装载机毕业设计说明书毕业论文.doc 53页

'大学毕业设计装载机毕业设计说明书毕业论文目录摘要......................................................................................................................IABSTRACT.............................................................................................................II第一章绪论......................................................................................................11.1装载机简介11.2设计内容11.3装载机发展概况2第二章装载机总体设计.......................................................................................32.1装载机总体参数的确定32.2装载机的插入阻力与掘起阻力的确定4第三章装载机工作装设置计...............................................................................63.1工作装置的设计要求63.1.1概述63.1.2轮式装载机工作过程73.1.3轮式装载机工作装置设计要求73.2铲斗设计83.2.1铲斗的结构形式83.2.2铲斗的分类93.2.3铲斗的设计要求93.2.4铲斗设计93.3动臂设计143.3.1对动臂的设计要求143.3.2动臂铰点位置的确定143.3.3动臂长度的确定16-II- 大学毕业设计3.3.4动臂结构和形状的确定173.4连杆机构的设计183.4.1工作装置连杆机构的类型183.4.2连杆机构的设计要求203.4.3连杆机构尺寸参数设计及铰点位置确定21第四章工作装置受力分析及强度计算.............................................................264.1确定计算位置及典型工况264.1.1计算位置的确定264.1.2典型工况选取和外载荷的计算264.2工作装置受力分析274.2.1对称载荷工况274.2.2偏载工况304.3工作装置强度校核314.3.1动臂314.3.2铰销强度的校核32第五章工作装置的建模及仿真分析.................................................................345.1工作装置建模345.1.1在Pro/E中建立铲斗345.1.2启动ADAMS/View程序355.1.2检查和设置建模基本环境355.1.3Pro/E铲斗模型导入ADAMS355.1.4工作装置的几何建模365.1.5创建约束及施加运动和载荷385.2初步仿真分析该模型的性能参数415.2.1铲斗后倾角及卸载角的测量415.2.2分析…………………………………………………………………………………....43第六章结论...................................................................................................44参考文献...........................................................................................................45-II- 大学毕业设计致谢.............................................................................................................46-II- 大学毕业设计摘要装载机是一种用途较广的铲运、施工机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。ADAMS是一款虚拟样机技术软件，其强大的机械系统动态仿真技术大大简化了机械产品的设计过程,缩短了产品开发的周期和成本,明显提高了产品质量。应用ADAMS软件设计装载机，首先是虚拟样机模型的建模，然后是样机仿真，在本设计中，我们对工作装置设计计算和虚拟样机建模，使用ADAMS对其进行模拟仿真控制，而其工作装置用ProE进行了建模，可以根据设计者要求来进行调整，从而方便了设计者的不同需求。关键词：装载机；工作装置；ADAMS；仿真-II- 大学毕业设计AbstractLoaderisabroaderuseofscraper,constructionmachinery.Itwidelyusedinhighway,railway,construction,utilities,portsandmines,andotherconstructionprojects.Loaderisoperatingspeed,highefficiency,goodmobility,theadvantagesofoperatingtheLight,lowercostsoftheprojecthasplayedanimportantroleintheconstructionofamodernmechanizedequipmentindispensableone.ADAMSasavirtualprototypingsoftware,itspowerfuldynamicmechanicalsystemsimulationtechnologygreatlysimplifiesthemechanicalproductdesignprocessandshortentheproductThedevelopmentcycleandcost,significantlyimprovedproductquality.ADAMSapplicationsoftwaredesignloaders,isthefirstvirtualprototypemodelofmodeling,simulationandprototypeisinthedesign,Wedesignandcalculationoftheworkingdeviceandthevirtualprototypemodeling,theuseofitsADAMSsimulationcontrol,andtheirworkdevicesProEastandardmodel,designerscanadjusttodemand,thusfacilitatingthedifferentneedsofthedesigners.Keywords:Loader;Work-Equipment;ADAMS;Simulation-II- 大学毕业设计第一章绪论1.1装载机简介装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支承结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。近年来，装载机的品种和产量在国内外都得到了迅猛的发展。此次的设计任务就是装载机的重要组成部分——工作装置。图1-1轮式装载机结构示意图1—柴油发动机；2—液力变矩器；3—变速箱；4—前、后桥；5—车架铰链；6—动臂提升油缸；7—转斗油缸；8—铲斗；9—驾驶室；11—滤清器1.2设计内容ZL_50轮式装载机工作装置建模及仿真；工作装置选型设计；工作装置模型的建立；工作装置仿真分析是本次设计的主要内容。这次设计应用到虚拟样机技术软件ADAMS、PRO/E软件的建模。设计时利用ADAMS、PRO/E等软件对轮式装载机工作装置进行设计和分析，可以快捷、高效、精确地解决许多设计上的难题，-48- 大学毕业设计使设计的工作量减少，设计工作得到简化，设计效率和设计水平明显提高，装载机工作装置综合性能得到改善。