装载机工作装置结构设计【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 摘 要 装载机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门。本文中参阅了大量的土方机械的设计参考书，其中大多数是有关装载机方面的，有的是工作装置单一构件的设计，有的则是整个工作装置的设计，并且有许多有关工作装置优化设计方面，各参考所涉及到的装载机虽然型号不同，研究的方法也有差异，但综合起来基本上也概述了现行的设计方法。国外装载机发展迅速，而我国装载机在设计上存在很多问题，其中主要集中在可靠性、结构设计 强度等方面。而工作装置对于装载机来说又是重中之重，所以工作装置的设计好坏直接影响到装载机的使用寿命以及工作效率等。虽然现在市场上的装载机已经日趋成熟，但对其进行改进设计仍有非常重要的意义，尤其是装载机的工作装置。装载机工作装置的转斗六连杆机构是由与液压缸，铲斗相关联的两个四连杆机构组合而成。轮式装载机在作业时，靠改变液压缸的长度来使铲斗获得所要求的收斗角和卸料角。机构中各杆件长度及其结构参数确定后，需要对该机构作某些特定计算，以判断机构设计的正确性。在工作循环中速度与加速度变化合理；油缸活塞行程为最佳值；工 作装置运动平稳、无干涉、无死点、无自锁；动臂从最底位置到最大卸载高度的举升过程中，保证铲斗中物料不洒落；在卸载后，动臂下放至铲买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 掘位置铲斗能自动放平。 关键词 工程机械，装载机，工作装置 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he is of in of as In is is to is is in in so on to is is as as so in by on to it to in of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is an of at is by of an to of of to in in a to to to he a of is he no to no no to to do to to to to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 前言 . 1 1. 装载机工作装置概述 . 3 载机工作装置设计概述 . 3 构型式选择 . 4 载机设计任务 . 7 2 铲斗结构设计 . 8 斗斗型的结构分析 . 8 削刃的形状 . 8 斗的斗齿 . 9 斗的侧刃 . 10 体形状 . 10 斗基本参数的确定 . 11 容的计量 . 14 平装斗容 ) . 14 定斗容 (堆装斗容 ) . 15 . 17 作机构连杆系统的尺寸参数设计 . 18 构分析 . 18 计方法 . 18 寸参数设计的图解法 . 19 臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点 B、 E、 A 的确定. 20 定坐标系 . 20 铲斗图 . 20 定动臂与铲斗的铰接点 B . 20 定动臂与机架的铰接点 A . 22 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 定动臂与摇臂的铰接点 E . 23 杆与铲斗和摇臂的两个铰接点 C、 D 的确定 . 23 升油缸与动臂和机架的铰接点 H 及 M 点的确定 . 26 定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程 . 28 臂油缸的铰接位置 . 28 臂油缸行程 的确定 . 29 大卸载高度和最小卸载距离 . 30 4 工作装置的强度计算 . 32 算位置 . 32 载荷的确定 . 32 作装置的受力分析 . 35 作装置的强度校核 . 43 臂 . 43 销 . 47 杆 . 50 臂 . 52 5 装载机工作装置中油缸作用力的确定 . 57 斗油缸的选择 . 59 臂油缸的选择 . 62 斗油缸与动臂油缸被动作用力的确定 . 64 6. 工作装置的限位机构 . 65 斗转角限位装置 . 65 臂升降的自动限位机构 . 66 7 装载机工作装置三维实体建模 . 68 软件介绍 . 68 作装置零件建模 . 