ZY40型装载机工作机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 本次设计主要进行的工作装置的设计。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。铲斗用以铲装物料，动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架连接，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采用液压操作。 针 对装载机的发展概况及设计的指导思想、特点、任务进行概述， 随后 确定 了设计 方案，在技术设计部分罗列了 载机的主要技术性能和参数，进行了牵引特性计算，工作装置设计。工作装置设计中有工作装置运动分析，由铲斗、动臂、连 杆机构进行设计几部分组成。强度校核部分 进行 了受力分析，校核了强度。总之，整个设计是有序地完成的。 关键词 ： 载机，工作装置，铲斗，连杆机构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 n my I on by by to is to to of of by At I of is In of is of of In In a is by 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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。 载机，主要生产厂家有中联重科和黄工。他们的技术创新主要是对工作装置进行优化，改变外观造型。 所以，合理的设计工作装置的结构是非常重要的。 装载机根据不同的使用要求，发展形成了不同的结构类型。通常，按使用场合的不同，分成露天用装载机和井下用装载机；接行走系统结构不同，分成轮式装载机与履带式装载机；按卸料方式不同，分为前卸式 (前端式 )、后卸式与回转式装载机。本书主要论述露天工程用的 履带 式装载机的设计。 装载机的设计，大致要经历：明确任务、调查研 究、制订设计任务书，进行整车布置、确定整机的主要性能参数，进行各部件的方案设计与强度计算，技术设计和工艺设计，试验鉴定和修改定型等这样一些阶段。一台装载机的设计是否成功，首先是从能否满足使用要求，好造、好用、好修，具备较高的作业生产串和较低的使用成本来衡量的。这体现在设计工作中，就是应当使装载机具有较完善的技术经济性能与指标以及先进的部件结构方案。 常见的有关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资料的前提下，反买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 复琢磨工作装置的 工作原理，并使用机械设计软件 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，此设计资料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错误的地方，望批评指正。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . 1 . 2 第 1 章 绪 论 . 1 载机的用途和分类 . 1 内外装载机的发展状况及前景 . 2 作装置设计内容及参数 . 3 第 2 章 装载机工作装置概述 . 5 载机工作装置设计概述 . 5 构型式选择 . 6 作装置设计要求 . 8 第 3 章 铲斗的设计 . 9 计要求 . 9 斗斗型的结构分析 . 9 削刃的形状 . 9 斗的斗齿 . 10 斗的侧刃 . 10 体形状 . 10 斗基本参数的确定 . 11 容的计量 . 12 何斗容 (平装斗容 ). 12 定斗容 (堆装斗容 ). 14 第 4 章 动臂的设计 . 15 计方法 . 15 寸参数设计的图解法 . 15 臂长度的确定 . 15 臂的结构与形状的选取 . 17 定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程 . 18 臂油缸的铰接位置 H、 M 的确定 . 18 臂油缸行程的确定 . 19 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 章 连杆机构设计 . 20 杆机构设计概述 . 20 定摇臂铰点 E 的位置 . 20 定连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点 D、 C . 21 斗油缸与摇臂铰接点 F 确定 . 21 杆 长度、转斗油缸与车架的铰点 G 及行程的确定 . 22 第 6 章 工作装置强度计算 . 24 作装置计算位置 . 24 作装置典型工况及载荷 . 24 作装置受力分析 . 26 作装置外载荷确定 . 26 斗受力分析 . 27 杆受力分析 . 29 臂受力分析 . 29 臂受力分析 . 30 作强度计算 . 31 臂的强度校核 . 31 销的强度校核 . 33 杆的强度校核 . 34 臂的强度校核 . 35 第 7 章 装载机工作装置中油缸的确定 . 38 斗油缸的选择 . 38 斗油缸作用力的确定。 . 38 算油缸内径 D 的确定 . 