CL9型铲运机工作装置结构设计计算说明书

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。CL9型铲运机工作装置结构设计计算说明书1.绪论 毕业设计（论文）设计计算说明书题 目 CL9型铲运机工作装置 结构设计 学 院 专 业 学 生 学 号 指导教师 2015年3前 言工程机械是中国装备工业的重要组成部分，概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，其中铲运机是不可缺少的装备。在经济高速发展的今天，铲运机对减轻劳动疲劳强度，加快工程建设速度，保证工程质量，提高施工效率，都起到了不可忽视的作用。铲运机是以带铲刀的铲斗

2、为工作部件的铲土运钻机械，兼有铲装、运输、铺卸土方的功能，铺卸厚度能够控制，主要用于大规模的土方调配和平土作业。铲运机比其他铲土机械配合运输车作业具有较高的生产效率和经济性，广泛用于公路、铁路、港口、建筑、矿山采掘等土方作业。本设计主要研究由郑州宇通重工设计生产的CL9型铲运机工作装置的结构。本设计共有六章，其内容包括了选题目的及意义、铲运机的发展现状和趋势、工作原理与基本机构、工作装置总成结构的系统分析与论证、铲运机的总体设计及计算、工作装置的设计与计算、工作装置各个部件上力的计算、结论与展望，其中主要进行了铲运机工作装置结构的设计及计算。在本设计的过程中遵循的原则是：以理论知识为基础，强调

3、理论联系实际，特别注重实用性；以开拓思想、掌握方法、启发思维能力与创造能力为目的，以完成设计任务为主。毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。毕业设计三个多月的时间里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。摘要铲运机是一种利用装在前后轮轴或左右履带之间的带有铲刃的铲斗，在行进中顺序完成铲削、装载、运输和卸铺的铲土运输机械。它能综合完成铲

4、土、装土、运土和卸铺等工序，并有控制填土铺层厚度、进行平土作业和对卸下的土进行局部碾压等作用，有着较高的经济性、生产效率，较强的适应能力。铲运机的工作装置设计的合理性直接影响整机的性能，对提高效率及其自动化程度具有重要的意义。本文分析了国内外铲运机的发展现状及发展趋势，指出了国内相对落后的地方，同时详细介绍了铲运机工作装置的组成及重要性。设计明确CL9型铲运机对工作装置的要求，并对其进行了工况分析、工作装置结构分析、工作装置的设计计算及校核，使整机工作装置和得到综合改善，最终全面完成铲运机工作装置的结构设计。关键词：铲运机，工作装置，结构设计IABSTRACTThe scraper is a

5、mine trackless equipment，Widely used in underground mine excavation, transportation，Belong to a kind of shovel soil, soil transport and soil integrated machinery.It can be integrated to complete shovel dirt, soil, transportation and unloading and other processes,and It can control the thickness of t

6、he filling layer thickness,carry out the leveling operation,and roll of the soil partially,It has higher economic, production efficiency and strong adaptability.The scrapers device designed rationality directly affects the whole performance and improves the efficiency and automation degree has impor

7、tant significance.The paper analyzes the current situation and development trend of domestic and foreign of the scraper,and points out the relative backwardness of domestic,and also introduces the composition and the importance of the work mechanism The design clears requirements of the working devi

8、ce of scraper type,and analysis the working condition,analysis structure of working device,designs calculation and verification of working device, improving the working device and improve the overall,Finally ,the structure design of scraper working device was completed.KEYWORDS:Scraper, working devi

9、ce, structure designII第1章.绪论1.1 选题的目的及研究意义当今社会，工程机械在人们生活中扮演着极为重要的角色，自90年代以来，国内外工程机械进入了一个新的发展时期，工程机械产品以信息技术为先导，在发动机燃料燃烧与电控、液压控制技术、自动控制技术、精确定位与作业、故障诊断与监控、节能与环保等方面，进行了大量的研究、创新，开发出了许多新结构和新产品，提高了工程机械的高科技含量，促使工程机械的不断前进和发展。铲运机是以带铲刀的铲斗为工作部件的铲土运输机械，兼有铲装、运输、铺卸土方的功能，铺卸厚度能够控制，主要用于大规模的土方调配和平土作业。但不宜在混有大石块和树桩的土壤中作

