ＺＬ２０装载机工作装置毕业论文.doc

装载机工作装置毕业论文目 录第一章 设计任务书 第二章 装载机的发展及应用 第三章 工作装置机构选型第四章 工作装置结构设计第五章 工作装置强度校核第六章 工作装置中油缸作用力的确定第七章 工作装置限位机构设计总结参考文献第一章 任务书设计题目：ZL20装载机工作装置设计原始参数：额定 斗容： 额定载重量： KN整机 质量： KN轮距：轴距：轮胎规格：最大卸载高度：最小卸载距离：主要研究内容：根据给定的原始参数，采用设计装载机工作装置六连杆机构，并分析其运动特性和动力特性。主要内容包括：连杆机构铰点位置的设计以及各构件的结构设计；主要构件的强度和刚度校核计算；连杆机构运动特性与动力特性的分析。研究方法：比拟设计、作图试凑、图纸绘制主要技术指标（或研究目标）：， 设计图纸不少于张图；， 设计说明书不少于一份，字数不少于字；， 外文翻译一篇，字数不少于字。第二章装载机的发展与应用2.1 轮式装载机的介绍金属矿山的开采可划分为露天开采和地下开采两大类。我国露天矿采以矿石的比重约占70，但从事地下开采的人员比露天开采的人员多。这是因为地下开采的条件复杂，使用的设备种类繁多，在产量相同的条件下，对地下矿投资的人力和物力远大于露天矿的缘故。 保护自然环境和合理地利用矿藏资源，是发展社会主义经济的必要条件。随着浅埋矿床的耗尽而愈来愈向深部开采，或当露天升采的深度很大而使地表遭受大面积的破坏时，就必须采用地下开采。可以预料今后地下开采仍将逐渐增加。不论是露天矿开采还是地下矿开采，对矿体较硬的金属矿山，都是经凿岩爆破将崩落松散矿石或岩石，经装运作业运至下步工序的作业地点。装载作业是矿山整个生产过程小既繁重又费时的作业。所以努力提高装载机械的作业能力，对实现矿山生产的高效率低消耗想着重要的作用。ZL系列轮式装载机是一种高效率的工程机械，具有结构先进，性能可靠，机动性强，操纵方便等优点。广泛应用于矿山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，货场，电站以及其他工业部门，进行装载，推土，铲挖，起重，牵引等多种作业。对加快工程建设速度减轻劳动强度提高工程质量降低工程成本都发挥着重要作用，因此近几年来无论在国内还是国外装载机品种和产量都得到迅速发展，成为工程机械的主导产品之一。为适应装载机多功能作业的要求，轮式装载机已经向一机功能方向发展。这主要靠主机控制适合多种作业的组合工作装置完成。80年代国外装载机和液压挖掘机除了不断完善装，挖功能外，正向一机多能方向发展。许多公司竞相生产各式各样的辅助机构。这种机型使用范围很广，其产品受到用户的普遍关注。在通用拖拉机前端加装载装置，后部加挖掘装置可改装变形成前装后挖拖拉机，亦称挖掘装载机，俗称“两头忙”。工作装置的性能分析过去多采用作图分析和手工计算法，工作量繁重，精度较低。当分析工矿较多时问题更为突出，为克服手工画图的误差。本次设计前面所进行的工作装置CAD设计是通过看资料、实物，通过初步分析、计算而确定的方案。其次要考虑各个工作液压缸作用力的均衡性，整机的稳定性，整机与地面的附着性、满足结构和布置的可能性，以综合比较初选方案，从而确定机构参数（一般来说，从计算机辅助分析中发现不合理的现象可究其原因，采取改进措施，是设计合理化。对已经拟订的各种方案可通过计算机辅助分析作进一步的取舍和修改，以便确定较合理的方案）。同时，通过性能分析能够很清楚的了解到这个装载机装置在各个位置或各种工况时的里和其它参数，有利于更有效地使用挖掘装载机和使这种装载机工作效率得到最大限度的发挥。2.2 装载机在地下开采中的应用地下矿的开采，包括开拓、采准、回采三个步骤。开拓是矿山的基建工程，它是用井巷把地表与山地下矿体接通，并建成完整的运输、通风、排水的并巷工程，包括竖井、斜井、盲井、井底车场，如水泵房、变电室、机修站、火药库等，还有石门、阶段运输巷道、溜井等。采准是指掘进形成采区外形的一些巷道及为了回采工作面的碎岩和爆破而需要的自由空间。前者如采区的运输巷道、通风和人行天井，以及电耙巷道等，如切割槽、拉底空间、放矿漏斗等。 回采就是做完采准后，在采区工作面进行的落矿、装运和管理作业。回采中的矿石装运作业是矿山生产的重要环节。