变速集成控制系统和命令控制系统设计说明书.doc

第1章 绪 论近年来，随着建筑施工和资源开发规模的扩大，对工程机械需求量迅速增加，因而对其可靠性、维修性、安全性和燃油经济性也提出了更高的要求。随着微电子技术向工程机械的渗透，现代工程机械日益向智能化和机电一体化方向发展。自20世纪90年代以来，国外工程机械进入了一个新的发展时期，在广泛应用新技术的同时，不断涌现出新结构和新产品。继完成提高整机可靠性任务之后，技术发展的重点在于增加产品的电子信息技术含量和智能化程度，努力完善产品的标准化、系列化和通用化，改善驾驶人员的工作条件，向节能、环保方向发展。装载机作为工程机械行业中不可缺少的一部分，也在不断更新和发展。1.1 新技术发展现状1、系列化、特大型化 系列化是装载机发展的重要趋势。国内外知名公司已逐步实现其产品系列化进程，形成了从微型到特大型不同规格的产品。与此同时，产品更新换代的周期明显缩短。特大型装载机科技含量高，研制与生产周期较长，投资大，但市场容量有限，市场竞争主要集中在少数几家国际有名的大公司。目前仅有马拉松勒图尔勒、卡特彼勒和小松一德雷塞这三家公司能够生产特大型装载机。2、多用途、超小型化、微型化为了全方位地满足不同用户的需求，装载机在朝着系列化、特大型化方向发展的同时，已进人多用途、超小型化、微型化发展阶段。推动这一发展的因素首先源于液压技术的发展；其次，快速可更换连接装置的诞生，使得更换附属作业装置的工作在司机室通过操纵手柄即可快速完成。小型及微型工程机械易于实现在城市狭窄施工场所以及在货栈、码头、仓库、舱位、农舍、建筑物层内和地下工程作业环境的使用要求。 3、多功能化多功能化作业装置改变了单一作业功能，多种作业已从中、大型工程机械应用的局限中解脱出来，在小型和微型工程机械上也开始了应用。这样驾驶员可在驾驶室里完成更换不同作业装置的动作：如更换铲叉、抓斗、卸载斗、扫雷装置、路面清扫装置、破碎装置等。4、微电子技术、信息技术的普及和应用利用GPS(全球定位系统)、GIS和GSM技术，卡特彼勒将其雄伟计划命名为采矿铲土运输技术系统(METS)。METS包括多种多样的技术产品，如无线电数据通信、机器监测、诊断、工作与业务管理软件和机器控制等装置。METS由以下3部分组成：1)计算机辅助铲土运输系统(CAES)。2)关键信息管理系统(VIMS)。3)CAES office软件。 5、节能与环保为提高产品的节能效果和满足日益苛刻的环保要求，国外装载机公司主要从降低发动机排放、提高液压系统效率和减振、降噪等方面入手。人机工程学、无污染绿色施工等成为人们的共识。6、计算机管理及故障诊断、远程监控系统及整机智能化以微电子、Internet为重要标志的信息时代，不断研制出集液压、微电子及信息技术于一体的智能系统，并广泛应用于工程机械的产品设计之中，进一步提高了产品的性能及高科技含量。 工程机械集成化和操作与智能控制技术主要包括：电液控制自动换挡变速器技术、机电一体化控制技术、负荷传感全功率控制技术和可编程控制与遥控及无人操作技术等。动力换挡变速器技术包括液压式和电液式，负载传感全功率控制是一个具有压差的反馈伺服控制系统。1.2 工程机械新结构装载机不仅要有科学的合理的结构，满足实际需要，而且还要结合美学法则、形态法则和色彩配置等技法来展示装载机造型的艺术性。装载机利用材料、工艺等条件充分体现出产品外观的形体美、线型美、色彩美和面饰美等。 1、行驶平稳性控制系统2、附着力控制系统3、动力电子控制管理系统4、发动机自动控制系统5、关键信息显示管理系统6、转向变速集成控制系统7、销轴润滑系统8、驱动控制系统9、负载感应变速系统。