10、业。铲运机是一种适合中距离铲土运输的施工机械，根据机型的不同其经济运距范围较大，在1002000m之间。铲运机一机就能实现铲装、运输，还能以一定的层厚进行均匀铺卸，比其他铲土机械配合运输车作业具有较高的生产效率和经济性，广泛用于公路、铁路、港口、建筑、矿山采掘等土方作业。本毕业设计是对机械专业学生在毕业前的一次全面训练，通过设计要求学生综合运用所学的理论知识，对实际问题进行分析、研究，并完成相应的产品设计。本课题的研究内容是CL9铲运机的工作装置结构设计。现代工程作业在工作效率、动力性、经济性、安全性、实用性和节能环保等方面对铲运机具有较高的要求，因此，对铲运机的工作装置进行结构的优化设计尤为

11、重要。本设计的目标预期应达到：从铲运机的工作原理出发，根据总体技术指标，通过对工作装置的传动方案、铲斗结构及功能作用等方面的分析论证，完成铲运机工作装置的结构设计，使工作装置在作业中平稳、可靠，实现自动控制。1.2 国内外铲运机的发展现状和趋势1.2.1 国外铲运机的发展现状和趋势国外铲运机发展速度很快, 特别是近十几年来更为显著。国外铲运机以工程1中应用居多, 大都属工程铲运机, 生产批量都很大, 作业性能较好。各国都重视牵车（拖拉机）与铲运机等农田施工机具的配套要求, 对整机设计和液力操纵传动（变速）等作了专门考虑,其机型正在由工业用向工农业兼用和农业用方向发展。这都说明国外铲运机的使用范

12、围正在逐渐向农业工程扩大。国外除英国和澳大利亚生产少量拖拉机配套的悬挂式农用铲运机外, 其他国家已不生产。大多数国家都将工程用铲运机直接用于农田水利工程上, 特别是俄罗斯，近年来在土壤改良中, 工程铲运机已成为主要机具, 增长幅度很大。美国是世界上工程机械产量最多的国家, 也是铲运机产量最大、使用最广、发展最快的国家。美国卡特匹勒公司（Caterpillar）生产15种铲运机, 是目前世界上铲运机种类和产量最多的公司。此外, 美国的特雷克斯公司、国际哈维斯特公司、克拉克公司, 日本的小松制作所, 法国理查德兄弟公司,意大利菲亚特公司以及加拿大麦赛·福格森公司等跨国公司都为不同类型的牵

13、引车（拖拉机）配上了铲运机械。多为自走式,少数为牵引式。升运式铲运机又是其中发展最快的一种型式许多厂家生产的型号也很多。如美国卡特彼勒公司生我国土地辽阔、地形各异。水利、建筑、农田等工程急需大量的土方施工机械, 特别是铲运机, 更有其独到之处, 可自行铲土、装土、运土和卸土, 不需助铲, 效率高, 是我国现代化大工程建设不可缺少的土方运输机械。有升运部件便于装斗的铲运机得到大量推广。在美国, 这种机器完成铲运机全部作业量的40%以上。其原因是普通铲运机所能装运的材料当中,有80%均可用升运式铲运机自行装运。其有5个发展方向：1.向大功率、大斗容高速度、高效率方向发展。2.广泛应用液压技术。3.

