装载机铲斗几何尺寸的新计算方法

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。

装载机铲斗几何形状参数的优化设计关键词：装载机，铲斗，几何形状，尺寸参数，优化设计轮式装载机的工作装置主要由动臂、铲斗、摇臂、连杆等机构组成，工作装置的结构和性能直接影响装载机的动力性与运动特性；铲斗是工作装置的重要工作部件，其几何形状和尺寸参数对插入阻力、铲取阻力、转斗阻力和生产率有着很大的影响，为保证铲斗在一次装载过程中具有较高的装满系数，达到装满卸净，并且减小工作阻力，为此要求铲斗结构形状和尺寸参数必须符合一定的设计规范。

装载机铲斗的动力性主要体现在铲斗下铰接点位置的确定，铲斗下铰接点与切削刃的距离定义为铲斗的回转半径Rr，因此在铲斗几何形状设计过程中，以铲斗的回转半径为主参数，以铲斗的截面各几何形状参数和铲斗下铰接点的位置参数作为回转半径Rr的函数。

铲斗的斗容量分为平装斗容和堆装斗容，额定斗容量是指堆装斗容，并且斗容量已经实现系列化，本优化设计软件可以实现任意斗容量的优化设计。

铲斗的斗容量由铲斗的截面形状和内侧宽度B0决定，而铲斗的宽度一般比两轮胎外侧之间距离长100mm左右，以保护轮胎不受损害，因此铲斗内侧宽度是一个相对固定值，设计时一般根据实际需要预先给出一个具体数值，因而铲斗的设计主要是铲斗的截面几何形状参数的确定。

图1是装载机铲斗截面几何形状参数优化设计简图：铲斗的截面几何形状由铲斗底板长度ld、半径为r的圆弧段、后板长度le及底板与后板之间的张开角度x5四个参数确定；铲斗的平装斗容由底板、底圆弧、后板围成的U形面积CAFNC确定，堆装斗容由三角形面积CNEC确定，其中E点为堆装顶点，堆装斜度1：2。

图中B点为铲斗与动臂铰接的下铰接点，也是铲斗的回转中心，C点为斗刃，BC两点距离即是铲斗的回转半径Rr；铲斗设计时定义铲斗回转半径Rr为基本参数，斗底圆弧半径r、斗底长度Loc、后壁长度Lon则作为回转半径Rr的函数；铲斗的回转半径Rr小，则铲斗转斗时力臂小，相同的掘起力矩下可增加作用在斗刃上的掘起力，yb是铲斗的下铰接点与底板ld的距离，yb数值小，有利于作业时的铲入，减少插入阻力。

三、工作装置各部分的基本尺寸计算和验证反铲装置的合理设计问题至今尚未理想地解决。

以往多按经验，采取统计和作周试凑的方法，现在则尽可能采用数解分析方法。

液压挖掘机基本参数是表示和衡量挖掘机性能的重要指标，本文主要计算和验证铲斗、动臂、斗杆的尺寸。

(一)反铲装置总体方案的选择反铲装量总体方案的选择包括以下方面：1、动臂及动臂液压缸的布置确定用组合式或整体式动臂，以及组合式动臂的组合方式或整体式动臂的形状动臂液压缸的布置为悬挂式或是下置式。

2、斗杆及斗杆液压缸的布置确定用整体式或组合式斗扦，以及组合式斗杆的组合方式或整体式斗扦是否采用变铰点调节。

3、确定动臂与斗杆的长度比，即特性参数K1 l1 l2 。

对于一定的工作尺寸而言，动臂与斗杆之间的长度比可在很大范围内选择。

—般当K1> 2时(有的反铲取K1>3)称为长动臂短斗杆方案，当K1<1.5 时属于短动比长斗杆力案。

K1在1.5~2 之间称为中间比例方案。

要求适用性较强而又无配套替换构件或可调结构的反铲常取中间比例方案。

4、确定配套铲斗的种类、斗容量及其主参数，并考虑铲斗连杆机构传动比是否需要调节。

5、根据液压系统工作压力、流量、系统回路供油方式、工厂制造条件等确定各液压缸缸数、缸径、全伸长度与全纳长度之比λ。

考虑到结构尺寸、运动余量、稳定性和构件运动幅度等因素一般取λ1＝1.6~1.7。

取λ2＝1.6~1.7；λ3＝1.5~1.7。

(二)斗形主要参数的确定当铲斗容量q 一定时，挖掘转角2 ，挖掘半径R和平均斗宽B 之间存在一定的关系，即具有尺寸R和B 的铲斗转过2 角度所切下的土壤刚好装满铲斗，于是斗容量可按下式计12q R2B(2 sin2 )K s算：2(4.1)式中：K s ——土壤松散系数。

