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南昌航空大学科技学院学士学位论文第二章 装载机工作装置简介2.1装载机工作装置的结构形式与特点2.1.1工作装置的总体结构与布置工作装置是装载机的重要组成部分。装载机的铲装、翻斗、提升以及卸料都是通过工作装置的有关运动来实现。在一般情况下，装载机的工作装置由铲斗、动臂、动臂后座、叉子挂接框以及转斗油缸和动臂油缸等组成。铲斗是装载物料的容器，具有两个铰点，一个与动臂铰接，另一个通过叉子挂接框而与转斗油缸连接，操纵转斗油缸即可使铲斗翻转或卸料。动臂与车架铰接，操纵动臂油缸即可举升或降落动臂和铲斗。2.1.2 TZ08D型前装载机结构简况及设计参数按行走装置的不同，装载机分为轮胎式和履带式两种。轮胎式装载机由动力装置、车架、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统、液压系统和工作 图2-1 TZ08D装载机工作装置实体图装置等组成。轮胎式装载机采用柴油机为动力装置，液力变矩、动力换档变速箱、双桥驱动等组成的液力机械式传动系统（小型轮胎式装载机有的采用液压传动或机械传动），液压操纵，铰接式车架转向，反转杆机构的工作装置。如图2-1所示，工作装置由铲斗、叉子挂接框、动臂、横梁、支撑杆、拉杆、动臂后座等组成。各构件之间由销轴联接，有相对转动。在计算时，可以将其视为一体。在用PRO/E对其做有限元静力分析中，认为工作装置各铰接处没有相对转动。动臂是工作装置的主要受力部件，其截面形状为矩形；又因其长、宽方向远大于厚度方向，故可以用板壳元对动臂进行离散。横梁也为矩形管。东北后座和叉子挂接框是焊接结构，其焊接板的截面均为矩形。考虑各构件的厚度远小于其它两个方向的厚度，可以认为均为板类零件.图2-2 TZ08D型装载机外形图操作重量：17.5t额定功率：158Kw额定载荷：5tTZ08D型装载机主要设计参数由厂方提供，具体见表2-1所示。表2-1 TZ08D型装载机主要设计参数TZ08D装载机配套拖拉机最高位置铲斗销高度(mm)最大卸载高度(mm)卸载距离(mm)卸料角度()FT604/704A C D EFT604/70431002300114045TZ08D装载机铲斗到前轮中心距离(mm)掘起角()挖掘深度（mm）斗宽（mm）斗容（m3）FGH23203414016520.432.2 液压油缸设计计算(1)根据主机的运动要求，从机械设计手册选择液压缸的类型，这里选择双作用单活塞杆液压缸。根据机构的结构要求，从机械设计手册选择安装方式，这里选择头部耳环型安装方式；(2)根据主机的动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。如液压缸的推力、速度、作用时间、内径、行程及活塞缸直径等；(3)根据选定的工作压力和材料进行液压缸的结构设计。如缸体壁厚、缸盖结构、密封形式、排气与缓冲等；(4)液压缸性能的验算。2.2.1液压缸主要尺寸的计算液压缸的主要几何尺寸，包括液压缸的内径，活塞缸直径和液压缸的行程等液压缸内径的计算工程上，计算液压缸的内径通常有两种方法：根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径 计算公式可由式导出：AL=3.57x10-2x 公式（2-1）式中AL液压缸内径 m F液压缸推力 KN P选定的工作压力 Mpa对动臂进行受力分析得 F=49850 N P=16 Mpa由公式（2-1）得AL=3.57x10-2x =63 mm方法二略活塞杆直径的计算活塞杆直径的计算通常也有两种方法;根据速度比要求来计算活塞杆直径 MM=AL 公式（2-2） 式中MM活塞杆直径 AL液压缸直径 速度比 = 公式（2-3） 式中V2活塞杆的缩入速度 V1活塞杆的伸出速度液压缸的往复运动速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25、1.5几种，这里选择=1.46所以有公式（2-2）计算得到MM=35 mm液压缸行程的确定液压缸行程主要依据机构的运动要求而定，但为了简化工艺和降低成本应尽量采用GB2349-80中给出的标准系列值。这里动臂油缸行程选择610 mm 翻斗油缸行程选择210 2.2.2 液压缸性能参数的计算F1=P1A1x103 公式（2-4）式中F1液压推力 KN P1工作压力 Mpa A1活塞的面积A1= 公式（2-5）式中活塞的直径由公式（2-4）计算得到 F1=4.99x104 NF2=P2A2x103 公式（2-6）式中F2液压缸拉力 KN P2工作压力 Mpa A2活塞有腔作用的面积A2=） 公式（2-7）式中活塞的直径 MM活塞杆直径由公式（2-7）计算得到 A2=2154由公式（2-6）计算得到 F2=3.45x104由以上分析计算选择翻斗油缸 HSGL01-63/35 动臂油缸 HSGL01-63/352.3工作装置连杆机构的结构形式与特点由装载机工作装置的自由度分析可知，工作装置的连杆机构均为封闭运动链的单自由度的平面低副运动机构，其杆件数目应为4, 6, 8, 10等等。