0007-WZ45-40装载机工作装置设计【全套8张CAD图+说明书+翻译】
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    第一部分:系统开发建议书·························.共5页
    第二部分:WZ45.40装载工作装置设计··············共40页
    摘要:
    第一章:整机概述········································1
    第一节:绪论············································1
    第二节:国内外发展现状···································2
    第三节:挖掘装载机发展特点·······························5
    第二章:铲斗设计······································.7
    第三章:挖掘装载机工作装置结构设计·····················.10
    一、确定动臂长度、形状与车架的铰接位置················11
    二、连杆机构设计·······································.15
    三、转斗油缸与摇臂的铰接点以及下拉杆与机架铰接点的确定”················································16
    四、举升油缸与动臂和机架的铰接点·······················17
    五、铲斗举升平动分析及最大卸载高度、最小卸载距离的确定·················································l 8
    第四章:工作装置的受力分析···························.21
    第五章:工作装置的运动仿真····························32
    第六章:工艺分析·····································.33
    第七章:工作装置的限位机构·····························.35
    第八章:设计心得及实习体会····························.37
    第九章:附录···········································.38
    第三部分:翻译材料····································13页



    系统开发建议书
    1.产品用途及使用范围:
    轮式装载机是一种用途广泛的施工机械,广泛应用于建筑公路铁路水电港口矿山及国防工程中,对加快工程建设速度减轻劳动强度提高工程质量降低工程成本都发挥这重要作用。因此近几年来无论在国内还是国外装载机品种和产量都得到了迅猛发展。已成为工程机械的主导产品之一。
    在通用拖拉机前端加装载装置,后部加挖掘装置可改装变形成前装后挖拖拉机,亦称挖掘装载机,俗称“两头忙”。挖掘装载机作为一种小型多功能工程和建筑机械,是挖掘、装载两用的工程机械。广泛应用于农田水利建设、工业和民用建筑、市政建设及电力建设等,主要用于建筑工程、农田水利的基槽、基坑、管沟等小型土方工程的开挖以及城市建设和工厂企业的装载作业,是一种适应性较强的现场施工机械。
    2.关于主要功能设置与系统组成的建议:
    装载及工作装置是完成铲装运卸等作业并带液压缸的空间多杆机构工作装置是组成装载机的关键部位之一,其设计水平的高低直接影响到工作装置性能的好坏。进而影响到整机的工作效率与经济性指标。
    3.关于总体布局的建议与主要子系统概述:
    装载机主要是装载散装物料并将物料卸入自卸卡车或将物料直接运往卸料地点但装载机也承担轻度铲掘工作推土和修整场地等。为完成上述任务现代装载机的总体一般布置是将铲斗及工作装置安放在最前端。但本机械兼顾挖掘和装载双重任务,从总体布局考虑,将发动机置与前端,在后端布置单斗挖掘工作装置。这样就构成了前装载后挖掘的装载挖掘机。发动机的输出端接液力变矩器变速器再通过万向节和传动轴与前后驱动桥相连。驾驶员的作为布置在装载机中部,但一般将驾驶室的位置尽量向前布置这样可是前方视野开阔有利于作业的准确。
    现代装载机日趋向火斗容量发展为使铲斗能够强有力的插入料堆就要求装载机有足够的牵引力因此除采用较大马力的发动机之外还需要增加车轮的附着重量,以便达到提高牵引力的目的,所以现代绝大多数装载机都采用四轮驱动,这样可以有效的利用车种使全车重量均为附着重量。
    现将本机主要子系统概述如下:
    (1)当动臂在最低位置时动臂与铲斗的铰接点应尽量靠近轮胎,当铲斗处丁上翻位置时使其与轮胎有一定间隙而确定动臂与铰接点的位置。
    (2)连杆机构应能保证装满物料的铲斗无泄漏地从地面提升到最大卸载高度,选择连杆机构中的构件尺寸时应尽量使力的作用方向与铰接点的运动方向的夹角一压力角不应太大。根据机构设计的经验对于铰接连杆机构压力角应小于60度。
    (3)摇臂做成弯曲形状起夹角大小主要考虑到空间位置不受干涉而定,一般取30度左右,长短臂之比1。5左石。
    4.主要技术指标或重要技术参数:
    (1)轮式装载机的最大行驶速度为30~40公里/小时。
    (2)装载机动臂提升下降及铲斗前倾时间一般为:
    动臂提升时间为6~9秒。
    动臂下降时间为3~6秒。
    铲斗前倾时间为1~2秒。
    (3)一般装载机最小离地间隙不小于350毫米。
    5.主要工作原理建议:
    随着我国改革开放的不断深入,经济建设的不断加强,建筑、水利工程日益增多。目前我国又在计划进行西部大开发,挖掘装载机作为工程机械的一种主要类型,挖掘与运移土石方的主要机械设备,它的需求量迅速增长,对它的质量以及性能也提出了更高的要求。虽然,我国的工程机械行业,如装载机制造业等在不长的时间内有了较快的发展,但是由于我国的工业基础相对薄弱以及工作中的缺点等原因行业的发展尚存在一系列的问题有待解决。其中一个严重问题是:大部分产品性能较为落后。解决了这一问题,才能满足未来我国国民经济建设迅猛发展的需要。本次设计就是通过对挖掘装载机装载工作装置进行计算机辅助设计以及性能分析,来改善产品的性能·
    工作装置的性能分析过去多采用作图分析和手工计算法,.工作量繁重,精度较低。当分析工况较多时,问题更为突出。为克服作图分析和手工计算法的缺点,本次设计采用计算机辅助分析。性能分析即设计合理性分析。本次设计前面所进行的工作装置CAD设计是通过看资料、样本,通过初步分析、计算而确定的初始方案。接着应考察各工作液压缸作用力矩的均衡性,整机的稳定性,整机与地面的附着性、满足结构和布置的可能性等,以综合比较初选方案,从而确定机构参数(一般来说,从计算机辅助分析中发现不合理的现象都可究其原因,采取改进措施,使设计合理化。对以拟的各种初步方案可通过计算机辅助分析作进一步取舍及修正,以便确定较合理的方案)。同时,通过性能分析能够很清楚地了解到这个装载装置在各个位置或各种工况时的力和其它工作参数,有利于更有效地使用这种挖掘装载机和使这种挖掘装载机的工作效率得到最大限度地发挥。
    现将装载机工作原理介绍如下:
    装载机铲掘和装卸物料的作业是通过:工作装置的运动实现的。
    装载机的工作装置是由铲斗动臂摇臂连杆托架及液压系统等组成。铲斗用以铲装物料动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架相连;转斗油缸通过摇臂――连杆或托架使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操纵。
    由动臂,动臂油缸,铲斗,转斗油缸,摇臂一连杆或托架及车架相互铰接所构成的连杆机构在装载及工作时要保证:当动臂处于某种作业位置不动时,在装斗油缸的作用下通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动;当转斗油缸闭锁使动臂在动臂油缸作用下提升或下降铲斗过程中连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或斗底平面与地面的夹角变化控制在很小的范围以免装满物料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料洒落;而在动臂下降时又自动将铲斗放平以减轻驾驶员的劳动强度提高劳动生产率。
    装载机根据摇臂一连杆数目及铰接位置的不同,可组成不同形式的连杆机构。不同形式的连杆机构铲斗的铲起力随铲斗转角的变化关系,倾斜时的角速度大小及工作装置的运动特性也不同。因此装载机工作装置形式的选择,既要考虑结构简单又要考虑结构性质与铲掘方式来确定。
      正转连杆机构的工作装置当机构运动时铲斗与摇臂的转动方向相同其运动特点是发出最大铲起力时的铲斗转角是负的,有利于地面的挖掘,铲斗倾斜时的角速度大易于抖落砂石,但冲击较火。正转连杆机构又分为正转单连杆和正转双连杆两种形式。单连杆机构的连杆数目少结构简单,易于布置。缺点是铲起力变化曲线陡峭;摇臂――连杆的传动比比较小,为提高传动比,需要加长摇臂――连杆的长度,给结构布置带来困难,并影响驾驶员的视野.双连杆机构的结构较复杂,转斗油缸也难
    于布置在动臂下方.但摇臂。连杆传动比大,因此摇臂――连杆尺寸可以减少,驾驶员的视野较好,铲起力变化曲线平缓,适于利用铲斗及动臂复合铲掘的作业。缺点是提升动臂铲斗便后倾,易造成物料洒落。
     反转连杆机构的工作装置,当机构运动时铲斗与摇臂的转动方向相反。其运动特点时发出最大铲其历史的铲斗转角是正的且铲起力变化曲线陡峭,因此提升铲斗时铲起力较大适于装载矿石,不利于地面挖掘;铲斗倾斜时角速度小,卸料平缓,但难于抖落砂石。易于实现铲斗白动放平。摇臂――连杆的传动比较小。
      反转连杆机构多采用单连杆,双连杆机构布置较困难。反转连杆机构当铲斗位于运输位置时连杆与动臂轴线相交,因此难于布置在同一平面内。但由于这种形式结构简单铲起力较大所以中小型装载机采用较多。
    6.国内外同类产品的水平对比:
    作为装载机多种作业化品种之一,挖掘装载机在我国起步较晚,但发展较快,已有十余家企业生产这种装载机。尤其近年来,由于应用领域日渐扩火,挖掘装载机得到了不断发展。此产品在国外应用广泛,1990年世界上挖掘装载机销售量达48000~50000台,可见挖掘装载机占有相当的市场份额。
    我国已开发、试制或生产挖掘装载机的厂家及其型号有:(1)北京建筑机械厂及福建机器厂开发出WZ2A、WZ2B,北京建筑机械厂1969年生产WZ2型挖掘装载机(又称DY4—55型),1980年改进设计,试制了WZ2A型挖掘装载机,1981年10月通过鉴定。之后,在此基础上又推出了WZ2B型挖掘装载机,将WZ2A型又改进为现在生产的WZ.2C型挖掘装载机,反铲铲斗标准斗容量0.2 m3。(2)福州建筑机械厂WZ25型,反铲铲斗标准斗容量0.25 m3,装载额定提升能力19.6kN,发动机功率44.1KW整机质量6580Kg,1985年通过部级鉴定。(3)烟台工程机械厂ZLl5WJ型,反铲铲斗标准斗容量0.14 m3 ,整机质量6400Kg,1988年通过省级鉴定。该厂近年还开发出WZl6.15E型挖掘装载机,以zLl5装载机为基础,额定装载质量1500Kg,反铲额定斗容0.14m3,整机操作质量6250Kg o(4)柳州挖掘装载机厂(中外合资)的、WZ30.25型和WZ30.25A型,装载部分提升力、反铲标准斗容分别为25KN、1.0 m3;WZ45.30型,装载部分提升力、反铲标准斗容分别为30KN、1.25 m3。(5)山东临沂装载机厂的ZWlO型履带式挖掘装载机。(6)洛阳拖拉机工程机械公司的DFII.904WZ。(7)山东广饶液压机械厂的755Z/W。(8)柳州工程机械厂开发出WZ25—20。(9)山西机床厂也与意大利合作组装生产“两头忙”产品。(10)徐州装载机厂开发研制出WZ25.16型挖掘装载机,发动机功率为50Kw,装载斗容量0.8m3,反铲斗容量0.25m3,装载装置最大掘起力≥25.6KN。
    与国外水平比较,我国的工程机械行业还远远落后于发达国家,无论从产品质量还是年生产总量比较,我国都落后于发达国家。
    7.应贯彻的标准和规范:
    本机在设计和制造中应贯彻的规范和标准有:
    1、现行国家标准(GB)。
    2、国家有关部委标准。
    3、国家工程机械标准。
    8.设计和制造的标准化要求:
    现行设计要求尽量提高零部件的标准化和通用化程度。设计所用零部件应尽量采用标准件、通用件、外构件,从而减少设计和制造的:工作量、缩短设计和制造周期,提高系统可维护程度,有利于降低成本和加快产品改进更新步伐。
    9.关键技术攻关建议:
      本机采用八连杆机构,故结构复杂,须采用合理的布置方案才可行。但八杆机构提高了该装置的灵敏度,更易于实现装载作业。
    10.采用新原理、新结构、新材料、新工艺、新技术的建议:
     本机采用前装载后挖掘的双重作业系统大大加大了机器的应用范围,同时采用了新型液压系统,精简了结构,减小了整机尺寸。
    11.为与外部系统协调所需的约束条件:
    由于工程机械工作环境恶劣,故要求工作装置的安全系数较高,同时对轮胎的要求也较高。为适应用户的多机种要求,本机采用前装载后挖掘的机构,合理的布置使本机应用范围人火拓宽。
    12.关于用户的需求和本企业发展计划的介绍:
    本机结构紧凑、便于维修、实现自动化可靠性高、使用方便经济。 目前,国内本产品年产300台左右,市场亟待开发。
    13.关于成熟的技术结构工艺等继承的决定和建议:
    与原来的技术资料相比继承了以前的铲斗形状、大小、空间布置,回转机构的外形等。整机尺寸较以前稍有改进,增加了挖掘功能实现了一机多用。
    14。关于产品成本的要求:
    本机成本大约100万人民币。
    15。开发周期与开发费用要求:
    本机开发周期在6个月以内。










