JX05-023@ZL50装载机总体及变速箱设计（第二行星排）
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JX05-023@ZL50装载机总体及变速箱设计（第二行星排）,机械毕业设计全套
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河 北 建 筑 工 程 学 院 本科毕业设计（论文） 题 目 ZL50 装载机总体及行星变速箱 设计（ 第二 排行星架） 学 科 专 业 ： 机械设计制造及其自动 化 班 级 ： 机 094 姓 名 ： 张 维 指 导 教 师 ： 王少雷 nts 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。 本设计的步骤简单如下： 1.对装载机的总体进行分析，确定总体参数； 2.牵引计算，确定出各档及各档传动比； 3.对装载机进行整体布置，并绘出总体布置图； 4.变速箱的设计，这是本设计中最主要的部分，确定传动比，设计传动简图，配齿计算，得出齿圈、行星轮、太阳轮的齿数，并验算其合理性。然后进行齿轮设计； 5.对离合器，轴、轴承的设计及选择。 此 设计中 ，主要任务是设计变速箱及第 二行星排，设计中采用了 行星式动力换挡变速箱，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挡和一个后退档，可以产生三个速度。 关键词 ： 装载机 液力机械传动系统 行星式动力换挡变速箱 T nts ABSTRACT The loader ZL50 iswheel 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 contuction、 road builing 、 port、 field、coalfield and carries loading 、 pushing dust 、 diging rising weight The design of the simple steps are as follows: 1.the overall loader analysis , to determine the overall parameters; 2. traction calculation, determine the gear and the gear ratio; 3 .to loader for the overall layout, and draw the overall layout; 4.design of gearbox ,and it is the design of the main parts determination of design, transmission ratio, transmission diagram, gear tooth number calculation, the ring gear, a planet wheel, sun wheel, and check the rationality. Then the design of the clutch gear; 5. design and selection of shaft, bearing. In my design, I adopt counter shaft power shift transmission s construction is simple and maincenance is easy .the transmission has two forward and one reverse gear ,it can provide three speeds KEY WORDS: lorder liquid engine driving system Hydraulic torque conventer power shift gearbox nts 目录 第 1章 前言 1 第 2 章 总体设计 2 2.1 概述 2 2.2 选择 确定总体参数 2 2.3 装载机底盘部件型式设计 11 第 3 章 牵引计算 22 3.1 柴油机与变矩器联合工作的输入与输出特性曲线 22 3.2 确定档位及各档传动比 28 3.3 运输工况牵引特性曲线 31 3.4 求出各档最高车速并分析牵引特性 33 第 4 章 总体布置 35 4.1 总体布置草图的基准 35 4.2 各组成部件的位置 35 4.3 计算平衡重 