滑移式装载机机械结构设计（全套含CAD图纸）
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滑移式装载机机械结构设计1 第一章 绪论1.1 引言近几年，随着我国经济的快速发展，滑移装载机等小型工程机械市场逐渐升温，为业内人士普遍看好。小型工程机械因其综合使用率高、回报丰厚将取代部分大中型工程机械的市场份额，逐渐成为市场的新一轮热点。鉴于国内和国外的滑移式装载机在结构形式和性能等方面的差距以及国外滑移式装载机的结构放方面的缺陷，本文将对滑移式装载机的机械结构及液压油缸等进行设计和改进，使其在结构方面得到优化，提高产品质量。在性能方面得到提升，提高产品的工作效率。1.2 滑移装载机简介滑移式装载机是一种小型多功能工程机械，利用两侧车轮线速度差而实现车辆转向的轮式专用底盘，采用轮式行走机构，全轮驱动，滑移转向，可与作业现场随机快速更换或挂接各种工作装置，以适应不同的工作环境，满足不同的作业内容，具体类型非常多样化，当需要一种机械承担多种工作，而且还需要操作快捷时，就应该考虑使用滑移式装载机。滑移式装载机最大的特点是整机外形尺寸小，可实现原地转向，可在作业线程随机快速更换或挂接各种工作装置。滑移式装载机的主要用途为：城市基础设施建设、道路或建筑工地、厂房车间、仓库、码头、轮船甲板甚至船舱内等狭窄场地的作业；在起伏不平的场地上进行铲运、堆垛、起重、挖掘、钻孔、破碎、抓取、推扒、松土、道路清扫和路面压实等作业。1.3 滑移式装载机的常见结构形式1.3 .1 单臂式滑移装载机通常滑移装载机由于整机布置所限，动臂提升只能采用双动臂结构的形式，单臂式装载机将原有两侧的动臂去掉，将驾驶室固定在车体一侧，在车体另一侧安装新型动臂，这种结构的滑移装载机在保证原有的滑移转向装载机工作性能不变的额情况下 图 1 单臂式滑移装载机2突破性的将两侧双臂改为单侧动臂结构，急既解决了操作员必须跨越工作装置才能进入驾驶室内的弊端，又简化了结构、提高整车的稳定性，降低了操作的安全隐患。 1.3 .2 双臂式滑移装载机 双臂式滑移装载机是常见的结构形式，双臂式滑移装载机驾驶室具有宽敞的空间，采用双臂进行举升，更容易保证工作过程中机身的稳定，适用范围更广泛，承载的工作载荷更大。图 2 双臂式滑移装载机1.4 滑移装载机机械机构设计概述1.4.1 装载机工作装置作业流程装载机作业过程大致为：工作装置油缸闭锁，将铲斗插入料堆，操纵铲斗向后翻转到最大后倾角停止。操纵动臂油缸使动臂提升到运输位置并保持将物料运输到卸载地点。提升动臂到卸载位置操纵转斗油缸使铲斗前倾到最大卸载角卸载，然后再回到装载场地，进行下一次循环。装 运 卸 返回分析工况是系统设计的依据，理想的情况是进行工况分析时能绘出装载机一个工作循环重总负荷和功率变化的分析图表。但是由于工作多变，绘制这样的图表往往很困难，所以一般只能分析工作循环过程中的最大负荷点或最大功率点，以这些点上的峰值作为系统设计的依据。装载机一个作业循环各个装置的动作是：铲掘、提升、保持、倾卸。1.4.2 基本参数确定功率：52.1KW/2500rpm额定载重量（kg）：980kg最大操作高度：4100mm卸载距离： 750mm最大卸载高度：2400mm铲斗容量：0.5m1.4.3 技术要求滑移式装载机机械结构设计3 1、前翻驾驶室，后开机罩，维修方便；2、良好的减震装置，符合人机工程设计；3、维修点布置合理，维修方便；4、能满足用户多用途作业需要。1.5 本章小结本章通过对滑移装载机当前现状以及现存结构形式的叙述，介绍了现有滑移式装载机的种类和结构形式；大致介绍了滑移装载机的工作装置的工作流程；明确了本次设计的设计参数和技术要求，对接下来的设计和计算进行了概述。4第二章 总体方案的确定滑移装载机的总体设计就是根据其主要用途、作业条件、使用场合、生产情况、生产率要求以及技术要求和制造成本等,合理地选择和确定机型、各总成结构形式、性能参数及整体尺寸等,并进行合理的布以达到预期的效果。各个部件的结构选择是否合理,使用是否可靠、耐用,部件之间是否协调、匹配,都将影响整机的性能和经济指标,故在做总体设计时,必须多方收集资料,反复比较作出缓佳方案。2.1 发动机发动机选用道依茨 TD226B-4,机型成熟,性价比好。