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畢 業(yè) 設 計 論 文
題目 ZL15型輪式裝載機
工作裝置設計
32
前 言
裝載機主要用來裝卸成堆散料，也能進行輕度的鏟掘工作。由于它適用于建筑、礦山、鐵道、公路、水電等國民經(jīng)濟各個部門，因此，在國內外產(chǎn)量與品種的發(fā)展都較快，是工程機械中的一個主要機種。
裝載機根據(jù)不同的使用要求，發(fā)展形成了不同的結構類型。通常，按使用場合的不同，分成露天用裝載機和井下用裝載機；接行走系統(tǒng)結構不同，分成輪式裝載機與履帶式裝載機；按卸料方式不同，分為前卸式(前端式)、后卸式與回轉式裝載機。本書主要論述露天工程用的輪式裝載機的設計。
裝載機的設計，大致要經(jīng)歷：明確任務、調查研究、制訂設計任務書，進行整車布置、確定整機的主要性能參數(shù)，進行各部件的方案設計與強度計算，技術設計和工藝設計，試驗鑒定和修改定型等這樣一些階段。一臺裝載機的設計是否成功，首先是從能否滿足使用要求，好造、好用、好修，具備較高的作業(yè)生產(chǎn)串和較低的使用成本來衡量的。這體現(xiàn)在設計工作中，就是應當使裝載機具有較完善的技術經(jīng)濟性能與指標以及先進的部件結構方案。
摘 要
我所設計的ZL15裝載機既保留了傳統(tǒng)裝載機的優(yōu)點，而有具有新的性能和優(yōu)點。
本次設計主要進行的工作裝置的設計。裝載機采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過工作裝置的運動實現(xiàn)的。裝載機的工作裝置由鏟斗，動臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料；動臂和動臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架連接；轉斗油缸通過搖臂，連桿使鏟斗轉動。動臂的升降和鏟斗的轉動采用液壓操作。
先對裝載機的發(fā)展概況幾設計的指導思想、特點、任務進行概述，然后確定方案，在技術設計部分羅列了ZL15裝載機的主要技術性能和參數(shù)，進行了牽引特性計算，工作裝置設計。工作裝置設計中有工作裝置運動分析，對鏟斗、動臂、連桿機構進行設計等幾部分組成。
在工藝設計中敘述了工藝工程。應用程序計算了受力分析?？傊麄€設計是有序地完成的。
在整個設計的過程中，在老師及其他老師的指導下順利完成的，通過這次設計，我學到很多東西，在實踐中把大學中所學的知識綜合運用復習了一次，同時也學到很多新的東西，受益非淺。在此，本人表示衷心感謝！并真誠希望各位老師對我提出寶貴的意見。
Abstract
This type of ZL15 loader that I have designed has the common virtues of the traditional loaders.And it has some new-improved virtues and function.
In my design progress,I put emphasis on the working-device.
The ZL15 loader also has some traditional virtues like the articulited wheel-type loader.The loader digging and unload the goods by the working-device.The working-device has many
Parts and it is connected to the machine.Some parts of the device’s turning by liquid press realize.
At first,I introduce the developing trend of the loaders,and explained the main designing idea, designing characteristic and designing task.The second part is the whole designing prgram.In the technical designing part,the main technological parameters and technological features of the ZL15 loader are listed.The following part is the calculation part of the tractive features and the designing of the working device.
The necessary computer progress is placed in the end of my designing progress,all the computer program was composed with C language .In a word,the whole designing progress is designed carefully and step by step.I wish my design could clearly explained my designing idea.
With the kind help of Mr.LiFeng and other teachers,I finished my design successfully.Through designing this type of ZL15 loader,I have attained a lot which was new to me.Here,I want to express my heartful gratitude to those teachers.At the same time ,the shortcomings in my design need to be poingted out by the teachers.thank you all.
