XG916Ⅱ轮式装载机后驱动桥设计

XG916Ⅱ轮式装载机后驱动桥设计

本次设计内容为XG916Ⅱ装载机后驱动桥设计，大致上分为主传动的设计，差速器的设计，半轴的设计，最终传动的设计四大部分。其中主传动锥齿轮采用螺旋锥齿轮，这种类型的齿轮的基本参数和几何参数的计算是本次设计的重点所在。将齿轮的几个基本参数，如齿数，模数，从动齿轮的分度圆直径等确定以后，计算出齿轮的所有几何参数，进而进行齿轮的受力分析和强度校核。并结合差速器，半轴和最终传动的结构和工作原理及设计要求，合理选择它们的结构形式及尺寸。本设计的差速器齿轮选用直齿圆锥齿轮，半轴采用全浮式，最终传动采用单行星排减速形式。

1.1 国内轮式装载机发展概况

我国装载机行业起步于50年代末。1958年，上海港口机械厂首先测绘并试制了67KW （90hp）、斗容量为1m3的装载机。这是我国自己制造的第一台装载机。该机采用单桥驱动、滑动齿轮变速。1964年，天津工程机械研究所和厦门工程机械厂测绘并试制了功率为100.57KW（135hp）斗容量为1.7m3的Z435型装载机。1962年国外出现铰接式装载机后,天津工程机械化研究所与天津交通局于1965年联合设计了Z425型铰接式装载机。柳州工程机械厂和天津工程机械研究所合作，在参考国外样机的基础上，于1970年设计试制了功率为163.9KW(220hp)、斗容量为3m3的ZL50型装载机。该机采用双涡轮变矩器、动力换挡行星变速箱的液力机械传动方式，Z形连杆机构的工作装置及铰接转抽，并自行设计了“三合一”的机构，以解决液力机械化传动式装载机的拖启动、熄火转向及排气制动问题。ZL50型装载机经过几年的实践考核，证明性能良好、结构先进，为后来我国ZL系列装载机的发展奠定了基础。在ZL50的基础上，后又设

计发展了ZL100、ZL40、ZL30、ZL20装载机系列产品，并在这个系列的基础上发展了DZL50和DZL40型供地下矿坑和隧道施工用的地下装载机变型产品[6]。通过近40年的发展，我国装载机从无到有，产品种类及产量均有较大幅度的提高，已经形成独立的系列产品和行业门类。生产企业由1980年的20家增至现在的100余家，初步形成了规格为0.8-10t约19个型号的系列产品，并已成为工程机械主力机种。主要生产厂家为：厦工、柳工、龙工、徐工、常林、临工、山工、成工、宜工、郑工、武林、朝工、山河智能等，这些厂家有长时间的装载机生产经验、较强的实力、较高的市场占有率和较好的售后服务，在用户心目中一直树立着良好的形象，并保持其已有的地位和优势。其“八五”、“九五”技改的较大投入已逐渐发挥效力和作用，使企业焕发出生机和活力。“十五”期间，轮式装载机行业出现了井喷式的发展，2001-2004年装载机销量增长率平均为46.98%，大大超过前25年的均值17.86%；2006年中国装载机26家主要企业共销售119895台，同比增长13.3%(不含小装)，占据世界装载机的大半壁江山。中国市场大幅增长，已发展为世界上最大的市场[7]。国内各生产厂家所在地更加认识到装载机这一产品的巨大市场和效益，纷纷将其列为支柱产业加以扶持并在政策上给予优惠，像福建龙岩、山东蒙岭等一批新成员的加盟，发展势头迅猛，竞争更加激烈。国际一流公司小松、利渤海尔、沃尔沃、卡特彼勒等在国内成立合资或独资公司后，更加剧了国内装载机市场的竞争。

近几年，ZL10(1t)型以下的装载机迅速发展起来，主要有ZL04(0.4t)、ZL05(0.5t)、ZL06(0.6t)、ZL07(0.7t)、ZL08(0.8t)等，其装载容量也非常小，一般为0.3 m3～1.0 m3，故称之为小型装载机。由于这类装载机发展时间非常短，人们对其还比较陌生，但市场却已经非常红火。2002-2006年，不到5年时间就发展到了6万～8万台。目前我国小型装载机制造企业已发展到约1000家，已经形成颇具规模的小型装载机行业。这些制造企业主要集中在山东，特别是青州和莱州。2005年青州小装的制造企业约有100家，产销量在1万台以上，其中最大的是青州凯丰，2005年小装产销2000多台。其次是青州威力、信邦、亚东等，2005年小装产销量均超过1000台。莱州比青州的规模更大，目前莱州有小装制造企业约150家以上，2005年产销量达1.8万～2万台，过千台的企

