汽車裝載機(jī)的設(shè)計(jì)-輪式裝載機(jī)

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With the advantages of operating speed, high efficiency, good mobility, it is widely used in highway, railway, construction, utilities, ports and mines, construction of national defense construction. The loader works through the movement of working device, composed of shovel, moving parts, connecting rod, rocker arm and hydraulic system. The shovel is used for loading and unloading materials, which moves up and down by the cooperation between movable arm and lifting cylinder, and the rotating movement of which is realized by the combination of rolling cylinder, rolling arm and connecting rod. The toothed shovel is used, which has the advantages of simple structure, better characteristics to smooth, and easy entering the gap due to the concentrating force on the tip of the shovel. The connecting rod is designed in detailed, involving the calculation of size and force of moving arm and connecting rod as well as the check of strength for key parts. The stress analysis method is used to calculate and analyze, in addition, the hydraulic system is designed in this paper. Keywords: loader; working device; shovel; connecting rod mechanism; moving arm 47 1緒論 1.1研究目的與意義 裝載機(jī)是一種用途非常廣泛的工程機(jī)械，它不僅可以進(jìn)行輕度的鏟掘工作，而且還可以對散狀物料進(jìn)行鏟運(yùn)、搬移、裝卸及平整作業(yè)，而且若換裝適當(dāng)?shù)墓ぷ餮b置，還可以進(jìn)行平整路基、起重、裝卸木料等原材料。因此它被廣泛用于建筑、鐵路、水電、公路、機(jī)場、港口、礦山、碼頭、國防及農(nóng)田基本建設(shè)等工程中。對加快工程建設(shè)的速度，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高建設(shè)工程的質(zhì)量、降低工程建設(shè)成本具有重要的作用，所以裝載機(jī)在全球范圍內(nèi)不論是在產(chǎn)品類型或是產(chǎn)量方面都得到迅速發(fā)展。 裝載機(jī)主要用來裝載、鏟運(yùn)土和石料等一類散狀物料，也可以對碎石、土層進(jìn)行適度的鏟掘作業(yè)。如果換對應(yīng)的工作裝置，還可以完成起重、裝卸、推土等其他物料的作業(yè)。在公路施工中主要用于路基工程的平整，瀝青和土石等原材料的集中、裝載等作業(yè)。由于它具有運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，行動(dòng)方便，操作靈敏等優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展很快，成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的主要機(jī)械。 近幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，挖掘裝載機(jī)市場也快速發(fā)展，業(yè)內(nèi)人士普遍看好裝載機(jī)的未來市場發(fā)展。從當(dāng)前情況分析，我國正處在能源設(shè)施、道路交通、水利工程、以及大規(guī)模城市化建設(shè)等各方面基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的后期，幾年前大量投入使用的高速公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施，正逐漸進(jìn)入保養(yǎng)維護(hù)期，城市建設(shè)也由“大拆大建”逐漸向”精雕細(xì)刻”轉(zhuǎn)變。人們對城市建設(shè)道路質(zhì)量與天然氣管道，自來水管道的維護(hù)要求越來越高，這些將超過人力的勞動(dòng)強(qiáng)度與水平。隨著在建大型工程的先后完工，今后基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)將是不斷完善已有的基礎(chǔ)。最近一段時(shí)期內(nèi)大型基礎(chǔ)設(shè)施的開建將逐步減少，但改建、修繕、擴(kuò)建等小型工程將不斷增多，小型的工程機(jī)械將在以后的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。因此小型的土木工程建設(shè)中的人力將逐步由機(jī)器替代，這些轉(zhuǎn)變將由沿海發(fā)達(dá)地區(qū)向內(nèi)陸逐步進(jìn)行。 裝載機(jī)將使機(jī)械化的進(jìn)程逐步推進(jìn)到工程建設(shè)中，逐步的取代人力在工程建設(shè)中的勞動(dòng)；同時(shí)其可靠的工作穩(wěn)定性、快捷的裝運(yùn)方式、靈活的機(jī)動(dòng)性，使其可以取代市政部門現(xiàn)有的不適宜我國市政建設(shè)中小型工程的大型工程機(jī)械，可以說在我國現(xiàn)階段以及以后的相當(dāng)長時(shí)間中，裝載機(jī)在我國現(xiàn)代化的工程建設(shè)中將發(fā)揮重要的作用。 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前我國裝載機(jī)行業(yè)，產(chǎn)品正在向高技術(shù)水平、高質(zhì)量、高可靠性方向發(fā)展。