装载机铲斗结构设计说明书2

1 引言装载机是一种用途十分广泛的工程机械，它可以用来铲装、搬运、卸载、平整散装物料；也可以对岩石、硬石等进行轻度的铲掘工作[]1。

如果换装相应的工作装置，还可以进行推土、起重、装卸木料及钢管等作业。

因此，它被广泛地应用于建筑、公路、铁路、水电、港口、矿山及国防等工程中，对加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本具有重要作用，所以装载机在国内外无论是在品种上或是在产量方面都得到迅速发展，称为工程机械的主要品种之一。

装载机有单斗和多斗两种；如按使用场合来区分，则可分为露天和井下两种。

工程机械上常用的是单斗装载机。

单斗装载机的类型很多，有几种分类方法。

按发动机的功率可分为小型、中型、大型和特大型四种。

按装载方式可分为前卸式、回转式和后卸式。

按传动形式，轮式装载机可分为机械传动、液力机械传动、液压传动和电传动。

按其机架结构型式，轮胎式装载机又可分为铰接式装载机和整体式车架装载机。

工作装置是工程机械进行生产作业的装置，该装置直接影响到整机的生产率和经济性，因此合理的设计有着重大意义，尤其是土方工程机械，作业过程中动力装置的大部分能量消耗在挖掘土壤上[]2。

由于工作装置的重量和成本只占整个机械的很小部分，因此，要降低挖掘土壤的能量，提高效率，从研究工作装置人手，在通常情况下，仅耗用较少的材料和费用就能明显地提高机械的性能，而机械的结构无须作重大改变[]3。

本次设计的是ZL50装载机的铲斗。

在设计过程中参考了同类机型。

2 设计依据及主要技术指标发动机： 6135K-9，额定功率：144KW，额定转速：2200r/min；铲斗堆装斗3m，平装斗容:2.4m3；额定载重量:50KN；斗宽：2940mm（内侧宽2900mm）；容:3空车自重:15.8t；工作油泵:p=15Mpa,Q=320L/min；转向油泵：p=10Mpa,Q=75L/min；变速箱操纵与变矩器补油泵p=1.5Mpa Q=140L/min。

ZL200装载机正转六连杆工作装置铲斗设计摘要装载机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门。

本文中参阅了大量的土方机械的设计参考书，其中大多数是有关装载机方面的，有的是工作装置单一构件的设计，有的则是整个工作装置的设计，并且有许多有关工作装置优化设计方面，各参考所涉及到的装载机虽然型号不同，研究的方法也有差异，但综合起来基本上也概述了现行的设计方法。

国外装载机发展迅速，而我国装载机在设计上存在很多问题，其中主要集中在可靠性、结构设计强度等方面。

而工作装置对于装载机来说又是重中之重，所以工作装置的设计好坏直接影响到装载机的使用寿命以及工作效率等。

虽然现在市场上的装载机已经日趋成熟，但对其进行改进设计仍有非常重要的意义，尤其是装载机的工作装置。

铲斗是工作装置的重要部件，直接用来切削、铲掘、运输和卸出物料。

铲斗的结构形状、尺寸参数对插入阻力、掘起阻力及作业效率影响很大，所以铲斗的设计根据装载机的主要用途和作业条件从减小插入阻力、掘起阻力和提高效率出发，合理选择铲斗的结构形状，正确确定铲斗的尺寸参数。

