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【JX586】装载机工作装置结构设计【7张CAD图纸+PROE三维图+论文+开题报告+外文翻译】【机械毕业设计论文】【通过答辩】
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装载机 装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、 港口 、矿山等建设工程 的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作 装配 还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为 工程建设 中土石方施工的主要机种之一。 中国装载机行业的发展 中国现代轮式装载机起始于 20 世纪 60 年代中期的 。 柳工 机为整体 机架 、后桥转向。经过几年的努力，在吸收当时世界最先进的轮式装载机技术的基础上，开发成功了 功率 为 162铲接式轮式装载机，定型为 后来的 并于 1971 年 12 月 18 日正式通过专家鉴定。就这样诞生了中国第一台铰接式轮式装载机，从而开创了中国装载机行业形成与发展的历史。 装载机具有液力机械传动、 动力 换挡、双桥驱动、液压操纵、铰接式动力转向、气推油加力制动等现代轮式装载机的基本结构，为当时世界先进水平。也基本上代表了中国第一代轮式装载的基本结构。该机在总体性能方面具有动力性好，插入力有掘起力大、机动灵活、操纵轻便、作业效率高等一系列优点。 1978 年，天工所根据机械部的要求，制订出以柳工 基型的中国轮式装载机系列标准。制订标准时，保留用Z 代表装载 机，用 L 取代 “4”代表轮式，改 这样制订出了以柳工 为基型的中国 式装载机系列标准，这是中国装载机发展史上的重大转折点。该标准制订出来后按当时的行业分工，柳工、厦工制造 上的大中型轮式装载机，成工、宜工制造 下的中小型轮式装载机，逐步形成了柳工、厦工、成工和宜工当时的装载机四大骨干企业。到 70 年代末、 80 年代初中国装载机制造企业已增加至 20 多家，初步形成了中国装载机行业。到目前为止，中国轮式装载机已经发展到了第三代，但最基本的结构仍然是由 变而来。第二代变化不很大，第三代变化稍大一些。 2001 年中国装载机全行业总销售量已突破 3 万台，居世界装载机市场的前列。因此，目前中国已经成了世界上装载机产销大国。 2006年中国装载机行业全行业总销售量为 129， 793 台，比 2005 年的 112，527 台，增长了 净增了 17266 台，其净增量超过了中国装载机行业 “八五 ”以前任何一年的总销售量，可以说 2006 年中国装载机行业又是一个红红火火的丰收年。 2007 年 1，装载机 26 家主要企业累计销量为 143794 台，同比（ 109397 台）增加 34397 台，增幅为 累计出口为 8606 台，占累计销量的 同比（ 3234 台）增加 5372 台，增幅达 2008 年，中国装载机行业增速不减， 1，全国装载机累计销量为 台，中国装载机工业在发展的同时，一些问题也日益显露出来。特别是行业进入门槛极低，价格恶性竞争导致企业盈利能力低下，营销理念缺失，市场难以拓展，产品质量及可靠性差，此外，产品及组织结构老化以及服务升级增加的成本难以消化等因素严重等制约了行业的进一步发展和品质的提高。因此，中国装载 机企业必须抓住新的发展形势，在产品研发上体现差异化战略和 成本领先战略 ，继续加强行业以企业国家级技术中心和高校及科研院所为主体的科研开发体系建设，打造价值链营销，加强品牌建设，提升品牌价值，只有这样才能在新形势下 立于不败之地 。中国最大轮式装载机是徐工 2010 年 11 月 23 日，在 会隆重举办之际，徐工科技震撼推出国内最大吨位装载机 当场销售，在二十一世纪第二个十年到来之际， 引领中国装载机产品技术发展进入新时代。 问世，使徐工和欧、美企业并列，成为全球有能力开发该级别产品的四大巨头之一。 载机是徐工立足市场需求，瞄准国际高端技术主流，自主研制开发的新产品，是中国目前最大吨位的轮式装载机，拥有国际先进技术，装备国际一流部件，体现质量、安全和环保的价值观念。并顺利通过了由 吉林大学 、 北京理工大学 、 东南大学 、 中国矿业大学 等多名行业专家的鉴定。鉴定委员会给予了高度评价，并一致认为 “是国内装载机行业的一次重大技术提升和突破，对打破国外大型装载机的绝对垄断局面，推动中国装载机行业的技术进步，引领装载机行业朝着高可靠性、高技术含量、高性能、大吨位的方向发展具有划时代的 意义 ”。 用途 装载机主要用来铲、装、卸、运土和石料一类散状物料，也可以对岩石、硬土进行轻度铲掘作业。如果换不同的工作装置，还可以完成推土、起重、装卸其他物料的工作。在公路施工中主要用于路基工程的填挖，沥青和水泥混凝土料场的集料、装料等作业。由于它具有作业速度快，机动性好，操作轻便等优点，因而发展很快，成为土石方施工中的主要机械。 