装载机的总体设计及工作装置设计

毕业设计（论文）报告纸共61页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊前言随着现代社会的不断发展，作为现代化基础建设主要工具和手段的工程机械扮演着重要的角色。工程机械设备是集机、电、液一体化和信息、激光等高新技术以及审美艺术于一身的现代机电产品，并且正在向着自动化、远距离控制和智能化等方向发展。装载机作为现代工程机械很重要的一种设备也是如此。装载机主要用于铲装土壤、沙石、煤炭、石灰等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业，换装不同的辅助工作装置还可以进行推土、起重、、破碎等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建筑工程。在我国，装载机经历了50～60年的发展后，到20世纪90年代中末期国外轮式装载机技术已达到相当高的水平。基于液压技术、微电子技术和信息技术的各种智能系统已广泛应用于装载机的设计、计算操作控制、检测监控、生产经营和维修服务等各个方面，使国外轮式转载机在原来的基础上更加“精致”，其自动化程度也得以提高，从而进一步提高了生产效率，改善了司机的作业环境，提高了作业舒适性，降低了噪声、振动和排污量，保护了自然环境，最大限度地简化维修、降低作业成本，使其性能、安全性、可靠性、使用寿命和操作性能都达到了很高的水平。为了满足铲掘能力和快速装卸两方面的要求，装载机工作装置采用多级液压系统，工作装置已不再采用单一的Z形连杆机构，不断研制出集液压、微电子及信息技术于一体的智能系统，并广泛应用于轮式装载机的产品设计之中。国外轮式装载机在其未来技术发展中将广泛应用微电子技术与信息技术，完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊断系统；采用单一吸声材料、噪声抑制方法等消除或降低机器噪声；通过不断改进电喷装置，进一步降低柴油发动机的尾气排放量；研制无污染、经济型、环保型的动力装置；提高液压元件、传感元件和控制元件的可靠性与灵敏性，提高整机的机—电—信一体化水平；在控制系统方面，将广泛采用电子监控和自动报警系统、自动换挡变速装置；普遍安装GPRS定位与质量自动称量装置；开发“机器人式”装载机等。向系列化，特大型化；多用途，微型化；进一步普及应用液压技术，广泛应用微电子、信息技术；更加重视安全性、舒适性和可靠性；向节能与环保方向发展。我国轮式装载机行业起步较晚，制造技术是陆续从美国、德国和日本等国家引进的。目前，我国轮式尽管国产轮式装载机的技术发展水平与西方发达国家存在着一定的差距，但也应该考虑到历史和国情的原因。目前国产轮式装载机亦正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家也不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势是现状，正在毕业设计（论文）报告纸共61页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。大型和小型轮式装载机，在近几年的发展过程中，受到客观条件及市场总需求量的限制。竞争最为激烈的中型装载机更新速度越来越快；优化各项性能指标，强化结构件的强度及刚度，以使整机可靠性得到提高；优化系统结构，提高系统性能；利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用，提高效率、节约能源、降低装载机作业成本；提高安全性、舒适性；降低噪声和排放，强化环保指标；广泛利用新材料、工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品的寿命和可靠性；最大限度地简化维修，尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提供排除问题的方法。本次毕业设计主要先从轮式装载机的总体进行设计，然后着手工作装置的设计、分析，从而对装载机进行研究，其中对装载机的工作状况进行了一些简单的探讨，以及对工作装置的液压系统进行简单的设计与讨论。通过整个设计，让自己对装载机有了更深的了解与认识。本设计在编写过程中力求准确无误，运用严谨的科学的方法，但由于时间紧迫，且自己水平有限，设计中难免有不妥之处，还望各位老师予以批评指正。毕业设计（论文）报告纸共61页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章轮式装载机的概述1.1装载机的简介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和挖掘，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。1.1.1装载机的用途装载机是一种用途十分广泛的工程机械，可以用来铲装，搬运，卸载，平整散装物料，也可以对岩石，硬土等进行轻度的挖掘工作。此外，还可以刮平地面和牵引其它机械等作业。换装相应的工作装置，装载机还可以进行推土，起重，装卸木料或钢管等作业。装载机的作业对象主要是:各种土壤，砂石料，灰料以及其他筑路用散装物料等。1.1.2装载机的分类常见的单斗装载机一般有以下特点来分类。（1）按行走装置不同分类:轮胎式和履带式。国产履带式装载机多是在推土机基础上形成及国内外使用和生产的绝大多数是轮胎式装载机，这两类装载机除行走装置不同外，其它系统和构造大体相似。（2）按使用场合不同分类：露天用装载机和井下用装载机（铲运机）。国内外生产和使用的装载机绝大多数是露天轮式装载机。铲运机的结构相对来说是比较简单的。（3）按传动形式不同分类：机械传动式，液力机械传动式，液压传动式和电传动式。机械传动式在国内仅用于0.5m³以下的装载机，它一般直接采用汽车或拖拉机的传动装置，即离合器和变速器。