zl裝載機(jī)設(shè)計(jì)說明書

zl裝載機(jī)設(shè)計(jì)說明

書

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1緒論

1.1裝載機(jī)概述

1.1.1裝載機(jī)簡介

裝載機(jī)屬于鏟土運(yùn)輸機(jī)械類，是一種通過安裝在前端一個(gè)完

整的鏟斗支撐結(jié)構(gòu)和連桿，隨機(jī)器向前運(yùn)動進(jìn)行裝載或挖掘，以及

提升、運(yùn)輸和卸載的自行式履帶或輪胎機(jī)械。它廣泛用于公

路、鐵路、建筑、水電、港口和礦山等工程建設(shè)。裝載機(jī)具

有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，所以成

為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一，對于加快工程建設(shè)速

度，減輕勞動強(qiáng)度，提高工程質(zhì)量，降低工程成本都發(fā)揮著重要的

作用，是現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。

1.1.2裝載機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)

標(biāo)志裝載機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)有鏟斗容量、額定載重量、

發(fā)動機(jī)額定功率、整機(jī)質(zhì)量、最大行駛速度、最小轉(zhuǎn)彎半徑、

最大牽引力、最大掘起力、最大卸載高度、卸載距離、工作裝

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置動作三項(xiàng)和等。

（1）鏟斗容量

一般指鏟斗的額定容量，為鏟斗平裝容量與堆尖部分體積之和,

用IT|3表示。

（2）額定載重量

指在保證裝載機(jī)穩(wěn)定工作的前提下，鏟斗的最大載重量，單位

為kgo

（3）發(fā)動機(jī)額定功率

發(fā)動機(jī)額定功率又稱發(fā)動機(jī)標(biāo)定功率或總功率，是表明裝載機(jī)

作業(yè)能力的一項(xiàng)重要參數(shù)。發(fā)動機(jī)功率分為有用功率和總功率,

有用功率是指在29°C和7461TlmHg（1mmHg=133.322P。）壓

力情況下，在發(fā)動機(jī)飛輪上實(shí)有的功率（也稱飛輪功率）。國產(chǎn)裝

載機(jī)上所標(biāo)有的功率一般指總功率，即包含發(fā)動機(jī)有用功率和風(fēng)

扇、燃油泵、潤滑油泵、濾清器等輔助設(shè)備所消耗的功率。單

位為kWo

（4）整機(jī)質(zhì)量（工作質(zhì)量）

指裝載機(jī)設(shè)備應(yīng)有的工作裝置和隨機(jī)工具，加足燃油，潤滑系

統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)都加足液體，并且?guī)в幸?guī)定形式和尺寸

的空載鏟斗和司機(jī)標(biāo)定質(zhì)量（75kg±3kg）時(shí)的主機(jī)質(zhì)量。它關(guān)

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系到裝載機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和附著性能,單位為kgo

（5）最大行駛速度

指鏟斗空載，裝載機(jī)行駛于堅(jiān)硬的地面上，前進(jìn)和后退各檔能到

達(dá)最大速度，它影響裝載機(jī)的生產(chǎn)率和安排施工方案，單位為

km/ho

（6）最小轉(zhuǎn)彎半徑

指自輪胎中心或后輪外側(cè)或鏟斗外側(cè)所構(gòu)成的弧線至回轉(zhuǎn)中心

的距離,單位為mmo

（7）最大牽引力

指裝載機(jī)驅(qū)動輪緣上所產(chǎn)生的推動車輪前進(jìn)的作用力。裝載

機(jī)的附著質(zhì)量越大，則可能產(chǎn)生的最大牽引力越大,單位為kNo

（8）最大掘起力

指鏟斗切削刃的底面水平并高于底部基準(zhǔn)平面20mm時(shí)，操縱

提升液壓缸或轉(zhuǎn)斗液壓缸在鏟斗切削刃最前面一點(diǎn)向后100mm

處產(chǎn)生的最大向上鉛垂力，單位為kNo

（9）最大卸載高度

指動壁處于最高位置，鏟斗傾角為45°時(shí)，從地面到斗刃最低

點(diǎn)之間的垂直距離，單位為mmo

（10）卸載距離

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一般指在最大卸載高度時(shí),從裝載機(jī)本體最前面一點(diǎn)（包含輪胎

或車架）到斗刃之間的水平距離,單位為mmo

（11）工作裝置動作三項(xiàng)和

指鏟斗提升、下降、卸載三項(xiàng)時(shí)間的總和，單位為s。

1.1.3裝載機(jī)的用途

裝載機(jī)是一種用途十分廣泛的工程機(jī)械，可以用來鏟裝、搬

運(yùn)、卸載、平整散裝物料，也可以對巖石、硬土等進(jìn)行輕度的

鏟掘工作。此外，還可以進(jìn)行刮平地面和牽引其它機(jī)械等作業(yè)。

換裝相應(yīng)的工作裝置，裝載機(jī)還可以進(jìn)行推土、起重、裝卸木料

或鋼管等作業(yè)。

1.1.4裝載機(jī)的分類

裝載機(jī)一般按以下特點(diǎn)來分類：

（1）按行走裝置差別分

按行走裝置差別可以分為輪胎式和履帶式兩種。由于國產(chǎn)

履帶式裝載機(jī)多是在推土機(jī)基礎(chǔ)上形成及國內(nèi)外使用和生產(chǎn)的絕

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大多數(shù)是輪胎式裝載機(jī)，又因?yàn)檫@兩類裝載機(jī)除了行走裝置差別

外，其它系統(tǒng)和構(gòu)造大致相似，所以本次設(shè)計(jì)也以裝載機(jī)為目的。

輪胎式裝載機(jī)簡稱為裝載機(jī)，它由車架、工作裝置、動力裝置、

行走裝置、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等組

成。

（2）按使用場所差別分類

按使用場所差別可以分為露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)（鏟

運(yùn)機(jī)）。鏟運(yùn)機(jī)機(jī)構(gòu)簡單，國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的裝載機(jī)絕大多數(shù)

是露天裝載機(jī)，井下用鏟運(yùn)機(jī)是根據(jù)井下巷道的工作條件,對發(fā)動

機(jī)的排污和噪音，整機(jī)高度和工作裝置以及駕駛操作系統(tǒng)的部署

等提出特殊要求后，在露天使用的裝載機(jī)基礎(chǔ)上變形設(shè)計(jì)而成

的。

（3）按傳動形式差別分類

按傳動形式差別分類可以分為：機(jī)械傳動、液力機(jī)械傳動、

液壓傳動和電傳動四種。

①機(jī)械傳動

在國內(nèi)僅用于斗容量為0.5缶3以下的裝載機(jī)，它一般直接采

納汽車或拖拉機(jī)的傳動裝置，即離合器和變速器。具有成本低、

傳動效率高、可拖動、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是操縱復(fù)雜

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并且費(fèi)力，離合器和變速箱壽命較低。

②液力機(jī)械傳動

它是裝載機(jī)的主要傳動形式。這是因?yàn)橐毫C(jī)械傳動取消

了機(jī)械傳動中的離合器而換用液力變矩器，取消了人力換擋變速

箱而換用了動力換擋變速箱。這樣變矩器能吸收在作業(yè)時(shí)候傳

給傳動系統(tǒng)的沖擊和震動，故能平穩(wěn)的插入料堆，并可以隨外界載

荷變化自動調(diào)速，不會因超載而使發(fā)動機(jī)熄火，并且可以在不停車

狀態(tài)下進(jìn)行換擋，操作輕便，工作可靠性高。主要缺點(diǎn)是功率損

失較大，傳動效率較低，成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜維修不便。大中型裝

載機(jī)都采納液力機(jī)械傳動。裝載機(jī)的液力變矩器有以下四種：

?一級三元件液力變矩器

?雙渦輪液力變矩器

?變量雙泵輪液力變矩器

?雙導(dǎo)輪液力變矩器

我國液力機(jī)械傳動裝載機(jī)的生產(chǎn)已經(jīng)形成一個(gè)系列，定型生

產(chǎn)斗容量為0.5?3.5m3的裝載機(jī)，其額定載重量為1?7t。即

ZL10型、ZL15型、ZL20型、ZL25型、ZL30型、ZL40型、

ZL45型、ZL50型、ZL0型、ZL160型等10余種機(jī)型，20余個(gè)

