毕业设计（论文）-ZL30装载机工作装置优化设计.pdf

青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械 051 姓名 下发日期 2009- 3- 10 题目题目 zl30 装载机工作装置优化设计 专题专题 zl30 装载机工作装置优化设计 主主 要要 内内 容容 及及 要要 求求 工作装置是完成装卸作业并带液压缸的空间多杆机构，是组成装载机的 关键部件之一，其设计水平高低直接影响装载机性能的好坏，进而影响整机 的工作效率与经济指标。通过优化设计方法对装载机工作装置进行优化设 计，得出更合理的工作装置，驾驶员具有更良好的工作条件，工作安全、视 野良好、操作简单和维修方便。 主要设计内容为： 1. 装载机总体方案设计； 2. 装载机工作装置的设计及计算，完成含折合 a0 的图纸 3 张； 3. 翻译英文文献 3000 单词左右； 4. 完成 2 万字左右的毕业论文或设计说明书。 主要技主要技 术参数术参数 铲斗 动臂长度 动臂与车体动臂举升刚等的铰接位置 进进 度度 及及 完完 成成 日日 期期 2009- 3- 302009- 4- 10 完成 3000 字的外语翻译 2009- 4- 102009- 4- 25 完成装载机总体方案设计，并且选择出最佳方案 2009- 4- 252009- 5- 15 完成装载机工作装置总体设计 2009- 5- 152009- 5- 20 完成装载机主要部件数据的计算 2009- 5- 202009- 5- 30 完成装载机 cad 图及其各部件图 2009- 6- 1 2009- 6- 10 完成设计论文 2009- 6- 102009- 6- 17 对 cad 图及论文进行修改完善 2009- 6- 172009- 6- 18 打印图纸及论文 教学院长签字 日 期 教研室主任签字 日 期 指导教师签字 日 期 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 i 摘摘 要要 轮式装载机是用于装载散料为主的工程机械设备，由于轮式装载机经常工 作在各种复杂的工况下，这就要求轮式装载机具有良好的适应性和可靠性，尤其 是工作装置的各种设计参数直接影响装载机的整机性能， 因此对轮式装载机的设 计提出了严格的要求。本课题对轮式装载机工作装置的运动学、动力学进行深入 的研究， 以提高装载机作业效率， 对轮式装载机的整机设计具有特别重要的意义。 主要进行了以下几方面的研究：首次，对工作装置运动学进行分析,掌握工作装 置的设计规律,为六连杆机构优化分析奠定了理论基础。 其次，对装载机工作装 置进行动力学分析,确定典型工况的约束条件,并进行载荷计算。 装载机广泛应用于房屋建筑、公路建设、水利工程、国防建设和工矿运输 等作业。作为一种通用工程机械，它对减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，提 高劳动生产率来说起着不可替代的作用川。 然而装载机的使用主要集中在露天和 地下工程隧道上， 对于煤矿井下尤其是小型煤矿这样生产能力小、 机械化程度低、 劳动程度大、瓦斯含量高、工作环境狭窄的情况，装载机的使用依然是一个不可 逾越的鸿沟。但是随着防爆柴油牵引机车的研制成功和产业化，以及虚拟样机技 术的日益成熟，使得小型装载机的设计成为了可能。 关键词：zl30 装载机动臂；优化设计；装载机连杆；装载机摇臂；装载机 铲斗 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 ii abstract the wheel loader is used to load bulk primarily project mechanical device. because the wheel loader day-to-day work undereachkindofcomplexoperating mode, this requestwheelloaderhasthegoodcompatibilityandthereliability. eachkindofdesignvariableofworkingdeviceaffectstheloaderperformancedir ectly. therefore the strict request should be set to the wheel loader design.kinematics, dynamics, the simulation optimization as well as the finite elementof working device are all researched. then, the loader work efficiency can beenhanced, and has the vital significance to the wheel loadercompletemachinedesign.accordingtotheabovedevelopments,following several aspects to study:firstly, we carry on the analysis to the working