小型液压装载机工作装置设计-毕业设计.doc

二OO九届 机械设计制造及其自动化专业毕业设计第1章 概述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料进行铲、挖、装、运、卸等作业，还可以铲装爆破后的矿石，也可用来平装场地，及对硬土进行轻度挖掘。如果换上不同的工作装置，还能完成棒状物卸载、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。因此它被广泛应用于建筑、矿山、公路、铁路、水电、港口、国防、农田等基本建设的工程中。在经济高速发展的今天，装载机对减轻劳动强度，加快工程建设速度，保证工程质量，提高施工效率，都是不可缺少的装备。1.1装载机的分类（1）按行走机构可分为轮胎式和履带式两种。轮式装载机的优点是：质量轻，行走速度快，机动灵活，作业循环时间短，作业效率高，维修方便迅速，机器停工时间短，作业及维修费用低，行走时不破坏路面。适用于工程量不大，作业地点较为分散，转移频繁的场合。轮式装载机的缺点是：轮胎接地比压较大，通过性差；重心较高，稳定性差；不适宜在松散土质和坡道上作业，对场地和物料块度要求较高。尤其是在矿山作业轮胎磨损很大。履带式装载机的优点是：履带接地面积大，使得接地比压小，通过性好；履带式装载机重心低，稳定性好；重量大，附着性能好，牵引力大，越野和爬坡性能好。履带式装载机的缺点是：速度慢，不够灵活机动；制造成本高，维修不方便，机器停工时间长，施工及维修费用高；行走时易破坏路面，转移工作场地时间需用平板车拖运。目前应用比较广泛的是轮式装载机。（2）按卸载方式按装载的方式不同可分为前卸式、侧卸式、回转式和后卸式。轮式装载机基本上都是前卸式。（3）按传动形式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。轮式装载机的主要传动形式是液力机械传动。（4）按转向方式 按转向方式不同可分为铰接转向，后轮转向，全轮转向，前轮转向，滑移转向五种。铰接转向建构简单，工艺性好，造价低，近年来在国内外得到飞速发展。国产ZL系列装载机都是铰接式的。（5）按使用场合按使用场合不同可分为露天用装载机和井下用装载机。国内外生产和使用的装载机绝大多数是露天轮式装载机。（6）其他种类的装载机挖掘装载机：俗称两头忙，该种机型不但具有装载机铲、运、卸的功能，还具有挖掘机对深层硬土的挖掘能力。因为结构复杂造价高，目前国内使用较少，但国外已经广泛应用。滑移转向多功能装载机：这种机型采用差速滑移转向，体积小，灵活。可快速换转各种工作装置，便于操作，多见于小型全液压驱动装载机。国外已经广泛应用，因造价高技术含量高，国内很少使用。伸缩臂装载机及高卸载装载机：伸缩臂装载机能较大地提高卸载高度和卸载距离，但工作结构装置复杂，除特殊场合很少用到。高卸载装载机对工作装置作了一定改进，增加的两个油缸和一些机构件，成本增加不多，但卸载高度提高不少，在车站、码头散料的装卸场合有部分应用。1.2目前装载机在国内外的研究现状及核心技术1.2.1国内研究现状（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。如动力系统的减振、散热系统的结构优化、工作装置的性能指标优化及各铰点的防尘、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、坐椅、各操作手柄都能调节，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，许多大城市已经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，将要限制在该地区销售。（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）最大限度地简化维修，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。综合当前市场需求和科技应用的最新前沿以及装载机技术发展的最新趋势，装载机的设计发展体现出以下趋势：1产品设计数字化；2产品设计智能化；3应用并行设计工程；4采用模块化设计；5注重绿色设计。