1 绪论
1.1 装载机概述
1.1.1 装载机简介
装载机属于铲土运输机械类，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履带或轮胎机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。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。
1.1.2 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（1mmHg=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（75kg±3kg）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
指动壁处于最高位置，铲斗倾角为45°时，从地面到斗刃最低点之间的垂直距离，单位为 mm 。
卸载距离
一般指在最大卸载高度时，从装载机本体最前面一点（包括轮胎或车架）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 。
1.1.3 装载机的用途
装载机是一种用途十分广泛的工程机械，可以用来铲装、搬运、卸载、平整散装物料，也可以对岩石、硬土等进行轻度的铲掘工作。此外，还可以进行刮平地面和牵引其他机械等作业。换装相应的工作装置，装载机还可以进行推土、起重、装卸木料或钢管等作业。
1.1.4 装载机的分类
装载机一般按以下特点来分类：
按行走装置不同分
按行走装置不同可以分为轮胎式和履带式两种。由于国产履带式装载机多是在推土机基础上形成及国外使用和生产的绝大多数是轮胎式装载机，又因为这两类装载机除了行走装置不同外，其他系统和构造大体相似，所以本次设计也以装载机为目标。轮胎式装载机简称为装载机，它由车架、工作装置、动力装置、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统和液压系统等组成。
按使用场合不同分类
按使用场合不同可以分为露天用装载机和井下用装载机（铲运机）。铲运机机构简单，国外生产和使用的装载机绝大多数是露天装载机，井下用铲运机是根据井下巷道的工作条件，对发动机的排污和噪音，整机高度和工作装置以及驾驶操作系统的布置等提出特殊要求后，在露天使用的装载机基础上变形设计而成的。
按传动形式不同分类
按传动形式不同分类可以分为：机械传动、液力机械传动、液压传动和电传动四种。
① 机械传动
在国仅用于斗容量为0.5m3 以下的装载机，它一般直接采用汽车或拖拉机的传动装置，即离合器和变速器。具有成本低、传动效率高、可拖动、维修方便等优点。主要缺点是操纵复杂而且费力，离合器和变速箱寿命较低。
② 液力机械传动
它是装载机的主要传动形式。这是因为液力机械传动取消了机械传动中的离合器而换用液力变矩器，取消了人力换挡变速箱而换用了动力换挡变速箱。这样变矩器能吸收在作业时候传给传动系统的冲击和震动，故能平稳的插入料堆，并可以随外界载荷变化自动调速，不会因超载而使发动机熄火，而且可以在不停车状态下进行换挡，操作轻便，工作可靠性高。主要缺点是功率损失较大，传动效率较低，成本较高，结构复杂维修不便。大中型装载机都采用液力机械传动。装载机的液力变矩器有以下四种：
一级三元件液力变矩器
双涡轮液力变矩器
变量双泵轮液力变矩器
双导轮液力变矩器
我国液力机械传动装载机的生产已经形成一个系列，定型生产斗容量为0.5~3.5m3 的装载机，其额定载重量为1~7t 。即ZL10型、ZL15型、ZL20型、ZL25型、ZL30型、ZL40型、ZL45型、ZL50型、ZL0型、ZL160型等10余种机型，20余个变型产品。
③ 液压传动
用柴油机带动液压泵产生高压油，并通过控制系统和油管带动液压马达使车轮转动。这种传动方式省去了一系列的传动零件，简化了传动系统，使整机质量减轻，并可以在一定围实现无级调速，使传动更加平稳，但它的启动性差，性能良好的液压元件昂贵，寿命也较低，故在装载机中的使用受到限制，目前只用在小型装载机上。但随着液压技术的发展液压元件质量不断提高和成本不断降低，液压传动将会越来越多的在中小型装载机上使用。
④ 电传动
由柴油机驱动交流发电机发电，以此来驱动装在车轮上的直流电动机，然后通过轮边减速带动车轮转动，这样也省去了一系列传动零件，可实现无级调速。这种传动检查方便，维修简单，工作可靠。缺点是电机设备质量较大，费用高，目前只在大型装载机上使用这种传动方式。
此外，国还有采用变矩离合器传动的形式。这种传动方式目前仅在国生产的DC10型装载机上采用，它的动力传动系统是由变矩器、干式离合器和手动滑移齿变速器所组成。
按装载方式不同分类
按装载方式不同可以分为前卸式、后卸式、侧卸式和回转式。装载机基本上都是前卸式。
按转向方式不同分类
按转向方式不同可以分为整体式和铰接式。前者利用偏转后轮或前轮转向，或者同时偏转前后轮，后者采用铰接车架，利用前后车架之间的相对偏转进行转向。国产ZL系列装载机大多数采用铰接式结构。
图1-1为现场中的装载机。
图1-1 ZL50 B型装载机
1.2 装载机应用技术发展
在经历了50~60年的发展后，到20世纪90年代中末期国外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，使国外装载机在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。
1.2.1 国外装载机发展现状
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0.11m3 ，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围带伸缩机构的装载机。
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出新，各种自动功能更趋于成熟、完善。
发动机
为了解决高作业效率与低燃料消耗的矛盾，近年来开始采用发动机管理系统。发动机管理系统也称自动控制系统、电脑控制系统等，是电子计算机在工程机械中的应用之一。它能及时的根据装载机的工作负荷要求去调节发动机的输出功率，使装载机更有效的利用发动机的性能和动力。减少了动力损失，节约燃料，减少排气量和噪音，同时可使发动机长期在额定点工作，增加发动机的使用寿命。
如卡特彼勒公司994D型装载机采用的新一代Cat3516柴油发动机就安装了有HEUI（电液控制的燃油喷射）装置以及ADED（先进的柴油机管理）系统，可根据外载荷的大小有效地控制发动机的功率和转速，从而降低燃油消耗和尾气的排放，减少噪声。马拉松·勒图尔勒公司的L系列大型装载机则采用电脑控制的柴油机-电子驱动系统，4个驱动轮同时又充当制动器，其输出功率可以反馈到交流电机和柴油机，使转速提高，从而提高工作效率，使牵引效率高达77%（普通装载机为60%左右），此电脑控制系统能监控装载机的整个作业过程，在最大车速围使发动机的输出功率最大化。
传动机构
以卡特彼勒公司为代表的装载机采用液力机械传动系统，其G系列装载机采用电子自动换挡控制，可以自动选择档位传动比，使换挡在变速箱最佳效率点进行。换挡离合器则采用电子压力控制，行驶和换挡过程平稳，提高了生产率，延长了元件的使用寿命。
小松公司WA系列中的小功率装载机采用液压机械传动和新型集中结构驱动桥。它将主传动、制动器和行星终传动都集中在桥的中部，桥壳断面变化连续、平缓、应力分布合理，从根本上防止因传动结构桥壳在轮边支撑轴段应力集中发生断裂。轮端采用浮动密封结构，安装简便，有自动补偿功能，密封性好。
小松公司的全动力换挡变速器带有自动换挡开关，提高铲掘和装载作业过程中的牵引力，可以保证全功率进行装载作业。新型的可调离合器系统，能精确的控制行驶速度，驱动功率可以在20%~100%之间选择。
凯斯C系列装载机配有新型臂力换挡变速器、防滑差速器、多片湿式盘式制动器以及电子停车制动器。
迪尔H系列小功率装载机为静压传动，可以实现全程围的无级变速。中型以上的装载机采用由计算机控制动力换挡的单级单相液力机械传动，在任何情况下可以实现平稳换挡。快速换挡按钮可以使司机在1~4挡或2~4挡之间自动切换，变速和换挡由一根操纵杆集中控制。HST渐移式踏板可在保持发动机转速和液压系统流量的同时无限降低行驶速度。行车制动器为液压驱动自由调节双盘式制动器。
马拉松·勒图尔勒公司的装载机采用柴油机-发电机-电动轮传动，比液力机械传动系统简单。在整个作业过程中柴油发动机以恒定转速运转，减少燃油消耗，延长发动机寿命。无变速箱、传动轴等许多部件，提高了传动效率，操作维修方便，低费用。独立电动牵引马达为固态控制，反应迅速，减少车轮打滑和轮胎过度磨损。设置了电动缓行器不用工作制动停机，装料对位准确。整机重心低，行驶稳定性好，可靠性高。
液压系统
为了满足铲掘能力和快速卸载两方面的要求，装载机工作装置多采用多级液压系统。例如小松公司的WA450型装载机设有一只转换泵，切入料堆装载时切断阀自动使该泵卸载，通向工作装置的流量减少，使发动机功率更多的通过变矩器传给车轮，增加牵引力。该动臂举升时候，转换阀接入，以提高举升速度。
卡特彼勒公司的G系列装载机采用高效大流量工作液压系统，负荷传感转向液压系统，使所需要的转向功率减少了8%，提高了作业效率和燃油经济性。大缸径转向液压缸使转向更灵活。此外，公司可根据个人喜好，在命令控制转向及电子-液压工作装置控制以及传动转向控制及先导式液压工作装置控制两种方式中进行选择。
小松公司的WA系列采用双回路大流量液压系统，增大挖掘力并降低工作循环时间，提高燃油效率。液压驱动湿式多片制动器，可以避免气制动时由于水和冷凝引起的冻结和锈蚀，提高系统灵敏度。变输出液压系统可以最大限度的利用发动机的功率，提高生产率。
工作装置
20世纪90年代中末期以来，装载机的工作装置已经不再采用单一的Z形连杆机构，卡特彼勒公司在继IT综合多用机上开发出八杆平行举升连杆机构之后，又在其992G、924G等装载机上采用了单铸钢动臂的所谓Versa连杆机构，可承受极大的扭矩载荷，具有卓越的可靠性耐用性及和平行举升机构类似的作业性能。工作装置能以水平位置提升或降下放在托板上的物料，可以配用多种作业装置，最大限度的减少司机由地面到最大高度对铲斗倾角的调整，前面视野更加开阔。沃尔沃公司在L500-L220D等D系列装载机上推出了该公司的专利产品 扭矩平行连杆机构（TP），在铲斗的整个举升循环中可以提高更大的倾翻力矩以及举升能力，这保证装载机不仅在配用铲斗时，而且在配用叉、吊等其他工作装置时都具有良好的作业能力。德国O&K公司为其小型装载机设计有Lear连杆；Schaff公司于2000年3月在Intermat 展览会上推出了具有可折叠式新型连杆机构的高卸位式SKL873型装载机等，进一步增加了装载机工作装置的种类，提高了其作业的多用性和适应性。
图1-2为现场装载机的工作装置。
图1-2 工作装置
智能系统
当前，装载机发展的一个重要特点是不断研制出集液压、微电子及信息技术于一体的智能系统，并广泛运用于装载机的产品设计之中，目前广泛运用的有如下一些系统：
行驶平稳性控制系统： 在动臂举升液压缸液压回路中增加一个蓄能器，以衰减工作装置在机器行驶过程中产生的振动，减少装载机的颠簸。
附着力控制系统： 在每个车辆上安装一个速度传感器，自动将所需要的制动力施加到车辆上，并将扭矩传给与之紧密相连的车轮上，便于装载机直线行驶和转向。
动力电子控制/管理系统： 根据传动装置和液压系统工作状态，自动调节发动机输出功率，以满足不同作业情况的需要，提高燃料的经济性。
发动机自动控制系统： 当装载机处于非作业工况时，自动降低发动机转速，减少燃料消耗及发动机噪声。
关键信息显示/管理系统： 采用网络通讯技术，在办公室的控制中心实时监控装载机的作业状态，据此向驾驶员提供基于文字提示的精确的故障诊断信息。
转向变速集成控制系统： 取消传统的转向盘和变速杆，将转向与变速操纵装置集成在一个操纵手柄上，并采用简单的触发式方向控制开关和选挡用的分装式加速按钮。利用肘节的自然动作左右扳动操纵杆，实现转向；利用大拇指选择按钮，实现前进与后退、加速与减速行驶。
销轴润滑系统： 能为工作装置上的所有销轴提供为期200h的润滑服务，并使销轴作业易于完成。
舒适驱动控制系统： 其目的是提高驾驶员的舒适性，帮助长时间进行作业的驾驶员减轻劳动，保持作业效率。
负载感应变速系统： 根据负载状态，自动调节车速及发动机飞轮扭矩，实现高速、小扭矩或低速、大扭矩的动力输出。
计算机故障诊断系统： 通过控制面板上的指示灯、听觉与视觉相结合的报警信号，提醒驾驶员可能潜在的故障隐患。驾驶员只管全神贯注的工作而无需不断查看仪表读数。