(取K s 1.25 )一般取: (1.0~1.4) 3q (4.2)R的取值范围：(1.3~1.6) 3q (4.3)式中：q ——铲斗容量，m3；B ——铲斗平均宽度，m。

摘要装载机属于铲土运输机械类是工程机械的主要机种之一，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机械。

它广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门等工程建设中。

装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，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。

装载机根据不同的使用要求，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；按行走系统结构不同，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。

此次设计针对的是ZL50装载机铲斗的设计，根据铲斗的铲斗设计要求和铲斗斗型的结构的分析来确定切削刃的形状，铲斗的斗齿，铲斗的侧刃，斗体形状，铲斗的具体参数数据，铲斗容量等。

这次设计可以说是一次的尝试。

由于本人设计水平有限，设计过程中难免会存在一些考虑不周之处，敬请各位老师批评指正。

关键词：工程机械，装载机，铲斗ABSTRACTLoader belong to shovel transport machinery is one of the main model of engineering machinery, is a kind of through the installed in front of a complete bucket support structure and connecting rod, with machine move forward for loading or mining, and ascension, transport and unloading of self-propelled machinery. It is widely used in construction, mining, water and electricity, Bridges, railways, highways, ports, docks sectors of the national economy such as engineering construction. Loader has operation speed, high efficiency, good maneuverability, convenient operation, etc., and to speed up the construction speed, reduce labor intensity, improve the engineering quality, reduce the cost for the project are play an important role. Loader according to different application requirements, development formed different structure types. Usually, according to the using situation is different, divided into open with loader and underground with loader; According to the running system structure is different, divided into wheel loader and crawler loader; According to the discharge different ways, divided into before discharge type (front type) and after discharge type and rotary loader.This design is aimed at ZL50 loader bucket design, according to the bucket bucket design requirements and shovel bucket type structure analysis to determine the shape of the cutting edge, the bucket bucket tooth, the bucket side blade, bucket body shape, bucket specific parameter data, bucket capacity, etc. The design can be said to be a try. Because I design level is limited, the design process will inevitably there are some consideration not place, please join the teacher criticism and corrections.KEYWORDS: engineering machinery, loader, bucket目录摘要 (1)1. 装载机的概述 (4)1.1 装载机的概述 (4)1.2 装载机的工作原理 (4)1.3 装载机的主要技术性能参数 (4)1.4 装载机的结构型式 (5)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)2.3 铲斗基本参数的确定 (9)2.3.1. 铲斗宽度 (9)2.3.2. 铲斗回传半径R0 (10)2.3.3. 铲斗的断面形状参数 (12)2.3.4. 斗容的计算 (13)2.3.5. 斗齿的设计 (15)2.3.6. 铲斗的受力分析 (15)3.结论 (21)4.参考文献 (22)1 装载机的概述1.1装载机的概述装载机是以轮胎式或履带式拖拉机为基础车，安装上铲斗作为工作装置的一种土方工程机械。

铲车斗容量的计算方法
铲车斗容量的计算方法可以根据铲车的类型和型号有所不同。

一般而言，铲车斗容量是指铲车铲斗内的空间大小，通常以立方米为单位。

在计算铲车斗容量时，需要考虑以下因素:
1. 铲车型号：不同型号的铲车斗容量不同。

2. 铲车斗形状：铲车斗的形状通常为矩形或圆形，不同形状的铲车斗容量也不同。

3. 铲车操作方式：铲车的操作方式也会影响铲车斗容量的大小。

例如，如果铲车使用的是堆装动作，则铲车斗容量会大于使用翻斗动作时的容量。

4. 铲车使用场景：不同的使用场景也会影响铲车斗容量的大小。

例如，在装载重物时，铲车斗容量需要更大。

根据以上因素，可以通过以下公式计算铲车斗容量:
铲车斗容量 = 铲车斗长度×铲车斗宽度×铲车斗高度
其中，铲车斗长度、宽度和高度是指铲车斗的外部尺寸，单位为立方米。

