2013届工程机械专业毕业设计（论文）
2.正转双连杆工作装置
双连杆机构连杆数目多，连杆传动比大，掘起力曲线变化平缓（见图3.2曲线2），动臂提升后铲挖力变化小，连杆的尺寸可缩小，扩大了驾驶员的视野。铲斗切削刃面平贴地面时，提升动臂铲斗自然后倾，使铲装物料不会倒出，进行地面上挖掘工作可以缩短循环时间，适于利用铲斗和动臂配合作业。其缺点是结构较复杂，转斗油缸较难布置在动臂下边。如果要使动臂在最大举升高度时铲斗后倾角不致过大，就需使铲斗在低位置时后倾角小些，但是这样装载机满载运输时，铲斗中的物料又容易撒落。
3.反转连杆工作装置
反转连杆工作装置的运动特点是：最大掘起力是在铲斗底略高于地面后翻转时发挥出来，而且最大铲起力比正转连杆机构大。反转连杆机构掘起力曲线变化较陡峭（见图3.2曲线3），在铲装物料转斗时掘起力大，易于进行掘起作业，适用于一次铲掘法铲装，但是不适于进行往上耙料的作业，铲斗卸载时前倾最后阶段速度降低，卸载平稳、冲击小，但难于抖落砂土；由于连杆数目少，传动比小，为了增大摇臂传动比，需增大尺寸，这不仅使卸载时连杆易碰自卸卡车货槽侧壁，而且还造成驾驶员视野不好；铲斗在最高卸载位置卸载后，下降动臂铲斗易于自动放平。
反转单连杆的工作装置，由于结构简单、掘起力大、运输状态铲斗后倾角大、不易撒落物料、铲斗能自动放平等优点，因此，在近代装载机上得到了广泛的采用。我国ZL系列转载机的工作装置都是采用反转单连杆型式。至于反转双连杆机构，由于结构复杂，难于布置，所以目前装载机上较少采用。
图3.1反转连杆工作装置
本次设计采用的是反转六连杆，无托架工作装置。
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3.2 铲斗设计
3.2.1 铲斗结构形式的选择
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工作可靠性，所以减少切削阻力和提高作业效率是铲斗设计的主要要求。铲斗是在恶劣的环境下工作承受很大的冲击载荷和剧烈的磨损，所以要求铲斗具有足够的强度和刚度，同时要耐磨。
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容重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，用来采掘容重1.0吨/米3左右的物料（如煤、渣等）；减少斗容的铲斗，斗容为正常的0.6～0.8，用来装载斗容重大于2吨/米3的物料（如铁矿石、岩石等）。用于土方工程机械的装载机，因作业对象较广，因此多采用正常斗容的通用铲斗，一般适应铲装不同物料的需要。
不同种类的物料，需要不同结构形式的铲斗，通常铲斗由切削刃、斗底、侧壁及后斗壁组成。铲斗切削刃的形状根据所铲装物料的不同而异，通常分为直线型和非直线型。直线型切削刃结构简单，具有良好的平地性能，但切削阻力较大，适用于装载重度不超过16kN/m3，并且堆积比较松散的物料。非直线型切削刃有V型和弧型等，装载机用的较多是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；且对中性较好。但平地性能和装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。
装有斗齿的铲斗，在装载机作业时，插入力有斗齿分担，形成较大的比压，利于插入密实的料堆疏松物料，便于铲斗的插入，斗齿可以延长切削刃的使用寿命，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料，其铲斗可以不装斗齿。
斗齿的形状对切削阻力的影响：对称齿型的切削阻力比不对称的大；长而狭窄的齿比宽而短的切削阻力小。弧线或折线形铲斗侧刃的插入阻力比直线形侧刃小，但弧线或折线形侧刃铲斗的侧壁较浅，容易从两侧泄漏物料，不利于铲斗的装满，这种形状适宜于铲装岩石。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，减少物料在斗体的移动或滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料是有良好的倒空性。
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（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常见的铲斗结构
