ZL15型輪式裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

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1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 題目 ZL15型輪式裝載機(jī) 工作裝置設(shè)計(jì) 17 前 言 裝載機(jī)主要用來裝卸成堆散料，也能進(jìn)行輕度的鏟掘工作。由于它適用于建筑、礦山、鐵道、公路、水電等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，因此，在國內(nèi)外產(chǎn)量與品種的發(fā)展都較快，是工程機(jī)械中的一個(gè)主要機(jī)種。 裝載機(jī)根據(jù)不同的使用要求，發(fā)展形成了不同的結(jié)構(gòu)類型。通常，按使用場合的不同，分成露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)；接行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2、不同，分成輪式裝載機(jī)與履帶式裝載機(jī)；按卸料方式不同，分為前卸式(前端式)、后卸式與回轉(zhuǎn)式裝載機(jī)。本書主要論述露天工程用的輪式裝載機(jī)的設(shè)計(jì)。 裝載機(jī)的設(shè)計(jì)，大致要經(jīng)歷：明確任務(wù)、調(diào)查研究、制訂設(shè)計(jì)任務(wù)書，進(jìn)行整車布置、確定整機(jī)的主要性能參數(shù)，進(jìn)行各部件的方案設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算，技術(shù)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，試驗(yàn)鑒定和修改定型等這樣一些階段。一臺裝載機(jī)的設(shè)計(jì)是否成功，首先是從能否滿足使用要求，好造、好用、好修，具備較高的作業(yè)生產(chǎn)串和較低的使用成本來衡量的。這體現(xiàn)在設(shè)計(jì)工作中，就是應(yīng)當(dāng)使裝載機(jī)具有較完善的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能與指標(biāo)以及先進(jìn)的部件結(jié)構(gòu)方案。

3、 摘 要 我所設(shè)計(jì)的ZL15裝載機(jī)既保留了傳統(tǒng)裝載機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而有具有新的性能和優(yōu)點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的工作裝置的設(shè)計(jì)。裝載機(jī)采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過工作裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗，動(dòng)臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料；動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂，連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)采用液壓操作。 先對裝載機(jī)的發(fā)展概況幾設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想、特點(diǎn)、任務(wù)進(jìn)行概述，然后確定方案，

4、在技術(shù)設(shè)計(jì)部分羅列了ZL15裝載機(jī)的主要技術(shù)性能和參數(shù)，進(jìn)行了牽引特性計(jì)算，工作裝置設(shè)計(jì)。工作裝置設(shè)計(jì)中有工作裝置運(yùn)動(dòng)分析，對鏟斗、動(dòng)臂、連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)等幾部分組成。 在工藝設(shè)計(jì)中敘述了工藝工程。應(yīng)用程序計(jì)算了受力分析?？傊?，整個(gè)設(shè)計(jì)是有序地完成的。 在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，在老師及其他老師的指導(dǎo)下順利完成的，通過這次設(shè)計(jì)，我學(xué)到很多東西，在實(shí)踐中把大學(xué)中所學(xué)的知識綜合運(yùn)用復(fù)習(xí)了一次，同時(shí)也學(xué)到很多新的東西，受益非淺。在此，本人表示衷心感謝！并真誠希望各位老師對我提出寶貴的意見。

5、 Abstract This type of ZL15 loader that I have designed has the common virtues of the traditional loaders.And it has some new-improved virtues and function. In my design progress,I put emphasis on the working-device. The ZL15 loader also

6、 has some traditional virtues like the articulited wheel-type loader.The loader digging and unload the goods by the working-device.The working-device has many Parts and it is connected to the machine.Some parts of the device’s turning by liquid press realize. At first,I introduce the developing

7、trend of the loaders,and explained the main designing idea, designing characteristic and designing task.The second part is the whole designing prgram.In the technical designing part,the main technological parameters and technological features of the ZL15 loader are listed.The following part is the c

8、alculation part of the tractive features and the designing of the working device. The necessary computer progress is placed in the end of my designing progress,all the computer program was composed with C language .In a word,the whole designing progress is designed carefully and step by step.I wish

9、 my design could clearly explained my designing idea. With the kind help of Mr.LiFeng and other teachers,I finished my design successfully.Through designing this type of ZL15 loader,I have attained a lot which was new to me.Here,I want to express my heartful gratitude to those teachers.At the same

10、 time ,the shortcomings in my design need to be poingted out by the teachers.thank you all. 目 錄 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書……………………………………………………1 第二章 裝載機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用 2.1 裝載機(jī)在的介紹……………………………………………1 2.2 裝載機(jī)在地下開采中的應(yīng)用………………………………2 2

