装载机工作装置及其液压系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 I 摘 要 装载机属于铲土运输类机械，是一种通过在支座前端安装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、港口和矿山等工程领域。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，对国民经济发展起着十分重要的作用。 本次设计采用先进的现代设计方法和理念，对装载 机工作装置进行了总体设计和零部件设计。主要包括装载机工作装置的关键零部件，如铲斗、动臂，连杆机构以及转斗油缸、举升油缸等，并对重要零件进行了受力分析以及强度校核。液压系统在装载机工十分重要，本次设计只是分析了工作装置的液压系统，并得出该液压系统的工作油路运行图。 关键词 : 装载机，铲斗 , 工作装置，液压系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 as of is a of of a or is in a of in of of of up an is of in an in on of as on to in he 文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 录 第 1 章 装载机的发展及应用 1 装载机的概论 1 装载机的发展与前景 1 国外装载机发展趋势 1 国内装载机发展趋势 2 第 2 章 装载机工作装置设计 3 3 装载机工作装置设计概论 3 结构形式的选择 3 斗基本参数的确定 4 6 6 6 计 7 8 第 3 章 装载机工作装置的受力分析与强度校核 11 11 作装置的受力分析 12 12 14 臂的强度校核 16 销的强度校核 19 21 臂的强度校核 22 第 4 章 工作装置 液压系统设计 26 斗油缸的选择及其作用力的确定 26 臂油缸的选择及其作用力的确定 28 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 29 作油路分析 29 作装置油路设计 31 结论 32 参考文献 33 致谢 34 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 1 第 1 章 装载机的发展及应用 载机的概论 装载机主要用来铲、装载、卸载、运送土块和石材 ,也可以对岩石、硬土进行机械铲掘作业的一种机械。如果切换到一个不同的设备上工作 ,还可以完成推土、起重、装卸其他材料。 在公路的修建中主要用于路基工程的填挖 ,沥青和水泥混凝土料场的集料 ,装货等作业。 由于它具有作业速度快，机动性好 ，操作轻便等优点， 因此迅猛发展 ,成为建筑的主要设备。金属矿山的开采可以分为两个主要的类别的露天开采和地下开采。虽然 我国露天矿采以矿石的比重约占 70，但是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，对采挖地下矿产资源需要投入的人力和物力远远大于露天矿的缘故。 保护自然环境和合理地利用矿藏资源，是发展社会主义经济的必要条件。随着浅埋矿石的耗尽而愈来愈向深部开采，或当露天升采的深度很大而使地表遭受大面积的破坏时，就必须采用地下开采。可以预料今 后地下开采仍将逐渐增加。 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小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想着重要的作用 1。 载机的发展和前景 外装载机发展趋势 近十年，随着世界经济的持续发展，建筑施工和资源开发规模的扩大，对装载机的需求量迅速增加，因而对其可靠性、灵活性、安全性和节油性也提出了更高的要求。随着科学技术的发展 与微电子技术向工程机械的渗透，现代装载机械越来越走向智能化和机电一体化。人机学的兴起，同样对装载机有了更多的要求，比如：噪音小，工作稳定，温度低等。 (1)系列化、特大型化 系列化是工程机械发展的一个重要趋势。国外大公司逐步实现其产品系列化，研制出了从微型到特大型不同规格的产品，同时，更新产品的周期显著缩短。特大型工程机械的特点科技含量高，研制与生产周期较长，投资大，市场容量有限，市场竞争买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 2 主要集中在国外少数几家大公司。 (2)多用途、微型化 推动多用途、微型化发展的因素首先是液压技术的快速发展和可更换连接装 置的诞生，使得装载机能在作业现场完成各种附属作业装置的快速装卸及液压软管的自动连接。一 方面，提高机器的多功能性，可以让用户根据设备本身的性能并且在不增加投资的情况下，完成更多的工作 ；另一方面，为了尽可能地用机械作业代替人工劳动，提高生产率，适应城市狭窄施工场所以及在货栈、码头、仓库、农舍、建筑物层内和地下工程作业环境的使用要求。 (3)节能与环保 为了使产品的节能效果有最大的提高和满足日益苛刻的环保要求，国外著名工程机械公司主要从降低发动机排放、提高液压系统效率和减振、降噪等方面入手。