ZL60装载机工作装置设计【含8张CAD图带开题报告-独家】.zip
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：43256844
类型：共享资源
大小：16.41MB
格式：ZIP
上传时间：2020-01-21
上传人：QQ14****9609
认证信息
个人认证
郭**（实名认证）
陕西
IP属地：陕西
300
积分
- 关 键 词：
-
含8张CAD图带开题报告-独家
ZL60
装载
机工
装置
设计
CAD
开题
报告
独家
- 资源描述：
-
ZL60装载机工作装置设计【含8张CAD图带开题报告-独家】.zip,含8张CAD图带开题报告-独家,ZL60,装载,机工,装置,设计,CAD,开题,报告,独家
- 内容简介：
-
ZL60装载机工作装置设计摘要装载机是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支撑结构和连杆，随机器向前运动完成装载、提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械。具有作业速度快、效率高、操作轻便等优点，工程建设中土石方施工的主要机种之一，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。本次研究的主要内容是ZL60装载机工作装置设计。ZL60装载机既保留了传统装载机的优点，而有具有新的性能和优点。本次设计主要进行的是工作装置设计。设计之初通过资料的查阅，了解和掌握装载机的工作原理、分类、特点、研究现状及其发展趋势等内容，为后面的设计和计算夯实基础。通过任务书，确定本次设计的技术参数，对工作装置的总体方案进行设计与确定，完成连杆机构铰接点位置的作图设计；连杆机构各构件的结构设计；主要杆件与销轴的强度与刚度校核计算；油缸等主要零部件的设计、计算及校核。通过本次设计在巩固大学所学知识的同时，还为今后的学习和工作夯实基础。关键词：装载机；ZL60；工作装置；连杆结构；设计AbstractThe loader is a self-propelled track or tire machine that is loaded, lifted, transported and unloaded by means of a complete bucket support structure and connecting rod mounted on the front end. With the operation speed, high efficiency, light operation, etc., the construction of earth and stone construction of one of the main models, is the modern mechanized construction of one of the indispensable equipment.The main content of this study is ZL60 loader work device design. The ZL60 loader retains both the advantages of traditional loaders and has new performance and benefits. This design is mainly the work of the device design. At the beginning of the design through the information access, understand and master the loaders working principle, classification, characteristics, research status and development trends and so on, for the back of the design and calculation to lay a solid foundation. Through the task book, determine the technical parameters of this design, the overall design of the work device to design and determine the completion of the joint structure of the hinge joint design; linkage structure of the structure of the components; The strength and rigidity of the calculation; cylinder and other major parts of the design, calculation and verification.Through this design in the consolidation of the