裝載機(jī)的原理及應(yīng)用

1、裝載機(jī)的原理及應(yīng)用 裝載機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、港口、碼頭、煤炭、礦山、水利、國(guó)防等工程和城市建設(shè)等場(chǎng)所的鏟土運(yùn)輸機(jī)械。它主要用來(lái)鏟、裝、卸、運(yùn)土與砂石等散狀物料，也可以對(duì)巖石、硬土進(jìn)行輕度鏟掘作業(yè)。如果換不同工作裝置，還可以擴(kuò)大其使用范圍，完成推土、起重、裝卸其他物料的工作。在公路、特別是高速公路施工中，主要用于路基工程的填挖、瀝青和水泥混凝土料場(chǎng)的集料、裝料等作業(yè)。由于它具有作業(yè)速度快、效率高、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因而裝卸機(jī)在國(guó)內(nèi)外得到迅速發(fā)展，成為公路建設(shè)中土方施工的主要機(jī)種之一。對(duì)于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，加快工程建設(shè)速度，提高工程質(zhì)量起著重要的作用。下面對(duì)其結(jié)構(gòu)及工作原理做簡(jiǎn)單介紹。裝載機(jī)的

2、主要功能是對(duì)松散物料進(jìn)行鏟裝及短距離運(yùn)輸作業(yè)。它是工程機(jī)械中發(fā)展最快、產(chǎn)銷(xiāo)量及市場(chǎng)需求最大的機(jī)種之一。從行走式結(jié)構(gòu)來(lái)分，它主要分為輪胎式裝載機(jī)和履帶式裝載機(jī)。輪胎式裝載機(jī)是由動(dòng)力裝置、車(chē)架、行走裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作裝置等組成。其結(jié)構(gòu)如圖一所示。輪胎式裝載機(jī)的動(dòng)力是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，大多數(shù)采用液力變矩器動(dòng)力、換擋變速箱的液力機(jī)械傳動(dòng)形式（小型裝載機(jī)有的采用液壓傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng)），液壓操縱、鉸鏈?zhǔn)杰?chē)體轉(zhuǎn)向、雙橋驅(qū)動(dòng)、寬基低壓輪胎、工作裝置等多采用反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)。 履帶式裝載機(jī)是以專(zhuān)用底盤(pán)或工業(yè)拖拉機(jī)為基礎(chǔ)，裝上工作裝置并配裝適當(dāng)?shù)牟倏v系統(tǒng)而構(gòu)成的。其動(dòng)力為柴油機(jī)，機(jī)械傳動(dòng)系采用

3、液壓助力濕式離合器、濕式雙向液壓操縱轉(zhuǎn)向離合器和正轉(zhuǎn)連桿工作裝置。 圖2 履帶式裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-履帶式行走機(jī)構(gòu) 2-發(fā)動(dòng)機(jī) 3-動(dòng)臂 4-鏟斗 5-轉(zhuǎn)斗油缸 6-動(dòng)臂油缸 7-駕駛室 8-油箱我們主要以輪胎式裝載機(jī)為例一.裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng) 輪胎式裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3所示。它是由變矩器、變速箱、傳動(dòng)軸、前后驅(qū)動(dòng)橋、輪邊減速器等組成的 圖3 輪胎式裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)1-發(fā)動(dòng)機(jī) 2-液力變矩器 3-變速油泵 4-工作油泵 5-轉(zhuǎn)向油泵 6-變速箱 7-駐車(chē)制動(dòng) 8-傳動(dòng)軸 9-驅(qū)動(dòng)橋 10-輪邊減速器 11-行車(chē)制動(dòng)器 12-輪胎它的傳動(dòng)路線為：發(fā)動(dòng)機(jī)液力變矩器變速器傳動(dòng)軸前、后驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速器車(chē)輪1.

