装载机

装载机是一种用铲斗铲运物料进行循环作业的土方机械。它主要用于装载土方工程和不太硬的松散材料，也可用于软土的表面剥离、地面平整和现场清理。大多数装载机都配备了各种可更换的工作装置，这些装置可以转换为叉车或起重设备。

装载机通过安装在前端的铲斗支撑结构和连杆装载和挖掘材料，并进行提升、运输和卸载操作等。一般由动力系统、传动系统、行走系统、工作装置和机架组成。最早的装载机是由美国人弗兰克·g·霍夫于1922年发明的。它由拖拉机安装工作装置改装而成，通过对行走机构（轮式和履带式）、工作装置和机电一体化的不断工业改进，逐渐发展成为现代自动或半自动装载机。

装载机有多种形式，一般可根据发动机功率、传动形式、行走系统、装载方式等进行分类。例如，根据其装载方式，它们可分为两类:单斗式和多斗式；按行走方式分为履带式和轮胎式（也叫轮式）。目前应用最广泛的是具有非旋转装载铲斗、铰接式车架和液压机械传动装置的单斗轮式行走装载机。

装载机因其用途广泛、机动性好、生产率高、运营成本低等优点，被广泛应用于建筑、矿山、水电、铁路、公路和材料场等各个部门，已成为工程建设中土方施工的主要类型之一。

装载机主要由动力系统、传动系统、行走系统、工作装置和车架组成。

电力系统

装载机的动力系统一般是指柴油机系统，它是一种能量转换机构，是一种能将气缸内燃料燃烧产生的热能转化为机械能的动力装置。柴油机由两大机构和四大系统组成，即曲柄连杆机构、机体部件和配气机构、供油系统、润滑系统和冷却系统。柴油机经过进气、压缩、做功、排气四个连续冲程后完成一个工作循环，持续输出动力。

传输系统

动力传动系统是装载机的核心部分，主要将发动机的动力传递给行走系统，保证装载机足够的牵引力和合适的行驶速度，以及不同工况下的速度转换。一般是由分动箱、传动轴、后驱动转向桥、前驱动桥、减速器、制动器等部件组成的液力变矩器和变速箱。装载机的动力传递路线为发动机、液力变矩器、变速器、传动轴、前后驱动桥、轮边减速器和车轮。

装载机液力变矩器用于改善装载机在工作扭矩变化较大时的动态性能，使其具有自动适应性和无级变速。液力变矩器为单级、两相、四元件双涡轮结构，由泵轮、一级涡轮、二级涡轮和导轮组成。泵轮通过弹性板与发动机飞轮连接。泵轮转动时，带动循环圈内的油使其具有一定的动能，油推动一级涡轮和二级涡轮，通过与之相连的一级涡轮输出齿轮和二级涡轮输出齿轮驱动变速器。

变速箱是装载机的主要传动部件，其作用是改变传动比，满足装载机前进和后退的需要，并在发动机工作时使装载机停止。变速箱分为两部分，即变速传动机构和变速控制机构。传动机构包括输入轴（驱动轴）、输出轴（从动轴）、中间传动轴、倒档轴和各种传动齿轮。通过不同齿轮副的啮合，将主动轴的动力传递给加载的从动轴。操纵机构用于控制变速箱的传动齿轮接合或分离、制动或分离，使装载机获得不同的行走速度和牵引力，并在必要时改变行走方向。

制动器用于直接在机械上产生制动力矩并降低其转速。通常，摩擦副由旋转元件和固定的非旋转元件组成。制动系统通过制动元件的有机组合，将操纵力传递给制动器，产生制动力矩，实现制动。

驱动桥位于传动系统的末端，传动系统是传动轴后面和轮胎前面的传动机构。驱动桥的作用是将发动机扭矩从万向传动装置传递到驱动轮，然后降低速度并增加扭矩，改变动力传递的方向，并允许左右驱动轮以不同的速度旋转。驱动桥一般由主减速器、差速器、半轴和桥壳组成。具体来说，主减速器的作用是减速增扭，改变动力传递方向；差速器的作用是允许左右驱动轮以不同的速度旋转；半轴的功能是将动力从差速器传递到驱动轮。

