侧卸式铲斗装载机总体设计VIP

辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前 言 装载工作是整个地下采矿的重要环节，其工作量最繁重，费时最多，对采矿生产率影响极大。消耗于这一工序的劳动量占循环时间的 30% 正因为如此，国外许多的国家十分重视装载机械的开发推广与使用。 装载 机开始制造是在 90多年前。自身带有动力的 装载 机，是在 1920年初出现的，其铲斗安装在两根垂直立柱上，铲斗的举升和下落是用钢绳来操纵的。从 1930 年开始， 装载 机的机构得到较大的改进。 1939年出现了比较先进的轮胎式装载，在 40年代 装载 机得到了更大的发展。 1944年，开始用液压代替钢绳控铲斗。 1947 年 装载 机 发展成四轮驱动。 1950 年出现了第一台带有液力变矩器的轮胎式 装载 机，它使 装载 机能够很平稳地插入料堆并且使作增快，同时插入运动，发动机不会因插入阻力大而熄火。 1960 年出现了第一台铰接式 装载 机，这使 装载 机转向性能大大改善，增加了它的机动性能性和纵向稳定性。 60年代的电动 装载 机。这是 装载 机设计的一个新的突破，它进一步增加了 装载 机的使用范围。今后 装载 机的发展趋势是通过 执行机构 尺寸的增加和机构的改进进一步增加了生成力。 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 2 1 绪论 题意义 随着我国经济的持续、健康、 高速发展，对工程机械的需求将增长，这些需求对工程机械产品既提出了 “ 量 ” 又提出了 “ 质 ” 的巨大市场需求。我国 “ 九五 ” 期间土石方、路基路面、基础及建筑施工工作量预计比 “ 八五 ” 要大一倍以上，工程机械的总需求量亦将为 “ 八五 ” 期间的二倍，推土机、 装载 机、轮式起重机、叉车、路面机械、凿岩钻车及挖掘机械等 7 类主要工程机械 “ 九五 ” 末的年需求量可在 11 万台以上。 而 装载 机被大量应用于各行各业，无论是公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山都有它的身影。国外先进的采掘机械设备将有更多的机会进入中国，中国的设备也会有更多的的机会走向世界。 在这种情况下，我国从事地下采掘与工程的管理人员、技术人员和使用维修人员都急需了解这类设备，国内从事该类设备制造业的工程技术人员为了研制出能参与国际竞争的成套设备也要掌握相关的设计理论和方法；所以对该类机械设备的设计是具有重大意义的。 与其他的工程机械相比，侧卸式 装载 机的实用性很强。它 主要用 于煤巷、全岩巷中煤、岩及其 它 物料的装载 。 除完成装载作业以外，还可以充当支护时的工作平台 。 在井下作业时，主要是用完成工作面短距离运输、卧底、清帮和支护等。由于 它 插入力大、机动性好、全断面作业、安全性好。因而发展很快，成为井下 施工的主要机械 。 综上所述，综合自己所学专业知识，对 装载 机执行机构进行 设计。 卸式 装载 机 国内发展现状 我国从 1954 年开始有了自己的装载机械制造业。几十年来已生产了多种类型的井下矿用装载机械，从而在减轻劳动强度，提高掘进与回采强度等方面取得了一定成绩，但至今装载作业仍然是井下开采中繁重而由费时的工序，装载设备仍然是钻装运成套设备中的薄弱环节，与国外先进水平相比，差距还相当大，应迅速改变这种状况。 国内井下矿用 装载 机主要有 60型， 26型， 100/45 型以及本次设计的60(100)侧卸式 装载 机等。另外，由于近几年液压技术的发展，把液压技术应用到装载设备中具有良好的发展前景。 对于我国露天矿用 装载 机，由于大中型露天矿已基本实现现代化， 装载 机的发展也趋于完善。在小型矿中， 5 型前端式 装载 机和具有连续装载能力的蟹爪式 装载 机业已正式生产。积极开展大型、高效露天 装载 机械的研制和配套工作，尽快提高我国 装载 机装备水平，是保证采掘工业迅速发展的重要措施之一。也可使我国的矿 业得到充分开采与利用。