负载自动稳定器： 采用一对钢模氮气蓄能器，安装在前车架中，与工作装置液压系统相连通。当作业或低速行驶时，系统自动断开，当车速超过4.8km/h时，由电子速度开关控制的电磁阀自动开启，蓄能器吸收工作装置液压系统的振动与冲击载荷，提高了操作的稳定性、安全性和舒适性。
燃油/空气比例控制系统： 提高燃料的利用率，确保发动机排出的废气符合环境控制法的要求。
计算机监控/管理系统： 连续监控/管理装载机数十项性能指标参数，在遇到突发或紧急情况时，很容易通过液晶仪表显示、听觉与视觉相结合的报警信号，提醒驾驶员注意。
装载量称量系统： 自动称量并显示铲斗的净装载量，从而使司机心中有数，防止过载或欠载，减少无效跑车次数，节省作业时间，提高生产效率。并可以对质量累计计算，显示仪表以彩色数码显示，清楚明了，校准简便，测量误差为±3%以。
面板控制系统： 采用声、光、电及数字显示的控制面板，实现装载仪器与仪表的报警与监控。
液压泵电子管理系统： 自动控制液压泵的运行状态。
自动运输控制系统： 降低机器在凹凸不平的路面上的振动，提高驾驶舒适性和作业效率。JCB公司456BZX型上（18t）安装此系统，最高车速达38km/h。
先进的转向系统： 采用代替传统的转向盘和控制手柄，此系统在WA1200型上已安装。
柴油发动机先进管理系统： 装备有用于燃油喷射控制及维护发动机最佳性能的电子控制模块，其亦可与监控系统进行通讯，当发生故障时提醒司机注意。Cat3516B型发动机装有此模块。
视距遥控作业： 可在危险地带如急陡的边坡处实现安装作业。如美国Sierrita矿的Cat992C型装载机设了Black Box Automation 公司开发的视距无线电远距离遥控系统。
驾驶室
近几年来国外装载机的设计和制造进一步体现了以人为本的理念，要为司机提供一个更加舒适的环境，以达到他们称之为全自动化型的境地。大中型装载机驾驶室普遍采用翻车保护装置结构（ROPS）和落物保护装置结构（FOPS），室安装空调装置，采用防尘、减震和隔离材料。按人机工程学设计的司机座椅可以全方位调节，以及功能集成的操纵手柄，全自动换挡装置及电子监控与故障自诊断等各种智能系统，司机台上安装AM/FM立体声盒式磁带收录机，有的还装有网络等，这些都极大的改善了司机工作环境，提高了工作效率与作业舒适性。
如卡特彼勒公司装载机的即使是设有微机监控装置和可调悬挂式座椅，先导液压阀操纵铲斗控制手柄及流量放大转向系统等，使操作轻便、灵活，采用防翻车保护装置和落物保护装置结构符合ISO标准要求。
小松公司的WA系列驾驶室采用硅橡胶黏性阻尼安装，以吸收振动和噪声。室布置简洁，可适应不同体型的司机。还设有电控加热器、除霜器和空调，侧窗和后窗提供了无障碍的全景视野，部分机型驾驶室后窗还设有电提升装置。电控行驶控制系统（ECSS），能将纵向和垂直方向的低频振动降低40%~50%，减小司机疲劳程度。
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，司机在驾驶室只需1~2min就可以轻而易举的完成。
易于维修、保养，注重环保
所以产品都充分考虑到可维护、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。
1.2.2 国外装载机发展趋势
综合上述现状和未来市场需求，国外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；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。
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。
多用途，微型化
为了全方位的满足不同用户的需求，国外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、小型和微型装载机。
进一步普及应用液压技术，广泛应用微电子、信息技术
液压技术将得到进一步的发展和应用，并继续朝着高速、高压、大流量、大功率、动静态性好、质量轻、结构简单、成本低和寿命长等更高水平发展。液压技术将进一步与微电子、信息技术相结合，实现机-电-信一体化，最大限度的提高功能利用率，提高装载机的技术性能和科技含量。
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，这将进一步增加装载机工作装置的种类。
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。
向节能与环保方向发展
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。
1.2.3 国装载机发展现状
我国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。虽然目前国装载机的生产厂家群雄并立，并且有增无减，但国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，我国装载机的发展有如下一些特点：
缺乏高科技含量，产品质量不稳定，档次低
我国生产的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。
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也远比国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。
用途单一，产品规格中间大两头小
我国生产的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0.4~10t 的装载机产品，但产量主要集中在1~5t 围，无力生产微型级、大型级产品，造成了产品结构中间大、两头小的格局。
1.2.4 国装载机发展趋势
尽管国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：
⑴ 大型和小型装载机，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载机更新速度将越来越快。
⑵ 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。
⑶ 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。
⑷ 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。
⑸ 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，获得进入国际市场的许可证。驾驶室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。
⑹ 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。
⑺ 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。
⑻ 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。
1.3 本章小结
通过以上对装载机整体的的叙述， 能明显的认识到其工作装置在整个装载机中占据着重要的作用，其各个系统的目的在于使工作装置能够得到最优化的工作状态，提高装载机在工程中的应用效率，因此，本次设计在于设计出使用围广，通用性强的一种装载机的工作装置。
2 装载机工作装置总体设计
2.1 工作装置的总体结构与布置
装载机工作装置是完成装卸作业并带液压缸的空间多杆机构。工作装置是组成装载机的关键部件之一，其设计水平的高低直接影响工作装置性能的好坏，进而影响整机的工作效率与经济性指标。
装载机工作装置分为有铲斗托架和无铲斗托架两种基本结构形式，如下图2-1、2-2所示。它由运动相互独立的两部分组成 连杆机构和动臂举升机构，主要由铲斗、动臂、连杆、上下摇臂、转斗油缸、动臂举升油缸、托架、液压系统等组成。
图2-1 有铲斗托架式
图2-2 无铲斗托架式
1—铲斗 2—动臂 3—连杆 4—下摇臂 5—上摇臂 6—转斗缸 7—动臂举升油缸 8—前车架 9—铲斗托架
带铲斗托架的工作装置，其动臂及连杆的下铰接点与铲斗托架铰接，上铰接点与前车架支座铰接；转斗油缸铰接在托架上部，活塞杆及托架下部与铲斗铰接。由托架、动臂、连杆及前车架构成一个平行四边形连杆机构，使得转斗缸闭锁时，动臂在举升过程中，铲斗始终保持平动。无铲斗托架的工作装置，其动臂下铰接点与铲斗铰接，上铰接点与前车架支座铰接；转斗缸一端与前车架铰接，另一端与上摇臂铰接；连杆一端与摇臂铰接，另一端与铲斗铰接；摇臂铰接在动臂上。
动臂举升缸一般采用立式（又称竖式）或卧式（又称横式）布置形式，常见有两种连接方式：一种是油缸顶端与前车架铰接（图2-3）；另一种是油缸中部通过销轴与前车架铰接（图2-4）。铲斗是装载物料的容器，通常具有两个铰接点，一个与动臂下铰接点铰接，另一个与连杆铰接。操纵转斗缸实现铲斗的装载或卸料；操纵举升油缸实现动臂和铲斗升降运动。
图2-3 立式布置形式 图2-4 卧式布置形式
2.2 工作装置连杆机构的结构形式与特点
由装载机工作装置的自由度分析可知，工作装置的连杆机构均为封闭运动链的单自由度的平面低副运动机构，其杆件数目应为4、6、8、10、……等。对装载机工作装置而言，尽管杆件数目越多越能实现复杂的运动，但同时铰接点的数目也随之增加，结构越复杂，就越难在动臂上进行布置。因此，实际上装载机工作装置的连杆机构多为八杆以下机构。这样，按组成工作装置连杆机构构件数不同，装载机工作装置可分为三杆、四杆、五杆、六杆和八杆机构；按输入与输出杆转向不同，又可分为正转和反转机构。正转机构是指输入与输出杆的转向相同；反转机构是指输入与输出杆的转向相反。综合国外装载机工作装置可知，其连杆机构典型结构主要有下列几种。
1、 正转八杆机构 机构在转斗缸大腔进油时转斗铲取，所以铲取力较大；各构件设计合理时，铲斗能获得较好的举升平动性能；连杆机构的传动比较大，铲斗能获得较大的卸载角和卸载速度，因此卸载干净，速度快；因传动比大，还可以适当减小连杆机构的尺寸，因而可以改善司机的视野。机构结构较复杂，铲斗自动放平性较差。
组成一个自由度的平面八杆机构共有16种基本结构形式。由于连杆机构要布置在动臂上，所以有可能作为装载机工作装置的仅有两种方案：其一，是由2个四铰构件和6个两铰构件组成（图2-5a）；其二，是由1个四铰构件、2个三铰构件和5个两铰构件组成（图2-5b~f）。可见，八杆机构的结构形式很多，需进行选择使用。目前，装载机工作装置八杆机构有以下两种结构形式：
由图2-5b组成的工作装置如图2-6a、b所示。
由图2-5e组成的工作装置如图2-6c所示。
图2-5 八杆机构的构成方案
图2-6 八杆机构工作装置的结构形式
2、 六杆机构 六杆机构工作装置是目前装载机上使用最为普及的一种结构形式。对于单自由度的六杆机构，只能有两个三铰构件和4个两铰构件组成，其传递方案如图2-7所示。其中，图b 所示方案目前在装载机上尚未采用；图a 所示方案形成的工作装置，是以三铰构件1为动臂、构件2为铲斗、构件4为摇臂、构件6为机架。
图2-7 六杆机构的构成方案
根据转斗油缸布置位置的不同，可以作为装载机工作装置的六杆机构，常见的有以下几种结构形式：
1） 转斗缸前置式正转六杆机构（图2-8a） 以图2-7的构件3为转斗缸，其优点是转斗缸直接与摇臂相连接，易于设计成两个平行的四连杆机构，铲斗平移性较好；同八杆机构相比，结构简单，司机视野较好。缺点是转斗时油缸小腔进油，铲掘力相对较小；连杆机构传力比小，使得转斗缸活塞行程较大，转斗缸加长，卸载程度不如八杆机构；由于转斗缸前置，使得工作装置的整体重心外移，增大了工作装置的前悬量，影响整机的稳定性和行驶时的平稳性；铲斗不易实现自动放平。
图2-8 六杆机构工作装置的结构形式
2） 转斗缸后置式正转六杆机构（图2-8b） 以图2-7a 的构件5为转斗缸，并布置在动臂的上方。与转斗缸前置式相比，机构前悬较小，传动比较大，活塞行程较短；有可能将动臂、转斗缸、摇臂和连杆机构的中心线设计在同一平面，从而简化了结构，改善了动臂和铰销的受力状态。缺点是：转斗缸与车架的铰接点位置较高，影响了司机的视野，其他同前置式。
