JX04-078@ZL15装载机总体及变速箱设计任务书（3轴及齿轮）
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机械毕业设计全套
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JX04-078@ZL15装载机总体及变速箱设计任务书（3轴及齿轮）,机械毕业设计全套
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河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 20 设计项目 计算与说明 结果 牵引计算 第 3 章 牵引计算 为了检测总体设计所确定装载机的牵引性能，并审核其技术经济性指标，我们需要做牵引计算。 3.1 柴油机与变矩器联合工作的输入与输出特性曲线 研究变矩器与内燃机联合工作的目的在与检查此变矩器结构形式及有效直径的选择是否合适；如何配合才能使整机获得良好的性能。 在作柴油机与变矩器联合工作的输入输出特性曲线时，首先应对变矩器有所了解。 变矩器与发动机联合工作的性能与二者之间的连接方式有关，此种连接方式从原则可以分为单流式和双流差速液力机械式两种。当发动机传给驱动轮的功率全部通过液力变矩器时，称为单流式；当发动机传给驱动轮的功率分别有机械和液力两条并联的路线传递时，称之为双流差速液力机械式，按传动系的形式来分类，则可称其为液力 机械的并联复合传动。 本 机选用双流差速液力机械传动，即液力 机械的并联复合传动。发动机分出的部分功率来驱动机械的辅助装置和输出轴，因此，当发动机的调速持续性转换到泵轮轴上，需以发动机的扭矩和功率扣除辅助装置和工作油泵消耗的那部分。 同一类型几何相似的液力变矩器在尺寸不同的情况下有相同的 B和 r变化规律，它们能够最本质的反应某系列的变矩器性能，一般称它为液力变矩器的原始特性，由它可以派生出两个表示变矩器性能的重要无因此特性，即变矩器系数k=f4(ITB)和效率 =f4(Itb)。所谓无因次特性系数表示再循环圆内具有完全相似的稳定流动现象的若干变矩器共同特性的函数曲线。 常用的方法是给出该种液力变矩器的“无因次”特性。 B=f4（ ITB） r=f2( r) nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 21 设计项目 计算与说明 结果 柴油机与变矩器联合工作的输入特性 k=f3(ITB) =f4(ITB) 前两式是原始的，后两式是派生的。实际上只应用了B， k， 这三条曲线。第一条曲线表示变矩器的透穿性，第二条曲线表示变矩器的变矩性，第三条曲线表示的是液力变矩器的经济性。有了无因次特性后，就可以获得同类型的任何尺寸的相似液力变矩器的外特性。 3.1.1 柴油机与变矩器联合工作的输入特性 联合工作的输出特性曲线包括： Me=f(ne) MB=f(nB) C= D5 在某一传动比下， ， D， 为常数，则 MB=C nB2 输入特性曲线指动力输入轴（泵轮轴）的扭矩与它的速度 n 之间的关系。 MB= B nB2D5。根据已选定柴油机和变矩器的特性曲线作出变矩器与发动机联合工作的输出特性曲线。 根据装载机的作业特点，一般用发动机扣除 20 40%的功率与变矩器相匹配较为合适。因此根据本机具体作业情况扣除发动机功率的 30%。参考图八： 495A-23柴油机的外特性曲线，即： e j e e=%M M M（ 1-30 ） =0.7e j e e=%N N N（ 1-30 ） =0.7 其数据见表 3-1，作发动机净扭矩及净功率的特性曲线， 如图 3-1 表 3-1 发动机净扭矩及净功率数据 N(rpm) Me(N.m) Mej(N.m) Ne(马力 ) Nej(马力 ) 1100 176 123.2 28 19.6 1200 183 128.1 32 22.4 1300 189 132.3 34.5 24.15 1400 193 135.1 38 26.6 1500 196 137.2 41 28.7 1600 198 138.6 44 30.8 1700 199 139.3 47 32.9 1800 198 138.6 49 34.3 1900 196 137.2 52 36.4 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 22 设计项目 计算与说明 结果 2000 193 135.1 54 37.8 2100 188 131.6 55 38.5 2200 181 126.7 56 39.2 3.1.2 液力变矩器与发动机联合工作输出特性曲线 根据图八 -液力变矩器外特性曲线，找出 各 点对应的值，见表 3-2. 