【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，合理地選擇機(jī)型、各總成結(jié)構(gòu)形式、性能參數(shù)及整體尺寸等并行合理布置。由于任務(wù)書已對(duì)部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)定，再通過(guò)對(duì)現(xiàn)有機(jī)型類比、分析，ZL50裝載機(jī)總體布置確定如下： 確定機(jī)型及總成部件結(jié)構(gòu)形式 行走裝置的選擇 從作業(yè)條件與對(duì)象，作業(yè)效率與成本，以及駕駛員的工作條件等因素出發(fā)，行走裝置選擇輪胎式裝載機(jī)與履帶式裝載機(jī)相比有如下優(yōu)點(diǎn)： a）自重輕，行走速度快，機(jī)動(dòng)性好，作業(yè)循環(huán)時(shí)間短，作業(yè)效率高，運(yùn)輸及修理費(fèi)用低。 b）輪胎式裝載機(jī)在碎石硬路面作業(yè)時(shí)因輪胎有緩沖作用對(duì)機(jī)器沖擊振動(dòng)較小，可延長(zhǎng)機(jī)器壽命，減輕家事員疲勞等。 傳動(dòng)形式的選擇 此次裝載機(jī)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)采用液力機(jī)械傳動(dòng)系，因?yàn)樗c機(jī)械傳動(dòng)系相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： a）在保持一定插入力的同時(shí)舉升動(dòng)臂或轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗以減少鏟掘阻力，縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間。 b）可隨外載荷的變化而自動(dòng)調(diào)整車速，因而可減少變速箱換擋，簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)與操作。 c）液力機(jī)械傳動(dòng)配有動(dòng)力換擋變速箱，其可在不停車情況下?lián)Q擋，操作輕便、動(dòng)力換擋時(shí)間短、生產(chǎn)率高。 d）變矩器的可透性小，當(dāng)運(yùn)行阻力變化時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化小。 變矩器形式的選擇由于裝載機(jī)作業(yè)時(shí)牽引力和車速的變化范圍大，并且變化急劇、頻繁，工作條件苛苦，因此要求所選用的變矩器因具有較大的變換系數(shù)B?？紤]到裝載機(jī)工作條件和工作特點(diǎn)以及變矩器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠和便于制造，因此選用內(nèi)功率分流二級(jí)渦輪變矩器。 圖41 變矩器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 變速箱形式的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)代裝載機(jī)的工況，選擇行星動(dòng)換擋變速箱。它與定軸式變速箱相比有如下優(yōu)點(diǎn)： 零件加工精度高、傳動(dòng)效率高、受力分散、齒輪模數(shù)小、齒輪、軸承工作條件好。重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，采用制動(dòng)器不產(chǎn)生離心力，無(wú)需旋轉(zhuǎn)密封、作用可靠。 轉(zhuǎn)向方式的選擇 由于在重量的要求，選取鉸鏈轉(zhuǎn)向方式，它與其他幾種轉(zhuǎn)向方式相比有如下優(yōu)點(diǎn)： a）車輪無(wú)需相對(duì)車身偏轉(zhuǎn)，可采用大尺寸寬基面低壓輪胎以發(fā)揮更大的牽引力。 