ZL40裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)說明書

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書題 目 ZL40 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（工程機(jī)械）班 級(jí) 09 級(jí)工程機(jī)械 1 班 學(xué) 生 劉志強(qiáng) 指導(dǎo)教師 李玉玲 重慶交通大學(xué)2013 年前 言裝載機(jī)是以輪胎式或履帶式拖拉機(jī)為基礎(chǔ)車，安裝上鏟斗作為工作裝置的一種土方工程機(jī)械。它是一種作業(yè)效率高、操作輕便、用途廣泛的施工機(jī)械，它不僅用來對(duì)松散的堆積物料進(jìn)行裝、運(yùn)、卸等作業(yè)，還可以鏟裝爆破后的礦石以及對(duì)硬土進(jìn)行輕度挖掘，并能用來進(jìn)行清理、刮平場地及牽引等作業(yè)。裝載機(jī)的鏟掘和裝卸物料是通過工作裝置的運(yùn)動(dòng)而得以實(shí)現(xiàn)的，裝載機(jī)工作裝置由鏟斗、動(dòng)臂、連桿、搖臂和轉(zhuǎn)斗油缸、動(dòng)臂油缸等組成。整個(gè)工作裝

2、置鉸接在車架上。鏟斗通過連桿和搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用以裝卸物料。動(dòng)臂與車架、動(dòng)臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動(dòng)臂的升降采用液壓操縱。裝載機(jī)作業(yè)時(shí)工作裝置應(yīng)能保證：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖、動(dòng)臂油缸舉升或降落時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗上下平動(dòng)或接近平動(dòng)，以免鏟斗傾斜而撒落物料；當(dāng)動(dòng)臂處于任何位置、鏟斗繞動(dòng)臂鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行卸料時(shí)，鏟斗傾斜角不小于 45，卸料后動(dòng)臂下降時(shí)又能使鏟斗自動(dòng)放平。綜合國內(nèi)外裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)型式，主要有七種類型，即按連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)不同，分為三桿式、四桿式、五桿式、六桿式和八桿式等；按輸入和輸出桿的轉(zhuǎn)向是否相同又分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)等。工作裝置直接影響到裝載機(jī)的性能參數(shù)和其作業(yè)效

3、率。常見的有關(guān)輪式裝載機(jī)的工作裝置設(shè)計(jì)中，廣泛采用反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)以及放平性、工作強(qiáng)度的校核，本次設(shè)計(jì)中在沒有同類正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的前提下，反復(fù)琢磨工作裝置的工作原理，并使用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件 AUTOCAD 進(jìn)行工作裝置的各鉸接點(diǎn)的設(shè)計(jì)，所以在進(jìn)行有關(guān)校核時(shí)直接應(yīng)用繪圖尺寸，可以保證精度要求，此設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)也可以作為今后正轉(zhuǎn)工作裝置的設(shè)計(jì)參考。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中難免有疏忽以及不足的地方，望批評(píng)指正。目 錄摘 要 .IABSTRACT .II第一章 裝載機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用 .11.1 裝載機(jī)概述.11.2 裝載機(jī)的發(fā)展.21.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及主要參數(shù).5第二章 裝載機(jī)總體參數(shù)的確定 .62.1 裝載機(jī)阻

4、力的確定.62.1.1 插入阻力.62.1.2 鏟起阻力.62.1.3 轉(zhuǎn)斗阻力矩 .72.2 裝載機(jī)的總體布置原則.82.3 裝載機(jī)各部件的布置.92.4 裝載機(jī)的總體構(gòu)造和分類.11第三章 工作裝置設(shè)計(jì) .133.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析.133.1.1 裝載機(jī)工作裝置.133.1.2 結(jié)構(gòu)形式的選擇.143.2 鏟斗設(shè)計(jì).163.2.1 鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇.163.2.2 鏟斗基本參數(shù)的確定.173.3 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì).213.3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).213.3.2 動(dòng)臂設(shè)計(jì).213.3.3 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).23第四章 工作裝置受力分析及強(qiáng)度校核 .274.1 確定工作裝置的

5、計(jì)算位置.274.2 工作裝置載荷分析.274.3 典型工況分析.284.4 工作裝置受力分析.294.5 工作裝置強(qiáng)度校核.334.5.1 動(dòng)臂.334.5.2 鉸銷.344.5.3 連桿.354.5.4 工作裝置的限位機(jī)構(gòu).36總 結(jié) .37致謝 .38主要參考文獻(xiàn) .392013 屆工程機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I摘 要裝載機(jī)是工程機(jī)械的主要機(jī)種之一，廣泛用于建筑、礦山、水電、橋梁、鐵路、公路、港口、碼頭等國民經(jīng)濟(jì)各部門。本文中參閱了大量的土方機(jī)械的設(shè)計(jì)參考書，其中大多數(shù)是有關(guān)裝載機(jī)方面的，有的是工作裝置單一構(gòu)件的設(shè)計(jì)，有的則是整個(gè)工作裝置的設(shè)計(jì)，并且有許多有關(guān)工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，各參考

6、所涉及到的裝載機(jī)雖然型號(hào)不同，研究的方法也有差異，但綜合起來基本上也概述了現(xiàn)行的設(shè)計(jì)方法。國外裝載機(jī)發(fā)展迅速，而我國裝載機(jī)在設(shè)計(jì)上存在很多問題，其中主要集中在可靠性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等方面。而工作裝置對(duì)于裝載機(jī)來說又是重中之重，所以工作裝置的設(shè)計(jì)好壞直接影響到裝載機(jī)的使用壽命以及工作效率等。雖然現(xiàn)在市場上的裝載機(jī)已經(jīng)日趨成熟，但對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)仍有非常重要的意義，尤其是裝載機(jī)的工作裝置。裝載機(jī)工作裝置的轉(zhuǎn)斗六連桿機(jī)構(gòu)是由與液壓缸，鏟斗相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)組合而成。輪式裝載機(jī)在作業(yè)時(shí)，靠改變液壓缸的長度來使鏟斗獲得所要求的收斗角和卸料角。機(jī)構(gòu)中各桿件長度及其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，需要對(duì)該機(jī)構(gòu)作某些特定計(jì)

7、算，以判斷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性。在工作循環(huán)中速度與加速度變化合理；油缸活塞行程為最佳值；工作裝置運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無干涉、無死點(diǎn)、無自鎖；動(dòng)臂從最底位置到最大卸載高度的舉升過程中，保證鏟斗中物料不灑落；在卸載后，動(dòng)臂下放至鏟掘位置鏟斗能自動(dòng)放平。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：輪式裝載機(jī)，工作裝置，連桿機(jī)構(gòu)，強(qiáng)度校核 劉志強(qiáng)：ZL40 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)IIABSTRACTConstruction machinery loader is one of the main models are widely used in construction, mining, utilities, bridges, railways,

8、roads, ports, docks and other economic sectors. See this article a lot of earth-moving machinery design reference books, most of which is related to aspects of the loader, some working device single component design, while others are full operating device design, and there are many aspects of the wo

9、rk unit optimization each reference loaders involved although different models, research methods are different, but together basically outlines the current design methods. The rapid development of foreign loaders and loader in the design of many problems, which mainly focused on reliability, structu

10、ral design strength and so on. The working device is another top priority for the loader, so the working device design a direct impact on the life of loaders and work efficiency. Although loaders on the market has matured, but its improved design is still very important, especially devices loader. L

