zl50装载机设计说明书 .doc

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1、1 绪论1.1 装载机概述1.1.1 装载机简介装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支撑结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。1.1.2 装载机的主要技术性能参数 标志装载机的主要技术性能参数有铲斗容量、额定载重量、发动机额定功率、整机质量、最大行驶速

2、度、最小转弯半径、最大牵引力、最大掘起力、最大卸载高度、卸载距离、工作装置动作三项和等。（1） 铲斗容量 一般指铲斗的额定容量，为铲斗平装容量与堆尖部分体积之和，用 m3 表示。（2） 额定载重量指在保证装载机稳定工作的前提下，铲斗的最大载重量，单位为 kg 。（3） 发动机额定功率 发动机额定功率又称发动机标定功率或总功率，是表明装载机作业能力的一项重要参数。发动机功率分为有效功率和总功率，有效功率是指在29C 和746mmHg（1mmHg=133.322Pa）压力情况下，在发动机飞轮上实有的功率（也称飞轮功率）。国产装载机上所标有的功率一般指总功率，即包括发动机有效功率和风扇、燃油泵、润滑

3、油泵、滤清器等辅助设备所消耗的功率。单位为 kw。（4） 整机质量（工作质量）指装载机设备应有的工作装置和随机工具，加足燃油，润滑系统、液压系统和冷却系统都加足液体，并且带有规定形式和尺寸的空载铲斗和司机标定质量（75kg3kg）时的主机质量。它关系到装载机使用的经济性、可靠性和附着性能，单位为 kg 。（5） 最大行驶速度 指铲斗空载，装载机行驶于坚硬的地面上，前进和后退各档能达到最大速度，它影响装载机的生产率和安排施工方案，单位为 km/h 。（6） 最小转弯半径 指自轮胎中心或后轮外侧或铲斗外侧所构成的弧线至回转中心的距离，单位为 mm 。（7） 最大牵引力 指装载机驱动轮缘上所产生的推

4、动车轮前进的作用力。装载机的附着质量越大，则可能产生的最大牵引力越大，单位为 kN 。（8） 最大掘起力 指铲斗切削刃的底面水平并高于底部基准平面20mm 时，操纵提升液压缸或转斗液压缸在铲斗切削刃最前面一点向后100mm处产生的最大向上铅垂力， 单位为 kN 。（9） 最大卸载高度 指动壁处于最高位置，铲斗倾角为45时，从地面到斗刃最低点之间的垂直距离，单位为 mm 。（10） 卸载距离 一般指在最大卸载高度时，从装载机本体最前面一点（包括轮胎或车架）到斗刃之间的水平距离，单位为 mm 。（11） 工作装置动作三项和指铲斗提升、下降、卸载三项时间的总和，单位为 s 。1.1.3 装载机的用途

5、装载机是一种用途十分广泛的工程机械，可以用来铲装、搬运、卸载、平整散装物料，也可以对岩石、硬土等进行轻度的铲掘工作。此外，还可以进行刮平地面和牵引其他机械等作业。换装相应的工作装置，装载机还可以进行推土、起重、装卸木料或钢管等作业。1.1.4 装载机的分类装载机一般按以下特点来分类：（1） 按行走装置不同分按行走装置不同可以分为轮胎式和履带式两种。由于国产履带式装载机多是在推土机基础上形成及国内外使用和生产的绝大多数是轮胎式装载机，又因为这两类装载机除了行走装置不同外，其他系统和构造大体相似，所以本次设计也以装载机为目标。轮胎式装载机简称为装载机，它由车架、工作装置、动力装置、行走装置、传动系

6、统、转向系统、制动系统和液压系统等组成。（2） 按使用场合不同分类按使用场合不同可以分为露天用装载机和井下用装载机（铲运机）。铲运机机构简单，国内外生产和使用的装载机绝大多数是露天装载机，井下用铲运机是根据井下巷道的工作条件，对发动机的排污和噪音，整机高度和工作装置以及驾驶操作系统的布置等提出特殊要求后，在露天使用的装载机基础上变形设计而成的。（3） 按传动形式不同分类按传动形式不同分类可以分为：机械传动、液力机械传动、液压传动和电传动四种。 机械传动 在国内仅用于斗容量为0.5m3 以下的装载机，它一般直接采用汽车或拖拉机的传动装置，即离合器和变速器。具有成本低、传动效率高、可拖动、维修方便

