1、毕业设计（论文）说明书题目ZL40装载机工作装置设计专业 机械设计制造及其自动化（工程机械）班级09级工程机械1班学生刘志强指导教师李玉玲重庆交通大学2013 年、八前言装载机是以轮胎式或履带式拖拉机为基础车，安装上铲斗作为工作装置的一种土 方工程机械。它是一种作业效率高、操作轻便、用途广泛的施工机械，它不仅用来对 松散的堆积物料进行装、运、卸等作业，还可以铲装爆破后的矿石以及对硬土进行轻 度挖掘，并能用来进行清理、刮平场地及牵引等作业。装载机的铲掘和装卸物料是通 过工作装置的运动而得以实现的，装载机工作装置由铲斗、动臂、连杆、摇臂和转斗 油缸、动臂油缸等组成。整个工作装置铰接在车架上。铲斗通
2、过连杆和摇臂与转斗油 缸铰接，用以装卸物料。动臂与车架、动臂油缸铰接，用以升降铲斗。铲斗的翻转和 动臂的升降采用液压操纵。装载机作业时工作装置应能保证：当转斗油缸闭锁、动臂 油缸举升或降落时，连杆机构使铲斗上下平动或接近平动，以免铲斗倾斜而撒落物料； 当动臂处于任何位置、铲斗绕动臂铰点转动进行卸料时，铲斗倾斜角不小于45，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平。综合国内外装载机工作装置的结构型式，主要 有七种类型，即按连杆机构的构件数不同，分为三杆式、四杆式、五杆式、六杆式和 八杆式等；按输入和输出杆的转向是否相同又分为正转和反转连杆机构等。工作装置 直接影响到装载机的性能参数和其作业效率。常见的
3、有关轮式装载机的工作装置设计中，广泛采用反转六连杆机构为例进行设 计以及放平性、工作强度的校核，本次设计中在没有同类正转机构设计数据的前提下， 反复琢磨工作装置的工作原理，并使用机械设计软件AUTOCADS行工作装置的各铰接点的设计，所以在进行有关校核时直接应用绘图尺寸，可以保证精度要求，此设计数 据也可以作为今后正转工作装置的设计参考。当然，在设计中难免有疏忽以及不足的 地方，望批评指正。目录摘 要 IABSTRAC.T II第一章 装载机的发展和应用 11.1 装载机概述 11.2 装载机的发展 21.3 设计任务及主要参数 5第二章 装载机总体参数的确定 62.1 装载机阻力的确定 62
4、1.1 插入阻力 62.1.2 铲起阻力 62.1.3 转斗阻力矩 72.2 装载机的总体布置原则 82.3 装载机各部件的布置 . 92.4 装载机的总体构造和分类 11第三章 工作装置设计 133.1 工作装置结构分析 133.1.1 装载机工作装置 133.1.2 结构形式的选择 143.2 铲斗设计 163.2.1 铲斗结构形式的选择 163.2.2 铲斗基本参数的确定 173.3 工作机构连杆系统的尺寸参数设计 213.3.1 工作装置结构设计 213.3.2 动臂设计 213.3.3 连杆机构设计 23第四章 工作装置受力分析及强度校核 274.1 确定工作装置的计算位置 274
5、2 工作装置载荷分析 274.3 典型工况分析 284.4 工作装置受力分析 294.5 工作装置强度校核 334.5.1 动臂 334.5.2 铰销 344.5.3 连杆 354.5.4 工作装置的限位机构 36总 结 . 37致谢 . 38主要参考文献 . 39摘要装载机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、 公路、港口、码头等国民经济各部门。本文中参阅了大量的土方机械的设计参考书， 其中大多数是有关装载机方面的，有的是工作装置单一构件的设计，有的则是整个工 作装置的设计，并且有许多有关工作装置优化设计方面，各参考所涉及到的装载机虽 然型号不同，研究的方法也有差
6、异，但综合起来基本上也概述了现行的设计方法。国 外装载机发展迅速，而我国装载机在设计上存在很多问题，其中主要集中在可靠性、 结构设计强度等方面。而工作装置对于装载机来说又是重中之重，所以工作装置的设 计好坏直接影响到装载机的使用寿命以及工作效率等。虽然现在市场上的装载机已经 日趋成熟，但对其进行改进设计仍有非常重要的意义，尤其是装载机的工作装置。装 载机工作装置的转斗六连杆机构是由与液压缸，铲斗相关联的两个四连杆机构组合而 成。轮式装载机在作业时，靠改变液压缸的长度来使铲斗获得所要求的收斗角和卸料 角。机构中各杆件长度及其结构参数确定后，需要对该机构作某些特定计算，以判断 机构设计的正确性。在