分类 常用的单斗装载机，按 发动机功率 ，传动形式，行走系结构，装 载方式的不同进行分类。 1、发动机功率： 功率小于 74小型装载机。 功率在 74 147中型装载机 功率在 147515大型装载机 ； 功率大于 515特大型装载机 。 2、传动形式： 液力 机械传动，冲击振动小，传动件寿命长，操纵方便，车速与外载间可自动调节，一般在中大型装载机多采用； 液力传动：可无级调速、操纵间便，但启动性较差，一般仅在小型装载机上采用； 电力传动：无级调速、工作可靠、维修简单、费用较高，一般在大型装载机上采用。 3、行走结构： 轮胎 式：质量轻、速度快、机动灵活、效率高、不易损坏路面、接地比压大、通过性差、但被广泛应用； 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、比切入力大、速度低、灵活性相对差、成本高、行走时易损坏路面。 4、装卸方式： 前卸式：结构简单、工作可靠、视野好，适合于各种作业场地，应用较广； 回转式：工作装置安装在可回转 360O 的转台上，侧面 卸载 不需要调头、作业效率高、但结构复杂、质量大、成本高、侧面稳性较差，适用于较侠小的场地。 后卸式：前端装、后端卸、作业效率高、作业的安全性欠好。 选用原则 1、 机型的选择：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； 2、动力的选择：一般多采用工程机械用 柴油发动机 ，在特殊地域作业，如海拔高于 3000m 的地方，应采用特殊的高原型柴油发动机； 3、传动型 式的选择：一般选用液力 机械传动。其中 关键部件 是变矩器形式的选择。目前中国生产的装载机多选用双 涡轮 、单级两相液力度矩器 。4、在选用装载机时，还要充分考虑装载机的制动性能，包括多个在制动、停车制动和紧急制动三种。制动器有蹄式、钳盘式和湿式多片式三种。制动器的驱动机构一般采用加力装置，其动力源有压缩空气，气顶油和液压式三种。目前常用的是气顶油制动系统，一般采用双回路制动系统，以提高行驶的安全性。 主要部件 包括 发动机 ， 变矩器 ，变速箱，前、后驱动桥，简称四大件 。1. 发动机 。 2. 变矩器上有三个泵，工作泵（供应举升，翻斗压力油）转向泵（供应转向压力油）变速泵也称行走泵（供 应变矩器，变速箱压力 油），有些机型转向泵上还装有先导泵（供应操纵阀先导压力油） 。 3.压油箱，工作泵，多路阀，举升 油缸 和翻斗油缸 。 4. 行走油路：变速箱油底壳油，行走泵，一路进变矩器一路进档位阀，变速箱 离合器 。 5. 驱动：传动轴，主差速器，轮边减速器 。 6. 转向油路：油箱，转向泵，稳流阀（或者 优先阀 ）转向器，转向油缸 。 7. 变速箱有一体的（行星式）和分体的（定轴式）两种 。 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 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。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。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。铲斗切削刀的形状分为四种。齿形的选择应考虑插入阻力、耐磨性和易于更换等因素。齿形分尖齿和钝齿，轮胎式装载机多采用尖形齿，而履带式装开机多采用钝形齿。斗齿数目视斗宽而定，斗齿距一般为 150齿结构分整体式和分体式两种，中小型装载机多采用整体式，而大型装载机由于作业条件差、斗齿磨损严重，常采用分体式。分体式斗齿分为基本齿 2 和齿尖 1 两部分，磨损后只需要更换齿尖。 装载机技术的认可 变频器在装载 机上的节能改造应用 装载机在启动时，电机的电流会比额定高 5的，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量 机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。变频器可实现电机软启动、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能。国内比较有名气变频器厂家有三晶、英威腾等。 国内轮式装载机发展趋势 国产轮式装载机正在从低水平、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，各主要厂家不断进行技术投入，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，从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。（ 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）根据各生产厂家的实际情况，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，使整机可靠性得到大步提高。