device kinematics, graspingworking device design method, has laid the rationale for six link motiongearoptimizationanalysis.secondly,dynamics analysis of the working device canbe carried on. and typical operating mode constraint condition and computation of load can be researched. in order to carry out the finite element analysisof lift arm, a lot of bases can be provided. at last, lift arm of zl50 loaderis carried on the finite element analysis and is also optimized. key words: zl30loadmachine stirarm;optimal design; loadmachine 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 iii linkpole; loadmachine shakearm; loadmachineshovel. 目目 录录 摘摘 要要i abstract. ii 目目 录录错 误！未定义书签。 第第 1 章章 前前 言言1 1.1 装载机简介1 1.2 国外发展状况2 1.3 国内发展概况4 第第 2 章章 方案选择方案选择5 2.1 装载机的主要设计参数5 2.2 装载机工作装置简介6 2.3 工作装置连杆机构类型7 2.4 对工作装置的设计要求9 2.5 装载机的典型作业工况9 2.6 本课题的性能参数11 第第 3 章章 zl30 装载机工作装置六杆机构的优化设计装载机工作装置六杆机构的优化设计12 3.1 工作装置六杆机构优化设计设计变量的选择12 3.2 工作装置六杆机构优化设计目标函数的定13 3.3 六杆机构工作装置优化设计约束条件的确定13 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 iv 第第 4 章章 工作装置铲斗设计工作装置铲斗设计17 4.1 铲斗的设计17 4.2 斗齿的设计18 第第 5 章章 装载机工作装置连杆系统设计装载机工作装置连杆系统设计19 5.1 确定动臂长度、形状与车架的铰接位置19 5.2 动臂形状的选择21 5.3 确定动臂油缸铰接位置21 5.4 连杆机构的设计22 第第 6 章章 工作装置的静力学计算工作装置的静力学计算27 6.1 外载荷的确定原则27 6.2 外载荷的计算27 结结 论论30 参考文献参考文献.31 致致 谢谢32 附件附件133 附件附件244 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 v 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 第第1章章 前前 言言 1.1 装载机简介装载机简介 装载机是一种作业效率高， 用途广泛的工程机械， 它可以用来铲装、 搬运、 卸载、 平整散装物料,也可以对岩石、硬土等进行轻度的铲掘工作。 如果更换相应的工 作装置，还可以进行推土、起重、装卸木料和钢管等作业。因此，装载机被广泛 应用于建筑、公路、铁路、水电、港口、矿山及国防等工程中，对加快工途程建 设速度、减轻劳动强度、提高工程质量、降低成本具有重要作用。在国内外，无 论是种类上还是在产量方面装载机都得到迅速发展， 成为工程机械的重要机种之 一。如图1.1 所示 图1.1 zl30c 装载机 装载机按行走装置不同可分为轮胎式和履带式两种。 轮胎式装载机简称轮式 装载机，它由车架、工作装置、动力装置、行走装置、传动系统、转向系统、制 动系统和液压系统等组成。 按使用场合不同可分为露天用装载机和井下用装载机（铲运机）。国内外生 产和使用的装载机绝大多数是露天轮式装载机，井下用铲运机结构简单，是根据 井下巷道的工作条件，对发动机的排污和消声，整机高度和工作装置以及驾驶操 作系统的布置等提出特殊要求后，在露天用装载机基础上变型设计而成的。 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。 大中型装载机都采用液力机械传动， 轮式装载机的液力变矩器有一级三元件液力 变矩器、双涡轮液力变矩器、变量双泵轮液力变矩器、双导轮液力变矩器四种。 按装载方式不同可分为前卸式、后卸式、侧卸式和回旋式。轮式装载机基本 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 上都是前卸式。 按转向方式不同可分为整体式和铰接式。前者利用偏转后轮或前轮转向，或 者同时偏转前后轮转向；后者采用铰接车架，利用前后车架之间的相对偏转进行 转向。国产zl 系列轮式装载机绝大多数采用铰接式结构。 轮式装载机起源于美国， 它从一种简单的装料附属设备发展成为高效能多用 途的建筑机械已有63 年历史，半个多世纪以来，技术不断进步，工作性能不断 提高，应用范围也越来越广泛。