【文章內(nèi)容簡介】 上安裝有轉速變速集成控制系統(tǒng)，它取消了傳統(tǒng)的方向盤和變速操作桿，將轉向和變速操縱集成在一個操作手柄上，并采用簡單的觸發(fā)方式控制開關和換擋用的分裝式加速按鈕。利用肘節(jié)的自然動作左右搬動操縱手柄來實現(xiàn)轉 4 向 ，利用大拇指選擇換擋按鈕以實現(xiàn)前進與后退、加速與減速行駛，極大地簡化了操作。 隨著我國國民經(jīng)濟建設的調(diào)整發(fā)展，大型輪式裝載機的需求量會有大幅度上升，特別是西部大 開發(fā)，許多大型工程建設等，大型輪式裝載機大有用武之地。另外，世界上生產(chǎn)大型輪式裝載 機的國家、企業(yè)也不多，出口前景也非常好，苦于我們還拿不出產(chǎn)品。 1999 年，我國全行業(yè) ZL60 型共銷 28 臺， ZL80 型及 ZL100 型一臺也未銷售。因此，我國大型 輪式裝載機可以說是基本上未推向市場。影響推出市場的主要原因是，除開發(fā)水平較低 外，主 要是配套件跟不上。大型 輪式裝載機的配套件國內(nèi)基本上沒有，有少量的也是水平低，可靠 性差，不太適用，進口配套件價格又太貴。因此大型輪式裝載機的國內(nèi)市場基本上被國外大公 司所占領。我國裝載機行業(yè)，特別是主要裝載機制造企業(yè)，應抓住我國加入 WTO 后進口件價格 降低的機遇，進口一部分重要的關鍵部件，同時為盡量降低成本，加大力度開發(fā)一些目前已經(jīng)有能力開發(fā)的零部件，如傳動系統(tǒng)中的驅動橋、液壓件中的缸、閥等，經(jīng)過精心設計，開發(fā)出 具有中國特色的大型輪式裝載機。只要我們的產(chǎn)品能占領國內(nèi)市場，也一定能打進國際市場。 國產(chǎn)挖掘裝載機及小型多功能裝載機數(shù)量很少，在我國 ZL30型以下屬小型裝載機，據(jù) 1999 年全行業(yè)主要企業(yè)統(tǒng)計 ,共銷售小型裝載機有 1546 臺，能占全行業(yè)的 ％。 國外小型裝載機及小型多功能裝載機，包括挖掘裝載機在內(nèi)，市場份額已相當大。美國的 山貓牌小型多功能裝載機年銷量在 5 萬臺左右，還有美國的凱斯、約翰迪爾、卡特彼勒、英國 的 JCB 公司等的挖掘裝載機及小型多功能裝載機年銷量都在萬臺上。可見世界市場上挖掘裝載 機及小型多功能裝載機市場是多么大，而中國目前這類產(chǎn)品基本上還沒有。這類 產(chǎn)品特別適用 于市政建設、中小城鎮(zhèn)建設、鄉(xiāng)間非等級公路建設、一般公路的維護保養(yǎng)、港口碼頭作業(yè)，還 有改造環(huán)境、植樹造林等。特別是西部大開發(fā)，這類產(chǎn)品將有廣闊的潛在市場。這類產(chǎn)品的開發(fā)，今后肯定是以靜液壓件傳動為主，目前世界上小型裝載機、小型多功能裝載機基本上都是 靜液壓傳動。我國要能真正把這類產(chǎn)品發(fā)展起來，必須有自己的創(chuàng)新。裝載機行業(yè)的廣大企 業(yè)，特別是有能力的大企業(yè)，應加大創(chuàng)新力度，去爭我國小型裝載機、小型多功能裝載機、挖掘裝載機等這一巨大的潛在市場。 我國西部 3000 米以上高海拔地區(qū)及沙漠地 區(qū)占了很大的面積，在實施西部大開發(fā)中，高原 及沙漠型特殊用途裝載機需要量較大，國內(nèi)目前基本上還沒有這類產(chǎn)品，而國外大公司在這方 面已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品。