ZL120型整体动臂装载机设计【毕业设计装载机设计】论文说明书

摘 要装载机作为一种铲土运输机械，在实际工程中得到了广泛的应用，成为现代机械化施工中不可缺少的装备之一。通过查阅资料，比较各种装载机的优缺点，确定轮式整体动臂装载机作为设计方案。在对轮式装载机的用途、种类、主要性能参数等作了详细分析的基础上，进行了轮式装载机的总体设计；工作装置的结构、几何参数设计；并具体设计了动臂、连杆、摇臂、铲斗，对其作受力分析。设计过程中，详细对比各种工作机构，最终选取反转六杆工作机构形式，采用图解法将其优化设计完成。其特点是采用整体动臂形式。对整机作了稳定性验算。关键词：轮式装载机；工作装置；整体动臂；连杆机构；铲斗AbstractAs a scraper and a transporter，the loader is using widely in the engineering and becomes one of the absolutely necessarily equipments in the construction nowAt the base of analyzing the advantages and disadvantages of every kind of loaders by referring to data，the thesis chooses the unitary arm wheel loader as the scheme of the designIt gives a detailed analysis to the wheel loader，which contains the use，kind and the main capability parameter of the wheel loaderOn this condition，it plans the wheel loader as a whole comprehensively and ascertains the structure，geometrical parameter of the working deviceAlso，the thesis designs the arm，linkage and the bucket concretely and gives the force analysis of themAt the process of the design，by comparing with different kinds of working device，it chooses the overturn six-bar linkage as the scheme and designs it by the graphic methodIt is characterized by the unitary armAt the same time，it verifies the stability of the whole machineKey words：wheel loader；working device；unitary arm；bar linkage；bucket目 录第 1 章 概述 11.1 背景 11.2 发展趋势 11.3 小结 3第 2 章 装载机概论 42.1 装载机的用途 42.2 装载机的分类 42.3 装载机的主要性能参数 62.4 轮式装载机的基本组成 72.5 小结 8第 3 章 轮式装载机总体设计 93.1 轮式装载机基本参数的确定 93.2 轮式装载机总体布置 93.3 小结 13第 4 章 轮式装载机工作装置设计 144.1 工作装置的设计要求 I 144.2 铲斗设计 164.3 连杆系统设计 204.4 小结 37第 5 章 整机稳定性校核 385.1 用稳定比来评价装载机的稳定性 385.2 小结 41结论 42参考文献 43致谢 440第 1 章 概 述1.1 背景装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支承结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。近几年来，我国基建投资额和投资增幅大幅增加，使得我国装载机行业出现了很大的发展。经过业内人员的不懈努力，在国际市场上充分显示了强大的生命力。装载机行业已经由初始发展阶段逐渐走向成熟时期。一些主导产品的研发、设计和制造水平都有相当程度的提高某些产品质量也达到了用户认可的水平。