轮式装载机总体方案及其液压系统设计（全套含CAD图纸）
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1前言轮式装载机属于铲土运输机械类，是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等建设工程的土石方施工机械。具有作业速度快，效率高、机动性好、操作轻便等优点，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，时光现代机械化施工中不可缺少的装备之一。随着我国进入WTO组织和西部大开发的进程，及水电、港口、公路等基础设施建设项目的增多，我国工程机械面临前所未有的机遇和挑战。目前国外工程机械发展总的趋势是发展快，水平高。如国外工程机械产品在集成电路、微处理器、微型计算机及电子监控技术等方面都有广泛的应用，一些节能新技术得到了推广，可靠性、安全性、舒适性、环保性能得到了高度重视，并向大型化和微型化方向发展。借鉴国外工程机械产品的发展趋势，我国工程机械产品的发展走势应是大力发展机电一体化产品，实现装载机工作状态的自动监测和控制，实现平地机的激光导平自动控制，实现在有毒、有危险环境下工程机械作业的遥控，大力提高产品的质量、可靠性和技术水平，大力发展工程机械品种，加强新技术的应用，改善驾驶员的工作条件。装载机应开发性能优良的装载机，如斗容量大、发动机功率大、掘起力大、倾翻负荷大、牵引力大、废气排放少的装载机，应开发机电一体化技术、电子计算机技术、监测技术水平高的装载机，应开发作业可靠性好、安全性高、舒适性好的产品，应开发可装载、可抓物、可侧卸、可起重的经济性好的一机多用型产品。有前途的产品是轮式装载机、大型装载机、中小型多用途轮式装载机、微小型装载机、机电一体化轮式装载机。小型多功能装载机可迅速有效的克服人力无法完成的工作。其灵活的工作空间、便捷的运输方式，更可取代中国市政部门现有的不太适合市政施工的大型机械，如装载机、履带式挖掘机等。另外，机场、港口、码头、矿山、军用设施、石油与煤气管道铺设等行业领域的建设和维护也是挖掘装载机用武之地。它可以实现了集装载、推土、刮平、装夹多种作业形式于一体，可以做到一机多用，经济实用，拥有很好的市场开发前景。轮式装载机总体方案及其液压系统设计21装载机总体参数的确定11轮式装载机的使用性能轮式装载机的使用性能如下1牵引性能轮式装载机的牵引性能是反映在各档作业速度下，牵引力随速度变化而变化的情况以及能够发出最大牵引力的性能。牵引性能直接影响装载机的作业能力与作业效率。牵引性能的好坏是用牵引功率和牵引效率来评价的，它表明装载机工作时发动机功率利用的有效程度，是一个重要的使用性能指标。2动力性能动力性能是反映装载机以不同档位行驶时，所具有的加速性能以及所能达到的最大行驶速度和爬坡能力。动力性能的指标用动力因数来评价。动力性能直接影响装载机的生产效率。3机动性能机动性能是反映装载机直线行驶的稳定性和狭窄场地转向和通过的能力。机动性能与操纵性能有很大关系，操纵常以装载机通过性能的几何参数表示，包括最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角、最小转弯半径等。机动性能影响装载机的适用程度。4经济性能经济性能是在保证装载机牵引性能机动力性能的条件下，以尽量少的油消耗量达到经济作业、行驶的能力。经济性能好，可降低装载机的使用费用。经济性能通常用两个指标来评价一个是发动机的额定比油耗，即每千瓦小时所消耗燃料的克数。另一个是发动机额定小时的燃油耗，如发动机每小时所消耗燃料的公斤数。5作业安全性能装载安全性能包含两个方面装载机稳定性能、装载机制动性能。装载机稳定性能是表明装载机作业或在坡道上行驶时抵抗纵向或横向倾翻和滑移的性能，稳定性能用稳定度来评价。装载机的制动性能凡反映装载机在各种行驶速度下停车的能力，主要是在制定行驶速度下的制动距离来评价。12轮式装载机的总体布置3121总体布置的原则1保证整机的稳定性；2结构紧凑，并有较高的传动效率；3便于操作和维修，工作安全可靠；4外形平整美观。122总体布置的基准选择1以通过后桥中心的水平面为上、下位置的基准面；2以通过后桥中心的垂直面为前、后位置的基准面；3以整机的铅垂纵向对称面为左、右位置的基准面。123各部件布置的具体要求1车架和传动轴的布置车架采用铰接式车架，前、后车架连接铰接销的位置在轴距的二分之一处，此种布置转弯半径小，前、后轮轨迹重合，可以减小行驶阻力和转弯阻力。连接前、后车架的铰接销为上、下两个，两者之间的距离尽可能的大一些，以改善销轴的受力，但是在下边的那个铰接销的位置，应保证其最小离地间隙。车架的外部宽度受轮距限制，内部宽度要考虑安装发动机和转向油缸的位置，车架高度要根据结构的强度要求和支承件尺寸要求而定。前、后车架相对转角取80,每个车架绕铰接销的相对转角可达3540,否则会影响其它件的布置,并且使传动轴的十字节发生干涉。传动轴布置在装载机的纵向对称平面内,并尽可能成水平位置。2发动机与传动系的布置发动机按纵向布置在装载机的后部,以保证整机的总体布置的原则；保证整机的稳定性；结构紧凑，并有较高的传动效率；便于操作和维修，工作安全可靠；外形平整美观；发动机相对与后桥的前、后距离，可根据桥荷力分配进行调整。发动机中心线的高度，受后桥差速器的限制。发动机的位置布置之后，其传动系的布置是接着发动机依次向前排列。