69 臂的生成 . 70 斗的生成 . 71 座的生成 . 72 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 杆的生成 . 72 臂的生成 . 73 压缸筒的生成 . 73 压缸活塞的生成 . 74 8. 工作装置装配模型建模 . 76 座模型装配 . 78 臂模型装配 . 78 斗模型装配 . 80 压缸体模型装配 . 80 杆模型的装配连接 . 81 杆模型与铲斗模型和摇杆模型的装配连接 . 82 钉模型的连接 . 82 章小结 . 86 9 装载机工作装置运动仿真 . 88 述 . 88 建装载机工作装置的机械运动仿真 . 88 接轴设置 . 88 建快照 . 90 义伺服电动机 . 90 行运动 . 94 果回放动态干涉检查与制作播放文件 . 96 10 总结 . 100 致 谢 . 101 参 考 文 献 . 102 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 前 言 装载机是以轮胎式或履带式拖 拉机为基础车，安装上铲斗作为工作装置的一种土方工程机械。它是一种作业效率高、操作轻便、用途广泛的施工机械，它不仅用来对松散的堆积物料进行装、运、卸等作业，还可以铲装爆破后的矿石以及对硬土进行轻度挖掘，并能用来进行清理、刮平场地及牵引等作业。装载机的铲掘和装卸物料是通过工作装置的运动而得以实现的，装载机工作装置由铲斗、动臂、连杆、摇臂和转斗油缸、动臂油缸等组成。整个工作装置铰接在车架上。铲斗通过连杆和摇臂与转斗油缸铰接，用以装卸物料。动臂与车架、动臂油缸铰接，用以升降铲斗。铲斗的翻转和动臂的升降采用液压操纵。 装载机作业时工作装置应能保证：当转斗油缸闭锁、动臂油缸举升或降落时，连杆机构使铲斗上下平动或接近平动，以免铲斗倾斜而撒落物料；当动臂处于任何位置、铲斗绕动臂铰点转动进行卸料时，铲斗倾斜角不小于 45，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平。综合国内外装载机工作装置的结构型式，主要有七种类型，即按连杆机构的构件数不同，分为三杆式、四杆式、五杆式、六杆式和八杆式等；按输入和输出杆的转向是否相同又分为正转和反转连杆机构等。工作装置直接影响到装载机的性能参数和其作业效率。 载机，主要装载机生产厂家均拥 有该产品。第一代产品几十年来沿续至今，全国几乎使用同一套图纸，有些技术力量薄弱的厂家，仍把其当作主导产品推买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 向市场。第二三代产品主要是对工作装置进行优化，改变外观造型。所以，合理的设计工作装置的结构是非常重要的。 常见的有关轮式装载机的工作装置设计中，广泛采用反转六连杆机构为例进行设计以及放平性、工作强度的校核，本次设计中在没有同类正转机构设计资料的前提下，反复琢磨工作装置的工作原理，并使用机械设计软件 行工作装置的各铰接点的设计，所以在进行有关校核时直接应用绘图尺寸，可以保证精度要求，此设计 资料也可以作为今后正转工作装置的设计参考。当然，在设计中难免有疏忽以及错误的地方，望批评指正。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1. 装载机工作装置概述 载机工作装置设计概述 装载机铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动实现的。装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂 连杆 (或托架 )及液压系统等组成 (图 1 1)。铲斗用以铲装物料；动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架连接；转斗油缸通过摇臂 连杆(或托架 )使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操纵。