特别是近十年来，轮式装载机的技术发展更快， 以其机动性为例， 据1985 年报导， 轮式装载机行驶速度可达36km/h， 而1987 年， 德国泽特麦伊(zettelmeyer)公司superzi_601 轮式装载机的行驶速度已经提高 到60km/h。 由于轮式装载机的技术不断进步、性能不断提高、应用范围不断扩大，使用 可靠性、机动性和装载坚硬物料的适应性得到人们的共识，已成为建筑工程、露 天矿山的主要装载设备。目前开发的了一些大型轮式装载机，具有结构先进、性 能优越。自动化水平高的特点。21 世纪将会有效率更高、造价更低、维修更方 便、舒适性更好的自动化、智能化轮式装载机推向市场。 在今后相当长的时间内， 轮式装载机仍将是工程建设机械中最重要的机种之 一， 国内年需求量持续稳定地保持在2 万台左右，但国内装载机生产厂家在急剧 膨胀，竞争更趋激烈，各生产厂家纷纷开发新产品，来迎接市场的挑战。 1.2 国外发展状况国外发展状况 由于轮式装载机的技术不断进步、性能不断提高、应用范围不断扩大, 使用 可靠性、机动性和装载坚硬物料的适应性得到人们的共识, 已成为建筑工程、露 天矿山的主要装载设备。目前国外开发了一些大型轮式装载机, 具有结构先进、 性能优越、自动化水平高的特点。21 世纪将会有效率更高、造价更低、维修更 方便、舒适性更好的自动化、智能化轮式装载机推向市场。 目前国外工程机械发展总的趋势是:发展快，水平高。如国外工程机械产品在集 成电路、 微型计算机及电子监控技术等方面都有广泛的应用 ,一些节能新技术得 到了推广 ,可靠性、安全性、舒适性、环保性能得到了高度重视 ,并向大型化和 微型化方向发展。 借鉴国外工程机械产品的发展趋势 ,我国工程机械产品的发展 走势应是:大力发展机电一体化产品 ,实现装载机工作状态的自动监测和控制 , 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 实现平地机的激光导平自动控制 ,实现在有毒、 有危险环境下工程机械作业的遥 控;大力提高产品的质量、可靠性和技术水平;大力发展品种;大力加强新技术的 应用 ,改善驾员的工作条件。其主要的发展趋势有： （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, 形成了从微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。所谓特大型工程机械,是指其装备的发动机标定功率超过7355kw ,主要用于 大型露天矿山或大型水电工程工地。产品特点是科技含量高,研制与生产周期较 长,投资大市场容量有限,市场竞争主要集中少数几家公司。 （2）多用途、微型化 为了全方位地满足不同用户的需求,国外工程机械在朝着系列化、特大型化 方向发展的同时,已进入多用途、微型化发展阶段。推动这一发展的因素首先源 于液压技术的发展通过对液压系统的合理设计,使得工作装置能够完成多种 作业功能;其次,快速可更换联接装置的诞生安装在工作装置上的液压快速 可更换联接器,能在作业现场完成各种附属作业装置的快速装卸及液压软管的自 动联接,使得更换附属作业装置的工作在司机室通过操纵手柄即可快速完成。一 方面,工作机械通用性的提高,可使用户在不增加投资的前提下充分发挥设备本 身的效能,能完成更多的工作;另一方面,为了尽可能地用机器作业替代人力劳动, 提高生产效率,适应城市狭窄施工场所以及在货栈、码头、仓库、舱位、农舍、 建筑物层内和地下工程作业环境的使用要求,小型及微型工程机械有了用武之地, 并得到了较快的发展。 （3）安全、舒适、可靠 驾驶室将逐步实施rops 和fops 设计方法,配装冷暖空调。全密封及降噪处 理的” 安全环保型”驾驶室,采用人机工程学设计的司机座椅可全方位调节,以及 功能集成的操纵手柄、全自动换挡装置及电子监控与故障自诊断系统,以改善司 机的工作环境,提高作业效率。 （4）节能与环保 为提高产品的节能效果和满足日益苛刻的环保要求,国外工程机械公司主 要从降低发动机排放、提高液压系统效率和减振、降噪等方面入手。目前,卡特 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 4 彼勒公司生产功率为1510 150kw 的柴油发动机。其中6 缸、7. 2l 、自身质 量588kg、功率为131205kw 的3126b 型环保指标最好,满足epa tier 和eu stage 排放标准。 1.3 国内发展概况国内发展概况 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。工 作装置是装载机的执行构件，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，首先应当合理的确定铲斗的结构及几何形 状，以降低铲斗插入物料的阻力。其次要保证铲斗具有足够的强度，刚度，耐磨 性，使其具有合理的使用寿命。 铲斗在上下极限位置的后倾角，运输位置后倾角，最大卸载高度后倾角及 工作过程中斗口与地面夹角应同时考虑而且均应追求完美： 铲斗在上下极限位置 的后倾角相差不能超过15 度；为保证在任何位置满斗物料无散落，铲斗在运输 位置的后倾角应大于45 度，小于49 度，在最大卸载高度时应尽量使斗口平面与 地面平行，此时其后倾角应大于51 度，小于60 度。 