ZL15型輪式裝載機工作裝置設(shè)計含5張CAD圖

ZL15型輪式裝載機工作裝置設(shè)計含5張CAD圖,zl15,輪式,裝載,機工,裝置,設(shè)計,cad I 前 言 裝載機是一種廣泛應(yīng)用于建筑、礦山、鐵道、公路、水電等國民經(jīng)濟各個部門的 工程機械，裝載機具有工作速度快、鏟運效率高、靈活性好、操作輕便等優(yōu)點,主要用 來裝卸成堆散料，也能進行輕度的鏟掘工作,在國內(nèi)外產(chǎn)量與品種的發(fā)展都較快，是工 程機械中的一個主要機種。然而，裝載機工作環(huán)境惡劣、工作條件多變進而影響到裝 載機的各項指標如強度、剛度、動力學特性，容易造成零部件破壞，甚至發(fā)生零件疲 勞斷裂現(xiàn)象，對裝載機工作裝置的使用壽命存在嚴重影響，尤其為裝載機油缸的疲勞 可靠性壽命存在嚴重影響，因此計算裝載機工作裝置尤其油缸的使用壽命成為當今裝 載機設(shè)計的重中之重。 裝載機根據(jù)不同的使用要求有不同的結(jié)構(gòu)類型。通常，按使用場合的不同，分成 露天用裝載機和井下用裝載機；接行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，分成輪式裝載機與履帶式裝載 機；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。本設(shè)計主要針 對露天工程用的輪式裝載機的工作裝置來進行設(shè)計。 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，裝載機工作裝置的設(shè)計，在調(diào)查研究基礎(chǔ)上，進行整車布 置、確定整機的主要性能參數(shù)，各部件的方案選擇設(shè)計與應(yīng)力強度計算，技術(shù)設(shè)計和 工藝設(shè)計等階段。裝載機的設(shè)計從能否滿足使用要求，好用、好造、好修，具備高的 作業(yè)生產(chǎn)率和較低的使用成本來衡量。所以在設(shè)計工作中，應(yīng)當使裝載機具有完善的 技術(shù)經(jīng)濟性能與指標以及先進的部件結(jié)構(gòu)方案。 II ZL15 型裝載機工作裝置設(shè)計 摘 要 裝載機是一種常見的土石方工程機械設(shè)備，廣泛應(yīng)用于采礦、土方、林業(yè)、采石、 物流、水泥、市政、垃圾填埋、農(nóng)業(yè)、港口、能源行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、城市建設(shè)等工程 建設(shè)，主要作用是將各種物料從一個地點轉(zhuǎn)運至另一地點。因為裝載機適應(yīng)工況的靈 活性，已經(jīng)成為各個工程建設(shè)現(xiàn)場的主要土石方施工機種之一。 我所設(shè)計的 ZL15 裝載機既保留了傳統(tǒng)裝載機的優(yōu)點，又具有新的性能和優(yōu)點。本 次設(shè)計主要進行工作裝置的設(shè)計。裝載機采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過工作裝置的運 動實現(xiàn)的。本裝載機的工作裝置由鏟斗，動臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗 以鏟裝物料；動臂和動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。動臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動采用液壓操作。 本設(shè)計先對裝載機的發(fā)展概況進行概述，然后根據(jù) ZL15 裝載機的主要技術(shù)性能和 參數(shù)要求，確定方案，進行了工作裝置的運動分析，對鏟斗、動臂、連桿機構(gòu)進行設(shè) 計。 關(guān)鍵詞：裝載機；鏟斗；動臂；搖臂；連桿機構(gòu)。 III Design of Working Device of ZL15 Loader Abstract The loader is a common earth and rock construction machinery and equipment, which is widely used in construction projects such as mining, earthwork, forestry, quarrying, logistics, cement, municipal engineering, landfill, agriculture, ports, energy industry, steel industry, and urban construction. The main role is to transport various materials from one location to another. Because the loader adapts to the flexibility of working conditions, it has become one of the major earth and stone construction machines of various engineering construction sites. The ZL15 loader I designed not only retains the advantages of traditional loaders, but also has new performance and advantages. This design mainly includes the design of work devices. The operation of the loader to extract and unload the cargo is achieved by the movement of the working device. The working device of the loader consists of a bucket, a boom, a rocker arm, a connecting rod and a hydraulic system. The shovel bucket loads material; the role of the boom and boom cylinders is to lift the bucket and connect it to the frame; the bucket cylinders rotate the bucket through the rocker arms. The lift of the boom and the rotation of the bucket