ZL50装载机铲斗设计说明书

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1、摘要装载机属于铲土运输机械类是工程机械的主要机种之一，是一种通过安装在前端 一个完整的铲斗支撑结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输 和卸载的自行式机械。它广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码 头等国民经济各部门等工程建设中。装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操 作轻便等优点，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成 本都发挥着重要的作用。装载机根据不同的使用要求，发展形成了不同的结构类型。通常，按使用场合的 不同，分成露天用装载机和井下用装载机；按行走系统结构不同，分成轮式装载机与 履带式装载机；按卸料方式不同，分为前卸式（前端式）

2、、后卸式与回转式装载机。此次设计针对的是 ZL50 装载机铲斗的设计，根据铲斗的铲斗设计要求和铲斗斗 型的结构的分析来确定切削刃的形状，铲斗的斗齿，铲斗的侧刃，斗体形状，铲斗的 具体参数数据，铲斗容量等。这次设计可以说是一次的尝试。由于本人设计水平有限， 设计过程中难免会存在一些考虑不周之处，敬请各位老师批评指正。关键词：工程机械，装载机，铲斗ABSTRACTLoader belong to shovel transport machinery is one of the main model of engineering mach in ery, is a kind of through t

3、he in stalled in front of a complete bucket support structure and connecting rod, with machine move forward for loading or mining, and ascension, transport and unioading of self-propelled machinery. It is widely used in construction, mining, water and electricity, Bridges, railways, highways, ports,

4、 docks sectors of the n ati onal econ omy 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 engin eeri ng quality, reduce the cost for the projec

5、t are play an importa nt role.Loader according to different application requirements, development formed different structure types. Usually, accord ing to the using situati on is differe nt, divided in to ope n with loader and underground with loader; According to the running system structure is dif

6、ferent, divided into wheel loader and crawler loader; Accord ing to the discharge differe nt ways, divided into before discharge type (fr ont type) and after discharge type and rotary loader.This desig n is aimed at ZL50 loader bucket desig n, accord ing to the bucket bucket desig n requireme nts an

7、d shovel bucket type structure an alysis to determ ine the shape of the cutt ing edge, the bucket bucket tooth, the bucket side blade, bucket body shape, bucket specific parameter data, bucket capacity, etc. The desig n can be said to be a try. Because I desig n level is limited, the design process

8、will inevitably there are some consideration not place, please join the teacher criticism and correcti ons.keywords：engin eeri ng mach in ery, loader, bucket目录摘 要11. 装载机的概述41.1 装载机的概述41.2 装载机的工作原理41.3 装载机的主要技术性能参数 41.4 装载机的结构型式52. 轮式装载机应用技术发展82.1 国外轮式装载机发展现状 82.2 国外轮式装载机发展趋势 92.3 国内轮式装载机发展现状102.4 国内

9、轮式装载机发展趋势113铲斗的设计133.1 设计要求133.2铲斗斗型的结构分析133.3铲斗基本参数的确定 143.3.1. 铲斗宽度143.3.2. 铲斗回传半径Ro153.3.3. 铲斗的断面形状参数 173.3.4. 斗容的计算 183.3.5. 斗齿的设计 203.3.6. 铲斗的受力分析 204.结论265参考文献271 装载机的概述1.1 装载机的概述装载机是以轮胎式或履带式拖拉机为基础车，安装上铲斗作为工作装置的一种土 方工程机械。它是一种作业效率高、操作轻便、用途广泛的施工机械，它不仅用来对 松散的堆积物料进行装、运、卸等作业，还可以铲装爆破后的矿石以及对硬土进行轻 度挖掘

10、，并能用来进行清理、刮平场地及牵引等作业。装载机具有作业速度快、效率 高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一， 对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要 的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。1.2 装载机的工作原理装载机的铲掘和装卸物料是通过工作装置的运动而得以实现的，装载机工作装置 由铲斗、动臂、连杆、摇臂和转斗油缸、动臂油缸等组成。整个工作装置铰接在车架 上。铲斗通过连杆和摇臂与转斗油缸铰接，用以装卸物料。动臂与车架、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。而装载机作业时工作装 置应能保

11、证：当转斗油缸闭锁、动臂油缸举升或降落时，连杆机构使铲斗上下平动或 接近平动，以免铲斗倾斜而撒落物料；当动臂处于任何位置、铲斗绕动臂铰点转动进 行卸料时，铲斗倾斜角不小于45，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平。1.3装载机的主要技术性能参数标志装载机的主要技术性能参数有铲斗容量、额定载重量、发动机额定功率、整 机质量、最大行驶速度、最小转弯半径、最大牵引力、最大掘起力、最大卸载高度、 卸载距离、工作装置动作三项和等。铲斗容量：一般指铲斗的额定容量，为铲斗平装容量与堆尖部分体积之和，用 m3 表示。额定载重量:指在保证装载机稳定工作的前提下，铲斗的最大载重量，单位为kg。发动机额定功率：发动机

