温加文新 1.docx

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温加文新1

轮式装载机的设计

作者姓名：

温加文

专业名称：

机械工程及自动化

指导教师：

王俊飞

摘要

装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口等工程的土石方施工机械，它主要用来铲装、运输、卸载土和沙石等散状物料，也可以对岩石、硬土进行轻度的铲掘作业，如果更换其工作装置，还可以扩大其作业范围，完成推土、起重、装卸其他物料的工作。

装载机已经成为现代基础设施建设中不可缺少的机械。

本篇论文设计的是小型装载机，采用液力机械传动、动力换挡变速箱、铰接式液压动力转向，以及蹄式制动器构成的行车制动。

工作装置是设计中的重点，它必须能满足平移性、自动放平性、动力性等许多要求，整个工作装置采用液压操纵。

本机械许多配件都可以采用国外较为先进的配件。

由于本人经验不足，知识有限，所以本论文一定存在许多错误和不足，感谢各位老师指正。

关键词：

小型装载机、液力机械传动、铰接式夜压动力转向、工作装置、液压系统。

Abstract

Loaderisakindofconstructionmachinerywhichisusedwidelyinroad,railroad,main,architecture,hydro-electricpower,harberandsoon..

Loaderisusedmainlyforshoveling,conveying,dearkingloosematerielsuchassoilandsand,alsoisusedforshovelinglightlyrockandflint.Ifchangingworkingtool,loadermayalsofinishshoving,liftingtaskandsoon.loaderisalreadylookedonasaindispensableinmodernconstruction.

Thisthesisisaboutthedesignofamicroloader.Themachineusesliquid-machinerytransmissionsystem,motivation-shiftgearbox,linkagehydraulicpressuremativationbendsystem,andknucklebrakesystem.Workingtoolisprominentinthedesignprocess,Itmustmeetparallelnatureandthenaturethatworkingtoolcangointonextworkingstateautomatically,mativationnatureandsoon.Workingtooliscontrolledbyliquid,Asfarasappyrtenances,manyareadvanced.Asaresultofexperiencepovertyandknowledgefiniteness,thisthesismusthavemangmistakesandlackage,wehopethatallteacherscanofferhelpsincerely.

Keyword:

microloader,motivationshift,liquid-machinerytransmission,workingtool,hydraulicpressuresystem.

目录

摘要I

AbstractII

目录III

前言1

1.轮式装载机总体设计3

1.1设计思路3

1.2具体参数的设计选择3

2轮式装载机工作装置的设计6

2.1铲斗的设计6

2.2工作装置连杆系统的设计8

2.2.1尺寸参数设计8

2.2.2铰点的确定8

2.2.3干涉问题及死点9

2.2.4杆件受力分析与计算11

2.2.5强度校核14

2.3工作装置液压系统的设计18

3装载机底盘的设计20

3.1发动机的选用20

3.2变矩器的选用20

3.2.1变矩器内部分析20

3.2.2变矩器的外特性21

3.2.3变矩器的原始特性23

3.3传动比分配及变速箱设计24

3.3.1传动系统总传动比的确定24

3.3.2各部件传动比的确定24

3.3.3变速箱选配齿轮25

3.4传动系统载荷的确定27

3.5变速箱主要参数确定31

3.6轴的设计及校核33

3.6.1轴的布置、支承、轴向定位33

3.6.2轴的尺寸33

3.6.3轴的强度34

3.7传动轴的选择34

3.7.1变矩器到变速箱的传动轴的选择34

3.7.2前传动轴,后传动轴的选择34

3.7.3传动轴的强度校核35

3.7.4传动轴的振动临界转速35

3.8主传动设计36

3.8.1结构型式36

3.8.2螺旋锥齿轮基本参数选择36

3.8.3螺旋锥齿轮载荷计算37

3.8.4螺旋锥齿轮强度校核38

3.9转向系及制动系40

3.9.1转向方式分析40

3.9.2铰点布置41

3.9.3铰接底盘转向系计算载荷的确定41

3.9.4转向液压系统设计42

3.9.5蹄式制动43

3.9.6行车制动与驻车制动44

3.9.7制动路程的确定44

4牵引力平衡和整机稳定性分析46

4.1牵引力及阻力46

4.1.1最大牵引力46

4.1.2阻力计算46

4.1.3牵引功率分析46

4.2整机稳定性分析47

4.2.1装载机稳定性分析47

4.2.2作业能力计算51

总结53

致谢54

参考文献55

前言

装载机自20年代问世以来，已经历了60多年的发展历程：

从40年代的四轮驱动装载机，50年代的液力机械传动装载机，60年代的交接式装载机，到80年代，装载机进入人——机———电一体化的新发展阶段。

现在，装载机不论在整机性能，还是作业效能、安全性、可靠性以及操作舒适性等方面都得到了较大的提高，其技术水平已经达到了较高的程度。

近年来，装载机的发展可归结为如下几个方面。

1、装载机的大型化与小型化

为适应越来越多的大型工程建设发展的需要，装载机（特别是轮胎式装载机）向大功率、大斗容量的方向发展，例如美国卡特匹勒公司开发了斗容量为17.5—30.4m3的大型装载机。