University of knowledge at the same time, but also for the future study and work to lay a solid foundation.Key words：Loader; ZL60; working device; connecting rod structure; design目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 装载机工作原理概述11.2 装载机的分类及概述11.3 国内外装载机的研究现状31.3.1 国内装载机的研究现状31.3.2 国外装载机的研究现状4第2章 总体方案的设计与确定62.1 技术参数的确定62.2 工作装置的总体结构与布置62.2.1 铲斗托架结构形式的确定62.2.2 动臂举升机构的确定72.2.3 连杆机构结构形式的确定72.3 工作装置自由度的计算8第3章 铲斗的设计与计算103.1 铲斗结构形式的确定103.2 铲斗卸载方式的确定113.3 铲斗断面形状和基本参数确定123.4 斗容的设计与计算14第4章 反转六杆机构的设计与计算164.1 反转六杆机构的分析164.2 尺寸参数设计与计算174.3 连杆系统运动分析224.4 连杆机构的静力学分析及强度校核264.4.1 连杆机构的静力学分析264.4.2 连杆机构的强度校核30第5章 液压缸的设计与计算325.1 液压缸类型和结构的确定325.2 液压缸基本参数设计32结论35致谢36参考文献37I第1章 绪论1.1 装载机工作原理概述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。而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45，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平。1.2 装载机的分类及概述1、按行走装置不同分类按行走装置不同可以分为轮胎式和履带式两种。由于国产履带式装载机多是在推土机基础上形成及国内外使用和生产的绝大多数是轮胎式装载机，又因为这两类装载机除了行走装置不同外，其他系统和构造大体相似，所以本次设计也以装载机为目标。轮胎式装载机简称为装载机，它由车架、工作装置、动力装置、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统和液压系统等组成。2、按使用场合不同分类按使用场合不同可以分为露天用装载机和井下用装载机。铲运机机构简单，国内外生产和使用的装载机绝大多数是露天装载机，井下用铲运机是根据井下巷道的工作条件，对发动机的排污和噪音，整机高度和工作装置以及驾驶操作系统的布置等提出特殊要求后，在露天使用的装载机基础上变形设计而成。3、按传动形式不同分类按传动形式不同可以分为：机械传动、液力机械传动、液压传动和电传动四种。（1）机械传动在国内仅用于斗容量为0.5m3以下的装载机，它一般直接采用汽车或拖拉机的传动装置，即离合器和变速器。具有成本低、传动效率高、可拖动、维修方便等优点。主要缺点是操纵复杂而且费力，离合器和变速箱寿命较低。（2）液力机械传动它是装载机的主要传动形式。这是因为液力机械传动取消了机械传动中的离合器而换用液力变矩器，取消了人力换挡变速箱而换用了动力换挡变速箱。这样变矩器能吸收在作业时候传给传动系统的冲击和震动，故能平稳的插入料堆，并可以随外界载荷变化自动调速，不会因超载而使发动机熄火，而且可以在不停车状态下进行换挡，操作轻便，工作可靠性高。主要缺点是功率损失较大，传动效率较低，成本较高，结构复杂维修不便。大中型装载机都采用液力机械传动。我国液力机械传动装载机的生产已经形成一个系列，定型生产斗容量为0.53.5m3的装载机，其额定载重量为17t。即ZL10型、ZL15型、ZL20型、ZL25型、ZL30型、ZL40型、ZL45型、ZL50型、ZL0型、ZL160型等10余种机型，20余个变型产品。（3）液压传动用柴油机带动液压泵产生高压油，并通过控制系统和油管带动液压马达使车轮转动。这种传动方式省去了一系列的传动零件，简化了传动系统，使整机质量减轻，并可以在一定范围内实现无级调速，使传动更加平稳，但它的启动性差，性能良好的液压元件昂贵，寿命也较低，故在装载机中的使用受到限制，目前只用在小型装载机上。但随着液压技术的发展液压元件质量不断提高和成本不断降低，液压传动将会越来越多的在中小型装载机上使用。（4）电传动由柴油机驱动交流发电机发电，以此来驱动装在车轮上的直流电动机，然后通过轮边减速带动车轮转动，这样也省去了一系列传动零件，可实现无级调速。这种传动检查方便，维修简单，工作可靠。缺点是电机设备质量较大，费用高，目前只在大型装载机上使用这种传动方式。4、按装载方式不同分类按装载方式不同可以分为前卸式、后卸式、侧卸式和回转式。装载机基本上都是前卸式。5、按转向方式不同分类按转向方式不同可以分为整体式和铰接式。前者利用偏转后轮或前轮转向，或者同时偏转前后轮，后者采用铰接车架，利用前后车架之间的相对偏转进行转向。国产ZL系列装载机大多数采用铰接式结构。