随着我国国民经济快速持续增长，能源问题日渐突出。 “以煤炭为主体，电 力为中心”是我国能源工业发展的基本方针。2004 年以来的全国煤炭产量增长， 绝大部分是依靠小煤矿的增长而实现的，增长比重接近 60%。由此可见小型 煤矿的产量在我国煤炭行业中的重要性。 然而我国煤矿井下装载除了具备综采设 备的大型矿井采用采煤机装载外， 其它类型煤矿尤其是小型煤矿的装载主要依靠 人工装载，人工装载劳动强度很大，工作效率极低，作业安全性极差。这不但使 小型煤矿的安全问题受到了质疑， 同时也严重地影响着作为我国主要能源之一的 煤炭生产产量。防爆柴油牵引机车的广泛使用，为小型防爆装载机的使用提供了 广阔的前景。因此尽快开发具有装载效率高、作业机动性大、灵活性高的小型载 机成为提高煤矿井下机械化作业的重要途径。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 第第2章章 方案选择方案选择 2.1 装载机的主要设计参数装载机的主要设计参数 装载机总体参数的选择就是对装载机主要性能提出总体的要求， 作为整机和 总戍部件设计的依据。 装载机总体参数主要包括：发动机功率、工作装置油泵功率，载重量，斗 容，装载机自重，车速，牵引力，铲起力，提臂和转斗时间，轴距、轮距，铰销 位置(饺接式转向)，重心位置或轴荷分配，最大卸载高度、卸载距离，最小转向 半径，轮胎尺寸，整机外形尺寸等。 要合理选择上述参数，就必须熟悉与所设计装载机同类型的各种装载机的 结构、性能和主要参数，并要掌握一定的使用和维修知识，再根据所设计装载机 的主要用途、作业和生产要求，从整机性能出发合理选择上述参数。 设计要求： 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； 在运动学方面， 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。 在设计反转六连杆工作机构时，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。 比较法就是参考国内外已有的同类型机种的参数尺寸， 结合我们要设计机型 的具体要求，参照确定其参数尺寸。应当指出，比较法并不是简单地照抄和不加 分析地采用，而是应选用国内外已有的先进机型，并通过实践证明它的性能是好 的或较好的；从国内的制造：艺、使用和工作条件，以及材质等实际情况出发； 吸收已有的成功经验，贯彻“洋为中用”的原则，取其精华，去其糟粕。 以额定载重量q为基本参数的计算式 发动机飞轮马力 nf = 28.614q + 63.62 装载机自重（吨）w = 4.057q + 1.97 最大卸载高度（米）hmax = 0.315q + 2.37 最小转向半径 （按机器最外侧计算）（米） rmin = 0.226q + 6.33 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 装载机全长lt （米）lt = 0.502q + 4.53 装载机宽度bn （米）bn = 0.218q + 1.73 装载机高度（按驾驶室高度）（米） hh = 0.128q + 2.96 按上式计算，误差在3%10%左右。 （1）最大卸载高度 指动臂在最大举升高度，铲斗斗底与水平面成45 度角 卸载时，其斗刃最低点距离地面的高度。 （2）铲斗最大举升高度 指铲斗举升到最高位置卸载时，铲斗后壁挡板顶部 运动轨迹最高点到地面的距离。 （3）卸载角 铲斗被举到最大高度卸载时，铲斗地板与水平面间的夹角。 设计时要保证铲斗在任何举升高度都能净卸载物料， 就要保证在任何举升高度都 能满足45。 （4）后倾角 装载机处于运输工况时，铲斗底板与水平面间的夹角。后倾 角过小，但不影响铲斗的装满程度，而且使铲斗举升初期物料向前散落；后倾角 过大，使铲斗举升后期物料向后散落。一般取=4045，铲斗举升过程中 允许后倾角在15 度内变动。 2.2 装载机工作装置简介装载机工作装置简介 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。 工作 装置是装载机的执行构件，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， 首先应当合理的确定铲斗的结构及几何形状， 以降低铲斗插入物料的阻力。其次要保证铲斗具有足够的强度，刚度，耐磨性， 使其具有合理的使用寿命。 铲斗在上下极限位置的后倾角，运输位置后倾角，最大卸载高度后倾角及工 作过程中斗口与地面夹角应同时考虑而且均应追求完美： 铲斗在上下极限位置的 后倾角相差不能超过15 度；为保证在任何位置满斗物料无散落，铲斗在运输位 置的后倾角应大于45 度，小于49 度，在最大卸载高度时应尽量使斗口平面与地 面平行，此时其后倾角应大于51 度，小于60 度。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 7 工作装置的铰点分布是一个比较复杂的问题， 因为组成工作装置的各构件位 置相互影响，可变性很大，只有综合考虑各种因素，对工作装置进行运动学和动 力学的分析，通过各种方案的反复比较，才能得出更为理想的铰点布置方案，而 技术经济指标则是分析计算中的一个重要方面。