装载机工作装置结构设计.doc

本科论文目 录摘 要IAbstractII引 言11 介绍21.1装载机简介21.2装载机现状及发展趋势31.3 装载机分类61.4 挤出机的组成72 装载机工作装置结构构成与运动特点分析82.1 工作装置结构的组成82.2 工作装置结构的运动特点83 装载机工作装置结构的设计需求分析93.1 工作装置的典型工况93.2 工作装置指标定义和设计要求114 装载机工作装置的连接关系与结构设计134.1 工作装置基本关系的建立134.2 工作装置的结构设计15结 论19参考文献20致 谢22本科论文摘 要装载机作为土石方施工的主要机种，随着国家基建发展规模逐渐提升，在新时期拥有广阔的市场前景。“机械液力”传动的前卸式设备性能良好、应用场景广泛，然而，其工作装置结构仍有进一步优化空间。在此背景下，本文以该型装置为对象，对他的整体结构进行深入的分析和全面的优化研究。首先对装载机的基本结构和他具有的基本特点进行研究，根据他的具体情况运用综合图解法，构建装载机工作装置的结构分析模型，分析装载机工作装置参数间关系；其次，基于工作装置的使用场景确定设计要求，并在此基础上，运用解析法设计动臂限位块位置、动臂板连杆结构和工作装置装配结构。通过研究，取得了以下成果：其一是在现有装载机工作装置结构的基础上，对其动臂限位做进一步优化，降低动臂运动冲撞力，减少散料可能性，提升工作效率。其二是进一步完善了动臂板连杆结构的设计，其三是提升工作装置的整体装配性能。希望能为装载机设计制造、优化升级提供一定的参照与借鉴。关键词：装载机；工作装置；结构设计AbstractAs the main machine type of earthwork construction, loader has a broad market prospect in the new era with the gradual improvement of national infrastructure development scale. Before the mechanical hydraulic exhaust it has a good performance and a variety of Application scenarios. Space still exists.Further optimisation of the structure of the work equipment.In this context, this paper takes this type of device as an object to optimize the structure of its working device. Firstly, the structure and movement characteristics of the working device of the loader are analyzed. Combined with the typical working conditions of the loader, the structure analysis model of the working device of the loader is constructed by using the comprehensive graphic method to analyze the relationship between the parameters of the working device of the loader; secondly, the design requirements are determined based on the use scenario of the working device, and on this basis, the position