4、 液力變矩器采用雙渦輪液力變矩器，并且能隨外載荷的變化自動(dòng)改變其工況，相當(dāng)于一個(gè)兩檔自動(dòng)變速器，提高了裝載機(jī)對(duì)外載荷的自動(dòng)適應(yīng)性。變矩器的第一和第二渦輪輸出軸及其上的將動(dòng)力輸入變速器。在兩個(gè)輸入齒輪之間安裝有超越離合器。2. 變速器變速箱由箱體、行星齒輪式變速機(jī)構(gòu)、液壓動(dòng)力換擋系統(tǒng)等組成。它具有兩個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒退檔。檔和倒退檔采用行星變速機(jī)構(gòu)，檔為直接檔，他們分別由檔摩擦片離合器，倒擋摩擦片離合器的制動(dòng)和直接檔閉鎖離合器的接合完成的。3. 驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)橋主要由殼體、主傳動(dòng)器、半軸輪邊減速器、輪胎、輪輞等組成。輪胎式裝載機(jī)的驅(qū)動(dòng)橋分為前橋和后橋。前橋剛性固定，后橋采用中心擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，使后橋擺動(dòng)中心

5、與動(dòng)力輸入中心重合，減少了附加引力引起的扭矩對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，延長(zhǎng)了驅(qū)動(dòng)橋的使用壽命，增加了整機(jī)的穩(wěn)定性。前橋的主動(dòng)螺旋錐齒輪為左旋，后橋則為右旋。驅(qū)動(dòng)橋主要由殼體、主傳動(dòng)器、半軸輪邊減速器、輪胎、輪輞等組成。4. 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸用來(lái)把變速箱輸出的動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)橋。它由花鍵聯(lián)接的滑動(dòng)叉與軸管總成，能夠保證在變速箱與驅(qū)動(dòng)橋的相對(duì)位置發(fā)生變化的情況下，可靠地傳遞動(dòng)力。裝載機(jī)在運(yùn)行和作業(yè)過(guò)程中，傳動(dòng)軸要承受很大的扭矩、沖擊載荷、震動(dòng)，且傳動(dòng)軸位于裝載機(jī)底部，工作條件惡略。因此，必須經(jīng)常對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行認(rèn)真的保養(yǎng)和維護(hù)。二.裝載機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)用于機(jī)械行駛時(shí)江蘇或停駛，以及在平地活潑島上較長(zhǎng)時(shí)間的停車(chē)。該系

6、統(tǒng)具有行車(chē)制動(dòng)、停車(chē)制動(dòng)及國(guó)際流的緊急制動(dòng)系統(tǒng)。停車(chē)制動(dòng)與緊急制動(dòng)共用，因緊急制動(dòng)具有4種功能：（1）停車(chē)制動(dòng)；（2）起步時(shí)保護(hù)制動(dòng)作用。氣壓未達(dá)到允許起步氣壓時(shí)，停車(chē)制動(dòng)起作用，且掛下不擋；（3）行車(chē)時(shí)氣路發(fā)生故障起安全保護(hù)制動(dòng)作用。當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)氣路出了故障。降到允許行車(chē)氣壓時(shí)，緊急制動(dòng)會(huì)自動(dòng)剎車(chē)，同時(shí)變速器會(huì)自動(dòng)掛空擋；（4）緊鈀制動(dòng)。當(dāng)行車(chē)制動(dòng)出了故障時(shí)可選用該系統(tǒng)實(shí)施緊急制動(dòng)，而代替行車(chē)制動(dòng)起作用。1. 行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)輪胎式裝載機(jī)行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)一般用氣壓、液壓或氣液混合方式進(jìn)行控制。氣液混合方式的氣頂油四輪制動(dòng)如圖4所示，它是由空氣壓縮機(jī)、油水分離器、儲(chǔ)氣筒、雙管路氣控制閥、盤(pán)式制動(dòng)器等組成

