毕业设计（论文）-轮式装载机机械结构设计.doc

毕 业 论 文 设 计 说 明 书题 目 轮式装载机机械结构设计 学生姓名 学号 所在院(系) 机 械 工 程 学 院 专业班级 机 自 072 指导教师 2011年 6月1日 轮式装载机机械结构设计（陕理工机械工程学院机械设计制造及其自动化专业072班，陕西 汉中723003）指导教师：摘 要：装载机是一种用途较广的施工机械，对加快工程建设速度，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。因此，近几年来，无论在国内还是在国外，装载机品种和产量都得到了迅速发展，已成为工程机械的主导产品之一。目前，国内设计工作装置的方法有三种，即类比作图试凑法、优化设计法和解析法。最常用的设计方法是类比作图试凑法，这种方法盲目性大，需多次作图试凑，工作量很大，而且设计精度较差。个别单位也开始采用解析法和优化设计方法，但使用效果并不理想，仍然未能全面解决卸料性与平移性、动力性与铲斗自动放平性之间的矛盾。本次毕业设计对装载机工作装置的设计进行了初探性探讨，并在解决上述问题上做了一定的文章。关键词：装载机，自动放平，工作装置Mechanical design wheel loaderFeng zhong miao（Grade07,Class2,Major machine design manufacture and autormation，School of Mechanical Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）Tutor: liang yangABSTRACT：The loader is one kind of use widely construction machinery, to speeds up the engineering construction speed, reduces the labor intensity, improves the project quality, reduces the project cost all to play the vital role. Therefore , in the last few years, regardless of in home or in overseas, the loader variety and the output all obtained the rapid development, has become one of project machinery leading products. At present, the domestic design work installment method has three kinds, namely analogy mapping trial collecting method, optimized design law and analysis law. The design method that most commonly used is the analogy mapping trial collecting method, but existing big blindness, it must try to do many times, and loading work is very big, moreover the design precision is worse. The individual company also starts to use the analysis law and the optimized design method, but the effect is not certainly ideal, it still has not been able comprehensively to solve unloading and translation, the power and the scoop automatically puts unevenness between the contradiction. This graduation design has carried on initially the searching discussion to