ZL50轮式装载机工作装置设计含7张CAD图
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ZL50轮式装载机工作装置设计
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轮式装载机工作装置设计
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ZL50轮式装载机工作装置设计 Design of working device of ZL50 wheel loader摘 要装载机是一种在各种工程中都收到了广泛的应用的集铲土，运输为一体的机械，当装载机进行作业的时候，工作装置在机器的运动的带动下进行装载作业，以及提升作业，运输作业和卸载作业。装载机具有在作业速度，效率，机动性，操作性等方面相对于其他作业机械的优势，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，降低工程成本有着显著的作用，从而成为了现代机械化施工中的重要装备。装载机在在工程机械中的用途可以算是十分的广泛，在工程中可以用来做很多事情，例如铲装货物、搬运货物和卸载货物，散装物料的对方不整齐的时候，也可以用来对他们进行平整作业，在挖掘作业中也可以轻度挖掘岩石、硬土。另外，地面不平整时，刮平地面也可以做到，当其他机械的运动需要牵引时，也可以用来对其进行牵引作业。对一些其他用途，假如更换了前方装配的设备，就可以完后更多其他的任务，如搬运木材，钢管等。这次设计采用先进的现代设计方法，对这种轮式装载机工作装置进行了总体设计到零部件设计。主要包括轮式装载机工作装置的关键零部件，如铲斗、连杆机构以及转斗油缸、举升油缸等，并对重要零件进行了刚度、强度分析。关键词： 装载机； 机械化； 工作装置AbstractThe loader is a kind of in various projects have received wide application in soil shovel, transportation as one of the machinery, when the operation of the loader, working device for loading operation in the movement of the machine drive, and improve the operation, transportation and unloading operations. The loader has the operating speed, efficiency, flexibility, relative to other operating machinery operation advantage and so on, to speed up the construction speed and reduce labor intensity, has a significant role to reduce the project cost, which has become the important equipment in the construction of a modern mechanized.Loading machine in use in engineering machinery is very extensive, in engineering can be used to do a lot of things, such as loading cargo, cargo handling and unloading of goods, when other bulk material not neat, can also be used for their smooth operation, the operation can also dig in mild rock mining and