3） 转斗缸后置式正转六杆机构（图2-8c） 仍以构件5为转斗缸，但将其布置在动臂下方。在铲掘收斗作业时，以油缸大腔工作，故能产生较大的掘起力。但组成工作装置的各构件不易布置在同一平面，构件受力状态较差。
4） 转斗缸后置式反转六杆机构（图2-8d） 以图2-7a 的构件5为转斗缸，将其布置在动臂上面，转斗缸小腔作用时进行铲掘。这种机构又称为“Z”形连杆机构（Z-bar Linkage）。该机构具有以下优点：一是，铲斗插入时转斗缸大腔进油，并且连杆机构的传力比可以设计成较大值，故可获得较大的掘起力；二是，合理设计连杆机构各构件的尺寸，不仅可以得到良好的铲斗平移性能，而且可以实现铲斗的自动放平；三是，结构十分紧凑，前悬小，司机视野好。缺点是摇臂和连杆布置在铲斗和前桥之间的狭窄部位，各构件间易于发生干涉。
5） 转斗缸后置式反转六杆机构（图2-8e） 以图2-7a 的构件3为转斗缸，布置在靠近铲斗处，铲掘时靠小腔作用。现在这种机构很少用。
3、正转四杆机构（图2-9a） 该机构结构最为简单，易于设计成铲斗举升平动；前悬较小。缺点是铲掘转斗时油缸小腔作用，输出力较小；连杆机构的传力比难以设计成较大值，所以铲掘力相对较小；转斗缸行程较大，油缸结构较长；铲斗卸载时，活塞杆易与铲斗底部相碰，减小了卸载角；机构不易实现铲斗自动放平。
4、 正转五杆机构（图2-9b） 该机构是在正转四杆机构的基础上，在活塞杆和铲斗之间增加一根短连杆演变而成的，从而克服了正转四杆机构卸载时活塞杆易与斗底相碰的不足。当铲斗端平时，短连杆与活塞杆靠油缸拉力和铲斗重力拉成一直线，合为一杆；而当铲斗卸料时，短连杆能相对活塞杆转动，从而避免了活塞杆与斗底相碰。
5、 动臂可伸缩式三杆机构（图2-9c） 该机构的最大优点是动臂借助油缸可以进行伸缩。其铲斗插入工况是依靠动臂伸出来实现的，从而解决了靠机器行走时插入造成轮胎严重磨损的问题；卸载时可伸出动臂，以获得较大的卸载高度和卸载距离；运输工况时，可缩回动臂，减小前悬，提高车架行驶时的稳定性。缺点是不能实现铲斗放平和铲斗自动放平，结构比较复杂。
图2-9 工作装置结构形式
a）正转四杆机构 b）正转五杆机构 c）动臂可伸缩式三杆机构
2.3 工作装置自由度的计算
由于组成装载机工作装置的各构件是通过销轴连接的，各个销轴互相平行；加上，其结构又是纵向对称。因此，在进行装载机工作装置的运动学分析时，可将其简化为带液压缸的平面低副多杆机构，不计各杆件的自重，并假设各铰接点的摩擦力为零。
图2-10所示，为典型的反转六杆机构和正转八杆机构工作装置的杆系结构简图。图中，UG为动臂位置角；即动臂上、下铰接点的连线与垂直线的夹角，以绕动臂上铰接点逆时针方向为正，反之为负；U为铲斗位置角，即铲斗斗底与水平线正向的夹角为正，反之为负。
图2-10 工作装置平面杆系结构简图
a）反转六杆机构 b）正转八杆机构
对于反转六杆机构的工作装置（图2-10a），它由举升机构GHI、油缸四连杆机构DEFG和铲斗四连杆机构ABCD等组成。其中，活动杆件数n=8，低副数11，高副数0。这样，由平面机构自由度的计算公式可得，反转六杆机构工作装置的自由度
2
当转斗缸闭锁时，动臂在举升缸的作用下举升或下降铲斗，此时该工作装置的自由度为1，举升缸为原动件；当举升缸闭锁，动臂处于某一特定作业位置不动时，在转斗缸的作用下，通过一平面六杆机构使铲斗绕其铰点转动，此时该工作装置的自由度也是为1，转斗缸为原动件。
对于正转八杆机构的工作装置（图2-10b），它由举升机构IMN、油缸四连杆机构IFHJ、铲斗四连杆机构ABCD和中间四连杆机构DEGF等组成。同样可得，正转八杆机构工作装置的自由度F=2。
2.4 工作装置总体设计
由设计任务书和设计要求，对于本次ZL50装载机的设计采取以下方案：
在铲斗部分，采用无铲斗托架式结构；油缸的布置形式为立式布置形式。同时考虑到实际工作中的运用情况，它的连杆机构采用的是反转六杆机构。
主要参数：
铲斗容量： 3.0 m3
额定载重量： 5 t
发动机额定功率： 154 kw
整机质量： 16.3 t
以上是为总体的参数，铲斗的取值主要通过到现场测量和老师傅的经验得到；在连杆系统各个铰接点的确定时，采用的是图解法，确定其坐标的位置；液压系统中的转斗油缸和举升油缸主要是通过行程和铰接点的确定从液压件中选取的；然而在本次的设计中，主要采用CATIA 软件进行的设计，具体的设计如第三章所述。
3 ZL50 装载机工作装置设计
3.1 工作装置的设计要求
3.1.1 工作装置工作性能
工作装置的结构和性能直接影响工程机械整机的工作尺寸和性能参数，工作装置的合理性直接影响整机的工作效率、生产负荷、动力与运动特性、不同工况下的作业效果、工作循环的时间、外形尺寸和发动机功率等。不同类型工程机械的工作装置的组成是不同的。
装载机的工作过程包括：插入工况、铲装工况、重载运输工况、举升工况、卸载工况、空载运输工况。装载机的工作装置主要由铲斗、动臂、连杆、摇臂、转斗油缸和举升油缸组成。装载机工作装置主要由铲斗和支持铲斗进行装载作业的连杆系统组成，依靠这套装置装载机可以对汽车、火车进行散料装载作业，也可以对散料进行短距离运输作业，还可以进行平地修路等作业。把铲斗更换成专门的装置，还可以进行其他的装载作业。
3.1.2 对工作装置的要求
工作装置在设计时应满足以下要求
（1） 角度要求：满足工作循环中对铲斗各个工作位置的角度要求，达到所要求的卸载高度与卸载距离。
（2） 运动要求：在工作循环中速度与加速度变化合理，油缸活塞行程为最佳，工作装置运动平稳、无干涉、无死点、无自锁，动臂从最低位置到最大卸载高度的举升过程中，保证铲斗中的物料无撒落，在卸载后，动臂下放至铲掘位置，铲斗能自动放平。
（3） 结构要求：结构要求简单紧凑，承载元件数量（包括油缸）尽量少，前悬小。
（4） 动力性要求：连杆机构具有较高的力传递效率，以保证工作装置产生较大的插入力、掘起力和举升力。
3.2 铲斗设计
铲斗是工作装置的重要部件，装载机工作时用它直接铲掘、装载、运输和倾卸物料。铲斗直接与物料接触，是装、运、卸的工具，工作时，它被推压插入料堆铲取物料，工作条件恶劣，要承受很大的冲击力和剧烈的磨损，因此铲斗设计质量对装载机的作业能力有较大的影响。为了保证铲斗的设计质量，首先应当合理的确定铲斗的结构及几何尺寸，以降低铲斗插入物料的阻力。其次要保证铲斗有足够的强度、刚度、耐磨性，使之具有合理的使用寿命。
3.2.1 铲斗的结构形式
铲斗的形状和尺寸参数对插入阻力、铲取阻力、转斗阻力和生产率都有着很大的影响。同一个铲斗有两种容积标志：一是物料装平时的容积，称为平装斗容；二是物料装满堆高后的容积，称为堆装斗容。机器铭牌上标称的斗容通常为堆装的容积。铲斗由斗底、侧壁、斗刃及后壁等部分组成。铲斗的斗刃还分为带齿和不带齿的两种。铲斗的断面形状一般为“U”形，用钢板焊接而成。
（1）斗体形状
从整个斗体形状看来，铲斗基本可以分成“浅底”和“深底”两种类型。在斗容量相同的情况下，前者开口尺寸较大，斗底深度较小，即斗前壁较短，而后者正好相反。
浅底铲斗插入料堆的深度较小，相应的插入阻力也较小，容易装满，但运输行驶时容易撒落物料；由于前悬增大，影响车辆行驶平稳性。而深底铲斗则恰恰相反。相比之下，定点装载使用浅底铲斗，而运输距离较大则采用深底铲斗较为合适。
斗体常用低碳、耐磨、高强度钢板焊接制成。
（2）切削刃的形状
根据装载物料不同，切削刃有直线型和非直线型。前者形式简单，有利于铲平地面，但铲装阻力较大。后者又有V形和弧形等，由于这种刃中间突出，铲斗插入料堆时可使插入力集中作用在斗刃的中间部分，所以插入阻力较小，容易插入料堆，并有利于减少偏载插入，但铲斗装满系数要比前者小。
矿用装载机工作条件恶劣，任务繁重，插入和掘起阻力都很大，偏载工况对工作机构的强度影响严重，所以多选用非直线形切削刃，并以V形切削刃为佳。斗刃材质是即耐磨又耐冲击的中锰合金钢材料，侧切削刃和加强角板都用高强度耐磨钢材料制成。
（3）斗齿
铲斗斗刃上可以有斗齿，也可以没有斗齿。若斗刃上装有斗齿时，斗齿将先于切削刃插入料堆，由于它比压大，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，效果尤为显著，因此矿用装载机一般都是带斗齿。
斗齿结构分为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，中小型装载机多采用这种形式。为便于斗齿磨损后更换和节约斗齿金属，也有使用双段斗齿的，如图3-1所示。
图3-1 双段斗齿
1—齿尖； 2—齿坐； 3—钢销
这种斗齿的齿尖与齿坐的配合面为锥面，两者配合情况良好。装配时，先置入有弹性的金属橡皮，然后再从上边或从下边往方形销孔中打入钢销3即可。由于拆卸方便，齿尖一边磨损后可以翻转再使用，从而延长使用寿命。大型装载机由于作业条件差、斗齿磨损严重，故常采用这种分体式斗齿。
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250~300mm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，齿间易于卡住石块，也将增大工作阻力。长而窄的齿要比段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不大于500~600kg为宜。
（4）铲斗侧刃
因为侧刃参与插入工作，为减小插入阻力，侧壁前刃应与斗前壁成锐角，弧线或折线侧刃铲斗的插入阻力比直线形侧刃要小，但具有弧线或折线形侧刃铲斗的侧壁较浅，物料易于从两侧撒落，影响铲斗的装满。为了不使斗容减小太多，一般可将连接前后斗壁的侧壁刃口设计成弧形。
（5）斗底
斗前壁与斗后壁用圆弧衔接，构成弧形斗底。为了使物料在斗中有很好的流动性，斗底圆弧半径不宜太小，前后壁夹角不应小于物料与钢板的摩擦角的2倍，以免卡住大块物料。若取物料与钢板的摩擦因数f =0.4，则摩擦角φ≈22°，所以开角必须大于44°。
综上所述，针对我的铲斗设计性质如下：
斗体材料：低碳、耐磨、高强度钢板
斗刃形状：直线形斗刃
斗刃材料：耐磨又耐冲击的中锰合金钢材料
3.2.2 铲斗的分类
铲斗按照卸载方式一般可以分为整体前卸式、侧卸式、推卸式和底卸式等数种。
整体前卸式铲斗
整体前卸式铲斗的突出优点是结构简单，工作可靠，有效装载容积大，但需要有较大的卸载角才能将物料卸净。通常情况下，绝大多数前端式这装载机都是用这种铲斗。
侧卸式铲斗
这种铲斗没有侧板，插入阻力小，装载效率高，特别是在装载机用于填沟或在狭窄场地往侧旁的运输设备进行装载作业时，其优点就更加显著了。
推卸式铲斗
它可以弥补整体前卸式铲斗卸载高度不足，在装载机其他尺寸参数相同的情况下，能够显著提高卸载高度和增加卸载距离；特别适用于卸出小颗粒粘性物料。与整体前卸式铲斗相比，推卸式铲斗的结构复杂一些，且需要用动力推卸，但具有以上的一些优点，在地下作业时多被采用。
底卸式铲斗
底卸式铲斗是用动力打开斗底卸载的，同推卸式铲斗一样可以提高卸载高度，但结构也是比较复杂。
以为考虑到成本和产品的实用性，以及在工作中遇到的情况，本次的设计所采用的是整体前卸式的铲斗卸载方式。
3.2.3 铲斗断面形状和基本参数确定
（1）铲斗的断面形状
铲斗的断面形状由铲斗圆弧半径r、底壁长l、后壁高h和开角γ四个参数确定，如图3-2所示。
图3-2 铲斗断面基本参数图
圆弧半径r越大，物料进入铲斗的流动性越好，有利于较少物料装入斗的阻力，卸料快而干净。但r过大，斗的开口大，不易装满，且铲斗外形较高，影响驾驶员观察铲斗斗刃的工作情况。
后壁高h是指铲斗上缘至圆弧与后壁切点间的距离。
底壁长l是指斗底壁的直线段长度。l长则铲斗铲入料堆深度大，斗容易装满，但掘起力将由于力臂的增加而减小。由试验得知，插入阻力随铲入料堆的深度而急剧增加。l长同样会减小卸载高度，短则掘起力大，且由于卸料时铲斗刃口降落的高度小，还可以减小动臂举升高度，缩短作业时间，但会减小斗容。对装载轻质物料为主的铲斗，l可选择大些，对于装载岩石的铲斗，应取小些。
铲斗开角γ 为铲斗后壁与底壁之间的夹角，一般取45°到52°之间。适当减小开角并使斗底壁对地面有一定斜度，可减小插入料堆时的阻力，提高铲斗的装满程度。
铲斗的宽度应大于装载机两个前轮外侧间的宽度，每侧要宽出50~100mm。如铲斗宽度小于两轮外侧间的宽度，则铲斗铲取物料后所行成的料堆阶梯会损伤到轮胎侧壁，并增加行驶时轮胎的阻力。
通过以上的介绍，结合从现场采集来的大概参数，本次设计的具体参数初定如下：
铲斗圆弧半径r： 350mm
底壁长l： 700mm
后壁高h： 400mm
开角γ： 48°
（2）铲斗基本参数的确定
在定下了以上的断面参数后，从现场的参考数据得到，本设计铲斗的总宽度B为2900mm，并且铲斗壁厚为30mm。