1.2.2国外研究现状及核心技术思考（1）国外装载机发展的主要趋势【4，23-25】以人为本的设计思想得到充分体现,普遍采用了操纵力极小的电液比例控制技术、集中润滑技术等。在大吨位的装载机（如卡特）上还安装了电视监控系统。司机室设计更加人性化及豪华轿车化,空调及音响设备一应俱全,悬浮式座椅上下前后左右随意调节,以满足操作者不同体态的要求,让人感到操作这些设备简直是一种享受。如公司型装载机的驾驶室设计更为吸引人,室内具备了多项实用特性,如电子监控系统（）配有液晶显示板（）,新的伺服控制杆可对前进和倒退。美国卡特彼勒公司年代初推出轮式装载机,时隔年又推出轮式装载机,它增加了斗容和功率, 改善了性能、提高了可靠性。不久又推出更大的开轮式装载机,根据物料体积质量不同而选配-的铲斗,机重；装有涡轮增压后冷的型柴油发动机牵引力大、加速性能好；加长的工作动臂增加了卸载高度,能对载重量的大型自卸汽车装载。卡特彼勒公司推出组合式八杆机构,这种机构替代综合多用机上的八杆平行举升机构和传统的型连杆机构,可承受极大的扭矩载荷和具有卓越的可靠性（耐用性）,驾驶室前端视野开阔。从地面到整个举升高度范围内具有平行移动的特点。它将快速连接器和塔架式机构设计成整体式工作装置,通过快速更换不同的辅助机构完成装卸、堆垛、扫雪、平地、清扫路面、推土、吊装、搬运和地表钻孔等作业,实现一机多能,减少用户设备投资。卡特彼勒公司为代表的轮式装载机采用液力机械传动系统,其自动动力换档变速箱自动选择档位传动比,使换档在变速箱最佳效率点进行。该公司最近推出的（转向变速集成）系统,将转向和换档功能集成于一操纵手柄上,使操纵更加省力、轻便,换档更加平稳,可大幅度提高生产率。日本小松公司与日本川崎重工公司:日本小松公司系列中小功率（小于）为代表的轮式装载机采用新型集中式结构的驱动桥。它将主传动、制动器和行星轮式终传动都集中在桥的中部,桥壳断面变化连续、平缓,内应力分布合理,从根本上防止因传统结构桥壳在轮边支承轴段应力集中断裂。轮端采用浮动密封结构,安装简便,有自动补偿功能,密封性能良好。该结构设计合理、基本零件少、工艺性好,性能好、可靠性高。日本川崎重工公司的型轮式装载机采用自动控制换档的变速箱,可按装载机运转工况动选择最佳档位,用微机控制离合器,从而简化操作、提高作业效率、减少冲击,实现平稳换档,电子控制装置、传感器等使用可靠,一旦控制系统发生故障,可用手动换档,不影响工作。（2）国外的一些核心技术在经历了五六十年的发展后，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。信息技术的飞速发展又给装载机技术的发展插上了飞跃的翅膀，基于微电子技术和信息技术的计算机管理系统、司机辅助操作系统、柴油机电脑控制装置、电子计算机监控系统、电子自动换挡变速控制系统以及网络技术的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，使国外装载机在原来的基础上更加“精制”；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；降低了噪声、振动和排污量，保护自然环境；最大限度地简化维修、降低作以成本，使其性能、安全性、可靠性、使用寿命和操作性能都更上了一层楼。. 计算机控制的发动机管理系统发动机管理系统亦称自动控制系统、电脑控制系统等，是电子计算机在工程机械中的应用之一。它能及时地根据装载机的工作负荷要求调节发动机的输出功率，使装载机更有效地利用发动机的动力，减少动力损失，节约燃料，减少废气排量和噪声；同时可使发动机长期在额定点工作，增加发动机的使用寿命。 例如，卡特被勒公司994D装载机采用的新一代Cat3516柴油发动机就安装有HEUI（电液控制的燃油喷射）装置以及ADEM（先进的柴油机管理）系统，可根据外载荷的大小有效地控制发动机的功率与转速，从而降低燃油消耗及尾气排放，减少噪声。