本次设计的装置机，其型号为ZL60型，图1-1为ZL60型装载机外形图。图1-1 ZL60型装载机外形图1.3 国内外装载机的研究现状1.3.1 国内装载机的研究现状我国装载机行业起步于50年代末。1958年，上海港口机械厂首先测绘并试制了67KW、斗容量为1m3的装载机。这是我国自己制造的第一台装载机。该机采用单桥驱动、滑动齿轮变速。1964年，天津工程机械研究所和厦门工程机械厂测绘并试制了功率为100.57KW斗容量为1.7m3的Z435型装载机。1962年国外出现铰接式装载机后，天津工程机械化研究所与天津交通局于1965年联合设计了Z425型铰接式装载机。柳州工程机械厂和天津工程机械研究所合作，在参考国外样机的基础上，于1970年设计试制了功率为163.9KW、斗容量为3m3的ZL50型装载机。该机采用双涡轮变矩器、动力换挡行星变速箱的液力机械传动方式，Z形连杆机构的工作装置及铰接转抽，并自行设计了“三合一”的机构，以解决液力机械化传动式装载机的拖启动、熄火转向及排气制动问题。 “十五”期间，轮式装载机行业出现了井喷式的发展，2001-2004年装载机销量增长率平均为46.98%，大大超过前25年的均值17.86%；2006年中国装载机26家主要企业共销售119895台，同比增长13.3%，占据世界装载机的大半壁江山。中国市场大幅增长，已发展为世界上最大的市场。国内各生产厂家所在地更加认识到装载机这一产品的巨大市场和效益，纷纷将其列为支柱产业加以扶持并在政策上给予优惠，像福建龙岩、山东蒙岭等一批新成员的加盟，发展势头迅猛，竞争更加激烈。国际一流公司小松、利渤海尔、沃尔沃、卡特彼勒等在国内成立合资或独资公司后，更加剧了国内装载机市场的竞争。我国小型装载机制造业当前正处于发展时期，有一定的盈利空间，小装技术水平低、结构简单、零配件充足齐全，进入门槛低。因此目前仍有大批企业进入小装行业，在这种情况下，尽管市场“突飞猛进”，但产能增长更快，因此今后的市场竞争必然残酷而激烈，低水平的价格战也在所难免。另外，我国小型装载机还有很多需要改进的地方，如：传动系统技术水平太低，司机劳动强度大，能耗高、作业效率低，与国家提倡的节能降耗、安全环保等不一致；在传动方面应该向双变或全液压方向发展；当前广泛采用的单缸柴油机功率偏小，噪声、振动、能耗都偏大；从发展的角度看，在成本增加不大的情况下，应尽量采用双缸或4缸柴油机；同时在液压转向系统方面最好采用优先全液压转向系统，变速操纵应由机械换挡变为液压动力换挡等。我想这些都是今后小装技术发展的方向。1.3.2 国外装载机的研究现状国外轮式装载机最早出现在第二次工业革命时期，其发展到今天，无论是技术、设计、制造还是销售、服务等都已经非常成熟。国外轮式装载机著名的生产厂家有卡特彼勒、山猫等。2000年在中国市场真正搞活以前，轮式装载机全球需求量约为74500台。其中，中国(32%)是最大的地区市场，其后依次是欧洲(30%)、北美洲(20%)和日本(12%)。到2005年，市场环境急剧变化：全球需求量几乎增长一倍，达14.2万台，中国市场大幅增长为世界上最大的市场。欧洲和北美洲彼此的市场规模非常相近，但其市场构成却存在根本差别：在欧洲低于59.7kW(80hp)的小型机械更受偏爱。这类产品占该地区需求量的40%，与之相比在北美洲只占12%。英国工程机械咨询有限公司估计约有20家国际轮式装载机制造商年产量超过500台，合计年产约为6万台。2005年卡特彼勒、小松、沃尔沃、CNH和迪尔的总产量占该年总产量的75%，而10年前5大制造商只占54%，目前这5大制造商在国际市场中所占份额的总和仍在增加。因此，国际市场掌握在少数制造商的手里。国外轮式装载机一方面往大型化发展，如：卡特彼勒公司90年代初推出Cat966F轮式装载机，时隔1年又推出Cat980F轮式装载机，它增加了斗容和功率，改善了性能、提高了可靠性。不久又推出更大的Cat994轮式装载机，根据物料体积质量不同而选配18-30m3的铲斗、机重170t；德雷塞公司90年代初推出4000型轮式装载机，斗容10-30m、机重151.8t。目前，全世界约有400台大型轮式装载机应用在露天矿山和建筑工程，与大型自卸汽车配套使用。另一方面，小型轮式装载机以机动灵活、效率高、多功能和价格低廉赢得市场，发展甚快。如：日本古河公司生产的FL30-1型轮式装载机斗容0.34m、机重2.3t；小松公司的WA30-l型斗容0.34m、柴油机功率20kw；丰田织机公司的斗容0.17m、机重1t等。5第2章 总体方案的设计与确定2.1 技术参数的确定本次设计的装载机其工作装置为反转六连杆机构。ZL60装载机工作装置设计的技术参数如下：1、额定斗容：3m32、额定载重量：60KN3、整机质量：163KN4、轮距：2240mm5、轴距：2760mm6、轮胎规格：23.5257、最大卸载高度：2950mm8、最小卸载距离：1250mm2.2 工作装置的总体结构与布置2.2.1 铲斗托架结构形式的确定本次设计的装载机工作装置采用无铲斗托架结构形式，如下图2-1所示。它由运动相互独立的两部分组成：连杆机构和动臂举升机构，主要由铲斗、动臂、连杆、上下摇臂、转斗油缸、动臂举升油缸、托架、液压系统等组成。