b)轉(zhuǎn)向半徑小，機(jī)動(dòng)性好，有利于提高生產(chǎn)率。 c)容易保持前后橋上合理分配，保持較好的穩(wěn)定性，減少駕駛員的疲勞強(qiáng)度。 d)通過(guò)性好，前后橋零件基本通用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化制造工藝成本低。 制動(dòng)系的選擇 一個(gè)完整的制動(dòng)系應(yīng)包括三部分：行車制動(dòng)器、停車制動(dòng)器和緊急制動(dòng)器。裝載機(jī)是循環(huán)作業(yè)并連續(xù)工作的機(jī)器，它制動(dòng)頻繁、制動(dòng)強(qiáng)度較高、作業(yè)條件惡劣，經(jīng)常與水泥路面打交道，因而對(duì)制動(dòng)器的要求除了考慮制動(dòng)效能、效率外還有如下要求： 1）在附有泥、水等惡劣的使用條件下，應(yīng)保證有比較穩(wěn)定的制動(dòng)性能。 2）為適應(yīng)頻繁制動(dòng)和確保下坡連續(xù)制動(dòng)的安全，制動(dòng)器散熱要快。 3）壽命要長(zhǎng)，便于調(diào)整和維修。 由于鉗盤式制動(dòng)器與蹄式制動(dòng)器相比有如下優(yōu)點(diǎn)： a）制動(dòng)性能穩(wěn)定，有較好的沾水復(fù)原性，即不會(huì)因沾水有泥水而導(dǎo)致之動(dòng)力矩急劇下降。制動(dòng)器圓盤外露于空間，有自動(dòng)清除泥水的功能，容易干燥。 b）耐熱衰減性好，不會(huì)因摩擦生熱是摩擦系數(shù)減少而導(dǎo)致之動(dòng)力矩的明顯下降。散熱條件好，保證了頻繁制動(dòng)時(shí)的可靠性。 c）制動(dòng)器無(wú)增力作用，制動(dòng)力矩的增長(zhǎng)平穩(wěn)。 d）維修方便，摩擦片磨損后可自動(dòng)調(diào)整間隙。更換摩擦片方便，不需要拆卸輪胎輪邊減速裝置，可減少機(jī)器停工時(shí)間。 故采用鉗盤式制動(dòng)器。 輪胎的選擇 因?yàn)檠b載機(jī)多在松軟、潮濕或干硬的地面上工作。為了降低比壓，增加輪胎支撐面積，改善附著性能和緩沖性能。故采用低壓寬基輪胎。參考同類型機(jī)器，—25輪胎，其半徑為762mm。 裝載機(jī)各部件總體布置 總體布置的合理與否，直接影響整車的使用性能與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使總體設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。 各部件在車上布置基準(zhǔn)的選擇：選取前后車橋中心連線作為上下位置的基準(zhǔn)；通過(guò)前后橋軸線垂直地面的平面為前后位置的基準(zhǔn)；左右位置則以縱向?qū)ΨQ軸線為基準(zhǔn)。 發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的布置 選擇發(fā)動(dòng)機(jī)、變矩器和變速箱三者為一體的方案。其優(yōu)點(diǎn)是：軸向尺寸短，便于軸距短的機(jī)器總體布置；三部件可組裝成一個(gè)總體一次安裝，使總裝工序簡(jiǎn)化，可減少部件間的郵路管道，增加可靠性。 裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器布置簡(jiǎn)圖如下： 1——變速箱 2——變矩器 3——發(fā)動(dòng)機(jī)裝 圖42 發(fā)動(dòng)機(jī)、變矩器及變速箱的連接方式 鉸接點(diǎn)和傳動(dòng)萬(wàn)向節(jié)的布置 選取鉸接點(diǎn)布置在軸距的中點(diǎn)。車輛行駛前后輪的軌跡始終相同。