机械毕业设计（论文）-挖掘装载机设计（全套图纸）

目 录第一部分：系统开发建议书共5页第二部分：WZ4540装载工作装置设计共40页摘要：第一章：整机概述1第一节：绪论1第二节：国内外发展现状2第三节：挖掘装载机发展特点5第二章：铲斗设计7第三章：挖掘装载机工作装置结构设计10一、确定动臂长度、形状与车架的铰接位置11二、连杆机构设计15三、转斗油缸与摇臂的铰接点以及下拉杆与机架铰接点的确定”16四、举升油缸与动臂和机架的铰接点17五、铲斗举升平动分析及最大卸载高度、最小卸载距离的确定l 8第四章：工作装置的受力分析21第五章：工作装置的运动仿真32第六章：工艺分析33第七章：工作装置的限位机构35第八章：设计心得及实习体会37第九章：附录38第三部分：翻译材料13页系统开发建议书1产品用途及使用范围：轮式装载机是一种用途广泛的施工机械，广泛应用于建筑公路铁路水电港口矿山及国防工程中，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都发挥这重要作用。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了迅猛发展。已成为工程机械的主导产品之一。全套图纸，加153893706 在通用拖拉机前端加装载装置，后部加挖掘装置可改装变形成前装后挖拖拉机，亦称挖掘装载机，俗称“两头忙”。挖掘装载机作为一种小型多功能工程和建筑机械，是挖掘、装载两用的工程机械。广泛应用于农田水利建设、工业和民用建筑、市政建设及电力建设等，主要用于建筑工程、农田水利的基槽、基坑、管沟等小型土方工程的开挖以及城市建设和工厂企业的装载作业，是一种适应性较强的现场施工机械。2关于主要功能设置与系统组成的建议： 装载及工作装置是完成铲装运卸等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位之一，其设计水平的高低直接影响到工作装置性能的好坏。进而影响到整机的工作效率与经济性指标。3关于总体布局的建议与主要子系统概述： 装载机主要是装载散装物料并将物料卸入自卸卡车或将物料直接运往卸料地点但装载机也承担轻度铲掘工作推土和修整场地等。为完成上述任务现代装载机的总体一般布置是将铲斗及工作装置安放在最前端。但本机械兼顾挖掘和装载双重任务，从总体布局考虑，将发动机置与前端，在后端布置单斗挖掘工作装置。这样就构成了前装载后挖掘的装载挖掘机。发动机的输出端接液力变矩器变速器再通过万向节和传动轴与前后驱动桥相连。驾驶员的作为布置在装载机中部，但一般将驾驶室的位置尽量向前布置这样可是前方视野开阔有利于作业的准确。 现代装载机日趋向火斗容量发展为使铲斗能够强有力的插入料堆就要求装载机有足够的牵引力因此除采用较大马力的发动机之外还需要增加车轮的附着重量，以便达到提高牵引力的目的，所以现代绝大多数装载机都采用四轮驱动，这样可以有效的利用车种使全车重量均为附着重量。现将本机主要子系统概述如下： (1)当动臂在最低位置时动臂与铲斗的铰接点应尽量靠近轮胎，当铲斗处丁上翻位置时使其与轮胎有一定间隙而确定动臂与铰接点的位置。 (2)连杆机构应能保证装满物料的铲斗无泄漏地从地面提升到最大卸载高度，选择连杆机构中的构件尺寸时应尽量使力的作用方向与铰接点的运动方向的夹角一压力角不应太大。根据机构设计的经验对于铰接连杆机构压力角应小于60度。 (3)摇臂做成弯曲形状起夹角大小主要考虑到空间位置不受干涉而定，一般取30度左右，长短臂之比1。5左石。4主要技术指标或重要技术参数： (1)轮式装载机的最大行驶速度为3040公里小时。 (2)装载机动臂提升下降及铲斗前倾时间一般为： 动臂提升时间为69秒。 动臂下降时间为36秒。 铲斗前倾时间为12秒。 (3)一般装载机最小离地间隙不小于350毫米。5主要工作原理建议： 随着我国改革开放的不断深入，经济建设的不断加强，建筑、水利工程日益增多。目前我国又在计划进行西部大开发，挖掘装载机作为工程机械的一种主要类型，挖掘与运移土石方的主要机械设备，它的需求量迅速增长，对它的质量以及性能也提出了更高的要求。虽然，我国的工程机械行业，如装载机制造业等在不长的时间内有了较快的发展，但是由于我国的工业基础相对薄弱以及工作中的缺点等原因行业的发展尚存在一系列的问题有待解决。其中一个严重问题是：大部分产品性能较为落后。解决了这一问题，才能满足未来我国国民经济建设迅猛发展的需要。本次设计就是通过对挖掘装载机装载工作装置进行计算机辅助设计以及性能分析，来改善产品的性能 工作装置的性能分析过去多采用作图分析和手工计算法，工作量繁重，精度较低。当分析工况较多时，问题更为突出。为克服作图分析和手工计算法的缺点，本次设计采用计算机辅助分析。性能分析即设计合理性分析。本次设计前面所进行的工作装置CAD设计是通过看资料、样本，通过初步分析、计算而确定的初始方案。接着应考察各工作液压缸作用力矩的均衡性，整机的稳定性，整机与地面的附着性、满足结构和布置的可能性等，以综合比较初选方案，从而确定机构参数(一般来说，从计算机辅助分析中发现不合理的现象都可究其原因，采取改进措施，使设计合理化。