of the limit block of the boom, the connecting rod structure of the boom plate and the assembly structure of the working device are designed by using the analytical method. Through the research, the following results have been achieved: first, on the basis of the existing structure of the working device of the loader, the boom limit is further optimized to reduce the impact force of the boom movement, reduce the possibility of bulk material, and improve the working efficiency. The second is to further improve the design of the link structure of the boom plate, and the third is to improve the overall assembly performance of the working device. It is hoped that this paper can provide some reference for the design, manufacture, optimization and upgrading of loaders.Key words: loader; working device; structural design引 言进入新常态以来，以基础建设拉动内需增长成为国家发展的基本方针。2020年，“新基建”正式启动，呼唤工程机械设备制造能力快速提升。装载机作为土石方施工的主要机种，在新时期必然迎来下一波风口。因此，对装载机结构优化设计进行深入研究，具有显著的现实价值与迫切性。纵观国内外研究者对装载机工作装置的设计，发现综合图解法、解析法、覆盖法、类比试凑法等方法在其中发挥了重要作用。国外研究者中，P.S Shiakolas构建了基于几何中心定位与差分进化方法的优化框架，V.N Gadalov运用动力学仿真技术，实现了工作装置能耗高效控制的目标。国内研究者中，王国彪、杨力夫确定了装载机工作装置设计的基本理论，黄红钟采用多目标优化设计方法，对装载机工作装置加以改进，戴文跃运用动力学仿真分析方法，基于正交试验实现了设备性能优化。申文清采用虚拟样机方法做了优化研究，显著提升了转斗油缸的工作效率。然而，现有研究大都依循理论推导构建优化方案，且所选对象型号在当前多数已经不适用，对于实际生产应用的指导作用被大大削弱。有鉴于此，本文在借鉴前人研究结论的基础上，选择当前应用较为广泛的设备型号为样本展开研究，以提升研究结论的指导能力。从长远看，“机械液力”传动的前卸式设备应用场景最为广泛，市场前景较好。故此本文以该型设备为例展开研究。又因装载机工作装置的结构关联着设备整体能耗与生产效率，故而本文将研究视角集中在工作装置结构上。1 介绍1.1装载机简介装载机对于大型的建设工程是必不可少的，包括在公路的修建，铁路的铺设，矿山的挖掘，港口的开发，是一种非常重要的图示方施工机械，它可以完成土壤的铲装，沙石的铲装，石灰的运送等一些散装无聊的运送，也可以对大型的石头或者是坚硬的沙土进行挖掘。它不仅仅具有上述的基本功能，为装载机加上不同的其他辅助装置的情况下还可以完成其他功能，包括对沙土的推送，大型重物的起重作业，装载机可以轻松完成这些工作。装载机在公路的铺设过程中是很重要的，能够完成对公路地基的铺设，运送沥青和混凝土等作业材料，是施工中不可缺少的机械之一。