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工程機械課程設(shè)計指導(dǎo)書 輪式裝載機驅(qū)動橋設(shè)計 長沙學(xué)院 第 1 頁 共 43 頁1.緒論 1.1裝載機概述 裝載機（Loader）是一種往車輛或其他設(shè)備裝載散狀物料的自行式裝卸機械。裝載 機也可進行輕度的鏟掘工作，通過換裝相應(yīng)的工作裝置，還可進行推土、起重、裝卸木 料及鋼管等作業(yè)。廣泛應(yīng)用于建筑、鐵路、公路、水電、港口、礦山、農(nóng)田基本建設(shè)及 國防等工程中。它具有作業(yè)速度快、效率高、操作輕便等優(yōu)點，故其對加快工程建設(shè)速 度、減輕勞動強度、提高工程質(zhì)量、降低工程成本有著重要的作用。裝載機種類很多， 根據(jù)發(fā)動機功率可分為小型（功率小于 74 千瓦） 、中型（功率在 74147 千瓦間） 、大 型（功率在 147515 千瓦間）和特大型（功率大于 515 千瓦）裝載機 4 種。根據(jù)行走 系結(jié)構(gòu)可分為輪胎式和履帶式兩種。其中輪胎式裝載機按其車架結(jié)構(gòu)型式和轉(zhuǎn)向方式又 可分為鉸接車架折腰轉(zhuǎn)向、整體車架偏轉(zhuǎn)車輪和差速轉(zhuǎn)向裝載機3種。根據(jù)卸載方式可 分為前卸式（前端式）裝載機和回轉(zhuǎn)式裝載機兩種。根據(jù)作業(yè)過程的特點可分為間歇作 業(yè)式（如單斗裝載機）和連續(xù)動作式（如螺旋式、圓盤式、轉(zhuǎn)筒式等）裝載機。裝載機 裝載物料時，其技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)在很大程度上取決于作業(yè)方式。常見的作業(yè)方式有 I 形作 業(yè)法、V形作業(yè)法和 L形作業(yè)法等 1 。 1.1.1 輪式裝載機的總體構(gòu)造 輪胎式裝載機是由動力裝置、車架、行走裝置、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、 液壓系統(tǒng)和工作裝置等組成。輪胎式裝載機的動力是柴油發(fā)動機，大多采用液力變矩器 動力、換擋變速箱的液力機械傳動形式（小型轉(zhuǎn)載機有的采用液壓傳動或機械傳動） ， 液壓操縱、鉸接式車體轉(zhuǎn)向、雙橋驅(qū)動、寬基低壓輪胎，工作裝置多采用反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu) 等。 1.1.2 傳動系統(tǒng) 裝載機的傳動有機械傳動與液力機械傳動兩種方式。機械傳動結(jié)構(gòu)簡單，但傳動系 統(tǒng)扭振和沖擊載荷較大，影響使用壽命。液力機械傳動，能吸收沖擊載荷，提高使用壽 命，自動適應(yīng)外界阻力的變化，改善裝載機的使用性能。因此，大中型輪胎式裝載機多 采用液力機械傳動。傳動系統(tǒng)采用雙渦輪變矩器、動力換擋行星變速箱，經(jīng)過前后傳動 軸傳到前后驅(qū)動橋，再經(jīng)半軸和 輪邊減速器驅(qū)動低壓輪胎。 1.1.2.1變矩器 （1）變矩器的外特性 第 2 頁 共 43 頁隨著渦輪轉(zhuǎn)速 N 2 的提高，渦輪力矩T 2 逐漸變小，反之，當(dāng) N 2 下降時，T 2 增大， 這就是變矩器的自動適應(yīng)外阻力變化的無級變速功能； 當(dāng) N 2 0時，渦輪力矩 T 2 最大； 該變矩器效率只有一個最大值，此時變矩器損失最小，稱為最佳工況，當(dāng) N 2 0時和N 2 N 2 T max 時，效率為0，即無功率輸出。 （2）液力變矩器的類型 液力變矩器的類型較多，由于結(jié)構(gòu)同輸出特性差異較大。 按工作輪在循環(huán)圓中的排列順序（泵能1，渦輪2，導(dǎo)輪3）可分為123型（正 轉(zhuǎn)正矩器）和132型（反轉(zhuǎn)正矩器）兩種。123型在正常運轉(zhuǎn)條件下，渦輪旋轉(zhuǎn)方向與 泵輪相反。132型是變矩器由于導(dǎo)輪位于渦輪前，導(dǎo)輪改變了進入渦輪的液流方向，因 而有可能改變渦能的旋轉(zhuǎn)方向，由于渦輪位于泵輪前，負荷引起渦輪轉(zhuǎn)速的改變直接影 響著泵輪的入口條件，所以132型可適性大。此外由于液流方向急劇改變，因此這種變 矩器的效率較低。故工程機械中除個別采用132型外，多采用123型變矩器。 按照插在其它工作輪翼柵間的渦輪翼柵列數(shù)，液力變矩器可分為單級、二級和 三級，有兩翼柵的渦輪稱為二級，三列翼柵的渦輪稱為三級。單級變矩器結(jié)構(gòu)簡單、效 率高、工作可靠，但變矩系數(shù)K比多級變矩器??；多級變矩器雖然變矩系數(shù)較大，但結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、效率低，故裝載機多采用單級變矩器。 按液力變矩器在工作時可組成幾個工況可分為單相，二相，三相和四相等。 由、點綜合可將變矩器分為單級單相，單級兩相，單級三相，單級四相等 機型。 其中，單級指變矩器只有一個渦輪，單相指只有一個變矩器。單級單相變矩器結(jié)構(gòu)簡單， 效率高，最高效率 m 0.8 但其高效率區(qū)較窄（0.75以上相當(dāng)于 i0.6至0.8） 使它的工作范圍受到限制 2 。輪式裝載機常用的是雙渦輪單級兩相變矩器。這種結(jié)構(gòu)形 式的變矩器在小傳動比范圍內(nèi)具有較大的變矩器在小傳動比范圍內(nèi)具有較大的變矩系 數(shù)和較高的效率。當(dāng)裝載機在輕載高速時，變矩器只用二級渦輪工作，而在重載低速時， 一、二級渦輪同時工作。這樣，變矩器本身在速度轉(zhuǎn)換時，相當(dāng)于有兩擋速度，并隨外 負荷自動變化，因此，可以減少變速箱的擋數(shù)，簡化變速箱結(jié)構(gòu)。與其配套的動力換擋 行星變速箱又有兩個前進擋，一個倒擋。 1.1.2.2 行星式動力換擋變速箱 行星式動力換擋變速箱由箱體、行星齒輪式變速機構(gòu)、液壓動力換擋系統(tǒng)等組成。 第 3 頁 共 43 頁其有許多行星排，換擋動作主要靠制動器制動各行星排的齒圈實現(xiàn)的，只要采用少數(shù)離 合器。同定軸式動力換擋變速箱比較，行星式動力換擋變速箱的優(yōu)點是： （1）由于同時有幾個齒輪傳遞動力，可以采用小模數(shù)齒輪； （2）零件受力平衡，軸承、軸、殼體等受力較小，可以設(shè)計得尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊； （3）結(jié)構(gòu)剛度大，齒輪接觸良好，使用壽命長； （4）由于換擋主要使用制動器，使用固定油缸和固定密封，避免了大量的旋轉(zhuǎn)油 缸和旋轉(zhuǎn)密封，操縱系統(tǒng)的可靠性提高； （5）由于制動器布置于變速箱的外周，尺寸大，容量大，而且控制方便； （6）許多常用的行星傳動形式效率較高。 其主要缺點是： （1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件多； （2）行星架、內(nèi)齒圈制造工藝難度大，精度要求高； （3）由于行星傳動需要滿足的條件較多，設(shè)計難度大 3 。 1.1.2.3 驅(qū)動橋 為了充分利用輪胎式裝載機的附著重量，以提供較大的牽引力，都采用全橋驅(qū)動。 前后驅(qū)動橋之間一般都不裝橋間差速器，多在變速箱后裝設(shè)脫橋機構(gòu)，作業(yè)時采用全橋 驅(qū)動，高速行駛時利用操縱桿將一個驅(qū)動橋脫開，采用單橋驅(qū)動。 