以ZL10裝載機(jī)為底盤(pán)設(shè)計(jì)挖掘裝載機(jī)含3張CAD圖.zip
以ZL10裝載機(jī)為底盤(pán)設(shè)計(jì)挖掘裝載機(jī)含3張CAD圖.zip,ZL10,裝載,底盤(pán),設(shè)計(jì),挖掘,CAD
摘 要
挖掘裝載機(jī)具有特殊的結(jié)構(gòu)，前方為裝載機(jī)構(gòu)，后方為挖掘機(jī)構(gòu)。在施工場(chǎng)地內(nèi)，只要轉(zhuǎn)動(dòng)一下座椅，就可以改變工作端。挖掘裝載機(jī)多數(shù)用于城市和農(nóng)村的道路建設(shè)、鋪設(shè)電纜、電力建設(shè)工程、開(kāi)山取石和各種小型建筑隊(duì)所從事的建筑施工工程。挖掘裝載機(jī)屬于小型多功能工程機(jī)械的一種，一般在大工程完成后的小工程中使用。它可配多種工作機(jī)構(gòu)和輔具，進(jìn)行挖掘、鏟裝、路面破碎、平整場(chǎng)地、開(kāi)挖溝渠、鋪設(shè)管道等多種作業(yè)。此次設(shè)計(jì)以ZL10裝載機(jī)為基礎(chǔ)，將裝載機(jī)構(gòu)放在車(chē)尾，從頭設(shè)計(jì)。另外，在車(chē)頭加了一個(gè)挖掘機(jī)構(gòu)。使其既擁有裝載能力，還具有挖掘功能，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)兩用的目的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我一直本著經(jīng)濟(jì)性好、適應(yīng)性強(qiáng)、構(gòu)造簡(jiǎn)略的根本準(zhǔn)則。為了使零件的功用盡可能的好，我借鑒了浙江福威重工制造有限公司和柳工生產(chǎn)的CLG766型挖掘裝載機(jī)。此次設(shè)計(jì)的內(nèi)容有以下幾個(gè)要點(diǎn)：
1、整機(jī)方案的確定和參數(shù)的選用；
2、工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其中包括鏟斗、動(dòng)臂、搖臂、連桿設(shè)計(jì)和動(dòng)臂油缸、搖臂油缸的選取等；
3、工作機(jī)構(gòu)有關(guān)零件的強(qiáng)度校核；
4、總體穩(wěn)定性校核；
關(guān)鍵詞：工程機(jī)械;挖掘裝載機(jī);鏟斗;
Abstract
The excavating loader has a special structure, the front is the loading mechanism, the rear is the excavation mechanism. In the construction site, the job can be changed by turning the seat. Most of the excavating loader for urban and rural road construction, laying cable, electric power construction project, first take Shi Yihe all sorts of all sorts of small builders are engaged in construction engineering. The excavating loader is a kind of small, multi-functional engineering machine, which is usually used in small projects after big projects. It can be equipped with various kinds of work and accessories, which can be excavated, shovelled, broken surface, flat ground, excavated ditches and laid pipes, etc. The design is based on the ZL10 loader, which will be placed on the rear of the car and designed from scratch. In addition, a mining body is added to the engine. It also possesses the ability to load, and also has the mining function, realizing the purpose of a machine. In the course of design, I have always been in the basic principle of good economy, strong adaptability and simple construction. In order to make the function of the parts as good as possible, I borrowed from zhejiang fuwei heavy industry manufacturing co., LTD., and the CLG766 type mining loader produced by liugong. Here are some of the highlights of the design:
The determination and selection of the whole machine plan;
The design of the work organization, including the bucket, movable arm, rocker arm, connecting rod design and movable arm oil cylinder, and the selection of swing arm oil cylinder, etc.
The strength of the relevant parts of the working body;
The overall stability check;
Keywords: engineering machinery; Excavating the loader; Bucket;
目 錄
1. 緒論 1
1.1 挖掘裝載機(jī)簡(jiǎn)介 1
1.2 設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求 2
2. 總體方案確定和總體參數(shù)的選擇 2
2.1 對(duì)工作裝置的基本要求 2
2.1.1 概述 2
2.1.2 對(duì)工作機(jī)構(gòu)的要求 2
2.1.3 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 3
3. 挖掘工作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸的確定 3
3.1 鏟斗參數(shù)的選擇 3
3.2 動(dòng)臂和斗桿尺寸的確定 4
3.3 總體方案的確定 5
3.3.1 挖掘工作機(jī)構(gòu)采用反鏟方案，挖掘工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5
3.3.2 挖掘支腿方案 5
3.3.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
3.3.4 整體設(shè)計(jì) 6
4. 裝載部分工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
4.1 工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和性能分析 6
4.1.1 概述 6
4.1.2 工作裝置的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型 7
4.2 連桿機(jī)構(gòu)的性能分析及類(lèi)型選擇 11
4.3 工作裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
4.3.1 概述 13
4.3.2 鏟斗設(shè)計(jì) 13
4.3.3 動(dòng)臂設(shè)計(jì) 16
4.34 連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
5. 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算 21
5.1 工況分析 21
5.2 工作裝置受力分析 22
5.2.2 正轉(zhuǎn)六連桿的受力分析 23
5.2.3 強(qiáng)度計(jì)算及確定斷面尺寸、材料 27
5.2.4 搖臂強(qiáng)度計(jì)算 29
6． 油缸作用力的確定 30
6.1 轉(zhuǎn)斗油缸作用力的確定： 30
