1、ZL40装载机工作装置设计摘 要：在装载机工作设计的过程中，首先，涉及到了铲斗、动臂、连杆机构的设计，在铲斗的设计中需要考虑斗容以及形状的设计，在动臂的设计中要考虑各个铰点的相互位置关系，而连杆机构则要注意是否会发生干涉现象；然后，要对装载机的所受外载荷要一一考虑，其次，再对工作装置进行受力分析，最后，还要对装载机所受到的载荷进行强度校核，以确定其能够满足设计要求。关键词：装载机，工作装置，设计Abstract：The process of design in Loader work, first of all, related to the bucket, boom, linkage des
2、ign, the design of the bucket and the bucket capacity to consider the shape of the design, the boom of the design considerations of each hinge point of the mutual position relationship, and linkage will have to pay attention to whether the interference occurs; then to external load on the loader suf
3、fered consider to be eleven, second, and then mechanical analysis of the working device, and finally, to the load on the loader by the strength of the check, to determine its ability to meet the design requirements. Key words：Loader，Work device，Design 目录引 言- 1 -1装载机工作装置基本参数的概述- 3 -1.1装载机工作装置的结构类型和性能
4、分析- 3 -1.1.1装载机工作装置设计概述- 3 -1.1.2结构型式选择- 3 -1.2装载机工作装置的结构参数- 5 -2铲斗,动臂以及连杆机构的设计- 7 -2.1.1铲斗设计要求- 7 -2.1.2铲斗斗型的结构分析- 7 -2.1.2.1切削刃的形状- 7 -2.1.2.2铲斗的斗齿- 8 -2.1.2.3铲斗的侧刃- 8 -2.1.2.4斗体形状- 8 -2.1.3铲斗基本参数的确定- 9 -2.1.4斗容的计量- 10 -2.1.4.1几何斗容(平装斗容)- 11 -2.1.4.2额定斗容(堆装斗容)- 11 -2.2动臂设计- 13 -2.2.1动臂与铲斗、摇臂、机架的三个
5、铰接点B、E、A的确定- 13 -2.2.1.1确定坐标系- 13 -2.2.1.2画铲斗图- 13 -2.2.1.3确定动臂与铲斗的铰接点B- 13 -2.2.1.4确定动臂与机架的铰接点A- 15 -2.2.2动臂长度的确定- 15 -2.3连杆机构的设计：- 16 -2.3.1 杆机构的设计要求：- 16 -2.3.2连杆尺寸及铰点位置的确定- 16 -3装载机工作装置的强度计算，受力分析及其强度校核- 19 -3.1.1计算位置- 19 -3.1.2外载荷的确定- 19 -3.1.2.1对称水平受力工况【2】(图3.1.2a)- 20 -3.1.2.2对称垂直力的作用工况【2】(图3.
6、1.2b)- 21 -3.1.2.3对称水平力与垂直力同时作用的工况【2】(图3.1.2c)- 21 -3.1.2.4受水平偏载的作用工况【2】(图3.1.2d)：- 21 -3.1.2.5受垂直偏载的作用工况【2】(图3.1.2e)：- 22 -3.1.2.6受水平偏载与垂直偏载同时作用的工况【2】(图3.1.2f)：- 22 - 第I页 共II页 3.2工作装置的受力分析 - 23 -3.2.1计算外载荷： 第II页 共II页 - 24 -3.2.2铲斗受力分析：- 24 -3.2.3连杆受力分析：- 25 -3.2.4摇臂受力分析：- 25 -3.2.5动臂受力分析：- 25 -3.3工
7、作装置的强度校核- 27 -3.3.1动臂强度校核：- 27 -3.3.2连杆强度校核：- 29 -3.3.2.1连杆强度校核：- 29 -3.3.2.2连杆稳定性校核【8】：- 30 -3.3.3摇臂强度校核- 30 -3.3.4铰销强度校核- 32 -4装载机工作装置油缸作用力的确定- 34 -4.1转斗油缸主动力的确定- 34 -4.2动臂油缸主动力的确定- 36 -4.3转斗油缸和动臂油缸被动力的确定- 37 -5装载机工作装置限位机构- 38 -5.1铲斗前、后倾角限位装置- 38 -5.2动臂升降自动限位机构- 39 -5.3铲斗自动放平机构- 40 -结束语- 42 -参 考 文
8、 献- 43 -致 谢- 44 -附录：文献翻译引 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
9、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，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。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
10、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。毕业设计，的确是我们四年下来所学知识的大检阅。刚接受这个任务时，我简单的认为它只是涉及装载机工作装置的这个部分，并且
11、之前也搞过一些课程设计，所以觉得会很轻松，时间也会很充裕。当时间在我的身边悄悄的流逝之后，我才突然发现：涉及到的问题很多！特别是从开始涉及草图时，其具体的结构如何确定，材料如何去选，涉及的机构能否实现预定的目标，以及是否会发生干涉等，都需要下一番功夫，经过多次的反复推敲才能得出最优方案。等到具体绘制零件图时，需要考虑的问题就更多了，比如，加工工艺、公差配合、尺寸标注等，于是大量的工作就像潮水般的涌来，查手册、找样本。都要在此刻大显身手，在一段忙忙碌碌之后终于见到的成果！粗略回顾一下，一个设计弄下来，从大一到大四所学过的课程，都在这次设计当中派上了用场。由此，我深深地体会到，任何看似简单的工作，
12、都有其不就简单的内涵，如果不去钻研，再认为简单的东西也很难领悟到；当然，如果它真正融入你的知识储备中，即使是在复杂繁琐的工作，也会在我们有条不紊的过程中简单化。这也许就是我这次设计与知识之外的体会吧。1装载机工作装置基本参数的概述1.1装载机工作装置的结构类型和性能分析1.1.1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。 (a) (b)图1.1 装载机的工作装置(a)托架式；(b)无托架式1)铲斗；2)托架；3)转斗油缸；4)动臂；5)连杆；6)动臂油缸；7)摇臂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
13、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。1.1.2结构型式选择装载机工作装
14、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、Z11
15、60装载机均采用有铲斗托架的工作装置。无铲斗托架的工作装置如图11b所示。其动臂的前端和铲斗铰接，动管的后端和车架上部支座铰接，动管油缸两端分别和动管及车架底部支座铰接，转斗油缸一端和车架铰接，另一端和摇臂铰按，摇臂则铰接在动臂上，连杆一端和摇臂铰接，另一端和铲斗铰接。根据摇臂连杆数目及铰接位置的不同，可组成不同型式的连杆机构。不同型式的连杆机构，铲斗的铲起力P随铲斗转角的变化关系，倾斜时的角速度大小以及工作装置的运动特性也不同。因此，装载机工作装置结构型式的选择，既要考虑结构简单，又要考虑作业性质与铲掘方式来确定。 图1.2 常见工作装置结构形式 应当指出，正、反转连杆机构都是非平行四边形机构。因此，在动臂提升过程中，铲斗或多或少