（ 3）细化系统结构。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 等。（ 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 能，驾驶室内环境将向汽车方向靠拢 ，方向盘、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，降低装载机噪声和排放的工作已迫在眉捷，现在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，将要限制在该地区的销售。（ 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，提供司机排除问题的方法。 1、一般安全注意事项 驾驶员及有关人员在使用装载机之前，必须认真仔细地阅读制造企业随机提供的使用维护说明书或操作维护保养手册，按资料规定的事项去做。否则会带来严重重果和不必要的损失。 驾驶员穿戴应符合安全要求，并穿载必要的防护设施。 在作业区域范围较小或危险区域，则必须在其范围内或危险点显示出警告标志。 绝对严禁驾驶员酒后或过度疲劳驾驶作业。 在中心铰接区内进行维修或检查作业时，要装上 “防转动杆 ”以防止前、后 车架相对转动。 要在装载机停稳之后，在有蹬梯扶手的地方上下装载机。切勿在装载机作业或行走时跳上跳下。 维修装载机需要举臂时，必须把举起的动臂垫牢，保证在任何维修情况下，动臂绝对不会落下。 2、发动机启动前的安全注意事项 检查并确保所有灯具的照明及各显示灯能正常显示。特别要检查转向灯及制动显示灯的正常显示。 检查并确保在启动发动机时，不得有人在车底下或靠近装载机的地方工作，以确保出现意外时不会 危及自己或他人的安全。 启动前装载机的变速操纵手柄应扳到空挡位置。 不带紧急制动的制动系统，应将手制 动手柄板到停车位置。 只能在空气流动好的场所启动或运转发动机。如在室内运转时，要把发动机的排气口接到或朝向室外。 3、发动机启动后及作业时安全注意事项 发动机启动后，等制动气压达到安全气压时再准备起步，以确保行车时的制动安全性。有紧急制动的把紧急及停车制动阀的按钮按下（只有当气压达到允许起步气压时，按钮才能按下，否则按下去会自动跳起来），使紧急及停车制动释放下，才能挂 I 挡起步。无紧急制动的只需将停车制动手柄放下，释入停车制动即可起步。 清除装载机在行走道路上的故障物，特别要注意 铁块、沟渠之类的障碍物，以免割破轮胎。 将后视镜调整好，使驾驶员入座后能有最好的视野效果。 确保装载机的喇叭、后退信号灯，以及所有的 保险装置 能正常工作。 在即将起步或在检查转向左右灵活到位时，应先按喇叭，以警告周围人员注意安全。 在起步行走前，应对所有的操纵手柄、踏板、方向盘先试一次，确定已处于正常状态才能开始进入作业。要特别注意检查转向、制动是否完好。确定转向、制动完全正常，方可起步运行。 行进时， 将铲斗置于离地 400右高度。在山区坡道作业或跨越沟渠等障碍时，应减速、小转角，要注意避免倾翻。当装载面在陡坡上开始滑向一边时，必须立即卸载，防止继续滑下 作业时尽量避免轮胎过多、过分打滑；尽量避免两轮悬空，不允许只有两轮着地而继续作业。 作牵引车时，只允许与牵引装置挂接，被牵引物与装载机之间不允许站人，且要保持一定的安全距离，防止出现安全事故。 装载机应停入在平地上，并将铲斗平放地面。当发动机熄火后，需反复多次扳动工作装置操纵手柄，确保各液压缸处于 无压休息状态。当装载机只能停在坡道上时，要将轮胎垫牢。 将各种手柄置于空挡或中间位置 。 先取走电锁钥匙，然后关闭电源总开关，最后关闭门窗。 不准停在有明火或高温地区，以防轮胎受热爆炸，引起事故。 利用组合阀或储气罐对轮胎进行充气时，人不得站在轮胎的正面，以防爆炸伤人。 he is a in of is is on up be as On in of In be is so it of of of in as a of in of s on of of 62KW 450( 8, 1971 by So s s s is in a a of 1978, to of to a 450as a of of iu of a L is by of is as a as to at of 0 at 0 to 0, So to 450( is 001 to of at s 00629793005, a it be 006is a 2007 1a 43794, an 4397(109397), an %, (3234) to is 008, of 20449, an in at a to of is is of is to of of in & D to to of of as in to in s 3, 2010, a u - in in to s to of of on of is s by a of of a a to of of he is on If a In is of to is of he to of , is 4kw in 4 147kw in 47 515kw is 15kw , of be in is in on in 3, 1of of 4, 1of a of is on is is to is of to in a , of as 000m , of 4, in of a of a is a to to as of , of is a . 