挖掘装载机装载部分的设计（工程机械）.doc

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1、徐州工程学院毕业设计(论文)摘要挖掘装载机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路等部门。我国挖掘装载机装载部分在设计上存在很多问题，工作装置对于挖掘装载机装载部分来说又是重中之重，所以工作装置的设计好坏直接影响到挖掘装载机装载部分工作装置的使用寿命以及工作效率等。装载部分工作装置的转斗六连杆机构是由与液压缸，铲斗相关联的两个四连杆机构组合而成。装载部分在作业时，靠改变液压缸的长度来使铲斗获得所要求的收斗角和卸料角。机构中各杆件长度及其结构参数确定后，需要对该机构作某些特定计算，以判断机构设计的正确性。在工作循环中速度与加速度变化合理；油缸活塞行程为最佳值；工作装置运动平

2、稳、无干涉、无死点、无自锁；动臂从最底位置到最大卸载高度的举升过程中，保证铲斗中物料不洒落；在卸载后，动臂下放至铲掘位置。关键词 工程机械 挖掘装载机 装载部分 工作装置AbstractThe loader is one of the main kind of the engineering machinery, used in every department such as the building , mine , water and electricity , bridge , railway. our countrys backhoe loader has very many pro

3、blems in design, the working installment regarding the loader also is extremely important, therefore the work installment design is good or bad affects directly the car loader service life as well as the working efficiency and so on . Turning container six connect pole organization for loading part

4、of working installment is consist of hydraulic cylinder, two four-connected pole organizations connected with scoop.Loading part is working by changing the length of hydraulic cylinder to make scoop get the required withdrawing scoop angle and unloading angle.After every poles length and its constru

5、ctive parameter are determined,it is necessary to make some certain calculation for institution,in order to judge whether the design for this institution is right.The speed and accelerated speed change resonably;The traveling route of the oil cylinder is the best value;The working installment works

6、steadily,has no interference,dead points and self-lock. In the process of lefting the moving arm from the most bottom position to the biggest unloading height,guaranteeing the material in scoop do not spread to fall;After unloading,move the arm descend to the digging position.KEY WORDS Construction

7、Machine Backhoe Loader Loading Part Work Equips目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 挖掘装载机简介和分类11.2挖掘装载机在国内的现状与发展趋势12挖掘装载机装载部分工作装置设计概述42.1 工作装置设计概述42.2 装载部分工作装置结构型式选择43 铲斗设计53.1 设计要求53.2斗型结构分析53.2.1 切削刃形状53.2.2 铲斗斗齿53.2.3斗刃63.2.4 斗体形状63.3 铲斗基本参数确定64 装载部分工作装置结构设计94.1工作机构连杆系统尺寸参数设计94.2 机构分析94.3 设计方法104.4 尺寸参数设计图解法

8、104.4.1 动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点B、E、A的确定104.4.2 连杆与铲斗和摇臂两个铰接点C、D的确定114.4.3举升油缸与动臂和机架的铰接点H及M点确定115 工作装置强度计算135.1 计算位置135.2 外载荷确定135.3 工作装置受力分析155.4 工作装置强度校核205.4.1动臂215.4.2 铰销245.4.3 连杆255.4.4摇臂266 挖掘装载机液压系统设计306.1概述工况306.2 初选系统工作压力306.3 液压系统原理图306.4液压缸设计和计算316.4.1转斗油缸作用力确定316.4.2活塞336.4.3活塞杆346.4.4缸筒356.4.