对以拟的各种初步方案可通过计算机辅助分析作进一步取舍及修正，以便确定较合理的方案)。同时，通过性能分析能够很清楚地了解到这个装载装置在各个位置或各种工况时的力和其它工作参数，有利于更有效地使用这种挖掘装载机和使这种挖掘装载机的工作效率得到最大限度地发挥。 现将装载机工作原理介绍如下： 装载机铲掘和装卸物料的作业是通过：工作装置的运动实现的。 装载机的工作装置是由铲斗动臂摇臂连杆托架及液压系统等组成。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相连；转斗油缸通过摇臂连杆或托架使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操纵。由动臂，动臂油缸，铲斗，转斗油缸，摇臂一连杆或托架及车架相互铰接所构成的连杆机构在装载及工作时要保证：当动臂处于某种作业位置不动时，在装斗油缸的作用下通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动；当转斗油缸闭锁使动臂在动臂油缸作用下提升或下降铲斗过程中连杆机构应能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以免装满物料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料洒落；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。 装载机根据摇臂一连杆数目及铰接位置的不同，可组成不同形式的连杆机构。不同形式的连杆机构铲斗的铲起力随铲斗转角的变化关系，倾斜时的角速度大小及工作装置的运动特性也不同。因此装载机工作装置形式的选择，既要考虑结构简单又要考虑结构性质与铲掘方式来确定。 正转连杆机构的工作装置当机构运动时铲斗与摇臂的转动方向相同其运动特点是发出最大铲起力时的铲斗转角是负的，有利于地面的挖掘，铲斗倾斜时的角速度大易于抖落砂石，但冲击较火。正转连杆机构又分为正转单连杆和正转双连杆两种形式。单连杆机构的连杆数目少结构简单，易于布置。缺点是铲起力变化曲线陡峭；摇臂连杆的传动比比较小，为提高传动比，需要加长摇臂连杆的长度，给结构布置带来困难，并影响驾驶员的视野双连杆机构的结构较复杂，转斗油缸也难于布置在动臂下方但摇臂。连杆传动比大，因此摇臂连杆尺寸可以减少，驾驶员的视野较好，铲起力变化曲线平缓，适于利用铲斗及动臂复合铲掘的作业。缺点是提升动臂铲斗便后倾，易造成物料洒落。 反转连杆机构的工作装置，当机构运动时铲斗与摇臂的转动方向相反。其运动特点时发出最大铲其历史的铲斗转角是正的且铲起力变化曲线陡峭，因此提升铲斗时铲起力较大适于装载矿石，不利于地面挖掘；铲斗倾斜时角速度小，卸料平缓，但难于抖落砂石。易于实现铲斗白动放平。摇臂连杆的传动比较小。 反转连杆机构多采用单连杆，双连杆机构布置较困难。反转连杆机构当铲斗位于运输位置时连杆与动臂轴线相交，因此难于布置在同一平面内。但由于这种形式结构简单铲起力较大所以中小型装载机采用较多。6国内外同类产品的水平对比： 作为装载机多种作业化品种之一，挖掘装载机在我国起步较晚，但发展较快，已有十余家企业生产这种装载机。尤其近年来，由于应用领域日渐扩火，挖掘装载机得到了不断发展。此产品在国外应用广泛，1990年世界上挖掘装载机销售量达4800050000台，可见挖掘装载机占有相当的市场份额。 我国已开发、试制或生产挖掘装载机的厂家及其型号有：(1)北京建筑机械厂及福建机器厂开发出WZ2A、WZ2B，北京建筑机械厂1969年生产WZ2型挖掘装载机(又称DY455型)，1980年改进设计，试制了WZ2A型挖掘装载机，1981年10月通过鉴定。之后，在此基础上又推出了WZ2B型挖掘装载机，将WZ2A型又改进为现在生产的WZ2C型挖掘装载机，反铲铲斗标准斗容量02 m3。(2)福州建筑机械厂WZ25型，反铲铲斗标准斗容量025 m3，装载额定提升能力196kN，发动机功率441KW整机质量6580Kg，1985年通过部级鉴定。(3)烟台工程机械厂ZLl5WJ型，反铲铲斗标准斗容量014 m3 ，整机质量6400Kg，1988年通过省级鉴定。该厂近年还开发出WZl615E型挖掘装载机，以zLl5装载机为基础，额定装载质量1500Kg，反铲额定斗容014m3，整机操作质量6250Kg o(4)柳州挖掘装载机厂(中外合资)的、WZ3025型和WZ3025A型，装载部分提升力、反铲标准斗容分别为25KN、10 m3；WZ4530型，装载部分提升力、反铲标准斗容分别为30KN、125 m3。(5)山东临沂装载机厂的ZWlO型履带式挖掘装载机。(6)洛阳拖拉机工程机械公司的DFII904WZ。(7)山东广饶液压机械厂的755ZW。(8)柳州工程机械厂开发出WZ2520。(9)山西机床厂也与意大利合作组装生产“两头忙”产品。(10)徐州装载机厂开发研制出WZ2516型挖掘装载机，发动机功率为50Kw，装载斗容量08m3，反铲斗容量025m3，装载装置最大掘起力256KN。 