由于前车架、动臂和摇臂在加工 过程中都有大型组焊工装和镗铣工装以保证其加工精度， 因此优化只集中在铲斗 和翻斗液压缸上，由于铲斗上部与摇臂外形的空间非常紧张，因此铲斗的夹角必 须减少以让出空间。 2.3 工作装置连杆机构的类型工作装置连杆机构的类型 综合国内、外轮式装载机的工作装置的形式，主要有7 种 （1） 转斗油缸后置式反转六杆机构 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，所以可获得较大的崛起力； b.恰当的选择各构件尺寸，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.机构十分紧凑，前悬小，司机视野好。唯一的缺点就是摇臂和连杆布置在铲斗 与前桥之间的狭窄空间，容易发生构件互相干涉。如图2.1 所示。 图2.1 反转六连杆工作装置 （2）转斗油缸前置式正转六杆机构 此机构的转斗油缸与铲斗和摇臂直接连接， 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。这种机 构的主要缺点是转斗时油缸小腔进油，崛起力相对较小；连杆系统传动比小，使 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 得转动油缸活塞行程大，油缸加长，卸载速度不如八连杆；由于转斗油缸前置， 使得工作机构前悬增大，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。 （3）转斗油缸后置式正转六杆机构 此种机构与上述机构相比，前悬大、传动比 较大、活塞行程较小。其最大的缺点就是转斗油缸与车架的铰接点位置较高，影 响司机视野；转斗时油缸小腔进油，掘起力较小。为了增大掘起力，需要增大掘 起力，需要提高液压系统压力或加大转斗油缸直径，这样质量会增大。 （4）正转八杆机构 此机构在转斗油缸大腔进油时转斗铲取，所以崛起力较大； 各构件尺寸配置合理时，铲斗具有较好的举升平动性能；连杆系统传动比较大， 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；由于传动比大， 还可适当减小连杆系统尺寸，因而司机视野得到改善，但是一定要适当，否则易 使连杆系统倍力系数减小，影响崛起力发挥。但是此机构的主要缺点就是机构复 杂，不易实现铲斗自动放平。如图2.2 (a)(b) 所示。 图2-2 a 八杆工作装置 图2.2 b 八杆工作装置 （5） 正转四连杆 这是多种连杆机构中较为简单的一种，但是它的主要缺点就是 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 9 转斗的油缸小腔进油，油缸输出力较小；又因连杆系统倍力系数难以设计出较大 值，所以转斗油缸活塞行程较大，油缸尺寸较小；此外，在卸载时活塞杆易于斗 底相撞，所以卸载角减小。为避免碰撞，需要把斗底制造成凹形，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。经过综合分析，选择 反转六杆机构。 2.4 对工作装置的设计要求对工作装置的设计要求 根据装载机的使用状况 ，一般地对其工作装置的设计要求主要包括以下几个方 面: （1） 铲运功能 铲斗运动轨迹符合作业要求并正常完成铲掘、装卸功能。 （2） 平移性 动臂提升过程中，铲斗保持平移运动，以免斗中物料撒落。 （3） 掘起力 希望铲掘力大，且铲掘时掘起力变化规律符合工作要求。 （4）干涉性 工作机构各构件之间不允许发生运动干涉。 （5） 传动角 传动角符合某限制范围，以保证工作装置的传力性能良好。 （6） 机构效率 机构传动省力，作业时消耗功率要尽量小。 （7） 自动放平 从最高卸料位置到最低铲掘位置时，铲斗能自动呈插入料堆状 态。 （8） 卸载性 满足卸载高度和卸载距离要求，保证动臂在任何位置都能卸净铲 斗中的物料。 （9） 总体布置要求 工作装置的极限工作空间、最大卸料高度及最大卸料距离 等应满足整机性能要求_ （10） 辅助要求 在满足作业要求的前提下， 工作结构简单、 自重轻、 受力合理、 强度高;应保证驾驶员具有良好的工作条件，确保工作安全、视野良好、操作简 单和维修方便。 2.5 装载机的典型作业工况装载机的典型作业工况 （1）铲掘工况 动臂下放至下限位置，铲斗水平放置地面，斗尖触地，开动装 载机，铲斗借助牵引力插入料堆，铲斗水平插入料堆足够深度后，装载机停止运 动，向后转斗或提升动臂，以装满物料。如图2.3 所示。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 图2.3 铲掘工况 （2） 运输工况 完成工况之后， 转动铲斗， 铲取物料， 操作转斗缸实现收斗， 然后转斗油缸闭锁， 举升动臂， 将铲斗举高到适当的运输位置， 然后驱动装载机， 载重驶向卸料点。如图2.4 所示。 图2.4 运输工况 （3） 最高位置工况 保持转斗缸长度不变， 操作举升缸， 将动臂升至上限位置。 如图2.5 所示。 图2.5最高位置工况 （4）高位卸载工况 在上限举升工况下，操作转斗缸翻转铲斗，向运输车辆 或固定料仓卸料。