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河北建筑工程學院
畢業(yè)設計（論文）開題報告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機—變幅機構的優(yōu)化設計
系 別： 機械工程系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： 機094
學生姓名： 王 猛
學 號： 2009307419
指導教師： 李常勝
課題來源
導師課題
課題類別
畢業(yè)設計
一、論文資料的準備
裝載機工作裝置是組成裝載機的關鍵部件之一。它按有無鏟斗托架可分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種類。有鏟斗托架的工作裝置其鏟斗裝在托架上，并由托架上的鏟斗液壓油缸控制鏟斗轉(zhuǎn)動。由于鏟斗托架重量大，使得鏟斗的裝載重量相應減少，因此，國內(nèi)外裝載機廣泛采用無鏟斗托架式工作裝置。按組成連桿機構的構件數(shù)不同可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿；按輸入和輸出桿的轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)機構（輸入桿件與輸出桿件轉(zhuǎn)向相同）和反轉(zhuǎn)機構（輸入桿件與輸出桿件轉(zhuǎn)向相反）。其中轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六連桿機構由于機構簡單緊湊、容易布置，同時又能滿足主要設計要求，如能獲得大的傳動比和掘起力，良好的鏟斗平移性能。
ZL50裝載機工作裝置為無鏟斗托架轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六連桿機構，反轉(zhuǎn)六連桿機構由搖臂、動臂、鏟斗和連桿組成的四連桿機構，鏟斗液壓缸與動臂液壓缸等組成，裝載機的鏟掘和裝卸作業(yè)是通過工作裝置的運動來實現(xiàn)的。當動臂處于某種作業(yè)位置不動時，在鏟斗液壓缸作用下，連桿機構可使鏟斗繞其鉸點轉(zhuǎn)動；當鏟斗液壓缸閉鎖時，動臂在動臂液壓缸作用下提升或下降鏟斗過程中，連桿機構能使鏟斗保持平移或斗底平面與地面的夾角控制在很小的范圍內(nèi)，以免裝裝滿物料的的鏟斗由于傾斜而撒落；當動臂下降時，能使鏟斗平放在地面上。
鏟斗用以鏟裝物料；動臂和舉升油缸用來提升鏟斗；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂、連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動。工作裝置的作業(yè)過程大致是這樣的：動臂油缸回縮，將動臂下放至下限位置（即動臂油缸全縮）后，鏟斗插入地面，斗尖觸地，開動裝載機，鏟斗借助機器的牽引力插入料堆；然后轉(zhuǎn)斗油缸伸出，轉(zhuǎn)動鏟斗，鏟取物料：待鏟斗收斗后，轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，動臂油缸伸出，舉升動臂，將鏟斗升到適當?shù)倪\輸位置，然后驅(qū)動裝載機，載重駛向卸料點；到達卸料點后，保持轉(zhuǎn)斗缸長度不變，動臂油缸繼續(xù)伸長，將鏟斗舉升到任意卸料高度；然后將動臂油缸閉鎖，轉(zhuǎn)斗油缸收縮翻轉(zhuǎn)鏟斗，裝載機卸載；卸料結束后，動臂油缸回縮，下放動臂，實現(xiàn)鏟斗自動。
對裝載機工作裝置的主要設計要求，在裝載機工作時要保證：當動臂處于某種作業(yè)位置不動時（此時動臂油缸封閉），在轉(zhuǎn)斗油缸作用下，通過連桿機構使鏟斗繞其鉸接點轉(zhuǎn)動卸料，通常要求卸料角不小于４５度，以保證卸料干凈。當動臂在動臂油缸作用下，提升或降低鏟斗過程中（此時轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖），連桿機構應能使鏟斗在提升時保持平移或控制斗底平面與地面的夾角在很小的范圍內(nèi)變化，以免由于鏟斗產(chǎn)生傾斜而使裝滿的物料散落而造成安全事故。通常，要求鏟斗在上升。下降過程中最大轉(zhuǎn)角差不大于15度；而在動臂下降時，又自動將鏟斗放平，以減輕駕駛員的勞動強度，提高生產(chǎn)率。此外，連桿機構還應具有良好的動力傳遞性能，運動中不與其他構件發(fā)生干擾，而且具有足夠的強度和剛度等。這些就是后面的運動仿真分析和有限元結構分析所考慮的問題了。
1929年生產(chǎn)出第一臺輪式裝載機，（斗容0.753立方米，載重680公斤）。這是較早的裝載機，采用門架式結構。在這之前是用鋼繩提斗式的裝卸機具。這一時期的裝載機結構特點是：發(fā)動機前置，前輪小，后輪大，單橋驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向，輪架式工作裝置用鋼繩提臂翻斗，拖拉機底盤，牽引力小，鏟斗切入力小，作業(yè)速度低。
到了四十年代有了專用底盤，由克拉克公司于1947年生產(chǎn)，采用的是液壓-連桿機構，取代了以前的門架式結構。專用底盤具備了現(xiàn)代裝載機的外形，提高了提升速度，卸載高度和掘起力，因而可用于松散的土方和石方，這是裝載機發(fā)展過程中的第一次重大突破。
到了五十年代，裝載機的結構性能更加完善了，1951年美國開始采用液力機械傳動，同時車架結構采用三點支撐，提高了車輛的越野性和牽引性。這時候裝載機開始形成系列化專業(yè)化生產(chǎn)。這時期的裝載機傳動系統(tǒng)形成了柴油機-液力變矩器-動力換擋變速箱-雙橋驅(qū)動，這又是一次重大突破。