马拉松雷图尔诺公司的L系列大型装载机则采用电脑控制的柴油机一电子驱动系统，4个驱动轮同时又充当制动器，其输出功率可反馈到交流电机和柴油机，使转速增加，从而提高工作总效率，使牵引效率高达77（普通装载机为60左右），此电脑控制系统能监控装载机的整个作业过程，在最大车速范围内极大化发动机的输出功率。 计算机管理及故障诊断、监控系统计算机管理和监控是90年代国外装载机发展的一个重要标志。计算机管理监控系统能连续管理/监控装载机的数十项参数，具有故障诊断和报警功能，能记录、处理装载机作业的各种信息，并能用液晶显示器显示部件的工作状态，尤其在遇到突发或紧急情况时很容易显示，并以听觉与视觉相结合的报警信号提醒司机注意，有的还能提示故障排除的方法和程序。例如，卡特彼勒公司90年代开发的F系列和G系列装载机都安装有电子计算机监控系统（CMS），用以取代E系列装载机上安装的电子监控系统（EMS）。其司机台上装有条形液晶显示屏，微机监控系统能同时监控发动机燃油液面高度、冷却水温、变速箱油温和液压油温等11种功能。该监控系统还具有故障诊断能力，并可向司机提供三级报警。1998年推出的 Cat 950G计算机监控系统还配备有Cat指导诊断系统和以维修工具为基础的Cat软件包，使维修人员坐在汽车里用笔记本电脑就能迅速而容易地诊断和排除故障。Cat992G在监控装载机各功能状况并作出诊断的同时还能把这些信息数据作为履历记录下来，无线传送到办公室用计算机进行分析，从而将电气、机械故障防患于未然。Cat994D安装有关键信息管理系统（VIMS），可密切监视机器的健康状态并诊断故障。沃尔沃（Volvo）公司的L系列装载机上也安装有Matris软件包，用以监控和分析装载机的工作状态；其小型装载机上配有电子伺服控制及信息系统（ESIS），由液晶显示屏和键盘组成，用来显示和记录各种信息，其自动诊断功能记录机器故障并储存所有相关信息，通过编码可以防盗。 凯斯（Case）公司21B、C系列装载机也采用计算机监控系统，其微处理器安装在司机座椅的右侧，也具有故障诊断和工作状态液晶显示功能。 阿特拉斯（Atilas）公司于1999年推出的55、65、70和80型装载机配有一个ADS系统，可为司机提供故障类型、原因等重要技术信息，并提示需要进行维护保养的时机。 电子自动换挡变速控制系统90年代中末期，国外大多数装载机上都安装有类似卡特彼勒公司的电子自动换挡变速控制系统。系统中有一个微处理器（CPU），能把从发动机油门、变矩器、变速箱收集的各种数据加以处理，然后产生一种电信号，使变速箱在适当的时候自动换挡，可进一步减少停车时间，缩短作业循环，降低燃油消耗率达15，提高作业效率和作业经济性。同时能减少因行驶方向改变或因发动机处于高转速时换挡所造成的换挡冲击，减轻司机的工作疲劳。沃尔沃公司装载机驾驶室内装有一台微型计算机，其中装有换挡程序。计算机接受和处理从发动机传感器及车辆转速传感器传来的信息，并与变速箱壳体上的换挡电磁间接通，可使装载机在最佳时刻自动换挡。1.3 装载机发展趋势预测从装载机行业生产能力看，近几年主要生产企业都在努力采用各种方式扩大生产能力，如利用企业退城进园或退市进郊的有利机会，多方筹集资金，以实现产品全面升级和技术改造，扩大厂房规模、更新加工设备、提高产品质量和完善管理模式，由此实现产能大幅度提高。如柳工、厦工、龙工、临工、徐工等年生产能力都到了2万台以上。此外，一些国外大企业加快了进入中国装载机行业的步伐，如日本神钢与成工集团整体组成的成都神钢工程机械(集团)有限公司，卡特彼勒收购山工，VOLVO控股山东临工等。中国装载机行业将不可避免地融入国际竞争的大环境中，对将来的产品研发、生产组织、营销理念、人才流动都将会发生巨大的影响。本土品牌与国际知名品牌之间的搏杀已经拉开序幕，国际品牌的营销思维和营销模式必然随着市场份额的扩大而对相应领域产生深远的影响。 行业品牌集中度加剧。国内装载机整机生产企业数量过多，除少数企业具备规模效益外，绝大多数企业年产量均在千台以下，有些只有年产200-300台的能力，行业竞争混乱。以资源重组为主要方向的企业整合不可避免，现有近百家小型生产企业将面临被兼并、转产或倒闭，其中包括产能低于2000台以下的企业，企业的生存将受到很大挑战，市场份额仍会向大品牌集中。价格竞争更加激烈。初步估算，国内装载机总生产能力已超过20万台，预计约有近50%的能力闲置、产能严重过剩。