11、oader working device turn Douliou linkage is made with the hydraulic cylinder, bucket associated with a combination of two four-bar linkage. Wheel loader when in operation, by changing the length of the cylinder to the bucket to obtain the desired bucket angle and unloading the closing angle. Organi

12、zation and structure of each rod length parameters determined, the institution needs to make certain calculations to determine the correctness of mechanism design. In the working cycle reasonable speed and acceleration changes; cylinder piston stroke is the best value; work means smooth motion, no i

13、nterference, no dead spots, no self-locking; boom from the bottom position to the maximum lifting height unloading process, ensure that the material is not spilled bucket; after uninstalling, shovel boom delegated to the position of the bucket can be set level automatically.KEY WORDS： Wheel loaders，

14、work unit，linkage， strength check2013 屆工程機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1第一章 裝載機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用1.1 裝載機(jī)概述裝載機(jī)主要用來鏟、裝、卸、運(yùn)土和石料一類散狀物料，也可以對(duì)巖石、硬土進(jìn)行輕度鏟掘作業(yè)。如果換不同的工作裝置，還可以完成推土、起重、裝卸其他物料的工作。在公路施工中主要用于路基工程的填挖，瀝青和水泥混凝土料場的集料、裝料等作業(yè)。由于它具有作業(yè)速度快，機(jī)動(dòng)性好，操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展很快，成為土石方施工中的主要機(jī)械。金屬礦山的開采可劃分為露天開采和地下開采兩大類。我國露天礦采以礦石的比重約占 70，但從事地下開采的人員比露天開采的人員多。這是因?yàn)?/p>

15、地下開采的條件復(fù)雜，使用的設(shè)備種類繁多，在產(chǎn)量相同的條件下，對(duì)地下礦投資的人力和物力遠(yuǎn)大于露天礦的緣故。 保護(hù)自然環(huán)境和合理地利用礦藏資源，是發(fā)展社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的必要條件。隨著淺埋礦床的耗盡而愈來愈向深部開采，或當(dāng)露天升采的深度很大而使地表遭受大面積的破壞時(shí)，就必須采用地下開采。可以預(yù)料今后地下開采仍將逐漸增加。不論是露天礦開采還是地下礦開采，對(duì)礦體較硬的金屬礦山，都是經(jīng)鑿巖爆破將崩落松散礦石或巖石，經(jīng)裝運(yùn)作業(yè)運(yùn)至下步工序的作業(yè)地點(diǎn)。裝載作業(yè)是礦山整個(gè)生產(chǎn)過程小既繁重又費(fèi)時(shí)的作業(yè)。所以努力提高裝載機(jī)械的作業(yè)能力，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)的高效率低消耗想著重要的作用。ZL 系列輪式裝載機(jī)是一種高效率的工程機(jī)

16、械，具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能可靠，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，操縱方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于礦山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，貨場，電站以及其他工業(yè)部門，進(jìn)行裝載，推土，鏟挖，起重，牽引等多種作業(yè)。對(duì)加快工程建設(shè)速度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度提高工程質(zhì)量降低工程成本都發(fā)揮著重要作用，因此近幾年來無論在國內(nèi)還是國外裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。為適應(yīng)裝載機(jī)多功能作業(yè)的要求，輪式裝載機(jī)已經(jīng)向一機(jī)功能方向發(fā)展。這主要靠主機(jī)控制適合多種作業(yè)的組合工作裝置完成。80 年代國外裝載機(jī)和液壓挖掘機(jī)除了不斷完善裝，挖功能外，正向一機(jī)多能方向發(fā)展。許多公司競相生產(chǎn)各式各樣的輔助機(jī)構(gòu)。這種機(jī)型使用范圍很廣，其產(chǎn)品受到

17、用戶的普遍關(guān)注。在通用拖拉機(jī)前端加裝載裝置，后部加挖掘裝置可改裝變形成前裝后挖拖拉機(jī)，亦稱挖掘裝載機(jī)，俗稱“兩頭忙” 。工作裝置的性能分析過去多采用作圖分析和手工計(jì)算法，工作量繁重，精度較低。劉志強(qiáng)：ZL40 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)2當(dāng)分析工礦較多時(shí)問題更為突出，為克服手工畫圖的誤差。本次設(shè)計(jì)前面所進(jìn)行的工作裝置 CAD 設(shè)計(jì)是通過看資料、實(shí)物，通過初步分析、計(jì)算而確定的方案。其次要考慮各個(gè)工作液壓缸作用力的均衡性，整機(jī)的穩(wěn)定性，整機(jī)與地面的附著性、滿足結(jié)構(gòu)和布置的可能性，以綜合比較初選方案，從而確定機(jī)構(gòu)參數(shù)（一般來說，從計(jì)算機(jī)輔助分析中發(fā)現(xiàn)不合理的現(xiàn)象可究其原因，采取改進(jìn)措施，是設(shè)計(jì)合理化。對(duì)已

18、經(jīng)擬訂的各種方案可通過計(jì)算機(jī)輔助分析作進(jìn)一步的取舍和修改，以便確定較合理的方案） 。同時(shí)，通過性能分析能夠很清楚的了解到這個(gè)裝載機(jī)裝置在各個(gè)位置或各種工況時(shí)的里和其它參數(shù)，有利于更有效地使用挖掘裝載機(jī)和使這種裝載機(jī)工作效率得到最大限度的發(fā)揮。地下礦的開采，包括開拓、采準(zhǔn)、回采三個(gè)步驟。開拓是礦山的基建工程，它是用井巷把地表與山地下礦體接通，并建成完整的運(yùn)輸、通風(fēng)、排水的并巷工程，包括豎井、斜井、盲井、井底車場，如水泵房、變電室、機(jī)修站、火藥庫等，還有石門、階段運(yùn)輸巷道、溜井等。采準(zhǔn)是指掘進(jìn)形成采區(qū)外形的一些巷道及為了回采工作面的碎巖和爆破而需要的自由空間。前者如采區(qū)的運(yùn)輸巷道、通風(fēng)和人行天井，

19、以及電耙巷道等，如切割槽、拉底空間、放礦漏斗等。 回采就是做完采準(zhǔn)后，在采區(qū)工作面進(jìn)行的落礦、裝運(yùn)和管理作業(yè)?；夭芍械牡V石裝運(yùn)作業(yè)是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。裝載作業(yè)就是把開拓、采準(zhǔn)、回采的礦石或巖石裝入運(yùn)輸工具或卸入溜井。開拓、采準(zhǔn)和回采三者在使用裝運(yùn)機(jī)械方面對(duì)比起來，采準(zhǔn)工程的特點(diǎn)是：它的裝運(yùn)作業(yè)工作量，是在階段水平以上或礦房內(nèi)部及礦床上下盤中進(jìn)行的。一般地說，這些巷道斷面尺寸小、長度短，分布在階段水平以上不同的高度上，要求機(jī)械設(shè)備輕便靈活，便于調(diào)入和調(diào)出及遷移到不同高度上。在斷面只寸很小的空間內(nèi)工作，由于設(shè)備的調(diào)入遷移和使用都比較困難，致使采準(zhǔn)工作的機(jī)械化程度低、工作效率低、成本高。因此采準(zhǔn)工

