土方施工機械之裝載機

1、裝載機一、裝載機的用途、分類與編號裝載機是一種用途十分廣泛的工程機械，它可以用來鏟裝、搬運、卸載、平整散狀物料，也可以對巖石、硬土等進行輕度的鏟掘工作，如果換裝相應的工作裝置，還可以進行推土、起重、裝卸木料及鋼管等。因此，它被廣泛應用于建筑、公路、鐵路、國防等工程中，對加快工程建設速度、減輕勞動強度、提高工程質量、降低工程成本具有重要作用。常用單斗裝載機的分類、特點及適用范圍如表2-2-1所示。 單斗裝載機的分類、特點及適用范圍 表2-2-1分 類 型 式分 類特 點 及 適 用 范 圍按發(fā)動機功率分小 型功率小于74kW中 型功率74147 kW大 型功率147515 kW特大型功率大于51

2、5 kW按傳動方式分機械傳動式結構簡單、制造容易、成本低、使用維修較容易；傳動系沖擊振動大，功率利用差。僅小型裝載機采用液力機械傳動式傳動系沖擊振動小、傳動件壽命長、車速隨外載荷自動調節(jié)、操作方便、減少司機疲勞。大中型裝載機多采用液壓傳動式可無級調速、操作簡單；啟動性差、液壓元件壽命較短。僅小型裝載機采用電傳動式可無級調速、工作可靠、維修簡單；設備質量大、費用高。大型裝載機采用 單斗裝載機的分類、特點及適用范圍 續(xù)表2-2-1分 類 型 式分 類特 點 及 適 用 范 圍按行走裝置分輪胎式裝載機質量輕、速度快、機動靈活、效率高、不易損壞路面；接地比壓大、通過性差、穩(wěn)定性差、對場地和物料塊度有一

3、定要求。應用范圍廣泛（1）鉸接式車架裝載機轉彎半徑小、縱向穩(wěn)定性好，生產率高，不但適用路面，而且可用于井下物料的裝載運輸作業(yè)（2）整體式車架裝載機車架是一個整體，轉向方式有后輪轉向、全輪轉向、前輪轉向及差速轉向。僅小型全液壓驅動和大型電動裝載機采用履帶式裝載機接地比壓小、通過性好、重心低、穩(wěn)定性好、附著性能好、牽引力大、單位插入力大；速度低、機動靈活性差、制造成本高、行走時易損路面、轉移場地時需拖運。用在工程量大，作業(yè)點集中，路面條件差的場合按裝卸方式分前卸式前端鏟裝卸載，結構簡單、工作可靠、視野好。適用于各種作業(yè)場地，應用廣回轉式工作裝置安裝在可回轉90360的轉臺上，側面卸載故無需調頭，作

4、業(yè)效率高；結構復雜、質量大、成本高、側穩(wěn)性差。適用于狹窄的場地作業(yè)后卸式前端裝料，向后端卸料，作業(yè)效率高；作業(yè)安全性差，應用不廣國產裝載機的型號用字母Z表示，第二個字母L代表輪胎式裝載機，無L代表履帶式裝載機，Z或L后面的數(shù)字代表額定載重量。例：ZL50型裝載機，表示額定載重量為5t的輪胎式裝載機。二、裝載機的構造與工作原理裝載機一般由車架、動力裝置、工作裝置、傳動系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、轉向制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)組成，圖2-2-1所示為輪胎式裝載機的總體構造示意圖。圖2-2-1 輪胎式裝載機總體構造1-發(fā)動機；2-液力變矩器；3-駕駛室；4-操縱系統(tǒng)；5-動臂油缸；6-轉斗油缸；7-動臂；8-

5、搖臂；9-連桿；10-鏟斗；11-前驅動橋；12-傳動軸；13-轉向油缸；14-變速箱；15-后驅動橋；16-車架發(fā)動機1的動力經液力變矩器2傳給變速箱14，再由變速箱把動力經傳動軸12傳到前、后驅動橋11和15以驅動車輪轉動。發(fā)動機動力還經分動箱驅動液壓泵工作，為液壓系統(tǒng)提供動力。工作裝置（圖2-2-2所示）由動臂5、鏟斗1、連桿2、搖臂3、動臂油缸4和轉斗油缸6組成。動臂一端鉸接在車架上，另一端安裝有鏟斗1，動臂的升降由動臂油缸4的伸縮帶動，鏟斗的翻轉則由轉斗油缸6的伸縮通過連桿機構來實現(xiàn)。裝載機鏟裝物料就是通過操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)使動臂、轉斗油缸按一定順序和程度伸縮來實現(xiàn)的，當然，裝載物料

