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1、摘要 裝載機屬于鏟土運輸機械類是工程機械的主要機種之一，是一種通過安裝在前端 一個完整的鏟斗支撐結構和連桿，隨機器向前運動進行裝載或挖掘，以及提升、運輸 和卸載的自行式機械。它廣泛用于建筑、礦山、水電、橋梁、鐵路、公路、港口、碼 頭等國民經濟各部門等工程建設中。裝載機具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操 作輕便等優(yōu)點，對于加快工程建設速度，減輕勞動強度，提高工程質量，降低工程成 本都發(fā)揮著重要的作用。 裝載機根據不同的使用要求，發(fā)展形成了不同的結構類型。通常，按使用場合的 不同，分成露天用裝載機和井下用裝載機；按行走系統(tǒng)結構不同，分成輪式裝載機與 履帶式裝載機；按卸料方式不同

2、，分為前卸式（前端式） 、后卸式與回轉式裝載機。 此次設計針對的是 ZL50 裝載機鏟斗的設計，根據鏟斗的鏟斗設計要求和鏟斗斗 型的結構的分析來確定切削刃的形狀，鏟斗的斗齒，鏟斗的側刃，斗體形狀，鏟斗的 具體參數數據， 鏟斗容量等。 這次設計可以說是一次的嘗試。 由于本人設計水平有限， 設計過程中難免會存在一些考慮不周之處，敬請各位老師批評指正。 關鍵詞： 工程機械，裝載機，鏟斗 ABSTRACT Loader belong to shovel transport machinery is one of the main model of engineering machiner

3、y, is a kind of through the installed in front of a complete bucket support structure and connecting rod, with machine move forward for loading or mining, and ascension, transport and unloading of self-propelled machinery. It is widely used in construction, mining, water and electricity, Bridges, ra

4、ilways, highways, ports, docks sectors of the national economy such as engineering construction. Loader has operation speed, high efficiency, good maneuverability, convenient operation, etc., and to speed up the construction speed, reduce labor intensity, improve the engineering quality, reduce the

5、cost for the project are play an important role. Loader according to different application requirements, development formed different structure types. Usually, according to the using situation is different, divided into open with loader and underground with loader; According to the running system s

6、tructure is different, divided into wheel loader and crawler loader; According to the discharge different ways, divided into before discharge type (front type) and after discharge type and rotary loader. This design is aimed at ZL50 loader bucket design, according to the bucket bucket design requir

7、ements and shovel bucket type structure analysis to determine the shape of the cutting edge, the bucket bucket tooth, the bucket side blade, bucket body shape, bucket specific parameter data, bucket capacity, etc. The design can be said to be a try. Because I design level is limited, the design proc

8、ess will inevitably there are some consideration not place, please join the teacher criticism and corrections. KEYWORD?gineering machinery, loader, bucket 摘要 1 1 .裝載機的概述 4 1.1 裝載機的概述 4 1.2 裝載機的工作原理 4 1.3 裝載機的主要技術性能參數 4 1.4 裝載機的結構型式 5 2 .鏟斗的設計 8 2.1 設計要求 8 2.2 鏟斗斗型的結構分析 9 2.3 鏟斗基本

9、參數的確定 9 2.3.1. 鏟斗寬度 9 2.3.2. 鏟斗回傳半徑 R0 10 2.3.3. 鏟斗的斷面形狀參數 12 2.3.4. 斗容的計算 13 2.3.5. 斗齒的設計 15 2.3.6. 鏟斗的受力分析 15 3 .結論 21 4 .參考文獻 22 1 裝載機的概述 1.1 裝載機的概述 裝載機是以輪胎式或履帶式拖拉機為基礎車， 安裝上鏟斗作為工作裝置的一種土 方工程機械。它是一種作業(yè)效率高、操作輕便、用途廣泛的施工機械，它不僅用來對 松散的堆積物料進行裝、運、卸等作業(yè)，還可以鏟裝爆破后的礦石以及對硬土進行輕 度挖掘，并能用來進行