11、.3 我國裝載機(jī)的發(fā)展前景 …………………………………3 第三章 輪式裝載機(jī)總體參數(shù)的確定…………………………………4 第四章 裝載機(jī)的總體布置 4.1 裝載機(jī)的總體布置原則……………………………………6 4.2 裝載機(jī)各部件的布置………………………………………7 4.3 裝載機(jī)的總體構(gòu)造和分類…………………………………9 第五章 裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì) 5.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析……………………………………… 10 5.2 鏟斗設(shè)計(jì)………………………………………………… 11 5.3 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)…………………… 15

12、 5.4 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算……………………………………… 21 5.5 裝載機(jī)工作裝置中油缸作用力的確定 ………………… 29 5.6 工作裝置的限位機(jī)構(gòu) …………………………………… 30 總結(jié)…………………………………………………………………… 31 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………… 32 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 一． 課題名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及要求 ZL15型裝載機(jī)工作裝置設(shè)

13、計(jì) 裝載機(jī)工作裝置斗容：0.9 額定載重量：1.5 柴油機(jī)功率：50 整機(jī)重量：5.1 最大卸載高度：2500 最小卸載距離：850 要求：保證裝載機(jī)工作的功能，滿足工程機(jī)械的各項(xiàng)使用性能。 二． 課題內(nèi)容幾工作量 1. 總體方案確定 2. 工作裝置結(jié)構(gòu)形式分析 3. 工作裝置運(yùn)動(dòng)分析 4. 工作裝置性能分析 5. 圖紙?jiān)O(shè)計(jì) 6. 電算程序 7. 譯文（機(jī)械設(shè)計(jì)類） 第二章 裝載機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r 2.1 輪式裝載機(jī)的介紹 金屬礦山的開采可劃分為露天開采和地下開采兩大類。我國露天礦采以礦石的比重約占70％，但從事地下開采的人員比露天開采的人員多

14、。這是因?yàn)榈叵麻_采的條件復(fù)雜，使用的設(shè)備種類繁多，在產(chǎn)量相同的條件下，對地下礦投資的人力和物力遠(yuǎn)大于露天礦的緣故。 保護(hù)自然環(huán)境和合理地利用礦藏資源，是發(fā)展社會主義經(jīng)濟(jì)的必要條件。隨著淺埋礦床的耗盡而愈來愈向深部開采，或當(dāng)露天升采的深度很大而使地表遭受大面積的破壞時(shí)，就必須采用地下開采。可以預(yù)料今后地下開采仍將逐漸增加。 不論是露天礦開采還是地下礦開采，對礦體較硬的金屬礦山，都是經(jīng)鑿巖爆破將崩落松散礦石或巖石，經(jīng)裝運(yùn)作業(yè)運(yùn)至下步工序的作業(yè)地點(diǎn)。裝載作業(yè)是礦山整個(gè)生產(chǎn)過程小既繁重又費(fèi)時(shí)的作業(yè)。所以努力提高裝載機(jī)械的作業(yè)能力，對實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)的高效率低消耗想著重要的作用。 ZL系列輪式

15、裝載機(jī)是一種高效率的工程機(jī)械，具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能可靠，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，操縱方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于礦山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，貨場，電站以及其他工業(yè)部門，進(jìn)行裝載，推土，鏟挖，起重，牽引等多種作業(yè)。對加快工程建設(shè)速度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度提高工程質(zhì)量降低工程成本都發(fā)揮著重要作用，因此近幾年來無論在國內(nèi)還是國外裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。 為適應(yīng)裝載機(jī)多功能作業(yè)的要求，輪式裝載機(jī)已經(jīng)向一機(jī)功能方向發(fā)展。這主要靠主機(jī)控制適合多種作業(yè)的組合工作裝置完成。80年代國外裝載機(jī)和液壓挖掘機(jī)除了不斷完善裝，挖功能外，正向一機(jī)多能方向發(fā)展。許多公司競相生產(chǎn)各式各樣的輔助機(jī)構(gòu)。這種

16、機(jī)型使用范圍很廣，其產(chǎn)品受到用戶的普遍關(guān)注。 在通用拖拉機(jī)前端加裝載裝置，后部加挖掘裝置可改裝變形成前裝后挖拖拉機(jī)，亦稱挖掘裝載機(jī)，俗稱“兩頭忙”。 工作裝置的性能分析過去多采用作圖分析和手工計(jì)算法，工作量繁重，精度較低。當(dāng)分析工礦較多時(shí)問題更為突出，為克服手工畫圖的誤差。本次設(shè)計(jì)前面所進(jìn)行的工作裝置CAD設(shè)計(jì)是通過看資料、實(shí)物，通過初步分析、計(jì)算而確定的方案。其次要考慮各個(gè)工作液壓缸作用力的均衡性，整機(jī)的穩(wěn)定性，整機(jī)與地面的附著性、滿足結(jié)構(gòu)和布置的可能性，以綜合比較初選方案，從而確定機(jī)構(gòu)參數(shù)（一般來說，從計(jì)算機(jī)輔助分析中發(fā)現(xiàn)不合理的現(xiàn)象可究其原因，采取改進(jìn)措施，是設(shè)計(jì)合理化。對已經(jīng)擬訂的

