滑移式装载机机械的结构设计【含CAD图纸、说明书】
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含CAD图纸、说明书
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本科生毕业设计（论文）任务书2011 年 02 月 21 日至 2011 年 06 月 10 日题 目： 滑移式装载机机械结构设计 姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2007 指导教师： （签名）系主任（或教研室主任）： （签章）设 计 （ 论 文 ） 任 务（包括原始数据、技术要求、工作要求）原始数据：1、功率：52.1KW/2500rpm2、额定载重量（kg）：980kg3、铲斗容量：0.5m34、最大操作高度：4100mm5、卸载距离：750mm6、卸载高度：2400mm技术要求：1、前翻驾驶室，后开机罩，维修方便；2、良好的减震装置，符合人机工程设计；3、维修点布置合理，维修方便；4、能满足用户多用途作业需要。工作要求：任务执行者必须根据任务要求严格执行，同时鼓励提出异议、有所创新。1、综合所学知识，查阅相关资料及产品样本，掌握最新发展动态；2、设计的产品应符合目前技术发展水平，鼓励采用新技术、新思想；3、小组成员应具有团队精神，团结协作，共同完成整体任务；4、基本任务必须独立、按时完成设计任务。 毕业设计（论文）的主要内容主要内容：1、开题报告 1份2、文献综述 1份 3、工作装置装配图 A0图1张 4、行走装置装配图 A0图1张5、举升液压缸装配图 A1图1张6、卸载液压缸装配图 A1图1张7、整机总装配图 A0图1张8、设计说明书 1份9、中英文摘要 1份10、专业英文翻译 1份进度安排：2周：理解课题，借阅参考资料，研究制定总体方案，详细计划，写开题报告（第一周内完成）；2周：进行机械结构的总体方案的设计，并对各个零件进行设计和校核，完成零件的选型与结构设计；6周：进行液压系统的初步计算，完成举升和卸载液压缸装配图；进行各部件详细结构设计，完成工作装置和行走装置总装配图。2周：进行各部件的布置，定位和装配设计，完成整机总装配图2周：编写使用说明书、设计说明书，准备答辩。*英文翻译全程同步进行。毕业设计（论文）任务更改记录更 改 原 因更 改 内 容主要参考文献1张利平、邓钟明：液压系统气压系统设计手册，机械工业出版社2章宏甲、黄谊：液压传动，机械工业出版社3雷天觉：液压工程手册，机械工业出版社4机械设计手册，机械工业出版社5杨培元：液压传动，上海科学技术文献出版社6杨培元：液压系统设计简明手册，机械工业出版社7赵显新：工程机械液压传动装置，辽宁科学技术出版社8颜荣庆：现代工程机械液压与液力系统，人民交通出版社9FLUID POWER SYSTEM,A.B.GOODWIN10HYDRAULIC AND PNEUMATIC POWER FOR PRODUCTION,HAPPY L,STEWART 开题报告姓 名学号专 业机械设计制造及其自动化题 目滑移式装载机机械结构设计 一、 研究背景、概况及意义 我国轮式装载机主要是20世纪70年代初期发展起来的,以ZL50型 装载机为主导产品,经过多年的发展,质量水平不断提高,已经形成独立的产品系列和行业门类。与工程机械其他机种相比,轮式装载机的桥、箱、泵、阀及缸等零部件产品配套相对成熟,已经形成了比较完整的配套体系。 滑移式装载机是利用两侧车轮线速度差而实现车辆转向的，采用轮式行走机构，全轮驱动，滑移转向，可于作业现场随机快速更换或挂接各种附件，以适应不同的工作环境和作业内容。目前工程中使用的滑移式装载机的主机泵系一台前端式装载机，无一例外地被设计为短轴距、短后悬，动臂支承点在车辆后上方。驾驶室位于两侧动臂间，司机须跨越工作装置才能进入驾驶室内。仪表盘分置司机左、右侧或布置在前上方。发动机后置，纵向或横向布置。不设前后桥，四个驱动轮各自独立悬挂在传动箱（车架）上。滑移式装载机的动力一般为2050千瓦，主机质量24 吨，车速为每小时1015 公里左右。主要用于作业场地狭小，地面起伏不平，作业内容变换频繁的场合，同时作为大型工程施工机械辅助设备使用。滑移式装载机最大的特点是整机外形尺寸小，且可实现原地转向；可在作业现场随机快速更换或挂接各种工作装置。 近几年，随着我国经济的快速发展，滑移装载机等小型工程机械市场逐渐升温，为业内人士普遍看好。小型工程机械因其综合使用率高、回报丰厚将取代部分大中型工程机械的市场份额，逐渐成为市场的新一轮热点。滑移装载机在美国是销量最大的工程机械设备，同时也是最便宜以及功能最多的机器。但是因为中国市场的特殊性，这种国外畅销机器在中国的销量一直打不开局面，每年的销量都徘徊在200300 台左右。但是随着中国城市化进程的推进，这种产品被越来越多的业内生产商看好并随之开始推出了各自的产品，目前国内生产滑移装载机的厂家已达10余家。目前国内的滑移市场份额，基本被山猫Bobcat（韩国斗山旗下品牌）跟凯斯Case（CNH集团旗下品牌）占据，二者各有自己的优势行业，山猫的客户群主要以造船厂、港口、畜牧业为主，而凯斯的用户群则更多的集中在公路、市政行业。鉴于国内和国外的滑移式装载机在结构形式和性能等方面的差距以及国外滑移式装载机的结构放方面的缺陷，本文将对滑移式装载机的机械结构及液压油缸等进行设计和改进，使其在结构方面得到优化，提高产品质量。