王進(jìn)　朱英

摘要：裝載機(jī)屬于土方機(jī)械的一種，通過安裝在前端的鏟斗和連桿機(jī)構(gòu)（即工作裝置）實(shí)現(xiàn)鏟裝、提升和卸料功能。本次設(shè)計(jì)主要對(duì)工作裝置進(jìn)行設(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。設(shè)計(jì)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(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。其工作裝置由鏟斗、動(dòng)臂、搖臂、連桿及液壓系統(tǒng)等組成。主要研究分析了工作裝置設(shè)計(jì)改進(jìn)和試驗(yàn)的方法，使該工作裝置既滿足目標(biāo)壽命要求，又縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：工作裝置;鏟斗;連桿機(jī)構(gòu)

1? 裝載機(jī)的總體構(gòu)造

ZL40輪式裝載機(jī)整車外觀結(jié)構(gòu)圖1如下所示

2? 工作裝置結(jié)構(gòu)分析

工作機(jī)構(gòu)是整機(jī)重要組成部分，主要由五種機(jī)構(gòu)組成。鏟斗用來裝卸，動(dòng)臂用來給鏟斗提升時(shí)提供動(dòng)力，裝載機(jī)的工作結(jié)構(gòu)主要分為有鏟斗和沒有鏟斗的，無鏟斗的結(jié)構(gòu)簡單，在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)構(gòu)，所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選擇的時(shí)候，要考慮結(jié)構(gòu)是否簡單，也要考慮挖一進(jìn)一退掘方式和等等。有鏟斗的，動(dòng)臂、連桿、托架和支座構(gòu)成的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以保證鏟斗的穩(wěn)定性，使物料不容易灑出來。

鏟斗是直接用來切削、收集、運(yùn)輸和卸出物料，裝載機(jī)工作時(shí)的插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機(jī)的作業(yè)效率和工作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗設(shè)計(jì)的主要要求。鏟斗是在惡劣的環(huán)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(qiáng)度和剛度，同時(shí)要耐磨。

鏟斗切削刃的形狀根據(jù)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(yè)，但切削阻力較大。非直線型切削刃有V型和弧型等，裝載機(jī)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(shí)，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆;同時(shí)減少“偏載切入”有一定的效果。但鏟斗的裝滿系數(shù)要小于直線型斗刃的鏟斗。

3? 工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝載機(jī)采用的轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)可選擇恰當(dāng)?shù)脑?，可以?shí)現(xiàn)自動(dòng)放平，這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)十分緊湊，駕駛員操控裝載機(jī)進(jìn)行作業(yè)時(shí)可以獲得較好的視線根據(jù)裝載機(jī)的用途、作業(yè)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等擬訂的設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，選定了工作裝置結(jié)構(gòu)形式以后，可開始進(jìn)行工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：

1.對(duì)動(dòng)臂，搖臂進(jìn)行尺寸確認(rèn)以及確定鉸接位置：

2.對(duì)動(dòng)臂及動(dòng)臂油缸進(jìn)行鉸接位置確定：

3.分析連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成。

要保證滿足設(shè)計(jì)的使用要求及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，還要考慮卸載時(shí)能夠卸載干凈，工作裝置壞了的話可以進(jìn)行更換。還要保證工作機(jī)構(gòu)在工作時(shí)不干擾到其他。

工作裝置的設(shè)計(jì)是一個(gè)很復(fù)雜問題，因?yàn)闃?gòu)成工作裝置的每一個(gè)構(gòu)件變化都會(huì)影響到工作裝置。

4? 工作裝置強(qiáng)度計(jì)算

4.1 外載荷的確定

分析裝載機(jī)插入料堆、鏟起、提升、卸載等作業(yè)過程可知，裝載機(jī)在鏟掘物料時(shí)，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(shí)的鏟取位置作為計(jì)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(yè)條件的不同，裝載機(jī)實(shí)際作業(yè)不可能使鏟斗切削刃均勻的受力，可將其轉(zhuǎn)化為兩種情況：1.認(rèn)為載荷沿切削刃中部的集中載荷來代替均布載荷，稱為對(duì)稱受載的情況;2.由于鏟斗偏鏟，料堆密實(shí)程度不同，使載荷偏于鏟斗一側(cè)。形成偏載情況，通常將其簡化后的集中載荷加在鏟斗側(cè)邊第一斗齒上。

裝載機(jī)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(shí)認(rèn)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(zhuǎn)鏟斗（靠轉(zhuǎn)斗油缸工作）或提升動(dòng)臂（依靠動(dòng)臂油缸工作）鏟掘時(shí)，認(rèn)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(shí)，認(rèn)為水平力與垂直力同時(shí)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(jié)構(gòu)和工況：

1.水平力的作用工況

2.垂直力的作用工況

3.對(duì)稱水平力與垂直力同時(shí)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(shí)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(jì)算位置及外載荷的大小后，可進(jìn)行工作裝置的受力分析。

在對(duì)稱受載的工況下，由于工作裝置是個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，故兩動(dòng)臂受的載荷相等。同時(shí)略去鏟斗及支撐橫梁對(duì)動(dòng)臂的受力與變形的影響，則可取工作裝置的一側(cè)進(jìn)行分析，其上作用的載荷取相應(yīng)工況外載荷的一半進(jìn)行分析計(jì)算

結(jié)束語：

本文通過對(duì)ZL40裝載機(jī)典型應(yīng)用設(shè)計(jì)，確定了工作裝置的分析模型，滿足目標(biāo)壽命要求，且縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。這項(xiàng)研究不僅對(duì)裝載機(jī)生產(chǎn)企業(yè)具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義，同時(shí)也具有很好的工程實(shí)踐意義。

參考文獻(xiàn)

[1]吳迪，張青哲.挖掘裝載機(jī)裝載工作裝置應(yīng)力分析[J].建筑機(jī)械，2019（11）：57-61.

[2]張宏梅.挖掘裝載機(jī)挖掘端回轉(zhuǎn)特性研究[D].吉林大學(xué)，2019.

[3]張磊. 裝載機(jī)工作裝置焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)估方法研究[D].長安大學(xué)，2019.

[4]劉治前.R1700G新型裝配式礦用裝載機(jī)鏟斗[J].工程機(jī)械文摘，2019（05）：29-30.

導(dǎo)師簡介：朱英，女，山東協(xié)和學(xué)院教師，碩士研究生，研究方向：機(jī)械制造及其自動(dòng)化。