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文檔簡介
1、<p><b> 目錄</b></p><p> 前言......................................1</p><p> 設計任務..................................3</p><p> 第一章....................................
2、</p><p> 1.1 工作機構(gòu)的結(jié)構(gòu)的方案選擇··············4</p><p> 1.2 工作機構(gòu)的工作原理··········
3、··········9</p><p> 第二章....................................</p><p> 2.1鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇··········
4、183;···········10</p><p> 2.2 切削刃的形狀···················&
5、#183;········11</p><p> 2.3鏟斗尺寸的確定······················
6、····11</p><p> 第三章....................................</p><p> 3.1 工作機構(gòu)各鉸接點位置的確定···············
7、183;12</p><p> 3.2 連桿工作機構(gòu)受力分析計算················13</p><p> 第四章....................................</p><
8、;p> 4.1 動臂的設計·····························18</p><p> 4.2
9、搖臂的強度計算··························21</p><p> 4.3 連桿強度設計···
10、3;························23</p><p> 4.4 銷軸的計算······
11、3;·······················24</p><p> 4.5 油缸的外形尺寸設計·······
12、···············25</p><p> 總結(jié)......................................27</p><p> 參考資料..................................28
13、</p><p><b> 前言</b></p><p> 隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展,作為現(xiàn)代化基礎建設主要工具和手段的工程機械扮演著重要的角色。工程機械設備是集機、電、液一體化和信息、激光等高新技術以及審美藝術于一身的現(xiàn)代機電產(chǎn)品,并且正在向著自動化、遠距離控制和智能化等方向發(fā) 展。裝載機作為現(xiàn)代工程機械很重要的一種設備也是如此。裝載機主要用于鏟裝土壤、 沙石、煤
14、炭、石灰等散狀物料,也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè),換裝不同的輔 助工作裝置還可以進行推土、起重、、破碎等作業(yè)。由于裝載機具有作業(yè)速度快、效 率高、機動性好、操作輕便等優(yōu)點,因此廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、 礦山等建筑工程。</p><p> 在我國,裝載機經(jīng)歷了 50~60 年的發(fā)展后,到 20 世紀 90 年代中末期國外輪式 裝載機技術已達到相當高的水平。基于液壓技術、微電子技術和信息技術的各種
15、智能 系統(tǒng)已廣泛應用于裝載機的設計、計算操作控制、檢測監(jiān)控、生產(chǎn)經(jīng)營和維修服務等 各個方面,使國外輪式轉(zhuǎn)載機在原來的基礎上更加“精致”,其自動化程度也得以提 高,從而進一步提高了生產(chǎn)效率,改善了司機的作業(yè)環(huán)境,提高了作業(yè)舒性, 降低了噪聲、振動和排污量,保護了自然環(huán)境,最大限度地簡化維修、降低作業(yè)成本,使 其性能、安全性、可靠性、使用壽命和操作性能都達到了很高的水平。為了滿足鏟掘 能力和快速裝卸兩方面的要求,裝載機工作裝置采用多級液壓系
16、統(tǒng),工作裝置已不再采用單一的z 形連桿機構(gòu),不斷研制出集液壓、微電子及信息技術于一體的智能系統(tǒng),并廣泛應用于輪式裝載機的產(chǎn)品設計之中。國外輪式裝載機在其未來技術發(fā)展中將廣泛應用微電子技術與信息技術,完善計算機輔助駕駛系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)及故障診斷 系統(tǒng);采用單一吸聲材料、噪聲抑制方法等消除或降低機器噪聲;通過不斷改進電噴 裝置,進一步降低柴油發(fā)動機的尾氣排放量;研制無污染、經(jīng)濟型、環(huán)保型的動力裝 置;</p><p&g
17、t; 我國輪式裝載機行業(yè)起步較晚,制造技術是陸續(xù)從美國、德國和日本等國家引進 的。目前,我國輪式盡管國產(chǎn)輪式裝載機的技術發(fā)展水平與西方發(fā)達國家存在著一定的差距,但也應該考慮到歷史和國情的原因。目前國產(chǎn)輪式裝載機亦正在從低水平、低質(zhì)量、低價位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價位、經(jīng)濟實用型過渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過渡,各主要廠家也不斷進行技術投入,采用不同的技術路線,在關鍵部件及系統(tǒng)上技術創(chuàng)新,擺脫目前產(chǎn)品設計雷同,無自己特色和優(yōu)勢是