7、等优点。主要缺点是操纵复杂而且费力，离合器和变速箱寿命较低。 液力机械传动它是装载机的主要传动形式。这是因为液力机械传动取消了机械传动中的离合器而换用液力变矩器，取消了人力换挡变速箱而换用了动力换挡变速箱。这样变矩器能吸收在作业时候传给传动系统的冲击和震动，故能平稳的插入料堆，并可以随外界载荷变化自动调速，不会因超载而使发动机熄火，而且可以在不停车状态下进行换挡，操作轻便，工作可靠性高。主要缺点是功率损失较大，传动效率较低，成本较高，结构复杂维修不便。大中型装载机都采用液力机械传动。装载机的液力变矩器有以下四种：l 一级三元件液力变矩器l 双涡轮液力变矩器l 变量双泵轮液力变矩器l 双导轮液力

8、变矩器我国液力机械传动装载机的生产已经形成一个系列，定型生产斗容量为0.53.5m3 的装载机，其额定载重量为17t 。即ZL10型、ZL15型、ZL20型、ZL25型、ZL30型、ZL40型、ZL45型、ZL50型、ZL0型、ZL160型等10余种机型，20余个变型产品。 液压传动 用柴油机带动液压泵产生高压油，并通过控制系统和油管带动液压马达使车轮转动。这种传动方式省去了一系列的传动零件，简化了传动系统，使整机质量减轻，并可以在一定范围内实现无级调速，使传动更加平稳，但它的启动性差，性能良好的液压元件昂贵，寿命也较低，故在装载机中的使用受到限制，目前只用在小型装载机上。但随着液压技术的发展

9、液压元件质量不断提高和成本不断降低，液压传动将会越来越多的在中小型装载机上使用。 电传动由柴油机驱动交流发电机发电，以此来驱动装在车轮上的直流电动机，然后通过轮边减速带动车轮转动，这样也省去了一系列传动零件，可实现无级调速。这种传动检查方便，维修简单，工作可靠。缺点是电机设备质量较大，费用高，目前只在大型装载机上使用这种传动方式。此外，国内还有采用变矩离合器传动的形式。这种传动方式目前仅在国内生产的DC10型装载机上采用，它的动力传动系统是由变矩器、干式离合器和手动滑移齿变速器所组成。（4） 按装载方式不同分类按装载方式不同可以分为前卸式、后卸式、侧卸式和回转式。装载机基本上都是前卸式。（5）

10、 按转向方式不同分类按转向方式不同可以分为整体式和铰接式。前者利用偏转后轮或前轮转向，或者同时偏转前后轮，后者采用铰接车架，利用前后车架之间的相对偏转进行转向。国产ZL系列装载机大多数采用铰接式结构。图1-1为现场中的装载机。 图1-1 ZL50 B型装载机1.2 装载机应用技术发展在经历了5060年的发展后，到20世纪90年代中末期国外装载机技术已达到相当高的水平。基于液压技术、微电子技术和信息技术的各种智能系统已广泛应用于装载机的设计、计算操作控制、检测监控、生产经营和维修服务等各个方面，使国外装载机在原来的基础之上更加“精致”，其自动化程度也得以提高，从而进一步提高了生产效率，改善了司机

11、的作业环境，提高了作业舒适性，降低了噪音、振动和排污量，保护了自然环境，最大程度的简化维修、降低作业成本，使其性能、安全性、可靠性、使用寿命和操作性能都达到了很高的水平。1.2.1 国外装载机发展现状（1） 产品形成系列，更新速度加快并朝大型化和小型化发展 产品的系列化、成套化、多品种化成为主流。为了适应市场需求，各厂商加快了产品的更新换代，如以卡特彼勒为代表的美国，以小松公司为代表的日本和装载机生产第三大集团西欧各厂家都加快推出多功能，全面兼顾动力性、机动性与灵活性的新产品，以满足不同用途用户的需求。此外，装载机的大小规格向两头延伸，以适应大型露天煤矿或金属矿和狭窄施工场所，如仓库、货栈、农

12、舍、地下等场所的装载作业。这些产品如美国克拉克公司生产的675型，功率达1000 kW ， 而日本东洋远般株式会社生产的310型，斗容量仅为0.11m3 ，功率为9.8kW。此外，装载机还向高卸位、远距离方向发展。如JCB公司开发了收缩臂式装载机，小松公司开发了能扩大作业范围带伸缩机构的装载机。（2） 采用新结构、新技术，产品性能日趋完善近年开发的产品普遍采用了高性能发动机和自动换挡变速器、大流量负荷传感液压系统、前后防滑差速器、多片湿式盘式制动器、行走颠簸减振先进技术，并综合液压、微电子和信息技术制造，并应用了很多智能系统。工作装置连杆机构推陈出新，各种自动功能更趋于成熟、完善。1） 发动机

