怎样选购装载机.doc

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

怎样选购装载机

　　装载机是以装卸土壤、砂石、煤炭等综合性物料为主的一种大、中、小型多用途的高效率工程机械，适用于矿场、港口、基建、道路修建等作业，广泛应用于工厂、车站、码头、货场、仓库等工况。对于装载机用户来说，要想获取较高收益、减少投资风险，在选购一个产品时就不能只考虑价格因素，而应从多方面进行权衡，根据不同用途并本着“够用、好用”和“获得最大综合收益”的原则去选购。
　　下面就从装载机的作业量和作业工况两方面来考虑在选购装载机时应注意的事项，希望此篇文章能对装载机用户在选购装载机时有所帮助。
　　1、 根据作业量确定相应额定载重量的装载机
　　装载机用户购买多大载重量的装载机以求达到最佳的经济效益，则要本着实用够用的原则，根据作业量来确定。即不能过大也不能过小，过大造成浪费、过小则不够使用。
　　首先，对于路面施工作业和大型煤矿来说，由于工作量大、工作周期较长、工作环境较宽敞，与之相配套的运输机械载重量都在10吨以上，这时应该选取5吨或6吨载重量的装载机，这样可以提高作业效率、降低施工成本。像宇通重工950/951、50E—1等5吨装载机即可满足要求，在这里尤其值得一提的是公司最近新推出的60掘金者，凭借超强崛起力和超大斗容量，对于煤矿和港口来说非常实用，是根据特定市场需要而开发的一款新品。而对于作业量相对较小的场合，如土方、河沙等一般可选择3吨或4吨载重量的产品，对于作业量特别小，如一些小个体砂石场，配套的车辆一般为小型拖拉机，一般可选择1．5吨或以下的产品以避免装载机作业能力过剩，由此达到经济实用的目的。在这里就要向你推荐宇通重工931A、30E—1和ZL15装载机，并且向您重点推荐931A装载机，此装载机零部件通用化程度更高，因此维修起来也更为方便。
　　2、 根据作业工况确定相应行驶速度的装载机
　　对于密度较大的矿石、坚实原土或密度较小的松散物如土壤、焦碳等，由于其作业工况不同，对装载机选择同样有着较大的差异。
　　对于那些坚实原土、矿石等较大密度的物料，由于对牵引力（插入力）要求较高，应选择工作速度较低、掘起力及牵引力均较大的产品以保证正常的使用。宇通重工ZL50E－1装载机采用加长型车架长轴距布置，车身结构稳定，掘起力和倾翻载荷就目前来说是同行业最大的，比一般厂家要大1吨左右，特别适合比较坚硬的土石方作业。
　　因为松散物料对装载机的牵引力（插入力）要求不高，可以选择行驶问题更高的产品以取得较高的工作效率。在此向您推荐宇通重工ZL50G、 950A/951A产品，针对散装物料，该车型速度快、效率高，是您针对上述工况的理想选择。
　　由于工作介质的不同，许多公司纷纷推出了针对某一特定工作介质的专用型产品。宇通重工为满足不同工况环境下的用户需要，为适应装煤作业的需要宇通重工特别推出了煤矿专用型铲斗、焦炭专用型铲斗、岩石斗、抓木、推雪等不同的工作装置，并配合不同型号的装载机，使您达到一机多用的目的。

制动系统故障

 　　随着公路工程建设的迅猛发展及养护机械化程度的逐渐提高，越来越多的施工单位和一些以出租为目的的个体购置了各类土石方机械，其中尤以装载机最为普遍。正确了解这些设备的制动系统结构特点，掌握常见故障的排除方法，可以确保设备的正常使用。
　　此处以轮式工程机械广泛采用的钳盘式制动系统为例，说明其常见故障的现象及其排除方法。
　　1、气压表压力上升缓慢
