挖掘装载机工作装置结构设计—毕业设计

挖掘装载机工作装置结构设计—毕业设计内容摘要：

；卡特彼勒新的 C 系列挖掘装载机加大了动臂液压缸直径和发动机功率，使举升能力比前任系列提高了 209／ 0，挖掘和装载作业装置的负荷传感液压系统采用变量泵，提高了作业性能，所有的挖掘装载机都配备了 Ride Control 系统，提高了驾驶舒适性， Cat416C 型还具有平行举升功能，通过快换接头，不需离开驾驶室，可在 30 秒内换装各种工作装置。 英国生产挖掘装载机的公司主要有：班福德 (J． BC)、麦塞． 福 格森 (MasseyFerguson)、 亚力山大顿肯有限公司 (Duncan— Alexander)等。 综合三家公司的挖掘装载机，共有 1 7 种型号。 班福德公司是挖掘装载机品种和型号最多的公司，公司创立于 1946 年，原生产农业拖拉机。 该公司在开发了液压挖掘机的基础上，研制了世界上第一台挖掘装载机。 其挖掘装载机产量占世界第二位，在 50 多个国家中销量第一。 产品有四轮驱动四轮转向形式，还有蟹行功能供选择。 在提高驾驶舒适性的同时，驾驶室有通风系统是其独具特色。 挖掘动臂可配加长斗杆，延长挖掘深度。 公司在 1973年就 已经向苏联出口了 3D 型， 1989 年苏联商船公司向该公司订购了 30 台 4WD 型，用于 14 个港口设施建设，价值达 100 万英镑。 欧洲共同体国家生产挖掘装载机的公司主要有：德国谢弗 (Schaeff)、汉诺玛格(Hanomag)、克拉默尔 (Kyamer)公司，意大利菲亚特艾利斯 (Fiatallis)、贝纳蒂(Benati)、 Moxy、 Benfra 公司，瑞典沃尔沃 (Volvo)公司。 菲亚特艾利斯和约翰迪尔公司进行技术合作，在 1990 年和 1991 年研制出 6种型号整体车架式和铰接车架式挖掘装载机。 此外，国外生 产挖掘装载机的公司还有 (1)EarthForce America 公司。 其系列产品共五种型号： EFl～ EF5，均为四轮转向四轮驱动，除 EFl 为汽油机驱动，其余四个机型动力为 K1Jbota柴油机； (2)Terramite公司。 产品有 T5C， T5D， T6 型； (3)New Holland公司。 E 系列共有四种型号： 555E， 575E， 655E 和 675E，配 Genesis 发动机，特点是直线型装载动臂和四连杆机构； (4)I)ig— It公司。 其新型挖掘装载机有 Tiger 2020，Dominator M2208 和 Dominator。 M2208D 三种机型，基本上采用小型拖拉机车架， R()PS驾驶室框架。 将回转支架的回转销改为可拆卸式。 我国已开发、试制或生产挖掘装载机的厂家及其型号有： (1)北京建筑机械厂及福建机器厂开发出 WZ2A、 WZ2B，北京建筑机械厂 1969 年生产 WZ2 型挖掘装载机 (又称 DY4— 55 型 )， 1980 年改进设计，试制了 WZ2A 型挖掘装载机， 1981 年 10 月通过鉴定。 之后，在此基础上又推出了 WZ2B 型挖掘装载机，将 WZ2A 型又改进为现在生产的 WZ 一 2C型挖掘装载机，反铲铲斗标准斗容量 0． 2m3。 (2)福 州建筑机械厂 WZ25 型，反铲铲斗标准斗容量 0． 25 m3，装载额定提升能力 19． 6kN，发动机功率 44． 1Kw．，整机质量6580Kg， 1985 年通过部级鉴定。 (3)烟台工程机械厂 zLl5WJ 型，反铲铲斗标准斗容量0． 14． m3 ，整机质量 6400Kg， 1 988 年通过省级鉴定。 该厂近年还开发出 WZl6． 15E型挖掘装载机，以 ZLl5 装载机为基础，额定装载质量 1500Kg，反铲额定斗容 O． 14m3，整机操作质量 6250Kg。 (4)柳州挖掘装载机厂 (中外合资 )的 WZ30— 25 型和 WZ30． 25A型，装载部分 提升力、反铲标准斗容分别为 25KN、 1． O m3； WZ4． 5— 30型，装载部分提升力、反铲标准斗容分别为 30KN、 1． 25 m3。 (5)山东临沂装载机厂的 zwl0 型履带式挖掘装载机。 (6)洛阳拖拉机工程机械公司的 DFII 一 904WZ。 (7)山东广饶液压机械厂的 755Z／ W。 (8)柳州工程机械厂开发出 WZ25— 20。 (9)山西机床厂也与意大利合作组装生产“两头忙”产品。 (10)徐州装载机厂开发研制出 WZ25— 16 型挖掘装载机，发动机功率为 50KW，装载斗容量 0． 8m3，反铲斗容量 0． 25 m3，装载装置最大掘 起力≥ 25． 6 KN。 目前，中国”两头忙”产品年产 300台左右，市场亟待开发。 167。 13 挖掘装载机发展特点 综合国内外挖掘装载机的发展情况，在结构上有以下特点： (1)根据挖掘装载机的主要用途，综合考虑工作速度、作业要求、道路状况和配置不同附属装置时变形方便等因素，广泛采用轮胎式行走装置。 