毕业设计（论文）-小型矿用防爆装载机机构设计.docx

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1、摘 要装载机是以轮胎式或履带式拖拉机为基础车，安装上铲斗作为工作装置的一种土方工程机械。它是一种作业效率高、操作轻便、用途广泛的施工机械，它不仅用来对松散的堆积物料进行装、运、卸等作业，还可以铲装爆破后的矿石以及对硬土进行轻度挖掘，并能用来进行清理、刮平场地及牵引等作业。装载机的铲掘和装卸物料是通过工作装置的运动而得以实现的，装载机工作装置由铲斗、动臂、连杆、摇臂和转斗油缸、动臂油缸等组成。整个工作装置铰接在车架上。铲斗通过连杆和摇臂与转斗油缸铰接，用以装卸物料。动臂与车架、动臂油缸铰接，用以升降铲斗。铲斗的翻转和动臂的升降采用液压操纵。装载机作业时工作装置应能保证：当转斗油缸闭锁、动臂油缸举

2、升或降落时，连杆机构使铲斗上下平动或接近平动，以免铲斗倾斜而撒落物料；当动臂处于任何位置、铲斗绕动臂铰点转动进行卸料时，铲斗倾斜角不小于45，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平。综合国内外装载机工作装置的结构型式，主要有七种类型，即按连杆机构的构件数不同，分为三杆式、四杆式、五杆式、六杆式和八杆式等；按输入和输出杆的转向是否相同又分为正转和反转连杆机构等。工作装置直接影响到装载机的性能参数和其作业效率。常见的有关轮式装载机的工作装置设计中，广泛采用反转六连杆机构为例进行设计以及放平性、工作强度的校核，本次设计中使用机械设计软件AUTOCAD 进行工作装置的各铰接点的设计，并将所得初步模型在CA

3、TIA中进行应力分析，找出应力集中区域，通过增加加强筋或改变结构来增加强度，同时对材料过多处适当削减材料，以达到整体受力分布合理。当然，在设计中难免有疏忽以及错误的地方，望批评指正。关键字：装载机 发展前景 建模 动力学分析 AbstractWheel loader is a tractor or a crawler-based vehicles, install the device on a bucket as a work of Construction Machinery.It is a high efficiency, easy operation, uses a wide rang

4、e of construction machinery, it is not only the accumulation of loose materials used to carry out loading and transporting, unloading and other operations, you can shovel the ore after blasting equipment and to be slightly hard soilmining, and can be used to clean up, Calibrating venues and traction

5、 operations.Shovel loaders and material handling equipment through the movement of work to be implemented by the bucket loader attachment, boom, connecting rod, rocker arm and the bucket cylinder, boom cylinder and other components.The working device hinged on the frame.Bucket through the connecting

6、 rod and rocker tank with the bucket hinge for loading and unloading materials.Boom and the frame, hinged boom cylinder to lift the bucket.The flip bucket and boom of the lift with hydraulic control.Loader job working device should be able to ensure that: when the bucket cylinder lock, cylinder boom

7、 lift or landing, the linkage mechanism to move the bucket up and down or near the translational level, so as not to tilt the bucket spilled materials;When the boom in any position, bucket boom hinge point around the turn to discharge, the bucket tilt angle of not less than 45 , the discharge decrea

8、sed after the boom bucket Shiyou can automatically flat.And foreign loader attachment, the structure, there are seven main types, ie the number of different components linkage, three pole, four pole, five-pole, six pole and eight rod, etc.;lever by the steering input and output are the same is divid

9、ed into forward and reverse link organizations.Loader work is directly affecting the performance parameters and its operating efficiency. Common work related to wheel loader equipment design, widely used in reverse as an example six-bar linkage design, and flat, work intensity of the check, this des

10、ign software used in mechanical design of the device to work AUTOCADhinge point for the design, and from the initial model stress analysis carried out CATIA to identify areas of stress concentration, by adding or changing the structure of ribs to increase strength while reducing the material too muc