表 3-2变矩器外特性曲线数据 i k 10-6 0.1 0.285 2.8 2.36 8720N/m3 0.2 0.5 2.5 2.38 0.3 0.64 2.2 2.39 0.4 0.75 1.84 2.40 0.5 0.79 1.6 2.41 0.6 0.82 1.43 2.33 0.7 0.83 1.21 2.23 0.8 0.75 0.95 1.97 0.9 0.65 0.72 1.5 1.0 0.47 0.45 0.73 计算 M1= B nB2D5 的具体值，见表 3-3： 通过表 3-3作变矩器与柴油机联合工作的输入特性曲线，见图 3-2： 表 3-3联合工作输入特性曲线1M的计算值 转速 参数 ()Bn rpm1600 1700 1800 2000 2200 2400 I B10-6 1 ( ) 1 0M N m0.1 2.36 0.28 6.88 7.77 8.71 10.76 13.02 15.49 0.2 2.38 0.5 6.94 7.84 8.79 10.85 13.13 15.62 0.3 2.39 0.64 6.97 7.87 8.82 10.89 13.18 15.69 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 23 设计项目 计算与说明 结果 柴油机与变矩器联合工作的输出特性 0.4 2.40 0.75 7.0 7.90 8.86 10.94 13.23 15.75 0.5 2.41 0.79 7.03 7.94 8.90 10.98 13.29 15.82 0.6 2.33 0.82 6.80 7.67 8.60 10.62 12.85 15.29 0.7 2.23 0.83 6.51 7.34 8.23 10.17 12.30 14.64 0.8 1.97 0.75 5.75 6.49 7.27 8.98 10.87 12.93 0.9 1.5 0.65 4.38 4.94 5.54 6.84 8.27 9.85 1.00 0.73 0.47 2.13 2.40 2.70 3.33 4.03 4.79 3.1.3 柴油机与变矩器联合工作的输出特性 发动机与变矩器共同工作的输出特性，完全反应了复合运动装置的动力性和燃料的经济性，因此它成为评价液力传动动力性、经济性的基础；同时，对配备液力传动的机械来说，又是进行机器牵引性能计算的原始依据。 由图 3-2，柴油机与变矩器联合工作的输入特性曲线上负荷抛物线来与换算到泵轮轴上的发动机扭矩曲线的交点，找到一对发动机与变矩器共同工作点的参数坐标值（1n，1M），在根据参考书 上册 P130 公式21n i n，21M k M，2 2 2 7 1 6 .2N M n，推算出2n，2M，2N的值。 将以上计算结果列入下表（表 3-4）： 表 3-4联合工作输出特性曲线的参数计算值 项 i 目 k M1 n M2 n2 N2 0.1 2.8 0.28 12.75 2185 35.7 218.5 10.9 0.2 2.5 0.5 12.8 2175 32 435 19.4 0.3 2.2 0.64 12.82 2170 28.2 889.7 35.0 0.4 1.84 0.75 12.85 2165 23.6 1125.8 37.1 0.5 1.6 0.79 12.9 2160 20.6 1382.4 39.8 0.6 1.43 0.82 12.7 2195 18.2 1646.3 41.8 0.7 1.21 0.83 12.3 2205 14.9 1764 36.7 0.8 0.95 0.75 11.2 2230 10.6 2007 29.7 0.9 0.72 0.65 8.7 2265 6.3 2151.8 18.9 1.00 0.45 0.47 4.5 2340 2 2340 6.5 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 24 设计项目 计算与说明 结果 档总传动比 iI 的确定 由表 3-4所得数据作曲线 n2 , n2 M2, n2 N2,即得部分功率匹配的联合工作曲线，如图 3-3所示： 对输出特性曲线进行分析，可得到联合工作特性与最佳工况的偏离情况： 1.