　　主要原因：（a）管路漏气；（b）气泵工作不正常；（c）单向阀锈蚀、卡滞；（d）油水分离器放油螺栓未关紧或调压阀漏气。
　　故障排除方法：首先应排除管路漏气，再检查气泵工作状态。将气泵出气管拆下，用大拇指压紧出气口，若排气压力低，说明气泵有故障。若气泵工作状态良好，再检查油水分离器放油螺塞或调压阀，避免旁通，通过检查排除故障。最后再检查三通接头中的两个单向阀，单向阀卡滞会造成储气筒不能进气或进气缓慢。
　　2、制动力不足，疲软
　　主要原因：（a）制动器漏油；（b）制动油路中有空气；（c）轮毂油封破损，钳盘上有油污；（d）制动严重磨损，摩擦面烧损；（e）气路气压调整过低。
　　上述故障可根据各自的产生原因，通过修理、调整或更换零部件予以排除。
　　3、制动后跑偏
　　跑偏的直接原因是两侧车轮的制动力矩不等所致，常见的故障原因：（a）制动钳盘油污严重，摩擦系统严重下降，造成制动力矩不平衡，此时应清除制动钳盘上的油污；（b）分泵活塞卡滞不能工作。静车踩制动，观察分泵工作情况，视情拆检。
　　4、制动发卡
　　故障现象：装载机起步行走吃力，停车后用手触摸钳盘，钳盘发热。主要原因：（a）摩擦片磨耗变薄，防尘圈损坏进水，活塞锈蚀卡滞；（b）加力泵中的复位弹簧疲软或折断，高压油不能加流。
　　5、故障现象：踩制动时，有油雾喷出。产生原因：（a）刹车灯开关损坏，高压油从开关接口处喷出，更换开关即可解决。（b）加力泵活塞杆长度过大。这种情况在新换加力泵总成时有可能出现，其原因为：活塞杆调整过长，造成加力泵工作时，活塞行程过大，制动液从泄油孔回流至加力泵内并喷出。安装时应测量活塞工作行程，以确定活塞杆的长度。

装载机液压系统实验研究分析
作者：赵亚英
　　1　装载机整机液压系统的应用
　　1．1　装载机整机液压系统实验测试的工程背景及意义
　　装载机是工程机械中重要的机种，是一种集铲、运、装、卸作业于一体的自行式机械。今后轮式装载机仍将是工程机械中最重要的机种之一。一个液压系统是由多个元件相互连接而成的，每个元件的工作性能往往不能代表整个液压系统的性能。因此有必要对整机液压系统进行较全面的分析研究。
　　1．2　实验准备及实验过程
　　实验在实验室、试验沙场、野外原生土实验现场等场地进行。具体如下，针对产品特点设计了实验方案。对装载机液压系统如下参数进行了分工况测量，测量参数为：（1）工作泵出口压力；（2）动臂油缸无杆腔压力‘（3）动臂油缸有杆腔压力；（4）转斗油缸无杆腔压力；（5）转斗油缸有杆腔压力I（6）转向泵出口压力；（7）转向器人口压力；（8）转向油缸压力（左、右）；（9）先导控制减压阀控制压力；（10）动臂的角位移。分别在如下工况下进行测试空载工况；①标准载荷工况（1．4吨，2．0吨，3．6吨，5．0吨）；②沙场实时装载工况；③野外原生土实时装载工况。
　　2　装载机工作装置液压系统的实验分析
　　2．1　概述
　　如图1所示为装载机工作装置液压系统。它由四个部分组成；
　　1　转斗液压缸；2　动臂液压缸；3　动臂液压缸换向阀；4　转斗液压缸换向阀；5　单向阀；6　液压泵；7　滤油器；8　溢流阀；9　缓冲补油阀；10　油箱
　　①动力元件——液压泵；②执行元件——两个转斗液压缸和两个动臂液压缸；③辅助元件；④控制调节装置——用来控制和调节系统各部分流体压力、流量和方向的阀。
　　在该系统中设有方向控制阀、过载阀和溢流阀。