12、额定功率又称发动机标定功率或总功率，是表明装载机 作业能力的一项重要参数。发动机功率分为有效功率和总功率，有效功率是指在29 C和746mmHg（lmmHg=133.322Pa）压力情况下，在发动机飞轮上实有的功率（也称飞 轮功率）。国产装载机上所标有的功率一般指总功率，即包括发动机有效功率和风扇、 燃油泵、润滑油泵、滤清器等辅助设备所消耗的功率。单位为 kw。整机质量（工作质量）：指装载机设备应有的工作装置和随机工具，加足燃油， 润滑系统、液压系统和冷却系统都加足液体，并且带有规定形式和尺寸的空载铲斗和 司机标定质量（75kg3kg）时的主机质量。它关系到装载机使用的经济性、可靠性 和附着性

13、能，单位为 kg。最大行驶速度：指铲斗空载，装载机行驶于坚硬的地面上，前进和后退各档能达 到最大速度，它影响装载机的生产率和安排施工方案，单位为 km/h 。最小转弯半径：指自轮胎中心或后轮外侧或铲斗外侧所构成的弧线至回转中心的 距离，单位为 mm。最大牵引力：指装载机驱动轮缘上所产生的推动车轮前进的作用力。装载机的附 着质量越大，则可能产生的最大牵引力越大，单位为 kN 。最大掘起力：指铲斗切削刃的底面水平并高于底部基准平面20mm时，操纵提升 液压缸或转斗液压缸在铲斗切削刃最前面一点向后100mm处产生的最大向上铅垂力， 单位为 kN。最大卸载高度：指铲斗铰轴在最大高度、铲斗处于 450

14、卸载角（如果卸载角小于 450时，指明该卸载角）时，铲斗切削刃的最低点与水平面之间的距离。单位为mm。卸载距离：一般指在最大卸载高度时，从装载机前外廓到斗刃之间的水平距离， 单位为 mm。工作装置动作三项和：指铲斗提升、下降、卸载三项时间的总和，单位为 s。1.4 装载机的结构型式装载机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如图11所示。其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，则在动留提 升、转斗油缸闭锁时，铲斗始终保持平移，

15、斗内物科不会撤落。有铲斗托架的工作装置易十更换铲斗及安装附件，例如将铲斗卸下，在托架上装上起重叉便可进行起重及叉车作业。有铲斗托架的工作装置，结构比较简单，同时，由于转斗油缸及铲斗都是直接铰 接在托架上，所以铲斗的转动角较大。但由于在动管前端装有较重的托架，所以减少 了铲斗的载重量。图1-1有铲斗托架式1-铲斗；2-托架；3-转斗油缸；4-连杆；5-动臂；6-动臂油缸；无铲斗托架的工作装置如图1 -2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

16、和铲斗铰接。图1-2无铲斗托架式1-铲斗；2-托架；3-转斗油缸；4-连杆；5-动臂；6-动臂油缸;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P时的铲斗转角a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。运动缺点是当铲斗铲装物料时油缸的小腔工作，因而使铲斗油缸的缸径与重量增图1-3正转单连杆机构图1-4正转双连杆机构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P时的铲斗转角a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

17、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；摇臂一一连杆的传动 比较小。反转连杆机构多采用单连杆，图1-5反转连杆机构双连杆机构布置较困难。正、反转连杆机构都是非平行四边形机构。因此，在动臂提升过程中，铲斗或多 或少总要向后翻转一些。2 轮式装载机应用技术发展在经历了 5060 年的发展后，到20 世纪 90 年代中末期国外轮式装载机技术已达 到相当高的水平。基于液压技术、微电子技术和信息技术的各种智能系统已广泛应用 于装载机的设计、计算操作控制、检测监控、生产经营和维修服务等各个方面，使国 外轮式装载机在

18、原来的基础之上更加“精致”，其自动化程度也得以提高，从而进一 步提高了生产效率，改善了司机的作业环境，提高了作业舒适性，降低了噪音、振动 和排污量，保护了自然环境，最大程度的简化维修、降低作业成本，使其性能、安全 性、可靠性、使用寿命和操作性能都达到了很高的水平。2.1 国外轮式装载机发展现状（1）产品形成系列，更新速度加快并朝大型化和小型化发展产品的系列化、成套化、多品种化成为主流。为了适应市场需求，各厂商加快了 产品的更新换代，如以卡特彼勒为代表的美国，以小松公司为代表的日本和装载机生 产第三大集团西欧各厂家都加快推出多功能，全面兼顾动力性、机动性与灵活性的新 产品，以满足不同用途用户的需

