ZL40装载机工作装置设计与研究

王进　朱英

摘要：装载机属于土方机械的一种，通过安装在前端的铲斗和连杆机构（即工作装置）实现铲装、提升和卸料功能。本次设计主要对工作装置进行设计：装载机采掘和卸载货物的作业是通过工作装置的运动实现的。设计了一种多功能铲斗，集装载，推，平，夹各种工作方式于一体，增加了功能，提高了对环境的适应性。其工作装置由铲斗、动臂、摇臂、连杆及液压系统等组成。主要研究分析了工作装置设计改进和试验的方法，使该工作装置既满足目标寿命要求，又缩短了产品开发周期。

关键词：工作装置;铲斗;连杆机构

1  装载机的总体构造

ZL40轮式装载机整车外观结构图1如下所示

2  工作装置结构分析

工作机构是整机重要组成部分，主要由五种机构组成。铲斗用来装卸，动臂用来给铲斗提升时提供动力，装载机的工作结构主要分为有铲斗和没有铲斗的，无铲斗的结构简单，在进行作业时，转动角较大，由于不同的连杆，摇臂以及铰接位置也不一样，这就可组合不同的连杆机构，所以在进行结构选择的时候，要考虑结构是否简单，也要考虑挖一进一退掘方式和等等。有铲斗的，动臂、连杆、托架和支座构成的平行四边形连杆机构，这种结构可以保证铲斗的稳定性，使物料不容易洒出来。

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。

铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类不同而不同，一般分为直线型或非直线型两种。直线型切削刃简单并利于地面刮平作业，但切削阻力较大。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;同时减少“偏载切入”有一定的效果。但铲斗的装满系数要小于直线型斗刃的铲斗。

3  工作装置结构设计

装载机采用的转斗油缸后置式反转六杆机构，这种机构可选择恰当的话，可以实现自动放平，这种机构结构十分紧凑，驾驶员操控装载机进行作业时可以获得较好的视线根据装载机的用途、作业条件及技术经济指标等拟订的设计任务书的要求，选定了工作装置结构形式以后，可开始进行工作装置的结构设计。

工作装置的结构设计包括：

1.对动臂，摇臂进行尺寸确认以及确定铰接位置：

2.对动臂及动臂油缸进行铰接位置确定：

3.分析连杆机构的构成。

要保证满足设计的使用要求及经济指标，还要考虑卸载时能够卸载干净，工作装置坏了的话可以进行更换。还要保证工作机构在工作时不干扰到其他。

工作装置的设计是一个很复杂问题，因为构成工作装置的每一个构件变化都会影响到工作装置。

4  工作装置强度计算

4.1 外载荷的确定

分析装载机插入料堆、铲起、提升、卸载等作业过程可知，装载机在铲掘物料时，工作装置的受力最大，所以取铲斗斗底与地面的前倾角5度时的铲取位置作为计算位置，且假定外载荷作用在铲斗的切削刃上。

由于物料种类和作业条件的不同，装载机实际作业不可能使铲斗切削刃均匀的受力，可将其转化为两种情况：1.认为载荷沿切削刃中部的集中载荷来代替均布载荷，称为对称受载的情况;2.由于铲斗偏铲，料堆密实程度不同，使载荷偏于铲斗一侧。形成偏载情况，通常将其简化后的集中载荷加在铲斗侧边第一斗齿上。

装载机的铲掘过程通常分为如下三种受力情况：

1.铲斗水平插入料堆，工作装置油缸闭锁，此时认为切削刃只受到水平插入阻力的作用。

2.铲斗水平插入料堆后，翻转铲斗（靠转斗油缸工作）或提升动臂（依靠动臂油缸工作）铲掘时，认为切削刃只受到垂直力的作用。

3.铲斗边插入边收斗或边提臂铲掘时，认为水平力与垂直力同时作用在铲斗切削刃上。

综合上述分析，可以得到以下六种工作装置的典型结构和工况：

1.水平力的作用工况

2.垂直力的作用工况

3.对称水平力与垂直力同时作用的工况

4.水平偏载的作用工况。

5.受垂直力偏载的作用工况，垂直力大小与工况II相同。

6.受水平偏载与垂直偏载同时作用的工况，水平力与垂直力的大小与工况Ⅲ相同。

4.2 工作装置受力分析

在确定了计算位置及外载荷的大小后，可进行工作装置的受力分析。

在对称受载的工况下，由于工作装置是个对称结构，故两动臂受的载荷相等。同时略去铲斗及支撑横梁对动臂的受力与变形的影响，则可取工作装置的一侧进行分析，其上作用的载荷取相应工况外载荷的一半进行分析计算

结束语：

本文通过对ZL40装载机典型应用设计，确定了工作装置的分析模型，满足目标寿命要求，且缩短了产品开发周期。这项研究不仅对装载机生产企业具有现实的指导意义，同时也具有很好的工程实践意义。

参考文献

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[4]刘治前.R1700G新型装配式矿用装载机铲斗[J].工程机械文摘，2019（05）：29-30.

导师简介：朱英，女，山東协和学院教师，硕士研究生，研究方向：机械制造及其自动化。