17、各種方案可通過計(jì)算機(jī)輔助分析作進(jìn)一步的取舍和修改，以便確定較合理的方案）。同時(shí)，通過性能分析能夠很清楚的了解到這個(gè)裝載機(jī)裝置在各個(gè)位置或各種工況時(shí)的里和其它參數(shù)，有利于更有效地使用挖掘裝載機(jī)和使這種裝載機(jī)工作效率得到最大限度的發(fā)揮。 2.2 裝載機(jī)在地下開采中的應(yīng)用 地下礦的開采，包括開拓、采準(zhǔn)、回采三個(gè)步驟。開拓是礦山的基建工程，它是用井巷把地表與山地下礦體接通，并建成完整的運(yùn)輸、通風(fēng)、排水的并巷工程，包括豎井、斜井、盲井、井底車場，如水泵房、變電室、機(jī)修站、火藥庫等，還有石門、階段運(yùn)輸巷道、溜井等。 采準(zhǔn)是指掘進(jìn)形成采區(qū)外形的一些巷道及為了回采工作面的碎巖和爆破而需要的自由空

18、間。前者如采區(qū)的運(yùn)輸巷道、通風(fēng)和人行天井，以及電耙巷道等，如切割槽、拉底空間、放礦漏斗等。 回采就是做完采準(zhǔn)后，在采區(qū)工作面進(jìn)行的落礦、裝運(yùn)和管理作業(yè)?；夭芍械牡V石裝運(yùn)作業(yè)是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。 裝載作業(yè)就是把開拓、采準(zhǔn)、回采的礦石或巖石裝入運(yùn)輸工具或卸入溜井。開拓、采準(zhǔn)和回采三者在使用裝運(yùn)機(jī)械方面對比起來，采準(zhǔn)工程的特點(diǎn)是：它的裝運(yùn)作業(yè)工作量，是在階段水平以上或礦房內(nèi)部及礦床上下盤中進(jìn)行的。一般地說，這些巷道斷面尺寸小、長度短，分布在階段水平以上不同的高度上，要求機(jī)械設(shè)備輕便靈活，便于調(diào)入和調(diào)出及遷移到不同高度上。在斷面只寸很小的空間內(nèi)工作，由于設(shè)備的調(diào)入遷移和使用都比較困難，致使采準(zhǔn)

19、工作的機(jī)械化程度低、工作效率低、成本高。因此采準(zhǔn)工作量的多少，便成為衡量采礦方法好壞的重要指標(biāo)之一。 2.3 我國裝載機(jī)的發(fā)展前景 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的調(diào)整發(fā)展，大型輪式裝載機(jī)的需求量會有大幅度上升，特別是西部大 開發(fā)，許多大型工程建設(shè)等，大型輪式裝載機(jī)大有用武之地。另外，世界上生產(chǎn)大型輪式裝載 機(jī)的國家、企業(yè)也不多，出口前景也非常好，苦于我們還拿不出產(chǎn)品。 1999年，我國全行業(yè)ZL60型共銷28臺，ZL80型及ZL100型一臺也未銷售。因此，我國大型 輪式裝載機(jī)可以說是基本上未推向市場。影響推出市場的主要原因是，除開發(fā)水平較低外，主 要是配套件跟不上。大型 輪式裝載機(jī)的配套

20、件國內(nèi)基本上沒有，有少量的也是水平低，可靠 性差，不太適用，進(jìn)口配套件價(jià)格又太貴。因此大型輪式裝載機(jī)的國內(nèi)市場基本上被國外大公 司所占領(lǐng)。我國裝載機(jī)行業(yè)，特別是主要裝載機(jī)制造企業(yè)，應(yīng)抓住我國加入WTO 后進(jìn)口件價(jià)格 降低的機(jī)遇，進(jìn)口一部分重要的關(guān)鍵部件，同時(shí)為盡量降低成本，加大力度開發(fā)一些目前已經(jīng)有能力開發(fā)的零部件，如傳動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)橋、液壓件中的缸、閥等，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，開發(fā)出 具有中國特色的大型輪式裝載機(jī)。只要我們的產(chǎn)品能占領(lǐng)國內(nèi)市場，也一定能打進(jìn)國際市場。 　　 　　國產(chǎn)挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)數(shù)量很少，在我國ZL20型以下屬小型裝載機(jī)，據(jù)1999 年全行業(yè)主要企業(yè)統(tǒng)計(jì),共銷售小型

