【正文】 ....................39致謝.....................................................................................................................................40參考文獻(xiàn).............................................................................................................................41附錄 ...............................................................................................................................42 1 緒論 裝載機概述中國是世界裝載機產(chǎn)銷大國，裝載機行業(yè)一直由國人主導(dǎo)，占有非?？捎^的市場份額。又加上市場競爭的影響，我國裝載機市場表現(xiàn)出持續(xù)而快速的增長步伐。本報告分析研究了我國裝載機市場的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，深入了解裝載機行業(yè)，客觀分析市場發(fā)展存在問題，并提出一定建議，對我國裝載機市場的認(rèn)識和把握有一定的幫助。其主要功能是對土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料進(jìn)行鏟裝及短距離運輸作業(yè)，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。在道路，特別是在高等級公路施工中，裝載機用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場的集料與裝料等作業(yè)。由于裝載機具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優(yōu)點，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機種之一。1958年，上海港口機械廠首先測繪并試制了67kw斗容量為1m3的裝載機。該機采用單橋驅(qū)動、滑動齒輪變速。1962年國外出現(xiàn)鉸接式裝載機后,天津工程機械化研究所與天津交通局于1965年聯(lián)合設(shè)計了z425型鉸接式裝載機。zl50型裝載機經(jīng)過幾年的實踐考核，證明性能良好、結(jié)構(gòu)先進(jìn)，為后來我國zl系列裝載機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。我國生產(chǎn)的裝載機以zl系列為主。如wa4701為引進(jìn)日本小松公司裝載機原機型號，fl460為引進(jìn)日本古河礦業(yè)公司裝載機原機型號，kld85z和kld95z為引進(jìn)日本川崎重工裝載機原機型號，等等。國民經(jīng)濟的發(fā)展與國家基建規(guī)模及資金投入的增大，促進(jìn)了我國裝載機行業(yè)的迅速發(fā)展。 裝載機的現(xiàn)狀及發(fā)展在我國工程機械行業(yè)市場中，裝載機市場是一個發(fā)展最為成熟，也是一個發(fā)展最為與眾不同的分支市場，其市場銷量最大，但利潤卻是最低，而市場銷量又一直保持持續(xù)的增長走勢。2009年中國裝載機行業(yè)全行業(yè)總銷售量為22萬臺左右，比2008年的19萬臺，%，凈增了27366臺，其凈增量超過了中國裝載機行業(yè)“八五”以前任何一年的總銷售量。國內(nèi)產(chǎn)能過剩的壓力和企業(yè)自身走出國門的目標(biāo)，促使裝載機的出口銷售增長迅速。盡管如此，裝載機出口量只占總銷量的5%左右，出口潛力仍然巨大。特別是受益出口銷量的增長，我國裝載機市場正呈出一些新的發(fā)展特點。 我國裝載機行業(yè)的自主品牌通過十幾年的發(fā)展，在跨國公司強勢品牌的重重包圍之下，摸爬滾打，走出了一條自主發(fā)展的道路，并逐漸發(fā)展壯大，牢牢控制了國內(nèi)90%以上的市場份額。