hard soil. In addition, when the ground is rough, scraping the ground can also be done, and when other mechanical movements need traction, it can also be used for traction operations. For some other purposes, if you replace the equipment in front of the assembly, you can finish more of the other tasks, such as handling timber, steel pipes and so on.The design uses advanced modern design methods, the wheel loader working device for the overall design of the parts design. It mainly includes the key components of the wheel loader, such as bucket, connecting rod mechanism, bucket cylinder, lifting cylinder, etc. the stiffness and strength of the important parts are analyzed.Key words: loader; mechanization; working device目 录1. 前言11.1 轮式装载机概述11.1.1 装载机简介11.1.2 装载机的用途11.2 轮式装载机应用技术发展11.2.1 国外轮式装载机发展现状11.2.2 国内轮式装载机发展现状22 装载机工作装置总体设计32.1 工作装置的总体结构与布置32.2 工作装置连杆机构的结构形式与特点42.3 工作装置自由度的计算52.4 工作装置总体设计53 ZL50 装载机工作装置设计53.1 工作装置的设计要求53.1.1 工作装置工作性能53.1.2 对工作装置的要求53.2 铲斗设计63.2.1 铲斗的结构形式63.2.2 铲斗的分类73.2.3 铲斗断面形状和基本参数确定73.2.4 铲斗容量的计算103.3 工作装置连杆系统设计113.3.1 机构分析113.3.2 尺寸参数设计123.3 连杆系统运动分析163.4 工作装置静力学分析及强度校核204 液压缸设计253.5.1 液压缸的类型和结构253.5.2 液压缸基本参数设计25参考文献29致 谢301. 前言1.1 轮式装载机概述1.1.1 装载机简介装载机是一种在各种工程中都收到了广泛的应用的集铲土，运输为一体的机械，当装载机进行作业的时候，工作装置在机器的运动的带动下进行装载作业，以及提升作业，运输作业和卸载作业。装载机具有在作业速度，效率，机动性，操作性等方面相对于其他作业机械的优势，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，降低工程成本有着显著的作用，从而成为了现代机械化施工中的重要装备。1.1.2 装载机的用途装载机在在工程机械中的用途可以算是十分的广泛，在工程中可以用来做很多事情，例如铲装货物、搬运货物和卸载货物，散装物料的对方不整齐的时候，也可以用来对他们进行平整作业，在挖掘作业中也可以轻度挖掘岩石、硬土。另外，地面不平整时，刮平地面也可以做到，当其他机械的运动需要牵引时，也可以用来对其进行牵引作业。对一些其他用途，假如更换了前方装配的设备，就可以完后更多其他的任务，如搬运木材，钢管等。1.2 轮式装载机应用技术发展装载机的发展已经经过了很多年的发展，现如今无论国外还是国内都有了很高的水平。利用各种智能系统，如液压，微电子等技术开发出的一系列高科技技术已经应用在了装载机诸如设计，控制，检测，监控，维护保养，生产，经营等一系列的方方面面，是的装载机在现如今已经在最初的基础上有了很大的人性化进步。