轮式装载机工作装置设计与分析(附件)
装载机是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支撑结构和连杆，随液压缸伸缩运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式机械。
本设计采用先进的现代设计方法，对这种轮式装载机工作装置进行了总体到零部件设计。主要包括轮式装载机工作装置的关键零部件，如铲斗、连杆机构以及转斗油缸、举升油缸等，并对重要零件进行了刚度、强度分析。应用Pro/E软件对轮式装载机工作装置进行三维建模，并用它对本次设计做运动仿真。
关键词：装载机；工作装置；设计
目 录
1 绪论 1
2 装载机研究现状和发展趋势 1
2.1 装载机分类 2
2.2 研究现状 3
2.3 发展趋势 4
3 装载机工作装置 5
3.1 工作装置组成及特点 5
3.2 工作装置连杆结构类型 6
3.3 铲斗类型 9
4 工作装置设计 10
4.1 工作装置工作过程 11
4.2 工作装置设计要求 11
4.3 工作装置自由度计算 12
4.4 铲斗设计 14
4.4.1 铲斗断面形状 14
4.4.2 铲斗基本参数的确定 15
4.4.3 铲斗的轻量化设计 16
4.5 连杆系统设计 17
4.5.1 机构分析 17
4.5.2 尺寸参数设计 18
4.5.3 连杆系统运动分析 24
4.6 液压缸设计 25
4.7 零件装配 26
结论 27
致谢 28
参 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
考文献 29
1 绪论
工程机械是机械产业一个重要的组成部分，在国民经济建设中占有极其重要地位。工程机械在城市建设、交通运输、能源开采、近海开发和国防建设中也起着十分重要的作用，为现代化建设提供先进的施工手段。工程机械的现代化将推动现代化建设进程，提高基础建设工程施工质量，加快国民经济建设步伐。
工程机械的拥有量、机械技术的先进性、机械设备利用率，标志一个国家机械化施工水平的高低。工程机械的产值在国民经济总产值中所占的比重，在一定程度上反映一个国家科学技术的水平和经济发展的程度。
装载机是工程机械中用途较广的一种。它主要被作为工程准备机械使用，用来进行散状物料铲、挖、装、运、卸等的作业。因此装载机在建筑、矿山、铁道、公路、水电、港口、农田等基本建设及国防工程中对于减轻劳动强度、加快工程建设速度、提高工程质量，起着重要作用。其作业范围主要为土方、石方及散粒物料的铲装、运输和平整。由于装载机作业范围比较广，所以在国内外被广泛应用于民用建筑、水利建设、道路构筑、机场修建、矿山开采、码头建造等工程中。随着国民经济快速稳定持续地发展，工程建设任务日趋繁重，要完成这些工程巨大的土方量没有大量优质高效的装载运输机械是难以设想的。特别是近年来一些工程建设要在高原，沙漠及高寒地带等人烟稀少，作业条件恶劣地区进行，这些工程对工程机械的依赖程度就更大。装载机的应用范围，随着科学技术的日益发展也不断地扩大，由于近年来发动机废气净化的研究有了新的进展，净化装置不断完善，所以装载机的应用范围正在由地上向地下发展。例如内燃装载运输机，由于其无轨、能源独立、机动灵活、活动范围大及生产效率高等优点，因此在矿山井巷装载和运输作业中使用越来越广泛。
由上述可知，装载运输机械同国家的工农业生产、国防等工程及各项基本建设有着密切的关系。这些机械对于加快施工速度，保证工程质量，解放笨重的体力劳动，提高生产效率都有很大的意义，因此它在国民经济建设中的作用与地位也越来越被人们所重视。
2 装载机研究现状和发展趋势
装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支撑结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。
2.1 装载机分类
1、按发动机功率分
装载机按发动机功率可分为小型(功率<74kw)、中型(147kw~74kw)、大型(147kw~515kw)和特大型(>515kw)四种。
2、按行走系结构分
（1）轮胎式装载机：以轮胎式专用底盘为基础，配置工作装置及操纵系统。