19、求。此外，装载机的大小规格向两头延伸，以适应大 型露天煤矿或金属矿和狭窄施工场所，如仓库、货栈、农舍、地下等场所的装载作业。 这些产品如美国克拉克公司生产的675型，功率达1000 kW， 而日本东洋远般株式 会社生产的310型，斗容量仅为0.llm3，功率为9.8kW。此外，装载机还向高卸位、 远距离方向发展。如JCB公司开发了收缩臂式装载机，小松公司开发了能扩大作业范 围带伸缩机构的装载机。（2）采用新结构、新技术，产品性能日趋完善近年开发的产品普遍采用了高性能发动机和自动换挡变速器、大流量负荷传感液 压系统、前后防滑差速器、多片湿式盘式制动器、行走颠簸减振先进技术，并综合液 压、微电子和

20、信息技术制造，并应用了很多智能系统。工作装置连杆机构推陈出新， 各种自动功能更趋于成熟、完善。（3）发展多种工作装置，不断满足市场需求 所有厂家的产品都强调一机多用，配用快换装置及多种附件，可以换装几种到几十种甚至上百种不同的作业装置，如VME集团生产的VolvoBM轮式装载机可更换多 达 100 余种的工作装置，如各种用途的铲斗、装卸叉、吊具、清扫装置、集草叉、除 雪铲、路面铣刨器具、压实器具、破碎器具、地表钻等，以便进行装载、铲平、搬运 挖掘、清理等作业。各种工作装置的更换非常简便，司机在驾驶室内只需 12min 就 可以轻而易举的完成。（4）易于维修、保养，注重环保所以产品都充分考虑到可

21、维护、维修性，各关键零部件和维护点都预留了足够的 通路，保养点集中并可以在地面上进行，普遍采用了自动集中润滑。大量机罩都采用 可展开结构，可整体翻转，有些机型的驾驶室还可以整体倾翻。许多产品发动机风扇 采用液压驱动。大部分产品设有微机操作信息中心供维修查询。各个厂家也都十分注 意产品的环保，主要从降噪降污和节约能源入手。普遍采用了降噪、将污染、满足现 有排放法的清洁型发动机，同时对机器主要噪声源都采取了各种防护措施。2.2 国外轮式装载机发展趋势综合上述现状和未来市场需求，国外轮式装载机在其未来的技术发展中将广泛应 用微电子技术与信息技术，完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊断系统；

22、采用单一吸声材料、噪声抑制方法等消除或降低机器噪声；通过不断改进电喷装置， 进一步降低柴油发动机的尾气排放量；研制无污染、经济型、环保型的动力装置；提 高液压元件、传感元件和控制元件的可靠性与灵敏性，提高整机的机-电-信一体化水 平；在控制系统方面，将广泛采用电子监控和自动报警系统、自动换挡变速装置；普 遍安装 GPS 定位与质量自动称量装置；开发“机器人式”装载机等。（1）系列化，特大型化 系列化是工程机械发展的重要趋势。国外著名大公司逐步实现其产品系列化进 程，形成了从微型到特大型不同规格的产品。与此同时，产品更新换代的周期明显缩 短。（2）多用途，微型化为了全方位的满足不同用户的需求，国

23、外轮式装载机在朝着系列化、特大型化方 向发展的同时，已进入多用途、微型化发展阶段。推动这一发展的因素首先源于液压 技术的发展，通过对液压系统的合理设计，使得工作装置能够完成多种作业功能；其 次，快速可更换连接装置的诞生，安装在工作装置上的液压快速可更换连接器，能在 作业现场完成各种附属装置的快速装卸及液压软管的自动连接，使得更换附属作业装 置的工作在司机室通过操纵手柄即可快速完成。一方面，工作机械通用性的提高，可 使用户在不断增加投资的前提下充分发挥设备本身的效能，完成更多的工作；另一方 面，为了尽可能地用机器作业代替人力劳动，提高生产效率，适应城市狭窄施工场所 以及特殊作业环境的使用要求，小

24、型及微型装载机有了用武之地，并得到了较快的发 展。为占领这一市场，各生产厂商都推出了多用途、小型和微型轮式装载机。（3）不断创新的结构设计目前，装载机的工作装置已不再采用单一的Z形连杆机构，许多公司不断设计出 新颖独特的连杆机构工作装置，这将进一步增加轮式装载机工作装置的种类。（4）更加重视安全性、舒适性和可靠性装载机的安全性、舒适性和可靠性技术将得到更广泛的重视。翻滚保护和落物保 护结构驾驶室、消声、减震、防油污以及全球定位系统（GPS）,闭路监视系统，超声 波后障碍探测系统，微机监控和自动报警系统，不解体检测和简化维修等各种新技术 与装置将得到进一步的发展和更广泛的应用。（5）向节能与环保