11、h at the appropriate materials, in order to achieve the overall force distributionreasonable.Of course, it is inevitable that negligence in the design and the wrong place, hope criticized the correction.Key words: Loader；Development prospects；Modeling；Dynamic analysis54目 录摘 要IABSTRACTII第1章 前言11.1 本课

12、题研究的意义11.2本课题研究的内容11.3结构型式选择2第2章 铲斗的设计32.1设计要求32.2 铲斗斗型的结构分析32.3 铲斗基本参数的确定42.3.1几何斗容62.3.2额定斗容7第3章 工作装置的结构设计93.1工作机构连杆系统的尺寸参数设计93.2 机构分析93.3 设计方法103.4尺寸参数设计的图解法103.4.1 动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点B、E、A的确定103.4.2连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点C、D的确定123.4.3举升油缸与动臂和机架的铰接点H及M点的确定143.5确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程153.5.1动臂油缸的铰接位置153.5.2动臂油缸行

13、程的确定163.6 确定最大卸载高度和最小卸载距离163.7利用CATIA的草图模块初步检验设计的合理性17第4章 工作装置的强度计算214.1 计算位置214.2 外载荷的确定214.3 工作装置的受力分析234.4 工作装置的强度校核254.4.1动臂264.4.2 铰销284.4.3 连杆30第5章 装载机工作装置中油缸作用力的确定325.1 转斗油缸的选择335.2 动臂油缸的选择345.3 转斗油缸与动臂油缸被动作用力的确定35第6章 工作装置的限位机构366.1铲斗转角限位装置366.2动臂升降的自动限位机构36第7章 工作装置动力学分析387.1 ADAMS软件简介387.2 A

14、DAMS运动学方程387.3 ADAMS动力学方程397.4 建模过程417.4.1 输入铰点坐标417.4.2 修改构件属性427.4.3 施加力和添加运动函数427.5 铰点受力图像绘制与分析437.6传动角的最小值发生位置的分析分析与最小值的测量467.7 举升阶段铲斗倾角的分析：48致 谢49参考文献50第1章 前言1.1 本课题研究的意义随着我国经济的持续、健康、高速发展，对工程机械的需求增大，这些需求对工程机械产品既提出了“量”又提出了“质”的巨大市场需求。装载机被大量应用于各行各业，无论是公路、建筑、水电、港口、矿山都有它们的身影，国外先进的采掘机械设备将有更多的机会进入中国，中

15、国的设备也会有更更多的机会轴向世界。在这种情况下，我国从事地下采掘与工程的管理人员、技术人员和使用维修人员都急需了解这类设备，国内从事该类设备制造业的工程技术人员为了研制出参与国际竞争的成套设备，也要掌握相关的设计理论和方法。所以对该类设备的设计是具有重大意义的。1.2本课题研究的内容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、工作循环时间、外形尺寸和发动机功率等。装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂、连杆(或托架)及液压系统等组成(图1-1)。铲斗用以铲装物料；动臂和动臂油缸的作用是提升

16、铲斗并使之与车架连接；转斗油缸通过摇臂连杆(或托架)使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操纵。装载机工作装置设计要求：1）合理选择铲斗的结构和尺寸，以减小工作阻力，打到装满缷净，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，要求铲斗做“水平运动”，铲斗口的倾角在10以内。3）铲斗能自动放平。（对于井下铲运机，由于多为动点低位卸载，此功能可以不必考虑。）4）防止出现“死点”、“自锁”和“机构撕裂”等现象。各处传动角不小于10。5）应尽量减小工作机构的前悬、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。（a ） （ b）图1-11-铲斗；2-托架

17、；3-转斗油缸；4-连杆；5-动臂；6-动臂油缸；7摇臂1.3结构型式选择装载机工作装置的结构型式分为有铲斗托架和无铲斗托架两种。有铲斗托架的工作装置如图1-1a所示。其动臂和连杆的后端与车架支座铰接，动臂和连杆的前端与铲斗托架铰接，托架上部铰接转斗油缸体，其活塞杆及托架下部与铲斗铰接。当托架、动臂、连杆及车架支座构成的是平行四连杆机构，则在动留提升、转斗油缸闭锁时，铲斗始终保持平移，斗内物科不会撤落。 无铲斗托架的工作装置如图1-1b所示。其动臂的前端和铲斗铰接，动管的后端和车架上部支座铰接，动管油缸两端分别和动管及车架底部支座铰接，转斗油缸一端和车架铰接，另一端和摇臂铰按，摇臂则铰接在动臂