关键词工程机械，装载机，铲斗ZL200 Forward six loader working device bucketlinkage designAbstractLoaders is one of the main machine the engineering machinery, widely used in construction, mine, water and electricity, Bridges, railways, highways, ports, docks and national economic sectors. In this article refer to a large number of earthwork the design of mechanical reference books, most of which is about the loader, have a plenty of a single component design work device, some is the whole work device design, and there are many relevant work device optimization design, the reference involved loader although different model, the method also has difference, but comprehensive up basically is reviewed the current design method. Foreign loader development is rapid, and our country loader in the design has a lot of problems, which mainly focus on reliability, structural design intensity, etc. And work device is also the most for loader, so the design of the device has a direct influence on the service life of the loader and work efficiency, etc. Although now in the market of the loader has increasingly mature, but for the design improvement there are still very important sense, especially of the loader working device. The bucket is an important part of the work unit, directly used to cutting, shovel dug, transportation and discharged materials. The bucket structure shape, size parameters on the resistance, resistance to dig up into the working efficiency and impact, so the bucket loader design according to the main application and operation conditions from reduce resistance, and insert the rise and improve the efficiency of resistance and rational selection of the bucket structure shape, correctly determine the size of the bucket parametersKEY WORDS Construction Machine, Wheel Loaders ,Work Equips目录中文摘要┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1 英文摘要┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2 目录┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3 1. 装载机工作装置铲斗设计概述┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 51.1装载机工作装置铲斗设计概述┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈51.2铲斗的结构型式┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈52.铲斗的设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 52.1铲斗设计要求┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 52.2铲斗斗型的结构分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 62.2.1切削刃的形状┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈62.2.2铲斗的斗齿┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈62.2.3铲斗的侧刃┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈72.2.4斗体形状┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈72.3铲斗基本参数的确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈72.4斗容的计量┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈102.4.1几何斗容(平装斗容)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈102.4.2额定斗容(堆装斗容)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈103. 工作装置铲斗结构设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 113.1工作机构连杆系统的尺寸参数设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 123.2机构分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈123.3设计方法┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈123.4尺寸参数设计的图解法┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈123.4.1 动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点G、B、A的确定┈┈┈ 133.4.2连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点C、D的确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 153.4.3举升油缸与动臂和机架的铰接点H及M点的确定┈┈┈┈┈┈173.5确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈183.5.1动臂油缸的铰接位置┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈18l 的确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 183.5.2动臂油缸行程H3.6最大卸载高度和最小卸载距离┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 204.强度计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 204.1计算位置┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈204.2外载荷的确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈214.3工作装置的受力分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 224.4工作装置铲斗强度校核┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 284.4.1铲斗上铰销强度校核┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈285.设计总结┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈30参考文献┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 311. 装载机工作装置设计概述1.1 装载机工作装置设计概述装载机铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动实现的。

前言轮式装载机属于铲土运输机械类，装载机主要用来装卸成堆散料，也能进行轻度的铲掘工作。

由于它适用于建筑、农业、矿山、铁道、公路、水电等国民经济各个部门的土石方施工机械，在国内外产量与品种的发展都较快，是工程机械中的一个主要机种。

随着我国加入WTO组织和西部大开发的进程，及水电、港口、公路等基础设施建设项目的增多，国外先进工程机械先后涌入中国市场，我国工程机械设施同时面临着前所未有的机遇和挑战。

这也意味着我国工程机械行业对技术人才的技术素质提出了更高的要求。

根据装载机不同的使用要求，发展形成了不同的结构类型。

通常，按使用场合的不同，分成露天用装载机和井下用装载机；接行走系统结构不同，分成轮式装载机与履带式装载机；按卸料方式不同，分为前卸式(前端式)、后卸式与回转式装载机。

该设计主要论述露天工程用的轮式装载机的设计。

轮式装载机的设计，大致要经历：明确任务、调查研究、制订设计任务书，进行整车布置、确定整机的主要性能参数，进行各部件的方案设计与强度计算，技术设计和工艺设计，试验鉴定和修改定型等这样一些阶段。

对于装载机的设计是否成功，首先是从能否满足使用要求，好造、好用、好修，具备较高的作业生产串和较低的使用成本来衡量的。

这体现在设计工作中，就是应当使装载机具有较完善的技术经济性能与指标以及先进的部件结构方案。

作者：左凤（陕理工机械工程学院机械设计制造及其自动化专业073班陕西汉中 723003）指导教师：何亚娟摘要本次设计主要进行的工作装置的设计。

装载机采掘和卸载货物的作业是通过工作装置的运动实现的。

装载机的工作装置由铲斗，动臂、摇臂及连杆等组成。

铲斗以铲装物料；动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架连接；转斗油缸通过摇臂，连杆使铲斗转动。

