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1、 ZL30装载机工作装置设计摘 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
2、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：轮式装载机；工作装置；连杆机构；强度校核 Abst
3、ractLoader is a widely used in highway, railway, construction, utilities, ports, mines and other construction projects earthwork construction machinery, it is mainly used for loading shovel of soil, sand, lime, coal and other bulk materials, and also on the ore , slightly hard soil such as digging s
4、hovel operation. Dress can be different for earth-moving equipment auxiliary work, lifting and other materials such as timber loading and unloading operations. The road, especially in highway construction, the loader works for the cut to fill roadbed, asphalt and cement concrete aggregate material s
5、ite and loading and other operations. In addition also the pushing of soil, ground and traction Calibrating other mechanical and other operations. As with the operating speed loader, high efficiency, mobility, easy operation, etc., so it becomes the construction of earth and stone construction in on
6、e of the main models. This article shoveling a lot of design reference books transport machinery, most of which is about the loader area, some work of a single component device design, while others are the work of the device design, the reference to the loader involved although the model, the study
7、methods are different, but together basically an overview of the existing design methods. The rapid development of foreign loader, but loader in our country also exist the design of many problems, mainly concentrated in the reliability, structural design strength and so on. The working device, it is
8、 most important for the loader, so the design of working device loader direct impact on the life and work efficiency. Although the loader on the market has matured, but its improved design is still of great significance, especially the loader working device. keyword： Wheel loaders； work unit； linkag
9、e； strength check目 录摘 要错误！未定义书签。AbstractI前 言11. 装载机工作装置设计概述21.1 装载机工作装置设计概述21.2 结构型式选择22. 铲斗的设计42.1 设计要求42.2 铲斗斗型的结构分析52.2.1 切削刃的形状52.2.2 铲斗的斗齿52.2.3 铲斗的侧刃52.2.4 斗体形状62.3 铲斗基本参数的确定62.4 斗容的计量82.4.1几何斗容(平装斗容)82.4.2额定斗容(堆装斗容)103. 工作装置的结构设计103.2 机构分析113.3 设计方法113.4尺寸参数设计的图解法123.4.2 连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点F、E的确定1
10、43.4.3举升油缸与动臂和机架的铰接点H及M点的确定163.5 确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程173.5.1动臂油缸的铰接位置173.5.2动臂油缸行程的确定183.5.3确定转斗油缸行程193.6 最大卸载高度和最小卸载距离204.工作装置的强度计算214.1 计算位置214.2 外载荷的确定214.3 工作装置的受力分析234.3.1对称水平受力工况254.3.2对称垂直偏载284.3.3对称垂直力和水平力同时作用294.3.4水平偏载工况304.3.5垂直偏载工况314.3.6垂直和水平复合偏载工况324.4 工作装置的强度校核324.4.1动臂324.4.2 铰销364.4.
11、3 连杆和摇臂强度校核384.工作装置中油缸的设计435.1 转斗油缸的选择445.2 动臂油缸的选择465.3 转斗油缸与动臂油缸被动作用力的确定476. 工作装置的限位机构476.1铲斗转角限位装置486.2动臂升降的自动限位机构48参 考 文 献50致 谢51附 录52外文和外文翻译52图纸清单675引 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
12、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
13、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数据的前提下，反复琢磨工作装置的工作原理，并使用机械设计软件AUTOCAD 进行工作装置的各铰接点
14、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，此设计数据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11)。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
15、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 结构型式选择 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11a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ZL35、Z1160装载机均采用有铲斗托架的工
