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1、中文摘要装载机是工程机械的主要机种之一，作业效率高，本次设计的题目是ZL05装载机总体及其工作装置设计，此设计的主要内容如下：装载机总体计算及分析，包括发动机参数选择，整机性能参数确定，总体参数评价，装载机铲装阻力的计算，整机的自重及桥荷分配，最大牵引力计算，最大爬坡度计算。全套图纸，加153893706装载机总体中工作装置设计，包括铲斗斗型的选择，铰点位置确定，动臂、摇臂、拉杆长度和截面形状确定，工作装置受力分析及校核强度，各铰销强度校核，拉杆稳定性计算。液压系统的分析与计算，包括工作液压系统设计参数及压力计算，油缸所需流量计算，油泵的选择，液压件的选择，转向液压系统的最小转弯半径，转向阻力
2、及工作压力计算。前后车架的铰接力式及工艺要求。此外，还在ADAMS中建立了此装载机工作装置的模型并进行了运动仿真，并且测出了其最大卸载高度和斗尖的位移速度加速度曲线。关键词 总体设计 工作装置 液压系统 车架外文摘要Title the whole design of the loader ZL05AbstractLoader is one of the main models of the engineering machines. The homework efficiency is high. The topic of this design is the total and its wo
3、rk equip of the loader ZL05. The main contents of this design is as follows:The total calculation and analysis of the loader. It includes the choice of launch the machine parameter, the assurance of the whole machine function parameter, the choice of the theories leads characteristic parameter, the
4、analysis of the theories leads characteristic parameter, the calculation of the theories leads characteristic parameter, the evaluation of the total parameter ,the calculation that the machine spade packs resistance, the whole machine of self-respect and the bridge lotus allotment, the calculation o
5、f the biggest lead the dint, the calculation of the biggest climb a slope.The design of work equip, including the choice of the spade type, the assurance of orders position, the assurance of the length to moving arm,shake arm and pulling the pole, the assurance of cutting the noodles shape, working
6、equips analysis by dint and the school check strength, the calculation of the pulling pole stability .The analysis and calculation of the liquid presses system, including the work liquid to press the system design parameter and the pressure calculation, the discharge calculation of the oil urns need
7、ing, the choice of the oil pump, the choice of the liquid presses, the calculation of changing direction a liquid to press system of minimum turn radius, change direction resistance and work a pressure.The front and back car connects and craft request.In addition, I build up the model of this loader
