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1、CYE-1电动铲运机工作装置设计 摘要：CYE-1电动铲运机的工作装置设计的合理性直接影响整机的性能，对提高效率及其自动化程度具有重要的意义。本次设计分析了国内外铲运机的发展现状及发展趋势，指出了国内相对落后的地方，同时详细介绍了铲运机工作装置的组成及重要性。利用cad软件，画出了结工作装置详细二维图纸，清晰地表达了铲运机工作装置的布局、连接。本次设计是通过计算得出各个结构相应尺寸并查阅国内外资料确定结构类型，将其工作过程分为插入、铲掘、举升、卸载和自动放平五个工况，并通过计算分析了工作装置各个工况中，构件的动作情况及相关的运动参数。最后进行受力分析以及强度校核。关键词：铲运机；工作装置；运动
2、分析；校核目录1 概述.11.1 铲运机的综述11.2 国、内外地下铲运机的发展和研究状况21.3 铲运机的工作装置42 铲运机工作装置分析.92.1 铲斗的基本组成方式92.2 铲斗的分类.102.3 铲斗的设计.112.4 动臂的设计.162.5 连杆的设计.172.6 铲运机工作装置动臂各铰接点位置的确定.182.7 确定摇臂与铲斗的铰接点F192.8 动臂举升油缸与动臂和车架铰接点H及M点的确定212.9 工作装置连杆机构的运动学与动力学分析.233 力学计算及其强度校核.293.1 外载荷计算.293.2 工作装置的受力分析.313.3 工作装置的强度校核.334 参考文献.405
3、谢辞416 附录42电动铲运机用于矿山井下，以铲装，运输爆破后的松散物料为主。也可用于露天铁矿，铁路，公路以及水利等隧道工程，还少部分，煤矿使用，特别用于工作条件恶劣，作业现场狭窄，低矮以及泥泞的作业面。电动铲运机除了机动性能较差外，具有无废气污染，噪声低，节约能源等优点，是井下作业的首选设备。作为一位机械设计制造及其自动化专业的毕业生，我们应该牢牢掌握机械设计与制造的综合知识技能，本次毕业设计为我们提供了一个非常重要的实践机会。这本说明书记载了我这次毕业设计的主要内容和设计步骤，较详细的说明了CYE-1电动铲运机工作装置的设计。本说明书实用，科学，系统，着重介绍CYE-1电动铲运机工作装置的
4、设计。其中亦较为详细的引用了一些图表说明，以便使读者一目了然。但毕竟是初学者之作，错误和笔误在所难免，还望各位专家和老师指正。1 概述1. 1 铲运机的综述“地下铲运机”一词是参考英文“LHD unit”(Load-haul-dump unit)，即装-运-卸设备演绎而来。地下铲运机的原动机是柴油机或电动机、液压传动或者机械传动、轮胎行走、铲斗在装置前面卸载装运。主要在地下矿山以及隧道用得比较广。它跟地面或露天矿使用的装载机有许多相似之处，他的主要区别就是地下铲运机机身比较低、横向布置的驾驶室、轮胎是光面或半光面地下耐用轮胎，原动机是柴油机的铲运机。图1.1铲运机全景图按动力源来分，地下铲运机
5、可分为以柴油机为动力的内燃铲运机和以电动机为动力的电动铲运机。 按照铲斗容量来分，基本上可以分成： 小型铲运机：斗容量1.5立方米和以下的铲运机： 中型铲运机：斗容量2立方米到4立方米的铲运机： 大型铲运机：斗容量4立方米以上的铲运机。1.2 国、内外地下铲运机的发展和研究状况 20世纪六十年代以来，世界采矿业的国际竞争日益加剧，各发达国家纷将现今的露天矿开采技术运用到地下矿生产中，使地下矿劳动生产率成倍甚至十几倍的提高，矿石成本大幅度下降。从而出现了所谓的“地下露天采矿”(UndergroundOpen Mining)。其特点主要表现在：地下工作机器设备为下面的道路开拓高阶段开采和底下的粉碎