步行系统

行走系统是整机的支撑底座，承受旋转平台及其上各种机构和设备的重量，接受工作装置在挖掘过程中产生的力并传递到地面，接受动力传动系统的扭矩产生牵引力使机器行走。

几乎所有轮式装载机都采用四轮驱动，通常由车架、车桥和车轮等主要部件组成。轮式装载机经常在较差的道路上工作，并以相对较高的速度行走，这需要车轮和轮胎满足工况要求。为了使装载机不产生大的纵向摆动并具有良好的工作稳定性，前后轴采用刚性悬架。车轮由轮辋、轮盘和轮毂组成，动力通过行星架传递给车轮和轮胎。轮胎不仅支撑车重和行驶，还起到缓冲作用。通常，装载机轮胎由三部分组成:外胎、内胎和衬带。

履带式装载机的行走系统由车架（包括履带架、底座和横梁）、履带架、驱动轮、滚轮和履带张紧机构组成，与履带式拖拉机类似，即“转轮加皮带”的行走机构。目前，我国履带式装载机大多采用机械传动系统。发动机通过主离合器将动力传递给变速箱，换挡后通过主传动的一对螺旋锥齿轮减速，改变传动方向，将动力传递给后轮轴传动轴，驱动履带前进或后退。履带支重轮是履带装置中工作条件最恶劣的部件之一，需要可靠的密封和润滑装置。驱动轮缠绕在履带上，使装载机行走。驱动轮安装在履带架后部，一般采用齿圈式，齿数多为奇数，可提高使用寿命。履带张紧机构由导向支架、导向叉、活塞和缓冲机构等组成。它安装在导向轮后面的履带架上，用于在行走和操作过程中跳跃时张紧装载机。

工作装置

装载机的工作装置直接用于铲取物料，可分为斗式支架和斗式支架两种。对于带铲斗支架的工作装置，铲斗安装在支架上，铲斗旋转由支架上的铲斗液压缸控制。由于铲斗支架重量较大，降低了铲斗的装载质量，因此无铲斗支架工作装置在装载机中得到广泛应用。无铲斗支架工作装置由动臂、摇臂、连杆和铲斗组成的四连杆机构、铲斗液压缸和动臂液压缸组成。

装载机的工作方式一般为液压工作，由主泵、转向泵和辅助泵两个液压回路组成。辅助泵的液压油通过流量控制阀分配到转向或工作油路，主要用于控制动臂提升、铲斗翻转和转盘旋转等动作。铲斗旋转滑阀是一个三位六通阀，它有三个位置:铲斗向上旋转、铲斗向下旋转和铲斗液压缸锁定。浮动臂可使装载机在平地上堆放，工作装置随地面情况自由浮动；铲岩石时，铲斗刀片可以避开大块岩石和铲子。铲斗旋转滑阀和动臂滑阀按顺序排列，这是一个顺序回路。来自主泵的油首先进入铲斗旋转滑阀，向铲斗液压油缸供油。只有当铲斗旋转滑阀处于中间位置时，动臂滑阀才能与油路连接。

装载机工作时，工作装置应能保证铲斗的提升、平移和自动调平性能。当旋转铲斗油缸锁定而动臂油缸上升或下降时，连杆机构使铲斗上下移动或接近平移，以防止铲斗物料散落；当动臂处于任何位置时，铲斗绕动臂铰接点转动进行卸料；卸载后，动臂下降，以便铲斗自动调平。为了保证装载机的准确动作，工作装置配备了铲斗前后限位装置、起重臂自动限位装置和铲斗自动调平机构。

