闫月川ZL50 轮式装载机计算说明书 - 副本.doc
JX05-024@ZL50装载机总体及工作装置设计（铲斗）
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机械毕业设计全套
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JX05-024@ZL50装载机总体及工作装置设计（铲斗）,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 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 1 第 1章前言 第 1 章 前言 ZL50轮式装载机 现在在大型工程施工时候成为不可缺少的帮手。它作业迅速，功率高，被广泛运用在工地，厂房等各种大型场地。它加快了祖国建设的步伐，促进了生产力发展。 ZL50 装载机普通采用的设计是分动装置、变矩器和变速箱“三合一”布置，变速箱采用定轴式动力换档变速箱，动力装置采用高速柴油机，驱动桥为一级减速主传动，轮边行星减速，且采用双桥驱动，采用钳盘式制动器；工作装置采用反转连杆机构；为了适应工作要求，适应生产需要，并尽量向 ZL标准系列靠拢，在设计中将采用最先进的型式和技术。 ZL50 装载机是中 型土方机械，广泛应用于城市建设工地及货场、煤场、仓库等装载机及堆放松散物料的场所，并且可以用来完成轻度的挖掘及平整场地作业。 轮式装载机与其他工程机械一样，发展至今大致经历以下四个阶段： 1）以满足减轻劳动为目的的机械驱动阶段。这一阶段的工程机械设备由于采用了液压传动，其工作效率大大提高。 2）以提高设备生产率为目的的液压传动阶段。 3）工程机械的电子控制阶段，由于电子控制技术的发展及应用，使工程机械的控制精度，作业效率得到更进一步的提高。 4）进入 21 世纪以后，工程机械的发展进入第四阶段。“以人为本”和“人机与自 然协调”的设计理念成为这一阶段的主导思想。环保，安全，舒适，等要求进一步得到重视，人性化设计得到了充分体现。因此在此次设计中应重点考虑以下几个方面的因素： 一、总体设计更人性化，科学化，节能化。主要表现为： 1）提高机械安全性，采用 FOPS,和 ROPS 驾 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 2 驶室，保证驾驶员的作业安全。 2)提高驾驶员舒适性，合理设计座椅为操作者提供舒适而稳定的坐姿，驾驶室空间尽可能大，为驾驶员提供舒适的活动空间。 3)提高机器的节能环保性。合理设计发动机及发动机罩等薄板件，控制噪音。以现代设计方法确定工作载荷，液压设计应减少流量 及压力损失。制动机工作回路设计中建立能源回收系统，重视润滑减少磨损，合理选择轮胎且保持轮胎气压，提高燃油经济性。改进结构提高工作效率。 4）提高机器稳定性，嫁妆形式稳定装置，改进隔震装置。 二、工作装置设计更加合理。 1)工作装置优化。完善铲斗在上，下极限位置的后倾角相差值，运输位置后倾角，最大卸载高度后倾角及工作过程中斗口与地面的夹角。 2）铰点分布合理。综合考虑各种因素对工作装置进行运动学和动力学分析，通过各种方案的反复比较，得出理想的铰点布置方案。 3）铲斗优化：合理选用主刀板及斗齿材料，提高耐磨性。优化减磨盒结构以提高耐磨性。铲斗的各出焊缝充分考虑整体强度和焊缝连续性以及良好的焊接工艺性。 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。 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 3 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 总体设计指导机构设计和部件设计的进行，一般由主任工程师（或总工程师）主持进行。 总体设计就是从其主要用途、作业条件及生产等情况出发，合理选择机型、性能参数、整机 尺寸及各总成的结构型式，并进行合理的布置。 装载机是由许多总成和零部件组成的一个整体，所以装载机的性能不仅取决于每个总成、零部件的好坏，而更主要的取决于各总成的相互协调，即总体设计是机械设计中极为关键的环节，它是对所设计的机械的总的设想，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。 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，并进行分析和比较，制定总的设计原则，设计原则应当保证所设计机型符号有关的方 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。 总的设计原则： 1.遵守“三化”：零件标准化、产品系列化、部件通用化。 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。 2.2 选择确定总体参数 装载机的总体设计中有计算法、类比法及综合运用计算和类比等三种设计方法，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。 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 4 2.2.1 确定轴距和轮距 总体参数的确定包括以下内容： 额定载重量： 5T 工作重量： 16.5T 最高车速： 30km/h 空载牵引力： 10.5 13.2T 爬坡能力： 20 最大卸载高度： 2.9m，最 大 卸载距离： 1m 掘起力： 12T 2.2.1 确定轴距和轮距 轴距和轮距 是总体设计中的重要参数 ，它的 大小直接影响装载机很多使用性能，一般是参考同类机械初选，并通过绘制总布置草图加以确定。 （ 1） 轴距 它的改变会影响以下几方面的整车性能。 A 轴距会 影响前后桥的轴荷分配，当各总成（除后桥外）相对前轴的前后位置不变时，轴距的变化会使前后轴上的载荷发 生变化，如图（ 2-1a）所示，后桥轴荷 Z2=GL1/L，如保持整车重心位置 G不变，不增大轴距 L，后桥轴荷 Z2必减少，反之则增大，因此改变轴距可调整轴荷分配。 图 轴距改变对整车性能的影响B.