裝載機(jī)最好的設(shè)計(jì)形式 元芳！你怎么看？

裝載機(jī)的那種設(shè)計(jì)形式好用一直是論壇熱點(diǎn)，本人從自身的一些經(jīng)驗(yàn)和思考，寫下這篇貼子，希望高手輕噴。
首先是工作裝置。最為常見(jiàn)的是Z形連桿反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。甲友們?cè)谟懻撜郊记蓵r(shí)經(jīng)常會(huì)拿單/雙搖臂來(lái)作論點(diǎn)，其實(shí)這是個(gè)誤區(qū)。

有人會(huì)問(wèn)怎么把挖掘機(jī)扯進(jìn)來(lái)了？仔細(xì)看，想一想，裝載機(jī)挖掘機(jī)的最終端的干活家什是鏟斗，對(duì)不？鏟斗后面聯(lián)著那些臂啦液壓缸啦等既給鏟斗提供了支撐和動(dòng)力，更限制了鏟斗的作業(yè)空間和能力。裝載機(jī)比挖掘機(jī)的臂少一節(jié)，鏟斗直接鉸接在大臂前端，大臂的形狀直接限定了鏟斗的最低最高位置以及可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小。搖臂是用來(lái)使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)的鏟斗液壓缸的傳力部件，它的中間鉸接在大臂橫梁上。如下圖所示。

裝載機(jī)大臂形式有直形和曲線型兩類型。因?yàn)檐嚰茔q接和要滿足一定轉(zhuǎn)向角度，前車架在前輪后緣的垂直方向必須是一個(gè)近乎直線的造型，大臂液壓缸的安裝受到很大限制。前車架出于堅(jiān)固的目的，在整車縱向上，是一個(gè)傾斜的三角形。這樣就出現(xiàn)了直形大臂的搖臂鉸接點(diǎn)與地面距離小使Z形反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)的搖臂下端活動(dòng)空間因與車橋和前車架相矛盾而受限。也就是說(shuō)，裝載機(jī)大臂越接近于直線形，使用單搖臂，那它的鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)范圍也就越小，低位傾卸就越不易卸凈，龍工853/855的單臂形就是這樣。使用雙搖臂，因其下端正對(duì)前輪與車架空隙，能有更大的活動(dòng)空間，相應(yīng)鏟斗的轉(zhuǎn)動(dòng)角度就要大一些。例如臨工952L。

比較一下二者搖臂銷的高度

那么直形和曲線形大臂那一個(gè)更優(yōu)呢？

由圖可見(jiàn)，這兩種形式的大臂的鏟斗底銷高度/底銷和拉桿間距是不同的。以鏟斗平放地面推進(jìn)料堆鏟料為例，整車驅(qū)動(dòng)力是由底銷傳給鏟斗并主要作用在鏟斗底板上。底銷越低，驅(qū)動(dòng)力的方向和底板型線越近，鏟斗越能以平穩(wěn)的姿態(tài)擠入料堆。大家可以用一根直鐵絲和一根彎成z形的鐵絲抵在墻面上模擬一下，明顯的z形鐵絲更易偏向一邊。拉桿鉸點(diǎn)和底銷距離大一些，同樣大小力拉桿水平向后拉時(shí)產(chǎn)生的力臂也要大一些。大家也可以兩人在平地用椅子來(lái)模擬：一人綣坐在椅子上不動(dòng)，另一人在椅背中部和頂部向后搬動(dòng)。明顯的，當(dāng)從離椅腳更遠(yuǎn)的頂部搬動(dòng)時(shí)更輕松，換言之，用同樣大小的力能搬動(dòng)更大的重量。
這里要補(bǔ)充說(shuō)明一下力臂的概念，也就是杠桿原理。把一個(gè)剛性桿狀件上的某一點(diǎn)定在一個(gè)固定點(diǎn)上使這個(gè)桿件可以繞這個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在桿件上施加兩個(gè)作用效果相反的力，就形成了杠桿。如天平稱、撬棍撬物、用扳手扭螺母等。杠桿因動(dòng)力阻力和支點(diǎn)的不同關(guān)系而分為省力和費(fèi)力杠桿，區(qū)別就在于二力對(duì)支點(diǎn)的力臂的大小不同，相同時(shí)就是平衡狀態(tài)如天平稱。力臂的大小是這樣計(jì)算的：如果二力的作用方向垂直于二力作用點(diǎn)和支點(diǎn)的連線，則二力的大小乘以各自到支點(diǎn)的距離；如果力的方向不垂直，則以垂直于二力作用點(diǎn)和支點(diǎn)的連線的分解力乘以該垂直分力到支點(diǎn)的距離。力的單位為牛頓，距離單位為米，所以力臂（有時(shí)也稱力矩）的單位為牛.米。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的力矩也叫扭矩。另一個(gè)杠桿原理依然遵從能量守桓定律，直白地說(shuō)就是功率為一定值時(shí)，省時(shí)不省力，省力不省時(shí)。詳細(xì)了解請(qǐng)百度?！，F(xiàn)代工程機(jī)械多利用液壓糸統(tǒng)出力大的特點(diǎn)為工作裝置
提供驅(qū)動(dòng)力，其杠桿機(jī)構(gòu)多為費(fèi)力杠桿。目的就是為了省時(shí)。

