某型装载机工作机构设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 目 录 1. 前言 . 1 . 1 载机的发展历史 . 1 载机工作机构的特点 . 1 用途 . 2 2. 装载机装载过程分析 . 3 . 3 . 3 3. 装载机工作机构的设计 . 7 . 7 斗的机构设计 . 7 容的计算和尺寸确定 . 8 . 10 4. 装载机工作机构受力分析 . 14 . 14 . 14 5. 工作机构稳定性能分析 . 22 定性指标 . 22 . 23 载机横向稳定性分析 . 25 6. 液压缸设计计算 . 29 铲斗上的侧卸油缸设计 . 29 伸油缸的设计 . 30 总结 . 33 参考资料 . 34 致谢 . 35 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 此次设计的课题为装载机工作机构设计，要求该装载机装载能力大，机动性好安全可靠，生产率较高，其斗柄是曲线的，铲斗的提起和倾斜由油缸的动作来实现。 载机的发展历史 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。最早的装载机是在马拉的农用拖拉机前部装上铲斗而成 .。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工作机构尺寸的增加和机构的改进进一步增加了生成力。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 载机工作机构的特点 装载机工作机构由潺斗，铲臂，铲斗座，升降油缸（两个左右对称）侧卸油缸，拉斗油缸组成。装载机在工作过程中，铲斗是沿料堆底部插入料堆的，斗尖在料堆买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 内运动，轨迹如图 1 图 1铲斗轨迹 由于铲斗沿料堆底部插入料堆所以插入阻力大，阻力方向与机体的推进方向相反，从而 使得装载机有足够的重量和牵引力来克服插力。以得到足够的插入深度，铲斗插入料堆后，在开始提升的瞬间，料堆对提升的阻力很大，以后就迅速的降低，故在提斗的过程中工作机构承受的负载很不均匀，尖峰负荷大。但它易于卸载，故效率高，在铲斗臂的左右对称的布置两个升降油缸，完成铲斗的提升过程，铲斗上安装一个侧卸油缸。用来卸下铲斗内的物料，铲斗和铲斗座采用焊接的方法联结在一起，再用销轴与铲斗臂连接整个机构是四连机构完成装卸过程。 工作机构是装载机用以直接完成装载工作的机构，是装、运、卸一体的 联合设备。由于铲斗即可作取料构件，又可作运料贮料和卸料物件，从而简化了整机结构使用灵便。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 铲斗挖掘土壤的过程很类似金属切削过程（如图 2 2斗刃切入后物料对切入的阻力取 决于物料的性质和状态，以及斗刃的刃角 。 图 2掘过程图 图 2装过程图 斗刃切入后，在刃的物料被压缩，变形以致破坏原来结构，而改变堆存状况，这种改变取决于物料的性质和状态，斗刃的几何 形状，切削角 和切削厚度 c，同时物料与斗底间的相对运动也产生摩擦阻力，其大小取决于物料与斗底的摩擦系数和斗刃的后角 。此外，由于刃前形成小堆而后才能进入斗内，这种物料间的内摩擦阻力取决于物料的性质和状态，物料的内摩擦系数和斗的运动轨迹。 铲斗插入矿堆后，矿堆变形 AB铲装过程图）包括三部分：第一滑移体 AB形较明显；第二滑移体 实区，在刃前 当于斗刃的延长，压实区的大小与装载工作阻力的大小有密切关系。压实区的大小买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 取决与矿石的物理机械性质，矿堆高度，铲斗插深度 以及铲斗的形状和尺寸等因素。当斗刃插入矿堆时物料挤压，剪切产生变形阻力，物料与斗臂间的摩擦阻力以及物料内摩擦阻力等等阻力的综合，便是装载阻力。 装载机的装载阻力包括插入阻力和铲取阻力，其插入阻力计算式 K 千克 式中 高和铲斗形状与关的系数 K = 2 4 单位：厘米 单位：厘米 铲取阻力计算式： Y 公斤米 式中： 单位：公斤 单位： 米 X， 位：米 铲取阻力矩 着铲斗回转角 变化规律为双曲线（见下图 2 1 式中 n=/3 n)a(1 0买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 图 2矩 式中 物料重力产生的阻力矩 根据查表得： 2=3=4= K =2 4 =铲斗一次插入深度 所以插入阻力为 斤 ) 根据工作机构总图确定 X,点离斗刃的水平距离 与地面的垂直距离 得 X=入有关数据计算铲取力，有 Y 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 =斤米 ) 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 铲斗机工作时，铲斗的运动是由动臂油缸，恻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： 1） 将铲斗放平由机体的行走部将铲斗推入料堆。 