ZL60轮式装载机总体设计

1、摘要装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支承结构和连杆，随机器向前运动进行转载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，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。近年来，随着建筑施工和资源开发规模的扩大，对工程机械需求量迅速增加，因而对其可靠性、维修性、安全性和燃油经济性也提出了更高的要求。自20世纪以来，国外工程机械进入了一个新

2、的发展时期，在广泛应用新技术的同时，不断涌现出新结构和新产品。总体设计又是装载机设计中一个重要环节，该环节对装载机的性能起着决定性的影响，因此以ZL60轮式装载机为研究对象的总体设计是本课题内容。关键词：轮式装载机；总体设计；总体布置；匹配；AbstractShovel loader belongs to the transport machinery. It is self-propelled crawler or tire machine by installing a full supporting structure of bucket and linkage in the front

3、 of it, which can move forward to transship or excavate, upgrade, transport and unload along with the machine. It is widely used in highway, railway, construct, hydroelectric power, port, mine and other projects. Loaders have some advantages which have high operating speed, high efficiency, good mob

4、ility, easily operation and so on. Therefore, loader becomes one of the major machines in the earth and rock work of engineering construction. It is one of the indispensable equipment in modern mechanical construction which plays a important role in accelerating the construction speed, reducing labo

5、r intensity, improving the quality of the project, and reducing the cost of the project.In recent years, with the enlargement of the scale of construction and resource development, and rapid increased demand for construction machinery, higher requirements related to machinery reliability, maintainab

6、ility, safety and fuel economy have also been put forward. Since the 20th century, foreign construction machinery has entered a new period in which new technology is widely used, and at the same time the new structures and new products are emerging constantly.Because overall design is an important p

7、art of loader design, which plays a decisive impact on the performance of the loader, the content of the research is overall design of ZL60 wheel loader as a study object.Key Words: wheel loaders; overall design; general layout; matching目录1 绪论11.1国内轮式装载机发展现状及趋势11.2 轮式装载机新技术发展特点21.3 论文主要研究内容22 总体设计的原

8、则及主要内容42.1 工程机械设计原则42.2 工程机械总体设计的主要内容43 ZL60轮式装载机总体参数的确定63.1发动机的功率63.1.1运输工况73.1.2插入工况73.2自重力83.3掘起力93.4 最大驱动力93.5铲斗后倾角及卸载角103.6行驶速度和档位数103.7装载机作业阻力103.7.1插入阻力Px103.7.2铲起阻力113.7.3转斗阻力矩123.8铲斗的最大卸载高度Hmax与卸载距离S123.9最小离地间隙124 ZL60轮式装载机总体设计144.1发动机144.2传动系各零部件结构型式的选择144.2.1液力变矩器144.2.2变速器174.2.3驱动桥174.3

9、 转向系174.4制动系174.5轮胎184.6工作装置184.7转向与工作液压系统185 ZL60轮式装载机的总体布置205.1发动机与传动系的布置215.2 铰接点和传动轴的布置235.3摆动桥的布置245.4驾驶室的布置255.5 转向系的布置255.6 工作装置的布置265.7 各运动部位校核要求265.8桥荷分配和重心位置的计算与调整266 ZL60轮式装载机液压油箱的设计306.1 油箱的功用306.2油箱容积的确定316.3 油箱的结构要点357 结论37参考文献38附录39致谢401 绪论1.1国内轮式装载机发展现状及趋势品种繁多的工程机械广泛应用于国民经济建设中的交通运输、能

10、源、矿山、农、林、水利、市政建设和现代化国防建设事业中。工程机械制造业，作为我国制造业的重要组成部分，曾一度成为发展最快、经济效益和产品市场前景均较好的行业，在整个装备工业体系中具有举足轻重、无可替代的地位和作用。但随着市场经济和改革开放的不断深入和推进，特别是我国加入WTO后，中国工程机械行业面临着日趋激烈的竞争。毋庸置疑，就整体而言国产工程机械产品的质量、寿命和可靠性，与国外产品相比确实存在着较大差距，以至于在我国的长江葛洲坝、黄河小浪底等大型建设工地上大部分是卡特皮勒公司的推土机、小松公司的挖掘机等外国工程机械，难觅国产机的踪影。多少年来，这不能不说是一个令国内工程机械从业者羞愧而又必须

11、面对的现实。目前，虽然国内轮式装载机生产厂家群雄并立，并且有增无减，但国内的企业自主开发创新能力较弱，产品更新换代以适应市场需求的能力较差，不能及时适应市场的需求。在生产制造上，工艺装备水平和生产能力低，造成关键零部件技术不过关，整机的可靠性，故障率，使用寿命，机、电、液、一体化水平，外观质量，操作的灵活性和舒适性方面与先进国家产品相比差距较大。目前我国轮式装载机的发展有如下一些特点。1.缺乏高科技含量，产品质量不稳定，档次低我国生产的轮式装载机的技术水平普遍比较低，高科技附加值少，产品档次低，属中等偏下水平。产品质量不稳定，国产装载机大故障的部位主要集中在传动系统，小毛病经常出现在液压系统。

