裝載機鏟運機履帶式工作裝置設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 擋板高度， m；b—鏟斗開口長，m；c—堆積高度，m。①鏟斗平裝容量橫截面S的計算：如圖37所示，鏟斗平裝容量橫截面積S由5塊基本幾何圖形組成。圖37 鏟斗截面計算計算公式為： S = S1 + S2 + S3 + S4+S5 （34）式中 S1—扇形AGF的面積，m2； S2—直角三角形△GFN，m2； S3—直角三角形△GAC，m2； S4—三角形△CGN，m2； S5—直角三角形△CND，m2。由圖37知： S1 =GF2π360180γ （35） S2 =12GFFN=12rLzrtanγ2 （36） S3 =12GACA=12rLgrtanγ2 （37） S4 =LLCNLCG(LNG) （38） S5 =12NDCN=12 LkLz2+Lg22LzLgcosγ （39）經過測量可知GF=， FN=，CA=，GA=，CN=，CG=，NG=，ND=，將上述數值分別代入公式（35），（36），（37），（38），（39）。可以得S1=㎡,S2=㎡,S3=㎡,S4=㎡，S5=㎡將上述結果帶入（34）最終得到S=②鏟斗開口長b和堆積高度c的計算由圖 37所示，鏟斗開口長b的計算： b=CN2+ND2=Lz2+Lg2+Lk22LzLgcosγ （310）由以上計算得 Lg=，Lz=，Lk==堆積高度c的計算：圖38是額定容量鏟斗的橫截面積，其中擋板DN高為a，CD是鏟斗開口長b，IH是斗尖至鏟斗側壁的高度c。根據美國汽車工程師手冊規定IH垂直于CD，且IK=CK/2=b/，擋板DN應垂直于斗側壁CN，所以△CKH∽△CND。則 c=IK+KH=14b+ba2b2a2 （311）將a==（315）得 c= 圖38 額定容量鏟斗的橫截面鏟斗容量計算代入(33)式中，可以得 Vr=179。（2）鏟斗的容量誤差判斷若滿足 | VrVh|ε （312）式中 Vh計算的斗容量； ε 設計中給定的允許斗容量誤差，則設計的鏟斗容量符合設計要求。 將上述結果帶入（312），|VrVh|=||ε=，所以所設計的鏟斗容量符合設計要求。 鏟斗上下鉸接點位置的確定鏟斗的下鉸接點即與動臂的連接鉸接點。當鏟斗在鏟掘位置時，應盡量使該點靠近切削刃與地面。下鉸接點靠近鏟斗切削刃，則轉斗時力臂小，有利于增加作用在斗刃上的掘起力。下鉸接點靠近地面，可減少在作業時的鏟入阻力。下鉸接點距斗底高度h=(～)R。這里我取h=140mm 鏟斗的上鉸接點即鏟斗與拉桿或連桿的連接鉸點。上鉸接點與下鉸接點的距離(稱斗鉸連線)不宜過大，否則將增加鏟斗連桿機構的尺寸，給結構布置帶來一定困難。 設計小結 通過上述設計確定了斗底長度Lg=，斗后壁長度 Lz=，擋板高度 Lk=，斗底圓弧半徑 r=，回轉半徑R=，下鉸接點距斗底高度h=140mm。并且對所得參數進行鏟斗容量計算，最后與額定斗容對比校核，校核結果在允許范圍內，設計符合要求。 根據以上內容其PROE鏟斗圖形式如圖所示： 圖39鏟斗PROE圖其AOTOCAD焊接件圖如下圖310 AUTOCAD鏟斗焊接件 第四章 工作裝置連桿系統設計 圖解法設計尺寸參數圖解法是設計連桿系統參數最有效的方法，因此本設計中也應用圖解法來解決參數設計問題。圖解法是在初步確定了最大卸載高度、最小卸載距離、卸載角、履帶尺寸和鏟斗幾何尺寸等整機主要參數后進行的，通過在坐標圖上確定工況Ⅱ時工作機構的9個鉸接點的位置來實現。 動臂與鏟斗、搖臂、機架的三個鉸接點的確定（1）確定坐標系，畫鏟斗圖如圖41所示，選取直角坐標系xOy，并選定長度比例尺把已設計好的鏟斗橫截面圖畫在坐標系里，斗尖對準坐標原點O，斗前壁與x軸呈5176。