21、裝載機(jī)有1546 臺，能占全行業(yè)的8.2％。 　　 　　國外小型裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)，包括挖掘裝載機(jī)在內(nèi)，市場份額已相當(dāng)大。美國的 山貓牌小型多功能裝載機(jī)年銷量在5萬臺左右，還有美國的凱斯、約翰迪爾、卡特彼勒、英國 的JCB公司等的挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)年銷量都在萬臺上?？梢娛澜缡袌錾贤诰蜓b載 機(jī)及小型多功能裝載機(jī)市場是多么大，而中國目前這類產(chǎn)品基本上還沒有。這類產(chǎn)品特別適用 于市政建設(shè)、中小城鎮(zhèn)建設(shè)、鄉(xiāng)間非等級公路建設(shè)、一般公路的維護(hù)保養(yǎng)、港口碼頭作業(yè)，還 有改造環(huán)境、植樹造林等。特別是西部大開發(fā)，這類產(chǎn)品將有廣闊的潛在市場。這類產(chǎn)品的開發(fā)，今后肯定是以靜液壓件傳動(dòng)為主，目前世

22、界上小型裝載機(jī)、小型多功能裝載機(jī)基本上都是 靜液壓傳動(dòng)。我國要能真正把這類產(chǎn)品發(fā)展起來，必須有自己的創(chuàng)新。裝載機(jī)行業(yè)的廣大企 業(yè)，特別是有能力的大企業(yè)，應(yīng)加大創(chuàng)新力度，去爭我國小型裝載機(jī)、小型多功能裝載機(jī)、挖掘裝載機(jī)等這一巨大的潛在市場。 　　 　　我國西部3000米以上高海拔地區(qū)及沙漠地區(qū)占了很大的面積，在實(shí)施西部大開發(fā)中，高原 及沙漠型特殊用途裝載機(jī)需要量較大，國內(nèi)目前基本上還沒有這類產(chǎn)品，而國外大公司在這方 面已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品。因此，我國加入WTO后，這個(gè)巨大的潛在市場很可能被國外大公司所占領(lǐng)。我國的裝載機(jī)行業(yè)從現(xiàn)在起應(yīng)積極行動(dòng)起來，與有關(guān)科研院所及有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)等配套件企業(yè)聯(lián)合起來，盡

23、快開發(fā)出具有中國特色的高原、沙漠型特殊用途裝載機(jī)，去搶占我國西部這一潛在大市場。 　　 　　中型輪式裝載機(jī)是國內(nèi)最成熟而產(chǎn)量又大大過剩的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品只要“入世”后實(shí)行國 際采購，提高質(zhì)量、水平、可靠性，那么大批進(jìn)入國際市場的機(jī)遇就在眼前。 　　 第三章 輪式裝載機(jī)總體參數(shù)的確定 輪胎式裝載機(jī)是以輪胎式專用底盤為基礎(chǔ)車，配置工作裝置及操作系統(tǒng)組成。其重量輕，速度快，機(jī)動(dòng)靈活性及效率高，因而他的品種與產(chǎn)量都發(fā)展快。 履帶式裝載機(jī)是以專用底盤或工業(yè)履帶式拖拉機(jī)為基礎(chǔ)，裝上工作裝置及操作系統(tǒng)完成。其接地比壓小，通用性好；重心低，穩(wěn)定性好；重量大，

24、附著性能好。因此，在輪式裝載機(jī)不適宜的場合更顯優(yōu)越性。 （2）卸料方式分：有前卸式，回轉(zhuǎn)式，后卸式 　 前卸式裝載機(jī)的工作裝置不回轉(zhuǎn)，裝料與卸料都是整機(jī)走動(dòng)進(jìn)行，作業(yè)過程中調(diào)車費(fèi)時(shí)，但因結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，視野良好，因此應(yīng)用最廣泛。 回轉(zhuǎn)式裝載機(jī)的動(dòng)臂安裝在轉(zhuǎn)臺上，鏟斗在前端裝料后，回轉(zhuǎn)至側(cè)面卸掉，裝載時(shí)不需要調(diào)車，作業(yè)效率高，適宜于廠區(qū)工作。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，回轉(zhuǎn)卸載時(shí)偏心載荷較大，整機(jī)側(cè)向穩(wěn)定性不好。 后卸載裝載機(jī)是在前端裝料，卸載時(shí)鏟斗越過駕駛室向后端卸料，作業(yè)時(shí)不需要調(diào)車，可直接向后停在起后面的運(yùn)輸車輛卸載，作業(yè)效率高。但卸載時(shí)鏟斗越過駕駛室不安全，只用于礦井下狹窄的場地。