9、5 活塞杆校核396.4.6卡环连接计算406.4.7活塞杆导向套406.4.8 油口406.4.9密封件、防尘圈416.4.10转斗油缸与机架铰接处销轴校核416.5动臂举升油缸设计和计算416.5.1动臂举升油缸作用力确定416.5.2活塞426.5.3活塞杆436.5.4缸筒446.5.5活塞杆校核466.5.6卡环连接计算476.5.7焊接缸筒计算486.5.8活塞杆导向套486.5.9密封件、防尘圈486.5.10举升油缸与机架铰接处销轴校核486.6 泵的选用49结论50致谢51参考文献52101 绪论1.1 挖掘装载机简介和分类挖掘装载机俗称“两头忙”。因为它具有独特的构造，前端

10、是装载装置，后端为挖掘装置。在工地内，您只需要转动一下座椅，即可完成从挖掘机到挖掘机操作手角色的转变。挖掘装载机主要用于城市和农村的公路建设及养护、电缆铺设、电力和机场工程、市政建设、农田水利建设、农村住宅建设、开山取石以及各种小型建筑队所从事的各种建筑施工工程。“两头忙”属于小型多功能工程机械的一种，一般在大工程完成后的小工程中使用。挖掘装载机分类如下：结构上：从结构上来分，挖掘装载机有两种形式：一种是带侧移架，另一种不带侧移架。前者的最大特点是挖掘工作装置可以侧移，便于在特殊场地作业，它在运输状态时重心较低，有利于装载和运输。缺点是：由于结构上的限制，支腿多为直腿，支撑点在车轮边缘以内，两

11、支撑点距离较小，挖掘时整机稳定性差（特别是挖掘工作装置侧移到一侧时）。这种型式的挖掘装载机功能重点在装载方面，在欧洲生产得较多；后者的挖掘工作装置不能侧移，整个挖掘工作装置可通过回转支承绕车架后部中心作180回转，支腿为蛙腿式支撑，支撑点可伸到车轮外侧偏后，挖掘时稳定性好，有利于挖掘能力的提高。由于没有侧移架，整机造价相应降低。缺点是收斗时铲斗悬挂在车后部，外型尺寸长，机车处于运输和装载状态时，稳定性差，对装载和运输有一定影响，此种机型功能重点在挖掘方面，以美国生产居多。从动力分配上来分：挖掘装载机有两轮（后轮）驱动和四轮（全轮）驱动两种形式。前者不能完全利用附着重量，使机车与地面的附着力以及

12、牵引力比后者下降，但造价比后者低得多。底盘上来分：小型多功能工程机械常用的三种底盘中，微型挖掘机的动力大多在20kW以下，整机质量1000-3000kg、采用履带行走机构，行走速度不足5km/h，多用于农场、园林等小规模的土方作业。由于其机型偏小，造价较高，目前在国内尚难以普及；挖掘装载机的动力多在30-60kW机重较大，质量约在5000-8000kg之间，挖掘能力较强，多采用轮式行走机构，全轮驱动，利用转向驱动桥或铰接转向，车速较高，达20km/h以上，国外大量用于农场、基建、道路维修等工程的土石方作业和大型施工现场的辅助性作业。该机型外形较大，灵活性较差，一般难以适应狭小场地的作业。1.2

13、挖掘装载机在国内的现状与发展趋势国内技术现状：目前我国挖掘装载机的生产企业有10余家，主要是山工、烟工、辽宁朝阳、柳工、厦工、常林、北建、徐工等。目前该产品年产量大约在400台左右。从我国小型、多功能挖装机械从无到有的发展历史看，我国挖掘装载机一直处于较为落后的状态，其发展速度缓慢。我国在上世纪70年代初才开始自行开发设计，首先由北京建筑机械厂研制成功WZ2A和WZ2B型液压挖掘装载机，1987年烟台工程机械厂试制成功Z115W型挖掘装载机。之后福建建筑机械厂、一施、山东广饶液压机械厂先后研制出WZ25型、DFH-904WZ型、T55Z/w型挖掘装载机，到1992年柳州挖掘装载机厂、柳州工程机

