裝載機(jī)最好的設(shè)計形式 元芳！你怎么看？

裝載機(jī)的那種設(shè)計形式好用一直是論壇熱點，本人從自身的一些經(jīng)驗和思考，寫下這篇貼子，希望高手輕噴。
首先是工作裝置。最為常見的是Z形連桿反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。甲友們在討論整平技巧時經(jīng)常會拿單/雙搖臂來作論點，其實這是個誤區(qū)。

有人會問怎么把挖掘機(jī)扯進(jìn)來了？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)動的角度大小。搖臂是用來使鏟斗轉(zhuǎn)動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。因為車架鉸接和要滿足一定轉(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。前車架出于堅固的目的，在整車縱向上，是一個傾斜的三角形。這樣就出現(xiàn)了直形大臂的搖臂鉸接點與地面距離小使Z形反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)的搖臂下端活動空間因與車橋和前車架相矛盾而受限。也就是說，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，因其下端正對前輪與車架空隙，能有更大的活動空間，相應(yīng)鏟斗的轉(zhuǎn)動角度就要大一些。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更優(yōu)呢？

由圖可見，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。拉桿鉸點和底銷距離大一些，同樣大小力拉桿水平向后拉時產(chǎn)生的力臂也要大一些。大家也可以兩人在平地用椅子來模擬：一人綣坐在椅子上不動，另一人在椅背中部和頂部向后搬動。明顯的，當(dāng)從離椅腳更遠(yuǎn)的頂部搬動時更輕松，換言之，用同樣大小的力能搬動更大的重量。
這里要補(bǔ)充說明一下力臂的概念，也就是杠桿原理。把一個剛性桿狀件上的某一點定在一個固定點上使這個桿件可以繞這個點轉(zhuǎn)動，在桿件上施加兩個作用效果相反的力，就形成了杠桿。如天平稱、撬棍撬物、用扳手扭螺母等。杠桿因動力阻力和支點的不同關(guān)系而分為省力和費力杠桿，區(qū)別就在于二力對支點的力臂的大小不同，相同時就是平衡狀態(tài)如天平稱。力臂的大小是這樣計算的：如果二力的作用方向垂直于二力作用點和支點的連線，則二力的大小乘以各自到支點的距離；如果力的方向不垂直，則以垂直于二力作用點和支點的連線的分解力乘以該垂直分力到支點的距離。力的單位為牛頓，距離單位為米，所以力臂（有時也稱力矩）的單位為牛.米。發(fā)動機(jī)發(fā)出的力矩也叫扭矩。另一個杠桿原理依然遵從能量守桓定律，直白地說就是功率為一定值時，省時不省力，省力不省時。詳細(xì)了解請百度?！，F(xiàn)代工程機(jī)械多利用液壓糸統(tǒng)出力大的特點為工作裝置
提供驅(qū)動力，其杠桿機(jī)構(gòu)多為費力杠桿。目的就是為了省時。

