装载机铲斗运动机构设计-毕业设计论文

河南理工大学毕业设计论文（说明书）装载机铲斗运动机构设计摘要装载机，是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。本文以TZ08D型装载机为例,先介绍了TZ08D装载机工作装置结构，利用AUTOCAD2007对装载机工作装置进行初步设计，然后利用Pro／E软件进行装载机工作装置的三维实体设计，以真实地反映装载机的几何形状进而反映出各部件空间位置，有效地反映装载机真实结构，提供直观形象的实体图形，为进一步动态仿真和有限元分析做准备。最后利用材料力学对工作装置进行校核。关键词：装载机，Pro/ENGINEER，虚拟装配ABSTRACTWheelloaderisonemachineextensivelyusedforhighway,railroad,construct,waterelectricity,port,mineralmountainetcandmainlyusedforaspadetopacksoil,freestone,lime,coal...etc.tospreadaformmaterial.Itcanalsomakealightdegreespadetodighomeworktothemineralstone,hardsoiletc.WiththeTZ08Dwheelloaderforaexample,thistextfirstlyintroduceitsstructureandgivepreliminarydesigningwiththehelpofAUTOCAD2007,thenaskingforhelpofPro/Esoftwaretocarryonloadingmachineworkdeviceof3Dentitydesignforreallyreflectingloadingmachineofseveraltheshapethenreflectstheirpositionofeachpartseffectivelyandintroduceitsinstructiontoresolveaproblemintime.Finally,usingthematerialmechanicstocheckworkdevice.Keywords:Wheelloader，Pro/Engineer，virtualassembly

目录装载机铲斗运动机构设计 I摘要 IABSTRACT I目录 II第一章绪论 11.1装载机简介 11.1.1装载机的发展 11.1.2装载机的发展趋势 31.1.3装载机分类 41.1.4装载的选用原则 61.2本课题研究目的和意义 7第二章装载机铲斗运动机构 72.1装载机铲斗运动机构的结构形式和布置 72.2装载机铲斗运动机构的工况及设计要求 82.2.1装载机铲斗运动机构的工况 82.2.2装载机铲斗运动机构设计要求 92.3TZ08D装载机铲斗运动机构结构概况和设计参数 92.4铲斗的设计 112.4.1铲斗的结构和种类 112.4.2铲斗回转半径的计算 142.4.3铲斗截面各边尺寸计算 152.4.4铲斗上下铰接点位置的确定 152.5工作装置连杆机构的设计 152.5.1连杆机构的分类 152.5.2图解法设计连杆机构尺寸参数 192.5.3工作装置连杆机构系统运动分析 242.6液压油缸设计计算 252.6.1液压缸主要尺寸的计算 252.6.2液压缸性能参数的计算 262.7铲斗静力学计算 272.8连杆的强度校核 302.9动臂的强度校核 312.9.1计算载荷工况 312.9.2建立动臂强度分析力学模型 322.9.3动臂的校核计算 33第三章装载机铲斗运动机构三维模型建立 363.1标准件的建立 363.2零件三维模型的建立 363.3铲斗运动机构装配模型的建立 39总结 41致谢 42参考文献 43第一章绪论1.1装载机简介装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施式机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，同时也成为工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一。1.1.1装载机的发展我国现代轮式装载机起始于20世纪60年代中期的Z435型。该机为整体机架、后桥转向。经过几年的努力，在吸收当时世界最先进的轮式装载机技术的基础上，开发成功了功率为162KW的铲接式轮式装载机，定型为Z450(即后来的ZL50)，并于1971年12月18日正式通过专家鉴定。就这样诞生了我国第一台铰接式轮式装载机，从而开创了我国装载机行业形成与发展的历史。Z450型装载机具有液力机械传动、动力换挡、双桥驱动、液压操纵、铰接式动力转向、气推油加力制动等现代轮式装载机的基本结构，为当时世界先进水平。也基本上代表了我国第一代轮式装载的基本结构。该机在总体性能方面具有动力性好，插入力有掘起力大、机动灵活、操纵轻便、作业效率高等一系列优点。1978年，天工所根据机械部的要求，制订出以柳工Z450为基型的我国轮式装载机系列标准。制订标准时，保留用Z代表装载机，用L取代“4”代表轮式，改Z450为ZL50，就这样制订出了以柳工ZL50型为基型的我国ZL轮式装载机系列标准，这是我国装载机发展鸣上的重大转折点。该标准制订出来后按当时的行业分工，柳工、厦工制造ZL40以上的大中型轮式装载机，成工、宜工制造ZL30以下的中小型轮式装载机，逐步形成了柳工、厦工、成工和宜工当时的装载机四大骨干企业。到70年代末、80年代初我国装载机制造企业已增加至20多家，初步形成了我国装载机行业。到目前为止，我国轮式装载机已经发展到了第三代，但最基本的结构仍然是由Z450(ZL50)演变而来。第二代变化不很大，第三代变化稍大一些。2001年我国装载机全行业总销售量已突破3万台，居世界装载机市场的前列。因此，目前我国已经成了世界上装载机产销大国。2006年中国装载机行业全行业总销售量为129,793台，比2005年的112,527台，增长了15.3%，净增了17266台，其净增量超过了中国装载机行业“八五”以前任何一年的总销售量，可以说2006年中国装载机行业又是一个红红火火的丰收年。2007年1-11月，装载机26家主要企业累计销量为143794台，同比（109397台）增加34397台，增幅为31.4％；累计出口为8606台，占累计销量的6.0％，同比（3234台）增加5372台，增幅达166.1％。2008年，我国装载机行业增速不减，1-7月，全国装载机累计销量为12.0449万台，同比增幅达30.5%。中国装载机工业在发展的同时，一些问题也日益显露出来。特别是行业进入门槛极低，价格恶性竞争导致企业盈利能力低下，营销理念缺失，市场难以拓展，产品质量及可靠性差，此外，产品及组织结构老化以及服务升级增加的成本难以消化等因素严重等制约了行业的进一步发展和品质的提高。因此，中国装载机企业必须抓住新的发展形势，在产品研发上体现差异化战略和成本领先战略，继续加强行业以企业国家级技术中心和高校及科研院所为主体的科研开发体系建设，打造价值链营销，加强品牌建设，提升品牌价值，只有这样才能在新形势下立于不败之地。中国最大轮式装载机是徐工LW1200K。图1-1徐工LW1200K2010年11月23日，在baumachina2010展会隆重举办之际，徐工科技震撼推出国内最大吨位装载机——LW1200K，并当场销售，在二十一世纪第二个十年到来之际，引领中国装载机产品技术发展进入新时代。1.1.2装载机的发展趋势（1）国外发展趋势：1）注重提高机器的操纵性及舒适性，减轻司机的操作强度，提高劳动生产率2）小型机械向全液压化及多功能化方向发展3）广泛采用计算机控制技术4）重视环保及安全性5）外形设计更加美观，表面质量更趋完美（2）国内轮式装载机发展趋势国产轮式装载机正在从低水平、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，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。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)根据各生产厂家的实际情况，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，使整机可靠性得到大步提高。3)细化系统结构。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、工业造型设计等。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。5)提高安全性、舒适性。驾驶室逐步具备FOPS＆ROPS功能，驾驶室内环境将向汽车方向靠拢，方向盘、座椅、各操纵手柄都能调节，使操作者处于最佳位置工作。6)降低噪声和排放，强化环保指标。随着人们环保意识的增强，降低装载机噪声和排放的工作已迫在眉捷，现在许多大城市已经制定机动车的噪声和排放标准，工程建设机械若不符合排放标准，将要限制在该地区的销售。7)广泛利用新材料、新工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品的寿命和可靠性。8)最大限度地简化维修尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提供司机排除问题的方法。1.1.3装载机分类总的来说，常用的单斗装载机，按行走装置，发动机功率，传动形式，行走系结构，装载方式的不同进行分类。