    ABSTRACT
    A wheel loade is a kind of machine that it is used
    extent.above all,dig—loader is SO.This design is required by scociety, The type of machine is WZ45-40.
    The production required of a wheel loader should beslightly greater than the production capability of the other critical units in the earth or material moving system.For example,if a hopper can handle 300 tons per hour loader capable of slightly more than 300 tons should be used.Required production should be carefully calculated SO the proper machine and bucket selections are made.
    When hauling loose granular material on a hard smooth operating surface.a 0.45—0.55 minute basic cycle time is considered reasonable for caterpillar articulated loaders with a competent operator.this includes load,dump,four reversals of direction,full cycle of hydraulics and minimum travel.
    Material type,pile height,and other factors may improve or reduce production.and should be added to or subtracted from the basic cycle time when applicable.Add the haul and return times to the estimated basic cycle time to obtain total cycle time.










    摘 要:
    轮式装载机是一种用途广泛的施工机械,挖掘装载机更是近几年新型的一种工程机械。本次毕业设计正是应社会需求而设计的一种型号的机型,型号为WZ45-40。
    轮式装载机所达到的装载量应当比别的装载机器所达到的铲装量稍微大一些。例如,如果一个机器可以一小时运载300吨物体,则如果用的装载机的装载能力应当稍大于300吨。当铲斗在制造时所需的装载量应当被精确计算出来。
    当在一个硬的操作表面拖运松的颗粒状材料时,对一个装载机来说,0.44-0.55分钟的基本循环周期是合情合理的。这个过程包括装载、收斗、举升、翻斗、下降等过程。物质类型、堆积高度和别的因素也许可以提高或减少装载量,并且应当在应用时从基本循环周期被增加或减少。
    铲装的材料类型、材料的堆积高度以及别的外在因素也许可以增加或减少基本循环时间。并且在实际的生产过程中也应这样计算。通过估计增加或减少的装载拖运物和返回时间可以获得总共的循环时间。