12、2.设备的灵活性、舒适性较差 灵活性是反映装载机工作效率的一个重要指标。由于设计或制造等原因，各个部件不能自如运作，工作起来笨拙不堪，现场讲是出工不出力、出力不出活。现场作业，其环境千差万别，特别是洞室、狭窄恶劣地段工作更需要灵活性，在这方面国外的大吨位设备也远比国内小吨位设备灵活得多。设备的舒适性是指驾驶员在操作设备作业时所感受的舒适程度，包括环保方面的排放标准和噪声大小等。国产产品驾驶室的噪声控制、密封问题都没有得到很好的解决。一些厂家试图在驾驶室里安装收录机等音响系统，其实在没解决设备噪声之前，这些都是徒劳的；同理，在没解决驾驶室密闭问题之前，一切空调等通风换气设置都是没有任何意义的。3

13、.用途单一，产品规格中间大两头小 我国生产的轮式装载机所配备的附属作业装置有限，造成装载机使用功能少、用途单一。尽管已能生产出0.410t的装载机产品，但产量主要集中在15t范围内，无力生产微型级、大型级产品，造成了产品结构中间大、两头小的格局。尽管国产轮式装载机的技术水平与西方发达国家存在着很大的差距，但也应该考虑到历史和国情的原因。目前国产轮式装载机亦正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家也不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部位及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，正在从低水

14、平的无序竞争的怪圈中脱颖而出。1.2 轮式装载机新技术发展特点近年来，随着建筑施工和资源开发规模的扩大，对工程机械需求量迅速增加，因而对其可靠性、维修性、安全性和燃油经济性也提出了更高的要求。随着微电子技术向工程机械的渗透，现代工程机械日益向智能化和机电一体化方向发展。自20世纪以来，国外工程机械进入了一个新的发展时期，在广泛应用新技术的同时，不断涌现出新结构和新产品。继完成提高整机可靠性任务之后，技术发展的重点在于增加产品的电子信息技术含量和智能化程度，努力完善产品的标准化、系列化和通用化，改善驾驶人员的工作条件，向节能、环保方向发展。具体表现在：1.系列化、特大型化2.多用途、超小型化、微

15、型化3.节能与环保4.计算机管理及故障诊断、远程监控系统及整机智能化5.优秀的设计和新结构的不断采用1.3 论文主要研究内容装载机是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支承结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械，主要用来装卸成堆散料，也能进行轻度的铲掘工作。它具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此，在国内外产量与品种的发展都较快，是工程机械中的主要主要机种之一。ZL60轮式装载机是属于大型装载机，在总体设计的过程中应该着重考虑产品的可靠性、安全性和操作舒适性，论文将着重讨论并解决以下问题：1.ZL60轮式装载机总体参数的确定；2.ZL6

16、0轮式装载机的发动机和变矩器的部分功率匹配；3.ZL60轮式装载机的总体布置；2 总体设计的原则及主要内容2.1 工程机械设计原则在设计新机械或对现有机械进行改造设计时，设计人员应遵循如下基本原则：1.满足使用要求，通过总体设计、各总成部件的选型与设计，以及其合理的组合、匹配和布置，保证在使用条件下能够有效地实现所预期的主要功能，对铲土运输机械而言，应满足牵引性能、动力性能、机动性、稳定性和制动性能等要求。2.满足经济性要求，在设计、制造上要求成本低，生产周期短；在使用上，要求生产率高、效率高、适用范围大、燃料和辅助材料消耗少、适用方便、维护费用低廉等。提高设计及制造经济性的主要措施有：1）尽

17、量选用“标准化、通用化、系列化”的零部件，以简化设计、保证质量、降低成本。2）采用能够降低成本、提高质量、 性能的“新产品、新技术、新结构、新材料”。3）采用先进的生产和装配工艺，尽可能地简化传动链、简化结构、减少零部件种类和数量。4）所设计的零部件应 减少材料消耗、简化工艺和降低技术要求，且制造容易，装配简单，互换性好，以便降低制造工时，降低制造机器及所需要的工艺装配费用。2.2 工程机械总体设计的主要内容尽管工程机械的种类繁多，结构和性能差异很大，但其总体设计通常包括以下的主要内容：1.根据设计技术任务书，选择机型及各总成的结构形式，确定总体布置方案。2.初步确定整机主要的性能参数和基本参

