zl100反转六杆装载机工作机构要点

1、目录目 录 1摘要 2前言 31. 装载机工作装置设计概述 41.1装载机工作装置设计概述41.2轮式装载机工作装置设计要求42. 设计任务 63. 工作机构和工作原理 73.2工作原理 73.3工作过程分析 74. 设计计算说明书 94.1铲斗的结构设计和尺寸设计 94.2工作装置连杆系统的设计和尺寸设计 154.3工作装置的强度计算 204.4工作油缸的选择 26设计总结 29参考文献 30摘要装载机是工程机械的主要机种之一， 广泛用于建筑、矿山、水电、 桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门。本文中参阅了大 量的土方机械的设计参考书，其中大多数是有关装载机方面的，有的 是工作装置单

2、一构件的设计，有的则是整个工作装置的设计，并且有 许多有关工作装置优化设计方面，各参考所涉及到的装载机虽然型号 不同，研究的方法也有差异，但综合起来基本上也概述了现行的设计 方法。国外装载机发展迅速，而我国装载机在设计上存在很多问题， 其中主要集中在可靠性、结构设计强度等方面。而工作装置对于装载 机来说又是重中之重，所以工作装置的设计好坏直接影响到装载机的 使用寿命以及工作效率等。虽然现在市场上的装载机已经日趋成熟， 但对其进行改进设计仍有非常重要的意义，尤其是装载机的工作装 置。装载机工作装置的转斗六连杆机构是由与液压缸，铲斗相关联的 两个四连杆机构组合而成。轮式装载机在作业时，靠改变液压缸

3、的长 度来使铲斗获得所要求的收斗角和卸料角。机构中各杆件长度及其结 构参数确定后，需要对该机构作某些特定计算，以判断机构设计的正 确性。在工作循环中速度与加速度变化合理；油缸活塞行程为最佳值； 工作装置运动平稳、无干涉、无死点、无自锁；动臂从最底位置到最 大卸载高度的举升过程中，保证铲斗中物料不洒落；在卸载后，动臂 下放至铲掘位置铲斗能自动放平。关键词 工程机械，装载机，工作装置前 言装载机是以轮胎式或履带式拖拉机为基础车，安装上铲斗作为工 作装置的一种土方工程机械。它是一种作业效率高、操作轻便、用途 广泛的施工机械，它不仅用来对松散的堆积物料进行装、 运、卸等作 业，还可以铲装爆破后的矿石以

4、及对硬土进行轻度挖掘， 并能用来进 行清理、刮平场地及牵引等作业。装载机的铲掘和装卸物料是通过工 作装置的运动而得以实现的，装载机工作装置由铲斗、动臂、连杆、摇臂和转斗油缸、动臂油缸等组成。整个工作装置铰接在车架上。铲 斗通过连杆和摇臂与转斗油缸铰接， 用以装卸物料。动臂与车架、动 臂油缸铰接，用以升降铲斗。铲斗的翻转和动臂的升降采用液压操纵。 装载机作业时工作装置应能保证：当转斗油缸闭锁、动臂油缸举升或 降落时，连杆机构使铲斗上下平动或接近平动， 以免铲斗倾斜而撒落 物料；当动臂处于任何位置、铲斗绕动臂铰点转动进行卸料时，铲斗 倾斜角不小于45°，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平

5、。综合 国内外装载机工作装置的结构型式，主要有七种类型，即按连杆机构 的构件数不同，分为三杆式、四杆式、五杆式、六杆式和八杆式等； 按输入和输出杆的转向是否相同又分为正转和反转连杆机构等。工作装置直接影响到装载机的性能参数和其作业效率。ZL40/ZL50装载机，主要装载机生产厂家均拥有该产品。第一代产品几十年来沿续至 今，全国几乎使用同一套图纸，有些技术力量薄弱的厂家，仍把其当 作主导产品推向市场。第二三代产品主要是对工作装置进行优化， 改 变外观造型。所以，合理的设计工作装置的结构是非常重要的。常见的有关轮式装载机的工作装置设计中，广泛采用反转六连杆机构 为例进行设计以及放平性、工作强度的校

