ZL20装载机反转连杆机构工作装置设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 1 指导老师：马丽英 目 录 一、 课程设计题目1） 二、 装 载 机 工 作 装 置 介 绍2） 三、 铲 斗 的 设 计4） 四、 动 臂 的 设 计8） 五、 反 转 斗 四 连 杆 机 构 的 设计10） 六、 编程计算16） 七、 转斗缸四连杆机构设计21） 八、 心得体会22） 附录：参考文献纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 2 指导老师：马丽英 23） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 3 指导老师：马丽英 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 4 指导老师：马丽英 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 5 指导老师：马丽英 载机 铲斗设计说明书 一、课程设计题目 试设计装载机反转连杆机构工作装置 。 已知该工作装置额定载重量 Q=2t， 卸载高度 H=铲斗宽度 B=斗四连杆机构的尺寸参数为 K= a/d=c/d=上下摇臂为曲线型 ， 动臂 亦 按 照 曲线型结构考虑，其转角 =90， g = z = k = r = =48 52 ， 1 =5 10 。 要求： 1. 编写详细设计计算书； 2. 绘制机构运动轨迹简图（ 2 图）； 3. 用 制工作装置装配总图（ 1 图）； 4. 绘制铲斗部件结构图（ 2 图）。 二、 装载买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 6 指导老师：马丽英 机工作装置介绍 载机用途 装载机是一种作业效率高，用途广泛的工程机械，它不仅对松散的堆积物料进行装、运、卸作业，还可对岩石、硬土进行轻度铲掘作业，并能用来 清理、刮平场地及牵引作业。如换装相应的工作装置，还可完成推土、挖土、松土、起重，以及装载棒料等工作。 原始的装载机工作装置如图 1 1 所示，铲斗与动臂固定，若 转斗液压缸不动，当动臂提升时，铲斗和动臂一起绕着定点转动，斗的倾角随着动臂转角的增大而增大，使斗中物料撒落，为使物料不撒落，要求动臂举升时，铲斗应相对动臂向前倾，以补偿铲斗随动臂转动所引起的后倾，实现铲斗接近平移运动。这样的运动通常是由连杆机构来实现。 图 1 2 所示，为一个由机架、动臂拉杆和框架（斗）组成的工作装置连杆机构，动臂和拉杆的一端与车架铰接， 另一端则与框架铰接。斗和斗液压缸固定在框架上。动臂举升时，动臂 与机架的夹角改变，引起框架和动臂的夹角 改变，由于斗装在框架上，故斗相对于动臂产生了转动。动臂举升时，斗在空间的运动，可以为斗跟随动臂一起绕定 点转动的牵连运动和相对动臂转动的相对运动的合成。 若动臂转角（即斗的牵连运动），通过连杆机构使框架（斗）相对于动臂转动 （斗的相对运动），则斗在空间的实际转角为： = + 若 - ，则 0，即使动臂在举升时，斗在空间基本上无转角变化。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 7 指导老师：马丽英 载机工作装置应满足如下要求： 1、铲斗的运动轨迹符合作业要求，即要满足铲掘、装载的要求； 2、要满足卸载高度和卸载距离的要求，并保证动臂在任何位置都能卸净铲斗中的物料； 3、在满足作业要求的前提下，工作装置结构简单，自重轻、受力合理、强度高； 4、保证驾驶员具有良好的工作条件，确保工作安全，视野良好，操作简单和维修方便。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 8 指导老师：马丽英 三、铲斗的设计 铲斗是铲装物料的工具，它的斗型与结构是否合理，直接影响装载机的生产率，在设计工作 装置连杆之前，首先要确定铲斗的几何形状和尺寸，因为它与连杆机构的设计有密切的关系。 设计铲斗首先要具有合理的斗型，以减少切削和装料阻力，提高作业生产率，其次是在保证铲斗具有足够强度和刚度的前提下，尽量减少自重，同时也应考虑到更换工作装置和修复易换零件（切削刃、斗点）的方便。 斗的构造 在设计铲斗时采用的是普通型焊接铲斗，底板上的主切削刃1 和侧板上的侧切削刃 2 均由耐磨材料制成；铲斗的上方有挡板 3把斗的后臂提高，以防止铲斗举高时物料向后撒落。