18、数。一般包括:生产率、机器的使用质量、发动机功率、最大牵引力、机器的最大与最小速度、档位数、轮距和轴距（或履带长度、宽度和比压力）、外形尺寸、工作装置的特征尺寸、工作装置的各种操纵速度和各种操纵方式的操纵力等。3.确定各总成主要参数间相互联系的关系及机器的重心位置。4.计算作业阻力，进行机器在各工况下的受力分析，得到各零部件的设计载荷等相关数据。5.进行整机的稳定性计算。6.进行生产率及其他技术经济指标的初步计算。7.必要时，还应进行换装工作装置的初步设计。8.绘制整机的尺寸链及整机的草图。9.辅助系统（如机罩、附件等）设计。3 ZL60轮式装载机总体参数的确定轮式装载机总体参数是指它的主要性

19、能参数和基本尺寸参数。性能参数包括装载机操作质量、额定载重量、铲斗容量、发动机功率、最大插入力、掘起力、最大卸载高度和卸载距离等。基本尺寸参数包括轴距、轮距尺寸、外形尺寸等。表3-1 ZL60参数铲斗容量（m3）4.5m额定载重量（t）6t操作质量（kg）20200kg最大牵引力（kN）185 kN最大爬度（o）25最小转弯半径(最外轮迹中心线)(mm)6170mm整机最大转角（o）36全长(斗平放地面) (mm)8900mm全宽(铲斗处) (mm)3090mm全高(mm)3450mm轴距(mm)3285mm轮距(mm)2250mm最小离地间隙(铰接点底部) (mm)415mm最大卸载高度(m

20、m)3600mm相应卸载距离(mm)1400mm工作装置单摇臂反转六连杆机构液控多路阀FYZ-31A工作油泵CBGj3125系统工作压力（Mpa）17.5Mpa3.1发动机的功率装载机发动机应选择专门为其设计的工程用柴油机。考虑到装载机的工作状况，通常它的发动机功率按1h标定。装载机发动机功率按下述两种工况计算。3.1.1运输工况 （3-1） （3-2） 式中： 装载机在运输工况时需要的功率，； 最大理论速度时的牵引力，即此时的滚动阻力，取=4； 最大理论速度，取=42.25=11.7； 最大理论速度时的滑转率，=0.2； 传动系统总效率，取=0.7； 转向泵，变速泵等消耗功率的和，； 油泵输

21、出压力，Pa； 油泵效率，取=0.8；带入式3-1得： =123.683.1.2插入工况 在插入料堆时，转向油泵和工作装置油泵不工作，变速油泵工作，转载机发出最大牵引力。发动机功率按下式计算，即： （3-3）式中： 插入工况时的发动机功率，； 装载机的自重，取=； 插入时装载机行驶速度，取=34=0.81.1； 滑转率，取=0.3； 传动系统总效率，取=0.7； 变速泵流量，=80=； 变速泵输出压力，； 变速泵效率，=0.8； 轮胎的附着系数，取=0.7；带入式（3-3）得： =152.4+33.3 =185.73.2自重力自重通常指由装载机本身的制造装配质量以及发动机的冷却水、燃料油、液压

22、系统用油、随车必备工具、驾驶员体重等质量因素引起的重力。由于最大牵引力要克服插入阻力和滚动阻力，则; (3-4)但牵引力的最大值受地面附着条件的限制，则： （3-5）即将（3-4）带入（3-5）得： （3-6）故参考966H型装载机取3.3掘起力掘起力又称铲起力，是指具有标准使用重量的转载机停放在坚硬的水平面上，铲斗斗刃底部平行于地面，且在地面上下的偏差不超过0.025mm的情况下，当转斗或提臂时，后轮不准离地或即将离地，作用在铲斗斗刃后面100mm处的最大垂直向上的力，它直接影响装载机的工作能力与生产率。初步设计，可以根据额定载重量Q近似地用下式确定： (KN) (3-7)将带入上式得： =

23、20.37+115.84+104.76-23.79 =217.18 或者 故参考同类型机械966H型，取3.4 最大驱动力装载机在水平地面作业时，除需要克服插入阻力外，还需克服行驶阻力，因此需要产生的最大驱动力为：3.5铲斗后倾角及卸载角动臂在最低位置时，铲斗的后倾角为。运输位置时，铲斗的后倾角为。动臂最大举升高度时，铲斗的最大后倾角为。后倾角过大或过小都会引起物料洒落。铲斗在任何卸载高度时的卸载角应不小于，否则会影响物料卸净。最大卸载高度时的卸载角可以取左右。3.6行驶速度和档位数 分析轮式装载机的作业循环过程可知，一般以档速度接近料堆，以档作业速度插入料堆，待铲斗装满后，即以倒档速度后退，