（1）、行走装置的不同：

装载机分为轮胎式和履带式两种。轮胎式装开机由动力装置、车架、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统、液压系统和工作装置等组成，其结构简单图如图1-1所示。轮胎式装载机采用柴油机为动力装置，液力变矩、动力换档变速箱、双桥驱动等组成的液力机械式传动系统（小型轮胎式装载机有的采用液压传动或机械传动），液压操纵，铰接式车架转向，反转杆机构的工作装置。履带式装载机以专用底盘或工业拖拉机为基础车，装上工作装置并配装相就原操纵系统而构成，如图1-2所示。履带式装载机的动力装置也是柴油机，机械式传动系统则采用液压助力湿式离合器或湿式双向液压操纵转向离合器和正转连杆机构的工作装置。图1-1轮胎式装载机图1-2履带式装载机1-行走机构；2-发动机；3-动臂；4-铲斗；5-转斗油缸；6-动臂油缸；7-驾驶室；8-燃油箱（2）、发动机功率：

①功率小于74kw为小型装载机。

②功率在74～147kw为中型装载机。

③功率在147～515kw为大型装载机。

④功率大于515kw为特大型装载机。

（3）、传动形式：

①液力—机械传动，冲击振动小，传动件寿命长，操纵方便，车速与外载间可自动调节，一般在中大型装载机多采用；

②液力传动：可无级调速、操纵间便，但启动性较差，一般仅在小型装载机上采用；

③电力传动：无级调速、工作可靠、维修简单、费用较高，一般在大型装载机上采用。

（4）、行走结构：

①轮胎式：质量轻、速度快、机动灵活、效率高、不易损坏路面、接地比压大、通过性差、但被广泛应用；

②履带式：接地比压小，通过性好、重心低、稳定性好、附着力强、牵引力大、比切入力大、速度低、灵活性相对差、成本高、行走时易损坏路面。

（5）、装卸方式：

①前卸式：结构简单、工作可靠、视野好，适合于各种作业场地，应用较广；②回转式：工作装置安装在可回转360O的转台上，侧面卸载不需要调头、作业效率高、但结构复杂、质量大、成本高、侧面稳性较差，适用于较侠小的场地。