6、：地下开采很多时候采的比较深、范围比较大，分段出矿；地下开采的机器装置大多数是朝无轨方向、液压方向、节能方向和自动化方向发展。在这样的情况下，这种设备被研究出来。1.2.1 铲运机国外发展历程从1958年美国Wagner公司开发的NS-1型橡胶轮铰接前端式铲运机算起，地下铲运机的发展有近46年的历史。正因为如此，世界上大多数地下铲运设备厂能生产适用不同用户要求不同品种规格的系列地下铲运设备。如美国Wagner公司柴油地下铲运设备最小的机型是HST-5(额定斗容是0.5m3,0.7t,额定功率31kW)，最大机型ST-1810(5.8-9.5 m3,7.5t,3l7 kW )，在大小之间还有好几
7、种机型。为了适应不同用户，一种机型又有许多变型。其它公司如Tamrock公司也有相似的情况。柴油地下铲运设备最小机型是Micmscoop100(0.54 m3,1t,30kW),最大的机型是TORO-0011 ( 8-10.7m3,21t,354kW)，中间还有14种机型。国外地下铲运设备的发展趋势为：利用现代设计方法和计算机、电子技术，使产品具有安全、节能、舒适和可靠的特点。例如Wagner公司在2003年改进了ST-1010地下铲运设备为ST-1010地下铲运设备，其按人机工程学改进了司机的操作舒适性、安全性及机器的可维修性。改进ST-1510为ST-1520，其传动系统具有最佳匹配、最佳
8、的运输速度和铲掘能力。为减轻司机的劳动强度，改善地下铲运设备的使用性能和操作性能，近几年地下铲运设备广泛采用电子控制系统。由电操纵代替传统机械控制。例如德国Paus公司TIGER 300D地下铲运设备无方向盘，无脚踏板，只有二个杆控制系统代替所有操纵杆。1.2.2 铲运机国内发展历程及预期分析虽然我国生产的地下铲运设备也有几种机型的性能达到或接近了国外先进水平，但相当部分机型性能还不尽人意。现以我国某厂生产的2m3柴油地下铲运设备同国外同类型的机型比较来说明这个问题，见表1。从表1可以看出，我国的2 m3型地下铲运设备性能参数同国外相比，有较大差距。作为2 m3的标准地下铲运设备来说，其外型尺
9、寸过大，重量过重，功率也过剩，机动灵活性较差。实质上是3 m3的配置，2 m3的斗容。为缩短与国外技术的差距，我国从20世纪70年代进口国外先进地下铲运设备以来，已累计进口几十种型号、几百台地下铲运设备。在原有色总公司、冶金部的统一规划协调下，通过科研院校、使用单位、制造厂的通力合作，相互配合，在理论研究及引进消化方面取得了很大成绩。例如，中钢集团衡阳重机有限公司、长沙矿山研究院等单位的技术人员，分别编写了“地下铲运设备结构设计与使用”及“地下铲运设备”两本专著。还有广大的科技人员，撰写了大量的有关论文。为提高我国地下铲运设备的设计、制造、使用和维护水平，为我国地下铲运设备的发展做出了贡献。但
10、是近几年，由于各种原因，科研院校投人地下铲运设备的科研经费远远不够，以很快速度发展。鉴于目前地下铲运设备制造厂的现状，高校或研究机构与制造厂、矿山应组成联合体，配置一些先进仪器，集中一批优秀人材，进行一些迫切需要的基本理论研究和实际应用研究。总之，随着地表浅部矿业资源的日益枯竭，采矿业将逐渐向地表深部发展，地下矿山现代的高效率无轨化开采技术仍将占据主导地位，地下铲运设备仍将是无轨采矿不可缺少的主要设备，只是环境因素的约束将更加严酷和苛刻。铲运设备主要发展趋势应主要包括以下几个方面：大中型铲运设备将是主要的发展对象；现有机型将采用现代先进技术进一步完善和提高，并向机电液一体化的方向发展；随着电子
11、信息技术的迅速发展和引入；广泛应用计算机辅助设计和辅助制造技术以及应用计算机技术，进行铲运设备整体参数及结构的动态优化设计将受到关注。 此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩表1.1 国内外2m3地下铲运设备参数比较表型号2m3地下铲运设备Wagner ST2DWagner ST2GTORO301WagnerST3.5堆装斗容（m3）2.01.93.13.013.1额定载重量（kg）40003600360062006000机重（t）13.515.412.716.116.1柴油机型号BF4M
