【正文】 ........................ 44 西南交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 第 1 章 緒論 裝載機的發(fā)展 裝載機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 工 機械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。由于裝載機具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優(yōu)點，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機種之一。就這樣誕生了我國第一臺鉸接式輪式裝載機，從而開創(chuàng)了我國裝載機行業(yè)形成與發(fā)展的歷史。 1978 年，天工所根據(jù)機械部的要求，制訂出以柳工 Z450 為基型的我國 輪式裝載機系列標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，我國輪式裝載機已經(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。 裝載機各種機種的應(yīng)用情況 廈工：滑移式裝載機 XG3090 性能簡介： YANMAR 動力，性能可靠，全球聯(lián)保 ； REXROTH 液壓元件，性能卓越，質(zhì)量可靠，全球聯(lián)保 ； ISO 和 CE 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造，符合全球用戶使用要求 ； ，左手控制行走和右手控制工作裝置，行走時可最大限度降低駕駛員操作 強度 ； 10%，全密封駕駛室降低灰塵污垢的困擾 ； ，三點式安全帶，后點支撐安全桿，座椅安全開關(guān)確保你處于最安全 的狀態(tài) ； ，必要檢測數(shù)據(jù)盡在掌握，免維護電池和集中式保險盒，減少維護時間 提高檢修效率 ； 8. 整機結(jié)構(gòu)緊湊，全液壓驅(qū)動實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，最小轉(zhuǎn)彎半徑比同等級鉸接裝載機的一半還小 ； 特別適合如城市基礎(chǔ)設(shè)施或建筑工地、廠房、車間、倉庫、碼頭、輪船甲板甚至船艙內(nèi)等狹窄市場 。 ZL50G 型雪犁 裝置裝載機 簡介： 1. 優(yōu)化了柴油機的進氣系統(tǒng)，減少灰塵進入空濾器，濾芯便于維護，延長了發(fā)動機壽命；優(yōu)化了散熱器系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)綜合熱平衡溫度；配有低溫冷起動裝置，可在 25176。 小松：小松 WA6003 裝載機 簡介： 1. 具有自動降速功能控制開關(guān)，當(dāng)車輛以 2 速前進接近料堆進行鏟裝作業(yè)時，可通過動臂控制桿頂端的降速開關(guān)使車輛速度由 2 檔變?yōu)?1 檔，加大了鏟入力。 柳工： 柳工 877III 輪式裝載機 簡介： 1. 采用風(fēng)扇馬達獨立散熱系統(tǒng)、增壓密封駕駛室和低噪音發(fā)動機，降低機外輻射噪音和司機耳邊噪音。 4. 工作液壓系統(tǒng)采用雙泵合流，減少能量損失 ， 電控發(fā)動機的燃油效率高。C 正常工作，橡膠軟管防高原紫外線輻射老化及低氣壓爆裂。 西南交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 龍工 ZL50C 輪式裝載機 簡介： 1. 工作裝置鏟斗可實現(xiàn)自動平放，降低工作循環(huán)周期，工作效率顯著提高 ； 2. 鏟斗配裝 高耐磨整體式刀板和高耐磨組合式斗齒，提高鏟斗的使用壽命 ； 3. 采用斯太爾 型增壓柴油機，動力強勁，節(jié)能環(huán)保，冷啟動性能和可靠性好 ； 4. 雙變 總成的關(guān)鍵部位采用進口優(yōu)質(zhì)軸承，提高雙變總成的可靠性和使用壽命 ； 5. 手制動采用氣控夾 鉗式，安全可靠。由于裝載機應(yīng)用范圍廣 ,因而整個 市場 受國家宏觀調(diào)控影響較小 ,據(jù)中國 工程機械 工 業(yè)協(xié)會 統(tǒng)計 ,2021 年全國裝載機銷量為 89,892臺 ,同比增長 %,但 銷售 利潤率卻出現(xiàn)了負增長 ,由 2021 年的 %降到 %。除以上生產(chǎn)企業(yè)外 ,成工、山工、常林 3家的產(chǎn)量也均在 5000 臺以上。同時國產(chǎn)裝載機產(chǎn)品以其出色的性價比優(yōu)勢 ,已經(jīng)開始在國際 市場 上嶄露頭腳 ,呈現(xiàn) 出較好的發(fā)展勢頭。 廣西形成了以廣西柳工機械股份有限公司為代表的裝載機生產(chǎn)企業(yè)。第四種方式是上規(guī)模的配套件企業(yè)進入裝載機行業(yè) ,如玉柴 2021 年成立玉柴工程機械有限責(zé)任公司 ,正式進入裝載機行業(yè)。 