小型多功能装载机的设计

共 40 页 第 1 页共 40 页 第 2 页共 40 页 第 3 页摘 要装载机是为我国 2015 年长期规划中基础工业和基础设施建设服务的一种重大技术装备，它被广泛应用于国民经济的众多领域，推动国家建设事业的发展。装载机的用途十分广泛，它可以用来铲装、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，如果换装相应的工作装置，还可以进行推土、起重、装卸等作业。因此，它在施工中对加快工程建设速度、减轻劳动强度、提高工程质量、降低工程成本具有重要作用。为使滑移式转向装载机具有更好的使用性能，本设计对其整体设计方案进行了确定，计算了整体参数以及该设计方案下装载机的作业阻力、整机功率、重心位置和稳定性。关键词：装载机，滑移转向，设计共 40 页 第 4 页ABSTRACTThe wheel loader is one kind of significant technical equipment in the 2015 long-term plan which it is the foundation industry and the infrastructure construction serving for our country, it is widely used in the field of the foundation industry and infrastructure construction and some other field to promote the development. The wheel loader can be used for shovel attire, transporting, unloading, smooth bulk material, digging mildly, and also can be used for wheelring the earth, rock or hard soil, lifting heavy objects, loading and unloading work and so on, if replaced the corresponding installment. Therefore, the wheel loader play an important roal on speeding up the engineering construction, reducing the labor intensity, inhancing the project quality, reducing the cost of the project.In order to improve the performance of slip steering loader, the design scheme is presented. The overall parameters, working resistance, power, position of gravity center and stability are calculated.Key words：loader, slip steering, design共 40 页 第 5 页目 录第一章 概述 .41.1 小型多功能装载机概述 . 41.1.1 国外水平及发展趋势 . 51.1.2 国内水平及发展方向 . 51.1.3 分类、特点及适用范围 . 61.2 小型多功能装载机的设计特点 . 7第二章 总体参数的确定 .82.1 行走系统的设计 . 82.1.1 行走系统的选择.82.1.2 转向方式的选择.82.2 牵引计算 . 92.2.1 牵引性能计算 . 92.2.2 稳定计算 . 16第三章 液压系统的设计 .243.1 行走液压系统 . 243.2 工作装置液压系统 . 253.3 液压行走装载机操纵系统 . 26第四章 工作装置总体设计 .284.1 工作装置的组成 . 284.2 铲斗设计 . 284.3 工作装置连杆机构的设计 . 314.4 工作装置的强度校核.324.5 工作装置的限位机构.35第五章 车架设计 .375.1 方案比较 . 37共 40 页 第 6 页5.1.1 整体式车架 . 375.1.2 悬挂式车架 . 37设计 总结 . 38致谢 . 39主要参考文献 . 40共 40 页 第 7 页第一章 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，还可铲运爆破后的矿石，也可用来平整场地，以及对硬土进行轻度的挖掘。