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AbstractLoader 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)KV (13)2.4.2 额定斗容(堆装斗容)H3 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。

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。

6.0000图文2.1原系统工作原理及节流损失分析2.1.1装载机工作装置动臂部分概述下图为装载机工作装置动臂部分的结构简图。

就目前国内大部分装载机而言，其工作装置的结构几乎一样，只是在多路阀控制上的区别。

动臂液压缸换向阀2用来控制动臂液压缸的运动方向，使动臂能停在某一位置，并可以通过控制换向阀的开度来获得液压缸的不同速度。

动臂液压缸换向阀是四位六通滑阀，它可控制动臂上升、下降、固定和浮动等四个动作。

动臂浮动位置可使装载机在平地堆积作业时，工作装置能随地面情况自由浮动，在铲掘矿石作业时可使铲斗刃避开大块矿石进行铲掘，提高作业效率。

当动臂举升的时候多路换向阀执行图示B位置的机能，液压缸无杆腔进油，有杆腔回油，上升阶段的速度靠控制节流口开度，油液经过节流口有能量损失。

当动臂下降的时候多路换向阀执行图示A位置的机能，液压缸有杆腔进油，无杆腔回油，为了控制铲斗下降的速度，液压油要通过多路阀节流口返回油箱,铲斗和重物靠自身的重力就可下落，而工作泵在这个过程中并不泄荷，仍然不断的给系统供油提供压力和流量，这部分压力能通过节流口转变为热能,严重影响液压系统热平衡。

2.1.2能量损失部位分析装载机的液压系统能量损失主要体现在压力能的损失上，在工作时压力损失主要体现在液压油经过多路换向阀时的压力损失以及当工作油缸工作腔压力达到或超过工作压力时而引起的溢流损失1，溢流阀功率损失是很大的，为了减少溢流损失应该在系统中安装限位阀，当系统运动到快限位时，限位阀配合系统动作，使多路阀回到中位，并且使工作泵卸荷，这样就可以减少通过溢流阀的能量损失。

2，换向阀节流引起的损失：为了控制工作装置的运动速度，换向阀要对油液进行节流控制，装载机工作装置液压控制系统所用的多路换向阀实际上就是比例方向阀，能对进口和出口同时进行节流控制。

换向阀的节流使油液流经换向阀时造成能量损失，引起发热，使系统效率降低，严重时会造成阀不能正常工作。

尤其是当动臂下降时，是靠自重下降的，动臂下降很快，为了控制速度稳定，多路换向阀通过节流产生很大背压，来保持下降速度稳定。

第4章装载机设计4.1 装载机的用途、分类及发展概况4.1.1 装载机的用途装载机是一种用途十分广泛的工程机械，它不仅对散状物料可以进行铲装、搬运、卸载及平整作业，也可以进行轻度的铲掘工作，而且若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(见图4-l)。

因此，它被广泛应用于建筑、铁路、公路、水电、港口、矿山、农田基本建设及国防等工程中。

对减轻劳动强度，加快工程建设速度，提高工程质量、降低工程成本具有重要的作用，所以装载机在国内外不论是在品种或是在产量方面都得到迅速发展。

图4-1装载机可换工作装置4.1.2 装载机的分类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。

由于工程上使用最普遍的是单斗装载机，因此，本章只介绍单斗装载机。

单斗装载的型式很多，通常按下列几种方法进行分类：4.1.2.1 按发动机功率分装载机按发动机功率可分为小型、中型、大型和特大型四种。

小型：功率小于74千瓦；中型：功率74～147千瓦；大型：功率147～515千瓦；特大型：功率大于515千瓦。

4.1.2.2 按行走系结构分装载机按行走机构可分为轮胎式和履带式两种(见图4-2)。

1)轮胎式装载机：轮胎式装载机是以轮胎式专用底盘为基础，配置工作装置及其操纵系统而构成。

图4-2 轮胎式和履带式装载机简图a)轮胎式装载机b)履带式装载机轮胎式装载机按其车架结构型式又可分为铰接式装载机、整体式车架装载机两种(见图4-3)。

图4-3 轮胎式装载机转向方式简图a)铰接式转向b)前轮转向c)全轮转向d)差速转向（1）铰接式装载机：铰接式装载机的车架由前后两部分组成，中间用垂直铰销连接起来，故称为铰接式装载机（见图4-3a）。

铰接式装载机是通过一对连接前后车架上的转向油缸，通过左右油缸活塞杆的相反运动，以推动前车架相对后车架绕垂直铰销转动实现折腰转向的。

由于折腰度大(可达35°～45°)，所以转弯半径小。

装载机设计•变矩器与发动机的匹配•装载机的总体参数•装载机的稳定性•装载机工作装置的设计•装载机的使用太原科技大学连晋毅装载机的分类1.按使用场合，分为露天和井下两种。

2.按发动机的功率，分为小型、中型、大型和特大型；3.按传动形式，分为机械式、液力式、液压式和电动式；4.按车架形式，分为铰接式和整体式；5.按卸货方式，分为前卸式、回转式和后卸式。

6.按行走方式，分轮胎式和履带式7.按转向方式，分铰接转向式、后轮转向式、前轮转向式、全轮转向式、滑移转向式。

变矩器的选用1、装载机对变矩器的要求•能传递发动机的全部有效功率•变换性能要好B= K 0 i ηmax •效率要高、高效区要宽•对可透性有要求：在低、中传动比范围内可透性应小些，在高传动比时(尤其是接近l 时)，可透性大些。

•变矩系数应大些：λ大则可传递较大的转矩。

2、常用变矩器•双涡轮变矩器•综合式变矩器：变矩系数大(4.7)，且高效范围宽，用于装载机铲装作业时，具有低速、大牵引力，而在运输工况时，具有较高的车速。

另外，由于变矩器有两个涡轮，其变矩系数的曲线由两段不同斜率的曲线组成，因此，变矩器本身就相当于两档速度，可减少变速箱的档数，大大简化了变速箱的结构和操纵。

发动机与变矩器的匹配•匹配要求：（1）由发动机与变矩器共同工作输出的最大扭矩所决定的牵引力应大于由地面附着条件决定的附着力，即：（2）与变矩器最大输出功率对应的牵引力与行走机构额定滑转率决定的牵引力应相等，即：（3）平均最大作业阻力应等于装载机的额定牵引力，即：保护发动机不超载获得最大生产率提高功率利用率匹配方案的选择部分功率匹配全功率匹配全功率匹配•变速泵与变矩器工作，转向泵与工作装置泵空转；•力矩平衡：M ez=M e-Mg -M’Z-MC•目的：满足作业时插入力的要求；M’g=(0.03~0.05)M H(n e/n H)部分功率匹配•变速泵与变矩器与工作装置泵工作，转向泵空转；•力矩平衡：M’ez=M e-Mg-M’Z-MC•目的：预留一定功率以满足工作装置油泵的需要；Mg=103PQT/(2πn bηb)功率匹配的比较选择•采用全功率匹配，可得到较大的牵引力与插入力；•采用部分功率匹配，可在插入的同时转斗或提升，得到较快的速度与较高的生产率；•对于小型装载机，宜用全功率匹配；•对于大中型装载机，宜用部分功率匹配。