1.2.1 国外轮式装载机发展现状国外的装载机在后续的发展中更加偏向于产品形成系列，更新速度加快并且朝着大型化和小型化的方向发展。因为不同的用户有不一样的设备需求，美国，日本，西欧各厂家都在致力于推出能够全方面兼顾动力，激动与灵活的新系列产品。其中，近期发展的关键所在已经发展为了采用新的结构和新的技术来完善提高产品的性能。比较具有代表性的应用方面为发动机，换挡变速器系统，液压系统，差速器系统，制动器系统，减震系统等方面的应用尤为突出，并且在此基础上综合液压技术，微电子技术和很多智能系统做出了很多研究。在发动机方面，近些年来开始采用的发动机管理系统得到了很大的突破创新，从而致力于解决高作业效率与低燃料消耗之间的矛盾。传动机构方面，卡特彼勒公司的G系列装载机采用了液力机械传动系统，小松公司的WA系列采用了液压机械传动与新兴集中结构驱动桥从根本上防止了轴承轴端因应立集中的断裂原因。在液压系统方面，以前的装载机大多是应用很多级的液压装置形成一个系统，例如小松公司将这些装置集合，利用一个转换装置将他们有机的联系在一起，达到和以前一样的目的。工作装置作为装载机的核心也得到了了很大程度上的发展和创新，如沃尔沃公司的L500-L220D系列中采用了扭矩平行连杆系统保证了装载机在配用其它设备时也能有良好的作业能力。总结了国外的装载机的发展趋势，大体上可以概括为以下几点：（1） 系列化，特大型化（2） 多用途，微型化（3） 进一步普及应用液压技术，广泛应用微电子、信息技术（4） 不断创新的结构设计（5） 向节能与环保方向发展1.2.2 国内轮式装载机发展现状 我国的轮式装载机的起步是比外的起亚要晚很多的，在技术上很多情况下还不能自己研发而是是依靠着向美，德，日等国外的企业进行买进使用。所以目前我国的轮式装载机的技术水平还远远不如国外的发展，原因在于国内的企业虽然生产能力足够，但是开发创新的能力有待提高，产品型号的更替速度不能满足市场的需求。总体来说，有以下特点：（1） 缺乏高科技含量，产品质量不稳定，档次低（2） 设备的灵活性、舒适性较差 （3） 用途单一，产品规格中间大两头小 毕业设计（论文）的主要参数；额定载重量50KN；最大卸载高度2900mm；动臂提升时间8s；车重16T；动臂下降时间4s；铲斗前倾时间2s。2 装载机工作装置总体设计2.1 工作装置的总体结构与布置装载机的工作装置装载机在进行作业时最为重要也是直接参与作业的部分，他们是一系列的空间杆件的结合，在液压缸的带动下进行工作，达到预期的作业目标。设计水平与工作装置的性能有直接关系。图2-1 无铲斗托架式1-铲斗 2动臂 3连杆 4下摇臂 5上摇臂 6转斗缸 7动臂举升油缸 8前车架 9铲斗托架铲斗的运动都是靠其上的铰接点与连杆相结合来达到运动的目的，其中一段链接在连杆上，另一端通过连杆与动臂的一段相连。动臂举升缸的布置形式分为立式和横式。立式布置连接方式为液压缸的一端与固定位置铰接，横式布置连接方式为液压缸的中间位置与固定位置通过销轴进行铰接。对转斗油缸操作时，铲斗进行装载和卸料的操作；对举升油缸操作时，整体进行升降的操作。 举升油缸的两种布置形式如图2-2和图2-3所示 图2-2液压缸立式布置形式 图2-3 液压缸卧式布置形式2.2 工作装置连杆机构的结构形式与特点在对装载机的工作装置进行自由度分析后得到的结果，工作装置的连杆机构的运动链类型为封闭，自由度为单自由度的平面低副机构，杆件的数目取偶数，最低位4，依次增加。虽然随着杆件的数目的增加能够实现更加复杂的运动，但随之而来的是铰接点的数目也增加了，架构也更加复杂了，就更加难以在动臂上进行布置。所以，工作装置的连杆机构大多选择4杆，6杆或8杆机构。按照输入杆和输出杆的转向的划分，分为正转和反转机构，输入与输出杆的方向相同为正转机构，反之则为反转机构。按照国内外的情况可知，连杆机构主要有机种形式：1、 正转八杆机构 2、 六杆机构 六杆机构之间最大的区别就在于将转斗油缸安排在不同的位置，装载机上使用的情况有以下几种：1） 转斗缸前置式正转六杆机构2） 转斗缸后置式正转六杆机构3） 转斗缸后置式正转六杆机构4） 转斗缸后置式反转六杆机构5） 转斗缸后置式反转六杆机构3、正转四杆机构4、正转五杆机构5、动臂可伸缩式三杆机构结合各种机构形式的优劣，选择反转六杆机构为本次设计的机构类型选择。