裝載機(jī)工作裝置中圓木叉的設(shè)計(jì)

裝載機(jī)工作裝置中圓木叉的設(shè)計(jì)

1時(shí)的掘起力在優(yōu)化安裝的工作設(shè)備時(shí)，只考慮了臂的最低位置，即跨度之前的傾斜力，因?yàn)榫牡装迨怯糜谇謇砩鷳B(tài)土壤或其他相對堅(jiān)硬材料的能力，而不是克服材料的阻力，而是研究其他位置。本文將研究鏟斗在全部翻轉(zhuǎn)范圍內(nèi),也就是轉(zhuǎn)斗油缸從最短變到最長時(shí),工作裝置對物料阻力的克服能力,稱它為轉(zhuǎn)斗掘起能力。2轉(zhuǎn)斗油缸的組成前車架、動(dòng)臂、搖臂、連桿、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸組成反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu),加上動(dòng)臂舉升油缸就是裝載機(jī)的工作裝置組成。為計(jì)算方便,將各桿件的計(jì)算尺寸用代號(hào)表示如下:圖1所示動(dòng)臂中,A1代表A點(diǎn)與C點(diǎn)的連線長;A2代表B點(diǎn)與C點(diǎn)的連線長;A3代表A點(diǎn)與B點(diǎn)的連線長;A4代表A點(diǎn)與D點(diǎn)的連線長;D1代表A1、A2的夾角;D2代表A1、A3的夾角;D3代表A3、A2的夾角,D4代表A4、A3的夾角。搖臂中,A5代表E點(diǎn)與C點(diǎn)的連線長;A6代表C點(diǎn)與F點(diǎn)的連線長;D5代表A5、A6的夾角。動(dòng)臂舉升油缸中,LY代表D點(diǎn)與I點(diǎn)的連線長。轉(zhuǎn)斗油缸中,LX代表G點(diǎn)與E點(diǎn)的連線長。連桿中,A7代表F點(diǎn)與H點(diǎn)的連線長。鏟斗中,A8代表B點(diǎn)與H點(diǎn)的連線長;J點(diǎn)代表物料重心點(diǎn),W1代表不計(jì)鏟斗自重時(shí)能掘起的物料重量,A9代表J點(diǎn)與B點(diǎn)的連線長。K點(diǎn)代表鏟斗自重重心點(diǎn),W2代表鏟斗自重,A12代表K點(diǎn)與B點(diǎn)的連線長;D6代表A8、A9的夾角;DD代表A8與垂直線的夾角;D9代表A8、A12的夾角;在任何位置W1、W2都是垂直向下。前車架中,A10代表A點(diǎn)與G點(diǎn)的連線長;A11代表A點(diǎn)與I點(diǎn)的連線長;D8代表A10與水平線的夾角;D7代表A11與垂直線的夾角。2w計(jì)算公式在六經(jīng)設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)2.1垂線的組成同型線圖2所示狀態(tài),L1、L2分別代表點(diǎn)C向LX和A7所做的垂線,L3、L4分別代表B點(diǎn)向W1和A7所做的垂線,L5代表B點(diǎn)向W2所做的垂線。3.2工作裝置總有效率在圖1、圖2中,A1~A12、D1~D9都是由工作裝置優(yōu)化得到的數(shù)值,為已知數(shù),準(zhǔn)為轉(zhuǎn)斗油缸缸徑,P為工作裝置液壓系統(tǒng)壓力,η為工作裝置總效率。在式(1)~式(24)中,只有LX和LY是變數(shù),賦給LX、LY不同的值,就可以求出一系列W值,通過數(shù)值就可以看出動(dòng)臂在該位置時(shí),工作裝置的掘起能力。3.3a點(diǎn)的水平線以上圖1中當(dāng)D點(diǎn)在A3線以上、I點(diǎn)在過A點(diǎn)的垂直線左側(cè)時(shí),式(2)變?yōu)镈X=D10-D4+D7;當(dāng)G點(diǎn)在過A點(diǎn)的水平線以上時(shí),式(3)變?yōu)镈13=90-D2-DX-D8,當(dāng)這三點(diǎn)在相應(yīng)的線上時(shí),D4、D7、D8為零。