3摆动桥的布置为了保证装载机在凹凸不平的路面上行驶时，其左右车轮都能与地面接触，而不是悬空，因此采用摆动桥结构，摆动桥的布置，后车架用销轴与副车架连接，支持在车桥轮式装载机总体方案及其液压系统设计4中间，车桥上部与副车架连接。摆动桥安装在后桥上形成后桥摆动。驾驶员易于掌握铲斗的对准性。4工作装置的布置工作装置布置在装载机的前部，改装置中各构件的布置，主要是确定动臂的长度和各铰接点的位置。在不影响卸载的距离的条件下，尽可能向后布置；铰接点不设置在驾驶室的两侧，以免在举升时影响驾驶员的安全。5驾驶室的布置驾驶事布置在前车架的后部，驾驶员的视野较好，并于铲斗的相对视角保持不变，铲斗的对准性容易控制。124控制桥荷力分配桥荷力分配是也是总体布置的一个重要内容，当桥合理为具体之后才能惊醒使用性能分析。总体布置后，应具体计算桥荷力，以校核其是否满足上述提出的桥荷力分配比例。对轮胎式铰接转向的装载机空载时前桥桥荷力在装载机自重的4045，后桥桥荷力在装载机自重的5565。满载时前桥桥荷力在装载机自重的7580，后桥桥荷力在装载机自重的2025。1空载时的重心距前轴距离为1656MM，距地面距离为1073MM。重载时的重心距前轴距离为1455MM，距地面距离为1246MM。经计算，空载时前后桥载荷力分别062103N和093103N，符合空载时的桥荷力分配要求。满载时前后桥载荷力分别153103N和051103N，符合满载时的桥荷力分配要求。13轮式装载机总体参数的确定131装载机的斗容确定生产率是工程机械主要经济指标之一，它表示单位时间内铲斗从工作面中铲装并卸到运输车辆或卸到料堆上的实方体积，通常以每小时装运的立方米数或牛顿数为单位，也有以班生产率，昼夜生产率来表示。装载机生产率随其运输距离有很大的变化，一般不计算其理论生产率。其实际生产率M/S3可按照下式计算2511360RSVQKT得12SR式中QS实际生产率（由设计任务书给定），M3/H；VR额定斗容，M3；K技术条件系数，取0709；KT装卸一斗的循环时间，S。在初步设计时，装满一斗的的循环时间T可取如下数值，松散物料取T035分；中等难度物料取T04分；难装物料取T05分。其中K09，Q100106M3/H，T05，根据上式计算得VR26M3，实际取VR3M3。132装载机的额定载重量额定载重量的选择，应该考虑因素1额定斗容已经选定，则应与斗容相适应；2额定载重量必须符合国家产品系列要求；3整机的纵向稳定性；根据以上原则选取的额定载重量MR5T。133装载机的机重装载机的自重是指其使用重量。目前大部分装载机都是全轮驱动，因此装载机自重就是其附着重力。装载机在水平面作业时，靠行走将铲斗插入料堆。不考虑惯性，则装载机的牵引力用来克服插入阻力，其大小受地面附着力的限制。为保证装载机的正常作业，铲斗必须能插入堆料一定的深度。装载机的额定牵引力为130HXFG式中FH装载机的额定牵引力，N；G0附着重力，N；H附着系数，取高压轮胎H06；FX装载机工作时的插入阻力。插入阻力的计算如下1125123498XFKBL4式中K1物料块度与松散程度系数，K1075；轮式装载机总体方案及其液压系统设计6K2物料性质系数，K2245；K3堆料高度系数，K310；K4堆料形状系数，K415；B齿斗宽度，B2940MM；L铲斗一次插入深度，即斗底直线部分长度。对于浅底铲斗，LB425475V1/3取LB45031/3648MM，经计算，FX9900N。所以G0155105。134装载机行走阻力的计算铲斗式装载机的行走阻力W包括若干项阻力。对于轮胎行走装载机15GUNPGW式中WGUN车轮滚动阻力，N；WP坡道阻力，N；WG惯性阻力，N。1装载机的滚动阻力可按下式计算16GUNGUNWG式中G装载机总重，T；滚动阻力系数，选在土路塑钢轮胎高压时的600N/T1。算得，WGUN168560013103T127104N。2装载机的坡道阻力WP，是由道路坡道引起的阻力上坡时为正，下坡为负。17SINPG式中道路坡度角，28；WP1689804710377104N。4装载机的惯性阻力WG可以用下式表示GGWKA式中G重力及速度，G98M/S；K考虑车轮既滚动又滚动引起的惯性阻力增加系数，K107；7A加速度，一般A01502M/S2。铲斗插入一般等减速考虑。WG107168000152696N。所以装载机的行走阻力为W207N。135最大卸载高度最大卸载高度是指动臂在最大举升高度、铲斗成卸载角时，其斗尖离地面的高度,045如下图所示。图11最大卸载尺寸图FIG11THEBIGGESTUNLOADINGALTITUDEOFWHEELLOADER露天装载机卸载高度的确定，是根据配用的运输车箱高度而定18MAXVH式中HMAX最大卸载高度，M；HV配用运输车辆的侧板高度，M；H斗尖与侧板箱板间保留的高度，一般取（0406）M。配用运输车辆的侧板高度选HV2550MM，斗尖与侧板箱板间保留的高度H500MM。计算得，HMAX3050MM。136最大卸载高度时的卸载距离铲斗在最大卸载高度时，铲斗尖到前轮胎边缘的水平距离的值，即为上图中的L，LB/2B19轮式装载机总体方案及其液压系统设计8式中L最大卸载距离，M；B配用的运输车宽度，M；B装载机前轮缘与运输机机箱板间保留的距离，一般取B02M。配用的运输车宽度B1000MM，装载机前轮缘与运输机机箱板间保留的距离B283MM。计算得，L1283MM。