壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說(shuō)明書(shū),均可直接下載獲得文件，所見(jiàn)所得，電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985
摘 要
裝載機(jī)主要用來(lái)裝卸成堆散料，也能進(jìn)行輕度的鏟掘工作。由于它適用于建筑、礦山、鐵道、公路、水電等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)，因此，在國(guó)內(nèi)外，產(chǎn)量與品種的發(fā)展都較快，是工程機(jī)械中的一個(gè)主要機(jī)種。
裝載機(jī)根據(jù)不同的使用要求，發(fā)展形成了不同的結(jié)構(gòu)類型。通常，按使用場(chǎng)合的不同，分成露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)；按行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，分成輪式裝載機(jī)與履帶式裝載機(jī)；按卸料方式不同，分為前卸式（前端式）、后卸式與回轉(zhuǎn)式裝載機(jī)。
此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文先對(duì)裝載機(jī)的發(fā)展概況及設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想、特點(diǎn)、任務(wù)進(jìn)行概述，然后確定方案，在技術(shù)設(shè)計(jì)部分羅列了ZL30裝載機(jī)的主要技術(shù)性能和參數(shù)，進(jìn)行了牽引特性計(jì)算。主要是針對(duì)國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)ZL30的工作裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括它的鏟斗的選擇包括：結(jié)構(gòu)形式，具體參數(shù)，鏟斗容量。然后進(jìn)行的是其連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括動(dòng)臂的一些數(shù)據(jù)計(jì)算以及連桿機(jī)構(gòu)中一些組件的尺寸，以及工作裝置的強(qiáng)度的計(jì)算，采用受力分析法進(jìn)行計(jì)算分析。
關(guān)鍵詞：裝載機(jī)；工作裝置；連桿；鏟斗
Abstract
Loader piles is mainly used to handling bulk material, but also to carry out the work of digging shovel mild. Because it applies to construction, mining, railways, highways, water and electricity in all sectors of the national economy, therefore, at home and abroad, production and rapid development of varieties, is a mechanical engineering major models.
Loader according to different application requirements,development of the structure of different types. Usually, by the use of different occasions, into the open air and underground loader used loader used; by running a different system structure, divided into wheel loaders and crawler loaders; in different ways according to discharge into the former dump (front-end ), after the dump loaders and rotary.
The design of the graduation thesis mainly deals with domestic Loader ZL30 devices work system design.At first,I introduce the developing trend of the loaders,and explained the main designing idea, designing characteristic and designing task.The second part is the whole designing prgram.In the technical designing part,the main technological parameters and technological features of the ZL30 loader are listed，then I design the choice of bucket include: the structure of the form of specific parameters, bucket capacity. And then proceed to the design of the linkage mechanism includes a number of boom and linkage data of some components of the size, as well as the calculation of the strength of devices, the use of force analysis method calculation and analysis.
Key words：loader；work device；connecting rod；bucket
I
目錄
前言 1
1 裝載機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用 3
1.1 裝載機(jī)的概述 3
1.2 裝載機(jī)的發(fā)展 5
1.2.1 國(guó)外裝載機(jī)的發(fā)展概況 5
1.2.2 我國(guó)裝載機(jī)的發(fā)展情況 5
1.2.3 目前裝載機(jī)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì) 6
2 裝載機(jī)總體設(shè)計(jì) 9
2.1 裝載機(jī)各總成部件結(jié)構(gòu)形式選擇 9
2.1.1 液力機(jī)械傳動(dòng)系部件形式的選擇 9
2.2 裝載機(jī)總體參數(shù)確定 10
2.2.1 確定軸距和輪距 10
2.2.2 插入阻力 11
2.2.3 鏟起阻力 12
2.2.4 轉(zhuǎn)斗阻力矩 12
2.2.5 總阻力矩的計(jì)算 13
2.2.6 裝載機(jī)的使用重量 14
2.2.7 確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率 14
2.3 各部件的布置 16
2.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的布置 16
2.3.2 工作裝置布置 16
2.3.3 駕駛室的布置 17
3 工作裝置設(shè)計(jì) 19
3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析 19
3.1.1 裝載機(jī)工作裝置概述 19
3.1.2 工作裝置結(jié)構(gòu)類型的分析 20
3.2 鏟斗設(shè)計(jì) 22
3.2.1 鏟斗設(shè)計(jì)要求 23
3.2.2 鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇 23
3.2.3 鏟斗基本參數(shù)的確定 25
3.3 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì) 29
3.3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29
3.3.2 動(dòng)臂設(shè)計(jì) 30
3.3.3 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 33
3.4 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算 36
3.4.1 確定工作裝置的計(jì)算位置 36
3.4.2工作裝置載荷分析 37
3.4.3 工作裝置受力分析 38
3.4.4 工作裝置受力分析 39
3.4.5 工作裝置強(qiáng)度校核 43
結(jié)論 46
致謝 47
參考文獻(xiàn) 48
附錄A 49
附錄B 53
前言