6.2 動(dòng)臂油缸作用力的確定： 30
7. 定性校核 31
7.1 概述 31
7.2 評(píng)價(jià)穩(wěn)定性能的指標(biāo) 31
總 結(jié) 34
參考文獻(xiàn) 35
致 謝 36
1. 緒論
1.1 挖掘裝載機(jī)簡(jiǎn)介
挖掘裝載機(jī)俗稱(chēng)“兩頭忙”。因?yàn)樗哂歇?dú)特的構(gòu)造，前端是裝載機(jī)構(gòu)，后端為挖掘機(jī)構(gòu)。在工地內(nèi)，您只需要轉(zhuǎn)動(dòng)一下座椅，即可實(shí)現(xiàn)從裝載機(jī)到挖掘機(jī)操作手角色的轉(zhuǎn)變。挖掘裝載機(jī)多數(shù)用于城市和農(nóng)村的道路建設(shè)、鋪設(shè)電纜、電力建設(shè)工程、開(kāi)山取石以和各種小型建筑隊(duì)所從事的各種建筑施工工程?！皟深^忙”屬于小型多功能工程機(jī)械的一種，一般在大工程完成后的小工程中使用。它可配多種工作機(jī)構(gòu)和輔具，進(jìn)行挖掘、鏟裝、路面破碎、平整場(chǎng)地、開(kāi)挖溝渠、鋪設(shè)管道等多種作業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利工程、農(nóng)田改造、礦山采掘等機(jī)械化設(shè)施中，越來(lái)越需要提高生產(chǎn)率，加快建設(shè)速度和降低成本。
挖掘裝載機(jī)這一工程機(jī)械能夠滿(mǎn)足這些需要。其以裝載機(jī)為基礎(chǔ)，在前端加裝挖掘工作機(jī)構(gòu)，使其既具有運(yùn)輸裝載性能.還具有挖掘性能的用途多、效率高的工程機(jī)械。1960年，很多國(guó)家相繼開(kāi)始了研發(fā)挖掘裝載機(jī)的熱潮，直到今天仍然沒(méi)有終止。根據(jù)調(diào)查，21世紀(jì)初全球每年可產(chǎn)銷(xiāo)挖掘裝載機(jī)超過(guò)五萬(wàn)臺(tái)，第二年整整多出兩萬(wàn)余臺(tái)，并且以這樣的增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng)。我們能夠看出挖掘裝載機(jī)在全球的影響力。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，除中國(guó)意外生產(chǎn)挖掘裝載機(jī)的廠家就有超過(guò)10家。而且其中不包含批量生產(chǎn)的廠家。最近幾年，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的疾速發(fā)展，挖掘裝載機(jī)市場(chǎng)也逐步升溫，被行業(yè)內(nèi)人士一致看好。根據(jù)現(xiàn)有情況分析，我國(guó)目前正處于交通水利、能源開(kāi)發(fā)等很多方面的建設(shè)后期，然而前些年以建設(shè)完成的交通設(shè)施也面臨著日益增多的保養(yǎng)階段，并且城市建設(shè)不再是大規(guī)模的拆遷建設(shè)，而是走上精益求精的道路。道路的質(zhì)量和保養(yǎng)越來(lái)越被人們重視，提出的要求也日益提高。僅僅靠著雙手還不能完成這些勞動(dòng)。很多大的工程項(xiàng)目一個(gè)接著一個(gè)的結(jié)束標(biāo)志著我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)日益成熟。根據(jù)對(duì)我國(guó)市場(chǎng)的研究，大的工程建設(shè)將會(huì)日趨減少，反而一些小的項(xiàng)目建設(shè)會(huì)越來(lái)越多，所以小型機(jī)械的數(shù)量會(huì)達(dá)到供不應(yīng)求的地步。從另一個(gè)角度可以看出有些機(jī)械能夠完成的依靠我們的雙手是很困難而且有一定的危險(xiǎn)性。但是這種小型工程機(jī)械不但可以減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且可以進(jìn)入到空間狹小大型機(jī)械不能夠進(jìn)入的地方進(jìn)行施工，有極大的靈活性。
截止到去年，年產(chǎn)量大約在500臺(tái)左右，可以看出，國(guó)內(nèi)的小型工程機(jī)械從啟蒙發(fā)展至今還落后于西方國(guó)家。
此次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是ZL10挖掘裝載機(jī)，把挖掘機(jī)構(gòu)安裝在ZL10平臺(tái)之上，合理的完善后車(chē)架和減輕重量即可。挖掘工作機(jī)構(gòu)應(yīng)用的部件成本相對(duì)低廉。雖然價(jià)格在同類(lèi)機(jī)型中要明顯低一些，但是其使用壽命也并不高。在車(chē)頭安裝挖掘機(jī)構(gòu)勢(shì)必會(huì)影響整機(jī)的操縱性，在有一定坡度的路況下具有自身障礙性。但是挖掘機(jī)構(gòu)可以用時(shí)安裝，不需要時(shí)拆下，從總體功能上，運(yùn)動(dòng)能力上看還是比較不錯(cuò)的，所以，挖掘裝載機(jī)雖然有一些小小的不足，但是優(yōu)越性也很明顯，發(fā)展前景未來(lái)可以預(yù)見(jiàn)，對(duì)此持積極態(tài)度。
1.2 設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求
（1）設(shè)計(jì)題目為《以ZL10裝載機(jī)為底盤(pán)設(shè)計(jì)挖掘裝載機(jī)》。其主要內(nèi)容為，
以ZL10裝載機(jī)為平臺(tái)，把裝載機(jī)構(gòu)移到車(chē)尾，再在車(chē)頭加裝一挖掘工作機(jī)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)兩用。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分是裝載工作機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)的確定液壓系統(tǒng)的確定、工作機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核、整機(jī)穩(wěn)定性的校核等。
（2） 此次設(shè)計(jì)應(yīng)持有認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，刻苦鉆研，盡最大努力完成好本次設(shè)計(jì)。
（3）ZL10裝載機(jī)的主要參數(shù)：
功率：40.5KW
機(jī)重：4500㎏（不含挖掘部分）
裝載部分： 挖掘部分：
斗容：0.5m3 斗容：0.1m3
載重量：1000㎏ 最大挖掘半徑：4500㎜
最大卸載高度：2250㎜ 最大挖掘深度：4000㎜
卸載距離：1000㎜ 最大卸載高度：3500㎜
2. 總體方案確定和總體參數(shù)的選擇
2.1 對(duì)工作裝置的基本要求
2.1.1 概述
工程機(jī)械整機(jī)的工作尺寸和性能參數(shù)被工作裝置的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)決定，同樣，整機(jī)的生產(chǎn)效率、工作負(fù)荷、動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)特性、不同工況下的作業(yè)效果、工作循環(huán)的時(shí)間、外行尺寸和發(fā)動(dòng)機(jī)功率等又被工作機(jī)構(gòu)的合理性直接影響。
2.1.2 對(duì)工作機(jī)構(gòu)的要求
工作機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：
（1）角度要求：在滿(mǎn)足卸載高度和卸載距離的情況下，鏟斗在各個(gè)位置滿(mǎn)足角度要求。
（2）運(yùn)動(dòng)要求：在工作循環(huán)中速度與加速度變化合理；油缸活塞行程為最佳值；工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、不發(fā)生干涉現(xiàn)象、無(wú)自鎖情況；動(dòng)臂從最低位置到最大卸載高度的舉升過(guò)程中保證鏟斗中物料不撒落；在卸料后動(dòng)臂下放至鏟掘位置，鏟斗能自動(dòng)放平。
（3）結(jié)構(gòu)要求：盡可能應(yīng)用最少的零件達(dá)到設(shè)計(jì)要求，令其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略緊湊。
（4）動(dòng)力性要求：連桿機(jī)構(gòu)具有較高的力傳遞效率，插入力，掘起力，舉升力滿(mǎn)足工作要求。
2.1.3 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
