工程机械学2.ppt

1、第二章 装载机,装载机是一种作业效率高，用途广泛的工程机械，它不仅对松散的堆积物料进行装、运、卸作业，还可对岩石、硬土进行轻度铲掘作业，并能用来清理、刮平场地及牵引作业。如换装相应的工作装置，还可完成推土、挖土、松土、起重，以及装载棒料等工作。,第一节 概述,装载机各种工作装置,一、装载机的分类和总体构造 构造：车架（前、后车架）、动力传动系统、行走装置、工作装置、转向系统、制动系统、液压系统和操纵系统等组成。,装载机的总体构造,种类： 按行走装置分为轮胎式和履带式两种。 按卸载方式分为前卸式、后卸式和回转式 按铲斗的额定载重量分为小型（10t ）。 装载机的标注方法，原机械部规定：第一字母Z

2、表示装载机，第二字母L表示行走装置是轮胎式，随后标出装载机额定载重量（kN）、ZL50（A）、Z50B,二、装载机的作业方式 装载机经常与自卸汽车配合进行装卸作业，最典型的装卸 方式称为V型作业法。其作业效率高，特别适宜于铰接式装载机的作业。,装载机采用的铲装方法：1）一次铲装法；2）配合铲装 法；配合铲装法“挖掘机”铲装法,一次铲装法,配合铲装法,“挖掘机”铲装法,三、装载机的发展概况： 早期装载机单轴驱动，无液压、液力传动系统，无折腰转向，采用履带式行走，随着科学技术的发展，这些不足逐步得到改善，轮胎耐磨性改善，采用轮胎式行走越来越多。装载机在国民工业产值比例逐年上升。大型化及小型装载机新

3、产品不断出现，例如美国国际收割机公司580型斗容16.1 功率800kw 机重达123t以上。美克拉克公司675型，斗容量为18.4 ，功率900kw，机重173t。履带式日本小松公司D-155S，斗容4.5 ，功率260kw,小型机日本315和533型，斗容分别是0.14 和0.20 。我国五、六十年代开始改装装载机，七十年代开始规模生产，技术及性能逐步现代化。,第二节 装载机选型和总体参数的确定 一、装载机底盘各部件结构形式的确定 （一）行走装置的选型 装载机行走装置应根据它的作业条件与对象，作业效率与 成本，以及驾驶员的工作条件等因素来选型，目前采用的 行走装置分轮胎式和履带式两种。 （

4、二）传动形式的选择 装载机采用的传动系统有四种形式：机械传动、液力机械传动、静压传动和电动轮装载机。液力机械传动优点： 1）可在保持一定插入力同时，举升动臂转动铲斗，减少铲掘阻力，缩短作业时间，不会使发动机熄火。 2)可随外负荷变化自动调整车速，减少档位，简化结构。,3）动力换档变速箱可不停车换档，轻便、时间短。 4）变矩器可透性小，外阻力变化时，发动机变化不大，作业油泵流量不变工作装置作业速度不受影响。 5）变矩器能吸收作业时传动系的冲击，延长零件寿命。,液力机械传动装载机传动图,液力机械传动装载机传动图,电动轮结构图,（三）变矩器的选型和有效直径的确定 1、选型： 变矩器 尽可能大， 要高

5、，高效区要宽，中、低速工作时负透性要小，高速时正透性应尽量大。常采用的单级单相变矩器 以上，中、低速小负透，高速大正透，结构简单，可靠，寿命长， k0值不大（3左右）高效区不宽，单级多相（双相、三相）可改善上述不足，但结构复杂，存在自由轮机构，可靠性下降。双涡轮液力机械变矩器k0=4左右，高效区d=3.4以上，结构复杂，效率低。 2、有效直径的确定：,3、可调节输入变矩器功率的系统 采用可调节压力的滑差离合器来改变输入变矩器的功率， 有两种方案 （1）在发动机飞轮上的功率输入分动箱后一部分直线驱动工作油泵，另一部分经滑差离合器传动变矩器。 （2）可变容量的双泵轮变矩器 上述二个方案均采用滑差离