10、清理、刮平場地及牽引等作業(yè)。裝載機具有作業(yè)速度快、效率 高、機動性好、操作輕便等優(yōu)點，因此成為工程建設中土石方施工的主要機種之一， 對于加快工程建設速度，減輕勞動強度，提高工程質量，降低工程成本都發(fā)揮著重要 的作用，是現代機械化施工中不可缺少的裝備之一。 1.2 裝載機的工作原理 裝載機的鏟掘和裝卸物料是通過工作裝置的運動而得以實現的， 裝載機工作裝置 由鏟斗、動臂、連桿、搖臂和轉斗油缸、動臂油缸等組成。整個工作裝置鉸接在車架 上。鏟斗通過連桿和搖臂與轉斗油缸鉸接，用以裝卸物料。動臂與車架、動臂油缸鉸 接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉和動臂的升降采用液壓操縱。而裝載機作業(yè)時工作裝

11、 置應能保證：當轉斗油缸閉鎖、動臂油缸舉升或降落時，連桿機構使鏟斗上下平動或 接近平動，以免鏟斗傾斜而撒落物料；當動臂處于任何位置、鏟斗繞動臂鉸點轉動進 行卸料時，鏟斗傾斜角不小于 45°，卸料后動臂下降時又能使鏟斗自動放平。 1.3 裝載機的主要技術性能參數 標志裝載機的主要技術性能參數有鏟斗容量、額定載重量、發(fā)動機額定功率、整 機質量、最大行駛速度、最小轉彎半徑、最大牽引力、最大掘起力、最大卸載高度、 卸載距離、工作裝置動作三項和等。 鏟斗容量： 一般指鏟斗的額定容量， 為鏟斗平裝容量與堆尖部分體積之和， 用 m3 表示。 額定載重量： 指在保證裝載機穩(wěn)定工作的前提下，

12、鏟斗的最大載重量， 單位為 kg 。 發(fā)動機額定功率： 發(fā)動機額定功率又稱發(fā)動機標定功率或總功率，是表明裝載機 作業(yè)能力的一項重要參數。 發(fā)動機功率分為有效功率和總功率， 有效功率是指在 29° C和746mmHg1mmHg=133.322Pa壓力情況下，在發(fā)動機飛輪上實有的功率（也稱飛 輪功率） 。 國產裝載機上所標有的功率一般指總功率， 即包括發(fā)動機有效功率和風扇、 燃油泵、潤滑油泵、濾清器等輔助設備所消耗的功率。單位為 kw。 整機質量（工作質量） ：指裝載機設備應有的工作裝置和隨機工具，加足燃油， 潤滑系統(tǒng)、 液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)都加足液體， 并且?guī)в幸?guī)定形式和尺寸的空載鏟斗

13、和 司機標定質量（75kg ± 3kg）時的主機質量。它關系到裝載機使用的經濟性、可靠性 和附著性能，單位為 kg 。 最大行駛速度：指鏟斗空載，裝載機行駛于堅硬的地面上，前進和后退各檔能達 到最大速度，它影響裝載機的生產率和安排施工方案，單位為 km/h 。 最小轉彎半徑： 指自輪胎中心或后輪外側或鏟斗外側所構成的弧線至回轉中心的 距離，單位為 mm 。 最大牽引力： 指裝載機驅動輪緣上所產生的推動車輪前進的作用力。裝載機的附 著質量越大，則可能產生的最大牽引力越大，單位為 kN 。 最大掘起力：指鏟斗切削刃的底面水平并高于底部基準平面 20mm時，操縱提升 液壓缸或轉斗

14、液壓缸在鏟斗切削刃最前面一點向后 100mnit產生的最大向上鉛垂力， 單位為 kN 。 最大卸載高度： 指鏟斗鉸軸在最大高度、 鏟斗處于 450卸載角 （如果卸載角小于 450 時，指明該卸載角）時，鏟斗切削刃的最低點與水平面之間的距離。單位為 mm 。 卸載距離：一般指在最大卸載高度時，從裝載機前外廓到斗刃之間的水平距離， 單位為 mm 。 工作裝置動作三項和：指鏟斗提升、下降、卸載三項時間的總和，單位為 s 。 1.4 裝載機的結構型式 裝載機工作裝置的結構型式分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種。 有鏟斗托架的工作裝置如圖 1— 1 所示。其動臂和連桿的后端與車架支座鉸接，