1) 国外欧美大多数公司仍继续生产采用传统的农业拖拉机底盘的挖掘装载机，而近年来日本却发展专用工程机械底盘的挖掘装载机。 采用拖拉机底盘需要增设专业用于联接工作装置的加强车架，使机器工作时产生的扭 转载荷和弯曲载荷由车架承受，而不会传到传动装置。 车轮由驱动轮和导向轮组成。 国内由北京机械厂生产的 WZ 一 2C型挖掘装载机，采用铁牛． 55 型拖拉机底盘，以专用前桥更换原强度不足的前桥。 现代轮胎式挖掘装载机则采用铰接车架的专用底盘。 日本生产厂家较多采用铰接车架底盘，铰接车架转向角177。 36。 ～ 43。 ，工作时前后车架用液压缸定位，可提高机械的机动性。 为了保证采用铰接车架的挖掘装载机在工作过程中的稳定性，谢弗公司在SK． B600、 SKB900、 SKB90 SKBl000、 SKBl000T 型挖掘装载机的底盘上安 装两个可以移动的配重。 当机器进行挖掘作业时，配重安装在前桥上方；装载作业时，配重安装在后桥下方。 为了提高其通过性能，采用了宽基轮胎等措施。 福州机械厂生产的 WZ25 型挖掘装载机采用轮式专用底盘。 烟台工程机械厂生产的 ZLl5WJ 型挖掘装载机采用 ZLl5型装载机底盘。 2)如果在固定施工现场及松软道路状况上持久稳定作业，或需要经常使用较大的切削力铲装坚实的物料工况时，则采用履带式挖掘装载机较为适宜，而且采用前置式发动机和液力机械传动装置的工业拖拉机底盘。 约翰迪尔公司生产的 350、 350B、 350C 型装载机 ，都能在其后部安装反铲挖掘装置。 (2)前、后桥 用装载斗作业时，采用全轮驱动，在道路状况不好的条件下作业时，发挥了机器的最大牵引力。 根据用户需要，驱动桥可以做成后轮驱动或全轮驱动。 并根据要求，可在前桥或后桥上装有防滑差速器，使整机具有牵引和自救能力高、轮胎磨损小等特点。 卡特彼勒公司 416 和 428型挖掘装载机选用了德国蔡夫 (zF)公司的防滑差速器。 沃尔沃公司 BW6300 型挖掘装载机在后桥上采用了自锁差速器，由于锁紧过程是自动完成的，可以省去一套差速锁的控制系统，适用于挖掘装置工作工况。 (3)装载装置转载斗在举升过程中能自动调节的结构和在降落到停机面时自动复位机构。 反铲装置的几何位置取决于动臂液压缸的长度 L斗杆液压缸的长度 L2和铲斗液压缸的长度 L3。 显然， L L2 和 L3 为某组确定值时反铲装置就相应处于一个确定的几何位置。 如图设计平面 直角坐标系，使 X轴与地面重合， Y 轴与挖掘机的回转中心线重合。 第二章：铲斗设计 167。 2． 1 铲斗结构形式的选择 铲斗是直接用来切削、收集、运输和卸出物料，装载机工作时的插入能力及铲掘能力是通过铲斗直接发挥出来的，铲斗的结构形状及尺寸直接影响装载机的作业 效率和工作可靠性，所以减少切削阻力和提高作业效率是铲斗结构设计的主要要求。 铲斗。 是在恶劣的条件下工作，承受很大的冲击载荷和剧烈的磨削，所以要求铲斗具有足够的强度和刚度，同时要耐磨。 根据装载物料的容重，铲斗做成三种类型：正常斗容的铲斗用来装载容重 1． 4～ 1。 6吨／米的物料 (如砂、碎石、松散泥土等 )：增加斗容的铲斗，斗容一般为正常斗容的1。 4～ 1． 6倍，用来铲掘容重 1． 0吨／米 3左右的物料 (如煤、煤渣等 )；减少斗容的铲斗，斗容为正常斗容的 O． 6～ 0． 8，用来装载容重大于 2吨／米 3的物料如铁矿石、岩石等 )。 用于土方工程的装载机，因作业对象较广，因此多采用正常斗容的通用铲斗，以适应铲装不同物料的需要。 铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型和非直线型两种。 直线型切削刃简单并利于地面刮平作业，但切削阻力较大。 非直线型切削刃有 V型和弧形等，装载机用的较多的是 V 型斗刃。 这种切削刃由于中间突出，在插入料堆时，插入力可以集中作用在斗刃中间部分，易于插入料堆；同时对减少”偏载切入”有一定的效果。 但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。 装有斗齿的铲斗，在装载机作业时，插入力由斗齿分担，形成较 大的比压，利于插入密实的料堆疏松物料或撬起大的块状物料，便于铲斗的插入，斗齿磨损后容易更换。 因此，对主要用于铲装岩石或密实物料的装载机，其铲斗均装有斗齿。 用于插入阻力较小的松散物料或粘性物料，其铲斗可以不装斗齿。 斗齿的形状对切削阻力有影响：对称齿型的切削阻力比不对称齿型的大；长而狭窄的齿比宽而短的齿的切削阻力要小。 弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小，但弧线型侧刃容易从两侧泄漏物料，不利于铲斗的装满，适于铲装岩石。 