6、合器， 工作时产生大量热量，需坫加冷却措施。,（四）、变速箱型式的选择变速箱有人力换档和动力换档变速箱两种，前者结构简单、效率高，换档时费力，目前很少用；动力换档变速箱有两种结构形式：定轴式和行星式齿轮变速箱。定轴式和行星式变速箱的优缺点见表2-1,（五）单轴和双轴驱动的选择 轮式装载机除少数外均采用全轮（双轴）驱动，以利用整 机重量作为附着重量，充分发挥牵引力。但在路面长距离 行驶时，传动系统内部产生功率循环，加速轮胎磨损，需 增设脱桥机构。现代不少无脱桥机构，采用低压轮胎，在 较少转移场地的环境工作是可行的。 （六）转向方式选择 轮式装载机转向方式有后轮偏转、全轮偏转、滑差转向和 铰接转向

7、四种，前三种为整体车架式，后一种为铰接车架 式。,铰接式转向有下列优点： 1）车轮无需偏转，可采用大尺寸宽基面低压胎，以发挥更大牵引力 2）转向半径小，机动性好，生产率高 3）在保证转向半径小的前提下，轴距可较长，容易保证后桥上重量的合理分配，良好的纵向稳定性，行驶时颠簸小 4）整机可左右摆动实现“蠕动”爬行，有利于通过沼泽地和泥泞地区，以及停车时原地对车 5）前后桥零件基本通用，简化工艺，降低成本。 缺点： 轴距长，纵向通过半径大，横向稳定差，转向时，车架一起摆动惯性大，容易振动,（七）制动系的选型 一个完善的制动系应包括三部分：行车制动器、停车制动 器和紧急制动器 制动器要求： 1、在附有

8、泥、水等恶劣条件下，保证有比较稳定的制动性能； 2、能频繁制动及确保下坡安全连续制动，制动器散热要好 3、寿命长，便于维修和调整。 制动器的种类：蹄式、钳盘式和多片式制动器,蹄式制动器性能不够稳定，散热较差，调整不便，正被钳盘式制动器所替代，其优点是： 1、制动性能稳定； 2、耐热衰减性能好，保证频繁制动的可靠性； 3、制动器无增力作用，制动力矩增长平稳； 4、摩擦圆盘均匀，寿命长2-3倍； 5、维修方便，摩擦片磨损后可自动调整间隙。 湿式多片盘式制动器，用在大型矿用装载机上，结构复杂成本高，需一套油路和冷却系统。,（八）轮胎的选择 轮式装载机的轮胎费用占整机购置费的2550，轮胎选 择应根据

9、轮胎所受负荷、作用场地和运输距离情况进行， 除了满足一定的承载能力外，应有很好的耐磨，抗穿刺性 牵引性、通过性、散热性和缓冲等 装载机轮胎牵引型轮胎和岩石型轮胎，为保护轮胎可加装保护链或采用特殊轮胎链板式轮胎两种方式,牵引型,岩石型,二、总体参数的确定 （一）主要技术参数的含义：主要技术参数有发动机功率、斗容、额定载重量、牵引力、掘起力、机重、卸载高度与卸载距离、铲斗倾卸角、动臂升降与转斗时间、最小转向半径、车速、最大爬坡度等，下面分别叙述其含义。 1、额定载重量：是保证装载机作业时必要的稳定性所规定的铲斗正常载荷的名义值。轮式装载机其数值为50%静态倾翻载荷（铰接式在最大转向角符合此规定），

10、或是提升能力的100%，取其中之较小值，条件为：标准装备重量（操作重量），在硬的较平整水平面，最高速度不超过15km/h。履带式50%静态倾翻载荷。,静态倾翻载荷是指在下述条件下，由于铲斗重心处的载荷 使装载机绕一点倾翻的最小载荷值（履带式前支重轮离开 履带，装载机后轮离地） （1）装载机在水平地上； （2）具标准装备重量； （3）带基本型铲斗； （4）臂处于最大外伸位置，铲斗后翻； （5）车轮轮胎达规定充气压力，铰接式要处在最大转向角位置。 提升能力是指作用在载荷重心处，能被提臂油缸从地面连 续地提升到最高位置的最大载荷。,2、铲斗容量：铲斗容量分平装和堆装两种 平装斗容量指铲斗在装填物料后