除了常用的铲斗外，装载机还可以配备多种工作装置，以实现多种工况。如岩斗、颚斗、抱木器、叉装置、角梨、多齿钳、V形梨、螺旋扫雪机、万能推土机、吊钩、伸缩缓冲器等工作装置。

车架设计

车架是装载机的支撑体，装载机的所有部件都直接或间接加载在车架上。车架支撑着整个装载机的大部分重量，它还承受着操作和行走过程中各部件系统的力和力矩，以及在不平坦的道路上工作时的冲击载荷。框架必须具有足够的强度和刚度。

轮式装载机的车架分为整体式车架和铰接式车架。整体框架由两侧的两根纵梁和若干根横梁通过焊接或铆接而成。铰接式车架是目前轮式装载机广泛使用的一种车架，它由前后两部分铰接而成。前车架通过转向控制机构绕后车架转动，完成转向。

装载机的装卸作业由铲斗的机械前进、后退、转向、铲装和卸载动作组成的工作循环完成，即有两种不同的运动:装载机的动力传递和工作装置的动作。

装载机的动力传递主要由动力系统、传动系统和行走系统完成。装载机的动力从柴油机通过液力变矩器传递到变速箱，然后通过万向联轴器传递到变速箱，再通过变速箱动力分别传递到前后轴，从而驱动车轮行走。发动机通过给工作油一个力矩来迫使工作油高速流过泵叶轮叶片通道，并且当高速流动的工作油冲击涡轮时，它给涡轮一个力矩。工作油流出涡轮后，会冲击导向轮。

由于涡轮弯曲叶片的引导，流入导向轮的工作油使导向轮产生与涡轮扭矩相反的扭矩，该扭矩与泵轮的扭矩一起作用在涡轮上。当该扭矩大于阻力扭矩时，装载机开始起动，涡轮转速从零开始逐渐增加。当传动比改变时，涡轮轴的转速也增加或降低，扭矩比也增加或降低，因此变矩器可以自动无级地改变输出轴上的扭矩。变矩器的动力输出一般有两个涡轮，即第一级涡轮和第二级涡轮。它通过涡轮输出齿轮传递到第一级涡轮输出轴和第二级涡轮输出轴。

装载机低速重载行驶时，二级涡轮转速低，内环凸轮与外环齿轮处于楔入状态，一级涡轮与二级涡轮共同工作，增加变矩器克服外部阻力的能力；装载机高速轻载运行时，内环凸轮转速高于外环齿轮转速，外环齿轮处于空转状态。此时只有第二级涡轮输出动力，第一级涡轮处于空转状态，没有动力向外输出。在传动轴之后、轮胎之前，驱动桥将发动机扭矩从万向联轴器和变速箱传递到驱动轮，在减速和增加扭矩后，改变动力传递方向，使装载机能够行驶，并允许左右驱动轮以不同的速度旋转，从而实现运动转向。

当装载机需要制动时，储气罐中的压缩空气踩下制动踏板后通过制动阀分别进入前后驱动桥，推动助力缸活塞和制动总泵活塞，使总泵中的制动油形成高压，然后沿管路分别进入前后驱动桥的制动器，推动卡钳活塞和摩擦片压紧制动盘，从而实现制动。

装载机的整个工作装置铰接在车架上，一般由铲斗、动臂、摇臂、连杆和液压控制系统组成。铲斗通过连杆和摇臂铰接到铲斗油缸上，动臂铰接到机架和动臂油缸上。铲斗的翻转和动臂的提升由液压控制。当铲斗油缸锁定而动臂油缸上升或下降时，连杆机构使铲斗上下移动或向其靠近，以避免铲斗倾斜和物料散落；当动臂在任何位置，铲斗绕动臂铰接点转动卸料时，铲斗卸料；卸载后，当动臂下降时，铲斗会自动调平。装载机铲取物料通常有两种操作方法:一次性插入铲取法和边插入边铲斗铲取法（又称复合铲取法）。

