【正文】 輪式裝載機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)論文前 言裝載機是一種用途較廣的施工機械，對加快工程建設(shè)速度，減輕勞動強度，提高工程質(zhì)量，降低工程成本都發(fā)揮著重要的作用。因此，近幾年來，無論在國內(nèi)還是在國外，裝載機品種和產(chǎn)量都得到了迅速發(fā)展，已成為工程機械的主導產(chǎn)品之一。工作裝置是完成鏟，運，裝，卸等作業(yè)并帶液壓缸的空間多桿機構(gòu)。工作裝置設(shè)計水平的高低直接影響其作業(yè)性能的好壞，進而影響整機工作效率。因此，它的設(shè)計在整機設(shè)計中占有十分重要的地位。目前，常用的裝載機工作裝置由鏟斗、動臂、連桿、搖臂、轉(zhuǎn)斗油缸、動臂油缸等組成。 一般對裝載機工作裝置的設(shè)計要求有： 　　1) 動臂舉升過程中，鏟斗上翻角(或稱收斗角)的變化盡量小，保持物料不撒落；　　2) 動臂舉升時刃切削軌跡符合工況要求，且鏟掘時掘起力變化規(guī)律符合工作要求；　　3) 連桿系統(tǒng)在整個運動過程中，不得出現(xiàn)“死點”和“撕裂”現(xiàn)象，工作機構(gòu)各構(gòu)件之間，不允許發(fā)生“干涉”；　　4) 傳動角的變化范圍有一定的限制，以保證工作裝置的傳力性能良好；　　5) 機構(gòu)傳動應(yīng)省力，作業(yè)時所消耗的功率要盡量??；　　6) 轉(zhuǎn)斗油缸活塞桿伸長不變，當動臂油缸從最高位置到最低位置時，鏟斗應(yīng)能自動呈插入料堆狀態(tài)，以簡化司機操作；　　7) 保證在動臂舉升的任意位置上都能卸載，即鏟斗卸料角大于45176。；　　8) 工作裝置的極限工作空間、最大卸料高度及最大卸料距離等應(yīng)滿足整機性能要求。由此可見，要設(shè)計出完全滿足上述要求的工作裝置相當困難。目前，國內(nèi)設(shè)計工作裝置的方法有三種，即類比作圖試湊法、優(yōu)化設(shè)計法和解析法。由于條件限制,本次設(shè)計依然采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法——類比作圖試湊法,以ZL50裝載機為樣機,對裝載機工作裝置的設(shè)計進行了初探性探討，并在解決上述問題上做了一定的文章。限于設(shè)計水平，設(shè)計中有不妥之處還請大家批評指正。第一章 裝載機總體設(shè)計1．1裝載機的分類和總體構(gòu)造1．1．1裝載機分類根據(jù)行走裝置不同可分為：輪胎式與履帶式兩種；根據(jù)卸載方式可分為：前卸式、后卸式和回轉(zhuǎn)式；按載重量又可分為：小型（1t）輕型（1～3t）、中型（4～8t）、重型（10t）按使用場合的不同可分為：露天用裝載機和井下用裝載機。按傳動形式不同可分為：機械傳動，液力機械傳動，液壓傳動，電傳動。1．1．2裝載機的主要技術(shù)性能參數(shù)1）鏟斗容量：一般是指鏟斗的額定容量，為鏟斗平裝容量與堆尖部分體積之和。用“m3”來表示。2）額定載重量：指在保證裝載機穩(wěn)定工作的前提下，鏟斗的最大載重量，單位為“Kg”。3）發(fā)動機額定功率：發(fā)動機額定功率又自然保護區(qū)發(fā)動機標定功率或總功率，是表明裝載機作業(yè)能力的一項重要參數(shù)。發(fā)動機功率分有效功率與總功率，有效功率是指在29℃和746mmHg壓力情況下，在發(fā)動機飛輪上實有的功率。國產(chǎn)裝載機上所標的功率一般指總功率，即包括發(fā)動機有效功率和風扇，燃油泵，潤滑油泵，濾清器等輔助設(shè)備所消耗的功率。單位為“kW”。4）整機質(zhì)量（工作質(zhì)量）：指裝載機裝備應(yīng)有的工作裝置和隨機工具，加足燃油，潤滑系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)亦加足液體，并且?guī)в幸?guī)定形式的空載鏟斗和司機標定質(zhì)量（75kg177。