JL120装载机总体设计

时间：2020-12-24 20:12:10 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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　JL120 装载机总体设计 摘

　要

　装载机通常主要用于装卸成堆的散装材料或进行轻挖工作。因为它适用于很多国民经济的部门，如水电、矿山、建筑、公路、铁路等。

　因此，在国内外，品种和产量都在迅速发展。它是工程机械中的一个重要机种。本次设计的装载机型号是 ZL120。

　装载机总体计算及分析，包括发动机参数选择，整机性能参数确定，理论牵引特性参数的选择，分析及计算。总体参数评价，装载机铲装阻力的计算，整机的自重，及桥荷分配，最大牵引力计算，最大爬坡度计算。

　 随着社会和科技的不断进步，载机械设计工程中越来越注重人性化的考虑。从而使工作环境更加怡人，操作简单，便捷，操作者的工作量减少。本次设计通过对总体参数的确定，整机性能的分析计算，总体布置来完成对装载机的总体设计。

　关键词：装载机

　总体 设计

　参数确定

　总体布置

　 Abstract The loader is use to load and unload the heap material, it can also carry through the low-grade grubbing task. Because it is same with architecture, mine, railway, highway, irrigation works, electricity and so on. It is used by every part of country economy.

　The loader ZL120 designed in this graduation design is a front discharged, wheel loader which only has bucket.It is widely used in construction, warehouse and other fields.. Loading and moving the loose bulk material such as the earth, the sand, the granel and the coal to short distance. It is a construction machrinery with the more property and high efficient. Along with the development of society and technology, in the

　machine design

　is more and

　more humanized , and make the work more and more environment, convenient, simple, and reduce the worker′s load. Key words: Loader

　 The whole loader design

　 Ensure parameter Collectivity design

　 目

　录

　 第一章

　绪

　论

　................................ ..........

　1 1

　第二章

　课题的内容及工作量

　..............................

　3 3

　1. 主要参数

　................................ ...........

　3 3

　2. 内容及要求

　................................ .........

　3 3

　3. 毕业实习，实验场地及目的要求

　.......................

　3 3

　第三章

　设计介绍

　................................ ........

　4 4

　3.1

　 产品用途及使用范围：

　............................

　4 4

　3.2

　 主要技术指标或重要技术参数

　.......................

　4 4

　3.2.1

　轮式装载机的最大行驶速度

　....................

　4 4

　3.2.2

　装载机工作装置参数

　..........................

　4 4

　3.2.3

　装载机动臂提升下载及铲斗前倾时间：

　..........

　5 5

　3.3

　 主要工作原理

　................................ ....

　5 5

　3.4

　 国内外同类产品的水平对比：

　.......................

　6 6

　t 3.4.1 3t 以下装载机

　................................. .

　6 6

　3.4.2

　0 ZL30 装载机

　................................ ..

　6 6

　3.4.3

　ZL40 ／ ZL50 0 装载机

　............................

　6 6

　4 3.4.4 国外装载机

　................................ ....

　7 7

　3.4.5

　应贯彻的标准和规范

　..........................

　7 7

　3.4.6

　设计和制造的标准化要求：

　....................

　7 7

　第四章

　轮式装载机总体参数的选择和总体布置

　..............

　8 8

　4.1

　 概

　 述

　................................ .........

　8 8

　4.2

　 总体设计的重要性

　................................

　8 8

　3 4.3 轮式装载机总体的一股布置

　..........................

　8 8

　目录 4.4

　 装载机的主要技术性能

　............................

　11

　4.4.1 发动机功率

　................................ ..

　12

　4.4.2 斗容

　................................ ........

　12

　4.4. 3 额定载重量

　................................ ..

　14

　4.4.4 牵引力

　................................ ......

　15

　4.4.5 铲起 力

　................................ ......

　15

　4.4.6 车速

　................................ ........

　16

　4.4.7 最大爬坡度

　................................ ..

　16

　4.4.8 最小转向半径

　................................

　16

　4.4.9 铲斗的卸载高度与卸裁距离

　....................

　17

　4.4.10 铲斗的倾卸角

　...............................

　17

　4.4.11 动臂提升下降及铲斗前倾时间

　.................

　17

　第五章

　装载机总体参数的选择

　...........................

　19

　1 5.1 装载机的载重量

　................................ ...

　20

　5.2

　 铲斗额定斗容量

　................................ ..

　20

　5.3

　 装载机的自重

　................................ ....

　21

　5.4

　 车轮上的驱动力

　................................ ..

　23

　5.5

　 装载机作业速度

　................................ ..

　23

　5.6

　 铲起力

　................................ ..........

　24

　5.7

　 铲斗最大卸载高度

　................................

　24

　5.8

　 最大卸载高度时的卸载距离

　........................

　25

　5.9

　 后倾角及卸载角

　................................ ..

　25

　5.10

　 隙 最小离地间隙

　................................ ..

　25

　5.11

　 轴距 L L

　................................ .........

　25

　5.12

　 轮距 B B

　................................ .........

　26

　5.13

　 装载机桥荷分配

　................................

　26

　第六章

　装载机的总体布置

　...............................

　28

　6.1

　 总布置草图的基准

　...............................

　28

　6.2

　 发动机和传动系的布置

　...........................

　28

　6.3

　 工作 装置布置

　................................ ...

　29

　6.4

　 摆动桥的布置

　................................ ...

　29

　6.5

　 转向系的 布置

　................................ ...

　30

　6.5.1

　铰接式车架采用铰接转向

　.....................

　30

　6.5.2

　整体式车架采用偏转车轮转向

　.................

