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外 形 尺 寸
全長
6815mm
全寬
2740mm（鏟斗）
全高
3170mm
卸載高度
2850mm
卸載距離
1000mm
?
性 能 參 數(shù)
操作質(zhì)量
12800kg
液力變矩器
單級四元件（雙渦輪）
額定功率
125kw
變速箱
行星式
鏟斗容量
2.2m3
變速檔位數(shù)（前進(jìn)/后退）
2/1
額定載荷
4000kg
燃油箱容量
200L
行進(jìn)速度 前進(jìn)1檔
11km/h
液壓油箱容量
180L
前進(jìn)2檔
35km/h
提升時(shí)間
6.0S
后退1檔
15km/h
三項(xiàng)合
12.1S
輪胎
20.5-25-15PR
最大牽引力
120KN
最小轉(zhuǎn)彎半徑（鏟斗外側(cè)）
6228mm
爬坡能力
25o
最大崛起力
110KN
轉(zhuǎn)向角度
左右各35o
a/d c/d b/d Wmax $max min
0.3 0.55 0.74 205.019 163.187 11.4971
0.3 0.56 0.73 204.639 163.187 11.4446
0.3 0.57 0.72 204.251 163.187 11.3904
0.3 0.58 0.71 203.855 163.187 11.3344
0.3 0.59 0.7 203.451 163.187 11.2765
0.3 0.6 0.69 203.04 163.187 11.2167
0.3 0.61 0.68 202.619 163.187 11.1547
0.3 0.62 0.67 202.191 163.187 11.0905
0.3 0.63 0.66 201.753 163.187 11.024
0.3 0.64 0.65 201.306 163.187 10.9551
0.3 0.65 0.64 200.849 163.187 10.8835
0.31 0.55 0.75 205.479 163.399 11.2337
0.31 0.56 0.74 205.097 163.399 11.1814
0.31 0.57 0.73 204.708 163.399 11.1274
0.31 0.58 0.72 204.311 163.399 11.0716
0.31 0.59 0.71 203.907 163.399 11.014
0.31 0.6 0.7 203.494 163.399 10.9544
0.31 0.61 0.69 203.073 163.399 10.8927
0.31 0.62 0.68 202.644 163.399 10.8289
0.31 0.63 0.67 202.206 163.399 10.7628
0.31 0.64 0.66 201.759 163.399 10.6942
0.31 0.65 0.65 201.302 163.399 10.6231
0.32 0.55 0.76 205.939 163.6 10.983
0.32 0.56 0.75 205.557 163.6 10.9309
0.32 0.57 0.74 205.166 163.6 10.8771
0.32 0.58 0.73 204.769 163.6 10.8216
0.32 0.59 0.72 204.364 163.6 10.7642
0.32 0.6 0.71 203.95 163.6 10.7049
0.32 0.61 0.7 203.529 163.6 10.6436
0.32 0.62 0.69 203.1 163.6 10.5801
0.32 0.63 0.68 202.661 163.6 10.5144
0.32 0.64 0.67 202.214 163.6 10.4463
0.32 0.65 0.66 201.758 163.6 10.3756
0.33 0.55 0.77 206.401 163.792 10.7441
0.33 0.56 0.76 206.018 163.792 10.6922
0.33 0.57 0.75 205.627 163.792 10.6387
0.33 0.58 0.74 205.228 163.792 10.5834
0.33 0.59 0.73 204.822 163.792 10.5263
0.33 0.6 0.72 204.409 163.792 10.4673
0.33 0.61 0.71 203.987 163.792 10.4064
0.33 0.62 0.7 203.557 163.792 10.3432
0.33 0.63 0.69 203.119 163.792 10.2779
0.33 0.64 0.68 202.672 163.792 10.2102
0.33 0.65 0.67 202.216 163.792 10.14
0.34 0.55 0.78 206.865 163.974 10.5162
0.34 0.56 0.77 206.48 163.974 10.4646
0.34 0.57 0.76 206.089 163.974 10.4113
0.34 0.58 0.75 205.69 163.974 10.3563
0.34 0.59 0.74 205.283 163.974 10.2995
0.34 0.6 0.73 204.869 163.974 10.2408
0.34 0.61 0.72 204.447 163.974 10.1801
0.34 0.62 0.71 204.018 163.974 10.1174
0.34 0.63 0.7 203.579 163.974 10.0525
0.34 0.64 0.69 203.133 163.974 9.98521
0.34 0.65 0.68 202.677 163.974 9.91551
0.35 0.55 0.79 207.33 164.148 10.2985
