸載速度顯著下降。</p><p>　　圖4—2卸載速度雖鏟斗轉(zhuǎn)角變化曲線(xiàn)</p><p>　　（3）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)效率，鏟斗自頂部降至地面時(shí)，無(wú)需操縱轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗自動(dòng)回到鏟掘位置，簡(jiǎn)化操作，提高功效.</p><p>　　圖4—3以動(dòng)臂為固定件的連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖</p><p>　　由圖4—3可以看成兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)組合而成的（轉(zhuǎn)斗缸四

60、連桿機(jī)構(gòu)ABCD和斗四連桿機(jī)構(gòu)DEFG），由兩種不同的線(xiàn)條標(biāo)出。</p><p>　　2.運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析</p><p>　　斗四連桿機(jī)構(gòu)是雙搖桿機(jī)構(gòu)，其最長(zhǎng)桿d與最短桿a之和應(yīng)大于是b與c長(zhǎng)度之和，即</p><p><b>　　a＋d＞b＋c</b></p><p>　　a—鏟斗上下鉸點(diǎn)連線(xiàn)長(zhǎng) </p

61、><p>　　b—斗上鉸點(diǎn)和下?lián)u臂連桿長(zhǎng) </p><p><b>　　c—下?lián)u臂長(zhǎng) </b></p><p>　　d—搖臂鉸支點(diǎn)與動(dòng)臂下鉸點(diǎn)之連線(xiàn)長(zhǎng)度。</p><p>　　1）斗四連桿機(jī)構(gòu)斗鉸線(xiàn)的最大轉(zhuǎn)角范圍</p><p>　　當(dāng)機(jī)構(gòu)桿件長(zhǎng)度確定后，為保證最小傳動(dòng)角≧ 10°，

62、則該機(jī)構(gòu)所容許的最大轉(zhuǎn)動(dòng)范圍ω也就確定</p><p><b>　　了。</b></p><p>　　斗四連桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角的位置有兩個(gè)，如圖4—4所示：</p><p>　　圖4—4斗四連桿的最小傳動(dòng)角位置</p><p>　　一個(gè)是當(dāng)斗鉸線(xiàn)a在右端極限位置，a、b桿所夾的銳角為最小傳動(dòng)角，作輔助線(xiàn)e 得到：<

63、/p><p>　　可得 </p><p><b>　　D桿與e線(xiàn)之夾角</b></p><p>　　由此可得，a桿在右端極限位置b桿夾角為10°時(shí)，</p><p>　　a桿與d桿之最大夾角為：</p><p>　　另一個(gè)是斗鉸線(xiàn)在左端位置，當(dāng)搖臂c轉(zhuǎn)至d</p>

64、<p>　　桿相重合時(shí)，由解析幾何可以證明，a,b桿所夾之銳角為最小傳動(dòng)角γmin.其值可由三角關(guān)系求得：</p><p>　　如上述求得的γmin ≥10°，則說(shuō)明該機(jī)構(gòu)斗鉸線(xiàn)a在左端位置均能滿(mǎn)足傳動(dòng)角要求。由于我們不希望斗四桿機(jī)構(gòu)出現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)變化，故其極限位置是當(dāng)c、b桿拉直時(shí)，此時(shí)a、d之夾角為：</p><p>　　如上述求得γmin≥10°，則說(shuō)

65、明該機(jī)構(gòu)為保證</p><p>　　傳動(dòng)角≥10°，c與d桿不可能達(dá)到重合位置?？闪瞀胢in=10°，應(yīng)用三角關(guān)系可求得φmax。</p><p>　　由上述斗鉸線(xiàn)的兩個(gè)極限位置即可求得該機(jī)構(gòu)所允許的最大轉(zhuǎn)角范圍ωmax</p><p>　　ωmax=φmax＋τmax</p><p>　　3.斗四連桿機(jī)構(gòu)的最大力傳動(dòng)比&