變型產(chǎn)品。

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③液壓傳動

用柴油機(jī)帶動液壓泵產(chǎn)生高壓油，并通過控制系統(tǒng)和油管帶

動液壓馬達(dá)使車輪轉(zhuǎn)動。這種傳動方式省去了一系列的傳動零

件，簡化了傳動系統(tǒng)，使整機(jī)質(zhì)量減輕，并可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)

無級調(diào)速，使傳動更加平穩(wěn)，但它的啟動性差，性能良好的液壓元

件昂貴，壽命也較低，故在裝載機(jī)中的使用受到限制，當(dāng)前只用在

小型裝載機(jī)上。但隨著液壓技術(shù)的發(fā)展液壓元件質(zhì)量不停提高

和成本不停降低，液壓傳動將會越來越多的在中小型裝載機(jī)上使

用。

④電傳動

由柴油機(jī)驅(qū)動交流發(fā)電機(jī)發(fā)電，以此來驅(qū)動裝在車輪上的直

流電動機(jī)，然后通過輪邊減速帶動車輪轉(zhuǎn)動，這樣也省去了一系列

傳動零件，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。這種傳動檢查方便，維修簡單，工作

可靠。缺點(diǎn)是電機(jī)設(shè)備質(zhì)量較大，費(fèi)用高，當(dāng)前只在大型裝載機(jī)

上使用這種傳動方式。

此外，國內(nèi)還有采納變矩離合器傳動的形式。這種傳動方式

當(dāng)前僅在國內(nèi)生產(chǎn)的DC10型裝載機(jī)上采納，它的動力傳動系統(tǒng)

是由變矩器、干式離合器和手動滑移齒變速器所組成。

（4）按裝載方式差別分類

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按裝載方式差別可以分為前卸式、后卸式、側(cè)卸式和回轉(zhuǎn)

式。裝載機(jī)基本上都是前卸式。

（5）按轉(zhuǎn)向方式差別分類

按轉(zhuǎn)向方式差別可以分為整體式和較接式。前者利用偏轉(zhuǎn)

后輪或前輪轉(zhuǎn)向，可能同時(shí)偏轉(zhuǎn)前后輪，后者采納較接車架，利用

前后車架之間的相對偏轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。國產(chǎn)ZL系列裝載機(jī)大多數(shù)

采納較接式結(jié)構(gòu)。

圖1-1為現(xiàn)場中的裝載機(jī)。

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圖1-1ZL50B型裝載機(jī)

1.2裝載機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展

在經(jīng)歷了50?60年的發(fā)展后，到20世紀(jì)90年代中末期國外

裝載機(jī)技術(shù)已到達(dá)相當(dāng)高的水平?；谝簤杭夹g(shù)、微電子技術(shù)

和信息技術(shù)的各種智能系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于裝載機(jī)的設(shè)計(jì)、計(jì)算

操作控制、檢測監(jiān)控、生產(chǎn)經(jīng)營和維修服務(wù)等各個(gè)方面，使國外

裝載機(jī)在本來的基礎(chǔ)之上更加“精巧”，其自動化程度也得以提

高，從而進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率，改善了司機(jī)的作業(yè)環(huán)境，提高了

作業(yè)舒適性，降低了噪音、振動和排污量，保護(hù)了自然環(huán)境，最大

程度的簡化維修、降低作業(yè)成本，使其性能、安全性、可靠

性、使用壽命和操作性能都到達(dá)了很高的水平。

1.2.1國外裝載機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

（1）產(chǎn)品形成系列，更新速度加快并朝大型化和小型化發(fā)展

產(chǎn)品的系列化、成套化、多品種化成為主流。為了適應(yīng)市場

需求，各廠商加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，如以卡特彼勒為代表的美國,

以小松公司為代表的日本和裝載機(jī)生產(chǎn)第三大集團(tuán)西歐各廠家都

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加快推出多功能，全面兼顧動力性、機(jī)動性與靈活性的新產(chǎn)品,

以滿足差別用途用戶的需求。此外，裝載機(jī)的大小規(guī)格向兩頭延

伸，以適應(yīng)大型露天煤礦或金屬礦和狹窄施工場所，如倉庫、貨

棧、農(nóng)舍、地下等場所的裝載作業(yè)。這些產(chǎn)品如美國克拉克公

司生產(chǎn)的675型，功率達(dá)1000kW,而日本東洋遠(yuǎn)般株式會社生

產(chǎn)的310型，斗容量僅為0.1117?,功率為9.8kW。此夕卜,裝載機(jī)

還向高卸位、遠(yuǎn)距離方向發(fā)展。如JCB公司開發(fā)了收縮臂式裝

載機(jī),小松公司開發(fā)了能擴(kuò)大作業(yè)范圍帶伸縮機(jī)構(gòu)的裝載機(jī)。

（2）采納新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)，產(chǎn)品性能日趨完善

近年開發(fā)的產(chǎn)品普遍采納了高性能發(fā)動機(jī)和自動換擋變速

器、大流量負(fù)荷傳感液壓系統(tǒng)、前后防滑差速器、多片濕式盤

式制動器、行走顛簸減振先進(jìn)技術(shù),并綜合液壓、微電子和信息

技術(shù)制造，并應(yīng)用了很多智能系統(tǒng)。工作裝置連桿機(jī)構(gòu)推陳出新,

各種自動功能更趨于成熟、完善。

1）發(fā)動機(jī)

為了解決高作業(yè)效率與低燃料消耗的矛盾，近年來開始采納

發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)也稱自動控制系統(tǒng)、電腦控

制系統(tǒng)等，是電子計(jì)算機(jī)在工程機(jī)械中的應(yīng)用之一。它能及時(shí)的

根據(jù)裝載機(jī)的工作負(fù)荷要求去調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的輸出功率，使裝載機(jī)

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更有用的利用發(fā)動機(jī)的性能和動力。減少了動力損失，節(jié)省燃料,

減少排氣量和噪音，同時(shí)可使發(fā)動機(jī)長期在額定點(diǎn)工作，增加發(fā)動

機(jī)的使用壽命。

如卡特彼勒公司994D型裝載機(jī)采納的新一代Cat3516柴

油發(fā)動機(jī)就安裝了有HEUI（電液控制的燃油噴射）裝置以及

ADED（先進(jìn)的柴油機(jī)管理）系統(tǒng)，可根據(jù)外載荷的大小有用地控

制發(fā)動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速，從而降低燃油消耗和尾氣的排放，減少噪

聲。馬拉松?勒圖爾勒公司的L系列大型裝載機(jī)則采納電腦控

制的柴油機(jī)-電子驅(qū)動系統(tǒng)，4個(gè)驅(qū)動輪同時(shí)又充當(dāng)制動器，其輸

出功率可以反饋到交流電機(jī)和柴油機(jī),使轉(zhuǎn)速提高，從而提高工作

效率，使?fàn)恳矢哌_(dá)77%（一般裝載機(jī)為60%左右），此電腦控

制系統(tǒng)能監(jiān)控裝載機(jī)的整個(gè)作業(yè)過程，在最大車速范圍內(nèi)使發(fā)動

機(jī)的輸出功率最大化。

2）傳動機(jī)構(gòu)

以卡特彼勒公司為代表的裝載機(jī)采納液力機(jī)械傳動系統(tǒng)，其

G系列裝載機(jī)采納電子自動換擋控制，可以自動選擇檔位傳動比,

使換擋在變速箱最佳效率點(diǎn)進(jìn)行。換擋離合器則采納電子壓力

控制，行駛和換擋過程平穩(wěn)，提高了生產(chǎn)率，延長了元件的使用壽

命。

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小松公司W(wǎng)A系列中的小功率裝載機(jī)采納液壓機(jī)械傳動和新