在性能方面得到提升，提高产品的工作效率。2、 研究主要内容（1） 滑移装载机工作装置设计：包括基本参数的确定、铲斗的设计、动臂的设计、连杆机构设计、转斗油缸和动臂油缸的主动力计算等。（2） 液压油缸的设计计算：通过对工作机构的设计结论，得到工作时的参数，对液压油缸进行设计。（3） 行走装置的设计：转差式底盘的设计。三、研究步骤、方法及措施滑移式装载机机械结构设计步骤如下：（1） 通过查阅资料和网络搜集材料，了解装载机工作装置作业流程，分析装载机的工况。（2）通过分析装载机的工作过程，确定需要的基本参数。（3）了解装载机工作装置设计要求，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。（4）根据上述确定的基本参数来对铲斗、动臂、连杆机构、转斗油缸和动臂油缸主动力等进行设计计算。（5）通过学习查阅液压方面的知识，对液压油缸进行设计计算，确定系统工作压力、系统最大流量等参数。对液压油缸进行设计计算。（6）通过查阅装载机设计的资料，对装载机地盘进行设计，采用转差式，通过转速差来控制装载机机身的转动。四、研究进度计划2周：理解课题，借阅参考资料，研究制定总体方案，详细计划，写开题报告（第一周内完成）；2周：进行机械结构的总体方案的设计，并对各个零件进行设计和校核，完成零件的选型与结构设计；6周：进行液压系统的初步计算，完成举升和卸载液压缸装配图；进行各部件详细结构设计，完成工作装置和行走装置总装配图。2周：进行各部件的布置，定位和装配设计，完成整机总装配图2周：编写使用说明书、设计说明书，准备答辩。*英文翻译全程同步进行。五、参考文献1张利平、邓钟明：液压系统气压系统设计手册，机械工业出版社2章宏甲、黄谊：液压传动，机械工业出版社3雷天觉：液压工程手册，机械工业出版社4机械设计手册，机械工业出版社5杨培元：液压传动，上海科学技术文献出版社6杨培元：液压系统设计简明手册，机械工业出版社7赵显新：工程机械液压传动装置，辽宁科学技术出版社8颜荣庆：现代工程机械液压与液力系统，人民交通出版社9FLUID POWER SYSTEM,A.B.GOODWIN10HYDRAULIC AND PNEUMATIC POWER FOR PRODUCTION,HAPPY L,STEWART学生签名： 年月日指导教师意见（对本课题的深度、广度及工作量的意见及开题是否通过）：通过 完善后通过 未通过 指导教师（签名）： 年 月 日注：开题报告用A4纸打印装订在毕业设计（论文）任务书后，学生可根据开题报告的长度加页。 开题是否通过请指导教室在内打“”。3滑移式装载机机械结构设计摘要 滑移式装载机是利用两侧车轮线速度差而实现车辆转向的，采用轮式行走机构，全轮驱动，滑移转向，可于作业现场随机快速更换或挂接各种附件，以适应不同的工作环境和作业内容，满足不同的作业内容，具体类型非常多样化。滑移式装载机最大的特点是整机外形尺寸小，可实现原地转向，可在作业线程随机快速更换或挂接各种工作装置。本文通过对滑移装载机现状、工作装置、行走装置、等方面的研究，对以下本内容进行了分析和设计：（1）介绍了现有滑移式装载机的种类和结构形式： 常见的滑移装载机的结构形式为单臂式滑移装载机和双臂式滑移装载机；常见的结构形式有四连杆机构、六连杆机构和八连杆机构等。（2）对滑移装载机的工作装置进行了重点的分析和设计：分析了常见的工作装置的机构类型，确定了各个铰点的位置以及四连杆机构中各连杆的长度，对液压油缸进行了设计计算。（3）对滑移式装载机的底盘进行了研究设计：设计了滑移装载机的机架，确定了轮毂与机架的连接方式，选取了符合要求的液压马达。（4）通过对滑移式装载机现状的分析，提出了对现有的滑移式装载机的结构等方面的改进方法：对现有的滑移装载机的部分结构进行了分析和改进，提出了自己的一些新的设计思路。关键词：滑移式装载机，现状，工作装置，底盘，改进 Mechanical Structure Design of the Skid Steer LoaderAbstract Sliding type of wheel loader is on both sides of the linear difference and realize the vehicle steering wheel, the mobile mechanism, all wheel drive, slip, can be used from the homework to random replaced rapidly or articulated various accessories, in order to adapt to the different work environment and the work content, meet different work content, concrete types is very diverse. Sliding type loader the biggest characteristic is the appearance of small size, may realize the in situ to, can be in homework thread random replaced rapidly or to hook up all kinds of work device.This article through to slip loader present condition, device, walk device, etc, to the following this content has carried on the analysis and design.