zl50裝載機總體及行星變速箱設計中間軸及齒輪畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 定性好，特別適宜在潮濕、松軟路面、工作量集中、不需經常轉移和地形復雜地區作業。綜上所述及裝載機的作業特點，選用輪式行走裝置。二、傳動形式的選擇裝載機所采用的傳動系統基本上有四種形式：機械傳動、液力機械傳動、靜壓傳動和電動輪裝載機。本機為ZL系列，參照同類產品，采用液力機械傳動，此傳動系具有以下優點：（1）在保持一定插入里的同時，舉升動臂或轉動鏟斗，以減少鏟掘阻力，縮短作業循環時間。（2）可隨外載荷變化而自動調整車速，因而可減少變速箱檔位，簡化變速箱‘結構和操作。（3）裝載機在作業時換檔次數較多，液力機械傳動因一般均配以動力換檔變速箱，可在不停車情況下換檔，操作輕便，動力換檔時間短，生產率高。，（4）由于裝載機所用變矩器的可透性小，當運行阻力變化時，發動機的轉速變化很小，因而當外阻力大迫使車速降低時，發動機仍能保持較高轉速，則作業油泵流量不變，工作裝置作業速度不受影響。（5）變矩器能吸收作業時傳給傳動系的沖擊，可延長零件壽命。（6）不會因外阻力大而熄火。三、傳動系部件的選擇變矩器型式和有效直徑的確定：(1) 選型裝載機作業時牽引力和車速的變化范圍大、并且變化急劇、頻繁。工作條件苛刻，而要求所選用的變矩器應具有變換系數B（B=k0I ,式中，K—最大變矩系數，I—變矩器最大效率 所對應的傳動比）盡可能大。最高效率 要高，高效范圍要寬，并要求變矩器在低、中速比范圍內穿透性要小，則當運行阻力增大，迫使車速降低時，發動機轉速降低不多，以保證液壓泵功率和作業速度。但在高速比時正穿透性應很大，使泵輪吸收較小功率。則當變速箱掛空擋時，發動機功率不會被變矩器本身無益的損耗掉。裝載機用變矩器要求在低速比區域有一定的負透性，使在鏟裝物料接近結速時，變矩器吸收功率減小，及時把部分功率讓給作業液壓泵，減少發動機轉速的下降，提高發動機功率的利用。此外，還要求其結構簡單、可靠和便于制造，上述這些要求往往是矛盾的，無法同時滿足，因而需綜合比較各項指標進行選型。單級單向渦輪變矩器使用較廣，因其效率較高（一般90%以上），在中低速區有不大的可透性，而在高速區則正透性很大，結構簡單，工作可靠，因而工作壽命較長。但其K值不大（一般在3左右）。雙渦輪變矩器可提高變矩系數，擴大高效區，它的兩個渦輪可隨外載荷的變化而自動換檔，因而可簡化變速箱的結構和操作，改善作業性能。但其結構復雜，最高效率低（僅80%左右）。綜上所述并參考同類產品，本機選3元件單級單相向心渦輪變矩器：YJ1型。（2）確定變矩器的有效直徑：通常采用合理地選擇變矩器有效作用直徑的方法來確定發動機與變矩器的共同工作區域，即稱之為匹配。一般認為：裝載機用發動機扣除20~40%功率與變矩器匹配較合適。根據本機特點及發動機特性、變矩器特性，我們選擇70%的發動機功率與變矩器匹配。由以下計算變矩器的有效直徑： D= 式中：Me—輸入變矩器的發動機扭矩值 λB*—相應于變矩器最高效率工況的泵輪力矩系數 ne—相應于Me值的發動機轉速（轉/分） γ—液體重度（Kg/m）由參考圖八：柴油機和變矩器的外特性曲線得： Me=70%= λB*=106γ=872kg/m3ne=220rpm將以上數值代入公式，得選變矩器的有效直徑為D=265mm，即變矩器規格為YJ1—265型。變速箱、主傳動、輪邊減速和驅動方式的選擇（1） 變速箱型式的選擇變速箱有人力換檔和動力換檔二種，前者結構簡單，傳動效率較高，但由于操縱繁重，換檔時需切斷動力而費時，不適合裝載機頻繁、快速換檔的要求。裝有液力變矩器的裝載機一般均采用動力換檔變速箱，這種變速箱有兩種結構型式：定軸式和行星式齒輪變速箱，二者的比較如表所示： 定軸式與行星式齒輪變速箱的比較比較項目定軸式行星式結構與加工效率簡單，零件加工精度要求一般，合齒數越多效率越低。復雜，零件加工精度要求較高，傳動效率可以比較高。外型尺寸和重量齒輪模數較大，重量較大 ，變速箱橫向尺寸較大。受力分散，齒輪模數可減小，重量略輕，結構緊湊，可用較小尺寸得到較大傳動比，軸向尺寸較大，檔位多。