13、为了解决高作业效率与低燃料消耗的矛盾，近年来开始采用发动机管理系统。发动机管理系统也称自动控制系统、电脑控制系统等，是电子计算机在工程机械中的应用之一。它能及时的根据装载机的工作负荷要求去调节发动机的输出功率，使装载机更有效的利用发动机的性能和动力。减少了动力损失，节约燃料，减少排气量和噪音，同时可使发动机长期在额定点工作，增加发动机的使用寿命。如卡特彼勒公司994D型装载机采用的新一代Cat3516柴油发动机就安装了有HEUI（电液控制的燃油喷射）装置以及ADED（先进的柴油机管理）系统，可根据外载荷的大小有效地控制发动机的功率和转速，从而降低燃油消耗和尾气的排放，减少噪声。马拉松勒图尔勒公

14、司的L系列大型装载机则采用电脑控制的柴油机-电子驱动系统，4个驱动轮同时又充当制动器，其输出功率可以反馈到交流电机和柴油机，使转速提高，从而提高工作效率，使牵引效率高达77%（普通装载机为60%左右），此电脑控制系统能监控装载机的整个作业过程，在最大车速范围内使发动机的输出功率最大化。2） 传动机构以卡特彼勒公司为代表的装载机采用液力机械传动系统，其G系列装载机采用电子自动换挡控制，可以自动选择档位传动比，使换挡在变速箱最佳效率点进行。换挡离合器则采用电子压力控制，行驶和换挡过程平稳，提高了生产率，延长了元件的使用寿命。小松公司WA系列中的小功率装载机采用液压机械传动和新型集中结构驱动桥。它将

15、主传动、制动器和行星终传动都集中在桥的中部，桥壳断面变化连续、平缓、内应力分布合理，从根本上防止因传动结构桥壳在轮边支撑轴段应力集中发生断裂。轮端采用浮动密封结构，安装简便，有自动补偿功能，密封性好。小松公司的全动力换挡变速器带有自动换挡开关，提高铲掘和装载作业过程中的牵引力，可以保证全功率进行装载作业。新型的可调离合器系统，能精确的控制行驶速度，驱动功率可以在20%100%之间选择。凯斯C系列装载机配有新型臂力换挡变速器、防滑差速器、多片湿式盘式制动器以及电子停车制动器。迪尔H系列小功率装载机为静压传动，可以实现全程范围内的无级变速。中型以上的装载机采用由计算机控制动力换挡的单级单相液力机械

16、传动，在任何情况下可以实现平稳换挡。快速换挡按钮可以使司机在14挡或24挡之间自动切换，变速和换挡由一根操纵杆集中控制。HST渐移式踏板可在保持发动机转速和液压系统流量的同时无限降低行驶速度。行车制动器为液压驱动自由调节双盘式制动器。马拉松勒图尔勒公司的装载机采用柴油机-发电机-电动轮传动，比液力机械传动系统简单。在整个作业过程中柴油发动机以恒定转速运转，减少燃油消耗，延长发动机寿命。无变速箱、传动轴等许多部件，提高了传动效率，操作维修方便，低费用。独立电动牵引马达为固态控制，反应迅速，减少车轮打滑和轮胎过度磨损。设置了电动缓行器不用工作制动停机，装料对位准确。整机重心低，行驶稳定性好，可靠性

17、高。3） 液压系统为了满足铲掘能力和快速卸载两方面的要求，装载机工作装置多采用多级液压系统。例如小松公司的WA450型装载机设有一只转换泵，切入料堆装载时切断阀自动使该泵卸载，通向工作装置的流量减少，使发动机功率更多的通过变矩器传给车轮，增加牵引力。该动臂举升时候，转换阀接入，以提高举升速度。卡特彼勒公司的G系列装载机采用高效大流量工作液压系统，负荷传感转向液压系统，使所需要的转向功率减少了8%，提高了作业效率和燃油经济性。大缸径转向液压缸使转向更灵活。此外，公司可根据个人喜好，在命令控制转向及电子-液压工作装置控制以及传动转向控制及先导式液压工作装置控制两种方式中进行选择。小松公司的WA系列

18、采用双回路大流量液压系统，增大挖掘力并降低工作循环时间，提高燃油效率。液压驱动湿式多片制动器，可以避免气制动时由于水和冷凝引起的冻结和锈蚀，提高系统灵敏度。变输出液压系统可以最大限度的利用发动机的功率，提高生产率。4） 工作装置20世纪90年代中末期以来，装载机的工作装置已经不再采用单一的Z形连杆机构，卡特彼勒公司在继IT综合多用机上开发出八杆平行举升连杆机构之后，又在其992G、924G等装载机上采用了单铸钢动臂的所谓Versa连杆机构，可承受极大的扭矩载荷，具有卓越的可靠性耐用性及和平行举升机构类似的作业性能。工作装置能以水平位置提升或降下放在托板上的物料，可以配用多种作业装置，最大限度的

