裝載機工作裝置結(jié)構(gòu)設計

本科論文目錄TOC\o"1-2"\h\u8762摘要 I7333Abstract II12434引言 1203981介紹 2297881.1裝載機簡介 221101.2裝載機現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 3284191.3裝載機分類 668831.4擠出機的組成 7246802裝載機工作裝置結(jié)構(gòu)構(gòu)成與運動特點分析 8141732.1工作裝置結(jié)構(gòu)的組成 8294742.2工作裝置結(jié)構(gòu)的運動特點 862303裝載機工作裝置結(jié)構(gòu)的設計需求分析 940623.1工作裝置的典型工況 9250383.2工作裝置指標定義和設計要求 11144874裝載機工作裝置的連接關(guān)系與結(jié)構(gòu)設計 13112334.1工作裝置基本關(guān)系的建立 1348014.2工作裝置的結(jié)構(gòu)設計 1525816結(jié)論 1916285參考文獻 2019617致謝 22本科論文摘要裝載機作為土石方施工的主要機種，隨著國家基建發(fā)展規(guī)模逐漸提升，在新時期擁有廣闊的市場前景?！皺C械—液力”傳動的前卸式設備性能良好、應用場景廣泛，然而，其工作裝置結(jié)構(gòu)仍有進一步優(yōu)化空間。在此背景下，本文以該型裝置為對象，對他的整體結(jié)構(gòu)進行深入的分析和全面的優(yōu)化研究。首先對裝載機的基本結(jié)構(gòu)和他具有的基本特點進行研究，根據(jù)他的具體情況運用綜合圖解法，構(gòu)建裝載機工作裝置的結(jié)構(gòu)分析模型，分析裝載機工作裝置參數(shù)間關(guān)系；其次，基于工作裝置的使用場景確定設計要求，并在此基礎上，運用解析法設計動臂限位塊位置、動臂板連桿結(jié)構(gòu)和工作裝置裝配結(jié)構(gòu)。通過研究，取得了以下成果：其一是在現(xiàn)有裝載機工作裝置結(jié)構(gòu)的基礎上，對其動臂限位做進一步優(yōu)化，降低動臂運動沖撞力，減少散料可能性，提升工作效率。其二是進一步完善了動臂板連桿結(jié)構(gòu)的設計，其三是提升工作裝置的整體裝配性能。希望能為裝載機設計制造、優(yōu)化升級提供一定的參照與借鑒。關(guān)鍵詞：裝載機；工作裝置；結(jié)構(gòu)設計AbstractAsthemainmachinetypeofearthworkconstruction,loaderhasabroadmarketprospectinthenewerawiththegradualimprovementofnationalinfrastructuredevelopmentscale.BeforethemechanicalhydraulicexhaustithasagoodperformanceandavarietyofApplicationscenarios.Spacestillexists.Furtheroptimisationofthestructureoftheworkequipment.Inthiscontext,thispapertakesthistypeofdeviceasanobjecttooptimizethestructureofitsworkingdevice.Firstly,thestructureandmovementcharacteristicsoftheworkingdeviceoftheloaderareanalyzed.Combinedwiththetypicalworkingconditionsoftheloader,thestructureanalysismodeloftheworkingdeviceoftheloaderisconstructedbyusingthecomprehensivegraphicmethodtoanalyzetherelationshipbetweentheparametersoftheworkingdeviceoftheloader;secondly,thedesignrequirementsaredeterminedbasedontheusescenariooftheworkingdevice,andonthisbasis,thepositionofthelimitblockoftheboom,theconnectingrodstructureoftheboomplateandtheassemblystructureoftheworkingdevicearedesignedbyusingtheanalyticalmethod.Throughtheresearch,thefollowingresultshavebeenachieved:first,onthebasisoftheexistingstructureoftheworkingdeviceoftheloader,theboomlimitisfurtheroptimizedtoreducetheimpactforceoftheboommovement,reducethepossibilityofbulkmaterial,andimprovetheworkingefficiency.Thesecondistofurtherimprovethedesignofthelinkstructureoftheboomplate,andthethirdistoimprovetheoverallassemblyperformanceoftheworkingdevice.Itishopedthatthispapercanprovidesomereferenceforthedesign,manufacture,optimizationandupgradingofloaders.Keywords:loader;workingdevice;structuraldesign引言進入新常態(tài)以來，以基礎建設拉動內(nèi)需增長成為國家發(fā)展的基本方針。2020年，“新基建”正式啟動，呼喚工程機械設備制造能力快速提升。裝載機作為土石方施工的主要機種，在新時期必然迎來下一波風口。因此，對裝載機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計進行深入研究，具有顯著的現(xiàn)實價值與迫切性?？v觀國內(nèi)外研究者對裝載機工作裝置的設計，發(fā)現(xiàn)綜合圖解法、解析法、覆蓋法、類比試湊法等方法在其中發(fā)揮了重要作用。國外研究者中，P.SShiakolas構(gòu)建了基于幾何中心定位與差分進化方法的優(yōu)化框架，V.NGadalov運用動力學仿真技術(shù)，實現(xiàn)了工作裝置能耗高效控制的目標。國內(nèi)研究者中，王國彪、楊力夫確定了裝載機工作裝置設計的基本理論，黃紅鐘采用多目標優(yōu)化設計方法，對裝載機工作裝置加以改進，戴文躍運用動力學仿真分析方法，基于正交試驗實現(xiàn)了設備性能優(yōu)化。申文清采用虛擬樣機方法做了優(yōu)化研究，顯著提升了轉(zhuǎn)斗油缸的工作效率。然而，現(xiàn)有研究大都依循理論推導構(gòu)建優(yōu)化方案，且所選對象型號在當前多數(shù)已經(jīng)不適用，對于實際生產(chǎn)應用的指導作用被大大削弱。有鑒于此，本文在借鑒前人研究結(jié)論的基礎上，選擇當前應用較為廣泛的設備型號為樣本展開研究，以提升研究結(jié)論的指導能力。從長遠看，“機械—液力”傳動的前卸式設備應用場景最為廣泛，市場前景較好。故此本文以該型設備為例展開研究。又因裝載機工作裝置的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)著設備整體能耗與生產(chǎn)效率，故而本文將研究視角集中在工作裝置結(jié)構(gòu)上。1介紹1.1裝載機簡介 裝載機對于大型的建設工程是必不可少的，包括在公路的修建，鐵路的鋪設，礦山的挖掘，港口的開發(fā)，是一種非常重要的圖示方施工機械，它可以完成土壤的鏟裝，沙石的鏟裝，石灰的運送等一些散裝無聊的運送，也可以對大型的石頭或者是堅硬的沙土進行挖掘。它不僅僅具有上述的基本功能，為裝載機加上不同的其他輔助裝置的情況下還可以完成其他功能，包括對沙土的推送，大型重物的起重作業(yè)，裝載機可以輕松完成這些工作。裝載機在公路的鋪設過程中是很重要的，能夠完成對公路地基的鋪設，運送瀝青和混凝土等作業(yè)材料，是施工中不可缺少的機械之一。裝載機對于整體的工程中是不可缺少的，不僅僅能夠完成一些鏟、裝、卸、運土和其他施工材料的，并且也能夠完成對一些堅硬的巖石，堅硬的突然進行挖掘工作，針對于一些山地施工作業(yè)，地震挖掘，道路搶修也都是必不可少的。雖然裝載機的整體體積比較龐大，但是其施工起來的速度非?？?，效率十分的高，由于其操作的簡便性，使得其在現(xiàn)在的項目施工中是不可缺少的，如圖1-1所示。圖1-1裝載機整機介紹1.2裝載機現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 裝載機已經(jīng)在我國出現(xiàn)了十幾年了，在這十幾年的發(fā)展過程中，我國也是進行了自主的研發(fā)，其規(guī)模不斷的擴大，市場占有率逐漸增多，開發(fā)的技術(shù)也越來越成熟，國內(nèi)九成的市場份額已經(jīng)被牢牢的掌控住。我國的國產(chǎn)裝載機性價比十分之高，不僅僅在國內(nèi)又非常好的相應，在國際市場上也是嶄露頭角，裝載機的完整配套體系已經(jīng)形成完畢。 現(xiàn)在，國內(nèi)生產(chǎn)裝載機的企業(yè)數(shù)量已經(jīng)十分龐大了，根據(jù)2019的企業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，裝載機的生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)道道了130家，在這其中也有30多家是針對于專業(yè)的裝載機進行生產(chǎn)的，他們具有完成的生產(chǎn)流程，包括裝載機的其他零部件的生產(chǎn)，這樣一個完成的生產(chǎn)體系，給了這種專業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)很大的競爭力。他們不僅生產(chǎn)的質(zhì)量有保證，使用的技術(shù)更是領(lǐng)先于世界，其強硬的實力和完美的售后服務更是為他們未來在世界上的發(fā)展提供了很好的幫助?，F(xiàn)在從國內(nèi)的市場份額占有率來看，已經(jīng)十分的成功了，占有了市場的主導權(quán)，獲得了極多的利潤。

