土方施工机械之装载机.docx

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土方施工机械之装载机

装载机

一、装载机的用途、分类与编号

装载机是一种用途十分广泛的工程机械，它可以用来铲装、搬运、卸载、平整散状物料，也可以对岩石、硬土等进行轻度的铲掘工作，如果换装相应的工作装置，还可以进行推土、起重、装卸木料及钢管等。

因此，它被广泛应用于建筑、公路、铁路、国防等工程中，对加快工程建设速度、减轻劳动强度、提高工程质量、降低工程成本具有重要作用。

常用单斗装载机的分类、特点及适用范围如表2-2-1所示。

单斗装载机的分类、特点及适用范围表2-2-1

分类型式

分类

特点及适用范围

按发动机功率分

小型

功率小于74kW

中型

功率74～147kW

大型

功率147～515kW

特大型

功率大于515kW

按传动方式分

机械传动式

结构简单、制造容易、成本低、使用维修较容易；传动系冲击振动大，功率利用差。

仅小型装载机采用

液力机械

传动式

传动系冲击振动小、传动件寿命长、车速随外载荷自动调节、操作方便、减少司机疲劳。

大中型装载机多采用

液压传动式

可无级调速、操作简单；启动性差、液压元件寿命较短。

仅小型装载机采用

电传动式

可无级调速、工作可靠、维修简单；设备质量大、费用高。

大型装载机采用

单斗装载机的分类、特点及适用范围续表2-2-1

分类型式

分类

特点及适用范围

按行走装置分

轮胎式装载机

质量轻、速度快、机动灵活、效率高、不易损坏路面；接地比压大、通过性差、稳定性差、对场地和物料块度有一定要求。

应用范围广泛

（1）铰接式车架装载机

转弯半径小、纵向稳定性好，生产率高，不但适用路面，而且可用于井下物料的装载运输作业

（2）整体式车架装载机

车架是一个整体，转向方式有后轮转向、全轮转向、前轮转向及差速转向。

仅小型全液压驱动和大型电动装载机采用

履带式装载机

接地比压小、通过性好、重心低、稳定性好、附着性能好、牵引力大、单位插入力大；速度低、机动灵活性差、制造成本高、行走时易损路面、转移场地时需拖运。

用在工程量大，作业点集中，路面条件差的场合

按装卸方式分

前卸式

前端铲装卸载，结构简单、工作可靠、视野好。

适用于各种作业场地，应用广

回转式

工作装置安装在可回转90°～360°的转台上，侧面卸载故无需调头，作业效率高；结构复杂、质量大、成本高、侧稳性差。

适用于狭窄的场地作业

后卸式

前端装料，向后端卸料，作业效率高；作业安全性差，应用不广

国产装载机的型号用字母Z表示，第二个字母L代表轮胎式装载机，无L代表履带式装载机，Z或L后面的数字代表额定载重量。

例：

ZL50型装载机，表示额定载重量为5t的轮胎式装载机。

二、装载机的构造与工作原理

装载机一般由车架、动力装置、工作装置、传动系统、行走系统、转向制动系统、液压系统和操纵系统组成，图2-2-1所示为轮胎式装载机的总体构造示意图。

图2-2-1轮胎式装载机总体构造