由于裝載機作業(yè)速度低，所以驅(qū)動橋的減速比都比汽車、拖拉機大的多。為此，在 輪胎式裝載機上都采用單級或雙級行星輪邊減速機構(gòu)，用較小的結(jié)構(gòu)尺寸得到較大的減 速比。行星輪邊減速機構(gòu)裝置在驅(qū)動橋輪轂內(nèi)，便于拆裝保養(yǎng)。為了保證在鏟裝作業(yè)時 的穩(wěn)定性，裝載機因車速低一般不裝設(shè)彈性懸架，多采用將驅(qū)動橋和車架由縱向銷軸鉸 接，使它能繞縱向銷軸相對車架上下擺動一定角度，擺角由限位塊限制。擺動橋一般布 置在輪胎式裝載機的后驅(qū)動橋上 4 。 1.1.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 大、 中型輪式裝載機多采用鉸接式轉(zhuǎn)向方式。 這是由于鉸接式轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向徑小， 機動性好；能使轉(zhuǎn)向機構(gòu)的布置簡化，便于標(biāo)準(zhǔn)化和通用化；車架能擺動，使車輪可適 應(yīng)不平地面，以保證充分利用裝載機的附著重量，提高裝載機在惡劣地面條件下的通過 性；能減小車架的扭轉(zhuǎn)載荷，提高結(jié)構(gòu)的可靠性，車輪相對機體沒用相對運動，便于采 用大直徑寬基低壓輪胎，以便于提高裝載機在松軟地面的通過能力。其主要缺點是裝載 機的穩(wěn)定性較差。 第 4 頁 共 43 頁1.1.4 制動系統(tǒng) 一個完善的制動系應(yīng)包括行車制動裝置、停車制動裝置和緊急制動裝置三部分。 行車制動裝置廣泛采用鉗接式制動器（近年來多片濕式制動器發(fā)展較快，該制動器 完全置于殼內(nèi)油中， 防泥沙及自動調(diào)整性能很好） 及氣推油的氣液綜合式制動驅(qū)動機構(gòu)， 并采用雙管路系統(tǒng)，前后輪的制動系統(tǒng)獨立一般用腳踏板操縱。制動器安裝在車輪的輪 轂內(nèi)。 停車制動裝置多采用帶式或蹄式制動器，一般裝在變速器或分動器的前輸出軸上， 直接制動傳動軸。其驅(qū)動機構(gòu)是機械式的，用手操縱。 緊急制動裝置是用做緊急制動或當(dāng)行車制動裝置發(fā)生故障時使用的。常裝在變速器 外的另一輸出軸上，有獨立的驅(qū)動機構(gòu)，一般亦為鉗盤式。而在中、小型裝載機上常與 停車制動器合二為一。 1.1.5 工作裝置 工作裝置應(yīng)根據(jù)裝載機的用途、作業(yè)方式及作業(yè)條件等進行選擇。并應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)簡 單，便于布置。 反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)工作裝置具有掘起力大，運輸狀態(tài)鏟斗后傾角大，不易撒落物料，鏟 斗能自動放平等優(yōu)點，因而結(jié)構(gòu)簡單的反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)在輪式裝載機上采用得較多。正轉(zhuǎn) 連桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置較困難，在裝載機上較少使用 5 。 1.2 國內(nèi)外輪式裝載機的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢 1.2.1 國內(nèi)輪式裝載機發(fā)展概況 我國裝載機行業(yè)起步于 50 年代末。1958 年，上海港口機械廠首先測繪并試制了 67KW（90hp） 、斗容量為1m 3 的裝載機。這是我國自己制造的第一臺裝載機。該機采用 單橋驅(qū)動、滑動齒輪變速。1964年，天津工程機械研究所和廈門工程機械廠測繪并試制 了功率為 100.57KW（135hp）斗容量為 1.7m 3 的 Z435 型裝載機。1962 年國外出現(xiàn)鉸 接式裝載機后,天津工程機械化研究所與天津交通局于 1965 年聯(lián)合設(shè)計了 Z425 型鉸接 式裝載機。柳州工程機械廠和天津工程機械研究所合作，在參考國外樣機的基礎(chǔ)上，于 1970 年設(shè)計試制了功率為 163.9KW(220hp)、斗容量為 3m 3 的 ZL50 型裝載機。該機采 用雙渦輪變矩器、動力換擋行星變速箱的液力機械傳動方式，Z形連桿機構(gòu)的工作裝置 及鉸接轉(zhuǎn)抽，并自行設(shè)計了“三合一”的機構(gòu)，以解決液力機械化傳動式裝載機的拖啟 動、熄火轉(zhuǎn)向及排氣制動問題。ZL50 型裝載機經(jīng)過幾年的實踐考核，證明性能良好、 結(jié)構(gòu)先進，為后來我國 ZL 系列裝載機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在 ZL50 的基礎(chǔ)上，后又設(shè) 第 5 頁 共 43 頁計發(fā)展了 ZL100、ZL40、ZL30、ZL20裝載機系列產(chǎn)品，并在這個系列的基礎(chǔ)上發(fā)展了 DZL50和 DZL40型供地下礦坑和隧道施工用的地下裝載機變型產(chǎn)品 6 。通過近 40 年的 發(fā)展，我國裝載機從無到有，產(chǎn)品種類及產(chǎn)量均有較大幅度的提高，已經(jīng)形成獨立的系 列產(chǎn)品和行業(yè)門類。生產(chǎn)企業(yè)由1980年的20家增至現(xiàn)在的100余家，初步形成了規(guī)格 為0.8-10t 約19個型號的系列產(chǎn)品，并已成為工程機械主力機種。主要生產(chǎn)廠家為：廈 工、柳工、龍工、徐工、常林、臨工、山工、成工、宜工、鄭工、武林、朝工、山河智 能等，這些廠家有長時間的裝載機生產(chǎn)經(jīng)驗、較強的實力、較高的市場占有率和較好的 售后服務(wù)，在用戶心目中一直樹立著良好的形象，并保持其已有的地位和優(yōu)勢。其“八 五”、“九五”技改的較大投入已逐漸發(fā)揮效力和作用，使企業(yè)煥發(fā)出生機和活力。 “十 五”期間，輪式裝載機行業(yè)出現(xiàn)了井噴式的發(fā)展，2001-2004 年裝載機銷量增長率平均 為 46.98%，大大超過前 25年的均值 17.86%；2006年中國裝載機 26家主要企業(yè)共銷售 119895 臺，同比增長 13.3%(不含小裝)，占據(jù)世界裝載機的大半壁江山。中國市場大幅 增長，已發(fā)展為世界上最大的市場 7 。國內(nèi)各生產(chǎn)廠家所在地更加認識到裝載機這一產(chǎn) 品的巨大市場和效益，紛紛將其列為支柱產(chǎn)業(yè)加以扶持并在政策上給予優(yōu)惠，像福建龍 巖、山東蒙嶺等一批新成員的加盟，發(fā)展勢頭迅猛，競爭更加激烈。國際一流公司小松、 利渤海爾、沃爾沃、卡特彼勒等在國內(nèi)成立合資或獨資公司后，更加劇了國內(nèi)裝載機市 場的競爭。 近幾年，ZL10(1t)型以下的裝載機迅速發(fā)展起來，主要有 ZL04(0.4t)、ZL05(0.5t)、 ZL06(0.6t)、ZL07(0.7t)、ZL08(0.8t)等，其裝載容量也非常小，一般為 0.3 m 3 1.0 m 3 ， 故稱之為小型裝載機。由于這類裝載機發(fā)展時間非常短，人們對其還比較陌生，但市場 卻已經(jīng)非常紅火。2002-2006 年，不到 5 年時間就發(fā)展到了 6 萬8 萬臺。目前我國小 型裝載機制造企業(yè)已發(fā)展到約 1000 家，已經(jīng)形成頗具規(guī)模的小型裝載機行業(yè)。