20、作量的多少，便成為衡量采礦方法好壞的重要指標(biāo)之一。1.2 裝載機(jī)的發(fā)展1.國外裝載機(jī)發(fā)展趨勢近年來，隨著建筑施工和資源開發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)裝載機(jī)需求量迅速增加，因而對(duì)其可靠性、維修性、安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性也提出了更高的要求。隨著微電子技術(shù)向工程機(jī)械的滲透，現(xiàn)代裝載機(jī)械日益向智能化和機(jī)電一體化發(fā)展。自 20 世紀(jì)以來，國外裝載機(jī)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，在廣泛應(yīng)用新技術(shù)的同時(shí)，不斷涌現(xiàn)出新結(jié)構(gòu)2013 屆工程機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3和新產(chǎn)品。繼完成提高整機(jī)可靠性任務(wù)之后，技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)在于增加產(chǎn)品的電子信息技術(shù)含量和智能化程度。努力完善產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，改善駕駛?cè)藛T的工作條件，向節(jié)能、環(huán)

21、保方向發(fā)展。(1)系列化、特大型化系列化是工程機(jī)械發(fā)展的重要趨勢。國外著名大公司逐步實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品系列化進(jìn)程，形成了從微型到特大型不同規(guī)格的產(chǎn)品，同時(shí)，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。特大型工程機(jī)械的特點(diǎn)科技含量高，研制與生產(chǎn)周期較長，投資大，市場容量有限，市場競爭主要集中在少數(shù)幾家公司。(2)多用途、超小型化、微型化推動(dòng)多用途、超小型化、微型化發(fā)展的因素首先源于液壓技術(shù)的發(fā)展和快速可更換連接裝置的誕生，使得裝載機(jī)能在作業(yè)現(xiàn)場完成各種附屬作業(yè)裝置的快速裝卸及液壓軟管的自動(dòng)連接。一方面，工作機(jī)械通用性的提高，可以使用戶在不增加投資的前提下充分發(fā)揮設(shè)備本身的效能，能完成更多的工作；另一方面，為了盡可能地用

22、機(jī)械作業(yè)代替人力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，適應(yīng)城市狹窄施工場所以及在貨棧、碼頭、倉庫、農(nóng)舍、建筑物層內(nèi)和地下工程作業(yè)環(huán)境的使用要求。(3)節(jié)能與環(huán)保為了提高產(chǎn)品的節(jié)能效果和滿足日益苛刻的環(huán)保要求，國外工程機(jī)械公司主要從降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放、提高液壓系統(tǒng)效率和減振、降噪等方面入手。近幾年來國外裝載機(jī)的設(shè)計(jì)和制造進(jìn)一步體現(xiàn)了以人為本的理念，要為司機(jī)提供一個(gè)更加舒適的環(huán)境，以到達(dá)他們稱之為全自動(dòng)化型的境地。(4)計(jì)算機(jī)管理及故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及整機(jī)智能化廣泛應(yīng)用微電子技術(shù)與信息技術(shù)，完善計(jì)算機(jī)輔助駕駛系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)及故障診斷系統(tǒng)，不斷研制出集液壓、微電子及信息技術(shù)于一體的智能系統(tǒng)。并廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械的

23、產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性能和高科技含量。例如卡特彼勒公司 90 年代開發(fā)的 F 系列和 G 系列裝載機(jī)都安裝有電子計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，用以取代 E系列裝載機(jī)上安裝的電子監(jiān)控系統(tǒng)。其司機(jī)臺(tái)上裝有條形液晶顯示屏，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能同時(shí)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)燃油液面高度、冷卻水溫、變速箱油溫和液壓油溫等 11 種功能。該監(jiān)控系統(tǒng)還具有故障診斷能力，并可向司機(jī)提供三級(jí)報(bào)警.(5)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)和新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)90 年代中末期，部分裝載機(jī)上安裝有轉(zhuǎn)速變速集成控制系統(tǒng)，它取消了傳統(tǒng)的方向盤和變速操作桿，將轉(zhuǎn)向和變速操縱集成在一個(gè)操作手柄上，并采用簡單的觸發(fā)方式控制開關(guān)和換擋用的分裝式加速按鈕。利用肘節(jié)的自然動(dòng)作左右搬動(dòng)

24、操縱手柄來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)劉志強(qiáng)：ZL40 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)4向，利用大拇指選擇換擋按鈕以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)與后退、加速與減速行駛，極大地簡化了操作。2.我國裝載機(jī)的發(fā)展前景隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的調(diào)整發(fā)展，大型輪式裝載機(jī)的需求量會(huì)有大幅度上升，特別是西部大 開發(fā)，許多大型工程建設(shè)等，大型輪式裝載機(jī)大有用武之地。另外，世界上生產(chǎn)大型輪式裝載 機(jī)的國家、企業(yè)也不多，出口前景也非常好，苦于我們還拿不出產(chǎn)品。 1999 年，我國全行業(yè) ZL60 型共銷 28 臺(tái)，ZL80 型及 ZL100 型一臺(tái)也未銷售。因此，我國大型 輪式裝載機(jī)可以說是基本上未推向市場。影響推出市場的主要原因是，除開發(fā)水平較低外，主 要是配套件跟不

25、上。大型 輪式裝載機(jī)的配套件國內(nèi)基本上沒有，有少量的也是水平低，可靠 性差，不太適用，進(jìn)口配套件價(jià)格又太貴。因此大型輪式裝載機(jī)的國內(nèi)市場基本上被國外大公 司所占領(lǐng)。我國裝載機(jī)行業(yè)，特別是主要裝載機(jī)制造企業(yè)，應(yīng)抓住我國加入 WTO 后進(jìn)口件價(jià)格 降低的機(jī)遇，進(jìn)口一部分重要的關(guān)鍵部件，同時(shí)為盡量降低成本，加大力度開發(fā)一些目前已經(jīng)有能力開發(fā)的零部件，如傳動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)橋、液壓件中的缸、閥等，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，開發(fā)出 具有中國特色的大型輪式裝載機(jī)。只要我們的產(chǎn)品能占領(lǐng)國內(nèi)市場，也一定能打進(jìn)國際市場。 國產(chǎn)挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)數(shù)量很少，在我國 ZL30 型以下屬小型裝載機(jī)，據(jù) 1999 年全行業(yè)主要

26、企業(yè)統(tǒng)計(jì),共銷售小型裝載機(jī)有 1546 臺(tái)，能占全行業(yè)的8.2。 國外小型裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)，包括挖掘裝載機(jī)在內(nèi)，市場份額已相當(dāng)大。美國的 山貓牌小型多功能裝載機(jī)年銷量在 5 萬臺(tái)左右，還有美國的凱斯、約翰迪爾、卡特彼勒、英國 的 JCB 公司等的挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)年銷量都在萬臺(tái)上?？梢娛澜缡袌錾贤诰蜓b載 機(jī)及小型多功能裝載機(jī)市場是多么大，而中國目前這類產(chǎn)品基本上還沒有。這類產(chǎn)品特別適用 于市政建設(shè)、中小城鎮(zhèn)建設(shè)、鄉(xiāng)間非等級(jí)公路建設(shè)、一般公路的維護(hù)保養(yǎng)、港口碼頭作業(yè)，還 有改造環(huán)境、植樹造林等。特別是西部大開發(fā)，這類產(chǎn)品將有廣闊的潛在市場。這類產(chǎn)品的開發(fā)，今后肯定是以靜液壓件傳