18、現(xiàn)狀,正在從低水平的無序競爭的怪圈中脫穎而出,成為裝載機行業(yè)的領先者。大型和小型輪式 裝載機,在近幾年的發(fā)展過程</p><p> 中,受到客觀條件及市場總需求量限制。競爭最為激 烈的中型裝載機更新速度越來越快;優(yōu)化各項性能指標,強化結(jié)構(gòu)件的強度及剛度,以使整機可靠性得到提高;優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)性能;利用電子技術及負荷傳感技術來實現(xiàn)變速箱的自動換擋及液壓變量系統(tǒng)的應用,提高效率、節(jié)約能源、降低裝 載機作業(yè)成
19、本;提高安全性、舒適性;降低噪聲和排放,強化環(huán)保指標;廣泛利用新 材料、工藝、新技術,特別是機、電、液一體化技術,提高產(chǎn)品的壽命和可靠性;最大限度地簡化維修,盡量減少保養(yǎng)次數(shù)和維修時間,增大維修空間,普遍采用電子監(jiān) 視及監(jiān)控技術,進一步改善故障診斷系統(tǒng),提供排除問題的方法。</p><p> 本設計在編寫過程中力求準確無誤,運用嚴謹?shù)目茖W的方法,但由于時間緊迫,且自己水平有限,設計中難免有不妥之處,還望各位老師
20、予以批評指正。</p><p> 1-鏟斗;2-搖臂;3-動臂;4-轉(zhuǎn)斗油缸;5-前車架;6-動臂油缸;7-駕駛室;8-變矩器;</p><p> 9-發(fā)動機;10-水箱;11-配重;12-后橋;13-后車架;14-變速箱;15-前橋;16-連桿</p><p> 圖1.輪式裝載機組成</p><p><b> 設計任務&l
21、t;/b></p><p> 本次設計主要是針對ZL250輪胎式裝載機的工作機構(gòu)和鏟斗,工作機構(gòu)采用正轉(zhuǎn)六連桿機構(gòu) ,工作機構(gòu)的設計內(nèi)容:</p><p> 1.工作機構(gòu)各鉸點的位置及銷軸。</p><p> 2.鏟斗,大臂,斗桿,連桿,力學計算及結(jié)構(gòu)設計。</p><p> 3.要求完成的文字資料及圖紙。</p>
22、<p> 4.設計計算說明書一份。</p><p> 5.工作機構(gòu)總裝圖一張。</p><p> 6.鏟斗組裝圖一張。</p><p> 第一章 工作機構(gòu)的選擇 </p><p> 工作機構(gòu)是輪胎式裝載機上直接實現(xiàn)鏟裝物料的裝置,它的結(jié)構(gòu)和性能都顯著的影響整機的工作尺寸,性能參數(shù),發(fā)動機功率及生產(chǎn)率等。因此它的設計
23、是輪胎裝載機的設計中十分重要的組成部分。</p><p> 我設計的工作機構(gòu)(正轉(zhuǎn)六連桿)的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示:</p><p><b> 圖2</b></p><p> 1.1工作機構(gòu)的結(jié)構(gòu)的方案選擇。 </p><p> 綜合國內(nèi)外輪式裝載機的工作裝置形式,主要有 7 種類型的連桿機構(gòu)。按工作機 構(gòu)的構(gòu)件數(shù)不
24、同,可分為三桿,四桿,五桿,六桿和八桿連桿機構(gòu)。按輸入桿和輸出 桿的轉(zhuǎn)向是否相同又分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)。</p><p><b> 正轉(zhuǎn)八桿機構(gòu) </b></p><p> 正轉(zhuǎn)八桿機構(gòu),如圖1-1此機構(gòu)在轉(zhuǎn)斗油缸大腔進油時轉(zhuǎn)斗鏟取,所以掘起力較 大;各構(gòu)件尺寸配置合理時,鏟斗具有較好的舉升平動性能;連桿系統(tǒng)傳動比較大, 鏟斗能獲得較大的卸載角和卸載速度,因此卸
25、載干凈,速度快;正轉(zhuǎn)八桿機構(gòu)的主要缺點是機構(gòu)復雜,不易實現(xiàn)鏟斗自動放平。</p><p><b> 圖1-1</b></p><p> 2.轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)</p><p> 轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機構(gòu),如圖1-2其優(yōu)點是轉(zhuǎn)斗缸直接與搖臂相連接, 該工作機構(gòu)由兩個平行四桿機構(gòu)組成,鏟斗平移性較好。結(jié)構(gòu)簡單,司機視野較好。 缺點是
26、轉(zhuǎn)斗時油缸小腔進油,鏟掘力相對較?。贿B桿機構(gòu)傳力比小,使得轉(zhuǎn)斗缸活塞 行程較大,轉(zhuǎn)斗缸加長;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,影響整機的穩(wěn)定性和行駛時的平穩(wěn)性;鏟斗不易實現(xiàn)自動放平。</p><p><b> 圖1-2</b></p><p> 3.轉(zhuǎn)斗油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)</p><p> 轉(zhuǎn)斗油缸
27、后置式正轉(zhuǎn)六桿機構(gòu),如圖1-3此種機構(gòu)與轉(zhuǎn)斗缸前置相比,機構(gòu) 前懸較小,傳動比較大,活塞行程較短;有可能將動臂、轉(zhuǎn)斗缸、搖臂和連桿機構(gòu)的中心線</p><p> 設計在同一平面內(nèi),從而簡化了結(jié)構(gòu),改善了動臂和鉸銷的受力狀態(tài)。缺點是: 轉(zhuǎn)斗缸與車架的鉸接點位置較高,影響了司機的視野;轉(zhuǎn)斗時油缸小腔進油,掘起力 相對較小。</p><p><b> 圖1-3</b>&
