大学毕业设计
图 3-2装载机工作装置组成 1-铲斗；2-连杆；3-摇臂；4-动臂
3.1.2轮式装载机工作过程
轮式装载机是一种铲、装、运、卸一体化的自行式设备，它的工作过程由六种工况组成。
①插入工况 动臂下方，铲斗放置于地面，斗尖触地，斗底板与地面呈3o～5o倾角，开动装载机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆。
②铲装工况 铲斗插入料堆后，转动铲斗铲取物料，待铲斗口翻至近似水平为止。 ③重载运输工况 铲斗铲装满物料后举升动臂，将铲斗举升至运输位置（即铲斗斗底离地高度不小于机器的最小允许离地间隙），然后驱动机器驶向卸载点。
④举升工况 保持转斗缸长度不变，操作举升缸，将动臂升至上限位置，准备卸载。 ⑤卸载工况 在卸载点，在举升工况下操作转斗缸翻转铲斗，向溜井仓或运输车辆中卸载，铲斗物料卸净后下放动臂，使铲斗恢复至运输位置。
⑥空载运输工况 卸载结束后，装载机再由卸载点空载返回装载点。
3.1.3 轮式装载机工作装置设计要求
根据轮式装载机的作业特点，其工作装置的设计应满足以下要求。
- 7 -
大学毕业设计
(l) 基本要求
所设计的装载机应具有较强的作业能力，铲斗插人料堆的阻力要小，在料堆中铲掘的能力大、能耗小。工作机构的各杆件受力状态良好，强度寿命合理。结构和工作尺寸适应生产条件需要，效率高。结构简单紧凑，制造及维修容易，操作使用方便。
(2) 特殊要求
① 由于铲斗宽度和容积都较大，所以铲装阻力大，装满系数小，因此，设计时必须合理选取铲斗的结构和尺寸，以减小工作阻力，达到装满卸净、运输平稳。
② 铲斗由运输工况被举升到最高卸载位置的过程中，为避免铲斗中物料撒出，要求铲斗作“平移运动”。严格要求铲斗举升平动是很困难的。从不易撒料这一目的出发，绝对平动并无必要，只要把铲斗举升时的倾角变化限制在一定许可范围之内即可。
④ 铲斗能自动放平。铲斗在最高位置卸载后厂闭锁转斗油缸，下放动臂，铲斗能自动变成插人工况（开始插人状态）的功能称为“铲斗自动放平”．它对定点高位卸载很有意义。
⑤ 轮式装载机的工作机构属于连杆机构，设计中要特别注意防止各个工况出现构件相互干扰、“死点”、“自锁”和“机构撕裂”等现象；各处传动角不得小于 10°。
⑥ 应尽量减小工作机构的前悬（即工作机构重心至整机重心的距离）、长度和高度，以提高装载机在各种工况下的稳定性和司机的视野。
3.2 铲斗设计
工作装置是装载机的执行机构之一，铲斗是这个执行机构的执行构件，它是工作装置的重要部件。铲斗直接与物料接触，是装、运、卸的工具，工作时，它被推压插人料堆铲取物料，工作条件恶劣，要承受很大的冲击力和剧烈的磨损，因此铲斗的设计质量对装载机的作业能力有较大影响。所以铲斗的设计就是根据装载机的主要用途和作业条件，从而减少插入阻力，掘起阻力及提高生产率，合理的确定铲斗的几何形状和尺寸。
3.2.1铲斗的结构形式
铲斗通常用低碳，耐磨，高强度钢板焊接而成。由切削刃、侧壁切削刃、斗底、斗后壁、挡板、角板、耐磨板、护板或支角组成。
由于铲斗是直接与物料接触，特别是铲装坚硬的砂等物料，斗前缘与斗壁磨损较快，因此，斗前缘采用耐磨的高锰钢等优质材料，或者是堆焊硬质合金。
此设计采用堆焊TDP-1(35)型合金，硬度HR(要求在35以上），侧切削刃和加强角板都采用高强度耐磨板料制成，耐，磨板和支角亦都用耐磨材料制成，可以更换，用以增加
- 8 -
大学毕业设计
铲斗的使用寿命。铲斗前缘的斗齿是用65Mn锻制后热处理或ZG13Mn铸成型斗齿。斗齿是易换件，磨损较快，必要时应予以更换。
轮式装载机的铲斗断面形状一般为“U”形，用钢板焊接而成。常见铲斗结构如图3-3所示。
(a)直线形斗刃铲斗 (b)V形斗刃铲斗 (c)直线形带齿铲斗 (d)弧形带齿铲斗
图3-3 常见铲斗结构
铲斗由斗底、侧壁、斗刃及后壁等部分组成，如图3-4所示。