（1） 主要工作尺寸能滿(mǎn)足應(yīng)用要求，在設(shè)計(jì)反鏟部分時(shí)要考慮與同類(lèi)機(jī)型相比的優(yōu)越性，還應(yīng)考慮國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
（2） 整機(jī)挖掘力的大小和其分布情況應(yīng)滿(mǎn)足使用要求，并具有一定的先進(jìn)性。
（3）充分利用功率，理論工作循環(huán)時(shí)間盡可能短。
（4）為了使工作狀態(tài)受力均勻，要準(zhǔn)確確定鉸點(diǎn)位置以及截面尺寸形狀等，同時(shí)盡量減小重量，但要保證強(qiáng)度，剛度的情況下。
（5）作業(yè)條件復(fù)雜，使用情況多變時(shí)，應(yīng)考慮工作機(jī)構(gòu)的通用性，采用變鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)或
配套構(gòu)件時(shí)要注意分清主次。在滿(mǎn)足使用要求的前提下力求替換構(gòu)件種類(lèi)少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換裝
方便。
（6）運(yùn)輸和停放時(shí)工作機(jī)構(gòu)應(yīng)有合理的姿態(tài)，使運(yùn)輸尺寸小，行使穩(wěn)定性好，保證安全可靠，并盡可能減少液壓缸載荷。
（7）液壓缸的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮三化，采用系列參數(shù)盡可能減少液壓缸零件種類(lèi)和易損件的種類(lèi)。
（8）合理布置零件分布，使易損件便于拆下修理或更換。
3. 挖掘工作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸的確定
工作裝置的結(jié)構(gòu)尺寸主要包括鏟斗、斗桿和動(dòng)臂的尺寸以及各鉸點(diǎn)的位置。
3.1 鏟斗參數(shù)的選擇
當(dāng)鏟斗容量一定時(shí)，切削轉(zhuǎn)角、切削半徑和切削寬度之間存在著一定的關(guān)系，即具有尺寸和的鏟斗轉(zhuǎn)過(guò)角度所切下的土壤剛好裝滿(mǎn)鏟斗。于是斗容量按下式計(jì)算：
式中:——鏟斗充滿(mǎn)系數(shù)；
——土壤疏松系數(shù)。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取
式中:——鏟斗容量，；
——鏟斗平均寬度，。
由任務(wù)書(shū)要求可知q=0.1,這里取b=0.6m。
考慮到鏟斗切削入土和出土的余量，一般取，同時(shí)考慮到再轉(zhuǎn)都速度一定時(shí)轉(zhuǎn)都角度太大會(huì)增大挖掘力，降低生產(chǎn)率，一般取，這里取。在確定鏟斗寬度和轉(zhuǎn)斗角度以后，可得到鏟斗轉(zhuǎn)斗切削半徑
（m）
式中: ——鏟斗寬度，m；
——鏟斗轉(zhuǎn)斗角度的一半
——土壤疏松系數(shù)；
——鏟斗充滿(mǎn)系數(shù)，這里取。
將數(shù)據(jù)代入得到
鏟斗上兩個(gè)鉸點(diǎn)之間的距離,一般取特性參數(shù),
所以，這里取，一般取,這里取。
3.2 動(dòng)臂和斗桿尺寸的確定
動(dòng)臂與斗桿的長(zhǎng)度比為,當(dāng)時(shí)稱(chēng)為長(zhǎng)動(dòng)臂短斗桿方案，當(dāng)時(shí)屬于短動(dòng)臂長(zhǎng)斗桿布置方案，對(duì)于沒(méi)有特殊要求的挖掘機(jī)，一般取中間比例方案，即取特性參數(shù)。
，這里取。
因最大挖掘半徑為4500mm,所以近似取,算得
，取;
, 取;
,取;
3.3 總體方案的確定
3.3.1 挖掘工作機(jī)構(gòu)采用反鏟方案，挖掘工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）因直動(dòng)臂轉(zhuǎn)角大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略，質(zhì)量輕，因此選用整體式直動(dòng)臂，動(dòng)臂液壓缸采用上置、后仰式，鉸點(diǎn)位于回轉(zhuǎn)中心之前，且雙油缸分置動(dòng)臂兩側(cè)。
（2）斗桿和液壓缸的布置，頭桿也采用整體式，箱形截面，斗桿油缸一個(gè)，鉸點(diǎn)布置在動(dòng)臂中部。
（3）該機(jī)構(gòu)鏟斗得工作對(duì)象為松散得物料，故工作機(jī)構(gòu)采用反鏟機(jī)構(gòu)，鏟斗側(cè)臂為平直形，斗齒可換式。
（4）查表得農(nóng)業(yè)機(jī)械，小型工程機(jī)械液壓系統(tǒng)公稱(chēng)壓力選為16MPa。
頁(yè)壓缸的全伸全縮長(zhǎng)度之比為：
動(dòng)臂液壓缸 λ1=1.6～1.7
斗桿液壓缸 λ2=1.6～1.7
轉(zhuǎn)斗液壓缸 λ3=1.5～1.7
3.3.2 挖掘支腿方案
輪式挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)因?yàn)榇嬖谕诰蛄头戳Φ淖饔?，使輪胎、?chē)軸等受力很大，不僅影響機(jī)械強(qiáng)度而且輪胎的變形也會(huì)使工作不穩(wěn)定。在某些挖掘位置，水平作用力足夠大導(dǎo)致挖掘機(jī)向前移動(dòng)。為了使挖掘機(jī)穩(wěn)定工作，使輪軸減載，在車(chē)架兩側(cè)安裝液壓支腿，車(chē)架剛性的支在地面上，并且支腿寬度不允許超過(guò)輪胎距，利于機(jī)械行走。
液壓支腿的結(jié)構(gòu)形式有多種，因?yàn)閆L10底盤(pán)限制了支腿形式，所以本機(jī)采用縱向伸縮的雙液壓缸支腿，其操縱方便、動(dòng)作迅速，在液壓回路中采用閉鎖機(jī)構(gòu)防止受力后液壓缸縮回，由于挖掘機(jī)工作環(huán)境惡劣，因此要采用箱形結(jié)構(gòu)將液壓缸封閉起來(lái)，防止灰塵進(jìn)入。
3.3.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
此機(jī)構(gòu)采用雙轉(zhuǎn)向油缸梯形拉桿機(jī)構(gòu)，為回轉(zhuǎn)角度180°的半回轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，且效率較高。為了便于觀察挖掘機(jī)的作業(yè)情況，操作臺(tái)可升降，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與支腿為螺栓連接，便于拆卸。
3.3.4 整體設(shè)計(jì)
挖掘裝載機(jī)作為一個(gè)整體，其性能的好壞既和部件性能有關(guān)，也與各部件協(xié)調(diào)好壞有關(guān)，此次設(shè)計(jì)是在裝載機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，需要了解裝載機(jī)的整體結(jié)構(gòu)、性能，并且各方案的選擇和確定應(yīng)適合于裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
4. 裝載部分工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和性能分析
4.1.1 概述
工作機(jī)構(gòu)作為裝載機(jī)組成的一個(gè)分支，裝載機(jī)的運(yùn)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)鏟斗的裝載，舉升，卸料的一系列動(dòng)作。通常情況下，裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)由動(dòng)臂油缸鏟斗、動(dòng)臂、搖臂、連桿和轉(zhuǎn)斗油缸等構(gòu)成。鏟斗一般有兩個(gè)鉸接點(diǎn)，包括與動(dòng)臂鉸接，另一個(gè)通過(guò)連接連桿、搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸連接，操作轉(zhuǎn)斗油缸就可以令鏟斗進(jìn)行動(dòng)作。動(dòng)臂與車(chē)架鉸接，操作動(dòng)臂油缸就能夠令鏟斗實(shí)現(xiàn)舉升或降落動(dòng)作。
裝載工作機(jī)構(gòu)工作時(shí)要實(shí)現(xiàn)以下動(dòng)作：控制轉(zhuǎn)斗的油缸閉鎖時(shí)，改變動(dòng)臂油缸的伸縮距離來(lái)實(shí)現(xiàn)鏟斗的升降，連桿應(yīng)令鏟斗在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中平穩(wěn)移動(dòng)，必須注意擺動(dòng)角的變化以防止?jié)M載物料的鏟斗因?yàn)椴皇瞧叫幸苿?dòng)而使物料掉落；另外當(dāng)動(dòng)臂處于任何工作位置上時(shí)，操作轉(zhuǎn)斗油缸令鏟斗圍繞動(dòng)臂鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)卸載物料，令它的卸料角度大于等于45°，來(lái)保證卸料無(wú)殘留；在最大卸載高度完成卸料時(shí)，鏟斗下落時(shí)應(yīng)能夠自然放平，減小駕駛員的工作強(qiáng)度，提高效率。