2.2 传动系统传动系统采用加液压闭式回路,一级链传动模式左、右个马达可以独立工作,通过链条直接驱动左、右轮,左、右轮转速不一致时实现转向。2.3 工作装置采用四连杆工作装,并配置调平阀,保证铲斗提升过程中始终保持水平,配置快换装置。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。2.4 车架采用上下分体式车架,下车架有发动机、行走闭式系统、油箱的安装平台上车架有散热系统、工作液压系统、管路工作装置、驾驶室部件的安装平台。大修时可以分离车架,车架底面开有维修口,便于发动机和液压系统的维护和保养。2.5 液压系统滑移主机的所有作业动作都是通过液压系统实现的。液压系统的设计要在满足各种作业工况的前提下,充分考虑使用的可靠性和技术的先进性。液压系统包括工作液压系统、行走液压系统、操纵系统。2.6 驾驶室前翻驾驶室，采用带 FOPS 和 ROPS 驾驶室,配冷暖空调,驾驶室内设有仪表、指示灯,滑移式装载机机械结构设计5 工作液压系统电锁保护、停车制动也设在驾驶室内部,以保证司机的正常安全工作。2.7 本章小结本章通过对滑移装载机发动机、传动装置、工作装置、车架、液压系统、驾驶室等部分的总体设计和大致方案的描述，确定了滑移装载机整体方案以及部分部件和工作装置、行走装置设计的大体路线，为下一章的设计计算建立了一个框架。第三章 滑移装载机工作装置设计3.1 装载机工作装置设计要求装载机的铲掘和装卸物料作业是通过其工作装置的运动来实现的。装载机工作装置由铲斗、动臂、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。（a）单臂杆机构 （b）正转四连杆机构 （c）正转五连杆机构（d）正转六连杆机构 （e）Z 型反转六连杆机构 （f）正转八连杆机构6（g）反转八连杆机构 图 3 工作装置结构形式 3.2 工作装置各部分设计3.2.1 铲斗设计铲斗是工作装置的重要组成部件，工作条件恶劣，时常承受很大的冲击载荷及剧烈的磨削，其结构形状及尺寸参数对插入阻力、掘起阻力和生产率有着很大的影响。土方工程用装载机铲斗结构，其斗体常用低碳、耐磨、高强度钢板焊接制成，切削刃采用耐磨的中锰合金钢材料，侧切削刃和加强角板都用高强度耐磨钢材料制成。3.2.1.1 铲斗设计要求铲斗设计要求满足：1）插入和掘起阻力小，作业效率高；2）具有足够的强度、刚度和耐磨性；3）适应铲装不同种类和重量的物料，备有不同结构形式和斗容的铲斗。3.2.1.2 铲斗结构形式的选择通常铲斗由切削刃、斗底、侧壁及后斗壁组成。铲斗切削刃的形状根据所铲装物料的不同，通常分为直线形和非直线形（V 形或弧线形）两种。直线形切削刃结构简单，具有良好的平地性能，适用于装重度不超过 16KN/m3，并且堆积比较松散的物料。非直线形切削刃（装载机多用 V 形）中间突出，在铲斗插入料堆，且对中性好，但平地性能和装满系数均不如直线形切削刃铲斗。考虑到滑移式装载机的工作环境，本次设计中采用的是直线型切削刃。3.2.1.3 铲斗基本参数的确定1）.铲斗的宽度 B=1920mm；2）.铲斗回转半径 Ro：指铲斗与动臂铰接点至切削刃之间的距离。根据公式（31）9200010*.5sincot.518ggzkrVRo rBr 式中： 斗的几何容量， ；gV3m滑移式装载机机械结构设计7 铲斗内壁宽度，mm；0B铲斗斗底长度系数，取 =1.41.5；gg后斗壁长度系数，取 =1.11.2；z z挡板高度系数，取 =0.120.14；k k斗底和后斗壁直线间的圆弧半径的系数，取 =0.350.40；r r挡板和后斗壁之间的夹角，取 =1 105斗底和斗壁之间的夹角，取 =0 0482代入数据： =1920mm B， =1.5， =2.7 ， =1.2， =0.14， = ， = ， =0.40 得，ggV3mzk1050r=883mmRo3）.铲斗断面形状参数：斗的圆弧半径 、张开角 、挡板高度 和后斗壁长 等四个参0r0klzl数。以上参数都可以看做铲斗回转半径的函数，分别按公式计算（32）00gzkrlRl代入数据： =1.5， =1.2， =0.14， =0.4 得gzkrmrllkzg3548.01260.