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太原科技大学课程设计说明书目录前言.....................................1设计任务......................................3第一章........................................1.1工作机构的结构的方案选择·······.·······41.2工作机构的工作原理····················9第二章....................................2.1铲斗结构形式的选择······························102.2切削刃的形状····································112.3铲斗尺寸的确定··································11第三章....................................3.1工作机构各铰接点位置的确定··························123.2连杆工作机构受力分析计算····························13第四章....................................4.1动臂的设计·····································184.2摇臂的强度计算··································214.3连杆强度设计····································234.4销轴的计算······································244.5油缸的外形尺寸设计······························25总结.....................................27参考资料.................................28太原科技大学课程设计说明书1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。从仿制太原科技大学课程设计说明书2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。1-铲斗；2-摇臂；3-动臂；4-转斗油缸；5-前车架；6-动臂油缸；7-驾驶室；8-变矩器；9-发动机；10-水箱；11-配重；12-后桥；13-后车架；14-变速箱；15-前桥；16-连杆图1轮式装载机组成太原科技大学课程设计说明书3设计任务本次设计主要是针对ZL250轮胎式装载机的工作机构和铲斗，工作机构采用正转六连杆机构，工作机构的设计内容：1.工作机构各铰点的位置及销轴。2.铲斗，大臂，斗杆，连杆，力学计算及结构设计。3.要求完成的文字资料及图纸。4.设计计算说明书一份。5.工作机构总装图一张。6.铲斗组装图一张。太原科技大学课程设计说明书4第一章工作机构的选择工作机构是轮胎式装载机上直接实现铲装物料的装置，它的结构和性能都显著的影响整机的工作尺寸，性能参数，发动机功率及生产率等。因此它的设计是轮胎装载机的设计中十分重要的组成部分。我设计的工作机构（正转六连杆）的基本结构如图2所示：图21.1工作机构的结构的方案选择。综合国内外轮式装载机的工作装置形式，主要有7种类型的连杆机构。按工作机构的构件数不同，可分为三杆，四杆，五杆，六杆和八杆连杆机构.按输入杆和输出杆的转向是否相同又分为正转和反转连杆机构。1.正转八杆机构正转八杆机构,如图1-1此机构在转斗油缸大腔进油时转斗铲取，所以掘起力较大；各构件尺寸配置合理时，铲斗具有较好的举升平动性能；连杆系统传动比较大，铲斗能获得较大的卸载角和卸载速度，因此卸载干净，速度快；正转八杆机构的主要缺点是太原科技大学课程设计说明书5机构复杂，不易实现铲斗自动放平。图1-12.转斗油缸前置式正转六杆机构转斗油缸前置式正转六杆机构，如图1-2其优点是转斗缸直接与摇臂相连接，该工作机构由两个平行四杆机构组成，铲斗平移性较好。结构简单，司机视野较好。