摘 要裝載機(jī)作為一種鏟土運(yùn)輸機(jī)械，在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。通過查閱資料，比較各種裝載機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，確定輪式整體動臂裝載機(jī)作為設(shè)計方案。在對輪式裝載機(jī)的用途、種類、主要性能參數(shù)等作了詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了輪式裝載機(jī)的總體設(shè)計；工作裝置的結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)設(shè)計；并具體設(shè)計了動臂、連桿、搖臂、鏟斗，對其作受力分析。設(shè)計過程中，詳細(xì)對比各種工作機(jī)構(gòu)，最終選取反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)形式，采用圖解法將其優(yōu)化設(shè)計完成。其特點(diǎn)是采用整體動臂形式。對整機(jī)作了穩(wěn)定性驗算。關(guān)鍵詞：輪式裝載機(jī)；工作裝置；整體動臂；連桿機(jī)構(gòu)；鏟斗AbstractAs a scraper and a transporter，the loader is using widely in the engineering and becomes one of the absolutely necessarily equipments in the construction now．At the base of analyzing the advantages and disadvantages of every kind of loaders by referring to data，the thesis chooses the unitary arm wheel loader as the scheme of the design．It gives a detailed analysis to the wheel loader，which contains the use，kind and the main capability parameter of the wheel loader．On this condition，it plans the wheel loader as a whole comprehensively and ascertains the structure，geometrical parameter of the working device．Also，the thesis designs the arm，linkage and the bucket concretely and gives the force analysis of them．At the process of the design，by comparing with different kinds of working device，it chooses the overturn six-bar linkage as the scheme and designs it by the graphic method．It is characterized by the unitary arm．At the same time，it verifies the stability of the whole machine．Key words：wheel loader；working device；unitary arm；bar linkage；bucket目 錄第 1 章 概述 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．11.1 背景 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．11.2 發(fā)展趨勢 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．11.3 小結(jié) ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．3第 2 章 裝載機(jī)概論 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．42.1 裝載機(jī)的用途 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．42.2 裝載機(jī)的分類 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 42.3 裝載機(jī)的主要性能參數(shù) ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 62.4 輪式裝載機(jī)的基本組成． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 72.5 小結(jié) ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 8第 3 章 輪式裝載機(jī)總體設(shè)計 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 93.1 輪式裝載機(jī)基本參數(shù)的確定 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 93.2 輪式裝載機(jī)總體布置 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．93.3 小結(jié) ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．13第 4 章 輪式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．144.1 工作裝置的設(shè)計要求 I． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．144.2 鏟斗設(shè)計 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．164.3 連桿系統(tǒng)設(shè)計 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．204.4 小結(jié) ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．37第 5 章 整機(jī)穩(wěn)定性校核 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．385.1 用穩(wěn)定比來評價裝載機(jī)的穩(wěn)定性 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 385.2 小結(jié) ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．41結(jié)論 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．42參考文獻(xiàn) ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．