装载机对于整体的工程中是不可缺少的，不仅仅能够完成一些铲、装、卸、运土和其他施工材料的，并且也能够完成对一些坚硬的岩石，坚硬的突然进行挖掘工作，针对于一些山地施工作业，地震挖掘，道路抢修也都是必不可少的。虽然装载机的整体体积比较庞大，但是其施工起来的速度非常快，效率十分的高，由于其操作的简便性，使得其在现在的项目施工中是不可缺少的，如图1-1所示。图1-1装载机整机介绍1.2装载机现状及发展趋势装载机已经在我国出现了十几年了，在这十几年的发展过程中，我国也是进行了自主的研发，其规模不断的扩大，市场占有率逐渐增多，开发的技术也越来越成熟，国内九成的市场份额已经被牢牢的掌控住。我国的国产装载机性价比十分之高，不仅仅在国内又非常好的相应，在国际市场上也是崭露头角，装载机的完整配套体系已经形成完毕。现在，国内生产装载机的企业数量已经十分庞大了，根据2019的企业数据统计显示，装载机的生产企业已经道道了130家，在这其中也有30多家是针对于专业的装载机进行生产的，他们具有完成的生产流程，包括装载机的其他零部件的生产，这样一个完成的生产体系，给了这种专业的生产企业很大的竞争力。他们不仅生产的质量有保证，使用的技术更是领先于世界，其强硬的实力和完美的售后服务更是为他们未来在世界上的发展提供了很好的帮助。现在从国内的市场份额占有率来看，已经十分的成功了，占有了市场的主导权，获得了极多的利润。企业为了更好的发展下去，会采用一些筹集资金的相关防范，对现有的产品进行升级和优化，甚至是大规模的改造，对厂房的基本硬件设备进行更换，厂房的规模继续郭建，提高整体生产线的管理质量和完整的生产监督体制，这样能够进一步的提高产能。虽然，我国的装载机生产企业在国内有很大的占有率，但是随着中国加入WTO以来，国外的装载机生产企业对国内的生产商也造成了一定的影响。与此同时，国内的生产企业就不可避免的要加入世界范围内的市场竞争，如果想在这个世界的大环境中保证一定的市场占有率，那么对产品的技术研发，产品生产线的优化，产品的宣传都会造成一定的影响。从现在国内的装载机分类即可看出来，国外的品牌已经大肆进入国内市场，对国内的企业造成了一定的影响，新的营销模式和营销思维是国内企业必须要学习的。随着国家经济的稳步发展，现阶段政府对经济增长的质量是十分的关注，并且对效益的提高也有很大的关注度。在“十二五”以后，装载机的行业发展将不会有太大的浮动，整体的增长率也能稳定的保持。从现在的市场情况来看，装载机想要保证长期的发展，装载机的销量和长期收益是其需要不断考虑的核心元素。现阶段，装载机的利润并不是很大，是一种微利性的行业。当下企业的发展也是充满坎坷的，既要解决不断提高的产能，保证市场的占有率，还要解决市场空间狭小的给企业带来的发展阻难。当下主要的事情是要完整市场占有率的调高，而占有率的提高主要是靠价格来完成的。提高营销手段，保证企业的占有率逐渐的变大，保证了短期的效益也保证了未来的营收。如上文所述，国内的装载机生厂商是很多的，但是只有少部分的生产企业具有一定的市场大规模，其他的企业只是有略微的出产，大概每年有200-300台左右的销出，这导致的市场会发生重组，对与这些小型企业来说，面临倒闭和破产是不可避免的，最后对这些小企业造成很大的影响，企业的生存也成为了一种挑战，最后市场还是被大企业占有。为保证市场的占有率，价格战是不可避免的，当下的市场价格竞争也是越来越激烈的。根据数据显示，当下一年的装载机的生产量在20万台左右，但是即便有这么高的产量，一些装载机只是处于空闲阶段。为了保证市场营销的顺利，以往的营销渠道也会被大范围的改变，那么代理商就会面临一定的挑战。许多企业现在将一些地区有重复的代理商进行整理，保证一个区域只有一个独家的经营公司，减少了许多的资源浪费，同时生厂商对代理商的约束也越来越激烈。制造商不断的要保证市场的反向效果是完整的，对反馈的速度也是有一定的要求，并且对市场的管理工作也是越来越严格。