15、 動臂和連桿的前端與鏟斗托架鉸接， 托架上部鉸接轉斗油缸體， 其活塞桿及托架下部 與鏟斗鉸接。當托架、動臂、連桿及車架支座構成的是平行四連桿機構，則在動留提 升、轉斗油缸閉鎖時，鏟斗始終保持平移，斗內物科不會撤落。 有鏟斗托架的工作裝置易十更換鏟斗及安裝附件， 例如將鏟斗卸下， 在托架上裝上起重叉便可進行起重及叉車作業(yè)。 有鏟斗托架的工作裝置，結構比較簡單，同時，由于轉斗油缸及鏟斗都是直接較 接在托架上，所以鏟斗的轉動角較大。但由于在動管前端裝有較重的托架，所以減少 了鏟斗的載重量。 圖1-1有鏟斗托架式 1-鏟斗；2-托架；3-轉斗油缸；4-連桿；5-動臂;6-動臂油缸；

16、 無鏟斗托架的工作裝置如圖1-2所示。其動臂的前端和鏟斗較接，動管的后端和 車架上部支座較接，動管油缸兩端分別和動管及車架底部支座較接，轉斗油缸一端和 車架較接，另一端和搖臂較按，搖臂則較接在動臂上，連桿一端和搖臂較接，另一端 和鏟斗較接。 圖1-2無鏟斗托架式 1-鏟斗；2-托架；3-轉斗油缸；4-連桿；5-動臂；6-動臂油缸; 1.4.1 正轉連桿機構的工作裝置：如圖1-3和1-4所示，當機構運動時，鏟斗 與搖臂的轉動方向相同。正轉連桿機構因搖臂連桿數目不同有單搖臂和雙搖臂連桿機 構。其運動特點是：鏟起力特性有利于地下挖掘；而且可設計成只用一個搖臂，可是 結構簡單；特

17、別是整個機構可以布置在動臂的后上方并較接在車架上， 斗內物料散落 時不易損傷油缸；工作裝置的重心靠近車架，有利于提高鏟斗的裝載量；另外鏟斗在 發(fā)出最大鏟起力P時的鏟斗轉角a是負的，也是有利于地面的挖掘，但是鏟斗傾斜時 的角速度大，易于抖落砂土，而且沖擊較大。這種機構的運動缺點是當鏟斗鏟裝物料 時油缸的小腔工作，因而使鏟斗油缸的缸徑與重量增大。 1.4.2 :反轉連桿機構的工作裝置：如圖1-5所示，當機構運動時，鏟斗與搖臂的轉 圖1-5反轉連桿機構 動方向相反。其運動特點是：鏟起力特性適合于鏟裝地面以上的物料，而不利于地面 以下的挖掘；升降動臂時基本保持鏟 斗平移，易于實

18、現鏟斗自動放平，因 此物料散落少，可提高裝載機裝卸的 作業(yè)效率；因只有一個搖臂，結構簡 單，特別是對輪式地盤布置容易。而 且鏟斗工作時發(fā)出最大鏟起力 P時的鏟斗轉角a是正的，且鏟起力變化曲線陡峭，因 此，在提升鏟斗肘的鏟起力較大，適于裝載礦石，不利于地面的挖掘；鏟斗傾斜時的 角速度小，卸料平緩；所以綜上原因，國產輪式裝載機廣泛采用反轉連桿機單連桿， 雙連桿機構布置較困難。 正、反轉連桿機構都是非平行四邊形機構。因此，在動臂提升過程中，鏟斗或多 或少總要向后翻轉一些。 2 鏟斗的設計 2.1 設計要求 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

19、斗直接發(fā)揮出來的， 鏟斗的結構形狀及尺寸直接影響裝載機的作業(yè)效率 和上作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗結構設計的主要要求。 鏟斗是在惡劣的條件下工作， 承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨削，所以要求鏟斗 具有足夠的強度和剛度，同時要耐磨。 根據裝載物料的容重，鏟斗做成三種類型； 正常斗容的鏟斗用來裝載客重 1.4 — 1.6 噸／米 3 的物料 （ 如砂、碎石、松散泥土等 ） ：增加斗容的鏟斗，斗容一般為正 常斗容的 1.4— 1.6 倍，用來鏟掘容重 1.0 噸／米 3 左右的物料 （如煤、煤渣等 ）；減 少斗容的鏟斗， 斗容為正常斗容的 0.6~0.8 ， 用來裝載容