14、广泛采用新技术和新结构。4.广泛使用新材料。5.重视理论研究, 向产品的高度系列化、标准化、通用化发展。1.2.2 国内铲运机的发展现状和趋势随着我国南水北调工程的进行，铲运机再一次以其高效率和经济性吸引了土方施工承包者的兴趣。南水北调中线总干渠工程中，根据地形地质条件，将挖方渠段分为三大类地质结构类型：土方285段（长948.0km，占渠线总长67%）、土/石双层结构101段（长239.5km，占渠线总长16.8%）、石方31段（长61.0km,占渠线总长4.3%）。其中，黄河以南以全挖方和半挖半填为主，最大挖深46m，黄河以北渠道以全填方和半挖半填为主，最大填高15m。这样，南水北调中线总

15、干渠土石方工程量有：土石方开挖6.85亿m3,土石方填筑1.47亿m3。面对如此浩大的土石方转移，南水北调中线总干渠设计者们经过周密的计算，在设计书中写下了“需铲运机700台”的字样。这无疑将推动铲运机这一在国外广泛应用的产品在中国的快步发展。其发展趋势如以下6点：（1）发动机。近几年内仍将以简单可靠的低污染风冷发动机为主，然后逐步研究应用计算机控制的电喷发动机。 （2）变速箱。将以电磁阀控制型式和液压控制型式的变速箱为主。汽车上广泛使用的电脑控制的 自动换档变速箱很难在铲运机上普遍应用，因为在铲斗插入装载时，要求变速箱承载的力矩最大，插入时速度和插入阻力在很短 的时问内发生急剧变化 ，将使变

16、速箱在档位间快速跳换，使变速箱离合器工作在承载能力差的不稳定 的过渡状态 ，从而导致变速箱异常损害。 （3）制动系统。将由现在普遍使用的压力制动、弹簧松闸的制动器向系统简单、安全可靠的压力松闸、弹簧制动的全封闭多盘湿式制动器方向发展 。储能器充压阀和反向调节脚制动阀将得到普遍应用。 （4）遥控技术。手动和遥控铲运机将实现一体化设计，即在设计手动铲运机的同时考虑遥控动作如何实现，预留与遥控系统快速联接的液压接口、电器和装配位置。遥控液压执行机构和电器系统将按功能模块结构设计，只要将相应的遥控功能模块装上，普通手控铲运机就成了标准的遥控铲运机。无线电接收发射系统将由模拟系统发展为数字系统；为便于遥

17、控操作，将发展 自动装载技术；集成有视频技术的视距外遥控系统将在特殊场合得到一定的发展与应用，但智能矿山设备因成本过高、必要性不足，在今后较长一段时问内还难以在我国发展应用。（5）自诊断技术。随着传感器技术的进步和设备故障诊断技术的完善，集设备状态信息采集、储存、分析、故障判断与报警的铲运机故障诊断系统将得到发展与普遍应用。（6）能源技术。近年来，随着新材料的开发，我国高效电池技术取得了突破性进展，其能量密度已经达到普通铅酸电池的5倍以上，因此，研发电池驱动的小斗容铲运机已成为可能。1.3 主要研究内容及技术路线1.3.1主要研究内容工作装置是工程机械进行生产作业的装置，该装置直接影响到整机的

18、生产率和经济性，因此铲运机工作装置的合理的设计有着重大意义，尤其是土方工程机械，作业过程中动力装置的大部分能量消耗在挖掘土壤上。由于工作装置的重量和成本只占整个机械的很小部分，因此，要降低挖掘土壤的能耗，提高效率，从研究工作装置入手，在通常情况下，仅耗用较小的材料和费用就能明显地提高机械的性能，而机械的结构无须作重大改变。工程施工队工程机械的工作装置提出的高效、多能，能适应各种作业条件的要求，促使工作装置在结构形式和材料选用上不断提高改进许多工作装置的操纵已采用液压伺服系统或自动控制，使机械的操纵力大大减小，生产效率和发动机的功劳利用显著提高，取得了良好的效果。本设计研究重点放在CL9型铲运机

