1841_裝載機的工作機構(gòu)的設(shè)計

1841_裝載機的工作機構(gòu)的設(shè)計,裝載,工作,機構(gòu),設(shè)計 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 4 -第二章 裝載機工作裝置簡介2.1裝載機工作裝置的結(jié)構(gòu)形式與特點2.1.1工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置工作裝置是裝載機的重要組成部分。裝載機的鏟裝、翻斗、提升以及卸料都是通過工作裝置的有關(guān)運動來實現(xiàn)。在一般情況下，裝載機的工作裝置由鏟斗、動臂、動臂后座、叉子掛接框以及轉(zhuǎn)斗油缸和動臂油缸等組成。鏟斗是裝載物料的容器，具有兩個鉸點，一個與動臂鉸接，另一個通過叉子掛接框而與轉(zhuǎn)斗油缸連接，操縱轉(zhuǎn)斗油缸即可使鏟斗翻轉(zhuǎn)或卸料。動臂與車架鉸接，操縱動臂油缸即可舉升或降落動臂和鏟斗。2.1.2 TZ08D型前裝載機結(jié)構(gòu)簡況及設(shè)計參數(shù)按行走裝置的不同，裝載機分為輪胎式和履帶式兩種。 輪胎式裝載機由動力裝置、車架、行走裝置、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作圖 2-1 TZ08D 裝載機工作裝置實體圖裝置等組成。輪胎式裝載機采用柴油機為動力裝置，液力變矩、動力換檔變速箱、南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 5 -雙橋驅(qū)動等組成的液力機械式傳動系統(tǒng)（小型輪胎式裝載機有的采用液壓傳動或機械傳動） ，液壓操縱，鉸接式車架轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)桿機構(gòu)的工作裝置。如圖 2-1 所示，工作裝置由鏟斗、叉子掛接框、動臂、橫梁、支撐桿、拉桿、動臂后座等組成。各構(gòu)件之間由銷軸聯(lián)接，有相對轉(zhuǎn)動。在計算時，可以將其視為一體。在用 PRO/E 對其做有限元靜力分析中，認為工作裝置各鉸接處沒有相對轉(zhuǎn)動。動臂是工作裝置的主要受力部件，其截面形狀為矩形；又因其長、寬方向遠大于厚度方向，故可以用板殼元對動臂進行離散。橫梁也為矩形管。東北后座和叉子掛接框是焊接結(jié)構(gòu)，其焊接板的截面均為矩形?？紤]各構(gòu)件的厚度遠小于其它兩個方向的厚度，可以認為均為板類零件.圖 2-2 TZ08D 型裝載機外形圖操作重量：17.5t額定功率：158Kw額定載荷：5tTZ08D 型裝載機主要設(shè)計參數(shù)由廠方提供，具體見表 2-1 所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 6 -表 2-1 TZ08D 型裝載機主要設(shè)計參數(shù)TZ08D裝載機配套拖拉機 　最高位置鏟斗銷高度(mm)最大卸載高度(mm)卸載距離(mm)　卸料角度(°)FT604/704 A C D EFT604/704 3100 2300 1140 45TZ08D裝載機鏟斗到前輪中心距離(mm)掘起角(°)挖掘深度（mm）斗寬（mm）斗容（m3）F G H2320 34 140 1652 0.432.2 液壓油缸設(shè)計計算(1)根據(jù)主機的運動要求，從機械設(shè)計手冊選擇液壓缸的類型，這里選擇雙作用單活塞桿液壓缸。根據(jù)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，從機械設(shè)計手冊選擇安裝方式，這里選擇頭部耳環(huán)型安裝方式；(2)根據(jù)主機的動力分析和運動分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力、速度、作用時間、內(nèi)徑、行程及活塞缸直徑等；(3)根據(jù)選定的工作壓力和材料進行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。如缸體壁厚、缸蓋結(jié)構(gòu)、密封形式、排氣與緩沖等；(4)液壓缸性能的驗算。2.2.1液壓缸主要尺寸的計算液壓缸的主要幾何尺寸，包括液壓缸的內(nèi)徑，活塞缸直徑和液壓缸的行程等液壓缸內(nèi)徑的計算工程上，計算液壓缸的內(nèi)徑通常有兩種方法：根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸內(nèi)徑南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 7 -計算公式可由式導(dǎo)出：AL=3.57x10-2x 公式（2-1）?PF式中 AL——液壓缸內(nèi)徑 mF——液壓缸推力 KNP——選定的工作壓力 Mpa對動臂進行受力分析得 F=49850 NP=16 Mpa由公式（2-1）得 AL=3.57x10-2x =63 mm?1649850方法二略活塞桿直徑的計算活塞桿直徑的計算通常也有兩種方法;根據(jù)速度比要求來計算活塞桿直徑MM= AL 公式（2-2）??1?