斗底 上镶有摩擦材料制造的护臂 4，以保护斗臂。如图（ 1）。 图（ 1） 铲斗的构造 1 主切削刃 2 侧刀刃 3 挡板 4 护板 铲斗时采用的是普通型焊接铲斗 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 9 指导老师：马丽英 图（ 2） 带分体式斗齿铲斗 通常在设计铲斗时都采用带齿的铲斗，因为斗齿的作用是铲斗插入物料时，减少铲斗与物料的作用面积使插入力集中在斗齿上，破坏物料结构，因而带齿的斗具有较大的插入料堆的能力，适宜于装矿石和坚硬的物体，齿型的铲斗的选择使提高铲斗的寿命，使铲斗的插入力减小，如果齿变钝了易于更换和维修，设 计时采用分体式铲 斗的截面形状和基本参数的确定 铲斗的截面形状如上图所示，它的基本形状由一段圆弧、两段直线所焊接而成的基本的斗状圆弧的半径 r、张开角、后臂高 h、底臂长 l 等四个参数决定的。圆弧半径 r 大，物料进入铲斗的流动性能好，有利于减少物料装入斗内的阻力，卸料快而干净，但圆弧半径 r 过大，斗的张开角大，不易于装满，且铲斗外形较高，影响驾驶员观察铲斗刃的工作情况。后臂高 h 是指斗上缘至圆弧与后壁切点的距离， h 过小则容易漏料，过大则增加铲斗的外形影响驾驶员的视野。底臂长，则斗的插入料堆深度大，斗易于装满 ，但 铲起力由于力臂的增加而减少，底臂长度小则铲起力 采用分体式铲 大，且由于卸买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 10 指导老师：马丽英 料时铲斗刃口降落的高度小，可以减少动臂举升高度，缩短作业时间。 斗的断面形状由圆弧半径 r、张开角、后臂高度 h、和底臂长 l 等四个参数决定。如图（ 3） 图（ 3）铲斗截面的基本参数 根据上图铲斗截面基本参数，已知该工作机构的额定载重量Q=2t ，由土壤的自然重度公式： 得 V= =2 0=在应用中采用平装斗容来计算铲斗的截面 面积的基本参数，铲斗的截面面积： 22 R 0 . 5 c o s s i n 0 . 5 (1 ) 2 1 8 0z k r c t g 铲斗的几何容积 V=S B，则可以建立下式： 21 0 . 5 c o s s i n 0 . 5 (1 ) 2 1 8 0g z k c t g 式中： V平装斗容量图 (4)所示阴影面积由设计给定； B铲斗的净宽度； V=买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 11 指导老师：马丽英 g铲斗斗底长度系数，g=； z 后斗壁长度， z =R； 后斗壁长度，是指由后斗壁上缘至斗壁与斗底延长线相交点的距离； k挡板高度系数， k=； 挡板高度； r 圆弧半径系数， r =r/R； 斗底与后斗壁间的夹角 ,又称斗张开角； 1 挡板与后斗壁的夹角。 图 (4) 铲斗截面的具体参数 根据已知条件取合适的值： 取 1 =8、 r= k = z = g = =50把以上数据代入上式得铲斗的回转半径： R= 并由 R 得到以下数值： 铲斗的横截面面积 S= V/B= 1 =8 r = k = z = g = =50 R= 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 12 指导老师：马丽英 后 斗 臂 长 度 底 长 度 板 高 度 斗 圆 弧 半径 r =m 底 臂 长 l =铰点距斗底高度 h=容计算 根据确定的铲斗几何尺寸即可以计算铲斗斗容 装斗容 V（ 有挡板铲斗） b/3 式中： S 铲斗横截面积等于 B 铲斗内侧宽度等于 a 近似取 b 铲斗刀刃与挡板最上部之间的距离，又余弦定理得 b=以 三 二、堆装容量 定斗容量） a+c)/6 C 物料堆积高度 由于物料按 2： 1 的坡度角堆装，所以 c 近似等于 c=以 四、 动臂的设计 臂长度 动臂长度决定于动臂与机架的铰点位置和动臂与铲斗的铰点的位置。 g=k=r=m l=h= a=b=p=c=H =动臂下铰点买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 13 指导老师：马丽英 在动臂举升最高位置 所需的最大卸载高度 相应的卸载距离 S 确定。动臂的下铰点在动臂下落时的位置 应尽量靠近轮胎，以减少对倾覆轴的力臂，缩短整机总长，但应保证铲斗上翻时，斗与轮胎有一定的间隙 。 