【正文】 ......................43 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書） 1 第一章 緒論 裝載機(jī)簡(jiǎn)介 裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施式機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料如木材的 裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級(jí)公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一 ，同時(shí)也成為 工程機(jī)械中發(fā)展最快、產(chǎn)銷量及市場(chǎng)需求最大的機(jī)種之一 。 裝載機(jī)的發(fā)展 我國現(xiàn)代輪式裝載機(jī)起始于 20 世紀(jì) 60 年代中期的 Z435 型。該機(jī)為整體機(jī)架、后橋轉(zhuǎn)向。經(jīng)過幾年的努力，在吸收當(dāng)時(shí)世界最先進(jìn)的輪式裝載機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā) 成功了功率為 162KW 的鏟接式輪式裝載機(jī)，定型為 Z450(即后來的 ZL50)，并于 1971 年 12 月 18 日正式通過專家鑒定。就這樣誕生了我國第一臺(tái)鉸接式輪式裝載機(jī)，從而開創(chuàng)了我國裝載機(jī)行業(yè)形成與發(fā)展的歷史。 Z450 型裝載機(jī)具有液力機(jī)械傳動(dòng)、動(dòng)力換擋、雙橋驅(qū)動(dòng)、液壓操縱、鉸接式動(dòng)力轉(zhuǎn)向、氣推油加力制動(dòng)等現(xiàn)代輪式裝載機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，為當(dāng)時(shí)世界先進(jìn)水平。也基本上代表了我國第一代輪式裝載的基本結(jié)構(gòu)。該機(jī)在總體性能方面具有動(dòng)力性好，插入力有掘起力大、機(jī)動(dòng)靈活、操縱輕便、作業(yè)效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。 1978 年，天工所根據(jù)機(jī)械 部的要求，制訂出以柳工 Z450 為基型的我國輪式裝載機(jī)系列標(biāo)準(zhǔn)。制訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，保留用 Z 代表裝載機(jī)，用 L 取代 “4”代表輪式，改 Z450 為 ZL50，就這樣制訂出了以柳工 ZL50 型為基型的我國 ZL 輪式裝載機(jī)系列標(biāo)準(zhǔn)，這是我國裝載機(jī)發(fā)展鳴上的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。該標(biāo)準(zhǔn)制訂出來后按當(dāng)時(shí)的行業(yè)分工，柳工、廈工制造 ZL40 以上的大中型輪式裝載機(jī)，成工、宜工制造 ZL30 以下的中小型輪式裝載機(jī)，逐步形成了柳工、廈工、成工和宜工當(dāng)時(shí)的裝載機(jī)四大骨干企業(yè)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書） 2 到 70 年代末、 80 年代初我國裝載機(jī)制造企業(yè)已增加至 20 多家，初步形成了我國裝載機(jī)行業(yè) 。到目前為止，我國輪式裝載機(jī)已經(jīng)發(fā)展到了第三代，但最基本的結(jié)構(gòu)仍然是由Z450(ZL50)演變而來。第二代變化不很大，第三代變化稍大一些。 2021 年我國裝載機(jī)全行業(yè)總銷售量已突破 3 萬臺(tái)，居世界裝載機(jī)市場(chǎng)的前列。因此，目前我國已經(jīng)成了世界上裝載機(jī)產(chǎn)銷大國。 2021 年中國裝載機(jī)行業(yè)全行業(yè)總銷售量為 129,793 臺(tái)，比 2021 年的 112,527 臺(tái)，增長了 %，凈增了 17266 臺(tái)，其凈增量超過了中國裝載機(jī)行業(yè) “八五 ”以前任何一年的總銷售量，可以說 2021 年中國裝載機(jī)行業(yè)又是一個(gè)紅紅火火的豐收年。 2021 年 111 月，裝載機(jī) 26 家主要企業(yè)累計(jì)銷量為 143794 臺(tái)，同比（ 109397 臺(tái)）增加 34397 臺(tái)，增幅為 ％；累計(jì)出口為 8606 臺(tái)，占累計(jì)銷量的 ％，同比（ 3234 臺(tái)）增加 5372 臺(tái)，增幅達(dá) ％。 2021 年，我國裝載機(jī)行業(yè)增速不減， 17 月，全國裝載機(jī)累計(jì)銷量為 萬臺(tái)，同比增幅達(dá) %。 中國裝載機(jī)工業(yè)在發(fā)展的同時(shí)，一些問題也日益顯露出來。特別是行業(yè)進(jìn)入門檻極低，價(jià)格惡性競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致企業(yè)盈利能力低下，營銷理念缺失，市場(chǎng)難以拓展，產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性差，此外，產(chǎn)品及組織結(jié) 構(gòu)老化以及服務(wù)升級(jí)增加的成本難以消化等因素嚴(yán)重等制約了行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和品質(zhì)的提高。 