24、驶离料堆，然后又以前进挡驶向卸料点，卸料后以倒后退，再重复上述循环。由上述轮式装载机的工作特点可知，轮式装载机要求至少有34个前进挡位和两个倒退挡位。若考虑到更换工作装置作其他作业用，还需增加档位。故：表3-2前进、后退挡位挡04.89 Km/h挡09.71 Km/h挡021.25 Km/h挡042.25 Km/h3.7装载机作业阻力装载机的作业阻力主要有插入阻力、铲起阻力和转斗阻力矩，这些阻力与被铲装物料的种类、粒度大小和组成、堆积情况、机械物理性能、铲斗的结构形状、铲斗插入料堆的深度等因素有关，它们通常可以根据经验公式来计算。（按一次铲掘法计算）3.7.1插入阻力Px插入阻力就是铲斗水平插

25、入料堆时，料堆对铲斗的反作用力。由铲斗前切削刃和斗壁两侧切削刃所受阻力，铲斗底和侧壁内表面与物料的摩擦阻力，铲斗外表面与料堆之间的摩擦力等组成。其值可以按下式计算： (N) (3-8)式中:物料块度及松散程度影响系数，取=1.32； 物料种类影响系数，取=0.11； 料堆高度影响系数，取=1.15； 铲斗形状系数，取=1.5； 铲斗插入料堆深度，取 mm =1587mm=158.7cm(为斗底长度；为铲斗斗底长度系数；为铲斗回转半径；) 铲斗宽度，计算得=3090mm=309cm将各数值代入式（3-8）得： =43620.62N=43.62KN3.7.2铲起阻力铲起阻力是铲斗插入料堆达到一定深

26、度之后，提升动臂时料堆对铲斗产生的反作用力。最大铲起阻力常发生在开始提升铲斗时，其值可以按下式计算： (N) （3-9）式中： 铲斗开始提升物料时的剪切应力，其值通过实验来测定，在初步计算时取=；图3-3铲斗开始提升物料时的剪切Kt铲斗宽度/m0.751.003.09剪切应力Kt/N400003500026640则 3.7.3转斗阻力矩转斗阻力矩是当铲斗插入料堆一定深度后，用转斗油缸使铲斗向后翻转时，料堆对铲斗的反作用力矩。若不计惯性力的影响，根据实验证明，转斗的静阻力矩随着铲斗翻转角的变化而变化。转斗时，铲斗除受到静阻力矩的作用外，还受到铲斗自重和铲斗中物料重力所引起的阻力矩的作用，因此，开

27、始转斗时的总阻力矩为： （3-10）式中： 插入阻力，由（3-5）求得=43.62KN； 铲斗回转中心与斗刃的水平距离，取=1.459m； 铲斗回转中心与地面的垂直距离，取=0.309m； 铲斗自重，经计算得 =3828N； 装载机额定载重量，取=60009.8N=58800N； 铲斗重心到回转中心的水平距离，取=0.495m；将各数值代入（3-10）得：=63680N/m3.8铲斗的最大卸载高度Hmax与卸载距离S铲斗最大卸载高度是动臂在最大举升高度时铲斗的卸载高度，该高度与配合作业的运输车辆有关，参考966H型装载机，取： Hmax=3600mm; s=1400mm3.9最小离地间隙最小离

28、地间隙表示装载机无碰撞地越过障碍物的能力。应在保证稳定性前提下，尽可能地提高离地间隙。参考同类型机型取=415mm4 ZL60轮式装载机总体设计4.1发动机装载机最常用的动力装置是工程机械用柴油机，且增压技术得到了普遍的应用。装载机的使用条件差，工作场地粉尘多、负荷大以及自身散热差，应选用按1h功率标定的工程机械用柴油机。根据3.1节中按两种工况算出发动机的功率，选较大值作为确定发动机功率的依据，并参考同类机型选发动机型号如下图所示：表4-1发动机配置发动机C6121ZG60e额定功率（kW）187kW额定转速（r/min）2200r/min最大扭矩（N.m）982.7N.m额定燃烧消耗率（g

29、/Kw.h）213.3g/kW.h采用上柴C6121ZG60e增压柴油机,功率储备大，耗油量低，动力性能好。具有火焰预热功能，电熄火操作。4.2传动系各零部件结构型式的选择轮式转载机传动系有机械传动、液力机械传动、液压传动及电传动等型式。目前广泛采用的是液力机械传动型式，机械传动目前仅在少数小型轮式装载机上偶有采用，而电传动还仅应用于个别大型轮式转载机上。故本机采用的是液力机械传动。4.2.1液力变矩器1.选型转载机作业时牵引力和车速的变化范围大，并且变化剧烈、频繁，因此对液力变矩器有如下要求：1）有良好的变矩性能，且要求所选用的变矩器应具有变换系数B（，式中，为最大变矩系数，为变矩器在最高效