　31

　6.6

　 驾驶室的布置

　................................ ...

　31

　6.6.1

　驾驶室布置在前车架后端( (图 图 6 6 .1 a)

　............

　31

　6.6.2

　 驾驶室悬臂固定在后车架的前端( (图 图 6 6 .1 b)

　.....

　32

　6.6.3

　 驾 驶 室布置在后车架的前部( (图 图 6 6 .1 c)

　.........

　33

　结论

　................................ ..................

　35

　致谢

　................................ ..................

　36

　参考文献

　................................ ..............

　37

　第一章 绪论

　1 第一章

　绪 论 轮式装载机主要用于装载和卸载散装物料。它们是土方石施工机械，广泛应用于交通、水利、建筑、矿产等建设项目。具有机动性良好、操作方便、运行快、高作业效率等优点。它在降低劳动强度、加快工程建设、降低成本、提高工程质量方面发挥着尤为重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的设备之一。

　近年来，在国家推进农村乡镇经济发展、振兴东北老工业基地、上海黄浦江两岸开发及世博场馆的投入等众多国家发展战略的实施，都为国内工程机械产品市场提供了良好的发展空间，同时也在一定程度上有力地推动相关产业的发展。

　据介绍，亚洲其他国家、拉丁美洲和非洲的一些国家最近也相继出台了大规模扩大公路及其他公共设施建设的项目计划，这无疑对工程机械的需求将大幅度增加，也为我国工程机械发展全球市场策略提供了最具竞争力的契机。

　1. 装载机在国内外发展状况

　从 20 世纪末期开始，工程机械设备的国际生产主要集中在专业化、规模化、小型化、多功能和智能化的发展上。很多发达国家如卡特彼勒公司（美国）、沃尔沃集团（瑞典）、利勃海尔公司（德国）等公司的产品以其安全性可靠、设计领先、产品寿命长而闻名。

　 我国工程机械行业几经洗礼和经过业内人员的不懈努力，在国际市场上充分显示了强大的生命力。在我国工业化发展进程中，工程机械行业已经由初始发展阶段逐渐走向成熟时期。

　2 一些主导产品的研发、设计和制造水平都有相当程度的提高，很多产品质量也得到了用户认可。由于产品价格比较低，在国际市场上具有很强的竞争力。在国内市场处于激烈竞争的形势下，我国中小型国产工程机械产品显示出了强大的市场潜力。但是国际经济市场的变化无时无刻不在冲击着现有的市场份额， 市场的占有份额又在时时刻刻不在重新组合。我国的工程机械行业如何能够继续发展、如何能够尽快提升到我国工业化的第三阶段——强壮期阶段，即不仅仅是对产品的开发、研究、生产以及产品的综合质量以及它的售后服务能否进入国际先进行列等问题，都需要认真加以思考。

　目前，我国工程机械行业的发展有着良好的基础。产品类别、生产规模、大中小企业结构和发展环境都比较好。然而，与国际先进工程机械制造商相比，仍存在一定的差距，中国自主研发能力相对比较薄弱，拥有独立知识产权的产品少、技术落后，新产品的关键技术比较依赖引进国外。

　第二章

　课题的内容及工作量

　第二章 课题的内容及工作量 1. 主要参数

　额定斗容

　6.0 3m

　额定载重量

　12，000 ㎏ 整

　机

　重

　36t 参考机型

　VolvoLB120

　 Cat.988 2. 内容及要求

　1）确定主要参数（尺寸参数，性能参数）

　2）进行整机工作原理分析计算 3）进行总体部署方案草图设计 4）进行总体设计及车架设计（CAD 图 4 张）

　5）书写设计说明书和译文

　3. 毕业实习，实验场地及目的要求

　1）本校实验室， 施工工地，工程机械大市场（样机）

　2）熟悉结构，了解性能，作业情况。

　4 第三章

　设计介绍 3.1

　产品用途及使用范围：

　装载机主要用来装卸散装物料堆和进行一些轻铲工作。它适用于国民经济的很多部门，如交通、水利、采矿、建设等，在国内外发展迅速，在工程机械中占有很高的比重。

　 装载机根据不同的需求开发了不同的品种。根据不同的使用场合，可以分为露天装载机和地下装载机两种；依据连接行走系统结构的不同，分为轮式装载机和履带式装载机；根据卸载方式的不同，可分为前卸载式、后卸载和旋转式装载机。

　 装载机设计成功，首先从可以满足使用要求，如果做得好，使用更高的生产线和使用低成本测量。这在设计工作中体现，应该有更好的技术和经济装载机和指标的性能，以及先进的零件结构方案。

　3.2

　主要技术指标 （ 重要参数 ）

　3.2.1

　轮式装载机最大行驶速度：

　轮式装载机的最大行驶速度为:

　V=30-40 公里/小时 3.2.2

　装载机工作装置参数：

　斗

　 容 额定载重量 发动机功率 整机重 6.03m

　12，000kg 160kw 36t

　第三章

　设计介绍

　3.2.3

　装载机动臂升降及铲斗前倾的时间：

　铲斗前倾时间为 1-2 秒 动臂下落时间为 3-6 秒 动臂上升时间为 6-9 秒 3.3

　主要工作原理

　随着我国改革开放和经济建设的日益加强，建筑，水利工程的与日俱增。目前我国进行的西部大开发，装载机作为工程机械的一种主要类型，是装载和运送土石方的主要机械设备，它的需求量逐日增长，对它的性能以及质量也提出了更高的要求。我国工程机械行业的发展有着良好的基础。产品类别、生产规模、大中小企业结构和发展环境都比较好。然而，与国际先进工程机械制造商相比，仍存在较大的差距，主要表现在产品的可靠性、产品性能、高新技术开发应用和管理模式等方面不尽人意。

