WZL0.3轮式装载机工作装置设计【优秀机械毕业设计论文】
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轮式
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文档包括:
说明书一份。36页，14000字。
开题报告一份。
外文翻译一份。
图纸共4张，如下所示
A0-铲斗.dwg
A0-斗杆.dwg
A0-正铲挖掘机工作装置装配图.dwg
A1-动臂.dwg
- 内容简介：
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翻译 附录 外文原文 he so on of in in of of is is of to In in as to to In as of is on to is as s of to (1) (2) (3) (4) (5) (6) so 1 of ot to he to s 译 so 14. 1.1 he of as of is 1st In 00,000 0/s， is of In is or in to on to so on to to to to be to 0m/00m/At in s by s 0m/00m/g, 0 000r/a 0h in h in s 2*! 000r/ 1g。 In in 0 0m m, of 5 m, m, to a In 000h, 0000h, In to it 译 to on is 1 5 be 3 so on on 5 a so on to be as a of to is at on in an by NC AM or 1.3 1st be in In to In to so to so In to At to S so of is 译 in or s in At as as so on is is a to be in 1.4 s a so S, in on on in a 000 to s he is is 0 of is on , M to he to to on is of NC is to on in is a of of in C on C on is 译 5%), 5%) 0%). At MS to in to s 20 NC USs is in he as of At of in as as on on 2 of ur 958, 0 958 979, In as a of s is is in 65”, “75” as 85” In as a of as as as as in is in 85” 95” In 95” of 0%, to 0%. 0 5 in of on In in as so on 译 so on of as so on s c. a s in as as we in in s s is in is as to a. In 015 in b. In is is is is is to is cont 长春工业大学 毕业设计（论文）开题报告 题目 式装载机工作装置设计 学院 专业 班级 机械制造及其自动化 12 学生 姓名 学号 指导教师 职称 2016 年 3 月 18 日 1 长春工业大学 毕业设计（论文）开题报告 毕业设计 （论文） 题目 式装载机工作装置设计 专业 班级 机械制造 12 学生姓名 （ 学号 ） 张三 （ 2012*） 指导教师 （职称） 称 ） 教师签字 ： 日期： 年 月 日 文献综述（字数 3000 ） 一、 研究目的与意义 作装置 主要 以 爆破后的岩石、矿石等为主要工作对象，工作装置由斗杆、动臂、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸等部件构成，属于大、中型挖掘机。斗容量一般在 3以上 ，它的工作条件十分恶劣。 斗齿上的作用力大，铲斗磨损剧烈。其工作机构的设计台理与否直接影响整机的技术性能和生产效率，采用优化设计方法确定工作机构主要参数，对不同设计方案进行分析比较，从而获得撮优的设计方案，能够极大地提高设 计效率，缩短设计周期，提高设计质量对于液压挖掘机的研制和开发具有深远的理论意义和实际意义。 