毕业设计（论文）-ZL18装载机工作装置设计.doc

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，铲斗卸载角不小于45，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平。常见的有关轮式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、工作强度和刚度的校核，保证铲斗适应铲装不同种类和重度的物料。摘 要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进行铲、挖、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、农田等基本建设中。国外装载机发展迅速，而我国装载机在设计上存在很多问题，其中主要集中在可靠性、结构设计强度等方面。而工作装置对于装载机来说又是重中之重，所以工作装置的设计好坏直接影响到装载机的使用寿命以及工作效率等。虽然现在市场上的装载机已经日趋成熟，但对其进行改进设计仍有非常重要的意义，尤其是装载机的工作装置。国产轮式装载机中广泛采用反转连杆机构工作装置，装载机工作装置的转斗六连杆机构是由与液压缸，铲斗相关联的两个四连杆机构组合而成。轮式装载机在作业时，靠改变液压缸的长度来使铲斗获得所要求的收斗角和卸料角。机构中各杆件长度及其结构参数确定后，需要对该机构作某些特定计算，以判断机构设计的正确性。在工作循环中速度与加速度变化合理；油缸活塞行程为最佳值；工作装置运动平稳、无干涉、无死点、无自锁；动臂从最底位置到最大卸载高度的举升过程中，保证铲斗中物料不洒落；在卸载后，动臂下放至铲掘位置铲斗能自动放平。铲斗是工作装置的重要部件，直接用来切削、铲掘、运输和卸出物料。本次设计的重点是装载机铲斗结构设计。关键词：装载机，工作装置Abstract The loader is a kind of very extensive use of earth-moving machinery. It is not only used for loose deposits to shovel, dig, loading, unloading, transporting, also can be shoveled and loaded after the bursting of the ore, can also be used for leveling of ground, and of hard soil for mild mining. If a different device, can complete the rod-shaped material handling, push soil, snow, drilling, lifting, road sweeping, fork is arranged, crushing and other operations. In the absence of a towing vehicle occasions, loader can also be used as a traction power. Therefore, it is widely used in construction, mining, highway, railway, water and electricity, ports, defense, farmland capital construction in. Foreign fork-lift truck is developing rapidly ,but the loader in the design has many problems inchina, which mainly focused on the reliability of structure design, strength etc. Working device for loader is also a priority among priorities, so the working device of loader design will directly affect the service life and work efficiency. Although the market of the loader has matured, but carries on the improvement design is still very important, especially the loader working