28、lt;/p><p> 4.轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu)</p><p> 轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機構(gòu),如圖1-4這種機構(gòu)有如下優(yōu)點:轉(zhuǎn)斗油缸大腔進 油時轉(zhuǎn)斗,并且連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設計成較大值,所以獲得較大的掘起力;恰當 地選擇各構(gòu)件尺寸,不僅能得到良好的鏟斗平動性能,而且可以實現(xiàn)鏟斗的自動放平; 結(jié)構(gòu)緊湊,前懸小,司機視野好。缺點是搖臂和連桿布置在鏟斗與前橋之間的狹窄空 間,容易發(fā)生構(gòu)件
29、相互干涉。</p><p><b> 圖1-4</b></p><p><b> 5.正轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)</b></p><p> 正轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)如圖1-5該機構(gòu)結(jié)構(gòu)最為簡單,易于設計成鏟斗舉升平動;前 懸較小。缺點是鏟掘轉(zhuǎn)斗時油缸小腔作用,輸出力較??;連桿機構(gòu)的傳力比難以設計 成較大值,所以鏟掘力相對較?。晦D(zhuǎn)斗缸行程較大,
30、油缸結(jié)構(gòu)較長;鏟斗卸載時,活 塞桿易與鏟斗底部相碰,減小了卸載角; 機構(gòu)不易實現(xiàn)鏟斗自動放平。 </p><p><b> 圖1-5</b></p><p><b> 6.正轉(zhuǎn)五桿機構(gòu) </b></p><p> 正轉(zhuǎn)五桿機構(gòu)圖1-6為克服
31、正轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)卸載時活塞桿易于斗底相碰的缺點,在活塞桿與鏟斗之間增加一根短連桿,從而使正轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)變成正轉(zhuǎn)五桿機構(gòu)。其缺點正如正轉(zhuǎn)四桿機。</p><p><b> 圖1-6</b></p><p> 7.動臂可伸縮式三桿機構(gòu)</p><p> 這種機構(gòu)的插入工況是靠動筆伸出實現(xiàn)的,它解決了靠機器行走插入易使輪胎 磨損嚴重的問題;卸載時可伸
32、出動臂,以獲得較大的卸載高度和卸載距離;而運輸工 況可縮回動臂,以減小前懸。缺點是既不能實現(xiàn)鏟斗平動,又不能實現(xiàn)鏟斗自動放平, 結(jié)構(gòu)也比較復雜。</p><p> 綜上分析,反轉(zhuǎn)六桿工作機構(gòu)優(yōu)點較多,能比較理想的滿足鏟、裝、卸作業(yè)要求,所以它得到了廣泛運用。但在本次設計中出于老師的要求,將采用正轉(zhuǎn)六連桿機構(gòu)。</p><p> 1.2 工作機構(gòu)的工作原理</p><
33、p> 輪胎式裝載機是一種裝運作業(yè)聯(lián)合一體的自行式機械。它的工作過程由五種工作狀態(tài)和工況組成:</p><p><b> 1.空斗運行狀態(tài)</b></p><p> 裝載機為鏟取貨物,需空斗駛向料堆,在卸貨后后退。落斗并駛向料堆。</p><p> 在空斗狀態(tài)運行時,鏟斗取運輸位置,使鏟斗地面與前輪的公切線和地面成15度角</
34、p><p> 運行,以保持必要的離地間隙。</p><p> 在此工況下,動臂舉升油缸。轉(zhuǎn)斗油缸都不動作。</p><p><b> 2.鏟取插入狀況</b></p><p> 當裝載機空斗駛向料堆前1-1.5m處時,換入低檔,同時動臂油缸動作,使動臂下放,鏟斗斗底面貼地,斗尖觸地,鏟斗前臂對地面呈3-5度的前傾角,
35、鏟斗借助機器的牽引力插入料堆。</p><p> 在鏟取貨物的時候,一般采取兩種方法,即一次切入鏟裝法和復合鏟裝法。前者是鏟斗一次切入達到一定深轉(zhuǎn),再通過舉升油缸動作完成鏟取作業(yè);而后者是利用多次切入邊上轉(zhuǎn)鏟斗的復合動作完成鏟裝物料。因復合鏟裝法能縮短作業(yè)循環(huán)時間約10%,故廣泛采用。</p><p> 轉(zhuǎn)動鏟斗應使鏟斗口翻轉(zhuǎn)至接近水平位置。</p><p>&
36、lt;b> 3.鏟斗提升狀態(tài)</b></p><p> 完成鏟取作業(yè)后,為保證裝載機移動和不使物料灑落,鏟斗應提高到某一高度,一般是運輸位置。</p><p><b> 4.滿斗運行狀態(tài)</b></p><p> 裝載機完成上述動作后,后退一定距離,駛向卸載點。</p><p><b>
37、; 5.卸載狀態(tài)</b></p><p> 在卸載點,舉升動臂使鏟斗到卸載位置,翻轉(zhuǎn)鏟斗,向運輸車輛火料倉卸載,卸載完后使鏟斗恢復到運輸狀態(tài)。</p><p> 第二章 鏟斗設計</p><p> 鏟斗是工作裝置的重要部件,裝載機工作時用它直接鏟掘,裝載運輸和晴卸物料。鏟斗的機構(gòu)形狀及尺寸參數(shù)對插入阻力,掘起阻力及生產(chǎn)率有著很大的影響,所以
38、鏟斗設計就是根據(jù)裝載機的主要用途和作業(yè)條件從減小插入阻力,掘起阻力及提高生產(chǎn)率出發(fā),合理的設計選擇鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀,正確確定鏟斗尺寸參數(shù)。</p><p><b> 鏟斗設計要求:</b></p><p> 1)插入及掘起阻力小,作業(yè)效率高。 2)鏟斗工作條件惡劣,時常承受很大的沖擊載荷及劇烈的磨削,要求鏟斗具有足夠的強度和剛度及耐磨性。</p>
39、<p> 3)根據(jù)所鏟物料的種類及重度的不同,設計不同結(jié)構(gòu)形式及不同斗容的鏟斗。</p><p> 2.1鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇</p><p> 裝載機根據(jù)鏟掘物料的種類的種類不同,其鏟斗結(jié)構(gòu)形式也不一樣。具體如下圖所示:</p><p><b> 圖3</b></p><p> 后壁 h 是指鏟斗