目前我国露天矿的开采规模逐渐扩大，为了适应日益增大的矿用汽车铲装的需要，这就需要较大斗容的挖掘机，由于挖掘机愈大，每单位土石方的施工成本愈低，而液压挖掘机较机械式挖掘机有很多优点，但是国内对大型液压正铲挖掘机的研究较少，液压挖掘机工作装置是完成挖掘机各项功能的主要构件，其结构的合理性直接影响到挖掘机的工作性能和可靠性，对其研究是整机开发的基础，对工作装置进行优化，目的在于缩短研究和开发周期，降低产品成本，提高设计质量 ，本课题的任务就在于此 1。 现代化建设速度，在很大程度上取决于各种工程建设速度，而工程机械水平的高低，又直接对工程建设速度发挥着促进或抑制作用。传统研发管理及设计方法只是被动地重复分析产品的性能，而不是主动地设计产品的参数。作为一项设计，不仅要求方案可行、合理，而且应该是某些指标达到最优的理想方案。随着电子计算机的应用，在机械设计领域内，已经可以用现代化的设计方法和手段进行设计，来满足对机械产品提出的要求。利用优化设计方法，人们就可以从众多的设计方案中寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。可 靠性是我国工程机械的致命弱点，我们要正视差距，增强科研开发力度，提高技术水平，更多地发展具有自主知识产权的高质量产品，进一步促进工程机械的发展 1。 二、 国内外 发展现状 第一台手动挖掘机问世至今已有 130 多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动半回 2 转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动全回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。 我国的挖掘机生产起步较晚，从 1954 年抚顺挖掘机厂生产第一台斗容量为 1体上经历了测绘仿制、自主研制开发和发展提高等三个阶段。 新中国成立初 期，以测绘仿制前苏联 20 世纪 30 40 年代的 1001、 型机械式单斗挖掘机为主，开始了我国的挖掘机生产历史。 1967年开始，我国自主研制液压挖掘机。早期开发成功的产品主要有上海建筑机械厂的、贵阳矿山机器厂的 、合肥矿山机器厂的 挖掘机等。随后又出现了长江挖掘机厂的 和杭州重型机械厂的 挖掘机等。它们为我国液压挖掘机行业的形成和发展迈出了极其重要的一步。 到 20 世纪 80年代末，我国挖掘机生产厂已有 30 多家，生产机型达 40 余种。但 总的来说，我国挖掘机生产的批量小、分散，生产工艺及产品质量等与国际先进水平相比，有很大的差距。 改革开放以来，积极引进、消化、吸收国外先进技术，以促进我国挖掘机行业的发展。例如，中国第一拖拉机工程机械公司、广西玉柴股份有限公司、柳州 工程机械厂等。这些企业经过几年的努力已达到一定的规模和水平。 业内人士指出，我国单斗液压挖掘机应向全液压方向发展；斗容量宜控制在 对于大型及多斗挖掘机，由于液压元件的制造、装配精度要求高，施工现场维修条件差等，则仍以机械式为主。应着手研究、运用电液控制技术，以实 现液压挖掘机操纵的自动化。 工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本等是斗容量 斗液压挖掘机的主要生产国，从 20 世纪 80 年代开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量 50剥离用挖掘机，斗容量 132 步行式拉铲挖掘机； 比赛路斯一伊利 )公司生产的斗容量 168.2 步行式拉铲挖掘机，斗容 量 107 剥离用挖掘机等，是世界上目前最大的挖掘机。 从 20 世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。 三、 主要 研究内容 主要对由动臂、斗杆、铲斗、销轴、连杆机构组成挖掘机工作装置进行设计。具体内容包括以下五部分 : (1) 挖掘机工作装置的总体设计。 (2) 挖掘机的工作装置详细的机构 分析。 (3) 工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。 (4) 工作装置主要部件的结构设计。 (5) 销轴的设计及螺栓等标准件进行选型。 