6、的過程中少不了整機的進、退動作。圖2-2-2 輪胎式裝載機工作裝置1-鏟斗；2-連桿；3-搖臂；4-動臂油缸；5-動臂；6-轉斗油缸鉸接轉向的裝載機（圖2-2-1）的車架由前、后兩車架組成（如圖1-4-12所示），中間用鉸銷連接。轉向時，通過轉動方向盤使轉向液壓系統(tǒng)的轉向油缸13伸縮，前、后車架便繞鉸銷作相對轉動，以實現(xiàn)轉向。圖2-2-3 輪胎式裝載機工作裝 置液壓系統(tǒng)原理圖1-液壓泵；2、3-溢流閥；4、5-換向閥；6-動臂油缸；7-轉斗油缸在每個車輪上都裝有制動器，駕駛員踩下制動踏板，通過制動系統(tǒng)使制動器產生制動作用，可降低行駛速度或停車。裝載機液壓系統(tǒng)包括工作裝置液壓控制系統(tǒng)和液壓轉向系

7、統(tǒng)兩部分。下面以ZL50裝載機的液壓系統(tǒng)為例進行分析。ZL50裝載機工作裝置液壓控制系統(tǒng)如圖2-2-3所示。發(fā)動機驅動液壓泵1，液壓泵輸出的高壓油通向換向閥4控制轉斗油缸7和換向閥5控制動臂油缸6。圖示位置為兩閥都處在中位，壓力油通過兩換向閥后直接流回油箱。換向閥4為三位六通閥，它可控制鏟斗后傾、固定和前傾三個動作。換向閥5為四位六通閥，它控制動臂上升、固定、下降和浮動四個動作。動臂的浮動位置是裝載機在作業(yè)時，由工作裝置的自重支于地面，鏟料時隨著地形的高低而浮動。這兩個換向閥之間采用順序回路組合，即兩個閥只能單獨動作而不能同時動作，保證液壓缸推力大，以利于鏟掘。圖2-2-4 輪胎式裝載機轉向系

8、統(tǒng)液壓原理圖1-轉向油缸；2-流量放大閥；3-濾油器；4-散熱器；5-轉向泵；6-減壓閥；7-全液壓轉向器安全閥2的作用是限制系統(tǒng)工作壓力，當系統(tǒng)壓力超過額定值時安全閥打開，高壓油流回油箱，以免損壞其他液壓元件。兩個雙作用溢流閥3并聯(lián)在轉斗油缸的油路中。它們的作用是用于補償由于工作裝置不是平行四邊形結構，而在運動中產生的不協(xié)調。ZL50裝載機轉向系統(tǒng)如圖2-2-4所示。該轉向系統(tǒng)采用流量放大系統(tǒng)，油路由先導油路與主油路組成。所謂流量放大，是指通過全液壓轉向器和流量放大閥，可保證先導油路的流量變化與主油路中進入轉向油缸的流量變化具有一定的比例關系，達到低壓小流量控制高壓大流量的目的。方向盤不轉動

9、時，轉向器7兩出口關閉，流量放大閥2的主閥桿在復位彈簧作用下保持在中位，轉向泵5與轉向油缸1之間的油路被斷開，主油路的液壓油經過流量控制閥直接回油箱。轉動方向盤時，轉向器7排出的油與方向盤的轉角成正比，先導油進入流量放大閥后，通過主閥桿上的計量小孔控制主閥桿位移，即控制開口的大小，從而控制進入轉向油缸1的流量。由于流量放大閥采用了壓力補償，使得進出口的壓差基本上為一定值，因而進入轉向油缸1的流量與負載無關，而只與主閥桿上開口的大小有關。停止轉向后，主閥桿一端先導壓力油經計量小孔卸壓，兩端油壓趨于平衡，在復位彈簧的作用下，主閥桿回復到中位，從而切斷到油缸的主油路。液壓操縱轉向操縱力小，駕駛員不易

10、疲勞，動作迅速，有利于提高生產率。故在大中型的輪式機械中多采用液壓轉向機構。三、裝載機的使用技術 1作業(yè)過程裝載機的作業(yè)過程由鏟裝、轉運、卸料和返回四個過程組成，并習慣地稱之為一個工作循環(huán)。 （1）鏟裝過程 首先將鏟斗的斗口朝前，并平放到地面上（圖2-2-5a），機械前進，鏟斗插入料堆，斗口裝滿物料。然后，將斗收起，使斗口朝上（圖2-2-5b），完成鏟裝過程。 （2）轉運過程 用動臂將斗升起（圖2-2-5c），機械倒退，轉駛至卸料處。 （3）卸料過程 先使鏟斗對準停止在運料車廂的上空，然后將斗向前傾翻，物料即卸入車廂內（圖2-2-5d）。 （4）返回過程 將鏟斗翻轉成水平位置，機械駛至裝料處后