device. Homemade wheel loader is widely used in reverse linkage working device of loader working device, method for six-link mechanism is composed of hydraulic cylinder, bucket associated with the two four connecting rod mechanism and combination. Wheeled loader in the job, by changing the length of the hydraulic cylinder to obtain the required collecting bucket bucket angle and the angle of discharge. Mechanism of the rod length and structural parameter determination, needs to the institution as a certain calculation, in order to judge the correctness of the design of mechanism. In the working cycle speed and acceleration change is reasonable; cylinder piston stroke for the best value; working device smooth motion, without interference, no dead point, no self-lock; boom from the bottom position to a maximum discharge height of the lifting process, ensure the bucket material does not fall; after unloading, the boom down to digging position bucket capable of automatic flat. The bucket is the important component of working device, directly used for cutting, digging, transportation and unloading of materials. The focus of this design is the design of loader bucket structure.Key words: loader, working device 分享到 32009级工程机械专业课程设计目 录摘要5第一章 轮式装载机6 1.1 轮式装载机概述61.1.1 装载机简介61.1.2 装载机的主要技术性能参数61.1.3 装载机的用途71.1.4 装载机的分类71.2 轮式装载机应用技术发展81.2.1 国外轮式装载机发展现状81.2.2 国外轮式装载机发展趋势91.2.3 国内轮式装载机发展现状101.2.4 国内轮式装载机发展趋势11第二章 装载机工作装置铲斗结构设计122.1 工作装置的总体结构与布置122.2 工作装置连杆机构的结构形式与特点132.3 铲斗结构设计方案15第三章 铲斗设计163.1 铲斗的设计要求163.2 铲斗斗型的结构分析163.2.1 斗体形状163.2.2 切削刃的形状163.2.3 铲斗的斗齿183.2.4 铲斗的侧刃183.3 铲斗基本参数的确定183.3.1 铲斗的断面形状183.3.2 铲斗基本参数的确定19第四章 铲斗受力分析及强度校核244.1 铲斗受力分析244.2 工作装置铲斗的强度校核265 结论296 参考文献301 轮式装载机1.1 轮式装载机概述1.1.1 装载机简介装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支撑结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。1.1.2 装载机的主要技术性能参数标志装载机的主要技术性能参数有铲斗容量、额定载重量、发动机额定功率、整机质量、最大行驶速度、最小转弯半径、最大牵引力、最大掘起力、最大卸载高度、卸载距离、工作装置动作三项和等。铲斗容量：一般指铲斗的额定容量，为铲斗平装容量与堆尖部分体积之和，用 m3 表示。额定载重量：指在保证装载机稳定工作的前提下，铲斗的最大载重量，单位为kg 。