在行业整体的激烈竞争的环境下，生产商和营销商的整体利润已经变得越来越低了，销量和利润的问题已经是需要重新考虑的问题，市场的把控能力不在是几年前的轻松状态。对于那些小型的生产商来说，当前的发展就是对未来的一种抉择，要么放弃装载机行业另谋他路，要么就加入大型的装载机制造商，这也是当前小型企业能够存活下来的主要方案。在整体的发展过程中，我们也可以清晰的意识到，品牌良好的售后服务对占有市场来说也是非常重要的，在近几年的激烈枪战市场的竞争中，售后服务已经成为必不可少的环节了，通过售后服务来提高品牌形象，进而深一步的占有市场，这个思路是对以往的方案进行了全面的革新。为保证装载机的销售量，还会采用降价销售的放视，分期付款和三包的延长这几个主要的营销方案，企业是在降低利润的情况下去提高整体的销量，虽然整体的销量上升了，但是企业也面临一定的财务风险，这种粗放式管理不是长久发展之际，必须要在未来的发展中对管理进行细致的规划，这样能够提高整体的管理，也有助于品牌的发展。虽然装载机在国内占有了一定的市场，但是对外出口的数量很小，出口的装载机的规模也是很小的，虽然我国装载机在近几年的出口数量有了一定的提升，但是出口的还是小规模的，像8吨以上的装载机国内是依靠国外进口的，跟国外相比，国内的技术还有待提升，加入国际市场还有一定差距。那么装载机行业对当前的发展形势有什么好的优化案？产品质量是重中之重的，是一些竞争最根本最关键的元素，装载机的工作环境是十分恶劣的，设备的可靠性和安全行是非常重要的。营销的方法对于企业来说是不可缺少考虑的环节，以往的企业只是想通过销量来占有市场，虽然该方法也有一定的作用，但是整体是呈现出一个粗放式的管理状态，企业的管理对与企业的未来发展也是非常重要的，所以在未来的发展中必须要做到细致的管理。同时市场竞争的激烈，冲突和矛盾也越来越多，为了保证销量，有些企业也是将价格一改再改，对于营销商来收利润空间变大了，但是生产商本身的利润降低了许多。针对与营销而言，不是通过改变价格这一个因素就可以改善了，整体的销售流程和管理体系也是很重要的，营销的方式应该根据自身在市场的占有情况来具体的策划，不要盲目的跟随别人的方式，应该结合具体自身而言。品牌的形象和声誉是十分重要的，现在大多数人都认可大品牌，认为品牌是具有一定质量保证的。企业有了个完整的品牌形象，不仅仅能够提高产品的销售量，也能够完成其他的利润来源。但是，从现有的市场上来看，国内的装载机生产商对品牌的意识是很单薄的。价值链的营销模式也是必不可少的。企业应该以客户为中心，顾客是上帝的执业准则，要以客户的需求为中心，对客户需求的高质量满足长是营销的目的，同时客户也能为我们未来企业的发展提供一些帮助，不仅仅体现在产品的免费宣传上，其带来的附加效益是很广泛的，不要仅仅将收益考虑在某一个环节，应该通过大量的环节进行收益，在最后就能够达到很好的收益。我们可以通过信息，物流和资金等方面将各个环节紧密的联系起来，让客户的销售商有一个坚实的信任的状态，互相支持和配合也是应该要达到的效果，这样不仅仅提高的效益，更是对企业的营销风险有了一定的降低，通过叠加的收入来提高整体的收益情况，这是一种十分新颖的思路。价值链营销并不是一个企业自己能完成的，要充分的利用市场，利用社会资源将自己难以把控的营销风险进行转移，达到一种资源贡献的状态，同时分享也有一定的化解，最终达到提高收益的情况。1.3 装载机分类1按行走系统结构分类(1)轮胎式装载机：他底盘是轮胎的形式，在此基础上配合其他的辅助装置进行作业的一种装载机。优点：他的优点是具有很好的灵活性，作业的效率也有很大的提高，并且轮胎的生产成本地，也能够达到很好的操作效果。(2)履带式装载机：他底盘是履带的形式，在此基础上配合其他的辅助装置进行作业的一种装载机。优点：他的优点是马力强劲，具有很好的爬坡能力，但是转弯的幅度比较大，能够对恶劣的环境有很好的操作幸能。2按发动机位置分类(1)发动机放在装载机的前面。(2)发动机放在装载机的后面。