這些制 造企業(yè)主要集中在山東，特別是青州和萊州。2005年青州小裝的制造企業(yè)約有 100家， 產(chǎn)銷量在 1 萬臺以上，其中最大的是青州凱豐，2005 年小裝產(chǎn)銷 2000 多臺。其次是青 州威力、信邦、亞東等，2005 年小裝產(chǎn)銷量均超過 1000 臺。萊州比青州的規(guī)模更大， 目前萊州有小裝制造企業(yè)約 150 家以上，2005 年產(chǎn)銷量達 1.8 萬2 萬臺，過千臺的企 業(yè)已有近 10家，其中“萊工” 、 “魯工”2005年小裝的產(chǎn)銷量均超 5000臺。除青州、萊 州外，還有泰安、聊城、濰坊、臨沂、德州、青島等，幾乎遍布山東全省各地。山東臨 沭的“山東常林” ，2005 年小裝產(chǎn)銷量約為 3000 臺。據(jù)不完全統(tǒng)計 2005 年山東全省小 裝的產(chǎn)銷量達到 4 萬5 萬臺。第二個小裝制造大省是河南，主要分布在洛陽、鞏義、 第 6 頁 共 43 頁鄭州等地，制造企業(yè)也有幾十家，河南小裝產(chǎn)銷量最大的洛陽一拖， 2005年一拖的小裝 產(chǎn)銷量達 3000 多臺。其它小裝產(chǎn)銷量比較集中的還有安徽、江蘇、福建、河北等省。 據(jù)小裝行業(yè)人士的估計，2007 年我國小裝行業(yè)的形勢還要好，預(yù)計 2007 年我國小裝的 產(chǎn)銷量可達 12萬臺以上 8 。 我國小型裝載機制造業(yè)當(dāng)前正處于發(fā)展時期， 有一定的盈利空間， 小裝技術(shù)水平低、 結(jié)構(gòu)簡單、零配件充足齊全，進入門檻低。因此目前仍有大批企業(yè)進入小裝行業(yè)，在這 種情況下，盡管市場“突飛猛進” ，但產(chǎn)能增長更快，因此今后的市場競爭必然殘酷而 激烈，低水平的價格戰(zhàn)也在所難免。另外，我國小型裝載機還有很多需要改進的地方， 如：傳動系統(tǒng)技術(shù)水平太低，司機勞動強度大，能耗高、作業(yè)效率低，與國家提倡的節(jié) 能降耗、安全環(huán)保等不一致；在傳動方面應(yīng)該向雙變(變矩器變速箱)或全液壓方向發(fā) 展；當(dāng)前廣泛采用的單缸柴油機功率偏小，噪聲、振動、能耗都偏大；從發(fā)展的角度看， 在成本增加不大的情況下，應(yīng)盡量采用雙缸或 4缸柴油機；同時在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面最 好采用優(yōu)先全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，變速操縱應(yīng)由機械換擋變?yōu)橐簤簞恿Q擋等。我想這些都 是今后小裝技術(shù)發(fā)展的方向。目前已經(jīng)有一些常規(guī)裝載機大廠開始生產(chǎn)小裝，如廈工集 團所屬的“廈工新宇”、徐工集團所屬的”徐特“、柳工所屬的“江蘇柳工”等 9 。我 認為大廠進入小裝行業(yè)并不會對他們產(chǎn)生威脅，但會有助于行業(yè)的發(fā)展。 我國國民經(jīng)濟建設(shè)的持續(xù)高漲，城市化、城鎮(zhèn)化進程的不斷加速，勞動力的需求越 來越緊缺，勞動力成本也越來越高，裝載機作為一種既機動靈活，又價廉物美的機器設(shè) 備，將取代高成本、低效率的手工勞動，特別是西部大開發(fā)，這類產(chǎn)品將有廣闊的潛在 市場。所以，小型裝載機將具有良好的開發(fā)前景 。 1.2.1.1 國產(chǎn)輪式裝載機現(xiàn)狀分析 （1）3t 以下裝載機 3t以下產(chǎn)品主要有ZL04、ZL05、ZL06、ZL07、ZL08、ZL10、ZL15、ZL16等，主 要零部件均采用一般性能及質(zhì)量的發(fā)動機、驅(qū)動橋、變速箱、液壓件。技術(shù)較先進的靜液 壓傳動產(chǎn)品，液壓件國內(nèi)不易配套，一定程度上制約了該類產(chǎn)品的發(fā)展。 （2）ZL30裝載機 ZL30裝載機主要生產(chǎn)廠家有成工、常林、徐工、宜工、山工等。該產(chǎn)品零部件配 置較零亂，生產(chǎn)廠家具有自制的橋箱，風(fēng)格各具特色，質(zhì)量及性能上相對穩(wěn)定，技術(shù)先 進性一般。徐工開發(fā)的ZL30F裝載機，采用電換擋變速箱，使3t級裝載機技術(shù)上有新的 突破。 第 7 頁 共 43 頁（3）ZL40ZL50裝載機 ZL40ZL50裝載機，主要裝載機生產(chǎn)廠家均擁有該產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品幾十年來沿續(xù) 至今，全國幾乎使用同一套圖紙，有些技術(shù)力量薄弱的廠家，仍把其當(dāng)作主導(dǎo)產(chǎn)品推向 市場。第二、三代產(chǎn)品主要是對工作裝置進行優(yōu)化，改變外觀造型。如柳工 ZL40B ZL50C、徐工 ZL40EZL50E。第四代產(chǎn)品是在第三代的基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化整機的性 能及配置，電控箱、濕式制動器等新技術(shù)得到應(yīng)用，并形成了各企業(yè)的專有技術(shù)及專利 技術(shù)，使產(chǎn)品以嶄新的面目推向市場。 （4）ZL60及6 t 以上裝載機 6 t 以及6t 以上的裝載機，這是國內(nèi)潛在市場最大的產(chǎn)品，1998年以前大多數(shù)生產(chǎn) 廠家均開發(fā)了 ZL60裝載機， 但由于受傳動件的制約， ZL60裝載機沒能成功地推向市場。 之后，各廠家陸續(xù)推出了新的一代 ZL60裝載機，多數(shù)廠家選擇柳州 ZF合資生產(chǎn)的箱 或橋，液壓元件也有新配置，發(fā)動機選用斯太爾或上柴6121(Cat3306)，整機可靠性上 得到很大提高，給國內(nèi)大噸位裝載機帶來發(fā)展機遇 10 。 1.2.1.2 國內(nèi)輪式裝載機發(fā)展趨勢 國產(chǎn)輪式裝載機正在從低水平、低質(zhì)量、低價位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、 中價位、經(jīng)濟實用型過渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過渡，各主要廠家不斷進行技術(shù)投入， 采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計雷同，無自己 特色和優(yōu)勢的現(xiàn)狀， 從低水平的無序競爭的怪圈中脫穎而出， 成為裝載機行業(yè)的領(lǐng)先者。 （1）大型和小型輪式裝載機，在近幾年的發(fā)展過程中，受到客觀條件及市場總需 求量的限制。競爭最為激烈的中型裝載機更新速度將越來越快； （2）根據(jù)各生產(chǎn)廠家的實際情況，重新進行總體設(shè)計，優(yōu)化各項性能指標(biāo)，強化 結(jié)構(gòu)件的強度及剛度，使整機可靠性得到大步提高； （3）細化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如動力系統(tǒng)的減振、散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性能 指標(biāo)優(yōu)化及各鉸點的防塵、工業(yè)造型設(shè)計等； （4）利用電子技術(shù)及負荷傳感技術(shù)來實現(xiàn)變速箱的自動換擋及液壓變量系統(tǒng)的應(yīng) 用，提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機作業(yè)成本； （5）提高安全性、舒適性。