11、，用直尺由铲斗切削刃与 档板（无档板者为斗后壁）最上部连线沿斗宽方向刮平后 留在斗内的物料容量。堆装容量是在平装基础上，在铲斗 四周以1/2坡度堆积物料时，由料堆坡面线与铲斗内廓部 分之间形成的容量，又称为额定斗容量，一般未经指明均 指堆装容量。 我国标准规定：以作业物料容重为1520 作为容量计算的铲斗定为基本斗，容重15 以下的为轻型斗，容重20 以上定为重型斗。 3、发动机标定功率：指在标准大气压状况下，发动机带 全部附件（风扇、水箱、空气滤清器、消声器、空负荷,发电机和空压机），在装载机变工况运行期间所允许连续 运行一小时的飞轮输出功率值。 4、机重（操作重量）：指装载机操作时的全部重

12、量，包 括带基本型铲斗的装载机自重、司机室、随机工具、按说 明书规定灌注的油箱、水箱、以及司机重量。 5、最大牵引力：指装载机保持操作重量，在平坦路面上 （轮式在水泥路面，履带式在碎石或土路面）进行牵引试 验所测得的拖钩最大牵引力值，即液力变矩器失速或驱动 轮打滑时测得的牵引力。 6、掘起力：是指装载机在平路，操作重量，动臂低位， 铲斗平放，斗底水平，变速箱空档，发动机最大供油，利 用转斗油缸或提臂油缸使铲斗或动臂相对铰销转动，作用 在切削刃后100处，使装载机后轮离地或液压系统安全,阀打开的最大垂直向上的力，切削刃无斗齿指斗刃，加齿斗指斗尖，V形刀刃指斗刃最前一点的斗尖。,7、卸载高度和卸载

13、距离 卸载高度是指铲斗前倾卸载，铲斗斗底与水平面成45时，铲斗切削刃距地面的垂直距离，卸载距离是指相应卸高度时，铲斗切削刃到装载机最前面一点（轮胎）之间的水平距离。技术性能一般标注Hmax和Smax.,8、铲斗的倾角 收斗角铲斗斗底由水平面向上转动的角度，又称上翻角，收斗角随动臂位置不同而变化，一般标注运行状态最大收斗角 ，最高位置时最大收斗角 卸载角铲斗斗底由水平面往下转动的角度，又称下翻角，技术性能中标注最大高度时卸载角，其值 9、挖掘深度 当动臂处于最低位置，铲斗切削刃相对于支承面前倾 5 7，从地平线到斗削刃的垂直距离（上图中的 h)， 它用来适应挖掘和当支承倾斜度有急剧变化时作业。,

14、10、铲斗的升降时间和前倾时间 提升时间把装有额定载荷的斗地面水平位置提升到最高时所需时间 下降时间把空斗从最高位置下降到地面水平位置时所需时间 前倾时间将空斗从最高位置转动到卸载位置所需时间 11、最小转向半径 装载机处于运动状态转向时（轮式不能用制动器），车体最外一点（一般是斗尖）所作出的圆弧半径。 其它性能参数:轮距、轴距、油耗、液压系统工作压力等。 （二）确定装载机总体参数的方法 装载机总体参数很多，要使新设计的装载机是高效能的， 使这些参数合理匹配。,1、根据作业阻力计算总体参数 在总体参数中，反映装载机作业能力的主要参数是额定重量（或斗容），附着重量、插入力、掘起力、车速和发动机功

15、率，当根据生产率要求确定了所需铲斗容量（或额定载重量）后，即可根据作业对象确定装载机作业时的工作阻力，并进而计算和确定其它参数。 装载机作业时的工作阻力主要是插入阻力和掘起阻力 （1）插入阻力是装载机铲斗插入料堆时，料堆对铲斗的水平反作用力，它是由铲斗前端的水平切削刃和两壁切削刃上的阻力，铲斗底，侧壁内表面与物料的摩擦阻力，铲斗底外表面与料堆之间的摩擦阻力。,（2）掘起阻力掘起阻力是当铲斗插入料堆一定深度后，利用动臂举升或转斗时，料堆对铲斗的垂直反作用。掘起阻力由液压系统所产生的液压缸作用力克服，当工作装置行业速度一定时，即可根据掘起阻力计算所需工作装置液压系统功率。根据所需行走功率和液压系统