特別是向高效、節(jié)能、安全、微電子技術(shù)、環(huán)保及變量全液壓系統(tǒng)、雙動(dòng)力模式等方向在快速發(fā)展。同時(shí)裝載機(jī)類型向大型、小型，特別是大型及多用途,專用型方向發(fā)展。同時(shí)性能正在逐步接近世界水平，產(chǎn)品已開始出口到包括歐盟、北美等發(fā)達(dá)地區(qū)在內(nèi)的世界各地。在制造技術(shù)方面正在向“精細(xì)化”方向發(fā)展。同時(shí)，各主要主機(jī)制造企業(yè)及主要配套件企業(yè)都致力于發(fā)展更高技術(shù)水平的傳動(dòng)件、液壓件、電氣元件等主要基礎(chǔ)件，我國裝載機(jī)的發(fā)展已進(jìn)入了一個(gè)新階段[1]。 美國CAT公司生產(chǎn)的CAT挖掘裝載機(jī)系列有416、428、438、438D、442D等十幾種機(jī)型，該系列產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是采用了負(fù)載敏感系統(tǒng)，即系統(tǒng)采用了斜盤變量軸由柱塞泵以及帶有梭閥信號反饋的多路閥，泵一閥系統(tǒng)組成了一個(gè)信號反饋系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)具有以下特征：在允許的工作負(fù)載范圍內(nèi)，在閥的操縱開啟的任何位置，均可實(shí)現(xiàn)流量的基本穩(wěn)定，而不受負(fù)載影響。這樣油泵始終輸出和負(fù)載相適應(yīng)的壓力和流量，而沒有多余的流量溢出，從而保證了合理的功率匹配，并且使液壓油的溫升降低，保證了系統(tǒng)的正常工作。 Case工廠的挖掘裝載機(jī)有580L、580Super、580SuperL、590Super等十幾種機(jī)型，其產(chǎn)品以定量系統(tǒng)為主，580Super型挖掘裝載機(jī)是該公司的關(guān)鍵產(chǎn)品，其特點(diǎn)是多用途、易保養(yǎng)、安全、舒適；底盤為整體式，有可卸挖斗用、軸向調(diào)整挖斗用和裝載用等三種底盤；裝備了前、后各四檔的動(dòng)力變速箱，且允許在全功率時(shí)改變車輛的行駛方向；回轉(zhuǎn)油缸的直徑加大，改善和提高了挖掘性能，有兩輪或四輪驅(qū)動(dòng)供選用[2]。 將鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑尺視作基本參數(shù)，鏟斗尺寸通過多個(gè)系數(shù)計(jì)算而得的設(shè)計(jì)計(jì)算方法有一定的缺陷。提出的新設(shè)計(jì)方法以能反應(yīng)鏟斗形狀的參數(shù)為基本參數(shù)來設(shè)計(jì)鏟斗幾何形狀，該設(shè)計(jì)方法能直觀反映基本參數(shù)對鏟斗尺寸的影響，有助于利用微機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)[3]。 用仿生方法提出鏟斗積土清除裝置， 并對裝置的運(yùn)動(dòng)與受力進(jìn)行了分析，給出機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。經(jīng)模型與實(shí)型試驗(yàn)證明此裝置清土效果好，可提高作業(yè)生產(chǎn)率20％。 裝載機(jī)在鏟裝粘性土質(zhì)時(shí)，鏟斗卸載時(shí)粘性土壤積附于鏟斗斗底，使卸載不徹底，影響裝載機(jī)的作業(yè)生產(chǎn)率。據(jù)統(tǒng)計(jì)鏟斗內(nèi)粘附積土可達(dá)額定鏟裝量的25%，可降低作業(yè)生產(chǎn)率達(dá)40%。如果能在鏟裝過程中，及時(shí)有效地清除斗底粘附積土，追求鏟斗容量的最大化，將大大提高鏟裝工作效率。 裝載機(jī)工作裝置是裝載機(jī)鏟裝物料的裝置，它的結(jié)構(gòu)和性能直接影響整機(jī)的工作尺寸和性能參數(shù)，合理的工作裝置將對裝載機(jī)的工作負(fù)荷、動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)特性、生產(chǎn)效率等直接產(chǎn)生影響，因此在裝載機(jī)的設(shè)計(jì)中工作裝置的設(shè)計(jì)將是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)是裝載機(jī)工作裝置中最為常用的機(jī)構(gòu)[4]。 目前裝載機(jī)工作裝置連桿的設(shè)計(jì)方法，無非是因循一般連桿機(jī)構(gòu)的位置綜合，側(cè)重考慮平移性、卸料性、少考慮放平性，抓了卸料性與平移性的矛盾，也抓了卸料性與動(dòng)力性的矛盾，而疏漏了卸料性與放平性這對矛盾，這是值得在今后的設(shè)計(jì)和研究中去進(jìn)一步尋求解決的。 通過建立幾種不同型式鏟斗容量計(jì)算的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出鏟斗容量的精確計(jì)算公式，利用復(fù)合形法對鏟斗結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過可視化顯示設(shè)計(jì)結(jié)果，為準(zhǔn)確計(jì)算斗容及合理設(shè)計(jì)鏟斗結(jié)構(gòu)提供了理論基礎(chǔ)。 對輪式裝載機(jī)工作裝置轉(zhuǎn)斗六連桿機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)位置的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的方法是類比試湊法。這種方法在設(shè)計(jì)過程中盲目性較大，設(shè)計(jì)效率較低，效果較差，難于求得理想方法。采用優(yōu)化理論借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以提高裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。因此，進(jìn)行了裝載機(jī)工作裝置轉(zhuǎn)斗六連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，考慮了各類約束，建立了真實(shí)性較高的數(shù)學(xué)模型，并選擇了外點(diǎn)法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，對實(shí)例的計(jì)算和分析，驗(yàn)證了該方法的正確性[5]。 未來10年，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)仍將大規(guī)模發(fā)展，對裝載機(jī)的需求仍將不斷增長。