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、铲斗托架其动臂下铰接点与铲斗铰接，上铰接点与前车架支座铰接；转斗缸一端与前车架铰接，另一端与上摇臂铰接；连杆一端与摇臂铰接，另一端与铲斗铰接；摇臂铰接在动臂上。2.2.2 动臂举升机构的确定本次设计的动臂举升机构采用液压缸。动臂举升缸一般采用立式或卧式布置形式，常见有两种连接方式：1、油缸顶端与前车架铰接（图2-2）；2、油缸中部通过销轴与前车架铰接（图2-3）。铲斗是装载物料的容器，通常具有两个铰接点，一个与动臂下铰接点铰接，另一个与连杆铰接。操纵转斗缸实现铲斗的装载或卸料；操纵举升油缸实现动臂和铲斗升降运动。图2-2 立式布置形式 图2-3 卧式布置形式参考同类型产品，结合任务书，本次设计的动臂举升机构其液压缸布置形式采用立式。2.2.3 连杆机构结构形式的确定由装载机工作装置的自由度分析可知，工作装置的连杆机构均为封闭运动链的单自由度的平面低副运动机构，其杆件数目应为4、6、8等。本次设计的连杆机构其结构形式选择反转六连杆机构。具体机构如下图2-4图2-4 反转六杆机构简图本次选择的反转六杆机构，其转斗缸采用后置式，将转斗缸布置在动臂上面，转斗缸小腔作用时进行铲掘。这种机构又称为“Z”形连杆机构。该机构具有以下优点：1、铲斗插入时转斗缸大腔进油，并且连杆机构的传力比可以设计成较大值，故可获得较大的掘起力；2、合理设计连杆机构各构件的尺寸，不仅可以得到良好的铲斗平移性能，而且可以实现铲斗的自动放平；3、结构十分紧凑，前悬小，司机视野好。2.3 工作装置自由度的计算由于组成装载机工作装置的各构件是通过销轴连接的，各个销轴互相平行；加上，其结构又是纵向对称。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，不计各杆件的自重，并假设各铰接点的摩擦力为零。反转六杆机构工作装置的杆系结构简图如下图2-5所示。图中，UG为动臂位置角；即动臂上、下铰接点的连线与垂直线的夹角，以绕动臂上铰接点逆时针方向为正，反之为负；U为铲斗位置角，即铲斗斗底与水平线正向的夹角为正，反之为负。图2-5 反转六杆机构工作装置的杆系结构简图对于反转六杆机构的工作装置，由举升机构GHI、油缸四连杆机构DEFG和铲斗四连杆机构ABCD等组成。其中，活动杆件数n=8，低副数11，高副数0。这样，由平面机构自由度的计算公式可得，反转六杆机构工作装置的自由度2当转斗缸闭锁时，动臂在举升缸的作用下举升或下降铲斗，此时该工作装置的自由度为1，举升缸为原动件；当举升缸闭锁，动臂处于某一特定作业位置不动时，在转斗缸的作用下，通过一平面六杆机构使铲斗绕其铰点转动，此时该工作装置的自由度也是为1，转斗缸为原动件。39第3章 铲斗的设计与计算3.1 铲斗结构形式的确定1、斗体形状从整个斗体形状看来，铲斗基本可以分成“浅底”和“深底”两种类型。在斗容量相同的情况下，前者开口尺寸较大，斗底深度较小，即斗前壁较短，后者正好相反。浅底铲斗插入料堆的深度较小，相应的插入阻力也较小，容易装满，但运输行驶时容易撒落物料；由于前悬增大，影响车辆行驶平稳性。而深底铲斗则恰恰相反。相比之下，定点装载使用浅底铲斗，而运输距离较大则采用深底铲斗较为合适。本次设计的斗体采用低碳、耐磨、高强度钢板焊接制成。2、切削刃的形状根据装载物料不同，切削刃有直线型和非直线型。前者形式简单，有利于铲平地面，但铲装阻力较大。后者有V形和弧形等。本次设计选用直线型。斗刃材质是即耐磨又耐冲击的中锰合金钢材料，侧切削刃和加强角板都用高强度耐磨钢材料制成。3、斗齿铲斗斗刃上可以有斗齿，也可以没有斗齿。若斗刃上装有斗齿时，斗齿将先于切削刃插入料堆，由于它比压大，所以比不带齿的切削刃易于插入料堆，插入阻力能减小20%左右，特别是对料堆比较密实、大块较多的情况，效果尤为显著，因此矿用装载机一般都是带斗齿。斗齿结构分为整体式和分体式两种，一般斗齿是用高锰钢制成的整体式，用螺栓固定在铲斗斗刃上，中小型装载机多采用这种形式。为便于斗齿磨损后更换和节约斗齿金属，也有使用双段斗齿的，如图3-1所示。图3-1双段斗齿1、齿尖；2、齿坐；3、钢销这种斗齿的齿尖与齿坐的配合面为锥面，两者配合情况良好。装配时，先置入有弹性的金属橡皮，然后再从上边或从下边往方形销孔中打入钢销3即可。由于拆卸方便，齿尖一边磨损后可以翻转再使用，从而延长使用寿命。大型装载机由于作业条件差、斗齿磨损严重，故采用这种分体式斗齿。斗齿的形状和间距对切削阻力是有影响的。一般中型装载机铲斗的斗齿间距为250300mm左右，太大时由于切削刃将直接参与插入工作，使阻力增大，太小时，齿间易于卡住石块，也将增大工作阻力。长而窄的齿要比段而宽的齿插入阻力小，但太窄又容易损坏，所以齿宽以每厘米长载荷不大于500600kg为宜。4、铲斗侧刃因为侧刃参与插入工作，为减小插入阻力，侧壁前刃应与斗前壁成锐角，弧线或折线侧刃铲斗的插入阻力比直线形侧刃要小，但具有弧线或折线形侧刃铲斗的侧壁较浅，物料易于从两侧撒落，影响铲斗的装满。为了不使斗容减小太多，一般可将连接前后斗壁的侧壁刃口设计成弧形。5、斗底斗前壁与斗后壁用圆弧衔接，构成弧形斗底。为了使物料在斗中有很好的流动性，斗底圆弧半径不宜太小，前后壁夹角不应小于物料与钢板的摩擦角的2倍，以免卡住大块物料。