当前，国内市场的装载机还是采用发动机后置的结构情况比较多。主要还是因为发动机在后面能够减少很多视野的干扰情况，后置的发动机俄公使可以对整体的机身起一个稳定的作用，提高安全性。3按转向方式分类(1)装载机的地盘也有用轮盘来作为地盘的转向凡是。可以通过前轮的偏转、后轮的偏转和全轮的转向三种情况。缺点：这种结构形式的灵活性是十分的差，一般不用。(2)依靠轮式底盘还有一种铰接进行转动的模式。主要是依靠前后车架的铰接来进行水平的摆动进而形成转向的方法。优点：在场地空间比较狭小的情况是是非常受欢迎的(3)通过滑轮的模式进行转向，他的主要工作原理是借助于两个轮子的速度不一样进而形成速度差，就可以完成转向优点：该模式是非常实用的，也适合那些场地空间比较小的形势下，灵活性也是非常强，对于整体作业来说是十分便捷的。4按驱动方式分类(1)装载机以前轮为驱动的行走结构。(2)装载机以后轮为驱动的行走结构。(3)装载机以前轮和后轮这两个轮子为驱动的行走结构。这种结构方式在现在是十分常见的，动力很好，操作便捷1.4 装载机的组成装载机的主要是发动机和变矩器和变速箱和前、后驱动桥这四个部分构成的。发动机是整个机械的动力装置。变矩器主要是为了完成机器对上升和下降，前进和后退，翻斗和转向，这个是不可缺少的，对于整个装载机来说是关键的元素，变速箱是完成对速度的控制，也是对传送动力的控制，他的存在为装载机提供了很大的动力选择。驱动是由传动轴和主差速器以及轮边减速器主要构成的。转向的油路包括了以下几项，油箱和转向泵稳流阀以及转向器和转向油缸。现在的变速箱有一体的结构和和分体结构这两种主要结构形式。选用原则：1、机型的选择：机型的选择很大程度上是根据你要使用装在及进行什么工作，要结合实际的工作任务进行相应的选择，一般轮胎装载机和履带装载机选择率比较高。2、动力的选择：动力方面，现在主要都是柴油发动机，柴油发动机的动力十足，如果在一些恶劣的环境下工作就要选择其他的类型，还有一种高原型装载机是针对于海拔较高的施工。3、传动型式的选择：液力机械的传动方式是当下主要的产品形式。国内生产的装载机一般都是单机两项的液里变矩器。4、在选用装载机时，装载机的制动能力是十分重要的，它对整体的安全性是关键的，包括常用的停车制动和紧急情况下的制动。制动的形式也不同。制动器的组成在当前的发展中主要还是压缩空气的形式，气顶油的形式和液压式的形式，为了保证安全性现在几乎都在使用双回路的制动系统，来提高整体的稳定性，对安全性也有一定的优化。2 装载机工作装置结构构成与运动特点分析2.1 工作装置结构的组成作为装载机最重要的执行部件，工作装置的主要功能是铲掘物料和对物料进行装卸。其基本结构主要分为6个部分，如图2-1所示。其中包括：铲斗（1）、连杆（2）、摇臂（3）、动臂（4）、转斗油缸（5）、动臂油缸（6）。其中动臂与动臂油缸固定在前车架，并与转斗油缸进行铰接。后者则与铲斗通过连杆和摇臂实现铰接。这一系列铰接部件可以根据工作需要，完成铲斗的升降、翻转等动作。而这些动作的动力则由液压系统提供，如图2-1。图 2-1 反转六杆工作装置结构2.2 工作装置结构的运动特点从图2-1中可以看出，装载机的工作装置本质上是一个纵向对称的结构。因此，在一定程度上可以将之拟视作平面连杆机构，进而对其展开自由度计算。在工作装置的结构中，主要包含铲斗、油缸、举升机构这三个四连杆机构，其中活动部件共有8个，旋转副共有9个，移动副共有2个，低副共有11个，高副共有0个。将之拟视为平面机构后，通过自由度计算得到“F=8×3-11×2=2”。在收料和卸料阶段，由于动臂油缸已经关闭，所以此时的工作装置只有1个自由度，转斗油缸是其原动件。在托举工况阶段，由于转斗油缸进入关闭状态，所以此时的自由度仍然保持为1，只是原动件由转斗油缸转变为动臂油缸。而在铲斗下降阶段，出于确保装置可复位的考虑，此时动臂与转斗两个油缸会同时运动。