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《工程機械學》課程設計說明書
目 錄
一、 課程設計題目------------------------------------------------1
二、 鏟斗設計------------------------------------------------------2
1、 鏟斗的構造-----------------------------------------------3
2、 鏟斗的斷面形狀和基本參數(shù)--------------------------4
3、 斗容計算--------------------------------------------------7
三、動 臂 設 計------------------------------------------------------8
1、動臂長度-----------------------------------------------------8
2、動臂鉸點的確定--------------------------------------------9
四、反轉斗四連桿機構設計---------------------------------------10
1、斗四連桿設計---------------------------------------------11
2、運動學和動力學分析------------------------------------12
2、程序代碼---------------------------------------------------16
3、程序運行結果---------------------------------------------17
5、ZL40裝載機參數(shù)-----------------------------------------20
6、轉斗缸四連桿設計---------------------------------20
五、 心 得 體 會-------------------------------------------------21
六、 參 考 文 獻-------------------------------------------------21
工 程 機 械 學 課 程 設 計
設計題目：ZL40裝載機反轉連桿機構工作裝置的設計
設 計 者：趙 勇
學校名稱：華東交通大學
班 級：04理工機設2班
指導老師：吳國棟
ZL40裝載機反轉連桿機構工作裝置的設計
1 裝載機工作裝置介紹
裝載機的工作裝置是由鏟斗、升降動臂的液壓缸、連桿機構組成，用以完成鏟掘、裝載作業(yè)。對中小型裝載機，一般還常配有可以更換的工作裝置，以適應多種作業(yè)的需要。
裝載機工作裝置應滿足如下要求：
1.鏟斗的運動軌跡符合作業(yè)要求，即要滿足鏟掘、裝載的要求；
2.要滿足卸載高度和卸載距離的要求，并保證動臂在任何位置都能卸凈鏟斗中的物料；
3.在滿足作業(yè)要求的前提下，工作裝置結構簡單，自重輕、受力合理、強度高；
4.保證駕駛員具有良好的工作條件，確保工作安全，視野良好，操作簡單和維修方便。
原始的裝載機工作裝置如圖1—1所示，鏟斗與動臂固定，若轉斗液壓缸不動，當動臂提升時，鏟斗和動臂一起繞著定點轉動，斗的傾角隨著動臂轉角的增大而增大，使斗中物料撒落，為使物料不撒落，要求動臂舉升時，鏟斗應相對動臂向前傾，以補償鏟斗隨動臂轉動所引起的后傾，實現(xiàn)鏟斗接近平移運動。這樣的運動通常是由連桿機構來實現(xiàn)。
圖1—2所示，為一個由機架、動臂拉桿和框架（斗）組成的工作裝置連桿機構，動臂和拉桿的一端與車架鉸接，另一端則與框架鉸接。斗和斗液壓缸固定在框架上。動臂舉升時，動臂與機架的夾角α改變，引起框架和動臂的夾角?改變，由于斗裝在框架上，故斗相對于動臂產(chǎn)生了轉動。動臂舉升時，斗在空間的運動，可以為斗跟隨動臂一起繞定
點轉動的牽連運動和相對動臂轉動的相對運動的合成。
若動臂轉角△α（即斗的牽連運動），通過連桿機構使框架（斗）相對于動臂轉動△?（斗的相對運動），則斗在空間的實際轉角為：
△γ=△α+△?
