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1、河 北 建 筑 工 程 学 院 本科毕业设计（论文）题目ZL50装载机总体及行星变速箱设计（第二排行星架）全套图纸，加153893706学 科 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机094 姓 名： 指 导 教 师： 摘要Zl50装载机是我国轮式装载机系列中的中型产品，该机是一种较大型的以装卸散状物料为主的工程机械，广泛应用于矿山、基建、道路修筑、港口、货场、煤场等地进行装载、推土、铲挖、起重、牵引等作业。本设计的步骤简单如下：1.对装载机的总体进行分析，确定总体参数；2.牵引计算，确定出各档及各档传动比；3.对装载机进行整体布置，并绘出总体布置图；4.变速箱的设计，这是本设计中最主要
2、的部分，确定传动比，设计传动简图，配齿计算，得出齿圈、行星轮、太阳轮的齿数，并验算其合理性。然后进行齿轮设计；5.对离合器，轴、轴承的设计及选择。此设计中，主要任务是设计变速箱及第二行星排，设计中采用了行星式动力换挡变速箱，它具有3个离合器和3根轴，且轴安装在壳体内，使变速箱结构简单、便于维修。变速箱具有两个前进挡和一个后退档，可以产生三个速度。关键词： 装载机 液力机械传动系统 行星式动力换挡变速箱TABSTRACTThe loader ZL50 iswheel type and it is more bigger among the series made in our country.I
3、t is suitable for loading discharging materials and it applies for mine、capital contuction、road builing 、port、field、coalfield and carries loading 、pushing dust 、diging rising weightThe design of the simple steps are as follows: 1.the overall loader analysis , to determine the overall parameters; 2.
4、traction calculation, determine the gear and the gear ratio; 3 .to loader for the overall layout, and draw the overall layout; 4.design of gearbox ,and it is the design of the main parts determination of design, transmission ratio, transmission diagram, gear tooth number calculation, the ring gear,
5、a planet wheel, sun wheel, and check the rationality. Then the design of the clutch gear; 5. design and selection of shaft, bearing.In my design, I adopt counter shaft power shift transmissions construction is simple and maincenance is easy .the transmission has two forward and one reverse gear ,it