43致謝 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．440第 1 章 概 述1.1 背景裝載機(jī)屬于鏟土運(yùn)輸機(jī)械類，是一種通過安裝在前端一個完整的鏟斗支承結(jié)構(gòu)和連桿，隨機(jī)器向前運(yùn)動進(jìn)行裝載或挖掘，以及提升、運(yùn)輸和卸載的自行式履帶或輪胎機(jī)械。它廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口和礦山等工程建設(shè)。裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一，對于加快工程建設(shè)速度，減輕勞動強(qiáng)度，提高工程質(zhì)量，降低工程成本都發(fā)揮著重要的作用，是現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。近幾年來，我國基建投資額和投資增幅大幅增加，使得我國裝載機(jī)行業(yè)出現(xiàn)了很大的發(fā)展。經(jīng)過業(yè)內(nèi)人員的不懈努力，在國際市場上充分顯示了強(qiáng)大的生命力。裝載機(jī)行業(yè)已經(jīng)由初始發(fā)展階段逐漸走向成熟時期。一些主導(dǎo)產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計和制造水平都有相當(dāng)程度的提高某些產(chǎn)品質(zhì)量也達(dá)到了用戶認(rèn)可的水平。同時，由于其產(chǎn)品價格相對低廉，在國際市場上具有一定的競爭力。然而，總體而言，我國裝載機(jī)同國際先進(jìn)的裝載機(jī)制造廠家相比差距還比較大，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品的可靠性、使用壽命、綠色工程設(shè)計、高新技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用以及管理模式上。相對而言，我國自主開發(fā)能力還比較薄弱，有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品技術(shù)較少，新產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)大部分還依賴于引進(jìn)國外技術(shù)；另一方面對國外先進(jìn)技術(shù)的消化、吸收、創(chuàng)新不足。1.2 發(fā)展趨勢1.2.1 國外發(fā)展趨勢 國外輪式裝載機(jī)在其未來技術(shù)發(fā)展中將廣泛應(yīng)用微電子技術(shù)與信息技術(shù)，完善計算機(jī)輔助駕駛系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)及故障診斷系統(tǒng)；采用單一吸聲材料、噪課題來源：成都神鋼集團(tuán)有限公司1聲抑制方法等消除或降低機(jī)器噪聲；通過不斷改進(jìn)電噴裝置，進(jìn)一步降低柴油發(fā)動機(jī)的尾氣排放量；研制無污染、經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保型的動力裝置；提高液壓元件、傳感元件和控制元件的可靠性與靈敏性，提高整機(jī)的機(jī)—電—信一體化水平；在控制系統(tǒng)方面，將廣泛應(yīng)用電子監(jiān)控和自動報警系統(tǒng)、自動換擋變速裝置；普遍安裝 GPRS 定位與質(zhì)量自動稱量裝置；開發(fā)“機(jī)器人式”裝載機(jī)等 [1]。1）系列化，特大型化系列化是工程機(jī)械發(fā)展的重要趨勢。國外著名大公司逐步實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品系列化進(jìn)程，形成了從徽型到特大型不同規(guī)格的產(chǎn)品。與此同時，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。2）多用途，微型化為了全方位地滿足不同用戶的要求，國外輪式裝載機(jī)在朝著系列化、特大型化方向發(fā)展的同時，已進(jìn)入多用途、微型化發(fā)展階段。3）進(jìn)一步普及應(yīng)用液壓技術(shù)，廣泛應(yīng)用微電子、信息技術(shù)液壓技術(shù)將得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，并繼續(xù)朝著高速、高壓、大流量、大功率，靜、動態(tài)性好，質(zhì)量輕。結(jié)構(gòu)簡單。成本低和壽命長等更高水平發(fā)展。液壓技術(shù)將進(jìn)一步與微電子、信息技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)—電—信一體化，最大限度地提高功能利用率，提高裝載機(jī)的技術(shù)性能和科技含量。4）不斷創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計5）更加注重安全性、舒適性和可靠性翻滾保護(hù)和落物保護(hù)結(jié)構(gòu)駕駛室、消聲、減振、防油污以及 GPS，閉路監(jiān)視系統(tǒng)，超聲波后障礙探測等將得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。6）向節(jié)能和環(huán)保方向發(fā)展一些節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)和新方法的研究推廣應(yīng)用，將得到經(jīng)濟(jì)效益。1.2.2 國內(nèi)發(fā)展趨勢盡管國產(chǎn)輪式裝載機(jī)的技術(shù)發(fā)展水平與西方發(fā)達(dá)國家存在很大的差距，但亦正在從低水平、低質(zhì)量、低價位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過渡，從仿制仿造向自主開發(fā)過渡。其發(fā)展體現(xiàn)出以下一些趨勢。1）大型和小型輪式裝載機(jī)，受到客觀條件及市場總需求量的限制。競爭最為激烈的中型裝載機(jī)更新速度將越來越快。2）優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)性能。如動力系統(tǒng)的減振、散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性能指標(biāo)優(yōu)化及各鉸點(diǎn)的防塵、工業(yè)造型設(shè)計，逐步引進(jìn)最新的傳動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)技術(shù)，予以國產(chǎn)化、商業(yè)化，降低能耗，提高性能。3）利用電子技術(shù)及負(fù)荷傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)變速箱的自動換擋及液壓變量系統(tǒng)的應(yīng)用提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機(jī)的作業(yè)成本。4）提高安全性，舒適性。駕駛室內(nèi)環(huán)境將向汽車方向靠攏，轉(zhuǎn)向盤、座椅、2各操縱手柄都能調(diào)節(jié)，使操作者處于最佳位置工作。