　　（1）方向控制阀——设有动臂液压缸换向阀和转斗液压缸换向阀，用来控制转斗液压缸的和动臂液压缸的运动方向，使铲斗和动臂能停在某一位置，并可以通过控制换向阀的开度来获得液压缸的不同速度。转斗液压缸换向阀是三位六通滑阀，它可控制铲斗前倾、后倾和固定在某一位置等三个动作，动臂液压缸换向阀是四位六通滑阀，它可控制动臂上升、下降、固定和浮动等四个动作。动臂浮动位置可使装载机在平地堆积作业时，工作装置能随地面情况自由浮动。
　　（2）溢流阀——控制系统压力。
　　（3）缓冲补油阀（双作用阀）——它由过载阀和单向阀组成，并联装在转斗液压缸的回路上，其作用由三个：①当转斗液压缸滑阀在中位时，转斗液压缸前后腔均闭死，如铲斗受到额外冲击载荷，引起局部油路压力剧升，将导致换向阀和液压缸之间的元件、管路的破坏。设置过载阀即能缓冲该过载油压。②在动臂升降过程中，使转斗液压缸自动进行泄油和补油。装载机连杆机构上设有限位块，当动臂在升降至某一位置时，可能会出现连杆机构的干涉现象。③装载机在卸载时，能实现铲斗靠自重快速下翻。并顺势撞击限位块，使斗内剩料卸净。当卸料时，压力油进入转斗液压缸前腔实现转斗。当铲斗重心越过斗下饺点后，铲斗在重力作用下加速翻转。但其速度受到液压泵供油速度的限制，由于缓冲补油阎中的单向阀及时向转斗液压缸前腔补油，使铲斗能快速下翻，撞击限位块，实现撞斗卸料。为了提高装载机的作业效率，该系统采用双泵合流、分流、转向优先的卸荷系统。当转向时，转向泵向工作系统提供多余的油液。不转向时，转向泵的全部油液经合流单向阀进入工作装置系统。当工作装置系统压力达到卸荷阀调定的压力，转向泵提供给工作装置的油液经卸荷阀流回油箱，从而使液力机械传动系统提供更大的铲入力。合理的利用了发动机的功率，提高了整机的作业效率。
　　2．2　空载工况实验
　　2．2．1　空载实验的实验环境
　　空载实验是在工作装置无负载的情况下进行的，它表明了系统在无负载干扰的情况下系统自身的性能。通过对该工况的实验，可以了解整机液压系统的原始特性以及整机工作时的机构运动情况空载实验在实验室进行，分别在发动机低速、中速、高速等三种情况下，完成装载机工作装置的收斗、动臂起升、卸斗、动臂下降等动作。在此期间测试并纪录转向泵出口、工作泵出口、动臂油缸下腔、动臂油缸上腔、转斗油缸有杆腔、转斗油缸无杆腔等6个点的压力，以及动臂转角、铲斗转角等共计8个物理量的动态过程。
　　2．2．2　空载实验典型实验
　　分别是三种不同的发动机转速下工作装置5个物理量的时域阵列曲线。这5个物理量分别是：1通道：转向泵压力；2通道；工作泵压力；3通道：动臂油缸下腔的压力；4通道：转斗油缸无杆腔压力，5通道：转斗油缸有杆腔压力。其横坐标描述的时间历程包括了收斗、动臂上升、卸斗、铲斗放平、动臂下降等5个装载机完成铲装工作的动作。
　　2．3　工作装置连杆机构干涉状态实验
　　实验用装载机采用转斗油缸后置式反转六杆机构。这种机构有如下特点；（1）转斗油缸无杆腔进油时转斗铲取物料，并且连杆系统的倍力系数能设计成较大值，所以可以获得较大的铲取力；（2）恰当的选择各构件尺寸，不仅能得到良好的铲斗平动性能，而且可以实现铲斗的自动放平；（3）结构十分紧凑，前悬小，司机视野好。缺点是摇臂和连杆布置容易发生构件相互干涉。实验时将转斗油缸缩回，使铲斗处于完全卸斗状态。此时提升动臂，在动臂提升过程中，测试结果表明有明显的机构干涉现象。
　　3　装载机转向液压系统实验
　　3．1　空载原地转向实验