若取物料与钢板的摩擦因数f=0.4，则摩擦角22，所以张开角必须大于44。3.2 铲斗卸载方式的确定铲斗按照卸载方式一般可以分为整体前卸式、侧卸式、推卸式和底卸式等数种。1、整体前卸式铲斗结构简单，工作可靠，有效装载容积大，但需要有较大的卸载角才能将物料卸净。通常情况下，绝大多数前端式这装载机都是用这种铲斗。2、侧卸式铲斗没有侧板，插入阻力小，装载效率高，特别是在装载机用于填沟或在狭窄场地往侧旁的运输设备进行装载作业时，其优点就更加显著了。3、推卸式铲斗可以弥补整体前卸式铲斗卸载高度不足，在装载机其他尺寸参数相同的情况下，能够显著提高卸载高度和增加卸载距离；特别适用于卸出小颗粒粘性物料。与整体前卸式铲斗相比，推卸式铲斗的结构复杂一些，且需要用动力推卸，但具有以上的一些优点，在地下作业时多被采用。4、底卸式铲斗用动力打开斗底卸载的，同推卸式铲斗一样可以提高卸载高度，但结构复杂。考虑到成本和产品的实用性，以及在工作中遇到的情况，本次的设计所采用的是整体前卸式的铲斗卸载方式。3.3 铲斗断面形状和基本参数确定1、铲斗的断面形状铲斗的断面形状由铲斗圆弧半径r、底壁长l、后壁高h和张开角四个参数确定，如图3-2所示。图3-2铲斗断面基本参数图圆弧半径r越大，物料进入铲斗的流动性越好，有利于较少物料装入斗内的阻力，卸料快而干净。但r过大，斗的开口大，不易装满，且铲斗外形较高，影响驾驶员观察铲斗斗刃的工作情况。后壁高h是指铲斗上缘至圆弧与后壁切点间的距离。底壁长l是指斗底壁的直线段长度。铲斗张开角为铲斗后壁与底壁之间的夹角，一般取45到52之间。适当减小张开角并使斗底壁对地面有一定斜度，可减小插入料堆时的阻力，提高铲斗的装满程度。铲斗的宽度应大于装载机两个前轮外侧间的宽度，每侧要宽出50100mm。如铲斗宽度小于两轮外侧间的宽度，则铲斗铲取物料后所行成的料堆阶梯会损伤到轮胎侧壁，并增加行驶时轮胎的阻力。通过以上介绍，结合从现场采集来的大概参数，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：482、铲斗基本参数的确定在定下了以上的断面参数后，从现场的参考数据得到，本设计铲斗的总宽度B为2900mm，并且铲斗壁厚为30mm。设计时，把铲斗的回转半径R，如图3-3所示，作为基本参数，铲斗的其他参数作为R的函数。它的大小不仅直接影响铲斗底壁的长度，而且还直接影响转斗时掘起力及斗容的大小，所以它是一个与整机总体有关的参数。铲斗的回转半径R可按下式计算。图3-3铲斗尺寸参考（m）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3-3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一般取铲斗侧壁切削刃相对斗底壁的倾角=5060。铲斗与动臂铰接点距离斗底壁的高度=（0.060.12）R。3.4 斗容的设计与计算铲斗的斗容量可以根据铲斗的几何尺寸确定。图3-4 装载机斗容计算图1、几何斗容(平装斗容) 铲斗平装的几何斗容可按下式确定：= ()对于装有挡板的铲斗：根据有关计算有A铲斗横断面面积，如图25中所示阴影面积铲斗内壁宽(m)，a挡板高度(m)；b斗刃刃口与挡板最上部之间的距离(m)。装有挡板的铲斗几何斗容 2、额定斗容(堆装斗容) 铲斗堆装的额定斗容是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。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34)：根据科堆坡度角可得料堆尖端点肘，再由d4点作直线d4N与Go垂直，将n4N垂线向下延长，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。铲斗堆装的额定斗容铲斗斗容的误差率，所以铲斗的设计合格。第4章 反转六杆机构的设计与计算4.1 反转六杆机构的分析反转六杆工作机构简图如图4-1，由转斗机构和动臂举升机构两个部分组成。转斗机构由转斗油缸CD、摇臂CBE、连杆FE、铲斗GF、动臂GBA和机架AD六个构件组成。实际上，它由两个反转四杆机构GFEB和BCDA（即图中GF2E2B和BC2DA）所串联而成。当举升动臂时，若假定动臂为固定杆，则可把机架AD视为输入杆，把铲斗GF看成输出杆，由于AD和GF转向相反，所以叫反转六杆机构。举升机构主要由动臂举升油缸HM和动臂GBA构成。若把油缸分解成两个活动构件和一个移动副，则反转六杆工作机构的活动构件数n=8，运动低副数PL=11，由自由度公式F=3n-2PL，得到自由度为2。因为两个油缸均为运动件所以整个机构具有确定的运动。当举升油缸闭锁时，启动转斗油缸，铲斗将绕G点作定轴转动；当转斗油缸闭锁，举升油缸动作时，铲斗将作复合运动，即一边随动臂对A点作牵连运动，同时又相对动臂绕G点作相对转动。其材料为低碳、耐磨、高强度钢。图4-1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4.2 尺寸参数设计与计算因为图解法比较直观，易于掌握，故采用图解法设计，它通过在坐标图上确定铲装工况（图4-1）时工作装置的9个铰接点的位置来实现。