設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)畢業(yè)論文-ZL15輪式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)

1、PAGE 2 PAGE II I摘 要隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的快速發(fā)展，我國(guó)各種大型工程項(xiàng)目拔地而起，而裝載機(jī)作為運(yùn)送，裝卸，推土，耙挖,起重等作業(yè)的主要設(shè)備之一，其身份早就今非昔比，是當(dāng)代工程建設(shè)的必不可少的工程機(jī)械。對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我想設(shè)計(jì)的ZL15型有輪裝載機(jī)工作裝置既保持了傳統(tǒng)機(jī)械的它的優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也有著新的核心特性與優(yōu)勢(shì)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成了工作裝置的設(shè)計(jì)。在明確了基本的參數(shù)后，對(duì)其鏟斗，動(dòng)臂等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)裝載機(jī)的總體布置做了簡(jiǎn)要分析。力求在滿足作業(yè)要求的前提下，使其更便于維修養(yǎng)護(hù)等。除此以外，還運(yùn)用ANSYS仿真軟件對(duì)裝載機(jī)的關(guān)鍵零部件進(jìn)行仿真分析，用來(lái)檢查設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程是否存在問(wèn)

2、題，若出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)行改正使設(shè)計(jì)的裝載機(jī)工作裝置，可以正常工作。到目前為止，裝載機(jī)不僅可以提高工程項(xiàng)目的建造速度,而且大量減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度,更高標(biāo)準(zhǔn)的提升了工程項(xiàng)目的整體品質(zhì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的裝載機(jī)工作裝置能夠滿足當(dāng)下的作業(yè)要求，特別是在物料運(yùn)送方面，必將大放光彩。關(guān)鍵詞：裝載機(jī)；動(dòng)臂；仿真分析；工作裝置 AbstractWith the progress of the times, the rapid development of science and technology, Chinas various large-scale engineering projects have rise

3、n from the ground, and the loader as one of the main equipment for transportation, loading and unloading, bulldozing, rake excavation, lifting and other operations, its importance has long been self-evident, is an indispensable member of contemporary engineering construction.For this graduation proj

4、ect, I would like to design the ZL15 wheel loader working device that not only maintains the advantages of traditional machinery, but also has new core features and advantages. This graduation project mainly completes the design of the work device. After clarifying the basic parameters, the bucket,

5、boom, etc. are designed, and the overall layout of the loader is briefly analyzed. Strive to meet the requirements of the operation, so that it is more convenient to repair and maintain, etc. In addition, ANSYS simulation software is used to simulate and analyze the key components of the loader to c

6、heck whether there are problems in the design calculation process, and if there is a problem, correct the design of the loader working device and work properly.So far, the loader can not only improve the construction speed of the engineering project, but also greatly reduce the labor intensity of th

7、e staff, and improve the overall quality of the engineering project to a higher standard. The loader work device designed by this graduation can meet the current operational requirements, especially in terms of material transportation, which will surely shine. Key words：Loader; Boom; Simulation anal

8、ysis; Working devicePAGE 2目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc15071 摘 要 PAGEREF _Toc15071 h I HYPERLINK l _Toc26032 Abstract PAGEREF _Toc26032 h II HYPERLINK l _Toc19218 第1章 緒論 PAGEREF _Toc19218 h 1 HYPERLINK l _Toc21406 1.1 選題的目的意義 PAGEREF _Toc21406 h 1 HYPERLINK l _Toc4437 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) PAGEREF _To

9、c4437 h 2 HYPERLINK l _Toc3533 1.3 研究?jī)?nèi)容 PAGEREF _Toc3533 h 3 HYPERLINK l _Toc1146 1.3.1 研究?jī)?nèi)容 PAGEREF _Toc1146 h 3 HYPERLINK l _Toc30055 1.3.2 研究方法 PAGEREF _Toc30055 h 4 HYPERLINK l _Toc6201 1.3.3 技術(shù)路線 PAGEREF _Toc6201 h 4 HYPERLINK l _Toc12711 第2章 裝載機(jī)的總體布置 PAGEREF _Toc12711 h 5 HYPERLINK l _Toc30621

10、 2.1裝載機(jī)的總體布置原則 PAGEREF _Toc30621 h 5 HYPERLINK l _Toc26410 2.1.1總體布置的內(nèi)容 PAGEREF _Toc26410 h 5 HYPERLINK l _Toc11173 2.1.2 總體布置的原則 PAGEREF _Toc11173 h 5 HYPERLINK l _Toc24188 2.1.3 總體布置的基準(zhǔn)選擇 PAGEREF _Toc24188 h 5 HYPERLINK l _Toc22544 2.1.4 設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的整機(jī)性能 PAGEREF _Toc22544 h 5 HYPERLINK l _Toc15420 2.2

11、裝載機(jī)各部件的布置 PAGEREF _Toc15420 h 6 HYPERLINK l _Toc18289 2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的布置 PAGEREF _Toc18289 h 6 HYPERLINK l _Toc16217 2.2.2 工作裝置布置 PAGEREF _Toc16217 h 6 HYPERLINK l _Toc2300 2.2.3 轉(zhuǎn)向系的布置及分類 PAGEREF _Toc2300 h 6 HYPERLINK l _Toc2300 2.2.4 駕駛室的布置7 HYPERLINK l _Toc24111 2.3 裝載機(jī)的總體構(gòu)造和分類 PAGEREF _Toc24111 h

12、 8 HYPERLINK l _Toc13745 2.3.1 裝載機(jī)的分類 PAGEREF _Toc13745 h 8 HYPERLINK l _Toc8589 2.3.2 裝載機(jī)的作業(yè)方式 PAGEREF _Toc8589 h 9 HYPERLINK l _Toc24516 2.4 本章小結(jié)總體 PAGEREF _Toc24516 h 9 HYPERLINK l _Toc21739 第3章 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc21739 h 10 HYPERLINK l _Toc1662 3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc1662 h 10 HYPERLINK l _

13、Toc7517 3.1.1 結(jié)構(gòu)形式的選擇 PAGEREF _Toc7517 h 10 HYPERLINK l _Toc31208 3.2 鏟斗設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc31208 h 10 HYPERLINK l _Toc21760 3.2.1鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇 PAGEREF _Toc21760 h 11 HYPERLINK l _Toc13562 3.2.2鏟斗基本參數(shù)確定 PAGEREF _Toc13562 h 12 HYPERLINK l _Toc14073 3.2.3 斗容的計(jì)算 PAGEREF _Toc14073 h 14 HYPERLINK l _Toc10794 3.3

14、工作機(jī)構(gòu)以及連桿裝置的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc10794 h 15 HYPERLINK l _Toc2107 3.3.1轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc2107 h 15 HYPERLINK l _Toc7566 3.3.2工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7566 h 15 HYPERLINK l _Toc2991 3.3.3裝載工作對(duì)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 PAGEREF _Toc2991 h 16 HYPERLINK l _Toc16623 3.3.4機(jī)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc16623 h 17 HYPERLINK l _Toc17528

15、3.3.5動(dòng)臂形狀的選擇 PAGEREF _Toc17528 h 21 HYPERLINK l _Toc10614 3.4鏟斗阻力計(jì)算 PAGEREF _Toc10614 h 21 HYPERLINK l _Toc24415 3.4.1 裝載機(jī)鏟掘時(shí)的作業(yè)阻力 PAGEREF _Toc24415 h 21 HYPERLINK l _Toc13287 3.4.2 插入阻力 PAGEREF _Toc13287 h 21 HYPERLINK l _Toc9398 3.4.3 鏟起阻力 PAGEREF _Toc9398 h 22 HYPERLINK l _Toc21376 3.5 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算 P