66、lt;/p><p>　　斗四連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿b的力作用線(xiàn)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的桿件轉(zhuǎn)動(dòng)中心連線(xiàn)分為兩端如圖4—5所示，由力學(xué)三心定理可知：分截點(diǎn)即為a、c 桿件的相對(duì)瞬心，則二桿件角度之比等于該二桿件相對(duì)瞬心距離的反比。即</p><p>　　ωc/ωa=x/(d-x)</p><p>　　如果不計(jì)摩擦的損失，得：</p><p><b>

67、　　ωcMc=ωaMa</b></p><p>　　則：Ma/ Mc=x/(d-x)</p><p>　　式中Ma ，Mc—分別為桿件a、c的力矩。</p><p>　　式中可見(jiàn)，x值越大，則Ma/ Mc值越大，設(shè)計(jì)要求</p><p>　　鏟掘位置時(shí)x值在極大值附近。</p><p>　　圖4—5力傳動(dòng)比

68、最大值的位置</p><p>　　斗四連桿機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)度確定后，x值有如下關(guān)系。</p><p>　　設(shè)連桿b的兩端點(diǎn)在d桿為x軸的直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為（x1,y1)和（x2,y2),可列出連桿直線(xiàn)方程</p><p>　　由圖4—5可見(jiàn)： </p><p><b>　　代入上式經(jīng)簡(jiǎn)化得 </b></p&g

69、t;<p>　　令即可求得該機(jī)構(gòu)在x達(dá)到極限值時(shí)的斗鉸線(xiàn)a與d桿的夾角EJ，在此位置，該機(jī)構(gòu)獲得最大力傳動(dòng)比。</p><p>　　4.斗四連桿尺寸的選擇</p><p><b>　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料：</b></p><p>　　K= 0.98,a/d=0.26～0.36,c/d=0.46～0.72。</p><

70、p>　　在選擇長(zhǎng)度比時(shí)，若斗的轉(zhuǎn)角范圍大，k和c/d值應(yīng)取大些；若k和a/d值取小些，則可以使連桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角增大。取定一連桿長(zhǎng)度值，即可根據(jù)已選擇之長(zhǎng)度比確定四連桿各構(gòu)件尺寸。</p><p>　　連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)可變性很大，每選定一組k、a/d、c/d值，即相應(yīng)有一機(jī)構(gòu)方案。利用上述運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的計(jì)算式，即可求得每一個(gè)方案為保證最大傳動(dòng)角所允許的最大轉(zhuǎn)角范圍ωmax，以及最大力傳動(dòng)比位置的a、d

71、桿夾角EJ.</p><p>　　為了能迅速確定機(jī)構(gòu)參數(shù)，并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，我們把k、a/d、c/d在上述推薦范圍內(nèi)的數(shù)值按一定步長(zhǎng)變化，利用電子計(jì)算機(jī)很容易算出相應(yīng)每組k、a/d、c/d值所對(duì)應(yīng)的一組</p><p>　　Ωmax、φmax、γmin和EJ值，將它們列成表，利用此表使選的方案在滿(mǎn)足下列條件的前提下，確定機(jī)構(gòu)的初始位置：</p><p>　　4.3

72、 程序代碼：</p><p>　　#include<iostream></p><p>　　#include<iomanip></p><p>　　#include<cmath></p><p>　　using namespace std;</p><p>　　int main()&

73、lt;/p><p>　　{ double K=0.97, A=0.3, C=0.55,x=0.01,y=0.005 ;</p><p>　　double B=0.0;</p><p><b>　　K= 0.98</b></p><p>　　a/d=0.26～0.36</p><p>　　c/d=0.

