ZL40裝載機工作裝置設計與研究

王進　朱英

摘要：裝載機屬于土方機械的一種，通過安裝在前端的鏟斗和連桿機構（即工作裝置）實現鏟裝、提升和卸料功能。本次設計主要對工作裝置進行設計：裝載機采掘和卸載貨物的作業是通過工作裝置的運動實現的。設計了一種多功能鏟斗，集裝載，推，平，夾各種工作方式于一體，增加了功能，提高了對環境的適應性。其工作裝置由鏟斗、動臂、搖臂、連桿及液壓系統等組成。主要研究分析了工作裝置設計改進和試驗的方法，使該工作裝置既滿足目標壽命要求，又縮短了產品開發周期。

關鍵詞：工作裝置;鏟斗;連桿機構

1? 裝載機的總體構造

ZL40輪式裝載機整車外觀結構圖1如下所示

2? 工作裝置結構分析

工作機構是整機重要組成部分，主要由五種機構組成。鏟斗用來裝卸，動臂用來給鏟斗提升時提供動力，裝載機的工作結構主要分為有鏟斗和沒有鏟斗的，無鏟斗的結構簡單，在進行作業時，轉動角較大，由于不同的連桿，搖臂以及鉸接位置也不一樣，這就可組合不同的連桿機構，所以在進行結構選擇的時候，要考慮結構是否簡單，也要考慮挖一進一退掘方式和等等。有鏟斗的，動臂、連桿、托架和支座構成的平行四邊形連桿機構，這種結構可以保證鏟斗的穩定性，使物料不容易灑出來。

鏟斗是直接用來切削、收集、運輸和卸出物料，裝載機工作時的插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發揮出來的，鏟斗的結構形狀及尺寸直接影響裝載機的作業效率和工作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業效率是鏟斗設計的主要要求。鏟斗是在惡劣的環境下工作，承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨損，所以要求鏟斗具有足夠的強度和剛度，同時要耐磨。

鏟斗切削刃的形狀根據鏟掘物料的種類不同而不同，一般分為直線型或非直線型兩種。直線型切削刃簡單并利于地面刮平作業，但切削阻力較大。非直線型切削刃有V型和弧型等，裝載機用的較多是V型斗刃。這種切削刃由于中間突出，在插入料堆時，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆;同時減少“偏載切入”有一定的效果。但鏟斗的裝滿系數要小于直線型斗刃的鏟斗。

3? 工作裝置結構設計

裝載機采用的轉斗油缸后置式反轉六桿機構，這種機構可選擇恰當的話，可以實現自動放平，這種機構結構十分緊湊，駕駛員操控裝載機進行作業時可以獲得較好的視線根據裝載機的用途、作業條件及技術經濟指標等擬訂的設計任務書的要求，選定了工作裝置結構形式以后，可開始進行工作裝置的結構設計。

工作裝置的結構設計包括：

1.對動臂，搖臂進行尺寸確認以及確定鉸接位置：

2.對動臂及動臂油缸進行鉸接位置確定：

3.分析連桿機構的構成。

要保證滿足設計的使用要求及經濟指標，還要考慮卸載時能夠卸載干凈，工作裝置壞了的話可以進行更換。還要保證工作機構在工作時不干擾到其他。

工作裝置的設計是一個很復雜問題，因為構成工作裝置的每一個構件變化都會影響到工作裝置。

4? 工作裝置強度計算

4.1 外載荷的確定

分析裝載機插入料堆、鏟起、提升、卸載等作業過程可知，裝載機在鏟掘物料時，工作裝置的受力最大，所以取鏟斗斗底與地面的前傾角5度時的鏟取位置作為計算位置，且假定外載荷作用在鏟斗的切削刃上。

由于物料種類和作業條件的不同，裝載機實際作業不可能使鏟斗切削刃均勻的受力，可將其轉化為兩種情況：1.認為載荷沿切削刃中部的集中載荷來代替均布載荷，稱為對稱受載的情況;2.由于鏟斗偏鏟，料堆密實程度不同，使載荷偏于鏟斗一側。形成偏載情況，通常將其簡化后的集中載荷加在鏟斗側邊第一斗齒上。

裝載機的鏟掘過程通常分為如下三種受力情況：

1.鏟斗水平插入料堆，工作裝置油缸閉鎖，此時認為切削刃只受到水平插入阻力的作用。

2.鏟斗水平插入料堆后，翻轉鏟斗（靠轉斗油缸工作）或提升動臂（依靠動臂油缸工作）鏟掘時，認為切削刃只受到垂直力的作用。

3.鏟斗邊插入邊收斗或邊提臂鏟掘時，認為水平力與垂直力同時作用在鏟斗切削刃上。

綜合上述分析，可以得到以下六種工作裝置的典型結構和工況：

1.水平力的作用工況

2.垂直力的作用工況

3.對稱水平力與垂直力同時作用的工況

4.水平偏載的作用工況。

5.受垂直力偏載的作用工況，垂直力大小與工況II相同。

6.受水平偏載與垂直偏載同時作用的工況，水平力與垂直力的大小與工況Ⅲ相同。

4.2 工作裝置受力分析

在確定了計算位置及外載荷的大小后，可進行工作裝置的受力分析。

在對稱受載的工況下，由于工作裝置是個對稱結構，故兩動臂受的載荷相等。同時略去鏟斗及支撐橫梁對動臂的受力與變形的影響，則可取工作裝置的一側進行分析，其上作用的載荷取相應工況外載荷的一半進行分析計算

結束語：

本文通過對ZL40裝載機典型應用設計，確定了工作裝置的分析模型，滿足目標壽命要求，且縮短了產品開發周期。這項研究不僅對裝載機生產企業具有現實的指導意義，同時也具有很好的工程實踐意義。

參考文獻

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導師簡介：朱英，女，山東協和學院教師，碩士研究生，研究方向：機械制造及其自動化。