2022年ZL轮式装载机工作装置结构及其液压系统设计方案.docx

ZL50 轮式装载机工作装置结构及其液压系统设计摘 要：本次设计主要包括两个部分：装载机工作装置的设计，液压系统的设计；在本设计中将液压系统的设计作为主要的内容进行设计；通常，按使用场合的不同，分成露天用装载机和井下用装载机；按行走系统的不同，分成轮式装载机于履带式装载机；由于装载机的品种较多，不能各个介绍，本次毕业设计主要完成的是露天轮式装载机工作液压机构的设计；关键词：轮式装载机；工作装置结构；液压系统The Design of ZL50 Wheel Loader Working device Structure and Hydraulic SystemAbstract:This dissertation is composed of two procedures: design of loading device and hydraulic system. And in this design, the hydraulic system design is the main content. Actually, in accordance with different operating occasions, the loader could be divided into open-air loaders and underground ones；and with discriminated walking environment, it could also separate into wheel loader and crawler ones；and other varieties of the loader is not introduced due to the huge population. The graduation project iscompleted the design of the hydraulic mechanism of open wheel loader.Key words:Wheel loader ； Equipment structure of the ； Hydraulic system1 前言装载机是一种广泛用于大路、铁路、矿山、建筑、水电、港口等工程的土石方工程机械，他的作业对象主要是各种土壤、砂石料、灰料及其他筑路用散状物料等，主要完成铲、装、卸、运等作业，也可以对岩石、硬土进行轻度铲掘作业；假如换不同的工作装置，仍可以完成推土、起重、装卸其他物料的工作；在大路施工中主要用于路基工程的填挖，沥青和水泥混凝土料场的集料、装料等作业；由于它具有作业速度快，机动性好，操作轻巧等优点，因而进展很快，成为土石方施工中的主要机械之 一；国产装载机的型号一般用字母Z 表示，其次个字母 L 代表轮式装载机，无L 表示履带式装载机，后面数字代表额定载重量；如ZL50，代表额定载重量为 50KN 的轮胎式装载机；但须指出，各生产厂家也有自己特殊的类型和表示方法；2 装载机的进展状况2.1 国内的装载机进展状况我国的轮式装载机是从 60 岁月中期才进展起来的；经过40 年的进展，我国装载机的结构和性能都有了较大提高，产品技术水平有了很大的提高，目前我国生产轮式装载机的厂家有几十家，生产履带式和轮胎式两大系列的各种形式装载机；近年来，国内装载机的进展趋势可归结为如下几个方面；1. 产品形成系列规格向两头延长； 2. 技术不断创新，产品性能日趋完善；3. 