刘志强：ZL40装载机工作装置设计
b ——铲斗刀刃与挡板最上部之间的距离(m)，0.9m；
2Vg?A0B0?a2b=1.99m2。
3（2）额定斗容(堆装斗容) Vh
铲斗堆装的额定斗容Vh是指斗内堆装物料的四边坡度均为1：2，此时额定斗容可按下式确定。
无挡板铲斗的额定斗容：
b2B0b3Vh?Vg?(?)(m3) 式3.10
824b2B0b3式中：b——为铲斗刀刃与斗背最上部之间的距离，mm；(?)为物料按2
824比1的坡度角堆装的体积。
对于装有挡板的铲斗的额定斗容：
b2B0b2VH?Vg??(a?c) (m3) 式3.11
86b2B0b2?(a?c)为物料按2比1的坡度角堆装的式中： c——物料堆积高度(m)；86体积。计算得VH?2.09(m3)。
物料堆积高度c可由作图法确定，即由料堆顶点作直线垂直于刮平线（刀刃与挡板高度连线），如下图所示。
图3.6 斗容计算图
5.斗齿的设计
铲斗斗刃上可以由斗齿，也可以没有斗齿。若斗刃上装有斗齿，斗齿将先于切削刃插入料堆，由于它比压大（即单位长度插入力大），所以比不带齿的切削刃易于插入料堆，插入阻力能减小20% 左右，特别是对料堆比较密实，大块较多的情况，效果尤为明显。 斗齿结构分整体式和分体式两种。一般斗齿是用高锰钢制成的整体式，用螺栓固定在铲斗斗刃上。
斗齿的形状和间距对切削阻力是有影响的。一般中型装载机铲斗的斗齿间距为
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250~500mm 左右。太大时由于切削刃将直接参与插入工作，使阻力增大；太小时，齿间易卡住石块，也将增大工作阻力。长而窄的齿要比短而宽的齿插入阻力小，但太窄又容易损坏，所以齿宽以每厘米长载荷不大于500-600kg 为宜。初选齿间距为300mm，斗齿宽度为60mm，斗齿长度为300mm。
3.3 工作机构连杆系统的尺寸参数设计
转斗油缸后置式反转六杆机构 这种机构有两大优点：
1.转斗油缸大腔进油时转斗，并且连杆系统的倍力系数能设计成较大值。所以可以获得相当大的铲取力；
2.恰当地选择各构件尺寸，不仅能得到良好的铲斗平动性能，而且可以实现铲斗自动放平。
此外，结构十分紧凑、前悬小，司机视野好也是此种机构的突出优点。 缺点是摇臂和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄部位，容易发生构件相互干扰。 3.3.1 工作装置结构设计
工作机构的基本给构如图所示。铲斗1、动臂2、连杆3、摇臂4、转斗油缸5，举升油缸6等组成。
图3.7装载机工作装置图
3.3.2 动臂设计
反转六杆工作机构由转斗机构和动臂举升机构组成转斗油缸FG、摇臂DEF、连杆CD、铲斗BC、动臂 BEA 、机架AG六个构件组成，由于AG和BC转向相反，所以此机构称为反转六杆机构。
1.动臂铰接点高度
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动臂铰接点的位置时通过作图在确定的，如图3.8所示，若确定了动臂下铰点的最高位置Bi，则最大卸载高度Hsmax、最小卸载距离lsmin及最高位置的卸载角?随之而定。图3.8中?为斗底与铲斗回转半径的夹角，动臂下铰点当铲斗在地面产掘时的位置B1，在考虑斗底与水平面夹角??3?~5?时及铲斗装满物料后倾不与轮胎相碰的情况下，尽量靠近轮胎，以减小装载机的整机尺寸。动臂的上铰接点A应在B1Bi连线的垂直平分线上，当最大卸载高度和最小卸载距离一定时，上铰接点的前后位置影响动臂的长度ld、动臂的回转角?及动臂最大伸出时的稳定性。lA大，动臂增大，动臂回转角?减小，倾翻力矩小，提高了装载机在铲斗最大伸出时的稳定性，所以在允许的
情况下希望lA大些。动臂与车架铰接点的高度通常取：
HA?(1.5~2.5)R0(mm) 式3.12
图3.8动臂铰点位置及长度计算图
动臂与车架铰接点的左右位置。根据装载机轮距、动臂、转斗油缸的尺寸布置和视线等确定。动臂回转角通常取??80?~90?。
2.动臂长度
动臂铰接点位置确定之后，按图5.8利用几何关系可以求出动臂的长度lD。
lD?[lsmin?R0cos(???)?lB]2?[Hsmax?HA?R0sin(???)]2（mm）
式3.13
式中：lsmin——铲斗最小卸载距离，975mm； ?——铲斗回传半径与斗底的夹角；5?；
?——铲斗最大卸载高度时最大卸载角，通常取??45?；取45?；
