【《轮胎装载机工作装置强度校核计算案例》3000字】

轮胎装载机工作装置强度校核计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u26976轮胎装载机工作装置强度校核计算案例 1162251.1．计算位置 1161451.2．外载荷确定 187931.外载荷确定原则 1233402.插入阻力 2111673.掘起阻力 483691.3受力分析 4186011.4工作装置强度校核 7194331.动臂校核 7242182．摇臂强度校核 9264743．连杆强度校核 1019914.较销强度校核 10轮胎装载机是一种集装卸作业于一体的自走式机械。其工作过程由几种工作状态或5种工作条件组成：工作装置的强度计算包括：1)确定计算位置。2)选择工作装置受力最大的典型工况，确定外载荷。3)对工作装置进行应力分析。4)主要零件的强度检查。1.1．计算位置通过分析装载机的装料、铲起、升举、卸载等作业过程。可以知道装载机铲料时工作装置承受的应力最大，所以把铲斗底部与地面的前5°角时的铲料位置作为计算位置，假设外部载荷作用在铲斗的斗刃上。1.2．外载荷确定1.外载荷确定原则由于材料种类和工作条件的不同，装载机实际工作时不能均匀装载铲斗的切削刃，但可以简化为两种极端情况。也就是说，可以认为载荷沿着切削刃均匀分布，代替该均匀分布载荷，作用于铲斗切削刃中央部的集中载荷称为对称装载状况；铲斗铲由于材料的密集度不均匀，所以在载荷偏向铲斗侧，变为悬臂状态的情况下，一般将该简化的集中载荷施加到铲斗侧的最初的齿上。装载机的铲掘过程通常可分为如下三种受力情况：（a）、铲斗水平插入物料堆，锁定工作装置的油缸。此时，铲斗的切削刃可能只有水平力起作用。（b）、铲斗水平插入物料堆后，反转铲斗，或提升动臂进行挖掘时，可能对铲斗的切削刃只作用垂直的力。(c)、铲斗边插入物料堆边转斗和边插入物料堆边提臂铲掘时，水平力和垂直力同时作用在铲斗切削刃上。综合以上分析，可以得到以下6种工作装置的典型工作情况，如图（2-1）所示：（a）对称水平载荷；（b）对称垂直载荷；（c）对称水平和垂直载荷（d）水平偏载荷；（e）垂直偏载荷；（f）水平和垂直偏载荷图（2-1）装载机工作装置典型工况简图2.插入阻力插入阻力是铲斗插入铲斗时铲斗对铲斗的反作用力。插入阻力由铲斗前的切削刃和两侧铲斗壁的切削刃的阻力、铲斗底和侧壁内表面与材料的摩擦阻力、铲斗底外面与材料的摩擦阻力组成，这些阻力与材料的种类、材料的堆高、铲斗插入材料的堆深、铲斗的结构形状等有关。虽然计算上述阻力很难，但一般按照以下经验公式决定总插入力。（Ｎ）式中：——物料块度与松散系数，见表5-1；——物料性质系数，见表5-2；——料堆高度系数，见表5-3；——铲斗形状系数，一般在1.1~1.8之间，对于前刃不带斗齿的斗，取较大值；——铲斗宽度，cm;——铲斗一次插入深度，cm。表2－１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表2－２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2-3料堆高度系数料堆高度＼ｍ０.４０.５０.６０.８１.０１.２１.４K30.550.50.81.01.051.11.15取：代入式3.掘起阻力挖掘阻力是指铲斗插入到一定深度后，动臂上升时铲斗对铲斗的反作用力。挖掘阻力还与材料的种类、块度、松动程度、密度、材料之间以及材料与铲斗之间的摩擦阻力有关。挖掘阻力主要是剪切阻力。最大挖掘阻力通常在铲斗开始起升时发生。此时，铲斗中材料和材料堆之间的剪切面积最大，随着动臂的提升，挖掘阻力逐渐减小。