1.3装载机发展概况尽管国产轮式装载机的技术发展水平与西方发达国家存在着很大的差距，但也应该考虑到历史和国情的原因。目前国产轮式装载机亦正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家也不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，正在从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。其发展体现出以下一些趋势。①大型和小型轮式装载机，在近几年的发展过程中，受到客观条件及市场总需求量的限制。竞争最为激烈的中型装载机更新速度将越来越快。②各生产厂家根据实际情况，重新进行总体设计，优化各项性能指标，强化结构件的强度及刚度，以使铭机可靠性得到提高。③优化系统结构，提高系统性能。如动力系统的减振、散热系统的结构优化、工作装置的性能指标优化及各铰点的防尘、工业造型设计，逐步引进最新的传动系统和液压系统技术，予以国产化、商业化，降低能耗，提高性能．④利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用，提高效率、节约能源、降低装载机作业成本。-48- 大学毕业设计第二章装载机总体设计轮式装载机设计包括总体设计、工作装置设计和底盘设计。装载机总体设计要完成的工作是根据它的用途、作业情况、制造条件及设计任务书的要求合理地选择机型，确定性能参数、整机尺寸、各部件的结构形式等，进行总体布置，从而实现整机的各种性能指标。装载机是由许多部件组合起来的一个有机整体，其整机性能不仅取决于每个部件的品质，而且主要取决于各部件之间的相互协调，这种相互协调是通过总体设计实现的，所以装载机总体设计对它的铭机性能起决定性作用。而各总成性能的协调如何，则又取决于总体参数及各总成部件的匹配情况及其布置的合理性，如果在设计过程中缺乏全局观点，而对总体参数及各总成部件的匹配考虑不周，或者注意不够，即便所设计的各部件结构是先进的，性能是良好的，但组合在一起不一定能获得整机的良好性能。因此，正确的选择和确定总体参数，能使设计部分获得良好的匹配关系。2.1装载机总体参数的确定本次设计主要内容在于用现代先进的CAD/CAE等方面的软件，对工作装置进行建模及仿真分析。但在对工作装置进行设计之前，我们必须先确定整体结构及整车的性能参数，由整车的要求来确定工作装置各构件的参数。整车的主要技术参数是根据主要用途，作业条件等实际情况合理选择的。类比现在国内外广泛应用的ZL系装载机，整车主要技术参数见(表2-1)。由于这次设计最初技术参数是通过统计类比方法选取的，所以对与今后参数的确定则要求结合类比与计算方法来确定。(表2-1)最初设计参数序号基本参数名称单位LG952LZL50C-Ⅱ设计ZL501额定斗容量m32.732.72额定载重量t5553最大卸载高度mm3197≧291031804对应卸载距离mm1214≧135012745轮距mm2250224022506轴距mm2760224524507功率kw162162162-48- 大学毕业设计8最大掘起力KN≧150≧150≧1509满斗举升时间s66510空斗下降时间s44511转斗卸载时间s22212轮胎规格——23.5-2523.5-2523.5-2513外形尺寸（长×宽×高）mm×mm×mm7597×3024×33097620×2990×32607598×3024×32902.2装载机的插入阻力与掘起阻力的确定装载机的工作阻力是多种阻力的合力。由于物料性质和工作机构工作方式的不同，工作阻力有不同的计算方法，一般工作阻力通常分别按插人阻力和掘起阻力进行计算。(1)插入阻力插入阻力就是铲斗插人料堆时，料堆对铲斗的反作用力（图2-1）所示。插人阻力由铲斗前切削刃和两侧斗壁的切削刃的阻力，铲斗底和侧壁内表面与物料的摩擦阻力，铲斗底外表面和物料的摩擦阻力组成。这些阻力与物料的种类、料堆高度、铲斗插人料堆的深度、铲斗的结构形状等有关。计算上述阻力比较困难，一般按以下经验公式来确定总插人阻力。图2-1(N)[1](2.1)式中—铲斗插入阻力（N）；-48- 大学毕业设计—被铲掘物料的块度及松散程度影响系数；对于小块物料(碎石和沙砾)—物料种类影响系数；同理取—料堆高度影响系数；其值取中间值—铲斗形状系数，一般在1.1～1.8之间，对于前刃不带齿的斗，取较大值,本机是带齿的斗且较大，则取—铲斗插入料堆深度(cm)，在一次铲掘法时，取等于0.7～0.8斗底长度，在配合铲掘法时，取等于0.25～0.35斗底的长度，取cm—铲斗宽度(cm)。cm则有=53cm，=302.4cm，=0.75，=0.8，=1.0，=1.5把以上各参数代入公式（2.1）得(2)掘起阻力掘起阻力就是指铲斗插人料堆一定深度后，举升动臂时物料对铲斗的反作用力（图2-1）所示。掘起阻力同样与物料的种类、块度、松散程度、密度、物料之间及物料与铲斗之间的摩擦阻力有关。最大掘起阻力发生在铲斗开始提升时，并假定作用在铲斗斗刃上，随着动臂的提升，掘起阻力逐渐减小。铲斗开始提升时的掘起阻力由公式（2.2）计算：[1](2.2)式中—掘起阻力(N)；—铲斗插入料堆的深度(m)；m—铲斗宽度(m)；m—开始提升时物料的剪切应力.对于块度是0.1-0.3m的已松散的岩石，取=35000Pa则有-48- 大学毕业设计第三章装载机工作装置设计3.1工作装置的设计要求3.1.1概述装载机工作装置主要由铲斗和支持铲斗进行装载作业的连杆的系统组成，依靠这套装置装载机可以对汽车、火车进行散料装载作业，也可以对散料进行短途运输作业，还可以进行平地修路等作业。把铲斗更换成专门的装置，还可以进行其他装载作业。装载机工作装置的结构和性能直接影响整机的工作尺寸和性能参数，因此，工作装置的合理性直接影响装载机的生产效率、工作负荷、动力与运动特性、不同工况下的作业效果、工作循环的时间、外形尺寸和发动机功率等。轮式装载机工作装置有多种形式，根据杆数和运动特征可分为正杆四转、正转五杆、正转六杆、反转六杆、正转八杆等类型。下面以常见的反转六杆式工作机构有二种形式如图（图3-1），图3-1反转六连杆机构下面以常见的反转六杆式工作机构（图3-1）a图为例，叙述其组成。如图3-2所示，轮式装载机工作装置由铲斗、连杆、摇臂、动臂、转斗油缸、举升油缸组成。这个机构实质是两个四杆机构。-48- 大学毕业设计图3-2装载机工作装置组成1-铲斗；2-连杆；3-摇臂；4-动臂3.1.2轮式装载机工作过程轮式装载机是一种铲、装、运、卸一体化的自行式设备，它的工作过程由六种工况组成。①插入工况动臂下方，铲斗放置于地面，斗尖触地，斗底板与地面呈3º～5º倾角，开动装载机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆。②铲装工况铲斗插入料堆后，转动铲斗铲取物料，待铲斗口翻至近似水平为止。③重载运输工况铲斗铲装满物料后举升动臂，将铲斗举升至运输位置（即铲斗斗底离地高度不小于机器的最小允许离地间隙），然后驱动机器驶向卸载点。④举升工况保持转斗缸长度不变，操作举升缸，将动臂升至上限位置，准备卸载。⑤卸载工况在卸载点，在举升工况下操作转斗缸翻转铲斗，向溜井仓或运输车辆中卸载，铲斗物料卸净后下放动臂，使铲斗恢复至运输位置。⑥空载运输工况卸载结束后，装载机再由卸载点空载返回装载点。3.1.3轮式装载机工作装置设计要求根据轮式装载机的作业特点，其工作装置的设计应满足以下要求。-48- 大学毕业设计(l)基本要求所设计的装载机应具有较强的作业能力，铲斗插人料堆的阻力要小，在料堆中铲掘的能力大、能耗小。工作机构的各杆件受力状态良好，强度寿命合理。结构和工作尺寸适应生产条件需要，效率高。结构简单紧凑，制造及维修容易，操作使用方便。(2)特殊要求①由于铲斗宽度和容积都较大，所以铲装阻力大，装满系数小，因此，设计时必须合理选取铲斗的结构和尺寸，以减小工作阻力，达到装满卸净、运输平稳。②铲斗由运输工况被举升到最高卸载位置的过程中，为避免铲斗中物料撒出，要求铲斗作“平移运动”。严格要求铲斗举升平动是很困难的。从不易撒料这一目的出发，绝对平动并无必要，只要把铲斗举升时的倾角变化限制在一定许可范围之内即可。④铲斗能自动放平。