同時國產(chǎn)裝載機產(chǎn)品以其出色的性價比優(yōu)勢，已經(jīng)開始在國際市場上嶄露頭腳，呈現(xiàn)出較好的發(fā)展勢頭。經(jīng)過連續(xù)數(shù)年的高速發(fā)展, 裝載機等工程機械傳統(tǒng)產(chǎn)品的市場保有顯著增大, 市場漸趨飽和。以資源組為主要方向的企業(yè)整合不可避免，現(xiàn)有近百家小型生產(chǎn)企業(yè)面臨被兼并、轉(zhuǎn)產(chǎn)或倒閉, 其中包括產(chǎn)能低于2000臺的企業(yè)。外資的進(jìn)入，使得中國裝載機市場高低端產(chǎn)品不再涇渭分明。 　　我國裝載機正在從低水平、低質(zhì)量、低價位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價位、經(jīng)濟實用型過渡。根據(jù)國外裝載機的發(fā)展特點及外部環(huán)境影響，專家預(yù)測未來裝載機的主要發(fā)展趨勢是： 　　1)大型化與微型化仍是產(chǎn)品系列化的兩極方向。 　　3)安全性及舒適性是產(chǎn)品發(fā)展的重要目標(biāo)。 5) 技術(shù)進(jìn)步、人才培養(yǎng)和售后服務(wù)將成為企業(yè)生存的三大關(guān)鍵內(nèi)在因素。世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家著名的裝載機制造商幾乎全部進(jìn)入中國，不少國有和民營企業(yè)也看好中國的裝載機市場，紛紛進(jìn)入裝載機行業(yè)，進(jìn)行裝載機產(chǎn)品的生產(chǎn)和開發(fā)，而且產(chǎn)品的產(chǎn)量隨著市場的需求量的提高而不斷增長。但是必須注意，中國目前雖然已成為裝載機需求和生產(chǎn)的大國，但決不是強國。在裝載機關(guān)鍵的核心技術(shù)研究與掌握方面，國內(nèi)企業(yè)與國外企業(yè)差距很大，特別是國內(nèi)企業(yè)在裝載機的基礎(chǔ)理論研究方面投入的人力、財力嚴(yán)重不足。由于歷史的原因，原本的國有裝載機企業(yè)因為人才流失，資金不足，技術(shù)不高，造成自主研發(fā)能力不高，設(shè)計方法落后；而改革開放后的合資企業(yè)和外資企業(yè)，只是根據(jù)國外的設(shè)計圖紙進(jìn)行批量生產(chǎn)，基本不進(jìn)行設(shè)計，所以中國的裝載機設(shè)計手段比較落后，常常憑借經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計制造，造成生產(chǎn)的裝載機存在一些缺陷，在三包期間常出現(xiàn)故障，做不到等壽命設(shè)計，對廠商和買家造成不小的經(jīng)濟損失。這種開發(fā)過程的周期長、風(fēng)險大、成本高、上市慢，限制了企業(yè)的市場競爭力。并且，裝載機作業(yè)外載荷又復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的材料力學(xué)方法難以滿足設(shè)計上的需要。 （1）驅(qū)動橋輪邊行星傳動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，包括2KH（NGW）型行星傳動中太陽輪齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、傳動比的優(yōu)化，輪邊幾何尺寸計算及齒輪變位系數(shù)的分配計算，并對太陽輪進(jìn)行了強度校核。 （3）基于以上研究開發(fā)了前進(jìn)四擋、后退四擋的定軸式動力換檔變速器，并通過變矩器原始特性試驗、液力變速器（雙變總成）性能試驗和主機牽引性能試驗等，對理論研究和設(shè)計計算進(jìn)行了試驗驗證，得出新設(shè)計的傳動系配置合理的結(jié)論，車速和牽引力均較原傳動系有所提高。 2 驅(qū)動橋輪邊傳動設(shè)計根基設(shè)計要求要設(shè)計的裝載機為前卸輪式裝載機，采用六桿反轉(zhuǎn)機構(gòu)，動力換擋，濕式鉗盤制動，鉸接式車架，采用液壓操縱。