5）降低噪聲和排放，強(qiáng)化環(huán)保指標(biāo)。6）廣泛利用新材料、新工藝、新技術(shù)，特別是機(jī)、電、液一體化技術(shù)，提高產(chǎn)品的壽命和可靠性。7）最大限度地簡化維修，盡量減少保養(yǎng)次數(shù)和維修時間，增大維修空間，普遍采用電子監(jiān)視及監(jiān)控技術(shù)，進(jìn)一步改善故障診斷系統(tǒng)，提供排除問題的方法。1.4 小結(jié)裝載機(jī)是一種鏟土運(yùn)輸機(jī)械，它在工程實(shí)際中得到了非常廣泛的應(yīng)用。隨著我國基建投資額和投資增幅大幅增加，我國裝載機(jī)行業(yè)出現(xiàn)了很大的發(fā)展。此時，成都神鋼集團(tuán)有限公司提出了本次課題。本章主要介紹了現(xiàn)在國內(nèi)裝載機(jī)發(fā)展的狀況，并著重介紹了國內(nèi)外裝載機(jī)的發(fā)展趨勢。3第 2 章 裝載機(jī)概論2.1 裝載機(jī)的用途裝載機(jī)是一種用途十分廣泛的工程機(jī)械，可以用來鏟裝、搬運(yùn)、卸載、平整散裝物料，也可對巖石、硬土等進(jìn)行輕度的鏟掘工作。此外，還可進(jìn)行刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。換裝相應(yīng)的工作裝置，裝載機(jī)還可以進(jìn)行推土、起重、裝卸木料等作業(yè)。2.2 裝載機(jī)的分類裝載機(jī)一般按以下特點(diǎn)來分類。（1）按行走裝置不同分類按行走裝置不同可分為輪胎式和履帶式兩種。圖 2-1 履帶式裝載機(jī)上圖是一種履帶式裝載機(jī)。這種裝載機(jī)堅固耐用、與地面附著力大、接地比壓力小、越障礙物能力強(qiáng)、容易維護(hù)保養(yǎng)，但其質(zhì)量大、運(yùn)動慣性大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、磨損嚴(yán)重、維修量大、運(yùn)行速度受限制，而且不能起吸收振動和緩和沖擊的作用。下圖是一種輪式裝載機(jī)。這種機(jī)型采用雙臂支承鏟斗，鏟斗工作平穩(wěn)性好，受力狀況也較好，但兩臂之間有一定尺寸，這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸擴(kuò)大，可能與輪胎等發(fā)生干涉，結(jié)構(gòu)不好布置。4圖 2-2 輪胎式裝載機(jī) 1圖 2-3 輪胎式裝載機(jī) 2這也是一種輪胎式裝載機(jī)。這種機(jī)型采用單臂支承鏟斗，鏟斗工作平穩(wěn)性及受力狀況均不如雙臂支承，但此型式結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)易與布置。（2）按使用場合不同分類按使用場合不同分為露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)。（3）按傳動形式不同分類按傳動形式不同可分為機(jī)械傳動、液力機(jī)械傳動、液壓傳動和電傳動四種。（4）按裝載方式不同分類按裝載方式不同可分為前卸式、后卸式、側(cè)卸式和回轉(zhuǎn)式。輪式裝載機(jī)基本上都是采用前卸式。（5）按轉(zhuǎn)向方式不同分類按轉(zhuǎn)向方式不同可分為整體式和鉸接式。整體式利用偏轉(zhuǎn)后輪或前輪轉(zhuǎn)向，或者同時偏轉(zhuǎn)前后輪，鉸接式采用鉸接車架，利用前后車架之間的相對偏轉(zhuǎn)進(jìn)行5轉(zhuǎn)向。2.3 裝載機(jī)的主要性能參數(shù)標(biāo)志裝載機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)有鏟斗容量、額定載重量、發(fā)動機(jī)額定功率、整機(jī)質(zhì)量、最大行駛速度、最小轉(zhuǎn)彎半徑、最大牽引力、最大掘起力、最大卸載高度、卸載距離、工作裝置動作三項和等。（1）鏟斗容量一般指鏟斗的額定容量，為鏟斗平裝容量和堆尖部分體積之和，用“ ”來3m表示。（2）額定載重量指在保證裝載機(jī)穩(wěn)定工作的前提下，鏟斗的最大載重量，單位為“㎏” 。（3）發(fā)動機(jī)額定功率發(fā)動機(jī)額定功率是表明裝載機(jī)作業(yè)能力的一項重要參數(shù)。發(fā)動機(jī)功率分有效功率與總功率，有效功率是指在 29℃和 746㎜Hg 壓力情況下，在發(fā)動機(jī)飛輪上實(shí)有的功率?？偣β拾òl(fā)動機(jī)有效功率和風(fēng)扇、燃油泵、潤滑油泵、濾清器等輔助設(shè)備所消耗的功率。單位為“KW” 。（4）整機(jī)質(zhì)量指裝載機(jī)裝備應(yīng)有的工作裝置和隨機(jī)工具，加足燃油，潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)亦加足液體，并且?guī)в幸?guī)定形式和尺寸的空載鏟斗和司機(jī)標(biāo)定質(zhì)量時的主機(jī)質(zhì)量。它關(guān)系到裝載機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和附著性能，單位為“㎏” 。（5）最大行駛速度指鏟斗空載，裝載機(jī)行駛于堅硬的水平面上，前進(jìn)和后退各擋能達(dá)到的最大速度，它影響裝載機(jī)的生產(chǎn)率和安排施工方案，單位為“㎞/h” 。(6)最小轉(zhuǎn)彎半徑指自輪胎中心或后輪外側(cè)或鏟斗外側(cè)所構(gòu)成的弧線至回轉(zhuǎn)中心的距離，單位為“㎜” 。（7）最大牽引力指裝載機(jī)驅(qū)動輪緣上所產(chǎn)生的推動車輪前進(jìn)的作用力。裝載機(jī)的附著質(zhì)量越大，則可能產(chǎn)生的最大牽引力越大，單位為“kN” 。(8)最大掘起力裝載機(jī)掘起力是指在下述條件下，鏟斗繞著某一規(guī)定鉸接點(diǎn)回轉(zhuǎn)時，作用在鏟斗切削刃后面 100㎜處的最大垂直向上的力 [1]。① 裝載機(jī)停在堅實(shí)的水平面上；6② 裝載機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)的使用質(zhì)量；③ 鏟斗斗刃底部平行于地面，且與地平面距離的上下誤差不超過 25㎜。裝載機(jī)掘起力標(biāo)志著裝載機(jī)鏟斗繞規(guī)定鉸點(diǎn)回轉(zhuǎn)時動臂舉升或鏟斗翻轉(zhuǎn)的能力。如果在舉升或轉(zhuǎn)斗過程中，引起裝載機(jī)后輪離開地面，則垂直作用在鏟斗上使裝載機(jī)后輪離開地面的力就是裝載機(jī)的掘起力。最大掘起力是指鏟斗切削刃的底面水平并高于底部基準(zhǔn)平面 20㎜時，操縱提升液壓缸或轉(zhuǎn)斗液壓缸在鏟斗切削刃最前面一點(diǎn)向后 100㎜處產(chǎn)生的最大向上鉛垂力，單位為“kN” 。(9)最大卸載高度指動臂處于最高位置，鏟斗卸載角為 45°時，從地面到斗刃最低點(diǎn)之間的垂直距離，單位為“㎜” 。圖 2-4 裝載機(jī)平面圖（10）卸載距離一般指在最大卸載高度時，從裝載機(jī)本體最前面一點(diǎn)到斗刃之間的水平距離，單位為“㎜” ?？紤]到輪式裝載機(jī)運(yùn)用范圍廣，本次設(shè)計目標(biāo)是輪式裝載機(jī)。以后各章節(jié)討論的均是輪式裝載機(jī)，且是整體動臂鉸接輪式裝載機(jī)。