型集中結(jié)構(gòu)驅(qū)動橋。它將主傳動、制動器和行星終傳動都集中

在橋的中部，橋殼斷面變化連續(xù)、平緩、內(nèi)應(yīng)力分布合理，從根

本上防止因傳動結(jié)構(gòu)橋殼在輪邊支撐軸段應(yīng)力集中發(fā)生斷裂。

輪端采納浮動密封結(jié)構(gòu)，安裝簡便，有自動賠償功能，密封性好。

小松公司的全動力換擋變速器帶有自動換擋開關(guān)，提高鏟掘和

裝載作業(yè)過程中的牽引力，可以保證全功率進(jìn)行裝載作業(yè)。新型

的可調(diào)離合器系統(tǒng)，能正確的控制行駛速度，驅(qū)動功率可以在

20%?100%之間選擇。

凱斯C系列裝載機(jī)配有新型臂力換擋變速器、防滑差速器、

多片濕式盤式制動器以及電子停車制動器。

迪爾H系列小功率裝載機(jī)為靜壓傳動，可以實(shí)現(xiàn)全程范圍內(nèi)

的無級變速。中型以上的裝載機(jī)采納由計(jì)算機(jī)控制動力換擋的

單級單相液力機(jī)械傳動，在任何情況下可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)換擋?？焖?/p>

換擋按鈕可以使司機(jī)在1?4擋或2?4擋之間自動切換，變速和換

擋由一根操縱桿集中控制。HST漸移式踏板可在保持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速

和液壓系統(tǒng)流量的同時(shí)無限降低行駛速度。行車制動器為液壓

驅(qū)動自由調(diào)節(jié)雙盤式制動器。

馬拉松?勒圖爾勒公司的裝載機(jī)采納柴油機(jī)-發(fā)電機(jī)-電動輪

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傳動，比液力機(jī)械傳動系統(tǒng)簡單。在整個(gè)作業(yè)過程中柴油發(fā)動機(jī)

以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，減少燃油消耗，延長發(fā)動機(jī)壽命。無變速箱、

傳動軸等許多部件，提高了傳動效率，操作維修方便，低費(fèi)用。獨(dú)

立電動牽引馬達(dá)為固態(tài)控制，反應(yīng)迅速，減少車輪打滑和輪胎過分

磨損。設(shè)置了電動緩行器不用工作制動停機(jī)，裝料對位正確。整

機(jī)重心低,行駛穩(wěn)定性好,可靠性高。

3）液壓系統(tǒng)

為了滿足鏟掘能力和快速卸載兩方面的要求，裝載機(jī)工作裝置

多采納多級液壓系統(tǒng)。例如小松公司的WA450型裝載機(jī)設(shè)有一

只轉(zhuǎn)換泵，切入料堆裝載時(shí)切斷閥自動使該泵卸載，通向工作裝置

的流量減少，使發(fā)動機(jī)功率更多的通過變矩器傳給車輪,增加牽引

力。該動臂舉升時(shí)候,轉(zhuǎn)換閥接入，以提高舉升速度。

卡特彼勒公司的G系列裝載機(jī)采納高效大流量工作液壓系統(tǒng),

負(fù)荷傳感轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，使所需要的轉(zhuǎn)向功率減少了8%,提高了

作業(yè)效率和燃油經(jīng)濟(jì)性。大缸徑轉(zhuǎn)向液壓缸使轉(zhuǎn)向更靈活。此

外，公司可根據(jù)個(gè)人喜好，在命令控制轉(zhuǎn)向及電子-液壓工作裝置

控制以及傳動轉(zhuǎn)向控制及先導(dǎo)式液壓工作裝置控制兩種方式中進(jìn)

行選擇。

小松公司的WA系列采納雙回路大流量液壓系統(tǒng)，增大挖掘

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力并降低工作循環(huán)時(shí)間，提高燃油效率。液壓驅(qū)動濕式多片制動

器，可以避免氣制動時(shí)由于水和冷凝引起的凍結(jié)和銹蝕，提高系統(tǒng)

靈敏度。變輸出液壓系統(tǒng)可以最大限度的利用發(fā)動機(jī)的功率，提

高生產(chǎn)率。

4）工作裝置

20世紀(jì)90年代中末期以來，裝載機(jī)的工作裝置已經(jīng)不再采納

單一的Z形連桿機(jī)構(gòu)，卡特彼勒公司在繼IT綜合多用機(jī)上開發(fā)出

八桿平行舉升連桿機(jī)構(gòu)之后，又在其992G、924G等裝載機(jī)上

采納了單鑄鋼動臂的所謂Versa連桿機(jī)構(gòu)，可承受極大的扭矩載

荷，具有卓越的可靠性耐用性及和平行舉升機(jī)構(gòu)類似的作業(yè)性

能。工作裝置能以水平位置提升或降下放在托板上的物料，可以

配用多種作業(yè)裝置，最大限度的減少司機(jī)由地面到最大高度對鏟

斗傾角的調(diào)整，前面視野更加開闊。沃爾沃公司在L500-L220D

等D系列裝載機(jī)上推出了該公司的專利產(chǎn)品——扭矩平行連桿機(jī)

構(gòu)（TP）,在鏟斗的整個(gè)舉升循環(huán)中可以提高更大的傾翻力矩以及

舉升能力，這保證裝載機(jī)不僅在配用鏟斗時(shí)，并且在配用叉、吊

等其它工作裝置時(shí)都具有良好的作業(yè)能力。德國O&K公司為其

小型裝載機(jī)設(shè)計(jì)有Lear連桿;Schaff公司于3月在Intermat展

覽會上推出了具有可折疊式新型連桿機(jī)構(gòu)的高卸位式SKL873型

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裝載機(jī)等，進(jìn)一步增加了裝載機(jī)工作裝置的種類，提高了其作業(yè)的

多用性和適應(yīng)性。

圖1-2為現(xiàn)場裝載機(jī)的工作裝置。

圖1-2工作裝置

5）智能系統(tǒng)

當(dāng)前，裝載機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要特點(diǎn)是不停研制出集液壓、微

電子及信息技術(shù)于一體的智能系統(tǒng)，并廣泛運(yùn)用于裝載機(jī)的產(chǎn)品

設(shè)計(jì)之中，當(dāng)前廣泛運(yùn)用的有如下一些系統(tǒng)：

行駛平穩(wěn)性控制系統(tǒng)：在動臂舉升液壓缸液壓回路中增加一

個(gè)蓄能器，以衰減工作裝置在機(jī)器行駛過程中產(chǎn)生的振動，減少裝

載機(jī)的顛簸。

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附著力控制系統(tǒng)：在每個(gè)車輛上安裝一個(gè)速度傳感器，自動將

所需要的制動力施加到車輛上，并將扭矩傳給與之緊密相連的車

輪上，便于裝載機(jī)直線行駛和轉(zhuǎn)向。

動力電子控制/管理系統(tǒng)：根據(jù)傳動裝置和液壓系統(tǒng)工作狀態(tài),

自動調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)輸出功率，以滿足差別作業(yè)情況的需要,提高燃料

的經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)動機(jī)自動控制系統(tǒng)：當(dāng)裝載機(jī)處于非作業(yè)工況時(shí)，自動降低

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,減少燃料消耗及發(fā)動機(jī)噪聲。

關(guān)鍵信息顯示/管理系統(tǒng)：采納網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，在辦公室的控

制中心實(shí)時(shí)監(jiān)控裝載機(jī)的作業(yè)狀態(tài)，據(jù)此向駕駛員提供基于文字

提醒的正確的故障診斷信息。

轉(zhuǎn)向變速集成控制系統(tǒng)：取消傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤和變速桿，將轉(zhuǎn)向

與變速操縱裝置集成在一個(gè)操縱手柄上，并采納簡單的觸發(fā)式方

向控制開關(guān)和選擋用的分裝式加速按鈕。利用肘節(jié)的自然動作

左右扳動操縱桿，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；利用大拇指選擇按鈕，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)與后

退、加速與減速行駛。

銷軸潤滑系統(tǒng)：能為工作裝置上的所有銷軸提供為期200h的

潤滑服務(wù),并使銷軸作業(yè)易于完成。

舒適驅(qū)動控制系統(tǒng)：其目的是提高駕駛員的舒適性，幫助長時(shí)

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間進(jìn)行作業(yè)的駕駛員減輕勞動，保持作業(yè)效率。

負(fù)載感應(yīng)變速系統(tǒng)：根據(jù)負(fù)載狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)車速及發(fā)動機(jī)飛