137铲斗的后倾角与卸载角动臂在最低位置，铲斗底板与水平面间的夹角为后倾角，下图中为后倾角，其推荐值为4045。图12铲斗的后倾角FIG12SCOOPCASTERANGLE在铲斗举升的过程中，允许后倾角在15以内摆动。铲斗举升到最大斜载高度时，铲斗底板与水平面的夹角为卸载角，一般取45。要求铲斗在任何举伸高度时，都能卸净物料。卸载角取50，后倾角取45。138轴距轴距的大小，直接影响装载机的稳定性。轴距增大能提高装载机的纵向稳定性，但使转弯半径加大，使传动轴和车架增长，从而增加了机重。所以，轴距必须选择适当。一般可与同类型机型采用类比法来确定轴距。轴距选2760MM。139轮距大部分装载机前、后都采用相同的轮距及同类轮胎。轮胎的大小也影响装载机的整机性能。轮距增大，能提高装载机的横向稳定性，但使弯距半径加大，使铲斗和车架加宽，降低了单位斗刃上的插入力。所以，必须适当地选取轮距。一般仍与同类机型采用类比法来确定轮距。9初选轮距选2200MM。1310装载机动臂提升、下降、及铲斗前倾时间确定动臂提升时间选8S；动臂下降时间选6S；铲斗前倾时间选3S。装载机的外形尺寸，可以根据举升高度、卸载距离、轮距、轴距、算出整机的长、宽、高。表11外形尺寸TAB11EXTERNALDIMENSIONS名称几何尺寸车长总宽度车高轴距轮距最小离地间隙最大卸载高度7080MM2940MM3370MM2760MM2200MM300MM3050MM14本章小结本章着重对轮式装载机的总体参数进行分析确定，根据给定的生产率要求，确定出斗容、额定载重量、最大卸载高度、最大卸载高度时的卸载距离、铲斗的后倾角与卸载角、轴距、轮距、装载机动臂提升、下降、及铲斗前倾时间等，给各个具体机构设计以参数依据。是整个装载机是设计的的关健。轮式装载机总体方案及其液压系统设计102轮式装载机发动机的选择及传动系统的确定21发动机的选择211发动机基本形式的选择工程机械发动机基本形式选择中首先应确定的是采用汽油机还是柴油机，其次是气缸排气形式和柴油机的冷却方式3。1电动机对动力装置的要求A抗振动和冲击的能力强；B有较大的超载能力和坚固的结构；C能够使应较差的环境；D要求有足够的可靠性。2发动机的优点工程机械中，最常用的是动力装置是柴油机，与汽油机相比，柴油机具有如下特点A柴油机热效率高、油耗低、燃料经济性好；B柴油机价格便宜，成本较低；C柴油机工作可靠，耐久性好，无需点火系统，故障少，使用寿命长；D可采用较高的增压度和较大的刚径来提高劈柴油机功率；E排气污染较低。故选用柴油机作为发动机。3冷却形式的选择按冷却方式，发动机有水冷和风冷之分。水冷发动机冷却均匀可靠，散热好，气缸变形小，缸盖、活塞等主要零件的热负荷较低，可靠性高；能很好的事应大功率发动机的冷却要求；发动机增压后也易采取措施11加强散热。但其冷却性能受气温影响显著，应考虑避免高温天气出现发动机过热问题。风冷发动机的冷却系统简单，维修简便；对于在沙漠和缺水地区及炎热、酷寒地区使用的适应性好，不会发生发动机过热和冻结等故障。但大缸径的风冷发动机的冷却不够均匀；缸盖等材料的热负荷高，可靠性不及水冷式的；噪声大，油耗较高，风冷式发动机在高原、沙漠工程机械和军用工程机械上采用较多。通过以上对比，选用风冷发动机。212发动机主要性能指标的选择1机定额功率PEH及额定转速NEH4发动机应满足装载机工况及行驶工况动力要求，发动机功率愈大则动力性能越好，但功率过大汇市发动机功率利用率降低，燃料经济性下降，动力传动系的质量也要加大。因此要合理选用发动机功率。若已给定了机械的最大车速，选择的发动机功率应大体等于，但不小于以最高车速行驶时行驶阻力功率之和，即213MAXMAX13607140DEHTCAGFPVV式中PEH发动机额定功率，KW；T传动系的传动效率，机械传动085088，液压传动06075；G工程机械重量，N；F滚动阻力系数，轮式工程机械一般取F003；VMAX工程机械的最高转速，KM/H。VMAX1V，为滑转率，一般行驶条件下值不应超过35，作业时允许值不应超过30；V理论行驶速度，露天装载机取V3040KM/H83111M/S；CD空气阻力系数，工程机械一般取CD08；A工程机械在前进方向上的投影面积，M2。其中G15105，T08，V11M/S，4，VMAX1055M/S，A2943379M2。经计算，选发动机额定功率PEH为210马力。在发动机选型阶段，除了要确定发动机额定功率外，还要对额定转速有一定的要求。因为它不计影响发动机的排量、尺寸、性能和使用寿命等，而且影响工程机械的整机性能、传动系的寿命等，而且影响工程机械的整机性能、传动系的寿命、最大车速和传动轮式装载机总体方案及其液压系统设计12比的选择，一般工程机械用柴油机额定转速在20003000R/MIN。本机选额定转速为2200R/MIN。查表，选发动机型号6135K9柴油机。22传动系统设计221传动系统的类型选择传动系统的类型主要有机械传动、液力机械传动、液压传动和电传动。通过比较以上四种传动类型的优缺点，并结合现有装载机的传动类型，选用液力机械传动。液力机械传动的主要优点51液力变矩器具有在一定范围内实现自动无级变速的特性，能使柴油机经常在选定的工况下工作并能防止过载熄火。不仅提高了柴油机的功率利用率，而且大大减少换档次数、降低驾驶员的劳动强度和技术要求。2由于变矩器自身具有变速性能，与机械传动相比，对于同样的变速范围，可以减少变速箱的档位数，简化变速箱结构。