装载机铲斗几何尺寸的新计算方法
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1 原设计方法存在的问题
（! ） 将回转半径 ! 视为基本参数， 其它尺寸均 为 ! 之函数是不够合理的。因为 ! 只是设计装载 机工作装置时所需的主要尺寸， 其值应根据铲斗结 构尺寸与动臂下铰点处的结构强度而定， 不应视为 铲斗基本参数。 （1 ） 铲斗尺寸通过许多系数计算而得， 系数过 多， 不便于分析它们对铲斗形状的影响， 不便于试验研
参 考 文 献 水利 ! 周复光主编 & 铲 土 运 输 机 械 设 计 与 计 算 & 北 京 ： 电力出版社， !*+中国建筑工业 # 同济大学主 编 & 铲 土 运 输 机 械 & 北 京 ： 出版社， !*+,
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364
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384
! 设计举例
在为某工程机械大修厂的 9:$( 装载机改修过
图 ! 铲斗形状及参数
究。 （5 ） 按推荐系数计算的结果有时不得不进行适 当修正。 为此有必要寻求能反映铲斗形状的较为简单的 参数和设计方法。
5 新设计方法
经笔者研究， 对装载机铲斗几何尺寸的设计与 计算提出一种新的设计方法。新设计方法由 7 个基 本参数来确定铲斗的几何形状 （见图 1 ） ： （! ） 斗张角 $"。 （1 ） 底弧比 )"& %’ ， 该比值能反映铲斗侧面中两 个最主要的尺寸 ’ 和 & 。 （5 ） 侧刃倾角 $!。
!+ 以市场为中心的产品标准
随着中国改革开放和市场经济的发展，上述这 些标准已不能满足产品的发展， 不适应市场的需要。 在这些整机标准中，详细规定了各种产品的型 号、 斗容、 载重量、 发动机功率等， 甚至连机重都作了 规定。 而用户的需求是多种多样的， 如果都按标准来 设计和生产，那么就会碰到符合标准而不适合用户
摘 要： 为了推进整机产品标准的改革， 分析了中国加入 ()* 后产品市场的竞争
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变化， 明确了市场经济以客户为中心的发展方向， 提出了产品标准的具体改革方法。
在中国经济发展的过程中，工程机械产品经过 数十年的努力已经完成了以产品为中心和以市场为 中心的发展阶段。随着中国加入 ()* ， 中国经济已 经同开放竞争的世界市场接轨，工程机械产品的发 展正逐渐转移到以客户为中心的发展阶段，这就对 中国工程机械产品标准的发展提出了新的课题和要 求。
) 吉林工业大 学 工 程 机 械 教 研 室&
北京： 中国建筑工业出版社， !*+#
轮 式 装 载 机 设 计&
通讯地址： 河北省邯郸市华北水电学院 !"## 信箱 （$#%$!& ） （收稿日期： #((#0(-0)( ）
广西柳工集团有限公司 章二平
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关键词：市场竞争 产品标准 改革发展
主机产品迅速接近国际先进水平。这段时期可以看 成是以产品为中心的工程机械发展阶段。
,"1-" 年代，中国的工程机械企业处于初创或
成长时期， 企业按国家规定的产品标准生产， 用户在 现有产品中选购，国家则主要按规定的产品标准控 制产品的质量， 这个过程可用图 $ 来表示。
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! 引言
装载机铲斗的几何形状与尺寸按原来的设计 方法是把铲斗的回转半径 ! （铲斗下铰点到切削刃 的距离） 作为基本参数 （如 图 ! 所 示 ） ， 该参数不仅 影响掘起力和插入阻力的大小， 而且与整机的总体 参数有关， 因此铲斗的其它参数则视为 ! 的函数。
回转半径 ! 可按下式计算：
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工程机械， （$!） !""#
装载机铲斗几何尺寸的新计算方法
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： 张维良， 申文清， 张艳伟 华北水利水电学院 工程机械 CONSTRUCTION MACHINERY AND EQUIPMENT 2002，33(12) 0次
参考文献(3条) 1.周复光 铲土运输机械设计与计算 1986 2.同济大学 铲土运输机械 1987 3.吉林工业大学工程机械教研室 轮式装载机设计 1982
/ 结论
新设计方法中， 铲斗几何形状基本参数不是由 回转半径 ’ 计算而得， 而是由总体参数、 斗形参数 计算得出， 而且便于利用微 ’ 的计算也较原来简单， 机进行辅助设计。 新设计方法也便于分析铲斗截面形状的斗形 参数 !(、 )、 !! 对 ( 、 #、 ’ 等参数的影响。 通过对 (—!(、 (—)、 ’ —)、 # —) 之间的关系分 析可以得出下列结论：
#+ 以产品为中心的产品标准