目 錄
第一章 設計任務書……………………………………………………1
第二章 裝載機的發(fā)展及應用
2.1 裝載機在的介紹……………………………………………1
2.2 裝載機在地下開采中的應用………………………………2
2.3 我國裝載機的發(fā)展前景 …………………………………3
第三章 輪式裝載機總體參數(shù)的確定…………………………………4
第四章 裝載機的總體布置
4.1 裝載機的總體布置原則……………………………………6
4.2 裝載機各部件的布置………………………………………7
4.3 裝載機的總體構造和分類…………………………………9
第五章 裝載機工作裝置的設計
5.1 工作裝置結構分析……………………………………… 10
5.2 鏟斗設計………………………………………………… 11
5.3 工作機構連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設計…………………… 15
5.4 工作裝置強度計算……………………………………… 21
5.5 裝載機工作裝置中油缸作用力的確定 ………………… 29
5.6 工作裝置的限位機構 …………………………………… 30
總結…………………………………………………………………… 31
參考文獻……………………………………………………………… 32
第一章 設計任務及要求
一． 課題名稱（包括主要技術參數(shù)）及要求
ZL15型裝載機工作裝置設計
裝載機工作裝置斗容：0.9
額定載重量：1.5
柴油機功率：50
整機重量：5.1
最大卸載高度：2500
最小卸載距離：850
要求：保證裝載機工作的功能，滿足工程機械的各項使用性能。
二． 課題內容幾工作量
1. 總體方案確定
2. 工作裝置結構形式分析
3. 工作裝置運動分析
4. 工作裝置性能分析
5. 圖紙設計
6. 電算程序
7. 譯文（機械設計類）
第二章 裝載機的應用與發(fā)展狀況
2.1 輪式裝載機的介紹
金屬礦山的開采可劃分為露天開采和地下開采兩大類。我國露天礦采以礦石的比重約占70％，但從事地下開采的人員比露天開采的人員多。這是因為地下開采的條件復雜，使用的設備種類繁多，在產(chǎn)量相同的條件下，對地下礦投資的人力和物力遠大于露天礦的緣故。
保護自然環(huán)境和合理地利用礦藏資源，是發(fā)展社會主義經(jīng)濟的必要條件。隨著淺埋礦床的耗盡而愈來愈向深部開采，或當露天升采的深度很大而使地表遭受大面積的破壞時，就必須采用地下開采?？梢灶A料今后地下開采仍將逐漸增加。
不論是露天礦開采還是地下礦開采，對礦體較硬的金屬礦山，都是經(jīng)鑿巖爆破將崩落松散礦石或巖石，經(jīng)裝運作業(yè)運至下步工序的作業(yè)地點。裝載作業(yè)是礦山整個生產(chǎn)過程小既繁重又費時的作業(yè)。所以努力提高裝載機械的作業(yè)能力，對實現(xiàn)礦山生產(chǎn)的高效率低消耗想著重要的作用。
ZL系列輪式裝載機是一種高效率的工程機械，具有結構先進，性能可靠，機動性強，操縱方便等優(yōu)點。廣泛應用于礦山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，貨場，電站以及其他工業(yè)部門，進行裝載，推土，鏟挖，起重，牽引等多種作業(yè)。對加快工程建設速度減輕勞動強度提高工程質量降低工程成本都發(fā)揮著重要作用，因此近幾年來無論在國內還是國外裝載機品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機械的主導產(chǎn)品之一。
為適應裝載機多功能作業(yè)的要求，輪式裝載機已經(jīng)向一機功能方向發(fā)展。這主要靠主機控制適合多種作業(yè)的組合工作裝置完成。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。這種機型使用范圍很廣，其產(chǎn)品受到用戶的普遍關注。
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”。
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。當分析工礦較多時問題更為突出，為克服手工畫圖的誤差。本次設計前面所進行的工作裝置CAD設計是通過看資料、實物，通過初步分析、計算而確定的方案。其次要考慮各個工作液壓缸作用力的均衡性，整機的穩(wěn)定性，整機與地面的附著性、滿足結構和布置的可能性，以綜合比較初選方案，從而確定機構參數(shù)（一般來說，從計算機輔助分析中發(fā)現(xiàn)不合理的現(xiàn)象可究其原因，采取改進措施，是設計合理化。對已經(jīng)擬訂的各種方案可通過計算機輔助分析作進一步的取舍和修改，以便確定較合理的方案）。同時，通過性能分析能夠很清楚的了解到這個裝載機裝置在各個位置或各種工況時的里和其它參數(shù)，有利于更有效地使用挖掘裝載機和使這種裝載機工作效率得到最大限度的發(fā)揮。