10、燃油空气比例控制系统11、电子称量装置12、直观控制系统13、司机辅助操作系统1.3 发展趋势广泛应用微电子技术与信息技术，完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊断系统；采用单一吸声材料、噪声抑制方法等消除或降低机器噪声；通过不断改进电喷装置，进一步降低柴油发动机的尾气排放量；研制无污染、经济型、环保型的动力装置；提高液压元件、传感元件和控制元件的可靠性与灵敏性，提高整机的机电信一体化水平；在控制系统方面，将广泛采用电子监控和自动报警系统、自动换挡变速装置；用于物料精确挖(铲)、装、载、运作业的工程机械将安装GPS定位与重量自动称量装置；开发特种用途的“机器人式”工程机械等；转向变速集成控制系统和命令控制系统，总线技术；计算机控制的发动机管理系统，计算机管理及故障诊断、监控系统，电子自动换挡变速控制系统，转向变速集成控制系统和命令控制系统。第2章 轮式装载机的总体设计2.1 装载机各部件结构型式的选择2.1.1 动力装置 由于装载机的使用条件较差，工作场地粉尘多，负荷大以及自身散热差，所以选用按小时功率标定的工程机械用柴油机。而且随着涡轮增压技术的日益完善，选用增压式6135Q-1柴油机（如表2.1）。表2.1 6135Q-1型柴油机型号功率转速最大扭矩（1300r/min）6135Q-1220hp2200r/min79kgf*m2.1.2 传动系各部分构件形式的选择由于液力机械传动能在一定范围内获得无级变速和变矩能力，能自动适应工作阻力的变化，避免了发动机因超载而熄灭，提高发动机的功率利用程度。改善装载机的牵引性能；使机械的起步性能好，提高机械的通过能力；可减少变速器档位数，便于实现动力换档；液体介质能吸收和衰减振动和冲击，从而提高了发动机和传动系的使用寿命。故选用液力机械传动。1、 液力变矩器的选型由于双涡轮液力机械变矩器中自由轮机构的作用，可随外载荷的变化自动控制单涡轮或双涡轮工作。其变矩系数由两段不同斜率的曲线组成，随着载荷的变化能自动变速，变矩器相当于两档速度。这样可以减少变速器档位数，简化变速器的结构和操纵，双涡轮液力机械变矩器的变矩系数大，高效率范围较宽，适合装载机在铲掘时需要克服大的作业阻力，在运输工况时需要有较高的行驶速度的使用特点。其主要缺点是最高效率低。为了合理利用动力，随装载机作业工况的变化合理改变发动机的功率分配，装载机的牵引力及铲起力能随作业工况获得理想匹配，以充分利用发动机功率，改善装载机的动力性能，提高其作业能力。因此选用双涡轮液力机械变矩器。2、变速器用动力换档行星式变速器，它可以采用较少的行星排获得所需的档位数；齿轮受力小，行星机构上的径向力基本平衡，齿轮模数较小，变速器结构紧凑；传动效率高；利用制动器换档，可以不采用旋转油缸和旋转密封，使换档液压系统工作可靠，换档制动器扭矩容量可以大些；输入和输出轴在同一轴线上。但是，其结构复杂，制造及维修拆装较困难。3、驱动桥为充分利用装载机重量作为附着重量，发挥较大的牵引力，采用全桥驱动，并在变速器上设脱桥机构，以减轻轮胎的磨损，在良好的地面上行驶时可采用单桥驱动。由于装载机作业速度低，因为驱动桥的减速比较大，因此要采用单级主传动和轮边减速，轮边减速采用行星传动，能以较小的结构尺寸得到较大的传动比。行星轮边减速装置可置于轮毂内，便于整机布置并可以减少主传动中从动齿轮、差速器及半轴所传递的扭矩及尺寸，使结构紧凑，增大离地间隙，提高其通过能力。2.1.3 转向系 采用全液压铰接式转向，这种方式可减少装载机的转向半径，机动性、灵活性好，能使转向机构布置简化，便于标准化和通用化。车架能摆动，使车轮可适应不平地面，以保证充分利用装载机的附着重量，提高其在恶劣条件下的通过性，能减小车架的扭转载荷，提高结构的可靠性；车轮相对机体没有相对运动，便于采用大直径宽基低压轮胎，以便于提高装载机在松软地面上的通过能力。全液压转向系，其操纵灵活轻便，安装和布置方便，尺寸小，结构紧凑，保养简单，发动机熄灭时仍能保证转向性能。2.1.4 制动系采用湿式多片制动器，为了使装载机制动可靠，制动系统装有行车制动装置，停车制动装置和紧急制动装置。而且把前后轮的制动系统分开，一个系统失灵时，另一个系统可以照常工作，并设有自动报警装置，当制动压力下降时，会自动发出警报。