12、1013CF6L912WBF4M1013ECF6L413FWF6L413FW额定功率（KW）1126387102102额定转速（r/min）23002300230023002300变矩器C273C272C270C273C273变速箱R28000R28000R28000R28000R28000最大转角3640.540.542.542.5最小转弯半径（mm）铲斗外测58004797479758005388后轮内侧33002635263530302561外形尺寸（mm）铲斗宽19001651165119001959机长76456712708085058450机高2250208620862200224
13、7轴距（mm）27952540254031502899功率/机重（kW/t）8.35.466.856.146.33功率/斗容（kW/m3）56.0033.1545.833.932.9功率/载重（kW/t）28.0017.524.216.4522.67机重/斗容（t/m3）6.756.076.685.55.191.3 铲运机的工作装置1.3.1 铲运机的工作组成及其性能工作装置是铲运机工作的关键部件，铲运机的工作装置是由多杆组成的复杂运动机构。工作装置的组成：大臂、举升缸、转斗缸、小臂、连杆、铲斗组成，地下铲运机的工作过程均可以通过工作装置来实现，它的工作情况可以分成五种状态：(1)插入状态：动
14、臂下放，铲斗放置于地面，斗尖触地，斗底与地面呈至倾角，开动地下铲运机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆。 (2)铲装状态：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)举升状态：收斗后，利用举升油缸使动臂转动到适当的卸载位置。 (4)卸载状态：在卸载点，利用转斗油缸使铲斗翻转，向溜井料仓或运输车辆卸载，铲斗物料卸净后下放动臂，使铲斗恢复至运输位置。 (5)自动放平状态：铲斗在最高举升位置卸载后，保持转斗油缸长度不变，将动臂放至铲掘位置时，斗底与地平面的后角为到。工作装置的合理性直接影响铲运机的生产效率、工作负荷、动力与运动特性、工作循环时间、外形尺寸、和发动机功率等，不同的类
15、型装置其组成不同，工作装置的设计的合理与否，性能直接影工作效率和工作质量，其性能主要体现在如下几方面：(1)传动性：为了保证工作机构传动性能良好，防止机构锁死，要求机构运动过程中各传动角在大于小于。 (2)平移性和卸料性分析平移性：动臂提升过程中为避免铲斗中的物料撤落，要求铲斗近似平动。卸料性：保证能卸净铲斗中的物料，在转斗液压缸的作用下，应保证铲斗的卸料角大于。 (3)最大卸载高度和最大卸载距离 最大的卸载高度：测量铲斗切削刃垂直方向和水平方向的运动轨迹。最大卸载距离：铲斗在最高状态时和轮胎之间的距离。 (4)铲斗自动放平性：使铲斗从高位卸载状态下落到插入状态，期间保持转斗液压缸长度不变，测
16、量铲斗地面与水平间夹角的变化，即可得到铲斗自动放平行。1.3.2 铲运机的工作机构类型主要有7类连杆类型，其中包括3杆、4杆、5杆、6杆和8杆机构。(1)正转八杆机构正转八杆机构如图1.2，这种机构转斗铲取是在在转斗油缸大腔进油的时侯，所以掘起力较大；设计好装置的尺寸参数时，铲斗举升平动比较容易实现；连杆传动角比较大，铲斗有较大的卸载角以及卸载的速度，速度快；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。 图1.2正转八杆机构(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1.3，其优点是转斗缸直接与摇臂相连接，该工作机构由两个平行四杆机构组成，铲斗平移性较好。结构简单
