ZL50裝載機液力傳動系統(tǒng)的設(shè)計研究

1、ZL50裝載機液力傳動系統(tǒng)的設(shè)計研究摘 要本文采用先進的機械設(shè)計理論對ZL50裝載機液力變速系統(tǒng)進行設(shè)計計算，首先，根據(jù)裝載機的速度和最大牽引力要求設(shè)計裝載機的液力變速系統(tǒng)；然后，通過對裝載機進行牽引特性計算和對傳動系統(tǒng)進行發(fā)熱計算并且評價其性能，為裝載機的總體設(shè)計提供可靠的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：裝載機 液力變矩器 變速器 匹配 牽引特性。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2011屆本科生畢業(yè)論文The Design and Calculate of Hydraulic Shift System of ZL50 LoaderABSTRACTThis paper designs the hydraulic shi

2、ft system of ZL50 loader with advanced mechanism theory .Frist, according to the request of speed and maximum drawing force ,design the the hydraulic shift system of ZL50 loader. Then calculating the loader drawing characteristic and the temperature rise of drive system and evaluate their performanc

3、e .Therefore a reliable theoretic basis is laid for the collectivity design.Keywords: Loader Hydraulic torque converter transmission matching drawing characteristic II目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1選題的目的意義11.2 ZL50裝載機的簡介11.3國內(nèi)外研究綜述22 ZL50裝載機傳動系統(tǒng)主要部件的選型42.1傳動系統(tǒng)的概述42.2 發(fā)動機的選擇42.3液力變矩器的選擇與設(shè)計63 發(fā)動機與液力變矩器聯(lián)合工作的

4、設(shè)計計算113.1 已知參數(shù)113.2 YJ375匹配WD615 67G3-28發(fā)動機輸出特性的求解123.3 發(fā)動機與變矩器聯(lián)合工作的評價164 變速器的設(shè)計計算184.1 傳動比的確定184.2結(jié)構(gòu)型式及配齒情況204.3關(guān)鍵零部件的設(shè)計與強度校核225 WD615 67G3-28發(fā)動機與YJ375變矩器牽引特性計算375.1 ZL50裝載機各主要參數(shù)375.2 牽引特性計算385.3 各檔的牽引特性計算465.4 整車性能分析505.5本章小結(jié)516 總結(jié)52參考文獻53附 錄54文獻翻譯56謝 辭661 緒論1.1選題的目的意義ZL50裝載機是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、

5、礦山等建設(shè)工程的土石方施工機械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)速度的加快，汽車行業(yè)向著自動化和系統(tǒng)化的方向前進著，各項建筑施工（比如公路建設(shè)，房屋建設(shè)等）也要求工程機械制造廠進行產(chǎn)品更新?lián)Q代，使其動力、性能、效率等不斷改進。此論文就是對裝載機的設(shè)計與研究使裝載機更新?lián)Q代，主要是通過對發(fā)動機與變矩器匹配的優(yōu)化、變速器檔位設(shè)計等來使裝載機具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操作輕便等方面的優(yōu)化。從而滿足我們發(fā)展建設(shè)的需要。1.2 ZL50裝載機的簡介ZL50裝載機1.2.1 ZL50裝載機的用裝載機主要用來鏟、裝、卸、運土和石料一類

6、散狀物料，也可以對巖石、硬土進行輕度鏟掘作業(yè)。如果換不同的工作裝置，還可以完成推土、起重、裝卸其他物料的工作。在公路施工中主要用于路基工程的填挖，瀝青和水泥混凝土料場的集料、裝料等作業(yè)。由于它具有作業(yè)速度快，機動性好，操作輕便等優(yōu)點，因而發(fā)展很快，成為土石方施工中的主要機械。1.2.2分類常用的單斗裝載機，按發(fā)動機功率，傳動形式，行走系結(jié)構(gòu)，裝載方式的不同進行分類。1、發(fā)動機功率：功率小于74kw為小型裝載機。功率在74147kw為中型裝載機功率在147515kw為大型裝載機功率大于515kw為特大型裝載機2、傳動形式：液力機械傳動，沖擊振動小，傳動件壽命長，操縱方便，車速與外載間可自動調(diào)節(jié)，

