裝載機料斗機構設計說明書目錄TOC\o"1-5"\h\z\u第1章問題的提出 11.1項目背景 11.2設計要求 1第2章設計方案的選擇 22.1國內外裝載機研究的方向及問題 22.2工作原理 32.3裝置操作 3第3章機構尺寸設計 43.1提升運動機構 43.1.1尺寸設計過程 53.2翻轉運動機構 63.2.1尺寸設計過程 73.3整個設計尺寸綜合 10第4章機構運動分析與動力分析 114.1裝料階段 124.1.1裝料階段運動分析 134.1.2裝料階段動力分析 164.2提升階段 184.2.1提升階段運動分析 194.2.2提升階段動力分析 254.3卸料階段 294.3.1卸料階段運動分析 304.3.2卸料階段動力分析 34第5章本設計的設計過程 365.1設計進度 365.2細化分工 36第6章結束語 37參考文獻 39第1章問題的提出1.1項目背景裝載機是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設工程的土石方施工機械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業。換裝不同的輔助工作裝置還可進行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業。在道路、特別是在高等級公路施工中，裝載機用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場的集料與裝料等作業。此外還可進行推運土壤、刮平地面和牽引其他機械等作業。由于裝載機具有作業速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優點，因此它成為工程建設中土石方施工的主要機種之一。綜合國內外裝載機工作裝置的結構型式，主要有七種類型，即按連桿機構的構件數不同，分為三桿式、四桿式、五桿式、六桿式和八桿式等；按輸入和輸出桿的轉向是否相同又分為正轉和反轉連桿機構等。因為裝載機的技術已經發展得相當成熟，本文通過比，確定設計目標，然后結合大學期間所學的知識，對裝載機進行設計。本文定位于小型裝載機，主要是以學習為目的。1.2設計要求本設計定位于小型裝載機，除滿足裝載機裝料，提升，卸料的基本功能外，還應考慮到小型裝載機的特殊使用場合，以及設計的成本問題。本文對所設計的小型裝載機作出以下要求：（1）裝載機作業時工作裝置應能保證：當轉斗油缸閉鎖、動臂油缸舉升或降落時，連桿機構使鏟斗上下平動或接近平動，以免鏟斗傾斜而撒落物料；當動臂處于任何位置、鏟斗繞動臂鉸點轉動進行卸料時，鏟斗傾斜角不小于45°，卸料后動臂下降時又能使鏟斗自動放平。（2）由于散裝物料的多少，提升，卸料的高度等不同，料斗在空中的位置，姿態均不同。因而形成一個復雜多變的狀態，這時本文考慮采用運載式組合機構運動系統，設計就顯得十分方便。（3）本設計的關鍵問題是如何將上述兩個機構組合起來，這里涉及到一個時序問題，應該使設計的各機構嚴格按規定的時序運動（4）整體要求：該設計在實現基本功能的基礎上應該具有一定的空間運動范圍，且應使各構件受力合理，有較長的使用壽命。第2章設計方案的選擇2.1國內外裝載機研究的方向及問題1.反轉六連桿目前國內研究和采用得較多是反轉六連桿，如圖2.1所示。這種機構形式簡單、尺寸緊湊。當鏟斗鏟掘物料時由于是反轉機構，轉斗油缸大腔進油工作，可以獲得較大的鏟掘力。也就是說，鏟起同樣重量的物料，轉斗油缸的尺寸可以設計得較小。而且轉斗油缸后置，使司機有較好的視野。