同时，由于其产品价格相对低廉，在国际市场上具有一定的竞争力。然而，总体而言，我国装载机同国际先进的装载机制造厂家相比差距还比较大，主要表现在产品的可靠性、使用寿命、绿色工程设计、高新技术的创新应用以及管理模式上。相对而言，我国自主开发能力还比较薄弱，有自主知识产权的产品技术较少，新产品的关键技术大部分还依赖于引进国外技术；另一方面对国外先进技术的消化、吸收、创新不足。1.2 发展趋势1.2.1 国外发展趋势 国外轮式装载机在其未来技术发展中将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；采用单一吸声材料、噪课题来源：成都神钢集团有限公司1声抑制方法等消除或降低机器噪声；通过不断改进电喷装置，进一步降低柴油发动机的尾气排放量；研制无污染、经济型、环保型的动力装置；提高液压元件、传感元件和控制元件的可靠性与灵敏性，提高整机的机电信一体化水平；在控制系统方面，将广泛应用电子监控和自动报警系统、自动换挡变速装置；普遍安装 GPRS 定位与质量自动称量装置；开发“机器人式”装载机等 1。1）系列化，特大型化系列化是工程机械发展的重要趋势。国外著名大公司逐步实现其产品系列化进程，形成了从徽型到特大型不同规格的产品。与此同时，产品更新换代的周期明显缩短。2）多用途，微型化为了全方位地满足不同用户的要求，国外轮式装载机在朝着系列化、特大型化方向发展的同时，已进入多用途、微型化发展阶段。3）进一步普及应用液压技术，广泛应用微电子、信息技术液压技术将得到进一步的发展和应用，并继续朝着高速、高压、大流量、大功率，静、动态性好，质量轻。结构简单。成本低和寿命长等更高水平发展。液压技术将进一步与微电子、信息技术结合，实现机电信一体化，最大限度地提高功能利用率，提高装载机的技术性能和科技含量。4）不断创新的结构设计5）更加注重安全性、舒适性和可靠性翻滚保护和落物保护结构驾驶室、消声、减振、防油污以及 GPS，闭路监视系统，超声波后障碍探测等将得到进一步的发展和应用。6）向节能和环保方向发展一些节能环保的新技术和新方法的研究推广应用，将得到经济效益。1.2.2 国内发展趋势尽管国产轮式装载机的技术发展水平与西方发达国家存在很大的差距，但亦正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡，从仿制仿造向自主开发过渡。其发展体现出以下一些趋势。1）大型和小型轮式装载机，受到客观条件及市场总需求量的限制。竞争最为激烈的中型装载机更新速度将越来越快。2）优化系统结构，提高系统性能。如动力系统的减振、散热系统的结构优化、工作装置的性能指标优化及各铰点的防尘、工业造型设计，逐步引进最新的传动系统和液压系统技术，予以国产化、商业化，降低能耗，提高性能。3）利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用提高效率、节约能源、降低装载机的作业成本。4）提高安全性，舒适性。驾驶室内环境将向汽车方向靠拢，转向盘、座椅、2各操纵手柄都能调节，使操作者处于最佳位置工作。5）降低噪声和排放，强化环保指标。6）广泛利用新材料、新工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品的寿命和可靠性。7）最大限度地简化维修，尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提供排除问题的方法。1.4 小结装载机是一种铲土运输机械，它在工程实际中得到了非常广泛的应用。随着我国基建投资额和投资增幅大幅增加，我国装载机行业出现了很大的发展。此时，成都神钢集团有限公司提出了本次课题。本章主要介绍了现在国内装载机发展的状况，并着重介绍了国内外装载机的发展趋势。3第 2 章 装载机概论2.1 装载机的用途装载机是一种用途十分广泛的工程机械，可以用来铲装、搬运、卸载、平整散装物料，也可对岩石、硬土等进行轻度的铲掘工作。此外，还可进行刮平地面和牵引其他机械等作业。换装相应的工作装置，装载机还可以进行推土、起重、装卸木料等作业。2.2 装载机的分类装载机一般按以下特点来分类。（1）按行走装置不同分类按行走装置不同可分为轮胎式和履带式两种。图 2-1 履带式装载机上图是一种履带式装载机。这种装载机坚固耐用、与地面附着力大、接地比压力小、越障碍物能力强、容易维护保养，但其质量大、运动惯性大、结构复杂、磨损严重、维修量大、运行速度受限制，而且不能起吸收振动和缓和冲击的作用。