向机电液一体化、电子化方向进展1 ；2.2 国外的装载机进展状况目前，国外装载机生产厂家在其产品的设计过程中广泛采纳了现代设计方法，并高度应用了运算机技术和现代电子信息技术；传统的设计方法是以体会总结为基础， 运用力学和数学而形成的体会、公式、图表、设计手册等作为设计依据，通过体会公式、近似系数或类比等方法进行设计；现代设计方法是以电子运算机为手段，运用工程设计的新理论新方法，使运算机结果达到最优化，使设计过程实现高效化和自动 化，主要包括以下内容：运算机帮助设计，优化设计；牢靠性设计，有限元分析，动态设计，动态仿真，并行设计，模块化设计，机、电、液一体化设计，反求工程设 计，绿色设计，工业艺术造型设计，人机工程学设计，价值分析，机械系统设计等；应用现代设计方法可以适应市场猛烈的竞争，提高设计质量并大大缩短设计周期，提高企业竞争力；3 装载机的主要技术性能参数与工作装置总体设计3.1 工作装置总体设计3.1.1 工作装置的总体结构装载机工作装置是完成装卸作业并带液压缸的空间多杆机构；工作装置是组成装载机的关键部件之一，其设计水平的高低直接影响工作装置性能的好坏，进而影装载机的工作装置按结构型式分为有铲斗托架和无铲斗托架两种；有铲斗托架的工作装置，这种结构型式工作装置的优点是，托架、动臂、连杆及车架铰座可以构成平行四边形连杆机构，这样在转斗油缸闭锁的情形下，提升动臂时，铲斗始终保持平移，铲斗内物料不易洒落；但也存在缺点，如动臂的前端装有比较重的托架和转斗油缸，使得装载机的载重量减小；无铲斗托架的工作装置，前端没有很重的托架，克服了有铲斗托架工作装置的缺点，所以目前广泛应用；所以挑选无铲斗托架的工作装置；3.1.2 工作装置连杆机构的结构形式与特点由装载机工作装置的自由度分析可知，工作装置的连杆机构均为封闭运动链的单自由度的平面低副运动机构，其杆件数目应为4、6、8、10、等；对装载机工作装置而言，尽管杆件数目越多越能实现复杂的运动，但同时铰接点的数目也随之增加，结构越复杂，就越难在动臂上进行布置；因此，实际上装载机工作装置的连杆机构多为八杆以下机构；这样，按组成工作装置连杆机构构件数不同，装载机工作装置可分为三杆、四杆、五杆、六杆和八杆机构；按输入与输出杆转向不同，又可分为正转和反转机构；正转机构是指输入与输出杆的转向相同；反转机构是指输入与输出杆的转向相反 2 ；六杆机构工作装置是目前装载机上使用最为普及的一种结构形式；对于单自由度的六杆机构，只能有两个三铰构件和 4 个两铰构件组成，依据转斗油缸布置位置的不同，可以作为装载机工作装置的六杆机构，常见的有以下几种结构形式：转斗缸前置式正转六杆机构，转斗缸后置式正转六杆机构，转斗缸后置式正转六杆机构，转斗缸后置式反转六杆机构，转斗缸后置式反转六杆机构；3.1.3 工作装置总体设计由设计任务书和设计要求，对于本次ZL50 装载机的设计实行以下方案：在铲斗部分，采纳无铲斗托架式结构；油缸的布置形式为立式布置形式；同时考虑到实际工作中的运用情形，它的连杆机构采纳的是反转六杆机构；主要参数：铲斗容量：3.0m 3额定载重量：5 t4 工作装置主要结构设计4.1 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、运输和倾卸物料；铲斗直接与物料接触，是装、运、卸的工具，工作时，它被推压插入料堆铲取物料，工作条件恶劣，要承担很大的冲击力和猛烈的磨损，因此铲斗设计质量对装载机的作业才能有较大的影响；为了保证铲斗的设计质量，第一应当合理的确定铲斗的结构及几何尺寸，以降低铲斗插入物料的阻力；其次要保证铲斗有足够的强度、刚度、耐磨性，使之具有合理的使用寿命；4.1.1 铲斗的结构形式铲斗的外形和尺寸参数对插入阻力、铲取阻力、转斗阻力和生产率都有着很大的影响；同一个铲斗有两种容积标志：一是物料装平常的容积，称为平装斗容；二是物料装满堆高后的容积，称为堆装斗容；机器铭牌上标称的斗容通常为堆装的容积；铲斗由斗底、侧壁、斗刃及后壁等部分组成；铲斗的斗刃仍分为带齿和不带齿的两种；铲斗的断面外形一般为“ U”形，用钢板焊接而成；(1) 斗体外形基本可以分成“浅底”和“深底”两种类型；在斗容量相同的情形下，前者开口尺寸较大，斗底深度较小，即斗前壁较短，而后者正好相反；(2) 切削刃的外形依据装载物料不同，切削刃有直线型和非直线型；前者形式简单，有利于铲平地面，但铲装阻力较大；后者又有V 形和弧形等，由于这种刃中间突出，铲斗插入料堆时可使插入力集中作用在斗刃的中间部分，所以插入阻力较小，容易插入料堆，并有利于削减偏载插入，但铲斗装满系数要比前者小；矿用轮式装载机工作条件恶劣，偏非直线形切削刃，并以V 形切削刃为佳；斗刃材质是即耐磨又耐冲击的中锰合金钢材料，侧切削刃和加强角板都用高强度耐磨钢材料制成3 ；1齿尖 2 齿坐 3 钢销图 1双段斗齿Fig1 Double section dipper teeth3 ）斗齿可以有斗齿，也可以没有斗齿；此装载设计带了斗齿；斗齿结构分为整体式和分体式两种，一般斗齿是用高锰钢制成的整体式，用螺栓固定在铲斗斗刃上， 中小型装载机多采纳这种形式；为便于斗齿磨损后更换和节省斗齿金属，也有使用双段斗齿的，如图 1 所示；这种斗齿的齿尖与齿坐的协作面为锥面，两者协作情形良好；装配时，先置入有弹性的金属橡皮，然后再从上边或从下边往方形销孔中打入钢销3 即可；由于拆卸便利，齿尖一边磨损后可以翻转再使用，从而延长使用寿命；大型装载机由于作业条件差、斗齿磨损严峻，故常采纳这种分体式斗齿；一般中型装载机铲斗的斗齿间距为250300mm左右，太大时由于切削刃将直接参加插入工作，使阻力增大，太小时，齿间易于卡住石块，也将增大工作阻力；长而窄的齿要比段而宽的齿插入阻力小，但太窄又简洁损坏，所以齿宽以每厘M长载荷不大于 500600kg为宜；（4） 铲斗侧刃参加插入工作，为减小插入阻力，一般可将连接前后斗壁的侧壁刃口设计成弧形；（5） 斗底的斗前壁与斗后壁用圆弧连接，构成弧形斗底；为了使物料在斗中有很好的流淌性，斗底圆弧半径不宜太小，前后壁夹角不应小于物料与钢板的摩擦角的2 倍，以免卡住大块物料；如取物料与钢板的摩擦因数f =0.4 ，就摩擦角 22°， 所以张开角必需大于 44°；综上所述，针对我的铲斗设计性质如下： 斗体材料：低碳、耐磨、高强度钢板斗刃外形：直线形斗刃斗刃材料：耐磨又耐冲击的中锰合金钢材料4.1.2 铲斗断面外形和基本参数确定图 2铲斗断面基本参数图Fig2The basic parameter diagram. Bucket section（1） 铲斗的断面外形，铲斗的断面外形由铲斗圆弧半径r 、底壁长 l 、后壁高 h和张开角 四个参数确定，如图 2 所示；圆弧半径 r越大，物料进入铲斗的流淌性越好，有利于较少物料装入斗内的阻 力，卸料快而洁净；但 r 过大，斗的开口大，不易装满，且铲斗外形较高，影响驾驶员观看铲斗斗刃的工作情形；后壁高 h 是指铲斗上缘至圆弧与后壁切点间的距离；底壁长 l是指斗底壁的直线段长度； l长就铲斗铲入料堆深度大，斗简洁装满， 但掘起力将由于力臂的增加而减小；由试验得知，插入阻力随铲入料堆的深度而急剧 增加； l长同样会减小卸载高度，短就掘起力大，且由于卸料时铲斗刃口降落的高度 小，仍可以减小动臂举上升度，缩短作业时间，但会减小斗容；对装载轻质物料为主的铲斗， l 可挑选大些，对于装载岩石的铲斗，应取小些 4 ；铲斗张开角 为铲斗后壁与底壁之间的夹角，一般取45°到 52°之间；铲斗的宽度应大于装载机两个前轮外侧间的宽度，每侧要宽出50100mm；如铲斗宽度小于两轮外侧间的宽度，就铲斗铲取物料后所行成的料堆阶梯会损耗到轮胎侧壁，并增加行驶时轮胎的阻力；通过以上的介绍，结合从现场采集来的大致参数，本次设计的详细参数初定如下：铲斗圆弧半径 r ：350mm底壁长 l ：700mm 后壁高 h：400mm 张开角 ： 48 °（2） 