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侧铲装载机设计

侧铲装载机设计
侧铲装载机设计

摘要

装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械,它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料,也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路,特别是在高等级公路施工中,装载机还用于路基工程的填挖,沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点,因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。

本次设计报告共包括四个部分,是对整个设计过程的描述和总结。第一部分:前言;第二部分:正文;第三部分:结论;第四部分:参考文献。

关键词工程机械,装载机,工作装置,行走机构

Abstract

Loader is a widely used in highway, railway, construction, utilities, ports, mines and other construction projects earthwork construction machinery, it is mainly used for loading shovel of soil, sand, lime, coal and other bulk materials, but also on the ore , slightly hard soil such as digging shovel operation. Dress can be different for earth-moving equipment auxiliary work, lifting and other materials such as timber loading and unloading operations. The road, especially in highway construction, the loader is also used for foundation excavation and filling works, asphalt and cement concrete aggregate material site and loading and other operations. In addition also the pushing of soil, ground and traction Calibrating other mechanical and other operations. As with the operating speed loader, high efficiency, mobility, easy operation, etc., so it becomes the construction of earth and stone construction in one of the main models.

The design report includes four chapters, the entire design process is described and summarized. Part I: Introduction; Part II: Text; Part III: Conclusion; Part IV: Reference.

KEY WORDS Construction Machine, Wheel Loaders ,Work Equip,Walking mechanism

摘要 (1)

Abstract (2)

1 前言 (4)

1.1 设计目的 (5)

1.2 选题意义 (5)

1.2.1 普通装载机缺点 (5)

1.2.2 侧卸装载机优缺点 (6)

1.3 装载机的用途 (6)

1.4 装载机的分类 (6)

2 铲斗的设计 (8)

2.1 设计要求 (8)

2.2 铲斗斗型的结构分析 (9)

2.2.1 切削刃的形状 (9)

2.2.2 铲斗的斗齿 (9)

2.2.3 铲斗的侧刃 (10)

2.2.4 斗体形状 (10)

2.3 铲斗基本参数的确定 (10)

2.4 斗容的计量 (12)

V (12)

2.4.1几何斗容(平装斗容)K

V (13)

2.4.2 额定斗容(堆装斗容)H

3 工作装置的结构设计 (14)

3.1 机构分析 (15)

3.1.1 装载机执行机构不同种类 (15)

3.2 侧卸装载机的执行机构解析 (16)

3.3 设计方法 (18)

3.4尺寸参数设计的图解法 (18)

3.4.1 动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点B、E、A的确定 (19)

3.4.1.1 确定坐标系 (19)

3.4.1.2 画铲斗图 (19)

3.4.1.3确定动臂与铲斗的铰接点B (19)

3.4.1.4确定动臂与机架的铰接点A (21)

3.4.1.5 确定动臂与摇臂的铰接点E (21)

3.4.3举升油缸与动臂和机架的铰接点H及M点的确定 (23)

3.5 确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程 (25)

3.5.1动臂油缸的铰接位置 (25)

3.6 最大卸载高度和最小卸载距离 (27)

4 工作装置的强度计算 (27)

4.1 计算位置 (27)

4.2 外载荷的确定 (28)

4.3 工作装置的受力分析 (29)

4.4 工作装置的强度校核 (35)

4.4.1动臂 (35)

4.4.2 铰销 (38)

4.4.3 连杆 (40)

5 行走机构设计 (44)

5.1 行走参数的选择 (45)

5.2 电动机的选择 (46)

5.3 进行行走减速器的齿轮设计 (47)

5.3.1 各级传动比的分配 (47)

5.3.2 初步计算第一级传动齿轮的主要参数 (48)

5.3.3 二级齿轮传动 (51)

5.3.4 三级齿轮传动 (52)

5.3.5 齿根弯曲疲劳强度校核计算 (54)

5.3.6 行走减速器轴的设计计算 (54)

5.3.7 轴的弯扭合成强度计算 (56)

参考文献 (59)

致谢 (60)