3液力变矩器利用液体作为传递动力的介质，输出轴和输入轴之间没有刚性的机械联系，因而减少了传动系及柴油机零件的冲击、振动等动载荷，提高了机械的使用寿命。4液力变矩器具有无级调速的性能，婴儿可使机械起步平稳，并能得到任意小的行驶速度。222液力变矩器的选择6在设计液力机械传动时，首先要解决的是液力变矩器的选型问题。从装载机使用要求出发，对液力变矩器除了有结构简单、造价低、工作可靠等一般性要求外，就液力变矩器的工作性能而言，要求具有宽阔的高效区以保证良好的牵引性能。动力装置联系着动力和工作机，不仅传递动力，而且要求协调两者的矛盾。因此液力传动的形式和参数选择必然与动力及的特性和工作机的载荷性质和作业状况密切相关，不可割裂。装载机以作业为主，要求能够自动适应急剧变化并且周期循环重复作业的载荷；机动性能好，前后掉头频繁，空载后退的速度甚至较前尽快；全动力换档，可有任何前档直接挂到后退档；生产率高，能够边行走边作业，行走和作业的动力分配可以任意调节。13根据以上的功能要求，可以选用单相单级液力变矩器配合14档全逆转变速器。查液力变矩器的相关型号、规格、技术参数表，适合30吨装载机型号为YJ31502。公称力矩为56NM，转速为2200R/MIN，功率为80KW。23本章小结发动机设计是整个装载机设计的关键，它为整个机器提供动力源，有效驱动机器运行，发动机功率的选择，决定整个机械的运行情况，以及整个机器的经济性环保性能。装载机的传动系统是将原动机的动力传递给驱动轮，同时用液力变矩器加以变矩变速。传动系统应满足比阿矩变速，恒功率传动等要求。ZL50装载机的传动系统根据机器工作性能的要求选传动类型为液力机械传动。3各主要机构的总体设计31工作机构形式的确定工作机构是轮式装载机上直接实现铲装物料的装置，它的结构和性能都显著影响着整机的工作尺寸、性能参数、发动机功率及生产力等等，因此它的设计是轮式装载机设计的十分重要的组成部分。311轮式装载机工作装置的设计要求轮式装载机工作机构的设计应该满足如下基本要求1生产率高。2角度要求满足工作循环中对铲斗各工作位置的角度要求，到达所要求卸载高度与卸载距离。3运动要求在工作循环中，速度与加速度变化合理；有刚活塞行程为最佳值；工作装置运动平稳、无干涉无死点、无自锁；动臂从最低位置到最大卸载高度的升举过程中保证铲斗物料不散落；在卸料后，动臂下放置铲掘位置铲斗能自动平放。4结构要求结构要求简单紧凑，承载元件数量（包括油缸）尽量少，前悬小。5动力性要求连杆机构具有较高的力传递效率，以保证工作装置产生较大的插入阻力、掘起力和升举力。312工作机结构形式确定本装载机采用无铲斗托架式工作装置，铲斗直接装在动臂上，转斗油缸通过连杆机构控制铲斗的转动。为了兼顾平移性和卸料性等方面的要求，通常将连杆机构设计成非轮式装载机总体方案及其液压系统设计14平行四边形连杆机构。无铲斗托架式工作装置根据摇臂、连杆数目及铰接点位置的不同可分为正转连杆机构和反转连杆机构两种机构形式。反转机构适用于铲装地面以上的物料，而对地面以下的挖掘作业不利。升降动臂时基本保持铲斗平移，易于实现铲斗自动放平，因此物料撒落少，可提高装载机的作业效率；因只有一个摇臂，机构简单，特别是对轮式底盘布置容易，因而本设计应用此机构。图31工作装置结构简图FIG31DAGRAMOFLTHEINKMOTIONGEAR选用如图所示的反转六杆连杆机构，这种连杆机构采用单摇臂，并且由两个四连杆机构所组成。反转机构的特点是铲起力特性适应于铲状地面以上的物料，而不利于地面以下的挖掘；升降动臂时，基本保持铲斗平移，易于实现铲斗平放，因此物料撒落少，可提高装载机装卸的机械效率；因为只有一个动臂，结构简单，特别是对轮式底盘布置容易。32制动器结构形式的选择工程机械制动系地使用以前执行式中工程机械加速或停车、使下坡形式的工程机械的车速报此后稳定以及使已停式的工程机械在原地（包括斜坡上）驻留不动的机构。工程机械几乎都是机械摩擦式的，利用车辆上的固定元件与旋转元件工作表面的摩擦产生制动力矩，使工程机械减速或停车。摩擦式制动按其旋转元件的形式可分为鼓式盘式两大类。按制动的操纵方式可分为人力、气动、液动、气液综合式和电磁式等；按制动工作差别可分为停车制动、行车制动、辅助制动等；按制动器的结构形式又可分为蹄式、盘式及带式等。根据轮式装载机的作业行走的特点，停车制动采取手操纵人力制动能源，制动器为蹄式。其行车制动采取脚操纵气压动力能源，制动器为盘式。33转向方式的选择331对转向系统的基本要求9151各车轮应该形成统一的瞬时转动中心。车轮在转向过程中，为减小专线阻力以及轮胎磨损，要求各轮处于接近纯滚动而无侧滑，因此，各车轮应按照统一的瞬时转动中心滚动。2工作可靠。转向系统对装载机行驶安全关系极大，为切实保证行驶安全，要求转动系统的各零部件具有足够的强度、刚度等性能。3操纵轻便。在转向盘存在足够路感的条件下，应尽量小的将路面冲击力反传导方向盘上，以减轻驾驶员的劳动强度。另外，转动方向盘的操纵力也应尽量小。4转向灵敏性好。当转向盘转过一定角度时，经转向系统的传动机构传动比，车轮相应转过一定角度，若二者的误差较小，则表明转向机构越灵敏；反之，灵敏度越差。转弯半径小。应尽量减小车轮的转弯半径，以提高装载机的机动性。5装载机转向后，要求转向盘能自动回正。332转向方式的选取轮式工程机械的转向方式主要可分为偏转车轮转向，铰接车架转向及滑移转向三大类。ZL50轮式装载机采用铰接转向方式，车架有两段车架组成，车架间用垂直铰接相联，并由液压缸改变相邻车架间的相对夹角而使装载机在不同半径的弯道地面运行。