　只要装载机在装载散装物料和将物料卸入卡车或直接将物料运输到卸货地点，装载机还会进行轻铲作业、推土和场地修整等。为了完成上述任务，铲斗和工作装置被放置在现代装载机总布置的前端。发动机的输出端连接液压变矩器，并通过万向节和传动轴连接前驱动桥和后驱动桥。驾驶员的座位布置在装载机中部，但一般驾驶室的位置尽量向前布置，这样可以使前方的事也有利于作业准确。

　现代装载机正逐渐向大斗容量方向发展，将铲斗有力地插入料堆需要装载机提供足够的牵引力。除了大马力发动机，还需要四轮驱动。这样，可以更有效地使用车辆类型来使整个车辆的重量

　6 等于附加重量。

　3.4

　国内外同类产品的水平对比：

　各生产厂家都没有自己的代表产品、没有关键核心技术和强大的创新团队。主导产品低，生产成本高，负担重。

　t 3.4.1 3t 以下装载机

　 3t 以下产品的典型代表以 ZL10、ZL15 和 ZL16 为主。还有一些小型装载机由拖拉机底盘改装的，还需要与农业运输车辆配合进行才能使用。主要部件为传动轴、发动机、通用性能、变速箱及优质液压元件。技术先进的静液压传动产品在我国有很大的局限性，严重的制约了这类产品在国内的发展。

　3.4.2 ZL30 装载机 ZL30 装载机的主要生产商有成工、徐工、宜工、山工等。各家有其自制的桥盒，都有各自独立的风格，相对稳定的性能，以及普遍先进的核心技术。

　 3.4.3

　ZL40／ZL50 装载机 ZL40/ZL50 装载机归主要装载机制造商所有。第一代产品已经使用了几十年。大致相同的一套图纸在全国被使用。技术落后的制造商仍然把它们视为市场的主导产品。第二代和第三代产品主要是改变外形和机型，优化配置。如广西柳工 ZL40B/ZL50C。

　第三章

　设计介绍

　第四代产品在第三代产品的基础上，更进一步得优化了整机的配置和性能。应用了一些新技术如湿式制动器、电控箱等，各企业独有技术形成，产品以全新的面貌推向广大市场。ZL60 和 6t+装载机 6t 和 6t+装载机成为国内市场上的最大潜在产品。整机可靠性的大大提高，给国内大吨位装载机带来良好的机遇和发展空间。

　3.4.4 国外装载机 美国的卡特彼勒公司生产的产品是当今世界工程机械的技术发展水平和方向的代表，成为世界第一。被卡特彼勒公司视为强大竞争对手日本的小松公司同样受到密切关注。拥有瑞典沃尔沃、泽曼、英国 JCB 等著名公司的西欧是第三大集团。这些工程机械制造商已经全面入侵中国市场并对 6 吨以上的装载机形成垄断地位，与此同时，外国制造商正在研究适合中国国情的新产品，妄图进一步扩大其产品的市场份额。

　3.4.5

　设计标准和规范 本次设计中贯彻的规范和标准有：

　国家有关部委的相关标准，国家工程机械标准，现行国家标准。

　3.4.6

　设计的标准化要求：

　设计要求提高零部件的标准化和通用化程度。设计作用零部件应采用标准间，通用间，外构件，从而减少设计和制造的工作量，缩短设计和制造周期，提高系统可维护程度，有利于降低成本和加快产品改进更新步伐

　8 第四章 轮式装载机总体参数的选择和总体布置 4.1

　概

　述

　装载机是一种用途广泛的工程机械。它不仅用于基础设施、农田水利等土利工程，也逐渐广泛应用于矿山。

　4.2

　总体设计的重 要性

　 装载机的整体设计是合理选择每个组件的型号，性能参数，整体尺寸和结构类型，并根据其主要用途，工作条件和生产条件进行合理安排。装载机是由许多组件和零件组成的整体，因此装载机的性能不仅取决于每个组件和零件的质量，还取决于每个组件性能的协调。换言之，装载机的总体设计对其整体的性能起着决定性的影响。如果设计中疏忽大意，即使各部件设计是完美的，但组合在一起不一定能达到设计的初衷。因此，总体设计必须从保证整车的主要性能出发，正确选择各总成的结构类型，从而做出合理的布置。装载机的总体设计必须遵循“三化”的原则，从好用好造出发，设计出适合我国使用情况的装载机。好用即有良好的使用性能，它表现为生产率高，操纵轻便，机动灵活安全耐用可靠，好造即有良好的加工工艺，制造简单，维护修理方便。

　3 4.3 轮式装载机总体的一股布 置

　装载机主要装载散装材料，并将材料卸载到自卸卡车中，或

　第四章

　轮式装载机总体参数的选择和总体布置

　将材料直接运输到卸载的地点。然而，装载机也负责推土、轻铲和场地修整。为了满足上诉作业条件，现代装载机将工作装置和铲斗放置在装载机的前端。如图 3.1 所示，发动机布置在装载机的后部，因此它可以用来平衡铲斗上的外部负载。发动机的输出端连接到液压变矩器和变速器上，然后通过万向节和传动轴连接到前后驱动轴上。驾驶员的座位布置在装载机的中间即在工作装置 之 后 发 动 机 之 前 ， 但 一 般 将 驾驶室的位置尽量向前布置这样可使前方视野开阔，有利于作业的准确。