由于工程量大、投資面廣、工程標(biāo)準(zhǔn)高、時(shí)間緊迫。施工單位在追求施工效率和成本的基礎(chǔ)上，對設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性也越來越看重，因而對裝載機(jī)產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量都提出了更高的要求。中國裝載機(jī)行業(yè)市場競爭激烈。只有深入了解裝載機(jī)行業(yè)的現(xiàn)狀，密切關(guān)注其發(fā)展動(dòng)態(tài)，并以此作為新產(chǎn)品研發(fā)的方向，這樣才能使裝載機(jī)制造企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地。 2設(shè)計(jì)方案 2.1設(shè)計(jì)要求 充分了解汽車裝載機(jī)的鏟斗類型與結(jié)構(gòu)、工作裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種額定載重為3000kg，額定鏟斗容量為2m3的汽車裝載機(jī)。 2.2輪式裝載機(jī)總體參數(shù)的確定 輪式裝載機(jī)的總體參數(shù)包括裝載機(jī)的基本尺寸參數(shù)和主要性能參數(shù)。基本尺寸參數(shù)包括外形尺寸、輪胎尺寸、軸距、輪距等；性能參數(shù)包括裝載機(jī)自重、發(fā)動(dòng)機(jī)功率、鏟斗容量、額定載重、動(dòng)臂提升時(shí)間、鏟斗卸料時(shí)間、最大卸載高度及最大卸載距離等。 表2-1 最初設(shè)計(jì)參數(shù) 序號 基本參數(shù)名稱 單位 設(shè)計(jì)尺寸 1 額定斗容量 m3 2 2 額定載重量 kg 3000 3 最大卸載高度 mm 2900 4 對應(yīng)卸載距離 mm 1250 5 輪距 mm 1850 6 軸距 mm 2925 7 功率 kW 85 8 動(dòng)臂提升時(shí)間 s 5 9 鏟斗卸料時(shí)間 s 1.5 10 外形尺寸 mm 7125×2440×2849 （長×寬×高） 11 裝載機(jī)自重 kg 9500 2.3鏟斗結(jié)構(gòu)、形狀的確定 2.3.1 鏟斗介紹 裝載機(jī)的工作裝置主要是鏟斗與連桿機(jī)構(gòu)組成，鏟斗作為工作裝置的執(zhí)行構(gòu)件直接與物料接觸，是裝、運(yùn)、卸的工具，工作時(shí)裝載機(jī)將它被推壓插入料堆鏟取物料，要承受較大的阻力和較強(qiáng)的磨損，因此設(shè)計(jì)出鏟斗的質(zhì)量對裝載機(jī)的工作質(zhì)量有很大的影響。所以鏟斗的設(shè)計(jì)就是根據(jù)裝載機(jī)的主要用途和作業(yè)條件，從而減少插入阻力，掘起阻力及提高生產(chǎn)率，同時(shí)合理的選擇鏟斗的幾何形狀和尺寸。 2.3.2 鏟斗的結(jié)構(gòu)形式 鏟斗通常用耐磨、低碳、高強(qiáng)度鋼板焊接而成。由斗后壁、斗底、擋板、護(hù)板、耐磨板、角板、側(cè)壁切削刃、切削刃、支角組成。 因?yàn)殓P斗與物料直接接觸，尤其是鏟裝巖石、砂石等堅(jiān)硬物料時(shí)，斗壁與斗前緣承受較大阻力磨損較大，因此，這兩部位采用堆焊硬質(zhì)合金或耐磨的高錳鋼等優(yōu)質(zhì)材料。 本次設(shè)計(jì)采用堆焊TDP-1(35)型合金，硬度HR(35以上），支角、耐磨板、加強(qiáng)角板和側(cè)切削刃均由高強(qiáng)度耐磨板材料制造，其中支角和耐磨板是易換件，以提高鏟斗的使用壽命。鏟斗前緣的斗齒是用ZG13Mn鑄成型斗齒或65Mn鍛制后熱處理，由于斗齒磨損較快，磨損達(dá)到一定程度時(shí)要易于更換。 輪式裝載機(jī)的鏟斗斷面形狀一般為“U”形，用鋼板焊接而成。常見鏟斗結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 (a)直線形斗刃鏟斗 (b)V形斗刃鏟斗 (c)直線形帶齒鏟斗 (d)弧形帶齒鏟斗 圖2-1 常見鏟斗結(jié)構(gòu) 鏟斗由斗底、側(cè)壁、斗刃及后壁等部分組成，如圖2-2所示。 圖2-2輪式裝載機(jī)鏟斗結(jié)構(gòu) 1—防滋板； 2—連接耳； 3—斗后壁． 4—斗前壁； 5—斗側(cè)壁； 6—切削刃； 7—斗齒； 8—斗側(cè)刃 本次設(shè)計(jì)鏟斗采用直線形帶斗齒的切削刃如圖2-1(d)所示，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，適于鏟裝較松散的物料，具有良好的平地性能，帶有斗齒的鏟斗在鏟斗插入、料堆時(shí)，減少刀刃與料堆的作用面積，使插入力集中在斗齒上，容易插入縫隙。 2.4 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的選擇 2.4.1 輪式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)要求 1. 基本要求 設(shè)計(jì)出的裝載機(jī)應(yīng)具有較強(qiáng)的作業(yè)能力，插入工況時(shí)阻力要小，鏟掘料堆的鏟掘力較大。工作裝置的各構(gòu)件具有良好的受力狀態(tài)，較長的工作壽命。尺寸和結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件，較高的工作效率，整體結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造及維修容易，操作使用方便。 2.特殊要求 ①保證必要的卸載距離、卸載高度和卸載角。輪式裝載機(jī)要求鏟斗從運(yùn)輸工況至最高位置之間的任一高度都能卸載干凈，因此，鏟斗各瞬時(shí)的卸載角都> 45°。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中的規(guī)定，鏟斗在最高位置卸載時(shí)，最大卸載高度為2950㎜，卸載距離為1300㎜。 ②鏟斗能自動(dòng)放平。鏟斗在最高位置卸載后，轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，動(dòng)臂下放，鏟斗能自動(dòng)變成插入工況的功能成為“鏟斗自動(dòng)放平”。 ③鏟斗由運(yùn)輸工況被舉升到最高卸載位置的過程中，為使物料不易從鏟斗中撒出，鏟斗應(yīng)作“平移運(yùn)動(dòng)”。從不易撒料這一目的出發(fā)，并非要絕對平動(dòng)，只要在這一過程中把鏟斗的傾角控制在一定范圍內(nèi)就可以，設(shè)計(jì)時(shí)一般控制在10°以內(nèi)。 ④盡量減小工作機(jī)構(gòu)的高度、長度、前懸(即工作機(jī)構(gòu)重心至整機(jī)重心的距離)，以提高裝載機(jī)在各種工況下的平穩(wěn)性和增加司機(jī)的視野。 ⑤輪式裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)屬于連桿機(jī)構(gòu)，在設(shè)計(jì)過程中要防止各個(gè)工況出現(xiàn)構(gòu)件相互干擾、“死點(diǎn)”、“自鎖”和“機(jī)構(gòu)撕裂”等現(xiàn)象；各處傳動(dòng)角不得小于10°；在滿足各項(xiàng)工作性能的前提下，盡可能使機(jī)構(gòu)倍力系數(shù)增加。 2.4.2 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)類型的選擇 綜合國內(nèi)、外輪式裝載機(jī)的工作裝置的形式，主要有七種類型的連桿機(jī)構(gòu)。按輸入桿和輸出桿的轉(zhuǎn)向是否相同又分為正傳和反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)；按工作機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)不同，可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿連桿機(jī)構(gòu)。 1、動(dòng)臂可伸縮式三桿機(jī)構(gòu) 動(dòng)臂借助油缸可以進(jìn)行收縮是此種機(jī)構(gòu)相比于以下六種機(jī)構(gòu)最大的特點(diǎn)。本種機(jī)構(gòu)由動(dòng)臂的伸縮來實(shí)現(xiàn)鏟斗插入料堆，這樣就解決了靠機(jī)器的行進(jìn)來實(shí)現(xiàn)插入工況嚴(yán)重磨損輪胎的問題；卸載工況時(shí)可以將動(dòng)臂伸出，使卸載距離與卸載高度增加；運(yùn)輸物料時(shí)為了減小前懸，可以將動(dòng)臂縮回，提高裝載機(jī)在行進(jìn)中的平穩(wěn)性。此種機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，不能自動(dòng)放平鏟斗。 2、正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu) 此種連桿機(jī)構(gòu)是7種之中最為簡單的一種，四桿機(jī)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)鏟斗的平動(dòng)舉升，具有較小的前懸。缺點(diǎn)是難以設(shè)計(jì)出較大倍力系數(shù)的連桿系統(tǒng)，且轉(zhuǎn)斗油缸由小腔進(jìn)油，輸出力較小，因此轉(zhuǎn)斗油缸活塞行程較大，油缸尺寸??；而且在卸載時(shí)鏟斗斗底同活塞桿容易發(fā)生相碰，得到較小的卸載角。為了兩者之間不發(fā)生碰撞，需要把鏟斗斗底制造成凹狀，這樣就使斗容縮小，制造困難增加，鏟斗的自動(dòng)放平也不能實(shí)現(xiàn)。 3、正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu) 為了避免正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)在卸載物料時(shí)鏟斗斗底易與活塞桿發(fā)生碰撞的缺陷，在鏟斗斗底與活塞桿之間增設(shè)一根短連桿，這樣就使得正傳四桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檎D(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu)。鏟斗鏟取物料時(shí)，活塞桿與短連桿在鏟斗自重力和油缸拉力作用下成一條直線，這樣兩桿就如同一桿；鏟斗在卸載時(shí)短連桿與活塞桿之間發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，使活塞桿與鏟斗斗底不再相碰。正傳四桿機(jī)構(gòu)的其它缺點(diǎn)仍出現(xiàn)在此種機(jī)構(gòu)中。 4、轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 此種機(jī)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：a.結(jié)構(gòu)非常緊湊，前懸較小，司機(jī)具有較好的視野；b.合理的確定各構(gòu)件尺寸，不僅能提高鏟斗的平動(dòng)性能，而且還可以實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)放平；c.連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設(shè)計(jì)成較大值，轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時(shí)翻轉(zhuǎn)鏟斗，可以使掘起力增大。缺點(diǎn)是連桿和搖臂布置在前橋與鏟斗之間的狹小空間，各構(gòu)件之間容易發(fā)生干涉。 5、轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 此機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)斗油缸直接與搖臂、鏟斗相連，正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)由兩個(gè)相互平行的四桿機(jī)構(gòu)組成，因此它可以提高鏟斗的平動(dòng)性能。與八桿機(jī)構(gòu)相比結(jié)構(gòu)簡單，司機(jī)可以獲得更好的視野。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗時(shí)油缸由小腔進(jìn)油，掘起力較??；機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比較小，使轉(zhuǎn)斗油缸行程增大，油缸加長，因此卸載速度比八桿機(jī)構(gòu)??；而且前置轉(zhuǎn)斗油缸，使工作機(jī)構(gòu)前懸增大，影響整機(jī)平衡性和行駛的穩(wěn)定性；鏟斗的自動(dòng)放平不能實(shí)現(xiàn)。 6、轉(zhuǎn)斗油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) 后置轉(zhuǎn)斗油缸與前置油缸相比，活塞行程較短、傳動(dòng)比較大、前懸較大；可能使搖臂、動(dòng)臂、連桿、轉(zhuǎn)斗油缸在位于同一平面內(nèi)，使工作結(jié)構(gòu)簡化，同樣使鉸銷與動(dòng)臂的受力狀態(tài)有了改善。