铲斗在最高位置卸载后厂闭锁转斗油缸，下放动臂，铲斗能自动变成插人工况（开始插人状态）的功能称为“铲斗自动放平”．它对定点高位卸载很有意义。⑤轮式装载机的工作机构属于连杆机构，设计中要特别注意防止各个工况出现构件相互干扰、“死点”、“自锁”和“机构撕裂”等现象；各处传动角不得小于10°。⑥应尽量减小工作机构的前悬（即工作机构重心至整机重心的距离）、长度和高度，以提高装载机在各种工况下的稳定性和司机的视野。3.2铲斗设计工作装置是装载机的执行机构之一，铲斗是这个执行机构的执行构件，它是工作装置的重要部件。铲斗直接与物料接触，是装、运、卸的工具，工作时，它被推压插人料堆铲取物料，工作条件恶劣，要承受很大的冲击力和剧烈的磨损，因此铲斗的设计质量对装载机的作业能力有较大影响。所以铲斗的设计就是根据装载机的主要用途和作业条件，从而减少插入阻力，掘起阻力及提高生产率，合理的确定铲斗的几何形状和尺寸。3.2.1铲斗的结构形式铲斗通常用低碳，耐磨，高强度钢板焊接而成。由切削刃、侧壁切削刃、斗底、斗后壁、挡板、角板、耐磨板、护板或支角组成。由于铲斗是直接与物料接触，特别是铲装坚硬的砂等物料，斗前缘与斗壁磨损较快，因此，斗前缘采用耐磨的高锰钢等优质材料，或者是堆焊硬质合金。此设计采用堆焊TDP-1(35)型合金，硬度HR(要求在35-48- 大学毕业设计以上），侧切削刃和加强角板都采用高强度耐磨板料制成，耐，磨板和支角亦都用耐磨材料制成，可以更换，用以增加铲斗的使用寿命。铲斗前缘的斗齿是用65Mn锻制后热处理或ZG13Mn铸成型斗齿。斗齿是易换件，磨损较快，必要时应予以更换。轮式装载机的铲斗断面形状一般为“U”形，用钢板焊接而成。常见铲斗结构如图3-3所示。(a)直线形斗刃铲斗(b)V形斗刃铲斗(c)直线形带齿铲斗(d)弧形带齿铲斗图3-3常见铲斗结构铲斗由斗底、侧壁、斗刃及后壁等部分组成，如图3-4所示。图3-4轮式装载机铲斗结构1—防滋板；2—连接耳；3—斗后壁．4—斗前壁；5—斗侧壁；6—切削刃；7—斗齿；8—斗侧刃本次设计铲斗采用直线形带斗齿的切削刃如图3-3(c)所示，其特点是结构简单，具有良好的平地性能，能适于铲装较松散的物料，带有斗齿的铲斗在铲斗插入、料堆时，减少刀刃与料堆的作用面积，使插入力集中在斗齿上，容易插入缝隙，破坏物料结构，因而带有齿的。3.2.2铲斗的分类铲斗按卸载方式一般可分为整体前卸式、侧卸式、推卸式和底卸式等数种。3.2.3铲斗的设计要求(1)插入及铲起阻力小，作业效率高；(2)铲斗工作条件恶劣，要求强度，刚度足够且耐磨；(3)由所铲装物料的种类和重度不同，设计不同结构形式的铲斗。3.2.4铲斗设计-48- 大学毕业设计1、铲斗基本参数的确定铲斗的几何断面形状由铲斗的圆弧半径r、张开角γ、后壁高度h、底壁长l和铲斗宽度B五个基本参数确定。此外，铲斗的宽度Bg应大于装载机两前轮外侧间的宽度，每侧大出50~100mm。如果铲斗宽度小于两轮外侧间的宽度，则铲斗铲取物料后形成的料堆阶梯会损伤轮胎侧壁，并增加行驶时轮胎的阻力。所以是保护轮胎不受损伤，底壁相对地面应有一定倾角，以减少摩擦阻力并保护底壁。在设计铲斗时，可参照同类型铲斗，选择r、h、l、γ参数；设计时，把铲斗的回转半径R（即铲斗与动臂铰接点至切削刃间的距离）作为基本参数，铲斗的其他参数则作为R的函数。R是铲斗的回转半径（见图3-2所示）它的大小不仅直接影响铲斗底壁的长度，而且还直接影响转斗时掘起力及斗容的大小，所以它是一个与整机总体有关的参数图3-5铲斗尺寸参照(1)计算铲斗内壁宽度(3.1)试中—装载机轮距，mm;—轮胎宽度，mm;—铲斗侧壁切削刃厚度，mm。由总体设计中可知：则有mm(2)计算回转半径R由图3-5可以看出，铲斗横截面积(3.2)而铲斗几何斗容(3.3)-48- 大学毕业设计若斗容量为额定容量，则回转半径R为[1](3.4)式中—设计任务书给的铲斗额定容量，；—铲斗内侧宽度，m—铲斗斗底长度系数，；—后斗壁长度系数，；—挡板高度系数，；—圆弧半径系数，；—挡板与后斗壁间夹角，选择时应使侧壁切削刃与挡板的夹角为90°；—斗底与后斗壁间夹角（即张开角），；图3-5中各参数含义如下。—铲斗的圆弧半径，m；—斗底长度，指铲斗切削刃至斗底延长线与后斗壁延线交点的距离，m,—后壁长度，是指由后斗壁上缘至后壁延长线交点的距离，m，—挡板高度，m，由式(3-4)可知，当、已知，只要初选、、、，系数值和、值，即可求得新铲斗的基本参数。调整参数，根据调整后的各值与R之比分别计算、、、值，然后代入式(3.4)，即可确定新铲斗的回转半径R。由R和计算出来的各系数值，即可确定新铲斗的其他参数值。-48- 大学毕业设计由总体参数知：mm=2.98m取：=1.45=1.12=0.12=0.38=48°=8°代入公式3.4得铲斗的回转半径R：R=1.218m所以：一般取铲斗侧壁切削刃相对斗底壁的倾角。铲斗与动臂铰销（称下铰接点）距斗底壁的高度。所以铲斗与动臂铰销距斗底壁的高度：h＝0.104R=0.104×1.218=0.1273m。2、铲斗容量计算铲斗容量是装载机的总体参数之一，铲斗几何尺寸初步确定后，应立即进行斗容计算，以检验其是否满足给定的斗容要求，若计算值与要求值不符，则需修改有关尺寸，直至满足要求为止。如前所述，铲斗的斗容量已经系列化，其计算也已标准化，计算方法如下。(1)平装斗容铲斗的平装容量（见图3-6）按式(3.5)计算。对于有防溢板的铲斗()(3.5)式中—有挡板的铲斗横截面面积，㎡；—铲斗内侧宽度，m；—挡板高度，m；—斗刃刃口与挡板最上部之间的距离，m。-48- 大学毕业设计图3-6铲斗容量计算(2)额定容量额定容量（见图3-6）按式（3.6）计算。对于有防溢板的铲斗()(3.6)3、铲斗截面的计算机辅助设计装载机铲斗的设计实质是确定铲斗的截面形状和尺寸。用人工设计铲斗截面很繁琐，修改也很麻烦，而用计算机辅助设计铲斗的截面既简单、迅速又准确。下面介绍铲斗截面的计算机辅助设计。(1)堆积高度c的计算图3-7额定斗容铲斗的横截面利用公式(3.6)计算铲斗容量时，式中c的计算可参照图3-7用下述方法进行。图3-7是额定容量铲斗的横截面，其中挡板DN高为ɑ,CD是铲斗开口长b,IH是斗尖至铲斗侧壁的高度c。根据美国汽车工程师手册规定IH垂直于CD，且IK=CK/2=b/4。按照通常的设计要求,挡板DN应垂直于斗侧壁CN,所以△CKH∽△CND。因而(3.7)(2)铲斗的开口长b的计算由图3-7知-48- 大学毕业设计(3)铲斗横截面S的计算如图3-8所示，铲斗平装容量横截面面积S由5块基本几何图形组成。式中—扇形AGF的面积，—直角三角形△GFN的面积，图3-8铲斗截面计算—直角三角形△GAC的面积，—三角形△CGN的面积，—直角三角形△CND的面积，㎡㎡㎡㎡㎡所以：㎡铲斗的几何斗容量按式(3-5)计算：额定斗容按式(3.6)计算3.3动臂设计3.3.1对动臂的设计要求(1)结构简单，容易制造；(2)受力合理，强度，刚度足够。3.3.2动臂铰点位置的确定-48- 大学毕业设计动臂铰点位置的确定，应在总体参数己确定后，以及铲斗主要尺寸确定后进行。动臂与铲斗连接点也称下铰点，其下限位置应保证铲斗正常工作位置和下挖掘位置还有铲斗在运输位置时，仍与轮胎保持有定问隙为准，而且下铰点与地而应有200～300㎜的离地间隙。其上限位置应保证铲斗有最大卸载高度、卸载角度及最小卸载距离。其具体位置可用作图方法来确定，根据铲斗形状、几何尺寸及铲斗与地面应保持的角度α可以确定下铰点的下限位置（见图3-9），然后将铲斗转置运输位置并留出定间隙，绘出轮胎位置，再根据最大卸载高度、最小卸载及卸载角度β要求，可以确定下铰点上限位置。图3-9确定动臂铰点位置及长度计算图动臂与机架的连结点A(上铰点)应在连线的垂直平分线上。当其他要求不变时，A点的前后位置将影响动臂的长度、动臂的回转角ψ、动臂伸出最大距离以及铲斗在升起时摆动的角度。A点与前轮中心的距离为，增大则动臂增长而动臂回转角ψ-48- 大学毕业设计将会减小，且动臂伸出距离减小，提高装载机在铲斗最人伸出时的稳定性。因此，在总体布置允许的条件下，可以适当的增大，但也会增加司机室布置的困难，一般动臂转动的角度ψ在80~90°（如图3-9所示）。