扭矩容量換檔用摩擦片直徑小，片數多，受結構和通用性限制，扭矩容量增加困難大采用較大直徑的摩擦片作為換檔離合器，所需片數少，扭矩容易做大工作可靠性回轉油缸多，離合器油壓受離心力影響，操縱油路需經旋轉密封，易發生故障采用制動器，不產生離心力，也無需旋轉密封，工作可靠件數和通用程度；維修；成本零件數多，但通用零件較多，方便；便于檢查；價格較低齒輪軸類多，隨檔位增加零件相對減少；拆卸不便；造價較高由上述比較可見，兩變速箱各有所長，故在裝載機上均有采用。定軸式由于結構簡單，制造成本較低，維修方便，便于總體布置，在小型裝載機上采用較多。根據本機特點，我們選用定軸式動力換檔變速箱。（2）主傳動、輪邊減速和驅動方式的選擇由于裝載機的作業速度比較低，所以驅動橋的減速比較一般車輛大的多。要實現這么大的減速比，即使采用雙級主傳動減速也還是相當困難的。因此，為滿足裝載機的低速作業要求和減小主傳動的被動齒輪、差速器和半軸所傳遞的扭矩，目前都采用單機主傳動和行星輪邊減速裝置（本機也采用這種方式）。行星輪邊減速可用較小結構尺寸得到較大傳動比，同時可將整個輪邊減速裝置放在輪轂內，便于整機布置。輪邊減速裝置減速比在結構尺寸允許的情況下，應盡量取大些，這樣可使主傳動齒輪、差速器及半軸尺寸減小，結構緊湊，增大離地間隙，提高裝載機的通過率。輪式裝載機多采用雙橋驅動，以利用整機重量作為附著重量，使牽引力得以充分發揮，但當裝載機需轉移工地，在路面作長距離行駛時，在傳動系內部將產生循環功率，加速輪胎磨損，為此一般變速箱內裝有脫橋機構，以使裝載機在好路面行駛時實現單橋驅動。對于采用低壓輪胎、經常在不好路面工作，而較少移動、作長距離行駛的裝載機，可不設脫橋機構。本機不設脫橋機構。本機采用單級主傳動，一級行星輪邊減速和雙橋驅動方式。四、轉向方式的選擇本機為ZL系列產品，參照同類產品，選用鉸接式轉向方式，全液壓操縱。該方式有以下優點：，可采用大尺寸。寬基面低壓胎以發揮更大的牽引力。，可得到小于自身機長的轉向半徑，機動性好，減少了裝載機調車行駛的路程。，軸距可做得較長，在作裝載機牽引力工作是，容易保持前后橋上重量的合理分配，保證較好的縱向穩定性。行車時縱向顛簸小，減少駕駛員的疲勞?！叭鋭印笔脚佬校鰪娷囕v通過沼澤地和泥濘地區的能力，并能在非常狹窄地方通過。在機器停車情況下，鏟斗能隨前車一起左右擺動，實現原地對車。，結構簡單，簡化制造工藝，降 低成本。其缺點是：軸距較長，使整車縱向通過半徑增大，橫 縱向穩定性差；轉向時前后車架需要相對運動，所以慣性大，容易振動，對液壓轉向系統有較高要求。五、制動系選型制動系統包括三部分：行走制動，停車制動及緊急制 動器。行車制動器用于車輛在行駛中減速，一般由腳踏板控 制，驅動機構采用加力機構，大中型采用氣推油助力裝置。現代裝載機多采用雙管路系統。停車制動器用于裝載機在坡道上停歇制動，一般裝在變速箱輸出軸上，具有手操縱機械傳動驅動機構。緊急制動器用于停車系失效，緊急制動，有獨立驅動 機構，在中小型裝載機上與停車制動器合而二為一。裝載機制動頻繁，制動強度較高，作業條件惡劣，因 而對制動器要求除制動效能、效率等問題，還有如下要求 ： （1） 在附有泥水等惡劣使用條件下，應保證有較穩定的制動性能。（2） 為適應頻繁制動和確保下坡連續制動的安全，制動器散熱要快。（3） 壽命要長，便于調整與維修?，F代中小型輪式裝載機多采用鉗盤式制動器，本機 也采用鉗盤式制動器，它與蹄式制動器相比有如下優點心 ：（1） 制動性能穩定，具有良好的沾水復原性，即不會因沾有泥水而導致制動力矩下降。制動圓盤外露于空間，并隨車輪旋轉，有自動清除泥水作用，容易干燥。（2） 耐熱衰減性能好，不會因摩擦生熱使摩擦系數減小，而導致制動力矩的明顯下降。其散熱條件好（3） 制動器無增力作用，制動力矩增長平穩。（4） 摩擦圓盤的磨損均勻，壽命比蹄式制動器長2—3倍。維修方便，摩擦片磨損后可自動調整間隙。更換摩擦片方便，不需拆卸輪胎和輪邊減速傳動裝置，可減少機器停工時間。 第2章牽引力計算 2．1 柴油機與變矩器聯合工作的輸入與輸出特性曲線 聯合工作輸入特性曲線 本機為液力機械傳動，發動機扣除20~40%與變矩器匹配，扣除的用來驅動機器的輔助裝置和工作油泵。必須已知：1）變矩器原始特性曲線及變矩器有效直徑，參考參考圖八。