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lB——动臂与车架铰接点到装载机前面外廓水平距离，1665mm； Hsmax——最大卸载高度，2895mm。 计算得：lD?2776mm。
3.动臂的形状与结构
动臂形状一般可以分为直线形和曲线形两种，如图3.9所示。直线形动臂结构简单，制造容易，并且受力情况较好，通常正转式连杆工作装置采用较多；曲线形动臂，一般反转式连杆采用较多，这种结构形式的动臂可以使工作装置的布置更为合理。
图3.9动臂结构形式图
动臂的断面结构形式有单板、双板和箱型三种。单板动臂结构简单、工艺性好、但其强度和刚度较低，小型装载机采用较多，大、中型装载机对动臂的强度和刚度要求较高，则多采用双板或箱型断面的动臂。为了减轻工作装置的重量，动臂的断面尺寸一般按等强度来设计。本次设计采用的是曲线，双板型动臂。 3.3.3 连杆机构设计
连杆机构是由铲斗、动臂、连杆、摇臂和转斗油缸等组成，该机构的设计是个较复杂的问题。对已定结构型式的连杆机构，在满足使用要求的情况下，各构件可以设计成各种尺寸及不同铰接点位置，构件尺寸及铰接点的位置可变性较大。所以设计出的连杆机构，并不都具有高的技术经济指标。要想获得连杆机构的最佳尺寸及构件最合理的铰接位置，需要结合总体布置、构件的运动学及动力学分析，并综合考虑各种因素进行方案比较，选择较理想的方案。若运用优化设计理论，借助计算机，则可以获得更理想的设计方案。
1.连杆机构设计要求
1）平移性好，动臂从最低到最高卸载高度的举升过程中，铲斗后倾角变化尽量小，尽量接近平移运动，保证满载铲斗中的物料不撒落，一般相对地面的转角差不大于15度；铲斗在地面时的后倾角取45度左右；在运输位置时应有大于45度。在最大卸载高度时一般取47-61度。
2）卸载性好，在动臂举升高度范围内的任意位置，铲斗的卸载角??45?，以保
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证能卸载干净。
3）动力性好，在设计构件尺寸时，为保证连杆机构具有较高的力传递效率，斗杆机构要能满足铲掘位置传动角接近90度，使有效分力大，以便有较大的掘起力；运输位置传动角小于170度，这个角太大会使铲斗收不紧，以致运输途中使物料撒落。斗摇壁应尽量短，否则，为了获得一定的掘起力，势必使缸摇臂较长，连杆机构尺寸增大，翻斗油缸行程较长，造成卸料时间过长。
4）作业时与其他构件无运动干涉，保证驾驶员工作方便、视野宽阔。 2.连杆尺寸及铰点位置
反转连杆机构（见图3.7）的尺寸及铰点位置确定：连杆CD的长度b，摇臂DF的长臂长度c和短臂长度e，铲斗上两个铰接点BC之间的距离a，铰接点E和铰接点C的位置，转斗油缸与车架的铰点G的位置及转斗油缸的行程等。
动臂的长度是连杆机构的主要参数，该参数不仅影响着连杆机构的运动和受力，而且与连杆的尺寸和铰接点的位置有关，因此连杆机构的其他构件的尺寸可以依据该参数来确定。
1）摇臂DF长度及铰接点位置
连杆与铲斗铰点C的位置与连杆的受力和转斗油缸的行程有关，选择时主要考虑当铲斗处于地面铲掘位置时，转斗油缸作用在连杆CD的有效分力较大，以发挥较大的掘起力。通常BC与铲斗回转半径R0之间的夹角??100?~125?；BC长a?(0.13~0.14)lD。 摇臂DF和连杆CD要传递较大的插入和转斗阻力，要充分考虑其强度和刚度。摇臂DF
c的形状和长短臂的比例关系及铰点E的位置，是由连杆机构受力情况及它们在空间
e布置的方便和可能性来确定的，同时转斗油缸的行程及连杆CD的长度也不宜过大。摇臂可以做成直线形或弯曲形。弯曲形摇臂夹角一般不大于30度，否则构件受力不良。铰点E的位置，布置在动臂两铰点连线AB的中部le偏上m处。 设计时初定：
le?(0.48~0.5)lD;m?(0.11~0.12)lD;e?(0.22~0.24)lD;c?(0.27~0.29)lD。
式3.14
计算得：le?1332~1388;m?305~333;e?610~666;c?749~805。
2）确定连杆长度及转斗油缸在车架上的铰接点
确定上述尺寸后，用作图法确定连杆CD的长度b，转斗油缸在车架上的铰接点G及其行程，如图3.10所示。
由已选好的连杆机构尺寸参数，绘制出动臂和铲斗在地面时铲斗后倾角45度的位置及摇臂和动臂的铰点E。将动臂由最低到最高位置的转角等分成4份，提升动臂到不同的
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