土方施工機械之裝載機

1、裝載機一、裝載機的用途、分類與編號裝載機是一種用途十分廣泛的工程機械，它可以用來鏟裝、搬運、卸載、平整散狀物料，也可以對巖石、硬土等進行輕度的鏟掘工作，如果換裝相應(yīng)的工作裝置，還可以進行推土、起重、裝卸木料及鋼管等。因此，它被廣泛應(yīng)用于建筑、公路、鐵路、國防等工程中，對加快工程建設(shè)速度、減輕勞動強度、提高工程質(zhì)量、降低工程成本具有重要作用。常用單斗裝載機的分類、特點及適用范圍如表2-2-1所示。 單斗裝載機的分類、特點及適用范圍 表2-2-1分 類 型 式分 類特 點 及 適 用 范 圍按發(fā)動機功率分小 型功率小于74kW中 型功率74147 kW大 型功率147515 kW特大型功率大于51

2、5 kW按傳動方式分機械傳動式結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本低、使用維修較容易；傳動系沖擊振動大，功率利用差。僅小型裝載機采用液力機械傳動式傳動系沖擊振動小、傳動件壽命長、車速隨外載荷自動調(diào)節(jié)、操作方便、減少司機疲勞。大中型裝載機多采用液壓傳動式可無級調(diào)速、操作簡單；啟動性差、液壓元件壽命較短。僅小型裝載機采用電傳動式可無級調(diào)速、工作可靠、維修簡單；設(shè)備質(zhì)量大、費用高。大型裝載機采用 單斗裝載機的分類、特點及適用范圍 續(xù)表2-2-1分 類 型 式分 類特 點 及 適 用 范 圍按行走裝置分輪胎式裝載機質(zhì)量輕、速度快、機動靈活、效率高、不易損壞路面；接地比壓大、通過性差、穩(wěn)定性差、對場地和物料塊度有一

3、定要求。應(yīng)用范圍廣泛（1）鉸接式車架裝載機轉(zhuǎn)彎半徑小、縱向穩(wěn)定性好，生產(chǎn)率高，不但適用路面，而且可用于井下物料的裝載運輸作業(yè)（2）整體式車架裝載機車架是一個整體，轉(zhuǎn)向方式有后輪轉(zhuǎn)向、全輪轉(zhuǎn)向、前輪轉(zhuǎn)向及差速轉(zhuǎn)向。僅小型全液壓驅(qū)動和大型電動裝載機采用履帶式裝載機接地比壓小、通過性好、重心低、穩(wěn)定性好、附著性能好、牽引力大、單位插入力大；速度低、機動靈活性差、制造成本高、行走時易損路面、轉(zhuǎn)移場地時需拖運。用在工程量大，作業(yè)點集中，路面條件差的場合按裝卸方式分前卸式前端鏟裝卸載，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、視野好。適用于各種作業(yè)場地，應(yīng)用廣回轉(zhuǎn)式工作裝置安裝在可回轉(zhuǎn)90°360°的轉(zhuǎn)臺上

4、，側(cè)面卸載故無需調(diào)頭，作業(yè)效率高；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、成本高、側(cè)穩(wěn)性差。適用于狹窄的場地作業(yè)后卸式前端裝料，向后端卸料，作業(yè)效率高；作業(yè)安全性差，應(yīng)用不廣國產(chǎn)裝載機的型號用字母Z表示，第二個字母L代表輪胎式裝載機，無L代表履帶式裝載機，Z或L后面的數(shù)字代表額定載重量。例：ZL50型裝載機，表示額定載重量為5t的輪胎式裝載機。二、裝載機的構(gòu)造與工作原理裝載機一般由車架、動力裝置、工作裝置、傳動系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)組成，圖2-2-1所示為輪胎式裝載機的總體構(gòu)造示意圖。圖2-2-1 輪胎式裝載機總體構(gòu)造1-發(fā)動機；2-液力變矩器；3-駕駛室；4-操縱系統(tǒng)；5-動臂油缸；6-