在中国工程机械发展的初期， 原机械工业部、 建 设部及下属的各归口所根据收集到的国外资料， 结 合中国国情， 制定了一批工程机械的产品型式、 参数 和技术条件等方面的国家或行业标准。这些标准的 出台， 促进了中国工程机械的发展， 使中国工程机械 — &" — 万方数据
图 ! 新算法铲斗形状及参数
侧刃倾角 !" 对水平切削阻力无影响， 考虑 （/ ） 到铲斗在最大举升高度与最大上翻角时应使斗面近 于水平， 以减少物料的撒落并增大漏斗系数， 因此取
（! ） 挡板高度系数 !"# " # $ 。 由图 $ 可知： （!( %$） （!( %$ ） ） （+） （$ ） % "#&$%&’ )（ $ ’*%&’ 根据正弦定理得： （,-.!" %,-.!$） （+） （/ ） () % （,-.!( %,-.!$） （+） （! ） )) % $ 侧面积 *)(01% (,-.!(*(01# ")+$ %&’ （!( % $ ） * $ $ （!( %" ） ］ （+ ） （1 ） (01"$［"2 $ ［’*%&’3!( %$4 ］3,-.!(,-.!"4 %&’(!!) $"｛ * %｛ (01 （!( %! ） ］ （!+ %! ） *+,-!,-.!( %&’(!［ ./01 2+,-" ! ’ *%&’ $%! （$.!+ %" ） ｝ ｝ 345 365 式 （- ） 中， 面积 * 可由 *", %(( 确定 （, 为平装斗 容， 。 (( 为铲斗净宽） 挡板高度系数定义为： ［’*%&’ （!$ %!） ］ !"# " %$) （&’(!+ %&’(!!） 01!7 385 下铰点的位置主要由结构强度设计而定， 其原 则是： 使该点尽量靠近铲斗的后壁和斗底， 但又要 保证该点处有足够的强度。铲斗结构尺寸确定后， 影响下铰点位置的主要因素是装载机的额定载重 量、 动臂钢板厚度及装载机的牵引力等。为确定下 铰点的位置， 将 9:#+59:-+ 下铰点距斗后壁之间的 距离 - 与额定载重量 . 的关 系 回 归 为 如 下 经 验 公 式：
1 0
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关键词：铲斗 设计方法 基本参数
法能直观反映基本参数对铲斗形状的影响， 更便于利用微机进行辅助设计。
—— 通常取 "#5$8"#7 !0—圆弧半径系数， !06’ ( ! ， —— ’ —铲斗圆弧半径， 4 —— 取 79:8$1: "—斗张角， —— 通常 "!—挡板与后斗壁延长线之间的夹角， 取 $:8!": 求出 ! 后， 再根据各项选取的系数来确定铲斗 的几何尺寸 & %、 & &、 & ( 与 ’ 等。
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装载机铲斗几何尺寸的新计算方法
华北水利水电学院 张维良 申文清 张艳伟
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摘 要： 原设计方法将铲斗的回转半径 ! 视 为 基 本 参 数 ， 铲斗尺寸通过多个系数计算而得， 这种算 法有一些弊病。文章提出的新设计方法以能反映铲斗几何形状的参数为依据来计算铲斗尺寸， 该设计方
工程机械， （$!） !""#
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程中， 我们采用新设计方法， 用计算机辅助设计、 计 算来确定铲斗的基本参数。 额定斗容 9:$( 装载机的总体参数 . )$ ((( 7’，
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工程机械， （$! ） !""# 图 ! 计算程序框图
万方数据
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相似文献(10条) 1.学位论文 彭灿 液压挖掘机铲斗轨迹控制器SOC原型研究 2007
当今液压挖掘机机器人化已成为国内外研究的热点，并在实际应用中逐步体现出其优势。本文在此背景下，结合最新出现的片上系统(SOC)技术，对液压挖掘 机铲斗轨迹控制器原型进行了研究。 论文首先对液压挖掘机运动学进行了分析，考虑到采用数字PID控制方法会导致参数调节难度大的缺点，选取基于递推 增量控制的轨迹控制算法。在实际控制中液压挖掘机的减压比例阀动态特性可以忽略，因而得到减压比例阀近似电流-流量模型，为半实物仿真中电流到工作装置 状态转化提供了理论基础。 轨迹控制器本质上属于运动控制器，其设计上采用SOC技术相比传统的嵌入式开发，具有更低的功耗，更高的性价比和更快的上 市时间，能提高系统整机的性能，降低了成本和体积。常见的SOC设计方法有基于IP核和基于平台两种，本文对两种方法进行了对比，指出采用基于平台的设计方 法，在完全可编程环境下既具有基于平台设计方法的降低设计复杂度的优点，又具有基于IP核设计方法的高灵活性。 通过上述分析，本文采用基于平台的 SOC设计方法，对液压挖掘机轨迹控制器进行研究。在Altera，公司推出的可编程平台Stratix开发板(可配置Nios Ⅱ软核CPU)上实现了轨迹控制器原型系统 ：Excavator Controller。