裝載機(jī)是一種作業(yè)效率高且用途廣泛的工程機(jī)械，可以對(duì)散狀物料進(jìn)行鏟裝、搬運(yùn)、卸載及平整作業(yè)，還可以進(jìn)行輕度的鏟掘工作，若更換換裝相應(yīng)的工作裝置，還可以可以進(jìn)行推土、起重裝卸木料及鋼管等作業(yè)。因此，它被廣泛應(yīng)用于建筑、鐵路、公路、水電、港口、礦山、農(nóng)田基本建設(shè)及國(guó)防等工程。對(duì)于加快工程建設(shè)速度、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工程質(zhì)量、降低工程成本都發(fā)揮著重要作用，因此近幾年來(lái)無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機(jī)械的重要機(jī)種之一。在近20年內(nèi)，我國(guó)裝載機(jī)從無(wú)到有，并形成了獨(dú)立的系列，通過(guò)實(shí)踐證明，從整機(jī)性能結(jié)構(gòu)形式及主要參數(shù)如：牽引性、動(dòng)力性、機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性、操縱性、及單位自重功率、單位斗容功率和單位載重量等綜合技術(shù)指標(biāo)來(lái)看，已接近或達(dá)到國(guó)外水平。但由于各種原因，產(chǎn)品的質(zhì)量與先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家相比還有一定的差距。近期裝載機(jī)在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有重大的突破，但有不少的改進(jìn)。目前國(guó)內(nèi)輪式裝載機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)：
1) 大型和小型輪式裝載機(jī)，在近幾年發(fā)展過(guò)程中，受到客觀條件及市場(chǎng)需求量的限制。競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的中型裝載機(jī)更新速度越來(lái)越快。
2) 各個(gè)生產(chǎn)廠家根據(jù)實(shí)際情況，重新進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，優(yōu)化各項(xiàng)性能指標(biāo)，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)件的限制級(jí)剛度，以及整機(jī)可靠性能得到提高。
3) 優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)性能。如動(dòng)力系統(tǒng)的減震、散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性能指標(biāo)優(yōu)化及各鉸點(diǎn)的防塵、工業(yè)造型設(shè)計(jì)，逐步引進(jìn)最新的傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)技術(shù)，予以國(guó)產(chǎn)化、商業(yè)化，降低能耗，提高性能。
4) 利用電子技術(shù)及負(fù)荷傳感技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速箱的自動(dòng)換擋及液壓變量系統(tǒng)的應(yīng)用，提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機(jī)作業(yè)成本。
5) 提高安全性、舒適性。
6) 降低噪聲和排放，強(qiáng)化環(huán)保指標(biāo)。
7) 廣泛利用新材料、新工藝、新技術(shù)，特別是機(jī)電液一體化技術(shù)，提高產(chǎn)品的壽命和可靠性。
8) 最大限度地簡(jiǎn)化維修，盡量減少保養(yǎng)次數(shù)和維修時(shí)間，增大維修空間，品牌普遍采用電子監(jiān)視及監(jiān)控技術(shù)，進(jìn)一步改善故障診斷系統(tǒng)，提供排除問(wèn)題的方法。
此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文主要是針對(duì)國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)ZL30的工作裝置系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括它的鏟斗的選擇：結(jié)構(gòu)形式，具體參數(shù)，鏟斗容量。然后進(jìn)行的是其連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括動(dòng)臂的一些數(shù)據(jù)以及連桿機(jī)構(gòu)中的一些組件尺寸，以及工作裝置的強(qiáng)度計(jì)算，并采用材料力學(xué)的相關(guān)知識(shí)對(duì)其受力分析和計(jì)算分析。
1 裝載機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用
1.1 裝載機(jī)的概述
裝載機(jī)按發(fā)動(dòng)機(jī)功率可分為特大型、大型、中型和小型四種。小型裝載機(jī)的功率小于74kw；中型裝載機(jī)的功率為74~147kw；大型裝載機(jī)的功率為147~515kw；特大型裝載機(jī)的功率大于515kw。
裝載機(jī)按行走裝置的不同可分為履帶式和輪胎式兩種。輪胎式裝載機(jī)是以輪胎式專用地盤(pán)為基礎(chǔ)，配置工作裝置和操縱系統(tǒng)而構(gòu)成。輪胎式裝載機(jī)具有速度快、重量輕、維護(hù)方便效率高、行走時(shí)不破壞路面、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)。履帶式裝載機(jī)是以專用地盤(pán)或工業(yè)拖拉機(jī)為基礎(chǔ)，裝上工作裝置及操作系統(tǒng)組成。履帶式裝載機(jī)因履帶接地面積大，使得接地比壓小，通過(guò)性好；重量大，附著性能好；重心低，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
裝載機(jī)按傳動(dòng)形式不同可分為機(jī)械傳動(dòng)式、液力機(jī)械傳動(dòng)式、液壓傳動(dòng)式和電傳動(dòng)式四種。目前，大中型裝載機(jī)多采用液力機(jī)械式傳動(dòng)。
裝載機(jī)按卸料方式不同可分為前卸式、回轉(zhuǎn)式和后卸式。前卸式裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作安全可靠，駕駛員視野好，故應(yīng)用廣泛?；剞D(zhuǎn)式裝載機(jī)的工作裝置可以相對(duì)底架轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得裝載機(jī)在工作時(shí)可以與運(yùn)輸車(chē)輛成任意角度，裝載機(jī)原地不動(dòng)依靠回轉(zhuǎn)卸料。因此，回轉(zhuǎn)式裝載機(jī)可在狹小的場(chǎng)地工作，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，側(cè)向穩(wěn)定性不好。后卸式裝載機(jī)前端裝料，向后卸料。在作業(yè)時(shí)不需要調(diào)頭，可直接向停在裝載機(jī)后面的運(yùn)輸車(chē)輛卸料。但卸料時(shí)鏟斗必須越過(guò)駕駛室，不安全，故應(yīng)用不廣泛，一半用于井巷作業(yè)。
裝載機(jī)的構(gòu)造：裝載機(jī)一般有發(fā)動(dòng)機(jī)，車(chē)架，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，行走系統(tǒng)，工作裝置，液壓系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等組成，發(fā)動(dòng)機(jī)的液力變矩器把動(dòng)力傳給變速箱，然后經(jīng)前傳動(dòng)軸和后傳動(dòng)軸分別傳給前后驅(qū)動(dòng)橋，以驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，工作裝置是由動(dòng)臂，鏟斗，連桿機(jī)構(gòu)，動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸等組成，動(dòng)臂一端鉸接在機(jī)架上，另一端和鏟斗鉸接連接。動(dòng)臂的升降由動(dòng)臂油缸帶動(dòng)，鏟斗翻轉(zhuǎn)則由轉(zhuǎn)斗油缸通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，車(chē)架由前后兩部分組成，中間用前后車(chē)架鉸接聯(lián)接，依靠轉(zhuǎn)向油缸可使前后車(chē)架繞鉸銷相對(duì)地轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
裝載機(jī)的作業(yè)方式：裝載機(jī)是循環(huán)作業(yè)式的工程機(jī)械。它的一個(gè)作業(yè)循環(huán)由駛進(jìn)料堆、鏟取、后退、轉(zhuǎn)向、駛進(jìn)卸料目標(biāo)和卸料等動(dòng)作構(gòu)成。其中，對(duì)物料的鏟取方法和作業(yè)時(shí)運(yùn)輸車(chē)輛的配置方案，將影響生產(chǎn)率的高低。
1） 鏟取方法：裝載機(jī)對(duì)物料的鏟取方法有一次鏟取和復(fù)合鏟取兩種方法。
