ZL40轮式装载机工作装置设计（全套图纸）

ZL40轮式装载机工作装置设计【摘要】：本次设计主要进行的工作装置的设计：装载机采掘和卸载货物的作业是通过工作装置的运动实现的。装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂、连杆及液压系统等组成。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采用液压操作。先对装载机的发展概况几设计的指导思想、特点、任务进行概述，然后确定方案，在技术设计部分罗列了ZL40轮式装载机的主要技术性能和参数，进行了牵引特性计算，工作装置设计。工作装置设计中有工作装置运动分析，由铲斗、动臂、连杆机构进行设计等几部分组成。在工艺设计中叙述了工艺工程。应用程序计算了受力分析。总之，整个设计是有序地完成的。【关键词】：轮式装载机，工作装置，铲斗，连杆机构

TheZL40WheelLoaderWorkingDeviceDesign【Abstract】:Inmydesignprogress,Iputemphasisontheworking-device：TheZL40wheeledcarloaderalsohassometraditionalvirtueslikethearticulitedwheel-typeloader.Theloaderdiggingandunloadthegoodsbytheworking-device.Theworking-devicehasmanypartsanditisconnectedtothemachine.Somepartsofthedevice’sturningbyliquidpressrealize.Atfirst,Iintroducethedevelopingtrendoftheloaders,andexplainedthemaindesigningidea,designingcharacteristicanddesigningtask.Thesecondpartisthewholedesigningprgram.Inthetechnicaldesigningpart,themaintechnologicalparametersandtechnologicalfeaturesoftheZL15loaderarelisted.Thefollowingpartisthecalculationpartofthetractivefeaturesandthedesigningoftheworkingdevice.Thenecessarycomputerprogressisplacedintheendofmydesigningprogress,allthecomputerprogramwascomposedwithClanguage.Inaword,thewholedesigningprogressisdesignedcarefullyandstepbystep.Iwishmydesigncouldclearlyexplainedmydesigningidea.【Keywords】:TheZL40WheeledCarLoader，WorkingDevice，Bucket，linkage目录TOC\o"1-3"\u第1章装载机的发展及应用 II时GF十FE＞GE工况IV时FE十BE＞FB（三）转斗油缸与摇臂和机架的铰链点C和D的确定如果确定了C点和D点，就最后确定了与机架连接的四杆机构BCDA的尺寸。C点和D点的布置直接影响到铲斗举升平动和自动放平性能，对掘起力和动臂举升阻力的影响都较大。从力传动效果出发，显然使摇臂BC段长一些有利，那样可以增大转斗油缸的作用力臂，使掘起力相应的增加。但增加BC段，必将减小铲斗与摇臂的转角比，造成铲斗转角难以满足各工况的要求，并且使转斗油缸行程过长。