14、械股份有限公司分别研制出WZ30-25型和WZ25-20型挖掘装载机。山东工程机械厂2001年7月成功研制出WZ30-25型挖掘装载机。 以下几家生产的产品基本上代表了目前国内挖掘装载机的技术水平： 常林的WZ30-25挖掘装载机：发动机系统选用康明斯涡轮增压发动机，额定功率63kN，排放符合欧洲标准。标准车转向轿（前桥）为非驱动摆动桥，轴承采用进口件。选用进口专为挖掘装载机配套的驱动桥（后桥）。带有免维护的湿式制动器，大大提高了行车的安全性及可靠性。带差速锁，提高了整车的牵引性能。标准车为两轮驱动，可根据用户需要配备四轮驱动。液压系统采用高效齿轮单泵系统，主要部件如泵、多路阀、转向器全部选用

15、国外知名公司产品。 烟台工程机械厂生产WZ25-20型：WZ25-20型挖掘装载机是以装载机为主本，前端改装多用途铲斗、后端加装挖掘装置而成。一拖的东方红904WZ型挖掘装载机是在引进意大利菲亚特技术制造190型拖拉机基础上。配套设计的具有前装载、后挖掘等多种功能的农业工程机械。 柳州挖掘装载机厂WZ30-25型：柳州挖掘装载机厂生产的WZ30-25型挖掘装载机及柳州工程机械股份有限公司研制的WZ30-20型挖掘装载机，均是在消化吸收CAT挖掘装载机技术基础上，结合我国的工艺特点研制而成的新产品这两款机型均采用专用底盘，采用了与CAT公司相同的负荷传感控制技术。由于这两款机型采用的是变量系统，

16、因此对系统的清洁度及元件的可告性要求较高。 柳州澳柳机械有限公司HACH995系列挖掘装载机：发动机：配备先进的涡轮增压柴油发动机，额定功率达到95匹马力，在1500转/分钟的转速下达到384牛米的扭矩，核心关键部件采用进口世界名牌产品，可靠性更高。全新的外观造型美观大方，驾驶室空间更大；四合一铲斗的标准配置，使机器具有更多功能与用途。多种工作附件可以选配，胜任更多工作；采用挖掘装载机专用车架。驾驶室是独立可更换的，通过5个减震装置与车架连接。液压油箱、燃油箱亦是独立可更换，并且是低位布置，利于降低机器重心，提高稳定性，而且适合站在地上进行油料加注和检修。同时它们也成为登车阶梯的部分，方便操作

17、者出入。国内的挖掘装载机竞争企业与国内的发展趋势出口型：如四川公路机械厂生产的多功能工程机械80以上都外销，而且销路一直很好，另外，桂林林业机械厂专门生产小型履带式挖掘装载机，产品绝大部分出口。国外进件、国内组装型：如上海的CASE的580/590系列产品。国外进口、国内代理型：如JCB的2CX/3CX/4CX；VOLVO的B160/B171；CASE的580/590等目前都有代理。国内生产企业：国内生产企业有10余家，其产品为低档的挖掘装载机。价格为：38万元以内。因此，挖掘装载机的国内的发展趋势是引进国外的先进技术，开发高质量、多功能、多品种、多规格的挖掘装载机系列产品，加强基础元件、部件

18、的生产，尤其是提高挖掘装载机液压元件的质量，以达到在满足产品可靠性的前提下，降低挖掘装载机产品成本，并提高挖掘装载机产品的售后服务水平。2挖掘装载机装载部分工作装置设计概述2.1 工作装置设计概述挖掘装载机装载部分铲掘和装卸物料的作业是通过工作装置的运动实现的。挖掘装载机装载部分的工作装置由铲斗、动臂、摇臂、连杆(或托架)及液压系统等组成。铲斗用以铲装物料；动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架连接；转斗油缸通过摇臂、连杆(或托架)使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操纵。由动臂、动臂油缸、铲斗、转斗油缸、摇臂、连杆(或托架)及车架相互铰接所构成的连杆机构，在挖掘装载机装载部分工作时