如果换上不同的工作装置，还可完成棒状物料装卸，推土、除雪、钻孔、起重、路面清扫。茶庄、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，保证工程质量，提高施工效率，都是不可缺少的装备。1.1小型多功能装载机概述小型多功能装载机广泛用于城市建筑、道路维修、邮电通讯、煤气电力、粮食贮存、环境保护、水利施工以及集约化农业副业生产等方面。这些施工工程的共同特点是：场地狭窄、作业复杂、施工周期短、工程质量要求高。小型多功能装载机除铲装较低密度的散装物料进行短距离运输之外，还可以进行推土、铲运、平地、挖掘、起重、破碎以及牵引等作业，是一种具有综合施工能力的多用途小型工程施工机械。现有机型 ZL-12 装载机如图 1.1 所示。图 1.1 ZL-12 装载机共 40 页 第 8 页本机可选配的工作装置如图 1.2 所示。小型多功能装载机有如下优点：（1）经济性好：采用静液压传动，能充分发挥发动机功率，根据负荷变化自动调节输出扭矩，实现无级变速，工作效率高且维修方便。图 1.2 装载机可更换工作装置（2）生产效率高：工作装置优化设计，使其具有超强举升力和高位自动放平功能。 爬坡能力强：全轮驱动，驱动力大。（3）机动灵活：铰接式车架结构，转弯半径小，便于狭窄场地作业。（4）通过性高：后桥可绕吊架中心摆动，从而可提高整机的通过性。（5）驾驶舒适：弧形超宽驾驶室，司机活动空间大，视野开阔1.1.1 国外水平及发展趋势国外小型装载机及小型多功能装载机，包括挖掘装载机在内，市场份额已相当大。美国的 山猫牌小型多功能装载机年销量在 5 万台左右，还有美国的凯斯、约翰迪尔、卡特彼勒、英国 的 JCB 公司等的挖掘装载机及小型多功能装载机年销量都在万台上。可见世界市场上挖掘装载 机及小型多功能装载机市场是多么大，而中国目前这类产品基本上还没有。这类产品特别适用 于市政建设、中小城镇建设、乡间非等级公路建设、一般公路的维护保养、港口码头作业，还 有改造环境、植树造林等。特别是西部大开发，这类产品将有广阔的潜共 40 页 第 9 页在市场。这类产品的开发，今后肯定是以静液压件传动为主，目前世界上小型装载机、小型多功能装载机基本上都是 静液压传动。我国要能真正把这类产品发展起来，必须有自己的创新。装载机行业的广大企 业，特别是有能力的大企业，应加大创新力度，去争我国小型装载机、小型多功能装载机、挖掘装载机等这一巨大的潜在市场。1.1.2 国内水平及发展方向我国半载机市场是国产品牌的天下，因此企业众多，一吨以上有一定规模的企业有 130 多家。据统计，30 多家主要企业年生产能力已超 20 万台。前几年在红火的市场吸引下，许多其他行业的企业纷纷进入装载机行业。如汽车行业的宇通，农机行业的一拖、山东的常林等不但进入装载机行业，而且已具备了 1000 多台至 2000 多台以上的市场规模。另外，工程机械领域的推土机行业、叉车行业、建筑机械行业、挖掘机行业等部分企业也进装载机行业，使装载机的产能迅速增加。虽然目前中国装载机市场仍然经久不衰，但整个行业产能已经过剩，市场竞争更加激烈。谁能赢得更多的用户青睐，那就要看谁的产品更过硬了。产品开发差强人意目前，生产装载机的主要骨干企业在效益下滑的情况下，向多品种和多种经营模式方向发展，在开发装载机新品的同时，几乎都开发了其他工程机械，如压路机、平地机、挖掘机、推土机、铣刨机等。继徐装、柳工推出 zl50g 型产品之后，主要骨干企业先后完成了 g 型新产品的开发和试验。新产品外观造型设计新颖别致，选用了康明斯或潍柴发动机及“zf” 驱动桥和变速箱。 “zf”桥个具有防滑功能，内藏湿式制动器，后桥中心摆动。 “zf”箱为电液换档，采用先进技术生产，操作轻便，安全可靠。工作装置和前后车架进一步优化设计，单摇臂、动臂缸卧式布置，铲斗具有自动放平功能。掘起力、动作时间和倾翻载荷及结构强度等指标进一步提高。共 40 页 第 10 页尽管如此，产品存在的问题仍然很多，新产品在外观质量和驾驶室舒适性方面虽有所提高，但与国外产品相比，外表加工面有焊接不平整，涂漆质量不好，附着力差，噪声大。防滚翻、防落物保护结构未进行第三方面试验，未取得有效的试验合格证书或安全认证，防滚翻、防落物保护未获得确认，使得出口受阻。没有进行系统的可靠性设计和可靠性试验;新产品试验周期短，投入台数少，负荷小，而且小问题、小故障较多;鉴定时没有进行系统和科学的评审与分析，可靠性指标无明显提高，影响了新产品的销售和批量生产。主要部件非等寿命设计，造成在产品寿命期内使用不经济，不便于维护和修理。产品使用说明书、企业生产标准不规范，在产品质量纠纷中造成不必要的损失。