25、方向发展一些节能环保的新技术和新方法，如代用燃料、节能装置、降噪装置将得到更深 入的试验研究并推广应用，进一步降低能耗，提高作业经济效益。2.3 国内轮式装载机发展现状我国轮式装载机行业起步较晚，其制造技术是陆续从美国、德国和日本等国家引 进的。目前，我国轮式装载机的生产技术水平只相当于发达国家20 世纪 80 年代的生 产制造水平。虽然目前国内轮式装载机的生产厂家群雄并立，并且有增无减，但国内 的企业自主开发创新能力较弱，产品更新换代以适应市场需求的能力差，不能及时适 应市场的需求。在生产制造上，工艺装备水平和生产能力低，造成关键零部件技术不 过关，整机的可靠性，故障率，使用寿命，机、电、液

26、一体化水平，外观质量，操纵 灵活性和舒适性方面与先进国家产品相比差距较大。目前，我国轮式装载机的发展有 如下一些特点：（1）缺乏高科技含量，产品质量不稳定，档次低我国生产的轮式装载机的技术水平普遍较低，高科技附加值少，产品档次低，属 于中等偏下水平。产品质量不稳定，国产装载机大故障的部位主要集中在传动系统， 小毛病主要出现在液压系统。（2）设备的灵活性、舒适性较差灵活性是反映装载机工作效率的一个重要指标。由于设计或制造等原因，各个部 件不能自如运作，工作起来笨拙不堪，现场讲是出工不出力、出力不出活。现场作业， 其环境千差万别，特别是洞室、狭窄恶劣地段工作更需要灵活性，在这方面国外的大 吨位设备

27、也远比国内小吨位设备灵活的多。设备的舒适性是指驾驶员在操作设备作业时所感受到的舒适程度，也包括环保方 面的排放标准和噪声大小等。国产产品驾驶室的噪声控制、密封问题都没有得到很好 的解决。一些厂家试图在驾驶室里安装收录机等音响系统，其实在没解决设备噪声之 前，这些都是徒劳的；同理，在没有解决驾驶室密封问题之前，一切空调等通风换气 装置都是没有任何意义的。（3）用途单一，产品规格中间大两头小我国生产的轮式装载机所配有的附属作业装置有限，造成装载机使用功能少、用 途单一。尽管已能产生出 0.410t 的装载机产品，但产量主要集中在 15t 范围内， 无力生产微型级、大型级产品，造成了产品结构中间大、

28、两头小的格局。2.4 国内轮式装载机发展趋势尽管国内轮式装载机的技术发展水平与西方发达国家存在着很大的差距，但也应 该考虑到历史和国情的原因。目前国产轮式装载机也正在从低水平、低质量、低价位、 满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过 渡，各个主要厂家也不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上 技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，正在从低水平的无序 竞争的怪圈中脱颖出来，成为装载机行业的领先者。其发展体现出以下一些趋势：（1）大型和小型轮式装载机，在近几年的发展过程中，受到客观条件及市场总需求 量的限制，竞争最为激烈的中型装

29、载机更新速度将越来越快。（2）各生产厂家根据实际情况，重新进行总体设计，优化各项性能指标，强化结构 件的强度及刚度，以使整机可靠性得到提高。（3）优化系统结构，提高系统性能。如动力系统的减震系统、散热系统的结构优化、 工作装置的性能指标优化及各铰接点的防尘、工业造型设计，逐步引进最新的传动系 统和液压系统技术，予以国产化、商业化，降低能耗，提高性能。（4）利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应 用，提高效率、节约能源、降低装载机作业成本。（5）提高安全性、舒适性。驾驶室逐步具备FOPS和ROPS功能，通过国际安全要求 的认证，达到国际市场的基本要求，获得进入国际市场

30、的许可证。驾驶室内环境将向 汽车方向靠拢，转向盘、座椅、各操纵手柄都能调节，使操作者处于最佳位置工作。（6）降低噪声和排放，强化环保指标。随着人们环保意识的增强，许多大城市已制 定机动车的噪声和排放标准，工程建设机械若不符合排放标准，将要限制在此地区销 售。（7）广泛利用新材料、新工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品 的寿命和可靠性。（8）最大限度的简化维修，尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采 用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提供排除问题的方法。3 铲斗的设计3.1 设计要求铲斗是直接用来切削、收集、运输和卸出物料，装载机工作时的插入能力及铲掘 能力是

