1、本科毕业论文（20 届）装载机工作装置设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 装载机工作装置设计 1课题意义及目标装载机是一种用途十分广泛得工程机,它被广泛应用于建筑、公路、及国防等工程中，对加快工程建设速度、减轻劳动强度、提高工程质量、降低工程成本具有重要作用，所以装载机在国内外不论是品种或是在产量方面都得到迅速发展，成为工程机械得主要品种之一。而合理的工作装置结构更能起到事半功倍之成效。 2
2、主要任务根据给定的原始参数，采用设计装载机工作装置六连杆机构，并分析其运动特性和动力特性。主要内容包括：连杆机构绞点位置的设计以及各构件的结构设计；主要构件的强度与刚度校核计算；连杆机构运动特性与动力特性的分析。原始参数如下：额 定 斗 容： 2 m3 额 定 载 重 量： 36 KN 整 机 质 量： 115 KN 轮 距： 1950 mm 轴 距： 2660 mm 轮 胎 规 格： 16.0024最大 卸载 高度： 2800 mm 最小 卸载 距离： 1115 mm3主要参考资料1 杨晋升. 铲土运输机械设计（M）. 北京：机械工业出版社. 1981. 5. 2 周复光. 铲土运输机械设计
3、与计算（M）. 北京：水利水电出版社. 1988. 6.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 进行调查研究，查阅资料，完成开题报告 2014.12.01 一 2014.12.30 2 初步拟定总体方案，总体方案论证确定 2014.12.31 一 2015.04.12 3 主要构件的强度与刚度校核计算 2015.04.13 一 2015.04.22 4 连杆机构运动特性与动力特性的分析，绘图 2015.04.23 一 2015.06.015 撰写并编制论文、打印，准备毕业答辩资料 2015.06.02 一 2015.06.22审核人： 年 月 日I装载机工作装置设计摘 要：装载机是现代工程
4、建设中所用机械的一个主要机种，主要用途有装卸搬运成堆的散料、轻度的铲掘、清理工作面、牵引等。为了减少生产成本，必须采用高效的机械装卸设备。装载机工作装置的设计主要是对装载机铲斗、连杆机构、动臂的设计，而工作装置设计的合理性直接影响到了装载机的工作性能及其使用寿命，随着优化设计方法进一步发展，机器自动化和智能化不断提高。在对铲斗设计时要对铲斗的形状、容积进行分析。然后在对装载机的连杆机构设计中要计算出组件的尺寸，各点之间的位置关系和动臂的数据计算。最后对工作装置进行受力分析和强度计算，以确定该型号装载机实际载荷是否在设计载荷范围之内。关键词：装载机，工作装置，动力学分析The design of
5、 Loader Working device Abstract: The loader is a main type of machinery used in modern engineering construction with the main purpose of handling stacks of bulk materials, mild shovel, clean face and traction. In order to reduce the cost of production, efficient mechanical handling equipment must be
6、 adopted. Design of working device of loader is mainly on the design of loader bucket linkage arm, and the work will directly impact on device design to the performance of the loader and its service life, with the continuous method development of modern optimization design to constantly improve the
7、machine automation and intelligence. In the design of bucket to shape and specific parameters, volumes of the bucket are analyzed. And then to calculate the size of componentsin the design of loader connecting rod mechanism, position relation between points and armdata calculation. Finally，the stres
8、s analysis and strength calculation of the working device is carried out to determine whether the actual load of wheel loader is within the scope of the design load.Keywords: Loaders,Work equipment,Dynamics analysisII目 录1 前言 .12 装载机工作装置的概述 .22.1 装载机工作原理和结构组成 .22.1.1 工作装置的设计要求 .32.1.2 结构形式的选择 .32.1.3
9、 工作装置结构分析 .42.2 工作装置的作业性能指标 .42.3 工作装置的基本结构参数 .53 铲斗设计 .63.1 铲斗作用及设计要求 .63.2 选择铲斗的结构形式 .63.3 确定铲斗基本参数 .74 动臂设 计 .114.1 确定动臂的三铰接点 .114.1.1 动臂与铲斗的铰接点 B .114.1.2 动臂与机架的铰接点 A .124.1.3 动臂与摇臂的铰接点 E .134.2 动臂长度的确定 .135 连杆机构设计 .145.1 连杆机构分析 .145.2 确定构件尺寸及铰接点位置 .156 计算位置及外载荷的确定 .176.1 计算位置 .176.2 外载荷的分析 .176