are hydraulically operated. This design first outlines the development of the loader, and then according to the ZL15 loader main technical performance and parameter requirements, determine the program, carried out the movement analysis of the working device, the design of the bucket, boom, connecting rod mechanism. Keywords：loader；bucket ；boom； rocker； linkage mechanism IV 目 錄 前 言 .....................................................................................................................................................................I 摘 要 ......................................................................................................................................................................II ABSTRACT ..........................................................................................................................................................III 1 緒論 .....................................................................................................................................................................1 1.1 輪式裝載機簡介 .........................................................................................................................................1 1.2 輪式裝載機的作用和結(jié)構(gòu) .......................................................................................................................1 2 裝載機的發(fā)展狀況 ............................................................................................................................................3 2.1 輪式裝載機在工程機械上的應(yīng)用 .............................................................................................................3 2.2 裝載機在地下開采中的應(yīng)用 .....................................................................................................................4 2.3 我國裝載機的發(fā)展前景 .............................................................................................................................4 3 輪式裝載機阻力參數(shù)的確定 ............................................................................................................................6 3.1 裝載機鏟掘時的作業(yè)阻力 .........................................................................................................................6 3.1.1 插入阻力 ........................................................................................................................................6 3.1.2 鏟起阻力 ........................................................................................................................................7 3.1.3 轉(zhuǎn)斗阻力矩 ....................................................................................................................................7 4 轉(zhuǎn)載機的總體布置方案的確定 ........................................................................................................................9 4.1 裝載機的總體布置原則 .............................................................................................................................9 4.1.1 總體布置的內(nèi)容 ............................................................................................................................9 4.1.2 總體布置的原則 ............................................................................................................................9 4.1.3 總體布置的基準選擇 ....................................................................................................................9 4.1.4 設(shè)計中應(yīng)考慮的整機性能 ............................................................................................................9 4.2 裝載機各部件的布置方案的確定 ...........................................................................................................10 4.2.1 發(fā)動機和傳動系的布置 ..............................................................................................................10 4.2.2 工作裝置布置 ..............................................................................................................................10 4.2.3 轉(zhuǎn)向系的布置及分類 ..................................................................................................................11 4.2.4 駕駛室的布置 ..............................................................................................................................12 V 4.3 裝載機的總體構(gòu)造和分類 ........................................................................................................................12 4.3.1 裝載機的總體構(gòu)造： ..................................................................................................................12 4.3.2 裝載機的分類： ..........................................................................................................................13 4.3.3 裝載機的作業(yè)方式： ..................................................................................................................13 5 裝載機工作裝置的設(shè)計 ..................................................................................................................................15 5.1 裝載機的工作裝置概述 ...........................................................................................................................15 5.1.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析 ......................................................................................................................15 5.1.2 結(jié)構(gòu)形式的選擇 ..........................................................................................................................16 5.2 鏟斗設(shè)計 ...................................................................................................................................................16 5.2.1 鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇 ..................................................................................................................16 5.2.2 鏟斗容積 ......................................................................................................................................18 5.3 工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計 .......................................................................................................20 