18、上，连杆一端和摇臂铰接，另一端和铲斗铰接。 正转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相同(图1-3a、b、c、d)。其运动特点是：发出最大铲起力P时的铲斗转角是负的(图1-2a曲线)，有利于地面的挖掘(图1-2b)，铲斗倾斜时的角速度大，易于抖落砂土，但冲击较大。 图1-2 常见工作装置结构形式反转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相反(图1-3e)。其运动特点是，发出最大铲起力P时的铲斗转角是正的，且铲起力变化曲线陡峭，因此，在提升铲斗肘的铲起力较大，适于装载矿石(图1-2d)，不利于地面的挖掘；铲斗倾斜时的角速度小，卸料平缓，但难于抖落砂土；升降动臂时

19、能基本保持铲斗平移，因此物料撒落少，易于实现铲斗自动放平(图1-2e)；摇臂连杆的传动比较小。反转连杆机构多采用单连杆，双连杆机构布置较困难。反转连杆机构当铲斗位于运输位置时，连杆与动臂轴线相交，因此，难于布置在同一平面内。但由于这种型式结构简单，铲起力较大，所以中小型装载机采用较多。应当指出，正、反转连杆机构都是非平行四边形机构。因此，在动臂提升过程中，铲斗或多或少总要向后翻转一些。第2章 铲斗的设计2.1设计要求1）铲斗是直接用来切削、收集、运输和卸出物料，装载机工作时的插入能力及铲掘能力是通过铲斗直接发挥出来的，铲斗的结构形状及尺寸直接影响装载机的作业效率和上作可靠性，所以减少切削阻力和

20、提高作业效率是铲斗结构设计的主要要求。2）铲斗是在恶劣的条件下工作，承受很大的冲击载荷和剧烈的磨削，所以要求铲斗具有足够的强度和刚度，同时要耐磨。3）根据装载物料的容重，铲斗做成三种类型； 正常斗容的铲斗用来装载客重1.4-1.6吨米3的物料(如砂、碎石、松散泥土等)：增加斗容的铲斗，斗容一般为正常斗容的1.4-1.6倍，用来铲掘容重1.0吨米3左右的物料(如煤、煤渣等)；减少斗容的铲斗，斗容为正常斗容的0.60.8，用来装载容重大于2吨米3的物料(如铁矿石、岩石等)。用于煤矿的装载机，多采用增加斗容的铲斗，以适应铲装不同物料的需要。2.2 铲斗斗型的结构分析1.切削刃的形状 铲斗切削刃的形状

21、根据铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型和非直线型两种（图2-1)。（a） （b）图2-1铲斗结构简图 （a）直线型切削 （b）V型切削直线型切削刃简单并利于地面刮平作业，但切削阻力较大。非直线型切削刃有v型和弧型等，装载机用得较多的是v型斗刃。这种切削刃由于中间突出，在插入料堆时，插入力可以集中作用在斗刃中间部分，易于插入料堆，同时对减少“偏裁切入”有一定的效果。但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。2.铲斗的斗齿 装有斗齿的铲斗在装载机作业时，插入力由斗齿分担，形成较大的比压，利于插入密实的料堆或松物料或撬起大的块状物料，便于铲斗的插入，斗齿磨损后容易更换。因此，对主要用于铲装岩石或

22、密实物料的装载机，其铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物队其铲斗可以不装斗齿。 斗齿的形状对切削阻力有影响：对称齿形的切削阻力比不对称齿形的大；长而狭窄的齿比宽而短的齿的切削阻力要小。3. 铲斗的侧刃弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小，但弧线型侧刃容易从两侧泄漏物料，不利于铲斗的装满，适于铲装岩石。4.斗体形状 对主要用于土方工程的装载机，在设计铲斗时要考虑斗体内的流动性，减少物料在斗内的移动或滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料时有良好的倒空性。铲斗底板的弧度(圆弧半径，见图2-2)越大，铲掘时泥土的流动性越好，但对于流动性差的岩石等，则应将底边加长而弧度减小，使铲斗容积加大，

