ZL50装载机总体及行星变速箱设计（中间轴及齿轮）

本科毕业设计（论文）ZL50 装载机总体及行星变速箱设计（中间轴及齿轮）（杨大伟）燕 山 大 学2011 年 12 月本科毕业设计（论文）ZL50 装载机总体及行星变速箱设计（中间轴及齿轮）学院（系）： 继续教育学院 专 业： 机械工程及其自动化 学生 姓名： 杨大威 学 号： 指导 教师： 答辩 日期： 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院： 系级教学单位： 学号学生姓名 杨大威专 业班 级机械工程及其自动化题目名称 ZL50 装载机总体及行星变速箱设计（中间轴及齿轮）题目性质1.理工类：工程设计 （ ） ；工程技术实验研究型（ ） ；理论研究型（ ） ；计算机软件型（ ） ；综合型（ ）2.管理类（ ） ；3.外语类（ ） ；4.艺术类（ ）题目类型 1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目题目来源 科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容1.总体设计：A.总体方案及总体参数的确定：确定轴距和轮距初选轮胎初定斗宽和斗型计算阻力装载机的使用重量确定发动机的功率车速和档位的确定最大卸载高度和相应的卸载距离。B. 牵引计算；做柴油机与变矩器联合工作的输入与输出特性曲线确定档位数及各档传动比运输工况的牵引特性曲线求出各档最高车速分析该车的牵引性能 C.牵引计算；做柴油机与变矩器联合工作的输入与输出特性曲线确定档位数及各档传动比运输工况的牵引特性曲线 。C. 变速箱挡位、速比的确定，动力换档变速箱形式的选定。2.变速箱设计（行星变速箱）：A.方案设计，确定传动简图；B.技术设计；C.刚度、强度计算。3. 变速箱操纵液压系统原理图设计。研究方法：运用所学专业知识、设计经验采用计算法和类比法综合运用的方法。研究思路：首先多方面收集相关资料，进行实习了解装载机的实际结构，并熟悉装载机的各个部分，然后根据所学知识，参照相关样机，取其优点，去其缺点，设计出自己的。基本要求本毕业设计是对我们毕业生一次全面训练，目的在于巩固可扩我们在校其间所学的基础知识和专业知识，训练我们的综合运用所学知识分析和解决问题的能力。我们在工作设计过程中，要独立思考，刻苦钻研，有所创造的分析，解决技术问题。通过毕业设计，使学生掌握装载机的总体设计，变速箱设计，牵引计算的确技术工作的实现方法，为今后步入工作岗位打下良好的基础。在此次的设计中我们会用 pro/E 建摸并用有限元方法分析某个零件的强度性能。参考资料I同济大学主编.铲土运输机械.北京：中国建筑工业出版社，1987.II吉林工业大学编.轮式装载机设计. 北京：中国建筑工业出版社，1989.III杨晋生主编. .铲土运输机械.北京：机械工业出版社，1987.IV同济大学主编.工程机械底盘构造与设计.北京：中国建筑工业出版社，1987.V诸文农编.底盘设计（上、下）.机械工业出版社.VI许镇宇、邱宣怀主编.机械零件.人民教育出版社.VII机械零件课程设计.贵州人民出版社.吉林工业大学主编.工程机械液压与液力传动.机械工业出版社.液压传动设计手册.上海科技出版社.东北工学院编.机械零件设计手册.冶金工业出版社.成大先主编.机械设计手册.化学工业出版设，2004.机械工程标准手册编委会编. 机械工程标准手册.中国标准出版社，2002.黄宗益、薛瑞祺、阎以诵编著.工程机械 CAD.同济大学出版设，1990.D.J.Wilde,Globally Optimal Design,Wiley Interscierce,N.Y.1978Roger E.Kaufman,Mechanism Design by Computer,Machine Designm,Oct.1978周 次 第 12 周 第 3 5 周 第 6 7 周 第 810 周 第 11 13 周应完成的内容查找英文资料进行英文翻译，熟悉设计内容并收集资料；熟悉整理资料，方案选择及总体设计；绘制总体布置图， 变速箱设计；绘制变速箱装配图； 液压原理及典型零件设计；修改设计图、完善和装订设计成果。指导教师：职称： 年 月 日系级教学单位审批：年 月 日I摘要ZL50 装载机是我国轮式装载机系列中的中型产品，该机是一种较大型的以装卸散状物料为主的工程机械，广泛应用于矿山、基建、道路修筑、港口、货场、煤场等地进行装载、推土、铲挖、起重、牵引等作业。ZL50 装载机属于 ZL 系列，采用轮式行走系，液力机械传动系，铰接式车架，工作装置采用液压操纵。所以该机具有机动性好、转向灵活、生产率高、操纵轻便等优点，另外，该机后桥布置为摆动桥，增加了整机的稳定性，所以该机的安全性好。ZL50 装载机采用液力变矩器、动力换档变速箱、四轮驱动、液压转向、嵌盘式制动器、铰接式车架的先进结构，具有牵引力大、操作方便、转弯半径小、作业效率高等优点。本设计中采用行星式动力换档变速箱，它具有 3 个离合器和 3 根轴，且轴安装在壳体内，使变速箱结构简单、便于维修。