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畢業(yè)設(shè)計(jì) 第73頁(yè)
1 緒論
1.1 裝載機(jī)概述
1.1.1 裝載機(jī)簡(jiǎn)介
裝載機(jī)屬于鏟土運(yùn)輸機(jī)械類，是一種通過安裝在前端一個(gè)完整的鏟斗支撐結(jié)構(gòu)和連桿，隨機(jī)器向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)行裝載或挖掘，以及提升、運(yùn)輸和卸載的自行式履帶或輪胎機(jī)械。它廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口和礦山等工程建設(shè)。裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一，對(duì)于加快工程建設(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)揮著重要的作用，是現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。
1.1.2 裝載機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)
標(biāo)志裝載機(jī)的主要技術(shù)性能參數(shù)有鏟斗容量、額定載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、整機(jī)質(zhì)量、最大行駛速度、最小轉(zhuǎn)彎半徑、最大牽引力、最大掘起力、最大卸載高度、卸載距離、工作裝置動(dòng)作三項(xiàng)和等。
（1） 鏟斗容量
一般指鏟斗的額定容量，為鏟斗平裝容量與堆尖部分體積之和，用 m3 表示。
（2） 額定載重量
指在保證裝載機(jī)穩(wěn)定工作的前提下，鏟斗的最大載重量，單位為 kg 。
（3） 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率
發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率又稱發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率或總功率，是表明裝載機(jī)作業(yè)能力的一項(xiàng)重要參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)功率分為有效功率和總功率，有效功率是指在29°C 和746mmHg（1mmHg=133.322Pa）壓力情況下，在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上實(shí)有的功率（也稱飛輪功率）。國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)上所標(biāo)有的功率一般指總功率，即包括發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率和風(fēng)扇、燃油泵、潤(rùn)滑油泵、濾清器等輔助設(shè)備所消耗的功率。單位為 kw。
（4） 整機(jī)質(zhì)量（工作質(zhì)量）
指裝載機(jī)設(shè)備應(yīng)有的工作裝置和隨機(jī)工具，加足燃油，潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)都加足液體，并且?guī)в幸?guī)定形式和尺寸的空載鏟斗和司機(jī)標(biāo)定質(zhì)量（75kg±3kg）時(shí)的主機(jī)質(zhì)量。它關(guān)系到裝載機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和附著性能，單位為 kg 。
（5） 最大行駛速度
指鏟斗空載，裝載機(jī)行駛于堅(jiān)硬的地面上，前進(jìn)和后退各檔能達(dá)到最大速度，它影響裝載機(jī)的生產(chǎn)率和安排施工方案，單位為 km/h 。
（6） 最小轉(zhuǎn)彎半徑
指自輪胎中心或后輪外側(cè)或鏟斗外側(cè)所構(gòu)成的弧線至回轉(zhuǎn)中心的距離，單位為 mm 。
（7） 最大牽引力
指裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)輪緣上所產(chǎn)生的推動(dòng)車輪前進(jìn)的作用力。裝載機(jī)的附著質(zhì)量越大，則可能產(chǎn)生的最大牽引力越大，單位為 kN 。
（8） 最大掘起力
指鏟斗切削刃的底面水平并高于底部基準(zhǔn)平面20mm 時(shí)，操縱提升液壓缸或轉(zhuǎn)斗液壓缸在鏟斗切削刃最前面一點(diǎn)向后100mm處產(chǎn)生的最大向上鉛垂力， 單位為 kN 。
（9） 最大卸載高度
指動(dòng)壁處于最高位置，鏟斗傾角為45°時(shí)，從地面到斗刃最低點(diǎn)之間的垂直距離，單位為 mm 。
（10） 卸載距離
一般指在最大卸載高度時(shí)，從裝載機(jī)本體最前面一點(diǎn)（包括輪胎或車架）到斗刃之間的水平距離，單位為 mm 。
（11） 工作裝置動(dòng)作三項(xiàng)和
指鏟斗提升、下降、卸載三項(xiàng)時(shí)間的總和，單位為 s 。
1.1.3 裝載機(jī)的用途
裝載機(jī)是一種用途十分廣泛的工程機(jī)械，可以用來(lái)鏟裝、搬運(yùn)、卸載、平整散裝物料，也可以對(duì)巖石、硬土等進(jìn)行輕度的鏟掘工作。此外，還可以進(jìn)行刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。換裝相應(yīng)的工作裝置，裝載機(jī)還可以進(jìn)行推土、起重、裝卸木料或鋼管等作業(yè)。
1.1.4 裝載機(jī)的分類
裝載機(jī)一般按以下特點(diǎn)來(lái)分類：
（1） 按行走裝置不同分
按行走裝置不同可以分為輪胎式和履帶式兩種。由于國(guó)產(chǎn)履帶式裝載機(jī)多是在推土機(jī)基礎(chǔ)上形成及國(guó)內(nèi)外使用和生產(chǎn)的絕大多數(shù)是輪胎式裝載機(jī)，又因?yàn)檫@兩類裝載機(jī)除了行走裝置不同外，其他系統(tǒng)和構(gòu)造大體相似，所以本次設(shè)計(jì)也以裝載機(jī)為目標(biāo)。輪胎式裝載機(jī)簡(jiǎn)稱為裝載機(jī)，它由車架、工作裝置、動(dòng)力裝置、行走裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等組成。
（2） 按使用場(chǎng)合不同分類
按使用場(chǎng)合不同可以分為露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)（鏟運(yùn)機(jī)）。鏟運(yùn)機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)和使用的裝載機(jī)絕大多數(shù)是露天裝載機(jī)，井下用鏟運(yùn)機(jī)是根據(jù)井下巷道的工作條件，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排污和噪音，整機(jī)高度和工作裝置以及駕駛操作系統(tǒng)的布置等提出特殊要求后，在露天使用的裝載機(jī)基礎(chǔ)上變形設(shè)計(jì)而成的。
（3） 按傳動(dòng)形式不同分類
按傳動(dòng)形式不同分類可以分為：機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)四種。
① 機(jī)械傳動(dòng)
在國(guó)內(nèi)僅用于斗容量為0.5m3 以下的裝載機(jī)，它一般直接采用汽車或拖拉機(jī)的傳動(dòng)裝置，即離合器和變速器。具有成本低、傳動(dòng)效率高、可拖動(dòng)、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是操縱復(fù)雜而且費(fèi)力，離合器和變速箱壽命較低。
② 液力機(jī)械傳動(dòng)
它是裝載機(jī)的主要傳動(dòng)形式。這是因?yàn)橐毫C(jī)械傳動(dòng)取消了機(jī)械傳動(dòng)中的離合器而換用液力變矩器，取消了人力換擋變速箱而換用了動(dòng)力換擋變速箱。這樣變矩器能吸收在作業(yè)時(shí)候傳給傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊和震動(dòng)，故能平穩(wěn)的插入料堆，并可以隨外界載荷變化自動(dòng)調(diào)速，不會(huì)因超載而使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，而且可以在不停車狀態(tài)下進(jìn)行換擋，操作輕便，工作可靠性高。主要缺點(diǎn)是功率損失較大，傳動(dòng)效率較低，成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜維修不便。大中型裝載機(jī)都采用液力機(jī)械傳動(dòng)。裝載機(jī)的液力變矩器有以下四種：
l 一級(jí)三元件液力變矩器
l 雙渦輪液力變矩器
l 變量雙泵輪液力變矩器
l 雙導(dǎo)輪液力變矩器
我國(guó)液力機(jī)械傳動(dòng)裝載機(jī)的生產(chǎn)已經(jīng)形成一個(gè)系列，定型生產(chǎn)斗容量為0.5~3.5m3 的裝載機(jī)，其額定載重量為1~7t 。即ZL10型、ZL15型、ZL20型、ZL25型、ZL30型、ZL40型、ZL45型、ZL50型、ZL0型、ZL160型等10余種機(jī)型，20余個(gè)變型產(chǎn)品。
③ 液壓傳動(dòng)
用柴油機(jī)帶動(dòng)液壓泵產(chǎn)生高壓油，并通過控制系統(tǒng)和油管帶動(dòng)液壓馬達(dá)使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。這種傳動(dòng)方式省去了一系列的傳動(dòng)零件，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)，使整機(jī)質(zhì)量減輕，并可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，使傳動(dòng)更加平穩(wěn)，但它的啟動(dòng)性差，性能良好的液壓元件昂貴，壽命也較低，故在裝載機(jī)中的使用受到限制，目前只用在小型裝載機(jī)上。但隨著液壓技術(shù)的發(fā)展液壓元件質(zhì)量不斷提高和成本不斷降低，液壓傳動(dòng)將會(huì)越來(lái)越多的在中小型裝載機(jī)上使用。