16、AGEREF _Toc21376 h 23 HYPERLINK l _Toc7727 3.5.1外載荷的確定 PAGEREF _Toc7727 h 23 HYPERLINK l _Toc26864 3.5.2工作裝置受力分析 PAGEREF _Toc26864 h 25 HYPERLINK l _Toc14449 3.5.3 動(dòng)臂強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc14449 h 28 HYPERLINK l _Toc27152 3.6 工作裝置的限位機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc27152 h 31 HYPERLINK l _Toc9855 3.7 本章小結(jié) PAGEREF _Toc9855

17、h 32 HYPERLINK l _Toc10296 第4章 工作裝置仿真分析 PAGEREF _Toc10296 h 33 HYPERLINK l _Toc15660 4.1ANSYS仿真軟件介紹 PAGEREF _Toc15660 h 33 HYPERLINK l _Toc12904 4.2三維模型的建立 PAGEREF _Toc12904 h 33 HYPERLINK l _Toc28448 4.3重要零部件有限元分析 PAGEREF _Toc28448 h 34 HYPERLINK l _Toc31138 結(jié) 論 PAGEREF _Toc31138 h 36 HYPERLINK l _

18、Toc5709 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc5709 h 37 HYPERLINK l _Toc20774 致 謝 PAGEREF _Toc20774 h 40 第1章 緒論1.1 選題的目的意義對(duì)蘊(yùn)藏著各類珍貴金屬的礦井,礦山的開(kāi)發(fā)一般可區(qū)分為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采的二大類型。相對(duì)來(lái)說(shuō)中國(guó)露天礦開(kāi)采珍貴礦石的比例僅為百分之七十,但實(shí)際從事地下開(kāi)采的人卻比專門(mén)從事露天開(kāi)采工作的人要多的多1。這主要由于中國(guó)地下礦藏開(kāi)發(fā)的環(huán)境太過(guò)于復(fù)雜并且環(huán)境條件惡劣而多變,隱患叢生,同時(shí)地下礦藏開(kāi)發(fā)所用的工業(yè)設(shè)施數(shù)量也很多,在兩者礦業(yè)總量都相當(dāng)?shù)那闆r下,對(duì)地下礦藏儲(chǔ)量的開(kāi)發(fā)所需投入的人力和物資遠(yuǎn)大于中國(guó)露天礦

19、。對(duì)各個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)維護(hù)大自然和科學(xué)合理地使用礦物資源,是發(fā)展社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的最重要而必不可少的前提條件。由于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)達(dá),淺埋藏礦逐漸的耗盡，也就導(dǎo)致日益向深處開(kāi)發(fā),又由于人們經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，也要求更多的金屬資源,所以在露天開(kāi)采的深度變化很大甚至導(dǎo)致使地表受到了很大的毀壞或者產(chǎn)生了一定的環(huán)境損害時(shí),就需要大量使用地下開(kāi)采。因此可以預(yù)測(cè),由于金屬資源的需要未來(lái)地下開(kāi)采規(guī)模仍將逐步擴(kuò)大。就現(xiàn)在的開(kāi)采條件而言不論開(kāi)采露天礦產(chǎn)，還是開(kāi)采深埋地下的地下礦產(chǎn)資源，面對(duì)開(kāi)采礦體相對(duì)較硬的金屬礦山資源，通常都是形成松散的塊狀巖石，通過(guò)鑿巖爆破的方式，這是最為方便操作且成本較低的方法，也是使用最

20、多的方法，然后經(jīng)過(guò)裝運(yùn)作業(yè)，將形成的便于運(yùn)輸?shù)膸r石運(yùn)至下步工序的作業(yè)地點(diǎn)并進(jìn)行下一步加工利用。就裝載作業(yè)而言，它在整個(gè)礦山的全部的生產(chǎn)過(guò)程中是一項(xiàng)既繁重并且會(huì)消耗大量時(shí)間的作業(yè)工序。因此對(duì)于鏟車的作業(yè)能力，如果能將其大幅度提升，這對(duì)于提高礦山的生產(chǎn)效率，降低能源損耗方面起著至關(guān)重要的作用。輪式裝載機(jī)有著許多的型號(hào),其中ZL系列輪式裝載機(jī),也就是在各種機(jī)械里以一個(gè)最高效率工作的工程機(jī)械,而ZL系列機(jī)械也不僅擁有結(jié)構(gòu)更先進(jìn)這一顯著特點(diǎn),并且它具有十分可靠的性能,就機(jī)動(dòng)性而言相比于其他型號(hào)也強(qiáng)出許多,除此之外它還擁有操縱方便等其他優(yōu)點(diǎn)。許多的工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)中,都大量采用了ZL系列機(jī)械,例如采礦,建筑工

21、地,路面養(yǎng)護(hù),水利,大橋建設(shè),港口搬運(yùn),貨場(chǎng)搬遷,發(fā)電廠建設(shè)等所有工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)中,都可以見(jiàn)到它工作的影子,鏟車在不同工作場(chǎng)合中都進(jìn)行著工作,比如裝卸,推土,耙挖,起重,汽車牽引等等不同的作業(yè),適應(yīng)著各種的工作條件。裝載機(jī)不僅可以提高工程項(xiàng)目的建造速度,而且大量減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度,更高標(biāo)準(zhǔn)的提升了工程項(xiàng)目的整體品質(zhì),同時(shí)在降低工程成本方面也起著舉足輕重的作用,正是因?yàn)檫@些原因,不論是在國(guó)內(nèi)市場(chǎng),還是國(guó)外市場(chǎng),裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都以一種驚人的速度,高速發(fā)展著,因此裝載機(jī)才得以成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。隨著時(shí)間的更替,人類對(duì)機(jī)械的性能要求,已經(jīng)越來(lái)越呈現(xiàn)多樣化,不一而終,由于上述因素,輪式鏟車機(jī)械

22、也開(kāi)始朝著,一機(jī)多用的目標(biāo)快速推進(jìn)。這個(gè)研究方向并非完全盲目的,關(guān)鍵的工作原則是通過(guò)主機(jī)控制適合于各種操作的組合操作裝置完成。大約從八十年代,國(guó)外的研發(fā)工作者們就開(kāi)始對(duì)鏟車的液壓鏟斗機(jī)械展開(kāi)了不斷研究工作,除繼續(xù)發(fā)展鏟車的二個(gè)功能作用之外,還在朝一機(jī)多能方面繼續(xù)開(kāi)展研究,并快速發(fā)展著。作圖分析法，手工計(jì)算法，是在電腦還沒(méi)有普及的那個(gè)年代，科研人員使用最多的兩種方法，但是這兩種方法，不僅計(jì)算量巨大，會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，并且最終計(jì)算的的數(shù)值，精準(zhǔn)度往往很低。尤其是當(dāng)所工作的實(shí)際情況十分復(fù)雜時(shí),困難度將更加的巨大,所以為了解決上述問(wèn)題,本設(shè)計(jì)的前部分,主要是關(guān)于工作系統(tǒng)CAD的設(shè)計(jì),我將會(huì)經(jīng)過(guò)大

23、量查找數(shù)據(jù)、實(shí)物,然后再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的研究、設(shè)計(jì)最后所制定的工作計(jì)劃2。此外還必須考察各個(gè)工況下液壓缸力的均衡性,系統(tǒng)的穩(wěn)定性,系統(tǒng)與地基之間的附著力、滿足結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的可靠性等,并綜合運(yùn)用比較初選方法,以便于決定其技術(shù)參數(shù)。同時(shí),對(duì)于裝載機(jī)在各種情況,甚至各種復(fù)雜情況下的運(yùn)行過(guò)程中,對(duì)于某些關(guān)鍵技術(shù)參數(shù),如果能夠借助于對(duì)裝載機(jī)的機(jī)械特性計(jì)算,可以非常清晰的得出結(jié)果,這對(duì)裝載機(jī)來(lái)說(shuō)將會(huì)使其在實(shí)際運(yùn)行中效率得以最大的充分發(fā)揮。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)隨著當(dāng)前中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的調(diào)整發(fā)展,市民住房的建設(shè),重大工程的修建,道路路面的鋪設(shè),以及各項(xiàng)惠民工程項(xiàng)目的拔地而起,這些工程項(xiàng)目的實(shí)施都需要大量