起步工况：希望起步时，联合工况所能发出的扭矩 MEMAX,即 it0时 MT0=39.84 公斤牛，从图上可以得出 MT0=MT0=39.84 公斤牛，即起步性能好。 2.变矩器的最高效率点与发动机传给变矩器的最大功率点接近，发动机的功率利用率好。 3.最高效率点左边曲线到右边曲线变化缓慢，因此希望变矩器工作在最高效率的左边。此时发动机联合工作输出的功率曲线也是左边比右边变化缓慢。因此，联合工作输出曲线基本上理想，其动力性和经济性都较好。 3.2 确定档位及各档传动比 3.2.1档总传动比 iI的确定 由于变矩器有一定的可透性，变矩器的最大效率工况不一定能和柴油机传给变矩器的最大工况完全一致，因此变矩器最大效率时，涡轮转速 nT 和变矩器最大效率时的转速 nTN可能有一些不同，确定档总传动比 iI时，由发动机和液力变矩器联合工作输出特性曲线得，变矩器最大输出功率NTN=31.98H，对应的转速为 1320TNn rpm。 由参考书 P158: I=0.377rkneH/TIV =0.377rknTN/TIV (3-2-1) 式中： kr 驱动轮的动力半径； kr=r0- b (见 P111) r0 轮胎的自由半径： r0=1.090/2=0.545m 系数， 对铲土运输机械用的低压轮胎，在松软土壤上 =0.08 0.10，在密实土壤中 =0.120.15 。据本机作业特点，取 =0.135 b 轮胎断面宽度；取 b=0.290m nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 25 设计项目 计算与说明 结果 确定最高档位的传动比 kr=r0- b= 0 . 5 4 5 0 . 1 3 5 0 . 2 9 0 0 . 5 0 6 m TNn 变矩器最大输出功率时的转（ rpm） TIV 挡转速；根据 P78推荐值，装载机档速度取 3 5km/h,超过以上速度，驾驶员来不及操作，反而延长铲斗的装满时间，增加驾驶员的疲劳，降低生产率。由此，取 VTI=5km/h 由式（ 3-2-1），得 iI= 0 . 3 7 7 0 . 5 0 6 1 3 2 0 5 0 . 45 3.2.2 确定最高档位的传动比（运输工况） 装载机的最高档位一般用来转移场地时使用，为提高生产率，应尽量提高其最高车速以节约时间，同时，装载机的车架为非刚性悬挂，车速不能太高，最高车速受到一定的限制。 根据现在装载机的一般要求，并参考同类进行，初选最高车速为 30Km/h。 由选定的最高车速 VTmax，根据下式可求出最高行驶速度时所消耗的功率 NT ： NT =PKmin VTmax/(3.6 m) 式中： PKmin 在 VTmax时的牵引力 : PKmin=Gf+kFvT2/3.62 G 整机重量， G=4500Kg=45.0KN f 平均切线滚动阻力系数， f=0.02; K 流线型系数 ( 24nK s m), 一般取 0.00060.0007。本机取 K=0.00065。 VT 行驶速度，取 VT =28Km/h F 机械迎风面积： F=B H,B为轮距， H为车高，参考同类机型选 B=2.6m,H=1.4m； F=B H= 22 .6 1 .4 3 .7 4 m 。 m 液力变矩器机械传动的总效率， m= 0.6 0.75。这里选 0.7 kr =0.506miI=50.4 F=3.74m2 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 26 设计项目 计算与说明 结果 计算最少档位数 确定中间传动比 NT =Gf+kF 2TV/3.62 VTmax/(3.6 m) = 22( 4 5 . 0 0 . 0 2 0 . 0 0 0 6 5 3 . 7 4 2 8 3 . 6 ) 2 8 / ( 3 . 6 0 . 7 ) =11.63Kw 由图 3-3，过 =75%的 A 点作 NTA=18.8 千瓦相应转速为1920rpm， NT q1 能保证变矩器在高效区工作。 