铲斗上的动臂铰销距斗底之间的高度取为 ，铲斗的侧壁切削刃相对于0(0.6.12)bhR斗底的倾角 ，在选择 时，使侧壁切削刃与挡板的夹角为 。061 09取 =0.1 883=88.3mmbh4）.斗容的计算校核铲斗的基本参数确定后，根据铲斗的几何尺寸，就可以核算铲斗的容量。8几何容量 HV公式： （33）20()86sBbac式中： 铲斗斗容， ：s 3m铲斗内壁宽度，mm。0b斗刃口与挡板最上部之间的的距离，mm。a挡板高度，mm。可以得， =0.51mgV3.2.2 动臂设计3.2.2.1 动臂铰点的确定动臂与车架铰点的高度通常取 =（1.52.5） （mm）已知 =883mm 公式得AH0R0=1.8 =1590(mm)AH0R动臂回转角通常取 ， 取0890以滑移装载机的重心为坐标原点（0,0） ，取动臂油缸与机架连接的铰点坐标为（-750,0） ，取动臂油缸和机架之间的铰点与动臂油缸和动臂之间铰点的距离为 1200mm，另取动臂油缸和机架之间的铰点与动臂机架铰点的距离为 750mm，角度为 120，则由几何方法计算可得：动臂与机架铰点坐标为：（-1125,650） ；动臂油缸与动臂的铰点坐标为：（410,310） 。动臂到达最大举升高度时，与初始位置夹角为 60，则计算可得，此时动臂油缸与动臂的铰点坐标近似为：（-70,1800） 。3.2.2.2 动臂长度铰点位置确定以后，可以根据几何知识，通过三角形的余弦定理以及下面公式：根据以下公式求出动臂的长度和油缸的相关长度（34）2 2 min0 max0cos sinDs BsAlRlHR式中： 铲斗最小卸载距离，mm ;insl铲斗回转半径与斗底夹角；滑移式装载机机械结构设计9 铲斗最大卸载高度时最大卸载角，通常取 ； 045动臂与车架铰点到转载机前面外廓水平距离，mm；Bl最大卸载高度， mm；maxsH动臂与车架连接铰点的高度，mm。A动臂和机架的铰点与动臂和动臂油缸的铰点的距离为 1430mm，即此段动臂的长度为1430mm，动臂前段连接翻斗油缸的小臂长度通过确定与翻斗油缸连接的铰点的坐标来计算得到；翻斗油缸与动臂的铰点的坐标为（410，,310） 。3.2.2.3 铲斗快换装置的设计在滑移式装载机使用寿命之内，当铲斗出问题或者需要更换除铲斗外的其他用途的附属件时，需要对铲斗进行拆卸和重新安装，为了在安装过程中保证机器的工作效率，在此对铲斗的快换装置进行了设计，采用焊接件，与快换铲斗尽行配合使用，安装时，铲斗上的半圆耳与快换装置上焊接的销轴扣起来，然后快换装置下半部分通过螺栓进行连接。此种快换装置的特点在于，减少了螺栓的使用数量，简化了铲斗的结构，提高了安装铲斗的效率。本次设计中的快换装置如图所示：图 4 铲斗快换装置3.2.2.4 四连杆机构的确定：根据以上计算得到的杆长、铰点以及下面选取的油缸型号，确定出来的四连杆机构图 5 四连杆机构 图 3 中，动臂、动臂油缸、翻斗油缸、快换装置组成四连杆机构，组成滑移式装载机10的工作装置。连杆机构的设计要求：1）.平移性好；2）.卸料性好；3）.动力性好；4）.作业时与其他构件无运动干涉，保证驾驶员工作方便、视野开阔。3.2.2.5 动臂的形状与结构动臂的形状一般可以分为直线形和曲线形两种。曲线形动臂，一般反转式连杆工作装置采用较多，这种结构形式的动臂可以使工作装置的分布更为合理。动臂的断面结构形式有单板、双板和箱形三种。单板动臂结构简单、工艺性好、但强度和刚度较小，小型装载机采用较多。基于上面的陈述，动臂的形状结构为：曲线双板形。3.2.3 油缸的计算与选择：液压缸是液压系统中的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是直线速度和力。液压缸的活塞能完成往复直线运动，输出有限的直线位移。为了满足各种主机的不同用途，液压缸有多种类型 ：按供油方向分，可分为单作用1缸和双作用缸。单作用缸只是往缸的一侧输入高压油，靠其它外力使活塞反向回程。双作用缸则分别向缸的两侧输入压力油。活塞的正反向运动均靠液压力完成。按结构形式分，可分为活塞缸、柱塞缸、摆动缸和伸缩套筒缸。按活塞杆的形式分，可分为单活塞杆缸和双活塞杆缸。根据前面的计算
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