ZL40轮式装载机工作装置设计

ZL40轮式装载机工作装置设计

【摘要】：本次设计主要进行的工作装置的设计：装载机采掘和卸载货物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、连杆及液压系统等组成。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，连杆使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操作。

先对装载机的发展概况几设计的指导思想、特点、任务进行概述，然后确定方案，在技术设计部分罗列了ZL40轮式装载机的主要技术性能和参数，进行了牵引特性计算，工作装置设计。工作装置设计中有工作装置运动分析，由铲斗、动臂、连杆机构进行设计等几部分组成。

在工艺设计中叙述了工艺工程。应用程序计算了受力分析。总之，整个设计是有序地完成的。

【关键词】：轮式装载机，工作装置，铲斗，连杆机构

The ZL40 Wheel Loader Working Device Design

【Abstract】: In my design progress,I put emphasis on the working-device：The ZL40 wheeled car loader also 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 p arts and it is connected to the machine.Some parts of the device’s turning by liquid press realize.

At first,I introduce the developing 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 calculation 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 my design could clearly explained my designing idea.

【Keywords】: The ZL40 Wheeled Car Loader ，Working Device ，Bucket ，linkage

目录

第1章装载机的发展及应用 (1)

1.1轮式装载机的介绍 (1)

1.2装载机在地下开采中的应用 (1)

1.3我国装载机的发展前景 (2)

第2章轮式装载机总体布置及参数的确定 (4)

2.1装载机的总体布置原则 (4)

2.1.1总体布置内容应包括以下几个方面： (4)

2.1.2总体布置的原则 (4)

2.1.3总体布置的基准选择 (4)

2.1.4设计中应考虑的整机性能 (4)

2.2装载机铲掘时的作业阻力 (5)

2.2.1插入阻力 (5)

2.2.2铲起阻力 (7)

2.2.3转斗阻力矩 (7)

2.3装载机各部件的布置 (8)

2.3.1发动机和传动系的布置 (8)

2.3.2工作装置布置 (8)

2.3.3转向系的布置 (8)

2.3.4驾驶室的布置 (9)

2.4装载机的总体构造和分类 (10)

2.4.1装载机的总体构造 (10)

2.4.2装载机的分类 (11)

2.4.3装载机的作业方式 (11)

第3章装载机工作装置设计 (13)

3.1工作装置结构分析 (13)

3.2铲斗设计 (14)

3.2.1铲斗形式结构的选择 (14)

3.2.2铲斗容积 (15)

3.3工作机构连杆系统的尺寸参数设计 (18)

3.3.1工作装置结构设计 (18)

3.3.2装载工作对工作机构设计的要求 (19)

3.3.3机构分析 (20)

3.3.4动臂形状的选择 (26)

3.4工作装置强度计算 (26)

3.4.1计算位置 (26)

3.4.2外载荷的确定 (27)

3.4.3工作装置受力分析 (28)

3.4.4动臂强度校核 (33)

3.5油缸及活塞杆选定 (36)

3.5.1装载机工作装置中油缸作用力的确定 (36)

3.5.2工作装置液压系统 (38)

3.6工作装置的限位机构 (39)

结论 (41)

致谢： (42)

参考文献 (43)

外文翻译.................................. 错误！未定义书签。

第1章装载机的发展及应用

1.1 轮式装载机的介绍

装载机主要用来装卸成堆散料，也能进行轻度的铲掘工作。由于它适用于建筑、农业、矿山、铁道、公路、水电等国民经济各个部门。因此，在国内外产量与品种的发展都较快,是工程机械中的一个主要机种。

装载机根据不同的使用要求，发展形成了不同的结构类型。通常，按使用场合的不同，分成露天用装载机和井下用装载机；接行走系统结构不同，分成轮式装载机与履带式装载机；按卸料方式不同，分为前卸式(前端式)、后卸式与回转式装载机。

金属矿山的开采可划分为露天开采和地下开采两大类。我国露天矿采以矿石的比重约占70％，但从事地下开采的人员比露天开采的人员多。这是因为地下开采的条件复杂，使用的设备种类繁多，在产量相同的条件下，对地下矿投资的人力和物力远大于露天矿的缘故。

不论是露天矿开采还是地下矿开采，对矿体较硬的金属矿山，都是经凿岩爆破将崩落松散矿石或岩石，经装运作业运至下步工序的作业地点。装载作业是矿山整个生产过程中既繁重又费时的作业。所以努力提高装载机械的作业能力，对实现矿山生产的高效率、低消耗有着重要的作用。

