（毕业设计全套）ZL15型轮式装载机工作装置设计（打包下载）

对于选定的结构形式，在满足上述条件下可以有各种各样的构件尺寸及铰接点位置。

通过多种方案的比较，选出最佳构件的尺寸及铰接点位置，使所设计的工作装置不仅满足使用要求，而且具有较高的技术经济指标。

目前，在实际设计工作中，参考同类样机结构，采用比较法设计。

下面以连杆式的工作装置为例来进行分析。

三．机构分析反转六杆工作机构由转斗机构和动臂举升机构组成转斗油缸，摇臂连杆铲斗动臂机架六个构件组成，由于和转向相反，所以此机构称为反转六杆机构。

举升机构主要由举臂油缸和动臂构成，若将整个反转机构放置在直角坐标系中，只要确定出九个铰链点和的位置就可求得工作机构连杆系统中个构件的尺寸参数值。

寸参数的图解图解法是在初步确定了最大卸载高，最小卸载距离，卸载角等参数后进行的。

动臂与铲斗，摇臂，机架的三个铰链点的确定．定坐标系先在坐标纸上选取直角坐标系，并选定长度比例．画铲斗图把已画好的铲斗横截面外廓图按比例画在坐标里，斗尖对准点，与轴成度的前倾角。

此时铲斗插入料堆的位置工矿。

．确定动臂与铲斗的铰链点由于点的坐标值越小转斗铲取力就越大，点的坐标值般取反转六杆工作机构简图．定动臂与机架的铵接点以为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗口与轴平行为止。

即工矿，值为轮胎选标准系列外直径为，根据最大卸载高度和最小卸载距离和卸载角画出工矿Ⅳ，点位置为。

以点为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与轴平行，即得铲斗被举升到最高位，即工况图。

连接和，作的垂直平分线，点必在垂直平分线上，且点取在前轮的右上方，与前轴心水平距离为轴距的处。

．确定动臂与摇臂的铰接点点位置是个十分关键的参数。

它对连杆机构的传动比，倍力系数，连杆机构的布置以及转斗油缸的长度等都有很大影响。

般点在连线的上方，过点水平线下方，相对于前轮外廓，点在其左上方。

二连杆与铲斗和摇臂两个铰接点﹑的确定确定﹑两点时，既要考虑对机构运动学的要求，如必须保证铲斗在各工矿时的转角又要注意动力学的要求，如铲斗在铲装物料时输出较大的力，同时还要考虑各种机构运动被破坏的现象。

．按双摇杆条件设计四杆机构，并令杆为最短杆，为最长杆，即必有若令并将上式两边同时除以得下式初步设计时，上式可在下列值内选取因为值已经由确定，所以可求得三值。

这两点位移的确定要综合考虑如下四点要求点不可与前桥相碰，并有足够的最小离地高度工况时，使杆尽处与杆垂直，这样可获得较大的传动角和倍力系放工况时，与两杆的夹角必须小于度，即传动角不能小于度，以免机构运动时发生自铡工况时，与杆的传动角也必须大于度。

具体作法有两种初选点法如图所示，铲斗取工况。

以点为圆。

以为半径画弧人为地初选点，使其落在点右下方的弧段上再分别以点和点为圆心，以和分别为半径画弧，得交点，即为。

图解法分别以点和点为圆心，和分别为半径画弧，其交点为再分别以和点为圆心，和为半径画弧，则其交点必为。

如下图所示若上述所得和点均满足要求则罢，否则，可调整长度，重新作图，直至满意为止。

但是，同时满足上述四点要求是不易的，尤其若保证上是很难的，所以，设计时，般使不小于即可。

．为了防止机构出现“死点”“自锁”或“撕裂”设计时还应满足下列不等式工况时十工况肘十三转斗油缸与摇臂和机架的铰链点和的确定.确定点从力传动效果出发，显然使摇臂段长些有利，那样可以增大转斗油缸的作用力臂，使攫取力相应的增加。