动臂与车架铰点的高度通常取：(3.8)式中R—铲斗回转半径(m)(1)即=6°动臂处于最低位置时，铲斗斗底与地面成3-5°倾角，取δ=5°则下铰点B的下限位置：hB=Rsin(α’+δ)=1.218×sin(6°+5°)=0.2324m在230~300mm的范围内，故合理。(2)下铰点B的上限位置：hB1=Rsin(α’+β)+Hsmax=1.218×sin(6+45°)+3.18=4.1265m3.3.3动臂长度的确定(1)动臂长度计算动臂铰点位置确定之后，按定比例作图即可直接求得。除此之外，也可以按图3-9利用几何关系可求出动臂的长度：(3.9)式中—铲斗最小卸载高度，单位m；—铲斗回转半径，单位m；—铲斗回转半径与斗底夹角，单位度；—铲斗最大卸载高度时的最大卸载角，单位度；—动臂与车架连接铰点到装载机前面外廓部分（轮胎）的水平距离，单位m；—最大卸载高度，单位m；—动臂与车架连接铰点高度，单位m；—动臂的长度，单位m。则取：=1274mm=6°=1218mm=45°=3180mm-48- 大学毕业设计=2172.8mm=1628.8mm把参数代入公式（3.9）则求得：=2895mm=2.895m(2)动臂转动的角度，在80~90°的可选范围内，故合适。(3)验算最小距离mm可近似的看作1274mm,的长度满足总体尺寸的要求。3.3.4动臂结构和形状的确定动臂的形状按其纵向中心线形状可分为直线形和曲线形两种。如图3-10所示。(a)曲线形(b)直线形直线行动臂结构简单，制造容易，而且受力情况好，通常正转式连杆工作装置多采用这种形式；曲线型动臂一般常用于反转式连杆作装置，这种形式的动臂可使反转式连杆工作装置布置更为合理。而这次设计选着曲线形动臂。图3-10动臂形式(a)单板型(b)双板型(c)工字型(d)箱型图3-11动臂断面形状动臂的断面机构形式有单板、双板和箱形，如图3-11。许多装载机采用单板，这种动臂机构简单，工艺性好，但抵抗受扭的刚性较差；大中型装载机多采用双板形或箱形断面结构的动臂，可以改善单板动臂受扭刚度不好的影响。为了减少动臂的重量，动臂的断面尺寸可按等强度设计。本次设计采用的是曲线形单板动臂，这样不但结构简单容易制造，而且经济性好。-48- 大学毕业设计3.4连杆机构的设计3.4.1工作装置连杆机构的类型综合国内、外轮式装载机的工作装置的形式，主要有7种类型的连杆机构。按工作机构的构件数不同，可分为三杆、四杆、五杆、六杆和八杆连杆机构。按输入杆和输出杆的转向是否相同又分为正转和反转连杆机构。7种连杆机构如图3-12所示。(1)正转八杆机构正转八杆机构见图3-12(a)。此机构在转斗油缸大腔进油时转斗铲取，所以掘起力较大；各构件尺寸配置合理时，铲斗具有较好的举升平动性能；连杆系统传动比较大，铲斗能获得较大的卸载角和卸载速度，因此卸载干净、速度快；由于传动比大，还可适当减小连杆系统尺寸，因而司机视野得到改善，但是一定要“适当”，否则易使连杆系统倍力系数减小，影响掘起力发挥。正转八杆机构的主要缺点是机构复杂，不易实现铲斗自动放平。(2)转斗油缸前置式正转六杆机构转斗油缸前置式正转六杆机构见图3-12(b)。此机构的转斗油缸与铲斗和摇臂直接连接，该工作机构由两个平行四杆机构组成，它可使铲斗具有很好的平动性能。它比八杆机构简单，司机视野较好。这种机构的缺点是转斗时油缸小腔进油，掘起力相对较小；连杆系统传动比小，使得转斗油缸活塞行程大，油缸加长，卸载速度不如八杆机构；由于转斗油缸前置，使工作机构前悬增大，影响整机稳定性和行驶的平稳性；也不能实现铲斗的自动放平。(3)转斗油缸后置式正转六杆机构转斗油缸后置式正转六杆机构见图3-12(c)。此种机构与上述前置式油缸相比，前悬较大、传动比较大、活塞行程较短；有可能将动臂、转斗油缸、摇臂和连杆设计在同一平面内，从而简化了结构，改善了动臂和铰销的受力状态。缺点是转斗油缸与车架的铰接点位置较高，影响司机视野；转斗时油缸小腔进油，掘起力相对较小。为了增大掘起力，需提高液压系统压力或加大转斗油缸直径，这样质量会增大。(4)转斗油缸后置式反转六杆机构转斗油缸后置式反转六杆机构见图3-12(d)。这种机构有如下优点：a.转斗油缸大腔进油时转斗，并且连杆系统的倍力系数能设计成较大值，所以可获得较大的掘起力；b.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放平；-48- 大学毕业设计(a)正转八杆机构(b)转斗油缸前且式正转六杆机构(c)转斗油缸后置式正转六杆机构(d)转斗油缸后里式反转六杆机构(e)正转四杆机构(f)正转五杆机构(g)动胃可伸缩式三杆机构图3-12轮式装载机工作装置机构类型-48- 大学毕业设计1—动臂伸缩油缸．2—转斗油缸．3—动份举升油缸．4—铲斗后开口油缸c．结构十分紧凑，前悬小，司机视野好。缺点是摇臂和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄空间，容易发生构件相互干涉。(5)正转四杆机构正转四杆机构见图3-12(e)。它是7种连杆机构最简单的一种，容易保证四杆机构实现铲斗举升平动，此机构前悬较小。缺点是转斗的油缸小腔进油，油缸输出力较小，又因连杆系统倍力系数难以设计出较大值，所以转斗油缸活塞行程大，油缸尺寸小；此外，在卸载时活塞杆易与斗底相碰，所以卸载角减小。为避免碰撞，需把斗底制造成凹形，因而既减小了斗容，又增加了制造困难，而且铲斗也不能实现自动放平。(6)正转五杆机构正转五杆机构见图3-12(f)。为克服正转四杆机构卸载时活塞杆易与斗底相碰的缺点，在活塞杆与铲斗之间增加一根短连杆，从而使正转四杆机构变成为正转瓦杆机构。当铲斗翻转铲取物料时，短连杆与活塞杆在油缸拉力和铲斗重力作用下成一直线，如同一杆；当铲斗卸载时，短连杆能相对活塞杆转动，避免了活塞杆与斗底相碰。此机构的其他缺点仍如正转四杆机构。(7)动臂可伸缩式三杆机构动臂可伸缩式三杆机构见图3-12(g)。它的最大特点是动臂可借助油缸1进行伸缩。这种机构的铲斗插人工况是靠动臂伸出实现的，它解决了靠机器行走插人易使轮胎严重磨损问题；卸载时可伸出动臂，以获得较大的卸载高度和卸载距离；而运输工况时可缩回动臂，以减小前悬，从而提高了行驶的稳定性。这种机构的缺点是既不能实现铲斗平动，又不能实现铲斗自动放平，结构亦比较复杂。综上分析可知，反转六杆工作机构优点较多，能比较理想地满足铲、装、卸作业要求，所以它在露天装载机和地下铲运机上都得到广泛的应用。因此,本次设计工作装置采用反转六杆连杆机构。3.4.2连杆机构的设计要求不管用什么方法确定各铰接点的坐标值，但最终都必须满足对工作机构设计提出的各种要求。在运动学方面，必须满足铲斗举升平动、自动放平、最大卸载高度、最小卸载跟离和各个位置的卸载角等要求；在动力学方面，主要是在满足挖掘力、举升力和生产率的要求前提下，使转斗油缸和举升油缸的所需输出力及功率尽量减小。在设计反转六杆工作机构时，要注意的是，一定要保证机构在各种工况的各个位置都能正常工作，不得出现“死点”、“自锁”和“机构撕裂”等机构运动被破坏的现象。目前，工作装置连杆机构尺寸参数的设计主要有两种方法，即图解法和解析法。-48- 大学毕业设计所以在设计时要满足一下几点：(1)动臂从最低位置到最大卸载高度的提升过程中，保证斗中料不撒落，铲斗后倾角的变化尽量小（一般不超过15°）；(2)在动臂提升高度范围内的任意位置,铲斗的卸载角不小于45°，以保证铲斗能卸净物料；(3)作业时与其他的构件无运动干涉；(4)使驾驶员工作方便，安全及视野宽阔。(5)最小传动角不小于10º，以便提高传动效率和减少铰销的挤压应力。3.4.3连杆机构尺寸参数设计及铰点位置确定图解法比较直观，易于掌握，是目前工程设计时常用的一种方法。图解法是在初步确定了最大卸载高度、最小卸载距离、卸载角、轮胎尺寸和铲斗几何尺寸等整机主要参数后进行的，它通过在坐标图上确定工况Ⅱ（见图3-13）时工作机构的9个铰接点的位置来实现。(1)动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点G、B、A的确定1)确定坐标系如图3-13所示，先在坐标纸上选取直角坐标系xOy，并选定长度比μ。-48- 大学毕业设计图3-13动臂上三铰接点设计2)画铲斗图把已设计好的铲斗横截面外廓图按比例画在xOy坐标里，斗尖对准坐标原点O，斗前壁与x轴呈3°～5°前倾角。