39 定活塞杆直径 d . 39 算油缸壁厚 . 40 动臂油缸的选择 . 40 臂油缸主动力的确定 . 40 算油缸内径 D . 41 定活塞杆直径 d . 41 算油缸壁厚 . 41 第 8 章 工作装置的限位机构 . 43 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 斗转角限位装置 . 43 臂升降的自动限位机构 . 44 第 9 章 结论与展望 . 45 论 . 45 望 . 45 致 谢 . 46 参考文献 . 47 附录：买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪 论 载机的用途和分类 装载机是一种用途非常广泛的铲土运输机械。它不仅用来对松散的堆积物料进行铲、装、运、卸等作业，还可铲装爆破后的矿石，也可用来平整场地，及对硬土进行轻度的挖掘。如果换上不同的工作装置，还能完成棒状物料装卸、推土、除雪、钻孔、起重、路面清扫、叉装、破碎等作业。在缺乏牵引车辆的场合，装载机还可用作牵引动力。因此，它被广泛应用于建筑、矿山、公路、铁路、水电、港口、国防、农田等基本建设的工程中。在经济高速发展的今天，装载机对减轻劳动程度，加快工程建设速度，保证工程质量，提高 施工效率，都是不可缺少的装备。 装载机通常可按下列方法进行分类： （ 1）按发动机功率分：微型、小型、中型、大型、特大型五种。微型功率小于 30型功率为 30型功率 70型功率 150大型功率大于500 （ 2）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。 （ 3）按卸料方式分：有前卸式，后卸式，侧卸式，回转式 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。 后卸式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。 侧卸式装载机作业特点是前端铲装，向一侧倾斜 ，作业时不需要调车，效率高，适用于狭窄场地，但铲斗结构比较复杂。其使用要求是装载机与运输车辆并排摆放才买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 能作业。 回转式装载机的动臂安装在转台上，铲斗在前端装料后，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。 （ 4）按传动形式分为：机械传动、液力机械传动、液压传动（静压传动）、电传动四种。 （ 5）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，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。 （ 6）按铲斗的额定量分：小型 10t。 内外装载机的发展状况 及前景 目前，国外多功能物流装备及其相关技术正日益的完善，并朝着系列化、大型化、微型化、多用途等方向发展。国际知名厂商 (如山猫，凯斯，卡特彼勒、小松、利渤海尔、沃尔沃等 )一则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，如应用电子监控和自动报警系统，用于物料精确装、载、运作 业的 位与重量自动称量装置；二则采用特殊降噪材料、噪声抑制方法等，消除或降低装载机工作时的机器噪声；三则通过不断改善电喷装置，进一步降低柴油发动机的尾气排放量，研究无污染、经济型、环保型的动力装置；四则优化工作装置的结构设计，如由单一的“ Z”型连杆机构演变出八杆平行机构、 杆机构和“ 构 (单动臂铸钢结构 )，以及 O&K 公司专为小型多功能装载机而设计的 杆机构等，为了提高装载机的作业生产率，相继研制出许多功能超强的系统，例如：动力电子控制 /管理系统，自动调节发动机输出功率；发 动机自动控制系统，当装载机处于非作业工况是，自动降低发动机转速，减少燃料消耗及发动机噪音；关键信息显示系统等。 我国装载机行业的主导产品，基本上都是以柳工 70 年代初开发的 基础发展起来的，属国际 60 年代技术水平。进入 80 年代消化吸收美国 本小松等先进技术，逐步开发成功了我国第二代装载机产品。我国的第二代产品与国际先进产品相比，在机电一体化、操纵舒适度、作业效率等方面有较大差距，差距最大的是产品可靠性，国产多功能装载机整机可靠性差 (平均无故障工作时间不足 400 小时 )，缺买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 乏核心技 术、主要关键部件都依赖进口、产品单一，产品档次低。虽然国内装载机及相关技术研究工作起步较晚，但是发展速度很快，如多功能装载机的销售量已经占据了世界装载机市场的半壁江山，我国已成为世界多功能装载机第一产销大国。 目前我国装载机行业已经出现了第三代产品。第三代产品的整机可靠性有很大的提高，各主要性能指标基本上能与国际先进水平接轨。但是在可靠性、舒适度、作业效率及制造水平等发面和国外先进水平还有相当差距。第四代产品在第三代的基础上也已出现，进一步优化了整机的性能及配置，电控箱、湿式制动器等技术得到了应用，并形成了 各企业的专有技术及专利技术，使产品以崭新的面目推向市场。这些都将是进一步促进我国装载机行业的技术进步。 