    第二部分: 挖掘装载机工作装置设计
    第一章:整机概述
    §1.1 绪论
    轮式装载机是一种用途广泛的施工机械,广泛应用于建筑公路铁路水电港口矿山及国防工程中,对加快工程建设速度、减轻劳动强度、提高工程质量、降低工程成本都发挥这重要作用。因此近几年来无论在国内还是国外装载机品种和产量都得到了迅猛发展,已成为工程机械的主导产品之一。
    为适应装载机多功能作业要求,轮式装载机已向一机功能方向发展。这主要靠主机加装适合多种作业的组合式工作装置完成。80年代国外装载机和液压挖掘机除了不断完善装、挖功能外,正向一机多能方向发展。许多公司竞相生产各式各样的辅助机构。这种机型使用范围很广,其产品受到用户的普遍关注。
    在通用拖拉机前端加装载装置,后部加挖掘装置可改装变形成前装后挖拖拉机,亦称挖掘装载机,俗称“两头忙”。挖掘装载机作为一种小型多功能工程和建筑机械,是挖掘、装载两用的工程机械。广泛应用于农田水利建设、工业和民用建筑、市政建设及电力建设等,主要用于建筑工程、农田水利的基槽、基坑、管沟等小型土方工程的开挖以及城市建设和工厂企业的装载作业,是一种适应性较强的现场施工机械。
    随着我国改革开放的不断深入,经济建设的不断加强,建筑、水利工程日益增多。目前我国又在计划进行西部大开发,挖掘装载机作为工程机械的一种主要类型,挖掘与运移土石方的主要机械设备,它的需求量迅速增长,对它的质量以及性能也提出了更高的要求。虽然,我国的工程机械行业,如装载机制造业等在不长的时间内有了较快的发展,但是由于我国的工业基础相对薄弱以及工作中的缺点等原因行业的发展尚存在一系列的问题有待解决。其中一个严重问题是:大部分产品性能较为落后。解决了这一问题,才能满足未来我国国民经济建设迅猛发展的需要。本次设计就是通过对挖掘装载机装载工作装置进行计算机辅助设计以及性能分析,来改善产品的性能,
    工作装置的性能分析过去多采用作图分析和手工计算法,工作量繁重,精度较低。当分析工况较多时,问题更为突出。为克服作图分析和手工计算法的缺点,本次设计采用计算机辅助分析。性能分析即设计合理性分析。本次设计前面所进行的工作装置CAD设计是通过看资料、样本,通过初步分析、计算而确定的初始方案。接着应考察各工作液压缸作用力矩的均衡性,整机的稳
    定性,整机与地面的附着性、满足结构和布置的可能性等,以综合比较初选方案,从而确定机构参数(一般来说,从计算机辅助分析中发现不合理的现象都可究其原因,采取改进措施,使设计合理化。对以拟的各种初步方案可通过计算机辅助分析作进一步取舍及修正,以便确定较合理的方案)。同时,通过性能分析能够很清楚地了解到这个装载装置在各个位置或各种工况时的力和其它工作参数,有利于更有效地使用这种挖掘装载机和使这种挖掘装载机的工作效率得到最大限度地发挥。
    考虑到挖掘装载机--机两用,可基本代替一台挖掘机和一台装载机能实现的功能,更具有机动灵活性、不仅为国家和社会节约了资源、而且大大地降低了成本、经济效益无疑也能得到显著提高。我国在“九五”期间在工程机械行业投资13万亿元人民币,比“八五”完成投资大2倍,而且建筑业已逐步成为国民经济的支柱产业,这将刺激工程机械迈入新的经济增长期。今后十五年,国家将集中必要的力量,在水利、能源、交通、通信和重要原材料工业方面,建设一批大型工程。由于今后从事笨重施工体力劳动的人员日渐减少,机械化施工程度逐年提高,以往靠人海战术及小型机械装备的施工方式,将逐步被采用大批较先进的中大型工程机械的施工方式所替代。工程机械产品在今后5年、10年以至更长的时间,将具有更广阔的市场。挖掘装载机作为工程机械新型品种,市场开发具有很大潜力。通过本课题的研究,可以使其作业性能得到充分发挥,产品的成本大大降低,在国内外的市场竞争中处于有利地位,无疑经济效益将显著提高