1-发动机；2-液力变矩器；3-驾驶室；4-操纵系统；5-动臂油缸；6-转斗油缸；7-动臂；8-摇臂；9-连杆；

10-铲斗；11-前驱动桥；12-传动轴；13-转向油缸；14-变速箱；15-后驱动桥；16-车架

发动机1的动力经液力变矩器2传给变速箱14，再由变速箱把动力经传动轴12传到前、后驱动桥11和15以驱动车轮转动。

发动机动力还经分动箱驱动液压泵工作，为液压系统提供动力。

工作装置（图2-2-2所示）由动臂5、铲斗1、连杆2、摇臂3、动臂油缸4和转斗油缸6组成。

动臂一端铰接在车架上，另一端安装有铲斗1，动臂的升降由动臂油缸4的伸缩带动，铲斗的翻转则由转斗油缸6的伸缩通过连杆机构来实现。

装载机铲装物料就是通过操纵系统、液压系统使动臂、转斗油缸按一定顺序和程度伸缩来实现的，当然，装载物料的过程中少不了整机的进、退动作。

图2-2-2轮胎式装载机工作装置

1-铲斗；2-连杆；3-摇臂；4-动臂油缸；5-动臂；6-转斗油缸

铰接转向的装载机（图2-2-1）的车架由前、后两车架组成（如图1-4-12所示），中间用铰销连接。

转向时，通过转动方向盘使转向液压系统的转向油缸13伸缩，前、后车架便绕铰销作相对转动，以实现转向。

在每个车轮上都装有制动器，驾驶员踩下制动踏板，通过制动系统使制动器产生制动作用，可降低行驶速度或停车。

装载机液压系统包括工作装置液压控制系统和液压转向系统两部分。

下面以ZL50装载机的液压系统为例进行分析。

ZL50装载机工作装置液压控制系统如图2-2-3所示。

发动机驱动液压泵1，液压泵输出的高压油通向换向阀4控制转斗油缸7和换向阀5控制动臂油缸6。

图示位置为两阀都处在中位，压力油通过两换向阀后直接流回油箱。

换向阀4为三位六通阀，它可控制铲斗后倾、固定和前倾三个动作。

换向阀5为四位六通阀，它控制动臂上升、固定、下降和浮动四个动作。

动臂的浮动位置是装载机在作业时，由工作装置的自重支于地面，铲料时随着地形的高低而浮动。

这两个换向阀之间采用顺序回路组合，即两个阀只能单独动作而不能同时动作，保证液压缸推力大，以利于铲掘。

安全阀2的作用是限制系统工作压力，当系统压力超过额定值时安全阀打开，高压油流回油箱，以免损坏其他液压元件。

两个双作用溢流阀3并联在转斗油缸的油路中。

它们的作用是用于补偿由于工作装置不是平行四边形结构，而在运动中产生的不协调。

ZL50装载机转向系统如图2-2-4所示。

该转向系统采用流量放大系统，油路由先导油路与主油路组成。

所谓流量放大，是指通过全液压转向器和流量放大阀，可保证先导油路的流量变化与主油路中进入转向油缸的流量变化具有一定的比例关系，达到低压小流量控制高压大流量的目的。

方向盘不转动时，转向器7两出口关闭，流量放大阀2的主阀杆在复位弹簧作用下保持在中位，转向泵5与转向油缸1之间的油路被断开，主油路的液压油经过流量控制阀直接回油箱。

转动方向盘时，转向器7排出的油与方向盘的转角成正比，先导油进入流量放大阀后，通过主阀杆上的计量小孔控制主阀杆位移，即控制开口的大小，从而控制进入转向油缸1的流量。