企業(yè)為了更好的發(fā)展下去，會采用一些籌集資金的相關(guān)防范，對現(xiàn)有的產(chǎn)品進行升級和優(yōu)化，甚至是大規(guī)模的改造，對廠房的基本硬件設備進行更換，廠房的規(guī)模繼續(xù)郭建，提高整體生產(chǎn)線的管理質(zhì)量和完整的生產(chǎn)監(jiān)督體制，這樣能夠進一步的提高產(chǎn)能。

雖然，我國的裝載機生產(chǎn)企業(yè)在國內(nèi)有很大的占有率，但是隨著中國加入WTO以來，國外的裝載機生產(chǎn)企業(yè)對國內(nèi)的生產(chǎn)商也造成了一定的影響。與此同時，國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)就不可避免的要加入世界范圍內(nèi)的市場競爭，如果想在這個世界的大環(huán)境中保證一定的市場占有率，那么對產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)，產(chǎn)品生產(chǎn)線的優(yōu)化，產(chǎn)品的宣傳都會造成一定的影響。從現(xiàn)在國內(nèi)的裝載機分類即可看出來，國外的品牌已經(jīng)大肆進入國內(nèi)市場，對國內(nèi)的企業(yè)造成了一定的影響，新的營銷模式和營銷思維是國內(nèi)企業(yè)必須要學習的。

隨著國家經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展，現(xiàn)階段政府對經(jīng)濟增長的質(zhì)量是十分的關(guān)注，并且對效益的提高也有很大的關(guān)注度。在“十二五”以后，裝載機的行業(yè)發(fā)展將不會有太大的浮動，整體的增長率也能穩(wěn)定的保持。 從現(xiàn)在的市場情況來看，裝載機想要保證長期的發(fā)展，裝載機的銷量和長期收益是其需要不斷考慮的核心元素?，F(xiàn)階段，裝載機的利潤并不是很大，是一種微利性的行業(yè)。當下企業(yè)的發(fā)展也是充滿坎坷的，既要解決不斷提高的產(chǎn)能，保證市場的占有率，還要解決市場空間狹小的給企業(yè)帶來的發(fā)展阻難。當下主要的事情是要完整市場占有率的調(diào)高，而占有率的提高主要是靠價格來完成的。提高營銷手段，保證企業(yè)的占有率逐漸的變大，保證了短期的效益也保證了未來的營收。 如上文所述，國內(nèi)的裝載機生廠商是很多的，但是只有少部分的生產(chǎn)企業(yè)具有一定的市場大規(guī)模，其他的企業(yè)只是有略微的出產(chǎn)，大概每年有200-300臺左右的銷出，這導致的市場會發(fā)生重組，對與這些小型企業(yè)來說，面臨倒閉和破產(chǎn)是不可避免的，最后對這些小企業(yè)造成很大的影響，企業(yè)的生存也成為了一種挑戰(zhàn)，最后市場還是被大企業(yè)占有。