高原工程机械试验不够充分，尤其在高原环境条件下的可靠性试验几乎没有开展。在国内工程机械市场上，国产挖掘装载机及小型多功能装载机数量很少。在我国 zl20 型以下属小型装载机，其制造企业主要集中在山东的青州、莱州、泰安;河南的郑州、巩义、洛阳;河北石家庄以及安徽阜阳等。目前，青州微型装载机制造企业约有 70 多家，年产销60008000 台;莱州沙河镇及其附近大约有 100 家，年产销近万台，沙河镇的“莱工 ”，年产销量在 1000 台以上。年产销量最大的“青州凯丰”到去年 10 月产销量已超过 2000 台，今年估计能超 3000 台。专家估计，中国微装企业已达 200 家以上，总产销量在 1.52 万台之间。但是，由于缺少核心技术，国内企业还未形成真正的优势。国内企业要想把这类产品发展起来，就必须走自主创新之路。1.1.3 分类、特点及适用范围常用的装载机，按发动机功率，传动形式，装载方式，行走系结构的不同可分为一下几类：一、发动机功率： 1、功率小于 74kw 为小型装载机。2、功率在 74147kw 为中型装载机共 40 页 第 11 页3、功率在 147515kw 为大型装载机 4、功率大于 515kw 为特大型装载机 二、传动形式： 1、液力机械传动 冲击震动小，传动件寿命长，操纵方便，车速与外载间可以自动调节，一般在中大型装载机多采用；2、液力传动 可无极调速、操纵简便，但启动性较差，一般仅在小型装载机上使用；3、电力传动 无极调速、工作可靠、维修简单、费用较高,一般在大型装载机上采用。三、装卸方式： 1、前卸式 结构简单、工作可靠，是也好，适合于各种作业场地，应用较广；2、回转式 工作装置在那装在可回转 360 度的转台上，侧面卸载不需要调头、作业效率高，但结构古杂、质量大、成本高、侧面稳性较差，适用于较狭小的场地。3、后卸式 前端装，后端卸、作业效率高、作业安全性欠佳。四、行走结构： 1、轮胎式 质量轻、速度快、机动灵活，不易破坏路面，接地比压大，通过性差，但应用广泛2、履带式 接地比压小，通过性好，重心低，稳定性好、附着力强、牵引力大、速度地、灵活性相对较差，成本高，行走时容易损坏路面1.2 小型多功能装载机的设计特点（1）行走驱动和工作装置的驱动采用先进的闭式静压驱动。 （2）静压行走变量系统和作业变量系统可实现功率自动调节，使发动机功率得到最佳分配，发动机始终处于最佳作业状态。（3）制动系统只有一个制动器，结构独特，简化了操作和维护。共 40 页 第 12 页（4）行走速度和作业速度均可实现无级调速。 （5）采用全轮转向，转向半径小第二章 总体参数的确定2.1 行走系统的设计2.1.1 行走系统的选择履带式行走机构采用履带这种行走机构的自行式行走机械，由于履带具有承载强度大、刚度大、接地面积大且经久耐用等诸多的优点，所以这类机械的承载能力大、通过性好，因此在较为特殊和恶劣的环境下的生存能力比较强，非常适合于野外施工环境下的作业。但履带式行走机构有一个很明显的缺点就是内摩擦力矩比较大，驱动效率较低，在转向时受到的转向阻力矩也很大，于是所需的转向动力就较大，消耗的发动机功率大，经济性较差，这一点在状况良好的路面上行走时体现得尤为明显。另一方面履带式行走机构的加工制造要求也比较高，所以履带的造价较轮胎要高出许多，维修更较轮胎复杂，后期保养费用较大。此外普通履带在行走时噪声很大，产生噪声污染，也易对损坏原本优良的路面。轮胎式行走机构与履带式行走机构相比，单个轮胎的承载能力要比单条履带的承载能力低很多，但这种承载能力的差异则可以通过增加轮胎的数量来弥补。轮式机械行走时转向更加灵活，转向阻力矩也要比履带式机械的小很多，驱动效率较履带式行走机构的驱动效率高。轮胎式行走机构的结构比较简单，工作可靠性高，另外轮胎的刚性较小，能吸收大部分震动，因而可以降低避震机构的设计以及加工难度。当车辆以一个较高的速度行驶时，轮胎与地面接触处产生的噪声也要比履带的小很多。除此之外轮胎的价格也要比履带的价格低。方案确定共 40 页 第 13 页由于设计的小型多功能装载机需要在多个地点多种作业环境下进行作业，而且需要频繁移动，工作质量小，要求移动机动灵活，综合各方面得到结论，采用轮胎式行走机构能更好的满足各方面的使用要求。2.1.2 转向方式的选择轮式行走机构的转向方式有偏转车轮转向、差速转向。所设计的机型在长度方向上最大尺寸为 4400mm，采用差速转向可能是机械无法灵活的靠近一些边角处，而这种小型多功能装载机使用要求机动灵活，而且生产效率要高，因此要求转向灵活，所以采用全轮驱动、前后轮同时偏转转向，以实现原地转向。2.2 牵引计算2.2.1 牵引性能计算1.