轴距会 影响装载机的纵向稳定性。轴距增大，有利于提高整车的纵向稳定性。如图 2-1b所示，取临界平 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 5 2.2.2 初选轮胎 衡状态， GL1=Ql,如果保持前后桥轴荷不变，则增大轴距 L2值，必增大 L1值，即增加抗装载机绕前轴倾翻 的力矩（ GL1）。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。 C.轴距会 影响最小转弯半径，轴距最大，最小转弯半径 Rmin增加。 D 轴距会 影 响装载机自重。轴距增大，车架，传动轴等零件响应加长， 装载机自重必然增加。 此外，轴距的改变，还会影响车架受力和整机的通过性。 在设计中应使轴距少一些。 2.轮距对整机的影响 (1)轮距 现代装载机前后轮胎大多采用同一规格，其轮距也相同。 （ 2） 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。轮距的大小受铲斗宽度和交通运输的限制，当采用偏转车轮转向方式时，尚需考虑车架与车轮最大偏转时之必要间隙 。除采用滑移转向方式的装载机外，设计中应尽可能减少轮距，它主要受动力传动系结构布置所限制。 综上所述， 参考福建省晋江工程机械厂同类机型初选 ： 轴距 2760mm 轮距 2250mm 2.2.2 初选轮胎 : 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。原因是 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%。 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 轴距 = 2760mm 轮距 = 2250mm nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 6 2.2.3.初定斗宽和斗型 轮胎多采用无内胎轮胎，它工作安全，散热性好，寿命较长。 装载机 在矿山碎石硬路面作业 时 ，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。 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。 为保护轮胎可加装保护链或采用特殊轮胎 链板式轮胎两种方式： 1 .轮胎上家装保护链环保护轮胎，可延长使用寿命 2 4 倍，用它可节约轮胎费用 70% 85%。 还能 提高附着性能，降低整机 的 重心。 2 .链板式轮胎，它是装在大型装载机上的特殊轮胎，用于作业地面条件 比较 恶劣，并且需要作运输作业的情况 的时候 。 综上所述， 由轮式装载机 16表 10-2参考同类机型初选 : 23.5 25 低压 宽基轮胎 轮胎最大宽度为 : 595 7mm 轮胎最大外直径为 : 1627 10mm 充气压力 : 2.8公斤 /厘米 2 2.2.3.初定斗宽和斗型 : 斗宽 B=轮距 +轮胎宽 +2a=2240+615+2 （ 50 100） =2955 3055mm 式中 a 铲斗外侧突出轮胎的尺寸，通常取 50-100mm 装载机是通过利用 铲斗装铲物料的，它的斗型和 选择轮胎 23.5 25 低压宽基轮胎 断面宽度 B=595 7mm 外直径 1627 10mm 斗宽 B=2970mm nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 7 结构是否合理，直接影响装载机的生产率。 设计铲斗首先要具有合理的斗型，以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，尽量减小自重，同时也应考虑到更换工作装置和修复易损零件（切削刃、斗宽）的方便 图 2 - 2 上图 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，以防止斗举高时物料向后撒落。斗底上镶有耐磨材料制成的护壁 4，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 能做 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。由于其刃突出，影响卸载高度。 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。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 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 8 2.2.4.计算阻力 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。 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。参考 2P74， 铲斗底壁长 : L=707mm 2.2.4. 计算阻力 装载机在进行挖掘作业时的工作阻力主要有：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）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。 PT=K1K2LZa1.25BK3K4 （ N） 参考书 1P31 式中 PT 铲斗插入阻力 （ N） B 铲斗宽度 （ cm） LZa 铲斗插入堆料深度 （ cm） K1 考虑到物料块度大小，松散程度的系数 对于松散程度较好的物料： 块度 300mm时， K1=1.0， 块度 400mm时， K1=1.1， 块度 500mm时， K1=1.3， 如松散程度较差，上述各值应增大 20 40%，对于小颗粒物料（如砾石等）， K1=0.75；对于粉状的物 选用直刀刃 尖齿铲斗 底壁长 L=724mm nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 9 料（如砂等）， K1=0.25 0.5； K2 考虑物料种类的系数（参考书 1P70 表 2 2） K3 考虑料堆高度的系数（参考书 1 表 2 3） K4 考虑铲斗形状的系数；它综合考虑斗侧壁、斗底与地面倾角、前刃形式和斗齿的影响，一般在 1.1 1.8之间，其中对于前刃不带齿的斗， K4取较大值。 