19、减少司机由地面到最大高度对铲斗倾角的调整，前面视野更加开阔。沃尔沃公司在L500-L220D等D系列装载机上推出了该公司的专利产品 扭矩平行连杆机构（TP），在铲斗的整个举升循环中可以提高更大的倾翻力矩以及举升能力，这保证装载机不仅在配用铲斗时，而且在配用叉、吊等其他工作装置时都具有良好的作业能力。德国O&K公司为其小型装载机设计有Lear连杆；Schaff公司于2000年3月在Intermat 展览会上推出了具有可折叠式新型连杆机构的高卸位式SKL873型装载机等，进一步增加了装载机工作装置的种类，提高了其作业的多用性和适应性。图1-2为现场装载机的工作装置。 图1-2 工作装置5） 智能系

20、统当前，装载机发展的一个重要特点是不断研制出集液压、微电子及信息技术于一体的智能系统，并广泛运用于装载机的产品设计之中，目前广泛运用的有如下一些系统：行驶平稳性控制系统： 在动臂举升液压缸液压回路中增加一个蓄能器，以衰减工作装置在机器行驶过程中产生的振动，减少装载机的颠簸。附着力控制系统： 在每个车辆上安装一个速度传感器，自动将所需要的制动力施加到车辆上，并将扭矩传给与之紧密相连的车轮上，便于装载机直线行驶和转向。动力电子控制/管理系统： 根据传动装置和液压系统工作状态，自动调节发动机输出功率，以满足不同作业情况的需要，提高燃料的经济性。发动机自动控制系统： 当装载机处于非作业工况时，自动降低

21、发动机转速，减少燃料消耗及发动机噪声。关键信息显示/管理系统： 采用网络通讯技术，在办公室的控制中心实时监控装载机的作业状态，据此向驾驶员提供基于文字提示的精确的故障诊断信息。转向变速集成控制系统： 取消传统的转向盘和变速杆，将转向与变速操纵装置集成在一个操纵手柄上，并采用简单的触发式方向控制开关和选挡用的分装式加速按钮。利用肘节的自然动作左右扳动操纵杆，实现转向；利用大拇指选择按钮，实现前进与后退、加速与减速行驶。销轴润滑系统： 能为工作装置上的所有销轴提供为期200h的润滑服务，并使销轴作业易于完成。舒适驱动控制系统： 其目的是提高驾驶员的舒适性，帮助长时间进行作业的驾驶员减轻劳动，保持作

22、业效率。负载感应变速系统： 根据负载状态，自动调节车速及发动机飞轮扭矩，实现高速、小扭矩或低速、大扭矩的动力输出。计算机故障诊断系统： 通过控制面板上的指示灯、听觉与视觉相结合的报警信号，提醒驾驶员可能潜在的故障隐患。驾驶员只管全神贯注的工作而无需不断查看仪表读数。负载自动稳定器： 采用一对钢模氮气蓄能器，安装在前车架中，与工作装置液压系统相连通。当作业或低速行驶时，系统自动断开，当车速超过4.8km/h时，由电子速度开关控制的电磁阀自动开启，蓄能器吸收工作装置液压系统的振动与冲击载荷，提高了操作的稳定性、安全性和舒适性。燃油/空气比例控制系统： 提高燃料的利用率，确保发动机排出的废气符合环境

23、控制法的要求。计算机监控/管理系统： 连续监控/管理装载机数十项性能指标参数，在遇到突发或紧急情况时，很容易通过液晶仪表显示、听觉与视觉相结合的报警信号，提醒驾驶员注意。装载量称量系统： 自动称量并显示铲斗的净装载量，从而使司机心中有数，防止过载或欠载，减少无效跑车次数，节省作业时间，提高生产效率。并可以对质量累计计算，显示仪表以彩色数码显示，清楚明了，校准简便，测量误差为3%以内。面板控制系统： 采用声、光、电及数字显示的控制面板，实现装载仪器与仪表的报警与监控。液压泵电子管理系统： 自动控制液压泵的运行状态。自动运输控制系统： 降低机器在凹凸不平的路面上的振动，提高驾驶舒适性和作业效率。J