发动机的主要参数发动机型号 玉柴 YC4F45G 型柴油机 额定功率 33kw额定转速 2200 转/分额定扭矩 110 牛-米最大扭矩 160 牛-米最大扭矩时的转速 1400-1600 转/分2.传动效率的计算设 单对圆柱齿轮的传动效率 0.98 单对圆柱锥齿轮的传动效率 0.96缓冲联轴节的传动效率 0.95液压泵的总效率 0.85液压马达的总效率 0.85（1） 由发动机到分动箱的效率 0.85.69（2） 分动箱动力均由三对圆柱齿轮传出 则 （3） 后桥动力由一对锥齿轮传出 则 =0.96共 40 页 第 14 页故整机传动总效率 0.694.60.87.2M3.理论切线牵引功率pkNM式中 辅件效率取 =0.8530.856217.3pkkw4. 额定切线牵引力 1PKHkNv式中 理论工作速度 取 3.6km/5. 附着重量 /KHPGfe附 =式中： 额定附着系数 ,取 0.6f滚动阻力系数，取 0.04e重量分配系数，全轮驱动取 e=1G 附 =1730270.64/.6N6.整机重量02701kgegA7.由附着条件决定的最大牵引力maxTG附式中： ax最大附着系数，取 0.740.7421980ax N8.自由牵引力计算 0HKfKHTPfG式中： f滚动阻力1738162K N9.插入阻力计算共 40 页 第 15 页插入阻力是装载机铲斗插入料堆时，料堆对铲斗的反作用力，该阻力大小与物料类型、物料高度、铲斗插入料堆得深度及铲斗的结构等有关，插入阻力的方向与铲斗插入料堆得运动方向相反。计算公式： 1.2534BHBPkLk式中： 1k物料块度及松散度的影响系数，本装载机主要用于公路养护修筑、铲装对象主要是砾石、沙土等细粒物料，故取系数 1=0.52k物料种类（容量）的影响系数，取 2k=0.1BHL铲斗插入料堆深度， BHL=500mmB铲斗宽度，B=16900mm 3k料堆高度影响系数，一般碎石砂土的料堆高度均在 12-14米左右，取 3=1.14斗型系数，一般在 1.1-1.8 之间，取 4k=1.2将以上数值代入公式，计算得 1830BHPN自由牵引力 TH 必须大于插入阻力，否则会使装载机的发动机在铲装物料的过程中熄火。现 HT=16220N , BHP=14830, HT BP符合要求，说明装载机有足够的牵引力来克服插入阻力。10.装载机的动力因素 D 的计算动力因素 D 表示该装载机的单位重量的后备牵引力是衡量装载机加速性能的特征指标，其大小由下式确定： kwPG式中： k额定切线牵引力w空气阻力机重考虑到装载机即便在最高档行驶时速度亦不快，故空气阻力可以忽略，上式可写为共 40 页 第 16 页kPDG此时（1）空车一档的动力因素 730.642(2)重车时的动力因素 10.9708D11.装载机最大爬坡度的计算（1）由牵引力决定的最大爬坡度装载机的爬坡能力，首先取决于装载机的牵引力，在全轮驱动的情况下，也可用动力因素来表示即 D 越大，则爬坡能力越大，装载机的最大爬坡能力由下式计算 1sin()Df式中：D 动力因素f滚动阻力系数A- 空车一档的最大爬坡度 1sin(0.64)3652B- 重车一档的最大爬坡度 1i(.9.)94（2）由附着系数 max决定的最大爬坡度110.736maxtgt12.轴荷分配A 空车时的轴荷分配a 装载机静止在水平路面上，其前后桥之载荷分配系数 2Le式中： 2L重心至后桥距离L 轴距150.37e（前桥）2=0.7 （后桥）共 40 页 第 17 页则前桥载荷 0.3270.3810GNA后桥载荷 0.9B 装载机运行时前后桥轴荷之再分配在装载机处于运行工况时，其前后桥上的轴荷（即在车轮上的法向反力）是随装载机之运行状况不同而不同的，就是说轴荷变化的大小均与机重 0G，轴距 L、重心高度 gH还有机械运动状况有关空车时轴荷分配前轮反力 210cos()gLHZG式中: 1前轮法向反力计算时考虑的坡度为 3附着系数 0.6其他符号如图4，所示，代入计算得10.5.627cos3()270.9860.1234518Z N后轮反力共 40 页 第 18 页12cosgLGZNH式中 ： 2后轮法向反力其它符号同上21.370cos31.270.986235085.64Z N其轴荷再分配系数 1与 分别为10G前2Z后即： 1345802.9从以上计算可以看出上坡与加速行驶时， 1Z减小， 2增大下坡与减速行驶时， 增大， 减小B 重车时的轴荷分配a 装载机静止在水平路面上，其前后桥之载荷分配系数可以从表六算得 1850.46e2=0.54 (后桥)则前桥载荷G 前 350.4610N后桥载荷G 后 .89b 装载机运行时前后桥轴荷之再分配（见图5 ）共 40 页 第 19 页重车时轴荷分配（运行时）代入公式计算前轮反力 