目前 ,我國裝載機行業(yè) 37家主要裝載機企業(yè)總產(chǎn)能已達 14萬臺以上 ,其余幾十家企業(yè)平均每家 200～ 300 臺左右 ,加上后進入者如福田重工等 , 初步估算 ,2021 年國內(nèi)裝載機總生產(chǎn)能力將超過 20萬臺 ,市場需求約為 9萬～ 10 萬臺 ,預(yù)計約 有 50%的能力閑置、產(chǎn)能嚴(yán)重過剩 ,市場 競爭將更加激烈。 由于盈利水平較低 ,整個行業(yè)效益下滑比較明顯 ,這在很大程度上制約了我國整個裝載機行業(yè)向高水平、高 技術(shù) 方向發(fā)展 ,行業(yè)潛伏著生存與發(fā) 展的危機。近期卡特彼勒又與國內(nèi)裝載機龍頭企業(yè)如廈工、柳工等骨干生產(chǎn)企業(yè)進行了密切的接觸 ,這些跨國企業(yè)主要以其雄厚 的資金和 技術(shù) 實力逐步打開國 內(nèi)裝載機 市場 。柴油發(fā)動機自動控制噴油系統(tǒng)、變速箱自動控制換檔、性能參數(shù)和狀態(tài)監(jiān)測均取得重大進展 ,在視線內(nèi)遙控作業(yè)已 進入實用階段 ,從而改善了性能 ,提高可靠性 ,縮短停機時間 ,增加生產(chǎn)能力 ,降低燃油消耗 ,取得了更大的經(jīng)濟效益。從地面到整個舉升高 度范圍 內(nèi)具有平行移動的特點。卡特彼勒輪式裝載機轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)用負荷傳感式溢流 間 ,使液壓泵在負載壓力下溢流 ,降低系統(tǒng)壓力 ,提高了液壓元件壽 命。如卡特彼勒輪式裝載機的司機室設(shè)有微機監(jiān)控裝置和可調(diào)懸掛式座椅 ,先導(dǎo)液壓閥操縱鏟斗控制手柄 及流量放大轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等 ,使操作輕便、靈活 ,采用防滾翻保護結(jié)構(gòu)（ＲＯＰＳ）和落體撞擊保護結(jié)構(gòu)（ＦＯＰＳ）符合ＩＳＯ標(biāo)準(zhǔn)要求。輪端采用浮動密封結(jié) 構(gòu) ,安裝簡便 ,有自動補償功能 ,密封性能良好。其中尤以5t級機型最為集中 ,市場占有率達到了 60%(主要是搶占了 4t 級及小型機的市場份額 )； 3t 級產(chǎn)品這些年 市場 占有率均在 30% 左右徘徊 ,沒有多大變化； 6t 級以西南交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 上 ,特別是 8t 級以上的大噸位機種 ,國內(nèi)成熟的產(chǎn)品不多 ,主要是使用進口或合資、獨資企業(yè)產(chǎn)品。歐美等發(fā)達國家小型裝載機占裝載機總銷量的比重在 50%～ 60%,我國僅為 3%～ 5%；隨著城鎮(zhèn)化的進一步發(fā)展和總體經(jīng)濟發(fā)展水平的提高 ,預(yù)計未來小型裝載機將會成為行業(yè)的主要增長點。如ＪＣＢ公司４１１型裝載機的駕駛室設(shè)計更為吸引人 ,室內(nèi)具備了多項實用特性 ,如電子監(jiān)控系統(tǒng)（ＥＭＳ）配 有液晶顯示板（ＬＣＤ） ,新的伺服控制桿可對前進和倒退。 裝 ?運 ?卸 ?返回 分析工況是系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)，理想的情況是進行工況分析時能繪出裝載機一個工作循環(huán)重總負荷和功率變化的分析圖表。 裝載機的鏟掘和裝卸物料作業(yè)是通過其工作裝置的運動來實現(xiàn)的。動臂與車架、動臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。 綜合國內(nèi)外裝載機工作裝置的結(jié)構(gòu)型式，主要有七種類型，即按連桿機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)不同，分為三桿式、四桿式、五桿式、六桿式和八桿式等；按輸入和輸出西南交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 桿的 轉(zhuǎn)向是否相同又分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)等。齒形分尖齒和鈍齒，輪胎式裝載機多采用尖形齒，而履帶式裝開機多采用 鈍形齒。 鏟斗是工作裝置的重要組成部件，工作條件惡劣，時 常承受很大的沖擊載荷及劇烈的磨削，其結(jié)構(gòu)形狀及尺寸參數(shù)對插入阻力、掘起阻力和生產(chǎn)率有著很大的影響。 直線形切削刃結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的平地性能，適用于裝重度不超過16KN/m3，并且堆 積比較松散的物料。 1） .鏟斗的寬度 B=3m； 2） .鏟斗回轉(zhuǎn)半徑 Ro：指鏟斗與動臂鉸接點至切削刃之間的距離。 幾何容量 HV 公式： 2 20 ()86Hs Bb bV V a c? ? ? ?? ???????????????（ 3— 3） 式中： sV —— 鏟斗 斗容 ， 3mm ： 0B —— 鏟 斗內(nèi)壁寬度， mm。 1. 動臂鉸點高度 動臂與車架鉸點的高度通常取 AH =（ ~） 0R （ mm）已知 0R =1092mm 公式得 AH = 0R =1965(mm) 動臂回轉(zhuǎn)角通常取 ? 0=80 ~ 090 取 ? 