挖掘裝載機裝載工作裝置設(shè)計【W(wǎng)Z45-40】
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電算程序
鏟斗動臂舉升仿真：
#include "stdio.h"
#include "math.h"
#include "graphics.h"
#define pi 3.1415926
main()
{
float l1,l2,l3,l4,a,b;
int x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4;
int gdriver=DETECT,gmode;
initgraph(&gdriver,&gmode,"c:\\mydocuments\\tc");
cleardevice();
line(20,460,400,460);
line(20,460,20,20);
circle(20,230,3);
circle(20,320,3);
l1=sqrt(pow(119,2)+pow(130,2));
l2=sqrt(pow(210,2)+pow(230,2));
x2=(int)(12*sin(135*(pi/180)));
y2=(int)(230-12*cos(135*(pi/180)));
l3=sqrt(pow((250-x2),2)+pow((460-y2),2));
l4=sqrt(pow((240-x2),2)+pow((y2-430),2));
x1=(int)(l1*sin(135*(pi/180)));
y1=(int)(230-l1*cos(135*(pi/180)));
circle(250,460,3);
circle(240,430,3);
line(x2,y2,250,460);
line(240,430,250,460);
b=60*(pi/180);
for(a=70*(pi/180);a<145*(pi/180);a+=pi/180)
{
cleardevice();
line(20,460,400,460);
line(20,460,20,20);
circle(20,230,3);
circle(20,320,3);
line(20,230,x1,y1);
line(x1,y1,x2,y2);
circle(x2,y2,3);
line(20,320,x1,y1);
circle(x1,y1,3);
x3=x2+l3*sin(a);
y3=y2+13*cos(a);
x4=x2+l4*sin(a+b);
y4=y2+l4*cos(a+b);
circle(x3,y3,3);
circle(x4,y4,3);
line(x2,y2,x3,y3);
line(x2,y2,x4,y4);
line(x3,y3,x4,y4);
getch();
}
for(a=135*(pi/180);a>50*(pi/180);a-=pi/120)
}
line(20,460,400,460);
line(20,460,20,20);
circle(20,230,3);
circle(20,320,3);
x1=(int)(l1*sin(a));
y1=(int)(230-l1*cos(a));
circle(x1,y1,3);
line(20,320,x1,y1);
line(20,230,x1,y1);
x2=(int)(12*sin(a));
y2=(int)(230-12*cos(a));
circle(x2,y2,3);
line(x1,y1,x2,y2);
getch();
}
getch();
}
目 錄
第一部分：系統(tǒng)開發(fā)建議書·························．共5頁
第二部分：WZ45．40裝載工作裝置設(shè)計··············共40頁
摘要：
第一章：整機概述········································1
第一節(jié)：緒論············································1
第二節(jié)：國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀···································2
第三節(jié)：挖掘裝載機發(fā)展特點·······························5
第二章：鏟斗設(shè)計······································．7
第三章：挖掘裝載機工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計·····················．10
一、確定動臂長度、形狀與車架的鉸接位置················11
二、連桿機構(gòu)設(shè)計·······································．15
三、轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂的鉸接點以及下拉桿與機架鉸接點的確定”················································16
四、舉升油缸與動臂和機架的鉸接點·······················17
五、鏟斗舉升平動分析及最大卸載高度、最小卸載距離的確定·················································l 8
第四章：工作裝置的受力分析···························．21
第五章：工作裝置的運動仿真····························32
第六章：工藝分析·····································．33
第七章：工作裝置的限位機構(gòu)·····························．35
第八章：設(shè)計心得及實習(xí)體會····························．37
第九章：附錄···········································．38
第三部分：翻譯材料····································13頁
系統(tǒng)開發(fā)建議書
1．產(chǎn)品用途及使用范圍：
輪式裝載機是一種用途廣泛的施工機械，廣泛應(yīng)用于建筑公路鐵路水電港口礦山及國防工程中，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)揮這重要作用。因此近幾年來無論在國內(nèi)還是國外裝載機品種和產(chǎn)量都得到了迅猛發(fā)展。已成為工程機械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。
在通用拖拉機前端加裝載裝置，后部加挖掘裝置可改裝變形成前裝后挖拖拉機，亦稱挖掘裝載機，俗稱“兩頭忙”。挖掘裝載機作為一種小型多功能工程和建筑機械，是挖掘、裝載兩用的工程機械。廣泛應(yīng)用于農(nóng)田水利建設(shè)、工業(yè)和民用建筑、市政建設(shè)及電力建設(shè)等，主要用于建筑工程、農(nóng)田水利的基槽、基坑、管溝等小型土方工程的開挖以及城市建設(shè)和工廠企業(yè)的裝載作業(yè)，是一種適應(yīng)性較強的現(xiàn)場施工機械。
2．關(guān)于主要功能設(shè)置與系統(tǒng)組成的建議：
裝載及工作裝置是完成鏟裝運卸等作業(yè)并帶液壓缸的空間多桿機構(gòu)工作裝置是組成裝載機的關(guān)鍵部位之一，其設(shè)計水平的高低直接影響到工作裝置性能的好壞。進(jìn)而影響到整機的工作效率與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。
3．關(guān)于總體布局的建議與主要子系統(tǒng)概述：
