装载机工作装置之动臂设计

㈠ 装载机的工作装置有哪些部分

�0�2�0�2�0�2 装载机是一种作业效率很高的铲装机械，它不仅能对松散物料进行装、运、卸作业，还能对爆破后的矿石以及土壤作轻度的铲掘丁作。如果交换相应的工作装置后，还可以完成挖土、推土、起重及装卸等丁作。因此，装载机被广泛应用于建筑工程施工中。装载机主要由工作装置、行走装置、发动机、传动系统、转向制动系统、液J系统、操作系统和辅助系统组成。 �0�2�0�2�0�2 装载机的工作装置主要由动臂、摇臂、铲斗、连杆等部件组成。动臂和动臂油缸铰接在前车架上，动臂油缸的伸或缩使丁作装置举升或下降，从而使铲斗举起或放下。转斗油缸的伸或缩使摇臂前或后摆动，再通过连杆控制铲斗的上翻收斗或下翻卸料，由于作业的要求，在装载机的工作装置设计中，应保证铲斗的举升平移和下降放平，这是装载机工作装置的一个重要特性。这样就可减少操作程序，提高生产率。

㈡ 1、分析装载机的功能工作的动作循环及对液压的要求。 装载机的功能是什么 它在工作中完成些

液压系统排气通常指新安装或检修后第一次动作时，要排除管道中空气。
通常是把执行机构的排气装置（测压接头或按头）打开，使执行机构缓慢动作，同时观察是否有空气排出，直到没有空气为止，装上排气塞，反复1到3次即可。有些液压执行机构没有排气装置，那么只要使液压缸全行动作3到5次即可。也可能在管路的最高点按头打开排气，方法和在液压装置上排气一样。

载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施式机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。
液压系统工作原理：
液压传动系统包括工作装置和转向系统。工作装置系统又包括动臂升降液压缸工作回路和转斗液压缸工作回路，两者构成串并联回路。当转斗液压缸换向阀3—离开中位，即切断了通往动臂升降液压缸换向阀11—的油路。欲使动臂升降液压缸动作必须使转斗液压缸换向阀3回到中位。因此，动臂与铲斗不能进行复合动作，所以各液压缸的推力较大，这是转载机广泛采用的液压系统形式。
根据装载机作业要求，液压传动系统应该完成下述工作循环：铲斗翻转升起（铲装）→动臂提升锁紧（转运)→铲斗前倾(卸载)→动臂下降.
1.铲斗收起与前倾 铲斗的收起与前倾由转斗液压缸工作回路实现.当操纵手动换向阀3使其右位工作时,铲斗液压缸活塞杆伸出，并通过摇臂斗杆带动铲斗翻转收起进行铲装.其油路为: 进油路:液压泵2(液压泵1）→手动换向阀3右位→铲斗液压缸无杆腔。 回油路：铲斗液压缸有杆腔→手动换向阀3右位→精过滤器6→油箱。 当操纵手动换向阀3使其左位工作时，铲斗液压缸活塞杆缩回，并通过摇臂斗杆带动铲斗前倾进行卸载。其油路为：
进油路：液压泵2（液压泵1）→手动换向阀3左位→铲斗液压缸有杆腔。 回油路：铲斗液压缸无杆腔→手动换向发3左位→精过滤器6→油箱。 当铲斗在收起与前倾的过程中，若转向液压泵17输出流量正常，则流量转换阀18中的流量分配阀工作在左位，使辅助液压泵1与主液压泵2形成并联供油（动臂升降回路也是如此）。 当操纵手动换向阀3使其处于中位时，铲斗液压缸进，出油口被封闭，依靠换向阀的锁紧作用，铲斗在某一位置处于停留状态。
在铲斗液压缸的无杆腔油路中还没有双作用安全阀10。在动臂升降的过程中，铲斗的连杆机构由于动作不相协调而受到某中程度的干涉，即在提升动臂时铲斗液压缸的活塞杆有被拉出的趋势，而在动臂下降时活塞杆又被强制压回。而这时手动换向阀3处于中位，转斗液压缸的油路不通，因此，这种情况回造成铲斗液压缸回路出现过载或产生真空。为了防止这种情况的发生，系统中设置了双作用安全阀10，它可以起到缓冲和补油的作用。当铲斗液压缸有杆腔受到干涉而使压力超过双作用安全阀10的调定压力时，该阀回被打开，使多余的液压油流回油箱，液压缸得到缓冲。当真空时，可由单向阀从油箱补油。铲斗液压缸的无杆腔也应该设置双作用安全阀，使液压缸两腔的缓冲和补油过程彼此协调的更为合理。
2.动臂升降