輪扭矩，實(shí)現(xiàn)高速、小扭矩或低速、大扭矩的動力輸出。

計(jì)算機(jī)故障診斷系統(tǒng)：通過控制面板上的指示燈、聽覺與視

覺相結(jié)合的報(bào)警信號，提醒駕駛員可能潛在的故障隱患。駕駛員

只管全神貫注的工作而無需不停查看儀表讀數(shù)。

負(fù)載自動穩(wěn)定器：采納一對鋼模氮?dú)庑钅芷?，安裝在前車架中,

與工作裝置液壓系統(tǒng)相連通?？闯蓸I(yè)或低速行駛時(shí)，系統(tǒng)自動斷

開，當(dāng)車速超過4.8km/h時(shí)，由電子速度開關(guān)控制的電磁閥自動

開啟，蓄能器吸收工作裝置液壓系統(tǒng)的振動與沖擊載荷，提高了操

作的穩(wěn)定性、安全性和舒適性。

燃油/空氣比例控制系統(tǒng)：提高燃料的利用率，確保發(fā)動機(jī)排

出的廢氣符合環(huán)境控制法的要求。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控/管理系統(tǒng)：連續(xù)監(jiān)控/管理裝載機(jī)數(shù)十項(xiàng)性能指

標(biāo)參數(shù)，在碰到突發(fā)或緊急情況時(shí)，很輕易通過液晶儀表顯示、

聽覺與視覺相結(jié)合的報(bào)警信號,提醒駕駛員注意。

裝載量稱量系統(tǒng)：自動稱量并顯示鏟斗的凈裝載量，從而使司

機(jī)心中有數(shù)，防止過載或欠載，減少無效跑車次數(shù)，節(jié)省作業(yè)時(shí)間,

提高生產(chǎn)效率。并可以對質(zhì)量累計(jì)計(jì)算，顯示儀表以彩色數(shù)碼顯

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示,清楚明了，校準(zhǔn)簡便,測量誤差為±3%以內(nèi)。

面板控制系統(tǒng)：采納聲、光、電及數(shù)字顯示的控制面板，實(shí)

現(xiàn)裝載儀器與儀表的報(bào)警與監(jiān)控。

液壓泵電子管理系統(tǒng)：自動控制液壓泵的運(yùn)行狀態(tài)。

自動運(yùn)輸控制系統(tǒng)：降低機(jī)器在凹凸不平的路面上的振動，提

高駕駛舒適性和作業(yè)效率。JCB公司456BZX型上（18t）安裝此

系統(tǒng),最高車速達(dá)38km/ho

先進(jìn)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：采納代替?zhèn)鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤和控制手柄，此系統(tǒng)

在WA1200型上已安裝。

柴油發(fā)動機(jī)先進(jìn)管理系統(tǒng)：裝備有用于燃油噴射控制及維護(hù)

發(fā)動機(jī)最佳性能的電子控制模塊，其亦可與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，當(dāng)

發(fā)生故障時(shí)提醒司機(jī)注意。Cat3516B型發(fā)動機(jī)裝有此模塊。

視距內(nèi)遙控作業(yè)：可在危險(xiǎn)地帶如急陡的邊坡處實(shí)現(xiàn)安裝作

業(yè)。如美國Sierrita礦的Cot992c型裝載機(jī)設(shè)了BlackBox

Automation公司開發(fā)的視距內(nèi)無線電遠(yuǎn)距離遙控系統(tǒng)。

6）駕駛室

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)她們稱之為全自

動化型的境地。大中型裝載機(jī)駕駛室普遍采納翻車保護(hù)裝置結(jié)

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構(gòu)（ROPS）和落物保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)（FOPS）,室內(nèi)安裝空調(diào)裝置，采

納防塵、減震和隔離材料。按人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的司機(jī)座椅可以

全方位調(diào)節(jié)，以及功能集成的操縱手柄，全自動換擋裝置及電子監(jiān)

控與故障自診斷等各種智能系統(tǒng)，司機(jī)臺上安裝AM/FM立體聲

盒式磁帶收錄機(jī),有的還裝有網(wǎng)絡(luò)電話等，這些都極大的改善了司

機(jī)工作環(huán)境,提高了工作效率與作業(yè)舒適性。

如卡特彼勒公司裝載機(jī)的即使是設(shè)有微機(jī)監(jiān)控裝置和可調(diào)懸

掛式座椅，先導(dǎo)液壓閥操縱鏟斗控制手柄及流量放大轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等,

使操作輕便、靈活，采納防翻車保護(hù)裝置和落物保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)符

合ISO標(biāo)準(zhǔn)要求。

小松公司的WA系列駕駛室采納硅橡膠黏性阻尼安裝，以吸

收振動和噪聲。室內(nèi)部署簡潔，可適應(yīng)差別體型的司機(jī)。還設(shè)有

電控加熱器、除霜器和空調(diào)，側(cè)窗和后窗提供了無障礙的全景視

野，部分機(jī)型駕駛室后窗還設(shè)有電提升裝置。電控行駛控制系統(tǒng)

（ECSS）,能將縱向和垂直方向的低頻振動降低40%?50%,減小

司機(jī)疲憊程度。

（3）發(fā)展多種工作裝置，不停滿足市場需求

所有廠家的產(chǎn)品都強(qiáng)調(diào)一機(jī)多用，配用快換裝置及多種附件,

可以換裝幾種到幾十種甚至上百種差別的作業(yè)裝置，如VME集

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團(tuán)生產(chǎn)的VolvoBM裝載機(jī)可更換多達(dá)100余種的工作裝置，如

各種用途的鏟斗、裝卸叉、吊具、清掃裝置、集草叉、除雪

鏟、路面銃刨器具、壓實(shí)器具、破碎器具、地表鉆等，以便進(jìn)

行裝載、鏟平、搬運(yùn)、挖掘、清理等作業(yè)。各種工作裝置的

更換非常簡便，司機(jī)在駕駛室內(nèi)只需1?2min就可以輕而易舉的

完成。

（4）易于維修、保養(yǎng)，注重環(huán)保

所以產(chǎn)品都充足考慮到可維護(hù)、維修性，各關(guān)鍵零部件和維

護(hù)點(diǎn)都預(yù)留了足夠的通路，保養(yǎng)點(diǎn)集中并可以在地面上進(jìn)行，普遍

采納了自動集中潤滑。大量機(jī)罩都采納可展開結(jié)構(gòu)，可整體翻轉(zhuǎn),

有些機(jī)型的駕駛室還可以整體傾翻。許多產(chǎn)品發(fā)動機(jī)風(fēng)扇采納

液壓驅(qū)動。大部分產(chǎn)品設(shè)有微機(jī)操作信息中心供維修查詢。各

個(gè)廠家也都十分注意產(chǎn)品的環(huán)保，主要從降噪降污和節(jié)省能源入

手。普遍采納了降噪、將污染、滿足現(xiàn)有排放法的清潔型發(fā)動

機(jī)，同時(shí)對機(jī)器主要噪聲源都采納了各種防護(hù)措施。

1.2.2國外裝載機(jī)發(fā)展趨勢

綜合上述現(xiàn)狀和未來市場需求，國外裝載機(jī)在其未來的技術(shù)發(fā)

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展中將廣泛應(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)；采納單一吸聲材料、噪聲抑

制方法等消除或降低機(jī)器噪聲；通過不停改善電噴裝置，進(jìn)一步降

低柴油發(fā)動機(jī)的尾氣排放量；研制無污染、經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保型的動

力裝置；提高液壓元件、傳感元件和控制元件的可靠性與靈敏性,

提高整機(jī)的機(jī)-電-信一體化水平；在控制系統(tǒng)方面，將廣泛采納

電子監(jiān)控和自動報(bào)警系統(tǒng)、自動換擋變速裝置；普遍安裝GPS

定位與質(zhì)量自動稱量裝置；開發(fā)“機(jī)器人式”裝載機(jī)等。

（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差別規(guī)格的產(chǎn)品。

與此同時(shí),產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。

（2）多用途，微型化

為了全方位的滿足差別用戶的需求，國外裝載機(jī)在朝著系列

化、特大型化方向發(fā)展的同時(shí)，已進(jìn)入多用途、微型化發(fā)展階

段。推動這一發(fā)展的因素首先源于液壓技術(shù)的發(fā)展，通過對液壓

系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，使得工作裝置可以完成多種作業(yè)功能；其次，快

速可更換連接裝置的誕生，安裝在工作裝置上的液壓快速可更換

連接器，能在作業(yè)現(xiàn)場完成各種隸屬裝置的快速裝卸及液壓軟管

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的自動連接，使得更換隸屬作業(yè)裝置的工作在司機(jī)室通過操縱手