③后卸式：前端装、后端卸、作业效率高、作业的安全性欠好。装载机的型号表示方法见表1-1。表1-1装载机的型号表示方法组型代号代号含义主参数名称单位表示法装载机Z（装）履带式Z履带式装载机装载能力t轮胎式L（轮）ZL轮胎式装载机1.1.4装载的选用原则（1）机型的选择：主要依据作业场合和用途进行选择和确定。一般在采石场和软基地进行作业，多选用履带式装载机；（2）动力的选择：一般多采用工程机械用柴油发动机，在特殊地域作业，如海拔高于3000m的地方，应采用特殊的高原型柴油发动机；（3）传动型式的选择：一般选用液力—机械传动。其中关键部位是变矩器形式的选择。目前中国生产的装载机多选用双涡轮、单级两相液力度矩器。（4）在选用装载机时，还要充分考虑装载机的制动性能，包括多个在制动、停车制动和紧急制动三种。制动器有蹄式、钳盘式和湿式多片式三种。制动器的驱动机构一般采用加力装置，其动力源有压缩空气，气顶油和液压式三种。目前常用的是气顶油制动系统，一般采用双回路制动系统，以提高行驶的安全性。1.2本课题研究目的和意义本课题以TZ08D装载机为实例，结合现代计算机技术，利用CAD软件进行基础设计，然后利用PRO/E软件建立装载机铲斗运动机构模型。由于装载机本身是一个复杂的系统，外界载荷的作用复杂，加上人—车—环境的相互作用，给运动机构的分析研究带来了很大困难。所以本课题也是在建立一个合理的装载机分析模型方面的一个探索。作为正在进行毕业设计的本科生来说，研究次课题的意义主要有：（1）掌握机械装备工程设计的一般方法及一般规律。能够综合运用机械设计、机械制造等基础知识解决工程实际问题。（2）掌握并灵活运用CAD设计、PROE三维设计等先进设计方法，使学生获得工程设计和科学研究的初步训练。（3）培养学生综合运用理论知识去分析问题和解决实际问题；培养学生探求真理的创新精神和创造能力。（4）通过此次课题研究将四年所学验证、融合，为毕业生步入工作岗位打下坚实基础。第二章装载机铲斗运动机构2.1装载机铲斗运动机构的结构形式和布置铲斗运动机构是装载机的重要组成部分。装载机的铲装、翻斗、提升以及卸料都是通过该机构的有关运动来实现。在一般情况下，由铲斗、动臂、动臂后座、叉子挂接框以及转斗油缸和动臂油缸等组成。铲斗是装载物料的容器，具有两个铰点，一个与动臂铰接，另一个通过叉子挂接框而与转斗油缸连接，操纵转斗油缸即可使铲斗翻转或卸料。动臂与车架铰接，操纵动臂油缸即可举升或降落动臂和铲斗。2.2装载机铲斗运动机构的工况及设计要求2.2.1装载机铲斗运动机构的工况铲斗运动机构的作业过程通常由以下5种典型工况组成，如下图所示，图2-1装载机工作装置典型作业工况=1\*ROMANI-地面插入工况=2\*ROMANII-下限收斗工况=3\*ROMANIII-重载运输工况=4\*ROMANIV-上限举升工况V-上限卸料工况(1)地面插入工况I动臂下放至下限位置，铲斗插入地面，斗尖触地，开动装载机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆。此时，UG=UG4,U=Ui=-5°～0°(通常取其上限值)。(2)下限收斗工况II完成工况I以后，转动铲斗，铲取物料，操作转斗缸实现收斗作业过程。UG=UG4,U=U2=40°～45°(一般由用户确定)。(3)重载运输工况III转斗缸闭锁，举升动臂，将工况II的铲斗升高到适当的运输位置(以斗底离地的高度小于最小允许距离为准)，然后驱动装载机，载重驶向卸料点。UG=UG7,U=U运输。(4)上限举升工况IV保持转斗缸长度不便，操作举升缸，将动臂升至上限位置。此时，UG=UG6,U=U上收(5)上限卸料工况V在上限收斗工况IV下，操作转斗缸翻转铲斗，向运输车辆或固定料仓卸料。UG=UG6,U=U3=-45°。卸载结束后，操作举升缸下放动臂，实现铲斗自动放平，再次进入地面插入工况，并进行下一循环作业过程。2.2.2装载机铲斗运动机构设计要求各类装载机工作装置的设计都应满足如下基本要求:(1)生产率高;(2)插入和铲取能力大、能耗小；(3)结构和工作尺寸适应生产条件需要；(4)零部件受力状态良好，强度和寿命合理；(5)结构简单、紧凑，制造、维修容易，操作、使用方便；轮式装载机除满足上述5条基本要求外，还应由下列特点和要求：(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)工作装置连杆机构能产生较大的插入和掘起力，功耗低，零部件受力状态良好。(3)铲斗由工况II被举升到上限卸料位置的过程中，为避免物料散落，要求铲斗作“平移运动”。绝对要求铲斗举升过程中的平动是很困难的，它将给设计工作带来诸多麻烦，并将急剧降低工作装置的其他性能。从不易撒落这一目的出发，要求绝对平动并无必要，只要把铲斗举升时的倾角变化量限制在某一许可范围之内即可。(4)保证必要的卸料角、卸料高度和卸料距离。要求铲斗在工况II至上限位置之间都能干净地卸料。为此，铲斗瞬时地卸料角均须大于或等于45°。铲斗在上限位置卸料时，最大卸载高度和最小卸载距离，必须与配套的载货汽车车厢尺寸相适应。(5)铲斗自动放平。他对定点高度卸料很有意义，因为汽车就在装载机近旁，若卸料后，下放动臂的同时，装载机驶向装载点。当到达装载点时，铲斗正好呈开始插入状态，即可开始新的装、运、卸工作循环。如此，能省去两次操作。既能提高装载工作效率，又可减轻司机的劳动强度。(6)装载机工作装置属于连杆机构，设计时要个别注意防止各个工况出现构件相互干涉、“死点”、“自锁”或“机构撕裂”等现象。(7)应尽量减小工作装置的前悬、长度和高度，以提高装载机的稳定性和司机的视野。2.3TZ08D装载机铲斗运动机构结构概况和设计参数图2-2TZ08D装载机铲斗运动机构实体效果图如图所示，工作装置由铲斗、叉子挂接框、动臂、横梁、支撑杆、拉杆、动臂后座等组成。各构件之间由销轴联接，有相对转动。在计算时，可以将其视为一体。对其做有限元静力分析中，认为工作装置各铰接处没有相对转动。动臂是工作装置的主要受力部件，其截面形状为矩形；又因其长、宽方向远大于厚度方向，故可以用板壳元对动臂进行离散。横梁也为矩形管。后座和叉子挂接框是焊接结构，其焊接板的截面均为矩形。考虑各构件的厚度远小于其它两个方向的厚度，可以认为均为板类零件。图2-3TZ08D装载机外形图TZ08D装载机设计参数依照山东双佳弄装科技有限公司产品参数为准，具体如下：表2-1TZ08D装载机参数型号TZ08D配套拖拉机FT604/704A最高位置铲斗销高度（mm）3100C最大卸载高度（mm）2300D卸载距离（mm）1140E卸料角度（°）45F铲斗到前轮中心距离(mm)2320G掘起角（°）34H挖掘深度（mm）140斗宽（mm）1652斗容（m3）0.432.4铲斗的设计铲斗是装载机铲装物料的重要工具，是一个焊接件。2.4.1铲斗的结构和种类（1）轮式装载机的铲斗断面形状一般为“U”形，用钢板焊接而成，常见的铲斗结构如图2-4所示。图2-4常见的铲斗结构铲斗由斗底、侧壁、斗刃及后壁等部分组成。如图2-5所示。