23、比较容易铲取。但是，当底边过长，则铲斗的铲起力变小，且铲斗插入料堆的插入阻力与刃口的插入深度成比例的急剧增加， 如图2-3所示。相反，如底边短，不但铲斗的铲起力大，而且卸载时，斗刃口的降落高度小，也易于将物料卸净。因此，铲斗转铰销的位置以近于刃口处为好，在极端时也有将转铰销布置在铲斗内部，如图2-4所示。 图2-2 特殊铲斗2.3 铲斗基本参数的确定 铲斗宽度应大于轮胎外侧宽度100-200毫米，以防止铲掘物料所形成的阶梯地面，而损伤轮胎侧面和容易打滑而影响牵引力。 铲斗的回转半径R是指铲斗的转铰中心B与切削刃之间的距离(图2-4)。由于铲斗的回转半径R不仅影响铲起力和插入阻力的大小，而且与整

24、机的总体参数有关。因此铲斗的其它参数依据它来决定。铲斗的回转半径R可按下式计算图2-3 铲斗铰点布置在铲斗内部的示意 图2-4 铲斗基本参数简图 （2-1）使用平装斗容计算公式： 式中:几何斗容量( 图2-4中所示阴影断面 )，由设计任务书给定B。铲斗内侧宽度铲斗斗底长度系数，通常一后斗壁长度系数，通常挡板高度系数，通常斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，通常挡板与后斗壁问的夹角，通常斗底和后斗壁间的夹角，通常 （2-2） mm式中:a1-铲斗侧壁切削刃的厚度 取b-轮距bw-轮胎宽度根据设计资料有 （2-3）所以有： （2-4） 斗底长度Lg是指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离： （2-5

25、）后斗壁长度是指出后斗壁上缘到与斗底相交点的距离 mmRRLzz8654.100=l （2-6）挡板高度： （2-7）铲斗圆弧半径： （2-8）铲斗与动臂铰销距斗底的高度: （2-9）铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角。2.4 斗容的计量铲斗的斗容量可以根据铲斗的几何尺寸确定。2.3.1几何斗容 于装有挡板的铲斗： （2-10）根据有关计算有 （2-11） A铲斗横断面面积，如图25中所示阴影面积 铲斗内壁宽(m) a挡板高度(m) b斗刃刃口与挡板最上部之间的距离(m)2.3.2额定斗容 铲斗堆装的额定斗容是指斗内堆装物料的四边坡度均为1：2，此时额定斗容可按下式确定(图2-5) （2-12）式

26、中 c物料堆积高度(米)物料堆积高度c可由作图法确定(图25)：根据科堆坡度角可得料堆尖端点肘，再由d4点作直线d4N与Go垂直，将n4N垂线向下延长，与斗刃刃口和挡板最下端之间的连线相交，此交点与料堆尖端之间的距离，即为物料堆积高度G。图2-5 装载机斗容计算图 （2-13）铲斗斗容的误差率 （2-14）所以铲斗的设计合格。第3章 工作装置的结构设计根据装载机用途、作业条件及技术经济指标等拟定购设计任务书的要求，选定了工作装置的结构形式后，便可进行工作装置的结构设计。额 定 斗 容：0.5m3额 定 载 重 量：10KN整 机 质 量：3.0t轮 距：1223mm轴 距：2120mm轮 胎

27、规 格：7.5-16最大 卸载 高度：1900mm最小 卸载 距离：750mm 工作装置结构设计包括： 1)确定动臂长度、形状及与车架的铰接位置。 2)确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程。 3)连杆机构(由动臂、铲斗、转斗油缸、摇臂连杆或托架等组成)的设计。工作装置的结构设计应满足以下要求： a.保证满足设计任务书中所规定的使用性能及技术经济指标的要求，如最大卸载高度、最大卸载距离、在任何位置都能卸净物料并考虑可换工作装置等。 b.保证作业时与其它构件无运动干涉。 c.保证驾驶员有良好的劳动条件，如工作安全、视野开阔、操作简便等。工作装置的结构设计是一个比较复杂的问题，因为组成工作装置的各