19、要保证：当动臂处于某种作业位置不动时，在转斗油缸作用下，通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动；当转斗油缸闭锁时，动臂在动臂油缸作用下提升或下降铲斗过程中，连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或斗底平面与地面的夹角变化控制在很小的范围，以免装满物料的铲斗由于铲斗倾斜而使物料撒落；而在动臂下降时，又自动将铲斗放平。2.2 装载部分工作装置结构型式选择挖掘装载机装载部分工作装置的结构型式分为有铲斗托架和无铲斗托架两种。有铲斗托架的工作装置的动臂和连杆的后端与车架支座铰接，动臂和连杆的前端与铲斗托架铰接，托架上部铰接转斗油缸体，其活塞杆及托架下部与铲斗铰接。当托架、动臂、连杆及车架支座构成的是平行四连杆机构

20、，则在动留提升、转斗油缸闭锁时，铲斗始终保持平移，斗内物科不会撤落。无铲斗托架的工作装置所示。其动臂的前端和铲斗铰接，动管的后端和车架上部支座铰接，动管油缸两端分别和动管及车架底部支座铰接，转斗油缸一端和车架铰接，另一端和摇臂铰按，摇臂则铰接在动臂上，连杆一端和摇臂铰接，另一端和铲斗铰接。正转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相同。其运动特点是：发出最大铲起力时的铲斗转角是负的，有利于地面的挖掘，铲斗倾斜时的角速度大，易于抖落砂土，但冲击较大。缺点是提升动臂铲斗便后倾，因此，如保证动臂在最大卸载高度时，铲斗的后倾角适当，则动管在运输位置时，铲斗的后倾角较小，易造成铲斗内物料

21、的撒落。反转连杆机构的工作装置，当机构运动时，铲斗与摇臂的转动方向相反。其运动特点是，发出最大铲起力时的铲斗转角是正的，且铲起力变化曲线陡峭，因此，在提升铲斗肘的铲起力较大，适于装载矿石，不利于地面的挖掘；铲斗倾斜时的角速度小，卸料平缓，但难于抖落砂土；升降动臂时能基本保持铲斗平移，因此物料撒落少，易于实现铲斗自动放平；摇臂连杆的传动比较小。 反转连杆机构多采用单连杆，中小型挖掘机采用较多。3 铲斗设计3.1 设计要求铲斗是直接用来切削、收集、运输和卸出物料，装载部分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部分的作业效率和上作可靠性，所以减少切削阻力

22、和提高作业效率是铲斗结构设计的主要要求。铲斗是在恶劣的条件下工作，承受很大的冲击载荷和剧烈的磨削，所以要求铲斗具有足够的强度和刚度，同时要耐磨。根据装载物料的容重，铲斗做成三种类型； 正常斗容的铲斗用来装载客重1.41.6吨米3的物料(如砂、碎石、松散泥土等)：增加斗容的铲斗，斗容一般为正常斗容的1.41.6倍，用来铲掘容重1.0吨米3左右的物料(如煤、煤渣等)；减少斗容的铲斗，斗容为正常斗容的0.60.8，用来装载容重大于2吨米3的物料(如铁矿石、岩石等)。本设计装载部分用于铲装石子等，因此多采用正常斗容的通用铲斗。3.2斗型结构分析3.2.1 切削刃形状 铲斗切削刃的形状根据铲掘物料的种类

23、不同而不同，一般分为直线型和非直线型两种（图31）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。 图3-1 铲斗结构简图（a）直线型切削刃；（b）V型切削刃有v型和弧型等，装载部分用得较多的是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，同时对减少“偏裁切入”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。3.2.2 铲斗斗齿装有斗齿的铲斗在装载部分作业时，插入力由斗齿分担，形成较大的比压，利于插入密实的料堆或松物料或撬起大的块状物料，便于铲斗的插入，斗齿磨损后容易更换。因此，对主要用于铲装岩石或密实物料的挖掘机，其