设计时，把铲斗的回转半径R （即铲斗与动臂铰接点至切削刃间的距离），如图3-3所示，作为基本参数，铲斗的其他参数作为R的函数。它的大小不仅直接影响铲斗底壁的长度，而且还直接影响转斗时掘起力及斗容的大小，所以它是一个与整机总体有关的参数。铲斗的回转半径R可按照式（3-1）计算。
图3-3 铲斗尺寸参考
（m） （3-1）
式中 铲斗平装斗容，2.5m3
铲斗侧宽度，2.840m
铲斗斗底长度系数，=1.40~1.53
后壁长度系数，=1.1~1.2
挡板高度系数，=0.12~0.14
圆弧半径系数，
开角，为45°~52°
挡板与后壁间的夹角（无挡板取0）
图3-3中各参数含义如下：
铲斗圆弧半径，m
斗底长度，是指由铲斗切削刃至斗底延长线与斗后壁延长线交点的距离，m
后壁长度，是指由后壁上缘至后壁延长线与斗底延长线交点的距离，m
挡板高度，m
调整参数，根据调整后的各值与R之比分别计算、、、值，=1.5，=1.1， =0.12
然后代入式（3-1），即可确定铲斗的回转半径R，通过计算得出1140mm
即可得出 =1.5×1140=1710mm
=1.1×1140=1254mm
=0.12×1140=136.8mm
一般取铲斗侧壁切削刃相对斗底壁的倾角=50°~60°。铲斗与动臂铰接点距离斗底壁的高度=（0.06~0.12）R。
3.2.4 铲斗容量的计算
由于本次设计的铲斗容量是在设计任务书中体现出来的，并且铲斗的参数都是根据铲斗容量而定下的，所以如下只介绍的是它的算法公式。
平装容量
铲斗的平装容量（见图3-4）按照式（3-2）计算。
对于有防溢板的铲斗
（m3） (3-2)
式中 有挡板的铲斗横截面面积，m2
铲斗侧宽度，m
挡板高度，m
斗刃刃口与挡板最上部之间的距离，m
对于无防溢板的铲斗
（m3）
式中 不装挡板的铲斗横截面面积，m2
图3-4 铲斗容量计算
额定容量
铲斗的额定容量（见图3-4）按照式（3-3）计算。
对于有防溢板的铲斗
（m3） （3-3）
式中 c 物料堆积高度，m
对于无防溢板的铲斗
（m3）
图3-5 设计铲斗
图3-5 所示为本次设计的铲斗，并通过CATIA输出的立体图形。
3.3 工作装置连杆系统设计
通过在第二章中的工作装置连杆机构的结构形式与特点的介绍，综合本次设计的基本要求和设计任务，所选取的结构形式为反转六杆机构结构形式。
3.3.1 机构分析
反转六杆工作机构简图如图3-6所示，它由转斗机构和动臂举升机构两个部分组成。
转斗机构由转斗油缸CD、摇臂CBE、连杆FE、铲斗GF、动臂GBA和机架AD六个构件组成。实际上，它由两个反转四杆机构GFEB和BCDA（即图中GF2E2B和BC2DA）所串联而成。当举升动臂时，若假定动臂为固定杆，则可把机架AD视为输入杆，把铲斗GF看成输出杆，由于AD和GF转向相反，所以叫反转六杆机构。
举升机构主要由动臂举升油缸HM和动臂GBA构成。
若把油缸分解成两个活动构件和一个移动副，则反转六杆工作机构的活动构件数n=8，运动低副数PL=11，由自由度公式F=3n-2PL，得到自由度为2。因为两个油缸均为运动件所以整个机构具有确定的运动。
当举升油缸闭锁时，启动转斗油缸，铲斗将绕G点作定轴转动；当转斗油缸闭锁，举升油缸动作时，铲斗将作复合运动，即一边随动臂对A点作牵连运动，同时又相对动臂绕G点作相对转动。
其材料为低碳、耐磨、高强度钢。
图3-6 反转六杆机构简图
I-插入工况 II-铲装工况 III-最高位置工况 IV-高位卸载工况 V-低位卸载工况
3.3.2 尺寸参数设计
因为图解法比较直观，易于掌握，故采用图解法设计，它通过在坐标图上确定铲装工况（图3-6）时工作装置的9个铰接点的位置来实现。
（1）动臂与铲斗、摇臂、机架的三个铰接点G、B、A的确定
1）确定坐标系
如图3-7所示，先选取坐标系并确定尺寸比例1：40。
2）画铲斗图
把设计好的铲斗横截面外廓按比例在坐标系xOy中画出，斗尖对准坐标原点O，斗前壁与x轴呈3°~5°的前倾角。此为铲斗插入料堆时位置，即插入工况。
图3-7 动臂上三铰接点设计
确定动臂与铲斗的铰接点G
由于G点的x坐标值越小，转斗掘起力就越大，所以G点靠近O点是有利的，但它受斗底和最小离地高度的限制，不能随意减小；而G点的y坐标值增大时，铲斗在料堆中的铲取面积增大，装的物料多，但这样缩小了G点与连杆铲斗铰接点F的距离，使得掘起力下降。
综合考虑各种因素的影响，根据坐标图上插入工况的铲斗实际状况，在保证G点y轴坐标值yG=250~350mm和x轴坐标值xG尽可能小而且不与斗底干涉的前提下，在指标图上人为的把G点初步定下来。初定G点坐标为（1130，260）。
确定动臂与机架的铰接点A
①以G点为圆心，使铲斗顺时针转动，至铲斗斗口与x轴平行为止，即铲装工况。
②把已选定的轮胎外廓画在指标图上（轮胎外廓直径约为1600mm）。作图时，应使轮胎前缘与铲装工况时铲斗后壁的间隙尽量小些，目的是使机构紧凑、前悬小，但一般不小于50mm；轮胎中心Z的y坐标值应等于轮胎的工作半径Rk 600mm 。
（3-4）
式中 Z点的y坐标值，mm
轮辋直径，mm
轮胎宽度，mm
轮胎断面高度与宽度之比（普通轮胎取1，宽面轮胎去0.83，超宽面轮胎取0.64）
轮胎变形系数（普通轮胎为0.1~0.16，宽面轮胎取0.05~0.1）
③根据给定的最大卸载高度hx，最小卸载距离lx和和卸载角，画出铲斗在最高位置卸载时的位置图，即高位卸载工况，并令此时斗尖为O4，G点位置为，如图3-7所示。
④以点为圆心，顺时针旋转铲斗，使铲斗口与x轴平行，即得到铲斗最高举升位置图。
⑤连接并作其垂直平分线。因为G和点同在以A点为圆心，动臂AG长为半径的圆弧上，所以A点必须在的垂直平分线上。
A点在平分线的位置应尽可能低一些，以提高整机工作的稳定性，减小机器高度，改善司机视野。一般A点取在前轮右上方，与前轴心水平距离为轴距的1/3~1/2处。最终定下A点的坐标为（3230，2110）。
A点位置的变化，可借挪动点和轮胎中心Z点的位置来进行。
确定动臂与摇臂的铰接点B
B点的位置是一个十分关键的参数。它对连杆机构的传动比、倍力系数、连杆机构的布置以及转斗油缸的长度等都有很大的影响。如图3-7所示，根据分析和经验，一般取B点在AG连线的上方，过A点的水平线下方，并在AG的垂直平分线左侧尽量靠近铲装工况时的铲斗处。相对前轮胎，B点在其外廓的左上部。本次设计所确定B点坐标为（1680，1565）。在CATIA中显示如图3-8和图3-9所示。
图3-8 动臂铰接点A的确定
图3-9 动臂铰接点的三维显示
（2）连杆与铲斗和摇臂的两个铰接点F、E的确定
因为G、B两点已被确定，所以再确定F点和E点实际上是为了最终确定与铲斗相连的四杆机构GFEB的尺寸，如图3-10所示。
确定F、E两点时，既要考虑对机构运动学的要求，如必须保证铲斗在各个工况时的转角，又要注意动力学的要求，如铲斗在铲装物料时应能输出较大的掘起力，同时，还要防止前述各种机构运动被破坏的现象。
按双摇杆条件设计四杆机构
令GF杆为最短杆，BG为最长杆，即有
GF+BG > FE+BE （3-5）
如图3-10所示，若令GF=a，FE=b，BE=c，BG=d，并将式（3-5）不等号两边同时除以d，整理后得到下式，即
（3-6）
上式各值可按式（3-7）选取，由G（1130，260）、B（1680，1565）点的坐标得到d=1415mm
（3-7）
由式（3-7）选取K=0.950
得到 a=0.3d=425
c=0.58d=830，代入（3-6）
得到 b=948 。
图3-10 连杆、摇臂、转斗油缸尺寸设计
确定E和F点位置
这两点位置的确定要综合考虑如下四点要求：①E点不可与前桥相碰，并有足够的最小离地高度；②插入工况时，使EF杆尽量与GF杆垂直，这样可获得较大的传动角和倍力系数；③铲装工况时，EF杆与GF杆的夹角必须小于170°，即传动角不能小于10°，以免机构运动时发生自锁；④高位卸载工况时，EF杆与GF杆的传动角也必须大于10°。
如图3-11所示，铲斗去插入工况，以B点为圆心，以BE=c为半径画弧；人为的初选E点，使其落在B点右下方的弧线上；再分别以E点和G点为圆心，以FE=b和GF=a分别为半径画弧，得到交点，即为F。
图3-11 连杆端部铰接点设计
如图所示的得到了E和F点的位置，由于各种工况的情况不定，所以在这就不具体说明此时情况的坐标值。
转斗油缸与摇臂和机架的铰接点C和D点的确定
在图3-10中，如果确定了C点和D点，就最后确定了与机架连接的四杆机构BCDA的尺寸。C点和D点的布置直接影响到铲斗举升平动和自动放平性能，对掘起力和动臂举升阻力的影响都较大。
确定C点
从力传递效果出发，显然使摇臂BC段长一些有利，那样可以增大转斗油缸作用力臂，使掘起力相应增加。但加长BC段，必将减小铲斗和摇臂的转角比，造成铲斗转角难以满足各个工况的要求，并且使得转斗油缸行程过长。因此初步设计时，一般取
（3-8）
C点一般取在B点左上方，BC与BE夹角可取∠CBE=130°~180°，并注意使插入工况时摇臂BC与转斗油缸CD趋近垂直；C点运动不得与铲斗干涉，其高度不能影响司机视野。
通过本次设计的基本要求，在这里确定BC=0.72BE=600mm，同时BC与BE夹角取值∠CBE=154°。
确定D点
转斗油缸与机架的铰接点D，是根据铲斗由铲装工况举升到最高位置工况过程为平动和由高位卸载工况下降到插入工况时能自动放平这两大要求来确定的。
如图3-10所示，当铰接点G、F（即F2）、E（即E2）、B、C（即C2）被确定后，则铲斗分别在工况I、II、III、IV时的C点的位置C1、C2、C3、C4也就唯一被确定了。
因为铲斗由工况II举升到工况III或由工况IV下放到工况I的运动过程中，转斗油缸的长度分别保持不变，所以D点必为C2点和C3 点连线的垂直平分线与C1和C4点连线的垂直平分线的交点。
最终，D点设计在A点的左下方，这样不但平动性能好，而且动臂举升时，可减小举升外阻力矩，有利于举升油缸的设计。D点的固定坐标值为（3000，1850）。
动臂举升油缸与动臂和车架铰接点H点及M点的确定
动臂举升油缸的布置应本着举臂时工作力矩大、油缸稳定性好、构件互不干扰、整机稳定性好等原则来确定。综合考虑这些因素，所以动臂举升油缸都布置在前桥与前后车架的铰接点之间的狭窄空间里。
通过以上的设计，确定了各个铰接点的位置，同时设计好了的外形前提下，在CATIA软件画图为基础，得到本次设计中 ZL50装载机的各个工况如下：
图3-12 I 插入工况
图3-12 II 铲装工况
图3-13 III 最高位置工况
图3-14 IV 高位卸载工况
图3-15 V 低位卸载工况
3.3.3 连杆系统运动分析
（1）铲斗对地位置角
图3-16所示为铲斗位置角计算，A、B、G为动臂与机架、摇臂、铲斗的铰接点，D、C为转斗油缸与机架、摇臂的铰接点，E、F为连杆与摇臂、铲斗的铰接点。因为G点和F点同为一个铲斗上的两点，所以铲斗在坐标系中的平面运动可用GF杆的平面运动来描述，而在铲斗举升过程中的各瞬时对地面的倾角，即铲斗对地位置角，可用GF与地面的夹角来表示。由于在举升过程中铲斗做复合运动，所以可用运动合成的方法求得。
图3-16 铲斗位置角计算
在图3-16中，取运输工况为工作装置连杆机构运动的初始位置，令为与地面固连的直角坐标系，x轴与地面平行，并在动臂上G点（动臂与铲斗铰接点）处建立一个随动臂一起运动的动坐标系，则动臂被举升时的铲斗各瞬时对地位置角，可用下式计算：
（3-9）
式中 GF杆与动坐标系轴的夹角（方向角）
动臂ABG举升时，在固定坐标系xOy中转过的转角
在动坐标系中，运用“向量投影法”，可求得以机架杆AD的方向角为自变量，铲斗GF杆的方向角为因变量的函数方程式。
根据向量投影法的原理，可把四杆机构GFEB和BCDA当作两个封闭的向量四边形，各边向量分别用GF、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，他们的模分别用GF、BE、GB、AD、CD、BC、BA表示，则在BCDA向量四边形中有
AD－CD－BC+BA=0 （3-10）
将式（3-10）中各向量分别向轴和轴投影，则得到下列方程
（3-11）
式中、、、分别为各边向量对轴的方向角。
变换式（3-11）为下式，即
（3-12）
将式（3-12）等号两边平方后，使两方程相加，并令
（3-13）
和
（3-14）
则从式（3-12）中消去了，并将其变换成下列三角方程
（3-15）
将式（3-15）乘以，并设，则式（3-15）可化为
（3-16）
解式（3-16），得
或
（3-17）
同理，在向量四边形GFEB中，有
BE－FE－GF+GB= 0 （3-18）
令
（3-19）