3 装载机工作装置结构的设计需求分析3.1 工作装置的典型工况在设计装卸机结构的过程中，首要的是要了解工作装置的典型工况，进而获知装置的运行状态，为后续的需求分析做好准备。3.2.1 铲掘工况铲掘是装载机工作装置的基本动作，也是初始工况状态。在铲掘过程中，动臂位移在下限，铲斗位置与地面水平。在装载机启动并开始工作后，由液压装置提供的牵引力促使铲斗铲入料堆，动臂油缸进入关闭状态，铲斗油缸启动牵引，完成收斗（如图3-1a）。3.2.2 运输工况转斗油缸的开启状态直到铲斗完成取料之后结束，由动臂油缸接替其完成后续动作。在牵引力的作用下，动臂不断提升，到上限为止，然后两个油缸全部关闭，装载机承载物料并安完成运输（如图3-1b）。3.2.3 高位工况等装载机完成运输工序到达指定场所，可以进行卸料时。转斗油缸进入闭锁状态，而动臂油缸则提供牵引力，推动动臂抬升，达到动臂的位移上限后停止（如图3-1c）。3.2.4 卸载工况在动臂达到最高点时，动臂油缸闭锁，铲斗油缸操纵铲斗完成翻转动作，使得铲斗内的物料能够充分的被卸载。当卸载动作完成后，动臂油缸开始操纵动臂，返回初始位置。与此同时，铲斗油缸重新开启，进入下一轮循环（如图3-1d）。 （a） （b） （c） （d） 图 3-1 工作装置典型工况3.2 工作装置指标定义和设计要求3.2.1 指标定义在对装载机工作装置做进一步的优化设计之前，需要廓清各个参数的基本含义。其中主要包括崛起力、提升力、倾翻力等等。具体见表3-1。表 3-1 装载机工作装置的相关指标及含义指标含义崛起力设备油量充足，在平整路面上，且在不超过额定载荷的情况下，操纵铲斗油缸对铲斗进行收斗，或者操纵动臂油缸对铲斗进行抬升时，所产生的能够使设备后轮离地的垂直向上力的临界值。提升力动臂油缸将铲斗从地面抬升到最高位置时，于载荷重心出所施加的载荷量倾翻力在运行工况中，装载机后轮出现离地倾向时，物料载荷的最小临界重量额定工作载荷按照相关标准，取倾覆载荷（50%）与提升能力（100）中较小值。传力比铲斗的崛起力/转斗油缸的作用力；铲斗的崛起力/动臂油缸的作用力。其中前者是转斗传力比，后者是举升传力比。传动角装载机工作装置的四连杆机构中，主动、被动杆之间的夹角。收斗角完成铲料后，动臂在从下限抬升到上限的期间内，铲斗底部平面与地面之间的角度。卸料角卸载工况时，铲斗底部与地面夹角。最大卸料高度铲斗运行工况中，处于上限时，铲斗的尖端与地面所称角度。卸料距离铲斗卸料工况中，处于上线位置时，铲斗的尖端距离轮胎外廓的直线距离。3.2.2 设计要求在明确了各参数指标含义之后，结合装载机在各个工况的运行特点，对其设计要求进行总结，如表3-2所示。表 3-2 装载机工作装置的设计要求指标含义备注铲斗功能铲斗在运行和卸载工况中，必须沿着设定好的轨迹运动。而保障铲斗顺利完成采掘任务的功能，即为铲斗功能/平移性铲斗从采掘物料开始，到卸载物料之间的运动过程，必须保持在相对地面的水平线上。从而确保物料装载稳定。由于铲斗的收角结构特点，通常情况下在运输工况中，要控制收斗角度处在47°到50°之间。大传力比为了达到理想的铲掘性能，需要调动各部分因素，提升传力比。通常情况下，最大传力比应存在于收斗角小于3°的范围内。传动角传动角适度能减少“运动死点”，并提升传动效率。通常选取10°170°作为默认范围。卸料性铲斗卸料工况对斗体抬升高度范围的要求越宽泛，则说明其卸料性能越好。如备注公式所示，R7min是转斗油缸最低长度，CC是安装距离，YR7为下限收斗长度，LEF为结构长度。自动方平性当铲斗处在上限位置时，对应的铲斗油缸进入闭锁状态，在牵引作用下，动臂油缸回到下限。此时的铲斗位置角度U可以用来体现方平性。U越低，方平性越好。运输稳定性铲斗在动臂的挡块位置保持不变的能力，代表了其运输过程的稳定性。当冲撞力发生时，挡块可以起到缓冲作用。如备注图示，当铲斗上最低点和前轮与地面前交点的连线，与地面成15°角时，即为运输位置。