    §1.2 国内外本课题现状及发展趋势
    作为装载机多种作业化品种之一,挖掘装载机在我国起步较晚,但发展较快,已有十余家企业生产这种装载机。尤其近年来,由于应用领域日渐扩大,挖掘装载机得到了不断发展。此产品在国外应用广泛,1990年世界上挖掘装载机销售量达48000~50000台,可见挖掘装载机占有相当的市场份额。
    1.挖掘装载机的型式
    根据GBl0186.88《挖掘装载机术语》,挖掘装载机(backhoe:loader)的型式定义为:一种机体前部装有装载装置,机体后部装有反铲挖掘装置的自行式机械。作为反铲挖掘使用时,是通过铲斗向机械方向运动进行地平面以下的挖掘。铲斗在提升、回转和卸料时,机体固定不动。作为装载机使用时,通过机体向前运动,装载斗进行装载或挖掘,并可提升、运料和卸料。
    2.国内外基本情况
    美国生产挖掘装载机的公司主要有:凯斯(case)、约翰迪尔(Jhon Deere)、卡特彼勒(caterpillar)、福特公司拖拉机分部(Ford tractor operation)等。综合四家公司的挖掘装载机,共有二十余种型号。(1)凯斯公司自称其Burlington的工厂为“Backhoe Capital of the World”(世界挖掘装载机的首都),该厂1995年获得IS09001质量认证,其挖掘装载机产量一直雄居世界第一位,自1957年至今己生产挖掘装载机近50万台。先后推出了480E、580F、680K、680t{、.580[)、580K、.580L等各种型号的挖掘装载机;又于1999年将其整个挖掘装载机系列产品进行了升级,提高了发动机能力,新的Super L挖掘装载机采用新型动力换档变速器,有自动换档和自动四轮制动功能。(2)约翰迪尔公司70年代开始生产挖掘装载机,1982年以后每年推出一种,目前共有7种型号。发动机功率46~78kW,整机质量5900~9900Kg。(3)卡特彼勒公司1 985年推出了416型,采用了CAD技术,把用户的需要和建议进行修改设计。1986年开发出426型,国内定货2000台。1987年推出了428和436型。1989年又推出了438型。之后,又推出了446型。反铲斗容范围0.07~0.4.8m3,装载额定提升能力23.3~38.5kN,发动机功率46~70.8k W,整机质量6156~8781.Kg;卡特彼勒新的C系列挖掘装载机加大了动臂液压缸直径和发动机功率,使举升能力比前任系列提高了209/0,挖掘和装载作业装置的负荷传感液压系统采用变量泵,提高了作业性能,所有的挖掘装载机都配备了Ride Control
    系统,提高了驾驶舒适性,Cat-416C型还具有平行举升功能,通过快换接头,不需离开驾驶室,可在30秒内换装各种工作装置。
    英国生产挖掘装载机的公司主要有:班福德(J.BC)、麦塞.福
    格森(Massey-Ferguson)、 亚力山大顿肯有限公司(Duncan—Alexander)等。综合三家公司的挖掘装载机,共有1 7种型号。班福德公司是挖掘装载机品种和型号最多的公司,公司创立于1946年,原生产农业拖拉机。该公司在开发了液压挖掘机的基础上,研制了世界上第一台挖掘装载机。其挖掘装载机产量占世界第二位,在50多个国家中销量第一。产品有四轮驱动四轮转向形式,还有蟹行功能供选择。在提高驾驶舒适性的同时,驾驶室有通风系统是其独具特色。挖掘动臂可配加长斗杆,延长挖掘深度。公司在1973年就已经向苏联出口了3D型,1989年苏联商船公司向该公司订购了30台4WD型,用于14个港口设施建设,价值达100万英镑。
    欧洲共同体国家生产挖掘装载机的公司主要有:德国谢弗(Schaeff)、汉诺玛格(Hanomag)、克拉默尔(Kyamer)公司,意大利菲亚特艾利斯(Fiatallis)、贝纳蒂(Benati)、Moxy、Benfra 公司,瑞典沃尔沃(Volvo)公司。菲亚特艾利斯和约翰迪尔公司进行技术合作,在1990年和1991年研制出6种型号整体车架式和铰接车架式挖掘装载机。此外,国外生产挖掘装载机的公司还有(1)EarthForce America公司。其系列产品共五种型号:EFl~EF5,均为四轮转向四轮驱动,除EFl为汽油机驱动,其余四个机型动力为K1Jbota柴油机;(2)Terramite公司。产品有T5C,T5D,T6型;(3)New Holland公司。E系列共有四种型号:555E,575E,655E和675E,配Genesis发动机,特点是直线型装载动臂和四连杆机构;(4)I)ig—It公司。其新型挖掘装载机有Tiger 2008,Dominator M2208和Dominator。M2208D三种机型,基本上采用小型拖拉机车架,R()PS驾驶室框架。将回转支架的回转销改为可拆卸式。
    我国已开发、试制或生产挖掘装载机的厂家及其型号有:(1)北京建筑机械厂及福建机器厂开发出WZ2A、WZ2B,北京建筑机械厂1969年生产WZ2型挖掘装载机(又称DY4—55型),1980年改进设计,试制了WZ2A型挖掘装载机,1981年10月通过鉴定。之后,在此基础上又推出了WZ2B型挖掘装载机,将WZ2A型又改进为现在生产的WZ一2C型挖掘装载机,反铲铲斗标准斗容量0.2m3。(2)福州建筑机械厂WZ25型,反铲铲斗标准斗容量0.25 m3,装载额定提升能力19.6kN,发动机功率44.1Kw.,整机质量6580Kg,1985年通过部级鉴定。(3)烟台工程机械厂zLl5WJ型,反铲铲斗标准斗容量0.14.m3 ,整机质量6400Kg,1 988年通过省级鉴定。该厂近年还开发出WZl6.15E型挖掘装载机,以ZLl5装载机为基础,额定装载质量1500Kg,反铲额定斗容O.14m3,整机操作质量6250Kg。(4)柳州挖掘装载机厂(中外合资)的WZ30—25型和WZ30.25A型,装载部分提升力、反铲标准斗容分别为25KN、1.O m3;WZ4.5—30型,装载部分提升力、反铲标准斗容分别为30KN、1.25 m3。(5)山东临沂装载机厂的zwl0型履带式挖掘装载机。(6)洛阳拖拉机工程机械公司的DFII一904WZ。(7)山东广饶液压机械厂的755Z/W。(8)柳州工程机械厂开发出WZ25—20。(9)山西机床厂也与意大利合作组装生产“两头忙”产品。(10)徐州装载机厂开发研制出WZ25—16型挖掘装载机,发动机功率为50KW,装载斗容量0.8m3,反铲斗容量0.25 m3,装载装置最大掘起力≥25.6 KN。目前,中国”两头忙”产品年产300台左右,市场亟待开发。
    §1-3挖掘装载机发展特点
    综合国内外挖掘装载机的发展情况,在结构上有以下特点:
    (1)根据挖掘装载机的主要用途,综合考虑工作速度、作业要求、道路状况和配置不同附属装置时变形方便等因素,广泛采用轮胎式行走装置。
    1) 国外欧美大多数公司仍继续生产采用传统的农业拖拉机底盘的挖掘装载机,而近年来日本却发展专用工程机械底盘的挖掘装载机。采用拖拉机底盘需要增设专业用于联接工作装置的加强车架,使机器工作时产生的扭转载荷和弯曲载荷由车架承受,而不会传到传动装置。车轮由驱动轮和导向轮组成。国内由北京机械厂生产的WZ一2C型挖掘装载机,采用铁牛.55型拖拉机底盘,以专用前桥更换原强度不足的前桥。
    现代轮胎式挖掘装载机则采用铰接车架的专用底盘。日本生产厂家较多采用铰接车架底盘,铰接车架转向角±36。~43。,工作时前后车架用液压缸定位,可提高机械的机动性。为了保证采用铰接车架的挖掘装载机在工作过程中的稳定性,谢弗公司在SK.B600、SKB900、SKB902、SKBl000、SKBl000T型挖掘装载机的底盘上安装两个可以移动的配重。当机器进行挖掘作业时,配重安装在前桥上方;装载作业时,配重安装在后桥下方。为了提高其通过性能,采用了宽基轮胎等措施。福州机械厂生产的WZ25型挖掘装载机采用轮式专用底盘。烟台工程机械厂生产的ZLl5WJ型挖掘装载机采用ZLl5型装载机底盘。
    2)如果在固定施工现场及松软道路状况上持久稳定作业,或需要经常使用较大的切削力铲装坚实的物料工况时,则采用履带式挖掘装载机较为适宜,而且采用前置式发动机和液力机械传动装置的工业拖拉机底盘。约翰迪尔公司生产的350、350B、350C型装载机,都能在其后部安装反铲挖掘装置。
    (2)前、后桥
    用装载斗作业时,采用全轮驱动,在道路状况不好的条件下作业时,发挥了机器的最大牵引力。根据用户需要,驱动桥可以做成后轮驱动或全轮驱动。并根据要求,可在前桥或后桥上装有防滑差速器,使整机具有牵引和自救能力高、轮胎磨损小等特点。卡特彼勒公司416和428型挖掘装载机选用了德国蔡夫(zF)公司的防滑差速器。沃尔沃公司BW6300型挖掘装载机在后桥上采用了自锁差速器,由于锁紧过程是自动完成的,可以省去一套差速锁的控制系统,适用于挖掘装置工作工况。
    (3)装载装置转载斗在举升过程中能自动调节的结构和在降落到停机面时自动复位机构。反铲装置的几何位置取决于动臂液压缸的长度L1、斗杆液压缸的长度L2和铲斗液压缸的长度L3。显然,L1、 L2和L3为某组确定值时反铲装置就相应处于一个确定的几何位置。如图设计平面直角坐标系,使X轴与地面重合,Y轴与挖掘机的回转中心线重合。
    第二章:铲斗设计
    §2.1铲斗结构形式的选择
    铲斗是直接用来切削、收集、运输和卸出物料,装载机工作时的插入能力及铲掘能力是通过铲斗直接发挥出来的,铲斗的结构形状及尺寸直接影响装载机的作业效率和工作可靠性,所以减少切削阻力和提高作业效率是铲斗结构设计的主要要求。铲斗。是在恶劣的条件下工作,承受很大的冲击载荷和剧烈的磨削,所以要求铲斗具有足够的强度和刚度,同时要耐磨。
    根据装载物料的容重,铲斗做成三种类型:正常斗容的铲斗用来装载容重1.4~1。6吨/米的物料(如砂、碎石、松散泥土等):增加斗容的铲斗,斗容一般为正常斗容的1。4~1.6倍,用来铲掘容重1.0吨/米3左右的物料(如煤、煤渣等);减少斗容的铲斗,斗容为正常斗容的O.6~0.8,用来装载容重大于2吨/米3的物料如铁矿石、岩石等)。用于土方工程的装载机,因作业对象较广,因此多采用正常斗容的通用铲斗,以适应铲装不同物料的需要。铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同,一般分为直线型和非直线型两种。直线型切削刃简单并利于地面刮平作业,但切削阻力较大。非直线型切削刃有V型和弧形等,装载机用的较多的是V型斗刃。这种切削刃由于中间突出,在插入料堆时,插入力可以集中作用在斗刃中间部分,易于插入料堆;同时对减少”偏载切入”有一定的效果。但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。
    装有斗齿的铲斗,在装载机作业时,插入力由斗齿分担,形成较大的比压,利于插入密实的料堆疏松物料或撬起大的块状物料,便于铲斗的插入,斗齿磨损后容易更换。因此,对主要用于铲装岩石或密实物料的装载机,其铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物料,其铲斗可以不装斗齿。
    斗齿的形状对切削阻力有影响:对称齿型的切削阻力比不对称齿型的大;长而狭窄的齿比宽而短的齿的切削阻力要小。弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小,但弧线型侧刃容易从两侧泄漏物料,不利于铲斗的装满,适于铲装岩石。
    对主要用于土方工程的装载机,在设计铲斗时要考虑斗体内的流动性,减少物料在斗内的移动或滚动阻力,同时要有利于在铲装粘性物料时有良好得倒空性.
    §2.2铲斗基本参数的确定
    铲斗的主要参数是铲斗宽度和铲斗的回转半径。
    铲斗的宽度要大于装载机每边轮胎外侧宽度5~10厘米,否则
    铲装物料或分层铲取土时,所形成的阶梯地面不仅会损伤轮胎的
    侧面而且会引起轮胎的打滑影响牵引力的发挥。
    铲斗的回转半径R0是指铲斗与动臂转铰中心B与切削刃之间
    的距离(图2.1)
    由于铲斗的回转半径不仅影响铲起力和插入阻力的大小,而且与
    整机的总体参数有关。因此铲斗的其它参数依据它来决定。
    铲斗的回转半径R。可按下式计算:


    式中VK——几何斗容量(图2.1中所示阴影断面)
    B0——铲斗内侧宽度
    ――铲斗斗底长度系数,通常1.4~1.5;
    ——后斗壁长度系数,通常=1.1~1.2;
    ——挡板高度系数,通常以=O.12~O.141
    ――斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数,通常 =0.350. ~40
    b,——挡板与后斗壁I、自J的夹角,通常6,=5。~10。;
    b。——斗底与后斗壁间的夹角,通常b。=45。-52。,
    由计算可得:
    R0=1066~1178mm.
    选取R0=1085mm
    斗底长度Lg是指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离:

    后斗壁长度LZ是指由后斗壁上缘到与斗底相交点的距离:

    挡板高度LK

    铲斗圆弧半径R1:

    铲斗与动臂铰销距斗底的高度
    hW=(0.20~0.25)Ro=260mm
    铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角a=50。~60。
    §2.3斗容的计算
    铲斗的斗容量可以根据铲斗的几何尺寸确定。
    1.几何斗容(平装斗容)VK
    铲斗平装的几何斗容可按下式确定。
    对于装有挡板的铲斗:

    式中A——铲斗横断面面积,如图2—1所示阴影面积;
    B0——铲斗内壁宽;
    H——挡板高度;
    B——斗刃刃口与挡板最上部之间的距离。
    2.额定斗容(堆装斗容)VH
    铲斗堆装的额定斗容V是指斗内堆装物料的四边坡度均为
    1:2,此时额定斗容可按下式确定。

    对于装有挡板的铲斗:
    式中c——物料堆积高度
    由作图法确定,在铲斗内堆装物料的四边坡度均为1:2,由料堆
    尖端m点作直线mn与cd垂直,将mn延长,与斗刃刃.口和挡板
    最下端之间的连线相交此交点与料堆尖端的距离,即为物料堆积
    高度c.
    图示如下:
    经计算:额定斗容VH=1.6米。
    第三章:挖掘装载机工作装置结构设计
    §3.1工作装置方案设计:
    装载机铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动实现的。 装载机的工作装置是由铲斗、动臂、摇臂、连杆托架及液压系统等组成。铲斗用以铲装物料,动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架相连;转斗油缸通过摇臂一连杆或托架使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操纵。
    由动臂,动臂油缸,铲斗,转斗油缸,摇臂..连杆或托架及车架相互铰接所构成的连杆机构在装载及工作时要保证:当动臂处于某种作业位置不动时,在装斗油缸的作用下通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动;当转斗油缸闭锁使动臂在动臂油缸作用下提升或下降铲斗过程中连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或斗底半面与地面的夹角变化控制在很小的范围,以免装满物料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料洒落;而在动臂下降时又自动将铲斗放平以减轻驾驶员的劳动强度提高劳动生产率。
    装载机根据摇臂一连杆数H,X铰接位置的不同,可组成不同形式的连杆机构。不同形式的连杆机构铲斗的铲起力随铲斗转角的变化关系,倾斜时的角速度大小及工作装置的运动特性也不同。因此装载机工作装置形式的选择广既要考虑结构简单又要考虑结构性质与铲掘方式来确定。
    正转连杆机构的工作装置当机构运动时,铲斗与摇臂的转动方向相同,其运动特点是发出最大铲起力时的铲斗转角是负的,有利于地面的挖掘,铲斗倾斜时的角速度大易于抖落砂石,但冲击较大。
    正转连杆机构又分为正转单连杆和正转双连杆两种形式。单连杆机构的连杆数目少结构简单,易于布置。缺点是铲起力变化曲线陡峭;摇臂一连杆的传动比比较小,为提高传动比,需要加长摇臂一连杆的长度,给结构布置带来困难,并影响驾驶员的视野.双连杆机构的结构较复杂,转斗油缸也难于布置在动臂下方.但摇臂.连杆传动比大,因此摇臂-一连杆尺寸可以减少,驾驶员的视野较好,铲起力变化曲线平缓,适于利用铲斗及动臂复合铲掘的作业。缺点是提升动臂铲斗便后倾,易造成物料洒落。
    反转连杆机构的工作装置,当机构运动时铲斗与摇臂的转动方向相反。其运动特点时发出最大铲其历史的铲斗转角是正的且铲起力变化曲线陡峭,因此提升铲斗时铲起力较大适于装载矿石,不利于地面挖掘;铲斗倾斜时角速度小,卸料平缓,但难于抖落砂石。易于实现铲斗自动放平。摇臂~连杆的传动比较小。
    反转连杆机构多采用单连杆,双连杆机构布置较困难。反转连杆机构当铲斗位于运输位置时连杆与动臂轴线相交,因此难于布置在同一平面内。但由于这种形式结构简单铲起力较大所以中小型装载机采用较多。 装载机铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动实现的。
    ` 根据装载机用途作业条件及技术经济指标等拟定的设计任务书的要求选定了工作装置的结构形式后便可进行工作装置的结构设计。
    工作装置的结构设计包括:
    (1)确定动臂长度形状及与车架的铰接位置。
    (2)确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程。
    (3)连杆机构的设计
    工作装置的结构设计应满足以下要求:
    (1)保证满足设计任务书中规定的使用性能及技术经济指标的要求如最大卸载高度最大卸载距离在任何位置都能卸净物料并考虑可换工作装置等。
    (2)保证作业时与其他构件无运动干涉
    (3)保证驾驶员有良好的劳动条件,如工作安全视野开阔操作简便等
    工作装置的结构设计是一个比较复杂的问题,因为组成工作装黄的各构件的尺寸及位置的相互影Ⅱ向,可变性很大。对于选定的工作形式在满足上述要求下可以有各种各样的构件尺寸及铰接点位置。因此只有在综合考虑各种因素的前提下对工作装置进行动力学运动学分析通过多方案比较才能最后选出最佳构件尺寸及铰接点位置时所设计的工作装置不仅满足使用要求而且具有较高的技术经济指标。
    目前在实际设计工作中大多根据统计资料参考同类样机结构采用比较法设计
    一、确定动臂长度、形状与车架的铰接位置
    1.动臂与车架铰接点位置的确定:
    动臂与车架的铰接点位置,动臂与车架铰点的左右位置,根据装载机的轮距,动臂和转斗油缸的尺寸布置和视线等确定。动臂回转角通常取80~90度。
    动臂铰点的位置可通过作图来确定动臂下铰点的最高位置Bi、确定了最大卸载高度、最大卸载高度时的卸载距离及最高位置时的卸载角。图中a为斗底与铲斗回转半径的夹角,动臂下铰点当铲斗在地面铲掘时的位置Bl,在考虑斗底与地平面夹角为3~5度时及铲斗装满物料后倾不与轮胎相碰的情况下尽量靠近轮胎,以减小装载机的整机尺寸。动臂的上铰点应在BiBl连线的垂直平分线上,当最大卸载高度和最小卸载距离一定时他的前后位置影响动臂的长度、动臂的回转角及动臂最大伸出时的稳定性,La大,动臂增长,动臂回转角减小,倾翻力矩小,提高力装载机载铲斗最大伸出时的稳定性,因此在总体布置允许的情况下希望La大些,动臂与车架铰点的高度通常取:
    Ha=(1.5~2.5)RO
    式中RO一铲斗回转半径
    初步确定Ha=2000mm
    如图所示:由于铲斗与动臂的下铰点B点的x坐标值越小,转斗铲取力就越大,所以B点靠近0点是有利的,但它受斗底和最小离地高度的限制,不能随意减小;而B点的Y坐标值增大时,铲斗在料堆中的铲取面积增大,装的物料多,但这样就缩小了B点与连杆铲斗铰接点C的距离,使铲取力下降。
    综合考虑各种因素的影响,设计时,一般根据坐标图上工况1时的铲斗实际状况,在保证B点Y轴坐标值Yc=200~250ram和X轴坐标值Xb尽可能小而且不与斗底干涉的前提下,人为的把B点初步确定下来。
    现在,有的轮胎式装载机为了提高铲取力,把B点布置在斗底圆弧里侧,不过这给制造者增加了麻烦,使斗容也有所减小。


