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裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì),,,主要技術(shù)指標(biāo),最大牽引力：138KN；爬坡能力：；使用質(zhì)量：17500kg;鏟斗容量：3.0；額定載荷：50kN；額定功率：154.5kw／2200rpm；低檔速度：10km／h；高檔速度：34km／h；倒檔速度:13km／h；最大掘起力:160kn；最大卸載高度：3200mm；最小卸載距離：1250mm,1 .結(jié)構(gòu)型式選擇,反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的工作裝置：當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反稱(chēng)為反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)斗油缸大缸進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗，并且連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設(shè)計(jì)成較大值，所以獲得較大的掘起力，恰當(dāng)?shù)剡x擇各構(gòu)件尺寸，不僅能得到良好的鏟斗平動(dòng)性能，而且可以實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)平放；結(jié)構(gòu)緊湊，前懸小，司機(jī)視野好。,2. 鏟斗的基本參數(shù)確定,設(shè)計(jì)時(shí)，把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑作為基本參數(shù)，由于鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑不僅影響鏟起力和插入阻力的大小，而且與整機(jī)的總體參數(shù)有關(guān)。因此鏟斗的其它參數(shù)依據(jù)它來(lái)決定。,2.1鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑可按下式計(jì)算,式中Vp為幾何斗容量，Bo為內(nèi)鏟斗寬度，λ為鏟斗各部分系數(shù)。,斗底長(zhǎng)度lg是指由鏟斗切削刃到斗底與后斗壁交點(diǎn)的距離：后斗壁長(zhǎng)度是指出后斗壁上緣到與斗底相交點(diǎn)的距離 擋板高度鏟斗圓弧半徑鏟斗與動(dòng)臂鉸銷(xiāo)距斗底的高度:鏟斗側(cè)壁切削刃相對(duì)于斗底的傾角 。在選擇時(shí)，應(yīng)保證側(cè)壁切削刃與擋板的夾角為90°。因此取=600，切削角δ0=300。,,2.2 額定斗容的計(jì)算,鏟斗斗容的誤差率所以鏟斗的設(shè)計(jì)合格。,3 動(dòng)臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個(gè)鉸接點(diǎn)B、E、A的確定,3.1 動(dòng)臂與鏟斗的交接點(diǎn)的確定畫(huà)鏟斗圖：把已設(shè)計(jì)好的鏟斗橫截面外輪廓按比例畫(huà)在坐標(biāo)里，斗尖對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前臂與x軸呈3°前傾角。此為鏟斗插入料堆時(shí)位置，即工況Ⅰ。由于B點(diǎn)的x坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗鏟取力就越大，所以B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，不能隨意減小；而坐標(biāo)值增大時(shí)，鏟斗在料堆中的鏟取面積增大，裝的物料多，但這樣就縮小了B點(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn)C的距離，使鏟取力下降。綜合考慮各種因素的影響，在保證B點(diǎn)與Y軸坐標(biāo)值yb和x軸坐標(biāo)值盡可能小而且不與斗底干涉的前提下，在坐標(biāo)圖上人為地把B點(diǎn)初步確定下來(lái)，取 G 點(diǎn)的坐標(biāo)為(1300,250)。,,3.2動(dòng)臂與機(jī)架的交接點(diǎn)A的確定 (1) 以B點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)48°，即工況Ⅱ。(2)把已選定的輪胎外廓畫(huà)在坐標(biāo)圖上。作圖時(shí)，應(yīng)使輪胎前緣與工況Ⅱ時(shí)鏟斗后壁的間隙盡量小些，目的使機(jī)構(gòu)緊湊、前懸小，但一般不小于50mm ；輪胎中心Z的y軸坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑：（3）根據(jù)給定的最大卸載高度 、最小卸載距離和卸載角畫(huà)出鏟斗在最高位置卸載時(shí)的位置圖，即工況Ⅳ,,,,,,(4) 連接 G 并作垂直平分線(xiàn)。因?yàn)?G 和 點(diǎn)同在以 A 點(diǎn)為圓心，動(dòng)臂 AG 長(zhǎng)為半徑的圓弧上，所以 A 點(diǎn)必在的垂直平分線(xiàn)上。 A 點(diǎn)在垂直平分線(xiàn)的位置應(yīng)盡量低些,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(3900，2097)。