铲斗的形状对铲装阻力和粘性物料卸静性有着较大的影响。对于主演铲装土方的装载机，希望斗底圆弧半径大些，斗底长度短些，如图3.3a所示，以改善泥土在斗内的流动性，减少物料在斗内的运动阻力。而对于主要用于铲装流动性较差的岩石装载机，希望采用圆弧半径较小，矮而深的铲斗，如图3.3b所示，这种铲斗贯入性好，可以减小铲插入料堆的阻力，同时也可以改善司机的视野。但过深的铲斗会引起斗底太长，因而造成掘起力变小。
图3.4铲斗断面基本参数图
本次设计采用的是直线型有挡板带齿铲斗。 3.2.2 铲斗基本参数的确定
1.铲斗宽度
铲斗宽度是铲斗的主要基本参数。铲斗宽度应大于装载机前轮外侧宽度，每侧突出50-100mm，如果铲斗宽度小于轮胎外侧宽度，则铲斗铲取物料后所形成的料推阶梯，会损伤轮胎侧壁，增加行驶阻力。取2540mm。
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2.铲斗回传半径R0
指铲斗与动臂铰接点至切削刃之间的距离是铲斗的基本参数。铲斗的其他断面形状参数视为该参数的函数。这是因为它直接影响铲斗前壁的长度，前壁长度的铲斗要求插入深度大，插入力大，卸载时所占的高度空间大，而且直接影响铲斗铲取力和斗容的大小。
根据几何简图（见图3.5）可以计算铲斗横截面积为
2A0?R0{[0.5?g(?Z??kcos?1)sin?0]??2r[cot?02?0.5?(1??0180)]}(mm2)
式3.1
而铲斗的几何容积Vg?A0?B0，可得回传半径为
R0?Vg109B0{0.5?g(?Z??Kcos?1)sin?0??2r[cot?02?0.5?(1??0180(mm) )]}式3.2
图3.5铲斗基本参数简图
式中 ：Vg——斗的几何容量(图3.5所示阴影断面)，取2m3；
B0——铲斗内壁宽度，为铲斗宽度扣除两侧壁厚?，即
B0?B?2??2500?2?20?246 mm0；
?g——铲斗斗底长度系数，?g＝1.4-1.5，取1.5；
?Z——后斗壁长度系数，?Z＝1.1-1.2，取1.2； ?K——挡板高度系数，?K＝0.12-0.14，取0.12；
?r——斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，?r＝0.35-0.4，取0.40； ?1——挡板与后斗壁间的夹角，?1＝5?-10?，取8?；
?0——斗底和后斗壁间的夹角，?0＝48?-52?，(有推荐55?-65?)；取50?；
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由计算得： R0?1080mm A0?0.8m2
3.铲斗的断面形状参数：斗的圆弧半径R1、张开角?0、挡板高度lk和底壁长lz，如图3.5所示。
斗底长度：是指铲斗切削刃到斗底后斗壁交线之间的距离，可用下式计算：
lg??gR0?1.5R0=1620mm 式3.3
后斗壁长度lz：是指切削刃至斗底圆弧与底壁相切点间的距离，lz长，则斗插入料堆深度大，斗易于装满，但由于力臂的增大而使掘起力减小，插入阻力随铲斗插入料堆的深度而急剧增加，lz长还影响卸载高度；lz短，则掘起力大，并由于卸料时铲斗刃口降落的高度小，可以减小动臂举升高度，缩短作业时间。对装载轻质物料为主的铲斗，lz可以选用大些；对装载岩石料的铲斗。lz应取小些。
lz??zR0?1.2R0=1310mm 式3.4
挡板高度lk：是指斗上缘至斗底圆弧与后壁相切点间的距离。lk过小，易漏料；lk过大则增加铲斗外形。影响驾驶员视线。
lK??KR0?0.12R0=140mm 式3.5 铲斗圆弧半径R1：铲斗圆弧半径大，物料进入铲斗的流动性好，物料装入斗内阻力减小。卸料快速干净；但R1过大，斗的开口太大，物料不易装满，且铲斗较高，不利于驾驶员观察铲斗刀刃作业情况。
R1??rR0?0.4R0=430mm 式3.6 铲斗上的动臂铰销距斗底的高度：
hb?0.09R0=108mm 式3.7
铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角a0?50?~60?。在选择?1时，使侧壁切削刃与挡板的夹角为90?，切削刃的削尖角?0?30?~40?。
4.斗容的计算
铲斗的斗容量可以根据铲斗的几何尺寸确定。
（1）几何斗容(平装斗容) Vg
铲斗平装的几何斗容可按下式确定：
Vg=A0?B0 (m3) 式3.8 对于装有挡板的铲斗：
2Vg?A0B0?a2b（m3） 式3.9
3式中： A0——铲斗截面积，计算得0.8m2；
B0——铲斗内壁宽(m)，2.5m；
a ——挡板高度(m)；0.14m；
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