近几年来国外装载机的设 计和制造进一步体现了以人为本的理念，要为驾驶者提供一个更加舒适的环境，以到达他们称之为全自动化型的境地。 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。 国产挖掘装载机及小型多功能装载机数量很少，且性能不佳，市场认可度不高。 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。 小型装载机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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 3 第 2 章 装载机的工作装 置设计 载机工作装置设计概述 载机工作装置设计概述 装载机的工作装置是由铲斗、动臂、摇臂 连杆及液压系统等组成。铲斗用以铲填物料；动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使它和车架连接；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通过动臂举升油缸实现操纵。 装载机铲斗铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动来实现的。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，避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。 图 铲斗托架式 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 结构型式的选择 无铲斗托架的工作装置如图 示。其动臂的前端和铲斗铰接，动臂的后端和车架上部支座铰接，动臂油缸两端分别和动臂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。 斗基本参数的确定 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 4 铲斗宽度 大于轮胎外侧宽度 100一 150 毫米，以防止铲掘物料所形成的阶梯地面，损伤轮胎侧面和容易打滑而影响牵引力。 铲斗的回 转半径 R 是指铲斗的转铰中心 B 与切削刃之间的距离 (图 由于铲斗的回转半径 R 不仅影响铲起力和插入阻力的大小，而且与整机的总体参数有关。因此必须由铲斗的其它参数来决定。铲斗的回转半径 2： 图 ts i n)co s( （ 使 用平装斗容计算公式 ： 1 8 ts i n)co s( （ 式中 几何斗容量 ( 图 ) ； B。 铲斗内侧宽度 (米 )； g 铲斗斗底长度系数，通常 .1g，取 z 一 后斗壁长度系数，通常 .1z ，取 k 挡板高度系数，通常 2.0k，取 R 斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，通常 ，取 1 挡板与后斗壁问的夹角，通常 001 105 ； 0 斗底和后斗壁间的夹角，通常 000 5248， (有推荐 00 6555 )。 10 2)w （ 2 8 7 71025971002 2 0 00 文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 5 式中 取 b 根据设计资料有： 972200 （ 所以有： 1 8 ts i n)co s( （ o i o （ 斗底长度 指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离： 0 （ 后斗壁长度 指出后斗壁上缘到与斗底相交点的距离： 0 （ 挡板高度 K 0 （ 铲斗圆弧半径 1R ： 01 （ 铲斗与动臂铰销距斗底的高度 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 6 00 (铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角 000 6050。 在选择 1 时，应保证侧壁切削刃与挡板的夹角为 090 。因此 取 0=500，切削角 0=300。 作机构连杆系统的尺寸参数设计 斗油缸后置式反转六杆机构 这种机构有两大优点 3： 且连杆系统的倍力系数能设计成较大值。所以可以获得相当 大的铲取力。 仅能得到良好的铲斗平动性能，而且可以实现铲斗自动放平。 缺点是摇臂和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄部位，容易发生构件相互干扰。 作装置结构设计 工作机构的基本给构如图所示。铲斗 1、动臂 2、连杆 3、摇臂 4、转斗油缸 5，举升油缸 6等组成。 图 臂设计 反转六杆工作机构由转斗机构和动臂举升机构组成转斗油缸 臂 杆斗 臂 机架 于 以此机构称为 反转六杆机构。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 7 动臂铰接点的位置是通过作图来确定的，如图 示，若确定了动臂下铰点的最高位置最大卸载高度小卸载距离 随之确定。