④ 電傳動(dòng)
由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)裝在車輪上的直流電動(dòng)機(jī)，然后通過輪邊減速帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣也省去了一系列傳動(dòng)零件，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。這種傳動(dòng)檢查方便，維修簡(jiǎn)單，工作可靠。缺點(diǎn)是電機(jī)設(shè)備質(zhì)量較大，費(fèi)用高，目前只在大型裝載機(jī)上使用這種傳動(dòng)方式。
此外，國(guó)內(nèi)還有采用變矩離合器傳動(dòng)的形式。這種傳動(dòng)方式目前僅在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的DC10型裝載機(jī)上采用，它的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是由變矩器、干式離合器和手動(dòng)滑移齒變速器所組成。
（4） 按裝載方式不同分類
按裝載方式不同可以分為前卸式、后卸式、側(cè)卸式和回轉(zhuǎn)式。裝載機(jī)基本上都是前卸式。
（5） 按轉(zhuǎn)向方式不同分類
按轉(zhuǎn)向方式不同可以分為整體式和鉸接式。前者利用偏轉(zhuǎn)后輪或前輪轉(zhuǎn)向，或者同時(shí)偏轉(zhuǎn)前后輪，后者采用鉸接車架，利用前后車架之間的相對(duì)偏轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。國(guó)產(chǎn)ZL系列裝載機(jī)大多數(shù)采用鉸接式結(jié)構(gòu)。
圖1-1為現(xiàn)場(chǎng)中的裝載機(jī)。
圖1-1 ZL50 B型裝載機(jī)
1.2 裝載機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展
在經(jīng)歷了50~60年的發(fā)展后，到20世紀(jì)90年代中末期國(guó)外裝載機(jī)技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)高的水平?；谝簤杭夹g(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的各種智能系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于裝載機(jī)的設(shè)計(jì)、計(jì)算操作控制、檢測(cè)監(jiān)控、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和維修服務(wù)等各個(gè)方面，使國(guó)外裝載機(jī)在原來(lái)的基礎(chǔ)之上更加“精致”，其自動(dòng)化程度也得以提高，從而進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率，改善了司機(jī)的作業(yè)環(huán)境，提高了作業(yè)舒適性，降低了噪音、振動(dòng)和排污量，保護(hù)了自然環(huán)境，最大程度的簡(jiǎn)化維修、降低作業(yè)成本，使其性能、安全性、可靠性、使用壽命和操作性能都達(dá)到了很高的水平。
1.2.1 國(guó)外裝載機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
（1） 產(chǎn)品形成系列，更新速度加快并朝大型化和小型化發(fā)展
產(chǎn)品的系列化、成套化、多品種化成為主流。為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，各廠商加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，如以卡特彼勒為代表的美國(guó)，以小松公司為代表的日本和裝載機(jī)生產(chǎn)第三大集團(tuán)西歐各廠家都加快推出多功能，全面兼顧動(dòng)力性、機(jī)動(dòng)性與靈活性的新產(chǎn)品，以滿足不同用途用戶的需求。此外，裝載機(jī)的大小規(guī)格向兩頭延伸，以適應(yīng)大型露天煤礦或金屬礦和狹窄施工場(chǎng)所，如倉(cāng)庫(kù)、貨棧、農(nóng)舍、地下等場(chǎng)所的裝載作業(yè)。這些產(chǎn)品如美國(guó)克拉克公司生產(chǎn)的675型，功率達(dá)1000 kW ， 而日本東洋遠(yuǎn)般株式會(huì)社生產(chǎn)的310型，斗容量?jī)H為0.11m3 ，功率為9.8kW。此外，裝載機(jī)還向高卸位、遠(yuǎn)距離方向發(fā)展。如JCB公司開發(fā)了收縮臂式裝載機(jī)，小松公司開發(fā)了能擴(kuò)大作業(yè)范圍帶伸縮機(jī)構(gòu)的裝載機(jī)。
（2） 采用新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)，產(chǎn)品性能日趨完善
近年開發(fā)的產(chǎn)品普遍采用了高性能發(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)換擋變速器、大流量負(fù)荷傳感液壓系統(tǒng)、前后防滑差速器、多片濕式盤式制動(dòng)器、行走顛簸減振先進(jìn)技術(shù)，并綜合液壓、微電子和信息技術(shù)制造，并應(yīng)用了很多智能系統(tǒng)。工作裝置連桿機(jī)構(gòu)推陳出新，各種自動(dòng)功能更趨于成熟、完善。
1） 發(fā)動(dòng)機(jī)
為了解決高作業(yè)效率與低燃料消耗的矛盾，近年來(lái)開始采用發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)也稱自動(dòng)控制系統(tǒng)、電腦控制系統(tǒng)等，是電子計(jì)算機(jī)在工程機(jī)械中的應(yīng)用之一。它能及時(shí)的根據(jù)裝載機(jī)的工作負(fù)荷要求去調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，使裝載機(jī)更有效的利用發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和動(dòng)力。減少了動(dòng)力損失，節(jié)約燃料，減少排氣量和噪音，同時(shí)可使發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期在額定點(diǎn)工作，增加發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。
如卡特彼勒公司994D型裝載機(jī)采用的新一代Cat3516柴油發(fā)動(dòng)機(jī)就安裝了有HEUI（電液控制的燃油噴射）裝置以及ADED（先進(jìn)的柴油機(jī)管理）系統(tǒng)，可根據(jù)外載荷的大小有效地控制發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速，從而降低燃油消耗和尾氣的排放，減少噪聲。馬拉松·勒?qǐng)D爾勒公司的L系列大型裝載機(jī)則采用電腦控制的柴油機(jī)-電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，4個(gè)驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)又充當(dāng)制動(dòng)器，其輸出功率可以反饋到交流電機(jī)和柴油機(jī)，使轉(zhuǎn)速提高，從而提高工作效率，使?fàn)恳矢哌_(dá)77%（普通裝載機(jī)為60%左右），此電腦控制系統(tǒng)能監(jiān)控裝載機(jī)的整個(gè)作業(yè)過程，在最大車速范圍內(nèi)使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率最大化。
2） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
以卡特彼勒公司為代表的裝載機(jī)采用液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其G系列裝載機(jī)采用電子自動(dòng)換擋控制，可以自動(dòng)選擇檔位傳動(dòng)比，使換擋在變速箱最佳效率點(diǎn)進(jìn)行。換擋離合器則采用電子壓力控制，行駛和換擋過程平穩(wěn)，提高了生產(chǎn)率，延長(zhǎng)了元件的使用壽命。
小松公司W(wǎng)A系列中的小功率裝載機(jī)采用液壓機(jī)械傳動(dòng)和新型集中結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)橋。它將主傳動(dòng)、制動(dòng)器和行星終傳動(dòng)都集中在橋的中部，橋殼斷面變化連續(xù)、平緩、內(nèi)應(yīng)力分布合理，從根本上防止因傳動(dòng)結(jié)構(gòu)橋殼在輪邊支撐軸段應(yīng)力集中發(fā)生斷裂。輪端采用浮動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，安裝簡(jiǎn)便，有自動(dòng)補(bǔ)償功能，密封性好。
小松公司的全動(dòng)力換擋變速器帶有自動(dòng)換擋開關(guān)，提高鏟掘和裝載作業(yè)過程中的牽引力，可以保證全功率進(jìn)行裝載作業(yè)。新型的可調(diào)離合器系統(tǒng)，能精確的控制行駛速度，驅(qū)動(dòng)功率可以在20%~100%之間選擇。
凱斯C系列裝載機(jī)配有新型臂力換擋變速器、防滑差速器、多片濕式盤式制動(dòng)器以及電子停車制動(dòng)器。
迪爾H系列小功率裝載機(jī)為靜壓傳動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)全程范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)變速。中型以上的裝載機(jī)采用由計(jì)算機(jī)控制動(dòng)力換擋的單級(jí)單相液力機(jī)械傳動(dòng)，在任何情況下可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)換擋?？焖贀Q擋按鈕可以使司機(jī)在1~4擋或2~4擋之間自動(dòng)切換，變速和換擋由一根操縱桿集中控制。HST漸移式踏板可在保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓系統(tǒng)流量的同時(shí)無(wú)限降低行駛速度。行車制動(dòng)器為液壓驅(qū)動(dòng)自由調(diào)節(jié)雙盤式制動(dòng)器。