因此可以预测主流产品市场平均价格很可能不是走高，而是走低。 服务水平将成为决胜市场的最关键因素。2007年装载机三包期延长至一年，各大品牌相继提高服务承诺引爆服务大战，将会彻底改变行业从整机销售中获利的习惯性思维，通过高质量的服务树立市场品牌形象并通过服务和配件获取利润，将成为大品牌淘汰小品牌的杀手锏。 近年来降价销售、分期付款、延长三包等营销策略的频频出台，各装载机企业虽然获得了销量但却降低了利润空间，同时背负了资产风险。粗放式经营向精细化经营必定是各个品牌营销战略的主要内容，那就是加强市场运作，加强营销管理，提升整体市场运作质量，逐步实现从单一的价格战到综合的价值战的痛苦转型。 国际化形势更加严峻。中国装载机企业产品出口规模都很小，近年来我国装载机出口虽说呈上升趋势。但国内装载机出口产品规格也以中小吨位为主，5吨级及5吨以下装载机具有性价比优势。但6吨级及8吨级以上的机型国内尚依赖进口。可以说，国产装载机尚在国际市场的门槛之外，没能够真正进入国际流通领域。第2章 轮式装载机的结构与工作原理 图2.1 轮式装载机整体外型图2.1典型结构及功能图2.1为轮式装载机的典型结构图，它分为以下几大部分：前后机架、工作装置、驾驶室、转动系统、液压气动系统、电器仪表系统等。1前后机架：主要用于承载各部件和总成，前、后机架以铰接方式连接。2工作装置：包括料斗和动臂等，主要用于完成铲掘和装卸物料的工作。可配多种工作装置。3驾驶室：一般设计成防倾翻，防落物保护驾驶室，主要用于保护驾驶员，为其提供一个安全舒适的工作环境。室内布置有仪表系统和对发动机、制动系统、传动系统、液压气动系统的各种操纵装置，高档机型配有轿车化内饰、空调系统、视听系统等。4传动系统：主要功能是将发动机的动力高效、可靠低传递给行走机构和工作机构，并将动力进行合理分配。装载机的传动系统主要是由液力机械传动和液压传动两种类型。5液压气动系统：主要由液压油箱、液压泵、液压阀、油缸、气泵、气动阀、助力缸、储气罐、管路及辅助件等组成。6电器仪表系统装载机的电器仪表系统用来提供夜间工作的照明、行走指示、整机各部件的控制和关键工作参数的动态监测。如果安装电子监控装置。则可在机器上布置多个监测点，对故障进行自动报警或诊断。2.2装载机的主要技术性能参数装载机的主要技术性能参数有铲斗容量（）、额定载重量（kg） 、发动机额定功率（kW）、整机质量（kg）、最大行驶速度（km/h）、最小转弯半径（mm）、最大牵引力（kN）、最大掘起力（kN）、最大卸载高度（mm）、卸载距离（mm）、工作装置动作三项和（s）等等。2.3装载机工作原理装载机的铲掘和装卸作业是通过工作装置的运动来实现的。图2.2为装载机的工作装置简图。图2.2装载机工作装置简图1 铲斗；2连杆；3摇臂；4转斗油缸；5动臂；6动臂油缸2装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂、连杆及液压油缸组成。铲斗用以铲装物料，动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并为铲斗提供铰接支撑，翻斗油缸通过摇臂、连杆使铲斗转动。由铲斗、动臂、摇臂、连杆、动臂油缸、翻斗油缸及车架相互铰接所构成的连杆机构，在装载机工作时由油缸驱动完成动臂的举升、下降和铲斗的内收、外方，从而完成工作。第3章 总体设计3.1装载机的整体性能 装载机的主要技术性能包括发动机功率、斗容、载重量、最大牵引力、掘起力、车速、最大爬坡度、最小转弯半径、卸载高度、卸载距离、铲斗倾斜角、动 臂上升和下降及铲斗前倾时间、装载机自重、轴距、轮距等。选择和确定总体参数时，既要使装载机获得良好的技术性能，又要其具备合理经济性能。3.2装载机各总成部件的选择3.2.1 传动形式的选择：转载机采用液力机械传动时，工作牵引力和速度在很大范围内变化，因此对液力变矩器要求有良好的变矩性能；最高效率要大，高效区要宽；有一定的穿透性能。3.2.2 变速箱的选择：目前国内外装载机大多数选用动力换挡变速箱。其主要优点是换挡时不需切断动力，冲击力小，操纵省力，易于实现自动化操纵。