考虑本机工作条件及铲斗形状、尺寸等因素，各系数取值如下： B=2990mm=299cm LZa=707mm=70.7cm K1=1.0 K2=0.10 K3=1.15 K4=1.3 代入公式计算出插入阻力 PT PT=1.0 0.10 70.71.25 299 1.15 1.3 =9164.03kg =89.8KN （ 2）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。 根据 铲起阻力可用下列经验公式确定： N=2.2lZaBK COS 9.8 1P33 式中 K 铲斗开始提升物料时的剪切阻力（ KN/m2） 剪切阻力需通过实验确定，如对于块度 100B=299cm LZa=70.7cm K1=1.0 K2=0.10 K3=1.15 K4=1.3 PT=89.8KN nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 10 2.2.5.装载机的使用重量 300mm 的已松散岩石（花岗岩），如参考书 1表 1 4所示；已松散岩石的平均剪切阻力可定为 35KN/m2。 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。 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=2990mm=2.99m K =35KN/m2 =30 代入上式计算掘起阻力 N： N=2.2 0.707 2.99 35 cos30 9.8 =1381KN 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 Pkp=PT 牵引力 Pkp 的最大值受地面附着条件限制 ,可 列出下式 : Pkp P lZa=707mm B=2990mm N=1381KN nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 11 2.2.6 确定发动机功率 式中 : P 附着力 P =G G 装载机附着重量 附着系数 (查表 )1 P36表 1-6取 =0.65 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： G = PT max/ 对于全轮驱动 ,附着重量 G 为装载机自重 PTmax等于插入阻力 P G PT max / =89.8/0.65=14.4T 取 G = 15T 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。 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/3600 （ w） 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=G f 式中 G 装载机空载附着重量，取 158KN 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 H=0.45 0.55 之间，取 0.5。 F 滚动阻力系数，依参考书 1表 1 2 取f=0.07 则： Pk=（ 16.2 0.5 16.2 0.07） 9.8 =90.06kN N1=（ 90060 3000） /（ 3600 0.7） =128.3kW 驱动液压泵功率： =0.65 G = 15T 牵引功率 N1=128.3kW nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 12 2.2.7 档位和车速 确定 装载机上的油泵有：作业泵（供工作装置液压缸用）、转向泵（供置身液压缸用）、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，置身泵处于空转状态，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。 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 10-20%使用。 驱动油泵功率，一般 N2=0.2Ne,Ne=N1+N2,即Ne=N1/0.8=107.21/0.8=160.417KW 参照同类机型 选择电动机型号： 6135Q-1 柴油机 额定功率 ： 220 马力 即： 161.7kw 2.2.7 档位和车速的确定 轮式装载机的作业循环一般是以二档速度接近料堆，以一档作业速度插入料堆，待铲半装满后，即以倒档速度后退，驶离料堆，然后又以前时二档驶向卸料地点，卸料后以倒档后退，再重复上述循环。 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，又要满足运输转移的要求，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。 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的影响。 Ne=160.417KW 选用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 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 13 2.2.8 最大卸载高度和相应的卸载距离 轮式装载机在运输转移时应有两个前进档和一个后退档，高速档用以空载在平地运行，低速档用于起动、爬坡，倒退档则用于倒车之用。运输低速档也可与作业 二 档合并使用。 由上述装载机的工作特点可见，轮式装载机要求至少有 2 个前进档位和 一 个倒退档位。如考虑到更换工作装置其它作用，还需增加档位。 轮式装载机各档速度推荐取下列数值： 前进 档速度取 3-4km/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。 