the loader work installment design, and has made the certain issue in the solution above question.KEY WORDS : Loader , Automatically put , Work installment目 录前 言.1第一章装载机总体设计211装载机的分类和总体构造2111装载机分类2112装载机的主要技术性能参数2113载机总体构造312装载机机型的选择和总成结构形式的选择3121总体方案的选择3122整机底盘各部件的型式初选413 总体参数的确定及估算7131总体参数初选7132工作阻力的计算714装载机总体受力分析11第二章装载机的稳定性计算1921总体设计计算1922轮荷轴荷计算2023整机稳定性计算2124掘起力的计算23第三章 装载机工装设计2431概述2432结构形式选择2433工作装置的结构设计26331铲斗设计26332动臂及杆结构的设计31第四章 工作装置的强度校核计算424. 1工作装置的强度计算包括：424. 2计算位置的确定：424. 3计算工况与外载荷的确定42431计算工况的确定42432外载荷的确定4444工作装置的受力分析与强度校核47441.工况A的受力计算47442动臂的强度计算48443工况B载荷的确定51444摇臂强度校核52445连杆强度校核52446.铰销校核52第五章 液压系统设计545.1工作油缸压力，行程的计算54511 转斗油缸作业力的确定：54512动臂油缸作业力的确定（见图 ）555. 2油泵的选择5653系统压力的选择565. 4液压系统型式的选择56致 谢.57参考资料58外文翻译59 III 陕西理工学院毕业设计论文前 言装载机是一种用途较广的施工机械，对加快工程建设速度，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。因此，近几年来，无论在国内还是在国外，装载机品种和产量都得到了迅速发展，已成为工程机械的主导产品之一。工作装置是完成铲，运，装，卸等作业并带液压缸的空间多杆机构。工作装置设计水平的高低直接影响其作业性能的好坏，进而影响整机工作效率。因此，它的设计在整机设计中占有十分重要的地位。目前，常用的装载机工作装置由铲斗、动臂、连杆、摇臂、转斗油缸、动臂油缸等组成。 一般对装载机工作装置的设计要求有： 1) 动臂举升过程中，铲斗上翻角(或称收斗角)的变化尽量小，保持物料不撒落；2) 动臂举升时刃切削轨迹符合工况要求，且铲掘时掘起力变化规律符合工作要求；3) 连杆系统在整个运动过程中，不得出现“死点”和“撕裂”现象，工作机构各构件之间，不允许发生“干涉”；4) 传动角的变化范围有一定的限制，以保证工作装置的传力性能良好；5) 机构传动应省力，作业时所消耗的功率要尽量小；6) 转斗油缸活塞杆伸长不变，当动臂油缸从最高位置到最低位置时，铲斗应能自动呈插入料堆状态，以简化司机操作；7) 保证在动臂举升的任意位置上都能卸载，即铲斗卸料角大于45；8) 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。由此可见，要设计出完全满足上述要求的工作装置相当困难。目前，国内设计工作装置的方法有三种，即类比作图试凑法、优化设计法和解析法。由于条件限制,本次设计依然采用传统的设计方法类比作图试凑法,以ZL50装载机为样机,对装载机工作装置的设计进行了初探性探讨，并在解决上述问题上做了一定的文章。限于设计水平，设计中有不妥之处还请大家批评指正。第一章 装载机总体设计11装载机的分类和总体构造111装载机分类根据行走装置不同可分为：轮胎式与履带式两种；根据卸载方式可分为：前卸式、后卸式和回转式；按载重量又可分为：小型（10t）按使用场合的不同可分为：露天用装载机和井下用装载机。按传动形式不同可分为：机械传动，液力机械传动，液压传动，电传动。112装载机的主要技术性能参数1）铲斗容量：一般是指铲斗的额定容量，为铲斗平装容量与堆尖部分体积之和。用“m3”来表示。2）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”。3）发动机额定功率：发动机额定功率又自然保护区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。