铲斗基本参数的确定；在定下了以上的断面参数后，从现场的参考数据得到，本设计铲斗的总宽度 B为 2900mm，并且铲斗壁厚为 30mm；设计时，把铲斗的回转半径 R （即铲斗与动臂铰接点至切削刃间的距离），作为基本参数，铲斗的其他参数作为R的函数；铲斗的回转半径 R可依据下式运算；RB00.5gzk cosVs1 sinr2 cot20.51180（ m） （1）3式中Vs 铲斗平装斗容， 2.5mB0 铲斗内侧宽度， 2.840mg 铲斗斗底长度系数，g =1.401.53z 后壁长度系数，z =1.11.2k 挡板高度系数， k =0.120.14rr 圆弧半径系数，rR张开角，为 45°52°1 挡板与后壁间的夹角（无挡板取0）图 3铲斗尺寸参考Fig3 Bucket size reference图 3 中各参数含义如下： r 铲斗圆弧半径， mLg 斗底长度，是指由铲斗切削刃至斗底延长线与斗后壁延长线交点的距离，mLgg R1.4 1.53 RLz 后壁长度，是指由后壁上缘至后壁延长线与斗底延长线交点的距离，mLzz R1.1 1.2 RLk 挡板高度， mLkk R0.12 0.14 R调整参数，依据调整后的各值与R 之比分别运算 g 、 z 、 k 、 r 值， g =1.5 ，z =1.1 ，k =0.12然后代入式（ 1），即可确定铲斗的回转半径 R，通过运算得出 R1140mm即可得出Lg =1.5 ×1140=1710mmLz =1.1 × 1140=1254mmLk =0.12 ×1140=136.8mm一般取铲斗侧壁切削刃相对斗底壁的倾角0 =50° 60°；铲斗与动臂铰接点距离斗底壁的高度 h =（0.060.12 ） R；4.1.3 铲斗容量的运算由于本次设计的铲斗容量是在设计任务书中表达出来的，并且铲斗的参数都是依据铲斗容量而定下的，所以如下只介绍的是它的算法公式；平装容量，铲斗的平装容量依据式（ 2）运算；对于有防溢板的铲斗VsSB02 a 2b3（m）232式中S 有挡板的铲斗横截面面积， mB0 铲斗内侧宽度， m a 挡板高度， mb 斗刃刃口与挡板最上部之间的距离， m对于无防溢板的铲斗VsSB0（m）32式中S 不装挡板的铲斗横截面面积， m30额定容量，铲斗的额定容量（见图13）依据式（ 3）运算；对于有防溢板的铲斗VrVsb 2 B8b 2ac6（m）（3）式中 c物料积累高度， m对于无防溢板的铲斗VrVsb B0b323（m）（ 4）8244.2 工作装置连杆系统设计通过在其次章中的工作装置连杆机构的结构形式与特点的介绍，综合本次设计的基本要求和设计任务，所选取的结构形式为反转六杆机构结构形式；4.2.1 机构分析反转六杆工作机构由转斗机构和动臂举升机构两个部分组成；转斗机构由转斗油缸 CD、摇臂 CBE、连杆 FE、铲斗 GF、动臂 GBA和机架 AD六个构件组成；当举升动臂时，如假定动臂为固定杆，就可把机架AD 视为输入杆，把铲斗 GF看成输出杆，由于 AD和 GF转向相反，所以叫反转六杆机构；举升机构主要由动臂举升油缸HM和动臂 GBA构成；当举升油缸闭锁时，启动转斗油缸，铲斗将绕G 点作定轴转动；当转斗油缸闭锁，举升油缸动作时，铲斗将作复合运动，即一边随动臂对 A点作牵连运动，同时又相对动臂绕G点作相对转动其材料为低碳、耐磨、高强度钢； 5 ；I- 插入工况 II-铲装工况 III-最高位置工况IV- 高位卸载工况V-低位卸载工况图 4 反转六杆机构简图4.2.2 尺寸参数设计Fig4 Reverse six poles structure diagram由于图解法比较直观，易于把握，故采纳图解法设计，它通过在坐标图上确定铲装工况（图 4）时工作装置的 9 