ZL40装载机反转连杆机构工作装置的设计

优秀设计工程机械学课程设计设计题目：ZL40装载机反转连杆机构工作装置的设计设计者：学校名称：班级：指导老师：目录一、课程设计题目------------------------------------------------1二、铲斗设计------------------------------------------------------21、铲斗的构造-----------------------------------------------32、铲斗的断面形状和基本参数--------------------------43、斗容计算--------------------------------------------------7三、动臂设计------------------------------------------------------81、动臂长度-----------------------------------------------------82、动臂铰点的确定--------------------------------------------9四、反转斗四连杆机构设计---------------------------------------101、斗四连杆设计---------------------------------------------112、运动学和动力学分析------------------------------------122、程序代码---------------------------------------------------163、程序运行结果---------------------------------------------175、ZL40装载机参数-----------------------------------------206、转斗缸四连杆设计---------------------------------20五、心得体会-------------------------------------------------21六、参考文献-------------------------------------------------21ZL40装载机反转连杆机构工作装置的设计1 装载机工作装置介绍装载机的工作装置是由铲斗、升降动臂的液压缸、连杆机构组成，用以完成铲掘、装载作业。

对中小型装载机，一般还常配有可以更换的工作装置，以适应多种作业的需要。

装载机工作装置应满足如下要求：1.铲斗的运动轨迹符合作业要求，即要满足铲掘、装载的要求；2.要满足卸载高度和卸载距离的要求，并保证动臂在任何位置都能卸净铲斗中的物料；3.在满足作业要求的前提下，工作装置结构简单，自重轻、受力合理、强度高；4.保证驾驶员具有良好的工作条件，确保工作安全，视野良好，操作简单和维修方便。

原始的装载机工作装置如图1—1所示，铲斗与动臂固定，若转斗液压缸不动，当动臂提升时，铲斗和动臂一起绕着定点转动，斗的倾角随着动臂转角的增大而增大，使斗中物料撒落，为使物料不撒落，要求动臂举升时，铲斗应相对动臂向前倾，以补偿铲斗随动臂转动所引起的后倾，实现铲斗接近平移运动。

这样的运动通常是由连杆机构来实现。

图1—2所示，为一个由机架、动臂拉杆和框架（斗）组成的工作装置连杆机构，动臂和拉杆的一端与车架铰接，另一端则与框架铰接。

斗和斗液压缸固定在框架上。

动臂举升时，动臂与机架的夹角α改变，引起框架和动臂的夹角ß改变，由于斗装在框架上，故斗相对于动臂产生了转动。

动臂举升时，斗在空间的运动，可以为斗跟随动臂一起绕定点转动的牵连运动和相对动臂转动的相对运动的合成。

若动臂转角△α（即斗的牵连运动），通过连杆机构使框架（斗）相对于动臂转动△ß（斗的相对运动），则斗在空间的实际转角为：△γ=△α+△ß若△α≈-△ß，则△γ≈0，即使动臂在举升时，斗在空间基本上无转角变化。

2 铲斗的设计2.1 铲斗的介绍铲斗是铲装物料的工具，它的斗型与结构是否合理，直接影响装载机的生产率，在设计工作装置连杆之前，首先要确定铲斗的几何形状和尺寸，因为它与连杆机构的设计有密切的关系。

设计铲斗首先要具有合理的斗型，以减少切削和装料阻力，提高作业生产率，其次是在保证铲斗具有足够强度和刚度的前提下，尽量减少自重，同时也应考虑到更换工作装置和修复易换零件（切削刃、斗点）的方便。

1.普通铲斗的构造（图2—1）图2—1所示是一个焊接结构的铲斗，底板上的主切削刃1和侧板上侧刀刃2均由耐磨材料制成；在铲斗上方有挡板3把斗后壁加高，以防止斗举高时物料向后撒落。

斗底上镶有耐磨材料制成的护壁4，以保护斗底，并加强斗的刚度。

直线型刀刃适宜用于转载轻质和松散小颗粒物料，并可以利用刀刃作刮平、清理场地工作；V 形刀刃便于插入料堆，有利于改善作用装置的偏载，适宜于铲装较密实物料。

由于其刀刃突出，影响卸载高度。

通常在设计铲斗时都采用带齿的铲斗，因为斗齿的作用是铲斗插入物料时，减少铲斗与物料的作用面积使插入力集中在斗齿上，破坏物料结构，因而带齿的斗具有较大的插入料堆的能力，适宜于装矿石和坚硬的物体，齿型的铲斗的选择使提高铲斗的寿命，使铲斗的插入力减小，如果齿变钝了易于更换和维修，设计时采用分体式铲斗。

（如图2—2）铲斗的截面形状如图2—2所示，它的基本形状由一段圆弧、两段直线所焊接而成的基本的斗状圆弧的半径r、张开角γ、后臂高h、底臂长l等四个参数决定的，圆弧半径大，物料进入铲斗的流动性能好，有利于减少物料装入斗内的阻力，卸料快而干净，但圆弧半径过大，斗的张开角大，不易于装满，且铲斗外形高，影响驾驶员的视野。