2.2 裝載機在地下開采中的應用
地下礦的開采，包括開拓、采準、回采三個步驟。開拓是礦山的基建工程，它是用井巷把地表與山地下礦體接通，并建成完整的運輸、通風、排水的并巷工程，包括豎井、斜井、盲井、井底車場，如水泵房、變電室、機修站、火藥庫等，還有石門、階段運輸巷道、溜井等。
采準是指掘進形成采區(qū)外形的一些巷道及為了回采工作面的碎巖和爆破而需要的自由空間。前者如采區(qū)的運輸巷道、通風和人行天井，以及電耙巷道等，如切割槽、拉底空間、放礦漏斗等。
回采就是做完采準后，在采區(qū)工作面進行的落礦、裝運和管理作業(yè)?；夭芍械牡V石裝運作業(yè)是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。
裝載作業(yè)就是把開拓、采準、回采的礦石或巖石裝入運輸工具或卸入溜井。開拓、采準和回采三者在使用裝運機械方面對比起來，采準工程的特點是：它的裝運作業(yè)工作量，是在階段水平以上或礦房內部及礦床上下盤中進行的。一般地說，這些巷道斷面尺寸小、長度短，分布在階段水平以上不同的高度上，要求機械設備輕便靈活，便于調入和調出及遷移到不同高度上。在斷面只寸很小的空間內工作，由于設備的調入遷移和使用都比較困難，致使采準工作的機械化程度低、工作效率低、成本高。因此采準工作量的多少，便成為衡量采礦方法好壞的重要指標之一。
2.3 我國裝載機的發(fā)展前景
隨著我國國民經(jīng)濟建設的調整發(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ZL20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8.2％。
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，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?？梢娛澜缡袌錾贤诰蜓b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。
第三章 輪式裝載機總體參數(shù)的確定
3.1 裝載機鏟掘時的作業(yè)阻力
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。
一、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：鏟斗前切削刃口和兩側壁切削刃口的阻力；鏟斗底和側壁內表面與物料的摩擦阻力；鏟斗外表面與物料接觸時的摩擦阻力。這些阻力與物料的類型、料堆的高度、鏟今插入料堆的深度、鏟斗的結構等因素有關。由實驗得知，隨著鏟斗插入料堆深度的增加，插入力隨指數(shù)稍大于1的拋物線而增長，推薦用下面的經(jīng)驗公式11算：
式中： P——鏟斗插入阻力(公斤)；
K——取決于被鏟掘物科的塊度和松散程度的影響系數(shù),取塊度小于400毫米時，K=1.1；
K——物科種類(容積比重)的影響系數(shù)，散狀物料種類為沙石，系數(shù)為0.12；
L?！P斗插入料堆深度(厘米)；取50cm;
——鏟斗寬度(厘米)；
—一散狀物料料堆高度影響系數(shù)，料高度為1.4m, =1.15。
二、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，科堆對鏟斗的反作用力。
鏟斗插入科堆深度后，用動臂提升鏟斗，鏟起阻力由鏟斗斗底插入科堆深度和鏟斗寬度所決定的矩形面積上的物科所決定。
鏟起阻力同樣受到物科的塊度、松散性、容積比重、溫度、濕度、物料之間及物料與斗壁摩擦之間的影響。最大的鏟起力發(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。
鏟斗開始提升時的鏟起阻力可按下式確定：
＝
l——鏟斗插入科堆深度(米)；
B——鏟斗寬度(米)；
——鏟斗開始提升時物科的剪切阻力(公斤／米)。
(公斤)
三、轉斗阻力矩
轉斗阻力矩是當鏟斗插入科氓一定深度后，用轉斗油缸使鏟斗向上翻起時，料堆對鏟斗的反作用力矩。當用翻轉鏟斗來鏟掘物科比如不考慮鏟斗翻轉的角加速度，在鏟斗翻起最開始時刻靜阻力矩；具有最大值以。表元而當鏟斗繼續(xù)回轉時，的數(shù)值迅速減小，回轉到值時，即鏟斗底板前線開始離開料堆坡面，這時靜阻力矩為。，僅由鏟斗中物科重量決定。翻起鏟斗的靜阻力矩肥；隨鏟斗翻轉角的變化，表示開始轉斗時刻的靜阻力矩，這時鏟斗翻轉角，表示鏟斗離開科堆時靜阻力矩，這時鏟斗翻轉角。