24、的大型輪式機(jī)械,在西部大開(kāi)發(fā)方面需要十分突出,針對(duì)這種重大工程,輪式機(jī)械將會(huì)顯示它巨大的工作效率,不鳴則已一鳴驚人。在整個(gè)世界的市場(chǎng)而言，可以生產(chǎn)滿足作業(yè)要求的裝載機(jī)的國(guó)家和企業(yè)，其實(shí)并不多，裝載機(jī)出口這方面，有很大的市場(chǎng)前景，但是苦于我們還拿不出高端的裝載機(jī)產(chǎn)品3。 到一九九九年,從市場(chǎng)情況來(lái)看我國(guó)全行業(yè)的ZL60型裝載機(jī)一共銷約二十八臺(tái),ZL80型裝載機(jī)和ZL100型裝載機(jī),甚至連一部車也不能出售。但由于上述因素,中國(guó)大型機(jī)械仍未能走上全世界的營(yíng)銷平臺(tái)。影響我國(guó)自產(chǎn)裝載機(jī)產(chǎn)品推出市場(chǎng)的主要因素大致有以下這些,例如鏟車的研制技術(shù)水平不如世界水準(zhǔn),以及配套零件質(zhì)量跟不上標(biāo)準(zhǔn)等。以中國(guó)國(guó)內(nèi)大型輪

25、式機(jī)械的研制水平來(lái)說(shuō),配套件基本可以說(shuō)是沒(méi)有了,只剩的新研制的那些,技術(shù)水平也是大大地落后國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),而且國(guó)產(chǎn)配套件可靠性也較差,根本不適用,而且如果選用了進(jìn)口配套件,價(jià)錢(qián)也會(huì)太過(guò)高昂,不符合經(jīng)濟(jì)要求。就由于上述因素,外國(guó)幾個(gè)大輪式裝載機(jī)生產(chǎn)企業(yè),一直霸占中國(guó)的裝載機(jī)市場(chǎng),造成了大量的資金流失,扼住了我國(guó)工業(yè)建筑的命脈。就中國(guó)鏟車全產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言,尤其是對(duì)一些主要致力于鏟車生產(chǎn)和研發(fā)的大公司來(lái)說(shuō),必須緊隨發(fā)展,牢牢把握住了中國(guó)進(jìn)入WTO以后進(jìn)口配件價(jià)格下降這一千載難逢的好機(jī)會(huì),必須進(jìn)口一些鏟車比較重視的重要元器件,并且為了減少鏟車的成本,對(duì)一些落后我們技術(shù)水平還能夠研發(fā)生產(chǎn)的重要零配件,必須投入更

26、大的人力物力,進(jìn)行研究,以打開(kāi)中國(guó)市場(chǎng)零的突破,比如在變速系中的驅(qū)動(dòng)橋、在液壓件中的氣缸、閥等重要零配件,必須經(jīng)過(guò)中國(guó)科研人員的不寫(xiě)研發(fā),制造出適合中國(guó)的帶有強(qiáng)烈中國(guó)特點(diǎn)的大型多輪鏟車,向世界展現(xiàn)大國(guó)實(shí)力。只要我們的商品可以深深地根植于本土市場(chǎng)中,在競(jìng)爭(zhēng)慘烈的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)取得一席之地,也一定能打進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)。 從國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)市場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō),國(guó)產(chǎn)鏟車機(jī)械和小型多功能機(jī)械僅占據(jù)了很少的份額,而在ZL二十型以下為中小型裝載機(jī),而按照對(duì)一九九九年以來(lái)全裝載機(jī)全產(chǎn)品為主要客戶的分析,中小型裝載機(jī)僅銷售了一千五百四十六輛,對(duì)于全國(guó)的裝載機(jī)銷售市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)只能占全行業(yè)的百分之八點(diǎn)二,一個(gè)如此低占比4。 因?yàn)樵诤Ｍ鈾C(jī)

27、械方面的技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于中國(guó),這也就使得國(guó)外的中小型裝載機(jī)和中小型多功能裝載機(jī),以及在挖掘機(jī)械方面,可以說(shuō)是已經(jīng)霸占了市場(chǎng),擁有十分龐大的市場(chǎng)份額。以美國(guó)市場(chǎng)而言,其所開(kāi)發(fā)的金山貓牌小型多用途裝載機(jī),每年度的市場(chǎng)銷量份額大概在在五萬(wàn)臺(tái),而另外國(guó)內(nèi)的凱斯、卡特彼勒、等的挖掘機(jī)械和小型多用途鏟車,每年度的總售出量都能夠輕易突破百萬(wàn)。從中可以分析出世界市場(chǎng)上挖掘裝載機(jī)和小型多功能機(jī)械市場(chǎng)是多么巨大的一個(gè)蛋糕,不過(guò)值得遺憾的是在國(guó)產(chǎn)市場(chǎng)上目前這類只能說(shuō)基本上還不出現(xiàn)。小型機(jī)械市場(chǎng)特別適合于市政施工、小型城鎮(zhèn)工程、鄉(xiāng)村道路施工、多數(shù)路面的維修與保養(yǎng)、港口搬運(yùn),以及碼頭搬運(yùn)等作業(yè),此外還被廣泛應(yīng)用于對(duì)自然

28、環(huán)境的改善,植樹(shù)造林,退耕還林,移山填海,等各個(gè)領(lǐng)域。隨著中國(guó)科技經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,中國(guó)西部的工業(yè)發(fā)展,依然是必然,而發(fā)展中國(guó)西部,也離不開(kāi)工程用機(jī)械設(shè)備,而小型裝載機(jī)就是不可或缺的一環(huán),因此小型裝載機(jī)在國(guó)內(nèi)乃至海外市場(chǎng)都有著巨大的發(fā)展?jié)摿κ袌?chǎng)。這類的科學(xué)開(kāi)發(fā),在未來(lái)的開(kāi)發(fā)趨勢(shì)下必然是以靜液壓件驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ),就目前世界上現(xiàn)有的中小型裝載機(jī)而言，可以說(shuō)是全部以靜液壓驅(qū)動(dòng)。既然我國(guó)在未來(lái)發(fā)展中將這類產(chǎn)品出來(lái),而且在世界市場(chǎng)取得地位,還需要在技術(shù)領(lǐng)域有自身獨(dú)到的研究之地。 1.3 研究?jī)?nèi)容1.3.1 研究?jī)?nèi)容本工程設(shè)計(jì)主要完成了工作裝置的設(shè)計(jì)。裝載機(jī)利用工作裝置的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成挖掘和裝卸貨物的作業(yè)。鏟車的工