6、核，本次设计中在没有同类 正转机构设计资料的前提下，反复琢磨工作装置的工作原理，并使用 机械设计软件AUTOCADS行工作装置的各铰接点的设计，所以在进 行有关校核时直接应用绘图尺寸，可以保证精度要求，此设计资料也 可以作为今后正转工作装置的设计参考。 当然，在设计中难免有疏忽 以及错误的地方，望批评指正。1装载机工作装置设计概述1.1装载机工作装置设计概述装载机工作装置是装载机的核心部件，它是实现铲掘、装载物料 的机构，其设计水平的高低直接影响到整机的性能， 如工作效率、作 业质量和总体结构尺寸等。装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂一一连杆（或托架）及液压 系统等组成。铲斗用以铲装物料；动臂

7、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（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。1.2轮式装

8、载机工作装置设计要求根据轮式装载机的作业特点，其工作装置的设计应满足以下要 求：1.21基本要求(1) 生产率高；(2) 插入和铲取能力大；(3) 结构和工作尺寸适应生产条件需要；(4) 零部件受力状态良好，强度和寿命合理；(5) 结构简单紧凑，制造维修容易，操作使用方便。1.22特殊要求(1) 由于铲斗宽度和容积都较大，所以铲装阻力大，装载系数小。 因此设计时必须合理选取铲斗的结构和尺寸， 以减小工作阻力，达到 装满卸净、运输平稳。(2) 铲斗由运输工况被举升到最高卸载位置的过程中，为避免铲 斗中物料撒出，要求铲斗作“平移运动”。从不易撒料这一目的出发， 绝对平动并无必要，只要把铲斗举升时的

9、倾角变化限制在一定许可范 围之内即可，设计时一般控制在10°以内为好。(3) 保证必要的卸载角、卸载高度和卸载距离。轮式装载机要求 铲斗在从运输工况至最高位置之间的任一高度都能卸载干净，为此， 铲斗各瞬时卸载a (铲斗斗底对地面的前倾角)均需不小于45°。(4) 铲斗能自动放平。铲斗在最高位置卸载后，闭锁转斗油缸， 下放动臂，铲斗能自动变成插入工矿(开始插入状态)的功能成为“铲 斗自动放平”。(5) 轮式装载机的工作机构属于连杆机构，设计中要注意防止各 个工况出现构件相互干扰、“死点”、“自锁”和“机构撕裂”等现象； 各处传动角不得小于10 °在综合满足工作性能的

10、前提下，尽可能 增大机构而倍力系数。(6) 应尽量减少工作机构的前悬(即工作机构重心至整机重心的 距离)、长度和高度，以提高装载机在各种工况下的稳定性和司机的 视野。第27页共232设计任务(1) 设计斗容：5n3(2) 设计工作机构：转斗油缸后置式反转六杆机构(3) 设计机型：ZL100型装载机(4) 工作机构的设计内容：a 工作机构各铰链点位置及销轴；b 铲斗、大臂、斗柄、连杆、力学计算及结构设计；c .油缸的力学计算及结构设计。(5) 要求完成的文字资料设计计算说明书(30页左右)(6) 要求完成的图纸a .工作机构总装图一张(A0)b.铲斗组装图一张(A1) 或动臂油缸装配图一张(A1

11、)(7) 要求按照指导教师指定的数据组完成设计工作，按时交出设计资 料及图纸，并参加答辩。3工作机构和工作原理3.1转斗油缸后置式反转六连杆机构优缺点(1) 优点：a .转斗油缸大腔进油时转斗，并且连杆系统的倍力系数能设 计成转大值，可获得相当大的铲取力；b 恰当的选择各机构尺寸，不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，这是其它六种机构所望尘莫及的；c结构十分紧凑，前悬小，司机视野好。(2) 缺点：摇臂和连杆布置在铲斗和前桥之间的的狭窄部位， 容易发生杆 件相互干扰，设计时须特别精心。3.2工作原理当转斗油缸将活塞杆推出时，经过摇杆和连杆作用，推压铲斗 插入料堆，然后转斗油缸