发动机额定功率：发动机额定功率又称发动机标定功率或总功率，是表明装载机作业能力的一项重要参数。发动机功率分为有效功率和总功率，有效功率是指在29C 和746mmHg（1mmHg=133.322Pa）压力情况下，在发动机飞轮上实有的功率（也称飞轮功率）。国产装载机上所标有的功率一般指总功率，即包括发动机有效功率和风扇、燃油泵、润滑油泵、滤清器等辅助设备所消耗的功率。单位为 kw。整机质量（工作质量）：指装载机设备应有的工作装置和随机工具，加足燃油，润滑系统、液压系统和冷却系统都加足液体，并且带有规定形式和尺寸的空载铲斗和司机标定质量（75kg3kg）时的主机质量。它关系到装载机使用的经济性、可靠性和附着性能，单位为 kg 。最大行驶速度：指铲斗空载，装载机行驶于坚硬的地面上，前进和后退各档能达到最大速度，它影响装载机的生产率和安排施工方案，单位为 km/h 。最小转弯半径：指自轮胎中心或后轮外侧或铲斗外侧所构成的弧线至回转中心的距离，单位为 mm 。最大牵引力：指装载机驱动轮缘上所产生的推动车轮前进的作用力。装载机的附着质量越大，则可能产生的最大牵引力越大，单位为 kN 。最大掘起力：指铲斗切削刃的底面水平并高于底部基准平面20mm 时，操纵提升液压缸或转斗液压缸在铲斗切削刃最前面一点向后100mm处产生的最大向上铅垂力， 单位为 kN 。最大卸载高度：指铲斗铰轴在最大高度、铲斗处于卸载角（如果卸载角小于时，指明该卸载角）时，铲斗切削刃的最低点与水平面之间的距离。单位为 mm 。卸载距离：一般指在最大卸载高度时，从装载机前外廓到斗刃之间的水平距离，单位为 mm 。工作装置动作三项和：指铲斗提升、下降、卸载三项时间的总和，单位为 s 。1.1.3 装载机的用途装载机是一种用途十分广泛的工程机械，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。此外，还可以进行刮平地面和牵引其他机械等作业。换装相应的工作装置，装载机还可以进行推土、起重、装卸木料或钢管等作业。1.1.4 装载机的分类装载机一般按以下特点来分类：按行走装置不同分按行走装置不同可以分为轮胎式和履带式两种。由于国产履带式装载机多是在推土机基础上形成及国内外使用和生产的绝大多数是轮胎式装载机，又因为这两类装载机除了行走装置不同外，其他系统和构造大体相似，所以本次设计也以轮式装载机为目标。轮胎式装载机简称为轮式装载机，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。按使用场合不同分类按使用场合不同可以分为露天用装载机和井下用装载机（铲运机）。铲运机机构简单，国内外生产和使用的装载机绝大多数是露天轮式装载机，井下用铲运机是根据井下巷道的工作条件，对发动机的排污和噪音，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，在露天使用的装载机基础上变形设计而成的。按装载方式不同分类按装载方式不同可以分为前卸式、后卸式、侧卸式和回转式。轮式装载机基本上都是前卸式。1.2 轮式装载机应用技术发展在经历了5060年的发展后，到20世纪90年代中末期国外轮式装载机技术已达到相当高的水平。基于液压技术、微电子技术和信息技术的各种智能系统已广泛应用于装载机的设计、计算操作控制、检测监控、生产经营和维修服务等各个方面，使国外轮式装载机在原来的基础之上更加“精致”，其自动化程度也得以提高，从而进一步提高了生产效率，改善了司机的作业环境，提高了作业舒适性，降低了噪音、振动和排污量，保护了自然环境，最大程度的简化维修、降低作业成本，使其性能、安全性、可靠性、使用寿命和操作性能都达到了很高的水平。1.2.1 国外轮式装载机发展现状（1） 产品形成系列，更新速度加快并朝大型化和小型化发展 产品的系列化、成套化、多品种化成为主流。为了适应市场需求，各厂商加快了产品的更新换代，如以卡特彼勒为代表的美国，以小松公司为代表的日本和装载机生产第三大集团西欧各厂家都加快推出多功能，全面兼顾动力性、机动性与灵活性的新产品，以满足不同用途用户的需求。此外，装载机的大小规格向两头延伸，以适应大型露天煤矿或金属矿和狭窄施工场所，如仓库、货栈、农舍、地下等场所的装载作业。这些产品如美国克拉克公司生产的675型，功率达1000 kW ， 而日本东洋远般株式会社生产的310型，斗容量仅为0.11m3 ，功率为9.8kW。此外，装载机还向高卸位、远距离方向发展。如JCB公司开发了收缩臂式装载机，小松公司开发了能扩大作业范围带伸缩机构的装载机。（2） 采用新结构、新技术，产品性能日趋完善近年开发的产品普遍采用了高性能发动机和自动换挡变速器、大流量负荷传感液压系统、前后防滑差速器、多片湿式盘式制动器、行走颠簸减振先进技术，并综合液压、微电子和信息技术制造，并应用了很多智能系统。