3kg）。5）最大行駛速度：指鏟斗空載，裝載機行駛于堅硬的水平面上，前進和后退各檔能達到的最大速度，它影響裝載機的生產(chǎn)率和安排施工方案，單位為“km/h”。6）最小轉(zhuǎn)彎半徑：指自輪胎中心或后輪外側(cè)或鏟斗外側(cè)所構(gòu)成的弧線至回轉(zhuǎn)中心的距離，單位為“mm”。7）最大牽引力：指裝載機驅(qū)動輪緣上所產(chǎn)生的推動車輪前進的作用力。裝載機的附著質(zhì)量越大，則可能產(chǎn)生的最大牽引力越大，單位為“kN”。8）最大掘起力：指鏟斗切削刃的底面水平并高于底部基準平面20mm時，操縱提升液壓缸或轉(zhuǎn)斗液壓缸在鏟斗切削刃最前面一點向后100mm處產(chǎn)生的最大向上鉛垂力，單位為“kN”。9）最大卸載高度：指動臂處于最高位置，鏟斗卸載角為45度時，從地面到斗刃最低點之間的垂直距離，單位為“mm”。10）卸載距離：一般指在最大卸載高度時，從裝載機本體最前面一點（包括輪胎或車架）到斗刃之間的水平距離，單位為“mm”。11）工作裝置動作三項和：指鏟斗提升，下降，卸載三項時間的總和，單位為“s”。1．1．3載機總體構(gòu)造 輪式裝載機總體結(jié)構(gòu)圖如上圖所示：一般裝載機大體可分為12個系統(tǒng)1．2裝載機機型的選擇和總成結(jié)構(gòu)形式的選擇1．2．1總體方案的選擇根據(jù)裝載機的工作條件，現(xiàn)代裝載機總體的一般布置是將鏟斗及工裝放在最前端，發(fā)動機布置與裝載機的后部。這樣可以平衡鏟斗上的外載荷，駕駛員的座位布置在裝載機的中部即在工狀之后發(fā)動機之前。1．2．2整機底盤各部件的型式初選〈1〉.行走裝置的選型裝載機的行走裝置應(yīng)根據(jù)作業(yè)條件與對象、作業(yè)效率與成本，以及駕駛員的工作條件等因素來選型。由于裝載機需要運行作業(yè)，要求“快速、高效”，所以采用輪式底盤，與樣機類似，用輪胎底盤增加了機動性，可以擔負中等距離的運輸（1000m）輪式底盤在惡劣的路面上運行時，可以起緩沖作，使機器所受沖擊減小，延長整機壽命，減輕駕駛員的疲勞。輪式底盤的接地比壓和整機穩(wěn)定性都比履帶差，所以其重心位置高，通過性和穩(wěn)定性較差，不適宜在松軟土壤和坡道上作業(yè)?！?〉.傳動形式的選擇裝載機所采用的傳動系統(tǒng)基本上有四種形式：機械傳動、液力機械傳動、靜壓傳動和電動輪裝載機。根據(jù)實際要求本設(shè)計采用液力機械傳動，它與機械傳動相比較有以下優(yōu)點：a. 可以在保持一定插入力的同時舉升動臂或鏟斗，以減小作業(yè)阻力，縮短作業(yè)時間；機械傳動的裝載機在裝載較密實的土壤物料是，插入料堆是靠慣性力，需要切斷動力，因而無法同時舉升動臂和轉(zhuǎn)斗，作業(yè)阻力大，是生產(chǎn)率降低。b. 可隨外載荷的變化而自動調(diào)整車速，因而可減少變速箱檔位，簡化變速箱結(jié)構(gòu)與操作。c. 裝載機在作業(yè)時換檔次數(shù)較多，液力機械傳動因一般均配有動力換檔變速箱，可以在不停車情況下?lián)Q檔，操作輕便，動力換檔時間短，生產(chǎn)效率高。d. 由于裝載機所用變距器的透性小，當運行阻力時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化很小，因而當外阻力大迫使車速降低時，發(fā)動機仍能保持較高轉(zhuǎn)速，則油泵流量不變，工作裝置作業(yè)速度不受影響。e. 變距器能吸收作業(yè)時傳給傳動系的沖擊，根據(jù)實驗，其應(yīng)力峰值可比機械式降低4倍以上，故可延長零件壽命?！?〉變速箱型式的選擇裝載機有人力換檔和動力換檔兩種，前者一般很少采用，裝有液力變矩器的裝載機一般采用動力換檔，這種變速箱有兩種結(jié)構(gòu)型式；定軸式和行星齒輪變速箱。