装载作业就是把开拓、采准、回采的矿石或岩石装入运输工具或卸入溜井开拓、采准和回采三者在使用装运机械方面对比起来，采准工程的特点是：它的装运作业工作量，是在阶段水平以上或矿房内部及矿床上下盘中进行的。一般地说，这些巷道断面尺寸小、长度短，分布在阶段水平以上不同的高度上，要求机械设备轻便灵活，便于调入和调出及迁移到不同高度上。在断面只寸很小的空间内工作，由于设备的调入迁移和使用都比较困难，致使采准工作的机械化程度低、工作效率低、成本高。因此采准工作量的多少，便成为衡量采矿方法好坏的重要指标之一。2.3 我国装载机的发展前景随着我国国民经济建设的调整发展，大型轮式装载机的需求量会有大幅度上升，特别是西部大 开发，许多大型工程建设等，大型轮式装载机大有用武之地。另外，世界上生产大型轮式装载 机的国家、企业也不多，出口前景也非常好，苦于我们还拿不出产品。 1999年，我国全行业ZL60型共销28台，ZL80型及ZL100型一台也未销售。因此，我国大型 轮式装载机可以说是基本上未推向市场。影响推出市场的主要原因是，除开发水平较低外，主 要是配套件跟不上。大型 轮式装载机的配套件国内基本上没有，有少量的也是水平低，可靠 性差，不太适用，进口配套件价格又太贵。因此大型轮式装载机的国内市场基本上被国外大公 司所占领。我国装载机行业，特别是主要装载机制造企业，应抓住我国加入WTO 后进口件价格 降低的机遇，进口一部分重要的关键部件，同时为尽量降低成本，加大力度开发一些目前已经有能力开发的零部件，如传动系统中的驱动桥、液压件中的缸、阀等，经过精心设计，开发出 具有中国特色的大型轮式装载机。只要我们的产品能占领国内市场，也一定能打进国际市场。 国产挖掘装载机及小型多功能装载机数量很少，在我国ZL20型以下属小型装载机，据1999 年全行业主要企业统计,共销售小型装载机有1546 台，能占全行业的8.2。 国外小型装载机及小型多功能装载机，包括挖掘装载机在内，市场份额已相当大。美国的 山猫牌小型多功能装载机年销量在5万台左右，还有美国的凯斯、约翰迪尔、卡特彼勒、英国 的JCB公司等的挖掘装载机及小型多功能装载机年销量都在万台上。可见世界市场上挖掘装载 机及小型多功能装载机市场是多么大，而中国目前这类产品基本上还没有。这类产品特别适用 于市政建设、中小城镇建设、乡间非等级公路建设、一般公路的维护保养、港口码头作业，还 有改造环境、植树造林等。特别是西部大开发，这类产品将有广阔的潜在市场。这类产品的开发，今后肯定是以静液压件传动为主，目前世界上小型装载机、小型多功能装载机基本上都是 静液压传动。我国要能真正把这类产品发展起来，必须有自己的创新。装载机行业的广大企 业，特别是有能力的大企业，应加大创新力度，去争我国小型装载机、小型多功能装载机、挖掘装载机等这一巨大的潜在市场。 我国西部3000米以上高海拔地区及沙漠地区占了很大的面积，在实施西部大开发中，高原 及沙漠型特殊用途装载机需要量较大，国内目前基本上还没有这类产品，而国外大公司在这方 面已经有成熟的产品。因此，我国加入WTO后，这个巨大的潜在市场很可能被国外大公司所占领。我国的装载机行业从现在起应积极行动起来，与有关科研院所及有关发动机等配套件企业联合起来，尽快开发出具有中国特色的高原、沙漠型特殊用途装载机，去抢占我国西部这一潜在大市场。 中型轮式装载机是国内最成熟而产量又大大过剩的产品。这种产品只要“入世”后实行国 际采购，提高质量、水平、可靠性，那么大批进入国际市场的机遇就在眼前。第三章工作装置机构选型.概述装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂连杆及液压系统组成,见图11。铲斗用以铲装物料；动臂和动臂油缸的作用是提升并使之与车架连接；转斗油缸通过摇臂连杆使铲斗转动。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，在转斗油缸的作用下，通过连杆机构和铲斗绕其铰接点转动；当转动油缸闭锁时，动臂在动臂油缸的作用下，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，提高过去生产率。.工作装置典型机构分析综合国内、外轮式装载机的工作装置的形式，主要有种类型的连杆机构。按照工作机构的构件数不同，可分为三杆、四杆、五杆、六杆和八杆连杆机构。按输入杆和输出杆的转向是否相同又可分为正传和反转连杆机构。