5.3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 ......................................................................................................................21 5.3.2 裝載工作對工作機構(gòu)設(shè)計的要求 ..............................................................................................21 5.3.3 機構(gòu)分析 ......................................................................................................................................22 5.3.4 動臂形狀的選擇 ..........................................................................................................................26 5.4 工作裝置強度計算 ...................................................................................................................................27 5.4.1 計算位置 ......................................................................................................................................27 5.4.2 外載荷的確定 ..............................................................................................................................27 5.4.3 工作裝置受力分析 ......................................................................................................................28 5.4.4 動臂強度校核 ..............................................................................................................................32 5.5 裝載機工作裝置中油缸作用力的確定 ...................................................................................................35 5.6 置的限位機構(gòu) ...........................................................................................................................................36 5.6.1 鏟斗轉(zhuǎn)角限位裝置 ......................................................................................................................36 結(jié) 論 .....................................................................................................................................................................37 參考文獻 .................................................................................................................................................................38 致 謝 .....................................................................................................................................................................40 1 1 緒論 1.1 輪式裝載機簡介 裝載機是眾多工程機械中一項重要的技術(shù)設(shè)備，它是一種隨著機器向前向后運動 進而來進行裝載和挖掘的履帶式或輪胎式機械，它是利用安裝在機械前端擁有完整的 由帶有支撐結(jié)構(gòu)的鏟斗和連桿組成，是鏟土運輸機械類中的一種，并且具有提升、運 輸和卸載等功能。因此裝載機被廣泛應(yīng)用于公路、鐵路以及港口、建筑和礦山等相關(guān) 工程建設(shè)中。裝載機具有施工速度快，操作輕便、效率較高、機動性較好等一系列優(yōu) 點，它對提高工程建設(shè)進度，降低勞動強度，提升工程質(zhì)量，降低工程支出都發(fā)揮著 及其重要的作用。是不可或缺的現(xiàn)代機械化工程裝備之一。 1.2 輪式裝載機的作用和結(jié)構(gòu) 裝載機除了可以用來鏟裝、卸載、搬運、平整散裝物料以外，還可以對硬土、巖 石等進行鏟掘工作。也可以在作業(yè)時用來牽引其他機械裝置或者是用來刮平面。如果 是換裝相對應(yīng)的同類工作裝置，裝載機除以上功能外還可以進行推土、起重，裝卸木 料等作業(yè)。 圖 1-1 裝載機部分可換工作裝置 輪式裝載機由車架、工作裝置、行走裝置、動力裝置、傳動裝置、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和制動系統(tǒng)等組成。其結(jié)構(gòu)示意如圖 1-2 所示： 2 圖 1-2 輪式裝載機結(jié)構(gòu) 3 2 裝載機的發(fā)展狀況 2.1 輪式裝載機在工程機械上的應(yīng)用 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。