由于流量放大阀采用了压力补偿，使得进出口的压差基本上为一定值，因而进入转向油缸1的流量与负载无关，而只与主阀杆上开口的大小有关。

停止转向后，主阀杆一端先导压力油经计量小孔卸压，两端油压趋于平衡，在复位弹簧的作用下，主阀杆回复到中位，从而切断到油缸的主油路。

液压操纵转向操纵力小，驾驶员不易疲劳，动作迅速，有利于提高生产率。

故在大中型的轮式机械中多采用液压转向机构。

三、装载机的使用技术

1．作业过程

装载机的作业过程由铲装、转运、卸料和返回四个过程组成，并习惯地称之为一个工作循环。

（1）铲装过程首先将铲斗的斗口朝前，并平放到地面上（图2-2-5a），机械前进，铲斗插入料堆，斗口装满物料。

然后，将斗收起，使斗口朝上（图2-2-5b），完成铲装过程。

（2）转运过程用动臂将斗升起（图2-2-5c），机械倒退，转驶至卸料处。

（3）卸料过程先使铲斗对准停止在运料车厢的上空，然后将斗向前倾翻，物料即卸入车厢内（图2-2-5d）。

（4）返回过程将铲斗翻转成水平位置，机械驶至装料处后，放下铲斗，准备再次铲装。

图2-2-5单斗装载机的工作过程

a）铲装；b）收斗；c）升斗；d）卸料

2．铲装方法

（1）铲装松散物料

首先将铲斗放在水平位置，并下放至与地面接触，然后以一档或二档速度（视物料性质）前进，使铲斗斗齿插入料堆中。

此后，边前进边收斗，待铲斗装满后，将动臂升到运输位置（离地面约）（如图2-2-6a所示），再驶离工作面。

若铲斗装满有困难，可操纵铲斗上下颤动或稍举动臂，如图2-2-6b所示。

图2-2-6装载机铲装松散物料

a）边前进边收斗，装满后，举升至运输位置；b）操纵铲斗上下颤动

（2）铲装停机面以下物料

铲装时应先放下铲斗并转动，使其与地面成一定的铲土角，然后前进，使铲斗切入土内，如图2-2-7所示。

切土深度一般保持在150～200mm左右，直至铲斗装满。

装满收斗后将铲斗举升到运输位置，再驶离工作面并运至卸料处。

铲斗下切的铲土角约为10～30（随土壤性质而定）。

对于难铲的土壤，可操纵动臂使铲斗颤动，或者稍改变一下切入角度。

图2-2-7装载机铲装停机面以下土壤

（3）装载机铲装土丘

铲装土丘时，可采用分层铲装法或分段铲装法。

分层铲装时，装载机向工作面前进，随着铲斗插入工作面，逐渐提升铲斗，或者随后收斗直到装满，或者装满后收斗，然后驶离工作面。

开始作业前，应使铲斗稍稍前倾。

这种方法由于插入不深，而且插入后有提升动作的配合，所以插入阻力小，作业比较平稳。

由于铲装面较长，可以得到较高的充满系数，如图2-2-8所示。

图2-2-8装载机分层铲装作业

如果土壤较硬，也可采取分段铲装法，如图2-2-9所示。

这种方法的特点是铲斗依次进行插入动作和提升动作。

作业过程是铲斗稍稍前倾，从坡脚插入，待插进一定深度后，提升铲斗，当发动机转速降低时，切断行走动力，使发动机恢复转速。

在恢复转速过程中，铲斗将继续上升并装进一部分土，转速恢复后，接着进行第二次插入，这样逐段反复，直至装满铲斗或升到高出工作面为止。

3．作业方式

装载机用作装载设备，向自卸汽车进行装载工作时，其技术经济指标在很大程度上与其施工作业方式有关，常用的施工作业方式有以下几种（图2-2-10）。

（1）“V”型作业法

自卸汽车与工作面布置成50°～55°角，而装载机的工作过程则根据本身结构和形式的不同而有所不同。

履带式装载机和整体车架后轮转向的轮胎式装载机，采用这种作业方式时（图2-2-10a），装载机装满铲斗后，在倒车驶离工作面的过程中，调头50°～55°，使装载机垂直于自卸汽车，然后再向前驶向自卸汽车并卸载。

卸载后，装载机倒车驶离自卸汽车，然后，调头驶向料堆，进行下一个作业循环。

带有铰接式车架的轮胎式装载机在采用这种作业方式时，其工作过程略有不同。

装载机在工作面装满铲斗后，可直线倒车后退3～5m，然后使前车架偏转35°～45°，再前进驶向自卸汽车进行卸载（图2-2-10b）。

“V”型作业法，其工作循环时间短，在许多场合得到广泛的应用。

（2）“I”型作业法

自卸汽车平行于工作面适时地往复前进和后退，而装载机则穿梭地垂直于工作面作前进和后退，所以亦称之为穿梭作业法（图2-2-10c）。

装载机装满铲斗后，直线后退，在装载机后退一定距离并把铲斗举升到卸载位置的过程中，自卸汽车后退到与装载机相垂直的位置，装载机向前驶向自卸汽车并进行卸载。

卸载后自卸汽车向前行驶一段距离，以保证装载机可以自由地驶向工作面，进行下一个作业循环，直到自卸汽车装满为止。

这种作业方式省去了装载机的调头时间，对于不易转向的履带式和整体车架式装载机比较合适，但增加了自卸汽车前进和后退的次数，因此，采用这种作业方式，装载机的作业循环时间，取决于装载机和与其配合作业的自卸汽车司机的熟练程度。

（3）“L”型作业法

自卸汽车垂直于工作面，装载机装满物料后，倒退并调头90°，然后向前驶向自卸汽车卸载，空载的装载机后退并调头90°，然后向前驶向料堆，进行下一次的铲装作业（图2-2-10d）。

这种作业方式在运距较短，而作业场地比较宽广时，装载机可同时与两台自卸汽车配合工作。

（4）“T”型作业法

自卸汽车平行于工作面，但距离工作面较远，装载机装满物料后，倒退并调头90°，然后再向相反方向调头90°并驶向自卸汽车卸料（图2-2-10e）。

4．装载机生产率的计算

装载机的生产率是指其在特定的条件下每小时所能装卸或装运物料的重量。

装载机的生产率除取决于装载机本身的技术性能（如斗容大小、牵引力、作业速度等）外，还与物料种类、作业方式、作业场地、运输距离、路面条件以及驾驶员的操纵熟练程度有密切关系。