因此，我國加入 WTO 后，這個巨大的潛在市 5 場很可能被國外大公司所占領。我國的裝載機行業(yè)從現(xiàn)在起應 該 積極行動起來，與有關科研院所及有關發(fā)動機等配套件企業(yè)聯(lián)合起來，盡快開發(fā)出具有中國特色的高原、沙漠型特殊用途裝載機，去搶占我國西部這一潛在大市場。 中型輪式裝載機是國內(nèi)最成熟而產(chǎn)量又大大過剩的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品只要“入世”后實行國際采購，提高質量、水平、可靠性， 那么大批進入國際市場的機遇就在眼前。 6 第 二 章 裝載機總體參數(shù)的確定 裝載機 阻 力 的確定 裝載機在進行鏟掘作業(yè)中的作業(yè)阻力主要是：鏟斗插入料堆時的插入力；提升動臂時的鏟起力；翻起轉斗時的轉斗阻力矩。影響這些阻力的因素很多，例如鏟掘的物料種類、鏟斗的形狀，鏟斗插入的深度等。而鏟掘的物料種類又是多種多樣的，可能是土壤砂石，也可能是各種塊度的礦石，因此在這些復雜因素影響下，難以準確的計算出裝載機鏟掘時的作業(yè)阻力，為確定這些阻力，則通過鏟掘散狀物料試驗的 辦法得出經(jīng)驗公式和多種系數(shù)進行計算，下面分別計算裝載機在鏟掘散狀物料時的各種阻力。 插入阻力 插入阻力是裝載機鏟斗插入料堆時，料堆對鏟斗的反作用力。插入阻力分別由以下阻力組成：鏟斗前切削刃口和 斗壁兩側切削刃所受 阻力；鏟斗底和側壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力；鏟斗外表面與 料堆之間 的摩擦阻力 等組成 。 其值可以按下式計算 ： KKBlKKP bpx ? 式 式中： xP —— 鏟斗插入阻力； 1K —— 物 料 的塊度和松散程度的影響系數(shù) 。對于松散程度較好的物料， 塊度 時， 1K =； 塊度 時， 1K =；塊度 時， 1K =。 如果松散程度較差，則上述各值增大 20%40%；對于 這里取 1K =； K2 —— 物 料 種類影響系數(shù)，散狀物料種類為沙石， 取 系數(shù)為 ； pl —— 鏟斗插入料堆深度 (cm)；取 50cm； bB —— 鏟斗寬度 (cm)； 3K — 一料堆高度影響系數(shù)，料高度為 , 3K =。 KKBlKKP bpx ? )(87845 N? ?????? 鏟起阻力 鏟起阻力是指鏟斗插入料堆一定深度后，用動臂油缸提升動臂時， 料堆 對鏟斗的反作用力。 鏟斗插入 料 堆 pl 深度后，用動臂提升鏟斗，鏟起阻力由鏟斗斗底插入 料 堆深度和 pl鏟斗寬度 bB 所決定的矩形面積上的物 料 所決定。 鏟起阻力同樣受到物 料 的塊度、松散性、容積比重、 溫度、濕度、物料之間及物料與斗壁摩擦的影響。最大的鏟起 阻 力發(fā)生在鏟斗剛剛開始提升的時刻 。 隨著動臂的提升，鏟起阻力逐漸減小。 7 鏟斗開始提升時的鏟起阻力 zP 可按下式確定： zP ＝ ?KBl 式 pl —— 鏟斗插入 料 堆深度 (m)； Bb —— 鏟斗寬度 (m)； ?K —— 鏟斗開始提升時物 料 的剪切阻力 (KN/m3 )。 取值為 35kN/m3 ； zP ＝ ?KBl ???? 114? （ KN） 轉斗阻力矩 轉斗阻力矩是當 鏟斗插入 料堆 一定深度后，用轉斗油缸使鏟斗向 后 翻 轉 時，料堆對鏟斗的反作用力矩。 