这种运行方式的特点是当工作装置装在前车架上，两端车架相对偏转时，司机面向始终与前车架一致，有利于迅速对准作业面，提高生产率，显示了铰接底盘特有的机动性；铰接车架相对偏转时，由于其几何关系简单，从而使转向机构大大简化；特别当全轮驱动时，不必采用昂贵的驱动桥。34轮胎的选定11轮胎的尺寸型号是进行工程机械性能计算和绘制总布置图的重要原始数据之一，因此，在总体设计开始阶段就应选定，而选定的依据是车型、使用条件、轮胎的静负荷、轮胎的额定负荷以及工程机械的行驶速度。轮胎通常按以下标准分类1按其密封气式分为内胎轮胎（包括外胎、内胎及垫带）、无内胎轮胎（仅有外胎）；2按车辆的类别分为乘用车轮胎、商用车轮胎、非公路用车轮胎、特种车轮胎；3按轮胎花纹分为公路花纹轮胎、越野花纹轮胎、商用车轮胎、特种花纹轮胎；4按胎体结构分为斜交轮胎、子午线轮胎、带束斜交轮胎；轮式装载机总体方案及其液压系统设计165按帘线材料分为钢丝轮胎、半钢丝轮胎、人造纤维轮胎；6按断面形状分为普通断面轮胎、低断面轮胎。轮胎的参数指标体现了轮胎的特性，包括尺寸特性、负载指数、速度级别、充气压力、均匀性等。同果查表，确定轮胎尺寸规格为2425。35本章小结本章着重对ZL50型轮式装载机的工作机构、转向系统、制动系统及轮胎进行选型。选型必须要以装载机的各种性能要求为依据，初步选出符合机型特点的各种方案。工作机构采用反转六连杆机构，得到良好的铲斗平放性能，实现铲斗自动平放。根据轮式装载机的作业行走的特点，停车制动采取手操纵人力制动能源，制动器为蹄式。其行车制动采取脚操纵气压动力能源，制动器为盘式。转向系统采用铰接车架转向。4稳定性和通过性的分析工程机械的稳定性是指工程机械在行驶或作业过程中，不发生倾翻或侧滑的能力。工程机械的通过性是指通过各种路面和障碍物的能力。装载机的稳定性是重要的性能参数之一，稳定性的好坏，关系到装载机能否正常工作。若稳定性不好，严重时候会使机器翻倒，造成设备和人身事故，影响生产。因此，无论是设计或使用，对机器的稳定性都必须给予认真考虑。141评价稳定性的指标通常用稳定性和稳定比和稳定度来评价工程机械的稳定性。1稳定比K作用在工程机械上的力，使装载机可能产生两种力矩一种是使装载机产生倾翻趋势的力矩，称为倾翻力矩；另一种是使装载机趋于稳定的力矩，为稳定力矩。稳定力矩与倾翻力矩之间的比值为稳定比。稳定比K大于1时，装载机稳定；K等于1时，出于将要倾翻而未倾翻的临界状态。一般情况下，K1113。2稳定度I装载机停止或行驶在坡道上，保持工程机械不倾翻的最大坡度角的正切值称为稳定度。实际上，工程机械不可能在到达了稳定度的坡道上行驶或停止。因此稳定度的实际意义是用于评价工程机械在坡道上的稳定性能，有稳定度来现在工程机械的倾翻，使工17程机械的滑移和滑转发生在倾翻之前。42装载机爬坡行驶时的纵向稳定性421装载机最大爬坡角装载机最大爬坡角的计算公式如下4121TANGSH式中S2铲斗处于运输位置时装载机重心至后轮轴心的距离，M；HG装载机重心离地高度，M。上式中，装载机出于运输位置时，S21104MM，HG1073MM,代入式41计算有TAN1103，则有146。装载机上坡时，可能因为轮胎与道路黏着力不够而发生倒行。当上坡时的黏着力与倒行力相等时的角度称为倒行开始角度。即422TAN式中路面黏着系数，06。所以，2035M。在本设计中，取H1300MM。442接近角和离去角装载机从车前身的突出点，向前车轮轮缘引切线，该切线与地面的夹角称为接近角。从车后身的突出点向前后轮轮缘引切线，该切线与地面的夹角称为离去角。接近角的制约越大越好。其中，取20，25。443转向半径的计算图54铰接式转向半径示意图FIG54THEDRAWINGOFTHEHINGERADIALTYPETHETURNINGSCHEMATIC上图为铰接式机械在水平地面上稳定转向的转向半径示意图。铰接式机械转向是通过前后车架绕其铰销相对转过一定角度，使前后轮相对于车架没有发生偏转，每一桥上两侧车轮转动平面始终保持平等。过前后桥轴线作垂直于地面的平面，此两平面的交线即为转动轴线（它在水平面的投影为一点O），则铰接式机械绕此轴线转向各车轮作无侧滑的滚动。由上图可知，前轴外轮转向半径为轮式装载机总体方案及其液压系统设计20（42CWBRAO12）因为/SINCCOALR所以（4S2INCWBR13）前桥轴内轮转弯半径为（4COSIN2CNWLRBRB14）后桥轴外轮转弯半径为（4COSIN2HWRLBR15）后桥内轮转弯半径为（4COSIN2HNWRLBRB16）铰接点接近前桥时，前桥转弯半径大，后桥外轮转弯半径小；铰接点远离前桥时，前桥外轮转弯半径逐渐减小，而后桥外轮转弯半径则逐渐增大。铰接点在中间时，前后轮转弯半径相等，并为共同的最小值。有（41COS2INCNHWLBR17）式中B轮距，B1950MM；L轴距，L2760MM；转向角，35；21R前桥轴线到交接点距离。计算得，最小转弯半径为RCNRHW5613MM。444装载机对松软路面的通过能力装载机在松软泥泞的路面上行驶时，由于路面强度低，车轮下陷，滚动阻力系数增大。泥泞的路面又会使粘着系数下降，其粘着能力大大减小。所以，为了使装载机能通过松软的泥泞路面，必须提高粘着系数和降低阻力系数。提高装载机在松软泥泞路面上通过能力的措施有1）降低轮胎冲气压力，以减低轮胎对地面的压力。2）采用大花纹轮胎以提高粘着力。3）改变传动系。