与国外水平比较，我国的工程机械行业还远远落后于发达国家，无论从产品质量还是年生产总量比较，我国都落后于发达国家。7应贯彻的标准和规范：本机在设计和制造中应贯彻的规范和标准有： 1、现行国家标准(GB)。 2、国家有关部委标准。 3、国家工程机械标准。8设计和制造的标准化要求： 现行设计要求尽量提高零部件的标准化和通用化程度。设计所用零部件应尽量采用标准件、通用件、外构件，从而减少设计和制造的：工作量、缩短设计和制造周期，提高系统可维护程度，有利于降低成本和加快产品改进更新步伐。9关键技术攻关建议： 本机采用八连杆机构，故结构复杂，须采用合理的布置方案才可行。但八杆机构提高了该装置的灵敏度，更易于实现装载作业。10采用新原理、新结构、新材料、新工艺、新技术的建议： 本机采用前装载后挖掘的双重作业系统大大加大了机器的应用范围，同时采用了新型液压系统，精简了结构，减小了整机尺寸。11为与外部系统协调所需的约束条件： 由于工程机械工作环境恶劣，故要求工作装置的安全系数较高，同时对轮胎的要求也较高。为适应用户的多机种要求，本机采用前装载后挖掘的机构，合理的布置使本机应用范围人火拓宽。12关于用户的需求和本企业发展计划的介绍： 本机结构紧凑、便于维修、实现自动化可靠性高、使用方便经济。 目前，国内本产品年产300台左右，市场亟待开发。13关于成熟的技术结构工艺等继承的决定和建议： 与原来的技术资料相比继承了以前的铲斗形状、大小、空间布置，回转机构的外形等。整机尺寸较以前稍有改进，增加了挖掘功能实现了一机多用。14。关于产品成本的要求： 本机成本大约100万人民币。15。开发周期与开发费用要求：本机开发周期在6个月以内。ABSTRACT A wheel loade is a kind of machine that it is used extentabove all，digloader is SOThis design is required by scociety,The type of machine is WZ45-40The production required of a wheel loader should beslightly greater than the production capability of the other critical units in the earth or material moving systemFor example，if a hopper can handle 300 tons per hour loader capable of slightly more than 300 tons should be usedRequired production should be carefully calculated SO the proper machine and bucket selections are madeWhen hauling loose granular material on a hard smooth operating surfacea 045055 minute basic cycle time is considered reasonable for caterpillar articulated loaders with a competent operatorthis includes load，dump，four reversals of direction，full cycle of hydraulics and minimum travel Material type，pile height，and other factors may improve or reduce productionand should be added to or subtracted from the basic cycle time when applicableAdd the haul and return times to the estimated basic cycle time to obtain total cycle time摘 要：轮式装载机是一种用途广泛的施工机械，挖掘装载机更是近几年新型的一种工程机械。本次毕业设计正是应社会需求而设计的一种型号的机型，型号为WZ45-40。轮式装载机所达到的装载量应当比别的装载机器所达到的铲装量稍微大一些。例如，如果一个机器可以一小时运载300吨物体，则如果用的装载机的装载能力应当稍大于300吨。当铲斗在制造时所需的装载量应当被精确计算出来。 当在一个硬的操作表面拖运松的颗粒状材料时，对一个装载机来说，044-055分钟的基本循环周期是合情合理的。这个过程包括装载、收斗、举升、翻斗、下降等过程。物质类型、堆积高度和别的因素也许可以提高或减少装载量，并且应当在应用时从基本循环周期被增加或减少。铲装的材料类型、材料的堆积高度以及别的外在因素也许可以增加或减少基本循环时间。