3 四、 进度安排 序号 时间 预期 成果 1 找资料， 外文资料翻译 ， 开题报告 2 动及动力参数计算 3 装配图设计 4 作装置各部分基本尺寸设计 5 制零 、部 件图 6 业论文撰写 7 辩准备及论文答辩 参考文献 1 王新中 挖掘机发展状况 J2004(9):522 矿用挖掘机发展方向 J2002,16(7):255 3 张宏，赵光 看当今挖掘机技术发展 J，建筑机械化，2007,6:84 张润利，刘伯颖 J，工程机械， 2006(4):215 方良周 压挖掘机工作装置的仿真与铲斗机构的优化 D北大学， 1996 6 同济大学等 第二版 )M中国 建筑工业出版社，1986,12:507 赵培训 D安公路交通大学， 1998 8 范进桢，孟宪慧等 J2005， 09：39 41 9 史清录，林慕义，康健 农业机械学报 J， 2004(9): 32 35 10 张石强 D庆大学硕士学位论文， 2006,10 11 冯培恩，陈文平 ，潘双夏 统开发策略及应用实例 J1989 (4): 612 潘双夏，冯培恩，郭建瑞，全永新 略研究 J， 1991(10):1913 I. u. A. of of a by a 1982, 3, 834 14 F.; P. to of to 34, 3, 2003： 265 271. 15 W. . 1986, 6(3): 553560 16 , , . . 1995, 15(4): 573 长 春 工 业 大 学 毕业设计、毕业论文 题 目 学 院 机电工程学院 专业班级 机制 班 指导教师 姓 名 2016 年 06 月 日 长春工业大学本科毕业设计说明书 I 摘 要 近年来，随着钢铁业、煤炭业、电力业的持续迅猛发展，装载机等工程机械的需求日益 增加，并广泛地运用于房屋建筑、筑路工程、水利建设、农林开发、港口建设、国防工事的土石方施工和矿山采掘工业中。由于其作业工况复杂多变，挖掘方式往往是凭借操作者的经验，根据实际作业工况决定，为了减小操作者的挖掘经验对挖掘效果的影响，就迫切需要建立起铲斗挖掘轨迹与各液压缸的直接对应关系，实现装载机操作的自动化。同时由于装载机的工作环境的复杂性及工况的多变性，就要求液压装载机本身结构要根据环境的不同作相应的调整，这就决定了装载机设计的平凡性、重复性。然而液压装载机的工作装置又是一个多自由度的多杆系统，各铰点的确定非 常复杂，这些因素就造成了液压装载机的投资大、设计周期长，严重地影响了厂商的经济效益及国民经济的发展。 本文主要的设计 式装置机工作装置，分别进行以下几个方面设计：在现场测绘及参考有关资料的基础上了解液压装载机的工作方式及工作环境。确定液压装载机各个工作装置的结构，查找相关资料并结合经验公式对装载机工作装置的总体进行设计，用比例法和经验公式计算出工作装置各部分的基本尺寸并对其进行应力分析，然后绘制出其二维 纸。 关键词： 装载机 工作装置 铲斗 长春工业大学本科毕业设计说明书 n of is in of in As a of is is on of to of in to of of on is an is to of of to of is a of in on s In of in on of of of to of of s to of of on D 长春工业大学本科毕业设计说明书 录 摘 要 . I . 绪论 . 1 题研究的背景和意义 . 1 式装载机研究现状及发展动态 . 1 外的研究现状及发展动态 . 1 内的研究现状及发展动态 . 3 文研究的主要内容 . 4 2 式装载机工作装置的运动分析 . 5 压正铲装载机的基本组成和工作原理 . 5 作装置结构方案的确定 . 6 作装置运动分析 . 8 . 8 杆运动分析 . 9 齿尖的几种特殊工作位置的计算 . 10 3 工作装置尺寸的设计确定 . 13 用举例 . 13 臂及斗杆长度确定 . 13 构转角范围确定 . 14 缸铰点及行程确定 . 15 臂油缸的铰点及行程确定 . 15 杆油缸铰点及 行程确定 . 15 斗油缸铰点及行程确定 . 15 作装置的位置模型建立 . 15 臂与平台铰点位置 定 . 15 臂及斗杆长度的确定 . 16 构转角范围确定 . 16 长春工业大学本科毕业设计说明书 作装置油缸铰点及行程确定 . 20 臂油缸的铰点及行程确定 . 20 杆油缸铰点及行程确定 . 22 斗油缸铰点及行程确定 . 25 作装置的限位机构 . 25 4 内部 销轴 零件工艺分析 . 