20、重大于 2 噸／米 3 的物料 （如 鐵礦石、巖石等 ） 。用于土方工程的裝載機，因作業(yè)對象較廣，因此多采用正常斗容 的通用鏟斗，以適應鏟裝不同物料的需要。 2.2 鏟斗斗型的結構分析 不同種類的物料，需要不同結構形式的鏟斗，通常鏟斗由切削刃、斗底、側壁及 后斗壁組成。鏟斗切削刃的形狀根據所鏟裝物料的不同而異，通常分為直線型和非直 線型。直線型切削刃結構簡單，具有良好的平地性能，但切削阻力較大，適用于裝載 3 重度不超過16kN/m ,并且堆積比較松散的物料。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

21、斗刃中間部分，易于插入料堆；且對中性較好。但平地性能和裝滿系數要 小于直線型斗刃的鏟斗。 裝有斗齒的鏟斗，在裝載機作業(yè)時，插入力有斗齒分擔，形成較大的比壓，利于 插入密實的料堆疏松物料，便于鏟斗的插入，斗齒可以延長切削刃的使用壽命，斗齒 磨損后容易更換。因此，對主要用于鏟裝巖石或密實物料的裝載機，其鏟斗均裝有斗 齒。用于插入阻力較小的松散物料或粘性物料，其鏟斗可以不裝斗齒。 斗齒的形狀對切削阻力的影響：對稱齒型的切削阻力比不對稱的大；長而狹窄的 齒比寬而短的切削阻力小?；【€或折線形鏟斗側刃的插入阻力比直線形側刃小， 但弧 線或折線形側刃鏟斗的側壁較淺，容易從兩側泄漏物料，不利于

22、鏟斗的裝滿，這種形 狀適宜于鏟裝巖石。對主要用于土方工程的裝載機，在設計鏟斗時要考慮斗體內的流 動性，減少物料在斗體的移動或滾動阻力， 同時要有利于在鏟裝粘性物料是有良好的 倒空性。 (d)弧形帶齒鏟斗 (a)直線形斗刃鏟斗 (b)直線形帶齒鏟斗 (c) v形斗刃鏟斗 圖3—1常見的鏟斗結構 鏟斗的形狀對鏟裝阻力和粘性物料卸靜性有著較大的影響。對于主演鏟裝土方的 裝載機，希望斗底圓弧半徑大些，斗底長度短些，如圖 2—2a所示，以改善泥土在斗 內的流動性，減少物料在斗內的運動阻力。而對于主要用于鏟裝流動性較差的巖石裝 載機，希望采用圓弧半徑較小，矮而深的鏟斗，如圖2—2b所

23、示，這種鏟斗貫入性好, 可以減小鏟插入料堆的阻力，同時也可以改善司機的視野。但過深的鏟斗會引起斗底 太長，因而造成掘起力變小。 2.3鏟斗基本參數的確定 Z150裝載機的基本數據如表1-1 : 額定斗容 額定載重重 整機質里 3 3 3 m 50 KN 17.5 t 輪距 軸距 輪胎規(guī)格 2150 mm 3427 mm 23.5 —25 最大卸載高度 最小卸載距離 2970 mm 1200 mm 2.3.1. 鏟斗寬度 鏟斗寬度Bk應大于輪胎外側寬度50 — 100毫米，如果鏟斗寬度小于輪胎外側寬 而且 度，則鏟斗鏟取物料后所形成的料

24、推階梯，會損傷輪胎側壁，增加行駛阻力, 還會引起輪胎打滑影響牽引力的發(fā)揮 2.3.2. 鏟斗回傳半徑R0 鏟斗的回轉半徑R是指鏟斗的轉校中心B與切削刃之間的距離（圖2—3）。由于鏟 斗的回轉半徑R不僅影響鏟起力和插入阻力的大小，而且與整機的總體參數有關。因 此鏟斗的其它參數依據它來決定。鏟斗的回轉半徑 R可按下式計算 R 二 ——（ Vr——=—二 ；―T 公式（1） [I1.2B010.5% （% + 限 cos，）sin 飛一九2 'loot- -0,5i 1 —— \ g 1 2 <180 ）\ R0 = 一 (mm)公式(3) )]} Vs y y r0.5%QZ