此为铲斗插人料堆时位置，即工况Ⅰ。3)确定动臂与铲斗的铰接点G由于G点的x坐标值越小，转斗掘起力就越大，所以G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G点的y坐标值增大时，铲斗在料堆中的铲取面积增大，装的物料多，但这样缩小G点与连杆铲斗铰接点F的距离，使掘起力下降。综合考虑各种因素的影响，设计时，一般根据坐标图上工况工时的铲斗实际状况，在保证G点y轴坐标值=250～350mm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G点初步确定下来。4)确定动臂与机架的铰接点A①以G点为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗口OO’与x轴近似平行为止，即工况Ⅱ。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Ⅱ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Ⅳ，并令此时斗尖为，G点位置为G’，如图3-14所示。④以G’点为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与x轴平行，即得到铲斗最高举升位置图（即工况Ⅲ）。⑤连接GG’并作其垂直平分线。因为G和G’点同在以A点为圆心，动臂长为半径的圆弧上，所以A点必在GG’的垂直平分线上。可得A点坐标。5)确定动臂与摇臂的铰接点BB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等都有很大影响。如图3-14所示，根据分析和经验，一般取B点在AG连线的上方，过A点的水平线下方，并在AG的垂直平分线左侧尽量靠近工况Ⅱ时的铲斗处。相对前轮胎，B点在其外廓的左上部。(2)连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点F、E的确定因为G、B两点已被确定，所以再确定F点和E-48- 大学毕业设计点实际上是为了最终确定与铲斗相连的四杆机构GFEB(即GF2E2B)的尺寸，如图3-14所示。图3-14连杆、摇臂、转斗油缸尺寸设计确定F、E两点时，既要考虑对机构运动学的要求，如必须保证铲斗在各工况时的转角，又要注意动力学的要求，如铲斗在铲装物料时应能输出较大的掘起力，同时，还要防止前述各种机构运动被破坏的现象。为此，建议按下述方法进行设计。1)按双摇杆条件设计四杆机构令GF杆为最短杆，BG杆为最长杆，即必有GF+BG>FE+BE[1](3.10)如图3-14所示，若令GF=a、FE=b、BE=c、BG=d，并将式(3.10)不等号两边同除以d，经整理可得下式，即K=b／d﹢c／d﹢a／d<1(3.11)初步设计时，上式各值可按式(3-9)选取。(3.12)-48- 大学毕业设计因为d值已由BG确定，所以由式(3.11)和式(3.12)即可求得a、b、c三值。因为d=1314.7mm则有：a=394.4mm～657.35mm，c=525.88mm～1051.76mm2)确定E和F点位置这两点位置的确定要综合考虑如下四点要求：①E点不可与前桥相碰，并有足够的最小离地高度；②工况I（插人工况）时，使EF杆尽量与GF杆垂直，这样可获得较大的传动角和倍力系数；③工况Ⅱ(铲装工况)时，EF杆与GF杆的夹角必须小于170°，即传动角大于10°，以免机构运动时发生自锁；④工况Ⅳ(高位卸载工况)时，EF杆与GF杆的传动角也必须大于10°。所以取：a=420mm，c=800mm有a、c、d长度可得b的取值范围取b=920mm。(3)转斗油缸与摇臂和机架的铰接点C和D的确定在图3-14中，如果确定了C点和D点，就最后确定了与机架连接的四杆机构BCDA(BC2DA）的尺寸。C点和D点的布置汽接影响到铲斗举升平动和自动放平性能，对掘起力和动臂举升阻力的影响都较大。1)确定C点从力传递效果出发，显然使摇臂BC段长一些有利，那样可以增大转斗油缸作用力臂，使掘起力相应增加．但加长BC段，必将减小铲斗和摇臂的转角比，造成铲斗转角难以满足各个工况的要求，并且使转斗油缸行程过长．因此，初步设计时，一般取BC≈(0.7～1.0)BEC点一般取在B点左上方，BC与BE夹角（即摇杆折角）可取∠CBE=130°～180°，并注意使工况Ⅰ时摇臂BC与转斗油缸CD趋近垂直；C点运动不得与铲斗干扰，其高度不能影响司机视野。2）确定D点转斗油缸与机架的铰接点D，是依据铲斗由工况Ⅱ举升到工况Ⅲ过程为平动和由工况Ⅳ下降到工况Ⅰ时能自动放平这两大要求来确定的。如图3-14所示，当铰接点G、F（即F2）、E（即E2）、B、C（即C2）被确定后，则铲斗分别在工况Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ时的C点的位置C1、C2、C3、C4也就惟一地被确定下来。因为铲斗由工况Ⅱ举升到工况Ⅲ或由工况Ⅳ下放到工况Ⅰ的运动过程中，转斗油缸的长度均分别保持不变，所以D点必为C2点和C3点连线的垂直平分线与C1和C4点连线的垂直平分线的交点。研究证明，D点设计在A点的左下方较好，这样不但平动性能好，而且动臂举升时，可减小举升外阻力矩，有利于举升油缸的设计。所以由计算法和图解法可以确定连杆个铰点位置和长度如图3-14即可知：-48- 大学毕业设计铲斗上下铰点的距离GF=a=420mm连杆FE的长度FE=b=920mm；摇臂的长摇臂长度BE=c=800mm；摇臂的短摇臂长度BC=e=570mm；GF与铲斗的回转半径R的夹角为100°；摇臂的夹角∠CBE=145°。-48- 大学毕业设计第四章工作装置受力分析及强度计算4.1确定计算位置及典型工况进行工作装置的强度设计，首先要分析装载机的工作情况，装载机的作业环境是都变的，其作业工况也是多种多样的，因此必须选定经常使用的受力最不利的作业位置和工作装置受力最大的典型工况来进行工作装置的强度计算，这样技能满足使用条件，又不浪费材料，比较经济。4.1.1计算位置的确定（图4-1）装载机有时工作在水平地面上，也有时工作在洼地或斜坡上，但分析装载机铲掘、运输、提升及卸载等作业过程，发现装载机在水平面上作业时，工作装置受力最大。因此，选择装载机在水平地面上作业时动臂处于最低位置，铲斗斗底与地面成3°～5°倾角，装载机将以3-4Km/h的速度接近料堆，并进行铲掘作业，以此作为计算位置。（如图4-1）4.1.2典型工况选取和外载荷的计算由于铲装物料的种类和作业条件不同载，装载机实际作业时不可能使铲斗切削刃均匀受装，但可简化为两种极端受载情况：一是对称载荷，载荷沿切削刃均匀分布，计算时可用一个作用在斗刃中部的集中载荷来代替；二是偏心载荷，由于铲斗偏铲或物料的不均匀性而导致物料对铲斗的载荷产生不均匀分布，使载荷偏于铲斗一侧，形成偏心载荷，此时，通常将其简化后的集中载荷加在铲斗侧边的第一个斗齿上。装载机在铲掘作业过程中，通常有以下三种受力工况。①铲斗水平插人料堆，工作装置油缸闭锁，此时可认为铲斗斗刃只受水平插人阻力的作用。②铲斗水平插人料堆，翻转铲斗（操纵转斗缸）或举升动臂（操纵动臂举升缸）铲取物料时，认为铲斗斗齿只受垂直掘起阻力的作用。-48- 大学毕业设计③铲斗边插入边收斗或边插入边举臂进行铲掘时，认为铲斗斗齿受水平插人阻力与垂直掘起阻力的同时作用。如果将对称载荷和偏载情况分别与上述三种典型受力工况相组合型的受力作用工况，就可得到铲斗六种典工况。如图4-2所示：(a)水平对称工况(b)垂直对称工况(c)水平垂直对称同时作用工况(a)水平偏载工况(b)垂直偏载工况(c)水平垂直偏载同时作用工况图4-2工作装置外载荷工况4.2工作装置受力分析在确定了装载机典型作业工况和铲斗所受外载荷后，便可进行工作装置的受力分析，以求出相应工况下工作装置各构件的受力。4.2.1对称载荷工况对称载荷工况可简化成平面静定系统计算，但需要作如下假定。①忽略铲斗和支承横梁对工作装置各构件受力和变形的影响。