第四章 裝載機的總體布置
4.1 裝載機的總體布置原則
一． 總體布置的內容
總體布置內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。
二．總體布置的原則
總體布置時要考慮以下幾條原則：
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。
三．總體布置的基準選擇
總體布置時，應注意以下幾個基準選擇：
1．通過后橋中心線的水平面，為上、下位置的基準面；
2．以通過后橋中心線的垂直面，為前、后位置的基準面；
3．以整機的鉛垂縱向對稱面，為左右位置的基準面。
四、設計中應考慮的整機性能
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。
4.2 裝載機各部件的布置
一．發(fā)動機和傳動系的布置
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。
二、工作裝置布置
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。
三、轉向系的布置及分類
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。
(一)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側通過時，后輪也一定能從障礙物內側通過，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。
(二)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側通過后，后輪不一定就能從障礙物的內側通過，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。
(三)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。
（四）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。
六、駕駛室的布置
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。
4.3 裝載機的總體構造和分類
一．裝載機的總體構造：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。
二．裝載機的分類：
（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<0.5t；中型 ;大型鏟斗額定量>10t。
三．裝載機的作業(yè)方式：
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、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，適合鏟裝切削阻力較大的物料。
2． 作業(yè)配置方案：裝載機與運輸車輛的作業(yè)配置方案，主要取決于現(xiàn)場的條件、運輸車與裝載機的數(shù)量和類型。廣泛使用的有“I形”、“V形”、“L形”作業(yè)方法。
（1）“I”形作業(yè)法：運輸車平行與工作面并往復地前進和后退，所以也稱之為穿梭作業(yè)法。
這種作業(yè)方式可減少裝載機改變方向的次數(shù)，如果裝載機與運輸車配合的好，會有較好的生產(chǎn)率。
（2）“V”形作業(yè)法：運輸車與工作面成60度的角度，裝載機裝滿鏟斗后，在倒車駛離工作面的過程中，并調轉駛向料堆，進入下一次的作業(yè)循環(huán)。
這種作業(yè)方式可以得到較短的工作循環(huán)時間，故應用十分廣泛。
（3）“L”形作業(yè)法：運輸車垂直于工作面，裝載機鏟裝物料后，倒退并翻轉90度，然后向前駛向料堆進行下次鏟裝。
這種作業(yè)方式在運距較短時，一個司機可輪換在兩輛運輸車上工作，以減少人力。這種作業(yè)方式適用寬廣的作業(yè)場合。
第五章 裝載機工作裝置設計
5.1 工作裝置結構分析
裝載機采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過工作裝置的運動實現(xiàn)的。裝載機的工作裝置由鏟斗，動臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料；動臂和動臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架連接；轉斗油缸通過搖臂，連桿使鏟斗轉動。動臂的升降和鏟斗的轉動采用液壓操作。