25、 （3）聯(lián)接方式分為：整體式、鉸接式 整體式裝載機(jī)的車架是一個(gè)整體，利用偏轉(zhuǎn)后輪同時(shí)偏轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。 鉸接式裝載機(jī)的車架有前后兩部分組成，中間用垂直鉸銷聯(lián)接，它通過連接前后車架的油缸推動(dòng)前后車架繞垂直鉸鏈相對轉(zhuǎn)動(dòng)折腰轉(zhuǎn)向。由于前后車架折腰度大（大約35～40度），所以轉(zhuǎn)彎半徑小，可在半徑比較小的場地作業(yè)。 （4）鏟斗的額定量分：小型<0.5t；中型 ;大型鏟斗額定量>10t。 三．裝載機(jī)的作業(yè)方式： 裝載機(jī)是循環(huán)作業(yè)式的工程機(jī)械。它的一個(gè)作業(yè)循環(huán)由駛進(jìn)料堆、鏟取、后退、轉(zhuǎn)向、駛進(jìn)卸料目標(biāo)和卸料等動(dòng)作構(gòu)成。其中，對物料的鏟取方法和作業(yè)時(shí)運(yùn)輸車輛的配置方案，將影響生產(chǎn)率的高低。 1．

26、鏟取方法：裝載機(jī)對物料的鏟取方法有一次鏟取法和復(fù)合鏟取法兩種。 （1）一次鏟取法：鏟斗一次插入料堆，一次收斗而裝滿鏟斗的鏟取方法。作業(yè)時(shí)裝載機(jī)從正前方駛進(jìn)料堆，邊進(jìn)邊放下鏟斗，在料堆前1m處使鏟斗落到地面，處于浮動(dòng)位置，斗刃能觸及料堆時(shí)，加大油門緩緩插入料堆，然后鏟斗上翻，提升動(dòng)臂到運(yùn)輸位置再倒退駛出。該法是最簡單常用方法，比較適用于阻力比較小的松散料堆。 （2）復(fù)合鏟取法：裝載機(jī)前進(jìn)插入料堆的同時(shí)，鏟斗與提臂相配合鏟取物料的方法。這樣鏟取切削阻力小，容易裝滿鏟斗，適合鏟裝切削阻力較大的物料。 2． 作業(yè)配置方案：裝載機(jī)與運(yùn)輸車輛的作業(yè)配置方案，主要取決于現(xiàn)場的條件、運(yùn)輸車與裝載機(jī)的數(shù)量

27、和類型。廣泛使用的有“I形”、“V形”、“L形”作業(yè)方法。 （1）“I”形作業(yè)法：運(yùn)輸車平行與工作面并往復(fù)地前進(jìn)和后退，所以也稱之為穿梭作業(yè)法。 這種作業(yè)方式可減少裝載機(jī)改變方向的次數(shù)，如果裝載機(jī)與運(yùn)輸車配合的好，會有較好的生產(chǎn)率。 （2）“V”形作業(yè)法：運(yùn)輸車與工作面成60度的角度，裝載機(jī)裝滿鏟斗后，在倒車駛離工作面的過程中，并調(diào)轉(zhuǎn)駛向料堆，進(jìn)入下一次的作業(yè)循環(huán)。 這種作業(yè)方式可以得到較短的工作循環(huán)時(shí)間，故應(yīng)用十分廣泛。 （3）“L”形作業(yè)法：運(yùn)輸車垂直于工作面，裝載機(jī)鏟裝物料后，倒退并翻轉(zhuǎn)90度，然后向前駛向料堆進(jìn)行下次鏟裝。 這種作業(yè)方式在運(yùn)距較短時(shí)，一個(gè)司機(jī)可輪換在兩輛運(yùn)輸

28、車上工作，以減少人力。這種作業(yè)方式適用寬廣的作業(yè)場合。 第五章 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì) 5.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析 裝載機(jī)采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過工作裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗，動(dòng)臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料；動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂，連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)采用液壓操作。 由動(dòng)臂、動(dòng)臂油缸、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、搖臂、連桿及車架相互鉸鏈而成的機(jī)構(gòu)，在裝載機(jī)工作時(shí)需要保證：當(dāng)動(dòng)臂處于某種作業(yè)位置不動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)斗油缸的的作用下，通過連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時(shí)，

