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目 錄
第1章 前言··········································································1
第2章 總體設(shè)計(jì)····································································2
2.1 概述·············································································2
2.2 選擇確定總體參數(shù)····························································2
2.3 裝載機(jī)底盤部件型式選擇···················································12
第3章 牽引計(jì)算··································································20
3.1 柴油機(jī)與變矩器聯(lián)合工作的輸入與輸出特性曲線························20
3.2 確定檔位及各檔傳動(dòng)比·····················································24
3.3 運(yùn)輸工況牽引特性曲線·····················································27
3.4 求出各檔最高車速并分析牽引特性········································29
第4章 總體布置··································································35
4.1 估計(jì)各部件重量（可根據(jù)樣機(jī)定），并確定部件位置坐標(biāo)·················35
4.2 各部件布置···································································35
4.3平衡重計(jì)算·································································39
4.4 驗(yàn)算輪胎載荷·····························································40
第5章 定軸式動(dòng)力換檔變速箱設(shè)計(jì)·········································42
5.1 傳動(dòng)比的確定·······························································43
5.2 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)·······························································45
5.3 配齒計(jì)算·····································································48
5.4 離合器設(shè)計(jì)··································································50
5.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)·····································································53
第6章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)····························································70
參考文獻(xiàn)············································································72
附：英文翻譯
英文原文
3
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
系 別 機(jī)械工程系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 機(jī)094
姓 名 楊東勝
學(xué) 號(hào) 2009307413
指導(dǎo)教師 郭秀云
李長(zhǎng)歡
實(shí)習(xí)成績(jī)
畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
為了給我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)做良好的鋪墊，讓我們對(duì)所要設(shè)計(jì)的內(nèi)容有一個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí)并能較完善地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)老師的安排下，我們踏上了開(kāi)往長(zhǎng)春的列車，去長(zhǎng)春會(huì)展中心進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)。
一．實(shí)習(xí)目的：
畢業(yè)實(shí)習(xí)是整個(gè)教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，又由于是第一次的專業(yè)實(shí)習(xí)所以我很重視也很認(rèn)真，因?yàn)槲覀兤綍r(shí)只能從課本上學(xué)習(xí)理論知識(shí)，所以能有這樣的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)我也格外珍惜，希望能夠?qū)W到課本上學(xué)不到的知識(shí)，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為以后的經(jīng)驗(yàn)積累入門經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)本次實(shí)習(xí)使我們了解裝載機(jī)及挖掘機(jī)的基本特性參數(shù)，弄清設(shè)計(jì)過(guò)程，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)調(diào)整和收集資料，并且有利于我們更好的理論聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)一步加深對(duì)本專業(yè)知識(shí)的了解和把握。要求我們?cè)趯?shí)習(xí)過(guò)程中結(jié)合實(shí)物，認(rèn)真研究圖紙，弄清各部分的關(guān)系；仔細(xì)觀察某些具體部件（如工裝及變速箱）的加工工藝機(jī)器某些工序（如組裝）的基本過(guò)程；并注意比較不同機(jī)型裝載機(jī)在結(jié)構(gòu)機(jī)器布置以及性能特性上的異同；認(rèn)真收集資料，寫好實(shí)習(xí)報(bào)告，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。
二．參加展出的主要單位的情況：
福田雷沃重工：
福田雷沃國(guó)際重工股份有限公司（簡(jiǎn)稱福田雷沃重工）是一家以工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)裝備、車輛為主體業(yè)務(wù)的大型產(chǎn)業(yè)裝備制造企業(yè)，2011年實(shí)現(xiàn)銷售收入160億元，同比增長(zhǎng)12.7%。2012年，雷沃品牌價(jià)值以177.36億元，位列中國(guó)500最具價(jià)值品牌排行榜第64位。公司被認(rèn)定為“國(guó)家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)”，公司工程技術(shù)研究院被認(rèn)定為“國(guó)家認(rèn)定企業(yè)技術(shù)中心”，公司主導(dǎo)產(chǎn)品曾被認(rèn)定為“中國(guó)名牌”、“中國(guó)馳名商標(biāo)”、“最具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力品牌”。