若△α≈-△?，則△γ≈0，即使動臂在舉升時，斗在空間基本上無轉角變化。
2 鏟斗的設計
2.1 鏟斗的介紹
鏟斗是鏟裝物料的工具，它的斗型與結構是否合理，直接影響裝載機的生產(chǎn)率，在設計工作裝置連桿之前，首先要確定鏟斗的幾何形狀和尺寸，因為
它與連桿機構的設計有密切的關系。
設計鏟斗首先要具有合理的斗型，以減少切削和裝料阻力，提高作業(yè)生產(chǎn)率，其次是在保證鏟斗具有足夠強度和剛度的前提下，盡量減少自重，同時也應考慮到更換工作裝置和修復易換零件（切削刃、斗點）的方便。
1. 普通鏟斗的構造（圖2—1）
圖2—1所示是一個焊接結構的鏟斗，底板上的主切削刃1和側板上側刀刃2均由耐磨材料制成；在鏟斗上方有擋板3把斗后壁加高，以防止斗舉高時物料向后撒落。斗底上鑲有耐磨材料制成的護壁4，以保護斗底，并加強斗的剛度。
直線型刀刃適宜用于轉載輕質(zhì)和松散小顆粒物料，并可以利用刀刃作刮平、清理場地工作；V形刀刃便于插入料堆，有利于改善 作用裝置的偏載，適宜于鏟裝較密實物料。由于其刀刃突出，影響卸載高度。
通常在設計鏟斗時都采用帶齒的鏟斗，因為斗齒的作用是鏟斗插入物料時，減少鏟斗與物料的作用面積使插入力集中在斗齒上，破壞物料結構，因而帶齒的斗具有較大的插入料堆的能力，適宜于裝礦石和堅硬的物體，齒型的鏟斗的選擇使提高鏟斗的壽命，使鏟斗的插入力減小，如果齒變鈍了易于更換和維修，設計時采用分體式鏟斗。（如圖2—2）
鏟斗的截面形狀如圖2—2所示，它的基本形狀由一段圓弧、兩段直線所焊接而成的基本的斗狀圓弧的半徑r、張開角γ、后臂高h、底臂長l等四個參數(shù)決定的，圓弧半徑大，物料進入鏟斗的流動性能好，有利于減少物料裝入斗內(nèi)的阻力，卸料快而干凈，但圓弧半徑過大，斗的張開角大，不易于裝滿，且鏟斗外形高，影響駕駛員的視野。后臂過小則容易漏料，過大則增加鏟斗的外形影響駕駛員的視野底臂長，則斗的插入料堆深度大，斗易于裝滿，但 鏟起力由于力臂的增加而減少，底臂長度小則鏟起力大，且由于卸料時鏟斗刃口降落的高度小，可以減少動臂舉升高度，縮短作業(yè)時間。
2.2 鏟斗的斷面形狀和基本參數(shù)的確定
斗的斷面形狀由圓弧半徑r、張開角γ、后臂高度h、和底臂長l等四個參數(shù)決定。如圖2—3所示，
圓弧半徑r越大，物料進入鏟斗的流動性越好，有利于減少物料裝入斗內(nèi)的阻力，卸載快而干凈，但r過大，斗的開口大，不易裝滿，且鏟斗的外形較高，影響駕駛員觀察鏟斗刃的工作情況。
后壁高h和底壁長h是指斗上緣至圓弧與后壁切點的距離，h過小則易漏料，過大則增加鏟斗外形，影響駕駛員視線。
根據(jù)圖2—3鏟斗截面基本參數(shù)：
已知該工作機構的額定載重量Q=4t
由土壤的自然重度公式得 V=mg/γ=40/20=2
在應用中采用平裝斗容來計算鏟斗的截面面積的基本參數(shù)，鏟斗的截面面積：
（2—1）
鏟斗的幾何容積V=S×B，則可以建立下式：
（2—2）
式中V—平裝斗容量圖2—4所示陰影面積由設計給定；
B—鏟斗的凈寬度；
Q=4t
V=2
λ—鏟斗斗底長度系數(shù)，λ=L/R；
λ—后斗壁長度，λ=L/R；
L—后斗壁長度，是指由后斗壁上緣至斗壁與斗底延長線相交點的距離；
λ—擋板高度系數(shù)，λ=L/R；
Lk—擋板高度；
λ— 圓弧半徑系數(shù)，λ=r/R；
γ―――斗底與后斗壁間的夾角,又稱斗張開角；
γ—擋板與后斗壁的夾角。
由式（2—2）可見，已知V、B，只要選定λg、λz、λk、λr等系數(shù)值和γ、γ1值，即可求得新鏟斗的基本R。為此，實測所選樣機鏟斗的下列數(shù)據(jù)R,Lg,Lk,Lr,r,γ1和γ值，并分別計算出λg,λz,λk和λr值，帶入（2—1）式，即可求得新鏟斗的回轉半徑R，由基本參數(shù)R，根據(jù)所選定的各系數(shù)值，即可求得新鏟斗的其他參數(shù)值。
