ZL08液压装载机转向系统的设计

全套设计包括设计说明书+CAD图纸。购买请联系qq：541937254ZL08液压装载机转向系统的设计摘 要此次毕业设计主要对ZL08轮式装载机的转向系统进行设计。在类比同类型装载机转向系统设计的基础上，提出了一种新型的液压转向系统。设计中首先对铰接式转向进行了运动学和动力学分析，明确了转向过程中的阻力。然后根据整机特点和转向系统的结构原理进行液压元件的选取。整体设计完成后，对系统的压力损失和温升进行了验算和校核。该设计具有优点是转向流量稳定，不随发动机转速变化而变化；在直线行驶时，转向泵卸载，能量损失小，效率较高；体积小，便于安装等。关键词：装载机，液压转向，铰接式转向， 压力损失THE DESIGN OF THE PRINCIPAL OF THE ZL08 WHEEL LOADER STEERING SYSTEMABSTRACTThis is the design.of the principal of the ZL08 wheel loader steering system In analogy with the same type of loader steering system ，a new type of hydraulic steering system has been come up. The design first analysis the kinematics and dynamics of articulated steering，cleared the resistance in process. Then based on the characteristics of the machine and the structure of the steering system, then select the components. The all design is completed, checked and verification the system pressure loss and temperature rise. The system has the advantage of stable turning flow, not change with changes in engine speed; when it goes along, the pump unload, it has high efficiency; and it is easy to install and soon.KEY WORDS: loader，hydraulic steering，articulated steering，the pressure loss7前言1第1章 ZL08装载机概述21.1 ZL08装载机的结构和功能21.2 ZL08的主要技术参数31.3 ZL08转向系统的特点和使用要求41.4 装载机简史及国内外发展情况41.4.1装载机简史41.4.2 国外装载机目前水平及发展动向51.4.3 国内装载机目前发展水平及状况6第2章 转向系统的确定82.1 典型的转向系统82.1.1 机械转向系82.1.2 液压动力转向系92.1.3 电动式动力转向系112.2 转向系统的确定112.2.1 ZL08装载机转向系统的设计要求112.2.2 液压转向系统方案设计12第3章 转向系统的分析163.1 铰接式转向系统163.1.1 铰接式转向系统163.1.2 铰接式转向的工作原理173.2 铰接转向运动学183.3 转向动力学193.3.1 转向运动193.3.2 转向过程的阻力193.3.3原地转向阻力矩203.4 小结21第4章 液压元件设计及选用224.1 转向动力缸224.1.1 液压缸的基本参数224.1.2 液压缸工作能力的计算224.1.3液压缸的运动计算234.1.4强度及稳定性校核234.2 液压泵的选用264.2.1 泵的类型选择264.2.2 确定泵的压力和流量26第5章 辅助装置的选择285.1 油箱285.1.1 油箱的设计285.1.2油箱容量的计算295.1.3 液压油箱的外形尺寸295.2 油管305.2.1 管路设计的要求305.2.2 油管类型的选择305.2.3 管道的计算315.3 液压阀335.3.1液压阀选用原则335.3.2 恒流阀335.4 滤油器35第6章 验算液压系统的性能366.1 压力损失的验算366.2 系统温升的验算36结论38参考文献39致 谢41前言装载机是一种用途十分广泛的工程机械。