下图是一种轮式装载机。这种机型采用双臂支承铲斗，铲斗工作平稳性好，受力状况也较好，但两臂之间有一定尺寸，这导致结构尺寸扩大，可能与轮胎等发生干涉，结构不好布置。4图 2-2 轮胎式装载机 1图 2-3 轮胎式装载机 2这也是一种轮胎式装载机。这种机型采用单臂支承铲斗，铲斗工作平稳性及受力状况均不如双臂支承，但此型式结构紧凑，结构易与布置。（2）按使用场合不同分类按使用场合不同分为露天用装载机和井下用装载机。（3）按传动形式不同分类按传动形式不同可分为机械传动、液力机械传动、液压传动和电传动四种。（4）按装载方式不同分类按装载方式不同可分为前卸式、后卸式、侧卸式和回转式。轮式装载机基本上都是采用前卸式。（5）按转向方式不同分类按转向方式不同可分为整体式和铰接式。整体式利用偏转后轮或前轮转向，或者同时偏转前后轮，铰接式采用铰接车架，利用前后车架之间的相对偏转进行5转向。2.3 装载机的主要性能参数标志装载机的主要技术性能参数有铲斗容量、额定载重量、发动机额定功率、整机质量、最大行驶速度、最小转弯半径、最大牵引力、最大掘起力、最大卸载高度、卸载距离、工作装置动作三项和等。（1）铲斗容量一般指铲斗的额定容量，为铲斗平装容量和堆尖部分体积之和，用“ ”来3m表示。（2）额定载重量指在保证装载机稳定工作的前提下，铲斗的最大载重量，单位为“” 。（3）发动机额定功率发动机额定功率是表明装载机作业能力的一项重要参数。发动机功率分有效功率与总功率，有效功率是指在 29和 746Hg 压力情况下，在发动机飞轮上实有的功率。总功率包括发动机有效功率和风扇、燃油泵、润滑油泵、滤清器等辅助设备所消耗的功率。单位为“KW” 。（4）整机质量指装载机装备应有的工作装置和随机工具，加足燃油，润滑系统、液压系统和冷却系统亦加足液体，并且带有规定形式和尺寸的空载铲斗和司机标定质量时的主机质量。它关系到装载机使用的经济性、可靠性和附着性能，单位为“” 。（5）最大行驶速度指铲斗空载，装载机行驶于坚硬的水平面上，前进和后退各挡能达到的最大速度，它影响装载机的生产率和安排施工方案，单位为“/h” 。(6)最小转弯半径指自轮胎中心或后轮外侧或铲斗外侧所构成的弧线至回转中心的距离，单位为“” 。（7）最大牵引力指装载机驱动轮缘上所产生的推动车轮前进的作用力。装载机的附着质量越大，则可能产生的最大牵引力越大，单位为“kN” 。(8)最大掘起力装载机掘起力是指在下述条件下，铲斗绕着某一规定铰接点回转时，作用在铲斗切削刃后面 100处的最大垂直向上的力 1。 装载机停在坚实的水平面上；6 装载机具有标准的使用质量； 铲斗斗刃底部平行于地面，且与地平面距离的上下误差不超过 25。装载机掘起力标志着装载机铲斗绕规定铰点回转时动臂举升或铲斗翻转的能力。如果在举升或转斗过程中，引起装载机后轮离开地面，则垂直作用在铲斗上使装载机后轮离开地面的力就是装载机的掘起力。最大掘起力是指铲斗切削刃的底面水平并高于底部基准平面 20时，操纵提升液压缸或转斗液压缸在铲斗切削刃最前面一点向后 100处产生的最大向上铅垂力，单位为“kN” 。(9)最大卸载高度指动臂处于最高位置，铲斗卸载角为 45时，从地面到斗刃最低点之间的垂直距离，单位为“” 。图 2-4 装载机平面图（10）卸载距离一般指在最大卸载高度时，从装载机本体最前面一点到斗刃之间的水平距离，单位为“” 。考虑到轮式装载机运用范围广，本次设计目标是轮式装载机。以后各章节讨论的均是轮式装载机，且是整体动臂铰接轮式装载机。2.4 轮式装载机的基本组成7装载机由动力系统、传动系统、制动系统、行走系统、液压系统、电气系统及工作装置组成。下图所示为一前端式轮式装载机的基本组成，它的底盘采用的是由柴油机驱动的液力机械传动系统，铰接转向。工作装置连杆系统是反转六连杆式，采用液压操纵。图 2-5 前端式轮式装载机的基本组成1-铲斗；2-动臂；3-转斗油缸；4-铰接装置；5-驾驶室；6-防护罩；7-发动机；8-后车架；9-车轮；10-前车架；11-举升油缸；12-摇臂；13-连杆2.5 小结本章主要对装载机作了一个全面而又简单的介绍。主要包括轮式装载机的用途、分类、基本组成。着重介绍了装载机的主要性能参数，为铲斗容量、额定载重量、发动机额定功率、整机质量、最大行驶速度、最小转弯半径、最大牵引力、最大掘起力、最大卸载高度、卸载距离等。8第 3 章 轮式装载机总体设计装载机设计主要包括总体设计、工作装置设计、工作装置结构分析及整机稳定性验算等，本章主要讨论装载机的总体设计。