因此，中國裝載機(jī)企業(yè)必須抓住新的發(fā)展形勢(shì)，在產(chǎn)品研發(fā)上體現(xiàn)差異化戰(zhàn)略 和成本領(lǐng)先戰(zhàn)略 ，繼續(xù)加強(qiáng)行業(yè)以企業(yè)國家級(jí)技術(shù)中心和高校及科研院所為主體的科研開發(fā)體系建設(shè)，打造價(jià)值鏈營銷，加強(qiáng)品牌建設(shè)，提升品牌價(jià)值，只有這樣才能在新形勢(shì) 下立于不敗之地 。 中國最大輪式裝載機(jī)是徐工 LW1200K。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書） 3 圖 11 徐工 LW1200K 2021 年 11 月 23 日，在 baumachina2021 展會(huì)隆重舉辦之際，徐工科技震撼推出國內(nèi)最大噸位 裝載機(jī) ——LW1200K，并當(dāng)場(chǎng)銷售，在二十一世紀(jì)第二個(gè)十年到來之際，引領(lǐng)中國裝載機(jī)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代。 裝載機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) （ 1）國外發(fā)展趨勢(shì)： 1） 注重提高機(jī)器的操縱性及舒適性，減輕司機(jī)的操作強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 2） 小型機(jī)械向全 液壓 化及多功能化方向發(fā)展 3） 廣泛采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 4） 重視環(huán)保及安全性 5） 外形設(shè)計(jì)更加美觀，表面質(zhì)量更趨完 美 （ 2） 國內(nèi)輪式裝載機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 國產(chǎn)輪式裝載機(jī)正在從低水平、低質(zhì)量、低價(jià)位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價(jià)位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過渡，各主要廠家不斷進(jìn)行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)雷同，無自己特色和優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)狀，從低水平的無序競(jìng)爭(zhēng)的怪圈中脫穎而出，成為裝載機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者。 1)大型和小型輪式裝載機(jī)，在近幾年的發(fā)展過程中，受到客觀條件及市場(chǎng)總需求量的限制。競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的中型裝載機(jī)更新速度將越來越快。 2)根據(jù)各生產(chǎn)廠家的實(shí)際情況，重新進(jìn)行總體設(shè) 計(jì)，優(yōu)化各項(xiàng)性能指標(biāo)，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)件的河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書） 4 強(qiáng)度及剛度，使整機(jī)可靠性得到大步提高。 3)細(xì)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如動(dòng)力系統(tǒng)的減振、散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性能指標(biāo)優(yōu)化及各鉸點(diǎn)的防塵、工業(yè)造型設(shè)計(jì)等。 4)利用電子技術(shù)及負(fù)荷傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)變速箱的自動(dòng)換擋及液壓變量系統(tǒng)的應(yīng)用，提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機(jī)作業(yè)成本。 5)提高安全性、舒適性。駕駛室逐步具備 FOPS＆ ROPS 功能，駕駛室內(nèi)環(huán)境將向汽車方向靠攏，方向盤、座椅、各操縱手柄都能調(diào)節(jié)，使操作者處于最佳位置工作。 6)降低噪聲和排放，強(qiáng)化環(huán)保指標(biāo)。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng) ，降低裝載機(jī)噪聲和排放的工作已迫在眉捷，現(xiàn)在許多大城市已經(jīng)制定機(jī)動(dòng)車的噪聲和排放標(biāo)準(zhǔn)，工程建設(shè)機(jī)械若不符合排放標(biāo)準(zhǔn)，將要限制在該地區(qū)的銷售。 7)廣泛利用新材料、新工藝、新技術(shù)，特別是機(jī)、電、液一體化技術(shù)，提高產(chǎn)品的壽命和可靠性。 8)最大限度地簡(jiǎn)化維修盡量減少保養(yǎng)次數(shù)和維修時(shí)間，增大維修空間，普遍采用電子監(jiān)視及監(jiān)控技術(shù)，進(jìn)一步改善故障診斷系統(tǒng)，提供司機(jī)排除問題的方法 。 裝載機(jī)分類 總的來說， 常用的單斗裝載機(jī)，按 行走裝置 ， 發(fā)動(dòng)機(jī)功率，傳動(dòng)形式，行走系結(jié)構(gòu)，裝載方式的不同進(jìn)行分類。 （ 1） 、行走裝 置的不同： 裝載機(jī)分為輪胎式和履帶式兩種。 輪胎式裝開機(jī)由動(dòng)力裝置、車架、行走裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作裝置等組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單圖如圖 11 所示。