动臂的升降由动臂升降液压缸工作回路实现。当操纵手动换向阀11使其工作在右位时，动臂升降液压缸的活塞杆伸出，推动动臂上升，完成动臂提升动作。其油路为：
进油路：液压泵2（液压泵1）→手动换向阀3中位→手动换向阀11右位→动臂升降液压缸无杆腔。
回油路：动臂升降有杆腔→手动换向阀11→精过滤器6→油箱。当动臂提升到转运位置时，操纵手动换向阀11使其工作在中位，此时动臂升降液压缸的进出油路被封闭，依靠换向阀的紧锁作用使动臂固定以便运转。 当铲斗前倾卸载后，操纵手动换向阀11使其工作在左位时，动臂升降液压缸的活塞杆缩回，带动动臂下降。其油路为：
进油路：液压泵2（液压泵1）→手动换向阀3中位→手动换向阀11左位→动臂升降液压缸有杆腔。
回油路：动臂升降无杆腔→手动换向阀11中→精过滤器6→油箱。
当操纵手动换向阀11使其工作在左位时，动臂升降液压缸处于浮动状态，以便于在坚硬的地面上铲取物料或进行铲推作业。此时动臂能随地面状态自由浮动，提高作业技能。另外，还能实现空斗迅速下降，并且在发动机熄火的情况下亦能降下铲斗。 装载机动臂要求具有较快的升降速度和良好的低速微调性能。动臂升降液压缸由主液压泵2和辅助液压泵1并联供油，流量总和可达320L/min。动臂升降时的速度可以通过控制手动换向阀11的阀口开口大小来进行调节，并通过加速踏板的配合，已达到低速微调的目的。
3.转载机铰接车架折腰转向
轮式装载机的车架采用前，后车铰接机构，因此其转向机构采用交接车架进行折腰转向。装载机铰接车架折腰转向过程是由转向液压缸工作回路来实现的，并要求具有稳定的转向速度（即要求进入转向液压缸的油液流量恒定）。转向液压缸的油液主要来自转向液压泵17，在发动机额定转速（1600r/min）下转向液压泵的流量为77L/min当发动机受其他负荷影响而转速下降时，就会影响转向速度的稳定性。这时就需要从辅助液压泵1通过流量换向阀18补入转向泵17所减少的流量，以保证转向油路的流量稳定。当流量换向阀18在相应位置时，也可将辅助液压泵多余的或全部液压油共给工作装置油路，以加快动臂升降液压缸和铲斗液压缸的动作速度，缩短作业循环时间和提高生产效率。 装载机转向机构要求转向灵活，因此，转向随动阀13采取负封闭式的转向过渡形式，这样还能防止突然转向时使系统压力突然升高。同时还设置了一个紧锁阀14来防止转向液压缸发生窜动。若操纵转向盘使转向随动阀13工作在左为和右为时，系统的压力升高，立即打开紧锁阀14，使油液进入转向液压缸以驱动活塞伸缩，使车辆转向。同时，前车架上的反馈杆随着前，后车架的相对偏转而通过出齿轮齿条传动使转向随动阀的阀体同时移动并关闭阀口，使转向动作停止。当转向盘停止在某一角度上时，转向液压缸也停止在相应位置上，装载机便动作沿着相应的转向半径运动。若继续转动转向盘，随动阀的阀口将始终打开，转向过程也将继续进行。 因此，前，后车架的相对转角始终随着转向盘的转角。锁紧阀14的作用是在装载机直线行驶时防止转向液压缸窜动时产生液压冲击，造成管路系统损坏。另外，当转向液压泵1和辅助液压泵1出现故障或管路发生损坏时，锁紧阀14将复位并关闭转向液压缸的油路，从而保证装载机不摆头。
4.换挡。换挡的工作原理：
蓄能器端部的活塞装在活塞缸内，右端顶在弹簧上，大小弹簧右端分别顶在主压力阀和壳体的凸台上。活塞左端与端部的螺塞间形成油室，并通过油道与换向阀从而使油路中油压降低，蓄能器油室的油室经单向阀补充油液，使制动器或离合器迅速结合。同时由于油室的油流出，在主压力阀控制油道的作用下，阀杆左移使系统的油压下降，当主、从动盘贴紧时，油缸停止移动，油压上升，一部分油液经节流孔流向油室，油室的压力逐渐升高，推动活塞右移，压缩弹簧，主压力阀的阀杆右移，这样系统的油压便逐渐升高，使主、从动部件结合平稳，实现平稳可*换挡。
单向阀的作用在于及时向换挡制动器或离合器的油缸补油，使换挡迅速。同时在补油后，使主压力阀的阀杆左移，降低换挡开始时系统的压力。节流孔的作用在于换挡后使系统的压力逐渐地上升，从而换挡制动器或离合器的主、从动摩擦片逐渐压紧，使换挡柔和无冲击。
5.自动限为装置
为了提高生产效率和避免液压缸活塞达到极限位置而造成安全阀的频繁启闭，在工作装置和换向阀上装有自动限位装置，以实现工作中铲斗的自动放平。在动臂后铰点和转斗液压缸处装有自动限位行程开关。当动臂举升到高位置或铲斗随动臂下降到与停机面最好水平的位置时，触点碰到行程开关，发出信号使电磁换向阀8动作，使其右位工作。这时，气动系统接通气路，储气筒内的压缩空气进入换向阀11或3的端部，松开弹跳定位钢球。阀心便在弹簧的作用下回到中位，液压缸停止动作。当行程开关脱开触点时，电磁换向阀断电而使其回到常位，这时进气通道被关闭，阀体内的压缩空气从放气孔排出。