2）工作油重度。3）發動機的凈特性曲線，參考參考書（Ⅴ）P117圖58。作原始特性曲線及無因次特性曲線表示。變矩器的無因次性能曲線λ1=fλ(i)K1=fK(i),η1=fη(i),參考參考圖八。所謂無因次特性曲線表示在循環圓內，液體具有完全相似的穩定流現象的若干變矩器之共同特性曲線函數曲線。表示某種幾何相似的液力變矩器的原始特性λT=f(i)， K1=f(i),η=f(i)，這三條中第一條表示變矩器穿透性，第二條表示變矩器的變矩特性。第三條表示變矩器的變矩經濟性。有了這些無因次特性線后，就可獲得同類型任何幾何尺寸的相似液力變矩器的特性，其計算公式為：MB=λBγD5nB2MT=KMBη=KiTBnt=nBiTB 一般工程機械選用自動適應性好的具有單值下降的MT=f(nt)曲線的變矩器。對于裝載機這樣的工程機械，由于變矩器和工作裝置油泵經常同時工作，而工作裝置油泵所消耗的功率約占發動機功率的4060%若，采用全功率匹配，則裝載機在牽引工況時，勢必引起發動機轉速降低，鏟斗動作緩慢，發動機功率利用程度低，因此需采用部分功率匹配，但D值必須選取適當，D值過小則裝載機在運輸工況時，勢必在發動機的部分特性上工作。動力性、經濟性降低，且易造成變矩器過熱；但D值如果過大，則裝載機在牽引工況時，不僅鏟斗動作緩慢，作業效率降低，甚至發動機熄火。本機扣除30%的發動機功率。作圖步驟：1）找出特殊工況（最高效率工況、高效區、起動工況、制動工況）的傳動比值及幾個非特殊工況的傳動比值。2）從變矩器無因次特性曲線上找出各i值對應的λB值，K值，η值，列入表21。表21聯合輸入特性曲線iλγ（104）ηK0035363）在發動機額定轉速范圍內，按規律取發動機轉速并求得各轉速所對應的發動機扭矩。4）把MB和nB的關系，按照同樣的比例，畫在轉換到泵輪上的發動機外特性曲線，即得。公式：M=，計算結果列入表22。表22 功率匹配表 發動機轉速發動機扭矩發動機匹配扭矩1000741200791300140015007916001700781800771900200074210073220071240075）根據公式MB=λBγD5nB 計算MB值，并列入表23。6）根據表23的計算結果，在發動機扭矩圖上畫出一族不同的i值拋物線來，即為輸入特性曲線，如圖21所示表23根據裝載機的作業特點，一般用發動機扣除20~30%的功率與變矩器相匹配為合適，此處根據本機具體作業情況扣除發動機功率的30%，再由表33作出發動機與變矩器聯合工作的輸入特性曲線，作圖，對輸入特性曲線分析：⑴起步工況：i=0時的負荷拋物線距發動機的最大扭矩點Memax較近，所以發動機在起步時能獲得較大的起動力矩。起動性能較好。i=0時在Memax的右側，工作較穩定，不會出現ne和Ne下降，造成發動機熄火之現象。⑵ i=i﹡=，負荷拋物線接近發動機的額定扭矩點，這能使發動機最大功率利用較充分。⑶該變矩器為混合透穿變矩器，它與發動機的聯合工作范圍較近，負透穿變矩器為小。 柴油機與變矩器聯合工作的輸出特性輸出特性：MT=f(nT)、NT=f(nT)、η=f(nT) 輸出特性全面反映了復合運動裝置的動力性和燃料的經濟性，因此它成為評價液力傳動的動力性和經濟性的基礎，同時，對于配備液力傳動的作業機械來說，又是進行機器牽引性能計算的原始數據。液力變矩器與發動機聯合工作的輸出特性可以根據其聯合工作的輸入特性和變矩器的無因次特性來繪制，作圖步驟如下：1）根據聯合工作輸入特性上變矩器不同工況下的負載拋物線束與換到泵輪上發動機扭矩曲線的交點，找到一系列發動機與變矩器共同工作的參數坐標值（M1i，n1i），如表242）根據不同工況下變矩器的傳動比I，在無因次特性曲線上找出相應的特性參數：ηi、Ki、λi；3）按下式計算不同工況下相應的渦輪軸轉速n2 和輸出扭矩M2及輸出功率N2各點的坐標：nT=inB；MT=KMB；NT=MTnT/=NBη；計算結果見表24表24 聯合工作時，輸出特性曲線計算表iKηM1n1M2n2NT002215002210221220550218010176321101012972135106722201443100224522551804231020792380