变速箱具有两个前进档和一个后退档，可以产生 3 个速度。本设计中采用了有限元分析方法。在设计变速箱中间轴时，首先用传统方法进行计算并校核其强度、刚度等。然后用 Pro/ENGINEER 软件进行建模，并用 Pro/MECHANICA 分析方法对其进行有限元分析，分析其强度。关键词： 装载机 液力机械传动系统 行星式动力换档变速箱 有限元分析方法燕山大学本科生毕业设计（论文）IIAbstractThe loader ZL50 is wheel type and it is more bigger among the series made in our country .It is suitable for loading discharging materials and it applies for mine、capital construction 、road building、port、field 、coal field and carries loading、pushing dust、 diging、rising weight、.The loader ZL50 is ZL series .It adopts whell type system、liquid engine driving system、ream meet vehicle type、,working set of hydraulic pressure controlling.So it has good flexibility、turning agility、high productivity、 controlling handiness ets.Its back bridge is swing bridge ,so increases the stability of whole machine,and it has a good security.Being quipped with advanced devices such as hydraulic torque conventer、 power shift gearbox、four wheel driving 、hydraulic steeringgear、chuck disk break and artiallated frame.So the loader model ZL50 is featured with high pulling capacity、small turning radius.all of which make it possible for easy_operation.thus resulting in the high efficiency of our product.In my design,I adopt counter_shaft、power_shift transmission.It is equipped with one church and four axles.The axles is placed in room,so the transmissions construction is simple and maincenance is easy.the transmission has two forward and one reverse gear,it can provide threeSpeeds. Finite element analysis method is adopted in this design.When designning the axis of the gear-box,first I carry through accounting using tradition method and check its intensity and freshness. And then I carry through modeling using 燕山大学本科生毕业设计（论文）IIIPro/ENGINEER，and carry through finity analysis using Pro/MECHANICA analyzed method,analying its intensity.KEY WORDS：loader liquid engine driving system hydraulic torque conventer power shift gearbox Finite element analysis methodIV目 录摘要 .IAbstract.II绪论 .1第 1 章总体设计 .3第 2 章牵引力计算 .1821 柴油机与变矩器联合工作的输入与输出特性曲线 .182.1.1 联合工作输入特性曲线 .182.1.2 柴油机与变矩器联合工作的输出特性 .2222 确定档位数及各档传动比 .2323 运输工况的牵引特性曲线 .2624 求出各档最高车速并分析牵引性能 .28第 3 章 总体布置 .30第 4 章 行星式动力换档变速箱设计 .3741 传动比的确定 3742 传动简图设计 384.2.1 传动简图的选择 .384.2.2 离合器的布置 .3943 配齿计算 404.3.1 确定变速箱行星排的参数（K1、K2） .404.3.2 选配齿轮 .4144 行星机构运动学和动力学分析 424.4.1 运动学分析 .424.4.2 动力学分析 .4645 离合器设计 494.5.1 确定换档离合器的结构型式 .494.5.2 确定主要参数 .494.5.3 摩擦片间最大相对转数的验算 .514.5.4 换档离合器的滑磨功 .51V4. 