5、轉(zhuǎn)斗油缸；7-動臂；8-搖臂；9-連桿；10-鏟斗；11-前驅(qū)動橋；12-傳動軸；13-轉(zhuǎn)向油缸；14-變速箱；15-后驅(qū)動橋；16-車架發(fā)動機1的動力經(jīng)液力變矩器2傳給變速箱14，再由變速箱把動力經(jīng)傳動軸12傳到前、后驅(qū)動橋11和15以驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。發(fā)動機動力還經(jīng)分動箱驅(qū)動液壓泵工作，為液壓系統(tǒng)提供動力。工作裝置（圖2-2-2所示）由動臂5、鏟斗1、連桿2、搖臂3、動臂油缸4和轉(zhuǎn)斗油缸6組成。動臂一端鉸接在車架上，另一端安裝有鏟斗1，動臂的升降由動臂油缸4的伸縮帶動，鏟斗的翻轉(zhuǎn)則由轉(zhuǎn)斗油缸6的伸縮通過連桿機構(gòu)來實現(xiàn)。裝載機鏟裝物料就是通過操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)使動臂、轉(zhuǎn)斗油缸按一定順序和程度伸縮

6、來實現(xiàn)的，當(dāng)然，裝載物料的過程中少不了整機的進、退動作。圖2-2-2 輪胎式裝載機工作裝置1-鏟斗；2-連桿；3-搖臂；4-動臂油缸；5-動臂；6-轉(zhuǎn)斗油缸鉸接轉(zhuǎn)向的裝載機（圖2-2-1）的車架由前、后兩車架組成（如圖1-4-12所示），中間用鉸銷連接。轉(zhuǎn)向時，通過轉(zhuǎn)動方向盤使轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油缸13伸縮，前、后車架便繞鉸銷作相對轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。圖2-2-3 輪胎式裝載機工作裝 置液壓系統(tǒng)原理圖1-液壓泵；2、3-溢流閥；4、5-換向閥；6-動臂油缸；7-轉(zhuǎn)斗油缸在每個車輪上都裝有制動器，駕駛員踩下制動踏板，通過制動系統(tǒng)使制動器產(chǎn)生制動作用，可降低行駛速度或停車。裝載機液壓系統(tǒng)包括工作裝置

7、液壓控制系統(tǒng)和液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩部分。下面以ZL50裝載機的液壓系統(tǒng)為例進行分析。ZL50裝載機工作裝置液壓控制系統(tǒng)如圖2-2-3所示。發(fā)動機驅(qū)動液壓泵1，液壓泵輸出的高壓油通向換向閥4控制轉(zhuǎn)斗油缸7和換向閥5控制動臂油缸6。圖示位置為兩閥都處在中位，壓力油通過兩換向閥后直接流回油箱。換向閥4為三位六通閥，它可控制鏟斗后傾、固定和前傾三個動作。換向閥5為四位六通閥，它控制動臂上升、固定、下降和浮動四個動作。動臂的浮動位置是裝載機在作業(yè)時，由工作裝置的自重支于地面，鏟料時隨著地形的高低而浮動。這兩個換向閥之間采用順序回路組合，即兩個閥只能單獨動作而不能同時動作，保證液壓缸推力大，以利于鏟掘。圖2-2

8、-4 輪胎式裝載機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓原理圖1-轉(zhuǎn)向油缸；2-流量放大閥；3-濾油器；4-散熱器；5-轉(zhuǎn)向泵；6-減壓閥；7-全液壓轉(zhuǎn)向器安全閥2的作用是限制系統(tǒng)工作壓力，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過額定值時安全閥打開，高壓油流回油箱，以免損壞其他液壓元件。兩個雙作用溢流閥3并聯(lián)在轉(zhuǎn)斗油缸的油路中。它們的作用是用于補償由于工作裝置不是平行四邊形結(jié)構(gòu)，而在運動中產(chǎn)生的不協(xié)調(diào)。ZL50裝載機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖2-2-4所示。該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用流量放大系統(tǒng)，油路由先導(dǎo)油路與主油路組成。所謂流量放大，是指通過全液壓轉(zhuǎn)向器和流量放大閥，可保證先導(dǎo)油路的流量變化與主油路中進入轉(zhuǎn)向油缸的流量變化具有一定的比例關(guān)系，達到低壓小流量控制高壓大