7、工作循环中速度与加速度变化合理；油缸活塞行程为最佳值； 工作装置运动平稳、无干涉、无死点、无自锁；动臂从最底位置到最大卸载高度的举 升过程中，保证铲斗中物料不洒落；在卸载后，动臂下放至铲掘位置铲斗能自动放平 关键词：轮式装载机，工作装置，连杆机构，强度校核ABSTRACTConstruction machinery loader is one of the main models are widely used in con struct ion, mining, utilities, bridges, railways, roads, ports, docks and other econo
8、 mic sectors. See this article a lot of earth-moving machinery design referenee books, most of which is related to aspectsof the loader, some working device single component design, while others are full operati ng device desig n, and there are many aspects of the work unit optimizati on each refere
9、 nee loaders invo Ived although differe nt models, researchmethods 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, structural desig n stre ngth and so o
10、n. The work ing device is ano ther 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. Loader working device turn
11、Douliou linkage is made with the hydraulic cyli nder, bucket associated with a comb in ati on of two four-bar linkage. Wheel loader when in operation, by changing the length of the cylinder to the bucket to obta in the desired bucket an gle and uni oad ing the clos ing an gle. Orga ni zati on and st
12、ructure of each rod length parametersdetermined, the institution needs to make certain calculations to determine the correctness of mechanism design. In the working cycle reasonablespeed and acceleration changes; cylinder piston stroke is the best value; work means smooth motion, no interferenee, no
13、 dead spots, no self-locking; boom from the bottom positi on to the maximum lifting height uni oadi ng process, en sure that the material is not spilled bucket; after unin stall ing, shovel boom delegated to the positi on of the bucket can be set level automatically.key WORDS : Wheel loaders work un