12、小腔进油。将活塞杆收回，牵引铲斗向后翻 转完成铲取动作。此时，铲斗侧刃平行地面进入运输状态。 当动臂油 缸活塞杆推出将动臂举到一定的位置或卸载高度时，要求铲斗始终平 移。然后转斗油缸的活塞杆推出，经摇杆和连杆作用，翻转铲斗，向 溜静或储料仓内卸载，铲斗卸载角不小于45°。卸干净后，转斗油缸将活塞杆收回，牵引铲斗向后翻转完成卸载动作，此时动臂油缸活 塞杆收回，将动臂下放到一定位置，铲斗侧刃平行地面进入空载运输 状态，这样工作机构就完成了一个工作循环。3.3工作过程分析ZL100型装载机是一种装运卸作业联合一体的自行式机械，它的工作过程由5种工作状态或工况组成：(1) 工况I 插入状态动

13、臂下放，铲斗放置地面，斗尖触地，铲斗前臂对地面呈3° -5 ° 前倾角；开动装载机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆。(2) 工况II 铲装状态工况I以后，转动铲斗，铲取物料，待铲斗口翻转至近似水平 为止。(3) 工况III 重载运输状态举升动臂，将工况II之铲斗升高到适当位置(以斗底离地的高 度不小于最小允许距离为准)，然后驱动装载机，载重驶向卸载点。(4) 工况IV 卸载状态在卸载点，举升动臂使铲斗至卸载位置；翻转铲斗，向运输车 辆或固定料仓卸载；卸毕，下放动臂，使铲斗恢复到运输状态。(5) 工况V空载运输状态卸载结束后，装载机由卸载点空载返回装载点。4设计计算说明书4.1

14、铲斗的结构设计和尺寸设计4.1.1铲斗简介铲斗是装载机工作装置的执行构件。 铲斗直接与物料接触，是装、 运、卸的工具，工作时，它被推压插入料堆铲取物料，工作条件恶劣， 是承受很大的冲击力和剧烈的磨损，因此铲斗的设计质量对装载机的 作业能力有较大影响。为了保证铲斗的设计质量，首先应当合理地确 定铲斗的结构及几何形状，以降低铲斗插入物料的阻力。其次要保证 铲斗具有足够的强度、刚度、耐磨性，使其具有合理的寿命。目前国 内外的铲运机绝大多数采用整体向前倾翻式铲斗，这种铲斗的优点是 结构简单，工作可靠，有效装载容积大，但需要有较大的卸载角才能 将物料卸净。本次设计就采用这种形式。4.1.2铲斗的设计a

15、铲斗的形状、尺寸和刃口的设计，必须以一铲就装满整个工 作腔为准；b .在选择有效铲掘力矩时，应考虑到料堆低及在斜坡上的作业 因素，故铲斗的高度不宜过大；c .铲斗的刃口应具有足够的强度、刚度和抗冲击性；d .斗的几何形状应能保证可靠运输，还能进行场地的平整工作；e .降低对铲斗部分的非正常磨损，提高刃口的耐磨性，保证铲 斗维修的方便；f .合理增加铲斗相对于轮胎外缘的宽度， 以清除可能出现在轮 胎下面的石块，减少轮胎的磨损；g .由于矿石的容量不同，往往同一台装载机要配备几个斗容不 同的铲斗，为此，铲斗元件应做高通用性，高互换性；h .铲掘时能保证工作面的良好视野；i .为了减少插入阻力、铲取