輪胎式裝載機(jī)采用柴油機(jī)為動(dòng)力裝置，液力變矩、動(dòng)力換檔變速箱、雙橋驅(qū)動(dòng)等組成的液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)（小型輪胎式裝載機(jī)有的采用液壓傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng)），液壓操縱，鉸接式車架轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)桿機(jī)構(gòu)的工作裝置。 履帶式裝載機(jī)以專用底盤或工業(yè)拖拉機(jī)為基礎(chǔ)車，裝上工作裝置并配裝相就原操縱系統(tǒng)而構(gòu)成，如圖 12 所示。履帶式裝載機(jī)的動(dòng)力裝置也是柴油機(jī)，機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)則采 用液壓助力濕式離合器或濕式雙向液壓操縱轉(zhuǎn)向離合器和正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的工作裝置。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書） 5 圖 11 輪胎式裝載機(jī) 圖 12 履帶式裝載機(jī) 1行走機(jī)構(gòu)； 2發(fā)動(dòng)機(jī)； 3動(dòng)臂； 4鏟斗； 5轉(zhuǎn)斗油缸； 6動(dòng)臂油缸； 7駕駛室 ； 8燃油箱 （ 2） 、發(fā)動(dòng)機(jī)功率： ① 功率小于 74kw 為小型裝載機(jī)。 ② 功率在 74～ 147kw 為中型裝載機(jī) 。 ③ 功率在 147～ 515kw 為大型裝載機(jī) 。 ④ 功率大于 515kw 為特大型裝載機(jī) 。 （ 3） 、傳動(dòng)形式： ① 液力 —機(jī)械傳動(dòng)，沖擊振動(dòng)小，傳動(dòng)件壽命長，操縱方便，車速與外載間可自動(dòng)調(diào)節(jié)，一般在中大型裝載機(jī)多采用； 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書） 6 ② 液力傳動(dòng)：可無級(jí)調(diào)速、操縱間便，但啟動(dòng)性較差，一般僅在小型裝載機(jī)上采用； ③ 電力傳動(dòng)：無級(jí)調(diào)速、工作可靠、維修簡(jiǎn)單、費(fèi)用較高，一般在大型裝載機(jī)上采用。 （ 4） 、行走結(jié)構(gòu)： ① 輪胎式：質(zhì)量輕、速度快、機(jī)動(dòng)靈活、效率高、不易損壞路面、接地比壓大、通過性差、但被廣泛應(yīng)用； ② 履帶式：接地比壓小，通過性好、重心低、穩(wěn)定性好、附著力強(qiáng)、牽引力大、比切入力大、速度低、靈活性相對(duì)差、成本高、行走時(shí)易損壞路面。 （ 5） 、裝卸方式： ① 前卸式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、視野好，適合于各種作業(yè)場(chǎng)地，應(yīng)用較廣； ② 回轉(zhuǎn)式：工作裝置安裝在可回轉(zhuǎn) 360O 的轉(zhuǎn)臺(tái)上，側(cè)面卸載不需要調(diào)頭、作業(yè) 效 率高、但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、成本高、側(cè)面穩(wěn)性較差，適用于較俠小的場(chǎng)地。 ③ 后卸式：前端裝、后端卸、作業(yè)效率高、作 業(yè)的安全性欠好。 裝載機(jī)的型號(hào)表示方法見表 11。 表 11 裝載機(jī)的型號(hào)表示方法 組 型 代 號(hào) 代號(hào)含義 主參數(shù) 名稱 單位表示法 裝載機(jī) Z（裝） 履帶式 Z 履帶式裝載機(jī) 裝載能力 t 輪胎式 L（輪） ZL 輪胎式裝載機(jī) 裝載的選用原則 （ 1） 機(jī)型的選擇：主要依據(jù)作業(yè)場(chǎng)合和用途進(jìn)行選擇和確定。一般在采石場(chǎng)和軟基地進(jìn)行作業(yè)，多選用履帶式裝載機(jī)； （ 2） 動(dòng)力的選擇：一般多采用工程機(jī)械用 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) ，在特殊地域作業(yè)，如海拔高于河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書） 7 3000m 的地方，應(yīng)采用特殊的高原型柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)； （ 3） 傳動(dòng)型式的選擇：一般選用液力 —機(jī)械傳動(dòng)。其中 關(guān)鍵部位 是變矩器形式的選擇。目前中國生產(chǎn)的裝載機(jī)多選用雙 渦輪 、單級(jí)兩相液力度矩器。 （ 4） 在選用裝載機(jī)時(shí)，還要充分考慮裝載機(jī)的制動(dòng)性能，包括多個(gè)在制動(dòng)、停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)三種。制動(dòng)器有蹄式、鉗盤式和濕式多片式三種。制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般采用加力裝置，其動(dòng)力源有壓縮空氣，氣頂油和液壓式三種。目前常用的是氣頂油制動(dòng)系統(tǒng)，一般采用雙回路制動(dòng)系統(tǒng)，以提高行駛的安全性。 