并且在实际的生产过程中也应这样计算。通过估计增加或减少的装载拖运物和返回时间可以获得总共的循环时间。第二部分： 挖掘装载机工作装置设计第一章：整机概述11 绪论 轮式装载机是一种用途广泛的施工机械，广泛应用于建筑公路铁路水电港口矿山及国防工程中，对加快工程建设速度、减轻劳动强度、提高工程质量、降低工程成本都发挥这重要作用。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了迅猛发展，已成为工程机械的主导产品之一。 为适应装载机多功能作业要求，轮式装载机已向一机功能方向发展。这主要靠主机加装适合多种作业的组合式工作装置完成。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。 在通用拖拉机前端加装载装置，后部加挖掘装置可改装变形成前装后挖拖拉机，亦称挖掘装载机，俗称“两头忙”。挖掘装载机作为一种小型多功能工程和建筑机械，是挖掘、装载两用的工程机械。广泛应用于农田水利建设、工业和民用建筑、市政建设及电力建设等，主要用于建筑工程、农田水利的基槽、基坑、管沟等小型土方工程的开挖以及城市建设和工厂企业的装载作业，是一种适应性较强的现场施工机械。 随着我国改革开放的不断深入，经济建设的不断加强，建筑、水利工程日益增多。目前我国又在计划进行西部大开发，挖掘装载机作为工程机械的一种主要类型，挖掘与运移土石方的主要机械设备，它的需求量迅速增长，对它的质量以及性能也提出了更高的要求。虽然，我国的工程机械行业，如装载机制造业等在不长的时间内有了较快的发展，但是由于我国的工业基础相对薄弱以及工作中的缺点等原因行业的发展尚存在一系列的问题有待解决。其中一个严重问题是：大部分产品性能较为落后。解决了这一问题，才能满足未来我国国民经济建设迅猛发展的需要。本次设计就是通过对挖掘装载机装载工作装置进行计算机辅助设计以及性能分析，来改善产品的性能， 工作装置的性能分析过去多采用作图分析和手工计算法，工作量繁重，精度较低。当分析工况较多时，问题更为突出。为克服作图分析和手工计算法的缺点，本次设计采用计算机辅助分析。性能分析即设计合理性分析。本次设计前面所进行的工作装置CAD设计是通过看资料、样本，通过初步分析、计算而确定的初始方案。接着应考察各工作液压缸作用力矩的均衡性，整机的稳定性，整机与地面的附着性、满足结构和布置的可能性等，以综合比较初选方案，从而确定机构参数(一般来说，从计算机辅助分析中发现不合理的现象都可究其原因，采取改进措施，使设计合理化。对以拟的各种初步方案可通过计算机辅助分析作进一步取舍及修正，以便确定较合理的方案)。同时，通过性能分析能够很清楚地了解到这个装载装置在各个位置或各种工况时的力和其它工作参数，有利于更有效地使用这种挖掘装载机和使这种挖掘装载机的工作效率得到最大限度地发挥。考虑到挖掘装载机-机两用，可基本代替一台挖掘机和一台装载机能实现的功能，更具有机动灵活性、不仅为国家和社会节约了资源、而且大大地降低了成本、经济效益无疑也能得到显著提高。我国在“九五”期间在工程机械行业投资13万亿元人民币，比“八五”完成投资大2倍，而且建筑业已逐步成为国民经济的支柱产业，这将刺激工程机械迈入新的经济增长期。今后十五年，国家将集中必要的力量，在水利、能源、交通、通信和重要原材料工业方面，建设一批大型工程。由于今后从事笨重施工体力劳动的人员日渐减少，机械化施工程度逐年提高，以往靠人海战术及小型机械装备的施工方式，将逐步被采用大批较先进的中大型工程机械的施工方式所替代。工程机械产品在今后5年、10年以至更长的时间，将具有更广阔的市场。挖掘装载机作为工程机械新型品种，市场开发具有很大潜力。通过本课题的研究，可以使其作业性能得到充分发挥，产品的成本大大降低，在国内外的市场竞争中处于有利地位，无疑经济效益将显著提高12 国内外本课题现状及发展趋势 作为装载机多种作业化品种之一，挖掘装载机在我国起步较晚，但发展较快，已有十余家企业生产这种装载机。尤其近年来，由于应用领域日渐扩大，挖掘装载机得到了不断发展。此产品在国外应用广泛，1990年世界上挖掘装载机销售量达4800050000台，可见挖掘装载机占有相当的市场份额。1挖掘装载机的型式根据GBl018688挖掘装载机术语，挖掘装载机(backhoe：loader)的型式定义为：一种机体前部装有装载装置，机体后部装有反铲挖掘装置的自行式机械。作为反铲挖掘使用时，是通过铲斗向机械方向运动进行地平面以下的挖掘。铲斗在提升、回转和卸料时，机体固定不动。作为装载机使用时，通过机体向前运动，装载斗进行装载或挖掘，并可提升、运料和卸料。2国内外基本情况 美国生产挖掘装载机的公司主要有：凯斯(case)、约翰迪尔(Jhon Deere)、卡特彼勒(caterpillar)、福特公司拖拉机分部(Ford tractor operation)等。综合四家公司的挖掘装载机，共有二十余种型号。(1)凯斯公司自称其Burlington的工厂为“Backhoe Capital of the World”(世界挖掘装载机的首都)，该厂1995年获得IS09001质量认证，其挖掘装载机产量一直雄居世界第一位，自1957年至今己生产挖掘装载机近50万台。