19、工作装置结构上，其铲斗容量为平装9立方米，堆装11立方米，最大切土深度300毫米，最大切削宽度2700毫米。通常情况下它可以单独完成装、运、卸（包括铺平和碾压）等施工工序，在遇到三级以上的土壤施工时，一般配以推土机助铲或预先进行松土，在其他条件均正常的情况下，其生产效率主要受土壤性质、道路阻力和运载距离的影响，在1公里以下中短距离运距时的工作效率及成本优势最为明显。通过对比不同类型的工作装置优缺点，确定CL9型铲运机工作装置类型，完成其结构设计，并进行强度计算与校核，使工作装置在工作中平稳、可靠的工作。在课题的设计过程中难免会遇到各种问题，如对不同型号的铲运机其构成不全相同。对于铲斗的设计计算

20、会用到高等数学、理论力学和材料力学，所以为了给设计带来方便必须要有较好的数学和力学知识。在设计的过程中遇到的一些知识可以自己去学习，查阅资料，但因自身的知识和能力有限加之缺乏实际工作经验，在对整个工作装置的设计要达到国内或国外的先进水平有很大的差距，所以在某些方面不能有更为深刻的认识。由于自行式铲运机的技术不断进步、性能不断提高、应用范围不断扩大、使用可靠性、机动性、适应性等得到人民的共识，已成为建筑工程、露天矿山的主要作业设备。因此，在本次设计中，我们应利用所学的基本知识对自行式铲运机的工作装置进行分析、设计，力求整个设计更加适用化、经济化、超前化和节能环保。1.3.2 技术路线根据总体技术

21、指标要求，从铲运机的工作原理出发，本设计的技术路线如图1.1所示。课题准备阶段 国内外发展现状及趋势课题研究的意义和目的课题的主要研究内容工作装置总成结构的系统分析 铲运机的基本结构及工作原理工作参数的设计及计算 工作装置上力的计算铲运机总体参数的设计铲运机工作装置的设计与计算 完成CL9型铲运机工作装置结构设计 结论与展望图1.1 铲运机工作装置结构设计技术路线图第2章.铲运机的基本结构及工作原理图2.1 铲运机外形结构图2.1 铲运机的基本结构2.1.1 总体结构铲运机一般由单轴牵引车和铲运车组成，单轴牵引车是自行式铲运机的动力部分，由发动机、传动系、转向系、制动系、悬挂装置、车架等组成。

22、铲运车是自行式铲运机的工作装置，主要由转向枢架、辕架、前斗门、铲斗体、尾架及卸土装置等组成，其外形结构如图2.1所示。铲运机的发动机、变速器等都安装在机架上，机架与驱动桥壳连在一起。中央枢架与机架铰接，以保持驱动桥可能在横向平面内摆动。由于铲运机采用铰接转向方式，因而转向枢架与辕架的曲梁用两根垂直布置的住校铰接在一起，一边在转向时，用液压操纵的两个转向油缸控制牵引机相对于铲运车偏转，实现转向。辕架的“门”形架的两个端点与铲斗相铰接，铲斗的升降由装在辕架横梁支臂上的铲斗油缸控制。铲斗由斗体、斗门和卸土板三部分组成，其后部利用尾架与后轮的桥壳相连，保证铲斗升降时可绕后轮轴转动。斗门的开闭、卸土板的

23、前后移动分别由斗门油缸和卸土板油缸控制。2.1.2 传动方式现代铲运机已由机械传动开始向液力机械式和全液压传动方向发展。本设计采用的是液力机械式传动，在液力机械式传动中，广泛采用变矩器、动力换挡变速装置、最终行星齿轮传动等元件。在铲运机使用过程中，采用液力变矩器能更好地适应外界载荷急剧变化的需要，可自动有载换挡和无级变速，从而改变输出轴的速度和牵引力，使机械工作平稳，可靠地防止发动机熄火及传动系过载，从而提高了铲运机的动力性能和作业性能。CL9自行式铲运机的发动机型号是6120Q，额定功率为117.6kw，铲斗几何容量为911m3. CL9单轴牵引机的传动系统，由发动机到动力输出箱，