1、动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点G、B、A的确定（1）确定坐标系如图4-2所示，先选取坐标系并确定尺寸比例1：40。（2）画铲斗图把设计好的铲斗横截面外廓按比例在坐标系xOy中画出，斗尖对准坐标原点O，斗前壁与x轴呈35的前倾角。此为铲斗插入料堆时位置，即插入工况。图4-2 动臂上三铰接点设计（3）确定动臂与铲斗的铰接点G由于G点的x坐标值越小，转斗掘起力就越大，所以G点靠近O点是有利的，但它受斗底和最小离地高度的限制，不能随意减小；而G点的y坐标值增大时，铲斗在料堆中的铲取面积增大，装的物料多，但这样缩小了G点与连杆铲斗铰接点F的距离，使得掘起力下降。综合考虑各种因素的影响，根据坐标图上插入工况的铲斗实际状况，在保证G点y轴坐标值yG=250350mm和x轴坐标值xG尽可能小而且不与斗底干涉的前提下，在指标图上人为的把G点初步定下来。初定G点坐标为（1130，260）。（4）确定动臂与机架的铰接点A1）以G点为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗口与x轴平行为止，即铲装工况。2）把已选定的轮胎外廓画在指标图上（轮胎外廓直径约为1600mm）。作图时，应使轮胎前缘与铲装工况时铲斗后壁的间隙尽量小些，目的是使机构紧凑、前悬小，但一般不小于50mm；轮胎中心Z的y坐标值应等于轮胎的工作半径Rk600mm。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（普通轮胎为0.10.16，宽面轮胎取0.050.1）3）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，如图4-2所示。4）以点为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与x轴平行，即得到铲斗最高举升位置图。5）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。A点在平分线的位置应尽可能低一些，以提高整机工作的稳定性，减小机器高度，改善司机视野。一般A点取在前轮右上方，与前轴心水平距离为轴距的1/31/2处。最终定下A点的坐标为（3230，2110）。A点位置的变化，可借挪动点和轮胎中心Z点的位置来进行。（5）确定动臂与摇臂的铰接点BB点的位置是一个十分关键的参数。它对连杆机构的传动比、倍力系数、连杆机构的布置以及转斗油缸的长度等都有很大的影响。如图4-2所示，根据分析和经验，一般取B点在AG连线的上方，过A点的水平线下方，并在AG的垂直平分线左侧尽量靠近铲装工况时的铲斗处。相对前轮胎，B点在其外廓的左上部。本次设计所确定B点坐标为（1680，1565）。在CATIA中显示如图4-3所示。图4-3动臂铰接点A的确定2、连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点F、E的确定因为G、B两点已被确定，所以再确定F点和E点实际上是为了最终确定与铲斗相连的四杆机构GFEB的尺寸，如图4-4所示。确定F、E两点时，既要考虑对机构运动学的要求，如必须保证铲斗在各个工况时的转角，又要注意动力学的要求，如铲斗在铲装物料时应能输出较大的掘起力，同时，还要防止前述各种机构运动被破坏的现象。（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+BGFE+BE如图4-4所示，若令GF=a，FE=b，BE=c，BG=d，并将不等号两边同时除以d，整理后得到下式，即由G（1130，260）、B（1680，1565）点的坐标得到d=1415mm，选取K=0.950，得到a=0.3d=425，c=0.58d=830，得到b=948。图4-4 连杆、摇臂、转斗油缸尺寸设计（2）确定E和F点位置这两点位置的确定要综合考虑如下四点要求：1）E点不可与前桥相碰，并有足够的最小离地高度；2）插入工况，使EF杆尽量与GF杆垂直，这样可获得较大的传动角和倍力系数；3）铲装工况时，EF杆与GF杆的夹角必须小于170，即传动角不能小于10，以免机构运动时发生自锁；4）高位卸载工况时，EF杆与GF杆的传动角也必须大于10。如图4-5所示，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。图4-5连杆端部铰接点设计如图所示的得到了E和F点的位置，由于各种工况的情况不定，所以在这就不具体说明此时情况的坐标值。3、转斗油缸与摇臂和机架的铰接点C和D点的确定在图4-4中，如果确定了C点和D点，就最后确定了与机架连接的四杆机构BCDA的尺寸。C点和D点的布置直接影响到铲斗举升平动和自动放平性能，对掘起力和动臂举升阻力的影响都较大。（1）确定C点从力传递效果出发，显然使摇臂BC段长一些有利，那样可以增大转斗油缸作用力臂，使掘起力相应增加。但加长BC段，必将减小铲斗和摇臂的转角比，造成铲斗转角难以满足各个工况的要求，并且使得转斗油缸行程过长。因此初步设计时，一般取C点一般取在B点左上方，BC与BE夹角可取CBE=130180，并注意使插入工况时摇臂BC与转斗油缸CD趋近垂直；C点运动不得与铲斗干涉，其高度不能影响司机视野。