計(jì)算時(shí),可根據(jù)式(1)~式(24)編寫計(jì)算程序,也可以采用Excel表格計(jì)算,而計(jì)算結(jié)果可以用坐標(biāo)曲線表示,也可以用表格形式間斷地列出計(jì)算的W數(shù)值,來看不同位置的掘起能力。4計(jì)算4.1ly最大時(shí)lx最大時(shí)針對5t級(jí)產(chǎn)品ZL650,計(jì)算得到的5組W值如表1所示。表格中的數(shù)值是將動(dòng)臂從最低位舉升到最高位,即將LY均分5個(gè)位置,每個(gè)位置中,LX從最短變到最長,又分16個(gè)點(diǎn)來計(jì)算所得的數(shù)據(jù),第5組中負(fù)值,原因是LY最大時(shí),W線已經(jīng)過了動(dòng)臂與鏟斗鉸接點(diǎn)B,轉(zhuǎn)斗油缸由受壓變?yōu)槭芾瓲顟B(tài),數(shù)值已經(jīng)沒有意義;第4組中第1個(gè)數(shù)、第5組中前4個(gè)數(shù),在實(shí)際中由于卸料限位塊存在,轉(zhuǎn)斗油缸縮不到這個(gè)位置,因此沒有數(shù)值。4.2工作裝置的傳動(dòng)角從表中數(shù)據(jù)看,工作裝置轉(zhuǎn)斗掘起能力在LX最小時(shí),或者說在全卸料位置時(shí)是很小的,這對于裝鏟斗的工作裝置沒有影響,因?yàn)榇宋恢脽o法存料,只是鏟斗自身的重量,轉(zhuǎn)斗油缸的推力只是用來拉起空斗,由于此原因,工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)者為了照顧其它位置參數(shù),通常都將此位置的傳動(dòng)角定得比較小。5應(yīng)用5.1采用上、叉保護(hù)材料計(jì)算圓木屑變形產(chǎn)品的分解能力5.1.1轉(zhuǎn)斗油缸不動(dòng)在眾多的裝載機(jī)變形裝置中,有一種是將圓木叉取代鏟斗,用來在木材場裝卸或者轉(zhuǎn)運(yùn)圓木的叉式裝載機(jī),簡稱夾木機(jī),這種裝置有上叉保護(hù),在全卸料位置,只要不將上叉張開,就不會(huì)自動(dòng)卸料。工況一:在圖3所示的卸車作業(yè)中,為防止圓木滾下來,車箱的擋板不能打開,當(dāng)圓木叉抓好料后,動(dòng)臂已經(jīng)舉升到最高,此時(shí)若將裝載機(jī)后退,必然將車箱的擋板碰壞,必須先將圓木叉上翻,裝載機(jī)才能后退。工況二:圖4所示,要跨過前兩根木頭,抓取第三根木頭,抓取木料后,如果轉(zhuǎn)斗油缸不動(dòng)而提升動(dòng)臂,由此時(shí)連桿機(jī)構(gòu)的位置決定,圓木叉是向下翻的,當(dāng)翻到一定的位置(限位塊接觸后動(dòng)臂)就提不動(dòng)了,因此也必須先收起叉頭再提升動(dòng)臂。有部分用戶購到夾木機(jī)后在上述兩種工況下無法工作,嚴(yán)重時(shí)還發(fā)生了退車的情況,造成很嚴(yán)重的影響,解決方法如下:先來看如果圓木叉采用和鏟斗一樣的DD、A8,將動(dòng)臂從最低位舉升到最高位平均分為5個(gè)位置,每個(gè)位置中,轉(zhuǎn)斗油缸從最短變到最長分10個(gè)點(diǎn)來計(jì)算得到表2的數(shù)值,從中可以看出第3列的第1個(gè)數(shù)3.4和第5列的第4個(gè)數(shù)3.3是比較小的。在實(shí)際使用中,鏟斗和變形裝置都是互換使用的,如圓木叉的用戶在不做木料裝卸時(shí),拆下叉,換上鏟斗就可以做土方工程,為了最大程度地滿足制造廠家組織生產(chǎn)和用戶互換方便,應(yīng)保持工作裝置中的動(dòng)臂、搖臂、拉桿和油缸不變,要改變?nèi)读衔恢玫木蚱鹉芰?