2013届工程机械专业毕业设计（论文）
场很可能被国外大公司所占领。我国的装载机行业从现在起应该积极行动起来，与有关科研院所及有关发动机等配套件企业联合起来，尽快开发出具有中国特色的高原、沙漠型特殊用途装载机，去抢占我国西部这一潜在大市场。
中型轮式装载机是国内最成熟而产量又大大过剩的产品。这种产品只要“入世”后实行国际采购，提高质量、水平、可靠性，那么大批进入国际市场的机遇就在眼前。
1.3 设计任务及主要参数
研究重点放在装载机工作装置上，通过对比不同类型的工作装置优缺点，确定ZL40装载机工作装置类型，完成铲斗、动臂及连杆机构的结构设计，并进行强度计算与校核；完成工作装置液压系统设计，是工作装置在工作中平稳、可靠的工作。在课题的设计过程中难免会遇到一些问题，如对不同型号的轮式装载机其构成不全相同，对工作装置也采用不同的连杆机构，有的是八连杆机构，有的是反转六连杆机构还有正转六连杆机构。各种机构各有各的特点和优势，对于轮式装载机的工作装置多采用反转六连杆机构，因此对于本课题的研究和设计分析都是对于反转六连杆进行的。对铲斗的设计过程中难免会遇到大量计算，在计算的过程中用到高等数学、材料力学和理论力学，所以为了给设计带来方便必须要有较好的数学和力学知识。
综合上述一些问题和原因对遇到的问题处理原则是：利用所学的基本知识对工作装置、连杆机构进行分析，液压系统的设计借鉴国内和国际先进企业的产品的液压系统进行设计，力求整个设计的理想化和超前化。
参考现有ZL40轮式装载机，确定本次设计基本参数如下： 1. 额定载重量：4t； 2. 额定铲斗容量：2m3； 3. 最大卸载高度：2895mm； 4. 最小卸载距离：975mm； 5. 机重：12.8t；
6. 铲斗外侧转弯半径：6190
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刘志强：ZL40装载机工作装置设计
第二章 装载机总体参数的确定
2.1 装载机阻力的确定
装载机在进行铲掘作业中的作业阻力主要是：铲斗插入料堆时的插入力；提升动臂时的铲起力；翻起转斗时的转斗阻力矩。影响这些阻力的因素很多，例如铲掘的物料种类、铲斗的形状，铲斗插入的深度等。而铲掘的物料种类又是多种多样的，可能是土壤砂石，也可能是各种块度的矿石，因此在这些复杂因素影响下，难以准确的计算出装载机铲掘时的作业阻力，为确定这些阻力，则通过铲掘散状物料试验的办法得出经验公式和多种系数进行计算，下面分别计算装载机在铲掘散状物料时的各种阻力。 2.1.1 插入阻力
插入阻力是装载机铲斗插入料堆时，料堆对铲斗的反作用力。插入阻力分别由以下阻力组成：铲斗前切削刃口和斗壁两侧切削刃所受阻力；铲斗底和侧壁内表面与物料的摩擦阻力；铲斗外表面与料堆之间的摩擦阻力等组成。其值可以按下式计算：
1.25 Px?K1K2lpBbK3K4 式2.1
式中： Px——铲斗插入阻力；
K1——物料的块度和松散程度的影响系数。对于松散程度较好的物料，块度< 0.3mm时，K1=1.0；块度< 0.4mm时，K1=1.1；块度< 0.5mm时，K1=1.3。如果松散程度较差，则上述各值增大20%-40%；对于这里取K1=1.1；
K2——物料种类影响系数，散状物料种类为沙石，取系数为0.12； lp——铲斗插入料堆深度(cm)；取50cm；
Bb——铲斗宽度(cm)；
K3—一料堆高度影响系数，料高度为1.4m, K3=1.15。
.25Px?K1K2l1pBbK3K4
?10?1.1?0.12?501.25?250?1.15?1.5
?74172
2.1.2 铲起阻力
铲起阻力是指铲斗插入料堆一定深度后，用动臂油缸提升动臂时，料堆对铲斗的反作用力。
铲斗插入料堆lp深度后，用动臂提升铲斗，铲起阻力由铲斗斗底插入料堆深度和lp铲斗宽度Bb所决定的矩形面积上的物料所决定。
铲起阻力同样受到物料的块度、松散性、容积比重、温度、湿度、物料之间及物
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料与斗壁摩擦的影响。最大的铲起阻力发生在铲斗刚刚开始提升的时刻。随着动臂的提升，铲起阻力逐渐减小。
铲斗开始提升时的铲起阻力Pz可按下式确定：
pz?2.2BbK?lp 式2.2
lp——铲斗插入料堆深度(m)；
Bb——铲斗宽度(m)；
K?——铲斗开始提升时物料的剪切阻力(KN/m3)。取值为35kN/m3；
Pz＝2.2lpBbK?