2.3 工作装置自由度的计算装载机工作装置中的各个构件的链接方式为互相平行的销轴连接，并且是纵向对称的机构形式。所以在计算的时候选择忽视杆重的因素，并且不计算铰接点自身带来的摩擦力这种情况下的杆件进行运动分析的方法。举升、油缸四连杆和铲斗四连杆机构组成了反转六杆机构的工作装置。其中，活动杆件数n=8，低副数11，高副数0。反转六杆机构工作装置的自由度22.4 工作装置总体设计结合设计要求和实际情况，本次的设计决定采用反转六杆机构作为连杆机构的设计思路，立式的油缸布置形式和无铲斗托架的铲斗设计。主要参数：铲斗容量： 3.0 m3额定载重量： 50 KN发动机额定功率： 154 kw整机质量： 16.3 t以上是设计的总体参数。通过任务书要求的各个工况遂要求的铲斗的位置，来进行坐标系的计算进而进行各个杆件的长度和工作情况的计算。3 ZL50 装载机工作装置设计3.1 工作装置的设计要求3.1.1 工作装置工作性能通过查阅资料了解到影响工程机械整机的工作尺寸和性能参数的指标为工作装置的结构和性能，工作效率、生产负荷、动力与运动特性等受工作装置的合理性直接影响。3.1.2 对工作装置的要求工作装置在设计时应满足以下要求（1） 角度要求：在运动中满足装载高度和卸载距离的前提下，同事也要满足各个工作位置所要求能达到的作业所要求的角度值并且工作循环是不会出现问题（2） 运动要求：在保证液压缸的行程满足要求的情况下，在工作的循环中，速度不出现剧烈变化，加速度的变化符合要求值，工作装置在整个运动中要平稳运动，不能剧烈抖动，没有杆件互相干涉的情况，没有预期运动出现死点的情况，没有运动中出现自锁以至于锁死的情况，产斗中的物料在铲斗由低到高的运动中不能出现散落的情况，铲斗在完成卸载，归位的动作后要能自己放平。（3） 结构要求：工作装置的各个部分之间的连接要尽可能的紧凑一些，不能出现间距过大的情况，成才的原件数量不能过多，避免浪费，前悬要尽可能的小，防止重心太靠前。（4） 动力性要求：连杆机构的传递效率要达到标准值，防止出现太大的动能损耗浪费，保证在输出不变的情况下，各种工况所要求的力要足够。3.2 铲斗设计3.2.1 铲斗的结构形式铲斗的形状和尺寸大小对铲斗的性能有着不小的影响，会影响到很多属性。铲斗的容积大小有两种标准，其一是当小铲斗中的货物只装到铲斗上表面平齐的情况下，称为瓶装斗容，另一种是铲斗里的货物堆装到极限，这种情况下叫堆装斗容。一般的情况下，装载机牌子上标注的容积为堆装满的时候的斗容。总体来说，铲斗一般有几大部分组成，斗刃，侧壁，后壁，斗底。铲斗的侧面截面图一般情况下看起来像是一个U形，具又齿和没有齿的两种斗刃。（1）斗体形状铲斗整体的形状可分为小的开口尺寸和大的斗深度即浅底类型和与之相反的深底类型。（2）切削刃的形状目前有两种切削刃的形状可供选择，一种是比较简单的铲装时具有较大的阻力但是会很容易平整地面的直线型切削刃，另外一种就是具有中间突出的刃的V形或弧形的切削刃，这种切削刃才插入式以为集中力的影响更加容易插入所以比较容易铲装，但是当铲斗装满时的容积要小于选择直线型切削刃的情况下的容积。（3）斗齿斗齿虽然也可以没有但是具有斗齿的斗刃才插入时因为集中力的影响更加容易插入，所受到的阻力也会相应的减少百分之20左右，在一些比较坚硬，密度较大，或者很多大体积的物料的情况下，选择带有斗齿会有很大的改观，所以选择斗齿。斗齿在使用的时候一面因为直接接触的缘故会受到剧烈的磨损，但是另外一边因外同样的原因不会有很大的损耗，鉴于这种情况下，如果可以翻转齿面，那么使用寿命无疑会大大增加，所以分体式斗齿就成了很好的选择。后半部分与铲斗相固定，前面参与插入作业的部分使用销进行固定，当使用一段时间的时候，可以将前面的部分进行翻面，就节省了使用经费。斗齿的大小和形状对斗齿在使用时的性能有很大的影响，虽然长度长而且窄的斗齿因为压强的作用更加容易插入，但是长且窄的斗齿会因为力矩的缘故很容易断裂，相反，太大太宽的斗齿虽不易损坏，但是插入时的阻力会很大，增加消耗的能量，所以选择要适中。