2.4 輪式裝載機(jī)的基本組成7裝載機(jī)由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及工作裝置組成。下圖所示為一前端式輪式裝載機(jī)的基本組成，它的底盤采用的是由柴油機(jī)驅(qū)動的液力機(jī)械傳動系統(tǒng)，鉸接轉(zhuǎn)向。工作裝置連桿系統(tǒng)是反轉(zhuǎn)六連桿式，采用液壓操縱。圖 2-5 前端式輪式裝載機(jī)的基本組成1-鏟斗；2-動臂；3-轉(zhuǎn)斗油缸；4-鉸接裝置；5-駕駛室；6-防護(hù)罩；7-發(fā)動機(jī)；8-后車架；9-車輪；10-前車架；11-舉升油缸；12-搖臂；13-連桿2.5 小結(jié)本章主要對裝載機(jī)作了一個全面而又簡單的介紹。主要包括輪式裝載機(jī)的用途、分類、基本組成。著重介紹了裝載機(jī)的主要性能參數(shù)，為鏟斗容量、額定載重量、發(fā)動機(jī)額定功率、整機(jī)質(zhì)量、最大行駛速度、最小轉(zhuǎn)彎半徑、最大牽引力、最大掘起力、最大卸載高度、卸載距離等。8第 3 章 輪式裝載機(jī)總體設(shè)計裝載機(jī)設(shè)計主要包括總體設(shè)計、工作裝置設(shè)計、工作裝置結(jié)構(gòu)分析及整機(jī)穩(wěn)定性驗算等，本章主要討論裝載機(jī)的總體設(shè)計。裝載機(jī)是由許多主要部件組合起來的一個有機(jī)整體，其整機(jī)性能不僅取決于每個部件的品質(zhì)，而且主要取決于各部件之間的相互協(xié)調(diào)，這種相互協(xié)調(diào)是通過總體設(shè)計實(shí)現(xiàn)的，所以裝載機(jī)的總體設(shè)計對它的整機(jī)性能起決定性作用。3.1 輪式裝載機(jī)基本參數(shù)的確定輪式裝載機(jī)總體參數(shù)是指它的主要性能參數(shù)和基本尺寸參數(shù)，性能參數(shù)已在第 2 章中予以介紹。而基本尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、輪胎尺寸、外形尺寸等。作為畢業(yè)設(shè)計，裝載機(jī)的參數(shù)已由老師給出，現(xiàn)列出如下：1）斗容量 4 ；3m2）額定載重量 80kN；3）發(fā)動機(jī)功率 200kW；4）最大掘起力 210kN；5）最大卸載高度 3500mm；6）動臂提升時間 6.5s；7）三項和時間 12s；8）最大轉(zhuǎn)向角 35°；9）最小轉(zhuǎn)彎半徑 6800mm；10）行駛速度：前進(jìn)第 4 擋 36km/h；后退第 3 擋 20km/h；11）后橋擺動角 10°；12）外形尺寸 8500×3200×3450mm13）整機(jī)質(zhì)量 18500kg。3.2 輪式裝載機(jī)總體布置裝載機(jī)的總體布置應(yīng)從保證其主要性能出發(fā)，在總體設(shè)計和各總成部件設(shè)計的密切配合下，根據(jù)使用要求和橋荷分配來協(xié)調(diào)各總成的性能 ，并確定和控制9它們的位置、尺寸和重量?？傮w布置不僅應(yīng)使裝載機(jī)具有良好的使用性能，而且必須保證操作輕便、拆裝容易和維修方便 [5]。3.2.1 總體布置內(nèi)容裝載機(jī)總體布置的內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面。1）確定各部件在整機(jī)上的位置及占據(jù)的空間；2）確定各部件之間、各部件與整機(jī)之間的連接方式；3）估算整機(jī)自重力及重心位置，并對各部件質(zhì)量提出要求；4）布置各操縱機(jī)構(gòu)、機(jī)器覆蓋件、駕駛室等；5）審查各運(yùn)動件的運(yùn)動空間，排除可能發(fā)生的干涉；6）定出標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的零部件明細(xì)表；圖 3-1 裝載機(jī)總體布置3.2.2 總體布置的原則總體布置時要考慮以下原則：1）保證整機(jī)的穩(wěn)定性；2）結(jié)構(gòu)緊湊，并有較高的傳動效率；3）便于操作維修，工作完全可靠；4）外形美觀、協(xié)調(diào)。3.2.3 總體布置的基準(zhǔn)選擇總體布置時應(yīng)正確選擇三個方向的布置基準(zhǔn)。1）以通過后橋中心線的水平面為上下位置的基準(zhǔn)；102）以通過后橋中心線的垂直面為前后位置的基準(zhǔn)；3）以兩側(cè)車輪的對稱面為左右位置的基準(zhǔn)。3.2.4 具體布置1）車架連接和傳動軸的布置① 鉸接車架鉸銷中心布置在前后橋軸線中間偏前位置 。如圖 3-2 所示，采用這種布置方式，裝載機(jī)轉(zhuǎn)彎時，前輪轉(zhuǎn)彎半徑大于后輪轉(zhuǎn)彎半徑，作業(yè)阻力增大，作業(yè)效率低，操作性能不好 [6]。*-圖 3-2 車架與傳動軸布置圖 1[6]111.前驅(qū)動橋 2.前傳動軸 3.中間支承 4.前后車架鉸銷 5.中間傳動軸 6.變速器 7.變矩器 8.發(fā)動機(jī) 9.后傳動軸 10.副車架支承架 11.后驅(qū)動橋圖 3-3 車架與傳動軸布置圖 2[6]② 鉸接銷布置在前后橋軸線的中心。如圖 3-3 所示，采用這種布置方式，裝載機(jī)轉(zhuǎn)彎時，前后輪軌跡相同，這不僅在松軟地面上可以減小轉(zhuǎn)向阻力矩和行駛阻力，而且前輪能通過狹小的場地，后輪也能順利通過，司機(jī)操作性能好，但是這種布置方式就整個傳動系統(tǒng)來說，排列比較困難 [6]。就使用性能來說，原則上應(yīng)該選用第二種方案，但是第二種方案難于布置，傳動系統(tǒng)較復(fù)雜，本次畢業(yè)設(shè)計將選用第一種方案，即鉸接車架鉸銷中心布置在前后橋軸線中間偏前位置。另外，前后車架上下鉸銷中心連線必須通過傳動軸的中點(diǎn)，否則會導(dǎo)致傳動軸不等速轉(zhuǎn)動，給機(jī)件帶來沖擊和振動，而造成傳動軸的損壞。連接前后車架的上下兩鉸接銷之間的距離也應(yīng)盡可能大些，以改善軸的受力。但位于下邊的那個鉸接銷的位置不應(yīng)過低，以保證裝載機(jī)最小離地間隙。傳動軸一般布置在裝載機(jī)的縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)，并盡可能成水平布置，使中間傳動軸的中點(diǎn)和車架的鉸接銷中心線重合，這樣才能保證轉(zhuǎn)向時，萬向節(jié)作等速轉(zhuǎn)動。這些在設(shè)計中都應(yīng)該考慮。2）工作裝置的布置工作裝置布置在裝載機(jī)的前部，工作裝置各構(gòu)件的布置主要是確定動臂的長度和各鉸接點(diǎn)的位置。動臂和車架連接的鉸接點(diǎn)的位置，應(yīng)考慮不影響駕駛員的視線。鉸接點(diǎn)前后位置選取時應(yīng)注意，若鉸接點(diǎn)位置前移，卸載的距離增大，穩(wěn)定性降低。因此，在不影響卸載距離的條件下，盡可能向后布置。3）駕駛室的布置此次設(shè)計的裝載機(jī)采用鉸接式，其駕駛室的布置有三種方案。① 駕駛室布置在前車架的后部。駕駛員視野較好，并與鏟斗的相對視角保12持不變，鏟斗的對準(zhǔn)性容易控制，但駕駛員受到工作機(jī)構(gòu)傳來的沖擊較大，容易疲勞。②駕駛室布置在后車架的后部。駕駛員的視野不好，駕駛員與鏟斗的相對視角有變化，鏟斗的對準(zhǔn)性不易控制，但駕駛員受工作機(jī)構(gòu)傳來的沖擊較小，不易疲勞。③駕駛室布置在后車架上的前懸臂處。這種布置的形式， 綜合了前兩種布置形式的優(yōu)點(diǎn)，并克服其缺點(diǎn)。