10.856.7035cos()350.986.31051Z N后轮反力 23.9824.gLGNNH轴荷再分配系数 10Z前=50.620G后=41.298C 装载机铲取时的轴荷分配（见下图）当装载机插入料堆铲取时的受力如图所示，在该工况下举升动共 40 页 第 20 页臂的瞬时（即铲斗斗尖开始运动的瞬间）作用在铲斗斗尖上的铲取阻力 WP有使装载机绕前轮与地面的接触点 O,向前倒立的趋势，根据力的平衡条件，必须有一个力 2Z来与 WP平衡，在此瞬间，前轮所承受的负荷是相当大的，即对后轮与地面的接触点 O 取矩20OM1358wPZ式中： .ckLBKl c铲斗插入科堆深度(米)；B K铲斗宽度(米 )；铲斗开始提升时物科的剪切阻力 LPKcW2.106.50=17820N则 Z11782035714N后轮承受的负荷力对前轮与地面的接触点 O 取矩10OM26580WPZA271594NA该工况时的重心位置为 1LaZG2瞬 间2瞬 间式中： 017820482aWPN共 40 页 第 21 页185094.652Lm12.轮胎负荷计算本装载机选用 750-16 越野轮胎，其单胎最大负荷为Q=20000N从轴荷计算中得知（1） 空车单胎最大负荷为max0.72.9450GQNQ（2） 重车单胎最大负荷为max.543.62（3） 铲取时单胎最大负荷为1max71852ZQNQA从以上计算可以看出，在空车、重车与铲装三种工况时的单胎最大负荷均能满足所选用轮胎的负荷要求。2.2.2 稳定计算1.装载机稳定计算装载机行驶时的稳定性是装载机使用的主要性能之一一般装载机，其稳定性的计算主要包括：纵向行驶与横向行驶的稳定性计算两方面。（1） 纵向稳定性的计算纵向稳定性是指装载机在纵向坡道上行驶时，不发生向前翻到，向后翻倒或滑溜的能力，计算时分为：在坡道上行驶时的稳定性计算，在铲装物料时的稳定性计算和铲斗举升至最大水平高度时的稳定性计算三个方面。A 装载机处于运输状况时，在坡道上行驶的稳定性计算a 上坡行驶时如图共 40 页 第 22 页在该工况下，装载机不发生向后翻倒的最大爬坡度 由下式计算12maxgtLH（度）式中： 在运输工况时，装载机重心与后轮中心线的距离（mm ） g在该工况下装载机的重心高度装载机牵引力的发挥，受到附着条件的限制，在上坡翻倒之前，可能因为轮胎与接触面之间的附着力不够而发生装载机打滑与倒溜的现象。故应考虑由附着系数决定的最大爬坡度，此坡度角上面已进行计算。上述计算结果见表 2LgH翻倒角 max打滑角动力因素决定的爬坡度结论空车55060042300.7436303652安全重车85070050320.7436302940安全共 40 页 第 23 页 从上表可以清楚地看到，在空车状况时，打滑角均比翻倒角和D 决定的爬坡角度要小，即在装载机爬坡时车轮将首先发生滑转而不存在倾翻的可能，在重车状况时，D 决定的爬坡角度均比翻倒角与打滑角要小，即装载机尚未到达此二角度，发动机已没有足够的动力供机械行驶，故亦不存在倾翻的问题。（b）下坡行驶时装载机下坡行驶时，其向前翻倒的最大下坡角度由下式决定： 1maxgtLH式中： 1装载机处于运输状况时，装载机重心与前轮轴中心线的距离（mm） g在该工况下，装载机的重心高度（mm ）计算结果见表 1LgH翻倒角 max打滑角结论共 40 页 第 24 页空车130060065130.743630安全重车10007005500.743630安全从表中可以看出，无论空车还是重车，在尚未到达翻倒角 S 时，装载机已因附着条件所限发生滑转，故不存在倾翻问题。由轮式机械行驶理论可知，为防止装载机纵坡行驶时倾翻，必须使车轮滑转先于机械向前或向后倾翻，即所谓“先滑后翻” 。此装载机的各打滑角通过上面计算可知均比翻倒角小，满足“先滑后翻”之要求，故此装载机在坡道上行驶时之纵向稳定性是良好的。B 铲装时装载机的稳定性计算当铲斗插入料堆，动臂油缸举升和铲斗油缸转斗时，即在插入阻力 J 铲取阻力 K 和转斗阻力 K 的作用下都可能使后轮离开地面进而使装载机失去纵向稳定性。