直線形大臂一定用臥式油缸

曲線形大臂一定用立式液壓缸

上兩圖是龍工850和龍工855B的大臂和液壓缸形式，二者的液壓泵和壓力調(diào)定相同，也就是二者液壓功率相同，上下兩鉸點(diǎn)直線距基本相同?？梢钥吹竭@兩種布置形式里，支點(diǎn)是大臂上端與前車架鉸接點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)力由大臂液壓缸在它與大臂的鉸點(diǎn)發(fā)出，阻力可近似看成工作裝置的自重和外負(fù)荷一起作用在大臂下鉸接銷上。由前面的原理，在大臂下鉸點(diǎn)上立式油缸產(chǎn)生的力比臥式油缸產(chǎn)生的力要大，這在堆高物料時(shí)很有用，但用時(shí)比臥式油缸要長(zhǎng)。立式油缸的提升力是由鏟斗平行地時(shí)的最大值平穩(wěn)減小至最高點(diǎn)的最小值，有利于減小車身的振抖。臥式油缸則是由一個(gè)小值劇變至一個(gè)最大值再劇變?yōu)樽钚≈担麄€(gè)過(guò)程極易引起振抖。三項(xiàng)和數(shù)據(jù)中占大頭的是動(dòng)臂提升時(shí)間，所以在紙面數(shù)據(jù)中三項(xiàng)和850劣于855B。另一方面，較小的大臂提升力使855B不得不依賴輪胎驅(qū)動(dòng)力來(lái)使鏟斗在料堆中穿刺和提升，大大加快了輪胎的磨損。解決之道就在于提高各自液壓系統(tǒng)工作壓力。據(jù)我所知，目前只有柳工在50系列上用了20MP液壓系統(tǒng)，其它廠商用的還是15.5MP系統(tǒng)，而柳工的驅(qū)動(dòng)力也很大，所以大家會(huì)有柳工車能干活的印象也就不奇怪了。曲線形大臂還有一個(gè)非常有用的特點(diǎn)，那就是它在收完斗后下鉸接銷能壓緊地面，可以起到輔助剎車的作用，好多老司機(jī)都體會(huì)過(guò)吧。曲線大臂雙搖臂的缺點(diǎn)還在于材料消耗大，國(guó)內(nèi)的駕駛室和大臂橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不太好，視線差，開(kāi)過(guò)廈工老款雙搖臂車對(duì)鏟斗后面那根小橫梁肯定印象深刻。實(shí)際上，在大臂橫梁之前的內(nèi)表面上加焊兩片鋼板也還是行得通的?？梢钥纯纯ㄌ乇死赵趺醋鲞@種結(jié)構(gòu)的。
在論壇里大家對(duì)單/雙臂平地那個(gè)好用的爭(zhēng)論其實(shí)是比較曲線大臂雙搖臂如廈工951，和直線大臂單搖臂如臨工956。通過(guò)以上的講解，不知大家明白沒(méi)有：由于自身的特性，直形大臂單搖臂車平場(chǎng)難度比曲線大臂雙搖臂高一點(diǎn)。
提到三項(xiàng)和，就不得不說(shuō)到所謂的低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的尬尷。有不少甲友都說(shuō)配低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)裝車不舒服，因?yàn)橹徽{(diào)校發(fā)動(dòng)機(jī)而沒(méi)有對(duì)液壓系統(tǒng)做相應(yīng)的適配！液壓系統(tǒng)的功率由壓力和流量的乘積來(lái)標(biāo)示的，壓力決定了液壓執(zhí)行器（液壓缸和馬達(dá)）的輸出力度，流量決定速度。