24、经前传动轴，输入液力变矩器，再经行星动力变速器、传动箱 、后传动轴，使动力向前输人到差速器、轮边减速器。最后驱动车轮使机械运行，其动力传动简图如图2.2所示。图2.2 CL9型铲运机传动系统1-发动机；2-动力输出箱；3、4-齿轮油泵；5-液力变矩器；6-变速箱；7-传动箱；8-传动轴；9-差速器；10-轮边减速器；11-锁紧离合器；C1、C2-离合器；T1、T2、T3、T4-制动器CL9型自行式铲运机装有四元件单级三相液力变矩器。该变矩器的特性由两个变矩器特性和一个耦合器特性合成，高效率范围较广。当涡轮转速1700r/min时，变矩器的锁紧离合器起作用，将泵轮和涡轮直接闭锁在一起，变液力传动

25、为直接机械传动，提高了工作故率。由于该变矩器由两个导轮和两个自由轮(单向离合器)构成，因而随外扭矩的变化，可实规两个导轮被单向离合器楔紧不转、第一导轮自由旋转、第二导轮仍被单向离合器楔紧及两个与轮均自由旋转成为耦合器工况等三种工作特性。闭到离合器为单片油压自动作用式。行星式动力换挡变速器由两个行星变速箱串联组合而成，前变速箱有1个行星排，后行星变速箱有3个行星排。整个行星变速器有2个离合器C1、C2和4个制动器T1、T2.T3、T4，这,6个操纵件均采用液压控制。前后变速箱自由度数均为2，前后变速箱各接合1个操纵件变速器可实现1个挡位。前行星变速箱接合C1可得直接挡，接合T1可得高速挡，再分别

26、与后行星变速箱操纵件组合实现不同的挡位。CL9行星动力变速器有4个前进挡，2个倒退挡。各挡位接合操纵件及速比见表2-1。表2-1 CL9型单轴牵引机变速箱各挡动作及速比挡 位接合操纵件速 比液压操纵系统调压阀闭锁离合器皮氏油路前进挡C1、T3C1、T2C1、C2T1、C13.811.941.00.72作用作用作用作用结合结合结合作用作用作用作用倒挡C1、T4T1、T44.353.31作用作用2.1.3 转向装置及转向操纵现代轮胎式自行铲运机大多采用铰接式双作用双油缸动力转向。有带换向阀非随动式和四杆机构随动式两类，随动式又有机械反馈和液压反馈之分。双作用双油缸装在牵引车转向枢架和辕架曲梁上的牵

27、引座之间，油缸与活塞杆分别与转向枢架和牵引座铰接。当一液压缸活塞杆伸出，另一液压缸活塞杆收进时，可使自行式铲运机向活塞杆收进的一侧转向。CL9型铲运机采用的是全液压铰接转向，左右可实现900转向，转弯半径小，机动灵活，如图2.3所示。图2.3 CL9型自行式铲运车转向系统1-转向操纵阀；2-转向器；3-油箱；4-转向油泵；5-滤油器；6-辕架牵引座；8-换向阀；9-双作用安全阀；10-牵引机转向枢架；11-换向曲臂2.1.4 悬挂系统铲运机在铲装作业过程中需要采用刚性悬架的底盘使铲运机工作稳定，铲装土壤效率较高，但在运输和回驶过程中，还采用刚性悬挂，就会影响到运行速度的提高，且机械的振动较大，

28、显然这样会极大地影响到铲运机的生产率，降低其使用寿命。 铲运机在作业时要求底盘为刚性悬架，高速行驶时要求底盘为弹性悬架，此弹性悬架使其缓冲减振性能改善，使行驶平稳、速度提高，最高车速提高到60km/h；作业时离地高度保持不变（有利于降低操作人员的疲劳）；从而作业循环时间缩短，轮胎寿命延长，驾驶员也比较舒适。而在装土时，铲运机又可变换到刚性悬架方式以防止摇摆。2.2 CL9型铲运机的工作原理2.2.1 铲土工作原理铲土工作原理如图2.4所示，A缸活塞杆伸缩使斗门绕轴孔转动而升降。B缸活塞杆缩进，通过摇臂4和拉杆2使斗门张开，反之，活塞扦伸出，斗门收拢。其动作过程分四步，当斗门在最下位置时，斗门张