档主要用于快速转移场地，为提高其速度， q2为 3，则中间档传动比为： q1=2 i =i / q1=50.4/2=25.2 NT=11.63 Kw iM=13.1 M,=2.796 M=3 q1=2 i =25.2 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 27 设计项目 计算与说明 结果 运输工况牵引特性曲线 i =12.6 3.3 运输工况牵引特性曲线 牵引特性反应的是作业机械在一定的工质条件下，在水平路段上以各档稳定速度工作时的牵引性能与经济性能，它通过用牵引功率 Nkp,实际行驶速度 v,整机的耗油率 gkp随牵引力 Pkp变化的曲线表示 ,也即用各档的 (Nkp,v,gkp)=f(Pkp)的关系曲线来表示。 从牵引曲线上，可以看出变速箱布置的合理性，即能否在整个牵引力的适用范围内，依靠换挡使作业机械始终工作在较高的牵引功率下工作，即使各档的功率曲线的连接没有“深谷”。 从牵引特性曲线上，还可以看出各档的最大牵引力功率是在发动机额定工况下出现的，对轮胎式作业机械，随着牵引力的增大，滑转损失增大，所以最大牵引功率档反而低于档的。 合理的牵引特性曲线，必须具备以下条件： 1.为了不使发动机熄火，档所能发挥的最大牵引力（即滑转率 =100%时的牵引力），应低于发动机最大扭矩点的相应牵引力。 2.档的最大牵引力功率点，应在轮胎打滑界限值附近或在该界限值以下，因为如果最大牵引功率点打滑界限以上，在实际工作中就得不到应用，也就是无现实意义。 3.各个档的最大牵引力点，应处在其较低档特性曲线的下方，并保证各档特性曲线的使用区域相互衔接，否则发动机容易熄火，车辆行驶性能变坏。 4.利用牵引特性曲线，还可以方便地找出作业机械任何一个牵引力工作时的牵引效率 kp。 铲土运输机械在运 输工况时，一般不计滑转损失，而令v=vT。根据柴油机调速性能或柴油机 液力变矩器联合工作输出特性以及公式 Pk=Mti m/rk i =12.6 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 28 设计项目 计算与说明 结果 式中： Pk 切线牵引力， v=0.337rknT/I, V 实际行驶速度 即可作出各档的 ()kP f v曲线。 作牵引特性曲线 由上面的公式，将计算结果列表，（见表 3-5）： 式中 : m 机械传动系统效率，取 m=0.91，参考 P143 I 各档的传动比 rk 驱动轮的动力半径， rk=0.57 由上面的公式，将结果列表 3-5： 即可作出各档的Pk=f(v)曲线。 作图步骤如下： （ 1）从图二上找出涡轮的某一转速 n及对应的 MT1， NT1 （ 2）利用公式 Pk=MtIi m/rk=76.5 0.91/0.569Mt v=0.337rknT/i =0.377 0.57/76.5nT Nk=PkV/(270 0.7) 计算出对应的 Pk， V， Nk。 （ 3）将（ Pk， V），（ Nk， V）所对应的点描于坐标系中 （ 4）同理取转速 nti及对应的 Mti,Nti,重复上述一系列的点。 （ 5）将各点光滑连接，得档运输工况牵引特性曲线。 （ 6）按同样的方法可作出，档的牵引特性曲线。 表 3-5运输工况的牵引特性曲线数据 n TM档 档 档 V Pk V Pk V Pk 0 38.6 0 3457 0 1729 0 864 884 23.6 3.35 2114 6.69 1057 13.39 528.5 1075 20.6 4.07 1845 8.14 923 16.29 461 1547 14.9 5.86 1335 11.7 667 23.4 334 1806 10.6 6.84 949 13.68 475 27.36 237 2043 6.3 7.74 564 15.4 282 30.9 141 2340 2 8.86 179 17.73 89.6 35.5 45 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 29 设计项目 计算与说明 结果 求各档的最高车速 3.4 求出各档最高车速并分析牵引特性 3.4.1 求各档的最高车速 1.作水平阻力线 装载机在水平路面上等速行驶时，无作业阻力，而只考虑滚动阻力和风阻力，即 Pk= P=Pf+PW=Gf+kFv/3.62 式中： G-整机重量， G=4500Kg f-滚动阻力系数， f=0.02 K-流线型系数，本机取 K=0.0
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