业已有近10家，其中“莱工”、“鲁工”2005年小装的产销量均超5000台。除青州、莱州外，还有泰安、聊城、潍坊、临沂、德州、青岛等，几乎遍布山东全省各地。山东临沭的“山东常林”，2005年小装产销量约为3000台。据不完全统计2005年山东全省小装的产销量达到4万～5万台。第二个小装制造大省是河南，主要分布在洛阳、巩义、郑州等地，制造企业也有几十家，河南小装产销量最大的洛阳一拖，2005年一拖的小装产销量达3000多台。其它小装产销量比较集中的还有安徽、江苏、福建、河北等省。据小装行业人士的估计，2007年我国小装行业的形势还要好，预计2007年我国小装的产销量可达12万台以上。

我国小型装载机制造业当前正处于发展时期，有一定的盈利空间，小装技术水平低、结构简单、零配件充足齐全，进入门槛低。因此目前仍有大批企业进入小装行业，在这种情况下，尽管市场“突飞猛进”，但产能增长更快，因此今后的市场竞争必然残酷而激烈，低水平的价格战也在所难免。另外，我国小型装载机还有很多需要改进的地方，如：传动系统技术水平太低，司机劳动强度大，能耗高、作业效率低，与国家提倡的节能降耗、安全环保等不一致；在传动方面应该向双变(变矩器＋变速箱)或全液压方向发展；当前广泛采用的单缸柴油机功率偏小，噪声、振动、能耗都偏大；从发展的角度看，在成本增加不大的情况下，应尽量采用双缸或4缸柴油机；同时在液压转向系统方面最好采用优先全液压转向系统，变速操纵应由机械换挡变为液压动力换挡等。我想这些都是今后小装技术发展的方向。目前已经有一些常规装载机大厂开始生产小装，如厦工集团所属的“厦工新宇”、徐工集团所属的”徐特“、柳工所属的“江苏柳工”等[9]。我认为大厂进入小装行业并不会对他们产生威胁，但会有助于行业的发展。

我国国民经济建设的持续高涨，城市化、城镇化进程的不断加速，劳动力的需求越来越紧缺，劳动力成本也越来越高，装载机作为一种既机动灵活，又价廉物美的机器设备，将取代高成本、低效率的手工劳动，特别是西部大开发，这类产品将有广阔的潜在市场。所以，小型装载机将具有良好的开发前景。

1.2国产轮式装载机现状分析

（1）3t以下装载机

3t以下产品主要有ZL04、ZL05、ZL06、ZL07、ZL08、ZL10、ZL15、ZL16等，主零部件均采用一般性能及质量的发动机、驱动桥、变速箱、液压件。技术较先进的静液压传动产品，液压件国内不易配套，一定程度上制约了该类产品的发展。

（2）ZL30装载机

ZL30装载机主要生产厂家有成工、常林、徐工、宜工、山工等。该产品零部件配

置较零乱，生产厂家具有自制的桥箱，风格各具特色，质量及性能上相对稳定，技术先进性一般。徐工开发的ZL30F装载机，采用电换挡变速箱，使3t级装载机技术上有新的突破。

（3）ZL40／ZL50装载机

ZL40／ZL50装载机，主要装载机生产厂家均拥有该产品。第一代产品几十年来沿续至今，全国几乎使用同一套图纸，有些技术力量薄弱的厂家，仍把其当作主导产品推向市场。第二、三代产品主要是对工作装置进行优化，改变外观造型。如柳工ZL40B／ZL50C、徐工ZL40E／ZL50E。第四代产品是在第三代的基础上，进一步优化整机的性能及配置，电控箱、湿式制动器等新技术得到应用，并形成了各企业的专有技术及专利技

术，使产品以崭新的面目推向市场。

（4）ZL60及6t以上装载机

6t以及6t以上的装载机，这是国内潜在市场最大的产品，1998年以前大多数生产厂家均开发了ZL60装载机，但由于受传动件的制约，ZL60装载机没能成功地推向市场。之后，各厂家陆续推出了新的一代ZL60装载机，多数厂家选择柳州ZF合资生产的箱或桥，液压元件也有新配置，发动机选用斯太尔或上柴6121(Cat3306)，整机可靠性上得到很大提高，给国内大吨位装载机带来发展机遇。