先后推出了480E、580F、680K、680t、580)、580K、580L等各种型号的挖掘装载机；又于1999年将其整个挖掘装载机系列产品进行了升级，提高了发动机能力，新的Super L挖掘装载机采用新型动力换档变速器，有自动换档和自动四轮制动功能。(2)约翰迪尔公司70年代开始生产挖掘装载机，1982年以后每年推出一种，目前共有7种型号。发动机功率4678kW，整机质量59009900Kg。(3)卡特彼勒公司1 985年推出了416型，采用了CAD技术，把用户的需要和建议进行修改设计。1986年开发出426型，国内定货2000台。1987年推出了428和436型。1989年又推出了438型。之后，又推出了446型。反铲斗容范围007048m3，装载额定提升能力233385kN，发动机功率46708k W，整机质量61568781Kg；卡特彼勒新的C系列挖掘装载机加大了动臂液压缸直径和发动机功率，使举升能力比前任系列提高了2090，挖掘和装载作业装置的负荷传感液压系统采用变量泵，提高了作业性能，所有的挖掘装载机都配备了Ride Control系统，提高了驾驶舒适性，Cat-416C型还具有平行举升功能，通过快换接头，不需离开驾驶室，可在30秒内换装各种工作装置。 英国生产挖掘装载机的公司主要有：班福德(JBC)、麦塞福格森(Massey-Ferguson)、 亚力山大顿肯有限公司(DuncanAlexander)等。综合三家公司的挖掘装载机，共有1 7种型号。班福德公司是挖掘装载机品种和型号最多的公司，公司创立于1946年，原生产农业拖拉机。该公司在开发了液压挖掘机的基础上，研制了世界上第一台挖掘装载机。其挖掘装载机产量占世界第二位，在50多个国家中销量第一。产品有四轮驱动四轮转向形式，还有蟹行功能供选择。在提高驾驶舒适性的同时，驾驶室有通风系统是其独具特色。挖掘动臂可配加长斗杆，延长挖掘深度。公司在1973年就已经向苏联出口了3D型，1989年苏联商船公司向该公司订购了30台4WD型，用于14个港口设施建设，价值达100万英镑。 欧洲共同体国家生产挖掘装载机的公司主要有：德国谢弗(Schaeff)、汉诺玛格(Hanomag)、克拉默尔(Kyamer)公司，意大利菲亚特艾利斯(Fiatallis)、贝纳蒂(Benati)、Moxy、Benfra 公司，瑞典沃尔沃(Volvo)公司。菲亚特艾利斯和约翰迪尔公司进行技术合作，在1990年和1991年研制出6种型号整体车架式和铰接车架式挖掘装载机。此外，国外生产挖掘装载机的公司还有(1)EarthForce America公司。其系列产品共五种型号：EFlEF5，均为四轮转向四轮驱动，除EFl为汽油机驱动，其余四个机型动力为K1Jbota柴油机；(2)Terramite公司。产品有T5C，T5D，T6型；(3)New Holland公司。E系列共有四种型号：555E，575E，655E和675E，配Genesis发动机，特点是直线型装载动臂和四连杆机构；(4)I)igIt公司。其新型挖掘装载机有Tiger 2008，Dominator M2208和Dominator。M2208D三种机型，基本上采用小型拖拉机车架，R()PS驾驶室框架。将回转支架的回转销改为可拆卸式。 我国已开发、试制或生产挖掘装载机的厂家及其型号有：(1)北京建筑机械厂及福建机器厂开发出WZ2A、WZ2B，北京建筑机械厂1969年生产WZ2型挖掘装载机(又称DY455型)，1980年改进设计，试制了WZ2A型挖掘装载机，1981年10月通过鉴定。之后，在此基础上又推出了WZ2B型挖掘装载机，将WZ2A型又改进为现在生产的WZ一2C型挖掘装载机，反铲铲斗标准斗容量02m3。(2)福州建筑机械厂WZ25型，反铲铲斗标准斗容量025 m3，装载额定提升能力196kN，发动机功率441Kw，整机质量6580Kg，1985年通过部级鉴定。(3)烟台工程机械厂zLl5WJ型，反铲铲斗标准斗容量014m3 ，整机质量6400Kg，1 988年通过省级鉴定。该厂近年还开发出WZl615E型挖掘装载机，以ZLl5装载机为基础，额定装载质量1500Kg，反铲额定斗容O14m3，整机操作质量6250Kg。(4)柳州挖掘装载机厂(中外合资)的WZ3025型和WZ3025A型，装载部分提升力、反铲标准斗容分别为25KN、1O m3；WZ4530型，装载部分提升力、反铲标准斗容分别为30KN、125 m3。(5)山东临沂装载机厂的zwl0型履带式挖掘装载机。(6)洛阳拖拉机工程机械公司的DFII一904WZ。(7)山东广饶液压机械厂的755ZW。(8)柳州工程机械厂开发出WZ2520。(9)山西机床厂也与意大利合作组装生产“两头忙”产品。(10)徐州装载机厂开发研制出WZ2516型挖掘装载机，发动机功率为50KW，装载斗容量08m3，反铲斗容量025 m3，装载装置最大掘起力256 KN。目前，中国”两头忙”产品年产300台左右，市场亟待开发。