和
（3-20）
得三角方程
（3-21）
其解为
（3-22）
通过公式的计算和实际设计尺寸的情况，可得到在各个工况的对地位置角分别为：
插入工况：105°；
铲装工况：50°；
最高位置工况：57°；
高位卸载工况：131°。
因为在运动过程中，铲斗的对地位置角是不断变化的，在此只针对以上四种特殊情况的位置角代入了计算。
（2）最大卸载高度和最小卸载距离
铲斗高位卸载时的卸载高度和卸载距离，必须分别不小于设计任务给定的最大卸载高度和最小卸载距离，否则将影响卸载效率，甚至不能进行高位卸载。太大时，将增加卸载冲击，损坏运输车辆；过大，虽然有利于装车，但加大了工作机构前悬，降低了整机稳定性。
如图3-5所示，高位卸载时，铲斗与动臂铰接点的坐标为
（3-23）
式中 x1，x2 工况II时G点的x和y坐标值（1130，260）
工况II时动臂对x轴的方向角40°
动臂与铲斗铰接点分别在G点和点之间的距离，可用式（3-24）计算
=3291 （3-24）
即得到点的坐标为（985，3487）
若要满足和要求，必须有下列各式成立
（3-25）
（3-26）
式中 OG 铲斗尖O点至G点距离1141mm
前轮轴心的x坐标值2873mm
轮胎工作半径600mm
工况IV时OG对x轴的方向角，可用下式计算
=58° （3-27）
所以
=3487－1141×sin58°
=2519 mm≥hmax（2500）满足要求
=2873―600―985+1141cos58°
=1893 mm≥lmin（1500）满足要求
（3）铲斗卸载角
装载工作要求铲斗在工况II和工况III之间的任何位置都能正常卸载，即各处卸载角都必须不小于45°。对反转六杆机构进行分析可知，由于工况II时转斗油缸最长，而低位卸载时转斗油缸长度最短，所以，若工况II和工况III时的铲斗的卸载角都不小于45°，则他们之间各个位置必能正常卸载，因此，只要对铲斗的高位卸载角和低位卸载角进行计算分析即可。
高位卸载角为：
=131－105+5=31° （3-28）
3.4 工作装置静力学分析及强度校核
3.4.1 静力学分析
（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：
①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。
②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。
③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3-17所示。
图3-17 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。
①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。计算上述阻力比较困难，一般按照下面经验公式来确定：
（N） （3-29）
式中 K1 物料块度与松散程度系数，见附录表3-1
K2 物料性质系数，见附录表3-2
K3 料堆高度系数，见附录表3-3
K4 铲斗形状系数，一般在1.1~1.8之间，取1.3
B 铲斗宽度，290cm
L 铲斗的一次插入深度，40cm
得到： F=9.8×1.0×0.045×1.10×1.3×290×401.25
=18397（N）
②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
（N） （3-30）
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0.1~0.3m的松散花岗岩，剪切应力的平均值取K=35000Pa
B 铲斗宽度，m
Lc 铲斗插入料堆的深度，m
得到： F=2.2×35000×2.9×0.4
=89320（N）
③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，在铲斗充分插入料堆转斗的最初时刻，转斗静阻力矩具有最大值，用表示，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3-18），一直到铲斗前切削刃离开料堆坡面线为止。开始铲取时（a=0）的静阻力矩为
（3-31）
式中 Fx 开始转斗时的插入阻力，18397N
x 铲斗回转中心与斗刃的水平距离，1.13m
y 铲斗回转中心与地面的垂直距离，0.26m
L 铲斗的插入深度，0.4m
得到
=1.1×18397×[0.4×（1.13－0.25×0.4）+0.26]
=13599 （N·m）
图3-18 转斗静阻力矩与铲斗转角的关系
掘起阻力矩随铲斗回转角a的增大而减小。当铲斗回转a角后，其转斗阻力矩为
（3-32）
式中
铲斗离开料堆时的翻转角度
铲斗离开料堆时，由物料重力产生的阻力矩，N·m
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
（3-33）
式中 转斗阻力矩，N·m
开始转斗静阻力矩，13599 N·m
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3-19），0.5m
得到
=13599+（49000+13470）×0.5
=44834 （N·m）
图3-19 作用在转斗连杆上力的确定
作用在转斗连杆上的力：铲斗充分插入料堆后开始转斗时，作用在铲斗与铲斗连杆铰销上的力（图3-12）
（N） （3-34）
式中 铲斗回转中心至的作用线的垂直距离，0.430m
得到 =44834/0.43
=104265 （N）
3.4.2 强度校核
摇臂的强度校核，在对称载荷作用下，摇臂可看作是支承在动臂B点变截面曲梁。为简化计算，将摇臂主轴线分成CB、BE折线段，见图3-20，求出每段的力值。
图3-20 摇臂力计算
由式3-34可得Fc=104265 N，取单边侧板为研究对象，得到
N （3-35）
由，得到
（3-36）
代入数据得到
=72116 N
弯矩
=43269 N·m （3-37）
在对称水平载荷作用下，由力得出力图（图3-21）
图3-21 对称载荷引起的摇臂力图
然后对危险断面强度校核。对于危险断面1-1，在此断面上作用有弯曲应力和正应力，以其合成应力所表示的强度条件为
（3-38）
（3-39）
由式3-39得到：
=0.0063 m2
得到：20 000 000 Pa
强度通过
式中 A 摇臂断面1-1处截面积
R 摇臂断面处外圆弧半径
b 侧臂断面1-1处的钢板厚度
d 断面1-1处铰接销直径
3.5 液压缸设计
3.5.1 液压缸的类型和结构
为了实现增压目的，本装置选用增压液压缸。增压液压缸工作原理如图3-22所示。当低压为P1的液体推动增压杆的大活塞D时，大活塞推动与其连成一体的小活塞d输出压力为P2的高压液体。增压缸的特性方程为：
（） （3-41）
式中，称为增压比，代表其增压能力。显然，增压能力是在降低有效流量的基础上得到的，也就是说增压缸仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量。
图3-22 单作用液压缸
3.5.2 液压缸基本参数设计
1.液压缸载荷力的组成和计算
液压缸的载荷力在整个推进过程中式变化的，计算时只需求出最大载荷力 。液压缸在受压状态下工作，其活塞杆上的力包括工作载荷，导轨的摩擦力和由于速度变化而产生的惯性力。以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷。
起动加速时 （3） （343） （3-44）
除外载荷外作用于活塞上的载荷还包括液压缸密封处的摩擦力阻力，由于各种缸的密封材质和密封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为：
（3-45）
式中：——液压缸的机械效率，本装置取0.90。
故 。 （3-46）
2.液压缸的主要参数计算
活塞杆受压时 （3-47）
式中：——大腔活塞有效作用面积，m2
——小腔活塞有效作用面积，m2
——液压缸工作腔压力
——液压缸回油腔压力，即背压
——活塞直径
——活塞杆直径
本装置中取,,MPa。则可得出杆径比约为0.3。
对无活塞杆腔，当要求推力为时，。 （3-48）
对有活塞杆腔，当要求推力为时，。 （3-49）
式中：——液压缸的工作压力，本装置取16Mpa。
——往返速比，，本装置取1.46。
——液压缸的机械效率，本装置取0.90。
缸筒的径应取（9）和（10）中计算值较大的一个，然后按(GB/T2348－1993)/mm中所列的液压缸径系列圆整为标准值。圆整后转斗油缸和举升油缸的增压缸活塞直径均为mm，活塞杆直径均为mm。
3.活塞杆的最大允许行程
活塞行程，在初步确定时，主要是按实际工作需要的长度来考虑的。但这一工作行程并不一定是液压缸的稳定性所允许的行程。为计算行程，首先应求出活塞杆的最大允许计算长度。由欧拉公式推导出：
（3-50）
式中：——活塞杆弯曲失稳临街压缩力，N。
——活塞杆纵向压缩力，N。
——安全系数，通常。
——材料的弹性模数。钢材的N/mm2
——活塞杆横截面惯性矩，mm2；圆截面
对于各种安装导向条件的液压缸计算长度 （3-51）
式中：——活塞杆直径，mm。
——液压缸末端条件系数（安装及导向系数）。
根据上述公式所确定的活塞杆计算长度及（GB/T2349-1980）/mm中，第一系列所给出的活塞行程系列，确定转斗油缸活塞行程为600mm，举升油缸活塞缸行程为800mm。
4.最小导向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般液压缸，最小导向长度H应满足以下要求
（3-52）
式中：——液压缸的最大行程。
——缸筒径。
本装置中mm，mm，mm，故取mm，得到 H=120。
活塞的宽度，一般取。到向套滑动面的长度A，在mm时，取。本装置中取mm，mm。
4 CATIA软件的应用
4.1 CATIA软件的介绍
由于本次设计的图形是通CATIA软件表达的，在此对于对其做一个简单的介绍：
CATIA是英Computer?Aided?Tri-Dimensional?Interface?Application的写。是世界上一主流的CAD/CAE/CAM?一体化件。在70年代 Dassault Aviation?成了第一个用，CATIA?也运而生。法国 Dassault Aviation 是世界著名的航空航天企业。其产品以幻影2000阵风战斗机最为著名。CATIA的产品开发商Dassault System 成立于1981年。而如今其在CAD/CAE/CAM 以及PDM 领域的领导地位，已得到世界围的承认。其销售利润从最开始的一百万美元增长到现在的近二十亿美元。雇员人数由20人发展到2000多人。? CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子\电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA 提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括:从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。CATIA 源于航空航天业，但其强大的功能得到了各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业的领先地位。
附录
翻译部分
英文原文：
HYDRAULIC SYSTEM
Hydraulic systems are power-transmitting assemblies employing pressurized liquid to transmit energy from an energy-generating source to an energy-use area. All hydraulic systems depend on Pascal’s law, named after Blaise Pascal, who discovered the law. This law states that pressurized fluid within a closed container-such as cylinder or pipe-exerts equal force on all of the surfaces of the container.