29、動(dòng)臂在動(dòng)臂油缸的作用下提升或下降鏟斗過程中，連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)該能使鏟斗在提升過程中保持平動(dòng)或與地面的夾角變化控制在很小的范圍，以免裝滿料的鏟斗由于鏟斗傾斜而使物料灑落；而在動(dòng)臂下降時(shí)，又自動(dòng)將鏟斗放平，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。 一. 結(jié)構(gòu)形式的選擇 裝載機(jī)的工作裝置的結(jié)構(gòu)形式分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種。 有鏟斗托架的工作裝置其動(dòng)臂和連桿的后端與車架的支座鉸鏈，動(dòng)臂和連桿的前端與鏟斗托架鉸鏈，托架上部鉸接轉(zhuǎn)斗油缸，其活塞桿幾托架下部與鏟斗鉸接。當(dāng)托架、動(dòng)臂、連桿及車架支座構(gòu)成的是平行四連桿機(jī)構(gòu)，則在動(dòng)臂提升、轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時(shí)，鏟斗始終保持平動(dòng)，斗內(nèi)物料不會灑落。 無鏟斗托架的工

30、作裝置，結(jié)構(gòu)比較簡單，同時(shí)，由于轉(zhuǎn)斗油缸及鏟斗都是直接鉸接在托架上，所以鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)角較大。但是，動(dòng)臂前端的較重的托架減少了鏟斗的載重量。根據(jù)搖臂、連桿數(shù)目及鉸接位置的不同，可組成不同形式的連桿機(jī)構(gòu)，鏟斗的鏟起力P隨鏟斗轉(zhuǎn)角a的變化關(guān)系，傾斜時(shí)的角速度大小以及工作裝置的運(yùn)動(dòng)特性也不同。因此，裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式的選擇，既要考慮結(jié)構(gòu)簡單，也要考慮作業(yè)性質(zhì)和挖掘方式來確定。 5.2 鏟斗設(shè)計(jì) 一．鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇 鏟斗是直接用來切削、收集、運(yùn)輸和卸出物料，裝載機(jī)工作時(shí)的插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機(jī)的作業(yè)效率和工作可靠性，所以減少切削

31、阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗設(shè)計(jì)的主要要求。鏟斗是在惡劣的環(huán)境下工作承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨損，所以要求鏟斗具有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)要耐磨。 根據(jù)裝載物料的容重，鏟斗做成三種類型：正常斗容的鏟斗用來裝載容重1.4～1.6噸/米的物料（如砂、碎石、松散泥土等），增加斗容的鏟斗，斗容一般為正常斗容的1.4～1.6倍，用來采掘容重1.0噸/米左右的物料（如煤、渣等）；減少斗容的鏟斗，斗容為正常的0.6～0.8，用來裝載斗容重大于2噸/米的物料（如鐵礦石、巖石等）。用于土方工程機(jī)械的裝載機(jī)，因作業(yè)對象較廣，因此多采用正常斗容的通用鏟斗，一般適應(yīng)鏟裝不同物料的需要。 鏟斗切削刃的形狀根據(jù)鏟掘物料的

32、種類不同而不同，一般分為直線型或非直線型兩種。直線型切削刃簡單并利于地面刮平作業(yè)，但切削阻力較大。非直線型切削刃有V型和弧型等，裝載機(jī)用的較多是V型斗刃。這種切削刃由于中間突出，在插入料堆時(shí)，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆；同時(shí)減少“偏載切入”有一定的效果。但鏟斗的裝滿系數(shù)要小于直線型斗刃的鏟斗。 裝有斗齒的鏟斗，在裝載機(jī)作業(yè)時(shí)，插入力有斗齒分擔(dān)，形成較大的比壓，利于插入密實(shí)的料堆疏松物料，便于鏟斗的插入，斗齒磨損后容易更換。因此，對主要用于鏟裝巖石或密實(shí)物料的裝載機(jī)，其鏟斗均裝有斗齒。用于插入阻力較小的松散物料 用軸線、折線或曲線來代替實(shí)際構(gòu)件。 通過上面的分析與假設(shè)，

33、就能將工作裝置這樣一個(gè)空間超靜定結(jié)構(gòu)簡化為平面問題進(jìn)行受力分析。 工作裝置的受力分析，就是根據(jù)上述工況下作用在鏟斗的外力，用解析法或作圖法求出對應(yīng)工況下工作裝置各構(gòu)件的內(nèi)力。下面以工況Ⅲ為例進(jìn)行分析，其它工況與此類同。 取鏟斗為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析鏟斗的受力： 由 所以 （N） 由 所以 (N) 由 所以 (N) 所示，取連扦為脫離體，根據(jù)平衡原理