式中 MM——活塞桿直徑AL——液壓缸直徑?——速度比?= 公式（2-3）2212MALV???式中 V2——活塞桿的縮入速度V1——活塞桿的伸出速度液壓缸的往復(fù)運動速度比，一般有 2、1.46、1.33、1.25、1.5 幾種，這里選擇=1.46 所以有公式（2-2）計算得到 MM=35 mm??液壓缸行程的確定南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 8 -液壓缸行程主要依據(jù)機構(gòu)的運動要求而定，但為了簡化工藝和降低成本應(yīng)盡量采用 GB2349-80 中給出的標準系列值。這里動臂油缸行程選擇 610 mm翻斗油缸行程選擇 210 2.2.2 液壓缸性能參數(shù)的計算F1=P1A1x103 公式（2-4）式中 F1——液壓推力 KNP1——工作壓力 MpaA1——活塞的面積A1= 公式（2-5）24L???式中 ——活塞的直徑由公式（2-4）計算得到F1=4.99x104 NF2=P2A2x103 公式（2-6）式中 F2——液壓缸拉力 KNP2——工作壓力 MpaA2——活塞有腔作用的面積A2= ） 公式（2-7）2(4ML????式中 ——活塞的直徑 MM——活塞桿直徑由公式（2-7）計算得到 A2=2154由公式（2-6）計算得到 F2=3.45x10 4由以上分析計算選擇翻斗油缸 HSGL01-63/35動臂油缸 HSGL01-63/35南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 9 -2.3工作裝置連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點由裝載機工作裝置的自由度分析可知，工作裝置的連桿機構(gòu)均為封閉運動鏈的單自由度的平面低副運動機構(gòu)，其桿件數(shù)目應(yīng)為 4, 6, 8, 10 等等。對裝載機工作裝置而言，盡管桿件數(shù)目越多越能實現(xiàn)復(fù)雜的運動，但同時鉸接點的數(shù)目亦隨之增加，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越難在動臂上進行布置。因此，裝載機工作裝置的連桿機構(gòu)多為八桿以下機構(gòu)。這樣按組成工作裝置連桿機構(gòu)構(gòu)件數(shù)不同，裝載機工作裝置可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿機構(gòu);按輸入與輸出桿轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)機構(gòu)。正轉(zhuǎn)機構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相同，反轉(zhuǎn)機構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相反。由于 TZ08D 裝載機使用的是正轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)，所以這里只介紹正轉(zhuǎn)四桿機構(gòu)。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)最為簡單，易設(shè)計成鏟斗舉升平動，前懸較小。缺點是鏟掘轉(zhuǎn)斗時油缸小腔作用，輸出力小，連桿機構(gòu)的傳力比難以設(shè)計成較大值，所有鏟掘力相對較小，轉(zhuǎn)斗缸行程大，油缸結(jié)構(gòu)較長，鏟斗卸載時，活塞桿易于鏟斗底部相碰，減小了卸料角:機構(gòu)不易實現(xiàn)鏟斗自動平放。2.4裝載機工作裝置的基本概念(1)掘起力掘起力是指具有標準適用重量的裝載機停放在堅硬的水平面上，鏟斗斗刃底部平行于地面，且在地面上下偏差不超過 25cm 的情況下，當轉(zhuǎn)斗或升臂時，后輪不準離地或即將離地。這時工作裝置所產(chǎn)生的作用在鏟斗斗刃后 10cm 處的最大垂直向上的力。(2)傳力比裝載機工作裝置的傳力比分為連桿機構(gòu)的傳力比和舉升機構(gòu)的傳力比兩大類。連桿機構(gòu)的傳力比是指單位轉(zhuǎn)斗缸力所獲得的鏟斗掘起力;舉升機構(gòu)的傳力比是指單位動臂舉升缸力所獲得的鏟斗掘起力。顯然，傳力比越大，工作裝置的鏟掘性能越好。(3)鏟斗自動放平南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 10 -鏟斗自動放平是指鏟斗在某一常用位置(通常是動臂上限位置)卸料后，轉(zhuǎn)斗缸閉鎖不做收斗行程，當動臂舉升缸下放動臂至地面位置時，由連桿機構(gòu)自身運動實現(xiàn)自動放平，鏟斗進入下次插入狀態(tài)。鏟斗自動放平并不是絕對的，它只能保證機構(gòu)在某一個位置卸料后實現(xiàn)鏟斗自動放平，其他位置則無此特性。要保證機構(gòu)的每個位置卸料后均能實現(xiàn)鏟斗的自動放平，必須增設(shè)自動放平裝置。這里所指的鏟斗自動放平是利用工作裝置機構(gòu)本身特性實現(xiàn)常用卸料位置的放平。