27、動(dòng)為主，目前世界上小型裝載機(jī)、小型多功能裝載機(jī)基本上都是 靜液壓傳動(dòng)。我國要能真正把這類產(chǎn)品發(fā)展起來，必須有自己的創(chuàng)新。裝載機(jī)行業(yè)的廣大企 業(yè)，特別是有能力的大企業(yè)，應(yīng)加大創(chuàng)新力度，去爭我國小型裝載機(jī)、小型多功能裝載機(jī)、挖掘裝載機(jī)等這一巨大的潛在市場。 我國西部 3000 米以上高海拔地區(qū)及沙漠地區(qū)占了很大的面積，在實(shí)施西部大開發(fā)中，高原 及沙漠型特殊用途裝載機(jī)需要量較大，國內(nèi)目前基本上還沒有這類產(chǎn)品，2013 屆工程機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5而國外大公司在這方 面已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品。因此，我國加入 WTO 后，這個(gè)巨大的潛在市場很可能被國外大公司所占領(lǐng)。我國的裝載機(jī)行業(yè)從現(xiàn)在起應(yīng)該積極行動(dòng)起來

28、，與有關(guān)科研院所及有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)等配套件企業(yè)聯(lián)合起來，盡快開發(fā)出具有中國特色的高原、沙漠型特殊用途裝載機(jī)，去搶占我國西部這一潛在大市場。 中型輪式裝載機(jī)是國內(nèi)最成熟而產(chǎn)量又大大過剩的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品只要“入世”后實(shí)行國際采購，提高質(zhì)量、水平、可靠性，那么大批進(jìn)入國際市場的機(jī)遇就在眼前。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及主要參數(shù)研究重點(diǎn)放在裝載機(jī)工作裝置上，通過對(duì)比不同類型的工作裝置優(yōu)缺點(diǎn)，確定ZL40 裝載機(jī)工作裝置類型，完成鏟斗、動(dòng)臂及連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算與校核；完成工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是工作裝置在工作中平穩(wěn)、可靠的工作。在課題的設(shè)計(jì)過程中難免會(huì)遇到一些問題，如對(duì)不同型號(hào)的輪式裝載機(jī)其構(gòu)成不全相同

29、，對(duì)工作裝置也采用不同的連桿機(jī)構(gòu)，有的是八連桿機(jī)構(gòu)，有的是反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)還有正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)。各種機(jī)構(gòu)各有各的特點(diǎn)和優(yōu)勢，對(duì)于輪式裝載機(jī)的工作裝置多采用反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)，因此對(duì)于本課題的研究和設(shè)計(jì)分析都是對(duì)于反轉(zhuǎn)六連桿進(jìn)行的。對(duì)鏟斗的設(shè)計(jì)過程中難免會(huì)遇到大量計(jì)算，在計(jì)算的過程中用到高等數(shù)學(xué)、材料力學(xué)和理論力學(xué)，所以為了給設(shè)計(jì)帶來方便必須要有較好的數(shù)學(xué)和力學(xué)知識(shí)。綜合上述一些問題和原因?qū)τ龅降膯栴}處理原則是：利用所學(xué)的基本知識(shí)對(duì)工作裝置、連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)借鑒國內(nèi)和國際先進(jìn)企業(yè)的產(chǎn)品的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，力求整個(gè)設(shè)計(jì)的理想化和超前化。參考現(xiàn)有 ZL40 輪式裝載機(jī)，確定本次設(shè)計(jì)基本參數(shù)如

30、下：1. 額定載重量：4t；2. 額定鏟斗容量：2m ；33. 最大卸載高度：2895mm；4. 最小卸載距離：975mm；5. 機(jī)重：12.8t；6. 鏟斗外側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑：6190劉志強(qiáng)：ZL40 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)6第二章 裝載機(jī)總體參數(shù)的確定2.1 裝載機(jī)阻力的確定裝載機(jī)在進(jìn)行鏟掘作業(yè)中的作業(yè)阻力主要是：鏟斗插入料堆時(shí)的插入力；提升動(dòng)臂時(shí)的鏟起力；翻起轉(zhuǎn)斗時(shí)的轉(zhuǎn)斗阻力矩。影響這些阻力的因素很多，例如鏟掘的物料種類、鏟斗的形狀，鏟斗插入的深度等。而鏟掘的物料種類又是多種多樣的，可能是土壤砂石，也可能是各種塊度的礦石，因此在這些復(fù)雜因素影響下，難以準(zhǔn)確的計(jì)算出裝載機(jī)鏟掘時(shí)的作業(yè)阻力，為確定這些

31、阻力，則通過鏟掘散狀物料試驗(yàn)的辦法得出經(jīng)驗(yàn)公式和多種系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，下面分別計(jì)算裝載機(jī)在鏟掘散狀物料時(shí)的各種阻力。2.1.1 插入阻力插入阻力是裝載機(jī)鏟斗插入料堆時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力。插入阻力分別由以下阻力組成：鏟斗前切削刃口和斗壁兩側(cè)切削刃所受阻力；鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力；鏟斗外表面與料堆之間的摩擦阻力等組成。其值可以按下式計(jì)算： 式 2.14325. 121KKBlKKPbpx式中： 鏟斗插入阻力；xP 物料的塊度和松散程度的影響系數(shù)。對(duì)于松散程度較好的物料，塊1K度 0.3mm 時(shí)，=1.0；塊度 0.4mm 時(shí)，=1.1；塊度 0.5mm 時(shí)，=1.3。如果1K1K1K松

32、散程度較差，則上述各值增大 20%-40%；對(duì)于這里取=1.1； 1KK 物料種類影響系數(shù)，散狀物料種類為沙石，取系數(shù)為 0.12；2 鏟斗插入料堆深度(cm)；取 50cm；pl鏟斗寬度(cm)；bB一料堆高度影響系數(shù)，料高度為 1.4m, =1.15。3K3K 4325. 121KKBlKKPbpx5 . 115. 12505012. 01 . 11025. 1741722.1.2 鏟起阻力鏟起阻力是指鏟斗插入料堆一定深度后，用動(dòng)臂油缸提升動(dòng)臂時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力。鏟斗插入料堆深度后，用動(dòng)臂提升鏟斗，鏟起阻力由鏟斗斗底插入料堆深度和pl2013 屆工程機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7鏟斗寬度

33、所決定的矩形面積上的物料所決定。plbB鏟起阻力同樣受到物料的塊度、松散性、容積比重、溫度、濕度、物料之間及物料與斗壁摩擦的影響。最大的鏟起阻力發(fā)生在鏟斗剛剛開始提升的時(shí)刻。隨著動(dòng)臂的提升，鏟起阻力逐漸減小。 鏟斗開始提升時(shí)的鏟起阻力可按下式確定：zP 式 2.2pbzlKBp2 . 2鏟斗插入料堆深度(m)；plB 鏟斗寬度(m)；b鏟斗開始提升時(shí)物料的剪切阻力(KN/m )。取值為 35kN/m ；K33zPKBlbp2 . 23550. 250. 02 . 2 （KN）25.962.1.3 轉(zhuǎn)斗阻力矩 轉(zhuǎn)斗阻力矩是當(dāng)鏟斗插入料堆一定深度后，用轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗向后翻轉(zhuǎn)時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力

34、矩。若不計(jì)慣性力的影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，轉(zhuǎn)斗的靜阻力距隨著鏟斗翻轉(zhuǎn)角的變化而改變，如圖 3.1 所示在開始轉(zhuǎn)斗時(shí)，所需克服的靜阻力矩最大，隨著轉(zhuǎn)斗轉(zhuǎn)角的增大。靜阻力矩逐漸減小。當(dāng)鏟斗前刃離開料堆時(shí)。靜阻力矩為M 。根據(jù)試驗(yàn)，最大靜阻力矩 M 用下式計(jì)算0c 式 2.3)()31(4 . 01 . 1mNylxPMpxc式中： P 插入阻力；x 鏟斗回轉(zhuǎn)中心與斗刃的水平距離（m） ；x y 鏟斗回轉(zhuǎn)中心與地面的垂直距離（m） ；轉(zhuǎn)斗時(shí)，鏟斗除受到靜阻力矩的作用外，還受到鏟斗自重和鏟斗中物料重力所引起的阻力矩的作用，因此，開始轉(zhuǎn)斗時(shí)的總阻力矩 M 為 式 2.4)()(mNlGGMMprbe式中：