但轉(zhuǎn)向時鏟斗的對準(zhǔn)性差?？紤]司機(jī)操作的舒適及作業(yè)的準(zhǔn)確性，本次設(shè)計的裝載機(jī)采用第三種方案。4）擺動橋的布置為了保證裝載機(jī)在凹凸不平的路面上行駛時，其左右車輪都能與地面接觸，而不懸空，常采用擺動橋結(jié)構(gòu)。① 后橋擺動 在后橋上裝置擺動橋，形成后橋擺動。② 前橋擺動 在前橋上裝置擺動橋，形成前橋擺動。由于此次設(shè)計的裝載機(jī)駕駛室布置在后車駕上，所以采用后橋擺動。此種方式駕駛員隨車架一起擺動，容易掌握鏟斗的對準(zhǔn)性。3.3 小結(jié)一臺機(jī)器的總體性能不僅取決于各部件的性能，更取決于各部件之間的相互協(xié)調(diào)，這是通過總體設(shè)計來實(shí)現(xiàn)的。本章主要完成裝載機(jī)的總體設(shè)計。首先給定了裝載機(jī)的基本參數(shù)，然后著重敘述了裝載機(jī)的總體布置。包括布置的原則，布置基準(zhǔn)的選擇，及具體布置。13第 4 章 輪式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計4.1 工作裝置的設(shè)計要求4.1.1 概述裝載機(jī)工作裝置主要由鏟斗和支持鏟斗進(jìn)行裝載作業(yè)的連桿系統(tǒng)組成，依靠這套裝置裝載機(jī)可以對汽車、火車等進(jìn)行散料裝載作業(yè)，也可以對散料進(jìn)行短途運(yùn)輸作業(yè)，還可以進(jìn)行平地修路等作業(yè)。裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)和性能直接影響整機(jī)的工作尺寸和性能參數(shù)，因此，工作裝置的合理性直接影響裝載機(jī)的生產(chǎn)效率、工作負(fù)荷、動力與運(yùn)動特性、不同工況下的作業(yè)效果、工作循環(huán)的時間、外形尺寸和發(fā)動機(jī)功率等。輪式裝載機(jī)工作裝置有多種形式，根據(jù)桿數(shù)和運(yùn)動特征可分為正轉(zhuǎn)四桿、正轉(zhuǎn)五桿、正轉(zhuǎn)六桿、反轉(zhuǎn)六桿、正轉(zhuǎn)八桿等類型。如圖 4-1 所示，輪式裝載機(jī)工作裝置由鏟斗、連桿、搖臂、動臂、轉(zhuǎn)斗油缸、舉升油缸組成。這個機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)是兩個四桿機(jī)構(gòu)。 1- 搖臂2- 動臂3- 鏟斗4- 連桿圖 4-1 裝載機(jī)工作裝置組成144.1.2 輪式裝載機(jī)工作過程輪式裝載機(jī)是一種鏟、裝、運(yùn)、卸一體化的自行式設(shè)備，它的工作過程由六種工況組成。1）插入工況 動臂下放，鏟斗放置于地面，斗尖觸地，斗底板與地面呈3°～5°傾角，開動裝載機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力力插入料堆。2）鏟裝工況 鏟斗插入料堆后，轉(zhuǎn)動鏟斗鏟取物料，待鏟斗口翻至近似水平為止。3）重載運(yùn)輸工況 鏟斗鏟裝滿物料后舉升動臂，將鏟斗舉升至運(yùn)輸位置（即鏟斗斗底與地面高度不小于機(jī)器的最小離地高度） ，然后驅(qū)動機(jī)器駛向卸載點(diǎn)。4）舉升工況 保持轉(zhuǎn)斗缸長度不變，操縱舉升缸，將動臂舉升至上限位置，準(zhǔn)備卸載。5）卸載工況 在卸載點(diǎn)，在舉升工況下操縱轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗翻轉(zhuǎn)，向運(yùn)輸車輛中卸載，鏟斗物料卸凈后下放動臂，使鏟斗恢復(fù)至運(yùn)輸位置。6）空載運(yùn)輸工況 卸載結(jié)束后，裝載機(jī)由卸載點(diǎn)空載返回裝載點(diǎn)。4.1.3 輪式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計要求根據(jù)輪式裝載機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)，其工作裝置的設(shè)計應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求。（1）基本要求所設(shè)計的裝載機(jī)應(yīng)具有較強(qiáng)的工作能力，鏟斗插入料堆的阻力要小，在料堆中鏟掘的能力大，能耗低。工作機(jī)構(gòu)的各桿件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度壽命合理。結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要，效率高。結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造及維修容易，操縱使用方便。（2）特殊要求①由于鏟斗寬度和容積都較大，所以鏟裝阻力大，因此，設(shè)計鏟斗時要合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸，以減小工作阻力，達(dá)到裝滿卸凈、運(yùn)輸平穩(wěn)。②鏟斗由運(yùn)輸工況舉升至最高卸載位置時，為防止物料撒出，鏟斗要求作平移運(yùn)動。③保證必要的卸載角、卸載高度和卸載距離。輪式裝載機(jī)要求鏟斗從運(yùn)輸工況至最高位置之間的任一高度都能卸載干凈，為此，鏟斗各瞬時的卸載角 α 均需不小于 45°。鏟斗在最高位置卸載時，最大卸載高度 （鏟斗尖離地高度）maxh和卸載距離 L，必須與配套的載重汽車車廂尺寸相適應(yīng)，或遵照設(shè)計任務(wù)書規(guī)定。④鏟斗能自動放平。鏟斗在最高位置卸載后，閉鎖轉(zhuǎn)斗油缸，下放動臂，鏟斗能自動變成插入工況的功能稱為“鏟斗自動放平” 。它對定點(diǎn)高位卸載很有意15義。因為汽車就在裝載機(jī)旁，若卸載后，與下放動臂同時，裝載機(jī)駛向裝載點(diǎn)，當(dāng)達(dá)到裝載點(diǎn)時，鏟斗正好呈開始插入狀態(tài)，即可以開始新的裝、運(yùn)、卸工作循環(huán)。如此，能省去兩次操作（鏟斗由卸載工況→運(yùn)輸工況→插入工況） ，既提高了裝載機(jī)工作效率，又減輕了司機(jī)的勞動強(qiáng)度。⑤輪式裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)屬于連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計中要特別注意防止各個工況出現(xiàn)構(gòu)件相互干擾、 “死點(diǎn)” 、 “自鎖”和“機(jī)構(gòu)撕裂”等現(xiàn)象；各處傳動角不得小于10°；在滿足綜合工作性能的前提下，盡可能增大機(jī)構(gòu)的倍力系數(shù)。⑥應(yīng)盡量減小工作機(jī)構(gòu)的前懸、長度和高度，以提高裝載機(jī)在各種工況下的穩(wěn)定性和司機(jī)視野。4.2 鏟斗設(shè)計工作裝置是裝載機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，鏟斗是這個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件，它是工作裝置的重要部件。鏟斗直接與物料接觸,是裝、運(yùn)、卸的工具，工作時，它被推壓插入料堆鏟取物料，工作條件惡劣，要承受很大的沖擊力和劇烈的磨損，因此鏟斗的設(shè)計質(zhì)量對裝載機(jī)的作業(yè)能力有較大影響。