31、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机的作业效率 和上作可靠性，所以减少切削阻力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 1.4 1.6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）。用

32、于土方工程的装载机，因作业对象较广，因此多采用正常斗容 的通用铲斗，以适应铲装不同物料的需要。3.2 铲斗斗型的结构分析不同种类的物料，需要不同结构形式的铲斗，通常铲斗由切削刃、斗底、侧壁及 后斗壁组成。铲斗切削刃的形状根据所铲装物料的不同而异，通常分为直线型和非直 线型。直线型切削刃结构简单，具有良好的平地性能，但切削阻力较大，适用于装载 重度不超过16kN/m3，并且堆积比较松散的物料。非直线型切削刃有V型和弧型等， 装载机用的较多是 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；且对中性较好。但平地性能和装满系数要 小于直线型斗刃的铲

33、斗。装有斗齿的铲斗，在装载机作业时，插入力有斗齿分担，形成较大的比压，利于 插入密实的料堆疏松物料，便于铲斗的插入，斗齿可以延长切削刃的使用寿命，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装载机，其铲斗均装有斗 齿。用于插入阻力较小的松散物料或粘性物料，其铲斗可以不装斗齿。斗齿的形状对切削阻力的影响：对称齿型的切削阻力比不对称的大；长而狭窄的 齿比宽而短的切削阻力小。弧线或折线形铲斗侧刃的插入阻力比直线形侧刃小，但弧 线或折线形侧刃铲斗的侧壁较浅，容易从两侧泄漏物料，不利于铲斗的装满，这种形 状适宜于铲装岩石。对主要用于土方工程的装载机，在设计铲斗时要考虑斗体内的流 动性，减少

34、物料在斗体的移动或滚动阻力，同时要有利于在铲装粘性物料是有良好的 倒空性。(a)直线形斗刃铲斗(b)直线形带齿铲斗(c) v形斗刃铲斗 (d)弧形带齿铲斗图31常见的铲斗结构铲斗的形状对铲装阻力和粘性物料卸静性有着较大的影响。对于主演铲装土方的 装载机，希望斗底圆弧半径大些，斗底长度短些，如图22a所示，以改善泥土在斗 内的流动性，减少物料在斗内的运动阻力。而对于主要用于铲装流动性较差的岩石装 载机，希望采用圆弧半径较小，矮而深的铲斗，如图22b所示，这种铲斗贯入性好， 可以减小铲插入料堆的阻力，同时也可以改善司机的视野。但过深的铲斗会引起斗底 太长，因而造成掘起力变小。3.3铲斗基本参数的确

35、定Zl50C转载机的基本数据如表1-1：额定斗容额定载重量整机质量3 m 350 KN17.5 t轮距轴距轮胎规格2150 mm3427 mm23.525最大卸载高度最小卸载距离2970 mm1200 mm3.3.1 铲斗宽度铲斗宽度B应大于轮胎外侧宽度100 一 200毫米，如果铲斗宽度小于轮胎外侧 K宽度，则铲斗铲取物料后所形成的料推阶梯，会损伤轮胎侧壁，增加行驶阻力。3.3.2铲斗回传半径R0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23）。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

36、式计算 式中 V 几何斗容量 （ 图 32 中所示阴影断面 ） ，由设计任务书给定（米3）；11.2B o.5九（九 + 九 cosy ）sin y-九2ycot 二 一 0.5 兀f1 - y 10 1gzk1r2L 180 丿JVr公式（1）图32铲斗基本参数简图根据几何简图（见图32）可以计算铲斗横截面积为A = R 20.5九（九 + 九 cosy ）sin y 一九2cotd - 0.5兀（1 - 00gZk10 r2（mm 2）公式（2）而铲斗的几何容积Vg二A0 X B0，可得回传半径为V 109gR = |B 0.5九（九 + 九 cosY ）siny 一九2cotZ - 0.

37、5兀（1 - 0 g Z K 10 r 2（mm）公式（3）KB。铲斗内侧宽度（米）；九 铲斗斗底长度系数，通常九=1.4 1.5 gg九一一后斗壁长度系数，通常九=1.1 1.2 ；zz九 挡板高度系数，通常九=0.12 0.14 ；kk斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，通常九=0.350.40 ；RY1 挡板与后斗壁问的夹角,通常Y = 5。100 ；1Y 斗底和后斗壁间的夹角, 0通常丫 二 48o 52o,（有推荐 55o 65o）。0B = b + b0w+ (0.1 0.2) - 2a1公式（4）式中al-铲斗侧壁切削刃的厚度 取a = 0.010m = 10mm1b-轮距 bw-