1 前言

1.1 设计目的

毕业设计是学生理论联系实际的重要课题,是学生综合运用,巩固基础理论,专业技术和专业知识的机会。通过毕业设计,能够检查学生对所学知识掌握的程度,能够提高学生解决实际问题的能力和独立工作的能力,并掌握机械设计的一般方法和步骤,是学生获得知识的重要环节。因此,要求设计者在设计过程中必须端正态度,严格认真,尽可能多的查阅有关书籍,搜索资料,刻苦钻研,对比分析,取长补短,大胆创新,以便做出高质量高水平的设计成果。

1.2 选题意义

随着我国经济的持续、健康、高速发展,对工程机械的需求将增长,这些需求对工程机械产品既提出了“量”又提出了“质”的巨大市场要求。我国“十二五”期间土石方、路基路面、基础及建筑施工工作量预计比“十一五”要大一倍以上,工程机械的总需求量亦将为“十一五”期间的二倍,推土机、装载机、轮式起重机、叉车、路面机械、凿岩钻车及挖掘机械等7类主要工程机械“十一五”末的年需求量可在15万台以上。而装载机被大量应用于各行各业,无论是公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山都有它的身影。国外先进的采掘机械设备将有更多的机会进入中国,中国的设备也会有更多的的机会走向世界。在这种情况下,我国从事地下采掘与工程的管理人员、技术人员和使用维修人员都急需了解这类设备,国内从事该类设备制造业的工程技术人员为了研制出能参与国际竞争的成套设备,也要掌握相关的设计理论和方法,所以对该类机械设备的设计是具有重大意义的。

1.2.1 普通装载机缺点

普通铲斗装载机挖力较小,铲斗的有效容积不大,在工作时,车

身需要移动的范围较大,特别是在狭窄区域工作时,很容易发生碰撞

而导致安全事故。另外,普通装载机的机械程度不高,需要操作人员

的实时操控,对造作人员的工作压力较大。

1.2.2 侧卸装载机优缺点

侧卸式装载机(图2-1):这种装载机是正面铲装物料,运动至下料地点后进行侧卸下料,它和普通的铲斗车相比较,其铲斗挖力较大,斗有效容积大,铲斗运动距离小,车体机动高,工作外围广,铲斗能多用途等优点。另外,它的机械程度高,使得操作人员能更加轻松,,生产质量也能得到提高,生产安全也有了跟好的保障

1.3 装载机的用途

装载机是一种用途十分广泛的工程机械,可以用来铲装、搬运、卸载、平整散装物料,也可以对岩石、硬土等进行轻度的铲掘工作。此外,还可以进行刮平地面和牵引其他机械等作业。换装相应的工作装置,装载机还可以进行推土、起重、装卸木料或钢管等作业。

1.4 装载机的分类

常用的单斗装载机,按发动机功率,传动形式,行走系结构,装载方式的不同进行分类。

(1)按行走装置的不同,装载机分为轮胎式和履带式两种。

轮胎式装载机由动力装置,车架,行走装置,传动系统,转向系统,制动系统,液压系统和工作装置等组成,其结构简图如下所示,轮胎式装载机采用柴油机为动力装置,液力变距,动力换挡变速箱,双桥驱动等组成的液力机械式传动系统(小型轮胎式装载机有的采用液压传动或机械传动),液压操纵,铰接式车架转向,反转杆机构的工作装置。

履带式装载机由专用底盘或工业拖拉机为基础车,装上工作装置并配装相关的操纵系统而构成,如图2所示。履带式装载机

由专用底盘或工业拖拉机为基础车,装上工作装置并配装相关的操纵系统而构成,如图2所示。履带式装载机的动力装置也是柴油机,机械式传动系统则釆用液压助力湿式离合器或湿式双向液压操纵转向离合器和正转连杆机构的工作装置。

(2)按发动机功率分类:

①功率小于74kw为小型装载机。

②功率在74~147kw为中型装载机

③功率在147~515kw为大型装载机

④功率大于515kw为特大型装载机

(3)按传动形式分类:

①液力—机械传动,冲击振动小,传动件寿命长,操纵方便,车速与外载间可自动调节,一般在中大型装载机多采用;

②液力传动:可无级调速、操纵间便,但启动性较差,一般仅在小型装载机上采用;

③电力传动:无级调速、工作可靠、维修简单、费用较高,一般在大型装载机上采用。

(4)按装卸方式分类:

①前卸式:结构简单、工作可靠、视野好,适合于各种作业场地,应用较广;

②后卸式:前端装、后端卸、作业效率高、作业的安全性欠好;