9、流量的目的。方向盤不轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)向器7兩出口關(guān)閉，流量放大閥2的主閥桿在復(fù)位彈簧作用下保持在中位，轉(zhuǎn)向泵5與轉(zhuǎn)向油缸1之間的油路被斷開，主油路的液壓油經(jīng)過流量控制閥直接回油箱。轉(zhuǎn)動方向盤時，轉(zhuǎn)向器7排出的油與方向盤的轉(zhuǎn)角成正比，先導(dǎo)油進入流量放大閥后，通過主閥桿上的計量小孔控制主閥桿位移，即控制開口的大小，從而控制進入轉(zhuǎn)向油缸1的流量。由于流量放大閥采用了壓力補償，使得進出口的壓差基本上為一定值，因而進入轉(zhuǎn)向油缸1的流量與負載無關(guān)，而只與主閥桿上開口的大小有關(guān)。停止轉(zhuǎn)向后，主閥桿一端先導(dǎo)壓力油經(jīng)計量小孔卸壓，兩端油壓趨于平衡，在復(fù)位彈簧的作用下，主閥桿回復(fù)到中位，從而切斷到油缸的主油路。液壓操縱

10、轉(zhuǎn)向操縱力小，駕駛員不易疲勞，動作迅速，有利于提高生產(chǎn)率。故在大中型的輪式機械中多采用液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)。三、裝載機的使用技術(shù) 1作業(yè)過程裝載機的作業(yè)過程由鏟裝、轉(zhuǎn)運、卸料和返回四個過程組成，并習(xí)慣地稱之為一個工作循環(huán)。 （1）鏟裝過程 首先將鏟斗的斗口朝前，并平放到地面上（圖2-2-5a），機械前進，鏟斗插入料堆，斗口裝滿物料。然后，將斗收起，使斗口朝上（圖2-2-5b），完成鏟裝過程。 （2）轉(zhuǎn)運過程 用動臂將斗升起（圖2-2-5c），機械倒退，轉(zhuǎn)駛至卸料處。 （3）卸料過程 先使鏟斗對準(zhǔn)停止在運料車廂的上空，然后將斗向前傾翻，物料即卸入車廂內(nèi)（圖2-2-5d）。 （4）返回過程 將鏟斗翻轉(zhuǎn)成水

11、平位置，機械駛至裝料處后，放下鏟斗，準(zhǔn)備再次鏟裝。圖2-2-5 單斗裝載機的工作過程a）鏟裝；b）收斗；c）升斗；d）卸料2鏟裝方法（1）鏟裝松散物料首先將鏟斗放在水平位置，并下放至與地面接觸，然后以一檔或二檔速度（視物料性質(zhì)）前進，使鏟斗斗齒插入料堆中。此后，邊前進邊收斗，待鏟斗裝滿后，將動臂升到運輸位置（離地面約0.5m）（如圖2-2-6a所示），再駛離工作面。若鏟斗裝滿有困難，可操縱鏟斗上下顫動或稍舉動臂，如圖2-2-6b所示。圖2-2-6 裝載機鏟裝松散物料a）邊前進邊收斗，裝滿后，舉升至運輸位置；b）操縱鏟斗上下顫動 （2）鏟裝停機面以下物料鏟裝時應(yīng)先放下鏟斗并轉(zhuǎn)動，使其與地面成一定

12、的鏟土角，然后前進，使鏟斗切入土內(nèi)，如圖2-2-7所示。切土深度一般保持在150200mm左右，直至鏟斗裝滿。裝滿收斗后將鏟斗舉升到運輸位置，再駛離工作面并運至卸料處。鏟斗下切的鏟土角約為10°30°（隨土壤性質(zhì)而定）。對于難鏟的土壤，可操縱動臂使鏟斗顫動，或者稍改變一下切入角度。圖2-2-7 裝載機鏟裝停機面以下土壤（3）裝載機鏟裝土丘鏟裝土丘時，可采用分層鏟裝法或分段鏟裝法。分層鏟裝時，裝載機向工作面前進，隨著鏟斗插入工作面，逐漸提升鏟斗，或者隨后收斗直到裝滿，或者裝滿后收斗，然后駛離工作面。開始作業(yè)前，應(yīng)使鏟斗稍稍前傾。這種方法由于插入不深，而且插入后有提升動作的配合