图 为斗底与铲斗回转半径的夹角，动臂下铰点当铲斗在地面产掘时的位置 1B ，在考虑斗底与水平面夹角 53 时及铲斗装满物料后倾不与轮胎相碰的情况下，尽量靠近轮胎，以减小装载机的整机尺寸。动臂的上铰点 A 应在最大卸载高度和最小卸载距离一定时，上铰接点的前后位置影响动臂的长度臂的回转角 及动臂最大伸出时的稳定性。 ，动臂增大，动臂回转 角 减小，倾翻力矩小，提高了装载机在铲斗最大伸出时的稳定性，所以在允许的情况下希望 些。动臂与车架铰接点的高度通常取 3： )() （ 图 动臂与车架铰接点的左右位置，根据装载机轮距、动臂、转斗油缸的尺寸布置和视线等确定。动臂回转角通常取 9080 。 动臂铰接点位置确定之后，按图 l 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 8 20m a i n )s i n ()c o s ( （ 式中： 铲斗最小卸载距离， 1290 铲斗回传半径与斗底的夹角； 5 ； 铲斗最大卸载高度时最大卸载角，通常取 45 ；取 45 ； 动臂与车架铰接点到装载机前面外廓水平距离， 1675 最大 卸载高度， 2950 计算得： 780 动臂形状通常分为直线形和曲线形两种，如图 线形的动臂结构简单，制造比较容易，并且受力情况较好，一般正转式连杆工作装置采用较多；曲线形动臂，通常反转式连杆采用较多，此种结构形式的动臂可以使工作装置的布置更为合理。 图 动臂断面结构形式有单板、双板和箱型三种。单板动臂的结构相对简单、工艺性好、但其强度和刚度较低，小型装载机采用较多，大、中型装载机对动臂的强度和刚度要求高，大多采用双板或箱型断面动臂。为了减轻工作装置的重量，动臂的断面尺寸一般按等强度来设计。 杆机构设计 连杆机构是由铲斗、动臂、连杆、摇臂和转斗油缸等组成 ，该机构的设计是个较复杂的问题。对于已经确定结构型式的连杆机构，在满足使用要求的情况之下，各构件可以设计成各种尺寸以及不同铰接点位置，构件尺寸及铰接点的位置可变性较大。所以设计出的连杆机构，并不都具有高的经济技术指标。要想获得连杆机构的最佳尺寸及构件最合理的铰接位置，需要结合总体布局、构件的运动学及动力学分析，并综买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 9 合考虑各种因素进行方案比较，选择较理想的方案。 1）平移性好，动臂从最低到最高卸载高度的举升过程中，铲斗后倾角变化尽量小，尽量接近平移运动，保证满载铲斗中的物料不撒落，一般相 对地面的转角差不大于 15度；铲斗在地面时的后倾角取 45 度左右；在运输位置时应有大于 45 度。在最大卸载高度时一般取 47 2）卸载性好，在动臂举升高度范围内的任意位置，铲斗的卸载角 45 ，以保证能卸载干净。 3）动力性好，在设计构件尺寸时，为保证连杆机构具有较高的力传递效率，斗杆机构要能满足铲掘位置传动角接近 90度，使有效分力大，以便有较大的掘起力；运输位置传动角小于 170 度，这个角太大会使铲斗收不紧，以致运输途中使物料撒落。斗摇壁应尽量短，否则，为了获得一定的 掘起力，势必使缸摇臂较长，连杆机构尺寸增大，翻斗油缸行程较长，造成卸料时间过长。 4）作业时与其他构件无运动干涉，保证驾驶员工作方便、视野宽阔。 反转连杆机构的尺寸及铰点位置确定：连杆 长度 b，摇臂 长臂长度 e，铲斗上两个铰接点 间的距离 a，铰接点 E 和铰接点 C 的位置，转斗油缸与车架的铰点 G 的位置及转斗油缸的行程等。 动臂的长度是连杆机构的主要参数，该参数不仅影响着连杆机构的运动和受力，而且与连杆的尺寸和铰接点的位置有关，因此连杆机构的其他构件的尺寸可以依据该参 数来确定。 1）摇臂 连杆与铲斗铰点 C 的位置与连杆的受力和转斗油缸的行程有关，选择时主要考虑当铲斗处于地面铲掘位置时，转斗油缸作用在连杆 发挥较大的掘起力。通常 铲斗回转半径0 125100 ； 。 摇臂 连杆 传递较大的插入和转斗阻力，要充分考虑其强度和刚度。摇臂 的位置，是由连杆机构受力情况及它们在空间布置的方便和可能性来确定的，同时转斗油缸的行程及连杆 长度也不宜过大。摇臂可以做成直线形或弯曲形。弯曲形摇臂夹角一般不大于 30度，否则构件受力买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 10 不良。铰点 置在动臂两铰点连线 设计时初定： )。 （ 计算得： 8 0 67 5 0;6 6 66 1 0;3 3 33 0 5;1 3 9 01 3 3 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 11 第 3 章 工作装置的受力分析与强度校核 斗重量计算 铲斗的重量由两部分组成，一部分是围成铲斗的钢板的重量 一部分是筋板、吊耳等附属装置的重量 G，估算 0 G4。 则 1111 (又 )2( 211 (式中 铲斗侧壁的面积； t 铲斗壁厚； 斗底和后斗壁的面积； 档板面积； 钢板的密度（取 =7850kg/ g 重力加速度（取 g=10N/ 由前述可得 t=2=K=入各项数据可得： 4 5 5107 8 5 ）（ （ 5 （ 认为动臂轴线与 连杆 摇臂轴线处于同一平面， 则所有的作用力都通过构件(除铲斗外 )断面的弯曲中心，即略去了由于安装铰座而产生的附加的扭转，从而可以用轴线、折线或曲线来代替实际构件。 