装载机设计

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
-M
g -M’
Z
-M
C
•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-M
g
-
M’
Z
-M
C
•目的：预留一定功率以满足工作装置油泵的需要；
M
g
=103PQ
T
/(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。

实际工作区域应在阴影范围内；
变矩器的有效直径应满足：
D1 < D < D2
装载机的构造
装载机的总体构造是由发动机1、传动系统2、行走装置3、工作装置4、操纵系统5和机架6、驾驶室7等部分组成。

整体式车架铰接式车架
传动型式的选择
铰接式转向
全轮转向
滑移式转向
装载机的总体参数
•额定载重量
•最大载重量
•倾翻载荷
掘起力P Z =（1.8-2.3）
Q H P x = P k = P φ
确定总体参数的经验公式
•发动机飞轮功率（马力）
•装载机自重（吨）
•最大卸载高度（m）
•最小转向半径（m）
•装载机全长（m）
•装载机全宽（m）
•装载机高度（m）
Q为额定
载重量
装载机的总体布置
•发动机与传动系的布置
•车架铰销的布置
•摆动桥的布置
•工作装置的布置
动臂与车架铰点A、动臂油缸与车架铰点M、动臂油缸滑塞杆与动臂铰点H
•驾驶室的布置
•桥荷中心的验算
装载机采用刚性悬架，摆动桥可使装载机在任何时候都处于触地的位置，而不会失稳。

装载机的总体受力分析
•工况一：
装载机满载等速运行
•工况二：
装载机水平运动，铲斗插入料堆，工作装置油缸闭锁
•工况三：
装载机水平运动，铲斗插入料堆的同时提升动臂或转斗，后轮离地
•工况四：
装载机水平运动并强制入土，铲斗插入料堆遇障碍物无法切入
工况一
工况二
工况三工况四
P K1= M K /r d P x = R 1φ
P K2= M K /r d P x = R 2φ
装载机的作业阻力
1.插入阻力
2.铲起阻力
3.转斗阻力矩
M Z=M S+(G b+G j)l B
三种作业阻力的应用
•一次铲掘法
插入时只受力：P
x
转斗时只受力：M
Z
•配合铲掘法
插入同时提臂：P
x 、P
Z
插入同时转斗提臂：P
x 、P
Z
、M
Z
•挖掘法•分段铲掘法
装载机的稳定性
•评价指标
（1）稳定比
（2）稳定度
纵向稳定性
•三种计算工况：
（1）装载机满载水平运行，动臂最大外伸
（2）装载机满载水平运行，遇障碍物突然制动
（3）装载机满载上下坡运行
（δ为轮胎的弹性变形）
横向稳定性
•横坡失稳过程：
（1）首先以摆动桥水平销轴
中点与低侧轮胎接地点连线
DE为轴倾翻；
（2）以低侧前后轮接地点连
线EJ为轴倾翻。

•一级稳定性
•（δ为轮胎F离地时轮胎E的弹性变形）一级失稳时，装载机一级失稳时，车架与摆动桥发生碰撞，固定桥一侧车轮离开地面，此时，虽然一般不至于翻车，但会使驾驶员产生不安。

另外着地侧车轮承受前桥全部负荷，使这个轮胎负荷过重，因此，装载机在作业和行驶过程中，不应失去一级稳定性。

二级稳定性
综合一、二级后：
当装载机失去一级稳定性后，装载机进一步倾翻则是以低侧前后轮接地点连线EJ为轴翻转。

Ω=β1+γ
β1为一级失稳的角度;
γ为摆动桥的摆动角;
δ’为J轮承担全部后桥负荷时的变形.
铰接式装载机的转向稳定性
1、最大转角θmax 时的纵向稳定性
max
21cos )(θδδl L l h aM i -++-=
2、最大转角θmax
时的横向稳定性
1）一级稳定性：γδ'-=cos B
GA aN i 2max 222
1cos θδB Bd Be i '-=
•说明：装载机并不一定真正能够行驶或停在
与稳定度相同的坡道上，因为设计时总是要
保证装载机在坡道上滑转或滑移先于倾翻，即：
•l2/h >φ或B/2h >φ
——重心与后桥的水平距离；
•l
2
•h——重心高度；
•φ——附着系数；
•B——装载机轮距。

装载机的工作装置
装载机的工作装置分为有铲斗托架和无铲斗托架两类。

有铲斗托架的工作装置其铲斗装在托架上，并由托架上的铲斗液压油缸控制铲斗转动。

无铲斗托架式工作装置由动臂、摇臂、连杆和铲斗组成的四连杆机构、铲斗液压缸与动臂液压缸等组成。

除了标准铲斗外，还有各种不同用途的铲斗和其他工作装置。

无铲斗托架工作装置连杆机构又分为反转式和正转式。