39 4.4 桥荷的分配 40 4.5 验算轮胎载荷 42 4.6 总体布置图 43 第 5 章 行星式 动力换挡变速箱设计 43 5.1 传动比的确定 44 5.2 传动简图设计 45 5.3 配齿计算 47 nts 5.4 离合器设计 53 5.5 齿轮设计 56 5.6 轴的设计 59 5.7 轴承的选择计算 64 第 6章 毕业设计小节 66 参考文献 68 毕业实习 报告 69 附：英文翻译 英文原文 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体 设计及行星变速箱设计 设计人：张维 1 设计项目 计算与说明 结果 第 1章前言 第 1 章前言 ZL50 轮式装载机是一种较大型的以装卸散状物料为主的工程机械，因其 具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点， 所以 对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代 机械化施工中不可缺少的装备之一。 ZL50 轮式装载 机是高效率、用途广泛的工程机械，广泛应用于建筑、矿山、道路、水电和国防建设等国民经济各个部门，不仅对松散的堆积物料可以进行装、运、卸等作业，还可以对岩石、硬土进行轻度挖掘工作。 ZL50 轮式装载机属于 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。此类装载机具有机动性好、转向灵活、生产率高、操纵轻便等特点，一般后桥布置为摆动桥，增加了整机的稳定性，所以该机的安全性好。 ZL50 轮式 装载机为四轮驱动装载机，作业时以全轮驱动，空车运输时，为防止寄生功率，仅用前轮驱动， 因此后桥的传动可以用啮合套脱开。 ZL50装载机采用液压与液力机械传动，具有变速平稳、传动比大、作业效率高和无级变速等特点，应用十分广泛。其变速器采用行星齿轮变速器，换档操纵为液压式。 ZL50装载机的主要特点：采用双涡轮变矩器、具有两个前进档一个倒退档的双行星传动动力换档变速器，以及能实现脱起动，内燃机熄火转向，排气制动的“三合一”机构。 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 2 设计项目 计算与说明 结果 第 2章 总体设计 2.1 概述 2.2选择确定总体参数 第 2 章 总体设计 2.1 概述 总体设计是极为关键的环节，是对所设计的机械的总设想。总体设计的成败关系到整部机械的经济技术指标，直接决定了机械设计的成败。 总体设计指导机构设计和部件设计的进行，在接受设计任务以后，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。了解当前国内外装载机的使用、生产、设计和科研情况，并进行分析比较，制定总的设计原则。设计原则应当保证保证所设计机型符合的方针、政策。在满足使 用要求的基础上，力求结构合理，技术先进，经济性好，寿命长。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。 装载机总体参数的选择就是对装载机主要性能提出总体的要求，作为整机和总体设计的依据。 总的设计原则： 1遵守“三化”：零件标准化、产品系列化、部件 2采用“四新”：新技术、新结构、新材料、新工艺。 3满足“三好”：好制造、好使用、好维修。 装载机总体参数主要包括：发动机功率，载重量，装载机自重，车速，牵引力，铲起力，轴距，轮距，最大卸载高度，最 小转向半径，轮胎尺寸，整机外形尺寸。 2.2选择确定总体参数 目前，装载机的总体设计中有计算法、类比法及综合运用计算等三种设计方法，限于我们的条件，我们的设计采用计算法和类比法综合运用的方法，比较法就是参考国内外已有的同类型机种的参考尺寸，结合我们要设计的机型的具体要求，参照确定其参数尺nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 3 设计项目 计算与说明 结果 寸。 总体参数的确定包括以下内容： 2.2.1 确定轴距和轮距 1轴距是装载机总体设计中的主要尺寸，一般是用比较法初步选取，然后通过绘制总布置，才能准确地选定轴距。轴距 L的主要影响以下三个方面的性能： （ 1）轴距增大，有利于 提高整车的纵向稳定性。轴距增加还可以减少装载机在行驶中之前后颠覆，提高行驶平稳性，减少司机疲劳。 （ 2）轴距增长如其它条件不变时，最小转弯半径增加。 （ 3）轴距增长，相应的车架、传动轴等都要增长，所以装载机自重增加。 此外，轴距的改变，还会影响车架受力和整机的通过性。 2大部分装载机前后轮距相同，且前后轮用相同的轮胎。 （ 1）轮距增加，可提高整机横向稳定性，但最小转弯半径将增加，影响机动性。 （ 2）轮距增加会造成铲斗斗宽的增加。因为在作业中要保护轮胎不被碰伤，一般铲斗要比轮胎宽50 100mm（单侧）， 所以轮距增加，铲斗宽度相应加宽，这样就降低单位斗刃长度上的插入力。 综上所述，参考同类产品初选： 轴距 3300mm 轮距 2200mm 2.2.2 初选轮胎 : 装载机多在松软、潮湿或干硬不平的地面上工作，为了降低接地比压，增加轮胎支承面积，改善附着性能和缓冲性能，多采用低压宽基轮胎。在国外，宽基轮胎多采用无内胎轮胎，它工作安全，散热性好，寿命较长。必要时其内部还可注入氯化钙溶液，以增轴 距 3300mm 轮 距 2200mm nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 4 设计项目 计算与说明 结果 加装载机作业时的稳定性和附着性能。轮式装载机的轮胎费用占整机费的 10% 15%，占装载机使用费用的 25% 50%，因此，正确的选择轮胎，延长轮胎的使用寿命，对降低生产成本，具有重要的意义。 装载机的轮胎应根据轮胎所受负荷，作业场地情况和运输距离来选择。它除了满足一定的承载能力外，还需要有很好的耐磨、抗穿刺性、牵引性、散热性和缓冲性能。对于常在松软地面上作业的装载机，为了发挥其牵引力，要求轮胎有较好附着性能，应采用牵引型轮胎，其特点是轮胎表面沟槽宽度大于凸起花纹的宽度（二倍以上），能使花纹压入软土中，产生比较大的抓土能力。花纹呈“八”字形或“人”字型，具有较好的自动排除沟槽中泥土的能力，它的橡胶层薄，散 热快，因此可在较高的速度下运转。 轮式装载机在矿山、碎石厂作业时，轮胎外侧最易受损伤，为了保护轮胎，或将外部胎肩部分加厚，或将外侧半个胎面作成光胎面，采用耐切割的胶料，以提高抗切割性能。对于用在矿山碎石硬路面作业的装载机，要求轮胎具有耐磨和抗穿刺的能力，应采用岩石型轮胎，其特点是凸起花纹的宽度大于槽宽，橡胶层厚，花纹深，不易被尖刀刺穿或切割，使其在岩石等硬地面作业时使用寿命长。但其散热差，不宜作长距离或高速行使。 综上所述，参照同类产品，初选轮胎规格为23.5 25 越野宽基轮胎 轮胎最大宽度为 :615mm 轮胎最大外直径为 :1627mm 充气压力 :前轮 0.28 0.32MPa 后轮 0.27 0.29MPa 2.2.3 初定斗宽和斗型 : 铲斗的设计要求是： 1铲斗是直接用来切削，收集，运输和卸出物料，轮胎规格为23.5 25 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 5 设计项目 计算与说明 结果 装载机工作时的插入能力及铲掘能力是通过铲斗直接发挥出来的，铲斗的结构形状及尺寸直接影响装载机的作业效率和工作可靠性，所以减少切削阻力和提高作业销率是铲斗结构设计的主要要求。 2铲斗是在恶劣的条件下工作，承受很大的冲击载荷和剧烈的磨削，所以要求铲斗具有足够的强度和刚度，同时要耐磨。 3根据载重物料的容重，铲斗 有多种形式。铲斗可做成带齿和不带齿的两种，斗齿的作用是在铲斗插入料堆时，减少铲斗与料堆的作用面积，使插入力作用在斗齿上，破坏物料结构，因而带齿的斗尖有较大的插入堆料的能力，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（长而窄）插入力较强，但不耐磨；钝齿（宽而宽）则较耐磨，然而插入阻力大，一般轮式装载机多用前者，履带式多用后者。斗齿的数目视斗宽而定，一般平均齿距在 150 350mm 间较合适，实验证明，斗齿过密，齿间易嵌料，插入阻力反而增大。斗齿有整体式和分体式两种，中 小型装载机多用前者，大型装载机由于作用条件恶劣，斗齿磨损厉害，则常用分体式。基本齿与铲斗刃一般均以螺栓或铆钉连接，齿尖则以水平销固定在基本齿上，这种连接方式，水平受力小，且不易脱落，并易于更换。 铲斗是装铲物料的工具，它的斗型和结构是否合理，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。 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 6 设计项目 计算与说明 结果 图 2-1 铲斗 图 2-1 所示是一个焊接结构的铲斗，底板上的主切削刃和侧板上侧刀刃 2 均由 耐磨材料制成；在铲斗的上方有挡板 3 把斗后壁加高，以防止斗举高以保护斗底，并加强斗的刚度。 