发动机功率分有效功率与总功率，有效功率是指在29和746mmHg压力情况下，在发动机飞轮上实有的功率。国产装载机上所标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”。4）整机质量（工作质量）：指装载机装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亦加足液体，并且带有规定形式的空载铲斗和司机标定质量（75kg3kg）。5）最大行驶速度：指铲斗空载，装载机行驶于坚硬的水平面上，前进和后退各档能达到的最大速度，它影响装载机的生产率和安排施工方案，单位为“km/h”。6）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”。7）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”。8）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”。9）最大卸载高度：指动臂处于最高位置，铲斗卸载角为45度时，从地面到斗刃最低点之间的垂直距离，单位为“mm”。10）卸载距离：一般指在最大卸载高度时，从装载机本体最前面一点（包括轮胎或车架）到斗刃之间的水平距离，单位为“mm”。11）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”。113载机总体构造 图1.1 轮式装载机总体结构图如上图所示：一般装载机大体可分为12个系统12装载机机型的选择和总成结构形式的选择121总体方案的选择根据装载机的工作条件，现代装载机总体的一般布置是将铲斗及工装放在最前端，发动机布置与装载机的后部。这样可以平衡铲斗上的外载荷，驾驶员的座位布置在装载机的中部即在工状之后发动机之前。122整机底盘各部件的型式初选1.行走装置的选型装载机的行走装置应根据作业条件与对象、作业效率与成本，以及驾驶员的工作条件等因素来选型。由于装载机需要运行作业，要求“快速、高效”，所以采用轮式底盘，与样机类似，用轮胎底盘增加了机动性，可以担负中等距离的运输（1000m）轮式底盘在恶劣的路面上运行时，可以起缓冲作，使机器所受冲击减小，延长整机寿命，减轻驾驶员的疲劳。轮式底盘的接地比压和整机稳定性都比履带差，所以其重心位置高，通过性和稳定性较差，不适宜在松软土壤和坡道上作业。2.传动形式的选择装载机所采用的传动系统基本上有四种形式：机械传动、液力机械传动、静压传动和电动轮装载机。根据实际要求本设计采用液力机械传动，它与机械传动相比较有以下优点：a. 可以在保持一定插入力的同时举升动臂或铲斗，以减小作业阻力，缩短作业时间；机械传动的装载机在装载较密实的土壤物料是，插入料堆是靠惯性力，需要切断动力，因而无法同时举升动臂和转斗，作业阻力大，是生产率降低。b. 可随外载荷的变化而自动调整车速，因而可减少变速箱档位，简化变速箱结构与操作。c. 装载机在作业时换档次数较多，液力机械传动因一般均配有动力换档变速箱，可以在不停车情况下换档，操作轻便，动力换档时间短，生产效率高。d. 由于装载机所用变距器的透性小，当运行阻力时，发动机的转速变化很小，因而当外阻力大迫使车速降低时，发动机仍能保持较高转速，则油泵流量不变，工作装置作业速度不受影响。e. 变距器能吸收作业时传给传动系的冲击，根据实验，其应力峰值可比机械式降低4倍以上，故可延长零件寿命。3变速箱型式的选择装载机有人力换档和动力换档两种，前者一般很少采用，装有液力变矩器的装载机一般采用动力换档，这种变速箱有两种结构型式；定轴式和行星齿轮变速箱。两种变速箱的比较如下：比较项目定轴式行星式结构与加工效率外形尺寸与重量成本维修工作可靠性简单，加工精度要求一般，啮合齿数越多，效率越低齿轮模数较大，重量较大，变速箱横向尺寸较大价格较低方便，便于检查易发生故障复杂，加工精度要求高，效率高重量较轻，输出入轴同轴线，可用较小尺寸得到较大传动比造价较高拆卸检查不便工作可靠由上可见两种变速箱各有所长，但行星式效率高，传动比大，工作可靠， 故选用行星变速箱。4.驱动桥的选型为尽量发挥装载机功率，增加牵引功率，所以现代大多数装载机都采用四轮驱动。为保证装载机在运输工况时不产生寄生功率，减慢轮胎的磨损，故本设计采用后桥摆动的全轮驱动。5.制动系的选择一个完善的制动系统包括三部分：行车制动系、停车制动系和紧急指定系。对制动系的要求：a. 性能稳定；b. 散热好；c. 