个铰接点的位置来实现；（1）动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点G、B、A 的确定1）确定坐标系如图 5 所示，先选取坐标系并确定尺寸比例1：40；2）画铲斗图，把设计好的铲斗横截面外廓按比例在坐标系xOy 中画出，斗尖对准坐标原点 O，斗前壁与 x 轴呈 3°5°的前倾角；此为铲斗插入料堆时位置，即插入工况；确定动臂与铲斗的铰接点 G由于 G点的 x 坐标值越小，转斗掘起力就越大，所以G点靠近 O点是有利的，但不能随便减小；而 G 点的 y 坐标值增大时，铲斗在料堆中的铲取面积增大，装的物料多，但这样缩小了 G点与连杆铲斗铰接点 F 的距离，使得掘起力下降；图 5动臂上三铰接点设计Fig5 Moving arm hinged on three point design综合考虑各种因素的影响，依据坐标图上插入工况的铲斗实际状况，在保证G 点y 轴坐标值 yG=250350mm和 x 轴坐标值 xG 尽可能小而且不与斗底干涉的前提下，在 指标图上人为的把 G点初步定下来；初定 G点坐标为（ 1130，260）；确定动臂与机架的铰接点 A以 G 点为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗口装工况；O O 与 x 轴平行为止，即铲把已选定的轮胎外廓画在指标图上（轮胎外廓直径约为1600mm）；作图时，应使轮胎前缘与铲装工况时铲斗后壁的间隙尽量小些，目的是使机构紧凑、前悬小，但一般不小于 50mm；轮胎中心 Z 的 y 坐标值应等于轮胎的工作半径 Rk 600mm ；yzRkd wH2bwbw 1（5）式中yz Z 点的 y 坐标值， mmdw 轮辋直径， mm bw 轮胎宽度， mmbH轮胎断面高度与宽度之比（一般轮胎取1，宽面轮胎去0.83 ，超宽面轮胎取w0.64 ）轮胎变形系数（一般轮胎为 0.10.16 ，宽面轮胎取 0.050.1 ）依据给定的最大卸载高度 hx，最小卸载距离 lx和和卸载角x ，即高位卸载工况；以 G 点为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与x 轴平行，即得到铲斗最高举升位置图；连接 GG并作其垂直平分线；由于G 和G 点同在以 A 点为圆心，动臂长为半径的圆弧上，所以 A点必需在 GG的垂直平分线上；A 点在平分线的位置应尽可能低一些，以提高整机工作的稳固性，减小机器高度，改善司机视野；一般A 点取在前轮右上方，与前轴心水平距离为轴距的1/31/2处；最终定下 A点的坐标为（ 3230，2110）；A 点位置的变化，可借移动 G 点和轮胎中心 Z 点的位置来进行；连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点F、E 的确定由于 G、B 两点已被确定，所以再确定F 点和 E 点实际上是为了最终确定与铲斗相连的四杆机构 GFEB的尺寸，如图 18 所示；确定 F、E 两点时，既要考虑对机构运动学的要求，如必需保证铲斗在各个工况时的转角，又要留意动力学的要求，如铲斗在铲装物料时应能输出较大的掘起力，同时，仍要防止前述各种机构运动被破坏的现象；按双摇杆条件设计四杆机构令 GF杆为最短杆， BG为最长杆，即有GF+BG>FE+BE（6）如图 3-10 所示，如令 GF=a，FE=b，BE=c， BG=d，并将式（ 5）不等号两边同时除以 d，整理后得到下式，即bcaKddd1（ 7）上式各值可按式（ 7）选取，由 G（1130，260）、B（ 1680， 1565）点的坐标得到d=141K5mm0.950 0.995a由式（c0.3 7）0选.4 取0.5d0K.8=0d.950（8）得到a=0.3 d=425c=0.58 d=830，代入（ 