后臂过小则容易漏料，过大则增加铲斗的外形影响驾驶员的视野底臂长，则斗的插入料堆深度大，斗易于装满，但铲起力由于力臂的增加而减少，底臂长度小则铲起力大，且由于卸料时铲斗刃口降落的高度小，可以减少动臂举升高度，缩短作业时间。

2.2 铲斗的断面形状和基本参数的确定斗的断面形状由圆弧半径r、张开角γ、后臂高度h、和底臂长l等四个参数决定。

如图2—3所示，圆弧半径r 越大，物料进入铲斗的流动性越好，有利于减少物料装入斗内的阻力，卸载快而干净，但r 过大，斗的开口大，不易装满，且铲斗的外形较高，影响驾驶员观察铲斗刃的工作情况。

后壁高h 和底壁长h 是指斗上缘至圆弧与后壁切点的距离，h 过小则易漏料，过大则增加铲斗外形，影响驾驶员视线。

根据图2—3铲斗截面基本参数：已知该工作机构的额定载重量Q=4t 由土壤的自然重度公式得 V =m g/γ=40/20=2在应用中采用平装斗容来计算铲斗的截面面积的基本参数，铲斗的截面面积：()22g 1S=R [0.5cos sin ][0.5(1)]2180z k r ctg γγλλλγγγπ⎧⎫+---⎨⎬⎩⎭（2—1）铲斗的几何容积V=S ×B ，则可以建立下式：R =（2—2） 式中V —平装斗容量图2—4所示阴影面积由设计给定；B —铲斗的净宽度；Q =4t V =2λg —铲斗斗底长度系数，λg=Lg/R；λz —后斗壁长度，λz=Lz/R；Lz—后斗壁长度，是指由后斗壁上缘至斗壁与斗底延长线相交点的距离；λk —挡板高度系数，λk=Lk/R；L k—挡板高度；λr —圆弧半径系数，λr=r/R；γ―――斗底与后斗壁间的夹角,又称斗张开角；γ1—挡板与后斗壁的夹角。

由式（2—2）可见，已知V、B，只要选定λg 、λz、λk、λr等系数值和γ、γ1值，即可求得新铲斗的基本R。

为此，实测所选样机铲斗的下列数据R,Lg ,Lk,Lr,r,γ1和γ值，并分别计算出λg,λz,λk和λr值，带入（2—1）式，即可求得新铲斗的回转半径R，由基本参数R，根据所选定的各系数值，即可求得新铲斗的其他参数值。

铲斗侧板切削刃，相对于斗底的倾交α0=50°～60°。

取α0=60°。

根据已知条件取合适的值：取γ1=8°、λr =0.4、0.12k λ=、λz =1.2、λg =1.5、γ=50°把以上数据代入式（2—2）得铲斗的回转半径：1.08R R m∴=并由R 得到以下数值：铲斗的横截面面积 S = V /B =2/2.5=0.8㎡; 后 斗 臂 长 度Lz =1.2×1.08=1.31m ; 斗 底 长 度Lg =1.5×1.08=1.62m ; 挡 板 高 度L k =0.12×1.08=0.13m ; 铲 斗 圆 弧 半径 r = 1.08×0.4=0.43 m ; 底 臂 长l =1.8/5.3×1.62=0.59m ;2.3 斗容的计算根据确定的铲斗几何尺寸即可计算铲斗的容量。

1.平装容量（几何容量）V p :铲斗的平装斗容分为装有当板和无挡板两种。

我选用有挡板铲斗： （1）平装斗容V Vp=S B -2a 2b /3 m 3式中：S —铲斗横截面积等于0.8㎡ B —铲斗内侧宽度等于 2.5m a —近似取0.108mb —铲斗刀刃与挡板最上部之间的距离（如图2—5），又余弦定理得 b=1.338m所以 3298.1338.113.0322m V p =⨯⨯-=α0=60° γ1=8° λr =0.40.12k λ=λz =1.2 λg =1.5 γ=50° R =1.08㎜ S =0.8㎡ Lz =1.08m Lg=1.62m L k =0.13m r =0.43 m l =0.59mS =0.8㎡ B =2.5mb =1.338m31.98p V m =（2） 堆装容量V H （额定斗容量）V H = V p ＋b 2B /8－[b 2(a+c)]/6 C ——物料堆积高度由于物料按2：1的坡度角堆装，所以c 近似等于c =0.730m 所以32.28H V m =2.4 斗铰点位置的确定动臂与斗的连接铰点（简称下铰点）的位置应尽量使铲斗在铲掘位置时布置在靠近切削与地面。

下铰点靠近铲斗切削刃，则转斗时力臂l 小，有利于增加作用在刀刃上的铲起力。

下铰点靠近地面，可减少在作业时，由插入阻力所引起的附加力矩(p h,见图2—6），此力矩将影响掘起力值。

对装载轻质物料的铲斗，其下铰点允许高一些，以增加回转半径R ，增加转斗时斗刃所扫过的料堆面积，从而提高铲斗物料的装满程度。

下铰点距离斗底高度一般可取h =（0.06～0.15）R 。

即：下铰点距斗底高度 h=0.11×1.08=0.108m 。