A 采用一次单独铲掘时（1） 在铲斗插入料堆时刻如图9 所示，在该工况下，作用于装载机上的力有：插入阻共 40 页 第 25 页力 BHP、装载机的惯性力 0jgG，由于这两种力的作用，将力图使装载机绕前轮与地面的接触点 O 向前翻到，其翻倒力矩由下式计算M 翻 0ghBHjP （N.m）式中：j装载机减速度G重力加速度gH重心高度BP插入阻力h插入阻力作用线与地面间的距离，h=0mm212j=()kBHvmsL其中， 1k铲斗插入料堆前的行驶速1kv=3.6 公里/小时=1 米/秒2铲斗插入料堆终了时的行驶速度，取 2kv=0BHL插入深度，取 BHL=500mm=0.5m所以210.5mjs0G装载机自重（2700kg）则 M 翻 271.65430162Nm而保证装载机不发生向前翻倒的保持力矩 M 由下式计算01L保N.m式中 G=2700kg1在该工况下，装载机重心到前轮中心线的距离，L=1000mm则 M 保 26010Nm保 翻 安全（2） 在转动铲斗时刻如图所示共 40 页 第 26 页其翻倒力矩为 3CMPL翻kg.mm式中： 转斗阻力， CP=16566Nm3转斗阻力作用线与前桥中心轴线的水平距离，3L=1200mm则 翻 165.2987Nm M保 翻 所以安全转斗阻力作用线与前桥中心轴线的水平距离（3） 在动臂提升时，所示装载机在铲取阻力的作用下将产生翻倒力矩，即 w3MPL翻式中 =（铲取阻力）翻 17820.184Nm保 翻 安全（b）采用配合铲掘法时（1）在铲装插入同时进行转斗之工况的稳定性计算由于采用配合铲掘法时的插入深度较小，则其转斗阻力 P 也较小，假设在该工况下的转斗阻力 cP为一次单独铲掘法时的二分之一共 40 页 第 27 页即： c165 8232PN故翻倒力矩为 M翻 0c1620831.560gGjHPLNm保 翻 安全在铲装插入同时提升动臂之工况的稳定性计算同理，由于插入深度较小，取其铲取阻力 O 为一次单独铲掘法时的二分之一即 =178209wPN故翻倒力矩为 341620891.23wMPLNmA保 翻 安全（3） 铲斗满载举升到最大水平高度时的稳定性计算其翻倒力矩为 ()kMQgL翻式中：Q 铲斗内物料重量 800kgk铲斗自重 150kgL4=1400L1=1000共 40 页 第 28 页L铲斗举升到最大水平高度时重心到前轴中心线距离1400mmM翻 (8015).430Nm其保持力矩为 保 01()(275)120kGgL保 翻 安全（4）颠倒载荷的计算在装载机铲斗举升到最大水平高度时，在保证装载机纵向稳定性的前提下，其铲斗内物料的极限重量为 01max()(27015)01674.4kkGgLQ N即当 ax16714N 时，装载机就会失去其纵向稳定性而向前倾翻。横向稳定性的计算横向稳定性是装载机在转向、或在横向坡道等情况下行驶时，受重力、惯性力等侧向分力的作用引起的，而且这种铰接式装载机的倾翻界限和重心位置在转弯时时改变的，故有必要进行计算，考察此装载机的实际工况，其最高档的车速是很低的，在转弯时不会产生很大的离心力，故在横向稳定性计算中主要进行直线行驶于横坡上的稳定性计算及转向时重心变位的稳定性计算。直线行驶于横坡上的稳定性计算直线行驶于横坡上共 40 页 第 29 页装载机在侧坡上行驶，当侧倾角大于 O 时，装载机便失去稳定性，当倾角等于 O 时，装载机总重力的方向通过倾翻界限，此时装载机位于不稳定位置。其倾翻时的最大角度为 12gBtH式中：B轴距 mm gH装载机重心高度 mm其附着条件决定的滑动角 为 1maxt计算结果见下表B g翻倒角 ax打滑角 结论空车 140060049360.74 3630安全重车 1400700 4500.74 3630安全从表可看出均满足“先滑后翻”之要求。最小转向半径 min0ax18526ssin4LRm共 40 页 第 30 页第三章 液压系统的设计所设计的小型多功能装载机的液压系统由行走系统，工作系统,转向系统,操纵系统四部分组成，分别介绍如下3.1 行走液压系统主要是对拌合机的行驶液压系统的设计与计算，并设计工作装置的传动液压系统和液压油箱以及一些辅助液压设备。由于所学的知识只是一些最基本的机械和液压常识，因此，在设计过程中，还要查阅大量的相关资料，以补充自己的不足之处。可以参考小松公司装载机液压行走传动系统布置，见下图发动机； 2-缓冲联轴节； 3-行走油泵； 4-作业油泵；5-行走马达； 6-行星减速器； 7-前桥； 8-行车制动器；9-前轮； 10-差速器； 11-前传动轴； 12-湿式停车制动器；13-分动箱； 14-后传动轴； 15-后桥； 16-后轮；共 40 页 第 31 页1-油； 2-主液压泵； 3、17-伺服油缸； 4-补油泵； 5-滤清器；6-压力补偿阀；7-高压切断阀 ；8- 前进后退换向阀 ；9-微动阀 ；10-高压溢流阀； 11-低压溢流阀 ；12、14、18-单向阀； 13-液压马达； 15-前进后退梭形阀； 16-伺服阀；19- 油冷却器； 20-分动箱3.2 工作装置液压系统工作装置液压系统的设计就是根据装载机的作业要求选择和设计相应的液压元件并把它们合理的组合成回路，使之有效地完成作业任务。液压系统性能的优劣对装载机的生产率、经济性能和使用寿命有共 40 页 第 32 页很大的影响，必须高效合理。