3. a a 4 a a a 6: or 7is of to of 4is on . is is is a or a on or to in to is in 5 At to of to is of to is a as in to is a to of 2 by of in of at of of in a is in of or so is be by to of of as of to to of to to of of of in (1) in is to in be (2) to of to so is (3) of As a of so (4) of to of (5) to to in be so in to (6) of of is in do be in of (7) of (8) to to of , he in of or to to It to of is or it be in or a or In or to to in in a Do in or to up to in , he to of or of to or of be to a II be in of to or As in to or , is is to to to be or it , so to No is to be of in on to to as a 3so is as as In or in in to to He start 1 河南理工大学本科毕业设计（论文）开题报告 题目名称 装载机 工作装置结构设计 学生姓名 张娜 专业班级 机设 2 班 学号 0828080114 一、 选题的目的和意义： 自 90 年代以来，国内外工程机械进入了一个新的发展时期，工程机械产品以信息技术为先导，在发动机燃料燃烧与电控、液压控制系统、自动操纵、可视化驾驶、精确定位与作业、故障诊断与监控、节能与环保等方面，进行了大量的研究，开发出许多新结构（或系统）和新产品，提高了工程机械的高科技含量，促进了工程机械的发展。 装载机是一种用途十分广泛得工程机械，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得铲掘工作，因此，它被广泛应用于建筑、公路、铁路、水电、港口、矿山及国防等工程中，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，所以装载机在国内外不论是品种或是在产量方面都得到迅速发展，成为工程机械得主要品种之一。而合理的工作装置结构更能起到事半功倍之成效。 二、 主要参考文献与资料获得情况： 1 王国彪 杨力夫编著工 作装置优化设计：机械工业出版社， 1996 2 吉林工业大学工程机械教研室 . 轮式装载机设计（ M） . 北京：中国建筑工业出版社 . 1982. 11：63 85 3 井下铲斗式装载机机械工业出版社 4 周复光 . 铲土运输机械设计与计算 (M). 北京：水利水电出版社 . 1988. 6： 99 143 5 张瑞肖 . 式装载机工作装置的改进 （ J） . 机械产品与科技 . 2005,1(1)： 29 30 6 王玉良 . 挖掘装载机五合一铲斗设计剖析 . 建筑机械化 6(3)： 18 20 7 曹旭阳 , 张卫虎 , 王国彪 . 载机工作装置的改进设计 . 建筑机械 . 2005, 1(1)： 9394,103 8 宁涛王飞岳荣刚中文版 础教程，清华大学出版社 9 岳荣刚 徐小荣朱敬， 械设计 100 例，电子工业出版社 10 王国标 . 装载机工作装置优化设计（ M） . 北京：机械工业出版社 . 1998. 5 11 成大先 . 机械设计手册（单行本） M. 北京：化学工业出版社， 13 杨占敏 王智明 张春秋 等 . 轮式装载机 . 北京：化学工业出版社， 2 14 机械设计手册软件版 北京：机械工业出版社 . 15 李健成 . 矿山装载机械设计 . 北京：机械工业出版社 , 16 其它网络检索到的相关 资料 毕业设计（论文）进度安排（按周说明） 1调研、收集资料 2熟悉软件、拟订研究方案 3研究方案具体实施 4撰写计算说明书、完成图纸绘制 5准备毕业答辩 6毕业答辩 、 指导教师审批意见： 指导教师： （签名） 年 月 日 3 河南理工大学本科毕业设计（论文）中期检查表 指导教师： 张海 职称： 副教授 所在院（系）： 机械与动力工程 学院 教研室（研究室）： 机械设计教研室 题 目 装载机工作装置结构设计 学生姓名 张娜 专业班级 08 机设 2 班 学号 0828080114 一、选题质量：（主要从以下四个方面填写： 1、选题是否符合专业培养目标，能否体现综合训练要求； 2、题目难易程度； 3、题目工作量； 4、题目 与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度） 本题目为装载机工作装置设计，主要涉及对零件结构的工艺分析，选材，装载机的选择，利用 模等，本设计与我本科阶段所学专业知识紧密相连，符合专业培训目标，题目的难度与工作量都比较适中，本题目与日常生产，科研等实际结合程度非常大，在做本设计时，需要查阅各种资料，完成很多难题。 