小型装载机毕业设计

摘要11398001334长宽高装载机是为我国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ABSTRACTTHEWHEELLOADERISONEKINDOFSIGNIFICANTTECHNICALEQUIPMENTINTHE2015LONGTERMPLANWHICHITISTHEFOUNDATIONINDUSTRYANDTHEINFRASTRUCTURECONSTRUCTIONSERVINGFOROURCOUNTRY,ITISWIDELYUSEDINTHEFIELDOFTHEFOUNDATIONINDUSTRYANDINFRASTRUCTURECONSTRUCTIONANDSOMEOTHERFIELDTOPROMOTETHEDEVELOPMENTTHEWHEELLOADERCANBEUSEDFORSHOVELATTIRE,TRANSPORTING,UNLOADING,SMOOTHBULKMATERIAL,DIGGINGMILDLY,ANDALSOCANBEUSEDFORWHEELRINGTHEEARTH,ROCKORHARDSOIL,LIFTINGHEAVYOBJECTS,LOADINGANDUNLOADINGWORKANDSOON,IFREPLACEDTHECORRESPONDINGINSTALLMENTTHEREFORE,THEWHEELLOADERPLAYANIMPORTANTROALONSPEEDINGUPTHEENGINEERINGCONSTRUCTION,REDUCINGTHELABORINTENSITY,INHANCINGTHEPROJECTQUALITY,REDUCINGTHECOSTOFTHEPROJECTINORDERTOIMPROVETHEPERFORMANCEOFSLIPSTEERINGLOADER,THEDESIGNSCHEMEISPRESENTEDTHEOVERALLPARAMETERS,WORKINGRESISTANCE,POWER,POSITIONOFGRAVITYCENTERANDSTABILITYARECALCULATEDKEYWORDSLOADER,SLIPSTEERING,DESIGN目录第一章概述411小型多功能装载机概述4111国外水平及发展趋势5112国内水平及发展方向5113分类、特点及适用范围612小型多功能装载机的设计特点7第二章总体参数的确定821行走系统的设计8211行走系统的选择8212转向方式的选择822牵引计算9221牵引性能计算9222稳定计算16第三章液压系统的设计2431行走液压系统2432工作装置液压系统2533液压行走装载机操纵系统26第四章工作装置总体设计2841工作装置的组成2842铲斗设计2843工作装置连杆机构的设计3144工作装置的强度校核3245工作装置的限位机构35第五章车架设计3751方案比较37511整体式车架37512悬挂式车架37设计总结38致谢39主要参考文献40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。11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ZL12装载机如图11所示。图11ZL12装载机本机可选配的工作装置如图12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12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111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。112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。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152万台之间。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。113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12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。（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21行走系统的设计211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。212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。22牵引计算221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14001600转/分2传动效率的计算设单对圆柱齿轮的传动效率098单对圆柱锥齿轮的传动效率096缓冲联轴节的传动效率095液压泵的总效率085液压马达的总效率085（1）由发动机到分动箱的效率08569（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096故整机传动总效率069460872M3理论切线牵引功率PKNM式中辅件效率取085308562173PKNKW4额定切线牵引力1PKHKNV式中理论工作速度取36KM/5附着重量/KHPGFE附式中额定附着系数,取06F滚动阻力系数，取004E重量分配系数，全轮驱动取E1G附173027064/6N6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07407421980AXN8自由牵引力计算0HKFKHTPFG式中F滚动阻力1738162KN9插入阻力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，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12534BHBPKLK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1052K物料种类（容量）的影响系数，取2K01BHL铲斗插入料堆深度，BHL500MMB铲斗宽度，B16900MM3K料堆高度影响系数，一般碎石砂土的料堆高度均在1214米左右，取3K114斗型系数，一般在1118之间，取4K12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HT16220N,BHP14830,HTBH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KPDG此时（1）空车一档的动力因素730642D2重车时的动力因素10970811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1SINDF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1SIN0