根据这个假设，由于工作装置构件均为对称构件（对称于机器的纵轴线），当载荷是对称作用时，两侧杆件受力相等，各为相应工况外载荷的一半，可单独取一侧杆件系统并视为平面力系进行受力分析，即，-48- 大学毕业设计②每一侧连杆机构各构件轴线均假设在同一平面内，所有作用力都通过各杆件断面弯曲中心，忽略各杆件因不在同一平面内所引起的扭矩，计算时可以用构件的中轴线来代替实际构件。根据以上假设，就可将工作装置这样一个空间超静定结构，简化为一般平面问题进行受力分析。计算工作装置各构件受力时，首先以铲斗为受力分离体，去掉约束以反力代替，然后，根据构件中的连接顺序，依次求出各构件的受力。这样，根据平面静力学公式可列出工作装置各构件的静力学计算平衡方程式。1、对称水平力与垂直力确定(1)水平力Px的确定a)发动机扭矩MT参考同类样机，取：发动机功率N=160Kw，转速n=2200r/min。则由MT=1000N/ω，ω=2πn/60(4.1)得MT=694.5N·mb)驱动轮动力半径rdrd=r–Δ×b(4.2)式中r—轮胎的自由半径，由轮胎规格23.5-25可知，轮胎宽度B=23.5英寸=0.597m，轮辋直径d=25英寸=0.635m，断面高度与宽度之比H/B取0.83，则轮胎的自由半径ro=(d+2H)/2=0.813m；Δ—系数，一般取Δ=0.08~0.15，取Δ=0.10；b—轮胎的断面宽度，b=0.0595m.则rd=0.753mc)驱动力矩MkMk=M2　iMη(4.3)式中M2——涡轮轴输出转矩，则M2=K×MT，取变矩系数K=4；iM——机械传动部分总传动比（自变矩器输出轴至驱动轮）iM=0.377neh×rd/vT=0.377×2200×0.753/11.5=49；ηM——机械传动系和履带驱动段效率，取ηM=0.8.则Mk=4×694.5×49×0.8=108897.6N·m对于轮式机械，PK=Mk/rd则有PK=108897.6/0.753=144618.3N所以，水平力Px=PKP=PK-Pf-48- 大学毕业设计式中Pf——滚动阻力，Pf=f×GS取滚动阻力系数f=0.07，总重力GS=50KN则Px=141.12KN(2)垂直力PZ参考临工工ZL50同类样机，选取PZ=120KN两侧受力均为PZ=60KN(3)单侧动臂受力Pax，Pby由于对称工况，在假设条件下，两动臂受力大小相同，所以可取工装的一侧进行受力分析则Pax=Px/2=70.56KN　　Pby=PZ/2=30KN图4-3工作装置受力分析2、取铲斗为分离体，根据平衡原理计算铲斗的受力∑MG=0PF=(Pxa×h1+Pyb×l1)/(h2×cosα1+l2×sinα1)∑y=0xG=Pxa+PF×cosα1∑y=0yG=－PF×sinα1+Pby3、取连杆为分离体，因连杆为二力杆件，故PF=PE(受拉力)4、取摇臂为分离体，根据平衡原理，摇臂的受力为：∑MD=0PC=PE×(l4×sinα2+h3×cosα2)/（h4×cosα3－l3×sinα3）∑x=0xD=PC×cosα3+PE×cosα2∑y=0yD=PE×sinα2－PC×sinα35、取动臂为分离体：∑MA=0PH=(-yD×l6+yG×l7-xD×h5+xG×h7)/(h6×cosα4+l5×sinα4)∑x=0xA=PHcosα4+xD+xG∑y=0yA=yD+yG－PH×sinα4有前面叙述的可以得到：mmmmmmmmmm-48- 大学毕业设计mmmmmmmmmmmmmmmmmmmm把上值代入以上公式可以得：PF=115KNxG=184.55KNyG=14.8KNPE=115KNPC=146.2KNxD=260KNyD=－31KNPH=269.5KNxA=234.2KNyA=-184.7KN4.2.2偏载工况把偏载工况转化为作用在铲斗中点的集中力和，个附加力偶。由于装载机无论是转斗缸还是举升缸，在作业中，左、右缸的作用力总是相等的（因为左、右缸的油路是并联的）,因而可假定附加力偶仅作用在铲斗、动臂和横梁上，其他杆件不受此力偶的影响。集中力所引起的各杆件受力计算如同对称工况一样，可以视为一平面力系。附加力偶则在动臂上产生扭矩和侧弯矩。现以水平和垂直偏载工况为例计算动臂与车架铰接点由于附加力偶所引起的外载荷。(如图4-4)把作用在斗边齿上的外力（垂直力N和水平力P）转化为作用在铲斗中心的水平集中力P、垂直集中力N和力偶My=PL，Mx=NL。图4-4偏载工况受力分析α=40°力偶对动臂的作用可分解成一个扭矩MK和一个侧弯矩MG，以矢量式表示，即(4.4)(4.5)-48- 大学毕业设计式中—由所引起的对动臂的弯矩，(4.6)(4.7)—分别表示由所引起的对动臂的侧弯矩，(4.8)(4.9)α—动臂几何轴线与水平面的夹角。α=40°；合成扭矩(4.10)合成侧弯矩(4.11)4.3工作装置强度校核在求得工作装置各主要构件受力的基础上，计算各构件的内力，并进行危险断面的强度校核。材料的屈服极限，国内装载机工作装置的动臂常用16Mn钢，σS=330～360MPa；摇臂材料常用Q235钢，σS=210～240MPa销轴的材料常用40Cr,σS=800MPa4.3.1动臂图4-5动臂内力计算在对称载荷作用下。此时，动臂可看作是支承在车架A点和动臂油缸上铰接点H的双支点悬臂变截面曲梁。为简化计算，将动臂主轴线分成GI、IJ、JH、HA等折线段，见图4-5，求出每段的内力Q、N、M值。如，GI段和IJ段：轴向力(4.12)剪力(4.13)-48- 大学毕业设计弯矩(4.14)式中—动臂各段折线与水平方向的夹角；—动臂各折线段长度。根据所求出的各段内力即可描绘出内力图。图4-6为以对称水平载荷为例作出的动臂内力图。(a)轴力图(b)剪力图(c)弯矩图图4-6对称载荷引起的动臂内力图然后进行危险断面的强度校核。以动臂危险断面m-m’（见图4-6）为例，在此断面上作用有弯曲应力、正应力和剪应力，以其合成应力所表示的强度条件为(4.15)(4.16)式中—计算断面m-m’处对z轴的弯矩；—计算断面m-m’处的轴向力；A—侧动臂断面m-m’处截面积，；W—计算断面m-m’处对z轴的抗弯断面系数，；—侧动臂断面m-m’处的钢板厚度；H—断面m-m’处的高度。通过公式计算得动臂的强度符合要求。4.3.2铰销强度的校核-48- 大学毕业设计装载机工作装置上采用密封式铰销，它是在铰销轴套的端部加一个密封圈，密封圈可以防止润滑剂泄漏及尘土进入，因此可以延长轴销和轴套的使用寿命及减少润滑次数，使日常维修方便。此次设计中，销的材料全选用40Cr，机械性能为σS=800Mpa，安全系数n=2a摇臂销强度校核P1=PC/2=262/2KN取L2=32.5mmW=πd3/32=12.3cm3σW=P1L2/W=346.2Mpa，则安全系数n=σS/σW>2销轴支座的挤压应力σjy=P1/L1d=218MPa销轴套的挤压应力σjy=P1/L3d=218MPa此处P1是把作用在销上的力看做集中应力求解的，实际上销的受力要分散的多。由计算结果，安全系数均大于2，所以摇臂销强度满足要求。b动臂缸销强度校核P1=PH/2=134.75KNW=πd3/32=12.3cm3L2=1/2L1+a+H/2=25/2+2.5+12=27mmσW=P1L2/W=295.8MPa销轴支座的挤压应力σjy=P1/L1d=115MPa销轴套的挤压应力σjy=P1/L3d=145MPa显然，销及轴套均满足强度要求。-48- 大学毕业设计第五章工作装置的建模及仿真分析轮式装载机是一种用途较广的施工机械，其工作装置是完成铲、装、运、卸等作业并带有液压缸的空间多杆机构。工作装置设计水平的高低直接影响装载机作业性能的好坏，进而影响整机工作效率。过去基本沿用类比法进行设计，工作繁琐、设计精度低、周期长，且不易获得各项性能指标都比较满意的设计方案。随着计算机技术的发展及各种CAD、CAE软件的应用，轮式装载机工作装置的设计与传统设计方法相比较，有了很大的改变。利用CAD、CAE技术可以快捷、高效、精确地解决许多技术上的难题，缩短产品设计周期，提高设计质量，增强产品的市场竞争力。在本章中，我们先利用Pro/E和ADAMS建立工作装置的模型，然后再在ADAMS中对工作装置的模型进行仿真分析。初步是在Pro/E中建立铲斗的模型，然后将铲斗的模型导入ADAMS中。然后在ADAMS中将模型建好，并对整个工作装置模型进行仿真分析。