17、，司机视野较好，缺点是转斗时油缸小腔进油，铲掘力相对较小；连杆机构传力比小，使得转斗缸活塞行程较大，转斗缸加长；由于转斗缸前置，使得工作装置的整体重心外移，使得设备的的稳定性受影响；铲斗不容易放平。图1.3转斗油缸前置式正转六杆机构(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1.4，它跟缸前置机构比较得话，装置前面悬的部分小，有较大的传动角，液压杆行程短；这种情况会简化装置结构，改善动臂以及销轴的受力情况。缺点是：转斗缸与车架的铰接点位置较高，可能对司机视野造成影响；掘起力小些。图1.4转斗油缸后置式正转六杆机构(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
18、1.5，这种机构有如下优点：连杆系统倍力系数可以设计大一些，掘起力会大些；选择好尺寸，铲斗会很好的平动，还有自动放平也很容易；结构紧凑，前悬小，缺点是构件容易发生相互干涉这种情况不太好。图1.5转斗油缸后置式反转六杆机构(5)正转四杆机构正转四杆机构见图1.6， 该机构结构最为简单，易于设计成铲斗举升平动；前悬较小。缺点是铲掘转斗时油缸小腔作用，输出力较小；连杆机构的传力比难以设计成较大值，所以铲掘力相对较小；转斗油缸行程较大，油缸结构较长；铲斗卸载时，活塞杆易与铲斗底部相碰，减小了卸载角；机构不易实现铲斗自动放平。图1.6正转四杆机构(6)正转五杆机构正转五杆机构见图1.7，为克服正转四杆机
19、构卸载时活塞杆易于斗底相碰的缺点，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正转五杆机构。其缺点正如正转四杆机构。图1.7正转五杆机构综上分析，正转五杆工作机构结构简便，有自身优点。能比较理想的满足铲、装、卸作业要求，所以它得到了广泛运用。所以在本次设计中，也将采用正转五连杆机构。2 铲运机工作装置分析2.1 铲斗的基本组成方式铲斗断面形状一般为“U”形，用钢板焊接而成，常见的铲斗结构如图1-3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2.2铲斗类型图铲斗由斗底、侧壁、斗刃及后壁等部分组成。如图2.3所示： 图2.3铲斗组成 (1)
20、斗体的形状铲斗的斗体基本可分成“浅底”和“深底”两种类型。在斗容量相同情况下，前者开口尺寸较大，斗底深度较小，即斗前壁较短，而后者则正好相反。浅底铲斗插入料堆的深度小，相应的插入阻力也小，容易装满，但运输行驶时容易撒料；由于前悬增大，影响车辆行驶平稳性。而深底铲斗则恰恰相反。根据设计要求，此铲运机工作装置主要进行定点或短距离铲运，所以选用浅底铲斗。斗体采用低碳、耐磨、高强度钢板焊接制成。(2)切削刃的形状根据装载物料的不同，切削刃有直线型见图2.2(a)和非直线型见图2.2(b)、2.2(c)、2.2(d)。前者形式简单，有利于铲平地面，但铲装阻力大。后者有V形和弧形等，插入阻力较小，容易插入
21、物料，并有利于减少偏载插入，但铲装系数小。根据设计任务书要求，此工作装置需进行插入铲装工作，所以选用V型切削刃。斗刃材质采用既耐磨又耐冲击的中锰合金钢材料。 (3)斗齿铲斗斗刃上可以有斗齿也可以没有斗齿，若斗刃上装有斗齿时，斗齿将先于切削刃插人料堆，由于它比压大（单位长度插入力大），所以比带齿的切削刃易于插入料堆，插人阻力能减小20%左右，特别是对料堆比较密实、大块较多的情况，效果尤为显著。斗齿结构分整体式和分体式两种，此铲斗的工作条件相对良好，所以不采用斗齿。(4)铲斗侧刃因为侧刃参与插入工作，为减小插入阻力，侧壁前刃应与应与斗前壁成锐角，弧线或折线侧刃铲斗的插入阻力比直线侧刃要小。为了不使