14、it, linkage, strength check第一章装载机的发展和应用1.1装载机概述装载机主要用来铲、装、卸、运土和石料一类散状物料，也可以对岩石、硬土进 行轻度铲掘作业。如果换不同的工作装置，还可以完成推土、起重、装卸其他物料的 工作。在公路施工中主要用于路基工程的填挖，沥青和水泥混凝土料场的集料、装料 等作业。由于它具有作业速度快，机动性好，操作轻便等优点，因而发展很快，成为 土石方施工中的主要机械。金属矿山的开采可划分为露天开采和地下开采两大类。我 国露天矿采以矿石的比重约占70%，但从事地下开采的人员比露天开采的人员多。这 是因为地下开采的条件复杂，使用的设备种类繁多，在产量
15、相同的条件下，对地下矿 投资的人力和物力远大于露天矿的缘故。保护自然环境和合理地利用矿藏资源，是发展社会主义经济的必要条件。随着浅 埋矿床的耗尽而愈来愈向深部开采，或当露天升采的深度很大而使地表遭受大面积的 破坏时，就必须采用地下开采。可以预料今后地下开采仍将逐渐增加。不论是露天矿开采还是地下矿开采，对矿体较硬的金属矿山，都是经凿岩爆破将 崩落松散矿石或岩石，经装运作业运至下步工序的作业地点。装载作业是矿山整个生 产过程小既繁重又费时的作业。所以努力提高装载机械的作业能力，对实现矿山生产 的高效率低消耗想着重要的作用。ZL系列轮式装载机是一种高效率的工程机械，具有结构先进，性能可靠，机动性 强
16、操纵方便等优点。广泛应用于矿山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，货 场，电站以及其他工业部门，进行装载，推土，铲挖，起重，牵引等多种作业。对加 快工程建设速度减轻劳动强度提高工程质量降低工程成本都发挥着重要作用，因此近 几年来无论在国内还是国外装载机品种和产量都得到迅速发展，成为工程机械的主导 产品之一。为适应装载机多功能作业的要求，轮式装载机已经向一机功能方向发展。这主要 靠主机控制适合多种作业的组合工作装置完成。80年代国外装载机和液压挖掘机除了不断完善装，挖功能外，正向一机多能方向发展。许多公司竞相生产各式各样的辅助 机构。这种机型使用范围很广，其产品受到用户的普遍关注。在通用拖拉
17、机前端加装载装置，后部加挖掘装置可改装变形成前装后挖拖拉机， 亦称挖掘装载机，俗称“两头忙”。工作装置的性能分析过去多采用作图分析和手工计算法，工作量繁重，精度较低。当分析工矿较多时问题更为突出，为克服手工画图的误差。本次设计前面所进行的工 作装置CAD设计是通过看资料、实物，通过初步分析、计算而确定的方案。其次要考 虑各个工作液压缸作用力的均衡性，整机的稳定性，整机与地面的附着性、满足结构 和布置的可能性，以综合比较初选方案，从而确定机构参数（一般来说，从计算机辅 助分析中发现不合理的现象可究其原因，采取改进措施，是设计合理化。对已经拟订 的各种方案可通过计算机辅助分析作进一步的取舍和修改，
18、以便确定较合理的方案）。同时，通过性能分析能够很清楚的了解到这个装载机装置在各个位置或各种工况时的 里和其它参数，有利于更有效地使用挖掘装载机和使这种装载机工作效率得到最大限 度的发挥。地下矿的开采，包括开拓、采准、回采三个步骤。开拓是矿山的基建工程，它是 用井巷把地表与山地下矿体接通，并建成完整的运输、通风、排水的并巷工程，包括 竖井、斜井、盲井、井底车场，如水泵房、变电室、机修站、火药库等，还有石门、 阶段运输巷道、溜井等。采准是指掘进形成采区外形的一些巷道及为了回采工作面的碎岩和爆破而需要的 自由空间。前者如采区的运输巷道、通风和人行天井，以及电耙巷道等，如切割槽、 拉底空间、放矿漏斗等
19、回采就是做完采准后，在采区工作面进行的落矿、装运和管理作业。回采中的矿 石装运作业是矿山生产的重要环节。装载作业就是把开拓、采准、回采的矿石或岩石装入运输工具或卸入溜井。开拓、 采准和回采三者在使用装运机械方面对比起来，采准工程的特点是：它的装运作业工 作量，是在阶段水平以上或矿房内部及矿床上下盘中进行的。一般地说，这些巷道断 面尺寸小、长度短，分布在阶段水平以上不同的高度上，要求机械设备轻便灵活，便 于调入和调出及迁移到不同高度上。在断面只寸很小的空间内工作，由于设备的调入 迁移和使用都比较困难，致使采准工作的机械化程度低、工作效率低、成本高。因此 采准工作量的多少，便成为衡量采矿方法好坏