1.3国内轮式装载机发展趋势

国产轮式装载机正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。

（1）大型和小型轮式装载机，在近几年的发展过程中，受到客观条件及市场总需求量的限制。竞争最为激烈的中型装载机更新速度将越来越快；

（2）根据各生产厂家的实际情况，重新进行总体设计，优化各项性能指标，强化结构件的强度及刚度，使整机可靠性得到大步提高；

（3）细化系统结构。如动力系统的减振、散热系统的结构优化、工作装置的性能指标优化及各铰点的防尘、工业造型设计等；

（4）利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用，提高效率、节约能源、降低装载机作业成本；

（5）提高安全性、舒适性。驾驶室逐步具备FOPS和ROPS功能，驾驶室内环境将向汽车方向靠拢，方向盘、座椅、各操纵手柄都能调节，使操作者处于最佳位置工作；

（6）降低噪声和排放，强化环保指标。随着人们环保意识的增强，降低装载机噪声和排放的工作已迫在眉捷，现在许多大城市已经制定机动车的噪声和排放标准，工程建设机械若不符合排放标准，将要限制在该地区的销售；

（7）广泛利用新材料、新工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品的寿命和可靠性；

（8）最大限度地简化维修尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提供给司机排除问题的方法。

1.4国外轮式装载机的发展概况

国外轮式装载机最早出现在第二次工业革命时期，其发展到今天，无论是技术、设计、制造还是销售、服务等都已经非常成熟。国外轮式装载机著名的生产厂家有卡特彼勒、山猫、凯斯、约翰·迪尔、利勃海尔、特雷克斯、沃尔沃、小松、JCB 、现代、日立等。

2000年在中国市场真正搞活以前，轮式装载机全球需求量约为74500台。其中，中国(32%)是最大的地区市场，其后依次是欧洲(30%)、北美洲(20%)和日本(12%)。到2005年，市场环境急剧变化: 全球需求量几乎增长一倍，达14.2万台，中国市场大幅增长为世界上最大的市场。欧洲和北美洲彼此的市场规模非常相近，但其市场构成却存在根本差别: 在欧洲低于59.7kW(80hp)的小型机械更受偏爱(但仅限于某些国家，

尤其是德国)。这类产品占该地区需求量的40%，与之相比在北美洲只占12%。英国工程机械咨询有限公司估计约有20家国际(即非中国的)轮式装载机制造商年产量超过500台，合计年产约为6万台。2005年卡特彼勒、小松、沃尔沃、CNH和迪尔的总产量占该年总产量的75%，而10年前5大制造商只占54%，目前这5大制造商在国际市场中所占份额的总和仍在增加[12]。因此，国际市场掌握在少数制造商的手里。

国外轮式装载机一方面往大型化发展，如：卡特彼勒公司90年代初推出Cat966F 轮式装载机，时隔1年又推出Cat980F轮式装载机，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轮式装载机，根据物料体积质量不同而选配18-30m3的铲斗、机重170t；德雷塞（Dresser）公司90年代初推出4000型轮式装载机，斗容10-30m3、机重151.8t。目前，全世界约有400台（功率大于750kw）大型轮式装载机应用在露天矿山和建筑工程，与大型自卸汽车配套使用。另一方面，小型轮式装载机以机动灵活、效率高、多功能和价格低廉赢得市场，发展甚快。如：日本古河公司生产的FL30-1型轮式装载机斗容0.34m3、机重2.3t；小松公司的 WA30-l型斗容0.34m3、柴油机功率20kw；丰田织机公司的斗容0.17m3、机重1t等。这些微型装载机适用于建筑工地和地下矿山挖沟、平地、堆料等。国外小型装载机及小型多功能装载机，包括挖掘装载机在内，市场份额已相当大，美国的山猫牌小型多功能装载机车销量在5万台左右，还有美国的凯斯、约翰·迪尔、卡特彼勒、英国的JCB等公司的挖掘装载机及小型多功能装载机年销量都在万台以上。