25、 十除 cosV1)sinY0 —乃[cot _0. — 0.5r (1 _ _0_ 2 180 式中Vs 一—幾何斗容量（圖3—2中所示陰影斷面），由設計任務書給定（米3）; w ——鏟斗內側寬度（米）； g 一—鏟斗斗底長度系數，通常-g =1.4~1.5 后斗壁長度系數，通常 七=1.1~1.2； 擋板高度系數，通常 限=0.12~0.14; 斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數，通常 、=0.35 ~ 0.40 ; 立 一一擋板與后斗壁問的夾角，通常 匕=5° ~100 ; 7。一一斗底和后斗壁間的夾角，通常 ”=48° ~ 520 ,（有推薦550?650）。 W =

26、b + bw + (0.1 ~ 0.2) — 2a1公式(4) 式中a1---鏟斗側壁切削刃的厚度取a1 = 0.010m = 10mm b―-輪距 bw---輪胎寬度 根據設計資料有 b = 2150mm bw = 597mm W =2150 80 597 - 2 10 = 2807 mm 所以有: 1.2 x 2807 0.5 父 1.45(1.19 + 0.13 父 cos50 Sin 50 0 c 2 I 500 c [ -0.4 |cot g———0.5江 1- 1500 =1245mm 圖3—3鏟斗斷面基本參數圖 2.3

27、.3. 鏟斗的斷面形狀參數： 鏟斗的斷面形狀參數：斗的圓弧半徑Ri、張開角丫。、擋板高度lk和底壁長lz ,如 圖3—2所示。 斗底長度：是指鏟斗切削刃到斗底后斗壁交線之間的距離，可用下式算： Lg =% Ro =1.4R0 = 1743mm公式（5） 后斗壁長度lz：是指切削刃至斗底圓弧與底壁相切點間的距離，lz長，則斗插入 料堆深度大，斗易于裝滿，但由于力臂的增大而使掘起力減小，插入阻力隨鏟斗插入 料堆的深度而急劇增加，l z長還影響卸載高度；lz短，則掘起力大，并由于卸料時鏟 斗刃口降落的高度小，可以減小動臂舉升高度，縮短作業(yè)時間。對裝載輕質物料為主 的鏟斗，lz可以選用大些；對

28、裝載巖石料的鏟斗。lz應取小些。 lz =?,Ro =1.1Ro=1370mm 公式（6） 擋板高度鼠：是指斗上緣至斗底圓弧與后壁相切點間的距離。 鼠過小，易漏料； lk過大則增加鏟斗外形。影響駕駛員視線。 Lk =九k Ro =O.13Ro= 162mm公式（7） 鏟斗圓弧半徑Ri：鏟斗圓弧半徑大，物料進入鏟斗的流動性好，物料裝入斗內阻 力減小。卸料快速干凈；但Ri過大，斗的開口太大，物料不易裝滿，且鏟斗較高，不 利于駕駛員觀察鏟斗刀刃作業(yè)情況。 R = KrR0 =0.35R0 = 435.75mm公式（8） 鏟斗上的動臂較銷距斗底的高度: hb =(0.06~0.12)

29、R0 三 0.10R0 = 124.5mm公式(9) 鏟斗側壁切削刃相對于斗底的傾角 a。=50。~60九在選擇工時，使側壁切削刃與 擋板的夾角為90%切削刃的削尖角 耳=30口~402 2.3.4. 斗容的計算 鏟斗的斗容量可以根據鏟斗的幾何尺寸確定 圖3-4裝載機斗容計算圖 （1）幾何斗容（平裝斗容）Vg 鏟斗平裝的幾何斗容可按下式確定： Vg =A0 x B0 X10^ （ m3） 公式（10） 對于裝有擋板的鏟斗： 2 2 _9 3 一 Vk = （AB0 - a b）父 10 m 公式（11） 3 根據有關計算有 a = Lk = 0.162m B0

30、= 2.827m b = CN2 ND2 , 公式（12） 二,LZ Lg LK -2LgLz cos - <■1.372 1.7432 0.1622 -2 1.743 1.37cos500 =1.425m A——鏟斗橫斷面面積，如圖2—5中所示陰影面積 Bo ——鏟斗內壁寬（m）, a 擋板局度（m）; b——斗刃刃口與擋板最上部之間的距離（m）。 裝有擋板的鏟斗幾何斗容 2 2 9 3 Vk =（ab0 --a b） 10 m 3 2 2 9 = （0.886x2.807 — =<0.162 父 1.425）父 10 公式（13） 3 9 3 = 2.