6 结构设计 525.6.1 齿轮设计 524.6.2 轴承的选择计算 .544.6.3 轴的设计 .57第 5 章 变速箱中间轴的有限元分析 .655.1 有限元分析方法概述 655.2 PRO/MECHANICA 分析方法 .665.3 基于 PRO/ENGINEER 特征的建模 675.3.1 Pro /ENGINEER 介绍 675.3.2 建模过程 .685.4 中间轴的静力学有限元分析 .69参考文献 .75致谢 .76燕山大学本科生毕业设计1绪论塔式起重机是我们建筑机械的关键设备，在建筑施工中起着重要作用。并且在高层工业和民用建筑施工中一直处于领先地位。QTZ630 自升式塔式起重机是为满足高层建筑施工，设备安装而设计的新型起重运输机械。本机性能先进，结构合理，操纵使用安全可靠。其主要特点是，起重高度大，工作幅度宽。塔机上部能借助于液压顶升，根据施工的建筑物的增高而升高，使司机操作方便，视野宽，并始终保持高清晰。因此广泛的适用于多层和高层民用建筑，多层大跨度工业厂房，以及采用滑模施工的高大烟囱和筒仓等塔型建筑物的施工，也可用于港口，货场的装卸。QTZ630 塔机有多种形式。设计正在不断的完善中。此次设计的形式为固定上回转液压顶升自动加节，随着建筑物的升高而升高，最大起升高度可达 140m （附着状态） 。近几年国际塔式起重机技术得到飞速发展，我国在塔机产品技术开发领域也根据我国国情取得了巨大的进步： 为适应城镇兴建经济实用住房的需要，应积极发展工效高、投产便捷、可与汽吊竞争的 160250KN.m 级下回转快装塔机的生产。 大力开发经济型城市塔机。按额定起重力矩，这类塔机分为三档;450、600、1000KN.m,最大幅度 45、50、55m。臂端起重量分别为1、1.2、1.8t，主要用于大城市见缝插针型的中高层或高层建筑的施工。 适当动臂式自升塔机和曲折式两用臂架自升塔机的生产，以适应塔机出口市场和国内大中城市内某些特定工程和钢结构高层建筑施工的需要。 积极开发和完善采用变频调速系统的起升机构、继续完善小车变燕山大学本科生毕业设计2幅机构、回转机构。总之，应大力改进完善电控系统合调速系统，以提高塔机工作平稳性、安全可靠性和生产效能。 为了开拓塔机出口市场，迎接加入 WTO 后面临的局面，今后推出的塔机新产品必须按 ISO 有关规定对一些细部做法加以改进。虽然我国的塔式起重机从科研到加工生产方面取得可喜的进步，但是在和国外塔机的使用寿命，成本等方面还存在一定的差距，我相信在今后的发展中差距会逐步缩小。燕山大学本科生毕业设计3第 1 章总体设计2.1 概述总体设计是机械设计中最为关键的环节之一，它满足机械技术参数及形式的总的构想。总体设计一旦失败整个设计也就没什么意义了。总体设计中知道各个部件和各个机构的设计一般由技术负责人主持进行。在接受设计任务后，应进行深入细致的调查研究。收集国内外同类机械的有关资料，了解国内外塔机的使用、生产、设计和科研情况，并进行分析比较，制定总的设计原则。设计原则应当保证所设计的机型在达到国家有关标准的同时，力求结构合理、技术先进、积极性好、工艺简单、工作可靠。制定设计总则以后，便可制定设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择确定总体方案保证设计成功。2.2 总体设计方案的初定上回转塔机是回转支撑在塔身顶部的起重机。尽管其设计型号有多种多样，但其基本结构大体相同。整台的上回转塔机主要由金属结构、工作机构、液压顶升系统、电气控制系统及安全保护装置等五大部分组成。本次设计为 QTZ630 塔式起重机，其结构为上回转、水平臂架、液压自升式。在进行总体设计时应考虑多种形式，综合考虑其强度、刚度、受力和经济性问题，以择优设计方案。2.2.1 金属结构塔式起重机金属结构部分由：塔身、塔帽、起重臂架、平衡臂架、回转支撑和底架等主要部分组成。金属结构是塔式起重机的重要组成部分，金属结构件的构造设计的合理与否直接影响整台起重机的性能，所以在设燕山大学本科生毕业设计4计塔式起重机金属结构时应考虑如下要求： 满足总体设计要求。 坚固耐用，性能良好。 重量轻、材料省。 构造合理、工艺性好。 造型美观。1. 基础高层建筑施工用的附着式塔式起重机大都采用小车变幅的水平臂架，幅度大部分在 50m 以上，无需移动作业即可覆盖整个施工范围，因此多采用钢筋混凝土基础。塔机直接座在混凝土基础上，通过混凝土基础将整机支反力传给地基，保持塔机稳定运作钢筋混凝土基础有多种形式：X 型整体基础、条块分割式基础、独立块体式基础等。