装载机是由许多主要部件组合起来的一个有机整体，其整机性能不仅取决于每个部件的品质，而且主要取决于各部件之间的相互协调，这种相互协调是通过总体设计实现的，所以装载机的总体设计对它的整机性能起决定性作用。3.1 轮式装载机基本参数的确定轮式装载机总体参数是指它的主要性能参数和基本尺寸参数，性能参数已在第 2 章中予以介绍。而基本尺寸参数包括轴距、轮距、轮胎尺寸、外形尺寸等。作为毕业设计，装载机的参数已由老师给出，现列出如下：1）斗容量 4 ；3m2）额定载重量 80kN；3）发动机功率 200kW；4）最大掘起力 210kN；5）最大卸载高度 3500mm；6）动臂提升时间 6.5s；7）三项和时间 12s；8）最大转向角 35；9）最小转弯半径 6800mm；10）行驶速度：前进第 4 挡 36km/h；后退第 3 挡 20km/h；11）后桥摆动角 10；12）外形尺寸 850032003450mm13）整机质量 18500kg。3.2 轮式装载机总体布置装载机的总体布置应从保证其主要性能出发，在总体设计和各总成部件设计的密切配合下，根据使用要求和桥荷分配来协调各总成的性能 ，并确定和控制9它们的位置、尺寸和重量。总体布置不仅应使装载机具有良好的使用性能，而且必须保证操作轻便、拆装容易和维修方便 5。3.2.1 总体布置内容装载机总体布置的内容应包括以下几个方面。1）确定各部件在整机上的位置及占据的空间；2）确定各部件之间、各部件与整机之间的连接方式；3）估算整机自重力及重心位置，并对各部件质量提出要求；4）布置各操纵机构、机器覆盖件、驾驶室等；5）审查各运动件的运动空间，排除可能发生的干涉；6）定出标准化、通用化、系列化的零部件明细表；图 3-1 装载机总体布置3.2.2 总体布置的原则总体布置时要考虑以下原则：1）保证整机的稳定性；2）结构紧凑，并有较高的传动效率；3）便于操作维修，工作完全可靠；4）外形美观、协调。3.2.3 总体布置的基准选择总体布置时应正确选择三个方向的布置基准。1）以通过后桥中心线的水平面为上下位置的基准；102）以通过后桥中心线的垂直面为前后位置的基准；3）以两侧车轮的对称面为左右位置的基准。3.2.4 具体布置1）车架连接和传动轴的布置 铰接车架铰销中心布置在前后桥轴线中间偏前位置 。如图 3-2 所示，采用这种布置方式，装载机转弯时，前轮转弯半径大于后轮转弯半径，作业阻力增大，作业效率低，操作性能不好 6。*-图 3-2 车架与传动轴布置图 16111.前驱动桥 2.前传动轴 3.中间支承 4.前后车架铰销 5.中间传动轴 6.变速器 7.变矩器 8.发动机 9.后传动轴 10.副车架支承架 11.后驱动桥图 3-3 车架与传动轴布置图 26 铰接销布置在前后桥轴线的中心。如图 3-3 所示，采用这种布置方式，装载机转弯时，前后轮轨迹相同，这不仅在松软地面上可以减小转向阻力矩和行驶阻力，而且前轮能通过狭小的场地，后轮也能顺利通过，司机操作性能好，但是这种布置方式就整个传动系统来说，排列比较困难 6。就使用性能来说，原则上应该选用第二种方案，但是第二种方案难于布置，传动系统较复杂，本次毕业设计将选用第一种方案，即铰接车架铰销中心布置在前后桥轴线中间偏前位置。另外，前后车架上下铰销中心连线必须通过传动轴的中点，否则会导致传动轴不等速转动，给机件带来冲击和振动，而造成传动轴的损坏。连接前后车架的上下两铰接销之间的距离也应尽可能大些，以改善轴的受力。但位于下边的那个铰接销的位置不应过低，以保证装载机最小离地间隙。传动轴一般布置在装载机的纵向对称平面内，并尽可能成水平布置，使中间传动轴的中点和车架的铰接销中心线重合，这样才能保证转向时，万向节作等速转动。这些在设计中都应该考虑。2）工作装置的布置工作装置布置在装载机的前部，工作装置各构件的布置主要是确定动臂的长度和各铰接点的位置。动臂和车架连接的铰接点的位置，应考虑不影响驾驶员的视线。铰接点前后位置选取时应注意，若铰接点位置前移，卸载的距离增大，稳定性降低。因此，在不影响卸载距离的条件下，尽可能向后布置。3）驾驶室的布置此次设计的装载机采用铰接式，其驾驶室的布置有三种方案。 驾驶室布置在前车架的后部。驾驶员视野较好，并与铲斗的相对视角保12持不变，铲斗的对准性容易控制，但驾驶员受到工作机构传来的冲击较大，容易疲劳。驾驶室布置在后车架的后部。驾驶员的视野不好，驾驶员与铲斗的相对视角有变化，铲斗的对准性不易控制，但驾驶员受工作机构传来的冲击较小，不易疲劳。驾驶室布置在后车架上的前悬臂处。