31、485 10 m （2）額定斗容（堆裝斗容）Vh 鏟斗堆裝的額定斗容Vh是指斗內堆裝物料的四邊坡度均為 1: 2,此時額定斗容 可按下式確定。 .2 2 VH = VK [ 0 - - a c ] 10 "9m3 8 6 公式（14） 式中c——物料堆積高度（米）。 物料堆積高度c可由作圖法確定（圖3—4）:根據科堆坡度角可得料堆尖端點肘， Go 再由d4點作直線d4N與Go垂直，將n4N垂線向下延長，與斗刃刃口和擋板最下端 之間的連線相交，此交點與料堆尖端之間的距離，即為物料堆積高度 c 1 ba G =  b 4 2

32、=0.25父1.425十一 —— 公式(15) 2.1.4252 -0.1622 =0.28m 鏟斗堆裝的額定斗容Vh b Bo b2 ? 3 Vh =Vk [ 0 - 一 a c ] 10 m 公式（16） 8 6 2 2 1 4252 2 807 1 4252 Q = 2.485 [1^25—2^07 _1^25_ 0.162 0.28] 10 8 6 _9 3 = 3.0489 10 m 鏟斗斗容的誤差率 3 - 3.0489 100% 公式（17） = 1.63% :二 5% 所以鏟斗的設計合格 2.3.5 .斗齒的設計 鏟斗斗刃上可以由

33、斗齒，也可以沒有斗齒。若斗刃上裝有斗齒，斗齒將先于切削 刃插入料堆，由于它比壓大（即單位長度插入力大），所以比不帶齒的切削刃易于插 入料堆，插入阻力能減小20%左右，特別是對料堆比較密實，大塊較多的情況，效果 尤為明顯。 斗齒結構分整體式和分體式兩種。一般斗齒是用高鉆鋼制成的整體式，用螺栓固 定在鏟斗斗刃上。 斗齒的形狀和間距對切削阻力是有影響的。一般中型裝載機鏟斗的斗齒間距為 250~500mm左右。太大時由于切削刃將直接參與插入工作，使阻力增大；太小時，齒 問易卡住石塊，也將增大工作阻力。長而窄的齒要比短而寬的齒插入阻力小，但太窄 又容易損壞，所以齒寬以每厘米長載荷不大于 500-6

34、00kg為宜。初選齒間距為320mm 斗齒寬度為60mm斗齒長度為300mm 2.3.6 鏟斗的受力分析 （1）外載荷確定原則 裝載機在鏟斗插入料堆，鏟取物料和舉升鏟斗的過程中，鏟斗要克服切削物料的 阻力、物料與鏟斗間的摩擦力和物料自身的重力。 這些力構成了裝載機工作裝置的作 業(yè)阻力。為了分析問題方便，假設它們作用在鏟斗齒尖的刃口上，并形成兩個集中力： 水平插入阻力和垂直掘起阻力。 由于鏟裝物料的種類和作業(yè)條件不同， 裝載機實際作業(yè)時不可能使鏟斗切削刃均 勻受載，但可以簡化為兩種極端受載情況：一是對稱載荷，載荷沿切削刃均勻分布， 計算時可用一個作用在斗刃中部的集中載荷來代替；二是偏心載