装载机的作业对象多是土石方，冲击载荷大，负载繁重，又是露天作业，尘土大，气候温差变化大，作业条件恶劣，循环作业，往复动作频繁。因而装载机液压系统应满足以下要求：工作性能好，能合理利用功率，保证装载机具有较高的生产率。可靠性高，寿命长。操作性能好，操作简单，轻便。系统要简单可靠，易于安装，维修和保养。装载机工作装置的液压回路图所示：工作装置液压系统有三个分支回路如3.3 液压行走装载机操纵系统方向操纵杆下图中 3 为方向电操纵杆，操纵装载机前进和后退。带锁住装置，能将操纵杆固定在所操纵的位置。操纵时手可以不离开方向盘，用手指操纵。为防止意外走动，方向电操纵杆不在中位，发动机就不共 40 页 第 33 页能启动。制动踏板9 左右制动踏板，右制动踏板和微动阀连动，操纵此踏板，通过微动阀，改变变量泵先导控制油压，使变量泵排量降低，实现机械微动，使铲装作业时工作装置功率和行走驱动功率匹配良好。运转模式切换机构8 为运转模式切换机构。通过它可控制油门开度的最大位置。有两种运转模式：通常和柔和，分别有相应不同的油门最大开度限位。一般情况采用通常运转模式，夜间作业或市内作业等要求低噪声场合采用柔和运转模式，该模式最大牵引力降低 2% 左右，对通常装载作业能满足要求。脚踏式停车制动采用脚踏式停车制动操纵简单，轻轻踩一下停车制动踏板（图 2 共 40 页 第 34 页中 1）就能制动。解除停车制动，只需拉一下停车制动解除操纵杆（图 2 中 2） 。当停车制动器起作用时，方向电操纵杆即使在前进或后退位置，机械也不会行走。当发动机熄火时，如忘记将停车制动器制动，会自动报警。油门踏板5 为油门踏板，操纵它就能起步、加速、减速和停车，全车速范围自动变速，操纵简单方便，初学者很容易掌握驾驶。共 40 页 第 35 页第四章 工作装置总体设计4.1 工作装置的组成本多功能装载机广泛用于城市建筑、道路维修、邮电通讯、煤气电力、粮食贮存、环境保护、水利施工以及集约化农业副业生产等方面。这些施工工程的共同特点是：场地狭窄、作业复杂、施工周期短、工程质量要求高。小型多功能装载机除铲装较低密度的散装物料进行短距离运输之外，还可以进行推土、铲运、平地、挖掘、起重、破碎以及牵引等作业，是一种具有综合施工能力的多用途小型工程施工机械。所以要求可以安装多种工作装置以适应不同的工作环境和作业内容，现对可用的工作装置举例如下图现以装载机铲运装置为例说明工作装置的总体设计。装载机的工作装置由铲斗，动臂、摇臂、连杆及液压系统等组成。铲斗以铲装物料；动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架连接；转斗油缸通过摇臂，连杆使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操作。由动臂、动臂油缸、铲斗、转斗油缸、摇臂、连杆及车架相互铰链而成的机构，在装载机工作时需要保证：当动臂处于某种作业位置不动时，在转斗油缸的的作用下，通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动；当转斗油缸闭锁时，动臂在动臂油缸的作用下提升或下降铲斗过共 40 页 第 36 页程中，连杆机构应该能使铲斗在提升过程中保持平动或与地面的夹角变化控制在很小的范围，以免装满料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料洒落；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，提高生产效率。4.2 铲斗设计一铲斗结构形式的选择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工作可靠性，所以减少切削阻力和提高作业效率是铲斗设计的主要要求。铲斗是在恶劣的环境下工作承受很大的冲击载荷和剧烈的磨损，所以要求铲斗具有足够的强度和刚度，同时要耐磨。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容重 1.41.6 吨/米 3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，用来采掘容重 1.0吨/米 3左右的物料（如煤、渣等） ；减少斗容的铲斗，斗容为正常的0.60.8，用来装载斗容重大于 2 吨/米 3的物料（如铁矿石、岩石等） 。用于土方工程机械的装载机，因作业对象较广，因此多采用正常斗容的通用铲斗，一般适应铲装不同物料的需要。铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型或非直线型两种。