太原科技大学装载机课程设计

1、太原科技大学课程设计（论文）I工程车辆反转六连杆作业机构设计摘 要工程车辆反转六连杆作业机构由于连杆布置上的原因，能产生较大的铲起力特别适合坚实物料的采掘和搬运，得到了广泛应用。工作装置对于装载机来说又是重中之重，工作装置的设计好坏直接影响到装载机的使用寿命以及工作效率。虽然现在市场上的工程车辆反转六连杆作业机构的设计已经日趋成熟，但对其进行改进设计仍有非常重要的意义。本文主要进行了反转六连杆作业机构的设计工作，内容包括：铲斗形式和结构参数的确定；动臂的形状、长度和车架的铰接位置；设计连杆机构。同时也满足下列设计要求：在工作循环中速度与加速度变化合理；油缸活塞行程为最佳值；工作装置运动平稳、无干涉、无死点、无自锁；动臂从最底位置到最大卸载高度的举升过程中，保证铲斗中物料不洒落；在卸载后，动臂下放至铲掘位置铲斗能自动放平。关键词: 工程车辆；工作装置；反转六连杆设计太原科技大学课程设计（论文）II目 录摘 要I课程设计 3 任务书III1 工程车辆作业装置概述.11.1 工作装置组成.11.2 结构选型.11.3 铲斗的设计.31.3.1 铲斗的设计要求.31.3.2 铲斗的结构形式.3

2、1.3.3 铲斗的基本参数.51.4 动臂设计.71.4.1 动臂铰接点.71.4.2 动臂长度.82 连杆机构设计.102.1 设计要求.102.2 连杆尺寸及铰点位置的确定.102.3 最大卸载高度和最小卸载距离.143 连杆机构主要零件强度校核计算.153.1 计算位置的确定.153.2 工作装置典型工况的选择及外载荷的计算.153.3 工作装置受力分析.163.3.1 铲斗受力分析.183.3.2 连杆受力分析.193.3.3 摇臂受力分析.193.3.4 动臂受力分析.203.4 工作装置强度校核.213.4.1 动臂强度校核.223.4.2 连杆强度校核.243.4.3 铰销强度校核.253.5 工作装置的限位机构.26设计总结.28参考文献.29课程设计任务书III课程设计 3 任务书1、设计题目工程车辆反转六连杆作业机构设计2、性能参数要求根据给定参数，设计一款用于工程车辆作业装置的反转六连杆机构表 0-1 设计参数额定载质量（KN）整机质量（KN）额定斗容（m3）轮距（mm）轴距（mm）最大卸载高度（mm）最小装载距离（mm）轮胎规格学号1204006.7365050

3、004500210028.5-25203、具体设计任务(1) 查阅相关资料，分析设计题目，工作装置连杆机构的选型设计。(2) 根据作图试凑法或解析法确定机构各铰接点的位置与各机构的尺寸。(3)完成不少于 1 万字的设计说明书，绘制连杆机构的运动轨迹图和总装图。4、参考文献(1) 连晋毅.铲土运输机械设计（M）.北京.机械工业出版社，2012.10.(2) 张瑞肖.ZL50 轮式装载机工作装置的改进（J）.机械产品与科技.2005,1（1）：29-30.(3) 曹旭阳等.ZL30C 装载机工作装置的改进设计.建筑机械.2005,1（1）：93-94,103.(4) 其他自行查阅的近三年的期刊参考文献不少于 5 篇.1 工程车辆作业装置概述11 工程车辆作业装置概述1.1 工作装置组成装载机铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动实现的。装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂连杆(或托架)及液压系统等组成。铲斗用以铲装物料，动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架连接，转斗油缸通过摇臂连杆(或托架)使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操纵。由动臂、动臂油缸、铲斗、转斗油缸、摇臂连杆(或