22、斗容减小太多，将侧壁刃口设计成折线。(5)斗底斗前壁与与斗后壁用圆弧连接，构成弧形斗底。为了使物料在斗中有很好的流动性，斗底圆弧半径不宜太小，前后壁夹角（铲斗开口角或张开角）不应小于物料与钢板的摩擦角的2倍，以免卡住大块物料。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。 (1)整体前卸式铲斗 图2.4所示的就是整体前卸式。它的突出优点就是结构简单，工作可靠，有效装载容积大，但需要较大的卸载角才能将物料卸净。图2.4整体前卸式铲斗卸载工况(2)侧卸式铲斗 侧卸式铲斗如整体式一样，可以往机器前方卸料。当如果需要往机器一侧卸料时，可以拔去一个侧销，通过转斗油缸
23、动作来卸料。这种铲斗因为没有恻板，插入阻力小，装载效率高，特别是在装载机用于填沟或在狭窄场地往侧旁的运输设备进行装载作业时，其优点就更加显著了。 (3)推卸式铲斗推卸式铲斗可以用来弥补整体式铲斗卸载高度的不足，在装载机其他尺寸参数相同的时候，能够显著地提高卸载高度和增加卸载距离。 (4)底卸式铲斗 底卸式铲斗是用动力打开斗底卸载，同推卸式铲斗一样可以提高卸载高度，但结构也比较复杂。2.3 铲斗的设计2.3.1 铲斗的断面形状和基本参数的确定(1)铲斗的断面形状 铲斗的断面形状由铲斗圆弧半径r、底壁长f、后壁高h和张开角Y四个参数确定，如图2.5所示。图2.5铲斗断面基本参数圆弧半径r越大，物料
24、进入铲斗的流动性越好，有利于减少物料进入斗内的阻力，卸料时干净而且快捷。但r过大，斗的开口较大时，不易装满，而且铲斗外形较高，将影响驾驶员观察铲斗斗刃的工作情况。后壁h是指铲斗上缘至圆弧与后壁切点间的距离。 底壁长是指斗底壁的直线段长度。长则铲斗铲入料堆深度大，斗易装满但掘起力将由于力臂的增加而减小，插入的阻力也将随铲斗铲入料堆的深度而急剧增加。长亦会减小卸载高度。短则掘起力大，且由于卸料时铲斗刃口降落的高度小，还呵减小动臂举升高度，缩短作业时问，但这会减小斗容。根据任务书要求以及老师建议可选择大些。铲斗张开角为铲斗后壁与底壁间的夹角，一般取。适当减小张开角并使斗底壁对地面有一定斜度可减小插入
25、料堆时的阻力，提高铲斗的装满程度。 铲斗的宽度应大于两前轮外侧间的宽度，每侧要宽出50lOOmm。如铲斗宽度小于两轮外侧间的宽度，则铲斗铲取物料后所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。 (2)铲斗基本参数的确定 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之间的距离）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2.6）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。铲斗的回转半径尺寸可按下式计算。图2.6 铲斗参考尺寸 （1.1）式中 Vr-铲斗的额定容量，m Bo_铲斗的内侧宽
26、度，m; g一铲斗的斗底长度系数，g=1.401.53;z-后壁的长度系数，z =1.11.2；k一挡板的高度系数,k= 0.120.14；r一圆弧的半径系数,r= r/R=0.350.4；-张开角，为；1-挡板与后壁间的夹角，选择l时应使侧壁切削刃与挡板的夹角为在设计当中，铲斗的额定容量由设计任务书给出=1m。铲斗的内侧宽度=b+b+(0.1 0.2)-2a (m) (1.2)式中 b-装载机轮距，m; b一轮胎宽度，m; a-铲斗侧壁切削刃厚度，m。查阅资料，得b=986mm，bW =236mm，a=10mm，关于(0.10.2)，取0.128。代入式（1.2）得B0=1330mm设计参数
