机构，如图5-1所示。轮式装载机工作装置由铲斗、连杆、摇臂、动臂、转斗油缸、举升油缸组成。这个机构实质是两个四杆机构。
这种机构形式简单、尺寸紧凑。当铲斗铲掘物料时由于是反转机构，转斗油缸大腔进油工作，可以获得较大的铲掘力。也就是说，铲起同样重量的物料，转斗油缸的尺寸可以设计得较小。而且转斗油缸后置，使司机有较好的视野。反转六连杆机构尤其多用于中小型装载机工作装置,我国生产的ZL系列轮式装载机工作装置多采用这种形式。
4.1.2轮式装载机的工作过程
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，如下：
1，插入工况 动臂下放，铲斗放置于地面，斗尖触地，斗底板与地面呈3到5度倾角，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 保持转斗油缸长度不变，操作动臂油缸，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油缸翻转铲斗，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。
4.1.3轮式装载机工作装置的设计要求
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： 1，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
A，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
21
平稳。
B，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。
C，铲斗能自动放平。铲斗在最高位置卸载后，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。
D，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°。
E，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。
4.2铲斗的设计
4.2.1铲斗的设计要求
铲斗是装载机工作装置的执行构件。铲斗直接与物料接触，是装、运、卸的工具，工作时，它被推压插入料堆铲取物料，工作条件恶劣，是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。
为了保证铲斗的设计质量，首先应当合理地确定铲斗的结构及几何形状，以降低铲斗插入物料的阻力。其次要保证铲斗具有足够的强度、刚度、耐磨性，使其具有合理的寿命。
4.2.2铲斗形状、结构
1，铲斗形状及结构设计
轮式装载机的铲斗断面形状一般为“U”，用钢板焊接而成。铲斗由斗底、侧壁、斗刃及后壁等部分组成。
A，斗体形状
从整个斗体形状来看，斗体基本可分为“浅底”和“深底”两种类型。 在斗容相同情况下，前者铲斗开口尺寸较大，斗底深度较小，即斗前臂较短，而后者则刚好相反。
浅底铲斗插入料堆的深度小，相应的插入阻力也小，容易装满，适宜定点铲装。而深底铲斗恰恰相反。本设计选用浅底铲斗。斗体采用低碳、耐磨、高
22
强度钢板焊接制成。
B，切削刃形状
根据装载物料的不同，切削刃有直线型和非直线型俩种。前者形式简单，有利于铲平地面，但铲装阻力大。后者有V形和弧形等，由于这种刃中间突出，铲斗插入料堆时可使插入力集中作用在斗刃的中间部分，所以插入阻力较小，容易插入料堆，并有利于减少偏载插入，但铲装系数小。
本设计选用V型切削刃。 斗刃材质采用既耐磨又耐冲击的中锰合金钢材料。侧削刃和加强角板都用高强度耐磨钢材料制成。
C，斗齿
铲斗斗刃上可以有斗齿．也可以没有斗齿，若斗刃上装有斗齿时，斗齿将先于切削刃插人料堆，由于它比压大(单位长度插入力大)，所以比不带齿的切削刃易于插入料堆，插人阻力能减小20%左右，特别是对料堆比较密实、大块较多的情况，效果尤为显著。
斗齿结构分整体式和分体式两种，如果斗齿工作条件相对良好，磨损较轻，则采用高锰钢制成的整体式，直接焊接固定在铲斗斗刃上。
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250至300毫米之间。
D，铲斗侧刃
因为侧刃参与插入工作，为减小插入阻力，侧壁前刃应与前壁成锐角，弧线或折线侧刃铲斗的插入阻力比直线侧刃要小。为了不使斗容减小太多，将侧壁刃口设计成折线。
E，斗底
斗前壁与斗后壁用圆弧连接，构成弧形斗底。为了使物料在斗中有很好的流动性，斗底圆弧半径不宜太小，前后壁夹角(铲斗开口角或张开角)不应小于物料与钢板的摩擦角的2倍，以免卡住大块物料。
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 A，整体前卸式铲斗
它的突出优点就是结构简单，工作可靠，有效装载容积大，但需要较大的卸载角才能将物料卸净。
B，侧卸式铲斗
侧卸式铲斗如整体式一样，可以往机器前方卸料。当如果需要往机器一侧卸料时，可以拔去一个侧销，通过转斗油缸动作来卸料。
这种铲斗因为没有侧板，插入阻力小，装载效率高，特别是在装载机用于
23
填沟或在狭窄场地往侧旁的运输设备进行装载作业时，其优点就更加显著了。
C，推卸式铲斗
推卸式铲斗可以用来弥补整体式铲斗卸载高度的不足，在装载机其他尺寸参数相同的时候，能够显著地提高卸载高度和增加卸载距离。
同整体前卸式铲斗相比，推卸式铲斗的结构复杂一些，且需另用动力推卸。D，底卸式铲斗
底卸式铲斗是用动力打开斗底卸载，同推卸式铲斗一样可以提高卸载高度，但结构也比较复杂。
综上所得，本次设计的装载机工作装置要求结构简单，并且考虑到产品成本与经济实用性。因此，我采用了整体前卸式铲斗。
4.2.3铲斗主要几何尺寸的确定
1，铲斗基本参数的分析
铲斗的断面形状由铲斗圆弧半径r、底壁长l、后壁高h和张开角γ四个参数确定。如图5-2所示。
图4-2铲斗断面参数分析
圆弧半径r越大，物料进入铲斗的流动性越好，有利于减少物料进入斗内的阻力，卸料时干净而且快捷。但r过大，斗的开口较大时，不易转满，而且铲斗外形较高，将影响驾驶员观察铲斗斗刃的工作情况。
后壁h是指铲斗上缘至圆弧与后壁切点间的距离。
24
底壁长l是指斗底壁的直线段长度。l长则铲斗铲入料堆深度大，斗易装满．但掘起力将由于力臂的增加而减小，插入的阻力也将随铲斗铲入料堆的深度而急剧增加。l长亦会减小卸载高度。l短则掘起力大，且由于卸料时铲斗刃口降落的高度小，还可减小动臂举升高度，缩短作业时间，但这会减小斗容。
铲斗张开角γ为铲斗后壁与底壁间的夹角，一般取45°～52°。适当减小张开角并使斗底壁对地面有一定斜度，可减小插入料堆时的阻力，提高铲斗的装满程度。
铲斗的宽度应大于装载机两前轮外侧间的宽度，每侧要宽出50～l00mm。如铲斗宽度小于两轮外侧间的宽度，则铲斗铲取物料后所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。
2，铲斗基本参数的确定
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之间的距离)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，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。铲斗的回转半径尺寸可按下方程计算。
图4-3铲斗尺寸参考图
Vr/R2?1.2B0?0.5?1??2??3cos?1?sin???21??/180???4?cot?0.5???0.5??（4-1）
25