　图 4.1

　装载机总体的一般布置

　 大多数现代装载机倾向于发展大铲斗容量。为了使铲斗能够有效地插入物料堆中，装载机需要有足够的牵引力。因此，除了使用更大马力的发动机，还必须增加车轮的附着重量，以达到提高牵引力的目的。因此，绝大多数装载机都在使用四轮驱动(前轴

　10 和后轴驱动)，可以有效利用车辆重量，使整车重量附加重量。当然，四轮驱动也提高了装载机在恶劣地面上的通过性能。但也要考虑到装载机在良好路面上用最大速度行驶的工况(例如从一个场地转移到另一个场地时)，因路面好车速高，且前后轴荷不同，又采用低压轮胎，就造成前后车轮滚动半径不同，所以必然有寄生功率产生。为此，在高速行驶时采取能脱开一桥用单桥驱动，一般采用脱开后桥由前桥驱动的结构，这样既照顾到空车高速行驶时不产生 寄生功率，又可以在装载作业时采用双桥驱动而能发挥出最大的牵引力。为保证装载机作业中的稳定性、铲斗与料堆或地面相对位置的准确性，现代装载机均不安装弹性悬架，但为了防止它在凸凹不平的地面上行驶时有的车轮悬空的现象，则采用一驱动桥铰接于车架上，使该桥能绕纵向轴线摆动—定的角度如图 3.2 所示(一般每侧约 10o-17o。具有摆动驱动桥的结构行驶在凸起处的情况如。一般采用后桥摆动，其结构是后桥固定在副车架上，副车架通过纵向铰链销铰接在车架上，使副车架可以绕纵向轴线摆动。

　装载机的转向方式；一是铰接式转向，另一种是偏转车轮转向，但现代越来越多的采用前一种转向方式。

　第四章

　轮式装载机总体参数的选择和总体布置

　 图 4.2

　 摆动车桥行驶在凸起出的示意图 目前绝大多数装载机采用液力机械传动(大型装载机使用电动驱动。小型装载机采用静液压传动，工作装置采用液压传动)。除上述装载机总体的一般布置外，其它布置方案很少，当然也有将工作装置安放在前，中间是发动机，驾驶室布置在最后，这种布置方案大部是果用已有牵引车或工业拖拉机作为基础车，再在此基础上安装工作装置而改装成的装载机。也有在拖拉机前部安装有装载机工作装置后部装上单斗挖掘机的工作装置构成前装载后挖掘的装载挖掘机。

　4.4 装载机的主要技术性能

　 装载机的主要技术性能包括:发动机功率、斗容、牵引力、铲力、行驶速度、最大爬坡能力、最 小转向半径、卸载距离与高度、

　12 铲斗倾卸角度、机动臂升降和铲斗向前倾斜时长。下面分别扭述其包括的内容及定义。

　4.4.1 发动机功率

　国产装载机只能提供柴油机的额定功率。额定功率是在 760 毫米汞柱高气压、环境温度为 20%和相对湿度为 60%的条件下，装有燃油泵和润滑油泵等附件的柴油机在额定转速下测得的功率。发动机飞轮马力:指在上述条件下，当发动机除上述附件外，还装有水泵、发动机风扇、发电机、空气压缩机和空气滤清器时，测量飞轮在额定发动机转速下的实际功率。

　4.4.2 斗容

　装载机的铲斗容量可分为几何铲斗容量和额定铲斗容量。几何铲斗容积是指铲斗边缘和挡板(当铲斗装有挡板时)或铲斗背部最上部(当铲斗未装有挡板时)之间的直线 GD 所包围的面积与铲斗内壁横截面的轮廓线乘以铲斗内壁的宽度得到容积，用符号 V 表示，几何铲斗容积也称为平装铲斗容积。在图中，h 是挡板的高度，DF 是铲斗边缘。

　额定铲斗容积是指当物料以半个坡度堆积在铲斗周围时，物料堆的坡度与铲斗的内部轮廓之间形成的容积(物料堆的坡度线MD 与铲斗边缘和挡板最上部之间的连接线 CD 之间的夹角为 （tan  ＝DNMN=21)，

　由料堆坡面与铲斗内轮廓之间所形成的容积。额定斗容又称为名义堆装外容。以符号HV 表示。

　第四章

　轮式装载机总体参数的选择和总体布置

　14

　 图 4.3

　铲斗斗容

　 通常未特殊标注是几何斗容或额定斗容时，大都是指的额定斗容。

　4.4.3 额定载重量

　 为保证装载机的必要稳定性，它具有的最大载重能力。

　装载机的额定载荷(或额定载荷)定义为装载机满足以下三个条件:配备一定规格的铲斗；在坚硬、光滑和水平的地面上工作时，最大行驶速度不得超过 6.5 公里/小时。轮式装载机的最大额定载荷不可以超过其倾覆载荷的 50%。履带式装载机不得超过 35%。挖掘机组不作业时，装载机可能高于额定负载。

　倾斜负载意味着装载机停在坚硬的水平地面上；标准服务重量(即油箱满时装载机的自重，驾驶员 80 公斤，包括其他标准附件)；当铲斗转到最大位置且动臂被提升时，铲斗动臂之间的铰链销中心与车身最前部分之间的水平距离处于最大位置，装载机的后轮离开地面并四处移

　第四章

　轮式装载机总体参数的选择和总体布置

　动。

　前轮和地面接触点向前下降时铲斗的最小重量。对于铰接式装载机，除了直线位置的翻转载荷外，技术性能还必须表明其前车架相对于后车架的翻转载的荷值是在最大转角时，该值需要满足小于装载机在直线位置的翻转载荷。