（）正八连杆机构正传八连杆机构在转斗油缸大腔进油时转斗铲取，所以掘起力较大；各杆件尺寸配置合理时，铲斗具有较好的举升平移性能；连杆系统传动比较大，铲斗能获得较大的卸载角和卸载速度，因此卸载干净、速度快；由于传动比，还可以适当的减小连杆机构的尺寸，因而司机视野得到了改善，但是一定要“适当”，否则易使连杆系统倍力系数减小，影响崛起力的发挥。正传八连杆机构的主要缺点是机构复杂，不易实现铲斗自动放平。（）转斗油缸前置式正转六连杆机构转斗油缸前置式正转六连杆机构的转斗油缸与铲斗和摇臂直接相接，该构由两个平行四连杆机构组成，它可是铲斗具有较好的平动性能。它比八连杆机构简单，司机视野好。这种机构的缺点是转斗时油缸小腔进油，崛起力小；连杆机构传动比小，使得转斗油缸活塞行程较大，油缸加长，卸载速度不如八连杆机构；由于转斗油缸前置，使得前悬增大，影响整机稳定性和行使的平稳性；也不能实现自动放平。（）转斗油缸后置式正转六连杆机构转斗油缸后置式正转六连杆机构与上述机构相比较，前悬较大、传动比较大、活塞行程较短；有可能将动臂、转斗油缸、摇臂和连杆设计在同一个平面内，从而简化了结构，改善了动臂与较销的受力状态。缺点是转斗油缸与车架的铰接点较高，影响司机视野；转斗油缸小腔进油，崛起力较小。为了增大掘起力，需要提高液压系统压力或加大转斗油缸的直径，这样质量会增大。（）转斗油缸后置式反转六连杆机构转斗油缸后置式六连杆机构有如下优点：转斗油缸大腔进油时转斗，并且连杆系统的倍力系数能设计成较大值，所以可获得较大的掘起力；恰当的选择各杆件尺寸，不仅能获得较好的铲斗平动性能，而且可以实现铲斗的自动放平行性；结构十分紧凑，前悬小，司机视野好。缺点是摇臂和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄空间内，容易发生构件相互干涉。（）正转四杆机构正转四杆机构是七种连杆机构最简单的一种，容易保证四连杆机构实现铲斗举升平动，此机构前悬较小。缺点是转斗油缸小腔进油，油缸输出力较小，又由于连杆机构的倍力系数难以设计出较大值，所以转斗油缸活塞行程大，油缸尺寸小；此外，在卸载时，活塞杆易于斗底相碰，所以卸载角减小。为避免碰撞，需把斗底设计成凹形，因而即减小课斗容又增加了制造困难，而且铲斗也不能实现自动放平。（）正转五连杆机构为了克服正转四连杆机构卸载时活塞杆易于斗底相碰的缺点，在活塞杆与铲斗之间增加一根短连杆，从而使正转四连杆变成了正转五连杆机构。当铲斗翻转铲取物料时，短连杆与活塞杆在油缸拉力和铲斗自重作用下成一直线，如同一杆；当铲斗卸载时，短连杆能相对活塞杆转动，避免了活塞杆与斗底相碰。此机构的其他缺点仍如正转四连杆机构。（）动臂可伸缩式三连杆机构其最大的特点是动臂可借助油缸进行伸缩。这种机构的铲斗插入工况是靠动臂伸出实现的，他解决了靠机器行走插入易使轮胎严重磨损问题；卸载时可伸出动臂，可以获得较大的卸载距离和卸载高度；而运输工况时可以缩回动臂，以减小前悬，从而提高行驶稳定性。这种机构的缺点是既不能实现铲斗平动，又不能实现铲斗自动放平，机构亦比较复杂。综上分析可知，反转六连杆机构的优点较多，能比较理想的满足铲、装、卸作业要求，所以它在露天装载机和地下铲运机上得到了广泛的应用；由于正转五连杆机构的结构简单，前悬小，也得到了普遍的应用。本次设计工作装置选用的是反转六连杆机构。第四章工作装置结构设计4.1 轮式装载机工作过程轮胎式装载机是一种装运卸作业联合一体的自行式机械，它的工作过程由5种工作状态或工况组成：1）工况I插入状态动臂下放，铲斗放置地面，斗尖触地，铲斗前壁对地面呈3 5前倾角；开动装载机铲斗借助机器的牵引力插入料堆。2) 工况II铲装状态工况I以后，转动铲斗，铲取物料，待铲斗口翻转至近似水平为止。3)工况III重载运输状态举升动臂，待工况II之铲斗升高到适合位置(以斗底离地的高度不小于最小允许距离为准)，然后驱动装载机，载重驶向卸载点。4)工况IV一卸载状态在卸载点，举升动臂使铲斗至卸载位置；翻转铲斗，向运输车辆或固定料仓卸载；卸毕，下放动臂，使铲斗恢复到运输状态。5)工况V空载运输状态卸载结束后，装载机由卸载点空载返回装载点。在露天矿或工地，通常轮胎式装载机是向载重汽车卸裁，出于装载点和卸载点距离很近，卸载位置较高，所以一般称作“定点高位卸载”。