卸料结束后，操作举升缸下放动臂，实现铲斗自动放平，再次 进入铲装工况，进行下一工作循环过程。如图2.6 所示。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 图2.6 高位卸载工况 2.6 本课题的性能参数本课题的性能参数 额定斗容量 1.8 m3 额定载荷 3000kg 最大掘起力 108kn 最大牵引力 95kn 整机质量 10600kg 最大卸载高度 2946mm 举升全高 4050mm 卸载距离(最大卸载高度时) 1056mm 轴距 2500mm 轮距 1750mm 最小离地间隙 390mm 最小转弯半径 5300mm 铲斗高位自动放平性能 有 工作装置提升、前倾、下降三项和 gc 同时力臂 gg不能太小。除此之外，连杆的细长比要适当。 摇臂和连杆的断面尺寸根据强度分 t6 确定。 在完成上述构件的选取后， 可用 下述的几何作图法来确定转斗油缸与车架饺接点 d 的位置。 根据选定参数，选好作图比例，画比铲斗位于地面后倾角为 45。时的位置 blcl，再根据已选定的连杆、摇臂， 面出其相应的位置 clfl 及 flgel， 由此 得出该位置时摇臂与铲斗油缸的铰接点 ei，如图 5- 8 所示。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 25 5- 8 校核连杆长度 保持后倾铲斗的平移性，提升铲斗到不同的高度，依次画出相应的连杆机构 位置，得出行对应的摇臂与转斗油缸的交接点位置 e1，连接 e1 各点得曲线 s1。 过 e1 点作曲线 s1 的外包圆弧线 s2，则圆弧线 s2 的圆心 d 即为所求的转斗油 缸与车架的交接点。圆弧线 s2 的半径 de1 既是转斗油缸的最大安装距离 lmax. 为确定转斗油缸的工作行程， 根据铲斗在任意位置都能卸净物料这一条件 （图 5- 9 上铲斗虚线位置 b1c1） ，作出铲斗在不同卸载位置时所对应的铲斗油 缸与摇臂的铰接点 e4（图 5- 9 中的虚线） ，得到曲线 s1,以铰接点 d 为圆心， 曲线 s1 为界限，作曲线 s1 的内包圆弧线 s2，则圆弧线 s2 的半径 de 为转 斗油缸的最小安装距离 lmin。转斗油缸的工作行程可按下式确定： dd d lll minmax -=d 选定连杆机构后， 再根据上述作图法确定的转斗油缸与车架的铰接点 d 和转 斗油缸工作行程 lp,则当转斗油缸闭锁时，此连杆机构可以保证动臂在任何位置 时，其铲斗实际后倾角均大于铲斗在地面位置时的后倾角，动臂在上，下极端位 置时的后倾角允许相差 15；此外，铲斗实际前倾角都有所增大， 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 26 图 5- 9 作图确定铲斗油缸与车架铰接点 d 的位置 如果由于转斗油缸工作行程的限制， 而其前倾角小于 45时， 则可利用减 小 bc 和 ag 的长度来满足前倾角的要求。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 27 第第 6 章章 工作装置的静力学计算工作装置的静力学计算 6.1 外载外载荷荷的确的确定原则定原则 转载机在铲斗插入料堆，铲取物料和举升铲斗的过程中，铲斗要克服切削物 料的阻力、物料与铲斗间的摩擦力和物料自身的重力。这些力构成了装载机工作 装置的作业阻力。为了分析问题方便，假设它们作用在铲斗齿尖的刃口上，并形 成两个集中力：水平阻力和垂直掘起力。 由于铲斗物料的种类和作业条件不同， 装载机实际作业时不可能使铲斗切削 刃均匀受载， 但可简化为两种极端情况： 一是对称载荷， 载荷沿切削刃均匀分布， 计算时可用一个作用在斗刃中部的集中载荷来代替；二是偏心载荷，由于铲斗偏 铲和物料的不均匀性而导致物料对铲斗的载荷产生不均匀分布，使铲斗偏于一 侧，形成偏心载荷，此时，通常将其简化后的集中载荷家在铲斗侧边的第一个斗 齿上。 装载机在铲掘作业过程中，通常有以下三种受力工况。 （1）铲斗水平插入物料，工作装置油缸闭锁，此时可以认为铲斗斗刃之受水 平插入阻力的作用。 （2）铲斗水平插入料堆，翻转铲斗（操纵转斗缸）或举升动臂（操纵动臂举 升缸）铲取物料时，认为铲斗斗齿只受垂直掘起阻力的作用。 （3）铲斗边插入边收斗或边插入边举臂进行铲掘时，认为铲斗斗齿受水平插 入阻力与垂直掘起阻力的同时作用。 6.2.外载外载荷荷计算计算 装载机的工作阻力是多种阻力的合力。由于物料性质和工作机构方式的不 同，工作阻力有不同的计算方法。一般工作阻力通常分别按插入阻力、掘起阻力 和转斗阻力矩进行计算。 （1）插入阻力 插入阻力就是插入料堆时，料堆对铲斗的反作用力，插入阻力由铲斗前切削 刃和两侧斗壁的切削刃的阻力，铲斗底和侧壁内表面与物料的摩擦阻力，铲斗底 外表面和物料的摩擦阻力组成。这些阻力与物料的种类、物料高度、铲斗插入物 料的深度、铲斗的结构形状等。一般按以下经验公式来确定总插入阻力 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 28 )(8 . 9 125 . 