11、，放下鏟斗，準備再次鏟裝。圖2-2-5 單斗裝載機的工作過程a）鏟裝；b）收斗；c）升斗；d）卸料2鏟裝方法（1）鏟裝松散物料首先將鏟斗放在水平位置，并下放至與地面接觸，然后以一檔或二檔速度（視物料性質）前進，使鏟斗斗齒插入料堆中。此后，邊前進邊收斗，待鏟斗裝滿后，將動臂升到運輸位置（離地面約0.5m）（如圖2-2-6a所示），再駛離工作面。若鏟斗裝滿有困難，可操縱鏟斗上下顫動或稍舉動臂，如圖2-2-6b所示。圖2-2-6 裝載機鏟裝松散物料a）邊前進邊收斗，裝滿后，舉升至運輸位置；b）操縱鏟斗上下顫動 （2）鏟裝停機面以下物料鏟裝時應先放下鏟斗并轉動，使其與地面成一定的鏟土角，然后前進，使鏟

12、斗切入土內，如圖2-2-7所示。切土深度一般保持在150200mm左右，直至鏟斗裝滿。裝滿收斗后將鏟斗舉升到運輸位置，再駛離工作面并運至卸料處。鏟斗下切的鏟土角約為1030（隨土壤性質而定）。對于難鏟的土壤，可操縱動臂使鏟斗顫動，或者稍改變一下切入角度。圖2-2-7 裝載機鏟裝停機面以下土壤（3）裝載機鏟裝土丘鏟裝土丘時，可采用分層鏟裝法或分段鏟裝法。分層鏟裝時，裝載機向工作面前進，隨著鏟斗插入工作面，逐漸提升鏟斗，或者隨后收斗直到裝滿，或者裝滿后收斗，然后駛離工作面。開始作業(yè)前，應使鏟斗稍稍前傾。這種方法由于插入不深，而且插入后有提升動作的配合，所以插入阻力小，作業(yè)比較平穩(wěn)。由于鏟裝面較長，

13、可以得到較高的充滿系數(shù)，如圖2-2-8所示。圖2-2-8 裝載機分層鏟裝作業(yè)圖2-2-9 裝載機分段鏟裝作業(yè)如果土壤較硬，也可采取分段鏟裝法，如圖2-2-9所示。這種方法的特點是鏟斗依次進行插入動作和提升動作。作業(yè)過程是鏟斗稍稍前傾，從坡腳插入，待插進一定深度后，提升鏟斗，當發(fā)動機轉速降低時，切斷行走動力，使發(fā)動機恢復轉速。在恢復轉速過程中，鏟斗將繼續(xù)上升并裝進一部分土，轉速恢復后，接著進行第二次插入，這樣逐段反復，直至裝滿鏟斗或升到高出工作面為止。3作業(yè)方式裝載機用作裝載設備，向自卸汽車進行裝載工作時，其技術經濟指標在很大程度上與其施工作業(yè)方式有關，常用的施工作業(yè)方式有以下幾種（圖2-2-1

14、0）。（1）“V”型作業(yè)法自卸汽車與工作面布置成5055角，而裝載機的工作過程則根據本身結構和形式的不同而有所不同。履帶式裝載機和整體車架后輪轉向的輪胎式裝載機，采用這種作業(yè)方式時（圖2-2-10a），裝載機裝滿鏟斗后，在倒車駛離工作面的過程中，調頭5055，使裝載機垂直于自卸汽車，然后再向前駛向自卸汽車并卸載。卸載后，裝載機倒車駛離自卸汽車，然后，調頭駛向料堆，進行下一個作業(yè)循環(huán)。帶有鉸接式車架的輪胎式裝載機在采用這種作業(yè)方式時，其工作過程略有不同。裝載機在工作面裝滿鏟斗后，可直線倒車后退35m，然后使前車架偏轉3545，再前進駛向自卸汽車進行卸載（圖2-2-10b）?！癡”型作業(yè)法，其工作

15、循環(huán)時間短，在許多場合得到廣泛的應用。 （2）“I”型作業(yè)法自卸汽車平行于工作面適時地往復前進和后退，而裝載機則穿梭地垂直于工作面作前進和后退，所以亦稱之為穿梭作業(yè)法（圖2-2-10c）。裝載機裝滿鏟斗后，直線后退，在裝載機后退一定距離并把鏟斗舉升到卸載位置的過程中，自卸汽車后退到與裝載機相垂直的位置，裝載機向前駛向自卸汽車并進行卸載。卸載后自卸汽車向前行駛一段距離，以保證裝載機可以自由地駛向工作面，進行下一個作業(yè)循環(huán)，直到自卸汽車裝滿為止。這種作業(yè)方式省去了裝載機的調頭時間，對于不易轉向的履帶式和整體車架式裝載機比較合適，但增加了自卸汽車前進和后退的次數(shù)，因此，采用這種作業(yè)方式，裝載機的作業(yè)