这种布置的形式， 综合了前两种布置形式的优点，并克服其缺点。但转向时铲斗的对准性差。考虑司机操作的舒适及作业的准确性，本次设计的装载机采用第三种方案。4）摆动桥的布置为了保证装载机在凹凸不平的路面上行驶时，其左右车轮都能与地面接触，而不悬空，常采用摆动桥结构。 后桥摆动 在后桥上装置摆动桥，形成后桥摆动。 前桥摆动 在前桥上装置摆动桥，形成前桥摆动。由于此次设计的装载机驾驶室布置在后车驾上，所以采用后桥摆动。此种方式驾驶员随车架一起摆动，容易掌握铲斗的对准性。3.3 小结一台机器的总体性能不仅取决于各部件的性能，更取决于各部件之间的相互协调，这是通过总体设计来实现的。本章主要完成装载机的总体设计。首先给定了装载机的基本参数，然后着重叙述了装载机的总体布置。包括布置的原则，布置基准的选择，及具体布置。13第 4 章 轮式装载机工作装置设计4.1 工作装置的设计要求4.1.1 概述装载机工作装置主要由铲斗和支持铲斗进行装载作业的连杆系统组成，依靠这套装置装载机可以对汽车、火车等进行散料装载作业，也可以对散料进行短途运输作业，还可以进行平地修路等作业。装载机工作装置的结构和性能直接影响整机的工作尺寸和性能参数，因此，工作装置的合理性直接影响装载机的生产效率、工作负荷、动力与运动特性、不同工况下的作业效果、工作循环的时间、外形尺寸和发动机功率等。轮式装载机工作装置有多种形式，根据杆数和运动特征可分为正转四杆、正转五杆、正转六杆、反转六杆、正转八杆等类型。如图 4-1 所示，轮式装载机工作装置由铲斗、连杆、摇臂、动臂、转斗油缸、举升油缸组成。这个机构实质是两个四杆机构。 1- 摇臂2- 动臂3- 铲斗4- 连杆图 4-1 装载机工作装置组成144.1.2 轮式装载机工作过程轮式装载机是一种铲、装、运、卸一体化的自行式设备，它的工作过程由六种工况组成。1）插入工况 动臂下放，铲斗放置于地面，斗尖触地，斗底板与地面呈35倾角，开动装载机，铲斗借助机器的牵引力力插入料堆。2）铲装工况 铲斗插入料堆后，转动铲斗铲取物料，待铲斗口翻至近似水平为止。3）重载运输工况 铲斗铲装满物料后举升动臂，将铲斗举升至运输位置（即铲斗斗底与地面高度不小于机器的最小离地高度） ，然后驱动机器驶向卸载点。4）举升工况 保持转斗缸长度不变，操纵举升缸，将动臂举升至上限位置，准备卸载。5）卸载工况 在卸载点，在举升工况下操纵转斗油缸使铲斗翻转，向运输车辆中卸载，铲斗物料卸净后下放动臂，使铲斗恢复至运输位置。6）空载运输工况 卸载结束后，装载机由卸载点空载返回装载点。4.1.3 轮式装载机工作装置设计要求根据轮式装载机的作业特点，其工作装置的设计应满足以下几点要求。（1）基本要求所设计的装载机应具有较强的工作能力，铲斗插入料堆的阻力要小，在料堆中铲掘的能力大，能耗低。工作机构的各杆件受力状态良好，强度寿命合理。结构和工作尺寸适应生产条件需要，效率高。结构简单紧凑，制造及维修容易，操纵使用方便。（2）特殊要求由于铲斗宽度和容积都较大，所以铲装阻力大，因此，设计铲斗时要合理选取铲斗的结构和尺寸，以减小工作阻力，达到装满卸净、运输平稳。铲斗由运输工况举升至最高卸载位置时，为防止物料撒出，铲斗要求作平移运动。保证必要的卸载角、卸载高度和卸载距离。轮式装载机要求铲斗从运输工况至最高位置之间的任一高度都能卸载干净，为此，铲斗各瞬时的卸载角 均需不小于 45。铲斗在最高位置卸载时，最大卸载高度 （铲斗尖离地高度）maxh和卸载距离 L，必须与配套的载重汽车车厢尺寸相适应，或遵照设计任务书规定。铲斗能自动放平。铲斗在最高位置卸载后，闭锁转斗油缸，下放动臂，铲斗能自动变成插入工况的功能称为“铲斗自动放平” 。它对定点高位卸载很有意15义。因为汽车就在装载机旁，若卸载后，与下放动臂同时，装载机驶向装载点，当达到装载点时，铲斗正好呈开始插入状态，即可以开始新的装、运、卸工作循环。如此，能省去两次操作（铲斗由卸载工况运输工况插入工况） ，既提高了装载机工作效率，又减轻了司机的劳动强度。轮式装载机工作机构属于连杆机构，设计中要特别注意防止各个工况出现构件相互干扰、 “死点” 、 “自锁”和“机构撕裂”等现象；各处传动角不得小于10；在满足综合工作性能的前提下，尽可能增大机构的倍力系数。应尽量减小工作机构的前悬、长度和高度，以提高装载机在各种工况下的稳定性和司机视野。4.2 铲斗设计工作装置是装载机的执行机构之一，铲斗是这个执行机构的执行构件，它是工作装置的重要部件。