74、50～0.60</p><p>　　double Wmax,faimax,Tmax,swap1,swap2; </p><p>　　//聲明 最大角 桿的極限角 </p><p>　　double Vmin=0.0; </p><p>　　double m=0.1/x; n=0.1/y;</p><p>　　cout

75、<<setw(8)<<"a/d"<<setw(8)<<"c/d"<<setw(8)</p><p>　　<<"b/d"<<setw(8)<<"Wmax"<<setw(8)<<"faimax"<

76、;/p><p>　　<<setw(8)<<"Vmin"<<endl;</p><p>　　for(int i=0;i<=m;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(int j=0;j<=n;j++)</p>

77、<p><b>　　{ </b></p><p>　　B=K+A-C; swap1=acos((1+B*B+A*A-C*C-2*A*B*( cos(3.14*17/18) ))/(2*sqrt( A*A+B*B-2*A*B*( cos(3.14*17/18) ) )));//給 兩個(gè)角賦值</p><p>　　swap2=asin(B

78、*sin(3.14*17/18)/sqrt( A*A+B*B-2*A*B*cos(3.14*17/18) ));</p><p>　　Tmax=swap1-swap2; faimax=acos( (A*A+1-B*B-2*B*C-C*C)/(2*A) );</p><p>　　Wmax=(faimax+Tmax)*180/3.14;//最大角度</p><p>

79、;　　Vmin=acos( ( A*A+B*B-(1-C)*(1-C) )/(2*A*B) )*180/3.14;</p><p><b>　　//最小角度</b></p><p>　　cout<<setw(8)<<A<<setw(8)<<C<<setw(8)<<B</p><

80、p>　　<<setw(10)<<Wmax<<setw(10)<<faimax*180/3.14</p><p>　　<<setw(10)<<Vmin<<endl;</p><p><b>　　C+=y;</b></p><p><b>　　}&l

81、t;/b></p><p><b>　　A+=x;</b></p><p><b>　　C=0.55;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　return 0;</b></p><p>&

82、lt;b>　　} </b></p><p>　　4.4 運(yùn)行結(jié)果：</p><p>　　a/d c/d b/d Wmax faimax Vmin</p><p>　　0.3 0.55 0.72 175.237 150.71 20.0285</p><p>

83、　　0.3 0.555 0.715 175.635 150.71 19.982</p><p>　　0.3 0.56 0.71 176.034 150.71 19.9349</p><p>　　0.3 0.565 0.705 176.432 150.71 19.8869</p><p>　　0.

84、3 0.57 0.7 176.831 150.71 19.8382</p><p>　　0.3 0.575 0.695 177.23 150.71 19.7886</p><p>　　0.3 0.58 0.69 177.628 150.71 19.7382</p><p>　　0.3

85、0.585 0.685 178.027 150.71 19.687</p><p>　　0.3 0.59 0.68 178.427 150.71 19.6348</p><p>　　0.3 0.595 0.675 178.826 150.71 19.5818</p><p>　　0.3 0.

86、6 0.67 179.226 150.71 19.5278</p><p>　　0.3 0.605 0.665 179.627 150.71 19.4728</p><p>　　0.3 0.61 0.66 180.028 150.71 19.4169</p><p>　　0.3 0.615

87、0.655 180.43 150.71 19.3599</p><p>　　0.3 0.62 0.65 180.833 150.71 19.3019</p><p>　　0.3 0.625 0.645 181.236 150.71 19.2429</p><p>　　0.3 0.63 0.6

88、4 181.641 150.71 19.1827</p><p>　　0.3 0.635 0.635 182.046 150.71 19.1214</p><p>　　0.3 0.64 0.63 182.452 150.71 19.059</p><p>　　0.3 0.645 0.625

89、 182.86 150.71 18.9953</p><p>　　0.3 0.65 0.62 183.268 150.71 18.9304</p><p>　　0.31 0.55 0.73 175.28 151.083 19.5628</p><p>　　0.31 0.555 0.725 17

90、5.684 151.083 19.5165</p><p>　　0.31 0.56 0.72 176.088 151.083 19.4695</p><p>　　0.31 0.565 0.715 176.491 151.083 19.4218</p><p>　　0.31 0.57 0.71 176

91、.894 151.083 19.3732</p><p>　　0.31 0.575 0.705 177.298 151.083 19.3238</p><p>　　0.31 0.58 0.7 177.701 151.083 19.2736</p><p>　　0.31 0.585 0.695 178.