In actual hydraulic systems, Pascal’s law defines the basis of the results which are obtained from the system. Thus, a pump moves the liquid in the system. The intake of the pumps connected to a liquid source, usually called the tank or reservoir. Atmospheric pressure, pressing on the liquid in the reservoir, forces the liquid into the pump. When the pump operates, it forces liquid from the tank into the discharge pipe at a suitable pressure.
The flow of the pressurized liquid discharged by the pump is controlled by valves. Three control functions are used in most hydraulic systems: (1) control of the liquid pressure, (2) control of the liquid flow rate, and (3) control of the direction of flow of the liquid.
The liquid discharged by the pump in a fluid-power system is directed by valves to a hydraulic motor. A hydraulic motor develops rotary force and motion, using the pressurized liquid as its energy source. Many hydraulic motors are similar to pumps, except that the motor operates in a reverse manner from a pump.
Where linear instead of rotary motion is desired, a cylindrical tube fitted with a movable piston, called a hydraulic cylinder, is often used. When the piston is moved by the pressurized fluid, the piston rod imparts a force or moves an object through a desired distance.
Restricting the movement of the piston in a hydraulic cylinder, as when the piston carries a load, creates a specific pressure relationship within the cylinder. The surface area of the piston face is said to contain a specific number of square inches. The pressure of the pressurized liquid, multiplied by the piton area, produces an output force, measured in pound, at the end of the piston rod.
The speed of movement of the piston rod depends on how fast the pressurized fluid enters the cylinder. Flow into the cylinder can be directed to either end, producing either a pushing or pulling force at the piston rod end. A seal around the rod where it passes through the cylinder end prevents leakage of the liquid.
Directional control of the piston depends on which end of cylinder the liquid enters. As pressurized liquid enters one end of the cylinder, liquid must be drained from the other end. The drained liquid is led back to the reservoir. In a pneumatic system using air, the air in the exhausting end of the cylinder is vented to the atmosphere.
Directional-control valves, also called two-way, three-way, four-way, etc. , are named in accordance with their basic function. Pressure-control and simple restrictor valves are usually two-way valves. They provide ON or OFF service. A three-way valves may perform several functions, all associated with the three-ports in the valve. For example, the power or pressurized liquid from a pump in a tractor may be sent to the hydraulic system serving the tractor’s front-end loader. Or the three-way valve may send the pressurized liquid to a hydraulic motor driving a feed conveyor while the front-end loader is not being used.
Three-way valves may also be used to direct pressurized fluid to a single-acting hydraulic cylinder. As the three-way valve is actuated (operated) it can stop the pressurized flow to the cylinder. Further, the same valve can divert liquid from the cylinder to the reservoir, so the cylinder can retract by gravity or return springs and assume its original position.
A four-way valve has four ports or openings. The pressure port directs fluid flow to an area where pressurized liquid is desired. One of the other ports can simultaneously drain liquid from a pressurized area. The dram liquid can be directed to the reservoir.
In a fluid-power system, the movement of pressurized fluid resembles the action of electric current in an electrical system. In such a system, electrical energy is continually moving when work is being done. The same is true of a fluid-power system.
In a direct-current electrical system, the speed of a device is varied by changing the flow of current to the device. Alternating-current system, use phase shifting to attain similar speed control. Hydraulic system can obtain infinite speed variations by several methods of control, Pneumatic systems, because of the springiness of the gas, have relatively crude speed control.
In fluid-power systems, the pump can be designed so the discharge flow of the pressurized liquid can be varied by manipulating the pump mechanism, giving varying speeds of the hydraulic motor or other output device. A restriction un the pump outlet can limit the fluid in a manner similar to that used in a direct-current electrical system. Where desired, hydraulic systems can be designed to use valves which divert flow to different flow channels to give the desired speed control.
The compressibility of hydraulic fluid is slight. But, if desired, this slight compressibility can be used to absorb small, erratic machine movements which cause pressure variations in a fluid-power system. Pneumatic systems have this capability inherently because of the springiness of the air or gas used in the system. Hydraulic systems may use one or more accumulators-devices which contain pressurized gas which can accommodate rapid pressure changes in the fluid portion of the system.
Gravity, springs and compressed gases provide potential energy I many hydraulic systems. Thus, gravity assist is often used to return a part to its original position without the use of power from the hydraulic system. This type of assistance also simplifies the parts in the hydraulic system.
Pumps Mechanical seal Measures.At present the mechanical seal in pumps in a kind of product the application extremely widespread, but and will save the energy along with the product technical level enhancement the request, the mechanical seal application prospect is more widespread. The mechanical seal seal effect directly will affect the entire machine movement, in particular in petroleum chemical industry domain, because will exist flammable, explosive, is easy to volatilize, to be violently poisonous and so on the medium. ? The mechanical seal appears will divulge, seriously will affect the production normally to carry on, is serious also appears the significant security accident. People when analysis quality breakdown reason, often is familiar with in the mechanical seal own aspect searches the reason, for example: Mechanical seal shaping whether appropriate, choice of material whether correct, the packing surface compared to presses whether correctly, rubs the vice- choice is whether reasonable and so on. But is short very much in the mechanical seal external condition aspect searches the reason, for example: Pumps for the mechanical seal creation condition whether appropriate, the servosystem disposition is whether appropriate, but these aspects reasons often are count for much.
This article author from pumped has analyzed the reasonable measure with the mechanical seal external condition angle which the influence seal effect several kind of factors and should adopt.1 Principle and request that machinery seals off:The mechanical seal is depends on a pair of relative motion link end surface A (fixed, another revolves together with axis) the mutual fitting forms the small axial play plays the seal role, this kind of equipment is called the mechanical seal. The mechanical seal usually by moves the link, the static link, contracts the part and the seal part is composed. Moves the link and the static link end surface composes a pair to rub, moves the link to depend on in the sealed chamber the liquid pressure to cause its shoulder up on the static link end surface, and produces on two links end surfaces suitable compared to presses and maintains an extremely thin liquid membrane to achieve the seal the goal. Contracts the part pressurize, may cause to pump under the operating condition, also maintains the end surface fitting, guaranteed the seal medium nothing more than leaks, and prevented the impurity enters seals the end surface. Seals the part to play the seal to move the link and axis gap B, the static link and the gland gap C role, simultaneously to the vibration which pumps, attacks the cushioning effect. The mechanical seal in the actual movement is not an isolated part, it is with other spare parts which pumps combines the movement together, simultaneously may see through its basic principle, the mechanical seal normal operation has the condition, for instance: Otherwise fleeing measures a pump spindle''s being not able to very big, friction subsidiary end face can not form the ratio pressure demanding regularly; The pump spindle that machinery hermetic sealing gets along can not have boundary very big deflection , end face waits a minute otherwise than pressure will be uneven. Besides only when satisfying similar such external condition, fine machinery seals off oneself function, ability reaches ideal hermetic sealing effect.2 Analysis of causes that external condition affects:
Pump spindle axial to fleeing is measured big: The hermetic sealing that machinery seals off needs to have certain ratio pressure face to face, such ability plays arrive at hermetic sealing role, be requiring that spring that machinery seals off needs to have certain compression amounts right now, give a propulsive force sealing off end face, rotating makes hermetic sealing produce the pressure sealing off the what be demanded ratio face to face. For ensuring that this one is compared to pressure, the amounts machinery is sealed off requiring that the pump spindle can not have very big fleeing, need to ensure that within 0.5 mm in general. Design but middle in reality, unreasonable because of design, that sometimes, very big fleeing of pump spindle creation measure , seal off to machinery sigmatism is very disadvantageous. This phenomenon sometimes appears in multi-level centrifugal pump, Especially in the process of pump starting, flee amounts are comparatively big. The automation changes the b balancing a set and balancing the axial gap between the ring when balance plate works , changes the difference balancing the pressure checking front and back two flanks thereby , produces one and comes to balance the axial force axial contrary force direction acting force. The inertia effect moving since the rotator flees and transient pump working condition fluctuation, the rotator moving round will not be motionless in some one axial balance location.Balance the state fleeing all the time in retinue to move. But the amounts balancing axial to fleeing in checking in regular job only have 0105 ~ 011 mm , satisfy permission axial to fleeing that machinery seals off measuring 015 mm requests, allowable machinery hermetic sealing axial to fleeing balancing axial to fleeing to measure possibility getting it in gear, when stopping machine , working condition great change in pump making rings round expects that.After pumps passes through the long time movement, the friction balancing a set and balancing a ring wears away , gap b enhances subsequently, the amounts sealing off axial to fleeing increase machinery unceasingly. Effect because of axial force, hermetic sealing compacting soft and floury sucking oblique tones in increases by strenuously , hermetic sealing wears the effect aggravating , sealing up completely until hermetic sealing damages , loses face to face away face to face.The machinery spitting out oblique tones is sealed off , is wear away with balancing plate''s, rotator component axial to fleeing measures the amounts sealing off axial to fleeing demanding greater than , the force sealing off compacting soft and floury is diminished , cannot reach the effect sealing off a request , making the machinery hermetic sealing on both side of the pump all ultimately losing hermetic sealing.
The axial force is prejudiced big: Machinery hermetic sealing can bear the axial force''s in the process of usage, if the effect that existence seals off axial the force , to machinery is grave. Since pump axial the aspect cause such as rational and making , assembling , being put into use that dynamic balance organization designs, brings about the axial force be not balanced away sometimes.Machinery hermetic sealing bears a axial force , the seal gland temperature will be partial to height when moving round, to the medium that polypropylene is similar to, before the high temperature be able to be molten down, the pump starts the queen therefore losing hermetic sealing effect very quickly right away , discontinuous gushing sealing off end face then appearing leaves out phenomenon when the pump is motionless.
pump spindles deflections are slanting big: That machinery hermetic sealing calls end face hermetic sealing, is that one kind of axis of rotation to contact-type moves hermetic sealing , it is under fluid medium and elasticity component effect , two perpendicularities reach hermetic sealing effect thereby in stick the small side door , relative rapid and intense axle centre line hermetic sealing end face revolution, demands to need to accept a force homogeneously between two hermetic sealing therefore.The machinery spitting out oblique tones is sealed off , is wear away with balancing plate''s, rotator component axial to fleeing measures the amounts sealing off axial to fleeing demanding greater than , the force sealing off compacting soft and floury is diminished , cannot reach the effect sealing off a request , making the machinery hermetic sealing on both side of the pump all ultimately losing hermetic sealing.
not assisting irrigation system or assists irrigation system to interpose block of wood reasonableness: That assisting that machinery seals off washes system is very important , it can protect effects such as sealing off face , getting to the cooling , lubrication , washing away varia effectively. Design that allocation assists irrigation system, to be unable to reach hermetic sealing effect not rationally sometimes;Have foreign substance sometimes although designing that the personnel has designed auxiliary system, since in washing liquid, rate of flow , pressure washing liquid are insufficient , wash mouth location designing that wait for cause unreasonable , also same being unable to reach hermetic sealing effect.
vibration is slanting big: Machinery seals off vibration insisting to lead to big , ultimate losing hermetic sealing effect. That machinery seals off big slanting vibration cause sometimes is not that machinery seals off self cause but , other pump component and part is to produce the origin vibrating , waits for cause if the pump spindle designs that cause , axle bearing accuracy unreasonable , processing are insufficient , shaft coupling degree difference , radial force of equal rank are big.