由动臂、动臂油缸、铲斗、转斗油缸、摇臂 连杆 (或托架 )及车 架相互铰接所构成的连杆机构，在装载机工作时要保证：当动臂处于某种作业位置不动时，在转斗油缸作用下，通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动；当转斗油缸闭锁时，动臂在动臂油缸作用下提升或下降铲斗过程中，连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或斗底平面与地面的夹角变化控制在很小的范围，以免装满物料的铲斗由于买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 铲斗倾斜而使物料撒落；而在动臂下降时，又自动将铲斗放平，以减轻驾驶员的劳动强度，提高劳动生产率。 构型式选择 装载机工作装置的结构型式分为有铲斗托架和无铲斗托架两种。 有铲斗托架的工作装置如图 1 1a 所示。其动臂和连杆的后端与车架支座铰接，动臂和连杆的前端与铲斗托架铰接，托架上部铰接转斗油缸体，其活塞杆及托架下部与铲斗铰接。当托架、动臂、连杆及车架支座构成的是平行四连杆机构，则在动留提升、转斗油缸闭锁时，铲斗始终保持平移，斗内物科不会撤落。有铲斗托架的工作装置易十更换铲斗及安装附件，例如将铲斗卸下，在托架上装上起重叉便可进行起重及叉车作业。有铲斗托架的工作装置，结构比较简单，同时，由于转斗油缸及铲斗都是直接铰接在托架上，所以铲斗的转动角较大。但由于在动管前端装有较重的托架，所以减少了铲斗的载重量 。 国产 160 装载机均采用有铲斗托架的工作装置。 无铲斗托架的工作装置如图 1 1b 所示。其动臂的前端和铲斗铰接，动管的后端和车架上部支座铰接，动管油缸两端分别和动管及车架底部支座铰接，转斗油缸一端和车架铰接，另一端和摇臂铰按，摇臂则铰接在动臂上，连杆一端和摇臂铰接，另一端和铲斗铰接。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 根据摇臂 连杆数目及铰接位置的不同，可组成不同型式的连杆机构。不同型式的连杆机构，铲斗的铲起力 P 随铲斗转角的变化关系，倾斜时的角速度大小以及工作装置的运动特性也不同。因此，装载机工作 装置结构型式的选择，既要考虑结构简单，又要考虑作业性质与铲掘方式来确定 (图 1 2)。 正转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相同 (图 1 3a、 b、 c、 d)。其运动特点是：发出最大铲起力 P 时的铲斗转角是负的 (图 1 2a 曲线 )，有利于地面的挖掘 (图 1 2b)，铲斗倾斜时的角速度大，易于抖落砂土，但冲击较大。 正转连杆机构又可分为正转单连杆 (图 1 2a、 b)和正转双连杆 (图 1 2c、 d)两种形式。单连杆机构的连杆数目少，结构简单，易于布置，一般也能较好地满足作业要求。缺点是 铲起力变化曲线陡峭 (图 1 2 曲线 )；摇臂 连杆的传动比较小，为提高传动比，需加长摇臂 连杆的长度，给结构布置带来困难，并影响驾驶员的视野。双连杆机构的结构较复杂，转斗油缸也难于布置在动臂下方， 但摇臂 连杆的传动比较大，因此摇臂 连杆尺寸可以减小，驾驶员的视野较好，铲起力变化曲线平缓 (图 1 2)，适于利用铲斗及动臂复合铲掘的作业 (图 1 2c)。缺点是提升动臂铲斗便后倾，因此，如保证动臂在最大卸载高度时，铲斗的后倾角适当，则动管在运输位置时，铲斗的后倾角较小，易造成铲斗内物料的撒落。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 1 2 常见工作装置结构形式 正转连杆机构，因总体结构布置及动臂形状的不同而将转斗油缸布置在不同的位置上。如将转斗油缸布置在动臂上方 (图 3 3b、 d)，则在动臂提升时，转斗油缸轴线与动臂轴线不会交叉，因而这种布置便于实现动臂、摇臂 连杆与转斗油缸的中心线布置在同一平面内，工作装置受力较好。缺点是当铲斗铲装物科时油缸的小腔工作，因而使铲斗油缸的缸径与重量增大。国产 10 装载机的工作装置就是采用这种正转双连杆机构。 反转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相反 (图 1其运动特点是，发出最大铲起力 P 时的铲斗转角 是正的，且铲起力变化曲线陡峭 (图 1 2a 曲线 )，因此，在提升铲斗肘的铲起力较大，适于装载矿石 (图 1 2d)，不利于地面的挖掘；铲斗倾斜时的角速度小，卸料平缓，但难于抖落砂土；升降动臂时能基本保持铲斗平移，因此物料撒落少，易于实现铲斗自动放平 (图 1 2e)；摇臂 连杆的传动买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 比较小。 反转连杆机构多采用单连杆，双连杆机构布置较困难。