由動臂、動臂油缸、鏟斗、轉斗油缸、搖臂、連桿及車架相互鉸鏈而成的機構，在裝載機工作時需要保證：當動臂處于某種作業(yè)位置不動時，在轉斗油缸的的作用下，通過連桿機構使鏟斗繞其鉸接點轉動；當轉斗油缸閉鎖時，動臂在動臂油缸的作用下提升或下降鏟斗過程中，連桿機構應該能使鏟斗在提升過程中保持平動或與地面的夾角變化控制在很小的范圍，以免裝滿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，提高生產(chǎn)效率。
一. 結構形式的選擇
裝載機的工作裝置的結構形式分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種。
有鏟斗托架的工作裝置其動臂和連桿的后端與車架的支座鉸鏈，動臂和連桿的前端與鏟斗托架鉸鏈，托架上部鉸接轉斗油缸，其活塞桿幾托架下部與鏟斗鉸接。當托架、動臂、連桿及車架支座構成的是平行四連桿機構，則在動臂提升、轉斗油缸閉鎖時，鏟斗始終保持平動，斗內物料不會灑落。
無鏟斗托架的工作裝置，結構比較簡單，同時，由于轉斗油缸及鏟斗都是直接鉸接在托架上，所以鏟斗的轉動角較大。但是，動臂前端的較重的托架減少了鏟斗的載重量。根據(jù)搖臂、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，鏟斗的鏟起力P隨鏟斗轉角a的變化關系，傾斜時的角速度大小以及工作裝置的運動特性也不同。因此，裝載機工作裝置的結構形式的選擇，既要考慮結構簡單，也要考慮作業(yè)性質和挖掘方式來確定。
5.2 鏟斗設計
一．鏟斗結構形式的選擇
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，鏟斗的結構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)效率是鏟斗設計的主要要求。鏟斗是在惡劣的環(huán)境下工作承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨損，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，用來采掘容重1.0噸/米左右的物料（如煤、渣等）；減少斗容的鏟斗，斗容為正常的0.6～0.8，用來裝載斗容重大于2噸/米的物料（如鐵礦石、巖石等）。用于土方工程機械的裝載機，因作業(yè)對象較廣，因此多采用正常斗容的通用鏟斗，一般適應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，一般分為直線型或非直線型兩種。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型和弧型等，裝載機用的較多是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，插入力有斗齒分擔，形成較大的比壓，利于插入密實的料堆疏松物料，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的影響：對稱齒型的切削阻力比不對稱的大；長而狹窄的齒比寬而短的切削阻力小。弧線型側刃的插入阻力比直線型側刃小，但弧線型側刃容易從兩側泄漏物料，不利于鏟斗的裝滿適宜于鏟裝巖石。對主要用于土方工程的裝載機，在設計鏟斗時要考慮斗體內的流動性，減少物料在斗體的移動或滾動阻力，同時要有利于在鏟裝粘性物料是有良好的倒空性。
鏟斗底板的弧度(圓弧半徑，見圖)越大，鏟掘時泥土的流動性越好，但對于流動性差的巖石等，則應將底邊加長而弧度減小，使鏟斗容積加大，比較容易鏟取。但是當?shù)走呥^長，則鏟斗的鏟起力變小，且鏟斗插入料堆的插入阻力與刃口的插入深度成比例的急劇增加，如圖所示。相反，如底邊短，不但鏟斗的鏟起力大，而且卸載時，斗刃口的降落高度小，也易于將物料卸凈。因此，鏟斗轉鉸銷的位置以近于刃口處為好。
二．鏟斗容積
一）． 鏟斗基本參數(shù)的確定
鏟斗寬度應大于裝載機輪胎寬度，每側為mm，以便保護輪胎側壁，減少行使阻力。
在確定鏟斗各部分尺寸時，一般把鏟斗的回轉半徑R作為基本參數(shù)。著是因為它直接影響鏟斗前壁的長度，前壁長度的鏟斗要求插入深度大，插入力大，卸載時所占的高度空間大，而且直接影響鏟斗鏟取力和斗容的大小。
式中 ： ——幾何4容量(圖3—18小所示陰影斷面)，由設計任務書給定(米)
B?！P斗內側寬度(米)；
——鏟斗斗底長度系數(shù)，通常＝1.4-1.5，