直线型刀刃适宜用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 型刀刃便于插入堆料，有利于改善作业装置的偏载，适宜于铲装较密实的物料。由于它的斗刃突出，影响卸载高度。 综合以上分析，并参考同类机型本设计选用直线型切削刃，带斗齿。铲斗底壁长 L=707mm。 斗宽 B=轮距 +轮胎宽 +2a=2240+615+2（ 50100） =29553055mm a 铲斗外侧突出轮胎的尺寸，通常取 50100mm 2.2.4 计算作业阻力： 装载机在进行挖掘作业时的作业阻力主要有：铲斗插入料堆的插入阻力、提升动臂时的掘起阻力、翻起转斗时的转斗阻力矩。 1.掘起阻力 掘起阻力是当铲斗插入料堆一定深度后，利用动臂举升或转斗时，料堆对铲斗的垂直反作用力。作用在斗齿后 100mm处 .铲起阻力同样受到物料的块度、松散性、容积比重、温度、湿度、物料之间及物料与斗壁之间的摩擦影响。最大的铲起阻力发生在铲斗刚刚开始提升的时刻，随着动臂的提高，铲起阻力逐渐减小。 铲斗底壁长L=707mm nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 7 设计项目 计算与说明 结果 铲起阻力可用下列经验公式确定： N=2.2 zaL BK cos 式中 动臂开始提升时，铲斗忍运动方向与地面垂直线之间的夹角，初算时可取为 30 40。 K 铲斗开始提升物料时的剪切阻力（ KN/m3）剪切阻力需通过实验确定，如对于块度 100 300mm的已松散岩石（花岗岩），如参考书 表 2 4所示；已松散岩石的平均剪切阻力可定为 35KN/m2。 考虑本机工作情况及铲斗形状、尺寸等因素，各值选取如下： lZa=707mm=0.707m B=2940mm=2.94m K =35KN/m2 =30 代入上式计算掘起阻力 N： N=2.2 0.707 25.1 2.94 3500 cos30 =12.969KN 装载机作业时的工作阻力受作业对象（物料性质、粒度大小、料堆高度等）、地面条件、铲斗结构和司机操作水平等因素的影响，其变化很大，因而采用公式计算的方法很难得到确切的工作阻力值，往往误差较大，一般仅用于设计专用装载机，在已知各系数值的前提下用作设计依据，或作 为通用装载机的设计参考。 2.插入阻力 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。它是由下列各项阻力组成，铲斗前端的水平切削刃和两侧壁切削刃上的阻力；铲斗底侧壁内表面与物料的摩擦阻力；铲斗底外表与料堆之间的摩擦阻力；这些阻力与物料性质、料堆高度、铲斗插入料堆深度和铲斗结构等因素有关，经实验研究得到的下列公式，可用来计算确定总的插入阻力。 4325.121 KBKLKKP zaT （ N） 参考书 IP31 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 8 设计项目 计算与说明 结果 式中： ）铲斗插入阻力（ NP T 对于松散程度较好的 物料： 块度 300mm时， 0.11 K 块度 400mm时， 1.11 K 块度 500mm时， 3.11 K 如物料松散程度较差，上述各值增大 20 40%； 对于细粒料（如砾石等）； K1=0.45 0.5； 对于小块细料： K1=0.75 ； B-铲斗宽度（ cm） ； cmmmlLcmLzaza7.70707); 铲斗插入料堆深度（ 由任务书知 K1=1.1 K2 物料种 类（容积比重）的影响系数：由 表1-2，取 K2=0.12 K3 散状物料堆高度影响系数。由 表 1-3，取K3=1.0 K4 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 4325.121 KBKLKKP zaT =1.11.1 2 70.71.25 299 1.01 .25 =10148（公斤） 99.45KN 2.2.5 装载机的使用重量 : 装载机作业时要发挥大的插入力 ,必须要求机器有足够的自重 ,增加附着性 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 ,具有同极作业能力和寿命的机器 ,其自重nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 9 设计项目 计算与说明 结果 越小 ,往往说明其总体布置 ,材料利用和部件设计的合理性 ,一般可用单位自重功率或单位斗容自重来反映 ,它是机械技术性能的重要比较指标之一。 