通过这次设计的的锻炼能够很大程度运用综合的锻炼我的知识的能力，为以后在这方面的创新打下结实的基础。 二、开题报告完成情况： 我认真分析了选题，通过调查和亲自去工厂里实习 ，非常明确自己的课题设计方向与内容，在实习中通过对装载机工作过程认真分析，认为开题报告完成的比较顺利。 三、阶段性成果： 四、 存在主要问题： 要进一步学习。 各元件参数的 整体还不确定。 要进一步改进。 要加强练习。 要进一步细化。 五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语 指导教师： （签名） 年 月 日 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 1 摘 要 装载机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门。本文中参阅了大量的土方机械的设计参考书，其中大多数是有关装载机方面的，有的是工作装置单一构件的设计，有的则是整个工作装置的设计，并且有许多有关工作装置优化设计方面，各参考所涉及到的装载机虽然型号不同，研究的方法也有差异，但综合起来基本上也概述了现行的设计方法。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。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河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 2 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。 关键词 工程机械，装载机，工作装置 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 3 he is of in of as In is is to is is in in so on to is is as as so in by on 南理工大学万方科技学院本科毕业设计 4 to it to in of is an of at is by of an to of of to in in a to to to he a of is he no to no no to to do to to to to 南理工大学万方科技学院本科毕业设计 5 目录 前言 . 1 1. 装载机工作装置概述 . 3 载机工作装置设计概述 . 3 构型式选择 . 4 载机设计任务 . 7 2 铲斗结构设计 . 9 斗斗型的结构分析 . 10 削刃的形状 . 10 斗的斗齿 . 10 斗的侧刃 . 11 体形状 . 12 斗基本参数的确定 . 12 容的计量 . 15 平装斗容 ) . 16 定斗容 (堆装斗容 ) . 16 . 19 作机构连杆系统的尺寸参数设计 . 20 构分析 . 20 计方法 . 20 寸参数设计的图解法 . 21 臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点 B、 E、 A 的确定. 22 定坐标系 . 22 铲斗图 . 22 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 6 定动臂与铲斗的铰接点 B . 22 定动臂与机架的铰接点 A . 24 定动臂与摇臂的铰接点 E . 25 杆与铲斗和摇臂的两个铰接点 C、 D 的确定 . 25 升油缸与动臂和机架的铰接点 H 及 M 点的确定 . 28 定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程 . 31 臂油缸的铰接位置 . 31 臂油缸行程 的确定 . 32 大卸载高度和最小卸载距离 . 34 4 工作装置的强度计算 . 35 算位置 . 35 载荷的确定 . 35 作装置的受力分析 . 38 作装置的强度校核 . 47 臂 . 48 销 . 52 杆 . 54 臂 . 56 5 装载机工作装置中油缸作用力的确定 . 62 斗油缸的选择 . 64 臂油缸的选择 . 67 斗油缸与动臂油缸被动作用力的确定 . 69 6. 工作装置的限位机构 . 70 斗转角限位装置 . 70 臂升降的自动限位机构 . 71 7 装载机工作装置三维实体建模 . 73 软件介绍 . 73 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 7 作装置零件建模 . 