4、托架)及车架相互铰接所构成的连杆机构，在装载机工作时要保证：当动臂处于某种作业位置不动时，在转斗油缸作用下，通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动；当转斗油缸闭锁时，动臂在动臂油缸作用下提升或下降铲斗过程中，连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或斗底平面与地面的夹角变化控制在很小的范围，以免装满物料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料撒落；而在动臂下降时，又自动将铲斗放平，以减轻驾驶员的劳动强度，提高劳动生产率。图 1-1 工作装置1.2 结构选型装载机工作装置的结构型式分为有铲斗托架和无铲斗托架两种。有铲斗托架的工作装置如图 1-2 所示。其动臂和连杆的后端与车架支座铰接，1 工程车辆作业装置概述2动臂和连杆的前端与铲斗托架铰接，托架上部铰接转斗油缸体，其活塞杆及托架下部与铲斗铰接。当托架、动臂、连杆及车架支座构成的是平行四连杆机构，则在动留提升、转斗油缸闭锁时，铲斗始终保持平移，斗内物科不会撤落。有铲斗托架的工作装置易十更换铲斗及安装附件，例如将铲斗卸下，在托架上装上起重叉便可进行起重及叉车作业。有铲斗托架的工作装置，结构比较简单，同时，由于转斗油缸及铲斗都是直接铰接在托架上，所以铲斗的转动角较大。

5、但由于在动管前端装有较重的托架，所以减少了铲斗的载重量。图 1-2 有铲斗托架式无铲斗托架的工作装置如图 1-3 所示。其动臂的前端和铲斗铰接，动管的后端和车架上部支座铰接，动管油缸两端分别和动管及车架底部支座铰接，转斗油缸一端和车架铰接，另一端和摇臂铰按，摇臂则铰接在动臂上，连杆一端和摇臂铰接，另一端和铲斗铰接。根据摇臂连杆数目及铰接位置的不同，可组成不同型式的连杆机构。不同型式的连杆机构，铲斗的铲起力 P 随铲斗转角 的变化关系，倾斜时的角速度大小以及工作装置的运动特性也不同。因此，装载机工作装置结构型式的选择，既要考虑结构简单，又要考虑作业性质与铲掘方式来确定.图 1-3 无铲斗托架式反转连杆机构的工作装置如图 1-4 所示，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相反。其运动特点是，发出最大铲起力 P 时的铲斗转角 是正的，且铲起力变化曲线陡峭。因此，在提升铲斗肘的铲起力较大，适于装载矿石，不利于地面的挖掘；铲斗倾斜时的角速度小，卸料平缓，但难于抖落砂土；升降动1 工程车辆作业装置概述3臂时能基本保持铲斗平移，因此物料撒落少，易于实现铲斗自动放平，摇臂连杆的传动比较小。反转连杆机构多

6、采用单连杆，双连杆机构布置较困难。反转连杆机构当铲斗位于运输位置时，连杆与动臂轴线相交。因此，难于布置在同一平面内。但这种型式结构简单，铲起力较大。图 1-4 反转六连杆机构简图1.3 铲斗的设计1.3.1 铲斗的设计要求铲斗是工作装置中直接用来铲掘、装载、运输和倾斜物料的工具。铲斗的结构形状及尺寸参数对插入阻力、产起阻力及生产率有很大的影响，所以铲斗设计就是根据装载机的主要用途和作业条件从减小插入阻力、产起阻力入手及提高生产率出发，合理地选择铲斗的结构形式，正确地确定铲斗的尺寸参数。(1) 插入阻力及铲起阻力小，作业效率高。(2) 铲斗工作条件恶劣，时常承受很大的冲击载荷及剧烈磨损，所以要求铲斗具有足够的强度和刚度及耐磨性。(3) 根据所铲装物料的种类及重度的不同，设计不同结构形式及不同斗容的铲斗。1.3.2 铲斗的结构形式(1) 切削刃的形状铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型和非直线型两种，如图 1-5 所示。直线型切削刃简单并利于地面刮平作业，但切削阻力较大。非直线型切削刃1 工程车辆作业装置概述4图 1-5 铲斗结构简图装载机用得较多的是 v 型斗刃。