此次參展的是雷沃裝載機(jī)、挖掘機(jī)。雷沃工程機(jī)械業(yè)務(wù)高速、健康發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力持續(xù)攀升，成為行業(yè)內(nèi)成長(zhǎng)最快的品牌之一。
凱威重工：
青州市世紀(jì)凱威工程機(jī)械有限公司位于歷史文化名城東方古州之一的青州，這里地理位置優(yōu)越，交通便利，為企業(yè)的發(fā)展，提供了得天獨(dú)厚的條件。
公司經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚，研發(fā)能力強(qiáng)，通過(guò)引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備，開(kāi)發(fā)研制了910、912、915、916、918、920、926、928、936系列裝載機(jī)。產(chǎn)品技術(shù)性能穩(wěn)定，工作裝置及車架運(yùn)用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有高位卸料后自動(dòng)放平功能。采用人性化設(shè)計(jì)流線形外觀，駕駛室全鋼化成形玻璃，視野開(kāi)闊。加長(zhǎng)軸距，作業(yè)行駛平穩(wěn)，安全可靠。
凱威裝載機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)向靈活，適用于狹小空間作業(yè)。該機(jī)液壓操作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，性能良好，質(zhì)量可靠。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于基建工程、公路建設(shè)工程、港口、車站等，并根據(jù)客戶需求訂做抓木、抓草、抓管、抓紙機(jī)及專用工程機(jī)械。
中國(guó)重汽集團(tuán)海斗工程機(jī)械：
中國(guó)重汽海斗工程機(jī)械挖掘機(jī)項(xiàng)目于2009年9月立項(xiàng)，2010年11月19日，中國(guó)重汽集團(tuán)公司成立中國(guó)重汽海斗工程機(jī)械事業(yè)部正式進(jìn)軍工程機(jī)械領(lǐng)域，并將還斗工程機(jī)械挖掘機(jī)項(xiàng)目列入重汽集團(tuán)十二五規(guī)劃重點(diǎn)發(fā)展板塊之一。
中國(guó)重汽集團(tuán)海斗工程機(jī)械事業(yè)部位于美麗的海濱城市—青島，在青島高新區(qū)建成了中國(guó)重汽青島工業(yè)園。目前，挖掘機(jī)項(xiàng)目已完成一期工程3.5萬(wàn)平方米聯(lián)合廠房、年產(chǎn)5000臺(tái)的中大型挖掘機(jī)生產(chǎn)線建設(shè)，二期工程計(jì)劃于2013年完成建設(shè)，屆時(shí)產(chǎn)能將實(shí)現(xiàn)翻番。
中國(guó)重汽進(jìn)軍工程機(jī)械領(lǐng)域有著特有的自身優(yōu)勢(shì)，海斗挖掘機(jī)必在工程機(jī)械領(lǐng)域占有重要地位。中國(guó)重汽集團(tuán)海斗工程機(jī)械事業(yè)部將堅(jiān)持“用人品打造精品，用精品奉獻(xiàn)社會(huì)”的核心價(jià)值觀，堅(jiān)持“科學(xué)、誠(chéng)信、和諧、共贏”的經(jīng)營(yíng)理念，開(kāi)始新的創(chuàng)業(yè)發(fā)展，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)“十二五”末產(chǎn)銷挖掘機(jī)1萬(wàn)臺(tái)、銷售收入過(guò)百億，企業(yè)綜合實(shí)力進(jìn)入行業(yè)前列的目標(biāo)，為中國(guó)重汽實(shí)現(xiàn)十二五發(fā)展目標(biāo)發(fā)揮重要支撐作用。
強(qiáng)大的動(dòng)力，卓越的性能和經(jīng)濟(jì)性：原裝進(jìn)口世界知名品牌發(fā)動(dòng)機(jī)，三級(jí)進(jìn)氣過(guò)濾，渦輪增壓和空空中冷等先進(jìn)配置，是挖掘機(jī)動(dòng)力持續(xù)強(qiáng)勁的保證。
液壓系統(tǒng)：采用國(guó)際一流的液壓系統(tǒng)，提高了挖掘機(jī)的精確控制能力和可靠性，科學(xué)的雙泵交叉功率控制系統(tǒng)使功率分配更加合理，隨心所欲，一切盡在掌握中。
電控系統(tǒng)：智能全功率電控系統(tǒng)使發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)渾然一體，完美匹配，最大限度提高作業(yè)效率，降低燃油消耗。行走馬達(dá)：原裝進(jìn)口馬達(dá)，安全可靠，RV減速機(jī)速比高，輸出力矩大，運(yùn)行平穩(wěn)。開(kāi)闊的作業(yè)視野：低噪音、低振動(dòng)、寬敞舒適的駕駛環(huán)境，讓駕駛員無(wú)疲勞輕松作業(yè)。
三一重工：
三一集團(tuán)是全球工程機(jī)械制造商50強(qiáng)、全球最大的混凝土機(jī)械制造商、中國(guó)企業(yè)500強(qiáng)、工程機(jī)械行業(yè)綜合效益和競(jìng)爭(zhēng)力最強(qiáng)企業(yè)、福布斯“中國(guó)頂尖企業(yè)”，中國(guó)最具成長(zhǎng)力自主品牌、中國(guó)最具競(jìng)爭(zhēng)力品牌、中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)標(biāo)志性品牌、亞洲品牌500強(qiáng)。經(jīng)營(yíng)范圍：建筑工程機(jī)械、起重機(jī)械、停車庫(kù)、通用設(shè)備及機(jī)電設(shè)備的生產(chǎn)、銷售與維修（其中特種設(shè)備制造須憑本企業(yè)行政許可）；金屬制品、橡膠制品及電子產(chǎn)品、鋼絲增強(qiáng)液壓橡膠軟管和軟管組合件的生產(chǎn)、銷售；客車(不含小轎車)和改裝車的制造與銷售（憑審批機(jī)關(guān)許可文件經(jīng)營(yíng)）；五金及法律法規(guī)允許的礦產(chǎn)品、金屬材料的銷售；提供建筑工程機(jī)械租賃服務(wù)；經(jīng)營(yíng)商品和技術(shù)的進(jìn)出口業(yè)務(wù)(國(guó)家法律法規(guī)禁止和限制的除外)。
此次參展的是三一汽車起重機(jī)、挖掘機(jī)等。三一尚未生產(chǎn)研發(fā)裝載機(jī)，有點(diǎn)遺憾。
三．實(shí)習(xí)內(nèi)容及過(guò)程：
這次實(shí)習(xí)我們主要是認(rèn)識(shí)長(zhǎng)春會(huì)展中心擺出的各種機(jī)械產(chǎn)品。其中主要有裝載機(jī)、挖掘機(jī)、橋式起重機(jī)、塔式起重機(jī)，還有各種機(jī)械方面的材料、工具、零件等。我們主要是觀察了輪式裝載機(jī)。
早晨八點(diǎn)半，我們來(lái)到了實(shí)習(xí)地點(diǎn)—長(zhǎng)春會(huì)展中心，開(kāi)始了本次實(shí)習(xí)。
首先我們?cè)谥笇?dǎo)老師帶領(lǐng)下參觀了展出單位的參展地點(diǎn)，看到了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的裝載機(jī)，我們觀看了ZL15、ZL50、ZL30等型號(hào)的裝載機(jī)，并詳細(xì)的記下了相關(guān)機(jī)型、相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)、性能等。指導(dǎo)老師帶領(lǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察了裝載機(jī)每一結(jié)構(gòu)如鏟斗、動(dòng)臂、變速箱等的特點(diǎn)及構(gòu)造，同時(shí)針對(duì)同學(xué)們對(duì)所要設(shè)計(jì)的內(nèi)容所提出的一系列的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)物講解，使我們對(duì)裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)有了更好的認(rèn)識(shí)，同學(xué)們的積極性也都很高，拿著自己的手機(jī)、相機(jī)拍下了課本上所不能了解的東西。
之后同學(xué)們分組參觀，每個(gè)公司展出的裝載機(jī)、挖掘機(jī)前都有專人負(fù)責(zé)，我們就自己不懂的地方向負(fù)責(zé)人進(jìn)行了耐心的提問(wèn)。各負(fù)責(zé)人為我們?cè)敿?xì)的介紹了裝載機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)，并針對(duì)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)提出了更多更好的意見(jiàn)。同時(shí)鑒于同學(xué)們的要求，各負(fù)責(zé)人給我們講解了各型號(hào)裝載機(jī)、挖掘機(jī)的整體性能參數(shù)、部件的完整的設(shè)計(jì)方案和圖紙，在指導(dǎo)老師和相關(guān)負(fù)責(zé)人的指導(dǎo)教誨下，我們學(xué)到了很多學(xué)校里學(xué)不到的知識(shí)，我們受益頗深。