动臂的升降和铲斗的转动采用液压操作。

先对装载机的发展概况及设计的指导思想、特点、任务进行概述，然后确定方案，在技术设计部分罗列了ZL50装载机的主要技术性能和参数，进行了牵引特性计算，工作装置设计。

装载机铲斗结构原理
装载机铲斗结构原理是指装载机铲斗的构造和工作原理。

铲斗是装载机的一种工作装置，用于进行土石方的装载和搬运工作。

装载机铲斗结构原理根据工作需求和设计要求而设计，一般包括以下几个部分：
1. 铲斗框架：铲斗框架是整个铲斗的支撑结构，一般由上、下横梁和左、右立柱组成。

横梁用于支撑铲斗的底板和两侧板，立柱用于连接横梁和铲斗底板。

2. 铲斗底板：铲斗底板是承载装载物的部分，一般是由耐磨、高强度的钢板制成。

底板形状根据需要可以有不同的选择，如
V形底板、平底板等。

3. 铲斗两侧板：铲斗两侧板用于限制铲斗的纵向范围，避免装载物的散落。

两侧板一般采用可拆卸或可调节的设计，以满足不同工作条件下的装载需求。

4. 铲齿：铲齿位于铲斗底板前缘，用于破碎土壤或松散物料，提高装载效率。

铲齿可以是固定连接在底板上的，也可以是可更换的，便于维修和更换。

5. 液压缸：液压缸是控制铲斗开合的关键部件。

液压缸一般由液压系统提供动力，通过控制液压油的流入和流出来实现铲斗的升降、开合等动作。

装载机铲斗结构原理的工作过程是：装载机驾驶员通过操纵装
载机的控制杆或按钮，控制液压系统使液压油流入液压缸，液压缸向外伸出，推动铲斗打开；当装载机需要装载物料时，液压系统将液压油流出液压缸，液压缸收回，铲斗闭合，以夹持装载物料；装载结束后，驾驶员再次操纵控制杆或按钮，液压系统使液压油流入液压缸，推动铲斗升起，将装载物料卸下，完成装载工作。