铲斗直接与物料接触,是装、运、卸的工具，工作时，它被推压插入料堆铲取物料，工作条件恶劣，要承受很大的冲击力和剧烈的磨损，因此铲斗的设计质量对装载机的作业能力有较大影响。为了保证铲斗的设计质量，首先应当合理地确定铲斗的结构及几何形状，以降低铲斗插入物料的阻力。其次要保证铲斗有足够的强度、刚度、耐磨性，使其具有合理的使用寿命。如图 4-2 所示为一铲斗，其主要由斗底、侧壁、 斗刃及后壁等部分组成。 图 4-2 铲斗结构4.2.1 铲斗断面形状和基本参数确定 (1)铲斗的断面形状铲斗断面形状由铲斗圆弧半径 r、底壁长 l、后壁高 h 和张开角 四个参数确定，如图 4-3 所示。圆弧半径越大,物料进入铲斗的流动性越好,有利于减少物料装入斗内的阻力,卸料快而干净。但 r 过大，斗的开口大，不易装满，且铲斗外形较高，影响司机观察铲斗斗刃的工作情况。 图 4-3 铲斗断面基本参数16底壁长 是指斗底壁的直线段长度。l长则铲斗铲入料堆深度大，斗易装满，但掘起力将由于力臂的增加而减小。而l且插入阻力随铲入料堆的深度而急剧增加。 长亦会减小卸载高度。 短则掘起力l l大，且由于卸料时铲斗刃口降落的高度小，还可减小动臂举升高度，缩短作业时间，但这会减小斗容。铲斗张开角 为铲斗后壁与底壁间的夹角，一般取45 52。适当减小张开角并使斗底壁对地面有一定斜度，可减小插入料堆时的阻力，提高铲斗的装满程度。（2）铲斗基本参数的确定如图 4-4 所示，R 是铲斗的回转半径，它的大小不仅直接影响铲斗底壁的长度，而且 还直接影响转斗时掘起力及斗 图 4-4 铲斗尺寸参考 容的大小，所以它是一个与整机总体有关的参数。铲斗的回转半径 R 可按下式计算 8。（m ） 1805.2cotsinco5.01 rkzgBVR（4-1）式中 Vs 铲斗平装容量， m3； B0 铲斗内侧宽度，m； 铲斗斗底长度系数， 1.401.53；gg 后壁长度系数， 1.11.2；z z 挡板高度系数， = 0.120.14；k k 圆弧半径系数， 0.4；r35.0Rr 张开角，为 45 52；17 挡板与后壁间的夹角。1图 4-4 中各参数含义如下。r 铲斗圆弧半径，m； 斗底长度，是指由铲斗切削刃至斗底延长线与斗后壁延长线交点gL的距离，m，（1.41.53）R （4-2）Lg后壁长度，是指由后壁上缘至后壁延长线与斗底延长线交点的距离，zLm， （1.11.2）R （4-3）z根据以上各式及给定数据 可计算出各参数如下。34mVrm3 （4-4 ）.21.rsV取 B0=3200-502=3100； g=1.5 ； z=1.1 ； ； r 13.0k=0.36 ；=48 ； 10，则可算得1R=1.407 ； =2.11 ； =1.548 ； h=0.140 ； ； (m)gLz 5.r（3）斗齿铲斗斗刃上可以有斗齿，也可以没有斗齿。若斗刃上装有斗齿时，斗齿将先于切削刃插入料堆，由于它比压大（即单位长度插入力大） ，所以比不带齿的切削刃易于插入料堆，插入阻力能减小 20%左右，特别是对料堆比较密实、大块较多的情况，效果尤为显著，因此一般装载机的铲斗均带有斗齿。图 4-5 斗齿18斗齿结构分为整体式和分体式两种，一般斗齿是用高锰钢制成的整体式，用螺栓固定在铲斗斗刃上，如图 4-5 所示。斗齿的形状和间距对切削阻力是有影响的。一般中型装载机铲斗的斗齿间距为 250300 左右，太大时由于切削刃将直接参与插入工作，使阻力增大，太小时，齿间易卡住石块，也将增大工作阻力。长而窄的齿要比短而宽的齿插入阻力要小，但太窄又容易损坏，以齿宽以每厘米长载荷不大于 500600Kg 为宜。4.2.2 铲斗容量计算（1）计算平装容量图 4-6 铲斗容量计算（4-0SBVs5）式中， 铲斗横截面积， ；S2m 铲斗内侧宽度；0B下面计算横截面面积。可用简化法将铲斗横截面分成若干简单图形，如图 4-6 所示，找出圆弧段圆心及两个切点，将铲斗横截面分为 4 部分，分别计算如下：（4-2221 513.067.036mrS 6）19（4-22195.075.1mS7）（4-23 6.3.8）（4-2470.2.8.1mS9） 4321S208.1273.096155.0而 ，则mB3 30456mSBVs（2） 计算额定容量 r一般取 （4-sr2.110）则 347.456.3mVr 满足使用要求。4.3 连杆系统设计4.3.1 连杆机构的类型目前，连杆机构主要有以下几种类型。（1）正转八杆机构这种机构在转斗油缸大腔进油时转斗铲取，所以掘起力较大；各构件尺寸配置合理时，铲斗具有较好的举升平动性能；连杆系统传动比大，铲斗能获得较大的卸载角和卸载速度，因此卸载干净、速度快。