兩種變速箱的比較如下：比較項目定軸式行星式結(jié)構(gòu)與加工效率外形尺寸與重量成本維修工作可靠性簡單，加工精度要求一般，嚙合齒數(shù)越多，效率越低齒輪模數(shù)較大，重量較大，變速箱橫向尺寸較大價格較低方便，便于檢查易發(fā)生故障復雜，加工精度要求高，效率高重量較輕，輸出入軸同軸線，可用較小尺寸得到較大傳動比造價較高拆卸檢查不便工作可靠由上可見兩種變速箱各有所長，但行星式效率高，傳動比大，工作可靠， 故選用行星變速箱?！?〉.驅(qū)動橋的選型為盡量發(fā)揮裝載機功率，增加牽引功率，所以現(xiàn)代大多數(shù)裝載機都采用四輪驅(qū)動。為保證裝載機在運輸工況時不產(chǎn)生寄生功率，減慢輪胎的磨損，故本設(shè)計采用——后橋擺動的全輪驅(qū)動。〈5〉.制動系的選擇一個完善的制動系統(tǒng)包括三部分：行車制動系、停車制動系和緊急指定系。對制動系的要求：a. 性能穩(wěn)定；b. 散熱好；c. 便于維修；d. 制動距離符合要求。A. 行車制動器鉗盤式制動器，比閘瓦式剎車更少受天氣的影響，剎車片堅固耐用，摩擦系數(shù)大，散熱性好，不怕油水沾污，磨損后能自動補償，維修保養(yǎng)時間少。故選用氣頂油鉗盤式制動器。B．停車制動和緊急制動停車制動選用蹄式機械制動，裝大變速箱輸出軸上。緊急制動利用停車制動器完成，當氣壓降低時傳動系統(tǒng)制動器自然合上而制動機器停車?！?〉.轉(zhuǎn)向方式的選擇輪式裝載機的轉(zhuǎn)向方式 有后輪偏轉(zhuǎn)、全輪偏轉(zhuǎn)、滑差轉(zhuǎn)向和鉸接轉(zhuǎn)向等四種。前三種方式其車架是整體式，后一種車架是鉸接式。參考樣機，本設(shè)計采用鉸接式轉(zhuǎn)向，車架由前后兩部分組成，以鉸銷相連，利用前后車架的相對偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。它與車輪偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向方式相比有以下優(yōu)點：a. 車輪無需相對車身偏轉(zhuǎn)，可采用大尺寸寬基面低壓胎以發(fā)揮更大的牽引力。b. 轉(zhuǎn)向半徑小，可得到小于自身機長的轉(zhuǎn)向半徑；機動性好，減少了裝載機調(diào)車行駛的路程，與同等級后輪偏轉(zhuǎn)方式裝載機相比，再一個作業(yè)循環(huán)內(nèi)，平均行駛路程減少了51%，生產(chǎn)率可提高近1/3。c. 在保證轉(zhuǎn)向半徑小的前提下，軸距可做的較長，在裝載機作牽引工作時，容易保持前后橋上重量的合理分配，保持較好的縱向穩(wěn)定性。行車時縱向顛簸小，減少駕駛員的疲勞。d. 整機可左右擺動實現(xiàn)“蠕動”式爬行，增強車輛通過沼澤地和泥濘地區(qū)的能力，并能在非常狹窄的地方通過。e. 前后橋零件基本通用，結(jié)構(gòu)簡單，簡化制造工藝，降低成本。其缺點是：軸距較長，使整車縱向通過半徑增大；橫向穩(wěn)定性差；轉(zhuǎn)向時前后車架需要相對運動，容易震動，對液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求較高。〈7〉.輪胎的選擇輪式裝載機輪胎占整機購置費的10~15%，占使用費的25~50%，因此正確的選擇輪胎，延長輪胎的使用壽命，對降低成本，具有重要意義。裝載機的輪胎應(yīng)根據(jù)輪胎多受負荷，作業(yè)場地情況和運輸距離來選擇。它除了能滿足一定的承載能力外，還需要有很好的耐磨、抗穿刺性、牽引性、通過性、散熱性和緩沖等性能。考慮到本機的工作條件和機種，本設(shè)計選用低壓寬基工程機械專用輪胎：，16層級越野花紋胎面，輪胎氣壓：~。它工作安全，散熱好，壽命較長。必要時，其內(nèi)部還可注入氯化鈣溶液，以增加裝載機作業(yè)時的穩(wěn)定性和附著性能。1．3 總體參數(shù)的確定及估算1．3．