1-3挖掘装载机发展特点 综合国内外挖掘装载机的发展情况，在结构上有以下特点： (1)根据挖掘装载机的主要用途，综合考虑工作速度、作业要求、道路状况和配置不同附属装置时变形方便等因素，广泛采用轮胎式行走装置。 1) 国外欧美大多数公司仍继续生产采用传统的农业拖拉机底盘的挖掘装载机，而近年来日本却发展专用工程机械底盘的挖掘装载机。采用拖拉机底盘需要增设专业用于联接工作装置的加强车架，使机器工作时产生的扭转载荷和弯曲载荷由车架承受，而不会传到传动装置。车轮由驱动轮和导向轮组成。国内由北京机械厂生产的WZ一2C型挖掘装载机，采用铁牛55型拖拉机底盘，以专用前桥更换原强度不足的前桥。 现代轮胎式挖掘装载机则采用铰接车架的专用底盘。日本生产厂家较多采用铰接车架底盘，铰接车架转向角36。43。，工作时前后车架用液压缸定位，可提高机械的机动性。为了保证采用铰接车架的挖掘装载机在工作过程中的稳定性，谢弗公司在SKB600、SKB900、SKB902、SKBl000、SKBl000T型挖掘装载机的底盘上安装两个可以移动的配重。当机器进行挖掘作业时，配重安装在前桥上方；装载作业时，配重安装在后桥下方。为了提高其通过性能，采用了宽基轮胎等措施。福州机械厂生产的WZ25型挖掘装载机采用轮式专用底盘。烟台工程机械厂生产的ZLl5WJ型挖掘装载机采用ZLl5型装载机底盘。 2)如果在固定施工现场及松软道路状况上持久稳定作业，或需要经常使用较大的切削力铲装坚实的物料工况时，则采用履带式挖掘装载机较为适宜，而且采用前置式发动机和液力机械传动装置的工业拖拉机底盘。约翰迪尔公司生产的350、350B、350C型装载机，都能在其后部安装反铲挖掘装置。 (2)前、后桥 用装载斗作业时，采用全轮驱动，在道路状况不好的条件下作业时，发挥了机器的最大牵引力。根据用户需要，驱动桥可以做成后轮驱动或全轮驱动。并根据要求，可在前桥或后桥上装有防滑差速器，使整机具有牵引和自救能力高、轮胎磨损小等特点。卡特彼勒公司416和428型挖掘装载机选用了德国蔡夫(zF)公司的防滑差速器。沃尔沃公司BW6300型挖掘装载机在后桥上采用了自锁差速器，由于锁紧过程是自动完成的，可以省去一套差速锁的控制系统，适用于挖掘装置工作工况。(3)装载装置转载斗在举升过程中能自动调节的结构和在降落到停机面时自动复位机构。反铲装置的几何位置取决于动臂液压缸的长度L1、斗杆液压缸的长度L2和铲斗液压缸的长度L3。显然，L1、 L2和L3为某组确定值时反铲装置就相应处于一个确定的几何位置。如图设计平面直角坐标系，使X轴与地面重合，Y轴与挖掘机的回转中心线重合。第二章：铲斗设计21铲斗结构形式的选择 铲斗是直接用来切削、收集、运输和卸出物料，装载机工作时的插入能力及铲掘能力是通过铲斗直接发挥出来的，铲斗的结构形状及尺寸直接影响装载机的作业效率和工作可靠性，所以减少切削阻力和提高作业效率是铲斗结构设计的主要要求。铲斗。是在恶劣的条件下工作，承受很大的冲击载荷和剧烈的磨削，所以要求铲斗具有足够的强度和刚度，同时要耐磨。 根据装载物料的容重，铲斗做成三种类型：正常斗容的铲斗用来装载容重141。6吨米的物料(如砂、碎石、松散泥土等)：增加斗容的铲斗，斗容一般为正常斗容的1。416倍，用来铲掘容重10吨米3左右的物料(如煤、煤渣等)；减少斗容的铲斗，斗容为正常斗容的O608，用来装载容重大于2吨米3的物料如铁矿石、岩石等)。用于土方工程的装载机，因作业对象较广，因此多采用正常斗容的通用铲斗，以适应铲装不同物料的需要。铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型和非直线型两种。直线型切削刃简单并利于地面刮平作业，但切削阻力较大。非直线型切削刃有V型和弧形等，装载机用的较多的是V型斗刃。这种切削刃由于中间突出，在插入料堆时，插入力可以集中作用在斗刃中间部分，易于插入料堆；同时对减少”偏载切入”有一定的效果。但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。 装有斗齿的铲斗，在装载机作业时，插入力由斗齿分担，形成较大的比压，利于插入密实的料堆疏松物料或撬起大的块状物料，便于铲斗的插入，斗齿磨损后容易更换。因此，对主要用于铲装岩石或密实物料的装载机，其铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物料，其铲斗可以不装斗齿。 斗齿的形状对切削阻力有影响：对称齿型的切削阻力比不对称齿型的大；长而狭窄的齿比宽而短的齿的切削阻力要小。弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小，但弧线型侧刃容易从两侧泄漏物料，不利于铲斗的装满，适于铲装岩石。对主要用于土方工程的装载机，在设计铲斗时要考虑斗体内的流动性，减少物料在斗内的移动或滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料时有良好得倒空性22铲斗基本参数的确定 铲斗的主要参数是铲斗宽度和铲斗的回转半径。 