1 4321 nblkkkkfx= (6- 1) 式中, k1物料块度与松散程度系数 取k1=0.75 k2物料性质系数 取k2=0.14 k3料堆高度系数 取k3=1.0 k4铲斗形状系数，一般在1.1-1.8 之间，取k4=1.4 b铲斗宽度 取b=296 厘米 l铲斗的一次插入深度 取l=67.4cm f (n) x 82349.3 （2）掘起阻力 掘起阻力就是指铲斗插入料堆一定深度后， 举升动臂时物料对铲斗的反作用 力。掘起阻力主要是剪切阻力，最大掘起阻力通常发生在铲斗开始举升的时刻， 此时铲斗中物料与料堆之间剪切面积最大，随着动臂的举升掘起阻力逐渐减小。 铲斗开始举升时物料的剪切力为： f = 2.2kblz 式中 ,k开始举升铲斗时物料的剪切应力，它通过试验测定，对块度为 0.1-0.3m 的松散花岗岩，剪应力的平均值取k= 35000 帕 b铲斗宽度，m b=2.96m lc铲斗插入料堆的深度 f kn z = 2.2 35000 2.96 0.674 153.618 在设计任务书中给定的最大举起阻力为175kn，在力的校核时，以任务书为 准，取175kn。 （3）转斗阻力矩 当铲斗插入料堆一定深度后，用转斗油缸使铲斗向后翻转时。料堆对铲斗的 反作用力矩称为转斗阻力矩，当用铲斗翻转物料时，在铲斗充分插入料堆转斗的 最初时刻，转斗静力矩具有最大值,用ma0 表示。 ()ylxm a +-=25 . 0 4 . 01 . 1 0 （6-2） 式中 ,fx开始转斗时的插入阻力，n x铲斗回转中心与斗刃的水平距离，m y铲斗回转中心与地面的垂直距离，m 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 29 l铲斗插入深度，m ma0 = 38371.48 转斗阻力矩计算：铲斗在物料堆中转斗时，除了要克服物料堆的静阻力矩之外， 还要克服铲斗自重和铲斗中物料所产生的阻力矩。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 30 结结 论论 通过本文的设计，在zl30 轮式装载机工作装置优化设计过程中，了解轮式 装载机工作装置的基本工作原理，对整个工作装置的受力分析有个基本概念，并 对铲斗进行了分析。 掌握了cad和pro/e 软件，在对zl30轮式装载机工作装置优化设计基础上， 通过改动个别铰点的坐标和外形尺寸的局部改动， 使zl30装载机工作装置的性能 和强度都有明显的改善，在分析工作装置的约束及尺寸设计的基础上，学会如何 从理论上来指导实际设计，应用到具体的工作中来，指导设计开发、生产、试制 一系列的产品开发程序。能够进行平行设计，缩短设计周期，提高设计质量与产 品质量， 为装载机工作装置设计开发及其它类似的产品设计提供新的设计方法与 手段，通过本论文的学习和设计过程中，收获如下: (1) 掌握了轮式装载机工作装置的结构，铰接点的布置，工作装置的运动学及动 力学的分析，以及工作装置的优化步骤。 (2) 对装载机技术有了很多了解，并掌握了绘图软件cad。 (3) 提高产品的设计水平，增强产品设计的可靠性，缩短产品的开发周期。 (4)通过本论文学到的知识对我今后的工作可以说受益匪浅，并能在实际工作中 得到充分发挥。 由于轮式装载机是一个相当复杂的工程机械设备， 从产品设计到产品出厂也 是一个系统工程，同时在设计的过程中需要一定的实际经验，由于在软件的应用 上缺乏一定的实际经验以及软件应用的局限性，工作尚有许多不成熟、不完善的 地方，希望在今后的工作中在以下几个方面得到进一步加强与学习: (1)在轮式装载机理论上要加强学习，掌握更多更广的关于装载机设计知识和理 论计算，应用更多的新技术、新工艺、新软件到实际设计工作中，大大提高自己 的设计水平和设计速度，使设计的产品得到创新、得到发展、得到应用。 (2)在应用绘图软件cad时要进一步加强理论和实际应用经验，能够将cad绘图技 术与实际设计相结合，将整个产品设计在一个虚拟设计的世界中完成，改变传统 的设计程序，对企业的产品开发会带来更大的经济效益。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 31 参考文献参考文献 ： 1杨占敏，王智明等.轮式装载机.北京：化学工业出版社，2006.1 2成大先.机械设计手册1-5 卷（四版）北京：化学工业出版社.2002.1 3濮良贵.机械设计（七版）.高等教育出版社.2003 4胡慧云，鄢瑞瑜等.zl50f型装载机工作装置及铲斗优化.工程机械.2004 5门式宗，刘金云.zl50 轮式装载机.中国机电工业.2001，13：34-35 6廖念钊.互换性与技术测量（四版）.中国计量出版社.2003.8 7干光瑜.材料力学.北京：高等教育出版社.2006.6 8刘颖翠.一种新型装载机的研究. 建设机械技求与管理.2001.4 9郑家骧.画法几何与机械制图. 赤峰：内蒙古科学技术出版社.2002.3 10李家宝.结构力学（第三版）. 北京： 高等教育出版社.1999.6 11卢耀祖，郑惠强.机械结构设计.上海：同济大学出版社.2004.10 12马传.，液压传传动技术在工程机械领域的发展.工程机械与维修. 13潘洪章.我国工程机械的发展趋势.甘肃科技. 14胡乾桂.邹十践初探我国工程机械行业发展的新趋势.机械广场. 15李益锐.国外工程机械新技术、新结构与发展趋势. 16李黎明.有限元分析实用教程.清华大学出版社,2005:1 17郑凯,胡仁喜,陈鹿良.adams2005 机械设计高级应用实例. 