首先從圖5所示的叉頭本身解決,而叉頭與機(jī)構(gòu)相關(guān)的參數(shù)只有DD和A8兩個(gè),第一是將DD增大時(shí),會(huì)使全卸料位置時(shí)L4減小,盡管隨LX的增大,L4在一定范圍內(nèi)也增大,可同時(shí)L3也是增大,因此結(jié)果W是增大的,這種方法的缺點(diǎn)是最高位置時(shí)卸料角增大;第二是將A8增大,全卸料位置時(shí),W是增大的,缺點(diǎn)是:最高位置時(shí)卸料角變小。兩種方法都會(huì)使最低位的收起角度減小,由于圓木叉上部較高,叉收起時(shí)存在與搖臂干涉的情況,收起角度就不能設(shè)計(jì)得太大,同時(shí)因?yàn)橛猩喜姹Ｗo(hù),不會(huì)像鏟斗那樣存在裝不滿和舉升過程中撒料的問題,因此在一定范圍內(nèi)增大DD和A8不會(huì)構(gòu)成機(jī)構(gòu)缺陷。5.1.2調(diào)高系統(tǒng)壓力從以上計(jì)算可以看出,從圓木叉本身調(diào)整可以得到較為顯著的效果,但是對那些要求翻起5t的用戶仍是不夠的,還必須采用適當(dāng)增加轉(zhuǎn)斗油缸直徑或適當(dāng)調(diào)高系統(tǒng)壓力,也就是在式(16)中增大D和P來增大F的方法來達(dá)到目的,這樣也不會(huì)影響與鏟斗的互換性。對于某些特殊的工作裝置,設(shè)計(jì)者所定的各桿件的數(shù)值計(jì)算出的L3特別小,即使調(diào)整DD、A8、D、P都滿足不了使用要求,這種情況就必須減小A6、增大A7和D5可以使圖3、圖4所示位置的L3增大、L2減小,將會(huì)顯著地增大W,能夠徹底解決翻不起來的問題。5.2采用平鉆準(zhǔn)備能力計(jì)算平鉆的性能5.2.1挖掘起能力分析在大理石開采場,開采好的大理石塊需要裝車運(yùn)走或者移到開采現(xiàn)場外碼垛待運(yùn),大理石加工廠則是需要將大理石塊從車上卸下或是裝到加工設(shè)備上,都需要一種能承受大載荷的大理石平叉來完成這些工作,由于工況比較惡劣以及叉車的越野性能太差,用戶都不選用叉車,而是用裝載機(jī)把鏟斗卸下,裝上平叉,圖6所示,這種平叉的使用情況就和鏟斗不相同了,用鏟斗鏟裝物料時(shí),只是鏟斗地面位置且斗底平行地面時(shí)需要的掘起力最大,向上只是用來克服鏟斗自重及鏟斗所裝的物料就行,所需的掘起能力就小了,而大理石平叉從鏟裝石塊到收起,都需要較大的掘起能力。表4是大理石平叉從平放地面到完全收起時(shí),離叉尖400mm處、分10點(diǎn)計(jì)算的數(shù)值,第1組(橫向)10個(gè)數(shù)是未改DD和A8的計(jì)算值,第2組是將A8增加50mm得到的值,第3組是將A8增加100mm得到的值,以上計(jì)算都是工作裝置在舉升全過程不會(huì)自動(dòng)卸料為前提的。5.2.2關(guān)鍵因素對所投未干性能的影響第8個(gè)數(shù)開始數(shù)值也有所了A8增加100mm比增加50mm所得到的掘起能力大,實(shí)際情況是收斗角度小,從表4看,第8個(gè)數(shù)開始數(shù)值也變得較小了,也就是說,大理石平叉裝料后的收起角度不必要做得太大,原因就是機(jī)構(gòu)的收起力變小后,掘起能力不夠了,也就收不動(dòng)了,還不如像第三組數(shù)那樣,多增加些A8,得到較大的掘起能力,減小些收斗角用來增加卸料角。6轉(zhuǎn)斗掘起能力研究工作裝置轉(zhuǎn)斗掘起能力,設(shè)計(jì)圓木叉和大理石平叉時(shí),在其它性能滿足使用要求的情況下,為保證最大的互換性,只需將機(jī)具本身的DD、A8調(diào)整,就可使裝圓木叉的工作裝置轉(zhuǎn)