铲斗的宽度要大于装载机每边轮胎外侧宽度510厘米，否则铲装物料或分层铲取土时，所形成的阶梯地面不仅会损伤轮胎的侧面而且会引起轮胎的打滑影响牵引力的发挥。 铲斗的回转半径R0是指铲斗与动臂转铰中心B与切削刃之间的距离(图21)由于铲斗的回转半径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。因此铲斗的其它参数依据它来决定。 铲斗的回转半径R。可按下式计算： 式中VK几何斗容量(图21中所示阴影断面)B0铲斗内侧宽度铲斗斗底长度系数，通常1415； 后斗壁长度系数，通常=1112；挡板高度系数，通常以=O12O141斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，通常0.350. 40 b，挡板与后斗壁I、自J的夹角，通常6，=5。10。；b。斗底与后斗壁间的夹角，通常b。=45。-52。，由计算可得：R010661178mm.选取R01085mm斗底长度Lg是指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离：后斗壁长度LZ是指由后斗壁上缘到与斗底相交点的距离： 挡板高度LK 铲斗圆弧半径R1： 铲斗与动臂铰销距斗底的高度 hW=(020025)Ro260mm 铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角a=50。60。23斗容的计算 铲斗的斗容量可以根据铲斗的几何尺寸确定。 1几何斗容(平装斗容)VK 铲斗平装的几何斗容可按下式确定。 对于装有挡板的铲斗： 。式中A铲斗横断面面积，如图21所示阴影面积； B0铲斗内壁宽； H挡板高度； B斗刃刃口与挡板最上部之间的距离。 2额定斗容(堆装斗容)VH 铲斗堆装的额定斗容V是指斗内堆装物料的四边坡度均为1：2，此时额定斗容可按下式确定。 对于装有挡板的铲斗：式中c物料堆积高度由作图法确定，在铲斗内堆装物料的四边坡度均为1：2，由料堆尖端m点作直线mn与cd垂直，将mn延长，与斗刃刃口和挡板最下端之间的连线相交此交点与料堆尖端的距离，即为物料堆积高度c图示如下：经计算：额定斗容VH=16米。第三章：挖掘装载机工作装置结构设计3.1工作装置方案设计： 装载机铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动实现的。 装载机的工作装置是由铲斗、动臂、摇臂、连杆托架及液压系统等组成。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相连；转斗油缸通过摇臂一连杆或托架使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操纵。 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及工作时要保证：当动臂处于某种作业位置不动时，在装斗油缸的作用下通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动；当转斗油缸闭锁使动臂在动臂油缸作用下提升或下降铲斗过程中连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或斗底半面与地面的夹角变化控制在很小的范围，以免装满物料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料洒落；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。 装载机根据摇臂一连杆数H,X铰接位置的不同，可组成不同形式的连杆机构。不同形式的连杆机构铲斗的铲起力随铲斗转角的变化关系，倾斜时的角速度大小及工作装置的运动特性也不同。因此装载机工作装置形式的选择广既要考虑结构简单又要考虑结构性质与铲掘方式来确定。 正转连杆机构的工作装置当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相同，其运动特点是发出最大铲起力时的铲斗转角是负的，有利于地面的挖掘，铲斗倾斜时的角速度大易于抖落砂石，但冲击较大。 正转连杆机构又分为正转单连杆和正转双连杆两种形式。单连杆机构的连杆数目少结构简单，易于布置。缺点是铲起力变化曲线陡峭；摇臂一连杆的传动比比较小，为提高传动比，需要加长摇臂一连杆的长度，给结构布置带来困难，并影响驾驶员的视野双连杆机构的结构较复杂，转斗油缸也难于布置在动臂下方但摇臂连杆传动比大，因此摇臂-一连杆尺寸可以减少，驾驶员的视野较好，铲起力变化曲线平缓，适于利用铲斗及动臂复合铲掘的作业。缺点是提升动臂铲斗便后倾，易造成物料洒落。 反转连杆机构的工作装置，当机构运动时铲斗与摇臂的转动方向相反。其运动特点时发出最大铲其历史的铲斗转角是正的且铲起力变化曲线陡峭，因此提升铲斗时铲起力较大适于装载矿石，不利于地面挖掘；铲斗倾斜时角速度小，卸料平缓，但难于抖落砂石。