2.1.5 轮胎采用低压宽基深花纹充气轮胎，它可以减小轮胎的接地压力，提高装载机在较软地面上的通过能力，在不平地面上行驶时，有较好的缓冲性；而且可以提高轮胎的承载能力，改善装载机的附着性能及行驶稳定性。2.1.6 工作装置采用液压操纵的反转单连杆机构。其最大铲起力是在铲斗向后翻转时发出的，在铲装位置时，随转角的增大，铲起力也增大，适用于铲装矿石，岩石等坚实物料；动臂提升时，铲斗后倾角变化小，因此，在运输位置时，铲斗后倾角可以大些，以减少运输是物料撒落；铲斗卸载时，角速度小，卸载平稳，冲击小；卸载后动臂下降铲斗能自动放平，而且其结构简单，便于布置和维修。2.2 装载机作业阻力的计算2.2.1 插入阻力的计算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，包括铲斗前切削刃和两侧壁切削刃的阻力。插入阻力： （2.1）其中：-物料块度及松散程度影响系数； -物料种类影响系数； -铲斗插入料堆深度； -铲斗宽度； -料堆高度影响系数； -铲斗形状系数。查表得： 代入公式（2.1）得：2.2.2 铲起阻力铲起阻力是铲斗插入料堆达到一定深度后，提升动臂时，料堆对铲斗产生的反作用力。最大铲起阻力常发生在开始提升铲斗时，随着动臂的提升，铲斗阻力逐渐减小。最大铲起阻力： （2.2）其中：-铲斗插入料堆深度； -铲斗宽度； -铲斗开始提升时物料的剪切应力。查表得：； ，。代入公式（2.2）得：2.3 装载机总体参数的选择与计算2.3.1 装载机的额定载重量的确定装载机的额定载重量是指保证其稳定性所规定的载重量。铲斗的规格已经确定，在光滑硬水平地面上作业，其最大行驶速度不超过,装载机的额定载重量不得超过其倾翻载荷的的50%。而且装载机的额定载重量还应与配合作业的运输车的载重量相适应，一般以斗满一车为宜，标准选取并根据装载机的系列=49。2.3.2 额定斗容量的确定额定斗容又称为堆装斗容。当装载机额定载重量确定后，额定斗容： = （2.3）其中：-额定载重量();-物料的重度(.选用标准斗容，取。代入公式（2.3）得：2.3.3 装载机的自重确定装载机的自重是指它的使用重量。对于全桥驱动的轮式装载机，附着重量就是装载机的自重。装载机在水平地面上作业时，在行驶中将铲斗插入料堆。若装载机等速行驶，则装载机的牵引力用来克服插入阻力。根据总体参数合理匹配的原则，为使装载机在正常工作时，铲斗能插入料堆一定深度，装载机的额定牵引力应等于插入阻力，即： （2.4）但牵引力受地面附着条件的限制，则额定牵引力为 （2.5）因此 （2.6）装载机为克服插入阻力所必需的附着重量为： （2.7）对于全桥驱动的轮式装载机其自重为： （2.8）其中：-铲斗的插入阻力； -额定滑转率相应的附着系数，取。由公式（2.8）得：2.3.4作业所需的最大驱动力的计算根据总体参数合理匹配的原则，平均最大作业阻力应等于装载机的额定牵引力，即： 因此，装载机在水平地面作业所需的最大驱动力： （2.9）其中：-滚动阻力 （2.10）其中：轮胎载荷； 综合滚动阻力系数。查表得：由公式（2.10）得： 2.3.5 行驶速度分析轮式装载机作业行进时将铲斗插入料堆，采用液力机械传动，在变矩器工况最高效率区时，装载机的行驶速度取。由于装载机采用半刚性悬架，行驶速度不宜过高，最大行驶速度一般为。装载机经常进行循环作业，为提高生产效率，应当缩短作业循环时间。因此，装载机后退速度比前进作业速度高25-40%，即：装载机的后退速度为。2.3.6 轮胎尺寸的初步选定根据装载机作业行驶速度和正常最高行驶速度，参考同类型装载机选择23.5-25型低压宽基深花纹充气轮胎（如表2.2）。表2.2 23.5-26型轮胎参数型号标准轮辋轮缘高度断面宽度外径内压23.5-2519563.560016602.8-3.2 kgf/2.3.7 动臂提升，下降及铲斗前倾时间的确定从提高装载机的生产率看，动臂提升，下降及铲斗前倾时间应尽量小一些。