柄即可快速完成。一方面，工作機(jī)械通用性的提高，可使用戶在

不停增加投資的前提下充足發(fā)揮設(shè)備本身的效能，完成更多的工

作；另一方面，為了盡可能地用機(jī)器作業(yè)代替人力勞動，提高生產(chǎn)

效率，適應(yīng)城市狹窄施工場所以及特殊作業(yè)環(huán)境的使用要求，小型

及微型裝載機(jī)有了用武之地，并得到了較快的發(fā)展。為占領(lǐng)這一

市場，各生產(chǎn)廠商都推出了多用途、小型和微型裝載機(jī)。

（3）進(jìn)一步普及應(yīng)用液壓技術(shù)，廣泛應(yīng)用微電子、信息技術(shù)

液壓技術(shù)將得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，并繼續(xù)朝著高速、高

壓、大流量、大功率、動靜態(tài)性好、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、成

本低和壽命長等更高水平發(fā)展。液壓技術(shù)將進(jìn)一步與微電子、

信息技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)-電-信一體化，最大限度的提高功能利

用率,提高裝載機(jī)的技術(shù)性能和科技含量。

（4）不停創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，裝載機(jī)的工作裝置已不再采納單一的Z形連桿機(jī)構(gòu)，許

多公司不停設(shè)計(jì)出新奇獨(dú)特的連桿機(jī)構(gòu)工作裝置，這將進(jìn)一步增

加裝載機(jī)工作裝置的種類。

（5）更加重視安全性、舒適性和可靠性

裝載機(jī)的安全性、舒適性和可靠性技術(shù)將得到更廣泛的重

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視。翻滾保護(hù)和落物保護(hù)結(jié)構(gòu)駕駛室、消聲、減震、防油污以

及全球定位系統(tǒng)（GPS）,閉路監(jiān)視系統(tǒng)，超聲波后障礙探測系統(tǒng),

微機(jī)監(jiān)控和自動報(bào)警系統(tǒng)，不解體檢測和簡化維修等各種新技術(shù)

與裝置將得到進(jìn)一步的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用。

（6）向節(jié)能與環(huán)保方向發(fā)展

一些節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)和新方法，如代用燃料、節(jié)能裝置、

降噪裝置將得到更深入的試驗(yàn)研究并推廣應(yīng)用，進(jìn)一步降低能耗,

提高作業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.3國內(nèi)裝載機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

我國裝載機(jī)行業(yè)起步較晚，其制造技術(shù)是陸續(xù)從美國、德國

和日本等國家引進(jìn)的。當(dāng)前，我國裝載機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)水平只相當(dāng)

于發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)80年代的生產(chǎn)制造水平。雖然當(dāng)前國內(nèi)裝

載機(jī)的生產(chǎn)廠家群雄并立，并且有增無減,但國內(nèi)的企業(yè)自主開發(fā)

創(chuàng)新能力較弱，產(chǎn)品更新?lián)Q代以適應(yīng)市場需求的能力差，不能及時(shí)

適應(yīng)市場的需求。在生產(chǎn)制造上，工藝裝備水平和生產(chǎn)能力低,

造成關(guān)鍵零部件技術(shù)不過關(guān)，整機(jī)的可靠性，故障率，使用壽命,

機(jī)、電、液一體化水平，外觀質(zhì)量，操縱靈活性和舒適性方面與

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先進(jìn)國家產(chǎn)品相比差距較大。當(dāng)前，我國裝載機(jī)的發(fā)展有如下一

些特點(diǎn)：

（1）缺乏高科技含量，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,檔次低

我國生產(chǎn)的裝載機(jī)的技術(shù)水平普遍較低，高科技附加值少，產(chǎn)

品檔次低，屬于中等偏下水平。產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，國產(chǎn)裝載機(jī)大

故障的部位主要集中在傳動系統(tǒng)，小毛病主要閃現(xiàn)在液壓系統(tǒng)。

（2）設(shè)備的靈活性、舒適性較差

靈活性是反映裝載機(jī)工作效率的一個(gè)重要指標(biāo)。由于設(shè)計(jì)或

制造等原因，各個(gè)部件不能自如運(yùn)作，工作起來拙笨不堪，現(xiàn)場講

是出工不出力、出力不出活?，F(xiàn)場作業(yè)，其環(huán)境千差萬別，特別

是洞室、狹窄惡劣地段工作更需要靈活性，在這方面國外的大噸

位設(shè)備也遠(yuǎn)比國內(nèi)小噸位設(shè)備靈活的多。

設(shè)備的舒適性是指駕駛員在操作設(shè)備作業(yè)時(shí)所感受到的舒適

程度，也包含環(huán)保方面的排放標(biāo)準(zhǔn)和噪聲大小等。國產(chǎn)產(chǎn)品駕駛

室的噪聲控制、密封問題都沒有得到很好的解決。一些廠家試

圖在駕駛室里安裝收錄機(jī)等音響系統(tǒng)，其實(shí)在沒解決設(shè)備噪聲之

前,這些都是徒勞的；同理,在沒有解決駕駛室密封問題之前,一切

空調(diào)等通風(fēng)換氣裝置都是沒有任何意義的。

（3）用途單一，產(chǎn)品規(guī)格中間大兩頭小

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我國生產(chǎn)的裝載機(jī)所配有的隸屬作業(yè)裝置有限，造成裝載機(jī)使

用功能少、用途單一。盡管已能產(chǎn)生出0/?10t的裝載機(jī)產(chǎn)品,

但產(chǎn)量主要集中在1?5t范圍內(nèi)，無力生產(chǎn)微型級、大型級產(chǎn)品,

造成了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中間大、兩頭小的格局。

1.2.4國內(nèi)裝載機(jī)發(fā)展趨勢

盡管國內(nèi)裝載機(jī)的技術(shù)發(fā)展水平與西方發(fā)達(dá)國家存在著很大

的差距，但也應(yīng)該考慮到歷史和國情的原因。當(dāng)前國產(chǎn)裝載機(jī)也

正在從低水平、低質(zhì)量、低價(jià)位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)

量、中價(jià)位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過渡,

各個(gè)主要廠家也不停進(jìn)行技術(shù)投入，采納差別的技術(shù)路線,在關(guān)鍵

部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新,擺脫當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計(jì)雷同，無自己特色和優(yōu)

勢的現(xiàn)狀，正在從低水平的無序競爭的怪圈中脫穎出來，成為裝載

機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者。其發(fā)展體現(xiàn)出以下一些趨勢：

(1)大型和小型裝載機(jī),在近幾年的發(fā)展過程中，受到客觀條件

及市場總需求量的限制，競爭最為激烈的中型裝載機(jī)更新速度將

越來越快。

⑵各生產(chǎn)廠家根據(jù)實(shí)際情況，重新進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，優(yōu)化各項(xiàng)性

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能指標(biāo),強(qiáng)化結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度，以使整機(jī)可靠性得到提高。

⑶優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)性能。如動力系統(tǒng)的減震系統(tǒng)、

散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性能指標(biāo)優(yōu)化及各校接點(diǎn)的

防塵、工業(yè)造型設(shè)計(jì)，逐步引進(jìn)最新的傳動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)技術(shù),

予以國產(chǎn)化、商業(yè)化，降低能耗,提高性能。

(4)利用電子技術(shù)及負(fù)荷傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)變速箱的自動換擋及

