毕业设计任务指导书_WZ40-16挖掘装载机

机电学院毕业设计指导书

课题名称WZ40-16挖掘装载机挖掘工作装置的设计教学系、部、室车辆工程系

专业工程机械

指导教师崔国华

一、设计题目

WZ40-16挖掘装载机挖掘工作装置的设计

图1 WZ40-16挖掘装载机

二、设计参数

1.挖掘装载机基本结构

挖掘装载机具有装载、挖掘两种功能，俗称“两头忙”。根据GB10186-88(挖掘装载机术语),挖掘装载机(backhoe loader)定义为：一种机体前部装有装载装置，机体后部装有反铲挖掘装置的自行式机械。作为反铲挖掘使用时，是通过铲斗机械方向运动进行地平面以下的挖掘。作为装载机使用时，通过机体向前运动，装载斗进行装载或挖掘，并可提升、运料和卸料。

目前挖掘装载机的基本配置结构如下：

（1）车架：车架有整体式和铰接式两种，其中主流产品都是采用整体式车架，铰接式车架是在小型装载机的基础上改装的，仅有少数几家公司采用这一结构。铰接式车架最大缺陷是在挖掘作业时的刚性差。

（2）传动系统：主要采用液力机械传动。变速箱有同步换档变速箱和动力换档变速箱，档位一般是前四后四。液力变矩器带有动力换向装置，可在行进过程中改变行驶方向，装载时提高了作业的效率。驱动方式目前一般都有两种模式，即两轮驱动和四轮驱动，在公路上行驶采用两轮驱动，越野和装载作业时采用四轮驱动。

（3）液压系统：有两种主流配置：定量液压系统和变量液压系统。CASE 和JCB 等多数公司均采用定量液压系统，而CATERPILLAR和VOLVO则采用负荷敏感变量液压系统。变量系统可根据负载的大小调整泵的排量，因此降低了油耗，液压系统的发热量减小，但价格较高，对系统的清洁度要求很高；定量系统功率利用率较低，系统发热量大，但是价格便宜。

（4）工作装置：挖掘装载机的挖掘装置实质上是一组平面连杆机构，其结构特点是各部件均采用铰销连接，通过液压缸的伸缩运动来完成挖掘过程的各种作业动作。如图2所示，动臂C B F下铰点C与车架铰接，由动臂液压缸

L支撑并改变动

1

臂倾角，使动臂绕下铰点C转动，达到动臂的升或降。斗杆铰接在动臂上端F点，斗杆与动臂间的相对位置由斗杆缸

L控制。铲斗铰接在斗杆前端Q点，铲斗缸3L活

2

塞杆伸缩即可使铲斗绕斗杆端部伸缩。

图2 挖掘装置结构简图

2. 挖掘装载机及挖掘工作装置主要性能设计参数：

（1）整机重量：6500kg

（2）挖斗斗容：0.5m3

（3）最大挖掘高度：6100mm

（3）最大挖掘深度：3900mm

（4）最大挖掘半径：6000mm

（5）最大挖掘宽度：780mm 最大卸载高度：2850mm

（6）挖掘动臂转向角度：180°

（7）铲斗卸料时间：2.6s

（8）最大挖掘力：44.4KN

（9）爬坡能力：25°

（10）最大行驶速度：≤58km/h

（11）外形尺寸(长×宽×高）：8000×2000×2700mm

三、设计要求

挖掘装载机设计是由设计图纸和设计计算说明书两部分内容组成，具体要求：

1.挖掘装载机总装配图

总装图要完整地表示各部件的构造，体现每个零部件的位置、形状、尺寸、相互连接方法、运动关系及配合性质。结构设计要合理，图面清晰整洁，尺寸标注正确，符合国家标准；在图纸上，应注明主要轮廓、定位及配合尺寸；注出标准件、外购件和零部件的序号及明细表。