8、s work device in ADAMS and carry on sport to imitate really, I also test to find out its biggest the unloaded height and the curve of spade points movingvelocity and acceleration.Keywords the total calculation and analysis work equip the liquid presses system car connects目 录第一章 引言11.1 设计任务和基本要求11.2
9、主要部件结构形式11.3 主要技术参数1第二章 总体设计32.1 基本结构原理图32.2 基本参数选取与确定32.3 发动机52.4 液压系统5第三章 工作装置设计73.1 概述73.2 铲斗基本参数的确定73.3 动臂设计93.4 工作装置强度计算12第四章 液压系统设计计算304.1 转向系统分析及计算304.2 转斗、动臂液压缸的选取334.3 液压系统评价40第五章 车架设计415.1 前车架的设计415.2 后车架设计425.3 车架的连接425.4 车架设计评价42第六章 工艺分析446.1 零件工艺性分析446.2 零件机械加工工艺文件44第七章 工作装置仿真模型在ADAMS中的
10、建立467.1 在ADAMS中建立六连杆机构动力学仿真模型467.2 卸载高度的测量517.3 六连杆装载机铲斗斗尖位移、速度、加速度的测量52结论56致谢57参考文献58第一章 引言1.1 设计任务和基本要求为适应工程施工，市政建设及农用水利工地的砂石灰土等各种散装物料的装运需要，提出设计小型轮式装载机的任务。基本要求：以“GB3688.184”轮式装载机的基本系数的要求为设计依据。整机主要参数达到或超过我国同级别装载机水平。贯彻“三化”，方便生产，方便用户。力争降低制造成本。1.2 主要部件结构形式变速箱：小四轮拖拉机变速箱。驱动桥：后桥驱动，小四轮拖拉机驱动桥。离合器：小四轮拖拉机主离合
11、器。制动器：小四轮拖拉机制动器。工作装置：单板Z型反转四连杆机构，单摇臂、卧式动臂油缸。车架：铰接式车架，全部钢板式焊接。转向器：摆线转子式全液压转向器。轮胎：T.5016。1.3 主要技术参数型号：ZL05额定装载质量(kg)： 500额定斗容量(m3)： 0.25最大卸载高度(mm)： 大于1900相应卸载距离(mm)： 大于800轴距(mm)： 1540轮距(mm)： 1150最小离地间隙(mm)： 245车速(kmh)： 前进： V1=1.9, V2=4.4 V3=5.97, V4=7.1 V5=13.9, V6=22.2 后退： VR1=4.58掘起力（KN）： 1100最大牵引力（
12、N）： 9000发动机额定功率(kW)： 15机重（kg）： 1800第二章 总体设计2.1 基本结构原理图图2-1 基本结构原理图2.2 基本参数选取与确定额定斗容：0.25m3，根据物料比重范围可加大，一般取0.250.29 m3之间。额定载重：500。最大卸载高度：1900mm，此高度满足CA141以下车辆满载要求。卸载距离：800mm，能满足CA141卡车要求。最大卸载角：地面与最高卸载位置均应达到45，以满足小型装载机的多用途要求。动臂举开时间：根据JB标准，参照相近规格样机，考虑到我国装载机液压系统的压力范围及元件（泵，阀，接头等）的制造质量确定。动臂举开：不大于5秒动臂下落：不大
13、于2.7秒卸料时间：不大于1.6秒行使速度因采用小四轮拖拉机的传动系统，所以速度范围相同，即：车速(kmh)： 前进： V1=1.9, V2=4.4 V3=5.97, V4=7.1 V5=13.9, V6=22.2 后退： VR1=4.58越野性最小离地间隙：0.245m，较高，通过性好最大爬坡度：22最小转弯半径：3200mm最大外形尺寸：373413502363mm。（为获得较好的通过性及紧凑的结构外形，采用对比、差值方法，选取上述参数）主要尺寸及重量分布）轴距：1540mm）轮距：1150mm从整机静态及动态稳定性计算及通过性来确定上述参数。）由结构布置及最小转弯半径来确定前后车架的铰接
14、位置，取中点偏前的方案。）整车重量：考虑到发动机功率储备不大，机重取Q=1800空载时 前桥：后桥=35：65满载时 前桥：后桥=60：40方向机采用摆线式液压转向器，可靠性好，适应小型装载机使用。驱动方式：后桥驱动。考虑到直接采用小四轮的传动系，结构简单，降低制造成本，采用单桥驱动。不足之处：影响牵引力的发挥，但对额定载重量为500的装载机，发动机仅为15HP，基本可以满足装载散装物料的要求。变速箱：人力换档变速箱。这种变速箱是靠操纵杆件及拨叉夹拨动齿轮，使不同齿轮啮合，对啮合换挡，换挡时，必须切断动力，并且有冲击。但其结构简单，制造容易，适用于小型机械传动装载。2.3 发动机型号：SD11
