1、一 .工程機械課程設計題目試設計裝載機反轉連桿機構工作裝置 .已知該工作裝置額定載重量 Q=3t,卸載高度 H=2.7m,鏟斗寬度 B=2.3m,斗四連桿機構地尺寸參數為 K= 0.98,a/d=0.3 0.45,c/d=0.500.60,上下搖臂為直線型 ,動臂按曲線型結構考慮 ,其轉角 =90° , g=1.4 1.5, z=1.11.2, k=0.12 0.14, r=0.35 0.4, =48 52 , 1=510要求：編寫詳細設計計算書（包括上機編程）繪制機構運動軌跡簡圖（ 2圖）用 CAD 繪制工作裝置裝配總圖（ 1圖）繪制鏟斗部件結構圖（ 2圖）二 .裝載機用途：裝載機

2、是一種作業效率高 ,用途廣泛地工程機械 ,它不僅對松散地堆積物料進行裝 .運.卸作業 ,還可對巖石 .硬土進行輕度鏟掘作業 ,并能用來清理 .刮平場地及牽引作業 .如換裝相應地工作裝置 ,還可完成推土 .挖土 .松土 .起重 ,以及裝載棒料等作業 . 裝載機工作裝置應滿足下列要求：1 鏟斗地運動軌跡符合作業要求 ,即要滿足鏟掘 ,裝載地要求 .希望鏟掘力大 ,斗易于裝滿料 ,并要求動臂在提升過程中 ,鏟斗應保持接近平移地運動 ,以免斗中物料撒落 .2 要滿足卸載高度和距離地要求 ,并保證動臂在任何都能卸凈鏟斗中地物料 .3 在滿足作業要求地前提下 ,工作裝置結構簡單 ,自重輕 ,受力合理 ,強

3、度高 .4 應保證駕駛員具有良好地工作條件 , 確保工作安全 ,視野良好 ,操作簡單和維修方便 .三 .鏟斗設計鏟斗是鏟裝物料地工具 ,它地斗型與結構是否合理 ,直接影響裝載機地生產率 .在設計工作裝置連桿結構之前 ,首先要確定鏟斗地幾何形狀和尺寸 ,因為它與連桿機構地設計有密切聯系 .設計鏟斗首先要具有合理地斗型,以減少切削和裝料阻力 ,提高作業生產率 ,其次是在保證鏟斗具有足夠強度和剛度地前提下 , 盡量減少自重 ,同時也應考慮到更換工作裝置和修復易換零件（切削刃 .斗點）地方便 .普通鏟斗地構造：圖（ a）直刀刃鏟斗；（ b） v 行刀刃鏟斗；（ c）帶斗齒鏟斗（ d）v 形刀刃帶斗齒鏟

4、斗（ a ）是一個焊接結構地鏟斗,底板上地主切削刃1 和側板上側刀刃 2 均由耐磨材料制成；在鏟斗地上方有擋板3 把斗后臂加高 ,以防止斗舉高時物料向后撒落 .斗底上鑲有耐磨材料制成地護壁 4,以保護斗底 ,并加強斗地剛度 .直線刀刃適于裝載輕質和松散小顆粒物料 ,并可利用刀刃刮平 , 清理場地工地； v 行刀刃鏟斗便于插入料堆 ,有利于改善作業裝Q=3tH=2.7mB=2.3mK= 0.98 a/d=0.3 0.45 c/d=0.500.60 r=18KN/m V=1.67m =1.41 =1.15 =0.13 =0.36 =9° =52° R=1.2mL=1.692mL

5、=1.38mL=0.156mr=0.432mx=0.886ml=0.806mh=0.494mb=1.423mh =0.144ma=0.156mb=1.423m S=0.706 V=1.601 c=0.54mV=1.948m =90° =0.1Hmax=2.775m G=10.201t L=6.036m h=0.144m =6.892o =52° x1=1.025m b=3.656m =6.696°A1A2=3.681m OA1=2.73m a/d=0.35c/d=0.59 max=190° max=164°置地偏載 ,適宜于鏟裝較緊密物料.由于

6、其刀刃突出 ,影響卸載高度 .圖 1 帶分體式斗齒鏟斗a) 裝有分體式斗齒地鏟斗b) 分體式斗齒1.齒尖2.基本齒3.固定銷4.切削刃鏟斗地截面形狀如上圖所示 ,它地基本形狀由一段圓弧 .兩段直線所地斗地圓弧半徑 r,張開角 ,后臂高 h 和底臂長 l 等四個參數確定地圓弧半徑 r 越大 ,物料進入鏟斗地流動性好 ,有利于減少物料裝入內地阻力 ,卸料快而干凈 ,但 r 過大 ,斗地開口大 ,不易裝滿 , 且鏟斗外形較高 ,影響駕駛員觀察鏟斗刃地工作情況 .2.鏟斗地斷面形狀和基本參數地確定鏟斗地斷面形狀由斗地圓弧半徑 r,張開角 ,后臂高 h 和底臂長 l 等四個參數確定如圖圖 2 鏟斗截面地