40、上緣至圓弧與后壁切點間的距離。底壁長是指斗底壁的直線段長度。l 長則鏟斗鏟入料堆深度大,斗易裝滿.但掘起力將由于力臂的增加而減小,插入的阻力也將隨鏟斗鏟入料堆的深度而急劇增 </p><p> 加。 長亦會減小卸載高度, 短則掘起力大,且由于卸料時鏟斗刃口降落的高度小, 還可減小動臂舉升高度,縮短作業(yè)時問,但這會減小斗容。根據(jù)任務書要求以及老師建議,可選擇大些。</p><p> 鏟斗
41、張開角 γ 為鏟斗后壁與底壁間的夾角,一般取 450~520。適當減小張開 角并使斗底壁對地面有一定斜度,可減小插入料堆時的阻力,提高鏟斗的裝滿程度。</p><p> 鏟斗的寬度應大于裝載機兩前輪外側(cè)間的寬度,每側(cè)要寬出 50~l00mm。如鏟斗 寬度小于兩輪外側(cè)間的寬度,則鏟斗鏟取物料后所形成的料堆階梯會損傷輪胎側(cè)壁, 并增加行駛時輪胎的阻力。</p><p> 2.2 切削刃的形
42、狀</p><p> 根據(jù)裝載物料的不同,切削刃有直線型和非直線型。前者形式簡單,有利于鏟平地面,但鏟裝阻力大。后者有 V 形和弧形等, 插入阻力較小,容易插入物料,并有利于減少偏載插入,但鏟裝系數(shù)小。</p><p> 根據(jù)設計任務書要求,此工作裝置需進行鏟平工作,且工作條件相對良好,所以 選用直線型切削刃。斗刃材質(zhì)采用既耐磨又耐沖擊的中錳合金鋼材料.側(cè)削刃和加強 角板都用高強度耐磨
43、鋼材料制成</p><p> 鏟斗的結(jié)構(gòu)形式簡圖。</p><p><b> 圖4</b></p><p> 2.3鏟斗尺寸的確定</p><p><b> 1.鏟斗尺寸的確定</b></p><p> B=LL+bL+(100—200)</p>&l
44、t;p> bL......輪胎寬度。</p><p> 參考有關機型,取LL=4500 mm</p><p> Bl=1876 mm</p><p> 則B=LL+bL+200=6576 mm</p><p><b> 2.鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p> 3.鏟斗截面各
45、邊尺寸計算</p><p> 斗底長度:Lg=Rλg=16031.45=2324.35mm, </p><p> 斗后壁長度:Lz=Rλz=1603×1.15=1843.45mm, </p><p> 擋板高度:Lk=Rλk=1603×0.13=208.39mm</p><p> 斗底圓弧半徑:r=Rλr=16
46、03×0.4=641.2m</p><p> 4.鏟斗容量計算與誤差判斷</p><p> 鏟斗容量是裝載機的總體參數(shù)之一,鏟斗的斗容量已經(jīng)系列化,其計算也以標準化。</p><p> 通過AUTOCAD2007建立面域的方法求的Vr=12.43m³</p><p> 經(jīng)計算誤差==0.56% , 在誤差范圍內(nèi)&l
47、t;/p><p> 第三章工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)設計</p><p> 3.1 工作機構(gòu)各鉸接點位置的確定</p><p> 工作機構(gòu)各鉸接點的坐標值,最終必須使設計滿足對工作機構(gòu)設計所提供的各種要求。在運動學方面,必須滿足鏟斗舉升平動,最大卸載高度,最小卸載距離和各個位置卸載角等要求。在動力學方面,主要是滿足挖掘力。舉升力,生產(chǎn)率的要求前提下,使轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸所需
48、輸出力及功率盡量減少。</p><p> 目前,連桿系統(tǒng)尺寸參數(shù)的設計主要有兩種方式,一種是圖解法,一種是解析法。由于圖解法比較直觀,故本次設計采用圖解法。</p><p> 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 </p><p> 幾何尺寸等整機主要參數(shù)后進行的,通過在坐標圖上確定工況Ⅱ時工作機構(gòu)的 9 個鉸 </p&
49、gt;<p> 接點的位置來實現(xiàn)。 </p><p> 1.動臂與鏟斗、搖臂、機架的三個鉸接點 G、B、A 的確定 </p><p> 1)確定坐標系,畫鏟斗圖 </p><p> 如圖 3-1所示,選取直角坐標系 xOy,并選定長度比例尺 把已設計好的鏟斗橫截面圖畫在坐標系里,斗尖對準坐標原點 O,斗前壁與 x 軸呈4度前傾角,此為鏟
50、斗插入</p><p> 料堆時的位置,即工況Ⅰ。</p><p><b> 圖3-1</b></p><p> 2)確定動臂與鏟斗的鉸接點 G</p><p> 由于 G 點的 x 坐標值越小,轉(zhuǎn)斗崛起力就越大,所以 G 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?。欢?G 點的 y 坐標值
51、增大時,鏟斗在 料堆中的鏟取面積增</p><p> 大,裝的物料多,但縮小了 G 點與連桿鏟斗鉸接點 F 的距離,使 崛起力下降。</p><p> 綜合考慮各種因素的影響,設計時,一般根據(jù)坐標圖上工況Ⅰ時的鏟斗實際情況, 在保證 G 點 y 軸的坐標值 yG=250~350mm 和 x 軸坐標值盡可能小的而且不與斗底干涉 的前提下,我取 G 點的坐標為(1807.28,300)。&
52、lt;/p><p> 3)確定動臂與機架的鉸接點 A 以 G 點為圓心,使鏟斗順時針轉(zhuǎn)動,至鏟斗斗口 0’0’ 與 x 軸平行為止,即工況Ⅱ</p><p> 2.把已選定的輪胎外廓畫在坐標圖上。應使輪胎前緣與工況Ⅱ時的鏟斗后壁的間 隙盡量小些。輪胎中心 Z 的坐標值應等于輪胎的工作半徑 Rk。</p><p> A 點在垂直平分線的位置應盡量低些,一般取在前輪
53、右上方,與前軸心水平距離 為軸距的 1/3~1/2 處。因此,我取 A 點坐標為(7542.43,3837.78)。</p><p> 3.確定動臂與搖臂的鉸接點 B</p><p> B點的位置是一個十分關鍵的參數(shù),它對連桿機構(gòu)的傳動比、倍力系數(shù)、連桿 機構(gòu)的布置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長度都有很大影響。根據(jù)分析與經(jīng)驗,一般取 B 點在 AG 連線的上方,過 A 點的水平線下方,并在 AG 的