变速箱的传动比选择的原则：（1）各级传动的传动比应在合理范围内，不应超出允许的最大值，以符合各种传动形式的工作特点，并使结构比较紧凑。（2）应注意使各级传动尺寸协调，结构匀称合理（3）尽量使传动装置外廓尺寸紧凑或重量较小。（4）尽量使各级大齿轮浸油深度合理（低速级大齿轮浸油稍深，高速级大齿轮能浸到油）。（5）要考虑传动零件之间不会干涉碰撞。3.2.3 驱动桥的选型轮式装载机驱动桥的减速比一般为1238，多数为单级减速主传动和轮边减速机构3.2.4 转向系的选型目前大多数装载机采用全液压铰接转向，其特点是结构紧凑、质量轻、体积小、灵敏度高、无冲击等。3.2.5 轮胎的选型 轮胎要满足一定的载荷及速度要求，具有良好的牵引性、耐久性、通过性和缓冲性等。多采用宽基低压充气轮胎，既提高了装载机的通过性又改善了其附着性和行驶稳定性。轮胎常用牵引性花纹和岩石花纹等越野花纹轮胎。牵引性花纹适宜松软地面，岩石型花纹提高了轮胎的抗切割能力使轮胎有较好的耐磨性，适用于坚硬地面。3.2.6 工作装置的选型由于反转单连杆机构结构简单，卸载平稳，便于布置，被装载机广泛应用。3.3装载机的性能参数表3.3.1总体尺寸 单位：mm整机长度（铲斗平放地面）4480整机宽度（车轮外侧）1400整机高度2200铲斗宽度1560轴距1620轮距1160最小离地间隙220 表13.3.2整机性能参数 额定载重量800 kg斗容量0.4 整机自重2 t最大牵引力15 kN最大掘起力21 KN最大爬坡度24最大卸载高度2300 mm卸载距离（最大卸载高度时）900 mm档速 前进/倒退3/3 km/h档速 前进/倒退6/6 km/h档速 前进/倒退11/11 km/h档速 前进/倒退20/20 km/h最高位置卸载角45任意位置卸载角45最小转弯半径3000 mm车体转角35动臂提升时间4.5s三项和时间9s发动机型号常柴L22驱动方式四轮驱动发动机额定功率15.5 KW发动机额定转速2200r/min 表2第4章 工作装置设计装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂、连杆（或托架）及液压系统组成。铲斗用于铲装物料；动臂一端与铲斗铰接，一端与车架铰接，动臂在动臂油缸的作用下提升或降低铲斗；摇臂固定铰接在动臂支座上，一端与i连杆铰接，连杆铰接铲斗，另一端与转斗油缸铰接，在转斗油缸的作用下，通过摇臂、连杆（或托架）带动铲斗转都，从而完成装卸作业的各种动作。如图： 图4.1 工作装置简图1 铲斗；2连杆；3摇臂；4转斗油缸；5动臂；6动臂举升油缸由动臂、动臂油缸、铲斗、转斗油缸、摇臂、连杆（或托架）及车架相互铰接所构成的整个工作装置的连杆机构，在装载机工作时要保证：当动臂处于某种作业位置不动时（此时动臂油缸封闭），在转斗油缸作用下，通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动卸料，通常要求卸载角不小于45度，以保证卸料干净。当动臂在动臂油缸作用下，提升或降低铲斗过程中（此时转斗油缸封闭），连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或控制斗底平面与地面的夹角在很小的范围内变化，以免由于铲斗产生倾斜而使装满的物料散落而造成安全事故。通常，要求铲斗在上升、下降过程中最大转角差不大于15度；而在动臂下降时，又自动将铲斗放平，以减轻驾驶员的劳动强度，提高生产率。此外，连杆机构还应具有良好的动力传递性能，运动中不与其他构件发生干扰，而且具有足够的强度和刚度等。4.1结构形式 载机的工作装置结构形式通常分为有铲斗托架式和无铲斗托架式两种。有铲斗托架工作装置其铲斗装在托架上，有托架上的转斗油缸控制铲斗的转动。有托架的工作装置，结构比较简单，同时，由于转斗油缸及铲斗都直接铰接在托架上，所以铲斗转动角度较大，易于倒干净物料。但由于在动臂前端装有较重的托架，使铲斗的装置相对减少。故目前国内外的装载机广泛采用无铲斗托架式工作装置。 无铲斗托架式的工作装置直接在动臂上，转斗油缸通过连杆机构控制铲斗的转动。为了兼顾平移性与卸料等方面的要求通常将连杆机构设计成适当的非平行四连杆机构，故选择无铲斗托架式。