裝載機主要是裝載散裝物料并將物料卸入自卸卡車或?qū)⑽锪现苯舆\往卸料地點但裝載機也承擔(dān)輕度鏟掘工作推土和修整場地等。為完成上述任務(wù)現(xiàn)代裝載機的總體一般布置是將鏟斗及工作裝置安放在最前端。但本機械兼顧挖掘和裝載雙重任務(wù)，從總體布局考慮，將發(fā)動機置與前端，在后端布置單斗挖掘工作裝置。這樣就構(gòu)成了前裝載后挖掘的裝載挖掘機。發(fā)動機的輸出端接液力變矩器變速器再通過萬向節(jié)和傳動軸與前后驅(qū)動橋相連。駕駛員的作為布置在裝載機中部，但一般將駕駛室的位置盡量向前布置這樣可是前方視野開闊有利于作業(yè)的準(zhǔn)確。
現(xiàn)代裝載機日趨向火斗容量發(fā)展為使鏟斗能夠強有力的插入料堆就要求裝載機有足夠的牽引力因此除采用較大馬力的發(fā)動機之外還需要增加車輪的附著重量，以便達(dá)到提高牽引力的目的，所以現(xiàn)代絕大多數(shù)裝載機都采用四輪驅(qū)動，這樣可以有效的利用車種使全車重量均為附著重量。
現(xiàn)將本機主要子系統(tǒng)概述如下：
(1)當(dāng)動臂在最低位置時動臂與鏟斗的鉸接點應(yīng)盡量靠近輪胎，當(dāng)鏟斗處丁上翻位置時使其與輪胎有一定間隙而確定動臂與鉸接點的位置。
(2)連桿機構(gòu)應(yīng)能保證裝滿物料的鏟斗無泄漏地從地面提升到最大卸載高度，選擇連桿機構(gòu)中的構(gòu)件尺寸時應(yīng)盡量使力的作用方向與鉸接點的運動方向的夾角一壓力角不應(yīng)太大。根據(jù)機構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗對于鉸接連桿機構(gòu)壓力角應(yīng)小于60度。
(3)搖臂做成彎曲形狀起夾角大小主要考慮到空間位置不受干涉而定，一般取30度左右，長短臂之比1。5左石。
4．主要技術(shù)指標(biāo)或重要技術(shù)參數(shù)：
(1)輪式裝載機的最大行駛速度為30~40公里／小時。
(2)裝載機動臂提升下降及鏟斗前傾時間一般為：
動臂提升時間為6～9秒。
動臂下降時間為3～6秒。
鏟斗前傾時間為1～2秒。
(3)一般裝載機最小離地間隙不小于350毫米。
5．主要工作原理建議：
隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷加強，建筑、水利工程日益增多。目前我國又在計劃進(jìn)行西部大開發(fā)，挖掘裝載機作為工程機械的一種主要類型，挖掘與運移土石方的主要機械設(shè)備，它的需求量迅速增長，對它的質(zhì)量以及性能也提出了更高的要求。雖然，我國的工程機械行業(yè)，如裝載機制造業(yè)等在不長的時間內(nèi)有了較快的發(fā)展，但是由于我國的工業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱以及工作中的缺點等原因行業(yè)的發(fā)展尚存在一系列的問題有待解決。其中一個嚴(yán)重問題是：大部分產(chǎn)品性能較為落后。解決了這一問題，才能滿足未來我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅猛發(fā)展的需要。本次設(shè)計就是通過對挖掘裝載機裝載工作裝置進(jìn)行計算機輔助設(shè)計以及性能分析，來改善產(chǎn)品的性能·
工作裝置的性能分析過去多采用作圖分析和手工計算法，．工作量繁重，精度較低。當(dāng)分析工況較多時，問題更為突出。為克服作圖分析和手工計算法的缺點，本次設(shè)計采用計算機輔助分析。性能分析即設(shè)計合理性分析。本次設(shè)計前面所進(jìn)行的工作裝置CAD設(shè)計是通過看資料、樣本，通過初步分析、計算而確定的初始方案。接著應(yīng)考察各工作液壓缸作用力矩的均衡性，整機的穩(wěn)定性，整機與地面的附著性、滿足結(jié)構(gòu)和布置的可能性等，以綜合比較初選方案，從而確定機構(gòu)參數(shù)(一般來說，從計算機輔助分析中發(fā)現(xiàn)不合理的現(xiàn)象都可究其原因，采取改進(jìn)措施，使設(shè)計合理化。對以擬的各種初步方案可通過計算機輔助分析作進(jìn)一步取舍及修正，以便確定較合理的方案)。同時，通過性能分析能夠很清楚地了解到這個裝載裝置在各個位置或各種工況時的力和其它工作參數(shù)，有利于更有效地使用這種挖掘裝載機和使這種挖掘裝載機的工作效率得到最大限度地發(fā)揮。
現(xiàn)將裝載機工作原理介紹如下：
裝載機鏟掘和裝卸物料的作業(yè)是通過：工作裝置的運動實現(xiàn)的。
裝載機的工作裝置是由鏟斗動臂搖臂連桿托架及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗用以鏟裝物料動臂和動臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架相連；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂――連桿或托架使鏟斗轉(zhuǎn)動。動臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動采用液壓操縱。
由動臂，動臂油缸，鏟斗，轉(zhuǎn)斗油缸，搖臂一連桿或托架及車架相互鉸接所構(gòu)成的連桿機構(gòu)在裝載及工作時要保證：當(dāng)動臂處于某種作業(yè)位置不動時，在裝斗油缸的作用下通過連桿機構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖使動臂在動臂油缸作用下提升或下降鏟斗過程中連桿機構(gòu)應(yīng)能使鏟斗在提升時保持平移或斗底平面與地面的夾角變化控制在很小的范圍以免裝滿物料的鏟斗由于鏟斗傾斜而使物料灑落；而在動臂下降時又自動將鏟斗放平以減輕駕駛員的勞動強度提高勞動生產(chǎn)率。
裝載機根據(jù)搖臂一連桿數(shù)目及鉸接位置的不同，可組成不同形式的連桿機構(gòu)。不同形式的連桿機構(gòu)鏟斗的鏟起力隨鏟斗轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系，傾斜時的角速度大小及工作裝置的運動特性也不同。因此裝載機工作裝置形式的選擇，既要考慮結(jié)構(gòu)簡單又要考慮結(jié)構(gòu)性質(zhì)與鏟掘方式來確定。
正轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)的工作裝置當(dāng)機構(gòu)運動時鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動方向相同其運動特點是發(fā)出最大鏟起力時的鏟斗轉(zhuǎn)角是負(fù)的，有利于地面的挖掘，鏟斗傾斜時的角速度大易于抖落砂石，但沖擊較火。正轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)又分為正轉(zhuǎn)單連桿和正轉(zhuǎn)雙連桿兩種形式。單連桿機構(gòu)的連桿數(shù)目少結(jié)構(gòu)簡單，易于布置。缺點是鏟起力變化曲線陡峭；搖臂――連桿的傳動比比較小，為提高傳動比，需要加長搖臂――連桿的長度，給結(jié)構(gòu)布置帶來困難，并影響駕駛員的視野．雙連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，轉(zhuǎn)斗油缸也難
于布置在動臂下方．但搖臂。連桿傳動比大，因此搖臂――連桿尺寸可以減少，駕駛員的視野較好，鏟起力變化曲線平緩，適于利用鏟斗及動臂復(fù)合鏟掘的作業(yè)。缺點是提升動臂鏟斗便后傾，易造成物料灑落。
反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)的工作裝置，當(dāng)機構(gòu)運動時鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動方向相反。其運動特點時發(fā)出最大鏟其歷史的鏟斗轉(zhuǎn)角是正的且鏟起力變化曲線陡峭，因此提升鏟斗時鏟起力較大適于裝載礦石，不利于地面挖掘；鏟斗傾斜時角速度小，卸料平緩，但難于抖落砂石。易于實現(xiàn)鏟斗白動放平。搖臂――連桿的傳動比較小。