对主要用于土方工程的装载机，在设计铲斗时要考虑斗体内的流动性，减少物料在斗内的移动或 滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料时有良好得倒空性． 167。 2． 2 铲斗基本参数的确定 铲斗的主要参数是铲斗宽度和铲斗的回转半径。 铲斗的宽度要大于装载机每边轮胎外侧宽度 5～ 10厘米，否则 铲装物料或分层铲取土时，所形成的阶梯地面不仅会损伤轮胎的 侧面而且会引起轮胎的打滑影响牵引力的发挥。 铲斗的回转半径 R0是指铲斗与动臂转铰中心 B与切削刃之间 的距离 (图 2． 1) 由于铲斗的回转半径不仅影响铲起力和插入阻力的大小，而且与 整机的总体参数有关。 因此铲斗的其它参数依据它来决定。 铲斗的回 转半径 R。 可按下式计算：   0002R01KZ0K01802bc t gs i nb)c os b(VR 式中 VK—— 几何斗容量 (图 2． 1中所示阴影断面 ) B0—— 铲斗 内侧宽度 g ―― 铲斗 斗底长度系数，通常 1． 4～ 1． 5； Z —— 后斗壁长度系数，通常 =1． 1～ 1． 2； K —— 挡板高度系数，通常以 =O． 12～ O． 141 R ――斗底和后斗壁直线间的圆弧半 径系数，通常 R ＝ . ～ 40 b， —— 挡板与后斗壁 I、自 J的夹角，通常 6， =5。 ～ 10。 ； b。 —— 斗底与后斗壁间的夹角，通常 b。 =45。 52。 ， 由计算可得： R0＝ 1066～ 1178mm. 选取 R0＝ 1085mm 斗底长度 Lg是指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离： mmRgRg 1520)~(L 00   后斗壁长度 LZ是指由后斗壁上缘到与斗底相交点的距离： mmRgRg 1194)~(L 00   挡板高度 LK mmRgR ~(L 00K   铲斗圆弧半径 R1： mmRgR ~(R1 00   铲斗与动臂铰销距斗底的高度 hW=(0． 20～ 0． 25)Ro＝ 260mm 铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角 a=50。 ～ 60。 167。 2． 3 斗容的计算 铲斗的斗容量可以根据铲斗的几何尺寸确定。 1．几何斗容 (平装斗容 )VK 铲斗平装的几何斗容可按下式确定。 对于装有挡板的铲斗： 32K 32ABV 米－＝ bh。 式中 A—— 铲斗横断面面积，如图 2— 1所示阴影面积； B0—— 铲斗内壁宽； H—— 挡板高度； B—— 斗刃刃口与挡板最上部之间的距离。 2．额定斗容 (堆装斗容 )VH 铲斗堆装的额定斗容 V是指斗内堆装物料的四边坡度均为 1： 2，此时额定斗容可按下式确定。 3202H )(63V 米－＝ chbBbV K  对于装有挡板的铲斗： 式中 c—— 物料堆积高度 由作图法确定，在铲斗内堆装物料的四边坡度均为 1： 2，由料堆 尖端 m点作直线 mn 与 cd 垂直，将 mn 延长，与斗刃 刃．口和挡板 最下端之间的连线相交此交点与料堆尖端的距离，即为物料堆积 高度 c． 图示如下： 经计算：额定斗容 VH=1． 6米。 第三章：挖掘装载机工作装置结构设计 167。 工作装置方案设计： 装载机铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动实现的。 装载机的工作装置是由铲斗、动臂、摇臂、连杆托架及液压系统等组成。 铲斗用以铲装物料，动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架相连；转斗油缸通过摇臂一连杆或托架使铲斗转动。 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．．连杆或托架及车架相互铰接所构成的连杆机构在装载及工作时要保证：当动臂处于某种作业位置不动时，在装斗油缸的作用下通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动；当转斗油缸闭锁使动臂在动臂油缸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半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洒落；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劳动生产率。 装载机根据摇臂一连杆数 H,X 铰接位置的不同，可组成不同形式的连杆机构。 不同形式的连杆机构铲斗的铲起力随铲 斗转角的变化关系，倾斜时的角速度大小及工作装置的运动特性也不同。 因此装载机工作装置形式的。