為保證市場的占有率，價格戰(zhàn)是不可避免的，當下的市場價格競爭也是越來越激烈的。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，當下一年的裝載機的生產(chǎn)量在20萬臺左右，但是即便有這么高的產(chǎn)量，一些裝載機只是處于空閑階段。 為了保證市場營銷的順利，以往的營銷渠道也會被大范圍的改變，那么代理商就會面臨一定的挑戰(zhàn)。許多企業(yè)現(xiàn)在將一些地區(qū)有重復的代理商進行整理，保證一個區(qū)域只有一個獨家的經(jīng)營公司，減少了許多的資源浪費，同時生廠商對代理商的約束也越來越激烈。制造商不斷的要保證市場的反向效果是完整的，對反饋的速度也是有一定的要求，并且對市場的管理工作也是越來越嚴格。在行業(yè)整體的激烈競爭的環(huán)境下，生產(chǎn)商和營銷商的整體利潤已經(jīng)變得越來越低了，銷量和利潤的問題已經(jīng)是需要重新考慮的問題，市場的把控能力不在是幾年前的輕松狀態(tài)。對于那些小型的生產(chǎn)商來說，當前的發(fā)展就是對未來的一種抉擇，要么放棄裝載機行業(yè)另謀他路，要么就加入大型的裝載機制造商，這也是當前小型企業(yè)能夠存活下來的主要方案。

在整體的發(fā)展過程中，我們也可以清晰的意識到，品牌良好的售后服務對占有市場來說也是非常重要的，在近幾年的激烈槍戰(zhàn)市場的競爭中，售后服務已經(jīng)成為必不可少的環(huán)節(jié)了，通過售后服務來提高品牌形象，進而深一步的占有市場，這個思路是對以往的方案進行了全面的革新。為保證裝載機的銷售量，還會采用降價銷售的放視，分期付款和三包的延長這幾個主要的營銷方案，企業(yè)是在降低利潤的情況下去提高整體的銷量，雖然整體的銷量上升了，但是企業(yè)也面臨一定的財務風險，這種粗放式管理不是長久發(fā)展之際，必須要在未來的發(fā)展中對管理進行細致的規(guī)劃，這樣能夠提高整體的管理，也有助于品牌的發(fā)展。 雖然裝載機在國內(nèi)占有了一定的市場，但是對外出口的數(shù)量很小，出口的裝載機的規(guī)模也是很小的，雖然我國裝載機在近幾年的出口數(shù)量有了一定的提升，但是出口的還是小規(guī)模的，像8噸以上的裝載機國內(nèi)是依靠國外進口的，跟國外相比，國內(nèi)的技術(shù)還有待提升，加入國際市場還有一定差距。