采用一次插铲法时，装载机以全驱动力将铲斗插入料堆中，然后通过液压系统将铲斗向上翻，然后装载机倒车并卸载到车上。采用复合铲法时，采用多次插提铲斗的复合动作完成铲运作业。

装载机的主要技术规格有:铲斗容量、负载能力、发动机功率、机器自重、最大行走速度、最小转弯半径、最大牵引力、最大铲动力和主要工作尺寸。

铲斗容量：铲斗容量是指装载机配备的铲斗的最大几何容积，通常用“m3”表示。履带式装载机的铲斗容量一般为1.0~1.72m3，轮式装载机为0.3~18.0m3

载重量：在保证装载机稳定作业的前提下，不行走时铲装与行走时铲装的最大承载能力不同，前者约为后者的2.0~2.5倍。履带式装载机的载重量一般为2.0~3.5t，轮式装载机的载重量为0.5~20.0t。

发动机功率：标志装载机工作能力的一个重要参数分为有效功率和总功率。有效功率是指在29℃的温度和746毫米汞柱的压力下发动机飞轮上的实际功率（即飞轮马力）。总功率是装载机的额定功率。履带式装载机的发动机功率一般为63~240kW，轮式装载机的发动机功率为70~1000kW。

机器重量：装载机自重不仅是设计新机器的重要参数，也是关系到使用经济性的重要指标。自重的减轻主要受材料性能、制造水平、零部件可靠性和附加重量的限制。履带式装载机的整机重量一般为7.0 ~ 20.0吨，轮式装载机的整机重量为3.0 ~ 173.0吨。

最大步行速度：包括前进和后退档位在内的最大速度是影响装载机技术生产率、安排施工计划和装运路线必须考虑的指标。履带式装载机的最大行走速度一般为2.0～12.0公里/小时，轮式装载机的最大行走速度为16.0～46.0公里/小时..

最小转弯半径：指从后轮外侧到铲斗外侧形成的圆弧到旋转中心的距离。这是根据现场情况安排成套施工设备联合作业或单机往返装运时必须参考的指标。履带式装载机的最小转弯半径一般为0.8 ~ 1.45米，轮式装载机的最小转弯半径一般为0.8 ~ 1.9米..

最大牵引力：指装载机驱动轮轮缘上产生的推动车轮前进的力。装载机的附加重量越大，可以获得的最大牵引力就越大。履带式装载机最大牵引力为8.1~12.0t，轮式装载机最大牵引力为1.3~45.0t。

最大铲力：它是铲斗绕固定铰接点旋转时作用在铲斗齿尖上的法向力，最大铲力是装载机动臂提升和铲斗翻转的能力。

主要尺寸：包括卸载高度（当装载机将材料卸载到运输车辆上且铲斗倾斜角度为45°时铲斗尖端离地面高度）和卸载半径（当铲斗倾斜角度为45°时铲斗尖端与机体轮廓之间的最短距离）。

装载机有多种类型，可根据用途、发动机功率、铲斗卸载方式、传动方式、发动机类型以及卸载时动臂是否转动进行分类。根据行走机构的不同，装载机分为轮式装载机和履带式装载机。除行走系统外，轮式装载机和履带式装载机的主要系统结构基本相同，这是装载机分类方法的最大区别。

着陆装置

按行走机构可分为轮式（轮胎式）和履带式两种，轮式装载机又可分为铰接式车架和后轮转向的刚性车架。轮式装载机具有重量轻、行走速度快、机动性好、作业周期短、工作效率高的特点。轮式装载机可以在不破坏路面的情况下自行转移施工现场，可以在较短的运输距离内用作运输设备。在工作量小、工作点分散、转移频繁的工况下，轮式装载机的生产效率远高于履带式装载机，是应用最广泛的装载机类型。