29、作裝置主要由動(dòng)臂、搖臂、連桿機(jī)構(gòu)和液壓控制系統(tǒng)等構(gòu)成。舉升臂與動(dòng)臂油缸的主要功用是提高鏟斗高度并使之與機(jī)架相連。在旋轉(zhuǎn)鏟斗時(shí)，轉(zhuǎn)斗油缸此時(shí)使用搖臂與連桿旋轉(zhuǎn)鏟斗。而鏟車動(dòng)臂的提高與旋轉(zhuǎn)則由液壓系統(tǒng)控制。首先通過(guò)查找資料，了解裝載機(jī)方面國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，明確整體的設(shè)計(jì)思路，了解裝載機(jī)的工作原理，根據(jù)查詢到的和已有的基本參數(shù)，對(duì)其零部件，類型，布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了更直觀觀察的所設(shè)計(jì)產(chǎn)品，用AutoCAD軟件進(jìn)行繪制零件圖，并運(yùn)用Solidwork進(jìn)行三維建模。最后檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品是否滿足工作要求，運(yùn)用ANSYS仿真軟件對(duì)裝載機(jī)的關(guān)鍵零部件進(jìn)行仿真分析，若出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)行改正使設(shè)計(jì)的裝載機(jī)工作裝置，可以正

30、常工作。1.3.2 研究方法計(jì)算法：通過(guò)數(shù)值計(jì)算確定鏟斗容積，確定工作裝置的強(qiáng)度等。信息研究法：通過(guò)查詢到的資料和在設(shè)計(jì)過(guò)程中的得到的信息進(jìn)行分析研究，明確整體設(shè)計(jì)思路，不斷完善設(shè)計(jì)。三維建模法：通過(guò)Solidwork軟件進(jìn)行三維模型的建設(shè)，繪制出裝載機(jī)工作裝置關(guān)鍵零部件的圖形。仿真分析法：運(yùn)用ANSYS仿真軟件對(duì)裝載機(jī)的關(guān)鍵零部件進(jìn)行仿真分析，用來(lái)檢查設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程是否存在問(wèn)題，若出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)行改正使設(shè)計(jì)的裝載機(jī)工作裝置，可以正常工作。1.3.3 技術(shù)路線對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的大致思路如圖1-1所示圖1-1 設(shè)計(jì)流程圖 第2章 裝載機(jī)的總體布置2.1裝載機(jī)的總體布置原則2.1.1總體布置的內(nèi)容總

31、體布置內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：1明確所有元件在整機(jī)上的位置,并對(duì)外形尺寸給出規(guī)定;2確定各部分間、配件和系統(tǒng)間的銜接方法;3估算整機(jī)重量以及重心位置,并對(duì)各部分的整體重量給出要求;4安裝各個(gè)操作機(jī)構(gòu)、機(jī)棚、駕駛室等;5審核各種運(yùn)動(dòng)件的活動(dòng)空間,消除了可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)干擾;6定出標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化的零、部件的名細(xì)表。2.1.2 總體布置的原則總體布置時(shí)要考慮以下幾條原則：1保證整機(jī)的穩(wěn)定性；2結(jié)構(gòu)緊湊、且具有較高的傳動(dòng)的效能;3易于運(yùn)行與維護(hù),運(yùn)行可靠;4外形平整美觀。2.1.3 總體布置的基準(zhǔn)選擇總體選擇中,要考慮如下一些原則選擇：1穿過(guò)后橋中心線的水準(zhǔn)面,即上、下方位的基線面；2以通過(guò)前后

32、橋中心線的垂直面,作為先、后位置的基準(zhǔn)面；3以整機(jī)的鉛垂縱向?qū)ΨQ平面,作為左右位移的基準(zhǔn)面。2.1.4 設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的整機(jī)性能 1)牽引性,是機(jī)械在不同運(yùn)行轉(zhuǎn)速下能夠產(chǎn)生的最大驅(qū)動(dòng)力的特性。它反映著設(shè)備的運(yùn)行能力和效率。牽引特性的優(yōu)劣怎么樣，主要用牽引能力和牽引效果來(lái)衡量的。它主要體現(xiàn)了鏟車通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)功率實(shí)現(xiàn)工作的合理程度,是最關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)9。 2)動(dòng)力性,是反映鏟車在行進(jìn)中,在不同檔位上工作時(shí),所產(chǎn)生的最大加速度特性,及其所能獲得的最高行走速率和最大爬坡能力等的一種特性。動(dòng)力性能的合適與否,可用動(dòng)力因數(shù)來(lái)評(píng)估。3)經(jīng)濟(jì)效益,是衡量機(jī)械在工作中能源損耗，能否符合經(jīng)濟(jì)合理的特性。它有二個(gè)技

33、術(shù)指標(biāo):一是牽引動(dòng)馬力單位時(shí)間內(nèi)平均耗能的油料克數(shù),這項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也可用于對(duì)比各類鏟車的經(jīng)濟(jì)效益的好壞,另一項(xiàng)則是在作業(yè)中運(yùn)輸每噸物資所耗能的油料,這項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也可用于計(jì)算鏟車作業(yè)過(guò)程的成本總和10。 4)穩(wěn)定性,是指裝載機(jī)在斜坡上行走時(shí)不會(huì)失去平衡力和不易傾倒的特性。它關(guān)乎著鏟車在坡道行駛的穩(wěn)定性,所以,是一種非常關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。鏟車的穩(wěn)定性可用穩(wěn)定度這一指數(shù)的大小來(lái)說(shuō)明。 5)機(jī)動(dòng)性,是指鏟車能夠在狹小區(qū)域轉(zhuǎn)彎和通過(guò)道路的性能，因此,往往用外側(cè)車輪和內(nèi)鏟斗的回轉(zhuǎn)零點(diǎn)五徑來(lái)標(biāo)識(shí)。機(jī)動(dòng)性的高低,直接影響著鏟車的運(yùn)用程度。6)作業(yè)性能,是反映鏟車使用情況好壞的綜合性能,一般以從功率到產(chǎn)量的一致程度

34、作為主要評(píng)定指標(biāo),并與整機(jī)結(jié)構(gòu)所擁有的切削力、掘起能力、鏟斗容量和體積效能,及操作設(shè)備或杠桿控制系統(tǒng)的操作轉(zhuǎn)速等因素相關(guān)。2.2 裝載機(jī)各部件的布置2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的布置發(fā)動(dòng)機(jī)通常放在鏟車后方,起著對(duì)前裝鏟斗中載荷的平衡作用,從而提高鏟車的穩(wěn)定性。它是預(yù)先選擇現(xiàn)成的,故主要尺寸都已知。通過(guò)負(fù)荷分配決定了它相比于后橋中線的前后方位，或依據(jù)同型裝載機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)布局來(lái)決定了曲軸中心點(diǎn)相比車架上線的高差11。并且它的布局還要根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)中各總成的構(gòu)造和控制系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)全方位選擇。在機(jī)器部位選定后,就可以布置變矩器和變速箱方位了,然后再?zèng)Q定傳動(dòng)軸數(shù)量。2.2.2 工作裝置布置工作裝置通常安排在

35、整車的最前部,并根據(jù)工作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)決定了主要舉升臂高度和車架上鉸點(diǎn)的設(shè)置。假如舉升臂高度不變,則鉸接點(diǎn)設(shè)置向前,雖然較大的裝卸范圍較大,但由于在鏟斗中負(fù)載作用的傾翻力矩增大,為了減少其傾翻扭矩而不降低整體承載能力,通常把鉸點(diǎn)向后設(shè)置,但最好不設(shè)置在駕駛艙二側(cè)或司機(jī)室后面,以防動(dòng)臂舉升時(shí)恰在乘員的二側(cè),降低了汽車乘員的工作穩(wěn)定性。舉升臂將落到最低高度處的鏟斗置于前輪之前,而不會(huì)與其他部件產(chǎn)生干涉12。但舉升臂的最高舉升與最低位置的角度通常在九十左右,此夾角過(guò)大,使較大裝卸間隙后的卸載時(shí)間急劇下降,而且此時(shí)工作的油缸和舉升臂鉸點(diǎn)之間的長(zhǎng)度(力臂)會(huì)大大縮短,使受力狀況更不好。2.2.3 轉(zhuǎn)向系