20世纪60年代以前的装载机，其功率和结构迁都一般均不大。近年来，无论在结构、传动、材料和轮胎等方面均有了改进和提高。装载机不仅可以进行铲、挖、装、运、卸及平整作业，而且可以更换工作环境，作为起重机或叉车等机械使用。在工程施工和矿山开采等部门中作用日益重要。作为世界装载机生产的主要制造基地，中国装载机行业的发展现状可以说能够较为全面的反映全球装载机行业的走势。作为中国工程机械行业最具代表性的产品之一，装载机受到人们的广泛关注。国民经济的发展与国家基建规模及资金投入的增大，促进了我国装载机行业的迅速发展。生产企业由1980年的20家增至现在的100余家，初步形成了规格为0.8-18t约28个型号的系列产品，并已成为工程机械主力机种，因此对装载机行业进行研究有着十分重要的意义。装载机转向系是用来控制行驶方向的。按转向能源分类，可分为机械转向系合动力转向系两大类。机械转向系是一种传统形式，也是以人力作为转向能源，通过机械传动机构实现转向的。中型以上的工程机械，使用这种类型的转向系是十分费力的。为了提高转向操纵的灵活性和轻便型，必须采用动力转向系。目前，国内外用得最多的是液压助力式的转向系。系统中与转向器相连的是液压转向系统，利用液压缸伸缩来偏转车轮或铰接车架，以达到转向的目的。这种系统大大降低了劳动强度，结构简单、工作平稳，而且液压元件标准化程度高，便于维修并降低维修成本。 液压转向系是以液体作为工作介质来传递力和运动的，工作压力远远高于机械传动和气压传动，工作灵敏度高，液压传动能使动力更直接、迅速地传递到所需要的位置。液压系统压力高，结构紧凑，重量轻，尺寸小，可吸收外来的冲击，又起减震作用，对冲击载荷具有良好的适应性。因此，在工程机械中获得广泛的应用。 第1章 ZL08装载机概述1.1 ZL08装载机的结构和功能装载机是一种有较高作业效率的铲运机械，作业范围广，功能多，主要用于对松散的堆积物进行铲、装、运、挖等作业，还可以用来推土、整理、刮平场地以及进行牵引作业等，通过换装不同的工作机具后，还可以进行挖土、起重以及装载物料等作业。因此，装载机被广泛用于城建、矿山。铁路、公路、水电、油田、国防以及机场建设等工程施工中，对加速工程进度，保证工程质量，改善劳动条件，提高工作效率以及降低施工成本等都具有极为重要的作用。图1-1 ZL08装载机实体图ZL08轮式装载机主要由柴油机系统、动系统、防滚翻及落物保护装置、驾驶室、空调系统、转向系统、液压系统、工作装置、制动系统、电气仪表系统、车架、覆盖件、操纵系统等13个部分与系统组成。结构特点：1.按照大型装载机的设置进行加工制造，采用铰接式车架，全液压操作，具有转弯半径小，机动灵活，便于狭窄场地工作。2.工作装置采用z型反转六连机构实现铲斗自动放平。 3.在前后车架中心有一个摆动机构，使车架围绕中心上下摆动，因此有良好的通过性，适应在崎岖不平的路面行驶和作业。4适用于砂石厂，砖厂，水泥厂，耐火厂，冶矿厂，煤矿厂等散松料的装卸，一机可代替12-15个劳动力工作，是一款经济实用的小型装载机。1.2 ZL08的主要技术参数ZL08装载机的主要技术参数如下表所示表1-1 ZL08装载机的技术参数项目参数单位整机质量3500kg额定载荷800kg斗 容0.4m最大卸载高度2350mm最小卸载高度960mm轴 距1830mm轮 距1300mm最小转弯半径3600mm最高速度21km/h发动机型号490tf额定功率29kw外型尺寸451815502550mm1.3 ZL08转向系统的特点和使用要求ZL08轮式装载机按照大型装载机等设置进行加工制造，采用铰接式车架，全液压操作，具有转弯半径小，机动灵活。装载机的车架并不是单一的整体，而是由前后两个车架组成，中间用垂直销轴连接起来，故称铰接转向。