但是动臂提升时间受到工作装置油泵功率的限制，而动臂下降及铲斗前倾速度太大，会产生较大冲击，且使油缸上腔产生真空。参考同类型装载机取：动臂提升时间：8.0；动臂下降时间：6.0；铲斗前倾时间：3.0。2.3.8 铲斗后倾角及卸载角的选取动臂在最低位置时，铲斗后倾角，运输位置时，铲斗后倾角，动臂在最大举升高度时，铲斗最大后倾角，后倾角过小或过大容易引起物料撒落，铲斗在任何卸载高度时的卸载角，卸载角过小会影响物料卸干净（如图2.2）。2.3.9 最小离地间隙最小离地间隙是表示装载机无碰撞地越过障碍物的能力，在保证装载机稳定性的前提下，尽可能提高离地间隙。这里取。2.3.10 轴距轴距L对装载机的重量，桥荷分配，长度，纵向稳定性，行驶平稳性，最小转向半径等有直接影响。减小轴距，装载机长度及自重就减小，最小转向半径也减小。但轴距过小会使装载机的纵向稳定性变差，行驶时颠簸大，而且还会使万向节传动的夹角过大。增大轴距，可提高装载机的纵向稳定性和行驶平稳性，但轴距过大，会增加装载机的自重及最小转向半径。在保证装载机主要性能的前提下，轴距尽可能小些，参考同类型装载机选取。图2.2 轮式装载机总体参数2.3.11 轮距轮距对装载机的总宽，重量，横向稳定性及机动性等有较大影响。增大轮距，可以提高装载机的横向稳定性，但会使装载机最小转向半径增大而影响机动性，使铲斗宽度，总宽及重量增加，并且使单位插入力减小。所以，要在可能的情况下尽量减小轮距，取。2.3.12 装载机的桥荷分配装载机在空载和满载时，前后桥的载荷分配比例发生很大的变化。铲斗满载时，前桥载荷增加，后桥载荷减小。在铲掘作业后轮离地时，后轮载荷为零。前桥载荷最大可达到装载机使用重量的1倍。桥荷的分配应保证驱动桥上有足够的附着重量，以产生所需的牵引力以及在松软地面上的通过能力；保证装载机在空载和满载时的稳定性；应使转向轻便；充分发挥轮胎的承载能力，并使轮胎磨损均匀，使用寿命基本相同。根据以上要求把装载机桥荷比例分配如下：空载时：前桥载荷占装载机自重的45-50%，后桥载荷占装载机自重的50-55%。满载时：前桥载荷占装载机自重的65-75%，后桥载荷占装载机自重的25-35%。2.4 装载机的总体布置2.4.1 发动机与传动系的布置发动机通常置于装载机的后部，起到配重作用，有利于提高装载机的稳定性。发动机相对于后桥中心线前后位置，可根据桥荷的分配确定；发动机的上下位置，即发动机曲轴中心线相对于车架上平面的高度应尽量低一些，以降低重心高度，有利于装载机的稳定性，但需要保证足够的的离地间隙和传动系布置，发动机位置确定后可布置液力变矩器，变速器及传动轴。这里采用发动机，变矩器和变速器连成一体的方式，其结构紧凑，轴向尺寸小，传动轴少，便于装载机的总体布置。但由于三部件连成一体，维修不便，且发动机的振动会直接影响其他部件的正常工作。另外，布置时还要保证万向节传动工作可靠。传动轴一般布置在装载机纵向对称平面内，并尽可能呈水平位置。对于铰接式装载机，要求变速器与与前驱动桥之间的传动轴与万向节对称布置在前后车架铰接点的两侧，使传动轴的中点与铰接点重合，以保证转向时等速传动的条件（如图2.3）。1铲斗 2摇臂 3动臂 4转斗油缸 5前车架 6前桥 7动臂油缸8前传动总成 9变速器 10变矩器 11后传动总成 12后桥13后车架 14驾驶室 15发动机 16水箱 17配重图2.3 轮式装载机的总体布置2.4.2 铰接式车架的铰销的布置采用铰销布置在前后桥轴线中间偏前的位置，转向时，前轮转向半径大雨后轮转向半径。由于前后轮转向半径不同，引起附加的功率损失，增加轮胎磨损。转向时，其纵向和横向稳定性都下降。而且铰销的位置偏前，便于传动系的布置。铰接式车架的铰销承受着较大的动载荷，为了改善铰销的受力情况，宜将铰销分为上下两段，并使两段间的距离尽量增大。为了避免产生附加应力，这里采用能自动调整的球形铰。2.4.3 摆动桥的布置 为保证装载机的作业稳定性，采用刚性悬架。