臂铰点的确定 动臂上铰点 :在确定了 上铰点 O 一定在由 连线的垂直平分线上，具体位置由总体布置确定， O 点向后布置可减少和最大外伸，有利于整机稳定，但靠后布置受驾驶室布置及折腰铰点位置限制。动臂的上、下铰点位置确定后，就可以用计算或作图法确定动臂长度。如图： 图 (5) 动臂铰点的确定图示 根据已知条件可知：转角 =90 =载高度 H=铰点距离地的高度 h= =h/R） = = 又有 =50 + =50 += =90 =h= = + = L=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 14 指导老师：马丽英 =1921+ 0 则角为 90 = 则 L =、反转斗四连杆机构的设计 根据题目的设计 要求可得，要求工作装置设计成一反转四连杆机构，此机构的动力学特点是在产掘位置时的传动角大，转斗液压缸以大腔作用，能产生较大的崛起力 五 臂设计要求 1、动臂提升时，收斗角变化不大，在满足最高位置收斗角条件下，加大动臂在下部时收斗角，这样提高装满程度，避免撒料。 2、卸料时，转斗角速度小，易于控制卸料速度，减少卸料冲击。 3、易于实现自动效率，铲斗自顶部降至地面时，无需操纵转斗油缸，铲斗自动回到铲掘位置，简化操作，提高功效 图 (6) 卸载速度随铲斗转角变化曲线 L=1 L =作装置为反转四连杆机构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 15 指导老师：马丽英 图 (7) 工作装置整体简图 此图形可以看成两个四连杆机构组合而成的（转斗缸四连杆机构 斗四连杆机构 由两种不同的线条标 杆机构设计要求： 1、铲斗运动轨道符合作业要求。 2、满足动臂在任意位置都能卸载，即卸载角 3、连杆机构的传动角尽可能大，以提高传动效率 4、作业时，各构件间无运动干涉 四连 杆机构的设计要求： 1、满足斗（相对动臂）的转角范围，在转角范围内，传动角大于 10。转角范围比较大。传动角取得比较大较难，但传动角最小值时，连杆机构受载不大，因此传动角可小些，但不得小于10 2、斗四连杆机构传动比应符合掘起力变化规律要求。即在铲掘位置附近力传动比比较大，以保证有足够的掘起力。 3、连杆尺寸要适当，考虑结构布置的可能性和合理性。 动学与动力学分析 ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 16 指导老师：马丽英 斗四连杆机构是双摇杆机构，其最长杆 d 与最短杆 a 之和应大于是 b 与 c 长度之和，即 a d b c a 铲斗上下铰点连线长 b 斗上铰点和下摇臂连杆长 c 下摇臂长 d 摇臂铰支点与动臂下铰点之连线长度 四连杆机构斗铰线的最大转角范围 当机构杆件长度确定后，为保证最小传动角 10，则该机构所容许的最大转动范围也就确定了 斗四连杆机构的最小传动角的位置有两个如图所示： 图 (8) 斗四连杆的最小传动角位置 一个是当斗铰线 a 在右端极限位置， a、 b 杆所夹的锐角为最 小传动角，作辅助线 e 得到： 可得： 2 2 002 c o s 1 7 0s i n s i n 1 7 0e a b a 应 用 余 弦 定 律买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 17 指导老师：马丽英 22/ s i n 1 7 0a r c s i n2 c o s 1 7 0b a bd d d d 2222 2 222a r c c o c o s 1 7 0a r c c o c o s 1 7 0d e a c b ad d d d da b b ad d d d 由此可得， 0时， 另一个是斗铰线在左端位置，当摇臂 解析几何可以证明， a, + 2b -（ 2 /2(a/d)(b/d） 如上述求得 10，则说明该机构为保证传动角 10，c与 令 0，应用三角关系可 求得 由上述斗铰线的两个极限位置即可求得该机构所允许的最大 转角范围 、斗四连杆机构的最大力传动比 斗四连杆机构在运动时，连杆 用线把旋转运动的杆 件转动中心连线分为两端如图 1力学三心定理可知，分截点即为 a、 c 杆件的相对瞬心，则二杆件角度之比等于该二 杆件相对瞬心距离的反比。