需要注意的是，铲车斗容量只是一个大致的指标，实际装载能力还会受到其他因素的影响，例如货物的形状、密度和重量等。

一.《工程机械》课程设计题目试设计装载机反转连杆机构工作装置.已知该工作装置额定载重量Q=3t,卸载高度H=2.7m,,铲斗宽度B=2.3m,斗四连杆机构地尺寸参数为K= 0.98,,a/d=0.3～0.45,c/d=0.50～0.60,上下摇臂为直线型,动臂按曲线型结构考虑,其转角δ=90°,λg=1.4～1.5,λz=1.1～1.2, λk=0.12～0.14, λr=0.35～0.4,γ=48～52゜,γ1=5～10゜要求：编写详细设计计算书（包括上机编程）绘制机构运动轨迹简图（2﹟图）用CAD绘制工作装置装配总图（1﹟图）绘制铲斗部件结构图（2﹟图）二.装载机用途：装载机是一种作业效率高,用途广泛地工程机械,它不仅对松散地堆积物料进行装.运.卸作业,还可对岩石.硬土进行轻度铲掘作业,并能用来清理.刮平场地及牵引作业.如换装相应地工作装置,还可完成推土.挖土.松土.起重,以及装载棒料等作业.装载机工作装置应满足下列要求：1．铲斗地运动轨迹符合作业要求,即要满足铲掘,装载地要求.希望铲掘力大,斗易于装满料,并要求动臂在提升过程中,铲斗应保持接近平移地运动,以免斗中物料撒落.2．要满足卸载高度和距离地要求,并保证动臂在任何都能卸净铲斗中地物料.3．在满足作业要求地前提下,工作装置结构简单,自重轻,受力合理,强度高.4．应保证驾驶员具有良好地工作条件,确保工作安全,视野良好,操作简单和维修方便.三.铲斗设计铲斗是铲装物料地工具,它地斗型与结构是否合理,直接影响装载机地生产率.在设计工作装置连杆结构之前,首先要确定铲斗地几何形状和尺寸,因为它与连杆机构地设计有密切联系.设计铲斗首先要具有合理地斗型,以减少切削和装料阻力,提高作业生产率,其次是在保证铲斗具有足够强度和刚度地前提下,尽量减少自重,同时也应考虑到更换工作装置和修复易换零件（切削刃.斗点）地方便.普通铲斗地构造：图（a）直刀刃铲斗；（b）v行刀刃铲斗；（c）带斗齿铲斗（d）v形刀刃带斗齿铲斗（a ）是一个焊接结构地铲斗,底板上地主切削刃1和侧板上侧刀刃2均由耐磨材料制成；在铲斗地上方有挡板3把斗后臂加高,以防止斗举高时物料向后撒落.斗底上镶有耐磨材料制成地护壁4,以保护斗底,并加强斗地刚度.直线刀刃适于装载轻质和松散小颗粒物料,并可利用刀刃刮平,清理场地工地；v行刀刃铲斗便于插入料堆,有利于改善作业装Q=3tH=2.7mB=2.3mK= 0.98a/d=0.3～0.45 c/d=0.50～0.60 r=18KN/mV=1.67mλ=1.41λ=1.15λ=0.13λ=0.36γ=9°γ=52°R=1.2mL=1.692mL=1.38mL=0.156mr=0.432mx=0.886ml=0.806mh=0.494mb=1.423mh =0.144ma=0.156mb=1.423mS=0.706㎡V=1.601㎡c=0.54mV=1.948mδ=90°△=0.1Hmax=2.775m G==10.201tL=6.036mh=0.144mφ=6.892ºγ=52°x1==1.025mb=3.656mβ=6.696°A1A2=3.681m OA1=2.73ma/d=0.35c/d=0.59ωmax=190°φmax=164°置地偏载,适宜于铲装较紧密物料.由于其刀刃突出,影响卸载高度.图1 带分体式斗齿铲斗a) 装有分体式斗齿地铲斗 b) 分体式斗齿1.齿尖2.基本齿3.固定销4.切削刃铲斗地截面形状如上图所示,它地基本形状由一段圆弧.两段直线所地斗地圆弧半径r,张开角,后臂高h和底臂长l等四个参数确定地圆弧半径r越大,物料进入铲斗地流动性好,有利于减少物料装入内地阻力,卸料快而干净,但r过大,斗地开口大,不易装满,且铲斗外形较高,影响驾驶员观察铲斗刃地工作情况.2.铲斗地断面形状和基本参数地确定铲斗地断面形状由斗地圆弧半径r,张开角,后臂高h和底臂长l等四个参数确定如图图2 铲斗截面地基本参数根据上图铲斗截面地基本参数已知该工作装置额定载重量Q=3t 根据土壤地自然重度公式,取r=18KN/m,得V=mg/r=30/18=1.67m(15KN/m<r<20KN/m)在应用中采用平装斗容来计算铲斗地截面面积地基本参数,铲斗地横截面积：S=R｛［0.5λ（λ＋λcosγ）sinγ］－λ［ctgγ/2－0.5π（1－γ/180）］｝铲斗地几何容积V=铲斗地横截面积S×铲斗宽B,则可建立下式：式中V―――平装斗容量图2—24所示阴影面积由设计给定B―――铲斗地净宽度λ――铲斗斗底长度系数,λ=L/Rλ――后斗壁长度,λ=L/RL――后斗壁长度,是指由后斗壁上缘至斗壁与斗底延长线相交点地距离λ――挡板高度系数,λ=L/RL――挡板高度λ――圆弧半径系数,λ=r/Rγ―――斗底与后斗壁间地夹角,又称斗张开角γ―――挡板与后斗壁地夹角根据已知条件取合适地值:取λ=1.41。

