平动式装载机设计说明书姓名：学号：班级：指导教师：2012年6月目录第1章问题的提出...... .. (4)1.1选题背景 (4)1.2研究现状 (4)第2章设计技术要求和指标 (6)第3章机构选型设计 (7)3.1 设计方案的提出 (9)3.2设计方案的确定 (9)第4章机构尺度综合。
(9)4.1 机构关键尺寸计算 (10)4.1.1铲斗 (10)4.1.2动臂 (11)4.1.3连杆机构 (12)4.2 机构关键尺寸优化 (16)第5章机构运动和动力分析 (17)5.1 机构运动分析 (17)5.2机构动力分析 (18)第6章结论 (20)第7章收获与体会 (21)第8章致谢 (21)参考文献 (22)附录1 (23)附录2 (41)附录3 (42)第1章问题的提出1.1 选题背景自2008年全球爆发金融危机以来，我国不断加大了对国内基础设施建设的力度，煤炭工业、铁路客运专线（含高速铁路）建设、高速公路建设、城市化建设、新农村建设等都在更大规模地进行，这扩大了工程机械的市场需求量，尤其促进了我国装载机行业的发展。
装载机，作为一种广泛应用于公路、铁路、港口、码头、煤炭、矿山、水利、国防等工程和城市建设等场所的铲土运输机械，它具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。
但随着科学技术在工程机械上的广泛应用，中国装载机工业在发展的同时，一些问题也日益显露出来，传统的装载机在很多应用方面已不能很好的满足工作要求，工程人员对装载机的工作要求也越来越高。
传统的装载机设计，一般着重要求其质量轻、速度快、机动灵活、效率高、操作轻便等，但并没有足够重视其工作范围及相关性能要求或相关方面未有技术保证。
因此，为满足现代工程设施建设的更高要求，我们迫切需要一种装载机产品，使其具有良好的工作范围及性能（即机身不动时，工作装置有足够的水平卸载距离及竖直卸载高度，有良好的铲斗倾倒角度及传动角使受力均匀），并力求结构简单、工作可靠、视野好，适合于各种作业场地，以此作为出发点，我们设计了平动式装载机。
1.2研究现状中国是世界装载机产销大国，装载机行业一直由国人主导，占有非常可观的市场份额。
通过近40年的发展，我国装载机从无到有，产品种类及产量均有较大幅度的提高，已经形成独立的系列产品和行业门类。
我国生产的装载机以zl 系列为主。
在我国工程机械行业市场中，装载机市场是一个发展最为成熟，也是一个发展最为与众不同的分支市场，其市场销量最大。
我国装载机正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。
从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。
常用的单斗装载机，按发动机功率，传动形式，行走系结构，装载方式的不同进行分类。
按发动机功率不同可分为：①功率小于74kw为小型装载机②功率在74～147kw为中型装载机③功率在147～515kw为大型装载机④功率大于515kw为特大型装载机按装卸方式不同可分为：①前卸式：结构简单、工作可靠、视野好，适合于各种作业场地，应用较广；②回转式：工作装置安装在可回转360O的转台上，侧面卸载不需要调头、作业效率高、但结构复杂、质量大、成本高、侧面稳性较差，适用于较侠小的场地。
③后卸式：前端装、后端卸、作业效率高、作业的安全性欠好。
现在着重从行走结构区分，我国装载机主要有两大类：①轮胎式装载机：其特点是质量轻、速度快、机动灵活、效率高、不易损坏路面，但接地比压大、通过性差。
它被广泛应用于公路、铁路、港口、码头、煤炭、矿山、水利、国防等工程和城市建设等场所。
如下图所示：②履带式装载机：其特点是接地比压小、通过性好、重心低、稳定性好、附着力强、牵引力大、比切入力大，但速度低、灵活性相对差、成本高、行走时易损坏路面。
应用范围较轮胎式要窄一些。
其图如下所示：1．行走机构2．发动机3．动臂4．铲斗5．转斗油缸6．动臂油缸7．驾驶室8．燃油箱相比之下，以上二者各有优劣，但都不能很好地适应各种作业场地。
为了更好地适应某些工程建设需要，我们可以从工作范围、受力均匀等方面进行设计，设计一种平动式装载机，它将满足一些较高的工作要求，在市场需求方面取得更好的竞争优势。
第2章设计的技术要求及指标装载机铲斗的工作范围参数如图所示，另有如下设计要求：1.铲斗距地面最大高度不小于 3.26m。
2.机身不动时，铲斗水平移动最大距离不小于 1.24m。
3.铲斗在工作范围内运动到任何位置都能保持平动。
4.铲斗最大倾倒角度不小于110°。
5.采用液压驱动，各个传动角不得小于30°。
6.不得发生杆件干涉现象。
不得涉及高副机构。
受力合理。
第3章机构选型设计3.1设计方案的提出装载机的铲掘和装卸作业是通过工作装置的运动来实现的。
而装载机的工作装置由铲斗、动臂、摇臂、连杆及液压油缸组成。
铲斗用以铲装物料，动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并为铲斗提供铰接支撑，翻斗油缸通过摇臂、连杆使铲斗装动。
由铲斗、动臂、摇臂、连杆、动臂油缸、翻斗油缸及车架相互铰接所构成的连杆机构，在装载机工作时由油缸完成动臂的举升、下降和铲斗的内收、外放，从而完成工作。
装载机的工作装置结构形式通常分为有铲斗托架式和无铲斗托架式两种。