16、阻力和转斗阻力，尽量做到一次装满，铲斗斗刃做直线型型（带齿），侧刃做成折线；j.为了提高铲斗强度和刚度，对斗容3-5m3的中型装载机来说，斗体材料选用20伽厚的低碳高强度合金钢，斗刃选用厚为 38-40 mm 的特殊耐磨钢。在一些重要的部位都用加强板和加强筋进行加强。 4.1.3铲斗基本参数的确定把铲斗的回转半径R（即铲斗与动臂铰接点至切削刃之间的距离） 作为基本参数，铲斗的其他参数则作为R的函数。R（见下图）的大小不仅直接影响铲斗底壁的长度，而且还直接影响转斗时掘起力及斗容铲斗参考尺寸铲斗的回转半径尺寸可按下式计算:（门、）Y 1.2耳0+5人（人 + At cos 打“in %_人卞5普-

17、討式中V 铲斗的额定容量（n3）,设计任务书给出V=5n3B 铲斗的内侧宽度（m）；入g铲斗的斗底长度系数,通常入g =1.41.5 ;入z后斗壁的长度系数，通常入z =1.11.2 ;入k挡板的高度系数，通常入k =0.120.14 ;入r 斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，通常入r入r =r/R=0.35 0.4 ;丫 0 斗底和后斗壁夹角,通常丫 0 =48。52° （有的推荐 55° 65° ）;丫 1挡板和后斗壁间的夹角，选丫 1时应使侧壁切削刃与挡 板的夹角为90°，通常丫 1=5°10°。在设计当中，铲斗的额定容量由设计

18、任务书给出V=5n3。铲斗的内侧宽度B0=b+ b w +（0.1 0.2）-2a （m）式中b 装载机轮距，mbw 轮胎宽度，m a铲斗侧壁切削刃厚度，m查阅资料得，b=2.5m, bw =0.7574m，a=0.040m关于（0.1 0.2）,取 0.15m.计算得 B°=3.4274m设计参数的选择，由经验获取：入g =1.5，入z=1.2，入k =0.13，入r =0.4 丫 0=50° 丫 1 =8°则可求得铲斗回转半径 R=1.4501m斗底长度Lg是指由后斗壁上缘到与后斗壁底相交点的距离：Lg = X g R=2.1751m后斗壁长度L z是指由后斗

19、壁上缘到与斗底相交点的距离：Lz= X zR=1.7401m挡板高度Lk:Lk = X k R=0.1885m铲斗圆弧半径r:r=X r R=0.5801m4.1.4铲斗容量计算与误差判断a. 铲斗容量计算 设计铲斗的额定容量：Vr =SBo-2s2b/3+ Bo/8- b 2(a+c)/6式中S铲斗平装容量横截面，单位m2a挡板高度，单位m；b铲斗开口长，单位 m；c堆积高度，单位m。如图所示，铲斗平装容量横截面积S由5块基本几何图形组成。计算式为 S=S1+S2+S3+S4+S5式中S1 扇形AGF的面积,单位m；52- 直角三角形 GFN单位m；53- 直角三角形 GAC单位m；54-

20、三角形厶CGN单位m；55- 直角三角形 CND单位m。由 图可得 S仁(GF)2(180- 丫)一 =0.4115 m360S2=GF< FN/2=0.2175 mS3=GA < AC=0.2204 m由上得，CN=1.5367m CG=0.9912m NG=0.6897m 令L=(CN+CG+NG),则S4=：l(l cn)(l CG)(L ng)=0.257O m2S5= CNX ND/2=0.1309 m则综上可得S=1.2373 m由 b2=CN+ND得，铲斗开口长 b=1.5463m如下图，IH是斗尖至铲斗侧壁的高度c,根据美国汽车工程师手册规 定IH垂直于CD且IK=

