【《侧卸铲斗的侧卸油缸设计计算案例》2700字】

侧卸铲斗的侧卸油缸设计计算案例侧卸油缸是侧卸铲斗的重要组成部分，其结构位置设计的合理性极大程度的影响了装载机的工作效率和能耗。为减少能耗，提高工作效率，实现装载机铲斗的正常侧向卸料，侧卸油缸的设计应满足以下要求：(1)侧卸油缸推力要满足能够顺利推起满载铲斗；(2)侧卸油缸初始安装位置要有足够大的传动角；(3)侧卸油缸的最大行程要符合油缸选取要求；(4)侧卸油缸的安装位置要有利于液压管路的布置。1.1侧卸油缸的工作原理侧卸式装载机的侧卸工作装置如图4-1所示，主要部件包括侧翻铲斗、侧卸液压缸及铲斗托架。动臂拉杆通过销轴与铲斗托架铰接，而铲斗安装在托架上,在侧卸时，侧卸液压缸支撑铲斗绕销轴1侧向转动，从而实现铲斗侧向卸料。改变侧卸方向时，只需更换侧卸缸后支点位置，然后通过销轴与另一边的轴座孔铰接即可。图4-1侧卸装置图1.2常见侧卸油缸位置分析1.2.1侧卸油缸正置式分析侧卸油缸正置式[14]是指油缸位于铲斗后正中间如图4-2所示，其优缺点如下。优点：(1)侧卸油缸在初始点油缸轴线到托架和铲斗铰点的距离最大;(2)改变侧卸方向时无需拆卸油缸，便可更换侧卸方向,操作更加简单和方便;(3)侧卸油缸正置更有利于布置液压管路。缺点：(1)侧卸油缸行程大,缸体长度小，油缸不易选取。(2)铲斗后挡板的中间高度远大于两端，使铲斗结构尺寸过大,(3)侧卸油缸安装在正中间，与铲斗摇臂布置重合,托架中部受力集中，易出现疲劳断裂;(4)铲斗后挡板的中间高度较高，对驾驶员的工作视线影响较大。图4-2侧卸油缸正置式1.2.2侧卸油缸侧置式分析侧卸油缸下支点在拉杆支铰两侧方向上，上支点在铲斗中间。如图4-3所示。优点：(1)铲斗中间高度有所降低，驾驶员的视线更加开阔；(2)侧卸油缸的安装结构紧凑，行程小，卸料时间短，效率更高；(3)侧卸油缸安装点分开，托架受力更加合理。缺点：(1)侧卸油缸初始位置传动角较小，工作效率较低；(2)侧卸油缸缸径较大，造价较高。图4-3侧卸油缸侧置式针对以上分析，选择侧置式进行设计。1.3侧卸油缸的位置设计方案一1.3.1侧卸油缸的设计参数设计侧卸油缸位置需确定侧卸角θ，侧卸油缸的回转半径R，最小安装半径Lmin,侧卸油缸行程S以及初始位置的传动角γ。现就某一侧卸瞬间，建立坐标系并选取一组数据[13]x1、x2、y1、y2，如图4-4所示，用所选取的数据表示侧卸油缸所在的位置。图中A点表示最大侧卸角度时的油缸上支点，B点表示侧翻铲斗与托架的绞支点，C点表示油缸的下支点，D点表示初始位置时的油缸上支点。图4-4侧卸机构图针对以上参数进行设计：侧卸角θ：在实际作业中，侧卸铲斗的最大倾斜角度要大于45°才能满足铲斗的卸料要求,因而侧卸角θ应满足大于等于45°。侧卸油缸的回转半径R：R表示的是从侧翻铲斗与托架的绞支点B到油缸的上支点A或D的距离。所以。最小安装半径Lmin：最小安装半径是指C油缸的下支点C到初始位置时的油缸上支点D的距离，Lmin也是油缸的最短长度。。侧卸油缸行程S：侧卸油缸行程是指AC距离与CD距离之差，行程S应满足小于最小安装半径Lmin，并符合油缸标准。初始位置的传动角γ：在保证其他部件正常工作的条件下，初始位置的传动角γ应尽可能的大，以得到较大的传动效率。一般取传动角γ大于等于30°。由图4-4可知，增大x2的值，减小x1的值可增大传动角γ，结合铲斗的设计参数和前人设计经验最终取得一组数据：x1=180mm、x2=740mm、y1=518mm、y2=717mm。这组数据最大程度上兼顾了各个参数。