裝載機鏟斗運動機構設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 長度：Lg=Rλg==斗后壁長度：Lz=Rλz==擋板高度：Lk=Rλk==斗底圓弧半徑：r=Rλr==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。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。裝載機工作時，連桿機構應保證鏟斗的運動接近平移，以免都內物料撒落。通常要求鏟斗在動臂的整個過程中（此時鏟斗液壓缸閉鎖）角度變化不超過15176。動臂無論在任何位置卸料（此時動臂液壓缸閉鎖），鏟斗的卸料角度不小于45176。此外，連桿機構還應具有良好的動力傳遞性能，在運轉中不與其他機件發生干涉，使駕駛員視野良好，并且有足夠的強度和剛度。連桿機構的類型，按搖臂轉向與鏟斗轉向是否相同，分為正轉連桿機構和反轉連桿機構，搖臂轉向與鏟斗轉向相同時為正轉連桿機構，相反時為反轉連桿機構。按工作機構的構件不同，可分為四桿式、五桿式、六桿式和八桿式等。反轉連桿機構的鏟起力特性適合于鏟裝地面以上的物料，但不利于地面以下的鏟掘。由于其結構簡單，特別是對于輪式底牌容易布置，因此廣泛應用于輪式裝載機。正轉連桿機構的鏟起力特性適合于地面以下的鏟掘，對于履帶式底盤容易布置，一般用于履帶式裝載機。（1）正轉八桿機構如圖27所示為正轉八桿機構，正轉八桿機構在油缸大腔進油時轉斗鏟取，所以鏟掘力較大；各構件尺寸配置合理時，鏟斗具有較好的舉升平動性能；連桿系統傳動比較大，鏟斗能獲得較大的卸載角和卸載速度，因此卸載干凈、速度快；由于傳動比大，還可適當減小連桿系統尺寸，因而駕駛員視野得到改善，缺點是機構結構較復雜，鏟斗自動放平性較差。 圖27 正轉八桿機構（2）六桿機構六桿機構工作裝置是目前裝載機上應用較為廣泛的一種結構形式，常見的有以下幾種結構形式。1) 轉斗油缸前置式正轉六桿機構 如圖28所示。轉斗油缸前置式正轉六桿機構的轉斗油缸與鏟斗和搖臂直接連接，易于設計成兩個平行的四連桿機構，它可使鏟斗具有很好的平動性能。同八桿機構相比，結構簡單，駕駛員視野較好。缺點是轉斗時油缸小腔進油，鏟掘力相對較小；連桿系統傳動比小，使得轉斗油缸活塞行程大，油缸加長，卸載速度不如八桿機構；由于轉斗缸前置，使得工作裝置的整體重心外移，增大了工作裝置的前懸量，影響整機的穩定性和行駛時的平移性，也不能實現鏟斗的自動放平。圖28 轉斗缸前置式正轉六桿機構2) 轉斗油缸后置式正轉六桿機構 如圖29所示。轉斗油缸布置在動臂上方，與轉斗油缸前置式相比，機構前懸較小，傳動比較大，活塞行程較短；有可能將動臂、轉斗油缸、搖臂和連桿機構設計在同一平面內，從而簡化了結構，改善了動臂和鉸銷的受力狀態。缺點是轉斗油缸與車架的鉸接點位置較高，影響了駕駛員的視野，轉斗時油缸小腔進油，鏟掘力相對較小；為了增大鏟掘力，需提高液壓系統壓力或加大鏟斗油缸直徑，這樣質量會增大。圖29 轉斗油缸后置式正轉六桿機構3) 轉斗油缸后置式正轉六桿機構 如圖210所示。轉斗油缸布置在動臂下方。在鏟掘收斗作業時，以油缸大腔工作，故能產生較大的鏟掘力。但組成工作裝置的各構件不易布置在同一平面內，構件受力狀態較差。圖210轉斗油缸后置式正轉六桿機構4) 轉斗油缸后置式反轉六桿機構 如圖211所示。轉斗油缸后置式反轉六桿機構有如下優點：轉斗油缸大腔進油時轉斗，并且連桿系統的倍力系數能設計成較大值，所以可獲得較大的掘起力；恰當地選擇各構件尺寸，不能能得到良好的鏟斗平動性能，而且可以實現鏟斗自動放平；結構十分緊湊，前懸小，駕駛員視野好。缺點是搖臂和連桿布置在鏟斗與前橋之間的狹窄空間，各構件間易于發生干涉。211 轉斗油缸后置式反轉六桿機構5) 轉斗油缸前置式反轉六桿機構 如圖212所示，鏟掘時靠小腔進油作用。這種機構現已很少采用。 圖212 轉斗油缸前置式反轉六桿機構（3）正轉絲桿機構正轉四桿機構（如圖213）是連桿機構中最簡單的一種，它容易保證四桿機構實現鏟斗舉升平動，此機構前懸較小。缺點是轉斗時油缸小腔進油，油缸輸出力較小，又因連桿系統倍力系數難以設計出較大值，所以轉斗油缸活塞行程大，油缸尺寸大；此外，在卸載時活塞桿易于斗低相碰，所以卸載角小。為避免碰撞，需把斗底制造成凹形，這樣既減小了斗容，又增加了制造難度，而且鏟斗也不能實現自動放平。圖213 正轉四桿機構（4）正轉五桿機構為克服正轉四桿機構卸載時活塞桿易于斗底相碰的缺點，在活塞桿與鏟斗之間增加一根短連桿，從而使正轉四桿機構變為正轉五桿機構，如圖214所示。