為了保證鏟斗的設(shè)計質(zhì)量，首先應(yīng)當(dāng)合理地確定鏟斗的結(jié)構(gòu)及幾何形狀，以降低鏟斗插入物料的阻力。其次要保證鏟斗有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性，使其具有合理的使用壽命。如圖 4-2 所示為一鏟斗，其主要由斗底、側(cè)壁、 斗刃及后壁等部分組成。 圖 4-2 鏟斗結(jié)構(gòu)4.2.1 鏟斗斷面形狀和基本參數(shù)確定 (1)鏟斗的斷面形狀鏟斗斷面形狀由鏟斗圓弧半徑 r、底壁長 l、后壁高 h 和張開角 γ 四個參數(shù)確定，如圖 4-3 所示。圓弧半徑越大,物料進(jìn)入鏟斗的流動性越好,有利于減少物料裝入斗內(nèi)的阻力,卸料快而干凈。但 r 過大，斗的開口大，不易裝滿，且鏟斗外形較高，影響司機(jī)觀察鏟斗斗刃的工作情況。 圖 4-3 鏟斗斷面基本參數(shù)16底壁長 是指斗底壁的直線段長度。l長則鏟斗鏟入料堆深度大，斗易裝滿，但掘起力將由于力臂的增加而減小。而l且插入阻力隨鏟入料堆的深度而急劇增加。 長亦會減小卸載高度。 短則掘起力l l大，且由于卸料時鏟斗刃口降落的高度小，還可減小動臂舉升高度，縮短作業(yè)時間，但這會減小斗容。鏟斗張開角 γ 為鏟斗后壁與底壁間的夾角，一般取45°～ 52°。適當(dāng)減小張開角并使斗底壁對地面有一定斜度，可減小插入料堆時的阻力，提高鏟斗的裝滿程度。（2）鏟斗基本參數(shù)的確定如圖 4-4 所示，R 是鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑，它的大小不僅直接影響鏟斗底壁的長度，而且 還直接影響轉(zhuǎn)斗時掘起力及斗 圖 4-4 鏟斗尺寸參考 容的大小，所以它是一個與整機(jī)總體有關(guān)的參數(shù)。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑 R 可按下式計算 [8]。（m ） ?????????? ???????????????? 1805.2cotsinco5.01 ??????rkzgBVR（4-1）式中 Vs—— 鏟斗平裝容量， m3； B0 —— 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，m；—— 鏟斗斗底長度系數(shù)， 1.40～1.53；g??g?—— 后壁長度系數(shù)， 1.1～1.2；z z—— 擋板高度系數(shù)， = 0.12～0.14；k k—— 圓弧半徑系數(shù)， ～0.4；r?35.0?Rr?γ—— 張開角，為 45°～ 52°；17—— 擋板與后壁間的夾角。1?圖 4-4 中各參數(shù)含義如下。r—— 鏟斗圓弧半徑，m；—— 斗底長度，是指由鏟斗切削刃至斗底延長線與斗后壁延長線交點(diǎn)gL的距離，m，（1.4～1.53）R （4-2）?Lg?——后壁長度，是指由后壁上緣至后壁延長線與斗底延長線交點(diǎn)的距離，zLm， （1.1～1.2）R （4-3）z根據(jù)以上各式及給定數(shù)據(jù) 可計算出各參數(shù)如下。34mVr?m3 （4-4 ）.21.?rsV取 B0=3200-50×2=3100； λg=1.5 ； λz=1.1 ； ； λ r 13.0?k?=0.36 ；γ=48° ； 10°，則可算得?1?R=1.407 ； =2.11 ； =1.548 ； h=0.140 ； ； (m)gLz 5.r（3）斗齒鏟斗斗刃上可以有斗齒，也可以沒有斗齒。若斗刃上裝有斗齒時，斗齒將先于切削刃插入料堆，由于它比壓大（即單位長度插入力大） ，所以比不帶齒的切削刃易于插入料堆，插入阻力能減小 20%左右，特別是對料堆比較密實(shí)、大塊較多的情況，效果尤為顯著，因此一般裝載機(jī)的鏟斗均帶有斗齒。圖 4-5 斗齒18斗齒結(jié)構(gòu)分為整體式和分體式兩種，一般斗齒是用高錳鋼制成的整體式，用螺栓固定在鏟斗斗刃上，如圖 4-5 所示。斗齒的形狀和間距對切削阻力是有影響的。一般中型裝載機(jī)鏟斗的斗齒間距為 250~300㎜ 左右，太大時由于切削刃將直接參與插入工作，使阻力增大，太小時，齒間易卡住石塊，也將增大工作阻力。長而窄的齒要比短而寬的齒插入阻力要小，但太窄又容易損壞，以齒寬以每厘米長載荷不大于 500~600Kg 為宜。4.2.2 鏟斗容量計算（1）計算平裝容量圖 4-6 鏟斗容量計算（4-0SBVs?5）式中， —— 鏟斗橫截面積， ；S2m—— 鏟斗內(nèi)側(cè)寬度；0B下面計算橫截面面積。可用簡化法將鏟斗橫截面分成若干簡單圖形，如圖 4-6 所示，找出圓弧段圓心及兩個切點(diǎn)，將鏟斗橫截面分為 4 部分，分別計算如下：（4-2221 513.067.036mrS???? ????6）19（4-22195.075.1mS???7）（4-23 6.3.8）（4-2470.2.8.1mS???9）∴ 4321S??208.1273.096155.0?而 ，則mB3 30456mSBVs??（2） 計算額定容量 r一般取 （4-sr2.110）則 347.456.3mVr ???滿足使用要求。4.3 連桿系統(tǒng)設(shè)計4.3.1 連桿機(jī)構(gòu)的類型目前，連桿機(jī)構(gòu)主要有以下幾種類型。（1）正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)這種機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時轉(zhuǎn)斗鏟取，所以掘起力較大；各構(gòu)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(tǒng)傳動比大，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。其缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)鏟斗自動放平。（2）轉(zhuǎn)斗油缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)這種機(jī)構(gòu)與上述前置式油缸相比，前懸較大，傳動比較大、活塞行程較短；有可能將動臂、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂和連桿設(shè)計在同一平面內(nèi)，從而簡化了結(jié)構(gòu)，改善了動臂和鉸銷的受力狀態(tài)。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗油缸與車架的鉸接點(diǎn)位置較高，影響司20機(jī)視野；轉(zhuǎn)斗時油缸小腔進(jìn)油，掘起力相對較小。為了增大掘起力，需提高液壓系統(tǒng)壓力或加大轉(zhuǎn)斗油缸直徑，這樣質(zhì)量就會增大。（3）轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)如圖（a）所示，這種機(jī)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)：a 轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時轉(zhuǎn)斗，并且連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設(shè)計成較大值，所以可獲得較大的掘起力；b 恰當(dāng)?shù)剡x擇各尺寸，不僅能得到良好的鏟斗平動性能，而且可以實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動放平；c 結(jié)構(gòu)十分緊湊，前懸小，司機(jī)視野好。