27、的选择，借助经验获取，g =1.5，z =1.15，r =0.35，= 。通过上述参数的选择，带入(1.1)式中，得到R=0.948m。(3)铲斗截面各边尺寸计算斗底长度：Lg= R=0.9481.5 =1.423m. (1.3)斗后壁长度：Lz=R =0.9481.15=1.09m. (1.4)斗底圆弧半径：r=R =0.9480.35=0.332m. (1.5)2.3.2 铲斗容量计算与误差判断铲斗容量是装载机的总体参数之一，铲斗的斗容量已经系列化，其计算也以标准化。(1)铲斗容量计算 设计铲斗的额定容量： （m） (1.6)S-铲斗平装容量横截面，m；-挡板高度，m;b-铲斗开口长，m;
28、 c-堆积高度，m。(2)铲斗平装容量横截面S的计算.图2.7铲斗截面计算计算式为 S=S1+S2+S3+S4 (1.7)式中 S1-扇形AGFO的面积，m; S2-直角三角形GFN，m; S3-直角三角形GAC，m; S4-角形CGN，m;由图2.7知： S1= =0.144m S2=0.085m S3=0.129m S4=0.260m综上所得： S=0.618m(3)铲斗开口长b和堆积高度c的计算铲斗开口长b的计算： b=CN=1.011m堆积高度c的计算： 物料堆积高度c由作图法确定（见图2-7）。在铲斗内堆积物料的四边坡度均为1:2，即MP：CP=1：2由料堆尖端M点作直线MP与CN垂
29、直,此交点P与料堆尖端之间的距离即为物料堆积高度c。 c=b/4=0.253m对于不装挡板的铲斗： (1.8)铲斗容量计算代入(1.8)式中，=0.945m。(4)铲斗的容量误差判断 若满足 -计算斗容量 一计算给定的允许斗容量误差，根据设计要求为0.1立方米 则 =1-0.945=0.1 所以所设计的铲斗容量符合设计要求。(5)铲斗上下铰接点位置的确定 铲斗的下铰接点即与动臂的连接铰接点。当铲斗在铲掘位置时，应尽量使该点靠近切削刃与地面。下铰接点靠近铲斗切削刃，则转斗时力臂小，有利子增加作用在斗刃上的掘起力。下铰接点靠近地面，可减少在作业时的铲入阻力。下铰接点距斗底高度h= (0.150.3
30、)R，取h=0.322m。 铲斗的上铰接点即铲斗与拉杆或连杆的连接铰点。上铰接点与下铰接点的距离（称斗铰连线）不宜过大，否则将增加铲斗连杆机构的尺寸，给结构布置带来一定困难。2.4 动臂的设计 图2.81)动臂铰点位置的确定动臂铰点位置的确定，应在总体参数已经确定后，以及铲斗主要尺寸已经确定后之后进行。动臂与铲斗连接点亦称下铰点，其下限位置应该保证铲斗正常工作位置和下挖位置以及铲斗在运输位置，仍与轮胎保持有一定间隙为准，而且下铰点与地面应有250300mm离地间隙。其上限位置应保证铲斗最大卸载高度、卸载角度及最小的卸载距离。其具体位置可用作图的方法来确定它，根据铲斗形状、几何尺寸及铲斗与地面应
31、保持的角度a可以确定下铰点的下线位置，然后将铲斗转至运输位置并留出一定间隙，绘出轮胎位置，再根据最大卸载高度的要求最小卸载距离和卸载角度的要求，可以确定下铰点的上限位置。A点的前后位置将影响动臂的长度L、动臂的回转角、A点与前轮中心的距离La，La增大则动臂长而转角减小，且适当缩小动臂距离，不容易倾翻，提高了铲运机在铲斗的稳定性。动臂的横向布置，则应根据轮距、动臂本身的结构、转斗油缸的尺寸以及司机视线要求来确定，但动臂与轮胎之间必须有一定间隙以保证安全工作。 2)动臂长度的确定 动臂的铰点位置确定后，按上图图解法和公式就可求出。 3)动臂的形状和结构 动臂的形状按其纵向中心线形状可分为直线型和
32、曲线形两种。直线型动臂结构简单，制造容易，而且受力情况较好，通常正转式连杆工作装置多采用这种形式；曲线形动臂一般采用反转式连杆工作装置，这种形式的动臂可使反转式连杆工作装置布置更为合理。我选直线型。2.5 连杆的设计 尽量满足要求： (1)传动性 为了保证工作机构传动性能良好，防止机构锁死，要求机构运动过程中各传动角在大于小于。 (2)平动性和卸料性分析 平动性：动臂提升过程中为避免铲斗中的物料撒落，要求铲斗近似平动。卸料性：保证能卸净铲斗中的物料，在转斗液压缸的作用下，应保证铲斗的卸料角大于。 (4)铲斗自动放平性 使铲斗在最高处下落到插入状态时，这中间使转斗油缸长度不变，测量铲斗地面与水平