对于无底架的自升式塔式起重机则采用整体式方块基础。X 型整体基础的形状及平面尺寸大致与塔式起重机 X 底架相似，塔式起重机的 X 型底架通过预埋地脚螺栓固定在混凝土基础上，此种形式多用于轻型自升式塔式起重机。长条型基础由两条或四条并列平行的钢筋混凝土底架组成，分别支撑底架的四个支座和由底架支座传来的上部载荷。当塔式起重机安装在混凝土砌块人行道上或者是原有混凝土地面上，均可采用此种形式的钢筋混凝土基础。分块式基础由四个独立的钢筋混凝土块体组成，由于基础仅承受底架传递的垂直力，故可作为中心负荷独立柱基础处理，其优点是，构造比较简单，混凝土及钢筋用量比较少，造价便宜。本次设计采用 X 型整体钢筋混凝土基础，这种形式适用于有底架固定式自升塔式起重机。这种基础不仅起着承上启下的作用将塔机的载荷传给燕山大学本科生毕业设计5地基，同时发挥部分压重作用，保证塔机的稳定性。混凝土外轮廓尺寸约为 500050001500mm（长宽高） ，密度为2.4t/m,总重为 90t。基础表面平整。2. 底架结构塔机底架随塔身的结构特点及爬升方式而异。小车变幅水平臂架自升塔机采用的底架结构可分为：十字型底架、带撑杆的井字型底架、带撑杆的水平框架式杆件拼装底架和塔身偏置式底架。本次设计采用十字型底架，有一根通长的纵梁和绞装在纵梁中部的两根活动短梁组成，这种底架可直接固定在混凝土基础之上。优点：无需特殊预埋地脚螺栓，通过调整活动短梁的张开角度可分别构成 3.43.4、44 以及 55 的底架，混凝土基础块可根据施工底盘特点采用方型混凝土墩或长方形混凝土墩。3. 塔身结构 塔身结构也称塔架，是塔机结构的主体。按高度不同可分为固定式、伸缩式、折叠式、接高式；根据构造不同又可分为整体式和分片拼装式；根据结构形式分为桁架结构和薄壁圆筒结构。标准节就是一段上、宽、高都统一的塔身。这样便于用工装制作，具有互换性。标准节长度有 2.5m、3m 等多种规格。它主要由四根主弦杆，三个水平框架，其间有斜腹杆，上下有连接套等组成一空间结构。其构造如图 21 所示：主弦杆要承受压力和拉力，其合成力矩来平衡起重力矩和附加力矩；水平腹杆和斜腹杆用于传递扭矩和水平剪力；连接螺栓传递各节之间拉力。上回转塔机的塔身以受弯为主，受压为辅，因此塔身必须结实，有足够的强度、刚度和局部失稳的储备。燕山大学本科生毕业设计63.轮胎尺寸对装载机性能有很大影响，它影响传动系传动比的选择，整机重心高度、离地间隙以及各部件的总体布置等。轮胎尺寸增加，可以增加轮胎的承载能力，能有效地改善附着性能，但它引起机器成本的增加和整机重心的提高。综合考虑以上因素，参考同类机型，据选用 10.00-20 型低压宽基胎。由参考书 查得：14P型号 12.00-20端面宽度 B=292 mm外直径 D=1275mm冲气压力 F=6.0 公斤/cm 轮胎负荷 （30 公里/小时）一.初定斗宽和斗型1. 斗宽的确定斗宽 B=轮距+轮胎宽+2a （参见设计指导书）由以上设计知轮距为 1440mm，轮胎宽为 395mm，取 a=50100mm，则斗宽B=1440+395+2（50100）=19352035（mm）取 B1950mm2. 斗型的确定铲斗是铲装物料的工具，它的斗型与结构是否合理，直接影响装载机的生产率。在设计工作装置连杆机构之前，首先要确定铲斗的几何形状和尺寸，因为它与连杆机构的设计有密切联系。铲斗首先要有合理的斗型，减少切削和装料阻力，提高作业生产率，其次是在保证铲斗具有足够强度和刚度的前提下，尽量减少自重；同时也应考虑到更换工作装置和修复易损零件的方便。铲斗有普通型式的铲斗、蛙式、侧卸式和强制卸料等。普通铲斗有直刀刃、V 形刀刃、带斗齿和 V 形刀刃带斗齿铲斗。直线形斗刃适于装载轻质和松散小颗粒物料，并可利用刀刃作刮平、清理场地工作；V 形刀刃便于插入物料堆，有利于改善作业装置的偏载，适宜铲装较密实物料；带斗齿铲斗具有较大的插入料堆的能力，适宜于铲装矿石和坚实物料。齿型的选择应考虑插入阻力和耐磨两个因素，并且要便于更换。尖齿插入力较强，但不耐磨，纯齿则较耐磨，然而插入阻力大，一般轮式装载机多用前者。斗齿有整体和分体式两种，中小型装载机多用前者，大型装载机则常用分体式。这种连接方式便于更换。ZL10 装载机属于中小型装载机，据作业要求，并参考一些同类产品，本机选用直刀刃尖齿铲斗，齿数 8 个。燕山大学本科生毕业设计73. 确定铲斗底壁长（以参考图七 ZL20A 斗为参考斗）A. 计算参考斗的参数回转半径：mR950)620()41520(2斗底长度系数： 8.1/9/mgnL后斗底长度系数： 427.50/136zzR挡板高度系数： 138.095mkRL圆弧半径系数： 3kr铲斗横截面积:Sm=R2m0.5 m ( Zm+ kmcos 1)sin- 2mctg -0.5(1- ) 2 180=95020.51.682(1.427+0.138cos00)sin500- 0.3582 ctg -0.5(1- )5002 500180=0.793m2平装斗容：mmpbaBSV23= 934164791082=1.785 3堆装斗容： )(6822mmmpHMcabBV= 9108493493475.1 =1.972 B. 