装载机是在行进中插入料堆的 ,如不计惯性影响装载机在水平地面欲克服插入阻力 PT 所 需要的牵引力为 kpP=tP牵引力 Pkp 的最大值受地面附着条件限制 ,可列出下式 : kpPP式中 : P 附着力 P=G G 装载机附着重量 附 着系数 (查表 ) 由上两式可求得装载机为克服最大插入阻力PTmax所必需之附着重量： maxTPG 对于全轮驱动 ,附着重量G为装载机自重 PTmax=tP即 maxTPG =99.28/0.75=133KN 参考同类机型选取 176.4KN(自重为 18吨） 2.2.6 确定发动机功率 : 装载机作业时，发动机净功率（飞轮功率）消耗两部分：牵引功率和驱动液 压泵功率。 1.牵引功率是由发动机经传动系驱动装载机行驶的功率。可按下式计算： N1=PkVT/270 (马力 ) 式中： Pk 额定轮缘切线牵引力 VT 装载机插入料堆的理论作业速度； 取 3 4km/h，这里取 3.5km/h。 传动系总效率，机械传动 0.85-0.88，液力机械传动 0.6 0.75，这里取 0.7 Pk=PH+Pf PH= G H Pf=Gf 式中：G 装载机空载附着重量，取 176.4KN H 额定附着重量利用系数，它是相应于额定滑转率时的附着重量利用系数轮式装载机取 H0.45 0.55之间，取 0.5。 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 10 设计项目 计算与说明 结果 f 滚动阻力系数，依参考书 表 1 2取 f=0.04 则： Pk=176.4 0.5+176.4 0.04 =95.256KN=9.72(吨 ) N1=（ 9525.6 3） /（ 270 0.7） =151.2（ 马力 ） 2.驱动液压泵功率： 装载机用的柴油机工作条件恶劣， 负载大，应选用按一小时功率标定的工程机械用柴油机，如选用车用柴油机，因它是按 15 分钟标定功率的，建议将其功率降低 1020%使用。 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、工作装置不动作时，作业泵，转向泵处于空转状态，计算时作业泵和转向泵的空载压力（一般取 500KPa）、变速泵取工作压力计算，此时驱动液压泵所需功率很小。 当装载机边走边操纵斗动作时，作业泵工作压 力高，流量大，驱动油泵所需功率大。 作业泵的计算压力应取多大需视不同机型而异。 驱动油泵功率，一般 N2=0.2Ne,Ne=N1+N2,即Ne=N1/0.8=151.2/0.8=189(马力 )。 选择电动机型号： 6135Q-1 柴油机 额定功率 ： 220 马力 2.2.7 最大卸载高度和相应的卸载距离： 最大卸载高度是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。 根据上述要求，所需最大卸载高度 Hmax 可由下式确定： Hmax=H1+ H=H1+0.193B=H1+0.2B P42 式中： H1 运输车辆车箱离地面高度（ mm）； 电动机型号：6135Q-1 柴油机 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 11 设计项目 计算与说明 结果 2.3装载机底盘部件型式选择 B 车箱宽度（ mm） 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 30；为了使铲斗能把物料均匀地卸在车箱里，要求铲斗卸料时，（其卸载角 3 45）其斗刃离车箱壁不小于 B/3。必须的卸载距离 S 由下式计算： S=B/3+ b 式中： b 根据安全作业，卸载时装载机前端与运输车辆之间所保持的必要距离， 取 b 200400mm 参考同类机型及轮胎式装载机基本参数，取Hmax=3090mm， S=1130mm 2.2.8 档位和车速的确定 : 轮式装载机各档速度推荐取下列数值： 前进档速度取 34km/h，对于液力机械传动，它是相应于变矩器最高效率 max 工况时的理论作业速度。超过以上速度驾驶员来不及操纵，反而延长铲斗装满时间，增加驾驶员疲劳，降低生产效率。 前进档即运输档 由于装载机车架一般均非弹性悬挂，车速不宜过高，最高车速小于 40km/h。 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%，。 