因此初步设计取：C点一般取在B左上方，BC与BE夹角可取，并使工况I时摇臂BC与转斗油缸CD趋近垂直；C点运动不得与铲斗干扰，其高度不能影响司机视野。2．确定D点转斗油缸与机架的铰接点D的确定，是依据工况Ⅱ举升到工况Ⅲ过程为平动和由工况Ⅳ下降到工矿Ⅰ时能自动放平这两大要求来确定的。当以上铰接点确定下来后，则铲斗在各工况时的C点位置也唯一的被确定下来。因为铲斗油缸由工况Ⅱ举升到工况Ⅲ或由工况Ⅳ放到工况Ⅰ的过程中，转斗油缸的长度均分别保持不变，所以D点必为和点连线的垂直平分线与和连线的垂直平分线的交点。实践证明，当上述要求所求得的D点，往往很难一次就满足了总体布置的要求，或远高于A点，或远低于A点，或偏前偏后等。所以，需经过多次试凑方能奏效。通常可先变动BC的长度或大小来进行试凑，若不行，在变动其他杆件长度，这样做可以大大减少试凑的工作量。（四）动臂举升油缸与动臂和机架的铰接点H点及M点的确定举升油缸布置应本着举臂时工作力矩大、油缸稳定性好、构件互不干扰、整机稳定性好的原则来确定。一般动臂举升油缸与动臂的铰接点H点选定在AG连线附近或上方，并取AH≥AG/3。AH不能取太大，它受到油缸行程的限制。M点尽量与地保持最小离地高度，并且往前桥方向靠是比较有利的，这样举升工作力臂大小变化比较小。为了得到较好的举升工作力臂变化特性曲线，以适应举升过程中阻力矩的变化和合理地选定动臂举升油缸的功率，采用中间铰接式油缸是比较理想的。在相同条件下，中间铰接式油缸的最小输出力矩要比底部铰接式油缸的最小输出力钜大。必须注意，油缸的行程不宜太大，而且油缸的最小长度（活塞杆完全缩回时的长度，即安装长度）一定要符合设计规范，如果太短，将无法设计出满足行程要求的油缸来。考虑到油缸的工作稳定性，初步设计时，可取油缸最大长度（活塞杆全部伸出时）和最小长度之比λ≤1.6。运用上述方法，经过计算得到相关的两种工况时的十几个点的绝对坐标，并且进行画点、连线，得到下面的六杆机构CAD简图。图3.7六杆机构简图动臂形状的选择动臂按其纵向中心线形状分为直线型与曲线型两种。前者结构简单，腹板变形小，重量轻，而且动臂的受力情况好。后者可使工作装置布置更为合理。动臂的断面尺寸由强度分析决定，为减轻工作装置重量，通常按等强度梁设计动臂断面尺寸。动臂断面的结构形式有单板式、双板式和箱体式三种。大型装载机的动臂多采用双板式或箱体式结构。因为这种动臂形式能较好的改善动臂的受力情况，消除了单板式动臂因摇臂支撑力作用使动臂承受附加扭矩的影响。此工作装置是ZL40型装载机的工作装置，固采用双板式曲线型结构。本次毕业设计采用的动臂是曲线形的，结构是双板式的。3.4工作装置强度计算计算位置分析装载机插入料堆、铲起、提升、卸载等作业过程可知，装载机在铲掘物料时，工作装置的受力最大，所以取铲斗斗底与地面的前倾角5度时的铲取位置作为计算位置，且假定外载荷作用在铲斗的切削刃上。外载荷的确定由于物料种类和作业条件的不同，装载机实际作业不可能使铲斗切削刃均匀的受力，可将其转化为两种情况：1.认为载荷沿切削刃中部的集中载荷来代替均布载荷，称为对称受载的情况；2.由于铲斗偏铲，料堆密实程度不同，使载荷偏于铲斗一侧。形成偏载情况，通常将其简化后的集中载荷加在铲斗侧边第一斗齿上。装载机的铲掘过程通常分为如下三种受力情况：（1）铲斗水平插入料堆，工作装置油缸闭锁，此时认为切削刃只受到水平插入阻力的作用。（2）铲斗水平插入料堆后，翻转铲斗（靠转斗油缸工作）或提升动臂（依靠动臂油缸工作）铲掘时，认为切削刃只受到垂直力的作用。（3）铲斗边插入边收斗或边提臂铲掘时，认为水平力与垂直力同时作用在铲斗切削刃上。综合上述分析，可以得到以下六种工作装置的典型结构和工况：1．水平力的作用工况水平力（即插入力阻力）的大小由装载机的牵引力决定，起水平力的最大值为：=59640(N)式中：——装载机空载时的最大牵引力 ——插入力2．垂直力的作用工况垂直力（即铲取阻力）的大小受装载机的纵向稳定条件限制，其最大值为：＝此时垂直力由上式给出，水平力取发动机扣除工作油泵功率后，装载机所能发出的牵引力。