无铲斗托架是工作装置根据摇臂、连杆数目及铰接点的位置不同分为：正转连杆机构和反转连杆机构两种形式。（图4.1） 图4.2 常用铲斗工作装置连杆机构 a)、b)正转六连杆机构；c)正转八连杆机构；d)反转六连杆机构 反连杆机构当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相反，其特点是铲起力特性适于铲装地面以上的物料，而不利于地面以下的挖掘；升降动臂时基本保持铲斗平移，易于实现铲斗自动放平，因此物料散落少，能提高装载机卸载的作业效率；因此是单摇臂，结构简单。所以在国产轮式装载机种广泛采用反转连杆机构工作装置。4.2参数确定4.2.1 确定铲斗的结构参数和铲斗容量的计算 铲斗是工作装置的重要部件，直接用来切削，铲掘，运输个卸除物料。铲斗的结构形状、尺寸参数对插入阻力、掘起阻力及作业效率影响很大，所以铲斗设计就是根据装载机的主要用途和作业条件从减小插入阻力、掘起阻力及提高作业效率出发，合理选择铲斗形状，正确确定铲斗的尺寸参数。4.2.2 铲斗结构形式的选择铲掘物料的种类不同，装载机的铲斗结构形式也不一样（图4.3） 图4.3铲斗结构形式简图 一般铲斗由切削刃，斗板，侧板和挡板组成。铲斗切削刃的形状根据所铲装物料的不同分为直线型和非直线型（V形和弧形）。 直线型切削刃（图4.3a）结构简单，利于地面刮平作业，但切削阻力较大。 非直线型切削刃（4.3b）中间突起，在插入物料时，在切削刃的中部形成很大的插入力，容易插入物料，且对中性较好，但平地性和装满系数不如直线型切削刃铲斗。 有斗齿的铲斗（4.3c,d）在铲斗插入物料时，插入力分布在几个斗齿上，使每个斗齿形成很大的比压，因此具有良好的铲入和挖掘性能，适用于铲装堆积密实的物料及块度较大的岩石。斗板的圆弧半径R大些，斗底长度短些，以改善泥土在斗内的流动性，减小物料在斗内的运动阻力。而对主要用于铲装流动性差的岩石装载机，希望铲斗斗板圆弧半径R小些，铲斗矮而深，插入性好，插入阻力小。但铲斗过深会导致斗底太长，造成掘起力变小。4.2.3 铲斗基本参数确定 铲斗的主要参数是：铲斗宽度和铲斗的回转半径。 铲斗宽度要大于左右轮胎外侧宽度510cm，否则铲装物料时形成阶梯地面，不仅会损伤轮胎，而且还会引起轮胎打滑影响牵引力的发挥。 铲斗的回转半径是指铲斗和动臂绞销的中心B与铲斗切削刃之间的距离。铲斗的回转半径R计算： 式（4.1） 式中： 铲斗的回转半径，m； 铲斗平装容量，（的大小由设计任务书给定）； 铲斗内侧宽度，； 铲斗斗底长度系数，=1.401.53；后斗板长度系数，=1.11.2；挡板高度系数， =0.120.14；斗底与后斗板直线间的圆弧半径系数，=0.350.4；斗底与后斗板之间的夹角，取4852；挡板与后斗板间的夹角，510。选择时应使侧壁切削刃与挡板的夹角为90；斗底的长度Lg是指由铲斗切削刃到斗底与后斗板交点的距离： 式（4.2）后斗板长度Lz是指由后斗板上缘到与斗底交点的距离： 式（4.3）挡板高度Lk ： 式（4.4）铲斗动臂铰销距斗底的高度： 式（4.5）铲斗侧板切削刃相对于斗底的倾角 由式4.1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之比分别计算、值，然后代入式（4.1），即可确定新铲斗的回转半径。由和计算出来的各系数值，即可确定新铲斗的其它参数值。 图 4.4铲斗尺寸简图4.2.4 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，如果计算值与要求值不符，则需修改尺寸，直到满足要求为止。计算方法如下：（1） 平装容量铲斗的平装容量对于有挡板的铲斗： 式（4.6）式中：有挡板的铲斗横截面面积，； 铲斗内侧宽度，； 挡板的高度，； 斗刃刃口与挡板最上部之间的距离，。对于无挡板的铲斗： 式（4.7）式中：不装挡板的铲斗横截面面积，。（2） 额定容量对于有挡板的铲斗： 式（4.8）式中：物料堆积高度，。图4.5铲斗横截面积a 挡板高度；b斗刃到防溢板的距离；c料堆高度物料堆积高度由作图法确定，在铲斗内堆积物料的四边坡度为1：2，由料堆尖端点作直线与垂直，将延长与垂直，将延长，与斗刃刃口和挡板最下端之间的连线相交，此交点与料堆尖端之间的距离即为物料堆积高度。