國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)普遍用的是齒輪泵，它的流量只由轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。如果用低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)，又不想改動(dòng)變速箱，那么請(qǐng)用高壓齒輪泵吧。但壓力調(diào)高又會(huì)使泵軸易損壞，另一個(gè)出現(xiàn)的辦法是三泵定變量系統(tǒng)，有點(diǎn)像挖掘機(jī)上用的桓功率液壓糸統(tǒng)，但不能劃等號(hào)，因?yàn)槠淞髁孔兓€不同。運(yùn)作原理是重負(fù)荷小流量高壓力，只用兩個(gè)泵工作，動(dòng)作慢力量大；輕中負(fù)荷時(shí)大流量低壓力，三泵一起工作，動(dòng)作加快。例如裝車作業(yè)向料堆鏟取時(shí)工作裝置動(dòng)作和用兩個(gè)泵的一樣，后退舉臂時(shí)三泵一起工作加快舉升速度。雷沃和廈工就裝有這樣的系統(tǒng)，據(jù)稱三項(xiàng)和只有10秒左右，不知有沒(méi)有甲友能證實(shí)。
工作裝置的操縱有軟軸和先導(dǎo)兩大類，先導(dǎo)又分液壓先導(dǎo)和電液比例先導(dǎo)。軟軸操縱是成本最低的，多路閥多釆用串并聯(lián)，就是重負(fù)荷時(shí)動(dòng)一個(gè)另一個(gè)就不會(huì)動(dòng)，只在負(fù)荷輕一些時(shí)才能同時(shí)動(dòng)。先導(dǎo)的又分雙桿和單桿，雙桿和軟軸操作類似，個(gè)人認(rèn)為如果采用單手柄先導(dǎo)操縱，就應(yīng)該和挖掘機(jī)一樣用并聯(lián)結(jié)構(gòu)才能體現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)，更適應(yīng)裝載機(jī)提高效率的需要。
工作裝置之后就是鉸接部位。短/中軸距多用小間距，長(zhǎng)軸距多用大間距形式。鉸接銷軸承為球鉸或雙錐滾柱軸承，后者性能優(yōu)于前者，但對(duì)裝配焊接的要求要高一些，正在成為趨勢(shì)。在這里要說(shuō)到另一個(gè)名詞彎矩，也就是使剛性桿件發(fā)生彎曲變形的力矩（臂）。鏟斗中有負(fù)載時(shí)，以前輪接地點(diǎn)為支點(diǎn)，負(fù)載（包括部分車身自重）和車架形成杠桿關(guān)系，前后車架間以鉸接銷軸力支點(diǎn)形成杠桿關(guān)系。由于需要上下兩個(gè)鉸接銷來(lái)穩(wěn)定前后車架和完成轉(zhuǎn)向，所以上鉸接銷會(huì)有一對(duì)拉開(kāi)的作用力，下鉸接銷會(huì)有一對(duì)擠壓的作用力。根據(jù)杠桿原理，小間距鉸銷受力狀態(tài)更惡劣，具體受力部件就是軸承。滾柱軸承由滑動(dòng)磨擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，材料耐磨性好。轉(zhuǎn)向油缸用來(lái)使車架偏移，同時(shí)使前后橋差速器半軸齒對(duì)向轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作，因此經(jīng)常最小半徑轉(zhuǎn)彎會(huì)很大磨損輪胎和差速器。轉(zhuǎn)向器速度個(gè)人認(rèn)為全轉(zhuǎn)向三圈至三圈半為好。像柳工那種轉(zhuǎn)向速度干活很好，私人出租經(jīng)常在路上跑怪嚇人的。而轉(zhuǎn)向速度太慢打六圈的太累肩膀。