直线型切削刃简单并利于地面刮平作业，但切削阻力较大。非直线型切削刃有 V 型和弧型等，装载机用的较多是V 型斗刃。这种切削刃由于中间突出，在插入料堆时，插入力可以集中作用在斗刃中间部分，易于插入料堆；同时减少“偏载切入”有一定的效果。但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。装有斗齿的铲斗，在装载机作业时，插入力有斗齿分担，形成较大的比压，利于插入密实的料堆疏松物料，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，其共 40 页 第 37 页铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物料，其铲斗可以不装斗齿。斗齿的形状对切削阻力的影响：对称齿型的切削阻力比不对称的大；长而狭窄的齿比宽而短的切削阻力小。弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小，但弧线型侧刃容易从两侧泄漏物料，不利于铲斗的装满适宜于铲装岩石。对主要用于土方工程的装载机，在设计铲斗时要考虑斗体内的流动性，减少物料在斗体的移动或滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料是有良好的倒空性。图 5-1铲斗底板的弧度(圆弧半径，见图)越大，铲掘时泥土的流动性越好，但对于流动性差的岩石等，则应将底边加长而弧度减小，使铲斗容积加大，比较容易铲取。但是当底边过长，则铲斗的铲起力变小，且铲斗插入料堆的插入阻力与刃口的插入深度成比例的急剧增加，如图所示。相反，如底边短，不但铲斗的铲起力大，而且卸载时，斗刃口的降落高度小，也易于将物料卸净。因此，铲斗转铰销的位置以近于刃口处为好。二铲斗容积一） 铲斗基本参数的确定铲斗宽度应大于装载机轮胎宽度，每侧为 105mm，以便保护轮胎侧壁，减少行使阻力。在确定铲斗各部分尺寸时，一般把铲斗的回转半径 R 作为基本参数。着是因为它直接影响铲斗前壁的长度，前壁长度的铲斗要求插共 40 页 第 38 页入深度大，插入力大，卸载时所占的高度空间大，而且直接影响铲斗铲取力和斗容的大小。 )180(5.2sin)co(5.0 0010 ctgBVRRKZgK式中 ： V铲斗平装容量， 3m (图 5-1 所示阴影断面，大小在初步设计时由设计任务书给定)；B。铲斗内侧宽度( )；g铲斗斗底长度系数，通常 g1.4-1.5，取 g=1.45；Z后斗壁长度系数，通常 Z1.1-1.2 ，取 Z=1.15；K挡板高度系数，通常 K0.12-0.14，取 K=0.13；R斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，通常 R0.35-0.40， 取 =0.37；图 5-2 铲斗尺寸参考1挡板与后斗壁问的夹角，通常 15 -20 ，取 1= 5A0r斗底和后斗壁间的夹角，通常 r。 42，取 0r= 48；由计算得：0 20010.5(cos)in.5(1)8KgZKRVRBctg61.7共 40 页 第 39 页0.7489 m斗底长度 Lg 是指由铲斗切削刃到斗底延长线与后斗壁延长线交点的距离： 001.4586gLR mm后斗壁长度 Z是指后斗壁上缘至后壁延长线到与底相延长线交点的距离： 001.586ZzLRmm挡板高度 K：00.1398LR mm铲斗圆弧半径 1：00.72R mm铲斗与动臂铰销距斗底臂的高度：0.15Bh mm一般取铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角 6050a。在选择1时，挡板的夹角为 90 。铲斗与动臂铰销（称下铰接点）距斗底壁的高度 0(0.6.12)BhR。4.3 工作装置连杆机构的设计一.工作装置连杆机构的类型本次设计工作装置连杆机构采用转斗油缸后置式反转六杆机构，这种机构有几大优点：（1）转斗油缸大腔进油时转斗，并且连杆系统的倍力系数能设计成较大值，所以可以获得相当大的掘起力；（2）恰当地选择各构件尺寸，不仅能得到良好的铲斗平动性能，而且可以实现铲斗自动放平，这是其它 6 种工作机构所望尘莫及的。 （3）结构十分紧凑、前悬小，司机视野好也是此种机构的突出优点。它的缺点是摇臂和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄部位，容易发生构件相互干扰，设计时需特别精心。共 40 页 第 40 页二. 工作装置结构设计根据装载机的用途