对于无挡板的铲斗： 式（4.9）铲斗横截面积可以采用简化计算的方法来确定。将已知铲斗的横截面分成若干简单的几何图形。4.2.5 铲斗的回转半径与容量校核参数的具体选取数值： =0.4 =1530 mm =1.45 =1.15 =0.12 =0.38 =7 =50 把数值代入公式 4.1求得回转半径 经过计算得出 R=681mm由R得出： =1.45681=987.5mm =1.15681=783mm =0.13681=88.5mm =0.1681=68mm又由=0.38，/R =0.38, R=681mm 得出 r=260mm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，必须进行验算，来验证是否参数选取合适，是否能够达到斗容的要求。因为所设计的是标准斗，并且带有挡板，所以应用公式（4-6）来求解。由公式 得知：必须求出面积、斗刃刃口与挡板最上部之间的距离，才能进行计算，对于铲斗横截面积按图4.6求解 。 图4.6 铲斗截面铲斗圆弧半径；斗底长度；后壁长度；挡板高度；铲斗张开角由图4.5所示，铲斗平装容量横截面积由五块基本几何图形组成。 式中： 扇形的面积，；直角三角形的面积，；直角三角形的面积，；三角形的面积，；直角三角形的面积，。由图4.6可知： 式（4.10） 式（4.11） 式（4.12） 式（4.13） 式（4.14） 式（4.15） 式（4.16） 式（4.17） 式（4.18）把各个数值代入公式可得： S1 =76651 mm2 S2 =29250 mm2 S3 =55770 mm2 S4 =66026 mm2 S5 =34072.5 mm2由此得 S= 76651+29250+55770+66026+34072.5=261769.5 mm2 , CN=770mm, ND=88.5mm, 得出b=775mm=1530 mm由公式：=0.396m3 经计算得出所取的参数合理，铲斗设计合理。4.2.6 确定动臂长度及连杆机构中各主要铰接点（1）动臂长度由公式 式（4-19）式中：动臂的长度，m；动臂与车架铰接点到装载机前面外轮廓部分的水平位置距离，m；铲斗最小卸载距离，m;铲斗回转半径，m；斗底与铲斗回转半径的夹角；铲斗最大卸载高度时的卸载角；铲斗最大卸载高度，m；动臂与车架铰接点的垂直高度，m。确定参数数值： =681mm；由前式得： 求出=60 ；=450 ； LB，当铲斗处于平放状态和最大卸载角时，根据几何关系，由，动臂的回转角=这些参数可得出 =（1.52.5）R=2R=1362mm可得： 得出动臂长度： （2） 动臂与车架铰接点的确定如图4.7当铲斗在水平放置和最大卸载高度时，由最大卸载高度，卸载距离，卸载角，动臂的回转角等参数可以确定A点的位置。A点在GG1的垂直平分线上，A点在垂直平分线上的位置应尽可能低一些，以提高整机工作的稳定性，减小机器高度，改善司机视野。一般点取在前轮右上方，与前轴心水平距离为轴距的1/31/2处。A点位置的变化，可借挪动点和轮胎中心Z点的位置来进行。1.53确定动臂与铲斗的铰接点G对于点G的坐标值越小，转斗掘起力就越大，所以G点靠近O点是有利的，但它受斗底和最小离地高度的限制，不能随意减小；而G点的y坐标增大时，铲斗在料堆中的铲取面积增大，装的物料多，但这样缩小了G点与连杆铲斗铰接点F的距离，使掘起力下降。综合考虑各种因素的影响，一般根据坐标图上工况时的铲斗实际状况，在保证G点y轴坐标值可看做是铲斗动臂铰销距离斗底的距离h=0.1R=68mm和x轴坐标值尽可能小而且不与斗底干涉前提下，在坐标图上人为把G点初步确定下来。 图4.7确定动臂长度和铰接点位置简图A 动臂与车架铰点；B动臂与摇臂铰点；G铲斗与动臂铰点；F铲斗与连杆铰点（3）确定动臂与摇臂的铰接点BB点的位置是一个十分关键的参数。它对连杆机构的传动比、倍力系数、连杆机构的布置以及转斗油缸的长度等都有很大的影响。根据分析和经验，一般取B点在AG连线中部L上方S处。