0.35 0.56 0.78 206.945 164.148 10.2471
0.35 0.57 0.77 206.552 164.148 10.194
0.35 0.58 0.76 206.153 164.148 10.1393
0.35 0.59 0.75 205.746 164.148 10.0828
0.35 0.6 0.74 205.332 164.148 10.0244
0.35 0.61 0.73 204.91 164.148 9.96414
0.35 0.62 0.72 204.48 164.148 9.90178
0.35 0.63 0.71 204.042 164.148 9.83726
0.35 0.64 0.7 203.596 164.148 9.77046
0.35 0.65 0.69 203.141 164.148 9.70124
0.36 0.55 0.8 207.797 164.313 10.0903
0.36 0.56 0.79 207.411 164.313 10.0391
0.36 0.57 0.78 207.018 164.313 9.98626
0.36 0.58 0.77 206.618 164.313 9.93181
0.36 0.59 0.76 206.211 164.313 9.87562
0.36 0.6 0.75 205.797 164.313 9.8176
0.36 0.61 0.74 205.375 164.313 9.75766
0.36 0.62 0.73 204.945 164.313 9.69569
0.36 0.63 0.72 204.508 164.313 9.63158
0.36 0.64 0.71 204.062 164.313 9.56523
0.36 0.65 0.7 203.607 164.313 9.49651
0.37 0.55 0.81 208.265 164.472 9.89084
0.37 0.56 0.8 207.879 164.472 9.83988
0.37 0.57 0.79 207.486 164.472 9.78736
0.37 0.58 0.78 207.085 164.472 9.7332
0.37 0.59 0.77 206.678 164.472 9.67732
0.37 0.6 0.76 206.264 164.472 9.61963
0.37 0.61 0.75 205.842 164.472 9.56005
0.37 0.62 0.74 205.413 164.472 9.49847
0.37 0.63 0.73 204.975 164.472 9.43479
0.37 0.64 0.72 204.53 164.472 9.3689
0.37 0.65 0.71 204.076 164.472 9.30066
0.38 0.55 0.82 208.736 164.623 9.69968
0.38 0.56 0.81 208.349 164.623 9.64897
0.38 0.57 0.8 207.955 164.623 9.59672
0.38 0.58 0.79 207.555 164.623 9.54285
0.38 0.59 0.78 207.148 164.623 9.48729
0.38 0.6 0.77 206.733 164.623 9.42994
0.38 0.61 0.76 206.312 164.623 9.37073
0.38 0.62 0.75 205.882 164.623 9.30954
0.38 0.63 0.74 205.446 164.623 9.24629
0.38 0.64 0.73 205.001 164.623 9.18085
0.38 0.65 0.72 204.548 164.623 9.11311
0.39 0.55 0.83 209.208 164.768 9.51624
0.39 0.56 0.82 208.821 164.768 9.46579
0.39 0.57 0.81 208.427 164.768 9.41381
0.39 0.58 0.8 208.026 164.768 9.36024
0.39 0.59 0.79 207.619 164.768 9.305
0.39 0.6 0.78 207.205 164.768 9.248
0.39 0.61 0.77 206.783 164.768 9.18916
0.39 0.62 0.76 206.355 164.768 9.12837
0.39 0.63 0.75 205.918 164.768 9.06555
0.39 0.64 0.74 205.474 164.768 9.00057
0.39 0.65 0.73 205.022 164.768 8.93333
0.4 0.55 0.84 209.682 164.907 9.34004
0.4 0.56 0.83 209.294 164.907 9.28985
0.4 0.57 0.82 208.9 164.907 9.23816
0.4 0.58 0.81 208.5 164.907 9.18489
0.4 0.59 0.8 208.093 164.907 9.12997
0.4 0.6 0.79 207.678 164.907 9.07332
0.4 0.61 0.78 207.257 164.907 9.01485
0.4 0.62 0.77 206.829 164.907 8.95447
0.4 0.63 0.76 206.393 164.907 8.89207
0.4 0.64 0.75 205.95 164.907 8.82756
0.4 0.65 0.74 205.499 164.907 8.76081
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《工程機(jī)械學(xué)》課程設(shè)計(jì)說明書
目 錄
一、 課程設(shè)計(jì)題目------------------------------------------------1