　4.4.4 牵引力 附着重量和附着系数的乘积会限制牵引力。附着系数与路面和轮胎有关。附着重量是指由驱动轮承担的装载机重量的一部分。对于四轮驱动装载机，其总重量是附加重量。插入力是指挖掘时装载机料堆插入铲斗边缘所需要的力。对于通过装载机行走铲挖的装载机，当在平地上恒速行驶时不考虑空气阻力时，插入力等于牵引力。对于装载机停止移动并且液压缸用于插入的结构，如果插入力小于装载机和地面之间的静摩擦力，则插入力取决于完成插入的液压缸的推力。单位铲斗边缘的插入力是指在装载机铲斗 1 厘米铲斗边缘长度上产生的插入料堆的力，也称为特定切削力。牵引力越大，铲斗宽度越小，比剪切力越大。特定的切削力可用作装载机铲斗镶块。

　灌注桩承载力指标大于剪切力，说明插入桩承载力强。近年来，装载机的比剪切力也一直在逐渐增加。

　4.4.5 铲起力 指在一定条件下，铲斗绕特定铰接点运转时，在铲斗边缘一定距离处的有一个垂直向上的力。它决定了铲斗动臂的提升能力或铲斗的提升能力(铲斗围绕铲斗和动臂之间的铰接点旋转时)。装载机铲起力是指在下列情况下铲斗的后边缘 100 毫米处的受到

　16 的最大垂直向上的力。

　1)装载机完整装备时标准使用的重量。

　2)装载机停在比较水平硬质地面上。

　3)铲斗水平放在地面上，使它与地面上下的偏差不超过  25 毫米。

　对于铲斗刃部不是直线形状的铲斗(如 v 形铲斗)的铲起力是指从斗刃的最前位置端起后 100 毫米处受到的垂直向上的力。如果在铲斗提升或翻转的过程中，装载机后轮离开地面，使装载机后轮离开地面的力就是它的铲起力。

　4.4.6 车速 应满足装载机作业速度，通常要给出前进速度和反转速度。

　4.4.7 最大爬坡度

　 一般情况下，它作业时可以达到 25-30 度，但是装载机很少在25 度以上的斜坡上行驶和进行工作，因为司机在这样的斜坡上工作心里会感到惧怕。最大爬坡能力是装载机爬坡能力的标志。装载机生产出来后，还得通过实验计算，并进行验证。

　4.4.8 最小转向半径

　 指最外轮(通常是装载机的后轮)纵向对称面的最小转向半径，有时给出车身最外端(如斗式或发动机罩)的转向半径。

　第四章

　轮式装载机总体参数的选择和总体布置

　4.4.9 铲斗的卸载高度与卸裁距离 铲斗卸裁高度是其倾斜角为 45o时，铲斗斗尖离地高度(图 2—4)。铲斗卸载距离是在铲斗倾卸角为 45°。在装载机技术规格里一般给出最大卸载高度 Hmax 及在最大卸载高度时的卸载距离S ，同时也给出最大卸裁距离及 S max 在最大卸载距离时的卸载高度及最大卸载高度 H max 是指动臂在最大举升高度和铲斗底面与水平成 45o角时的卸载高度。最大卸载距离 S max 是指铲斗底面与水平成 45。角时，斗尖与装载机最前端外廓部分间的距离。

　4.4.10 铲斗的倾卸角 铲斗卸载时，铲斗底部与水平面之间的角度 1 根据卸载高度的变化而变化，但是装载在铲斗中的购物材料应该完全卸载，从而允许铲斗在卸载过程中通过多次摇动来抖掉粘附在铲斗上的材料，通常取 1 为 50o左右，且在任何提升高度时不应小于 45o。

　另外在装载机规格中尚标出铲斗的后倾角，即铲斗在地平面位置装满后将铲斗翻起，并提升到运输位置，其斗底与水平面间夹角 2 ，而且标出在最大举升高度时的后倾角 3 。

　4.4.11 动臂提升下降及铲斗前倾时间 动臂的升降时间以及铲斗的前倾时间与装载机的生产率密切相关。

　18

　第五章

　装载机总体参数的选择

　第五章 装载机总体参数的选择 装载机总体参数的选择是对装载机主要性能提出总体要求，作为整机和装配零件设计的依据。装载机的总体参数主要包括:发动机功率、工作装置油泵功率、牵引力、铲斗挖掘力、提升臂、负载能力、铲斗容量、装载机自重、最小转向半径、轮胎尺寸、车速和铲斗旋转时间、轴距、轴距、最大卸载高度、卸载距离、铰链销位置(铰接转向)、重心位置或轴负载分布和较小的总体尺寸。为了合理选择上述参数，根据设计装载机的主要用途、操作和生产要求，从整机性能出发合理选择上述参数。以额定载重量 Q为基本参数的计算式发动机飞轮马力 406.944 63.62 12 * 28.614 63.62 614Q . 28 N

　F      装载机自重(吨)

　W＝4．057Q+1．97=4.057*12+1.97=50.654 最大卸载高度(米)

　 m a xH ＝0．135Q 十 2．37=0.125*12+2.37=3.99

　最小转向半径(按机器最外侧计算)(米)

　 m i nR ＝0．226Q 十 6．33=0.226*12+6.33=9.042 装载机全长 Lt(米)

　 Lt＝0．502Q 十 4．53=0.502*12+4.53=10.554 装载机宽度 Bo(米)