35、荷， 由于鏟斗偏鏟或 物料的不均勻性而導致物料對鏟斗的載荷產生不均勻分布，使載荷偏于鏟斗一側，形 成偏心載荷，此時，通常將其簡化后的集中載荷加在鏟斗側邊的第一個斗齒上。 裝載機在鏟掘作業(yè)過程中，通常有以下三種受力工況： ①鏟斗水平插入料堆，工作裝置油缸閉鎖，此時可認為鏟斗斗刃只受水平插入阻 力的作用。 ②鏟斗水平插入料堆，翻轉鏟斗或舉開動臂鏟取物料時，認為鏟斗斗齒只受垂直 掘起阻力的作用。 ③鏟斗邊插入邊收斗或邊插入邊舉臂進行鏟掘時，認為鏟斗斗齒受水平插入阻力 與垂直掘起阻力的同時作用。 如果將對稱載荷和偏載情況分別與上述三種典型受力工況相組合，就可得到鏟斗 六種典型的受力作用工

36、況，如圖 3—5所示。 (b)垂直對稱工況 (a)水平對稱工況 (c)水平偏載工況 (d)垂直偏載工況  （c）水平垂直對稱同時作用工況 （d）水平垂直偏載同時作用工況 圖3— 5工作裝置外載荷工況 （2）外載荷計算 裝載機的工作阻力是多種阻力的合力。由于物料性質和工作機構工作方式的不 同，工作阻力有不同的計算方法，一般工作阻力通常分別按插入阻力、掘起阻力和轉 斗阻力矩進行計算。 ①插入阻力 插入阻力就是鏟斗插入料堆時，料堆對鏟斗的反作用力。插入阻力由鏟斗前切削 刃和兩側斗壁的切削刃的阻力，鏟斗底和側壁內表面與物料的摩擦阻力， 鏟斗底外表 面和物料的摩擦阻力組成。這些阻力

37、與物料的種類、料堆高度、鏟斗插入料堆的深度、 鏟斗的結構形狀等有關。計算上述阻力比較困難，一般按照下面經驗公式來確定: Fx =9.8K1K2K3K4BL1.25 (N) 公式（18） 式中K1 ——物料塊度與松散程度系數，（查表可得） K2——物料性質系數，（查表可得） K3 ——料堆高度系數，（查表可得） K4 —— 鏟斗形狀系數，一般在1.1~1.8之間，取1.3 B ——鏟斗寬度，290cm L 鏟斗的一次插入深度，40cm 得至ij: F=9.8 3 1.0 3 0.0453 1.103 1.3 3 2903 401.25 =18397 （N ②掘起阻力

38、 掘起阻力就是指鏟斗插入料堆一定深度后，舉開動臂時物料對鏟斗的反作用力。 掘起阻力同樣與物料的種類、塊度、松散程度、密度、物料之間及物料與鏟斗之間的 摩擦阻力有關。掘起阻力主要是剪切阻力。最大掘起阻力通常發(fā)生在鏟斗開始舉升的 時刻，此時鏟斗中物料與料堆之間剪切面積最大，隨著動臂的舉開掘起阻力逐漸減小。 鏟斗開始舉開時物料的剪切力按下式計算 Fz =2.2KBLc z c (N) 公式（19） 式中 K ——開始舉開鏟斗時物料的剪切應力，它通過試驗測定，對于塊度 為0.1~0.3m的松散花崗巖，剪切應力的平均值取 K=35000Pa B ——鏟斗寬度，m Lc —

39、—鏟斗插入料堆的深度, 得至上 F =2.2 3 350003 2.9 3 0.4 =89320 （N） ③轉斗阻力矩 當鏟斗插入料堆一定深度后，用轉斗油缸使鏟斗向后翻轉時，料堆對鏟斗的反作 用力矩稱為轉斗阻力矩。當鏟斗翻轉鏟取物料時，在鏟斗充分插入料堆轉斗的最初時 刻，轉斗靜阻力矩具有最大值，用 Ma0表示，此時鏟斗轉角a=0；其后，轉斗靜阻力 矩隨著鏟斗的翻轉角a的變化而按雙曲線特性變化（見圖 2—7）, 一直到鏟斗前切削 刃離開料堆坡面線為止（a=a）。開始鏟取時（a=0）的靜阻力矩Ma0為 Ma0 =1.1Fx 0.4 式中 Fx 開始轉斗時的插入阻力，18397N

