2 装载机工作装置结构构成与运动特点分析
2.1 工作装置结构的组成
作为装载机最重要的执行部件，工作装置的主要功能是铲掘物料和对物料进行装卸。其基本结构主要分为6个部分，如图2-1所示。其中包括：铲斗（1）、连杆（2）、摇臂（3）、动臂（4）、转斗油缸（5）、动臂油缸（6）。其中动臂与动臂油缸固定在前车架，并与转斗油缸进行铰接。后者则与铲斗通过连杆和摇臂实现铰接。这一系列铰接部件可以根据工作需要，完成铲斗的升降、翻转等动作。而这些动作的动力则由液压系统提供，如图2-1。
图 2-1 反转六杆工作装置结构
2.2 工作装置结构的运动特点
从图2-1中可以看出，装载机的工作装置本质上是一个纵向对称的结构。因此，在一定程度上可以将之拟视作平面连杆机构，进而对其展开自由度计算。在工作装置的结构中，主要包含铲斗、油缸、举升机构这三个四连杆机构，其中活动部件共有8个，旋转副共有9个，移动副共有2个，低副共有11个，高副共有0个。将之拟视为平面机构后，通过自由度计算得到“F=8×3-11×2=2”。
在收料和卸料阶段，由于动臂油缸已经关闭，所以此时的工作装置只有1个自由度，转斗油缸是其原动件。在托举工况阶段，由于转斗油缸进入关闭状态，所以此时的自由度仍然保持为1，只是原动件由转斗油缸转变为动臂油缸。而在铲斗下降阶段，出于确保装置可复位的考虑，此时动臂与转斗两个油缸会同时运动。
3 装载机工作装置结构的设计需求分析
3.1 工作装置的典型工况
在设计装卸机结构的过程中，首要的是要了解工作装置的典型工况，进而获知装置的运行状态，为后续的需求分析做好准备。
3.2.1 铲掘工况
铲掘是装载机工作装置的基本动作，也是初始工况状态。在铲掘过程中，动臂位移在下限，铲斗位置与地面水平。在装载机启动并开始工作后，由液压装置提供的牵引力促使铲斗铲入料堆，动臂油缸进入关闭状态，铲斗油缸启动牵引，完成收斗（如图3-1a）。
3.2.2 运输工况
转斗油缸的开启状态直到铲斗完成取料之后结束，由动臂油缸接替其完成后续动作。在牵引力的作用下，动臂不断提升，到上限为止，然后两个油缸全部关闭，装载机承载物料并安完成运输（如图3-1b）。
3.2.3 高位工况
等装载机完成运输工序到达指定场所，可以进行卸料时。转斗油缸进入闭锁状态，而动臂油缸则提供牵引力，推动动臂抬升，达到动臂的位移上限后停止（如图3-1c）。
3.2.4 卸载工况
在动臂达到最高点时，动臂油缸闭锁，铲斗油缸操纵铲斗完成翻转动作，使得铲斗内的物料能够充分的被卸载。当卸载动作完成后，动臂油缸开始操纵动臂，返回初始位置。与此同时，铲斗油缸重新开启，进入下一轮循环（如图3-1d）。
4 装载机工作装置的连接关系与结构设计
4.1 工作装置基本关系的建立
4.1.1 结构分析模型
有装载机工作装置的整体结构可知，其基本结构在纵向具有对称性。因此在对工作装置进行模拟分析的过程中，将之简化为平面连杆机构。以以前车价作为整个工作装置的参考基准，则可以构建如下图4-1所示的平面坐标系：
图 4-1 装载机工作装置分析模型
4.2 工作装置的结构设计
4.2.1 动臂限位块位置
根据工作装置的工位运动特点分析，在运输工况中，通过增设限位块可以减少铲斗运动过程中受到的冲击力，避免与之关联的其他薄弱部件受损，同时也减少因铲斗“点头”而造成的物料散落（如图4-2a）。在卸料工况中，增设限位块可以防止A、B、C三点处在同一直线上。若不增加限位块，则在卸载时，动臂与铲斗之间会剧烈碰撞（4-2b）。因此，出于保护动臂与铲斗的目的，采用上下两组限位块对铲斗位移进行限制。
图 4-2 运输、卸载位置及限位块设置方法
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