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 卸式 装载 机 国外发展现状 国外的平巷掘进机械化，主要是发展各种钻装运配套成龙的机械化作 业线，并使局部自动化。在二十世纪中后期，内燃无轨设备的发展，使平巷掘进产生了革命性的变化。使机械化程度理论上可达 100%，工效可提高十倍，人员大大减少。例如，日本小松制作所生产的 静液压传动履带 装载 机，采用电子控制系统实现对机器转动、行走、转向、停止等各动作进行控制。国外生产这种钻装运配套成龙一体化的厂家主要有：美国的司、 司、 司；瑞典的 司和法国的 国外在露天矿用装载机械中的发展主要在机械式单斗挖掘机、半液压 大型矿用挖掘机上。目前，由于电子计算机控制的无人工地的发展，露天矿的 装载 机械可以由脱离机体的中心指挥控制室或者遥控阀开进行控制和进行操作作业 。 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 4 2 卸 装载 机 执行机构 运动分析 卸 装载 机 特点 侧卸式 装载 机 (图 2这种 装载 机是正面铲取岩石，在设备前方侧转卸载，行走方式多为履带式。它与铲斗后卸式比较，铲斗插入力大、斗容大、提升距离短，履带行走机动性好， 装载 宽度受限制小，铲斗还可兼做活动平台，用于安装锚杆或挑顶等。与机械化快速施工联系。全断 面 装载 ，不留死角，是全液压钻眼台车的最佳配套设备，机械化程度高。极大地减轻了掘进工种的劳动强度，实现了文明生产，施工安全也有保障。 侧卸 装载 机是上述几条机械化作业线的重要组成部分，由实际情况可知，在整个岩巷掘进过程中， 装载 是耗时最多的工序，一般要占整个循环作业时间的 30%，有时多达 50%。因此， 装载 机质量的好坏往往成为岩巷快速掘进的关键。侧卸 装载 机高可靠性、高 装载 效率，无污染的特点，亦吸引了其他地下工程用户如水电、隧道、地铁的物料装载。 图 2载 机机构总图 载 机 执行机构 及其设计方法 执行机构 (又称工作装置 )是 装载 机进行各种作业的执行部件，其性能直接影响 装载 机能力的发挥，所以对 装载 机 执行机构 的精确分析和设计就显得尤为重要。 装载 机 执行机构 的设计最早采用的方法是图解设计法，它将工作装置的连杆机构看成是由斗杆机构和缸杆机构两部分组成。其关键是确定摇臂在动臂上的铰 点位置和油缸在机架上的位置。这种方法得出的设计方案只是一种可行方案，但是并不是最优的方案。在这个基础上，经过几次分析和改进还可以继续提高其性能。但是这种方案比较繁琐，要想同时满足多个约束的辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 要求比较困难。因此这种方式基本属于一种“类比试凑法”。 解析法是根据平移性、卸料性、动力性的要求作出连杆机构的近似特性曲线，并根据近似特性曲线确定一组杆件方程组。然后再根据已知数据和杆件方程组计算出其它杆件的长度。最后作出连杆机构的实际特性曲线，根据实际特性曲线和近似特性曲线之间的差值作出一些修正。解析法设计连杆机构较 作图法来说省去了反复试凑作图的过程。特别是根据连杆机构的特性曲线，用杆件方程组设计出合乎预定性的方案，减少了设计过程的盲目性，从而利于提高设计的质量和效率。 优化设计方法是 20 世纪 70年代中期才发展起来的一种设计方法。它以数学规划为理论基础，以电子计算机为工具，来寻求机械设计的最优参数，这是机械设计领域的一场革命。它用理论设计代替经验设计，以精确设计代替近似设计，以动态设计代替静态设计。在 装载 机 执行机构 的设计中，由于设计变量比较多，是复杂的多目标函数，以往的计算工具和计算方法己经不能满足优化设计的需要， 而计算机的快速发展和新的计算方法的研究保证了设计的快速和可靠。 载 机 执行机构 类型 目前国内外生产的地上 装载 机工作装置主要有两种 :六杆机构 (图 2八杆机构 (图2六杆机构工作装置传力比大，可充分发挥 装载 机的铲掘能力，广泛应用于矿山堆场的铲装作业。