分為輪式和履帶式，輪式一般由橋殼、主減速器、差速器和半軸、輪邊減速器等組成。此外，驅(qū)動橋還是承重裝置和行走支承裝置。行星傳動根據(jù)基本構(gòu)件的組成分為2KH、3K和KHV三種，其中基本構(gòu)件的代號中K代表中心輪，H代表轉(zhuǎn)臂，V代表輸出軸。這些構(gòu)件的轉(zhuǎn)動軸線稱為主軸線。驅(qū)動橋輪邊減速行星齒輪傳動一般結(jié)構(gòu)為太陽輪為主動件，與半軸用花鍵相連，從動件為行星架，與車輪相連，齒圈固定不動，與橋殼相連，因而屬于2KH（NGW）結(jié)構(gòu)。若用、分別代表太陽輪、齒圈和行星輪的齒數(shù)，則其傳動比為 公式中，傳動比表示當(dāng)齒圈b固定時，主動件太陽輪a對從動件行星架X的傳動比；則表示當(dāng)行星架X固定時，主動件太陽輪a對從動件齒圈b的傳動比。由于原ZL40裝載機驅(qū)動橋主減速器較為薄弱，擬采用較為可靠的C216橋的主減速器（）替代原ZL50橋主減速器（）?；驹O(shè)計要求確定后，對ZL40/50裝載機輪邊減速進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，確定齒數(shù)、變位系數(shù)和主要尺寸。行星輪數(shù)是3～6的離散變量，為簡化可作為常數(shù)輸入，故設(shè)計變量為： 式（）式中：為太陽輪齒數(shù)；m為齒輪的模數(shù)；B為齒輪的寬度；i為輪邊行星傳動的傳動比，從節(jié)省材料、減輕重量出發(fā)建立目標(biāo)函數(shù)。行星齒輪傳動最優(yōu)化設(shè)計的基本條件有，齒輪的齒數(shù)應(yīng)滿足傳動比條件、同心條件、鄰接條件和裝配條件。（1）傳動比條件對于NGW型的行星齒輪傳動，按傳動比 式（）可得 式（）若令 則 式（）顯然Y必須為整數(shù)值。即由太陽輪和行星輪組成的所有嚙合副的實際中心距必須相等，稱之為同心條件。行星輪與內(nèi)齒圈內(nèi)嚙合副實際中心距為應(yīng)保證 = 對非變位、高度變位、等嚙合角的角度變位傳動，則兩嚙合副的齒數(shù)和應(yīng)相等，即 由此可得： 或 式()將代入式（），又可得到同心條件的另一種表達(dá)式： 圖22 同心和鄰接條件 式（）在這種條件下，為了使行星輪的齒數(shù)為整數(shù)，兩個中心輪（太陽輪和齒圈）的齒數(shù)必須同為奇數(shù)或偶數(shù)，也就是說Y值必須為偶數(shù)。此時兩中心輪的齒數(shù)不必同為奇數(shù)或偶數(shù)，Y值也不必一定為偶數(shù)。設(shè)計時，外嚙合宜用大嚙合角，通常取嚙合角=。為使相鄰兩個行星輪不互相碰撞，必須保證它們齒頂之間在連心線上有一定的間隙。這就是鄰接條件。鄰接條件與和之值有關(guān)。前者反映了對機構(gòu)承載能力的限制，后者反映了對機構(gòu)傳動比的限制。在設(shè)計行星傳動時，通常已知傳動比，選取行星輪個數(shù)。當(dāng)需要進(jìn)一步提高承載能力，減小傳動裝置的尺寸和重量時，在滿足鄰接條件下可采用＞3，但必須采用有合理的均載措施，也就是使各行星輪均勻分擔(dān)載荷。常見的不同類型的均載機構(gòu)有：基本構(gòu)件如太陽輪、內(nèi)齒圈或行星架浮動、彈性元件、杠桿聯(lián)動等。它與上述傳動比條件、鄰接條件和同心條件是互相依存的。當(dāng)NGW型行星輪個數(shù)≠1時，第一個行星輪裝入并與兩個中心輪嚙合后，兩個中心輪的相對位置就確定了。如圖23所示，2π/為相鄰兩行星輪所夾的中心角。在這期間，中心輪a轉(zhuǎn)過的角度由傳動比確定，即 為了在位置Ⅰ裝入行星輪，要求此時中心輪a在位置Ⅰ的相應(yīng)輪齒和它轉(zhuǎn)動角之前的位置完全相同。即 M==整數(shù)將值帶入上式可得 =整數(shù) 式()只要滿足上式就可在位置Ⅰ再裝入行星輪。式（）表明，NGW型行星傳動的裝配條件與行星齒輪齒數(shù)無關(guān)，也就是說與是否采用角度變位傳動無關(guān)，只要兩中心輪齒數(shù)之和為行星輪個數(shù)的整數(shù)倍即可。