ZL50轮式装载机总体及工作装置设计.docx

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ZL50轮式装载机总体及工作装置设计

摘要

装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支撑结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式机械。

它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。

装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。

这次设计采用先进的现代设计方法，对这种轮式装载机工作装置进行了总体设计到零部件设计。

主要包括轮式装载机工作装置的关键零部件，如铲斗、连杆机构以及转斗油缸、举升油缸等，并对重要零件进行了刚度、强度分析。

应用CAXA软件对轮式装载机工作装置整体进行设计。

关键词：

装载机；机械化；工作装置

Abstract

Loaderofsoilbelongingtothetransportmachinery，Throughtheinstallationofafront-endinabucketfullsupportstructureandlinkage,Randomforwardmovementforloadingorexcavation,Andtheupgrading,transportationandunloadingofself-propelledmachinery.Itwidelyusedinhighway,railway,construction,utilities,portsandmines,andotherconstructionprojects.Loaderisoperatingspeed,highefficiency,goodmobility,theadvantagesofoperatingtheLight,Soastheconstructionofearthandstoneintheconstructionofoneofthemainmachine,speeduptheconstructionspeedandreducelaborintensityandimprovequality,lowercostsoftheprojecthasplayedanimportantroleintheconstructionofamodernmechanizedequipmentindispensableone.

Thedesignofthemodernuseofadvanceddesignmethods,wheelloadersworkingonsuchadevicedesigntodesigncomponents.WheelLoaderworkincludesinstallationofcriticalcomponents,suchasthebucket,linkageandthefueltanktothebucket,liftingtheoiltanks,andcarryoutimportantpartsofthestiffness,strengthanalysis.ApplicationofCAXAsoftwareinstalledonthewheelloaderworkfortheoveralldesignanditsuseofthisdesignthree-dimensionaldisplayofexpression.

Keywords：

Loader；Mechanization；Work-Equipment

1绪论

1.1轮式装载机概述

1.1.1装载机简介

装载机属于铲土运输类的机械，是一种通过安装在前端的一个完整的铲斗用来支撑结构和连杆，随着机器向前运动并进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式的履带或轮胎机械设备。

它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等各类工程建设中。

装载机具有作业速度快、效率高、机动性能好以及操作简便等优点,是现代机械化的施工中不可缺少的装备之一。

1.1.2装载机的主要技术性能参数

标志装载机的主要技术性能参数都包括铲斗容量、额定载重量、发动机额定功率、整机质量、最大行驶速度、最小转弯半径、最大牵引力、最大掘起力、最大卸载高度、卸载距离、工作装置动作三项和等。

（1）铲斗容量

一般指铲斗的额定容量，为铲斗平装容量与堆尖部分体积之和，单位为m3。

（2）额定载重量

指在保证装载机稳定工作的前提下，铲斗的最大载重量，单位为kg。

（3）发动机额定功率

发动机额定功率又称发动机标定功率或总功率，是表明装载机作业能力的一项重要参数。

发动机功率分为有效功率和总功率，有效功率是指在29°C和746mmHg（1mmHg=0.133KPa）压力情况下，在发动机飞轮上实有的功率（也称飞轮功率）。

单位为kw。

（4）整机质量（工作质量）

指装载机设备应有的工作装置和随机工具，在加足燃油，润滑系统、液压系统和冷却系统液体下，并且带有规定的形式和尺寸的空载铲斗和司机标定质量（75kg±3kg）时的主机总质量。

单位为kg。

（5）最大行驶速度

指铲斗空载，装载机行驶于坚硬的地面上，前进和后退各档能达到的最大速度。

单位为km/h。

（6）最小转弯半径

指自轮胎中心或后轮外侧或铲斗外侧所构成的弧线至回转中心的距离。

单位为mm。

（7）最大牵引力

指装载机驱动轮缘上所产生的推动车轮前进的作用力。

装载机的附着质量越大，则可能产生的最大牵引力越大，单位为kN。

（8）最大掘起力

指铲斗切削刃的底面水平并高于底部基准平面20mm时，操纵提升液压缸或转斗液压缸在铲斗切削刃最前面一点向后100mm处产生的最大向上铅垂力，单位为kN。

（9）最大卸载高度

指动壁处于最高位置，铲斗倾角为45°时，从地面到斗刃最低点之间的垂直距离，单位为mm。

（10）卸载距离

一般指在最大卸载高度时，从装载机本体最前面一点（包括轮胎或车架）到斗刃之间的水平距离，单位为mm。

（11）工作装置动作三项和

指铲斗提升、下降、卸载三项时间的总和，单位为s。

1.1.3装载机的用途

装载机是一种用途十分广泛的工程机械设备，可以用来进行铲装、搬运、卸载、平整散装物料等作业。

1.1.4装载机的分类

装载机按以下特点来分类：

（1）按行走装置的不同分类

按行走装置的不同可以分为轮胎式和履带式两种类型。

因为这两类装载机除了行走装置不同外，其他的系统和构造大体相似，所以本次设计也以轮胎式装载机为目标。

轮胎式装载机简称为装载机，它由车架、工作装置、动力装置、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统和液压系统等组成。