a. 一次鏟取法：鏟斗一次插入料堆，一次收斗而裝滿鏟斗的鏟取方法。作業(yè)時(shí)裝載機(jī)從正前方駛進(jìn)料堆，邊進(jìn)邊放下鏟斗，在料堆前1m處使鏟斗落到地面，處于浮動(dòng)位置，斗刃能觸及料堆時(shí)，加大油門(mén)緩緩插入料堆，然后鏟斗上翻，提升動(dòng)臂到運(yùn)輸位置再倒退駛出。該法是最簡(jiǎn)單常用方法，比較適用于阻力比較小的松散料堆。
b. 復(fù)合鏟取法：裝載機(jī)前進(jìn)插入料堆的同時(shí)，鏟斗與提臂相配合鏟取物料的方法。這樣鏟取切削阻力小，容易裝滿鏟斗，適合鏟裝切削阻力較大的物料。
2）作業(yè)配置方案：裝載機(jī)與運(yùn)輸車(chē)輛的作業(yè)配置方案，主要取決于現(xiàn)場(chǎng)的條件、運(yùn)輸車(chē)與裝載機(jī)的數(shù)量和類型。廣泛使用的有“I形”、“V形”、“L形”作業(yè)方法。
a. “I”形作業(yè)法：運(yùn)輸車(chē)平行與工作面并往復(fù)地前進(jìn)和后退，所以也稱之為穿梭作業(yè)法。
這種作業(yè)方式可減少裝載機(jī)改變方向的次數(shù)，如果裝載機(jī)與運(yùn)輸車(chē)配合的好，會(huì)有較好的生產(chǎn)效率。
b. “V”形作業(yè)法：運(yùn)輸車(chē)與工作面成60度的角度，裝載機(jī)裝滿鏟斗后，在倒車(chē)駛離工作面的過(guò)程中，并調(diào)轉(zhuǎn)駛向料堆，進(jìn)入下一次的作業(yè)循環(huán)。
這種作業(yè)方式可以得到較短的工作循環(huán)時(shí)間，故應(yīng)用十分廣泛。
c. “L”形作業(yè)法：運(yùn)輸車(chē)垂直于工作面，裝載機(jī)鏟裝物料后，倒退并翻轉(zhuǎn)90°，然后向前駛向料堆進(jìn)行下次鏟裝。
這種作業(yè)方式在運(yùn)距較短時(shí)，一個(gè)司機(jī)可輪換在兩輛運(yùn)輸車(chē)上工作，以減少人力。這種作業(yè)方式適用寬廣的作業(yè)場(chǎng)合。
國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)型號(hào)標(biāo)記的第一個(gè)字母Z，代表裝載機(jī)，Z后面的數(shù)字代表額定裝載重量。為了區(qū)別履帶式和輪胎式裝載機(jī)，輪胎式裝載機(jī)型號(hào)標(biāo)記要在字母Z和數(shù)字之間加字母L，如ZL30型裝載機(jī)，代表額定載總量為3t的輪胎式裝載機(jī)。裝載機(jī)的型號(hào)表示方法見(jiàn)表1-1。
表1-1 裝載機(jī)的型號(hào)表示方法
Table 1-1 representation for loader
組
型
代號(hào)
代號(hào)含義
名稱
單位表示法
裝載機(jī)Z
履帶式
輪胎式L
Z
ZL
履帶式裝載機(jī)
輪胎式裝載機(jī)
裝載能力
t(噸)
1.2 裝載機(jī)的發(fā)展
1.2.1 國(guó)外裝載機(jī)的發(fā)展概況
裝載機(jī)在20世紀(jì)初開(kāi)始制造和使用，最早的裝載機(jī)是以畜力作動(dòng)力的。到20世紀(jì)20年代才出現(xiàn)帶有動(dòng)力的裝載機(jī)。在30年代，裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的改進(jìn)，到30年代末出現(xiàn)了輪胎式裝載機(jī)，40年代柴油機(jī)、液壓技術(shù)開(kāi)始在裝載機(jī)上應(yīng)用，并出現(xiàn)了四輪驅(qū)動(dòng)的裝載機(jī)，這樣就大大增加了裝載機(jī)的牽引力。50年代，由于汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了工程機(jī)械專用地盤(pán)的使用和發(fā)展，在此期間液力變矩器開(kāi)始在裝載機(jī)上使用，出現(xiàn)了液力機(jī)械傳動(dòng)形式。這種傳動(dòng)形式使裝載機(jī)的牽引性能得到了大大的改善，工作時(shí)能隨著外界阻力的變化而自動(dòng)調(diào)整速度，發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)因?yàn)橥饨缱枇υ龃蠖ɑ稹?0年代初，出現(xiàn)了鉸接式裝載機(jī)，這是裝載機(jī)結(jié)構(gòu)上的一大革新，它使得裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向性能大大改善，機(jī)動(dòng)性大大提高。再次期間又出現(xiàn)了電傳動(dòng)裝載機(jī)，這又是裝載機(jī)設(shè)計(jì)上一個(gè)新的發(fā)展。裝載機(jī)結(jié)構(gòu)上的不斷改進(jìn)，使其生產(chǎn)率大大提高，從而是裝載機(jī)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，這樣就促進(jìn)裝載機(jī)的制造業(yè)的發(fā)展，不但產(chǎn)品數(shù)量不斷增加，而且產(chǎn)品的質(zhì)量也不斷提高，新型號(hào)、新系列也不斷涌現(xiàn)出來(lái)。
20世紀(jì)60年代以前，裝載機(jī)的斗容一般不超過(guò)4 m3。從60年代末期開(kāi)始，斗容發(fā)展越來(lái)越大。目前世界上最大的輪胎式裝載機(jī)是美國(guó)“克拉克”設(shè)備公司在加拿大的分公司生產(chǎn)的“密執(zhí)安”675型裝載機(jī)，其斗容量為18.4 m3 如果裝載比重不大的散裝物料（如煤）時(shí)，斗容可達(dá)27.5 m3。
1.2.2 我國(guó)裝載機(jī)的發(fā)展情況
我國(guó)20世紀(jì)50年代末才開(kāi)始生產(chǎn)以汽車(chē)底盤(pán)為基礎(chǔ)，配以工作裝置，構(gòu)成前輪驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向的小型裝載機(jī)。這種裝載機(jī)由于其牽引力不大，所以只能用于裝載松散的輕型物料。60年代初，成立了專門(mén)管理工程機(jī)械科研和生產(chǎn)的部門(mén)，建立了科研機(jī)構(gòu)，并且籌建了專門(mén)生產(chǎn)裝載機(jī)的工廠。與此同時(shí)，我國(guó)開(kāi)始研制專用底盤(pán)的裝載機(jī)，如天津工程機(jī)械研究所和廈門(mén)工程機(jī)械廠與1964年測(cè)繪并制成了額定載重量為為35KN的Z435裝載機(jī)，1967年成都工程機(jī)械廠與天津工程機(jī)械研究所試制了Z4H2半回轉(zhuǎn)式裝載機(jī)；1965年天津工程機(jī)械廠與天津交通局設(shè)計(jì)試制了Z425鉸接式裝載機(jī)；1970年柳州工程機(jī)械廠和天津工程機(jī)械研究所設(shè)計(jì)試制了ZL50裝載機(jī)。該機(jī)采用雙渦輪變矩器、動(dòng)力換擋行星式變速箱、寬基底輪胎反轉(zhuǎn)單連桿機(jī)構(gòu)工作裝置，交接轉(zhuǎn)向。并自行設(shè)計(jì)了“三合一”機(jī)構(gòu)——即利用了單向離合器解決了裝載機(jī)熄火后的拖起動(dòng)、轉(zhuǎn)向及下長(zhǎng)坡時(shí)用柴油機(jī)排氣制動(dòng)等三個(gè)問(wèn)題，使該機(jī)更適合北方低溫、南方山多坡道長(zhǎng)的情況。
ZL50裝載機(jī)經(jīng)多年實(shí)踐考核證明性能良好、結(jié)構(gòu)先進(jìn)，因此裝載機(jī)行業(yè)的研究所和工廠以該機(jī)型為基礎(chǔ)，共同設(shè)計(jì)試制了ZL100，ZL40，ZL30，ZL20裝載機(jī)，并在這個(gè)系列的基礎(chǔ)上發(fā)展了DZL50和DZL40地下裝載機(jī)等變形產(chǎn)品。初步形成了我國(guó)獨(dú)立地輪胎式交接裝載機(jī)系列。該系列產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，其傳動(dòng)系采用柴油機(jī)——渦輪變矩器——?jiǎng)恿Q擋行星變速箱——帶輪邊減速的雙驅(qū)動(dòng)橋——低壓輪胎；鉗盤(pán)式制動(dòng)器；鉸接轉(zhuǎn)向；工作裝置為反轉(zhuǎn)單連桿機(jī)構(gòu)。因此，提高裝載機(jī)在低速作業(yè)時(shí)克服插入料堆阻力的能力，并使得發(fā)動(dòng)機(jī)功率得到比較好充分的利用，有利于提高裝載機(jī)的作業(yè)效率。另外，裝載機(jī)在輕載高速時(shí)，變矩器只用二級(jí)渦輪工作，而在重低速時(shí)，一、二級(jí)渦輪同時(shí)工作。這樣，變矩器本身在速度轉(zhuǎn)換時(shí)，相當(dāng)于兩檔速度，并隨外負(fù)荷自動(dòng)變化，因此，可以減少變速箱的檔數(shù)，簡(jiǎn)化變速箱結(jié)構(gòu)?；谶@種原因，動(dòng)力換擋行星變速箱只有兩個(gè)前進(jìn)擋，一個(gè)后退檔。
我國(guó)ZL系列裝載機(jī)外形相似，零部件通用程度高。如ZL50與ZL40，ZL30與ZL20裝載機(jī)的通用件均達(dá)70%左右，給大批量專業(yè)化生產(chǎn)提供了有利條件。上述系列中的各品種均以通過(guò)國(guó)家鑒定定型，進(jìn)行批量生產(chǎn)。為適應(yīng)需要，斗容1m3以下和5m3以上的裝載機(jī)也已經(jīng)出現(xiàn)。