38、轮胎宽度根据设计资料有b = 2150 mmb = 597 mmwB = 2150 +100 + 597 - 2 x 10 = 2827 mm0所以有：13 1.2x 28270.5x 1.45(.19 + 0.13xcos5。lin50。-0.42cot g 500 - 0.5n1 500 1112(1800丿R0= 1244mm图33铲斗断面基本参数图3.3.3.铲斗的断面形状参数：铲斗的断面形状参数：斗的圆弧半径R、张开角Y、挡板高度l和底壁长/，如10kz图32所示。斗底长度：是指铲斗切削刃到斗底后斗壁交线之间的距离，可用下式算：L 二九 R 二 1.45R 二 1804mm公式（5）

39、gg 00后斗壁长度/ :是指切削刃至斗底圆弧与底壁相切点间的距离，l长，则斗插入zz料堆深度大，斗易于装满，但由于力臂的增大而使掘起力减小，插入阻力随铲斗插入料堆的深度而急剧增加，/长还影响卸载高度；l短，则掘起力大，并由于卸料时铲 zz斗刃口降落的高度小，可以减小动臂举升高度，缩短作业时间。对装载轻质物料为主 的铲斗，l可以选用大些；对装载岩石料的铲斗。l应取小些。zzl =九 R = 1.15R =1408mm公式（6）zz 00挡板高度l :是指斗上缘至斗底圆弧与后壁相切点间的距离。l过小，易漏料；kkl过大则增加铲斗外形。影响驾驶员视线。kL 二九 R 二 0.13R 二 162mm

40、公式（7）K K 00铲斗圆弧半径R :铲斗圆弧半径大，物料进入铲斗的流动性好，物料装入斗内阻1力减小。卸料快速干净；但R过大，斗的开口太大，物料不易装满，且铲斗较高，不1 利于驾驶员观察铲斗刀刃作业情况。R 二九 R 二 0.4R 二 498mm公式（8）1 R 00铲斗上的动臂铰销距斗底的高度：h 二（0.06 0.12）R 三 0.12R 二 150mm公式（9）b00铲斗侧壁切削刃相对于斗底的倾角a二50。60。在选择丫时，使侧壁切削刃与0 1挡板的夹角为90。，切削刃的削尖角5二30。40。03.3.4.斗容的计算铲斗的斗容量可以根据铲斗的几何尺寸确定。图3-4装载机斗容计算图(1)

41、几何斗容(平装斗容)Vg铲斗平装的几何斗容可按下式确定：V = A X B X10-9 (m 3)公式(10)g 00对于装有挡板的铲斗：2VK = （AB0 - 3 讪 X10-9 m 3公式）根据有关计算有a = L = 0.162mKB = 2.827m0 b = pCN 2 + ND 2公式（12）=、;L2 + L2 + L2 2L L cosyZ g Kg Z=*1.482 +1.8062 + 0.162 2 x 1.804 x 1.48cos50。=1.428mA铲斗横断面面积，如图25中所示阴影面积B铲斗内壁宽(m),0挡板高度(m)；b斗刃刃口与挡板最上部之间的距离（m）。装

42、有挡板的铲斗几何斗容2V = (AB 一 a 2b) x 10 -9 m 3K 03=(0.886 x 2.827 - 3 x 0.1622 x 1.428) x 10-9= 2.48 x 10-9 m32）额定斗容（堆装斗容） Vh铲斗堆装的额定斗容V是指斗内堆装物料的四边坡度均为1：h公式（13）2，此时额定斗容可按下式确定。b2 B b 2公式（14）vh = vk+_r 一 石(a+c 力x 10 一9 m 3式中c物料堆积高度（米）。物料堆积高度 c 可由作图法确定（图25）：根据科堆坡度角可得料堆尖端点肘， 再由 d4 点作直线 d4N 与 Go 垂直，将 n4N 垂线向下延长，与

43、斗刃刃口和挡板最下端之间的连线相交，此交点与料堆尖端之间的距离，即为物料堆积高度 G。baG = b +42、b 2 - a 21.428 x 0.162=0.25 x 1.428 +2(1.4282 - 0.1622公式15)=0.276m铲斗堆装的额定斗容Vhb2 Bb2V = V + 0 a + c) x 10-9 m 3H K86=2.48 + 1.428 x 2.827 -1.4282 x(0.162 + 0.276 x 10-9公式16)8=3.05 x 10 -9 m 3铲斗斗容的误差率3- 3.05公式17)5 =x 100%3=1.7% 5%所以铲斗的设计合格。3.3.5.斗