工作装置连杆机构推陈出新，各种自动功能更趋于成熟、完善。（3） 发展多种工作装置，不断满足市场需求所有厂家的产品都强调一机多用，配用快换装置及多种附件，可以换装几种到几十种甚至上百种不同的作业装置，如VME集团生产的VolvoBM轮式装载机可更换多达100余种的工作装置，如各种用途的铲斗、装卸叉、吊具、清扫装置、集草叉、除雪铲、路面铣刨器具、压实器具、破碎器具、地表钻等，以便进行装载、铲平、搬运、挖掘、清理等作业。各种工作装置的更换非常简便，司机在驾驶室内只需12min就可以轻而易举的完成。（4） 易于维修、保养，注重环保所以产品都充分考虑到可维护、维修性，各关键零部件和维护点都预留了足够的通路，保养点集中并可以在地面上进行，普遍采用了自动集中润滑。大量机罩都采用可展开结构，可整体翻转，有些机型的驾驶室还可以整体倾翻。许多产品发动机风扇采用液压驱动。大部分产品设有微机操作信息中心供维修查询。各个厂家也都十分注意产品的环保，主要从降噪降污和节约能源入手。普遍采用了降噪、将污染、满足现有排放法的清洁型发动机，同时对机器主要噪声源都采取了各种防护措施。1.2.2 国外轮式装载机发展趋势综合上述现状和未来市场需求，国外轮式装载机在其未来的技术发展中将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、信息管理系统及故障诊断系统；采用单一吸声材料、噪声抑制方法等消除或降低机器噪声；通过不断改进电喷装置，进一步降低柴油发动机的尾气排放量；研制无污染、经济型、环保型的动力装置；提高液压元件、传感元件和控制元件的可靠性与灵敏性，提高整机的机-电-信一体化水平；在控制系统方面，将广泛采用电子监控和自动报警系统、自动换挡变速装置；普遍安装GPS定位与质量自动称量装置；开发“机器人式”装载机等。（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。（2） 多用途，微型化为了全方位的满足不同用户的需求，国外轮式装载机在朝着系列化、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，快速可更换连接装置的诞生，安装在工作装置上的液压快速可更换连接器，能在作业现场完成各种附属装置的快速装卸及液压软管的自动连接，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，可使用户在不断增加投资的前提下充分发挥设备本身的效能，完成更多的工作；另一方面，为了尽可能地用机器作业代替人力劳动，提高生产效率，适应城市狭窄施工场所以及特殊作业环境的使用要求，小型及微型装载机有了用武之地，并得到了较快的发展。为占领这一市场，各生产厂商都推出了多用途、小型和微型轮式装载机。（3） 不断创新的结构设计目前，装载机的工作装置已不再采用单一的Z形连杆机构，许多公司不断设计出新颖独特的连杆机构工作装置，这将进一步增加轮式装载机工作装置的种类。（4） 更加重视安全性、舒适性和可靠性装载机的安全性、舒适性和可靠性技术将得到更广泛的重视。翻滚保护和落物保护结构驾驶室、消声、减震、防油污以及全球定位系统（GPS），闭路监视系统，超声波后障碍探测系统，微机监控和自动报警系统，不解体检测和简化维修等各种新技术与装置将得到进一步的发展和更广泛的应用。（5） 向节能与环保方向发展一些节能环保的新技术和新方法，如代用燃料、节能装置、降噪装置将得到更深入的试验研究并推广应用，进一步降低能耗，提高作业经济效益。1.2.3 国内轮式装载机发展现状我国轮式装载机行业起步较晚，其制造技术是陆续从美国、德国和日本等国家引进的。目前，我国轮式装载机的生产技术水平只相当于发达国家20世纪80年代的生产制造水平。虽然目前国内轮式装载机的生产厂家群雄并立，并且有增无减，但国内的企业自主开发创新能力较弱，产品更新换代以适应市场需求的能力差，不能及时适应市场的需求。在生产制造上，工艺装备水平和生产能力低，造成关键零部件技术不过关，整机的可靠性，故障率，使用寿命，机、电、液一体化水平，外观质量，操纵灵活性和舒适性方面与先进国家产品相比差距较大。目前，我国轮式装载机的发展有如下一些特点：（1） 缺乏高科技含量，产品质量不稳定，档次低我国生产的轮式装载机的技术水平普遍较低，高科技附加值少，产品档次低，属于中等偏下水平。产品质量不稳定，国产装载机大故障的部位主要集中在传动系统，小毛病主要出现在液压系统。（2） 设备的灵活性、舒适性较差 灵活性是反映装载机工作效率的一个重要指标。由于设计或制造等原因，各个部件不能自如运作，工作起来笨拙不堪，现场讲是出工不出力、出力不出活。