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，特别是西部大开发及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，只是我们还拿不出相关产品。 国产挖掘装载机及小型多功能装载机数量很少，在我国 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， 国外小型装载机及小型多功能装载机，包括挖掘装载机在内，市场份额已相当大。例如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 司等的挖掘装载机及小型多功能装载机年销量都在万台以上。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庞大，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。 作装置设计内容及参数 本次设计的题目是 载机工作装置结构设计。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 工作装置结构设计 内容包括 ： (1)工作装置结构选型。 (2)铲斗的设计 。 (3)确定动臂长度、形状及与车架的铰接位置。 (4)确定动臂油缸、转斗油缸的铰接位置及 油缸的行程。 (5)连杆机构 (由动臂、铲斗、转斗油缸、摇臂、连杆、动臂油缸 组成 )的设计。 本次设计主要是根据机械设计的一般方法 比较法，即国内外已有得同类型机种得参数尺寸，结合我们要设计机型得具体要求，参照确定其参数尺寸。 1、 整机重量： 20T 2、 标准斗容： 、 额定载重量： 4T 4、 接地长度： 2735、 最大卸载高度： 3000、 最小卸载距离： 1489、 履带中心距： 18808、 履带宽度： 460、 总机长 X 宽 X 高： 6125文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第 2 章 装载机工作装置概述 载机工作装置设计概述 工作装置是工程机械进行生产作业的装置，该装置直接影响到整机的生产率和经济性，因此合理的设计有着重大意义，尤其是土方工程机械，作业过程中动力装置的大部分能量消耗在挖掘土壤上。由于工作装置的重量和成本只占整个机械的很小部分，因此，要降低挖掘土壤的能耗，提高效率，从研究工作装置入手，在通常情况下，仅耗用较少的材料和费用就能明显地提高机械性能，而机械的结构无须做重大改变。 装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂 连杆 (或托架 )及液压系统等组成 (图 2 图 2载机的工作装置 (a)有铲斗托架式 ；（ b）无铲斗托架式 1 铲斗； 2 托架； 3 转斗油缸； 4 连杆； 5 动臂； 6 动臂油缸； 7 摇臂 铲斗用以铲装物料；动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架连接；转斗油缸通过摇臂 连杆 (或托架 )使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操纵。 由动臂、动臂油缸、铲斗、转斗油缸、摇臂 连杆 (或托架 )及车架相互铰接所构成的连杆机构，在装载机工作时要保证：当动臂处于某种作业位置不动时，在转斗油买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 缸作用下，通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动 ；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，连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或斗底平面与地面的夹角变化控制在很小的范围，以免装满物料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料撒落；而在动臂下降时，又自动将铲斗放平，以减轻驾驶员的劳动强度，提高劳动生产率。 构型式选择 装载机工作装置的结构型式分为有铲斗托架和无铲斗托架两种。 有铲斗托架的工作装置如图 (2示。其动臂和连杆的后端与车架支座铰接，动臂和连杆的前端与铲斗托架铰接，托架上部铰接转斗油缸体，其活塞杆及托架下部与铲斗铰接。当托架、动 臂、连杆及车架支座构成的是平行四连杆机构，则在动留提升、转斗油缸闭锁时，铲斗始终保持平移，斗内物科不会撤落。 有铲斗托架的工作装置易十更换铲斗及安装附件，例如将铲斗卸下，在托架上装上起重叉便可进行起重及叉车作业。 有铲斗托架的工作装置，结构比较简单，同时，由于转斗油缸及铲斗都是直接铰接在托架上，所以铲斗的转动 角较大。但由于在动管前端装有较重的托架，所以减少了铲斗的载重量。 国产 载机均采用有铲斗托架的工作装置。 无铲斗托架的工作装置如图 (2示。其动臂的前端和铲斗铰接，动管的后 端和车架上部支座铰接，动管油缸两端分别和动管及车架底部支座铰接，转斗油缸一端和车架铰接，另一端和摇臂铰按，摇臂则铰接在动臂上，连杆一端和摇臂铰接，另一端和铲斗铰接。 