缺點(diǎn)是搖臂和連桿布置在鏟斗和前橋之間的狹窄空間，容易發(fā)生構(gòu)件相互干涉。（4）正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)如圖（b）所示。這種機(jī)構(gòu)容易保證四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鏟斗舉升平動，且前懸較小。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗的油缸小腔進(jìn)油，油缸尺寸小；此外，在卸載時活塞桿易與斗底相碰，所以卸載角較小。為避免碰撞，需把斗底制造成凹形，因而既減小了斗容，又增加了制造困難，而且鏟斗也不能實(shí)現(xiàn)自動放平。（a）轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī) （b）正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)（c）轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) （d）正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu)21圖 4-7 輪式裝載機(jī)工作裝置機(jī)構(gòu)類型（5）轉(zhuǎn)斗油缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)如圖（c）所示，此機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)斗油缸與鏟斗和搖臂直接相連，該工作機(jī)構(gòu)由兩個平行四桿機(jī)構(gòu)組成，它可使鏟斗具有很好的平動性能。它比八桿機(jī)構(gòu)簡單，司機(jī)視野較好。這種機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗時油缸小腔進(jìn)油，掘起力相對較?。贿B桿系統(tǒng)傳動比小，使得轉(zhuǎn)斗油缸活塞行程大，油缸加長，卸載速度不如八桿機(jī)構(gòu)；由于轉(zhuǎn)斗油缸前置，使工作機(jī)構(gòu)前懸增大，影響整機(jī)穩(wěn)定性和行駛的平穩(wěn)性；也不能實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動放平。（6）正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu)如圖（d）所示。為克服正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)卸載時活塞易與斗底相碰的缺點(diǎn)，在活塞桿與鏟斗之間增加一根短連桿，從而使正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)變成為正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)鏟斗翻轉(zhuǎn)鏟取物料時，短連桿與活塞桿在油缸拉力和鏟斗重力作用下成一直線，如同一桿；當(dāng)鏟斗卸載時，短連桿相對活塞桿轉(zhuǎn)動，避免了活塞桿與斗底相碰。此機(jī)構(gòu)的其它缺點(diǎn)仍如正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)。綜上分析可知，反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)較多，能比較理想地滿足鏟、裝、卸作業(yè)要求。所以它在露天裝載機(jī)和地下鏟運(yùn)機(jī)上都得到廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計的裝載機(jī)也采用反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)。4.3.2 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計輪式裝載機(jī)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計任務(wù)是確定各連桿的尺寸和相互間的位置關(guān)系，以滿足設(shè)計任務(wù)中所規(guī)定的使用性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。由于連桿尺寸以及銷軸位置的相互影響，連桿機(jī)構(gòu)可變性很大，同時又要受結(jié)構(gòu)的限制，可變參數(shù)甚多，因而無法單純采用理論計算的方法來確定，大多采用圖解法并配合統(tǒng)計或類比法加以確定。4.3.2.1 機(jī) 構(gòu)分析反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)簡圖如圖 4-8 所示。22圖 4-8 反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)簡圖它由轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)和動臂舉升機(jī)構(gòu)兩個部分組成。轉(zhuǎn)斗機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)斗油缸 CD、搖臂 CBE、連桿 FE、鏟斗 GF、動臂 GBA 和機(jī)架 AD 六個構(gòu)件組成。舉升機(jī)構(gòu)主要由動臂舉升油缸 HM 和動臂 GBA 組成。若把油缸分解成兩個活動構(gòu)件和一個移動副，則反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)的活動構(gòu)件數(shù) n=8，運(yùn)動低副數(shù) PL=11，應(yīng)用計算機(jī)構(gòu)自由度公式 F=3n-2PL-PH,可得其自由度為 2。因為兩個油缸均為運(yùn)動件，所以整個機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動。當(dāng)舉升油缸閉鎖時，啟動轉(zhuǎn)斗油缸，鏟斗將繞 G 點(diǎn)作定軸轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，舉升油缸動作時，鏟斗將作復(fù)合運(yùn)動，即一邊隨動臂對 A 點(diǎn)作牽連運(yùn)動，同時又相對動臂繞 G 點(diǎn)作相對轉(zhuǎn)動。這在機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析時必須注意。4.3.2.2 設(shè)計要求若將整個反轉(zhuǎn)六桿工作機(jī)構(gòu)放置在直角坐標(biāo)系中，只要設(shè)法確定出某一典型工況時的 9 個鉸接點(diǎn) G、F、E、B、C、-D、A、H 和 M 的坐標(biāo)值，則即可求得工作裝置連桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的尺寸參數(shù)值。