【文章內(nèi)容簡介】 ，合理地選擇機型、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)書已對部分結(jié)構(gòu)進行規(guī)定，再通過對現(xiàn)有機型類比、分析，ZL50裝載機總體布置確定如下： 確定機型及總成部件結(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與履帶式裝載機相比有如下優(yōu)點： a）自重輕，行走速度快，機動性好，作業(yè)循環(huán)時間短，作業(yè)效率高，運輸及修理費用低。 b）輪胎式裝載機在碎石硬路面作業(yè)時因輪胎有緩沖作用對機器沖擊振動較小，可延長機器壽命，減輕家事員疲勞等。 傳動形式的選擇 此次裝載機傳動系的設(shè)計采用液力機械傳動系，因為它與機械傳動系相比具有以下優(yōu)點： a）在保持一定插入力的同時舉升動臂或轉(zhuǎn)動鏟斗以減少鏟掘阻力，縮短作業(yè)循環(huán)時間。 b）可隨外載荷的變化而自動調(diào)整車速，因而可減少變速箱換擋，簡化變速機構(gòu)與操作。 c）液力機械傳動配有動力換擋變速箱，其可在不停車情況下?lián)Q擋，操作輕便、動力換擋時間短、生產(chǎn)率高。 d）變矩器的可透性小，當運行阻力變化時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化小。 變矩器形式的選擇由于裝載機作業(yè)時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]到裝載機工作條件和工作特點以及變矩器的結(jié)構(gòu)簡單、可靠和便于制造，因此選用內(nèi)功率分流二級渦輪變矩器。 圖41 變矩器傳動簡圖 變速箱形式的選擇 根據(jù)設(shè)計要求和現(xiàn)代裝載機的工況，選擇行星動換擋變速箱。它與定軸式變速箱相比有如下優(yōu)點： 零件加工精度高、傳動效率高、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，采用制動器不產(chǎn)生離心力，無需旋轉(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： a）車輪無需相對車身偏轉(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，機動性好，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度。 d)通過性好，前后橋零件基本通用，結(jié)構(gòu)簡單，簡化制造工藝成本低。 制動系的選擇 一個完整的制動系應(yīng)包括三部分：行車制動器、停車制動器和緊急制動器。裝載機是循環(huán)作業(yè)并連續(xù)工作的機器，它制動頻繁、制動強度較高、作業(yè)條件惡劣，經(jīng)常與水泥路面打交道，因而對制動器的要求除了考慮制動效能、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)定的制動性能。 2）為適應(yīng)頻繁制動和確保下坡連續(xù)制動的安全，制動器散熱要快。 3）壽命要長，便于調(diào)整和維修。 由于鉗盤式制動器與蹄式制動器相比有如下優(yōu)點： a）制動性能穩(wěn)定，有較好的沾水復(fù)原性，即不會因沾水有泥水而導(dǎo)致之動力矩急劇下降。制動器圓盤外露于空間，有自動清除泥水的功能，容易干燥。 b）耐熱衰減性好，不會因摩擦生熱是摩擦系數(shù)減少而導(dǎo)致之動力矩的明顯下降。散熱條件好，保證了頻繁制動時的可靠性。 c）制動器無增力作用，制動力矩的增長平穩(wěn)。 d）維修方便，摩擦片磨損后可自動調(diào)整間隙。更換摩擦片方便，不需要拆卸輪胎輪邊減速裝置，可減少機器停工時間。 故采用鉗盤式制動器。 輪胎的選擇 因為裝載機多在松軟、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。參考同類型機器，—25輪胎，其半徑為762mm。 裝載機各部件總體布置 總體布置的合理與否，直接影響整車的使用性能與經(jīng)濟指標，使總體設(shè)計的主要任務(wù)之一。 各部件在車上布置基準的選擇：選取前后車橋中心連線作為上下位置的基準；通過前后橋軸線垂直地面的平面為前后位置的基準；左右位置則以縱向?qū)ΨQ軸線為基準。 發(fā)動機與傳動系的布置 選擇發(fā)動機、變矩器和變速箱三者為一體的方案。其優(yōu)點是：軸向尺寸短，便于軸距短的機器總體布置；三部件可組裝成一個總體一次安裝，使總裝工序簡化，可減少部件間的郵路管道，增加可靠性。 裝載機發(fā)動機和變矩器布置簡圖如下： 1——變速箱 2——變矩器 3——發(fā)動機裝 圖42 發(fā)動機、變矩器及變速箱的連接方式 鉸接點和傳動萬向節(jié)的布置 選取鉸接點布置在軸距的中點。車輛行駛前后輪的軌跡始終相同。一次可得到以下優(yōu)點：后輪始終沿著前輪壓過的車轍運動，減少運動阻力，其車轍的轉(zhuǎn)向半徑最小，可通過狹小難走的路段；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，當雙軸驅(qū)動時，前后軸間轉(zhuǎn)速差，減少了輪胎的磨損。 擺動橋的布置 將裝載機的后橋作為擺動橋。此類布置可使裝載機作業(yè)時駕駛員隨前車架一起擺動，因而易于體會鏟斗刃口與水平面的傾角，可以正確的進行水平鏟掘工作。 工作裝置的布置 工作裝置布置在整機前端，在滿足動臂在最高位置時的卸載要求和動臂在最低位置鏟斗不干涉的前提下動臂支點盡量向后布置，這樣可以提高整機穩(wěn)定性，便于機構(gòu)設(shè)計和提臂液壓缸的布置。同時，在考慮工作裝置不妨礙司機視線和確保司機的作業(yè)安全前提下，盡量使動臂和車架鉸點位置提高。 駕駛室的布置 駕駛室的布置應(yīng)使操作用的傳動機構(gòu)簡單，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前后距離一定的條件下，鉸接式裝載機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，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的折腰程度，增加安全感，降低疲勞強度，同時構(gòu)造簡單，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)向油缸獨立布置。