畢業(yè)設(shè)計(jì)資料 第二章

南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文PAGE12-第二章裝載機(jī)工作裝置簡介2.1裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)2.1.1工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置工作裝置是裝載機(jī)的重要組成部分。裝載機(jī)的鏟裝、翻斗、提升以及卸料都是通過工作裝置的有關(guān)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。在一般情況下，裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗、動(dòng)臂、動(dòng)臂后座、叉子掛接框以及轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸等組成。鏟斗是裝載物料的容器，具有兩個(gè)鉸點(diǎn)，一個(gè)與動(dòng)臂鉸接，另一個(gè)通過叉子掛接框而與轉(zhuǎn)斗油缸連接，操縱轉(zhuǎn)斗油缸即可使鏟斗翻轉(zhuǎn)或卸料。動(dòng)臂與車架鉸接，操縱動(dòng)臂油缸即可舉升或降落動(dòng)臂和鏟斗。2.1.2TZ08D型前裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡況及設(shè)計(jì)參數(shù)按行走裝置的不同，裝載機(jī)分為輪胎式和履帶式兩種。

輪胎式裝載機(jī)由動(dòng)力裝置、車架、行走裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作圖2-1TZ08D裝載機(jī)工作裝置實(shí)體圖裝置等組成。輪胎式裝載機(jī)采用柴油機(jī)為動(dòng)力裝置，液力變矩、動(dòng)力換檔變速箱、雙橋驅(qū)動(dòng)等組成的液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)（小型輪胎式裝載機(jī)有的采用液壓傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng)），液壓操縱，鉸接式車架轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)桿機(jī)構(gòu)的工作裝置。如圖2-1所示，工作裝置由鏟斗、叉子掛接框、動(dòng)臂、橫梁、支撐桿、拉桿、動(dòng)臂后座等組成。各構(gòu)件之間由銷軸聯(lián)接，有相對轉(zhuǎn)動(dòng)。在計(jì)算時(shí)，可以將其視為一體。在用PRO/E對其做有限元靜力分析中，認(rèn)為工作裝置各鉸接處沒有相對轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂是工作裝置的主要受力部件，其截面形狀為矩形；又因其長、寬方向遠(yuǎn)大于厚度方向，故可以用板殼元對動(dòng)臂進(jìn)行離散。橫梁也為矩形管。東北后座和叉子掛接框是焊接結(jié)構(gòu)，其焊接板的截面均為矩形?？紤]各構(gòu)件的厚度遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向的厚度，可以認(rèn)為均為板類零件.圖2-2TZ08D型裝載機(jī)外形圖操作重量：17.5t額定功率：158Kw額定載荷：5tTZ08D型裝載機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)由廠方提供，具體見表2-1所示。表2-1TZ08D型裝載機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)TZ08D裝載機(jī)配套拖拉機(jī)最高位置鏟斗銷高度(mm)最大卸載高度(mm)卸載距離(mm)卸料角度(°)FT604/704ACDEFT604/70431002300114045TZ08D裝載機(jī)鏟斗到前輪中心距離(mm)掘起角(°)挖掘深度（mm）斗寬（mm）斗容（m3）FGH23203414016520.432.2液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算(1)根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選擇液壓缸的類型，這里選擇雙作用單活塞桿液壓缸。根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選擇安裝方式，這里選擇頭部耳環(huán)型安裝方式；(2)根據(jù)主機(jī)的動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力、速度、作用時(shí)間、內(nèi)徑、行程及活塞缸直徑等；(3)根據(jù)選定的工作壓力和材料進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如缸體壁厚、缸蓋結(jié)構(gòu)、密封形式、排氣與緩沖等；(4)液壓缸性能的驗(yàn)算。2.2.1液壓缸主要尺寸的計(jì)算液壓缸的主要幾何尺寸，包括液壓缸的內(nèi)徑，活塞缸直徑和液壓缸的行程等液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算工程上，計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑通常有兩種方法：根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計(jì)算液壓缸內(nèi)徑計(jì)算公式可由式導(dǎo)出：AL=3.57x10-2x公式（2-1）式中AL——液壓缸內(nèi)徑mF——液壓缸推力KNP——選定的工作壓力Mpa對動(dòng)臂進(jìn)行受力分析得F=49850NP=16Mpa由公式（2-1）得AL=3.57x10-2x=63mm方法二略活塞桿直徑的計(jì)算活塞桿直徑的計(jì)算通常也有兩種方法;根據(jù)速度比要求來計(jì)算活塞桿直徑MM=AL公式（2-2）式中MM——活塞桿直徑AL——液壓缸直徑——速度比=公式（2-3）式中V2——活塞桿的縮入速度V1——活塞桿的伸出速度液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25、1.5幾種，這里選擇=1.46所以有公式（2-2）計(jì)算得到MM=35mm液壓缸行程的確定液壓缸行程主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定，但為了簡化工藝和降低成本應(yīng)盡量采用GB2349-80中給出的標(biāo)準(zhǔn)系列值。