（4）铲斗侧刃侧刃在插入作业时也会参与，所以侧壁的前刃要有一个锐角的角度，便于受力，插入，所以一般选择弧形的侧壁刃口来保证铲斗容积不至于太小而影响性能。（5）斗底铲斗的前壁与后壁之间用圆弧的钢板链接，形成一个弧线，这个弧线就是铲斗的斗底。斗底的圆弧的半径不能太小，否则会影响到物料在斗中的流动性，同时为了避免卡住体积较大的物料，物料与钢板的摩擦角应小于前后壁夹角的一半。铲斗摩擦角在按一般情况下选择物料与钢板的摩擦因数取0.4的情况下约等于22度，所以前后壁之间的夹角应大于22*2=44度。结合实际情况和任务书要求，我选择以下为铲斗性质：斗体材料：低碳、耐磨、高强度钢板 Q460斗刃形状：直线形斗刃斗刃材料：耐磨又耐冲击的中锰合金钢材料3.2.2 铲斗的分类铲斗按照卸载方式一般可以分为四种情况：（1） 整体前卸式铲斗（2） 侧卸式铲斗（3） 推卸式铲斗（4） 底卸式铲斗在结合成本和实用性的基础上，整体前卸式的卸载方式更加符合本次设计的要求与目的。3.2.3 铲斗断面形状和基本参数确定（1）铲斗的断面形状影响铲斗的断面形状的数据主要有四个：底壁长l，后壁高h，铲斗圆弧半径r和张开角，如图3-1所示。 图3-1 铲斗断面基本参数图圆弧半径r会影响到物料在铲斗中的流动性能，大的半径会使物料装入时所受的阻力较小，但是会使形状尺寸高度过大，不利于装满，在一定情况下会影响驾驶员的视野，影响判断，所以选择要适中。后壁高h是指后壁切点到铲斗上缘至圆弧间的距离。底壁长l是铲斗下面的壁的长度值。这个长度会影响铲入料对的深度，越大铲斗越容易装满，但是崛起力反而随着力臂增加而减少。铲斗张开角 为铲斗后方的壁与底面壁的夹角，一般选择4552度角。铲斗的宽度为了保证轮的正常转动，减少磨损，应该大于两前轮外侧间的宽度，根据任务书要求，本次设计的具体参数初定如下：铲斗圆弧半径r： 350mm底壁长l： 700mm后壁高h： 400mm张开角： 48（2）铲斗基本参数的确定 根据实际情况，最后结合任务书铲斗宽度设定为29000mm铲斗的壁厚设定为30mm。 图3-2 铲斗尺寸参考图（m） （3-1）式中 铲斗平装斗容，2.5m3 铲斗内侧宽度，2.840m 铲斗斗底长度系数，=1.401.53 后壁长度系数，=1.11.2 挡板高度系数，=0.120.14 圆弧半径系数， 张开角，为4552 挡板与后壁间的夹角（无挡板取0）图3-2中各参数含义如下： 铲斗圆弧半径，m 斗底长度，是指由铲斗切削刃至斗底延长线与斗后壁延长线交点的距离，m 后壁长度，是指由后壁上缘至后壁延长线与斗底延长线交点的距离，m 挡板高度，m 调整参数，根据调整后的各值与R之比分别计算、值，=1.5，=1.1， =0.12然后代入式（3-1），即可确定铲斗的回转半径R，通过计算得出1140mm即可得出 =1.51140=1710mm =1.11140=1254mm =0.121140=136.8mm在一般的情况下，侧壁与斗底的倾角=5060。铲斗与动臂铰接点距离斗底壁的高度=（0.060.12）R。3.2.4 铲斗容量的计算（1） 平装容量对于有防溢板的铲斗 （m3） 式中 有挡板的铲斗横截面面积，m2 铲斗内侧宽度，m 挡板高度，m 斗刃刃口与挡板最上部之间的距离，m对于无防溢板的铲斗 （m3） 式中 铲斗在不装挡板的情况下的横截面积，m2 图3-3 铲斗容量计算（2） 额定容量对于有防溢板的铲斗 （m3） 式中 c 物料堆积高度，m对于无防溢板的铲斗 （m3）3.3 工作装置连杆系统设计根据之前的设计，选择反转六杆结构。3.3.1 机构分析机架AD、铲斗GF、动臂GBA、连杆FE、摇臂CBE和转斗油缸CD六个构件组成了转斗机构。动臂上升的时候，此时可以将动臂假设为固定不动的杆件，这个时候机架则可以看成输入的杆件，铲斗在这时候可看做输出的杆件，因为机架和铲斗的转向方向是相反的，所以将这种转型方式的机构称为反转六杆机构。动臂上升液压缸和动臂共同组成了举升机构。选择低碳，耐磨，高强度钢作为本次设计杆件的选择材料。