24、铲斗均装有斗齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物队其铲斗可以不装斗齿。图3-2特殊铲斗3.2.3斗刃弧线型侧刃的插入阻力比直线型侧刃小，但弧线型侧刃容易从两侧泄漏物料，不利于铲斗的装满，适于铲装岩石。3.2.4 斗体形状在本设计中所采用的装载部分铲斗在设计时要考虑斗体内的流动性，减少物料在斗内的移动或滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料时有良好的倒空性。铲斗底板的弧度(圆弧半径，见图3-2)越大，铲掘时泥土的流动性越好，但对于流动性差的岩石等，则应将底边加长而弧度减小，使铲斗容积加大，比较容易铲取。但是，当底边过长，则铲斗的铲起力变小，且铲斗插入料堆的插入阻力与刃口的插入深度成比例的急剧增加

25、，如图3-3所示。相反，如底边短，不但铲斗的铲起力大，而且卸载时，斗刃口的降落高度小，也易于将物料卸净。因此，铲斗转铰销的位置以近于刃口处为好，在极端时也有将转铰销布置在铲斗内部，如图3-4所示。3.3 铲斗基本参数确定铲斗的回转半径R是指铲斗的转铰中心B与切削刃之间的距离(图3-4)。由于铲斗的回转半径R不仅影响铲起力和插入阻力的大小，而且与整机的总体参数有关。因此铲斗的其它参数依据它来决定。铲斗的回转半径R可按下式计算图3-3 铲斗铰点布置在铲斗内部的示意图3-4 铲斗基本参数简图使用平装斗容计算公式： 式（3.1）式中V平装斗容量( 图24中所示阴影断面 ) ，由设计任务书给定(米3)；

26、B。铲斗内侧宽度(米)； 铲斗斗底长度系数，通常 后斗壁长度系数，通常；挡板高度系数，通常； 斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，通常；挡板与后斗壁问的夹角，通常；斗底和后斗壁间的夹角，通常， (有推荐)。取B= 1500mm取铲斗侧壁切削刃的厚度 所以有： 式（3.2）斗底长度Lg是指由铲斗切削刃到斗底与后斗壁交点的距离Lg =1.50.9859=1.48m： 后斗壁长度是指出后斗壁上缘到与斗底相交点的距离Lz =1.20.0.9859=1.18m; 挡板高度：Lk =0.120.9859= 0.12m; 铲斗圆弧半径：=0.394 m; 铲斗与动臂铰销距斗底的高度: h=0.10.9859=

27、0.099m； 铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角。在选择时，应保证侧壁切削刃与挡板的夹角为。因此取0=500，切削角0=300。4 装载部分工作装置结构设计根据装载部分用途、作业条件及技术经济指标等拟定购设计任务书的要求，选定了工作装置的结构形式后，便可进行工作装置的结构设计。额 定 斗 容： 1 m3额 定 载 重 量： 1500 kg整 机 质 量： 22 t最大 卸载 高度： 2970 mm最小 卸载 距离： 1200 mm工作装置的结构设计包括：1)确定动臂长度、形状及与车架的铰接位置。2)确定动臂油缸的铰接位置及动臂油缸的行程。3)连杆机构(由动臂、铲斗、转斗油缸、摇臂连杆或托架等组成

28、)的设计。工作装置的结构设计应满足以下要求：1)保证满足设计任务书中所规定的使用性能及技术经济指标的要求，如最大卸载高最大卸载距离、在任何位置都能卸净物料并考虑可换工作装置等。2)保证作业时与其它构件无运动干涉。3)保证驾驶员有良好的劳动条件，如工作安全、视野开阔、操作简便等。工作装置的结构设计首先要对工作装置进行运动学和动力学分析，然后通过多方案比较，最后才能选出最佳构件尺寸及铰接点位置。4.1工作机构连杆系统尺寸参数设计本设计采用反转六杆工作机构，它的设计难度较大，但有一定的代表性，本设计对反转六连杆机构的工作机构进行尺寸参数设计。4.2 机构分析反转六杆工作机构由转斗机构和动臂举升机构两