现场作业，其环境千差万别，特别是洞室、狭窄恶劣地段工作更需要灵活性，在这方面国外的大吨位设备也远比国内小吨位设备灵活的多。设备的舒适性是指驾驶员在操作设备作业时所感受到的舒适程度，也包括环保方面的排放标准和噪声大小等。国产产品驾驶室的噪声控制、密封问题都没有得到很好的解决。一些厂家试图在驾驶室里安装收录机等音响系统，其实在没解决设备噪声之前，这些都是徒劳的；同理，在没有解决驾驶室密封问题之前，一切空调等通风换气装置都是没有任何意义的。（3） 用途单一，产品规格中间大两头小我国生产的轮式装载机所配有的附属作业装置有限，造成装载机使用功能少、用途单一。尽管已能产生出0.410t 的装载机产品，但产量主要集中在15t 范围内，无力生产微型级、大型级产品，造成了产品结构中间大、两头小的格局。1.2.4 国内轮式装载机发展趋势尽管国内轮式装载机的技术发展水平与西方发达国家存在着很大的差距，但也应该考虑到历史和国情的原因。目前国产轮式装载机也正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各个主要厂家也不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，正在从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖出来，成为装载机行业的领先者。其发展体现出以下一些趋势： （1）大型和小型轮式装载机，在近几年的发展过程中，受到客观条件及市场总需求量的限制，竞争最为激烈的中型装载机更新速度将越来越快。（2）各生产厂家根据实际情况，重新进行总体设计，优化各项性能指标，强化结构件的强度及刚度，以使整机可靠性得到提高。（3）优化系统结构，提高系统性能。如动力系统的减震系统、散热系统的结构优化、工作装置的性能指标优化及各铰接点的防尘、工业造型设计，逐步引进最新的传动系统和液压系统技术，予以国产化、商业化，降低能耗，提高性能。（4）利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用，提高效率、节约能源、降低装载机作业成本。（5）提高安全性、舒适性。驾驶室逐步具备FOPS和ROPS功能，通过国际安全要求的认证，达到国际市场的基本要求，获得进入国际市场的许可证。驾驶室内环境将向汽车方向靠拢，转向盘、座椅、各操纵手柄都能调节，使操作者处于最佳位置工作。（6）降低噪声和排放，强化环保指标。随着人们环保意识的增强，许多大城市已制定机动车的噪声和排放标准，工程建设机械若不符合排放标准，将要限制在此地区销售。（7）广泛利用新材料、新工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品的寿命和可靠性。（8）最大限度的简化维修，尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提供排除问题的方法。2 装载机工作装置铲斗结构设计2.1工作装置的总体结构与布置装载机工作装置是完成装卸作业并带液压缸的空间多杆机构。工作装置是组成装载机的关键部件之一，其设计水平的高低直接影响工作装置性能的好坏，进而影响整机的工作效率与经济性指标。装载机工作装置分为有铲斗托架和无铲斗托架两种基本结构形式，如下图2-1、2-2所示。它由运动相互独立的两部分组成 连杆机构和动臂举升机构，主要由铲斗、动臂、连杆、上下摇臂、转斗油缸、动臂举升油缸、托架、液压系统等组成。图2-1 有铲斗托架式 图2-2 无铲斗托架式 1铲斗 2动臂 3连杆 4下摇臂 5上摇臂 6转斗缸 7动臂举升油缸 8前车架 9铲斗托架带铲斗托架的工作装置，其动臂及连杆的下铰接点与铲斗托架铰接，上铰接点与前车架支座铰接；转斗油缸铰接在托架上部，活塞杆及托架下部与铲斗铰接。由托架、动臂、连杆及前车架构成一个平行四边形连杆机构，使得转斗缸闭锁时，动臂在举升过程中，铲斗始终保持平动。无铲斗托架的工作装置，其动臂下铰接点与铲斗铰接，上铰接点与前车架支座铰接；转斗缸一端与前车架铰接，另一端与上摇臂铰接；连杆一端与摇臂铰接，另一端与铲斗铰接；摇臂铰接在动臂上。2.2 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。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也随之增加，结构越复杂，就越难在动臂上进行布置。因此，实际上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。综合国内外装载机工作装置可知，其连杆机构典型结构主要有下列几种。