六十年代，生產(chǎn)出了能在礦山作業(yè)的大型裝載機，這時期采用的是鉸接式的裝載機，這是第三次重大突破。鉸接轉(zhuǎn)向的優(yōu)點是：鏟斗隨前車架轉(zhuǎn)向，可滿足原地轉(zhuǎn)向；與剛性車架相比，一個作業(yè)循環(huán)內(nèi)平均行駛路程少，生產(chǎn)效率高，轉(zhuǎn)彎半徑小，機動性好，適用于狹窄場地作業(yè)。
七十至八十年代，這個時期的裝載機工作裝置朝著安全、操作省力、維修方便等方面發(fā)展。如鉗盤式制動器取代了蹄式制動器。（沾水復原性好，散熱性好，壽命長等）銷軸采用二硫化鉬潤滑，由10小時加一次潤滑脂變?yōu)?00小時加一次。
二、本課題的目的（重點及擬解決的關鍵問題）
設計工作結構和參數(shù)計算并分析確定其液壓系統(tǒng)的工作原理和工作過程。繪制裝載機工作裝置結構原理圖，并完成各部分零部件圖的繪制，按要求編制總體設計說明書。完成上述要求要用到機械設計及原理、理論力學、材料力學、機械制造、和熟練運用相關軟件等知識。
在掌握裝載機基本構造、工作原理和性能要求等知識的基礎上，綜合運用機械原理、機械設計優(yōu)化設計、力學等基礎知識，借助于計算機輔助設計手段，對裝載機工作機構進行參數(shù)化設計，擺脫進行大量計算的傳統(tǒng)設計方法，減少重復設計，縮短工作機構的設計周期，提高設計質(zhì)量。
在利用計算機進行運動仿真之前，我們要對裝載機的各個零件進行設計計算及繪圖，具體步驟如下：
1.分析裝載機的發(fā)展狀況和推土機的結構類別。
2.選擇裝載機機的各部件形式。
3.計算裝載機作業(yè)的阻力
4.確定裝載機總體參數(shù)。
5.對裝載機的工作裝置進行總體布置。
6.計算裝載機的穩(wěn)定性。
7.選擇工作裝置結構形式。
8.對工作裝置運動和受力進行分析
最后，利用Proe建立裝載機工作裝置的實體模型，并在電腦屏幕上進行模擬工作系統(tǒng)運動仿真，以便能及早的發(fā)現(xiàn)機構參數(shù)上的設計錯誤，從而減少了物理樣品試制過程中出項的各種問題。利用其中的動態(tài)模擬自動檢測各桿件在運動過程中的干涉問題，效率高、準確度好，解決了傳統(tǒng)設計中的難題，使桿件干涉問題在設計過程中得到了有效的解決。縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，為裝載機工作機構的設計提供方便、實用的設計方法、仿真分析。有助于理解和分析工作裝置運動時產(chǎn)生的結果，并提供相應的改進信息。應用Proe 軟件的建模和動態(tài)模擬仿真分析等模塊，成功地解決裝載機工作裝置傳統(tǒng)設計中無法直觀觀察工作裝置空間運動狀況的難題，是直觀、方便地進行裝載機工作裝置的設計、布局、模擬和動態(tài)分析的一次有益嘗試，為生產(chǎn)高質(zhì)量、高性能的裝載機工作裝置提供了可靠保障。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
1.確定ZL50裝載機工作裝置的結構方案，并闡述裝載機的適用范圍與功能優(yōu)勢。
2.確定裝載機總體參數(shù)、工作裝置主要參數(shù)，了解各零部件的加工方案。
3.對系統(tǒng)中各零部件進行設計計算,確定個零部件的尺寸。
4.對裝載機工作裝置進行設計計算。
5.繪制出其裝配圖及若干零件。
6.利用Proe設計軟件對裝載機工作裝置進行三維建模和運動仿真。
研究方法：
前期人工計算出裝載機工作裝置各個零件的確切數(shù)據(jù)，繪制零件圖。然后對裝載機工作裝置的設計數(shù)據(jù)錄入裝載機工作裝置數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括管理模塊、查詢模塊、文件管理模塊和幫主模塊。然后對工作裝置的設計數(shù)據(jù)進行分類。這樣可以實現(xiàn)對復雜數(shù)據(jù)的快速提取，并采用直觀的樹形圖顯示參數(shù)信息，方便完成查詢操作，數(shù)據(jù)的同列與匯總。然后利用Proe設計軟件對裝載機工作裝置進行三維建模和運動仿真。
研究思路：
利用Proe設計軟件，建立裝載機工作裝置的三維實體模型，并對工作裝置的模型添加運動副約束與運動約束。最后對裝載機工作裝置進行力學與運動學仿真分析。
四、總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
2013.3.29-2013.4.11 熟悉整理資料
2013.4.12-2013.4.25 方案選擇及總體設計
2013.4.26-2013.5.9 繪制總圖
2013.5.10-2013.5.23 工作裝置設計
2013.5.24-2013.6.13 工作裝置運動及受力分析計算
2013.6.14-2013.6.22 繪制零件圖紙
2013.6.23-2013.6.27 準備論文及答辯
五、主要參考文獻
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指導教師意見：
指導教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領導簽名： 日期：
系蓋章
課題來源：導師課題、社會實踐、自選、其他
課題類別：工程設計、施工技術、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學實驗、畢業(yè)論文。