36、的布置及分類輪胎式鏟車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng):有偏折車前輪轉(zhuǎn)向和鉸接式轉(zhuǎn)向二種,高撓度的車輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也包括了偏前輪、偏轉(zhuǎn)后輪、偏兩輪前后三類。 (一)偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向 前輪的轉(zhuǎn)彎零點(diǎn)五徑必須等于后輪轉(zhuǎn)彎零點(diǎn)五徑,這樣一來(lái)當(dāng)前車輪能夠從車輛的內(nèi)側(cè)經(jīng)過(guò)時(shí),后輪也就必定能夠從車輛內(nèi)側(cè)經(jīng)過(guò),駕駛員就能夠使用前輪估計(jì)后輪躲避了車輛,從而能夠平安行駛。對(duì)于市面上的多數(shù)車輛,選擇的回轉(zhuǎn)方式為前輪偏轉(zhuǎn)。但針對(duì)鏟車而言,因?yàn)楣ぷ鳈C(jī)構(gòu)布置在前部,因此回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的布置,受車頭空間的影響;又由于裝載機(jī)的前輪載荷大、轉(zhuǎn)彎阻力大、所以,轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)布置到前輪上有些困難。因此只有沿用其它車型的前輪轉(zhuǎn)彎的底盤(pán)設(shè)計(jì)時(shí),才能采取偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向。(二)偏

37、轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向后輪的轉(zhuǎn)彎零點(diǎn)五徑等于前輪的轉(zhuǎn)彎零點(diǎn)五徑,當(dāng)前輪子從阻礙物的內(nèi)側(cè)經(jīng)過(guò)后,后輪就不會(huì)必然從阻礙物的內(nèi)側(cè)經(jīng)過(guò)了,這也不利于安全駕駛。在普通輪式上,不使用偏向后輪的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),但在整個(gè)車架的鏟車上,多使用偏向后輪的這種結(jié)構(gòu)13。這由于鏟車的前部車輪載荷較大,而且在前部空間高度上又不易布置轉(zhuǎn)彎,所以,多使用偏轉(zhuǎn)的后輪轉(zhuǎn)變。采用偏轉(zhuǎn)式后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí),要求司機(jī)要具有嫻熟的操縱技能。(三)偏轉(zhuǎn)肋、后輪轉(zhuǎn)向 通常使用與前、后輪之間偏轉(zhuǎn)夾角相同的結(jié)構(gòu)。全輪轉(zhuǎn)向的時(shí)候轉(zhuǎn)彎零點(diǎn)五徑較小,機(jī)動(dòng)性好;前、后輪胎的回轉(zhuǎn)零點(diǎn)五徑都一樣,后軸可以運(yùn)行到前輪的輪轍上,從而降低了后部車輪的前進(jìn)阻力。不過(guò),也因?yàn)閭鲃?dòng)車輪都

38、是轉(zhuǎn)向的車輪,而造成了結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（四）鉸接式車架采用鉸接轉(zhuǎn)向鉸接轉(zhuǎn)向的鉸銷位置有以下三種情況:1)由于鉸銷處在前后軸的中部,當(dāng)轉(zhuǎn)向時(shí),車輪軌道重疊。2)由于鉸銷位置在前后軸之間且偏前,前輪轉(zhuǎn)彎零點(diǎn)五徑高于后輪的轉(zhuǎn)彎零點(diǎn)五徑。3)由于鉸銷部位在前后軸之間且偏后,所以前輪的轉(zhuǎn)彎零點(diǎn)五徑低于后輪轉(zhuǎn)彎零點(diǎn)五徑。一般多選擇最先介紹的方法,故前輪和后輪軌跡一致,能夠降低在劣路面的行車阻力,并且前輪所經(jīng)過(guò)的狹窄區(qū)域,后輪也可以順暢經(jīng)過(guò)。整體式車架采用偏轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)向,因鏟車在重載時(shí)前橋載荷較后橋?yàn)榇?故多使用后輪轉(zhuǎn)彎。第二方法較第一種結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,特別是為了確保在前向輪與動(dòng)臂之間不產(chǎn)生干擾,所以也為總體布置方而造成

39、了一些麻煩。在布置轉(zhuǎn)彎輪胎時(shí)應(yīng)確保它與它的周邊有一定的空隙,在所有轉(zhuǎn)彎時(shí)輪胎均不能與周圍的零件相碰,特別是在最大轉(zhuǎn)角時(shí)更不得與車架相碰。轉(zhuǎn)向梯形也可以布置在橋的前方或后方。2.2.4駕駛室的布置為了讓司機(jī)在作業(yè)時(shí)的前方有好視線,整體式車架駕駛室通常是布置在車架的最前端。駕駛艙布局在前框架后端。這種布局形式的前部視野良好方便于司機(jī)鏟挖作業(yè),而后部視線則較差。在回轉(zhuǎn)時(shí)司機(jī)必須隨前框架一同回轉(zhuǎn),而鏟斗一直在駕駛者的正前面,以便于瞄準(zhǔn)原料堆和卸載的卡車14。因?yàn)轳{駛艙它在全車的較前方,所以在鋤挖時(shí)司機(jī)受的撞擊很大,易于疲勞。此外由于駕駛艙一般在前車架上,而發(fā)電機(jī)、變速器等都在后車架上,所以控制機(jī)構(gòu)通常

40、可以采用電子、氣動(dòng)或液壓操控。但目前在國(guó)內(nèi)外只有少數(shù)鏟車駕駛艙是這種布局的。2.3 裝載機(jī)的總體構(gòu)造和分類機(jī)械的總體結(jié)構(gòu):裝載機(jī)通常有用做動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī),車架,助力傳動(dòng)控制系統(tǒng),運(yùn)行控制系統(tǒng),作業(yè)裝備,液壓系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等組成,動(dòng)力源的液力變矩器首先將動(dòng)力輸送到變速器箱,再經(jīng)前驅(qū)動(dòng)器軸和后傳動(dòng)系統(tǒng)軸依次輸送到前驅(qū)動(dòng)橋,并驅(qū)使輪子轉(zhuǎn)向,而作業(yè)裝備則主要由舉升臂,鏟斗,連桿機(jī)構(gòu),舉升臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸等構(gòu)成,舉升臂一端鉸鏈于齒軌上,剩余端則與鏟斗鉸合相連15。舉升臂的起落由舉升臂油缸推動(dòng),而鏟斗的翻滾則由轉(zhuǎn)斗油缸經(jīng)過(guò)連桿機(jī)構(gòu)來(lái)完成,整個(gè)車架主要分為前后兩部分,之間用兩部分車架的鉸合連接,利用旋轉(zhuǎn)缸可

41、將左右車架的繞鉸銷都相應(yīng)地旋轉(zhuǎn),以完成整體轉(zhuǎn)動(dòng)。2.3.1 裝載機(jī)的分類（1）根據(jù)行駛裝置分:有車輪型和履帶型二類。輪胎式裝載機(jī)是由輪胎式專用底盤(pán)為基本車,以及配套的操作設(shè)備和控制系統(tǒng)所構(gòu)成。因重量輕,車速快,機(jī)械靈巧和效率高,所以他的品種和生產(chǎn)都進(jìn)展很快。履帶式裝載機(jī)是以專用的履帶車底盤(pán)及工業(yè)履帶式拖拉機(jī)為基礎(chǔ),再裝配上工作設(shè)備和控制系統(tǒng)而完成的。它接地比壓較小,機(jī)械通用性好;中心低,穩(wěn)定性好;載重大,附著特性好。所以,在傳統(tǒng)輪式機(jī)械車不適用的工作場(chǎng)所中更顯優(yōu)勢(shì)。（2）按卸料方法劃分:有前卸式,旋轉(zhuǎn)式,后卸式 前卸式鏟車的工作設(shè)備并不旋轉(zhuǎn),裝料和放料均是以整機(jī)的移動(dòng)完成,在作業(yè)流程中調(diào)車耗力

