装载机工作装置及其液压系统设计

商丘学院本科毕业设计I摘 要装载机是一种用途非常广泛的工程机械，属于通过在支座前端安装一个完整的铲斗支撑结构和连杆，跟着机器向前运动进行装载挖掘，并且提升、运输和卸载的自行式机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程领域。本设计采用先进的方法和现代设计理念,装载机工作装置总体设计和组件的设计,设计的目的是让读者来对装载机工作装置液压系统设计进行进一步的了解。包括关键部位装载机工作装置，例如铲斗，吊杆，铲斗缸和连杆机构，提升缸等，和应力分析和强度检查中的重要部分。装载机的工作装置和转向机构都采取液压传动，液压系统对装载机工作装置十分重要，本次设计只是分析了工作装置的液压系统，并得出该液压系统的工作油路运行图。关键词: 装载机;铲斗;工作装置;液压系统商丘学院本科毕业设计IIAbstractLoader is a very versatile engineering machinery, belong to install a full bucket by bearing the front-end support structure and the connecting rod, follow machine for loading, to move forward and ascend, transport and unloading of self-propelled machinery. It is widely used in highway, railway, building, water and electricity, ports, and mining and other engineering fields. This design adopts the advanced method and modern design idea, overall design and the design of the components, working equipment of loader design purpose is to let readers and hydraulic system design for further understanding of the working equipment of loader. Including the key parts of the loader working device, such as bucket, derrick, bucket cylinder and connecting rod mechanism, improve cylinder, etc., and the most important part of stress analysis and strength check. Loaders working device and steering mechanism to adopt hydraulic transmission and hydraulic system are important in load mechanic, this design only work device of the hydraulic system are analyzed, and concluded that the hydraulic system of the fuel line running work. Keywords: Loader; Bucket;Working device;The hydraulic system商丘学院本科毕业设计III目 录1 装载机的发展及应用 .11.1 装载机的概论 .11.2 装载机的发展和前景 .11.2.1 国外装载机发展趋势 .11.2.2 我国装载机的发展前景 .22 装载机的工作装置原理 .22.1 装载机工作装置功能需求 .22.2 方案 .23 参数的确定及装置设计 .33.1 铲斗基本参数的确定 .33.2 工作机构连杆系统的尺寸参数设计 .53.2.1 转斗油缸后置式反转六杆机构 .53.2.2 工作装置结构设计 .63.2.3 动臂设计 .63.2.4 连杆机构设计 .84 工作装置的受力分析与强度校核 .94.1 铲斗重量计算 .94.2 工作装置的受力分析 .104.2.1 工况水平偏载计算 .104.2.2 工况垂直偏载计算 .124.3 动臂的强度校核 .134.4 铰销的强度校核 .164.5 连杆的强度校核 .174.6 摇臂的强度校核 .185 工作装置液压系统设计 .215.1 转斗油缸的选择及其作用力的确定 .215.2 动臂油缸的选择及其作用力的确定 .23商丘学院本科毕业设计IV5.3 液压系统的设计 .255.3.1 工作油路的分析 .255.3.2 工作装置油路设计 .266 结论 .26参考文献 .28致 谢 .29商丘学院本科毕业设计11 装载机的发展及应用1.1 装载机的概论装载机主要用来铲、装载、卸载、运送土块和石材,也可以对岩石、硬土进行机械铲掘作业的一种机械。