18min weidong.et al.automatic triangular mesh generation forarbitrary planar regionsin： proc.of 9th cape，nanjing，july 1993：131136. 19barry joequadrilateral mesh generation in polygonal regionsjcomputer- a ided design， 1995，27 （3）：209222. 20刘良臣.透视中国装载机市场j.建筑机械化，2003，（5）：5-2. 21嘉木工作室编著.pro/e 实体建模实例教程.北京：机械工业出版社，2003.8. 22林清安.pro/engineer 零件装配与产品设计2001.北京：清华大学出版社，2003.3. 23林清安.pro/engineer 的variable section sweep 及program 的实例应用j.台湾. 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 32 致致 谢谢 本文在王玉玲老师老师的悉心指导和关怀下完成的。在整个学习期间，导 师以渊博的知识、 严谨的工作状态和一丝不苟的工作作风， 给我留下深刻的印象。 为我在今后工作中奠定了坚实的基础和良好的工作态度。 在论文工作即将结束完 成之际，谨向王老师表达我深深的敬意和最崇高的感谢。在写作毕业论文期间， 还要感谢麻学健，王雪冬，靳会洲等同学的帮助、支持和指导，他们令我度过一 个美好学习阶段，这是我一生中最难忘的一段学生经历。最后，我还要感谢我的 家人和朋友对我学习的支持与鼓励，他们给了我前进的动力! 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 33 回收报废车辆的经济问题回收报废车辆的经济问题 摘要 本次研究的问题是与环境有关的，因为今天研究的产品是社会的基础，特别 是 对报废汽车的管理。这样做的目的是确定汽车拆解办法的关键因素，以满足 以下三个目标： 1 含有对环境造成损害的报废汽车， 2 从环境和资源利用的角度来看，改进现行报废汽车管理. 3 促进制造合适的可回收利用汽车。 一种尝试是分析如何才能使得财政资源可以举办 elv 回收系统。 为促进实现 上述目标，已经给出了一些建议，就是通过扩大生产者责任感和得到以市场为导 向的财政支持。 总之，本文以探索其在经济上的可行性和成功要素市场的回收为目的。它强 调经济和技术水平的某种透明度。 1 绪言 这次活动收集了欧洲部分地区的材料，利用在再循环中已经起着重要作用的 废物管理系统中，并且在许多工业部门得以实施。今天，金属是各行业最重要的 再生材料，在这方面被称为二级金属工业。是他们运作开放的市场条件，包括任 何其他业务，都旨在获取利润。该文件和玻璃行业密切相关。 主要的因素是，确定循环使用单材料，包括纯度回收产品和市场回收产品， 材料的货币价值及收集和运输成本。 排序的成本，费用的转变， 能源材料的成本和任何剩余材料的处置。在这 种情况下，已知的回收活动盈利通常关注这些物质的通量，均匀，干净，保持其 性能随着时间的推移不变，并提供节省制造化的进程。 在不同类别的产品，一些集团特别区分开来。这是因为商品的名字复杂，本 集团的产品需要特殊的设计与他们的报废管理。 商品特性的复杂在于产品由几 个不同的部件和材料组成，并有一个相对较长的寿命和使用期限。例如一些复杂 货物的电子技术产品（国内的电子，电器，测量仪器注释等） ，机器和车辆（汽 车，发电机组， 飞机等） ，以及建设和施工技术产品等。赛车的核心部分是现 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 34 代社会的一种产品， 不同于其他东西， 例如， 在其内部， 有潜在的废品回收价值 。 2.新兴回收行业 新兴的回收行业往往与复杂的废物流像电气和电子废物或报废车辆有关。这 些行业普遍由于出现消费者或监管的压力而通常不受益，但是至少在开始时，具 有良好的经济效益。 他们的挑战往往是： 一、 分离的各种原材料 二、 在产品的处理中完全不同的物质流 三、 缺乏有组织的收集 四、 缺乏临界质量 五、 缺乏面向回收的设计，因此很难排序 六、 缺乏具体的回收利用技术 第一，第二和第五的问题列在这里可以并一起叫做“日益复杂的产品” ， 在今 天这是一个重大的挑战。 图 1 （德国汽车工业协会 1994 年）在德国概述了回收系统的构想。 在欧 洲联盟铁和非铁金属回收行业已确定。最近更多的行业，例如 纸张，玻璃和纺 织工业也实现快速发展。虽然主要的回收利用产业在尝试中有一些共同的特点， 但他们还显示了高度分化的特点， 这是由于文献中的技术和商业流程所涉及的回 收材料、 工业源（产生相当数量的废物数量有限的网站）和 后使用或后消费来源（其特点是大量的点的原籍国， 高度异质材料和经常高 度的污染） 。 在这里，我们侧重于使用后源或 elv 处理。 2.1 合作伙伴和一次性运载火箭产业的回收 工业参与者 elv 有许多非常不均匀的问题。它们是联系在一起的由技术和经 济变数组成的，泰德的 policyand 是在 centerof 工业中倡议关于 elv 。 汽车产业