20、的重要指标之一。1.2装载机的发展1. 国外装载机发展趋势近年来，随着建筑施工和资源开发规模的扩大，对装载机需求量迅速增加，因而 对其可靠性、维修性、安全性和燃油经济性也提出了更高的要求。随着微电子技术向 工程机械的渗透，现代装载机械日益向智能化和机电一体化发展。自20世纪以来，国外装载机进入了一个新的发展时期，在广泛应用新技术的同时，不断涌现出新结构和新产品。继完成提高整机可靠性任务之后，技术发展的重点在于增加产品的电子信息 技术含量和智能化程度。努力完善产品的标准化、系列化和通用化，改善驾驶人员的 工作条件，向节能、环保方向发展。(1) 系列化、特大型化系列化是工程机械发展的重要趋势。国外
21、著名大公司逐步实现其产品系列化进程， 形成了从微型到特大型不同规格的产品，同时，产品更新换代的周期明显缩短。特大 型工程机械的特点科技含量高，研制与生产周期较长，投资大，市场容量有限，市场 竞争主要集中在少数几家公司。(2) 多用途、超小型化、微型化推动多用途、超小型化、微型化发展的因素首先源于液压技术的发展和快速可更 换连接装置的诞生，使得装载机能在作业现场完成各种附属作业装置的快速装卸及液 压软管的自动连接。一方面，工作机械通用性的提高，可以使用户在不增加投资的前 提下充分发挥设备本身的效能，能完成更多的工作；另一方面，为了尽可能地用机械 作业代替人力劳动，提高生产效率，适应城市狭窄施工场
22、所以及在货栈、码头、仓库、 农舍、建筑物层内和地下工程作业环境的使用要求。(3) 节能与环保为了提高产品的节能效果和满足日益苛刻的环保要求，国外工程机械公司主要从 降低发动机排放、提高液压系统效率和减振、降噪等方面入手。近几年来国外装载机 的设计和制造进一步体现了以人为本的理念，要为司机提供一个更加舒适的环境，以 到达他们称之为全自动化型的境地。(4) 计算机管理及故障诊断、远程监控系统及整机智能化广泛应用微电子技术与信息技术，完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故 障诊断系统，不断研制出集液压、微电子及信息技术于一体的智能系统。并广泛应用 于工程机械的产品设计之中，进一步提高产品的性能和高
23、科技含量。例如卡特彼勒公 司90年代开发的F系列和G系列装载机都安装有电子计算机监控系统， 用以取代E系 列装载机上安装的电子监控系统。其司机台上装有条形液晶显示屏，微机监控系统能 同时监控发动机燃油液面高度、冷却水温、变速箱油温和液压油温等11种功能。该监控系统还具有故障诊断能力，并可向司机提供三级报警(5) 优秀的设计和新结构的不断涌现90年代中末期，部分装载机上安装有转速变速集成控制系统，它取消了传统的方向盘 和变速操作杆，将转向和变速操纵集成在一个操作手柄上，并采用简单的触发方式控 制开关和换挡用的分装式加速按钮。利用肘节的自然动作左右搬动操纵手柄来实现转 向，利用大拇指选择换挡按钮以
24、实现前进与后退、加速与减速行驶，极大地简化了操 作。2. 我国装载机的发展前景随着我国国民经济建设的调整发展，大型轮式装载机的需求量会有大幅度上升， 特别是西部大开发，许多大型工程建设等，大型轮式装载机大有用武之地。另外，世 界上生产大型轮式装载 机的国家、企业也不多，出口前景也非常好，苦于我们还拿不 出产品。1999年，我国全行业ZL60型共销28台，ZL80型及ZL100型一台也未销售。因此，我 国大型 轮式装载机可以说是基本上未推向市场。影响推出市场的主要原因是，除开发 水平较低外，主 要是配套件跟不上。大型 轮式装载机的配套件国内基本上没有，有 少量的也是水平低，可靠 性差，不太适用，