7、基本參數根據上圖鏟斗截面地基本參數已知該工作裝置額定載重量Q=3t 根據土壤地自然重度公式,取 r=18KN/m, 得 V=mg/r=30/18=1.67m(15KN/m<r<20KN/m)在應用中采用平裝斗容來計算鏟斗地截面面積地基本參數 ,鏟斗地橫截面積：S=R 0.5 （ cos） sin ctg/2 0.5 （ 1 /180 ）鏟斗地幾何容積 V=鏟斗地橫截面積 S×鏟斗寬 B, 則可建立下式： min=10° b/d=0.75a=447mmb=753mmc=958mmd=1277mm卸載高度2800mm卸載距離9000mm輪胎半徑750mm式中 V平裝

8、斗容量圖224 所示陰影面積由設計給定B 鏟斗地凈寬度鏟斗斗底長度系數 , =L/R后斗壁長度 , =L/RL 后斗壁長度 , 是指由后斗壁上緣至斗壁與斗底延長線相交點地距離擋板高度系數 , =L/RL擋板高度圓弧半徑系數 , =r/R斗底與后斗壁間地夾角, 又稱斗張開角擋板與后斗壁地夾角根據已知條件取合適地值:取 =1.41 。 =1.15 。 =0.13 。 =0.36 。 =9°。 =52°把數據代入上式得鏟斗地回轉半徑：R=1.2mL= ×R=1.41×1.2=1.692mL= ×R=1.15×1.2=1.38mL=×

9、;R=0.13× 1.2=0.156mr= r × R=0.36×× 1.2=0.432m圖 3 鏟斗斗型計算根據上圖所示計算各段長度：x=r/tg26°=0.432/tg26°=0.886ml=1.6920.886=0.806mh=1.38 0.886=0.494mb=(1.692+0.1)+ 1.38+0.156/(cos9) -2*1.6927* 1.38+0.156/(cos9)*cos52 °b=1.423m下鉸點地位置為：h=(0.06 0.15)× R=(0.060.15)×1.2=0.14

10、4取 h =0.144m 3.斗容計算根據確定地鏟斗幾何尺寸即可計算鏟斗斗容圖 4平裝容量 V有擋板鏟斗V=SB-2ab/3m式中S鏟斗截面積 ( ) ；B鏟斗內側寬度 ( ) ；a 擋板垂直刮平線地高度；b 鏟斗刀刃與擋板最上部之間地距離 .因為 a=0.156m,b=1.423m鏟斗截面積 :S=R 0.5 （ cos ） sin ctg /2 0.5 （ 1 /180 ）=0.706 V=0.706×2.3-2a b/3=1.624-0.023=1.6012. 堆裝容量 V(額定斗容量 )V= VbB/8 b(a+c)/6式中：c物料堆積高度 .c=(b/2)*tan(30 &

11、#176;)+(b/2)*tan(x ° )(1)Cos(x °)=(1.423+y-0.156)/2*y*1.423 (2)y=1.38+(1.692+0.1)-2*1.38*(1.692+0.1)(3)所以 c=0.552mV=1.948m四 .動臂地設計1.動臂長度動臂長度決定于動臂與機架地鉸點位置和動臂與鏟斗地鉸點地位置 .動臂下鉸點在動臂舉升最高位置 A1 由所需地最大卸載高度 Hmax 和相應地卸載距離 S 確定 .動臂地下鉸點在動臂下落時地位置 A2 則應盡量靠近輪胎 ,以減少對傾覆軸地力臂,縮短整機總長 ,但應保證鏟斗上翻時 ,斗與輪胎有一定地間隙 . 2.

12、動臂鉸點地確定圖 5 動臂上鉸點位置地確定根據已知條件可知轉角 =90°取鏟斗距輪胎地距離為=0.1卸載高度 Hmax=0.135Q+2.37=0.135* 3+2.37=2.775m 裝載機自重 G=4.057Q-1.97=4.057*3-1.97=10.201t 裝載機全長 L=0.502Q+4.53=0.502*3+4.53=6.036m 下鉸點離地高度 h=0.144m =arcsin(h/R)=arcsin(0.144/1.2)=6.892o取 =52° + =52°+6.892°=58.692°x1=Rsin( + )=1.2

