【正文】 ZL50裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的分析與改進(jìn)Analysis and Improvement of Transmission System for ZL50 Wheel Loader摘 要隨著主機(jī)性能要求的提高和變化，逐漸顯現(xiàn)目前國(guó)內(nèi) ZL50 裝載機(jī)傳動(dòng)系配置較單一、陳舊。研究裝載機(jī)的使用工況及在變負(fù)荷工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的特性、液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作特性，研制開發(fā)新的適用于該主機(jī)的傳動(dòng)系對(duì)提高裝載機(jī)的牽引動(dòng)力性能和行駛性能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文分析了裝載機(jī)的使用工況特點(diǎn)、在變負(fù)荷工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的特性、液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作特性，研究了液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配性能；詳細(xì)討論了新設(shè)計(jì)的動(dòng)力換擋變速器的傳動(dòng)方案圖及擋位、速比、齒輪模數(shù)等主要參數(shù)的選擇和確定過(guò)程，開發(fā)設(shè)計(jì)了前四、后四定軸式動(dòng)力換檔變速器。基于 ZL50 裝載機(jī)整機(jī)參數(shù)和新設(shè)計(jì)的液力變速箱和驅(qū)動(dòng)橋參數(shù)，對(duì)整機(jī)的牽引性能和速度性能進(jìn)行了理論匹配計(jì)算和研究。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的一致性和正確性，進(jìn)行了變矩器性能試驗(yàn)、液力變速箱性能試驗(yàn)和主機(jī)牽引性能試驗(yàn)，表明達(dá)到了主機(jī)的設(shè)計(jì)要求，具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。關(guān)鍵詞：液力變矩器,動(dòng)力換擋變速器,匹配,設(shè)計(jì)AbstractWith the work application change and improvement, it gradually emerged that the previous ZL50 power train configuration was humdrum and outofdate. It’s very practical and meaningful for improving the traction performance and vehicle speed to study the application condition and the Engine’s output characteristic under varying load, research on the coupling properties between torque converter and Engine. It’s valuable to develop new power train system for wheel loader.In this paper, we researched the mon work characteristic between the Engine and the torque converter. A kind of powershift transmission is developed which has 4forward gears and 4reverse gears, more detailed calculation and the choice of main parameter are introduced in the paper. Based on vehicle parameters of ZL50 wheel loader and new power train, lug forces and the machine speeds of every gears are calculated and figure out the tractionspeed curve. In order to verify the correct and consistent with the calculation and design, several experiments are done including torque converter performance experiment, hydraulic transmission performance experiment, vehicle lug performance test. From these test, got the original parameter of torque converter and basic characteristics of the transmission. Based on ZL50 wheel loader machine parameters and new power train, max lug force and the highest speed are proceeded. vehicle traction performance curve. As a result, the wheel loader gets superior lug capability and the higher vehicle speed, it can work efficiently and run faster, achieve the design purpose.Key words: torque converter, powershift transmission, match, design目 錄第1章 緒 論 1 問題的提出 1 解決的方法 2 本文的研究?jī)?nèi)容和意義 2 第2章 動(dòng)力換擋變速箱的設(shè)計(jì) 4 概 述 4 變速箱的設(shè)計(jì) 4 動(dòng)力換擋控制油路的設(shè)計(jì) 6 電控系統(tǒng)的工作原理 6 第3章 動(dòng)力換擋變速箱主要參數(shù)設(shè)計(jì) 7 車輛總傳動(dòng)比的確定 7 變速器的擋位和傳動(dòng)比的分配 7 變速器齒輪模數(shù)的初選 8 