那么裝載機行業(yè)對當前的發(fā)展形勢有什么好的優(yōu)化案？ 產(chǎn)品質(zhì)量是重中之重的，是一些競爭最根本最關(guān)鍵的元素，裝載機的工作環(huán)境是十分惡劣的，設備的可靠性和安全行是非常重要的。 營銷的方法對于企業(yè)來說是不可缺少考慮的環(huán)節(jié)，以往的企業(yè)只是想通過銷量來占有市場，雖然該方法也有一定的作用，但是整體是呈現(xiàn)出一個粗放式的管理狀態(tài)，企業(yè)的管理對與企業(yè)的未來發(fā)展也是非常重要的，所以在未來的發(fā)展中必須要做到細致的管理。同時市場競爭的激烈，沖突和矛盾也越來越多，為了保證銷量，有些企業(yè)也是將價格一改再改，對于營銷商來收利潤空間變大了，但是生產(chǎn)商本身的利潤降低了許多。針對與營銷而言，不是通過改變價格這一個因素就可以改善了，整體的銷售流程和管理體系也是很重要的，營銷的方式應該根據(jù)自身在市場的占有情況來具體的策劃，不要盲目的跟隨別人的方式，應該結(jié)合具體自身而言。 品牌的形象和聲譽是十分重要的，現(xiàn)在大多數(shù)人都認可大品牌，認為品牌是具有一定質(zhì)量保證的。企業(yè)有了個完整的品牌形象，不僅僅能夠提高產(chǎn)品的銷售量，也能夠完成其他的利潤來源。但是，從現(xiàn)有的市場上來看，國內(nèi)的裝載機生產(chǎn)商對品牌的意識是很單薄的。 價值鏈的營銷模式也是必不可少的。企業(yè)應該以客戶為中心，顧客是上帝的執(zhí)業(yè)準則，要以客戶的需求為中心，對客戶需求的高質(zhì)量滿足長是營銷的目的，同時客戶也能為我們未來企業(yè)的發(fā)展提供一些幫助，不僅僅體現(xiàn)在產(chǎn)品的免費宣傳上，其帶來的附加效益是很廣泛的，不要僅僅將收益考慮在某一個環(huán)節(jié)，應該通過大量的環(huán)節(jié)進行收益，在最后就能夠達到很好的收益。 我們可以通過信息，物流和資金等方面將各個環(huán)節(jié)緊密的聯(lián)系起來，讓客戶的銷售商有一個堅實的信任的狀態(tài)，互相支持和配合也是應該要達到的效果，這樣不僅僅提高的效益，更是對企業(yè)的營銷風險有了一定的降低，通過疊加的收入來提高整體的收益情況，這是一種十分新穎的思路。價值鏈營銷并不是一個企業(yè)自己能完成的，要充分的利用市場，利用社會資源將自己難以把控的營銷風險進行轉(zhuǎn)移，達到一種資源貢獻的狀態(tài)，同時分享也有一定的化解，最終達到提高收益的情況。1.3裝載機分類1按行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類(1)輪胎式裝載機：他底盤是輪胎的形式，在此基礎上配合其他的輔助裝置進行作業(yè)的一種裝載機。優(yōu)點：他的優(yōu)點是具有很好的靈活性，作業(yè)的效率也有很大的提高，并且輪胎的生產(chǎn)成本地，也能夠達到很好的操作效果。(2)履帶式裝載機：他底盤是履帶的形式，在此基礎上配合其他的輔助裝置進行作業(yè)的一種裝載機。優(yōu)點：他的優(yōu)點是馬力強勁，具有很好的爬坡能力，但是轉(zhuǎn)彎的幅度比較大，能夠?qū)毫拥沫h(huán)境有很好的操作幸能。2按發(fā)動機位置分類(1)發(fā)動機放在裝載機的前面。(2)發(fā)動機放在裝載機的后面。當前，國內(nèi)市場的裝載機還是采用發(fā)動機后置的結(jié)構(gòu)情況比較多。主要還是因為發(fā)動機在后面能夠減少很多視野的干擾情況，后置的發(fā)動機俄公使可以對整體的機身起一個穩(wěn)定的作用，提高安全性。3按轉(zhuǎn)向方式分類(1)裝載機的地盤也有用輪盤來作為地盤的轉(zhuǎn)向凡是。可以通過前輪的偏轉(zhuǎn)、后輪的偏轉(zhuǎn)和全輪的轉(zhuǎn)向三種情況。缺點：這種結(jié)構(gòu)形式的靈活性是十分的差，一般不用。(2)依靠輪式底盤還有一種鉸接進行轉(zhuǎn)動的模式。主要是依靠前后車架的鉸接來進行水平的擺動進而形成轉(zhuǎn)向的方法。優(yōu)點：在場地空間比較狹小的情況是是非常受歡迎的(3)通過滑輪的模式進行轉(zhuǎn)向，他的主要工作原理是借助于兩個輪子的速度不一樣進而形成速度差，就可以完成轉(zhuǎn)向優(yōu)點：該模式是非常實用的，也適合那些場地空間比較小的形勢下，靈活性也是非常強，對于整體作業(yè)來說是十分便捷的。4按驅(qū)動方式分類(1)裝載機以前輪為驅(qū)動的行走結(jié)構(gòu)。(2)裝載機以后輪為驅(qū)動的行走結(jié)構(gòu)。(3)裝載機以前輪和后輪這兩個輪子為驅(qū)動的行走結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)方式在現(xiàn)在是十分常見的，動力很好，操作便捷1.4裝載機的組成裝載機的主要是發(fā)動機和變矩器和變速箱和前、后驅(qū)動橋這四個部分構(gòu)成的。發(fā)動機是整個機械的動力裝置。變矩器主要是為了完成機器對上升和下降，前進和后退，翻斗和轉(zhuǎn)向，這個是不可缺少的，對于整個裝載機來說是關(guān)鍵的元素，變速箱是完成對速度的控制，也是對傳送動力的控制，他的存在為裝載機提供了很大的動力選擇。驅(qū)動是由傳動軸和主差速器以及輪邊減速器主要構(gòu)成的。轉(zhuǎn)向的油路包括了以下幾項，油箱和轉(zhuǎn)向泵穩(wěn)流閥以及轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向油缸?，F(xiàn)在的變速箱有一體的結(jié)構(gòu)和和分體結(jié)構(gòu)這兩種主要結(jié)構(gòu)形式。選用原則：1、機型的選擇：機型的選擇很大程度上是根據(jù)你要使用裝在及進行什么工作，要結(jié)合實際的工作任務進行相應的選擇，一般輪胎裝載機和履帶裝載機選擇率比較高。2、動力的選擇：動力方面，現(xiàn)在主要都是柴油發(fā)動機，柴油發(fā)動機的動力十足，如果在一些惡劣的環(huán)境下工作就要選擇其他的類型，還有一 種高原型裝載機是針對于海拔較高的施工。3、傳動型式的選擇：液力—機械的傳動方式是當下主要的產(chǎn)品形式。國內(nèi)生產(chǎn)的裝載機一般都是單機兩項的液里變矩器。4、在選用裝載機時，裝載機的制動能力是十分重要的，它對整體的安全性是關(guān)鍵的，包括常用的停車制動和緊急情況下的制動。制動的形式也不同。制動器的組成在當前的發(fā)展中主要還是壓縮空氣的形式，氣頂油的形式和液壓式的形式，為了保證安全性現(xiàn)在幾乎都在使用雙回路的制動系統(tǒng)，來提高整體的穩(wěn)定性，對安全性也有一定的優(yōu)化。