　Bo＝0．218Q 十 1．73=0.218*12+1.73=4.346

　20 装载机高度(按驾驶室高度)(米)

　 hH ＝0．128Q 十 2．69=0.128*12+2.69=4.226 按上述式进行计算，其误差在 3—10％之间。

　1 5.1 装载机的载重量

　装教机通常是与自卸卡车配合作业，为了保证其生产率，一般建议装载机用 3-5 把铲子装满卡车，因此装载机的装载能力 Q可以根据与之相匹配的自卸车的装载能力来确定。此外，应考虑国产装载机的系列化。根据装载能力或铲斗得容量进行划分。

　5.2 铲斗额定斗容量

　铲斗的额定斗容量用下式进行计算 HV =RQ=12/6=2 式中

　Q——额定载重量(吨)；

　 R——物料容积比重(吨／米3 )。

　 对于铲取不同物料时的容重 1 也不同，则铲斗容量也随之改变。按斗容容量一般可分为三类：

　 1)正常斗容，是用来装载和卸载容重 1．4—1．6 吨／米3 的成堆物料，例如泥土、碎石、沙土等。

　 2)大斗容的铲斗，其斗容为常规斗容的 1．4—1．6 倍，用来装卸容重 1．0 左右的物料，例如煤等。

　第五章

　装载机总体参数的选择

　3)小斗容铲斗，为正常斗容的 0．6-0．8 倍，用来装卸容重较大的物料，例如矿石等。对于作业范围相对广泛的装载机可按正常斗容的铲斗计氏取＝1．6 吨／米3 。

　额定斗容即名义堆装斗容。初步计算出几何斗容(即平装斗容)时，可认为KHVV＝2r . 1Q，故其几何斗容为：

　KV =2 . 1V H=2r . 1Q=1.7

　当装载机铲较轻的物料(体积密度小)时，所需铲力比较小，可以使用加大的铲斗。然而，当铲重材料(大容量)时，如果所需铲力较大，将使用铲斗容量减小的铲斗进行工作。

　 5.3 装载机的自重

　现代装载机一般都采用为四轮驱动，所以它的附着重量是驱动车轮上所承受的装载机自身的重量。故现代装载机的附着重量就等于该装载机的自重。装载机靠行进作业，认为它在水平地面工作且不考虑惯性力的作用，欲要克服插入阻力 Po，要求装载机车轮上能发出的驱动力 Pkmax 为

　 Pkmax ＝P。十 W J（2-16）

　式中

　w——装载机的使用重量(公斤)；

　 f——轮胎与地面的波动阻力系数，

　 W J——装载机的波动阻力。

　 但驱动力 Pkmax 。是受车轮与地面的附着条件所限制，即装载机的最大驱动力等于其在地表着力与车轮滚动受到的阻力的总

　22 和。

　Pkmax ＝W 十 Wf（2-17）

　式中

　W——装载机的附着重量(即四轮驱动时的自重)

　 P——轮胎与地面的附着系数。

　 由式(2—16)与(2—17)得

　 装载机的自重为 W  = Po W=0p（2-18）

　取  =0.8 Po= W  =36000*0.8=288KN 式中

　 ——附着系数取 9＝0．70—0．80；

　 Po——铲斗的插入阻力(公斤)。

　 在按式(2—1)计算 Po 冰铲斗宽度 B k 按比较法确定，插入堆料深度 L 0 取斗底直线部分的长度。但按式(2—1)计算出的 Po，因系数选取的不同会有较大的差异，

　故可用统计现有装裁机的比切力的范围，使K0BP等于某一选定的比切力，从而可以得到 Po 的数值，

　用这样的方法可以作为式(2—1)计算插入阻力 Po 的辅助方法。一般 4—6 吨载重量的装载机比切力约为 30-50 公斤／厘米，例如 ZL50 装载机的比切力为 41 公斤／厘米，但大型装载机的比切力更大一些，例如斗容 5m3 ，载重量 l0 吨的 KLD—100 型装载机比切力为 75.5 公斤／厘米。应指出，近年来装载机除用于装载外，

　第五章

　装载机总体参数的选择

　还进行轻度的挖掘工作尤其在矿场，由于工作的艰巨，所以也要求比切力更要大一些。通过对装载机自重的讨论说明：欲达到较大的比切力(可视为装载机的最大牵引力)，一方面取决于装载机要有足够的自重。但自重过大，又会影响装载机的动力性能。因此，有时为得到足够的附着力，可采用向轮胎内充液的办法来达到。另一方面采用合理的轮胎胎面花纹以提高轮胎与地面的附着系数  ，也可得到较大的比切力。

　5.4 车轮上的驱动力

　按式(2—16)，装载机在水平地面作业时，车轮上最大驱动力为：

　 Pkmax ＝P。十 W J 公斤 5.5 装载机作业速度

　建议装载机在运行过程中以 3-4 公里/小时的速度行驶。超过上述速度将导致打滑，延长铲斗的作业时间，导致驾驶员很疲劳，装载机的作业效率下降。在装有液力驱动的装载机中，作业排档传动比的选择应使得：在偶合器工况时装载机的运动速度为 6．5—8 公里／小时，而在变矩器工况最高效率区时的装载机运动速度为 3—4 公里／小时。轮式装载机的最大行驶速度 V max ＝30-40 公里／小时。