(4)鏟斗靠擋塊通?？梢园l(fā)現(xiàn)，有的裝載機在運輸物料過程中，鏟斗會繞動臂下鉸接點轉(zhuǎn)動，即發(fā)生“點頭”現(xiàn)象。尤其是當車體碰到障礙物或緊急制動時， “點頭”現(xiàn)象更加顯著，嚴重時會破壞連桿、油缸等一些薄弱桿件。因此，必須提出解決辦法，要消除鏟斗在運輸過程中產(chǎn)生的“點頭”現(xiàn)象，必須保證鏟斗緊靠動臂。這就是所謂的鏟斗靠擋塊，他通常是通過鏟斗與動臂的強制干涉來實現(xiàn)的。2.5裝載機工作裝置的設(shè)計要求2.5.1 裝載機典型作業(yè)工況及其描述工作裝置的作業(yè)過程通常由以下 5 種典型工況組成，如圖 2-3(1)地面插入工況 I 動臂下放至下限位置，鏟斗插入地面，斗尖觸地，開動裝載機，鏟斗借助機器的牽引力插入料堆。此時，UG=UG4, U=Ui=-5°～0°(通常取其上限值)。(2)下限收斗工況 II 完成工況 I 以后，轉(zhuǎn)動鏟斗，鏟取物料，操作轉(zhuǎn)斗缸實現(xiàn)收斗作業(yè)過程。UG=UG4, U=U2=40°～45°(一般由用戶確定)。(3)重載運輸工況 III 轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，舉升動臂，將工況 II 的鏟斗升高到適當?shù)倪\輸位置(以斗底離地的高度小于最小允許距離為準)，然后驅(qū)動裝載機，載重駛向卸料點。UG=UG7, U=U 運輸。(4)上限舉升工況 IV 保持轉(zhuǎn)斗缸長度不便，操作舉升缸，將動臂升至上限位置。此時，UG=UG6, U=U 上收。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 11 -圖 2-3 裝載機工作裝置典型作業(yè)工況I-地面插入工況 II-下限收斗工況 III-重載運輸工況 IV-上限舉升工況 5-上限卸料工況(5)上限卸料工況 V 在上限收斗工況 IV 下，操作轉(zhuǎn)斗缸翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運輸車輛或固定料倉卸料。UG=UG6, U=U3=-45°。卸載結(jié)束后，操作舉升缸下放動臂，實現(xiàn)鏟斗自動放平，再次進入地面插入工況，并進行下一循環(huán)作業(yè)過程。2.5.2工作裝置的設(shè)計要求各類裝載機工作裝置的設(shè)計都應(yīng)滿足如下基本要求:(1)生產(chǎn)率高;(2)插入和鏟取能力大、能耗小；(3)結(jié)構(gòu)和工作尺寸適應(yīng)生產(chǎn)條件需要；(4)零部件受力狀態(tài)良好，強度和壽命合理；(5)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，制造、維修容易，操作、使用方便；輪式裝載機除滿足上述 5 條基本要求外，還應(yīng)由下列特點和要求：(1)由于鏟斗寬度和容積都較大，所以鏟裝阻力大，裝滿系數(shù)小。因此，設(shè)計時南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 12 -必須合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸，以減小工作阻力，達到裝滿、卸凈，運輸平穩(wěn)。(2)工作裝置連桿機構(gòu)能產(chǎn)生較大的插入和掘起力，功耗低，零部件受力狀態(tài)良好。(3)鏟斗由工況 II 被舉升到上限卸料位置的過程中，為避免物料散落，要求鏟斗作“平移運動” 。絕對要求鏟斗舉升過程中的平動是很困難的，它將給設(shè)計工作帶來諸多麻煩，并將急劇降低工作裝置的其他性能。從不易撒落這一目的出發(fā)，要求絕對平動并無必要，只要把鏟斗舉升時的傾角變化量限制在某一許可范圍之內(nèi)即可。(4)保證必要的卸料角、卸料高度和卸料距離。要求鏟斗在工況 II 至上限位置之間都能干凈地卸料。為此，鏟斗瞬時地卸料角均須大于或等于 45°。鏟斗在上限位置卸料時，最大卸載高度和最小卸載距離，必須與配套的載貨汽車車廂尺寸相適應(yīng)。(5)鏟斗自動放平。他對定點高度卸料很有意義，因為汽車就在裝載機近旁，若卸料后，下放動臂的同時，裝載機駛向裝載點。當?shù)竭_裝載點時，鏟斗正好呈開始插入狀態(tài)，即可開始新的裝、運、卸工作循環(huán)。如此，能省去兩次操作。既能提高裝載工作效率，又可減輕司機的勞動強度。(6)裝載機工作裝置屬于連桿機構(gòu)，設(shè)計時要個別注意防止各個工況出現(xiàn)構(gòu)件相互干涉、 “死點” 、 “自鎖”或“機構(gòu)撕裂”等現(xiàn)象。(7)應(yīng)盡量減小工作裝置的前懸、長度和高度，以提高裝載機的穩(wěn)定性和司機的視野。裝載機工作裝置優(yōu)化設(shè)計必須保證上述設(shè)計要求，即使犧牲目標函數(shù)無法達到的最優(yōu)狀態(tài)，也不能破壞設(shè)計要求。2.6 本章小結(jié)本章首先介紹了裝載機的結(jié)構(gòu)形式和特點，然后介紹了 TZ08D 裝載機工作裝置的幾個基本概念，最后介紹了裝載機工作裝置的設(shè)計要求。