ZL50轮式装载机转向系制动系及行走系的设计

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，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314

2.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o45.33

运输位置收斗角o48.46

最高位置收斗角o49.44

最高位置卸料角o46.20

任意位置卸料角o45

3.动力与主要传动部件

发动机

型号LR4105

额定功率kW/rpm 55/2400

最大转矩N·m/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-320

5.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，BZZ1－320 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 kW∕2400rpm

最大转矩240 Nm∕1600rpm

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

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4-4

2.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)

plot(x,y,'.',x,y1,'-');hold on

x2=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：

>> nihe

p1 =

-0.0000 0.03524 208.2646

p1 =

[ -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 = 50＋15 kN＝65 kN 附着系数φ= 0.85

滚动阻力系数 f = 0.02

滑转率δ= 0.1(Fk/G)+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

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*λB*D^5*n^2

式中r是油的重度N/m3

λB是变矩器转矩系数min2/r2

D是循环直径m

n是泵轮转速m/s

其中r=8300N/m3 D=260mm

λB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 on

plot(x,232.802569*(x.^2)/10000000,':');hold on

plot(x, 362.6621546*(x.^2)/10000000,'-.');hold on

plot(x,378.274948*(x.^2)/10000000,'--');hold on

plot(x,387.7351253*(x.^2)/10000000,'Y');hold on

plot(x,392.0357438*(x.^2)/10000000,'M');hold on

plot(x,389.6265691*(x.^2)/10000000,'C');hold on

plot(x, 382.9927098*(x.^2)/10000000,'R');hold on

plot(x,364.1137736*(x.^2)/10000000,'G');hold on

plot(x,320.5908438*(x.^2)/10000000,'B');hold on

plot(x, 249.6419793*(x.^2)/10000000,'K');hold on

plot(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','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：

M2＝K21* M1

n2 = 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 发动机与变矩器共同工作输出特性曲线（3）驱动力和车速计算

Fk=(M2 imηm)/rk－f G

Vk=(n2 rk / im) (1-δ)

ηm =ηm1ηm2ηm3

式中：

FK—驱动力

Vk－行驶速度

im—机械传动部分的总传动比

ηm—机械传动部分的总效率

ηm1—变速箱的传动效率

ηm2—主传动的传动效率

ηm3—轮边减速的传动效率

曲线如图4-7所示：