其缺点是机构复杂，不易实现铲斗自动放平。（2）转斗油缸后置式正转六杆机构这种机构与上述前置式油缸相比，前悬较大，传动比较大、活塞行程较短；有可能将动臂、转斗油缸、摇臂和连杆设计在同一平面内，从而简化了结构，改善了动臂和铰销的受力状态。缺点是转斗油缸与车架的铰接点位置较高，影响司20机视野；转斗时油缸小腔进油，掘起力相对较小。为了增大掘起力，需提高液压系统压力或加大转斗油缸直径，这样质量就会增大。（3）转斗油缸后置式反转六杆机构如图（a）所示，这种机构有如下优点：a 转斗油缸大腔进油时转斗，并且连杆系统的倍力系数能设计成较大值，所以可获得较大的掘起力；b 恰当地选择各尺寸，不仅能得到良好的铲斗平动性能，而且可以实现铲斗的自动放平；c 结构十分紧凑，前悬小，司机视野好。缺点是摇臂和连杆布置在铲斗和前桥之间的狭窄空间，容易发生构件相互干涉。（4）正转四杆机构如图（b）所示。这种机构容易保证四杆机构实现铲斗举升平动，且前悬较小。缺点是转斗的油缸小腔进油，油缸尺寸小；此外，在卸载时活塞杆易与斗底相碰，所以卸载角较小。为避免碰撞，需把斗底制造成凹形，因而既减小了斗容，又增加了制造困难，而且铲斗也不能实现自动放平。（a）转斗油缸后置式反转六杆机 （b）正转四杆机构（c）转斗油缸前置式正转六杆机构 （d）正转五杆机构21图 4-7 轮式装载机工作装置机构类型（5）转斗油缸前置式正转六杆机构如图（c）所示，此机构的转斗油缸与铲斗和摇臂直接相连，该工作机构由两个平行四杆机构组成，它可使铲斗具有很好的平动性能。它比八杆机构简单，司机视野较好。这种机构的缺点是转斗时油缸小腔进油，掘起力相对较小；连杆系统传动比小，使得转斗油缸活塞行程大，油缸加长，卸载速度不如八杆机构；由于转斗油缸前置，使工作机构前悬增大，影响整机稳定性和行驶的平稳性；也不能实现铲斗的自动放平。（6）正转五杆机构如图（d）所示。为克服正转四杆机构卸载时活塞易与斗底相碰的缺点，在活塞杆与铲斗之间增加一根短连杆，从而使正转四杆机构变成为正转五杆机构。当铲斗翻转铲取物料时，短连杆与活塞杆在油缸拉力和铲斗重力作用下成一直线，如同一杆；当铲斗卸载时，短连杆相对活塞杆转动，避免了活塞杆与斗底相碰。此机构的其它缺点仍如正转四杆机构。综上分析可知，反转六杆工作机构优点较多，能比较理想地满足铲、装、卸作业要求。所以它在露天装载机和地下铲运机上都得到广泛的应用。本次设计的装载机也采用反转六杆工作机构。4.3.2 工作装置连杆机构设计轮式装载机工作装置连杆机构的设计任务是确定各连杆的尺寸和相互间的位置关系，以满足设计任务中所规定的使用性能及技术经济指标。由于连杆尺寸以及销轴位置的相互影响，连杆机构可变性很大，同时又要受结构的限制，可变参数甚多，因而无法单纯采用理论计算的方法来确定，大多采用图解法并配合统计或类比法加以确定。4.3.2.1 机 构分析反转六杆机构简图如图 4-8 所示。22图 4-8 反转六杆机构简图它由转斗机构和动臂举升机构两个部分组成。转斗机构由转斗油缸 CD、摇臂 CBE、连杆 FE、铲斗 GF、动臂 GBA 和机架 AD 六个构件组成。举升机构主要由动臂举升油缸 HM 和动臂 GBA 组成。若把油缸分解成两个活动构件和一个移动副，则反转六杆工作机构的活动构件数 n=8，运动低副数 PL=11，应用计算机构自由度公式 F=3n-2PL-PH,可得其自由度为 2。因为两个油缸均为运动件，所以整个机构有确定的运动。当举升油缸闭锁时，启动转斗油缸，铲斗将绕 G 点作定轴转动；当转斗油缸闭锁，举升油缸动作时，铲斗将作复合运动，即一边随动臂对 A 点作牵连运动，同时又相对动臂绕 G 点作相对转动。这在机构运动分析时必须注意。4.3.2.2 设计要求若将整个反转六杆工作机构放置在直角坐标系中，只要设法确定出某一典型工况时的 9 个铰接点 G、F、E、B、C、-D、A、H 和 M 的坐标值，则即可求得工作装置连杆机构中各构件的尺寸参数值。所确定的各铰接点的坐标值，必须满足对工作机构设计提出的各种要求。在运动学方面，必须满足铲斗举升平动、自动放平、最大卸载高度、最小卸载距离和各个位置的卸载角等要求；在动力学方面，主要是在满足挖掘力、举升力和生产率的要求前提下，使转斗油缸和举升油缸的所需输出力及功率尽量减小。在设计反转六杆机构时，要注意的是，一定要保证机构在各种工况的各个位置都能正常工作，不得出现“死点” 、 “自锁”和“机构撕裂”等机构运动被破坏的现象。