采用全轮驱动，可以提高通过能力；采用液压传动，低速时不会熄火，可以防止在泥泞路面上行驶时突然熄火停车，因停车会造成更大的车身下陷，从而丧失行驶能力；采用自由轮差速器，当一车轮下陷时，另一侧车轮仍能发挥其牵引力，从而可以提高在泥泞的路面上通过能力。45本章小结本章着重对轮式装载机的稳定性和通过行进行了分析。工程机械的通过性，是指通过各种路面和障碍物的能力。稳定性是指工程机械在行驶或作业过程中，不发生倾翻或侧滑的能力。二者均是工程机械的重要性能指标。介绍了评价稳定性的指标，分析计算装载机处于爬坡运输位置时满足的稳定性条件以及插入堆料时的稳定性。本章对通过行进性了分析介绍，选择了最小离地间隙、接近角和离去角的具体值，分析计算了最小转向半径。轮式装载机总体方案及其液压系统设计225轮式装载机生产率分析生产率是装载机重要经济指标之一，它表示单位时间内铲斗从工作面中铲装并卸到运输车辆或卸到堆料上的实方体积。51理论生产率理论生产率QT是指装载机以最大铲取速度，使铲斗完全充满物料的情况下，每小时所装物料数量，即（5360RTVQ1）式中QT实际生产率（由设计任务书给定），M3/H；VR额定斗容，M3；T装卸一斗的循环时间，S。装满一斗的的循环时间T可取如下数值，松散物料23取T035分；中等难度物料取T04分；难装物料取T05分。计算有52实际生产率52360RSVQKT式中K技术条件系数，取0709，K其中K09，VR3M3，T05，根据上式计算得QS117106M3/H。其中K09，Q100106M3/H，T05，根据上式计算得VR26M3，实际取VR3M3。在设计任务书中，给出的生产率为Q100106M3/H，而在实际设计中，铲斗尺寸为3M3，计算出实实际生产率为QS117106M3/H，大于设计任务书中给定的值，故满足生产率要求。53本章小结本章主要是验算所设计的装载机的生产率，生产率是装载机重要经济指标之一，它表示单位时间内铲斗从工作面中铲装并卸到运输车辆或卸到堆料上的实方体积。根据确定的斗容量及工作时间来验算是否满足设计说明书中给定的生产率要求，一般最终确定的生产率应该不小于设计任务书中给定的要求。6装载机液压系统总体介绍61液压系统的工作原理液压系统是由各种液压元件（包括液压泵、液压阀、执行元件及辅助元件等）按一定需要合理组合而成。他的工作原理是液压泵由电动机带动旋转后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，当它从泵中输出进入压力管后，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸一腔，推动活塞和上作台运动。这时，液压缸另一腔的油经换向阀和回油管排回油箱。由此可知1液压传动是以液体作为上作介质来传递能量的；2液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传动是不相同的；3液压传动中的上作介质在受控制、受调节的状态下进行上作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。62液压系统的组成部分轮式装载机总体方案及其液压系统设计24液压传动主要山以下四部分组成1能源装置把机械能转换成油液液压能的装置，最常见的形式就是压泵它给液压系统提供压力油；2执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置，它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达；3控制调节装置对系统中油液压力、流量或方向进行控制或调节的装置，例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统；4辅助装置上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等，他们对保证系统正常上作也有重要作用。63液压传动的优缺点631液压传动的优点液压系统具有如下优点1在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动力，因为液压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大3040倍。在同等功率的情况下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的12左右。2液压装置的上作比较平稳。液压装置由于重量轻、惯性小、反应快、易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达每分500次，它实现往复自线运动时可达每分钟1000次。3液压装置能在大范围内实现无级调速调速范围可达12000，还可以在液压装置进行的过程中进行调速。4液压传动易于实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。当液压控制和电气控制或气动控制结合在一起使用时，能实现复杂的顺序动作和远程控制。5液压装置易于实现过载保护。液压元件能自行润滑，因此使用寿命较长。6由于液压元件己实现标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也有较大的机动性。7用液压传动来实现自线运动远比用机械传动简单。