29、个部分组成。转斗机构内转斗油缸、摇臂、连杆、铲斗、动臂和机架六个构件组成。挖掘装载机装载部分工作装置结构简图如下：图4-1六连杆机构简图当举升油缸闭锁时，启动转斗油缸，铲斗将绕F点作定轴转动，当转斗油缸闭锁，举升油缸动作时，铲斗将作复合运动，即一边随动臂对H点作牵连运动，同时又相对动臂绕F点作相对转动。这在作机构运动分析时必须注意。4.3 设计方法因为工作机构连杆系统的尺寸参数直接与整机的基本性能和工作参数有关，所以通常是先初步设计出整机的主要参数，然后以其为条件，再进行连杆系统的尺寸设计。对各铰接点的坐标值的确定最终都必须满足对工作机构设计提出的各种要求。在运动学方面，必须满足铲斗举升平动、

30、自动放平、最大卸载高度、最小卸载距离和各个位置的卸载角等要求；在动力学方面，主要是在满足挖掘力、举升力和生产率的要求前提下，使转斗油缸和举升油缸的所需输出力及功率尽量减小。4.4 尺寸参数设计图解法图解法比较直观，易于掌握，是目前工程设计时常用的一种方法。图解法是通过挖掘装载机装载部分工作机构的九个铰接点的位置来实现。4.4.1 动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点B、E、A的确定4.4.1.1 确定坐标系先在坐标纸上选取直角坐标系，初选定长度比例尺。4.4.1.2 画铲斗图把已设计好的铲斗横截面外轮廓按比例画在坐标里，斗尖对准坐标原点O，斗前臂与x轴呈前倾角。此为铲斗插入料堆时位置，即工况。4

31、.4.1.3确定动臂与铲斗铰接点B 由于B点的x坐标值越小，转斗铲取力就越大，所以B点靠近O 点是有利的，但它受斗底和最小离地高度的限制，不能随意减小；而B 点的y坐标值增大时，铲斗在料堆中的铲取面积增大，装的物料多，但这样就缩小了B点与连杆铲斗铰接点的距离，使铲取力下降。综合考虑各种因素的影响，设计时，一般根据坐标图上工况I时的铲斗实际状况，在保证B点与Y轴坐标值和x轴坐标值尽可能小而且不与斗底干涉的前提下，在坐标图上人为地把B点初步确定下来。(1) 以B点为圆心，使铲斗顺时针转动48o，即工况。(2) 故根据实际和分析取x=900mm,y=240mm。4.4.1.4确定动臂与机架铰接点A(

32、3)根据给定的最大卸载高度、最小卸载距离和卸载角得到铲斗在最高位卸载的位置图，即工况，此时，B点位置为。(4)以点为圆心，顺时针旋转铲斗48o，即得铲斗被举升到最高位置图(工况)。A点位置尽可能低一点，以提高整机工作的稳定性，减小机器高度，改善司机视野。综上所述取A=3050mm,A=1800mm。4.4.1.5 确定动臂与摇臂铰接点EE点位置是一个十分关键的参数。它对连杆机构的传动比、倍力系数、连杆机构的布置以及转斗油缸的长度等都有很大影响。取E点的坐标E=1382mm, E=1157mm。4.4.2 连杆与铲斗和摇臂两个铰接点C、D的确定因为B、E两点已被确定，所以再确定C和D点实际上是为

33、了是终确定与铲斗相联的四杆机构BCDE的尺寸。 确定C 、D两点时，既要考虑对机构运动学的要求，如必须保证铲斗在各工况时的转角，又要注意动力学要求，如铲斗在铲装物料时应能输出较大的铲取力，同时，还要防止前述各机构运动被破坏的现象。所以初步确定C=787.5mm, C=611mm，D=1334mm，D=386mm。4.4.3举升油缸与动臂和机架的铰接点H及M点确定图4-2 动臂油缸铰接点的确定确定动臂油缸与动臂及车架的铰接点H、M的位置(图4-2)，通常参考同类样机，同时考虑动臂油缸的提升力臂与行程的大小选定。H=1476mmH=964mm，M=2732mm，M=868mm。5 工作装置强度计算