54、垂直平分線上,并在 AG 的垂直平分線 上左側(cè)靠近工況Ⅱ時的鏟斗處。相對于前輪胎,B 點在其外廓的左上部。通過作圖, 設計出 B 點坐標為(2808.73,798.21)。</p><p> 4.連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點 F、E 的確定</p><p> 因為 G、B 兩點已被確定,所以在確定 F 點和 E 點實際上是為了最終確定與鏟斗 相連的四桿機構(gòu) GFEB 的尺寸。</
55、p><p> 確定 F、C 兩點時,既要考慮對機構(gòu)的要求,又要注意動力學的要求,同時,還 要防止前述各種機構(gòu)被破壞的現(xiàn)象。</p><p> 1)按雙搖桿條件設計四桿機構(gòu)</p><p> 令 BG為最短桿,BC 桿為最長桿,即必有</p><p> GF+FC>GB+BC(4-10)</p><p>
56、如圖 4-21 所示,若令,F(xiàn)C=c,GF=b,BC=d,BG=a,并將式(4-10)不等號兩邊同時除 以 d,經(jīng)整理上式得下式,即 </p><p> K=b/a+c/d-a/d<1 (4-11)</p><p> 其中 a 值由 BG 確定,即 a=1069.32mm。</p><p>
57、 初步設計時,(4-11)式中各值可按式(4-12)中選取。</p><p> K=0.950~0.995</p><p> d=(1.1~01.2)a(4-12)</p><p> c=(1.0~0.8)a</p><p> 所以得 K=0.970,BC=1280.6mm,F(xiàn)C=1321.45mm,GF=985.73mm。<
58、/p><p> 2)確定 E 點和 F 點的位置</p><p> 這兩點位置的確定要綜合考慮如下四點要求:1.E 點不可與前橋相碰,并且有足夠的最小離地高度;2.插入工況時,使 EF 桿盡量與 GF 桿垂直,這樣可獲得較大的傳動比角和倍力系數(shù);3.鏟裝工況時,EF 與 GF 桿的夾角必須小于 170度,即傳動角不能小于 10度,以免機構(gòu)運動</p><p> 時
59、發(fā)生自鎖;4.高位卸載工況時, EF 桿與 GF 桿的傳動角也必須大于 10度。具體做法如下: </p><p> 如圖 4-22 所示,鏟斗取工況Ⅰ。分別以 B 點和 G 點為圓心,以 c 和分別為半徑 畫弧,其 </p><p> 點為 E;再分別以 G 點和 E 點為圓心,a 和 b 半徑畫弧,則其交點必為 F。</p><p> 作圖所得,在鏟裝工
60、況下,即工況Ⅰ下,E 點坐標為(2535,833),F 點坐標為 (1337,903)。</p><p> 為了防治機構(gòu)出現(xiàn)“死點”,“自鎖”或“撕裂”現(xiàn)象,設計時應滿足下列不等式。</p><p> 工況Ⅱ時: GF+FE>GE (4-13)</p><p> 工況Ⅳ時:
61、FE+BE>FB (4-14)</p><p> 檢驗 E 與 F 點位置設計:</p><p> 1 工況Ⅱ時,GF=654mm,F(xiàn)E=1200mm,GE=1851mm,因此滿足 GF+FE>GE。</p><p> 2 工況Ⅳ時,F(xiàn)E=1200mm,BE=982mm,F(xiàn)B=2175mm
62、,因此滿足 FE+BE>FB。</p><p> 綜上所得,E 點與 F 點設計位置滿足要求。</p><p> 轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機架的鉸接點 C 和 D 的確定</p><p> 在圖3-1中,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 點的布置直接影響到鏟斗舉升平動和自動放平性能,對掘起力和動 臂舉
63、升阻力的影響都較大。</p><p><b> a.確定 C 點</b></p><p> 從力的傳遞出發(fā),顯然使搖臂 BC 長一些有利,那樣可以增大轉(zhuǎn)斗油缸作用力臂, 使掘起力相應增大。但加長 BC 段,必將減小鏟斗和搖臂的轉(zhuǎn)角比,造成鏟斗轉(zhuǎn)角難 以滿足各個工況的要求,并且使轉(zhuǎn)斗油缸行程過長。初步設計時,一般取</p><p> BC≈
64、(0.7~1.0)BE(4-15)</p><p> 因此,取 BC=O.8BE=785mm。C點一般取在B點左上方,BC 與 BE 夾角(即搖桿折 角),可取∠CBE=165º,C點運動不與鏟斗干擾,其高度不影響司機視野。</p><p><b> b.確定 D 點</b></p><p> 轉(zhuǎn)斗油缸與機架的鉸接點 D,是根
65、據(jù)鏟斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ過程為平動和由 工況Ⅳ下降到工況Ⅰ能自動放平這兩大要求來確定的。</p><p> 如圖 3-1所示,當鉸接點 G、F(即 F2)、E(即 E2)、B、C、(即 C2)被確定后,則鏟斗分別在工</p><p> 況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ時的 C 點的位置 C1、C2、C3、C4 也就唯一的被確定 下來。因為鏟斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ或由工況Ⅳ下放到工況Ⅰ的運動過程中,
66、轉(zhuǎn)斗油缸的長度分別保持不變,所以 D 點必為 C2 點和 C3 點連線的垂直平分線與點 C1 和C4 點連線的垂</p><p> 直平分線的交點。研究證明,D 點設計在 A 點的左下方較好。D 的固定坐標為(3674,1711)。</p><p> 4)動臂舉升油缸與動臂和車架鉸接點 H 點及 M 點的確定</p><p> 動臂舉升油缸的布置應本著舉臂時工
