机械工程与自动化专业轮式装载机设计.doc

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1、机械工程与自动化专业轮式装载机设计目录概述.（1）第一章 用途与特点（1）第二章 技术性能参数（2）2.1总体几何参数.（2）2.2性能参数（3）2.3动力与主要传动部件（3）2.4转向系统（4）2.5制动装置（4）2.6工作装置液压系统（4）第三章 主要总成结构及工作原理（4）3.1发动机系统（4）3.2传动与行走系统（5） 3.2.1变矩器.（5） 3.2.2变速箱.（5） 3.2.3传动轴.（6） 3.2.4驱动桥.（6） 3.2.5行走装置.（6）3.3转向系统（6）3.4制动系统（7）3.5工作装置（7）3.6车架（8）3.7工作装置液压系统（9）3.8电器系统（9）第四章 牵引力性

2、能计算（10）4.1发动机及传动方案的确定（10）4.2牵引性能的计算（11） 4.2.1变矩器原始特性.（11） 4.2.2发动机原始特性.（13） 4.2.3驱动力.（14） 4.2.3.1发动机与变矩器共同工作的输入特性（15） 4.2.3.2发动机与变矩器共同工作的输出特性.（18） 4.2.3.3驱动力和车速计算.（19）4.3牵引功率及牵引效率.（20）第五章 驾驶与操作（22）5.1新车走合（22）5.2使用与操作（22）5.3注意事项（22）第六章 技术保养.（22）参考文献.（23）附录概述机械系统设计课程设计的目的及内容一、目的机械系统设计课程设计是专业课最后一个实践环节，

3、是机械系统设计的一次全面训练，为毕业设计打下了良好的基础，其目的是：（1） 联系生产实际 ，培养能力；（2） 学会并掌握机械系统设计的特点与方法；（3） 加强机械系统中基本技能的训练；（4） 巩固和加强机械零件的设计与制造工艺的知识。二、 内容课程设计的内容，选择具有代表性的工程机械作为设计对象。（1） 参数设计（2） 系统设计（3） 子系统设计第一章 用途与特点本机是单斗、前卸、铰接、轮胎式小型装载机（见图 1-1），广泛适用于城市建筑、道路维修、邮电通讯、煤气电力、粮食贮存、环境保护、水利施工以及集约化农副业生产等方面，进行铲装或短距离转运松土、砂石、煤炭、饲料、工业废弃物以及生活垃圾等松

4、散物料；还能进行牵引、平地、堆集、倒垛等作业，是一种多用途、高效率的工程机械。图1-1第二章 技术性能参数 型号 ZL15(标准型)1. 总体几何参数 外型尺寸 mm长 5300宽 2050高 2760轮距 1500轴距 2200最小离地距离 3142.性能参数额定载重 KG 1500额定斗容 M3 0.9整机质量 KG 5000最小转弯半径mm 5400最大牵引力 KN 50最大掘起力 KN 47最大卸载高度 mm 2400最大卸载距离 mm 1000铲装位置收斗角 45.33运输位置收斗角 48.46最高位置收斗角 49.44最高位置卸料角 46.20任意位置卸料角 453.动力与主要传动

5、部件发动机 型号 LR4105额定功率 kW/rpm 55/2400最大转矩 Nm/rpm 240/1600变矩器型 号 YJ260-4D变矩系数 K 3.52最高效率 n 0.80变速箱型号 BYD2205变速比 iF1 2.4693 iF2 0.8784 iR1 2.5242 iR1 0.8980驱动桥型号 ZL15F 主传动比 5.833 总传动比 22.75轮边减速 3.9 4转向系统 形式 全液压转向器 系统压力 MPa 10 转向器 BZZI-3205.制动装置 脚制动 液压钳盘四轮制动 手制动 内涨蹄式制动6.工作装置液压系统 系统压力 MPa 16 工作泵 CBG2063 多路