27 件工艺性分析 . 27 件机械加工工艺文件 . 27 结 论 . 29 致 谢 . 30 参 考 文 献 . 31 长春工业大学本科毕业设计说明书 1 1 绪论 题研究的背景和意义 目前我国露天矿的开采规模逐渐扩大，为了适应日益增大的矿用汽车铲装的需要，这就需要较大斗容的装载机，由于装载机愈大，每单位土石方的施工成本愈低，而轮式装载机较机械式装载机有很多优点，但是国内对大型液压正铲装载机的研究较少，轮式装载机工作装置是完成装载机各项功能的主要构件，其结构的合理性直接影响到装载机的工作性能和可靠性，对其研究是整机开发的基础 ，对工作装置进行优化，目的在于缩短研究和开发周期，降低产品成本，提高设计质量，本课题的任务就在于此。 现代化建设速度，在很大程度上取决于各种工程建设速度，而工程机械水平的高低，又直接对工程建设速度发挥着促进或抑制作用。传统研发管理及设计方法只是被动地重复分析产品的性能，而不是主动地设计产品的参数。作为一项设计，不仅要求方案可行、合理，而且应该是某些指标达到最优的理想方案。随着电子计算机的应用，在机械设计领域内，已经可以用现代化的设计方法和手段进行设计，来满足对机械产品提出的要求。利用优化设计方法，人们就可 以从众多的设计方案中寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。可靠性是我国工程机械的致命弱点，我们要正视差距，增强科研开发力度，提高技术水平，更多地发展具有自主知识产权的高质量产品，进一步促进工程机械的发展。 式装载机研究现状及发展动态 装载机作为一种典型的土石方施工设备，在基础设施建设中起着十分重要的作用，因此加强对装载机的研究具有十分重要的意义，随着能源的紧缺和人们对环保意识的增强，节能技术研究成为同行学者关注的焦点没随着人类空间获活动的延伸，以及人类对装载机工作环境与功能要求的延伸，在 遥控装载机和机器人化装载机研究方面正进行不懈努力，遥控装载机的研究离实用化已经不远，开发智能化的多功能装载机并使之成为真正的装载机器人还是人们追求的目标。由于挖掘作业中负载变化剧烈，有些学者已经开始将振动挖掘方式运用于减少挖掘阻力，减低功率消耗以及延长机器使用寿命方面的研究。近年来，随着人类对自然的开发，装载机也朝着大型化大功率化发展，从而满足人类对大型工程的需求。 外的研究现状及发展动态 1）国外产品发展趋势 1950 年在意大利生产了第一台轮式装载机，由于其挖掘能力强、生产率高、通长春工业大学本科毕业设计说明书 2 用性好、 操纵轻便等特点，在工程建设施工中起着重要的作用。六十年代，随着西方经济的发展，轮式装载机需求数量急剧上升，但大多数属于中小型轮式装载机。七十年代开始，随着科学技术的进步和大型水电工程及大型露天矿建设的需要，轮式装载机向高速、高压、大斗容、大功率发展。随着轮式装载机产量的提高和使用范围的扩大，世界上著名的装载机生产商纷纷采用各种高新技术，来提高产品的竞争力。国外的一些公司开始研制大型矿用轮式装载机，其中以德国、法国产品居多 。 在轮式装载机产品功能方面，轮式装载机工作装置向多功能化的方向发展。当轮式装载机配置 不同的作业装置时，可以用来吊、夹、推、刮、松、挖、装、铣削、拆除、清除和压实等作业，且大都采用快换装置，驾驶员在驾驶室内就可以完成作业装置的更换，一般在 2分钟内就可以完成作业装置的更换。工作装置中动臂、斗杆结构变化多样，扩展了主机的使用功能。随着传统型和通用型产品样机减少，一些有特殊构造的、有特色的产品和多功能的产品备受用户的青睐，这些多用途作业装置大大扩展了轮式装载机的功用，提高了产品的施工适用性。同时也体现了各厂家市场差异化的产品发展战略和各自的技术水平。所以，研究专业性的装载机设计理论、方法甚至是专用 软件，以便缩短设计周期、提高产品性能和可靠性，快速响应市场和用户的要求。 2）国外轮式装载机设计方法研究现状 （ 1） 设计理论和方法研究及应用。国外生产企业在产品的设计和研制过程中，广泛推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于轮式装载机的强度研究方面，促进了产品的优质高效率和竞争力。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法，并创立了预测产品失效和更新的理论。