设计斗的参数及底臂长因为所设计的铲斗与参考斗相似，所以： ;628.1gm;42.1zm;138.0km燕山大学本科生毕业设计8;358.0rm;01m。50m铲斗的内侧宽度：B=2000-25 92参考同类机型，新设计铲斗的额定斗容：（取35.0VH）米吨 367.1回转半径： BVRBVRHmpmH(=950 4.519072.16斗底长度： Lgg 87.后斗臂长度： Rzz 3挡板高度： mkk 2.1.56铲斗圆弧半径： Rrr 7.1843.056挡板垂直刮平线高度：am06.95铲斗刀刃与挡板最上部之间的距离： mb3.71634Rc2428铲斗底臂长：=Lg-r/ctg =870-185/ctg 2 5002= 473C. 斗容验算：铲斗的横截面积：S=R20.5g( Z+ kcos 1)sin- 2rctg -0.5(1- ) 2 180= 51620.51.682(1.427+0.138cos00)sin500-0.3582 ctg -0.5(1- )5002 500180=233951255 =0.23m燕山大学本科生毕业设计9平装斗容： =233951.255 1950baSBVp23- 702 507=454548748 =0.4543m3堆装斗容： )(682cpH= )15470195074582=507607945.8 =0.50733相对误差：= =1.4%5%109.0HV%105.铲斗设计合理。二.计算阻力装载机作业时的工作阻力主要是插入阻力和铲起阻力。插入阻力是装载机铲斗插入料堆时，料堆对铲斗的水平反作用力，与物料性质、料堆高度、铲斗插入料堆深度和铲斗结构等因素有关。铲起阻力是当铲斗插入料堆一定深度后，利用动臂拳升或转斗时，料堆对铲斗的垂直反作用力。1. 插入阻力 4325.1KBLPzaT式中： ）铲 斗 插 入 阻 力 （ NB-铲斗宽度（cm） cmlLza3.47);铲 斗 插 入 料 堆 深 度 （对于松散程度较好的物料：块度300mm 时， 0.1K块度400mm 时， 块度500mm 时， 3.1如物料松散程度较差，上述各值增大 2040%；对于细粒料（如砾石等） ；K 1=0.450.5；对于小块细料：K 1=0.75。由任务书知 K1=0.75K2物料种类（容积比重）的影响系数：由表 1-2，取 K2=0.10K3散状物料堆高度影响系数。由表 1-3，取 K3=1.10燕山大学本科生毕业设计10K4考虑铲斗形状的系数，一般在 1.1-1.8 之间,取 K4=1.25对于前刃不带齿的斗，K4 取最大值，本机取K4=1.25由此得 325.1BLPzaT=1.0451.251.81.10175.51.8=3681.8（公斤）36082N2铲斗阻力铲斗阻力是指铲斗插入料堆一定深度后，用动臂油缸提升动臂时，料堆对铲斗的反作用力。铲斗插入料堆 深度后，用动臂提升铲斗，铲起阻力由铲斗斗底插入zaL料堆深度 和铲斗宽度 BK 所决定的矩形面积上的物料所决定。za铲斗开始提升时的铲起阻力 N 可按下式确定。N=2.2 BK cos za式中： Lc 铲斗插入料堆深度。B铲斗宽度 B=1.755mK 铲斗开始提升时物料的剪切阻力K =3300kg/m2动臂开始提升时铲斗刃运动方向与垂直线之间的夹角初算时可取为 300则 N=2.20.451.7553300cos300=5079kg=49774N3T三.计算装载机的使用重量装载机作业时要发挥大的插入力，必需要求机器有足够的自重，增加附件着重量能够改善机器的附着性能，但机器自重的增加，将会导致装载机运行阻力增大动力性能变差，材料和燃料消耗增加，轮胎寿命缩短以及造价提高。对于一般土壤，如附着重量过大，当其比压超过某一极限而破坏土壤结构时，甚至使附着性能反而变坏。因此在设计时应在保证一定附着牵引力的前提下尽量使机器的自重降低。 maxTPG式中： -附着重量。该机为四轮驱动，所以附着重量即为机器自重。-附着系数。据 表 1-2 取为 =0.6519P-当 取斗底长时， 达到最大植，即： =36082Kg axTzLTmaxTP则燕山大学本科生毕业设计11= =5551kgmaxTPG65.0382四.确定发动机功率装载机作业时，发动机的净功率消耗于两部分：牵引功率和驱动油泵功率1. 牵引功率：牵引功率是发动机经传动系驱动装 功率。可按下式计算：马力2701TkVPN式中： 切线牵引力， = +kkHfP装载机插入料堆的理论作业速度，轮式取 34 。T hkm传动系总效率。机械传动取 =0.650.75。本机为液力机械传动，取 =0.70额定牵引力， =HPHGPf=Gf=4.5460.50=2.273T=2273Kg=22.73KNKgfk 8.245.1273WN63.04851马 力2. 驱动油泵功率装载机上所用的油泵有：作业泵（供工作装置液压缸用） 、转向泵（供转向液压缸用） 、变速泵（供动力换档变速箱和变矩器冷却用）等。装载机不同工况，驱动液压泵所需功率是不同的。