42、,但由于構(gòu)造簡(jiǎn)單,工作安全,視野較好,所以使用得最普遍。 回旋式將鏟車的舉升臂放置于轉(zhuǎn)臺(tái)上,用鏟斗從前部裝料后,再回轉(zhuǎn)至側(cè)邊卸去,安裝時(shí)不需調(diào)車或人員,作業(yè)效率較高,很適合在工廠作業(yè)。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在旋轉(zhuǎn)卸載時(shí)偏心負(fù)荷很大,整機(jī)的橫向穩(wěn)定性也較差。后卸載鏟車則是在前端裝料,將裝卸的鏟斗車從行駛室內(nèi)向后端離析,作業(yè)前不需調(diào)車作業(yè),可直接由后停在起后面的貨運(yùn)用汽車裝卸,作業(yè)效率極高。因裝卸時(shí)鏟斗穿過(guò)司機(jī)室不安全可靠,只適合礦井下狹小的區(qū)域。（3）聯(lián)接方式分為：整體式、鉸接式整體式鏟車的車架是一種整車,通過(guò)在偏轉(zhuǎn)后輪的時(shí)候產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。鉸接式裝載機(jī)的底盤(pán)主要有左右二部分構(gòu)成,之間用垂直鉸銷相互連

43、接,并利用連接兩部分車架的油缸帶動(dòng)車架繞著垂直鉸接相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或折腰回轉(zhuǎn)16。因?yàn)榍败嚰艿恼垩容^大(大約3540度),故轉(zhuǎn)彎半徑小,且可在作用半徑比較小的區(qū)域內(nèi)操作。（4）斗的額定量分：小型10t。2.3.2 裝載機(jī)的作業(yè)方式裝載機(jī),是循環(huán)工作類型的工程機(jī)械。它的一個(gè)工作周期由駛進(jìn)料堆、鏟取、后退、轉(zhuǎn)彎、駛進(jìn)卸料點(diǎn)和卸料的動(dòng)作所組成。在其中,對(duì)材料的鏟取方法以及作業(yè)的輸送車輛的配置方法,將影響產(chǎn)量的多少。1 鏟取方式:鏟車對(duì)材料的鏟取方式分為一次鏟取法和重復(fù)鏟取法二種。（1）一鏟取法:鏟斗一次性進(jìn)入原料堆,再一下收斗而充滿了鏟斗的鏟取方式。作業(yè)時(shí)鏟車在正前方進(jìn)入料堆,隨后邊進(jìn)邊下放鏟斗,在料堆前

44、一米處使鏟斗落下，并保持懸浮高度,當(dāng)斗刃能碰到料堆時(shí),通過(guò)加油門(mén)再緩慢地進(jìn)入料堆,隨后將鏟斗向前翻轉(zhuǎn),升高舉升臂到運(yùn)輸?shù)攸c(diǎn)后再倒退開(kāi)去17。該法為最簡(jiǎn)便且常用方式,也比較適合于阻力比較小的松散料堆。（2）復(fù)合鏟取法:在鏟車前進(jìn)和插入物料堆中的同時(shí),利用鏟斗和舉升臂相配合鏟取物料的方式。這種鏟取切割阻力小,易于裝滿鏟斗,有利于鏟裝切割摩擦力大的材料。2 作業(yè)配置方案:鏟車和貨運(yùn)用汽車的作業(yè)配置方案,主要根據(jù)工作場(chǎng)地的要求、運(yùn)輸車和鏟車的數(shù)量和種類。普遍采用的是“I形”、“V形”、“L形”作業(yè)方法。（1）“I”字形作業(yè)法：因?yàn)殓P車平行于同一工作面并來(lái)回地前行和倒退,所以又叫做水平穿梭式作業(yè)法。這種

45、作業(yè)方法可以降低鏟車改弦易轍的次數(shù),如果鏟車和運(yùn)送車輛搭配的好,會(huì)有較好的生產(chǎn)率。（2）“V”字形作業(yè)法:將運(yùn)送車輛與作業(yè)面呈六十度的夾角,將鏟車裝滿鏟斗后,在反車離開(kāi)作業(yè)面的過(guò)程中,并調(diào)轉(zhuǎn)駛向物料堆,以進(jìn)行下一個(gè)的作業(yè)周期。該種作業(yè)方法能夠獲得最短的作業(yè)循環(huán)時(shí)限,因而使用極為普遍。（3）“L”字形的作業(yè)方法:裝運(yùn)車垂直于操作面,當(dāng)鏟車在鏟裝貨物時(shí),倒退或傾斜約九十度,隨即繼續(xù)駛?cè)胴浳锒阎羞M(jìn)行下一鏟裝。這種作業(yè)方法在運(yùn)距較短時(shí),每一位駕駛員就可以輪換到另外二臺(tái)運(yùn)輸車上工作,可減少大量人力。該種作業(yè)方法適合廣泛的高空作業(yè)場(chǎng)所。2.4 本章小結(jié)總體本章的主要內(nèi)容為，通過(guò)查詢相關(guān)資料明確裝載機(jī)的總體

46、布置。確定了裝載機(jī)的總體布置原則，包括總體布置的內(nèi)容，總體布置的原則，總體布置的基準(zhǔn)選擇。下一步確定了各個(gè)部件在裝載機(jī)中的布置，例如發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的布置，工作裝置布置，轉(zhuǎn)向系的布置及分類，駕駛室的布置。此外明確了裝載機(jī)的總體結(jié)構(gòu)和分類，并對(duì)鏟車的作業(yè)方式做了簡(jiǎn)要介紹。第3章 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析鏟車在挖掘和裝卸貨物時(shí)的作業(yè)都是借助于工作設(shè)備的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的。鏟車的工作裝備主要由鏟斗,動(dòng)臂、搖臂、連桿機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)等所組成。鏟斗可以鏟裝物料;舉升臂與舉升臂油缸的主要功能為提高鏟斗,并使其與車架相連;而轉(zhuǎn)斗油缸則采用搖臂,連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。而舉升臂的上升與鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)則采用液壓控

47、制18。由上述部件和車架等互相鉸鏈而成的機(jī)械機(jī)構(gòu),當(dāng)鏟車工作時(shí)也必須保證:當(dāng)舉升臂因達(dá)到某個(gè)作業(yè)地點(diǎn)而不動(dòng)時(shí),在轉(zhuǎn)斗油缸的的幫助下,利用連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗圍繞著其鉸接處旋轉(zhuǎn);轉(zhuǎn)斗油缸停止工作,當(dāng)舉升臂在動(dòng)臂油缸的幫助下提高或降低鏟斗工作中,連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)能將鏟斗在上升過(guò)程中維持平動(dòng),或與地板之間的角度變動(dòng)限制在最小的區(qū)域內(nèi),從而避免了裝載物料的鏟斗因?yàn)殓P斗前傾而將物料撒落地板;而當(dāng)舉升臂下降時(shí),則自行將鏟斗放平,以降低司機(jī)的人工勞動(dòng)力度,從而增加了制造效益。3.1.1 結(jié)構(gòu)形式的選擇裝載機(jī)的工作設(shè)備的按構(gòu)造形式分為有鏟斗托架和無(wú)鏟斗托架二類。有鏟斗托架的工作設(shè)備,其舉升臂和連桿機(jī)構(gòu)的后端與車架上的支