4．水平偏载的作用工况。5．受垂直力偏载的作用工况，垂直力大小与工况=2\*ROMANII相同。6．受水平偏载与垂直偏载同时作用的工况，水平力与垂直力的大小与工况Ⅲ相同。工作装置受力分析在确定了计算位置及外载荷的大小后，可进行工作装置的受力分析。（1）在对称受载的工况下，由于工作装置是个对称结构，故两动臂受的载荷相等。同时略去铲斗及支撑横梁对动臂的受力与变形的影响，则可取工作装置的一侧进行分析，其上作用的载荷取相应工况外载荷的一半进行分析计算，即：(N)(N)在偏载的工况中，近似地用求简支梁支反力的方法，求出分配于左右动臂平面内的等效力与：图3.8简支梁法求力；；由于,,所以只求，在工作装置中a=165mm,b=1500mm认为动臂轴线与连杆、摇臂轴线处于同一平面内，则所有的作用力都通过构件（铲斗除外）断面的弯曲中心，即略去的由于安装铰座而产生的附加扭转，从而可以用轴线、折线或曲线来代替实际构件。通过上面的分析与假设，就能将工作装置这样一个空间超静定结构简化为平面问题进行受力分析。工作装置的受力分析，就是根据上述工况下作用在铲斗的外力，用解析法或作图法求出对应工况下工作装置各构件的内力。下面以工况Ⅲ为例进行分析，其它工况与此类同。其中几个重要数据为(1)取铲斗为脱离体，根据平衡原理，分析铲斗的受力：由所以由所以由所以由上面计算可得，所示，取连杆为脱离体，根据平衡原理，作用于连杆两端的力大小相等，方向相反，即：（2）连杆受力分析=177216N(3)摇臂受力分析所以图3.8工作装置受力分析由所以(N)所以(N)由上面计算可得，由图示受力分析可知，连杆此时受拉。（4）动臂受力分析如图所示，取动臂为脱离体，根据平衡原理，分析动臂的受力由所以(N)由所以(N)所以(N)由上面计算可得，动臂强度校核根据计算工况及受力分析，即可按强度理论对工作装置主要构件进行强度校核。1．动臂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，在此断面上作用有弯曲应力和正应力：式中：——计算断面的截面积；——计算断面上的弯矩；——计算断面上的轴向力；——计算断面的抗弯断面系数。图3.9动臂受力对于H点的断面：对于BH段，β=arctan=，轴向力：（1）=35782116750N=358144N弯矩：=(357821-16750)756N••M=30563N•M将式和代入得：同理，可计算得H点的断面的应力2．摇臂摇臂的受力分析，如图所示，弯曲应力和正应力，计算法和动臂相同。3．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。目前国内外对工程机械工作装置销轴的强度计算都采用下面的计算公式d=90mm,α=20mm,取销轴直径为90mm为例：销轴的弯曲应力强度条件为：==388(n取2.0)式中：——销轴的弯曲应力；——计算载荷，为铰点所受载荷之半；——销轴弯曲强度计算的计算长度；——销轴的抗弯断面系数销轴支座的挤压应力：=27销轴套的挤压应力：=式中：为轴套的支承长度;图3.10铰销强度计算强度计算中所用的许用应力可按下式选取：=—材料的屈服极限。国内装载机工作装置的动臂常用16Mn钢，其＝300～360；摇臂材料常用Q235钢，＝210～240；销轴的材料常用40，＝800。n—安全系数，对于不同的计算情况应取不同的安全系数。由于装载机作业繁重，动载荷较大，并考虑的计算方法简化的影响，可按下述选取，对于对称工况，各验算断面的安全系数应在2.0～2.5之间；对于偏载工况或者特殊工况，由于载荷作用时间短，各验算断面的安全系数可取在1.2～4．连杆装载机在作业过程中，连杆有时受拉，有时受压，需要分别进行强度计算及压杆稳定验算，在铲斗掘起时，连杆受拉，按此情况进行强度计算。3.5油缸及活塞杆选定装载机工作装置中油缸作用力的确定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。