92、104 151.083 19.2226</p><p>　　0.31 0.59 0.69 178.507 151.083 19.1707</p><p>　　0.31 0.595 0.685 178.91 151.083 19.1179</p><p>　　0.31 0.6 0.68 179.3

93、14 151.083 19.0641</p><p>　　0.31 0.605 0.675 179.718 151.083 19.0094</p><p>　　0.31 0.61 0.67 180.123 151.083 18.9538</p><p>　　0.31 0.615 0.665 180.52

94、8 151.083 18.8971</p><p>　　0.31 0.62 0.66 180.933 151.083 18.8395</p><p>　　0.31 0.625 0.655 181.34 151.083 18.7807</p><p>　　0.31 0.63 0.65 181.747

95、 151.083 18.7209</p><p>　　0.31 0.635 0.645 182.154 151.083 18.66</p><p>　　0.31 0.64 0.64 182.563 151.083 18.5979</p><p>　　0.31 0.645 0.635 182.973

96、 151.083 18.5346</p><p>　　0.31 0.65 0.63 183.383 151.083 18.4701</p><p>　　0.32 0.55 0.74 175.271 151.438 19.12</p><p>　　0.32 0.555 0.735 175.681

97、 151.438 19.0739</p><p>　　0.32 0.56 0.73 176.09 151.438 19.0271</p><p>　　0.32 0.565 0.725 176.498 151.438 18.9795</p><p>　　0.32 0.57 0.72 176.906

98、151.438 18.9311</p><p>　　0.32 0.575 0.715 177.314 151.438 18.882</p><p>　　0.32 0.58 0.71 177.722 151.438 18.832</p><p>　　0.32 0.585 0.705 178.129 1

99、51.438 18.7812</p><p>　　0.32 0.59 0.7 178.537 151.438 18.7295</p><p>　　0.32 0.595 0.695 178.944 151.438 18.677</p><p>　　0.32 0.6 0.69 179.352 15

100、1.438 18.6235</p><p>　　0.32 0.605 0.685 179.759 151.438 18.5691</p><p>　　0.32 0.61 0.68 180.167 151.438 18.5137</p><p>　　0.32 0.615 0.675 180.576 151

101、.438 18.4574</p><p>　　0.32 0.62 0.67 180.984 151.438 18.4</p><p>　　0.32 0.625 0.665 181.394 151.438 18.3416</p><p>　　0.32 0.63 0.66 181.804 151.

102、438 18.2822</p><p>　　0.32 0.635 0.655 182.214 151.438 18.2216</p><p>　　0.32 0.64 0.65 182.625 151.438 18.1599</p><p>　　0.32 0.645 0.645 183.037 151.4

103、38 18.0971</p><p>　　0.32 0.65 0.64 183.45 151.438 18.033</p><p>　　0.33 0.55 0.75 175.212 151.774 18.6983</p><p>　　0.33 0.555 0.745 175.628 151.77

104、4 18.6524</p><p>　　0.33 0.56 0.74 176.042 151.774 18.6058</p><p>　　0.33 0.565 0.735 176.456 151.774 18.5584</p><p>　　0.33 0.57 0.73 176.869 151.774

105、 18.5103</p><p>　　0.33 0.575 0.725 177.282 151.774 18.4613</p><p>　　0.33 0.58 0.72 177.694 151.774 18.4116</p><p>　　0.33 0.585 0.715 178.106 151.774

106、 18.361</p><p>　　0.33 0.59 0.71 178.518 151.774 18.3096</p><p>　　0.33 0.595 0.705 178.93 151.774 18.2573</p><p>　　0.33 0.6 0.7 179.341 151.774

107、 18.2041</p><p>　　0.33 0.605 0.695 179.753 151.774 18.15</p><p>　　0.33 0.61 0.69 180.165 151.774 18.0949</p><p>　　0.33 0.615 0.685 180.577 151.774

108、18.0389</p><p>　　0.33 0.62 0.68 180.989 151.774 17.9819</p><p>　　0.33 0.625 0.675 181.401 151.774 17.9239</p><p>　　0.33 0.63 0.67 181.814 151.774 1

109、7.8648</p><p>　　0.33 0.635 0.665 182.227 151.774 17.8046</p><p>　　0.33 0.64 0.66 182.641 151.774 17.7433</p><p>　　0.33 0.645 0.655 183.056 151.774 17

110、.6808</p><p>　　0.33 0.65 0.65 183.471 151.774 17.6172</p><p>　　0.34 0.55 0.76 175.104 152.094 18.2962</p><p>　　0.34 0.555 0.755 175.526 152.094 18.