㈢ 装载机的工作原理是什么

装载机的工作原理：
装载机起重臂是滑移转向装载机最终发挥作用的部件。这些起重内臂及其关联的液压容装置设计用来支持各种工具，不仅仅限于铲斗。起重臂的提升能力与其他机器部件严格匹配，以便操作人员可以提起负载，而不是机器本身。
大多数卡特彼勒滑移转向装载机和多地形装载机采用所谓的轴向升力起重臂设计。这些起重臂通过两侧各一个销与机器连接。这些销使铲斗沿着一个弧形路线提升。当铲斗开始提升时，它首先向外移动，远离机器。当铲斗上升到高于固定销的高度时，它会向车身方向靠拢。
当铲斗位于下方位置时，铲斗靠近车身收回，使机器更加稳定和紧凑，便于将负载四处移动。随着铲斗升起，它会远离车身，然后向上举直。这样能够扩展机器的工作范围，更易于将装载的物料放入卡车中部或将货盘放入货架深处，这就是为什么卡特彼勒最近推出的滑移转向装载机采用了新式垂直起重联动装置。对于垂直起重机来说，铲斗从收缩位置启动——这一点与轴向升力起重机工作方式相同。但是，当铲斗到达操作人员水平视线附近位置时，它会远离车身向外移动大约0.6米。然后，铲斗几乎会垂直上升，一直达到其325厘米的最大高度。

㈣ 轮式装载机工作原理

轮式装载机工作原理

装载机是一种广泛应用于公路、铁路、港口、码头、煤炭、矿山、水利、国防等工程和城市建设等场所的铲土运输机械。它对于减轻劳动强度，加快工程建设速度，提高工程质量起着重要的作用。那么装载机的工作原理是什么?发展前景如何呢?下面对其结构及工作原理做简单介绍。

结构及工作原理：

上图为轮式装载机总体结构示意图，装载机一般由车架、动力传动系统、行走装置、工作装置、转向制动装置、液压系统和操纵系统等组成。发动机1的动力经变矩器2传给变速箱14，再由变速箱把动力经传动轴13及16分别传到前后桥10，以驱动车轮转动。内燃机动力还经过分动箱驱动液压泵3工作。工作装置由动臂6、摇臂7、连杆8、铲斗9、动臂液压缸12和摇臂液压缸5组成。动臂一端铰接在车架上，另一端安装了铲斗，动臂的升降由动臂液压缸来带动，铲斗的翻转由转斗液压缸通过摇臂和连杆来实现。车架11由前后两部分组成，中间用铰销4连接，依靠转向液压缸可以使前后车架绕铰销相对转动，以实现转向。