然后我們觀看了三一重工的汽車起重機(jī)以及其他公司的塔式起重機(jī)的模型。
最后我們還觀看了勞動(dòng)防護(hù)用品。勞保用品分四大門類近千種，包括：個(gè)體防護(hù)用品（頭部防護(hù)、眼面部防護(hù)、足手部防護(hù)、防護(hù)服、防墜落用品、呼吸護(hù)具、水上救生用品等），職業(yè)服裝及材料（阻燃、防靜電、拒水拒油、工裝等），安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)儀器儀表（輻射及微波、靜電、噪音、粉塵、毒物等各類監(jiān)測(cè)儀器儀表），安全生產(chǎn)設(shè)備（交通安全生產(chǎn)設(shè)備、礦工安全設(shè)備、石油職工安全生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)械安全生產(chǎn)防護(hù)裝置、電力安全防護(hù)設(shè)備、應(yīng)急救援設(shè)備、消防設(shè)備等）。這增加了我們安全勞動(dòng)方面的知識(shí)，安全生產(chǎn)也很重要。
到這里，本次實(shí)習(xí)也就結(jié)束了。
四．實(shí)習(xí)總結(jié)：
通過(guò)此次實(shí)習(xí)我學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識(shí)，比如在人格魅力方面的鍛煉，在與人出事方面的謙恭，做事要事無(wú)巨細(xì)，親自躬行，在做事前后的思考與探索，這都對(duì)我的人格成長(zhǎng)起到了很好的作用，并且為我以后的工作奠定了很好的實(shí)踐基礎(chǔ)。另一方面，通過(guò)這次實(shí)習(xí)使我們能夠掌握要領(lǐng)，并做到舉一反三，培養(yǎng)自己分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力，提前進(jìn)入未來(lái)將要從事的工作角色。
畢業(yè)實(shí)習(xí)是我們機(jī)械專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分，其目的在于通過(guò)實(shí)習(xí)使學(xué)生獲得基本生產(chǎn)的感性知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，擴(kuò)大我們的知識(shí)面；同時(shí)又是鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生業(yè)務(wù)能力及素質(zhì)的重要渠道，培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生具有吃苦耐勞的精神，也是學(xué)生接觸社會(huì)、了解企業(yè)的一個(gè)絕好的機(jī)會(huì)。我們的實(shí)習(xí)達(dá)到了我們所希望的效果，相信通過(guò)此次畢業(yè)實(shí)習(xí)，會(huì)使我們每一位同學(xué)將理論與實(shí)際結(jié)合的更緊密，更能夠使我們掌握工程機(jī)械設(shè)計(jì)的基本流程、各種參數(shù)的選取、各種影響因素產(chǎn)生的特點(diǎn)；使我們從容的面對(duì)以后的設(shè)計(jì)和我們即將踏入的工作崗位。
實(shí)習(xí)雖然結(jié)束了，再過(guò)三個(gè)多月，我們真的就要走上工作崗位了，想想自己大學(xué)四年的生活，有許多讓我回味的思緒，我感謝老師們對(duì)我的諄諄教會(huì)，在這個(gè)春意盎然的季節(jié)，伴隨著和煦的春風(fēng)一起飛揚(yáng)，飛向遠(yuǎn)方，去追逐我的夢(mèng)！
摘要
我所設(shè)計(jì)的ZL15裝載機(jī)既保留了傳統(tǒng)裝載機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而且具有新的性能和優(yōu)點(diǎn)。
本次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的是變速箱的設(shè)計(jì)。ZL15裝載機(jī)屬于小型土方機(jī)械，廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)工地及貨場(chǎng)、煤場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)等裝載及堆放松散貨料的場(chǎng)所，并且可以用來(lái)完成輕度的挖掘及平整場(chǎng)地作業(yè)。
ZL15型裝載機(jī)屬于ZL系列，采用輪式行走系，液力機(jī)械傳動(dòng)系，鉸接式車架,所以該機(jī)具有機(jī)動(dòng)性好、轉(zhuǎn)向靈活、生產(chǎn)率高、操縱輕便等優(yōu)點(diǎn)。另外，該機(jī)后橋布置為擺動(dòng)橋，增加了整機(jī)的穩(wěn)定性，所以該機(jī)的安全性好。
ZL15型裝載機(jī)采用定軸式變速箱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低，維修方便，特別是采用離合器外置式時(shí)，變速箱體尺寸小，便于總體布置。本機(jī)在設(shè)計(jì)中，參考同類機(jī)型，選用最佳傳動(dòng)方案，使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，并滿足作業(yè)要求。定軸式變速箱采用動(dòng)力換擋，使駕駛室操作便捷，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。
變速箱設(shè)計(jì)包括：變速箱型式的選擇、傳動(dòng)比最終的確定、傳動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)（前三后三檔位）、所有齒輪的配齒計(jì)算、Ⅰ軸和Ⅱ軸離合器設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（包括軸、軸承以及齒輪的選擇校核計(jì)算）。最后還運(yùn)用有CATIA對(duì)輸出軸的受力情況進(jìn)行了有限元分析。
【關(guān)鍵詞】輪式裝載機(jī) 定軸式變速箱 換擋離合器 有限元分析
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書
指導(dǎo)教師：郭秀云 李長(zhǎng)歡
設(shè)計(jì)題目：ZL15裝載機(jī)總體及變速箱設(shè)計(jì)（3軸及齒輪） 設(shè)計(jì)人：楊東勝
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成大光主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二卷）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2003年9月
成大光主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三卷）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2003年9月
成大光主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四卷）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2003年9月
成大光主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五卷）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2003年9月
【11】 董剛, 李建功, 潘鳳章主編. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1998年7月
【12】 劉鴻文主編. 材料力學(xué)（第四版）. 高等教育出版社, 2004年1月
【13】 路鳳儀主編. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2002年6月
【14】 青風(fēng)，國(guó)內(nèi)輪式裝載機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)電信息，2004年第八期
【15】Computers and Structures 80 (2002) 605–614