24、CB公司456BZX型上（18t）安装此系统，最高车速达38km/h。先进的转向系统： 采用代替传统的转向盘和控制手柄，此系统在WA1200型上已安装。柴油发动机先进管理系统： 装备有用于燃油喷射控制及维护发动机最佳性能的电子控制模块，其亦可与监控系统进行通讯，当发生故障时提醒司机注意。Cat3516B型发动机装有此模块。视距内遥控作业： 可在危险地带如急陡的边坡处实现安装作业。如美国Sierrita矿的Cat992C型装载机设了Black Box Automation 公司开发的视距内无线电远距离遥控系统。6） 驾驶室近几年来国外装载机的设计和制造进一步体现了以人为本的理念，要为司机提供一个

25、更加舒适的环境，以达到他们称之为全自动化型的境地。大中型装载机驾驶室普遍采用翻车保护装置结构（ROPS）和落物保护装置结构（FOPS），室内安装空调装置，采用防尘、减震和隔离材料。按人机工程学设计的司机座椅可以全方位调节，以及功能集成的操纵手柄，全自动换挡装置及电子监控与故障自诊断等各种智能系统，司机台上安装AM/FM立体声盒式磁带收录机，有的还装有网络电话等，这些都极大的改善了司机工作环境，提高了工作效率与作业舒适性。如卡特彼勒公司装载机的即使是设有微机监控装置和可调悬挂式座椅，先导液压阀操纵铲斗控制手柄及流量放大转向系统等，使操作轻便、灵活，采用防翻车保护装置和落物保护装置结构符合ISO标

26、准要求。小松公司的WA系列驾驶室采用硅橡胶黏性阻尼安装，以吸收振动和噪声。室内布置简洁，可适应不同体型的司机。还设有电控加热器、除霜器和空调，侧窗和后窗提供了无障碍的全景视野，部分机型驾驶室后窗还设有电提升装置。电控行驶控制系统（ECSS），能将纵向和垂直方向的低频振动降低40%50%，减小司机疲劳程度。（3） 发展多种工作装置，不断满足市场需求所有厂家的产品都强调一机多用，配用快换装置及多种附件，可以换装几种到几十种甚至上百种不同的作业装置，如VME集团生产的VolvoBM装载机可更换多达100余种的工作装置，如各种用途的铲斗、装卸叉、吊具、清扫装置、集草叉、除雪铲、路面铣刨器具、压实器具、

27、破碎器具、地表钻等，以便进行装载、铲平、搬运、挖掘、清理等作业。各种工作装置的更换非常简便，司机在驾驶室内只需12min就可以轻而易举的完成。（4） 易于维修、保养，注重环保所以产品都充分考虑到可维护、维修性，各关键零部件和维护点都预留了足够的通路，保养点集中并可以在地面上进行，普遍采用了自动集中润滑。大量机罩都采用可展开结构，可整体翻转，有些机型的驾驶室还可以整体倾翻。许多产品发动机风扇采用液压驱动。大部分产品设有微机操作信息中心供维修查询。各个厂家也都十分注意产品的环保，主要从降噪降污和节约能源入手。普遍采用了降噪、将污染、满足现有排放法的清洁型发动机，同时对机器主要噪声源都采取了各种防护

28、措施。1.2.2 国外装载机发展趋势综合上述现状和未来市场需求，国外装载机在其未来的技术发展中将广泛应用微电子技术与信息技术，完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊断系统；采用单一吸声材料、噪声抑制方法等消除或降低机器噪声；通过不断改进电喷装置，进一步降低柴油发动机的尾气排放量；研制无污染、经济型、环保型的动力装置；提高液压元件、传感元件和控制元件的可靠性与灵敏性，提高整机的机-电-信一体化水平；在控制系统方面，将广泛采用电子监控和自动报警系统、自动换挡变速装置；普遍安装GPS定位与质量自动称量装置；开发“机器人式”装载机等。（1） 系列化，特大型化系列化是工程机械发展的重要趋势。国外著

29、名大公司逐步实现其产品系列化进程，形成了从微型到特大型不同规格的产品。与此同时，产品更新换代的周期明显缩短。（2） 多用途，微型化为了全方位的满足不同用户的需求，国外装载机在朝着系列化、特大型化方向发展的同时，已进入多用途、微型化发展阶段。推动这一发展的因素首先源于液压技术的发展，通过对液压系统的合理设计，使得工作装置能够完成多种作业功能；其次，快速可更换连接装置的诞生，安装在工作装置上的液压快速可更换连接器，能在作业现场完成各种附属装置的快速装卸及液压软管的自动连接，使得更换附属作业装置的工作在司机室通过操纵手柄即可快速完成。一方面，工作机械通用性的提高，可使用户在不断增加投资的前提下充分发