履带式装载机具有重心低、稳定性好、接地比压低、在松软地面附着力和通过性能好等特点，特别适合在地面湿软、工作量集中、无需频繁转移和地形复杂的地区作业。然而，当运输距离超过30m时，使用成本明显增加，履带式装载机在转移时需要平板拖车进行托运。

按目的划分

装载机按用途分为露天装载机和地下装载机，露天装载机用于露天作业；地下装载机用于地下作业。绝大多数露天轮式装载机都是在中国境外生产和使用的。地下装载机是在露天装载机的基础上发展起来的，专门用于地下采矿和隧道挖掘。它们具有较短的机身、横向驾驶室和废气净化装置，其他基本结构与露天装载机基本相同。

发动机功率：根据发动机功率，装载机分为小型、中型、大型和特大型四种类型，小型装载机功率小于73.55kW。中型装载机功率为73.55 ~ 147.10kW；大型装载机功率为147.10 ~ 514.85kW；特大型装载机的功率大于514.85千瓦

铲斗卸载模式：根据铲斗的卸料方式，可分为前卸、回转卸、后卸和侧卸四种类型。前卸式装载机因其结构简单、工作可靠、操控性好而广泛用于前端铲运和卸载。旋转装载机安装在可旋转90° ~ 360°的转盘上，铲斗前端可旋转卸料，无需分流。后卸式装载机在前端装载，在后端卸载。侧卸式装载机不仅具有前卸式装载机的所有功能，还可以侧卸物料，多用于隧道或特殊场地施工。

传输形式：按传动形式可分为机械传动、全液压传动、液压-机械传动和电气传动四种类型。

机械传动系统由发动机、主离合器、变速箱、分动箱、轮边减速器、前桥、万向轴、手制动器和后轮轴等组成。它具有运行可靠、结构简单、传动效率高的特点。成本低且易于维修。但难以适应装载机大负荷变化的要求，发动机容易过载熄火，发动机功率利用率低。

液压传动系统由液压动力元件、液压执行元件、液压控制元件和其他液压辅助元件组成。其特点是结构紧凑，零件少，传动准确稳定，可同时实现几个动作，操作省力，整机布置方便等。然而，全液压变速器的速度范围不能满足装载机的速度要求。

液压-机械变速箱是用液力变矩器代替主离合器以满足装载机作业特殊要求的传动系统。其特点是能适应装载机负荷的急剧变化，减少变速箱的挡位数和换挡次数以及传动系统的冲击负荷，并能防止发动机失速。然而，液力变矩器的效率较低，降低了生产效率并消耗了大量燃料。

电驱动装置由电机、液力变矩器、上传动轴、变速箱、前桥、前传动轴、中间传动轴、后传动轴和后轮轴组成。其特点是可靠性高、维护工作量少、占用空间小。但是成本高，生产时间长，操作复杂。

发动机型号：按发动机类型可分为柴油机（内燃型）、汽油机和电动轮三种。卸载时动臂是否旋转？卸载时压臂是否旋转可分为三种类型:不旋转、半旋转（90°旋转）和全旋转（360°旋转）。

液压机械无级传动技术：液压机械无级变速器（HVT）可以实现装载机的无级变速，易于自动控制，传动效率高，负载适应性好。液压机械无级变速器主要由液压回路、机械回路和分流机构三部分组成。常见的分流合流机构有行星轮系和定轴轮系。动力在分流机构中分为机械路径和液压路径，然后在合流机构中汇合。机械路径通过齿轮和轴传递大部分动力，而液压路径仅传递一小部分动力。液压回路可以通过变量泵和变量马达实现一定范围内的无级变速，液压油也可以承受负载变化带来的冲击。

电子技术：装载机关键技术发展的一个显著特点是从最初的电子监控逐步发展到系统的电子控制。例如，柴油机的电子喷射（EUI）燃烧系统、具有变速控制的计算机集成控制系统等。目前已发展成为装载机综合控制系统，它利用超小规模集成电路和微处理器核心对装载机的传动、转向和操作控制等主要控制系统进行综合电子控制。例如，卡特彼勒的G代装载机可以实现转向、变速和操作控制的微机集成控制，并可以根据指令操作转向，用拇指自动操作摇臂开关，使用电液技术用指尖操作工作装置的操纵杆。