馬拉松·勒?qǐng)D爾勒公司的裝載機(jī)采用柴油機(jī)-發(fā)電機(jī)-電動(dòng)輪傳動(dòng)，比液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。在整個(gè)作業(yè)過程中柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，減少燃油消耗，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。無(wú)變速箱、傳動(dòng)軸等許多部件，提高了傳動(dòng)效率，操作維修方便，低費(fèi)用。獨(dú)立電動(dòng)牽引馬達(dá)為固態(tài)控制，反應(yīng)迅速，減少車輪打滑和輪胎過度磨損。設(shè)置了電動(dòng)緩行器不用工作制動(dòng)停機(jī)，裝料對(duì)位準(zhǔn)確。整機(jī)重心低，行駛穩(wěn)定性好，可靠性高。
3） 液壓系統(tǒng)
為了滿足鏟掘能力和快速卸載兩方面的要求，裝載機(jī)工作裝置多采用多級(jí)液壓系統(tǒng)。例如小松公司的WA450型裝載機(jī)設(shè)有一只轉(zhuǎn)換泵，切入料堆裝載時(shí)切斷閥自動(dòng)使該泵卸載，通向工作裝置的流量減少，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率更多的通過變矩器傳給車輪，增加牽引力。該動(dòng)臂舉升時(shí)候，轉(zhuǎn)換閥接入，以提高舉升速度。
卡特彼勒公司的G系列裝載機(jī)采用高效大流量工作液壓系統(tǒng)，負(fù)荷傳感轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，使所需要的轉(zhuǎn)向功率減少了8%，提高了作業(yè)效率和燃油經(jīng)濟(jì)性。大缸徑轉(zhuǎn)向液壓缸使轉(zhuǎn)向更靈活。此外，公司可根據(jù)個(gè)人喜好，在命令控制轉(zhuǎn)向及電子-液壓工作裝置控制以及傳動(dòng)轉(zhuǎn)向控制及先導(dǎo)式液壓工作裝置控制兩種方式中進(jìn)行選擇。
小松公司的WA系列采用雙回路大流量液壓系統(tǒng)，增大挖掘力并降低工作循環(huán)時(shí)間，提高燃油效率。液壓驅(qū)動(dòng)濕式多片制動(dòng)器，可以避免氣制動(dòng)時(shí)由于水和冷凝引起的凍結(jié)和銹蝕，提高系統(tǒng)靈敏度。變輸出液壓系統(tǒng)可以最大限度的利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，提高生產(chǎn)率。
4） 工作裝置
20世紀(jì)90年代中末期以來(lái)，裝載機(jī)的工作裝置已經(jīng)不再采用單一的Z形連桿機(jī)構(gòu)，卡特彼勒公司在繼IT綜合多用機(jī)上開發(fā)出八桿平行舉升連桿機(jī)構(gòu)之后，又在其992G、924G等裝載機(jī)上采用了單鑄鋼動(dòng)臂的所謂Versa連桿機(jī)構(gòu)，可承受極大的扭矩載荷，具有卓越的可靠性耐用性及和平行舉升機(jī)構(gòu)類似的作業(yè)性能。工作裝置能以水平位置提升或降下放在托板上的物料，可以配用多種作業(yè)裝置，最大限度的減少司機(jī)由地面到最大高度對(duì)鏟斗傾角的調(diào)整，前面視野更加開闊。沃爾沃公司在L500-L220D等D系列裝載機(jī)上推出了該公司的專利產(chǎn)品 扭矩平行連桿機(jī)構(gòu)（TP），在鏟斗的整個(gè)舉升循環(huán)中可以提高更大的傾翻力矩以及舉升能力，這保證裝載機(jī)不僅在配用鏟斗時(shí)，而且在配用叉、吊等其他工作裝置時(shí)都具有良好的作業(yè)能力。德國(guó)O&K公司為其小型裝載機(jī)設(shè)計(jì)有Lear連桿；Schaff公司于2000年3月在Intermat 展覽會(huì)上推出了具有可折疊式新型連桿機(jī)構(gòu)的高卸位式SKL873型裝載機(jī)等，進(jìn)一步增加了裝載機(jī)工作裝置的種類，提高了其作業(yè)的多用性和適應(yīng)性。
圖1-2為現(xiàn)場(chǎng)裝載機(jī)的工作裝置。
圖1-2 工作裝置
5） 智能系統(tǒng)
當(dāng)前，裝載機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要特點(diǎn)是不斷研制出集液壓、微電子及信息技術(shù)于一體的智能系統(tǒng)，并廣泛運(yùn)用于裝載機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，目前廣泛運(yùn)用的有如下一些系統(tǒng)：
行駛平穩(wěn)性控制系統(tǒng)： 在動(dòng)臂舉升液壓缸液壓回路中增加一個(gè)蓄能器，以衰減工作裝置在機(jī)器行駛過程中產(chǎn)生的振動(dòng)，減少裝載機(jī)的顛簸。
附著力控制系統(tǒng)： 在每個(gè)車輛上安裝一個(gè)速度傳感器，自動(dòng)將所需要的制動(dòng)力施加到車輛上，并將扭矩傳給與之緊密相連的車輪上，便于裝載機(jī)直線行駛和轉(zhuǎn)向。
動(dòng)力電子控制/管理系統(tǒng)： 根據(jù)傳動(dòng)裝置和液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，以滿足不同作業(yè)情況的需要，提高燃料的經(jīng)濟(jì)性。
發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)： 當(dāng)裝載機(jī)處于非作業(yè)工況時(shí)，自動(dòng)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少燃料消耗及發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。
關(guān)鍵信息顯示/管理系統(tǒng)： 采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，在辦公室的控制中心實(shí)時(shí)監(jiān)控裝載機(jī)的作業(yè)狀態(tài)，據(jù)此向駕駛員提供基于文字提示的精確的故障診斷信息。
轉(zhuǎn)向變速集成控制系統(tǒng)： 取消傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤和變速桿，將轉(zhuǎn)向與變速操縱裝置集成在一個(gè)操縱手柄上，并采用簡(jiǎn)單的觸發(fā)式方向控制開關(guān)和選擋用的分裝式加速按鈕。利用肘節(jié)的自然動(dòng)作左右扳動(dòng)操縱桿，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；利用大拇指選擇按鈕，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)與后退、加速與減速行駛。
銷軸潤(rùn)滑系統(tǒng)： 能為工作裝置上的所有銷軸提供為期200h的潤(rùn)滑服務(wù)，并使銷軸作業(yè)易于完成。
舒適驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)： 其目的是提高駕駛員的舒適性，幫助長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行作業(yè)的駕駛員減輕勞動(dòng)，保持作業(yè)效率。
負(fù)載感應(yīng)變速系統(tǒng)： 根據(jù)負(fù)載狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)車速及發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪扭矩，實(shí)現(xiàn)高速、小扭矩或低速、大扭矩的動(dòng)力輸出。
計(jì)算機(jī)故障診斷系統(tǒng)： 通過控制面板上的指示燈、聽覺與視覺相結(jié)合的報(bào)警信號(hào)，提醒駕駛員可能潛在的故障隱患。駕駛員只管全神貫注的工作而無(wú)需不斷查看儀表讀數(shù)。
負(fù)載自動(dòng)穩(wěn)定器： 采用一對(duì)鋼模氮?dú)庑钅芷?，安裝在前車架中，與工作裝置液壓系統(tǒng)相連通。當(dāng)作業(yè)或低速行駛時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)斷開，當(dāng)車速超過4.8km/h時(shí)，由電子速度開關(guān)控制的電磁閥自動(dòng)開啟，蓄能器吸收工作裝置液壓系統(tǒng)的振動(dòng)與沖擊載荷，提高了操作的穩(wěn)定性、安全性和舒適性。
燃油/空氣比例控制系統(tǒng)： 提高燃料的利用率，確保發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣符合環(huán)境控制法的要求。
計(jì)算機(jī)監(jiān)控/管理系統(tǒng)： 連續(xù)監(jiān)控/管理裝載機(jī)數(shù)十項(xiàng)性能指標(biāo)參數(shù)，在遇到突發(fā)或緊急情況時(shí)，很容易通過液晶儀表顯示、聽覺與視覺相結(jié)合的報(bào)警信號(hào)，提醒駕駛員注意。
裝載量稱量系統(tǒng)： 自動(dòng)稱量并顯示鏟斗的凈裝載量，從而使司機(jī)心中有數(shù)，防止過載或欠載，減少無(wú)效跑車次數(shù)，節(jié)省作業(yè)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。并可以對(duì)質(zhì)量累計(jì)計(jì)算，顯示儀表以彩色數(shù)碼顯示，清楚明了，校準(zhǔn)簡(jiǎn)便，測(cè)量誤差為±3%以內(nèi)。
面板控制系統(tǒng)： 采用聲、光、電及數(shù)字顯示的控制面板，實(shí)現(xiàn)裝載儀器與儀表的報(bào)警與監(jiān)控。
液壓泵電子管理系統(tǒng)： 自動(dòng)控制液壓泵的運(yùn)行狀態(tài)。