13、15; sin58.692°=1.025mA1A2 地垂直距離 b=2.775-0.144+1.025=3.656m取 A1=90° =90° 52° 31.304°=6.696°A1A2=b ÷cos6.696°=3.656÷cos6.696°=3.681m OA1=3.863/cos(45° )=2.73m五 .反轉連桿機構地設計根據設計題目地要求可得 ,要求工作裝置設計成為一反轉六連桿機構 .反轉機構是主從動地運動方向相反 .反轉機構地連桿動力學特點是在鏟掘位置時地傳動角（連桿與

14、從動桿所夾地銳角）大 ,轉斗液壓缸以大腔作用 ,能產生較大地崛起力 .1.運動學分析動臂升降時 ,收斗角變化不大 ,因而在不增加動臂在最高位置時地收斗角地條件下 ,可加大動臂在下部位置地收斗角 ,這樣可提高鏟掘時鏟斗地裝滿程度并減少運輸時撒料現象 .卸載時 ,轉斗角速度小 ,易于控制卸料速度 ,減少卸料沖擊 .圖 6 所示正轉連桿和反轉連桿工作裝置在動臂處于最大地舉升高度時鏟斗地卸載速度隨鏟斗轉角地變化曲線 ,很明顯 ,在鏟斗卸載地后期（鏟斗切削刃與水平夾角 0）反轉連桿地卸載速度顯著下降 .圖 6 卸載速度隨鏟斗轉角變化曲線1-正轉連桿； 2- 反轉連桿易于實現鏟斗地自動效率 ,使鏟斗自頂部

15、卸載位置降落至地面時 ,無需操縱轉斗油缸 ,便能依靠連桿機構本身自動回到鏟掘位置 ,簡化操作 ,提高了功效 .反轉連桿機構特別適用于堅實物料（如礦石 .原石）地采掘和搬運作業 ,這是因為在鏟掘作業轉斗時 ,轉斗液壓缸大腔作用 ,提高了連桿傳動比 ,使鏟起力得到較大地增加 .同時由于新連桿機構鉸點地減少 ,使結構簡化 .圖 7 中可以看成兩個連桿機構組合而成地（轉斗缸四連桿機構 ABCD 和斗四連桿機構 DEGF）,圖中用了兩種不同地粗實線表示出來 .2.斗四連桿設計在設計連桿機構時要滿足以下條件：1.鏟斗地運動軌跡符合作業地要求2.滿足動臂在任一位置都能卸載鏟斗地卸載角不得小于45°

16、3.連桿機構地傳動角盡可能大 ,以提高連桿機構地傳動效率 ,減少鉸銷地受力情況4.作業時 ,各桿件無運動干涉滿足斗（相對動臂）地轉角范圍 , 在轉角范圍內 ,連桿機構地傳動角應大于 10°,斗后傾地極限位置是由動臂在最低位置時地一定地收斗角 sh 所決定地 ,同時 , 由于斗隨動臂地提升而一起轉動 ,因而斗地轉角范圍 為在地面上地最大收斗角 sh。動臂在最高位置地卸載角 和動臂從地面轉至最高位置地轉角 之和 ,即圖 7 工作裝置地機構運動圖 = + +一般 sh=40° 50°=45° 50 ° =75° 90°故 一般在

17、180°左右 . 設計時 , 在斗地轉角范圍內 , 轉動角應盡可能取地大一些 , 否則 , 對桿件機構接近運動極點 , 鏟斗極容易由于鉸銷間隙而引起晃動 , 增加撒料和噪音 . 但是 , 由于所要求斗地轉角范圍 很大 , 轉動角要取地大比較困難 , 考慮到轉動角最小值出現在連桿機構受載不大地位置 , 因此轉動角在極限位置允許取小些 , 但保證大于 10°.斗四連桿機構尺寸要適合 , 因考慮結構布置地可能性和合理性斗四連桿機構傳動比應符合掘起力變化規律要求. 要求斗在鏟掘位置附近斗四連桿機構地力傳動比應比較大 , 以保證有足夠大地掘起力 .運動學與動力學分析斗四連桿機構即雙搖

18、桿機構 , 其最長桿 d 與最短桿 a 地長度之和大于另外兩桿 b 與 c 地長度之和 , 即a d b ca/d1b/d c/d1b/d c/d- a/d =k式中a 鏟斗上下鉸點連線（簡稱斗鉸線）長度, 即圖中FG桿（圖 7）b 連接上鉸和下搖臂地連桿長度 , 即圖中 EF桿c 下搖臂長度 , 圖中 DE桿d 搖臂支點與動臂下鉸點之連線長度 , 圖中 DG桿斗四連桿機構斗鉸線地最大轉角范圍當各桿件長度比確定后 , 為保證最小傳動角 10°, 該機構所允許地最大轉動角范圍 max也確定了 .斗四連桿機構地最小傳動角位置有兩個（圖8）：圖8斗四連桿地最小傳動角位置一是當斗鉸線a在右端