地下矿山使用的轮胎式装载机习惯上称“井下铲运机”。目前，铲运机多数向溜井或矿仓卸载，运输距离较长，卸载位置较低，所以一般被称为“动点低位卸载”.2 轮式装载机工作装置设计要求根据轮式装载机的作业特点，其工作装置的设计应满足以下要求（）基本要求所设计的装载机应具有较强的作业能力，铲斗插入料堆得阻力小，在料堆中铲掘的能力大，能耗小。工作机构的各杆件受力状态良好，强度寿命合理。结构和工作尺寸适应生产条件需要，效率高。结构简单紧凑，制造维修容易，操作使用方便。（） 特殊要求）由于铲斗宽度和容积都较大，所以铲装阻力大，装满系数小，因此，设计时必须合理的选取铲斗的结构和尺寸，以减小工作阻力，达到装满卸净、运输平稳。2）.铲斗由运输工况被举到最高卸载位置的过程中，为避免铲斗中物料撒出，要求铲斗作“平移运动”。严格要求铲斗平动是很困难的，设计时一般控制在以内为好。3）.保证必要的卸载角、卸载高度和卸载距离。轮式装载机要求铲斗从运输工况至最高位置之间的任意高度都能卸载干净，为此，铲斗个瞬时的卸载角（铲斗斗底对地面的前倾角）均不小于。4）.铲斗能自动放平。铲斗在最高位置卸载后，闭锁转斗缸，下方动臂，铲斗能自动变成插入工况（开始插入状态）的功能称为“铲斗自动放平”。5）.轮式装载机的工作机构属于连杆机构，设计中要特别注意防止各个出现的相互干扰、“死点”、“自锁”、和“机构撕裂”等现象；各处传动角不得小于；在满足综合工作性能的前提下，尽可能的增大机构的倍力系数。6）.尽可能减小工作机构的前悬（即工作机构重心至整机重心的距离）、长度和高度，以提高装载机在各个工况下的稳定性和司机的视野。4.3铲斗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1.41.6吨米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1.41.6倍，用来铲掘容重1.0吨米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0.60.8，用来装载容重大于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。4.3.1铲斗斗型的结构分析 铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型和非直线型两种（图21)。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。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。 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。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有良好的倒空性。铲斗底板的弧度越大，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，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。综上选用直线型切削刃带斗齿铲斗,铲斗形状如图2-2所示。4.3.2 铲斗基本参数的确定铲斗宽度应大于轮胎外侧宽度50-100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。铲斗的回转半径是指铲斗的转铰中心与切削刃之间的距离。由于铲斗的回转半径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。铲斗的回转半径可按下式计算： （4-1）式中：几何斗容量(m3)；B。铲斗内侧宽度(m)； 铲斗斗底长度系数，通常 一后斗壁长度系数，通常；挡板高度系数，通常； 斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，通常；挡板与后斗壁问的夹角，通常；斗底和后斗壁间的夹角，通常， 其中由所给轮胎型号得：=452mm 所以有：= +2（50-100）=1480+452+118=2050铲斗侧壁厚度取20mm所以有：=220=2010mm由式知=Vh/1.2=0.833m3。