自動(dòng)運(yùn)輸控制系統(tǒng)： 降低機(jī)器在凹凸不平的路面上的振動(dòng)，提高駕駛舒適性和作業(yè)效率。JCB公司456BZX型上（18t）安裝此系統(tǒng)，最高車速達(dá)38km/h。
先進(jìn)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)： 采用代替?zhèn)鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤和控制手柄，此系統(tǒng)在WA1200型上已安裝。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)管理系統(tǒng)： 裝備有用于燃油噴射控制及維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)最佳性能的電子控制模塊，其亦可與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)提醒司機(jī)注意。Cat3516B型發(fā)動(dòng)機(jī)裝有此模塊。
視距內(nèi)遙控作業(yè)： 可在危險(xiǎn)地帶如急陡的邊坡處實(shí)現(xiàn)安裝作業(yè)。如美國(guó)Sierrita礦的Cat992C型裝載機(jī)設(shè)了Black Box Automation 公司開發(fā)的視距內(nèi)無(wú)線電遠(yuǎn)距離遙控系統(tǒng)。
6） 駕駛室
近幾年來(lái)國(guó)外裝載機(jī)的設(shè)計(jì)和制造進(jìn)一步體現(xiàn)了以人為本的理念，要為司機(jī)提供一個(gè)更加舒適的環(huán)境，以達(dá)到他們稱之為全自動(dòng)化型的境地。大中型裝載機(jī)駕駛室普遍采用翻車保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)（ROPS）和落物保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)（FOPS），室內(nèi)安裝空調(diào)裝置，采用防塵、減震和隔離材料。按人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的司機(jī)座椅可以全方位調(diào)節(jié)，以及功能集成的操縱手柄，全自動(dòng)換擋裝置及電子監(jiān)控與故障自診斷等各種智能系統(tǒng)，司機(jī)臺(tái)上安裝AM/FM立體聲盒式磁帶收錄機(jī)，有的還裝有網(wǎng)絡(luò)電話等，這些都極大的改善了司機(jī)工作環(huán)境，提高了工作效率與作業(yè)舒適性。
如卡特彼勒公司裝載機(jī)的即使是設(shè)有微機(jī)監(jiān)控裝置和可調(diào)懸掛式座椅，先導(dǎo)液壓閥操縱鏟斗控制手柄及流量放大轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，使操作輕便、靈活，采用防翻車保護(hù)裝置和落物保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)符合ISO標(biāo)準(zhǔn)要求。
小松公司的WA系列駕駛室采用硅橡膠黏性阻尼安裝，以吸收振動(dòng)和噪聲。室內(nèi)布置簡(jiǎn)潔，可適應(yīng)不同體型的司機(jī)。還設(shè)有電控加熱器、除霜器和空調(diào)，側(cè)窗和后窗提供了無(wú)障礙的全景視野，部分機(jī)型駕駛室后窗還設(shè)有電提升裝置。電控行駛控制系統(tǒng)（ECSS），能將縱向和垂直方向的低頻振動(dòng)降低40%~50%，減小司機(jī)疲勞程度。
（3） 發(fā)展多種工作裝置，不斷滿足市場(chǎng)需求
所有廠家的產(chǎn)品都強(qiáng)調(diào)一機(jī)多用，配用快換裝置及多種附件，可以換裝幾種到幾十種甚至上百種不同的作業(yè)裝置，如VME集團(tuán)生產(chǎn)的VolvoBM裝載機(jī)可更換多達(dá)100余種的工作裝置，如各種用途的鏟斗、裝卸叉、吊具、清掃裝置、集草叉、除雪鏟、路面銑刨器具、壓實(shí)器具、破碎器具、地表鉆等，以便進(jìn)行裝載、鏟平、搬運(yùn)、挖掘、清理等作業(yè)。各種工作裝置的更換非常簡(jiǎn)便，司機(jī)在駕駛室內(nèi)只需1~2min就可以輕而易舉的完成。
（4） 易于維修、保養(yǎng)，注重環(huán)保
所以產(chǎn)品都充分考慮到可維護(hù)、維修性，各關(guān)鍵零部件和維護(hù)點(diǎn)都預(yù)留了足夠的通路，保養(yǎng)點(diǎn)集中并可以在地面上進(jìn)行，普遍采用了自動(dòng)集中潤(rùn)滑。大量機(jī)罩都采用可展開結(jié)構(gòu)，可整體翻轉(zhuǎn)，有些機(jī)型的駕駛室還可以整體傾翻。許多產(chǎn)品發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇采用液壓驅(qū)動(dòng)。大部分產(chǎn)品設(shè)有微機(jī)操作信息中心供維修查詢。各個(gè)廠家也都十分注意產(chǎn)品的環(huán)保，主要從降噪降污和節(jié)約能源入手。普遍采用了降噪、將污染、滿足現(xiàn)有排放法的清潔型發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)對(duì)機(jī)器主要噪聲源都采取了各種防護(hù)措施。
1.2.2 國(guó)外裝載機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
綜合上述現(xiàn)狀和未來(lái)市場(chǎng)需求，國(guó)外裝載機(jī)在其未來(lái)的技術(shù)發(fā)展中將廣泛應(yīng)用微電子技術(shù)與信息技術(shù)，完善計(jì)算機(jī)輔助駕駛系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)及故障診斷系統(tǒng)；采用單一吸聲材料、噪聲抑制方法等消除或降低機(jī)器噪聲；通過不斷改進(jìn)電噴裝置，進(jìn)一步降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放量；研制無(wú)污染、經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保型的動(dòng)力裝置；提高液壓元件、傳感元件和控制元件的可靠性與靈敏性，提高整機(jī)的機(jī)-電-信一體化水平；在控制系統(tǒng)方面，將廣泛采用電子監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)換擋變速裝置；普遍安裝GPS定位與質(zhì)量自動(dòng)稱量裝置；開發(fā)“機(jī)器人式”裝載機(jī)等。
（1） 系列化，特大型化
系列化是工程機(jī)械發(fā)展的重要趨勢(shì)。國(guó)外著名大公司逐步實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品系列化進(jìn)程，形成了從微型到特大型不同規(guī)格的產(chǎn)品。與此同時(shí)，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。
（2） 多用途，微型化
為了全方位的滿足不同用戶的需求，國(guó)外裝載機(jī)在朝著系列化、特大型化方向發(fā)展的同時(shí)，已進(jìn)入多用途、微型化發(fā)展階段。推動(dòng)這一發(fā)展的因素首先源于液壓技術(shù)的發(fā)展，通過對(duì)液壓系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，使得工作裝置能夠完成多種作業(yè)功能；其次，快速可更換連接裝置的誕生，安裝在工作裝置上的液壓快速可更換連接器，能在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)完成各種附屬裝置的快速裝卸及液壓軟管的自動(dòng)連接，使得更換附屬作業(yè)裝置的工作在司機(jī)室通過操縱手柄即可快速完成。一方面，工作機(jī)械通用性的提高，可使用戶在不斷增加投資的前提下充分發(fā)揮設(shè)備本身的效能，完成更多的工作；另一方面，為了盡可能地用機(jī)器作業(yè)代替人力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，適應(yīng)城市狹窄施工場(chǎng)所以及特殊作業(yè)環(huán)境的使用要求，小型及微型裝載機(jī)有了用武之地，并得到了較快的發(fā)展。為占領(lǐng)這一市場(chǎng)，各生產(chǎn)廠商都推出了多用途、小型和微型裝載機(jī)。
（3） 進(jìn)一步普及應(yīng)用液壓技術(shù)，廣泛應(yīng)用微電子、信息技術(shù)
液壓技術(shù)將得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，并繼續(xù)朝著高速、高壓、大流量、大功率、動(dòng)靜態(tài)性好、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低和壽命長(zhǎng)等更高水平發(fā)展。液壓技術(shù)將進(jìn)一步與微電子、信息技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)-電-信一體化，最大限度的提高功能利用率，提高裝載機(jī)的技術(shù)性能和科技含量。
（4） 不斷創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
目前，裝載機(jī)的工作裝置已不再采用單一的Z形連桿機(jī)構(gòu)，許多公司不斷設(shè)計(jì)出新穎獨(dú)特的連桿機(jī)構(gòu)工作裝置，這將進(jìn)一步增加裝載機(jī)工作裝置的種類。
（5） 更加重視安全性、舒適性和可靠性
裝載機(jī)的安全性、舒適性和可靠性技術(shù)將得到更廣泛的重視。翻滾保護(hù)和落物保護(hù)結(jié)構(gòu)駕駛室、消聲、減震、防油污以及全球定位系統(tǒng)（GPS），閉路監(jiān)視系統(tǒng)，超聲波后障礙探測(cè)系統(tǒng)，微機(jī)監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，不解體檢測(cè)和簡(jiǎn)化維修等各種新技術(shù)與裝置將得到進(jìn)一步的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用。