44、齿的设计铲斗斗刃上可以由斗齿，也可以没有斗齿。若斗刃上装有斗齿，斗齿将先于切削 刃插入料堆，由于它比压大（即单位长度插入力大），所以比不带齿的切削刃易于插 入料堆，插入阻力能减小 20% 左右，特别是对料堆比较密实，大块较多的情况，效果 尤为明显。斗齿结构分整体式和分体式两种。一般斗齿是用高锰钢制成的整体式，用螺栓固 定在铲斗斗刃上。斗齿的形状和间距对切削阻力是有影响的。一般中型装载机铲斗的斗齿间距为 250500mm 左右。太大时由于切削刃将直接参与插入工作，使阻力增大；太小时，齿 间易卡住石块，也将增大工作阻力。长而窄的齿要比短而宽的齿插入阻力小，但太窄 又容易损坏，所以齿宽以每厘米长载荷

45、不大于 500-600kg 为宜。初选齿间距为 300mm， 斗齿宽度为60mm，斗齿长度为300mm。3.3.6 铲斗的受力分析（1）外载荷确定原则装载机在铲斗插入料堆，铲取物料和举升铲斗的过程中，铲斗要克服切削物料的 阻力、物料与铲斗间的摩擦力和物料自身的重力。这些力构成了装载机工作装置的作 业阻力。为了分析问题方便，假设它们作用在铲斗齿尖的刃口上，并形成两个集中力： 水平插入阻力和垂直掘起阻力。由于铲装物料的种类和作业条件不同，装载机实际作业时不可能使铲斗切削刃均 匀受载，但可以简化为两种极端受载情况：一是对称载荷，载荷沿切削刃均匀分布， 计算时可用一个作用在斗刃中部的集中载荷来代替；二

46、是偏心载荷，由于铲斗偏铲或 物料的不均匀性而导致物料对铲斗的载荷产生不均匀分布，使载荷偏于铲斗一侧，形 成偏心载荷，此时，通常将其简化后的集中载荷加在铲斗侧边的第一个斗齿上。装载机在铲掘作业过程中，通常有以下三种受力工况： 铲斗水平插入料堆，工作装置油缸闭锁，此时可认为铲斗斗刃只受水平插入阻 力的作用。 铲斗水平插入料堆，翻转铲斗或举升动臂铲取物料时，认为铲斗斗齿只受垂直 掘起阻力的作用。 铲斗边插入边收斗或边插入边举臂进行铲掘时，认为铲斗斗齿受水平插入阻力 与垂直掘起阻力的同时作用。如果将对称载荷和偏载情况分别与上述三种典型受力工况相组合，就可得到铲斗 六种典型的受力作用工况，如图35所示。

47、(b)垂直对称工况(a)水平对称工况(C)水平偏载工况(d)垂直偏载工况(C)水平垂直对称同时作用工况(d)水平垂直偏载同时作用工况图35工作装置外载荷工况（2）外载荷计算 装载机的工作阻力是多种阻力的合力。由于物料性质和工作机构工作方式的不 同，工作阻力有不同的计算方法，一般工作阻力通常分别按插入阻力、掘起阻力和转 斗阻力矩进行计算。 插入阻力 插入阻力就是铲斗插入料堆时，料堆对铲斗的反作用力。插入阻力由铲斗前切削 刃和两侧斗壁的切削刃的阻力，铲斗底和侧壁内表面与物料的摩擦阻力，铲斗底外表 面和物料的摩擦阻力组成。这些阻力与物料的种类、料堆高度、铲斗插入料堆的深度、 铲斗的结构形状等有关。计

48、算上述阻力比较困难，一般按照下面经验公式来确定：Fx 二 9.8K1K2K3K4BLL22 （N）公式（18）式中 K1 物料块度与松散程度系数, （查表可得）K2 物料性质系数， （查表可得）K3 料堆高度系数， （查表可得）K4 铲斗形状系数，一般在1.11.8之间，取1.3B 铲斗宽度，290cmL铲斗的一次插入深度，40cm得到： F=9.8X1.0X0.045X1.10X1.3X290X401.25 =18397 （N） 掘起阻力掘起阻力就是指铲斗插入料堆一定深度后，举升动臂时物料对铲斗的反作用力。 掘起阻力同样与物料的种类、块度、松散程度、密度、物料之间及物料与铲斗之间的 摩擦阻力

49、有关。掘起阻力主要是剪切阻力。最大掘起阻力通常发生在铲斗开始举升的 时刻，此时铲斗中物料与料堆之间剪切面积最大，随着动臂的举升掘起阻力逐渐减小。铲斗开始举升时物料的剪切力按下式计算F 二 2.2KBLzcN)公式（19）式中 K 开始举升铲斗时物料的剪切应力，它通过试验测定，对于块度 为0.10.3m的松散花岗岩，剪切应力的平均值取K=35000PaB铲斗宽度，mLc铲斗插入料堆的深度，m得到： F =2.2X35000X2.9X0.4=89320(N) 转斗阻力矩当铲斗插入料堆一定深度后，用转斗油缸使铲斗向后翻转时，料堆对铲斗的反作用力矩称为转斗阻力矩。当铲斗翻转铲取物料时，在铲斗充分插入料