?2.2?0.50?2.50?35
?96.25（KN） 2.1.3转斗阻力矩
转斗阻力矩是当铲斗插入料堆一定深度后，用转斗油缸使铲斗向后翻转时，料堆
对铲斗的反作用力矩。若不计惯性力的影响，根据实验证明，转斗的静阻力距随着铲斗翻转角?的变化而改变，如图3.1所示在开始转斗时，所需克服的静阻力矩最大，随着转斗转角的增大。静阻力矩逐渐减小。当铲斗前刃离开料堆时。静阻力矩为M0。根据试验，最大静阻力矩Mc用下式计算
1Mc?1.1Px[0.4(x?lp)?y](N?m) 式2.3
3式中： Px——插入阻力；
x——铲斗回转中心与斗刃的水平距离（m）； y ——铲斗回转中心与地面的垂直距离（m）；
转斗时，铲斗除受到静阻力矩的作用外，还受到铲斗自重和铲斗中物料重力所引起的阻力矩的作用，因此，开始转斗时的总阻力矩M为
M?Me?(Gb?Gr)lp(N?m) 式2.4
式中： Gb——铲斗自重（N）； Gr——装载机额定载重量（N）；
lb——铲斗重心到回转中心的水平距离（m）；见图3.3
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刘志强：ZL40装载机工作装置设计
图2.1 图2.2
2.2 装载机的总体布置原则
1.总体布置的内容
总体布置内容应包括以下几个方面：
(1)确定各个部件在整机上的位置，并对外形尺寸提出要求； (2)确定各部件之间、部件与整机之间的连接方式；
(3)估算整机重量几重心位置，并对各部件的重量提出要求； (4)布置各个操纵机构、机棚、驾驶室等；
(5)审核各运动件的运动空间，排除可能发生的运动干涉； (6)定出标准化、通用化和系列化的零、部件的名细表。 2.总体布置的原则 (1)保证整机的稳定性；
(2)结构紧凑、并有较高的传动的效率； (3)便于操作和维修，工作安全可靠； (4)外形平整美观。 3.设计中应考虑的整机性能
(1)牵引性，是装载机在不同工作速度下所能发出的最大牵引力的性能。它影响到机子的工作能力与工作效率。牵引性能的好风是用牵引功率和牵引效率来评价的。它反映了装载机利用发动机功率进行工作的有效程度，是最重要的一个性能指标。 (2)动力性，是反映装载机在行驶中，以不同档位工作时，所具有的加速性能，以及所能达到的最大行驶速度和爬坡能力的一个性能。动力性能的好讯用动力因数来评价。
(3)经济性，是反映装载机在工作中燃树消耗是否经济合理的性能。它有两个指标：是依牵引马力小时消耗的燃油克数，这个指标可以用来比较不同装载机的经济性的好
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坏，另一个是作业中装卸每吨物料消耗的燃料这个指标可以用来核算作业的生产成本。由于后者包含着使用中各种因素的影响，因此不能用作评价不同装载机经济性能好坏的指标。
(4)稳定性，是装载机在坡道上行驶时不失去稳定和不倾翻的性能。它关系到装载机机在坡道行驶的安全性，因此，是一个很重要的性能指标。装载机的稳定性用稳定度这一指标的大小来表示。
(5)机动性，是装载机能否在狭窄场地转向和通过的性能因此，可以用外侧轮胎和铲斗的转向半径来标志。机动性的好坏，影响到装载机的适用程度。
(6)作业性，是反映装载机整机使用好坏的性能，通常以功率到生产率的高低为评价指标，它与整机所具有的切削力、掘起力、铲斗容量和容积效率，以及工作装置杠杆系统的工作速度等有关。
2.3装载机各部件的布置
1.发动机和传动系的布置
发动机一般置于装载机后部，起着对前置铲斗中负荷的平衡作用，并增加装载机的稳定性。发动机是预选现成的，故主要尺寸均已知。根据载荷分配确定发动机相对后桥中心的前后位置，并参考同类型装载机的发动机布置来确定曲轴中心线相对车架上线的高度。发动机位置的布置要结合传动系各总成的结构和整机的使用要求全面考虑。发动机位置确定后，即可安排变矩器、变速器的位置然后确定传动轴数目。
2.工作装置布置
工作装置布置在整车的前端，结合工作装置的设计要求确定动臂与车架铰点的位置。假如动臂长度不变，铰点布置向前，最大卸载距离大，但由铲斗中载荷作用的倾翻力矩增加，为减小此倾翻力矩而不减小载重量，一般将铰点向后布置，但最好不安排在驾驶室两侧或驾驶室之后，以免动臂举升时恰在驾驶员的两侧影响驾驶人员的安全性。动臂落在最低位置时铲斗位于前轮之前，不能与前轮干涉。动臂的最大举升与最低位置的夹角一般为90?左右，此角度太大，特使最大卸载高度时的卸载距离急剧下降，同时动臂油缸与动臂铰点间的距离(力臂)也大大减小，使受力情况不利。
3.转向系的布置及分类
轮胎式装载机的转向系：有偏转前轮转向和铰接式转向两类，偏转车轮转向又分为偏转前轮、偏转后轮、偏转前后轮三种。
(1)偏转前轮转向
前轮转向半径大于后轮转向半径，这样当前轮能从障碍物的内侧通过时，后轮也
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