图3-4 反转六杆机构简图I-插入工况 II-铲装工况 III-最高位置工况 IV-高位卸载工况 V-低位卸载工况3.3.2 尺寸参数设计本次设计采用通过确定工作装置在铲装各个工作情况在坐标系上所对应的位置用坐标的方式表现出的的方式即图解法来实现。1）确定坐标系如图所示，选择尺寸比例为1:40，选取坐标系。2）画铲斗图先画插入工况的位置，将铲斗的侧面截面按照比例花在坐标系中，使铲斗的斗齿对准圆心，斗底与X轴有3到5度的夹角，此时即为插入工况。图3-5 动臂上三铰接点设计1） 确定动臂与铲斗的铰接点G结合实际情况，保证G点纵坐标的值为250-350时，初步确定G点的坐标为（1278，301）。2） 确定动臂与机架的铰接点A以G点为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗口水平为止，这个时候的铲斗的位置就是铲装工况。把约为1600mm的轮胎轮廓画在图中。轮胎的中坐标值等于轮胎半径600mm。 式中 Z点的y坐标值，mm 轮辋直径，mm 轮胎宽度，mm 轮胎断面高度与宽度之比（普通轮胎取1，宽面轮胎去0.83，超宽面轮胎取0.64） 轮胎变形系数根据给定的最大卸载高度hx，最小卸载距离lx和和卸载角，画出铲斗在最高位置卸载时的位置图，即高位卸载工况，并令此时斗尖为O4，G点位置为，。以点为圆心，铲斗进行顺时针方向的旋转，当铲斗的上口与X轴平行的时候，此时铲斗所在的的位置就是最高的举升位置。连接并作其垂直平分线。因为G和点同在以A点为圆心，动臂AG长为半径的圆弧上，所以A点必须在的垂直平分线上。所以可以确定A点的坐标值（3360，2259）。可借挪动点和Z点的位置来进行A点位置的变化。3） 确定动臂与摇臂的铰接点B根据分析和结合经验，B点的位置一般取在AG两点连线的上方，过A点的水平线下方，并尽量靠近铲斗在铲装工况时的位置。B点在相对前轮胎外廓的左上部位置。最后根据计算选择B点位置为（1680，1565）。前面已经完成了G点与B点两点的确定，在这里只要可以确定确定F,E两点的位置即可确定GFEB即与铲斗相连的四杆机构的尺寸大小。1） 按双摇杆条件设计四杆机构令GF杆为最短杆，BG为最长杆，即有 GF+BG FE+BE 若令GF=a，FE=b，BE=c，BG=d，而后将等号的两侧，可得到下式，即 上式各值可按下式选取，由G、B点的坐标可以确定d的尺寸为1415mm 由式选取K=0.950得到 a=0.3d=425c=0.58d=830，代入（3-6）得到 b=948 。 图3-6 连杆、摇臂、转斗油缸尺寸设计2） 确定E和F点位置铲斗去插入工况，以B点为圆心，以BE=c为半径画弧；人为的初选E点，使其落在B点右下方的弧线上；再分别以E点和G点为圆心，以FE=b和GF=a分别为半径画弧，得到交点，即为F。C,D两点是确定四杆机构BCDA即与机架相连接的四杆机构的关键。铲斗举升平动和自动放平性能受C点和D点的布置直接影响。1） 确定C点初步设计，取 结合设计任务书和实际情况，确定BC=0.72BE=600mm，同时BC与BE夹角CBE=154。2） 确定D点根据铲斗举升到最高位置时的运动为平动和下降至插入工况时可以自动放平两个要求可以确定转斗液压缸与机架的铰接点D的位置。当铰接点G、F（即F2）、E（即E2）、B、C（即C2）被确定后，则铲斗分别在工况I、II、III、IV时的C点的位置C1、C2、C3、C4也就唯一被确定了。D点的坐标值最后确定为（3000，1850）。3.3 连杆系统运动分析（1）铲斗对地位置角G,B,A为三个点分别为动臂与铲斗、摇臂和机架的铰接点D、C为转斗油缸与机架、摇臂的铰接点E、F为连杆与摇臂、铲斗的铰接点因为G点和F点同为一个铲斗上的两点，所以铲斗在坐标系中的平面运动可用GF杆的平面运动来描述，而在铲斗举升过程中的各瞬时对地面的倾角，即铲斗对地位置角，可用GF与地面的夹角来表示。由于在举升过程中铲斗做复合运动，所以可用运动合成的方法求得。 