反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)多采用單連桿，雙連桿機構(gòu)布置較困難。反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)當(dāng)鏟斗位于運輸位置時連桿與動臂軸線相交，因此難于布置在同一平面內(nèi)。但由于這種形式結(jié)構(gòu)簡單鏟起力較大所以中小型裝載機采用較多。
6．國內(nèi)外同類產(chǎn)品的水平對比：
作為裝載機多種作業(yè)化品種之一，挖掘裝載機在我國起步較晚，但發(fā)展較快，已有十余家企業(yè)生產(chǎn)這種裝載機。尤其近年來，由于應(yīng)用領(lǐng)域日漸擴火，挖掘裝載機得到了不斷發(fā)展。此產(chǎn)品在國外應(yīng)用廣泛，1990年世界上挖掘裝載機銷售量達(dá)48000～50000臺，可見挖掘裝載機占有相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~。
我國已開發(fā)、試制或生產(chǎn)挖掘裝載機的廠家及其型號有：(1)北京建筑機械廠及福建機器廠開發(fā)出WZ2A、WZ2B，北京建筑機械廠1969年生產(chǎn)WZ2型挖掘裝載機(又稱DY4—55型)，1980年改進(jìn)設(shè)計，試制了WZ2A型挖掘裝載機，1981年10月通過鑒定。之后，在此基礎(chǔ)上又推出了WZ2B型挖掘裝載機，將WZ2A型又改進(jìn)為現(xiàn)在生產(chǎn)的WZ．2C型挖掘裝載機，反鏟鏟斗標(biāo)準(zhǔn)斗容量0．2 m3。(2)福州建筑機械廠WZ25型，反鏟鏟斗標(biāo)準(zhǔn)斗容量0．25 m3，裝載額定提升能力19．6kN，發(fā)動機功率44．1KW整機質(zhì)量6580Kg，1985年通過部級鑒定。(3)煙臺工程機械廠ZLl5WJ型，反鏟鏟斗標(biāo)準(zhǔn)斗容量0．14 m3 ，整機質(zhì)量6400Kg，1988年通過省級鑒定。該廠近年還開發(fā)出WZl6．15E型挖掘裝載機，以zLl5裝載機為基礎(chǔ)，額定裝載質(zhì)量1500Kg，反鏟額定斗容0．14m3，整機操作質(zhì)量6250Kg o(4)柳州挖掘裝載機廠(中外合資)的、WZ30．25型和WZ30．25A型，裝載部分提升力、反鏟標(biāo)準(zhǔn)斗容分別為25KN、1．0 m3；WZ45．30型，裝載部分提升力、反鏟標(biāo)準(zhǔn)斗容分別為30KN、1．25 m3。(5)山東臨沂裝載機廠的ZWlO型履帶式挖掘裝載機。(6)洛陽拖拉機工程機械公司的DFII．904WZ。(7)山東廣饒液壓機械廠的755Z／W。(8)柳州工程機械廠開發(fā)出WZ25—20。(9)山西機床廠也與意大利合作組裝生產(chǎn)“兩頭忙”產(chǎn)品。(10)徐州裝載機廠開發(fā)研制出WZ25．16型挖掘裝載機，發(fā)動機功率為50Kw，裝載斗容量0．8m3，反鏟斗容量0．25m3，裝載裝置最大掘起力≥25．6KN。
與國外水平比較，我國的工程機械行業(yè)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，無論從產(chǎn)品質(zhì)量還是年生產(chǎn)總量比較，我國都落后于發(fā)達(dá)國家。
7．應(yīng)貫徹的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范：
本機在設(shè)計和制造中應(yīng)貫徹的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)有：
1、現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)。
2、國家有關(guān)部委標(biāo)準(zhǔn)。
3、國家工程機械標(biāo)準(zhǔn)。
8．設(shè)計和制造的標(biāo)準(zhǔn)化要求：
現(xiàn)行設(shè)計要求盡量提高零部件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化程度。設(shè)計所用零部件應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、外構(gòu)件，從而減少設(shè)計和制造的：工作量、縮短設(shè)計和制造周期，提高系統(tǒng)可維護(hù)程度，有利于降低成本和加快產(chǎn)品改進(jìn)更新步伐。
9．關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)建議：
本機采用八連桿機構(gòu)，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜，須采用合理的布置方案才可行。但八桿機構(gòu)提高了該裝置的靈敏度，更易于實現(xiàn)裝載作業(yè)。
10．采用新原理、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝、新技術(shù)的建議：
本機采用前裝載后挖掘的雙重作業(yè)系統(tǒng)大大加大了機器的應(yīng)用范圍，同時采用了新型液壓系統(tǒng)，精簡了結(jié)構(gòu)，減小了整機尺寸。
11．為與外部系統(tǒng)協(xié)調(diào)所需的約束條件：
由于工程機械工作環(huán)境惡劣，故要求工作裝置的安全系數(shù)較高，同時對輪胎的要求也較高。為適應(yīng)用戶的多機種要求，本機采用前裝載后挖掘的機構(gòu)，合理的布置使本機應(yīng)用范圍人火拓寬。
12．關(guān)于用戶的需求和本企業(yè)發(fā)展計劃的介紹：
本機結(jié)構(gòu)緊湊、便于維修、實現(xiàn)自動化可靠性高、使用方便經(jīng)濟(jì)。 目前，國內(nèi)本產(chǎn)品年產(chǎn)300臺左右，市場亟待開發(fā)。
13．關(guān)于成熟的技術(shù)結(jié)構(gòu)工藝等繼承的決定和建議：
與原來的技術(shù)資料相比繼承了以前的鏟斗形狀、大小、空間布置，回轉(zhuǎn)機構(gòu)的外形等。整機尺寸較以前稍有改進(jìn)，增加了挖掘功能實現(xiàn)了一機多用。
14。關(guān)于產(chǎn)品成本的要求：
本機成本大約100萬人民幣。
15。開發(fā)周期與開發(fā)費用要求：
本機開發(fā)周期在6個月以內(nèi)。
ABSTRACT
A wheel loade is a kind of machine that it is used
extent．a(chǎn)bove all，dig—loader is SO．This design is required by scociety, The type of machine is WZ45-40．
The production required of a wheel loader should beslightly greater than the production capability of the other critical units in the earth or material moving system．For example，if a hopper can handle 300 tons per hour loader capable of slightly more than 300 tons should be used．Required production should be carefully calculated SO the proper machine and bucket selections are made．