取g=1.5，z=1.15，k=0.13，b=0.4， =80，=450， =550。得出：=0.948m，4.3.3 铲斗主要结构参数1.斗底长度lg：lg=*=1.5x0.948=1.422。2.后斗壁长度lz：lz=*=1.15x0.948=1.09。3.挡板高度lk：=0.13=0.123m4.铲斗圆弧半径：=0.4=0.379m5.铲斗与动臂铰销距斗底的高度：=0.1=0.0948m，由以上参数画出铲斗基本参数简图（图2-3）。4.3.4 铲斗斗容计算几何斗容(平装斗容) 对于装有挡板的铲斗：= (m3) （4-2）式中：S铲斗横截面面积(m3) 铲斗内壁宽度(m) 挡板高度(m) 斗刃刃口与挡板最上部之间的距离(m)图4-4 铲斗铲斗截面计算 由图知a=0.13=0.123m，b= = =1.016(m)S= () （4-3）式中：扇形AGF的面积()直角三角形GFN的面积()直角三角形GAC的面积()三角形CGN的面积()直角三角形CND的面积()=GF=0.379=0.0.169()=GFFN= 0.379=0.033()=GACA=0.379=0.096 ()=CN=1.009m CG=0.0.633m NG= =0.417m=1.029m=0.071()=NDCN=1.009=0.062 ()=0.169+0.033+0.096+0.071+0.062=0.431 ()把以上数据代入公式（4-2）得：平装斗容：=0.4312.01=0.822(m3)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：= (m3) （4-4）式中 c物料堆积高度(m)。=0.316(m) （4-5）得：=0.9955(m3) =0.9955 (m3) 与所给额定斗容1 (m3) 相差0.45，满足设计要求。4.4 工作机构连杆系统的尺寸参数设计根据装载机的用途、作业条件及技术经济指标等拟订的设计任务书的要求，选定了工作装置结构形式以后，可开始进行工作装置连杆机构的设计。工作装置连杆机构的设计任务是确定个连杆的尺寸和相互间的位置关系，以满足设计中规定的使用性能及技术经济指标。由于连杆尺寸以及销轴位置的相互影响，连杆机构的可变性很大，同时有受结构的限制，可变参数甚多，因而无法单纯采用理论计算的方法来确定，目前大多数采用图解法并配合统计或类比法加以确定。本设计采用图解法。工作机构的基本给构如图（4-5）所示。铲斗1、动臂2、连杆3、摇臂4、转斗油缸5、举臂(举升)油缸6等组成。整个工作机构铰接在车架7上。 图4-5装载机工作装置图4.4.1 机构分析反转六杆工作机构由转斗机构和动臂举升机构组成转斗油缸CD,摇臂CBE，连杆FE，铲斗GF，动臂 GBA ，机架AD六个构件组成，由于AD和GF转向相反，所以此机构称为反转六杆机构，其机构简图如图（4-6）所示。 举升机构主要由举臂油缸HM和动臂GBA构成，若将整个反转机构放置在直角坐标系中，只要确定出九个铰链点GFEBCDAH和M的位置就可求得工作机构连杆系统中个构件的尺寸参数值。 图4-6反转六连杆机构简图442 尺寸参数设计的图解法图解法是在初步确定了最大卸载高，最小卸载距离，卸载角等参数后进行的。（一） 动臂与铲斗，摇臂，机架的三个铰链点GBA的确定1定坐标系先在坐标纸上选取直角坐标系XOY，并选定长度比例2画铲斗图把已画好的铲斗横截面外廓图按比例画在坐标里，斗尖对准O点，与X轴成度的前倾角。此时铲斗插入料堆的位置工矿I。3确定动臂与铲斗的铰链点G由于G点的X坐标值越小转斗铲取力就越大，所以G点靠近O点是有利的，但受斗底和最小离地高度的限制，不能随意的减小；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，使崛起力下降。综合考虑各种因素的影响，设计时，一般根据坐标纸上工况I时铲斗的实际情况，在保证G点Y坐标值YG=250-350mm和X坐标值XG尽可能小而且不与斗底干涉的情况下，在坐标图上人为的把G点初步确定下来。4.定动臂与机架的铵接点A以G为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗底与x轴成，即工矿II。把已经选定的轮胎外轮廓画在坐标图上。