图3-7 连杆运动分析取运输工况为工作装置连杆机构运动的初始位置，则动臂被举升时的铲斗各瞬时对地位置角，可用下式计算： 式中 GF杆与动坐标系轴的夹角（方向角） 动臂ABG举升时，在固定坐标系xOy中转过的转角在动坐标系中，运用“向量投影法”，可求得以机架杆AD的方向角为自变量，铲斗GF杆的方向角为因变量的函数方程式。根据向量投影法的原理，可把四杆机构GFEB和BCDA当作两个封闭的向量四边形，各边向量分别用GF、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，他们的模分别用GF、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，则在BCDA向量四边形中有 ADCDBC+BA=0 将式中各向量分别向轴和轴投影，则得到下列方程 式中、分别为各边向量对轴的方向角。变换式（3-11）为下式，即 将式（3-12）等号两边平方后，使两方程相加，并令 和 则从式（3-12）中消去了，并将其变换成下列三角方程 将式（3-15）乘以，并设，则式（3-15）可化为 解式，得 或 同理，在向量四边形GFEB中，有 BEFEGF+GB= 0 （3-18）令 和 得三角方程 其解为 可得出：插入工况：105；铲装工况：50；最高位置工况：57；高位卸载工况：131。（2）最大卸载高度和最小卸载距离铲斗高位卸载时的卸载高度和卸载距离，必须分别不小于设计任务给定的最大卸载高度和最小卸载距离，否则将影响卸载效率。太大时，将会对卸载冲击的值大大加大，严重时可能会对运输的车辆造成一定程度的损坏；过大，虽然这样会有利于对车辆进行装卸，但是一定程度上会影响到整体的稳定性。如图3-5所示，高位卸载时，铲斗与动臂铰接点的坐标为 式中 x1，x2 工况II时G点的x和y坐标值（1130，260） 工况II时动臂对x轴的方向角40 动臂与铲斗铰接点分别在G点和点之间的距离，可用式（3-24）计算 =3291 即得到点的坐标为（985，3487）若要满足和要求，必须有下列各式成立 式中 OG 铲斗尖O点至G点距离1141mm 前轮轴心的x坐标值2873mm 轮胎工作半径600mm 工况IV时OG对x轴的方向角，可用下式计算 =58 所以 =34871141sin58=2519 mmhmax（2500）满足要求 =2873600985+1141cos58 =1893 mmlmin（1500）满足要求（3）铲斗卸载角装载工作要求铲斗在工况II和工况III之间的任何位置都能正常卸载，即各处卸载角都应该要按要求大于45。由于工况II时转斗油缸的长度值是最大的，而在低位卸载的时候，转斗油缸的长度值最小。所以，只要在工作中到达工况II与工况III时的铲斗的卸载角都不小于45，这个时候，应该能正常卸载。因此，高位卸载角和低位卸载角的两种情况下的计算即为极限值，只对他们进行计算就可保证其他的值都满足要求。高位卸载角为： =131105+5=31 3.4 工作装置静力学分析及强度校核3.4.1 静力学分析外载荷计算插入阻力插入阻力在计算时会很困难，无法计算，所以在一般的情况下都是按照经验公式来计算的： （N） 式中 K1 物料块度与松散程度系数，见表 3-1 K2 物料性质系数，见表3-2 K3 料堆高度系数，见表3-3 K4 铲斗形状系数，一般在1.11.8之间，取1.3 B 铲斗宽度，290cm L 铲斗的一次插入深度，40cm得到： F=9.81.00.0451.101.3290401.25 =18397（N）铲斗所装物块与松散程度系数如表3-1所示表3-1 物料块度与松散程度系数K1物料块度细粒小块接近300mm小于400mm小于500mm松散不好时K10.450.50.751.01.11.3增大20%40%铲斗所装物料的性质系数K2如表3-2所示表3-2物料性质系数K2散状物料种类密度（t/）系数K2散状物料种类密度（t/）系数K2磁铁矿石4.24.50.2砂砾石2.32.450.10铁矿石3.23.80.17炉渣0.80.90.09细粒花岗岩2.752.80.14泥质页岩2.42.50.08砂质页岩2.652.750.12河沙1.70.06石灰石2.650.10煤1.21.30.040.045铲斗所装物料的高度系数K3如表3-3所示表3-3物料高度系数K3堆料高度/m0.40.50.60.81.01.21.4K30.550.60.81.01.051.101.15掘起阻力铲斗开始举升时物料的剪切力按下式计算 （N） 式中 K 通过一系列的实验测定的铲斗在开始上升的时候物料在铲斗中所受的的剪切应力。 