21、CK/2=b/4.按照通常的设计要求，挡板 DN应 垂直于斗侧壁CN所以 CKHhA CND贝Uc=|K+KH=0.4722mu则额定容量=5.0265 m3b. 铲斗的容量误差判断若满足 V r -v h < £式中 V h 计算斗容量£设计中给定的允许斗容量误差，根据设计要求&=0.1m3则 Vr- V h =5.0265-5=0.0265 m 3< £ =0.1m3所以所设计的铲斗容量符合设计要求。c. 铲斗上下铰接点位置的确定铲斗的下铰接点即与动臂的连接铰接点。当铲斗在铲掘位置时， 应尽量使该点靠近切削刃与地面。下铰接点靠近铲斗切削刃，

22、则转斗 时力臂小，有利于增加作用在斗刃上的掘起力。下铰接点靠近地面， 可减少在作业时的铲入阻力。下铰接点距斗底高度：hw=(0.06 0.12)R=0.0786 0.1572m,取为 0.12 m4.2工作装置连杆系统的设计和尺寸设计4.2.1拟定设计任务书的要求额定斗容：5 m3额定载重量：10000kg整机质量：30486kg最大掘起力：185.5kN最大卸载高度：3450mm轮距：2500mm最 小 卸载距离：1250mm4.2.2图解法设计尺寸参数a动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点 G、B、A的确定女口图所 示，选取直角坐标系xoy，并选定长度比例尺为 卩0，把已设计好 的铲斗横截面

23、图画在坐标系里，斗尖对准坐标原点O,斗前壁与x轴 呈5。前倾角。此为铲斗插入料堆时的位置。综合考虑各种因素的影响，设计时，一般根据坐标图上工况I时的铲 斗实际情况，在保证G点y轴的坐标值yG=240350mm和x轴坐 标值尽可能小的而且不与斗底干涉的前提下， 在坐标图上人为地把G 点初步确定下来。我取 G点的坐标为(1400,150)。以G点为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗口 01。2与x轴平行为止，即工况U。 把已选定的轮胎外廓画在坐标图上。 作图时，应使轮胎前缘与工况U 时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 RK

24、y z= Rk=+（h）bw（ 1-入）2bw式中d w轮辋直径，mmb w轮胎宽度，mmH轮胎断面高度与宽度之比； bw入轮胎变形系数。轮胎选用标准轮胎，规格为：23.5-25-16PRr rH则 dw=712mm bw=758mm =1，入=0.1 bw代入公式求得yz= Rk =1038.2根据给定的最大卸载高度，最小卸载距离，以及卸载角a =50。 画出铲斗在最高位置卸载时的位置图，即工况川，令此时斗尖为O',G点位置为G'。以G 为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与 x轴 平行，即得到铲斗最高位置图，即工况W。连接 GG并做垂直平分 线，因为G和G点同在以A点为圆心，动

25、臂AG长为半径的圆弧上， 所以A点必在的垂直平分线上,A 一般取在前轮右上方，与前轴心水 平距离为轴距的1/31/2处。因此，我取A点坐标为（4898，2350）。取B点在AG连线的上方，过A点的水平线下方，并在AG的垂直平分 线上，并在AG的垂直平分线上左侧靠近工况U时的铲斗处。相对于 前轮胎，B点在其外廓的左上部。通过作图，设计出B点坐标为（2100， 2500）。b 连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点 F、E的确定 因为G、B两点已被确定，所以在确定F点和E点实际上是为了最 终确定与铲斗相连的四杆机构 GFEB勺尺寸按双摇杆条件设计四杆机构，令 GF为最短杆，BG杆为最长杆， 即必有：gf+b

26、g>fe+be若令0卩=&尸£力启£丸启0=4并将上式不等号两边同时除以 d,经 整理上式，得下式，即k=b+c-a<id d d其中d 值由BG确定，即d=2482mm初步设计时，式中各值选取为：K=0.950 0.995 , a=（0.3 0.5）d , c=（0.4 0.8）d所以得 K=0.970 , a=993mm c=1489mm,b=1986m>m如图，铲斗取工况I。分别以 B和G点为圆心，以c和a2 b2分 别为半径画弧，其交点为E;再分别以G点和E点为圆心，a和b 半径画弧，则其交点必为F。作图所得，在铲装工况下，即工况I下，E点