鏟斗基本參數(shù)圖
——后斗壁長度系數(shù)，通常＝1.1-1.2，
——擋板高度系數(shù)，通常＝0.12-0.14；
——斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，通常＝0.35-0.40；
——擋板與后斗壁問的夾角，通常rl＝5-10；
——斗底和后斗壁間的夾角，通常r。＝48-52， (有推薦55-65)
由計算得：
選取
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：=1528mm
后斗壁長度是指后斗壁上緣到與底相交點的距離：
=1216mm
擋板高度：
=143mm
鏟斗圓弧半徑：
=386mm
鏟斗與動臂鉸銷距斗底的高度：
=165mm
鏟斗側壁切削刃相對于斗底的傾角。在選擇時，擋板的夾角為90。
二） 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)
鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定：
對于裝有擋板的鏟斗：
米
式中： ——鏟斗橫斷面面積，如圖中所示陰影面積（米）算得為0.38m
——鏟斗內壁寬(米)，1.93m
——擋板高度(米)；1.43m
——斗刃刃口與擋板h之間的距離(米)。0.9m
=0.73m
2．額定斗容(堆裝斗容)
鏟斗堆裝的額定斗容vR是指斗內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：
米
式中： c——物料堆積高度(米)。
物料堆積高度c可由作圖法確定：根據(jù)科堆坡度角可得料堆尖端點M，再由M點作直線MN與CD垂直，將MN垂線向下延長，與斗刃刃口和擋板最下端之間的連線相交，此交點與料堆尖端之間的距離，即為物料堆積高度C,如下圖所示。
5.3 工作機構連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設計
轉斗油缸后置式反轉六桿機構
這種機構有兩大優(yōu)點：
（1）轉斗油缸大腔進油時轉斗，并且連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設計成較大值。所以可以獲得相當大的鏟取力；
（2）恰當?shù)剡x擇各構件尺寸，不僅能得到良好的鏟斗平動性能，而且可以實現(xiàn)鏟斗自動放平。這是其它6種工作機構所望塵莫及的。
此外，結構十分緊湊、前懸小，司機視野好也是此種機構的突出優(yōu)點。
缺點足搖臂和連桿布置在鏟斗與前橋之間的狹窄部位，容易發(fā)生構件相互干擾，設計時需特別精心。
一．工作裝置結構設計
根據(jù)裝載機的用途、作業(yè)條件及技術經(jīng)濟指標等擬訂的設計任務書的要求，選定了工作裝置結構形式以后，可開始進行工作裝置的結構設計。
工作機構的基本給構如圖所示。鏟斗1、動臂2、連桿3、搖臂4、轉斗油缸5、舉
臂(舉升)油缸6等組成。整個工作機構鉸接在車架7上。
裝載機工作裝置圖
二．裝載工作對工作機構設計的要求
（一）輪胎式裝教機工作過程
輪胎式裝載機是一種裝運卸作業(yè)聯(lián)合一體的自行式機械，它的工作過程由5種工作狀態(tài)或工況組成：
1）工況I——插入狀態(tài)
動臂下放，鏟斗放置地面，斗尖觸地，鏟斗前壁對地面呈3 5前傾角；開動裝載機鏟斗借助機器的牽引力插入料堆。
2) 工況II——鏟裝狀態(tài)
工況I以后，轉動鏟斗，鏟取物料，待鏟斗口翻轉至近似水平為止。
3)工況III——重載運輸狀態(tài)
舉升動臂，待工況II之鏟斗升高到適合位置(以斗底離地的高度不小于最小允許距離為準)，然后驅動裝載機，載重駛向卸載點。
4)工況IV—一卸載狀態(tài)
在卸載點，舉升動臂使鏟斗至卸載位置；翻轉鏟斗，向運輸車輛或固定料倉卸載；卸畢，下放動臂，使鏟斗恢復到運輸狀態(tài)。
5)工況V——空載運輸狀態(tài)
卸載結束后，裝載機由卸載點空載返回裝載點。在露天礦或工地，通常輪胎式裝載機是向載重汽車卸裁，出于裝載點和卸載點距離很近，卸載位置較高，所以一般稱作“定點高位卸載”。
地下礦山使用的輪胎式裝載機習慣上稱“井下鏟運機”。目前，鏟運機多數(shù)向溜井或礦倉卸載，運輸距離較長，卸載位置較低，所以一般被稱為“動點低位卸載”．
工作裝置的結構設計包括：
1）確定動臂的長度、形狀及車架的鉸接位置。
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（動臂、鏟斗、轉斗油缸、搖臂和連桿構成）
4）工作裝置的結構設計應滿足以下要求：