考虑到 载机载重比较大，且参照同类机械均采用无托架式的工作装置，因此本次设计采用的是无托架的工作装置。 根据摇臂 连杆数目及铰接位置的不同，可组成不同型式的连杆机构。不同型式的连杆机构，铲斗的铲起力 P 随铲斗转角 的变化关系，倾斜时的角速度大小以及工作装置的运动特性也不同。因此，装载机工作装置结构型式的选择，既要考虑结构简单，又要考虑作 业性质与铲掘方式来确定 (图 2 正转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相同 (图 2b、 c、 d)。其运动特点是：发出最大铲起力 P 时的铲斗转角 是负的 (图 2线 )，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 有利于地面的挖掘 (图 2铲斗倾斜时的角速度大，易于抖落砂土，但冲击较大。 正转连杆机构又可分为正转单连杆 (图 2b)和正转双连杆 (图 2d)两种形式。单连杆机构的连杆数目少，结构简单，易于布置，一般也能较好地满足作业要求。缺点是铲起力变化曲线陡峭 (图 2线 )；摇臂 连杆的传动比较小， 为提高传动比，需加长摇臂 连杆的长度，给结构布置带来困难，并影响驾驶 员的视野。双连杆机构的结构较复杂，转斗油缸也难于布置在动臂下方， 但摇臂 连杆的传动比较大，因此摇臂 连杆尺寸可以减小，驾驶员的视野较好，铲起力变化曲线平缓 (图 2线 )，适于利用铲斗及动臂复合铲掘的作业 (图 2缺点是提升动臂铲斗便后倾，因此，如保证动臂在最大卸载高度时，铲斗的后倾角适当，则动管在运输位置时，铲斗的后倾角较小，易造成铲斗内物料的撒落。 图 2见工作装置结构形式 正转连杆机构，因总体结构布置及动臂形 状的不同而将转斗油缸布置在不同的位置上。如将转斗油缸布置在动臂上方，则在动臂提升时，转斗油缸轴线与动臂轴线不会交叉，因而这种布置便于实现动臂、摇臂 连杆与转斗油缸的中心线布置在同一平面内，工作装置受力较好。缺点是当铲斗铲装物科时油缸的小腔工作，因而使铲斗油缸的缸径与重量增大。国产 载机的工作装置就是采用这种正转双连杆机构。 反转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相反 (图 2其运动特点是，发出最大铲起力 P 时的铲斗转角 是正的，且铲起力变化曲线陡峭 (图2线 )，因此，在提升铲斗肘的铲起力较大，适于装载矿石 (图 2不利于地面的挖掘；铲斗倾斜时的角速度小，卸料平缓，但难于抖落砂土；升降动臂时能基本保持铲斗平移，因此物料撒落少，易于实现铲斗自动放平 (图 2摇臂 连杆的传买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 动比较小。 应当指出，正、反转连杆机构都是非平行四边形机构。因此，在动臂提升过程中，铲斗或多或少总要向后翻转一些。 由于 载机是履带式装载机，发动机采用前置式，因此初步定为正转连杆机构，考虑到其载重不是太大，参照同类机械选取正转六连杆机构的工作装置。 作装置设计要求 工作装置的结构设计应满足以下要求： (1)保证满足设计任务书中所规定的使用性能及技术经济指标的要求，如最大卸载高度、最大卸载距离、在任何位置都能卸净物料并考虑可换工作装置等。 (2)保证作业时与其它构件无运动干涉。 (3)保证驾驶员有良好的劳动条件，如工作安全、视野开阔、操作简便等。 图 2载机工作装置组成 装载机工作装置主要由铲斗和支持铲斗进行装作业的连杆系统组成，依靠这套装置装载机可以对汽车、火车进行散料装载作业，也可以对散料进行短途作业，还可以进行平地修路等作业。把铲斗更换成其他专门的装置，还 可以进行其他装载机作业。如 (图 2示。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。 本次 设计的 载机 是履带式的， 选择的是无托架的正转六连杆工作装置。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第 3 章 铲斗的设计 计要求 铲斗是直接用来切削、收集、运输和卸出物料，装载机工作时的插入能力及铲掘能力是通过铲斗直接发挥出来的，铲斗的结构形状及尺寸直接影响装载机的作业效率和上作可靠性，所以减少切削阻力和提高作业效率是铲斗结构设计的主要要求。铲斗是在恶劣的条件下工作，承受很大的冲击载荷和剧烈的磨削，所以要求铲斗具有 足够的强度和刚度，同时要耐磨。 根据装载物料的容重，铲斗做成三种类型； 正常斗容的铲斗用来装载客重 米 3 的物料 (如砂、碎石、松散泥土等 )：增加斗容的铲斗，用来铲掘容重 米 3 左右的物料 (如煤、煤渣等 )；减少斗容的铲斗，斗容为正常斗容的 来装载容重大于 2 吨米 3 的物料 (如铁矿石、岩石等 )。用于土方工程的装载机，因作业对象较广，因此多采用正常斗容的通用铲斗，以适应铲装不同物料的需要。 斗斗型的结构分析 削刃的形 状 铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型和非 直 线型两种 (图 3 直 线型切削刃简单并利于地面刮平作业，但切削阻力较大。 图 3斗结构图 （ a）直线型切削刃；（ b） V 型切削刃 非直线型切削刃有 V 型和弧型等，装载机用得较多的是 V 型斗刃。这种切削刃由买文档就送您 纸全套， Q 号交流 4013