但增加段，必将减小铲斗与摇臂的转角比，造成铲斗转角难以满足各工矿的要求，并且使转斗油缸行程过长。

因此初步设计取点般取在左上方，与夹角可取，并使工矿时摇臂与转斗油缸趋近垂直，点运动不得与铲斗干扰。

．确定点转斗油缸与机架的铰链点的确定，是依据工矿Ⅱ举升到工矿Ⅲ过程为平动，由工矿Ⅳ到工矿Ⅰ时为启动放平这两大要求来确定的。

当以上铰链点确定下来后，则铲斗在各工矿的位置也唯的被确定下来。

因为铲斗油缸由工矿Ⅱ举升到Ⅲ或由Ⅳ放到工矿Ⅰ的过程中，转斗油缸的长度均分别保持不变，所以点必为和点连线的垂直平分线与和连线的垂直平分线的交点。

四升油缸与动臂和机架的铰接点及的确定举升油缸布置应本着工作力矩大油缸稳定性好构件互不干扰整机稳定性好的原则来确定。

般点选在连线上方，并取。

不能取太大，它受到油缸行程的限制。

点尽量与地保持最小高度，并且望前桥方向靠是比较有利的，这样举升工作力臂大小变化比较小。

四．动臂形状的选择动臂按其纵向中心线形状分为直线型与曲线型两种。

前者结构简单，腹板变形小，重量轻，而且动臂的受力情况好。

后者可使工作装置布置更为合理。

动臂的断面尺寸由强度分析决定，为减轻工作装置重量，通常按等强度梁设计动臂断面尺寸。

动臂断面的结构形式有单板式双板式和箱体式三种。

大型装载机的动臂多采用双板式或箱体式结构。

因为这种动臂形式能较好的改善动臂的受力情况，消除了单板式动臂因摇臂支撑力作用使动臂承受附加扭矩的影响。

此工作装置是型装载机的工作装置，固采用双板式曲线型结构，其具体参数见上述所示。

.工作装置强度计算．计算位置分析装载机插入料堆铲起提升卸载等作业过程可知，装载机在铲掘物料时，工作装置的受力最大，所以取铲斗斗底与地面的前倾角度时的铲取位置作为计算位置，且假定外载荷作用在铲斗的切削刃上。

二．外载荷的确定由于物料种类和作业条件的不同，装载机实际作业不可能使铲斗切削刃均匀的受力，可将其转化为两种情况.认为载荷沿切削刃中部的集中载荷来代替均布载荷，称为对称受载的情况.由于铲斗偏铲，料堆密实程度不同，使载荷偏于铲斗侧。

形成偏载情况，通常将其简化后的集中载荷加在铲斗侧边第斗齿上。

装载机的铲掘过程通常分为如下三种受力情况铲斗水平插入料堆，工作装置油缸闭锁，此时认为切削刃只受到水平力的作用。

铲斗水平插入料堆后，翻转铲斗靠转斗油缸工作或提升动臂依靠动臂油缸工作铲掘时，认为切削刃只受到垂直力的作用。

铲斗边插入边转斗或边提臂铲掘时，认为水平力与垂直力同时作用在铲斗切削刃上。

综合上述分析，可以得到以下六种工作装置的典型结构和工矿．水平力的作用工况水平力即插入力阻力的大小由装载机的牵引力决定，起水平力的最大值为式中装载机空载时的最大牵引力插入力．垂直力的作用工况垂直力即铲取阻力的大小受装载机的纵向稳定条件限制，其最大值为式中装载机空载是的自重装载机重心到前轮与地面接触点的距离垂直力的作用点到前轮与地面接触点的距离．对称水平力与垂直力同时作用的工况此时垂直力由上式给出，水平力取发动机扣除工作油泵功率后，装载机所能发出的牵引力。

．偏载的作用工况。

．受垂直力偏载的作用工况，垂直力大小与工况相同。

．受水平偏载与垂直偏载同时作用的工况，水平力与垂直力的大小与工况Ⅲ相同。

三．工作装置受力分析在确定了计算位置及外载荷的大小后，可进行工作装置的受力分析。

在对称受载的工况下，由于工作装置是个对称结构，固两动臂受的载荷相等。

同时略去铲斗及支撑横梁对动臂与受力与变形的影响，则可取工作装置则侧进行分析，其上作用的载荷取相应工况外载荷的半进行分析计算，即在偏载的工况中，近似地用求简支梁支反力的方法，求出分配于左右动臂平面内的等效力与由于所以只求，在工作装置中，认为动臂轴线与连杆摇臂轴线处于同平面内，则所有的作用力都通过构件铲斗除外断面的弯曲中心，即略去的由于安装铰座而产生的附加扭转，从而可以用轴线折线或曲线来代替实际构件。