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，则转斗油缸所产生的作用力为主动作用力，动臂油位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裁荷的作用力时，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。．油缸作用力的分析与确定是装载机设计中的重要内容之一。分析装载机的工作情况可知，为保证装载机正常而有效地工作，油缸作用力应能保证装载机工作时发挥最大的铲起力Ng，使铲斗装满，同时动臂油缸的作用力还应保证把满斗的物科提升到所需的卸载高度与卸载距离。所以最大铲起力Ng是确定油随作用力的依据。确定了工作装置油缸作用力和可能产生的被动作用力后，便可按选定的液压系统的工作压力设计油随所需之缸径，并选定过载阀之压力。至于油缸行程，如前所述，它由工作装置结构方案决定。工作装置的结构方案，也影响各油缸在主动和被动状态下的作用力，所以确定油缸作用力要在工作装置的结构方案、构件尺寸与铰接点位置选定之后进行。本次毕业设计的转斗油缸采用的是耳环连接方式，其实物图如下所示图3.11耳环连接式油缸活塞杆工作装置液压系统铲斗油缸及动臂油缸液压回路主要有工作泵1、辅助泵3组成。工作装置动作包括动臂升降和铲斗翻转动作。液压泵在同一时间只能按先后顺序向一个机构供油，各机构和进油通路按先后次序排列，前面的操纵阀动作，就把后面的动笔操纵阀进油通路切断。只有前面的阀处于中位时，后面的阀使之动作。手动先导阀与液动多路换向阀。多路阀由进油阀片、转斗阀片、动臂阀片和回油阀片组成，转斗（动臂）发片的两个出油口与转斗（或动臂）油缸的上下腔管道相通，当操纵转斗（或动臂）的先导阀阀杆时，控制油流过先导阀通往并操纵分配阀内的阀杆左右移动，压力油通过换向阀流往转斗油缸（或动臂油缸），完成转斗（或动臂）的升降动作。进油阀片内装有溢流阀，其调整压力为16。进油道装有单向节流阀和补油阀，回油道装有背压阀，以防止产生局部真空，增加油缸运动的平稳性。卸荷阀时，空循环运转。系统中压力转换阀在系统压力低于12时，辅助油泵与工作泵同时向工作系统供油。加快工作装置的作业速度，缩短作业时间，提高生产率。当系统压力超过12时，卸荷阀切断辅助供油泵向工作装置供油的通路，使之卸荷，将功率转移到装载机切入运动时所需的功率上，以增加铲切牵引力。该系统为组合回路，依靠在工作过程中切换液压泵来改变供油量，可以随系统中压力变化自动进行有级调速。即在油压低于卸荷阀的调整压力时，卸荷阀动作使辅助泵接通油箱卸荷，只剩高压泵供油，流量减少。达到轻载低压大油量，重载高压小流量的目的，能更合理的使用发动机功率。（3）铲斗自动放平装置铲斗自动放平装置用来实现铲斗在卸料后，铲斗上转至预先调整好的位置时，转斗阀杆自动回到中位，停止转斗，使动臂放至最低位置时，铲斗能自动放平成铲掘状态，以简化操作程序，提高作业效率。转斗油缸缸体上装有一行程开关，在转斗油缸活塞杆端头装有带可调凸块2的定位杆1。它随活塞杆一起移动。当操纵转向阀杆于铲斗上转位置时，铲斗上转，待铲斗转至某一调定位置时，随活塞杆移动的可调凸块接触行程开关，接通电路，即打开电磁气阀，由储气罐来的压缩气体即进入先导阀转斗阀杆的进气口，使阀杆定位机构失去定位作用，转斗阀杆在复位弹簧作用下回中位，铲斗即停止运动。如放下动臂至地面，铲斗就会自动放平。可调凸快在定位杆上的位置可根据所需卸载位置调节，以保证铲斗在确定的高度卸载后，自动控制铲斗上转的转角。（4）动臂升降自动限位装置操纵动臂阀杆预提升位置，动臂提升，待动臂提升至调定高度，动臂支点上的可调凸块接触行程开关，电磁阀工作，由储气罐来的压缩气体即进入先导阀动臂阀杆进气口，使阀杆定位机构失去定位作用，动臂阀杆在复位弹簧作用下返回中位，动臂停止上升。当行程开关脱开触点，关闭进气通道，先导阀动臂阀杆进气口的压缩气体排出阀外本次工作装置的两个回路油阀12操纵。