111、2505</p><p>　　0.34 0.56 0.75 175.946 152.094 18.2041</p><p>　　0.34 0.565 0.745 176.366 152.094 18.1569</p><p>　　0.34 0.57 0.74 176.785 152.094 18.

112、109</p><p>　　0.34 0.575 0.735 177.203 152.094 18.0603</p><p>　　0.34 0.58 0.73 177.62 152.094 18.0108</p><p>　　0.34 0.585 0.725 178.037 152.094 17.96

113、05</p><p>　　0.34 0.59 0.72 178.454 152.094 17.9093</p><p>　　0.34 0.595 0.715 178.87 152.094 17.8573</p><p>　　0.34 0.6 0.71 179.286 152.094 17.804

114、4</p><p>　　0.34 0.605 0.705 179.701 152.094 17.7506</p><p>　　0.34 0.61 0.7 180.117 152.094 17.6958</p><p>　　0.34 0.615 0.695 180.533 152.094 17.6402

115、</p><p>　　0.34 0.62 0.69 180.948 152.094 17.5835</p><p>　　0.34 0.625 0.685 181.364 152.094 17.5258</p><p>　　0.34 0.63 0.68 181.78 152.094 17.4671&

116、lt;/p><p>　　0.34 0.635 0.675 182.197 152.094 17.4073</p><p>　　0.34 0.64 0.67 182.614 152.094 17.3464</p><p>　　0.34 0.645 0.665 183.031 152.094 17.2844&l

117、t;/p><p>　　0.34 0.65 0.66 183.449 152.094 17.2212</p><p>　　0.35 0.55 0.77 174.948 152.399 17.9123</p><p>　　0.35 0.555 0.765 175.377 152.399 17.8668<

118、;/p><p>　　0.35 0.56 0.76 175.804 152.399 17.8206</p><p>　　0.35 0.565 0.755 176.23 152.399 17.7736</p><p>　　0.35 0.57 0.75 176.654 152.399 17.7259<

119、/p><p>　　0.35 0.575 0.745 177.078 152.399 17.6775</p><p>　　0.35 0.58 0.74 177.501 152.399 17.6282</p><p>　　0.35 0.585 0.735 177.923 152.399 17.5782</

120、p><p>　　0.35 0.59 0.73 178.345 152.399 17.5273</p><p>　　0.35 0.595 0.725 178.766 152.399 17.4755</p><p>　　0.35 0.6 0.72 179.186 152.399 17.4229</p

121、><p>　　0.35 0.605 0.715 179.606 152.399 17.3694</p><p>　　0.35 0.61 0.71 180.026 152.399 17.315</p><p>　　0.35 0.615 0.705 180.446 152.399 17.2597</p&

122、gt;<p>　　0.35 0.62 0.7 180.865 152.399 17.2033</p><p>　　0.35 0.625 0.695 181.285 152.399 17.146</p><p>　　0.35 0.63 0.69 181.704 152.399 17.0877</p&g

123、t;<p>　　0.35 0.635 0.685 182.124 152.399 17.0283</p><p>　　0.35 0.64 0.68 182.544 152.399 16.9678</p><p>　　0.35 0.645 0.675 182.964 152.399 16.9062</p>

124、;<p>　　0.35 0.65 0.67 183.385 152.399 16.8435</p><p>　　0.36 0.55 0.78 174.746 152.69 17.5453</p><p>　　0.36 0.555 0.775 175.182 152.69 17.5</p>

125、<p>　　0.36 0.56 0.77 175.616 152.69 17.454</p><p>　　0.36 0.565 0.765 176.048 152.69 17.4073</p><p>　　0.36 0.57 0.76 176.479 152.69 17.3598</p>