(1) Introducing existing sliding type of the loader types and structure: common sliding of the loader structure form for single arm type sliding loader and arms type sliding loaders; The structure of the common form has four bar linkage, six linkage mechanism and eight linkage mechanism, etc.(2) The sliding of the loader working device the focus of the analysis and design: analysis of the common work device, and the types of institutions all hinge point position and four bar linkage of connecting rod length of each of the hydraulic oil cylinder, the designing calculation.(3) The loader to slip type chassis study design : the design of the loader sliding, and the wheel and the frame of the connection mode, the selection of the requirements of the hydraulic motor.(4) To slip through the analysis of the present situation of loader, puts forward the existing sliding type of the loader, and other aspects of the structure improvement methods: for existing sliding loader part of the structure analysis and improvement, and proposes some new design ideas.Keywords: sliding type loader ，working device ，chassis ， improvement status目 录摘要-IAbstract-II第一章 绪论-1 1.1 引言-1 1.2 滑移装载机简介-1 1.3 滑移式装载机的常见结构形式-1 1.3 .1 单臂式滑移装载机-1 1.3 .2 双臂式滑移装载机-2 1.4 滑移装载机机械机构设计概述-2 1.4.1 装载机工作装置作业流程-2 1.4.2 基本参数确定-2 1.4.3 技术要求-2 1.5 本章小结-3第二章 总体方案的确定-4 2.1 发动机-4 2.2 传动系统-4 2.3 工作装置-4 2.4 车架-4 2.5 液压系统-42.6 驾驶室-42.7 本章小结-4第三章 滑移装载机工作装置设计-5 3.1 装载机工作装置设计要求-6 3.2 工作装置各部分设计-6 3.2.1 铲斗设计-6 3.2.1.1 铲斗设计要求-6 3.2.1.2 铲斗结构形式的选择-6 3.2.1.3 铲斗基本参数的确定-6 3.2.2 动臂设计-8 3.2.2.1 动臂铰点的确定-8 3.2.2.2 动臂长度-8 3.2.2.3 铲斗快换装置的设计-9 3.2.2.4四连杆机构的确定：-9 3.2.2.5 动臂的形状与结构-9 3.2.3油缸的计算与选择：-10 3.2.3.1 插入阻力的计算-10 3.2.3.2 铲起阻力的计算-11 3.2.3.3 转斗阻力矩的计算-11 3.3 本章小结-11第四章 行走装置的设计-13 4.1 底盘概述-13 4.2 底盘结构设计-13 4.3 行走装置参数的确定-144.4 减速箱的选择-144.5 本章小结-14第五章 整机部分机械结构的优化设计-15 5.1 使用新型底盘-15 5.2 设计新的铲斗快换装置-15 5.3 采用新型后开机罩-15第六章 滑移装载机稳定性计算-16 6.1 稳定比K的校核-16 6.2 稳定度i的校核-16 6.3 稳定性的计算-16 6.3.1 纵向稳定性的计算-16 6.3.2 横向稳定性的计算-176.4 行驶速度v的校核-176.5 本章小结-18总结-19谢辞-20参考文献-21IV 本科生毕业设计（论文）文献综述题 目： 滑移式装载机机械结构设计 姓 名： 学 号： 学 院： 机械工程及自动化学院 专 业： 机械设计制造及自动化 年 级： 指导教师： （签名） 年 月 日滑移式装载机机械结构设计 摘要：滑移式装载机是利用两侧车轮线速度差而实现车辆转向的，采用轮式行走机构，全轮驱动，滑移转向，可于作业现场随机快速更换或挂接各种附件，以适应不同的工作环境和作业内容。