若不計慣性力的影響，根據(jù)實驗證明，轉斗的靜阻力距隨著鏟斗翻轉角 ? 的變化而改變， 如圖 所示 在開始轉斗時，所需克服的靜阻力矩最大，隨著轉斗轉角的增大。靜阻力矩逐漸減小。當鏟斗前刃離開料堆時。靜阻力矩為 M0 。根據(jù)試驗，最大靜阻力矩 Mc 用下式計算 )]()31([ mNylxPM pxc ???? 式 式中： Px —— 插入阻力； x —— 鏟斗回轉中心與斗刃的水平距離（ m）； y —— 鏟斗回轉中心與地面的垂直距離（ m）； 轉斗時，鏟斗除受到靜阻力矩的作用外，還受到鏟斗自重和鏟斗中物料重力所引起的阻力矩的作用，因此，開始轉斗時的總阻力矩 M為 )()( mNlGGMM prbe ???? 式 式中： bG —— 鏟斗自重（ N）； rG —— 裝載機額定載重量（ N）； bl —— 鏟斗重心到回轉中心的水平距離（ m） ； 見圖 圖 圖 8 裝載機的總體布置原則 總體布置內(nèi)容應包括以下幾個方面： (1)確定各 個部件在整機上的位置，并對外形尺寸提出要求； (2)確定各部件之間、部件與整機之間的連接方式； (3)估算整機重量幾重心位置，并對各部件的重量提出要求； (4)布置各個操縱機構、機棚、駕駛室等； (5)審核各運動件的運動空間，排除可能發(fā)生的運動干涉； (6)定出標準化、通用化和系列化的零、部件的名細表。 (1)保證整機的穩(wěn)定性； (2)結構緊湊、并有較高的傳動的效率； (3)便于操作和維修，工作安全可靠； (4)外形平整美觀。 (1)牽引性，是裝載機在不同 工作速度下所能發(fā)出的最大牽引力的性能。它影響到機子的工作能力與工作效率。牽引性能的好風是用牽引功率和牽引效率來評價的。它反映了裝載機利用發(fā)動機功率進行工作的有效程度，是最重要的一個性能指標。 (2)動力性，是反映裝載機在行駛中，以不同檔位工作時，所具有的加速性能，以及所能達到的最大行駛速度和爬坡能力的一個性能。動力性能的好訊用動力因數(shù)來評價。 (3)經(jīng)濟性，是反映裝載機在工作中燃樹消耗是否經(jīng)濟合理的性能。它有兩個指標：是依牽引馬力小時消耗的燃油克數(shù)，這個指標可以用來比較不同裝載機的經(jīng)濟性的好壞，另一個是 作業(yè)中裝卸每噸物料消耗的燃料這個指標可以用來核算作業(yè)的生產(chǎn)成本。由于后者包含著使用中各種因素的影響，因此不能用作評價不同裝載機經(jīng)濟性能好壞的指標。 (4)穩(wěn) 定性，是裝載機在坡道上行駛時不失去穩(wěn)定和不傾翻的性能。它關系到裝載機 機在坡道行駛的安全性，因此，是一個很重要的性能指標。裝載機的穩(wěn)定性用穩(wěn)定度這一指標的大小來表示。 (5)機動性，是裝載機能否 在狹窄場地轉向和通過的性能因此，可以用外側輪胎和鏟斗的轉向半徑來 標志。機動性的好壞，影響到裝載機的適用程度。 (6)作業(yè)性，是反映裝載機整機使用好壞的性 能，通常以功率到生產(chǎn)率的高低為評 9 價指標，它與整機所具有的切削力、掘起力、鏟斗容量和容積效率，以及工作裝置杠桿系統(tǒng)的工作速度等有關。 裝載機各部件的布置 發(fā)動機一般置于裝載機后部，起著對前置鏟斗中負荷的平衡作用，并 增加裝載機的穩(wěn)定性。發(fā)動機是預選現(xiàn)成的，故主要尺寸均已知。根據(jù)載 荷分配確定發(fā)動機相對后橋中心的前后位置，并參考同類型裝載機的發(fā)動機布置來確定曲軸中心線相對車架上線的高度。