　　与装载机工作装置液压控制系统不同，转向液压系统常见的转向液压系统有：（1）助力型转向系统；（2）负荷传感器全液压转向器和优先阀组成的转向系统}（3）流量放大转向系统I（4）双泵卸荷转向系统空载实验是在铲斗内不装物料时进行原地转向，实验时分别在发动机不同工作转速下测试转向泵出口、转向器入口，左右转向油缸人口等4个压力值。实验结果表明，转向器自身是稳定的。
　　3．2　沙场模拟工况实验
　　模拟工作过程中装载机转向的性能，我们可以看到：转向时的压力振摆依然存在。转向压力损失较大。
　　3．3　满载障碍转向实验
　　装载机在工作时转向阻力一般较小，而转向系统压力设定为14Mpa。主要是考虑到在转向遇到障碍时具有一定的越障能力。为此我们设计了障碍转向实验。实验时将装载机铲斗装满，小角度转向越过高15cm的垂直障碍。
　　4　装载机工作装置液压系统特性分析
　　4．1　作为主换向阀的对称四通比例换向阀控制非对称液压油缸时的性能分析
　　实验样机工作装置液压控制系统所用的主换向阀为比例方向阀。比例方向阀的节流面积比通常只有两种，即对称型（面积比为1：1）的和非对称型（面积比为2：1）的。而面积比为1：1或接近1：1的液压缸由对称型的阀芯来控制，面积比为2：1或接近2：1的则由非对称型的阀芯来控制，由于实验样机所用的比例方向阀为对称型，而工作装置油缸为单活塞杆式油缸，在装载机的使用过程中为了避免由于对称型比例阀控制非对称型液压缸在换向过程中所带来的压力跃变，在控制换向过程中将操纵手柄的换向中位设计了一定的死区，从而有效的避免了上述情况的发生。
　　4．2　换向阀在液压系统中的压降损失
　　换向阀是具有液流方向控制功能和流量控制功能的复合阀。换向阀的压力损失使油液流经换向阀时造成能量损失，引起发热，使系统效率降低，严重时会造成阀不能正常工作。我们可依据换向阀的阀芯结构将其分为对称类（面积比为1：1）和不对称类（面积比为2：1）两种，对称类的有“O”型、“H”型等l不对称类的换向阀有“Y”型、“P”型、“M”型。同时我们也知道液压执行元件的负载也基本上是不对称的。如油缸的伸出和缩回时受力不同，液压马达的正转和反转时负载也不同。这样，我们就有机会组合油流方向和负载方向，使系统作功行程的压力损失最小。
　　5　同轴流量放大转向系统分析
　　5．1　液压转向系统的工作原理
　　本系统为“双泵合分流同轴流量放大转向优先卸荷液压系统”，简称“同轴流量放大卸荷系统”。工作原理如下图所示。
　　1、转向油缸；2、双向缓冲补油阎；3、同轴流量放大转；4、优先卸荷闽；5、转向泵；6、滤清器；7、机油箱；8、工作泵
　　5．2　同轴流量放大转向器的结构与工作原理
　　同轴流量放大转向器是在摆线转阀式全液压转向器的基础上加以改动而成的一种新型转向器，在原摆线转阀式全液压转向器的阀套上添加了一排油孔，作为放大油路通道。同时，增加负荷传感控制油路。
　　5．3　转向系统数学模型
　　5．3．1　建模时的假设
　　（1）油液的密度。粘度，弹性模量，阻尼孔的特征系数为定值；（2）泄漏流置忽略不计I（3）认为进人转向器的油液流量为恒流量；（4）系统中换向阀和单向阀的局部损失忽略不计。
　　5．3．2　转向教学模型
　　转向系统左转向模式与右转向模式工作原理完全相同，因此，以向左转向为例分析转向系统特性。如图3所示为向左转向时简化的油路图，A表示孔R与阀芯上槽j所形成的节流口；B表示孔短槽i与双号H孔所形成的节流口；C表示双号H孔与阀体上a孔所形成的节流口ID表示阀体上a孔与单号H孔所形成的节流口DE表示单号H孔与阀芯上槽j孔所形成的节流口；F表示阀套孔c1与阀芯上槽j所形成的节流口；G表示阀套孔c2与阀芯上槽K所形成的节流口。