作图时应使轮胎前沿与工况II时的铲斗后壁的间隙尽量的小些，目的使机构紧凑、前悬小，但一般不小于50mm；轮胎中心Z点的Y坐标值应等于轮胎的工作半径R。 =560(mm)轮胎选标准系列: 16-20 外直径为136010mm，（a）根据最大卸载高度h和最小卸载距离l和卸载角画出工矿，G点位置为G。以G点为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与x轴平行，即得铲斗被举升到最高位，即工况图III。(b)连接G和 G，作G G的垂直平分线，A点必在垂直平分线上，且A点取在前轮的右上方，与前轴心水平距离为轴距的1/31/2处。如图（4-7）所示： 图（4-7）动臂与车架铰点确定5. 确定动臂与摇臂的铰接点BB点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影响。一般B点在AG连线的上方，过A点水平线下方，相对于前轮外廓，B点在其左上方。（二）连杆与铲斗和摇臂两个铰接点EF的确定确定EF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工矿时的转角又要注意动力学的要求，如铲斗在铲装物料时输出较大的力，同时还要考虑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，并令GF杆为最短杆，BG为最长杆，即必有： GF+BGFE+BE若令GF=a,FE=b,BE=c,BG=d,并将上式两边同时除以d得下式：初步设计时，上式可在下列值内选取：因为d值已经由确定，所以可求得a、b、c三值。初选：d=1400mm, a=532mm, c=924mm b=980mm.2.确定E和F点位置这两点位移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)工况I时，使EF杆尽处与G杆垂直，这样可获得较大的传动角和倍力系放；3)工况时，EF与GF两杆的夹角必须小于170度，即传动角不能小于l0度，以免机构运动时发生自铡；4)工况IV时，EF与GF杆的传动角也必须大于l 0度。具体作法有两种： 1)初选E点法 如图49所示，铲斗取工况I 。以B点为圆。以BEc为半径画弧；人为地初选E点，使其落在B点右下方的弧段上；再分别以B点和G点为圆心，以FEb和GFa分别为半径画弧，得交点，即为F。2)图解法分别以B点和G点为圆心，c和分别为半径画弧，其交点为E；再分别以G和E点为圆心，a和b为半径画弧，则其交点必为F。如下图所示： 若上述所得E和F点均满足要求则罢，否则，可调整a、b、c长度，重新作图，直至满意为止。但是，同时满足上述四点要求是不易的，尤其若保证EF上GF是很难的，所以，设计时，一般使不小于70即可。 3为了防止机构出现“死点”、“自锁”或“撕裂”设计时还应满足下列不等式： 工况l时 GF十FEGE 工况IV肘 FE十BEFB最后得出的和如图（）所示：图（）和的确定（三）转斗油缸与摇臂和机架的铰链点C和D的确定.确定C点从力传动效果出发，显然使摇臂BC段长一些有利，那样可以增大转斗油缸的作用力臂，使攫取力相应的增加。但增加BC段，必将减小铲斗与摇臂的转角比，造成铲斗转角难以满足各工矿的要求，并且使转斗油缸行程过长。因此初步设计取：C点一般取在B左上方，BC与BE夹角可取，并使工矿时摇臂与转斗油缸趋近垂直，C点运动不得与铲斗干扰，其高度不能影响司机视野。2确定D点转斗油缸与机架的铰链点D的确定，是依据工矿举升到工矿过程为平动，由工矿到工矿时为启动放平这两大要求来确定的。当以上铰链点确定下来后，则铲斗在各工矿的C位置也唯一的被确定下来。因为铲斗油缸由工矿举升到或由放到工矿的过程中，转斗油缸的长度均分别保持不变，所以D点必为和点连线的垂直平分线与和连线的垂直平分线的交点。如图（）所示：.，（四） 举升平移性验证在坐标图上画出第二工况和第三工况时的连杆图，如图（4-9）所示，把两个位置之间平分为6份，每个位置画出连杆位置，画法如下：1. 以第一工况的转斗油缸长度为半径，以转斗油缸与车架铰点为圆心画圆。2. 以点为圆心，以长度为半径，画圆，圆与圆的交点即为点C。3. 由和长度可以做出点的位置。4. 以点位圆心，以长度为半径做圆，以G点为圆心，以GF长度图（10）转斗油缸与车架铰点为半径画圆4，圆3与圆4交点即为点F。