反轉六連桿機構尤其多用于中小型裝載機工作裝置中。圖2.1反轉六連桿機構2.八桿機構隨著國外工程機械上普遍采用的八桿機構在中國市場的普及,近年來國內研究人員對于這種裝載工作裝置愈加重視。隨著研究的深入發現裝載機八桿機構工作裝置的設計必須結合先進設計方法,如反求設計方法、各類有限元工程分析軟件,否則難以得到最優方案,有時甚至得不到可行方案。八桿機構的結構裝載機工作裝置主要由鏟斗、動臂、搖臂、連桿、舉升缸、轉斗缸組成。如圖2.2所示。圖2.2裝載機八桿機構工作裝置結構模型本設計定位于小型的裝載機，并且主要是以學習為目的。綜合上述六桿機構和八桿機構的比較，本設計確定的設計方案為六桿機構。2.2工作原理裝載機的鏟掘和裝卸物料作業是通過其工作裝置的運動來實現的。裝載機工作裝置由鏟斗、動臂、連桿、搖臂和轉斗油缸、動臂油缸等組成。整個工作裝置鉸接在車架上。鏟斗通過連桿和搖臂與轉斗油缸鉸接，用以裝卸物料。動臂與車架、動臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉和動臂的升降采用液壓操縱。2.3裝置操作本文是設計一散裝物料裝載機的料斗提升和翻轉機構，以滿足裝載機裝料,提升，卸料的功能。料斗提升，翻轉機構是安裝在裝載車上，裝載車可以在平地上自由運動，因此此提升，翻轉機構只要能在垂直平面作裝料，提升，卸料的各種姿態即可。可將料斗的運動分成兩部分，即提升運動和翻轉運動，按運載組合原則，將提升運動安裝在裝載車上，它相對車將料斗提升，因而這提升運動就可滿足地平面的任何空間。再將翻轉運動安裝在提升構件上，它相對提升構件作翻轉運動，以滿足裝料，提升，卸料功能。通過一個液壓缸的運動，可實現提升運動，通過另外一個液壓缸可實現翻轉運動。整個運動的運動簡圖如下圖2.3。圖2.3裝載機運動簡圖第3章機構尺寸設計3.1提升運動機構設計分析圖見下圖3.1圖3.1提升機構尺寸綜合設計需考慮的問題：(1)根據實際情況確定設計要求，確定構件L的長度，從地面E點提升的高度；(2)計算構件L的擺角；(3)選擇使構件L實現一定擺角的機構（此處選擇液壓系統為好）；(4)選用合適的液壓缸（尺寸，按正位置等）；(5)檢驗傳動角。3.1.1尺寸設計過程為方便設計，需先確定一個基本的設計要求，然后進行后續的設計計算。設計要求：提升構件，提升構件L從地面E點最高可提升，擺動構件L及液壓缸的安裝位置和，液壓缸尺寸，。設計變量：提升構件L的擺角，液壓缸活塞桿的安裝位置C點，即AC的長度和起始角設計變量的求解過程：根據A，B的坐標，可求得AB的距離：根據A點坐標，長度，E點的位置方程為：可求得根據A點坐標，，點的坐標方程為：可求得根據，,,由余弦定理：可求得綜上，翻轉機構各桿尺寸如下：，，，，，，，3.2翻轉運動機構設計分析圖見下圖3.2和圖3.3圖3.2翻轉機構綜合要求圖3.3翻轉機構綜合設計需考慮的問題：(1)初始位置時，料斗底部線與擺桿L的夾角；(2)提升到不同高度，料斗底部線與擺桿L的夾角（三個特殊位置：最低位置，中間水平位置，最高位置）；(3)料斗最大擺角；(4)選用合適的液壓缸；(5)連桿機構的傳動角及連續傳動條件；3.2.1尺寸設計過程這里與提升機構尺寸設計過程類似，也許先確定一個基本的設計要求，然后進行后續的設計計算。設計要求：將料斗底部線作為料斗的位置參考線。在最低位置，中間位置及最高位置，線與擺桿L的夾角分別為。卸料時，線與擺桿L的夾角。最大擺角分析：料斗翻轉機構以液壓缸為原動機，則因擺角太大而難以實現。