是因為地下開采的條件復 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大于 露天礦的緣故。 保護自然環(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，或當露天升采的深度很大而使地表遭受大面積的 破壞時，就必須采用地下開采?？梢灶A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)裝運作業(yè)運至下步工序的作業(yè)地點。裝載作業(yè)是礦山整個生 產(chǎn)過程小既繁重又費時的作業(yè)。所以努力提高裝載機械的作業(yè)能力，對實現(xiàn)礦山生產(chǎn) 的高效率低消耗想著重要的作用。 ZL 系列輪式裝載機是一種結(jié)構(gòu)先進，性能可靠，機動性強，操縱方便的高效率的 工程機械。廣泛應(yīng)用于礦山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，電站以及其他 工業(yè)部門，進行裝載，推土，鏟挖，起重，牽引等多種作業(yè)。十分有利于加快工程建 設(shè)速度減輕勞動強度提高工程質(zhì)量降低工程成本，因此近幾年來無論在國內(nèi)還是國外 裝載機品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機械的主導產(chǎn)品之一。 為了適應(yīng)裝載機多功能作業(yè)的要求，輪式裝載機已經(jīng)向一機功能方向發(fā)展。這主 要靠主機控制適合多種作業(yè)的組合工作裝置完成。80 年代國外裝載機和液壓挖掘機除 了不斷完善裝，挖功能外，正在向一機多能方向發(fā)展。多家公司競相生產(chǎn)各式各樣的 輔助機構(gòu)。這種機型使用范圍很廣，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， 亦稱挖掘裝載機，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算法，工作量十分繁重，精度 較低。當分析工礦較多時問題更為突出。本次設(shè)計為克服手工畫圖的誤差前面所進行 的工作裝置 CAD 設(shè)計是通過看資料、實物，通過初步分析、計算而確定的方案。其次 要考慮各個工作液壓缸作用力的均衡性，整機的穩(wěn)定性，整機與地面的附著性、滿足 4 結(jié)構(gòu)和布置的可能性，以綜合比較初選方案，從而確定機構(gòu)參數(shù)（一般來說，從計算 機輔助分析中發(fā)現(xiàn)不合理的現(xiàn)象可究其原因，采取改進措施，是設(shè)計合理化。對已經(jīng) 擬訂的各種方案可通過計算機輔助分析作進一步的取舍和修改，以便確定較合理的方 案） 。同時，通過性能分析能夠很清楚的了解到這個裝載機裝置在各個位置或各種工況 時的里和其它參數(shù)，有利于更有效地使用挖掘裝載機和使這種裝載機工作效率得到最 大限度的發(fā)揮。 2.2 裝載機在地下開采中的應(yīng)用 地下礦的開采，包括開拓、采準、回采三個步驟。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，并建成完整的運輸、通風、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、機修站、火藥庫等，還有石門、 階段運輸巷道、溜井等。 采準是指掘進形成采區(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 自由空間。前者如采區(qū)的運輸巷道、通風和人行天井，以及電耙巷道等，如切割槽、 拉底空間、放礦漏斗等。 回采就是做完采準后，在采區(qū)工作面進行的落礦、裝運和管理作業(yè)。回采中的礦 石裝運作業(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、回采的礦石或巖石裝入運輸工具或卸入溜井。開拓、 采準和回采三者在使用裝運機械方面對比起來，采準工程的特點是：它的裝運作業(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，致使采準工作的機械化程度低、工作效率低、成本高。因此 采準工作量的多少，便成為衡量采礦方法好壞的重要指標之一。 2.3 我國裝載機的發(fā)展前景 隨著我國國民經(jīng)濟建設(shè)的調(diào)整發(fā)展，大型輪式裝載機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，大型輪式裝載機大有用武之地。另外，世 界上生產(chǎn)大型輪式裝載機的國家、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。 5 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。大型輪式裝載機的配套件國內(nèi)基本上沒有，有 少量的也是水平低，可靠性差，不太適用，進口配套件價格又太貴。因此大型輪式裝 載機的國內(nèi)市場基本上被國外大公司所占領(lǐng)。我國裝載機行業(yè)，特別是主要裝載機制 造企業(yè)，應(yīng)抓住我國加入 WTO 后進口件價格降低的機遇，進口一部分重要的關(guān)鍵部件， 同時為盡量降低成本，加大力度開發(fā)一些目前已經(jīng)有能力開發(fā)的零部件，如傳動系統(tǒng) 中的驅(qū)動橋、液壓件中的缸、閥等，經(jīng)過精心設(shè)計，開發(fā)出具有中國特色的大型輪式 裝載機。只要我們的產(chǎn)品能占領(lǐng)國內(nèi)市場，也一定能打進國際市場。 國產(chǎn)挖掘裝載機及小型多功能裝載機數(shù)量很少，在我國 ZL20 型以下屬小型裝載機， 據(jù) 1999 年全行業(yè)主要企業(yè)統(tǒng)計,共銷售小型裝載機有 1546 臺，能占全行業(yè)的 8.2。 國外小型裝載機及小型多功能裝載機，包括挖掘裝載機在內(nèi)，市場份額已相當大。 美國的山貓牌小型多功能裝載機年銷量在 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及小型多功能裝載機年銷量都在萬臺上。 可見世界市場上挖掘裝載機及小型多功能裝載機市場是多么大，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為 主，目前世界上小型裝載機、小型多功能裝載機基本上都是靜液壓傳動。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、小型多功能裝載機、挖掘裝載機 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，在實施西部大開發(fā) 中，高原及沙漠型特殊用途裝載機需要量較大，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)。