S=（0.110.18）LD =325mm（4） 连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点F、E的确定 因为GB两点已被确定，所以再确定F点和E点实际上是为了最终确定与铲斗相连的四杆机构GFEB的尺寸。 确定F、E两点时，既要考虑对机构运动学的要求，如必须保证铲斗在各工况时的转角，又要注意动力学的要求，如铲斗在铲装物料时应能输出较大的掘起力，同时，还要防止前述各种机构运动被破坏的现象。 图4.8连杆、摇臂、转斗油缸尺寸设计D转斗油缸与车架铰点；C转斗油缸与摇臂铰点；E摇臂与连杆铰点若令，, ,，。令GF杆为最短杆，BG杆为最长杆，摇臂的夹角不大于，长短臂的比例为：, 由上述可得：a=293mm，d=364mm，c=218.4mm ，b=280.3mm在确定E，F这两点时要综合考虑如下四点要求：E点不可与前桥相碰，并有足够的最小离地高度；工况I（插入工况）时，使EF杆尽量与GF杆垂直，这样可获得较大的传动角和倍力系数；工况II（铲装工况）时，EF杆与GF杆的夹角必须小于170，即传动角不能小于10，以免机构运动时发生自锁；工况IV（高位卸载工况）时，EF杆与GF杆的传动角也必须大于10。如图4.8，分别以B点和G点为圆心，以c和分别为半径画弧，其交点为E；再分别以G点和E点为圆心，a和b为半径画弧，则其交点必为F。若上述所得E点和F点不满足要求，可调整a、b、c长度，直至满意为止。一般是不小于70即可。 图4.9 工况I时连杆端部铰接点aGF；bGE；cBE为了防止机构出现“死点”、“自锁”或“撕裂”现象，应满足：工况II时： GF+FEGE工况IV时： FE+BEFB（5） 转斗油缸与摇臂和机架的铰接点C和D的确定1）确定C点：从力传递效果出发，显然使摇臂BC段长一些有利，这样可以增大转斗油缸作用力臂，使掘起力相应增加。但加长BC段，必将减小铲斗和摇臂的转角比，造成铲斗转角难以满足各个工况的要求，并且使转斗油缸行程过长。因此，一般取： C点一般取在B点左上方，BC与BE夹角可取。2）确定D点： 转斗油缸与机架的铰接点D，是依据铲斗由工况II举升到工况III过程为平动和由工况IV下降到工况I时能自动放平这两大要求来确定的。当铰接点G、F、E、B、C被确定后，则铲斗分别在工况I、II、III、IV时的C点的位置、也就唯一被确定下来。因为铲斗由工况II举升到工况III或由工况IV下放到工况I的运动过程中，转斗油缸的长度均分别保持不变，所以D点必为点和点连线的垂直平分线与和点连线的垂直平分线的交点。（6）动臂举升油缸与动臂和车架铰接点H点及M点的确定 一般动臂举升油缸与动臂的铰接点H选定在AG连线附近或上方，并取AHAG/3。AH不可能取得太大，它还受到油缸行程的限制。考虑到联合铲装工况的需要，在满足动臂举升油缸与车架铰接点最小离地高度要求的前提下，令工况I时AH与MH趋于垂直。这是因为，铲斗开始从料堆中提升时阻力矩最大，这样可获得较大的初始举升工作力矩。M点往前桥方向靠是比较有利的。这样做，可使动臂举升油缸在动臂整个举升过程中，举升工作力臂大小的变化较小，即工作力矩变化不大，避免铲斗举升到最高位置时的举升力不够。4.3工作装置的受力分析和强度校核装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。由于铲装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受载情况：一是对称载荷，二是偏心载荷。装载机在铲掘作业过程中，通常有以下三种受力工况： 铲斗水平插入料堆，工作装置油缸闭锁，此时可认为铲斗斗刃只受水平插入阻力的作用。 铲斗水平插入料堆，反转铲斗（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。 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阻力的同时作用。4.3.1 铲斗受力分析对称载荷工况可简化成平面静定系统计算，但需要作如下假定：（1）认为铲斗及动臂横梁不影响动臂的受力和变形（2）认为动臂轴线与摇臂连杆轴线处于同一平面内根据这个