同時，為了使結(jié)構(gòu)緊湊避免由于中間傳動環(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，兩個轉(zhuǎn)向液壓缸在平面內(nèi)稱“八”字形布置。 裝載機的軸荷分配 裝載機的軸荷分配是否合理，直接影響裝載機很多使用性能。如牽引性、通過性和穩(wěn)定性等。另外，還會影響零部件尺寸選擇和強度計算。 由于鉸接式裝載機的軸距不整體式車架的軸距長，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，而且提高整機穩(wěn)定性。因此初步確定軸荷分配為： 空載時前橋軸荷占整機重45%50%滿載時前橋軸荷占整機重65%75%第5章 裝載機工作裝置的設(shè)計 裝載機的工作裝置是由鏟斗、升降動臂的液壓缸、連桿機構(gòu)組成，用以完成鏟掘、裝載作業(yè)。對中小型裝載機，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 裝載機工作裝置應(yīng)滿足如下要求： 1)鏟斗的運動軌跡符合作業(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)簡單，自重輕、受力合理、強度高；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，操作簡單和維修方便。 鏟斗的設(shè)計鏟斗是鏟裝物料的工具，它的斗型與結(jié)構(gòu)是否合理，直接影響裝載機的生產(chǎn)率。參考同類型機器以及根據(jù)機器的作業(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)計要求1）鏟斗是直接用來切削、收集、運輸和卸出物料，裝載機工作時插入能力及鏟掘能力是通過鏟斗直接發(fā)揮出來的，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸直接影響裝載機的作業(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度和剛度，同時要耐磨。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，因作業(yè)對象較廣，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，插入力可以集中作用在斗刃中間部分，易于插入料堆；同時對減少“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，偏載工況對工作機構(gòu)的強度影響嚴重，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，在裝載機作業(yè)時，插入力由斗齒分擔，形成較大的比壓，利于插入密實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，對主要用于鏟裝巖石或密實物料的裝載機，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切削阻力有影響：對稱齒形的切削阻力比不對稱齒形的大；一般中型裝載機鏟斗的斗齒間距為250~300mm左右，太大時由于切削刃將直接參與插入工作，使阻力增大，太小時，齒間易卡住石塊，也將增大工作阻力。長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載荷不大于500~600kg為宜。3）鏟斗的側(cè)刃 因為側(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)計成弧形。4）斗型形狀因在設(shè)計鏟斗時要考慮斗體內(nèi)的流動性，減少物料在斗內(nèi)移動或滾動阻力，同時要有利于在鏟裝粘性物料時有良好的倒空性。 圖52 特殊鏟斗鏟斗底板的弧度（圓弧半徑R，見圖52）越大，鏟掘時泥土的流動性越好但對流動性差的巖石等，則應(yīng)將底邊加長而弧度減小，使鏟斗容積加大，比較容易鏟取，但是，底邊過長，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，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l、后壁高h和張開角四個參數(shù)確定，如圖56所示。圓弧半徑r越大，物料進入鏟斗的流動性越好，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是指鏟斗上緣至圓弧與后壁切點間的距離。底臂長l是指斗底壁的直線段長度。L長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。由實驗得知，插入阻力隨鏟入料堆的深度而急劇增加。L長亦會減小卸載的高度。L短則掘起力大，且由于卸料時鏟斗刃口降落的高度小，還可減小動臂舉升高度，縮短作業(yè)時間，但這會減小斗容。對裝載輕質(zhì)物料的鏟斗，l可選擇大些；對鏟裝巖石的鏟斗，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。適當減小張開角并使斗底壁對地面有一定的斜度，可減小插入料堆時的阻力，提高鏟斗的裝滿程度。鏟斗的寬度應(yīng)大于裝載機兩前輪外側(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損傷輪胎側(cè)壁，并增加行駛時輪胎的阻力。2）鏟斗的鏟刃 工作狀態(tài)時鏟刃與地面夾角為“”，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總體參數(shù)有關(guān)。因此鏟斗的其他參數(shù)依據(jù)它來決定，鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑可按下計算： (51) 圖57 鏟斗基本參數(shù)簡圖：幾何斗容