33、间夹角的变化，即可得到铲斗自动放平性。 (5)力的传递性 为保证连杆具有较高的力传递效率，应尽量使杆件之间力的作用方向与铰接点运动方向的夹角，即压力角不要太大，已使有效分力尽量大一些。(6)不干涉性 连杆机构在作业过程中无运动干涉。2.6 铲运机工作装置动臂各铰接点位置的确定 图2. 9铲运机的三个铰接点设计图(1)确定动臂与铲斗的铰接点G 由于G点的x坐标值越小，转斗崛起力就越大，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，但缩小了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
34、计时，一般根据坐标图上工况I时的铲斗实际情况，在保证G点y轴的坐标值y。=270370mm和x轴坐标值尽可能小的而且不与斗底干涉的前提下，我取G点的坐标为(1260，360)。(2)确定动臂与机架的铰接点A以G点为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗口00与X轴平行为止，即工况II。以G为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与X轴平行，即得到铲斗最高位置图，即工况，连接G G并作垂直平分线。因为G和G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GG的垂直平分线上，且根据已选定轮胎的工作半径，将A点取在前轮右上方，与前轮轴心水平距离为轴距的1/31/2处。A点的位置尽可能的低一点，有利于整机
35、工作的稳定性。根据上述要求,我选定A（2397.0，1105.0）。2.7 确定摇臂与铲斗的铰接点F1）确定F点:设计F点时考虑以下两点：铲斗的崛起力 铲斗与摇臂的转角比。显然GF长度越大，铲斗掘起力越大，但加长GF段必将减小铲斗与摇臂的转角比，造成铲斗转角难以满足各个工况时的要求并且使转斗油缸过长。因此初步设计时，取GF0.3AG,得出GF=396mm.取GF与RO夹角通过作图法，取工况时，铲斗斗底壁与地面夹角，因为已经确定G点，所以以G为圆心，GF为半径坐圆弧，再做与RO成的直线，则直线与圆弧交点即为工况时的F点。2）确定转斗油缸与机架铰接点D:设计D点时，主要考虑：在举升过程中，铲斗满足
36、平动要求。所以思路如下：由已选定的连杆机构尺寸，利用CAD画出工况时将铲斗拉平，即后倾角时F点位置，将动臂由最低至最高点时转角分成若干等分，提升动臂到不同角度，并保持铲斗平移行。以此绘出GF点相应位置G1F1、G2F2、GiFi并使他们相互平行，这样可以得到F点的各个位置，连接F各点得一曲线，做该曲线的外包弧N,则N的圆心即为D点。具体做法如下图：图2-10考虑到：工况时，应使GF与DF近于垂直，这样可获得较大传动角和倍力系数。工况时，EF与GF两杆的夹角必须小于170度，即传动角不能小于10度，避免机构运动时发生自锁工况时，AG与GF杆的传动角也必须大于10度。综合上述各要素，取合适的D点最
37、终通过CAD作图，我选定，这样就初步确定了D点。3）确定摇臂长度及转斗油缸行程。工况时，使FCDF,即可。我取FC=360mm,这样摇臂长度也可确定。如图（2-10）圆弧N的半径DFi-FC即为转斗油缸的最小长度,再通过作图确定转都油缸最大尺寸R，R-即为转斗油缸行程。2.8 动臂举升油缸与动臂和车架铰接点H及M点的确定 动臂举升油缸的布置应本着举臂时工作力矩大、油缸稳定性好、构件互不干扰、整机稳定性好等原则来确定。综台考虑这些因素，一般动臂举升油缸都布置在前桥与前后车架的铰接点之间的狭窄空间里。 如图4-11所示，一般动臂举升油缸与动臂的铰接点H选定在AG连线附近或上方，并取AHAG/3。A