When hauling loose granular material on a hard smooth operating surface．a(chǎn) 0．45—0．55 minute basic cycle time is considered reasonable for caterpillar articulated loaders with a competent operator．this includes load，dump，four reversals of direction，full cycle of hydraulics and minimum travel．
Material type，pile height，and other factors may improve or reduce production．a(chǎn)nd should be added to or subtracted from the basic cycle time when applicable．Add the haul and return times to the estimated basic cycle time to obtain total cycle time．
摘 要：
輪式裝載機是一種用途廣泛的施工機械，挖掘裝載機更是近幾年新型的一種工程機械。本次畢業(yè)設(shè)計正是應(yīng)社會需求而設(shè)計的一種型號的機型，型號為WZ45-40。
輪式裝載機所達(dá)到的裝載量應(yīng)當(dāng)比別的裝載機器所達(dá)到的鏟裝量稍微大一些。例如，如果一個機器可以一小時運載300噸物體，則如果用的裝載機的裝載能力應(yīng)當(dāng)稍大于300噸。當(dāng)鏟斗在制造時所需的裝載量應(yīng)當(dāng)被精確計算出來。
當(dāng)在一個硬的操作表面拖運松的顆粒狀材料時，對一個裝載機來說，0．44-0．55分鐘的基本循環(huán)周期是合情合理的。這個過程包括裝載、收斗、舉升、翻斗、下降等過程。物質(zhì)類型、堆積高度和別的因素也許可以提高或減少裝載量，并且應(yīng)當(dāng)在應(yīng)用時從基本循環(huán)周期被增加或減少。
鏟裝的材料類型、材料的堆積高度以及別的外在因素也許可以增加或減少基本循環(huán)時間。并且在實際的生產(chǎn)過程中也應(yīng)這樣計算。通過估計增加或減少的裝載拖運物和返回時間可以獲得總共的循環(huán)時間。
第二部分： 挖掘裝載機工作裝置設(shè)計
第一章：整機概述
§1．1 緒論
輪式裝載機是一種用途廣泛的施工機械，廣泛應(yīng)用于建筑公路鐵路水電港口礦山及國防工程中，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)揮這重要作用。因此近幾年來無論在國內(nèi)還是國外裝載機品種和產(chǎn)量都得到了迅猛發(fā)展，已成為工程機械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。
為適應(yīng)裝載機多功能作業(yè)要求，輪式裝載機已向一機功能方向發(fā)展。這主要靠主機加裝適合多種作業(yè)的組合式工作裝置完成。80年代國外裝載機和液壓挖掘機除了不斷完善裝、挖功能外，正向一機多能方向發(fā)展。許多公司競相生產(chǎn)各式各樣的輔助機構(gòu)。這種機型使用范圍很廣，其產(chǎn)品受到用戶的普遍關(guān)注。
在通用拖拉機前端加裝載裝置，后部加挖掘裝置可改裝變形成前裝后挖拖拉機，亦稱挖掘裝載機，俗稱“兩頭忙”。挖掘裝載機作為一種小型多功能工程和建筑機械，是挖掘、裝載兩用的工程機械。廣泛應(yīng)用于農(nóng)田水利建設(shè)、工業(yè)和民用建筑、市政建設(shè)及電力建設(shè)等，主要用于建筑工程、農(nóng)田水利的基槽、基坑、管溝等小型土方工程的開挖以及城市建設(shè)和工廠企業(yè)的裝載作業(yè)，是一種適應(yīng)性較強的現(xiàn)場施工機械。
隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷加強，建筑、水利工程日益增多。目前我國又在計劃進(jìn)行西部大開發(fā)，挖掘裝載機作為工程機械的一種主要類型，挖掘與運移土石方的主要機械設(shè)備，它的需求量迅速增長，對它的質(zhì)量以及性能也提出了更高的要求。雖然，我國的工程機械行業(yè)，如裝載機制造業(yè)等在不長的時間內(nèi)有了較快的發(fā)展，但是由于我國的工業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱以及工作中的缺點等原因行業(yè)的發(fā)展尚存在一系列的問題有待解決。其中一個嚴(yán)重問題是：大部分產(chǎn)品性能較為落后。解決了這一問題，才能滿足未來我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅猛發(fā)展的需要。本次設(shè)計就是通過對挖掘裝載機裝載工作裝置進(jìn)行計算機輔助設(shè)計以及性能分析，來改善產(chǎn)品的性能，
工作裝置的性能分析過去多采用作圖分析和手工計算法，工作量繁重，精度較低。當(dāng)分析工況較多時，問題更為突出。為克服作圖分析和手工計算法的缺點，本次設(shè)計采用計算機輔助分析。性能分析即設(shè)計合理性分析。本次設(shè)計前面所進(jìn)行的工作裝置CAD設(shè)計是通過看資料、樣本，通過初步分析、計算而確定的初始方案。接著應(yīng)考察各工作液壓缸作用力矩的均衡性，整機的穩(wěn)
定性，整機與地面的附著性、滿足結(jié)構(gòu)和布置的可能性等，以綜合比較初選方案，從而確定機構(gòu)參數(shù)(一般來說，從計算機輔助分析中發(fā)現(xiàn)不合理的現(xiàn)象都可究其原因，采取改進(jìn)措施，使設(shè)計合理化。對以擬的各種初步方案可通過計算機輔助分析作進(jìn)一步取舍及修正，以便確定較合理的方案)。同時，通過性能分析能夠很清楚地了解到這個裝載裝置在各個位置或各種工況時的力和其它工作參數(shù)，有利于更有效地使用這種挖掘裝載機和使這種挖掘裝載機的工作效率得到最大限度地發(fā)揮。
考慮到挖掘裝載機--機兩用，可基本代替一臺挖掘機和一臺裝載機能實現(xiàn)的功能，更具有機動靈活性、不僅為國家和社會節(jié)約了資源、而且大大地降低了成本、經(jīng)濟(jì)效益無疑也能得到顯著提高。我國在“九五”期間在工程機械行業(yè)投資13萬億元人民幣，比“八五”完成投資大2倍，而且建筑業(yè)已逐步成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，這將刺激工程機械邁入新的經(jīng)濟(jì)增長期。今后十五年，國家將集中必要的力量，在水利、能源、交通、通信和重要原材料工業(yè)方面，建設(shè)一批大型工程。由于今后從事笨重施工體力勞動的人員日漸減少，機械化施工程度逐年提高，以往靠人海戰(zhàn)術(shù)及小型機械裝備的施工方式，將逐步被采用大批較先進(jìn)的中大型工程機械的施工方式所替代。工程機械產(chǎn)品在今后5年、10年以至更長的時間，將具有更廣闊的市場。挖掘裝載機作為工程機械新型品種，市場開發(fā)具有很大潛力。通過本課題的研究，可以使其作業(yè)性能得到充分發(fā)揮，產(chǎn)品的成本大大降低，在國內(nèi)外的市場競爭中處于有利地位，無疑經(jīng)濟(jì)效益將顯著提高
§1．2 國內(nèi)外本課題現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
作為裝載機多種作業(yè)化品種之一，挖掘裝載機在我國起步較晚，但發(fā)展較快，已有十余家企業(yè)生產(chǎn)這種裝載機。尤其近年來，由于應(yīng)用領(lǐng)域日漸擴大，挖掘裝載機得到了不斷發(fā)展。此產(chǎn)品在國外應(yīng)用廣泛，1990年世界上挖掘裝載機銷售量達(dá)48000～50000臺，可見挖掘裝載機占有相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~。