6、can provide three speedsKEY WORDS: lorder liquid engine driving system Hydraulic torque conventer power shift gearbox目录第1章 前言 1第2章 总体设计 2 2.1 概述 2 2.2 选择确定总体参数 2 2.3 装载机底盘部件型式设计 11第3章 牵引计算 22 3.1 柴油机与变矩器联合工作的输入与输出特性曲线 22 3.2 确定档位及各档传动比 28 3.3 运输工况牵引特性曲线 31 3.4 求出各档最高车速并分析牵引特性 33第4章 总体布置 35 4.1 总体布置草
7、图的基准 35 4.2 各组成部件的位置 35 4.3 计算平衡重 394.4 桥荷的分配 404.5 验算轮胎载荷 424.6 总体布置图 43第5章 行星式动力换挡变速箱设计 435.1 传动比的确定 44 5.2 传动简图设计 45 5.3 配齿计算 475.4 离合器设计 535.5 齿轮设计 565.6 轴的设计 595.7 轴承的选择计算 64第6章 毕业设计小节 66参考文献68毕业实习报告 69附：英文翻译 英文原文设计项目计算与说明结果第1章前言第1章前言 ZL50轮式装载机是一种较大型的以装卸散状物料为主的工程机械，因其具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，所以
8、对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。 ZL50轮式装载机是高效率、用途广泛的工程机械，广泛应用于建筑、矿山、道路、水电和国防建设等国民经济各个部门，不仅对松散的堆积物料可以进行装、运、卸等作业，还可以对岩石、硬土进行轻度挖掘工作。ZL50轮式装载机属于ZL系列，采用轮式行走系，液力机械传动系，铰接式车架工作装置采用液压操纵。此类装载机具有机动性好、转向灵活、生产率高、操纵轻便等特点，一般后桥布置为摆动桥，增加了整机的稳定性，所以该机的安全性好。ZL50轮式装载机为四轮驱动装载机，作业时以全轮驱动，空车运输时，为
9、防止寄生功率，仅用前轮驱动，因此后桥的传动可以用啮合套脱开。ZL50装载机采用液压与液力机械传动，具有变速平稳、传动比大、作业效率高和无级变速等特点，应用十分广泛。其变速器采用行星齿轮变速器，换档操纵为液压式。ZL50装载机的主要特点：采用双涡轮变矩器、具有两个前进档一个倒退档的双行星传动动力换档变速器，以及能实现脱起动，内燃机熄火转向，排气制动的“三合一”机构。设计项目计算与说明结果第2章 总体设计2.1 概述2.2选择确定总体参数2.3装载机底盘部件型式选择第3章 牵引计算3.1柴油机与变矩器联合工作的输入与输出特性曲线3.2确定装载机的档位数及各档传动比3.3 装载机的运输工况的牵引特性
10、曲线3.4求出各档最高车速,分析装载机的牵引性能第四章、总体布置第五章 行星式动力换档变速箱设计5.1传动比的确定5.2传动简图设计5.3配齿计算5.4离合器设计5.5 齿轮设计 5.6轴的设计5.7轴承的选择计算第2章 总体设计2.1 概述总体设计是极为关键的环节，是对所设计的机械的总设想。总体设计的成败关系到整部机械的经济技术指标，直接决定了机械设计的成败。总体设计指导机构设计和部件设计的进行，在接受设计任务以后，应进行深入细致的调查研究。收集国内外同类机械的有关资料。了解当前国内外装载机的使用、生产、设计和科研情况，并进行分析比较，制定总的设计原则。设计原则应当保证保证所设计机型符合的方
11、针、政策。在满足使用要求的基础上，力求结构合理，技术先进，经济性好，寿命长。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。装载机总体参数的选择就是对装载机主要性能提出总体的要求，作为整机和总体设计的依据。总的设计原则：1遵守“三化”：零件标准化、产品系列化、部件2采用“四新”：新技术、新结构、新材料、新工艺。3满足“三好”：好制造、好使用、好维修。装载机总体参数主要包括：发动机功率，载重量，装载机自重，车速，牵引力，铲起力，轴距，轮距，最大卸载高度，最小转向半径，轮胎尺寸，整机外形尺寸。2.2选择确定总体参数目前，装载机的总体设计中有计算