本机为 ZL50 装载机，为较大型装载机，故参考河北宣化工程机械厂 同类产品取二后一： 前进档 0 11.5km/h 前进档 0 35km/h 倒档 0 16.5km/h 2.3装载机底盘部件型式选择 2.3.1 传动形式选择 : 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。 Hmax=3090 mm S=1130mm 取二后一 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 12 设计项目 计算与说明 结果 本机为 ZL 系列产品，故参照同类产品，选用液力机械传动系。它与机械传动相比较具有以下优点： （ 1） 使车辆具有自动适应性；当外载荷突然增大时，可随外载荷变化而自动调整车速，而且可减少变速箱档位，简化变速箱结构与操作。 车辆自动地减速，避免外载荷的继续增大。 （ 2） 变矩器能吸收作业时传给传动系的冲击，根据试验，其应力峰值可以机械降低 4 倍以上，故可延长零件寿命。 （ 3） 装载机在作业时换档位次数较多（ V 型作业，每一循环至少要换档四次），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（一次仅 0.50.7），生产率高。而机械传动换档要切断动力，换档一次 1.01.5s，操作繁重，驾驶员容易疲劳，而主离合器极易磨损。 （ 4） 可以在保持一定插入力的同时，举升动臂或转动铲斗，以减少铲掘阻力，缩短作业循环时间；机械传动的装载机在装载较密实的土壤物料时，插入料堆时常靠惯性力，需要切断动力（脱开离合器，否则往往引起发电机熄火），因而无法同时实现动臂举升和转斗，作业阻力大，使生产率降低。 （ 5） 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，而且当外阻力大迫使车速降低时，发动机仍能保持较高转速，则作业油泵流量不变，工作装置作业速度不受影响。 2.3.2 行走装置的选择： 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来选型。 目前用的行走装置分轮胎式和履带式两大类。本机为 ZL 系 列产品选用轮式行走系 ,其特点如下： 1轮胎式装载机的接地比压和整机重心均比履带式nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 13 设计项目 计算与说明 结果 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。履带式装载机则因接地比压低，在松软土质上附着性能好，单位插入力比轮胎式装载机大，重心低、稳定性好，特别适宜在潮湿、松软地面，工作量集中，不需要经常转移和地形复杂地区作业。 2轮胎式装载机在碎石、硬路面作业时，因轮胎有缓冲作用，对机器冲击振动较小，可延长机器寿命，减轻驾驶员疲劳，随着轮胎性能得到进一步改善，有可能进一步向大型化发展。履带式装载机在这种作业条件工作时，碰到石 块，机器要产生跳动，振动大，履带磨损很快，而且机器受振动后，紧固件易松动，驾驶员容易疲劳，因而履带式装载机的斗容量一般不大于 4.5m3，容易再大的履带式装载机因振动太大，工作条件恶劣，进一步发展受到限制。 3轮胎式装载机，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（ 1000m）的运输，成本低于履带式装载机。转移工地时靠自身进行，不损伤地面，转移速度。其修理费用低，并且修理（更换轮胎）迅速，使机器停工时间短。履带式装载机在上述各方面均不如轮胎式，它的运输距离如超过 30m，作业 成本将明显增加，转移场地是需平板车托运，其行走装置修理费时，修理费用也高。 综上所述，在一般作业条件，轮胎式装载机具有较明显优点，因而得到比较广泛的应用，它在装载机中占比重越来大。 2.3.3 传动系部件的选择 : 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，因而对变矩器提出以下要求： nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 14 设计项目 计算与说明 结果 （ 1）变矩器的变矩系数 B 应尽可能大。 B 越大，则变矩器变矩性能越好，即可减少变速箱挡位，简化其结构和操纵。 B=K0i ， 式中： K0 最大变矩系数 i 变矩器最高效率 max 所对应的传动比 （ 2）希望最高效率 max高，即高效范围要宽，同时希望变矩器高效率范围要宽。