装载机工作装置设计

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1、装载机工作装置设计装载机工作装置设计主要技术指标主要技术指标n最大牵引力：138KN；爬坡能力：；使用质量：17500kg;铲斗容量：3.0；额定载荷：50kN；额定功率：154.5kw2200rpm；低档速度：10kmh；高档速度：34kmh；倒档速度:13kmh；最大掘起力:160kn；最大卸载高度：3200mm；最小卸载距离：1250mm1 .结构型式选择结构型式选择n反转连杆机构的工作装置：当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相反称为反转连杆机构。转斗油缸大缸进油时转斗，并且连杆系统的倍力系数能设计成较大值，所以获得较大的掘起力，恰当地选择各构件尺寸，不仅能得到良好的铲斗平动性能，而且可

2、以实现铲斗的自动平放；结构紧凑，前悬小，司机视野好。2. 铲斗铲斗的基本参数确定的基本参数确定n设计时，把铲斗的回转半径作为基本参数，由于铲斗的回转半径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。2.1铲斗的回转半径可按下式计算式中Vp为几何斗容量，Bo为内铲斗宽度，为铲斗各部分系数。斗底长度lg是指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离：后斗壁长度是指出后斗壁上缘到与斗底相交点的距离挡板高度铲斗圆弧半径铲斗与动臂铰销距斗底的高度:铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角 。在选择时，应保证侧壁切削刃与挡板的夹角为90。因此取=600，切削角0=300。2.2

3、 额定斗容的计算额定斗容的计算铲斗斗容的误差率所以铲斗的设计合格。3 动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点B、E、A的确定的确定3.1 动臂与铲斗的交接点的确定动臂与铲斗的交接点的确定 画铲斗图：把已设计好的铲斗横截面外轮廓按比例画在坐标里，斗尖对准坐标原点O，斗前臂与x轴呈3前倾角。此为铲斗插入料堆时位置，即工况。 由于B点的x坐标值越小，转斗铲取力就越大，所以B点靠近O 点是有利的，但它受斗底和最小离地高度的限制，不能随意减小；而坐标值增大时，铲斗在料堆中的铲取面积增大，装的物料多，但这样就缩小了B点与连杆铲斗铰接点C的距离，使铲取力下降。 综合考虑各种因素

4、的影响，在保证B点与Y轴坐标值yb和x轴坐标值尽可能小而且不与斗底干涉的前提下，在坐标图上人为地把B点初步确定下来，取 G 点的坐标为(1300,250)。n3.2动臂与机架的交接点A的确定(1) 以B点为圆心，使铲斗顺时针转动48，即工况。(2)把已选定的轮胎外廓画在坐标图上。作图时，应使轮胎前缘与工况时铲斗后壁的间隙尽量小些，目的使机构紧凑、前悬小，但一般不小于50mm ；轮胎中心Z的y轴坐标值应等于轮胎的工作半径：（3）根据给定的最大卸载高度 、最小卸载距离和卸载角画出铲斗在最高位置卸载时的位置图，即工况n(4) 连接 G 并作垂直平分线。因为 G 和 点同在以 A 点为圆心，动臂 AG

5、 长为半径的圆弧上，所以 A 点必在的垂直平分线上。nA 点在垂直平分线的位置应尽量低些,般取在前轮右上方，与前轴心水平距离为轴距的 1/31/2 处。因此，我取 A 点坐标为(3900，2097)。n3.34)确定动臂与摇臂的铰接点 G G 点的位置是一个十分关键的参数，它对连杆机构的传动比、倍力系数、连杆机构的布置以及转斗油缸的长度都有很大影响。根据分析与经验，一般取 G 点在 AB连线的上方，过 A 点的水平线下方，并在 AB 的垂直平分线上左侧靠近工况时的铲斗处。相对于前轮胎，G点在其外廓的左上部。通过作图，设计出 G点坐标为(2065,1696)。4三维建模三维建模5工作装置的强度计

6、算工作装置的强度计算5.1外载荷的确定 装载机的铲掘过程通常可分如下三种受力情况：1） 斗水平插入料堤，工作装置油缸闭锁，此时认为铲斗切削刃只受到水平力的作用。2) 铲斗水平插入料堆后，翻转铲斗(靠转斗油缸工作) 或提升动臂(靠动臂油缸工作)铲掘时，此时认为铲斗切削刃只受到垂直力的作用。3) 铲斗边插入边转斗或边插入边提臂铲掘时，此时认为水平力与垂直力同时作用在铲斗的切削刃上。 综合上述分机可以得到如下六种工作装置的典型工况1.对称水平力的作用工况。2.对称垂直力的作用工况。3.对称水平力与垂直力同时作用的工况。4.受水平偏载的作用工况。5.受垂直偏载的作用工况，垂直力之大小与工况(2)相同。

7、6.受水平偏载与垂直偏载同时作用的工况，水平力与垂直力的大小与工况(c)相同。5.2工作装置的受力分析工作装置的受力分析1) 在对称受载工况中，由于工作装置是个对称结构，故两动臂受的载荷相等。同时略去铲斗及支承横梁对动臂受力与变形的影响，则可取工作装置结构的一例进行受力分析。水平力(即插入阻力PC)的大小由装载机的牵引力决定，其水平力的最大值为： 此处根据已知取 装载机空载时的最大牵引力， 插入力。2）. 对称垂直力的作用工况垂直力(即铲起阻力)的大小受装载机纵向稳定条件的限制，其最大值为式中 W装载机满载时的自重； L1装载机重心到前轮与地面接触点的距离；在此处取轴距的四分之一靠前。3）在偏

8、载工况中，近似地用求简支粱支反力的方法，求出分配于左右动臂平面内的等效力 ：由于 所以取 进行计算。n4)通过上面的分析与假设，就能将工作装置这样一个空间超静定结构，简化为平面问题进行受力分析。na)取铲斗为分离体，根据平衡原理，分析铲斗的受力b)取连杆为脱离体，根据平衡原理，作用于连杆两端的力大小相等，方向相反，即：由图示受力分析可知，连杆此时受拉。c)取摇臂为脱离体，根据平衡原理，分桥摇臂的受力:d)取动臂为脱离体，根据平衡原理，分析动臂的受力:5.3工作装置的强度校核工作装置的强度校核n5.31连杆连杆的强度校核：式中F轴向力 A连杆截面积连杆材料选用16Mn钢，其屈服极限s=350MP

9、a，即= s/n=360/1.8=200MPa取连杆截面为圆形截面，直径D=80mm，则压杆稳定校核：连杆的材料取16Mn钢，查表可得：E=210MPa,s=350MPa,p=280MPa,a=461MPa,b=2.568MPa则n将连杆简化成一端铰支一端固定的梁，即=0.7，则因为1,所以不能用欧拉公式计算临界压力。由经验公式知因为2,所以cr=s=350MPa Fcr=Acr=1758KN 由于铲斗额定载荷为50KN，斗重为7.487KN，所以连杆压力为： Fmax=(50+7.487)cos7o=57KN 所有 满足压杆稳定的要求。n5.32摇臂摇臂的危险截面处于E点附近，在次截面上作用有弯曲应力和正应力，计算方法与动臂相同，将摇臂主轴线分成DE、EF段分别计算其内力。DE段：轴向力剪力弯矩摇臂材料选用16Mn，其屈服极限s=360MPa，n=1.8,则=360/1.8=200MPa截面MM处的正应力和剪应力按如下公式计算：因为动臂计算断面多为矩形，则E点横截面图形见图48。将此截面在AutoCAD中做成面域，查询可得所以EF段；轴向力剪力弯矩和DE段一样，此处截面NN如图48。