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1、目 录目 录1摘 要2前 言31.装载机工作装置设计概述 41.1 装载机工作装置设计概述41.2 轮式装载机工作装置设计要求42.设计任务63.工作机构和工作原理73.2 工作原理73.3 工作过程分析74.设计计算说明书94.1 铲斗的结构设计和尺寸设计94.2 工作装置连杆系统的设计和尺寸设计 154.3 工作装置的强度计算 204.4 工作油缸的选择 26设计总结29参 考 文 献 30 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
2、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
3、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
4、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
5、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。ZL40ZL50装载机，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
6、件AUTOCAD 进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。1 装载机工作装置设计概述1.1 装载机工作装置设计概述装载机工作装置是装载机的核心部件，它是实现铲掘、装载物料的机构，其设计水平的高低直接影响到整机的性能，如工作效率、作业质量和总体结构尺寸等。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。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
7、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。1.2 轮式装载机工作装置设计要求根据轮式装载机的作业特点，其工作装置的设计应满足以下要求：1.21基本要求(1)生产率高；(2)插入和铲取能力大
8、；(3)结构和工作尺寸适应生产条件需要；(4)零部件受力状态良好，强度和寿命合理；(5)结构简单紧凑，制造维修容易，操作使用方便。1.22特殊要求(1)由于铲斗宽度和容积都较大，所以铲装阻力大，装载系数小。因此设计时必须合理选取铲斗的结构和尺寸，以减小工作阻力，达到装满卸净、运输平稳。(2)铲斗由运输工况被举升到最高卸载位置的过程中，为避免铲斗中物料撒出，要求铲斗作“平移运动”。从不易撒料这一目的出发，绝对平动并无必要，只要把铲斗举升时的倾角变化限制在一定许可范围之内即可，设计时一般控制在10以内为好。(3)保证必要的卸载角、卸载高度和卸载距离。轮式装载机要求铲斗在从运输工况至最高位置之间的任
9、一高度都能卸载干净，为此，铲斗各瞬时卸载(铲斗斗底对地面的前倾角 )均需不小于45。(4)铲斗能自动放平。铲斗在最高位置卸载后，闭锁转斗油缸，下放动臂，铲斗能自动变成插入工矿(开始插入状态)的功能成为“铲斗自动放平”。(5)轮式装载机的工作机构属于连杆机构，设计中要注意防止各个工况出现构件相互干扰、“死点”、“自锁”和“机构撕裂”等现象；各处传动角不得小于 10；在综合满足工作性能的前提下，尽可能增大机构而倍力系数。(6)应尽量减少工作机构的前悬(即工作机构重心至整机重心的距离)、长度和高度，以提高装载机在各种工况下的稳定性和司机的视野。2 设计任务 (1)设计斗容：5m (2)设计工作机构：
10、转斗油缸后置式反转六杆机构(3)设计机型：ZL100型装载机(4)工作机构的设计内容： a工作机构各铰链点位置及销轴； b铲斗、大臂、斗柄、连杆、力学计算及结构设计； c油缸的力学计算及结构设计。(5)要求完成的文字资料 设计计算说明书(30页左右) (6)要求完成的图纸 a工作机构总装图一张(A0)b铲斗组装图一张(A1) 或动臂油缸装配图一张(A1) (7)要求按照指导教师指定的数据组完成设计工作，按时交出设计资料及图纸，并参加答辩。3 工作机构和工作原理3.1 转斗油缸后置式反转六连杆机构优缺点 (1)优点： a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转大值，可获得相当大的
11、铲取力； b恰当的选择各机构尺寸，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，这是其它六种机构所望尘莫及的； c结构十分紧凑，前悬小，司机视野好。 (2)缺点： 摇臂和连杆布置在铲斗和前桥之间的的狭窄部位，容易发生杆件相互干扰，设计时须特别精心。3.2 工作原理 当转斗油缸将活塞杆推出时，经过摇杆和连杆作用，推压铲斗插入料堆，然后转斗油缸小腔进油。将活塞杆收回，牵引铲斗向后翻转完成铲取动作。此时，铲斗侧刃平行地面进入运输状态。当动臂油缸活塞杆推出将动臂举到一定的位置或卸载高度时，要求铲斗始终平移。然后转斗油缸的活塞杆推出，经摇杆和连杆作用，翻转铲斗，向溜静或储料仓内卸载，铲斗卸载角
12、不小于45。卸干净后，转斗油缸将活塞杆收回，牵引铲斗向后翻转完成卸载动作，此时动臂油缸活塞杆收回，将动臂下放到一定位置，铲斗侧刃平行地面进入空载运输状态，这样工作机构就完成了一个工作循环。3.3 工作过程分析 ZL100型装载机是一种装运卸作业联合一体的自行式机械，它的工作过程由5种工作状态或工况组成：(1)工况I插入状态动臂下放，铲斗放置地面，斗尖触地，铲斗前臂对地面呈3-5前倾角；开动装载机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆。(2)工况II铲装状态 工况I以后，转动铲斗，铲取物料，待铲斗口翻转至近似水平为止。(3)工况III重载运输状态举升动臂，将工况II之铲斗升高到适当位置(以斗底离地的高度
13、不小于最小允许距离为准)，然后驱动装载机，载重驶向卸载点。(4)工况IV卸载状态在卸载点，举升动臂使铲斗至卸载位置；翻转铲斗，向运输车辆或固定料仓卸载；卸毕，下放动臂，使铲斗恢复到运输状态。(5)工况V空载运输状态 卸载结束后，装载机由卸载点空载返回装载点。4 设计计算说明书4.1 铲斗的结构设计和尺寸设计4.1.1铲斗简介 铲斗是装载机工作装置的执行构件。铲斗直接与物料接触，是装、运、卸的工具，工作时，它被推压插入料堆铲取物料，工作条件恶劣，是承受很大的冲击力和剧烈的磨损，因此铲斗的设计质量对装载机的作业能力有较大影响。为了保证铲斗的设计质量，首先应当合理地确定铲斗的结构及几何形状，以降低铲斗插入物料的阻力。其次要保证铲斗具有足够的强度、刚度、耐磨性，使其具有合理的寿命。目前国内外的铲运机绝大多数采用整体向前倾翻式铲斗，这种铲斗的优点是结构简单，工作可靠，有效装载容积大，但需要有较大的卸载角才能将物料卸净。本次设计就采用这种形式。4.1.2铲斗的设计 a铲斗的形状、尺寸和刃口的设计，必须以一铲就装满整个工作腔为准； b在选择有效铲掘力矩时，应考虑到料堆低及在斜坡上的作业因素，故铲斗的高度不宜过大； c铲斗的刃口应具有足够的强度、刚度和抗冲击性； d斗的几何形状应能保证可靠运输，还能进行场地的平整工作； e降低对铲斗部分的非正常磨损，提高刃口的耐磨性，保证铲斗维修的方便；