2.零件工作图

零件工作图是制造和检验零件的基本依据，应正确的表达出零件的形状、大小和构造。在图纸上完整准确的注出尺寸、公差、表面粗糙度及技术条件等，绘制零件图要符合有关标准。

3.设计计算说明书

主要包括以下几方面内容：

（1）挖掘装载机的类型、构造及性能特点；

（2）挖掘装载机整体设计

（3）挖掘装载机反铲挖掘装置的设计；

（4）基于AUTOCAD软件的挖掘装载机整机、挖掘装置及零部件的绘图；

（5）挖掘工作装置运动学仿真分析。

（6）参考文献

设计计算说明书是设计的主要依据，要有统一的规格和书写格式，论述要有条理，论据要充分。说明书中所用公式应注明引用的参考文献，并注明代号意义和单位。单位均采用国际单位制，计算结果应准确无误。

四、设计内容

1.挖掘装载机概况

挖掘装载机的类型、构造、性能特点及发展趋势介绍，挖掘装载机与挖掘机、装载机的比较。

2.挖掘装载机总体设计

3.挖掘装载机反铲挖掘装置的设计

（1）挖掘装载机工作装置的基本参数的选择与典型工况分析确定；

（2）挖掘装置受力计算、强度计算及销轴的强度验算；

（3）挖掘装置总体结构及主要零部件（动臂、铲斗、斗杆、销轴等）的设计。

4.挖掘装载机反铲挖掘装置的三维建模及仿真分析

（1）应用PRO\E软件等三维建模软件进行几何建模，对摇杆、拉臂、连杆、摇臂等关键部件进行建模，经装配建立如下图所示的工作装置三维模型；

图4 挖掘工作装置的三维模型

（2）应用ADMAS软件进行初步的运动学仿真分析

5.参考文献

底盘构造与设计；铲土运输机械；挖掘机设计；轮式装载机设计；工程机械构造；机械设计；机械制图；机械设计手册；GB9141—88单斗液压挖掘机设计标准。

五、挖掘装载机挖掘装置设计方法和步骤：

（1）熟悉题目，收集相关资料。要明确设计题目的内容和要求，细读指导书，查阅、收集与设计有关的技术资料，其中包括书籍、论文、设计图纸及参考图册等；要对所设计的挖掘装载机的用途、性能特点、主要参数、零部件的功用、结构组成等进行分析研究，力求做到理解、消化，进而在设计中有所创新。

（2）选择设计方案，进行反铲挖掘装置、主要零部件的计算，同时绘制布置图。在计算过程中，要边算、边画、边修改，即所谓“三边”设计。

（3）绘制装配草图。根据结构件初步选择和估算的尺寸，绘制装配草图。绘制草图时要充分注意零件、组件的结构工艺性及安装位置。

（4）主要零部件的验算。在主要零部件尺寸和位置确定后，零件的受力状态，力的大小、作用点和方向都可以确定。此时，便可对零件进行较为精确的验算。验算的内容可根据设计说明书的要求，确定验算零件与验算项目。

（5）修改和完成装配图。根据验算结果修改草图，经审查后确认无误，完成装配图。

（6）绘制零件工作图。绘制零件工作图要注意同装配图核对相关尺寸与公差配合，应协调统一。

（7）编写设计计算说明书。设计计算说明书的编写应在设计过程中进行，随时记录设计方案与数据，及时整理草稿，待图纸设计完成后，稍加整理即可完成说明书的编写任务。

六、可行方案的筛选方法提要

根据设计任务书中提供挖掘装载机的机型及其主要性能参数与结构尺寸，确定总体设计方案，进行设计计算。

七、已学过的相关理论知识提要以及与设计题目有关的新知识

本设计题目主要应用工程机械构造、工程机械底盘构造与设计、铲土运输机械、挖掘机设计、轮式装载机设计、机械设计、机械原理、机械制造工艺、机械制图、互换性与技术测量、理论力学等课程知识，与设计题目有关的新知识主要有挖掘装载机等方面相关知识。

八、指导方式和大致的进度安排