10、.3 外载荷的确定 .187 工作装置的受力分析 .207.1 铲斗受力分析 .217.2 连杆受力分析 .227.3 摇臂受力分析 .22III7.4 动臂受力分析 .238 工作装置的强度校核 .248.1 动臂强度校核 .248.2 连杆强度校核 .268.3 摇臂强度校核 .278.4 铰销强度校核 .289 油缸作用力的确定 .319.1 转斗油缸和动臂油缸主动力的确定 .319.2 转斗油缸和动臂油缸被动力的确定 .3310 结论 .34参考文献 .35致 谢 .36太原工业学院毕业设计11 前言我国从60年代末开始使用装载机至今，期间主要经历三个阶段，由最初的仿真摸索阶段到后来的
11、自力更生研发阶段再到近期的技术引进共同研发阶段。装载机的使用加快了我国的工业建设发展进程。在铁道、公路、矿山、桥梁、水电、建筑等各个部门的经济建设中，可以进行装卸搬运成堆的散料、轻度的铲掘、清理工作面、牵引等工作，在很大程度上提高了工作效率，节约了劳动力与经济成本。因此在现代化工程建设中，装载机已经成为了不可缺少的重要的机械设备，为各企业与国家创造了巨大的物质财物及经济利益。在设计工作装置时主要有以下过程：根据参数要求明确设计任务、进行调查研究、制定好设计任务书，进行各个结构的方案设计和强度计算等阶段。工作装置的设计成功与否直接影响了装载机整体的功能好坏，能否满足设计时的使用要求以及是否具有高
12、效的作业生产率是衡量设计成功与否的主要指标。通过对国内外的不同型号装载机进行分析，连杆机构的构件数目不同机构形式也会不同，由于结构形式中转动方向不同，连杆机构可分为正转与反转两种机构。在中国，生产出的第一代产品从60 年代末延续至今，使用的图纸几乎一模一样，在近几年对装载机进行开发设计时主要就是对工作装置进行进一步设计，可见工作装置的设计是装载机设计时的主要部分。通过查找相关资料，发现在以往的装载机结构设计中，大多数装载机工作装置使用的是反转六连杆机构，对反转六连杆机构的优缺点以及工作装置的工作原理也有了一定的了解，然后借助 CAD 软件进行各铰点的设计，以保证设计的精度要求。由于资料的缺少加
13、上自身所学知识不足，在此过程中难免会有不合理的地方，希望能批评指正。 太原工业学院毕业设计22 装载机工作装置的概述2.1 装载机工作原理和结构组成装载机可进行装卸货物，是由动力装置提供动力；行走系统进行移动；传动装置、制动装置与转向装置操纵工作装置进行装卸搬运成堆的散料、轻度的铲掘、清理工作面、牵引等工作,该机械的工作装置主要作用是进行插入物料、举升铲斗、运输、卸载物料、铲斗放平。其工作装置结构如图 2.1 所示。图 2.1 装载机的工作装置结构1) 铲斗；2) 连杆；3）摇臂；4）动臂；5）动臂油缸；6）转斗油缸；工作装置（如图 2.1）是由铲斗、动臂、连杆机构、摇臂及液压系统组成。整个装
14、置都是围绕铲斗来进行工作的，铲斗主要用于对物料进行铲掘；动臂与动臂油缸作为连接铲斗与车架以及升降铲斗进行工作；转斗油缸是以摇臂等机构让铲斗围绕铰接点进行转动；液压系统可使动臂进行升降以及转动铲斗。太原工业学院毕业设计32.1.1 工作装置的设计要求工作装置安装在机器的前端，它的设计影响机器整体的性能。结合装载机在实际生产作业时的情况，要注意以下五点要求：1) 结构要求简单紧凑，便于维修和更换零件，稳定性好；2) 各个构件的受力状态良好，寿命长，尺寸大小适合工作环境需要；3) 设计出的卸载高度与卸载距离都要在设计使用范围内；4) 各构件之间不出现干涉现象，各处转动角不低于 15 度；5）设计出的
15、工作装置所占用的空间不会阻挡司机视线，不影响工作。2.1.2 结构形式的选择工作装置可以按照铲斗后是否有支架分托架式和无托架式两种结构形式，其工作装置结构简图如图 2.2 所示。（a） （b）图 2.2 工作装置结构图（a）托架式 （b）无托架式1)铲斗；2)托架；3)转斗油缸；4)动臂；5)连杆；6)动臂油缸；7)摇臂有托架式的工作装置如图 2.2（a）所示，我们可以发现该结构简单，动臂与连杆的前端跟铲斗的托架相连接，后端跟车架的支座相连接，托架的上端跟转斗油缸相连接，下端与活塞杆和铲斗相连接。在国产装载机中多种型号上都采用了托架式的结构形式。有托架的装载机容易更换铲斗与安装其它的附件，但由
16、于托架与转斗油缸、铲斗都是直接铰接在一起，因此铲斗转动角变大，再加上动臂前端托架也有一定的重量，进而使该机械的载重量降低，工作效率降低。太原工业学院毕业设计4无托架式的工作装置如图 2.2（b）所示，动臂前端和铲斗相连接，后端和车架相连接，动臂油缸和动臂及车架相连接，转斗油缸与车架和摇臂相连接，摇臂和动臂连接在一起，连杆两端分别与摇臂和铲斗相连接。在实际情况中，我们需要考虑结构是否简单，并根据实际的工作环境及铲掘方式进行工作装置结构形式的选择。本文选择无托架式结构来设计。2.1.3 工作装置结构分析反转六连杆工作机构（图 2.1）是由 BC、AB、FD、CD 、GF 以及机架六部分构成。该机构
17、在铲斗插入物料掘起时，可以获得较大的掘起力，并且具有良好的平动性和卸料性，很好满足铲装、运输、卸载等作业要求，因此反转六连杆机构在装载机设计中得到广泛使用。2.2 工作装置的作业性能指标对工作装置设计时，主要注意以下几点：（1）卸载性在转动缸的作用下，无论动臂处于何种位置，铲斗的卸载角都应该大于45度，工作装置的卸载性主要与转斗缸的最小结构长度及行程有关。（2）动力性在铲斗进行铲掘工作时，为了能使机器有足够的铲起力，应当在有限空间内合理设计各个构件的尺寸大小来提高机器的动力性能。（3）平移性平移性就是当转斗油缸处于闭锁状态，动臂在动臂油缸作用下进行提升或下降铲斗过程中，连杆机构使铲斗在提升时保持平移或处于很小的变化范围之内。（4）自动放平性铲斗在进行完物料的卸载后，在动臂下降到下限位置时，能够自行放平，以便于下一次的铲掘工作，减轻了驾驶员劳动强度，大大提高了工作效率。（5）工作范围主要由最大卸载高度的卸载距离、最大卸载高度以及最大卸载距离来进行