1．挖掘裝載機的型式
根據(jù)GBl0186．88《挖掘裝載機術(shù)語》，挖掘裝載機(backhoe：loader)的型式定義為：一種機體前部裝有裝載裝置，機體后部裝有反鏟挖掘裝置的自行式機械。作為反鏟挖掘使用時，是通過鏟斗向機械方向運動進(jìn)行地平面以下的挖掘。鏟斗在提升、回轉(zhuǎn)和卸料時，機體固定不動。作為裝載機使用時，通過機體向前運動，裝載斗進(jìn)行裝載或挖掘，并可提升、運料和卸料。
2．國內(nèi)外基本情況
美國生產(chǎn)挖掘裝載機的公司主要有：凱斯(case)、約翰迪爾(Jhon Deere)、卡特彼勒(caterpillar)、福特公司拖拉機分部(Ford tractor operation)等。綜合四家公司的挖掘裝載機，共有二十余種型號。(1)凱斯公司自稱其Burlington的工廠為“Backhoe Capital of the World”(世界挖掘裝載機的首都)，該廠1995年獲得IS09001質(zhì)量認(rèn)證，其挖掘裝載機產(chǎn)量一直雄居世界第一位，自1957年至今己生產(chǎn)挖掘裝載機近50萬臺。先后推出了480E、580F、680K、680t{、．580[)、580K、．580L等各種型號的挖掘裝載機；又于1999年將其整個挖掘裝載機系列產(chǎn)品進(jìn)行了升級，提高了發(fā)動機能力，新的Super L挖掘裝載機采用新型動力換檔變速器，有自動換檔和自動四輪制動功能。(2)約翰迪爾公司70年代開始生產(chǎn)挖掘裝載機，1982年以后每年推出一種，目前共有7種型號。發(fā)動機功率46～78kW，整機質(zhì)量5900～9900Kg。(3)卡特彼勒公司1 985年推出了416型，采用了CAD技術(shù)，把用戶的需要和建議進(jìn)行修改設(shè)計。1986年開發(fā)出426型，國內(nèi)定貨2000臺。1987年推出了428和436型。1989年又推出了438型。之后，又推出了446型。反鏟斗容范圍0．07～0．4．8m3，裝載額定提升能力23．3～38．5kN，發(fā)動機功率46～70．8k W，整機質(zhì)量6156～8781．Kg；卡特彼勒新的C系列挖掘裝載機加大了動臂液壓缸直徑和發(fā)動機功率，使舉升能力比前任系列提高了209／0，挖掘和裝載作業(yè)裝置的負(fù)荷傳感液壓系統(tǒng)采用變量泵，提高了作業(yè)性能，所有的挖掘裝載機都配備了Ride Control
系統(tǒng)，提高了駕駛舒適性，Cat-416C型還具有平行舉升功能，通過快換接頭，不需離開駕駛室，可在30秒內(nèi)換裝各種工作裝置。
英國生產(chǎn)挖掘裝載機的公司主要有：班福德(J．BC)、麥塞．福
格森(Massey-Ferguson)、 亞力山大頓肯有限公司(Duncan—Alexander)等。綜合三家公司的挖掘裝載機，共有1 7種型號。班福德公司是挖掘裝載機品種和型號最多的公司，公司創(chuàng)立于1946年，原生產(chǎn)農(nóng)業(yè)拖拉機。該公司在開發(fā)了液壓挖掘機的基礎(chǔ)上，研制了世界上第一臺挖掘裝載機。其挖掘裝載機產(chǎn)量占世界第二位，在50多個國家中銷量第一。產(chǎn)品有四輪驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向形式，還有蟹行功能供選擇。在提高駕駛舒適性的同時，駕駛室有通風(fēng)系統(tǒng)是其獨具特色。挖掘動臂可配加長斗桿，延長挖掘深度。公司在1973年就已經(jīng)向蘇聯(lián)出口了3D型，1989年蘇聯(lián)商船公司向該公司訂購了30臺4WD型，用于14個港口設(shè)施建設(shè)，價值達(dá)100萬英鎊。
歐洲共同體國家生產(chǎn)挖掘裝載機的公司主要有：德國謝弗(Schaeff)、漢諾瑪格(Hanomag)、克拉默爾(Kyamer)公司，意大利菲亞特艾利斯(Fiatallis)、貝納蒂(Benati)、Moxy、Benfra 公司，瑞典沃爾沃(Volvo)公司。菲亞特艾利斯和約翰迪爾公司進(jìn)行技術(shù)合作，在1990年和1991年研制出6種型號整體車架式和鉸接車架式挖掘裝載機。此外，國外生產(chǎn)挖掘裝載機的公司還有(1)EarthForce America公司。其系列產(chǎn)品共五種型號：EFl～EF5，均為四輪轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動，除EFl為汽油機驅(qū)動，其余四個機型動力為K1Jbota柴油機；(2)Terramite公司。產(chǎn)品有T5C，T5D，T6型；(3)New Holland公司。E系列共有四種型號：555E，575E，655E和675E，配Genesis發(fā)動機，特點是直線型裝載動臂和四連桿機構(gòu)；(4)I)ig—It公司。其新型挖掘裝載機有Tiger 2008，Dominator M2208和Dominator。M2208D三種機型，基本上采用小型拖拉機車架，R()PS駕駛室框架。將回轉(zhuǎn)支架的回轉(zhuǎn)銷改為可拆卸式。
我國已開發(fā)、試制或生產(chǎn)挖掘裝載機的廠家及其型號有：(1)北京建筑機械廠及福建機器廠開發(fā)出WZ2A、WZ2B，北京建筑機械廠1969年生產(chǎn)WZ2型挖掘裝載機(又稱DY4—55型)，1980年改進(jìn)設(shè)計，試制了WZ2A型挖掘裝載機，1981年10月通過鑒定。之后，在此基礎(chǔ)上又推出了WZ2B型挖掘裝載機，將WZ2A型又改進(jìn)為現(xiàn)在生產(chǎn)的WZ一2C型挖掘裝載機，反鏟鏟斗標(biāo)準(zhǔn)斗容量0．2m3。(2)福州建筑機械廠WZ25型，反鏟鏟斗標(biāo)準(zhǔn)斗容量0．25 m3，裝載額定提升能力19．6kN，發(fā)動機功率44．1Kw．，整機質(zhì)量6580Kg，1985年通過部級鑒定。(3)煙臺工程機械廠zLl5WJ型，反鏟鏟斗標(biāo)準(zhǔn)斗容量0．14．m3 ，整機質(zhì)量6400Kg，1 988年通過省級鑒定。該廠近年還開發(fā)出WZl6．15E型挖掘裝載機，以ZLl5裝載機為基礎(chǔ)，額定裝載質(zhì)量1500Kg，反鏟額定斗容O．14m3，整機操作質(zhì)量6250Kg。(4)柳州挖掘裝載機廠(中外合資)的WZ30—25型和WZ30．25A型，裝載部分提升力、反鏟標(biāo)準(zhǔn)斗容分別為25KN、1．O m3；WZ4．5—30型，裝載部分提升力、反鏟標(biāo)準(zhǔn)斗容分別為30KN、1．25 m3。(5)山東臨沂裝載機廠的zwl0型履帶式挖掘裝載機。(6)洛陽拖拉機工程機械公司的DFII一904WZ。(7)山東廣饒液壓機械廠的755Z／W。(8)柳州工程機械廠開發(fā)出WZ25—20。(9)山西機床廠也與意大利合作組裝生產(chǎn)“兩頭忙”產(chǎn)品。(10)徐州裝載機廠開發(fā)研制出WZ25—16型挖掘裝載機，發(fā)動機功率為50KW，裝載斗容量0．8m3，反鏟斗容量0．25 m3，裝載裝置最大掘起力≥25．6 KN。目前，中國”兩頭忙”產(chǎn)品年產(chǎn)300臺左右，市場亟待開發(fā)。
§1-3挖掘裝載機發(fā)展特點
綜合國內(nèi)外挖掘裝載機的發(fā)展情況，在結(jié)構(gòu)上有以下特點：
(1)根據(jù)挖掘裝載機的主要用途，綜合考慮工作速度、作業(yè)要求、道路狀況和配置不同附屬裝置時變形方便等因素，廣泛采用輪胎式行走裝置。