48、座鉸接,舉升臂和連桿機(jī)構(gòu)的前部與鏟斗托架鉸接,托架上部以鉸接方式連接轉(zhuǎn)斗油缸,活塞桿以鉸接的方式連接鏟斗，托架下部連接位置方式和活塞桿一致。如果由托撐結(jié)構(gòu)、舉升臂、連桿機(jī)構(gòu)和車架支座所組成的結(jié)構(gòu)為水平四連桿機(jī)構(gòu),則當(dāng)舉升臂提起、轉(zhuǎn)斗油缸關(guān)閉后,鏟斗仍然維持平動(dòng),斗內(nèi)貨物并不撒落。而沒(méi)有此結(jié)構(gòu)的工作裝置,構(gòu)造上比較簡(jiǎn)單,但同樣,因?yàn)檗D(zhuǎn)斗油缸和鏟斗都是通過(guò)鉸接到載具上,使得鏟斗的旋轉(zhuǎn)角很大。但是,工作臂前端的更大的載具也降低了鏟斗的承載能力。按照搖臂、連桿機(jī)構(gòu)種類和鉸合方式的差異,可構(gòu)造各種各樣的連桿機(jī)構(gòu),鏟斗的鏟取力與鏟斗旋轉(zhuǎn)角度范圍的不同影響,傾斜時(shí)的回轉(zhuǎn)速度大小及其工作裝置的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)也有所不

49、同。所以,機(jī)械工具系統(tǒng)的構(gòu)造類型的選取,既要兼顧構(gòu)造設(shè)計(jì),又要兼顧作業(yè)特性與施工方法的決定。通過(guò)綜合的考量，本次選取的結(jié)構(gòu)形式，為無(wú)托架結(jié)構(gòu)。3.2 鏟斗設(shè)計(jì)3.2.1鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇鏟斗是直接用于切割、抓取、搬運(yùn)和卸出物料,而機(jī)械工作時(shí)的插入力和鏟掘力也就是利用鏟斗直接實(shí)現(xiàn)起來(lái)的,因此鏟斗的構(gòu)造形式和長(zhǎng)度直接影響鏟車的作業(yè)效果和工作安全性,從而降低切削阻力和提升作業(yè)效能是現(xiàn)代鏟斗設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。鏟斗主要是在嚴(yán)酷的自然環(huán)境下工作受到巨大的沖擊負(fù)荷和嚴(yán)重的機(jī)械損壞,所以需要鏟斗具備足夠的抗拉強(qiáng)度和剛性,并且一定要耐磨19。按照所裝運(yùn)材料的容重,將鏟斗制成了三個(gè)類別:普通斗容的鏟斗,用于裝運(yùn)容重

50、為1.41.6噸/立方米左右的基本材料(如砂、碎塊、疏松黏土等),提高斗容的鏟斗,斗容往往為通常斗容的1.41.6倍,用來(lái)采掘容重1.0噸/立方米左右的材料(如煤、渣等);縮小了斗容的普通鏟斗,斗容往往是通常的0.60.8倍,通常用于裝運(yùn)斗容較重大于二噸/立方米的物資(如鐵礦石、巖石等)。作為土方工程設(shè)備的鏟車,由于作業(yè)范圍比較廣泛,所以通常使用了常規(guī)斗容的普通鏟斗,一般滿足鏟裝各種物資的要求。鏟斗切割刃的形式隨著鏟掘材料的類型不同而有所不同,通常包括垂直式或非直線式二類。垂直式切割刃簡(jiǎn)便并有利于地面刮平作業(yè),但切割摩擦力很大。非垂直式切割刃有V型和弧式等,市面上多數(shù)的鏟車使用的較多為V式斗刃

51、。該種切削刃由于在中心凸起,當(dāng)進(jìn)入料堆時(shí),進(jìn)入力可以集中地影響于斗刃中心組成部分,因而便于進(jìn)入料堆;對(duì)同時(shí)減小“偏載切入”也具有相當(dāng)?shù)墓π?。但鏟斗的裝滿系數(shù)要低于直線型斗刃的鏟斗。帶有斗齒的鏟斗,當(dāng)機(jī)械作業(yè)時(shí),插入力有斗齒分擔(dān),產(chǎn)生了很大的比壓,利于進(jìn)入較密實(shí)的料堆疏松材料,也利于鏟斗的進(jìn)入,在斗齒損壞時(shí)便于檢修。所以,對(duì)于主要用來(lái)鏟裝石料及較密實(shí)材料的鏟車來(lái)說(shuō),其鏟斗一般均裝有斗齒。對(duì)于進(jìn)入摩擦力較小的疏松材料及黏性物質(zhì)時(shí),其鏟斗也可以完全不裝有斗齒20。斗齒的形式及其對(duì)切割壓力的作用:對(duì)稱性齒型的切割壓力比不對(duì)稱性的要大;長(zhǎng)而窄的牙齒比寬而短的切割壓力小。圓弧型側(cè)刃的插入阻力較直線式側(cè)刃為

52、小,而且由于圓弧式側(cè)刃易于向二邊泄漏材料,因此不利于在鏟斗的時(shí)候裝滿但適用于鏟裝石料。對(duì)主要用作砌筑土方的鏟車來(lái)說(shuō),在產(chǎn)品設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)要充分考慮到斗體的流動(dòng)性,以降低材料在斗體內(nèi)的位移或翻滾壓力,并且也要便于在鏟裝時(shí)粘性材料還是具有較好的倒空性。 圖3-1 鏟斗插入阻力與深度的 鏟斗底板的弧度愈大,鏟掘材料時(shí)泥漿的效率就愈好,而相對(duì)于流動(dòng)性不好的石頭等,則可使上底拉長(zhǎng)而弧度變小,使鏟斗的容量增加,更易于鏟取材料。但如果上底過(guò)長(zhǎng),則鏟斗的鏟起能力減小,且鏟斗對(duì)插入材料堆的進(jìn)入阻力和刃口的進(jìn)入深度也呈一定比率的急劇上升,如圖3-1所示。反之,如上底較短,不但鏟斗的鏟起重力大,并且在裝卸時(shí),斗刃口的下

53、降高度小,也較容易把貨物卸凈。所以,鏟斗轉(zhuǎn)鉸銷的部位以靠近刃口處為好。3.2.2鏟斗基本參數(shù)確定鏟斗寬度應(yīng)超過(guò)一般裝載機(jī)車輪長(zhǎng)度，每側(cè)為毫米，以利于保持車輪側(cè)壁安全可靠,并降低行駛阻力。在設(shè)計(jì)鏟斗各組成部分長(zhǎng)度時(shí),通常將鏟斗的最大回轉(zhuǎn)半徑作為基本參數(shù)（圖3-2）。它影響鏟斗前壁的長(zhǎng)短,前壁長(zhǎng)的鏟斗一般要求插進(jìn)深大,插力大,且卸載后所占用的高度空隙大,從而影響鏟斗鏟取力和斗容的多少21。 圖3-2 鏟斗基本參數(shù)圖 (3-1)式中 ： 幾何容量，由設(shè)計(jì)要求給出(m)； 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度(米)； 鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù)，通常1.41.5； 后斗壁長(zhǎng)度系數(shù)，通常1.11.2； 擋板高度系數(shù)，通常0.120.14