2裝載機工作裝置結(jié)構(gòu)構(gòu)成與運動特點分析2.1工作裝置結(jié)構(gòu)的組成作為裝載機最重要的執(zhí)行部件，工作裝置的主要功能是鏟掘物料和對物料進行裝卸。其基本結(jié)構(gòu)主要分為6個部分，如圖2-1所示。其中包括：鏟斗（1）、連桿（2）、搖臂（3）、動臂（4）、轉(zhuǎn)斗油缸（5）、動臂油缸（6）。其中動臂與動臂油缸固定在前車架，并與轉(zhuǎn)斗油缸進行鉸接。后者則與鏟斗通過連桿和搖臂實現(xiàn)鉸接。這一系列鉸接部件可以根據(jù)工作需要，完成鏟斗的升降、翻轉(zhuǎn)等動作。而這些動作的動力則由液壓系統(tǒng)提供，如圖2-1。圖2-1反轉(zhuǎn)六桿工作裝置結(jié)構(gòu)2.2工作裝置結(jié)構(gòu)的運動特點從圖2-1中可以看出，裝載機的工作裝置本質(zhì)上是一個縱向?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)。因此，在一定程度上可以將之擬視作平面連桿機構(gòu)，進而對其展開自由度計算。在工作裝置的結(jié)構(gòu)中，主要包含鏟斗、油缸、舉升機構(gòu)這三個四連桿機構(gòu)，其中活動部件共有8個，旋轉(zhuǎn)副共有9個，移動副共有2個，低副共有11個，高副共有0個。將之擬視為平面機構(gòu)后，通過自由度計算得到“F=8×3-11×2=2”。在收料和卸料階段，由于動臂油缸已經(jīng)關(guān)閉，所以此時的工作裝置只有1個自由度，轉(zhuǎn)斗油缸是其原動件。在托舉工況階段，由于轉(zhuǎn)斗油缸進入關(guān)閉狀態(tài)，所以此時的自由度仍然保持為1，只是原動件由轉(zhuǎn)斗油缸轉(zhuǎn)變?yōu)閯颖塾透住６阽P斗下降階段，出于確保裝置可復位的考慮，此時動臂與轉(zhuǎn)斗兩個油缸會同時運動。3裝載機工作裝置結(jié)構(gòu)的設計需求分析3.1工作裝置的典型工況在設計裝卸機結(jié)構(gòu)的過程中，首要的是要了解工作裝置的典型工況，進而獲知裝置的運行狀態(tài)，為后續(xù)的需求分析做好準備。3.2.1鏟掘工況鏟掘是裝載機工作裝置的基本動作，也是初始工況狀態(tài)。在鏟掘過程中，動臂位移在下限，鏟斗位置與地面水平。在裝載機啟動并開始工作后，由液壓裝置提供的牽引力促使鏟斗鏟入料堆，動臂油缸進入關(guān)閉狀態(tài)，鏟斗油缸啟動牽引，完成收斗（如圖3-1a）。3.2.2運輸工況轉(zhuǎn)斗油缸的開啟狀態(tài)直到鏟斗完成取料之后結(jié)束，由動臂油缸接替其完成后續(xù)動作。在牽引力的作用下，動臂不斷提升，到上限為止，然后兩個油缸全部關(guān)閉，裝載機承載物料并安完成運輸（如圖3-1b）。3.2.3高位工況等裝載機完成運輸工序到達指定場所，可以進行卸料時。轉(zhuǎn)斗油缸進入閉鎖狀態(tài)，而動臂油缸則提供牽引力，推動動臂抬升，達到動臂的位移上限后停止（如圖3-1c）。3.2.4卸載工況在動臂達到最高點時，動臂油缸閉鎖，鏟斗油缸操縱鏟斗完成翻轉(zhuǎn)動作，使得鏟斗內(nèi)的物料能夠充分的被卸載。當卸載動作完成后，動臂油缸開始操縱動臂，返回初始位置。與此同時，鏟斗油缸重新開啟，進入下一輪循環(huán)（如圖3-1d）。（a）（b）（c）（d）圖3-1工作裝置典型工況3.2工作裝置指標定義和設計要求3.2.1指標定義在對裝載機工作裝置做進一步的優(yōu)化設計之前，需要廓清各個參數(shù)的基本含義。其中主要包括崛起力、提升力、傾翻力等等。具體見表3-1。表3-1裝載機工作裝置的相關(guān)指標及含義指標含義崛起力設備油量充足，在平整路面上，且在不超過額定載荷的情況下，操縱鏟斗油缸對鏟斗進行收斗，或者操縱動臂油缸對鏟斗進行抬升時，所產(chǎn)生的能夠使設備后輪離地的垂直向上力的臨界值。提升力動臂油缸將鏟斗從地面抬升到最高位置時，于載荷重心出所施加的載荷量傾翻力在運行工況中，裝載機后輪出現(xiàn)離地傾向時，物料載荷的最小臨界重量額定工作載荷按照相關(guān)標準，取傾覆載荷（50%）與提升能力（100）中較小值。傳力比鏟斗的崛起力/轉(zhuǎn)斗油缸的作用力；鏟斗的崛起力/動臂油缸的作用力。其中前者是轉(zhuǎn)斗傳力比，后者是舉升傳力比。傳動角裝載機工作裝置的四連桿機構(gòu)中，主動、被動桿之間的夾角。收斗角完成鏟料后，動臂在從下限抬升到上限的期間內(nèi)，鏟斗底部平面與地面之間的角度。卸料角卸載工況時，鏟斗底部與地面夾角。最大卸料高度鏟斗運行工況中，處于上限時，鏟斗的尖端與地面所稱角度。卸料距離鏟斗卸料工況中，處于上線位置時，鏟斗的尖端距離輪胎外廓的直線距離。3.2.2設計要求在明確了各參數(shù)指標含義之后，結(jié)合裝載機在各個工況的運行特點，對其設計要求進行總結(jié)，如表3-2所示。表3-2裝載機工作裝置的設計要求指標含義備注鏟斗功能鏟斗在運行和卸載工況中，必須沿著設定好的軌跡運動。而保障鏟斗順利完成采掘任務的功能，即為鏟斗功能/平移性鏟斗從采掘物料開始，到卸載物料之間的運動過程，必須保持在相對地面的水平線上。從而確保物料裝載穩(wěn)定。由于鏟斗的收角結(jié)構(gòu)特點，通常情況下在運輸工況中，要控制收斗角度處在47°到50°之間。大傳力比為了達到理想的鏟掘性能，需要調(diào)動各部分因素，提升傳力比。通常情況下，最大傳力比應存在于收斗角小于3°的范圍內(nèi)。傳動角傳動角適度能減少“運動死點”，并提升傳動效率。通常選取10°~170°作為默認范圍。卸料性鏟斗卸料工況對斗體抬升高度范圍的要求越寬泛，則說明其卸料性能越好。如備注公式所示，R7min是轉(zhuǎn)斗油缸最低長度，CC是安裝距離，YR7為下限收斗長度，LEF為結(jié)構(gòu)長度。自動方平性當鏟斗處在上限位置時，對應的鏟斗油缸進入閉鎖狀態(tài)，在牽引作用下，動臂油缸回到下限。此時的鏟斗位置角度U可以用來體現(xiàn)方平性。U越低，方平性越好。運輸穩(wěn)定性鏟斗在動臂的擋塊位置保持不變的能力，代表了其運輸過程的穩(wěn)定性。當沖撞力發(fā)生時，擋塊可以起到緩沖作用。如備注圖示，當鏟斗上最低點和前輪與地面前交點的連線，與地面成15°角時，即為運輸位置。鏟斗下挖深度通常情況下，下挖深度為100mm（其核定重量不超過5t）