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗油缸和車架的鉸接點(diǎn)位置較高，司機(jī)不能獲得較好的視野；翻轉(zhuǎn)鏟斗時(shí)由油缸小腔進(jìn)油，掘起阻力較小，為了增大掘起力，需要加大轉(zhuǎn)斗油缸直徑或提高液壓系統(tǒng)壓力，如此就會(huì)使質(zhì)量增加。 7、正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu) 此機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗鏟取，所以掘起力較大；各構(gòu)件尺寸配置合理時(shí)，鏟斗具有較好的舉升平動(dòng)性能；連桿系統(tǒng)具有較大的傳動(dòng)比，使鏟斗具有較大的卸載速度與卸載角，使鏟斗卸載速度增加、卸載較完全；由于傳動(dòng)比大，可以在一定范圍內(nèi)減小連桿系統(tǒng)的尺寸，以使司機(jī)可以獲得更好的視野，但是一定要在適當(dāng)范圍內(nèi)，否則連桿系統(tǒng)傳動(dòng)比較小時(shí)，影響掘起力發(fā)揮。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不易使鏟斗自動(dòng)放平是該種機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)。 綜上所述，轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)具有較多優(yōu)點(diǎn)，可以最大限度的滿足裝載機(jī)的鏟、裝、卸的功能要求，因此反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)在裝載機(jī)的工作裝置中廣泛使用[6]。 反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)簡圖如圖2-3所示，它由轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成。 圖2-3 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)五種工況運(yùn)動(dòng)示意圖 3鏟斗的設(shè)計(jì) 3.1裝載機(jī)阻力的計(jì)算 裝載機(jī)的工作阻力是多種阻力的合力。由于物料性質(zhì)和工作機(jī)構(gòu)工作方式的不同，工作阻力有不同的計(jì)算方法，工作阻力主要是：鏟斗插入料堆時(shí)的插入力；動(dòng)臂提升時(shí)的鏟起力。 3.1.1插入阻力 插入阻力就是鏟斗插人料堆時(shí)，料堆對鏟斗的反作用力如圖3-1所示。插人阻力由鏟斗底外表面和物料的摩擦阻力組成，側(cè)壁內(nèi)表面、鏟斗底與物料的摩擦阻力，物料對兩側(cè)斗壁的切削刃和鏟斗前切削刃阻力。這些阻力與鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀、鏟斗插人料堆的深度、料堆高度、物料的種類等有關(guān)。計(jì)算上述阻力比較困難，一般按以下經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算總插人阻力。 圖3-1料堆對鏟斗的反作用力 公式（3-1） —鏟斗插入阻力（N）； —被鏟掘物料的塊度及松散程度影響系數(shù)；對于小塊物料(碎石和沙礫) —物料種類影響系數(shù)；同理取 —料堆高度影響系數(shù)；其值取中間值 —鏟斗形狀系數(shù)，一般在1.1～1.8之間，對于前刃不帶齒的斗，取較大值,本機(jī)是帶 齒的斗且較大，則取 —鏟斗插入料堆深度(cm)，在一次鏟掘法時(shí)，取等于0.7～0.8斗底長度，在配合鏟掘法 時(shí)，取等于0.25～0.35斗底的長度，取mm=47.84cm —鏟斗寬度 (cm)。cm 則有，，，，， 代入式3-1 =45941.78N 3.1.2掘起阻力 掘起阻力是指鏟斗插入料堆適當(dāng)深度后，提升油缸工作舉起動(dòng)臂時(shí)，料堆對鏟斗的反作用力。鏟斗插入料堆深度后，用動(dòng)臂提舉鏟斗，鏟起阻力由鏟斗寬度和鏟斗斗底插入科堆深度的矩形面積上的物料來確定。 鏟起阻力同樣受到物料的濕度、溫度、塊度、容積比重、松散性，物料之間及物料與斗壁摩擦之間的影響。鏟斗剛剛開始提升時(shí)的鏟起阻力最大，鏟起阻力隨著動(dòng)臂的提升逐漸減小。 鏟斗開始提升時(shí)的鏟起阻力可按下式確定： 公式（3-2） ——鏟斗插入料堆深度(m)； ——鏟斗寬度(m)； ——鏟斗開始提升時(shí)物科的剪切阻力(KN/m)，取值為25KN/m； 3.2 鏟斗基本參數(shù)的確定 設(shè)計(jì)過程中，將鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R(即鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)至切削刃之間的距離)作為基本參數(shù)，鏟斗的其他參數(shù)則作為R的函數(shù)。 R是鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑，不僅鏟斗底壁的長度受其直接影響，而且斗容的大小與轉(zhuǎn)斗時(shí)掘起力也受其直接影響，所以它是一個(gè)與整機(jī)總體有關(guān)的參數(shù)。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑尺寸可按式3-5確定。 鏟斗寬度的確定。如果鏟斗寬度小于裝載機(jī)輪胎外側(cè)的距離，那么裝載機(jī)外側(cè)與輪胎會(huì)同物料產(chǎn)生摩擦，使裝載機(jī)的前進(jìn)阻力增大，因此鏟斗寬度應(yīng)大于裝載機(jī)輪胎外側(cè)的距離，每側(cè)超出75cm，因此鏟斗寬度為2440mm。 圖3-2 鏟斗的尺寸參數(shù) 3.2.1計(jì)算回轉(zhuǎn)半徑R 由圖3-5可以看出，鏟斗橫截面積 公式（3-3） 而鏟斗幾何斗容 公式（3-4） 若斗容量為額定容量，則回轉(zhuǎn)半徑R為 公式（3-5） —設(shè)計(jì)任務(wù)書給的鏟斗額定容量，； —鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，m,mm —鏟斗斗底長度系數(shù)，，取1.45； —后斗壁長度系數(shù)，，取1.15； —擋板高度系數(shù) ，，取0.13 —圓弧半徑系數(shù)，，取0.36； —擋板與后斗壁間夾角，，取； —斗底與后斗壁間夾角（即張開角），，??； 公式（3-6） 為額定斗容與平裝斗容的比例系數(shù)，取1.2 綜上所述，代入數(shù)據(jù)計(jì)算的 鏟斗的斷面形狀參數(shù)： 鏟斗側(cè)壁切削刃相對于斗底的傾角，此處??