一次可得到以下優(yōu)點(diǎn)：后輪始終沿著前輪壓過(guò)的車轍運(yùn)動(dòng)，減少運(yùn)動(dòng)阻力，其車轍的轉(zhuǎn)向半徑最小，可通過(guò)狹小難走的路段；前橋內(nèi)外側(cè)輪的轉(zhuǎn)速和等于后橋內(nèi)外側(cè)輪的轉(zhuǎn)速和，當(dāng)雙軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，前后軸間轉(zhuǎn)速差，減少了輪胎的磨損。 擺動(dòng)橋的布置 將裝載機(jī)的后橋作為擺動(dòng)橋。此類布置可使裝載機(jī)作業(yè)時(shí)駕駛員隨前車架一起擺動(dòng)，因而易于體會(huì)鏟斗刃口與水平面的傾角，可以正確的進(jìn)行水平鏟掘工作。 工作裝置的布置 工作裝置布置在整機(jī)前端，在滿足動(dòng)臂在最高位置時(shí)的卸載要求和動(dòng)臂在最低位置鏟斗不干涉的前提下動(dòng)臂支點(diǎn)盡量向后布置，這樣可以提高整機(jī)穩(wěn)定性，便于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和提臂液壓缸的布置。同時(shí)，在考慮工作裝置不妨礙司機(jī)視線和確保司機(jī)的作業(yè)安全前提下，盡量使動(dòng)臂和車架鉸點(diǎn)位置提高。 駕駛室的布置 駕駛室的布置應(yīng)使操作用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作省力、方便，以保證駕駛員具有良好的視野和舒適、安全的工作環(huán)境。 在駕駛好似位置相對(duì)前后距離一定的條件下，鉸接式裝載機(jī)的駕駛室的布置主要有以下兩種方案：一、駕駛室布置在前車架后端；二、駕駛室布置在后車架前端。 結(jié)合以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，初步擬定駕駛室布置在后車架的前端。此布置形式可使前后視野良好，駕駛員能直接了解裝載機(jī)的折腰程度，增加安全感，降低疲勞強(qiáng)度，同時(shí)構(gòu)造簡(jiǎn)單，有利于加工制作，提高工作效率。 轉(zhuǎn)向系的布置 由于鉸接裝載機(jī)轉(zhuǎn)向所需功率比車架偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向方式大，故轉(zhuǎn)向油缸獨(dú)立布置。同時(shí)，為了使結(jié)構(gòu)緊湊避免由于中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的間隙所引起的不穩(wěn)定，將轉(zhuǎn)向器與控制閥組成一體。將轉(zhuǎn)向液壓缸布置在前車架上，兩個(gè)轉(zhuǎn)向液壓缸在平面內(nèi)稱“八”字形布置。 裝載機(jī)的軸荷分配 裝載機(jī)的軸荷分配是否合理，直接影響裝載機(jī)很多使用性能。如牽引性、通過(guò)性和穩(wěn)定性等。另外，還會(huì)影響零部件尺寸選擇和強(qiáng)度計(jì)算。 由于鉸接式裝載機(jī)的軸距不整體式車架的軸距長(zhǎng)，在保證同樣穩(wěn)定性前提下軸距增加即可減少后橋軸荷，這樣即可減少配重，降低車重，而且提高整機(jī)穩(wěn)定性。因此初步確定軸荷分配為： 空載時(shí)前橋軸荷占整機(jī)重45%50%滿載時(shí)前橋軸荷占整機(jī)重65%75%第5章 裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì) 裝載機(jī)的工作裝置是由鏟斗、升降動(dòng)臂的液壓缸、連桿機(jī)構(gòu)組成，用以完成鏟掘、裝載作業(yè)。對(duì)中小型裝載機(jī)，一般還常配有可以更換的工作裝置，以適應(yīng)多種作業(yè)的需要 裝載機(jī)工作裝置應(yīng)滿足如下要求： 1)鏟斗的運(yùn)動(dòng)軌跡符合作業(yè)要求，即要滿足鏟掘、裝載的要求； 2)要滿足卸載高度和卸載距離的要求，保證動(dòng)臂在任何位置能卸凈鏟斗中的物料； 3)在滿足作業(yè)要求的前提下，工作裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自重輕、受力合理、強(qiáng)度高；4)保證駕駛員具有良好的工作條件，確保工作安全，視野良好，操作簡(jiǎn)單和維修方便。 