前进档速度取 25-35km/h。 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 25-40%，。本机为 ZL50装载机，为较大型装载机，故参考 厦门 工程机械厂同类产品取二后一： 前进档 0 10km/h 前进 档 0 35km/h 倒 档 0 13km/h 2.2.8 最大卸 载高度和相应的卸载距离： 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 45）其斗刃离车箱壁不小于B/3。 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 1 P42 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 14 2.3 装载机底盘部件型式选择 2.3.1 行走装置的选择 式中 H1 运输车辆车箱离地面高度（ mm）； B 车箱宽度（ mm） 必 需 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 200-400mm 参考同类机型及轮胎式装载机基本参数，取Hmax=2950mm Smax=1000mm 2.3 装载机底盘部件型式选择 2.3.1 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 和 成本，以及驾驶员的工作条件来选型。 目前用的行走装置分 履带式 和 轮胎式 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，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。 2、轮胎式装载机的接地比压和整机重心均比履带式高，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。 Hmax= 2950mm Smax= 1000mm nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 15 2.3.2 传动式选择 3、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。 由以上论述可知 ，在一般作业条件 下 ，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 ,所以选轮胎式行走方式。 2.3.2 传动式选择 : 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。 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： 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。 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。 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 0.5-0.7），生产率高。而机械传动换档要切断动力，换档一次 1.0-1.5s，操作繁 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 16 2.3.3 传动系部件选择 重，驾驶员容易疲劳，而主离合器极易磨损。 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。 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。 2.3.3 传动系部件的选择 : 1、有效直径的确定： 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： 变矩器的变换系数 B（ 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）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。 最高效率 max 最高，高效范围要宽。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。 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。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。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 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 17 用。 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，因为它有较高的效率（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，但其 K0值不大（ 一般在 3 左右）高效区不宽。 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 两 个涡轮可随着外载荷的变化而自动换档，其变矩系数 K=4 左右，高效区 较宽 ，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。 有 效直径的确定： 铲土运输机械牵引性经济性的好坏，再很大程度上取决于液力变矩器与发电机联合工作性能，通常采用合理的选择液力变矩器有效直径 D 的方法来确定两者联合区域成为匹配。 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。 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 18 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） .