6、换向阀 ZL20E-O4TQW第三章 主要总成结构及工作原理一、发动机系统发动机系统由 LR4105 柴油发动机及其附件，柴油箱和油门操纵机构组成。油门操纵机构由油门踏板、销轴、杆系及熄火装置等组成。踏动油门踏板控制油门大小，拉动熄火栓软轴即可使发动机熄火。二、传动及行走系统传动系统由变矩器上传动轴变速箱前、后传动轴和前、后驱动桥组成。发动机动力经变矩器变化转矩后，经上传动轴传给变速箱，再由变速箱经多级齿轮变速，由不同齿轮啮合产生的不同方向的不同传动比经前后传动轴传至前后桥，旋转驱动轮使整机行走。1. 变矩器变矩器的传动简图如图 3-1 所示。泵轮通过变矩器内的工作液体将发动机传来的机械能转变

7、为液体能,涡轮接收工作液体的能量并将其转变为机械能，由输出法兰传递出去。导轮改变工作液体的流向，并起变矩（变速）作用。2.变速箱变速箱简图如图 3-2 所示。 图3-2换挡离合器的结合与分离由操纵阀控制。变速箱操纵阀结构简图如图 3-3所示。图3-3 1、阀体2、速度阀杆 3、换向阀杆4、5、9、弹簧6、截止阀阀杆 7、油封 8、截止活塞 10、钢球变速箱操纵阀由速度阀、换向阀和截止阀及阀体组成。3.传动轴本机有上传动轴、前传动轴和后传动轴（参考图 2）。上传动轴联结变矩器的输出法兰与变速箱输入法兰，前、后传动轴分别联结变速箱的前后输出法兰与前、后桥的输入法兰。拆装传动轴时应注意使传动轴两端的

8、万向节叉在同一平面内。4.驱动桥 驱动桥由主传动器、差速器、半轴、边减速器和桥壳等组成。前后驱动桥除主传动的旋向不同外，其余结构完全相同。图 8 是桥的结构图。主传动器为一级圆锥螺旋齿轮减速，差速器由两个圆锥直齿半轴齿轮和四个圆锥行星齿轮组成，差速器十字轴为整体式，左右半轴为全浮式。5.行走装置 行走装置由轮辋和轮胎构成。轮辋型式为 SDC 型，型号为 13-20，轮胎为 16/70-20 型低断面宽基胎。三、转向系统本机采用铰接车架的相对偏转实现转向。转向液压系统采用与工作装置共泵分流系统，如图 9 所示。由 CBG2063 工作油泵，FLD-D24型单路稳定阀，FKS-10/16 组合阀块

9、，BZZ1320 型摆线式全液压转向器和油缸组成。四、制动系统本机采用两套独立的制动系统，即脚制动系统和手制动系统。脚制动系统采用单管路钳盘式制动（见图 3-4）。主要由制动总泵、管路等组成。制动时，脚踩踏板推动制动总泵的顶杆使之产生高压油分别输入前后桥制动分泵内，使活塞伸出刹住制动盘。与此同时，制动总泵的高压油进入变速箱操纵阀的切断阀活塞中，推动滑阀移动，切断换向滑阀前进或倒退离合器的油路，使离合器的主、从动片解除油压，前后桥均不能驱动，以正常制动。图3-4制动系统原理图 1.制动总泵 2.变速箱操纵阀的切断阀 3.前桥分泵 4.后桥分泵图3-5 钳盘制动器1.制动液进口 2.放气咀 3.接

10、头 4.O形圈 5.内钳(固定钳) 6.制动盘 7.O形圈8.外钳 9.摩檫片 10.防尘圈 11.密封圈12.活塞13.螺栓销 14.螺栓五、工作装置装载机的工作装置主要由铲斗、拉杆、动臂、摇臂等组成。本机转斗机构采用单缸Z形反转、单摇臂结构，如图 3-6 所示。图3-6 工作装置六、车架车架是整个机器所有零部件联接安装的基体。主要由前车架和后车架两大部分组成。后车架上带有付车架，见图 3-7。前后车架由铰接销轴铰接。前车架座于前桥上，同时上面布置有工作装置。后车架通过付车架与后桥相联，发动机,变矩器,变速箱,驾驶室,操纵机构等均安装在上面。通过转向机构使前后车架绕铰接轴相对转动实现转向，前