    2.动臂与机架的铰接点A
    (1) 以B点为圆心,使铲斗顺时针转动,至铲斗斗口OO’
    与X轴平行为止,即工况2。
    (2)把已选定的轮胎画在坐标图上。作图时,应使轮胎前沿
    与工况2使铲斗后壁的间隙尽量小些,目的使机构紧凑、前悬小,
    但一般不小于.50mm;轮胎中心Z的Y轴坐标值应等于轮胎的工
    作半径R。:
    确定
    式中 ——Z点的Y坐标值;
    dW——轮辋直径;
    bW——轮胎宽度;
    H/bW——轮胎断面高度与宽度之比。普通轮胎取1,宽面轮胎取0.83,超宽轮胎取0.64;
    ——轮胎变形系数,普通轮胎为0.1~0.16,宽面轮胎为0.05~0.1。
    (3)根据给定的最大卸载高度、最小卸载距离和卸载角,画出铲斗在最高位置卸载时的位置图,即工况4,并令此时斗尖为04.,B点位置为B4,如图3.1所示。
    (4)以B4点为圆心,顺时针旋转铲斗,使铲斗口与X轴平行,即铲斗被举升到最高位置图(工况3)。
    (5)连接B、B4并作其垂直平分线。因为B和B4点同在以A点为圆心,动臂AB长为半径的圆弧上,所以A点必在BB4的垂直平分线上。 A点应在垂直平分线上何处才合适呢?原则是其位置尽可能低一些,以提高整机工作的稳定性,减小机器高度,改善司机视野。一般,A点取在前轮右上方,与前轴心水平距离为轴距的1/3~l/2处。
    本机取A点与前轮轴心距离为700mnl。
    A点位置的变化,可借挪动B4点和轮胎中心Z点的位置来进行。
    3.确定动臂与摇臂的铰接点J
    J点位置是一个十分关键的参数。它对连杆机构的传动比、倍力系数、连杆机构的布置以及转斗油缸的长度等都有很大影响。
    如图3.1所示,根据分析和经验,一般取J点在AB连线上方,过A点的水平线下方。相对前轮胎,J点在其外廓的左上部。 通过分析与经验可取此铰接点与AB连线相距48mm。
    4.动臂长度的确定:
    动臂铰点位置确定以后,由下式可求出动臂的长度Ld:
       
    一一铲斗最小卸载距离
    R。--铲斗回转半径
    a--铲斗回转半径与斗底的夹角
    一一铲斗最大卸载高度时最大卸载角
    一一动臂与车架铰点到装载机前面外廓部分的水平距离
    一一最大卸载高度
    HA一一动臂与车架铰点的高度
    由上式并综合考虑实际情况及工作经验可确定动臂长度为2743mm。
    5.动臂的形状与结构:
    动臂形状一般可分为直线形和曲线性两种,直线形动臂结构简单,制造容易,并且受力情况良好,通常正转连杆工作装置较多采用;曲线形动臂,一般反转式连杆工作装置采用较多,这种结构形式的动臂可使工作装置的布置更为合理。
     动臂的断面结构形式由单板双板和箱形三种。单板动臂结构简单、工艺性好、但其强度和刚度较低,小型装载机较多采用,大中型装载机对动臂的强度和刚度要求较高,则较多采用双板和箱形的动臂。为了减轻工作装置的重量,动臂的断面尺寸都按等强度来设计。
    二、连杆机构设计:
    连杆机构的设计是一个比较复杂的问题,因为组成连杆机构各构件的位置及尺寸可变性较大,对于一定结构形式的连杆机构在满足使用要求的条件下可以降格构件设计成各种各样的尺寸及不同的铰接点位置。但这样设计的这些连杆机构对装载机作业并不都具较高的技术经济指标。在连杆机构的设计中,要想获得理想方案,需要结合总体布置,全面考虑各种因素,多方案的对连杆机构进行运动学及动力学分析比较,做大量的重复性工作,从中找出连杆机构的最佳尺寸机构间最合理的铰接位置。分析比较的次数越多,所得结果就越精确、越理想。但作起来比较繁琐。
    当前,在连杆机构的设计中,较多采用的是根据统计数据,参考同类型装载机用图解法确定连杆机构的尺寸及铰点位置。
    1.上拉杆的确定
    根据经验和分析,上拉杆的长、短臂夹角一般为5。~10。,长度比为1.5左右。长臂的长度为支杆与动臂的铰接点到铲斗与动臂的铰接点之长的l。1~13倍。
     综合考虑可取长短臂夹角为7度。长臂长度为526mm,短臂长度为486mrrl。
    2。下拉杆的确定
    根据经验和分析,下拉杆的长度为动臂的1/6~l/7。可取下拉杆长度为352mm。
    3。支杆的确定
    根据经验和分析,支杆与动臂的铰接点位于B点的左上方,AB连线之下,BE连线与AB的夹角为1。~2。之间。BE的长度为动臂长度的1/6~1/7。可取支杆长度为696mm。
    4.摇臂的确定
    如图3.1 KJ与JI夹角(即摇杆折角)可取1 30~1 80'),摇臂长、短臂之比为1.5左右其长度为动臂的1/5~1/6。I点不可与前桥相碰,并应有足够的离地高度。
      可取摇臂的长臂长度为540mm,短臂长度为3 11mm。
    三、转斗油缸与摇臂的铰接点K以及下拉杆与机架铰接点L的确定
    K和L点的布置直接影响到铲斗举升平动和自动放平性能,对
    铲取力和动臂举升阻力距的影响都较大。
    1. 确定K点
    K点一般取在J点左上方,并注意使工况l时摇臂JI与水平面趋近垂直;K点的高度不能影响司机视野。
    2. 确定L点
    下拉杆与机架的铰接点L,是依据铲斗由工况2举升到工况3过程为平动和由工况4下降到工况1时能自动放平这两大要求来确定的。
    如图3—1所示,但铰接点D、E、F、K、J、I被确定后,则摇臂分别在工况1、2、3、4时的I点的位置11、12、13、14也就唯一地被确定下来。将11 L1、12L2、13L3、J4L4分别绕11、12、13、14旋转,它们的交点就是下拉杆与机架的铰接点L。
    实践证明,按上述要求所求得的L点,往往很难一次就满足了总体布置的要求,它或者远高于A点,或者由远低于A点。所以,需经过多次试凑方能奏效。通常可先变动JK的长度或<KJL大小来进行试凑,若不行,在变动其它杆件长度,这样做可大大减少试凑的工作量。
    研究证明,L点设计在A点的右下方较好,这样不但平动性能好,而且动臂举升时,可减小举升外阻力矩,有利于举升油缸的设计。
    四、举升油缸与动臂和机架的铰接点G和H
    举升油缸的布置应本着举升时工作力矩大、油缸稳定性好、构件互不干扰、整机稳定性好等原则来确定。综合考虑这些因素,一般举声油缸都布置在前桥与前后车架的铰接点之间的狭窄空间里。如图3—1所示,一般G点选定在AB连线附近或上方,并取AG≥AB/3。AH不可能取得太大,它还受到油缸行程的限制。
    H点往前桥方向考是比较有利的。这样做,可使举升油缸在动臂整个举升过程中,举升工作力臂大小的变化较小,即工作力矩变化不大,避免铲斗举升到最高位置时的举升力不足,因为此时工作力臂往往较小或最小。如图3.1所示,为克服H点前移的困难,可采取H点上移和G点方向前移的方法,使举升油缸几乎成水平状。计算证明,这样布置也能得到较好的举升特性。美国卡特比勒公司的9661)轮胎式装载机即使这种设计。
    经过上述各步作图,整个工作机构连杆系统的尺寸参数即设计完毕,但最后还必须进一步检验一下铲斗举升平动的质量,因为上述方法只保证铲斗在工况2和工况3的转角相等,而工况2至工况3之间各瞬时位置的转角就不一定和工况2都一样了,为此,可在2和3工况之间任选1~2各位置,画出已定的机构简图,然后检验铲斗的转角,如果相对工况2的铲斗转角差小于或等于10。,则设计合理,否则,修改有关尺寸,重复前述各步,直到满意为止。实践证明,只要保证2、3工况为平动,则其问各位置铲斗转角变化不会超过±10。。
    通过上述步骤,确定出工作装置上各铰点的坐标,如图4.1:
    A(0,2000)
    B(2120,260)
    C(2350,825)
    D(1940,1200)
    E(1 760,540)
    F(1 740,2040)
    G(1004,1020)
    H(0,1435)
    I(300,1489)
    J(324,1 760)
    K(132,2270)
    L(21,1705)
    五:铲斗举升平动分析及最大卸载高度、最小卸载距离的确定
    1.铲斗平动分析
    若铲斗要实现举升近似平动的要求,则应有下列不等式成立:
          