動(dòng)臂升高過(guò)程中因?yàn)閯?dòng)臂和車(chē)架存在角度的改變，使其為α。α的變化同時(shí)也令動(dòng)臂于鏟斗之間的相對(duì)角度發(fā)生變化，設(shè)為β。所以，動(dòng)臂升高過(guò)程中，鏟斗的實(shí)際角度變化是以上兩個(gè)角
度變化的合成。
如果動(dòng)臂相對(duì)于車(chē)架轉(zhuǎn)過(guò)的角度為△α，動(dòng)臂相對(duì)于鏟斗轉(zhuǎn)過(guò)的角度為△β，可以得出鏟斗相對(duì)車(chē)架際轉(zhuǎn)過(guò)的角度△γ為：
△λ=△α+△β
可以看出，假設(shè)鏟斗升高時(shí)，維持平移的工作狀態(tài)，△α與△β應(yīng)是方向相反，絕對(duì)值相等。即△α=-△β不然，鏟斗傾角發(fā)生變化。
經(jīng)過(guò)查閱工程機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)裝載機(jī)常利用類(lèi)似平行四邊形的結(jié)構(gòu)。雖然這樣不能令鏟斗在升高過(guò)程中，維持絕對(duì)的平移，但是可以通過(guò)適當(dāng)改變鉸接點(diǎn)的位置使其前后擺動(dòng)不超過(guò)15°的要求。假如使控制鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)的斗桿液壓缸的行程設(shè)計(jì)合理就能夠讓其在任何位置都可以卸下物料。
4.1.2 工作裝置的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型
根據(jù)托架類(lèi)型可以將工作裝置分成兩類(lèi)。即有無(wú)托架，有托架類(lèi)型的是在鏟斗下方有液壓油缸控制鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)托架式則相反。
（1） 有鏟斗托架的工作裝置如圖4-1所示。
圖4-1托架式
這是最簡(jiǎn)單的四連桿機(jī)構(gòu)，由四個(gè)兩鉸機(jī)構(gòu)（機(jī)架、動(dòng)臂、連桿和托架）組成/動(dòng)臂連桿的后端與車(chē)架鉸接，前端與鏟斗托架鉸接；托架上部鉸接轉(zhuǎn)斗油缸體，活塞桿及托架的下部與鏟斗鉸接。這種四連桿機(jī)構(gòu)能使鏟斗在動(dòng)臂提升過(guò)成中，當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時(shí)，保持平移或接近平移，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于更換其他工作裝置。其鏟斗裝在托架上，由安裝在托架上的轉(zhuǎn)斗油缸獨(dú)立控制，轉(zhuǎn)角較大。但因動(dòng)臂前端裝設(shè)自重較大的托架和轉(zhuǎn)斗油缸，從而減少了載重量，并且影響了司機(jī)的視線(xiàn)，故僅應(yīng)用在小型裝載機(jī)上。國(guó)產(chǎn)Z-435裝載機(jī)的工作裝置屬于這種形式。
（2） 無(wú)鏟斗托架的工作裝置如圖4-2所示。
圖4-2無(wú)托架式
這種工作裝置前面沒(méi)有笨重的托架，動(dòng)臂后端與車(chē)架鉸接，前端直接與鏟斗鉸接，轉(zhuǎn)斗油缸鉸接在車(chē)架上，活塞桿通過(guò)搖臂、連桿控制鏟斗的翻轉(zhuǎn)，為了兼顧平移性與卸料性等方面的要求，通常將連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成適當(dāng)?shù)姆瞧叫兴倪B桿機(jī)構(gòu)。這種形式的連桿機(jī)構(gòu)種類(lèi)很多，按組成連桿的數(shù)目可分為六連桿、八連桿兩種類(lèi)型。下面分別介紹一下兩種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)。
首先介紹六連桿。六連桿由兩個(gè)三鉸構(gòu)件和四個(gè)兩鉸構(gòu)件組成，其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖4-3所示。構(gòu)件1為動(dòng)臂，構(gòu)件2為鏟斗，構(gòu)件4為搖臂，構(gòu)件6為機(jī)架。又因?yàn)樵谶@種機(jī)構(gòu)中只有一個(gè)三鉸構(gòu)件作為搖臂，所以又稱(chēng)次機(jī)構(gòu)為單臂搖桿機(jī)構(gòu)。這種連桿結(jié)構(gòu)按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)和反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)兩類(lèi)。
圖4-3六連桿運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
圖4-4為正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)，構(gòu)造各不相同，因此分別有各自的特點(diǎn)。這種連桿機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)所組成的，但由于在運(yùn)動(dòng)中搖臂的轉(zhuǎn)向與鏟斗的轉(zhuǎn)向相同，故稱(chēng)為正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)。正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的鏟起力特性對(duì)地下挖掘有利，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別是整個(gè)機(jī)構(gòu)可以布置在動(dòng)臂上方，對(duì)履帶底盤(pán)較好布置，應(yīng)用也較廣。
在圖4-4a件5為轉(zhuǎn)斗油缸，布置在動(dòng)臂下面，在鏟掘作業(yè)轉(zhuǎn)斗時(shí)，是以油缸大腔動(dòng)作，故能產(chǎn)生較大的鏟起力。但動(dòng)臂、搖臂、連桿及轉(zhuǎn)斗油缸的中心線(xiàn)不易布置在同一平面內(nèi)，工作工作裝置受力不好，一般小型裝載機(jī)有時(shí)采用這種形式。
在圖4-4b構(gòu)件3為轉(zhuǎn)斗油缸，其小腔作用時(shí)實(shí)現(xiàn)鏟掘。油缸及活塞靠近鏟斗，容易被裝載的物料所損傷，且工作裝置整個(gè)重心外移，影響裝載的重量，其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)臂、連桿、搖臂及轉(zhuǎn)斗油缸有可能布置同一平面內(nèi)，工作裝置受力較好，履帶式裝載機(jī)常采用這種布置方式。
在圖4-4c構(gòu)件轉(zhuǎn)斗油缸布置在動(dòng)臂上方，鏟掘時(shí)靠小腔動(dòng)作，結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單方便。
下面介紹反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)，如圖4-5示。
這種連桿機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)所組成，但由于在運(yùn)動(dòng)中搖臂的轉(zhuǎn)向與鏟斗的轉(zhuǎn)向相反，故稱(chēng)為反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)。反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的鏟起力特性使用于鏟裝地面上的物料，而不利于地面以下的挖掘。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別是對(duì)輪式底盤(pán)布置容易，應(yīng)用較廣。
圖4-4正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)
圖4-5反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)
圖4-5a中轉(zhuǎn)斗油缸鉸接固定在車(chē)架上，鏟掘時(shí)靠大腔動(dòng)作，大中型裝載機(jī)常采用這種布置方式。
圖4-5b中轉(zhuǎn)斗油缸布置靠近鏟斗，鏟掘時(shí)靠小腔作用。這種機(jī)構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)在裝載機(jī)中很少采用。