74 臂的生成 . 75 斗的生成 . 77 座的生成 . 78 杆的生成 . 78 臂的生成 . 79 压缸筒的生成 . 79 压缸活塞的生成 . 80 8. 工作装置装配模型建模 . 82 座模型装配 . 84 臂模型装配 . 85 斗模型装配 . 86 压缸体模型装配 . 86 杆模型的装配连接 . 88 杆模型与铲斗模型和摇杆模型的装配连接 . 88 钉模型的连接 . 88 章小结 . 92 9 装载机工作装置运动仿真 . 94 述 . 94 建装载机工作装置的机械运动仿真 . 94 接轴设置 . 94 建快照 . 96 义伺服电动机 . 97 行运动 . 102 果回放动态干涉检查与制作播放文件 . 103 10 总结 . 107 致 谢 . 108 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 8 参 考 文 献 . 109 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 1 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。工作装置直接影响到装载机的性能参数和其作业效率。 载机，主要装载机生产厂家均拥 有该产品。第一代产品几十年来沿续至今，全国河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 2 几乎使用同一套图纸，有些技术力量薄弱的厂家，仍把其当作主导产品推向市场。第二三代产品主要是对工作装置进行优化，改变外观造型。所以，合理的设计工作装置的结构是非常重要的。 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、工作强度的校核，本次设计中在没有同类正转机构设计资料的前提下，反复琢磨工作装置的工作原理，并使用机械设计软件 行工作装置的各铰接点的设计，所以在进行有关校核时直接应用绘图尺寸，可以保证精度要求，此设计 资料也可以作为今后正转工作装置的设计参考。当然，在设计中难免有疏忽以及错误的地方，望批评指正。 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 3 1. 装载机工作装置概述 载机工作装置设计概述 装载机铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动实现的。装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂 连杆 (或托架 )及液压系统等组成 (图 1 1)。铲斗用以铲装物料；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(或托架 )使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操纵。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，在转斗油缸作用下，通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动；当转斗油缸闭锁时，动臂在动臂油缸河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 4 作用下提升或下降铲斗过程中，连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或斗底平面与地面的夹角变化控制在很小的范围，以免装满物料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料撒落；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，提高劳动生产率。 构型式选择 装载机工作装置的结构型式分为有铲斗托架和无铲斗托架两种。 有铲斗托架的工作装置如图 1 1a 所示。其动臂和连杆的后端与车架支座铰接，动臂和连杆的前端与铲斗托架铰接，托架上部铰接转斗油缸体，其活塞杆及托架下部与铲斗铰接。当托架、动臂、连杆及车架支座构成的是平行四连杆机构，则在动留提升、转斗油缸闭锁时，铲斗始终保持平移，斗内物科不会撤落。有铲斗托架的工作装置易十更换铲斗及安装附件，例如将铲斗卸下，在托架上装上起重叉便可进行起重及叉车作业。有铲斗托架的工作装置，结构比较简单，同时，由于转斗油缸及铲斗都是直接铰接在托架上，所以铲斗的转动角较大。但由于在动管前端装有较重的托架，所以减少了铲斗的载重量。 国产 160 装载机均采用有铲斗托架的工作装置。 无铲斗托架的工作装置如图 1 1b 所示。其动臂的前端和铲斗铰接，河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 5 动管的后端和车架上部支座铰接，动管油缸两端分别和动管及车架底部支座铰接，转斗油缸一端和车架铰接，另一端和摇臂铰按，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，可组成不同型式的连杆机构。