带入数据可得：侧卸角θ=47°，侧卸油缸的回转半径R=1030mm,最小安装半径Lmin=550mm,侧卸油缸行程S=420mm,初始位置的传动角γ=24°。最终数据表明，油缸行程过大且传动角γ较小，油缸行程过大，其余参数符合要求。总体来说，设计可用但工艺性较差。1.3.2侧卸油缸的内径设计在铲斗侧面卸料时，油缸产生的推力力矩必须大于物料重力产生的力矩，如图4-5所示，需满足公式[15]（4-1）（4-1）式中：F——油缸推力；G——物料加铲斗的重力；b——推力F的力臂；x2——物料重力的力臂。图4-5侧翻力矩平衡图侧卸油缸直径由公式[14]（4-2）可得：（4-2）式中：D——油缸内径；G——物料重力；b——推力F的力臂；x2——物料重力的力臂；p——液压系统的压力。查阅资料可得，小型工程机械的液压系统的压力多为10~16Mpa,在此取液压系统的压力为16Mpa，额定载荷为2300Kg,铲斗自重800Kg，b=450mm，x2=740mm带入数据得：液压缸内径D>62mm，取整得D=65mm。1.4侧卸油缸的位置设计方案二针对油缸行程过大且传动角较小，不满足设计要求的情况，提出一种新型的侧卸油缸设计方案。1.1.1新式油缸布置新型油缸设计是将侧卸油缸原本在铲斗中间的上支点改为加工到铲斗两侧。同时让托盘的侧卸油缸耳板随之变化，达到设计要求。油缸布置示意图如图4-6所示：图4-6新型油缸示意图1.1.2新式油缸参数设计设计侧卸油缸位置需确定侧卸角θ，侧卸油缸的回转半径R，最小安装半径Lmin,侧卸油缸行程S以及初始位置的传动角γ。现就某一侧卸瞬间，建立坐标系并选取一组数据x1、x2、y1、y2，如图4-7所示，用所选取的数据表示侧卸油缸所在的位置。图中，A点表示油缸的下支点，B点表示侧翻铲斗与托架的绞支点C点表示最大侧卸角度时的油缸上支点，D点表示初始位置时的油缸上支点。图4-7油缸位置参数图针对以上参数进行设计：（1）侧卸角θ：在实际作业中，侧卸铲斗的最大倾斜角度要大于45°才能满足铲斗的卸料要求,因而侧卸角θ应满足大于等于45°。（2）侧卸油缸的回转半径R：R表示的是从侧翻铲斗与托架的绞支点B到油缸的上支点C或D的距离。所以。（3）最小安装半径Lmin：最小安装半径是指油缸的下支点A到初始位置时的油缸上支点D的距离，Lmin也是油缸的最短长度。。（4）侧卸油缸行程S：侧卸油缸行程是指AC距离与AD距离之差，行程S应满足小于最小安装半径Lmin，并符合油缸标准。（5）初始位置的传动角γ：在保证其他部件正常工作的条件下，初始位置的传动角γ应尽可能的大，以得到较大的传动效率。一般取传动角γ大于等于30°。基于铲斗的设计参数，经分析验证最终取得一组数据：x1=400mm、x2=70mm、y1=467mm、y2=717mm。这组数据最大程度上兼顾了各个参数。带入数据可得：侧卸角θ=50°，侧卸油缸的回转半径R=720mm，最小安装半径Lmin=615mm,侧卸油缸行程S=285mm,初始位置的传动角γ=35°。油缸参数数据表明：这种新型设计解决了油缸行程过大且传动角γ较小的问题，提高了传动效率，设计较为合理。1.1.3新式油缸半径的设计在铲斗侧面卸料时，油缸产生的推力力矩必须大于物料重力产生的力矩，如图4-8所示，查阅资料可得，液压系统的压力多为16Mpa,额定载荷为2300Kg,力臂b=441mm,x2=728mm，由公式（4-1）和（4-2）带入数据得：液压缸内径D>61mm，取整得D=65mm。图4-8力矩示意图1.5综合比较及分析对比侧卸油缸位置设计的方案一和方案二可发现：从侧卸角方面分析，5