为了使装载机在不平地面行驶时，全部轮胎能与地面接触，以提高装载机的稳定性和牵引性，使一个驱动桥能绕纵向铰销做上下摆动，摆动角为，并由限位块来限制。这里采用后桥做为摆动桥，将后桥固定在副车架上，用纵向铰销将副车架铰接在车架上，这样后桥就可以绕纵向铰销摆动（如图2.4）。后桥摆动的装载机，驾驶员随前车架摆动，以正确进行水平铲掘作业。但前轮碰上石块等凸起物时，车身摆动大，驾驶员易疲劳。1后车架 2销轴 3副车架 4档块图2.4 后桥摆动2.4.4 驾驶室的布置采用把驾驶室布置在前车架后端的方式（如图2.5），此方式可以扩大驾驶员的前方视野，且转向时，驾驶员随前车架转动，便于对准铲装的物料。但发动机，变速器在后车架上，操纵机构较复杂。驾驶室与工作装置较近，驾驶员受到的冲击较大，容易疲劳，所以驾驶员不能长期持续工作。图2.5 驾驶室布置图2.4.5 转向系的布置铰接式装载机转向油缸有两个，并对称的布置在纵向对称平面的两侧。转向油缸的布置应使油缸与周围零部件不发生干扰，拆装方便；油缸铰接点的位置，应使其与转向控制阀相连的油管短一些，转向时变位较小；油缸摆动角要尽可能的小，以减少转向力臂的变化。对于偏转角不大的铰接式装载机，转向油缸和活塞杆与前后车架铰接。油缸中心线应相对纵向对称平面向外有一个偏角（如图2.6）。图2.6 转向油缸的布置2.4.6 工作装置的布置工作装置布置在装载机的前端，动臂与车架铰点位置应结合工作装置的设计来确定。当最大卸载高度和最小卸载距离一定时，铰点的前后位置将影响动臂的长度和动臂由最低位置到最大举升位置的回转角以及装载机的稳定性。铰点向后布置，则动臂的长度增加，动臂回转角减小，倾翻力矩减小，提高装载机在动臂外伸时的稳定性。但应当保证驾驶员工作方便，有良好的视野及安全性。因此，动臂与车架的铰点，最好不要布置在驾驶室两侧或驾驶室之后。 提高动臂与车架铰点位置，可减小斗刃与前轴距离，增加铲起力；降低铰点位置，可使装载机的重心高度降低，但会减小最大卸载高度或增加动臂回转角，以致减小卸载距离及动臂油缸力臂，使油缸受力不利。动臂的回转角取。铰点的位置应使动臂在最低位置时能尽量靠近轮胎，以减小整机总长，并保证铲斗后倾时不与前轮发生干扰。动臂油缸与车架的铰接方式采用油缸下端与车架铰接的方式（如图2.3），这种铰接方式结构简单，且容易布置。附表一：ZL50装载机的基本性能及尺寸参数发动机型号6135Q-1功率（kW）220额定转速（r/min）2200额定载重量（t）5最大卸载高度（mm）2909最大卸载距离（mm）1549最高行驶车速（km/h）36额定斗容（m3）3掘起力（kN）180总长度（mm）7318总宽度（mm）2850总高度（mm）3240操纵重量（t）17.3第3章 ZL50装载机工作装置的设计3.1 装载机工作装置的组成对无铲斗托架的工作装置是由铲斗，动臂，摇臂，连杆，转斗油缸和动臂油缸等组成。（如图3.1）上述构件组成了连杆机构。1铲斗 3转斗油缸 4动臂 5连杆 6动臂油缸 7摇臂图3.1 装载机工作装置装载机工作装置作业时应使铲斗的运动轨迹符合铲掘与装载要求。要求铲掘力大且铲斗易于装满料；并要求当转斗油缸闭锁时，即转斗油缸的长度保持不变，动臂在提升过程中，连杆机构应能使铲斗保持接近平移运动，以免斗中物料撒落；当动臂下降时，又能使铲斗自动放平；还要满足卸载高度和卸载距离的要求，并保证动臂在任何位置都能卸净铲斗中的物料。3.2 铲斗的设计3.2.1 铲斗的选型装载机的铲斗是装载物料的部件，它直接影响装载机的生产率。所以铲斗的设计必需满足一定的要求：要选择合理的斗型并确定铲斗的几何形状和尺寸，以减小插入和掘起阻力，提高作业生产率；保证铲斗具有足够的强度，刚性和耐磨性，并且自重要轻；铲斗及其易损坏的零部件装拆简易。铲斗由切削刃，侧刃，斗底，侧壁，后壁及挡板组成。这里我们选择直线型带斗齿的铲斗，其结构简单，具有良好的刮平和清理场地的性能，适用于装载轻质和颗粒较松散的物料。