； 在選擇時(shí)使側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為，切削刃的削尖角 鏟斗中部切削刃與背板上緣之間的距離： 公式（3-7） =1.81m 擋板高度 公式（3-8） 鏟斗圓弧半徑 公式（3-9）鏟斗上的動(dòng)臂鉸銷距斗底的高度 公式（3-10） 后斗壁長度 公式（3-11） 斗底長度 公式（3-12） 3.2.2 斗容的計(jì)算 鏟斗容量是裝載機(jī)的總體參數(shù)之一，鏟斗幾何尺寸初步確定后，應(yīng)立即進(jìn)行斗容計(jì)算，以檢驗(yàn)其是否滿足給定的斗容要求，若計(jì)算值與要求值不符，則需修改有關(guān)尺寸，直至滿足要求為止。如圖3-3所示： 圖 3-3斗容的計(jì)算 1平裝斗容：無擋板鏟斗的計(jì)算: 公式（3-13） 對于裝有擋板的鏟斗： 公式（3-14） 2額定斗容：鏟斗堆裝的額定斗容是指斗內(nèi)堆裝物料的四邊坡度均為1：2。 對于無擋板鏟斗的額定斗容： 公式（3-15） 對于有擋板鏟斗的額定斗容： 公式（3-16） c--物料的堆積高度，為物料按2:1的坡度角堆裝的體積，c可有作圖法確定，即由料堆頂點(diǎn)作直線垂直于刮平線（刀刃與擋板高度連線），如圖3-4所示。 圖3-4參數(shù)c的確定方法 得 代入式3-16得： 斗容誤差的計(jì)算： 公式（3-17） 所以設(shè)計(jì)的鏟斗符合要求。 4 工作連桿裝置的設(shè)計(jì) 4.1 圖解法設(shè)計(jì)尺寸參數(shù) 圖解法是設(shè)計(jì)連桿系統(tǒng)參數(shù)最有效的方法，因此本設(shè)計(jì)中也選擇用圖解法來解決設(shè)計(jì)中遇到的參數(shù)問題。圖解法是在初步確定了鏟斗幾何尺寸、卸載角、最小卸載距離、最大卸載高度等整機(jī)主要參數(shù)后進(jìn)行的，通過在坐標(biāo)圖上確定工況Ⅱ時(shí)工作機(jī)構(gòu)的9個(gè)鉸接點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)。 4.1.1 動(dòng)臂與鏟斗搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn)的確定 1 確定坐標(biāo)系，畫鏟斗圖 如圖4-1所示，選取直角坐標(biāo)系XOY，并選定長度比例尺。把已設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面圖畫在坐標(biāo)系里，斗尖對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前壁與X軸呈4°前傾角。此為鏟斗插入料堆時(shí)的位置，即工況Ⅰ。 圖 4-1 動(dòng)臂上A、G兩點(diǎn)的設(shè)計(jì)簡圖 2 確定動(dòng)臂與鏟斗的鉸接點(diǎn)G 由于G點(diǎn)的X坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗崛起力就越大，所以G點(diǎn)靠近O點(diǎn)是有利的，但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減?。欢鳪點(diǎn)的Y坐標(biāo)值增大時(shí)，鏟斗在料堆中的鏟取面積增大，裝的物料多，但縮小了G點(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn)F的距離，使崛起力下降。 綜合考慮各種因素的影響，設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)坐標(biāo)圖上工況Ⅰ時(shí)的鏟斗實(shí)際情況，在保證G點(diǎn)Y軸的坐標(biāo)值YG=250～350mm和X軸坐標(biāo)值盡可能小的而且不與斗底干涉的前提下，我取G點(diǎn)的坐標(biāo)為(1100,280)。 3 確定動(dòng)臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn)A ①以G點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，至鏟斗斗口與X軸平行為止，即工況Ⅱ。 ②把已選定的輪胎外廓畫在坐標(biāo)圖上。應(yīng)使輪胎前緣與工況Ⅱ時(shí)的鏟斗后壁的間隙盡量小些。履帶中心Z的坐標(biāo)值應(yīng)等于履帶的工作半徑。 公式（4-1） 式中:—Z點(diǎn)的Y坐標(biāo)值，mm； —輪輞直徑，mm； —輪胎寬度，mm； —輪胎斷面高度與寬度之比； —輪胎變形系數(shù)。 查文獻(xiàn)得，，，，。代入上式解得：。 ③根據(jù)給定的最大卸載高度，最小卸載距離，以及卸載角，畫出鏟斗在最高位置卸載時(shí)的位置圖，即工況Ⅳ，令此時(shí)斗尖為，G點(diǎn)位置為。 ④以為圓心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗口與X軸平行，即得到鏟斗最高位置圖，即工況Ⅲ。 ⑤連接GG`并作垂直平分線。因?yàn)镚和G`點(diǎn)同在以A點(diǎn)為圓心，動(dòng)臂AG長為半徑的圓弧上，所以A點(diǎn)必在的垂直平分線上。 A點(diǎn)在垂直平分線的位置應(yīng)盡量低些，一般取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的1/3～1/2處。因此，我取A點(diǎn)坐標(biāo)為(3388，2177)。 4.1.2 動(dòng)臂與搖臂鉸接點(diǎn)的確定 動(dòng)臂與搖臂鉸接點(diǎn)B點(diǎn)的位置是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)，它對連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比、倍力系數(shù)、連桿機(jī)構(gòu)的布置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長度都有很大影響。根據(jù)分析與經(jīng)驗(yàn)，一般取B點(diǎn)在AG連線的上方，過A點(diǎn)的水平線下方，并在AG的垂直平分線上，并在AG的垂直平分線上左側(cè)靠近工況Ⅱ時(shí)的鏟斗處。相對于前輪胎，B點(diǎn)在其外廓的左上部。通過作圖，設(shè)計(jì)出B點(diǎn)坐標(biāo)為(1704,1471)。 4.1.3 連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn)的確定 因?yàn)镚、B兩點(diǎn)已被確定，所以在確定連桿與鏟斗和搖臂的兩個(gè)鉸接點(diǎn)F點(diǎn)和E點(diǎn)實(shí)際上是為了最終確定與鏟斗相連的四桿機(jī)構(gòu)GFEB的尺寸，如圖4-2所示。 