1) 國外歐美大多數(shù)公司仍繼續(xù)生產(chǎn)采用傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)拖拉機底盤的挖掘裝載機，而近年來日本卻發(fā)展專用工程機械底盤的挖掘裝載機。采用拖拉機底盤需要增設(shè)專業(yè)用于聯(lián)接工作裝置的加強車架，使機器工作時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)載荷和彎曲載荷由車架承受，而不會傳到傳動裝置。車輪由驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪組成。國內(nèi)由北京機械廠生產(chǎn)的WZ一2C型挖掘裝載機，采用鐵牛．55型拖拉機底盤，以專用前橋更換原強度不足的前橋。
現(xiàn)代輪胎式挖掘裝載機則采用鉸接車架的專用底盤。日本生產(chǎn)廠家較多采用鉸接車架底盤，鉸接車架轉(zhuǎn)向角±36。～43。，工作時前后車架用液壓缸定位，可提高機械的機動性。為了保證采用鉸接車架的挖掘裝載機在工作過程中的穩(wěn)定性，謝弗公司在SK．B600、SKB900、SKB902、SKBl000、SKBl000T型挖掘裝載機的底盤上安裝兩個可以移動的配重。當(dāng)機器進(jìn)行挖掘作業(yè)時，配重安裝在前橋上方；裝載作業(yè)時，配重安裝在后橋下方。為了提高其通過性能，采用了寬基輪胎等措施。福州機械廠生產(chǎn)的WZ25型挖掘裝載機采用輪式專用底盤。煙臺工程機械廠生產(chǎn)的ZLl5WJ型挖掘裝載機采用ZLl5型裝載機底盤。
2)如果在固定施工現(xiàn)場及松軟道路狀況上持久穩(wěn)定作業(yè)，或需要經(jīng)常使用較大的切削力鏟裝堅實的物料工況時，則采用履帶式挖掘裝載機較為適宜，而且采用前置式發(fā)動機和液力機械傳動裝置的工業(yè)拖拉機底盤。約翰迪爾公司生產(chǎn)的350、350B、350C型裝載機，都能在其后部安裝反鏟挖掘裝置。
(2)前、后橋
用裝載斗作業(yè)時，采用全輪驅(qū)動，在道路狀況不好的條件下作業(yè)時，發(fā)揮了機器的最大牽引力。根據(jù)用戶需要，驅(qū)動橋可以做成后輪驅(qū)動或全輪驅(qū)動。并根據(jù)要求，可在前橋或后橋上裝有防滑差速器，使整機具有牽引和自救能力高、輪胎磨損小等特點?？ㄌ乇死展?16和428型挖掘裝載機選用了德國蔡夫(zF)公司的防滑差速器。沃爾沃公司BW6300型挖掘裝載機在后橋上采用了自鎖差速器，由于鎖緊過程是自動完成的，可以省去一套差速鎖的控制系統(tǒng)，適用于挖掘裝置工作工況。
(3)裝載裝置轉(zhuǎn)載斗在舉升過程中能自動調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)和在降落到停機面時自動復(fù)位機構(gòu)。反鏟裝置的幾何位置取決于動臂液壓缸的長度L1、斗桿液壓缸的長度L2和鏟斗液壓缸的長度L3。顯然，L1、 L2和L3為某組確定值時反鏟裝置就相應(yīng)處于一個確定的幾何位置。如圖設(shè)計平面直角坐標(biāo)系，使X軸與地面重合，Y軸與挖掘機的回轉(zhuǎn)中心線重合。
第二章：鏟斗設(shè)計
§2．1鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇
鏟斗是直接用來切削、收集、運輸和卸出物料，裝載機工作時的插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機的作業(yè)效率和工作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要要求。鏟斗。是在惡劣的條件下工作，承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨削，所以要求鏟斗具有足夠的強度和剛度，同時要耐磨。
根據(jù)裝載物料的容重，鏟斗做成三種類型：正常斗容的鏟斗用來裝載容重1．4～1。6噸／米的物料(如砂、碎石、松散泥土等)：增加斗容的鏟斗，斗容一般為正常斗容的1。4～1．6倍，用來鏟掘容重1．0噸／米3左右的物料(如煤、煤渣等)；減少斗容的鏟斗，斗容為正常斗容的O．6～0．8，用來裝載容重大于2噸／米3的物料如鐵礦石、巖石等)。用于土方工程的裝載機，因作業(yè)對象較廣，因此多采用正常斗容的通用鏟斗，以適應(yīng)鏟裝不同物料的需要。鏟斗切削刃的形狀根據(jù)鏟掘物料的種類不同而不同，一般分為直線型和非直線型兩種。直線型切削刃簡單并利于地面刮平作業(yè)，但切削阻力較大。非直線型切削刃有V型和弧形等，裝載機用的較多的是V型斗刃。這種切削刃由于中間突出，在插入料堆時，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆；同時對減少”偏載切入”有一定的效果。但鏟斗的裝滿系數(shù)要小于直線型斗刃的鏟斗。
裝有斗齒的鏟斗，在裝載機作業(yè)時，插入力由斗齒分擔(dān)，形成較大的比壓，利于插入密實的料堆疏松物料或撬起大的塊狀物料，便于鏟斗的插入，斗齒磨損后容易更換。因此，對主要用于鏟裝巖石或密實物料的裝載機，其鏟斗均裝有斗齒。用于插入阻力較小的松散物料或粘性物料，其鏟斗可以不裝斗齒。
斗齒的形狀對切削阻力有影響：對稱齒型的切削阻力比不對稱齒型的大；長而狹窄的齒比寬而短的齒的切削阻力要小。弧線型側(cè)刃的插入阻力比直線型側(cè)刃小，但弧線型側(cè)刃容易從兩側(cè)泄漏物料，不利于鏟斗的裝滿，適于鏟裝巖石。
對主要用于土方工程的裝載機，在設(shè)計鏟斗時要考慮斗體內(nèi)的流動性，減少物料在斗內(nèi)的移動或滾動阻力，同時要有利于在鏟裝粘性物料時有良好得倒空性．
§2．2鏟斗基本參數(shù)的確定
鏟斗的主要參數(shù)是鏟斗寬度和鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑。
鏟斗的寬度要大于裝載機每邊輪胎外側(cè)寬度5～10厘米，否則
鏟裝物料或分層鏟取土?xí)r，所形成的階梯地面不僅會損傷輪胎的
側(cè)面而且會引起輪胎的打滑影響牽引力的發(fā)揮。
鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R0是指鏟斗與動臂轉(zhuǎn)鉸中心B與切削刃之間
的距離(圖2．1)
由于鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑不僅影響鏟起力和插入阻力的大小，而且與
整機的總體參數(shù)有關(guān)。因此鏟斗的其它參數(shù)依據(jù)它來決定。
鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑R?？砂聪率接嬎悖?
式中VK——幾何斗容量(圖2．1中所示陰影斷面)
B0——鏟斗內(nèi)側(cè)寬度
――鏟斗斗底長度系數(shù)，通常1．4～1．5；
——后斗壁長度系數(shù)，通常=1．1～1．2；
——擋板高度系數(shù)，通常以=O．12～O．141
――斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常＝0.350. ～40
b，——擋板與后斗壁I、自J的夾角，通常6，=5?！?0。；
b?！返着c后斗壁間的夾角，通常b。=45。-52。，
由計算可得：
R0＝1066～1178mm.
選取R0＝1085mm
斗底長度Lg是指由鏟斗切削刃到斗底與后斗壁交點的距離：
后斗壁長度LZ是指由后斗壁上緣到與斗底相交點的距離：
擋板高度LK
鏟斗圓弧半徑R1：
鏟斗與動臂鉸銷距斗底的高度
hW=(0．20～0．25)Ro＝260mm
鏟斗側(cè)壁切削刃相對于斗底的傾角a=50?！?0。
§2．3斗容的計算
鏟斗的斗容量可以根據(jù)鏟斗的幾何尺寸確定。
1．幾何斗容(平裝斗容)VK
鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定。
對于裝有擋板的鏟斗：
。
式中A——鏟斗橫斷面面積，如圖2—1所示陰影面積；
B0——鏟斗內(nèi)壁寬；
H——擋板高度；
B——斗刃刃口與擋板最上部之間的距離。
2．額定斗容(堆裝斗容)VH
鏟斗堆裝的額定斗容V是指斗內(nèi)堆裝物料的四邊坡度均為