15、00ND型）卧式、单缸、四冲程）缸径引程：100115mm）额定转速及功率：2200r/min，11KW）最大扭矩及转速：450Nm，16001700r/min）燃油消耗率：250.2KW/h）净重：185）冷却及启动方式：冷凝，电启动2.4 液压系统考虑到小型装载机，柴油机功率不大，采用工作装置和转向系统共泵的方案。选用齿轮泵：CBG1025 q=25.4ml/r，额=200rpm，nmax=3000rpm，P=16Mpa多路换向阀额定压力：P=16Mpa额定流量：Q=63L/min型号：DL b15LTwGLGC油缸动臂缸：HSGL0150/28E1101铲斗缸：HSGL0163/35E1
16、30r转向缸：HSGL0140/22E2801系统压力：P=12.5MPa第三章 工作装置设计3.1 概述装载机的铲掘和装卸物料作业是通过工作装置的运动实现的，装载机的工作装置是由铲斗、动臂、摇臂、连杆及转斗油缸和动臂油缸组成。铲斗与动臂及通过连杆或托架与转斗油缸铰接，用以装卸物料；动臂与车架及与动臂油缸铰接，用以升降铲斗。铲斗的翻转和动臂的升降采用液压操纵。3.2 铲斗基本参数的确定3.2.1 Bg的确定Bg要大于装载机每边轮胎宽度510cm，则Bg=1374mm3.2.2 回转半径R0= 图3-1 铲斗基本参数简图VP /VH =1.2 VP=1.2VH=0.3m3 VH =0.25 m3
17、B0=1346mm g=1.4 z =1.1k =0.12 b=0.35 1=100=52则 R0=615mm斗底长度lg： lg=（1.41.5R0=860mm后斗壁长度lz： lz=1.1R0=676.5mm挡板高度lk： lk=0.12R0=70mm铲斗圆弧半径R1： R1=0.35R0=190mm铲斗与动臂铰销距斗底高度hg： hg=20mm铲斗侧壁切削刃相对斗底的倾角0： 0=60切削刃的切削尖角0： 0=303.2.3 铲斗斗容的计算图3-2 斗容计算图几何斗容对于有挡板的铲斗：VP=SB0a2b式中 B0=1346mm a=30mm b=595mmS=S梯形CDEB+SABG+
18、SGEF +S弧AGF=0.10+0.019+0.039=0.158m2VP =0.1581.346+0.0320.595=0.213m3额定斗容VH= VP +B0（ac） =0.213+0.06-0.011 =0.262m这与假设的参数基本一致，所选参数正确，无须改动。3.3 动臂设计3.3.1 动臂长度和形状的确定由已知条件：Hsmax=1900mm lsmin=832mm =45HA=1300mm 作图如下：图3-3 动臂计算图动臂长度lD的确定=式中 =832mm =810mm =1900mm =1300mm=1690mm这与优化设计所得1640相差不多。动臂的形状与结构采用曲线型，
19、断面结构型式为单板式，结构简单，工艺性好，但其强度和刚度低。3.3.2 连杆机构设计设计要求：从保证理想的完成铲掘、运输及卸载作业要求出发，对连杆的设计提出下列要求：动臂从最低到最大卸载高度的提升过程中，保证满载时铲斗中的物料不撒落，铲斗后倾角的变化尽量小（不超过15），铲斗在地面时后倾角取1=4246，最大卸载高度通常取=4761.在动臂提升高度范围内的任一位置，铲斗的卸载角45，以保证能卸净物料。作业时与其它构件无运动干涉。使驾驶员工作方便安全，视野宽阔。为保证连杆机构具有较高的力传递效率，在设计连杆机构的构件尺寸时，应尽可能使主动杆件与被动杆件所确定的传动角在不超过90的情况下尽量取大一
20、些。图3-4 反转式连杆机构工作装置连杆尺寸铰点位置的确定连杆与铲斗铰点C的位置影响连杆的受力和转斗油缸的行程。通常BC与铲斗回转半径之间的夹角=92 a=0.14 lD=230mm摇臂和连杆CD要传递较大的插入和转斗阻力，弯曲摇臂的夹角一般不大于30，摇臂与动臂的的铰点E布置在动臂两铰点连线AB中部le偏上m处，设计时取le=（0.450.50）lD m=（0.110.18）lD e=（0.220.24）lD c=（0.290.32）lD由此确定连杆CD的长度b，转斗油缸与车架铰接点的位置G及行程，则 la=280 lb =548 lc =464 m=318 e=352 b=5703.4 工