日本制定了轮 式装载机构件的强度评定程序，研制了可靠性处理系统。借助于现代设计理论和方法，缩短了新产品的研发周期，加速了轮式装载机更新换代的进程，提高其可靠性和耐久性。例如，德国 485型轮式装载机， 0&994型轮式装载机，法国 000是应用现代设计理论和方法设计的新型机型 1。 （ 2） 重视实验研究和电子计算机技术的应用。近年来，国外轮式装载机产量急剧上升，结构逐步完善，在工程建设和施工行业中占有很重要的位置。 轮式装载机迅速发展的根本原因，在于机械本身的优越性，也由于下述几个因素： 重视试验研究工作，轮式装载机的研制除了保证机械技术性能以外，十分重视装载机的使用经济性和工作可靠性，研制过程中，进行各种性能试验和可靠性试验，包括构件强度试验、系统试验、操纵试验、耐久性试验等，要通过严格的科学试验和用户评价，才进行定型生产； 重视电子计算机技术的应用，设计制造更轻便的工作装置，而不削弱其强度，其实对装载机工作装置的研究已经十分成熟。它的应用加快了新产品的发展速度，长春工业大学本科毕业设计说明书 3 使新产品从设计到批量生产的周期缩短到 2 3年左右。 （ 3） 采用新结构和新材料，利用现代设计技术和先进制造技术，仍是保证和提高轮式装载机性能的一个较重要的途径 2。 内的研究现状及发展动态 自 20世纪 80年代以来，国外一些先进商用有限元、多体系统动力学软件进入我国，如 用于轮式装载机的结构分析、仿真和优化。国内对于装载机工作装置设计理论与方法的研究可归纳如下： （ 1） 工作装置的运动分析。对工作装置的运动分析，关系到装载机的力学分析，是其他分析与设计的基础。文献 3利用个人编制 的软件对液压小型反铲装载机各种静态姿态角度下的理论挖掘力进行了分析与仿真；文献 4利用矩阵变换原理对单斗反铲轮式装载机进行了详尽的阐述；文献 5对轮式装载机反铲工作装置各主要构件进行了运动学和动力学分析，得到了反铲装置各关键点的坐标和实现挖掘力的限制条件；文献 6利用拉格朗日第方程对轮式装载机的工作装置建立了挖掘作业过程中的动力学模型，对其动能、势能和挖掘力进行计算，为分析挖掘作业工作装置所受到的力和运动之间关系、控制作业规划和仿真提供了理论基础。 （ 2） 工作装置的优化。优化设计方法己在我国工程设计 领域得到广泛运用。它是建立在近代数学最优化方法和计算机程序之上，解决复杂设计问题的一种有效工具，是计算机辅助设计 (用中的一个重要方面。它运用到机械设计中，能根据产品的要求，合理地确定和计算各项参数，以其达到最佳设计目标。文献 7应用变换矩阵来建立数学模型，编制装载机工作装置设计软件对装载机工作装置进行快速有效的计算。文献 8针对轮式装载机铲斗连杆机构采用复合形法进行优化求解，并且给出了程序设计的流程框图。文献 9提出了利用优化方法分析计算装载机在各种工况下的稳定系数和具体解决方法，找出并分析 了装载机在特定工况下的最不稳定姿态，为装载机的稳定性分析提供了理论计算公式和具体分析手段。文献 10开发了液压正铲装载机工作装置通用分析软件，只能对现有的机型进行分析，没有从原理出发对工作装置参数进行设计，并进行优化。国内太原重型机械学院和浙江大学在这方面做出了突出的贡献，浙江大学 1988年开发了一个用于轮式装载机 此基础上于 90年代初开发了轮式装载机的集成化智能 外太原重型机械有限公司研究所利用 8州工程机械研究所利用是由于受客观条件的限制，在产品的设计制造中大部分工作还是采用传统的设计方法和理论，虽然采用了优化设计方法，但主要针对国内小型液压反铲装载机的设计做了大量工作。 （ 3） 正铲工作装置设计现状。由于矿山条件恶劣，轮式装载机在矿山没有得到广泛应用，因此国内对液压正铲装载机的研究很少，没有形成自己的设计体系。近年长春工业大学本科毕业设计说明书 4 来随着液压技术的发展及液压元件质量的提高，大型液压正铲装载机在矿山才得到应用，合理地设计工作装置的主要构件是行业发展的需要。 目前研究轮式装载机 工作装置设计的重点在于： 提高工作装置结构件的可靠性和耐久性； 对工作装置机构进行计算机辅助计算和优化设计，提高装载机的挖掘性能，同时使装载机设计人员从繁忙的计算中解脱出来。因此，开发一个专业化的工作装置设计的工具软件显得非常必要 11。 文研究的主要内容 本论文主要对由动臂、斗杆、铲斗、销轴组成装载机工作装置进行设计。具体内容包括以下五部分 : (1) 装载机工作装置的总体设计。 (2) 装载机的工作装置详细的机构运动学分析。 (3) 工作装置各部分的基本尺寸的计算和验证。 (4) 工作装置主 要部件的结构设计。 (5) 销轴的设计及螺栓等标准件进行选型 长春工业大学本科毕业设计说明书 5 2 式装载机工作装置的运动分析 压正铲装载机的基本组成和工作原理 式装载机 由工作装置，上部转台和行走装置三大部分组成，如图 2示。其中上部转台包括动力装置、传动机构的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室；工作装置由动臂、斗杆、铲斗及动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸组成，如图 2示。 图 2式装载机的基本组成 图 2压正铲装载机工作装置 长春工业大学本科毕业设计说明书 6 挖掘作业时，操纵动 臂油缸使动臂下降至铲斗接触挖掘面，然后操纵斗杆油缸和铲斗油缸，使斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，操纵动臂油缸，使铲斗升高离开挖掘面，在回转马达的驱动下，使铲斗回转到卸载地点，然后操纵斗杆和铲斗油缸使铲斗转动至合适位置，再回缩开斗油缸转动铲斗，使斗前、斗后分开卸载物料。卸载后，开斗油缸伸长使斗前、斗后闭合，将工作装置转到挖掘地点进行第二次循环挖掘工作。转移工作场地时，操纵行走马达，驱动行走机构完成移动工作 4。 在实际挖掘作业中，由于土质情况、挖掘面条件以及装载机液压系统的不同，反铲装置三种液压缸在挖掘 循环中的动作配合可以是多样的、随机的。上述过程仅为一般的理想过程。 作装置结构方案的确定 正铲工作装置的构造：正铲工作装置由动臂、斗杆、铲斗、工作液压缸和连杆机构等组成。动臂是焊接的箱形结构，由高强度钢板焊成，也有的是铸造的混合结构，和反铲工作装置相比，正铲动臂较短且是单节的。动臂下端和转台铰接，动臂油缸一般为双缸，在布置上动臂的下铰点高于动臂油缸的下铰点且靠后。这种布置方案能保证动臂具有一定的上倾角和下倾角，以满足挖掘和卸载的需要，同时也保证动臂机构具有必要的提升力矩和闭锁力矩。 斗杆也是焊接箱 形结构或铸造混合结构。斗杆的一端与动臂的上端铰接，斗杆油缸的两端分别与动臂和斗杆的下缘铰接，形成了斗杆机构。由于正铲常以斗杆挖掘为主，这样的结构布置适合于向前推压，液压缸大腔进油可以发挥较大的挖掘力。 正铲斗铰接在斗杆的端部，铲斗油缸的两端分别与斗杆中部和连杆装置连接，形成转斗机构，一般为六连杆机构。有时铲斗缸的活塞杆直接和铲斗铰接形成四连杆机构。 装载机 正铲 的铲斗根据结构和卸土 方式可分为前卸式和底卸式两大类。 前卸式铲斗卸土时直接靠铲斗油缸使斗翻转，土镶从斗的前方卸出。这种构造简单，斗体是整体结构，刚度和强度都比较好，并且不需要另设卸土油缸，但是为了能将土卸尽，要求卸土时前壁与水平夹角大于 45 度 ,因而要求铲斗的转角加大，结果导致所需的铲斗油缸功率增加，或者造成转斗挖掘力下降或卸土时间延长。此外，前卸式铲斗还影响有效卸载高度。 底卸式铲斗靠打开斗底卸土。所示的铲斗是靠专门的油缸起闭斗底。挖掘时斗底关 闭 ，卸土时斗底打开，土城从底部卸出。这类结构的卸土性能较好，要求铲斗的转角也小，但必 须增设卸土油缸，此外，斗底打开后也影响到有效卸载高度。这类开斗方式现在已少用，目前装载机上采用较多的是另一种底卸式铲斗，铲斗由两半组成，靠上部 的铰连接。卸土油缸装在斗的后壁中。油缸收缩时通过杠杆系统使斗前壁 (顺板 )向上翘起，将土壤从底部卸出。用这种方式卸载，卸载高度大，卸载时间较短，长春工业大学本科毕业设计说明书 7 装车时铲斗得以更靠近车休并且还可以有控制地打开额板，使土或石块比较缓慢地卸出，因而减少了对车辆的撞击，延长了车辆的使用寿命。另外这种斗还能用于挑选石块，很受欢迎，但铲斗的重量加大较多，因而在工作装置尺寸、整机稳定性相同的情况下 斗容量有所减少，并且由于斗由两部分组成，受力情况较差。采用底卸式铲斗结构，铲斗的转角可以减小，因而有些装载机已取消了铲斗油缸的连杆装置，铲斗油缸直接与斗体相连接，简化了结构，并在一定程度上加大了转斗挖掘力 12。 当 装载机 挖掘比较松软的对象、或用于装载散粒物料时，正铲斗可以换成装载斗，在整机重量基本不变的情况下，这种斗的容量可以大大增加，因而提高了生产率。装载斗一般都是前卸式，不装斗齿，以减小挖掘松散物料时的挖掘阻力。 