由于液力传动机械取消了机械传动中的离合器而换用液力变矩器，取消了人力换挡变速箱而换用了动力换档变速箱，是发动机在不停车的情况下换挡，操作轻便，工作可靠性高，因此液力机械传动式是轮式装载机的主要传动形式。液压传动使用柴油机带动液压泵产生高压油，并通过控制系统和油管带动液压马毕业设计（论文）报告纸共61页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊达使车轮传动。它能够简化传动系统，使整机质量减轻，但由于启动性差，液压件价格昂贵，寿命也比较低，因此目前仅用于小型装载机上。电传动是由柴油机驱动交流发电机，以此来驱动装在车轮上的直流电动机，然后通过轮边减速器带动车轮转动，这样可以实现无级调速。这种传动检查方便，维修简单，工作可靠。缺点是电机设备质量大，费用高，目前只在大型装载机上使用。（4）按装载方式不同分类：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）按转向方式不同分类：整体式和铰接式。国产ZL系列轮式装载机绝大多数采用铰接式。1.1.3装载机的主要技术性能参数标志装载机的主要技术性能参数有铲斗容量，额定载重量，发动机额定功率，整机质量，最大行驶速度，最小转弯半径，最大牵引力，最大挖掘力，最大卸载高度，卸载距离，工作装置三项和等。（1）铲斗容量一般指铲斗的额定容量，为铲斗平装容量与堆尖部分体积之和，用“m³”来表示。（2）额定载重量指在保证装载机稳定工作的前提下，铲斗的最大载重量，单位为“㎏”。（3）发动机额定功率发动机额定功率又称为发动机标定功率或总功率，是表明装载机作业能力的一项重要参数。发动机功率分为有效功率与总功率，有效功率是指在29℃和746㎜Hg(1mmHg=133.322Pa)压力的情况下，在发动机飞轮上实有的功率（亦称飞轮功率）。国产装载机所标的功率一般指总功率，即包括发动机有效功率和风扇，燃油泵，润滑油泵，滤清器等辅助设备所消耗的功率。单位为“kW”。（4）整机质量（工作质量）指装载机装备应有的工作装置和随机工具，加足燃油，润滑系统，液压系统和冷却系统亦加足液体，并且带有规定形式和尺寸的空载铲斗和司机标定质量（75㎏3㎏）时的主机质量。它关系到装载机使用的经济性，可靠性和附着性能，单位为“㎏”。（5）最大行驶速度指铲斗空载，装载机行驶在坚硬的水平面上，前进和后退各档都达到的最大速度，它影响装载机的生产率和安排施工方案。单位为“㎞/h”。（6）最小转弯半径指自轮胎中心或后轮外侧或铲斗外侧所构成的弧线至回转中心的距离，单位为毕业设计（论文）报告纸共61页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊“㎜”。（7）最大牵引力指装载机驱动轮缘上所产生的推动车轮前进的作用力，单位为“kN”。（8）最大掘起力指铲斗切削刃的底面水平并高于底部基准平面20㎜时，操纵提升液压缸或转斗液压缸在铲斗切削刃最前面一点向后100㎜处产生的最大向上铅垂力，单位为“kN”。（9）最大卸载高度指动臂处于最高位置，铲斗卸载角为45°时，从地面到切削刃最低点之间的垂直距离，单位为“㎜”。（10）卸载距离一般指在最大卸载高度时，从装载机本体最前面的一点（包括轮胎和车架）到斗刃的水平距离，单位为“㎜”。（11）工作装置动作三项和指铲斗提升，下降，卸载三项时间的总和，单位为“s”。1.2轮式装载机应用技术发展1.2.1国外轮式装载机水平及发展趋势在经历了50-60年的发展后，到20世纪90年代中末期国外轮式装载机技术已达到相当高的水平。基于液压技术，微电子技术和信息技术的各种智能系统已广泛应用于装载机的设计，计算操作控制，检测监控，生产经营和维修服务等各个方面，使国外轮式装载机在原来的基础上更加精制，其自动化也得以提高，从而进一步提高了生产效率，改善了司机的作业环境，提高了作业舒适性，降低噪声，振动，排污量，保护了自然环境，最大限度的简化维修，降低作业成本，使其性能，安全性，可靠性使用寿命和操作性能都达到了很高水平。产品形成系列，更新速度加快并朝大型化和小型化发展。如以卡特彼勒为代表的美国，以小松公司为代表的日本和装载机生产第三大集团西欧各厂家都加快推出多功能，全面兼顾动力性，机动性与灵活性的新产品。这些产品如美国克拉克公司生产的675型，功率达1000kW，而日本东洋远搬株式会社生产的310型，斗容量仅为0.11立方米。此外，装载机还向高卸位，远距离作业方向发展，如JCB公司开发的伸缩臂装载机，小松公司也开发了能扩大作业范围的带伸出机构的装载机。采用新结构，新技术，产品性能日趋完善。近年来开发的产品普遍采用了高性能发动机和自动换档变速器，大流量负荷传感液压系统，前后防滑差速器，多片湿式盘毕业设计（论文）报告纸共61页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊式制动器，行走颠簸减震等先进技术，并综合液压，微电子和信息技术制造，并应用了很多智能系统。工作装置连杆机构推陈出新，各种自动功能更趋成熟，完善。如卡特彼勒公司994D型装载机采用新的一代Cat3516柴油发动机就安装有HEUI（电液控制的燃油喷射）装置以及ADEM9(先进的柴油)管理系统，可根据外载荷的大小有效地控制发动机的功率与转速，从而减少燃油消耗及尾气排放，减少噪声。小松公司的全动力换档变速器带有自动换挡开关，提高装载作业过程中的牵引力，可保证全功率进行装载作业。卡特彼勒公司的G系列装载机采用大流量工作液压系统，负荷传感转向液压系统，使所需转向功率减少了8%,提高了作业效率和燃油经济型。沃尔沃公司在L500-L220D系列装载机上推出了该公司的专利产品，扭矩平衡连杆机构（TP）,在铲斗的整个循环中可提供更大的倾翻力矩以及举升能力，这保证了装载机不仅在配用铲斗时，而且在配用叉，吊其它工具时都具有优良的作业性能。近年来，国外轮式装载机在其未来技术发展中将广泛采用微电子技术与信息技术，完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