铰接转向是通过两转向油缸推动前后车架绕销轴转过一定角度而实现的，因此也叫做“折腰”转向。铰接式装载机的车架因由前后车架组成，所以，一般轴距较大，尽管如此，由于车身曲折角度较大，所以仍可获得较小的转向半径。完整转向系统用于改变车辆的行驶方向和车辆保持稳定的直线行驶。转向系统的好坏直接影响车辆行驶的安全性和操纵性，因此对转向系统有如下要求：1.来自路面不平度所引起的震动应尽可能被衰减而不致传到方向盘上。然而这种衰减又不可达到驾驶员丧失路感的程度。2.转向时，左右转向轮轴线的延长线和后轴的延长线应相交于一点。3.转向系应有合适的刚度，使车辆对微小的转向修正也有快捷的反应。4.当放松转向盘时，车轮应能自动回到直行位置，并能稳定在这个位置上。1.4 装载机简史及国内外发展情况1.4.1装载机简史我国现代轮式装载机起始于20世纪60年代中期的Z435型。该机为整体车架，后桥转向。经过几年的努力在吸收当时世界最先进的轮式装载机技术的基础上，开发成功了功率为162kw的铰接式装载机，定型为Z450（后来的ZL50），并于1971年12月18日正式通过专家鉴定。就这样诞生了我国第一台铰接式轮式装载机，从而开创了我国装载机行业的形成和发展的历史。ZL50型装载机具有液力机械传动，动力换挡，双桥驱动，液压操纵，铰接式动力转向等现代式装载机的基本结构，为当时世界先进水平，冶基本上代表了我国第一代轮式装载机的基本结构。该机在总体性能方面具有动力性好，崛起力大，机动灵活，操纵方便，作业效率高等一系列优点。1978年，天工所根据机械部的要求，制定出柳工Z450为基础的我国轮式装载机系列标准。制定标准时，保留用Z代表装载机，而L取代4代表轮式。这是我国装载机发展史上的重大转折点，该标准制定出来后按当时行业进行分工，柳工，厦工制造ZL40以上的大型轮式装载机，成工，宜工制造ZL30以下的中小型轮式装载机。逐步形成了柳工，厦工，成工和宜工的当时装载机四大骨干企业。到70年代末八十年代初，我国装载机制造企业已经增加到20多家，初步形成了我国装载机行业。到目前为止，我国轮式装载机已发展到第三代，但是基本的结构仍然是由ZL50演变而来的。第二代变化不大，第三代变化稍大一些，2001年我国装载机销售已突破3万台，居世界装载机市场前列。因此，目前我国已成了世界上的装载机产销大国。1.4.2 国外装载机目前水平及发展动向轮式装载机以围绕提高效率，降低成本为核心，继续向大型化，微型化发展，不断推出新产品，加速更新换代。微电子技术的突破性进展为轮式装载机的自动控制，状态监控及状态监测及视线范围内遥控技术的发展创造了条件。柴油发动机自动控制喷油系统，变速箱自动控制换挡，性能参数和状态监测均取得了重大进展，在视线内遥控作业已进入实用阶段，从而改善了性能，提高可靠性，增加生产能力，降低油耗，取得了更大的经济效益。卡特彼勒公司为代表的轮式装载机采用液力机械传动系统，其自动动力换挡变速箱自动选择档位传动比，使换挡能在变速箱最佳效率点进行，该公司最近推出的STIC（转向变速集成）系统，将转向和换挡功能集成于一操纵手柄上，使操纵更加省力方便，换挡更加平稳，可大幅提高生产率，卡特彼勒轮式装载机转向液压系统用负载传感式溢流阀，使液压泵在负载压力下溢流，降低系统压力，提高了液压原件寿命。工作装置液压系统采用举开限位装置和下放自动定位装置，避免了机械限位时液压缸行程终了产生高压和冲击；液压的蓄能器能吸收冲击载荷，并对整机的纵向摇摆起阻尼作用；液压缸导向套处有三重密封，防止泄漏和防尘。新型轮式装载机司机室的设计充分考虑了人的生理需求，对仪表位置排列，操纵手柄和踏板，司机座椅，能见度，防噪和隔振，温度调节等均符合人机工程学，使司机在舒适，轻松，安全环境下操做，提高工作效率。德雷塞（Dresser）公司090年代处推出4000型轮式装载机，都容10-30立方米、机重151.8t，采用模块结构的传动系统，大功率敏感按钮控制的液压系统，Z型单摇臂工作装置，优化的整体结构和温式盘式制动器。具有自动调节和自动密封性能。日本小松公司WA系列中小功率（小于125kw）为代表的轮式装载机采用新型集中式结构的驱动桥。