16、功率即可求得发动机功率,2、采用统计类比方法选择总体参数 （1）选择几种国内外具有代表性的先进机种，以斗容或额定载重量作为基本参数作图连成直线或平滑曲线，以供参考。 （2）经验公式法 根据世界上33种结构基本相同的轮式装载机得出的经验公式，发动机飞轮功率N eH=(28.614Q+63.62)/1.34 (kw) 装载机自重G=4.057Q-1.97（t) 最大卸载高度H=0.135Q+2.37 （m） 最大转弯半径R=0.226Q+6.33 （m） 装载机全长L=0.502Q+4.53 （ m） 装载机宽度B=0.218Q+1.73 （ m） 装载机高度H=0.128Q+2.69 （m）,（

17、3）把国内外载重量、斗容量相近、结构类似主要性能数据列成表格以供设计时参考。这是目前国内设计机器时常用的一种方法。实际设计中，往往采用统计类比和计算相结合。,（三）总体参数的确定 1、额定载重量 一般常用它作为划分装载机等级的主参数，因为它比较直观的反映了装载机的生产能力，作业时应考虑与运输车辆配套，在确定载重量，应与装载机系列标准相一致。05、08、10、15、20、30、40、50、80、100、150、200、250（KN) 2、额定斗容量 它常与额定载重量一起作为主参数，装载机的额定载重量确定后，可按下式计算斗容量 3、装载机的操作重量（机器自重） 装载机在行进中插入料堆，不计惯性力影

18、响，欲克服插入阻力PT所需的牵引力为PKP=PT 牵引力的最大值受地面附着条件限制，即,4、牵引力 设计时应使装载机在水平地面以第一档作业速度工作时，发动机与变矩器最佳工况的匹配点所相应的牵引力等于额定滑转率所相应的牵引力 装载机与其他铲土运输机械不同，它的生产率不仅取决于牵引力功率与牵引力的发挥，而更重要的是牵引功率与液压功率的合理分配。没必要过分追求牵引力值，否则会造成1）发动机功率一定，牵引功率分配过大，液压系统小，工作装置缓慢，功率利用降低；2）轮胎（或履带）容易滑转磨损；3）增加传动系负荷。因此对装载机取 根据统计，轮式装载机的最大牵引力与机器的自重的比值一般均在0.750.90之间

19、。,5、掘起力 它是作用在铲斗刀刃上的垂直力，其最大值由整机稳定性限制，掘起力由转斗液压缸或提臂油缸的作用力产生，一般要求掘起力大于二倍的额定载重量。 6、发动机功率 发动机净功率（飞轮功率）消耗于牵引功率和驱动液压泵功率。 计算得到总功率Ne后，即可选取适当型号发动机，选择时应用按1小时功率标 定的工程机械用柴油机，如 按15分钟标定功率，建议将 其功率降低1020%使用。 根据统计，装载机自重、功 率、斗容之间的关系表,7、档位数和车速 装载机一般应有34个前进档和12个后退档，以保证良好的作业性能和充分利用发动机功率。档速度在34km/h,最高速度不超过40km/h。履带式最高速度在6.

20、411km/h。 8、铲斗提升和下降时间的确定 减少铲斗升降和转斗时间，可缩短作业循环时间，提高生产率，提升（动臂）时间一般69秒，铲斗下降一般46秒（太小有冲击及液压缸上腔产生真空） 9、轴距和轮距 轴距和轮距的大小直接影响装载机的很多使用性能，是总体设计中的重要参数，一般是参考同类型机器初选，并通过绘制总布置草图加以确定,（1）轴距它的改变会影响以下几方面的整车性能 A、前后桥的轴荷分配；B、纵向稳定性；C、最小转弯半径；D、自重增加（传动轴、零件加长）此外还有车架受力和整车通过性。 （2）轮距现代装载机前后轮胎大多数采用同一规格， 其轮距也相同，轮距大，横稳好，但受铲斗宽及交通运输限制，

21、偏转车轮转向，需考虑车架与车轮偏转角间隙。 10、履带式装载机的接地长度、轨距及其比压值 履带式装载机的通过性能主要取决于平均接地压力，简称接地比压p L0履带接地长度，可取其等于驱动轮的导向轮的中心距 b履带板宽度，履带式装载机的转向能力与L0、轨距B有关，一般L0/B=1.31.5之间。,11、最小离地间隙 轮式装载机最低点是变速箱或动臂油缸下支点，要求离地间隙大于350，履带式为280450 12、轮胎尺寸 轮胎尺寸影响传动比，整机重心，离地间隙及各式各部件的总体布置，一般参考同类型机器予以选定，尺寸主要根据轮胎的负荷选取应分别验算轮胎最大载荷工况和正常使用载荷工况的承载能力。 13、最