（6） 向節(jié)能與環(huán)保方向發(fā)展
一些節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)和新方法，如代用燃料、節(jié)能裝置、降噪裝置將得到更深入的試驗(yàn)研究并推廣應(yīng)用，進(jìn)一步降低能耗，提高作業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
1.2.3 國(guó)內(nèi)裝載機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)起步較晚，其制造技術(shù)是陸續(xù)從美國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)家引進(jìn)的。目前，我國(guó)裝載機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)水平只相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)80年代的生產(chǎn)制造水平。雖然目前國(guó)內(nèi)裝載機(jī)的生產(chǎn)廠家群雄并立，并且有增無(wú)減，但國(guó)內(nèi)的企業(yè)自主開發(fā)創(chuàng)新能力較弱，產(chǎn)品更新?lián)Q代以適應(yīng)市場(chǎng)需求的能力差，不能及時(shí)適應(yīng)市場(chǎng)的需求。在生產(chǎn)制造上，工藝裝備水平和生產(chǎn)能力低，造成關(guān)鍵零部件技術(shù)不過關(guān)，整機(jī)的可靠性，故障率，使用壽命，機(jī)、電、液一體化水平，外觀質(zhì)量，操縱靈活性和舒適性方面與先進(jìn)國(guó)家產(chǎn)品相比差距較大。目前，我國(guó)裝載機(jī)的發(fā)展有如下一些特點(diǎn)：
（1） 缺乏高科技含量，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，檔次低
我國(guó)生產(chǎn)的裝載機(jī)的技術(shù)水平普遍較低，高科技附加值少，產(chǎn)品檔次低，屬于中等偏下水平。產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)大故障的部位主要集中在傳動(dòng)系統(tǒng)，小毛病主要出現(xiàn)在液壓系統(tǒng)。
（2） 設(shè)備的靈活性、舒適性較差
靈活性是反映裝載機(jī)工作效率的一個(gè)重要指標(biāo)。由于設(shè)計(jì)或制造等原因，各個(gè)部件不能自如運(yùn)作，工作起來(lái)笨拙不堪，現(xiàn)場(chǎng)講是出工不出力、出力不出活?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，其環(huán)境千差萬(wàn)別，特別是洞室、狹窄惡劣地段工作更需要靈活性，在這方面國(guó)外的大噸位設(shè)備也遠(yuǎn)比國(guó)內(nèi)小噸位設(shè)備靈活的多。
設(shè)備的舒適性是指駕駛員在操作設(shè)備作業(yè)時(shí)所感受到的舒適程度，也包括環(huán)保方面的排放標(biāo)準(zhǔn)和噪聲大小等。國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品駕駛室的噪聲控制、密封問題都沒有得到很好的解決。一些廠家試圖在駕駛室里安裝收錄機(jī)等音響系統(tǒng)，其實(shí)在沒解決設(shè)備噪聲之前，這些都是徒勞的；同理，在沒有解決駕駛室密封問題之前，一切空調(diào)等通風(fēng)換氣裝置都是沒有任何意義的。
（3） 用途單一，產(chǎn)品規(guī)格中間大兩頭小
我國(guó)生產(chǎn)的裝載機(jī)所配有的附屬作業(yè)裝置有限，造成裝載機(jī)使用功能少、用途單一。盡管已能產(chǎn)生出0.4~10t 的裝載機(jī)產(chǎn)品，但產(chǎn)量主要集中在1~5t 范圍內(nèi)，無(wú)力生產(chǎn)微型級(jí)、大型級(jí)產(chǎn)品，造成了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中間大、兩頭小的格局。
1.2.4 國(guó)內(nèi)裝載機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
盡管國(guó)內(nèi)裝載機(jī)的技術(shù)發(fā)展水平與西方發(fā)達(dá)國(guó)家存在著很大的差距，但也應(yīng)該考慮到歷史和國(guó)情的原因。目前國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)也正在從低水平、低質(zhì)量、低價(jià)位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價(jià)位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過渡，各個(gè)主要廠家也不斷進(jìn)行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)雷同，無(wú)自己特色和優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)狀，正在從低水平的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的怪圈中脫穎出來(lái)，成為裝載機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者。其發(fā)展體現(xiàn)出以下一些趨勢(shì)：
⑴ 大型和小型裝載機(jī)，在近幾年的發(fā)展過程中，受到客觀條件及市場(chǎng)總需求量的限制，競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的中型裝載機(jī)更新速度將越來(lái)越快。
⑵ 各生產(chǎn)廠家根據(jù)實(shí)際情況，重新進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，優(yōu)化各項(xiàng)性能指標(biāo)，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度，以使整機(jī)可靠性得到提高。
⑶ 優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)性能。如動(dòng)力系統(tǒng)的減震系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性能指標(biāo)優(yōu)化及各鉸接點(diǎn)的防塵、工業(yè)造型設(shè)計(jì)，逐步引進(jìn)最新的傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)技術(shù)，予以國(guó)產(chǎn)化、商業(yè)化，降低能耗，提高性能。
⑷ 利用電子技術(shù)及負(fù)荷傳感技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速箱的自動(dòng)換擋及液壓變量系統(tǒng)的應(yīng)用，提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機(jī)作業(yè)成本。
⑸ 提高安全性、舒適性。駕駛室逐步具備FOPS和ROPS功能，通過國(guó)際安全要求的認(rèn)證，達(dá)到國(guó)際市場(chǎng)的基本要求，獲得進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的許可證。駕駛室內(nèi)環(huán)境將向汽車方向靠攏，轉(zhuǎn)向盤、座椅、各操縱手柄都能調(diào)節(jié)，使操作者處于最佳位置工作。
⑹ 降低噪聲和排放，強(qiáng)化環(huán)保指標(biāo)。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，許多大城市已制定機(jī)動(dòng)車的噪聲和排放標(biāo)準(zhǔn)，工程建設(shè)機(jī)械若不符合排放標(biāo)準(zhǔn)，將要限制在此地區(qū)銷售。
⑺ 廣泛利用新材料、新工藝、新技術(shù)，特別是機(jī)、電、液一體化技術(shù)，提高產(chǎn)品的壽命和可靠性。
⑻ 最大限度的簡(jiǎn)化維修，盡量減少保養(yǎng)次數(shù)和維修時(shí)間，增大維修空間，普遍采用電子監(jiān)視及監(jiān)控技術(shù)，進(jìn)一步改善故障診斷系統(tǒng)，提供排除問題的方法。
1.3 本章小結(jié)
通過以上對(duì)裝載機(jī)整體的的敘述， 能明顯的認(rèn)識(shí)到其工作裝置在整個(gè)裝載機(jī)中占據(jù)著重要的作用，其各個(gè)系統(tǒng)的目的在于使工作裝置能夠得到最優(yōu)化的工作狀態(tài)，提高裝載機(jī)在工程中的應(yīng)用效率，因此，本次設(shè)計(jì)在于設(shè)計(jì)出使用范圍廣，通用性強(qiáng)的一種裝載機(jī)的工作裝置。
2 裝載機(jī)工作裝置總體設(shè)計(jì)
2.1 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置
裝載機(jī)工作裝置是完成裝卸作業(yè)并帶液壓缸的空間多桿機(jī)構(gòu)。工作裝置是組成裝載機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)水平的高低直接影響工作裝置性能的好壞，進(jìn)而影響整機(jī)的工作效率與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。
裝載機(jī)工作裝置分為有鏟斗托架和無(wú)鏟斗托架兩種基本結(jié)構(gòu)形式，如下圖2-1、2-2所示。它由運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立的兩部分組成 連桿機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)，主要由鏟斗、動(dòng)臂、連桿、上下?lián)u臂、轉(zhuǎn)斗油缸、動(dòng)臂舉升油缸、托架、液壓系統(tǒng)等組成。
圖2-1 有鏟斗托架式
圖2-2 無(wú)鏟斗托架式