38、H不可能取得太大，它还受到油缸行程的限制。考虑到联合铲装（边插入边举臂）工况的需要，在满足动臂举升油缸与车架铰接点M最小离地高度要求前提下，令工况I时AH与MH趋于垂直。这是因为铲斗开始从料堆中提升时阻力矩最大，这样设计，可获得较大的初始举升工作力矩。 图2-11 动臂举升油缸两端铰点设计图M点往前桥方向靠是比较有利的。这样做，可使动臂举升油缸在动臂整个举升过程中，举升工作力臂大小的变化较小，即工作力矩变化不大，避免铲斗举升到最高位置时的举升力不足，因为此时工作力臂往往较小或最小。但是，采用底部铰接式油缸时，要使M点前移是比较困难的，它受前桥限制，支座布置也较麻烦。如图4-lla所示，为克服M
39、点前移的困难，可采取M点上移（即加大hM）和H点向G点方向前穆的办法，使动臂举升油缸几乎呈水平状态。计算证明，这样布置也能得到较好的举升特性。美国卡特皮勒公司的966D轮胎式装载机即是这种设计。为了得到较好的举升工作力臂变化特性曲线，以适应举升过程中阻力矩的变化和合理地选定动臂举升油缸的功率，采用中间铰接式油缸是比较理想的，如图4-11b所示这个结论是显而易见的，因为由图2-11可知，两种结构的油缸的最小工作力臂均出现在铲斗被举升到最高位置时，但图a中AHM小于图b中的AHM，并且都为锐角，而力臂大小为AH sin（AHM）。所以，在相同条件下，中间铰接式油缸的最小输出力矩要比底部铰接式油缸的
40、最小输出力矩为大。必须注意，油缸的行程不宜太大，而且油缸的最小长度（活塞杆完全缩回时的长度，即安装长度）一定要符合设计规范，如果太短，将无法设计出满足行程要求的油缸来。考虑到油缸的工作稳定性，初步设计时，可取油缸最大长度（活塞杆全部伸出时）和最小长度之比1.6。根据上述要求，通过CAD作图我选定M(2479.0,255.0) 经过上述各步作图，整个工作装置连杆机构的尺寸参数即设计完毕，但最后还必须进一步检验一下铲斗举升平动的质量，因为上述方法只保证铲斗在工况和工况时的转角相等，而工况至工况之间各瞬时位置的转角就不一定和工况都一样了，为此，可在和工况之间任选1-2个位置，画出已定的机构简图，然后
41、检验铲斗的转角，如果相对工况的铲斗转角差小于或等于10。，则设计合理，否则，还要修改有关尺寸，重复前述各步，直到满意为止。实践证明，只要保证、工况为平动，则其间各位置铲斗转角变化不会超过10度。动臂举升油缸的布置应本着举臂时工作力矩大、油缸稳定性好、构件互不干扰、整机稳定性好等原则来确定。综台考虑这些因素，一般动臂举升油缸都布置在前桥与前后车架的铰接点之间的狭窄空间里。根据铲斗形状、几何尺寸及铲斗与地面应保持的角度a可以确定下铰点的下线位置，然后将铲斗转至运输位置并留出一定间隙，绘出轮胎位置，再根据最大卸载高度的要求最小卸载距离和卸载角度的要求，可以确定下铰点的上限位置。综上所得：铲运机工作装
42、置各部分参数如下表表2.1铲运机工作装置各部分参数序号物理量单位最终计算结果1小摇臂长度mm3602动臂长度mm13713铲斗两铰点距离mm3954铲斗宽度mm13505容量m16车轮直径mm10502.9 工作装置连杆机构的运动学与动力学分析正转五杆工作装置连杆机构的运动学和动力学参数都与铰接点的坐标有关，都是坐标变量的函数。当连杆机构各铰接点的坐标值一旦确定，这些参数都可以通过计算求得。主要参数有下面几个，通过计算可评估连杆机构的设计质量，并为修改提供依据。1）铲斗对地位置角如图4-12所示，铲斗举升过程中舶各瞬时对地面的倾角，即铲斗对地位置角，可用CF与地面的夹角a，来表示，由于在举升时候铲斗作复合运动，所以可用如下合成方法来求：图2-12铲斗位置角计算图在图（2-12）中，假如开始位置是状态2时，建立XOY的直角坐标系，在G点设立一个跟着动臂同时转动的动坐标系XOY，计算如下： (2-2)式中 -GF杆与动坐标系X轴的夹角（方向角）； -动臂AG举升时，在固定坐标系XOY中转过