4裝載機工作裝置的連接關(guān)系與結(jié)構(gòu)設計4.1工作裝置基本關(guān)系的建立4.1.1結(jié)構(gòu)分析模型有裝載機工作裝置的整體結(jié)構(gòu)可知，其基本結(jié)構(gòu)在縱向具有對稱性。因此在對工作裝置進行模擬分析的過程中，將之簡化為平面連桿機構(gòu)。以以前車價作為整個工作裝置的參考基準，則可以構(gòu)建如下圖4-1所示的平面坐標系：圖4-1裝載機工作裝置分析模型4.1.2參數(shù)間的關(guān)系從裝載機工作裝置的分析模型以及前文中對裝載機各項參數(shù)的分析，可以推斷在裝載機系統(tǒng)中，自由度最高只有2個。所以只要獲得鏟斗油缸的長度指標和動臂油缸的長度指標，則可以對動臂位置的角度（U）和鏟斗位置的角度（UG）進行計算。獲得計算結(jié)果后，就可以確定整體機構(gòu)的運行狀態(tài)。結(jié)合裝載機工的裝置分析模型，可以構(gòu)建公式如4-1所示。其中R12用以表示動臂油缸的長度，R7用以表示鏟斗油缸的長度。將這兩項長度指標看作自變量，則可以給依據(jù)三角函數(shù)獲得公式4-2。UG=UG4-UG3-UG5（4-1）（4-2）（4-3）（4-4）而通過上述計算，可以推測UG為（-6），其中UA1是一個定值，則可知（3-7）。（4-5）UG=UG4-UG3-UG5（4-6）UG=-（UG2-UD2）（4-7）在油缸四連桿機構(gòu)中，可以獲得以下關(guān)系：（4-8）（4-9）（4-10）（4-11）（4-12）（4-13）此時，依據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，可以對UD1和UD2進行求取，在此基礎上可以對∠ADC的角度進行確定。（4-14）（4-15）（4-16）在鏟斗的四連桿機構(gòu)中，能夠得到的機構(gòu)間關(guān)系可以在此基礎上推斷。（4-17）（4-18）（4-19）（4-20）結(jié)合上述計算，可以建立結(jié)構(gòu)間關(guān)系，將動臂、鏟斗的位置角和動臂油缸、鏟斗油缸的長度納入，獲得公式4-21.（3-21）在公式3-21中，X1、R11、C1、D1、Y1均為定值。而通過上述計算可以知道，在裝載機的最小卸載距離與最大卸載高度。公式4-1到4-21中所有的符號及其含義如表4-1所示。表4-1公式符號及含義符號物理意義符號物理意義R1動臂AD間長UG5GH與Y軸夾角R2鉸接點A、B長UG6動臂上限位置角R3連桿BC長UD1上下?lián)u臂夾角R4下?lián)u臂CD長UD2動臂∠GADR5動臂DG長UA1AB桿與X軸夾角R6上搖臂DE長UA2動臂∠GADR7鏟斗油缸EF長L動臂長R8機架桿GF長H1卸載距離minR9G1長H2卸載高度maxR10機架桿GH長H3斗底長R11前輪胎半徑H4下挖深R12動臂油缸HI長Y1G距地面高UG1機架桿GF與Y軸夾角Y3A距地面高UG2動臂夾角∠AGDXj；Yj前橋中心坐標UG3∠LGAUG動臂位置角UG4∠IGUU鏟斗位置角4.2工作裝置的結(jié)構(gòu)設計4.2.1動臂限位塊位置根據(jù)工作裝置的工位運動特點分析，在運輸工況中，通過增設限位塊可以減少鏟斗運動過程中受到的沖擊力，避免與之關(guān)聯(lián)的其他薄弱部件受損，同時也減少因鏟斗“點頭”而造成的物料散落（如圖4-2a）。在卸料工況中，增設限位塊可以防止A、B、C三點處在同一直線上。若不增加限位塊，則在卸載時，動臂與鏟斗之間會劇烈碰撞（4-2b）。因此，出于保護動臂與鏟斗的目的，采用上下兩組限位塊對鏟斗位移進行限制。（a）（b）（c）（d）圖4-2運輸、卸載位置及限位塊設置方法鏟斗油缸的行程最大值是在工作裝置處于運輸工況期間發(fā)生的，在此過程中限位塊在動臂和鏟斗之間，處于若即若離的臨界狀態(tài)。而利用這種鄰接關(guān)系，只要獲知鏟斗限位塊的具體位置，就能依據(jù)鏟斗與動臂之間的相對位置關(guān)系，計算出所有限位塊的理想位置。按照前文的思路，可以將整個工作裝置是做二維平面，那么動臂板可以直接化簡成一個矩形。如圖4-2d所示，在M和N兩點上各有一個限位塊，用于減少動臂所受沖撞力。以圖中G點為中心，建立坐標系，則GA與Y軸垂直。利用坐標系可計算出M、N相對于動臂的位置，進而確定限位塊的實際位置。4.2.2動臂板連桿結(jié)構(gòu)在確定了鉸接點的坐標以及不同限位塊的位置之后，應充分考慮工作裝置的外形尺寸要求，結(jié)合使用場景設計動臂的尺寸。洞壁板草繪如圖4-3a所示。從圖中可以看出，地點坐標是已經(jīng)被確定的，在上下限位塊的設計需求之下，可以進一步推算出橫梁相對于動臂板的最大旋轉(zhuǎn)空間。（a）（b）（c）圖4-3動臂的草繪與動繪及連桿模型優(yōu)化后的動臂板，如圖4-3b所示。結(jié)合前文的參數(shù)間尺寸關(guān)系，可以計算出連桿的長度。參考當前所設計的動臂板形態(tài)，設計了如圖4-3c所示的連桿模型。4.2.3工作裝置的裝配在仿真模擬軟件中，將之前所設計的各個部件進行組裝。通過調(diào)整油缸的長度，可以觀察到在不同的工況狀態(tài)之下，工作裝置各部分的極限位置運動情況以及限位會在極限位置處的干涉情況。圖4-4a所示的即為鏟掘過程中，工作裝置結(jié)構(gòu)所受到的干涉。