4.3.2.3 图解法确定尺寸参数图解法是在初步确定了最大卸载高度、最小卸载距离、卸载角、轮胎尺寸和铲斗几何尺寸等整机主要性能参数后进行的。（1）动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点 G、 B、A 的确定1）确定坐标系23如图 4-9 所示，先选定坐标系。2）画铲斗图将已设计好的铲斗横截面外廓图按比例画在坐标系中，斗尖对准坐标原点O，斗前壁与 x 轴呈 35前倾角。此为铲斗插入料堆时位置，即工况 。3）确定动臂与铲斗的铰接点 G由于 G 点的 x 坐标值越小，转斗掘起力就越大，所以 G 点靠近 O 点阵字库有利的，但它受斗底和最小离地高度的限制，不能随意减小；而 G 点的 y 坐标值增大时，铲斗在料堆中的铲取面积增大，装的物料多，但这样缩小了 G 点与连杆铲斗铰接点 F 的距离，使掘起力下降。综合考虑各种因素的影响，把 G 点初步确定下来，如图所示。4）确定动臂与机架的铰接点 A 以 G 点为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗口与 x 轴平行为止，即工况。把已选定好的轮胎外廓画在坐标图上。作图时，应使轮胎前缘与工况时铲斗后壁的间隙尽量小些，目的使机构紧凑、前悬小；轮胎中心的 y 坐标值应等于轮胎的工作半径 。kR（4-12wwkbHdy11）式中 轮胎中心 Z 的 y 坐标值，；zy轮辋直径， ；wd轮胎宽度，；bH/ 轮胎断面高度与宽度之比；w轮胎变形系数。 根据给定的最大卸载高度 h、最小卸载距离 l 和卸载角 ，画出铲斗在最高位置卸载时的位置图，即工况，此时 G 点为 ，如图 4-9 所示。24图 4-9 动臂铰接点设计图以 为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与 x 轴平行，即得到铲斗最高举G升位置图，即工况。连接 并作其垂直平分线。因为 G 和 点同在以 A 点为圆心，动臂 AG 长为半径的圆弧上，所以 A 点必在 的垂直平分线上。A 点在垂直平分线上的位置应尽可能低一些，以提高整机工作的稳定性，减小机器高度，改善司机视野。5）确定动臂与摇臂的铰接点 BB 点的位置是一个十分关键的参数。它对连杆机构的传动比、倍力系数、连杆机构的布置以及转斗油缸的长度等都有很大影响。一般取 B 点在 AG 连线的上方，过 A 点水平线下方，并在 AG 的垂直平分线左侧尽量靠近工况时的铲斗处。相对前轮胎，B 点在其外廓的左上方。（2）连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点 F、E 的确定因为 G、B 两点已被确定，所以再确定 F 点和 E 点实际上是为了最终确定与铲斗相连的四杆机构 GFEB 的尺寸。确定 F、E 两点时，既要考虑对机构运动学的要求，如必须保证铲斗在各工25况时的转角，又要注意动力学的要求，如铲斗在铲装物料时应能输出较大的掘起力，同时，还要防止各种机构运动被破坏的现象。1）按双摇杆条件设计四杆机构令 GF 杆为最短杆，BG 杆为最长杆，即必有GF+BG FE+BE （4-12）若令 GF=a, FE=b, BE=c, BG=d,并将式(4-12)两边除以 d，整理可得下式，（4-1acdbk13）初步设计时，式(4-13)各值可按下式(4-14) 选取，（4-dcak)8.04(53914）而 BG 已确定，即 BG=d=1247，而可取k=0.99a=0.5d=0.51247=624c=0.6d=0.61247=748则 107486219.0cakdb2)确定 E 和 F 点位置这两点位置的确定要综合考虑如下四点要求：E 点不可与前桥相碰，并有足够的最小离地高度；工况（插入工况）时，使 EF 杆尽量与 GF 杆垂直，这样可获得较大的传动角和倍力系数；工况（铲装工况）时，EF 杆与 GF 杆的夹角必须小于 170，即传动角不能小于 10，以免机构运动时发生自锁；工况（高位卸载工况）时，EF 杆与 GF 杆的传动角也必须大于 109。具体采用图解法。分别以 B 点和 G 点为圆心，以 c 和 分别为半径画弧，其交点为 E；2ba再分别以 G 点和 E 点为圆心，a 和 b 为半径画弧，则其交点为 F。若上述所得 E点和 F 点不满足要求，可调整 a、b、c 长度，重新作图，直至满意为止。为了防止机构出现“死点” 、 “自锁”或“撕裂”现象，设计时应满足以下不等式。工况时： GF+FEGE （4-15）工况时： FE+BEFB （4-