1—鏟斗 2—?jiǎng)颖? 3—連桿 4—下?lián)u臂 5—上搖臂 6—轉(zhuǎn)斗缸 7—?jiǎng)颖叟e升油缸 8—前車架 9—鏟斗托架
帶鏟斗托架的工作裝置，其動(dòng)臂及連桿的下鉸接點(diǎn)與鏟斗托架鉸接，上鉸接點(diǎn)與前車架支座鉸接；轉(zhuǎn)斗油缸鉸接在托架上部，活塞桿及托架下部與鏟斗鉸接。由托架、動(dòng)臂、連桿及前車架構(gòu)成一個(gè)平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)斗缸閉鎖時(shí)，動(dòng)臂在舉升過程中，鏟斗始終保持平動(dòng)。無(wú)鏟斗托架的工作裝置，其動(dòng)臂下鉸接點(diǎn)與鏟斗鉸接，上鉸接點(diǎn)與前車架支座鉸接；轉(zhuǎn)斗缸一端與前車架鉸接，另一端與上搖臂鉸接；連桿一端與搖臂鉸接，另一端與鏟斗鉸接；搖臂鉸接在動(dòng)臂上。
動(dòng)臂舉升缸一般采用立式（又稱豎式）或臥式（又稱橫式）布置形式，常見有兩種連接方式：一種是油缸頂端與前車架鉸接（圖2-3）；另一種是油缸中部通過銷軸與前車架鉸接（圖2-4）。鏟斗是裝載物料的容器，通常具有兩個(gè)鉸接點(diǎn)，一個(gè)與動(dòng)臂下鉸接點(diǎn)鉸接，另一個(gè)與連桿鉸接。操縱轉(zhuǎn)斗缸實(shí)現(xiàn)鏟斗的裝載或卸料；操縱舉升油缸實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂和鏟斗升降運(yùn)動(dòng)。
圖2-3 立式布置形式 圖2-4 臥式布置形式
2.2 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)
由裝載機(jī)工作裝置的自由度分析可知，工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)均為封閉運(yùn)動(dòng)鏈的單自由度的平面低副運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其桿件數(shù)目應(yīng)為4、6、8、10、……等。對(duì)裝載機(jī)工作裝置而言，盡管桿件數(shù)目越多越能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但同時(shí)鉸接點(diǎn)的數(shù)目也隨之增加，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越難在動(dòng)臂上進(jìn)行布置。因此，實(shí)際上裝載機(jī)工作裝置的連桿機(jī)構(gòu)多為八桿以下機(jī)構(gòu)。這樣，按組成工作裝置連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)不同，裝載機(jī)工作裝置可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿機(jī)構(gòu)；按輸入與輸出桿轉(zhuǎn)向不同，又可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相同；反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是指輸入與輸出桿的轉(zhuǎn)向相反。綜合國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)工作裝置可知，其連桿機(jī)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)主要有下列幾種。
1、 正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)斗缸大腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗鏟取，所以鏟取力較大；各構(gòu)件設(shè)計(jì)合理時(shí)，鏟斗能獲得較好的舉升平動(dòng)性能；連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比較大，鏟斗能獲得較大的卸載角和卸載速度，因此卸載干凈，速度快；因傳動(dòng)比大，還可以適當(dāng)減小連桿機(jī)構(gòu)的尺寸，因而可以改善司機(jī)的視野。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鏟斗自動(dòng)放平性較差。
組成一個(gè)自由度的平面八桿機(jī)構(gòu)共有16種基本結(jié)構(gòu)形式。由于連桿機(jī)構(gòu)要布置在動(dòng)臂上，所以有可能作為裝載機(jī)工作裝置的僅有兩種方案：其一，是由2個(gè)四鉸構(gòu)件和6個(gè)兩鉸構(gòu)件組成（圖2-5a）；其二，是由1個(gè)四鉸構(gòu)件、2個(gè)三鉸構(gòu)件和5個(gè)兩鉸構(gòu)件組成（圖2-5b~f）。可見，八桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式很多，需進(jìn)行選擇使用。目前，裝載機(jī)工作裝置八桿機(jī)構(gòu)有以下兩種結(jié)構(gòu)形式：
1） 由圖2-5b組成的工作裝置如圖2-6a、b所示。
2） 由圖2-5e組成的工作裝置如圖2-6c所示。
圖2-5 八桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方案
圖2-6 八桿機(jī)構(gòu)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式
2、 六桿機(jī)構(gòu) 六桿機(jī)構(gòu)工作裝置是目前裝載機(jī)上使用最為普及的一種結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于單自由度的六桿機(jī)構(gòu)，只能有兩個(gè)三鉸構(gòu)件和4個(gè)兩鉸構(gòu)件組成，其傳遞方案如圖2-7所示。其中，圖b 所示方案目前在裝載機(jī)上尚未采用；圖a 所示方案形成的工作裝置，是以三鉸構(gòu)件1為動(dòng)臂、構(gòu)件2為鏟斗、構(gòu)件4為搖臂、構(gòu)件6為機(jī)架。
圖2-7 六桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方案
根據(jù)轉(zhuǎn)斗油缸布置位置的不同，可以作為裝載機(jī)工作裝置的六桿機(jī)構(gòu)，常見的有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：
1） 轉(zhuǎn)斗缸前置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-8a） 以圖2-7的構(gòu)件3為轉(zhuǎn)斗缸，其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗缸直接與搖臂相連接，易于設(shè)計(jì)成兩個(gè)平行的四連桿機(jī)構(gòu)，鏟斗平移性較好；同八桿機(jī)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，司機(jī)視野較好。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔進(jìn)油，鏟掘力相對(duì)較小；連桿機(jī)構(gòu)傳力比小，使得轉(zhuǎn)斗缸活塞行程較大，轉(zhuǎn)斗缸加長(zhǎng)，卸載程度不如八桿機(jī)構(gòu)；由于轉(zhuǎn)斗缸前置，使得工作裝置的整體重心外移，增大了工作裝置的前懸量，影響整機(jī)的穩(wěn)定性和行駛時(shí)的平穩(wěn)性；鏟斗不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放平。
圖2-8 六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式
2） 轉(zhuǎn)斗缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-8b） 以圖2-7a 的構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗缸，并布置在動(dòng)臂的上方。與轉(zhuǎn)斗缸前置式相比，機(jī)構(gòu)前懸較小，傳動(dòng)比較大，活塞行程較短；有可能將動(dòng)臂、轉(zhuǎn)斗缸、搖臂和連桿機(jī)構(gòu)的中心線設(shè)計(jì)在同一平面內(nèi)，從而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，改善了動(dòng)臂和鉸銷的受力狀態(tài)。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)斗缸與車架的鉸接點(diǎn)位置較高，影響了司機(jī)的視野，其他同前置式。
3） 轉(zhuǎn)斗缸后置式正轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-8c） 仍以構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗缸，但將其布置在動(dòng)臂下方。在鏟掘收斗作業(yè)時(shí)，以油缸大腔工作，故能產(chǎn)生較大的掘起力。但組成工作裝置的各構(gòu)件不易布置在同一平面內(nèi)，構(gòu)件受力狀態(tài)較差。
4） 轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-8d） 以圖2-7a 的構(gòu)件5為轉(zhuǎn)斗缸，將其布置在動(dòng)臂上面，轉(zhuǎn)斗缸小腔作用時(shí)進(jìn)行鏟掘。這種機(jī)構(gòu)又稱為“Z”形連桿機(jī)構(gòu)（Z-bar Linkage）。該機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是，鏟斗插入時(shí)轉(zhuǎn)斗缸大腔進(jìn)油，并且連桿機(jī)構(gòu)的傳力比可以設(shè)計(jì)成較大值，故可獲得較大的掘起力；二是，合理設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸，不僅可以得到良好的鏟斗平移性能，而且可以實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)放平；三是，結(jié)構(gòu)十分緊湊，前懸小，司機(jī)視野好。缺點(diǎn)是搖臂和連桿布置在鏟斗和前橋之間的狹窄部位，各構(gòu)件間易于發(fā)生干涉。