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°。

50装载机尺寸参数50装载机是一种常见的工程机械，广泛应用于建筑、矿山、港口等领域。

它的尺寸参数对于使用者来说非常重要，因为它直接关系到机器的适用性和操作性。

下面我们就来详细了解一下50装载机的尺寸参数。

1.整机尺寸50装载机的整机尺寸是指机器的长、宽、高。

一般来说，整机尺寸越大，机器的工作能力就越强。

50装载机的整机尺寸为：长×宽×高=7200×2450×3200mm。

这个尺寸对于大型工程项目来说非常适用，可以满足大量物料的装载和搬运需求。

2.轮胎尺寸50装载机的轮胎尺寸是指轮胎的直径、宽度和轮距。

轮胎是机器的重要组成部分，直接关系到机器的行驶性能和稳定性。

50装载机的轮胎尺寸为：23.5-25，轮距为2000mm。

这个尺寸可以保证机器在不同地形下的行驶稳定性和承载能力。

3.铲斗尺寸50装载机的铲斗尺寸是指铲斗的宽度、深度和容积。

铲斗是机器的主要工作部件，直接关系到机器的装载能力和效率。

50装载机的铲斗尺寸为：宽度为3200mm，深度为1400mm，容积为3.0m³。

这个尺寸可以满足大量物料的装载和搬运需求，提高机器的工作效率。

4.自重和额定载重50装载机的自重和额定载重是指机器本身的重量和机器可以承载的最大重量。

自重和额定载重是机器的重要参数，直接关系到机器的适用性和安全性。

50装载机的自重为16.5t，额定载重为5t。

这个参数可以满足大多数工程项目的需求，同时保证机器的安全性和稳定性。

5.最大卸载高度和卸载距离50装载机的最大卸载高度和卸载距离是指机器可以将物料卸载到的最高高度和最远距离。

这个参数对于需要将物料卸载到高处或远处的工程项目来说非常重要。

50装载机的最大卸载高度为3200mm，卸载距离为1100mm。

这个参数可以满足大多数工程项目的需求，同时提高机器的工作效率。

50装载机的尺寸参数是机器的重要组成部分，直接关系到机器的适用性和操作性。

铲车铲子体积计算公式铲车是一种用于搬运和装卸货物的机械设备，它通常配备有铲子来进行装载和卸载货物。

铲子的体积是一个重要的参数，它决定了铲车一次可以装载多少货物，也直接影响了铲车的工作效率。

铲子的体积计算公式是一个关键的工程计算问题，它需要考虑到铲子的形状、尺寸和容积等因素。

在本文中，我们将介绍铲子体积计算的基本原理和公式，并且讨论一些与铲子体积相关的工程应用。

铲子的形状通常是一个梯形或者矩形，其体积可以通过以下公式来计算：V = A L。

其中，V表示铲子的体积，A表示铲子底部的面积，L表示铲子的长度。

这个公式的推导可以通过对铲子进行离散化处理，将其分解为多个小立方体，然后对这些小立方体的体积进行求和来得到。

对于一个梯形形状的铲子，其底部面积可以通过以下公式来计算：A = (a + b) h / 2。

其中，a和b分别表示梯形的上底和下底的长度，h表示梯形的高度。

通过将这个公式代入到铲子体积的计算公式中，我们可以得到一个完整的梯形铲子体积计算公式：V = (a + b) h L / 2。

这个公式可以用来计算梯形铲子的体积，从而帮助工程师和设计师来进行铲子的尺寸设计和选择。

除了梯形铲子，铲车上还常常使用矩形铲子。

矩形铲子的体积计算公式更加简单，可以直接使用以下公式来计算：V = A L。

其中，A表示矩形铲子的底部面积，L表示矩形铲子的长度。

这个公式可以用来计算矩形铲子的体积，从而帮助工程师和设计师来进行铲子的尺寸设计和选择。

铲子的体积计算公式在工程实践中有着广泛的应用。

首先，它可以帮助工程师和设计师来进行铲子的尺寸设计和选择。

通过计算铲子的体积，他们可以确定铲子的合适尺寸，从而满足具体的搬运和装卸需求。

其次，铲子的体积计算公式还可以用来进行铲子的性能评估。

通过计算铲子的体积，工程师可以评估铲子的装载能力和工作效率，从而为铲车的设计和使用提供重要的参考依据。

此外，铲子的体积计算公式还可以用来进行铲子的优化设计。