21、作装置强度计算3.4.1 工作装置强度计算位置的确定分析装载机铲掘运输，提升及卸载等作业过程，发现装载机在水平面上铲掘物料时，工作装置受力最大。3.4.2 工作装置典型工况的选择及外载荷的确定装载机沿水平面运动，工作装置油缸闭锁，铲斗插入料堆，此时认为物料对铲斗的阻力水平作用在切削刃上。铲斗水平插入料堆足够深度后，装载机停止运动，向后转斗或者提升动臂，此时认为铲掘阻力垂直作用在切削刃上。装载机在水平面上匀速运动，铲斗水平插入料堆一定深度后，边插入边转斗或者边插入边提升动臂，此时认为物料对铲斗的水平阻力和垂直阻力同时作用在切削刃上。水平插入力Px的确定Px=0.6最大牵引力=0.69000=54
22、00N掘起力 Pz=8820N3.4.3 受力分析和强度计算铲斗受力分析取铲斗为分离体，受力如图所示图3-5 铲斗受力图已知数据列表如下（单位mm N）表3-1 已知数据L1L2h1h2cPxPzGD66021570270754008820450由=0，得+=0=（+） =（540020+8820660+450215） =23.32kN= =23.32 =23.14kN= =23.32=2.84kN由=0，得2=0=（） =（88204502840） =6430N由=0，得2=0=（） =（540023140） =14270N= = =15652N= = =19.9计算结果列表如下：表3-2节
23、点XzPB14270N6430N15652N7C23140N2840N23320N19.9拉杆受力分析拉杆为二力构件，两端受等值拉力PD=PC=23320ND=7摇臂受力分析取摇臂为分离体时，受力如图所示：图3-6 摇臂受力图已知数据列表如下：单位（mm，N）表3-3L1L2h1h2DFPD25518027027071723320由=0，得（）（）=0= =23320 =22437N= =22437 =21456.6N= =22437 =6560N=23140N=2840N由=0，得=0= =21456.623140 =44596.6N由=0，得=0= =28406560 =9400N= =
24、=45576.5N= = =12计算结果列表如下（单位mm，N）：表3-4节点xzPD2314028402332019.9E44596.6940045576.512F21456.665602243717动臂的受力分析取动臂为分离体，其受力如图所示：图3-7 动臂受力图由=0，得（）=0= = =73177.8N与所设方向相反= =73177.8 =68764.6N= =73177.8 =25028.3N由=0，得=0= =44596.668764.614270 =18438N由=0，得=0= =6430940025028.3 =9198.3N= = =20605.1N= = =26.5动臂受力
25、列表如下（单位N，）：表3-5铰点xzPB142706430156527E44596.6940045576.512H68764.625028.373177.820A184389198.320605.126.53.4.4 动臂强度计算图3-8 动臂计算图内力计算根据上图，计算各段内力：轴力N，剪力Q和弯矩M01段N= =142706430 =8001NQ= =13452N=0=1522 =355.512段N= =142706430 =8850NQ= =142706430 =15.6N=355.5=5742.5 =1427057643042.5 =1086.723段N=（）（） =（1427068
26、764.6）（643025028.3） =21715NQ=（）（） =28926N=8.5 =1086.78.525028.3 =1107.734段N= =6533.7NQ=（） =（184389198.3） =119542N=6568 =1824=30.8 =1541内力N、Q、M如下图所示：图3-9 动臂N图图3-10 动臂Q图图3-11 动臂M图应力计算校核动臂I-IIV-IV截面的强度，其截面位置和截面形状由图绘出：图3-12 动臂截面计算图截面面积F F=bh=1.8h截面抗弯模量 =54h拉应力 =弯曲应力 =最大应力 =最大剪应力 =1.5安全系数 = =材料16Mn =3234
27、0N/cm2 =0.55=17787 N/cm2分析计算结果表明IIIIII截面最危险，其最大安全系数为3.6，满足设计要求。3.4.5 摇臂强度计算摇臂简化为梁，其所受内力如图所示图3-13 摇臂N、Q、M图内力计算DE段N= =23320 =10222.8NQ= =23320 =20960N= =2096042.5 =8.9kNmEF段N= =22437 =4281.2NQ= =22437 =22024.8N如图所示给出摇臂II和IIII截面位置及截面尺寸，截面弯矩已在M图中标出。图3-14 摇臂的截面位置尺寸图截面面积FF=2（8010908） =30.4cm2截面抗弯模量=（28010