当装载机作直线行驶，工作装置不动时，作业泵、转向泵处于空转状态，计算时，作业泵和转向泵取 500 ） ，变速泵取工作压力计算。此时驱动液压泵所需功率很aKP小。如按此工况计算 ，则所选发动机将有一定的功率储备，生产率高。2N作业泵的计算压力应取多大，需视不同机型而定。装载机用的柴油机工作条件恶劣，负荷大，应选用按一小时功率标定的工程机械用柴油机。驱动油泵的功率，一般取 。eN4.02由指导书，取 ，又因为 ，eN.02 21所以 马 力马 力 56.8.164.1 Ne选用 495-23 型柴油机。五.车速和档位确定燕山大学本科生毕业设计12档位数和各档速度选择是否合理，对装载机的生产率有很大影响。轮式装载机的速度变化范围很大，它要适应在工地作业的要求，又要满足运输要求。为了能使功率利用好，燃料经济性好，需要有合适的档位。档位数应根据装载机作业特点选定。轮式装载机的作业循环一般是以档速度接近料堆，以档作业速度插入料堆（松散物料可采用档速度后退，驶离料堆，然后又以前进档驶向卸料地点，卸料后又以倒档后退，再重复上述循环。轮式装载机至少应有二个前进档和一个倒退档：高速档用于空载在平地运行，低速档用于起动、爬坡，倒退档则用于倒车。运输低速档也可与作业档合并使用。如考虑更换共装，还需增档位 。由上述工作特点可见，轮式装载机要求至少有 24 个前进档和两个倒退档。轮式装载机各档速度推荐取下列数值：前进档速度取 34 ，对于液力传动，它是相应于变矩器最高效率hKm工况时的理论作业速度，超过以上速度驾驶员来不及操纵，反而延长max铲斗装满时间，增加驾驶员疲劳，降低生产效率。前进档速度取 1012 。运输档，由于装载机铰接车架一般均非弹性悬挂，车速不宜过高，最高车速小于 40 。hK倒档，为缩短作业循环时间，一般要求作业时的回程速度比前进速度高2540%，故后退档取 1215 。hKmZL10 装载机主要用于城市建设、环境卫生、煤、砂石料场、中小型水利工程及港口、企业中，铲装或转运松散物料。参考其他同类产品，选取前进三档、后退三档。六.最大卸载高度和相应的卸载距离最大卸载高度和相应的卸载距离根据装载机的结构型式和它相配合作业的运输车辆来确定。为了保证装于运输车辆中的物料在运输过程中不撒落地面，要求物料在车箱中堆高的自然倾角为 ；为了使铲斗能把物料均匀卸在车箱30里，要求铲斗卸料时其斗刃离车箱壁不小于 （B 为车箱宽度） 。31最大卸载高度是指铲斗提升到最高位置，卸载角为 45从地面到切削刃最低点之间的距离。最大卸载距离是指铲斗提升到最高位置，卸载角为从装载机最前面一点（包括轮胎和车架）到铲斗切削刃的水平距离。由国家标准，卸载高度（ ）不低于 2200mm，ZL10 装载机当45燕山大学本科生毕业设计13时卸载距离不小于 850mm。本机选取最大卸载高度 ，45 mH250ax最大卸载高度时的卸载距离为 890mm.2-3 装载机底部部件形式选择一.行走装置的选择 ZL10 装载机为系列，选用轮式行走系。装载机行走装置应根据它的作业条件与对象、作业效率与成本以及驾驶员的工作条件等因素来选型。行走装置可分为轮式和履带式两种。轮式装载机自重轻，行走速度快，机动性好，作业循环时间短，作业效率高，能担负中等距离（1000 米 ）的运输，成本低于履带式。转移工地时靠自身运动，不损伤路面，转移迅速。其修理费用低且修理方便，使机器停工时间短。轮式装载机在碎石、硬路面作业时，因轮胎有缓冲作用，对机器的冲击震动小，延长机器寿命，减轻驾驶员疲劳，随着轮胎性能的进一步改善，有可能进一步向大型发展。履带式在这种作业条件下工作时，机械震动大，履带磨损快，而且机器受震动后，紧固件易松动，驾驶员易疲劳。轮式装载机接地比压和整机重心较高，通过性和稳定性较差，不适宜在松软土质和坡道地区作业。履带式则在松软土质上附着性能好，重心底，稳定性好，特别适宜在潮湿、松软路面、工作量集中、不需经常转移和地形复杂地区作业。综上所述及装载机的作业特点，选用轮式行走装置。二、传动形式的选择装载机所采用的传动系统基本上有四种形式：机械传动、液力机械传动、静压传动和电动轮装载机。本机为 ZL 系列，参照同类产品，采用液力机械传动，此传动系具有以下优点：（1）在保持一定插入里的同时，举升动臂或转动铲斗，以减少铲掘阻力，缩短作业循环时间。（2）可随外载荷变化而自动调整车速，因而可减少变速箱档位，简化变速箱结构和操作。（3）装载机在作业时换档次数较多，液力机械传动因一般均配以动力换档变速箱，可在不停车情况下换档，操作轻便，动力换档时间短，生产率高。 ，（4）由于装载机所用变矩器的可透性小，当运行阻力变化时，发动机的转速变化很小，因而当外阻力大迫使车速降低时，发动机仍能保持燕山大学本科生毕业设计14较高转速，则作业油泵流量不变，工作装置作业速度不受影响。（5）变矩器能吸收作业时传给传动系的冲击，可延长零件寿命。（6）不会因外阻力大而熄火。三、传动系部件的选择变矩器型式和有效直径的确定：(1) 选型装载机作业时牵引力和车速的变化范围大、并且变化急剧、频繁。工作条件苛刻，而要求所选用的变矩器应具有变换系数 B（B=k 0I ,式中，K最大变矩系数，I变矩器最大效率 所对应的传动比）尽可能大。