5.1工作装置建模5.1.1在Pro/E中建立铲斗在Pro/E中分别建立铲斗的模型如（图5-1）首先，启动Pro/E程序；选着新建按钮后选零件、实体缺省模式；其次，选拉伸按钮，选取参考面，画出铲斗的横截面的平面图，再进行拉伸距离；然后选取抽壳按钮，选着参照面，再选取抽壳的厚度打对勾进行抽壳；其他的用拉伸进行作图；最后，用拉伸把铲斗得斗齿画好，选着阵列按钮选着斗齿进行阵列后得到的图如图5-1图5-1铲斗图-48- 大学毕业设计5.1.1动ADAMS/View程序1.点击adams/view图标，启动adams/view.2.在欢迎对话框中选择creatanewmodel项，重力设置EarthNormal.参数；单位设置选择MMKS系统。3.选择OK。5.1.2检查和设置建模基本环境检查默认单位，在setting菜单选择units命令，显示单位设置对话框，当前的设置应该为MMKS系统图5-2工作栅格在setting菜单，选workinggrid命令，显示设置工作栅格对话框。设置sizeX=3500mm,sizeY=4000mm,spcingX=50mm选择OK.。在setting菜单，选择Gravity命令，显示设置重力加速度对话框；当的的重力设置应该为X=0，Y=-9.8065，Z=0。Gravity=on选择OK按钮。5.1.3Pro/E铲斗模型导入ADAMS在Pro/E中把铲斗的模型建好后，再把建好的铲斗模型保存为副本类型为*.slp或*.x_t格式。在ADAMS中，选着Adams/View菜单栏的File中的Import，再输入如图5-3，然图5-3铲斗导入-48- 大学毕业设计后，选择OK。5.1.4工作装置的几何建模1.创建动臂a.定义关键点根据所设计的动臂，画出动臂的截面形状，在其边缘标出一系列关键点的坐标，如表5-1；(表5-1)动臂关键点坐标图5-4在工具箱选择定义点工具。选择参数：AddtoGround,Don’tattatch；根据表中的坐标，分别定义各点。b.在几何建模工具箱中选择创建板工具。图5-6图5-5在参数设置栏，设置如图5-4；其中，厚度根据自己动臂的宽度设定，半径根据动臂前后两铰点外缘半径设定。再把创建好的进行copy，在工具箱中选择进行移动，在参数设置栏，设置如图5-5。-48- 大学毕业设计c.创建动臂的中间梁。选择工具箱中的工具。在参数设置栏，设置如图5-6；其中，厚度根据自己动臂中间梁的宽度设定，半径根据动臂的形状设定。在Adams中从而可以得到动臂如图5-7图5-8连杆参数图5-7动臂2.创建连杆、摇臂、油缸a.创建连杆根据所设计的连杆和连杆的关键点，在几何建模工具箱中选择创建板工具。须参数设置如图5-8，依次选择F点E点。将连杆重命名liangan。b.创建摇臂创建摇臂的方法跟创建连杆的类似，将摇臂重命名yaobi。图5-9图5-10c.创建油缸根据所设计的油缸和油缸的关键点，在几何建模工具箱中选择创建板工具。须参数设置如图5-9和图5-10，选择C点D点。就可以创建转斗油缸。而创建举升油缸的方法跟创建转斗油缸的方法类似。根据以上关键点建立的实体模型如（图5-11）所示-48- 大学毕业设计图5-11工作装置图5.1.5创建约束及施加运动和载荷图5-12模型建立完毕，接下来在模型中添加约束。1、建立旋转副：①在主工具箱选择RevoluteJoint工具按钮。如图5-12②在设置栏将可选项设定为2Bod-1Loc,NormaltoGrind。③双击RevoluteJoint设为重复模式。④创建旋转副，注意选择好设计点：A处dongbi和ground、G处chandou和dongbi、C处chandou和liangan、E处liangan和yaobi、B处yaobi和dongbi、C处yaobi和yaobihuosai、D处yaobiyougang和ground等。如图5-13所示图5-13利用建立铰接副2、创建转斗油缸和转斗活塞的圆柱副并在圆柱副上添加运动副。①选择创建圆柱副工具，将设置栏设置为2Bod-1Loc,PickFeature；然后依次选择zhuandouhuosai、zhuandouyougang和zhuandouyougang的Marker.cm再选择PT-F。-48- 大学毕业设计②在圆柱副上加运动副。3、创建举升油缸和举升活塞的圆柱副并在圆柱副上添加运动副。①用创建圆柱副工具创建油缸和活塞之间的同轴圆约束副。依次选择油缸、活塞和Marker.com点，使箭头指向H点。②选择运动工具箱中的，创建直线运动工具。选择油缸与活塞之间的圆柱副。如图5-14所示图5-14利用建立圆柱副4、施加运动和载荷(1)由整车的性能参数设定典型工作过程仿真时间1、铲装翻斗———3秒2、动臂举升———5秒3、卸料翻斗———2秒4、动臂下降———5秒(2)在运动工具箱中选择创建直线运动工具，在举升油缸和转斗油缸的圆柱副上施加直线运动，利用step函数表达式，按要求设定油缸的运动规律，使活塞杆实现伸缩，从而驱动动臂和铲斗。1)、关于STEP函数简要介绍下step的形式及其各个参数的物理含义：格式：STEP(x,x0,h0,x1,h1)参数说明：x―自变量，可以是时间或时间的任一函数-48- 大学毕业设计x0―自变量的STEP函数开始值，可以是常数或函数表达式或设计变量；x1―自变量的STEP函数结束值，可以是常数、函数表达式或设计变量h0―STEP函数的初始值，可以是常数、设计变量或其它函数表达式h1―STEP函数的最终值，可以是常数、设计变量或其它函数表达式在实际的运用过程中，它有两种表示方法，一种是嵌入式：STEP(x,x0,h0,x1,（STEP(x,x1,h1,x2,（STEP(x,x2,h2,x3,h2)））））（当然你可以嵌套更多的）另一种就是增量式：STEP(x,x0,h0,x1,h1)+STEP(x,x1,h2,x2,h3)+STEP(x,x2,h4,x3,h5)+………2）、举升油缸的运动规律：STEP(time,3,0,8,-1037.9337)+STEP(time,10,0,15,1085.5771)3)、转斗油缸的运动规律：STEP(time,0,0,3,220.6529)+STEP(time,8,0,10,-220.6529)+STEP(time,10,0,15,35.4473)(3)在斗齿尖上创建一个点，并在载荷工具箱中选择在该点处施加水平方向的铲掘阻力FORCE2，再右击force1，选择modify，修改力的大小用step函数控制，如下STEP(time,0,0,0.5,141120)+STEP(time,0.5,0,3,-141120)在斗的重心上设置物料重力FORCE1。修改力的大小方法同上。此时函数为STEP(time,2.5,0,3,50000)+STEP(time,8,0,10,-50000)(4)利用ADAMS的后处理模块可以直接测量如（图5-15）和（图5-16）所示：5-15铲掘阻力图-48- 大学毕业设计图5-16重力图5.2初步仿真分析该模型的性能参数图5-175.2.1铲斗后倾角及卸载角的测量1)、在铲斗底上定义两marker点，重命名为cd点、cd1点.2)、利用主菜单build下的measure里的function产生一个新的测量。其位置如图5-17单击后弹出对话框如图5-18图5-18-48- 大学毕业设计①、在函数编辑区输入atan(dy(a1,a2)/dx(a1,a2))，此角为斗底与水平的夹角。②、将units设为angle。③、OK。操作完成后，产生一个空白测量窗口。3)样机仿真分析①、在主工具箱，选择仿真工具取endtime=15s，steps=500。②、选择，开始仿真分析。③、仿真时测量窗口可以实时显示测量结果，如图5-19，图5-19铲斗后倾角分析上图，右击上述图中空白部分，如图5-20，图5-20图5-20单击TransferToFullPlot后，在弹出的界面中选会出现如图5-21，-48- 大学毕业设计图5-21通过曲线的最高点可以分析出装载机的铲斗卸载角为45°。5.2.2分析①通过图5-21中第3秒至第8秒的角度差可以分析出铲斗的后倾角变化，其值为：51°–41.8°=9.2°②通过图5-21的最大值可以分析出铲斗在翻斗时的卸载角，其值为45°。-48- 大学毕业设计第六章结论在毕业设计就要接近尾声了。