轮胎式装载机的优点是:重量轻、速度快、机动灵活、效率高、行走时不破坏路面及操纵方便等。轮胎式装载机缺点是：轮胎接地比压大，通过性差；中心较高，稳定性差。虽然轮胎式装载机作为一种铲装机械还存在着一定的缺点，但随着科学技术的发展和采取一定的措施这些缺点是会得到克服的，况且它的优点比较突出，所以近年来国内外都在大力发展轮式装载机。美国目前生产的轮式装载机与履带式装载机之比是7/3，日本为6/4。而且220kw以上的装载机全是轮胎式的。
图2-1 轮胎式装载机
轮胎式装载机按其车架结构型式及转向方式又可分为铰接车架折腰转向、整车车架偏转车轮及差速转向三种。
（2）履带式装载机：以专用底盘或工业拖拉机为基础，装上工作装置及操纵系统构成的。
图2-2 履带式装载机
3、按传动形式分
按传动形式不同分类可以分为：机械传动、液力机械传动、液压传动和电传动四种。
4、按装载方式分
按装载方式不同可以分为前卸式、后卸式、侧卸式和回转式。轮式装载机基本上都是前卸式。
5、按转向方式分
按转向方式不同可以分为整体式和铰接式。前者利用偏转后轮或前轮转向，或者同时偏转前后轮，后者采用铰接车架，利用前后车架之间的相对偏转进行转向。国产ZL系列轮式装载机大多数采用铰接式结构。
2.2 研究现状
装载机在19世纪60年代开始制造和使用，最早的装载机是以畜力作动力的。直到上世纪20年代才出现带有动力的装载机。在30年代，装载机的结构发生了较大改进，到30年代末出现了轮胎式装载机，40年代柴油机、液压技术开始在装载机应用，并出现了四轮驱动的装载机。50年代，由于汽车技术的发展，促进了工程机械专用底盘的使用和发展，在此期间液力变矩器开始在装载机上使用，出现了液力机械传动形式。这种传动型式使装载机的牵引性能的到大大的改善，工作时能随外界阻力的变化而自动调节速度，发动机不会因外界阻力增大而熄火。20世纪60年代初，出现了铰接式装载机，这是装载机结构上一大革新，它使装载机的转向性能大大改善，机动性大大提高。在此期间又出现了电动轮装载机，这又是装载机设计上的一个新发展。到80年代装载机进入了人-机-电一体化的新发展阶段。现在，装载机不论在整机性能，还是作业效能、安全性、可靠性以及操作舒适性等方面都得到了较大的提高。装载机结构上的不断改进，使其生产率大大提高，从而使装载机的应用范围越来越广，这样就促使装载机制造商，不但在产品数量上随之增加，而且在产品质量上也不断提高。
1 绪论 1
2 装载机研究现状和发展趋势 1
2.1 装载机分类 2
2.2 研究现状 3
2.3 发展趋势 4
3 装载机工作装置 5
3.1 工作装置组成及特点 5
3.2 工作装置连杆结构类型 6
3.3 铲斗类型 9
4 工作装置设计 10
4.1 工作装置工作过程 11
4.2 工作装置设计要求 11
4.3 工作装置自由度计算 12
4.4 铲斗设计 14
4.4.1 铲斗断面形状 14
4.4.2 铲斗基本参数的确定 15
4.4.3 铲斗的轻量化设计 16
4.5 连杆系统设计 17
4.5.1 机构分析 17
4.5.2 尺寸参数设计 18
4.5.3 连杆系统运动分析 24
4.6 液压缸设计 25
4.7 零件装配 26
结论 27
致谢 28
参 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
考文献 29
1 绪论
工程机械是机械产业一个重要的组成部分，在国民经济建设中占有极其重要地位。工程机械在城市建设、交通运输、能源开采、近海开发和国防建设中也起着十分重要的作用，为现代化建设提供先进的施工手段。工程机械的现代化将推动现代化建设进程，提高基础建设工程施工质量，加快国民经济建设步伐。
工程机械的拥有量、机械技术的先进性、机械设备利用率，标志一个国家机械化施工水平的高低。工程机械的产值在国民经济总产值中所占的比重，在一定程度上反映一个国家科学技术的水平和经济发展的程度。