鏟斗的設(shè)計(jì)鏟斗是鏟裝物料的工具，它的斗型與結(jié)構(gòu)是否合理，直接影響裝載機(jī)的生產(chǎn)率。參考同類型機(jī)器以及根據(jù)機(jī)器的作業(yè)要求和斗容的大小，選擇直型帶齒鏟斗。這種斗具有交大的插入能力，提高了作業(yè)效率，適宜鏟裝輕質(zhì)或松散的小粒物料并可利用刀刃做刮平，清理工作。 鏟斗設(shè)計(jì)要求1）鏟斗是直接用來(lái)切削、收集、運(yùn)輸和卸出物料，裝載機(jī)工作時(shí)插入能力及鏟掘能力是通過(guò)鏟斗直接發(fā)揮出來(lái)的，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機(jī)的作業(yè)效率和工作可靠性，所以減少切削阻力和提高作業(yè)效率是鏟斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求。2）鏟斗是在惡劣的條件下工作的，承受很大的沖擊載荷和劇烈的磨削，所以要求鏟斗具有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)要耐磨。3）根據(jù)裝載物的容重，鏟斗做成三種類型：~。用于土方工程的裝載機(jī)，因作業(yè)對(duì)象較廣，因此多采用正常斗容的通用鏟斗，以適應(yīng)鏟裝不同物料的需要。 鏟斗斗型的結(jié)構(gòu)分析1） 切削刃的形狀鏟斗切削刃的形狀根據(jù)鏟掘物料的種類不同而不同，一般分為直線型和非直線型兩種（圖51）。直線型切削刃簡(jiǎn)單并利于地面刮平作業(yè)，但切削阻力較大。非直線型切削刃有V型和弧型等，裝載機(jī)用得較多的是V型斗刃。這種切削刃由于中間突出，在插入料堆時(shí)，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆；同時(shí)對(duì)減少“偏載切入”有一定的效果。但鏟斗的裝滿系數(shù)要求小于直線型斗刃的鏟斗。輪式裝載機(jī)多工作條件惡劣，任務(wù)繁重，插入和掘起阻力都很大，偏載工況對(duì)工作機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度影響嚴(yán)重，所以多選用非直線形切削刃，并以V形切削刃為佳。 （a） （b）圖51 鏟斗結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（a）直線型切削刃；（b）V型切削刃2）鏟斗的斗齒裝有斗齒的鏟斗，在裝載機(jī)作業(yè)時(shí)，插入力由斗齒分擔(dān)，形成較大的比壓，利于插入密實(shí)的料堆疏松物料或掘起大的塊狀物料，便于鏟斗的插入，斗齒磨損后容易更換。因此，對(duì)主要用于鏟裝巖石或密實(shí)物料的裝載機(jī)，其鏟斗均裝有斗齒。用于插入阻力較小的松散物料或粘性物料，其鏟斗可以不裝斗齒。 斗齒的形狀和間距對(duì)切削阻力有影響：對(duì)稱齒形的切削阻力比不對(duì)稱齒形的大；一般中型裝載機(jī)鏟斗的斗齒間距為250~300mm左右，太大時(shí)由于切削刃將直接參與插入工作，使阻力增大，太小時(shí)，齒間易卡住石塊，也將增大工作阻力。長(zhǎng)而狹窄的齒比寬而短的齒的切削阻力要小。但太窄又容易損壞，所以齒寬以每厘米長(zhǎng)載荷不大于500~600kg為宜。3）鏟斗的側(cè)刃 因?yàn)閭?cè)刃參與插入工作，為減小插入阻力，側(cè)壁前刃應(yīng)與斗前臂成銳角，弧線或折線型側(cè)刃的插入阻力比直線型側(cè)刃小，但弧線或折線型側(cè)刃容易從兩側(cè)泄漏物料，不利于鏟斗的裝滿，適于鏟裝巖石。