装载机工作装置设计

装载机工作装置设计

摘要

装载机是一种常见的工程施工机械，其用途也非常广泛。装载机主要用于铲土，装载和运输土壤，沙子和石灰等散装物料。进行轻铲。

本主题首先使用SolidWorks软件根据装载机的挖掘和装载工作条件对装载机的工作装置进行建模和仿真，然后使用SolidWorks和ANSYS软件对动臂进行静应力分析和模态分析。

本文主要包括五个部分。第一部分介绍了该主题在国内外的背景，意义和发展现状。第二部分介绍了相应的软件及其特点。第三部分介绍了使用SolidWorks软件对装载机工作装置进行建模的过程，包括对动臂，摇臂，连杆，铲斗，动臂油缸和活塞杆等零件进行建模。第四部分介绍了装载机工作装置的组装与仿真过程。动臂的静应力分析和模态分析过程。

关键词：装载机；工作装置；SolidWorks；建模；仿真

1绪论

1.1选题背景和研究意义

装载机是一种很常见的工程施工机械，它也非常通用，装咋就、装载机在施工中的需要是不能被其他机械替代，装载机主要用于挖掘和装载并运输散装物料，例如土壤，沙子和石灰，还可以运用在开采矿石和挖掘坚硬的土壤。当其工作装置工作时,通过前端的工作装置和装载机的向前行驶进行对物料进行装载铲掘、装载、举升、运输及卸载等作业。随着现代建筑业对于先进设备的要求，机械化施工水平的提高，工程进度及工程质量与施工设备的运行状况密不可分，装载机作为项目建设中必不可少的机械设备，其性能可以缩短工期、减少人力施工疲劳强度、提高工程的总体质量以及降低工程的投入成本等各方面都发挥着至关重要的作用。这就推动了装载机的持续设计和不断优化。而且，在近几年来，国内和国外的装载机设计生产制造行业在品种和产量方面都得到了迅猛的发展，装载机的性能也在不断优化提升，对其品种的不断更新也创造了条件。装载机的发展更新，能够逐步满足现代建筑业对于设备的要求，也能够推动现代建筑业的发展，和机械化施工水平。

装载机的工作装置主要是用来完成铲取、装载、运输以及卸载等作业的空间多连杆机构。因此，在对装载机工作装置进行优化设计时，设计水平、优化方法的选择以及设计方案的合理性都会成为影响装载机工作效率和性能的主要因素。在过去，人们对装载机工作装置进行设计时，都是利用以往积累的经验公式对连杆机构进行计算校核，通过这种方式来确定工作装置中各个零件的重要结构参数，并且运用工程软件进行建模和仿真来完成的[2]。近年来由于相关部门对工程施工的安全及质量要求的提高，从而对工程机械的工作效率、工作性能、经济性以及安全性的要求也在逐渐提高。装载机的工作装置作为装载机的重要组成部分，其结构性能直接影响这些要求。因此，装载机工作装置的优化设计的合理性尤为重要，已经是一种任务，在整个装载机设计制造中举足轻重[3]。

1.2 国内外研究现状

国外发展状况

国外的装载机设计与生产技术经历了五六十年的发展之后，在二十世纪九十年代的中末期就已经达到了相当高的水平。并且信息技术的快速发展也对装载机的设计及生产技术的发展起到了很大的促进作用，明显减少了工作中的噪音，振动和污水排放，达到了绿色、安全、文明施工和保护生态环境的目的。在很大程

度上，它简化了维护并降低了运行成本，将其运行特性、工作特性、安全防范和耐用度进行强有力的提高和完善[4]。为了进一步适应现代建筑业的工程作业，应该继续开发性能更加优良的装载机，这些优良的性能主要包括：更大的铲斗容量、更大的发动机功率、更大的掘起力、更大的侧翻载荷、更大的牵引力、更少的废气排放等，从而形成优质高效的绿色环保型装载机。