以上就是装载机铲斗结构原理的基本介绍，不同型号和品牌的装载机铲斗在结构上可能有所差异，但基本原理是相似的。

1铲斗的建模并按设计要求验算铲斗是动作机构的主要组成部分。

由于它直接与物料接触，是装运卸的工具和容器，故它的外形、各部结构件、几何尺寸、质量、强度等等。

都严重影响着整机的生产能力、功率和效率等。

轮式装载机铲斗结构1.1铲斗及机宽度的确定斗宽b必须大于两轮胎外侧距离，以便铲斗能为装载机自身扫清路面障碍，避免物料切割损坏轮胎。

根据查得到柳工ZL30E的资料，铲斗的宽B=2456mm，大于两轮外侧的距离2300mm。

1.2铲斗的断面形状铲斗的断面形状由铲斗圆弧半径r、底壁长l、后壁高h和张开角γ四个参数确定，如图所示。

铲斗断面基本参数圆弧半径r越大，物料进入铲斗的流动性越好，有利于减少物料进入斗内的阻力，卸料时干净而且快捷。

但r过大，斗的开口较大时，不易装满，而且铲斗外形较高，将影响驾驶员观察铲斗斗刃的工作情况。

后壁h是指铲斗上缘至圆弧与后壁切点间的距离。

底壁长l是指斗底壁的直线段长度。

l长则铲斗铲入料堆深度大，斗易装满．但掘起力将由于力臂的增加而减小，插入的阻力也将随铲斗铲入料堆的深度而急剧增加。

l长亦会减小卸载高度。

l短则掘起力大，且由于卸料时铲斗刃口降落的高度小，还可减小动臂举升高度，缩短作业时问，但这会减小斗容。

铲斗张开角γ为铲斗后壁与底壁间的夹角，一般取45°～52°。

适当减小张开角并使斗底壁对地面有一定斜度，可减小插入料堆时的阻力，提高铲斗的装满程度。

1.3铲斗基本参数的确定设计时，把铲斗的回转半径R(即铲斗与动臂铰接点至切削刃之间的距离)作为基本参数，铲斗的其他参数则作为R的函数。

R是铲斗的回转半径(见图1-7)，它的大小不仅直接影响铲斗底壁的长度，而且还直接影响转斗时掘起力及斗容的大小，所以它是一个与整机总体有关的参数。

铲斗的回转半径尺寸可按下式计算。

（1-1）式中 Vr—铲斗的额定容量，m³；—铲斗的内侧宽度，为铲斗宽度扣除两侧壁厚δλg—铲斗的斗底长度系数，λg=1.40～1.5；λz—后斗壁的长度系数，λz=1.1～1.2；λk—挡板的高度系数，λk=0.120.14；λr—斗底和后斗臂直线间的圆弧的半径系数，λr==0.35～0.4；γ—张开角,为45°～52°；γ1—挡板与后斗壁间的夹角，选择γ1时应使侧壁切削刃与挡板的夹角为90°。

装载机总体布置装载机的总体设计是根据其主要用途，作业条件及生产情况，合理地选择机型、各总成结构形式、性能参数及整体尺寸等并行合理布置。

由于任务书已对部分结构进行规定，再通过对现有机型类比、分析，ZL50装载机总体布置确定如下：1.1 确定机型及总成部件结构形式1.1.1 行走装置的选择从作业条件与对象，作业效率与成本，以及驾驶员的工作条件等因素出发，行走装置选择轮胎式装载机与履带式装载机相比有如下优点：a）自重轻，行走速度快，机动性好，作业循环时间短，作业效率高，运输及修理费用低。

b）轮胎式装载机在碎石硬路面作业时因轮胎有缓冲作用对机器冲击振动较小，可延长机器寿命，减轻家事员疲劳等。

1.1.2 传动形式的选择图1-1轮式装载机行走机构构成框图此次装载机传动系的设计采用液力机械传动系，因为它与机械传动系相比具有以下优点： a）在保持一定插入力的同时举升动臂或转动铲斗以减少铲掘阻力，缩短作业循环时间。

b）可随外载荷的变化而自动调整车速，因而可减少变速箱换挡，简化变速机构与操作。

c）液力机械传动配有动力换挡变速箱，其可在不停车情况下换挡，操作轻便、动力换挡时间短、生产率高。

d）变矩器的可透性小，当运行阻力变化时发动机的转速变化小。

1.1.3 发动机类型的选择和计算1.1.3.1 柴油机的型式工程机械无论采用何种动力传动方式，都是以内燃机作为动力装置，主要采用柴油机, 这是因为工程机械功率较大（如铲土运输机械一般都在60〜以上，而且逐步向大型发展)， 柴油机的经济性比汽油机好。

现代工程机械，以装置水冷四冲程柴油机作为动力源的占绝对优势，只有少数几种机 型，采用风冷或二冲程柴油机作为动力源。

这说明，尽管风冷式柴油机对环境温度的适应 性强（其缺水、气温变化幅度大的沙漠及高原地区有显著优点），但是，与其相比，水冷 式柴油机在结构坚固性，使用可靠性，冷却效果，以及工艺性方面都优于风冷式柴油机。