有铲斗托架的工作装置，结构较简单，铲斗转动角较大，易倒干净物料，但由于动臂前端装有较重的托架，铲斗的装载量相对减少，故目前我们广泛采用无铲斗托架式工作装置。
因此，我们着重设计的是工作装置的连杆机构。
连杆机构的类型，按摇臂转向与铲斗转向是否相同，分为正传连杆机构和反转连杆机构，摇臂转向与铲斗转向相同时为正转连杆机构，相反时为反转连杆机构。
按工作机构的构件数不同，可分为四杆式，五杆式，六杆式和八杆式等。
方案一：正转连杆机构图 2.1.1转斗油缸后置式正转六杆机构简图这种连杆机构，当机构运动时，铲斗转向与摇臂转向相同，故称正转连杆机构。
由该图所示，该连杆机构的摇臂数目为一，是单摇臂连杆机构，且是由两个四杆机构组成的六杆机构。
正转六杆连杆机构通常在履带式装载机的工作装置上采用，其优点是：铲起力特性有利于地下挖掘，只用一个摇臂使结构简单，特别是整个结构可以布置在动臂的后上方并铰接在车架上，斗内物料撒落时不易弄坏油缸，工作装置重心靠近车架，有利于提高铲斗的装载量。
缺点是：组成工作装置的各构件不易布置在同一平面内，构件受力状态较差。
方案二：反转连杆机构图2.1.2转斗油缸后置式反转六杆机构简图这种连杆机构，当机构运动时，铲斗转向与摇臂转向相反，故称反转连杆机构。
它也是由两个四杆机构组成的六杆机构。
其优点是：铲起力特性适于铲装地面以上的物料，不利于地面以下的挖掘，升降动臂时基本保持铲斗平移，易于实现铲斗自动放平，因此物料撒落少，可提高装载机装卸的作业效率，只用一个摇臂使结构简单，特别是对轮式底盘布置容易，其结构十分紧凑，前悬小，驾驶员视野好。
缺点是摇臂和连杆布置在铲斗与前桥之间的狭窄空间，各构件间易发生干涉。
3.2设计方案的确定综合上述两种方案的比较，考虑到我们设计的工作范围及相关受力性能，由于反转连杆机构卸料时角速度小，卸料平稳，升降动臂时易保证铲斗平稳，且冲击较小，结构十分紧凑，驾驶员视野好，故我们采用方案二，即反转六杆连杆机构。
最终我们设计的工作机构简图如下：4、连杆5摇臂6动臂1、铲斗2、转斗油缸3、动臂升举油缸图2.2.1 反转工作机构简图第4章机构尺度综合参考成工ZL30B型装载机的相关数据如下?发动机型号ZL30B额定转速（r/min）2000功率（kW）81额定载重量（t） 3.0机重（t）10掘起力（kN）90最大牵引力（Kn）78额定斗容（m3） 1.5最小转弯半径（mm）5380最高行驶车速（km/h）30总长度（mm）6550总宽度（mm）25104.1机构关键尺寸计算4.1.1铲斗图4.1.1铲斗实体图图4.1.2铲斗设计二维图铲斗结构参数和容量计算铲斗的主要参数是铲斗的宽度和铲斗的回转半径。
铲斗的回转半径是指铲斗和动臂铰销的中心与铲斗切削刃之间的距离。
铲斗的回转半径Ro按下式计算：Ro =式中： Ro ——铲斗的回转半径，mVs ——铲斗平装几何容量，W ——铲斗内侧宽度，g——铲斗斗底长度系数，取 1.4~1.5，z——后斗板长度系数，取 1.1~1.2，k——挡板高度系数，取0.12~0.14，r——斗底与后斗板直线间的圆弧半径系数，取0.35~0.41——挡板与后斗板之间的夹角，取5~10o，0——斗底与后斗板之间的夹角，取48~52o，取Vs=1.5 m⒊，各参数取中间值，取铲斗内宽度W=2450mm，计算得到Ro=1000mm。
4.1.2动臂动臂LD长度及铰接点确定确定动臂铰点位置及长度的计算简图如下：图4.1.3确定动臂铰点位置及长度的计算简图动臂长度LD的计算公式如下：根据要求自己推导如下以最小水平距离Ls=1240mm代入，计算得动臂LD=2600mm，推算得铲斗距地满足要求。
面最大高度Lh=3518mm>3260mm取其他参数为：前轮直径D=1000mm,动臂与车架铰接点距地面垂直高度HA=2300mm,动臂与车架铰接点到装载机前轮外轮廓水平距离LB=745mm,铲斗水平放置时回转半径与水平方向的夹角取 a =4.7°，计算得回转角度Φ=88°。
理论上均满足设计要求。
4.1.3连杆机构连杆机构中构件尺寸及铰接点位置的确定连杆机构设计简图如下所示图4.1.4连杆机构设计简图根据参考书给出特定参数计算公式，BC与铲斗回转半径Ro夹角Ψ=100——125°,取120°.BC长a=（0.13-0.14）LD取为360mm.EF=(0.22-0.24) LD取为600mm.ED=（0.27-0.30）LD取为750mm.铰点E布置在动臂两铰点连线中部偏上s处，s=（0.11-0.18）LD，取为400mm.∠FED不大于30°，取为27°.利用多位置作图法求各铰点位置及计算如下：图4.1.5 确定连杆CD的最短长度图4.1.6D点轨迹确定图4.1.7F点轨迹确定图4.1.8 G点确定B点运动方程如下：求得G点坐标在A点左上方（280，150）处。
图4.1.9 油缸最短安装长度确定最终得到油缸最大安装长度为Hmax =980mm,油缸最小安装长度为Hmin =830mm.从而得到转斗油缸的行程为Lz =Hmax –Hmin =150mm.4.2机构关键尺寸优化图4.2.1工作装置执行机构简图由于铲斗及动臂的参数根据相关参考书的计算公式计算得到的值与我们设计的相关要求有所偏差，进行比较后，我们对相关参数做了少许改动，最终得到的较理想的各参数如下：其理论上都满足各项设计要求。