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图3-13 动臂上三铰接点设计
2) 画铲斗图
把已设计好的铲斗横截面外廓图按比例画在xOy坐标里，斗尖对准坐标原点O，斗前壁与x轴呈3°～5°前倾角。此为铲斗插人料堆时位置，即工况Ⅰ。
3) 确定动臂与铲斗的铰接点G
由于G点的x坐标值越小，转斗掘起力就越大，所以G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G点的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，但这样缩小G点与连杆铲斗铰接点F的距离，使掘起力下降。综合考虑各种因素的影响，设计时，一般根据坐标图上工况工时的铲斗实际状况，在保证G 点 y 轴坐标值yG=250～350mm 和x轴坐标值xG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 G 点初步确定下来。
4) 确定动臂与机架的铰接点A
① 以 G 点为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗口OO’与x轴近似平行为止，即工况Ⅱ。
②把已选定的轮胎外廓画在坐标图上。作图时，应使轮胎前缘与工况Ⅱ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坐标值应等于轮胎的工作半径RK。
③ 根据给定的最大卸载高度 hx、最小卸载距离lx和卸载角?x，画出铲斗在最高位置卸载时的位置图，即工况Ⅳ，并令此时斗尖为O4，G点位置为G’，如图3-14所示。
④ 以 G’点为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与x轴平行，即得到铲斗最高举升位置图（即工况Ⅲ）。
⑤ 连接 GG’并作其垂直平分线。因为G和G’点同在以A点为圆心，动臂lD长为半径的圆弧上，所以A点必在GG’的垂直平分线上。可得A点坐标。
5) 确定动臂与摇臂的铰接点B
B点的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、连杆机构的布置以及转斗油缸的长度等都有很大影响。如图3-14所示，根据分析和经验，一般取B点在AG 连线的上方，过A点的水平线下方，并在AG的垂直平分线左侧尽量靠近工况Ⅱ时的铲斗处。相对前轮胎，B点在其外廓的左上部。
(2) 连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点F 、E 的确定
因为G 、B 两点已被确定，所以再确定F点和E点实际上是为了最终确定与铲斗相
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连的四杆机构 GFEB(即GF2E2B)的尺寸，如图3-14所示。
图3-14 连杆、摇臂、转斗油缸尺寸设计
确定 F、E 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，又要注意动力学的要求，如铲斗在铲装物料时应能输出较大的掘起力，同时，还要防止前述各种机构运动被破坏的现象。为此，建议按下述方法进行设计。
1) 按双摇杆条件设计四杆机构
令GF杆为最短杆，BG杆为最长杆，即必有
GF+BG>FE + BE [1] (3.10)
如图3-14所示，若令GF =a 、FE=b 、BE=c、BG =d ，并将式(3.10)不等号两边同除以d，经整理可得下式，即
K=b／d﹢c／d﹢a／d<1 (3.11) 初步设计时，上式各值可按式(3-9)选取。
K?0.95~0.995?? a?(0.3~0.5)d? (3.12)
c?(0.4~0.8)d??- 23 -
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因为d值已由BG确定，所以由式(3.11)和式(3.12)即可求得a、b、c三值。 因为d=1314.7mm则有：a=394.4mm～657.35mm，c=525.88mm～1051.76mm 2) 确定E和F点位置这两点位置的确定要综合考虑如下四点要求： ①E点不可与前桥相碰，并有足够的最小离地高度；