當鏟斗反轉鏟取物料時，短連桿與活塞桿在油缸拉力和鏟斗重力作業下成一直線，如同一桿；但鏟斗卸載時，短連桿能相對活塞桿轉動，避免了活塞桿與斗底相碰。此機構的其他缺點同正轉四桿機構。圖214 正轉五桿機構 .2圖解法設計連桿機構尺寸參數圖解法是在初步確定了最大卸載高度、卸載距離、最小卸載距離、卸載角、輪胎尺寸、鏟斗到前輪中心距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時工作機構的鉸接點的位置來實現的。(1)動臂與鏟斗、搖臂、機架的三個鉸接點G、B、A 的確定。1）確定坐標系，畫鏟斗工況簡圖。圖215 鏟斗工況簡圖I如圖215 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 軸重合。此為鏟斗插入料堆時的位置，即工況Ⅰ。結合圖23和表21，對各參數進行計算。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=0～100mm 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(572，43)。3)確定動臂與機架的鉸接點A①1 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。輪胎中心Z 的坐標值應等于輪胎的工作半徑Rk. 。 （23）式中yz—Z 點的y 坐標值，mm；dw—輪輞直徑，mm；bw—輪胎寬度，mm；H/ bw—輪胎斷面高度與寬度之比；λ—輪胎變形系數。查文獻得， dw=635mm，bw =597mm，H/bw =1， λ=。代入上式解得：y+z =855mm。③根據給定的最大卸載高度=2300mm，最小卸載距離=1140mm，以及卸載角=45176。，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O4，G 點位置為G1。④以G1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G 并作垂直平分線。因為G 和G1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(2718,1331)。4)確定動臂與搖臂的鉸接點BB 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(1269,1331)。(2)連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點F、E 的確定因為G、B 兩點已被確定，所以在確定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216 圖216 鏟斗工況簡圖II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 (24)如圖28 所示，若令，GF=a, FE=b, BE=c, BG=d,并將式(24)不等號兩邊同時除以d，經整理上式得下式，即 （25）其中d 值由BG 確定，即d=1464mm。初步設計時，(25)式中各值可按式(26)中選取。K=～a=(～)d （26）c=(～)d所以得K=，a=586mm，c=952mm,b=500mm。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：① E 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 鏟裝工況時，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 高位卸載工況時， EF 桿與GF 桿的傳動角也必須大于10176。217圖 鏟斗工況簡圖III具體做法如下：如圖217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。作圖所得，在鏟裝工況下，即工況Ⅰ下，E 點坐標為(679,260),F 點坐標為(558,252)。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 (27)工況Ⅳ時： FE+BEFB (28)經檢驗，工況Ⅱ、Ⅳ，滿足公式27,、28 。綜上