1.5轮式装载机产品的发展趋势

工程机械产品的发展趋势有：广泛应用微电子技术与信息技术，完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊断系统；采用单一吸声材料、噪声抑制方法等消除或降低机器噪音；通过不断改进电喷装置，进一步降低柴油发动机的尾气排放量；研制无污染、经济型、环保型的动力装置；提高液压元件、传感元件和控制元件的可靠性与灵敏性，提高整机的机—电—信一体化水平；在控制系统方面，将广泛采用电子监控和自动报警系统、自动换挡变速装置；用于物料精确挖（铲）、装、载、运作业的工程机械将安装GPS定位与重量自动称量装置；开发特种用途的“机器人式”工程机械等。轮式装载机产品的发展趋势具体如下：

（1）系列化、特大型化

系列化是工程机械发展的重要趋势，系列化是轮式装载机发展的重要趋势。国外著名大公司逐步实现其产品系列化进程，形成了从微型到特大型不同规格的产品。与此同时，产品更新换代的周期明显缩短。所谓特大型，是指其装备的发动机额定功率超过

1000HP，主要用于大型露天矿山或大型水电工程工地。产品特点是科技含量高，研制与生产周期较长，投资大市场容量有限，市场竞争主要集中少数几家公司。目前仅有马拉松·勒图尔勒、卡特彼勒和小松—德雷塞这三家公司能够生产特大型装载机。

（2）多用途、微型化

为了全方位地满足不同用户的需求，国外装载机在朝着系列化、特大型化方向发展的同时，已进入多用途、微型化发展阶段。推动这一发展的因素首先源于液压技术的发展—通过对液压系统的合理设计，使得工作装置能够完成多种作业功能；其次，快速可更换联接装置的诞生—安装在工作装置上的液压快速可更换联接器，能在作业现场完成各种附属作业装置的快速装卸及液压软管的自动联接，使得更换附属作业装置的工作在司机室通过操纵手柄即可快速完成。一方面，工作机械通用性的提高，可使用户在不增

加投资的前提下充分发挥设备本身的效能，能完成更多的工作；另一方面，为了尽可能地用机器作业替代人力劳动，提高生产效率，适应城市狭窄施工场所以及在货栈、码头、仓库、舱位、农舍、建筑物层内和地下工程作业环境的使用要求，小型及微型轮式装载机有了用武之地，并得到了较快的发展。为占领这一市场，各生产厂商都相继推出了多用途、小型和微型轮式装载机。如卡特彼勒公司生产的IT系列综合多用机、克拉克公司生产的“山猫”等。

（3）电子化与信息化互动

以微电子、Internet为重要标志的信息时代，不断研制出集液压、微电子及信息技术于一体的智能系统，并广泛应用于工程机械的产品设计之中，进一步提高了产品的性能及高科技含量。Letourneau集成网络控制系统便是一例。通过显示在机载计算机屏幕的出错信息，提示司机出错原因，并采用三级报警灯光信号（蓝、淡黄、红）表示发动机、液压系统、电气和电子系统的各种状态。目前，该系统已安装在L1350型矿用装载机上。

（4）不断创新的结构设计

如装载机的工作装置已不再采用单一的“Z型”连杆机构，继出现了八杆平行结构和TP连杆机构之后，卡特彼勒公司于1996年首次在矿用大型装载机上采用了单动臂铸钢结构的特殊工作装置，即所谓的“VersaLink机构”。这种机构替代综合多用机上的八杆平行举升机构和传统的“Z型” 连杆机构，可承受极大的扭矩载荷和具有卓越的可靠性（耐用性），驾驶室前端视野开阔。O＆K公司研制的创新LEAR连杆机构，专为小型装载机而设计。Schaeff公司于2000年3月在Intermat展览会上展出的高卸位式SKL873型轮式装载机的可折叠式创新连杆机构工作装置，进一步增加了轮式装载机的工作装置的种类。

（5）安全、舒适、可靠

驾驶室将逐步实施R O PS和FO PS设计方法，配装冷暖空调。全密封及降噪处理的“安全环保型”驾驶室，采用人机工程学设计的司机座椅可全方位调节，以及功能集成的操纵手柄、全自动换挡装置及电子监控与故障自诊断系统，以改善司机的工作环境，提高作业效率。大型装载机安装有闭路监视系统以及超声波后障碍探测系统，为司机安全作业提供音频和视频信号。微机监控和自动报警的集中润滑系统，大大简化了机器的维修程序，缩短了维修时间。如卡特彼勒公司的F系列装载机日常维修时间只需3.45 min。目前，大型装载机的使用寿命达2.05万小时，最高可达2.5万小时。

（6）节能与环保

为提高产品的节能效果和满足日益苛刻的环保要求，国外装载机公司主要从降低发动机