功能： 其主要功能是对松散物料进行铲装及短距离运输作业。它是工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一。我们平时看到最多的是轮式装载机，与它相对的是履带式的装载机。与履带式的相比它具有机动性能好，不破坏路面，操作方便等优点。所以轮式装载机得到广泛的应用。本文的研究对象均为轮式装载机。

从装载机的总体结构图可以看出，装载机可分为：动力系统、机械系统、液压系统、控制系统。装载机作为一个有机整体，其性能的优劣不仅与工作装置机械零部件性能有关，还与液压系统、控制系统性能有关。动力系统：装载机原动力一般由柴油机提供，柴油机具有工作可靠、功率特性曲线硬、燃油经济等特点，符合装载机工作条件恶劣，负载多变的要求。机械系统：主要包括行走装置、转向机构和工作装置。液压系统：该系统的功能是把发动机的机械能以燃油为介质，利用油泵转变为液压能，再传送给油缸、油马达等转变为机械能。控制系统：控制系统是对发动机、液压泵、多路换向阀和执行元件进行控制的系统。液压控制驱动机构是在液压控制系统中，将微小功率的电能或机械能转换为强大功率的液压能和机械能的装置。它由液压功率放大元件、液压执行元件和负载组成，是液压系统中进行静态和动态分析的核心。

装载机国内外发展状况和存在的难题：

目前，国外多功能物流装备及其相关技术正日益的完善，并朝着系列化、大型化、微型化、多用途等方向发展。国际知名厂商(如山猫，凯斯，卡特彼勒、小松、利渤海尔、沃尔沃等)一则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，如应用电子监控和自动报警系统，用于物料精确装、载、运作业的GPS定位与重量自动称量装置;二则采用特殊降噪材料、噪声抑制方法等，消除或降低装载机工作时的机器噪声;三则通过不断改善电喷装置，进一步降低柴油发动机的尾气排放量，研究无污染、经济型、环保型的动力装置;四则优化工作装置的结构设计，如由单一的“Z”型连杆机构演变出八杆平行机构、TP连杆机构和“ERASLINK”机构(单动臂铸钢结构)，以及O&K公司专为小型多功能装载机而设计的LEAR连杆机构等，为了提高装载机的作业生产率，相继研制出许多功能超强的系统，例如：动力电子控制/管理系统，自动调节发动机输出功率;发动机自动控制系统，当装载机处于非作业工况是，自动降低发动机转速，减少燃料消耗及发动机噪音;关键信息显示系统等。

我国装载机行业的主导产品，基本上都是以柳工70年代初开发的ZL50为基础发展起来的，属国际60年代技术水平。进入80年代消化吸收美国Caterpillar、日本小松等先进技术，逐步开发成功了我国第二代装载机产品。我国的第二代产品与国际先进产品相比，在机电一体化、操纵舒适度、作业效率等方面有较大差距，差距最大的是产品可靠性，国产多功能装载机整机可靠性差(平均无故障工作时间不足400小时)，缺乏核心技术、主要关键部件都依赖进口、产品单一，产品档次低。虽然国内装载机及相关技术研究工作起步较晚，但是发展速度很快，如多功能装载机的销售量已经占据了世界装载机市场的半壁江山，我国已成为世界多功能装载机第一产销大国。

目前我国装载机行业已经出现了第三代产品。第三代产品的整机可靠性有很大的提高，各主要性能指标基本上能与国际先进水平接轨。但是在可靠性、舒适度、作业效率及制造水平等发面和国外先进水平还有相当差距。第四代产品在第三代的基础上也已出现，进一步优化了整机的性能及配置，电控箱、湿式制动器等技术得到了应用，并形成了各企业的.专有技术及专利技术，使产品以崭新的面目推向市场。这些都将是进一步促进我国装载机行业的技术进步。