50、堆转斗的最初时 刻，转斗静阻力矩具有最大值，用Ma0表示，此时铲斗转角a=0；其后，转斗静阻力 矩随着铲斗的翻转角a的变化而按双曲线特性变化（见图27）, 直到铲斗前切削 刃离开料堆坡面线为止（a = a）。开始铲取时（a=0）的静阻力矩Mao为(1 、M 二 1.1F0.4+ ya 0xI 4 J公式（20）式中 Fx 开始转斗时的插入阻力，18397Nx 铲斗回转中心与斗刃的水平距离，1.13my 铲斗回转中心与地面的垂直距离，0.26m公式（21）L铲斗的插入深度，0.4m(1 、M 二 1.1F0.4+ ya 0xI 4 J得到=1.1X 18397X0.4X(1.13-0.25X0.

51、4) +0.26=13599 (N m)图36转斗静阻力矩与铲斗转角的关系掘起阻力矩Ma随铲斗回转角a的增大而减小。当铲斗回转a角后，其转斗阻力 矩Ma为Ma = Ma0（1 Can ）公式（21）式中l (2 M M M丿 n =a0_、a公式（22）1 M MC =X a公(a) nMa 0式（23）a铲斗离开料堆时的翻转角度Ma铲斗离开料堆时，由物料重力产生的阻力矩，Nm转斗阻力矩计算：铲斗在料堆中转斗时，除了要克服料堆的静阻力矩之外，还要克服铲斗自重和铲斗中物料所产生的阻力矩。因此，开始转斗的阻力矩为M = M + （G + G ）Lza 0HC B转斗阻力矩，Nm开始转斗静阻力矩，1

52、3599 Nm轮式装载机额定载重量重力，49000 N-铲斗自重力，13470N-铲斗中心至回转中心B的水平距离（图28）,M = M + （G + G ）LHC B公式（24）式中MzMa 0GHGcLB0.5m得到公式（25）=13599+(49000+13470)X0.5=44834(N m)作用在转斗连杆上的力Fc :铲斗充分插入料堆后开始转斗时，作用在铲斗与转斗 连杆铰销上的力Fc （图28）为公式（26）公式（27）cL c （N）式中Lc铲斗回转中心至Fc的作用线的垂直距离，0.430m得到F = Mc Lc=44834/0.43=104265 （N）4. 结 论本课程设计主旨是

53、对CL50装载机的铲斗进行结构分析设计，本次课程设计以装 载机的概念、工作原理、工作性质参数、发展状况以及发展趋势为主题，来设计装载 机的铲斗结构。通过本次的课程设计得出如下结论： 装载机是一种作业效率高、操作轻便、用途广泛的施工机械。它即可以当浅 层挖掘机，也可以当短程的运输机械来使用。 装载机的连杆不同就具有不同的形态结构，所对应的技术参数和工作状况也 就不同。 装载机随着时间的发展越来越智能化，能大幅度的降低劳动强度，提高效率。 装载机的铲斗形状是由工作环境和作业对象性质所决定的。 装载机的工作过程不一样所对应的铲斗工况也就不一样。5. 参考文献1 秦四成 ，工程机械设计，北京，科学出版

54、社，2003.12 李自光，公路施工机械，北京，人民交通出版社，2008.3 吴永平，工程机械设计，北京，人民交通出版设，2005.4 包坤，建筑工程施工机械实例教程，北京，机械工业出版社，20125 周世明，简明建筑施工机械使用手册，北京，中国建筑工业出版社，20046 吴庆敏，何小新，工程机械设计，武昌，武汉大学出版社，20067 宋永刚。工程机械专业英语，北京，人民交通出版社，20068 郭小宏，公路工程施工机械化管理，北京，人民交通出版社，20099 武建军，机械工程材料，北京，国防工业出版社，200910 解明芳，材料力学，上海，同济大学出版社，200511 章跃 主编；机械制造专业英语.机械工业出版社，200312 杨占敏，王智明 张春秋 等编著；轮式装载机.化学工业出版社，2006.113 高湖海，主编；装载机械.冶金工业出版社，199514 王国彪，杨立夫 编著；装载机工作装置优化设计.机械工业出版社，199615 周萼秋，邓爱民,李万莉等，现代工程机械.人民交通出版社,199716 杨国平，现代工程机械技术.机械工业出版社，2003