駕駛室逐步具備FOPS和ROPS功能，駕駛室內(nèi)環(huán)境將向 汽車方向靠攏，方向盤、座椅、各操縱手柄都能調(diào)節(jié)，使操作者處于最佳位置工作； （6）降低噪聲和排放，強化環(huán)保指標(biāo)。隨著人們環(huán)保意識的增強，降低裝載機噪 聲和排放的工作已迫在眉捷，現(xiàn)在許多大城市已經(jīng)制定機動車的噪聲和排放標(biāo)準(zhǔn)，工程 第 8 頁 共 43 頁建設(shè)機械若不符合排放標(biāo)準(zhǔn)，將要限制在該地區(qū)的銷售； （7）廣泛利用新材料、新工藝、新技術(shù)，特別是機、電、液一體化技術(shù)，提高產(chǎn) 品的壽命和可靠性； （8）最大限度地簡化維修盡量減少保養(yǎng)次數(shù)和維修時間，增大維修空間，普遍采 用電子監(jiān)視及監(jiān)控技術(shù)，進一步改善故障診斷系統(tǒng)，提供給司機排除問題的方法 11 。 1.2.2 國外輪式裝載機的發(fā)展概況 國外輪式裝載機最早出現(xiàn)在第二次工業(yè)革命時期，其發(fā)展到今天，無論是技術(shù)、設(shè) 計、制造還是銷售、服務(wù)等都已經(jīng)非常成熟。國外輪式裝載機著名的生產(chǎn)廠家有卡特彼 勒、山貓、凱斯、約翰迪爾、利勃海爾、特雷克斯、沃爾沃、小松、JCB 、現(xiàn)代、日 立等。 2000年在中國市場真正搞活以前，輪式裝載機全球需求量約為74500臺。其中，中 國(32%)是最大的地區(qū)市場，其后依次是歐洲(30%)、北美洲(20%)和日本(12%)。到 2005 年，市場環(huán)境急劇變化: 全球需求量幾乎增長一倍，達14.2萬臺，中國市場大幅增長 為世界上最大的市場。歐洲和北美洲彼此的市場規(guī)模非常相近，但其市場構(gòu)成卻存在根 本差別: 在歐洲低于59.7kW(80hp)的小型機械更受偏愛(但僅限于某些國家， 尤其是德 國)。這類產(chǎn)品占該地區(qū)需求量的40%，與之相比在北美洲只占12%。英國工程機械咨詢 有限公司估計約有20家國際(即非中國的)輪式裝載機制造商年產(chǎn)量超過500臺，合計 年產(chǎn)約為6萬臺。2005年卡特彼勒、小松、沃爾沃、CNH 和迪爾的總產(chǎn)量占該年總產(chǎn) 量的75%，而10年前5大制造商只占54%，目前這5大制造商在國際市場中所占份額的 總和仍在增加 12 。因此，國際市場掌握在少數(shù)制造商的手里。 國外輪式裝載機一方面往大型化發(fā)展，如：卡特彼勒公司 90 年代初推出 Cat966F 輪式裝載機，時隔1年又推出 Cat980F輪式裝載機，它增加了斗容和功率，改善了性能、 提高了可靠性。不久又推出更大的 Cat994 輪式裝載機，根據(jù)物料體積質(zhì)量不同而選配 18-30m 3 的鏟斗、機重170t；德雷塞（Dresser）公司90年代初推出4000型輪式裝載機， 斗容10-30m、機重 151.8t。目前，全世界約有 400 臺（功率大于 750kw）大型輪式裝 載機應(yīng)用在露天礦山和建筑工程，與大型自卸汽車配套使用。另一方面，小型輪式裝載 機以機動靈活、效率高、多功能和價格低廉贏得市場，發(fā)展甚快。如：日本古河公司生 產(chǎn)的 FL30-1型輪式裝載機斗容0.34m、 機重2.3t； 小松公司的 WA30-l型斗容0.34m、 柴油機功率20kw；豐田織機公司的斗容0.17m、機重 1t 等。這些微型裝載機適用于建 筑工地和地下礦山挖溝、平地、堆料等。國外小型裝載機及小型多功能裝載機，包括挖 第 9 頁 共 43 頁掘裝載機在內(nèi)，市場份額已相當(dāng)大，美國的山貓牌小型多功能裝載機車銷量在5萬臺左 右，還有美國的凱斯、約翰迪爾、卡特彼勒、英國的JCB等公司的挖掘裝載機及小型 多功能裝載機年銷量都在萬臺以上。 1.2.3 輪式裝載機產(chǎn)品的發(fā)展趨勢 工程機械產(chǎn)品的發(fā)展趨勢有：廣泛應(yīng)用微電子技術(shù)與信息技術(shù)，完善計算機輔助駕 駛系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)及故障診斷系統(tǒng)；采用單一吸聲材料、噪聲抑制方法等消除或降 低機器噪音；通過不斷改進電噴裝置，進一步降低柴油發(fā)動機的尾氣排放量；研制無污 染、經(jīng)濟型、環(huán)保型的動力裝置；提高液壓元件、傳感元件和控制元件的可靠性與靈敏 性，提高整機的機電信一體化水平；在控制系統(tǒng)方面，將廣泛采用電子監(jiān)控和自動 報警系統(tǒng)、自動換擋變速裝置；用于物料精確挖（鏟） 、裝、載、運作業(yè)的工程機械將 安裝GPS定位與重量自動稱量裝置；開發(fā)特種用途的“機器人式”工程機械等。輪式裝 載機產(chǎn)品的發(fā)展趨勢具體如下： （1）系列化、特大型化 系列化是工程機械發(fā)展的重要趨勢，系列化是輪式裝載機發(fā)展的重要趨勢。國外著 名大公司逐步實現(xiàn)其產(chǎn)品系列化進程，形成了從微型到特大型不同規(guī)格的產(chǎn)品。與此同 時，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。所謂特大型，是指其裝備的發(fā)動機額定功率超過 1000HP，主要用于大型露天礦山或大型水電工程工地。產(chǎn)品特點是科技含量高，研制與 生產(chǎn)周期較長，投資大市場容量有限，市場競爭主要集中少數(shù)幾家公司。目前僅有馬拉 松勒圖爾勒、卡特彼勒和小松德雷塞這三家公司能夠生產(chǎn)特大型裝載機。 （2）多用途、微型化 為了全方位地滿足不同用戶的需求，國外裝載機在朝著系列化、特大型化方向發(fā)展 的同時，已進入多用途、微型化發(fā)展階段。推動這一發(fā)展的因素首先源于液壓技術(shù)的發(fā) 展通過對液壓系統(tǒng)的合理設(shè)計，使得工作裝置能夠完成多種作業(yè)功能；其次，快速可 更換聯(lián)接裝置的誕生安裝在工作裝置上的液壓快速可更換聯(lián)接器，能在作業(yè)現(xiàn)場完成 各種附屬作業(yè)裝置的快速裝卸及液壓軟管的自動聯(lián)接，使得更換附屬作業(yè)裝置的工作在 司機室通過操縱手柄即可快速完成。一方面，工作機械通用性的提高，可使用戶在不增 加投資的前提下充分發(fā)揮設(shè)備本身的效能，能完成更多的工作；另一方面，為了盡可能 地用機器作業(yè)替代人力勞動，提高生產(chǎn)效率，適應(yīng)城市狹窄施工場所以及在貨棧、碼頭、 倉庫、艙位、農(nóng)舍、建筑物層內(nèi)和地下工程作業(yè)環(huán)境的使用要求，小型及微型輪式裝載 機有了用武之地，并得到了較快的發(fā)展。為占領(lǐng)這一市場，各生產(chǎn)廠商都相繼推出了多 第 10 頁 共 43 頁用途、小型和微型輪式裝載機。如卡特彼勒公司生產(chǎn)的 IT 系列綜合多用機、克拉克公 司生產(chǎn)的“山貓”等。 （3）電子化與信息化互動 以微電子、Internet 為重要標(biāo)志的信息時代，不斷研制出集液壓、微電子及信息技 術(shù)于一體的智能系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于工程機械的產(chǎn)品設(shè)計之中，進一步提高了產(chǎn)品的性 能及高科技含量。