ZL系列轮式装载机是一种高效率的工程机械，具有结构先进，性能可靠，机动性强，操纵方便等优点。广泛应用于矿山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，货场，电站以及其他工业部门，进行装载，推土，铲挖，起重，牵引等多种作业。对加快工程建设速度减轻劳动强度提高工程质量降低工程成本都发挥着重要作用，因此近几年来无论在国内还是国外装载机品种和产量都得到迅速发展，成为工程机械的主导产品之一。

为适应装载机多功能作业的要求，轮式装载机已经向一机功能方向发展。这主要靠主机控制适合多种作业的组合工作装置完成。80年代国外装载机和液压挖掘机除了不断完善装挖功能外，正向一机多能方向发展。许多公司竞相生产各式各样的辅助机构。这种机型使用范围很广，其产品受到用户的普遍关注。

1.2 装载机在地下开采中的应用

地下矿的开采，包括开拓、采准、回采三个步骤。开拓是矿山的基建工程，它是用

井巷把地表与山地下矿体接通，并建成完整的运输、通风、排水的井巷工程，包括竖井、斜井、盲井、井底车场，如水泵房、变电室、机修站、火药库等，还有石门、阶段运输巷道、溜井等。

采准是指掘进形成采区外形的一些巷道及为了回采工作面的碎岩和爆破而需要的自由空间。前者如采区的运输巷道、通风和人行天井，以及电耙巷道等，如切割槽、拉底空间、放矿漏斗等。

回采就是做完采准后，在采区工作面进行的落矿、装运和管理作业。回采中的矿石装运作业是矿山生产的重要环节。

装载作业就是把开拓、采准、回采的矿石或岩石装入运输工具或卸入溜井。开拓、采准和回采三者在使用装运机械方面对比起来，采准工程的特点是：它的装运作业工作量，是在阶段水平以上或矿房内部及矿床上下盘中进行的。一般地说，这些巷道断面尺寸小、长度短，分布在阶段水平以上不同的高度上，要求机械设备轻便灵活，便于调入和调出及迁移到不同高度上。在断面尺寸很小的空间内工作，由于设备的调入迁移和使用都比较困难，致使采准工作的机械化程度低、工作效率低、成本高。因此采准工作量的多少，便成为衡量采矿方法好坏的重要指标之一。

1.3 我国装载机的发展前景

随着我国国民经济建设的调整发展，大型轮式装载机的需求量会有大幅度上升，特别是西部大开发,许多大型工程建设等，大型轮式装载机大有用武之地。另外，世界上生产大型轮式装载机的国家、企业也不多，出口前景也非常好，苦于我们还拿不出产品。

1999年,我国全行业ZL60型共销28台，ZL80型及ZL100型一台也未销售。因此，我国大型轮式装载机可以说是基本上未推向市场。影响推出市场的主要原因是，除开发水平较低外,主要是配套件跟不上。大型轮式装载机的配套件国内基本上没有,有少量的也是水平低,可靠性差，不太适用，进口配套件价格又太贵。因此,大型轮式装载机的国内市场基本上被国外大公司所占领。我国装载机行业，特别是装载机主要制造企业，应抓住我国加入WTO后进口件价格降低的机遇，进口一部分重要的关键部件，同时为尽量降低成本，加大力度开发一些目前已经有能力开发的零部件，如传动系统中的驱动桥、液压件中的缸、阀等，经过精心设计，开发出具有中国特色的大型轮式装载机。只要我们的产品能占领国内市场，也一定能打进国际市场。

国产挖掘装载机及小型多功能装载机数量很少，在我国ZL20型以下属小型装载机，据1999 年全行业主要企业统计,共销售小型装载机有1546台，能占全行业的8.2％。

国外小型装载机及小型多功能装载机，包括挖掘装载机在内，市场份额已相当大。美国的山猫牌小型多功能装载机年销量在5万台左右，还有美国的凯斯、约翰迪尔、卡特彼勒、英国的JCB公司等的挖掘装载机及小型多功能装载机年销量都在万台上。可见世界市场上挖掘装载机及小型多功能装载机市场是多么大，而中国目前这类产品基本上还没有。这类产品特别适用于市政建设、中小城镇建设、乡间非等级公路建设、一般公路的维护保养、港口码头作业，还有改造环境、植树造林等。特别是西部大开发，这类产品将有广阔的潜在市场。这类产品的开发，今后肯定是以静液压件传动为主，目前世界上小型装载机、小型多功能装载机基本上都是静液压传动。我国要能真正把这类产品发展起来，必须有自己的创新。装载机行业的广大企业，特别是有能力的大企业，应加大创新力度，去争我国小型装载机、小型多功能装载机、挖掘装载机等这一巨大的潜在市场。