铲斗下挖深度通常情况下，下挖深度为100mm（其核定重量不超过5t）4 装载机工作装置的连接关系与结构设计4.1 工作装置基本关系的建立4.1.1 结构分析模型有装载机工作装置的整体结构可知，其基本结构在纵向具有对称性。因此在对工作装置进行模拟分析的过程中，将之简化为平面连杆机构。以以前车价作为整个工作装置的参考基准，则可以构建如下图4-1所示的平面坐标系：图 4-1 装载机工作装置分析模型4.1.2 参数间的关系从装载机工作装置的分析模型以及前文中对装载机各项参数的分析，可以推断在装载机系统中，自由度最高只有2个。所以只要获得铲斗油缸的长度指标和动臂油缸的长度指标，则可以对动臂位置的角度（U）和铲斗位置的角度（UG）进行计算。获得计算结果后，就可以确定整体机构的运行状态。结合装载机工的装置分析模型，可以构建公式如4-1所示。其中R12用以表示动臂油缸的长度，R7用以表示铲斗油缸的长度。将这两项长度指标看作自变量，则可以给依据三角函数获得公式4-2。UG=UG4-UG3-UG5 （4-1） （4-2） （4-3） （4-4）而通过上述计算，可以推测UG为（-6），其中UA1是一个定值，则可知（3-7）。 （4-5）UG=UG4-UG3-UG5 （4-6）UG=p-（UG2-UD2） （4-7）在油缸四连杆机构中，可以获得以下关系： （4-8） （4-9） （4-10） （4-11） （4-12） （4-13）此时，依据三角函数关系，可以对UD1和UD2进行求取，在此基础上可以对ADC的角度进行确定。 （4-14） （4-15） （4-16）在铲斗的四连杆机构中，能够得到的机构间关系可以在此基础上推断。 （4-17） （4-18） （4-19） （4-20）结合上述计算，可以建立结构间关系，将动臂、铲斗的位置角和动臂油缸、铲斗油缸的长度纳入，获得公式4-21. （3-21）在公式3-21中，X1、R11、C1、D1、Y1 均为定值。而通过上述计算可以知道，在装载机的最小卸载距离与最大卸载高度。公式4-1到4-21中所有的符号及其含义如表4-1所示。表 4-1 公式符号及含义符号物理意义符号物理意义R1动臂AD间长UG5GH与Y轴夹角R2铰接点A、B长UG6动臂上限位置角R3连杆BC长UD1上下摇臂夹角R4下摇臂CD长UD2动臂GADR5动臂DG长UA1AB杆与X轴夹角R6上摇臂DE长UA2动臂GADR7铲斗油缸EF长L动臂长R8机架杆GF长H1卸载距离minR9G1长H2卸载高度maxR10机架杆GH长H3斗底长R11前轮胎半径H4下挖深R12动臂油缸HI长Y1G距地面高UG1机架杆GF与Y轴夹角Y3A距地面高UG2动臂夹角AGDXj；Yj前桥中心坐标UG3LGAUG动臂位置角UG4IGUU铲斗位置角4.2 工作装置的结构设计4.2.1 动臂限位块位置根据工作装置的工位运动特点分析，在运输工况中，通过增设限位块可以减少铲斗运动过程中受到的冲击力，避免与之关联的其他薄弱部件受损，同时也减少因铲斗“点头”而造成的物料散落（如图4-2a）。在卸料工况中，增设限位块可以防止A、B、C三点处在同一直线上。若不增加限位块，则在卸载时，动臂与铲斗之间会剧烈碰撞（4-2b）。因此，出于保护动臂与铲斗的目的，采用上下两组限位块对铲斗位移进行限制。 （a） （b）（c） （d）图 4-2 运输、卸载位置及限位块设置方法铲斗油缸的行程最大值是在工作装置处于运输工况期间发生的，在此过程中限位块在动臂和铲斗之间，处于若即若离的临界状态。而利用这种邻接关系，只要获知铲斗限位块的具体位置，就能依据铲斗与动臂之间的相对位置关系，计算出所有限位块的理想位置。按照前文的思路，可以将整个工作装置是做二维平面，那么动臂板可以直接化简成一个矩形。如图4-2d所示，在M和N两点上各有一个限位块，用于减少动臂所受冲撞力。以图中G点为中心，建立坐标系，则GA与Y轴垂直。利用坐标系可计算出M、N相对于动臂的位置，进而确定限位块的实际位置。4.2.2 动臂板连杆结构在确定了铰接点的坐标以及不同限位块的位置之后，应充分考虑工作装置的外形尺寸要求，结合使用场景设计动臂的尺寸。