　24

　5.6 铲起力

　作用在铲斗切削刃上，由转斗油缸或动臂油缸发出的铲起力 P根据稳定性确定，初留 r 根据额定载重量 Q 近似确定 P＝(1．8—2．3)Q

　 取 P=2.0Q=2*12000=24000N

　如果装载机的臂架装有支撑块，则从斗式油缸起升力 F’可用下式初步计算 F’＝(2．0—3．0)Q

　 取 F’=2.5Q=2.5*12000=30000N 5.7 铲斗最大卸载高度

　 ． 当前倾铲斗底部与水平面之间的角度为 45°时，动臂最大提升高度时铲斗齿尖离地面的高度，称最大高度maxH 。铲斗的最大卸载高度取决于装载机的结构类型和与之配合的运输车辆。

　maxH

　＝h 十△h

　 C 中

　h——运输车辆的侧箱高度，

　 △h——满载时装载机轮胎因受力变形，使铲斗离地间隙减小等原因，斗尖与车箱板间保留的必要间隙变得不稳定。通常取△h＝0．4-0．6 米。

　第五章

　装载机总体参数的选择

　5.8 最 大卸载高度的 作业 距离

　在最大卸载高度作业时，铲斗斗刃与装载机的前轮的水平距离按下式计算 S= bB t 3, tB ——与装载机相配合运作运输车辆车箱的水平宽度； △b——依据安全作业的要求，在装载机作业时装载机的前轮和运输车辆连个者之间所必须保持的距离。取△ b＞0.2 米。

　5.9 后倾角及卸载角

　在运输位置时，铲斗后角(铲斗底面和水平面之间的角度)建议为 45-46°。在此过程中，铲斗可以进一步向后倾斜 15 度。铲斗在最大卸载高度时的卸载角度不得小于 45°，在任何卸载高度时不得小于 45°。

　5.10 隙 最小离地间隙

　为使装载机车轮能够无障碍作业，规定装载机的最小离地高度，这是一个重要性的标志。一般装载机最小离地间隙保持在 350毫米以下。

　5.11

　轴距 L L

　轴距是装载机总体设计中的主要尺寸之一。一般来说，轴距最初是通过比较法选择的，然后通过绘制总布置图可以准确地选

　26 择轴距。轴距 L 的变化主要影响以下三种性能:

　1) 当轴距增加时，最小转弯半径 R 增加，而其他条件保持不变； 2) 增加轴距，装载机的纵向稳定性增加； 3)轴距的增加，相应的车的框架、传动轴等也会变化，因此装载机的自重会上升。

　5.12

　轮距 B B

　大部分装载机的前后轮距大致相同，且前后轮使用轮胎都相同。

　1)车轮踏面增加，装载机的横向稳定性提高，但最小转弯半径 R min增加。

　2)轮轨的增加将导致铲斗宽度的增加。因为轮胎通常比轮胎的最外侧线宽 50-100 毫米(一侧)，以保护轮胎在操作过程中不被损坏，所以车轮踏面增加，铲斗宽度也不可避免地相应地变宽，从而减小每个铲斗边缘长度的插入力。在设计中，希望轮距尽可能小。

　5. 13

　装载机桥荷分配

　铲斗满载时，前端装载机会极大地改变前后桥的负载。即使后轮由于铲运而离开地面，后桥的载荷也为零，并且前轴的载荷可以达到装载机载荷的大约 1.5 倍。为了确保前轴负载不太大，在操作过程中，前轴负载较小，后轴负载较大，但在满载时，情况正好相反。

　前桥负荷增加，后桥负前桥负荷可达到将近装载 因此，没有负载时需要前轴负载

　第五章

　装载机总体参数的选择

　空载和满载时的桥梁荷载是指铲斗后倾装载机进入角度等于15°时，装载机在运输状态下的桥梁荷载。满载时的桥梁荷载是指铲斗中的荷载为额定荷载时的桥梁荷载。

　28 第六章 装载机的总体布置

　 总体布置是为了确保每个组件的部件性能的协调以及它们相互位置的正确布置，从而实现更好的车辆性能。在设计中，每个组件的尺寸、位置和重量通过绘制总布置草图来控制。这项工作与现实紧密结合，同时也与每个组件的设计紧密配合。

　6.1

　总体布置 草图的基准

　为布置各总成部件在整车上的相符位置和尺寸，结果在图上。目前常用的基准可按如下取：

　 1.以框架的上线面为所有零件上下位置的基础；

　 2．以装载机纵向对称面作为其左右位置的参考基准；

　 3．通过后轴中心线并垂直于车架上表面的平面可作为前后位置的参考。

　 首先，在草图上绘制预先选定的轴距和轴距，然后进行每个组件的具体布置。

　6.2

　发动机和传动系的布置

　发动机一般安置于装载机的后部，保证与前置铲斗负荷的平衡，用以增加装载机的稳定性。确定发动机相对后桥中心的前后位置一般依据桥荷分配，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。发动机位置要结合传动系统各总成结构和整机的作业要求考虑周全。发动机位置确定后，即

　第六章

　装载机的总体布置

　可安排变速器、变矩器的位置然后确定传动轴数目。

　6.3

　工作装置布置

　工作装置一般在整车的前端，结合工作装置的设计要求将动臂与车架铰点的位置进行确认。假设动营长度不变，铰点向前，最大卸载空间大作业距离也变大，由于在铲斗中载荷作用下，倾翻力矩增加，在减小此倾翻力矩的同时，又不减小载重量，一般将铰点向后布置，通常不会安排在驾驶室两侧或驾驶室之后，以免因动臂举升时恰在驾驶员的两侧影响驾驶员的安全性。动臂下落时在最低位置时，铲斗停滞前轮之前，必须保证不能与前轮干涉。动臂活动最高举升与最低位置的夹角一般为 90°，这个角度较大，使最大卸载高度时，卸载距离骤然下降，动臂油缸与动臂铰点间的距离(力臂)也急剧减小，使受力情况失控。