两联手动换向阀15、16分别操纵动臂液压缸和铲斗液压缸。由于两联换向阀为串并联油路，故动臂和铲斗只能单独动作，不能联动。动臂回路由工作泵1供油，换向阀15操纵动臂液压缸。该四位六通换向阀15的右位是动臂浮动位置，右二位是下降位置，回油时阀内设有单向阀起背压作用，减小铲斗因常载或自重力作用下落时的冲击。左位是举臂位置，进油路上换向阀内设有单向阀，防止启动瞬时大腔内压力油的倒流。铲斗油路由工作泵1供油，由换向阀16操纵铲斗液压缸8的动作。此三位六通换向阀的特点是，在其右位阀内设有真空补油阀。当铲斗卸载时，由于料重、自重，铲斗会加速翻转，出现进油腔（铲斗液压缸有杆腔）压力油来不及供给而造成进油路的真空现象，这时从回油腔（铲斗液压缸无杆腔）返回的部分液压油通过单向阀向进油腔补油。铲斗回路在液压油缸和换向阀之间设有两个过载阀18，起安全保护作用，其调定压力为21。上述动臂、铲斗工作装置回路，主要由工作泵1供油，但在中速、高速工作时，辅助泵3将部分的或全部的补充供油，以满足工作装置机构速度的流量需要。3.6工作装置的限位机构装载机工作时，为使操纵方便，提高劳动生产率，要求在工作装置的结构设计中，对铲斗在地面时的后倾角，一般不小于45，在最大卸裁高度时的卸载角(或前倾角)，一般不小于45。对动臂提升与下降的高度进行控制与限位。因此，需要有相应的限位装置与限位机构。此外，当铲斗在某一卸载高度卸载后，要求自动控制铲斗卸载后的后倾角，使之放下动臂时、铲斗能自动放平。因此需要有铲斗自动放平机构。铲斗转角限位装置通常采用简单的挡块结构。如图所示，把挡块直接焊在铲斗后的斗壁背面上，挡块A用来限制铲斗的后倾角，挡块B用来限制铲斗的前倾角，与之相对应的挡块则分别焊在工作装置的动臂或横梁上。作业时，装载机水平插入料堆，然后操纵转斗油缸使铲斗上翻，在运输位置的铲斗后倾到45时，铲斗上的挡块A与动臂或横梁上相应的挡块相碰铲斗即停止上翻。由于转斗油缸控制阀尚未回到中立位置，故油泵继续向转斗油缸供油，造成液压系统的压力超过过载阀调出压力，过载阀打开，避免机构损坏。铲斗前倾角的限位原理与上述一样，在最大卸载高度的铲斗前倾角达到45时，铲斗上的挡块B与动臂或横梁上相对应的挡块相碰，铲斗即停止前倾。图3.12铲斗转角限位装置简图

结论经过这三个月的集中努力，毕业设计已经接近尾声，至此我已经完成了所有的设计任务。在我做设计期间，主要经历了实习，可行性分析，计算和绘图等几个阶段。由于设计的内容是第一次接触，所以开始着手时候不是很顺利，整个设计过程中有很多反复计算，如设计装载机工作装置的工作部分确定各个铰接点位置的过程中走了一些弯路。到目前为止对设计不是非常满意，我所学知识有限没能弄懂某些知识点，在设计过程中，很多新的东西都是边翻资料边作设计，对有些知识掌握的不透，还需要在以后的工作学习过程中多实践学习。同时在设计过程中有粗心大意的时候，造成了一些影响，望老师谅解。设计过程中，我得到老师的细心指导，使我所遇到的困难得到了即时的解决。另外，也感谢老师的督促指导，在此向所有的指导老师表示感谢！致谢：时光如梭，转眼间我的大学生活即将告一段落，毕业在即，此刻却有一种矛盾的感觉，喜悦中却掺杂着些许缺憾。喜悦的是，在这四年里，我收获的不仅仅是知识；缺憾的是，即将步入社会的我对老师和朋友还有不舍。回想一下论文写作过程，这段时间将是我人生中一次重要且受益匪浅的的旅程。我得到了很多人的关心、帮助和支持。感谢机械工程学院的所有老师们，因为他们的谆谆教诲，我的知识体系才得以进一步完善，我才能将所学到的理论知识运用到实践，具体到自己的论文中。而且，从老师们那里我学到了很多做人的道理。同时要特别感谢XXX老师。从论文的选题、论文的修改到论文的定稿，XXX老师给予我极大的帮助和认真耐心的指导，毕业论文中许多认识直接来源于何老师的指点和启发。没有何老师的帮助，我是很难按时顺利完成论文的写作。何老师渊博的学术知识、严谨的治学态度、踏实的工作作风令我敬仰