變速箱和發(fā)動(dòng)機(jī)車橋連同傳動(dòng)軸一起構(gòu)成一動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。變速箱負(fù)責(zé)把發(fā)動(dòng)機(jī)功率分成液壓功率和輪胎驅(qū)動(dòng)力兩部分輸出。國(guó)內(nèi)常用的二進(jìn)一倒行星變速箱是上世紀(jì)卡特C系技術(shù)，存在效率低發(fā)熱量大換檔沖擊大的天生缺陷，在國(guó)際先進(jìn)廠商那里已經(jīng)淘汰。取而代之的更先進(jìn)的電控智能換檔變速箱。液力變矩器的傳動(dòng)特征就是柔性連接和速差傳力。大家可以用一把卸下前后蓋小電風(fēng)扇在水龍頭下沖水來(lái)模擬，開(kāi)始讓它自由轉(zhuǎn)動(dòng)，然后用手慢慢捏緊后蓋處的葉片軸使它變慢，你會(huì)感覺(jué)到手上的力逐漸變大。柔性傳動(dòng)使它成為裝載機(jī)的良好選擇，主從動(dòng)件的轉(zhuǎn)速差又使它的效率低，大量動(dòng)力變成熱能散發(fā)，浪費(fèi)油料。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)雙渦輪變矩器雖然出力大，和超越離合器配合使檔位少，但總效率僅有75%左右。雖然以山工為代表的多檔定軸箱試圖解決這一問(wèn)題，但手動(dòng)換檔操縱困難。因而國(guó)內(nèi)較好的方案是柳工ZF和臨工的沃爾沃技術(shù)電控箱。它們的特征都是用單渦輪變矩器替換原來(lái)的雙渦輪，使變矩器的速差和輸出力矩變小，用電控多檔位來(lái)使換檔迅速?zèng)_擊小。液壓傳動(dòng)有著效率高，與負(fù)荷自適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，從理論上說(shuō)全液壓技術(shù)是最好的一攬子方案，但其成本和維修復(fù)雜性極大地限制其使用，目前制造應(yīng)用水平最高的只有利勃海爾一家。發(fā)動(dòng)機(jī)是整機(jī)的**，國(guó)內(nèi)在這方面還是有著不小的差距。用的多的是濰柴、上柴、玉柴、杭發(fā)等，小型微型裝載機(jī)用的就太雜了。這里指出的一點(diǎn)是同一技術(shù)水平下相同馬力的柴油機(jī)，缸徑大的表現(xiàn)要比缸徑小的要好，因?yàn)橄嗤讐毫ο?，大缸徑活塞面積大受到的推動(dòng)力也大，缸徑大曲拐半徑也大，抗過(guò)載能力也更強(qiáng)。所以濰柴比上柴的表現(xiàn)好，柳工和康明斯合資的廣康會(huì)把原來(lái)的6B5.9和6C8.9擴(kuò)缸成7升和9.3升。由于工程機(jī)械對(duì)柴油機(jī)性能需求近似于拖拉機(jī)，所以福田雷沃本來(lái)是有機(jī)會(huì)在小鏟用發(fā)動(dòng)機(jī)上出頭的。論壇上有甲友用汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)替換原來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)，成功的案例不少。因?yàn)檫@二者本就是有許多相似性的，就像一個(gè)媽生的幾兄弟。比如濰柴和杭發(fā)，上柴D9和康明斯6C。前面提到的所謂低轉(zhuǎn)速，和沃爾沃卡特彼勒比就不算什么了。沃爾沃L105上的D7發(fā)動(dòng)機(jī)，1500轉(zhuǎn)/分，1023牛-米扭矩，淮柴WP10/220轉(zhuǎn)數(shù)2200,850牛-米。
車橋和傳動(dòng)軸也是大同小異就不多說(shuō)，只希望制造商能以質(zhì)量為本，提高耐用性。
最讓人無(wú)語(yǔ)的是駕駛室，人機(jī)工程學(xué)好像不存在似的，柳工的椅子龍工的寬門真是沒(méi)話說(shuō)。做得稍好的又想以此加價(jià)，難道好的環(huán)境我們這些機(jī)手不該擁有？還是說(shuō)中國(guó)人太多不缺人用？
今天先寫這些，下一次說(shuō)一說(shuō)裝載機(jī)有難度的一些作業(yè)。