　6.4

　摆动桥的 安置

　通常来说，后轴固定在副车架上，副车架通过纵向铰链销与车架连接，使得后轴能够绕纵向轴线自由摆动。通常，后轴的摆动角度被限制块限制在中间位置上下 10-17°。在吊桥上布置时，重心的高度应尽可能设置低。具有这种结构的装载机驱动器随着前框架摆动，因此在操作过程中容易实现铲斗切削刃和水平面之间的倾斜角度，并且能够正确地进行水平挖掘。然而，在操作过程中，前轮很容易在石头和泥土堆上滚动，因此车身会左右摇摆，驾驶员容易驾驶疲劳。另一种结构是整个前框架围绕纵轴摆动。如果驾驶室在后车架上，驾驶员不会与前车架同时摆动，导致不

　30 容易掌握铲斗边缘相对水平面的倾斜角度，因此很少采用这种结构。

　6.5

　转向系的布置

　6.5.1

　铰接式车架使用铰接转向 铰接转向的铰链销有下列三种位置：

　 1)铰链销位于前后轴的中间。转弯时，前轮和后轮的轨迹重合。

　2)铰链销位于前轴和后轴中间的前方，前轮的转弯半径大于后轮的转弯半径。

　 3)铰链销位于前轴和后轴中间的后面，前轮的转弯半径小于后轮的转弯半径。一般来说，采用第一种布置是为了避免前轮和后轮之间有相同的轨道，这可以减少在不良道路上的行驶阻力，并且后轮可以平稳地通过前轮可以通过的狭窄路段。有时在将转向铰销布置在中间有困难时，也采用第二种布置方案但尚没有用第三种方案的。两个转向油缸布置于铰销的两侧，油缸筒与活塞杆分别铰接在前后车架上。从转向系的安全可据性出发，很少只采用一个转向油缸。前后车架围绕铰销相对转动的角度可达70o-90o(每侧 35o-45o)，转动中不应与其它部件发生干涉，由挡铁限制最大转向角度。而我所采用的是第一种方案铰销位于前后轴线的中间，转弯时，前后轮轨迹重合。

　第六章

　装载机的总体布置

　6.5.2

　整体车架采用偏转车轮转向 偏转车轮转向有如下三种：

　 1)后轮为转向轮，使得前轮转弯半径小于后轮转弯半径。

　 2)前轮后轮都是转向轮，其它条件保持不变时(轴距、车轮转角小），并且前后轮的转弯半径相同。

　 3)前轮为转向轮。

　当装载机重载时，前轴载荷大于后轴载荷，通常使用后轮转向。第二种方案较第一种方案更为复杂，特别是为了确保前转向轮和动臂互不影响，给总体布置带来不便。在放置方向盘时，应确保转向轮周围有足够的活动空间，并且方向盘在任何转向角度都不应与周围零件碰撞，尤其是在最大转向角度时与车架碰撞。转向梯形可以布置在桥的前部或后部。这是我采用的第一个方案。后轮是转向轮，后轮的转弯半径大于前轮的转弯半径。

　6.6

　驾驶室的布置

　为了使驾驶员在操作过程中有良好的视野，将整体车架驾驶室设置在车架前部。铰接式装载机的驾驶室有下列三种布局方案：

　6.6.1

　驾驶室在前车架的后端(如图 6.1 a 所示) 这种布置的前视舱方便司机操作铲车，但后视镜视野比较差。转向时，驾驶员与前车架旋转，铲斗始终在驾驶员前方，便于将所卸的堆料与自卸车对齐。当司机把它开在整个车的前面时，司机在挖掘时会受到很大的冲击，而且很容易疲劳。此外，由于驾驶室在前车架上，发动机和变速箱在后车架上，操作机构只能通

　32 过电力、气压或液压来操作。目前国外有少数装载机驾驶室是这样布置的。

　图 6.1 a 6.6.2

　 驾驶室悬臂固定在后车架的前端(图 6.1 b)

　 这种部署形式前后方视野中等，运转工作时驾驶员与铲斗各司其职，铲斗进行工作（装卸堆料或自卸）远不如前者方便。作业中驾驶员受到冲击影响较小，在非直线行驶时，不易疲劳。目前大多数采用这种布置形式。

　第六章

　装载机的总体布置

　 图 6.1 b 6.6.3

　 驾驶室布置在后车架的前部(图 6.1 c) 前方视野差，后方视野好，作业时驾驶员受到冲击较小，不易疲劳。目前也有采用这种布置形式的。我采用的正是这种方案

　34

　图 6.1 c

　第六章

　装载机的总体布置

　 结论

　我设计的题目是 ZL120 装载机整体设计，这种型号的装载机目前在国内还不能生产，我认识到中国的装载机行业乃至于整个机械行业和日本美国等发达国家还是有很大差距的。

　毕业设计是大学的最后一门科目，在本次设计中运用了我在大学中所学到的所有知识，它需要严谨的科学态度去对待，我对此有很深的体会，陈玲老师给我们做了很好的榜样。本次设计锻炼了我的逻辑思维能力和动手解决问题的能力，是我们对自己有了清楚的认知，培养了我独立进行设计的能力还有制图能力，把自己所掌握的能够学以致用。

　由于所学程度和实际工作方向的限制，在这次设计中仍然存在很多不足或者不全面的问题，希望可以得到老师的批评指正。

　36

　致谢

　首先感谢陈玲老师，正是在她的悉心指导下我顺利准时的完成了我的毕业设计。他们的科学严谨的态度给我留下了深刻的印象。我还要感谢我们寝室的同学，在我遇到困难的时候，是他们给我无私的帮助。

　致谢

　参考文献

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　38