我國的裝載機行業(yè)從現(xiàn)在起應(yīng)積極行動起來，與有關(guān) 科研院所及有關(guān)發(fā)動機等配套件企業(yè)聯(lián)合起來，盡快開發(fā)出具有中國特色的高原、沙 漠型特殊用途裝載機，去搶占我國西部這一潛在大市場。 中型輪式裝載機是國內(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” 后實行國際采購，提高質(zhì)量、水平、可靠性，那么大批進入國際市場的機遇就在眼前。 6 3 輪式裝載機阻力參數(shù)的確定 3.1 裝載機鏟掘時的作業(yè)阻力 鏟斗插入料堆時的插入力；提升動臂時的鏟起力；翻起轉(zhuǎn)斗時的轉(zhuǎn)斗阻力矩是裝 載機在進行鏟掘作業(yè)中的主要作業(yè)阻力。影響這些阻力的因素很多，例如鏟掘的物料 種類、鏟斗的形狀，鏟斗插入的深度等。而鏟掘的物料種類又是多種多樣的，可能是 土壤砂石，也可能是各種塊度的礦石，在這些復雜因素影響下，計算出裝載機鏟掘時 的作業(yè)阻力相當困難的，為解決阻力計算難的問題，在進行設(shè)計時通過鏟掘散狀物料 試驗的辦法得出經(jīng)驗公式和多種系數(shù)進行計算，下面分別計算裝載機在鏟掘散狀物料 時的各種阻力。 3.1.1 插入阻力 插入阻力是裝載機鏟斗插入料堆時，料堆對鏟斗的反作用力。插入阻力分別由以 下阻力組成：鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力；鏟斗前切削刃口和兩側(cè)壁切削 刃口的阻力；鏟斗外表面與物料接觸時的摩擦阻力。這些阻力與物料的類型、料堆的 高度、鏟斗插入料堆的深度、鏟斗的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。由實驗得知，隨著鏟斗插入料 堆深度的增加，插入力隨指數(shù)稍大于 1 的拋物線而增長，推薦用下面的經(jīng)驗公式 11 算：4325.1KBLPGc 式中：P 鏟斗插入阻力 (公斤)；c K 取決于被鏟掘物科的塊度和松散程度的影響系數(shù),取塊度小于 400 毫 1 米時，K =1.1； K 物科種類(容積比重)的影響系數(shù)，散狀物料種類為沙石，系數(shù)為2 0.12； 7 L。鏟斗插入料堆深度(厘米)；取 50cm; 鏟斗寬度(厘米)；KB 一散狀物料料堆高度影響系數(shù)，料高度為 1.4m, =1.15。3 3K4325.1KBLPGc 5965.197012. 5. 3.1.2 鏟起阻力 鏟起阻力是指鏟斗插入料堆一定深度后，用動臂油缸提升動臂時，料堆對鏟斗的 反作用力。 鏟斗插入料堆 深度后，用動臂提升鏟斗，鏟起阻力由鏟斗斗底插入料堆深度cL 和鏟斗寬度 所決定的矩形面積上的物料所決定。cLKB 鏟起阻力同樣受到物料的塊度、容積比重、松散性、濕度、溫度、物料之間及物 料與斗壁摩擦之間的影響。最大的鏟起力發(fā)生在鏟斗剛剛開始提升的時刻隨著動臂 的提升，鏟起阻力逐漸減小。 鏟斗開始提升時的鏟起阻力 可按下式確定：cP KBLc2. l 鏟斗插入料堆深度 (米)；c B 鏟斗寬度 (米)；K 鏟斗開始提升時物料的剪切阻力(公斤米 )。 3KBLPcc2. 35097.10 (公斤)58 8 3.1.3 轉(zhuǎn)斗阻力矩 轉(zhuǎn)斗阻力矩是當鏟斗插入物料一定深度后，用轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗向上翻起時，料堆 對鏟斗的反作用力矩。當用翻轉(zhuǎn)鏟斗來鏟掘物料比如不考慮鏟斗翻轉(zhuǎn)的角加速度，在 鏟斗翻起最開始時刻靜阻力矩 ；具有最大值以 表示，而當鏟斗繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，cMc 的數(shù)值迅速減小，回轉(zhuǎn)到 值時，即鏟斗底板前線開始離開料堆坡面，這時靜阻cM0 力矩為 。 ，僅由鏟斗中物料重量決定。翻起鏟斗的靜阻力矩會隨鏟斗翻轉(zhuǎn)角 的變c 化， 表示開始轉(zhuǎn)斗時刻的靜阻力矩，這時鏟斗翻轉(zhuǎn)角 ， 表示鏟斗離開料堆0 0M 時靜阻力矩，這時鏟斗翻轉(zhuǎn)角 。0 9 4 轉(zhuǎn)載機的總體布置方案的確定 4.1 裝載機的總體布置原則 4.1.1 總體布置的內(nèi)容 總體布置內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面： 1確定各個部件在整機上的位置，并對外形尺寸提出要求； 2確定各部件之間、部件與整機之間的連接方式； 3估算整機重量幾重心位置，并對各部件的重量提出要求； 4布置各個操縱機構(gòu)、機棚、駕駛室等； 5審核各運動件的運動空間，排除可能發(fā)生的運動干涉； 6定出標準化、通用化和系列化的零、部件的名細表。 4.1.2 總體布置的原則 總體布置時要考慮以下幾條原則： 1保證整機的穩(wěn)定性； 2結(jié)構(gòu)緊湊、并有較高的傳動的效率； 3便于操作和維修，工作安全可靠； 4外形平整美觀。 4.1.3 總體布置的基準選擇 總體布置時，應(yīng)注意以下幾個基準選擇： 1通過后橋中心線的水平面，為上、下位置的基準面； 2以通過后橋中心線的垂直面，為前、后位置的基準面； 3以整機的鉛垂縱向?qū)ΨQ面，為左右位置的基準面。 10 4.1.4 設(shè)計中應(yīng)考慮的整機性能 1)牽引性，是裝載機在不同工作速度下所能發(fā)出的最大牽引力的性能。它影響到 機子的工作能力與工作效率。牽引性能的好壞是用牽引功率和牽引效率來評價的。它 反映了裝載機利用發(fā)動機功率進行工作的有效程度，是最重要的一個性能指標。 2)動力性，是反映裝載機在行駛中，以不同檔位工作時，所具有的加速性能，以 及所能達到的最大行駛速度和爬坡能力的一個性能。動力性能的好壞用動力因數(shù)來評 價。 3)經(jīng)濟性，是反映裝載機在工作中燃油消耗是否經(jīng)濟合理的性能。它有兩個指標： 是依牽引馬力小時消耗的燃油克數(shù)，這個指標可以用來比較不同裝載機的經(jīng)濟性的好 壞，另一個是作業(yè)中裝卸每噸物料消耗的燃料這個指標可以用來核算作業(yè)的生產(chǎn)成本。 由于后者包含著使用中各種因素的影響，因此不能用作評價不同裝載機經(jīng)濟性能好壞 的指標。 4)穩(wěn)定性，是裝載機在坡道上行駛時不失去穩(wěn)定和不傾翻的性能。它關(guān)系到裝載 機在坡道行駛的安全性，因此，是一個很重要的性能指標。裝載機的穩(wěn)定性用穩(wěn)定度 這一指標的大小來表示。 5)機動性，是裝載機能否在狹窄場地轉(zhuǎn)向和通過的性能.