Letourneau集成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)便是一例。通過顯示在機載計算機屏幕 的出錯信息，提示司機出錯原因，并采用三級報警燈光信號（藍、淡黃、紅）表示發(fā)動 機、液壓系統(tǒng)、電氣和電子系統(tǒng)的各種狀態(tài)。目前，該系統(tǒng)已安裝在 L1350型礦用裝載 機上。 （4）不斷創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計 如裝載機的工作裝置已不再采用單一的“Z 型”連桿機構(gòu)，繼出現(xiàn)了八桿平行結(jié)構(gòu) 和TP連桿機構(gòu)之后，卡特彼勒公司于1996年首次在礦用大型裝載機上采用了單動臂鑄 鋼結(jié)構(gòu)的特殊工作裝置，即所謂的“Ve r s a L i n k 機構(gòu)”。這種機構(gòu)替代綜合多用機上的 八桿平行舉升機構(gòu)和傳統(tǒng)的“Z 型” 連桿機構(gòu)，可承受極大的扭矩載荷和具有卓越的 可靠性（耐用性） ，駕駛室前端視野開闊。OK 公司研制的創(chuàng)新 LEAR 連桿機構(gòu)，專 為小型裝載機而設(shè)計。Schaeff 公司于 2000 年 3 月在 Intermat 展覽會上展出的高卸位式 SKL873 型輪式裝載機的可折疊式創(chuàng)新連桿機構(gòu)工作裝置，進一步增加了輪式裝載機的 工作裝置的種類。 （5）安全、舒適、可靠 駕駛室將逐步實施 R O PS 和 FO PS 設(shè)計方法，配裝冷暖空調(diào)。全密封及降噪處理 的“安全環(huán)保型”駕駛室，采用人機工程學(xué)設(shè)計的司機座椅可全方位調(diào)節(jié)，以及功能集 成的操縱手柄、 全自動換擋裝置及電子監(jiān)控與故障自診斷系統(tǒng)， 以改善司機的工作環(huán)境， 提高作業(yè)效率。大型裝載機安裝有閉路監(jiān)視系統(tǒng)以及超聲波后障礙探測系統(tǒng)，為司機安 全作業(yè)提供音頻和視頻信號。微機監(jiān)控和自動報警的集中潤滑系統(tǒng)，大大簡化了機器的 維修程序，縮短了維修時間。如卡特彼勒公司的 F 系列裝載機日常維修時間只需 3.45 min。目前，大型裝載機的使用壽命達2.05萬小時，最高可達2.5萬小時。 （6）節(jié)能與環(huán)保 為提高產(chǎn)品的節(jié)能效果和滿足日益苛刻的環(huán)保要求，國外裝載機公司主要從降低發(fā) 動機排放、提高液壓系統(tǒng)效率和減振、降噪等方面入手。目前，卡特彼勒公司生產(chǎn)功率 為 1510150kM 的柴油發(fā)動機。其中 6 缸、7.2 升、自重 588kg、功率為 131205KW 第 11 頁 共 43 頁的 3126B 型環(huán)保指標(biāo)最好，滿足 EPATier 和 EUStage 排放標(biāo)準(zhǔn)。卡特彼勒 3516B 型發(fā)動機裝有電子噴射裝置及 ADEM 模塊，可提高 22的噴射壓力，便于燃油完全、 高效燃燒，燃燒效率可提高 5，NoX 下降 40，扭矩增加 35。個別廠家生產(chǎn)的裝 載機產(chǎn)品，機外品噪聲已降至 72dB（A） 13 。 1.3 輪式裝載機驅(qū)動橋概述 驅(qū)動橋是組成裝載機的重要部件之一，其設(shè)計質(zhì)量的好壞直接影響到裝載機的動力 性和燃料經(jīng)濟性等。輪式裝載機的驅(qū)動橋分為前橋和后橋，前橋剛性固定，后橋采用中 心擺動結(jié)構(gòu)，使后橋擺動中心與動力輸入中心重合，減少了附加力引起的轉(zhuǎn)矩對傳動系 統(tǒng)的沖擊，延長了驅(qū)動橋的使用壽命，提高了駕駛員的舒適性，同時也降低了整機重心， 增加了整機的穩(wěn)定性。前橋的主動螺旋錐齒輪為左旋，后橋則為右旋。驅(qū)動橋由殼體、 主傳動器、半軸、輪邊減速器及輪胎、輪輞等組成。殼體安裝在車架上，承受車架傳來 的載荷并將其傳遞到車輪上，同時又是主傳動器、半軸、輪邊減速器的安裝殼體。 驅(qū)動橋的基本功能有三個方面，一是增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生牽引 力，并將動力合理的分配給左、右驅(qū)動輪；二是通過差速器使機械在彎道行駛時左右驅(qū) 動輪有合理的轉(zhuǎn)速差，使車輪既不產(chǎn)生滑移也不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)，而是在地上保持純滾動；三 是承受作用于路面和車架或車身之間的垂直立、 縱向力和橫向力， 并通過懸架將牽引力、 制動力傳給車架 14 。 1.3.1 驅(qū)動橋的分類 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分，可以歸并為兩大類，即非斷開式驅(qū)動橋和斷開式 驅(qū)動橋。 1.3.1.1 非斷開式驅(qū)動橋 非斷開式驅(qū)動橋也稱為整體式驅(qū)動橋，其半軸套管與主減速器殼均與軸殼剛性地相 連一個整體梁，因而兩側(cè)的半軸和驅(qū)動輪相關(guān)地擺動，通過彈性元件與車架相連。它由 驅(qū)動橋殼1，主減速器（圖中包括6、7） ，差速器（圖中包括2、3、4）和半軸5組成。 第 12 頁 共 43 頁1-后橋殼； 2-差速器殼； 3-差速器行星齒輪； 4-差速器半軸齒輪； 5-半軸； 6-主減速器從動齒輪齒圈； 7-主減速器主動小齒輪 圖 1.1 整體式驅(qū)動橋 1.3.1.2 斷開式驅(qū)動橋 驅(qū)動橋采用獨立懸架，即主減速器殼固定在車架上，兩側(cè)的半軸和驅(qū)動輪能在橫向 平面相對于車體有相對運動的則稱為斷開式驅(qū)動橋。 為了與獨立懸架相配合，將主減速器殼固定在車架（或車身）上，驅(qū)動橋殼分段并 通過鉸鏈連接，或除主減速器殼外不再有驅(qū)動橋殼的其它部分。為了適應(yīng)驅(qū)動輪獨立上 下跳動的需要，差速器與車輪之間的半軸各段之間用萬向節(jié)連接。 1-主減速器；2-半軸；3-彈性元件；4-減振器；5-車輪；6-擺臂；7-擺臂軸 第 13 頁 共 43 頁圖 1.2 斷開式驅(qū)動橋 1.3.2 驅(qū)動橋的組成 驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動橋殼等組成。 1.3.2.1 主減速器 主減速器一般用來改變傳動方向，降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，保證機械有足夠的驅(qū)動力 和適當(dāng)?shù)乃俣?。主減速器類型較多，有單級減速、雙級減速、雙速減速、單級貫通、雙 級貫通、主減速及輪邊減速等。 （1）單級主減速器 由一對減速齒輪實現(xiàn)減速的裝置，稱為單級減速器。由于單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡 單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低廉的優(yōu)點，廣泛用在主減速比 i07.6 的各種中、 小型裝載機上。單級主減速器都是采用一對螺旋錐齒輪或雙曲面齒輪，也有采用蝸輪傳 動的。 （2）雙級主減速器 對一些載重較大的裝載機，要求較大的減速比，用單級主減速器傳動，則從動齒輪 的直徑就必須增大，會影響驅(qū)動橋的離地間隙，所以采用兩次減速。通常稱為雙級減速 器。雙級減速器有兩組減速齒輪，實現(xiàn)兩次減速增扭。為提高錐形齒輪副的嚙合平穩(wěn)性 和強度，第一級減速齒輪副是螺旋錐齒輪。