正转八杆机构：机构在转斗缸大腔进油时转斗铲取，所以铲取力较大；各构件设计合理时，铲斗能获得较好的举升平动性能；连杆机构的传动比较大，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；因传动比大，还可以适当减小连杆机构的尺寸，因而可以改善司机的视野。机构结构较复杂，铲斗自动放平性较差。组成一个自由度的平面八杆机构共有16种基本结构形式。由于连杆机构要布置在动臂上，所以有可能作为装载机工作装置的仅有两种方案：其一，是由2个四铰构件和6个两铰构件组成；其二，是由1个四铰构件、2个三铰构件和5个两铰构件组成。可见，八杆机构的结构形式很多，需进行选择使用。 图2-3 八杆机构工作装置的结构形式六杆机构：六杆机构工作装置是目前装载机上使用最为普及的一种结构形式。对于单自由度的六杆机构，只能有两个三铰构件和4个两铰构件组成。根据转斗油缸布置位置的不同，可以作为装载机工作装置的六杆机构，常见的有以下几种结构形式：（1） 转斗缸前置式正转六杆机构（图2-4a） 其优点是转斗缸直接与摇臂相连接，易于设计成两个平行的四连杆机构，铲斗平移性较好；同八杆机构相比，结构简单，司机视野较好。缺点是转斗时油缸小腔进油，铲掘力相对较小；连杆机构传力比小，使得转斗缸活塞行程较大，转斗缸加长，卸载程度不如八杆机构；由于转斗缸前置，使得工作装置的整体重心外移，增大了工作装置的前悬量，影响整机的稳定性和行驶时的平稳性；铲斗不易实现自动放平。 图2-4 六杆机构工作装置的结构形式 （2） 转斗缸后置式正转六杆机构（图2-4b） 与转斗缸前置式相比，机构前悬较小，传动比较大，活塞行程较短；有可能将动臂、转斗缸、摇臂和连杆机构的中心线设计在同一平面内，从而简化了结构，改善了动臂和铰销的受力状态。缺点是：转斗缸与车架的铰接点位置较高，影响了司机的视野，其他同前置式。（3） 转斗缸后置式正转六杆机构（图2-4c） 转斗缸布置在动臂下方。在铲掘收斗作业时，以油缸大腔工作，故能产生较大的掘起力。但组成工作装置的各构件不易布置在同一平面内，构件受力状态较差。（4） 转斗缸后置式反转六杆机构（图2-4d） 将其布置在动臂上面，转斗缸小腔作用时进行铲掘。这种机构又称为“Z”形连杆机构。该机构具有以下优点：一是，铲斗插入时转斗缸大腔进油，并且连杆机构的传力比可以设计成较大值，故可获得较大的掘起力；二是，合理设计连杆机构各构件的尺寸，不仅可以得到良好的铲斗平移性能，而且可以实现铲斗的自动放平；三是，结构十分紧凑，前悬小，司机视野好。缺点是摇臂和连杆布置在铲斗和前桥之间的狭窄部位，各构件间易于发生干涉。（5） 转斗缸前置式反转六杆机构（图2-4e） 转斗缸布置在靠近铲斗处，铲掘时靠小腔作用。现在这种机构很少用。2.3 铲斗结构设计方案 综合比较以上几种结构的特点，在铲斗部分，采用无铲斗托架式结构；油缸的布置形式为立式布置形式。同时考虑到实际工作中的运用情况，它的连杆机构采用的是反转六连杆机构。通过查找资料得到ZL18装载机的主要技术参数主要参数：铲斗容量： 1 m3额定载重量： 1.8t发动机额定功率： 50 kw整机质量： 5.7t以上是为总体的参数。3 铲斗设计3.1 铲斗的设计要求 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。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尺寸，以降低铲斗插入物料的阻力。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，所以要保证铲斗有足够的强度、刚度、耐磨性，使之具有合理的使用寿命。 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1.41.6tm3的物料(如砂、碎石、松散泥土等)：增加斗容的铲斗，斗容一般为正常斗容的1.41.6倍，用来铲掘容重1.0tm3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0.60.8，用来装载容重大于2tm3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。3.2 铲斗斗型的结构分析3.2.1斗体形状 从整个斗体形状看来，铲斗基本可以分成“浅底”和“深底”两种类型。在斗容量相同的情况下，前者开口尺寸较大，斗底深度较小，即斗前壁较短，而后者正好相反。浅底铲斗插入料堆的深度较小，相应的插入阻力也较小，容易装满，但运输行驶时容易撒落物料；由于前悬增大，影响车辆行驶平稳性。而深底铲斗则恰恰相反。相比之下，定点装载使用浅底铲斗，而运输距离较大则采用深底铲斗较为合适。斗体常用低碳、耐磨、高强度钢板焊接制成。3.2.2切削刃的形状铲斗通常用低碳，耐磨，高强度钢板焊接而成。