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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文
題目 ZL15型輪式裝載機(jī)
工作裝置設(shè)計(jì)
4
前 言
裝載機(jī)主要用來裝卸成堆散料，也能進(jìn)行輕度的鏟掘工作。由于它適用于建筑、農(nóng)業(yè)、礦山、鐵道、公路、水電等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，因此，在國內(nèi)外產(chǎn)量與品種的發(fā)展都較快，是工程機(jī)械中的一個(gè)主要機(jī)種。
裝載機(jī)根據(jù)不同的使用要求，發(fā)展形成了不同的結(jié)構(gòu)類型。通常，按使用場合的不同，分成露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)；接行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，分成輪式裝載機(jī)與履帶式裝載機(jī)；按卸料方式不同，分為前卸式(前端式)、后卸式與回轉(zhuǎn)式裝載機(jī)。本書主要論述露天工程用的輪式裝載機(jī)的設(shè)計(jì)。
裝載機(jī)的設(shè)計(jì)，大致要經(jīng)歷：明確任務(wù)、調(diào)查研究、制訂設(shè)計(jì)任務(wù)書，進(jìn)行整車布置、確定整機(jī)的主要性能參數(shù)，進(jìn)行各部件的方案設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算，技術(shù)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，試驗(yàn)鑒定和修改定型等這樣一些階段。一臺(tái)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)是否成功，首先是從能否滿足使用要求，好造、好用、好修，具備較高的作業(yè)生產(chǎn)串和較低的使用成本來衡量的。這體現(xiàn)在設(shè)計(jì)工作中，就是應(yīng)當(dāng)使裝載機(jī)具有較完善的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能與指標(biāo)以及先進(jìn)的部件結(jié)構(gòu)方案。
摘 要
我所設(shè)計(jì)的ZL15裝載機(jī)既保留了傳統(tǒng)裝載機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而有具有新的性能和優(yōu)點(diǎn)。
本次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的工作裝置的設(shè)計(jì)。裝載機(jī)采掘和卸載貨物的作業(yè)是通過工作裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。裝載機(jī)的工作裝置由鏟斗，動(dòng)臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。鏟斗以鏟裝物料；動(dòng)臂和動(dòng)臂油缸的作用是提升鏟斗并使之與車架連接；轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂，連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)臂的升降和鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)采用液壓操作。
先對裝載機(jī)的發(fā)展概況幾設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想、特點(diǎn)、任務(wù)進(jìn)行概述，然后確定方案，在技術(shù)設(shè)計(jì)部分羅列了ZL15裝載機(jī)的主要技術(shù)性能和參數(shù)，進(jìn)行了牽引特性計(jì)算，工作裝置設(shè)計(jì)。工作裝置設(shè)計(jì)中有工作裝置運(yùn)動(dòng)分析，對鏟斗、動(dòng)臂、連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)等幾部分組成。
在工藝設(shè)計(jì)中敘述了工藝工程。應(yīng)用程序計(jì)算了受力分析。總之，整個(gè)設(shè)計(jì)是有序地完成的。
在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，在老師及其他老師的指導(dǎo)下順利完成的，通過這次設(shè)計(jì)，我學(xué)到很多東西，在實(shí)踐中把大學(xué)中所學(xué)的知識綜合運(yùn)用復(fù)習(xí)了一次，同時(shí)也學(xué)到很多新的東西，受益非淺。在此，本人表示衷心感謝！并真誠希望各位老師對我提出寶貴的意見。
Abstract
This type of ZL15 loader that I have designed has the common virtues of the traditional loaders.And it has some new-improved virtues and function.
In my design progress,I put emphasis on the working-device.
The ZL15 loader also has some traditional virtues like the articulited wheel-type loader.The loader digging and unload the goods by the working-device.The working-device has many
Parts and it is connected to the machine.Some parts of the device’s turning by liquid press realize.
At first,I introduce the developing trend of the loaders,and explained the main designing idea, designing characteristic and designing task.The second part is the whole designing prgram.In the technical designing part,the main technological parameters and technological features of the ZL15 loader are listed.The following part is the calculation part of the tractive features and the designing of the working device.
The necessary computer progress is placed in the end of my designing progress,all the computer program was composed with C language .In a word,the whole designing progress is designed carefully and step by step.I wish my design could clearly explained my designing idea.
With the kind help of Mr.LiFeng and other teachers,I finished my design successfully.Through designing this type of ZL15 loader,I have attained a lot which was new to me.Here,I want to express my heartful gratitude to those teachers.At the same time ,the shortcomings in my design need to be poingted out by the teachers.thank you all.