八連桿機(jī)構(gòu)其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，又因?yàn)樵诎诉B桿這種結(jié)構(gòu)形式中，有兩個(gè)搖臂，所以又稱(chēng)雙搖臂連桿機(jī)構(gòu)。最常見(jiàn)的有圖4-6中的三種形式。
圖4-6a為正轉(zhuǎn)八連桿機(jī)構(gòu)，在產(chǎn)掘時(shí)靠大腔動(dòng)作，鏟起力大，并且工作裝置重心靠近
機(jī)身，有利于提高整機(jī)的穩(wěn)定性，但因受結(jié)構(gòu)限制，布置會(huì)有困難。
圖4-6b為正轉(zhuǎn)八連桿機(jī)構(gòu)，在鏟掘時(shí)靠小腔動(dòng)作，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便。
圖4-6c為反轉(zhuǎn)八連桿機(jī)構(gòu)，是由兩個(gè)反轉(zhuǎn)四連桿和一個(gè)正轉(zhuǎn)四連桿組成。
無(wú)論是上述的六連桿機(jī)構(gòu)還是八連桿機(jī)構(gòu)都不需要框架，因此與四連桿相比，可以改善操作者的視線(xiàn)，增加載重量，同時(shí)由于鏟斗周?chē)鷽](méi)有油缸和油管，裝載過(guò)程中撒落下來(lái)的物料不會(huì)造成安全事故，比較的安全，但該連桿機(jī)構(gòu)不是平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，因此在提升動(dòng)臂時(shí)，不能保證完全的平移，鏟斗將略向后傾。
圖4-6八連桿機(jī)構(gòu)
4.2 連桿機(jī)構(gòu)的性能分析及類(lèi)型選擇
各種連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、鏟起力大小、變化規(guī)律都不禁相同。各類(lèi)連桿機(jī)構(gòu)的鏟起力隨鏟斗與地面傾角變化。在選型上，可根據(jù)作業(yè)對(duì)象和作業(yè)方式，并考慮到機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理而且能滿(mǎn)足工作要求等因素進(jìn)行選擇。
第一，正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)：
（1）最大鏟起力是當(dāng)γ＜0時(shí)，即在鏟斗進(jìn)行地面挖掘作業(yè)時(shí)最為有利。
（2）當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，而提升動(dòng)臂時(shí)，鏟斗收斗角增加很快，適宜于依靠動(dòng)臂的配合，進(jìn)行鏟取物料（即挖掘機(jī)采掘法）。
（3）由于鏟斗收斗角隨動(dòng)臂提升而增加很快，如使動(dòng)臂在最大提升位置時(shí)的鏟斗后傾角合適，則必須造成動(dòng)臂在下部運(yùn)輸位置時(shí)收斗角不夠大，造成運(yùn)輸時(shí)容易撒料。
（4）在轉(zhuǎn)斗卸料時(shí)，角速度較大雖然易于抖落斗中的物料，但卻容易引起運(yùn)輸車(chē)輛的卸料沖擊，影響駕駛員安全和車(chē)輛的壽命。
（5）在作業(yè)過(guò)程中，各桿件干涉少，動(dòng)臂的幾何形狀可做成直線(xiàn)，這樣既可節(jié)省工時(shí)同樣可以節(jié)省物料，各桿件可以布置在同一平面內(nèi)，桿件受力好。
正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)少，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單鏟起力隨γ角變化，曲線(xiàn)陡峭，因而在鏟挖位置轉(zhuǎn)斗時(shí)，鏟起力將急劇減少；其連桿傳動(dòng)比也較小。而用在大型裝載機(jī)上，為了提高連桿傳動(dòng)效率，需加大連桿尺寸，這將給結(jié)構(gòu)布置帶來(lái)困難，且影響司機(jī)視線(xiàn)，這種連桿機(jī)構(gòu)比較適用于建筑工地上，建筑材料的裝載和沙土材料的鏟掘作業(yè)，但不適合堅(jiān)實(shí)物料的鏟掘作業(yè)和搬運(yùn)工作。
第二，正轉(zhuǎn)八連桿：
正轉(zhuǎn)八連桿的鏟起力曲線(xiàn)變化比較平緩，動(dòng)臂提升后，鏟掘力變化小鏟斗收斗角變化也小，因此鏟斗在最下面的運(yùn)輸位置時(shí)，物料不會(huì)散落，鏟斗轉(zhuǎn)斗卸料時(shí)速度也較大，所以比較容易卸料。
正轉(zhuǎn)八連桿與正轉(zhuǎn)六連桿相比，其鉸點(diǎn)較多，磨損后松動(dòng)也很大，維修起來(lái)比較費(fèi)時(shí)，但是其傳動(dòng)比大，用在大型裝載機(jī)上，可減小連桿尺寸，改善司機(jī)視野。
第三，反轉(zhuǎn)六連桿
反轉(zhuǎn)六連桿由于連桿在布置上的原因，在鏟掘位置上時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角大（連桿與從動(dòng)桿之間的夾角），轉(zhuǎn)斗油缸又是大腔動(dòng)作，因此能產(chǎn)生較大的鏟起力。
（1）其最大鏟起力是γ＞0時(shí)，因此在鏟掘位置轉(zhuǎn)斗時(shí)，其鏟起力是隨γ角的增大而逐漸增加，以后也略有增加。
（2）卸載時(shí)，轉(zhuǎn)斗角速度小，易于控制卸料速度，減小卸料沖擊。從圖上可以看出，在卸載后期，卸載速度有所下降。
（3）動(dòng)臂在升降時(shí)，收斗角變化角不大，因而在不影響動(dòng)臂最高位置時(shí)卸料角度的情況下，可增加運(yùn)輸位置時(shí)的后傾角，這樣可提高裝滿(mǎn)程度，并且減少運(yùn)輸時(shí)撒料情況。
（4）便于實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平，提高工作效率。
綜上所述，反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)較多進(jìn)幾年得到廣泛應(yīng)用，特別適合堅(jiān)實(shí)物料（礦石、原石）的采掘和搬運(yùn)。我國(guó)ZL系列裝載機(jī)大都采用反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)形式。美國(guó)卡特皮肋992型輪式裝載機(jī)正因?yàn)榉崔D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn)于1978年由正轉(zhuǎn)八連桿改為反轉(zhuǎn)六連桿形式，但是這種連桿機(jī)構(gòu)搖臂下部在裝車(chē)時(shí)易于與車(chē)輛側(cè)板相碰，要加以注意，而且上面已經(jīng)提到反轉(zhuǎn)裝置適合于輪式裝載機(jī)。履帶式裝載機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)常為前置式，這樣對(duì)于反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)在布置上有一定的困難，因此較少采用。
盡管反轉(zhuǎn)六連桿優(yōu)點(diǎn)很多，但因?yàn)榭紤]到ZL10后面有一個(gè)很大的發(fā)動(dòng)機(jī)，我們?nèi)匀徊荒懿捎?。這次設(shè)計(jì)是要把轉(zhuǎn)載部分移到ZL10的后面，這樣的話(huà)反轉(zhuǎn)六連桿跟本布置不了。綜合考慮其它幾種連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)以及ZL10的作業(yè)環(huán)境，本次設(shè)計(jì)仍然采用正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)。
4.3 工作裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.3.1 概述
工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：
（1）鏟斗的結(jié)構(gòu)分析、比較和形式的確定；
（2）根據(jù)鏟斗要求的內(nèi)容確定鏟斗幾何形狀及幾何參數(shù)；
（3）根據(jù)卸載高度和距離的要求，以及裝載機(jī)本身的實(shí)際條件，確定動(dòng)臂的形狀、長(zhǎng)度和車(chē)架的鉸點(diǎn)位置。
4.3.2 鏟斗設(shè)計(jì)
鏟斗是直接用來(lái)鏟裝收集物料的工具。它的斗型與結(jié)構(gòu)是否合理直接影響裝載機(jī)作業(yè)時(shí)的插入能力和生產(chǎn)效率。在設(shè)計(jì)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)之前，首先要確定鏟斗的幾何形狀和尺寸，而鏟斗的幾何尺寸，則與鏟斗的斗容有關(guān)。