28、构件的尺寸及位置的相互影响，可变性很大。对于选定的结构形式，在满足上述要求下，可以有各种各样的构件尺寸及铰接点位置。因此，只有在综合考虑各种因素的前提下，对工作装置进行运动学和动力学分析，通过多方案比较，才能最后选出最佳构件尺寸及铰接点位置，使所设计的工作装置不仅满足使用要求，况且具有较高的技术经济指标。3.1工作机构连杆系统的尺寸参数设计由于现今国内、外购轮胎式装载机广泛地采用反转六杆工作机构，并且它的设计难度较大，又有一定的代表性，所以以其为例，阐述工作机构连杆系统的尺寸参数设计，以求举一反三。3.2 机构分析反转六杆工作机构由转斗机构和动臂举升机构两个部分组成。转斗机构内转斗油缸GF、摇

29、臂FED、连杆DC、铲斗BC、动臂AEB和机架AG六个构件组成。当举升油缸闭锁时，启动转斗油缸，铲斗将绕B点作定轴转动，当转斗油缸闭锁，举升油缸动作时，铲斗将作复合运动，即一边随动臂对A点作牵连运动，同时又相对动臂绕B点作相对转动。这在作机构运动分析时必须注意。3.3 设计方法 因为工作机构连杆系统的尺寸参数直接与整机的基本性能和工作参数有关，所以通常是先初步设计出整机的主要参数，然后以其为条件，再进行连杆系统的尺寸设计。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、最小卸载距离和各个位置的卸载角等

30、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。3.4尺寸参数设计的图解法图解法比较直观，易于掌握，是目前工程设计时常用的一种方法。它是在初步确定了最大卸载高、最小卸载距离、卸载角、轮胎尺寸和铲斗几何尺寸等参数后进行的，通过在坐标图上确定工况（见图3-1）时工作工作机构的九个铰接点的位置来实现。 图3-1 铰接点B的确定3.4.1 动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点B、E、A的确定1）确定坐标系如图3-2所示，先在坐标纸上选取直角坐标系，初选定长度比例尺。2）画铲斗图 把已设计好的铲斗横截面外轮廓按比例画在坐标里，斗尖对准坐标

31、原点O，斗前臂与x轴呈前倾角。此为铲斗插入料堆时位置，即工况。3）确定动臂与铲斗的铰接点B 由于B点的x坐标值越小，转斗铲取力就越大，所以B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B 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，但这样就缩小了B点与连杆铲斗铰接点C的距离，使铲取力下降。 图3-2 连杆两铰接点的确定图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时的铲斗实际状况，在保证B点与Y轴坐标值和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B点初步确定下来:1）以B点为圆心，使铲斗顺时针转动48，即工况。2）把已选定的轮

32、胎外廓画在坐标图上。作图时，应使轮胎前缘与工况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轴坐标值应等于轮胎的工作半径： （3-1）式中：轮胎动力半径， mm轮毂直径，mm轮胎宽度，mm轮胎断面高度与宽度之比，取1.25轮胎变形系数，普通轮胎为0.05 （3-2） 圆整后取Rd=394mm。3）根据给定的最大卸载高度、最小卸载距离和卸载角，画出铲斗在最高位卸载的位置图，即工况，此时，B点位置为，如图3-2所示。3.4.1.4确定动臂与机架的铰接点A1）以点为圆心，顺时针旋转铲斗54，即得铲斗被举升到最高位置图(工况)。2）连接B并作其垂直平分线因为B