反转连杆机构当铲斗位于运输位置时，连杆与动臂轴线相交，因此，难于布置在同一平面内。但由于这种型式结构简单，铲起力较 大，所以中小型装载机采用较多。国产 载机的工作装置就是这种反转连杆机构 (图 1 1b)。 应当指出，正、反转连杆机构都是非平行四边形机构。因此，在动臂提升过程中，铲斗或多或少总要向后翻转一些。 载机设计任务 根据装载机用途、作业条件及技术经济指标等，选定工作装置设计参数如下。 额 定 斗 容： 3 定 载 重 量： 50 机 质 量： t 轮 距： 2150 距： 3427 胎 规 格： 25 最大 卸载 高度： 3090小 卸载 距离： 1130文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 铲斗结构设计 铲斗是直接用来切削、收集、运输和卸出物料，装载机工作时的插入能力及铲掘能力是通过铲斗直接发挥出来的，铲斗的结构形状及尺寸直接影响装载机的作业效率和上作可靠性，所以减少切削阻力和提高作业效率是铲斗结构设计的主要要求。 铲斗是在恶劣的条件下工作，承受很大的冲击载荷和剧烈的磨削，所以要求铲斗具有足够的强度和刚度，同时要耐磨。 根据装 载物料的容重，铲斗做成三种类型； 正常斗容的铲斗用来装载客重 米 3 的物料 (如砂、碎石、松散泥土等 )：增加斗容的铲斗，斗容一般为正常斗容的 ，用来铲掘容重 米 3 左右的物料 (如煤、煤渣等 )；减少斗容的铲斗，斗容为正常斗容的 来装载容重大于 2 吨米 3 的物料 (如铁矿石、岩石等 )。用于土方工程的装载机，因作业对象较广，因此多采用正常斗容的通用铲斗，以适应铲装不同物料的需要。 斗斗型的结构分析 削刃的形状 铲斗切削刃的形状根 据铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 和非直线型两种（图 2 1)。直线型切削刃简单并利于地面刮平作业，但切削阻力较大。非直线型切削刃 有 v 型和弧型等，装载机用得较多的是 v 型斗刃。这种切削刃由于中间突出，在插入料堆时，插入力可以集中作用在斗刃中间部分，易于插入料堆，同时对减少“偏裁切入”有一定的效果。但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。 斗的斗齿 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 装有斗齿的铲斗在装载机作业时，插入力由斗齿分担，形成较大的比压，利于插入密实的料堆或松物料或撬起大的块状物料，便 于铲斗的插入，斗齿磨损后容易更换。因此，对主要用于铲装岩石或密实物料的装载机，其铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物队其铲斗可以不装斗齿。 斗齿的形状对切削阻力有影响：对称齿形的切削阻力比不对称齿形的大；长而狭窄的齿比宽而短的齿的切削阻力要小。 斗的侧刃 弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小，但弧线型侧刃容易从两侧泄漏物料，不利于铲斗的装满，适于铲装岩石。 体形状 对主要用于土方工程的装载机，在设计铲斗时要考虑斗体内的流动性，减 少物料在斗内的移动或滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料时买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 有良好的倒空性。 铲斗底板的弧度 (圆弧半径 1R ，见图 2 2)越大，铲掘时泥土的流动性越好，但对于流动性差的岩石等，则应将底边加长而弧度减小，使铲斗容积加大，比较容易铲取。但是，当底边过长，则铲斗的铲起力变小，且铲斗插入料堆的插入阻力与刃口的插入深度成比例的急剧增加， 如图 23 所示。相反，如底边短，不但铲斗的铲起力大，而且卸载时，斗刃口的降落高度小，也易于将物料卸净。因此，铲斗转铰销的位置以近于刃口 处为好，在极端时也有将转铰销布置在铲斗内部，如图 2 4 所示。 斗基本参数的确定 铲斗宽度 大于轮胎外侧宽度 100 一 200 毫米，以防止铲掘物料所形成的阶梯地面，而损伤轮胎侧面和容易打滑而影响牵引力。 铲斗的回转半径 R 是指铲斗的转铰中心 B 与切削刃之间的距离 (图 2 4)。由于铲斗的回转半径 R 不仅影响铲起力和插入阻力的大小，而且与整机的总体参数有关。