2） 边推进边翻转铲斗使铲斗使物料充满铲斗。 3） 当铲斗装满物料后，将铲斗转正并举臂到适当的位 置作好运送的准备。 4） 由机体的行走部将物料运送到卸载点。 5） 将铲斗对准卸载口进行翻斗卸载。 6） 将铲斗正位并下降动臂准备返回。 7） 返回到卸载点 8） 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。 斗的机构设计 铲斗是用来切削，收集，运输，卸出物料的不见。它设计的合理与否直接影响到装载机的身产率，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。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 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。 铲斗按其结构可分铆结构，铸造，焊接，铸 铆结构铲斗的优点是制造容易，接个便宜。求点是强度差（铆钉易松动），主要用于小型挖掘机上。 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。 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（即 3 米 3增大 4 米 3； 6 米 3增大 8 米 3； 9 米 3增大 12 米 3），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 12米3）。 根据设计要求，本设计采用焊接铲斗。 容的计算和尺寸确定 容的计算 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 下式确定斗背上挡板的铲斗斗容为： 中 : m; m; m； 2）额定斗容： 按 于斗背上装有挡板的铲斗 K+- b2(h+c)/6 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 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 3 图 3斗横断面积简化计算图 1 2 3铲斗横断面面积和斗容 1） 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 G 点，通过 G 点作 与 平行，然后找出铲斗横断面面内从圆弧过渡到直线的过渡点 A、 、 、 按设计要求铲斗的额定斗容为 1立方米。 2) 预估各部分尺寸如下： 铲斗内臂宽 800 b=1200=300 20E=500 30mm h=160 00 35。 扇形面积 60=60 =1060(买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 三角形面积 95(三角形面积 50(梯形面积 D） x 0+120)720(3） 求总面积： S=1060+195+150+2720+4125=4125（ 几何斗容： (=4125(16=742500722020(=额定斗容： K+(h+c) =072220(16+31) =符合设计额定斗容 1立方米的设计要求。 由于装载机歌德工作机构实际上就是一个四连杆机构，根据工作条件对铲斗在工作循环各阶段的要求，确定铲斗在其运动轨迹上应有的位置来确定设计系统，使它尽可能的满足铲斗这个杆件在运动上的要求。 设计方法： 定铲斗的工作位置 假设铲斗是 ，根据工作需要确定铲斗在工作过程中要求的五个位置，即铲斗的插入位置（ a,b 位置 ），向上翻转到正位（ a,举到中间（ ab 3 位置）升举到卸载高度（ ab 4 位置），翻斗卸载（ ab 5 位置）和返回原位 确定铲斗插入位置（ ，应使斗前臂与地面约有 84 的倾角。为了得到较大的翻斗铲取力，还应使 位置有较大的翻斗力臂。 确定铲斗上的翻到正位（ ，应使斗口水平向上，铲斗的后臂与车轮有适当的间隙。确定铲斗与地面的相对位置时，应考虑链轮有 5%的滚动半径变形量，应使斗底与地面约有 200 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 铲斗升举过程中，为了使铲斗运动平稳，不撒矿，应尽量使铲斗平移而无转动，也就是使为只 ab 3/a ， 。在 ab 5 卸载时，应使前臂与地面的倾角有 45度。以上的卸载角并且斗尖的位置符合对卸载高度和卸载距离的要求。 因点 a,a,a 都在以 g 为圆心的圆弧上，所以还应根据机器结构的可能性，在确定 g。 按上述五个位置，将动臂 出 这五个位置中 保持铲斗平易，因此动臂转角 /2 即铲斗相对动臂转 /2 角，即 /2 定出 。同样的道理 /2 定出 ，再按卸载时b 5=b 4 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 图 3杆机构运动图 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 四杆机构 将动臂视为固定杆。先根据结构条件估选 d 点位置，再以 d 为心作 的运动轨迹的最低点不低于斗底距地面的高度。当仅用一个翻斗油缸时， 杆 初选的 使 当 时。