本文分析了滑移式装载机的现状，提出了对现有的滑移式装载机的结构等方面的改进；介绍了滑移式装载机的种类和结构形式；对滑移装载机的工作装置进行了论述；对滑移式装载机的底盘进行了研究。关键词：滑移式装载机 现状 改进 结构 研究1 前言： 滑移式装载机是一种小型多功能工程机械，利用两侧车轮线速度差而实现车辆转向的轮式专用底盘，采用轮式行走机构，全轮驱动，滑移转向，可与作业现场随机快速更换或挂接各种工作装置，以适应不同的工作环境，满足不同的作业内容，具体类型非常多样化，当需要一种机械承担多种工作，而且还需要操作快捷时，就应该考虑使用滑移式装载机。 滑移式装载机最大的特点是整机外形尺寸小，可实现原地转向，可在作业线程随机快速更换或挂接各种工作装置。滑移式装载机的主要用途为：城市基础设施建设、道路或建筑工地、厂房车间、仓库、码头、轮船甲板甚至船舱内等狭窄场地的作业；在起伏不平的场地上进行铲运、堆垛、起重、挖掘、钻孔、破碎、抓取、推扒、松土、道路清扫和路面压实等作业。近几年，随着我国经济的快速发展，滑移装载机等小型工程机械市场逐渐升温，为业内人士普遍看好。小型工程机械因其综合使用率高、回报丰厚将取代部分大中型工程机械的市场份额，逐渐成为市场的新一轮热点。2 滑移式装载机整机及各部分研究 整机部分研究的是当前常见的滑移装载机类型，另外对滑移装载机的工作装置和行走装置进行了研究。2.1 滑移式装载机的常见结构形式2.1.1 单臂式滑移装载机 通常滑移装载机由于整机布置所限，动臂提升只能采用双动臂结构的形式，单臂式装载机将原有两侧的动臂去掉，将驾驶室固定在车体一侧，在车体另一侧安装新型动臂，这种结构的滑移装载机在保证原有的滑移转向装载机工作性能不变的额情况下突破性的将两侧双动臂改为单侧动臂结构，急既解决了操作员必须跨越工作装置才能进入驾驶室内的弊端，又简化了结构、提高整车的稳定性，降低了操作的安全隐患。2.1.2 双臂式滑移装载机 图1 双臂式滑移装载机是常见的结构形式，双臂式滑移装载机驾驶室具有宽敞的空间，采用双臂进行举升，更容易保证工作过程中机身的稳定，适用范围更广泛，承载的工作载荷更大。2.2 滑移式装载机各部分研究2.2.1 工作装置 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、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，铲斗倾斜角不小于45，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平。土方工程用装载机铲斗结构，其斗体常用低碳、耐磨、高强度钢板焊接制成，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用高强度耐磨钢材料制成。综合国内外装载机工作装置的结构型式，主要有七种类型（如图3），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。 （a） 单臂杆机构 （b）正转四连杆机构 （c）正转五连杆机构 （d）正转六连杆机构 （e）Z型反转六连杆机构 （f）正转八连杆机构（g）反转八连杆机构图3 工作装置结构形式 在以上介绍的工作装置连杆机构中，八杆机构平动性能突出，而六杆机构的卸料性能和自动放平性能较好。在进行机构选型时应根据装载机整机工作要求、工作场合和工作对象进行选择。液压缸是液压系统中的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是直线速度和力。液压缸的活塞能完成往复直线运动，输出有限的直线位移。为了满足各种主机的不同用途，液压缸有多种类型：按供油方向分，可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只是往缸的一侧输入高压油，靠其它外力使活塞反向回程。双作用缸则分别向缸的两侧输入压力油。活塞的正反向运动均靠液压力完成。按结构形式分，可分为活塞缸、柱塞缸、摆动缸和伸缩套筒缸。按活塞杆的形式分，可分为单活塞杆缸和双活塞杆缸。按缸的特殊用途分，可分为串联缸、增压缸、增速缸、步进缸等。此类缸都不是一个单纯的缸筒，而是和其它缸筒和构件组合而成，所以从结构的观点看，这类缸又叫组合缸。装载机中所用到的油缸有三个，即：动臂油缸、翻斗油缸和转向油缸，这三种油缸要根据设计要求选用合适的结构类型。2.2.2 行走装置 滑移式装载机的行走装置，按结构可分为履带式和轮式两大类（如图4（a）、（b）。履带式行走装置的特点是，驱动力大，越野性能及稳定性好，爬坡能力大且转弯半径小，灵活性号但是制作成本高，运行速度低，运行和转向是功率消耗大，零件磨损快。轮式行走装置与履带式的相比，优点是运行速度快，机动性好，运行时轮胎不损坏路面，因而在城市建设中很受欢迎，缺点是接地比压大，爬坡能力差。为了改善越野性能，宜采用全轮驱动。机型主要依据作业场合和用途进行选择和确定。一般在采石场和软基地进行作业，多选用履带式装载机；滑移式装载机多用于市政建设等场所，多使用轮式行走装置。 （a） （b）3 总结： 滑移式装载机不同于普通的轮式装载机，滑移装载机是利用两侧车轮线速度差而实现车辆转向的，采用轮式行走机构，全轮驱动，滑移转向，可于作业现场随机快速更换或挂接各种附件，以适应不同的工作环境和作业内容。根据上述内容，本次设计中，滑移式装载机的工作装置采用正转四连杆机构，可以实现机器的卸料性能和放平性能，操作简便；液压油缸分别为：动臂油缸、翻斗油缸，要根据设计要求对这两个油缸进行合理的设计和选型；装载机的行走装置采用轮式驱动的转差式底盘，因为轮式驱动便于在狭窄的工地上作业，转差式底盘可以实现小半径的转弯。参考文献1张利平、邓钟明：液压系统气压系统设计手册，机械工业出版社2章宏甲、黄谊：液压传动，机械工业出版社3王平：装载机工作装置优化设计方法的研究，辽宁工程技术大学4雷天觉：液压工程手册，机械工业出版社5何正忠：装载机，冶金工业出版社6机械设计手册，机械工业出版社7杨培元：液压传动，上海科学技术文献出版社8杨培元：液压系统设计简明手册，机械工业出版社9颜荣庆：现代工程机械液压与液力系统，人民交通出版社10FLUID POWER SYSTEM,A.B.GOODWIN11HYDRAULIC AND PNEUMATIC POWER FOR PRODUCTION,HAPPY L,STEWART5滑移式装载机机械结构设计第一章 绪论1.1 引言近几年，随着我国经济的快速发展，滑移装载机等小型工程机械市场逐渐升温，为业内人士普遍看好。小型工程机械因其综合使用率高、回报丰厚将取代部分大中型工程机械的市场份额，逐渐成为市场的新一轮热点。鉴于国内和国外的滑移式装载机在结构形式和性能等方面的差距以及国外滑移式装载机的结构放方面的缺陷，本文将对滑移式装载机的机械结构及液压油缸等进行设计和改进，使其在结构方面得到优化，提高产品质量。在性能方面得到提升，提高产品的工作效率。1.2 滑移装载机简介 滑移式装载机是一种小型多功能工程机械，利用两侧车轮线速度差而实现车辆转向的轮式专用底盘，采用轮式行走机构，全轮驱动，滑移转向，可与作业现场随机快速更换或挂接各种工作装置，以适应不同的工作环境，满足不同的作业内容，具体类型非常多样化，当需要一种机械承担多种工作，而且还需要操作快捷时，就应该考虑使用滑移式装载机。 滑移式装载机最大的特点是整机外形尺寸小，可实现原地转向，可在作业线程随机快速更换或挂接各种工作装置。滑移式装载机的主要用途为：城市基础设施建设、道路或建筑工地、厂房车间、仓库、码头、轮船甲板甚至船舱内等狭窄场地的作业；在起伏不平的场地上进行铲运、堆垛、起重、挖掘、钻孔、破碎、抓取、推扒、松土、道路清扫和路面压实等作业。1.3 滑移式装载机的常见结构形式1.3 .1 单臂式滑移装载机通常滑移装载机由于整机布置所限，动臂提升只能采用双动臂结构的形式，单臂式装载机将原有两侧的动臂去掉，将驾驶室固定在车体一侧，在车体另一侧安装新型动臂，这种结构的滑移装载机在保证原有的滑移转向装载机工作性能不变的额情况下 图1 单臂式滑移装载机突破性的将两侧双臂改为单侧动臂结构，急既解决了操作员必须跨越工作装置才能进入驾驶室内的弊端，又简化了结构、提高整车的稳定性，降低了操作的安全隐患。 1.3 .2 双臂式滑移装载机 双臂式滑移装载机是常见的结构形式，双臂式滑移装载机驾驶室具有宽敞的空间，采用双臂进行举升，更容易保证工作过程中机身的稳定，适用范围更广泛，承载的工作载荷更大。 图2 双臂式滑移装载机1.4 滑移装载机机械机构设计概述1.4.1 装载机工作装置作业流程装载机作业过程大致为：工作装置油缸闭锁，将铲斗插入料堆，操纵铲斗向后翻转到最大后倾角停止。操纵动臂油缸使动臂提升到运输位置并保持将物料运输到卸载地点。提升动臂到卸载位置操纵转斗油缸使铲斗前倾到最大卸载角卸载，然后再回到装载场地，进行下一次循环。装运 卸 返回分析工况是系统设计的依据，理想的情况是进行工况分析时能绘出装载机一个工作循环重总负荷和功率变化的分析图表。但是由于工作多变，绘制这样的图表往往很困难，所以一般只能分析工作循环过程中的最大负荷点或最大功率点，以这些点上的峰值作为系统设计的依据。装载机一个作业循环各个装置的动作是：铲掘、提升、保持、倾卸。1.4.2 基本参数确定功率：52.1KW/2500rpm额定载重量（kg）：980kg最大操作高度：4100mm卸载距离： 750mm最大卸载高度：2400mm铲斗容量：0.5m1.4.3技术要求1、 前翻驾驶室，后开机罩，维修方便；2、 良好的减震装置，符合人机工程设计；3、 维修点布置合理，维修方便；4、 能满足用户多用途作业需要。1.5 本章小结 本章通过对滑移装载机当前现状以及现存结构形式的叙述，介绍了现有滑移式装载机的种类和结构形式；大致介绍了滑移装载机的工作装置的工作流程；明确了本次设计的设计参数和技术要求，对接下来的设计和计算进行了概述。第二章 总体方案的确定 滑移装载机的总体设计就是根据其主要用途、作业条件、使用场合、生产情况、生产率要求以及技术要求和制造成本等,合理地选择和确定机型、各总成结构形式、性能参数及整体尺寸等,并进行合理的布以达到预期的效果。各个部件的结构选择是否合理,使用是否可靠、耐用,部件之间是否协调、匹配,都将影响整机的性能和经济指标,故在做总体设计时,必须多方收集资料,反复比较作出缓佳方案。2.1 发动机发动机选用道依茨TD226B-4,机型成熟,性价比好。2.2 传动系统 传动系统采用加液压闭式回路,一级链传动模式左、右个马达可以独立工作,通过链条直接驱动左、右轮,左、右轮转速不一致时实现转向。