1.2.3 目前裝載機(jī)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)
近期裝載機(jī)在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有重大突破，但有不少的改進(jìn)。由于一些大型工程需要以及裝載機(jī)應(yīng)用范圍擴(kuò)大，要求有大容量大功率的裝載機(jī)來(lái)適應(yīng)工程的需要和提高生產(chǎn)率，因此裝載機(jī)向大型化方向發(fā)展。同時(shí)由于城市道路環(huán)境維護(hù)等小工程增多，同時(shí)為了滿足工廠車(chē)間內(nèi)部和狹小場(chǎng)地物料裝卸和搬運(yùn)需要，節(jié)約勞動(dòng)力，提高工效，裝載機(jī)向小型化發(fā)展也較快，這方面日本更為突出。另外，裝載機(jī)的輪胎化，輪胎裝載機(jī)車(chē)架的鉸接化，近來(lái)逐漸由大中型裝載機(jī)擴(kuò)大到小型裝載機(jī)。
1) 動(dòng)力：目前裝載機(jī)的動(dòng)力仍然是柴油機(jī)，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)單位自重功率和降低燃料消耗都廣泛采用了增壓器。
特大型裝載機(jī)沒(méi)有這么大的柴油機(jī)來(lái)適應(yīng)其要求，“克拉克”公司在它的675型特大型裝載機(jī)上，用兩臺(tái)柴油機(jī)兵連起來(lái)解決了這個(gè)問(wèn)題。兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)各自的液力變矩器在變速箱合流，這樣，不僅解決的動(dòng)力配套問(wèn)題，而且提高了裝載機(jī)工作的安全可靠性，一臺(tái)柴油機(jī)出了故障，另一臺(tái)還可以繼續(xù)工作。
2) 傳動(dòng)系統(tǒng) ：近年來(lái)全壓傳動(dòng)小型輪胎式裝載機(jī)發(fā)展非常迅速。以美國(guó)為例全壓傳動(dòng)的輪胎式裝載機(jī)占全部輪胎式裝載機(jī)的40%。
大中型輪胎式裝載機(jī)大部分仍采用液力機(jī)械傳動(dòng)形式，只是近年來(lái)在一些傳動(dòng)元件上做了一些改進(jìn)，采用了一些新技術(shù)。如美國(guó)“卡特皮勒”公司把雙泵輪液力變矩器用在988B型輪胎式裝載機(jī)上。雙泵輪液力變矩器有內(nèi)外兩個(gè)泵輪，通過(guò)操作手柄可使這兩個(gè)泵輪一個(gè)工作；或兩個(gè)工作；或相對(duì)工作。因而使得變矩器的吸收功率和輸出功率可在一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)變化，使得發(fā)動(dòng)機(jī)功率和裝載機(jī)的牽引力能隨作業(yè)工況的變化獲得比較理想的匹配，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率被充分利用，改善了裝載機(jī)的動(dòng)力性能，從而提高其工作效率。同時(shí)，輪胎不打滑也提高了輪胎的壽命。
3) 制動(dòng)系統(tǒng)：最近一個(gè)時(shí)期，為了保證作業(yè)和行駛安全可靠，裝載機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)一般有三部分組成即：雙管路腳制動(dòng)系統(tǒng)，停車(chē)制動(dòng)和緊急制動(dòng)。制動(dòng)器多采用盤(pán)式的。最近“卡特皮勒”988B輪胎式裝載機(jī)上采用了油冷式式多片制動(dòng)器。這種制動(dòng)器由于產(chǎn)生制動(dòng)力的面積大和強(qiáng)制循環(huán)油冷卻，因此制動(dòng)效果較好且使用壽命長(zhǎng)，并且磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償間隙。
4) 工作裝置：由于近年來(lái)裝載機(jī)適用范圍擴(kuò)大到礦山，除一般的裝載作業(yè)外還要進(jìn)行一定的鏟掘作業(yè)，因此近年來(lái)盛行反轉(zhuǎn)式單搖臂連桿機(jī)構(gòu)（國(guó)外稱之為“Z”型連桿機(jī)構(gòu)）。“卡特皮勒”公司最近把其988型輪胎式裝載機(jī)改為988B型，其中就把原來(lái)的正轉(zhuǎn)雙搖臂改為反轉(zhuǎn)單搖臂連桿機(jī)構(gòu)。
美國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)和英國(guó)有些公司研制出一種強(qiáng)制卸載鏟斗，它的后斗臂是一個(gè)活動(dòng)的推板，當(dāng)鏟斗底部處于水平位置或略有不大的傾斜度時(shí)，使推板向前移動(dòng)強(qiáng)行把退出卸載。這種強(qiáng)制卸載鏟斗的主要優(yōu)點(diǎn)有：能將粘性較大的物料從鏟斗中全部卸凈，增加了卸載距離和卸載高度；降低了卸載時(shí)物料降落高度，從而降低了對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛的沖擊強(qiáng)度。
美國(guó)“克拉克”公司為了使475B裝載機(jī)提高工作效率和適應(yīng)礦山作業(yè)的需要，對(duì)它的鏟斗進(jìn)行了一些改進(jìn)。改進(jìn)后的鏟斗矮而深鏟斗高度比改進(jìn)前低224cm,而斗容比改進(jìn)前大了7%這種鏟斗貫入性好，可減少鏟斗插入料堆的阻力，同時(shí)由于鏟斗低矮，改善了司機(jī)的視野。另外，475B裝載機(jī)還裝有一種自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)。這種自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)按需要自動(dòng)對(duì)各點(diǎn)潤(rùn)滑，代替人工潤(rùn)滑。它既不會(huì)潤(rùn)滑過(guò)度也不會(huì)潤(rùn)滑不足或遺漏，所以可以延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命，同時(shí)可提高作業(yè)效率，減少了每天保養(yǎng)的時(shí)間。
5) 液壓系統(tǒng)：由于液壓技術(shù)不斷的發(fā)展，液壓系統(tǒng)向高壓高速方向發(fā)展，進(jìn)來(lái)裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)的壓力有的高達(dá)30MPa，一般壓力為15MPa~20MPa。
近階段，裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)中采用了一些新裝置，是裝載機(jī)在作業(yè)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)的功率能被充分利用。例如，美國(guó)凱斯380型和福特A62、A64、A65型裝載機(jī)液壓系統(tǒng)中都裝有一種液壓自動(dòng)控制閥，這種發(fā)可以使閥不進(jìn)行鏟裝時(shí)，其全部功率可用于牽引。同樣當(dāng)需要牽引時(shí)，其最大功率全部用來(lái)鏟裝。又如西德弗里斯公司的F1300C和1400C型輪胎式裝載機(jī)，拆用一種新的控制裝置，這種裝置可自動(dòng)調(diào)整裝卸過(guò)程中的速度和動(dòng)力。
6) 操縱系統(tǒng)：裝載機(jī)的操縱系統(tǒng)向簡(jiǎn)單化發(fā)展，越來(lái)越多的裝載機(jī)用一根操縱桿便能操縱前進(jìn)、后退和換擋；用一根操縱桿控制動(dòng)臂的的提升下降和鏟斗的前后傾。換擋時(shí)變速桿必須先回空擋位置然后再另行掛檔，否則掛不上檔；發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，變速操縱桿則自動(dòng)回到空擋位置等。
7) 低公害安全保護(hù)裝置：噪聲和振動(dòng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣凈化已成為國(guó)外研究的重要的課題，并取得了一些的成果。
裝載機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，總的來(lái)說(shuō)是向系列化、特大型化；多用途、微型化、超小型化；節(jié)能與環(huán)保；計(jì)算機(jī)管理及故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以及整機(jī)智能化等方面發(fā)展。
2 裝載機(jī)總體設(shè)計(jì)
2.1 裝載機(jī)各總成部件結(jié)構(gòu)形式選擇
由前文介紹，對(duì)于大中型輪胎式裝載機(jī)選擇業(yè)力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，它能更好的吸收沖擊載荷，提高裝載機(jī)的壽命；并且能自動(dòng)適應(yīng)外界阻力的變化，可以改善裝載機(jī)的牽引性能。
2.1.1 液力機(jī)械傳動(dòng)系部件形式的選擇
(1) 液力變矩器