為了不使斗容減小太多，一般可將連接前后斗壁的側(cè)壁刃口設(shè)計(jì)成弧形。4）斗型形狀因在設(shè)計(jì)鏟斗時(shí)要考慮斗體內(nèi)的流動(dòng)性，減少物料在斗內(nèi)移動(dòng)或滾動(dòng)阻力，同時(shí)要有利于在鏟裝粘性物料時(shí)有良好的倒空性。 圖52 特殊鏟斗鏟斗底板的弧度（圓弧半徑R，見圖52）越大，鏟掘時(shí)泥土的流動(dòng)性越好但對(duì)流動(dòng)性差的巖石等，則應(yīng)將底邊加長(zhǎng)而弧度減小，使鏟斗容積加大，比較容易鏟取，但是，底邊過(guò)長(zhǎng)，則鏟斗的鏟起力變小，且鏟斗料堆的插入阻力與刃口的插入深度成比例的急劇增加，圖53所示。相反，如底邊短，不但鏟斗的鏟起力大，而且卸載時(shí)，斗刃口的降落高度小，也易于將物料卸凈。因此，鏟斗轉(zhuǎn)鉸銷的位置已近于刃口處為好，在極端時(shí)也有將轉(zhuǎn)鉸銷布置在鏟斗內(nèi)部，如圖54所示。 （a） （b） 圖53 鏟斗插入阻力與插入深度的關(guān)系 （a）插入角度；（b）插入阻力與深度的關(guān)系 圖54 鏟斗鉸點(diǎn)布置在鏟斗內(nèi)部的示意圖 鏟斗斷面形狀和基本參數(shù)確定1） 鏟斗的斷面形狀 圖55 帶分體式斗齒鏟斗鏟斗的斷面形狀（如圖55）由鏟斗圓弧半徑r、底臂長(zhǎng)l、后壁高h(yuǎn)和張開角四個(gè)參數(shù)確定，如圖56所示。圓弧半徑r越大，物料進(jìn)入鏟斗的流動(dòng)性越好，有利于減少物料裝入斗內(nèi)的阻力，卸料快而干凈。但r過(guò)大，斗的開口大，不易裝滿，且鏟斗外形較高，影響駕駛員觀察鏟斗刃的工作情況。 圖56 鏟斗外側(cè)寬度示意圖后壁高h(yuǎn)是指鏟斗上緣至圓弧與后壁切點(diǎn)間的距離。底臂長(zhǎng)l是指斗底壁的直線段長(zhǎng)度。L長(zhǎng)則鏟斗鏟入料堆深度大，斗易裝滿，但掘起力將由于力臂的增加而減小。由實(shí)驗(yàn)得知，插入阻力隨鏟入料堆的深度而急劇增加。L長(zhǎng)亦會(huì)減小卸載的高度。L短則掘起力大，且由于卸料時(shí)鏟斗刃口降落的高度小，還可減小動(dòng)臂舉升高度，縮短作業(yè)時(shí)間，但這會(huì)減小斗容。對(duì)裝載輕質(zhì)物料的鏟斗，l可選擇大些；對(duì)鏟裝巖石的鏟斗，l應(yīng)取小些。鏟斗張開角為鏟斗后壁與底壁間的夾角，一般取45~52。適當(dāng)減小張開角并使斗底壁對(duì)地面有一定的斜度，可減小插入料堆時(shí)的阻力，提高鏟斗的裝滿程度。鏟斗的寬度應(yīng)大于裝載機(jī)兩前輪外側(cè)間的寬度，每側(cè)要寬出50~100mm。如鏟斗寬度小于兩前輪外側(cè)間的寬度，則鏟斗鏟取物料后所形成料堆階梯會(huì)損傷輪胎側(cè)壁，并增加行駛時(shí)輪胎的阻力。2）鏟斗的鏟刃 工作狀態(tài)時(shí)鏟刃與地面夾角為“”，鏟刃的寬度一般比鏟斗外側(cè)寬度寬20~40mm，這樣有利于保護(hù)鏟斗兩側(cè)板， 鏟刃角度左右，刃口角； 鏟刃厚度一般比斗壁厚10~15mm，材料選高強(qiáng)度耐磨板，如瑞典HARDOX500。3）鏟斗斗壁 鏟斗斗壁與鏟刃的角度這樣可以減少斗壁的磨損，同時(shí)減小插入阻力；鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑是指鏟斗的轉(zhuǎn)鉸中心與切削刃之間的距離（圖57），由于鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑不僅影響鏟起力和插入阻力的大小，而且與卸載高度和卸載距離等整機(jī)總體參數(shù)有關(guān)。因此鏟斗的其他參數(shù)依據(jù)它來(lái)決定，鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑可按下計(jì)算： (51) 圖57 鏟斗基本參數(shù)簡(jiǎn)圖：幾何斗容