12、法、类比法及综合运用计算等三种设计方法，限于我们的条件，我们的设计采用计算法和类比法综合运用的方法，比较法就是参考国内外已有的同类型机种的参考尺寸，结合我们要设计的机型的具体要求，参照确定其参数尺寸。总体参数的确定包括以下内容：2.2.1确定轴距和轮距1轴距是装载机总体设计中的主要尺寸，一般是用比较法初步选取，然后通过绘制总布置，才能准确地选定轴距。轴距L的主要影响以下三个方面的性能：（1）轴距增大，有利于提高整车的纵向稳定性。轴距增加还可以减少装载机在行驶中之前后颠覆，提高行驶平稳性，减少司机疲劳。（2）轴距增长如其它条件不变时，最小转弯半径增加。（3）轴距增长，相应的车架、传动轴等都要增长
13、，所以装载机自重增加。此外，轴距的改变，还会影响车架受力和整机的通过性。2大部分装载机前后轮距相同，且前后轮用相同的轮胎。（1）轮距增加，可提高整机横向稳定性，但最小转弯半径将增加，影响机动性。（2）轮距增加会造成铲斗斗宽的增加。因为在作业中要保护轮胎不被碰伤，一般铲斗要比轮胎宽50100mm（单侧），所以轮距增加，铲斗宽度相应加宽，这样就降低单位斗刃长度上的插入力。综上所述，参考同类产品初选：轴距 3300mm 轮距 2200mm2.2.2初选轮胎:装载机多在松软、潮湿或干硬不平的地面上工作，为了降低接地比压，增加轮胎支承面积，改善附着性能和缓冲性能，多采用低压宽基轮胎。在国外，宽基轮胎多采
14、用无内胎轮胎，它工作安全，散热性好，寿命较长。必要时其内部还可注入氯化钙溶液，以增加装载机作业时的稳定性和附着性能。轮式装载机的轮胎费用占整机费的10%15%，占装载机使用费用的25%50%，因此，正确的选择轮胎，延长轮胎的使用寿命，对降低生产成本，具有重要的意义。装载机的轮胎应根据轮胎所受负荷，作业场地情况和运输距离来选择。它除了满足一定的承载能力外，还需要有很好的耐磨、抗穿刺性、牵引性、散热性和缓冲性能。对于常在松软地面上作业的装载机，为了发挥其牵引力，要求轮胎有较好附着性能，应采用牵引型轮胎，其特点是轮胎表面沟槽宽度大于凸起花纹的宽度（二倍以上），能使花纹压入软土中，产生比较大的抓土能力
15、。花纹呈“八”字形或“人”字型，具有较好的自动排除沟槽中泥土的能力，它的橡胶层薄，散热快，因此可在较高的速度下运转。轮式装载机在矿山、碎石厂作业时，轮胎外侧最易受损伤，为了保护轮胎，或将外部胎肩部分加厚，或将外侧半个胎面作成光胎面，采用耐切割的胶料，以提高抗切割性能。对于用在矿山碎石硬路面作业的装载机，要求轮胎具有耐磨和抗穿刺的能力，应采用岩石型轮胎，其特点是凸起花纹的宽度大于槽宽，橡胶层厚，花纹深，不易被尖刀刺穿或切割，使其在岩石等硬地面作业时使用寿命长。但其散热差，不宜作长距离或高速行使。综上所述，参照同类产品，初选轮胎规格为23.525 越野宽基轮胎轮胎最大宽度为:615mm 轮胎最大外
16、直径为:1627mm充气压力:前轮0.280.32MPa 后轮0.270.29MPa2.2.3初定斗宽和斗型:铲斗的设计要求是：1铲斗是直接用来切削，收集，运输和卸出物料，装载机工作时的插入能力及铲掘能力是通过铲斗直接发挥出来的，铲斗的结构形状及尺寸直接影响装载机的作业效率和工作可靠性，所以减少切削阻力和提高作业销率是铲斗结构设计的主要要求。2铲斗是在恶劣的条件下工作，承受很大的冲击载荷和剧烈的磨削，所以要求铲斗具有足够的强度和刚度，同时要耐磨。3根据载重物料的容重，铲斗有多种形式。铲斗可做成带齿和不带齿的两种，斗齿的作用是在铲斗插入料堆时，减少铲斗与料堆的作用面积，使插入力作用在斗齿上，破坏
17、物料结构，因而带齿的斗尖有较大的插入堆料的能力，适宜于铲装矿石和坚实物料。齿型的选择应考虑插入阻力和耐磨两个因素，并且要便于更换。尖齿（长而窄）插入力较强，但不耐磨；钝齿（宽而宽）则较耐磨，然而插入阻力大，一般轮式装载机多用前者，履带式多用后者。斗齿的数目视斗宽而定，一般平均齿距在150350mm间较合适，实验证明，斗齿过密，齿间易嵌料，插入阻力反而增大。斗齿有整体式和分体式两种，中小型装载机多用前者，大型装载机由于作用条件恶劣，斗齿磨损厉害，则常用分体式。基本齿与铲斗刃一般均以螺栓或铆钉连接，齿尖则以水平销固定在基本齿上，这种连接方式，水平受力小，且不易脱落，并易于更换。铲斗是装铲物料的工具