5） 轉(zhuǎn)斗缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)（圖2-8e） 以圖2-7a 的構(gòu)件3為轉(zhuǎn)斗缸，布置在靠近鏟斗處，鏟掘時(shí)靠小腔作用?，F(xiàn)在這種機(jī)構(gòu)很少用。
3、正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)（圖2-9a） 該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)成鏟斗舉升平動(dòng)；前懸較小。缺點(diǎn)是鏟掘轉(zhuǎn)斗時(shí)油缸小腔作用，輸出力較?。贿B桿機(jī)構(gòu)的傳力比難以設(shè)計(jì)成較大值，所以鏟掘力相對(duì)較??；轉(zhuǎn)斗缸行程較大，油缸結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)；鏟斗卸載時(shí)，活塞桿易與鏟斗底部相碰，減小了卸載角；機(jī)構(gòu)不易實(shí)現(xiàn)鏟斗自動(dòng)放平。
4、 正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu)（圖2-9b） 該機(jī)構(gòu)是在正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在活塞桿和鏟斗之間增加一根短連桿演變而成的，從而克服了正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)卸載時(shí)活塞桿易與斗底相碰的不足。當(dāng)鏟斗端平時(shí)，短連桿與活塞桿靠油缸拉力和鏟斗重力拉成一直線，合為一桿；而當(dāng)鏟斗卸料時(shí)，短連桿能相對(duì)活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而避免了活塞桿與斗底相碰。
5、 動(dòng)臂可伸縮式三桿機(jī)構(gòu)（圖2-9c） 該機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)臂借助油缸可以進(jìn)行伸縮。其鏟斗插入工況是依靠動(dòng)臂伸出來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而解決了靠機(jī)器行走時(shí)插入造成輪胎嚴(yán)重磨損的問題；卸載時(shí)可伸出動(dòng)臂，以獲得較大的卸載高度和卸載距離；運(yùn)輸工況時(shí)，可縮回動(dòng)臂，減小前懸，提高車架行駛時(shí)的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)鏟斗放平和鏟斗自動(dòng)放平，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
圖2-9 工作裝置結(jié)構(gòu)形式
a）正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu) b）正轉(zhuǎn)五桿機(jī)構(gòu) c）動(dòng)臂可伸縮式三桿機(jī)構(gòu)
2.3 工作裝置自由度的計(jì)算
由于組成裝載機(jī)工作裝置的各構(gòu)件是通過銷軸連接的，各個(gè)銷軸互相平行；加上，其結(jié)構(gòu)又是縱向?qū)ΨQ。因此，在進(jìn)行裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)，可將其簡(jiǎn)化為帶液壓缸的平面低副多桿機(jī)構(gòu)，不計(jì)各桿件的自重，并假設(shè)各鉸接點(diǎn)的摩擦力為零。
圖2-10所示，為典型的反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)和正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)工作裝置的桿系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖中，UG為動(dòng)臂位置角；即動(dòng)臂上、下鉸接點(diǎn)的連線與垂直線的夾角，以繞動(dòng)臂上鉸接點(diǎn)逆時(shí)針方向?yàn)檎?，反之為?fù)；U為鏟斗位置角，即鏟斗斗底與水平線正向的夾角為正，反之為負(fù)。
圖2-10 工作裝置平面桿系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
a）反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu) b）正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)
對(duì)于反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的工作裝置（圖2-10a），它由舉升機(jī)構(gòu)GHI、油缸四連桿機(jī)構(gòu)DEFG和鏟斗四連桿機(jī)構(gòu)ABCD等組成。其中，活動(dòng)桿件數(shù)n=8，低副數(shù)11，高副數(shù)0。這樣，由平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式可得，反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)工作裝置的自由度
2
當(dāng)轉(zhuǎn)斗缸閉鎖時(shí)，動(dòng)臂在舉升缸的作用下舉升或下降鏟斗，此時(shí)該工作裝置的自由度為1，舉升缸為原動(dòng)件；當(dāng)舉升缸閉鎖，動(dòng)臂處于某一特定作業(yè)位置不動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)斗缸的作用下，通過一平面六桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)該工作裝置的自由度也是為1，轉(zhuǎn)斗缸為原動(dòng)件。
對(duì)于正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)的工作裝置（圖2-10b），它由舉升機(jī)構(gòu)IMN、油缸四連桿機(jī)構(gòu)IFHJ、鏟斗四連桿機(jī)構(gòu)ABCD和中間四連桿機(jī)構(gòu)DEGF等組成。同樣可得，正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)工作裝置的自由度F=2。
2.4 工作裝置總體設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)任務(wù)書和設(shè)計(jì)要求，對(duì)于本次ZL50裝載機(jī)的設(shè)計(jì)采取以下方案：
在鏟斗部分，采用無(wú)鏟斗托架式結(jié)構(gòu)；油缸的布置形式為立式布置形式。同時(shí)考慮到實(shí)際工作中的運(yùn)用情況，它的連桿機(jī)構(gòu)采用的是反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。
主要參數(shù)：
鏟斗容量： 3.0 m3
額定載重量： 5 t
發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率： 154 kw
整機(jī)質(zhì)量： 16.3 t
以上是為總體的參數(shù)，鏟斗的取值主要通過到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和老師傅的經(jīng)驗(yàn)得到；在連桿系統(tǒng)各個(gè)鉸接點(diǎn)的確定時(shí)，采用的是圖解法，確定其坐標(biāo)的位置；液壓系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸主要是通過行程和鉸接點(diǎn)的確定從液壓件中選取的；然而在本次的設(shè)計(jì)中，主要采用CATIA 軟件進(jìn)行的設(shè)計(jì)，具體的設(shè)計(jì)如第三章所述。
3 ZL50 裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)
3.1 工作裝置的設(shè)計(jì)要求
3.1.1 工作裝置工作性能
工作裝置的結(jié)構(gòu)和性能直接影響工程機(jī)械整機(jī)的工作尺寸和性能參數(shù)，工作裝置的合理性直接影響整機(jī)的工作效率、生產(chǎn)負(fù)荷、動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)特性、不同工況下的作業(yè)效果、工作循環(huán)的時(shí)間、外形尺寸和發(fā)動(dòng)機(jī)功率等。不同類型工程機(jī)械的工作裝置的組成是不同的。
裝載機(jī)的工作過程包括：插入工況、鏟裝工況、重載運(yùn)輸工況、舉升工況、卸載工況、空載運(yùn)輸工況。裝載機(jī)的工作裝置主要由鏟斗、動(dòng)臂、連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸組成。裝載機(jī)工作裝置主要由鏟斗和支持鏟斗進(jìn)行裝載作業(yè)的連桿系統(tǒng)組成，依靠這套裝置裝載機(jī)可以對(duì)汽車、火車進(jìn)行散料裝載作業(yè)，也可以對(duì)散料進(jìn)行短距離運(yùn)輸作業(yè)，還可以進(jìn)行平地修路等作業(yè)。把鏟斗更換成專門的裝置，還可以進(jìn)行其他的裝載作業(yè)。
3.1.2 對(duì)工作裝置的要求
工作裝置在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下要求
（1） 角度要求：滿足工作循環(huán)中對(duì)鏟斗各個(gè)工作位置的角度要求，達(dá)到所要求的卸載高度與卸載距離。
（2） 運(yùn)動(dòng)要求：在工作循環(huán)中速度與加速度變化合理，油缸活塞行程為最佳，工作裝置運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)干涉、無(wú)死點(diǎn)、無(wú)自鎖，動(dòng)臂從最低位置到最大卸載高度的舉升過程中，保證鏟斗中的物料無(wú)撒落，在卸載后，動(dòng)臂下放至鏟掘位置，鏟斗能自動(dòng)放平。