在一般情況下，根據(jù)裝載物料的容重，鏟斗常做成三種類(lèi)型：正常斗容的鏟斗用來(lái)裝載容重為14～16KN/m3的物料（如沙、碎石、松散泥土等）；增加斗容的鏟斗，斗容一般為正常斗容的1.4～1.6倍，用來(lái)鏟掘容重為10KN/m3的物料（煤、煤渣）；減小斗容的鏟斗斗容為正常斗容的0.6～0.8倍，用來(lái)裝載容重大于20KN/m3的的物料（如鐵礦石、巖石等）。用于土方工程的裝載機(jī)，因?yàn)樽鳂I(yè)對(duì)象較廣，因此多用正常斗容上的通用鏟斗，以適應(yīng)裝載不同物料的需要。也是出于這種考慮本設(shè)計(jì)采用正常的鏟斗。
由于鏟斗的工作條件惡劣，經(jīng)常要承受很大的沖擊載荷和強(qiáng)烈的磨削，因此在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)要考慮有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性，并要求鏟斗在插入料堆時(shí)阻力要小，從而提高作業(yè)效率。
（1）鏟斗的構(gòu)造
鏟斗斗體通常用低碳、耐摩的高強(qiáng)度鋼板焊接而成。鏟斗主要由：1切削刃、2側(cè)壁切削刃、3斗低、4后斗壁、5擋板、6角板、7耐摩板、8護(hù)板或支腳組成。切削刃的形狀大致可分為直刀刃、V型刀刃、直齒帶頭齒和V型刃帶頭齒幾種。ZL10一般用來(lái)鏟裝輕質(zhì)或松散的物料，插入阻力不是很大，而且為了使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并容易制造，本設(shè)計(jì)采用直型斗刃鏟斗。
（2）鏟斗的幾何斷面形狀和基本參數(shù)的確定
鏟斗地幾何斷面形狀由斗的圓弧半徑R、張開(kāi)角γ0，后壁高度h、低壁長(zhǎng)l和鏟斗寬度B五個(gè)參數(shù)確定。除次之外，鏟斗的寬度應(yīng)大于前輪外緣寬度，每側(cè)大出50～100㎜,從而保護(hù)輪胎不受損傷，低臂相對(duì)于地面應(yīng)有一定的傾角，以減少摩擦阻力并保護(hù)低壁。鏟斗幾何尺寸的確定：
設(shè)計(jì)鏟斗，應(yīng)根據(jù)已確定的斗容的大小，參考同類(lèi)型鏟斗形狀，從而確定本次設(shè)計(jì)的鏟斗形狀。在選擇各種參數(shù)時(shí)一般以鏟斗回轉(zhuǎn)半徑 Ro（指鏟斗與動(dòng)臂連接鉸點(diǎn)至切削刃口的距離）作為基本參數(shù)。鏟斗橫截面積
S=R02｛［0.5λg(λg+λkcosγ1)sinγ0］λb2［ctg-0.5∏(1-)］｝
而鏟斗的幾何斗容
Vs = S × B0
則
圖 4-7 鏟斗斷面基本參數(shù)
式中
Vs — 平裝(幾何)斗λg容量.單位為m3 ,由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定；
S — 圖 4-7所示斷面，單位為㎡；
B0 — 鏟斗內(nèi)凈寬度，單位為 m；
λg — 鏟斗斗低長(zhǎng)度系數(shù)，λg =lg/RO≈1.4～1.5；
l g — 長(zhǎng)度，是指鏟斗切削刃至斗低與后斗壁延長(zhǎng)線(xiàn)交點(diǎn)的距離，單位為 m；
λz— 后斗壁長(zhǎng)度系數(shù)，λz=lz/R0，取λZ=1.1～1.2；
l z— 后斗壁長(zhǎng)度，是指由后斗壁上緣至斗低與后斗壁延長(zhǎng)線(xiàn)交點(diǎn)的距離，單位為 m；
λK— 擋板高度系數(shù),λK=lk/R0,取λK=0.12～0.14；
l k — 擋板高度，單位為 m；
λb— 圓弧半徑系數(shù)，λb=R1=R0；取λb=0.35～0.4；
R1 — 鏟斗圓弧半徑，單位為 m；
γ0 —斗低與后斗壁間 5 的夾角，又稱(chēng)斗張開(kāi)角，取γO=48 o～52 o
γ1— 擋板與后斗壁間的夾角，取r1=5 o～10 o
由以上公式可知，已知Vs 、B0 ，只要選定γ0、γ1的值，并選定其他λ的值，則R0 即可算出，而其他參數(shù)也可確定，從而可以畫(huà)出鏟斗內(nèi)壁橫斷面的形狀。
鏟斗與動(dòng)臂鉸銷(xiāo)距離斗低的高度h b
H b=（0.06～0.12）R0
鏟斗側(cè)壁切削刃相對(duì)于斗低的傾角α0
α0=50 o～60 o
擋板與后臂間的夾角γ1還要能使擋板與側(cè)切削刃上午夾角為 90o，切削刃是削尖角
δ0=30 o～40
已知V h =0.5 3 m ，且V h / V S≈1.2，故V S=0.417 m3
已知輪距為 1380㎜（實(shí)際測(cè)量值），估計(jì)輪寬為 300㎜，還有鏟斗每側(cè)應(yīng)大出 50～100㎜，本次設(shè)計(jì)取 50㎜，并且參考同類(lèi)樣機(jī)取得鏟斗壁厚為 13㎜，故
B0 = 1380+300+2×50-13×2=1754㎜
取各參數(shù)如下：
λg=1.4 λz=1.2
λk=0.12 λb=0.4
γ0=48 o γ1=10 o
α0=52 o
把各數(shù)值代入公式得
R 0=0.685
故
l g =1.4 R0 =0.959m l z =1.2 R0 =0.822m
l k =0.12 R0 =0.0822m R1 =0.4 R0 =0.274m
h b =0.12 R0 =0.0822m
4.3.3 動(dòng)臂設(shè)計(jì)
（1）動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置的確定
動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置的確定，應(yīng)在總體參數(shù)已確定后，以及鏟斗主要尺寸確定后進(jìn)行。動(dòng)臂與鏟斗連接點(diǎn)也稱(chēng)下鉸點(diǎn)，其下限位置應(yīng)保證鏟斗正常工作位置和下挖掘位置還有鏟斗在運(yùn)輸位置時(shí)，仍與輪胎保持有一定間隙為準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)是以與車(chē)后部有一定間隙為準(zhǔn)，而且下鉸點(diǎn)與地面應(yīng)有 250～300㎜的離地間隙。其上限位置應(yīng)保證鏟斗有最大卸載高度、卸載角度及最小卸載距離。其具體位置可用作圖方法來(lái)確定，根據(jù)鏟斗形狀、幾何尺寸及鏟斗與地面應(yīng)保持的角度α可以確定下鉸點(diǎn) B的下限位置 h B，然后將鏟斗轉(zhuǎn)置運(yùn)輸位置并留出一定間隙，繪出輪胎位置，再根據(jù)卸載高度 H max 、最小卸載l s min和卸載角度β要求，可以確定下鉸點(diǎn)上限位置。動(dòng)臂與機(jī)架的連結(jié)點(diǎn) A應(yīng)在B1 Bi連線(xiàn)的垂直平分線(xiàn)上。當(dāng)其他要求不變時(shí)，A點(diǎn)的前后位置將影響動(dòng)臂的長(zhǎng)度LD、動(dòng)臂的回轉(zhuǎn)角度?、動(dòng)臂伸出最大距離以及鏟斗在升起時(shí)擺動(dòng)的角度。A 點(diǎn)與前輪中心的距離為 LA（在本設(shè)計(jì)中則是 A 點(diǎn)與后輪中心的距離），LA增大則動(dòng)臂增長(zhǎng)而轉(zhuǎn)角將會(huì)減小，且動(dòng)臂伸出距離減小，提高了裝載機(jī)在鏟斗最大伸出時(shí)的穩(wěn)定性。因此，在總體布置允許的條件下，LA可以適當(dāng)?shù)脑龃?，但也?huì)增加駕駛室在布置上的困難，一般動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度?常在 80o～90o 之間。動(dòng)臂的橫向布置，則應(yīng)根據(jù)輪距、動(dòng)臂本身的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)斗油缸的尺寸以及司機(jī)的視線(xiàn)要求來(lái)求得，但動(dòng)臂與輪胎之間必須留有一定的間隙（100㎜左右）以保證裝載機(jī)能夠自如的工作。圖 4-8。
圖 4-8 確定動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置及長(zhǎng)度計(jì)算圖
（2）動(dòng)臂長(zhǎng)度LD的確定
動(dòng)臂鉸點(diǎn)位置確定之后，按一定比例作圖即可直接求得。如圖 4-9，除此之外，也可以計(jì)算法算出動(dòng)臂長(zhǎng)度L D
L D=√［l s min –R0COS(α＇+β)+l B］2+［HS max-HA+R0sin(α＇+β) ］2
式中
Ls min— 鏟斗最小卸載距離，單位為 m；
R0 — 鏟斗回轉(zhuǎn)半徑，單位為 m；
α＇— 鏟斗回轉(zhuǎn)半徑與斗低夾角，單位為(o)；
β — 鏟斗最大卸載高度時(shí)的最大卸載角，單位為(o)；