带有斗齿的铲斗，铲斗插入料堆时，插入力分布在斗齿上，且每个斗齿形成较大的比切力，因而有良好的插入和掘起性能，适用于装载颗粒较密实的物料及块度较大的岩石。而且斗齿可以延长切削刃的寿命，同时磨损后较容易更换。根据铲斗的宽度，可在铲斗切削刃上布置七个斗齿，并且对称分布，两斗齿的齿距为，斗齿采用分体式，这种方式便于更换磨损的斗齿。另外，铲斗的形状对铲装阻力和粘性物料的卸净有较大影响。对主要用于铲装土壤的装载机，要求斗底圆弧半径大些，斗底长度短些，以改善泥土在斗内的流动性，减少物料在斗内的运动阻力；用于铲装碎石的装载机，要求采用圆弧半径小些，矮而深的铲斗，这种铲斗插入性好，可减小铲斗的插入阻力，并改善驾驶员的视野，但是由于铲斗过深，引起斗底太长，造成掘起力变小。3.2.2 铲斗基本参数的确定斗的断面形状参数：圆弧半径，张开角，后斗壁高,和底壁长等四个参数（如图3.2）。图3.2 铲斗断面基本参数圆弧半径：圆弧半径大，物料进入铲斗的流动性好，物料装入斗内阻力减小，卸料快而干净；但不能过大，过大会使斗的开口过大，物料不易装满，且铲斗较高，不利于驾驶员观察铲斗刀刃的作业情况。后壁高：是指斗上缘至斗底圆弧与后壁相切点间的距离。过小，易漏料；过大则增加铲斗外形，影响驾驶员的视线。底壁长：是指切削刃至斗底圆弧与底壁相切点间的距离，长，则斗插入料堆深度大，斗易于装满，但由于力臂的增加而使掘起力减小，插入阻力随斗插入料堆的深度而急剧增加，长还会影响卸载高度；短，则掘起力大，并由于卸料时铲斗刃口降落的高度小，可减少动臂举升高度，缩短作业时间。对装载轻质物料为主的铲斗，可选用大些；对于装载岩石料的铲斗，应选小点。铲斗宽度：是铲斗的主要基本参数，铲斗宽度应大雨装载机前轮外侧宽度，没侧为。如小于前轮外侧的宽度，则铲斗取物料后所形成的料堆阶梯，会损伤轮胎侧壁，并增加行驶阻力。铲斗回转半径 ：是指铲斗与动臂铰接点至切削刃之间的距离，是铲斗的基本参数，铲斗的其他参数都可以看做是的函数。根据几何图形（如图3.3）计算可得 图3.3 铲斗斗型计算铲斗的横截面 （3.1）铲斗几何容积，则 （3.2）其中：平装斗的几何容积；铲斗内壁宽度；铲斗斗底长度系数；后斗壁长度系数；挡板高度系数；斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数；挡板与后斗壁之间的夹角；斗底和后斗壁之间的夹角。根据经验和查表选取：；。代入公式（3.2）得： 所以：斗底长度是指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交线之间的距离；后斗壁长度是指由后斗壁上缘到与斗底交线的距离；挡板高度；铲斗圆弧半径：铲斗的动臂饺销距离斗底之间的高度：由图中所示的个尺寸的几何关系可以计算得出：铲斗切削刃相对于斗底的倾角，侧壁切削刃与挡板的夹角为，切削刃的削尖角。3.3动臂的设计3.3.1动臂结构的选择在反转式连杆工作装置中，应选用曲线形动臂（如图3.4），这种型式的动臂可以使工作装置的布置更为合理。动臂的断面采用单板结构形式，其结构简单，工艺性好，而且在粗大横梁的加强下，其刚性也大大增加。图3.4 曲线型动臂3.3.2 动臂铰点位置的确定动臂的铰点位置可用作图法来确定，如确定了动臂下铰点的最高位置，（如图3.5）则最大卸载高度，最大卸载高度时的卸载距离及最高位置是卸载角随之确定。当铲斗在地面铲掘时，考虑到斗底与地平面的夹角及铲斗装满料后倾不与轮胎相碰并保证斗与轮胎有一定间隙，动臂下铰点应尽量靠近轮胎，以减小装载机的整体尺寸。图中为斗底与铲斗回转半径的夹角，通过几何计算得：。动臂绕定轴转动至最高点和最低点位置时，必在同一个圆弧上，则动臂的铰点应在连线的垂直平分线上，当和一定时，点的位置直接影响动臂的长度，动臂回转角，以及动臂最大伸出时的稳定性。3.3.3 动臂长度的确定动臂铰点位置确定后，根据（图3.5）中所示意出的几何关系可求出动臂的长度： （3.3）其中： 铲斗最小卸载距离；铲斗回转半径；铲斗回转半径与斗底的夹角；铲斗最大卸载高度时的最大卸载角；装载机前轮边缘到动臂与车架铰点的水平距离；动臂与车架铰点的高度。