643652B重车一档的最大爬坡度1I994（2）由附着系数MAX决定的最大爬坡度110736MAXTGT12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15037E（前桥）207（后桥）则前桥载荷032703810GNA后桥载荷09B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210COSGLHZG式中1前轮法向反力计算时考虑的坡度为3附着系数06其他符号如图4，所示，代入计算得105627COS327098601234518ZN后轮反力12COSGLGZNH式中2后轮法向反力其它符号同上21370COS3127098623508564ZN其轴荷再分配系数1与分别为10G前2Z后即13458029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185046E2054后桥则前桥载荷G前3504610N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）重车时轴荷分配（运行时）代入公式计算前轮反力108567035COS35098631051ZN后轮反力239824GLGNNH轴荷再分配系数10Z前50620G后41298C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CKLBKLC铲斗插入科堆深度米；BK铲斗宽度米；铲斗开始提升时物科的剪切阻力LPKCW21065017820N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017820482AWGPN1859465LM12轮胎负荷计算本装载机选用75016越野轮胎，其单胎最大负荷为Q20000N从轴荷计算中得知（1）空车单胎最大负荷为MAX0729450GQNQ（2）重车单胎最大负荷为MAX54362（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。222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550600423007436303652安全重8750329安车50000327463040全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打滑角结论空车130060065130743630安全重车10007005500743630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0GHBHGJ（NM）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，H0MM212JKBHVMSL其中，1K铲斗插入料堆前的行驶速1KV36公里/小时1米/秒2铲斗插入料堆终了时的行驶速度，取2KV0BHL插入深度，取BHL500MM05M所以2105MJS0G装载机自重（2700KG）则M翻27165430162NM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NM式中G2700KG1L在该工况下，装载机重心到前轮中心线的距离，1000MM则M保26010NM保翻安全（2）在转动铲斗时刻如图所示其翻倒力矩为3CMPL翻KGMM式中转斗阻力，CP16566NM3转斗阻力作用线与前桥中心轴线的水平距离，3L1200MM则翻1652987NMM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WP（铲取阻力）M翻178201384NM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即C1658232PN故翻倒力矩为M翻0C1620831560GGJHPLNM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34162089123WMPLNMA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150KGL铲斗举升到最大水平高度时重心到前轴中心线距离1400MMM翻8015430NM其保持力矩为保01275120KGGL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01MAX27015016744KKGGLQN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L41400L11000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MMGH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BGH翻倒角AX打滑角结论空车140060049360743630安全重车14007004500743630安全从表可看出均满足“先滑后翻”之要求。最小转向半径MIN0AX18526SSIN4LRM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31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；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32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33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。第四章工作装置总体设计41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。42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1416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1416倍，用来采掘容重10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0608，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51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。18052SINCO500010CTGBVRRKZGK式中V铲斗平装容量，3M图51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G1415，取G145；Z后斗壁长度系数，通常Z1112，取Z115；K挡板高度系数，通常K012014，取K013；R斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，通常035040，取R037；图52铲斗尺寸参考1挡板与后斗壁问的夹角，通常1520，取15A0R斗底和后斗壁间的夹角，通常R。