L B — 動(dòng)臂與車(chē)架連接鉸點(diǎn)到裝載機(jī)前面外廓部分（輪胎）的水平距離，單位為 m；
HS max— 最大卸載高度，單位為 m；
HA — 動(dòng)臂與車(chē)架鉸點(diǎn)的高度，單位為 m；
L D — 動(dòng)臂長(zhǎng)度，單位為 m。
值得注意的是本次設(shè)計(jì)不能直接套用公式，因?yàn)槭街械男遁d距離是斗刃與輪胎前緣的水平距離，其余個(gè)數(shù)據(jù)也都是以輪胎中心來(lái)算的。本次設(shè)計(jì)的卸載距離是斗刃與車(chē)尾部分的水平距離，所以必須把輪胎中心線(xiàn)假象的移到車(chē)尾外廓的處才能代入公式計(jì)算。量得個(gè)數(shù)據(jù)如下:
Ls min =（1000-540） R0 =685㎜
α＇=6.89 o β=46o
圖 4-9 確定動(dòng)臂長(zhǎng)度計(jì)算公式
HS max =2250㎜ HA =1310㎜
LB =1440㎜
把個(gè)數(shù)據(jù)代入公式得
LD =2090㎜
（3）臂的結(jié)構(gòu)和形狀
動(dòng)臂的形狀按其縱向中心線(xiàn)形狀可分為直線(xiàn)形和曲線(xiàn)形兩種。如圖 4-10 所示。
a b
a 曲線(xiàn)形 b 直線(xiàn)形
圖 4-10動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式
直線(xiàn)行動(dòng)臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，而且受力情況好，通常正轉(zhuǎn)式連桿工作裝置多采用這種形式；曲線(xiàn)型動(dòng)臂一般常用于反轉(zhuǎn)式連桿工作裝置，這種形式的動(dòng)臂可使反轉(zhuǎn)式連桿工作裝置布置更為合理。
圖 4-11 動(dòng)臂的斷面機(jī)構(gòu)
動(dòng)臂的斷面機(jī)構(gòu)形式有單板、雙板和箱形，如圖 4-11。許多裝載機(jī)采用單板，這種動(dòng)臂機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，但抵抗受扭的剛性較差；大中型裝載機(jī)多采用雙板形或箱形斷面結(jié)構(gòu)的動(dòng)臂，可以改善單板動(dòng)臂受扭剛度不好的影響。為了減少動(dòng)臂的重量，動(dòng)臂的斷面尺寸按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用的是曲線(xiàn)形單板動(dòng)臂，這樣不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易制造，而且經(jīng)濟(jì)性好。
4.34 連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是確定各個(gè)鉸點(diǎn)的適當(dāng)位置和連桿的有關(guān)尺寸，至于在設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)中，所應(yīng)滿(mǎn)足的各種要求上和注意事項(xiàng)可參閱課本相關(guān)內(nèi)容。進(jìn)行步驟，先選定搖臂的形狀和尺寸，然后卻定鉸點(diǎn) E 和 C 的位置，最后確定轉(zhuǎn)斗油缸與車(chē)架相連的鉸點(diǎn) G 的位置和油缸的尺寸和形成行程。
動(dòng)臂的長(zhǎng)度LD是連桿機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)，搖臂將固定在動(dòng)臂上，搖臂的長(zhǎng)度、連桿的長(zhǎng)度、油缸的長(zhǎng)度都與動(dòng)臂長(zhǎng)度有關(guān)。因此連桿機(jī)構(gòu)的其他構(gòu)件尺寸和鉸點(diǎn)位置，都將參照動(dòng)臂的長(zhǎng)度確定。
連桿與鏟斗鉸點(diǎn) C 的位置，影響著連桿和油缸的受力和行程，選擇時(shí)主要考慮當(dāng)鏟斗處于地面鏟掘位置情況下，連桿 CD 作用在鏟斗上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩較大，以發(fā)揮最大的掘起力。很明顯，ED 和 CD 兩者之間的夾角越大，CB 兩點(diǎn)間的距離越大，CB 和 CD 中間夾角越接近于直角，則轉(zhuǎn)動(dòng)力矩越大，但實(shí)際上受結(jié)構(gòu)的限制，這幾點(diǎn)是相互矛盾的，而且相互關(guān)系的變化還將影轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。通常 BC 與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑之間的夾角?在 85o～100o 之間,CB≈（0.13～0.14）LD，式中 LD為動(dòng)臂回轉(zhuǎn)半徑。本設(shè)計(jì)中 CB=0.14 LD，即 CB=292.6㎜。
搖臂與動(dòng)臂的鉸點(diǎn) E 位置的選定影響較大，常布置動(dòng)臂 AB 兩鉸點(diǎn)的連線(xiàn) AB 的中部且偏向 A 點(diǎn)，并向上方偏移一端距離 m 即 E 處。設(shè)計(jì)時(shí)初步可取 le=（0.45～0.5）LD,m=（0.11～0.18） LD。 E 點(diǎn)向下移則在卸載時(shí)，連桿可能與鏟斗后臂發(fā)生干涉，E點(diǎn)再向上移，則將影響整個(gè)連桿機(jī)構(gòu)的空間布置。
搖臂的形狀與夾角：搖臂的形狀常做成彎形的，其兩臂中間夾角θ常在 30o 以下，搖臂的長(zhǎng)度尺寸可選為（0.29～0.32）LD，兩臂 長(zhǎng)度之比可選取為 1.5,θ角的大小影響連桿的有效移動(dòng)，
θ角過(guò)小，雖然連桿 CD 開(kāi)始移動(dòng)時(shí)速度較大，但逐漸減慢，而實(shí)際上總移動(dòng)速度降低了，且總的行程也縮短了。搖臂的長(zhǎng)短，則直接影響鏟斗能否轉(zhuǎn)到預(yù)期的卸載位置、油缸的行程和推力，因此都應(yīng)全面考慮后選定。至于連桿板的長(zhǎng)度可直接在圖上測(cè)量決定。值得一提的是，在卸載位置，連桿與搖臂的長(zhǎng)度（長(zhǎng)臂）和應(yīng)大于這時(shí)E 點(diǎn)和 C點(diǎn)之間的直線(xiàn)距離在極限位置時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角不得小于 10o，否則將會(huì)個(gè)工作上帶來(lái)困難。
轉(zhuǎn)斗油缸和車(chē)架鉸點(diǎn) G上午確定，在上述各鉸點(diǎn)位置、各構(gòu)件尺寸也都確定之后，即可用下述做圖法來(lái)確定鉸點(diǎn) G的位置，油缸總長(zhǎng)和必需的行程大小。
已知?jiǎng)颖巯裸q點(diǎn)上下極限位置及動(dòng)臂長(zhǎng)度，即已鉸點(diǎn) A 和動(dòng)臂中心線(xiàn)為基礎(chǔ)，繪出鏟斗在地面鏟裝完畢后并后傾 45o 時(shí)的位置，再依次找出 E 點(diǎn)和搖臂相對(duì)動(dòng)臂中心線(xiàn)的相對(duì)位置，連接 C 點(diǎn)和 D 點(diǎn)，此即 CD 連桿的長(zhǎng)度；再將動(dòng)臂提升至最高位置（卸載位置），并將所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度分成若干等分，以鏟斗最低位置為起點(diǎn)，依次將動(dòng)臂提升至各個(gè)位置，并保持鏟斗平移，也就是在各個(gè)位置的C1B1 、C2B2，……，都是平行的，再依次連接各個(gè)位置的F I 點(diǎn)將成為一條曲線(xiàn)，找出曲線(xiàn)圓弧的外包絡(luò)圓的中心 G，G 點(diǎn)即轉(zhuǎn)斗油缸與車(chē)架的鉸點(diǎn)。包絡(luò)圓的半徑R max 即轉(zhuǎn)斗油缸的最大安裝尺寸。再將各位置的鏟斗轉(zhuǎn)至卸載位置，依次連接各鉸點(diǎn)的各個(gè)位置又得一條曲線(xiàn)圓弧通過(guò) G 點(diǎn)作此圓弧的包絡(luò)圓，此包絡(luò)圓的半徑R min 即油缸的最小安裝尺寸。
轉(zhuǎn)斗油缸活塞的最小行程l s可安下式確定-
L s = R max － R min
而且應(yīng)能滿(mǎn)足利用轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗前傾進(jìn)行切土下挖的工作要求。
這種方法所選定的鉸點(diǎn) G和油缸的尺寸是比較合理的，但也是近似的。在油缸閉鎖鏟斗開(kāi)放的情況下，在由鏟取位置提升動(dòng)臂的過(guò)程中，內(nèi)斗的后傾角可能會(huì)比在地面的后傾角大，只要