632液压传动的缺点液压系统具有如下缺点1液压传动不能保证严格的传动比，这是山液压油的，可压缩性和泄漏等因素造成的2液压传25动在上作过程中常有较多的能量损失摩擦损失、泄漏损失等，用作远距离传动时更是如此。3液压传动对油温的变化比较敏感，它的上作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下上作。4为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求都较高，因此它的造价较贵，而且对油液的污染比较敏感。5液压传动要求有单独的能源。6液压传动出现故障时不易找出原因。总的说来，液压传动的优点是突出的，它的缺点将随着科技的发展而逐渐得到克服。64国内外的发展状况641应用现状液压传动与气压传动统称为流体传动，它与机械传动和电气传动一起构成了现代上业中普通采用的三大传动方式。液压传动相对于机械传动来说，是一门新兴的技术。若从17世纪中叶，帕斯卡提出静压传递原理、18世纪末英国制成地一台水压机开始算起，液压传动己有二、三百年的历史。但是液压传动被各国普遍重视，并应用于国民经济各部门中，只是近50年左右的事。第二次世界大战以后，随着现代科学技术的迅速发展和制造工艺的提高，各种液压元件的性能日益完善，液压传动才开始得到广泛应用。特别是出现了高精度、响应速度快的伺服阀后，液压技术的应用更是飞速发展。在本世纪70年代末至80年代末，山于电子计算机的迅速发展，促使液压技术进入了数控液压伺服技术的时期。口前普遍认为电子技术和液压技术相结合是液压系统实现自动控制的发展方向。液压传动山于具有传动平稳、结构简单、功率大、易于无级调速和定位精度高等一系列优点，因此，口前己不仅广泛应用于机床工程机械、农业机械、汽车、冶金、航空航天等上业部门，而且在轻上业机械中也被普遍采用。同时，随着原子能、空间技术、电子技术等方面的迅速发展，液压技术不断地向着更深、更广泛的领域中发展。近20年液压技术的发展极为迅速，新式元、辅件接连不断出现。如继电液比例阀、插装阀之后，近年正在研制和试用的有电液比例控制液压泵、数字阀等。应用领域也不断扩大，如太阳跟踪系统，高层建筑防震系统等均采用了液压技术。口前，我国液压元件都有了比较完整的系列，且正在向ISO标准靠近。很多工厂都先后制成了或引进了许多液压传动的设备和生产线，实现了生产过程的自动和半自动控制。轮式装载机总体方案及其液压系统设计26642发展动向随着生产的不断发展，对液压元件的结构和性能的要求也越来越高，纵观国内外液压元件的发展趋势，大致有以下两方面1小型化、轻量化、集成化随着液压机械自动化程度不断提高，所用元件数量急剧增加，因而元件小型化、系统集成化就成了液压技术发展的主要方向之一。为了要达到小型轻量化的口的，液压系统的压力趋向高压化，如国外的建筑机械正向35MPA迈进航空附件正向5663MPA进军。当然，随着压力的提高，系统及元件的寿命有所下降，重量也有增加的趋势，上述矛盾的出现，给材料科学的研究者提出了新的课题。在国外，液压元件正向多功能或系统化方向发展。例如以方向控制法为核心，再加上其它各种功能的截止式四通阀，使液压系统具有高度集成化、轻量化和小型化等特点。用一个多功能阀及组合阀即可组成一个差动回路，其安装尺寸仅与一般电磁阀相同。2与电子技术相结合以电子元件作为系统的信息处理和传递信息的手段来控制控制阀，以输出流体的压力作功率输出，这两者的结合，是流体控制阀的重要研究课题。在液压技术中，现在一般感兴趣的是比例电磁阀和数字阀，这两者虽然都是开环控制，但与电液伺服阀相比，抗污染能力要强得多，且制造方便，维护使用简单。降低能耗提高效率是当前液压技术中的重要课题之一。口前主要通过能量贮备法，能量回收法，负载压力、流量和功率匹配法及用微型计算机对液压系统进行自适应控制来降低系统能耗。随着液压技术向高压、高速、大流量方向发展，降低液压系统噪声便是一个突出的问题，因此近10年来各国都围绕降低液压元件及其系统噪声在进行着大量的研究上作。为了提高液压产品的可靠性，人们越来越重视对可靠性技术的研究和应用。诸如开展元件的强化快速寿命试验方法元件污染允许度、系统故障诊断设备、以及进行系统可靠性预测技术的研究等。65本章小结本章对液压系统作了初步的介绍，全面地讲解了液压系统的优缺点，以及它的应用情况和发展状况。液压系统液压装置的上作比较平稳。液压装置由于重量轻、惯性小、反应快、易于实现快速启动、制动和频繁的换向，这一特性是液压系统普遍被采用的原因之一。液压系统正在朝着一个小型化、轻量化、集成化的方向发展，势必会对将来的各行业有相当大的推动力。277装载机液压系统设计71装载机液压系统的设计要求711概述装载机主要用来对散装物料进行铲运、搬运及平整场地作业，也可以用来进行轻度的铲掘工作，生产率高，机动性好，是一种应用十分广泛的液压工程机械。装载机的行走装置都采用液压机械传动，其液压操纵的换档变速箱得到广泛应用装载机的工作装置为动臂和铲斗，多数为装在机架上的四连杆机构；他和转向机构都采用液压传动。因此装载机的液压系统由工作装置、液压动力转向组成。工作装置系统又包括动臂升降液压缸回路和转斗液压缸回路，两者构成串并联回路。712轮式装载机液压系统基本要求液压系统的设计应从实际出发，吸取国外先进的液压技术，除了应满足主机在性能和动作方面的规定外，还必须符合重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维护方便的一些公认的设计原则。