不同型式的连杆机构，铲斗的铲起力 P 随铲斗转角的变化关系，倾斜时的角速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型式的选择，既要考虑结构简单，又要考虑作业性质与铲掘方式来确定 (图 1 2)。 正转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相同 (图 1 3a、 b、 c、 d)。其运动特点是：发出最大铲起力 P 时的铲斗转角是负的 (图 1 2a 曲线 )，有利于地面的挖掘 (图 1 2b)，铲斗倾斜时的角速度大，易于抖落砂土，但冲击较大。 正转连杆机构又可分为正转单连杆 (图 1 2a、 b)和正转双连杆 (图 1 2c、 d)两种形式。单连杆机构的连杆数目少，结构简单，易于布置，一般也能较好地满足作业要求。缺点是铲 起力变化曲线陡峭 (图 1 2 曲线 )；摇臂 连杆的传动比较小，为提高传动比，需加长摇臂 连杆的长度，给结构布置带来困难，并影响驾驶员的视野。双连杆机构的结构较复杂，转斗油缸也难于布置在动臂下方， 但摇臂 连杆的传动比较河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 6 大，因此摇臂 连杆尺寸可以减小，驾驶员的视野较好，铲起力变化曲线平缓 (图 1 2)，适于利用铲斗及动臂复合铲掘的作业 (图 1 2c)。缺点是提升动臂铲斗便后倾，因此，如保证动臂在最大卸载高度时，铲斗的后倾角适当，则动管在运输位置时，铲斗的后倾角较小，易造成铲斗内物料的撒落。 图 1 2 常见工作装置结构形式 正转连杆机构，因总体结构布置及动臂形状的不同而将转斗油缸布置在不同的位置上。如将转斗油缸布置在动臂上方 (图 3 3b、 d)，则在动臂提升时，转斗油缸轴线与动臂轴线不会交叉，因而这种布置便于实现动臂、摇臂 连杆与转斗油缸的中心线布置在同一平面内，工作装置受力较好。缺点是当铲斗铲装物科时油缸的小腔工作，因而使铲斗油缸的缸径与重量增大。国产 10 装载机的工作装置就是采用这种正转双连杆河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 7 机构。 反转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相反 (图 1其运动特点是，发出最大铲起力 P 时的铲斗转角 是正的，且铲起力变化曲线陡峭 (图 1 2a 曲线 )，因此，在提升铲斗肘的铲起力较大，适于装载矿石 (图 1 2d)，不利于地面的挖掘；铲斗倾斜时的角速度小，卸料平缓，但难于抖落砂土；升降动臂时能基本保持铲斗平移，因此物料撒落少，易于实现铲斗自动放平 (图 1 2e)；摇臂 连杆的传动比较小。 反转连杆机构多采用单连杆，双连杆机构布置较困难。反转连杆机构当铲斗位于运输位置时，连杆与动臂轴线相交，因此，难于布置在同一平面内。但由于这种型式结构简单，铲起力较大 ，所以中小型装载机采用较多。国产 载机的工作装置就是这种反转连杆机构 (图 1 1b)。 应当指出，正、反转连杆机构都是非平行四边形机构。因此，在动臂提升过程中，铲斗或多或少总要向后翻转一些。 载机设计任务 根据装载机用途、作业条件及技术经济指标等，选定工作装置设计参数如下。 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 8 额 定 斗 容： 3 定 载 重 量： 50 机 质 量： t 轮 距： 2150 距： 3427 胎 规 格： 25 最大 卸载 高度： 3090小 卸载 距离： 1130南理工大学万方科技学院本科毕业设计 9 2 铲斗结构设计 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。 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客重 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 ，用来铲掘容重 米 3 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 来装载容重大于 2 吨米 3 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。 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 10 斗斗型的结构分析 削刃的形状 铲斗切削刃的形状根据 铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型和非直线型两种（图 2 1)。