22、大卸载高度和相应的卸载距离 根据装载机的结构型式和它相配合 作业和运输车辆来确定,第三节 装载机的总体布置 不同类型的装载机，其结构型式和总体布置各有特点。下面仅以轮式装载机为例简述总体布置的一般原则。 布置各部件在车上的位置，首先要确定基准，对轮式装载机一般可选车架上缘面或平面为前后位置的基准，左右位置则以纵向对称轴线为基准。座标确定后，即可把初选的轴距、轮距和轮胎画在草图上。各部件布置在车上的平面位置应尽量对称于车辆的纵向对称轴线，以利整车的横向稳定和左右轮胎的负载均匀。,一、发动机与传动系统的布置（发动机、变矩器、变速箱） 1）如图所示发动机、变矩器和变速箱三者组成一体的方案，尺寸短，可

23、靠，箱体加工要求高，修理困难费时。 2）发动机独立布置，变速箱与变矩器连接一体的方案。 3）变速箱独立，发动机与变矩器组成一体的方案。,二、铰接点和传动万向节的布置 铰接式装载机前后车架铰接点的位置对整机性能、运行阻力，转向阻力和稳定性等均有显著影响，国外大多数铰接点布置在轴距的中心(1/2轴距)，其优点是： 1）前后车轮运行轨道相同，减少了运行阻力，转弯半径小； 2）前后桥内外侧轮转速和相等，当双轴驱动时，前后轴间无转速差，减少了轮胎的磨损，也有部分装载机的铰接点布置在轴距中心偏前（国产ZL系列距前桥为1/3轴距），其优点是： 1）便于传动系布置（万节向）； 2）装载机前后部最外端（斗尖各发

24、动机罩）转向半径接近相等，可得较小转向半径； 3）折腰时，前车架转角 1 后车架 2 ，便于对车及驾驶室摆角小，司机有安全感，不易疲劳； 4）铰接点愈靠近前桥，前桥转角愈大，转向阻力矩小，在两侧时，可加设中间传动轴与附加支座，,三、摆动桥的布置 轮式装载机作业时载荷变化大，为保证作业稳定性，均不设弹性悬挂装置，但为了使装载机在不平路行驶时，四个轮胎都能着地，以提高机器的稳定性，允许有车架桥能随路面不平作相对摆动。1）后桥为摆动桥 1014；2）另一种是前车架绕纵向轴摆动，省掉了副车架、重心低、稳定性好，但司机易疲劳有不安全感,四、工作装置的布置 轮式装载机的工作装置一般均布置在整机前端，结合工

25、作装置连杆机构的设计确定动臂与车架的铰点位置，在满足连杆机构不干涉情况下，动臂支点布置愈后，整机纵向稳愈好，动臂转向愈小，支点位置愈高，则掘起力愈大，反之减小。 五、驾驶室的布置 驾驶室的布置应使操纵用的传动机构简单，操作省力、方便，以保证司机具有良好的视野和舒适、安全的工作环境。整机车架驾驶布置在车身前端，铰接车架两种方案：1）驾驶室布置在前车架后端；2）布置在后车架前端（常用）,六、转向系的布置 装载机的轴荷大，轴向频繁，转向角度大，一般采用动力转向。 铰接式装载机转向液压缸一般采用二只，分别对称布置于车身两侧，布置应保证下列条件： 1、转向过程中，各零件不是碰撞和干涉； 2、油管要短，转

26、向时管路变位小； 3、液压缸的摆动角尽量小，以减少转向力臂的变化。,七、装载机的轴荷分配 （一）基本要求 1、应保证驱动桥上有足够的附着重量，以获得所需牵引力； 2、应保证整机的稳定性（空载、满载、横稳、纵横）； 3、应保证转向轻便； 4、应使每个轮胎的负载能力充分得到利用，并使各轮胎的使用寿命大体接近，综合考虑上述要求， 整体车架装载机轴荷分配是： 空载：前桥3540%G，后桥6065%G； 满载：前桥6065%（G+Q），后桥3540%（G+Q）； 对铰接式装载机： 空载：前桥4550%G，后桥5055%G： 满载：前桥6575%（G+Q）；后桥2535%（G+Q） 履带式装载机，动臂最大