通过本次设计的基本要求，在这里确定BC=0.72BE=600mm，同时BC与BE夹角取值CBE=154。（2）确定D点转斗油缸与机架的铰接点D，是根据铲斗由铲装工况举升到最高位置工况过程为平动和由高位卸载工况下降到插入工况时能自动放平这两大要求来确定的。如图4-4所示，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。因为铲斗由工况II举升到工况III或由工况IV下放到工况I的运动过程中，转斗油缸的长度分别保持不变，所以D点必为C2点和C3点连线的垂直平分线与C1和C4点连线的垂直平分线的交点。最终，D点设计在A点的左下方，这样不但平动性能好，而且动臂举升时，可减小举升外阻力矩，有利于举升油缸的设计。D点的固定坐标值为（3000，1850）。4、动臂举升油缸与动臂和车架铰接点H点及M点的确定动臂举升油缸的布置应本着举臂时工作力矩大、油缸稳定性好、构件互不干扰、整机稳定性好等原则来确定。综合考虑这些因素，所以动臂举升油缸都布置在前桥与前后车架的铰接点之间的狭窄空间里。得到本次设计中ZL60装载机的各个工况如下： 图4-6 I插入工况 图4-7 II铲装工况 图4-8 III最高位置工况 图4-9 IV高位卸载工况图4-10 V低位卸载工况4.3 连杆系统运动分析1、铲斗对地位置角图4-11所示为铲斗位置角计算，A、B、G为动臂与机架、摇臂、铲斗的铰接点，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4-11铲斗位置角计算在图4-11中，取运输工况为工作装置连杆机构运动的初始位置，令为与地面固连的直角坐标系，x轴与地面平行，并在动臂上G点（动臂与铲斗铰接点）处建立一个随动臂一起运动的动坐标系，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。将上等号两边平方后，使两方程相加，并令和则从式中消去了，并将其变换成下列三角方程乘以，并设，则可化为或同理，在向量四边形GFEB中，有BEFEGF+GB=0令和得三角方程其解为通过公式计算和实际设计尺寸情况，可得到在各个工况的对地位置角分别为：插入工况：105；铲装工况：50；最高位置工况：57；高位卸载工况：131。因为在运动过程中，铲斗的对地位置角是不断变化的，在此只针对以上四种特殊情况的位置角代入了计算。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，甚至不能进行高位卸载。太大时，将增加卸载冲击，损坏运输车辆；过大，虽然有利于装车，但加大了工作机构前悬，降低了整机稳定性。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=3291（3-24）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=44871141sin58=3190mmhmax（2950）满足要求=28736001085+1141cos58=1300mmlmin（1250）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，即各处卸载角都必须不小于45。对反转六杆机构进行分析可知，由于工况II时转斗油缸最长，而低位卸载时转斗油缸长度最短，所以，若工况II和工况III时的铲斗的卸载角都不小于45，则他们之间各个位置必能正常卸载，因此，只要对铲斗的高位卸载角和低位卸载角进行计算分析即可。高位卸载角为：=131105+5=31（3-28）4.4 连杆机构的静力学分析及强度校核4.4.1 连杆机构的静力学分析装载机在铲掘作业过程中，通常有以下三种受力工况：1、铲斗水平插入料堆，工作装置油缸闭锁，此时可认为铲斗斗刃只受水平插入阻力的作用。2、铲斗水平插入料堆，翻转铲斗或举升动臂铲取物料时，认为铲斗斗齿只受垂直掘起阻力的作用。3、铲斗边插入边收斗或边插入边举臂进行铲掘时，认为铲斗斗齿受水平插入阻力与垂直掘起阻力的同时作用。如果将对称载荷和偏载情况分别与上述三种典型受力工况相组合，就可得到铲斗六种典型的受力作用工况，如图4-12所示。图4-12工作装置外载荷工况1、外载荷计算装载机的工作阻力是多种阻力的合力。由于物料性质和工作机构工作方式的不同，工作阻力有不同的计算方法，一般工作阻力通常分别按插入阻力、掘起阻力和转斗阻力矩进行计算。（1）插入阻力插入阻力就是铲斗插入料堆时，料堆对铲斗的反作用力。插入阻力由铲斗前切削刃和两侧斗壁的切削刃的阻力，铲斗底和侧壁内表面与物料的摩擦阻力，铲斗底外表面和物料的摩擦阻力组成。这些阻力与物料的种类、料堆高度、铲斗插入料堆的深度、铲斗的结构形状等有关。计算上述阻力比较困难，一般按照下面经验公式来确定：（N）式中K1物料块度与松散程度系数K2物料性质系数，见附录表3-2K3料堆高度系数，见附录表3-3K4铲斗形状系数，一般在1.11.8之间，取1.3B铲斗宽度，290cmL铲斗的一次插入深度，40cm得到：F=9.81.00.0451.101.3290401.25=18397（N）（2）掘起阻力掘起阻力就是指铲斗插入料堆一定深度后，举升动臂时物料对铲斗的反作用力。