二級齒輪副是斜齒因拄齒輪。主動圓錐齒輪 旋轉(zhuǎn)，帶動從動圓銀齒輪旋轉(zhuǎn)，從而完成一級減速。第二級減速的主動圓柱齒輪與從動 圓錐齒輪同軸而一起旋轉(zhuǎn)，并帶動從動圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)，進行第二級減速。因從動圓柱齒 輪安裝于差速器外殼上，所以，當(dāng)從動圓柱齒輪轉(zhuǎn)動時，通過差速器和半軸即驅(qū)動車輪 轉(zhuǎn)動。 1.3.2.2 差速器 差速器用以連接左右半軸，可使兩側(cè)車輪以不同角速度旋轉(zhuǎn)同時傳遞扭矩。保證車 輪的正常滾動。有的多橋驅(qū)動的裝載機，在分動器內(nèi)或在貫通式傳動的軸間也裝有差速 器，稱為橋間差速器。其作用是在裝載機轉(zhuǎn)彎或在不平坦的路面上行駛時，使前后驅(qū)動 車輪之間產(chǎn)生差速作用。 第 14 頁 共 43 頁1-軸承；2-左外殼；3-墊片；4-半軸齒輪；5-墊圈； 6-行星齒輪； 7-從動齒輪；8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓 圖 1.3 差速器 目前各類裝載機大多都采用了行星齒輪式差速器，普通錐齒輪差速器由兩個或 四個圓錐行星齒輪、行星齒輪軸、兩個圓錐半軸齒輪和左右差速器殼等組成。 1.3.2.3 半軸 半軸是將差速器傳來的扭矩再傳給車輪，驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)，推動整機行駛的實心軸。 由于輪轂的安裝結(jié)構(gòu)不同，而半軸的受力情況也不同。所以，半軸分為全浮式、半浮式、 34浮式三種型式。 （1）全浮式半軸 一般大、中型裝載機均采用全浮式結(jié)構(gòu)。 半軸的內(nèi)端用花鍵與差速器的半軸齒輪 相連接，半軸的外端鍛出凸緣，用螺栓和輪轂連接。輪轂通過兩個相距較遠的圓錐滾子 軸承支承在半軸套管上。半軸套管與后橋殼壓配成一體，組成驅(qū)動橋殼。用這樣的支承 形式，半軸與橋殼沒有直接聯(lián)系，使半軸只承受驅(qū)動扭矩而不承受任何彎矩，這種半軸 稱為“全浮式”半軸。所謂“浮”意即半軸不受彎曲載荷。全浮式半軸，外端為凸緣盤 與軸制成一體。但也有一些載重類把凸緣制成單獨零件，并借花鍵套合在半軸外端。因 而，半軸的兩端都是花鍵，可以換頭使用。 （2）半浮式半軸 半浮式半軸的內(nèi)端與全浮式的一樣，不承受彎扭。其外端通過一個軸承直接支承在 半軸外殼的內(nèi)側(cè)。這種支承方式將使半軸外端承受彎矩。因此，這種半袖除傳遞扭矩外， 還局部地承受彎矩，故稱為半浮式半軸。 圖示驅(qū)動橋的半軸內(nèi)端不受彎矩，而外端卻要 承受全部彎矩，所以稱為半浮式支承。 第 15 頁 共 43 頁1-止推塊；2-半軸；3-圓錐滾子軸承；4-鎖緊螺母；5-鍵；6-輪轂；7-橋殼凸緣 圖 1.4 半浮式半軸 （3）34浮式半軸 34浮式半軸是受彎短的程度介于半浮式和全浮式之間。 此式半軸目前應(yīng)用不多。 1.3.2.4 橋殼 （1）整體式橋殼 整體式橋殼因強度和剛度性能好，便于主減速器的安裝、調(diào)整和維修，而得到 廣泛應(yīng)用。整體式橋殼因制造方法不同，可分為整體鑄造式、中段鑄造壓入鋼管式和鋼 板沖壓焊接式等。 （2）分段式驅(qū)動橋殼 分段式橋殼一般分為兩段，由螺栓1將兩段連成一體。分段式橋殼比較易于鑄造和加工 15 。 第 16 頁 共 43 頁1、4半軸殼 2-左橋殼 3-右橋殼 5-鋼板彈簧座 6-突緣 7-半軸套管 8-后橋殼 9-殼蓋 圖 1.5 分段式驅(qū)動橋殼 1.4 課題內(nèi)容及任務(wù) 裝載機是最具代表性的工程機械，在交通、能源、水利、電力等各個領(lǐng)域均有廣泛 的應(yīng)用。 通過該機的設(shè)計，可對本專業(yè)所學(xué)課程和知識進行一次全面的復(fù)習(xí)和應(yīng)用，得到系 統(tǒng)全面的鍛煉。設(shè)計內(nèi)容涉及發(fā)動機的選型、液力機械傳動設(shè)計、變速箱設(shè)計、焊接件、 鑄造件、鍛造件的設(shè)計等。 主要內(nèi)容有：裝載機總體方案設(shè)計，總體參數(shù)計算確定（發(fā)動機選型、變速箱傳動 方案、各擋速度、鏟掘力、卸載高度與卸載距離） ，驅(qū)動橋總成（主傳動、差速器、半 軸、橋殼等）及零件設(shè)計。 本課題的任務(wù)是掌握工程機械產(chǎn)品設(shè)計的基本方法、基本技巧和基本過程,熟悉計 算機輔助設(shè)計和技術(shù)文件的寫作方法.掌握小型輪式裝載機及驅(qū)動橋總成設(shè)計與計算， 以及主要零部件的設(shè)計技巧，并完成0.5m 3 小型輪式裝載機及驅(qū)動橋總成的設(shè)計開發(fā)和 本機的連接關(guān)鍵零、部件設(shè)計。 2、裝載機總體設(shè)計與計算 2.1 總體方案設(shè)計 2.1.1 總體設(shè)計 2.1.1.1 機型選擇 參照現(xiàn)有機型及型號，定型號為 ZL10 2.1.1.2 動力選擇 選擇柴油機作為動力來源 2.1.1.3 傳動系統(tǒng) 發(fā)動機液力變矩器變速箱驅(qū)動橋輪邊減速器車輪 第 17 頁 共 43 頁2.1.1.4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 采用鉸接式轉(zhuǎn)向 2.1.1.5 制動系統(tǒng) 行車制動裝置采用鉗盤式制動器，前后輪的制動系統(tǒng)獨立，用腳踏板操縱。制動器 安裝在車輪的輪轂內(nèi)。駐車制動裝置采用蹄式制動器，其驅(qū)動機構(gòu)是機械式的，用手操 縱。 2.1.1.6 液壓系統(tǒng) 2.1.1.7 工作裝置 采用反轉(zhuǎn)六連桿機構(gòu)，該種機構(gòu)具有掘起力大，運輸狀態(tài)鏟斗后傾角大，不易撒落 物料，鏟斗能自動放平等優(yōu)點。 2.1.2 主要參數(shù)的確定 2.1.2.1額定斗容 V H 額定斗容又稱堆裝斗容。由設(shè)計所給定的條件為小型輪式裝載機，選擇額定斗容為 V H 0.5 m 3 2.1.2.2 額定載重量 P Q 額定載重量是指裝載機本身具有標(biāo)準(zhǔn)裝備重量，在硬而光滑的水平面上，以不超過 每小時6.4 KM 的速度運行，但仍具有必要的穩(wěn)定性時所能運載的重量。按所取物料 密度為2 t/ m 3 來估算，可得 P Q 2 t/m 3 0.5m 3 1 t 2.1.2.3 選取各總體參數(shù) 參照中華人民共和國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T3688.1-96中對輪胎鉸接轉(zhuǎn)向式裝載機基本 參數(shù)的相關(guān)規(guī)定，見表2-1 表 2-1 輪胎式裝載機基本參數(shù)（鉸接轉(zhuǎn)向式） 第 18 頁 共 43 頁同時參照現(xiàn)有機型的相關(guān)參數(shù)，選取各總體參數(shù)如下： 鏟斗容量 V H 0.5 m 3 額定載重量(5)P Q 1 t 自重 G M 3.2 t 卸載高度 H P 2.7 m 發(fā)動機標(biāo)定功率 N e 38 kw 2.1.2.4 輪胎規(guī)格 由載重量，自重，橋荷分配確定尺寸，寬基低壓輪胎滿載時輪胎承受的最大載荷為 Q max （G M + P Q ） 1.5/N （2-1） 式中： G M -自重； P Q -額定載重量； N 輪胎個數(shù)。 