作装置的受力分析 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 12 将工作装置简化为平面问题进行受力分析。 工作装置的受力分析，就是根据各种工况下作用在铲斗的外力，用解析法或图解法求出对应工况下工作装置各构件的内力。如图 示 5； 图 作装载受力分析 （ a） 铲斗脱离体；（ b）连杆脱离体；（ c）摇臂脱离体；（ d）动臂脱离体 1)取铲斗为脱离体，如图 示，根据平衡原理，分析铲斗的受力： 由 0121211 s i s o s 121211 （ 由 0c o s,01 （ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 13 所以 8c o s 1 （ 由 02s i n,0 1 （ 52s （ 2)取连杆为脱离体，如图 示，根据平衡原理，作用于连杆两端的力大小相等，方向相反。即： P（ 由图示受力分析可知，连杆此时受拉。 3)取摇臂为脱离体，如图 示，根据平衡原理，分桥摇臂的受力： 由 34332324 c o ss i nc o ss i （ 83 由 o o o sc o o sc o s,02323（ 由 2323（ 4)取动臂为脱离体，如图 示，根据平衡原理，分析动臂的受力： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 14 4546657765774546（ 得 o o o s,044（ 得 o 044（ 况垂直偏载计算 1)取铲斗为脱离体，如图 示，根据平衡原理，分析铲斗的受力： 由 0121211 s i s 得 o s 121211 （ 由 0c o s,01 （ 得 7c o s 1 （ 由 02s 1 （ 得 （ 2)取连杆为脱离体，如图 示，根据平衡原理，作用于连杆两端的力大小相买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 15 等，方向相反。即： P （ 由图示受力分析可知，连杆此时受拉。 3)取摇臂为脱离体，如图 示，根据平衡原理，分桥摇臂的受力； 得 34332324 c o ss i nc o ss i （ (得 o o o sc o o sc o s,02323（ 得 2323（ 4)取动臂为脱离体，如图 示，根据平衡原理，分析动臂的受力： 得 i nc o i nc o s,04546657765774546（ 得 o o o s,044（ 得 o 044（ 臂的强度校核 动臂可看成是支承在前车架 A 点和动臂油缸上铰点 H 点的双支点悬臂梁 (图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 16 为简化计算，将动臂主轴线分为 折线，分别求各段内的内力 Q、 N、M 的值。动臂的危险断面通常在 H 点附近，此断面上作用有弯曲应力 和正应力 6： （ 式中 M 计算断面上的弯矩 （ ； N 计算断面上的轴向力 (N)； F 计算断面的截面积 ( W 计算断面的抗弯断面系数 ( 10 6m （ 式中 计算断面中性轴 Z 处的静矩（ Q 计算断面的剪力 (N)； b 计算断面的宽度（ m）； 计算断面时对中性轴 Z 的惯性矩（ 动臂计算断面通常为槽形 7，则： 6023 （ 强度计算中许用应力 按下式选取： （ 式中 s 材料的屈服极限，国内装载机工作装置的动臂以及摇臂通常采用 45钢，其 s=350 n 安全系数，设计手册中规定 n 虑工程机械工作繁重，作业条件恶劣及计算上的失误，一般取 n 处取 n= 则 ( M P (买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 17 图 臂强度校核图 ：弯矩 7458)110031(轴向力 o o s 11 (剪力 711c o 8c o ss 1 (查表取动臂臂宽 h=200厚 b=75高 d=9W=191 3F= 综上所述得： M P 06 0 0 0 0 01010191 1 5 1 7 9 6366 ( 3 5 7 0 0 03102 3 646m a x (： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 11970985 或 401339828 18 弯矩 (轴向力 o o s 22）（）（）（）（ (剪力 2）（）（）（）（ (查表取动臂臂厚 b=60宽 h=500高 d=W=879 3F= 综合各式得： M P 06 4 2 0 0 5 2 0 0 0 6466 ( 3 8 7 0 0 031023646m a x (综上所述，所选动臂满足强度要求。 销的强度校核 因装载机受力点较大的在动臂与机座连接处，故此次铰销的强度校核点就选用动臂与机座连接处的铰销。目前国内外一些工程机械工作装置上采用密封式铰销。所谓密封式铰 销，就是铰销轴套的端部加一个密封圈，密封