按組合機構設計原理，可以在液壓缸擺動機構與料斗線之間再串聯一個角度縮小機構，將變換成較小角度與擺動液壓缸想串聯。這種變換機構很多，常用的有齒輪等高副機構，這里采用比較簡單的四連桿機構。四桿機構設計步驟：先按料斗擺角的要求，使所設計的四桿機構能將擺角縮小至，以滿足擺動液壓缸的擺角范圍。見圖3.3，ODEF為所設計的四桿機構，OF為相對固定的機架，FGH為液壓缸擺動機構。O，F點坐標已知。由圖可知：在最高位置，料斗翻轉倒出物料，在此過程中，OF桿作為機架不動，OD桿轉角為，EF桿的轉角四桿機構給定的設計要求為：機架，機架與擺桿L的夾角取取最高位置來求解各設計變量：根據A點坐標，可得：可求得最高位置，根據A點坐標，，最高位置O點坐標，機架OF桿長度：可求得最高位置根據桿OF長度，桿OA長度，角，有：可求得：OD桿的位移矩陣為：D是OD上的點，由剛體的位移矩陣方程有：同時，O點到D點的距離始終保持不變，有運動約束方程：EF桿的位移矩陣為：E是EF桿上的點，由剛體的位移矩陣方程有：同時，E點到F點的距離始終保持不變，有運動約束方程：又DE桿長度始終不變，則有：同時有圖可知：在最高位置準備的卸料的初始位置時，料斗呈水平狀態，則OD桿此時處于水平位置則有：綜合上述方程：可得未知數為，即為設計標量。可求得設計變量進而可求得四桿機構各桿的尺寸：選定液壓缸：，使液壓缸的擺動鉸鏈位于擺桿L的AF線上的G點處，由最低位置到最低位置,有：可求得同時又有：可求得可求得根據，，，又有：可求得擺桿的初始角綜上，翻轉機構各桿尺寸如下：，，，，，，，，，3.3整個設計尺寸綜合根據前兩節對提升機構和翻轉機構的尺寸設計，可對本設計的尺寸進行綜合，見表3.1第4章機構運動分析與動力分析機構運動分析就是根據在機構各構件運動尺寸已確定、且原動件的運動規律（通常原動件做勻速轉動）已知來對構件的位移、速度和加速度進行分析。這有利于了解機械的運動性能，也是機構動力分析的前提。機構的動力分析就是分析機構中各構件所受載荷，是分析機械動力性的重要參數，也是決定構件尺寸及結構形狀等的重要依據。課程設計中，機構的速度較低，分析時可略去構件的慣性力、重力和運動副的摩檫。即只對機構進行靜力分析。由于機構中構件所受載荷與原動件位置角有關，故應對機構在工作行程的不同位置進行受力分析。由此可求得構件所受的最大載荷并以此作為確定構件尺寸等的依據。本設計機構在不同的運動過程中，各個運動規律不一致，各個桿件的受力情況也不一致，因此考慮將整個運動過程劃分為3個運動階段，分別為裝料階段，提升階段，卸料階段，然后進行相應的運動分析和動力分析。第三章已經將設計機構所有的尺寸確定，首先，可在ADAMS軟中畫出簡圖，然后確定一些基本參數（見圖4.1），最后便可進行模擬仿真，最后得到整個機構的運動分析和動力分析結果。圖4.1軟件中基本參數的設置4.1裝料階段在ADAMS進行模擬仿真時，以裝載機前輪與地面的切點為原點，裝料階段，整個機構的初始位置與裝料完成瞬時的位置分別見圖4.2和圖4.3。圖4.2裝料初始位置圖4.3裝料完成位置4.1.1裝料階段運動分析利用ADAMS軟件進行模擬仿真，可得到裝料階段各構件的運動曲線：DE桿的運動分析：DE桿位移曲線DE桿速度曲線DE桿加速度曲線EH桿運動分析：EH桿位移曲線EH桿速度曲線EH桿加速度曲線液壓缸HG運動分析：液壓缸HG位移曲線液壓缸HG速度曲線液壓缸HG加速度曲線OD桿運動分析：OD桿位移曲線OD桿速度曲線OD桿加速度曲線4.1.2裝料階段動力分析同樣可利用ADAMS軟件進行模擬仿真，可得到裝料階段各運動副的受力曲線：D的受力曲線E的受力曲線F的受力曲線G的受力曲線H的受力曲線O的受力曲線4.2提升階段提升階段，整個機構的初始位置與裝料完成瞬時的位置相同，提升階段完成瞬時的位置見圖4.4。