最高效率 要高，高效范围要宽，并要求变矩器在低、中速比范围内穿透性要小，则当运行阻力增大，迫使车速降低时，发动机转速降低不多，以保证液压泵功率和作业速度，推荐穿透系数小于 1.3。但在高速比时正穿透性应很大，使泵轮吸收较小功率。则当变速箱挂空挡时，发动机功率不会被变矩器本身无益的损耗掉。装载机用变矩器要求在低速比区域有一定的负透性，使在铲装物料接近结速时，变矩器吸收功率减小，及时把部分功率让给作业液压泵，减少发动机转速的下降，提高发动机功率的利用。此外，还要求其结构简单、可靠和便于制造，上述这些要求往往是矛盾的，无法同时满足，因而需综合比较各项指标进行选型。单级单向涡轮变矩器使用较广，因其效率较高（一般 90%以上） ，在中低速区有不大的可透性，而在高速区则正透性很大，结构简单，工作可靠，因而工作寿命较长。但其 K 值不大（一般在 3 左右） 。双涡轮变矩器可提高变矩系数，扩大高效区，它的两个涡轮可随外载荷的变化而自动换档，因而可简化变速箱的结构和操作，改善作业性能。但其结构复杂，最高效率低（仅 80%左右） 。综上所述并参考同类产品，本机选 3 元件单级单相向心涡轮变矩器：YJ1 型。（2）确定变矩器的有效直径：通常采用合理地选择变矩器有效作用直径的方法来确定发动机与变矩器的共同工作区域，即称之为匹配。一般认为：装载机用发动机扣除 2040%功率与变矩器匹配较合适。根据本机特点及发动机特性、变矩器特性，我们选择 70%的发动机功率与变矩器匹配。由以下计算变矩器的有效直径：D= 51式中：Me 输入变矩器的发动机扭矩值燕山大学本科生毕业设计15 B*相应于变矩器最高效率工况的泵轮力矩系数ne相应于 Me 值的发动机转速（转/分）液体重度（Kg/m）由参考图八：柴油机和变矩器的外特性曲线得： Me=18.1Kg70%=12.67Kg B*=2.3310-6=872kg/m 3ne=220rpm将以上数值代入公式，得选变矩器的有效直径为 D=265mm，即变矩器规格为 YJ1265 型。2、变速箱、主传动、轮边减速和驱动方式的选择（1） 变速箱型式的选择变速箱有人力换档和动力换档二种，前者结构简单，传动效率较高，但由于操纵繁重，换档时需切断动力而费时，不适合装载机频繁、快速换档的要求。装有液力变矩器的装载机一般均采用动力换档变速箱，这种变速箱有两种结构型式：定轴式和行星式齿轮变速箱，二者的比较如表所示：定轴式与行星式齿轮变速箱的比较比较项目 定轴式 行星式结构与加工效率简单，零件加工精度要求一般，合齿数越多效率越低。复杂，零件加工精度要求较高，传动效率可以比较高。外型尺寸和重量齿轮模数较大，重量较大 ，变速箱横向尺寸较大。受力分散，齿轮模数可减小，重量略轻，结构紧凑，可用较小尺寸得到较大传动比，轴向尺寸较大，档位多。扭矩容量 换档用摩擦片直径小，片数多，受结构和通用性限制，扭矩容量增加困难大采用较大直径的摩擦片作为换档离合器，所需片数少，扭矩容易做大燕山大学本科生毕业设计16工作可靠性 回转油缸多，离合器油压受离心力影响，操纵油路需经旋转密封，易发生故障采用制动器，不产生离心力，也无需旋转密封，工作可靠件数和通用程度；维修；成本零件数多，但通用零件较多，方便；便于检查；价格较低齿轮轴类多，随档位增加零件相对减少；拆卸不便；造价较高由上述比较可见，两变速箱各有所长，故在装载机上均有采用。定轴式由于结构简单，制造成本较低，维修方便，便于总体布置，在小型装载机上采用较多。根据本机特点，我们选用定轴式动力换档变速箱。（2）主传动、轮边减速和驱动方式的选择由于装载机的作业速度比较低，所以驱动桥的减速比较一般车辆大的多。要实现这么大的减速比，即使采用双级主传动减速也还是相当困难的。因此，为满足装载机的低速作业要求和减小主传动的被动齿轮-、差速器和半轴所传递的扭矩，目前都采用单机主传动和行星轮边减速装置（本机也采用这种方式） 。行星轮边减速可用较小结构尺寸得到较大传动比，同时可将整个轮边减速装置放在轮毂内，便于整机布置。轮边减速装置减速比在结构尺寸允许的情况下，应尽量取大些，这样可使主传动齿轮、差速器及半轴尺寸减小，结构紧凑，增大离地间隙，提高装载机的通过率。轮式装载机多采用双桥驱动，以利用整机重量作为附着重量，使牵引力得以充分发挥，但当装载机需转移工地，在路面作长距离行驶时，在传动系内部将产生循环功率，加速轮胎磨损，为此一般变速箱内装有脱桥机构，以使装载机在好路面行驶时实现单桥驱动。对于采用低压轮胎、经常在不好路面工作，而较少移动、作长距离行驶的装载机，可不设脱桥机构。本机不设脱桥机构。本机采用单级主传动，一级行星轮边减速和双桥驱动方式。四、转向方式的选择本机为 ZL 系列产品，参照同类产品，选用铰接式转向方式，全液压操纵。该方式有以下优点：1.无需相对车身偏转，可采用大尺寸。宽基面低压胎以发挥更大的牵引力。燕山大学本科生毕业设计172.转向半径小，可得到小于自身机长的转向半径，机动性好，减少了装载机调车行驶的路程。3.在保证转向半径小的前提下，轴距可做得较长，在作装载机牵引力工作是，容易保持前后桥上重量的合理分配，保证较好的纵向稳定性。行车时纵向颠簸小，减少驾驶员的疲劳。4.