由于在地面鏟掘時，動臂與動臂油缸之間可能會出現(xiàn)碰撞，產(chǎn)生沖撞力，造成設備損壞。因此在動臂與動臂油缸鉸接處，設計了如圖4-4b所示的鉸孔圓弧處理。（a）（b）（c）圖4-4運輸、卸料工況的干涉示意與裝配參數(shù)要求當動臂在牽引力的作用下抬升到一定位置時，前車架有可能會阻擋動臂的位移，從而發(fā)生干涉。于是依據(jù)之前的思路，在前車架和動臂的鉸接位置，采用平滑輪廓的圓弧處理，處理效果如圖4-4c所示。4.2.4部分工作裝置的建模圖4-5氣門搖臂首先，建立一個新的平面。在此平面上建立草圖。圖4-6氣門搖臂草圖(1)將此草圖拉伸，拉伸距離為5.25圖4-7氣門搖臂草圖(2)其次，以上一個平面為基礎，建一個垂直于此平面的平面，在此平面建立草圖圖4-7氣門搖臂草圖(3)將此草圖拉伸切除。圖4-8氣門搖臂草圖(4)建立草圖。圖4-9氣門搖臂草圖(5)在此基礎上進行拉伸。圖4-10氣門搖臂草圖(6)最終模型。圖4-11氣門搖臂草圖(7)圖4-12帆桁建立草圖圖4-13帆桁草圖（1）拉伸，拉伸距離為36.圖4-14帆桁草圖（2）建立草圖圖4-15帆桁草圖（3）建立草圖圖4-16帆桁草圖（4）對草圖進行拉伸，最終模型圖4-16帆桁草圖（4）結(jié)論本文針對“液力—機械”前卸式設備的工作裝置展開優(yōu)化設計，首先構(gòu)建裝載機工作裝置的結(jié)構(gòu)分析模型，分析裝載機工作裝置參數(shù)間關(guān)系，其次，設計動臂限位塊位置、動臂板連桿結(jié)構(gòu)和工作裝置裝配結(jié)構(gòu)。本文通過研究，獲得了以下成果：（1）在現(xiàn)有裝載機工作裝置結(jié)構(gòu)的基礎上，對其動臂限位做進一步優(yōu)化，降低動臂運動沖撞力，減少散料可能性，提升工作效率。（2）在完善動臂板連桿結(jié)構(gòu)設計與裝配。參考文獻ShiakolasPS,KoladiyaD,KebrleJ.Ontheoptimumsynthesisofsix-barlinkagesusingdifferentialevolutionandthegeometriccentroidofprecisionpositionstechnique[J].MechanismandMachineTheory,2005,40(3):319-335.V.N.Gadalov,D.N.Romanenko,O.N.Boldyreva,等.DecreasingTechnologicalRiskThroughOptimizationofMaintenanceoftheEquipmentofanOilandGasComplex[J].Chemical&PetroleumEngineering,2018,53(9-10):1-4.王國彪,楊力夫.裝載機工作裝置優(yōu)化設計[J].北京:機械工業(yè)出版社,1996.戴文躍,梁昊.裝載機工作裝置的動力學仿真與綜合優(yōu)化設計[J].吉林大學學報(工).2004,(4):602-605.申文清,王金剛,關(guān)志剛,etal.輪式裝載機工作裝置的建模及優(yōu)化研究[J].筑路機械與施工機械化.2006,(4):47-49.萬一品,來盼盼,宋緒丁.裝載機工作裝置有限元分析與疲勞強度評估[J].起重運輸機械,2016(9):30-34.肖才遠,張桂菊,鄧瑞麟.ZL50輪式裝載機工作裝置動力學特性[J].內(nèi)燃機與配件,2017(1):34-36.區(qū)思榜,張斐朗,黃意業(yè).輕載物料輪式裝載機設計[J].裝備制造技術(shù),2019(6):177-179.張林,蔡敢為,朱凱君.基于圖論的可控裝載機構(gòu)構(gòu)型設計及其應用[J].中國機械工程,2016,27(4)：22-25.孫云飛,徐武彬,花慶寶,等.裝載機動臂焊后變形矯正影響因素研究[J].機械研究與應用,2016(1)：151-158.婁玉印,農(nóng)勝隆,于瑛.液壓式裝載機拉桿的疲勞可靠性評估[J].科學技術(shù)創(chuàng)新,2017(20):68-69.萬一品,宋緒丁,郁錄平.裝載機工作裝置載荷識別模型與載荷測取方法[J].振動.測試與診斷,2019(3)：34-37.梁銀飛,龍尚成,龍廣全.LG856型裝載機鏟斗翻轉(zhuǎn)速度失控故障排查[J].工程機械與維修,2018(3):111-111.韋國付.ZL50CN裝載機動臂無浮動故障診斷及改進[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2016(9):103-104.陳長春.滑移裝載機工作裝置無動作故障原因及改進措施[J].工程機械與維修,2016(11)：36-37.史英良,侯亮,祝青園,etal.基于工作裝置優(yōu)化的裝載機卸載沖擊研究[J].中國工程機械學報,2016,14(1)：90-92.冀宏,張建,蔡錚.裝載機定變量式工作液壓系統(tǒng)動態(tài)特性與能耗分析[J].蘭州理工大學學報,2019(3):46-50.林樹.金杯銀杯不如用戶口碑山推SL56H型輪式裝載機[J].工程機械與維修,2017(8):24-26.郭勇,李國強,李中華.裝載機行星式變速箱Ⅰ檔密封圈結(jié)構(gòu)設計創(chuàng)新與應用[J].液壓氣動與密封,2018(7):29-30.