如果切换到一个不同的设备上工作,还可以完成推土、起重、装卸其他材料。由于它具有作业速度快，机动性好，操作轻便等优点，因此迅猛发展,成为建筑的主要设备。金属矿山的开采可以分为两个主要的类别的露天开采和地下开采。虽然我国矿石露天采矿的比例约占 70%,但比露天开采人员从事地下采矿的人员。这是由于地下开采条件复杂,有许多不同类型的设备使用和收益率在相同条件下,地下矿产资源的发掘需要投入更多的人力和物质资源比露天矿山的缘故。随着浅埋矿石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。不管是露天矿开采还是地下开采，对矿体较硬的矿山，都是凿岩爆破将崩落松散矿石或岩石，经装运作业运至作业地点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 1。1.2 装载机的发展和前景 1.2.1 国外装载机发展趋势近十年，随着世界经济的持续发展，建筑施工和资源开发规模的扩大，对装载机的需求量迅速增加，因而对其可靠性、灵活性、安全性和节油性也提出了更高的要求。科学技术的发展与微电子技术向工程机械的渗透，现代装载机械走向智能化和机电一体化。人机学的兴起，同样对装载机有了更多的要求，比如：工作稳定，温度低，噪音小等。(1)系列化、特大型化系列化是工程机械发展的重要趋势。国外公司实现其产品系列化，研制出从微型到特大型不同规格的产品，更新产品的周期明显缩短。大型工程机械的特点科技含量高，研制生产周期较长，投资大，市场容量有限，市场竞争集中在国外少数大公司。(2)多用途、微型化多功能、小型化发展因素首先是液压技术的快速发展和可更换连接设备的诞生,加载程序可以完成各种设备领域的快速装卸和自动液压软管连接一方面，提高机器的多功能性，可以让用户根据设备本身的性能并且在不增加投资的情况下，完成更多的工作；另一方面，为了尽可能的代替人工劳动，提高生产率，适应城市狭窄施工场所以及在货栈、码头、仓库、农舍、建筑物层内和地下工程环境的使用要求。商丘学院本科毕业设计2(3)节能与环保为了具有最大的节能产品和改进以满足日益严格的环保要求,外国公司,主要从工程机械降低发动机排放和提高液压系统的效率和振动、噪音和其他方面。近年来,国外装载机设计和制造体现了以人为本的概念,为驾驶员提供一个更舒适的环境来达到完全自动化的类型的情况。1.2.2 我国装载机的发展前景国家经济建设的逐步改善我国目前阶段,大型装载机的需求将越来越多,特别是在西北地区,许多大型的建筑,非常大的装载机的需求。此外,大型装载机的生产国家,企业不是很多,出口前景也很好,但技术还支持。国内数量很少,挖掘装载机和小型多功能装载机和表现不佳,可信度不高。小型装载机适用于城市建设,城市转型,在公路建设中,公路养护和维修,港口码头操作、环境和绿化等。尤其是在西部大开发,这种产品将有一个巨大的潜在市场。我们想把这种产品和技术开发,有自己的创新。装载机行业，特别是有能力的大企业，应该加大创新力度，去占领我国小型装载机、小型多功能装载机、挖掘装载机等巨大的潜在市场。 2 装载机的工作装置原理2.1 装载机工作装置功能需求装载机工作原理用的是举升限位装置和下放自动定位装置，可以避免机械限位时液压缸行程结束后产生的高压和冲击，装载机的蓄能器可以吸收冲击载荷，并对装载机的纵向摇摆起到阻尼作用。装载机的工作装置是由摇臂、铲斗、动臂连杆和液压系统等组成。铲斗用来铲填物料；动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗，使它和车架连接；转斗油缸通过摇臂、连杆使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动是通过动臂举升油缸来实现操纵的。为了能够让上列的功能得到应用，所以有功能需求如下：1.装载机应工作可靠，使用寿命长，传动比率高，制造和结构简单，拆修方便。2.要有足够的性能来满足使用要求，让装载机在合适的条件下工作，具有良好的经济性和生产率。2.2 方案装载机铲斗铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动来实现的。