35、鏟斗自重（N） ；bG 裝載機(jī)額定載重量（N） ；rG 鏟斗重心到回轉(zhuǎn)中心的水平距離（m） ；見圖 3.3bl劉志強(qiáng)：ZL40 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)8圖 2.1 圖 2.22.2 裝載機(jī)的總體布置原則1.總體布置的內(nèi)容總體布置內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：(1)確定各個(gè)部件在整機(jī)上的位置，并對(duì)外形尺寸提出要求；(2)確定各部件之間、部件與整機(jī)之間的連接方式；(3)估算整機(jī)重量幾重心位置，并對(duì)各部件的重量提出要求；(4)布置各個(gè)操縱機(jī)構(gòu)、機(jī)棚、駕駛室等；(5)審核各運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)空間，排除可能發(fā)生的運(yùn)動(dòng)干涉；(6)定出標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化的零、部件的名細(xì)表。2.總體布置的原則(1)保證整機(jī)的穩(wěn)定性；(2

36、)結(jié)構(gòu)緊湊、并有較高的傳動(dòng)的效率；(3)便于操作和維修，工作安全可靠；(4)外形平整美觀。3.設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的整機(jī)性能 (1)牽引性，是裝載機(jī)在不同工作速度下所能發(fā)出的最大牽引力的性能。它影響到機(jī)子的工作能力與工作效率。牽引性能的好風(fēng)是用牽引功率和牽引效率來評(píng)價(jià)的。它反映了裝載機(jī)利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行工作的有效程度，是最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。 (2)動(dòng)力性，是反映裝載機(jī)在行駛中，以不同檔位工作時(shí)，所具有的加速性能，以及所能達(dá)到的最大行駛速度和爬坡能力的一個(gè)性能。動(dòng)力性能的好訊用動(dòng)力因數(shù)來評(píng)價(jià)。(3)經(jīng)濟(jì)性，是反映裝載機(jī)在工作中燃樹消耗是否經(jīng)濟(jì)合理的性能。它有兩個(gè)指標(biāo)：是依牽引馬力小時(shí)消耗的燃油克數(shù)，這

37、個(gè)指標(biāo)可以用來比較不同裝載機(jī)的經(jīng)濟(jì)性2013 屆工程機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9的好壞，另一個(gè)是作業(yè)中裝卸每噸物料消耗的燃料這個(gè)指標(biāo)可以用來核算作業(yè)的生產(chǎn)成本。由于后者包含著使用中各種因素的影響，因此不能用作評(píng)價(jià)不同裝載機(jī)經(jīng)濟(jì)性能好壞的指標(biāo)。 (4)穩(wěn)定性，是裝載機(jī)在坡道上行駛時(shí)不失去穩(wěn)定和不傾翻的性能。它關(guān)系到裝載機(jī)機(jī)在坡道行駛的安全性，因此，是一個(gè)很重要的性能指標(biāo)。裝載機(jī)的穩(wěn)定性用穩(wěn)定度這一指標(biāo)的大小來表示。 (5)機(jī)動(dòng)性，是裝載機(jī)能否在狹窄場地轉(zhuǎn)向和通過的性能因此，可以用外側(cè)輪胎和鏟斗的轉(zhuǎn)向半徑來標(biāo)志。機(jī)動(dòng)性的好壞，影響到裝載機(jī)的適用程度。(6)作業(yè)性，是反映裝載機(jī)整機(jī)使用好壞的性能，通常

38、以功率到生產(chǎn)率的高低為評(píng)價(jià)指標(biāo)，它與整機(jī)所具有的切削力、掘起力、鏟斗容量和容積效率，以及工作裝置杠桿系統(tǒng)的工作速度等有關(guān)。2.3 裝載機(jī)各部件的布置1.發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的布置發(fā)動(dòng)機(jī)一般置于裝載機(jī)后部，起著對(duì)前置鏟斗中負(fù)荷的平衡作用，并增加裝載機(jī)的穩(wěn)定性。發(fā)動(dòng)機(jī)是預(yù)選現(xiàn)成的，故主要尺寸均已知。根據(jù)載荷分配確定發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)后橋中心的前后位置，并參考同類型裝載機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)布置來確定曲軸中心線相對(duì)車架上線的高度。發(fā)動(dòng)機(jī)位置的布置要結(jié)合傳動(dòng)系各總成的結(jié)構(gòu)和整機(jī)的使用要求全面考慮。發(fā)動(dòng)機(jī)位置確定后，即可安排變矩器、變速器的位置然后確定傳動(dòng)軸數(shù)目。2.工作裝置布置工作裝置布置在整車的前端，結(jié)合工作裝置的設(shè)計(jì)要求確

39、定動(dòng)臂與車架鉸點(diǎn)的位置。假如動(dòng)臂長度不變，鉸點(diǎn)布置向前，最大卸載距離大，但由鏟斗中載荷作用的傾翻力矩增加，為減小此傾翻力矩而不減小載重量，一般將鉸點(diǎn)向后布置，但最好不安排在駕駛室兩側(cè)或駕駛室之后，以免動(dòng)臂舉升時(shí)恰在駕駛員的兩側(cè)影響駕駛?cè)藛T的安全性。動(dòng)臂落在最低位置時(shí)鏟斗位于前輪之前，不能與前輪干涉。動(dòng)臂的最大舉升與最低位置的夾角一般為 90 左右，此角度太大，特使最大卸載高度時(shí)的卸載距離急劇下降，同時(shí)動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂鉸點(diǎn)間的距離(力臂)也大大減小，使受力情況不利。3.轉(zhuǎn)向系的布置及分類輪胎式裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向系：有偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向和鉸接式轉(zhuǎn)向兩類，偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向又分為偏轉(zhuǎn)前輪、偏轉(zhuǎn)后輪、偏轉(zhuǎn)前后輪三種。(1

40、)偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向 前輪轉(zhuǎn)向半徑大于后輪轉(zhuǎn)向半徑，這樣當(dāng)前輪能從障礙物的內(nèi)側(cè)通過時(shí)，后輪也劉志強(qiáng)：ZL40 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)10一定能從障礙物內(nèi)側(cè)通過，駕駛員可以利用前輪估計(jì)后輪避開障礙物，有利于安全行駛。在整體車架的車輛上，多采用偏轉(zhuǎn)前輪的轉(zhuǎn)向系。但是對(duì)裝載機(jī)來說，由于工作機(jī)構(gòu)布置在前端，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的布置，受到前部空間的限制；又因?yàn)檠b載機(jī)的前輪負(fù)荷大、轉(zhuǎn)向阻力大、所以，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不易布置在前輪上。只有沿用其它車輛的前輪轉(zhuǎn)向的底盤時(shí)，才采用偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向。(2)偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向后輪的轉(zhuǎn)向半徑大于前輪的轉(zhuǎn)向半徑，當(dāng)前輪從障礙物的內(nèi)側(cè)通過后，后輪不一定就能從障礙物的內(nèi)側(cè)通過，這就不利于安全行駛。在一般車輪上，