因此，可以用外側(cè)輪胎 和鏟斗的轉(zhuǎn)向半徑來表示。機動性的好壞，影響到裝載機的適用程度。 6)作業(yè)性，是反映裝載機整機使用好壞的性能，通常以功率到生產(chǎn)率的高低為評 價指標，它與整機所具有的切削力、掘起力、鏟斗容量和容積效率，以及工作裝置杠 桿系統(tǒng)的工作速度等有關(guān)。 4.2 裝載機各部件的布置方案的確定 4.2.1 發(fā)動機和傳動系的布置 發(fā)動機一般置于裝載機后部，起著對前置鏟斗中負荷的平衡作用，并增加裝載機 的穩(wěn)定性。發(fā)動機是預選現(xiàn)成的，故主要尺寸均已知。根據(jù)載荷分配確定發(fā)動機相對 后橋中心的前后位置，并參考同類型裝載機的發(fā)動機布置來確定曲軸中心線相對車架 上線的高度。發(fā)動機位置的布置要結(jié)合傳動系各總成的結(jié)構(gòu)和整機的使用要求全面考 慮。發(fā)動機位置確定后，即可安排變矩器、變速器的位置然后確定傳動軸數(shù)目。 11 4.2.2 工作裝置布置 工作裝置布置在整車的前端，結(jié)合工作裝置的設(shè)計要求確定動臂與車架鉸點的位 置。假如動臂長度不變，鉸點布置向前，最大卸載距離大，但由鏟斗中載荷作用的傾 翻力矩增加，為減小此傾翻力矩而不減小載重量，一般將鉸點向后布置，但最好不安 排在駕駛室兩側(cè)或駕駛室之后，以免動臂舉升時恰在駕駛員的兩側(cè)影響駕駛?cè)藛T的安 全性。動臂落在最低位置時鏟斗位于前輪之前，不能與前輪干涉。動臂的最大舉升與 最低位置的夾角一般為 90 左右，此角度太大，特使最大卸載高度時的卸載距離急劇 下降，同時動臂油缸與動臂鉸點間的距離(力臂)也大大減小，使受力情況不利。 4.2.3 轉(zhuǎn)向系的布置及分類 輪胎式裝載機的轉(zhuǎn)向系：有偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向和鉸接式轉(zhuǎn)向兩類，偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向又分 為偏轉(zhuǎn)前輪、偏轉(zhuǎn)后輪、偏轉(zhuǎn)前后輪三種。 （一）偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向 前輪轉(zhuǎn)向半徑大于后輪轉(zhuǎn)向半徑，這樣當前輪能從障礙物的內(nèi)側(cè)通過時，后輪也 一定能從障礙物內(nèi)側(cè)通過，駕駛員可以利用前輪估計后輪避開障礙物，有利于安全行 駛。 在整體車架的車輛上，多采用偏轉(zhuǎn)前輪的轉(zhuǎn)向系。但是對裝載機來說，由于工作 機構(gòu)布置在前端，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的布置，受到前部空間的限制；又因為裝載機的前輪負荷 大、轉(zhuǎn)向阻力大、所以，轉(zhuǎn)向機構(gòu)不易布置在前輪上。只有沿用其它車輛的前輪轉(zhuǎn)向 的底盤時，才采用偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向。 （二）偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向 后輪的轉(zhuǎn)向半徑大于前輪的轉(zhuǎn)向半徑，當前輪從障礙物的內(nèi)側(cè)通過后，后輪不一 定就能從障礙物的內(nèi)側(cè)通過，這就不利于安全行駛。在一般車輪上，不采用偏轉(zhuǎn)后輪 的轉(zhuǎn)向，但是在整體車架的裝載機上，多采用偏轉(zhuǎn)后輪的轉(zhuǎn)向。這是因為裝載機的油 輪負荷大，并且前端空間位置又難以布置轉(zhuǎn)向，所以，多采用偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向。 采用偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向時，要求駕駛員要有熟練的操作技術(shù)。 （三）偏轉(zhuǎn)前、后輪轉(zhuǎn)向 一般采用前、后輪偏轉(zhuǎn)角度相等的結(jié)構(gòu)。全輪轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)彎半徑小，機動性好；前、 后車輪的轉(zhuǎn)向半徑相同，后輪行駛在前輪的輪轍上，減小了后輪的行駛阻力。但是， 12 由于驅(qū)動輪又是轉(zhuǎn)向輪，造成結(jié)構(gòu)復雜。 鉸接式車架采用鉸接轉(zhuǎn)向 鉸接轉(zhuǎn)向的鉸銷位置有以下三種情況: 1)鉸銷位于前后軸線的中間，轉(zhuǎn)彎時，前后輪軌跡重合。 2)鉸銷位置在前后軸中間偏前，前輪轉(zhuǎn)彎半徑大于后輪轉(zhuǎn)彎半徑。 3)鉸銷位置在前后軸中間偏后，前輪轉(zhuǎn)彎半徑小于后輪轉(zhuǎn)彎半徑。 一般多采用第一種布置方案，故前輪與后輪軌跡相同，可以減小在劣路上的行駛 阻力，并且前輪能通過的狹小地段，后輪也能順利通過。 整體式車架采用偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向，裝載機重載時前橋負荷比后橋大，所以多采用后 輪轉(zhuǎn)向。第二種方案比第一種結(jié)構(gòu)復雜，尤其是要保證前轉(zhuǎn)向輪與動臂不發(fā)生干涉， 因而也給總體布置方而帶來一定困難。 在布置轉(zhuǎn)向車輪時應(yīng)保證它的周圍有一定的空間，在任何轉(zhuǎn)向角時車輪都不與周 圍的零部件相碰，尤其是在最大轉(zhuǎn)向角時不能與車架相碰。轉(zhuǎn)向梯形可布置在橋的前 部或后部。 4.2.4 駕駛室的布置 為使駕駛員在作業(yè)時前方有良好視野，整體式車架駕駛室是布置在車架的前部。 駕駛室布置在前車架后端。這種布置形式前方視野艙便于駕駛員鏟挖作業(yè)，但后 方視野較差。轉(zhuǎn)向時駕駛員隨前車架一起轉(zhuǎn)動，鏟斗始終在駕駛員的正前方，便于對 準料堆和卸載卡車。由于駕駛它在全車的較前部，因此在鏟挖時駕駛員受到的沖擊較 大，容易疲勞。另外因駕駛室在前車架上，而發(fā)動機、變速箱等均在后車架上，所以 操縱機構(gòu)一般只能采用電、氣壓或液壓操縱。目前國外有少數(shù)裝載機駕駛室是這樣布 置的。 4.3 裝載機的總體構(gòu)造和分類 4.3.1 裝載機的總體構(gòu)造： 裝載機一般有發(fā)動機，車架，動力傳動系統(tǒng)，行走系統(tǒng)，工作裝置，液壓系統(tǒng)和 操作系統(tǒng)等組成，發(fā)動機的液力變矩器把動力傳給變速箱，然后經(jīng)前傳動軸和后傳動 軸分別傳給前后驅(qū)動橋，以驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動，工作裝置是由動臂，鏟斗，連桿機構(gòu)，動 13 臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸等組成，動臂一端鉸鏈在機架上，另一端和鏟斗鉸鏈連接。