42，取48；由计算得0200105COSIN518KGZKRVRBCTG6170489M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0014586GLRMM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001586ZZLRMM挡板高度K001398LRMM铲斗圆弧半径10072RMM铲斗与动臂铰销距斗底臂的高度0175BHRMM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00612BH。43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。二工作装置结构设计根据装载机的用途、作业条件及技术经济指标等拟订的设计任务书的要求，选定了工作装置结构形式以后，可开始进行工作装置的结构设计。工作机构的基本给构如图所示。铲斗1、动臂2、连杆3、摇臂4、转斗油缸5、举臂举升油缸6等组成。整个工作机构铰接在车架7上。装载机工作装置图44工作装置的强度校核工作装置有专人设计，故只进行校核。在求得工作装置各主要构件受力的基础上，计算各构件的内力，并按强度理论对工作装置主要构件进行危险截面的强度校核。1动臂动臂可看成是支撑在车架A点和动臂油缸上铰点H点的双支点悬臂变截面曲梁，为简化计算，将动臂株洲县分成GI、IJ、JH、HA等折线段，如图，求出每段的内力Q、N、M值。例如，GI段和IJ段轴向力COSINIGINXY剪力IIIQ弯矩SINCOSIGIMXYL根据所求出的各段的内力图即可描绘出内力图，如图所示轴力图剪力图弯炬图然后进行危险截面的强度校核，动笔的危险断面在H点附近，以危险截面,M为例，如图所示，在此断面上作用有弯曲应力和正应力HAMNW（1）式中计算断面的截面积；H计算断面上的弯矩；AN计算断面上的轴向力；计算断面的抗弯断面系数。对于H点的M断面1342GDMXLYLL84567509130146209513NM21COSCOSGDGDYX350960845309COSCOS26N21ABH2M20546BHW3M将上式和代（1）式入得435269018N/MMPA强度计算中所用的许用应力可按下式选取SN3602415MPAS材料的屈服极限。国内装载机工作装置的动臂常用16MN钢，其S300360MPA；摇臂材料为3号钢，S2104MPA；N安全系数，设计手册规定N51；由于工程机械工作繁重，条件恶劣，并考虑到计算上的误差，通常N15。因为故动臂符合强度条件。2摇臂摇臂的受力分析，如图5所示，它的危险截面在支座D点附近，在此断面上作用有弯曲应力和正应力，计算法和动臂相同。3铰销其危险断面在支座G点附近，装载机工作装置铰销的一般结构形式及受力情况，如图所示。铰销的强度校核只需验算弯曲强度和挤压强度。销轴的弯曲应力强度条件为12WPLW式中W销轴的弯曲应力；1P计算载荷，为铰点所受载荷之半；2L销轴弯曲强度计算的计算长度；W销轴的抗弯断面系数取销轴直径为60MM为例321D36213M1458GPXYN2060LMM销轴的弯曲应力61245810WPLWN2/M858MPA销轴支座的挤压应力1JYPLD458067MPA销轴套的挤压应力13JYD458067MPA强度计算中所用的许用应力按下式选取80531SNMPA式中销轴的材料常用40CR，S800MPA4连杆装载机在作业过程中，连杆有时受拉，有时受压，需要同时进行强度计算及压杆稳定验算。其计算根据工程力学中所讲的方法进行。45工作装置的限位机构装载机工作时，为使操纵方便，提高劳动生产率，要求在工作装置的结构设计中，对铲斗在地面时的后倾角，一般不小于45度，在最大卸裁高度时的卸载角或前倾角，一般不小于45度。对动臂提升与下降的高度进行控制与限位。因此，需要有相应的限位装置与限位机构。此外，当铲斗在某一卸载高度卸载后，要求自动控制铲斗卸载后的后倾角，使之放下动臂时、铲斗能自动放平。因此需要有铲斗自动放平机构。铲斗转角限位装置通常采用简单的挡块结构。如图所示，把挡块直接焊在铲斗后的斗壁背面上，挡块A用来限制铲斗的后倾角，挡块B用来限制铲斗的前倾角，与之相对应的挡块则分别焊在工作装置的动臂或横梁上。作业时，装载机水平插入料堆，然后操纵转斗油缸使铲斗上翻，在运输位置的铲斗后倾到45度时，铲斗上的挡块A与动臂或横梁上相应的挡块相碰铲斗即停止上翻。由于转斗油缸控制阀尚未回到中立位置，故油泵继续向转斗油缸供油，造成液压系统的压力超过过载阀调出压力，过载阀打开，避免机构损坏。铲斗前倾角的限位原理与上述一样，在最大卸载高度的铲斗前倾角达到45度时，铲斗上的挡块B与动臂或横梁上相对应的挡块相碰，铲斗即停止前倾。铲斗转角限位装置简图第五章车架设计51方案比较整体式车架和悬挂式车架方案。511整体式车架1方案描述该方案的中心思想是将所有的各总成的承载平台都为一体，焊接而成。这些平台包括发动机总成安装平台、分动箱安装平台、液压泵安装平台、沥青泵和水泵安装平台、转子系统安装平台、水箱邮箱安装平台以及驾驶台。这中方案所设计出来的车架在空间上是一个框架结构的。2特点分析（1）优点由于该方案所设计出来的车架完全采用焊接而成，具有整体刚度大，强度高不易在各种较为严重的冲击力作用下变形或损坏。（2）缺点若采用这种类型的车架，那么机器所有的安装都将在这个框架的内部进行，安装时受车架的干扰较大，装配效率低。其次，在制造这种车架时，由于只能采用焊接的方式成型，焊接成型后的车架容易发生热变形，因此车架上各个平台之间的相对位置难以保证精确。512悬挂式车架1方案描述该设计方案的中心思想是将上一种方案中提到的各种总成安装平台采用悬挂的方式与箱型车架相连，由平台和大梁通过螺栓连接行程组合式车架。2特点分析1优点这种车架的各总成都是安装在两个平台上的，相对之间的位置关系易于保证。在总装时各成都在一个平面平台上完成后再与大梁连接的，安装时不像第一种设计方案那样会到车架的干涉，总装效率高，同时符合模块化设计要求。2缺点这种方案设计出的车架是由两部分通过螺栓连接而成的，因此在刚度和强度上较上一种方案差。由于小型多功能装载机要求能在各种工矿下工作,工作时要承受各种冲击力，要求运行较为平稳。同时参考国内、外的各种小型多功能装载机机型，通过对以上两种设计方案所设计出的车架的比较，刚性好的整体车架能满足这方面的强度要求，方案一是一种更好的选择。总结经过半年多的时间，我的毕业设计终于顺利完成，毕业设计是对整个大学知识的一次系统回顾和综合运用，是理论学习与实际应用的一次紧密结合是参加工作或进一步深造的重要前奏，是大学生活一个不可或缺的重要组成部分。本次我写的设计题目是小型多功能装载机总体设计，这个题目的研究大背景是工程机械日益向智能化和机电一体化方向发展，液压技术与微电子技术、计算机控制技术以及传感技术等先进技术在工程机械中被广泛应用。由于此类先进技术应用的时间比较短，在实践上还不是很成熟，所以给我的设计带来了极大的不便。刚开始我甚至不知道往哪儿方向使劲，小型多功能装载机性能有哪些，液压系统该怎么设计，他们之间到底有什么关系，我有些茫然。后来在吴永平老师的悉心指导下，终于明确了方向。我重点从小型多功能装载机的传动系