它将主传动制动器和行星轮式传动都集中在桥的中部，桥壳断面变化连续平缓，内应力分布合理，从根本上防止因传感结构桥壳在轮边支撑轴段应力集中断裂。轮端采用浮动密封结构，安装简便，有自动补偿功能，密封性好。该结构设计合理，基本零件少，工艺性好，可靠性高。国外装载机发展的总体趋势：以人为本的设计思想得到充分体现，普遍采用了操纵力极小的电液比例控制技术，集中润滑技术等。在大吨位的装载机上还装了电视监控系统。司机室设计更加人性化，轿车化，空调及音响设备一应俱全。悬浮式座椅上下前后随意调节，以满足操作者不同体态的要求。让人感到操作这些设备是一种享受。1.4.3 国内装载机目前发展水平及状况中国作为世界装载机生产的主要制造基地，装载机行业的发展异常迅速。2006年中国装载机行业总销量为129793台，比2005年的112527台增加了15.3%，净增了17266台，其净增量超过中国装载机行业八五以前任何一年的总销量，又是红红火火的一年。2007年1-11月，装载机主要26家企业累计销售143794台，同比增加34397台，增幅为31.4%。然而，装载机是典型的微利产品，金融危机对该行业的冲击在各类工程机械中可谓最大，对于行业面貌来讲，就是小企业的纷纷出局。当热凡事都有两面性，对于行业来讲，现在也是技术升级的最好契机。由于良莠不齐的小型企业淘汰，使得大型企业的市场份额相应扩大，在一定程度上提高了产品质量水平，也对行业总体技术水平的提高起到了积极影响。中国装载机工业在发展的同时，一些问题也日益显露出来，特别是行业进入门槛极地，价格恶性竞争导致企业盈利能力下降，营销理念缺失，市场难以扩展，产品质量可靠性差，此外，产品及组织结构老化制约行业的进一步发展和品质的提高。因此，中国装载机企业必须抓住新的发展形势，在产品研发上体现差异战略和成本领先战略，继续加强行业以企业国家级技术和高校及科研院为主体的科研开发体系建设。打造价值链营销，加强品牌建设，提升品牌价值，只有这样才能在新形势下立于不败之地。全套设计包括设计说明书+CAD图纸。购买请联系qq：541937254第2章 转向系统的确定2.1 典型的转向系统转向系结构形式多种多样，但所有的转向系都有三部分组成：转向传动机构，转向器和转向操纵机构。1.转向传动机构的功用是将转向器输出轴的运动传递给转向臂，转向臂偏转车轮而改变车辆的行驶方向。2.转向器的功用是将方向盘的回转运动转换为转向传动机构的往复运动。3.转向操纵机构的功用是产生转动转向器所必需的操纵力。转向系按使用的能源不同可分为机械转向系和动力转向系。2.1.1 机械转向系机械转向系由转向操纵机构、转向器、转向传动机构组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动的机构，是转向系统的核心部件。图2-1 机械转向系示意图1-转向盘 2-转向轴 3-转向万向节 4-转向传动轴 5-转向器 6-转向摇臂 7-转向拉直杆 8-转向节臂 9-左转向节 10、12-梯形臂 13-右转向节机械转向系的工作原理：车辆转向时，驾驶员通过转向盘、安全转向柱带动转向器中的齿条横向移动，转向齿条通过左右转向横拉杆、转向节臂，使转向节连同车轮偏转一定的角度，实现机车的转向。转向结束后，转向盘回位，带动转向轮恢复直线行驶位置。2.1.2 液压动力转向系液压动力转向是利用发动机输出的动力为能源驱动油泵，油泵产生高压油液通过加力器控制车轮转向，以使转向操纵省力。第3章 转向系统的分析3.1 铰接式转向系统3.1.1 铰接式转向系统ZL08轮式装载机采用铰接式车架装载机的车架并不是单一的整体，而是由前后两个车架组成，中间用垂直销轴连接起来，故称铰接转向。铰接转向是通过两转向油缸推动前后车架绕销轴转过一定角度而实现的，因此也叫做“折腰”转向。铰接式装载机的车架因由前后车架组成，所以，一般轴距较大，尽管如此，由于车身曲折角度较大，所以仍可获得较小的转向半径。如以相同斗容的装载机进行比较，铰接式装载机的转向半径为后轮转向式装载机的70，这样大大的减小了装载机调车行驶的路程和时间。因转向半径小，机动性能好，装载机可在非常狭窄的场地作业。一般将销轴布置在轴距的中点，这时前后轮转向半径相同，避让障碍容易，且前后轮轨迹相同，前轮为后轮压实地面，减小在松软地面上的滚动阻力。