7、一般在中大型裝載機多采用；液力傳動：可無級調(diào)速、操縱間便，但啟動性較差，一般僅在小型裝載機上采用；電力傳動：無級調(diào)速、工作可靠、維修簡單、費用較高，一般在大型裝載機上采用。3、行走結(jié)構(gòu)：輪胎式：質(zhì)量輕、速度快、機動靈活、效率高、不易損壞路面、接地比壓大、通過性差、但被廣泛應(yīng)用；履帶式：接地比壓小，通過性好、重心低、穩(wěn)定性好、附著力強、牽引力大、比切入力大、速度低、靈活性相對差、成本高、行走時易損壞路面。4、裝卸方式：前卸式：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、視野好，適合于各種作業(yè)場地，應(yīng)用較廣；回轉(zhuǎn)式：工作裝置安裝在可回轉(zhuǎn)360O的轉(zhuǎn)臺上，側(cè)面卸載不需要調(diào)頭、作業(yè)效率高、但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、成本高、側(cè)面穩(wěn)性

8、較差，適用于較俠小的場地。后卸式：前端裝、后端卸、作業(yè)效率高、作業(yè)的安全性欠好。1.3國內(nèi)外研究綜述1.3.1新產(chǎn)品新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn) 近年來，輪式裝載機以圍繞提高效率、降低成本為核心，繼續(xù)向大型化、微型化發(fā)展，不斷推出新產(chǎn)品，加速更新?lián)Q代。微電子技術(shù)的突破性進展為輪式裝載機自動控制、狀態(tài)監(jiān)測及視線范圍內(nèi)遙控技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。柴油發(fā)動機自動控制噴油系統(tǒng)、變速箱自動控制換檔、性能參數(shù)和狀態(tài)監(jiān)測均取得重大進展，在視線內(nèi)遙控作業(yè)已進入實用階段，從而改善了性能，提高可靠性，縮短停機時間，增加生產(chǎn)能力，降低燃油消耗，取得了更大的經(jīng)濟效益。1.3.2國外裝載機發(fā)展的趨勢 國外裝載機發(fā)展的總體趨勢：以人為本

9、的設(shè)計思想得到充分體現(xiàn)，普遍采用了操縱力極小的電液比例控制技術(shù)、集中潤滑技術(shù)等。在大噸位的裝載機（如卡特）上還安裝了電視監(jiān)控系統(tǒng)。司機室設(shè)計更加人性化及豪華轎車化，空調(diào)及音響設(shè)備一應(yīng)俱全，懸浮式座椅上下前后左右隨意調(diào)節(jié)，以滿足操作者不同體態(tài)的要求，讓人感到操作這些設(shè)備簡直是一種享受。如公司型裝載機的駕駛室設(shè)計更為吸引人，室內(nèi)具備了多項實用特性，如電子監(jiān)控系統(tǒng)（）配有液晶顯示板（），新的伺服控制桿可對前進和倒退。國內(nèi)：我國輪式裝載機主要是20世紀70年代初期發(fā)展起來的，以ZL50型裝載機為主導(dǎo)產(chǎn)品，經(jīng)過多年的發(fā)展，質(zhì)量水平不斷提高，已經(jīng)形成獨立的產(chǎn)品系列和行業(yè)門類。與工程機械其他機種相比，輪式裝

10、載機的橋、箱、泵、閥及缸等零部件產(chǎn)品配套相對成熟，已經(jīng)形成了比較完整的配套體系。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，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。國內(nèi)裝載機市場的營業(yè)額近年來一直約占我國整個工程機械行業(yè)總營業(yè)額的半壁江山，其行業(yè)地位十分重要。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。2 ZL50裝載機傳動系統(tǒng)主要部件的選型2.1傳動系統(tǒng)的概述裝載機有四種傳動方式：機械式、全液壓式、液力機械式和電傳動式（電動輪）。目前已定型的國產(chǎn)裝載機一般采用液力機械傳動型式