30、挥设备本身的效能，完成更多的工作；另一方面，为了尽可能地用机器作业代替人力劳动，提高生产效率，适应城市狭窄施工场所以及特殊作业环境的使用要求，小型及微型装载机有了用武之地，并得到了较快的发展。为占领这一市场，各生产厂商都推出了多用途、小型和微型装载机。（3） 进一步普及应用液压技术，广泛应用微电子、信息技术液压技术将得到进一步的发展和应用，并继续朝着高速、高压、大流量、大功率、动静态性好、质量轻、结构简单、成本低和寿命长等更高水平发展。液压技术将进一步与微电子、信息技术相结合，实现机-电-信一体化，最大限度的提高功能利用率，提高装载机的技术性能和科技含量。（4） 不断创新的结构设计目前，装载机

31、的工作装置已不再采用单一的Z形连杆机构，许多公司不断设计出新颖独特的连杆机构工作装置，这将进一步增加装载机工作装置的种类。（5） 更加重视安全性、舒适性和可靠性装载机的安全性、舒适性和可靠性技术将得到更广泛的重视。翻滚保护和落物保护结构驾驶室、消声、减震、防油污以及全球定位系统（GPS），闭路监视系统，超声波后障碍探测系统，微机监控和自动报警系统，不解体检测和简化维修等各种新技术与装置将得到进一步的发展和更广泛的应用。（6） 向节能与环保方向发展一些节能环保的新技术和新方法，如代用燃料、节能装置、降噪装置将得到更深入的试验研究并推广应用，进一步降低能耗，提高作业经济效益。1.2.3 国内装载机

32、发展现状我国装载机行业起步较晚，其制造技术是陆续从美国、德国和日本等国家引进的。目前，我国装载机的生产技术水平只相当于发达国家20世纪80年代的生产制造水平。虽然目前国内装载机的生产厂家群雄并立，并且有增无减，但国内的企业自主开发创新能力较弱，产品更新换代以适应市场需求的能力差，不能及时适应市场的需求。在生产制造上，工艺装备水平和生产能力低，造成关键零部件技术不过关，整机的可靠性，故障率，使用寿命，机、电、液一体化水平，外观质量，操纵灵活性和舒适性方面与先进国家产品相比差距较大。目前，我国装载机的发展有如下一些特点：（1） 缺乏高科技含量，产品质量不稳定，档次低我国生产的装载机的技术水平普遍较

33、低，高科技附加值少，产品档次低，属于中等偏下水平。产品质量不稳定，国产装载机大故障的部位主要集中在传动系统，小毛病主要出现在液压系统。（2） 设备的灵活性、舒适性较差 灵活性是反映装载机工作效率的一个重要指标。由于设计或制造等原因，各个部件不能自如运作，工作起来笨拙不堪，现场讲是出工不出力、出力不出活。现场作业，其环境千差万别，特别是洞室、狭窄恶劣地段工作更需要灵活性，在这方面国外的大吨位设备也远比国内小吨位设备灵活的多。设备的舒适性是指驾驶员在操作设备作业时所感受到的舒适程度，也包括环保方面的排放标准和噪声大小等。国产产品驾驶室的噪声控制、密封问题都没有得到很好的解决。一些厂家试图在驾驶室里

34、安装收录机等音响系统，其实在没解决设备噪声之前，这些都是徒劳的；同理，在没有解决驾驶室密封问题之前，一切空调等通风换气装置都是没有任何意义的。（3） 用途单一，产品规格中间大两头小我国生产的装载机所配有的附属作业装置有限，造成装载机使用功能少、用途单一。尽管已能产生出0.410t 的装载机产品，但产量主要集中在15t 范围内，无力生产微型级、大型级产品，造成了产品结构中间大、两头小的格局。1.2.4 国内装载机发展趋势尽管国内装载机的技术发展水平与西方发达国家存在着很大的差距，但也应该考虑到历史和国情的原因。目前国产装载机也正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济

35、实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各个主要厂家也不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，正在从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖出来，成为装载机行业的领先者。其发展体现出以下一些趋势： 大型和小型装载机，在近几年的发展过程中，受到客观条件及市场总需求量的限制，竞争最为激烈的中型装载机更新速度将越来越快。 各生产厂家根据实际情况，重新进行总体设计，优化各项性能指标，强化结构件的强度及刚度，以使整机可靠性得到提高。 优化系统结构，提高系统性能。如动力系统的减震系统、散热系统的结构优化、工作装置的性能指标优化及各铰接点的防尘、工业

