装载机

1. 装载机的起源
1929年第一台轮式装载机，（斗容0.753立方米、载重量680公斤）。这是较早的装载机。
采用门架式结构在这之前是用钢绳提斗式的装卸机具，这一时期的装载机结构特点是，发动
机前置，前轮小，后轮大，单桥驱动，前轮转向，门架式工作装置，用钢绳提臂翻斗，拖拉
机底盘，牵引力小，铲斗切入力小，作业速度底。

1947年,克拉克公司生产，用液压—连杆机构，取代了门架式结构，专用底盘，具备了
现代装载机的外形，提高了提升速度、卸载高度和掘起力，因而可用于铲装松散的土方和石
方，这是装载机发展过程中第一次重大突破。
1951年美国开始采用液力机械传动，同时车架结构采用三点支承，提高了车辆的越野
性和牵引性，这时期开始形成了系列化专业化生产。
50年代中传动系统的发展是关键性的10年，形成了柴油机——液力变矩器——动力换
档变速箱——双桥驱动，这是第二次重大突破。
60年代发展大型装载机并用于矿山。这时期采用铰接式装载机，是第三次重大突破。
铰接转向优点是：铲斗随前车架转向，可满足原地转向；与钢性车架比，一个作业循环内平
均行驶路程少51%，生产效率提高50%；转弯半径小，机动灵活，适用于狭窄场地作业。
七十年代至八十年代，这个时期装载机的结构朝向安全，操纵省力，维修方便，减少污
染，舒适等方面发展。
二十世纪末，主要在环保、安全、简化操作等方面发展，而不是追求单机效率，进入电
子化时期。

2. 国内装载机的发展情况

1964年成工开始试制国内第一台Z1-4装载机（履带后卸式）， Z420，2T（成工）和
Z435 3.5t（夏工）型液压装载机。同时研制了我国的回转式装载机Z4H2型 2t。
1978年，天工所根据机械部的要求，制订出以Z450为基型的我国轮式装载机系列标准。
制订标准时，保留用Z代表装载机，用L取代“4”代表轮式，改Z450为ZL50，就这样制
订出了以柳工ZL50型为基型的我国ZL轮式装载机系列标准，这是我国装载机发展鸣上的
重大转折点。该标准制订出来后按当时的行业分工，柳工、厦工制造ZL40以上的大中型轮
式装载机，成工、宜工制造ZL30以下的中小型轮式装载机，逐步形成了柳工、厦工、成工
和宜工当时的装载机四大骨干企业。

成功在70年代初开发了30A，属国际60年代技术水平。进入80年代消化吸收了美国
卡特、日本小松等先进技术，开发成功了我国第二代装载机产品。主要是增设了空调系统、
紧急制动系统、防滚翻及落物保护装置等。采用了全液压流量放大转向系统，单摇臂“Z”
型连杆机构作业装置，密封、减振、降噪的驾驶室，密封式销套结构等。还少量出现了液压
先导操纵及电子监控系统。
我国第四代轮式装载机的研制中，都以CAT公司F、E系列为蓝本。广泛采用新技术新
结构，都装有负荷传感系统、流量放大转向系统和先导系统等，减少了系统损失，提高了效
率，既节能又省力。

3.装载机的发展趋势
3.1 新产品不断推出近年来，轮式装载机以围绕提高率、降低成 本为核心，继续向大型化、
微型化发展，不断推出 新产品，加速更新换代。
3.2 计算机控制的发动机管理系统和故障诊断、监控和探望系统。
3.3 电子自动换挡变速控制系统和负载感应变速控制系统。
3.4 动臂及工作装置结构的优化。
3.5 司机辅助操作系统、直观控制系统和进一步改善驾驶室内环境。
4.装载机的分类
4.1 按行走方式分类：分为轮胎式装载机，履带式装载机
4.2 按动力传递方法不同：分为液力传动和液压传动、机械传动装载机。
4.3 按卸料方式不同：装载机分为前卸式、回转式、侧卸式和后卸式等几种，目前国内外
生产的装载机大部分是前卸式结构；前卸式装载机工作装置在前面铲装和卸料。
4.4 装载机按发动机功率可分为小型、中型、大型和特大型四种。发动机功率小于74千瓦
的为小型装载机，发动机功率在74至147千瓦的为中型装载机，发动机功率在147
至515千瓦的为大型装载机，发动机功率大于515千瓦的为特大型装载机。
4.5 装载机按额定载重量可分为小型、轻型、中型、重型四种。装载机额定载重量小于1
吨的为小型，装载机额定载重量在1至3吨的为轻型，装载机额定载重量在4至8吨
的为中型，装载机额定载重量在8吨以上的为重型。

5.装载机各主要部件及其功能
5.1 电气系统：包括电源部分和用电部分。主要有蓄电池、发电机、起动电动机、点火装
置、照明装置和喇叭等。
5.2 工作装置：包括叉架、内外门架、货叉、提升链条、滚轮、滑轮等部分。其作用是用
来叉取、升降或堆码货物。
5.3 发动机：它是装载机的动力装置，是将热能转换为机械能的机械。发动机产生的动力
由曲轴输出，并通过传动装置驱动装载机行驶或驱动液压泵工作，完成堆码货物、叉
取等作业。
5.4 传动装置：包括离合器、主传动器、差速器、半轴等部分。传动装置的作用是将发动
机输出的动力传递给液压泵和驱动车轮，实现装载机的升降，倾斜和行驶。
5.5 操纵装置：包括转向机构和制动系统两部分。基本作用是改变降低运行速度或迅速停
车，装载机的行使方向，以保证装卸作业的安全需要。
5.6 液压系统：包括油箱、液压泵、分配器、提升液压缸、倾斜液压缸。用以实现货物的
升降、倾斜等动作。

6.装载机铲掘作业目前存在的问题
我国装载机行业起步较晚，目前国内生产的装载机在控制方面存在着较多的不足。例
如软轴操纵多路阀，这种操纵方式操纵力大，作业效率不高，装载机工作装置的装配调整速
度较慢；近年来手动液压先到控制多路阀在少数装载机上被采用，使工作装置的操纵力大为
降低，缺点是这种操作方式仍然需要很多较长的液压管路连接手动先导阀与液控多路阀；目
前，世界上许多国家生产的装载机已经实现了遥控作业，并且已经进入了实用化阶段；而国
内生产的装载机距国外水平还有很大差距。
由于装载机作业对象复杂多变，作业环境十分恶劣，仅靠人的经验、感觉和技术来操
纵机械将大大影响工程机械技术的进度，也无法使人从复杂、繁重的操纵劳动中解放出来。
为提高装载机工作装置操纵控制的智能化，使工作装置不但可以近距离操纵，还可以实现远
程控制，以适应特殊工作状况的要求。
7.研究的内容
为了克服装载机手动铲掘作业的不足之处，实现减小作业阻力，降低能耗，提高作业效
率的目的，对装载机进行分析。
利用Solidworks软件对装载机工作装置进行三维建模，用三维仿真模型实现规定的铲
斗运动轨迹，来验证工作装置运动学模型的正确性。
采用模糊自整定PID参数法设计了装载机工作装置的位置控制器，运用基于Matlab中
的模糊工具箱，在Matlab/Simulink环境下对装载机工作装置的液压控制系统的数学模型进
行仿真研究。