图3-4轮式装载机铲斗结构
1—防滋板； 2—连接耳； 3—斗后壁． 4—斗前壁； 5—斗侧壁； 6—切削刃； 7—斗齿； 8—斗侧刃
本次设计铲斗采用直线形带斗齿的切削刃如图3-3(c)所示，其特点是结构简单，具有良好的平地性能，能适于铲装较松散的物料，带有斗齿的铲斗在铲斗插入、料堆时，减少刀刃与料堆的作用面积，使插入力集中在斗齿上，容易插入缝隙，破坏物料结构，因而带有齿的。
3.2.2铲斗的分类
铲斗按卸载方式一般可分为整体前卸式、侧卸式、推卸式和底卸式等数种。
3.2.3铲斗的设计要求
(1) 插入及铲起阻力小，作业效率高；
(2) 铲斗工作条件恶劣，要求强度，刚度足够且耐磨；
(3) 由所铲装物料的种类和重度不同，设计不同结构形式的铲斗。
3.2.4铲斗设计
- 9 -
大学毕业设计
1、铲斗基本参数的确定
铲斗的几何断面形状由铲斗的圆弧半径r、张开角γ、后壁高度h、底壁长l和铲斗宽度B五个基本参数确定。此外，
铲斗的宽度 Bg应大于装载机两前轮外侧间的宽度，每侧大出 50~100mm。如果铲斗宽度小于两轮外侧间的宽度，则铲斗铲取物料后形成的料堆阶梯会损伤轮胎侧壁，并增加行驶时轮胎的阻力。所以是保护轮胎不受损伤，底壁相对地面应有一定倾角，以减少摩擦阻力并保护底壁。
在设计铲斗时，可参照同类型铲斗，选择r、h、l、γ参数；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，铲斗的其他参数则作为R的函数。
R是铲斗的回转半径（见图3-2所示）它的大小不仅直接影响铲斗底壁的长度，而且还直接影响转斗时掘起力及斗容的大小，所以它是一个与整机总体有关的参数
图3-5 铲斗尺寸参照 (1)计算铲斗内壁宽度B0
B0?b?bw?(0.1~0.2)?2a (3.1) 试中 b—装载机轮距，mm ;
bw—轮胎宽度， mm;
a—铲斗侧壁切削刃厚度， mm。
由总体设计中可知：b?2250 bw?595 a?22 则有 B0?2250?595?179?2?22?2980mm (2)计算回转半径R
由图3-5可以看出，铲斗横截面积
S?R2{[0.5?g(?Z??Kcos?1)sin?]??2r[cot而铲斗几何斗容
VS?S?B0?Vr (3.3) 1.2?2?0.5?(1??180?)]} (3.2)
- 10 -
大学毕业设计
若斗容量为额定容量，则回转半径R为 R?Vr????????1.2B0?0.5?g??Z??Kco?s1?sin???2cot?0.5?1?????r?218?0???????? [1] (3.4)
3式中 Vr—设计任务书给的铲斗额定容量，m；
B0—铲斗内侧宽度，m
?g—铲斗斗底长度系数，?g?1.40~1.53； ?Z—后斗壁长度系数，?Z?1.1~1.2； ?K—挡板高度系数 ，?K?0.12~0.14；
?r—圆弧半径系数，?r?r?0.35~0.4； R?1—挡板与后斗壁间夹角，选择时应使侧壁切削刃与挡板的夹角为90°；
?—斗底与后斗壁间夹角（即张开角），??45?~52?； 图3-5中各参数含义如下。
r—铲斗的圆弧半径，m；r?(0.35~0.4)R
Lg—斗底长度，指铲斗切削刃至斗底延长线与后斗壁延线交点的距离，m,
Lg??gR??1.4~1.53?R
LZ—后壁长度，是指由后斗壁上缘至后壁延长线交点的距离，m，
LZ??KR??1.1~1.2?R
LK—挡板高度，m，
LK??KR??0.12~0.14?R
由式(3-4)可知，当Vr、B0已知，只要初选?g、?Z、?K、?r，系数值和?、?1值，即可求得新铲斗的基本参数。调整参数，根据调整后的各值与R之比分别计算?g、?Z、?K、
?r值，然后代入式(3.4)，即可确定新铲斗的回转半径R。由R和计算出来的各系数值，即
可确定新铲斗的其他参数值。
- 11 -