目 錄
第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書……………………………………………………1
第二章 裝載機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用
2.1 裝載機(jī)在的介紹……………………………………………1
2.2 裝載機(jī)在地下開采中的應(yīng)用………………………………2
2.3 我國裝載機(jī)的發(fā)展前景 …………………………………3
第三章 輪式裝載機(jī)總體參數(shù)的確定…………………………………4
第四章 裝載機(jī)的總體布置
4.1 裝載機(jī)的總體布置原則……………………………………6
4.2 裝載機(jī)各部件的布置………………………………………7
4.3 裝載機(jī)的總體構(gòu)造和分類…………………………………9
第五章 裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)
5.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析……………………………………… 10
5.2 鏟斗設(shè)計(jì)………………………………………………… 11
5.3 工作機(jī)構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)…………………… 15
5.4 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算……………………………………… 21
5.5 裝載機(jī)工作裝置中油缸作用力的確定 ………………… 29
5.6 工作裝置的限位機(jī)構(gòu) …………………………………… 30
總結(jié)…………………………………………………………………… 31
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………… 32
第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
一． 課題名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及要求
ZL15型裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)
裝載機(jī)工作裝置斗容：0.9
額定載重量：1.5
柴油機(jī)功率：50
整機(jī)重量：5.1
最大卸載高度：2500
最小卸載距離：850
要求：保證裝載機(jī)工作的功能，滿足工程機(jī)械的各項(xiàng)使用性能。
二． 課題內(nèi)容幾工作量
1. 總體方案確定
2. 工作裝置結(jié)構(gòu)形式分析
3. 工作裝置運(yùn)動(dòng)分析
4. 工作裝置性能分析
5. 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)
6. 電算程序
7. 譯文（機(jī)械設(shè)計(jì)類）
第二章 裝載機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r
2.1 輪式裝載機(jī)的介紹
金屬礦山的開采可劃分為露天開采和地下開采兩大類。我國露天礦采以礦石的比重約占70％，但從事地下開采的人員比露天開采的人員多。這是因?yàn)榈叵麻_采的條件復(fù)雜，使用的設(shè)備種類繁多，在產(chǎn)量相同的條件下，對地下礦投資的人力和物力遠(yuǎn)大于露天礦的緣故。
保護(hù)自然環(huán)境和合理地利用礦藏資源，是發(fā)展社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的必要條件。隨著淺埋礦床的耗盡而愈來愈向深部開采，或當(dāng)露天升采的深度很大而使地表遭受大面積的破壞時(shí)，就必須采用地下開采?？梢灶A(yù)料今后地下開采仍將逐漸增加。
不論是露天礦開采還是地下礦開采，對礦體較硬的金屬礦山，都是經(jīng)鑿巖爆破將崩落松散礦石或巖石，經(jīng)裝運(yùn)作業(yè)運(yùn)至下步工序的作業(yè)地點(diǎn)。裝載作業(yè)是礦山整個(gè)生產(chǎn)過程小既繁重又費(fèi)時(shí)的作業(yè)。所以努力提高裝載機(jī)械的作業(yè)能力，對實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)的高效率低消耗想著重要的作用。
ZL系列輪式裝載機(jī)是一種高效率的工程機(jī)械，具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能可靠，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，操縱方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于礦山，建筑工地，道路修建，水利工程，港口，貨場，電站以及其他工業(yè)部門，進(jìn)行裝載，推土，鏟挖，起重，牽引等多種作業(yè)。對加快工程建設(shè)速度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度提高工程質(zhì)量降低工程成本都發(fā)揮著重要作用，因此近幾年來無論在國內(nèi)還是國外裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。