因此，现代工程机械在选用动力源时，优先选用的还是水冷式柴油机（风冷式柴油机由于 不存在漏水问题，故其多用于振动压路机上)。

(2)铲斗基本参数的确定设计时，把铲斗的回转半径R(即铲斗与动臂铰接点至切削刃之间的距离)作为基本参数，铲斗的其他参数则作为R的函数。

R是铲斗的回转半径(见图4-7)，它的大小不仅直接影响铲斗底壁的长度，而且还直接影响转斗时掘起力及斗容的大小，所以它是一个与整机总体有关的参数。

铲斗的回转半径尺寸可按下式计算。

图4-7 铲斗参考尺寸（m） (4-1)式中Vr—铲斗的额定容量，m³；—铲斗的内侧宽度，m；λg—铲斗的斗底长度系数，λg=1.40～1.53；λz—后壁的长度系数，λz=1.1～1.2；λk—挡板的高度系数，λk=0.120.14；λr—圆弧的半径系数，λr==0.35～0.4；γ—张开角,为45°～52°；γ1—挡板与后壁间的夹角，选择γ1时应使侧壁切削刃与挡板的夹角为90°。

在设计当中，铲斗的额定容量由设计任务书给出Vr=3m³。

铲斗的内侧宽度=b++(0.1～0.2)-2a (m) (4-2) 式中b-装载机轮距，m；-轮胎宽度，m；a-铲斗侧壁切削刃厚度，m。

查阅资料，山特牌ZL50轮式装载机图册，得b=2.24m ，=0.5969m ，a=0.025m ，关于(0.1～0.2),取0.15m.计算得=2.937m 。

设计参数的选择，由经验获取，λg =1.5，λz =1.15，λk =0.13，λr =0.4，γ=48°，γ1=13°。

通过上述参数的选择，带入(4-1)式中，得到R=1.259m 。

(3)铲斗截面各边尺寸计算斗底长度：Lg=Rλg=1.259×1.5=1.889m ， (4-3) 斗后壁长度：Lz=Rλz=1.259×1.15=1.448m ， (4-4) 挡板高度：Lk=Rλk=1.259×0.13=0.163m ， (4-5) 斗底圆弧半径：r=Rλr=1.259×0.4=0.503m ， (4-6)2.铲斗容量计算与误差判断铲斗容量是装载机的总体参数之一，铲斗的斗容量已经系列化，其计算也以标准化。

1 绪论1.1 装载机概述1.1.1 装载机简介装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支撑结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械。

它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。

装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。

1.1.2 装载机的主要技术性能参数标志装载机的主要技术性能参数有铲斗容量、额定载重量、发动机额定功率、整机质量、最大行驶速度、最小转弯半径、最大牵引力、最大掘起力、最大卸载高度、卸载距离、工作装置动作三项和等。

（1）铲斗容量一般指铲斗的额定容量，为铲斗平装容量与堆尖部分体积之和，用 m3 表示。

（2）额定载重量指在保证装载机稳定工作的前提下，铲斗的最大载重量，单位为 kg 。

（3）发动机额定功率发动机额定功率又称发动机标定功率或总功率，是表明装载机作业能力的一项重要参数。

发动机功率分为有效功率和总功率，有效功率是指在29°C 和746mmHg（1mmHg=133.322Pa）压力情况下，在发动机飞轮上实有的功率（也称飞轮功率）。

国产装载机上所标有的功率一般指总功率，即包括发动机有效功率和风扇、燃油泵、润滑油泵、滤清器等辅助设备所消耗的功率。

单位为 kw。

（4）整机质量（工作质量）指装载机设备应有的工作装置和随机工具，加足燃油，润滑系统、液压系统和冷却系统都加足液体，并且带有规定形式和尺寸的空载铲斗和司机标定质量（75kg±3kg）时的主机质量。

它关系到装载机使用的经济性、可靠性和附着性能，单位为 kg 。

（5）最大行驶速度指铲斗空载，装载机行驶于坚硬的地面上，前进和后退各档能达到最大速度，它影响装载机的生产率和安排施工方案，单位为 km/h 。