圖4.4提升完成位置4.2.1提升階段運動分析利用ADAMS軟件進行模擬仿真，可得到提升階段各構件的運動曲線：液壓缸BC運動分析：液壓缸BC位移曲線液壓缸BC速度曲線液壓缸BC加速度曲線DE桿的運動分析：DE桿的位移曲線DE桿的速度曲線DE桿的加速度曲線EH桿運動分析：EH桿位移曲線EH桿速度曲線EH桿加速度曲線液壓缸HG運動分析：液壓缸HG位移曲線液壓缸HG速度曲線液壓缸HG加速度曲線OAF桿運動分析：OAF桿位移曲線OAF桿速度曲線OAF桿加速度曲線OD桿運動分析：OD桿位移曲線OD桿速度曲線OD桿加速度曲線4.2.2提升階段動力分析同樣可利用ADAMS軟件進行模擬仿真，可得到提升階段各運動副的受力曲線：A的受力曲線液壓缸BC受力曲線B的受力曲線C的受力曲線D的受力曲線E的受力曲線F的受力曲線液壓缸HG受力曲線G的受力曲線H的受力曲線O的受力曲線4.3卸料階段在卸料階段，整個機構的初始位置與提升完成瞬時的位置相同，卸料階段完成瞬時的位置見圖4.5。圖4.5卸料完成位置4.3.1卸料階段運動分析利用ADAMS軟件進行模擬仿真，可得到卸料階段各構件的運動曲線：DE桿運動分析：DE桿位移曲線DE桿速度曲線DE桿加速度曲線EH桿運動分析：EH桿位移曲線EH桿速度曲線EH桿加速度曲線液壓缸HG運動分析：液壓缸HG位移曲線液壓缸HG速度曲線液壓缸HG加速度曲線OD桿運動分析：OD桿位移曲線OD桿速度曲線OD桿加速度曲線4.3.2卸料階段動力分析同樣可利用ADAMS軟件進行模擬仿真，可得到卸料階段各運動副的受力曲線：D的受力曲線E的受力曲線F的受力曲線G的受力曲線液壓缸HG的受力曲線H的受力曲線O的受力曲線綜上，本設計在不同運動階段的運動分析和動力分析完成。第5章本設計的設計過程5.3設計進度1.一至三周，查找相關資料，對國內外裝載機進行一個系統的了解，確定本設計的目標，要解決的問題及相關機構簡圖；2.四至七周，確定設計變量，進行相關計算；3.八至十三周，繪制草圖，進行簡單的運動，受力分析，以及CAD建模；4.十四至十六周，利用ADAMS進行虛擬仿真，進一步完善機構，并作相關的改進，完成該設計。5.4細化分工王賢樹and修源合作完成前期的調研及討論王賢樹完成提升機構的相關內容修源完成翻轉機構的相關內容王賢樹and修源進行機構的組合分析，完成后續內容第6章結束語學期伊始，本文作者提出“小型裝載機設計”項目方案，然后通過網絡，圖書館查詢相關資料，進而提出設計方案，然后進行分工計劃，兩位作者合力完成小型裝載機運動機構的尺寸設計，運動分析和動力分析。在整個過程中，兩位作者經過了多次的討論與分析，付出了許多，整個設計凝聚了兩位作者辛勞的汗水。通過一個學期的認真學習和不懈努力，作者完成了整個設計，這門課程也畫上一個完滿的句號。本文作者生活在碼頭附近，經常可以看到許多裝載機作業于碼頭或船上，對裝載機有一定的了解，也有很濃厚的興趣，遂有了利用所學知識設計一個小型裝載機的想法。經過對國內外相關研究的分析了解，確定了本設計的設計方案，然后結合大學期間所學的相關的專業知識進行后續的設計計算。在設計過程，遇到過許多問題，通過不斷的討論和分析，本文作者不斷調整原有的計劃與思路，并進行一些改進，完成了提升機構和翻轉機構的尺寸設計，然后利用相關軟件進行運動分析和動力分析，最終完成了小型裝載機料斗機構的設計。通過本次機械綜合設計，本文作者體會良多，既發現了自身在學習過程中許多不足的地方，同時學到了許多東西。