33、和点同在以A点为圆心，动臂AB长为半径的圆弧上，所以A点必在B的垂直平分线上。A点位置尽可能低一点，以提高整机工作的稳定性，减小机器高度，改善司机视野。一般，A点取在前轮右上方，与前轴心水平距离为轴距的处。 A点位置的变化，可借挪动点和轮胎中心点的位置来进行。3.4.1.5确定动臂与摇臂的铰接点E机构的布置以及转斗油缸的长度等都有很大影响。如图4-7所示，根据分析和经验，一般取E点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E点在AB连线上方，其在AB连线上的投影点距A点45%处。相对前轮胎，E点在其外廓的左上部。3.4.2连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点C、D的确定因为B、E两

34、点已被确定，所以再确定C和D点实际上是为了是终确定与铲斗相联的四杆机构BCDE的尺寸。 确定C 、D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，又要注意动力学要求，如铲斗在铲装物料时应能输出较大的铲取力，同时，还要防止前述各机构运动被破坏的现象。为此，建议按下述方法进行设计：按单摇杆条件设计六杆机构，连杆与铲斗铰点C的位置影响连杆的受力和转斗油缸的行程，选择时主要考虑当铲斗处于地面挖掘位置情况下，转斗油缸作用在连杆CD的有效分力较大，以发挥比较大的掘起力。通常BC与铲斗回转半径之间的夹角=100o120o；BC=（0.130.14）lD（见图3-3）。摇臂和连杆要传递比

35、较大的插入和转斗阻力，因此在设计时不仅考虑运动关系，而且还应考虑它们的强度和刚度。摇臂是形状以及长短臂的比例关系及铰点E的位置的确定，主要考虑连杆的受力情况及它们在空间布置的方便和可能性，同时转斗油缸的行程及连杆的长度也不要过大。摇臂可做成直的也可做成弯曲的形状。弯曲摇臂的夹角一般不大于30，否则使构件受力不良。摇臂与动臂的铰点E布置在动臂两铰点的连线AB的中部偏上处。设计时初步取m=(0.110.18)lD，le=(0.450.50)lD，EF=（0.220.24）lD，DE=（0.290.32）lD。完成上述构件尺寸选择后，就可用下述作图方法来确定连杆CD的长度、转斗油缸与车架的铰点G及行

36、程。根据已经选定的工作装置连杆机构的尺寸参数，画出动臂和铲斗在地面时铲斗后倾的位置及摇臂和动臂的铰点E；将动臂由最低到最高位置时的转角分成若干等分，提升动臂到不同的角度，并保持后倾铲斗的平移性，依次画出BC的相应位置：、，并使它们互相平行；然后画出铲斗在最大卸载高度时的卸载位置（取卸载角），得。假设铲斗在最大卸载高度卸载时摇臂和连杆CD处在极端位置，即铰接点C、D、E位于同一条直线上，则连杆CD的最小长度 b=。根据摇臂的结构尺寸和铲斗在任意位置能卸净物料这一条件，作出铲斗在不同卸载位置时所对应的摇臂与转斗油缸活塞杆铰接点位置，连接各点得一曲线，过点作此曲线的内包圆弧，则圆弧的圆心G即为与车架

37、的交接点，圆弧的半径G既为转斗油缸的最小安装尺寸。根据提升动臂过程中铲斗保持平移的特性画出相应的摇臂与转斗油缸的铰接点位置得一曲线，以铰接点G为圆心，过点做此曲线的外包圆弧，圆弧N的半径G，即为转斗油缸的最大安装距离，转斗油缸的行程，按下式计算： （3-3）当连杆机构和铰接点位置确定以后，根据上述作图法所确定的转斗油缸与车架铰接点G及转斗油缸的行程，一般当转斗油缸闭锁的情况下提升动臂的过程中，铲斗在任何位置时的后倾角都不在地面时后倾角大，在动臂提升范围内后倾角通常允许相差15。铲斗卸载角通常随卸载高度的降低而稍有减小，若铲斗的卸载角小于45时，可减小BC或的长度来满足对卸载角的要求。 图3-3

38、 确定连杆机构图解法简图要实现动臂提升到最大卸载位置卸载后，动臂下放到地面时铲斗即自动放平，只要凑成连杆机构使铲斗由最高位置到地面过程中，上翻角即可。3.4.3举升油缸与动臂和机架的铰接点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。综合考虑这些因素，一般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3-4所示，一般H点选定在AB联线附近或上方，并取。AH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(边抓入边举臂)工况的需要，在满足M点最小离地高度要求的前提下，令工况时HM近似于水平，一般取HM与水平线成1