图2-5轮式装载机铲斗结构1)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，此装载机工作装置主要进行定点或短距离装载，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2-4(a)]和非直线型[见图2-4(b)、2-4(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，此工作装置需进行铲平工作，且工作条件相对良好，所以选用直线型切削刃。斗刃材质采用既耐磨又耐冲击的中锰合金钢材料．侧削刃和加强角板都用高强度耐磨钢材料制成。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)，所以比不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，此铲斗的斗齿工作条件相对良好，磨损较轻，所以采用用高锰钢制成的整体式，直接焊接固定在铲斗斗刃上。斗齿的形状和间距对切削阻力是有影响的。一般中型装载机铲斗的斗齿间距为250至300毫米之间。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）铲斗的种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。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，通过转斗油缸动作来卸料。这种铲斗因为没有侧板，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。同整体前卸式铲斗相比，推卸式铲斗的结构复杂一些，且需另用动力推卸。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。综上所得，根据本次设计任务的要求，装载机工作装置要求结构简单，并且考虑到产品成本与经济实用性。因此，我采用了整体前卸式铲斗。2.4.2铲斗回转半径的计算设计时，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QUOTE（m）(2-1)式中Vr—铲斗的额定容量，m³；QUOTE—铲斗的内侧宽度，m；λg—铲斗的斗底长度系数，λg=1.40～1.53；λz—后壁的长度系数，λz=1.1～1.2；λk—挡板的高度系数，λk=0.120.14；λr—圆弧的半径系数，λr=QUOTE=0.35～0.4；γ—张开角,为45°～52°；γ1—挡板与后壁间的夹角，选择γ1时应使侧壁切削刃与挡板的夹角为90°。在设计当中，铲斗的额定容量由表2-1给出Vr=0.43m³，铲斗的宽度QUOTE=1.6m。设计参数的选择，由经验获取，λg=1.5，λz=1.15，λk=0.13，λr=0.4，γ=48°，γ1=13°。通过上述参数的选择，带入(2-1)式中，得到R=0.49m。2.4.3铲斗截面各边尺寸计算斗底长度：Lg=Rλg=0.49×1.5=0.735m斗后壁长度：Lz=Rλz=0.49×1.15=0.564m挡板高度：Lk=Rλk=0.49×0.13=0.065m斗底圆弧半径：r=Rλr=0.49×0.4=0.196m2.4.4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，有利于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=(0.06～0.12)R。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。2.5工作装置连杆机构的设计装载机工作时，连杆机构应保证铲斗的运动接近平移，以免都内物料撒落。通常要求铲斗在动臂的整个过程中（此时铲斗液压缸闭锁）角度变化不超过15°。动臂无论在任何位置卸料（此时动臂液压缸闭锁），铲斗的卸料角度不小于45°。此外，连杆机构还应具有良好的动力传递性能，在运转中不与其他机件发生干涉，使驾驶员视野良好，并且有足够的强度和刚度。2.5.1连杆机构的分类连杆机构的类型，按摇臂转向与铲斗转向是否相同，分为正转连杆机构和反转连杆机构，摇臂转向与铲斗转向相同时为正转连杆机构，相反时为反转连杆机构。按工作机构的构件不同，可分为四杆式、五杆式、六杆式和八杆式等。反转连杆机构的铲起力特性适合于铲装地面以上的物料，但不利于地面以下的铲掘。由于其结构简单，特别是对于轮式底牌容易布置，因此广泛应用于轮式装载机。正转连杆机构的铲起力特性适合于地面以下的铲掘，对于履带式底盘容易布置，一般用于履带式装载机。（1）正转八杆机构如图2-7所示为正转八杆机构，正转八杆机构在油缸大腔进油时转斗铲取，所以铲掘力较大；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，因而驾驶员视野得到改善，缺点是机构结构较复杂，铲斗自动放平性较差。图2-7正转八杆机构（2）六杆机构六杆机构工作装置是目前装载机上应用较为广泛的一种结构形式，常见的有以下几种结构形式。转斗油缸前置式正转六杆机构如图2-8所示。转斗油缸前置式正转六杆机构的转斗油缸与铲斗和摇臂直接连接，易于设计成两个平行的四连杆机构，它可使铲斗具有很好的平动性能。同八杆机构相比，结构简单，驾驶员视野较好。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；由于转斗缸前置，使得工作装置的整体重心外移，增大了工作装置的前悬量，影响整机的稳定性和行驶时的平移性，也不能实现铲斗的自动放平。图2-8转斗缸前置式正转六杆机构转斗油缸后置式正转六杆机构如图2-9所示。转斗油缸布置在动臂上方，与转斗油缸前置式相比，机构前悬较小，传动比较大，活塞行程较短；有可能将动臂、转斗油缸、摇臂和连杆机构设计在同一平面内，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，影响了驾驶员的视野，转斗时油缸小腔进油，铲掘力相对较小；为了增大铲掘力，需提高液压系统压力或加大铲斗油缸直径，这样质量会增大。图2-9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如图2-10所示。转斗油缸布置在动臂下方。在铲掘收斗作业时，以油缸大腔工作，故能产生较大的铲掘力。但组成工作装置的各构件不易布置在同一平面内，构件受力状态较差。图2-10转斗油缸后置式正转六杆机构转斗油缸后置式反转六杆机构如图2-11所示。转斗油缸后置式反转六杆机构有如下优点：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；恰当地选择各构件尺寸，不能能得到良好的铲斗平动性能，而且可以实现铲斗自动放平；结构十分紧凑，前悬小，驾驶员视野好。缺点是摇臂和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄空间，各构件间易于发生干涉。2-11转斗油缸后置式反转六杆机构转斗油缸前置式反转六杆机构如图2-12所示，铲掘时靠小腔进油作用。这种机构现已很少采用。图2-12转斗油缸前置式反转六杆机构（3）正转丝杆机构正转四杆机构（如图2-13）是连杆机构中最简单的一种，它容易保证四杆机构实现铲斗举升平动，此机构前悬较小。