装载机的发展趋势：

微电子技术与信息技术将得到广泛应用，进一步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。除了上述这些外，还有：多功能铲斗、松土器、液村锤、扫雪器等多种工作装置，体积小、功率大、轻巧灵活、燃油经济性更好，增大驾驶室尺寸和玻璃窗面积，提高室内的气压以防尘，改善控制系统和操纵杆的位置，提高操作环境的舒适性，降低操作者的劳动强度以及美化外观造型等。特别的由于我国挖掘装载机起步晚，不论是产品品种、性能参数还是使用可靠性、售后服务等都和国外存在着相当大的差距。因此，它的发展趋势是引进国外的先进技术开发出高质量、多功能、多品种、多规格的系列产品以提高产品的市场竞争力;加强基础元件、部件的生产和质量，尤其是提高液压元件的质量，以达到满足产品可靠性要求的前提下降低产品成本;提高产品售后服务质量。

参考文献：

王国彪 《国外轮式装载机技术的发展现状》

宋占伟，闻邦椿 《装载机电子控制技术的发展及应用》

朱长亮 《我国轮式装载机产品的发展》

王国彪，王岩松，马铸 《轮式装载机的现状与技术发展》

㈤ 关于ZL40装载机的铲斗的参数计算

轮式装载机工作装置设计中，要对其各个部件的强度进行计算，方法很多，算出的结果也很精确，但如果外载荷选择不当，计算将是没有用的。本文对轮式装载机工作装置计算工况，计算载荷进行讨论，提出外载荷的求解方法。

1 计算位置和计算工况的确定
装载机工作装置强度计算中，应选择工作装置受力最大的位置为计算位置。分析装载机铲掘、运输，提升及卸载等作业过程，以装载机在水平面上铲掘物料时，工作装置受力最大。因此对工作装置强度计算应取装载机在水平面上作业，铲斗斗底与地面水平时为计算位置。
装载机工作装置计算工况，文献〔1〕、〔2〕中介绍了六种工况：①对称水平受力工况；②对称垂直受力后轮离地工况；③对称水平与垂直同时作用后轮离地工况；④水平受力偏载工况；⑤垂直受力偏载后轮离地工况；⑥水平偏载与垂直偏载后轮离地工况。对于④、⑤、⑥三种工况，由于偏载程度至今尚未研究清楚，若取极限位置进行强度计算，动臂板高应力区都达到了材料的屈服极限，这与实际测量数据出入较大，看来极限偏载工况的假设不尽合理，我们只讨论①、②、③种工况。根据对ZL30装载机工作装置进行强度分析，①、②种工况的应力大大小于第③种工况的应力，所以我们选工况③为计算工况。工况③是受垂直载荷和水平载荷作用后轮离地工况，由于目前载机设计中，转斗掘起力远远大于动臂掘起力，我们认为第③种工况是转斗缸掘起使后轮离地，当装载机继续铲装时，铲斗与动臂下铰点没有着地，动臂是个悬梁。我们取此工况为工作装置中动臂的计算工况，并把此工况作为工况A。另一种铲掘工况是铲斗与动臂的下铰点离地高度很小，在转斗作业时有可能接地成为一个支点，致使装载机的纵向稳定性增加，这种情况转斗缸力达到最大值，铲斗、拉杆、摇臂受力最大，我们把此工况作为B工况，为铲斗、拉杆、摇臂、销轴的计算工况。

2 外载荷的确定
外载荷的确定在强度计算中是非常重要的。对于工况A中垂直载荷的计算方法，我们的观点与文献〔1〕、〔2〕、〔3〕一致，即按静态倾翻载荷确定垂直力。对水平力计算，文献〔1〕、〔2〕没有给出具体计算方法，文献〔3〕中没有考虑系统油压的影响。目前有两种方法，一是不考虑系统压力对水平力的影响，取装载机最大插入力，此时力偏大；一是扣除系统最高压力时，发动机传到驱动轮上牵引力，此时力偏小。我认为水平力的计算，应扣除在这种工况下实际工作压力时发动机传到驱动轮上的牵引力。对于工况B中的载荷计算方法目前还没有资料报道。
2.1 载荷作用点的确定
铲斗承受的水平载荷Rx水平作用在斗刃的中间。根据GB10400-89掘起力定义，垂直载荷Rz作用在距斗刃100mm的中间，见图1。

图1 外载荷作用点

2.2 工况A载荷的确定
2.2.1 垂直载荷Rz的计算
由图1知

式中：Gs——装载机整机重量；
LA——装载机重心到前轮中心距离；
LB——R2作用点到前轮中心距离。
2.2.2 水平载荷Rx的计算
2.2.2.1 连杆机构的几何关系
(1)斗四杆机构见图2，经过推导有以下关系式