③侧卸式:与其他的工程机械相比,装载机实用性很强。它主要

用于煤巷、全岩巷中煤及其他物料的装载。除完成装载作业以外,

还可以充当支护时的工作平台。在井下作业时,主要是用完成工作面

短距离运输、卧底、清帮、和支护等。由于它插入力大、机动性能好、

全断面作业、安全性好。因而发展很快,成为进下施工的主要机械。

2 铲斗的设计

2.1 设计要求

铲斗是直接用来切削、收集、运输和卸出物料,装载机工作时的插入能力及铲掘能力是通过铲斗直接发挥出来的,铲斗的结构形状及尺寸直接影响装载机的作业效率和上作可靠性,所以减少切削阻力和提高作业效率是铲斗结构设计的主要要求。

铲斗是在恶劣的条件下工作,承受很大的冲击载荷和剧烈的磨削,所以要求铲斗具有足够的强度和刚度,同时要耐磨。

根据装载物料的容重,铲斗做成三种类型;正常斗容的铲斗用来装载客重1.4—1.6吨/米3的物料(如砂、碎石、松散泥土等):增加斗容的铲斗,斗容一般为正常斗容的1.4—1.6倍,用来铲掘容重1.0吨/米3左右的物料(如煤、煤渣等);减少斗容的铲斗,斗容为正常斗容的0.6~0.8,用来装载容重大于2吨/米3的物料(如铁矿石、岩石等)。用于土方工程的装载机,因作业对象较广,因此多采用正常斗容的通用铲斗,以适应铲装不同物料的需要。

2.2 铲斗斗型的结构分析

2.2.1 切削刃的形状

铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同,一般分为直线型和非直线型两种(图—1)。直线型切削刃简单并利于地面刮平作业,但切削阻力较大。非直线型切削刃

有v型和弧型等,装载机用得较多的是v型斗刃。这种切削刃由于中间突出,在插入料堆时,插入力可以集中作用在斗刃中间部分,易于插入料堆,同时对减少“偏裁切入”有一定的效果。但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。

2.2.2 铲斗的斗齿

装有斗齿的铲斗在装载机

作业时,插入力由斗齿分担,形

成较大的比压,利于插入密实的

料堆或松物料或撬起大的块状

物料,便于铲斗的插入,斗齿磨

损后容易更换。因此,对主要用

于铲装岩石或密实物料的装载

机,其铲斗均装有斗齿。用于插

入阻力较小的松散物料或粘性

物队其铲斗可以不装斗齿。

斗齿的形状对切削阻力有

影响:对称齿形的切削阻力比不

对称齿形的大;长而狭窄的齿比宽而短的齿的切削阻力要小。

2.2.3 铲斗的侧刃

弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小,但弧线型侧刃容易从两侧泄漏物料,不利于铲斗的装满,适于铲装岩石。

2.2.4 斗体形状

对主要用于土方工程的装载机,在设计铲斗时要考虑斗体内的流动性,减少物料在斗内的移动或滚动阻力,同时要有利于在铲装粘性物料时有良好的倒空性。

铲斗底板的弧度(圆弧半径

R,见图2—2)越大,铲掘时泥土的流动

1

性越好,但对于流动性差的岩石等,则应将底边加长而弧度减小,使铲斗容积加大,比较容易铲取。但是,当底边过长,则铲斗的铲起力变小,且铲斗插入料堆的插入阻力与刃口的插入深度成比例的急剧增加,如图2—3所示。相反,如底边短,不但铲斗的铲起力大,而且卸载时,斗刃口的降落高度小,也易于将物料卸净。因此,铲斗转铰销的位置以近于刃口处为好,在极端时也有将转铰销布置在铲斗内部,如图2—4所示。

2.3 铲斗基本参数的确定

B应大于轮胎外侧宽度100一200毫米,以防止铲掘物料铲斗宽度

K

所形成的阶梯地面,而损伤轮胎侧面和容易打滑而影响牵引力。

铲斗的回转半径R是指铲斗的转铰中心B与切削刃之间的距离(图2—4)。由于铲斗的回转半径R不仅影响铲起力和插入阻力的大小,而且与整机的总体参数有关。因此铲斗的其它参数依据它来决定。铲斗的回转半径R可按下式计算

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