（2）按使用场合的不同分类

按使用场合的不同可以分为露天用装载机和井下用装载机（铲运机）。

铲运机机构简单且国内外生产和使用的装载机绝大多数是露天装载机，而井下用铲运机是根据井下巷道的工作条件，在露天使用的装载机基础上变形设计而成的[1]。

（3）按传动形式的不同分类

按传动形式不同分类可以分为：

机械传动、液力机械传动、液压传动和电传动四种。

（4）按装载方式的不同分类

按装载方式不同可以分为前卸式、后卸式、侧卸式和回转式。

其中装载机基本上都是前卸式

图1-1ZL50型轮式装载机

Fig1-1ZL50Wheel-typeLoaders

1.2装载机应用技术发展

在经历了50多年的发展后，到20世纪90年代的中末期，国外装载机技术已经达到了相当高的水平。

基于液压技术、微电子技术和信息技术等各种智能系统在装载机各个方面的广泛应用。

最大程度的简化维修过程、降低作业的成本，使其各项性能都能达到很高的水平。

1.2.1国外装载机发展现状

（1）产品形成系列，更新速度加快并朝大型化和小型化发展

产品的系列化、成套化、多品种化已经成为主流。

为了适应市场的需求，各大厂商加快了产品的更新换代。

（2）采用新结构、新技术，产品性能日趋完善

近年来开发的产品都普遍采用了高性能发动机和很多的智能系统。

工作装置中的连杆机构推陈出新，自动功能更是趋于成熟和完善。

图1-2为现场装载机的工作装置。

图1-2工作装置

Fig1-2WorkingDevice

（3）发展多种工作装置，不断满足市场需求

所有厂家的产品都坚持强调一机多用的特性，并配用快换装置及多种附件，以便进行装载、铲平、搬运、挖掘、清理等作业。

各种工作装置的更换非常简便，司机在驾驶室内只需1~2min就可以轻而易举的完成。

（4）易于维修、保养，注重环保

所有的产品都充分考虑到可维护、维修性，各关键零部件和维护点都预留了足够的通路，保养点集中并可以在地面上进行，并且普遍采用了自动集中润滑，同时对机器主要噪声源都采取了各种防护措施。

1.2.2国外装载机发展趋势

综合上述现状以及未来市场的需求，国外装载机在其未来的技术发展中将广泛的应用微电子技术与信息技术，完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊断系统。

向着更加的高效和安全的方向发展。

1.2.3国内装载机发展现状

我国的装载机行业起步相对较晚，其中的核心制造技术多是从美国、德国和日本等国家引进的。

虽然目前国内装载机的生产厂家群雄并立，且有增无减，但国内企业的自主开发创新能力相对较弱，产品更新换代以适应市场需求的能力都比较差，难以及时的适应市场需求。

目前，我国装载机的发展特点是：

缺乏高科技含量，产品质量不稳定，档次低；设备的灵活性、舒适性较差；用途单一，产品规格中间大，两头小。

1.2.4国内装载机发展趋势

尽管国内的装载机技术发展水平与西方发达国家相比还存在着很大的差距，但也应该考虑到历史和国情的原因。

目前国产的装载机正在从仿制仿造向自主开发过渡，各个主要厂家也都不断进行着技术投入，在关键部件及系统上进行技术创新。

其发展体现出如下的一些趋势：

产品型号更加全面；优化系统机构，提高系统性能；利用新材料，发展电子类新技术；强化环保，简化维修等[3]。

2装载机工作装置总体设计

2.1工作装置的总体结构与布置

装载机的工作装置是完成装卸作业并带液压缸的空间多杆机构。

工作装置是组成装载机的关键部件之一，其设计水平的高低直接影响工作装置性能的好坏，进而影响整机的工作效率与经济性指标。

装载机工作装置分为有铲斗托架和无铲斗托架两种基本结构形式，如下图2-1、2-2所示。

它由运动相互独立的两部分组成连杆机构和动臂举升机构，主要由铲斗、动臂、连杆、上下摇臂、转斗油缸、动臂举升油缸、托架、液压系统等组成。

图2-1有铲斗托架式

Fig2-1Havingabucketbrackettype

图2-2无铲斗托架式

Fig2-2Nobucketbrackettype

1—铲斗2—动臂3—连杆4—下摇臂5—上摇臂6—转斗缸7—动臂举升油缸8—前车架9—铲斗托架

带铲斗托架的工作装置，其动臂及连杆的下铰接点与铲斗托架铰接，上铰接点与前车架支座铰接；转斗油缸铰接在托架上部，活塞杆及托架下部与铲斗铰接。

由托架、动臂、连杆及前车架构成一个平行四边形连杆机构，使得转斗缸闭锁时，动臂在举升过程中，铲斗始终保持平动。

无铲斗托架的工作装置，其动臂下铰接点与铲斗铰接，上铰接点与前车架支座铰接；转斗缸一端与前车架铰接，另一端与上