7、。工作時(shí)，壓縮空氣經(jīng)油水分離器過(guò)濾后，經(jīng)壓力控制器、單向閥進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。制動(dòng)時(shí)，踩下氣制動(dòng)閥，壓縮空氣分兩路進(jìn)入前后加力器，使制動(dòng)液產(chǎn)生高壓，進(jìn)入盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)車(chē)輪。圖4 行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)1-盤(pán)式制動(dòng)器 2-加力器 3-制動(dòng)燈開(kāi)關(guān) 4-雙管路氣制動(dòng)閥 5-壓力制動(dòng)閥 5-壓力控制器 6-油水分離器 7-空氣壓縮機(jī) 8-儲(chǔ)氣罐 9-單向閥 10-氣喇叭開(kāi)關(guān) 11-氣壓表 12-氣喇叭2. 駐車(chē)制動(dòng)駐車(chē)制動(dòng)（又稱(chēng)手動(dòng)制動(dòng)）系統(tǒng)用于裝載機(jī)在工作中出現(xiàn)緊急情況時(shí)制動(dòng)，也用在停車(chē)后使裝載機(jī)保持原位置，不至因路面傾斜或其他外力作用而移動(dòng)。當(dāng)裝載機(jī)的氣壓過(guò)低是，還可以對(duì)制動(dòng)機(jī)械起保護(hù)作用。圖5 駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)1-儲(chǔ)

8、氣罐 2-控制按鈕 3-頂桿 4-駐車(chē)及緊急制動(dòng)控制閥 5-制動(dòng)氣室 6-制動(dòng)器 7-拉桿 8-快放閥 9-變速操縱空擋裝置三.裝載機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝載機(jī)的行駛方向是靠轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行操縱的，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠根據(jù)作業(yè)要求保持裝載機(jī)穩(wěn)定的沿直線方向進(jìn)行刑事或改變其行駛方向。輪式裝載機(jī)目前大多采用教練是結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由液壓泵、粗濾油器、液壓轉(zhuǎn)向器、分流閥、轉(zhuǎn)向液壓缸等組成。圖6 轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)原理圖1-轉(zhuǎn)向油缸 2-流量放大閥 3-精濾油器 4-散熱器 5-轉(zhuǎn)向泵 6-減壓閥 7-全液壓轉(zhuǎn)向器4. 裝載機(jī)工作裝置裝載機(jī)的工作方式由連桿機(jī)構(gòu)組成，常用的連桿機(jī)構(gòu)有正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)，正轉(zhuǎn)八連桿機(jī)構(gòu)和反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)

9、。a）、b）正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu) c）正轉(zhuǎn)八連桿機(jī)構(gòu) d）反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)1. 鏟斗結(jié)構(gòu).裝載機(jī)的鏟斗由底斗、后斗壁、側(cè)板、斗齒、上下支撐板、主刀板和側(cè)刀板等組成。鏟斗斗齒的形狀分為四種。選擇齒形時(shí)應(yīng)考慮其插入阻力、耐磨性和易于更換等因素。齒形分尖齒和鈍齒，輪胎式裝載機(jī)多采用尖形齒，而履帶式裝載機(jī)多采用鈍形齒。斗齒數(shù)目視斗寬而定，斗齒距一般為150-300mm。圖8 裝載機(jī)鏟斗1-后斗壁 2-斗齒 3-主刀板 4-底板 5-加強(qiáng)版 6-側(cè)刀板 7-側(cè)板 8-加強(qiáng)版 9-檔板 10角鋼 11-上支撐板 12-連接板 13-下支撐板 14-銷(xiāo)軸 15-限位塊2. 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)動(dòng)臂的形狀按其縱向中心形狀分為直線