34、，作用于連扦兩端的力大小相等，方向相反，即： 所以 工作裝置受力分析 由 所以 (N) 所以

35、 (N) 由圖示受力分析可知，連桿此時(shí)受拉。 如圖所示，取搖臂為脫離體，根據(jù)平衡原理，分析搖臂的受力 (N) 四．動(dòng)臂強(qiáng)度校核 根據(jù)計(jì)算工況及受力分析，即可按強(qiáng)度理論對工作裝置主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 1．動(dòng)臂 動(dòng)臂可看成是支撐在車架A點(diǎn)和動(dòng)臂油缸上鉸點(diǎn)H點(diǎn)的雙支點(diǎn)懸梁臂，其危險(xiǎn)斷面在H點(diǎn)附近，在此斷面上作用有彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力： 1 式中： ——計(jì)算斷面的截面積； ——計(jì)算斷面上的彎矩； ——計(jì)算斷面上的軸向力； ——計(jì)算斷面的抗彎斷面系數(shù)。 對

36、于H點(diǎn)的斷面： 將式和代入得： 同理，計(jì)算得H點(diǎn)的斷面的應(yīng)力 2．搖臂 搖臂的受力分析，如圖所示，彎曲應(yīng)力和正應(yīng)力，計(jì)算法和動(dòng)臂相同。 3．鉸銷 其危險(xiǎn)斷面在支座G點(diǎn)附近，裝載機(jī)工作裝置鉸銷的一般結(jié)構(gòu)形式及受力情況，如圖所示。 目前國內(nèi)外對工程機(jī)械工作裝置備銷軸的強(qiáng)度計(jì)算都采用下面的計(jì)算公式 銷軸的彎曲應(yīng)力： =(千克/厘米) 式中 ： ——銷軸的彎曲應(yīng)力； ——計(jì)算載荷，為鉸點(diǎn)所受載荷之半； ——銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算長度； ——銷軸的抗彎斷面系數(shù) 取銷軸直徑為70mm為例： 銷軸支座的擠壓應(yīng)力：

37、 =17.8=178（千克/厘米） 銷軸套的擠壓應(yīng)力： 式中： 為軸套的支承長度; 4．連桿 裝載機(jī)在作業(yè)過程中，連桿有時(shí)受拉，有時(shí)受壓，需要同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算及壓桿穩(wěn)定驗(yàn)算。其計(jì)算根據(jù)《工程力學(xué)》中所講的方法進(jìn)行。 強(qiáng)度計(jì)算中所用的許用應(yīng)力可按下式選?。? =（千克/厘米） ——材料的屈服極限。國內(nèi)裝載機(jī)工作裝置的動(dòng)臂常用16Mn鋼，其＝3600千克／厘米；搖臂材料為3號鋼，＝2100一24

38、00千克／厘米； n——安全系數(shù)，設(shè)計(jì)手冊規(guī)定n＝；由于工程機(jī)械工作繁重，條件惡劣，并考慮到計(jì)算上的誤差，通常M＞1.5。 5.5 裝載機(jī)工作裝置中油缸作用力的確定 目前大多數(shù)裝載機(jī)的工作裝置只有兩種油缸：動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸。推壓(變幅)油缸則采用較少。 動(dòng)臂油缸與轉(zhuǎn)斗油缸的作用力有兩種情況：油缸推動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的作用力為主動(dòng)作用力(簡稱工作力或作用力)，其最大值取決于液壓系統(tǒng)的工作壓力和油缸直徑(活塞作用面積)；工作裝置工作時(shí)作用于閉鎖狀態(tài)的油缸上的作用力為被動(dòng)作用力，其最大值取決于液壓系統(tǒng)的過載閥壓力值和承載活塞面積。如工作裝置的動(dòng)臂油缸不動(dòng)，靠轉(zhuǎn)斗油缸轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗而進(jìn)行鏟掘作業(yè)時(shí)

39、，則轉(zhuǎn)斗油缸所產(chǎn)生的作用力為主動(dòng)作用力，動(dòng)臂油位所承受的作用力為被動(dòng)作用力。當(dāng)油缸最大被動(dòng)作用力大于外裁荷的作用力時(shí)，油缸無回縮現(xiàn)象，否則因過載閥打開而溢流，使油缸發(fā)生回縮。 ． 油缸作用力的分析與確定是裝載機(jī)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一。分析裝載機(jī)的工作情況可知，為保證裝載機(jī)正常而有效地工作，油缸作用力應(yīng)能保證裝載機(jī)工作時(shí)發(fā)揮最大的鏟起力Ng，使鏟斗裝滿，同時(shí)動(dòng)臂油缸的作用力還應(yīng)保證把滿斗的物科提升到所需的卸載高度與卸載距離。所以最大鏟起力Ng是確定油隨作用力的依據(jù)。 確定了工作裝置油缸作用力和可能產(chǎn)生的被動(dòng)作用力后，便可按選定的液壓系統(tǒng)的工作壓力設(shè)計(jì)油隨所需之缸徑，并選定過載閥之壓力。