30、率时所对应的传动比）尽可能大。2）最高效率要大，且不低于0.75的转速比的范围要宽。3）有一定的透传性能。要求变矩器在低、中速比范围内透传性要小，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。2.有效直径的确定确定变矩器有效直径的原则是使变矩器与发动机匹配良好。而变矩器与发动机的合理匹配应保证变矩器在正常工作范围内，涡轮轴能够输出最大平均功率和平均耗油率为最低，以提高装载机作业效率和行驶速度，以及降低燃油消耗量。变矩器初选为陕西航天技术三元件单级单相液力变矩器，型号为YJH340,循环圆直径为D=340mm，变矩系数为4.7，最高效率为0.80。变矩器有效直

31、径D按下式确定： （m） (4-1)式中：发动机传给变矩器的最大有效力矩（N.m）； 所选变矩器最高效率时泵轮力矩系数，取=0.98； 工作液体的重度，取=880kg/m3； nH发动机的额定转速，取nH=2200r/min；发动机传给变矩器的有效力矩是指扣除驱动辅助装置及工作装置油泵所消耗的力矩后，传给变矩器的力矩。大、中型装载机的作业条件较差，配合铲掘法是主要作业方式，在确定变矩器有效直径D时，发动机与液力变矩器应采用部分功率匹配，以提高发动机功率利用率和装载机的作业效率。考虑工作装置油泵所需的功率，预先留出一定的备用功率，就是说这时工作装置油泵与转向泵合流，变速操纵油泵与变矩器共同工作，

32、变矩器不是与发动机输出的全部有效功率进行匹配，而是与其部分功率进行匹配，此时发动机传给变矩器的扭矩： （4-2）式中，为总损失的扭矩 （4-3）式中，为工作泵工作时消耗的扭矩；为转向泵工作时消耗的扭矩；为变速泵工作时消耗的扭矩；发动机附件所损失的扭矩；1）工作装置油泵与转向泵合流，优先阀卸荷压力为15.5Mpa,所以P=15.5MpaQ=125ml/r2200r/min+80L/min=355L/min则+=2）由于变速油泵采用CBJ2040,经查资料：空载压力p=0.5Mpa流量Q=40ml/r2000r/min=80L/min则，3）发动机附件所损失的功率NF按发动机额定功率的10%计算，

33、上柴C6121ZG60e额定功率为187kW，故：NF=10%187=18.7KW扭矩将所得数据带入式（4.3），即：再将带入式（4.2），得发动机传给液力变矩器的最大有效力矩：故通过式（4.1），有：即初选的液力变矩器满足部分功率匹配要求。4.2.2变速器目前除少数小型机械传动的装载机外，很少有采用切断动力后换挡的机械式变速器。由于液压换挡定轴式变速器结构简单、制造工艺性好、成本低、维修方便，对于液力机械传动的轮式装载机多采用不切断动力换挡的定轴式变速器。参考同类型机型，初选ZF4WG200定轴式液压换挡变速器。4.2.3驱动桥轮式装载机除少数由其他车辆改型者外，多采用全轮驱动，以利于整机重

34、量作为附着重量，使牵引力得以充分发挥。但全桥驱动的装载机在高低不平地面行驶或转向时，由于前、后驱动轮的滑转率不同会产生循环功率。这不仅不能改善转载机的牵引性能，反而会使传动零部件产生附加载荷及附加功率损失，加速轮胎的磨损。为此一般在变速箱内装有脱桥机构，以使装载机在优质路面行驶时可以实现单桥驱动。脱桥机构需要增设操纵机构，使变速箱结构复杂化。现在为了装载机简化结构而不设置脱桥机构，并采用低压轮胎。装载机需要转移工地作长距离行驶时可以由其他车辆运输。4.3 转向系铰接式转向装置的转向半径小，机动性好；能使转向机构的布置简化，便于标准化和通用化；车架能摆动，使车轮可适应不平地面，以保证充分利用装载

35、机的附着重量，提高装载机在恶劣地面条件下的通过性；车轮相对机体没有相对运动，便于采用大直径宽基低压轮胎，以利于提高装载机在松软地面的通过能力。故采用全液压同轴流量放大、铰接式转向系统，转向灵活。4.4制动系一个完善的制动系应包括行车制动装置、停车制动装置和紧急制动装置三部分。行车制动装置采用四轮单管路气顶油钳盘式制动系统，制动平稳，一般用脚踏板操纵。制动器安装在车轮的轮毂内。停车制动装置采用双蹄内涨蹄式，一般装在变速器或分动器的前输出轴上，直接制动传动轴。其驱动机构是机械式的，用手操纵。紧急制动装置是用做紧急制动或当行车制动时发生故障时使用的。装在变速器外的另一输出轴上，有独立的驱动机构，亦为