這里動(dòng)臂油缸行程選擇610mm翻斗油缸行程選擇2102.2.2液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算F1=P1A1式中F1——液壓推力KNP1——工作壓力MpaA1——活塞的面積A1=公式（2-5）式中——活塞的直徑由公式（2-4）計(jì)算得到F1=4.99x104NF2=P2A2x103式中F2——液壓缸拉力KNP2——工作壓力MpaA2——活塞有腔作用的面積A2=）公式（2-7）式中——活塞的直徑MM——活塞桿直徑由公式（2-7）計(jì)算得到A2=2154由公式（2-6）計(jì)算得到F2=3.45x104由以上分析計(jì)算選擇翻斗油缸HSGL01-63/35動(dòng)臂油缸HSGL01-63/352.3工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)由裝載機(jī)工作裝置的自由度分析可知，工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)均為封閉運(yùn)動(dòng)鏈的單自由度的平面低副運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其桿件數(shù)目應(yīng)為4,6,8,10等等。對裝載機(jī)工作裝置而言，盡管桿件數(shù)目越多越能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但同時(shí)鉸接點(diǎn)的數(shù)目亦隨之增加，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越難在動(dòng)臂上進(jìn)行布置。因此，裝載機(jī)工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)多為八桿以下機(jī)構(gòu)。這樣按組成工作裝置連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)不同，裝載機(jī)工作裝置可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿機(jī)構(gòu);按輸入與輸出桿轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相同，反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相反。由于TZ08D裝載機(jī)使用的是正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)，所以這里只介紹正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)最為簡單，易設(shè)計(jì)成鏟斗舉升平動(dòng)，前懸較小。缺點(diǎn)是鏟掘轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔作用，輸出力小，連桿機(jī)構(gòu)的傳力比難以設(shè)計(jì)成較大值，所有鏟掘力相對較小，轉(zhuǎn)斗缸行程大，油缸結(jié)構(gòu)較長，鏟斗卸載時(shí)，活塞桿易于鏟斗底部相碰，減小了卸料角:機(jī)構(gòu)不易實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)平放。2.4裝載機(jī)工作裝置的基本概念(1)掘起力掘起力是指具有標(biāo)準(zhǔn)適用重量的裝載機(jī)停放在堅(jiān)硬的水平面上，鏟斗斗刃底部平行于地面，且在地面上下偏差不超過25cm的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)斗或升臂時(shí)，后輪不準(zhǔn)離地或即將離地。這時(shí)工作裝置所產(chǎn)生的作用在鏟斗斗刃后10cm處的最大垂直向上的力。(2)傳力比裝載機(jī)工作裝置的傳力比分為連桿機(jī)構(gòu)的傳力比和舉升機(jī)構(gòu)的傳力比兩大類。連桿機(jī)構(gòu)的傳力比是指單位轉(zhuǎn)斗缸力所獲得的鏟斗掘起力;舉升機(jī)構(gòu)的傳力比是指單位動(dòng)臂舉升缸力所獲得的鏟斗掘起力。顯然，傳力比越大，工作裝置的鏟掘性能越好。(3)鏟斗自動(dòng)放平鏟斗自動(dòng)放平是指鏟斗在某一常用位置(通常是動(dòng)臂上限位置)卸料后，轉(zhuǎn)斗缸閉鎖不做收斗行程，當(dāng)動(dòng)臂舉升缸下放動(dòng)臂至地面位置時(shí)，由連桿機(jī)構(gòu)自身運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放平，鏟斗進(jìn)入下次插入狀態(tài)。鏟斗自動(dòng)放平并不是絕對的，它只能保證機(jī)構(gòu)在某一個(gè)位置卸料后實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平，其他位置則無此特性。要保證機(jī)構(gòu)的每個(gè)位置卸料后均能實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)放平，必須增設(shè)自動(dòng)放平裝置。