前傾角。此為鏟斗插入料堆時的位置，即工況Ⅰ。 圖 41 動臂上三鉸接點的設計（2）確定動臂與鏟斗的鉸接點G由于G點的x坐標值越小，轉斗崛起力就越大，所以G點靠近O點是有利的，但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減小；而G點的y坐標值增大時，鏟斗在料堆中的鏟取面積增大，裝的物料多，但縮小了G點與連桿鏟斗鉸接點F的距離，使崛起力下降。綜合考慮各種因素的影響，設計時，一般根據坐標圖上工況Ⅰ時的鏟斗實際情況，在保證G點y軸的坐標值yG=250～350mm和x軸坐標值盡可能小的而且不與斗底干涉的前提下，我取G點的坐標為(1250,250)。（3）確定動臂與機架的鉸接點A①以G點為圓心，使鏟斗順時針轉動，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圖上。應使輪胎前緣與工況Ⅱ時的鏟斗后壁的間隙盡量小些。履帶中心Z的坐標值應等于履帶的工作半徑Rk。 ，mm (41) 式中 —Z點的y坐標值，mm；—輪輞直徑，mm；—輪胎寬度，mm；H/—輪胎斷面高度與寬度之比；—輪胎變形系數。查文獻得， =635mm，=597mm，H/=1，=。代入上式解得：=855mm。③根據給定的最大卸載高度=2900mm，最小卸載距離=1300mm，以及卸載角=59176。，畫出鏟斗在最高位置卸載時的位置圖，即工況Ⅳ，令此時斗尖為，G點位置為。④以為圓心，順時針旋轉鏟斗，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。因為G和G`點同在以A點為圓心，動臂AG長為半徑的圓弧上，所以A點必在的垂直平分線上。A點在垂直平分線的位置應盡量低些，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點坐標為(3932，2280)。 動臂與搖臂鉸接點的確定 動臂與搖臂鉸接點B點的位置是一個十分關鍵的參數，它對連桿機構的傳動比、倍力系數、連桿機構的布置以及轉斗油缸的長度都有很大影響。根據分析與經驗，一般取B點在AG連線的上方，過A點的水平線下方，并在AG的垂直平分線上，并在AG的垂直平分線上左側靠近工況Ⅱ時的鏟斗處。相對于前輪胎，B點在其外廓的左上部。通過作圖，設計出B點坐標為(1932,1793)。 連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點的確定因為G、B兩點已被確定，所以在確定連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點F點和E點實際上是為了最終確定與鏟斗相連的四桿機構GFEB的尺寸，如圖42所示。 圖42 連桿、搖臂、轉斗油缸尺寸設計 確定F、E兩點時，既要考慮對機構的要求，又要注意動力學的要求，同時，還要防止前述各種機構被破壞的現象。（1）按雙搖桿條件設計四桿機構令GF為最短桿，BG桿為最長桿，即必有 GF+BGFE+BE (42)如圖42所示，若令，GF=a,FE=b,BE=c,BG=d,并將式(410)不等號兩邊同時除以d，經整理上式得下式，即 (43)其中d值由BG確定，即d=1636mm。初步設計時，(43)式中各值可按式(44)中選取。K=～ a=(～)d (44)c=(～)d此次設計中取 K=，a=495mm，c=1155mm,b=998mm。（2）確定E點和F點的位置這兩點位置的確定要綜合考慮如下四點要求：①E點不可與前橋相碰，并且有足夠的最小離地高度；②插入工況時，使EF桿盡量與GF桿垂直，這樣可獲得較大的傳動比角和倍力系數；③裝工況時，EF與GF桿的夾角必須小于170176。