便于维修；d. 制动距离符合要求。A. 行车制动器钳盘式制动器，比闸瓦式刹车更少受天气的影响，刹车片坚固耐用，摩擦系数大，散热性好，不怕油水沾污，磨损后能自动补偿，维修保养时间少。故选用气顶油钳盘式制动器。B停车制动和紧急制动停车制动选用蹄式机械制动，装大变速箱输出轴上。紧急制动利用停车制动器完成，当气压降低时传动系统制动器自然合上而制动机器停车。6.转向方式的选择轮式装载机的转向方式 有后轮偏转、全轮偏转、滑差转向和铰接转向等四种。前三种方式其车架是整体式，后一种车架是铰接式。参考样机，本设计采用铰接式转向，车架由前后两部分组成，以铰销相连，利用前后车架的相对偏转实现转向。它与车轮偏转转向方式相比有以下优点：a. 车轮无需相对车身偏转，可采用大尺寸宽基面低压胎以发挥更大的牵引力。b. 转向半径小，可得到小于自身机长的转向半径；机动性好，减少了装载机调车行驶的路程，与同等级后轮偏转方式装载机相比，再一个作业循环内，平均行驶路程减少了51%，生产率可提高近1/3。c. 在保证转向半径小的前提下，轴距可做的较长，在装载机作牵引工作时，容易保持前后桥上重量的合理分配，保持较好的纵向稳定性。行车时纵向颠簸小，减少驾驶员的疲劳。d. 整机可左右摆动实现“蠕动”式爬行，增强车辆通过沼泽地和泥泞地区的能力，并能在非常狭窄的地方通过。e. 前后桥零件基本通用，结构简单，简化制造工艺，降低成本。其缺点是：轴距较长，使整车纵向通过半径增大；横向稳定性差；转向时前后车架需要相对运动，容易震动，对液压转向系统要求较高。7.轮胎的选择轮式装载机轮胎占整机购置费的1015%，占使用费的2550%，因此正确的选择轮胎，延长轮胎的使用寿命，对降低成本，具有重要意义。装载机的轮胎应根据轮胎多受负荷，作业场地情况和运输距离来选择。它除了能满足一定的承载能力外，还需要有很好的耐磨、抗穿刺性、牵引性、通过性、散热性和缓冲等性能。考虑到本机的工作条件和机种，本设计选用低压宽基工程机械专用轮胎：23.5-25，16层级越野花纹胎面，轮胎气压：0.280.30MPa。它工作安全，散热好，寿命较长。必要时，其内部还可注入氯化钙溶液，以增加装载机作业时的稳定性和附着性能。13 总体参数的确定及估算131总体参数初选总体参数是衡量总机性能的依据，也是标定它的先进性的科学尺度，在设计中是确定整体和部件设计参数的前提条件。（1）其中一些参数已由任务书给定,如下：1额定载重量5000Kg2.额定斗容量3 m33升至最高点和用45度倾角时的卸载高度3060mm4升至最高点和用45度倾角时的卸载距离1216mm5回转半径6280 mm6掘起力170.81 kN7全长7620 mm8总高5398 mm9工作重量18500 Kg10斗宽2992 mm（2）.发动机的选择装载机发动机应选择专门为其设计的工程用柴油机。考虑到装载机的工作状况，通常它的发动机功率按1 h标定。根据与国内同类样机比较，本设计选用康明斯D9 6114发动机,额定功率162kW。标定转速2200转/分。132工作阻力的计算装载机作业时的工作阻力主要是插入阻力，掘起阻力和转斗阻力，铲取方法不同，则这几种阻力的组合方式也不同有时单独存在，有时是同时存在。影响这些阻力的因素很多，但不能诸项的精确计算，在设计中，都是依靠经验统计公式，经验的进行计算。（1）.插入阻力 它是装载机铲斗水平插入料堆时，料堆对铲斗的反作用力，插入阻力由铲斗前切削刃和斗壁两侧切削刃所受阻力；铲斗底和侧壁内表面与物料的摩擦阻力；铲斗外表面与料堆的摩擦阻力等组成。这些阻力于物料种类、料堆高度、铲斗插入料堆深度以及铲斗的形状、结构等有关。一般按下列经验公式来计算总的插入阻力。式中：铲斗插入阻力；N. B铲斗宽度；cm. 铲斗插入料堆深度；cm. 物料块度大小，松散程度的系数，对于松散程度较好的物料： 块度300mm时1.0； 块度400mm时1.1； 块度500mm时1.3；如松散程度较差，上述各值增大2040。对于小颗粒物料0.75；对于粉状物料0.450.5。物料种类影响系数，见（表一）；物料堆高系数，见（表二）；物料种类影响系数物料重度系数物料重度系数磁铁矿45422石灰石26.51.0铁矿321.7砂石2324.51.0花岗岩27.5281.4河沙170.6砂质石岩26.527.51.2煤12130.40.45泥页岩24250.8炉渣890.9 （表一）物料堆高度影响系数料堆高度（m）0.40.60.81.21.40.550.81.001.101.15 （表二）可取：1.1 ；1.0 ； 1.15 ；1.4 的确定：取47的斗底长度，L=670mm 0.47L313.6mm=31.4cm B=2992mm =299cm代入公式计算得： 39360N=39.4KN（2）.