27、坐标为（3500，1038）,F 点坐标为（1514,1038）。为了防治机构出现“死点”，“自锁”或“撕裂”现象，设计时应 满足下列不等式。工况U时：GF+FE>GE工况W时：FE+BE>FB工况 U 时，GF=993m，FE=1986mm GE=2220mm 因此满足 GF+FE>GE工况W时，FE=1986mm BE=1489mm FB=1500mm 因此满足FE+BE>FBc.转斗油缸与摇臂和机架的铰接点 C和D的确定初步设计时，一般取 BC （0.71.0）BE,因此，取 BC=0.85BE=1042mmC点一般取在B点左上方，BC与BE夹角（即摇杆 折角），

28、可取/ CBE=165，C点运动不与铲斗干扰，其高度不影响司 机视野。转斗油缸与机架的铰接点 D，是根据铲斗由工况U举升到工 况W过程为平动和由工况川下降到工况I能自动放平这两大要求来 确定的。当铰接点G F、E、B、C、被确定后，则铲斗分别在工况I、U、M、W时的C点的位置O、C2、C3、C4也就唯一的被确定下来。因为铲斗由工况U举升到工况W或由工况川下放到工况I的运动过程中，转斗油缸的长度分别保持不变，所以 D点必为C2点和C3点连 线的垂直平分线与点C1和C4点连线的垂直平分线的交点。研究证明， D点设计在A点的左下方较好。D的固定坐标为(4500,2200)。d. 动臂举升油缸与动臂和

29、车架铰接点 H点及M点的确定H点一般选在约为动臂长度的三分之一处，且在动臂两铰接点的连线之上，以便 留出铰座位置。因 此，取工况I时的 H坐标 (3650,1600),AH=1350mm。取 M 点在 A 点左下方 2000mm处，取为 (1570,350)。为进一步检验铲斗平动质量，在工况间选择 2 个位置进行检验铲斗转角，所得结果铲斗转较差小于10。，则合理。 4.3工作装置的强度计算在实际装载作业中，经常可能出现的恶劣工况是：铲斗在装载机 牵引力的作用下先插入料堆最大深度， 与此同时，转斗油缸动作，实 现转斗铲装物料，这是插入阻力和铲取阻力均达到最大值， 而且力作 用点均处在铲斗切削刃一

30、端，即偏载时边插入边转斗工况。所以，一 般对此工况下的工作机构进行强度计算或校核。为了简化计算，又考虑到外载本身的计算误差就较大，所以往往 采取按正载时边插入边转斗铲取一一即插入阻力和铲取阻力均作用 在铲斗切削刃中央的工况进行强度计算，而用放大安全系数来处理偏 载的影响。另外，由于插入阻力对工作机构强度的影响相对于铲取阻 力的影响要小得多，特 别是那种在插入时动臂支承在前车架上的结构更是如此。因此，不管是正载联合铲装还是偏载联合铲装，可简化成正载铲取或偏载铲取， 而把插入阻力的影响放在安全系数中考虑。4.3.1外载荷计算a 插入阻力计算插入阻力是铲斗插入堆料时，料堆对铲斗的反作用力，一般按1

31、25以下经验公式进行计算Fin=9.8KBLin .式中：K阻力系数，一般K=0.2;B 铲斗的宽度，cm；Lin铲斗一次插入深度，cm；Lin =0.7 x 708=497mm=49. 7cm故 Fin =83474.6 Nb.掘取阻力计算掘起阻力就是指铲斗插入料堆一定深度后，举升动臂时物料对 铲斗的反作用力。掘起阻力同样与物料的种类、快度、松散程度、密 度、料堆之间及物料与铲斗之间的摩擦阻力有关。掘起阻力主要是剪 切阻力。最大掘起阻力通常发生 在铲斗开始局生的时刻，此时铲斗中物料与料堆之间的剪切面积最 大，随着动臂的举升掘起阻力逐渐减小。铲斗开始举升时物料的剪切力按下式计算：FgN KB