鏟斗側板切削刃，相對于斗底的傾交α0=50°～60°。
取α0=60°。
根據(jù)已知條件取合適的值：
取γ=8°、λr =0.4、、λz =1.2、λg =1.5、γ=50°把以上數(shù)據(jù)代入式（2—2）得鏟斗的回轉半徑：
并由R得到以下數(shù)值：
鏟斗的橫截面面積 S= V/B=2/2.5=0.8㎡;
后 斗 臂 長 度Lz =1.2×1.08=1.31m;
斗 底 長 度Lg =1.5×1.08=1.62m;
擋 板 高 度Lk =0.12×1.08=0.13m;
鏟 斗 圓 弧 半徑 r = 1.08×0.4=0.43 m;
底 臂 長l =1.8/5.3×1.62=0.59m;
2.3 斗容的計算
根據(jù)確定的鏟斗幾何尺寸即可計算鏟斗的容量。
1.平裝容量（幾何容量）Vp:
鏟斗的平裝斗容分為裝有當板和無擋板兩種。我選用有擋板鏟斗：
（1）平裝斗容V
V=SB-2ab/3 m
式中：S—鏟斗橫截面積等于0.8㎡
B—鏟斗內(nèi)側寬度等于2.5m
a—近似取0.108m
b—鏟斗刀刃與擋板最上部之間的距離（如圖2—5），又余弦定理得 b=1.338m
所以
α0=60°
γ=8°
λr =0.4
λz =1.2
λg =1.5
γ=50°
R=1.08㎜
S=0.8㎡
Lz=1.08m
Lg=1.62m
Lk=0.13m
r=0.43 m
l=0.59m
S=0.8㎡
B=2.5m
b=1.338m
（2） 堆裝容量VH（額定斗容量）
VH= V＋bB/8－[b(a+c)]/6
C ——物料堆積高度
由于物料按2：1的坡度角堆裝，所以c近似等于c=0.730m
所以
2.4 斗鉸點位置的確定
動臂與斗的連接鉸點（簡稱下鉸點）的位置應盡量使鏟斗在鏟掘位置時布置在靠近切削與地面。下鉸點靠近鏟斗切削刃，則轉斗時力臂l小，有利于增加作用在刀刃上的鏟起力。下鉸點靠近地面，可減少在作業(yè)時，由插入阻力所引起的附加力矩(ph,見圖2—6），此力矩將影響掘起力值。對裝載輕質(zhì)物料的鏟斗，其下鉸點允許高一些，以增加回轉半徑R，增加轉斗時斗刃所掃過的料堆面積，從而提高鏟斗物料的裝滿程度。下鉸點距離斗底高度一般可取h=（0.06～0.15）R。即：
下鉸點距斗底高度 h=0.11×1.08=0.108m。
三： 動臂的設計
動臂長度決定于動臂與機架的鉸點位置和動臂與鏟斗的鉸點的位置。
動臂下鉸點在動臂舉升最高位置A1由所需的最大卸載高度Hmax和相應的卸載距離S確定。動臂的下鉸點在動臂下落時的位置A2則應盡量靠近輪胎，以減少對傾覆軸的力臂，縮短整機總長，但應保證鏟斗上翻時，斗與輪胎有一定的間隙。
動臂繞定軸轉動至最高和最低位置時，要求其下鉸點分別落在A1和A2位置上，則A1和A2兩點必在同一圓弧上，故動臂與機架鉸接點（簡稱動臂上
c=0.730m
h=0.108m
鉸點）應在A1A2連線的垂直平分線上。上鉸點在該
平分線上的具體位置由總體布置確定。上鉸點O的位置將影響動臂轉角和動臂的最大外伸距離。由圖3—1可見，O點靠后布置，可減少動臂轉角（δ<δ’)和動臂最大外伸距離（l
#include
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using namespace std;
int main()
{ double K=0.99, A=0.3, C=0.55;
double B=0.0;
double Wmax,$max,Rmax,swap1,swap2;
//聲明 最大角 桿的極限角
double min=0.0;
cout<
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