静液压技术：装载机的一项关键技术是静液压传动技术，其传动效率比液压-机械传动高十几个百分点。采用静液压驱动后，无论是泵还是马达基本都是可变的，泵的出油方向可以改变，不仅传动效率高，而且可以轻松实现电液变速控制和动力分配的电子控制，并确保各种速度下的最大牵引力以达到最佳的高效节能效果，还可以采用液压制动。静液压制动理论上是无磨损的，因此减少了制动系统的维护并提高了制动的可靠性。

冷却系统散热技术：随着国际装载机向大型化、大功率方向发展，装载机的载荷和传动功率大大增加，各系统散热需求增加。工程机械对散热器的要求越来越高，强化传热已成为现代装载机散热器研究的关键技术。强化沸腾传热技术和磁场动态传热技术是装载机冷却系统的关键技术。

装载机是建筑施工中不可缺少的土方机械。装载机可用于铲、挖、装载、运输和卸载散装材料，也可用于平整场地。更换不同的工作装置后，它还可以完成棒材装卸、重物起吊和集装箱搬运。在没有牵引车辆的情况下，装载机也可以作为牵引动力。因此，装载机广泛应用于建筑、水电、铁路、港口、国防、农田基本建设和露天矿工程。它是基本建设中实现机械化施工不可缺少的设备。

机电一体化：装载机的工作场地和特点具有危险性，发展机电一体化装载机可以提高装载机的安全性和可靠性，达到节能的目的。开发机电一体化技术可以生产遥控地下装载机，这是一种典型的机电一体化产品，可以应用于VCR采矿新方法。通过使用遥控地下装载机开采矿石，可以回收15%~20%的无矿柱开采残留矿石。日本小松制作所开发的静液压履带式装载机采用电子控制系统，实现机器启动、行走、转向、制动等动作的自动控制。

装载机

大规模：未来装载机的一个重要发展方向是大型化，特别是挖掘设备越来越大，但轮胎尺寸阻碍了大型轮式装载机的升级。美国卡特彼勒公司生产的大型轮式装载机最大轮胎直径为1.45米，铲斗高度为7.6米，在L-1400装载机上使用。这种设备用于煤矿、铜矿、金矿和铁矿。日本小松株式会社生产的大型轮式装载机型号为WA900，重约89t，最大功率610kW，铲斗高度5.2m

节能与环保：虽然装载机被广泛使用，但制造和使用装载机所消耗的资源、废气和噪音也对环境产生负面影响。使用可再生材料和资源，低环境负荷材料，使用酚醛橡胶、树脂、石棉和铅等有害物质较少的材料，选择低油耗、低排放、低噪声和长使用寿命的低污染和节能发动机，使用吸声材料等噪声抑制方法消除或降低机器噪声，甚至按照汽车工业的环保标准设计环保和节能的装载机产品将是未来的发展趋势。

多功能：在复杂多变的施工环境中，如市政建设、中小城镇建设、农村非等级公路建设与养护、电缆敷设、开山采石等。，需要一机多用的装载机，可以完成装卸、堆垛、抓取、推土、整平、吊装和搬运等工作。因此，未来装载机将不仅仅完成单一的装载功能，还将根据不同工况快速更换装载、挖掘、钻头、滑叉、推土机和撒布机等工作装置以完成更多工作，以满足作业量小、作业类型复杂、工作装置更换频繁的特殊需求。例如，在卡特彼勒公司开发的带液压快换接头的装载机中，驾驶员在作业现场通过操纵手柄即可完成铲叉、抓斗、铲雪车、道路清扫机构、破碎和液压软管自动连接等各种辅助机构的快速装卸更换，提高了机器的通用性。