缺点是转斗时油缸小腔进油，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，油缸尺寸大；此外，在卸载时活塞杆易于斗低相碰，所以卸载角小。为避免碰撞，需把斗底制造成凹形，这样既减小了斗容，又增加了制造难度，而且铲斗也不能实现自动放平。图2-13正转四杆机构（4）正转五杆机构为克服正转四杆机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为正转五杆机构，如图2-14所示。当铲斗反转铲取物料时，短连杆与活塞杆在油缸拉力和铲斗重力作业下成一直线，如同一杆；但铲斗卸载时，短连杆能相对活塞杆转动，避免了活塞杆与斗底相碰。此机构的其他缺点同正转四杆机构。图2-14正转五杆机构2.5.2图解法设计连杆机构尺寸参数图解法是在初步确定了最大卸载高度、卸载距离、最小卸载距离、卸载角、轮胎尺寸、铲斗到前轮中心距和铲斗几何尺寸等整机主要参数后进行的，通过在坐标图上确定工况Ⅱ时工作机构的铰接点的位置来实现的。(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，画铲斗工况简图。图2-15铲斗工况简图I如图2-15所示，选取直角坐标系xOy，并选定长度比例尺把已设计好的铲斗横截面图画在坐标系里，斗尖对准坐标原点O，斗前壁与x轴重合。此为铲斗插入料堆时的位置，即工况Ⅰ。结合图2-3和表2-1，对各参数进行计算。2）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，使崛起力下降。综合考虑各种因素的影响，设计时，一般根据坐标图上工况Ⅰ时的铲斗实际情况，在保证G点y轴的坐标值yG=0～100mm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(572，43)。3)确定动臂与机架的铰接点A=1\*GB3①1以G点为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗口与x轴平行为止，即工况Ⅱ。=2\*GB3②把已选定的轮胎外廓画在坐标图上。应使轮胎前缘与工况Ⅱ时的铲斗后壁的间隙尽量小些。轮胎中心Z的坐标值应等于轮胎的工作半径Rk.。（2-3）式中yz—Z点的y坐标值，mm；dw—轮辋直径，mm；bw—轮胎宽度，mm；H/bw—轮胎断面高度与宽度之比；λ—轮胎变形系数。查文献得，dw=635mm，bw=597mm，H/bw=1，λ=0.1。代入上式解得：y+z=855mm。=3\*GB3③根据给定的最大卸载高度=2300mm，最小卸载距离=1140mm，以及卸载角=45°，画出铲斗在最高位置卸载时的位置图，即工况Ⅳ，令此时斗尖为O4，G点位置为G1。=4\*GB3④以G1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Ⅲ。=5\*GB3⑤连接G并作垂直平分线。因为G和G1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，一般取在前轮右上方，与前轴心水平距离为轴距的1/3～1/2处。因此，我取A点坐标为(2718,1331)。4)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都有很大影响。根据分析与经验，一般取B点在AG连线的上方，过A点的水平线下方，并在AG的垂直平分线上，并在AG的垂直平分线上左侧靠近工况Ⅱ时的铲斗处。相对于前轮胎，B点在其外廓的左上部。通过作图，设计出B点坐标为(1269,1331)。(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，所以在确定F点和E点实际上是为了最终确定与铲斗相连的四杆机构GFEB的尺寸，如图2-16图2-16铲斗工况简图II确定F、E两点时，既要考虑对机构的要求，又要注意动力学的要求，同时，还要防止前述各种机构被破坏的现象。1）按双摇杆条件设计四杆机构令GF为最短杆，BG杆为最长杆，即必有GF+BG>FE+BE(2-4)如图2-8所示，若令，GF=a,FE=b,BE=c,BG=d,并将式(2-4)不等号两边同时除以d，经整理上式得下式，即（2-5）其中d值由BG确定，即d=1464mm。初步设计时，(2-5)式中各值可按式(2-6)中选取。K=0.950～0.995a=(0.3～0.5)d（2-6）c=(0.4～0.8)d所以得K=0.970，a=586mm，c=952mm,b=500mm。2）确定E点和F点的位置这两点位置的确定要综合考虑如下四点要求：=1\*GB3①E点不可与前桥相碰，并且有足够的最小离地高度；=2\*GB3②插入工况时，使EF杆尽量与GF杆垂直，这样可获得较大的传动比角和倍力系数；=3\*GB3③铲装工况时，EF与GF杆的夹角必须小于170°，即传动角不能小于10°，以免机构运动时发生自锁；=4\*GB3④高位卸载工况时，EF杆与GF杆的传动角也必须大于10°。2-17图铲斗工况简图III具体做法如下：如图2-17所示，铲斗取工况Ⅰ。分别以B点和G点为圆心，以c和分别为半径画弧，其交点为E；再分别以G点和E点为圆心，a和b半径画弧，则其交点必为F。作图所得，在铲装工况下，即工况Ⅰ下，E点坐标为(679,260),F点坐标为(558,252)。为了防治机构出现“死点”，“自锁”或“撕裂”现象，设计时应满足下列不等式。工况Ⅱ时：GF+FE>GE(2-7)工况Ⅳ时：FE+BE>FB(2-8)经检验，工况Ⅱ、Ⅳ，满足公式2-7,、2-8。综上所得，E点与F点设计位置满足要求2.5.3工作装置连杆机构系统运动分析六杆机构工作装置连杆机构的运动学和动力学参数都是与铰接点的坐标有关的参数。当连杆机构的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。主要参数有铲斗位置角、卸载角、卸载高度、卸载距离和倍力系数等。通过对它们的分析，可定量的评估连杆机构的设计质量，并为进一步修改提供可靠依据。(1)铲斗对地位置角由前面画图所知，G点和F点同为一个铲斗上的两个点，所以铲斗在直角坐标系中的平面运动可用GF杆的平面运动来描述，而在铲斗举升过程中的各瞬时对地面的倾角，即铲斗对地位置角,可用GF与地面的夹角QUOTE来表示。1)铲斗举升平动分析根据前述铲斗举升时应近似平动的要求，应有下列不等式成立，即(2-9)式中QUOTE—工况Ⅱ时铲斗对地位置角；QUOTE—各工况时铲斗对地位置角。经画图得知，在任选的几个位置中均满足式2-16，因此满足其运动要求。可得如下结论：由于六连杆机构在动臂举升时，铲斗的相对运动方向与其牵连运动的转动方向相同，因此，只要合理确定各交接点位置，举升平动的要求是完全有可能达到的。2)铲斗自动放平前述铲斗自动放平性能与下面的描述是等效的，即铲斗由工况Ⅰ开始举升，在举升过程中保持铲斗油缸长度不变，当动臂转角QUOTE=QUOTE时，铲斗恰成工况QUOTE，即卸载状态。工况Ⅰ和工况Ⅱ时的连杆机构参数只在转斗油缸的长度不同。若有(2-10)成立，则说明铲斗自动放平。式中QUOTE—铲斗最高位置时卸载角。设计中所给为45°。QUOTE—工况Ⅰ时的铲斗前臂与x轴的夹角，设计中所给为0°。