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第二章 装载机工作装置概述
2.1概述
装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇杆、连杆(或托架)及转斗液压缸和动臂液压缸等组成。铲斗和动臂通过连杆与转斗液压铰接，用以装卸物料；动臂与车架和动臂液压缸铰接，用以升降铲斗。铲斗的翻转和动臂的升降采用液压缸操纵。
铲斗、摇臂、连杆、转斗液压缸、动臂、动臂油缸及车架互相铰接构成一个连杆机构。当转斗液压缸闭锁时，动臂在动臂液压缸的作用下提升，该连杆机构能使铲斗保持平移或使斗底平面与水平面的夹角的变化控制在允许的范围内，以免装满物料的铲斗由于倾斜而撒落物料。
动臂提升过程中，动臂与车架的夹角发生变化，从而引起铲斗相对于动臂产生了转动。因此，提升动臂时，铲斗在空间的实际运动有两个运动合成，即由跟随动臂一起运动的牵连运动和相对动臂转动的相对运动合成。
2.2 工作装置结构类型的选择
装载机工作装置的结构型式分为有铲斗托架和无铲斗托架两种。现代的装载机工作装置一般为无铲斗托架的形式。其铲斗与动臂的前端和连杆铰接，动臂后端与车架上部支座铰接，摇杆铰接在动臂上并分别与连杆和转斗液压缸的活塞杆铰接，转斗液压缸体与车架铰接。
根据摇臂——连杆数目及铰接位置的不同，可组成不同型式的连杆机构。不同型式的连杆机构，铲斗的铲起力P随铲斗转角α的变化关系，倾斜时的角速度大小以及工作
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装置的运动特性也不同。因此，装载机工作装置结构型式的选择，既要考虑结构简单，又要考虑作业性质与铲掘方式来确定。
正转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相同。其运动特点是：发出最大铲起力P时的铲斗转角α是负的，有利于地面的挖掘，铲斗倾斜时的角速度大，易于抖落砂土，但冲击较大。
反转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相反。其运动特点是，发出最大铲起力P时的铲斗转角α是正的，且铲起力变化曲线陡峭，因此，在提升铲斗肘的铲起力较大，适于装载矿石，不利于地面的挖掘；铲斗倾斜时的角速度小，卸料平缓，但难于抖落砂土；升降动臂时能基本保持铲斗平移，因此物料撒落少，易于实现铲斗自动放平；摇臂——连杆的传动比较小。
反转连杆机构多采用单连杆，双连杆机构布置较困难。反转连杆机构当铲斗位于运输位置时，连杆与动臂轴线相交，因此，难于布置在同一平面内。但由于这种型式结构简单，铲起力较大，所以中小型装载机采用较多。国产zL50装载机的工作装置就是这种反转连杆机构。
国外装载机发展迅速，而我国装载机在设计上存在很多问题，其中主要集中在可靠性、结构设计强度等方面，而工作装置对于装载机来说又是重中之重，所以工作装置的设计好坏直接影响到装载机的使用寿命以及工作效率等。虽然现在市场上的装载机已经日趋成熟，但对其进行改进设计仍有非常重要的意义，尤其是装载机的工作装置。装载机工作装置的转斗六连杆机构是由与液压缸，铲斗相关联的两个四连杆机构组合而成。轮式装载机在作业时，靠改变液压缸的长度来使铲斗获得所要求的收斗角和卸料角。机构中各杆件长度及其结构参数确定后，需要对该机构作某些特定计算，以判断机构设计的正确性。在工作循环中速度与加速度变化合理；油缸活塞行程为最佳值；工作装置运动平稳、无干涉、无死点、无自锁；动臂从最底位置到最大卸载高度的举升过程中，保证铲斗中物料不洒落；在卸载后，动臂下放至铲掘位置铲斗能自动放平。
装载机作业时工作装置应能保证：当转斗油缸闭锁、动臂油缸举升或降落时，连杆机构使铲斗上下平动或接近平动，以免铲斗倾斜而撒落物料；当动臂处于任何位置、铲斗绕动臂铰点转动进行卸料时，铲斗倾斜角不小于45°，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平。