组成八杆机构工作装置的机构杆件多，可以实现复杂运动，所以常常作为多功能 装载 机的工作装置。 图 2载 机六杆 执行机构 he of 卸 式铲斗装载 机 总体设计 6 图 2八杆 执行机构 he of 下矿上的铲装作业中，由于空间有限， 执行机构 的设计就较为简单，广泛采用四种装置，正转四杆机构，正转五杆机构，正转六杆机构， 图 2 正传四杆机构 正转五杆机构 正转六杆机构 图 2载 机常用工作装置 卸 装载 机 铲斗 的 运动 过程 分析 侧卸 装载 机的 铲斗 工作时，铲斗的运动是由动臂油缸， 侧 卸油缸和机体的行走部共同控制的。在一个工作循环中铲斗要完成的动作有：将铲斗放平由机体的行走部将铲斗推入料堆。边推进边翻转铲斗使物料充满铲斗。当铲斗装满物料后，将铲斗转正并举臂到适当辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 的位置作好运送的准备由 机体的行走部将物料运送到卸载点。将铲斗对准卸载口进行翻斗卸载。将铲斗正位并下降动臂准备返回。返回到卸载点将铲斗放平到插入位置进行下一个工作循环。 为了使操作方便和提高劳动生产率，铲斗臂上对称地布置两个油缸 ， 铲斗上安装有一个油缸使的得整个动作协调。 图 2载 机。 图 2卸 装载 机 斗 结构 设计 铲斗是用来切削，收集，运输，卸出物料的 部件 。它设计的合理与否直接影响到 装载机的 生 产率，能量消耗及工作的可靠性。 铲斗的结构设计，一般应满足下列条件，在斗体尽可能轻的条件下，保证铲斗有足够的强度和刚度；铲斗的结构形状应保证铲斗插入物料堆时阻力最小；耐摩擦对易损斗齿更换方便等。 为减小铲斗插入物料堆的阻力，尽量避免无效容积及顺利卸载的要求，铲斗形状通常是前臂高与后臂，前臂上部作为圆弧状，并装有一组齿，铲斗下部较上部略宽，四角呈圆弧状以方便卸载，避免大块堵塞，后臂与斗底的夹角要成钝角，即可避免可效 容积又可使斗底铰点抬高，方便开斗。 铲斗前臂直接切入物料，要求材质耐磨，强度高，一般用锰钢（ 造，并在其切削部位焊有硬质合金。 铲斗后臂与斗体相连接，并支承整个斗体，故后臂多用碳钢铸造并铸有加强的筋条。 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 8 斗体的两侧板连接前后臂，使之成一方箱，因其磨损受力较前后臂小，故小型铲斗用焊件式铸造，而大型铸斗两侧臂采用前后臂延长两侧，再用塞柱焊接在一起。 斗的后臂固定着斗与斗柄，拉杆的铰及提升滑轮的铰座等。 斗齿它可减小挖掘阻力。斗齿的形状应根据物料的物理，机械性质正确选择斗齿的最大厚度是铲斗加强厚度的 齿是磨损严重的易损件。故通常用耐磨材料铸造。 铲斗按其结构可分铸造， 铆结构， 焊接，铸 铸造铲斗：整体铸造的铲斗，强度较铆结构的高，但其自重较大，适用于小型挖掘机上。 铆结构铲斗的优点是制造容易， 价格便宜。缺 点是强度差（铆钉易松动），主要用于小型挖掘机上。 焊接铲斗：前臂和侧臂是钢板焊接，而后臂通常是铸造。其特点是自重较小。对单斗挖掘机，在动力不变的条件下，用焊接铲斗代替铸造铲斗，铲斗容积平均可增大 1/3（大 到 大 到 大 到 这是提高挖掘机生产率的途径之一。但一般钢板焊接的铲斗，仅用于轻型挖掘机。 铸 面包以合金钢板的铲斗，适用与大型铲斗（如斗容 根据设计要求，本设计采用焊接铲斗。 斗关键尺寸的 计算和确定 （ 1）几何斗容： 按美国汽车工程师学会（ 准前端式装载几何斗容 位为 3m ）由下式确定斗背上挡板的铲斗斗容为： 22 / 3K B B h b 式中， S 铲斗横断面面 积 ， 2m 铲斗的内臂宽， m; h 挡板高度， m; b 斗刃刃口与挡板最部之间的距离， m； （ 2）额定斗容： 按 于斗背上装有挡板的铲斗 22/ 8 ( ) / 6S K B b B b h c 式中 积”高度， m 其确定方法如下图，由斗刃刃口和挡板最下部之间作一连线，再由料堆尖端 M 点作直线 直，将 线向下延长，与辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 斗刃刃口和挡板最下部之间的连线相交，此点与 料堆尖端之间的距离，使表示物料堆积高度 C。 