25、进口配套件价格又太贵。因此大型轮式装 载机的国内市场基本上被国外大公 司所占领。我国装载机行业，特别是主要装载机制 造企业，应抓住我国加入 WTO后进口件价格 降低的机遇，进口一部分重要的关键部件， 同时为尽量降低成本，加大力度开发一些目前已经有能力开发的零部件，如传动系统 中的驱动桥、液压件中的缸、阀等，经过精心设计，开发出具有中国特色的大型轮式装载机。只要我们的产品能占领国内市场，也一定能打进国际市场。国产挖掘装载机及小型多功能装载机数量很少， 在我国ZL30型以下属小型装载机, 据1999年全行业主要企业统计，共销售小型装载机有1546台，能占全行业的8.2 %国外小型装载机及小型多功能
26、装载机，包括挖掘装载机在内，市场份额已相当大。 美国的 山猫牌小型多功能装载机年销量在 5万台左右，还有美国的凯斯、约翰迪尔、 卡特彼勒、英国的JCB公司等的挖掘装载机及小型多功能装载机年销量都在万台上。 可见世界市场上挖掘装载 机及小型多功能装载机市场是多么大， 而中国目前这类产品 基本上还没有。这类产品特别适用于市政建设、中小城镇建设、乡间非等级公路建设、 一般公路的维护保养、港口码头作业，还有改造环境、植树造林等。特别是西部大开发，这类产品将有广阔的潜在市场。这类产品的开发，今后肯定是以静液压件传动为 主，目前世界上小型装载机、小型多功能装载机基本上都是静液压传动。我国要能真正把这类产品
27、发展起来，必须有自己的创新。装载机行业的广大企业，特别是有能力的大企业，应加大创新力度，去争我国小型装载机、小型多功能装载机、挖掘装载机 等这一巨大的潜在市场。我国西部3000米以上高海拔地区及沙漠地区占了很大的面积， 在实施西部大开发 中，高原 及沙漠型特殊用途装载机需要量较大，国内目前基本上还没有这类产品，而 国外大公司在这方 面已经有成熟的产品。因此，我国加入 WTC后，这个巨大的潜在市 场很可能被国外大公司所占领。我国的装载机行业从现在起应该积极行动起来，与有 关科研院所及有关发动机等配套件企业联合起来，尽快开发出具有中国特色的高原、 沙漠型特殊用途装载机，去抢占我国西部这一潜在大市场
28、中型轮式装载机是国内最成熟而产量又大大过剩的产品。这种产品只要“入世” 后实行国际采购，提高质量、水平、可靠性，那么大批进入国际市场的机遇就在眼前1.3设计任务及主要参数研究重点放在装载机工作装置上，通过对比不同类型的工作装置优缺点，确定 ZL40装载机工作装置类型，完成铲斗、动臂及连杆机构的结构设计，并进行强度计算 与校核；完成工作装置液压系统设计，是工作装置在工作中平稳、可靠的工作。在课 题的设计过程中难免会遇到一些问题，如对不同型号的轮式装载机其构成不全相同， 对工作装置也采用不同的连杆机构，有的是八连杆机构，有的是反转六连杆机构还有 正转六连杆机构。各种机构各有各的特点和优势，对于轮
29、式装载机的工作装置多采用 反转六连杆机构，因此对于本课题的研究和设计分析都是对于反转六连杆进行的。对 铲斗的设计过程中难免会遇到大量计算，在计算的过程中用到高等数学、材料力学和 理论力学，所以为了给设计带来方便必须要有较好的数学和力学知识。综合上述一些问题和原因对遇到的问题处理原则是：利用所学的基本知识对工作 装置、连杆机构进行分析，液压系统的设计借鉴国内和国际先进企业的产品的液压系 统进行设计，力求整个设计的理想化和超前化。参考现有ZL40轮式装载机，确定本次设计基本参数如下：1. 额定载重量：4t ；2. 额定铲斗容量：2m3 ；3. 最大卸载高度：2895mm4. 最小卸载距离：975m
30、m5. 机重：12.8t ；6. 铲斗外侧转弯半径：6190第二章 装载机总体参数的确定2.1装载机阻力的确定装载机在进行铲掘作业中的作业阻力主要是：铲斗插入料堆时的插入力；提升动 臂时的铲起力；翻起转斗时的转斗阻力矩。影响这些阻力的因素很多，例如铲掘的物 料种类、铲斗的形状，铲斗插入的深度等。而铲掘的物料种类又是多种多样的，可能 是土壤砂石，也可能是各种块度的矿石，因此在这些复杂因素影响下，难以准确的计 算出装载机铲掘时的作业阻力，为确定这些阻力，则通过铲掘散状物料试验的办法得 出经验公式和多种系数进行计算，下面分别计算装载机在铲掘散状物料时的各种阻力。2.1.1插入阻力插入阻力是装载机铲斗