67、作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、 整機穩(wěn)定性好等原則來確定。綜合考慮這些因素,一般動臂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。</p><p> 一般動臂舉升油缸與動臂的鉸接點H選定在AG連線附近或上方并取AH ≥ AG/3。因此,取工況Ⅰ時的 H 坐標為(5121.51,2058.65),AH=2000mm。</p><p> 考慮到聯(lián)合鏟裝工況(邊插入邊舉臂
68、)的需要,在滿足動臂舉升油缸與車架鉸接點 M 最小離地高度要求的前提下,令工況Ⅰ時 AH 與 MH 趨于垂直。這樣可以使鏟斗 開始從料堆中提升時阻力距最大,獲得較大的初始工作力矩。</p><p> M 點往前橋方向靠近是比較有利的。這樣做,可使動臂舉升油缸在動臂整個舉 升過程中,舉升工作力臂大小的變化往往較小,即工作力矩變化不大,避免鏟斗舉升 最高位置時的舉升力不足,因此此時工作力臂往往較小或最小。</
69、p><p> 綜上所述,我取 M 點在 A 點正下方 3389.85mm 處。</p><p> 經(jīng)過上述的各步作圖,整個工作裝置連桿機構(gòu)的尺寸參數(shù)設計完畢。為了進一步 檢驗鏟斗的平動質(zhì)量,在工況Ⅱ、Ⅲ之間選擇 2 個位置進行檢驗鏟斗的轉(zhuǎn)角,所得結(jié) 果鏟斗轉(zhuǎn)較差小于 10度,則證明設計合理。</p><p> 3.2 連桿工作機構(gòu)受力分析計算</p>
70、<p> 對零部件進行強度計算,應根據(jù)工作機構(gòu)受力最大最危險工況時的外載荷,對工作機構(gòu)進行受力分析和強度校核計算。</p><p> 在實際裝載作業(yè)中,鏟斗做聯(lián)合鏟裝時,當鏟斗插入料堆最大深度要轉(zhuǎn)斗時,插入阻力和鏟取阻力同時純在,各桿件受力狀況最惡劣,所以取此工況下的工作機構(gòu)進行強度校核和計算。</p><p> 在計算時有如下假設;</p><p&g
71、t; 1)一側(cè)動臂,搖桿,連桿,油缸在同一平面內(nèi),各鉸點為免扭結(jié)構(gòu)。</p><p> 2)油缸同步,鉸點反力相等。</p><p> 3)動載,偏載,隱患,在理論力上計算不好解決,用安全系數(shù)來考慮。n=1.8-2.3</p><p> 4)課忽略機構(gòu)桿件的自重,但鏟斗的自重要記入。</p><p><b> 1.插入阻力
72、的計算</b></p><p> 插入阻力:當鏟斗插入料堆時,物料給予鏟斗的阻力。當LIN=時</p><p> 時,插入阻力增長很快。</p><p> 插入阻力的計算公式如下:</p><p> FIN=K.B.LINn (KG)</p><p> 式中:B.....
73、..鏟斗刃的寬度。(cm)</p><p> Lin......鏟斗一次插入深度(cm)</p><p> K.........阻力計算系數(shù),與物料塊度。松散度,性質(zhì),狀態(tài),鏟斗形狀有關。</p><p> K=K1.K2.K3.K4</p><p> K1.........塊度和松散度影響系數(shù),具體數(shù)值有下表 塊度(mm) &l
74、t;100 100-200 200-300 300-400 400-500K1 0.45-0.5 0.75 1.0 1.10 1.30</p><p> K2..........物料系數(shù)影響系數(shù),主要是容重的影響。具體數(shù)值見下表。</p><p> 礦巖種類 容重r(t/m3)
75、 K2</p><p> 磁鐵礦石 4.2-4.5 0.20</p><p> 鐵礦石 3.2-3.8 0.17</p><p> 細?;◢弾r 2.75-2.80 0.14</
76、p><p> 石灰?guī)r 2.65 0.10</p><p> 砂礫 2.30-2.35 0.10</p><p> 煤 1.2-1.3 0.04-0.045</p>&l
77、t;p> 泥巖層 2.40-2.5</p><p> 初次設計時取K2=0.1-0.2</p><p> K3...........物料堆高影響系數(shù)</p><p> 巖堆高度(m) 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 >1.4</p><p> K3
78、 0.55 0.8 1.0 1.1 1.15 1.20</p><p> C初選時取K3=0.8-1.2</p><p> K4...........鏟斗形狀影響系數(shù)。</p><p> 大型寬斗 1.1-1.3</p><p> 小型寬斗 1.4-1.8</p
79、><p> 本次設計采用大型寬斗。</p><p><b> 綜上:</b></p><p> FIN=K.B.LINn .9.8</p><p> =K1.K2.K3.K4.B.LINn</p><p><b> 2.鏟取阻力計算</b></p>&
80、lt;p> 鏟取阻力:鏟斗插入料堆一定深度后,提起料堆時所受的阻力。</p><p><b> 其計算公式如下:</b></p><p> FSH=2.2.B.LIN.I.9.8</p><p> 式中:B.......斗刃寬度(m)</p><p> I.......斗提升時物料產(chǎn)生的剪切阻力(kg\m
81、2)</p><p> 其和B的對應關系如下:</p><p> B 0.75 1.0 1.25 1.5 》2.0</p><p> I 4000 3500 3400 3300 3000</p><p> 綜上:FSH=2.2.B.LIN.I.9.8 </p><p&g
82、t; 3.鏟斗自重和額定載重量</p><p><b> 參考有關機型:</b></p><p><b> 鏟斗自重G0=</b></p><p> 額定載重量Gm=25000Kg</p><p> 4.鉸接點f處的作用力</p><p> 分離鏟斗,根據(jù)力矩平衡
83、方程,取G點為支點,有:</p><p> a.0.5G0+b.0.5Gm+0.5FSH.c+0.5FIN.Y=FF.d</p><p><b> 解得FF=</b></p><p> 5.鉸接點G處的作用力</p><p> 分離鏟斗,其它的作用力都已知,就FG未知,可采用作圖法求FG.</p>