41、不采用偏轉(zhuǎn)后輪的轉(zhuǎn)向，但是在整體車架的裝載機(jī)上，多采用偏轉(zhuǎn)后輪的轉(zhuǎn)向。這是因?yàn)檠b載機(jī)的油輪負(fù)荷大，并且前端空間位置又難以布置轉(zhuǎn)向，所以，多采用偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向。采用偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向時(shí)，要求駕駛員要有熟練的操作技術(shù)。(3)偏轉(zhuǎn)肋、后輪轉(zhuǎn)向 一般采用前、后輪偏轉(zhuǎn)角度相等的結(jié)構(gòu)。全輪轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)性好；前、后車輪的轉(zhuǎn)向半徑相同，后輪行駛在前輪的輪轍上，減小了后輪的行駛阻力。但是，由于驅(qū)動(dòng)輪又是轉(zhuǎn)向輪，造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜。(4)鉸接式車架采用鉸接轉(zhuǎn)向鉸接轉(zhuǎn)向的鉸銷位置有以下三種情況:1)鉸銷位于前后軸線的中間，轉(zhuǎn)彎時(shí)，前后輪軌跡重合。2)鉸銷位置在前后軸中間偏前，前輪轉(zhuǎn)彎半徑大于后輪轉(zhuǎn)彎半徑。3)鉸銷位置在

42、前后軸中間偏后，前輪轉(zhuǎn)彎半徑小于后輪轉(zhuǎn)彎半徑。一般多采用第一種布置方案，故前輪與后輪軌跡相同，可以減小在劣路上的行駛阻力，并且前輪能通過的狹小地段，后輪也能順利通過。整體式車架采用偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向，裝載機(jī)重載時(shí)前橋負(fù)荷比后橋大，所以多采用后輪轉(zhuǎn)向。第二種方案比第一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是要保證前轉(zhuǎn)向輪與動(dòng)臂不發(fā)生干涉，因而也給總體布置方而帶來一定困難。在布置轉(zhuǎn)向車輪時(shí)應(yīng)保證它的周圍有一定的空間，在任何轉(zhuǎn)向角時(shí)車輪都不與周圍的零部件相碰，尤其是在最大轉(zhuǎn)向角時(shí)不能與車架相碰。轉(zhuǎn)向梯形可布置在橋的前部或后部。4.駕駛室的布置為使駕駛員在作業(yè)時(shí)前方有良好視野，整體式車架駕駛室是布置在車架的前部。駕駛室布置在前車

43、架后端。這種布置形式前方視野艙便于駕駛員鏟挖作業(yè)，但后2013 屆工程機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11方視野較差。轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員隨前車架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鏟斗始終在駕駛員的正前方，便于對(duì)準(zhǔn)料堆和卸載卡車。由于駕駛它在全車的較前部，因此在鏟挖時(shí)駕駛員受到的沖擊較大，容易疲勞。另外因駕駛室在前車架上，而發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等均在后車架上，所以操縱機(jī)構(gòu)一般只能采用電、氣壓或液壓操縱。目前國外有少數(shù)裝載機(jī)駕駛室是這樣布置的。2.4 裝載機(jī)的總體構(gòu)造和分類1.裝載機(jī)的總體構(gòu)造裝載機(jī)一般有發(fā)動(dòng)機(jī)，車架，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，行走系統(tǒng)，工作裝置，液壓系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等組成，發(fā)動(dòng)機(jī)的液力變矩器把動(dòng)力傳給變速箱，然后經(jīng)前傳動(dòng)軸和后傳動(dòng)軸分別

44、傳給前后驅(qū)動(dòng)橋，以驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，工作裝置是由動(dòng)臂，鏟斗，連桿機(jī)構(gòu)，動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸等組成，動(dòng)臂一端鉸鏈在機(jī)架上，另一端和鏟斗鉸鏈連接。動(dòng)臂的升降由動(dòng)臂油缸帶動(dòng)，鏟斗翻轉(zhuǎn)則由轉(zhuǎn)斗油缸通過連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，車架由前后兩部分組成，中間用前后車架鉸鏈聯(lián)接，依靠轉(zhuǎn)向油缸可使前后車架繞鉸銷相對(duì)地轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。2.裝載機(jī)的分類(1)按行走裝置分：有輪胎式和履帶式兩種。輪胎式裝載機(jī)是以輪胎式專用底盤為基礎(chǔ)車，配置工作裝置及操作系統(tǒng)組成。其重量輕，速度快，機(jī)動(dòng)靈活性及效率高，因而他的品種與產(chǎn)量都發(fā)展快。履帶式裝載機(jī)是以專用底盤或工業(yè)履帶式拖拉機(jī)為基礎(chǔ)，裝上工作裝置及操作系統(tǒng)完成。其接地比壓小，通用性好；重心

45、低，穩(wěn)定性好；重量大，附著性能好。因此，在輪式裝載機(jī)不適宜的場合更顯優(yōu)越性。(2)卸料方式分：有前卸式，回轉(zhuǎn)式，后卸式 前卸式裝載機(jī)的工作裝置不回轉(zhuǎn)，裝料與卸料都是整機(jī)走動(dòng)進(jìn)行，作業(yè)過程中調(diào)車費(fèi)時(shí)，但因結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，視野良好，因此應(yīng)用最廣泛。 回轉(zhuǎn)式裝載機(jī)的動(dòng)臂安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，鏟斗在前端裝料后，回轉(zhuǎn)至側(cè)面卸掉，裝載時(shí)不需要調(diào)車，作業(yè)效率高，適宜于廠區(qū)工作。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，回轉(zhuǎn)卸載時(shí)偏心載荷較大，整機(jī)側(cè)向穩(wěn)定性不好。后卸載裝載機(jī)是在前端裝料，卸載時(shí)鏟斗越過駕駛室向后端卸料，作業(yè)時(shí)不需要調(diào)車，可直接向后停在起后面的運(yùn)輸車輛卸載，作業(yè)效率高。但卸載時(shí)鏟斗越過駕駛室不安全，只用于礦井下狹窄的場地。(3

46、)聯(lián)接方式分為：整體式、鉸接式劉志強(qiáng)：ZL40 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)12整體式裝載機(jī)的車架是一個(gè)整體，利用偏轉(zhuǎn)后輪同時(shí)偏轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。鉸接式裝載機(jī)的車架有前后兩部分組成，中間用垂直鉸銷聯(lián)接，它通過連接前后車架的油缸推動(dòng)前后車架繞垂直鉸鏈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)折腰轉(zhuǎn)向。由于前后車架折腰度大（大約 3540 度） ，所以轉(zhuǎn)彎半徑小，可在半徑比較小的場地作業(yè)。(4)鏟斗的額定量分：小型10t。t 0 . 26 . 03.裝載機(jī)的作業(yè)方式裝載機(jī)是循環(huán)作業(yè)式的工程機(jī)械。它的一個(gè)作業(yè)循環(huán)由駛進(jìn)料堆、鏟取、后退、轉(zhuǎn)向、駛進(jìn)卸料目標(biāo)和卸料等動(dòng)作構(gòu)成。其中，對(duì)物料的鏟取方法和作業(yè)時(shí)運(yùn)輸車輛的配置方案，將影響生產(chǎn)率的高低。(1)鏟