變速器傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 9 齒輪強(qiáng)度校驗(yàn) 10 軸的強(qiáng)度校驗(yàn) 11 第4章 液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作特性 13 液力變矩器特性 13 輸入特性曲線 13 原始特性曲線 14 液力變矩器的輸出特性 14 液力變矩器的自動(dòng)適應(yīng)性 15 發(fā)動(dòng)機(jī)的特性 15 柴油機(jī)速度特性 15 柴油機(jī)的負(fù)荷特性 15 柴油機(jī)的萬(wàn)有特性 16 發(fā)動(dòng)機(jī)典型工況及主要性能指標(biāo) 16 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器匹配設(shè)計(jì) 16 匹配原則 16 初步選型 17 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線的處理 17 液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作的輸入輸出特性 19 液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作的輸出特性 21 匹配設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題 22 第5章 新傳動(dòng)系的參數(shù)及特點(diǎn) 23 ZL50輪式裝載機(jī)主機(jī)和傳動(dòng)系的基本參數(shù) 23 新傳動(dòng)系的特點(diǎn) 24 本章小結(jié) 25 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 27 附錄A 外文翻譯 28 第1章 緒 論 問題的提出裝載機(jī)是一種用途十分廣泛的工程機(jī)械。它主要用于對(duì)散狀物料進(jìn)行鏟裝運(yùn)輸、卸載及平整作業(yè)，已成為產(chǎn)量最大、適用面最廣的工程機(jī)械機(jī)種，1978年中國(guó)裝載機(jī)年產(chǎn)量?jī)H為1315臺(tái)，而且累計(jì)產(chǎn)量才9454臺(tái)，2007年銷量就突破了16萬(wàn)臺(tái)，僅出口量就超過(guò)兩萬(wàn)臺(tái)，比改革開放以前的歷史累積總產(chǎn)量還多。近年來(lái)國(guó)外裝載機(jī)及國(guó)內(nèi)高配置的裝載機(jī)傳動(dòng)系方面發(fā)展趨勢(shì)為變速器大多為定軸式動(dòng)力換擋變速器并采用電液換擋，實(shí)現(xiàn)電子控制。國(guó)內(nèi) ZL50 裝載機(jī)生產(chǎn)廠家除個(gè)別廠家采用自行研制生產(chǎn)的傳動(dòng)系外，多數(shù)廠家?guī)缀醪捎猛惶讉鲃?dòng)系，結(jié)構(gòu)雷同，液力變速器和驅(qū)動(dòng)橋均為我國(guó)六七十年代測(cè)繪國(guó)外公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，數(shù)十年未作設(shè)計(jì)變動(dòng)。以某裝載機(jī)廠生產(chǎn)的 ZL50 裝載機(jī)為例，傳動(dòng)系的典型配置包括：發(fā)動(dòng)機(jī)：功率為 154 kW，額定轉(zhuǎn)速為 2200r/min；液力變矩器：?jiǎn)渭?jí)、雙渦輪液力變矩器，K0=，與發(fā)動(dòng)機(jī)直接相連；變速器：與變矩器直接相連，為前二后一擋行星式，速比為 iF1=，iF2=，iR=。隨著主機(jī)機(jī)型的發(fā)展、性能要求的提高以及新型部件的選用，例如整機(jī)重量、發(fā)動(dòng)機(jī)功率的提高、連續(xù)作業(yè)時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸顯現(xiàn)出原配置噪音大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度低、可靠性較差等缺點(diǎn)，傳動(dòng)系成為制約裝載機(jī)發(fā)展的因素之一。目前絕大多數(shù) ZL40/ZL50 裝載機(jī)所采用的液力變速器仍是由雙渦輪變矩器和前二后一行星式變速器組成。液力變矩器為我國(guó)六十年代末測(cè)繪美國(guó)ALLISION 公司的產(chǎn)品，采用單級(jí)、雙相、四元件變矩器。在低速重載工況下，變矩器的兩個(gè)渦輪同時(shí)工作輸出扭矩至變速器；在高速輕載工況下，變矩器僅有一個(gè)渦輪工作，輸出扭矩至變速器。變速器為行星式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，前進(jìn)二擋，倒退一擋，iF1=，iF2=，iR=。這種液力變速器的主要問題是：由于超越離合器受力狀況和潤(rùn)滑條件較差，可靠性差，影響了主機(jī)的可靠性；采用了功率內(nèi)分流式液力機(jī)械傳動(dòng)，功率損失大，造成有效牽引功率、效率較低，高效區(qū)范圍較窄；行星式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸鏈較長(zhǎng)，不易保證，造成變速器噪音較大，另外加工制造困難，維修不方便。 解決的方法通過(guò)分析比較原產(chǎn)品特點(diǎn)，在原產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析改進(jìn)，研制開發(fā)新的液力變矩器，該變矩器總成由純液力傳動(dòng)單級(jí)單向三元件變矩器和電液控制動(dòng)力換擋變速箱兩部分組成。(1)液力變矩器變矩器上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)取力口，可以安裝油泵。取力口總輸出功率為發(fā)動(dòng)機(jī)功率的70%，功率輸出不受變速器擋位及渦輪的影響。主要由泵論、渦輪、導(dǎo)輪、動(dòng)力輸出驅(qū)動(dòng)裝置及變矩器進(jìn)出口壓力調(diào)節(jié)閥等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變矩器的泵輪旋轉(zhuǎn)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饔鸵旱膭?dòng)能，液流沖擊渦輪的葉片，是液流的動(dòng)能再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，由渦輪軸輸出，將機(jī)械能傳給變速器液流經(jīng)過(guò)導(dǎo)輪后再到泵輪進(jìn)口重新循環(huán)。