洞壁板草绘如图4-3a所示。从图中可以看出，地点坐标是已经被确定的，在上下限位块的设计需求之下，可以进一步推算出横梁相对于动臂板的最大旋转空间。（a）（b） （c）图 4-3 动臂的草绘与动绘及连杆模型优化后的动臂板，如图4-3b所示。结合前文的参数间尺寸关系，可以计算出连杆的长度。参考当前所设计的动臂板形态，设计了如图4-3c所示的连杆模型。4.2.3 工作装置的装配在仿真模拟软件中，将之前所设计的各个部件进行组装。通过调整油缸的长度，可以观察到在不同的工况状态之下，工作装置各部分的极限位置运动情况以及限位会在极限位置处的干涉情况。图4-4a所示的即为铲掘过程中，工作装置结构所受到的干涉。由于在地面铲掘时，动臂与动臂油缸之间可能会出现碰撞，产生冲撞力，造成设备损坏。因此在动臂与动臂油缸铰接处，设计了如图4-4b所示的铰孔圆弧处理。 （a） （b）（c）图 4-4 运输、卸料工况的干涉示意与装配参数要求当动臂在牵引力的作用下抬升到一定位置时，前车架有可能会阻挡动臂的位移，从而发生干涉。于是依据之前的思路，在前车架和动臂的铰接位置，采用平滑轮廓的圆弧处理，处理效果如图4-4c所示。4.2.4 部分工作装置的建模图4-5 气门摇臂首先，建立一个新的平面。在此平面上建立草图。图4-6 气门摇臂草图(1)将此草图拉伸，拉伸距离为5.25图4-7 气门摇臂草图(2)其次，以上一个平面为基础，建一个垂直于此平面的平面，在此平面建立草图图4-7 气门摇臂草图(3)将此草图拉伸切除。图4-8气门摇臂草图(4)建立草图。图4-9气门摇臂草图(5)在此基础上进行拉伸。图4-10气门摇臂草图(6)最终模型。图4-11气门摇臂草图(7)图4-12帆桁建立草图图4-13帆桁草图（1）拉伸，拉伸距离为36.图4-14帆桁草图（2）建立草图图4-15帆桁草图（3）建立草图图4-16帆桁草图（4）对草图进行拉伸，最终模型图4-16帆桁草图（4）结 论本文针对“液力机械”前卸式设备的工作装置展开优化设计，首先构建装载机工作装置的结构分析模型，分析装载机工作装置参数间关系，其次，设计动臂限位块位置、动臂板连杆结构和工作装置装配结构。本文通过研究，获得了以下成果：（1）在现有装载机工作装置结构的基础上，对其动臂限位做进一步优化，降低动臂运动冲撞力，减少散料可能性，提升工作效率。（2）在完善动臂板连杆结构设计与装配。参考文献1 Shiakolas P S, Koladiya D, Kebrle J. On the optimum synthesis of six-bar linkages using differential evolution and the geometric centroid of precision positions techniqueJ. Mechanism and Machine Theory, 2005, 40(3): 319-335.2 V. N. Gadalov, D. N. Romanenko, O. N. Boldyreva,等. Decreasing Technological Risk Through Optimization of Maintenance of the Equipment of an Oil and Gas ComplexJ. Chemical & Petroleum Engineering, 2018, 53(9-10):1-4.3 王国彪, 杨力夫. 装载机工作装置优化设计J. 北京: 机械 工业 出版社, 1996.4 戴文跃, 梁昊. 装载机工作装置的动力学仿真与综合优化设计J. 吉林大学学报(工).2004,(4):602-605.5 申文清, 王金刚, 关志刚, et al. 轮式装载机工作装置的建模及优化研究J. 筑路机械与施工机械化.2006,(4):47-49.6 万一品, 来盼盼, 宋绪丁. 装载机工作装