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。 2） .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。 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 2*ejBBMDn 参考书 1P15 式中 *B 相应于变矩器最高效率工况的泵 轮力矩系数； nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 19 M e 输入变矩器的发电机扭矩值（ N.m）； ne 相应于 M e值的发电机转速（ rpm） ； 变矩器液体重度 (N/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： Mej=Me（ 1-30%） =71 0.7=49.7kg.m nB =2200r/min *B1 1=36.5 10-4 则 51 *25424 9 . 73 6 . 5 1 0 2 2 0 03 0 8 . 9ejBBMDnmm 取 D=310.8mm 2.变速箱、主传动、轮边减速和驱动方式的选择 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： D=310.8mm nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 20 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 行星 式 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； 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 零件数多，但通用零件较多 齿轮轴类零件多， 随档位数增多零 件总数相对减少 维修 方便，便于检查 拆卸检查不便 成本 价格较低 造价较高 这两种型式变速箱各有所长，故在装载机上均有采用。定轴式变速箱由于结构简单，制造成本较低，维修方便，特别是采用离合器已外置式时，变速箱体轴向尺寸小，便于总体布置，再小型装载机上采用较多。 在大型转载机上行星式变速箱在重量和体积上比定轴式占有比较明显的优势，其输出和输入轴同轴线，有利于 履带式装载机的总体布置，但行星式变速箱档 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 21 2.3.4 转向方式选择 位多时，轴向尺寸较大，在轮式装载机的总体布置上又少不了一对定轴齿轮传动，对小型装载机在总体布置上会有一定困难。 综上所述，参考宣工生产的 ZL50，本机选用行星式液力换档变速箱。 主传动；铲土运输机械为主传动一般为单级传动，差速器一般为普通锥齿轮减速器。 主传动的功用：采用锥齿轮传动，主动轮小，被动轮大，交角为 90%，用来减速增扭和改变传力方向。 主传动构造：一对螺旋锥齿轮 (3)驱动方式： 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。 2.3.4 转向方式选择 : 本机为 ZL系列产品，故参照同类产品选用铰接转向方式，全液压转向操纵。 轮式装载机的转向方式有后轮偏转、全轮偏转、滑差转向和铰接转向等四种，前三种转向方式其车架是整 体式，后一种车架是铰接式的。 铰接转向的车架由前后两部分组成，以铰销相连，利用前后车架的相对偏转实现转向。它与车轮偏转方式相比，有以下优点： 1.车轮无需相当车身偏转，可采用大尺寸宽基面 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 22 2.3.5 制动系统 选 型 低压胎以发挥更大的牵引力。 2.转向半径小，可得到小于自身长的转向半径；机动性好，减少了装载机调车行驶的路程，与同等级后轮偏转方式装载机相比，在一个作业循环内，平行行驶路程减少了 51%，生产率可提高近 1/3。 3.在保证转向半径小的前提下，轴矩可做得较长，在作装载机牵引力工作时，容易保证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.整机可左右摆动实现“蠕动”式爬行，增强车辆通过沼泽地和泥泞地区的能力，并能在非常狭窄的地方通过。在机器停车的情况下，铲斗能随前车架一起左右摆动，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：轴矩较长，使整车纵向通过半径增大；横向稳定性差；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。 2.3.5 制动系统型 一个完善的制动系应包括三部分：行车制动器、停车制动器和紧急制动器。 行车制动器 是车辆在行驶中用来减速制动的制动器，它装载装载机四个车轮的毂内，一般由脚踏板控制。由于装载机机型大、制动频繁，行车制动器的驱动结构都采用加力的。在大、中型装载机上目前广泛采用气推油的助力装置。现代装载机的行车制动系多采用双管路，其前后轮制动系独立，尚有一制动系出故障时，仍能保证整机之安全。某些大型装载机还装有行走减速器，用于车辆下长坡似的减速。 停车制动器供装载机在破道上停歇制动用它一般 nts 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ： 郭秀云 李长欢 设计题目 ： ZL50装载机总体及 工作装置设计（铲斗） 设计人： 闫月川 设计项目 计算与说明 结果 23 装置在变速箱输出轴上，具有手操纵机械传动的驱动机构，以保证停车可靠。 装载机是循环作业并连续工作的机器，它制动频繁、制 动强度比较高、作业条件恶劣，经常与泥土打交道，因而对制动器的要求除了考虑制动效能，效率等一般问题外，有如下要求： 1.在附有泥、水等恶劣的使用条件下，应保证有比较稳定的制动性能。
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