文档介绍：轮式装载机工作装置优化设计方法研究
1文献综述
装载机属于铲土运输机械类,是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支承结构和连杆,随机器向前运动进行装载或挖掘,以提升、运输和卸载的自动式履带或轮胎机械。它可以用来铲装、搬运、卸载、平整散装物料,也可以对岩石、硬土等进行轻度的铲掘工作。如果更换相应的工作装置,还可以进行推土、起重、装卸木料和钢管等作业。因此,它被广泛应用于建筑、公路、铁路、水电、港口、矿山及国防等工程中,装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点,对加快工程建设速度、减轻劳动强度、提高工程质量、降低成本具有重要作用。
装载机工作装置是完成装卸工作并带液压缸的空间多杆机构。工作装置是组成装载机的关键部件之一,其设计水平的高低直接影响工作装置性能的好坏,进而影响整机的工作效率与经济性指标。装载机工作装置优化设计方法的研究日益受到装载机生产厂家及设计人员的重视[1]。
装载机工作装置分为有铲斗托架和无铲斗托架两种基本结构形式,如图1所示,它由运动相互独立的两部分构成-----连杆机构和动臂举升机构,主要由铲斗、动臂、连杆、上下摇臂、转斗油缸、动臂举升油缸、托架、液压系统等组成。
图 1 工作装置工作类型
(图1- a)
有铲斗托架的工作装置是四连杆机构,其动臂和连杆的后端与车架铰接;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,活塞杆及托架的下部与铲斗铰接。这种结构式的工作装置,托架、动臂、连杆及车架铰座可以构成平行四边形连杆机构,这样在转斗油缸闭锁的情次下,提升动臂时,铲斗始终保持平移,铲斗内物料不易散落。但由于在动臂的前端装有较重的托架和转斗油缸,使得装载机的载重量减小,所以目前采用较少。
(图1-b)
无铲斗托架的工作装置,其动臂下铰接点与铲斗铰接,上铰接点与前车架支座铰接;转斗缸一端与前车架铰接,另一端与上摇臂铰接:连杆一端与摇臂铰接,另一端与铲斗铰接;摇臂铰接在动臂上。动臂举升缸一般采用立式或卧式布置形式,如图2所示,油缸顶部与前车架铰接,铲斗是装载物料的容器,通常具有两个铰点,一个与动臂下铰接点铰接,另一个与连杆铰接。操纵转斗缸实现铲斗的装载或卸料;操纵举升缸实现动臂和铲斗升降运动。
图2工作装置布置形式
无托架型工作装置按杆结构数目的不同,工作装置可分为四杆、五杆、六杆和八杆机构。连杆的数目越多,使得铰点越多,结构复杂,因此超过八连杆的连杆机构在装载机上不常用。按连杆机构运动形式分为正转连杆机构工作装置(见图3-a~e)和反转连杆机构工作装置(见图3-f)。正转连杆机构的主动构件(摇臂)与被动构件(铲斗)转动方向相同,而反转连杆工作装置则是主动构件与被动构件的转动方向相反。综合国内装载机工作装置可知,其连杆机构典型结构主要有下列几种。
八杆机构
装载机工作装置八杆机构[3]如图3中的d和e所示,八连杆机构在转斗油缸大腔进油时转斗铲取,所以铲掘力较大,各构件设计合理时,铲斗能获得较好的举升平动性能:连杆机构的传动比铰大,铲斗能获得较大的卸载角和卸载速度,因此卸载干净,速度快。因传动比大,还可适当减小连杆机构的尺寸,因而可改善司机视野,但机构结构较复杂,铲斗自动放平性较差.
六连杆机构
六连杆机构工作装置[4]是目前装载机使用最为普及的一种结构型式。根据转斗油缸放置位置又可分为转斗油缸前置式正转六杆机构、转斗油缸后置式正转六杆机构、转斗油缸后置式反转六杆机构。
图3无托架工作装置简图
①转斗缸前置式正转六杆机构(图4)
其优点是转斗缸直接与摇臂相联接,易于设计成两个平行的四连杆机构,铲斗平移性较好;同八杆机构相比,结构简单,司机视野较好。缺点是:转斗时油缸小腔进油,铲掘力相对较小;连杆机构传力比小,,卸载程度不如八杆机构:由于转斗缸前置,使得工作装置的整体重心外移,增大了工作装置的前悬量,影响整机的稳定性和行驶时的平移性;铲斗不易实现自动放平。
图4转斗缸前置式正转六杆机构图5转斗缸后置式正转六杆机构
②转斗缸后置式正转六杆机构
转斗缸布置在动臂的上方(图5)。与转斗缸前置式相比,机构前悬较小,传动比较大,活塞行程较短:有可能将动臂、转斗缸、摇臂和连杆机构的中心线设计在同一平面内,从而简化了结构,改善了动臂和铰销的受力状态。缺点是:转斗缸与车架的铰接点位置较高,影响了司机的视野,转斗时油缸小腔进油,铲掘力相对较小,连杆机构传力比小,使得转斗缸活塞行程较大,转斗缸加长,卸载程度不如八杆机构;由于转斗缸前置,使得工作装置的整体重心外移,增大了工作装置的前悬量,影响整机的稳定性和行驶时的平移性;铲斗不易实现自动放平。
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