36、双蹄内涨蹄式。4.5轮胎轮胎采用23.5-25-20PR无内胎低压宽基轮胎，其接地比压小，外形尺寸大，在较松软的路面上行驶下陷量小，通过性好，牵引力大，弹性和缓冲性能较好，在凹凸路面行驶，能较好地吸收冲击与振动；无内胎轮胎密封性能好，能提高行驶安全性，其消除了内外胎之间的摩擦，生热小，工作温度低，适用于高速行驶工况，使用寿命长，被刺穿后漏气慢，不至于立即失去支承与行驶能力，其维修方便，当穿孔较小时，可直接修补。通常轮胎充气压力为0.37Mpa0.39Mpa。该机型多用于路况不好的地方，故选择块状花纹。4.6工作装置反转连杆机构工作装置具有掘起力大，运输状态铲斗后倾角大，不易洒落物料，铲斗能自动

37、放平等优点，因而结构简单的反转单连杆机构在轮式装载机上采用得较多。参考同类型机型，本机采用反转六连杆机构。图4-1工作装置4.7转向与工作液压系统采用负荷传感液压转向系统以及双泵合流工作液压系统。负荷传感液压转向系统的特点是转向泵在满足转向前提下，向工作液压系统供油，在不转向时，几乎全部流量去工作装置，相对转向系统而言，此时流量几乎为零，所以转向系统的损失甚少，温升少，不仅节约发动机能量，应能延长液压油的寿命。该系统不仅可以节能，降低液压系统的温度，而且可以根据负荷的变化自动对系统流量进行分配，优化了系统压力、流量的合理匹配。ZL60轮式装载机工作液压操纵系统为先导操作以改善整机的操作舒适性，

38、使操作省力。整机的液压系统管路，采用德国DIN标准的“锥-O”双重密封，密封性好，防渗漏强。极大的提高了系统的可靠性。转向系统的压力为20Mpa,工作装置液压系统压力为17.5Mpa。5 ZL60轮式装载机的总体布置装载机的总体布置是在发动机型号及各部件的结构形式、轮胎的尺寸及总体参数确定后进行的。从保证装载机的主要性能出发，在总体设计和各总成设计密切配合的情况下，通过总体布置，根据使用要求及桥荷分配来协调各总成的性能，并确定和控制它们的位置、尺寸和重量。总体布置不仅要使得装载机有良好的使用性能，使各零部件相互关系协调，重量分布合理；限制各零部件外廓及主要关键尺寸；布置操纵机构及驾驶员工作场所

39、；校核运动零部件的运动空间，排除干涉；而且必须保证操作轻便、拆装容易和维修方便。进行总体布置设计，布置各零部件在车上的位置时，首先要确定基准，对轮式装载机一般可以选车架上缘面或前、后桥中心线作为上、下位置的坐标基准，通过前桥轴线垂直地面的平面为前、后位置的基准，左、右位置则以纵向对称轴线为基准。坐标确定以后，即可以把初选的轴距、轴距和轮胎绘在草图上。12各个零部件布置在车上的平面位置应尽量对称于车辆的纵向对称轴线，以利于整车的横向稳定和左、右轮胎的负载均匀。13111476213491510581铲斗 2摇臂 3动臂 4转斗油缸 5前车架 6前桥7转向油缸 8驾驶室 9变速箱 10后车架 11

40、后桥12发动机 13配重 14中间传动轴 15后传动轴 16机罩图5-1 ZL60总体布置图5.1发动机与传动系的布置装载机各零部件的布置一般从发动机开始。发动机一般均匀布置在整机后部，以起配重的作用，其上、下位置应尽量放低，使重心降低，有利于整机的稳定性。但发动机受副车架和驱动桥桥壳位置的限制，且需保证足够的离地间隙和传动系的布置。发动机的位置确定后可以布置液力变矩器、变速器及传动轴。发动机、变矩器和变速器的连接通常有以下几种方式：1.发动机、变矩器和变速器三者组合成一体，如图5-2（a）所示，其优点是：轴向尺寸短，便于轴距较小的装载机的总体布置；三部件可以组装成一个总成一次安装，使总装工序

41、简化；可以减少部件间的油路管道，增加可靠性。但是，这种布置方式箱体加工同心度要求较高，当其中有一部件损坏时，需整体吊出车体，修理费时；由于各部件箱体刚性连接，发动机的振动会其他部件的正常工作。2.发动机与变矩器用传动轴连接，变矩器与变速器连接成一体，如图5-2（b）所示。3.发动机与变矩器连接成一体，变矩器与变速器用传动轴连接，如图5-3（c）所示。后两种方案的特点是拆卸及维修方便，发动机前、后位置不受变速器位置影响，可以向后移动，减少配重，有利于整车重量的合理分配。另外，可以根据不同机种配置不同的变矩器与变速器，零部件通用性强。故经过比较，该ZL60机型选用第二种方案。（a）(b)(c)1.