11、的，如ZL30、ZL40、ZL50、ZL90、QJ-5型裝載機均系這種傳動方式。典型的輪胎式裝載機液力機械傳動系統(tǒng)的傳動路線是：發(fā)動機液力變矩器變速箱（包括分動箱）傳動軸主傳動裝置輪邊減速器輪輞輪胎。下面進行發(fā)動機與液力變矩器的選型及其特性的確定。圖2-1 典型輪胎式裝載機的傳動路線2.2 發(fā)動機的選擇【1】2.2.1 發(fā)動機功率的確定選擇額定載重量作為基本參數(shù)，根據(jù)發(fā)動機功率的經(jīng)驗計算公式 (2-1)式中發(fā)動機功率，；額定載重量，t由材料得到ZL50裝載機的額定載重量為5噸，所以得到發(fā)動機的功率為=152 2.2.2 發(fā)動機型號的選擇工程機械產(chǎn)品在設(shè)計中遵循環(huán)境保護的原則是必要的，是符合我國

12、可持續(xù)發(fā)展的總策略要求的，機械產(chǎn)品的設(shè)計應(yīng)考慮適應(yīng)生態(tài)環(huán)境發(fā)展的要求，這是一種機械產(chǎn)品設(shè)計理念的變革，是對傳統(tǒng)設(shè)計的一種修正和補充，工程機械通常以柴油機為動力源。已知發(fā)動機的功率Ne=152kw，可以選擇市場上功率相近的工程機械柴油發(fā)動機。濰柴動力生產(chǎn)的WD615系列工程機械柴油機充分考慮了工程機械的特殊要求，配套齊全，外形更美觀，具有更高的可靠性和更好的配套適應(yīng)性。因此我們選擇發(fā)動機型號為WD615 67G3-28的增壓發(fā)動機。其外特性曲線如下：圖2-2 發(fā)動機外特性曲線根據(jù)圖2-1得到發(fā)動機的外特性數(shù)據(jù)如下：（表2-1）nr/min11001200130014001500160017001

13、8001900200021002200MeN.m750800845870881883871855840815780745Ne8295108119130140150159161162163.5164ge2252202162122102092092112122132182222.3液力變矩器的選擇與設(shè)計2.3.1 設(shè)計方法液力變矩器是裝載機最主要的部件之一，它的性能直接影響到裝載機的牽引能力。當確定了發(fā)動機的型號的、規(guī)格并已知發(fā)動機的特性曲線后，下一步就是選擇液力變矩器的類型并按相似原理確定循環(huán)圓直徑，在必要時，也可重新設(shè)計液力變矩器。重新設(shè)計液力變矩器比較麻煩，工作量較大，而按相似原理設(shè)計比較簡

14、單和易于掌握，新設(shè)計的變矩器只要泵輪轉(zhuǎn)速不小于模型變矩器泵輪轉(zhuǎn)速的40%，則誤差在2%-3%之內(nèi)，所以具有足夠的精度，我國目前一般按相似原理設(shè)計變矩器。在現(xiàn)有的液力變矩器中，找一個結(jié)構(gòu)型式與性能滿足要求的變矩器作為模型，把各部分幾何尺寸按比例的放大和縮小，葉片安裝角度不變，便可以得到一個新尺寸的液力變矩器，它的原始特性曲線與作為模型的液力變矩器完全一致。當發(fā)動機和變矩器的型式都以選定后，影響共同工作性能的主要因素是變矩器的尺寸是否合理。否則發(fā)動機和變矩器本身的性能都很好，裝載機的性能仍會由于變矩器的尺寸不合適而不能滿足要求。2.3.2 選擇模型液力變矩器的參數(shù)是透過性、變矩系數(shù)和它的效率，這三

15、者是相互關(guān)聯(lián)的，而且是相互矛盾的。在一系列的現(xiàn)有液力變矩器中，選擇性能、結(jié)構(gòu)滿足給定條件的液力變矩器，作為模型。我們通過對裝載機特性的分析，我們在選擇裝載機的液力變速器時必須考慮相應(yīng)對策：變矩器必須具有零速工況變矩比大，效率較高，高效范圍寬等特性，因此我們選用山推采用引進國外先進技術(shù)生產(chǎn)的單級單相三元件液力變矩器YJ355變矩器（循環(huán)圓直徑=355 mm,變矩系數(shù)=2.38,最高效率=86.1%）作為模型。模型確定后，則變矩器的原始特性曲線如下：（為傳動比；為變矩系數(shù)；為效率；為泵輪力矩系數(shù)，）圖2-3 YJ355原始特性曲線由圖2-2得變矩器的原始特性參數(shù)如下： 表2-2 變矩器的原始特性數(shù)