对装载机工作装置而言，尽管杆件数目越多越能实现复杂的运动，但同时铰接点的数目亦随之增加，结构越复杂，就越难在动臂上进行布置。因此，装载机工作装置的连杆机构多为八杆以下机构。这样按组成工作装置连杆机构构件数不同，装载机工作装置可分为三杆、四杆、五杆、六杆和八杆机构;按输入与输出杆转向不同，又可分为正转和反转机构。正转机构是指输入与输出杆的转向相同，反转机构是指输入与输出杆的转向相反。由于TZ08D装载机使用的是正转四杆机构，所以这里只介绍正转四杆机构。该机构结构最为简单，易设计成铲斗举升平动，前悬较小。缺点是铲掘转斗时油缸小腔作用，输出力小，连杆机构的传力比难以设计成较大值，所有铲掘力相对较小，转斗缸行程大，油缸结构较长，铲斗卸载时，活塞杆易于铲斗底部相碰，减小了卸料角:机构不易实现铲斗自动平放。2.4装载机工作装置的基本概念(1)掘起力掘起力是指具有标准适用重量的装载机停放在坚硬的水平面上，铲斗斗刃底部平行于地面，且在地面上下偏差不超过25cm的情况下，当转斗或升臂时，后轮不准离地或即将离地。这时工作装置所产生的作用在铲斗斗刃后10cm处的最大垂直向上的力。(2)传力比装载机工作装置的传力比分为连杆机构的传力比和举升机构的传力比两大类。连杆机构的传力比是指单位转斗缸力所获得的铲斗掘起力;举升机构的传力比是指单位动臂举升缸力所获得的铲斗掘起力。显然，传力比越大，工作装置的铲掘性能越好。(3)铲斗自动放平铲斗自动放平是指铲斗在某一常用位置(通常是动臂上限位置)卸料后，转斗缸闭锁不做收斗行程，当动臂举升缸下放动臂至地面位置时，由连杆机构自身运动实现自动放平，铲斗进入下次插入状态。铲斗自动放平并不是绝对的，它只能保证机构在某一个位置卸料后实现铲斗自动放平，其他位置则无此特性。要保证机构的每个位置卸料后均能实现铲斗的自动放平，必须增设自动放平装置。这里所指的铲斗自动放平是利用工作装置机构本身特性实现常用卸料位置的放平。(4)铲斗靠挡块通常可以发现，有的装载机在运输物料过程中，铲斗会绕动臂下铰接点转动，即发生“点头”现象。尤其是当车体碰到障碍物或紧急制动时，“点头”现象更加显著，严重时会破坏连杆、油缸等一些薄弱杆件。因此，必须提出解决办法，要消除铲斗在运输过程中产生的“点头”现象，必须保证铲斗紧靠动臂。这就是所谓的铲斗靠挡块，他通常是通过铲斗与动臂的强制干涉来实现的。2.5装载机工作装置的设计要求2.5.1 装载机典型作业工况及其描述工作装置的作业过程通常由以下5种典型工况组成，如图2-3(1)地面插入工况I 动臂下放至下限位置，铲斗插入地面，斗尖触地，开动装载机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆。此时，UG=UG4, U=Ui=-50(通常取其上限值)。(2)下限收斗工况II 完成工况I以后，转动铲斗，铲取物料，操作转斗缸实现收斗作业过程。UG=UG4, U=U2=4045(一般由用户确定)。(3)重载运输工况III 转斗缸闭锁，举升动臂，将工况II的铲斗升高到适当的运输位置(以斗底离地的高度小于最小允许距离为准)，然后驱动装载机，载重驶向卸料点。UG=UG7, U=U运输。(4)上限举升工况IV 保持转斗缸长度不便，操作举升缸，将动臂升至上限位置。此时，UG=UG6, U=U上收。图2-3 装载机工作装置典型作业工况I-地面插入工况 II-下限收斗工况 III-重载运输工况 IV-上限举升工况 5-上限卸料工况(5)上限卸料工况V 在上限收斗工况IV下，操作转斗缸翻转铲斗，向运输车辆或固定料仓卸料。UG=UG6, U=U3=-45。卸载结束后，操作举升缸下放动臂，实现铲斗自动放平，再次进入地面插入工况，并进行下一循环作业过程。2.5.2工作装置的设计要求各类装载机工作装置的设计都应满足如下基本要求:(1)生产率高;(2)插入和铲取能力大、能耗小；(3)结构和工作尺寸适应生产条件需要；(4)零部件受力状态良好，强度和寿命合理；(5)结构简单、紧凑，制造、维修容易，操作、使用方便；轮式装载机除满足上述5条基本要求外，还应由下列特点和要求：(1)由于铲斗宽度和容积都较大，所以铲装阻力大，装满系数小。因此，设计时必须合理选取铲斗的结构和尺寸，以减小工作阻力，达到装满、卸净，运输平稳。(2)工作装置连杆机构能产生较大的插入和掘起力，功耗低，零部件受力状态良好。(3)铲斗由工况II被举升到上限卸料位置的过程中，为避免物料散落，要求铲斗作“平移运动”。绝对要求铲斗举升过程中的平动是很困难的，它将给设计工作带来诸多麻烦，并将急剧降低工作装置的其他性能。从不易撒落这一目的出发，要求绝对平动并无必要，只要把铲斗举升时的倾角变化量限制在某一许可范围之内即可。(4)保证必要的卸料角、卸料高度和卸料距离。要求铲斗在工况II至上限位置之间都能干净地卸料。为此，铲斗瞬时地卸料角均须大于或等于45。铲斗在上限位置卸料时，最大卸载高度和最小卸载距离，必须与配套的载货汽车车厢尺寸相适应。(5)铲斗自动放平。他对定点高度卸料很有意义，因为汽车就在装载机近旁，若卸料后，下放动臂的同时，装载机驶向装载点。当到达装载点时，铲斗正好呈开始插入状态，即可开始新的装、运、卸工作循环。如此，能省去两次操作。既能提高装载工作效率，又可减轻司机的劳动强度。(6)