54、； 指斗底和后斗壁垂直間的圓零點(diǎn)五徑系數(shù)，通常0.350.40； 擋板與后斗壁間的夾角，通常510； 指斗底和后斗壁間的角度，通常4852， (有推薦55-65)。由計(jì)算得： mm選取 mm斗底長(zhǎng)度是指從鏟斗切割刃至斗底和后斗壁交點(diǎn)的間距： =1528mm (3-2)后斗壁長(zhǎng)是指后斗壁邊緣到與底相交點(diǎn)的距離： (3-3) 擋板高度： (3-4)鏟斗圓弧半徑： mm (3-5)鏟斗與動(dòng)臂鉸銷距斗底的高度： (3-6)鏟斗一側(cè)的切割刃，相應(yīng)于斗底的傾角。在選擇時(shí)，與擋板的角度為九十度22。3.2.3 斗容的計(jì)算鏟斗的大致容積，可通過(guò)鏟斗的不同尺寸判斷。1幾何斗容(平裝斗容) 鏟斗平裝的斗容計(jì)算如下

55、：對(duì)于裝有擋板的鏟斗： m (3-7)式中： 鏟斗橫斷面面積，如圖中顯示面積（米）經(jīng)計(jì)算算得為0.38m鏟斗內(nèi)壁寬(米)，1.93m擋板高度(米)；1.43m斗刃刃口與擋板h中間的一段距離(m)。0.9m2額定斗容(堆裝斗容) 鏟斗堆裝的額定斗容是指斗內(nèi)堆裝物料的四面斜度比均為1:2，此時(shí)額定鏟斗容積可由下式定義。對(duì)于裝有擋板的鏟斗： m (3-8) 式中： c物料堆積高度(米)。材料堆高c,可由以下作圖法則確定:首先通過(guò)科堆斜度角可得到料堆尖端的點(diǎn)M,然后再將M點(diǎn)畫(huà)作垂直曲線MN與CD相垂直,并使MN垂線水平方向延伸,至斗刃刃口處與擋板最下端中間的連接交線處,其交線至料堆尖端中間的一段距離,

56、即為材料堆高c,如圖所示3-323。 圖3-3 鏟斗斗容 3.3 工作機(jī)構(gòu)以及連桿裝置的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)3.3.1轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)這種機(jī)構(gòu)有兩大優(yōu)點(diǎn)：（1）在轉(zhuǎn)斗油缸的工作腔內(nèi)進(jìn)油同時(shí)轉(zhuǎn)斗,并且連桿機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的倍力系數(shù)也能設(shè)定為最大數(shù)值。所以能夠得到非常大的鏟取能力；（2）通過(guò)合理地選用各種構(gòu)件尺寸,不但能夠獲得優(yōu)異的鏟斗水平運(yùn)動(dòng)特性,同時(shí)還能夠做到將鏟斗自行放平。這是其它工作組織所望塵莫及的。 另外,結(jié)構(gòu)非常緊密、前懸空間小,且駕駛員視線好也是這個(gè)機(jī)構(gòu)的明顯優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn)為搖臂和連桿機(jī)構(gòu)都布置在鏟斗和前橋中間的狹窄部位,易于引起構(gòu)件交叉干擾,因此設(shè)計(jì)時(shí)需要格外細(xì)心24。3.3.2工作裝置結(jié)構(gòu)

57、設(shè)計(jì)按照鏟車的工作用途、作業(yè)條件和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及所制定的主要技術(shù)作業(yè)任務(wù)書(shū)的規(guī)定條件,在確定了作業(yè)裝置結(jié)構(gòu)類型之后,即可開(kāi)始進(jìn)行作業(yè)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。工作機(jī)構(gòu)的基本給結(jié)構(gòu)如圖所示。鏟斗1、動(dòng)臂2、連桿機(jī)構(gòu)3、搖臂4、轉(zhuǎn)斗油缸5、舉臂(舉升)油缸等組成如圖3-4所示。整個(gè)工作機(jī)構(gòu)都鉸接于車架上。 圖3-4 裝載機(jī)工作裝置圖3.3.3裝載工作對(duì)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求（一）輪胎式鏟車工作過(guò)程輪胎式裝載機(jī),是一種將裝運(yùn)卸等作業(yè)過(guò)程聯(lián)合一體的能自動(dòng)完成部分作業(yè)的機(jī)器,它的工作流程主要由以下五個(gè)基本工作狀態(tài)以及工況構(gòu)成：1）工況I插入狀態(tài)動(dòng)臂向下移動(dòng),將鏟斗放置于地面,斗尖觸地,鏟斗內(nèi)部?jī)?nèi)形成對(duì)地成3至5

58、前傾角;開(kāi)動(dòng)后鏟車鏟斗利用機(jī)器的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)入原料堆。2) 工況 = 2 * ROMAN II鏟裝狀態(tài)工況I后,旋轉(zhuǎn)鏟斗,以鏟取物料,待鏟斗口傾斜至接近水平即可。3)工況 = 3 * ROMAN III重載運(yùn)輸狀態(tài)將動(dòng)臂向上抬舉時(shí)，將待工作II的鏟斗上升至合適部位(以斗底離地的高程不低于最小容許間距為準(zhǔn)),隨后開(kāi)動(dòng)鏟車,將鏟車駛向卸載地點(diǎn)。4)工況 = 4 * ROMAN IV卸載狀態(tài)在裝卸點(diǎn),舉升動(dòng)臂使鏟斗至裝卸地點(diǎn);同時(shí)傾翻鏟斗,并向運(yùn)送車輛及固定料倉(cāng)卸載;卸畢,將動(dòng)臂放回地面,使鏟斗回復(fù)到正常運(yùn)輸狀態(tài)。5)工況 = 5 * ROMAN V空載運(yùn)輸狀態(tài)裝卸完畢后,鏟車從卸載站空載回到原安裝地點(diǎn)

59、。在露天礦的工地,通常輪胎式鏟車要向載重汽車卸裁,因?yàn)榘惭b地點(diǎn)與拆卸點(diǎn)相距很近,且裝卸距離也很高,故通常稱為“定點(diǎn)高位卸載”25。地下采礦時(shí)所用的輪胎式機(jī)械習(xí)俗上稱為“井底鏟運(yùn)機(jī)”。目前,鏟運(yùn)機(jī)多向溜井或礦倉(cāng)裝卸,輸送距離一般較長(zhǎng),裝卸位置也較低,故通常被稱之為“動(dòng)點(diǎn)低位卸載”。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：1）固定動(dòng)臂的直徑、形式和與車架的鉸接部位。2）確定舉升臂油缸的鉸接方式和舉升臂油缸的行程。3）連桿組織(動(dòng)臂、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂和連桿組成)4）工作設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須符合下列規(guī)定：（1） 必須確保符合在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中所規(guī)定的最大使用效能和最高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指數(shù)的條件,如最大裝卸寬度、最大裝卸間距等,

60、在所有情況下都能卸凈物料并考慮可換的工作設(shè)備。（2）確保作業(yè)流程中任何結(jié)構(gòu)不與其它結(jié)構(gòu)干擾。工作裝置的架構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題,由于組成工作裝置的各個(gè)基本結(jié)構(gòu)尺寸在幾位置的相互作用和影響,可變化性很大。對(duì)于選定的構(gòu)造型式,在符合上述要求時(shí)可選擇不同的結(jié)構(gòu)尺度和鉸合點(diǎn)位置。經(jīng)過(guò)各種方法的對(duì)比,選擇最佳結(jié)構(gòu)的尺度和鉸合點(diǎn)位置,使所設(shè)計(jì)的工作設(shè)備不但符合使用條件,同時(shí)具備較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。目前,已在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)管理工作中,大量借鑒了相似的樣機(jī)構(gòu)造,并實(shí)行了對(duì)比法產(chǎn)品設(shè)計(jì)。下文將以連桿式的工作裝置為例,來(lái)加以剖析。3.3.4機(jī)構(gòu)分析反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)制由轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和可活動(dòng)的臂的舉升機(jī)構(gòu)組成轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)油缸C