缺点是转斗时油缸小腔进油，铲掘力相对较小;连杆机构传力比小，使得转斗缸活塞行程较大，转斗缸加长；由于转斗缸前置，使得工作装置的整体重心外移，增大了工作装置的前悬量，影响整机的稳定性和行驶时的平稳性；铲斗不易实现自动放平。图1-23.转斗油缸后置式正转六杆机构转斗油缸后置式正转六杆机构，如图1-3此种机构与转斗缸前置相比，机构前悬较小，传动比较大，活塞行程较短；有可能将动臂、转斗缸、摇臂和连杆机构的中心线设太原科技大学课程设计说明书6计在同一平面内，从而简化了结构，改善了动臂和铰销的受力状态。缺点是：转斗缸与车架的铰接点位置较高，影响了司机的视野；转斗时油缸小腔进油，掘起力相对较小。图1-34.转斗油缸后置式反转六杆机构转斗油缸后置式反转六杆机构，如图1-4这种机构有如下优点：转斗油缸大腔进油时转斗，并且连杆系统的倍力系数能设计成较大值，所以获得较大的掘起力；恰当地选择各构件尺寸，不仅能得到良好的铲斗平动性能，而且可以实现铲斗的自动放平；结构紧凑，前悬小，司机视野好。缺点是摇臂和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄空间，容易发生构件相互干涉。太原科技大学课程设计说明书7图1-45.正转四杆机构正转四杆机构如图1-5该机构结构最为简单，易于设计成铲斗举升平动；前悬较小。缺点是铲掘转斗时油缸小腔作用，输出力较小；连杆机构的传力比难以设计成较大值，所以铲掘力相对较小；转斗缸行程较大，油缸结构较长；铲斗卸载时，活塞杆易与铲斗底部相碰，减小了卸载角；机构不易实现铲斗自动放平。图1-56.正转五杆机构正转五杆机构图1-6为克服正转四杆机构卸载时活塞杆易于斗底相碰的缺点，在活塞杆与铲斗之间增加一根短连杆，从而使正转四杆机构变成正转五杆机构。其缺点正如太原科技大学课程设计说明书8正转四杆机。图1-67.动臂可伸缩式三杆机构这种机构的插入工况是靠动笔伸出实现的,它解决了靠机器行走插入易使轮胎磨损严重的问题；卸载时可伸出动臂，以获得较大的卸载高度和卸载距离；而运输工况可缩回动臂，以减小前悬。缺点是既不能实现铲斗平动，又不能实现铲斗自动放平，结构也比较复杂。综上分析，反转六杆工作机构优点较多，能比较理想的满足铲、装、卸作业要求，所以它得到了广泛运用。但在本次设计中出于老师的要求，将采用正转六连杆机构。1.2工作机构的工作原理轮胎式装载机是一种装运作业联合一体的自行式机械。它的工作过程由五种工作状态和工况组成：1.空斗运行状态装载机为铲取货物，需空斗驶向料堆，在卸货后后退。落斗并驶向料堆。在空斗状太原科技大学课程设计说明书9态运行时，铲斗取运输位置，使铲斗地面与前轮的公切线和地面成15度角运行，以保持必要的离地间隙。在此工况下，动臂举升油缸。转斗油缸都不动作。2.铲取插入状况当装载机空斗驶向料堆前1-1.5m处时，换入低档，同时动臂油缸动作，使动臂下放，铲斗斗底面贴地，斗尖触地，铲斗前臂对地面呈3-5度的前倾角，铲斗借助机器的牵引力插入料堆。在铲取货物的时候，一般采取两种方法，即一次切入铲装法和复合铲装法。前者是铲斗一次切入达到一定深转，再通过举升油缸动作完成铲取作业；而后者是利用多次切入边上转铲斗的复合动作完成铲装物料。因复合铲装法能缩短作业循环时间约10%,故广泛采用。转动铲斗应使铲斗口翻转至接近水平位置。3.铲斗提升状态完成铲取作业后，为保证装载机移动和不使物料洒落，铲斗应提高到某一高度，一般是运输位置。4.满斗运行状态装载机完成上述动作后，后退一定距离，驶向卸载点。5.卸载状态在卸载点，举升动臂使铲斗到卸载位置，翻转铲斗，向运输车辆火料仓卸载，卸载完后使铲斗恢复到运输状态。第二章铲斗设计铲斗是工作装置的重要部件，装载机工作时用它直接铲掘，装载运输和晴卸物料。铲斗的机构形状及尺寸参数对插入阻力，掘起阻力及生产率有着很大的影响，所以铲斗设计就是根据装载机的主要用途和作业条件从减小插入阻力，掘起阻力及提高生产率出发，合理的设计选择铲斗的结构形状，正确确定铲斗尺寸参数。铲斗设计要求：1）插入及掘起阻力小，作业效率高。2）铲斗工作条件恶劣，时常承受很大的冲击载荷及剧烈的磨削，要求铲斗具有足够的强度和刚度及耐磨性。太原科技大学课程设计说明书103）根据所铲物料的种类及重度的不同，设计不同结构形式及不同斗容的铲斗。2.1铲斗结构形式的选择装载机根据铲掘物料的种类的种类不同，其铲斗结构形式也不一样。具体如下