47、取方法：裝載機(jī)對(duì)物料的鏟取方法有一次鏟取法和復(fù)合鏟取法兩種。1)一次鏟取法：鏟斗一次插入料堆，一次收斗而裝滿鏟斗的鏟取方法。作業(yè)時(shí)裝載機(jī)從正前方駛進(jìn)料堆，邊進(jìn)邊放下鏟斗，在料堆前 1m 處使鏟斗落到地面，處于浮動(dòng)位置，斗刃能觸及料堆時(shí)，加大油門緩緩插入料堆，然后鏟斗上翻，提升動(dòng)臂到運(yùn)輸位置再倒退駛出。該法是最簡單常用方法，比較適用于阻力比較小的松散料堆。2)復(fù)合鏟取法：裝載機(jī)前進(jìn)插入料堆的同時(shí)，鏟斗與提臂相配合鏟取物料的方法。這樣鏟取切削阻力小，容易裝滿鏟斗，適合鏟裝切削阻力較大的物料。2.作業(yè)配置方案：裝載機(jī)與運(yùn)輸車輛的作業(yè)配置方案，主要取決于現(xiàn)場的條件、運(yùn)輸車與裝載機(jī)的數(shù)量和類型。廣泛使用

48、的有“I 形” 、 “V 形” 、 “L 形”作業(yè)方法。1)“I”形作業(yè)法：運(yùn)輸車平行與工作面并往復(fù)地前進(jìn)和后退，所以也稱之為穿梭作業(yè)法。這種作業(yè)方式可減少裝載機(jī)改變方向的次數(shù)，如果裝載機(jī)與運(yùn)輸車配合的好，會(huì)有較好的生產(chǎn)率。2)“V”形作業(yè)法：運(yùn)輸車與工作面成 60 度的角度，裝載機(jī)裝滿鏟斗后，在倒車駛離工作面的過程中，并調(diào)轉(zhuǎn)駛向料堆，進(jìn)入下一次的作業(yè)循環(huán)。這種作業(yè)方式可以得到較短的工作循環(huán)時(shí)間，故應(yīng)用十分廣泛。3)“L”形作業(yè)法：運(yùn)輸車垂直于工作面，裝載機(jī)鏟裝物料后，倒退并翻轉(zhuǎn) 90 度，然后向前駛向料堆進(jìn)行下次鏟裝。這種作業(yè)方式在運(yùn)距較短時(shí)，一個(gè)司機(jī)可輪換在兩輛運(yùn)輸車上工作，以減少人力。這

49、種作業(yè)方式適用寬廣的作業(yè)場合。 2013 屆工程機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13第三章 工作裝置設(shè)計(jì)3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析3.1.1 裝載機(jī)工作裝置裝載機(jī)采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過工作裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗，動(dòng)臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料；動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂，連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)采用液壓操作。1.設(shè)計(jì)時(shí)要求由鏟斗、搖臂、連桿、轉(zhuǎn)斗油缸、動(dòng)臂、動(dòng)臂油缸及車架互相鉸接所構(gòu)成的連桿機(jī)構(gòu)，應(yīng)保證在裝載機(jī)作業(yè)時(shí)能滿足：1)鏟斗的平移能力，即當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖，動(dòng)臂在動(dòng)臂油缸的作用力下提升時(shí)。連桿機(jī)構(gòu)能使鏟斗保持

50、平移或使斗底平面與水平面夾角的變化控制在允許的范圍內(nèi)。以免裝滿物料的鏟斗由于傾斜而灑落物料。2)一定大小的卸荷角，即當(dāng)動(dòng)臂處于任何作業(yè)位置時(shí)，在轉(zhuǎn)斗油缸的作用下通過連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且卸荷角不小于 45 度。3)鏟斗的自動(dòng)放平能力，即在動(dòng)臂下降時(shí)，鏟斗能自動(dòng)放平，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。2.裝載工作對(duì)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求輪胎式裝載機(jī)是一種裝運(yùn)卸作業(yè)聯(lián)合一體的自行式機(jī)械，它的工作過程由 5 種工作狀態(tài)或工況組成：1)工況 I插入狀態(tài)動(dòng)臂下放，鏟斗放置地面，斗尖觸地，鏟斗前壁對(duì)地面呈 3-5前傾角；開動(dòng)裝載機(jī)鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。2)工況 II鏟裝狀態(tài)工況 I 以后

51、，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，鏟取物料，待鏟斗口翻轉(zhuǎn)至近似水平為止。3)工況 III重載運(yùn)輸狀態(tài)舉升動(dòng)臂，待工況 II 之鏟斗升高到適合位置(以斗底離地的高度不小于最小允許距離為準(zhǔn))，然后驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)，載重駛向卸載點(diǎn)。4)工況 IV一卸載狀態(tài)在卸載點(diǎn)，舉升動(dòng)臂使鏟斗至卸載位置；翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運(yùn)輸車輛或固定料倉卸載；卸畢，下放動(dòng)臂，使鏟斗恢復(fù)到運(yùn)輸狀態(tài)。劉志強(qiáng)：ZL40 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)145)工況 V空載運(yùn)輸狀態(tài)卸載結(jié)束后，裝載機(jī)由卸載點(diǎn)空載返回裝載點(diǎn)。在露天礦或工地，通常輪胎式裝載機(jī)是向載重汽車卸裁，出于裝載點(diǎn)和卸載點(diǎn)距離很近，卸載位置較高，所以一般稱作“定點(diǎn)高位卸載” 。3.工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

52、1)保證滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書中所規(guī)定的使用性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求，如最大卸載高度、最大卸載距離，在任何位置都能卸凈物料并考慮可換工作裝置。2)保證作業(yè)過程中任何構(gòu)件不與其它構(gòu)件干涉。工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，因?yàn)榻M成工作裝置的各個(gè)構(gòu)件尺寸幾位置的相互影響，可變性很大。對(duì)于選定的結(jié)構(gòu)形式，在滿足上述條件下可以有各種各樣的構(gòu)件尺寸及鉸接點(diǎn)位置。通過多種方案的比較，選出最佳構(gòu)件的尺寸及鉸接點(diǎn)位置，使所設(shè)計(jì)的工作裝置不僅滿足使用要求，而且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。3.1.2 結(jié)構(gòu)形式的選擇裝載機(jī)的工作裝置的結(jié)構(gòu)形式分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種。有鏟斗托架的工作裝置其動(dòng)臂和連桿的后端與車架的支

53、座鉸鏈，動(dòng)臂和連桿的前端與鏟斗托架鉸鏈，托架上部鉸接轉(zhuǎn)斗油缸，其活塞桿幾托架下部與鏟斗鉸接。當(dāng)托架、動(dòng)臂、連桿及車架支座構(gòu)成的是平行四連桿機(jī)構(gòu)，則在轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖的情況下提升動(dòng)臂時(shí)，鏟斗始終保持平移，使得鏟斗內(nèi)物料不易灑落。但是由于在動(dòng)臂的前端裝有較重的托架和轉(zhuǎn)斗油缸，使得裝載機(jī)的有效載重量減小，所以目前用得較少。無托架的工作裝置，結(jié)構(gòu)比較簡單，其鏟斗與動(dòng)臂的前端和連桿直接鉸接。按組成連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)目可以分為六連桿和八連桿，連桿構(gòu)件數(shù)目多，機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)就多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，因此超過八連桿的機(jī)構(gòu)在裝載機(jī)上一般不采用。按連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可以分為正轉(zhuǎn)連桿工作裝置和反轉(zhuǎn)連桿工作裝置。如圖 3.1 就是反轉(zhuǎn)連桿工作