對(duì)于液力機(jī)械傳動(dòng)的裝載機(jī)，如果液力變矩器選擇的合適，而且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的合適，那么，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率會(huì)被充分利用，裝載機(jī)的牽引性能就會(huì)得到改善，減少變速箱的檔數(shù)，簡(jiǎn)化變速箱的結(jié)構(gòu)，減輕司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高裝載機(jī)的效率。所以綜合有關(guān)資料，選擇雙渦輪變矩器，它的變矩系數(shù)大，并且高效范圍寬適合裝載機(jī)在鏟裝作業(yè)時(shí)，具有低速大牽引力，而在運(yùn)輸工況時(shí)，具有較高的車(chē)速。
(2) 變速箱
選定了發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器的類型之后，就可以選擇變速箱的形式。變速箱按操縱型式分為人力換擋變速箱和動(dòng)力換擋變速箱兩大類。綜合考慮，本次設(shè)計(jì)選擇動(dòng)力換擋變速箱中行星動(dòng)力換擋變速箱，這種形式的變速箱因其負(fù)荷分配在幾個(gè)行星齒輪上，齒輪零件受力小并且受力平衡。因此結(jié)構(gòu)緊湊，剛度大，齒輪使用壽命長(zhǎng)。為了滿足裝載機(jī)低速作業(yè)要求和減小主傳動(dòng)從動(dòng)齒輪、差速器和半軸所傳遞的扭矩，在輪式裝載機(jī)上目前采用單級(jí)主傳動(dòng)和行星輪邊減速裝置。但是，為了增大輪邊減速的速比，ZL30裝載機(jī)輪邊減速采用了雙級(jí)齒輪傳動(dòng)。
(3) 制動(dòng)系
目前裝載機(jī)完善的制動(dòng)系包括三個(gè)部分：雙管路行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，停車(chē)制動(dòng)和緊急制動(dòng)。每個(gè)部分主要有制動(dòng)器和制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成。
對(duì)于行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，中大型裝載機(jī)行車(chē)制制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)都采用加力裝置。加力裝置有壓縮空氣和液壓和氣推油三種結(jié)構(gòu)方案。由于氣推油制動(dòng)，操縱省力，工作可靠，能獲得較大的制動(dòng)力。所以國(guó)內(nèi)外在中型和大型裝載機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于停車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)是裝載機(jī)停車(chē)或在坡道上停歇制動(dòng)用的。停車(chē)制動(dòng)器多為帶式或蹄式的，一般組裝在變速箱外的傳動(dòng)軸上。停車(chē)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)都是手操縱機(jī)械傳動(dòng)，用以保證停車(chē)的可靠性。而緊急制動(dòng)系，是用來(lái)供遇到特殊情況緊急制動(dòng)或當(dāng)行車(chē)制動(dòng)發(fā)生故障時(shí)用的。它具有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通常裝在變速箱外的傳動(dòng)軸上，但并不是所有裝載機(jī)上都設(shè)有緊急制動(dòng)系統(tǒng)。
（4） 輪胎
用于礦山的裝載機(jī)輪胎的壓力在0.4MPa左右。為充分的利用裝載機(jī)的重量，獲得較大的牽引力，輪式裝載機(jī)大都采用全橋驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)初選輪胎規(guī)格為18.00~24，寬基輪胎，充氣壓力0.35MPa，外直徑1590mm，斷面寬500mm，越野花紋。
2.2 裝載機(jī)總體參數(shù)確定
由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和設(shè)計(jì)要求，對(duì)于本次ZL30裝載機(jī)的設(shè)計(jì)的主要參數(shù)有：
鏟斗容量： 1.5 m3
整機(jī)質(zhì)量： 9.7 t
額定載重量： 3 t
發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率： 92 kw
裝載機(jī)總體參數(shù)選擇和確定是設(shè)計(jì)過(guò)程中比較重要的工作，合理選擇總體參數(shù)，不但可以方便以后的額技術(shù)設(shè)計(jì)，而且可以使裝載機(jī)擁有較好的使用性能和較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從而降低成本，提高生產(chǎn)效率。
裝載機(jī)總體參數(shù)包括：額定載重量、斗容、裝載機(jī)自重，發(fā)動(dòng)機(jī)功率，軸距、輪距、最大卸載高度，卸載距離等。
2.2.1 確定軸距和輪距
（1）輪距是裝載機(jī)總體設(shè)計(jì)的主要尺寸，一般是用比較法初步選取，然后通過(guò)繪制總布置，才能準(zhǔn)確地選定軸距。軸距L的主要影響以下三個(gè)方面的性能：
a. 軸距增大，有利于提高整車(chē)的縱向穩(wěn)定性。軸距增加還會(huì)減少裝載機(jī)在行駛中的前后顛覆，提高行駛平穩(wěn)性，減少死機(jī)疲勞。
b. 軸距增長(zhǎng)時(shí)如果其它條件不變，最小轉(zhuǎn)彎半徑增加。
c. 軸距增長(zhǎng)，相應(yīng)的車(chē)架，傳動(dòng)軸等都要增長(zhǎng)，所以裝載機(jī)自重會(huì)增加。
另外，軸距的改變還會(huì)影響車(chē)架受力和整機(jī)的通過(guò)性。
(2)大部分裝載機(jī)前后輪距相同，且前后輪距相同，且前后輪用相同的輪胎。
a. 輪距增加，可以提高整機(jī)的橫向穩(wěn)定性，但最小轉(zhuǎn)彎半徑將增加，影響機(jī)動(dòng)性。
b. 輪距增加會(huì)造成鏟斗的都款增加。因?yàn)樵谧鳂I(yè)中保護(hù)輪胎不被碰傷，一般鏟斗要比輪距寬50~100mm（單側(cè)），所以輪距增加，鏟斗寬度要相應(yīng)加寬，這樣降低了單位斗刃長(zhǎng)度上的插入力。
綜上所述，參考同類產(chǎn)品初選：軸距2850mm，輪距2000mm。
2.2.2 插入阻力
插入阻力為鏟斗插入料堆，料堆對(duì)鏟斗的反作用力。該阻力由鏟斗前切削刃和兩側(cè)斗壁切削刃的阻力、鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力、鏟斗外表面和物料的摩擦阻力組成。這些阻力與料堆高度，物料的種類，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀、鏟斗插入料堆的深度有關(guān)。要分別計(jì)算上述各項(xiàng)阻力比較繁瑣，一般按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算總的插入阻力：
式中：P——鏟斗插入阻力；
K——物料的塊度和松散程度的影響系數(shù)，對(duì)于松散程度較好的物料：
塊度小于0.3mm時(shí)， K=1.0；
塊度小于0.4mm時(shí)， K=1.1；
塊度小于 0.5mm時(shí)， K=1.3；
如果松散程度較差，則上述各值增大20%-40%；對(duì)于這里取 K=1.33；
K——物料種類影響系數(shù)，散狀物料種類為沙石，取系數(shù)為1.2；
l——鏟斗插入料堆深度(cm)，取50cm；
B——鏟斗寬度(cm)；
K—一料堆高度影響系數(shù)，料高度為1.4m, K=1.15；
K——鏟斗形狀系數(shù)，一般在1.1~1.8之間，取1.30。
2.2.3 鏟起阻力
鏟起阻力是指鏟斗插入料堆一定深度后，提升動(dòng)臂時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力。鏟起阻力與插入阻力同樣與物料的種類、塊度、松散程度、重度、溫度、物料之間及物料與斗壁之間的摩擦有關(guān)。最大鏟起力通常發(fā)生在鏟斗開(kāi)始提升的時(shí)刻，隨著動(dòng)臂提升鏟起力逐漸減小。
鏟斗開(kāi)始提升時(shí)的鏟起阻力按下式計(jì)算：
＝
式中：——鏟斗插入料堆深度，0.5m；
B——鏟斗寬度，2.2m；
——鏟斗開(kāi)始提升時(shí)物料的剪切阻力(KN/m),取值為35kN/m；
＝
=2.2×0.50×2.2×35
=84.7（kN）
2.2.4 轉(zhuǎn)斗阻力矩
轉(zhuǎn)斗阻力矩是當(dāng)鏟斗插入料堆一定深度后，用轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗向后翻轉(zhuǎn)時(shí)，料堆對(duì)鏟斗的反作用力矩稱為轉(zhuǎn)斗阻力矩。當(dāng)用鏟斗翻轉(zhuǎn)鏟掘物料時(shí)，在鏟斗充分插入料堆的最初時(shí)刻轉(zhuǎn)斗靜阻力矩具有最大值以表示，此時(shí)，鏟斗轉(zhuǎn)角α=0；其靜阻力矩隨著鏟斗的翻轉(zhuǎn)角α的變化而按雙曲線特性變化如圖2-1，一直到鏟斗前刃離開(kāi)料堆坡面線為止。這時(shí)靜阻力矩用表示。根鏟斗轉(zhuǎn)角α=α。
式中： P——插入阻力,69.8kN；
——鏟斗回轉(zhuǎn)中心與斗刃的水平距離,1.143m；