图3.5 动臂铰点位置及长度确定图初步选定： ； ； ；带入公式（3.3）可得：。3.4 连杆机构设计连杆机构是由铲斗，动臂，连杆，摇臂和转斗油缸等组成。可看做是斗杆机构（与斗铰线相连的四连杆机构）和缸杆机构（与转斗油缸相连的四连杆机构）两个四连杆机构组成。3.4.1 对连杆机构的设计要求1、动臂从最低到最大卸载高度的举升过程中，要保证满载铲斗中的物料不撒落，铲斗后倾角的变化尽量小，以保证平移运动，取其相对于地面的转角差为；铲斗在地面时的后倾角取；在运输位置时应大于；在最大卸载高度时取。2、要保证在动臂举升高度范围内的任意位置时，其卸料性好，铲斗的卸载角。3、斗杆机构要能满足铲掘位置力传动角接近，使其有效分力大，以便有较大的掘起力；运输位置传动角小于，这个角会使铲斗收不紧，以致运输途中使物料撒落。斗摇臂尽量短，反之，为了获得一定的掘起力，要把缸摇臂增长，连杆机构的尺寸增大，翻斗油缸行程较长，造成卸料时间过长。4、作业时要与其它构件无运动干扰。3.4.2 用计算作图法来对连杆机构进行设计计算1、确定连杆尺寸及铰点位置：如图3.6所示，确定连杆，摇臂的尺寸，较点和位置，转斗油缸与车架的铰点的位置及转斗油缸的行程等。图3.6 反转连杆机构工作装置2、构件尺寸选择：如图所示，连杆和的位置与连杆的受力和转斗油缸的行程有关，选择时要考虑当铲斗处于地面铲掘位置时，转斗油缸作用在连杆上的有效分力较大，以发挥较大的掘起力.通常与铲斗回转半径之间的夹角；长。摇臂和连杆要传递较大的插入和转斗阻力，所以除考虑运动关系外，还应考虑它们的强度和刚度。摇臂的形状和长短臂比例关系（如图3.7所示）及铰点的位置，使由连杆机构受力情况及他它们在空间布置得方便和可能性来确定的，同时转斗油缸行程及连杆的长度也不要过大。摇臂选取曲线形的，长短臂的夹角为，否则摇臂会受力不良。铰点的位置布置在的中部偏上处。初步选定：；。3、作图：构件尺寸初步选定后，就可以用作图法确定连杆的长度，转斗油缸在车架上的铰接点及行程，如图3.7所示：图3.7确定连杆机构的作图法由已经选定的连杆机构的尺寸参数，画出动臂和铲斗在地面时铲斗后倾的位置及铰点E。将动臂由最低到最高时的转角分成若干等分，举升动臂到不同角度，并保持后倾铲斗的平移性，依次绘出BC的相应位置、 、，并使它们互相平行。然后绘出铲斗在在最大卸载高度时的卸载位置，取卸载角，得。假设铲斗在最大卸载高度卸载时摇臂和连杆处在极端位置，即铰接点、位于一直线上，则的最小长度。再根据已选定的连杆和摇臂，画出其相应的位置及，由此得出该位置时摇臂与转斗油缸的铰接点。保持后倾铲斗的平移性（即保持不变）作出铲斗在提升中的各位置及其相应的连杆机构位置，得出相应的摇臂与转斗油缸铰点位置，连接各点得一曲线，作此曲线的外包圆弧；则圆弧的圆心即为所求转斗油缸在车架上的铰点；半径即为转斗油缸的最大安装长度。同理，作出铲斗在不同卸载位置时的连杆机构位置，得出相应的摇臂与转斗油缸铰点位置，连接各点得一曲线，作此曲线的外包圆弧，则圆弧半径为转斗油缸的最小安装长度。当转斗油缸闭锁情况下举升动臂，铲斗在任何位置时的后倾角都比铲斗在地面时后倾角大，在动臂举升范围内后倾角通常允许相差。铲斗卸载角通常随着卸载高度的降低而略有减小，若铲斗的卸载角小于时，可减小或的长度，来满足对卸载角的要求。3.5 装载机工作装置的校核3.5.1 内力计算 1、求铲斗受力如图3.8（a）所示由， 2、计算连杆受力分析，如图3.8（b）所示2、 计算摇臂受力，如图3.8（c)所示，取摇臂为脱离体，根据力的平衡由 由 （a）铲斗 (b) 连杆 (c) 摇臂 (d) 动臂图3.8 工作装置各构件受力分析图4、计算动臂受力由 由 =1933.5KN 3.5.2 动臂的强度计算动臂相当于一个支承在动臂油缸上铰点及车架A点的双支点悬臂变截面曲梁（如图3.9），强度计算时分成1-2、2-3、3-4、4-5四个折线区段，每个区段的截面上作用有弯矩，轴向力和剪力。