铲起阻力 铲起阻力是铲斗插入料堆一定深度后，利用动臂油缸举升或转斗时，料堆对铲斗的垂直反作用力。.铲起阻力也同样与物料种类、块度、松散程度等以及物料与斗壁之间的摩擦有关。最大铲起阻力通常发生在铲斗开始提升时。铲斗开始提升时的铲起阻力按下式计算： 铲起阻力； 铲斗插入料堆深度；m. B铲斗的宽度；m. 开始提升物料时的剪切应力。 =72292.2N=72.3KN（3）.转斗阻力 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。此阻力矩用来表示，单位为 式中：最大静阻力矩；重力力矩。装载机铲斗插入物料，同时翻转铲斗铲掘物料时，如不计惯性力影响，根据试验证明，转斗的静阻力矩是随铲斗翻转角的变化而改变（图一），在开始转斗时（0）时，所需克服的静阻力矩最大，随着铲斗转角的增大，静阻力矩逐渐减小，当铲斗刃离开料堆后，静阻力矩为M0;根据试验，最大静阻力矩可用下式计算：式中：铲斗开始翻转时的插入阻力，在（1）中一求得；铲斗回转中心距斗刃的水平距离；铲斗回转中心与地面的垂直距离。如下图所示，在运动图或结构图中查，。 铲斗静阻力矩与转斗转角间的关系 转斗静阻力矩的确定 11394000.4(1.2180.536)+0.3=310198 图1.2 铲斗的力学分析 重力力矩按下式确定：式中：重力力矩； 铲斗重力； 铲斗重心到回转中心的水平距离。 =50000.557 =28850 所以 310198+28850= 339048上述三种阻力，即插入阻力，铲起阻力及转斗阻力，并不一定在任何情况下都同时存在，而是随着采掘方法的不同，存在一种或两种并存。在设计单独机构时，要考虑最不利的情况，常按一次采掘法来设计，在设计工作装置时，则要综合考虑各种铲掘方法所受阻力。14装载机总体受力分析装载机总体受力分析的目的是确定总体受力最大的工况，作为行走系及车架等强度校核的依据。由于中心位置的确定比较复杂，本次设计采用经验法来确定，具体是：空载时,前桥桥荷力占装载机自重力的40%45%,后桥荷力占装载机自重力的60%55%.满载时,前桥桥荷力占装载机自重力的75%80%,后桥桥荷力占装载机自重力的25%20%.（1）.铲斗插入料堆牵引工况 图1.3 装载机总体受力分析（a）装载机沿水平面以一档速度前进，工作油缸闭锁，铲斗缓缓插入料堆(图a)。此时作用在装载机上的力有：装载机重力Gs，前后轮的切线牵引力Pk1与Pk2，滚动阻力Pf1与Pf2，地面对车轮的支反力R1与R2，和铲斗插入料堆的阻力Px 。插入阻力已有前面工作阻力计算中求得：93.4KN由得前后两轮所受地面的支持力.空载时取前桥负荷占自重的40%,后桥负荷占自重的60%. 74kN =185-74 =111kN满载时取前桥负荷占自重的75%,后桥负荷占自重的25%. 176.3kN =235-176.3 =58.7kN由得水平受力 一般情况下，附着力大于插入阻力，而轮式装载机的牵引力又常设计的大于附着力，因此，可按下式计算最大切线牵引力：式中： f 滚动阻力系数；f取0.06 附着系数；=0.70 、地面对车轮的支反力单位为N；、前后轮的最大切线牵引力，单位为N； 整机最大切线牵引力，单位为N。 185000（0.7-0.06） =118.4kN（2）.装载机插入料堆后，停止前进，提升动臂，这时牵引力消失，工作油泵工作，此时作用在装载机上的力有装载机自重和铲起阻力。铲起阻力可由前面计算得出： 图1.4 装载机总体受力分析（b）72.3KN由可得 =209kN = 48.3kN当铲斗离开物料并翻转至运输位置.则： 150kN =85kN 图1.5 装载机总体受力分析（c） 式中 ,装载机自重重心到前后桥的距离, mm； 铲斗重心到前桥距离, mm；铲起力距前桥距离，mm； 装载机重力，单位为N; 铲斗重力，单位为N。 =(185+50) 0.64 =150.4kN（3）.作业情况同前，铲斗插入料堆或泥土一定深度后，在进行剥离工作或遇到树根，当提升动臂时，后轮抬起，铲斗斗刃上的垂直力即铲起阻力为大。其受力情况可由力平衡条件求得。 图1.6 装载机总体受力分析（d） 由上式计算得=1851878/2730 =127kN=127+185 =312kN =3120.64 =200kN（4）.