6）得到b=948 ；图 6 连杆、摇臂、转斗油缸尺寸设计Fig6 Connecting rod, rocker, and turn fights oil cylinder size design确定 E和 F 点位置这两点位置的确定要综合考虑如下四点要求：E 点不行与前桥相碰，并有足够的最小离地高度；插入工况时，使EF 杆尽量与 GF杆垂直，这样可获得较大的传动角和倍力系数；铲装工况时，EF 杆与 GF 杆的夹角必需小于 170°，即传动角不能小于 10°，以免机构运动时发生自锁；高位卸载工况时，EF 杆与 GF杆的传动角也必需大于 10°；如图 19 所示，铲斗插入工况，以 B 点为圆心，以 BE=c为半径画弧；人为的初选E 点，使其落在 B 点右下方的弧线上；再分别以E 点和 G点为圆心，以 FE=b和 GF=a分别为半径画弧，得到交点，即为F；图 7连杆端部铰接点设计Fig7 Connecting rod ends hinged point design如下列图的得到了 E 和 F 点的位置，由于各种工况的情形不定，所以在这就不详细说明此时情形的坐标值；动臂举升油缸与动臂和车架铰接点 H点及 M点的确定动臂举升油缸的布置应本着举臂时工作力矩大、油缸稳固性好、构件互不干扰、整机稳固性好等原就来确定；综合考虑这些因素，所以动臂举升油缸都布置在前桥与前后车架的铰接点之间的狭窄空间里；4.3 工作装置静力学分析及强度校核4.3.1 静力学分析（1） 外载荷确定原就，装载机在铲斗插入料堆，铲斗要克服切削物料的阻力、物料与铲斗间的摩擦力和物料自身的重力；这些力构成了装载机工作装置的作业阻 力；为了分析问题便利，假设它们作用在铲斗齿尖的刃口上，并形成两个集中力：水平插入阻力和垂直掘起阻力；装载机实际作业时简化为两种极端受载情形：一是对称载荷，载荷沿切削刃匀称分布，二是偏心载荷，由于铲斗偏铲或物料的不匀称性而导致物料对铲斗的载荷产生不匀称分布，使载荷偏于铲斗一侧，形成偏心载荷；装载机在铲掘作业过程中，通常有以下三种受力工况：1） 铲斗水平插入料堆，工作装置油缸闭锁，此时可认为铲斗斗刃只受水平插入阻力的作用；2） 铲斗水平插入料堆，翻转铲斗或举升动臂铲取物料时，认为铲斗斗齿只受垂直掘起阻力的作用；3） 铲斗边插入边收斗或边插入边举臂进行铲掘时，认为铲斗斗齿受水平插入阻力与垂直掘起阻力的同时作用；假如将对称载荷和偏载情形分别与上述三种典型受力工况相组合，就可得到铲斗六种典型的受力作用工况1. 水平对称工况 2. 直对称工况 3. 水平垂直对称同时作用工况 4 水平偏载工况 5 垂直偏载工况 6 水平垂直偏载同时作用工况；（2） 外载荷运算，装载机的工作阻力是多种阻力的合力；由于物料性质和工作机构工作方式的不同，工作阻力有不同的运算方法，一般工作阻力通常分别按插入阻力、掘起阻力和转斗阻力矩进行运算；1） 插入阻力插入阻力就是铲斗插入料堆时，料堆对铲斗的反作用力运算上述阻力比较困难， 一般依据下面体会公式来确定：1234xF9.8K K K K BL1.25 （N）（ 9）式中K1 物料块度与松散程度系数K2 物料性质系数K3 料堆高度系数K4 铲斗外形系数，一般在1.11.8 之间，取 1.3 B 铲斗宽度， 290cmL 铲斗的一次插入深度， 40cm1.25得到：F=9.8 ×1.0 × 0.045 ×1.10 ×1.3 ×290× 40=18397（ N）2） 掘起阻力掘起阻力就是指铲斗插入料堆肯定深度后，举升动臂时物料对铲斗的反作用力；掘起阻力主要是剪切阻力；铲斗开头举升时物料的剪切力按下式运算Fz2.2KBLc （N）（10）式中K 开头举升铲斗时物料的剪切应力，它通过试验测定，对于块度为0.10.3m的松散花岗岩，剪切应力的平均值取K=35000PaB 