10、形和曲線形兩種。直線形動(dòng)臂多用于正轉(zhuǎn)式連桿工作裝置，曲線形動(dòng)臂常用于反轉(zhuǎn)式連桿工作裝置。動(dòng)臂的斷面結(jié)構(gòu)形式有單板、雙板和箱形。小型裝載機(jī)多采用單板；大中型裝載機(jī)多采用雙板或箱型斷面結(jié)構(gòu)的動(dòng)臂。3. 限位機(jī)構(gòu)工作裝置中設(shè)有鏟斗前傾、鏟斗后傾限位，動(dòng)臂升降自動(dòng)限位裝置和鏟斗自動(dòng)放平裝置。裝載機(jī)如果裝換不同的工作裝置，還可以完成推土、起重、裝卸等工作。圖9 裝載機(jī)的可換工作裝置5. 工作裝置液壓系統(tǒng)裝載機(jī)工作裝置的液壓系統(tǒng)的工作原理如圖10所示。它主要由工作油泵、分配閥、安全閥、動(dòng)臂油缸、轉(zhuǎn)斗油缸和油箱油管等組成。液壓系統(tǒng)應(yīng)保證工作裝置實(shí)現(xiàn)挖掘、提升保持和轉(zhuǎn)斗等動(dòng)作，因此，要求動(dòng)臂油缸操縱閥必須具有

11、提升、保持、下降和浮動(dòng)四個(gè)位置，而轉(zhuǎn)斗油缸操縱閥必須具有后傾、保持和前傾三個(gè)位置。圖10 裝載機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)1-油箱 2-油泵組 3-單向閥 4-舉升先導(dǎo)閥 5-轉(zhuǎn)斗先導(dǎo)閥 6-先導(dǎo)油路調(diào)壓閥 7-轉(zhuǎn)斗油缸換向閥 8-舉升油缸換向閥 9、10-安全閥 11-補(bǔ)油閥 12-液控單向閥 13-轉(zhuǎn)斗油缸 14-舉升油缸 15-主油路限壓閥A-主油泵 B-轉(zhuǎn)向油泵 C-先導(dǎo)油泵6. 工作裝置的液壓減震裝置輪式裝載機(jī)廣泛采用剛式懸掛。然而，裝載機(jī)的作業(yè)環(huán)境較為惡劣，經(jīng)常在中短距離的工地上穿梭式作業(yè)，凹凸不平的地面引起機(jī)械的震蕩和顛簸，機(jī)械的強(qiáng)烈震蕩和顛簸還將導(dǎo)致鏟斗內(nèi)的物料灑落，降低裝載機(jī)的工作效率

12、。工作裝置的縱向角震動(dòng)，對(duì)鏟斗內(nèi)物料的灑落影響更大。圖11 輪式裝載機(jī)工作裝置液壓減震系統(tǒng)1、2、3-電磁導(dǎo)通閥 4、5-節(jié)流閥 6-蓄能閥 7-油缸換向主控制閥 8-先導(dǎo)閥 9-動(dòng)臂油缸 10-轉(zhuǎn)斗油缸當(dāng)裝載機(jī)處于運(yùn)輸工況時(shí)，地面的不平度引起機(jī)械的顛簸，液壓減震系統(tǒng)中的彈性元件液壓蓄能器變吸收或釋放沖擊振動(dòng)壓力能，同時(shí)通過(guò)節(jié)流閥的阻尼作用，降低振動(dòng)加速，達(dá)到衰減裝載機(jī)及其工作裝置震動(dòng)的目的。國(guó)外最新實(shí)驗(yàn)表明，采用液壓減震裝置的輪式裝載機(jī)，若行駛速度在40Km/h范圍內(nèi)，震蕩加速的峰值可降低70%。中小型輪式裝載機(jī)在運(yùn)輸工況下，最大振幅為±25mm，一般不會(huì)超過(guò)15mm，駕駛員很難察