图2 斗四杆机构

（1）
（2）
（3）
α4＝α2－α3 （4）
α5＝180°－α1－α2 （5）
（6）
α7＝α6－α5 （7）
L4＝R0.sinα4 （8）
L5＝LO1.sinα3 （9）

(2)斗油缸四杆机构见图3，经推导有以下关系式

图3 斗油缸四杆机构

（10）
（11）
（12）
α12＝α10－α11 （13）
L6＝R5.sinα12 （14）

2.2.2.2 水平载荷Rx的计算见图4

图4 工作装置机构简图

（15）

式中：PT——转斗缸推力；
L1，L2，L3——结构参数；
L4，L5，L6——通过(1)～(4)式求得。

(工作装置是单转斗缸) (16)
(工作装置是双转斗缸) (17)

式中：p——工作压力；
D——转斗缸直径。
式(15)中有两个未知数PT，RX，但我们可以通过总体计算，导出RX和工作压力的关系式：
MB＝F1(p) (18)
RX＝F2(MB) (19)
即 RX＝F（p） （20）

式中：MB——工作泵消耗的扭矩(图5)。

图5 工作泵消耗扭矩

可以通过逐次求出RX的精确值。首先将RX＝0代入(15)式求出PT，通过(16)，(17)式求出p，再由(20)式求出RX。然后再把RX值代入(15)式重复上述计算，这样经过多次计算，当两次RX值接近时，认为此时RX值为精确值，我们用此法对ZL30装载机工作装置外载荷进行计算，RX＝65559N，而不考虑油压时RX＝92567N，按系统最大压力时RX＝48211N，显然这几种计算方法相差较大，最大与最小的值相差一倍多，所以我们认为按我们以上介绍的方法计算是确切的。
2.3 工况B载荷的确定见图6

图6 垂直载荷计算简图

工况B载荷RZ的确定，应按以动臂下铰点处为支承点，后轮离地时计算得出的RZ和按转斗缸最大工作压力时计算得到的RZ中取其中较小值。
由稳定性确定的载荷RZ：

(21)

由转斗缸最大工作压力确定的载荷RZ：

(22)

式中：D——转斗缸直径(如是双缸再乘以2)；
p——转斗缸最大工作压力。

3 结论
(1)装载机工作装置静强度计算的载荷工况：对于动臂取水平载荷和垂直载荷同时作用后轮离地工况，铲斗、摇臂、拉杆、销轴取以动臂前端为支承点掘起工况。
(2)动臂计算工况中，水平力RX的计算应考虑在此工况下工作压力对水平力的影响。
(3)提出的水平力RX的计算方法，通过对ZL30，ZL40装载机工作装置设计中的强度计算实际应用，认为是可行