29、开。图2.4铲土工作原理图第一步，油缸B下端进油，斗门收拢扒土；第二步，油缸4下端进油，斗门上升；第三步，斗门上升到顶后，油缸B上端进油，斗门张开；第四步油缸A上端进油，斗门下降。在斗门上升过程中，斗门保持收拢状态；下降过程中斗门保持张开状态。斗门收拢与上升是通过顺序阀控制连续完成的，而斗门张开与下降通过压力阀控制而连续完成。2.2.2 卸土工作原理卸土工作原理如图2.5所示，斗底门与后斗门是联动的，由卸土油缸4驱动。斗底门2与杠杆a-e连接，后斗门3与杠杆a-d连接。a、b、c、d、e为铰接点。当卸土油缸4的大腔进油时（左图），油缸4的缸体向右移，拉动a-e杠杆向右，斗底门打开。同时活塞杆通

30、过6点推动a-d杠杆向左移。后斗门向左运动把土推到卸土口。油缸4的小腔进油时（右图） ，a-e杠杆把斗底门2向左推，关闭卸土口，同时a-d杠杆把后斗门向右拉回到铲斗的后端。在这一联动过程中，由于斗底门2的移动力小于后斗门3的移动力，所以总是斗底门先动，后斗门后动。图2.5卸土工作原理图如需完整资料（包括设计计算说明书，图纸）请联系QQ:6951916636章.结论与展望6.1 结论本设计通过对CL9型铲运机的工作原理、基本结构的分析，对其工作装置的结构进行了简要分析与设计，从而完成了对CL9型铲运机工作装置结构的设计与计算。使得CL9型铲运机工作装置操作方便、性能良好，从而实现了良好的铲土运输

31、效果符合实际工作的要求，基本上达到了最初的设计目的。本设计主要完成的工作如下：（1）分别分析了国内外铲运机的发展现状及其发展趋势，指出了国内相对落后的地方，同时也详细介绍了铲运机工作装置的组成及重要性。（2）对铲运机的工作过程进行分析，将其工作过程分为插入、铲掘、举升、卸载和自动放平五个工况，并详细分析了工作装置各个工况中，工作装置各个构件的动作情况及相关的运动参数，进一步分析了机构的工作特性，如自动放平性、卸载特性、平动性等。（3）对CL9型铲运机的总体进行设计，得出其基本参数，为进一步设计工作装置打下基础。（4）根据所得出的工况以及工作状态，确定得出CL9型铲运机工作装置的基本结构，设计计

32、算工作装置的结构尺寸，并计算了铲运机铲斗、牵引架上的作用力和卸土作用力。6.2 论文的不足与展望在本次设计中，由于本人对CL9型铲运机工作装置的具体构造的了解程度不高，虽然尽可能地收集材料，运用自己所学的知识进行设计计算，但论文中关于铲运机工作装置即铲斗的详细结构的设计并不清楚，导致作图时遇到了很多的困难。铲运机虽然有着较高的生产效率和经济性，但是其结构尺寸相对于其他铲土运输机械来说要复杂得多，设计起来也较为困难，导致其成本较高，使得铲运机在工程作业中的运用越来越少，因此设计应该简化工作装置的结构，减轻其重量，使铲运机的发展倾向于小型化。致谢通过毕业论文的设计，使自己将四年大学所学的知识进行系统的归纳和应用，是对所学知识的一次全面考察，不仅对所学的理论基础知识能够更充分的去理解，同时也将理论知识和实际相结合起来，培养了自己自学、查资料、独立思考的能力，为今