7、这种切削刃由于中间突出，在插入料堆时，插入力可以集中作用在斗刃中间部分，易于插入料堆，同时对减少“偏裁切入”有一定的效果。但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。(2) 铲斗的斗齿装有斗齿的铲斗在装载机作业时，插入力由斗齿分担，形成较大的比压，利于插入密实的料堆或松物料或撬起大的块状物料，便于铲斗的插入，斗齿磨损后容易更换。因此，对主要用于铲装岩石或密实物料的装载机，其铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物队其铲斗可以不装斗齿。斗齿的形状对切削阻力有影响：对称齿形的切削阻力比不对称齿形的大；长而狭窄的齿比宽而短的齿的切削阻力要小。图 1-6 铲斗的斗齿类型(3) 铲斗的形状对主要用于土方工程的装载机，在设计铲斗时要考虑斗体内的流动性，减少物料在斗内的移动或滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料时有良好的倒空性。铲斗底板的弧度越大，铲掘时泥土的流动性越好，但对于流动性差的岩石等，则应将底边加长而弧度减小，使铲斗容积加大，比较容易铲取。但是，当底边过长，则铲斗的铲起力变小，且铲斗插入料堆的插入阻力与刃口的插入深度成比例的急剧增加。相反，如底边短，不但铲斗的铲起力大，而且卸载时，斗

8、刃口的降落高度小，也易于将物料卸净。因此，铲斗转铰销的1 工程车辆作业装置概述5位置以近于刃口处为好，在极端时也有将转铰销布置在铲斗内部。1.3.3 铲斗的基本参数铲斗的主要参数是铲斗宽度和铲斗的回转半径，如图 1-7 所示图 1-7 铲斗的基本参数铲斗宽度应大于轮胎外侧宽度 100-200 毫米，以防止铲掘物料所形成的KB阶梯地面，而损伤轮胎侧面和容易打滑而影响牵引力。由设计要求知轮距为3650mm，28.5-25 规格的轮胎查阅国标知，轮胎厚度为 750mm。=4600mm=3650750 100 2KB铲斗的回转半径 R0是指铲斗的转铰中心 B 与切削刃之间的距离。由于铲斗的回转半径 R0不仅影响铲起力和插入阻力的大小，而且与整机的总体参数有关。因此铲斗的其它参数依据它来决定。铲斗的回转半径 R0可按式（1-1）计算(1-1)200 0100.5(cos)sincot0.512180P KgzkbVRB 式中，几何斗容，m3PV颤抖内侧宽度，m0B铲斗长度系数，取g=1.5g后斗壁长度系数，取z=1.2z挡板高度系数，取k=0.13k斗底和和后斗壁直线间的圆弧半径系数，取b=0.

9、38b挡板和后斗壁之间的夹角，取11=8斗底和斗壁之间的夹角，取00=50代入数据到式（1-1）得m。=1.61KR斗底长度是指由铲斗切削刃到斗底和后斗壁交点的距离，按式（1-2）计gl算(1-2)g0=glR1 工程车辆作业装置概述6斗壁长度 是指后斗壁上缘到斗底交点的距离，按式（1-3 计算）Zl(1-3)0=ZZlR挡板高度 Kl(1-4)0KKlR铲斗圆弧半径 1R(1-5)10=bRR铲斗与动臂铰销距斗底的高度(1-6)0(0.060.12)bhR铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角=5060，在选择时要使侧壁的切01削刃与挡板的夹角为 90，切削刃的切削角=3040。0代入数据到式（1-2）（1-6）计算得表 1-1表 1-1 铲斗基本参数表 单位：mmgl2415Zl1932Kl2101R610bh160（）0551.3.4 铲斗的斗容铲斗的基本参数确定之后，可以根据图 1-8 铲斗的几何尺寸来确定铲斗的斗容。S3S1S2S5S41 工程车辆作业装置概述7图 1-8 铲斗的几何尺寸 铲斗的的几何参数经作图测量如上图所示。经计算得m2，m2，m2，m2，10.576S 20.473S 30.126S 40.14S m2。5=0.07S铲斗的横断面积m2。12345=1.385SSSSSSa=0.186m，b=1.966m，c=5.87m。(1) 几何斗容铲斗平装的几何斗容可按式（1-7）确定。对于装有挡板的铲斗：(1-7)2 02 3PVSBa b式中，S铲斗的横断面面积，m2挡板高度，ma切削刃刃口与挡板最上部之间的距离，mb代入数据到式（1-7）得m3.5.69PV (2) 额定斗容对于有挡板的铲斗，额定斗容按式（1-8）计算(1-8)22 0()86HPb BbVVac式中，c物料堆积高度代入数据到式（1-8）得m3。7.19HV铲斗的误差率5%7.196.7100%=4.3%6.7所以铲斗设计合格。1.4 动臂设计1.4.1 动臂铰接点动臂与铲斗的铰接点称为动臂下铰点

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