学文网【摘 要】地下铲运机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿山、水电、铁路等国民经济各部门。地下铲运机的工作装置由铲斗，动臂、摇臂、连杆及液压系统等组成。铲斗以铲装物料；动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗并使之与车架连接；转斗油缸通过摇臂，连杆使铲斗转动。动臂的升降和铲斗的转动采用液压操作。
【关键词】工程机械 地下铲运机 工作装置
一、绪论
“地下铲运机”一词系参考英文“LHD unit”（Load-haul-dump unit），即装-运-卸设备演绎而来。地下铲运机是以柴油机或者以拖曳电缆供电的电动机为原动机、液压或液力―机械传动、铰接式车架、轮胎行走、前段前卸式铲斗的装载、运输、卸载的设备。主要用于地下矿山和隧道工程。现代地下铲运机的发展方向呈现多用化，以适应不同的作业环境以及尽可能发挥“一机多用”性，只需要更换相应的作业附件就可以实现不同的作业，减少了矿山开采作业的成本。地下铲运机视距内遥控操作和视频遥控操作技术已经广泛应用于危险区域的作业工作。新一代的地下铲运机已经能实现自动或者半自动操作，整个过程全部实现自动化或部分实现自动化。
二、铲斗的设计
铲斗的断面形状由铲斗圆弧半径r、底壁长l、后壁高h和张开角γ等四个参数确定。铲斗的圆弧半径r越大，物料进入铲斗的流动性越好，有利于减小物料进入铲斗的阻力，卸载物料时快而干净。但r过大时，铲斗的开口变大，使铲斗很难装满，且铲斗的外形较高，影响了驾驶员对铲斗的斗刃的观察情况。后壁高h是指铲斗上缘至圆弧与后壁切点见的距离。
底壁长l是指铲斗底壁的直线段长度。l越长，则铲斗铲入物料堆的深度越大，铲斗越易装满，但是铲掘力将随着力臂的增大刃减小；同时，卸载高度也会减小。对装载轻质物料为主的铲斗，l可以选择大一些，对于铲装矿石为主的铲斗，l取小一些。
铲斗张开角rr为铲斗后壁与底壁间的夹角，一般选取45°～52°45°～52°。适当减小张开角并使铲斗与地面有一定的斜度，可减小插入阻力，提高铲斗的装满程度。
铲斗的宽度应大于铲运机两前轮外侧间的宽度，每侧要宽出50～100mm50～100mm。如果铲斗的宽度小于两轮外侧间的宽度，则铲斗铲取物料后形成的料堆阶梯会损伤轮胎的外侧壁，并增加行驶阻力，同时驾驶员也可以通过铲斗判断车辆的通过性。装有斗齿的铲斗在作业时，插入力由斗齿分担，形成较大的比压，铲斗容易插入密集的料堆或者易于撬起大块物料，并且容易更换和修补。因此，对主要用于地下铲装矿石和密度较大的地下铲运机来说，其铲斗装有斗齿，能够更好地保护斗刃，延长斗刃的使用时间。
三、连杆机构的设计
工作装置的结构设计是一个比较复杂的问题，因为组成工作装置的各构件的尺寸及位置的相互影响，可变性很大。对于选定的结构形式，在满足上述要求下，可以有各种各样的构件尺寸及铰接点位置。因此，只有在综合考虑各种因素的前提下，对工作装置进行运动学和动力学分析，通过多方案比较，才能最后选出最佳构件尺寸及铰接点位置，使所设计的工作装置不仅满足使用要求，还要具有较高的经济性能指标和尽可能提高工作装置的工作效率。
（一）转斗油缸后置式正转六杆机构
此种机构与上述油缸前置式相比，前悬较大、传动比大，活塞行程变短。缺点是转斗油缸与车架的铰接点位置较高，影响了司机的视野；转斗铲取作业时油缸的小腔进油使得铲取力较小。
（二）转斗油缸后置式反转六杆机构
转斗油缸的大腔进油时铲斗转取，并且连杆系统的倍力系数能设为较大值，能获得较大的铲取力；合理选择各机构的尺寸，能得到较好的铲斗平动性能，还可以实现铲斗的自动放平；结构紧凑，前悬小，司机的视野好。
（三）正转五杆机构
当铲斗翻转铲取物料时，短连杆与活塞杆在油缸拉力和铲斗重力作用下形成一条直线，如同一杆；当铲斗卸载物料时，短连杆相对活塞杆转动，避免了活塞杆与铲斗底部相碰的缺点。
综上分析可知，反转六杆机构有较多的优点，能够较理想的实现地下铲运机的铲装要求，所以广泛应用在地下铲运机的工作装置上。采用***解法确定铲装工况工作时的9个铰接点的位置等关键参数，进行工作装置确定计算、选取受力最大的典型工况确定外载荷、进行受力分析并完成工作装置各主要构件（动臂、摇臂、连杆、铰销）强度校核。对不同类型油缸作用力进行分析，明确油缸选择参数，确定转斗油缸与动臂油缸被动作用力。完成工作装置的限位机构和自动放平机构工作原理分析。
四、总结
通过研究市售的地下铲运机的工作装置和结构相似的露天装载机的工作装置，本毕业设计旨在设计出一种高效、结构简单、制造加工方便的地下铲运机工作装置。本设计很好地完成了地下铲运机工作装置的设计，并对相关部件进行了强度校核，满足设计要求。因在机械设计及制造方面经验的缺乏，在工作装置设计上有所不足，有待进一步改进。具体改进设想如下：通过 Autodesk Inventor 软件创建地下铲运机工作装置三维立体模型，对运动情况进行仿真模拟。通过应力分析功能，对工作装置各个部件进行应力分析以保证各部件的安全系数；在整体情况下，对铲斗施加不同的外载荷，进行工作装置的受力情况分析。
参考文献：
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作者简介：
郑东梅，女，1977年6月生，硕士研究生，多年从事自动检测技术、自动控制原理、数控技术的教学和研究。