2.3 工作装置采用四连杆工作装,并配置调平阀,保证铲斗提升过程中始终保持水平,配置快换装置。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。2.4 车架采用上下分体式车架,下车架有发动机、行走闭式系统、油箱的安装平台上车架有散热系统、工作液压系统、管路工作装置、驾驶室部件的安装平台。大修时可以分离车架,车架底面开有维修口,便于发动机和液压系统的维护和保养。2.5 液压系统滑移主机的所有作业动作都是通过液压系统实现的。液压系统的设计要在满足各种作业工况的前提下,充分考虑使用的可靠性和技术的先进性。液压系统包括工作液压系统、行走液压系统、操纵系统。2.6 驾驶室前翻驾驶室，采用带FOPS和ROPS驾驶室,配冷暖空调,驾驶室内设有仪表、指示灯,工作液压系统电锁保护、停车制动也设在驾驶室内部,以保证司机的正常安全工作。2.7 本章小结本章通过对滑移装载机发动机、传动装置、工作装置、车架、液压系统、驾驶室等部分的总体设计和大致方案的描述，确定了滑移装载机整体方案以及部分部件和工作装置、行走装置设计的大体路线，为下一章的设计计算建立了一个框架。第三章 滑移装载机工作装置设计3.1 装载机工作装置设计要求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、动臂、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，铲斗倾斜角不小于45，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平。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。 （a） 单臂杆机构 （b）正转四连杆机构 （c）正转五连杆机构 （d）正转六连杆机构 （e）Z型反转六连杆机构 （f）正转八连杆机构（g）反转八连杆机构 图3 工作装置结构形式 3.2 工作装置各部分设计3.2.1 铲斗设计铲斗是工作装置的重要组成部件，工作条件恶劣，时常承受很大的冲击载荷及剧烈的磨削，其结构形状及尺寸参数对插入阻力、掘起阻力和生产率有着很大的影响。 土方工程用装载机铲斗结构，其斗体常用低碳、耐磨、高强度钢板焊接制成，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用高强度耐磨钢材料制成。3.2.1.1 铲斗设计要求 铲斗设计要求满足：1）插入和掘起阻力小，作业效率高；2）具有足够的强度、刚度和耐磨性；3）适应铲装不同种类和重量的物料，备有不同结构形式和斗容的铲斗。3.2.1.2铲斗结构形式的选择通常铲斗由切削刃、斗底、侧壁及后斗壁组成。铲斗切削刃的形状根据所铲装物料的不同，通常分为直线形和非直线形（V形或弧线形）两种。直线形切削刃结构简单，具有良好的平地性能，适用于装重度不超过16KN/m3，并且堆积比较松散的物料。非直线形切削刃（装载机多用V形）中间突出，在铲斗插入料堆，且对中性好，但平地性能和装满系数均不如直线形切削刃铲斗。考虑到滑移式装载机的工作环境，本次设计中采用的是直线型切削刃。3.2.1.3 铲斗基本参数的确定1）.铲斗的宽度B=1920mm；2）.铲斗回转半径Ro：指铲斗与动臂铰接点至切削刃之间的距离。根据公式（31） 式中： 斗的几何容量，； 铲斗内壁宽度，mm； 铲斗斗底长度系数，取=1.41.5； 后斗壁长度系数，取=1.11.2； 挡板高度系数，取=0.120.14； 斗底和后斗壁直线间的圆弧半径的系数，取=0.350.40； 挡板和后斗壁之间的夹角，取= 斗底和斗壁之间的夹角，取= 代入数据：=1920mm ，=1.5，=2.7，=1.2，=0.14，=，=，=0.40得， =883mm3）.铲斗断面形状参数：斗的圆弧半径、张开角、挡板高度和后斗壁长等四个参数。以上参数都可以看做铲斗回转半径的函数，分别按公式计算（32）代入数据： =1.5， =1.2，=0.14，=0.4得铲斗上的动臂铰销距斗底之间的高度取为，铲斗的侧壁切削刃相对于斗底的倾角，在选择时，使侧壁切削刃与挡板的夹角为。取=0.1883=88.3mm4）.斗容的计算校核铲斗的基本参数确定后，根据铲斗的几何尺寸，就可以核算铲斗的容量。几何容量公式：（33）式中：铲斗斗容，： 铲斗内壁宽度，mm。 b斗刃口与挡板最上部之间的的距离，mm。 a挡板高度，mm。可以得，=0.51m3.2.2 动臂设计3.2.2.1 动臂铰点的确定动臂与车架铰点的高度通常取=（1.52.5）（mm）已知=883mm公式得=1.8=1590(mm) 动臂回转角通常取 ， 取 以滑移装载机的重心为坐标原点（0,0），取动臂油缸与机架连接的铰点坐标为（-750,0），取动臂油缸和机架之间的铰点与动臂油缸和动臂之间铰点的距离为1200mm，另取动臂油缸和机架之间的铰点与动臂机架铰点的距离为750mm，角度为120，则由几何方法计算可得：动臂与机架铰点坐标为：（-1125,650）；动臂油缸与动臂的铰点坐标为：（410,310）。动臂到达最大举升高度时，与初始位置夹角为60，则计算可得，此时动臂油缸与动臂的铰点坐标近似为：（-70,1800）。