31、插入料堆时，料堆对铲斗的反作用力。插入阻力分别由以 下阻力组成：铲斗前切削刃口和斗壁两侧切削刃所受阻力；铲斗底和侧壁内表面与物 料的摩擦阻力；铲斗外表面与料堆之间的摩擦阻力等组成。其值可以按下式计算：巳=5心1；2乜4心心式2.1式中：Px铲斗插入阻力；K1物料的块度和松散程度的影响系数。对于松散程度较好的物料，块度 0.3mm 时，K1 =1.0 ;块度 0.4mm 时，心=1.1 ;块度 0.5mm 时，心=1.3。如果 松散程度较差，则上述各值增大 20%-40%对于这里取K1=1.1 ；K2 物料种类影响系数，散状物料种类为沙石，取系数为0.12 ；l p铲斗插入料堆深度(cm);取5
32、0cm；Bb 铲斗宽度(cm)；K3 一料堆高度影响系数，料高度为 1.4m, K3=1.15。1 25Px 二 KEp Bb&K4=10 1.1 0.12 50125 250 1.15 1.5=741722.1.2铲起阻力铲起阻力是指铲斗插入料堆一定深度后，用动臂油缸提升动臂时，料堆对铲斗的 反作用力。铲斗插入料堆lp深度后，用动臂提升铲斗，铲起阻力由铲斗斗底插入料堆深度和lp 铲斗宽度Bb所决定的矩形面积上的物料所决定。铲起阻力同样受到物料的块度、松散性、容积比重、温度、湿度、物料之间及物 料与斗壁摩擦的影响。最大的铲起阻力发生在铲斗刚刚开始提升的时刻。随着动臂的 提升，铲起阻力逐渐减小。
33、铲斗开始提升时的铲起阻力Pz可按下式确定：Pz = 2.2Bb Kip式 2.2lp铲斗插入料堆深度（m）；Bb铲斗宽度（m）；K 铲斗开始提升时物料的剪切阻力（KN/m3）。取值为35kN/m3;Pz = 2.2lp BbK= 2.2 0.50 2.50 35 = 96.25 (KN2.1.3转斗阻力矩转斗阻力矩是当铲斗插入料堆一定深度后，用转斗油缸使铲斗向后翻转时，料堆对铲斗的反作用力矩。若不计惯性力的影响，根据实验证明，转斗的静阻力距随着铲 斗翻转角的变化而改变，如图3.1所示在开始转斗时，所需克服的静阻力矩最大， 随着转斗转角的增大。静阻力矩逐渐减小。当铲斗前刃离开料堆时。静阻力矩为M
34、0根据试验，最大静阻力矩 MC用下式计算1仆 1化。*才）y（N m）式 2.3式中：p x插入阻力；x铲斗回转中心与斗刃的水平距离（m；y铲斗回转中心与地面的垂直距离（m；转斗时，铲斗除受到静阻力矩的作用外，还受到铲斗自重和铲斗中物料重力所引 起的阻力矩的作用，因此，开始转斗时的总阻力矩M为M 二 Me (Gb Gr)lp(N m)式 2.4式中：Gb铲斗自重（N）;Gr 装载机额定载重量（N）；lb铲斗重心到回转中心的水平距离（m ；见图3.3图2.12.2装载机的总体布置原则1. 总体布置的内容总体布置内容应包括以下几个方面：(1) 确定各个部件在整机上的位置，并对外形尺寸提出要求；(2
35、) 确定各部件之间、部件与整机之间的连接方式；(3) 估算整机重量几重心位置，并对各部件的重量提出要求；(4) 布置各个操纵机构、机棚、驾驶室等；(5) 审核各运动件的运动空间，排除可能发生的运动干涉；定出标准化、通用化和系列化的零、部件的名细表。2. 总体布置的原则(1) 保证整机的稳定性；(2) 结构紧凑、并有较高的传动的效率；(3) 便于操作和维修，工作安全可靠；(4) 外形平整美观。3. 设计中应考虑的整机性能(1) 牵引性，是装载机在不同工作速度下所能发出的最大牵引力的性能。它影响到 机子的工作能力与工作效率。牵引性能的好风是用牵引功率和牵引效率来评价的。它 反映了装载机利用发动机功
36、率进行工作的有效程度，是最重要的一个性能指标。(2) 动力性，是反映装载机在行驶中，以不同档位工作时，所具有的加速性能，以 及所能达到的最大行驶速度和爬坡能力的一个性能。动力性能的好讯用动力因数来评 价。(3) 经济性，是反映装载机在工作中燃树消耗是否经济合理的性能。它有两个指标:是依牵引马力小时消耗的燃油克数，这个指标可以用来比较不同装载机的经济性的好 坏，另一个是作业中装卸每吨物料消耗的燃料这个指标可以用来核算作业的生产成本。 由于后者包含着使用中各种因素的影响，因此不能用作评价不同装载机经济性能好坏 的指标。(4) 稳定性，是装载机在坡道上行驶时不失去稳定和不倾翻的性能。它关系到装载 机