【16】Journal of Terramechanics 46 (2009) 217–227
72
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
課題
名稱
ZL15裝載機(jī)總體及定軸變速箱
設(shè)計(jì)（3軸及齒輪）
系 別： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)094
學(xué)生姓名： 楊東勝
學(xué) 號(hào)： 2009307413
指導(dǎo)教師： 郭秀云
李長(zhǎng)歡
課題來(lái)源
導(dǎo)師課題
課題類別
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
一、 論文資料的準(zhǔn)備
裝載機(jī)及ＺＬ系列裝載機(jī)簡(jiǎn)介
裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施工機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等做輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料（如木材）的裝卸作業(yè)。在道路，特別是在高等級(jí)公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料、裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一。
ZL系列輪式裝載機(jī)是一種高效率的工程機(jī)械，具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)、性能可靠、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、操縱方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于礦山建筑工地、道路修建、水利工程、港口、貨場(chǎng)、電站以及其他工業(yè)部門進(jìn)行裝載推土鏟挖起重牽引等多種作業(yè)。對(duì)加快工程建設(shè)速度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度提高工程質(zhì)量降低工程成本都發(fā)揮著重要作用。因此近幾年來(lái)無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。 為適應(yīng)裝載機(jī)多功能作業(yè)的要求輪式裝載機(jī)已經(jīng)向一機(jī)功能方向發(fā)展。這主要靠主機(jī)控制適合多種作業(yè)的組合工作裝置完成。80年代國(guó)外裝載機(jī)和液壓挖掘機(jī)除了不斷完善裝挖功能外正向一機(jī)多能方向發(fā)展。許多公司競(jìng)相生產(chǎn)各式各樣的輔助機(jī)構(gòu)。這種機(jī)型使用范圍很廣，其產(chǎn)品受到用戶的普遍關(guān)注。 在通用拖拉機(jī)前端加裝載裝置后部加挖掘裝置可改裝變形成前裝后挖拖拉機(jī)亦稱挖掘裝載機(jī)俗稱“兩頭忙”。
國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的調(diào)整發(fā)展，大型輪式裝載機(jī)的需求量會(huì)有大幅度上升，特別是西部大開(kāi)發(fā)及許多大型工程建設(shè)，大型輪式裝載機(jī)大有用武之地。另外世界上生產(chǎn)大型輪式裝載機(jī)的國(guó)家、企業(yè)也不多，出口前景也非常好，苦于我們還拿不出產(chǎn)品。1999年我國(guó)全行業(yè)ZL60型共銷28臺(tái)，ZL80型及ZL100型一臺(tái)也未銷售。因此我國(guó)大型 輪式裝載機(jī)可以說(shuō)是基本上未推向市場(chǎng)。影響推出市場(chǎng)的主要原因是除開(kāi)發(fā)水平較低外主 要是配套件跟不上。大型輪式裝載機(jī)的配套件國(guó)內(nèi)基本上沒(méi)有，有少量的也是水平低、可靠性差、不太適用進(jìn)口配套件、價(jià)格又太貴。因此大型輪式裝載機(jī)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本上被國(guó)外大公司所占領(lǐng)。我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)特別是主要裝載機(jī)制造企業(yè)應(yīng)抓住我國(guó)加入WTO后進(jìn)口件價(jià)格 降低的機(jī)遇進(jìn)口一部分重要的關(guān)鍵部件同時(shí)為盡量降低成本加大力度開(kāi)發(fā)一些目前已經(jīng)有能力開(kāi)發(fā)的零部件如傳動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)橋、液壓件中的缸、閥等經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出 具有中國(guó)特色的大型輪式裝載機(jī)。只要我們的產(chǎn)品能占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也一定能打進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)。國(guó)產(chǎn)挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)數(shù)量很少。在我國(guó)ZL20型以下屬小型裝載機(jī)。據(jù)1999年全行業(yè)主要企業(yè)統(tǒng)計(jì)共銷售小型裝載機(jī)有1546臺(tái)，能占全行業(yè)的8.2。
國(guó)外小型裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)包括挖掘裝載機(jī)在內(nèi)市場(chǎng)份額已相當(dāng)大。美
國(guó)的山貓牌小型多功能裝載機(jī)年銷量在5萬(wàn)臺(tái)左右還有美國(guó)的凱斯、約翰迪爾、卡特
彼勒、英國(guó)的JCB公司等的挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)年銷量都在萬(wàn)臺(tái)上?？梢?jiàn)世界市場(chǎng)上挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)市場(chǎng)是多么大而中國(guó)目前這類產(chǎn)品基本上還沒(méi)有。這類產(chǎn)品特別適用 于市政建設(shè)、中小城鎮(zhèn)建設(shè)、鄉(xiāng)間非等級(jí)公路建設(shè)、一般公路的維護(hù)保養(yǎng)、港口碼頭作業(yè)還有改造環(huán)境、植樹(shù)造林等。特別是西部大開(kāi)發(fā)這類產(chǎn)品將有廣闊的潛在市場(chǎng)。這類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)今后肯定是以靜液壓件傳動(dòng)為主。目前世界上小型裝載機(jī)、小型多功能裝載機(jī)基本上都是靜液壓傳動(dòng)。我國(guó)要能真正把這類產(chǎn)品發(fā)展起來(lái)必須有自己的創(chuàng)新。裝載機(jī)行業(yè)的廣大企 業(yè)特別是有能力的大企業(yè)應(yīng)加大創(chuàng)新力度去爭(zhēng)我國(guó)小型裝載機(jī)、小型多功能裝載機(jī)、挖掘裝載機(jī)等這一巨大的潛在市場(chǎng)。我國(guó)西部3000米以上高海拔地區(qū)及沙漠地區(qū)占了很大的面積在實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)中高原 及沙漠型特殊用途裝載機(jī)需要量較大國(guó)內(nèi)目前基本上還沒(méi)有這類產(chǎn)品而國(guó)外大公司在這方 面已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品。因此我國(guó)加入WTO后這個(gè)巨大的潛在市場(chǎng)很可能被國(guó)外大公司所占領(lǐng)。我國(guó)的裝載機(jī)行業(yè)從現(xiàn)在起應(yīng)積極行動(dòng)起來(lái)與有關(guān)科研院所及有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)等配套件企業(yè)聯(lián)合起來(lái)盡快開(kāi)發(fā)出具有中國(guó)特色的高原、沙漠型特殊用途裝載機(jī)去搶占我國(guó)西部這一潛在大市場(chǎng)。 中型輪式裝載機(jī)是國(guó)內(nèi)最成熟而產(chǎn)量又大大過(guò)剩的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品只要“入世”后，實(shí)行國(guó)際采購(gòu)提高質(zhì)量、水平、可靠性，那么大批進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的機(jī)遇就在眼前。