B 铲斗宽度，m Lc 铲斗插入料堆的深度，m得到： F=2.2350002.90.4=89320（N）转斗阻力矩开始铲取时（a=0）的静阻力矩为 式中 Fx 插入阻力在开始转斗时的值，19377N x 斗刃和铲斗旋转的中心的水平方向的距离，1.13m y 铲斗旋转的中心到地面的高度，0.26m L 铲斗的插入深度，0.4m得到 =1.1183970.4（1.130.250.4）+0.26 =13599 （Nm） 图3-8 转斗静阻力矩与铲斗转角的关系掘起阻力矩随铲斗回转角a的增大而减小。当铲斗回转a角后，其转斗阻力矩为 式中 铲斗离开料堆时的翻转角度 物料的重力在铲斗抬起后的力矩，Nm开始转斗的阻力矩为 式中 转斗阻力矩，Nm 开始转斗静阻力矩，13599 Nm 轮式装载机额定载重量重力，49000 N 铲斗自重力，13470N 铲斗中心至回转中心B的水平距离（图3-19），0.5m得到 =13599+（49000+13470）0.5 =44834 （Nm）图3-9 作用在转斗连杆上力的确定作用在转斗连杆上的力：当铲斗全部插入物料中并且开始转斗作业的时候，作用在铲斗上的力（图3-9） （N） 式中 的力的作用线到铲斗的回转中心的垂直方向距离，0.489m得到 =44834/0.43=104265 （N）3.4.2 强度校核将摇臂主轴线分成两部分进行计算，分别为BE轴线部分和CE轴线部分进行分段计算，可以对计算进行简化，以便进行计算求出每段的内力值。 图3-10 摇臂内力计算由式3-34可得Fc=104265 N，取单边侧板为研究对象，得到 N 由，得到 代入数据得到 =72116 N 弯矩 =43269 Nm 在对称水平载荷作用下，由内力得出内力图（图3-11） 图3-11 对称载荷引起的摇臂内力图然后对危险断面强度校核。对于危险断面1-1，在这个断面上作用有弯曲应力和正应力。以其合成应力所表示的强度条件为 由式3-39得到： =0.0063 m2得到：20 000 000 Pa强度通过式中 A 摇臂断面1-1处截面积 R 摇臂断面处外圆弧半径 b 侧臂断面1-1处的钢板厚度 d 断面1-1处铰接销直径4 液压缸设计3.5.1 液压缸的类型和结构选择单活塞杆液压缸，3.5.2 液压缸基本参数设计1.液压缸载荷力的组成和计算 在液压缸的运动过程中，液压缸的载荷力随着运动在不停的变化，无法计算，但是都不会大于极限值，所以最大的载荷计算出来就可满足要求。假设工作条件为外部作用力为压力，液压缸的活塞杆上加载的力包括工作载荷，导轨的摩擦力和由于速度变化而产生的惯性力。以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷。 起动加速 稳态运动 减速制动 除外载荷外作用于活塞上的载荷还包括液压缸密封处的摩擦力阻力，由于液压缸的型号不同，在制作时所使用的材质不同，安装时所选用的密封方式不同，所以不同材料在不同密封条件下的密封阻力也不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为： 式中：液压缸在工作时的效率，一般情况下应为0.9。故 。 2.液压缸的主要参数计算活塞杆受压时 式中：大腔活塞有效作用面积，m2 小腔活塞有效作用面积，m2 液压缸工作腔压力液压缸回油腔压力，即背压活塞直径活塞杆直径本装置中取,MPa。最后经过计算得出的杆径比约为0.3。 对无活塞杆腔，当要求推力为时，。 对有活塞杆腔，当要求推力为时，。 式中：液压缸在工作时内部液体的压力，取16，单位MPA。 往返速比，本装置取1.46。 液压缸在工作时的机械效率，一般情况下应为0.9。 缸筒
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