1：2，此時額定斗容可按下式確定。
對于裝有擋板的鏟斗：
式中c——物料堆積高度
由作圖法確定，在鏟斗內(nèi)堆裝物料的四邊坡度均為1：2，由料堆
尖端m點作直線mn與cd垂直，將mn延長，與斗刃刃．口和擋板
最下端之間的連線相交此交點與料堆尖端的距離，即為物料堆積
高度c．
圖示如下：
經(jīng)計算：額定斗容VH=1．6米。
第三章：挖掘裝載機工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計
§3.1工作裝置方案設(shè)計：
裝載機鏟掘和裝卸物料的作業(yè)是通過工作裝置的運動實現(xiàn)的。 裝載機的工作裝置是由鏟斗、動臂、搖臂、連桿托架及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗用以鏟裝物料，動臂和動臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架相連；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂一連桿或托架使鏟斗轉(zhuǎn)動。動臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動采用液壓操縱。
由動臂，動臂油缸，鏟斗，轉(zhuǎn)斗油缸，搖臂．．連桿或托架及車架相互鉸接所構(gòu)成的連桿機構(gòu)在裝載及工作時要保證：當(dāng)動臂處于某種作業(yè)位置不動時，在裝斗油缸的作用下通過連桿機構(gòu)使鏟斗繞其鉸接點轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖使動臂在動臂油缸作用下提升或下降鏟斗過程中連桿機構(gòu)應(yīng)能使鏟斗在提升時保持平移或斗底半面與地面的夾角變化控制在很小的范圍，以免裝滿物料的鏟斗由于鏟斗傾斜而使物料灑落；而在動臂下降時又自動將鏟斗放平以減輕駕駛員的勞動強度提高勞動生產(chǎn)率。
裝載機根據(jù)搖臂一連桿數(shù)H,X鉸接位置的不同，可組成不同形式的連桿機構(gòu)。不同形式的連桿機構(gòu)鏟斗的鏟起力隨鏟斗轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系，傾斜時的角速度大小及工作裝置的運動特性也不同。因此裝載機工作裝置形式的選擇廣既要考慮結(jié)構(gòu)簡單又要考慮結(jié)構(gòu)性質(zhì)與鏟掘方式來確定。
正轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)的工作裝置當(dāng)機構(gòu)運動時，鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動方向相同，其運動特點是發(fā)出最大鏟起力時的鏟斗轉(zhuǎn)角是負(fù)的，有利于地面的挖掘，鏟斗傾斜時的角速度大易于抖落砂石，但沖擊較大。
正轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)又分為正轉(zhuǎn)單連桿和正轉(zhuǎn)雙連桿兩種形式。單連桿機構(gòu)的連桿數(shù)目少結(jié)構(gòu)簡單，易于布置。缺點是鏟起力變化曲線陡峭；搖臂一連桿的傳動比比較小，為提高傳動比，需要加長搖臂一連桿的長度，給結(jié)構(gòu)布置帶來困難，并影響駕駛員的視野．雙連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，轉(zhuǎn)斗油缸也難于布置在動臂下方．但搖臂．連桿傳動比大，因此搖臂-一連桿尺寸可以減少，駕駛員的視野較好，鏟起力變化曲線平緩，適于利用鏟斗及動臂復(fù)合鏟掘的作業(yè)。缺點是提升動臂鏟斗便后傾，易造成物料灑落。
反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)的工作裝置，當(dāng)機構(gòu)運動時鏟斗與搖臂的轉(zhuǎn)動方向相反。其運動特點時發(fā)出最大鏟其歷史的鏟斗轉(zhuǎn)角是正的且鏟起力變化曲線陡峭，因此提升鏟斗時鏟起力較大適于裝載礦石，不利于地面挖掘；鏟斗傾斜時角速度小，卸料平緩，但難于抖落砂石。易于實現(xiàn)鏟斗自動放平。搖臂～連桿的傳動比較小。
反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)多采用單連桿，雙連桿機構(gòu)布置較困難。反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)當(dāng)鏟斗位于運輸位置時連桿與動臂軸線相交，因此難于布置在同一平面內(nèi)。但由于這種形式結(jié)構(gòu)簡單鏟起力較大所以中小型裝載機采用較多。 裝載機鏟掘和裝卸物料的作業(yè)是通過工作裝置的運動實現(xiàn)的。
` 根據(jù)裝載機用途作業(yè)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等擬定的設(shè)計任務(wù)書的要求選定了工作裝置的結(jié)構(gòu)形式后便可進(jìn)行工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：
(1)確定動臂長度形狀及與車架的鉸接位置。
(2)確定動臂油缸的鉸接位置及動臂油缸的行程。
(3)連桿機構(gòu)的設(shè)計
工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：
(1)保證滿足設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定的使用性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求如最大卸載高度最大卸載距離在任何位置都能卸凈物料并考慮可換工作裝置等。
(2)保證作業(yè)時與其他構(gòu)件無運動干涉
(3)保證駕駛員有良好的勞動條件，如工作安全視野開闊操作簡便等
工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個比較復(fù)雜的問題，因為組成工作裝黃的各構(gòu)件的尺寸及位置的相互影Ⅱ向，可變性很大。對于選定的工作形式在滿足上述要求下可以有各種各樣的構(gòu)件尺寸及鉸接點位置。因此只有在綜合考慮各種因素的前提下對工作裝置進(jìn)行動力學(xué)運動學(xué)分析通過多方案比較才能最后選出最佳構(gòu)件尺寸及鉸接點位置時所設(shè)計的工作裝置不僅滿足使用要求而且具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
目前在實際設(shè)計工作中大多根據(jù)統(tǒng)計資料參考同類樣機結(jié)構(gòu)采用比較法設(shè)計
一、確定動臂長度、形狀與車架的鉸接位置
1．動臂與車架鉸接點位置的確定：
動臂與車架的鉸接點位置，動臂與車架鉸點的左右位置，根據(jù)裝載機的輪距，動臂和轉(zhuǎn)斗油缸的尺寸布置和視線等確定。動臂回轉(zhuǎn)角通常取80～90度。
動臂鉸點的位置可通過作圖來確定動臂下鉸點的最高位置Bi、確定了最大卸載高度、最大卸載高度時的卸載距離及最高位置時的卸載角。圖中a為斗底與鏟斗回轉(zhuǎn)半徑的夾角，動臂下鉸點當(dāng)鏟斗在地面鏟掘時的位置Bl，在考慮斗底與地平面夾角為3～5度時及鏟斗裝滿物料后傾不與輪胎相碰的情況下盡量靠近輪胎，以減小裝載機的整機尺寸。動臂的上鉸點應(yīng)在BiBl連線的垂直平分線上，當(dāng)最大卸載高度和最小卸載距離一定時他的前后位置影響動臂的長度、動臂的回轉(zhuǎn)角及動臂最大伸出時的穩(wěn)定性，La大，動臂增長，動臂回轉(zhuǎn)角減小，傾翻力矩小，提高力裝載機載鏟斗最大伸出時的穩(wěn)定性，因此在總體布置允許的情況下希望La大些，動臂與車架鉸點的高度通常?。?