Cause that the pump vapor erodes: The function is not good , the pump rotation rate is partial to height since device system operation is unreasonable and the pump entrance vapor erodes, that the vapor erodes , the vapor erodes the entry occurrence part in the pump the day afer tomorrow happened , is able to have air bubble in the water, that it may pound machinery on one hand seals off the outside surface soft and floury , makes it''s surface damage appear on; That another aspect may make fitting that astiring sound is encircled by also contain air bubble in flow soft and floury film, can not form the stable flow film , brings about the trunk friction that fitting that astiring sound is encircled by face , makes machinery seal damage.
Machine work accuracy is insufficient: Machine work accuracy is insufficient , cause has many, the treating accuracy having plenty of machinery sealing self off is insufficient , this aspect cause finds also easy to pay attention to easy to arouse people. But the sometimes is a pump other component treating accuracy lack , this aspect cause, do not pay attention to easy to arouse people. For instance: Cause such as pump spindle , axle sleeve , the pump body , the accuracy lack sealing off enlarging of the cavity body. The hermetic sealing effect that these cause existence seals off to machinery is very disadvantageous.
responds to the measure adopting:Remove a pump spindle fleeing to measure big measure:Amounts designing that axial force balance is equipped with , removes axial to fleeing rationally. For satisfying this one request,have two to the multi-level centrifugal pump , the comparatively ideal design plan: One is that balance plate adds axial to stopping push axle bearing , balance the axial force from balance plate , carry out axial on the pump spindle from axial to stopping pushing axle bearing position-limit; Another is that the balance drum adds axial to stopping push axle bearing, axial force balancing away major part from the balance drum, axial surplus force bears from stopping pushing axle bearing , axial to stopping pushing axle bearing carries out axial on the pump spindle at the same time position-limit. Second kinds schemes key is to design the balance drum rationally, makes that be able to balance away the most axial force really. Wait for a product to opening a pump in other single stage pump,within amounts range sealing off range demanded by in machinery designing fleeing adopting a few measure guarantee pump spindles now and then.Remove big axial strenuously prejudiced measure:The organization designing axial dynamic balance rationally, makes that be able to balance away the axial force really sufficiently , being sealed up completely by machinery creates a favorable condition. Must achieve testing detecting and discovering problem and solve a problem before the product , unfinished products leave the factory to importance that fields such as a little electric power plant , petrochemical industry, applies. Some important pumps can design a axial to measuring the force ring on the rotator , monitor at any time to being on the march toward the force size scroll, discover a problem in time solve.Remove big prejudiced pump spindle deflection measure:Existence is in this phenomenon mostly in multi-level centrifugal pump of horizontal type, adopting the following measure time design: (1) cuts down both ends distance between axle bearing. The pump impeller progression is not very more than , under the general pump lift request is comparatively good situation, try one''s best to improve every level impeller lift, cuts down progression; (2) increases the pump spindle diameter. During the period of the diameter designing a pump spindle, consider the size transferring power simplely only, do not but want the inertia factors such as load , radial force thinking that machinery seals off ,the axis deflection, starts method and being connected with. Much one point designing that not sufficient cognition arrives at this; (3) improves pump spindle material grade; (4) pump spindles are designed after being completed, the deflection to the pump spindle asks the checkout carrying out the core of school to secretly scheme against. Increases by assisting irrigation system:Under the situation that condition allows, system designing auxiliary irrigation to the full. Wash pressure general requirements overtoping 0107 ~ 011 MPa sealing off cavity pressure, if transportation medium belongs to easy vaporization, respond to 01175 ~ 012 MPa higher than vaporization pressure then. The pressure sealing off a cavity is going to secretly scheme against according to every kind of pump structure during the past factors such as pattern , system pressure.Or when shaft seal accent pressure is very high when pressure uses almost approximation should seal up completely the maximal limit, fever of also may make shaft seal liquid be on the move from the area sealing off a cavity attracting liquid till low pressure, to take away friction. If the irrigation amounts being recommended by administering medicine to bring out the cold be what 1 shows. According to each kind of pump operation condition,deploy the pipeline and accessories rationally. If the chiller , pore plate , filter , valve , rate of flow indicator , piezometer , the temperature wait. Reliability and life-span sealing up completely in fact, depend on the allocation sealing off auxiliary system''s to a great extent. Remove the measure that the pump entrance vapor erodes: (1) The vapor eclipse function raising a pump is horizontal , the vapor satisfying the scene device erodes the function request; (2) Scene tester request needs and the pump vapor erodes function level matching; (3) That scene installation and working condition adjustment need to give a pump creates advantageous condition. 3.6 Remove the measure that the pump shakes: (1) The product is hit by a pump in designing process , is is going to analyse the source vibrating sufficiently, to eliminate shaking a source. ; (2) Pump product fabrication assembles process middle , directive rules goes and carrying out , eliminates shaking a source strictly according to the standard and operation; (3) Pump , electric motor , assist equipment to be going to guard the pass , eliminate strictly to shake a source during the period of scene installation such as base , scene pipeline,; (4) Guard the pass , eliminate when producing , handling , keeping a scene in repair , adjusting, strictly to shake a source. Execute to the letter design criterion: The design sealing off a product''s asks pump product design and machinery to carry out the pertinent home and abroad standard , design that should carry out a standard carefully in the process of the product design,among deep every strip content concrete significance understanding a standard , the process the standard content request implementation is designed to the product.By now, actual import having many standards designing that not understand that , go and carrying out the new standard, not but being to copy the experience designing according to the set of old drawing sheet and old people blind strictly. That this resorts to magic arts to improving our country product engineering level and entering international market is very disadvantageous. Improve the standardizing cognition , be that machinery industry designs that need the problem solving urgently at present.