铲斗开始举升时物料的剪切力按下式计算：式中：Ｋ—开始提升铲斗时材料的剪应力通过实验进行了测量，对于块度为的松冈岩，剪切应力的平均值为——铲斗宽度，;——铲斗一次插入深度，。取：代入式得：1.3受力分析确定计算位置和外部载荷后，可以进行工作装置的受力分析。由于工作装置是受力复杂空间的静静态系统，为了简化计算，通常可以如下进行假定：1、在对称承受负荷的情况下，由于作业装置为对称结构，因此两起重臂所承受的负荷相等。如果省略铲斗和支撑梁对动臂受到的力和变形的影响，则分析工作装置结构的单侧受到的力，如图(2-2)所示，作用的载荷取相应的壳外载荷的一半进行计算，即：在部分负载条件下，在左右臂中分配的等效效果Pa与Pb：由于>；>；因此取，作为计算外载荷。在工作装置中，;有：（a）工作装置受力简图；（b）分析简图图（2-2）工作装置受力分析简图2、鉴于吊臂轴与连杆——处于同一平面，所有的力通过构件部分的弯曲中心，消除了额外的扭转，允许更换实际构件。通过学习上述分析和假设，该工作装置可以将这种空间超静态结构简化为平面问题。确定外部负荷后，可找到相应工作装置的内力。通过各工况的外部负荷比较，外部负荷最大，实际工况中不允许部分负荷。因此，选择工况，即水平对称载荷工况，作为各构件内力计算和强度校准的典型工况。工作装置的力分析是根据相应的工作条件，找出铲斗构件的内力。工作条件的应力分析如图（2-3）所示：图（2-3）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：由所以：由所以：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：由所以：由所以：取动臂为隔离体，根据受力平衡：由所以：由所以：由所以：1.4工作装置强度校核根据典型工况找出各构件的作用力，查明危险截面，根据强度理论检查工作装置的主要部件。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；——安全系数，设计手册中规定，由于装载机操作大，动力负载大，考虑简化计算方法的影响，可选择：对称条件，各验算断面的安全系数在之间。本次设计选取：动臂、拉杆、摇臂、铲斗的材料为；销轴材料用。查机械设计手册可知：：：一般取：：：1.动臂校核动臂可以看作是支承在车架的a点和动臂提升油缸的铰链点的h点上的双支点悬臂梁，其危险截面在h点附近，在强度计算中，动臂如图2-4所示分为4级：图（2-4）动臂受力分析图每个区段上分别作用有弯曲应力、正应力，计算出各段内危险截面的内力，按照下述方法进行校核：式中：——计算断面的弯矩，；——计算断面的抗弯截面系数，；——计算断面的轴向力，；——计算断面的面积，。取Ｈ点处的ｍ－ｍ断面进行强度校核。在断面上：弯矩：轴向力：选取：动臂厚度为，计算断面的高度为。断面的对大正应力和最大剪切应力分别为：截面满足设计安全性的要求。2．摇臂强度校核摇臂的材料钢，则许用应力，其危险断面通常取在E点附近，在此断面上作用有弯曲应力和正应力，其方法与动臂相同。如图（2-5）所示：图（2-5）摇臂受力分析图危险截面通常在B点附近，所以对过B点附近取截面。取B点处的ｍ－ｍ断面进行强度校核。在断面上：弯矩：轴向力：把摇臂设计成矩形截面，取截面的宽度为，，摇臂设计满足安全设计的要求。3．连杆强度校核计时把连杆设计成矩形杆（即连杆断面为矩形），根据一般设计要求，断面的一边大于另一边的二倍时，连杆的弯曲强度最好。选取连杆的厚度为，宽度为，材料为,则许用应力。连杆的拉应力为连杆设计满足设计安全性能的要求。4.较销强度校核铰销的材料钢，则许用应力只需校核弯曲强度和挤压强度，如图（2-6）所示：图（2-6）较销强度计算销轴的弯曲应力：式中——销轴的弯曲应力；——计算载荷，为铰点所受载荷之半；——销轴弯曲强度计算的计算长度；（m）；W——销轴的抗弯断面系数，；销