㈥ 装载机工作装置的有限元分析的难点在哪

1、 引言
装载机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门。国外装载机发展迅速，而我国装载机在设计上存在很多问题，其中主要集中在可靠性、结构设计强度等方面[1,2]。由于采取“类比试凑”等设计方法在一定程度上存在盲目性，容易形成设计中的“人为”应力集中点，造成机构整体强度的削弱甚至破坏。按这种设计生产出的产品，外观上看上去很强壮、刚性很好，但却有内在的设计缺陷，使用过程中常因工作装置结构强度等原因，产生开焊、甚至断裂等破坏，致使工作装置报废，造成重大经济损失。
本文将以SDZ20型装载机为例，建立有限元模型，在典型工况下用MARC软件进行静态结构分析，获得工作装置整体的应力及变形分布。其结论对该种结构的优化设计有一定的指导意义。
2、 工作装置结构受力破坏与力学特征
2.1工作装置的结构
工作装置由铲斗、动臂、横梁、支撑、摇臂、拉杆等组成。各构件之间由铰销联接，有相对转动。为了增强摇臂、支撑的刚度，在摇臂及支撑之间有筋板连接，在计算时，可以将其视为一体。动臂上铰点与装载机前车架铰接，中部铰点与举臂油缸铰接；摇臂上铰点与翻斗油缸铰接。用MARC对其做有限元静力分析中，认为工作装置各铰接处没有相对转动。动臂是工作装置的主要受力部件，其截面形状为矩形；又因其长、宽方向远大于厚度方向，故可以用板壳元对动臂进行离散。横梁截面为箱形，为焊接结构。摇臂和支撑也是焊接结构，其焊接板的截面均为矩形。考虑各构件的厚度远小于其它两个方向的厚度，可以认为均为板类零件。
2.2结构受力与破坏特征
装载机整体结构为对称结构。分析装载机插入、铲起、举升、卸载等的作业过程可知，装载机载初铲时，工作装置受力最大。在整个工作过程中受到的外界载荷为不变载荷，主要是物料的重量以及机构自重。由于物料种类和作业的条件不同，装载机工作时铲斗切削刃并非均匀受载，一般可以简化为两种极端情况：（1）认为载荷沿切削刃均匀分布，并以作用在铲斗切削刃中点的集中载荷来代替均布载荷，称其为对称受载情况；（2）非对称受载情况，由于铲斗偏铲、料堆密集情况不均，使载荷偏于铲斗一侧，通常将其简化为集中载荷作用在铲斗最边缘的斗齿上。这两种处理方法都是偏于安全的。当结构受力超过其极限载荷，材料发生塑性变形直至开裂（焊接部位）或断裂。
3、 有限元模型的建立及边界条件
工作装置作为装载机的主要工作部件，强度和刚度必须有充分的保证。根据工作装置的结构特征，建立起与其对应的有限元模型。
3.1单元类型的选取有限元网格划分
工作装置的各板厚度均匀，且长宽相比较小的多。根据经典薄壳理论假设，厚度小于中面轮廓尺寸1/5的为薄板。因此可以采用空间板壳单元进行网格划分。考虑四边形单元比三角形单元具有更高的计算精度，而三角形单元比四边形单元更利于拟合过渡，所以采用四边形单元与三角形单元混合进行网格划分。
有限元网格按照“均匀应力区粗划、应力梯度大的区域细划”的原则进行划分。按照给定尺寸自动划分后，对局部（如尖角和轴承孔等部位）进行细划。有限元模型如图2所示。
3.2边界条件的施加
边界条件包括两方面：边界载荷和边界约束。取额定装载量，按静力等效的原则将力施加在铲斗尖内移约100mm处中部。在初铲转斗时，可认为举臂油缸和翻斗油缸都不动，动臂的两个铰销部位和摇臂的铰销部位无相对移动。
3.2.1边界载荷
额定装载为2×104N。联合铲取的工况进行加载。根据以上假设，可以计算出铲斗所受水平力Rx和垂直力Ry。
水平力（即插入阻力）的大小由装载机的牵引力确定
Rx=Pkpmax=4000N 式中，Pkpmax为装载机的牵引力。
垂直力（即铲起阻力）大小受装载机的纵向稳定条件的限制。
Ry=GL1/L=58800x1300/2615.8=26974N 式中，G——装载机自重，为6000kg（58800N）。
L1——中心到前轮水平距离，为1300mm。
L——垂直力作用点到前轮水平距离，为2615.8mm 。
考虑到铲斗的特殊性，对其变形及破坏不予考虑。根据圣维南原理，局部载荷不影响远处应力场的分布，可以知道，在铲斗尖部附近所施加的点载荷不会影响除去铲斗外的工作装置的应力分布。所以这种加载方式是可行的。
3.2.2边界约束
根据假设，举臂油缸和翻斗油缸不动。这样，在油缸与工作装置的铰接处和动臂与前车架的铰接处分别施加对应的边界条件。
3.3材料性能参数的确定
SDZ20型装载机工作装置构件所用的材料为16Mn（包括动臂、摇臂、支撑、横梁和各筋板、加强板）和Q235（拉杆），变形在弹性范围内，对应各构件分别施加所需材料常数：
4、 结果分析
用MARC软件对工作装置进行有限元分析，得到整个工作装置的整体应力应变场、变形场分布，图3给出了工作装置的局部等效应力分布。
由结果可知，该装置的结构完全满足了强度要求。各构件情况是：动臂的危险点在动臂下铰点及动臂与举臂油缸铰接处附近，应力值已经分别达到142.5MPa和118.9MPa，偏载时应力值达到184.5 MPa和153.6 MPa，是正载时的1.29倍，且偏载的一侧与横梁焊接部分出现应力集中，其值已达到100 MPa；摇臂的危险点在摇臂与拉杆铰接处，应力已达91.7 MPa；横梁的危险点在横梁与动臂的铰接处，应力值已达65.2 MPa；拉杆的危险点在与摇臂铰接处，应力值已达107.2 MPa。同时，在偏载时，动臂承载了由于偏载所产生的大部分扭矩，而其他构件在偏载时的应力集中相对减小。即使这样，最大值仍远小于屈服应力，设计是偏于安全的。