致謝時光匆匆如水，轉(zhuǎn)眼已經(jīng)到了畢業(yè)的時刻?；厥滓酝?，有許多想說的話，卻不知該如何開口。只能將過往所有情緒，釀成一聲聲感謝。感謝您，我的導師。在論文寫作過程中，你以身作則，言傳身教，不僅在論文方面給我指導，也在生活上給了我很多幫助。感謝我的導師，謝謝！大學4年間，認識了許多朋友，是你們給我鼓勵，幫我度過許多困難，在此要向你們說一聲感謝。感謝前來參與答辯的諸位領(lǐng)導和老師，謝謝你們?。?！

論文的研究方法和手段有哪些

（1）調(diào)查法

調(diào)查法是科學研究中最常用的方法之一。它是有目的、有計劃、有系統(tǒng)地搜集有關(guān)研究對象現(xiàn)實狀況或歷史狀況的材料的方法。一般是通過書面或口頭回答問題的方式獲得大量數(shù)據(jù)，進而對調(diào)查中收集的大量數(shù)據(jù)進行分析、比較、總結(jié)歸納，為人們提供規(guī)律性的知識。

（一）典型例子

調(diào)查法中最典型的例子是問卷調(diào)查法。它是通過書面提問收集信息的一種方法，即調(diào)查人員編制調(diào)查項目表，分發(fā)或郵寄給相關(guān)人員，詢問答案，然后收集、整理、統(tǒng)計和研究。

（二）研究步驟

1.確定調(diào)查課題

確定題目時要注意選題是否具有研究的必要性和可能性，同時要注意選題切忌太大，也要避免無意義的重復勞動。

2.制定調(diào)查計劃

要明確調(diào)查課題、調(diào)查目的、調(diào)查對象、調(diào)查范圍、調(diào)查手段、調(diào)查步驟、時間安排。

3.收集材料

收集材料時要盡可能保持材料的客觀性，盡可能采取多種手段或途徑。

4.整理材料

將收集到的材料進行整理，以便后續(xù)總結(jié)歸納、形成結(jié)論。

5.總結(jié)研究

對整理完的材料進行分析、總結(jié)、歸納，得出一般性的結(jié)論。

（三）特點

調(diào)查法相對其他研究方法來說較為耗時耗力，但也有其優(yōu)勢，即獲得的一手資料信息真實具體，能夠?qū)ρ芯繉ο笥懈訙蚀_、清晰的認識。

（2）觀察法

觀察法是指人們有目的、有計劃地通過感官和輔助儀器，對處于自然狀態(tài)下的客觀事物進行系統(tǒng)考察，從而獲取經(jīng)驗事實的一種科學研究方法。

（一）典型例子

皮亞杰的兒童認知發(fā)展理論就是通過觀察法提煉總結(jié)出來的；兒童心理學創(chuàng)始人——普萊爾，也是在一次次地使用觀察法后，提出了兒童心理學領(lǐng)域中的諸多理論。

（二）研究步驟

1.明確觀察對象

在選擇和確定研究問題的基礎上確定觀察者與觀察對象。

2.制定觀察計劃

在觀察計劃中要規(guī)定明確的觀察目的、重點、范圍以及要搜集的材料。

3.做好觀察準備

觀察準備是否充分，往往影響觀察的成敗。

4.做好記錄

在觀察過程中要時時記錄，不放掉任何一個關(guān)鍵信息。

（三）特點

觀察法具有拓展人們的感性知識、啟發(fā)思想等優(yōu)點，但是由于其強調(diào)研究要在自然環(huán)境下進行，且不允許摻雜個人的偏見，確為實際操作帶來了一定困難。

（3）實驗法

實驗法是指經(jīng)過精心設計，在高度控制的條件下，通過操縱某些因素，從而發(fā)現(xiàn)變量間因果關(guān)系以驗證預定假設的研究方法。核心在于對所要研究的對象在條件方面加以適當?shù)目刂?，排除自然狀態(tài)下無關(guān)因素的干擾。

（一）典型例子

采取實驗法的一個典例是羅森塔爾效應的提出，美國心理學家羅森塔爾和L.雅各布森通過對小學生進行“未來發(fā)展趨勢測驗”，發(fā)現(xiàn)人們對他人行為的期望通?？梢詫е滤讼蚱谕较蚋淖儭?/p>

（二）研究步驟

1.發(fā)現(xiàn)并提出問題

2.收集與問題相關(guān)的信息

3.作出假設