（3） 結(jié)構(gòu)要求：結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單緊湊，承載元件數(shù)量（包括油缸）盡量少，前懸小。
（4） 動(dòng)力性要求：連桿機(jī)構(gòu)具有較高的力傳遞效率，以保證工作裝置產(chǎn)生較大的插入力、掘起力和舉升力。
3.2 鏟斗設(shè)計(jì)
鏟斗是工作裝置的重要部件，裝載機(jī)工作時(shí)用它直接鏟掘、裝載、運(yùn)輸和傾卸物料。鏟斗直接與物料接觸，是裝、運(yùn)、卸的工具，工作時(shí)，它被推壓插入料堆鏟取物料，工作條件惡劣，要承受很大的沖擊力和劇烈的磨損，因此鏟斗設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)裝載機(jī)的作業(yè)能力有較大的影響。為了保證鏟斗的設(shè)計(jì)質(zhì)量，首先應(yīng)當(dāng)合理的確定鏟斗的結(jié)構(gòu)及幾何尺寸，以降低鏟斗插入物料的阻力。其次要保證鏟斗有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性，使之具有合理的使用壽命。
3.2.1 鏟斗的結(jié)構(gòu)形式
鏟斗的形狀和尺寸參數(shù)對(duì)插入阻力、鏟取阻力、轉(zhuǎn)斗阻力和生產(chǎn)率都有著很大的影響。同一個(gè)鏟斗有兩種容積標(biāo)志：一是物料裝平時(shí)的容積，稱為平裝斗容；二是物料裝滿堆高后的容積，稱為堆裝斗容。機(jī)器銘牌上標(biāo)稱的斗容通常為堆裝的容積。鏟斗由斗底、側(cè)壁、斗刃及后壁等部分組成。鏟斗的斗刃還分為帶齒和不帶齒的兩種。鏟斗的斷面形狀一般為“U”形，用鋼板焊接而成。
（1）斗體形狀
從整個(gè)斗體形狀看來(lái)，鏟斗基本可以分成“淺底”和“深底”兩種類型。在斗容量相同的情況下，前者開口尺寸較大，斗底深度較小，即斗前壁較短，而后者正好相反。
淺底鏟斗插入料堆的深度較小，相應(yīng)的插入阻力也較小，容易裝滿，但運(yùn)輸行駛時(shí)容易撒落物料；由于前懸增大，影響車輛行駛平穩(wěn)性。而深底鏟斗則恰恰相反。相比之下，定點(diǎn)裝載使用淺底鏟斗，而運(yùn)輸距離較大則采用深底鏟斗較為合適。
斗體常用低碳、耐磨、高強(qiáng)度鋼板焊接制成。
（2）切削刃的形狀
根據(jù)裝載物料不同，切削刃有直線型和非直線型。前者形式簡(jiǎn)單，有利于鏟平地面，但鏟裝阻力較大。后者又有V形和弧形等，由于這種刃中間突出，鏟斗插入料堆時(shí)可使插入力集中作用在斗刃的中間部分，所以插入阻力較小，容易插入料堆，并有利于減少偏載插入，但鏟斗裝滿系數(shù)要比前者小。
礦用裝載機(jī)工作條件惡劣，任務(wù)繁重，插入和掘起阻力都很大，偏載工況對(duì)工作機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度影響嚴(yán)重，所以多選用非直線形切削刃，并以V形切削刃為佳。斗刃材質(zhì)是即耐磨又耐沖擊的中錳合金鋼材料，側(cè)切削刃和加強(qiáng)角板都用高強(qiáng)度耐磨鋼材料制成。
（3）斗齒
鏟斗斗刃上可以有斗齒，也可以沒有斗齒。若斗刃上裝有斗齒時(shí)，斗齒將先于切削刃插入料堆，由于它比壓大，所以比不帶齒的切削刃易于插入料堆，插入阻力能減小20%左右，特別是對(duì)料堆比較密實(shí)、大塊較多的情況，效果尤為顯著，因此礦用裝載機(jī)一般都是帶斗齒。
斗齒結(jié)構(gòu)分為整體式和分體式兩種，一般斗齒是用高錳鋼制成的整體式，用螺栓固定在鏟斗斗刃上，中小型裝載機(jī)多采用這種形式。為便于斗齒磨損后更換和節(jié)約斗齒金屬，也有使用雙段斗齒的，如圖3-1所示。
圖3-1 雙段斗齒
1—齒尖； 2—齒坐； 3—鋼銷
這種斗齒的齒尖與齒坐的配合面為錐面，兩者配合情況良好。裝配時(shí)，先置入有彈性的金屬橡皮，然后再?gòu)纳线吇驈南逻呁叫武N孔中打入鋼銷3即可。由于拆卸方便，齒尖一邊磨損后可以翻轉(zhuǎn)再使用，從而延長(zhǎng)使用壽命。大型裝載機(jī)由于作業(yè)條件差、斗齒磨損嚴(yán)重，故常采用這種分體式斗齒。
斗齒的形狀和間距對(duì)切削阻力是有影響的。一般中型裝載機(jī)鏟斗的斗齒間距為250~300mm左右，太大時(shí)由于切削刃將直接參與插入工作，使阻力增大，太小時(shí)，齒間易于卡住石塊，也將增大工作阻力。長(zhǎng)而窄的齒要比段而寬的齒插入阻力小，但太窄又容易損壞，所以齒寬以每厘米長(zhǎng)載荷不大于500~600kg為宜。
（4）鏟斗側(cè)刃
因?yàn)閭?cè)刃參與插入工作，為減小插入阻力，側(cè)壁前刃應(yīng)與斗前壁成銳角，弧線或折線側(cè)刃鏟斗的插入阻力比直線形側(cè)刃要小，但具有弧線或折線形側(cè)刃鏟斗的側(cè)壁較淺，物料易于從兩側(cè)撒落，影響鏟斗的裝滿。為了不使斗容減小太多，一般可將連接前后斗壁的側(cè)壁刃口設(shè)計(jì)成弧形。
（5）斗底
斗前壁與斗后壁用圓弧銜接，構(gòu)成弧形斗底。為了使物料在斗中有很好的流動(dòng)性，斗底圓弧半徑不宜太小，前后壁夾角不應(yīng)小于物料與鋼板的摩擦角的2倍，以免卡住大塊物料。若取物料與鋼板的摩擦因數(shù)f =0.4，則摩擦角φ≈22°，所以張開角必須大于44°。
綜上所述，針對(duì)我的鏟斗設(shè)計(jì)性質(zhì)如下：
斗體材料：低碳、耐磨、高強(qiáng)度鋼板
斗刃形狀：直線形斗刃
斗刃材料：耐磨又耐沖擊的中錳合金鋼材料
3.2.2 鏟斗的分類
鏟斗按照卸載方式一般可以分為整體前卸式、側(cè)卸式、推卸式和底卸式等數(shù)種。
（1） 整體前卸式鏟斗
整體前卸式鏟斗的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，有效裝載容積大，但需要有較大的卸載角才能將物料卸凈。通常情況下，絕大多數(shù)前端式這裝載機(jī)都是用這種鏟斗。
（2） 側(cè)卸式鏟斗
這種鏟斗沒有側(cè)板，插入阻力小，裝載效率高，特別是在裝載機(jī)用于填溝或在狹窄場(chǎng)地往側(cè)旁的運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行裝載作業(yè)時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)就更加顯著了。
（3） 推卸式鏟斗
它可以彌補(bǔ)整體前卸式鏟斗卸載高度不足，在裝載機(jī)其他尺寸參數(shù)相同的情況下，能夠顯著提高卸載高度和增加卸載距離；特別適用于卸出小顆粒粘性物料。與整體前卸式鏟斗相比，推卸式鏟斗的結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些，且需要用動(dòng)力推卸，但具有以上的一些優(yōu)點(diǎn)，在地下作業(yè)時(shí)多被采用。
（4） 底卸式鏟斗
底卸式鏟斗是用動(dòng)力打開斗底卸載的，同推卸式鏟斗一樣可以提高卸載高度，但結(jié)構(gòu)也是比較復(fù)雜。
以為考慮到成本和產(chǎn)品的實(shí)用性，以及在工作中遇到的情況，本次的設(shè)計(jì)所采用的是整體前卸式的鏟斗卸載方式。
3.2.3 鏟斗斷面形狀和基本參數(shù)確定
（1）鏟斗的斷面形狀
鏟斗的斷面形狀由鏟斗圓弧半徑r、底壁長(zhǎng)l、后壁高h(yuǎn)和張開角γ四個(gè)參數(shù)確定，如圖3-2所示。
圖3-2 鏟斗斷面基本參數(shù)圖
圓弧半徑r越大，物料進(jìn)入鏟斗的流動(dòng)性越好，有利于較少物料裝入斗內(nèi)的阻力，卸料快而干凈。但r過大，斗的開口大，不易裝滿，且鏟斗外形較高，影響駕駛員觀察鏟斗斗刃的工作情況。
后壁高h(yuǎn)是指鏟斗上緣至圓弧與后壁切點(diǎn)間的距離。
底壁長(zhǎng)l是指斗底壁的直線段長(zhǎng)度。l長(zhǎng)則鏟斗鏟入料堆深度大，斗容易裝滿，但掘起力將由于力臂的增加而減小。由試驗(yàn)得知，插入阻力隨鏟入料堆的深度而急劇增加。l長(zhǎng)同樣會(huì)減小卸載高度，短則掘起力大，且由于卸料時(shí)鏟斗刃口降落的高度小，還可以減小動(dòng)臂舉升高度，縮短作業(yè)時(shí)間，但會(huì)減小斗容。對(duì)裝載輕質(zhì)物料為主的鏟斗，l可選擇大些，對(duì)于裝載巖石的鏟斗，應(yīng)取小些。
鏟斗張開角γ 為鏟斗后壁與底壁之間的夾角，一般取45°到52°之間。適當(dāng)減小張開角并使斗底壁對(duì)地面有一定斜度，可減小插入料堆時(shí)的阻力，提高鏟斗的裝滿程度。
鏟斗的寬度應(yīng)大于裝載機(jī)兩個(gè)前輪外側(cè)間的寬度，每側(cè)要寬出50~100mm。如鏟斗寬度小于兩輪外側(cè)間的寬度，則鏟斗鏟取物料后所行成的料堆階梯會(huì)損傷到輪胎側(cè)壁，并增加行駛時(shí)輪胎的阻力。
通過以上的介紹，結(jié)合從現(xiàn)場(chǎng)采集來(lái)的大概參數(shù)，本次設(shè)計(jì)的具體參數(shù)初定如下：
鏟斗圓弧半徑r： 350mm
底壁長(zhǎng)l： 700mm
后壁高h(yuǎn)： 400mm
張開角γ： 48°
（2）鏟斗基本參數(shù)的確定
在定下了以上的斷面參數(shù)后，從現(xiàn)場(chǎng)的參考數(shù)據(jù)得到，本設(shè)計(jì)鏟斗的總寬度B為2900mm，并且鏟斗壁厚為30mm。
設(shè)計(jì)時(shí)，把鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R （即鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)至切削刃間的距離），如圖3-3所示，作為基本參數(shù)，鏟斗的其他參數(shù)作為R的函數(shù)。它的大小不僅直接影響鏟斗底壁的長(zhǎng)度，而且還直接影響轉(zhuǎn)斗時(shí)掘起力及斗容的大小，所以它是一個(gè)與整機(jī)總體有關(guān)的參數(shù)。鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R可按照式（3-1）計(jì)算。
圖3-3 鏟斗尺寸參考
（m） （3-1）
式中 鏟斗平裝斗容，2.5m3
鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，2.840m
鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù)，=1.40~1.53
后壁長(zhǎng)度系數(shù)，=1.1~1.2
擋板高度系數(shù)，=0.12~0.14
圓弧半徑系數(shù)，
張開角，為45°~52°
擋板與后壁間的夾角（無(wú)擋板取0）
圖3-3中各參數(shù)含義如下：
鏟斗圓弧