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综合国内外装载机工作装置的结构型式，主要有七种类型，即按连杆机构的构件数不同，分为三杆式、四杆式、五杆式、六杆式和八杆式等；按输入和输出杆的转向是否相同又分为正转和反转连杆机构等。结合此次毕业设计，我们选择反转六杆机构。
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第三章 铲斗设计
3.1 铲斗设计要求
1.铲斗是直接用来切削、收集、运输和卸出物料，装载机工作时的插入能力及铲掘能力是通过铲斗直接发挥出来的，铲斗的结构形状及尺寸直接影响装载机的作业效率和上作可靠性，所以减少切削阻力和提高作业效率是铲斗结构设计的主要要求。 2.铲斗是在恶劣的条件下工作，承受很大的冲击载荷和剧烈的磨削，所以要求铲斗具有足够的强度和刚度，同时要耐磨。
3.根据装载物料的容重，铲斗做成三种类型；正常斗容的铲斗用来装载客重1.4-1.6吨／米3的物料(如砂、碎石、松散泥土等)：增加斗容的铲斗，斗容一般为正常斗容的1.4-1.6倍，用来铲掘容重1.0吨／米3左右的物料(如煤、煤渣等)；减少斗容的铲斗，斗容为正常斗容的0.6~0.8，用来装载容重大于2吨／米3的物料(如铁矿石、岩石等)。用于土方工程的装载机，因作业对象较广，因此多采用正常斗容的通用铲斗，以适应铲装不同物料的需要。
3.2 铲斗斗型的结构分析
3.2.1 铲斗切削刃
铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型和非直线型两种（图3-1)。直线型切削刃简单并利于地面刮平作业，但切削阻力较大。非直线型切削刃有v型和弧型等，装载机用得较多的是v型斗刃。这种切削刃由于中间突出，在插入料堆时，插入力可以集中作用在斗刃中间部分，易于插入料堆，同时对减少“偏裁切入”有一定的效果。但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。
图3-1铲斗样式
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3.2.2铲斗的斗齿
装有斗齿的铲斗在装载机作业时，插入力由斗齿分担，形成较大的比压，利于插入密实的料堆或松物料或撬起大的块状物料，便于铲斗的插入，斗齿磨损后容易更换。因此，对主要用于铲装岩石或密实物料的装载机，其铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物队其铲斗可以不装斗齿。
斗齿的形状对切削阻力有影响：对称齿形的切削阻力比不对称齿形的大；长而狭窄的齿比宽而短的齿的切削阻力要小。装有斗齿的铲斗在装载机作业时，插入力由斗齿分担，形成较大的比压，利于插入密实的料堆或松物料或撬起大的块状物料，便于铲斗的插入，斗齿磨损后容易更换。因此，对主要用于铲装岩石或密实物料的装载机，其铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物队其铲斗可以不装斗齿。
斗齿的形状对切削阻力有影响：对称齿形的切削阻力比不对称齿形的大；长而狭窄的齿比宽而短的齿的切削阻力要小。
3.2.3 铲斗的侧刃
弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小，但弧线型侧刃容易从两侧泄漏物料，不利于铲斗的装满，适于铲装岩石。
3.2.4 斗体的形状
对主要用于土方工程的装载机，在设计铲斗时要考虑斗体内的流动性，减少物料在斗内的移动或滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料时有良好的倒空性。铲斗底板的弧度(圆弧半径R1，见图3-2)越大，铲掘时泥土的流动性越好，但对于流动性差的岩石等，则应将底边加长而弧度减小，使铲斗容积加大，比较容易铲取。但是，当底边过长，则铲斗的铲起力变小，且铲斗插入料堆的插入阻力与刃口的插入深度成比例的急剧增加，如图2-3所示。相反，如底边短，不但铲斗的铲起力大，而且卸载时，斗刃口的降落高度小，也易于将物料卸净。因此，铲斗转铰销的位置以近于刃口处为好，在极端时也有将转铰销布置在铲斗内部，如图3-2所示。
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