国外装载机设计的内容及目标主要是，不断提高设计及生产的技术含量、运用新型结构、最大限度的满足市场需求等。并且根据装载机铲取物料密度的不同，设计相应结构和容量的铲斗，再安装强度、耐磨性、插入性更加优良的斗齿，从而适应各种不同工作环境下的需求。为了满足逐渐加高的车厢，许多生产厂家相继设计制造出中高卸、高卸以及超高卸的装载机工作装置，从而使得装载机工作装置的工作范围进一步扩大。通过对装载机工作装置中相关构件的优化设计，从原先的六连杆机构转变为特殊八连该机构所配置的快换装置，进而实现了装载机在作业现场的快速装卸作业，除液压软管的自动连接外，仅由驾驶员通过驾驶室中的操纵杆即可快速，准确地完成这一系列工作，将装载机的操作的全面性得到了提高，并且更加的适应了。这充分显示了设计以人为本，还节约了成本，保护了环境，体现既安全又舒服理念[5]，许多国外的生产厂家还给装载机配备了防落物、防滚翻以及降噪处理的全封闭式的能够有效防止紫外线的驾驶室。根据人体工程学原理，驾驶员座椅的设计和配备了可在驾驶室中调节的全方位悬架。有些装载机还为驾驶人员配备了乘坐舒适控制系统，用来提高装载机在凹凸不平的路面上行驶时的安全性和驾驶舒适性，进而也使得驾驶人员的疲劳强度明显降低。国外装载生产机制造中应用低转速发动机、研发混合动力、进一步改进电喷装置及应用新型降噪装置和降噪材料等这一系列的举措，使得装载机发动机的尾气排放量和机外辐射噪声进一步得到了降低。国外装载机的设计制造已经达到了近乎完美的水平。

国内发展状况

中国装载机的设计和制造起步较晚，其开发过程大致可分为三个阶段，也就是说进行仿制的阶段，引进的阶段，以及开发的阶段和研发创新的阶段，当国企单位技术的得投入不断增加，还有校企的联合不断升华，目前国产的装载机正处在低等的水平。低等的质量，低廉的价格转为高等的水平，高等的质量，最主要的是销售的价钱中等。每个装载机制造商都根据实际情况重新设计了装载机结构的整体优化设计，将有限元分析方法应用于整机和零部件的设计中，优化了设计方法，并改善了装载机的各项性能指标，加强装载机整机的强度及刚度，降低整机的重量以及增加整机的灵活性等[6]。

如今，国内装载机的设计研发水平已经有了很大程度的发展和提高，也在相

关领域中取得了不错的成绩。但是与国外设计研发的装载机同类产品相比，还是存在有一定的差距。目前，我国是多采用反转六连杆结构装载机的国家，不仅仅因为简单的结构，还有挖掘力大、高位自动放平和广泛的适应性等。综上所述，逐渐的以人为本的理念深入人心，所以装载机在以后的发展就是在以人为本的基础上，大范围应用信息技术，以及微电子技术，还有集成化和模块化的控制系统，及其驾驶操作简化、机器性能提高以及节能环保装置的研发引用。这也必将使得驾驶人员进一步改善了工作环境和舒适度，提高了装载机的工作效率，从而使得装载机在工程施工中的应用更加广泛。如图1.1为工程施工中常见的轮胎式装载机。

2装载机工作装置设计基础

2.1 Solid Works软件及基本功能单元

Solid Works软件软件出现以后，凭借与CAD技术发展趋势相对应的技术创新，两年之内迅速被评为CAD/CAM行业中一款最赚钱的产品。这得归功于公司良好的财务状况及其许多用户的支持，SolidWorks的技术创新每年都有许多新突破诞生。所以公司也获得了许多奖项。在1995年至1999年间，Solid Works 系统在计算机系统CAD系统的全球评估中排名第一。从上个世纪的90年代以来该系统凭借其雄厚的实力获得国际17个奖项。至今，Solid Works公司一直遵循的易用性、稳定性和创新的三个原则已经得到了充分实施和验证。设计人员可以很大程度的缩短产品设计的周期，从而使得所设计的产品能够更加快速地投向市场[7]。

Solid Works软件具有以下主要特性：功能强大，技术创新，易于学习和使用。该软件提供了许多不同的设计选项，这些设计不但可以减少设计过程中的错误，而且还能提高设计的整体质量。该软件经过不管的改进，功能也有了许多变化，相比于与早起的Solid Works软件，最新的Solid Works软件在功能上做了许多的调整和改进。例如在草图命令中新增了lnstant2D，在此命令下，拖动尺寸边界点就可以使得二维草图动态显示，在Solid Works的零件与特征建模中，新增螺纹功能，并且对线性阵列、变量阵列和扫描功能进行增强；重新设计的三重轴也更加形象。还新增了临时固定某些零件的功能以及选择复制多个零件时可保留原有配合关系的功能等

零件的建模基础单元

传统的机械设计要求设计师具有胸有成竹的自信。当上级布置新的任务给设计师时，设计师必须运用强大的二维空间想象，构造出基本的二维模型，并最终表达出来，然后根据先前的规律使用先前构造的二维图来表达设计零件的三维