通过上面的分析与假设，就能将工作装置这样个空间超静定结构简化为平面问题进行受力分析。

工作装置的受力分析，就是根据上述工况下作用在铲斗的外力，用解析法或作图法求出对应工况下工作装置各构件的内力。

下面以工况Ⅲ为例进行分析，其它工况与此类同。

取铲斗为脱离体，根据平衡原理，分析铲斗的受力由所以由所以由所以所示，取连扦为脱离体，根据平衡原理，作用于连扦两端的力大小相等，方向相反，即所以工作装置受力分析由所以所以由图示受力分析可知，连杆此时受拉。

如图所示，取摇臂为脱离体，根据平衡原理，分析摇臂的受力由所以由所以所以四．动臂强度校核根据计算工况及受力分析，即可按强度理论对工作装置主要构件进行强度校核。

．动臂动臂可看成是支撑在车架点和动臂油缸上铰点点的双支点悬梁臂，其危险断面在点附近，在此断面上作用有弯曲应力和正应力式中计算断面的截面积计算断面上的弯矩计算断面上的轴向力计算断面的抗弯断面系数。

对于点的断面将式和代入得同理，计算得点的断面的应力．摇臂摇臂的受力分析，如图所示，弯曲应力和正应力，计算法和动臂相同。

．铰销其危险断面在支座点附近，装载机工作装置铰销的般结构形式及受力情况，如图所示。

目前国内外对工程机械工作装置备销轴的强度计算都采用下面的计算公式销轴的弯曲应力千克厘米式中销轴的弯曲应力计算载荷，为铰点所受载荷之半销轴弯曲强度计算的计算长度销轴的抗弯断面系数取销轴直径为为例销轴支座的挤压应力.千克厘米销轴套的挤压应力式中为轴套的支承长度．连杆装载机在作业过程中，连杆有时受拉，有时受压，需要同时进行强度计算及压杆稳定验算。

其计算根据工程力学中所讲的方法进行。

强度计算中所用的许用应力可按下式选取千克厘米材料的屈服极限。

国内装载机工作装置的动臂常用钢，其千克厘米摇臂材料为号钢，千克厘米安全系数，设计手册规定由于工程机械工作繁重，条件恶劣，并考虑到计算上的误差，通常.。

.装载机工作装置中油缸作用力的确定目前大多数装载机的工作装置只有两种油缸动臂油缸和转斗油缸。

推压变幅油缸则采用较少。

动臂油缸与转斗油缸的作用力有两种情况油缸推动机构运动时的作用力为主动作用力简称工作力或作用力，其最大值取决于液压系统的工作压力和油缸直径活塞作用面积工作装置工作时作用于闭锁状态的油缸上的作用力为被动作用力，其最大值取决于液压系统的过载阀压力值和承载活塞面积。

如工作装置的动臂油缸不动，靠转斗油缸转动铲斗而进行铲掘作业时，则转斗油缸所产生的作用力为主动作用力，动臂油位所承受的作用力为被动作用力。

当油缸最大被动作用力大于外裁荷的作用力时，油缸无回缩现象，否则因过载阀打开而溢流，使油缸发生回缩。

．油缸作用力的分析与确定是装载机设计中的重要内容之。

分析装载机的工作情况可知，为保证装载机正常而有效地工作，油缸作用力应能保证装载机工作时发挥最大的铲起力，使铲斗装满，同时动臂油缸的作用力还应保证把满斗的物科提升到所需的卸载高度与卸载距离。

所以最大铲起力是确定油随作用力的依据。

确定了工作装置油缸作用力和可能产生的被动作用力后，便可按选定的液压系统的工作压力设计油随所需之缸径，并选定过载阀之压力。

至于油缸行程，如前所述，它由工作装置结构方案决定。

工作装置的结构方案，也影响各油缸在主动和被动状态下的作用力，所以确定油缸作用力要在工作装置的结构方案构件尺寸与铰接点位