34、工作装置的强度计算包括：1)确定计算位置。 2)选取工作装置受力最大的典型工况，确定外载荷。3)对工作装置进行受力分析。 4)主要零件的强度校核。5.1 计算位置分析装载部分插入料堆、铲起、提升、卸载等作业过程可知，装载部分在铲掘物料时，工作装置的受力最大，所以取铲斗斗底与地面的前倾角为时的铲取位置作为计算位置，且假定外裁荷作用在铲斗的切削刃上。5.2 外载荷确定由于物料种类和作业条件的不同，装载机部分作业时不可能使铲斗切削刃均匀受载，但可简化为两种极端情况：认为载荷沿切削刃均匀分布，并以作用在铲斗切削刃中部的集中载荷来代替其均布载荷，称为对称受载情况；由于铲斗偏铲、料堆密实程度不均，使载荷偏

35、于铲斗一例。形成偏载情况时，通常是将其简化后的集中栽荷加在铲斗侧边第一斗齿上。装载机部分掘过程通常可分如下三种受力情况：1）斗水平插入料堤，工作装置油缸闭锁，此时认为铲斗切削刃只受到水平力的作用。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(靠动臂油缸工作)铲掘时，此时认为铲斗切削刃只受到垂直力的作用。3) 铲斗边插入边转斗或边插入边提臂铲掘时，此时认为水平力与垂直力同时作用在铲斗的切削刃上。综合上述分机可以得到如下六种工作装置的典型工况：图5-1挖掘装载机装载部分工作装置受载典型工况（a）对称水平载荷；（b）对称垂直载荷；（c）对称水平和垂直载荷；（d）水平偏载荷；(e)

36、垂直偏载荷；（f）水平和垂直偏载荷1. 对称水平力的作用工况（图5-1）水平力(即插入阻力PC)的大小由装载机的牵引力决定，其水平力的最大值为： 式 ( 5.1)此处根据已知取 式（5.2）挖掘装载机工作时的最大牵引力 插入力。2. 对称垂直力的作用工况垂直力(即铲起阻力)的大小受装载部分纵向稳定条件的限制，其最大值为 式（5.3）式中 W挖掘装载机满载时的自重 重心到前轮与地面接触点的距离；在此处取轴距的二分之一靠前。 式（5.4） 式中L 轴距。 W整车重量。 W1满载时前桥负荷，取整机重量的65。 3对称水平力与垂直力同时作用的工况（5-1c）此时垂直力由式(5-3)给出，水平力取发动机

37、扣除工作油泵功率后，挖掘装载机能发挥的牵引力。4受水平偏载的作用工况（5-1d）5受垂直偏载的作用工况(5-1e)垂直力之大小与工况(b)相同。6受水平偏载与垂直偏载同时作用的工况(5-1f)水平力与垂直力的大小与工况(c)相同。5.3 工作装置受力分析在确定了计算位置及外载荷的大小后，便可进行工作装置的受力分桥。由于工作装置是一个受力较复杂的空间超静定系统，为简化计算，通常要作如下假设：1) 在对称受载工况中(图5-1 a、b、c)，由于工作装置是个对称结构，故两动臂受的载荷相等。同时略去铲斗及支承横梁对动臂受力与变形的影响，则可取工作装置结构的一例进行受力分析，其上作用的载荷取相应工况外载

38、荷之半进行计算，即： 式（5.5）在偏载工况中(图5-2d、e、f)，近似地用求简支粱支反力的方法，求出分配于左右动臂平面内的等效力 (图43b)： 式（5.6）由于，所以取进行计算。图5-2工作装置受力分析简图（a）工作装置受力简图； （b）偏载受力分析简图(图43b)中 式（5.7） 2）计算铲斗重量GD。铲斗的重量由两部分组成，一部分是围成铲斗的钢板的重量G1，另一部分是筋板、吊耳等附属装置的重量G，估算G的值为10G1，则 式（5.8）又 式（5.9） 式中S1铲斗侧壁的面积， t铲斗壁厚， S2斗底和后斗壁的面积， SK档板面积， 钢板的密度（取=7850kg/m3）， g重力加速度