由切削刃、侧壁切削刃、斗底、斗后壁、挡板、角板、耐磨板、护板或支角组成。由于铲斗是直接与物料接触，特别是铲装坚硬的砂等物料，斗前缘与斗壁磨损较快，因此，斗前缘采用耐磨的高锰钢等优质材料，或者是堆焊硬质合金。铲斗斗体常用低碳、耐磨、高强度钢板焊接而成，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采用高强度耐磨板料制成，耐磨板和支角亦都用耐磨材料制成，可以更换，用以增加铲斗的使用寿命。铲斗前缘的斗齿是用65Mn锻制后热处理或ZG13Mn铸成型斗齿。斗齿是易换件，磨损较快，必要时应予以更换。轮式装载机的铲斗断面形状一般为“U”形，用钢板焊接而成。常见铲斗结构如图3-3所示。图3-1 常见铲斗结构(a)直线形斗刃铲斗 (b)V形斗刃铲斗 (c)直线形带齿铲斗 (d)弧形齿铲斗图铲斗由斗底、侧壁、斗刃及后壁等部分组成，如图3-2所示。图3-2轮式装载机铲斗结构1防滋板； 2连接耳； 3斗后壁4斗前壁； 5斗侧壁； 6切削刃； 7斗齿； 8斗侧刃 根据装载物料不同，切削刃有直线型和非直线型。前者形式简单，有利于铲平地面，但铲装阻力较大。后者又有V形和弧形等，由于这种刃中间突出，铲斗插入料堆时可使插入力集中作用在斗刃的中间部分，所以插入阻力较小，容易插入料堆，并有利于减少偏载插入，但铲斗装满系数要比前者小。矿用轮式装载机工作条件恶劣，任务繁重，插入和掘起阻力都很大，偏载工况对工作机构的强度影响严重，所以多选用非直线形切削刃，并以V形切削刃为佳。斗刃材质是即耐磨又耐冲击的中锰合金钢材料，侧切削刃和加强角板都用高强度耐磨钢材料制成。32.3 铲斗的斗齿装有斗齿的铲斗在装载机作业时，插入力由斗齿分担，形成较大的比压，利于插入密实的料堆或松物料或撬起大的块状物料，便于铲斗的插入，斗齿磨损后容易更换。因此，对主要用于铲装岩石或密实物料的装载机，其铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物队其铲斗可以不装斗齿。 斗齿的形状对切削阻力有影响：对称齿形的切削阻力比不对称齿形的大；长而狭窄的齿比宽而短的齿的切削阻力要小。3.2.4铲斗的侧刃 弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小，但弧线型铲斗侧板较浅，容易从两侧泄漏物料，不利于铲斗的装满，适于铲装岩石。3.3 铲斗基本参数的确定3.3.1铲斗的断面形状铲斗的断面形状由铲斗圆弧半径r、底壁长l、后壁高h和张开角四个参数确定，如图3-3所示。图3-3 铲斗断面基本参数图 圆弧半径r越大，物料进入铲斗的流动性越好，有利于较少物料装入斗内的阻力，卸料快而干净。但r过大，斗的开口大，不易装满，且铲斗外形较高，影响驾驶员观察铲斗斗刃的工作情况。后壁高h是指铲斗上缘至圆弧与后壁切点间的距离。底壁长l是指斗底壁的直线段长度。l长则铲斗铲入料堆深度大，斗容易装满，但掘起力将由于力臂的增加而减小。由试验得知，插入阻力随铲入料堆的深度而急剧增加。l长同样会减小卸载高度，短则掘起力大，且由于卸料时铲斗刃口降落的高度小，还可以减小动臂举升高度，缩短作业时间，但会减小斗容。对装载轻质物料为主的铲斗，l可选择大些，对于装载岩石的铲斗，应取小些。铲斗张开角 为铲斗后壁与底壁之间的夹角，一般取45到52之间。适当减小张开角并使斗底壁对地面有一定斜度，可减小插入料堆时的阻力，提高铲斗的装满程度。铲斗的宽度应大于装载机两个前轮外侧间的宽度，每侧要宽出50100mm。如铲斗宽度小于两轮外侧间的宽度，则铲斗铲取物料后所行成的料堆阶梯会损伤到轮胎侧壁，并增加行驶时轮胎的阻力。3.3.2铲斗基本参数的确定铲斗的几何断面形状由铲斗的圆弧半径r、张开角、后壁高度h、底壁长l和铲斗宽度B五个基本参数确定。此外，铲斗的宽度 Bg应大于装载机两前轮外侧间的宽度，每侧大出 50100mm。如果铲斗宽度小于两轮外侧间的宽度，则铲斗铲取物料后形成的料堆阶梯会损伤轮胎侧壁，并增加行驶时轮胎的阻力。所以是保护轮胎不受损伤，底壁相对地面应有一定倾角，以减少摩擦阻力并保护底壁。 图3-4 铲斗尺寸参照在设计铲斗时，可参照同类型铲斗，选择r、h、l、参数；设计时，把铲斗的回转半径R（即铲斗与动臂铰接点至切削刃间的距离）作为基本参数，铲斗的其他参数则作为R的函数。1.铲斗参数的确定R是铲斗的回转半径（见图3-4所示）它的大小不仅直接影响铲斗底壁的长度，而且还直接影响转斗时掘起力及斗容的大小，所以它是一个与整机总体有关的参数 (1)计算铲斗内壁宽度 (式3.1)试中 装载机轮距，mm ;轮胎宽度， mm; 铲斗侧壁切削刃厚度， mm。