根据实际控制需求，采用软硬件协同设计的方法，在SOC开发环境中研究和设计了相关IP核，并将各IP核最终都综合到软核CPU Nios Ⅱ中，从而Excavatoi Controller将控制器的绝大部分功能在单个芯片上实现，具有低功耗、小体积等优点。在软件设计中编写了各功能函数和递推增量控制算法 程序。为了提高控制的实时性，在系统中移植了μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统进行多任务管理。 最后论文采用Visual C++6.0基于OpenGL开发了液压挖掘机虚拟 现实VR软件，与轨迹控制器原型共同组成半实物仿真环境。在半实物仿真环境下，对轨迹控制器进行了水平从外向内走直线的实验，通过不断的调整控制参数，最 终达到较好的控制效果。
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铲斗最大举升高度与最大上翻角位置时仍使挡板上 缘略高于前刃， 并取挡板近似垂直于侧壁切削刃， 故 取 !/)>=。 挡板的高度系数 ! 取 (0/1 。 当 !")<(=时， ， 综上所述，可得： !()(0<86 （弧度） !")"0(!>， 底弧比 ’ 取 "0$ 。 !$)"0/8<， !/)(0"$$， !)(0/1， 在wenku.baidu.com / 所示的框图中： $ （ （"(） , ;?), &0 "$(( %<+0 " # "*)"） %<
1 原设计方法存在的问题
（! ） 将回转半径 ! 视为基本参数， 其它尺寸均 为 ! 之函数是不够合理的。因为 ! 只是设计装载 机工作装置时所需的主要尺寸， 其值应根据铲斗结 构尺寸与动臂下铰点处的结构强度而定， 不应视为 铲斗基本参数。 （1 ） 铲斗尺寸通过许多系数计算而得， 系数过 多， 不便于分析它们对铲斗形状的影响， 不便于试验研
参 考 文 献 水利 ! 周复光主编 & 铲 土 运 输 机 械 设 计 与 计 算 & 北 京 ： 电力出版社， !*+中国建筑工业 # 同济大学主 编 & 铲 土 运 输 机 械 & 北 京 ： 出版社， !*+,
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铰点距斗底的距离约为 ! $ - ，故铲斗的回转 半径 / 为：
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5 新设计方法
经笔者研究， 对装载机铲斗几何尺寸的设计与 计算提出一种新的设计方法。新设计方法由 7 个基 本参数来确定铲斗的几何形状 （见图 1 ） ： （! ） 斗张角 $"。 （1 ） 底弧比 )"& %’ ， 该比值能反映铲斗侧面中两 个最主要的尺寸 ’ 和 & 。 （5 ） 侧刃倾角 $!。
!+ 以市场为中心的产品标准
随着中国改革开放和市场经济的发展，上述这 些标准已不能满足产品的发展， 不适应市场的需要。 在这些整机标准中，详细规定了各种产品的型 号、 斗容、 载重量、 发动机功率等， 甚至连机重都作了 规定。 而用户的需求是多种多样的， 如果都按标准来 设计和生产，那么就会碰到符合标准而不适合用户
摘 要： 为了推进整机产品标准的改革， 分析了中国加入 ()* 后产品市场的竞争
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变化， 明确了市场经济以客户为中心的发展方向， 提出了产品标准的具体改革方法。
在中国经济发展的过程中，工程机械产品经过 数十年的努力已经完成了以产品为中心和以市场为 中心的发展阶段。随着中国加入 ()* ， 中国经济已 经同开放竞争的世界市场接轨，工程机械产品的发 展正逐渐转移到以客户为中心的发展阶段，这就对 中国工程机械产品标准的发展提出了新的课题和要 求。
) 吉林工业大 学 工 程 机 械 教 研 室&
北京： 中国建筑工业出版社， !*+#
轮 式 装 载 机 设 计&
通讯地址： 河北省邯郸市华北水电学院 !"## 信箱 （$#%$!& ） （收稿日期： #((#0(-0)( ）
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关键词：市场竞争 产品标准 改革发展
主机产品迅速接近国际先进水平。这段时期可以看 成是以产品为中心的工程机械发展阶段。
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成长时期， 企业按国家规定的产品标准生产， 用户在 现有产品中选购，国家则主要按规定的产品标准控 制产品的质量， 这个过程可用图 $ 来表示。
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! 引言
装载机铲斗的几何形状与尺寸按原来的设计 方法是把铲斗的回转半径 ! （铲斗下铰点到切削刃 的距离） 作为基本参数 （如 图 ! 所 示 ） ， 该参数不仅 影响掘起力和插入阻力的大小， 而且与整机的总体 参数有关， 因此铲斗的其它参数则视为 ! 的函数。