36、造型设计，逐步引进最新的传动系统和液压系统技术，予以国产化、商业化，降低能耗，提高性能。 利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用，提高效率、节约能源、降低装载机作业成本。 提高安全性、舒适性。驾驶室逐步具备FOPS和ROPS功能，通过国际安全要求的认证，达到国际市场的基本要求，获得进入国际市场的许可证。驾驶室内环境将向汽车方向靠拢，转向盘、座椅、各操纵手柄都能调节，使操作者处于最佳位置工作。 降低噪声和排放，强化环保指标。随着人们环保意识的增强，许多大城市已制定机动车的噪声和排放标准，工程建设机械若不符合排放标准，将要限制在此地区销售。 广泛利用新材料、新工艺、新

37、技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品的寿命和可靠性。 最大限度的简化维修，尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提供排除问题的方法。1.3 本章小结通过以上对装载机整体的的叙述， 能明显的认识到其工作装置在整个装载机中占据着重要的作用，其各个系统的目的在于使工作装置能够得到最优化的工作状态，提高装载机在工程中的应用效率，因此，本次设计在于设计出使用范围广，通用性强的一种装载机的工作装置。2 装载机工作装置总体设计2.1 工作装置的总体结构与布置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，

38、其设计水平的高低直接影响工作装置性能的好坏，进而影响整机的工作效率与经济性指标。装载机工作装置分为有铲斗托架和无铲斗托架两种基本结构形式，如下图2-1、2-2所示。它由运动相互独立的两部分组成 连杆机构和动臂举升机构，主要由铲斗、动臂、连杆、上下摇臂、转斗油缸、动臂举升油缸、托架、液压系统等组成。图2-1 有铲斗托架式图2-2 无铲斗托架式1铲斗 2动臂 3连杆 4下摇臂 5上摇臂 6转斗缸 7动臂举升油缸 8前车架 9铲斗托架带铲斗托架的工作装置，其动臂及连杆的下铰接点与铲斗托架铰接，上铰接点与前车架支座铰接；转斗油缸铰接在托架上部，活塞杆及托架下部与铲斗铰接。由托架、动臂、连杆及前车架构成

39、一个平行四边形连杆机构，使得转斗缸闭锁时，动臂在举升过程中，铲斗始终保持平动。无铲斗托架的工作装置，其动臂下铰接点与铲斗铰接，上铰接点与前车架支座铰接；转斗缸一端与前车架铰接，另一端与上摇臂铰接；连杆一端与摇臂铰接，另一端与铲斗铰接；摇臂铰接在动臂上。动臂举升缸一般采用立式（又称竖式）或卧式（又称横式）布置形式，常见有两种连接方式：一种是油缸顶端与前车架铰接（图2-3）；另一种是油缸中部通过销轴与前车架铰接（图2-4）。铲斗是装载物料的容器，通常具有两个铰接点，一个与动臂下铰接点铰接，另一个与连杆铰接。操纵转斗缸实现铲斗的装载或卸料；操纵举升油缸实现动臂和铲斗升降运动。 图2-3 立式布置形式

40、 图2-4 卧式布置形式2.2 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。综合国内外装

41、载机工作装置可知，其连杆机构典型结构主要有下列几种。1、 正转八杆机构 机构在转斗缸大腔进油时转斗铲取，所以铲取力较大；各构件设计合理时，铲斗能获得较好的举升平动性能；连杆机构的传动比较大，铲斗能获得较大的卸载角和卸载速度，因此卸载干净，速度快；因传动比大，还可以适当减小连杆机构的尺寸，因而可以改善司机的视野。机构结构较复杂，铲斗自动放平性较差。组成一个自由度的平面八杆机构共有16种基本结构形式。由于连杆机构要布置在动臂上，所以有可能作为装载机工作装置的仅有两种方案：其一，是由2个四铰构件和6个两铰构件组成（图2-5a）；其二，是由1个四铰构件、2个三铰构件和5个两铰构件组成（图2-5bf）。

42、可见，八杆机构的结构形式很多，需进行选择使用。目前，装载机工作装置八杆机构有以下两种结构形式：1） 由图2-5b组成的工作装置如图2-6a、b所示。2） 由图2-5e组成的工作装置如图2-6c所示。 图2-5 八杆机构的构成方案 图2-6 八杆机构工作装置的结构形式2、 六杆机构 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，其传递方案如图2-7所示。其中，图b 所示方案目前在装载机上尚未采用；图a 所示方案形成的工作装置，是以三铰构件1为动臂、构件2为铲斗、构件4为摇臂、构件6为机架。 图2-7 六杆机构的构成方案根据