13、，所以插入阻力小，作業(yè)比較平穩(wěn)。由于鏟裝面較長，可以得到較高的充滿系數(shù)，如圖2-2-8所示。圖2-2-8 裝載機分層鏟裝作業(yè)圖2-2-9 裝載機分段鏟裝作業(yè)如果土壤較硬，也可采取分段鏟裝法，如圖2-2-9所示。這種方法的特點是鏟斗依次進行插入動作和提升動作。作業(yè)過程是鏟斗稍稍前傾，從坡腳插入，待插進一定深度后，提升鏟斗，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低時，切斷行走動力，使發(fā)動機恢復(fù)轉(zhuǎn)速。在恢復(fù)轉(zhuǎn)速過程中，鏟斗將繼續(xù)上升并裝進一部分土，轉(zhuǎn)速恢復(fù)后，接著進行第二次插入，這樣逐段反復(fù)，直至裝滿鏟斗或升到高出工作面為止。3作業(yè)方式裝載機用作裝載設(shè)備，向自卸汽車進行裝載工作時，其技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)在很大程度上與其施工作業(yè)方式

14、有關(guān)，常用的施工作業(yè)方式有以下幾種（圖2-2-10）。（1）“V”型作業(yè)法自卸汽車與工作面布置成50°55°角，而裝載機的工作過程則根據(jù)本身結(jié)構(gòu)和形式的不同而有所不同。履帶式裝載機和整體車架后輪轉(zhuǎn)向的輪胎式裝載機，采用這種作業(yè)方式時（圖2-2-10a），裝載機裝滿鏟斗后，在倒車駛離工作面的過程中，調(diào)頭50°55°，使裝載機垂直于自卸汽車，然后再向前駛向自卸汽車并卸載。卸載后，裝載機倒車駛離自卸汽車，然后，調(diào)頭駛向料堆，進行下一個作業(yè)循環(huán)。帶有鉸接式車架的輪胎式裝載機在采用這種作業(yè)方式時，其工作過程略有不同。裝載機在工作面裝滿鏟斗后，可直線倒車后退35m，

15、然后使前車架偏轉(zhuǎn)35°45°，再前進駛向自卸汽車進行卸載（圖2-2-10b）?！癡”型作業(yè)法，其工作循環(huán)時間短，在許多場合得到廣泛的應(yīng)用。 （2）“I”型作業(yè)法自卸汽車平行于工作面適時地往復(fù)前進和后退，而裝載機則穿梭地垂直于工作面作前進和后退，所以亦稱之為穿梭作業(yè)法（圖2-2-10c）。裝載機裝滿鏟斗后，直線后退，在裝載機后退一定距離并把鏟斗舉升到卸載位置的過程中，自卸汽車后退到與裝載機相垂直的位置，裝載機向前駛向自卸汽車并進行卸載。卸載后自卸汽車向前行駛一段距離，以保證裝載機可以自由地駛向工作面，進行下一個作業(yè)循環(huán)，直到自卸汽車裝滿為止。這種作業(yè)方式省去了裝載機的調(diào)頭時間

16、，對于不易轉(zhuǎn)向的履帶式和整體車架式裝載機比較合適，但增加了自卸汽車前進和后退的次數(shù)，因此，采用這種作業(yè)方式，裝載機的作業(yè)循環(huán)時間，取決于裝載機和與其配合作業(yè)的自卸汽車司機的熟練程度。 （3）“L”型作業(yè)法自卸汽車垂直于工作面，裝載機裝滿物料后，倒退并調(diào)頭90°，然后向前駛向自卸汽車卸載，空載的裝載機后退并調(diào)頭90°，然后向前駛向料堆，進行下一次的鏟裝作業(yè)（圖2-2-10d）。這種作業(yè)方式在運距較短，而作業(yè)場地比較寬廣時，裝載機可同時與兩臺自卸汽車配合工作。 （4）“T”型作業(yè)法自卸汽車平行于工作面，但距離工作面較遠，裝載機裝滿物料后，倒退并調(diào)頭90°，然后再向相反