37、机在坡道行驶的安全性，因此，是一个很重要的性能指标。装载机的稳定性用稳定 度这一指标的大小来表示。(5) 机动性，是装载机能否在狭窄场地转向和通过的性能因此，可以用外侧轮胎和 铲斗的转向半径来标志。机动性的好坏，影响到装载机的适用程度。(6) 作业性，是反映装载机整机使用好坏的性能，通常以功率到生产率的高低为评 价指标，它与整机所具有的切削力、掘起力、铲斗容量和容积效率，以及工作装置杠 杆系统的工作速度等有关。2.3装载机各部件的布置1. 发动机和传动系的布置发动机一般置于装载机后部，起着对前置铲斗中负荷的平衡作用，并增加装载机 的稳定性。发动机是预选现成的，故主要尺寸均已知。根据载荷分配确定
38、发动机相对 后桥中心的前后位置，并参考同类型装载机的发动机布置来确定曲轴中心线相对车架 上线的高度。发动机位置的布置要结合传动系各总成的结构和整机的使用要求全面考 虑。发动机位置确定后，即可安排变矩器、变速器的位置然后确定传动轴数目。2. 工作装置布置工作装置布置在整车的前端，结合工作装置的设计要求确定动臂与车架铰点的位 置。假如动臂长度不变，铰点布置向前，最大卸载距离大，但由铲斗中载荷作用的倾 翻力矩增加，为减小此倾翻力矩而不减小载重量，一般将铰点向后布置，但最好不安 排在驾驶室两侧或驾驶室之后，以免动臂举升时恰在驾驶员的两侧影响驾驶人员的安 全性。动臂落在最低位置时铲斗位于前轮之前，不能与
39、前轮干涉。动臂的最大举升与 最低位置的夹角一般为 90左右，此角度太大，特使最大卸载高度时的卸载距离急剧 下降，同时动臂油缸与动臂铰点间的距离(力臂)也大大减小，使受力情况不利。3. 转向系的布置及分类轮胎式装载机的转向系：有偏转前轮转向和铰接式转向两类，偏转车轮转向又分 为偏转前轮、偏转后轮、偏转前后轮三种。(1) 偏转前轮转向前轮转向半径大于后轮转向半径，这样当前轮能从障碍物的内侧通过时，后轮也 一定能从障碍物内侧通过，驾驶员可以利用前轮估计后轮避开障碍物，有利于安全行 驶。在整体车架的车辆上，多采用偏转前轮的转向系。但是对装载机来说，由于工作 机构布置在前端，转向机构的布置，受到前部空间
40、的限制；又因为装载机的前轮负荷 大、转向阻力大、所以，转向机构不易布置在前轮上。只有沿用其它车辆的前轮转向 的底盘时，才采用偏转前轮转向。(2) 偏转后轮转向后轮的转向半径大于前轮的转向半径，当前轮从障碍物的内侧通过后，后轮不一 定就能从障碍物的内侧通过，这就不利于安全行驶。在一般车轮上，不采用偏转后轮 的转向，但是在整体车架的装载机上，多采用偏转后轮的转向。这是因为装载机的油 轮负荷大，并且前端空间位置又难以布置转向，所以，多采用偏转后轮转向。 采用偏转后轮转向时，要求驾驶员要有熟练的操作技术。(3) 偏转肋、后轮转向一般采用前、后轮偏转角度相等的结构。全轮转向的转弯半径小，机动性好；前、
41、后车轮的转向半径相同，后轮行驶在前轮的轮辙上，减小了后轮的行驶阻力。但是， 由于驱动轮又是转向轮，造成结构复杂。(4) 铰接式车架采用铰接转向铰接转向的铰销位置有以下三种情况：1) 铰销位于前后轴线的中间，转弯时，前后轮轨迹重合。2) 铰销位置在前后轴中间偏前，前轮转弯半径大于后轮转弯半径。3) 铰销位置在前后轴中间偏后，前轮转弯半径小于后轮转弯半径。一般多采用第一种布置方案，故前轮与后轮轨迹相同，可以减小在劣路上的行驶 阻力，并且前轮能通过的狭小地段，后轮也能顺利通过。整体式车架采用偏转车轮转向，装载机重载时前桥负荷比后桥大，所以多采用后 轮转向。第二种方案比第一种结构复杂，尤其是要保证前转
42、向轮与动臂不发生干涉， 因而也给总体布置方而带来一定困难。在布置转向车轮时应保证它的周围有一定的空间，在任何转向角时车轮都不与周 围的零部件相碰，尤其是在最大转向角时不能与车架相碰。转向梯形可布置在桥的前 部或后部。4. 驾驶室的布置为使驾驶员在作业时前方有良好视野，整体式车架驾驶室是布置在车架的前部。驾驶室布置在前车架后端。这种布置形式前方视野舱便于驾驶员铲挖作业，但后 方视野较差。转向时驾驶员随前车架一起转动，铲斗始终在驾驶员的正前方，便于对 准料堆和卸载卡车。由于驾驶它在全车的较前部，因此在铲挖时驾驶员受到的冲击较 大，容易疲劳。另外因驾驶室在前车架上，而发动机、变速箱等均在后车架上，所