本设计中 我采用图 2一结构。 图 2式装载机结构 231图 2压正铲装载机机构简图 图 2示是 5 铲装载机工作装置的示意图，采用直动臂、直斗杆形式，铲斗为前卸式。动臂和动臂油缸在转台上的铰点分别为 C 和 A，它们的位置以停机面为 X 轴， 整机回转中心线为 Y 轴 (图 b)的直角坐标值来表示。这台装载机的主要工作油缸长春工业大学本科毕业设计说明书 8 共 5 只，其中动臂油缸两只，置于动臂的两侧；斗杆油缸一只 ,置于斗杆的中部；铲斗油缸两只，铰于斗杆中部。主要工作 油缸的主要参数列于表 2。 表 2铲轮式装载机主要油缸的主要参数 作装置运动分析 臂运动分析 动臂 位置由动臂油缸 长度 1L 决定。 1L 和动臂水平倾角 1 之间的关系可用下式表示 112175272521 co s2 （ 2 1125721252711 2c o s （ 2 从上式看出， 1 的影响很大，当动臂和油缸的参数不变时， 大动臂提升高度愈小。关于这点在以后还要讨论 6。 设动臂油缸全缩时动臂倾角为 ；动臂油缸全伸时动臂倾角为 ，那么在动臂油缸由全缩到全伸，动臂总的转角为： m （ 2 为了便于运算和比较，仍用无因次比例系数 、 表示，即 ；5 ；57 （ 2 代入式 (2 2)可以得到动臂油缸全缩和全伸时相应的动臂倾角值 112221m i n 21c o s （ 2 1122221m a x 21c o s （ 2 而动臂总转角为 2 1c o o （ 2 动臂油缸伸缩时对 C 点的力臂也在不断变化，由图可知 B C s 长春工业大学本科毕业设计说明书 9 572125571571 2a r c c o ss in 2 显然，当 1e 有最大值，此时 5 ，而相应的油缸长度 1L 为： 1L = 2527 此时的动臂倾角为 11275ar s 若用动臂油缸相对力臂（即 )L 时的力臂，则 5721252717m a a r c c o ss in e（ 2 综上所述，动臂倾角 1 、力臂 1e 和 L 的参数。 杆运动分析 斗杆 位置由动臂 斗杆油缸 长度 2L 所决定。但是动臂的位置随动臂油缸的伸缩而变化，为了便于分析斗杆油缸对头杆位置的影响，假定动臂不动，那么斗杆铰点 F 以及斗杆油缸在动臂上的铰点 D 就可以看作为固定基座。 2L 与斗杆、动臂夹角 2 之间的关系为 34298292822 co s2 （ 2 34982229282 2a r c c o s （ 2 设斗杆油缸全缩时动臂与头杆的夹角为 ，全伸时为 ，那么当油缸由全缩到全伸时斗杆总的转角为 m a （ 2 斗杆油缸的作用力臂 2e 也是可变值。 D F s )2c s cs 82229282982 （ 2 当 2e 有最大值，即 92 ，这时相应的油缸长度 2L 为 29282 相应的斗杆转角为 43892 a s （ 2 长春工业大学本科毕业设计说明书 10 用斗杆油缸相对力臂值（即 表示 2L 时的力臂，则 )2c s cs 9822292828m a e （ 2 齿尖的几种特殊工作位置的计算 （ 1） 最大挖掘半径 (图 2这时 C、 Q、 V 在同一条水平线上，而且头杆油缸全伸，即 ； m a a 251 s r c s l 283 a 最大挖掘半径为 3m a a x （ 2 最大挖掘半径处的挖掘高度相应为 H 图 2大挖掘半径 （ 2）最大挖掘高度 (图 2图 2大挖掘高度 最大挖掘高度为： 326m a a a x2 s （ 2 最大挖掘高度时的挖掘半径 长春工业大学本科毕业设计说明书 11 26m a a c o s H （ 2 如果最大转斗角度不能保证 直向上，即 21m a 5 ，则应根据实际的值 求相应的挖掘高度，如图左上角所示，此时 2s i n)s i n ( m a a a a a （ 2 （ 3）最大挖掘深度 (图 2这时动臂油缸全缩，头杆 直向下，即 ， ， 3 。 最大挖掘深度为 32m a x2 s in （ 2 最大挖掘深度时的挖掘半径为 m co s H （ 2 假若 m ，则 可能呈垂直状态，此时必须根据具体情况计算实际的最大挖掘深度 13。 图 大挖掘深度 （ 4） 停机平面上的最大挖掘半径 (图 2这是指斗齿靠在地面上、斗杆全部伸出而斗底平面与停机平面平行的工况。