發(fā)動機位置的布置要結合傳動系各總成的結構和整機的使用要求全面考慮。發(fā)動機位置確定后，即可安排變 矩器、變速器的位置然后確定傳動軸數(shù)目。 工作裝置布置在整車 的前端，結合工作裝置的設計要求確定動臂與車架鉸點的位置。假如動臂 長度不變，鉸點布置向前，最大卸載距離大，但由鏟斗中載荷作用的傾翻力矩增加，為減小此傾翻力矩而不減小載重量，一般將鉸點向后布置，但最 好不安排在駕駛室兩側或駕駛室之后，以免動臂舉升時恰在駕駛員的兩側影響駕駛人 員的安全性。動臂落在最低位置時鏟斗位于前輪之前，不能與前輪干涉。動臂 的 最大舉升與最低位置的夾角一般為 90? 左右，此角度太大， 特使最大卸載高度時的卸載距離急劇下降，同時動臂油缸與動臂鉸點間的距離 (力臂 )也大大減小，使受力情況不利。 輪胎式裝載機的轉向系：有偏轉 前輪 轉向和鉸接式轉向兩類，偏轉車輪轉向又分為偏轉前輪、偏轉后輪、偏轉前后輪三種。 (1)偏轉前輪轉向 前輪轉向半徑大于后輪轉向半徑，這樣當前輪能從障礙物的內(nèi)側通過時，后輪也一定能從障礙物內(nèi)側通過，駕駛員可以利用前輪估計后輪避開障礙物，有利于安全行駛。 在整體車架的車輛上，多采用偏轉前輪的轉向系。但是對裝載機來說，由于工作機構布置在前端，轉向機構的布 置，受到前部空間的限制；又因為裝 載 機的前輪負荷大、轉向阻力大、所以，轉向機構不易布置在前輪上。只有沿用其它車輛的前輪轉向的底盤時，才采用偏轉前輪轉向。 (2)偏轉后輪轉向 后輪的轉向半徑大于前輪的轉向半徑，當前輪從障礙物的內(nèi)側通過后，后輪不一 10 定就能從障礙物的內(nèi)側通過，這就不利于安全行駛。在一般車輪上，不采用偏轉后輪的轉向，但是在整體車架的裝載機上，多采用偏轉后輪的轉向。這是因為裝載機的油輪負荷大，并且前端空間位置又難以布置轉向，所以，多采用偏轉后輪轉向。 采用偏轉后輪轉向時，要求駕駛員要有熟練的操作技術。 (3)偏轉肋、后輪轉向 一般采用前、后輪偏轉角度相等的結構。全輪轉向的轉彎半徑小，機動性好；前、后車輪的轉向半徑相同，后輪行駛在前輪的輪轍上，減小了后輪的行駛阻力。但是，由于驅動輪又是轉向輪，造成結構復雜。 (4)鉸接式車架采用鉸接轉向 鉸接轉向的鉸銷位置有以下三種情況 : 1)鉸銷位于前后軸線的中間，轉彎時，前后輪軌跡重合。 2)鉸銷位置在前后軸中間偏前，前輪轉彎半徑大于后輪轉彎半徑。 3)鉸銷位置在前后軸中間偏后，前輪轉彎半徑小于后輪轉彎半徑。 一般多采用第一種布置方案，故前輪與后輪軌跡相同，可以減 小在劣路上的行駛阻力，并且前輪能通過的狹小地段，后輪也能順利通過。 整體式車架采用偏轉車輪轉向，裝載機重載 時前橋負荷比后橋大，所以多采用后輪轉向。第二種方案比第一種結構復雜，尤其是要保證前轉向輪與動臂不發(fā)生干涉，因而也給總體布置方而帶來一定困難。 在布置轉向車輪時應保證它的周圍有一定的空間，在任何轉向角時車輪都不與周圍的零部件相碰，尤其是在最大轉向角時不能與車架相碰。轉向梯形可布置在橋的前部或后部。 為使駕駛員在作業(yè)時前方有良好視野，整體式車架駕駛室是布置在車架的前部。 駕駛室布置在前車架 后端。這種布置形式前方視野艙便于駕駛員鏟挖作業(yè)，但后方視野較差。轉向時駕駛員隨前車架一起轉動，鏟斗始終在駕駛員的正前方，便于對準料堆和卸載卡車。由于駕駛它在全車的較前部，因此在鏟挖時駕駛員受到的沖擊較大，容易疲勞。