铲斗宽度， mLc 铲斗插入料堆的深度， m得到： F =2.2 ×35000×2.9 ×0.4=89320（ N）3） 转斗阻力矩当铲斗插入料堆肯定深度后，用转斗油缸使铲斗向后翻转时，料堆对铲斗的反作用力矩称为转斗阻力矩；开头铲取时（ a=0）的静阻力矩M a 0 为M a01.1Fx0.4 x1 L 4y（11）式中Fx 开头转斗时的插入阻力， 18397N x 铲斗回转中心与斗刃的水平距离， 1.13my 铲斗回转中心与地面的垂直距离， 0.26mL 铲斗的插入深度， 0.4m得到M a01.1Fx0.4 x1 Ly4=1.1×18397×0.4 ×（ 1.13 0.25 ×0.4 ）+0.26=13599（N·m）掘起阻力矩矩M a 为M a 随铲斗回转角 a 的增大而减小；当铲斗回转a 角后，其转斗阻力M aM a0 1式中lg 2 M a 0can （12）M anM a 0lg a3c1M a0M aa 0a nMa 铲斗离开料堆时的翻转角度M a 铲斗离开料堆时，由物料重力产生的阻力矩，N· m转斗阻力矩运算：铲斗在料堆中转斗时，除了要克服料堆的静阻力矩之外，仍要克服铲斗自重和铲斗中物料所产生的阻力矩；因此，开头转斗的阻力矩为M zM a0GHGC LB （13）式中M z 转斗阻力矩， N· mM a0 开头转斗静阻力矩， 13599 N·mGH 轮式装载机额定载重量重力，49000 NGc 铲斗自重力， 13470NLB 铲斗中心至回转中心 B的水平距离， 0.5m得到M zM a0GHGC LB=13599+（49000+13470）× 0.5=44834（ N· m）图 8 作用在转斗连杆上力的确定Fig8 Turn on role in determination of connecting force of fight作用在转斗连杆上的力Fc ：铲斗充分插入料堆后开头转斗时，作用在铲斗与铲斗连杆铰销上的力 FccFM zLc（N）（ 14）式中Lc 铲斗回转中心至 Fc 的作用线的垂直距离， 0.430m得到FcM z =44834/0.43Lc=104265 （N）4.3.2 强度校核摇臂的强度校核，在对称载荷作用下，摇臂可看作是支承在动臂B 点变截面曲梁；由式 24 可得 Fc=104265 N，取单边侧板为争论对象，得到F1Fc52132.52N（15）由MF2F10 ，得到l 1 / l 2 （16）代入数据得到 F252132.5830 / 600=72116 N弯矩MF1l 1 =43269 N· m（17）在对称水平载荷作用下，由内力得出内力图（图9）图 9 对称载荷引起的摇臂内力图Fig9 Load symmetry in caused to the rocker然后对危急断面强度校核；对于危急断面1-1 ，在此断面上作用有弯曲应力和正应力，以其合成应力所表示的强度条件为M（18）AA2Rd b （19）由式 3-39 得到： A20.120.10.0452=0.0063 m得到：强度通过432690.0063686809520 000 000 Pa5 液压系统的设计和运算5.1 初选系统的工作压力压力的挑选要依据载荷的大小和设备类型而定；仍要考虑执行元件的装配空间， 经济条件及元件供应情形等的限制；详细挑选可考虑表1 和表 2由工作要求，和系统压力要求可初步确定，用到的主要液压元件有：液压泵，液压缸，油箱表 1按载荷挑选工作压力载荷 /KN<55 1010 2020 3030 50>50工作压力 /MPa<0.8 11.5 22.5 33 44 5 5表 2各种机械常用的系统工作压力Table 3-2 all kinds of mechanical common system work pressure有以上的数据查表可得：初步选定工作压力P = 16 MPa；5.2液压系统原理图1. 