18、，它的斗型和结构是否合理，直接影响装载机的生产率。在设计工作装置连杆机构之前，首先要确定铲斗的几何形状和尺寸，因为它与连杆机构的设计有密切联系。图2-1铲斗图2-1所示是一个焊接结构的铲斗，底板上的主切削刃和侧板上侧刀刃2均由耐磨材料制成；在铲斗的上方有挡板3把斗后壁加高，以防止斗举高以保护斗底，并加强斗的刚度。 直线型刀刃适宜用于装载轻质和松散小颗粒物料，并可利用刀刃作刮平、清理场地工作；V型刀刃便于插入堆料，有利于改善作业装置的偏载，适宜于铲装较密实的物料。由于它的斗刃突出，影响卸载高度。综合以上分析，并参考同类机型本设计选用直线型切削刃，带斗齿。铲斗底壁长L=707mm。斗宽B=轮距+轮
19、胎宽+2a=2240+615+2（50100） =29553055mma铲斗外侧突出轮胎的尺寸，通常取50100mm2.2.4计算作业阻力：装载机在进行挖掘作业时的作业阻力主要有：铲斗插入料堆的插入阻力、提升动臂时的掘起阻力、翻起转斗时的转斗阻力矩。1.掘起阻力掘起阻力是当铲斗插入料堆一定深度后，利用动臂举升或转斗时，料堆对铲斗的垂直反作用力。作用在斗齿后100mm处.铲起阻力同样受到物料的块度、松散性、容积比重、温度、湿度、物料之间及物料与斗壁之间的摩擦影响。最大的铲起阻力发生在铲斗刚刚开始提升的时刻，随着动臂的提高，铲起阻力逐渐减小。铲起阻力可用下列经验公式确定： N=2.2BKcos 式
20、中动臂开始提升时，铲斗忍运动方向与地面垂直线之间的夹角，初算时可取为3040。K铲斗开始提升物料时的剪切阻力（KN/m3）剪切阻力需通过实验确定，如对于块度100300mm的已松散岩石（花岗岩），如参考书表24所示；已松散岩石的平均剪切阻力可定为35KN/m2。考虑本机工作情况及铲斗形状、尺寸等因素，各值选取如下： lZa=707mm=0.707m B=2940mm=2.94m K=35KN/m =30代入上式计算掘起阻力N：N=2.20.7072.943500cos30 =12.969KN装载机作业时的工作阻力受作业对象（物料性质、粒度大小、料堆高度等）、地面条件、铲斗结构和司机操作水平等因
21、素的影响，其变化很大，因而采用公式计算的方法很难得到确切的工作阻力值，往往误差较大，一般仅用于设计专用装载机，在已知各系数值的前提下用作设计依据，或作为通用装载机的设计参考。2.插入阻力插入阻力是装载机铲斗插入料堆时，料堆对铲斗的水平反作用力。它是由下列各项阻力组成，铲斗前端的水平切削刃和两侧壁切削刃上的阻力；铲斗底侧壁内表面与物料的摩擦阻力；铲斗底外表与料堆之间的摩擦阻力；这些阻力与物料性质、料堆高度、铲斗插入料堆深度和铲斗结构等因素有关，经实验研究得到的下列公式，可用来计算确定总的插入阻力。 （N） 参考书IP31式中：对于松散程度较好的物料：块度300mm时，块度400mm时， 块度50
22、0mm时，如物料松散程度较差，上述各值增大2040%；对于细粒料（如砾石等）；K1=0.450.5；对于小块细料：K1=0.75 ； B-铲斗宽度（cm）；由任务书知 K1=1.1K2物料种类（容积比重）的影响系数：由表1-2，取K2=0.12K3散状物料堆高度影响系数。由表1-3，取K3=1.0K4考虑铲斗形状的系数，一般在1.1-1.8之间,取K4=1.25对于前刃不带齿的斗，K4取最大值，本机取K4=1.25由此得 =1.11.1270.71.252991.01.25=10148（公斤）99.45KN2.2.5装载机的使用重量:装载机作业时要发挥大的插入力,必须要求机器有足够的自重,增加