即 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 18 指导老师：马丽英 c/ a=x/(如果不计摩擦的损失，得： ： Mc=x/(式中 分别为杆件 a、 式中可见， 计要求铲掘位置时 图 (9) 力传动比最大值 的位置 斗四连杆机构各杆长度确定后， 设连杆 （ x1,（ x2,可列出连杆直线方程 1 2 11 2 11 2 2 1210,y y y yx x x y x 令 可 得 出 连 杆 与 杆 交 点 x 值x=由图 (9)可见： 11c o ss i nx a E Jy a E J买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 19 指导老师：马丽英 22c o ss i nx d C B B J 代入上式经简化得 2 2 2 2 2 222s i n ( ) s i n/s i n s i n/a r c c o s a r c c o c o E J E Jx E c b s d c s ds a d a d E J 式 中令0即可求得该机构在 J，在此位置，该机构获得最大力传动比。 连杆机构尺寸的选择 斗四连杆机构个构件长度比根据资料统计一般可在下述范围内选取： K=a/d=c/d=选择长度比时，若斗的转角范围大， k和 c/d 值应取大些； 若 k和 a/可以使连杆机构最小传动角增大。取定一连杆长度值，即可根据已选择的长度比确 定四连杆各构件尺寸。 连杆机构设计参数可变性很大，每选定一组 k、 a/d、 c/相应有一机构方案。利用上述运动学和动力学分析的计算式，即可求得每一个方案为保证其最大传动角所允许的最大转角范围 及最大力传动比位置的 a、 J。 为了能迅速确定机构参数，并提高设计质量，我买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 20 指导老师：马丽英 们把 k、 a/d、 c/用电子计算机很容易算出相应每组 k、 a/d、 c/ 将它们列成表，利用此表使选的方案在满足下列条件的前提下，确定机构的初始位置： 六、编程计算 序代码： # = A= C=; )a/d)c/d)b/d)$)i=0;i11;i+) j=0;j11;j+) B=K+1+B*B+A*B*( 7/18) )/A*A+B*B*( 7/18) ) );/给 两个角赋值 *纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 21 指导老师：马丽英 (7/18)/A*A+B*B*7/18) ); $ (A*A+1*)/(2*A) ); $180/( ( A*A+B*(1) /(2*A*B) )*180/)A)C)B0)0)$80/0)C+= A+=C= ; 行结果 ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 22 指导老师：马丽英 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 23 指导老师：马丽英 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 24 指导老师：马丽英 上述运行的结果根据以下四点来选择参数： （ 1）所要求的铲斗转角 （ 2）铲斗在极限收斗位置时， （ 3）铲斗在动臂举升至最高位置时， 10； （ 4）使在地面铲掘位置时的 J。 则选择 a/d=0.4;c/d= 50 ; 54 ; ;b/d= 斗上铰点的位置参考同类型机器在连杆机构设计中确定，它与斗下铰点的距离不宜过大，否则将增加斗连杆机构尺寸，使结 a/d=0.4 c/d= 50 54 b/d=布置困难。根据买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 刘礼豪 25 指导老师：马丽英 同类型机器的连杆设计取按比例关系可得 : 取 a=385b=742c=578d=963 七、转斗缸四连杆设计 转斗缸四连杆机构设计是根据所设定的铲斗上翻角和下翻角变化规律进行 的。 铲斗上翻角变化规律（要求），动臂在水平位置以下，其上翻角的变化量应为正值，在动臂最低位置提升至运输位置时其值可大些，以增大收斗角，减少运输时的撒料；动臂在上部位置，则希望小一些，以保持斗的平移性能；动臂由最低位置举升至最高位置，斗上翻角变化量要求 15。当活塞杆收缩，动臂转至任意位置，要求卸载角 45。 把设计要求的铲斗上、下翻角变化规律，以动臂转角以斗平放在地面时的动臂位置为初始位置，其转角范围为，每隔 10作出动臂的转角值。 上翻角斗铰线转角以地面上时的收