高效范围一般以75%的速比幅度来衡量，即 d=iA iB，式中： iA iB，均为效率 =75%的速比。由于装载机作业工况变化范围大，希望 d 2.4。 （ 3）透过性：要求变矩器在低、中速比范围内可透性要小，则当运行阻力增大，迫使车速降低时，发动机转速降低不多，以保证油泵功率和作业速度。装载机用变速箱要求在低速比区域有一定的负透量，使在铲装物料接近结束时，变矩器吸收功率减少，及时把部分功率让给作业油泵，减少发电 机转速的下降，提高发电机功率利用。推荐可透性系数小于 1.3。但在高速比，正可透性应很大，使泵轮吸收较小功率。则当变速箱挂空挡时，发电机功率不会被变矩器本身无益的损耗掉。 （ 4）结构简单，可靠和便于制造。 上述这些要求往往是相互矛盾的，无法同时满足，因而须综合比较各项指标进行选型。 目前较广泛采用的还是以单极单相向心涡轮变矩器为主。 它的主要优点有较高的效率（一般可达 90%以上），在中、低速区有不大的可透性，而在高速区则正可透性很大；结构简单，工作可靠，因而工作寿命较长。 缺点就是 K0 值不大（一般在 3 左右）高 效区不宽。 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 15 设计项目 计算与说明 结果 为改善上述不足，可采用单级多相（双相、三相）变矩器，但其结构比较复杂，且由于存在自由轮机构，工作可靠性下降。为提高 K0 值，扩大高效区，国产ZL 系列装载机均采用了双涡轮液力机械变矩器，它的二个涡轮可随着外载荷的变化而自动换档，其变矩系数 K0=4 左右，高效区 d=3.4 以上，因而可简化变速箱的结构和操作改善了作业性能，从而提高整机的生产率，但其结构比较复杂，最高效率较上述为低（仅80%左右）。 综上所述并参考河北宣化工程机械股份有限公司同类产品，初选变矩器为单级四元件（双涡轮）液力变矩器。 2.有效直 径的确定： 选择好液力变矩器和发动机型号后，即可进行变矩器和发动机的匹配计算，用以确定变矩器的有效直径 D。确定变矩器的有效直径 D的原则是，保证变矩器在正常工作范围内，涡轮轴上的平均功率最大，以提高车辆的作业率和行驶速度。发动机与变矩器匹配的总要求是： 1、使装载机具有最高的生产率。 2、在保证上述前提下经济性要好，即每卸载 1立方米物料的油耗要低。 根据 ZL装载机的作业特点，一般认为装载机应以部分功率与变矩器匹配，原因有三： 1 一般认为装载机扣除 20%40%的功率与变矩器匹配较合适，它保证了装载机在一定插入力前 提下，当作业液压泵在最大工作压力下工作时，发电机仍能保持叫高转速。而在其余发电机接近额定转速以提供工作装置足够的作业速度，使发电机平均输出功率大，经济性好。2根据装载机的工作特点，一般认为装载机作业循环的大部分时间是依靠机器在运行过程中配合以工作装置的动作而进行的。如在产掘位置工况下，要求装单级四元件（双涡轮）液力变矩器 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 16 设计项目 计算与说明 结果 载机同时具有大的插入力和铲掘力，所需发电机功率最大；而在铲斗装满后，装载机需再进行中把铲斗提升到所需的卸载高度。也需牵引与铲斗配合此时装载机换向频繁运距又短往往要求提供较大的牵引功率用于加速和较大的液压泵功率。 3.对于小 型装载机其对象多以装卸松散物料为主作业方式主要采用一次铲装法，插入和转斗并同时工作，行驶和铲斗动作配合进行所占的作业时间较少，作业地面一般较好，经常用做辅助作业，转移工地机会少，因而要求较好的牵引力和动力性能，匹配时变矩器的吸收功率可选取大一些。 对于本机有时要进行配合铲装，故取发电机功率80%与变矩器配合，再扣除其余辅助装置所消耗的10%，故变矩器的吸收功率为 70%。 变矩器有效直径 D 的计算公式如下： 5 25 41eenMrD 参考书 P15 式中 *B 相应于变矩器最高效率工况的泵轮力矩系数； M e 输入变矩器的发电机扭矩值（ kgm）； ne 相应于 M e值的发电机转速（ rpm） ； 变矩器液体重度 (kg/m3)。 在变矩器选定后，已知其原始特性，确定发动机在变矩器最高效率工况时输入变矩器的力矩和转速，即可确定出 D值，应由基型系列型谱选择。 