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装载机铲斗的力学分析 摘要：装载机是一种技术含量非常高的产品，它集铲装、挖掘、推土等多功能于一机，可广泛应用于农田水利、建筑施工、市政环卫、货站料场等有多种施工要求的场所。本文对装载机的工作状况进行概况，并对关键部件的受力进行分析。 下载 关键词：装载机 铲斗 受力 装载机是工程机械中常见种类，能极大的节约劳动力，提高工作效率。随着我国经济建设和新农村建设的推进，工程机械特别是装载机的生产、销售市场日益繁荣。装载机能进行土方装卸、推土等多种作业，应用范围广。 1.工作原理 装载装置主要由铲斗、动臂、连杆、摇臂、动臂油缸和转斗油缸组成。动臂下铰点与铲斗铰接，上铰点与车架支座铰接；转斗油缸一端与车架铰接，另一端与摇臂上铰点铰接；连杆一端与摇臂下铰点铰接，另一端与铲斗铰接摇臂铰接在动臂上。分析装载机的工作装置运动过程是为了确定当动臂油缸和转斗油缸处于各个位置时，各杆件和铲斗的相应位置，以便进行机构运动协调性和干涉性分析，这是进行机构运动动力学分析的基础。 2.工况分解 通常认为工作装置的作业过程是这样的：初始铲装位置铲斗转动完成装斗动臂举升到一定高度进行运输，动臂举升到上限位置转斗卸载，动臂下降回到初始状态。假设一次只有一种油缸动作，即动臂油缸和转斗油缸不同时作业。具体工作过程描述如下： 1）初始铲装过程：动臂油缸处于最小安装长度，铲斗斗底与水平地的夹角为-5-0。 2）下限收斗过程：动臂油缸处于最小安装长度，转斗油缸动作完成收斗。 3）运输过程：下限位置收斗后，转斗油缸闭锁，动臂油缸伸长直到动臂与铲斗铰接点达到一定的离地高度，即运输高度。此时，机器运动，将铲斗及其中的物料送到指定的卸料地点。 4）动臂举升过程：当铲斗到达卸料地点后，转斗油缸继续保持闭锁状态，动臂油缸伸长，使动臂从运输位置上升到卸料位置（通常是上限或一个较低的位置，根据相应运输车辆的参数而定），准备卸料。 5）卸料过程：此时，动臂油缸闭锁，转斗油缸工作，使铲斗卸料。 6）动臂下降过程：卸料完成后，转斗油缸闭锁，动臂油缸缩短到最小安装长度，动臂相应下降到下限位置。若所涉及的机构具有自动放平功能，则动臂回到下限位置时，机构能自动回复到初始铲装状态。若机构的自动放平性不好，则机构还需要一个动作过程以恢复到下一次工作的初始状态。 由上述可见，装载作业是在机器运行中配合以装载工作装置的动作进行的，其中，铲装工序是主要工序，它借助于插入力和转斗及动臂提升的配合动作完成，所需功率最大。 3.铲装方法 不同的铲装方法对作业阻力和铲斗的装满程度有很大的影响，工作时，主要根据所铲装的物料种类选用以下几种不同的铲装方法。 3.1一次铲装法 机器直线前进，铲斗刀刃插入料堆，直至铲斗后壁板与料堆接触，机器停止前进，铲斗转至装满位置，然后提升动臂至运输高度。 3.2配合铲装法 在机器前进的同时，配合以转斗或动臂提升动作进行铲装作业，有两种方法，其一是当铲斗插入料堆不大的深度（约 0.2-0.5 的斗深）时，在机器前进的同时间断地操纵铲斗上翻，并配合动臂提升，直至装满铲斗；其二是机器在前进的同时，配合以动臂的提升，在斗刃离开料堆后，铲斗转至运输位置，配合铲装法可以大大减少铲装阻力，铲斗也容易装满，用来铲装矿石和不均匀的块状物料是一种比较有效的作业方法，但其操作水平要求较高。 4.受力分析 4.1外载荷的确定 （1）对称水平力作用工况 水平力的大小由装载机的牵引力决定，其水平力的最大值为：RX=PKPmax （1） 式中PKpmax是机器空载时的最大牵引力。 （2）对称垂直力作用工况 垂直力的大小受装载机纵向稳定性的限制，其最大值为：RY=WL1/l （2） 式中 W 是机器空载时的自重；L1机器重心到前轮与地面接触点的距离； l是垂直力的作用点到前轮与地面接触点的距离。 （3）对称水平力与垂直力同时作用的工况 此时垂直力与工况（2）相同，水平力取发动机扣除工作油泵功率后，机器所能发挥的牵引力RKP。 （4）受水平偏载的作用工况水平力的大小与工况（1）相同。 （5）受垂直偏载的作用工况垂直力的大小与工况（2）相同。 （6）受水平偏载和垂直偏载同时作用的工况水平力与垂直力的大小与工况（3）相同。 4.2铲起力的确定 最大铲起力受其稳定条件限制，所以一般情况下按下式求出：Ng=RY=WL1/l (3) 4.3转斗油缸作用力的确定 分别取铲斗、连杆、摇臂为分离体，根据平衡原理可以确定转斗油缸作用力PD。 由MB=0，得PCl3-Ngl4-GKl5=0 （4） 所以 PC=Ngl4-GKl5l3=l4l3Ng+l5l3GK (5) 由MG=0，得PE=l2l1PF （6） 因为PC=PF (7) 所以 PE=l2l4l1l3Ng+l2l5l1l3GK （8） 考虑到连杆机构传动中的摩擦系数，所以转斗油缸作用力PD要大于PE。 可按下式计算 PD=12K1PE=12K1l2l1l3(l4Ng+l5GK) （9） 式中：K1是考虑连杆机构摩擦损失的系数，取K1=1.25。 4.4动臂油缸作用力的确定 根据平衡原理可以确定动臂油缸作用力臂 由MA=0，得PHl6+PEl7-GAl10-GKl9-Ngl8=0 （10） 所以 PH=1l6=(NglS+GKl9+GAl10-PEl7) (11) 考虑到连杆机构传动中的摩擦损失，所以动臂油缸作用力PB要大于PH。 可按下式计算： PB=12K2PH=12K21l6(lSNg+l9GK+GAl10-PEl7) (12) 式中:K2是考虑连杆机构摩擦损失的系数，取K2=1.25。 5.结论 本文对装载机的铲斗及其油缸进行了受力分析，明确了装载机的作业方式和常用工况，计算出了