二、本課題的目的（重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題）
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)前的一次全面訓(xùn)練，目的在于：（1）鞏固和擴(kuò)大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)；（2）訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識(shí)與技能，分析與解決工程問(wèn)題的能力；（3）培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新精神 (注：因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)要求每個(gè)學(xué)生在工作過(guò)程中，要獨(dú)立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)造的分析、解決技術(shù)問(wèn)題。)；（4）使學(xué)生學(xué)會(huì)用CAD繪制相關(guān)圖紙，并掌握相關(guān)方法與技巧；（5）培養(yǎng)學(xué)生查閱常用設(shè)計(jì)資料的能力；（6）使學(xué)生掌握裝載機(jī)的總體設(shè)計(jì)、變速箱設(shè)計(jì)、牽引計(jì)算等技術(shù)工作的實(shí)現(xiàn)方法，為今后步入工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
課題重點(diǎn)：（1）ZL15裝載機(jī)總體及定軸變速箱基本技術(shù)參數(shù)的確定；（2）總體方案選擇及總體設(shè)計(jì)；（3）牽引計(jì)算；（4）總體布置；（5）典型零件設(shè)計(jì)及有限元分析。
關(guān)鍵問(wèn)題：（1）總體方案選擇及總體設(shè)計(jì)；（2）牽引計(jì)算。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的主要內(nèi)容：
（1）設(shè)計(jì)任務(wù)：①總體參數(shù)選擇： 1）總體方案及總體參數(shù)的確定； 2）牽引計(jì)算； 3）變速箱檔位、速比的確定，動(dòng)力換檔變速箱型式的選定，學(xué)生要進(jìn)行充分論證。②變速箱設(shè)計(jì)（3軸及齒輪）：1）方案設(shè)計(jì)，確定傳動(dòng)簡(jiǎn)圖； 2）技術(shù)設(shè)計(jì)； 3）強(qiáng)度、剛度計(jì)算。③變速箱操縱液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)。
（2）技術(shù)參數(shù)：①額定載重量：1.5T；②工作重量：≯5.5T；③最高車速：≮20km/h；④空載牽引力：3.5～4.4T；⑤爬坡能力：≮20°；⑥最大卸載高度：≮2.35m；最小卸載距離：≮0.75m；⑦掘起力：≮4T
研究方法：實(shí)驗(yàn)、測(cè)試、分析等基本研究方法。
研究思路：首先，由實(shí)習(xí)及查閱資料了解到裝載機(jī)總體及變速箱設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)；然后，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；最后，通過(guò)數(shù)值比較進(jìn)行分析并進(jìn)行有限元分析。
四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
起訖日期
工作內(nèi)容
2013.2.25-2013.3.4
2013.3.5-2013.3.16
2013.3.17-2013.4.9
2013.4.10-2013.4.16
2013.4.17-2013.5.1
2013.5.2-2013.5.11
2013.5.12-2013.5.19
2013.5.20-2013.5.26
2013.5.27-2013.6.2
2013.6.3-2013.6.16
2013.6.17-2013.6.21
英文論文翻譯（3000中文字以上）
畢業(yè)實(shí)習(xí)及熟悉整理資料并寫開(kāi)題報(bào)告
總體方案選擇及總體設(shè)計(jì)
牽引計(jì)算
進(jìn)行總體布置并繪制總體布置圖
變速箱設(shè)計(jì)
繪制傳動(dòng)簡(jiǎn)圖、液壓系統(tǒng)圖
繪制變速箱裝配圖
典型零件設(shè)計(jì)及有限元分析
完善計(jì)算書、圖紙 準(zhǔn)備和進(jìn)行答辯
修改設(shè)計(jì)圖、計(jì)算書 完善設(shè)計(jì)成果
五、主要參考文獻(xiàn)
【I】同濟(jì)大學(xué)主編. 鏟土運(yùn)輸機(jī)械. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987
【II】吉林工業(yè)大學(xué)主編. 輪式裝載機(jī)設(shè)計(jì). 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1989
【III】楊晉生主編. 鏟土運(yùn)輸機(jī)械. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1987
【IV】同濟(jì)大學(xué)主編. 工程機(jī)械底盤構(gòu)造與設(shè)計(jì). 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1987
【V】諸文農(nóng)主編. 底盤設(shè)計(jì)（上、下）. 機(jī)械工業(yè)出版社，1981年7月
【VI】許鎮(zhèn)宇，邱宣懷主編.機(jī)械零件(修訂版)[M] .北京：人民教育出版社，1981
【VII】吉林工業(yè)大學(xué)主編. 工程機(jī)械液壓與液力傳動(dòng). 機(jī)械工業(yè)出版社，1979
【VIII】東北工學(xué)院主編. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè). 冶金工業(yè)出版社，1997
【IX】黃誼主編. 液壓與氣壓傳動(dòng)（第一版）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2000年5月
【X】成大光主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第一卷）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2003年9月
成大光主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二卷）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2003年9月
成大光主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三卷）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2003年9月
成大光主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四卷）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2003年9月
成大光主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五卷）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2003年9月
【XI】董剛, 李建功, 潘鳳章主編. 機(jī)械設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1998年7月
【XII】劉鴻文主編. 材料力學(xué)（第四版）. 高等教育出版社, 2004年1月
【XIII】路鳳儀主編. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2002年6月
【XIV】Journal of Terramechanics 46 (2009) 217–227
【XV】Computers and Structures 80 (2002) 605–614
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