代入數(shù)據(jù)得： Q max （3200+1000）1.5/41575 按國標(biāo) Q max Q，選用青島雙星集團下屬企業(yè)雙星輪胎工業(yè)有限公司生產(chǎn)的7.50-20 型輪胎，其具體參數(shù)如表2-2： 第 19 頁 共 43 頁表 2-2 輪胎具體參數(shù) 規(guī) 格 簾布層數(shù) 輪胎花紋 最大負荷 相應(yīng)氣壓（KPa） 7.50-20 12 HP040 1775 740 標(biāo)準(zhǔn)輪輞 允許使用輪輞 充氣后胎外直 徑D1.2% （mm） 充氣后斷面高 B 3.5%（mm） 6.0 6.00T、6.50T 935 215 斷面形狀近似圓形，高度比1 寬度為215mm 2.1.2.5 掘起力 掘起力又稱鏟起力，是指具有標(biāo)準(zhǔn)使用重量的裝載機停放在堅硬的水平表面上，鏟 斗斗刃底部平行于地面，上下的偏差不超過0.025m的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)斗或提臂時，后輪 不準(zhǔn)離地或即將離地，作用在鏟斗斗刃（或斗齒尖）后面100mm處的最大垂直向上的 力。掘起力可以根據(jù)額定載重量近似地用下式確定 P z 20.37+1.97 P Q +3.03 10 -2 P Q 2 -1.17 10 -4 P Q 3 KN （2-2） P Q 1t1000 Kg 代入得 P z 22.37 KN 2.1.2.6 動臂提升、下降及鏟斗前傾時間 動臂提升時間受到工作裝置油泵功率的限制，而動臂下降及鏟斗前傾速度太大，會 產(chǎn)生較大的沖擊，且使油缸上腔產(chǎn)生真空。因此動臂提升時間一般為5-9.5秒，動臂下 降時間一般為3-6秒，鏟斗前傾時間一般為1.2-3.0秒。參照現(xiàn)有同類機型，選取各值 如下： 動臂提升時間：5.5秒 動臂下降時間：4秒 鏟斗前傾時間：3秒 2.1.2.7 鏟斗后傾角及卸角 動臂在最低位置時，鏟斗后傾角 1 為40至 50,取45。運輸位置時，鏟斗的 后傾角 2 為45至50，取45。動臂最大舉升高度時，鏟斗的最大后傾角 3 為60 至65，取60。后傾角過小或過大都會引起物料撒落。鏟斗在任何卸載高度時的 第 20 頁 共 43 頁卸載角 應(yīng)不小于45，否則會影響物料卸凈。最大卸載高度時的卸載角取50。 2.1.2.8 鏟斗的最大卸載高度 H max 與卸載距離 S 鏟斗最大卸載高度是動臂在最大舉升高度時鏟斗的卸載高度，該高度與配合作業(yè)的 運輸車輛有關(guān)，可以按下式確定 H max H+0.2B m （2-3） 式中：H-運輸車輛車箱側(cè)臂離地高度（m） ， B-車箱寬度(m） ， 取 H2.2 m，B2 m，代入公式算得 H max 2.6 m 通常用最大卸載高度時鏟斗斗尖與裝載機前外廓的水平距離表示卸載距離參數(shù)，該參數(shù) 可以按下式計算 S 0.5B+0.3 m （2-4） 取 B2 m，代入公式算得 S1.3，取1.3 2.1.2.9 最小離地間隙 h min 最小離地間隙表示裝載機無碰撞地越過障礙物的能力，通常離地間隙應(yīng)大于0.25 m 5 。 2.2 底盤設(shè)計 2.2.1 發(fā)動機選型 參照現(xiàn)有機型及已選定的主要參數(shù)范圍，選擇北京北內(nèi)柴油機有限責(zé)任公司（購買 了德國道依茨公司 B/FL912/913/C系列風(fēng)冷柴油機的生產(chǎn)許可證）生產(chǎn)的 F3L912型的 柴油機，該系列柴油機為直列三缸四沖程風(fēng)冷柴油機，采用直接噴射的燃燒方式，功率 范圍25 KW-35 KW，轉(zhuǎn)速1800轉(zhuǎn)/分到2500轉(zhuǎn)/分。F3L912系列發(fā)動機具有結(jié)構(gòu)合 理，操作簡便，易于維修和保養(yǎng)的特點，并且該系列風(fēng)冷發(fā)動機簡化了復(fù)雜的水冷系統(tǒng)， 同時增加了抵御干旱、高溫、高寒等多種惡劣環(huán)境的能力。其性能參數(shù)如表2-3： 表 2-3 F3L912 型柴油機性能參數(shù) 最大功率 38 KW 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 1500-2500 r/min 最大扭矩 170 N.m 第 21 頁 共 43 頁最大扭矩轉(zhuǎn)速 16000 r/min 排放 歐 II 型號 F3L912 缸數(shù) 3 吸氣系統(tǒng) 自然進氣 排量 2.828 L 缸徑及沖程 100120 mm 點火順序 1-2-3 冷卻劑 空氣 噴射方式 直噴 壓縮比 17:1 旋向 順時針(從風(fēng)扇端看) 長 730 mm 寬 673 mm 高 815 mm 注：最終尺寸取決于完整的發(fā)動機規(guī)格； 僅為估算、無風(fēng)扇驅(qū)動裝置、飛輪、飛輪殼和起動馬達的重量。 2.2.2 液力變矩器的選擇 為了使發(fā)動機容易有載起動和較大的克服外負載能力，希望起動工況（i0）變矩 器系數(shù) K 0 較大。小噸位的裝卸機械適用的變矩器 K 0 3，考慮到本次設(shè)計的裝載機噸位 較小,成本要求低等特點,故選擇 123型,單級單相液力變矩器.結(jié)合分配情況，選用天津 鼎盛工程機械廠生產(chǎn)的 YJ26502型液力變矩器，其參數(shù)如表2-4： i0時，k3.35,0，M B 24.7 i0.99時，k0.36,0.36，M B 8 表 2-4 YJ26502 型液力變矩器參數(shù) 有效直徑/mm 公稱力矩/N.M 轉(zhuǎn) 速 r/min 功率/KW 265 25 2400 48 變矩器工作在 iT 1 與 iT 2 之間，經(jīng)查 iT 1 0.312，iT 2 0.897。 2.2.3 變速箱的設(shè)計及傳動比的分配 分析輪式轉(zhuǎn)載機的作業(yè)循環(huán)過程可知，一般以擋速度接近料堆，以一擋作業(yè)速度 第 22 頁 共 43 頁插入料堆（松散物料可以采用擋） ，待鏟斗裝滿后，即以倒擋速度后退，駛離料堆， 然后又以前擋駛向卸料地點，卸料后以倒擋后退，再重復(fù)上述循環(huán)。 輪式裝載機在運輸轉(zhuǎn)移時應(yīng)有兩個前進擋和一個倒退擋，高速擋用于空載在平地行 使，低速擋用于起動、爬坡。運輸?shù)退贀跻部梢耘c作業(yè)擋合并使用。由上述裝載機的 工作特點可知，輪式裝載機要求至少有3-4個前進擋位和兩個倒退擋位。 前進擋的速度常取3-4 km/h,超過以上速度則駕駛員來不及操縱。前進擋的速 度常取 10-12 km/h，為縮短作業(yè)循環(huán)時間，一般要求作業(yè)時的回程速度比前進速度高 25%-40%，故后退擋的最高速度可以取12-15 km/h。 裝載機車架一般為非彈性懸架，車速不宜過高，故運輸?shù)淖罡哕囁賾?yīng)小于40 km/h。 2.2.3.1 傳動系統(tǒng)傳動比的確定 （1）由已選發(fā)動機轉(zhuǎn)速及變矩器的工作區(qū)間可求得渦輪的輸出速度范圍，運用公式 NT 1 NeH 1 iT 1 （2-5） NT 2 NeH 2 iT 2 （2-6） 代入數(shù)據(jù)得： NT 1 15000.312468 NT 2 25000.8972242.5 （2）以高效區(qū)的渦輪最高轉(zhuǎn)速NT 2 ，求得最高擋總傳動比 I H （ 0.377 (R d NT 2 )）/ V tmax （2-7） 式中：R d -驅(qū)動輪的動力半徑，R d 0.935/20.4675 m V tmax -最高行駛速度 ，一般情況下 V tmax 30-40 km/h 取30 km/h，代入求得： I H 0.377(0.46752242.5)/3013.22 （3）以高效區(qū)內(nèi)的渦輪的最低轉(zhuǎn)速 NT 1 求得最低擋總傳動比 I L 0.377 (R d NT 1 )/ V tmin （2-8） 式中：V tmin -最低行駛速度，一般情況下 V tmin 3-4 km/h，取4 km/h， 代入求得 第 23 頁 共 43 頁I L 20.62 2.2.3.2 各部件傳動比的確定 （1）由公式 i i k i o i f （2-9） 式中：i k -變速箱傳動比； i o -主減速器傳動比； i f 輪邊減速傳動比 由此可知，為求得 i k 只需確定 i o 與 i f 。