通过将气缸,动臂,动臂油缸,桶,摇臂,连杆(或载体)和帧相互铰接的连杆,在装载机工作时要保证：当动臂处于某种位置不动时，转斗油缸作用下，通过连杆机构使铲斗绕其铰接点运动；当转斗油缸闭锁时，动臂在动臂油缸作用下提升或下降铲斗过程中，连杆机构使铲斗在提升时保商丘学院本科毕业设计3持平移或斗底平面与地面的夹角变化控制在很小的范围，避免装满物料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料撒落；动臂下降,斗平,避免司机疲劳,提高劳动生产率。 图 2.1 无铲斗托架式1铲斗 2动臂 3连杆 4下摇臂 5上摇臂 6转斗缸7动臂举升油缸 8前车架 9铲斗托架结构型式的设计动臂和斗铰链,动臂的后端和铰接框架上部轴承、动臂缸和动臂的两端分别铰接框架底部的基座,油缸和框架一端铰接,另一端与摇臂铰链,摇臂铰接在动臂、连杆铰接,另一端是摇臂。无铲斗托架的工作装置如图 2.1 所示。3 参数的确定及装置设计3.1 铲斗基本参数的确定铲斗宽度 应该大于轮胎外侧宽度 100150 毫米，防止铲掘物料形成的阶梯地面，KB损伤轮胎侧面和容易打滑影响牵引力。铲斗的回转半径 R 是指铲斗的转铰中心 B 与切削刃之间的距离(图 3.1)。由于铲斗的回转半径 R 不仅影响铲起力和插入阻力的大小，而且与整机的总体参数有关。因此必须由铲斗的其它参数来决定。铲斗的回转半径 R 可按下式计算 2： 图 3.1 铲斗基本参数简图商丘学院本科毕业设计4（3.1） 1805.2cotsin)co(5.02.11 rkzgBVR使用平装斗容计算公式：（3.2） 1805.2cotsin)co(5.01 rkzgBVR式中 几何斗容量 ( 图 3.2 中所示阴影断面 ) ；KVB。 铲斗内侧宽度(米)；铲斗斗底长度系数，通常 ，取 1.5；g 5.14g一 后斗壁长度系数，通常 ，取 1.15；z 2.z挡板高度系数，通常 ，取 0.13；k 0.k斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，通常 ，取 0.4；R 40.35.R挡板与后斗壁问的夹角，通常 ；1 015斗底和后斗壁间的夹角，通常 ， (有推荐 )。0 024806（3.2）10 )2.(abBwmm759712式中 a1-铲斗侧壁切削刃的厚度 取 m0.1b-轮距bw-轮胎宽度根据设计资料有：（3.3）mbw59720所以有：（3.4） 1805.2cotsin)co(5.010 rkzgBVR商丘学院本科毕业设计5mgR1248 1805.250cot4.50sinco13.05.07. 20 （3.5）斗底长度 Lg 是指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离：（3.6）mRLg18095.后斗壁长度 是指出后斗壁上缘到与斗底相交点的距离：ZL（3.7）1435.0RLz挡板高度 ：KL（3.8）mLK62.0铲斗圆弧半径 ：1R（3.9）mRR49.01铲斗与动臂铰销距斗底的高度:(3.10)mhb 1502.)1.06.( 铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角 。在选择 时，应保证侧壁切削刃05与挡板的夹角为 。因此取 0=500，切削角 0=300。093.2 工作机构连杆系统的尺寸参数设计3.2.1 转斗油缸后置式反转六杆机构这种机构有两大优点 3：1.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。所以可以获得相当大的铲取力。2.选择合适的各构件尺寸，不但能得到良好的铲斗平动性能，还可以实现铲斗自动放平。 商丘学院本科毕业设计6缺点是摇臂和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄部位，组件可能会发生干扰。3.2.2 工作装置结构设计工作机构的基本给构如图所示。铲斗 1、动臂 2、连杆 3、摇臂 4、转斗油缸 5，举升油缸 6 等组成。图 3.2 装载机工作装置图3.2.3 动臂设计反转六杆工作机构是由转斗机构、动臂举升机构组成动臂 BEA 、转斗油缸 FG、摇臂 DEF、连杆 CD、铲斗 BC、机架 AG 六个构件组成，由于 AG 和 BC 转向相反，因此此机构称为反转六杆机构。1.动臂铰接点高度动臂铰接点位置是通过画图来确定，如图 3.2，如果确定了动臂下铰点的最高位置为，则最大卸载高度 、最小卸载距离 及最高位置的卸载角 因此确