整体可左右摆动实现“蠕动”式爬行，增强车辆通过沼泽地和泥泞地区的能力，并能在非常狭窄地方通过。在机器停车情况下，铲斗能随前车一起左右摆动，实现原地对车。5.前后桥零件基本通用，结构简单，简化制造工艺，降 低成本。其缺点是：轴距较长，使整车纵向通过半径增大，横 纵向稳定性差；转向时前后车架需要相对运动，所以惯性大，容易振动，对液压转向系统有较高要求。五、制动系选型制动系统包括三部分：行走制动，停车制动及紧急制 动器。行车制动器用于车辆在行驶中减速，一般由脚踏板控 制，驱动机构采用加力机构，大中型采用气推油助力装置。现代装载机多采用双管路系统。停车制动器用于装载机在坡道上停歇制动，一般装在变速箱输出轴上，具有手操纵机械传动驱动机构。紧急制动器用于停车系失效，紧急制动，有独立驱动 机构，在中小型装载机上与停车制动器合而二为一。装载机制动频繁，制动强度较高，作业条件恶劣，因 而对制动器要求除制动效能、效率等问题，还有如下要求 ： （1） 在附有泥水等恶劣使用条件下，应保证有较稳定的制动性能。（2） 为适应频繁制动和确保下坡连续制动的安全，制动器散热要快。（3） 寿命要长，便于调整与维修。现代中小型轮式装载机多采用钳盘式制动器，本机 也采用钳盘式制动器，它与蹄式制动器相比有如下优点心 ：（1） 制动性能稳定，具有良好的沾水复原性，即不会因沾有泥水而导致制动力矩下降。制动圆盘外露于空间，并随车轮旋转，有自动清除泥水作用，容易干燥。（2） 耐热衰减性能好，不会因摩擦生热使摩擦系数减小，而导致制动力矩的明显下降。其散热条件好燕山大学本科生毕业设计18（3） 制动器无增力作用，制动力矩增长平稳。（4） 摩擦圆盘的磨损均匀，寿命比蹄式制动器长 23 倍。维修方便，摩擦片磨损后可自动调整间隙。更换摩擦片方便，不需拆卸轮胎和轮边减速传动装置，可减少机器停工时间。 第 2 章牵引力计算21 柴油机与变矩器联合工作的输入与输出特性曲线2.1.1 联合工作输入特性曲线本机为液力机械传动，发动机扣除 2040%与变矩器匹配，扣除的用来驱动机器的辅助装置和工作油泵。1.绘制柴油机与变矩器的联合工作输出特性曲线。必须已知：1）变矩器原始特性曲线及变矩器有效直径，参考参考图八。2）工作油重度。3）发动机的净特性曲线，参考参考书（）P 117图 5-8。作原始特性曲线及无因次特性曲线表示。变矩器的无因次性能曲线 1=f (i)K1=fK(i), 1=f (i),参考参考图八。所谓无因次特性曲线表示在循环圆内，液体具有完全相似的稳定流现象的若干变矩器之共同特性曲线函数曲线。表示某种几何相似的液力变矩器的原始特性 T=f(i)， K 1=f(i),=f(i)，这三条中第一条表示变矩器穿透性，第二条表示变矩器的变矩特性。第三条表示变矩器的变矩经济性。有了这些无因次特性线后，就可获得同类型任何几何尺寸的相似液力变矩器的特性，其计算公式为：MB= BD 5nB2MT=KMB燕山大学本科生毕业设计19=Ki TBnt=nBiTB一般工程机械选用自动适应性好的具有单值下降的 MT=f(nt)曲线的变矩器。2.发动机与变矩器的匹配对于装载机这样的工程机械，由于变矩器和工作装置油泵经常同时工作，而工作装置油泵所消耗的功率约占发动机功率的 40-60%若，采用全功率匹配，则装载机在牵引工况时，势必引起发动机转速降低，铲斗动作缓慢，发动机功率利用程度低，因此需采用部分功率匹配，但 D 值必须选取适当，D 值过小则装载机在运输工况时，势必在发动机的部分特性上工作。动力性、经济性降低，且易造成变矩器过热；但 D 值如果过大，则装载机在牵引工况时，不仅铲斗动作缓慢，作业效率降低，甚至发动机熄火。本机扣除 30%的发动机功率。3.做液力变矩器与发动机联合输入特性曲线作图步骤：1）找出特殊工况（最高效率工况、高效区、起动工况、制动工况）的传动比值及几个非特殊工况的传动比值。2）从变矩器无因次特性曲线上找出各 i 值对应的 B 值，K 值，值，列入表 2-1。表 2-1 联合输入特性曲线I （10 -4） K0 33.5 0 4.750.1 35 0.4 3.920.3 36 0.74 2.40.35 36.5 0.75 2.020.48 40.5 0.65 1.34燕山大学本科生毕业设计200.5 39.0 0.66 1.320.65 32.4 0.71 1.200.78 27.8 0.76 1.080.8 26.5 0.755 0.940.9 16.5 0.72 0.81.0 4.0 0.38 0.383）在发动机额定转速范围内，按规律取发动机转速并求得各转速所对应的发动机扭矩。4）把 MB和 nB的关系，按照同样的比例，画在转换到泵轮上的发动机外特性曲线，即得。公式：M=0.7Me，计算结果列入表 2-2。表 2-2 功率匹配表 发动机转速 发动机扭矩 发动机匹配扭矩1000 74 51.81200 79 55.31300 79.8 55.861400 79.7 55.791500 79 55.31600 78.5 54.951700 78 54.61800 77 53.91900 75.5 52.852000 74 51.82100 73 51.1