二、 鏟斗設(shè)計(jì)------------------------------------------------------2
1、 鏟斗的構(gòu)造-----------------------------------------------3
2、 鏟斗的斷面形狀和基本參數(shù)--------------------------4
3、 斗容計(jì)算--------------------------------------------------7
三、動 臂 設(shè) 計(jì)------------------------------------------------------8
1、動臂長度-----------------------------------------------------8
2、動臂鉸點(diǎn)的確定--------------------------------------------9
四、反轉(zhuǎn)斗四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)---------------------------------------10
1、斗四連桿設(shè)計(jì)---------------------------------------------11
2、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析------------------------------------12
2、程序代碼---------------------------------------------------16
3、程序運(yùn)行結(jié)果---------------------------------------------17
5、ZL40裝載機(jī)參數(shù)-----------------------------------------20
6、轉(zhuǎn)斗缸四連桿設(shè)計(jì)---------------------------------20
五、 心 得 體 會-------------------------------------------------21
六、 參 考 文 獻(xiàn)-------------------------------------------------21
工 程 機(jī) 械 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì)
設(shè)計(jì)題目：ZL40裝載機(jī)反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)工作裝置的設(shè)計(jì)
設(shè) 計(jì) 者：趙 勇
學(xué)校名稱：華東交通大學(xué)
班 級：04理工機(jī)設(shè)2班
指導(dǎo)老師：吳國棟
ZL40裝載機(jī)反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)工作裝置的設(shè)計(jì)
1 裝載機(jī)工作裝置介紹
裝載機(jī)的工作裝置是由鏟斗、升降動臂的液壓缸、連桿機(jī)構(gòu)組成，用以完成鏟掘、裝載作業(yè)。對中小型裝載機(jī)，一般還常配有可以更換的工作裝置，以適應(yīng)多種作業(yè)的需要。
裝載機(jī)工作裝置應(yīng)滿足如下要求：
1.鏟斗的運(yùn)動軌跡符合作業(yè)要求，即要滿足鏟掘、裝載的要求；
2.要滿足卸載高度和卸載距離的要求，并保證動臂在任何位置都能卸凈鏟斗中的物料；
3.在滿足作業(yè)要求的前提下，工作裝置結(jié)構(gòu)簡單，自重輕、受力合理、強(qiáng)度高；
4.保證駕駛員具有良好的工作條件，確保工作安全，視野良好，操作簡單和維修方便。
原始的裝載機(jī)工作裝置如圖1—1所示，鏟斗與動臂固定，若轉(zhuǎn)斗液壓缸不動，當(dāng)動臂提升時(shí)，鏟斗和動臂一起繞著定點(diǎn)轉(zhuǎn)動，斗的傾角隨著動臂轉(zhuǎn)角的增大而增大，使斗中物料撒落，為使物料不撒落，要求動臂舉升時(shí)，鏟斗應(yīng)相對動臂向前傾，以補(bǔ)償鏟斗隨動臂轉(zhuǎn)動所引起的后傾，實(shí)現(xiàn)鏟斗接近平移運(yùn)動。這樣的運(yùn)動通常是由連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
圖1—2所示，為一個由機(jī)架、動臂拉桿和框架（斗）組成的工作裝置連桿機(jī)構(gòu)，動臂和拉桿的一端與車架鉸接，另一端則與框架鉸接。斗和斗液壓缸固定在框架上。動臂舉升時(shí)，動臂與機(jī)架的夾角α改變，引起框架和動臂的夾角?改變，由于斗裝在框架上，故斗相對于動臂產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動。動臂舉升時(shí)，斗在空間的運(yùn)動，可以為斗跟隨動臂一起繞定
點(diǎn)轉(zhuǎn)動的牽連運(yùn)動和相對動臂轉(zhuǎn)動的相對運(yùn)動的合成。
若動臂轉(zhuǎn)角△α（即斗的牽連運(yùn)動），通過連桿機(jī)構(gòu)使框架（斗）相對于動臂轉(zhuǎn)動△?（斗的相對運(yùn)動），則斗在空間的實(shí)際轉(zhuǎn)角為：
△γ=△α+△?
若△α≈-△?，則△γ≈0，即使動臂在舉升時(shí)，斗在空間基本上無轉(zhuǎn)角變化。
2 鏟斗的設(shè)計(jì)
2.1 鏟斗的介紹
鏟斗是鏟裝物料的工具，它的斗型與結(jié)構(gòu)是否合理，直接影響裝載機(jī)的生產(chǎn)率，在設(shè)計(jì)工作裝置連桿之前，首先要確定鏟斗的幾何形狀和尺寸，因?yàn)?