在本次綜合設計過程中，作者發現自身對機械原理知識掌握得不夠深入，許多的理論理解得不夠透徹，在運用公式方面也不夠熟練。另外，在設計過程中，更深入的認識到理論與實踐的差距，以后需要加強將理論知識用于實踐中的能力。在本次設計中，本文作者通過網絡，圖書館等多種不同的途徑查找各方面的資料，綜合各種不同學科的信息，并進行篩選處理，學會了工程科學中相關資源的檢索，利用與處理，培養了良好的信息意識，必將為未來的畢業設計甚至更加長遠的學習打下良好的基礎。通過這次機械綜合設計，我們的創新能力有所提高，更增加了創造的激情，總是希望不斷的改進，追求完美。在這次綜合設計中，我們還初步熟悉了機械設計的基本過程，積累了初步的設計經驗。另外在本次設計中，作者也加深了對機械原理知識的學習，彌補了上學期得一些在這門功課學習上的不足。同時，設計過程中也用到了許多工程軟件如AutoCAD、ADAMS等，這是對本文作者一次綜合的訓練，不僅提高了作者的各方面能力，也培養了作者嚴謹的學習態度。最后，在本次課程設計中，兩位作者也經常因持有不同的想法而爭論，這正是思想的交流，從不同的角度去看問題，為本設計的完成奠定了夯實的基礎。在整個設計過程中，兩位作者分工明確合理，并相互幫助，友情得到了加深，同時均認識到團隊合作精神的重要性。總之，這是大學期間一次難得的經歷，兩位作者都倍感珍惜。最后，本文作者要感謝謝進老師，在他的支持和指導下，本設計才得以順利完成。在整個設計過程中，謝進老師給了作者莫大的支持和鼓勵，并嚴格要求作者，按時檢查進度，在中期答辯中給予了寶貴的意見。此外，許多同學對本設計提出了不少意見和建議，在此表示衷心的感謝。由于作者水平有限，本設計可能存在一些錯誤，不足，懇請老師同學們批評指正。參考文獻[1].百度百科.裝載機./view/110415.htm.2011.3.18[2].謝進，萬朝燕，杜立杰.機械原理.2版.北京：高等教育出版社，2010[3].曹惟慶，徐曾蔭.機構設計.北京：機械工業出版社，1992[4].王平.裝載機工作裝置優化設計方法的研究.TD422.3.2007.2[5].王成國.MSC.ADAMS/Rail基礎教程.北京：科學出版社，2005[6].梁萍，張勝霞，陳天星.機械工程制圖AutoCAD3D實體造型實例教程.北京：清華大學出版社，2007[7].馬忠強，袁明勇，陳淑娣.利用圖解法優化裝載機反轉六連桿機構.2010.2基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現基于AT89S52單片機的通用數據采集系統基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統研究基于TCP/IP協議的單片機與Internet互聯的研究與實現變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數器自動換樣功能的研究與實現基于單片機的倒立擺控制系統設計與實現單片機嵌入式以太網防盜報警系統基于51單片機的嵌入式Internet系統的設計與實現單片機監測系統在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統中TCP/IP協議棧的實現與應用單片機在高樓恒壓供水系統中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發基于MSP430單片機的遠程抄表系統及智能網絡水表的設計HYP