则QUOTE-QUOTE=QUOTE-QUOTE=45°。因此，铲斗能够自动放平。2.6液压油缸设计计算(1)根据主机的运动要求，从机械设计手册选择液压缸的类型，这里选择双作用单活塞杆液压缸。根据机构的结构要求，从机械设计手册选择安装方式，这里选择头部耳环型安装方式；(2)根据主机的动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。如液压缸的推力、速度、作用时间、内径、行程及活塞缸直径等；(3)根据选定的工作压力和材料进行液压缸的结构设计。如缸体壁厚、缸盖结构、密封形式、排气与缓冲等；(4)液压缸性能的验算。2.6.1液压缸主要尺寸的计算液压缸的主要几何尺寸，包括液压缸的内径，活塞缸直径和液压缸的行程等液压缸内径的计算工程上，计算液压缸的内径：根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径计算公式可由式导出：øAL=3.57x10-2x公式（2-11）式中øAL——液压缸内径mmF——液压缸推力KNP——选定的工作压力Mpa对动臂进行受力分析得F=49850NP=16Mpa由公式（2-11）得øAL=3.57x10-2x=63mm活塞杆直径的计算:根据速度比要求来计算活塞杆直径øMM=øAL公式（2-12）式中øMM——活塞杆直径AL——液压缸直径——速度比=公式（2-13）式中V2——活塞杆的缩入速度V1——活塞杆的伸出速度液压缸的往复运动速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25、1.5几种，这里选择=1.46所以有公式（2-12）计算得到MM=35mm液压缸行程的确定液压缸行程主要依据机构的运动要求而定，但为了简化工艺和降低成本应尽量采用GB2349-80中给出的标准系列值。这里动臂油缸行程选择610mm翻斗油缸行程选择210mm2.6.2液压缸性能参数的计算F1=P1A1x103公式（2-14）式中F1——液压推力KNP1——工作压力MpaA1——活塞的面积A1=公式（2-15）式中——活塞的直径由公式（2-14）计算得到F1=4.99x104NF2=P2A2x103公式（2-16）式中F2——液压缸拉力KNP2——工作压力MpaA2——活塞有腔作用的面积A2=）公式（2-17）式中——活塞的直径MM——活塞杆直径由公式（2-17）计算得到A2=2154由公式（2-16）计算得到F2=3.45x104由以上分析计算选择翻斗油缸HSGL01-63/35动臂油缸HSGL01-63/352.7铲斗静力学计算（1）外载荷的确定原则装载机在铲斗插入料堆，铲取物料和举升铲斗的过程中，铲斗要克服物料的阻力、物料与铲斗间的摩擦力和物料自身的重力。这些力构成了装载机工作装置的作业阻力。为了分析问题方便，假设它们作用在铲斗齿尖的刃口上，并形成两个集中力：水平插入阻力和垂直掘起阻力。由于铲装物料的种类和作业条件不同，装载机实际作业时不可能使铲斗切削刃均匀受载，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。装载机在铲掘作业中，通常有以下三种受力状况。eq\o\ac(○,1)铲斗水平插入料堆，工作装置油缸闭锁，此时可认为铲斗斗刃只受水平插入阻力的作用。eq\o\ac(○,2)铲斗水平插入料堆，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。eq\o\ac(○,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入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于上述三种典型受力工况相结合，就可得到铲斗六种典型的受力作用工况，如图2-18所示图2-18铲斗运动机构外载荷工况（2）外载荷计算装载机的工作阻力是多种阻力的合成。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入阻力、掘起阻力和转斗阻力矩进行计算。1)插入阻力插入阻力就是铲斗插入料堆时，料堆对铲斗的反作用力。插入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、铲斗插入料堆的深度、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插入阻力。FX=9.8K1K2K3K4BL1.25(N)(2-18)式中K1—物料块状与松散程度系数；K2—物料性质系数；K3—料堆高度系数；K4—铲斗形状系数；B—铲斗宽度，cm；L—铲斗的一次插入深度，cm。查取有关文献，结合老师建议，K1=0.5，K2=0.06，K3=1.00，K4=1.2，B=165.2Cm，L=40cm。计算得：FXQUOTE=2331.3N。2)掘起阻力掘起阻力就是指铲斗插入料堆一定深度后，举升动臂时物料对铲斗的反作用力。掘起阻力同样与物料的种类、快度、松散程度、密度、料堆之间及物料与铲斗之间的摩擦阻力有关。掘起阻力主要是剪切阻力。最大掘起阻力通常发生在铲斗开始举生的时刻，此时铲斗中物料与料堆之间的剪切面积最大，随着动臂的举升掘起阻力逐渐减小。铲斗开始举升时物料的剪切力按下式计算。FZ=2.2KBLc(N)(2-19)式中K—开始举升铲斗时物料的剪切应力，它通过实验测定，对于块度为0.1～0.3m的松散花岗岩，剪切应力的平均值取K=35000Pa；B—铲斗宽度，m；LCQUOTE—铲斗插入料堆的深度，m。其中K=30000Pa，B=1.652m，LCQUOTE=0.4m。计算得：FZQUOTE=43612.8N。3)转斗阻力矩当铲斗插入料堆一定深度后，用转斗油缸使铲斗向后翻转，料堆对铲斗的反作用力矩称为转斗阻力矩。当用铲斗翻转铲取物料时，在铲斗充分插入料堆转斗的初始时刻，转斗的静阻力矩最大，用QUOTE表示，此时铲斗转角QUOTE=0；其后，转斗静阻力矩随着铲斗翻转角QUOTE的变化而按双曲线特性变化。开始铲取时的静阻力矩Ma0QUOTE为(N·m)(2-20)式中QUOTE—开始转斗时的插入阻力，N；x—铲斗回转中心与斗刃的水平距离，m；y—铲斗回转中心与地面的垂直距离，m；L—铲斗的插入深度，m。根据铲斗的设计数据，得x=0.4m，y=0.25m。又L=0.4m，QUOTE=2331.3N。计算得：QUOTEMa0=1410.4N·m。转斗阻力矩计算：铲斗在料堆中转斗时，除了要克服料堆的静阻力矩之外，还要克服铲斗自重力和铲斗中物料所产生的阻力矩。因此，开始转斗的阻力矩为MZ=Ma0+(GH+GC)LB(N·m)(2-21)章式中MZ—转斗阻力矩，N·m；Ma0—开始转斗静阻力矩，N·m；GH—轮式装载机额定载重量重力，N；GC—铲斗自重力，N；LB—铲斗中心至回转中心B的水平距离，m。其中，Ma0QUOTE=1410.4N·m，QUOTE=12650N,QUOTE=3500N,QUOTE=0.2m。计算得：QUOTE=4640.4N·m。作用在连杆上的力FCQUOTE：铲斗充分插入料堆后开始转斗时，作用在铲斗与转斗连杆铰销上的力FC为FC=MZ/LC(N)(2-22)式中LC—铲斗回转中心至FC的作用线的垂直距离，m。