40、至于油缸行程，如前所述，它由工作裝置結(jié)構(gòu)方案決定。工作裝置的結(jié)構(gòu)方案，也影響各油缸在主動(dòng)和被動(dòng)狀態(tài)下的作用力，所以確定油缸作用力要在工作裝置的結(jié)構(gòu)方案、構(gòu)件尺寸與鉸接點(diǎn)位置選定之后進(jìn)行。 5.6 工作裝置的限位機(jī)構(gòu) 裝載機(jī)工作時(shí)，為使操縱方便，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，要求在工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對鏟斗在地面時(shí)的后傾角，一般不小于45，在最大卸裁高度時(shí)的卸載角(或前傾角)，一般不小于45。對動(dòng)臂提升與下降的高度進(jìn)行控制與限位。因此，需要有相應(yīng)的限位裝置與限位機(jī)構(gòu)。此外，當(dāng)鏟斗在某一卸載高度卸載后，要求自動(dòng)控制鏟斗卸載后的后傾角，使之放下動(dòng)臂時(shí)、鏟斗能自動(dòng)放平。因此需要有鏟斗自動(dòng)放平機(jī)構(gòu)。 一

41、、鏟斗轉(zhuǎn)角限位裝置 鏟斗轉(zhuǎn)角限位裝置通常采用簡單的擋塊結(jié)構(gòu)。如圖所示，把擋塊直接焊在鏟斗后的斗壁背面上，擋塊A用來限制鏟斗的后傾角，擋塊B用來限制鏟斗的前傾角，與之相對應(yīng)的擋塊則分別焊在工作裝置的動(dòng)臂或橫梁上。作業(yè)時(shí)，裝載機(jī)水平插入料堆，然后操縱轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗上翻，在運(yùn)輸位置的鏟斗后傾到45時(shí)，鏟斗上的擋塊A與動(dòng)臂或橫梁上相應(yīng)的擋塊相碰鏟斗即停止上翻。由于轉(zhuǎn)斗油缸控制閥尚未回到中立位置，故油泵繼續(xù)向轉(zhuǎn)斗油缸供油，造成液壓系統(tǒng)的壓力超過過載閥調(diào)出壓力，過載閥打開，避免機(jī)構(gòu)損壞。鏟斗前傾角的限位原理與上述一樣，在最大卸載高度的鏟斗前傾角達(dá)到45時(shí)，鏟斗上的擋塊B與動(dòng)臂或橫梁上相對應(yīng)的擋塊相碰，鏟

42、斗即停止前傾。 鏟斗轉(zhuǎn)角限位裝置簡圖 總 結(jié) 經(jīng)過這三個(gè)月的集中努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，至此我已經(jīng)完成了所有的設(shè)計(jì)任務(wù)。在我做設(shè)計(jì)期間，主要經(jīng)歷了實(shí)習(xí)，可行性分析，計(jì)算和繪圖等幾個(gè)階段。 由于設(shè)計(jì)的內(nèi)容是第一次接觸，所以開始著手時(shí)候不是很順利，整個(gè)設(shè)計(jì)過程中有很多反復(fù)計(jì)算，如設(shè)計(jì)裝載機(jī)工作裝置的工作部分確定各個(gè)鉸接點(diǎn)位置的過程中走了一些彎路。到目前為止對設(shè)計(jì)不是非常滿意，我所學(xué)知識有限沒能弄懂某些知識點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中，很多新的東西都是邊翻資料邊作設(shè)計(jì)，對有些知識掌握的不透，還需要在以后的工作學(xué)習(xí)過程中多

43、實(shí)踐學(xué)習(xí)。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中有粗心大意的時(shí)候，造成了一些影響，望老師諒解。 設(shè)計(jì)過程中，我得到老師的細(xì)心指導(dǎo)，使我所遇到的困難得到了即時(shí)的解決。另外，也感謝老師的督促指導(dǎo)，在此向所有的指導(dǎo)老師表示感謝！ 主要參考文獻(xiàn) 1. 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 寇尊權(quán) 主編 吉林科學(xué)技術(shù)出版社 2． 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 楊明忠 主編 3．《輪式裝載機(jī)設(shè)計(jì)》 吉林工業(yè)大學(xué)工程機(jī)械教研室編 中國建筑工業(yè)出版社 1982年12月第一版 4．《礦山裝載機(jī)設(shè)計(jì)》 東北工學(xué)院 李建成 主

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