（1） 保證滿足設計任務書中所規(guī)定的使用性能及技術經(jīng)濟指標的要求，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。
（2）保證作業(yè)過程中任何構件不與其它構件干涉。
工作裝置的結構設計是一個比較復雜的問題，因為組成工作裝置的各個構件尺寸幾位置的相互影響，可變性很大。對于選定的結構形式，在滿足上述條件下可以有各種各樣的構件尺寸及鉸接點位置。通過多種方案的比較，選出最佳構件的尺寸及鉸接點位置，使所設計的工作裝置不僅滿足使用要求，而且具有較高的技術經(jīng)濟指標。
目前，在實際設計工作中，參考同類樣機結構，采用比較法設計。下面以連桿式的工作裝置為例來進行分析。
三．機構分析
反轉六桿工作機構由轉斗機構和動臂舉升機構組成轉斗油缸CD,搖臂CBE連桿FE鏟斗GF動臂 GBA 機架AD六個構件組成，由于AD和GF轉向相反，所以此機構稱為反轉六桿機構。
舉升機構主要由舉臂油缸HM和動臂GBA構成，若將整個反轉機構放置在直角坐標系中，只要確定出九個鉸鏈點GFEBCDAH和M的位置就可求得工作機構連桿系統(tǒng)中個構件的尺寸參數(shù)值。
一） 寸參數(shù)的圖解
圖解法是在初步確定了最大卸載高，最小卸載距離，卸載角等參數(shù)后進行的。
（一） 動臂與鏟斗，搖臂，機架的三個鉸鏈點GBA的確定
1．定坐標系
先在坐標紙上選取直角坐標系XOY，并選定長度比例
2．畫鏟斗圖
把已畫好的鏟斗橫截面外廓圖按比例畫在坐標里，斗尖對準O點，與X軸成度的前傾角。此時鏟斗插入料堆的位置工礦I。
3．確定動臂與鏟斗的鉸鏈點G
由于G點的X坐標值越小轉斗鏟取力就越大，G點的Y坐標值一般取mm
反轉六桿工作機構簡圖
4． 定動臂與機架的銨接點A
以G為圓心，使鏟斗順時針轉動，至鏟斗斗口與x軸平行為止。
即工礦II，Y值為
(mm)
輪胎選標準系列: 16-24 外直徑為146010mm，
（a）根據(jù)最大卸載高度h和最小卸載距離l和卸載角畫出工礦Ⅳ，G點位置為G。以G點為圓心，順時針旋轉鏟斗，使鏟斗口與x軸平行，即得鏟斗被舉升到最高位，即工況圖III。
(b)連接G和 G，作G G的垂直平分線，A點必在垂直平分線上，且A點取在前輪的右上方，與前軸心水平距離為軸距的1/3～1/2處。
5．確定動臂與搖臂的鉸接點B
B點位置是一個十分關鍵的參數(shù)。它對連桿機構的傳動比，倍力系數(shù)，連桿機構的布置以及轉斗油缸的長度等都有很大影響。一般B點在AG連線的上方，過A點水平線下方，相對于前輪外廓，B點在其左上方。
（二）連桿與鏟斗和搖臂兩個鉸接點E﹑F的確定
確定E﹑F兩點時，既要考慮對機構運動學的要求，如必須保證鏟斗在各工礦時的轉角又要注意動力學的要求，如鏟斗在鏟裝物料時輸出較大的力，同時還要考慮各種機構運動被破壞的現(xiàn)象。
1．按雙搖桿條件設計四桿機構，并令GF桿為最短桿，BG為最長桿，即必有：
GF+BG>FE+BE
若令GF=a,FE=b,BE=c,BG=d,并將上式兩邊同時除以d得下式：
初步設計時，上式可在下列值內選?。?
因為d值已經(jīng)由—確定，所以可求得a、b、c三值。
d=1352mm, a=406mm～676mm, c=541～1081mm
這兩點位移的確定要綜合考慮如下四點要求：1)E點不可與前橋相碰，并有足夠的最小離地高度；2)工況I時，使EF桿盡處與G桿垂直，這樣可獲得較大的傳動角和倍力系放；3)工況時，EF與GF兩桿的夾角必須小于170度，即傳動角不能小于l0度，以免機構運動時發(fā)生自鍘；4)工況IV時，EF與GF桿的傳動角也必須大于l 0度。
具體作法有兩種：
1)初選E點法 如圖4—9所示，鏟斗取工況I 。以B點為圓。以BE＝c為半徑畫?。蝗藶榈爻踹xE點，使其落在B點右下方的
弧段上；再分別以B點和G點為圓心，以FE＝b和GF＝a分別為半徑畫弧，得交點，即為F。
2)圖解法
分別以B點和G點為圓心，c和分別為半徑畫弧，其交點為E；再分別以G和E點為圓心，a和b為半徑畫弧，則其交點必為F。如下圖所示：
若上述所得E和F點均滿足要求則罷，否則，可調整a、b、c長度，重新作圖，直至滿意為止。但是，同時滿足上述四點要求是不易的，尤其若保證EF上GF是很難的，所以，設計時，一般使不小于70即可。
3．為了防止機構出現(xiàn)“死點”、“自鎖”或“撕裂”設計時還應滿足下列不等式：
工況l時 GF十FE＞GE
工況IV肘 FE十BE＞FB
（三）轉斗油缸與搖臂和機架的鉸鏈點C和D的確定
１. 確定C點
從力傳動效果出發(fā)，顯然使搖臂BC段長一些有利，那樣可以增大轉斗油缸的作用力臂，使攫取力相應的增加。但增加BC段，必將減小鏟斗與搖臂的轉角比，造成鏟斗轉角難以滿足各工礦的要求，并且使轉斗油缸行程過長。因此初步設計?。?