,,3.34)確定動(dòng)臂與搖臂的鉸接點(diǎn) GG 點(diǎn)的位置是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)，它對(duì)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(zhǎng)度都有很大影響。根據(jù)分析與經(jīng)驗(yàn)，一般取 G 點(diǎn)在 AB連線(xiàn)的上方，過(guò) A 點(diǎn)的水平線(xiàn)下方，并在 AB 的垂直平分線(xiàn)上左側(cè)靠近工況Ⅱ時(shí)的鏟斗處。相對(duì)于前輪胎，G點(diǎn)在其外廓的左上部。通過(guò)作圖，設(shè)計(jì)出 G點(diǎn)坐標(biāo)為(2065,1696)。,,4三維建模,,,,,,,,,5工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算,5.1外載荷的確定裝載機(jī)的鏟掘過(guò)程通常可分如下三種受力情況： 1） 斗水平插入料堤，工作裝置油缸閉鎖，此時(shí)認(rèn)為鏟斗切削刃只受到水平力的作用。 2) 鏟斗水平插入料堆后，翻轉(zhuǎn)鏟斗(靠轉(zhuǎn)斗油缸工作) 或提升動(dòng)臂(靠動(dòng)臂油缸工作)鏟掘時(shí)，此時(shí)認(rèn)為鏟斗切削刃只受到垂直力的作用。 3) 鏟斗邊插入邊轉(zhuǎn)斗或邊插入邊提臂鏟掘時(shí)，此時(shí)認(rèn)為水平力與垂直力同時(shí)作用在鏟斗的切削刃上。,綜合上述分機(jī)可以得到如下六種工作裝置的典型工況 1.對(duì)稱(chēng)水平力的作用工況。 2.對(duì)稱(chēng)垂直力的作用工況。 3.對(duì)稱(chēng)水平力與垂直力同時(shí)作用的工況。 4.受水平偏載的作用工況。 5.受垂直偏載的作用工況，垂直力之大小與工況(2)相同。 6.受水平偏載與垂直偏載同時(shí)作用的工況，水平力與垂直力的大小與工況(c)相同。,,,5.2工作裝置的受力分析,1) 在對(duì)稱(chēng)受載工況中，由于工作裝置是個(gè)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，故兩動(dòng)臂受的載荷相等。同時(shí)略去鏟斗及支承橫梁對(duì)動(dòng)臂受力與變形的影響，則可取工作裝置結(jié)構(gòu)的一例進(jìn)行受力分析。水平力(即插入阻力PC)的大小由裝載機(jī)的牽引力決定，其水平力的最大值為：此處根據(jù)已知取——裝載機(jī)空載時(shí)的最大牽引力，——插入力。,2）. 對(duì)稱(chēng)垂直力的作用工況垂直力(即鏟起阻力)的大小受裝載機(jī)縱向穩(wěn)定條件的限制，其最大值為式中 W——裝載機(jī)滿(mǎn)載時(shí)的自重；L1——裝載機(jī)重心到前輪與地面接觸點(diǎn)的距離；在此處取軸距的四分之一靠前。,,3） 在偏載工況中，近似地用求簡(jiǎn)支粱支反力的方法，求出分配于左右動(dòng)臂平面內(nèi)的等效力 ：由于 所以取 進(jìn)行計(jì)算。,,4)通過(guò)上面的分析與假設(shè)，就能將工作裝置這樣一個(gè)空間超靜定結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題進(jìn)行受力分析。 a)取鏟斗為分離體，根據(jù)平衡原理，分析鏟斗的受力,,b)取連桿為脫離體，根據(jù)平衡原理，作用于連桿兩端的力大小相等，方向相反，即： 由圖示受力分析可知，連桿此時(shí)受拉。 c)取搖臂為脫離體，根據(jù)平衡原理，分橋搖臂的受力:d)取動(dòng)臂為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析動(dòng)臂的受力:,,,5.3工作裝置的強(qiáng)度校核,5.31連桿連桿的強(qiáng)度校核：式中F——軸向力A——連桿截面積連桿材料選用16Mn鋼，其屈服極限σs=350MPa，即[σ]= σs/n=360/1.8=200MPa取連桿截面為圓形截面，直徑D=80mm，則壓桿穩(wěn)定校核：連桿的材料取16Mn鋼，查表可得：E=210MPa,σs=350MPa,σp=280MPa,a=461MPa,b=2.568MPa則,將連桿簡(jiǎn)化成一端鉸支一端固定的梁，即μ=0.7，則因?yàn)棣甩?,所以不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力。由經(jīng)驗(yàn)公式知因?yàn)棣甩?,所以σcr=σs=350MPa Fcr=A?σcr=1758KN 由于鏟斗額定載荷為50KN，斗重為7.487KN，所以連桿壓力為：Fmax=(50+7.487)cos7o=57KN 所有 滿(mǎn)足壓桿穩(wěn)定的要求。,,5.32搖臂搖臂的危險(xiǎn)截面處于E點(diǎn)附近，在次截面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力，計(jì)算方法與動(dòng)臂相同，將搖臂主軸線(xiàn)分成DE、EF段分別計(jì)算其內(nèi)力。DE段：軸向力剪力彎矩?fù)u臂材料選用16Mn，其屈服極限σs=360MPa，n=1.8,則[σ]=360/1.8=200MPa截面M——M處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力按如下公式計(jì)算：,,因?yàn)閯?dòng)臂計(jì)算斷面多為矩形，則E點(diǎn)橫截面圖形見(jiàn)圖4—8。 將此截面在AutoCAD中做成面域，查詢(xún)可得所以EF段；軸向力剪力彎矩,和DE段一樣，此處截面N——N如圖4—8。,