回顾本次毕业设计的全过程，我感慨颇多，收益匪浅。在设计中，我们尝试应用CAD、CAE等软件，在计算机环境下了进行装载机工作装置部件建模、受力分析等。主要内容概括如下：(1)通过在ADSMS中的仿真结果我们可以发现，利用ADAMS的后处理模块来进行运动学分析以及动力学分析，可以使受力分析问题简化，大大减轻设计人员的劳动强度。(2)利用PRO/E实体建模功能，我们能设计出需要的各种实体模型，而且能方便的更改模型尺寸。如果我们能把计算机技术与产品设计有机的结合起来，投放市场中去，就能大大地缩短设计时间，降低了设计成本，提高了设计质量，提高了产品在日趋激烈的市场竞争中的竞争力。无庸质疑，在设计过程中既然会有新的发现，当然也存在不容忽视的问题。在设计中，只是对工作装置的一个典型工况（水平与垂直受力）进行了受力分析，并且也只是对其中一侧的油缸施加了运动，因此，得到的结果并不是非常准确。而作为个即将毕业的学生，在设计中我本着严肃认真、严禁科学的态度，对所学知识进行综合的应用，并在设计当中不断的再学习和充实白己。-48- 大学毕业设计参考文献[1]侯占敏，王智明，张春秋等编著.轮式装载机.北京：化学工业出版社，2005[2]同济大学主编.铲土运输机械(第二版).北京：中国建筑工业出版社，1987[3]侯晋生主编.铲土运输机械设计.北京：机械工业出版社，1982[4]卢和铭，刘良臣主编.现代铲土运输机械.北京：人民交通出版社，2003[5]施平主编.机械工程专业英语.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003[5]周建钊主编.底盘结构与原理.北京：国防工业出版社，2006[7]胡仁善，闫彩霞，彭卫平等编著.Pro/EingineerWildfire2.0中文版机械设计高级应用实例.北京：机械工业出版社，2005.[8]张云杰主编.Pro/ENGINEERWildfire2.0机械设计.北京：中国林业出版社，2006.[9]唐清善主编.Pro/ENGINEERWildfire2.0技能百练.北京：电子工业出版社，2006.[10]郑建荣编著.ADAMS-虚拟样机技术入门与提高.北京：机械工业出版社，2001.[11]李军，邢文军，谭文浩.ADAMS实例教程.北京：北京理工大学出版社，2002[12](美)MSC.Software著.李军，陶永忠译.MSC.ADAMSFSP基础培训教程.北京：清华大学出版社，2004.[13](美)MSC.Software著.邢俊文，陶永忠译.MSC.ADAMS/View高级培训教程.北京：清华大学出版社，2004.[14]范成建，熊光明，周明飞编著.虚拟样机软件MSC.ADAMS应用与提高.北京：机械工业出版社，2006.[15]陈立平，张云清，任卫群，覃刚等编著.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程.北京：清华大学出版社，2005.[16]MSC.ADAMS2003/Tireuser’smanual.[EB].[17]UsingMSC.ADAMS∕FnctionBuilderVersion9.MDI，1998-48- 大学毕业设计致谢此次设计是在机电学院侯红娟老师的悉心指导下完成的。在设计完成之际，我首先要感谢侯老师，在设计的各个阶段过程中都能得到侯老师的悉心关怀和指导。她不但为我们提供了优越的设计环境和丰富的设计资料，而且给我提出了好多富有创造性和建设性的思想和观点。侯老师她知识渊博、经验丰富和严谨踏实的工作作风，给我留下了深刻印象，使我在设计过程中，不仅学到了更多的科学知识，更宝贵的是学到了科学的思想方法、勤奋的钻研精神及对事业的真诚和热情。在此我还要感谢帮助过我的同学，以及和我一起做设计的同组同学。在设计过程中，帮助过我的同学给予我很多的关怀和支持，使我们知识互相弥补，互相学习。还有同组的设计同学，我们在设计过程中互相团结、合作、支持、学习。只因为这样，才使我今天的毕业设计圆满成功。在此，我再次对他们表示最诚挚的感谢。回首大学三年的生活，我感触颇多。此次设计使我们对大学三年来所学的知识从整体上得以回顾，然后综合应用。在设计过程中我深深地感觉到所学的知识还是不够，不能很好地应用于实际中。在今后的学习工作中还要更加努力、总结经验。三年里我努力做好各项学习工作，学到了很多，这完全归功于教过我，关心过我的老师们，正是他们辛勤地教育才使我们打下了坚实的基础，从而使本次设计得以顺利完成，他们的一些教诲我会永远铭刻在心。借此机会同样谨向他们也表示我最诚挚的感谢。-48- 大学毕业设计徐工ＬＷ５４０Ｆ轮式装载机2003-7-21徐州装载机厂ＺＬ５０Ｅ轮式装载机推向市场已有多年，为了适应激烈的市场竞争，提高我厂五吨级装载机的赢利水平，需要开发出一种性能指标及可靠性与ＺＬ５０Ｅ基本相同，外表更美观大方，操作更舒服轻便，价格水平又与ＺＬ５０Ｅ大抵相当的全新五吨级产品。ＬＷ５４０Ｆ装载机正是基于这种思路和目的开发的，它将作为我厂５吨级主打产品之一今年全面推向市场，以下简要介绍徐工ＬＷ５４０Ｆ轮式装载机的主要参数指标及总体设计方案。一、ＬＷ５４０Ｆ主要性能指标总体尺寸（长×宽×高）：７７８６×３０００×３４３８（ｍｍ）铲斗容量：２．５ｍ３（岩石型）２．７、３．０、３．５ｍ３可选配额定载荷：５（ｔ）卸载高度：３０９０（ｍｍ）卸载距离：１１００（ｍｍ）提升时间：６．５（ｓ）三项和时间：≤１１．５（ｓ）最大掘起力：＞１６０（ＫＮ）最大倾翻载荷：＞１０．５（ｔ）二、ＬＷ５４０Ｆ总体设计方案（１）动力及传动系统：发动机标准配置潍柴的ＷＤ６１５-48- 大学毕业设计６７Ｇ３—２８发动机，该发动机为直列、六缸、水冷、四冲程、直喷式发动机，标定功率为１６２千瓦，转速为２２００ｒ／ｍｉｎ，同时可选配上柴Ｇ６１３５Ｇ１ｂ、Ｄ６１１４ＺＧＢ发动机，双变采用自制ＺＬ４０／５０变速箱、山推ＹＪ３１５变矩器。传动轴采用靖江或杭汽配嵌块式传动轴，驱动桥选用徐州美驰桥。（２）工作装置操纵杆系为减轻工作装置操纵杆系的操纵力，操纵机构旋转支撑部分由轴套改为滚动轴承，使操纵力更小，操纵更加轻便，减轻了司机的劳动强度，提高作业效率。（３）液压系统ＬＷ５４０Ｆ工作液压系统采用双泵合流、手控制阀式，转向液压系统采用负荷反馈系统（大流量转向器），并配置液压油散热系统。（４）制动系统ＬＷ５４０Ｆ制动系统沿用ＺＬ５０Ｅ制动系统，即采用单踏板、气顶油钳盘制动，行车制动不切断动力，驻车制动与紧急制动二合一，制动时切断动力，同时具备低气压报警功能，保证了行车的安全性。（５）电气系统ＬＷ５４０Ｆ电气系统在ＺＬ５０Ｅ的基础上将前大灯由金属灯盒、圆形大灯更换为Ｇ系列形式的威利组合大灯形式，仪表布置参照我厂Ｇ系列装载机形式，保险丝盒及蜂鸣器等位置作适当调整。（６）机罩及覆盖件ＬＷ５４０Ｆ机罩整体采用徐工特色的玻璃钢机罩，轻便且具有良好的降噪性，局部进行圆弧过渡，优化外观造型，侧门开启改变传统的前后开启方式，采用气弹簧控制的向上开启方式，更加提高了维修方便性，左右爬梯及电瓶箱爬梯最后一节采用柔性联结，避免磕碰变形。（７）驾驶室及操作台架驾驶室总体与Ｇ系列相同，在顶蓬增加帽沿，采用韩国绿玻璃，涂装风格与ＺＬ５０Ｇ一致；操作台架部分，采用ＺＬ５０Ｇ形式的注塑仪表支架，同时增加转向柱护罩。并对操纵手柄和操纵箱作适当改动，改善室内装饰，改善司机工作环境，提高工作效率。（８）工作装置ＬＷ５４０Ｆ工作装置保持与ＺＬ５０Ｅ完全通用性，采用单摇臂短拉杆Ｚ型反转六连杆机构。不仅可提供２．５ｍ３岩石斗、２．７ｍ３平斗、３．０ｍ３加大斗、３．５ｍ３煤炭专用斗，而且可配备多种变形机具：侧卸、夹钳、推铲、雪犁、加长臂等。通过以上介绍和分析可知，ＬＷ５４０Ｆ的原形机ＺＬ５０Ｅ装载机是我厂很成熟的主导产品之一，ＬＷ５４０Ｆ整机性能及可靠性处于国内行业同类产品先进水平，并采用Ｇ系列司机室仪表箱、玻璃钢机罩。外观造型更美观、操作舒适性大幅度提高，加上ＬＷ５４０Ｆ整机成本与ＺＬ５０Ｅ基本持平，一定能吸引用户优先购买ＬＷ５４０Ｆ装载机，这将大大加强我厂五吨级装载机竞争能力及赢利水平。ＬＷ５４０Ｆ基本配置和各大结构件保持与ＺＬ５０Ｅ完全通用，因此ＬＷ５４０Ｆ装载机将很容易形成批量生产而迅速推向市场，成为ＺＬ５０Ｅ装载机理想的替代产品。-48-'