動臂的 升降由動臂油缸帶動，鏟斗翻轉(zhuǎn)則由轉(zhuǎn)斗油缸通過連桿機構(gòu)來實現(xiàn)，車架由前后兩部 分組成，中間用前后車架鉸鏈聯(lián)接，依靠轉(zhuǎn)向油缸可使前后車架繞鉸銷相對地轉(zhuǎn)動， 以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。 4.3.2 裝載機的分類： （一）按行走裝置分：有輪胎式和履帶式兩種。 輪胎式裝載機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，機動靈活性及效率高，因而他的品種與產(chǎn)量都發(fā)展快。 履帶式裝載機是以專用底盤或工業(yè)履帶式拖拉機為基礎(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，附著性能好。因此， 在輪式裝載機不適宜的場合更顯優(yōu)越性。 （二）卸料方式分：有前卸式，回轉(zhuǎn)式，后卸式 前卸式裝載機的工作裝置不回轉(zhuǎn)，裝料與卸料都是整機走動進行，作業(yè)過程中調(diào) 車費時，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)式裝載機的動臂安裝在轉(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)復雜，回轉(zhuǎn)卸載時偏心載荷較 大，整機側(cè)向穩(wěn)定性不好。 后卸載裝載機是在前端裝料，卸載時鏟斗越過駕駛室向后端卸料，作業(yè)時不需要 調(diào)車，可直接向后停在起后面的運輸車輛卸載，作業(yè)效率高。但卸載時鏟斗越過駕駛 室不安全，只用于礦井下狹窄的場地。 （三）聯(lián)接方式分為：整體式、鉸接式 整體式裝載機的車架是一個整體，利用偏轉(zhuǎn)后輪同時偏轉(zhuǎn)進行轉(zhuǎn)向。 鉸接式裝載機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 車架的油缸推動前后車架繞垂直鉸鏈相對轉(zhuǎn)動折腰轉(zhuǎn)向。由于前后車架折腰度大（大 約 3540 度） ，所以轉(zhuǎn)彎半徑小，可在半徑比較小的場地作業(yè)。 （四）鏟斗的額定量分：小型10t。t0.26 14 4.3.3 裝載機的作業(yè)方式： 裝載機是循環(huán)作業(yè)式的工程機械。它的一個作業(yè)循環(huán)由駛進料堆、鏟取、后退、 轉(zhuǎn)向、駛進卸料目標和卸料等動作構(gòu)成。其中，對物料的鏟取方法和作業(yè)時運輸車輛 的配置方案，將影響生產(chǎn)率的高低。 1 鏟取方法：裝載機對物料的鏟取方法有一次鏟取法和復合鏟取法兩種。 （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 裝載機從正前方駛進料堆，邊進邊放下鏟斗，在料堆前 1m 處使鏟斗落到地面，處于浮 動位置，斗刃能觸及料堆時，加大油門緩緩插入料堆，然后鏟斗上翻，提升動臂到運 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）復合鏟取法：裝載機前進插入料堆的同時，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：裝載機與運輸車輛的作業(yè)配置方案，主要取決于現(xiàn)場的條件、 運輸車與裝載機的數(shù)量和類型。廣泛使用的有“I 形” 、 “V 形” 、 “L 形”作業(yè)方法。 （1） “I”形作業(yè)法：運輸車平行與工作面并往復地前進和后退，所以也稱之為穿 梭作業(yè)法。 這種作業(yè)方式可減少裝載機改變方向的次數(shù)，如果裝載機與運輸車配合的好，會 有較好的生產(chǎn)率。 （2） “V”形作業(yè)法：運輸車與工作面成 60 度的角度，裝載機裝滿鏟斗后，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)時間，故應(yīng)用十分廣泛。 （3） “L”形作業(yè)法：運輸車垂直于工作面，裝載機鏟裝物料后，倒退并翻轉(zhuǎn) 90 度，然后向前駛向料堆進行下次鏟裝。 這種作業(yè)方式在運距較短時，一個司機可輪換在兩輛運輸車上工作，以減少人力。 這種作業(yè)方式適用寬廣的作業(yè)場合。 15 5 裝載機工作裝置的設(shè)計 5.1 裝載機的工作裝置概述 工作裝置是裝載機的重要組成部分。它的運動能夠?qū)崿F(xiàn)裝載機的對物料進行 裝卸，它由動臂、連桿、鏟斗、搖臂以及動臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸共同組成。 裝載機工作裝置由動臂、搖臂、鏟斗、轉(zhuǎn)斗油缸、連桿以及動臂油缸共同組 成 (見圖 5-1 。托架或連桿把動臂和鏟斗通過轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，以便對鏟斗中的物 料進行裝卸，通過鉸接完成的還有車架和動臂以及動臂油缸，他們都能控制鏟斗 的 上下運動，使鏟斗翻轉(zhuǎn)的是液壓操縱。由鏟斗、連桿、搖臂(或托架)、轉(zhuǎn)斗油缸、 動臂、動臂油缸和車架。這些機構(gòu)通過設(shè)置鉸接形成連桿機構(gòu)，當轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖 時， 動臂在動臂油缸的作用下提升，連桿機構(gòu)應(yīng)能使鏟斗保持平移或使斗底平面與水 平 面夾角的變化控制在允許的范圍內(nèi)，當動臂處于任何作業(yè)位置時，通過連桿機構(gòu) 鏟 斗繞鉸點轉(zhuǎn)動，并且保證卸載角度不小于 450;在動臂下降時，又能使鏟斗自動放 平，以減輕駕駛員的勞動強度，提高生產(chǎn)率。 16 圖 5-1 裝載機工作裝置示意 a)托架式 b)無托架式 1-鏟斗 2 一托架 3 一轉(zhuǎn)斗油缸 4 一動臂 5 一連桿 6 一動臂油缸 5.1.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析 裝載機采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過工作裝置的運動實現(xiàn)的。裝載機的工作裝置 由鏟斗，動臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組