它與連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有密切的關(guān)系。
設(shè)計(jì)鏟斗首先要具有合理的斗型，以減少切削和裝料阻力，提高作業(yè)生產(chǎn)率，其次是在保證鏟斗具有足夠強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量減少自重，同時(shí)也應(yīng)考慮到更換工作裝置和修復(fù)易換零件（切削刃、斗點(diǎn)）的方便。
1. 普通鏟斗的構(gòu)造（圖2—1）
圖2—1所示是一個焊接結(jié)構(gòu)的鏟斗，底板上的主切削刃1和側(cè)板上側(cè)刀刃2均由耐磨材料制成；在鏟斗上方有擋板3把斗后壁加高，以防止斗舉高時(shí)物料向后撒落。斗底上鑲有耐磨材料制成的護(hù)壁4，以保護(hù)斗底，并加強(qiáng)斗的剛度。
直線型刀刃適宜用于轉(zhuǎn)載輕質(zhì)和松散小顆粒物料，并可以利用刀刃作刮平、清理場地工作；V形刀刃便于插入料堆，有利于改善 作用裝置的偏載，適宜于鏟裝較密實(shí)物料。由于其刀刃突出，影響卸載高度。
通常在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)都采用帶齒的鏟斗，因?yàn)槎俘X的作用是鏟斗插入物料時(shí)，減少鏟斗與物料的作用面積使插入力集中在斗齒上，破壞物料結(jié)構(gòu)，因而帶齒的斗具有較大的插入料堆的能力，適宜于裝礦石和堅(jiān)硬的物體，齒型的鏟斗的選擇使提高鏟斗的壽命，使鏟斗的插入力減小，如果齒變鈍了易于更換和維修，設(shè)計(jì)時(shí)采用分體式鏟斗。（如圖2—2）
鏟斗的截面形狀如圖2—2所示，它的基本形狀由一段圓弧、兩段直線所焊接而成的基本的斗狀圓弧的半徑r、張開角γ、后臂高h(yuǎn)、底臂長l等四個參數(shù)決定的，圓弧半徑大，物料進(jìn)入鏟斗的流動性能好，有利于減少物料裝入斗內(nèi)的阻力，卸料快而干凈，但圓弧半徑過大，斗的張開角大，不易于裝滿，且鏟斗外形高，影響駕駛員的視野。后臂過小則容易漏料，過大則增加鏟斗的外形影響駕駛員的視野底臂長，則斗的插入料堆深度大，斗易于裝滿，但 鏟起力由于力臂的增加而減少，底臂長度小則鏟起力大，且由于卸料時(shí)鏟斗刃口降落的高度小，可以減少動臂舉升高度，縮短作業(yè)時(shí)間。
2.2 鏟斗的斷面形狀和基本參數(shù)的確定
斗的斷面形狀由圓弧半徑r、張開角γ、后臂高度h、和底臂長l等四個參數(shù)決定。如圖2—3所示，
圓弧半徑r越大，物料進(jìn)入鏟斗的流動性越好，有利于減少物料裝入斗內(nèi)的阻力，卸載快而干凈，但r過大，斗的開口大，不易裝滿，且鏟斗的外形較高，影響駕駛員觀察鏟斗刃的工作情況。
后壁高h(yuǎn)和底壁長h是指斗上緣至圓弧與后壁切點(diǎn)的距離，h過小則易漏料，過大則增加鏟斗外形，影響駕駛員視線。
根據(jù)圖2—3鏟斗截面基本參數(shù)：
已知該工作機(jī)構(gòu)的額定載重量Q=4t
由土壤的自然重度公式得 V=mg/γ=40/20=2
在應(yīng)用中采用平裝斗容來計(jì)算鏟斗的截面面積的基本參數(shù)，鏟斗的截面面積：
（2—1）
鏟斗的幾何容積V=S×B，則可以建立下式：
（2—2）
式中V—平裝斗容量圖2—4所示陰影面積由設(shè)計(jì)給定；
B—鏟斗的凈寬度；
Q=4t
V=2
λ—鏟斗斗底長度系數(shù)，λ=L/R；
λ—后斗壁長度，λ=L/R；
L—后斗壁長度，是指由后斗壁上緣至斗壁與斗底延長線相交點(diǎn)的距離；
λ—擋板高度系數(shù)，λ=L/R；
Lk—擋板高度；
λ— 圓弧半徑系數(shù)，λ=r/R；
γ―――斗底與后斗壁間的夾角,又稱斗張開角；
γ—擋板與后斗壁的夾角。
由式（2—2）可見，已知V、B，只要選定λg、λz、λk、λr等系數(shù)值和γ、γ1值，即可求得新鏟斗的基本R。為此，實(shí)測所選樣機(jī)鏟斗的下列數(shù)據(jù)R,Lg,Lk,Lr,r,γ1和γ值，并分別計(jì)算出λg,λz,λk和λr值，帶入（2—1）式，即可求得新鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R，由基本參數(shù)R，根據(jù)所選定的各系數(shù)值，即可求得新鏟斗的其他參數(shù)值。