我国西部3000米以上高海拔地区及沙漠地区占了很大的面积，在实施西部大开发中，高原及沙漠型特殊用途装载机需要量较大，国内目前基本上还没有这类产品，而国外大公司在这方面已经有成熟的产品。因此，我国加入WTO后，这个巨大的潜在市场很可能被国外大公司所占领。我国的装载机行业从现在起应积极行动起来，与有关科研院所及有关发动机等配套件企业联合起来，尽快开发出具有中国特色的高原、沙漠型特殊用途装载机,去抢占我国西部这一潜在大市场。

中型轮式装载机是国内最成熟而产量又大大过剩的产品。这种产品只要“入世”后实行国际采购，提高质量、水平、可靠性，那么大批进入国际市场的机遇就在眼前。

第2章轮式装载机总体布置及参数的确定

2.1 装载机的总体布置原则

2.1.1总体布置内容应包括以下几个方面：

1．确定各个部件在整机上的位置，并对外形尺寸提出要求；

2．确定各部件之间、部件与整机之间的连接方式；

3．估算整机重量及重心位置，并对各部件的重量提出要求；

4．布置各个操纵机构、机棚、驾驶室等；

5．审核各运动件的运动空间，排除可能发生的运动干涉；

6．定出标准化、通用化和系列化的零、部件的名细表。

2.1.2总体布置的原则

总体布置时要考虑以下几条原则：

1．保证整机的稳定性；

2．结构紧凑、并有较高的传动效率；

3．便于操作和维修，工作安全可靠；

4．外形平整美观。

2.1.3总体布置的基准选择

总体布置时，应注意以下几个基准选择：

1．通过后桥中心线的水平面，为上、下位置的基准面；

2．以通过后桥中心线的垂直面，为前、后位置的基准面；

3．以整机的铅垂纵向对称面，为左右位置的基准面。

2.1.4设计中应考虑的整机性能

1)牵引性，是装载机在不同工作速度下所能发出的最大牵引力的性能。它影响到机子的工作能力与工作效率。牵引性能的好坏是用牵引功率和牵引效率来评价的。它反映了装载机利用发动机功率进行工作的有效程度，是最重要的一个性能指标。

2)动力性，是反映装载机在行驶中，以不同挡位工作时，所具有的加速性能，以及

所能达到的最大行驶速度和爬坡能力的一个性能。动力性能的好坏用动力因数来评价。

3)经济性，是反映装载机在工作中燃料消耗是否经济合理的性能。它有两个指标：是依牵引马力小时消耗的燃油数，这个指标可以用来比较不同装载机的经济性的好坏，另一个是作业中装卸每吨物料消耗的燃料，这个指标可以用来核算作业的生产成本。由于后者包含着使用中各种因素的影响，因此不能用作评价不同装载机经济性能好坏的指标。

4)稳定性，是装载机在坡道上行驶时不失去稳定和不倾翻的性能。它关系到装载机在坡道行驶的安全性。因此，是一个很重要的性能指标。装载机的稳定性用稳定度这一指标的大小来表示。

5)机动性，是装载机能否在狭窄场地转向和通过的性能。因此，可以用外侧轮胎和铲斗的转向半径来标志。机动性的好坏，影响到装载机的适用程度。

6)作业性，是反映装载机整机使用好坏的性能，通常以功率及生产率的高低为评价指标，它与整机所具有的切削力、掘起力、铲斗容量和容积效率，以及工作装置杠杆系统的工作速度等有关。

2.2 装载机铲掘时的作业阻力

装载机在进行铲掘作业中的作业阻力主要是：铲斗插入料堆时的插入力；提升动臂时的铲起力；翻起转斗时的转斗阻力矩。影响这些阻力的因素很多，例如铲掘的物料种类、铲斗的形状、铲斗插入的深度等。而铲掘的物料种类又是多种多样的，可能是土壤砂石，也可能是各种块度的矿石，因此在这些复杂因素影响下，难以准确的计算出装载机铲掘时的作业阻力，为确定这些阻力，则通过铲掘散状物料试验的办法得出经验公式和多种系数进行计算，本次毕业设计主要是针对具有一定块度的矿石而进行设计的，因此，我所设计的铲斗斗前壁开有三个方形孔，但是不会影响到块料掉下去，完全是针对我所选用的块料而设计的孔。下面分别计算装载机在铲掘散状物料时的各种阻力。

2.2.1插入阻力

插入阻力是装载机铲斗插入料堆时，料堆对铲斗的反作用力。插入阻力分别由以下阻力组成：铲斗前切削刃口和两侧壁切削刃口的阻力；铲斗底和侧壁内表面与物料的摩擦阻力；铲斗外表面与物料接触时的摩擦阻力。这些阻力与物料的类型、料堆的高度、铲斗插入料堆的深度、铲斗的结构等因素有关。由实验得知，随着铲斗插入料堆深度的增加，插入力随指数稍大于1的抛物线而增长，推荐用下面的经验公式算：