17、方向調(diào)頭90°并駛向自卸汽車卸料（圖2-2-10e）。4裝載機生產(chǎn)率的計算裝載機的生產(chǎn)率是指其在特定的條件下每小時所能裝卸或裝運物料的重量。裝載機的生產(chǎn)率除取決于裝載機本身的技術(shù)性能（如斗容大小、牽引力、作業(yè)速度等）外，還與物料種類、作業(yè)方式、作業(yè)場地、運輸距離、路面條件以及駕駛員的操縱熟練程度有密切關(guān)系。由于其施工作業(yè)大致可分為向自卸汽車裝載和本身裝運兩種情況，因此，下面分別給出其生產(chǎn)率的計算公式。 （1）裝載生產(chǎn)率 只在作業(yè)場地進行裝卸，不擔(dān)負遠距離的運輸任務(wù)。這時裝載機的生產(chǎn)率按下式確定：式中：Q裝載生產(chǎn)率，t/h；VH額定斗容量，m3；r物料重度，t/m3；KL裝載機時間利用

18、系數(shù)，取KL=0.750.85；Km鏟斗裝滿系數(shù)。它取決于所裝物料的種類和狀態(tài)、塊度、鏟斗的形狀、裝載機的結(jié)構(gòu)和司機的熟練程度。11圖2-2-10 裝載機作業(yè)方式對于容易裝載的物料，如松散的或成堆的、不需鏟掘的、很易堆積在鏟斗中的普通土和砂，取Km=1.01.25；中等程度裝載的物料，如松散的或堆積的砂、砂壤土，或由山地直接鏟掘的松軟砂土，取Km=0.751.0；較困難裝載的物料，如難以裝滿鏟斗的硬粘質(zhì)土、粘土、凝固的礫質(zhì)土，取Km=0.650.75；對困難裝載的物料，如用爆破或松土機采掘的石塊、礫石，取Km=0.450.65。T裝載機一個作業(yè)循環(huán)時間，s。它取決于作業(yè)方式和裝載物料的種類及其

19、狀態(tài)，包括裝載、卸載、往返、改變方向等所需全部時間?！癐”型作業(yè)法：T=10+d+1.6x“V”型作業(yè)法：T=11+d+1.6x“L”型作業(yè)法：T=12+d+1.6x“T”型作業(yè)法：T=13+d+1.6x式中：d考慮物料裝載難易程度的量， 普通成堆的砂：d=0 碎石（20mm以下）、砂、小砂礫：d=2 碎石（50mm以下）、天然狀態(tài)的小砂礫、粘土：d=4x距離，m。一般地，在初步計算時可取T=20s。 （2）裝運生產(chǎn)率 除了要在作業(yè)場地進行鏟裝作業(yè)外，還要擔(dān)負轉(zhuǎn)運至其它場地進行卸載的任務(wù)，其生產(chǎn)率可按下式計算：式中：Q裝運生產(chǎn)率，t/h；圖2-2-11 平均行駛速度與運距的關(guān)系硬路面：1-空載

20、；2-滿載土路面：3-空載；4-滿載Tb一個裝運作業(yè)循環(huán)的總時間，s。它約等于裝載作業(yè)所需要的基本時間與運輸時間之和，即Tb=T+Tr式中：Tr運輸時間，s。它取決于車速和運輸距離。可按下式計算：式中：S裝載機運輸距離，m；vm裝載機滿載平均行駛速度，km/h。它與運輸距離、路面狀況有關(guān)，可參考圖2-2-11選取；vo裝載機空載平均行駛速度 ，km/h，可參考圖2-2-11選取。圖2-2-12 STb關(guān)系圖1-平坦的鋪砌路；2-平坦的硬土路；3-凹凸不平的土路；4-松軟的砂、礫石路、泥濘路裝載機裝運周期亦可按實際經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取，其與運輸距離的關(guān)系如圖2-2-12所示，裝載機的平均生產(chǎn)率與斗容之間的關(guān)系如圖2-2-13所示。其余參數(shù)同上。圖2-2-13 裝載機實際平均生產(chǎn)率與斗容的關(guān)系1-輪胎式；2-履帶式生產(chǎn)率Q（m3·h-1）5裝載機的選用選用裝載機時應(yīng)綜合考慮如下因素： （1）根據(jù)工作環(huán)境選用裝載機類型如果鏟裝路面很