其中MZ=4640.4N·m，LC=0.25m。计算得：FC=18561.6N。这里需要说明的是，插入阻力、掘起阻力和转斗阻力并不是任何工况下都同时存在，而是随着铲掘的方法不同，存在一种、两种或三种。例如，采用一次铲掘时，在铲斗插入料堆的过程中，只有插入阻力。而当插入停止后铲斗由转斗油缸反转时，只存在转斗阻力矩。当采用铲斗在插入料堆的同时，进行举升动臂的联合铲掘时，则在此工作过程中同时存在插入阻力和掘起阻力。如果铲斗插入料堆的同时，又配合铲斗的翻转和动臂的举升运动，则三种同时存在。后两种工况由于铲斗插入料堆的深度较小，实际上总阻力比一次插入铲掘时的阻力要小。2.8连杆的强度校核一般在铲斗掘起时，连杆受拉，按此工况进行强度计算。由前面计算可知，连杆在掘起时，受拉力为FC=QUOTE18.5616KN。截面面积取A=0.005QUOTE。按照连杆强度条件QUOTE（2-23）计算得：QUOTEσ=37.1MPa连杆材料选取Q235钢，查取文献得，QUOTE取安全系数为2，于是QUOTE。即连杆强度设计符合要求。2.9动臂的强度校核动臂是装载机工作装置的主要承力构件，其外形有直线形和曲线形两种。曲线形动臂常用于反转式连杆机构，其形状容易布置，也容易实现机构优化。直线形动臂结构的形状简单，容易制造，成本低，通常用于正转连杆机构。动臂的断面有单板、双板和箱形三种结构形式。单板式动臂结构简单，工艺性好，制造成本低，但扭转刚度较差，中小型装载机多采用单板式动臂，而大型装载机多采用双板式或箱形断面的动臂，用于加强和提高抗扭刚度，从而使摇臂、连杆、转斗油缸、铲斗和都比的较点都布置在同一平面上。箱形断面动臂的强度和刚度较双板式动臂更好，但其结构和加工均较复杂。本节以TZ08D装载机工作装置动臂为例，采用材料力学中的梁模型对动臂结构精确求解动臂的应力，从而验证设计的合理性，减少材料用量，降低产品成本。2.9.1计算载荷工况当装载机处于铲斗掘起偏载工况时，铲斗插入料堆，翻斗油缸工作，动臂油缸闭锁。偏载为集中载荷，作用于距斗刃尖和铲斗内侧壁各100mm处。根据整机纵向稳定性条件作用于铲斗上最大的垂直载荷N=GL1/L=105KN（2-24）式中:G——装载机操作重量L1——整机重心离前桥中心水平距离L——载荷N离前桥中心水平距离以工作装置为分析对象,分别取铲斗、叉子挂接框为隔离体得翻斗油缸的作用力为P=NL3L5L2L4=251.1kN（2-25）式中:L2——摇臂中铰孔中心线到转斗缸中心线垂直距离L3——摇臂中铰孔中心线到拉杆中心线垂直距离L4——铲斗下铰孔中心线到拉杆中心线垂直距离L5——载荷N到铲斗下铰孔中心线垂直距离由前面公式（2-24）（2-25）计算可得到F1=4.99x104NF2=3.45x104N2.9.2建立动臂强度分析力学模型图2-19TZ08D装载机工作装置结构图（1）支座的简化在图2-19中，工作装置动臂前面与叉子挂接框连接，使活动端，后面与动臂后座连接，是固定端，所以把这端利用固定铰支座简化表示，而另一端是活动端。最后得到悬臂梁模型。（2）载荷的简化在装载机工作的时候，一般工作载荷为均匀载荷，为了方便计算可以将它简化为集中力，作用在铲斗中部。经过以上简化得到工作装置动臂的计算简图，如图2-20所示图2-20工作装置动臂的计算简图G——动臂结构重力N——外部载荷F——动臂油缸对动臂所加的力2.9.3动臂的校核计算（1）弯矩的计算分析装载机工作的几个工况可以看出，动臂在举升工况的时候受力最大，容易造成破坏，所以满足了这一个工况，其他的工况也就会满足强度要求了。下面就只校核工作装置动臂在举升工况下的强度。如图2-21所示动臂仍然受三个力分别是载荷的压力，动臂油缸的推力，还有自身的重力，以及支座的作用力。图2-21举升工况下工作装置动臂的计算简图在计算内力的时候，一般应先求出支座的反力。在现在的情况下，由于动臂的右端是自由端，无需确定支反力，就可以直接计算弯矩。在后梁AC范围内，把坐标原点取在A点，并用截面1-1以右的外力来计算弯矩，得到M1=NxX1=5x104x1=5x104Nm取B-3这一段为研究对象，在3-3截面左侧受力分析得到M2=NxX1+GxX2=5x104+17.5x0.3x104=10.25x104Nm取A-B段为研究对象，在2-2截面右侧受力分析得到M3=NxX1+GxX2–FxX3=15.5x104-4.99x104x0.5=10.5x104Nm取A端面授力分析得到M4=15.5x104Nm-0.725x4.99x104=12.5x104Nm（2）弯矩图的绘制以A点为原点绘制动臂的弯矩图如图2-22所示图2-22动臂的弯矩图由图2-22可知截面A上的弯矩最大Mmax=12.5104Nm（3）弯曲应力的计算（2-26）W=（2-27）根据图2-21和公式2-22可以得到W==9.5x105mm3图4-5动臂的截面由公式（2-26）计算可得==132MPa查表可知Q235钢的许用弯曲应力[]=158MPa比较得到<[]因此可以得出结论，动臂满足强度要求，具有较大的安全储备。第三章装载机铲斗运动机构三维模型建立Pro/Engineer是美国PTC公司推出的，具有单一数据库、参数化、基于特征以及全相关等特点的产品。Pro/Engineer可以用来建立实体几何模型，对所建模型进行仿真和分析，通过模拟真实环境的工作状况对其进行分析判断和干涉检查，以尽早发现设计缺陷和潜在的失败可能，提前进行改善和修正。从而减少后期修改而付出的昂贵代价，缩短设计周期。其能够将涉及至生产的全过程集成到一起，使所有的用户能够同时进行同一产品的设计和制造工作，即实现并行工程。本章以TZ08D型装载机为例，在Pro／Engineer软件环境下，对装载机工作装置进行三维实体建模为进一步的干涉检查、运动仿真与分析做准备，以期实现在Pro/Engineer软件环境下的装载机工作装置的优化设计。3.1标准件的建立下载标准件的零件库，然后导入Pro/Engineer中，具体使用方法是先打开零件库，找到所需要的零件然后保存到其他零件所在的文件即可。3.2零件三维模型的建立装载机工作装置没有涉及到特别复杂的曲面、曲线，基本上零件的建模方法：先建立二维草图，然后进行拉伸、旋转等操作得到零件实体特征。如图3-1所示，为铲斗三维效果图，3-2为动臂三维图图3-1铲斗三维效果图图3-2动臂三维图图3-3活塞图3-4活塞套图3-5连接板I图3-6连接板II3.3铲斗运动机构装配模型的建立在Pro/Engineer软件中首先以动臂处于最低位置、铲斗斗底与地面重合的计算位置对工作装置进行装配。装配的时候不仅要保证零件的位置，还要定义运动副，即各构件之间组成的可动联接。如动臂与后座、动臂油缸与动臂、动臂与铲斗、翻斗油缸与叉子挂接框的销钉(Pin)联接，油缸内杆与缸筒的滑块(Slider)联接等。装配零件时，可能发生位置偏差、不准确或是无法装配的情况，搭配使用平移(Translate)、旋转(Rotate)、调整(Adjust)等功能，会得到较佳的效果。以此创建的装载机的装配模型。组装时第一个零件的选择是相当重要的，必须参考零件的特征。在组装工作装置的时候应先选择动臂，然后其余所有的零件或者组件最后都将被组装在主要构件上。具体装配过程如下：（1）调入元件；（2）设置约束条件。最终装配效果图，如图3-1所示图3-1铲斗运动机构装配图