y ——鏟斗回轉(zhuǎn)中心與地面的垂直距離,0.1m；
——鏟斗插入深度,0.50m。
2.2.5 總阻力矩的計(jì)算
鏟斗在料堆中翻轉(zhuǎn)時(shí)，除了要克服物料所給的靜阻力矩之外，還要克服鏟斗自重及鏟斗中物料所給的阻力矩，因此，開(kāi)始轉(zhuǎn)斗的阻力矩為：
式中： ——鏟斗自重，14000 N；
——裝載機(jī)額定載重量,30000N；
——鏟斗重心到回轉(zhuǎn)中心的水平距離,0.44m；見(jiàn)圖2-2。
圖2-1 轉(zhuǎn)斗的靜阻力矩與鏟斗轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系 圖2-2 轉(zhuǎn)斗力確定圖
Fig.2-1 Tatic relationship of the turning resistance and bucket Fig.2-2 transfer force to determine map
2.2.6 裝載機(jī)的使用重量
裝載機(jī)作業(yè)時(shí)要發(fā)揮大的插入力,必須要求機(jī)器有足夠的自重,增加附著性能。但機(jī)器自重的增加，將會(huì)導(dǎo)致裝載機(jī)運(yùn)行阻力增大動(dòng)力性能變差,材料和燃料消耗增加,輪胎壽命縮短,以及造價(jià)提高。對(duì)于一般土壤,如附著重量過(guò)大,當(dāng)其比壓超過(guò)某一極限而破壞土壤結(jié)構(gòu)時(shí)甚至使附著性能反而變壞。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在保證一定附著牽引力的前提下盡量使機(jī)器的自重降低,具有同樣作業(yè)能力和壽命的機(jī)器,其自重越小,往往說(shuō)明其總體布置,材料利用和部件設(shè)計(jì)的合理性,一般可用單位自重功率或單位斗容自重來(lái)反映,它是機(jī)械技術(shù)性能的重要比較指標(biāo)之一。
式中：——輪胎的附著系數(shù), =0.70（輪胎充氣壓為350KPa）；
——為最大插入阻力。=69.8KN；
所以，。即使用重量為9.31t，參考同類機(jī)型選取9.7噸。
2.2.7 確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率
裝載機(jī)作業(yè)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率（飛輪功率）消耗兩部分：牽引功率和驅(qū)動(dòng)液壓泵功率。
（1）功率是由發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)行駛的功率。按下式計(jì)算：
式中： Pk——額定輪緣切線牽引力；
VT——裝載機(jī)插入料堆的理論作業(yè)速度，取3~4km/h，這里取3.5km/h；
——傳動(dòng)系總效率，機(jī)械傳動(dòng)0.85~0.88，液力機(jī)械傳動(dòng)0.6~0.75，這里取0.70；
Pk=PH+Pf
式中：——裝載機(jī)空載附著重量，取93.1kN
——額定附著重量利用系數(shù)，它是相應(yīng)于額定滑轉(zhuǎn)率時(shí)的附著重量利用系數(shù)輪式裝載機(jī)，取之間，取0.5；
——滾動(dòng)阻力系數(shù)，取f=0.02。
則：
（2）驅(qū)動(dòng)液壓泵功率：
裝載機(jī)用的柴油機(jī)工作條件惡劣，負(fù)載大，應(yīng)選用按一小時(shí)功率標(biāo)定的工程機(jī)械用柴油機(jī)，如選用車(chē)用柴油機(jī)，因它是按15分鐘標(biāo)定功率的，建議將其功率降低10~20%使用。
裝載機(jī)上所用的油泵有：作業(yè)泵（供工作裝置液壓缸用）、轉(zhuǎn)向泵（供轉(zhuǎn)向液壓缸用）、變速泵（供動(dòng)力換檔速箱和變矩器冷卻用）等。
裝載機(jī)不同工況，驅(qū)動(dòng)液壓泵所需功率是不同的。
當(dāng)裝載機(jī)作直線行駛、工作裝置不動(dòng)作時(shí)，作業(yè)泵，轉(zhuǎn)向泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，計(jì)算時(shí)作業(yè)泵和轉(zhuǎn)向泵的空載壓力（一般取500KPa）、變速泵取工作壓力計(jì)算，此時(shí)驅(qū)動(dòng)液壓泵所需功率很小。
當(dāng)裝載機(jī)邊走邊操縱斗動(dòng)作時(shí)，作業(yè)泵工作壓力高，流量大，驅(qū)動(dòng)油泵所需功率大。作業(yè)泵的計(jì)算壓力應(yīng)取多大需視不同機(jī)型而異。
驅(qū)動(dòng)油泵功率，一般，即，
選擇適當(dāng)型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)：本設(shè)計(jì)采用牟平發(fā)動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)的6102G型發(fā)動(dòng)機(jī)，其類型為水冷單行直列四沖程，額定功率為92KW，額定轉(zhuǎn)速為2600r/min。
2.3 各部件的布置
2.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的布置
發(fā)動(dòng)機(jī)通常置于裝載機(jī)后部中央，這樣能改善駕駛員的視野，而且可以增加裝載機(jī)的穩(wěn)定性。發(fā)動(dòng)機(jī)的前后布置，根據(jù)橋荷分配確定，其曲軸中心線的上下位置在不影響整機(jī)的使用要求和傳動(dòng)布置的情況下，希望盡可能低些，以降低裝載機(jī)重心高度。發(fā)動(dòng)機(jī)位置確定后，即可安排液力變矩器、變速箱的位置和確定傳動(dòng)軸數(shù)目。
發(fā)動(dòng)機(jī)、變矩器和變速箱最常用的連接有以下兩種方式：
（1）變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼連接，變矩器和變速箱連接在一起。
這種布置結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)軸數(shù)少，采用行星變速箱的傳動(dòng)系中多用這種結(jié)構(gòu)形式。
（2）變矩器殼和發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼連接在一起，變矩器和變速箱用傳動(dòng)軸連接。傳動(dòng)系采用定軸變速箱時(shí)多用此方案。
2.3.2 工作裝置布置
裝載機(jī)的工作裝置布置在整機(jī)的前端，布置時(shí)結(jié)合工作裝置設(shè)計(jì)，確定動(dòng)臂與車(chē)架的鉸點(diǎn)位置。在工作裝置參數(shù)不變的情況下，鉸點(diǎn)可盡量向后布置，但要考慮駕駛員出入駕駛室方便及鉸接式裝載機(jī)在最大轉(zhuǎn)角是工作裝置不與駕駛室相碰。從降低重心高度出發(fā)希望動(dòng)臂與車(chē)架的鉸點(diǎn)A低些，但這樣會(huì)降低最大卸載高度或增大動(dòng)臂的回轉(zhuǎn)角度，已致減小卸載距離及動(dòng)臂油缸力臂，造成油缸受力不利。動(dòng)臂從最低位置大最大舉升時(shí)的回轉(zhuǎn)角度一般取80°~ 90°左右。動(dòng)臂油缸與車(chē)架的鉸點(diǎn)I及油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)H的位置是在考慮油缸受力及其行程的情況下確定的。
動(dòng)臂油缸缸體與車(chē)架一般采用兩種鉸接方式。
圖2-3 立式布置形式 圖2-4 臥式布置形式
Fig. 2-3 vertical layout form Fig. 2-4 horizontal layout form
一種是油缸下端與車(chē)架鉸接；另一種是油缸中部與車(chē)架鉸接，前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易布置，但油缸下端與車(chē)架鉸點(diǎn)支座離地面距離較?。缓笳咴趧?dòng)臂提升過(guò)程中，由于油缸下部的擺動(dòng)，使得油缸作用力臂變化較小，效率較高，但油缸下端擺動(dòng)較大，布置較為困難。動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)H靠前，動(dòng)臂提升是油缸推力小，但活塞行程較大；I點(diǎn)靠后，活塞行程雖小但油缸推力較大。I點(diǎn)一般布置在靠近動(dòng)臂后端約為長(zhǎng)度的1/3處為宜。動(dòng)臂油缸上下鉸點(diǎn)I、H的選擇，應(yīng)滿足動(dòng)臂在最低位置時(shí)，GHI=90°，這樣鏟掘時(shí)提升力最大。
2.3.3 駕駛室的布置
整體車(chē)架輪胎式裝載機(jī)，為使駕駛員前視野好，一般都將駕駛室布置在車(chē)架的前部。 鉸接式裝載機(jī)駕駛室的布置方案有以下三種：
(1)駕駛室懸臂固定在前車(chē)架的后端
這樣布置鏟斗始終在駕駛員的前方，同時(shí)轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員隨前車(chē)架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，前方視野較好，鏟裝物料及裝卸時(shí)便于對(duì)中，但由于駕駛室在前車(chē)架上，而發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱等是在候車(chē)架上，所以，操縱結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。國(guó)外有些裝載機(jī)的駕駛室采用這種布置方式。