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，装载机用得较多的是 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，同时对减少“偏裁切入”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。 斗的斗齿 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 11 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。 斗的侧刃 弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小，但弧线型侧刃容易从两侧泄漏物料，不利于铲斗的装满，适于铲装岩石。 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 12 体形状 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 物料在斗内的移动或滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料时有良好的倒空性。 铲斗底板的弧度 (圆弧半径 1R ，见图 2 2)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 23 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，在极端时也有将转铰销布置在铲斗内部，如图 2 4 所示。 斗基本参数的确定 铲斗宽度 大于轮胎外侧宽度 100 一 200 毫米，以防止铲掘物料所形成的阶梯地面，而损伤轮胎侧面和容易打滑而影响牵引力。 铲斗的回转半径 R 是指铲斗的转铰中心 B 与切削刃之间的距离 (图 2 4)。由于铲斗的回转半径 R 不仅影响铲起力和插入阻力的大小，而且与整机的总体参数有关。因此铲斗的其它参数依据它来决定。铲斗的回转半河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 13 径 R 可按下式计算 ts i n)co s(2 使用平装斗容计算公式： 1 8 ts i n)co s(式中 几何斗容量 ( 图 2 4 中所示阴影断面 ) B。 铲斗内侧宽度 (米 )； g 铲斗斗底长度系数，通常 .1gz 一 后斗壁长度系数，通常 .1z ； k 挡板高度系数，通常 2.0k； 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 14 R 斗 底和 后 斗 壁 直线 间 的圆 弧 半 径 系数 ， ； 1 挡板与后斗壁问的夹角，通常 001 105 ； 0 斗 底和后斗壁间的夹角，通常 000 5248， (有推荐00 6555 )。 10 2)w （ 2 2） 2 8 2 71025 9 71 0 02 1 5 00 B 中 取 b 根据设计资料有 972150 （ 2 3） 所以有： 1 8 ts i n)co s( （ 2 4） 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 15 o i o 斗底长度 指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离： 1 00 （ 2 6） 挡板高度 K 0 （ 2 7） 铲斗圆弧半径 1R ： 01 （ 2 8） 铲斗与动臂铰销距斗底的高度 : 00 (2铲斗侧壁 切削刃相对于斗底的倾角 000 6050 。在选择 1 时，应保证侧壁切削刃与挡板的夹角为 090 。因此取 0=500，切削角 0=300。 容的计量 铲斗的斗容量可以根据铲斗的几何尺寸确定。 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 16 何斗容 (平装斗容 ) 铲斗平装的几何斗容可按下式确定 (图 2 5)。 对于装有挡板的铲斗： （ 2 10） 根据有关计算有 o o （ 2 11） 式中 A 铲斗横断面面积，如图 2 5 中所示阴影面积 0B 铲斗内壁宽 (m)， a 挡板高度 (m)； b 斗刃刃口与挡板最上部之间的距离 (m)。 定斗容 (堆装斗容 ) 铲斗堆装的额定斗容 指斗内堆装物料的四边坡度均为 1： 2，此河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 17 时额定斗容可按下式确定 (图 2 5) H 米（ 2 式中 c 物料堆积高度 (米 )。 物料堆积高度 c 可由作图法确定 (图 2 5)：根据科堆坡度角可得料堆尖端点肘，再由 作直线 直，将 线向下延长，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
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