39、（取g=10N/Kg），由前述可得 S1=0.886m2 t=0.01m S2=6.437 m2 SK=0.461 m2 代入各项数据可得： 3)认为动臂轴线与连杆摇臂轴线处于同一平面， 则所有的作用力都通过构件(除铲斗外)断面的弯曲中心，即略去了由于安装铰座而产生的附加的扭转，从而可以用轴线、折线或曲线来代替实际构件。通过上面的分析与假设，就能将工作装置这样一个空间超静定结构，简化为平面问题进行受力分析。工作装置的受力分析，就是根据上述各种工况下作用在铲斗的外力，用解析法或图解法求出对应工况下工作装置各构件的内力。下面以工况(c)为例进行受力分析，其他工况与此类同。(a)水平偏载（Pxa=3

40、20KN,PZa=0） 如图5-3a所示，取铲斗为脱离体，根据平衡原理，分析铲斗的受力： 式（5.10） 式（5.11） 式（5.12） 式（5.13）Z=0 式（5.14）则 式（5.15）如图5-3b所示，取连杆为脱离体，根据平衡原理，作用于连杆两端的力大小等，方向相反，即： 式（5.16）图5-3 工作装置受力分析图（a）铲斗脱离体；（b）连杆脱离体；（c）摇臂脱离体；（d）动臂脱离体由图示受力分析可知，连杆此时受拉。如图44c所示，取摇臂为脱离体，根据平衡原理，分桥摇臂的受力； 式（5.17） 式（5.18） 式（5.19） 式（5.20）如图5-3d所示，取动臂为脱离体，根据平衡原理

41、，分析动臂的受力： 式（5.21） 式（5.22） 式（5.23） b）垂直偏载（Pxa=0,Pza=116KN）与求水平偏载一样，如图5-3a所示，取铲斗为脱离体，根据平衡原理，分析式铲斗的受力： 式（5.24） 式（5.25） 式（5.26） 式（5.27） 式（5.28） 式（5.29）如图5-3b所示，取连杆为脱离体，根据平衡原理，作用于连杆两端的力大小相等，方向相反，即： 式（5.30）由图示受力分析可知，连杆此时受拉。如图5-3c所示，取摇臂为脱离体，根据平衡原理，分桥摇臂的受力； 式（5.31） 式（5.32） 式（5.33） 式（5.34）如图5-3d所示，取动臂为脱离体，根据

42、平衡原理，分析动臂的受力： 式（5.35） 式（5.36） 式（5.37）比较两种工况可知第5种典型工况受力比较大，故取第5种工况为例进行强度计算。5.4 工作装置强度校核根据计算工况及其受力分析，即可按强度理论对工作装置主要构件进行强度校核。5.4.1动臂动臂可看成是支承在前车架A点和动臂油缸上铰点H点的双支点悬臂梁(图5-4)，为简化计算，将动臂主轴线分为BI、IJ、JA等折线，分别求各段内的内力Q、N、M的值。动臂的危险断面一般在H点附近，在此断面上作用有弯曲应力和正应力： (MPa) 式（5.38） 式中 M计算断面上的弯矩（）； N计算断面上的轴向力(N)； W计算断面的抗弯断面系数(m3) F计算断面的截面积(m2)。 （Mpa） 式（5.39）式中 Q计算断面的剪力(N)； SZmax计算断面中性轴Z处的静矩（m3）； JZ计算断面时对中性轴Z的惯性矩（m4）； b计算断面的宽度（m）。因为动臂计算断面多为矩形，则 （Mpa） 式（5.40）