装载机作业情况与第一种工况相似，但铲斗插入料堆后，遇着硬块或斜坡，使插入料堆方向偏上，造成前轮离地（图e）。 图1.7 装载机总体受力分析（e）将计算数据代入上式得 39.5kN =145.5kN =145.5 0.64 =209.5kN（5）.装载机沿水平面前进，铲斗插入料堆一定深度后，边插入，边转斗或提升进行铲掘工作。这时认为水平阻力和垂直阻力同时作用在铲都上。但这是正常的水平阻力仅为一次插入法的，而垂直载荷则为正常铲起阻力的再加上铲斗内所装物料的重量。 由得 图1.8 装载机总体受力分析（f）由得 计算得： 119.12141.68 kN 79.47 89.98 kN =（141.68+79.47）0.64 =141.5 kN第二章 装载机的稳定性计算21总体设计计算装载机的重心位置随不同的工况而变化，按以下四个工况求其相应的重心位置；第一工位，额定负荷状态（满载）上，铲斗处于运输位置，这既是装载机满载运输工位。第二工位，装载机满载在水平地面上，满载铲斗重心与动臂车架间铰接连线在水平位置，这是装载机在作业中纵向稳定性最低的工位。第三工位，装载机满载在水平地面上，铲斗在最大举升高度位置，这是装载机在作业中横向稳定性最低的工位。第四工位，装载机空载在水平地面上，同第一工位这是装载机空载运输工位。 图2.1 装载机稳定性分析已知装载机空载时候的重心位置（H0，L1），并可以测量出铲斗中心载荷重心（假设为铲斗的几何中心）位置（h，l）欲求 装载机满载时的重心位置，根据力学知识知道：满载时的重心位于空载重心与铲斗几何中心的连线上，其位置有下式计算：式子中符号见上图其中 W-装载机自重 Q-载重量-满载重心高度 -与满载相同的工位 -满载重心距前轴距离 h -铲斗中载荷重心高度 l -铲斗中载荷重心到前轴距离通过分析和计算得到：第一工位（h，l）=（920，1545）第二工位（h，l）=（2470，2040）第一工位（h，l）=（4730，1304）a求整机在空载运输工况时的重心位置（第四种工况） 由已知条件知： =1878mm ， =1300mm第一种工况：装载机满载运行的工况 第二种工况：装载机满载在水平路面上，铲斗最大外伸 mm第三种工况：装载机在水平地面，铲斗满载并位于最高举升位置 mm22轮荷轴荷计算通理，在四种工况下，各不相同第一种工况：后桥轴荷：前桥轴荷：轮荷，前，后桥上的轴荷均分线车轮后轮：前轮：第二种工况：后桥轴荷：前桥轴荷：后桥轮荷：前桥轮荷：第三种工况：后桥轴荷：前桥轴荷：后桥轮荷：前桥轮荷：第四种工况：后桥轴荷：前桥轴荷：后桥轮荷：前桥轮荷：23整机稳定性计算装载机的稳定性是指装载机在运行和作业中抗倾翻的性能，它是保证安全及正常工作的主要衡量指标。稳定系数指装载机在满载时动臂在最大外伸时(即在第二种工况时候，装载机处于最不稳定状态)，稳定力矩与倾翻力矩的比值：要使整机不发生倾翻的条件。式中：C:铲斗满载时整机的使用重量C=G=235kN:装载机重心和前轴距离=1219Q:装载机额定载重量。 Q=50kNL:动臂最大外伸到前轴的距离，由图中量得L=2040所以整机不发生倾翻：b：稳定度：指稳定力臂（整机重心离倾覆线的距离）与重心高度的比值。其大小取决于机器合成重心的位置，其合成重心越低，距支承面界线越远，其稳定度越大。用i表示稳定度即可度量整机纵向平稳性，也可度量它的横向稳定性。装载机的倾翻大多是在机械运行或作业过程中，由于机器（或某一部分）运动时的动作用和地面条件的影响而发生的。但装载机的工况十分复杂，不可能用一个稳定的数量来度量，所以为了分析倾翻原因，给出几种常见的倾翻发生的工况，用许用稳定度加以限制，这些工况的倾翻被限制低，一般是不会发生倾翻的，特殊情况的倾翻是不可绝对避免的，只能通过“安全作业”教育来预防。第一种工况：在水平路面上满载运行，突然制动，由于惯性，可能绕前轮接地点倾翻，校核其纵向稳定性：i=30%第二种工况：在水平地面上，满载且动臂处于最大外伸位置。在低速行使时，同时提升动臂、接近载重车辆式卸料点的最不利工况。可能由于坡度和动在动载的影响，绕前轮接地点倾翻：i=15%第三种工况：装载机在水平路面上，铲斗满载并位于最高举升位置，可能由于坡道影响，横向倾翻，这是稳定性最低的工况。