    式中: ——工况2时铲斗对地位置角。
    动臂由工况2举升到工况3位置时,其转角 由 变化到 。
    取:=0,。在设计时,一般在65。-85。之间选取。 在设计时,一般在65――85之间选取。



    根据平动要求作出铲斗在各个工况时的位置图,图3.2只作出由工况2至工况3中任一瞬间位置图。由作图可知,铲斗可以实现举升平动的要求。
    2.最大卸载高度和最小卸载距离
    铲斗高位卸载时的卸载高度H和卸载距离,LX,必须分别不小于设计任务给定的最大卸载高度Hmax和最小卸载距离Imin,否则将影响卸载效率,甚至不能进行高位卸载。Hx,太大时,将增加卸载冲击,损坏运输车辆;过大,虽然有利于装车,但加大了工作机构前悬,降低了整机稳定性。
    如图3.1所示,高位卸载时,铲斗与动臂铰接点B。的坐标为:


    式中:XB和YB——工况2时B点的坐标值;
    ——工况2时动臂AB对X轴的方向角
    BB’=2BA.sin
       =2×2743.sin
      =3635mm
    由图3—1可得XB=1 125mm,YB=260mm, =39。, =83。
    代入上式可得:

    =1284mm

    =3892mm
    若要满足Hmax和Imin,要求,必须有下列各式成立:


    式中:OB——铲斗尖0至B点距离;
    ——前轮轴心的X轴坐标值;
    RL——轮胎充气半径;
    ——工况4时OB对X轴的方向角,它可用下式计算:


    =52
    hx=3892—1085·sin520
    =3037mm>hmax=2800mm
    Ix=2545—700—1125+543.5.cos520
    =1055mm≥Imm=1050mm
    通过计算可知,所设计的连杆机构符合给定的最大卸载高度hmax和
    最小卸载距离Lmin

    第四章工作装置的受力分析
    §4.1计算位置
    分析装载机插入料堆、铲起、提升、卸载等作业过程可知, 装载机在铲掘物料时,工作装置的受力最大,所以取铲斗斗底与地面的前倾角为5。使得铲取位置(图4.1)作为计算位置,且假定外载荷作用在铲斗的切削刃上。
                 
    §4.2外载荷的确定
    由于物料种类和作业条件的不同,装载机实际作业时不可能使
    铲斗切削刃均匀受载,但可简化为两种极端情况:
    1) 认为载荷沿切肖0刃均匀分布,并以作用在铲斗切削刃中部的集中载荷来代替其均布载荷,称为对称受载情况;
    2)由于铲斗偏铲、料堆密实程度不均,使载荷偏于铲斗一侧。形成偏载情况时,通常是将其简化后的集中载荷加在铲斗侧边第一斗齿上。
    装载机的铲掘过程通常可分如下三种受力情况:
    1) 铲斗水平插入料堆,工作装置油缸闭锁,此时认为铲斗切削刃只受到水平力的作用。
    2)铲斗水平插入料堆后,翻转铲斗(靠转斗油缸工作)或提升动臂(靠动臂油缸工作)铲掘时,此时认为铲斗切削刃只受 到垂直力的作用。
    3)铲斗边插入边转斗或边插入便提臂铲掘时,此时认为水平 力与垂直力同时作用在切削刃上。
    综合上述分析,可以得到如下几种工作装置的典型工况:
    1。 对称水平力的作用工况
    水平力(及插入阻力Pc)的大小由装载机的牵引力决定,其 水平力的最大值为:
    (1)
    式中 ——装载机空载时的最大牵引力;

    P——插入力。
    2. 对称垂直力的作用工况
    垂直力(即铲起阻力)的大小受装载机纵向稳定条件的限制, 其最大值为:
    RY=额定载重量.×2=5.6t(2)
    3. 对称水平力与垂直力同时作用工况:
    此时垂直力由式(2)给出,水平力取发动机扣除工作油泵功 率后,装载机所能发挥的牵引力Pkp。
    4. 受水平偏载的作用工况:
    水平力大小与工况(1)相同。
    5.受垂直偏载的作用工况:
    垂直力之大小与工况(2)相同。
    6.受水平偏载与垂直偏载同时作用工况:
    水平力与垂直力大小与工况(3)相同。
    §4.3工作装置的受力分析
    在确定了计算位置及外载荷的大小后,便可进行工作装置的受力分析。
    由于工作装置是一个受力较复杂的空间超静定系统,为简化计算,通常要作如下假设:
    1)在对称受载工况,由于工作装置是一个对称结构,故两动臂受的载荷相等。同时略去铲斗及支撑横梁对动臂受力与变形的影响,则可取工作装置结构的一侧进行受力分析,如图(4.2)所示,其上作用的载荷取相应工况外载荷之半进行计算,即:
           
    2)认为动臂轴线与连杆——摇臂轴线处于同一平面,则所有的作用力都通过构件(除铲斗外)断面的弯曲中心,即略去了由于安装铰座而产生的附加的扭转,从而可以用轴线、折线或曲线来代替实际构件。
    通过上面的分析与假设,就能将工作装置这样一个空间超静定结构,简化为平面问题进行受力分析。
    工作装置的受力分析,就是根据上述各种工况下作用在铲斗的外力,用解析法或图解法求出对应工况下工作装置各构件的内
          

    如图4—3所示,取铲斗为脱离体,根据平衡原理,分析铲斗的
    受力:
    根据求得的各铰点的坐标,可得:
    h1=260mm
    h2=5 65mm
    11=1 125mm



    可得:     (1)


    如图4.4,取上拉杆为脱离体,根据平衡原理,分析上拉杆受
    力。根据求得的各铰点的坐标,可得:

      
      
      
    CD=526
    DF=486
    由∑MD=0
    可得: (2)
    由∑X=0
    可 得 : (3)
    由∑y=0
    可 得 :
    (4)
    将式子(1)、(2)、(3)、(4)联立:



    将各已知参数代入,求解可得:
    Xc=-3.85t
    Yc=7.6t
    Pd=-5.25t
    Pf=6.78t
    由∑X=0
    可得


    =3+3.85
    =6.85t
    由∑y=0
    可得


    =7.6-2.8
    =4.8t


    如图4.5,取支杆为脱离体,根据平衡原理,分析支杆受力。
    可得:



    如图4-6,取摇臂为脱离体,根据平衡原理,分析摇臂受力。
    根据求得的各铰点的坐标,可得:

      
    IJ=311
    JK=540
    Pk=PF=6.78t
    由∑Mj=0
    可得:


    =
    =9.9t
    由∑X=0
    可得:



    =14.25t
    由∑Y=0
    可得:


    =6.78.sin(900-240-430)-9.9cos540



    如图4.7,取动臂为脱离体,根据平衡原理,分析动臂受
    根据求得的各铰点的坐标,可得:

      
      
      



    对A点取矩,得:


    =-28.8t
    此外,根据前面的计算可知:





    由∑X=0
    可得:


    =14.25-28.8.cos230+525sin180-6.85
    =-17.49t
    由∑Y=0
    可得:


    =-3.16-28.8.sin230-5.25.cos180-4.8
    =-24.2t
    根据力平衡原理,可知L、H两铰接点所受的力分别与I、G
    两点所受的力大小相等、方向相反。
    §4.4强度校核
    根据计算工况及其受力分析,即可按强度理论对工作装置主
    要构件进行强度校核。
    根据求得的各铰点的坐标,可得:
    L1=1 1 16mm
    L2=1008mm
    L3=1044mm
    L4=150mm
    L5=168mm


    动臂可看成是支撑在前车架A点和动臂油缸上铰点G点的双
    支点悬臂梁,其危险断面在G附近,动臂宽为b=30mm,如图
    4_8,动臂上M点所在的横截面m.m为H点附近横截面最小的截
    面m-m长为h=30ram,
    为危险截面。在此截面上作用有弯曲应力和正应力:
             

    式中M——计算断面上的弯矩;
    N——计算断面上的轴向力;
    W——计算断面的抗弯断面系数;
    F——计算断面的截面积。 、
    对于M点的m-m断面:

    =11.67KN.m
    W=
    =
    =

    =175N
    F=330
    强度计算中所用的许用应力[ ]可按下式计算:

    式中: 一材料的屈服极限。国内装载机工作装置的动臂常
    16Mn钢,其=3600公斤/厘米。
    n——安全系数,设计手册规定Nl=1.1~1.5;由于工程机械工
    作繁重,条件恶劣,并考虑到计算上的误差,通常n)1.5

    第五章工作装置的运动仿真
    装载机工作装置作业过程的运动仿真,动态显示以及铲斗齿尖运动轨迹的计算机辅助生成作为计算机辅助设计的一个重要方面,日益受到国内装载机生产厂家及设计人员的重视.一个新的设计方案通过计算机的运动仿真与工作装置的动态显示,不仅可以验证该方案设计的合理性,而且可以检验工作装置各构件在运动过程中是否发生干涉,机构参数设计是否最优.
    在装载机的动臂摆角范围内,绘制出装载机工作装置铲斗齿尖的运动轨迹,最终形成斗齿齿尖的有效工作区,对分析工作装置的作业过程,铲斗的运动状况,检验工作装置结构参数设计是否合理和判断齿尖是否与其他物体发生干涉等渚B将具有重要的理论和实践意义.
    5.1分析思路
    装载机工作装置运动学分析的目的是确定在动臂的运动过程中,各杆件的运动特性及铲斗位置,以便进行工作装置的动力学特性的分析.
    当动臂举升机构的运动状态确定后,可将动臂视为固定件,采用相对运动原理,让机架杆绕动臂转动,并以转斗缸的行程为自变量,来分析机构各构件相对于动臂的运动,确定铲斗齿尖的运动位置及运动轨迹。
    5.2工作装置动态显示程序设计
    本次设计的计算机程序有两部分组成,分别为铲斗的运动过程仿真和动臂的举升过程仿真。
    电算程序附于书后。
    第六章工艺分析
    加工零件名称:销轴
    材料:40Cr

    §6.1零件工艺性分析
    此零件为挖掘装载机装载装置上动臂与摇臂铰接处的销轴,与其它元件为间隙配合,主要起支承作用,由于摇臂要经常转动,故对的表面的加工要求高些,且在轴心有润滑油的注油孔,以适应摇臂的工作要求,提高销轴的强度和使用寿命。
    主要加工面 40表面精车可达到要求。右端面为一挡盖的焊接配合面,5×45。的倒角保证零件具有良好的焊接结构。同时,右端面还有注油孔, 20的沉台也提高了零件的结构工艺性。侧面的 6孔的加工由于有了2 mm的销平台也变得相当容易,选择右端面作为设计基准,可是零件的加工工艺性更好。
    §6.2零件机械加工工艺文件





    第七章工作装置的限位机构
    装载机工作时,为使操纵方便,提高劳动生产率,要求在工作装置的结构设计中,对铲斗在地面时的后倾角,一般不小于45。,在最大卸高度时的卸载角(或前倾角),一般不小于45。对动臂提升与下降的高度进行控制与限位。因此,需要有相应的限位装置与限位机构。此外,当铲斗在某一卸载高度后,要求自动控制铲斗卸载后的后倾角,使之放下动臂时,铲斗能自动放平。因此需要有铲斗自动平放机构。
    §7。1铲斗转角限位装置
    铲斗转角极限装置通常采用简单的挡块结构。把挡块直接焊在铲斗后斗壁背面上,挡块A用来限制铲斗的后倾角,档块B用来限制铲斗的前倾角,与之相对应得挡块则分别焊在工作装置的动臂或横梁上。作业时,装载机水平插入料堆,然后操纵转斗油缸使铲斗上翻,在运输位置的铲斗后倾到45。时,铲斗上的挡块A与动臂或横梁上相应的挡块相碰铲斗即停止上翻。由于铲斗油缸控制阀尚未到中立位置,故油泵继续向转斗油缸供油,造成液压系统的压力超过过载阀调定压力,过载阀打开,避免机构损坏。铲斗前倾角的限位原理与上述一样,在最大卸载高度的铲斗前倾角达到45。时,铲斗上的挡块B与动臂或横梁上相对应的挡块相碰,铲斗即停止前倾。
    铲斗前倾角限位挡块的主要作用是有利于铲斗中物料的倒净。当装载粘性物料时,可来回搬动转斗油缸控制阀,使铲斗和限位挡块碰撞,使物料抖落倒净。
    §7.2动臂升降的自动限位机构
    动臂升降自动限位机构的作用是把动臂油缸控制阀放于提升(或下降)位置,当动臂提升(或下降)到一定高度时,动臂油缸控制阀自动地返回中立位置。
    动臂油缸的自动限位机构通常采用动臂油缸控制阀自动复位结构。 气控阀安装在动臂后铰接点处,并由可调的凸块控制,凸块安装在动臂后铰接点上,随动臂铰接点使一起转动。气控阀的进气口贮气罐相连,出气口与动臂油缸控制阀的进气口相连。
    当操纵动臂上升时,控制阀借定位机构使动臂操纵杆停留在上升位置;当动臂提升到最大高度时。凸块与空气阀的触头相碰使气控阀打开,
    压缩空气(一般不超过8公斤/厘米)进入动臂油缸控制阀的进气口,推动控制阀力的活动柱塞移动,使定位机构失去定位作用,控制阀便在回位弹簧作用下返回中间位置,动臂即停止上升动臂下降的自动限位原理与上述相同。
    §7.3铲斗自动放平机构
    铲斗自动放平机构的作用时铲斗卸载后,空铲斗上翻到预先调整好的角度时,使铲斗油缸控制阀自动的返回中间位置。气控阀安装在转斗油缸的缸体上,由安装在定位拉杆上的可调凸块控制;定位拉杆与转斗油缸平行,连接在油缸两端角接点处,定位拉杆随油缸活塞杆一起伸缩。气控阀的进口与贮气罐连接,出口与转斗油缸控制阀的进气口相连。
    当铲斗卸载后,操纵转斗油缸使铲斗上翻,这时转斗控制阀停留在上转位置。当铲斗上翻到一定角度时,凸快与气控阀的触头相碰,使气控阀打开,压缩空气进入转斗油缸控制阀的进气口,推动活动柱塞,使定位机构失去定位作用,控制阀便在回位弹簧作用下返回中间位置,铲斗即停止转动。根据作业要求,调整凸块的位置,可以保证铲斗从任意卸载高度卸载后,自动控制铲斗转角位置,以保证铲斗落地时斗底与地面平行或成一定的铲掘角度,达到铲斗自动放平的目的












    第八章:设计心得及实习体会
    通过本次毕业设计我在各个方面都有了很大收获,而且它使我进一步加深了对机械设计等课程的理解,使我从理论到实践有了很大的提高。
    调研阶段,通过在图书馆查资料进一步加深了对机械尤其是工程机械行业的了解,深刻体会到我国的机械行业与国外发达国家的差距,同时我个人的自学能力也在潜移默化之中得到提高。
    在这次毕业设计中,我进一步掌握了对计算机知识的应用,尤其是AUTOCAD的应用。这更加使我认识到计算机作为一门新兴的行业,它的发展已经越来越于机械行业密不可分。从社会之中了解到有人说计算机学得好的并不是计算专业的学生,有很大一部分是机械行业的。这句话固然有些偏激,但也可深刻体现出机械与计算机的确有相当密切的关系。
    本次毕业设计得到了李风老师的精心指点和热情帮助,在此我对李风老师表示深深的感谢,此外,我的这次设计也得到了同学的热心相助,在此一并表示感谢。











    第九章:附录
    I参考文献
    1、吉林工业大学工程机械教研室编轮式装载机设计北京:
    中国建筑工业出版社,1982
    2、杨晋升等装载机工作装置连杆机构设计太原重型机械
    学院学报,1982
    3、孙静民机械优化设计北京机械工业出版社,1990
    4、杨力夫轮式装载机八杆机构工作装置优化设计:[硕士论
    文]吉林工业大学,1992
    5、王国彪、杨力夫等装载机工作装置优化设计机械工业出
    版社,1996
    6、卢润民c语言绘图教程清华大学出版社,1996
    7、谭浩强c程序设计清华大学出版社,1998
    8、刘希平工程机械构造图册机械工业出版社,1987
    9、王首航装载机工作装置运动特性1982
    10、 徐灏等机械设计手册(1.5卷)机械工业出版社,1991
    1 1、 杨晋升等铲土运输机械设计机械工业出版社


    ...
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