1總體參數(shù)初選總體參數(shù)是衡量總機性能的依據(jù)，也是標定它的先進性的科學尺度，在設(shè)計中是確定整體和部件設(shè)計參數(shù)的前提條件。（1）其中一些參數(shù)已由任務(wù)書給定,如下：1．額定載重量5000Kg m33．升至最高點和用45度傾角時的卸載高度3060mm4．升至最高點和用45度傾角時的卸載距離1216mm5．回轉(zhuǎn)半徑6280 mm6． kN7．全長7620 mm8．總高5398 mm9．工作重量18500 Kg10．斗寬2992 mm（2）.發(fā)動機的選擇裝載機發(fā)動機應(yīng)選擇專門為其設(shè)計的工程用柴油機。考慮到裝載機的工作狀況，通常它的發(fā)動機功率按1 h標定。根據(jù)與國內(nèi)同類樣機比較，本設(shè)計選用康明斯D9 6114發(fā)動機,額定功率162kW。標定轉(zhuǎn)速2200轉(zhuǎn)/分。1．3．2工作阻力的計算裝載機作業(yè)時的工作阻力主要是插入阻力，掘起阻力和轉(zhuǎn)斗阻力，鏟取方法不同，則這幾種阻力的組合方式也不同有時單獨存在，有時是同時存在。影響這些阻力的因素很多，但不能諸項的精確計算，在設(shè)計中，都是依靠經(jīng)驗統(tǒng)計公式，經(jīng)驗的進行計算。（1）.插入阻力 它是裝載機鏟斗水平插入料堆時，料堆對鏟斗的反作用力，插入阻力由鏟斗前切削刃和斗壁兩側(cè)切削刃所受阻力；鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力；鏟斗外表面與料堆的摩擦阻力等組成。這些阻力于物料種類、料堆高度、鏟斗插入料堆深度以及鏟斗的形狀、結(jié)構(gòu)等有關(guān)。一般按下列經(jīng)驗公式來計算總的插入阻力。式中：——鏟斗插入阻力；N. B——鏟斗寬度；cm. ——鏟斗插入料堆深度；cm. ——物料塊度大小，松散程度的系數(shù)，對于松散程度較好的物料： 塊度300mm時＝； 塊度400mm時＝； 塊度500mm時＝；如松散程度較差，上述各值增大20～40％。對于小顆粒物料＝；對于粉狀物料＝～?！锪戏N類影響系數(shù)，見（表一）；——物料堆高系數(shù)，見（表二）；物料種類影響系數(shù)物料重度系數(shù)物料重度系數(shù)磁鐵礦45～422石灰石鐵礦32砂石23～花崗巖～28河沙17砂質(zhì)石巖～煤12～13～泥頁巖24～25爐渣8～9 （表一）物料堆高度影響系數(shù)料堆高度（m） （表二）可取：＝ ；＝ ； ＝ ；＝ 的確定：取47％的斗底長度，L=670mm ＝＝= B=2992mm =299cm代入公式計算得： ＝39360N=（2）.鏟起阻力 鏟起阻力是鏟斗插入料堆一定深度后，利用動臂油缸舉升或轉(zhuǎn)斗時，料堆對鏟斗的垂直反作用力。.鏟起阻力也同樣與物料種類、塊度、松散程度等以及物料與斗壁之間的摩擦有關(guān)。最大鏟起阻力通常發(fā)生在鏟斗開始提升時。鏟斗開始提升時的鏟起阻力按下式計算： ——鏟起阻力； ——鏟斗插入料堆深度；m. B——鏟斗的寬度；m. ——開始提升物料時的剪切應(yīng)力。 ==（3）.轉(zhuǎn)斗阻力 當鏟斗插入料堆一定深度后，用轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗向后翻轉(zhuǎn)時，料堆對鏟斗的反作用力矩稱為轉(zhuǎn)斗阻力矩。此阻力矩用來表示，單位為 式中：——最大靜阻力矩；——重力力矩。裝載機鏟斗插入物料，同時翻轉(zhuǎn)鏟斗鏟掘物料時，如不計慣性力影響，根據(jù)試驗證明，轉(zhuǎn)斗的靜阻力矩是隨鏟斗翻轉(zhuǎn)角的變化而改變（圖一），在開始轉(zhuǎn)斗時（＝0）時，所需克服的靜阻力矩最大，隨著鏟斗轉(zhuǎn)角的增大，靜阻力矩逐漸減小，當鏟斗刃離開料堆后，靜阻力矩為M0。根據(jù)試驗，最大靜阻力矩可用下式計算：式中：——鏟斗開始翻轉(zhuǎn)時的