圖4-2 連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸尺寸設(shè)計(jì) 確定F、E兩點(diǎn)時(shí)，既要考慮對機(jī)構(gòu)的要求，又要注意動(dòng)力學(xué)的要求，同時(shí)，還要防止前述各種機(jī)構(gòu)被破壞的現(xiàn)象。 1 按雙搖桿條件設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 令GF為最短桿，BG桿為最長桿，即必有 GF+BG>FE+BE 公式（4-2） 如圖4-2所示，若令，，，，，并將式(4-2)不等號兩邊同時(shí)除以，經(jīng)整理上式得下式，即 公式（4-3） 其中值由確定，即。 初步設(shè)計(jì)時(shí)，式(4-3)中各值可按式(4-4)中選取。 此次設(shè)計(jì)中取 K=0.952，a=467mm，c=868mm,b=855mm。 公式（4-4） 2 確定E點(diǎn)和F點(diǎn)的位置 這兩點(diǎn)位置的確定要綜合考慮如下四點(diǎn)要求：①E點(diǎn)不可與前橋相碰，并且有足夠的最小離地高度；②插入工況時(shí)，使EF桿盡量與GF桿垂直，這樣可獲得較大的傳動(dòng)比角和倍力具體做法如下： 如圖4-3所示，鏟斗取工況Ⅰ。分別以B點(diǎn)和G點(diǎn)為圓心，以c和分別為半徑畫弧，其交點(diǎn)為E；再分別以G點(diǎn)和E點(diǎn)為圓心，a和b半徑畫弧，則其交點(diǎn)必為F。 圖 4-3 連接端部鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì) 作圖所得，在鏟裝工況下，即工況Ⅰ下，E點(diǎn)坐標(biāo)為(1984，650),F點(diǎn)坐標(biāo)為(1050,548)。 為了防治機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“死點(diǎn)”，“自鎖”或“撕裂”現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足下列不等式。 工況Ⅱ時(shí)： GF+FE>GE 公式（4-5） 工況Ⅳ時(shí)： FE+BE>FB 公式（4-6） 檢驗(yàn)E與F點(diǎn)位置設(shè)計(jì)： ①工況Ⅱ時(shí)，GF=467mm，F(xiàn)E=855mm，GE=1292mm，因此滿足GF+FE>GE。 ②工況Ⅳ時(shí)，F(xiàn)E=855mm，BE=868mm，F(xiàn)B=1114mm，因此滿足FE+BE>FB。 綜上所得，E點(diǎn)與F點(diǎn)設(shè)計(jì)位置滿足要求。 4.1.4 轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂和機(jī)架的鉸接點(diǎn)的確定 在圖4-3中，如果確定了C點(diǎn)和D點(diǎn)，就最后確定了與機(jī)架連接的四桿機(jī)構(gòu)BCDA的尺寸。C點(diǎn)和D點(diǎn)的布置直接影響到鏟斗舉升平動(dòng)和自動(dòng)放平性能，對掘起力和動(dòng)臂舉升阻力的影響都較大。 1、確定C點(diǎn) 從力的傳遞出發(fā)，顯然使搖臂BC長一些有利，那樣可以增大轉(zhuǎn)斗油缸作用力臂，使掘起力相應(yīng)增大。但加長BC段，必將減小鏟斗和搖臂的轉(zhuǎn)角比，造成鏟斗轉(zhuǎn)角難以滿足各個(gè)工況的要求，并且使轉(zhuǎn)斗油缸行程過長。初步設(shè)計(jì)時(shí)，一般取 BC≈(0.7～1.0)BE 公式（4-7） 因此，取BC=0.96，BE=830mm。BC與BE夾角（即搖桿折角）可取∠CBE = 130°～180°,再次取∠CBE=175°，C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)不與鏟斗干擾。 2、確定D點(diǎn) 轉(zhuǎn)斗油缸與機(jī)架的鉸接點(diǎn)D，是根據(jù)鏟斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ過程為平動(dòng)和由工況Ⅳ下降到工況Ⅰ能自動(dòng)放平這兩大要求來確定的。 如圖4-2所示，當(dāng)鉸接點(diǎn)G、F(即F2)、E(即E2)、B、C(即C2)被確定后，則鏟斗分別在工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ時(shí)的C點(diǎn)的位置C1、C2、C3、C4也就唯一的被確定下來。因?yàn)殓P斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ或由工況Ⅳ下放到工況Ⅰ的運(yùn)動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)斗油缸的長度分別保持不變，所以D點(diǎn)必為C2點(diǎn)和C3點(diǎn)連線的垂直平分線與點(diǎn)C1和C4點(diǎn)連線的垂直平分線的交點(diǎn)。 研究證明，D點(diǎn)設(shè)計(jì)在A點(diǎn)的左下方較好，D的固定坐標(biāo)為(2965,1913)。 4.1.5動(dòng)臂舉升油缸與動(dòng)臂和車架鉸接點(diǎn)的確定 動(dòng)臂舉升油缸的布置應(yīng)本著舉臂時(shí)工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、整機(jī)穩(wěn)定性好等原則來確定。綜合考慮這些因素，一般動(dòng)臂舉升油缸都布置在前橋與前后車架的鉸接點(diǎn)之間的狹窄空間里。 一般動(dòng)臂舉升油缸與動(dòng)臂的鉸接點(diǎn)H選定在AG連線附近或上方，并取AHAG/3。因此，取工況Ⅰ時(shí)的H坐標(biāo)為(2441,1405),AH=1237mm。 考慮到聯(lián)合鏟裝工況(邊插入邊舉臂)的需要，在滿足動(dòng)臂舉升油缸與車架鉸接點(diǎn)M最小離地高度要求的前提下，令工況Ⅰ時(shí)AH與MH趨于垂直。這樣可以使鏟斗開始從料堆中提升時(shí)阻力距最大，獲得較大的初始工作力矩。 M點(diǎn)往前橋方向靠近是比較有利的。這樣做，可使動(dòng)臂舉升油缸在動(dòng)臂整個(gè)舉升過程中，舉升工作力臂大小的變化往往較小，即工作力矩變化不大，避免鏟斗舉升最高位置時(shí)的舉升力不足，因此此時(shí)工作力臂往往較小或最小。 綜上所述，我取M點(diǎn)在A點(diǎn)正下方1383mm處。 經(jīng)過上述的各步作圖，整個(gè)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)完畢。