為適應(yīng)裝載機(jī)多功能作業(yè)的要求，輪式裝載機(jī)已經(jīng)向一機(jī)功能方向發(fā)展。這主要靠主機(jī)控制適合多種作業(yè)的組合工作裝置完成。80年代國外裝載機(jī)和液壓挖掘機(jī)除了不斷完善裝，挖功能外，正向一機(jī)多能方向發(fā)展。許多公司競相生產(chǎn)各式各樣的輔助機(jī)構(gòu)。這種機(jī)型使用范圍很廣，其產(chǎn)品受到用戶的普遍關(guān)注。
在通用拖拉機(jī)前端加裝載裝置，后部加挖掘裝置可改裝變形成前裝后挖拖拉機(jī)，亦稱挖掘裝載機(jī)，俗稱“兩頭忙”。
工作裝置的性能分析過去多采用作圖分析和手工計(jì)算法，工作量繁重，精度較低。當(dāng)分析工礦較多時(shí)問題更為突出，為克服手工畫圖的誤差。本次設(shè)計(jì)前面所進(jìn)行的工作裝置CAD設(shè)計(jì)是通過看資料、實(shí)物，通過初步分析、計(jì)算而確定的方案。其次要考慮各個(gè)工作液壓缸作用力的均衡性，整機(jī)的穩(wěn)定性，整機(jī)與地面的附著性、滿足結(jié)構(gòu)和布置的可能性，以綜合比較初選方案，從而確定機(jī)構(gòu)參數(shù)（一般來說，從計(jì)算機(jī)輔助分析中發(fā)現(xiàn)不合理的現(xiàn)象可究其原因，采取改進(jìn)措施，是設(shè)計(jì)合理化。對已經(jīng)擬訂的各種方案可通過計(jì)算機(jī)輔助分析作進(jìn)一步的取舍和修改，以便確定較合理的方案）。同時(shí)，通過性能分析能夠很清楚的了解到這個(gè)裝載機(jī)裝置在各個(gè)位置或各種工況時(shí)的里和其它參數(shù)，有利于更有效地使用挖掘裝載機(jī)和使這種裝載機(jī)工作效率得到最大限度的發(fā)揮。
2.2 裝載機(jī)在地下開采中的應(yīng)用
地下礦的開采，包括開拓、采準(zhǔn)、回采三個(gè)步驟。開拓是礦山的基建工程，它是用井巷把地表與山地下礦體接通，并建成完整的運(yùn)輸、通風(fēng)、排水的并巷工程，包括豎井、斜井、盲井、井底車場，如水泵房、變電室、機(jī)修站、火藥庫等，還有石門、階段運(yùn)輸巷道、溜井等。
采準(zhǔn)是指掘進(jìn)形成采區(qū)外形的一些巷道及為了回采工作面的碎巖和爆破而需要的自由空間。前者如采區(qū)的運(yùn)輸巷道、通風(fēng)和人行天井，以及電耙巷道等，如切割槽、拉底空間、放礦漏斗等。
回采就是做完采準(zhǔn)后，在采區(qū)工作面進(jìn)行的落礦、裝運(yùn)和管理作業(yè)?；夭芍械牡V石裝運(yùn)作業(yè)是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。
裝載作業(yè)就是把開拓、采準(zhǔn)、回采的礦石或巖石裝入運(yùn)輸工具或卸入溜井。開拓、采準(zhǔn)和回采三者在使用裝運(yùn)機(jī)械方面對比起來，采準(zhǔn)工程的特點(diǎn)是：它的裝運(yùn)作業(yè)工作量，是在階段水平以上或礦房內(nèi)部及礦床上下盤中進(jìn)行的。一般地說，這些巷道斷面尺寸小、長度短，分布在階段水平以上不同的高度上，要求機(jī)械設(shè)備輕便靈活，便于調(diào)入和調(diào)出及遷移到不同高度上。在斷面只寸很小的空間內(nèi)工作，由于設(shè)備的調(diào)入遷移和使用都比較困難，致使采準(zhǔn)工作的機(jī)械化程度低、工作效率低、成本高。因此采準(zhǔn)工作量的多少，便成為衡量采礦方法好壞的重要指標(biāo)之一。
2.3 我國裝載機(jī)的發(fā)展前景
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的調(diào)整發(fā)展，大型輪式裝載機(jī)的需求量會(huì)有大幅度上升，特別是西部大 開發(fā)，許多大型工程建設(shè)等，大型輪式裝載機(jī)大有用武之地。另外，世界上生產(chǎn)大型輪式裝載 機(jī)的國家、企業(yè)也不多，出口前景也非常好，苦于我們還拿不出產(chǎn)品。
1999年，我國全行業(yè)ZL60型共銷28臺(tái)，ZL80型及ZL100型一臺(tái)也未銷售。因此，我國大型 輪式裝載機(jī)可以說是基本上未推向市場。影響推出市場的主要原因是，除開發(fā)水平較低外，主 要是配套件跟不上。大型 輪式裝載機(jī)的配套件國內(nèi)基本上沒有，有少量的也是水平低，可靠 性差，不太適用，進(jìn)口配套件價(jià)格又太貴。因此大型輪式裝載機(jī)的國內(nèi)市場基本上被國外大公 司所占領(lǐng)。我國裝載機(jī)行業(yè)，特別是主要裝載機(jī)制造企業(yè)，應(yīng)抓住我國加入WTO 后進(jìn)口件價(jià)格 降低的機(jī)遇，進(jìn)口一部分重要的關(guān)鍵部件，同時(shí)為盡量降低成本，加大力度開發(fā)一些目前已經(jīng)有能力開發(fā)的零部件，如傳動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)橋、液壓件中的缸、閥等，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，開發(fā)出 具有中國特色的大型輪式裝載機(jī)。只要我們的產(chǎn)品能占領(lǐng)國內(nèi)市場，也一定能打進(jìn)國際市場。