16、據(jù)0.200.250.300.350.400.450.500.550.602.402.302.182.051.921.801.71.581.450.480.550.630.680.740.780.820.830.8522.522.522.522.522.522.522.522.522.50.620.640.660.680.700.720.740.760.781.381.361.331.260.670.650.620.600.580.8530.8530.8520.8470.8400.8350.8300.8200.81022.522.422.321.521.020.820.520.019.50.8

17、0.830.860.920.950.9810.980.910.830.690.620.550.580.7950.7700.7450.6850.6450.6050.611816.514.59.56112.3.3計算循環(huán)圓直徑裝載機的發(fā)動機和變矩器應(yīng)按部分功率匹配，即變矩器不傳遞發(fā)動機全部功率，因為裝載機發(fā)動機的一部分功率消耗在驅(qū)動輔助設(shè)備和油泵上面，由液力變矩器傳給行走機構(gòu)的功率僅是發(fā)動機額定功率的一部分。發(fā)動機的外特性曲線力矩Me去掉發(fā)動機輔助設(shè)備所消耗的力矩并減去遙控泵、變速泵和工作泵（輔助泵和轉(zhuǎn)向泵空載）工作所需的力矩得到曲線。以上作出的曲線是裝載機工作機構(gòu)不工作時發(fā)動機傳遞到行走機構(gòu)的力

18、矩，而曲線是裝載機用最大鏟取力進行鏟掘時，發(fā)動機傳遞到行走機構(gòu)上的力矩。很顯然，當裝載機在其他工況工作時，發(fā)動機傳遞到行走機構(gòu)上的力矩都在、曲線之間。在同一轉(zhuǎn)速時的、力矩值相差很大，由材料知道ZL50型裝載機，在發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速時，。統(tǒng)計表明，裝載機工作機構(gòu)不工作時，發(fā)動機傳遞到行走機構(gòu)上（即傳遞到液力變矩器上）的力矩，一般占發(fā)動機額定力矩的80%-90%，而裝載機用最大鏟取力進行鏟掘作業(yè)時，發(fā)動機傳遞到行走機構(gòu)的力矩僅占發(fā)動機額定力矩的30%-50%，這說明工作機構(gòu)消耗了發(fā)動機一半的功率。為了綜合考慮這個問題，實際設(shè)計中應(yīng)按M1、M2曲線的某一中間力矩值來確定變矩器與發(fā)動機的合理匹配。為此引入

19、當量力矩的概念，所謂當量力矩曲線，就是指在、曲線之間的某一假想力矩曲線（圖2-4），在計算變矩器循環(huán)圓直徑時，應(yīng)是代表變矩器效率最高的那條負荷拋物線與曲線在發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速n時相交，如圖2-4所示。這樣計算得到的變矩器循環(huán)圓直徑，使裝載機無論在哪種工況工作，均得到較好的圖2-4綜合性能。當量力矩的計算比較復(fù)雜，在實際上一般用乘上一個系數(shù)的方法得到，即使=。計算變矩器循環(huán)圓直徑D的計算公式如下：（m） （2-2）式中 發(fā)動機額定力矩，=850N.m；發(fā)動機降功率使用系數(shù)。采用工程機械柴油機時，=1；考慮裝載機工況變化和作業(yè)范圍不同的系數(shù)，該裝載機作為多種用途使用取=0.77；工作液體的密度，取=9

20、00；變矩器最高效率時的泵輪力矩系數(shù)，由所選模型變矩器的原始特性圖 上查得，=22.5；發(fā)動機最大功率時，曲軸轉(zhuǎn)速，=2200。代入數(shù)據(jù)計算得到=0.365m。2.3.4 確定線性比例尺設(shè)計變矩器計算得到了新設(shè)計的變矩器循環(huán)圓直徑D，按下式確定線形比例尺 （2-3）式中 作為模型的循環(huán)圓直徑，=0.355m。計算得到=1.02，按比例尺放大新設(shè)計的變矩器的各部分形狀，葉片安放角度與原模型相同。因此新設(shè)計的變矩器的型號為YJ355（循環(huán)圓直徑D=365mm,變矩系數(shù)=2.38,最高效率=86.1%），變矩器YJ355的原始特性曲線如圖（2-3）。3 發(fā)動機與液力變矩器聯(lián)合工作的設(shè)計計算3.1 已