易于实现铲斗自动放平。摇臂连杆的传动比较小。 反转连杆机构多采用单连杆，双连杆机构布置较困难。反转连杆机构当铲斗位于运输位置时连杆与动臂轴线相交，因此难于布置在同一平面内。但由于这种形式结构简单铲起力较大所以中小型装载机采用较多。 装载机铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动实现的。 根据装载机用途作业条件及技术经济指标等拟定的设计任务书的要求选定了工作装置的结构形式后便可进行工作装置的结构设计。 工作装置的结构设计包括： (1)确定动臂长度形状及与车架的铰接位置。 (2)确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程。 (3)连杆机构的设计 工作装置的结构设计应满足以下要求： (1)保证满足设计任务书中规定的使用性能及技术经济指标的要求如最大卸载高度最大卸载距离在任何位置都能卸净物料并考虑可换工作装置等。 (2)保证作业时与其他构件无运动干涉 (3)保证驾驶员有良好的劳动条件，如工作安全视野开阔操作简便等 工作装置的结构设计是一个比较复杂的问题，因为组成工作装黄的各构件的尺寸及位置的相互影向，可变性很大。对于选定的工作形式在满足上述要求下可以有各种各样的构件尺寸及铰接点位置。因此只有在综合考虑各种因素的前提下对工作装置进行动力学运动学分析通过多方案比较才能最后选出最佳构件尺寸及铰接点位置时所设计的工作装置不仅满足使用要求而且具有较高的技术经济指标。 目前在实际设计工作中大多根据统计资料参考同类样机结构采用比较法设计一、确定动臂长度、形状与车架的铰接位置1动臂与车架铰接点位置的确定： 动臂与车架的铰接点位置，动臂与车架铰点的左右位置，根据装载机的轮距，动臂和转斗油缸的尺寸布置和视线等确定。动臂回转角通常取8090度。 动臂铰点的位置可通过作图来确定动臂下铰点的最高位置Bi、确定了最大卸载高度、最大卸载高度时的卸载距离及最高位置时的卸载角。图中a为斗底与铲斗回转半径的夹角，动臂下铰点当铲斗在地面铲掘时的位置Bl，在考虑斗底与地平面夹角为35度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。动臂的上铰点应在BiBl连线的垂直平分线上，当最大卸载高度和最小卸载距离一定时他的前后位置影响动臂的长度、动臂的回转角及动臂最大伸出时的稳定性，La大，动臂增长，动臂回转角减小，倾翻力矩小，提高力装载机载铲斗最大伸出时的稳定性，因此在总体布置允许的情况下希望La大些，动臂与车架铰点的高度通常取： Ha=(1525)RO 式中RO一铲斗回转半径 初步确定Ha=2000mm 如图所示：由于铲斗与动臂的下铰点B点的x坐标值越小，转斗铲取力就越大，所以B点靠近0点是有利的，但它受斗底和最小离地高度的限制，不能随意减小；而B点的Y坐标值增大时，铲斗在料堆中的铲取面积增大，装的物料多，但这样就缩小了B点与连杆铲斗铰接点C的距离，使铲取力下降。 综合考虑各种因素的影响，设计时，一般根据坐标图上工况1时的铲斗实际状况，在保证B点Y轴坐标值Yc=200250ram和X轴坐标值Xb尽可能小而且不与斗底干涉的前提下，人为的把B点初步确定下来。 现在，有的轮胎式装载机为了提高铲取力，把B点布置在斗底圆弧里侧，不过这给制造者增加了麻烦，使斗容也有所减小。2动臂与机架的铰接点A(1) 以B点为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗口OO与X轴平行为止，即工况2。 (2)把已选定的轮胎画在坐标图上。作图时，应使轮胎前沿与工况2使铲斗后壁的间隙尽量小些，目的使机构紧凑、前悬小，但一般不小于50mm；轮胎中心Z的Y轴坐标值应等于轮胎的工作半径R。：确定式中Z点的Y坐标值； dW轮辋直径； bW轮胎宽度； H/bW轮胎断面高度与宽度之比。普通轮胎取1，宽面轮胎取083，超宽轮胎取064； 轮胎变形系数，普通轮胎为01016，宽面轮胎为00501。 (3)根据给定的最大卸载高度、最小卸载距离和卸载角，画出铲斗在最高位置卸载时的位置图，即工况4，并令此时斗尖为04，B点位置为B4，如图31所示。 (4)以B4点为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与X轴平行，即铲斗被举升到最高位置图(工况3)。 (5)连接B、B4并作其垂直平分线。因为B和B4点同在以A点为圆心，动臂AB长为半径的圆弧上，所以A点必在BB4的垂直平分线上。 A点应在垂直平分线上何处才合适呢?原则是其位置尽可能低一些，以提高整机工作的稳定性，减小机器高度，改善司机视野。一般，A点取在前轮右上方，与前轴心水平距离为轴距的13l2处。 本机取A点与前轮轴心距离为700mnl。 A点位置的变化，可借挪动B4点和轮胎中心Z点的位置来进行。3确定动臂与摇臂的铰接点J J点位置是一个十分关键的参数。它对连杆机构的传动比、倍力系数、连杆机构的布置以及转斗油缸的长度等都有很大影响。如图31所示，根据