32、L in式中K开始举升铲斗时物料的剪切应力，它通过实验测定，对于块度为0.10.3m的松散花岗岩，剪切应力的平均值取 K=35000Pa；其中 K=30000Pa,B=3.2774 m, L in =0.497m 计算得Fsh=105865.2 Nc.转斗阻力矩当铲斗插入料堆一定深度后，用转斗油缸使铲斗向后翻转，料堆 对铲斗的反作用力矩称为转斗阻力矩。当用铲斗翻转铲取物料时，在 铲斗充分插入料堆转斗的初始时刻，转斗的静阻力矩最大，用Mmax表 示，此时铲斗转角 a =0；其后，转斗静阻力矩随着铲斗翻转角a的变化而按双曲线特性变化。开始铲取时的静阻力矩Mmax为：1Mmax = 1.1 F sh

33、 O.4（X- L 山）+y4式中x铲斗回转中心与斗刃的水平距离，my铲斗回转中心与地面的垂直距离，m根据铲斗的设计数据，得x=1.217m,y=0.15m计算得 Mmax=53908.7 N m铲斗的重量Gc由两部分组成，一部分是围成铲斗的钢板的重量G，另一部分是筋板、吊耳等附属装置的重量G,估算 G的值为 10%G，则：Gc= G1+A G=1.1 G1G1 =（2St+S' t+S ” t） g式中S铲斗侧壁的面积，t 铲斗壁厚，S'斗底和后斗壁的面积，S” 一一档板面积，钢板的密度（取=7850kg/m3），g重力加速度（取 g=10N/Kg）由前述可知 S=1.037

34、3 叭 t=0.02m，S'=8.00 叭S” =0.5496 m2代入数据得Gc=18348N开始转斗的阻力矩为：Mz= Mmax+（ GH +Gc）LB式中m 转斗阻力矩，nmGH 轮式装载机额定载重量重力，N;LB铲斗中心至回转中心 B水平距离，m其中 Mmax=53908.7 N - m Gh=78400N, Gc=18348N LB=1.24m代入数据得 M, =173876.22 N m铲斗充分插入料堆后开始转斗时，作用在铲斗与转斗连杆铰销上的力FF为FF = Mz /L c式中Lc 铲斗回转中心至FF作用线的垂直距离，mLc =0.888mFF=195806.55N4.3

35、.2工作装置的强度校核a. 动臂动臂是工作机构中最重要的组件，它受力复杂，自重较大，国内 外装载机的动臂均发生过断裂破坏现象，破坏较多的部位是动臂油缸 和动臂铰接点处，横梁和动臂焊接处（包括焊缝处和动臂在此部位的 断面处），因此，初步设计时，选这三处为危险截面，然后对其进行 强度校核。动臂的形状按其纵向轴线的形状可以分为直线型和曲线型两种。 直线型的结构简单，受力状况良好，加工容易省料；曲线型虽然结构 复杂，受力状况较差，但他可以使工作机构的布置十分紧凑合理，故此次设计选用曲线型动臂结构。动臂可看成是支撑在车架 A点和动臂 油缸上铰点H点的双支点悬梁臂，其危险断面在 H点附近：最大应力幅 =M

36、 +F SW A 2式中A 计算断面的截面积，m2;m 计算断面的弯矩，nmF计算断面的轴向力，N;W计算断面的抗弯断面模数，m3;S材料的屈服极限，国内装载机工作装置的动臂以及摇臂多采用16Mn钢，其 S=360MPan安全系数，设计手册中规定n1.11.5，考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> 1.5，此处取n=2maxQSzmaxJzb 106式中Q计算断面的剪力（N）;Szmax计算断面中性轴 B处的静矩（n3）;J z计算断面时对中性轴 b计算断面的宽度（ 因为动臂计算断面多为矩形，则B惯性矩（n2）;X B1 Z b1 3X e4m)=3Qmax 62