由于其施工作业大致可分为向自卸汽车装载和本身装运两种情况，因此，下面分别给出其生产率的计算公式。

（1）装载生产率只在作业场地进行装卸，不担负远距离的运输任务。

这时装载机的生产率按下式确定：

式中：

Q——装载生产率，t/h；

VH——额定斗容量，m3；

r——物料重度，t/m3；

KL——装载机时间利用系数，取KL=～；

Km——铲斗装满系数。

它取决于所装物料的种类和状态、块度、铲斗的形状、装载机的结构和司机的熟练程度。

图2-2-10装载机作业方式

对于容易装载的物料，如松散的或成堆的、不需铲掘的、很易堆积在铲斗中的普通土和砂，取Km=～；中等程度装载的物料，如松散的或堆积的砂、砂壤土，或由山地直接铲掘的松软砂土，取Km=～；较困难装载的物料，如难以装满铲斗的硬粘质土、粘土、凝固的砾质土，取Km=～；对困难装载的物料，如用爆破或松土机采掘的石块、砾石，取Km=～。

T——装载机一个作业循环时间，s。

它取决于作业方式和装载物料的种类及其状态，包括装载、卸载、往返、改变方向等所需全部时间。

“I”型作业法：

T=10+d+

“V”型作业法：

T=11+d+

“L”型作业法：

T=12+d+

“T”型作业法：

T=13+d+

式中：

d——考虑物料装载难易程度的量，

普通成堆的砂：

d=0

碎石（20mm以下）、砂、小砂砾：

d=2

碎石（50mm以下）、天然状态的小砂砾、粘土：

d=4

x——距离，m。

一般地，在初步计算时可取T=20s。

（2）装运生产率除了要在作业场地进行铲装作业外，还要担负转运至其它场地进行卸载的任务，其生产率可按下式计算：

式中：

Q——装运生产率，t/h；

Tb——一个装运作业循环的总时间，s。

它约等于装载作业所需要的基本时间与运输时间之和，即

Tb=T+Tr

式中：

Tr——运输时间，s。

它取决于车速和运输距离。

可按下式计算：

式中：

S——装载机运输距离，m；

vm——装载机满载平均行驶速度，km/h。

它与运输距离、路面状况有关，可参考图2-2-11选取；

vo——装载机空载平均行驶速度，km/h，可参考图2-2-11选取。

装载机装运周期亦可按实际经验数据选取，其与运输距离的关系如图2-2-12所示，装载机的平均生产率与斗容之间的关系如图2-2-13所示。

其余参数同上。

5．装载机的选用

选用装载机时应综合考虑如下因素：

（1）根据工作环境选用装载机类型

如果铲装路面很差（多石碴、稀泥等），或者虽然铲装路面好，但石头较多，往往选用履带式而不选轮胎式装载机；如果工作场地平板拖车无法行进，往往选择轮胎式装载机。

现代施工中，以选用单斗轮胎式装载机居多。

（2）根据工作对象选用装载机型号

一般地，装载机的额定载重重量越大，其铲装硬土的能力越强，因此，如果是铲装松散物料，工期不受限制，往往选用小型装载机较经济；若铲装硬土，则往往选用中型以上装载机；有时为了赶工期或者充分利用全部施工机械（挖掘机紧缺时），往往先用推土机将土推松，然后再用装载机实施铲装，此时装载机的选用则应着重考虑它与自卸汽车和推土机的配套情况；如果是为了购买装载机而作的选择，则不但要考虑上面因素，而且还要考虑该设备在今后工程中的使用率。

（3）根据自卸汽车数量和装载机生产率确定装载机台数

一般地，受道路和施工场地的限制，在施工中自卸汽车的数量和载重量受限。

因此，与之配套的装载机的台数必须满足下列计算式：

式中：

X——自卸汽车台数；

Y——自卸汽车生产率；

Q——所选装载机生产率；

n——装载机台数。

若自卸汽车行驶路程和施工场地不受限制，则装载机数量的确定主要根据工期和自卸汽车的拥有量来确定。

（4）装载机与自卸汽车的匹配原则

①自卸汽车斗容应为装载机斗容的若干倍，以免造成不足一斗也要装一次车的时间和动力的浪费，装载松散物料时，此点尤为重要。

②装载机装满自卸汽车所需的斗数，一般以2～5斗为宜。

斗数过多，自卸汽车等待的时间过长，不经济，斗数过少，则装载机卸料时对汽车的冲击载荷过大，易损坏车辆，物料也易溢出车箱外。

③装载机的卸载高度和卸载距离要满足物料能卸到汽车车箱中心的要求。

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