此时与地面交成 角 ( 角是一个重要的铲斗参数，设计中应认真确定 )，根据这种定义可知 长春工业大学本科毕业设计说明书 12 图 2机平面上的最大挖掘半径 2 ； 261 ， 其中 m a s r c s in l （ 2 1m a （ 2 这时停机平面上的最大挖掘半径为 c o sc o s 3m a a x O （ 2 如果 1m a ，则必须根据具体情况重新进行计算。 长春工业大学本科毕业设计说明书 13 3 工作装置尺寸的设计确定 用举例 本章以液压正铲 5 3m 装载机为例，对工作装 置参数进行初步设计。 结合 以上 的分析，初选动臂与平台铰点 A 的坐标： 0X =0Y = 臂及斗杆长度确定 由 上章的计算， 得 L 由经验公式计算结果如表 3示。 表 3臂及斗杆长度参数 ( 0 . 9 8 1 . 1 )( 0 . 8 0 . 9 5 )= ( 0 . 4 8 0 . 6 0 )4 . 0 4 . 53 . 3 3 . 92 . 0 2 . 54 . 2 53 . 4 02 . 5 0图 3臂三维模型 长春工业大学本科毕业设计说明书 14 图 3杆三维模型 构转角范围确定 液压正铲 5 3m 装载机的工作尺寸如表 3示。 表 3作尺寸表 动臂、斗杆及铲斗机构的转角范围如表 3示。 表 3角范围参数 长春工业大学本科毕业设计说明书 15 缸铰点及行程确定 臂油缸的铰点及行程确定 初取动臂油缸全伸和全缩时的力臂比 1k =缸全伸和全缩时的长度比1 =02 a 。 由动臂油缸铰点及行程计算得 3011a ， 由于 A 铰点在平台的端部，计算得96 ， 800 ， 450 ， 580m ， 660m ， 动臂油缸行程 0 8 0m a 杆油缸铰点及行程确定 初取斗杆油缸全伸和全缩时的力臂比 k ，油缸全伸和全缩时的长度比 ： ， 33 。 经斗杆油缸铰点及行程计算得 ： 600m ， 660m ，斗杆 油缸行程 060m a 。 斗油缸铰点及行程确定 初取斗杆油缸全伸和全缩时的力臂比 k ，油缸全伸和全缩时的长度比 ： 。 经 铲斗 油缸铰点及行程计算得 ： 400m ， 320m ，斗杆 油缸行程 20m a 。 作装置的位置模型建立 现从动臂与转台铰点 A 出发，借助各相关转角 1、 2 和 3，建立各关键点 B、C、 D V 的位置模型，得到各关键点的坐标，从而为下一步的分析提供依据 14。 以地面为横坐标，以回转中心线为纵坐标，建立直角坐标系 图 示。 臂与平台铰点位置 C 的确定 对由反铲装载机改装的正铲来说，动臂铰座往往就沿用反铲动臂的铰座。一般，铰座都在转台中心的前方 ( 0)，近来大型正铲的铰座却有向后移 (靠近回转中心线 )的趋势。 设计时， 用类比法确定或根据经验统计公式初步选取，在此基础上推荐以履带轴距 L 为基本长度。 履带轴距 L 长春工业大学本科毕业设计说明书 16 3) （ 3 式中： q 为斗容量， 3m 臂及斗杆长度的确定 同上转斗半径 321 、 也可用类比法确定或根据经验统计公式初步选取，在此基础上推荐以履带轴距 L 为基本长度。 构转角范围确定 在动臂长度 1l 、斗杆长度 2l 、转斗半径 3l 及动臂油缸与平台铰点 C 初步确定之后，根据装载机工作尺寸的要求利用解析法求各机构转角范围，其中包括动臂机构转角、斗杆机构转角、铲斗机构转角范围 15。 (1) 斗杆转角 和 的确定 可根据最大挖掘半径 定。最大转角 应当不小于 2123m a a )(a r c c o (3根据停机平面上最小挖掘半径 定。所谓停机平面上的最小挖掘半径依不同工作情况而异 ，有的是指铲斗最靠近机体 (斗杆油缸全缩 )、斗齿尖处于停机平面而斗底平行于地面，在这种状态下开始挖掘时的挖掘半径。 图 3机平面上的最小挖掘半径 如图 3示，这时斗杆和动臂间的夹角为最小 ( )，铲斗与地面相交成 角，而斗齿尖 V 到回转中心的距离为 从几何推导可知 222 m a ()( (3式中 Q 点的横坐标和纵坐标，且 in ； (3 23m i i m i c o s)( (3m i m i c o (3 长春工业大学本科毕业设计说明书 17 带入式（ 3理后得 213m i i c o s()s i n(a r c c os (3有些装载机不要求铲斗水平铲入，而往往以一定的后
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