机械设计论文

西南交通大学

课程设计说明书

题目:ZL20装载机工作装置

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摘要

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、连杆及液压系统等组成。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。

ZL20装载机选用三元件液力变矩器，定轴式动力换档变速箱，轮边减速，双桥驱动，铰接式车架，全液压转向，真空助力钳式制动、反转连杆机构，动力储备大，加速性能好，驾驶舒适，视野宽广，是一种用途广、效率高、机动灵活的工程机械。备有平叉、圆木叉、多用途斗、抓草机、推雪板、侧翻等多种工作装置，因此广泛用于各类工程、工矿企业和城镇的物料、垃圾装卸、运输、堆垛、平整等作业。

目录

摘要 (2)

1.设计任务 (4)

2．设计内容： (4)

2.1装载机工作装置 (4)

2.2轮式装载机工作过程 (5)

2.3、轮式装载机工作装置设计要求 (6)

3.铲斗设计 (7)

3.1、铲斗基本参数的确定 (7)

3.2 铲斗主要结构参数 (8)

3.3 工作机构连杆系统的尺寸参数设计 (9)

3.4 动臂结构形式设计 (10)

4.工作装置受力计算 (11)

4.1．计算位置 (11)

4.2外载荷确定 (11)

4.2.1外载荷确定原则 (11)

4.2.2 外载荷的计算 (12)

4.3、受力分析 (15)

5. 工作装置强度校核 (18)

5.1．动臂校核 (19)

5.2．摇臂强度校核 (21)

5.3．连杆强度校核 (21)

5.4较销强度校核 (22)

6.油缸作用力的确定 (24)

6.1 铲取力确定 (24)

6.2 转斗油缸作用力的确定 (25)

6.3 动臂油缸作用力的确定 (25)

6.4 转斗油缸与动臂油缸被动作用力的确定 (25)

结论 (26)

参考文献 (27)

1.设计任务

题目：ZL20装载机工作装置

主要性能参数：

额定斗容：１3

m

额定载重量：２０KN

整机质量：６５KN

轮距：１４８０mm

轴距：２３００mm

轮胎规格：１６／７０――２０

最大卸载高度：２６１０mm

最小卸载距离：１５５０mm

2．设计内容：

根据给定的原始参数，采用设计装载机工作装置六连杆机构，并分析其运动特性和动力特性。主要内容包括：的设计以及各构件的结构设计；主要构件的受力分析、强度和刚度校核计算；ANSYS强度及变形量分析。

2.1装载机工作装置

装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂——连杆及液压系统组成,见图1—1。铲斗用以铲装物料；动臂和动臂油缸的作用是提升并使之与车架连接；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纵，由动臂、动臂油缸、铲斗、转斗油缸、摇臂——连杆及车架相互铰接所构成的连杆机构，在装载机工作时要保证：当动臂处于某种作业位置不动时，在转斗油缸的作用下，通过连杆机构和铲斗绕其铰接点转动；当转动油缸闭锁时，动臂在动臂油缸的作用下，提升或下降铲斗过程中，连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或斗底平面与地面的夹角变化控制在很小的范围，以免装满物料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料撒落；而在动臂下降时，又自动将铲斗放平，以减轻驾驶员的劳动强度，提高过去生产率。

2.2轮式装载机工作过程

轮胎式装载机是一种装运卸作业联合一体的自行式机械，它的工作过程由5种工作状态或工况组成：

1）工况I——插入状态

动臂下放，铲斗放置地面，斗尖触地，铲斗前壁对地面呈3~ 5 前倾角；开动装载机铲斗借助机器的牵引力插入料堆。

2) 工况II——铲装状态

工况I以后，转动铲斗，铲取物料，待铲斗口翻转至近似水平为止。

3)工况III——重载运输状态

举升动臂，待工况II之铲斗升高到适合位置(以斗底离地的高度不小于最小允许距离为准)，然后驱动装载机，载重驶向卸载点。

4)工况IV—一卸载状态

在卸载点，举升动臂使铲斗至卸载位置；翻转铲斗，向运输车辆或固定料仓卸载；卸毕，下放动臂，使铲斗恢复到运输状态。

5)工况V——空载运输状态

卸载结束后，装载机由卸载点空载返回装载点。在露天矿或工地，通常轮胎式装载机是向载重汽车卸裁，出于装载点和卸载点距离很近，卸载位置较高，所

以一般称作“定点高位卸载”。

地下矿山使用的轮胎式装载机习惯上称“井下铲运机”。目前，铲运机多数向溜井或矿仓卸载，运输距离较长，卸载位置较低，所以一般被称为“动点低位卸载”．

2.3、轮式装载机工作装置设计要求

根据轮式装载机的作业特点，其工作装置的设计应满足以下要求

（１）基本要求

所设计的装载机应具有较强的作业能力，铲斗插入料堆得阻力小，在料堆中铲掘的能力大，能耗小。工作机构的各杆件受力状态良好，强度寿命合理。结构和工作尺寸适应生产条件需要，效率高。结构简单紧凑，制造维修容易，操作使用方便。

（２）特殊要求

１）．由于铲斗宽度和容积都较大，所以铲装阻力大，装满系数小，因此，设计时必须合理的选取铲斗的结构和尺寸，以减小工作阻力，达到装满卸净、运输平稳。

2）.铲斗由运输工况被举到最高卸载位置的过程中，为避免铲斗中物料撒出，要求铲斗作“平移运动”。严格要求铲斗平动是很困难的，设计时一般控制在0

10以内为好。

3）.保证必要的卸载角、卸载高度和卸载距离。轮式装载机要求铲斗从运输工况至最高位置之间的任意高度都能卸载干净，为此，铲斗个瞬时的卸载角 （铲斗斗底对地面的前倾角）均不小于0

45。

4）.铲斗能自动放平。铲斗在最高位置卸载后，闭锁转斗缸，下方动臂，铲斗能自动变成插入工况（开始插入状态）的功能称为“铲斗自动放平”。

5）.轮式装载机的工作机构属于连杆机构，设计中要特别注意防止各个出现的相互干扰、“死点”、“自锁”、和“机构撕裂”等现象；各处传动角不得小于0

10；在满足综合工作性能的前提下，尽可能的增大机构的倍力系数。

6）.尽可能减小工作机构的前悬（即工作机构重心至整机重心的距离）、长