Ha=(1．5～2．5)RO
式中RO一鏟斗回轉(zhuǎn)半徑
初步確定Ha=2000mm
如圖所示：由于鏟斗與動臂的下鉸點B點的x坐標(biāo)值越小，轉(zhuǎn)斗鏟取力就越大，所以B點靠近0點是有利的，但它受斗底和最小離地高度的限制，不能隨意減小；而B點的Y坐標(biāo)值增大時，鏟斗在料堆中的鏟取面積增大，裝的物料多，但這樣就縮小了B點與連桿鏟斗鉸接點C的距離，使鏟取力下降。
綜合考慮各種因素的影響，設(shè)計時，一般根據(jù)坐標(biāo)圖上工況1時的鏟斗實際狀況，在保證B點Y軸坐標(biāo)值Yc=200～250ram和X軸坐標(biāo)值Xb盡可能小而且不與斗底干涉的前提下，人為的把B點初步確定下來。
現(xiàn)在，有的輪胎式裝載機為了提高鏟取力，把B點布置在斗底圓弧里側(cè)，不過這給制造者增加了麻煩，使斗容也有所減小。
2．動臂與機架的鉸接點A
(1) 以B點為圓心，使鏟斗順時針轉(zhuǎn)動，至鏟斗斗口OO’
與X軸平行為止，即工況2。
(2)把已選定的輪胎畫在坐標(biāo)圖上。作圖時，應(yīng)使輪胎前沿
與工況2使鏟斗后壁的間隙盡量小些，目的使機構(gòu)緊湊、前懸小，
但一般不小于．50mm；輪胎中心Z的Y軸坐標(biāo)值應(yīng)等于輪胎的工
作半徑R。：
確定
式中——Z點的Y坐標(biāo)值；
dW——輪輞直徑；
bW——輪胎寬度；
H/bW——輪胎斷面高度與寬度之比。普通輪胎取1，寬面輪胎取0．83，超寬輪胎取0．64；
——輪胎變形系數(shù)，普通輪胎為0．1～0．16，寬面輪胎為0．05～0．1。
(3)根據(jù)給定的最大卸載高度、最小卸載距離和卸載角，畫出鏟斗在最高位置卸載時的位置圖，即工況4，并令此時斗尖為04．，B點位置為B4，如圖3．1所示。
(4)以B4點為圓心，順時針旋轉(zhuǎn)鏟斗，使鏟斗口與X軸平行，即鏟斗被舉升到最高位置圖(工況3)。
(5)連接B、B4并作其垂直平分線。因為B和B4點同在以A點為圓心，動臂AB長為半徑的圓弧上，所以A點必在BB4的垂直平分線上。 A點應(yīng)在垂直平分線上何處才合適呢?原則是其位置盡可能低一些，以提高整機工作的穩(wěn)定性，減小機器高度，改善司機視野。一般，A點取在前輪右上方，與前軸心水平距離為軸距的1／3～l／2處。
本機取A點與前輪軸心距離為700mnl。
A點位置的變化，可借挪動B4點和輪胎中心Z點的位置來進(jìn)行。
3．確定動臂與搖臂的鉸接點J
J點位置是一個十分關(guān)鍵的參數(shù)。它對連桿機構(gòu)的傳動比、倍力系數(shù)、連桿機構(gòu)的布置以及轉(zhuǎn)斗油缸的長度等都有很大影響。
如圖3．1所示，根據(jù)分析和經(jīng)驗，一般取J點在AB連線上方，過A點的水平線下方。相對前輪胎，J點在其外廓的左上部。 通過分析與經(jīng)驗可取此鉸接點與AB連線相距48mm。
4．動臂長度的確定：
動臂鉸點位置確定以后，由下式可求出動臂的長度Ld：
一一鏟斗最小卸載距離
R。--鏟斗回轉(zhuǎn)半徑
a--鏟斗回轉(zhuǎn)半徑與斗底的夾角
一一鏟斗最大卸載高度時最大卸載角
一一動臂與車架鉸點到裝載機前面外廓部分的水平距離
一一最大卸載高度
HA一一動臂與車架鉸點的高度
由上式并綜合考慮實際情況及工作經(jīng)驗可確定動臂長度為2743mm。
5.動臂的形狀與結(jié)構(gòu)：
動臂形狀一般可分為直線形和曲線性兩種，直線形動臂結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，并且受力情況良好，通常正轉(zhuǎn)連桿工作裝置較多采用；曲線形動臂，一般反轉(zhuǎn)式連桿工作裝置采用較多，這種結(jié)構(gòu)形式的動臂可使工作裝置的布置更為合理。
動臂的斷面結(jié)構(gòu)形式由單板雙板和箱形三種。單板動臂結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、但其強度和剛度較低，小型裝載機較多采用，大中型裝載機對動臂的強度和剛度要求較高，則較多采用雙板和箱形的動臂。為了減輕工作裝置的重量，動臂的斷面尺寸都按等強度來設(shè)計。
二、連桿機構(gòu)設(shè)計：
連桿機構(gòu)的設(shè)計是一個比較復(fù)雜的問題，因為組成連桿機構(gòu)各構(gòu)件的位置及尺寸可變性較大，對于一定結(jié)構(gòu)形式的連桿機構(gòu)在滿足使用要求的條件下可以降格構(gòu)件設(shè)計成各種各樣的尺寸及不同的鉸接點位置。但這樣設(shè)計的這些連桿機構(gòu)對裝載機作業(yè)并不都具較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在連桿機構(gòu)的設(shè)計中，要想獲得理想方案，需要結(jié)合總體布置，全面考慮各種因素，多方案的對連桿機構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)及動力學(xué)分析比較，做大量的重復(fù)性工作，從中找出連桿機構(gòu)的最佳尺寸機構(gòu)間最合理的鉸接位置。分析比較的次數(shù)越多，所得結(jié)果就越精確、越理想。但作起來比較繁瑣。
當(dāng)前，在連桿機構(gòu)的設(shè)計中，較多采用的是根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，參考同類型裝載機用圖解法確定連桿機構(gòu)的尺寸及鉸點位置。
1．上拉桿的確定
根據(jù)經(jīng)驗和分析，上拉桿的長、短臂夾角一般為5?！?0。，長度比為1．5左右。長臂的長度為支桿與動臂的鉸接點到鏟斗與動臂的鉸接點之長的l。1～13倍。
綜合考慮可取長短臂夾角為7度。長臂長度為526mm，短臂長度為486mrrl。
2。下拉桿的確定
根據(jù)經(jīng)驗和分析，下拉桿的長度為動臂的1／6～l／7?？扇∠吕瓧U長度為352mm。
3。支桿的確定
根據(jù)經(jīng)驗和分析，支桿與動臂的鉸接點位于B點的左上方，AB連線之下，BE連線與AB的夾角為1。～2。之間。BE的長度為動臂長度的1／6～1／7?？扇≈U長度為696mm。
4．搖臂的確定
如圖3．1 KJ與JI夾角(即搖桿折角)可取1 30～1 80')，搖臂長、短臂之比為1．5左右其長度為動臂的1／5～1／6。I點不可與前橋相碰，并應(yīng)有足夠的離地高度。
可取搖臂的長臂長度為540mm，短臂長度為3 11mm。
三、轉(zhuǎn)斗油缸與搖臂的鉸接點K以及下拉桿與機架鉸接點L的確定
K和L點的布置直接影響到鏟斗舉升平動和自動放平性能，對
鏟取力和動臂舉升阻力距的影響都較大。
1． 確定K點
K點一般取在J點左上方，并注意使工況l時搖臂JI與水平面趨近垂直；K點的高度不能影響司機視野。
2． 確定L點
下拉桿與機架的鉸接點L，是依據(jù)鏟斗由工況2舉升到工況3過程為平動和由工況4下降到工況1時能自動放平這兩大要求來確定的。
如圖3—1所示，但鉸接點D、E、F、K、J、I被確定后，則搖臂分別在工況1、2、3、4時的I點的位置11、12、13、14也就唯一地被確定下來。將11 L1、12L2、13L3、J4L4分別繞11、12、13、14旋轉(zhuǎn)，它們的交點就是下拉桿與機架的鉸接點L。
實踐證明，按上述要求所求得的L點，往往很難一次就滿足了總體布置的要求，它或者遠(yuǎn)高于A點，或者由遠(yuǎn)低于A點。所以，需經(jīng)過多次試湊方能奏效。通?？上茸儎覬K的長度或＜KJL大小來進(jìn)行試湊，若不行，在變動其它桿件長度，這樣做可大大減少試湊的工作量。
研究證明，L點設(shè)計在A點的右下方較好，這樣不但平動性能好，而且動臂舉升時，可減小舉升外阻力矩，有利于舉升油缸的設(shè)計。
四、舉升油缸與動臂和機架的鉸接點G和H
舉升油缸的布置應(yīng)本著舉升時工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構(gòu)件互不干擾、整機穩(wěn)定性好等原則來確定。綜合考慮這些因素，一般舉聲油缸都布置在前橋與前后車架的鉸接點之間的狹窄空間里。如圖3—1所示，一般G點選定在AB連線附近或上方，并取AG≥AB／3。AH不可能取得太大，它還受到油缸行程的限
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