掘起阻力同样与物料的种类、块度、松散程度、密度、物料之间及物料与铲斗之间的摩擦阻力有关。掘起阻力主要是剪切阻力。最大掘起阻力通常发生在铲斗开始举升的时刻，此时铲斗中物料与料堆之间剪切面积最大，随着动臂的举升掘起阻力逐渐减小。铲斗开始举升时物料的剪切力按下式计算（N）式中K开始举升铲斗时物料的剪切应力，它通过试验测定，对于块度为0.10.3m的松散花岗岩，剪切应力的平均值取K=35000PaB铲斗宽度，mLc铲斗插入料堆的深度，m得F=2.2350002.90.4=89320（N）（3）转斗阻力矩当铲斗插入料堆一定深度后，用转斗油缸使铲斗向后翻转时，料堆对铲斗的反作用力矩称为转斗阻力矩。当铲斗翻转铲取物料时，在铲斗充分插入料堆转斗的最初时刻，转斗静阻力矩具有最大值，用表示，此时铲斗转角a=0；其后，转斗静阻力矩随着铲斗的翻转角a的变化而按双曲线特性变化（见图4-13），一直到铲斗前切削刃离开料堆坡面线为止。开始铲取时（a=0）的静阻力矩为式中Fx开始转斗时的插入阻力，18397Nx铲斗回转中心与斗刃的水平距离，1.13my铲斗回转中心与地面的垂直距离，0.26mL铲斗的插入深度，0.4m得到=1.1183970.4（1.130.250.4）+0.26=13599（Nm）图4-13 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，其转斗阻力矩式中，铲斗离开料堆时的翻转角度铲斗离开料堆时，由物料重力产生的阻力矩，Nm转斗阻力矩计算：铲斗在料堆中转斗时，除了要克服料堆的静阻力矩之外，还要克服铲斗自重和铲斗中物料所产生的阻力矩。因此，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，13599Nm装载机额定载重量重力，49000N铲斗自重力，13470N铲斗中心至回转中心B的水平距离（图4-13），0.5m得到=13599+（49000+13470）0.5=44834（Nm）图4-14 作用在转斗连杆上力的确定作用在转斗连杆上的力：铲斗充分插入料堆后开始转斗时，作用在铲斗与铲斗连杆铰销上的力（图4-14）（N）式中铲斗回转中心至的作用线的垂直距离，0.430m得到=44834/0.43=104265（N）4.4.2 连杆机构的强度校核摇臂强度校核，在对称载荷作用下，摇臂可看作是支承在动臂B点变截面曲梁。为简化计算，将摇臂主轴线分成CB、BE折线段，见图4-15，求出每段的内力值。图4-15 摇臂内力计算由式3-34可得Fc=104265N，取单边侧板为研究对象，得到N由，得到，=72116N弯矩=43269Nm在对称水平载荷作用下，由内力得出内力图（图4-16）图4-16 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，在此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，=0.0063m2得到：20000000Pa，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处铰接销直径第5章 液压缸的设计与计算5.1 液压缸类型和结构的确定为了实现增压目的，本装置选用增压液压缸。增压液压缸工作原理如图5-1所示。当低压为P1的液体推动增压杆的大活塞D时，大活塞推动与其连成一体的小活塞d输出压力为P2的高压液体。增压缸的特性方程为：式中，为增压比，代表其增压能力。显然，增压能力是在降低有效流量的基础上得到的，也就是说增压缸仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量。图5-1 单作用液压缸5.2 液压缸基本参数设计1、液压缸载荷力的组成和计算液压缸的载荷力在整个推进过程中式变化的，计算时只需求出最大载荷力。液压缸在受压状态下工作，其活塞杆上的力包括工作载荷，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。起动加速时稳态运动时减速制动时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，由于各种缸的密封材质和密封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为：式中：液压缸的机械效率，本装置取0.90。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。则可得出杆径比约为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：-液压缸的工作压力，本装置取16Mpa。-往返速比，本装置取1.46。-液压缸的机械效率，本装置取0.90。缸筒的内径按(GB/T23481993)/mm中所列的液压缸内径系列圆整为标准值。圆整后转斗油缸和举升油缸的增压缸活塞直径均为mm，活塞杆直径
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号