39、015夹角。这是机械优化设计的结果。M点往前桥方向靠是比较有利的。这样做，可使动臂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点前移困难，可采取M点上移(即加大)和H点向B点方向前移的办法，使举升动臂油缸几乎呈是比较困难的，它受前桥限制，支座布置也较麻烦，如图3-7a所示，为克服M点前移的水平状态，计算证明，这样布置也能得到较好的举升特性。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举升油缸的功率，采用中间铰接式油缸是比较理想

40、的，如图所示。 图3-4 动臂油缸铰接点的确定这个结论是显而易见的，因为由图3-5可知，两种结构的油缸的最小工作力臂均出观在铲斗被举到最高位置时，但图3-5（a）中小于图3-5（b）中的，并且都为锐角，而力臂大小为。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最小输出力矩大。3.5确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程3.5.1动臂油缸的铰接位置确定动臂油缸与动臂及车架的铰接点H、M的位置(图3-5)，通常参考同类样机，同时考虑动臂油缸的提升力臂与行程的大小选定。H点一般选在约为动臂长度的三分之一处，且在动臂两铰接点的连线之上，以便留出铰座位置 (对曲线型动臂而言)。动

41、臂油缸与车架有两种连接方式：油缸下端与车架铰接(图3-6a)；油缸中部或上端与车架铰接(图3-6b)。后者在动臂提升过程中，由于油缸下端的摆动，可以使动臂油缸的提升力臂变化较小，效率较高。但不论那种连接方式，都要使动臂油缸的下端到地面的距离HM满足装载机离地间隙的要求。此外，在采用动臂油缸下端摆动的连接方式时，要注意油缸下端在摆动过程中不与机体发生于涉。 a b 图3-5 动臂举升油缸两铰接点设计a油缸下端与车架铰接 b油缸中部或上端与车架铰接图3-6 动臂油缸的铰接位置3.5.2动臂油缸行程的确定在选定动臂油缸铰接点的位置后，便可用与求动臂长度相同的解析法或作图法求出其油缸行程： （3-4）

42、式中：动臂油缸的最大安装距离仍M动臂油缸的最小安装距离MHAB=1800mm AH取950mm最小离地间隙一般 作图知道图3-7 动臂油缸行程的设计油缸最大长度1162 mm ，最小长度770 mm ， （3-5）符合设计要求。3.6 确定最大卸载高度和最小卸载距离 铲斗高位卸载时的卸载高度和卸载距离必须分别不小于设计任务给定的最大卸载高度和最小卸载距离，否则将影响卸载效率，甚至不能进行高位卸载。太大时，将增加卸载冲击，损坏运输车辆，过大，虽然有利于装车，但加大了工作机构前悬，降低整机稳定性。若要满足要求，则应该满足下列要求： （3-33）在轨迹图中测量出：所以满足和的要求。3.7利用CATI

43、A的草图模块初步检验设计的合理性步骤：以各个部件铰点轮廓代替部件，通过约束铰点间的长度来固定部件的形状（此时部件之间的相对位置还是可以移动或转动），通过“相合”约束将两个部件铰接起来（此时部件之间只能相互转动），添加机架（左上角的一各三角形）并将机架固定于地面坐标系，将动臂以及两个油缸固定于机架，添加轮胎，并固定于地面坐标系。此时整个草图只有两个自由度，即动臂油缸长度和摇臂油缸长度可以改变，而一旦确定这两个尺寸整个草图就位移确定下来。最终通过约束动臂油缸和摇臂油缸的长度来实现工作装置在各个工况中的定位，从而可以通过测量工具测量所需检验的物理量。工况1（插入工况）工况2（掘起工况）工况3（举升工况）工况4（卸载工况）铲斗最高点处高度h=3196mm利用CATIA中的测量工具，测量得到最大卸载高度为1.95m和卸载距