由总体设计中可知： 则有 mm(2)计算回转半径R由图3-4可以看出，铲斗横截面积 (式3.2)而铲斗几何斗容 (式3.3)若斗容量为额定容量，则回转半径R为 1 (式3.4)式中 铲斗额定容量，；铲斗内侧宽度，m铲斗斗底长度系数，；后斗壁长度系数，；挡板高度系数 ，；圆弧半径系数，；挡板与后斗壁间夹角，选择时应使侧壁切削刃与挡板的夹角为90；斗底与后斗壁间夹角（即张开角），；图3-5中各参数含义如下。铲斗的圆弧半径，m；斗底长度，指铲斗切削刃至斗底延长线与后斗壁延线交点的距离，m,后壁长度，是指由后斗壁上缘至后壁延长线交点的距离，m，挡板高度，m，由式(3-4)可知，当、已知，只要初选、，系数值和、值，即可求得新铲斗的基本参数。调整参数，根据调整后的各值与R之比分别计算、值，然后代入式(3.4)，即可确定新铲斗的回转半径R。由R和计算出来的各系数值，即可确定新铲斗的其他参数值。由总体参数知： mm=1.953m取：=1.45 =1.15 =0.12 =0.38 =50 =8代入公式3.4得铲斗的回转半径R：R=1.065m所以： 一般取铲斗侧壁切削刃相对斗底壁的倾角。铲斗与动臂铰销（称下铰接点）距斗底壁的高度。所以铲斗与动臂铰销距斗底壁的高度：h0.10R=0.101.065=0.1065m。2.铲斗容量计算铲斗容量是装载机的总体参数之一，铲斗几何尺寸初步确定后，应立即进行斗容计算，以检验其是否满足给定的斗容要求，若计算值与要求值不符，则需修改有关尺寸，直至满足要求为止。如前所述，铲斗的斗容量已经系列化，其计算也已标准化，计算方法如下。(1) 平装斗容铲斗的平装容量（见图 3-5）按式(3.5)计算。对于有防溢板的铲斗 () (式3.5)式中 有挡板的铲斗横截面面积，；铲斗内侧宽度，m；挡板高度，m；斗刃刃口与挡板最上部之间的距离，m。图3-5 铲斗容量计算(2) 额定容量额定容量（见图3-5）按式（3.6）计算。对于有防溢板的铲斗 () (式3.6)3、铲斗截面的设计装载机铲斗的设计实质是确定铲斗的截面形状和尺寸。图3-6 额定斗容铲斗的横截面(1) 堆积高度c的计算利用公式(3.6)计算铲斗容量时，式中c的计算可参照图3-6用下述方法进行。图3-6是额定容量铲斗的横截面，其中挡板 DN 高为,CD 是铲斗开口长 b,IH 是斗尖至铲斗侧壁的高度c。根据美国汽车工程师手册规定IH垂直于CD，且 IK=CK/2 =b/4 。按照通常的设计要求, 挡板DN 应垂直于斗侧壁CN , 所以 CKHCND 。因而 (式3.7)(2) 铲斗的开口长b的计算由图3-6 图3-7知(3) 铲斗横截面S的计算如图3-8所示，铲斗平装容量横截面面积S由5块基本几何图形组成。 式中 扇形 AGF 的面积，直角三角形GFN 的面积，图3-7 铲斗截面计算直角三角形GAC 的面积，三角形CGN 的面积，直角三角形CND 的面积，所以： 铲斗的几何斗容量按式(3-5)计算：额定斗容按式(3.6)计算铲斗斗容的误差率 （式3.8）所以铲斗的设计合格。 分析装载机插入料堆、铲起、提升、卸载等作业过程可知，装载机在铲掘物料时，工作装置的受力最大，所以取铲斗斗底与地面的前倾角为时的铲取位置作为计算位置，且假定外裁荷作用在铲斗的切削刃上。 4 铲斗受力分析及强度校核.4.1铲斗受力分析图4-1 工作装置外载荷工况 由于物料种类和作业条件的不同，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：认为载荷沿切削刃均匀分布，并以作用在铲斗切削刃中部的集中载荷来代替其均布载荷，称为对称受载情况；由于铲斗偏铲、料堆密实程度不均，使载荷偏于铲斗一例。形成偏载情况时，通常是将其简化后的集中栽荷加在铲斗侧边第一斗齿上。装载机的铲掘过程通常可分如下三种受力情况：1）斗水平插入料堤，工作装置油缸闭锁，此时认为铲斗切削刃只受到水平力的作用。2) 铲斗水平插入料堆后，翻转铲斗(靠转斗油缸工作) 或提升动臂(靠动臂油缸工作)铲掘时，此时认为铲斗切削刃只受到垂直力的作用。3) 铲斗边插入边转斗或边插入边提臂铲掘时，此时认为水平力与垂直力同时作用在铲斗的切削刃上。综合上述分机可以得到如下六种工作装置的典型工况(图41)：1. 对称水平力的作用工况(图41a)水平力(即插入阻力PC)的大小由装载机的牵引力决定，其水平力的最大值为： (式4.1)此处根据已知取 （式4.2）装载机空载时的最大牵引力， 插入力。2. 对称垂直力的作用工况(图41b)垂直力(即铲起阻力)的大小受装载机纵向稳定条件的限制，其最大值为 （式4.3）式中 W装载机满载时的自重； 装载机重心到前轮与地面接触点的距离；在此处取轴距的四分之一靠前。 （式4.4） 式中L 轴距。 W整车重量。 W1满载时前桥负荷，取整机重量的75。 3对称水平力与垂直力同时作用的工况