教研室意見(jiàn)：
教研室主任簽名： 日期：
系意見(jiàn)：
系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
課題來(lái)源：導(dǎo)師課題、社會(huì)實(shí)踐、自選、其他
課題類別：工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、新品開(kāi)發(fā)、軟件開(kāi)發(fā)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文。
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書
指導(dǎo)教師：郭秀云 李長(zhǎng)歡
設(shè)計(jì)題目：ZL15裝載機(jī)總體及變速箱設(shè)計(jì)（3軸及齒輪） 設(shè)計(jì)人：楊東勝
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說(shuō)明
結(jié)果
第一章 前言
裝載機(jī)屬于鏟土運(yùn)輸機(jī)械類，是一種通過(guò)安裝在前端一個(gè)完整的鏟斗支撐結(jié)構(gòu)和連桿，隨機(jī)器向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)行裝載或挖掘，以及提升、運(yùn)輸和卸載的自行式履帶或輪胎機(jī)械，它廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、建筑和礦山等工程建設(shè)。裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一，對(duì)于加快工程建設(shè)速度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工程質(zhì)量，降低工程成本都發(fā)揮著重要的作用，是現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。
ZL15裝載機(jī)是小型土力機(jī)械，廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)工地及貨場(chǎng)、煤場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)等裝載及堆放松散物料的場(chǎng)所，工作在密實(shí)的土壤,并且可以用來(lái)完成輕度挖掘及平整場(chǎng)地的作業(yè)。
ZL15裝載機(jī)屬于ZL系列，采用輪式行走系；液力機(jī)械傳動(dòng)系；鉸接式車架；工作裝置采用液壓操縱，所以該機(jī)具有機(jī)動(dòng)性好，轉(zhuǎn)向靈活、生產(chǎn)率高、操縱輕便等優(yōu)點(diǎn)。另外，該機(jī)后橋布置為擺動(dòng)橋，增加了整車的穩(wěn)定性，所以，該機(jī)安全性好。
ZL15裝載機(jī)現(xiàn)在普遍采用的設(shè)計(jì)是分動(dòng)裝置、變矩器和變速箱“三合一”布置。變速箱采用定軸式動(dòng)力換擋變速箱，動(dòng)力裝置采用高速柴油機(jī)。驅(qū)動(dòng)橋?yàn)橐患?jí)減速主傳動(dòng)，輪邊行星減速，且采用雙橋驅(qū)動(dòng)，采用鉗盤式制動(dòng)器，工作裝置采用反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)。為了適應(yīng)工作要求，適應(yīng)生產(chǎn)要求，并盡力向ZL標(biāo)準(zhǔn)系列靠攏，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，將采用最先進(jìn)的型式和技術(shù)。
2
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書
指導(dǎo)老師：郭秀云 李長(zhǎng)歡
設(shè)計(jì)題目：ZL15裝載機(jī)總體及變速箱設(shè)計(jì)（3軸及齒輪） 設(shè)計(jì)人：楊東勝
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說(shuō)明
結(jié)果
牽引計(jì)算
柴油機(jī)與變矩器聯(lián)合工作的輸入特性
柴油機(jī)與變矩器聯(lián)合工作的輸出特性
Ⅰ檔總傳動(dòng)比iI的確定
確定最高檔位的傳動(dòng)比
計(jì)算最少檔位數(shù)
確定中間傳動(dòng)比
運(yùn)輸工況牽引特性曲線
求各檔的最高車速
爬坡能力分析
第3章 牽引計(jì)算
為了檢測(cè)總體設(shè)計(jì)所確定裝載機(jī)的牽引性能，并審核其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，我們需要做牽引計(jì)算。
3.1 柴油機(jī)與變矩器聯(lián)合工作的輸入與輸出特性曲線
研究變矩器與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)合工作的目的在與檢查此變矩器結(jié)構(gòu)形式及有效直徑的選擇是否合適；如何配合才能使整機(jī)獲得良好的性能。
在作柴油機(jī)與變矩器聯(lián)合工作的輸入輸出特性曲線時(shí)，首先應(yīng)對(duì)變矩器有所了解。
變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合工作的性能與二者之間的連接方式有關(guān)，此種連接方式從原則可以分為單流式和雙流差速液力機(jī)械式兩種。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)傳給驅(qū)動(dòng)輪的功率全部通過(guò)液力變矩器時(shí)，稱為單流式；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)傳給驅(qū)動(dòng)輪的功率分別有機(jī)械和液力兩條并聯(lián)的路線傳遞時(shí)，稱之為雙流差速液力機(jī)械式，按傳動(dòng)系的形式來(lái)分類，則可稱其為液力—機(jī)械的并聯(lián)復(fù)合傳動(dòng)。
本機(jī)選用雙流差速液力機(jī)械傳動(dòng)，即液力—機(jī)械的并聯(lián)復(fù)合傳動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)分出的部分功率來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械的輔助裝置和輸出軸，因此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速持續(xù)性轉(zhuǎn)換到泵輪軸上，需以發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和功率扣除輔助裝置和工作油泵消耗的那部分。
同一類型幾何相似的液力變矩器在尺寸不同的情況下有相同的λB和λr變化規(guī)律，它們能夠最本質(zhì)的反應(yīng)某系列的變矩器性能，一般稱它為液力變矩器的原始特性，由它可以派生出兩個(gè)表示變矩器性能的重要無(wú)因此特性，即變矩器系數(shù)k=f4(ITB)和效率η=f4(Itb)。所謂無(wú)因次特性系數(shù)表示再循環(huán)圓內(nèi)具有完全相似的穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象的若干變矩器共同特性的函數(shù)曲線。
常用的方法是給出該種液力變矩器的“無(wú)因次”特性。
λB=f4（ITB） λr=f2(λr)
k=f3(ITB) η=f4(ITB)
前兩式是原始的，后兩式是派生的。實(shí)際上只應(yīng)用了λB，k，η這三條曲線。第一條曲線表示變矩器的透穿性，第二條曲線表示變矩器的變矩性，第三條曲線表示的是液力變矩器的經(jīng)濟(jì)性。有了無(wú)因次特性后，就可以獲得同類型的任何尺寸的相似液力變矩器的外特性。
3.1.1柴油機(jī)與變矩器聯(lián)合工作的輸入特性
聯(lián)合工作的輸出特性曲線包括：
Me=f(ne)
MB=f(nB)
C=λ×γ×D5
在某一傳動(dòng)比下，λ，D，γ為常數(shù)，則MB=C×nB2
輸入特性曲線指動(dòng)力輸入軸（泵輪軸）的扭矩與它的速度n之間的關(guān)系。MB=λBγnB2D5。根據(jù)已選定柴油機(jī)和變矩器的特性曲線作出變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合工作的輸出特性曲線。
根據(jù)裝載機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)，一般用發(fā)動(dòng)機(jī)扣除20～40%的功率與變矩器相匹配較為合適。因此根據(jù)本機(jī)具體作業(yè)情況扣除發(fā)動(dòng)機(jī)功率的30%。參考圖八：495A-23柴油機(jī)的外特性曲線，即：