使用混合懲罰函數(shù)法，即對于等式約束條件，構(gòu)造外罰函數(shù)，對于不等式約束條件，構(gòu)造內(nèi)罰函數(shù)，這樣構(gòu)造的混合罰函數(shù)為：min 式中使用了統(tǒng)一的懲罰因子............當(dāng)k→∞時，lim=0為數(shù)學(xué)模型中的不等式約束條件，為等式約束條件。具體方法如下：，1）在第一層最優(yōu)解附近，根據(jù)模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)系列，對模數(shù)進(jìn)行圓整。2）齒數(shù)圓整后的最優(yōu)解。再把齒數(shù)、模數(shù)視為常量而形成第三個目標(biāo)函數(shù)及約束條件。變位系數(shù)選擇和分配的好壞，對齒輪的承載能力、傳動質(zhì)量、磨損的影響很大。1）齒數(shù)的確定計算：計算并初選: ，為適應(yīng)變位需要，初選按，查參考文獻(xiàn)[10]，得到預(yù)計嚙合角=26176。2）ac傳動計算計算未變位時的中心距初算中心距變動系數(shù)計算中心距并圓整：，圓整取a=108實際中心距變動系數(shù)：計算嚙合角得 計算總變位系數(shù)：校核：查參考文獻(xiàn)[10]，介于曲線P7及P8之間，有利于提高接觸強度和彎曲強度，可用。57′46″計算總變位系數(shù)：計算： =+=至此，得到輪邊設(shè)計的全部參數(shù)。在NGW型行星齒輪傳動中，外嚙合的太陽輪往往是傳動中的薄弱環(huán)節(jié)。另外，在約束條件中未列出輪齒接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度要求，故需對齒輪進(jìn)行強度校核。太陽輪為表面硬化的直齒輪，采用20CrMnTi材料,齒面滲碳淬火，心部硬度大于HRC32，精度等級為8級。為使用系數(shù)，原動機為多缸內(nèi)燃機，但液力傳動減小了載荷沖擊，為動載系數(shù)，經(jīng)計算得=為齒向載荷分布系數(shù)，對硬齒面非對稱布置取=為齒間載荷分配系數(shù)，為復(fù)合齒形系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[10]為彎曲強度計算時的重合度系數(shù)，經(jīng)計算得到： =輪邊輪齒的彎曲疲勞許用應(yīng)力式中，為齒輪材料的彎曲疲勞強度基本值,=920 ?2； 為彎曲強度計算的壽命系數(shù)；由最高車速為40km/h，可求得車輪即行星架的轉(zhuǎn)速為142r/min，太陽輪的轉(zhuǎn)速為625r/min,若驅(qū)動橋的設(shè)計壽命為5000～1000小時，由參考文獻(xiàn)[18]得太陽輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 =按照齒根彎曲應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)及太陽輪為表面淬火的滲碳鋼查得=；為相對齒根圓角敏感系數(shù)，取=1；為相對齒根表面狀況系數(shù)，取Y=；為彎曲強度計算的尺寸系數(shù)，查得=；為彎曲強度最小安全系數(shù)，得 = = 648MPa故有，滿足強度條件要求。本章對裝載機輪邊行星減速傳動進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，建立了齒數(shù)、模數(shù)等主要設(shè)計變量的目標(biāo)函數(shù)及其應(yīng)滿足的約束條件，應(yīng)用混合懲罰函數(shù)法和多層優(yōu)化法得到了優(yōu)化結(jié)果。 3 變矩器和變速器傳動系統(tǒng)的研究設(shè)計目前國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠家ZL40裝載機所采用的液力變速器由雙渦輪液力機械變矩器和前二后一行星式變速器組成。與之相配的變速器為有兩個行星排構(gòu)成的行星傳動動力變速器，通過三個操作件，即兩個制動器和一個離合器，來實現(xiàn)前二后一共三個擋位，=，=，=。這種液力變速器