84、<p> 作圖法要注意繪制準確,可在計算機上用CAD軟件精確畫圖,求得。</p><p><b> FG=</b></p><p> 6.鉸接點E處的作用力</p><p> 分離搖桿,取b為支點,根據(jù)力矩品衡方程有:</p><p> FC.L1=FE.L2</p><p>
85、<b> 式中FC=FF</b></p><p><b> 解得FE=</b></p><p> 7.鉸接點B處的作用力</p><p> 分離搖桿,F(xiàn)C和FE已知,可用作圖法求FB,解得FB=</p><p> 8.求H點處的作用力</p><p> 分離大臂,
86、取A為支點,根據(jù)力矩平衡。</p><p> 有FB.L3+FG.L4=FH.L5</p><p><b> 解得FH=</b></p><p> 9.鉸接點A處的作用力</p><p> 10.分離大臂,用作圖法求FA,解得FA=</p><p> 第四章 工作機構(gòu)各零件的強度計算&l
87、t;/p><p> 工作機構(gòu)是輪胎式裝載機直接實現(xiàn)鏟裝物料的裝置。它的結(jié)構(gòu)性能,發(fā)動機功率及生產(chǎn)率都受其影響。它是輪胎式裝載機設計的主要組成部分。其設計應滿足生產(chǎn)條件需要,零部件受力狀態(tài)良好,強度和壽命合理,結(jié)構(gòu)簡單緊湊,制造維修容易,操作使用方便等。</p><p> 零部件的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸,材料,加工工藝均可參觀現(xiàn)有同類產(chǎn)品,應用類比法初選,然后進行強度校核。零部件設計時,應盡量做到標
88、準化,系統(tǒng)化,通用化,從而有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高和制造成本的降低。</p><p><b> 4.1 動臂的設計</b></p><p><b> 1.動臂強度設計</b></p><p> 動臂是工作機構(gòu)中最重要的組件,它受力復雜,自重較大。國內(nèi)外裝載機的動臂均發(fā)生過斷裂破壞現(xiàn)象,破壞較多的部位是:動臂油缸魚大臂鉸接
89、點處;橫梁與大臂焊接處(包</p><p> 括焊縫處和大臂在此部位的斷面處)。因此,在初步設計時,選這幾處為危險截面,然后在根據(jù)材料力學的相關知識進行強度校核。</p><p><b> 2.動臂形狀的選擇</b></p><p> 動臂的形狀按其縱向軸線的形式可分為直線型和曲線兩種。曲線型結(jié)構(gòu)較復雜,受力狀況較差,但它可以使工作機構(gòu)的
90、布置十分緊湊合理。直線型結(jié)構(gòu)設計簡單,受力狀況良好,加工容易且省料。故本設計采用直線型動臂結(jié)構(gòu)。動臂的截面形狀有單板,工字,雙板,箱型等。單板型結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,但剛性較差,當鏟斗受偏載時,易產(chǎn)生扭曲;工字型與單板相比,剛性稍好,變形較小,但受力狀況不太好,加工困難些;雙板和箱型截面具有剛性好,變形小,抗彎扭性強等特點,故本次設計采用雙板截面。</p><p><b> 3. 動臂材料選擇</
91、b></p><p> 動臂受力復雜,沖擊力強烈,因而動臂材料的沖擊韌性要求較高,抗脆裂能力強,同時易于焊接。經(jīng)查有關資料,選用16</p><p> Mn,其=353Mpa。</p><p><b> 4.動臂尺寸設計 </b></p><p> 根據(jù)前面的各鉸點的位置,工況1時各桿件鏟斗的位置,相互關系
92、,初步確定動臂的形狀及縱向軸線,此處動臂采用直線型。</p><p><b> 5.強度計算</b></p><p> 1)選危險截面x-x</p><p> 此截面為彎扭組合變形,先計算出偏載情況下截面處的彎曲應力,正應力,扭轉(zhuǎn)應力,然后用第四強度理論校核。</p><p><b> δ=式中...
93、.</b></p><p> δ1.....................扭轉(zhuǎn)應力</p><p> δ2....................彎曲應力</p><p> I .......................切應力</p><p> Δs.....................屈服極限 n
94、......................安全系數(shù)。</p><p> 為簡化計算,只作正載計算,偏載部分通過增大安全系數(shù)來補償。這時,只考慮彎曲和拉伸變形,其強度條件是:</p><p> 式中: M.................危險截面處彎矩</p><p> W ................ 危險截面處抗彎截面模數(shù)</p>&l
95、t;p> F ..................危險截面處軸向力</p><p> A...................危險截面處面積</p><p> M=Fa.SINAΒ.L</p><p><b> F=FaCOSΒ1</b></p><p><b> W=BHA2</b>
96、;</p><p><b> 取斷面寬B=60</b></p><p> 則W=0.06/3HA2</p><p> A=2.B.HA=0.12HA</p><p><b> 綜上可得方程</b></p><p> .B.HA2-F.HA-6M≥0</p>
97、;<p><b> 解得HA≥</b></p><p><b> 取HA=</b></p><p> 2)選取B-B截面為危險截面,同x-x截面形狀相同。</p><p> 式中各符號意義同前所訴。</p><p> MB=FG.L.COSΒ</p><p
98、><b> F=FGSINΒ</b></p><p> AB=2.BB.HB</p><p><b> W=B.HB2</b></p><p><b> 綜上解得HB≥</b></p><p><b> 取HB=</b></p>
99、<p> 4.2 搖臂的強度計算</p><p> 搖臂的形狀也有直線型和曲線形,兩者各有優(yōu)缺點。但直線型能使工作機構(gòu)受力更好,應用較廣泛,故本設計使用直線型。</p><p> 選擇危險截面E-E,其強度條件如下所示:</p><p><b> δs=</b></p><p> 式中:.....