铲斗的卸载角达到最大，所以选取的 能使卸载角不小于 45。 的需要。点 连杆 度确定后，据c1,c3, 四杆机构 杆机构 得后，就可以开始求杆机构 此四杆 中，固定杆 动臂上的两个铰点）为已知，还知道当杆 转角为 件 对固定杆 转角为 /2（实际上是动臂 对机架 了 /2 角）。当杆 转了 /2。当翻斗油缸活塞杆收缩即连杆 短时，铲斗进行卸载。卸载后，杆 铲头恢复到原始的插入位置，然后求符合这些条件的四杆机构。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 进行工作的受力 分析时，应首先根据工作机构选择受力最大工况，并按受力最大工况下的外载荷进行受力分析。在装载机的工作循环中，铲斗的插入是靠行走机构将铲斗推入料堆的，在铲，提斗斜载和降斗的诸工况中，铲斗 在插入后提斗的铲挖物料工况，是工作机构受力最大的工况，在此工况下，由于物料种类和作业条件的不同，对外载荷可简化成载荷沿铲斗斗刃均布的对称受载情况和由于铲斗 偏铲斗，料堆密实程度不均造成的偏载荷情况。由于对偏载荷的大小缺少数据，所以在计算中，往往按对称受载计算后，以适当的安全裕量来考虑偏载荷的影响。 臂最大举升的确定 大铲取力的确定 最大铲取力即铲斗斗尖接触地面，铲斗臂油缸向上升，铲斗刚起时，起斗尖处产生的最大挖掘力。（ 距离斗尖四英寸处产生的，最大垂直向上的力为最大铲取力）。 图 4下矿用装载机铲取力与载重量经验公式 图 4根据三十八种地下矿用铲运机的数据求得铲取力与栽重量的经验关系式。图中的每一点是一种铲运机的数据，图中的直线是用均值法求得的直线式。 吨 吨 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 其中 立方米 g=9.8 m/算 ： ) 斗臂的最大举升力 铲斗臂油缸升举斗臂的力臂随着铲斗接近最高位置而减少，当铲斗臂油缸将铲斗升举到最高位置时，斗内能够被斗臂举起 的最大载荷重，就是铲斗臂的最大举升载荷。 最大举升载荷应小于能够使机体倾覆的倾翻载荷，其中铲斗臂油缸的直径便根据斗臂的最大升举力来确定的。由此选 ，右两个）作为升降油缸。 铲斗臂的最大举升力应能够满足最大举升载荷的要求和使用边插入边举臂的铲装操作要求，在转载机中，取倾翻载荷的 85%作为动臂的最大举升载荷。 P=z 其中 公斤 计算代入数据 P=z =N) 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 。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 图 4斗阻力分解图 取铲斗为分离体，按力平衡可写出方程。 按 得： ayh =Pc(+h2 ) ayh 按 X=0 得： Pc Pc 按 Y=0 得： Pc c 其中 N= N=总功率 V=h (吨 ) z+G 其中 代入数据得： ) 根据工作机构总图，确定 h1,l1,h2,00mm 50mm 150文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 a=35。 代入数据计算 1112c o s s i na x a yp 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 = =5398(吨 ) = = ) 其中负号表示受力与图 示方向相反 计算得出的力 是拉斗油缸受力 作机构强度的校核 根据工作机构受力分析，将构件上的作用力求得后就可以进行强度校核。 斗臂 ： 将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 图 4斗臂受力分析图 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 式中 ； 取过 如图 ) 厕 M = - N = M/W +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 其中 （吨） （吨） 根据工作机构总图确定参数 . 得 : 640 300 200 950 =60 其中 F = 180 x 310 = 55800 = 2 =带入公式有： M/W + 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 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 轴 材料选择 20 885 4斗臂前头销轴图 销轴的弯曲应力 w = 11 式中 w 销应力轴的弯曲 1 计算载荷， 为铰点所受载荷的一半 2 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= 0= ) 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 w = 112 7 01 2 1 0 = 885 满足强度要求 斗 将铲斗分离出来，把它看成是弯曲的薄板，其危险断面在如图 4示的断面 图 4斗危险断面图 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 