3.2.2.2 动臂长度铰点位置确定以后，可以根据几何知识，通过三角形的余弦定理以及下面公式：根据以下公式求出动臂的长度和油缸的相关长度 （34） 式中： 铲斗最小卸载距离，mm ; 铲斗回转半径与斗底夹角； 铲斗最大卸载高度时最大卸载角，通常取； 动臂与车架铰点到转载机前面外廓水平距离，mm； 最大卸载高度，mm； 动臂与车架连接铰点的高度，mm。 动臂和机架的铰点与动臂和动臂油缸的铰点的距离为1430mm，即此段动臂的长度为1430mm，动臂前段连接翻斗油缸的小臂长度通过确定与翻斗油缸连接的铰点的坐标来计算得到；翻斗油缸与动臂的铰点的坐标为（410，,310）。3.2.2.3 铲斗快换装置的设计在滑移式装载机使用寿命之内，当铲斗出问题或者需要更换除铲斗外的其他用途的附属件时，需要对铲斗进行拆卸和重新安装，为了在安装过程中保证机器的工作效率，在此对铲斗的快换装置进行了设计，采用焊接件，与快换铲斗尽行配合使用，安装时，铲斗上的半圆耳与快换装置上焊接的销轴扣起来，然后快换装置下半部分通过螺栓进行连接。此种快换装置的特点在于，减少了螺栓的使用数量，简化了铲斗的结构，提高了安装铲斗的效率。本次设计中的快换装置如图所示： 图 4 铲斗快换装置3.2.2.4四连杆机构的确定：根据以上计算得到的杆长、铰点以及下面选取的油缸型号，确定出来的四连杆机构 图5 四连杆机构 图3中，动臂、动臂油缸、翻斗油缸、快换装置组成四连杆机构，组成滑移式装载机的工作装置。连杆机构的设计要求：1） .平移性好；2）.卸料性好；3）.动力性好；4）.作业时与其他构件无运动干涉，保证驾驶员工作方便、视野开阔。3.2.2.5 动臂的形状与结构 动臂的形状一般可以分为直线形和曲线形两种。曲线形动臂，一般反转式连杆工作装置采用较多，这种结构形式的动臂可以使工作装置的分布更为合理。 动臂的断面结构形式有单板、双板和箱形三种。单板动臂结构简单、工艺性好、但强度和刚度较小，小型装载机采用较多。 基于上面的陈述，动臂的形状结构为：曲线双板形。3.2.3油缸的计算与选择：液压缸是液压系统中的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是直线速度和力。液压缸的活塞能完成往复直线运动，输出有限的直线位移。为了满足各种主机的不同用途，液压缸有多种类型：按供油方向分，可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只是往缸的一侧输入高压油，靠其它外力使活塞反向回程。双作用缸则分别向缸的两侧输入压力油。活塞的正反向运动均靠液压力完成。按结构形式分，可分为活塞缸、柱塞缸、摆动缸和伸缩套筒缸。按活塞杆的形式分，可分为单活塞杆缸和双活塞杆缸。 根据前面的计算：动臂油缸全缩时，mm，动臂到达最大举升高度时，=1925mm。所以，动臂油缸的行程可求的：=1925mm-1200mm=725mm。翻斗油缸全缩时，mm，动臂到达最大举升高度时，=1112mm。所以，动臂油缸的行程可求的：=1112mm-750mm=362mm。滑移装载机作业阻力的计算：3.2.3.1 插入阻力 根据滑移装载机的实际工况，可以选择：。将以上各数据及代入插入阻力计算公式可得： =19994N.式中：物料块度及松散程度影响系数； 物料种类影响系数； -铲斗宽度，m； 料堆高度的影响系数； -铲斗形状影响系数； -铲斗插入料堆深度，m。3.2.3.2铲起阻力 根据装载机的实际工作环境，可以选择=30000.将数据=0.6524m，=1.92m，=30000代入铲起阻力的计算公式 =23247N式中：-铲斗宽度，m -铲斗开始提升时物料的剪应力，。3.2.3.3转斗阻力矩已知x=0.750m，y=0.058m。将=19994N，x=0.750,y=0.058,=0.6254m代入转斗阻力矩的计算公式可以得到：由于开始转斗时的静阻力矩最大，通常应预先按照这时的总阻力矩来确定转斗时发动机所需的功率。根据所铲装的物料类型不同，可以采用不同的铲掘方法，因此在确定发动机功率时，应从最不利的条件进行计算。油缸的设计计算：（1） 铲斗油缸：已知铲斗油缸的铲掘力，根据力臂平衡，由下式可求出油缸的推力，代入，得。根据力士乐油缸的选择标准，可以选择油缸内径D=40mm，活塞杆直径d=22mm的液压油缸。（2）、动臂油缸：已知铲斗油缸的铲掘力，根据力臂平衡，由下式可求出油缸的推力，代入，得。根据力士乐油缸的选择标准，可以选择油缸内径D=63mm，活塞杆直径d=36mm的液压油缸。3.3 本章小结 本章重点对滑移装载机的工作装置进行了设计计算，主要包括：铲斗的设计、动臂的设计，通过对工作过程中受力的变化，对动臂油缸和翻斗油缸的计算和选型。确定了工作装置的四连杆机构中铰点的位置，各杆的杆长，确定了铲斗的形状和尺寸，选定了符合设计要求的动臂油缸和翻斗油缸。第四章 行走装置的设计 滑移式装载机的行走装置，按结构可分为履带式和轮式两大类（如图6（a）、（b）。履带式行走装置的特点是，驱动力大，越野性能及稳定性好，爬坡能力大且转弯半径小，灵活性号但是制作成本高，运行速度低，运行和转向是功率消耗大，零件磨损快。轮式行走装置与履带式的相比，优点是运行速度快，机动性好，运行时轮胎不损坏路面，因而在城市建设中很受欢迎，缺点是接地比压大，爬坡能力差。为了改善越野性能，宜采用全轮驱动。机型主要依据作业场合和用途进行选择和确定。一般在采石场和软基地进行作业，多选用履带式装载机；滑移式装载机多用于市政建设等场所，多使用轮式行走装置。 （a） （b） 图 6 履带式行走装置与轮式行走装置4.1 底盘概述 滑移装载机底盘是该种机器各部件装配的机体，也是整个机器承载的主体，其结构的优劣直接影响机器的性能。目前一般的滑移装载机底盘结构复杂，底盘刚度不够，成本高。4.2 底盘结构设计 为了解决目前滑移装载机底盘存在的结构复杂、底盘刚度不够，制造成本高等问题，本设计通过对目前底盘的研究和改进，提供了一种结构简单紧凑、底盘刚度强、制造成本低的滑移装载机底盘。 根据滑移装载机的技术指标，采用的底盘结构如下：底盘上部组焊有左侧减速箱支撑架、左侧立柱和右侧减速箱支撑架、右侧立柱，立柱内部两侧焊有 图7 滑移装载机底盘 油箱和液压油箱的安装位，底盘上焊接有固定发动机的三个支撑板。（如图7） 4.3 行走装置参数的确定参照厦工XG3090滑移装载机的设计参数，本设计中，设置轮距为=1200mm,轮胎直径选择d=800mm，底盘离地高度最小选为150mm。4.4 减速箱的选择根据定义的滑移装载机整机的行驶速度、载荷、扭矩等数据，选取符合要求的液压行走马达和减速箱。选取的减速箱的型号为GFT24M2，机器采用四轮驱动，所以每个减速器配合一个液压马达来驱动轮子的转动。 图 8 减速箱与液压马达4.5 本章小结 本章通过对滑移装载机行走装置的分析设计，确定了车架的形状和尺寸，选定了比较具有优势的底盘，并确定了底盘的一些必要参数，选定了符合设计要求的液压马达和减速箱。 第五章 整机部分机械结构的优化设计滑移式装载机在城市基础设施建设、道路或建筑工地、厂房车间、仓库、码头、轮船甲板甚至船舱内等狭窄场地都有广泛的使用，目前的滑移装载机在机械结构方面具有很多的相似点，但是同时也存在着相似的缺点，例如：普通滑移装载机底盘结构复杂，刚度不够，成本较高；快换装置使用较少，使得安装过程效率低等。下面，将对本次设计中优化的部分机械结构进行阐述：5.1 使用新型底盘 使用了结构简单的底盘，刚度能够满足工作需求，成本较低，在底盘上具有油箱和液压油箱的安装位，使得油箱和液压油箱的安装更加方便。5.2 设计新的铲斗快换装置 铲斗快换装置做成焊接件，与快换铲斗配合使用，安装时，铲斗上的半圆耳与快换装置上焊接的销轴扣起来，然后快换装置下半部分通过螺栓进行连接。此种快换装置的特点在于，减少了螺栓的使用数量，简化了铲斗的结构，提高了安装铲斗的速度。5.3 采用新型后开机罩 滑移式装载机的机罩采用后开模式，模仿房门的旋转模式，将机罩的后开通过使用合页来实现。安装时只需将合页的两片焊接到机罩与机架上，由于合页本身厚度比较小，焊接方便，占用的空间比较小，可以很好的实现机罩的转动。图9 机罩的合页结构5.4 本章小结 本章介绍了在本次设计中使用的新型结构以及新的设计思路，拓宽了自己对工程机械实用性的理解。第六章 滑移装载机稳定性计算6.1稳定比K的校核在水平地面，满载，动臂最大外伸时，根据稳定比的公式： 式中：-装载机自重； -装载机重心到前轴重心的距离； -装载机载重量； -动臂最大外伸时与铰点的距离。 为了计算稳定比，先求得装载机的自重： 由前面的计算可得，=19994N，由装载机的工况可以选择0.83，由经验可知，装载机最大爬坡角度为16，所以，代入装载机的自重计算公式得：（1） 平路行驶时： 式中：-装载机的附着重量，kg； -插入阻力，N； -附着系数； -滚动阻力系数。 由可以计算出装载机的自重为3138kg（2） 上坡行驶时： 式中：-道路坡度，（）。 由可以计算出装载机的自重为3218kg。（3）上坡行驶时： 式中：-道路坡度，（）。 由可以计算出装载机的自重为3063kg。 通过以上的计算分析可知，装载机的自重可以设计为3300kg，既能完全满足装载机的使用性能及稳定性要求，而且不会因为自重的过分增大而增加运行的阻力和使装载机的动力性下降。 将代入自重公式可得： 所以，通过对稳定比的计算，可知在这种情况下满足稳定性要求。6.2 稳定度i校核稳定度与重心的位有关,重心位置越低,距支承界线越远,则稳定度越大,装载机稳定性越好但装载机能否在与稳定度相同的坡道行驶作业,还与发动机的动力、地面的附普条件以及动载荷等有关。因此,稳定度只是用于比较装载机技术性能的一个指标。6.3 稳定性的计算6.3.1 纵向稳定性的计算在水平地面装载机空载运行时：满载时稳定性的计算，共有三种工况： （1）水平地面装载机满载运输工况，即在水平地面，装载机在额定载量、铲斗后倾、颤抖接近角为15的运输状态下： （2）在水平地面装载机满载，动臂最大外伸工况（3） 在水平地面装载机满载，铲斗处于最大举升高度位置工况6.3.2 横向稳定性的计算在水平地面装载机空载运行，=965mm，B=1920mm代入横向稳定性计算公式，得 （1）水平地面装载机满载运输工况，即在水平地面，装载机在额定载量、铲斗后倾、颤抖接近角为15的运输状态下： （2）在水平地面装载机满载，动臂最大外伸工况:（3）在水平地面装载机满载，铲斗处于最大举升高度位置工况： 前面分析的装载机的稳定性是指装载机在行驶和作业时抗倾翻的能力,其纵向和横向稳定度仅说明装载机不倾翻的最大坡度,但装载机是否能在与稳定度相同的坡道上行驶和作业还受附着条件等因素的限制。通过对装载机的整体参数的选择计算,使装载机的总体尺寸满足设计的要求,保证各个部分合理匹配及装载机的使用性能,也可以使装
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