27、外伸，铲斗满载，其接地中心离导向轮轴距离 应大于1/6L0（L0为履带接地长度）,（二）轴荷分配计算，轴荷分配的计算等程序如下； 1、估算各部件的重量； 2、在总布置草图上标注出各部件和附属设备和重心位置以及离前轴中心的距离。,3、列表计算各部件对前驱动桥的力矩值； 4、确定配重（假定斗中载荷为二倍的额定载荷）则： 5、计算装载机在运输位置时重心距前轴距离，即可求得装载机在空载和满载时的前后桥轴荷 6、轴荷分配的调整 若计算所得之轴荷分配与所要求相差较大，则应设法调整。调整轴荷分配的方法是 1）调整配重大小； 2）适当改变各总成，部件相对于前轴的位置，如仍不能符合要求，则需改变轴距。以上方法可

28、同时采用，亦可单独采用。 7、校验根据装载机平衡条件所确定的最大掘起力，它一般应大于等于额定重量的二倍。,8、履带式装载机总布置特点 履带式装载机其主机部分一般是由工业履带拖拉机改装而成，部分也有根据装载机作业特点设计的专用底盘。其总布置原则上工业履带拖拉机相似，主要不同在于履带式作业时，外载荷均由车架传给履带行车架，装荷变化又大，故需加强车架结并采用刚性悬挂，以保证作业的稳定性。另外，为了能布置工作装置，车架与履带行走架之间应有足够间距，履带接地长度应适当增加（一般把导向轮向前移伸）使装载机重心向右移，以使接地比压均匀，保证作业稳定性。,第四节 轮式装载机的稳定性 定义：稳定性是指装载机在运

29、行和作业中抗倾翻的性能，它是确保机器安全及正常工作的重要衡量指标。 一、稳定性常用的指标 稳定性指标 a) 稳定性系数 b)稳定度,纵向稳定性 横向稳定性,二、稳定性确定方法 1)倾斜平台实验测定法 2)计算法,三、整体式装载机稳定性分析 四种工况的稳定性计算位置(工况） （1）水平路面，满载低速运行，突然制动，校核纵向稳定性 （2）水平路面，满载动臂最大外伸，校核纵向稳定性 （3）水平路面，满载最高举升急转，校核横向稳定性 (4）水平路面，空载，高速运行，急转（或斜坡急转）校核横向稳定性,装载机横向失稳的二种情况： 一级失稳（后桥摆动角) 二级失稳,（一）用倾斜平台试验法确定稳定度 测定一、

30、二种工况之装载机纵向稳定度时，倾斜平台之转轴应与前轮接地点连线相平行；测定三、四种工况之装载机横向稳定性时，倾斜平台的转轴应与倾翻轴线在倾斜平台上的投影相平行。,（二）用计算法确定稳定度 1、测定重心 （1）空载重心位置,（2）满载重心位置,2、稳定度计算公式 （1）纵向稳定性 满载纵稳 考虑到轮胎的变形,（2）横向稳定性 上述计算必须注意的几个问题 1、未计及摩阻力矩影响（实际要大）； 2、未计及轮胎变形的影响； （1）纵向变形的影响（附加坡度) （2）轮胎横向变形 （3）轮胎的切向变形影响（支承点向前或向后移，但影响较小一般不计）,分析结论: 1、稳定性与装载机的轴距，轮距，重心位置有关，

31、设计时，轴距大，纵稳好，轮距大，横稳好，重心高，对纵、横稳均不利 2、摆动桥支铰点，E位置高，横稳好，但受结构限制，同时，E越高，一级失稳接近二级失稳，对安全不利； 3、合理布置重心位置，重心后移，纵稳，但横稳不一定 4、摆动桥摆角要适当，一、二级失稳接近，司机反应不及，造成翻车。 稳定度是装载机稳定性的质量指标，在国家尚未有标准，只能作为现有机器比较指标。,作业 如图所示，巳知G=17吨， Q=5吨， L=3米， l=2.6米， L1=1.6米，H=1.8米，h=2.2米。(1)试求装载机在该工况下（满载，动臂最大外伸）纵向稳定性系数K和稳定度i;(2)求装载机在该工况下的前、后桥轮压,第五