23、附着性能.但机器自重的增加,将会导致装载机运行阻力增大动力性能变差,材料和燃料消耗增加,轮胎寿命缩短,以及造价提高.对于一般土壤,如附着重量过大,当其比压超过某一极限而破坏土壤结构时甚至使附着性能反而变坏.因此在设计时应在保证一定附着牵引力的前提下尽量使机器的自重降低,具有同极作业能力和寿命的机器,其自重越小,往往说明其总体布置,材料利用和部件设计的合理性,一般可用单位自重功率或单位斗容自重来反映,它是机械技术性能的重要比较指标之一。装载机是在行进中插入料堆的,如不计惯性影响装载机在水平地面欲克服插入阻力PT所需要的牵引力为 = 牵引力Pkp的最大值受地面附着条件限制,可列出下式: 式中: 附
24、着力 =装载机附着重量 附着系数(查表) 由上两式可求得装载机为克服最大插入阻力PTmax所必需之附着重量：对于全轮驱动,附着重量为装载机自重 PTmax=即=99.28/0.75=133KN参考同类机型选取176.4KN(自重为18吨）2.2.6确定发动机功率:装载机作业时，发动机净功率（飞轮功率）消耗两部分：牵引功率和驱动液压泵功率。1.牵引功率是由发动机经传动系驱动装载机行驶的功率。可按下式计算：N1=PkVT/270(马力)式中： Pk额定轮缘切线牵引力VT装载机插入料堆的理论作业速度； 取34km/h，这里取3.5km/h。传动系总效率，机械传动0.85-0.88，液力机械传动0.6
25、0.75，这里取0.7 Pk=PH+Pf PH= H Pf=f式中：装载机空载附着重量，取176.4KN H额定附着重量利用系数，它是相应于额定滑转率时的附着重量利用系数轮式装载机取H0.450.55之间，取0.5。 f滚动阻力系数，依参考书表12取f=0.04 则：Pk=176.40.5+176.40.04 =95.256KN=9.72(吨) N1=（9525.63）/（2700.7）=151.2（马力）2.驱动液压泵功率：装载机用的柴油机工作条件恶劣，负载大，应选用按一小时功率标定的工程机械用柴油机，如选用车用柴油机，因它是按15分钟标定功率的，建议将其功率降低1020%使用。装载机上所用
26、的油泵有：作业泵（供工作装置液压缸用）、转向泵（供转向液压缸用）、变速泵（供动力换档速箱和变矩器冷却用）等。装载机不同工况，驱动液压泵所需功率是不同的。当装载机作直线行驶、工作装置不动作时，作业泵，转向泵处于空转状态，计算时作业泵和转向泵的空载压力（一般取500KPa）、变速泵取工作压力计算，此时驱动液压泵所需功率很小。当装载机边走边操纵斗动作时，作业泵工作压力高，流量大，驱动油泵所需功率大。作业泵的计算压力应取多大需视不同机型而异。驱动油泵功率，一般N2=0.2Ne,Ne=N1+N2,即Ne=N1/0.8=151.2/0.8=189(马力)。选择电动机型号：6135Q-1 柴油机 额定功率
27、：220马力2.2.7最大卸载高度和相应的卸载距离：最大卸载高度是根据装载机的结构型式和它相配合作业的运输车辆来确定。根据上述要求，所需最大卸载高度Hmax可由下式确定：Hmax=H1+H=H1+0.193B=H1+0.2B P42式中： H1运输车辆车箱离地面高度（mm）；B车箱宽度（mm）为了保证装于运输车辆中的物料在运输过程中不撒落地面，要求物料在车箱中堆高的自然倾角30；为了使铲斗能把物料均匀地卸在车箱里，要求铲斗卸料时，（其卸载角345）其斗刃离车箱壁不小于B/3。必须的卸载距离S由下式计算： S=B/3+b式中： b根据安全作业，卸载时装载机前端与运输车辆之间所保持的必要距离， 取
28、b200400mm参考同类机型及轮胎式装载机基本参数，取Hmax=3090mm，S=1130mm2.2.8档位和车速的确定:轮式装载机各档速度推荐取下列数值：前进档速度取34km/h，对于液力机械传动，它是相应于变矩器最高效率max工况时的理论作业速度。超过以上速度驾驶员来不及操纵，反而延长铲斗装满时间，增加驾驶员疲劳，降低生产效率。前进档即运输档由于装载机车架一般均非弹性悬挂，车速不宜过高，最高车速小于40km/h。倒档为缩短作业循环时间，一般要求作业时的回程速度比前进速度高2540%，。本机为ZL50装载机，为较大型装载机，故参考河北宣化工程机械厂同类产品取二后一：前进档 011.5km/h 前进档 035km/h 倒档 016.5km/h2.3装载机底盘部件型式选择2.