28、91216903）155 =258.58cm3拉应力 =弯曲应力 =最大应力 =最大剪应力 =1.5安全系数 = =材料A3 =30380N/cm2 =16709 N/cm2表3-6截面内力几何量应力（kN/cm2）N（kN）Q（kN）M()F(cm2)（cm3）I-I10.221830.4258.60.343.093.4310.88.82.8II-II4.3227.9530.4258.60.143.093.239.759.433.4.6 拉杆稳定与强度计算稳定计算材料 20钢外径 D=40mm内径 d=20mm长度 L=570mm截面积 F=9.42cm2惯性矩 J=11.78cm4惯性半径
29、 i=1.118cm压杆柔度系数 =51对于20钢的柔度=60， =90，由于=51，故为短杆，不存在失稳问题。强度计算20钢的 =31200N/cm2拉应力 =2475.6 N/cm2安全系数n n=12.4第四章 液压系统设计计算工作原理图：图4-1 液压系统工作原理图ZL05装载机液压系统由转向系统和工作装置系统构成，系统结构简单、合理。4.1 转向系统分析及计算4.1.1 转向系统分析ZL05装载机采用组合式（单泵）液压转向系统，优点在于可获得接近最完善的转向性能并同时满足工作装置的需要，因为小型装载机受总体布置的限制，不可能安装多个泵，又由于后车架上受到总体布置的限制，分流阀安装在前
30、车架上，这样比安装在后车架上还可节约输油管。4.1.2 液压转向系统方案的确定液压转向对提高工程机械生产率和改进操作性能都是重要的，并且具有重量轻，结构紧凑，对地面冲击起缓冲作用，迅速，启动平稳等优点。决定选型的主要因素有：转向方式。可利用流量转向元件的空间。流量和转向力矩的要求等。轮式工程机械液压转向系统的结构种类很多，大致可分为：液压机械转向系统，全液压转向。ZL05装载机采用了全液压转向系统，特点在于：采用了直接与方向盘转向轴装在一起的计量马达。ZL05装载机采用单缸转向，计算时均以后桥不动，前桥绕固定轴转动。转向阻力矩计算参数：整机质量： 1800载荷分布： 空载： 前桥 720 满载
31、： 前桥 1380轮距L： 1150mm前轮轮轴到车架铰接距离： =600mm轮胎与路面之间的综合阻力系数：f=0.11转向阻力矩： =fG =0.111.3810009.8 =1.236103Nm转向阻力矩转向力矩转向油缸所需提供的最大推力m=F 力臂长度=通过作图法得出为0.125m所以 =9.89103实际转向油缸的行程=195mm转向油缸的选取初选系统压力8.2， =0.498D求大径D D=式中： F液压缸必须能提供的推力 P液压转向系统压力 D液压缸内径D=45mm =22.4mm取=22mm，根据D，行程，系统压力选取转向油缸HSG012801转向器的选择）全偏转角所需流量（按大
32、腔工作计算）Q= t=3液压缸容量 V= =则 Q=1.033考虑缸、阀泄漏，取容积效率=0.6则 =1.29）液压转向器排量L的确定=n=34.5q=取q=100选取转向器 BEE1100转向系统压力力臂 r=125mm转向阻力矩 =1236.4大腔压力 =6.22小腔压力 =8.2764.2 转斗、动臂液压缸的选取4.2.1 转斗、动臂液压缸的分析与计算转斗液压缸作用力的确定为了发挥装载机的铲掘能力，要求转斗液压缸作用力是以使铲斗在铲掘位置上翻时，装载机后轮离地，转斗液压缸作用力即此平衡条件作为计算位置。图4-2 转斗液压缸计算图根据装载机纵向稳定条件得最大掘起阻力：= G装载机使用质量铲
33、斗在铲掘位置绕B点上翻时取=0=取=0=式中为铲斗自重，考虑到连杆机构铰点的摩擦损失=n铲斗液压缸数，故n=1.考虑连杆机构的摩擦损失系数，=1.25=325mm =385mm =265mm=425mm =483mm铲斗自重略，=0， 数值因此而放大1.2倍.=1.21.25=3.41N转斗油缸的选取取通比系数=1.46，则D=1.782.初选系统压力为16，则D=得=35.38mm，取d=35mm得D=63mm选取转斗缸 HSGL01E1301行程=340mm动臂液压缸作用力确定假定动臂液压缸作用力仅克服最大铲起阻力图4-3 油缸作用力的计算简图取=0=每次动臂液压缸受力为 =m=2 =1.
34、25=0.705N动臂液压缸作用力 =2.53104N选择动臂油缸取系统压力为16，通比系数=1.46即 D=1.782则 2.17=得 =30mm D=54mm取 =28mm D=50mm选用动臂缸 HSGL01E1101行程 =465mm4.2.2 油泵的选取确定系统压力=15.84=18.75一般地用转斗油缸确定系统压力，同时考虑其他因素得系统压力P=16.确定系统流量=式中取 t=4S V=则 Q=456.52考虑泄漏及泵效率，取 =0.8 =0.91又取泵的额定转速为1500rpm得 q=25.1所以选取齿轮泵 CBG1025其参数为： 排量 q=25.1 额定转速 n=1500rpm 压力 164.2.3 多路换向阀的选取型号