由参考书图八所示的柴油机曲线和变矩器原始特性曲线可得各参数值： ejM=eM（ 1-30%） =71 0.7=49.7kg.m nB =2200r/min *B1 1=36.5 10-4 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 17 设计项目 计算与说明 结果 *B2 2=32 10-4 则 mmnMDBABej9.3 0 82 2 0 0105.367.49524521mmnMDBABej3 1 72 2 0 010327.49524522取 D=320mm， 所以变距器的有效直径为 320mm。 2. 装载机的驱动方式、主传动、轮边减速和变速箱的选择： （ 1）驱动方式： 轮式装载机的驱动桥作为底盘传动系的主要组成部分，其功用是将发动机的扭矩进一步增大，以适应车轮为克服阻力所需要的扭矩，同时改变扭矩的方向以便 传递给车轮。本机采用全轮驱动，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，传动系内部将产生功率循环，加速了轮胎的磨损，为此，一般均在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。但这需要增设操纵机构，使变速箱结构复杂化，现代不少装载机为简化结构均无脱桥机构。这对于采用低压轮胎，经常在不好的地面工作，而较少转移工地长距离行驶的装载机是可行的。 （ 2）主传动：轮式装载机的主传动一般为单级传动，差速器一般为普通锥齿轮减速器。 主传动构造：一对螺旋锥齿轮 主传动的功用：采用锥齿轮传动，主动轮小，被变距器的有效直径为320mm nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 18 设计项目 计算与说明 结果 动轮大，交角为 90%，用来减速增扭和改变传力方向。 主传动结构上注意： 、为保证齿轮的正确啮合，大小锥齿轮各啮合间隙及轴承间隙应能进行调整。 、为保证传动有较好的啮合精度，要求齿轮有较好的刚度，采取小齿轮不悬臂大齿轮加支撑螺栓的措施来保证之。 、 由于工作条件差，齿间相对滑动大，需要很好的润滑和冷却，采用飞溅润滑，油是粘度较大之专用润滑油。 （ 3）轮边减速：轮式作业机械的轮边减速大多采用单排行星传动，由于载荷有三个行星齿轮分担，每个齿轮上所受的力较小，故可采 用较小的模数和齿宽以减小尺寸，重量亦较外啮合圆柱齿轮为轻。太阳轮、齿圈、行星架所受各力除构成一扭矩外，相互平衡没，轴的变形很小，容易实现全齿啮合而不致象外啮合那样出现局部偏载现象。由于制造和安装误差，几个行星轮受载不均匀，为改善这一状况，太阳轮常做成浮动式而不加轴承，从而可利用轴的弹性变形，调节各行星轮的载荷分配，但此时，太阳轮轴上实际受有附加弯矩为改善进一状况，把齿圈也做成浮动式，利用齿圈的浮动，改善行星轮的载荷分配，这样几个行星轮作用到太阳轮上的径向载荷可以相互平衡，使太阳轮只受扭不受弯。 （ 4）变速箱 ： 变速箱有人力换档和动力换档两种，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。除少数小型装载机或用拖拉机底盘改型的装载机外，目前以很少采用。装有液力变矩器的装载机一般均采nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：王少雷 设计题目： ZL50 装载机总体设计及行星变速箱设计 设计人：张维 19 设计项目 计算与说明 结果 用动力换档变速箱，这种变速箱有二种结构型式：定轴式和行星式齿轮变速箱。二者的比较如表 2-1： 表 2-1 定轴式和行星式齿轮变速箱的比较 比 较 项目 定轴式变速箱 行星式变速箱 结 构 与加 工 效率 简单，零件加工精度要求一般啮合齿数越多，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 形 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，齿轮模数可减少；轴基本不受径向力，齿轮、轴 承工作条件好；重量略轻；输出入轴同轴线，结构紧凑，可用较小尺寸得到较大传动比；但档位多时轴向尺寸较大。 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，扭矩容量要增加很大有困难 采用较大直径的摩擦片作为换档制动器，所需片数少，扭矩容量容易做得大 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，作用可 靠 零 件 数和 通 用程度 零
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