37、A 10Ze12 =210934 N mF= Xb Xe cos 1+ Ze Zb cos 2 =135222 NQ (Xb XE)sin 1 (Ze Zb)sin 2(N) =125231Nbh2W =0.001225mB6A=bh=0.06 X 0.35=0.021m2贝 q=210934 +135222=178.63MPaS =180Mpa1225210002max=3 125231 =8.95MPa =108Mpa2 21000综上计算分析动臂强度设计符合要求。b. 铰销其危险断面在支座G点附近，装载机工作装置铰销的一般结构形式及受力情况，如图所示。在铰销轴套的端部增加一个密封圈，密封

38、圈可以防止润滑剂泄漏及尘土进入，因此可以延长轴销和轴套的使 用寿命及减小定期润滑次数，使日常维修工作所消耗的时间及费用减 小。目前国内外对工程机械工作装置铰销的强度计算都采用下面的计 算公式： 销轴的弯曲应力F1I2w150 ( MPa)15597 12.5 8333.657式中：w销轴的弯曲应力;F1计算载荷，为铰销所受载荷的一半;l2 销轴弯曲强度计算的计算长度;l2 l1d,mm;2其中的意义如图所示;W销轴的抗弯断面模数， 取销轴直径为50mm1 3 1 3W d3 503 981743232销轴支座的挤压应力 j :F1j 1 j(MPa)l1d178MPa 300MPa因此，销轴的

39、强度设计符合要求。4.4工作油缸的选择目前大多数装载机的工作装置只有两种油缸： 动臂油缸和转斗油 缸。推压（变幅）油缸则采用较少。装载机工作装置的动作是靠动臂和 转斗油缸的伸缩实现的。油缸应保证产生足够的作用力以克服作业时 的各种工作阻力。动臂油缸与转斗油缸的作用力有两种情况：油缸推动机构运动时的作用力为主动作用力（简称工作力或作用力），其最大 值取决于液压系统的工作压力和油缸直径（活塞作用面积）；工作装置 工作时作用于闭锁状态的油缸上的作用力为被动作用力， 其最大值取 决于液压系统的过载阀压力值和承载活塞面积。如工作装置的动臂油 缸不动，靠转斗油缸转动铲斗而进行铲掘作业时， 则转斗油缸产生的

40、 作用力为主动作用力，动臂油缸所承受的作用力为被动作用力。 当油 缸最大被动作用力大于外载荷的作用力时， 油缸无回缩现象，否则因 过载阀打开而溢流，使油缸发生回缩。4.4.1转斗油缸的选择a. 转斗油缸作用力的确定由图所示，装载机在铲掘工况，动臂油缸闭锁，转斗油缸发出最 大崛起力时，其主动力按下式计算：I1H3 厂 I8H3PZG D H1H 4 H1H4n式中：K考虑连杆机构摩擦损失的系数，取K = 1.25 ;PZ 最大掘起力，PZ=185.5KN;Gd铲斗自重,G d=18.35KN;n 转斗油缸数,n=2 。代入数据，计算得：PF =257.35 KNb. 根据载荷和系统压力计算油缸内径 D 当油缸大腔进油，活塞杆承受推力 FdFd= D2p /4式中D油缸内径p 系统压力；n =0.95。n油缸机械效率，对于橡胶密圭寸F d = PF贝U D=147mm，取 D=150mmc. 确定活塞杆直径d2=2 则 d=106mm速比=¥2，压力较大时选用大值，此处取D d取 d=110mm4.4.2动臂油缸的选择a.动臂油缸主动力的确定