液壓變量系統(tǒng)的應(yīng)用，提高效率、節(jié)省能源、降低裝載機(jī)作業(yè)成

本。

(5)提高安全性、舒適性。駕駛室逐步具備FOPS和ROPS

功能，通過國際安全要求的認(rèn)證，到達(dá)國際市場的基本要求，獲得

進(jìn)入國際市場的許可證。駕駛室內(nèi)環(huán)境將向汽車方向靠攏，轉(zhuǎn)向

盤、座椅、各操縱手柄都能調(diào)節(jié)，使操作者處于最佳位置工作。

(6)降低噪聲和排放，強(qiáng)化環(huán)保指標(biāo)。隨著人們環(huán)保意識的增

強(qiáng)，許多大城市已制訂機(jī)動車的噪聲和排放標(biāo)準(zhǔn)，工程建設(shè)機(jī)械若

不符合排放標(biāo)準(zhǔn),將要限制在此地區(qū)銷售。

⑺廣泛利用新材料、新工藝、新技術(shù)，特別是機(jī)、電、液

一體化技術(shù),提高產(chǎn)品的壽命和可靠性。

(8)最大限度的簡化維修,盡量減少保養(yǎng)次數(shù)和維修時(shí)間，增大

維修空間，普遍采納電子監(jiān)視及監(jiān)控技術(shù)，進(jìn)一步改善故障診斷系

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統(tǒng),提供排除問題的方法。

1.3本章小結(jié)

通過以上對裝載機(jī)整體的的敘述，能明顯的熟悉到其工作裝

置在整個(gè)裝載機(jī)中占據(jù)著重要的作用，其各個(gè)系統(tǒng)的目的在于使

工作裝置可以得到最優(yōu)化的工作狀態(tài)，提高裝載機(jī)在工程中的應(yīng)

用效率，所以，本次設(shè)計(jì)在于設(shè)計(jì)出使用范圍廣，通用性強(qiáng)的一種

裝載機(jī)的工作裝置。

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2裝載機(jī)工作裝置總體設(shè)計(jì)

2.1工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與部署

裝載機(jī)工作裝置是完成裝卸作業(yè)并帶液壓缸的空間多桿機(jī)

構(gòu)。工作裝置是組成裝載機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)水平的高低

直接影響工作裝置性能的好壞，進(jìn)而影響整機(jī)的工作效率與經(jīng)濟(jì)

性指標(biāo)。

裝載機(jī)工作裝置分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種基本結(jié)構(gòu)

形式，如下圖2-1s2-2所示。它由運(yùn)動相互獨(dú)立的兩部分組成

連桿機(jī)構(gòu)和動臂舉升機(jī)構(gòu)，主要由鏟斗、動臂、連桿、上下?lián)u

臂、轉(zhuǎn)斗油缸、動臂舉升油缸、托架、液壓系統(tǒng)等組成。

圖2-1有鏟斗托架式

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圖2-2無鏟斗托架式

1—鏟斗2—動臂3一連桿4一下?lián)u臂5一上搖臂6一轉(zhuǎn)

斗缸7一動臂舉升油缸8一前車架9一鏟斗托架

帶鏟斗托架的工作裝置，其動臂及連桿的下較接點(diǎn)與鏟斗托

架較接，上較接點(diǎn)與前車架支座較接；轉(zhuǎn)斗油缸較接在托架上部,

活塞桿及托架下部與鏟斗較接。由托架、動臂、連桿及前車架

構(gòu)成一個(gè)平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)斗缸閉鎖時(shí)，動臂在舉升過

程中，鏟斗始終保持平動。無鏟斗托架的工作裝置，其動臂下較

接點(diǎn)與鏟斗較接，上較接點(diǎn)與前車架支座較接；轉(zhuǎn)斗缸一端與前車

架較接，另一端與上搖臂較接；連桿一端與搖臂較接，另一端與鏟

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斗較接;搖臂較接在動臂上。

動臂舉升缸一般采納立式（又稱豎式）或臥式（又稱橫式）部

署形式，常見有兩種連接方式：一種是油缸頂端與前車架較接（圖

2-3）;另一種是油缸中部通過銷軸與前車架較接（圖2-4）。鏟

斗是裝載物料的容器，一般具有兩個(gè)較接點(diǎn)，一個(gè)與動臂下較接點(diǎn)

較接，另一個(gè)與連桿較接。操縱轉(zhuǎn)斗缸實(shí)現(xiàn)鏟斗的裝載或卸料;

操縱舉升油缸實(shí)現(xiàn)動臂和鏟斗升降運(yùn)動。

圖2-3立式部署形式圖2-4臥式部署形式

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2.2工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)

由裝載機(jī)工作裝置的自由度分析可知，工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)

均為封閉運(yùn)動鏈的單自由度的平面低副運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其桿件數(shù)目應(yīng)

為4、6、8、10、……等。對裝載機(jī)工作裝置而言，盡管桿件

數(shù)目越多越能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動，但同時(shí)較接點(diǎn)的數(shù)目也隨之增加，

結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越難在動臂上進(jìn)行部署。所以，實(shí)際上裝載機(jī)工

作裝置的連桿機(jī)構(gòu)多為八桿以下機(jī)構(gòu)。這樣，按組成工作裝置連

桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)差別，裝載機(jī)工作裝置可分為三桿、四桿、五桿、

六桿和八桿機(jī)構(gòu)；按輸入與輸出桿轉(zhuǎn)向差別，又可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)

機(jī)構(gòu)。正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相同；反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸

入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相反。綜合國內(nèi)外裝載機(jī)工作裝置可知，其連

桿機(jī)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)主要有下列幾種。

1、正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)斗缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗鏟取，所

以鏟取力較大；各構(gòu)件設(shè)計(jì)合理時(shí),鏟斗能獲得較好的舉升平動性

能；連桿機(jī)構(gòu)的傳動比較大，鏟斗能獲得較大的卸載角和卸載速度,

所以卸載潔凈，速度快；因傳動比大，還可以適當(dāng)減小連桿機(jī)構(gòu)的

尺寸，因而可以改善司機(jī)的視野。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鏟斗自動放

平性較差。

組成一個(gè)自由度的平面八桿機(jī)構(gòu)共有16種基本結(jié)構(gòu)形式。

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由于連桿機(jī)構(gòu)要部署在動臂上，所以有可能作為裝載機(jī)工作裝置

的僅有兩種方案：其一，是由2個(gè)四較構(gòu)件和6個(gè)兩較構(gòu)件組成

（圖2-5a）;其二,是由1個(gè)四較構(gòu)件、2個(gè)三較構(gòu)件和5個(gè)兩較

構(gòu)件組成（圖2-5b?f）o可見,八桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式很多，需進(jìn)行

選擇使用。當(dāng)前,裝載機(jī)工作裝置八桿機(jī)構(gòu)有以下兩種結(jié)構(gòu)形式:

1）由圖2-5b組成的工作裝置如圖2-6Q、b所示。

2）由圖2-5e組成的工作裝置如圖2-6c所示。

圖2-5八桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方案

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圖2-6八桿機(jī)構(gòu)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式

2、六桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)工作裝置是當(dāng)前裝載機(jī)上使用最為

普及的一種結(jié)構(gòu)形式。對于單自由度的六桿機(jī)構(gòu)，只能有兩個(gè)三

較構(gòu)件和4個(gè)兩校構(gòu)件組成，其傳遞方案如圖2-7所示。其中,

圖b所示方案當(dāng)前在裝載機(jī)上尚未采納；圖Q所示方案形成的工

作裝置，是以三錢構(gòu)件1為動臂、構(gòu)件2為鏟斗、構(gòu)件4為搖

臂、構(gòu)件6為機(jī)架。

1

a)

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圖2-7六桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方案

根據(jù)轉(zhuǎn)斗油缸部署位置的差別，可以作為裝載機(jī)工作裝置的

六桿機(jī)構(gòu)，常見的有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：

1）轉(zhuǎn)斗缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-8a）以圖2-7的構(gòu)件

3為轉(zhuǎn)斗缸，其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗缸直接與搖臂相連接，易于設(shè)計(jì)成兩個(gè)

平行的四連桿機(jī)構(gòu)，鏟斗平移性較好；同八桿機(jī)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)簡單,

司機(jī)視野較好。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔進(jìn)油，鏟掘力相對較小;

連桿機(jī)構(gòu)傳力比小，使得轉(zhuǎn)斗缸活塞行程較大，轉(zhuǎn)斗缸加長，卸載

程度不如八桿機(jī)構(gòu)；由于轉(zhuǎn)斗缸前置，使得工作裝置的整體重心外

移，增大了工作裝置的前懸量，影響整機(jī)的穩(wěn)定性和行駛時(shí)的平穩(wěn)