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，上下兩鉸點直線距基本相同。可以看到這兩種布置形式里，支點是大臂上端與前車架鉸接點，驅(qū)動力由大臂液壓缸在它與大臂的鉸點發(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，這在堆高物料時很有用，但用時比臥式油缸要長。立式油缸的提升力是由鏟斗平行地時的最大值平穩(wěn)減小至最高點的最小值，有利于減小車身的振抖。臥式油缸則是由一個小值劇變至一個最大值再劇變?yōu)樽钚≈?，整個過程極易引起振抖。三項和數(shù)據(jù)中占大頭的是動臂提升時間，所以在紙面數(shù)據(jù)中三項和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)動力來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)動力也很大，所以大家會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非常有用的特點，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)都體會過吧。曲線大臂雙搖臂的缺點還在于材料消耗大，國內(nèi)的駕駛室和大臂橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計也不太好，視線差，開過廈工老款雙搖臂車對鏟斗后面那根小橫梁肯定印象深刻。實際上，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。可以看看卡特彼勒怎么做這種結(jié)構(gòu)的。
在論壇里大家對單/雙臂平地那個好用的爭論其實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。通過以上的講解，不知大家明白沒有：由于自身的特性，直形大臂單搖臂車平場難度比曲線大臂雙搖臂高一點。
提到三項和，就不得不說到所謂的低轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)的尬尷。有不少甲友都說配低轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)裝車不舒服，因為只調(diào)校發(fā)動機(jī)而沒有對液壓系統(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。國產(chǎn)裝載機(jī)普遍用的是齒輪泵，它的流量只由轉(zhuǎn)速決定。如果用低轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)，又不想改動變速箱，那么請用高壓齒輪泵吧。但壓力調(diào)高又會使泵軸易損壞，另一個出現(xiàn)的辦法是三泵定變量系統(tǒng)，有點像挖掘機(jī)上用的桓功率液壓糸統(tǒng)，但不能劃等號，因為其流量變化曲線不同。運作原理是重負(fù)荷小流量高壓力，只用兩個泵工作，動作慢力量大；輕中負(fù)荷時大流量低壓力，三泵一起工作，動作加快。例如裝車作業(yè)向料堆鏟取時工作裝置動作和用兩個泵的一樣，后退舉臂時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)稱三項和只有10秒左右，不知有沒有甲友能證實。
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)荷時動一個另一個就不會動，只在負(fù)荷輕一些時才能同時動。先導(dǎo)的又分雙桿和單桿，雙桿和軟軸操作類似，個人認(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，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，但對裝配焊接的要求要高一些，正在成為趨勢。在這里要說到另一個名詞彎矩，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，以前輪接地點為支點，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形成杠桿關(guān)系。由于需要上下兩個鉸接銷來穩(wěn)定前后車架和完成轉(zhuǎn)向，所以上鉸接銷會有一對拉開的作用力，下鉸接銷會有一對擠壓的作用力。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。滾柱軸承由滑動磨擦變?yōu)闈L動摩擦，材料耐磨性好。轉(zhuǎn)向油缸用來使車架偏移，同時使前后橋差速器半軸齒對向轉(zhuǎn)動來完成轉(zhuǎn)向動作，因此經(jīng)常最小半徑轉(zhuǎn)彎會很大磨損輪胎和差速器。轉(zhuǎn)向器速度個人認(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)動機(jī)車橋連同傳動軸一起構(gòu)成一動力傳動系統(tǒng)。變速箱負(fù)責(zé)把發(fā)動機(jī)功率分成液壓功率和輪胎驅(qū)動力兩部分輸出。國內(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模擬，開始讓它自由轉(zhuǎn)動，然后用手慢慢捏緊后蓋處的葉片軸使它變慢，你會感覺到手上的力逐漸變大。柔性傳動使它成為裝載機(jī)的良好選擇，主從動件的轉(zhuǎn)速差又使它的效率低，大量動力變成熱能散發(fā)，浪費油料。國內(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題，但手動換檔操縱困難。因而國內(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，用電控多檔位來使換檔迅速沖擊小。液壓傳動有著效率高，與負(fù)荷自適應(yīng)的優(yōu)點，從理論上說全液壓技術(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)動機(jī)是整機(jī)的**，國內(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，因為相同汽缸壓力下，大缸徑活塞面積大受到的推動力也大，缸徑大曲拐半徑也大，抗過載能力也更強(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把原來的6B5.9和6C8.9擴(kuò)缸成7升和9.3升。由于工程機(jī)械對柴油機(jī)性能需求近似于拖拉機(jī)，所以福田雷沃本來是有機(jī)會在小鏟用發(fā)動機(jī)上出頭的。論壇上有甲友用汽車用發(fā)動機(jī)替換原來的發(fā)動機(jī)，成功的案例不少。因為這二者本就是有許多相似性的，就像一個媽生的幾兄弟。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。
車橋和傳動軸也是大同小異就不多說，只希望制造商能以質(zhì)量為本，提高耐用性。
最讓人無語的是駕駛室，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話說。做得稍好的又想以此加價，難道好的環(huán)境我們這些機(jī)手不該擁有？還是說中國人太多不缺人用？
今天先寫這些，下一次說一說裝載機(jī)有難度的一些作業(yè)。