i=20%第四种工况：装载机空载在水平地面上高速运行，急转弯或在坡道上转向横向倾翻：i=60%24掘起力的计算装载机的最大掘起力由它的纵向稳定性决定，其数值要不小于额定载荷和二倍： 最大掘起力： 其中：整机重量185kN ：整机重心到前轴距离1878mm L：铲斗斗尖到前轴距离2730第三章 装载机工装设计31概述工作装置是装载机上直接实现铲装物料的机构，它的结构和性能对整机的工作尺寸、性能参数、发动机功率及生产率等都有显著影响。因此，它的设计在整机设计中占有十分重要的地位。目前，常用的装载机工作装置由铲斗、动臂、连杆、摇臂、转斗油缸、动臂油缸等组成。一般对装载机工作装置的设计要求有： 1) 动臂举升过程中，铲斗上翻角(或称收斗角)的变化尽量小，保持物料不撒落；2) 动臂举升时刃切削轨迹符合工况要求，且铲掘时掘起力变化规律符合工作要求；3) 连杆系统在整个运动过程中，不得出现“死点”和“撕裂现象，工作机构各构件之间，不允许发生“干涉”；4) 传动角的变化范围有一定的限制，以保证工作装置传力性能良好；5) 机构传动应省力，作业时所消耗的功率要尽量小；6) 转斗油缸活塞杆伸长不变，当动臂油缸从最高位置到最低位置时，铲斗应能自动呈插入料堆状态，以简化司机操作；7) 保证在动臂举升的任意位置上都能卸载，即铲斗卸料角大于45；8) 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。32结构形式选择 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。它由运动相互独立的两部分构成连杆机构和动臂举升机构。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1、动臂2、连杆3、摇臂4和转斗油缸5、动臂油缸6等组成。整个工作装置铰接在车架7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。 图3.1 工作装置结合国内外的发展现状与趋势和样机的结构形式，本设计采用第二种结构形式无铲斗托架的工作装置。其动臂的前端和铲斗铰接，动臂的后端和车架上部支座铰接，动臂油缸两端分别和动臂及车架的底部支座铰接，转斗油缸一端和车架铰接，另一端和摇臂铰接，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。根据摇臂连杆数目及铰接位置的不同，可组成不同形式的连杆机构。不同形式的连杆机构，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形式的选择，既要考虑架构简单，又要考虑作用性质与铲掘方式来确定。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。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的单自由度的平面低副运动，其 杆件数目为4，6，8，10，. . . . . . 等。这样按组成工作装置连杆机构构件的数目不同，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本设计结合装载机的使用范围及设计任务书的要求，选用反转的四连杆机构33工作装置的结构设计工作装置的结构设计内容包括：（1）.铲斗的设计。（2）.确定动臂长度，形状及与车架的铰接位置。（3）.确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸行程。（4）.连杆机构的设计。工作装置的结构设计是一个比较复杂的问题，因为组成工作装置的各构件的尺寸及位置的相互影响，可变性很大。对于选定的结构形式，在满足上述要求下，可以有各种各样的构件尺寸及铰接点的位置。因此，只有在综合考虑各种因素的前提下，对工作装置进行运动和动力学分析，通过多方案比较，才能最后选出最佳构件尺寸及铰接点的位置，使所设计的工作装置不仅满足使用要求，而且具有较高的技术经济指标。目前，在实际设计中，大多根据统计资料，参考同类样机结构，采用比较法结合运动分析法确定。设计步骤如下：1）铲斗的结构分析比较和型式的确定；2）根据铲斗要求的斗容，确定几何形状及几何参数；3）根据卸载高度和距离的要求，以及装载机本身的实际条件，确定动臂的形状、长度和车架的铰接位置；4）设计连杆机构。331铲斗设计装载机的铲斗是最重要的部件之一，用于对土壤的直接铲掘和装载，所处的工作环境十分恶劣、冲击大、受摩擦严重；铲斗设计就是选择和验算适当的形状和结构，来减少铲掘阻力，转斗阻力矩。 