② 工况I（插人工况）时，使EF杆尽量与GF杆垂直，这样可获得较大的传动角和倍力系数；
③ 工况Ⅱ(铲装工况)时，EF杆与GF杆的夹角必须小于170°，即传动角大于10°，以免机构运动时发生自锁；
④ 工况Ⅳ(高位卸载工况)时，EF杆与GF杆的传动角也必须大于10°。 所以取：a=420mm，c=800mm有a、c、d长度可得b的取值范围取b=920mm。 (3) 转斗油缸与摇臂和机架的铰接点C和D的确定
在图3-14中，如果确定了C点和D点，就最后确定了与机架连接的四杆机构 BCDA (BC2 DA ）的尺寸。C点和D点的布置汽接影响到铲斗举升平动和自动放平性能，对掘起力和动臂举升阻力的影响都较大。
1) 确定C点
从力传递效果出发，显然使摇臂BC段长一些有利，那样可以增大转斗油缸作用力臂，使掘起力相应增加．但加长BC段，必将减小铲斗和摇臂的转角比，造成铲斗转角难以满足各个工况的要求，并且使转斗油缸行程过长．因此，初步设计时，一般取
BC≈(0.7～1.0)BE
C点一般取在B点左上方，BC与BE夹角（即摇杆折角）可取∠CBE = 130°～180°，并注意使工况Ⅰ时摇臂 BC与转斗油缸CD趋近垂直；C点运动不得与铲斗干扰，其高度不能影响司机视野。
2）确定D点
转斗油缸与机架的铰接点D，是依据铲斗由工况Ⅱ举升到工况Ⅲ过程为平动和由工况Ⅳ下降到工况Ⅰ时能自动放平这两大要求来确定的。
如图3-14所示，当铰接点G 、F（即 F2）、E（即 E2）、B 、C（即 C2）被确定后，则铲斗分别在工况Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ时的C 点的位置C1、C2、C3、C4也就惟一地被确定下来。因为铲斗由工况Ⅱ举升到工况Ⅲ或由工况Ⅳ下放到工况Ⅰ的运动过程中，转斗油缸的长度均分别保持不变，所以D点必为C2点和C3点连线的垂直平分线与C1和C4点连线的垂直平分线的交点。
研究证明，D点设计在A点的左下方较好，这样不但平动性能好，而且动臂举升时，可减小举升外阻力矩，有利于举升油缸的设计。
所以由计算法和图解法可以确定连杆个铰点位置和长度如图3-14即可知：
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铲斗上下铰点的距离GF=a=420mm 连杆FE的长度FE=b=920mm； 摇臂的长摇臂长度BE=c=800mm； 摇臂的短摇臂长度BC=e=570mm； GF与铲斗的回转半径R的夹角为100°； 摇臂的夹角∠CBE=145°。
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第四章 工作装置受力分析及强度计算
4.1 确定计算位置及典型工况
进行工作装置的强度设计，首先要分析装载机的工作情况，装载机的作业环境是都变的，其作业工况也是多种多样的，因此必须选定经常使用的受力最不利的作业位置和工作装置受力最大的典型工况来进行工作装置的强度计算，这样技能满足使用条件，又不浪费材料，比较经济。
4.1.1计算位置的确定
装载机有时工作在水平地面上，也有时工作在洼地或斜坡上，但分析装载机铲掘、运输、提升及卸载等作业过程，发现装载机在水平面上作业时，工作装置受力最大。因此，选择装载机在水平地面上作业时动臂处于最低位置，铲斗斗底与地面成 3°～5°倾角，装载机将以3-4Km/h的速度接近料堆，并进行铲掘作业，以此作为计算位置。（如图4-1）
（图4-1）
4.1.2典型工况选取和外载荷的计算
由于铲装物料的种类和作业条件不同载，装载机实际作业时不可能使铲斗切削刃均匀受装，但可简化为两种极端受载情况：一是对称载荷，载荷沿切削刃均匀分布，计算时可用一个作用在斗刃中部的集中载荷来代替；二是偏心载荷，由于铲斗偏铲或物料的不均匀性而导致物料对铲斗的载荷产生不均匀分布，使载荷偏于铲斗一侧，形成偏心载荷，此时，通常将其简化后的集中载荷加在铲斗侧边的第一个斗齿上。
装载机在铲掘作业过程中，通常有以下三种受力工况。
① 铲斗水平插人料堆，工作装置油缸闭锁，此时可认为铲斗斗刃只受水平插人阻力的作用。
② 铲斗水平插人料堆，翻转铲斗（操纵转斗缸）或举升动臂（操纵动臂举升缸）铲取物料时，认为铲斗斗齿只受垂直掘起阻力的作用。
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