C點一般取在B左上方，BC與BE夾角可取，并使工礦一時搖臂與轉斗油缸趨近垂直，C點運動不得與鏟斗干擾。
2．確定D點
轉斗油缸與機架的鉸鏈點D的確定，是依據(jù)工礦Ⅱ舉升到工礦Ⅲ過程為平動，由工礦Ⅳ到工礦Ⅰ時為啟動放平這兩大要求來確定的。
當以上鉸鏈點確定下來后，則鏟斗在各工礦的C位置也唯一的被確定下來。因為鏟斗油缸由工礦Ⅱ舉升到Ⅲ或由Ⅳ放到工礦Ⅰ的過程中，轉斗油缸的長度均分別保持不變，所以D點必為和點連線的垂直平分線與和連線的垂直平分線的交點。
（四） 升油缸與動臂和機架的鉸接點H及M的確定
舉升油缸布置應本著工作力矩大、油缸穩(wěn)定性好、構件互不干擾、整機穩(wěn)定性好的原則來確定。
一般H點選在AG連線上方，并取AG≥AG/3。AH 不能取太大，它受到油缸行程的限制。M點盡量與地保持最小高度，并且望前橋方向靠是比較有利的，這樣舉升工作力臂大小變化比較小。
四．動臂形狀的選擇
動臂按其縱向中心線形狀分為直線型與曲線型兩種。前者結構簡單，腹板變形小，重量輕，而且動臂的受力情況好。后者可使工作裝置布置更為合理。
動臂的斷面尺寸由強度分析決定，為減輕工作裝置重量，通常按等強度梁設計動臂斷面尺寸。
動臂斷面的結構形式有單板式、雙板式和箱體式三種。大型裝載機的動臂多采用雙板式或箱體式結構。因為這種動臂形式能較好的改善動臂的受力情況，消除了單板式動臂因搖臂支撐力作用使動臂承受附加扭矩的影響。此工作裝置是ZL45-40型裝載機的工作裝置，固采用雙板式曲線型結構，其具體參數(shù)見上述所示。
5.4 工作裝置強度計算
一．計算位置
分析裝載機插入料堆、鏟起、提升、卸載等作業(yè)過程可知，裝載機在鏟掘物料時，工作裝置的受力最大，所以取鏟斗斗底與地面的前傾角5度時的鏟取位置作為計算位置，且假定外載荷作用在鏟斗的切削刃上。
二．外載荷的確定
由于物料種類和作業(yè)條件的不同，裝載機實際作業(yè)不可能使鏟斗切削刃均勻的受力，可將其轉化為兩種情況：1.認為載荷沿切削刃中部的集中載荷來代替均布載荷，稱為對稱受載的情況；2.由于鏟斗偏鏟，料堆密實程度不同，使載荷偏于鏟斗一側。形成偏載情況，通常將其簡化后的集中載荷加在鏟斗側邊第一斗齒上。
裝載機的鏟掘過程通常分為如下三種受力情況：
（1）鏟斗水平插入料堆，工作裝置油缸閉鎖，此時認為切削刃只受到水平力的作用。
（2）鏟斗水平插入料堆后，翻轉鏟斗（靠轉斗油缸工作）或提升動臂（依靠動臂油缸工作）鏟掘時，認為切削刃只受到垂直力的作用。
（3）鏟斗邊插入邊轉斗或邊提臂鏟掘時，認為水平力與垂直力同時作用在鏟斗切削刃上。
綜合上述分析，可以得到以下六種工作裝置的典型結構和工礦：
1．水平力的作用工況
水平力（即插入力阻力）的大小由裝載機的牽引力決定，起水平力的最大值為：
=5964(N)
式中：——裝載機空載時的最大牽引力
——插入力
2．垂直力的作用工況
垂直力（即鏟取阻力）的大小受裝載機的縱向穩(wěn)定條件限制，其最大值為：
0(N)
式中：——裝載機空載是的自重；
——裝載機重心到前輪與地面接觸點的距離；
——垂直力的作用點到前輪與地面接觸點的距離；
3．對稱水平力與垂直力同時作用的工況
此時垂直力由上式給出，水平力取發(fā)動機扣除工作油泵功率后，裝載機所能發(fā)出的牽引力。
4．偏載的作用工況。
5．受垂直力偏載的作用工況，垂直力大小與工況II相同。
6．受水平偏載與垂直偏載同時作用的工況，水平力與垂直力的大小與工況Ⅲ相同。
三．工作裝置受力分析
在確定了計算位置及外載荷的大小后，可進行工作裝置的受力分析。
（1）在對稱受載的工況下，由于工作裝置是個對稱結構，固兩動臂受的載荷相等。同時略去鏟斗及支撐橫梁對動臂與受力與變形的影響，則可取工作裝置；則一側進行分析，其上作用的載荷取相應工況外載荷的一半進行分析計算，即：
(N)
(N)
（2）在偏載的工況中，近似地用求簡支梁支反力的方法，求出分配于左右動臂平面內的等效力與：