19、極限位置,a.b桿所夾之銳角為最小傳動角 min。另一個是斗鉸線在左端位置 , 當搖臂 c 轉至 d 桿相重合時 , 由解讀幾何可以證明 ,a,b 桿所夾之銳角為最小傳動角 min. 其值可由三角關系求得min=arccos a +-（d-c ）/2(a/d)(b/d）如上述求得 min 10° , 則說明該機構為保證傳動角 10°,c 與 d 桿不可能達到重合位置 . 可令 min=10°, 應用三角關系可求得 max.由上述斗鉸線地兩個極限位置即可求得該機構所允許地最大轉角范圍 maxmax=max max斗四連桿機構地最大力傳動比斗四連桿機構在運動時 , 連

20、桿 b 地力作用線把旋轉運動地桿件轉動中心連線分為兩端如圖 9 所示 , 由力學三心定理可知 , 分截點即為 a.c 桿件地相對瞬心 , 則二桿件角度之比等于該二桿件相對瞬心距離地反比 . 即 c/ a=x/(d-x)如果不計摩擦地損失 , 得：cMc=aMa則： Ma/ Mc=x/(d-x)式中 Ma ,Mc分別為桿件 a.c 地力矩 .式中可見 ,x 值越大 , 則 Ma/ Mc 值越大 , 設計要求鏟掘位置時 x 值在極大值附近.圖 9 力傳動比最大值地位置斗連桿機構尺寸地選擇斗四連桿機構個構件長度比根據資料統計一般可在下述范圍內選取：K=0.970.99 。a/d=0.26 0.36

21、。 c/d=0.46 0.72在選擇長度比時 , 若斗地轉角范圍大 ,k 和 c/d 值應取大些；若 k 和 a/d 值取小些 , 則可以使連桿機構最小傳動角增大 . 取定一連桿長度值 , 即可根據已選擇之長度比確定四連桿各構件尺寸 .連桿機構設計參數可變性很大 , 每選定一組 k.a/d.c/d 值,即相應有一機構方案 . 利用上述運動學和動力學分析地計算式 , 即可求得每一個方案為保證最大傳動角所允許地最大轉角范圍 max,以及最大力傳動比位置地 a.d 桿夾角 EJ.為了能迅速確定機構參數, 并提高設計質量, 我們把 k.a/d.c/d 在上述推薦范圍內地數值按一定步長變化 , 利用電子

22、計算機很容易算出相應每組 k.a/d.c/d 值所對應地一組 max. max. min 和 EJ 值, 將它們列成表 , 利用此表使選地方案在滿足下列條件地前提下 , 確定機構地初始位置：3. 程序代碼Dim A, B, C, E As Integer, F As Integer, G As Integer, i, j, k, h, n, X, o, r, pPrint "K=0.98"Print "a/d", "b/d", "c/d", "Wmax", "Omax", &

23、quot;Rmin"For A = 0.3 To 0.46 Step 0.01For C = 0.50 To 0.61 Step 0.01B=0.98+A-Ci = (A 2 + 1 - B 2 - 2 * B * C - C 2) /(2*A)o = Atn(-i / Sqr(-i * i + 1) + 2 * Atn(1)F = o * 180 / 3.1415926j = (A 2 + B 2 - (1 - C) 2) / (2 * A * B)r = Atn(-j / Sqr(-j * j + 1) + 2 * Atn(1)G = r * 180 / 3.1415926k =

24、 (1 + B 2 + A 2 - C 2 - 2 * A * B * Cos(170 * 3.1415926 / 180) / (2 * Sqr(A 2 + B 2 - 2 * A * B * Cos(170 * 3.1415926 / 180)h = Atn(-k / Sqr(-k * k + 1) + 2 * Atn(1)X = (B * Sin(170 * 3.1415926 / 180) / Sqr(A 2 + B 2 - 2 * A * B * Cos(170 * 3.1415926 / 180)n = Atn(X / Sqr(-X * X + 1)p = o + h - nE =

25、 p * 180 / 3.1415926Print A, B, C, E, F, GPrintNext CNext A4. 運行結果：上述運行地結果根據以下四點來選擇參數：所要求地鏟斗轉角 max. 鏟斗在極限收斗位置時 ,a 桿和 d 桿地夾角 max 鏟斗在動臂舉升至最高位置時 ,a 桿和 d 桿地夾角 max,a 桿和 d 桿所夾之銳角 10°使在地面鏟掘位置時地a 桿和 d 桿地夾角接近等于EJ則 選 擇 a/d=0.35 。 c/d=0.59 。 max=190° 。 max=164°。 min=10°。 b/d=0.75按比例關系（圖 1-3 ）可得：L