43、以 操纵机构一般只能采用电、气压或液压操纵。目前国外有少数装载机驾驶室是这样布 置的。2.4装载机的总体构造和分类1. 装载机的总体构造装载机一般有发动机，车架，动力传动系统，行走系统，工作装置，液压系统和 操作系统等组成，发动机的液力变矩器把动力传给变速箱，然后经前传动轴和后传动 轴分别传给前后驱动桥，以驱动车轮转动，工作装置是由动臂，铲斗，连杆机构，动 臂油缸和转斗油缸等组成，动臂一端铰链在机架上，另一端和铲斗铰链连接。动臂的 升降由动臂油缸带动，铲斗翻转则由转斗油缸通过连杆机构来实现，车架由前后两部 分组成，中间用前后车架铰链联接，依靠转向油缸可使前后车架绕铰销相对地转动， 以实现转向。
44、2. 装载机的分类(1) 按行走装置分：有轮胎式和履带式两种。轮胎式装载机是以轮胎式专用底盘为基础车，配置工作装置及操作系统组成。其 重量轻，速度快，机动灵活性及效率高，因而他的品种与产量都发展快。履带式装载机是以专用底盘或工业履带式拖拉机为基础，装上工作装置及操作系 统完成。其接地比压小，通用性好；重心低，稳定性好；重量大，附着性能好。因此, 在轮式装载机不适宜的场合更显优越性。(2) 卸料方式分：有前卸式，回转式，后卸式前卸式装载机的工作装置不回转，装料与卸料都是整机走动进行，作业过程中调 车费时，但因结构简单，工作可靠，视野良好，因此应用最广泛。回转式装载机的动臂安装在转台上，铲斗在前端
45、装料后，回转至侧面卸掉，装载 时不需要调车，作业效率高，适宜于厂区工作。但结构复杂，回转卸载时偏心载荷较 大，整机侧向稳定性不好。后卸载装载机是在前端装料，卸载时铲斗越过驾驶室向后端卸料，作业时不需要 调车，可直接向后停在起后面的运输车辆卸载，作业效率高。但卸载时铲斗越过驾驶 室不安全，只用于矿井下狭窄的场地。(3) 联接方式分为：整体式、铰接式整体式装载机的车架是一个整体，利用偏转后轮同时偏转进行转向。铰接式装载机的车架有前后两部分组成，中间用垂直铰销联接，它通过连接前后 车架的油缸推动前后车架绕垂直铰链相对转动折腰转向。由于前后车架折腰度大(大 约3540度)，所以转弯半径小，可在半径比较
46、小的场地作业。 铲斗的额定量分：小型0.5t ;中型0.62.0t ;大型铲斗额定量10t。3. 装载机的作业方式装载机是循环作业式的工程机械。它的一个作业循环由驶进料堆、铲取、后退、 转向、驶进卸料目标和卸料等动作构成。其中，对物料的铲取方法和作业时运输车辆 的配置方案，将影响生产率的高低。(1)铲取方法：装载机对物料的铲取方法有一次铲取法和复合铲取法两种。1) 一次铲取法：铲斗一次插入料堆，一次收斗而装满铲斗的铲取方法。作业时装载机从正前方驶进料堆，边进边放下铲斗，在料堆前1m处使铲斗落到地面，处于浮动位置，斗刃能触及料堆时，加大油门缓缓插入料堆，然后铲斗上翻，提升动臂到运输 位置再倒退驶
47、出。该法是最简单常用方法，比较适用于阻力比较小的松散料堆。2) 复合铲取法：装载机前进插入料堆的同时，铲斗与提臂相配合铲取物料的方法。 这样铲取切削阻力小，容易装满铲斗，适合铲装切削阻力较大的物料。2. 作业配置方案：装载机与运输车辆的作业配置方案，主要取决于现场的条件、运输车与装载机的数量和类型。广泛使用的有“ I形”、“V形”、“L形”作业方法。1) “I”形作业法：运输车平行与工作面并往复地前进和后退，所以也称之为穿梭 作业法。这种作业方式可减少装载机改变方向的次数，如果装载机与运输车配合的好，会 有较好的生产率。2) “V形作业法：运输车与工作面成 60度的角度，装载机装满铲斗后，在倒车 驶离工作面的过程中，并调转驶向料堆，进入下一次的作业循环。这种作业方式可以得到较短的工作循环时间，故应用十分广泛。3) “L”形作业法：运输车垂直于工作面，装载机铲装物料后，倒退并翻转90度,然后向前驶向料堆进行下次铲装。这种作业方式在运距较短时，一个司机可轮换在两辆运输车上工作，以减少人力。 这种作业方式适用宽广的作业场合。第三章工作装置设计3.1工作装置结构分析3.1.1装载机工作装置装载机采掘和卸载货物的作业是通过工作装置的运动实现的。装载机的工作装置 由铲斗，动臂、摇臂、连杆及液压系统等组成。铲斗以铲装物料；动臂和动臂油缸的 作
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