铲斗横断面积如图 2 图 2斗横断面积简化计算图 -6 2 3将已知的横断面分成若干块，方法如下： 找出铲斗底部的内圆弧部分的中心 过 后找出铲斗横断面面内从圆弧过渡到直线的过渡点 A、 F 再分别连 A、 G 和 F、 G 这样就把铲斗的横断面分成四块。 按设计要求铲斗的额定斗容为 1立方米。 预估各部分尺寸如下： 铲斗长 1350 内壁宽 b=1100=300 20E=500 30mm h=160 00 35。 扇形面积 60=60 =1060( 2 三角形面积 95( 2 三角形面积 50( 2 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 10 梯形面积 D） x 0+120)720( 2 求总面积： S=1060+195+150+2720+4125=4125（ 2 几何斗容： 22 / 3 ( )K B B h b =4125(16=742500722020( 3 =3m ) 额定斗容： 22/ 8 ( ) / 6S K B b B b h c =072220(16+31) =3m ) 符合设计额定斗容 1立方米的设计要求。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 压缸设计计算 负载计算 斗杆装载时装载行程较长，切土厚度在装载过程中可视为常数。斗杆在装载过程中总转角为 110 ，在这转角行程中铲斗被装满。铲斗缸外负载为最大时，缸内压力最大，此时装载力最大，其值为 12： 1 . 3 5m a O S (4 =200 C O S 1 2 . 6 1 . 2 5 1 . 3 0 . 7 5 1 . 1 5 +D =200 C O S +15000 =1655000 =170417(N) 式中 C 表示土壤硬度的系数 ,对级土宜取 C=50 80，对级土宜取 C=90 150，对级土宜取 C=160 320，式中取 C=200； R 铲斗与斗杆铰点到斗齿尖的距离，即转斗装载半径，取斗容量为 1根据反铲斗主要参数特性计算表，查表得 R= B 装载刃宽度影响系数 ,B=1+中 查表得 b= 装载过程中铲斗总转角的一半 ,查表得55 ； A 装载角变化影响系数 ,取 A= Z 带有齿的系数 ,取 Z= X 斗侧臂厚度影响系数 ,X=1+中 s 为侧臂厚度 ,单位为 步设计时可取X= D 装载刃挤压土壤的力 ,根据斗容大小在 D=10000 17000N 范围内选取 取 D=15000N； 转斗装载装土阻力和法向装载阻力相对与以在计算时可以忽略不计。 压缸结构尺寸计算 (1) 根据铲斗缸的最大外负载，可以设计计算铲斗缸的结构尺 寸 15： 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 12 当推力驱动工作负载时： F= 02024 (4由此可求出缸筒内径为 : D= 0020m a = 2224 1 7 0 4 1 73 . 1 4 3 0 1 0 . 9 5 2 9D = 214 1 7 0 4 1 7 23 . 1 4 3 0 1 0 . 9 5 2 9D 求出 D=88系统为 高压系统，因此速比 取 =2， d= 122 (2式中 系统背压 统最高压力 P=30据 查表 2348 1993 圆整得到 D=906 (2) 活塞杆直径为 d= 122 = 22 90=根据 2348 1993规定的活塞杆尺寸圆整为 d=633) 最大工作行程 2 时 行程 S=12D (2S=12 90 =1080（ 根据国家标准 1980 规定的液压缸行程系列圆整到 S=1100塞有效计算长度 液压缸的安装尺寸，可查设计手册得 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 安装尺寸 =1L+S=377+1100=1377（ 当活塞杆全部伸出时，有效计算长度为： L=1100+1100+377=2577（ S 液压缸的安装尺寸 (查设计手册得到 ) (5) 最小导向长度 H 1 1 0 0 9 0 5952 0 2 2 0 2 ( (2取最小导向长度为 600（ 式中 L 液压缸最大行程； D 缸筒内径。 (6) 导向套长度 A=（ d (2=(63)向套长度为 607) 活塞宽度 B=（ D (2=（ 54 90） 塞杆宽度 B=80中 D 缸筒内径 (8) 缸筒壁厚 ： 材料的许用应力计算 = 800 1605M P a M P a(2式中 b 缸体材料的抗拉强度，缸体材料为 #45 ，b=800n 安全系数 n=5 2 D P (2侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 14 = 30 60 30=查缸 筒壁厚度 表，取 =12中 P=30 (9) 缸筒外径 2(2=90+2 12 =114(因为液压缸的缸筒是无缝钢管，因此缸筒内部 要留出 5取内径为 95 缸强度计算 ： (1) 已知参数： 缸径 D=90 杆径 d=63 行程 S=1100 缸筒壁厚 =12 有效计算长度L=2577 (参数单位： (2) 油缸强度计算 a. 活塞杆应力 校核 2 290 63(2= 229030 63=塞杆材质为 #45 调质，经查表得强度极限 b为 800料的许用应力为： = 800 1605M P a M P a （ . 由此可见， ，应力完全满足要求。 式中 油缸最大闭锁压力 b. 缸筒强度验算： 由于缸筒壁厚与缸径之比 0D ，属于厚壁缸筒，可按材料学第二强度理论验算。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 0 . 50 . 411 . 32 ， （ 2 = 0 . 51 6 0 0 . 4 3 0 11 6 0 1 . 3 3 0902 = 由此可见 ,， 1,即为大柔度压杆时，稳定力为： 22(22 1 1 623 . 1 4 2 . 0 6 1 0 0 . 8 1 01 2 . 5 7 7 0（ N） 式中 为长度折算系数，对于两端铰接约束方式 一般取 1； f. 油缸最大闭锁力 24 (23 0 3 9 04 0（ N） 式中 油缸最大闭锁压力 g. 稳定系数 N F(20 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 卸 装载 机的 执行机构 分析 由图 2下 装载 机常用的 执行机构 由正转四杆机构，正转五杆机构，正转六杆机构， 对于六杆机构，由于承载的元件及铰销较多，所以结构相对较为复杂，铲斗在卸料与铲掘时， Z 型反转机构承受的符合最大，而且它的横梁与动壁回转销承受的负荷也是最大的。摇臂与连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄空间，容易发生构 件的相互干涉。 正转四杆机构结构最简单，前悬较小，承载元件，铰销数量最少，结构重量相对较轻，这种 执行机构 能有效的满足初始的技术要求，容易保证四杆机构实现举升平动，铲掘工况时，铲斗有着最大的角速度，但铲斗返回时不能实现铲斗自动放平 。 卸料时，活塞杆易与铲斗相碰。 为克服正转四杆机构卸载时活塞杆易与斗底相碰的缺点，在活塞杆与铲斗之间增加一根短连杆，从而使正转四杆机构变成正转五杆机构。这种机构在铲装和卸料时避免了活塞杆和斗底相撞。 侧卸 装载 机是在传统的正转四杆机构的基础上，将装载 部分由单一的铲斗变成了铲 斗和铲斗座的组合，使 执行机构 类似于五杆机构，并且在铲斗和铲斗座之间增加了一个侧卸油缸，物料由正卸改为侧卸，从而使其可以实现侧卸功能，并且缩短了转斗油缸的长度。执行机构 示意图 2卸机构如图 2示。 