100、..............搖臂材料屈服極限,用45剛,=353Mpa。</p><p> N.......................安全系數(shù)取2.</p><p> ME=FC.SINΒ.L</p><p> F = FC.COSΒ</p><p> AE=2.BE.HE</p><p><b&g
101、t; WE=</b></p><p><b> 綜上解得HE≥</b></p><p><b> 取HE=</b></p><p> 4.3 連桿強度設計</p><p> 連桿是二力桿,在工作過程中,有時受拉有時受壓,且屬于細長桿,需進行強度和壓桿穩(wěn)定性校核。</p&g
102、t;<p> 聯(lián)合鏟裝時連桿受拉力,且此時所受力為最大值,其強度計算式如下。</p><p> 材料用45鋼,=353Mpa,n=2</p><p><b> A=</b></p><p><b> 解得D≥</b></p><p><b> 取D=</b&g
103、t;</p><p><b> 4.4 銷軸的計算</b></p><p> 銷軸的受力情況根據(jù)其所受部不同而各有差異,有彎曲應力,剪切應力,擠壓應力等。</p><p><b> 1.鏟斗動臂銷</b></p><p><b> 強度計算式如下:</b></p&
104、gt;<p> 銷軸磨損嚴重,受力復雜,所以材料一般選用40Gr,其=800Mpa</p><p><b> MG=</b></p><p><b> W=</b></p><p><b> n=2</b></p><p><b> 綜上d1≥
105、</b></p><p><b> 取d=</b></p><p><b> 擠壓應力</b></p><p><b> 故所取符合要求。</b></p><p><b> 2.大臂支座銷</b></p><p>
106、; 其連接狀況和鏟斗動臂銷相同,強度計算如下。</p><p><b> MA=</b></p><p><b> WA=</b></p><p><b> n=2</b></p><p><b> 解得d≥</b></p><
107、;p><b> 取d2=</b></p><p><b> 擠壓應力=</b></p><p> 所取直徑符合強度要求。</p><p> 其它銷軸的強度計算如上述兩種,計算過程在此省略。</p><p> 4.5 油缸的外形尺寸設計</p><p> 油缸
108、是將液壓能裝換為機械能的一種執(zhí)行元件,主要用于往復直線運動或擺動的場合。在狂三機械中常用的類型有往復式活塞,包括活塞式和柱塞式,活塞式又分為單作用和尚作用缸。</p><p><b> 動臂油缸的一般計算</b></p><p> 1.動臂油缸所需出力的確定,考慮摩擦損耗。</p><p><b> P=</b>&l
109、t;/p><p> 式中:n................動臂油缸的個數(shù),n=1.</p><p> FH..........................油缸作用在動臂上的力</p><p> ...............................摩擦損失系數(shù),一般取1.15</p><p><b> 則P=<
110、;/b></p><p><b> 確定活塞推力</b></p><p> 油缸工作時,其作用力P1,必須克服下列阻力,即:</p><p> P1=P靜+P回+P慣+P磨+P密</p><p> 式中:P靜....................活塞桿靜工作阻力。</p><p>
111、 P回.....................回油阻力</p><p> P慣......................活塞在啟動制動時的慣性力</p><p> P磨.......................外摩擦阻力 P摩=KyP</p><p> P密......................密封圈摩擦阻力</p><
112、p> 以上諸力中,主要有P靜.和P磨,初步確定缸徑為250(內(nèi)徑)。則Ky=0.05</p><p> 缸徑 40-60 70-125 140-250</p><p> Ky 0.1 0.08 0.05</p><p> 則活塞桿推力為P1=P+0.05P=1.05P</p&g
113、t;<p><b> 確定缸徑(內(nèi)徑)</b></p><p> 根據(jù)現(xiàn)在液壓技術發(fā)展,工程機械油泵供油壓力已達到20-25Mpa,且在大型機械上取上限,故本次設計供油壓力取25Mpa。</p><p><b> D= </b></p><p> 經(jīng)計算后,查液壓徑內(nèi)徑系列,取D=0.25
114、m</p><p><b> 確定油缸外徑</b></p><p> 根據(jù)有關計算方法,有定用公式有</p><p> M≥ 式中:P.............油泵工作壓力(Mpa)</p><p> ............剛筒材料許用應力,=δb/5</p><p>
115、材料選用45鋼,=610Mpa</p><p><b> 則M≥</b></p><p><b> 取M=</b></p><p><b> 油缸行程的計算</b></p><p> 6.根據(jù)作圖法繪出的工作機構(gòu)各個工況圖,可以確定油缸的工作行程。</p>
116、<p> 1)舉升油缸的工作行程</p><p><b> 直徑長度取L=</b></p><p> 2)轉(zhuǎn)斗油缸的計算。</p><p> 轉(zhuǎn)斗油缸的計算和舉升油缸相同,取油泵油壓為25Mpa。</p><p><b> 則:油缸內(nèi)徑D1=</b></p>&l
117、t;p><b> 油缸壁厚m1=</b></p><p><b> 油缸行程L=</b></p><p><b> 油缸長徑L=</b></p><p><b> 總結(jié)</b></p><p> 經(jīng)過三個星期的緊張作業(yè),終于完成了*老師的裝
118、載機設計工作。在參考相關資料的同時充分發(fā)揮自己的想象,其中鏟斗裝備圖經(jīng)過在工程訓練中心實地考察才畫的</p><p> 經(jīng)過這次設計充分掌握了正轉(zhuǎn)六連桿機構(gòu)工作原理,將理論知識用于設計,在設計過程中鞏固理論知識,學會如何去判斷什么是正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn),但是設計過程中存在很多問題,其一是鏟斗空載時的重心如何去確定,鏟斗滿載時如何去確定重心,設計過程中曾想到運用微積分去解決,但積分方程以及鏟斗曲線方程百思不得其接;其二,書
119、上介紹的是反轉(zhuǎn)六連桿工作機構(gòu)的設計,其中的設計公式對正轉(zhuǎn)六連桿是否適用,所以在確定一些鉸接點的時候在參考反轉(zhuǎn)六連桿的設計方法的同時充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力。</p><p> 在設計過程中初步掌握了專業(yè)設備的設計能力和使用專業(yè)工具書的能力,通過這次課程設計我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處,雖然感覺理論上已經(jīng)掌握,但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑,經(jīng)過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學習的興趣,</
120、p><p> 我想這將對我以后的學習產(chǎn)生積極的影響。通過這次設計,我懂得了學習的重要性,了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義,學會了堅持、耐心和努力,這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。</p><p> 參考文獻: </p><p> [1] 機械設計手冊.化學工業(yè)出版社.</p>
121、<p> [2] 液壓傳動設計手冊.上海:上海人民出版社.</p><p> [3] 王榮祥,任效乾.礦山機械系統(tǒng)工程.</p><p> [4] 燕碧娟.專業(yè)授課筆記.</p><p> [5] 王榮祥,鐘良俊.山機電設備運用管理.</p><p> [6] 王榮祥,任效乾.設備系統(tǒng)設計.</p><
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