图3.9 动臂强度计算其应力如下： （3.4） （3.5）式中：计算断面的抗弯断面模数； 计算截面的面积。一般动臂的危险断面在H点附近，以截面为例进行计算，在截面的弯矩，轴向力和剪力为： （3.6）将求得的、值分别带入上式中，得应力与如下： （3.7） （3.8）1、切应力。由公式（3.8）得：点1处： 点2处： 点3处： 2、正应力。由公式（3.7）得：点1处：点2处： 点3处：动臂符合应力要求。结 论步入21世纪以来，随着国内城市建设规模的不断扩大，特别是人们对环保要求的提高，国家对施工现场的文明生产及环境噪声的控制提出了更高的要求。同时，大型路面施工工程对装载机工作质量要求不断增加，国家越来越重视在城市发展和推广高效率的装载机，并且在行政管理方面制定了相应的措施与规定。使得高效率装载机在城市建设中得到越来越广泛的应用。轮式装载机属于铲土运输机械类，是一种广泛用于公路、铁路、水电、港口和矿山等建筑工程的土石方施工机械。具有作业速度快、效率高、机动性好、灵活性好、操作轻便等优点，对于加快工程建设速度，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，使现代机械化施工中不可缺少的装备之一。而且随着科学技术的发展，今后还将在如何进一步提高产品性能、延长使用寿命、降低能耗、减少公害、实现生产过程全自动化等方面展开竞争。随着我国加入WTO组织和西部大开发的进程，及水电、港口、公路等基础设施建筑项目的增多，国外先进工程机械先后涌入中国市场，我国工程机械设施同时面临着前所未有的机遇和挑战。这也意味着我国工程机械行业对技术人才的技术素质提出了更高的要求。 参考文献1陈铁鸣，机械设计：哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，19952张中兴，机械设计实践：哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，20033陈位宫，工程力学：北京：高等教育出版社，20004赵敏海，AutoCAD实用教程：哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20055 /cmc/ArticleShow.asp?ArticleID=2526杨占敏，轮式装载机工程机械设计与维修丛书：机械工业出版社，20017 /detail/product/13654.html8刘跃南，机械系统设计：北京：机械工业出版社，1999致 谢转眼间，两个多月的毕业设计即将结束。此次的毕业设计对于我们每个毕业生来说都是非常重要且有意义的。它让我们拥有了一个学习新的科学文化知识的机会，拓宽了我们的知识范围。在漫长而又短暂的两个月里，在这次毕业设计的过程中，我独立思考，独立工作，学习和参考科学文献及各种相关专业书籍的能力得到提高，并且很好地锻炼了我的独立解决问题的能力。在毕业设计的过程中，我进一步学习了计算机科学文化知识和AutoCAD，使Word和AutoCAD的操作能力更加熟练了，最主要的是这次毕业设计使我学会如何去分析、理解、借鉴前人结果，最终解决问题。并培养了精益求精，科学严谨的工作精神。然而由于经验不足，专业知识欠缺，毕业设计还存在许多不足。指导老师金慧芳老师给予了充分的指导，提出了许多对涉及有意义的建议，改正了许多错误，使设计更加合理、完善。在此，向金老师表示深深的感谢。同时，在这次毕业设计过程中，其他任课老师和03-10班的同学们也给予了我很大的帮助，提出了不少宝贵意见，在此表示深深的感谢。由于水平有限，设计中难免会出现不足和不合理之处，敬请各位老师提出宝贵意见。 设计者：张伟伟 2006.5.29袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