其數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-1，作發(fā)動(dòng)機(jī)凈扭矩及凈功率的特性曲線，
如圖3-1
表3-1發(fā)動(dòng)機(jī)凈扭矩及凈功率數(shù)據(jù)
N(rpm)
Me(N.m)
Mej(N.m)
Ne(馬力)
Nej(馬力)
1100
176
123.2
28
19.6
1200
183
128.1
32
22.4
1300
189
132.3
34.5
24.15
1400
193
135.1
38
26.6
1500
196
137.2
41
28.7
1600
198
138.6
44
30.8
1700
199
139.3
47
32.9
1800
198
138.6
49
34.3
1900
196
137.2
52
36.4
2000
193
135.1
54
37.8
2100
188
131.6
55
38.5
2200
181
126.7
56
39.2
3.1.2液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合工作輸出特性曲線
根據(jù)圖八-液力變矩器外特性曲線，找出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值，見(jiàn)表3-2.
表3-2變矩器外特性曲線數(shù)據(jù)
i
η
k
λ×10-6
γ
0.1
0.285
2.8
2.36
8720N/m3
0.2
0.5
2.5
2.38
0.3
0.64
2.2
2.39
0.4
0.75
1.84
2.40
0.5
0.79
1.6
2.41
0.6
0.82
1.43
2.33
0.7
0.83
1.21
2.23
0.8
0.75
0.95
1.97
0.9
0.65
0.72
1.5
1.0
0.47
0.45
0.73
計(jì)算M1=λBγnB2D5 的具體值，見(jiàn)表3-3：
通過(guò)表3-3作變矩器與柴油機(jī)聯(lián)合工作的輸入特性曲線，見(jiàn)圖3-2：
表3-3聯(lián)合工作輸入特性曲線的計(jì)算值
轉(zhuǎn)速
參數(shù)
1600
1700
1800
2000
2200
2400
I
×10-6
0.1
2.36
0.28
6.88
7.77
8.71
10.76
13.02
15.49
0.2
2.38
0.5
6.94
7.84
8.79
10.85
13.13
15.62
0.3
2.39
0.64
6.97
7.87
8.82
10.89
13.18
15.69
0.4
2.40
0.75
7.0
7.90
8.86
10.94
13.23
15.75
0.5
2.41
0.79
7.03
7.94
8.90
10.98
13.29
15.82
0.6
2.33
0.82
6.80
7.67
8.60
10.62
12.85
15.29
0.7
2.23
0.83
6.51
7.34
8.23
10.17
12.30
14.64
0.8
1.97
0.75
5.75
6.49
7.27
8.98
10.87
12.93
0.9
1.5
0.65
4.38
4.94
5.54
6.84
8.27
9.85
1.00
0.73
0.47
2.13
2.40
2.70
3.33
4.03
4.79
3.1.3 柴油機(jī)與變矩器聯(lián)合工作的輸出特性
發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器共同工作的輸出特性，完全反應(yīng)了復(fù)合運(yùn)動(dòng)裝置的動(dòng)力性和燃料的經(jīng)濟(jì)性，因此它成為評(píng)價(jià)液力傳動(dòng)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)；同時(shí)，對(duì)配備液力傳動(dòng)的機(jī)械來(lái)說(shuō)，又是進(jìn)行機(jī)器牽引性能計(jì)算的原始依據(jù)。
由圖3-2，柴油機(jī)與變矩器聯(lián)合工作的輸入特性曲線上負(fù)荷拋物線來(lái)與換算到泵輪軸上的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線的交點(diǎn)，找到一對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器共同工作點(diǎn)的參數(shù)坐標(biāo)值（，），在根據(jù)參考書[Ⅴ]上冊(cè)P130公式，，，推算出，，的值。
將以上計(jì)算結(jié)果列入下表（表3-4）：
表3-4聯(lián)合工作輸出特性曲線的參數(shù)計(jì)算值
項(xiàng)
i 目
k
η
M1
n
M2
n2
N2
0.1
2.8
0.28
12.75
2185
35.7
218.5
10.9
0.2
2.5
0.5
12.8
2175
32
435
19.4
0.3
2.2
0.64
12.82
2170
28.2
889.7
35.0
0.4
1.84
0.75
12.85
2165
23.6
1125.8
37.1
0.5
1.6
0.79
12.9
2160
20.6
1382.4
39.8
0.6
1.43
0.82
12.7
2195
18.2
1646.3
41.8
0.7
1.21
0.83
12.3
2205
14.9
1764
36.7
0.8
0.95
0.75
11.2
2230
10.6
2007
29.7
0.9
0.72
0.65
8.7
2265
6.3
2151.8
18.9
1.00
0.45
0.47
4.5
2340
2
2340
6.5
由表3-4所得數(shù)據(jù)作曲線n2—η, n2—M2, n2—N2,即得部分功率匹配的聯(lián)合工作曲線，如圖3-3所示：
對(duì)輸出特性曲線進(jìn)行分析，可得到聯(lián)合工作特性與最佳工況的偏離情況：
1.起步工況：希望起步時(shí)，聯(lián)合工況所能發(fā)出的扭矩MEMAX,即it0時(shí)MT0=39.84公斤牛，從圖上可以得出MT0=MT0=39.84公斤牛，即起步性能好。
2.變矩器的最高效率點(diǎn)與發(fā)動(dòng)機(jī)傳給變矩器的最大功率點(diǎn)接近，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率好。
3.最高效率點(diǎn)左邊曲線到右邊曲線變化緩慢，因此希望變矩器工作在最高效率的左邊。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合工作輸出的功率曲線也是左邊比右邊變化緩慢。因此，聯(lián)合工作輸出曲線基本上理想，其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性都較好。
3.2 確定檔位及各檔傳動(dòng)比
3.2.1Ⅰ檔總傳動(dòng)比iI的確定
由于變矩器有一定的可透性，變矩器的最大效率工況不一定能和柴油機(jī)傳給變矩器的最大工況完全一致，因此變矩器最大效率時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)速nTη和變矩器最大效率時(shí)的轉(zhuǎn)速nTN可能有一些不同，確定Ⅰ檔總傳動(dòng)比iI時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器聯(lián)合工作輸出特性曲線得，變矩器最大輸出功率NTN=31.98H，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為。
由參考書[Ⅳ]P158:
=0.377rkneH/
=0.377rknTN/ (3-2-1)
式中： —驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力半徑；
=r0-Δb (見(jiàn)[Ⅳ] P111)
r0—輪胎的自由半徑：r0=1.090/2=0.545m
Δ—系數(shù)， 對(duì)鏟土運(yùn)輸機(jī)械用的低壓輪胎，在松軟土壤上 Δ=0.08～0.10，在密實(shí)土壤中Δ=0.12～0.15 。據(jù)本機(jī)作業(yè)特點(diǎn)，取Δ=0.135
b—輪胎斷面寬度；取b=0.290m
∴ =r0-Δb=
—變矩器最大輸出功率時(shí)的轉(zhuǎn)（rpm）
—Ⅰ擋轉(zhuǎn)速；根據(jù)[Ⅱ]P78推薦值，裝載機(jī)Ⅰ檔速度取3～5km/h,超過(guò)以上速度，駕駛員來(lái)不及操作，反而延長(zhǎng)鏟斗的裝滿時(shí)間，增加駕駛員的疲勞，降低生產(chǎn)率。由此，取VTI=5km/h
由式（3-2-1），得iI=
3.2.2確定最高檔位的傳動(dòng)比（運(yùn)輸工況）