另外因駕駛室在前車架上，而發(fā)動機、變速箱等均在后車架上，所以操縱機構一般只能采用電、氣壓或液壓操縱。目前國外有少數(shù)裝載機駕駛室是這樣布置的。 裝載機的總體構造和分類 11 裝載機一般有發(fā)動機，車架，動力傳動系統(tǒng)，行走系統(tǒng)，工作裝置，液壓系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等組成，發(fā)動機的液力變 矩器把動力傳給變速箱，然后經(jīng)前傳動軸和后傳動軸分別傳給前后驅動橋，以驅動車輪轉動，工作裝置是由動臂，鏟斗，連桿機構，動臂油缸和轉斗油缸等組成，動臂一端鉸鏈在機架上，另一端和鏟斗鉸鏈連接。動臂的升降由動臂油缸帶動，鏟斗翻轉則由轉斗油缸通過連桿機構來實現(xiàn)，車架由前后兩部分組成，中間用前后車架鉸鏈聯(lián)接，依靠轉向油缸可使前后車架 繞 鉸銷相對 地 轉動，以實現(xiàn)轉向。 (1)按行走裝置分：有輪胎式和履帶式兩種。 輪胎式裝載機是以輪胎式專用底盤為基礎車，配置工作裝置及操作系統(tǒng)組成。其重量輕，速度快，機動靈活性 及效率高，因而他的品種與產(chǎn)量都發(fā)展快。 履帶式裝載機是以專用底盤或工業(yè)履帶式拖拉機為基礎，裝上工作裝置及操作系統(tǒng)完成。其接地比壓小，通用性好；重心低，穩(wěn)定性好；重量大，附著性能好。因此，在輪式裝載機不適宜的場合更顯優(yōu)越性。 (2)卸 料方式分：有前卸式，回轉式，后卸式 前卸式裝載機的工作裝置不回轉，裝料與卸料都是整機走動進行，作業(yè)過程中調(diào)車費時，但因結構簡單，工作可靠，視野良好，因此應用最廣泛。 回轉式裝載機的動臂安裝在轉臺上，鏟斗在前端裝料后，回轉至側面卸掉，裝載時不需要調(diào)車，作業(yè)效率高，適宜 于廠區(qū)工作。但結構復雜，回轉卸載時偏心載荷較大，整機側向穩(wěn)定性不好。 后卸載裝載機是在前端裝料，卸載時鏟斗越過駕駛室向后端卸料，作業(yè)時不需要調(diào)車，可直接向后停在起后面的運輸車輛卸載，作業(yè)效率高。但卸載時鏟斗越過駕駛室不安全，只用于礦井下狹窄的場地。 (3)聯(lián)接 方式分為：整體式、鉸接式 整體式裝載機的車架是一個整體，利用偏轉后輪同時偏轉進行轉向。 鉸接式裝載機的車架有前后兩部分組成，中間用垂直鉸銷聯(lián) 接 ，它通過連接前后車架的油缸推動前后車架繞垂直鉸鏈相對轉動折腰轉向。由于前后車架折腰度大（大約 35～ 40度），所 以轉彎半徑小，可在半徑比較小的場地作業(yè)。 (4)鏟斗的額定量分：小型 ；中型 ~ 。大型鏟斗額定量 10t。 裝載機是循環(huán)作業(yè)式的工程機械。它的一個作業(yè)循環(huán)由駛進料堆、鏟取、后退、 12 轉向、駛進卸料目標和卸料等動作構成。其中，對物料的鏟取方法和作業(yè)時運輸車輛的配置方案，將影響生產(chǎn)率的高低。 (1)鏟取方法：裝載機對物料的鏟取方法有一次鏟取法和復合鏟取法兩種。 1)一次鏟取法：鏟斗一次插入料堆，一次收斗而裝滿鏟斗的鏟取方法。作業(yè)時裝載機從正前 方駛進料堆，邊進邊放下鏟斗，在料堆前 1m處使鏟斗落到地面，處于浮動位置，斗刃能觸及料堆時，加大油門緩緩插入料堆，然后鏟斗上翻，提升動臂到運輸位置再倒退駛出。該法是最簡單常用方法，比較適用于阻力比較小的松散料堆。 2)復合鏟取法：裝載機前進插入料堆的同時，鏟斗與 提臂相配合鏟取物料的方法。這樣鏟取切削阻力小，容易裝滿鏟斗，適合鏟裝切削