对铲斗的设计应满足如下要求：(a)对减少切削阻力和装载阻力有利；(b)要有足够的强度、刚度和耐磨性；(c)应尽量考虑耐磨件和易损见的更换方便；(d)根据铲斗所装物料的不同，设计不同形式和容易的铲斗。1铲斗型式的选择常见铲斗结构有四种:直线形斗刃铲斗；V形斗刃铲斗：直线形带齿铲斗；弧形带齿铲斗。根据所设计的要求，本设计选用直线形带齿铲斗.2铲斗的断面形状和基本参数的确定铲斗的断面形状由斗的圆弧半径r、张开角、后壁高h和底壁长l等四个参数确定（图2-1） 图3.2 铲斗的基本参数铲斗的主要参数指铲斗宽度，铲斗回转半径，分别用B、R表示。a.铲斗宽度的确定铲斗宽度应大于装载机前咯轮外缘宽度，每侧为50100mm，这样可以防止铲斗铲取物料后形成的料堆阶梯损伤轮胎侧壁，也减小了整机的行驶阻力。参照样机和计算得铲斗的宽度B=2992 mm.，由此得铲斗的内侧宽度B0=2940b.铲斗的断面形状及有关系数的选取铲斗的断面形状由斗的圆弧半径R，张开角，后壁高度h，底壁长L和铲斗宽度B五个参数确定见图有关参数如下：铲斗斗底长度系数： 后壁长度系数： 挡板高度系数：斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数：=0.38 挡板与后斗壁之间的夹角： 斗底和后斗壁之间的夹角： c确定回转半径RR是指铲斗与动臂铰点与铲斗切削刃之间的距离，它的选取直接影响掘起力的大小，卸载高度，铲斗尺寸及总体的布置，还是其他参数确定的依据，计算公式如下： （31）式中Vs-是指几何平装斗容，由任务书给定；将以上数据代入（424）得R=1345 mm，取R=1340 mm。d.铲斗其他参数的确定斗底长度 mm后斗壁长度 mm挡板高度 mm铲斗圆弧半径 mm铲斗与动臂铰销与斗底的距离： mm由三角形中解出底壁长 mm后壁高 mm斗刃刃口与挡板最上部之间的距离 mm 修正以上参数： mm mm mm mm mm mm mme. 铲斗斗容的计算.铲斗的横面积 图3.3 铲斗截面.平装斗容对于有防溢板的铲斗 （3-2）式中 S有挡板的铲斗横截面积,m2.B0铲斗内侧宽度,m.b斗刃刃口与挡板最上部之间的距离,m.由以上计算得出的数据可以计算出对于无防溢板的铲斗式中S不装挡析的铲斗横截面面积, m2. 由以上计算得出的数据可以计算出.额定斗容对于有防溢板的铲斗 （3-3）式中c物料堆积高度,m.通过计算得出 c=0.45 m所以铲斗的计算斗容与任务书要求的额定斗容基本相符,所以就确定以上参数为铲斗的基本参数。f.斗铰点位置的确定动臂与铲斗的连接点的位置应尽量使铲斗在铲掘位置时布置在靠近切削刃与地面。下铰点靠近铲斗切削刃，则转斗时力臂l小，有利于增加作用在刀刃上的铲起力。下铰点靠近地面，可减少在作业时，由插入阻力所引起的附加力矩（见图2-2）此力矩将影响掘起力值。对装载轻质物料的铲斗，其下铰点可以高一些，以增加回转半径，增加转斗时斗刃所扫过的料堆面积，从而起高铲斗物料的装满程度。下铰点距斗底高度一般可取h=(0.060.15)R.铲斗上铰点位置将在连杆机构设计中确定。它与斗铰点的距离不宜过大，否则将增加斗连杆机构尺寸，使结构布置困难。初步取距下铰点距离为300mm处,具体位置由运动图中确定。 332动臂及杆结构的设计动臂按其纵向中线形状可分为直线型与曲线型两种。前者结构简单，腹板变形小，重量轻，而且动臂的受力情况较好，后者可以使工作装置的布置更为合理。本设计中选用曲线型动臂，动臂的断面尺寸由强度分析确定，为减轻工作装置重量，通常按等强度梁设计动臂的端面尺寸。其具体设计将在后面的设计中写到。动臂按断面形状可分为单板型,双板型,工字型和箱型,板型 动臂比较简单,一般用在中,小型装载机上.箱型动臂制造工艺较复杂,但是具有较好的抗弯和抗扭能力,多为大型装载机所采用.本设计采用意双板型动臂.本设计对动臂尺寸参数的设计使用图解法进行设计,图解法比较直观,易于掌握,是目前工程设计时常用的一种方法。图解法是在初步确定了最大卸载高度，最小卸载距离，卸载角，轮胎尺寸和铲斗几何尺寸等整机主要参数后进行的，它通过在坐标图上确定工况II时工作机构的9个铰接点的位置来实现。（1）动臂与铲斗，摇臂，机架的三个铰接点G，B，A的确定1）确定坐标系如图所示，先在坐标纸上选取直角坐标系xOy，并选定长度比例尺。2）画铲斗图把已设计好的铲斗横截面外廓图按比例画在坐标里，斗尖对准坐标原点O，斗前