M/W + N/F = c o s s x a y a x a p p p根据工作机构总图确定 h, l, , F 的值 得 ： h=50 mm l=625 =60 o F=357000 (其中）； ) 代入数据得： c o s s x a y a x a p p p买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 = 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 铲斗满足强度要求、 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 稳定性能是指机器行走和工作时不致发 生翻到和侧滑，并且保持规定的行走方向的能力。稳定性不仅影响作业和行走安全，而且与生产率有关， 只有良好的稳定性，才能保证其他性能的充分发挥。此外稳定性对减轻司机劳动强度有很大意义。 定性指标 衡量稳定性的指标是稳定系数和稳定角。稳定系数是稳定力矩和倾复力矩之比 K= 根据机器平衡状态的重要性对稳定性系数有不同的具体要求 稳定角是机器重心与支撑点连线的最大倾角 纵向倾角： L/2向倾角： B/2 5稳定角因机器工作机构状态而改变，一般 30 40 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 装载机受力图 5下： 图 5载机受力图 基本阻力 W=02 其中 风阻力 用迎风面积的形心上，高度为 h 入阻力： 向与运动相反 铲取阻力： 用在斗尖上，垂直路面 动阻力： 用在 ，方向视加速度。 而 定与路面平行，其值为 G/g 向作用力 用在车轮与路面的接触点上，方向与运动方向相同。 由平衡方程列出矩方程 G/g dt+l3+l） -G 0 又由于 y=0 联立以上两式 G G G/g L 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 G G G/g 从上式可以看出， 和 不仅与机器的结构系数有关 而且还与机器的各种状态有关 即上坡时， 减小 增大 下坡时， 大 减小 上坡行驶时，装载机的稳定极限状态是前轮离开地面，机器绕后轮接地点 b 向后翻倒 即 并且 均为零 所 以 G 0 最大稳定坡度为 2m a 为了安全起见，在使滑动的可能性先于翻倒的可能性 即 f 即 22 载机的稳定极限状态与插力与铲取时极为相似 即 ，此时 =0， 13 0G d V W e n h W s p L g d t 最大卸载距离时，装载机的稳定极限状态与插入与铲取时极为相似。 既 ， =0， i=0， 定载荷取翻倒载荷的一半 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 载机横向稳定性分析 图 5装载机外力： 两侧车轮的垂直支反力 和 ，装载机的自重 G 对 C 点取力矩平衡 得 3c o s s i H C 对 D 点取力矩平衡 得 4c o s s i H C 联立以上两式 得 3Zc o s s i 4Zc o s s i 当 时，即有侧翻危险 稳定性条件为 ： 4c o s s i G H 求出极限侧坡 m a C 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 转弯时的横行稳定性 转弯时受力 假设重心 中点上 ，在 内除重力和阻力 外，还增加了侧向运动阻力 垂直轴的惯性力矩（动力矩） 假设转半径为 R，转向角为 ，据上述图形关系 2 s i R s i n 2 R 2 假设装载机以等速转弯 则 0由力矩平衡关系，分别对 A 点和 B 点取矩 1s i n s i s i n c o s s i 2g x g z g y g M W R 1s i n s i s i n c o s s i 2g x g z g y g M W R 2s i n 2s i ng y g 若 一大于侧向粘着力，将发生侧滑而丧失稳定性，所以防止 侧滑的稳定性条件为： 11YZp22YZ纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 下图是不发生侧滑的条件 图 5滑稳定性图 2R p1V 既为产生横向打滑的极限速度 果不考虑转弯时重心和轮距的变化， 则横向侧翻条件为： 2W H c c f 2 2为产生侧翻的极限速度 保证安全，应使侧滑先于侧翻 即 12p2纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 由于 B H c B/56 以上分析加以综合管理。 纵向稳定角 =L/2500/2 纵 =向稳定角 =B/2 =10550/2 横 = 可以预选 400 时 纵 ， 横 都满足稳定性要求。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 6. 液压缸设计计算 铲斗上的侧卸油缸设计 斗装满物料后，不仅要灵活卸载，而且能够自动复原，所以有这一系列动作必须由侧卸油缸来完成，则所选的油缸类型为双作用单杆液压缸。 另外，根据铲斗的劳动强度应选用重型的活塞杆，查表选取 由于铲斗油缸安装在铲斗的背部