渦輪力矩與泵輪力矩之比(即變矩系數(shù))隨著泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)速差的增大而增大。(2)電液控制動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì)采用前四后四定軸式液力換擋變速箱，該變速器共有五根軸，分別為輸入軸、過(guò)渡軸、輸出軸、和兩根水平對(duì)稱布置的平行軸，其中輸入軸、兩根水平對(duì)稱布置的平行軸上各有兩個(gè)離合器，輸入軸上的離合器分別為前進(jìn)、倒退離合器，兩根平行軸上分別為一、二、三、四擋離合器。換擋方式采用電液換擋裝置，電液換擋裝置總成安裝在變速器的后蓋上，動(dòng)力換擋是通過(guò)換擋操縱盒控制電磁閥工作的。在所有離合器分離的條件下，由三組獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的零件，即有三個(gè)自由度。當(dāng)變速器掛擋傳動(dòng)時(shí)，只能有一個(gè)自由度，需閉合兩個(gè)離合器即一個(gè)方向擋、一個(gè)速度擋得到擋位。變速器前后同時(shí)輸出動(dòng)力，來(lái)滿足四輪驅(qū)動(dòng)的車輛。變速器的后輸出端可以安裝停車制動(dòng)器，滿足停車制動(dòng)的要求。換擋控制閥由壓力調(diào)節(jié)緩沖閥、換擋閥及電磁閥組成。變速器主要由前進(jìn)、一擋離合器總成，倒退、二擋離合器總成、第三、四擋離合器總成、惰輪軸及輸出軸等組成。換擋方式采用電液換擋裝置，電液換擋置總成安裝在變速器的后蓋上。 本文的研究?jī)?nèi)容和意義研究裝載機(jī)的使用工況及在變負(fù)荷工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用外特性、液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作特性，進(jìn)行了變速箱的相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)及車速和牽引力的匹配計(jì)算，并做出了相應(yīng)的牽引力曲線圖?；谝陨涎芯块_發(fā)了前進(jìn)四擋、后退四擋的定軸式動(dòng)力換擋變速器，并通過(guò)變矩器原始特性試驗(yàn)、液力變速器（雙變總成）性能試驗(yàn)和主機(jī)牽引性能試驗(yàn)等，對(duì)理論研究和設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，得出新設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系配置合理的結(jié)論，車速和牽引力均較原傳動(dòng)系有所提高。研制開發(fā)新的適用于該主機(jī)的傳動(dòng)系對(duì)提高裝載機(jī)的牽引動(dòng)力性能和行駛性能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。第2章 動(dòng)力換擋變速箱的設(shè)計(jì) 概 述目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠家 ZL50 裝載機(jī)所采用的液力變速器由雙渦輪液力機(jī)械變矩器和前二后一行星式變速器組成。其中雙渦輪變矩器為我國(guó)六十年代末測(cè)繪美國(guó) ALLISION 公司的產(chǎn)品，這種液力變速器的主要問題是：由于超越離合器受力狀況和潤(rùn)滑條件較差，從而影響了主機(jī)的可靠性；采用了功率內(nèi)分流式雙渦輪液力變矩器，功率損失大，造成有效牽引功率、效率較低，高效區(qū)范圍較窄；由于尺寸鏈較長(zhǎng)，不易保證，造成變速器噪音較大；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件加工制造困難，維修不方便。針對(duì)原裝載機(jī)的以上問題，為了提高車速及牽引效率等，研制開發(fā)了新的液力變矩器。該變速器總成由純液力傳動(dòng)單級(jí)單向三元件變矩器和電液控制動(dòng)力換擋變速器兩部分組成。純液力傳動(dòng)和液力機(jī)械串聯(lián)的復(fù)合傳動(dòng)相比，有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1)純動(dòng)液傳動(dòng)的平均有效功率、效率值高于液力機(jī)械串聯(lián)的復(fù)合傳動(dòng)；(2)效率曲線寬而平，高效工作范圍區(qū)寬；(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造和維修。 變速箱的設(shè)計(jì)新設(shè)計(jì)的變速箱為三自由度定軸式結(jié)構(gòu)，前進(jìn)四擋、倒退四擋，iF1=，iF2=，iF3=，iF4=；iR1=，iR2=，iR3=，iR4=。輸出輸入圖21 新ZL50定軸式變速器傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖變速箱的傳動(dòng)路線如圖21 所示。該變速器共有五根軸，分別為輸入軸、過(guò)渡軸、輸出軸和兩根水平對(duì)稱布置的平行軸，其中輸入軸、兩根水平對(duì)稱布置的平行軸上各有兩個(gè)離合器，輸入軸上的離合器分別為前進(jìn)、倒退離合器，兩根平行軸上分別為一、二、三、四擋離合器。在所有離合器分離的條件下，有三組獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的零件，即有三個(gè)自由度。當(dāng)變速器掛擋傳動(dòng)時(shí)，只能有一個(gè)自由度，需閉合兩個(gè)離合器，結(jié)合前進(jìn)擋或倒退擋離合器時(shí)，為車輛前進(jìn)或倒退方向；前進(jìn)或倒退擋輸出齒輪通過(guò)一對(duì)過(guò)渡齒輪與各擋位齒輪相嚙合，分別接通各擋位離合器，即可實(shí)現(xiàn)上述擋位；換擋通過(guò)電控開關(guān)控制電磁閥的吸合來(lái)實(shí)現(xiàn)，換擋力小，操縱簡(jiǎn)便、輕巧。變速器前進(jìn)擋通過(guò)三對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)，倒退擋則通過(guò)四對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)，傳動(dòng)效率較高。該變速器前進(jìn)擋和倒退擋的擋位比差較合理()，適合裝載機(jī)的頻繁換擋工況。該變速器與單級(jí)、單相、三元件液力變矩器相匹配，可用于 ZL40/50 裝載機(jī)傳動(dòng)系。應(yīng)用新型雙變（變矩器和變速器），計(jì)算結(jié)果表明所達(dá)到的車輛動(dòng)力性要好