32、节 装载机工作装置连杆机构设计 装载机的工作装置是由铲斗、动臂和用来转动铲斗、升降动臂的油缸、连杆机构组成，用以完成铲掘、装载作业。,装载机工作装置应满足要求： 1、铲斗的运动轨迹符合作业要求，即要满足铲掘、装载的要求； 2）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）在满足作业要求的前提下，工作装置结构简单，自重轻、受力合理、强度高； 4）保证驾驶员具有良好的工作条件，确保工作安全，视野良好，操作简单和维修方便。 一、铲斗设计 铲斗是铲装物料的工具，它的斗型与结构是否合理，直接影响装载机的生产率，设计铲斗首先要具有合理的斗型，以减少切削和装料阻力，提高作业

33、生产率，其次是在保证铲斗具有足够强度和刚度的前提下，尽量减少自重，同时也应考虑到更换工作装置和修复易换零件（切削刃、斗齿）的方便。,（一）普通铲斗的构造 从切削刃分： 直刀刃铲斗; V形刀刃铲斗; 直刀刃带斗点铲斗; V形刀刃带斗齿铲斗。,（二）其他形式铲斗 1、蚌式铲斗 （图2-63） 2、侧卸式铲斗 （图2-64） 3、强制卸料铲斗 （图2-65）,三）铲斗的断面形状和基本参数的确定 斗的断面形状由斗的圆弧半径r，张开角 ，后壁高h和底壁长l 等四个参数确定。R为铲斗的回转半径。 利用相似原理，把经过实践使用说明比较合理的斗形作为铲斗的基型进行新铲斗设计方法。如图2-68 铲斗横截面积,铲

34、斗的横截面积：,（四）斗容的计算 1、平装斗容 2、堆装斗容,（五）斗铰点位置的确定 动臂与斗的连接点（下铰点）的位置应尽量使铲斗在铲掘位置时在靠近切削刃与地面。,二、动臂铰点位置和动臂长度的确定 动臂的长度决定于动臂与机架的铰点位置（上铰点）和动臂与铲斗的铰点（下铰点）的位置。 动臂上铰点:在确定了A1、A2、则上 铰点O一定在由A1、A2、连线的垂 直平分线上，具体位置由总体 布置确定，O点向后布置可减 少和最大外伸 ，有利于整机 稳定，但靠后布置受驾驶室布 置及折腰铰点位置限制。动臂的 上、下铰点位置确定后，就可以 用计算或作图法确定动臂长度。,三、连杆机构类型的选择 （一）按组成连杆机

35、构的构件数可分为四连杆、六连杆和八连杆 1、四连杆由四个两铰构件（机架、动臂、拉杆和柜架）组成（图2-60） 该装置结构简单，便于更换其他工作装置，但前端框架自重较大，减少载重量及影响司机视野。仅用在小型装载机上。,2、六连杆由两个三铰构件和四个两铰构件组成，其运动学简图如图2-73所示，它均以三铰构件1为动臂，构件2为铲斗，构件4为摇臂，构件6为机架。根据转斗油缸布置不同，有如图2-73b所示四种形式：六连杆实际上由二个四连杆组成，因仅有一个三铰构件作为摇臂，故又称单摇臂机构。,3、八连杆其结构形式较多，最常见的如图2-74所示二种形式,（二）按连杆机构运动状态分正转连杆机构和反转连杆机构

36、四连杆只能是正转连杆，六连杆可由两个正转四连杆或二个反转四连杆组成，八连杆可由三个正转四连杆或二个反转四连杆和一个正转四连杆组成，反转连杆应成对出现。,（三）连杆机构类型的选择 各种类型连杆机构其铲斗的运动特点，掘起力大小和变化规律都是不同的。选型时应根据整机布置特点、作业对象和作业方式，并考虑到结构简单、合理、维修方便等因素选择。 1、正转连杆机构运动特点： 1）动臂提升，铲斗收斗角增加快，适于采用挖掘机采掘法作业 2）因收斗角增加快，为限制最高位置铲斗后倾，使动臂下部位置收斗角减小，但运输工况易撒料； 3）卸料（转斗）时，角速度较大，虽易于抖料，但对运输车辆造成冲击，影响驾驶员安全及车寿命