5. 根据铲斗的尺寸几何关系可画出铲斗的位置。量出铲斗斗底与水平面之间的夹角，看其与第二工况时的后倾角相差是否大于。6. 其他位置重复1-5. 图（4-10）举升平移性验证（五）升油缸与动臂和机架的铰接点H及M的确定举升油缸布置应本着工作力矩大、油缸稳定性好、构件互不干扰、整机稳定性好的原则来确定。综合考虑这些因素，一般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。一般H点选在AG连线上方，并取AHAG/3。AH 不能取太大，它受到油缸行程的限制。M点尽量与地保持最小高度，并且望前桥方向靠是比较有利的，这样举升工作力臂大小变化比较小。考虑到联合铲装（边插入边举臂）工况的需要，在满足动臂举升油缸与车架铰接点最小离地间隙高度要求的前提下，另工况时与趋于垂直。这是因为，铲斗开始从料堆中提升时阻力矩最大，这样设计，可以获得较大的初始举升工作力矩。点往前桥方向靠是比较有利的。这样做，可使动臂举升油缸在整个动臂举升过程中，举升工作力臂的变化最小，即工作力矩变化不大，避免铲斗举升到最高位置时的举升力不足，因为此时工作力臂往往较小或最小。但是，采用底部铰接式油缸时，要使点前移比较困难，它受前车桥的限制，支座布置也比较麻烦。为克服点前移的困难，可采取点上移和H点向G点方向前移的方法，使动臂举升油缸呈水平状态。必须注意，油缸的行程不易太大，而且油缸的最小长度一定要规范，如果太短，将无法设计出满足行程要求的油缸来。考虑油缸的稳定性，初步设计时，可取油缸最大长度课最小长度之比为。最后确定的举升油缸与动臂和车架的铰接点H点和M点如图（4-11）所示： 图（4-11）H点和点的确定由图可得： 动臂举升油缸的最小安装距离为：1430mm；动臂最大伸长为：2300mm；动臂举升油缸行程为：870mm.（六）确定转斗油缸行程由于装载机要求在最低位置举升到最高位置时的任意位置都能卸载，卸载角不能小于。所以转斗油缸的行程必须满足。把最低与最高位置之间分为6份，每个位置画出卸载角为时的铲斗，根据连杆之间的长度和角度关系，可以得出任意位置的转斗油缸长度，其中最小值即为转斗油缸最小安装距离。如图（4-12）所示： 图（4-12）由图可知：转斗油缸的最小安装距离为：833mm;转斗油缸的最大伸长为： 1366mm；转斗油缸行程为： 533mm。45 动臂结构形式设计动臂按其纵向中心线形状分为直线型与曲线型两种。前者结构简单，腹板变形小，重量轻，而且动臂的受力情况好。后者可使工作装置布置更为合理。动臂的断面尺寸由强度分析决定，为减轻工作装置重量，通常按等强度梁设计动臂断面尺寸。动臂断面的结构形式有单板式、双板式和箱体式三种。大型装载机的动臂多采用双板式或箱体式结构。因为这种动臂形式能较好的改善动臂的受力情况，消除了单板式动臂因摇臂支撑力作用使动臂承受附加扭矩的影响。此工作装置是ZL45-40型装载机的工作装置，固采用双板式曲线型结构，其具体参数见上述所示。第五章 工作装置强度校核一计算位置分析装载机插入料堆、铲起、提升、卸载等到作业过程可知，装载机在铲掘物料时，工作装置的受力最大，所以取铲斗斗底与地面的前倾角为40时的铲取位置作为计算位置，且假定外载荷作用在铲斗的切削刃上。二外载荷确定（一）外载荷确定原则由于物料种类和作业条件的不同，装载机实际作业时不可能使铲斗切削刃均匀受载，但可简化为两种极端情况：认为载荷沿切削刃均匀分布，并以作用在铲斗切削刃中部的集中载荷来代替其均布载荷，称为对称受载情况；由于铲斗偏铲、料堆密实程度不均，使载荷偏于铲斗一侧，形成偏载情况时，通常是将其简化后的集中载荷加在铲斗侧边第一个斗齿上。装载机的铲掘过程通常可分为如下三种受力情况：1、铲斗水平插入料堆，工作装置油缸闭锁，此时认为铲斗切削刃只受到水平力的作用。2、铲斗水平插入料堆后，翻转铲斗或提升动臂铲掘时，此时认为铲斗切削刃只受到垂直力的作用。3、铲斗边插入边转斗或边插入边提臂铲掘时，此时认为水平力与垂直力同时作用在铲斗切削刃上。综合以上分析，可以得到如下六种工作装置的典型工况，如图（5-1）所示：（二） 外载荷的计算 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为插入阻力和崛起阻力进行计算。