這里所指的鏟斗自動(dòng)放平是利用工作裝置機(jī)構(gòu)本身特性實(shí)現(xiàn)常用卸料位置的放平。(4)鏟斗靠擋塊通?？梢园l(fā)現(xiàn)，有的裝載機(jī)在運(yùn)輸物料過程中，鏟斗會(huì)繞動(dòng)臂下鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，即發(fā)生“點(diǎn)頭”現(xiàn)象。尤其是當(dāng)車體碰到障礙物或緊急制動(dòng)時(shí)，“點(diǎn)頭”現(xiàn)象更加顯著，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞連桿、油缸等一些薄弱桿件。因此，必須提出解決辦法，要消除鏟斗在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的“點(diǎn)頭”現(xiàn)象，必須保證鏟斗緊靠動(dòng)臂。這就是所謂的鏟斗靠擋塊，他通常是通過鏟斗與動(dòng)臂的強(qiáng)制干涉來實(shí)現(xiàn)的。2.5裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求2.5.1裝載機(jī)典型作業(yè)工況及其描述工作裝置的作業(yè)過程通常由以下5種典型工況組成，如圖2-3(1)地面插入工況I動(dòng)臂下放至下限位置，鏟斗插入地面，斗尖觸地，開動(dòng)裝載機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。此時(shí)，UG=UG4,U=Ui=-5°～0°(通常取其上限值)。(2)下限收斗工況II完成工況I以后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，鏟取物料，操作轉(zhuǎn)斗缸實(shí)現(xiàn)收斗作業(yè)過程。UG=UG4,U=U2=40°～45°(一般由用戶確定)。(3)重載運(yùn)輸工況III轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，舉升動(dòng)臂，將工況II的鏟斗升高到適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸位置(以斗底離地的高度小于最小允許距離為準(zhǔn))，然后驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)，載重駛向卸料點(diǎn)。UG=UG7,U=U運(yùn)輸。(4)上限舉升工況IV保持轉(zhuǎn)斗缸長度不便，操作舉升缸，將動(dòng)臂升至上限位置。此時(shí)，UG=UG6,U=U上收。圖2-3裝載機(jī)工作裝置典型作業(yè)工況=1\*ROMANI-地面插入工況=2\*ROMANII-下限收斗工況=3\*ROMANIII-重載運(yùn)輸工況=4\*ROMANIV-上限舉升工況=5\*Arabic5-上限卸料工況(5)上限卸料工況V在上限收斗工況IV下，操作轉(zhuǎn)斗缸翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運(yùn)輸車輛或固定料倉卸料。UG=UG6,U=U3=-45°。卸載結(jié)束后，操作舉升缸下放動(dòng)臂，實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平，再次進(jìn)入地面插入工況，并進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)過程。2.5.2工作裝置的設(shè)計(jì)要求各類裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)都應(yīng)滿足如下基本要求:(1)生產(chǎn)率高;(2)插入和鏟取能力大、能耗??；(3)結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要；(4)零部件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度和壽命合理；(5)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，制造、維修容易，操作、使用方便；輪式裝載機(jī)除滿足上述5條基本要求外，還應(yīng)由下列特點(diǎn)和要求：(1)由于鏟斗寬度和容積都較大，所以鏟裝阻力大，裝滿系數(shù)小。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸，以減小工作阻力，達(dá)到裝滿、卸凈，運(yùn)輸平穩(wěn)。(2)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生較大的插入和掘起力，功耗低，零部件受力狀態(tài)良好。(3)鏟斗由工況II被舉升到上限卸料位置的過程中，為避免物料散落，要求鏟斗作“平移運(yùn)動(dòng)”。絕對要求鏟斗舉升過程中的平動(dòng)是很困難的，它將給設(shè)計(jì)工作帶來諸多麻煩，并將急劇降低工作裝置的其他性能。從不易撒落這一目的出發(fā)，要求絕對平動(dòng)并無必要，只要把鏟斗舉升時(shí)的傾角變化量限制在某一許可范圍之內(nèi)即可。(4)保證必要的卸料角、卸料高度和卸料距離。要求鏟斗在工況II至上限位置之間都能干凈地卸料。為此，鏟斗瞬時(shí)地卸料角均須大于或等于45°。鏟斗在上限位置卸料時(shí)，最大卸載高度和最小卸載距離，必須與配套的載貨汽車車廂尺寸相適應(yīng)。(5)鏟斗自動(dòng)放平。他對定點(diǎn)高度卸料很有意義，因?yàn)槠嚲驮谘b載機(jī)近旁，若卸料后，下放動(dòng)臂的同時(shí)，裝載機(jī)駛向裝載點(diǎn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)裝載點(diǎn)時(shí)，鏟斗正好呈開始插入狀態(tài)，即可開始新的裝、運(yùn)、卸工作循環(huán)。如此，能省去兩次操作。既