按一般原則，后面的部件取大的傳動比， 先取盡可能大的 i f ，再取 i o ，最后由已知的 i 確定 i k （2）根據(jù)經(jīng)驗 i o 3.6-6.87 i f 3.78-5.6 取 i o 3 i f 4 （3）參照現(xiàn)有機型 W90-3型裝載機、變速箱、確定為三個前進擋，三個后退擋，其結(jié) 構(gòu)形式如圖2-1所示 圖 2.1 變速箱結(jié)構(gòu)示意圖 2.2.3.3 變速箱齒輪齒數(shù)的確定 （1）運用公式： i k i /（i o i f ） （2-10） 將 i H 13.22、i L 20.62、i o 3、i f 4代入求得 i KL 1.72、 i KH 1.101 第 24 頁 共 43 頁（2）確定齒數(shù) 參照現(xiàn)有機型 W90-3 型裝載機、變速箱、由其結(jié)構(gòu)圖可知： Z 3 +Z 6 Z 4 +Z 7 Z 5 +Z 9 Z 2 +Z 4 Z 1 +Z 3 Z 9 Z 8 +Z 10 另外，結(jié)合以上算得的傳動比，i K 與 i KH 值 選定各齒輪齒數(shù)如下： Z 1 23 Z 2 20 Z 3 26 Z 4 23 Z 5 21 Z 6 23 Z 7 26 Z 8 25 Z 9 28 Z 10 27 Z 11 30 反求傳動比 i (Z 10 / Z 8 )(Z 9 / Z 5 )(Z 3 / Z 1 )1.628 i (Z 10 / Z 8 )/(Z 7 / Z 4 )(Z 3 / Z 1 )1.380 i ( Z 10 / Z 8 )(Z 6 / Z 3 )(Z 3 / Z 1 )1.08 i 倒 (Z 10 / Z 8 )(Z 9 / Z 5 )(Z 4 / Z 11 )(Z 11 / Z 2 )1.656 i 倒 (Z 10 / Z 8 )(Z 7 / Z 4 )(Z 4 / Z 11 )(Z 11 / Z 2 )1.404 i 倒 (Z 10 / Z 8 )(Z 6 / Z 3 )(Z 4 / Z 11 )(Z 11 / Z 2 )1.097 （3）反求得行駛速度 V 前 0.377(R d NT 1 )/ I L 4.222 km/h V 前 0.377(R d NT 2 )/ I H 30.497 km/h V 倒 4.151 km/h V 倒 30.024 km/h 3 驅(qū)動橋總成設(shè)計 輪式裝載機驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、輪邊減速器和半軸組成。驅(qū)動橋設(shè)計 應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求： 1.選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動力性和燃料經(jīng)濟性； 第 25 頁 共 43 頁2.外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙； 3.齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小； 4.在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率； 5.在保證足夠的強度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以 改善機械平順性； 6.與懸架導(dǎo)向機構(gòu)運動協(xié)調(diào)，對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機構(gòu)運動相協(xié)調(diào)； 7.結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。 3.1 主減速器的設(shè)計 3.1.1 主減速器結(jié)構(gòu)形式的選擇 3.1.1.1 主減速器的減速型式 主減速器一般用來改變傳動方向，降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，保證機械有足夠的驅(qū)動力 和適當(dāng)?shù)乃俣取１敬卧O(shè)計采用分開式雙級主減速器，它的第一級減速機構(gòu)設(shè)置在驅(qū)動橋 的中部，稱為中央減速器；二級設(shè)置在輪邊，稱為輪邊減速器。雙級主減速器因采用兩 級減速，所以在保證合適的離地間隙的同時可以獲得大的傳動比（達7-12） 。 3.1.1.2 主減速器齒輪的類型 在現(xiàn)代驅(qū)動橋上，主減速器采用得最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。在雙級主 減速器中，通常還要加一對圓柱齒輪（多采用斜齒圓柱齒輪） ，或一組行星齒輪。在輪 邊減速器中則常采用普通平行軸式布置的斜齒圓柱齒輪傳動或行星齒輪傳動。 螺旋錐齒輪其主、從動齒輪軸線相交于一點。交角可以是任意的，但在絕大多數(shù)的 驅(qū)動橋上，主減速齒輪副都是采用 90交角的布置。由于輪齒端面重疊的影響，至少有 兩對以上的輪齒同時嚙合，因此，螺旋錐齒輪能承受大的負荷。加之其輪齒不是在齒的 全長上同時嚙合，而是逐漸地由齒的一端連續(xù)而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另端，使得其工作平穩(wěn)， 即使在高速運轉(zhuǎn)時，噪聲和振動也是很小的。 本次設(shè)計中主減速器采用螺旋錐齒輪傳動，主減速齒輪副采用兩軸垂直相交布置， 輪邊減速器中則采用行星齒輪傳動。 3.1.1.3 主減速器主動錐齒輪的支承型式 在殼體結(jié)構(gòu)及軸承型式已定的情況下，主減速器主動齒輪的支承型式及安置方法， 對其支承剛度影響很大，這是齒輪能否正確嚙合并具有較高使用壽命的重要因素之一。 主減速器主動錐齒輪的支承型式有以下兩種： （1）懸臂式：齒輪以其輪齒大端一側(cè)的軸頸懸臂式地支承于一對軸承上。為了增 第 26 頁 共 43 頁強支承剛度，應(yīng)使兩軸承支承中心間的距離比齒輪齒面寬中點的懸臂長度大兩倍以上， 同時比齒輪節(jié)圓直徑的 70%還大，并使齒輪軸徑大于等于懸臂長。當(dāng)采用一對圓錐滾子 軸承支承時，為了減小懸臂長度和增大支承間的距離，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的小端相向 朝內(nèi)，而大端朝外，以縮短跨距，從而增強支承剛度。 （2）騎馬式：齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承支承，故又稱兩端支承式。騎馬式 支承使支承剛度大為增加，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小，約減小到懸臂式支承 的 130 以下而主