性;鏟斗不易實(shí)現(xiàn)自動放平。

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圖2-8六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式

2）轉(zhuǎn)斗缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-8b）以圖2-7a的構(gòu)

件5為轉(zhuǎn)斗缸，并部署在動臂的上方。與轉(zhuǎn)斗缸前置式相比，機(jī)

構(gòu)前懸較小，傳動比較大，活塞行程較短；有可能將動臂、轉(zhuǎn)斗

缸、搖臂和連桿機(jī)構(gòu)的中心線設(shè)計(jì)在同一平面內(nèi)，從而簡化了結(jié)

構(gòu)，改善了動臂和錢銷的受力狀態(tài)。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)斗缸與車架的較

接點(diǎn)位置較高,影響了司機(jī)的視野,其它同前置式。

3）轉(zhuǎn)斗缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-8c）仍以構(gòu)件5為轉(zhuǎn)

斗缸，但將其部署在動臂下方。在鏟掘收斗作業(yè)時(shí)，以油缸大腔

工作，故能產(chǎn)生較大的掘起力。但組成工作裝置的各構(gòu)件不易部

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署在同一平面內(nèi)，構(gòu)件受力狀態(tài)較差。

4）轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-8d）以圖2-7a的構(gòu)

件5為轉(zhuǎn)斗缸，將其部署在動臂上面，轉(zhuǎn)斗缸小腔作用時(shí)進(jìn)行鏟

掘。這種機(jī)構(gòu)又稱為“Z”形連桿機(jī)構(gòu)（Z-barLinkage）。該

機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是，鏟斗插入時(shí)轉(zhuǎn)斗缸大腔進(jìn)油，并且連桿

機(jī)構(gòu)的傳力比可以設(shè)計(jì)成較大值，故可獲得較大的掘起力；二是,

合理設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸，不僅可以得到良好的鏟斗平移

性能,并且可以實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動放平;三是,結(jié)構(gòu)十分緊湊,前懸小,

司機(jī)視野好。缺點(diǎn)是搖臂和連桿部署在鏟斗和前橋之間的狹窄

部位,各構(gòu)件間易于發(fā)生干涉。

5）轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-8e）以圖2-7a的構(gòu)

件3為轉(zhuǎn)斗缸，部署在靠近鏟斗處，鏟掘時(shí)靠小腔作用?，F(xiàn)在這

種機(jī)構(gòu)很少用。

3、正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)（圖2-9。）該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)最為簡單，易于設(shè)

計(jì)成鏟斗舉升平動；前懸較小。缺點(diǎn)是鏟掘轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔作用，

輸出力較?。贿B桿機(jī)構(gòu)的傳力比難以設(shè)計(jì)成較大值，所以鏟掘力相

對較小;轉(zhuǎn)斗缸行程較大,油缸結(jié)構(gòu)較長;鏟斗卸載時(shí)，活塞桿易與

鏟斗底部相碰,減小了卸載角；機(jī)構(gòu)不易實(shí)現(xiàn)鏟斗自動放平。

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4、正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu)（圖2-9b）該機(jī)構(gòu)是在正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)的

基礎(chǔ)上，在活塞桿和鏟斗之間增加一根短連桿演變而成的，從而克

服了正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)卸載時(shí)活塞桿易與斗底相碰的不足。當(dāng)鏟斗

端平時(shí)，短連桿與活塞桿靠油缸拉力和鏟斗重力拉成一直線，合為

一桿；而當(dāng)鏟斗卸料時(shí)，短連桿能相對活塞桿轉(zhuǎn)動，從而避免了活

塞桿與斗底相碰。

5、動臂可伸縮式三桿機(jī)構(gòu)（圖2-9c）該機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)

是動臂借助油缸可以進(jìn)行伸縮。其鏟斗插入工況是依靠動臂伸

出來實(shí)現(xiàn)的，從而解決了靠機(jī)器行走時(shí)插入造成輪胎嚴(yán)重磨損的

問題；卸載時(shí)可伸出動臂，以獲得較大的卸載高度和卸載距離；運(yùn)

輸工況時(shí)，可縮回動臂，減小前懸，提高車架行駛時(shí)的穩(wěn)定性。缺

點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)鏟斗放平和鏟斗自動放平,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

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圖2-9工作裝置結(jié)構(gòu)形式

Q）正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)b）正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu)c）動

臂可伸縮式三桿機(jī)構(gòu)

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2.3工作裝置自由度的計(jì)算

由于組成裝載機(jī)工作裝置的各構(gòu)件是通過銷軸連接的，各個(gè)

銷軸相互平行；加上，其結(jié)構(gòu)又是縱向?qū)ΨQ。所以，在進(jìn)行裝載機(jī)

工作裝置的運(yùn)動學(xué)分析時(shí)，可將其簡化為帶液壓缸的平面低副多

桿機(jī)構(gòu),不計(jì)各桿件的自重,并假設(shè)各較接點(diǎn)的摩擦力為零。

圖2-10所示，為典型的反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)和正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)工作裝

置的桿系結(jié)構(gòu)簡圖。圖中，〃6為動臂位置角；即動臂上、下較

接點(diǎn)的連線與垂直線的夾角，以繞動臂上較接點(diǎn)逆時(shí)針方向?yàn)檎?/p>

反之為負(fù)；〃為鏟斗位置角，即鏟斗斗底與水平線正向的夾角為正,

反之為負(fù)。

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圖2-10工作裝置平面桿系結(jié)構(gòu)簡圖

Q）反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)8正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)

對于反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的工作裝置（圖2-10a）,它由舉升機(jī)構(gòu)

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GHK油缸四連桿機(jī)構(gòu)DEFG和鏟斗四連桿機(jī)構(gòu)ABCD等組

成。其中，活動桿件數(shù)n=8,低副數(shù)8=11,高副數(shù)耳=0。這樣,

由平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式可得，反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的自

由度

r

F=3n-2Pl-Ph=2

當(dāng)轉(zhuǎn)斗缸閉鎖時(shí)，動臂在舉升缸的作用下舉升或下降鏟斗，此

時(shí)該工作裝置的自由度為1，舉升缸為原動件；當(dāng)舉升缸閉鎖，動

臂處于某一特定作業(yè)位置不動時(shí),在轉(zhuǎn)斗缸的作用下，通過一平面

六桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其較點(diǎn)轉(zhuǎn)動，此時(shí)該工作裝置的自由度也是為

1,轉(zhuǎn)斗缸為原動件。

對于正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)的工作裝置（圖2-10b）,它由舉升機(jī)構(gòu)

IMN、油缸四連桿機(jī)構(gòu)/伊7、鏟斗四連桿機(jī)構(gòu)48。。和中間四

連桿機(jī)構(gòu)OEG廠等組成。同樣可得，正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)工作裝置的自

由度F=2。

2.4工作裝置總體設(shè)計(jì)

由設(shè)計(jì)任務(wù)書和設(shè)計(jì)要求，對于本次ZL50裝載機(jī)的設(shè)計(jì)采納

以下方案:

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在鏟斗部分，采納無鏟斗托架式結(jié)構(gòu)；油缸的部署形式為立式

部署形式。同時(shí)考慮到實(shí)際工作中的運(yùn)用情況，它的連桿機(jī)構(gòu)采

納的是反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。

主要參數(shù)：

鏟斗容量：3.0m3

額定載重量：5t

發(fā)動機(jī)額定功率：154kw

整機(jī)質(zhì)量：16.3t

以上是為總體的參數(shù)，鏟斗的取值主要通過到現(xiàn)場測量和老師

傅的經(jīng)驗(yàn)得到；在連桿系統(tǒng)各個(gè)較接點(diǎn)的確定時(shí)，采納的是圖解法,

確定其坐標(biāo)的位置；液壓系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸主要是通

過行程和較接點(diǎn)的確定從液壓件中選取的；然而在本次的設(shè)計(jì)中，

主要采納CATIA軟件進(jìn)行的設(shè)計(jì),具體的設(shè)計(jì)如第三章所述。

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3ZL50裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)

3.1工作裝置的設(shè)計(jì)要求

3.1.1工作裝置工作性能

工作裝置的結(jié)構(gòu)和性能直接影響工程機(jī)械整機(jī)的工作尺寸和

性能參數(shù)，工作裝置的合理性直接影響整機(jī)的工作效率、生產(chǎn)負(fù)