同时，为适应市政建设、城市环境和小型工地施工的需要，小型装载机也得到了较大的发展，例如日本东洋运搬株式会社生产的“310”型小型轮胎式装载机（1975），斗容量仅为0.1m3，功率约为10Kw。

特别是全液压传动小型装载机，在美国已占装载机总数的40%。

履带式装载机与轮胎式装载机相比向大型化方向发展的趋势比较缓慢。

2、新结构、新技术的采用

采用新结构、新技术，可以提高机器的效率、操作性、安全性和舒适性。

在装载机动力上，普遍采用废气涡轮增压式柴油机。

传动系统上，采用双泵轮液力变矩器，使发动机功率和装载机的牵引力随着作业工况获得比较理想的匹配；有的装载机（例如日本神户制钢所的LK1500装载机）在发动机和变矩器之间安装了一个“奥米伽”离合器，使离合器传递扭拒可在0%—100%范围内变化；也有的装载机上采用了新型差速器，如扭拒比例式差速器、防滑制动差速器，在变速箱上采用了涡轮变速器（如美国克拉可475装载机）。

传动方式也有发展，出现了电动轮装载机。

制动系统上，国外已使用封闭结构油冷湿式多片制动器、双泵双管制动系统等。

驾驶室装有ROPS和FOPS以及空调和隔音设备等。

这些新结构、新技术使机械始终保持在最佳工作状态，工作安全、可靠、舒适，并充分发挥操作人员的最大效能，提高机器综合性能。

3、向机电液一体化、电子化方向发展

随着电子技术、计算机技术的进步与不断发展，为保证机器的可靠性、安全性和节省能量，进入80年代以来，国外已将一些电子技术、智能技术用在装载机等一些工程机械上，以提高机器的各种性能和作业质量。

例如日本在80年代后期已将HST的计算机控制用在履带式装载机上，开发了HST电子—液压控制系统。

4、装载机的轮胎化

由于轮胎式装载机具有质量轻、速度快、机动灵活、效率高、维修方便等一系列优点，所以，在国外轮胎式装载机发展较快，轮胎式装载机在品种规格、数量上远比履带式多。

例如日本在1985年共生产了装载机22000余台，其中轮胎式装载机20000台，而履带式装载机只有2000多台。

我国装载机的结构和性能,经过30多年的发展，有了较大的提高，产品技术水平普遍达到国际70年代末期水平，有的产品已达到国际80年代初期或国际80年代末期水平。

1.轮式装载机总体设计

1.1设计思路

依据设计任务要求及几何抖容VA=0.4m3，设土方的平均密度为2000㎏／m3进行设计。

1.2具体参数的设计选择

挖掘机在山地施工，路面不平坦，且偶尔会遇到下雨天气。

设计轮式装载机，需满足适应环境及使用要求；工作时需把土方卸载到运输汽车里，需要不停的转向，在整体设计上采用铰接式。

由几何斗容可以设计铲斗的形状，按SEA的标准，对于斗背上有挡板的铲斗：

　　VH=VA+

--

VH------额定斗容

式中　c――物料的堆积高度，额定载重量PQ确定方法如下：

由斗刃刃口和挡板最下部之间作一连线，再由料堆尖端作直线MN与CD垂直，并将MN垂线向下延长，与斗刃刃口和挡板最下部之间的连线相交，此交点与料堆之间的距离，便表示物料堆积高度c。

如图：

1-1

图1-1轮式装载机攒斗

求得VH=0.5m3

以物料的密度为２t/m3来估计，可以得出额定载重量为PQ=1t

参考ZL系列ZL10设计标准；由整机质量与额定载重量的关系：

PQ=k×M；其中M代表装载机总重量，k代表重量利用系数；由Zl10系列的设计标准:

k=0.25～0.30;

所以装载机的总重量为：

M=4000㎏。

运用露天轮式装载机的设计参数概略计算法，参照ZL10C根据以额定载重量为基本参数的计算公式及总体参数的初选结果如下表：

表1-1

参数

线形关系公式

幂函数关系公式

初选结果

额定载重量（t）

PQ=1t

发动机功率（Kw）

P=21.04PQ+46.8

P=35.57PQ0.992

P=42KW

装载机总重（t）

GM=4.057PQ-1.97

GM=25.882PQ1.137

GM=4t

最大卸载高度（m）

HP=0.135PQ2.37

HP=2.216PQ0.21

Hp=2.1m

最小转弯半径（m）

Rn=0.226PQ+6.63

Rn=4.523PQ0.231

Rn=4.5m

整机长度（m）

L=0.502PQ+4.53

L=3.151PQ0.56

L=4.5m

装载机高度（m）

Bn=0.218PQ+1.73

Bn=1.40PQ0.483

Bn=1.7m

轮辋直径（mm）

HH=0.128PQ+2.69

HH=2.13PQ0.302

HH=2.5m

轮胎宽度（mm）

D=25.4（0.767PQ+21.89）

D=25.4（21.16PQ0.126

D=940mm

由额定载重量、自重、桥荷分配确定轮胎尺寸：

满载前轮承受最大载荷为Qma