11、后车架可相对转动左右 35。后车架与付车架用铰销连接,付车架能绕铰销中心上下摆动 12,使整机在崎岖不平路面上行驶时仍然具有良好的稳定性。图3-7 车架七、工作装置液压系统主要有 CBG2063 齿轮泵，ZL20E 多路换向阀，动臂油缸，转斗油缸，油箱，滤油器等组成。八、电器系统电器系统包括发电机、起动机（柴油机配套）、调节器、蓄电池、灯等组成。第四章 牵引力性能计算一、 发动机和传动方案的确定按设计要求，并结合国内工厂现有条件，发动机选择一拖洛阳柴油机有限公司生产的 LR4105 柴油机，变矩器和变速箱选择山东推土机总厂液力变矩器厂的 YJ260-4D 液力变矩器和 BYD2205 直齿常啮

12、式动力换挡变速箱，前后驱动桥选择山东肥城车桥厂生产的ZL15F 桥，具体性能参数如下所示： 发动机 型号 LR4105型示 四冲程水冷直列式额定功率 55 kW2400rpm最大转矩 240 Nm1600rpm标定工况油耗 240g/kWh生产厂家 一拖洛阳柴油机有限公司 液力变矩器 型号 YJ240-4 零速工况变矩系数 3.52 零速工况公矩系数 35.5Nm 生产厂家 山东推土机总厂液力变矩器厂 变速器 型号 BYD2205 挡位数 前进2档 后退2档 传动比 前进 后退 一档 2.4693 2.5242 二档 0.8784 0.8980 生产厂家 山东推土机总厂液力变矩器厂 前后驱动桥

13、 型号 ZL15F 主减速器型号 螺旋伞齿轮一级减速式速比 5.833轮边减速 型式 一级行星减速式 速比 3.9 生产厂家 山东肥城车桥厂轮胎 轮胎规格 16/70-20 轮胎充气压力 前轮 0.20 MPa 后轮 0.18 MPa二、牵引性能计算1.变矩器原始特性见附表1所得曲线如图4-1、4-2、4-3所示：图4-1图4-2图4-3调整纵坐标将以上三图综合，如图4-4所示：图4-42. 发动机原始特性数据见附表二。使用以下matlab程序：x=load(x.txt);y=load(y.txt);p1=polyfit(x,y,2)y1=polyval(p1,x);p1=vpa(p1,8)p

14、lot(x,y,.,x,y1,-);hold onx2=2400:200:2600;y2=208.448*0.95,0;plot(x2,y2,-r)x.txt为发动机输出特性曲线前半部分X坐标；y.txt为发动机输出特性曲线前半部分Y坐标。计算结果： nihep1 = -0.0000 0.03524 208.2646p1 = -0.000016829899, 0.0352425, 208.26458拟合曲线如图4-5所示：图4-5 发动机外特性曲线3. 驱动力已知：机器满载重量 G = 5015 kN65 kN附着系数 = 0.85滚动阻力系数 f = 0.02滑转率 = 0.1(Fk/G)+

15、2.3(Fk/G)8动力半径 rk = 0.51 m在液力机械传动中可将发动机和液力变矩器看成是某种复合动力装置，要计算驱动力，必须知道发动机与变矩器共同工作的输出特性。本设计先分析了发动机与变矩器共同工作的输入特性，然后以此为基础研究它们的共同工作输出特性。（1） 发动机与变矩器共同工作的输入特性在该传动中，变矩器与发动机直接相连，但在变矩器之前，发动机分出部分功率驱动装载机的辅助装置。这些辅助装置包括工作、转向、操纵等液压系统，另外，发动机附件也消耗部分功率。因此输入变矩器泵轮轴上的扭矩应为M 1= M e- M Ba- M FS其中：M1 传递到泵轮轴上的发动机扭矩Me 发动机输出扭矩

16、MBa 辅助装置消耗的扭矩MFS 发动机附件消耗的扭矩 本牵引性能计算按发动机额定扭矩的 5%扣除辅助和附件消耗功率。结合发动机外特性和变矩器原始特性，绘制发动机和变矩器共同工作的输入特性曲线。由变矩器原始特性： M=r*B*D5*n2式中r是油的重度 N/m3B是变矩器转矩系数 min2/r2D是循环直径 mn是泵轮转速 m/s其中r=8300N/m3 D=260mm B与变矩器速比i的对应关系见附表三。所得曲线如图 4-6 所示。 图4-6 发动机与变矩器共同输入特性曲线相关matlab程序如下：x=load(a.txt)y=load(b.txt)plot(x,y,-);hold onpl