，即傳動角不能小于10176。，以免機構運動時發生自鎖；④位卸載工況時，EF桿與GF桿的傳動角也必須大于10176。具體做法如下：如圖43所示，鏟斗取工況Ⅰ。分別以B點和G點為圓心，以c和分別為半徑畫弧，其交點為E；再分別以G點和E點為圓心，a和b半徑畫弧，則其交點必為F。 圖 43 連接端部鉸接點設計作圖所得，在鏟裝工況下，即工況Ⅰ下，E點坐標為(2535，833),F點坐標為(1337,903)。為了防治機構出現“死點”，“自鎖”或“撕裂”現象，設計時應滿足下列不等式。工況Ⅱ時： GF+FEGE (45)工況Ⅳ時： FE+BEFB (46)檢驗E與F點位置設計：①工況Ⅱ時，GF=495mm，FE=998mm，GE=1114mm，因此滿足GF+FEGE。②工況Ⅳ時，FE=998mm，BE=1155mm，FB=2945mm，因此滿足FE+BEFB。綜上所得，E點與F點設計位置滿足要求。 轉斗油缸與搖臂和機架的鉸接點的確定在圖43中，如果確定了C點和D點，就最后確定了與機架連接的四桿機構BCDA的尺寸。C點和D點的布置直接影響到鏟斗舉升平動和自動放平性能，對掘起力和動臂舉升阻力的影響都較大。1)確定C點從力的傳遞出發，顯然使搖臂BC長一些有利，那樣可以增大轉斗油缸作用力臂，使掘起力相應增大。但加長BC段，必將減小鏟斗和搖臂的轉角比，造成鏟斗轉角難以滿足各個工況的要求，并且使轉斗油缸行程過長。初步設計時，一般取BC≈(～)BE （47）因此，取BC==809mm。C點一般取在B點左上方，BC與BE夾角(即搖桿折角)，可取∠CBE=175176。，C點運動不與鏟斗干擾。 2)確定D點 轉斗油缸與機架的鉸接點D，是根據鏟斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ過程為平動和由工況Ⅳ下降到工況Ⅰ能自動放平這兩大要求來確定的。如圖42所示，當鉸接點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時的C點的位置CCCC4也就唯一的被確定下來。因為鏟斗由工況Ⅱ舉升到工況Ⅲ或由工況Ⅳ下放到工況Ⅰ的運動過程中，轉斗油缸的長度分別保持不變，所以D點必為C2點和C3點連線的垂直平分線與點C1和C4點連線的垂直平分線的交點。 研究證明，D點設計在A點的左下方較好。D的固定坐標為(3611,2104)。動臂舉升油缸的布置應本著舉臂時工作力矩大、油缸穩定性好、構件互不干擾、整機穩定性好等原則來確定。綜合考慮這些因素，一般動臂舉升油缸都布置在前橋與前后車架的鉸接點之間的狹窄空間里。一般動臂舉升油缸與動臂的鉸接點H選定在AG連線附近或上方，并取AHAG/3。因此，取工況Ⅰ時的H坐標為(2582,1315),AH=1651mm。考慮到聯合鏟裝工況(邊插入邊舉臂)的需要，在滿足動臂舉升油缸與車架鉸接點M最小離地高度要求的前提下，令工況Ⅰ時AH與MH趨于垂直。這樣可以使鏟斗開始從料堆中提升時阻力距最大，獲得較大的初始工作力矩。M點往前橋方向靠近是比較有利的。這樣做，可使動臂舉升油缸在動臂整個舉升過程中，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的舉升力不足，因此此時工作力臂往往較小或最小。綜上所述，我取M點在A點正下方850mm處。經過上述的各步作圖，整個工作裝置連桿機構的尺寸參數設計完畢。為了進一步檢驗鏟斗的平動質量，在工況Ⅱ、Ⅲ之間選擇2個位置進行檢驗鏟斗的轉角，所得結果鏟斗轉較差小于10176。，則證明設計合理。1. 對稱水平力的作