因此铲斗的其它参数依据它来决定。铲斗的回转半径 R 可按下式计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 ts i n)co s(2 使用平装斗容计算公式： 1 8 ts i n)co s(式中 几何斗容量 ( 图 2 4 中所示阴影断面 ) B。 铲斗内侧宽度 (米 )； g 铲斗斗底长度系数，通常 .1gz 一 后斗壁长度系数，通常 .1z ； k 挡板高度系数，通常 2.0k； R 斗 底和 后 斗 壁 直线 间 的圆 弧 半 径 系数 ， ； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 挡板与后斗壁问的夹角，通常 001 105 ； 0 斗底和后斗壁间的夹角，通常 000 5248， (有推荐00 6555 )。 10 2)w （ 2 2） 2 8 2 71025 9 71 0 02 1 5 00 B 中 取 b 根据设计资料有 972150 （ 2 3） 所以有： 1 8 ts i n)co s( （ 2 4） o i o 斗底长度 指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 00 （ 2 6） 挡板高度 K 0 （ 2 7） 铲斗圆弧半径 1R ： 01 （ 2 8） 铲斗与动臂铰销距斗底的高度 : 00 (2铲斗侧 壁切削刃相对于斗底的倾角 000 6050 。在选择 1 时，应保证侧壁切削刃与挡板的夹角为 090 。因此取 0=500，切削角 0=300。 容的计量 铲斗的斗容量可以根据铲斗的几何尺寸确定。 何斗容 (平装斗容 ) 铲斗平装的几何斗容可按下式确定 (图 2 5)。 对于装有挡板的铲斗： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 2 10） 根据有关计算有 o o （ 2 11） 式中 A 铲斗横断面面积，如图 2 5 中所示阴影面积 0B 铲斗内壁宽 (m)， a 挡板高度 (m)； b 斗刃刃口与挡板最上部之间的距离 (m)。 定斗容 (堆装斗容 ) 铲斗堆装的额定斗 容 指斗内堆装物料的四边坡度均为 1： 2，此时额定斗容可按下式确定 (图 2 5) H 米（ 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 式中 c 物料堆积高度 (米 )。 物料堆积高度 c 可由作图法确定 (图 2 5)：根据科堆坡度角可得料堆尖端点肘，再由 作直线 直，将 线向下延长，与斗刃刃口和挡板最下端之间的连线相交，此交点与料堆尖端之间的距离，即为物料堆积高度 G。 （ 2 13） 铲斗斗容的误差率 %5%003 （ 2 14） 所以铲斗的设计合格。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 工作装置败结构设计包括： 1)确定动臂长度、形状及与车架的铰接位置。 2)确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程。 3)连杆机构 (由动臂、铲斗、转斗油缸、摇臂 连杆或托架等组成 )的设计。工作装置的结构设计应满足以下要求： 1)保证满足设计任务书中所规定的使用性能及技术经济指标的要求，如最大卸载高度、最大卸载距离、在任何位置都能卸净物料并考虑可换工作装置等。 2)保证作业时与其它构件无运动干涉。 3)保证驾驶员有良好的劳动条件，如工作安全、视野开阔、操作简便等。 工作装置的结构设计是一个比较复杂的问题，因为组成工作装置的各构件的尺寸及位置的相互影响，可变性很大。对于选定的结构形式，在满足上述要求下，可以有各种各样的构件尺寸及铰接点位置。因此，只有在综合考虑各种因素的前提下，对工作装置进行运动学和动力学分析，通过多方 案比较，才能最后选出最佳构件尺寸及铰接点位置，使所设计的工作装置不仅满足使用要求，况且具有较高的技术经济指标。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 作机构连杆系统的尺寸参数设计 由于现今国内、外购轮胎式装载机广泛地采用反转六杆工作机构，并且它的设计难度较大，又有一定的代表性，所以以其为例，阐述工作机构连杆系统的尺寸参数设计，以求举一反三。 构分析 反转六杆工作机构由转斗机构和动臂举升机构两个部分组成。转斗机构