鏟斗側(cè)板切削刃，相對于斗底的傾交α0=50°～60°。
取α0=60°。
根據(jù)已知條件取合適的值：
取γ=8°、λr =0.4、、λz =1.2、λg =1.5、γ=50°把以上數(shù)據(jù)代入式（2—2）得鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑：
并由R得到以下數(shù)值：
鏟斗的橫截面面積 S= V/B=2/2.5=0.8㎡;
后 斗 臂 長 度Lz =1.2×1.08=1.31m;
斗 底 長 度Lg =1.5×1.08=1.62m;
擋 板 高 度Lk =0.12×1.08=0.13m;
鏟 斗 圓 弧 半徑 r = 1.08×0.4=0.43 m;
底 臂 長l =1.8/5.3×1.62=0.59m;
2.3 斗容的計(jì)算
根據(jù)確定的鏟斗幾何尺寸即可計(jì)算鏟斗的容量。
1.平裝容量（幾何容量）Vp:
鏟斗的平裝斗容分為裝有當(dāng)板和無擋板兩種。我選用有擋板鏟斗：
（1）平裝斗容V
V=SB-2ab/3 m
式中：S—鏟斗橫截面積等于0.8㎡
B—鏟斗內(nèi)側(cè)寬度等于2.5m
a—近似取0.108m
b—鏟斗刀刃與擋板最上部之間的距離（如圖2—5），又余弦定理得 b=1.338m
所以
α0=60°
γ=8°
λr =0.4
λz =1.2
λg =1.5
γ=50°
R=1.08㎜
S=0.8㎡
Lz=1.08m
Lg=1.62m
Lk=0.13m
r=0.43 m
l=0.59m
S=0.8㎡
B=2.5m
b=1.338m
（2） 堆裝容量VH（額定斗容量）
VH= V＋bB/8－[b(a+c)]/6
C ——物料堆積高度
由于物料按2：1的坡度角堆裝，所以c近似等于c=0.730m
所以
2.4 斗鉸點(diǎn)位置的確定
動臂與斗的連接鉸點(diǎn)（簡稱下鉸點(diǎn)）的位置應(yīng)盡量使鏟斗在鏟掘位置時(shí)布置在靠近切削與地面。下鉸點(diǎn)靠近鏟斗切削刃，則轉(zhuǎn)斗時(shí)力臂l小，有利于增加作用在刀刃上的鏟起力。下鉸點(diǎn)靠近地面，可減少在作業(yè)時(shí)，由插入阻力所引起的附加力矩(ph,見圖2—6），此力矩將影響掘起力值。對裝載輕質(zhì)物料的鏟斗，其下鉸點(diǎn)允許高一些，以增加回轉(zhuǎn)半徑R，增加轉(zhuǎn)斗時(shí)斗刃所掃過的料堆面積，從而提高鏟斗物料的裝滿程度。下鉸點(diǎn)距離斗底高度一般可取h=（0.06～0.15）R。即：
下鉸點(diǎn)距斗底高度 h=0.11×1.08=0.108m。
三： 動臂的設(shè)計(jì)
動臂長度決定于動臂與機(jī)架的鉸點(diǎn)位置和動臂與鏟斗的鉸點(diǎn)的位置。
動臂下鉸點(diǎn)在動臂舉升最高位置A1由所需的最大卸載高度Hmax和相應(yīng)的卸載距離S確定。動臂的下鉸點(diǎn)在動臂下落時(shí)的位置A2則應(yīng)盡量靠近輪胎，以減少對傾覆軸的力臂，縮短整機(jī)總長，但應(yīng)保證鏟斗上翻時(shí)，斗與輪胎有一定的間隙。
動臂繞定軸轉(zhuǎn)動至最高和最低位置時(shí)，要求其下鉸點(diǎn)分別落在A1和A2位置上，則A1和A2兩點(diǎn)必在同一圓弧上，故動臂與機(jī)架鉸接點(diǎn)（簡稱動臂上
c=0.730m
h=0.108m
鉸點(diǎn)）應(yīng)在A1A2連線的垂直平分線上。上鉸點(diǎn)在該
平分線上的具體位置由總體布置確定。上鉸點(diǎn)O的位置將影響動臂轉(zhuǎn)角和動臂的最大外伸距離。由圖3—1可見，O點(diǎn)靠后布置，可減少動臂轉(zhuǎn)角（δ<δ’)和動臂最大外伸距離（l
#include
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using namespace std;
int main()
{ double K=0.99, A=0.3, C=0.55;
double B=0.0;
double Wmax,$max,Rmax,swap1,swap2;
//聲明 最大角 桿的極限角
double min=0.0;
cout<
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