42、发动机；2.变矩器；3.变速器图5-2 发动机、变矩器和变速器的连接方式图发动机一般均匀布置在整机后部，以起配重的作用，其上、下位置应尽量放低，使重心降低，有利于整机的稳定性。C6121ZG60e型发动机布置在后车架上，其安装尺寸，相对后桥的距离如图5-3所示：5.2 铰接点和传动轴的布置铰接式转载机前、后车架铰销的布置通常有两种方式：图5-3 发动机总成布置1.铰销布置在前、后桥轴线的中间。转向时前、后轮转向半径相同，便于通过狭小地段。由于前、后轮轮迹始终相同，减小了在松软地面上的行驶阻力和转向阻力距。2.铰销布置在离前桥1/31/2.5的轴距处。转向时，前轮转向半径大于后轮转向半径。由于前

43、后轮转向半径不同，引起附加的功率损失，增加轮胎的磨损。转向时其纵向和横向稳定性都下降，但铲斗原地摆动角度大，便于原地对准料堆，司机不易疲劳。此外，铰销位置偏前，便于传动系的布置。图5-4 铰销总成布置由图5-4可知，铰销中心距前桥的距离定为1500mm，距后桥中心线距离为1785mm。即采用了第二种布置方式，便于原地对准料堆。在考虑铰点位置的同时，为了改善铰销的受力情况，宜将铰销分为上、下两个铰销，在不影响离地间隙的情况下，可以尽量增加两铰销的垂直距离。为避免铰销产生附加应力，还应采用能自动调整的球形铰。图5-5上铰销和下铰销剖视图传动轴一般布置在装载机的纵向对称平面内，并尽量减少与水平面所形

44、成的角度。将传动轴两端万向节对称布置在前、后车架铰销接点的两侧，保证了万向节传动时的等速运动。5.3摆动桥的布置为了使装载机在不平地面行驶时，四个轮胎都能着地，以提高装载机的稳定性和牵引性，应使一驱动桥能随路面的不平相对另一驱动桥作适当的摆动，摆1. 副车架；2. 铰销；3车架；4. 后桥图5-6 后桥摆动动角为10，并由限位块来限制。ZL60把后桥作为摆动桥，将后桥固定在副车架上，用纵向铰销将副车架铰接在车架上，这样后桥就可以绕纵向铰销摆动。这样后桥摆动的ZL60作业时，驾驶员随前车架摆动，便于正确进行水平铲掘作业。但前轮碰上石块等凸起物时，车身摆动大，驾驶员易疲劳。5.4驾驶室的布置铰接式

45、装载机驾驶室有三种布置方式：1.驾驶室布置在前车架后端，这种布置型式前方视野好，转向时，驾驶员随前车架一起转动，铲斗始终位于驾驶员的正前方，便于对准料堆和运输车辆的车箱。驾驶室与动力传动部分隔开，故发动机和传动部件的振动、噪音和热量都不易传至驾驶室。但因驾驶室比较靠近工作装置，受冲击载荷大，且不够安全。同时由于发动机及传动部件均在后车架，使操纵机构复杂。2.驾驶室悬臂固定在后车架的前端，这种布置型式驾驶员不随前车架摆动，铲装和卸料时对准物料不及第一种布置好。但前后视野良好，驾驶员能直接了解装载机的折腰程度（转向角度），增加了安全感，驾驶员受冲击较小，不易疲劳。因此，大多数装载机采用这种布置型式

46、。3.驾驶室布置在后车架的前部，前方视野较差，后方略好。如图5-1，ZL60轮式装载机考虑驾驶的舒适性，采用第二种布置方式。5.5 转向系的布置ZL60装载机的轴荷大，转向频繁，转向角度大，要采用动力转向。铰接式装载机转向油缸采用两个，对称布置在铰销两侧，油缸体和活塞杆分别铰接在前，后车架上，一侧油缸的小腔与另一侧油缸的大腔相通，使左右转向时，力矩变化均匀。前后车架绕其铰销的相对转角取36，超过该值，则横向稳定性能图5-7 转向系布置不好，且传动轴易发生干涉，给其它零部件造成影响。保证了在转向过程中，各零部件不得发生干涉，油管位置变化尽量小，油缸的摆角要尽量小，从而减少转向力臂变化。5.6 工