43、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：1） 转斗缸前置式正转六杆机构（图2-8a） 以图2-7的构件3为转斗缸，其优点是转斗缸直接与摇臂相连接，易于设计成两个平行的四连杆机构，铲斗平移性较好；同八杆机构相比，结构简单，司机视野较好。缺点是转斗时油缸小腔进油，铲掘力相对较小；连杆机构传力比小，使得转斗缸活塞行程较大，转斗缸加长，卸载程度不如八杆机构；由于转斗缸前置，使得工作装置的整体重心外移，增大了工作装置的前悬量，影响整机的稳定性和行驶时的平稳性；铲斗不易实现自动放平。 图2-8 六杆机构工作装置的结构形式2） 转斗缸后置式正转六杆机构（图2-8b

44、） 以图2-7a 的构件5为转斗缸，并布置在动臂的上方。与转斗缸前置式相比，机构前悬较小，传动比较大，活塞行程较短；有可能将动臂、转斗缸、摇臂和连杆机构的中心线设计在同一平面内，从而简化了结构，改善了动臂和铰销的受力状态。缺点是：转斗缸与车架的铰接点位置较高，影响了司机的视野，其他同前置式。3） 转斗缸后置式正转六杆机构（图2-8c） 仍以构件5为转斗缸，但将其布置在动臂下方。在铲掘收斗作业时，以油缸大腔工作，故能产生较大的掘起力。但组成工作装置的各构件不易布置在同一平面内，构件受力状态较差。4） 转斗缸后置式反转六杆机构（图2-8d） 以图2-7a 的构件5为转斗缸，将其布置在动臂上面，转斗

45、缸小腔作用时进行铲掘。这种机构又称为“Z”形连杆机构（Z-bar Linkage）。该机构具有以下优点：一是，铲斗插入时转斗缸大腔进油，并且连杆机构的传力比可以设计成较大值，故可获得较大的掘起力；二是，合理设计连杆机构各构件的尺寸，不仅可以得到良好的铲斗平移性能，而且可以实现铲斗的自动放平；三是，结构十分紧凑，前悬小，司机视野好。缺点是摇臂和连杆布置在铲斗和前桥之间的狭窄部位，各构件间易于发生干涉。5） 转斗缸后置式反转六杆机构（图2-8e） 以图2-7a 的构件3为转斗缸，布置在靠近铲斗处，铲掘时靠小腔作用。现在这种机构很少用。3、正转四杆机构（图2-9a） 该机构结构最为简单，易于设计成铲

46、斗举升平动；前悬较小。缺点是铲掘转斗时油缸小腔作用，输出力较小；连杆机构的传力比难以设计成较大值，所以铲掘力相对较小；转斗缸行程较大，油缸结构较长；铲斗卸载时，活塞杆易与铲斗底部相碰，减小了卸载角；机构不易实现铲斗自动放平。4、 正转五杆机构（图2-9b） 该机构是在正转四杆机构的基础上，在活塞杆和铲斗之间增加一根短连杆演变而成的，从而克服了正转四杆机构卸载时活塞杆易与斗底相碰的不足。当铲斗端平时，短连杆与活塞杆靠油缸拉力和铲斗重力拉成一直线，合为一杆；而当铲斗卸料时，短连杆能相对活塞杆转动，从而避免了活塞杆与斗底相碰。5、 动臂可伸缩式三杆机构（图2-9c） 该机构的最大优点是动臂借助油缸可

47、以进行伸缩。其铲斗插入工况是依靠动臂伸出来实现的，从而解决了靠机器行走时插入造成轮胎严重磨损的问题；卸载时可伸出动臂，以获得较大的卸载高度和卸载距离；运输工况时，可缩回动臂，减小前悬，提高车架行驶时的稳定性。缺点是不能实现铲斗放平和铲斗自动放平，结构比较复杂。 图2-9 工作装置结构形式a）正转四杆机构 b）正转五杆机构 c）动臂可伸缩式三杆机构2.3 工作装置自由度的计算由于组成装载机工作装置的各构件是通过销轴连接的，各个销轴互相平行；加上，其结构又是纵向对称。因此，在进行装载机工作装置的运动学分析时，可将其简化为带液压缸的平面低副多杆机构，不计各杆件的自重，并假设各铰接点的摩擦力为零。图2-10所示，为典型的反转六杆机构和正转八杆机构工作装置的杆系结构简图。图中，UG为动臂位置角；即动臂上、下铰接点的连线与垂直线的夹角，以绕动臂上铰接点逆时针方向为正，反之为负；U为铲斗