回转半径 ! 可按下式计算：
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装载机铲斗几何尺寸的新计算方法
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： 张维良， 申文清， 张艳伟 华北水利水电学院 工程机械 CONSTRUCTION MACHINERY AND EQUIPMENT 2002，33(12) 0次
参考文献(3条) 1.周复光 铲土运输机械设计与计算 1986 2.同济大学 铲土运输机械 1987 3.吉林工业大学工程机械教研室 轮式装载机设计 1982
/ 结论
新设计方法中， 铲斗几何形状基本参数不是由 回转半径 ’ 计算而得， 而是由总体参数、 斗形参数 计算得出， 而且便于利用微 ’ 的计算也较原来简单， 机进行辅助设计。 新设计方法也便于分析铲斗截面形状的斗形 参数 !(、 )、 !! 对 ( 、 #、 ’ 等参数的影响。 通过对 (—!(、 (—)、 ’ —)、 # —) 之间的关系分 析可以得出下列结论：
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在中国工程机械发展的初期， 原机械工业部、 建 设部及下属的各归口所根据收集到的国外资料， 结 合中国国情， 制定了一批工程机械的产品型式、 参数 和技术条件等方面的国家或行业标准。这些标准的 出台， 促进了中国工程机械的发展， 使中国工程机械 — &" — 万方数据
图 ! 新算法铲斗形状及参数
侧刃倾角 !" 对水平切削阻力无影响， 考虑 （/ ） 到铲斗在最大举升高度与最大上翻角时应使斗面近 于水平， 以减少物料的撒落并增大漏斗系数， 因此取
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关键词：铲斗 设计方法 基本参数
法能直观反映基本参数对铲斗形状的影响， 更便于利用微机进行辅助设计。
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华北水利水电学院 张维良 申文清 张艳伟
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摘 要： 原设计方法将铲斗的回转半径 ! 视 为 基 本 参 数 ， 铲斗尺寸通过多个系数计算而得， 这种算 法有一些弊病。文章提出的新设计方法以能反映铲斗几何形状的参数为依据来计算铲斗尺寸， 该设计方
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程中， 我们采用新设计方法， 用计算机辅助设计、 计 算来确定铲斗的基本参数。 额定斗容 9:$( 装载机的总体参数 . )$ ((( 7’，
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相似文献(10条) 1.学位论文 彭灿 液压挖掘机铲斗轨迹控制器SOC原型研究 2007
当今液压挖掘机机器人化已成为国内外研究的热点，并在实际应用中逐步体现出其优势。本文在此背景下，结合最新出现的片上系统(SOC)技术，对液压挖掘 机铲斗轨迹控制器原型进行了研究。 论文首先对液压挖掘机运动学进行了分析，考虑到采用数字PID控制方法会导致参数调节难度大的缺点，选取基于递推 增量控制的轨迹控制算法。在实际控制中液压挖掘机的减压比例阀动态特性可以忽略，因而得到减压比例阀近似电流-流量模型，为半实物仿真中电流到工作装置 状态转化提供了理论基础。 轨迹控制器本质上属于运动控制器，其设计上采用SOC技术相比传统的嵌入式开发，具有更低的功耗，更高的性价比和更快的上 市时间，能提高系统整机的性能，降低了成本和体积。常见的SOC设计方法有基于IP核和基于平台两种，本文对两种方法进行了对比，指出采用基于平台的设计方 法，在完全可编程环境下既具有基于平台设计方法的降低设计复杂度的优点，又具有基于IP核设计方法的高灵活性。 通过上述分析，本文采用基于平台的 SOC设计方法，对液压挖掘机轨迹控制器进行研究。在Altera，公司推出的可编程平台Stratix开发板(可配置Nios Ⅱ软核CPU)上实现了轨迹控制器原型系统 ：Excavator Controller。根据实际控制需求，采用软硬件协同设计的方法，在SOC开发环境中研究和设计了相关IP核，并将各IP核最终都综合到软核CPU Nios Ⅱ中，从而Excavatoi Controller将控制器的绝大部分功能在单个芯片上实现，具有低功耗、小体积等优点。在软件设计中编写了各功能函数和递推增量控制算法 程序。为了提高控制的实时性，在系统中移植了μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统进行多任务管理。 最后论文采用Visual C++6.0基于OpenGL开发了液压挖掘机虚拟 现实VR软件，与轨迹控制器原型共同组成半实物仿真环境。在半实物仿真环境下，对轨迹控制器进行了水平从外向内走直线的实验，通过不断的调整控制参数，最 终达到较好的控制效果。