㈦ 装载机的工作装置

装载机的铲掘和装卸物料作业是通过其工作装置的运动来实现的。装载机工作装置由铲斗1、动臂2、连杆3、摇臂4和转斗油缸5、动臂油缸6等组成。整个工作装置铰接在车架7上。铲斗通过连杆和摇臂与转斗油缸铰接，用以装卸物料。动臂与车架、动臂油缸铰接，用以升降铲斗。铲斗的翻转和动臂的升降采用液压操纵。
装载机作业时工作装置应能保证：当转斗油缸闭锁、动臂油缸举升或降落时，连杆机构使铲斗上下平动或接近平动，以免铲斗倾斜而撒落物料；当动臂处于任何位置、铲斗绕动臂铰点转动进行卸料时，铲斗倾斜角不小于45°，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平。
综合国内外装载机工作装置的结构型式，主要有七种类型，即按连杆机构的构件数不同，分为三杆式、四杆式、五杆式、六杆式和八杆式等；按输入和输出杆的转向是否相同又分为正转和反转连杆机构等。
土方工程用装载机铲斗结构，其斗体常用低碳、耐磨、高强度钢板焊接制成，切削刃采用耐磨的中锰合金钢材料，侧切削刃和加强角板都用高强度耐磨钢材料制成。
铲斗切削刀的形状分为四种。齿形的选择应考虑插入阻力、耐磨性和易于更换等因素。齿形分尖齿和钝齿，轮胎式装载机多采用尖形齿，而履带式装开机多采用钝形齿。斗齿数目视斗宽而定，斗齿距一般为150-300mm。斗齿结构分整体式和分体式两种，中小型装载机多采用整体式，而大型装载机由于作业条件差、斗齿磨损严重，常采用分体式。分体式斗齿分为基本齿2和齿尖1两部分，磨损后只需要更换齿尖。
装载机特殊工作装置
1. 加大斗
在标准机型配置的基础上，加大铲斗容量，以提高工作效率，以满足比重较轻物料的铲装，如：煤炭等。
2. 岩石王
主要针对装卸岩石工况，铲斗的斗臂板、支撑板斗进行了加强，并配备了高耐磨的副刀板、高耐磨精铸斗齿，从而提高了整个铲斗的使用寿命。
3. 高卸黑金王
满足货车日益增高的围栏高度，对于煤炭等比重较低的物料，即可满足高卸载，又可满足大装载量，大大提高工作效率。
4. 侧卸斗
针对场地狭小特别是隧道作业工况的工作装置，铲斗可单向侧翻，在隧道作业中可有效降低驾驶员的劳动强度。
5. 夹木叉
主要用于林场及港口进行物料的搬运和装卸。
6. 快换装置
主要针对工作场地中存在多种物料需要装卸的工作环境，驾驶员坐在驾驶室内即可对工作装置进行快速更换，使用方便、作业效率高，可更换的工作装置有：铲斗、夹木叉等。
7. 抓草斗
主要应用于植物秸秆等抓取，具有开口大、压实紧、抓草效率高等特点。
8. 全自动滤清器排尘机
1. 防止“风枪”吹滤清器导致粉尘回流，而进入发动机，成为缸体早期磨损的隐患。
2. 省发动机维修费；因清理频繁，保证了滤清器的通透性，可以缩小滤清器的过滤孔径，挡住了更多粉尘，提高了发动机的进气纯度，延长发动机使用寿命，可达20%以上。
3. 省滤芯更换费；因工作频繁，粉尘总量保有率下降，可延长滤清器的使用寿命，节省滤清器80%，延长滤清器保养时间2-3倍，节省滤清器维护费用80%。
4. 省燃油费；有效降低进气阻力，保证发动机在高转速时的混合比，增加发动机输出功率，节省燃油3%-5%。
5. 省人工费；不必拆装，即可对滤清器进行自动清理，从而减轻了使用者的劳动强度。