40、鏟斗回轉中心與斗刃的水平距離， 鏟斗回轉中心與地面的垂直距離， 鏟斗的插入深度，0.4m 1.13m 0.26m 得到 Ma0 =1.1Fx 0.4 a 0 x 公式（21） =1.1 3 183973 [0.4 3 ( 1.13 —0.253 0.4) +0.26] =13599 (N2 項 圖3—6轉斗靜阻力矩與鏟斗轉角的關系 掘起阻力矩Ma隨鏟斗回轉角a的增大而減小。當鏟斗回轉a角后，其轉斗阻力 矩Ma為 Ma=Ma0(1—can)公式(21) 式中 1g 2 公式(22) n=— Ma0 M -Ma a a0 ,a 1g 3

41、 M^ 公式(23) (a) Mao a'——鏟斗離開料堆時的翻轉角度 Ma'——鏟斗離開料堆時，由物料重力產生的阻力矩， N2 m 轉斗阻力矩計算：鏟斗在料堆中轉斗時，除了要克服料堆的靜阻力矩之外，還要 克服鏟斗自重和鏟斗中物料所產生的阻力矩。因此，開始轉斗的阻力矩為 Mz=Ma0+(GH +Gc)Lb 公式(24) 式中 Ma0 Gh Gc LB 得到 Mz ——轉斗阻力矩，N2 m -開始轉斗靜阻力矩，13599 N2 m 輪式裝載機額定載重量重力，49000 N 鏟斗自重力，13470N 鏟斗中心至回轉中心B的水平距離(圖2—8), Mz=Ma

42、0 +(Gh +Gc)Lb 公式 心6 0.5m =13599+ (49000+13470) 3 0.5 =44834 (N2 m 圖3—7作用在轉斗連桿上力的確定 作用在轉斗連桿上的力％:鏟斗充分插入料堆后開始轉斗時, 連桿錢銷上的力Fc （圖2—8）為 作用在鏟斗與轉斗 Fc Mz Lc (N) 公式（26） 式中Lc鏟斗回轉中心至 Fc的作用線的垂直距離，0.430m 得到 匚 Mz FcH 公式（27） =44834/0.43 =104265 (N) 3. 結 論 本課程設計主旨是對 zL50 裝載機的鏟斗進行結構分析

43、設計，本次課程設計以裝 載機的概念、工作原理、工作性質參數、發(fā)展狀況以及發(fā)展趨勢為主題，來設計裝載 機的鏟斗結構。通過本次的課程設計得出如下結論： ① 裝載機是一種作業(yè)效率高、操作輕便、用途廣泛的施工機械。它即可以當淺 層挖掘機，也可以當短程的運輸機械來使用。 ② 裝載機的連桿不同就具有不同的形態(tài)結構， 所對應的技術參數和工作狀況也 就不同。 ③ 裝載機隨著時間的發(fā)展越來越智能化， 能大幅度的降低勞動強度， 提高效率。 ④ 裝載機的鏟斗形狀是由工作環(huán)境和作業(yè)對象性質所決定的。 ⑤ 裝載機的工作過程不一樣所對應的鏟斗工況也就不一樣。 [1] 秦四成，工程機械設計，北京，科學出

44、版社， 2003.1 [2] 李自光，公路施工機械，北京，人民交通出版社， 2008. [3] 吳永平，工程機械設計，北京，人民交通出版設， 2005. [4] 宋永剛。工程機械專業(yè)英語，北京，人民交通出版社， 2006 [5] 郭小宏，公路工程施工機械化管理，北京，人民交通出版社， 2009 [6] 武建軍，機械工程材料，北京，國防工業(yè)出版社， 2009 [7] 解明芳，材料力學，上海，同濟大學出版社， 2005 [8] 章躍主編；機械制造專業(yè)英語 .機械工業(yè)出版社， 2003 [9] 楊占敏，王智明張春秋等編著；輪式裝載機 .化學工業(yè)出版社， 2006.1 [10]楊國平，現代工程機械技術 .機械工業(yè)出版社， 2003 圖3—2鏟斗基本參數簡圖 根據幾何簡圖（見圖3—2）可以計算鏟斗橫截面積為 A =R2{[0.5%（% +%cosZ）sin"]—￡2[cot^—0.5n（1—日）]}（mm* 2）公式（2） 2 180 而鏟斗的幾何容積Vs = A0MB0 ,可得回傳半徑為