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 18 图 2卸 装载 机 执行机构 总图 he 2卸机构图 he 定义： 1L 为动臂油缸的长度，是一个变量。最大值小值 宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 2L 为转斗油缸的长度，是一个变量。最大值小值 3一个变量。最大值小值 1l 2l 3l 4l 5l 6l 此处 别代表的是工作时油缸的长度，该长度 工作时 变化的，其大小值是1l 所代 表的符号，不是具体数值， 其目的是 为后面推导运动关系做准备。 坐标系的选取：在本文的研究中，以过机架上的 轴的正方向，以 ，在纸平面内，过 轴垂直的方向为 。在本文中所有的角度以逆时针为正。 侧卸机构的坐标系，以过侧卸油缸上的 轴的正方向，垂直向左的方向为 工作装置的作业过程：动臂油缸回缩，转斗油缸伸出，使铲斗处于铲掘位置 斗转到运输位置 动臂油缸伸长，转斗油缸保持不变，动臂将铲斗举升至任意高度 侧卸缸伸出卸料 侧卸缸回缩 动臂油缸回缩到铲掘位置。 臂的运动方程 动臂 L 决定的，由图 2L 和 1l 2l 之间的关系是： 212122211 2a r c c os （ 2 1 为的大小。 在动臂油缸全缩的情况下，即 1L ， 1 = 。在动臂油缸全伸时，即 L ， 。于是动臂油缸在全缩全伸过程中，动臂油缸的转角为 : m （ 2 为了方便，引入无因次比例系数 , 111 令： 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 20 L2211 （ 2 将（ 5变形，再将（ 2入（ 2就可以得到： 2121212122212m i i a a 1a r c c o r c c o s 1a r c c （ 2 随着油缸推力的变化，油缸推力对于铰点 )2s a r c c o ss （ 2 由（ 2道：是 设不变，对（ 2 导可以得到： )(4 c o s i 122212221121121211 1e e =0所得的解 1L =1L 即是 1e 为最小的解。即： 22222222m a 1a r c c （ 2 斗油缸和侧卸 油缸的运动 分析 如图 2示 ,转斗油缸的位置和长度决定了铲斗的位置，为了便于分析转斗油缸对于铲斗位置的影响，假定动臂不动，则铰点 可以看做是固定支座，那么同动臂的运动分析， L 3 342 （ 2 22222222m a 1a r c c （ 2 222222m 1a r c c （ 2 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 )2s a r c c o i n2 （ 2 2 为 2e 为转斗油缸对 F 点的力矩。 当动臂油缸全伸后 ，动臂油缸和转都有刚不动，侧卸缸动作卸料。 分析图 5 入 L 6 653 (223232323m a 1a r c c (2232323m 1a r c c (2)2s a r c c (23为 点的力矩。 作装置自由度的计算 由于组成 装载 机工作装置的构件是通过销轴连接的，各销轴相互平行；加之其结构又具有纵向对称性。因此，在进行 装载 机工作装置的运动学分析时，可将其简化为带液压缸的平面低副多杆机构，不计管件自重，并假设各铰点的摩擦力为零。 对于侧卸 装载 机 执行机构 的自由度计算，若不考虑侧写部分，活动构件有动臂，动臂油缸（缸体，活塞），转斗油缸（缸体，活塞），铲斗 6个，即 n=6,低副数 8，高副数 平面自由度计算公式： F=3 68 (2当转斗缸闭锁，动臂在动臂油缸的作用下举升或下降铲斗，该 执行机构 的自由度为： F=3 57 (2考虑侧卸部分，综合考虑图 2 2F=3 912 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 22 章小结 本章对 载 机 执行机构 简化，归纳出了动臂，转斗油缸和侧卸油缸的运动方程，计算了工作装置的自由度。