工作装置与前车架铰接在一起，它可以随前车架一起摆动，作业中易于对准作业方向，作业机动灵活。因轴距较长，行车时纵向颠簸小，可以减少驾驶员的疲劳。但缺点是转向时的稳定性较低。3.1.2 铰接式转向的工作原理图3-1 铰接式转向系统图图3-4 铰接式装载机原地转向多年的熟荒地 已耕地 1-接一驱动桥 2-接两驱动桥3.4 小结对铰接式装载机转向过程的研究可得以下两点结论：1. 铰接式装载机转向的运动学、动力学与偏转车轮转向有着根本区别。2. 当装载机在任何路面条件下原地转向时，转向角增大，转向阻力矩也增大。最后指出，现在尚没有较完善的计算铰接式装载机转向阻力矩的方法，前面所讲的只作为对转向阻力矩的定性分析，所以在具体设计中还应参考同类型机种的转向油缸尺寸及系统压力，进行比较设计。12 第4章 液压元件设计及选用4.1 转向动力缸液压缸是液压挖掘机中的执行元件，它的功能就是把液体压力能转化为往复运动的机械能或者摆动的机械能。在ZL08轮式装载机转向系统中使用的是双作用单杆活塞缸，其结构上基本可以分为缸筒和活塞杆组件、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分。在设计时参考同类型机种的转向油缸尺寸及系统压力，进行比较设计。4.1.1 液压缸的基本参数参见表4-1，选用XG-63双作用液压缸表4-1 XG系列双作用液压缸的型号和技术参数产品型号公称压力/MPa缸径/mm杆径/mm行程/mm推力/KNXG-6310632220531.2XG-E7012.5703228348.14.1.2 液压缸工作能力的计算根据负荷和工作装置油缸铰点布置，以及液压系统的分析计算确定油缸所需的推力和支力。 计算公式： 17第5章 辅助装置的选择5.1 油箱 5.1.1 油箱的设计油箱在液压系统中除了储油外，还启着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有许多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。 图5-1 油箱简图 1液位计 2吸油管 3空气过滤器 4回油管 5侧板 6人孔盖 7放油塞 8地脚 9隔板 10底板 11吸油过滤器 12盖板液压泵通过2将油箱中的油液吸到泵中；3保证大气中的尘埃，杂质不进第6章 验算液压系统的性能6.1 压力损失的验算本次设计的液压转向系统中采用了恒流阀的结构。使液压泵通往转向阀的流量基本稳定在一定数值上，不使供给转向系统的流量随发动机转速高低而发生太大的变化，以达到良好的转向稳定。.在恒流阀内设有先导安全锥阀，使整个转向系统压力在一定范围内，以达到使转向系统具有足够克服阻力的能力，又能保证转向系统的工作安全可靠。所以系统的压力损失可稳定在一定范围内，不会影响系统的性能。经过生产实践以及参考同类设备的试验结果，此次设计符合工作标准。6.2 系统温升的验算一般只粗略计算液压系统所产生的热量，用以验算系统温升是否超过其允许值。如果超过了，则必须采取相应措施降温。系统的总发热量按以下公式计算：系统的功率损失（发热损失）结论装载机转向系是用来控制行驶方向的。中型以上的工程机械采用液压动力转向，可以提高转向操纵的灵活性和轻便性。该系统是利用液压缸伸缩来偏转铰接车架，以达到转向目的。这种系统大大降低了劳动强度，结构简单、工作平稳、而且液压元件标准化程度高，便于维修。本次设计所用的液压转向系统工作稳定可靠、操纵轻便灵活、使用经济耐久，符合设计的要求。参考文献1 王守城等.液压元件及选用 北京: 化学工业出版社, 2007 2 杨占敏.轮式装载机.北京：化学工业出版社，20063 徐新跃等. 双泵合分流、先导压力卸荷及流量放大型转向系统的应用. 建筑机械, 2006,07: 91-92致 谢初识液压，源于杨老师的液压与气压传动这门课，很庆幸有这么好的一位老师来教我们。从杨老师认真的讲解和训练中，我对这门技术产生了浓厚的兴趣。因此，当我拿到这个题目时，我就耐不住内心的兴奋，这是多么好的一次机会啊！我一定会做好的，当时我就暗下决心。