Pumps when the design with the mechanical seal, not only must consider the mechanical seal itself influence factor, moreover must consider exterior the mechanical seal each kind of influence factor. Must pay attention to following several questions in the practical work: (1) in pumps the product in the design process to have fully to consider pumps other spare parts as well as the scene other equipment to the mechanical seal use effect influence, creates a good external condition for the mechanical seal; (2) increases to the mechanical seal servosystem vital role understanding, provides the consummation as far as possible the mechanical seal servosystem, enhances the seal effect; (3) to importantly pumps the product the mechanical seal, must increase the protective measures, improves the seal quality, reduces the seal quality accident; (4) analyzes the mechanical seal the quality accident reason, must fully consider pumps other spare parts to the mechanical seal movement influence, take the measure unceasingly to enhance the mechanical seal the effect. The bolt pump has because of the person but variable transportation , self attract ability characteristics such as strong , may become worse , being able to transport the liquid containing a solid particle, in sewage treatment factory, be put into use broadly cover in the field of the drug-dip transporting water , wet sludge and flocculant. The bolt pump selects and uses should abide by economy , rational , reliable principle. If doing not think out in the field of the type designing selections, be able to give hereafter sigmatism, to management , be maintained bring about inconvenient , need according to producing reality therefore selecting and using one, now that the rational reliable bolt pump being able to swear to give birth to a child proceeding as planned and without a hitch, reduce mending cost.
中文译文：
液压系统
液压系统是利用液体为介质把能量从动力源传递到消耗位置的动力传递系统。所有液压系统原理都基于帕斯卡定律，是以发现这个定律的帕斯卡的名字而命名的。这个定律表明在一个密封的容器里，如缸体或管子，受压液体向容器表面所有方向施加相等的力。
在实际液压系统中，帕斯卡定律解释从系统中得到的各种结果。泵使流体在系统里流动。泵的吸入口接到液压油容器，通常称为液压油箱。大气压压在油箱里液体上，使液体流入泵里。当液压泵工作时，它以适当的压力把液体从油箱压到管道里。
泵排出的高压液体由阀控制。多数液压系统运用三种控制方式：（1）流体压力控制；（2）流体速度控制；（3）流体方向控制。
在液压系统中由泵排出的液体经由控制阀到液压马达。液压马达利用受压的流体作为它的能量源产生旋转的力和运动。液压马达跟泵的结构类似，只不过它的工作原理是相反的。
在要求直线运动代替旋转运动的地方是用液压缸，它由运动活塞和缸体构成。当活塞由高压流体驱动时，活塞杆传递力，推动负载移动一段设定的距离。
当液压缸中的活塞运动受阻时，例如当活塞有负载，在液压缸中必然会产生一个相应的压力。活塞面积以平方英寸为单位，受压液体的压力乘以活塞面积，就等于在活塞杆的末端产生的一个以磅为单位的输出力。
活塞杆的速度取决于受压液体进入液压缸里的多少。可以控制油液流如液压缸的其中一端，在活塞杆上产生一个拉力或产生一个推力。在活塞上有密封装置，防止流体的泄漏。
活塞的方向控制取决于流体进入液压缸的哪一端，当高压流体进入液压缸的一端时，流体一定从另一端流出。排出的流体又回液压油箱。在利用空气的气动系统里，空气是由缸体排放入大气中的。
方向控制阀也称作二通阀、三通阀和四通阀等等，是根据它们的基本功能命名的。压力控制阀和简单的节流阀，通常采用二通阀，他们仅有通和断功能。三通阀可以有几种功能,这些和三通阀的油口有关。例如，来自泵的高压流体可能传送到拖拉机的液压系统里驱动负载。在不需驱动时，三通阀将高压流体送到驱动输送机构的液压马达上。
也可以用三通阀来控制单作用式液压缸（只能单方面施力）的运动。例如，当三通阀通时，它可以阻止高压流体流入液压缸。同时，该阀可以把液压缸中的液体导向液压油箱，因此，柱塞缸可以在重力或回程弹簧的作用下回到它的初始位置。
四通阀有四个油口。压力油口控制流体连接到需要高压的地方。同时有一个油口从高压区排出油液。排出的液体流回液压油箱。
在液压系统中，受压液体的运动类似于电力系统中的电流的运动。在电力系统里，通过电流运动来完成工作，液压系统也类似。
在直流电力系统中，执行机构的速度可以通过改变流入执行元件的电流来改变。在交流电力系统过调节相位获得速度控制。液压系统中可通过不同控制方式来调节速度。气动系统由于气体的弹性改变，只可以得到相对粗略的速度控制。
在液压系统中，我们可以对泵进行设计，以便利用泵的变量机构来改变所输出的高压液体的流量，从而使液压马达或其它装置获得不同速度。利用泵出口管道的节流调节，可以按在直流电力系统相似的原理来控制液体流动。在需要时，液压系统可以利用阀来改变液体流向不同通道，获得速度控制。
液压流体的压缩性是很小的。但是，如果必要的话，这种微小的压缩性可用来吸收由于微小的机械扰动而引起的系统压力变化。因为应用于系统的空气或气体有弹性，气动系统有这个能力。液压系统可以用一个或多个具有压缩气体的蓄能器，在液体中快速调节压力。
利用重力、弹力和压缩气体可以为液压系统蓄能。重力经常用来辅助使其返回原来的位置，而不需要借助液力。这种辅助形式简化了相应部分液压系统。
在液压系统中压力容易控制。控制压力的主要方式是当达到需要的压力时，在泵和管道里设置一个装置来减少液体。泵只需提供足够的液体，补充系统中泄漏。在气动系统利用压力调节阀使压力源保持一定的压力值。
在电气系统中，通常通过改变电动机转向来获得方向控制。在液压系统或气动系统里，方向控制阀可以变换流柱的位置，从而获得方向的改变。液压系统可设计出来，如果需要泵可以反转。
泵用机械密封措施，目前的机械密封泵，在一种产品的应用极为广泛， 但和节约能源，随着生产技术水平提高的要求， 机械密封的应用前景更为广泛。 机械密封的密封效果将直接影响整个机器运动，尤其是在石油化工领域， 因为会存在易燃，易爆，易挥发，以猛烈有毒等介质中的传播。 机械密封会出现泄漏，将严重影响生产的正常进行， 严重的是还出现了一些重大的安全事故。 人们在分析质量故障原因，往往是熟悉的机械密封自身方面查找原因， 例如:机械密封的塑造是否合适，材料选择是否正确， 包装表面相比印刷机是否正确，擦副的选择是否合理等等。 但总之是非常的机械密封的外部条件方面去查找原因，例如: 泵的机械密封创造的条件是否合适，伺服系统的配置是否适当， 但这些方面的原因往往是算多。
笔者从抽水分析，合理的措施与机械密封的外部条件的角度影响 密封效果的几种因素和应采取的对策。 1原则，并要求机械密封过: 机械密封是靠一对相对运动的连接器端面(固定，肛 有行健连同轴)的相互拟合形式的小轴向发挥起到密封作用，噻 收盘这种设备被称为机械密封。 机械密封通常由动环，静联系，合同的部分和密封部分组成。 动作的连接和静态连接端面作曲一副对碰， 动作的连接依赖于庭密封液体的压力，导致其承担的 静态连接端面， 并制作两个环节端面合适相比印刷机和维持一个极薄液膜实现 密封的目标。 合同部分施压，可能会造成泵工作状态下，也保持端面拟合， 保证密封介质不外泄露，并防止杂质进入密封端面。 密封部分发挥密封动议环节和差距轴二， 静态和腺体峡三作用，同时对振动泵，攻击的缓冲作用。 机械密封在实际的运动并不是一个孤立的部分， 它是与其他零件，水泵结合在一起运动，同时还可以看到，通过其基本原则， 机械密封正常运行的条件，比如: 否则逃离措施泵主轴的是不能很大， 附属摩擦端面不能形成比例压力，要求定期; 泵主轴，机械密封夸赞不能有界线非常大挠度 端面等待一分钟，否则比压力将不平衡。 此外，只有满足类似这样的外部条件，优良的机械密封过自己的功能，能达到理想的密封效果。 2分析原因，外部条件的影响:
泵主轴轴向逃离宽度大: 密封，机械密封客需要有一定比例的压力面对面，收盘 该院能力起着到达密封作用，二 五，规定春天，机械密封产需有一定的压缩量眼下，政学院的一个推力封堵端面，住宅使得密封产生的压力，封堵了什么是比例要求面对面会谈。 为确保这是一个比较的压力， 数额机械封锁规定该泵主轴不能有非常大逃亡 要确保在0.5毫米以上。 设计中，但在现实中，由于不合理的设计，有时候 非常大逃亡泵主轴创建措施，查封机器非常不利。 这种现象有时出现在多级离心泵，特别是在这个过程中的泵启动，外逃数额比较大。 自动化变化的B平衡一套平衡轴向差距响时，平衡板工程 变化差异平衡压力检查前后两个侧面，因此， 制作人，来平衡轴向力轴向力相反方向的作用力。 惯性效应移动自肩逃离和瞬态泵工况波动 肩轮动不会动，在一些一轴平衡国家逃离所有时间 在侍从动议。 但数额轴平衡，以逃避检查，在做好经常性工作，只有有0105 ~ 011毫米， 满足许可轴向逃离，机械密封测量过015毫米的要求， 允许机械密封轴向逃离平衡轴向逃离衡量可能性捡到齿轮， 当停车器，工作条件的巨大变革，使泵轮环的期望。 泵后，经过长时间运动 摩擦平衡一套平衡和一枚戒指磨损掉，二峡增强随后， 数额封堵轴向逃离增加机器不断推向前进。 效果，因为轴向力，密封密实软以及粉吸吮平仄加辛苦， 密封都穿效应加剧的情况下，查封，直至完全密封损坏， 失去面子背对面对工作面机械吐痰列平仄封锁， 是磨损与平衡板的， 转子轴组件逃离措施数额封堵轴向逃离要求比， 部队封堵密实柔软和粉被打了折扣， 不能达到的效果封堵要求， 使机械密封两边的所有水泵，最终失去密封。
轴向力的影响是很大的: 机械密封可以承受轴向力的，在过程中使用的，存在封住轴向力。 由于水泵轴方面的原因，如理性，制造，装配， 正在投入使用，动态平衡的组织设计， 带来的轴向力是不均衡以外密封具有轴向力 密封压盖温度将部分高度时，动轮， 以中聚丙烯类似，在高温下才能够融解下来， 泵开始发热因此很快马上失去密封效果， 连续涌水封堵端面则出现遗漏的现象时，泵的动静。
水泵轴的挠度都换成大:机械密封来电端面密封，这是一种旋转轴接触式动作密封，它是在流体介质和弹性元件的作用，两个达到密封效果，因此，在坚持小侧门，相对快速而激烈轴中心线密封端面革命 要求必须接受一支清一色的两密封机械吐痰列平仄封存折扣，是磨损与平衡板的， 转子轴组件逃离措施数额封堵轴向逃离要求比， 部队封堵密实柔软和粉被打了折扣， 不能达到的效果封堵要求， 使机械密封两边的所有水泵，最终失去密封。
不协助灌溉系统或协助灌溉系统插木桩合理: 到协助，机械密封冲洗过的制度是非常重要的是，它能保护作用，例如查封面对，去冷却，润滑，是 兴走杂物。 设计，可协助分配灌溉系统， 无法达到密封效果不理性有时; 外国物质有时虽然设计，人事已设计辅助系统，因为在洗涤液，流量，压力，冲洗液不足， 洗口的位置，设计等原因，不合理，同样也不能达到密封效果。
振动大斜:机械密封振动过坚持过大，最终失去密封作用。 该机械密封过大倾斜振动原因有时不是机器封住自己的事业，但其他泵组成部分，是制作起源振动， 等待事业，如果泵的设计主轴事业，轴承精度不合理， 加工不足，联轴器度差，径向力同等级别的大。
事业的水泵汽蚀:该功能不是很好， 泵的旋转速度，是局部的高度由于装置系统操作不合理以及泵入口汽蚀， 该汽蚀， 汽蚀入部分发生在水泵一天打来明天发生后， 能有气泡的水， 这5镑机器一方面封住外表面软粉， 使得它的表面损伤出现; 另一个方面可能作出恰如其分所包围，也含有气泡流软 粉膜，不能形成稳定的流动膜， 带来的干摩擦，装修，所包围的面，使机械密封损坏。 机床工作精度不够:机床加工精度不够，原因有很多， 治疗的准确性具有丰富的机械密封自客是不够的， 这方面的原因认定，也容易注意容易引起人们。 但有时是泵其它成分治疗缺乏准确度，这方面的原因， 不重视容易引起人们。 比如:事业如泵主轴，轴套，泵体， 准确性缺乏封堵扩腔体。 密封作用，这些原因的存在，封住机器非常不利。
回应措施采取: 泵主轴逃来衡量大措施: 金额设计，轴向力平衡配备，消除轴向逃离理性。为满足这一要求，其中有两对多级离心泵，比较理想的设计方案: 一个是平衡盘加轴向停止推轴承 平衡轴向力从平衡板， 开展对轴泵主轴轴向从停止推轴承位置限制; 另一个是平衡鼓加轴向停止推轴承 轴向力平衡以外的主要部分，从平衡鼓 剩余轴向力熊从停车推轴承 轴停止推轴承进行轴向对水泵主轴在同一时间位置的限制。 第二类计划的关键是设计平衡鼓，合理 这使得可以平衡以外的大部分轴向力真的。 等待一个产品开泵其它单级泵，在数额围封锁围的要求 在机械设计中采用逃离几个措施保证水泵轴幡招魂。消除大轴力损害的措施:组织设计轴向动态中的平衡，合理 这使得可以走平衡轴向力确实充分， 被封存的，完全由机器创造了有利条件。 要实现检验检测，发现问题，解决一个问题，以前的产品， 半成品出厂到重要领域，如小电厂，石化， 适用。 有些重要的泵可以设计一个轴向测力环的肩， 监测，随时对正在迈向力量大小条幅， 发现问题及时解决。消除偏见大泵主轴偏转措施: 存在这一现象主要是多级离心泵卧式，需要采取以下措施设计时间: ( 1 )削减两端距离轴轴承。 水泵叶轮级数不是非常多， 根据一般的水泵扬程的要求，是比较好的情况下，尝试自己最佳的改善，每级叶轮扬程， 削减级数; ( 2 )增加泵主轴直径。 期间的直径设计泵主轴，考虑大小移交权力单纯只 不，但想的惯性因素，如载荷， 径向力以为机器封住，轴偏转，从方法和连接。 多一点设计，没有充分认识到了这一点; ( 3 )提高泵主轴材料系; ( 4 )泵主轴设计后，即将完成，钍 电子偏转对泵主轴要求退房开展的核心，学校秘密计划表示反对。 上升协助灌溉系统:的情况下，条件允许的话，系统设计辅助灌溉，以充分发挥。 冲洗压力一般要求0208 ~ 011兆帕对开密封腔压力， 如果输送介质属于易汽化，对01175 ~ 012兆帕高于汽化压力。 压力封堵一空腔前往秘密计划对根据每种泵的结构 过去的因素，如格局， 系统当轴封口音的压力是非常高的压力时，用水几乎逼近应当封存完全 最大极限， 发热，也有可能使轴封液体必须迁离面积围封腔吸引 液体到低气压，拿走了摩擦。 如果灌水量作为推荐用药带出冷是什么1所示。 根据每种泵的操作条件，部署管道及配件理性。 如果冷却器，孔板，过滤器，阀门，流量指标，测压， 温度等。 可靠性和寿命查封完全事实上，依靠分配封堵辅助系统的一个极大的影响。清除措施，泵入口汽蚀: ( 1 )汽蚀功能，提高了泵是卧式，笔 他蒸气满足现场装置侵蚀的功能要求; ( 2 )现场测试的要求，需要和水泵汽蚀功能水平的匹配; ( 3 )现场安装和工况调整需要给水泵创造有利条件。清除措施，泵甩头: ( 1 )该产品是尝到了泵在设计过程中，是去分析振动源充分，以消除振动源 ; ( 2 )泵产品的制造装配过程中，指令规则去进行， 消除振动源，严格按标准和操作; ( 3 )泵，电机， 协助设备可前往把关， 严格杜绝撼源期间现场安装等基地，现场管道; ( 4 )认真把关，杜绝在生产，处理，保存现场修理，调整，收盘明摆的一个来源。执行的信设计标准: 设计封堵产品的要求泵产品设计和机器进行相关的国外收盘手动，四企业家，也应进行仔细标准的过程中的产品设计，其中每一个深地带具体容收盘 耗理解一个标准，工艺标准的要求容，是实施旨在向现在，一进口材有许多标准设计，不明白，去执行新的标准，氮催产素，但被复制的经验，按照设计的一套旧冲板和老年人失明收盘明。 这使出法术，以提高我国产品技术水平和进入国际市场是十分不利的。 完善规认知，可以说，机械工业设计，需要解决问题的迫切目前。
当泵的设计与机械密封不仅要考虑机械密封本身的影响因素， 此外，必须考虑外观的机械密封每一种影响因素。必须注意以下几个问题，在实际工作中: ( 1 )泵产品在设计过程中已充分考虑到泵其它零部件以及一种 收盘现场其它设备对机械密封的使用效果的影响，创造了良好的外部条件，为机械密封; ( 2 )增加对机械密封的伺服系统的重要作用的认识，磷 背面的圆满尽可能机械密封的伺服系统，提高了密封效果; ( 3 )对重要泵产品的机械密封，要增加保护措施，提高密封质量，住宅 得出了密封质量事故; ( 4 )分析机械密封的质量事故的原因，小探伤充分考虑到泵的其它零部件的机械密封运动的影响，笔 阿克措施不断提高机械密封的效果。 螺栓泵，因人而变运输， 自吸引能力等特点强，有可能成为糟糕的是， 能够运输的液体含有固体颗粒，在污水处理厂，可投入使用，涵盖广泛的领域中的毒品倾角输送水，湿污泥和絮凝剂。 螺栓泵的选择和使用应遵循经济，合理，可靠的原则。 如果这样想不是出在该领域的知识型设计选曲，可以分配给以下管理，保持带来不便，有必要根据生产实际，因此选择和使用， 现在，合理可靠的螺栓泵能誓娩跟进计划 并没有一帆风顺，降低修补成本。
致
近个月的忙碌生活，让我深深的感受到学无止境。毕业设计的多次检查中，老师悉心的指出了我们设计中的错误和不足。更让我感动的是指导老师的一丝不苟和循循善诱。值此毕业论文完成之际，向我的指导老师表示衷心的感，并致以崇高的敬意！对给予我无私帮助的同学以深深的意！感四年来的培育！
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