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 3 卸 装载 机 执行机构 受力分析 及强度校核 载 机 执行机构 受力分析 铲斗在料堆内运动时，所受的外阻力可分解成水平分量 垂直分量 如图所示 )为便于进行计算取铲斗所受的载荷为均分，动臂轴线与连杆及挂壁轴线处于同一平面内，略去由于铰接座占有空间而产生的附加扭矩。将空间超静定结构简化为平面问题进行分析。 图 3行机构 受力分析 铲斗为分离体，按力平衡可写出方程。 按 M=0 得 ： 2h + h =2h +2l ) 1h + h 按 X=0 得： 2c o s 0a x c b P 2c o sb x a x P 按 Y=0 得： 2s i nb y c a P=0 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 24 2s i nb y a y P 其中 V N=总功率 V=h / 5 V(N) z G 式中， 代入数据得： ) 根据 执 行机构 总图 2因为预设计额定 铲斗容积为 1工程机械手册 确定 ：转斗油缸与铲斗座的铰接点和动臂与铲斗座的铰接点的距离为图 2F，设 h ； l ；同时令机架 （机身） 与动臂油缸铰接点和铲尖的距离 大值为 1150总结，提取数据： 2h ,1l , 2h , 2l , 各值 2h =100l =550l =1150 =35。 代入数据计算 1112c o s s i h p = 5 . 7 3 3 0 0 2 5 . 9 7 1 1 5 05 5 0 c o s 3 5 1 5 0 s i n 3 5 =） c o sb x a x P = 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 =5398(吨 ) s i nb y a y P =35 = ) 其中负号表示受力与图示方向相反 ， 计算得出的力 载 机 执行机构 强度的校核 根据 执行机构 受力分析，将构件上的作用力求得后就可以进行强度校核。 斗臂 校核 材料选择 45号钢 355 铲斗臂看成是支承在固定箱体和铲斗座上的双支点悬梁（如下图）。其危险断面在 = M/W + N/F 式中， 图 3斗臂 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 26 过 如图 ) 侧 1 2 1 2( ) ( )b y b l l P h h s i n c o sb y b a P a / / N N F 式中， （吨） （吨） 根据 执行机构 总图 ，参考国际按标准手册，动臂油缸的最大支撑角度等， 确定参数1l ,2l ,1h , 2h , .(该参数来源，及设定同 据设定 ) 1l =640 2l =300h =200 1h =950 =60 其中 F = 180 x 310 = 55800 （ 2 W = 2 = 3 代 入公式有： / N N F = 1 2 1 2( ) ( ) s i n c o sb y b x b y b xp l l p h h p = 6 . 8 4 ( 6 4 0 3 0 0 ) 5 3 . 9 7 ( 9 7 0 2 0 0 ) 6 . 8 4 s i n 6 0 5 3 . 7 9 c o s 6 02924817. 6 55800 C O S = 很显然，铲斗臂强度满足要求 轴 校核 材料选择 20 885 宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 图 3轴的弯曲应力 w = 11 式中， w 销应力 轴的弯曲 1p 计算载荷， 为铰点所受载荷的一半 1l 铰接结构外耳环厚度，经验值取 20l 销轴弯曲强度计算的计算长度 2l = 11122l a d W = 3132d 其中 1l =20 a=5 d=50 2l = 11122l a d =+400 (W = 3132d 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 