16、循環(huán)時間，取決于裝載機和與其配合作業(yè)的自卸汽車司機的熟練程度。 （3）“L”型作業(yè)法自卸汽車垂直于工作面，裝載機裝滿物料后，倒退并調頭90，然后向前駛向自卸汽車卸載，空載的裝載機后退并調頭90，然后向前駛向料堆，進行下一次的鏟裝作業(yè)（圖2-2-10d）。這種作業(yè)方式在運距較短，而作業(yè)場地比較寬廣時，裝載機可同時與兩臺自卸汽車配合工作。 （4）“T”型作業(yè)法自卸汽車平行于工作面，但距離工作面較遠，裝載機裝滿物料后，倒退并調頭90，然后再向相反方向調頭90并駛向自卸汽車卸料（圖2-2-10e）。4裝載機生產率的計算裝載機的生產率是指其在特定的條件下每小時所能裝卸或裝運物料的重量。裝載機的生產率除取

17、決于裝載機本身的技術性能（如斗容大小、牽引力、作業(yè)速度等）外，還與物料種類、作業(yè)方式、作業(yè)場地、運輸距離、路面條件以及駕駛員的操縱熟練程度有密切關系。由于其施工作業(yè)大致可分為向自卸汽車裝載和本身裝運兩種情況，因此，下面分別給出其生產率的計算公式。 （1）裝載生產率 只在作業(yè)場地進行裝卸，不擔負遠距離的運輸任務。這時裝載機的生產率按下式確定：式中：Q裝載生產率，t/h；VH額定斗容量，m3；r物料重度，t/m3；KL裝載機時間利用系數(shù)，取KL=0.750.85；Km鏟斗裝滿系數(shù)。它取決于所裝物料的種類和狀態(tài)、塊度、鏟斗的形狀、裝載機的結構和司機的熟練程度。11圖2-2-10 裝載機作業(yè)方式對于容

18、易裝載的物料，如松散的或成堆的、不需鏟掘的、很易堆積在鏟斗中的普通土和砂，取Km=1.01.25；中等程度裝載的物料，如松散的或堆積的砂、砂壤土，或由山地直接鏟掘的松軟砂土，取Km=0.751.0；較困難裝載的物料，如難以裝滿鏟斗的硬粘質土、粘土、凝固的礫質土，取Km=0.650.75；對困難裝載的物料，如用爆破或松土機采掘的石塊、礫石，取Km=0.450.65。T裝載機一個作業(yè)循環(huán)時間，s。它取決于作業(yè)方式和裝載物料的種類及其狀態(tài)，包括裝載、卸載、往返、改變方向等所需全部時間?！癐”型作業(yè)法：T=10+d+1.6x“V”型作業(yè)法：T=11+d+1.6x“L”型作業(yè)法：T=12+d+1.6x“

19、T”型作業(yè)法：T=13+d+1.6x式中：d考慮物料裝載難易程度的量， 普通成堆的砂：d=0 碎石（20mm以下）、砂、小砂礫：d=2 碎石（50mm以下）、天然狀態(tài)的小砂礫、粘土：d=4x距離，m。一般地，在初步計算時可取T=20s。 （2）裝運生產率 除了要在作業(yè)場地進行鏟裝作業(yè)外，還要擔負轉運至其它場地進行卸載的任務，其生產率可按下式計算：式中：Q裝運生產率，t/h；圖2-2-11 平均行駛速度與運距的關系硬路面：1-空載；2-滿載土路面：3-空載；4-滿載Tb一個裝運作業(yè)循環(huán)的總時間，s。它約等于裝載作業(yè)所需要的基本時間與運輸時間之和，即Tb=T+Tr式中：Tr運輸時間，s。它取決于車

20、速和運輸距離?？砂聪率接嬎悖菏街校篠裝載機運輸距離，m；vm裝載機滿載平均行駛速度，km/h。它與運輸距離、路面狀況有關，可參考圖2-2-11選??；vo裝載機空載平均行駛速度 ，km/h，可參考圖2-2-11選取。圖2-2-12 STb關系圖1-平坦的鋪砌路；2-平坦的硬土路；3-凹凸不平的土路；4-松軟的砂、礫石路、泥濘路裝載機裝運周期亦可按實際經驗數(shù)據選取，其與運輸距離的關系如圖2-2-12所示，裝載機的平均生產率與斗容之間的關系如圖2-2-13所示。其余參數(shù)同上。圖2-2-13 裝載機實際平均生產率與斗容的關系1-輪胎式；2-履帶式生產率Q（m3h-1）5裝載機的選用選用裝載機時應綜合考慮如下因素： （1）根據工作環(huán)境選用裝載機類型如果鏟裝路面很差（多石碴、稀泥等