装载机工作装置设计

装载机工作装置设计,主要技术指标,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：1250mm,1 .结构型式选择,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. 铲斗的基本参数确定,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 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B、E、A的确定,3.1 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)。,3.2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,(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 长为半径的圆弧上，所以 A 点必在的垂直平分线上。 A 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)。,3.34)确定动臂与摇臂的铰接点 GG 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,5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。 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,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。,4)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。 a)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,5.31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=350MPa，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,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。,5.32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。,