17、ot(x,232.802569*(x.2)/10000000,:);hold onplot(x, 362.6621546*(x.2)/10000000,-.);hold onplot(x,378.274948*(x.2)/10000000,-);hold onplot(x,387.7351253*(x.2)/10000000,Y);hold onplot(x,392.0357438*(x.2)/10000000,M);hold onplot(x,389.6265691*(x.2)/10000000,C);hold onplot(x, 382.9927098*(x.2)/10000000,R);

18、hold onplot(x,364.1137736*(x.2)/10000000,G);hold onplot(x,320.5908438*(x.2)/10000000,B);hold onplot(x, 249.6419793*(x.2)/10000000,K);hold onplot(x,79.88046316*(x.2)/10000000,R)title(发动机（55kW）与变矩器共同输入特性曲线)xlabel(转速/rpm)ylabel(转矩/Nm)legend(发动机,i=0,i=0.1,i=0.2,i=0.3,i=0.4,i=0.5,i=0.6,i=0.7,i=0.8,i=0.9,

19、i=1.0,Location,Best)zoom on注：x.txt为发动机输出特性曲线X坐标；y.txt为发动机输出特性曲线Y坐标。二次曲线对应的速比i所对应的系数不同。所得交点坐标如附表4：（2）发动机与变矩器共同工作的输出特性 基于发动机和液力变矩器共同工作的输入特性和变矩器的原始特性，可研究变矩器和发动机共同工作的输出特性，变矩器涡轮输出转矩为 M2，则计算公式为：M2K21* M1n2 = i21* n1式中 K21 为变矩器的变矩比，i21 为传动比，n1 为泵轮转速，n2为涡轮转速。数据处理结果见附表四。根据所得数据得以下曲线。其输出特性曲线如图 4-6所示。图 4-6 发动机与

20、变矩器共同工作输出特性曲线（3）驱动力和车速计算Fk=(M2 imm)/rkf GVk=(n2 rk / im) (1-)m =m1m2m3式中：FK驱动力Vk行驶速度im机械传动部分的总传动比m机械传动部分的总效率m1变速箱的传动效率m2主传动的传动效率m3轮边减速的传动效率曲线如图4-7所示：图4-7 牵引特性曲线4. 牵引功率及牵引效率车辆在水平地段上工作时牵引功率及牵引效率可分别按下两式计算：Nkp = Fk Vkkp=Bmf式中：NKP牵引功率kp牵引效率B变矩器的传动效率m机械传动系的总效率滑转效率f滚动效率绘制牵引性能曲线如图 4-8、4-9、4-10、所示。图4-8 牵引功率曲

21、线图4-9 牵引效率曲线第五章 驾驶与操作一、新车走合新车走合期应不少于 60 小时，在走合期间，车速应从低到高逐渐增速，装卸荷重（或牵引总重）不得超过常用负荷的 70，并以铲装疏松物料为宜，走合试运转分空车试运转和作业试运转两步进行。二、使用与操作在使用操作本机之前，应先阅读本说明书，务求对本机性能结构及注意事项有明确的了解，熟悉每个操纵杆与仪表的位置和作用，以便正确合理地使用本机。1.出车前检查准备2.起动发动机3. 行驶及作业： （1）铲装 （2）转运 （3）卸料 （4）装卸方式4.停车三、注意事项1. 驾驶人员必须有正式的驾驶执照，熟悉本机性能，按本说明书的规定，进行使用、维修和保养2. 动臂铲斗下严禁站人。3. 变换高低挡时，应使车停稳后进行。第六章 技术保养为了提高装载机的使用寿命，防止意外事故的发生，装载机在使用过程中要定期进行技术保养。定期保养分为每日（8 小时），每周（50 小时），每月（200 小时），每季（600 小时），每半年（1200小时），每年（2400 小时）等六级，分别称为例行保养、一级保养、二级保养、季节保养、平衡保养、大修保养。参考文献：1 孙靖民. 机械优化设计 M. 北京：机械工业出版社，20062 刘跃南. 机械系统设计 M. 北京：机械工业出版社，19993 张鄂. 机械与工程优化设计 M. 北京：科学出版社，2008