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)鏟斗的平動(dòng)質(zhì)量，在工況Ⅱ、Ⅲ之間選擇2個(gè)位置進(jìn)行檢驗(yàn)鏟斗的轉(zhuǎn)角，所得結(jié)果鏟斗轉(zhuǎn)較差小于10°，則證明設(shè)計(jì)合理[7]。 4.2 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算 4.2.1確定工作裝置的計(jì)算位置 裝載機(jī)作業(yè)工況不同，工作裝置的受力情況也不一樣。因此，進(jìn)行工作裝置強(qiáng)度計(jì)算時(shí)。只要其受力最大時(shí)的計(jì)算位置，選取工作裝置受力最大的典型工況，來對工作裝置進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 通過分析裝載機(jī)鏟斗插入料堆、鏟起、提升、卸載等作業(yè)過程可知，裝載機(jī)在地面鏟掘物料時(shí)，工作裝置的受力最大，所以對裝載機(jī)進(jìn)行受力分析，可選取裝載機(jī)在水平地面上鏟斗斗底與地面的夾角為3-5度鏟掘時(shí)的鏟取位置作為計(jì)算位置，且假設(shè)外載荷作用在鏟斗的切削刃上[9]。 4.2.2 工作裝置載荷分析 1、水平受力 裝載機(jī)沿水平面運(yùn)動(dòng)，工作裝置油缸閉鎖，鏟斗插入料堆，此時(shí)認(rèn)為物料對鏟斗的阻力水平作用在切削刃上，水平力的大小由裝載機(jī)的牽引力決定，其最大值按下式計(jì)算： 裝載機(jī)的最大插入阻力受附著力限制，所以要保證 公式（4-8） ——裝載機(jī)自重力； ——附著系數(shù)，附著系數(shù)一般在0.6—0.85之間，此處取0.75； ——滾動(dòng)阻力系數(shù)，裝載機(jī)Ⅰ檔是取0.04,Ⅱ檔是取0.03，此處取0.04。 代入數(shù)據(jù)得： 即 45941.7866101 即牽引力大于阻力，符合設(shè)計(jì)要求 2 垂直力的作用工況 鏟斗水平插入料堆足夠深度后，裝載機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，向后轉(zhuǎn)斗或提升動(dòng)臂，此時(shí)認(rèn)為掘起阻力垂直作用在切削刃上，且垂直載荷受裝載機(jī)的縱向穩(wěn)定性條件的限制，其最大值為： （N） 公式（4-9） 式中：——裝載機(jī)空載時(shí)的自重； ——裝載機(jī)重心到前輪與地面接觸點(diǎn)的距離； ——垂直力的作用點(diǎn)到前輪與地面接觸點(diǎn)的距離； 代入數(shù)據(jù)得： 所以： 即起掘力大于阻力，符合設(shè)計(jì)要求 4.2.3 工作裝置的受力分析 由工作裝置是一個(gè)受力較復(fù)雜的空間超靜定系統(tǒng)，為簡化計(jì)算，通常作如下假設(shè)： 1在對稱受載工況中，由于工作裝置是一個(gè)對稱結(jié)構(gòu)，故兩動(dòng)臂受的載荷相等。同時(shí)略去鏟斗及支撐橫梁對動(dòng)臂受力與變形的影響，則可取工作裝置結(jié)構(gòu)的一側(cè)進(jìn)行受力分析，其上作用的載荷取相應(yīng)工況外載荷之半進(jìn)行計(jì)算，即： 公式（4-10） 公式（4-11） 2側(cè)連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件軸線均假設(shè)在同一平面內(nèi)，所有作用力都通過各桿件斷面彎曲中心，忽略各桿件因不在同一平面內(nèi)所引起的扭矩，計(jì)算時(shí)可以用構(gòu)件的中軸線來代替實(shí)際構(gòu)件。 根據(jù)以上假設(shè)，就可以將工作裝置這樣一個(gè)空間超靜定結(jié)構(gòu)，簡化為一般平面問題進(jìn)行受力分析。為了分析工作裝置各鉸接點(diǎn)的受力情況，可以選取一種簡單的受力工況進(jìn)行分析，對于復(fù)雜的受力工況，可以簡化為幾種簡單的受力工況的幾何疊加。因此以水平垂直對稱同時(shí)作用的工況進(jìn)行分析。 計(jì)算工作裝置各構(gòu)件受力時(shí)，首先以鏟斗為受力分離體，去掉約束以反力代替，然后，根據(jù)構(gòu)件中的連接順序，依次求出各構(gòu)件的受力。此時(shí)，工作裝置各構(gòu)件的受力簡圖如圖4-4所示，并規(guī)定任何構(gòu)件中力的符號以拉力為正，壓力為負(fù)[11]。 （a） （b） 圖4-4 工作裝置受力分析 這樣，根據(jù)平面靜力學(xué)公式可列出工作裝置各構(gòu)件的靜力學(xué)計(jì)算平衡方程式如下。 a 對于鏟斗，如圖4-4（a）所示，有 公式（4-12） =103431.7N 公式（4-13） = = 公式（4-14） = = b 連桿EF受力 如圖4-4（a）所示，因連桿為二力構(gòu)件，所以 PF=PE=103431.7N (受拉力) 公式（4-15） c 搖臂受力 如圖4-4（a）所示： 公式（4-16） = =133471.1N 公式（4-17） = =228624.4N 公式（4-18） = = d 動(dòng)臂受力分析 如圖4-4（b）所示： 公式（4-19） = =176766.6N 公式（4-20） = = 公式（4-21） = =49045.1N 4.2.4 工作裝置的強(qiáng)度校核 在求得工作裝置各主要構(gòu)件受力的基礎(chǔ)上，計(jì)算各構(gòu)件的內(nèi)力，并進(jìn)行危險(xiǎn)斷面的強(qiáng)度校核。 a 動(dòng)臂 在對稱載荷的作用下，動(dòng)臂可看作是支撐在車架A點(diǎn)和動(dòng)臂油缸上鉸接點(diǎn)H的雙支點(diǎn)懸臂變截面曲梁。為簡化計(jì)算，將動(dòng)臂主軸線分成GI、IJ、JH、HA等折線段，見圖4-5 圖4-5 動(dòng)臂內(nèi)力計(jì)算 1）GI段 軸向力 NGI= 公式（4-22） = = 剪力 QGI= 公式（4-33） = = 彎矩 MI= 公式（4-24） =Nm = 2）IJ段 軸向力 NIJ= 公式（4-25） =N = 剪力 QIJ= 公式（4-26） = = 彎矩 MJ= 公式（4-27） = = 3）JH段 軸向力 NJH= 公式（4-28） = = 剪力 QJH= 公式（4-29） = = 彎矩 MH= 公式（4-30） = = 4）HA段 軸向力 NHA= 公式（4-31） = = 剪 力 QHA= 公式（4-32） = = 彎 矩 MA=0 公式（4-33） 根據(jù)所求出的各段內(nèi)力即可求出內(nèi)力圖，圖4-6為以對稱水平載荷為例做出的動(dòng)臂內(nèi)力圖。 （a）軸力圖 （b）剪力圖 （c）彎矩圖 圖4-6 對稱載荷引起的動(dòng)臂內(nèi)力圖 其危險(xiǎn)斷面在H點(diǎn)附近為m-m斷面如圖4-5所示。在此斷面上作用有彎曲應(yīng)力、正應(yīng)力和剪應(yīng)力，以其合成力所表示的強(qiáng)度條件為 公式（4-34） 公式（4-35） 把A==50382=