(2)駕駛室懸臂固定在后車(chē)架的前端
這種布置形式轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員不隨工作裝置一起轉(zhuǎn)動(dòng)，裝卸時(shí)對(duì)中性不如前者。作業(yè)時(shí)駕駛員受沖擊較小，不易疲勞，前后視野中等。目前大多數(shù)鉸接式裝載機(jī)采用這種布置方案。
(3)駕駛室布置在后車(chē)架的前部
這種布置方案前方視野較差，后方視野較好，作業(yè)時(shí)司機(jī)受到?jīng)_擊較小，不易疲勞。當(dāng)前也有裝載機(jī)采用這種布置。
3 工作裝置設(shè)計(jì)
3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析
3.1.1 裝載機(jī)工作裝置概述
裝載機(jī)鏟掘和裝卸物料作業(yè)是通過(guò)工作裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗，動(dòng)臂、搖臂、連桿（或托架）及轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸等組成。鏟斗與動(dòng)臂及通過(guò)連桿或托架與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用以裝卸物料，動(dòng)臂與車(chē)架及與動(dòng)臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動(dòng)臂的升降采用液壓操縱。
由鏟斗、搖臂、連桿（或托架）、轉(zhuǎn)斗油缸、動(dòng)臂、動(dòng)臂油缸及車(chē)架互相鉸接所構(gòu)成的連桿機(jī)構(gòu)。在裝載機(jī)作業(yè)時(shí)應(yīng)保證：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時(shí)，動(dòng)臂在動(dòng)臂油缸的作用下提升過(guò)程中，連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)能使鏟斗保持平移或使斗底平面與水平夾角的變化控制在允許的范圍內(nèi)，以免裝滿物料的的鏟斗由于傾斜而灑落物料；當(dāng)動(dòng)臂處于任何作業(yè)位置時(shí)在轉(zhuǎn)斗油缸的作用下，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)使鏟斗繞其鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且卸載角度不小于45 °；在動(dòng)臂下降時(shí)，又能使鏟斗自動(dòng)放平，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。下面我們分析裝載機(jī)作業(yè)時(shí)工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。
提升動(dòng)臂過(guò)程中，由于動(dòng)臂與車(chē)架的夾角α（如圖3-1）的改變而引起鏟斗相對(duì)于動(dòng)臂的夾角β也發(fā)生變化，也就是鏟斗相對(duì)于動(dòng)臂產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，提升動(dòng)臂時(shí)，鏟斗在空間的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成的，即由跟隨動(dòng)臂一起運(yùn)動(dòng)的牽連運(yùn)動(dòng)和相對(duì)動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成。
假如動(dòng)臂相對(duì)車(chē)架，轉(zhuǎn)過(guò)Δα，通過(guò)轉(zhuǎn)斗油缸，搖臂和連桿使鏟斗相對(duì)動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)Δβ，則鏟斗實(shí)際轉(zhuǎn)角Δγ為：
Δγ=Δα+Δβ
顯然，鏟斗的轉(zhuǎn)向與動(dòng)臂的轉(zhuǎn)向一致時(shí)，Δβ為正值，鏟斗傾角變化增大，反之，Δβ為負(fù)，鏟斗傾角的變化小，如果鏟斗與動(dòng)臂的轉(zhuǎn)向相反，并且Δα=－Δβ時(shí)，則鏟斗傾角無(wú)變化為平移。
裝載機(jī)由于使用和結(jié)構(gòu)上的原因，很少采用平行四邊形的連桿機(jī)構(gòu)。因此就不能使鏟斗在提升動(dòng)臂過(guò)程中保持平移。但可以通過(guò)合理的選擇連桿之間的長(zhǎng)度比例關(guān)系，使得在動(dòng)臂提升時(shí)，鏟斗產(chǎn)生一個(gè)與動(dòng)臂舉升轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)動(dòng)，以使鏟斗傾角變化控制在較小的范圍內(nèi)(通常取Δγ≤15°)
圖3-1 工作裝置運(yùn)動(dòng)分析
Fig.3-1 Motion analysis of working device?
3.1.2 工作裝置結(jié)構(gòu)類型的分析
裝載機(jī)的工作裝置的結(jié)構(gòu)形式分為無(wú)鏟斗托架和有鏟斗托架兩種。
無(wú)托架的工作裝置，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，其鏟斗與動(dòng)臂的前端和連桿鉸接，動(dòng)臂后端與車(chē)架上部支座鉸接，搖臂鉸接在動(dòng)臂上并分別與連桿和轉(zhuǎn)斗油缸的活塞桿鉸接，轉(zhuǎn)斗油缸缸體與車(chē)架鉸接。按組成連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)目可以分為六連桿和八連桿，連桿構(gòu)件數(shù)目多，機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)就多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，因此超過(guò)八連桿的機(jī)構(gòu)在裝載機(jī)上一般不采用。按連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可以分為正轉(zhuǎn)連桿工作裝置和反轉(zhuǎn)連桿工作裝置。如圖3-1就是反轉(zhuǎn)連桿工作裝置。正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的搖臂與鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，而反轉(zhuǎn)連桿工作裝置的搖臂與鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。
有鏟斗托架的工作裝置它是四連桿機(jī)構(gòu)，其動(dòng)臂和連桿的后端與車(chē)架鉸接，動(dòng)臂和連桿的前端與鏟斗托架鉸接，托架上部鉸接轉(zhuǎn)斗油缸缸體，活塞桿及托架下部與鏟斗鉸接。這種結(jié)構(gòu)形式的工作裝置，托架、動(dòng)臂、連桿及車(chē)架鉸座可以構(gòu)成平行四連桿機(jī)構(gòu)，這樣在轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖的情況下，提升動(dòng)臂時(shí)，鏟斗始終保持平移，使得鏟斗內(nèi)物料不易灑落。但由于在動(dòng)臂的前端裝有較重的托架和轉(zhuǎn)斗油缸，使得裝載機(jī)的有效載重量減小，所以目前采用較少。
正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)工作裝置的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：最大掘起力是在鏟斗底面略低于地面時(shí)，即鏟斗轉(zhuǎn)角為負(fù)值時(shí)（見(jiàn)圖3-2曲線1、2），適宜于挖掘地面，鏟斗卸荷時(shí)前傾角速度大，易于抖落物料，但沖擊較大。正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)可以分為：?jiǎn)芜B桿和雙連桿。
(1)正轉(zhuǎn)單連桿工作裝置
正轉(zhuǎn)單連桿機(jī)構(gòu)連桿數(shù)目少，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于布置，轉(zhuǎn)斗油缸可以布置在動(dòng)臂的下方，活塞桿不易受損傷；提升動(dòng)臂時(shí)鏟斗后傾角變化小。它的缺點(diǎn)是連桿的傳動(dòng)比較雙連桿小，從而造成掘起力曲線變化較陡（見(jiàn)圖3-3曲線1）。若要提高連桿的傳動(dòng)比，需要加大搖臂的長(zhǎng)度，這樣給布置帶來(lái)困難，并造成駕駛員視野不良。
(2)正轉(zhuǎn)雙連桿工作裝置