转斗液压缸 2. 提臂液压缸 3. 提臂液压缸换向阀4. 转斗液压缸换向阀5. 单向阀6. 液压泵 7. 滤油器 8. 溢流阀 9. 安全阀 10. 油箱图 10 液压系统原理图Figure 10 hydraulic system principle diagramTable 3-1 press load selection work pressure机械类型机床农业机械液压机磨床组合机床龙门刨床拉床小型工程机械建筑机械大中型挖掘机重型机械液压凿岩机起重运输机械工作压力0.8 23 52 88 1010 182032/MPa由工作的条件可确定液压系统原理图10 为：5.3 液压缸的设计和运算5.3.1 转斗油缸作用力的确定以转斗油缸作用力即以此平稳条件作为运算位置；依据装载机纵向稳固条件得最大掘起阻力NGsL1 L式中Gs 装载机自重力； GS1800N108013 N9.8NL1 载机重心离前轴距离；假设L 为 1 轴距；即12L11600mmL 斗刃在地面上的支点至装载机前轮接地点的距离；由图得L2612 mm铲斗在铲掘位置绕 G 点上翻时，铲斗刃口的运动方向基本上接近于垂直地面，因此可以认为转斗油缸作用力主要克服铲起阻力（见图11）图 11 转斗油缸作用力分析图取 M G取 M B0 SF0 SCNL SSEFigure 11 turn fights oil cylinder force wereGK L4 LSL2L1因SESF SCNLSGK L4L2 LSL1其中GK为铲斗自重力GK7500NL1600mmL2L3651mm446mmL4L5=579mm 1257mm就SC340862 N考虑到连杆机构铰点的摩擦缺失，就每只转斗油缸受力为1式中n转斗油缸数FdK 1SCnn1K 1 - 考虑连杆机构的摩擦缺失系数，取K 11.25 K11.25就Fd1.25340862Fd426077 N转斗液压缸用于转斗，反复推拉摇臂完成铲掘和卸载；5.3.2 活塞活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，故它与缸筒的协作应适当，既不能过紧，也不能间隙过大；PFd4FdmAD 2式中 P 油缸的工作压力，取 P =16 MPam 油缸的机械效率，主要考虑密封处的摩擦缺失m = 0.85 0.99 ， 平均取 0.95D4FdpmD =189mm查表 3，又考虑到液压缸的行程为 600mm左右，应选取缸径： D =200mm ；依据实际工作情形，采纳组合式活塞，活塞和活塞杆采纳卡环型连接，密封结构采纳 O型密封圈和 Y型密封圈；有导向环；选用 35 钢为活塞材料；活塞宽度一般为活塞外径的 0.5 1.0 倍，取系数为 0.6 ，就活塞宽度为：活塞外径协作采纳 f9 ，外径对内孔的同轴度公差定为0.01mm，端面与轴线的垂直度公差为 0.02mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差的1/2 ；x10.6D x1 =120mm活塞外径协作采纳 f9 ，外径对内孔的同轴度公差定为0.01mm，端面与轴线的垂直度公差为 0.02mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差的1/2 ；表 3 工程液压缸技术参数Table 3engineering technical parameters of hydraulic cylinder缸径/mm1.33活塞杆直径1.46/mm2推力 /N额定工作压力 16MPa拉力633235452021037010344802443090455063101790763407037051910140