裝載機(jī)的最高檔位一般用來(lái)轉(zhuǎn)移場(chǎng)地時(shí)使用，為提高生產(chǎn)率，應(yīng)盡量提高其最高車速以節(jié)約時(shí)間，同時(shí)，裝載機(jī)的車架為非剛性懸掛，車速不能太高，最高車速受到一定的限制。
根據(jù)現(xiàn)在裝載機(jī)的一般要求，并參考同類進(jìn)行，初選最高車速為30Km/h。
由選定的最高車速VTmax，根據(jù)下式可求出最高行駛速度時(shí)所消耗的功率NT′：
NT′=PKmin×VTmax/(3.6×ηm)
式中：PKmin— 在VTmax時(shí)的牽引力:
PKmin=Gf+kFvT2/3.62
G— 整機(jī)重量，G=4500Kg=45.0KN
f— 平均切線滾動(dòng)阻力系數(shù)，f=0.02;
K— 流線型系數(shù)(),一般取0.0006～0.0007。本機(jī)取K=0.00065。
VT— 行駛速度，取VT =28Km/h
F— 機(jī)械迎風(fēng)面積：F=B×H,B為輪距，H為車高，參考同類機(jī)型選B=2.6m,H=1.4m；
F=B×H=。
ηm— 液力變矩器機(jī)械傳動(dòng)的總效率，ηm= 0.6～0.75。這里選0.7
∴NT′=Gf+kF/3.62×VTmax/(3.6×ηm)
=
=11.63Kw
由圖3-3，過(guò)η=75%的A點(diǎn)作NTA=18.8千瓦相應(yīng)轉(zhuǎn)速為1920rpm，NT′
q1
∴能保證變矩器在高效區(qū)工作。
Ⅲ檔主要用于快速轉(zhuǎn)移場(chǎng)地，為提高其速度，q2為3，則中間檔傳動(dòng)比為：
q1=2
iⅡ=iⅠ/ q1=50.4/2=25.2
iⅢ=12.6
3.3 運(yùn)輸工況牽引特性曲線
牽引特性反應(yīng)的是作業(yè)機(jī)械在一定的工質(zhì)條件下，在水平路段上以各檔穩(wěn)定速度工作時(shí)的牽引性能與經(jīng)濟(jì)性能，它通過(guò)用牽引功率Nkp,實(shí)際行駛速度v,整機(jī)的耗油率gkp隨牽引力Pkp變化的曲線表示,也即用各檔的(Nkp,v,gkp)=f(Pkp)的關(guān)系曲線來(lái)表示。
從牽引曲線上，可以看出變速箱布置的合理性，即能否在整個(gè)牽引力的適用范圍內(nèi)，依靠換擋使作業(yè)機(jī)械始終工作在較高的牽引功率下工作，即使各檔的功率曲線的連接沒(méi)有“深谷”。
從牽引特性曲線上，還可以看出各檔的最大牽引力功率是在發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況下出現(xiàn)的，對(duì)輪胎式作業(yè)機(jī)械，隨著牽引力的增大，滑轉(zhuǎn)損失增大，所以最大牽引功率Ⅰ檔反而低于Ⅱ檔的。
合理的牽引特性曲線，必須具備以下條件：
1.為了不使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，Ⅰ檔所能發(fā)揮的最大牽引力（即滑轉(zhuǎn)率δ=100%時(shí)的牽引力），應(yīng)低于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)的相應(yīng)牽引力。
2.Ⅰ檔的最大牽引力功率點(diǎn)，應(yīng)在輪胎打滑界限值附近或在該界限值以下，因?yàn)槿绻畲鬆恳β庶c(diǎn)打滑界限以上，在實(shí)際工作中就得不到應(yīng)用，也就是無(wú)現(xiàn)實(shí)意義。
3.各個(gè)檔的最大牽引力點(diǎn)，應(yīng)處在其較低檔特性曲線的下方，并保證各檔特性曲線的使用區(qū)域相互銜接，否則發(fā)動(dòng)機(jī)容易熄火，車輛行駛性能變壞。
4.利用牽引特性曲線，還可以方便地找出作業(yè)機(jī)械任何一個(gè)牽引力工作時(shí)的牽引效率ηkp。
鏟土運(yùn)輸機(jī)械在運(yùn)輸工況時(shí)，一般不計(jì)滑轉(zhuǎn)損失，而令v=vT。根據(jù)柴油機(jī)調(diào)速性能或柴油機(jī)—液力變矩器聯(lián)合工作輸出特性以及公式
Pk=Mtiηm/rk
式中： Pk —切線牽引力，v=0.337rknT/I,
V —實(shí)際行駛速度
即可作出各檔的曲線。
作牽引特性曲線
由上面的公式，將計(jì)算結(jié)果列表，（見(jiàn)表3-5）：
式中: ηm— 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率，取ηm=0.91，參考[Ⅳ]P143
I — 各檔的傳動(dòng)比
rk — 驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力半徑，rk=0.57
由上面的公式，將結(jié)果列表3-5： 即可作出各檔的Pk=f(v)曲線。
作圖步驟如下：
（1）從圖二上找出渦輪的某一轉(zhuǎn)速n及對(duì)應(yīng)的MT1，NT1
（2）利用公式Pk=Mtηm/rk=76.5×0.91/0.569Mt
v=0.337rknT/iⅠ=0.377×0.57/76.5nT
Nk=PkV/(270×0.7)
計(jì)算出對(duì)應(yīng)的Pk，V，Nk。
（3）將（Pk，V），（Nk，V）所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)描于坐標(biāo)系中
（4）同理取轉(zhuǎn)速nti及對(duì)應(yīng)的Mti,Nti,重復(fù)上述一系列的點(diǎn)。
（5）將各點(diǎn)光滑連接，得Ⅰ檔運(yùn)輸工況牽引特性曲線。
（6）按同樣的方法可作出Ⅱ，Ⅲ檔的牽引特性曲線。
表3-5運(yùn)輸工況的牽引特性曲線數(shù)據(jù)
n
Ⅰ檔
Ⅱ檔
Ⅲ檔
V
Pk
V
Pk
V
Pk
0
38.6
0
3457
0
1729
0
864
884
23.6
3.35
2114
6.69
1057
13.39
528.5
1075
20.6
4.07
1845
8.14
923
16.29
461
1547
14.9
5.86
1335
11.7
667
23.4
334
1806
10.6
6.84
949
13.68
475
27.36
237
2043
6.3
7.74
564
15.4
282
30.9
141
2340
2
8.86
179
17.73
89.6
35.5
45
3.4 求出各檔最高車速并分析牽引特性
3.4.1求各檔的最高車速
1.作水平阻力線
裝載機(jī)在水平路面上等速行駛時(shí)，無(wú)作業(yè)阻力，而只考慮滾動(dòng)阻力和風(fēng)阻力，即Pk=∑P=Pf+PW=Gf+kFv/3.62
式中：G--整機(jī)重量，G=4500Kg
f---滾動(dòng)阻力系數(shù)，f=0.02
K---流線型系數(shù)，本機(jī)取K=0.00065
F---機(jī)械迎風(fēng)面積，F(xiàn)=3.74m2
則Pk=4.50×0.04+（0.00065×3.74×v/3.62×9.8）×103
在牽引特性曲線上作出∑P=f(v)曲線的交點(diǎn)a,b,c,與這些相應(yīng)點(diǎn)的v值即為該機(jī)械在各檔行駛的最高理論速度，將Pk=f(v)曲線計(jì)算值列表如下：
V
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
0.48
1.9
4.3
7.6
11.9
17.2
23.5
30.6
180
180
180.5
181
184
188
192
197
203
210
由圖三得三個(gè)檔位的最高速度分別為：
VⅠ=8.8km/h VⅡ=16.4km/h VⅢ=28.6km/h
2.分析該車牽引特性曲線
1）Ⅰ檔為工作檔，工作時(shí)牽引力需要克服滾動(dòng)阻力和插入阻力，由圖3-4知Pkmax=3611,而Pf+PT=180+31800/10=3360,牽引力能滿足工作要求。
2）Ⅱ檔為運(yùn)輸工檔，運(yùn)輸時(shí)最大阻力
∑P=180+0.0194×15.12=186.2kg
由圖3-4得此時(shí)的PK=1750kg，滿足工作要求，且變矩器在高效區(qū)范圍內(nèi)工作，經(jīng)濟(jì)性較好。
3）Ⅲ 檔主要用于轉(zhuǎn)移運(yùn)輸，路面條件較好，速度高些，節(jié)省時(shí)間，可提高生產(chǎn)率。
3.4.2爬坡能力分析
主要檢查作業(yè)機(jī)械上坡時(shí)，能否爬過(guò)限定的最大坡度。
由牽引平衡方程：Pk- PW w=Gfcosα+ Gsinα
由圖3-4得：（Pk- PW）max=3300kg
兩式聯(lián)立，得α=44°
滿足不小于20°的要求，實(shí)際上，爬坡能力還受整機(jī)穩(wěn)定性的限制。
iI=50.4
F=3.74m2
NT=11.63
Kw
iM=13.1
M,=2.796
M=3
q1=2
iⅡ=25.2
iⅢ=12.6
VⅠ=
8.8km/h
VⅡ=
16.4km/h
VⅢ=
28.6km/h
α=44°
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