37、； 4）各杆件干涉少，动臂可作成直线性，省料，工艺性好，各构件易于布置同一平面受力好。 正转八连杆与六连杆相比，铰点多，易磨损，松动影响大，维修费时，但其传动比大，可用在大型装载机上，减小连杆尺寸，改善司机视野，正转机构适于建筑材料和砂土材料作业，不适于坚实物料和投运作业。,2、反转连杆机构 铲掘位置时传动角大，转动油缸以大腔作用，能产生较大掘起力， 运动特点： 1）动臂提升时，收斗角变化不大，在满足最高位置收斗角条件下，加大动臂在下部时收斗角，这样提高装满程度，避免撒料。 2）卸料时，转斗角速度小，易于控制卸料速度，减少卸料冲击。 3）易于实现自动效率，铲斗自顶部降至地面时，无需操纵转斗油缸

38、，铲斗自动回到铲掘位置，简化操作，提高功效。 反转连杆机构近来得到越来越多的应用，特别运用于坚实物料（矿石、原石）采掘和搬运作业。反转机构动臂几何形状不规则，小批生产时费料，其摇臂较长，在装车时摇臂下卸易碰车箱侧板。,四、连杆机构设计 （一）设计要求与方法 目前大多采用图解法并配合统计或类比法加以确定 1、图解设计法把动臂看成固定件，则机架变为绕动臂反转，机架为主动件，铲斗为从动件，分析； 1）铲斗运动轨道符合作业要求。 2）满足动臂在任意位置都能卸载，即卸载角 3）连杆机构的传动角尽可能大，以提高传动效率 4）作业时，各构件间无运动干涉 下面以常用反转六连杆工作装置为例，采用以动臂为固定件的

39、图解法来设计连杆机构，基本精神也适用其他型式连杆机构的设计，把六连杆分成二个四连杆机构（即斗四连杆和油缸四连杆机构）分别设计。,（二）斗四连杆设计 1、设计要求 （1）满足斗（相对动臂）的转角范围，在转角范围内，传动角大于10转角范围比较大。传动角取得比较大较难，但传动角最小值时，连杆机构受载不大，因此传动角可小些，但不得小于10 （2）斗四连杆机构传动比应符合掘起力变化规律要求。即在铲掘位置附近力传动比比较大，以保证有足够的掘起力。 （3）连杆尺寸要适当，考虑结构布置的可能性和合理性。,2、运动学与动力学分析 最长杆d与最短杆a之和应大于是b与c长度之和，即 a+db+c a铲斗上下铰点连线

40、长 b斗上铰点和下摇臂连杆长 c下摇臂长 d摇臂铰支点与动臂下铰点之连线长度 （1）斗四连杆机构斗铰线的最大转角范围，当机构杆件长度确定后，为保证最小传动角 10，作辅助线e,（,(2）斗四连杆机构的最大传动比 3、斗四连杆尺寸选择 根据统计资料： （三）转斗缸四连杆设计 铲斗上翻角和下翻角变化规律（要求），动臂在水平位置以下 （上翻角）为正，在最低位置时可大些，减少运输撒料，在上部小些，以保持平移，铲斗变化角 15，并在任意位置，卸载角 45 1、把设计要求的铲斗上、下翻角变化规律列成表 2、把已选定的斗四连杆按表作出运动图 3、确立转斗缸四连杆各参数 满足上、下翻角变化规律的斗四连杆机构设计，可归结为按对应角位移求解四连杆问题，采用覆盖法较迅速简便，具体步骤如下,（1）初取上摇臂长度e,以D为圆心，e为半径作圆弧，得摇臂相应角位移，并交点 （2）用透明描图纸划下机架g 各转角位置（每隔10）并作若干同心圆（图2-83b） （3）将b）图覆盖于a）图圆弧上由此可得e.f.g.h长度和初始角 （4）检验传动角值，要求最小传动角尽可能大，在铲掘位置时，缸连杆与摇臂之传动角接近90 （5）确立转液压缸最短长度，同时还符合油缸结构要求，即 （6）连杆机构自动实现铲斗放平 装载机在卸料后动臂放至地面位置时，要求铲斗能自动复位至铲掘位置称为铲斗自动放平，实现可由液压,第六节 工作装置强