變化小于 15o都是允許的，如果超過(guò)此值，則需要稍稍移動(dòng) G 點(diǎn)的位置加以修正。鏟斗的傾角應(yīng)大于45o，小于此值可適當(dāng)移動(dòng) C 點(diǎn)或 E點(diǎn)位置即可改正。
為了得到更理想的結(jié)果，各個(gè)連桿尺寸及鉸點(diǎn)位置初步確定之后，可再采用優(yōu)化方法找出最佳幾何尺寸，這對(duì)提高裝載機(jī)的功效更為有利。
終上所述，我們可取各參數(shù)如下：
?=90o le=0.5 LD =0.5×2090=1045㎜
m=0.12 LD =0.12×k090=250.8㎜
搖臂的長(zhǎng)度
LYB =2LBC =2×0.14×2090=585.2㎜
根據(jù)給出的參數(shù)即可作出上圖。
由圖中可直接量取連桿長(zhǎng) LCD =1285㎜
油缸最大安裝尺寸 R max =1220㎜
油缸最小安裝尺寸 R min =1010㎜
最小行程 l s = R max－R min =1220-1010=210㎜
5. 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算
5.1 工況分析
進(jìn)行工作裝置的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，首先要分析裝載機(jī)的工作情況，裝載機(jī)的作業(yè)環(huán)境是多變的，其作業(yè)工況也是多種多樣的，因此必須選定經(jīng)常使用的受力最不利的作業(yè)位置和典型工況來(lái)進(jìn)行工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算，這樣技能滿(mǎn)足使用條件，又不浪費(fèi)材料，比較經(jīng)濟(jì)。本機(jī)在設(shè)計(jì)之初考慮到十種工況?？紤]到各種工況是正常工作經(jīng)常出現(xiàn)的還是偶爾出現(xiàn)的，還是在極其特殊的情況下才能遇到的，然后選取經(jīng)常出現(xiàn)的工況作為設(shè)計(jì)依據(jù)，其他工況作為校核工況，對(duì)通用的裝載機(jī)械，并具有足夠大的柴油機(jī)的情況下建議選取水平插入打滑時(shí)和垂直滿(mǎn)載提升后輪胎起時(shí)（最大掘起力）作為設(shè)計(jì)依據(jù)。
根據(jù)上述，選取第二工況作為典型工況。
5.2 工作裝置受力分析
5.2.1 阻力分析：（圖5-1）
（1）插入阻力
插入阻力就是鏟斗水平插入料堆時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力。插入阻力由鏟斗前切削刃和斗壁兩側(cè)切削刃所受阻力；鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力；鏟斗外表面與料堆的摩擦力等組成。這些阻力與物料種類(lèi)、料堆高度，鏟斗插入料堆深度以及鏟斗形狀，結(jié)構(gòu)等有關(guān)。插入阻力的經(jīng)驗(yàn)公式為：
P x=10k1?k2?k3?k4?la1.25?Bg
式中
P x — 鏟斗插入阻力（N）
k1 — 被鏟掘物料的塊度及松散程度的影響系數(shù)。考慮到本機(jī)械的工作對(duì)象為小塊物料（碎石和沙礫），則取k1 =0.75
k2 — 物料種類(lèi)影響系數(shù)：同理取k2=0.1
k3 — 堆料高度影響系數(shù)：取其中間值k3 =0.8
圖 5-1 鏟斗受力分析
k4 — 鏟斗形狀參數(shù)，其值一般在 1.1～1.8之間，對(duì)于不帶齒的斗，取較大值。本機(jī)械由于鏟斗較小，且不帶斗齒，取k4=1.6
la — 鏟斗插入料堆深度，單位為㎝，在一次鏟掘法時(shí)，取等于 0.7～0.8 斗底長(zhǎng)度，在配合鏟掘法時(shí)，取等于 0.25～0.35 斗底的長(zhǎng)度，取l a =0.28lg0 =0.28×95.9=26.9㎝
B g — 鏟斗寬度（㎝）B g =178㎝
把以上各參數(shù)代入公式得P x =10×0.75×0.1×0.8×1.6×26.91.25×178=10468N
（2）鏟起阻力
鏟起阻力是指鏟斗插入料堆一定深度后，提升動(dòng)臂時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力。鏟起阻力同樣也由物料的種類(lèi)、塊度、松散程度等，以及物料與斗壁之間的摩擦有關(guān)。最大鏟起阻力發(fā)生在鏟斗開(kāi)始提升時(shí)，并假定作用在鏟斗斗刃上，隨著動(dòng)臂的提升，產(chǎn)起阻力逐漸減小。
鏟斗開(kāi)始提升時(shí)的鏟起阻力（即最大鏟起阻力）由下式計(jì)算：
PZ = 2.2?la?B g ? k t
式中
PZ—鏟起阻力（N）
K t —開(kāi)始提升時(shí)物料的剪切應(yīng)力。取k t =35000Pa
L a —0.269m
B g =1.78m
把數(shù)據(jù)代入公式中可算得:
PZ =36869N
5.2.2 正轉(zhuǎn)六連桿的受力分析
（1）根據(jù)圖 5-2所示，可把鏟斗作為一個(gè)分離體，以 B 為支點(diǎn)
則 MB =0
則有 ?Px?hb+?Px?l2=Pc?l1
其中：h b=0.685×sin（6.89°+4°）=0.129m
l1=0.19
l2=（0.685-0.1）× cos（6.89°+4°）=0.574m
把數(shù)據(jù)代入公式可得：
pc×0.19=×10468×0.129+×36869×0.574
pc=59245（N）
以C為支點(diǎn)，則Mc=0，即
Pb?l3?=?P x (l2-a) + ?Px?l4
其中：
a=0.035m l3=0.256m l4=0.395m
把各數(shù)據(jù)代入公式中得:
Pb×0.256=×3686×（0.5747－0.035）+10468×0.395×
P b=45297 (N)
（2）搖臂受力分析
根據(jù)圖 5-2，取 CD、DE、FG三構(gòu)件 E 為支點(diǎn)，則有∑ME=0
PD?l1=Pf?l2
PD=PC
在圖上可直接測(cè)得：
l1=0.365m
l2=0.285m
把數(shù)據(jù)代入公式得：
0.365 ?PD= Pf?0.285
PD=PC=59245
則
Pf=75875（N）
除次之外，搖臂還受到動(dòng)臂的力作用，方向未知，于是設(shè)為PEX、P EZ。根據(jù)力平衡即可求出PEX、P EZ 。
圖 5-2 正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)受力分析簡(jiǎn)圖
根據(jù)圖 5.2可知
∑x =0 － Pd ?cos57°+Pf?cos14.5°+PEX =0
∑y=0 － PD?sin57°+Pf?sin14.5°+P EZ =0
解得
PEX=-41191N
P EZ=-30689N
（3）動(dòng)臂受力分析
根據(jù)圖 5-3所示，把所有力 A 點(diǎn)取矩得∑MA=0
PEX′× ×sin35°+P E′Z × ×cos35°+(-PHX ?sin35°)( -100) = 0
已知：
PEX′=41191N P EZ′=30689N
LD σ =2090N
把數(shù)據(jù)代入公式解得：
PHX =94016N
圖 5-3 動(dòng)臂受力分析簡(jiǎn)圖
根據(jù)動(dòng)臂所受的力平衡可知:
∑x =0 PB′cos35°-PHX + PEX′+PAX= 0
∑Z = 0 PB′sin35°- P EZ′+PAZ =0
解得
PAX=15720N
PAZ =4708N
則
PA= √157202+47082 =16410N
（4）分析各鉸銷(xiāo)受力
A點(diǎn)鉸銷(xiāo)受力
PA =16410N
B點(diǎn)鉸銷(xiāo)受力
PB = 45297N
C點(diǎn)鉸銷(xiāo)受力
PC = 59245N
D點(diǎn)鉸銷(xiāo)受力
PD = 59245N
E點(diǎn)鉸銷(xiāo)受力
PE = 51366N
F點(diǎn)鉸銷(xiāo)受力
PF = 75875N
G點(diǎn)鉸銷(xiāo)受力
PG = 75875N
H點(diǎn)鉸銷(xiāo)受力
PH = 94016N
I點(diǎn)鉸銷(xiāo)受力
PI = 94016N
5.2.3 強(qiáng)度計(jì)算及確定斷面尺寸、材料
（1）強(qiáng)度計(jì)算及確定斷面尺寸、材料
動(dòng)臂可看作是支撐在車(chē)架 A點(diǎn)和動(dòng)臂油缸上鉸點(diǎn) H 的雙支點(diǎn)懸臂變截面梁。
內(nèi)力分析：（如圖 5-4）
如圖 5-4 動(dòng)臂受力分析
0～1 段：
N1= - PB cos（35°-20°）=-43753(N)
Q1= - PB sin（35°-20°）=11724(N)
M0=0
M1左= PB sin（35°-
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