装载机是工程机械中用途较广的一种。它主要被作为工程准备机械使用，用来进行散状物料铲、挖、装、运、卸等的作业。因此装载机在建筑、矿山、铁道、公路、水电、港口、农田等基本建设及国防工程中对于减轻劳动强度、加快工程建设速度、提高工程质量，起着重要作用。其作业范围主要为土方、石方及散粒物料的铲装、运输和平整。由于装载机作业范围比较广，所以在国内外被广泛应用于民用建筑、水利建设、道路构筑、机场修建、矿山开采、码头建造等工程中。随着国民经济快速稳定持续地发展，工程建设任务日趋繁重，要完成这些工程巨大的土方量没有大量优质高效的装载运输机械是难以设想的。特别是近年来一些工程建设要在高原，沙漠及高寒地带等人烟稀少，作业条件恶劣地区进行，这些工程对工程机械的依赖程度就更大。装载机的应用范围，随着科学技术的日益发展也不断地扩大，由于近年来发动机废气净化的研究有了新的进展，净化装置不断完善，所以装载机的应用范围正在由地上向地下发展。例如内燃装载运输机，由于其无轨、能源独立、机动灵活、活动范围大及生产效率高等优点，因此在矿山井巷装载和运输作业中使用越来越广泛。
由上述可知，装载运输机械同国家的工农业生产、国防等工程及各项基本建设有着密切的关系。这些机械对于加快施工速度，保证工程质量，解放笨重的体力劳动，提高生产效率都有很大的意义，因此它在国民经济建设中的作用与地位也越来越被人们所重视。
2 装载机研究现状和发展趋势
装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支撑结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。
2.1 装载机分类
1、按发动机功率分
装载机按发动机功率可分为小型(功率<74kw)、中型(147kw~74kw)、大型(147kw~515kw)和特大型(>515kw)四种。
2、按行走系结构分
（1）轮胎式装载机：以轮胎式专用底盘为基础，配置工作装置及操纵系统。
轮胎式装载机的优点是:重量轻、速度快、机动灵活、效率高、行走时不破坏路面及操纵方便等。轮胎式装载机缺点是：轮胎接地比压大，通过性差；中心较高，稳定性差。虽然轮胎式装载机作为一种铲装机械还存在着一定的缺点，但随着科学技术的发展和采取一定的措施这些缺点是会得到克服的，况且它的优点比较突出，所以近年来国内外都在大力发展轮式装载机。美国目前生产的轮式装载机与履带式装载机之比是7/3，日本为6/4。而且220kw以上的装载机全是轮胎式的。
图2-1 轮胎式装载机
轮胎式装载机按其车架结构型式及转向方式又可分为铰接车架折腰转向、整车车架偏转车轮及差速转向三种。
（2）履带式装载机：以专用底盘或工业拖拉机为基础，装上工作装置及操纵系统构成的。
图2-2 履带式装载机
3、按传动形式分
按传动形式不同分类可以分为：机械传动、液力机械传动、液压传动和电传动四种。
4、按装载方式分
按装载方式不同可以分为前卸式、后卸式、侧卸式和回转式。轮式装载机基本上都是前卸式。
5、按转向方式分
按转向方式不同可以分为整体式和铰接式。前者利用偏转后轮或前轮转向，或者同时偏转前后轮，后者采用铰接车架，利用前后车架之间的相对偏转进行转向。国产ZL系列轮式装载机大多数采用铰接式结构。
2.2 研究现状
装载机在19世纪60年代开始制造和使用，最早的装载机是以畜力作动力的。直到上世纪20年代才出现带有动力的装载机。在30年代，装载机的结构发生了较大改进，到30年代末出现了轮胎式装载机，40年代柴油机、液压技术开始在装载机应用，并出现了四轮驱动的装载机。50年代，由于汽车技术的发展，促进了工程机械专用底盘的使用和发展，在此期间液力变矩器开始在装载机上使用，出现了液力机械传动形式。这种传动型式使装载机的牵引性能的到大大的改善，工作时能随外界阻力的变化而自动调节速度，发动机不会因外界阻力增大而熄火。20世纪60年代初，出现了铰接式装载机，这是装载机结构上一大革新，它使装载机的转向性能大大改善，机动性大大提高。在此期间又出现了电动轮装载机，这又是装载机设计上的一个新发展。到80年代装载机进入了人-机-电一体化的新发展阶段。现在，装载机不论在整机性能，还是作业效能、安全性、可靠性以及操作舒适性等方面都得到了较大的提高。装载机结构上的不断改进，使其生产率大大提高，从而使装载机的应用范围越来越广，这样就促使装载机制造商，不但在产品数量上随之增加，而且在产品质量上也不断提高。
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