0=90 01 .5 1 0 9 2 1 6 3 81 .2 1 0 9 2 1 3 1 00 .1 4 1 0 9 2 1 5 30 .4 1 0 9 2 4 3 7gzklllr? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?西南交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 2. 動臂長度 鉸點位置確定以后，根據(jù)以下公式可以求出動臂的長度 Dl 公式： ? ? ? ?2239。? —— 鏟斗回轉(zhuǎn)半徑與斗底夾角； ? —— 鏟斗最大卸載高度時最大卸載角，通常取 ? 045? ； Bl —— 動臂與車架鉸點到 轉(zhuǎn)載機前面外廓水平距離， mm； maxsH —— 最大卸載高度， mm； AH —— 動臂與車架連接鉸點的高度， mm。單板動臂結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、但強度和剛度較小，小型裝載機采用較多。 2. 連桿尺寸及鉸點位置 反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容包括：確定連桿 CD的長度 b、搖臂 DF的長臂長度西南交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 18 頁 c和短臂長度 e、鏟斗上兩鉸點 BC之間的距離 a、鉸點 E和鉸點 C的位置，轉(zhuǎn)斗油缸與車架的鉸點 G的位置及轉(zhuǎn)斗油缸的行程等。1 0 1 1 1 2 9 2 81()H Z D b FP P l G l G l F l K lN? ? ? ?????????? （ 3— 7） bG 動臂的重力， N； 2K 考慮連桿機構(gòu)摩擦損失的系數(shù)， 2K = 39。 3. 連桿機構(gòu)基本參數(shù)的確定 連桿機構(gòu)是由鏟斗、動臂、連桿、轉(zhuǎn)斗油缸等組成。 p 的確定 液壓系統(tǒng)的壓力可以按主機類型選擇，如下表： 表 3— 1 按主機類型選 擇液壓系統(tǒng)工作壓力 設(shè)備類型 機床 農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械 工程機械、重型機械 船用系統(tǒng) 磨床 插床 車床 拉床 工作壓力 /（ MPa） ? ? 2～ 4 ? 10 10～ 16 16～ 32 14～ 25 根據(jù)表 4— 1 我們可以選取液壓系統(tǒng)的工作壓力，所以選取較高的系統(tǒng)工作壓力： p =20MPa Q 公式： Q=V*A???????????????????????（ 3— 1） 式中 Q— 液壓系統(tǒng)流量； A— 液壓缸的有效作用面積； V— 工作介質(zhì)流動速度。液壓傳動系統(tǒng)如圖： 工作裝置系統(tǒng)包括動臂升降液壓缸工作回路和轉(zhuǎn)斗液壓缸工作回路，兩者構(gòu)成串并聯(lián)回路。 西南交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖 換向閥 根據(jù)裝載機作業(yè)要求，液壓傳動系統(tǒng)應(yīng)該完成下述工作循環(huán)：鏟斗翻轉(zhuǎn)升起（鏟裝） → 動 臂提升鎖緊（轉(zhuǎn)運 )→ 鏟斗前傾 (卸載 )→ 動臂下降 . 1. 鏟斗收起與前傾 鏟斗的收起與前傾由轉(zhuǎn)斗液壓缸工作回路實現(xiàn) .當(dāng)操縱手動換向閥 3使其右位工作時 ,鏟斗液壓缸活塞桿伸出，并通過搖臂斗桿帶動 鏟斗翻轉(zhuǎn)收起進行鏟裝 .其油路為 : 進油路 :液壓泵 2(液壓泵 1） → 手動換向閥 3右位 → 鏟斗液壓缸無桿腔。 回油路：鏟斗液壓缸無桿腔 → 手動換向 發(fā) 3左位 → 精過濾器 6→ 油箱。在動臂升降的過程中，鏟斗的連桿機構(gòu)由 于動作不相協(xié)調(diào)而受到某中程度的干涉，即在提升動臂時鏟斗 液壓缸的活塞桿有被拉出的趨勢，而在動臂下降時活塞桿又被強制壓回。當(dāng)真 空時，可由單向閥從油箱補油。其油路 為： 進油路：液壓泵 2（液壓泵 1） → 手動換向閥 3 中位 → 手動換向閥 11右位 →動臂升降液壓缸無桿腔。其油路 為： 進油路：液壓泵 2（液壓泵 1） → 手動換向閥 3 中位 → 手動換向閥 11左位 →動臂升降液壓缸有桿腔。另外，還能實現(xiàn)空斗迅速下降，并且在發(fā)動機熄火的情況下亦能降下鏟斗。 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定 分析工況時，初步得到的數(shù)據(jù)如下： 表 32 液壓缸基本參數(shù) 阻力值（ kN） 最小長度（ m） 最大長度（ m） 行程（ m） 動臂油缸 102 鏟斗油缸 83 查表選取 21222A DA D d? ? ? ??，背壓力 2p ＝ 2 MPa。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。無縫鋼管： []? ＝ 100~110 MPa。 ? 2[ ]ypD?? ＝ 20 1252 100??? ＝ 16（ mm），取 1? ＝ 20（ mm）。 在本設(shè)計中取 yp ＝ 1p ， []? ＝ 100