本課題研究目的和意義 本課題以 TZ08D 裝載機(jī)為實(shí)例，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，利 用 CAD 軟件進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，然后利用 PRO/E 軟件建立裝載機(jī)鏟斗運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型。由于裝載機(jī)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，外界載荷的作用復(fù)雜，加上人 — 車 — 環(huán)境的相互作用，給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析研究帶來了很大困難。所以本課題也是在建立一個(gè)合理的裝載機(jī)分析模型方面的一個(gè)探索。 作為正在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的本科生來說，研究次課題的意義主要有： （ 1）掌握機(jī)械裝備工程設(shè)計(jì)的一般方法及一般規(guī)律。能夠綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造等基礎(chǔ)知識(shí)解決工程實(shí)際問題。 （ 2）掌握并靈活運(yùn)用 CAD 設(shè)計(jì)、 PROE 三維設(shè)計(jì)等先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生獲得工程設(shè)計(jì)和科學(xué) 研究的初步訓(xùn)練。 （ 3）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)去分析問題和解決實(shí)際問題；培養(yǎng)學(xué)生探求真理的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力。 （ 4）通過此次課題研究將四年所學(xué)驗(yàn)證、融合，為畢業(yè)生步入工作崗位打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 第二章 裝載機(jī)鏟斗運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 裝載機(jī)鏟斗運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和布置 鏟斗運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是裝載機(jī)的重要組成部分。裝載機(jī)的鏟裝、翻斗、提升以及卸料都是通過該機(jī)構(gòu)的有關(guān)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。在一般情況下，由鏟斗、動(dòng)臂、動(dòng)臂后座、叉子掛接框以及轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸等組成。鏟斗是裝載物料的容器，具有兩個(gè)鉸點(diǎn)，一個(gè)與動(dòng)臂鉸接，另一個(gè)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書） 8 通過叉子掛 接框而與轉(zhuǎn)斗油缸連接，操縱轉(zhuǎn)斗油缸即可使鏟斗翻轉(zhuǎn)或卸料。動(dòng)臂與車架鉸接，操縱動(dòng)臂油缸即可舉升或降落動(dòng)臂和鏟斗。 裝載機(jī)鏟斗運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工況及設(shè)計(jì)要求 裝載機(jī)鏟斗運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工況 鏟斗運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作業(yè)過程通常由以下 5 種典型工況組成，如下圖所示， 圖 21 裝載機(jī)工作裝置典型作業(yè)工況 I地面插入工況 II下限收斗工況 III重載運(yùn)輸工況 IV上限舉升工況 V上限卸料工況 (1)地面插入工況 I 動(dòng)臂下放至下限位置，鏟斗插入地面，斗尖觸地，開動(dòng)裝載機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引力插入料堆。此時(shí)， UG=UG4, U=Ui=5176?！?0176。 (通常取其上限值 )。 (2)下限收斗工況 II 完成工況 I 以后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗，鏟取物料，操作轉(zhuǎn)斗缸實(shí)現(xiàn)收斗作業(yè)過程。 UG=UG4, U=U2=40176。～ 45176。 (一般由用戶確定 )。 (3)重載運(yùn)輸工況 III 轉(zhuǎn)斗缸閉鎖，舉升動(dòng)臂，將工況 II 的鏟斗升高到適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸位置 (以斗底離地的高度小于最小允許距離為準(zhǔn) )，然后驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)， 載重駛向卸料點(diǎn)。 UG=UG7, U=U運(yùn)輸。 (4)上限舉升工況 IV 保持轉(zhuǎn)斗缸長度不便，操作舉升缸，將動(dòng)臂升至上限位置。此時(shí)，UG=UG6, U=U 上收 (5)上限卸料工況 V 在上限收斗工況 IV 下，操作轉(zhuǎn)斗缸翻轉(zhuǎn)鏟斗，向運(yùn)輸車輛或固定料倉卸料。 UG=UG6, U=U3=45176。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論