雙連桿機(jī)構(gòu)連桿數(shù)目多，連桿傳動(dòng)比大，掘起力曲線變化平緩（見(jiàn)圖3-3曲線2），動(dòng)臂提升后鏟挖力變化小，連桿的尺寸可縮小，擴(kuò)大了駕駛員的視野。鏟斗切削刃面平貼地面時(shí)，提升動(dòng)臂鏟斗自然后傾，使鏟裝物料不會(huì)倒出，進(jìn)行地面上挖掘工作可以縮短其循環(huán)時(shí)間，適于利用鏟斗和動(dòng)臂配合作業(yè)。它的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，轉(zhuǎn)斗油缸較難布置在動(dòng)臂下邊。如果要使動(dòng)臂在最大舉升高度時(shí)鏟斗后傾角不致過(guò)大，就需使鏟斗在低位置時(shí)后傾角小些，但是這樣裝載機(jī)滿載運(yùn)輸時(shí)，鏟斗中的物料又容易撒落。
(3)反轉(zhuǎn)連桿工作裝置
反轉(zhuǎn)連桿工作裝置的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：最大掘起力是在鏟斗底略高于地面后翻轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)揮出來(lái)，而且最大鏟起力比正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)大。反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)掘起力曲線變化較陡峭（見(jiàn)圖3-3曲線3），在鏟裝物料轉(zhuǎn)斗時(shí)掘起力大，易于進(jìn)行掘起作業(yè)，適用于一次鏟掘法鏟裝，但是不適于進(jìn)行往上耙料的作業(yè)，鏟斗卸載時(shí)前傾最后階段速度降低，卸載平穩(wěn)、沖擊小，但難于抖落砂土；由于連桿數(shù)目少，傳動(dòng)比小，為了增大搖臂傳動(dòng)比，需增大尺寸，這不僅使卸載時(shí)連桿易碰自卸卡車(chē)貨槽側(cè)壁，而且還造成駕駛員視野不好；鏟斗在最高卸載位置卸載后，下降動(dòng)臂鏟斗易于自動(dòng)放平。
反轉(zhuǎn)單連桿的工作裝置，由于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、掘起力大、運(yùn)輸狀態(tài)鏟斗后傾角大、不易撒落物料、鏟斗能自動(dòng)放平等優(yōu)點(diǎn)，因此，在近代裝載機(jī)上得到了廣泛的采用。我國(guó)ZL系列轉(zhuǎn)載機(jī)的工作裝置都是采用反轉(zhuǎn)單連桿型式。至于反轉(zhuǎn)雙連桿機(jī)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于布置，所以目前裝載機(jī)上較少采用。
圖3-2 反轉(zhuǎn)連桿工作裝置
Fig. 3-2 reverse connecting rod working device
圖3-3工作特性圖
Fig.3-3 working characteristic chart
3.2 鏟斗設(shè)計(jì)
鏟斗是工作裝置的重要部件，裝載機(jī)工作時(shí)用它直接鏟掘、運(yùn)輸、裝載和傾卸物料，鏟斗的結(jié)構(gòu)形式及尺寸參數(shù)對(duì)插入阻力、鏟掘阻力及生產(chǎn)率有著很大影響，所以鏟斗設(shè)計(jì)就是根據(jù)裝載機(jī)的主要用途和作業(yè)條件從減少插入阻力、鏟掘阻力和提高生產(chǎn)率出發(fā)，合理的選擇鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀，正確的確定鏟斗的尺寸參數(shù)。
3.2.1 鏟斗設(shè)計(jì)要求
(1) 插入及掘起阻力小，作業(yè)效率高。
(2) 鏟斗工作條件比較惡劣，時(shí)常承受很大的沖擊載荷及劇烈的摩擦，要求鏟斗具有足夠剛度和強(qiáng)度及耐磨性。
(3) 根據(jù)所鏟裝物料的種類及重度的不同設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)形式及不同斗容的鏟斗。
3.2.2 鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇
裝載機(jī)根據(jù)鏟掘物料種類的不同，其鏟斗結(jié)構(gòu)形式也不一樣。
一般鏟斗是由切削刃、斗底、側(cè)壁及后斗壁組成。鏟斗切削刃的形狀根據(jù)所鏟裝物料的的不同而異，通常分為非直線型和直線型（V形或弧形）兩種。
非直線型切削刃（裝載機(jī)多用V型）中間突出（如圖3-4b），鏟斗插入料堆時(shí)，在切削刃的中部形成很大的比切力，容易插入料堆，且對(duì)中性好。但平地性能和裝滿系數(shù)均不如直線型切削刃鏟斗。
直線型切削刃（如圖3-4a）結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，具有良好的的平地性能，適用于裝載重度不超過(guò)16kN/m3，并且堆積較松散的物料。
裝有斗齒的鏟斗（如圖3-4c、d）在鏟斗插入物料時(shí)，插入力分布在幾個(gè)斗齒上，使得每個(gè)斗齒形成很大比壓，因此具有良好的插入和鏟起性能適用于鏟裝堆積密實(shí)的物料和塊度較大的巖石。斗齒可延長(zhǎng)切削刃的使用壽命，同時(shí)磨損后也易于快速更換，斗齒的形狀對(duì)插入力有著一定的影響。實(shí)驗(yàn)證明，非對(duì)稱及窄而長(zhǎng)的斗齒比對(duì)稱的及短而寬的斗齒切削阻力要小。
弧形或折線形鏟斗側(cè)刃的插入阻力比直線型側(cè)刃要小，但具有弧形或折線形側(cè)刃的鏟斗的側(cè)壁較淺，物料易從兩側(cè)散落，影響鏟斗的裝滿。這種形狀的鏟斗較適宜鏟裝巖石。
鏟斗的形狀鏟裝阻力和粘性物料卸凈性有著較大影響。對(duì)于主要鏟裝土方工程的裝載機(jī)，希望在斗底圓弧半徑R大些，斗底長(zhǎng)度短些（如3-4a），以改善泥土在都內(nèi)的流動(dòng)性，減少物料在斗內(nèi)的運(yùn)動(dòng)阻力。而對(duì)于主要用于鏟裝流動(dòng)性較差的巖石裝載機(jī)，希望采用圓弧半徑較小的矮而深的鏟斗（如圖3-4b）。這種鏟斗貫入性好，可以減小鏟斗插入料堆的阻力，同時(shí)也改善了司機(jī)的視野。但過(guò)深的鏟斗會(huì)引起斗底太長(zhǎng)，因而造成鏟起力變小。
(a)直線形斗刃鏟斗 （b）v形斗刃
(a)Straight blade bucket bucket? (b)V bucket edge
（c）直線形帶齒鏟斗 （d）弧形帶齒鏟斗
(c) Straight tooth bucket (d)Arc tooth bucket
圖3-4常見(jiàn)的鏟斗結(jié)構(gòu)
Fig. 3-4 common bucket structure
鏟斗的形狀對(duì)鏟裝阻力和粘性物料卸靜性有著較大的影響。對(duì)于主演鏟裝土方的裝載機(jī)，希望斗底圓弧半徑大些，斗底長(zhǎng)度短些，如圖3-5a所示，以改善泥土在斗內(nèi)的流動(dòng)性，減少物料在斗內(nèi)的運(yùn)動(dòng)阻力。而對(duì)于主要用于鏟裝流動(dòng)性較差的巖石裝載機(jī)，希望采用圓弧半徑較小，矮而深的鏟斗，如圖3-5b所示，這種鏟斗貫入性好，可以減小鏟插入料堆的阻力，同時(shí)也可以改善司機(jī)的視野。但過(guò)深的鏟斗會(huì)引起斗底太長(zhǎng)，因而造成掘起力變小。
圖3-5鏟斗斷面基本參數(shù)圖
Fig.3-5 The basic parameters of figure 3-5 bucket section
3.2.3 鏟斗基本參數(shù)的確定
鏟斗是工作裝置的重要部件，裝載機(jī)工作時(shí)用它直接鏟掘、裝載、運(yùn)輸和傾卸物料，鏟斗的結(jié)構(gòu)形式及尺寸參數(shù)對(duì)插入阻力、鏟掘阻力及生產(chǎn)率有著很大影響，所以鏟斗設(shè)計(jì)就是根據(jù)裝載機(jī)的主要用途和作業(yè)條件從減少插入阻力、鏟掘阻力和提高生產(chǎn)率出發(fā)，合理的選擇鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀，正確的確定鏟斗的尺寸參數(shù)。
(1)鏟斗寬度
鏟斗寬度是鏟斗的主要基本參數(shù)。鏟斗寬度應(yīng)大于裝載機(jī)前輪外側(cè)寬度，每側(cè)突出50-100mm，前文初選輪距2000mm，所以這里取鏟斗寬度為2200mm。
(2)鏟斗回傳半徑R
指鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)至切削刃之間的距離。根據(jù)公式可得回傳半徑為：
式中 ：——斗的幾何容量，取1.5m；
——鏟斗內(nèi)壁寬度，為鏟斗寬度扣除兩側(cè)壁厚，即
mm；
——鏟斗斗底長(zhǎng)度系數(shù)，＝1.4~1.5，取1.45；
——后斗壁長(zhǎng)度系數(shù)，＝1.1~1.2，取1.15；
——擋板高度系數(shù)，＝0.12~0.14，取0.13；
——斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，＝0.35~ 0.4，取0.38；
——擋板與后斗壁間的夾角，＝5~10，取8；
——斗底和后斗壁間的夾角，＝48~52，取50；
圖3-6鏟斗基本參數(shù)簡(jiǎn)圖
Fig.3-6 The basic parameters of the bucket
由計(jì)算得,
(3)鏟斗的斷面形狀參數(shù)：
斗的圓弧半徑、張開(kāi)角、擋板高度和底壁如圖3-6所示。
斗底長(zhǎng)度：是指鏟斗切削刃到斗底后斗壁交線之間的距離，可用下式計(jì)算：
后斗壁長(zhǎng)