54、裝置。正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的搖臂與鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，而反轉(zhuǎn)連桿工作裝置的搖臂與鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)工作裝置的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：最大掘起力是在鏟斗底面略低于地面時(shí)，即鏟斗轉(zhuǎn)角為負(fù)值時(shí)（見圖 3.2 曲線 1、2） ，適宜于挖掘地面，鏟斗卸荷時(shí)前傾角速度大，易于抖落物料，但沖擊較大。正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)可以分為：單連桿和雙連桿。1.正轉(zhuǎn)單連桿工作裝置正轉(zhuǎn)單連桿機(jī)構(gòu)連桿數(shù)目少，結(jié)構(gòu)簡單，易于布置，轉(zhuǎn)斗油缸可以布置在動(dòng)臂的下方，活塞桿不易受損傷；提升動(dòng)臂時(shí)鏟斗后傾角變化小。其缺點(diǎn)是連桿的傳動(dòng)比較雙連桿小，從而造成掘起力曲線變化較陡（見圖 3.2 曲線 1） 。若要提高連桿的傳動(dòng)比，2013 屆工程機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

55、（論文）15需要加大搖臂的長度，這樣給布置帶來困難，并造成駕駛員視野不良。2.正轉(zhuǎn)雙連桿工作裝置雙連桿機(jī)構(gòu)連桿數(shù)目多，連桿傳動(dòng)比大，掘起力曲線變化平緩（見圖 3.2 曲線 2） ，動(dòng)臂提升后鏟挖力變化小，連桿的尺寸可縮小，擴(kuò)大了駕駛員的視野。鏟斗切削刃面平貼地面時(shí)，提升動(dòng)臂鏟斗自然后傾，使鏟裝物料不會(huì)倒出，進(jìn)行地面上挖掘工作可以縮短循環(huán)時(shí)間，適于利用鏟斗和動(dòng)臂配合作業(yè)。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，轉(zhuǎn)斗油缸較難布置在動(dòng)臂下邊。如果要使動(dòng)臂在最大舉升高度時(shí)鏟斗后傾角不致過大，就需使鏟斗在低位置時(shí)后傾角小些，但是這樣裝載機(jī)滿載運(yùn)輸時(shí)，鏟斗中的物料又容易撒落。3.反轉(zhuǎn)連桿工作裝置反轉(zhuǎn)連桿工作裝置的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：

56、最大掘起力是在鏟斗底略高于地面后翻轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)揮出來，而且最大鏟起力比正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)大。反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)掘起力曲線變化較陡峭（見圖 3.2 曲線 3） ，在鏟裝物料轉(zhuǎn)斗時(shí)掘起力大，易于進(jìn)行掘起作業(yè)，適用于一次鏟掘法鏟裝，但是不適于進(jìn)行往上耙料的作業(yè)，鏟斗卸載時(shí)前傾最后階段速度降低，卸載平穩(wěn)、沖擊小，但難于抖落砂土；由于連桿數(shù)目少，傳動(dòng)比小，為了增大搖臂傳動(dòng)比，需增大尺寸，這不僅使卸載時(shí)連桿易碰自卸卡車貨槽側(cè)壁，而且還造成駕駛員視野不好；鏟斗在最高卸載位置卸載后，下降動(dòng)臂鏟斗易于自動(dòng)放平。反轉(zhuǎn)單連桿的工作裝置，由于結(jié)構(gòu)簡單、掘起力大、運(yùn)輸狀態(tài)鏟斗后傾角大、不易撒落物料、鏟斗能自動(dòng)放平等優(yōu)點(diǎn)，因此，在近代裝載

57、機(jī)上得到了廣泛的采用。我國 ZL 系列轉(zhuǎn)載機(jī)的工作裝置都是采用反轉(zhuǎn)單連桿型式。至于反轉(zhuǎn)雙連桿機(jī)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于布置，所以目前裝載機(jī)上較少采用。圖 3.1 反轉(zhuǎn)連桿工作裝置本次設(shè)計(jì)采用的是反轉(zhuǎn)六連桿，無托架工作裝置。劉志強(qiáng)：ZL40 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)163.2 鏟斗設(shè)計(jì)3.2.1 鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇鏟斗是直接用來切削、收集、運(yùn)輸和卸出物料，裝載機(jī)工作時(shí)的插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機(jī)的作業(yè)效率和工作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗設(shè)計(jì)的主要要求。鏟斗是在惡劣的環(huán)境下工作承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨損，所以要求鏟斗具有足夠的強(qiáng)度和

58、剛度，同時(shí)要耐磨。根據(jù)裝載物料的容重，鏟斗做成三種類型：正常斗容的鏟斗用來裝載容重 1.4-1.6噸/米 的物料（如砂、碎石、松散泥土等） ，增加斗容的鏟斗，斗容一般為正常斗容3的 1.41.6 倍，用來采掘容重 1.0 噸/米 左右的物料（如煤、渣等） ；減少斗容的鏟3斗，斗容為正常的 0.60.8，用來裝載斗容重大于 2 噸/米 的物料（如鐵礦石、巖3石等） 。用于土方工程機(jī)械的裝載機(jī)，因作業(yè)對(duì)象較廣，因此多采用正常斗容的通用鏟斗，一般適應(yīng)鏟裝不同物料的需要。不同種類的物料，需要不同結(jié)構(gòu)形式的鏟斗，通常鏟斗由切削刃、斗底、側(cè)壁及后斗壁組成。鏟斗切削刃的形狀根據(jù)所鏟裝物料的不同而異，通常分為

59、直線型和非直線型。直線型切削刃結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的平地性能，但切削阻力較大，適用于裝載重度不超過 16kN/m ，并且堆積比較松散的物料。非直線型切削刃有 V 型和弧型等，3裝載機(jī)用的較多是 V 型斗刃。這種切削刃由于中間突出，在插入料堆時(shí)，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆；且對(duì)中性較好。但平地性能和裝滿系數(shù)要小于直線型斗刃的鏟斗。裝有斗齒的鏟斗，在裝載機(jī)作業(yè)時(shí)，插入力有斗齒分擔(dān)，形成較大的比壓，利于插入密實(shí)的料堆疏松物料，便于鏟斗的插入，斗齒可以延長切削刃的使用壽命，斗齒磨損后容易更換。因此，對(duì)主要用于鏟裝巖石或密實(shí)物料的裝載機(jī)，其鏟斗均裝有斗齒。用于插入阻力較小的松散物料或粘

60、性物料，其鏟斗可以不裝斗齒。斗齒的形狀對(duì)切削阻力的影響：對(duì)稱齒型的切削阻力比不對(duì)稱的大；長而狹窄的齒比寬而短的切削阻力小?；【€或折線形鏟斗側(cè)刃的插入阻力比直線形側(cè)刃小，但弧線或折線形側(cè)刃鏟斗的側(cè)壁較淺，容易從兩側(cè)泄漏物料，不利于鏟斗的裝滿，這種形狀適宜于鏟裝巖石。對(duì)主要用于土方工程的裝載機(jī)，在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)要考慮斗體內(nèi)的流動(dòng)性，減少物料在斗體的移動(dòng)或滾動(dòng)阻力，同時(shí)要有利于在鏟裝粘性物料是有良好的倒空性。2013 屆工程機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17（a）直線形斗刃鏟斗 （b）v 形斗刃鏟斗 （c）直線形帶齒鏟斗 （d）弧形帶齒鏟斗圖 3.3 常見的鏟斗結(jié)構(gòu)鏟斗的形狀對(duì)鏟裝阻力和粘性物料卸靜性有著較大