总结由于装载机动臂装置尺寸较大、空间结构复杂，在实际使用中受力复杂多变，因此增加了课题的难度。本文通过作图法和简化模型的方法，利用AUTOCAD和Pro/Engineer等软件工具，对装载机进行设计。通过整个课题的研究工作，主要得出以下结论和成果:（1）通过AUTOCAD软件进行装载机工作装置的二维平面设计，对AUTOCAD软件有更深刻的理解和运用；（2）通过Pro/Engineer对装载机动臂装置进行三维实体设计，对Pro/Engineer软件有了初步的掌握；（3）通过对装载机铲斗运动机构的整体设计，对装载机工作装置的整体结构、分类等各种参数有了进一步的认识了解。（4）此次课题设计，让我学会了在设计之初，各种数据严重不足的情况下，通过作图法，估设各基本尺寸。学会了，用Pro/Engineer三维软件，初步构建模型（如：视长薄件为板件）。以此为基础，得到初步数据，然后再根据此数据进行设计，使其满足设计要求和强度校核要求。如若不满足，则修改尺寸。由于课题时间和作者水平有限，本文只对装载机铲斗运动机构的部分构件进行了设计计算和工作装置的三维实体设计。总结论文的研究工作，作者认为在以下几个方面有待于进一步深入研究:1.应对装载机工作装置进行动态仿真，以真实地反映装载机的几何形状进而反映出各部件空间位置，有效捡测工作装置的各部件是否发生干涉，并及时解决问题。2.应对装载机工作装置动臂结构进行有限元分析，以验证设计的合理性，省去制造样机进行反复实验、修改等环节，大大缩短产品的开发周期．降低产品成本。3.应对铲斗结构和叉子挂接框进行优化设计，在不影响强度要求、外形美观的前提下，减少自身的重量。

致谢首先谢谢我的父母，是他们在背后默默的支持，才有我的今天。其次要感谢四年来数十位老师的谆谆教导，做毕业设计的时候，才真正感觉到，原来我大学四年学了这么多东西。另外，要感谢在本次设计中，对我帮助很大的****公司的技术科的各位朋友，以及陪伴我四年的各位同学。最后，向在毕设过程中，给予我指导，多次帮我修改论文的指导老师***老师，表示深深的感谢。

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