13、覺(jué)出來(lái)，減震效果十分明顯。裝載機(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，輪式裝載機(jī)仍將是工程建設(shè)機(jī)械中最重要的機(jī)種之一，國(guó)內(nèi)年需求量持續(xù)穩(wěn)定地保持在2萬(wàn)臺(tái)左右，但國(guó)內(nèi)裝載機(jī)生產(chǎn)廠家在急劇膨脹，競(jìng)爭(zhēng)更趨激烈，各生產(chǎn)廠家紛紛開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，來(lái)迎接市場(chǎng)的挑戰(zhàn)。      1、 輪式裝載機(jī)的市場(chǎng)前景     （1）國(guó)際市場(chǎng)   世界交通、能源和其他基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)發(fā)展迅速，每年投資額都在數(shù)千億美元。目前世界各國(guó)裝載機(jī)年總產(chǎn)量已達(dá)到15萬(wàn)臺(tái)，美國(guó)、日本和西歐是裝載機(jī)主要生產(chǎn)國(guó)家和地區(qū)，年

14、產(chǎn)量均在萬(wàn)臺(tái)以上，其中美國(guó)4.6萬(wàn)臺(tái)，日本2.9萬(wàn)臺(tái)。世界工程建設(shè)機(jī)械銷(xiāo)售額已達(dá)到450億美元，預(yù)計(jì)到2000年將達(dá)到500億美元。其中美國(guó)占40%，日本占35%，其余為歐盟及其他國(guó)家。  （2）國(guó)內(nèi)市場(chǎng)   受?chē)?guó)家政策和投資方向的影響，今后510年內(nèi)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)為：   從地區(qū)看，安徽、河南、江西等市場(chǎng)需求在上升，國(guó)家向中西部投資的政策也將使該地區(qū)的市場(chǎng)具有廣闊前景。  從用戶看，國(guó)家鼓勵(lì)多種經(jīng)濟(jì)形式并存，私營(yíng)經(jīng)濟(jì)和個(gè)體用戶市場(chǎng)需求仍然上升;國(guó)家大型工程建設(shè)對(duì)大噸位裝載機(jī)等工程建設(shè)機(jī)械需求量增加。 

15、;國(guó)內(nèi)輪式裝載機(jī)市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)    挖掘機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展，土石方工程中對(duì)裝載機(jī)的需求部分被挖掘機(jī)所替代;國(guó)家加強(qiáng)資源及環(huán)境保護(hù)，整頓煤炭工業(yè)結(jié)構(gòu)，限制小煤礦開(kāi)采，影響煤礦系統(tǒng)對(duì)裝載機(jī)的需求;各貨站、港口散裝物料的周轉(zhuǎn)、裝卸作業(yè)更趨于向大型、自動(dòng)化發(fā)展，制約了對(duì)裝載機(jī)的需求。國(guó)產(chǎn)輪式裝載機(jī)正在從低水平、低質(zhì)量、低價(jià)位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價(jià)位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過(guò)渡。從仿制仿造向自主開(kāi)發(fā)過(guò)渡，各主要廠家不斷進(jìn)行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)雷同，無(wú)自己特色和優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)狀，從低水平的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的怪圈中脫穎而出，成為裝載機(jī)

16、行業(yè)的領(lǐng)先者。  （1）大型和小型輪式裝載機(jī)，在近幾年的發(fā)展過(guò)程中，受到客觀條件及市場(chǎng)總需求量的限制。競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的中型裝載機(jī)更新速度將越來(lái)越快。  （2）根據(jù)各生產(chǎn)廠家的實(shí)際情況，重新進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，優(yōu)化各項(xiàng)性能指標(biāo)，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度，使整機(jī)可靠性得到大步提高。  （3）細(xì)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如動(dòng)力系統(tǒng)的減振、散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性能指標(biāo)優(yōu)化及各鉸點(diǎn)的防塵、工業(yè)造型設(shè)計(jì)等。  （4）利用電子技術(shù)及負(fù)荷傳感技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速箱的自動(dòng)換擋及液壓變量系統(tǒng)的應(yīng)用，提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機(jī)作業(yè)成本。  （5）提高安全性、舒適性。駕駛室逐步具備FOPS&ROPS功能，駕駛室內(nèi)環(huán)境將向汽車(chē)方向靠攏，方向盤(pán)、座椅、各操縱手柄