47、作装置的布置ZL60轮式装载机的工作装置一般布置在整机前端，结合卸载高度、卸载距离的要求以及工作装置连杆机构的设计确定动臂与车架的铰点位置。在满足动臂在最高位置时的卸载要求和动臂在最低位置时铲斗不受干涉的前提下，动臂支点越向后布置，动臂举升时的外伸距离越小，稳定性越好，动臂所需转角也小，便于机构设计和提臂液压缸的布置。在满足卸载要求的条件下，若动臂与车架的铰点位置提高，则可以减少铲斗刀刃离前轴的距离，增加掘起力。反之，斗刃离前轴距离增加，掘起力减小。在确定动臂与车架的铰点位置时，还要考虑工作装置不妨碍司机视线和确保司机的作业安全。动臂油缸与车架的铰接是油缸的下端与车架铰接，这种结构简单，易布置

48、。动臂油缸与车架的铰接位置应使油缸下端有足够的离地高度，以满足装载机离地间隙的要求。5.7 各运动部位校核要求ZL60轮式装载机总体布置完成后，全面考虑各部件相对运动，要防止干涉，其中主要包括：1.工作装置运动时，其内部各点，工作装置与前车架、桥是否干涉;2.前后车架转向时，前车架与驾驶室，前护泥板与后护泥板、前车架与后护泥板、前护泥板与后车架上的扶梯是否干涉，固定杆前支座（在前车架上）与固定杆后支座（在后车架上）是否干涉。3.后桥桥壳摆动到最大角度时，桥壳与发动机油底壳是否干涉；摆起的轮胎是否影响机罩的侧门的开启；摆起的轮胎是否与驾驶室群边干涉；摆起的轮胎是否与后护泥瓦干涉。4.考虑各泵的拆

49、装空间。5.考虑各操作手柄的操纵运动形成是否与其它部件干涉等等。5.8桥荷分配和重心位置的计算与调整装载机在空载和满载时，前、后桥的轴荷分配比例变化甚大，在铲掘作业时，甚至能使后轮抬起，前桥承受整机全部载荷。为了改善稳定性和降低前、后轮负荷的差别，在设计中，尽量使装载机的重心向后移或增加平衡重量。所以为了满足装载机的通过性、牵引性和稳定性的要求，前、后桥的载荷力必须在这个变化中合理的分配。对于轮式铰接装载机，桥荷力分配如下。空载时，前桥桥荷力占装载机自重力的40%45%，后桥桥荷力占装载机自重力的60%55%。满载时，前桥桥荷力占装载机自重力的75%80%，后桥桥荷力占装载机自重力的25%20

50、%。在各部件结构尺寸确定之后，参考同类机型估算出整机重心位置为：距前桥的距离为，距后桥的距离为，空载整机自重为,额定载重量为。图5-8空载、重载桥荷力分配1.空载时，静止的装载机受力如图5-8所示，由力平衡条件可求得桥荷力为： （5-1）式中，空载前桥桥荷力； 空载装载机自重，=197.96KN； L装载机轴距，L=3285mm； 重心距前桥的距离，=1810mm；将各数据带入公式（5-1），得： (5-2)式中， 空载后桥桥荷力；将各数带入公式（5-2），得：则： 经对比可知空载状态前、后桥的桥荷均满足要求。2.满载时，静止的装载机受力如图5-8所示，求的此时桥荷力为： （5-3）式中： 满

51、载时前桥桥荷； 满载时装载机自重，=197.96KN； 前桥中心距满载时铲斗中心的距离，取=2211mm；将各数据代入公式(5-3),得： (5-4)式中： 满载时后桥桥荷；将各数据代入公式（5-4），得： 则： 经过对比，可知重载时前后桥桥荷略微超出，但可以采用在装载机后部加配重的方法，以实现桥荷力合理分配。6 ZL60轮式装载机液压油箱的设计油箱是用来储油、散热、分离油中所含空气和杂质的。按其使用特点分为开式和闭式油箱，在建设机械上一般采用的是开式油箱。图6-1为开式油箱的示意图。1检查清洗孔；2放油螺塞；3油位提示器；4空气过滤器；5回油管；6隔板；7进油管；8油温传感器图6-1 液压油箱6.1 油箱的功用油箱设计的好坏直接影响到液压元件及系统的工作可靠性，尤其是对泵的寿命有决定性的影响。控制好油液从油箱进入泵入口的流动性能、流回油箱的回流及油液在油箱内的流动，可以显著减少空气的混入和气蚀的产生。因此，对于油箱的设计应给予足够的重视，使其能很好地满足下列要求：1.能储存足够的油液，以满足液压系统正常工作的需要。2.应有足够的表面面积，能散发系统工作中产生的热量。3.油箱中的