荷、動力與運(yùn)動特征、差別工況下的作業(yè)效果、工作循環(huán)的時(shí)

間、外形尺寸和發(fā)動機(jī)功率等。差別類型工程機(jī)械的工作裝置

的組成是差別的。

裝載機(jī)的工作過程包含:插入工況、鏟裝工況、重載運(yùn)輸工

況、舉升工況、卸載工況、空載運(yùn)輸工況。裝載機(jī)的工作裝置

主要由鏟斗、動臂、連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸組成。

裝載機(jī)工作裝置主要由鏟斗和支持鏟斗進(jìn)行裝載作業(yè)的連桿系統(tǒng)

組成，依靠這套裝置裝載機(jī)可以對汽車、火車進(jìn)行散料裝載作業(yè),

也可以對散料進(jìn)行短距離運(yùn)輸作業(yè)，還可以進(jìn)行平地修路等作

業(yè)。把鏟斗更換成專門的裝置,還可以進(jìn)行其它的裝載作業(yè)。

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3.1.2對工作裝置的要求

工作裝置在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下要求

(1)角度要求：滿足工作循環(huán)中對鏟斗各個(gè)工作位置的角度

要求,到達(dá)所要求的卸載高度與卸載距離。

(2)運(yùn)動要求: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，工作裝置運(yùn)動平穩(wěn)、無干涉、無死點(diǎn)、無自鎖,

動臂從最低位置到最大卸載高度的舉升過程中，保證鏟斗中的物

料無撒落,在卸載后，動臂下放至鏟掘位置,鏟斗能自動放平。

(3)結(jié)構(gòu)要求：結(jié)構(gòu)要求簡單緊湊,承載元件數(shù)量(包含油缸)

盡量少,前懸小。

(4)動力性要求:連桿機(jī)構(gòu)具有較高的力傳遞效率，以保證工

作裝置產(chǎn)生較大的插入力、掘起力和舉升力。

3.2鏟斗設(shè)計(jì)

鏟斗是工作裝置的重要部件，裝載機(jī)工作時(shí)用它直接鏟掘、

裝載、運(yùn)輸和傾卸物料。鏟斗直接與物料接觸，是裝、運(yùn)、卸

的工具，工作時(shí)，它被推壓插入料堆鏟取物料,工作條件惡劣,要承

受很大的沖擊力和猛烈的磨損，所以鏟斗設(shè)計(jì)質(zhì)量對裝載機(jī)的作

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業(yè)能力有較大的影響。為了保證鏟斗的設(shè)計(jì)質(zhì)量，首先應(yīng)當(dāng)合理

的確定鏟斗的結(jié)構(gòu)及幾何尺寸，以降低鏟斗插入物料的阻力。其

次要保證鏟斗有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性，使之具有合理的使

用壽命。

3.2.1鏟斗的結(jié)構(gòu)形式

鏟斗的形狀和尺寸參數(shù)對插入阻力、鏟取阻力、轉(zhuǎn)斗阻力

和生產(chǎn)率都有著很大的影響。同一個(gè)鏟斗有兩種容積標(biāo)志：一是

物料裝平時(shí)的容積，稱為平裝斗容；二是物料裝滿堆高后的容積,

稱為堆裝斗容。機(jī)器銘牌上標(biāo)稱的斗容一般為堆裝的容積。鏟

斗由斗底、側(cè)壁、斗刃及后壁等部分組成。鏟斗的斗刃還分為

帶齒和不帶齒的兩種。鏟斗的斷面形狀一般為“U”形，用鋼板

焊接而成。

(1)斗體形狀

從整個(gè)斗體形狀看來，鏟斗基本可以分成“淺底”和“深

底”兩種類型。在斗容量相同的情況下，前者開口尺寸較大，斗

底深度較小,即斗前壁較短,而后者正好相反。

淺底鏟斗插入料堆的深度較小，相應(yīng)的插入阻力也較小，輕

易裝滿，但運(yùn)輸行駛時(shí)輕易撒落物料；由于前懸增大，影響車輛行

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駛平穩(wěn)性。而深底鏟斗則恰恰相反。相比之下，定點(diǎn)裝載使用淺

底鏟斗,而運(yùn)輸距離較大則采納深底鏟斗較為合適。

斗體常見低碳、耐磨、高強(qiáng)度鋼板焊接制成。

(2)切削刃的形狀

根據(jù)裝載物料差別，切削刃有直線型和非直線型。前者形

式簡單，有利于鏟平地面，但鏟裝阻力較大。后者又有V形和弧

形等，由于這種刃中間突出，鏟斗插入料堆時(shí)可使插入力集中作用

在斗刃的中間部分，所以插入阻力較小，輕易插入料堆，并有利于

減少偏載插入,但鏟斗裝滿系數(shù)要比前者小。

礦用裝載機(jī)工作條件惡劣，任務(wù)繁重，插入和掘起阻力都很

大，偏載工況對工作機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度影響嚴(yán)重，所以多選用非直線形切

削刃，并以V形切削刃為佳。斗刃材質(zhì)是即耐磨又耐沖擊的中鎰

合金鋼材料，側(cè)切削刃和加強(qiáng)角板都用高強(qiáng)度耐磨鋼材料制成。

(3)斗齒

鏟斗斗刃上可以有斗齒，也可以沒有斗齒。若斗刃上裝有

斗齒時(shí)，斗齒將先于切削刃插入料堆，由于它比壓大，所以比不帶

齒的切削刃易于插入料堆，插入阻力能減小20%左右，特別是對

料堆比較密實(shí)、大塊較多的情況，效果尤為顯著，所以礦用裝載

機(jī)一般都是帶斗齒。

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斗齒結(jié)構(gòu)分為整體式和分體式兩種，一般斗齒是用高鎰鋼制

成的整體式，用螺栓固定在鏟斗斗刃上，中小型裝載機(jī)多采納這種

形式。為便于斗齒磨損后更換和節(jié)省斗齒金屬，也有使用雙段斗

齒的，如圖3-1所示。

圖3-1雙段斗齒

1—齒尖；2一齒坐；3—鋼銷

這種斗齒的齒尖與齒坐的配合面為錐面，兩者配合情況良

好。裝配時(shí)，先置入有彈性的金屬橡皮，然后再從上邊或從下邊

往方形銷孔中打入鋼銷3即可。由于拆卸方便，齒尖一邊磨損后

可以翻轉(zhuǎn)再使用，從而延長使用壽命。大型裝載機(jī)由于作業(yè)條件

差、斗齒磨損嚴(yán)重，故常采納這種分體式斗齒。

斗齒的形狀和間距對切削阻力是有影響的。一般中型裝載

機(jī)鏟斗的斗齒間距為250?300mm左右，太大時(shí)由于切削刃將直

接參與插入工作,使阻力增大，太小時(shí),齒間易于卡住石塊,也將增

大工作阻力。長而窄的齒要比段而寬的齒插入阻力小，但太窄又

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輕易損壞,所以齒寬以每厘米長載荷不大于500?600kg為宜。

(4)鏟斗側(cè)刃

因?yàn)閭?cè)刃參與插入工作，為減小插入阻力，側(cè)壁前刃應(yīng)與斗

前壁成銳角，弧線或折線側(cè)刃鏟斗的插入阻力比直線形側(cè)刃要小,

但具有弧線或折線形側(cè)刃鏟斗的側(cè)壁較淺，物料易于從兩側(cè)撒落,

影響鏟斗的裝滿。為了不使斗容減小太多，一般可將連接前后斗

壁的側(cè)壁刃口設(shè)計(jì)成弧形。

(5)斗底

斗前壁與斗后壁用圓弧銜接，構(gòu)成弧形斗底。為了使物料

在斗中有很好的流動性，斗底圓弧半徑不宜太小，前后壁夾角不應(yīng)

小于物料與鋼板的摩擦角的2倍，以免卡住大塊物料。若取物料

與鋼板的摩擦因數(shù)f=04則摩擦角9~22°,所以張開角必需大

于44°o

綜上所述,針對我的鏟斗設(shè)計(jì)性質(zhì)如下：

斗體材料:低碳、耐磨、