要求液压系统能实现工作装置铲装、提升、保持和倾斜等动作。转斗机构采用铰接转向，要求液压系统实现铰接车架折腰转向车架。设计的目的是充分满足总体设计的要求，实现各种不同工作装置的动力传动或控制功能。设计的原则是利用先进的机电液控制和传动技术，选择国际知名品牌的液压传动元件优化组合，提供先进可靠的系统配置。轮式装载机总体方案及其液压系统设计2872ZL50轮式装载机液压系统设计已知参数1转斗油缸的行程为500MM；2卸载时间为3S；3动臂油缸的行程为925MM；4动臂升举时间8S；5动臂下降时间为6S；6液压缸的安装长度1455MM；7转向液压缸的速度0134MM。73制订液压系统方案731油路循环方式的分析与选择油路的循环方式分为开式和闭式两种。开式回路散热较方便，但油箱占空间较大；抗污染性较差，采用压力油箱和虑油器改善；用平衡阀进行能耗限速，用制动法进行能耗制动，引起油液发热；对泵的自吸性要求较高。闭式回路较复杂，须用辅助泵换油冷却；抗污染性较好但油液过滤要求高；液压泵由电动机拖动时，限速及制动过程中拖动电机能向电网输电，回收部分能量，在生限速及在生制动；对主泵的自吸性无要求。通过对比，本系统采用开式回路。732确定液压执行元件的形式液压执行元件大体分为液压缸或液压马达。前者实现直线运动，后者完成回转运动。本机动作机构均为单纯的直线往复运动。各直线运动机构均为单活塞杆双作用液压缸直接驱动。733各机构液压回路的确定1转斗动作回路确定本机构动作主要通过换向阀的有机组合实现所要求的动作要求，铲斗的前倾与收起。要求工作可靠，操纵轻便，且要求能够自动限位。换向阀的右位、左位、中位分别实现铲斗的收起、前倾和锁紧。转斗油缸的小油腔回路中应设有双作用安全阀。在动臂升降过程中，砖斗的连杆机构由于动作不协调而受到某种程度的干涉，即在提升动臂时转斗液压缸的活塞杆有被拉出的趋势，而在动臂下降时活塞杆又被强制顶回。此时换向阀中位，油路不通。为了防止液压缸过载或真空，双作用液压缸能起到缓补油优作用。当产生真空时，可由单向阀从油缸中吸油。其原理图如下图71。29图71转斗动作回路FIG71THEOPERATIVELOOPOFSTEERINGBUCKET2动臂动作液压回路确定本机构要求通过换向阀的控制，实现动臂油缸的提升、中立、下降、浮动四个工作位置。换向阀处于中位时，动臂液压缸处于浮动状态，以便在坚硬的地面上铲取物料或进行铲推作业。此时动臂随地面状态自由浮动，提高作业效能。动臂要求具有较快的升降速度和良好的低速微调性能。液压缸的进油由双联泵供油，流量最大可达320L/MIN。动臂处于升和降状态时可控制换向阀阀口开度的大小实现节流调速。图72动臂动作液压回路FIG72THEHYDRAULICLOOPOFMOVABLEARM轮式装载机总体方案及其液压系统设计303转向液压回路的确定装载机作业周期短，动作要灵活，这一特点决定转向机构要求灵敏。装载机要求有稳定的转向速度，也就是要求进入转向液压缸的油液流量恒定，转向液压缸的油液主要来自转向泵，当发动机受其他负载影响转速下降时，就会影响转速的稳定性。这是需要加辅助泵，通过流量转换阀补入转向泵所减少的流量，以保证转向油路的流量稳定。图73转向机构液压系统FIG73STEERINGMECHANISMHYDRAULICPRESSURELOOP4变速箱液压系统回路的确定如图74一般动力换档变速箱都采用液压操纵，而且变速操纵油路和变矩器补偿冷却油路是连在一起的。采用变矩器、动力换档变速箱的工程机械，变速箱换档的离合器、制动器的操纵油泵和行驶转向操纵油泵有发动机驱动。发动机熄火，这些油泵也都不运转，因此无压力油，变速箱处于空档位置，无法进入各档，也不能操纵转向。另外，一般变矩器反向传动性能差，即输出轴将力矩反传到输入轴的能力也很差。变速箱挂不上档，变矩器又不能反向传力，如果一旦机械由于启动系统故障或其他原因发动机不能启动时，就很难用其他机器拖动它。发动机熄火时，油压转向系是不起作用的，也不能利用发动机制动。因此一旦发动机熄火就不能拖走，这对设备维修工作带来很多不便。解决上一问题的方法一般是在变矩器泵轮和涡轮制建设超越离合器（自由轮）或闭锁离合器,以解决变矩器不能反向传力的问题。外加变速箱操纵油泵和转向操纵油泵各一个，与行走部分（车轮）相31连接，只要车轮转动，这两个油泵就转动，供给压力油操纵换档和转向。ZL50型装载机设计了“三合一”机构，这一套机构解决了拖启动、拖转向和拖运行驶利用发动机制动这三项任务，故称“三合一”机构图74变速箱系统简图FIG74SIMPLEGEARBOXSYSTEMPICTURE734绘制液压系统原理图拟定液压系统图是整个液压系统设计中重要的一步，它从作用原理上和结构组成上具体体现设计任务中提出的各项要求。拟定液压系统图包括两项内容通过分析对比选出合理的液压回路；把选出的液压回路组合成液压系统。由于有多种方案，本方案是在归纳、整理，增加一些必要的元件和辅助油路后，并参考了国内外同类系统的成熟精练。根据以上分析，按以下几点要求1尽可能归并作用相同或相近的液压元件，力求使系统结构简单，尽可能采用标准元件。2保证系统上作循环中每个动作都安全可靠、无相互干扰。特别要注意系统中压力控制元件的调节压力之间的关系。3尽可能提高系统的效率，防止系统过热。4尽可能使系统经济合理，便于维修。为此，拟定了系统原理图如图75。轮
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