所確定的各鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)值，必須滿足對工作機(jī)構(gòu)設(shè)計提出的各種要求。在運(yùn)動學(xué)方面，必須滿足鏟斗舉升平動、自動放平、最大卸載高度、最小卸載距離和各個位置的卸載角等要求；在動力學(xué)方面，主要是在滿足挖掘力、舉升力和生產(chǎn)率的要求前提下，使轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸的所需輸出力及功率盡量減小。在設(shè)計反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)時，要注意的是，一定要保證機(jī)構(gòu)在各種工況的各個位置都能正常工作，不得出現(xiàn)“死點(diǎn)” 、 “自鎖”和“機(jī)構(gòu)撕裂”等機(jī)構(gòu)運(yùn)動被破壞的現(xiàn)象。4.3.2.3 圖解法確定尺寸參數(shù)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、輪胎尺寸和鏟斗幾何尺寸等整機(jī)主要性能參數(shù)后進(jìn)行的。（1）動臂與鏟斗、搖臂、機(jī)架的三個鉸接點(diǎn) G、 B、A 的確定1）確定坐標(biāo)系23如圖 4-9 所示，先選定坐標(biāo)系。2）畫鏟斗圖將已設(shè)計好的鏟斗橫截面外廓圖按比例畫在坐標(biāo)系中，斗尖對準(zhǔn)坐標(biāo)原點(diǎn)O，斗前壁與 x 軸呈 3°～5°前傾角。此為鏟斗插入料堆時位置，即工況 Ⅰ。3）確定動臂與鏟斗的鉸接點(diǎn) G由于 G 點(diǎn)的 x 坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗掘起力就越大，所以 G 點(diǎn)靠近 O 點(diǎn)陣字庫有利的，但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減??；而 G 點(diǎn)的 y 坐標(biāo)值增大時，鏟斗在料堆中的鏟取面積增大，裝的物料多，但這樣縮小了 G 點(diǎn)與連桿鏟斗鉸接點(diǎn) F 的距離，使掘起力下降。綜合考慮各種因素的影響，把 G 點(diǎn)初步確定下來，如圖所示。4）確定動臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn) A① 以 G 點(diǎn)為圓心，使鏟斗順時針轉(zhuǎn)動，至鏟斗口與 x 軸平行為止，即工況Ⅱ。②把已選定好的輪胎外廓畫在坐標(biāo)圖上。作圖時，應(yīng)使輪胎前緣與工況Ⅱ時鏟斗后壁的間隙盡量小些，目的使機(jī)構(gòu)緊湊、前懸小；輪胎中心的 y 坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工作半徑 。kR（4-??????????????????12wwkbHdy11）式中 ——輪胎中心 Z 的 y 坐標(biāo)值，㎜；zy——輪輞直徑， ㎜；wd——輪胎寬度，㎜；bH/ ——輪胎斷面高度與寬度之比；wλ——輪胎變形系數(shù)。③ 根據(jù)給定的最大卸載高度 h、最小卸載距離 l 和卸載角 α，畫出鏟斗在最高位置卸載時的位置圖，即工況Ⅳ，此時 G 點(diǎn)為 ，如圖 4-9 所示。'24圖 4-9 動臂鉸接點(diǎn)設(shè)計圖④以 為圓心，順時針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗口與 x 軸平行，即得到鏟斗最高舉'G升位置圖，即工況Ⅲ。⑤連接 并作其垂直平分線。因為 G 和 點(diǎn)同在以 A 點(diǎn)為圓心，動臂 AG' '長為半徑的圓弧上，所以 A 點(diǎn)必在 的垂直平分線上。'A 點(diǎn)在垂直平分線上的位置應(yīng)盡可能低一些，以提高整機(jī)工作的穩(wěn)定性，減小機(jī)器高度，改善司機(jī)視野。5）確定動臂與搖臂的鉸接點(diǎn) BB 點(diǎn)的位置是一個十分關(guān)鍵的參數(shù)。它對連桿機(jī)構(gòu)的傳動比、倍力系數(shù)、連桿機(jī)構(gòu)的布置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長度等都有很大影響。一般取 B 點(diǎn)在 AG 連線的上方，過 A 點(diǎn)水平線下方，并在 AG 的垂直平分線左側(cè)盡量靠近工況Ⅱ時的鏟斗處。相對前輪胎，B 點(diǎn)在其外廓的左上方。（2）連桿與鏟斗和搖臂的兩個鉸接點(diǎn) F、E 的確定因為 G、B 兩點(diǎn)已被確定，所以再確定 F 點(diǎn)和 E 點(diǎn)實(shí)際上是為了最終確定與鏟斗相連的四桿機(jī)構(gòu) GFEB 的尺寸。確定 F、E 兩點(diǎn)時，既要考慮對機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)的要求，如必須保證鏟斗在各工25況時的轉(zhuǎn)角，又要注意動力學(xué)的要求，如鏟斗在鏟裝物料時應(yīng)能輸出較大的掘起力，同時，還要防止各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動被破壞的現(xiàn)象。1）按雙搖桿條件設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)令 GF 桿為最短桿，BG 桿為最長桿，即必有GF+BG〈 FE+BE （4-12）若令 GF=a, FE=b, BE=c, BG=d,并將式(4-12)兩邊除以 d，整理可得下式，（4-1????acdbk13）初步設(shè)計時，式(4-13)各值可按下式(4-14) 選取，（4-?????dcak)8.0~4(53914）而 BG 已確定，即 BG=d=1247，而可取k=0.99a=0.5d=0.5×1247=624c=0.6d=0.6×1247=748則 107486219.0???????cakdb2)確定 E 和 F 點(diǎn)位置這兩點(diǎn)位置的確定要綜合考慮如下四點(diǎn)要求：①E 點(diǎn)不可與前橋相碰，并有足夠的最小離地高度；②工況Ⅰ（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角和倍力系數(shù)；③工況Ⅱ（鏟裝工況）時，EF 桿與 GF 桿的夾角必須小于 170°，即傳動角不能小于 10°，以免機(jī)構(gòu)運(yùn)動時發(fā)生自鎖；④工況Ⅳ（高位卸載工況）時，EF 桿與 GF 桿的傳動角也必須大于 10°[9]。具體采用圖解法。分別以 B 點(diǎn)和 G 點(diǎn)為圓心，以 c 和 分別為半徑畫弧，其交點(diǎn)為 E；2ba?再分別以 G 點(diǎn)和 E 點(diǎn)為圓心，a 和 b 為半徑畫弧，則其交點(diǎn)為 F。若上述所得 E點(diǎn)和 F 點(diǎn)不滿足要求，可調(diào)整 a、b、c 長度，重新作圖，直至滿意為止。為了防止機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“死點(diǎn)” 、 “自鎖”或“撕裂”現(xiàn)象，設(shè)計時應(yīng)滿足以下不等式。工況Ⅱ時： GF+FE＞GE （4-15）工況Ⅳ時： FE+BE＞FB （4-