图（5-1）装载机共组装置典型工况简图（） 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，铲斗底与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，一般按以下经验公式来确定总插入力。 （）（）式中：物料块度与松散系数，见表；物料性质系数，见表；料堆高度系数，见表；铲斗形状系数，一般在.之间，对于前刃不带斗齿的斗，取较大值；B铲斗宽度，cm; 铲斗一次插入深度，。表物料块度与松散程度系数物料块度细粒小块接近小于小于松散不好时.增大表物料性质系数散状物料种类密度系数K2散状物料种类密度系数K2磁铁矿石4.2-4.50.2沙硕石2.3-2.450.1铁矿石3.2-3.80.17炉渣0.8-0.90.09细粒花岗岩2.75-2.80.14泥质页岩2.4-2.50.08砂质页岩2.65-2.750.12河沙1.70.06石灰石2.650.1煤1.2-1.30.04-0.045表5-3 料堆高度系数料堆高度.K30.550.50.81.01.051.11.15取：.；K2=0.1；.；K4=1.5； ；=50.7cm。代入式（5-1）的： =30.8KN（） 崛起阻力 掘起阻力就是指铲斗插入料堆一定得深度后，举升动臂时料堆对铲斗的反作用力。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的剪切面积最大，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： Fz=2.2KBLc（）（）式中：开始举升铲斗时物料的剪切应力，它通过实验测定，对于块度为.的松冈岩，剪切应力的平均值为；B铲斗宽度，m；Lc铲斗插入料堆的深度，m。取：.；.；Pa。 代入式（5-2）得： F.（）。三受力分析在确定计算位置和外载荷之后，即可进行工作装置的受力分析。由于工作装置是一个受力复杂的空间超静定系统，为简化计算，能通常要作如下假设：1、在对称受载工况中，由于工作装置是个对称结构，故两动臂受的载荷相等。同时略去铲斗及支承横梁对动臂受力与变形的影响，则可取工作装置结构的一侧进行受力分析，如图（）所示，其上作用的载荷取相应的工况外载荷之半进行计算，即： 在偏载工况中,近似地用求简支梁支反力的方法,求出分配于左右动臂平面内的等效力Pa与Pb： （3-4）由于；因此取，作为计算外载荷。图（）2、认为动臂轴线与连杆摇臂轴线处于同一平面，则所有的作用力都通过构件断面的弯曲中心，既略去了由于安装铰座而产生的附加的扭转，从而可以用轴线、折线或曲线来代替实际构件。 通过学习上面的分析与假设，就能将工作装置这样一个空间超静定结构，简化为平面问题进行受力分析。外载荷确定之后，即可求出对应工况的工作装置的内力，通过各个工况外载荷的对比可以发现工况（）所受外载荷最大，而偏载工况在实际工作过程中时不允许过多出现的。所以选取工况（C）即水平对称受载工况作为典型工况进行各构件的内力计算和强度校核。 工作装置的受力分析，就是根据上述各种工况下作用在铲斗我外力，用解析法或图解法求出对应工况下工作装置各构件的内力。工况（C）的受力分析如图（5-3）所示：图（5-3）工作装置受力分析图取铲斗为隔离体，根据受力平衡：由 所以： =72.868KN。由 所以： =-88.224KN。由 所以： =-40.6KN 取连杆为隔离体，连杆为二力杆，根据受力平衡得： 取摇臂为隔离体，根据受力平衡： 由 所以： =92.97KN 由 所以： =158。4KN 由 所以： =38.87KN取动臂为隔离体，根据受力平衡：由 所以： =118.868KN由 所以： =157.101KN由 所以： =-79.34KN 四 工作装置强度校核 根据典型工况受力分析求出各个构件的作用力，找出危险截面，按照强度理论即可对工作装置的主要构件进行强度校核。在进行强度校核时，各种材料的许用应力按照下式取： 式中：材料的屈服强度极限； n安全系数，设计手册中规定n=1.1-1.5，由于装载机作业繁重，动载荷较大，并考虑到计算方法的简化的影响，可按下述选取：对于对称工况，各验算断面的安全系数在2.0-2.5之间。、参考国内外同类型的装载机工作装置各主要构件的材料，本次设计选取：动臂和连杆的材料为16Mn