28 =132 0= 3 = ) w = 11 = 62 7 01 2 1 0 = 885 (故满足强度要求 斗 校核 材料选择 20 885 铲斗分离出来，把它看成是弯曲的薄板，其危险断面在如图 3示的断面 图 3斗危险断面 he of M = c o s s i na x a y a x a yp h p l p N = c o s s i na x a / N N F =c o s s x a y a x a p p p根据 执行机构 总图确定 h, l, , 得 ： h=50 mm l=625 =60 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 F=357000 (其中 ）； ) 代入数据得： c o s s i x a y a x a P =3 3 335 . 7 3 1 0 2 5 . 9 7 1 0 6 2 5 1 04 2 8 7 5 1 0 +3335 . 7 5 1 0 c o s 6 0 2 5 . 9 7 1 0 s i n 6 07 7 0 0 0 1 0 =（ 910 = 835 (故铲斗满足强度要求 。 侧卸 式铲斗装载 机 总体设计 30 4 载 机 执行机构 三维建模 与运动仿真 述 目前，广泛使用的工作装置设计方法是平面简化杆机构优化设计法，是二维的，它把空间的工作装置简化为平面问题，把具有空间形状结构的各 杆件简化为线段。由于只考虑了杆件的线性尺寸，与真实的结构形状差异太大，无法反映工作装置各部件空间的结构位置，不容易检测工作装置空间布局的合理性，它只产生设计图纸所需的主要尺寸参数，对完成 装载 机工作装置的产品设计有一定困难。 20 世纪 70 年代起，国外学者己将 术逐渐应用于矿山机械设计，特别是对 装载机械 执行机构 ，四轴转向汽车，起重机转向机构进行了集优化设计、运动分析、动力学分析、强度分析、动态仿真、交互式绘图为一体的设计，实现了从拟定初始方案直至技术设计、绘图全过程辅助功能，这项技术的特点是直观和形象 化，它把图形显示功能和分析计算功能结合在一起，使分析、设计过程一目了然，只要使用者在计算机上建立起二维或三维机构模型，便可使用 计等，不仅操作简单，而且可以大大提高分析和计算的精度与效率，并可用终端输出有关数据、曲线、图纸等。综合来看，国内对 装载 机 执行机构 的 计目前还停留在二维设计，而实体模型可提供三维形体的最完整的几何拓扑信息，它是先进的 它应用于 装载 机 执行机构 的设计必将提高产品的设计质量和效率。 现在 ， 统己发展到第三代系统，第三代 统的核心技术 即建模技术有了很大的发展，无论是线框结构几何模型、曲面几何模型、实体几何模型还是集成产品模型，都有各自的优势和特点。基于特征、参数化、变量化建模技术已得到应用。另外基于参数的实体造型系统已非常成熟，设计者可利用参数化设计的特点，从设计要求开始制作模型，在设计的各个阶段都可以方便地通过修改参数和尺寸，自动修改模型直到满意为止。尽管如此应用机械 载 机 执行机构 进行三维建模还需要解决一些关键问题。 1)准确表达机构的几何关系、空间尺寸、检验机构运动轨迹和运动干涉。 2)所用软件应该同时支持参数化和非参数 化混合建模能力。 3)随着实体造型技术的不断成熟，要求实体、曲面融合一体，即实现复合建模技术。 4)特征设计已经取得很大进展，但仍有一些问题需要解决，如特征定义、特征表达式、特征约束、特征设计与应用之间的连接等。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 31 D 模型的产生和发展 3D 模型的发展经历了三个基本阶段 :几何模型、特征模型和集成产品模型。这个发展反映了产品的建模技术从简单到复杂，从局部 到整体，从单一功能到覆盖整个产品生命周期内 各 个活动的发展过程 。 何模型 几何模型包括曲面几何模型、 线框几何模型、 实体几何模型。 曲面 几何模型用光滑的曲面来描绘产品，首先产生了 这基础上建