國產(chǎn)挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)數(shù)量很少，在我國ZL20型以下屬小型裝載機(jī)，據(jù)1999 年全行業(yè)主要企業(yè)統(tǒng)計(jì),共銷售小型裝載機(jī)有1546 臺(tái)，能占全行業(yè)的8.2％。
國外小型裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)，包括挖掘裝載機(jī)在內(nèi)，市場份額已相當(dāng)大。美國的 山貓牌小型多功能裝載機(jī)年銷量在5萬臺(tái)左右，還有美國的凱斯、約翰迪爾、卡特彼勒、英國 的JCB公司等的挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)年銷量都在萬臺(tái)上?？梢娛澜缡袌錾贤诰蜓b載 機(jī)及小型多功能裝載機(jī)市場是多么大，而中國目前這類產(chǎn)品基本上還沒有。這類產(chǎn)品特別適用 于市政建設(shè)、中小城鎮(zhèn)建設(shè)、鄉(xiāng)間非等級公路建設(shè)、一般公路的維護(hù)保養(yǎng)、港口碼頭作業(yè)，還 有改造環(huán)境、植樹造林等。特別是西部大開發(fā)，這類產(chǎn)品將有廣闊的潛在市場。這類產(chǎn)品的開發(fā)，今后肯定是以靜液壓件傳動(dòng)為主，目前世界上小型裝載機(jī)、小型多功能裝載機(jī)基本上都是 靜液壓傳動(dòng)。我國要能真正把這類產(chǎn)品發(fā)展起來，必須有自己的創(chuàng)新。裝載機(jī)行業(yè)的廣大企 業(yè)，特別是有能力的大企業(yè)，應(yīng)加大創(chuàng)新力度，去爭我國小型裝載機(jī)、小型多功能裝載機(jī)、挖掘裝載機(jī)等這一巨大的潛在市場。
我國西部3000米以上高海拔地區(qū)及沙漠地區(qū)占了很大的面積，在實(shí)施西部大開發(fā)中，高原 及沙漠型特殊用途裝載機(jī)需要量較大，國內(nèi)目前基本上還沒有這類產(chǎn)品，而國外大公司在這方 面已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品。因此，我國加入WTO后，這個(gè)巨大的潛在市場很可能被國外大公司所占領(lǐng)。我國的裝載機(jī)行業(yè)從現(xiàn)在起應(yīng)積極行動(dòng)起來，與有關(guān)科研院所及有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)等配套件企業(yè)聯(lián)合起來，盡快開發(fā)出具有中國特色的高原、沙漠型特殊用途裝載機(jī)，去搶占我國西部這一潛在大市場。
中型輪式裝載機(jī)是國內(nèi)最成熟而產(chǎn)量又大大過剩的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品只要“入世”后實(shí)行國 際采購，提高質(zhì)量、水平、可靠性，那么大批進(jìn)入國際市場的機(jī)遇就在眼前。
第三章 輪式裝載機(jī)總體參數(shù)的確定
3.1 裝載機(jī)鏟掘時(shí)的作業(yè)阻力
裝載機(jī)在進(jìn)行鏟掘作業(yè)中的作業(yè)阻力主要是：鏟斗插入料堆時(shí)的插入力；提升動(dòng)臂時(shí)的鏟起力；翻起轉(zhuǎn)斗時(shí)的轉(zhuǎn)斗阻力矩。影響這些阻力的因素很多，例如鏟掘的物料種類、鏟斗的形狀，鏟斗插入的深度等。而鏟掘的物料種類又是多種多樣的，可能是土壤砂石，也可能是各種塊度的礦石，因此在這些復(fù)雜因素影響下，難以準(zhǔn)確的計(jì)算出裝載機(jī)鏟掘時(shí)的作業(yè)阻力，為確定這些阻力，則通過鏟掘散狀物料試驗(yàn)的辦法得出經(jīng)驗(yàn)公式和多種系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，下面分別計(jì)算裝載機(jī)在鏟掘散狀物料時(shí)的各種阻力。
一、插入阻力
插入阻力是裝載機(jī)鏟斗插入料堆時(shí)，料堆對鏟斗的反作用力。插入阻力分別由以下阻力組成：鏟斗前切削刃口和兩側(cè)壁切削刃口的阻力；鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力；鏟斗外表面與物料接觸時(shí)的摩擦阻力。這些阻力與物料的類型、料堆的高度、鏟今插入料堆的深度、鏟斗的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。由實(shí)驗(yàn)得知，隨著鏟斗插入料堆深度的增加，插入力隨指數(shù)稍大于1的拋物線而增長，推薦用下面的經(jīng)驗(yàn)公式11算：