21、知參數(shù)1 .WD615 67G3-28.發(fā)動機參數(shù)為：a 額定功率/轉(zhuǎn)速 162/2200（kW/r/min）b 最大扭矩/轉(zhuǎn)速 843/14505（N.m/t/min）0c 外特性最低燃油耗 210（g/kW.h）d. 怠速 65025(r/min)n 2.行駛速度： a 最高車速 34km/hb 最低穩(wěn)定車速 2km/h4.主減速器速比： =9.815.輪邊減器速比： =1.936.整車參數(shù)：a 整機操作質(zhì)量 =16800kgb 最大牽引力 P145KNc 額定載荷 =5000kgd.額定斗容 37.滾動阻力系數(shù)： 檔時取 f=0.08檔時取 f=0.1檔時取 f=0.05檔時取 f=0.

22、0358.機械傳動系統(tǒng)效率估計值： =0.899.變速器傳動效率估計值： =0.9210.輪胎滾動半徑： =0.625（m）11.牽引滑轉(zhuǎn)率曲線(參考TY420,附著系數(shù)取0.88)圖3-1 牽引滑轉(zhuǎn)率曲線3.2 YJ375匹配WD615 67G3-28發(fā)動機輸出特性的求解【2】3.2.1 WD615 67G3-28發(fā)動機當量轉(zhuǎn)矩的計算根據(jù)發(fā)動機外特性數(shù)據(jù)表（2-1）和=得到下表（3-1）：表 3-1nr/min12001300140015001600170018001900200021002200 kW800845870881883871855840815780745kW616650.766

23、9.9678.4679.9670.7658.4646.8627.6600.6573.73.2.2 YJ355公稱轉(zhuǎn)矩的計算由液力變矩器的計算方程式： （3-1）式中 液力變矩器的公稱轉(zhuǎn)矩，N.m；泵輪轉(zhuǎn)速，r/min；重力加速度，；這里取g=10變矩器的循環(huán)圓直徑，m；D=0.365m液體密度，；=900由圖2-3中可知其取值得到液力變矩器在不同的泵輪轉(zhuǎn)速時，液力變矩器的公稱轉(zhuǎn)矩如下表（3-2、3-3）： 表3-2 變矩器的公稱轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)（一）n M2 i 12001300140015001600170018000.2188.92221.72257.15295.19335.87379.16425

24、.080.25188.92221.72257.15295.19335.87379.16425.080.3188.92221.72257.15295.19335.87379.16425.080.35188.92221.72257.15295.19335.87379.16425.080.4188.92221.72257.15295.19335.87379.16425.080.45188.92221.72257.15295.19335.87379.16425.080.5188.92221.72257.15295.19335.87379.16425.080.55188.92221.72257.1529

25、5.19335.87379.16425.080.64188.08220.74256293.88334.37377.48423.190.68180.53211.87245.72282.07320.94362.31406.190.7176.33206.94240275.51313.47353.88396.740.72174.65204.97237.72272.89310.49350.51392.960.76167.93197.09228.58262.4298.55337.03377.850.8151.14177.38205.72236.16268.69303.33340.060.83138.551

26、62.6188.57216.48246.3278.05311.730.86121.75142.89165.72190.24213.45244.35273.940.9279.7793.62108.57124.64141.81160.09179.480.9550.3859.1368.5778.7289.57101.11113.350.988.49.8511.4313.1214.9316.8518.89表3-3 變矩器的公稱轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)（二）n M2 i 19002000210022002300240025000.2473.62524.79578.58635694.03755.7819.990.2547

27、3.62524.79578.58635694.03755.7819.990.3473.62524.79578.58635694.03755.7819.990.35473.62524.79578.58635694.03755.7819.990.4473.62524.79578.58635694.03755.7819.990.45473.62524.79578.58635694.03755.7819.990.5473.62524.79578.58635694.03755.7819.990.55473.62524.79578.58635694.03755.7819.990.64471.52522.4

28、6576632.17690.95752.34816.340.68452.57501.47552.87606.77663.19722.11783.540.7442.05489.8540592.66647.77705.32765.320.72437.84485.14534.87587.01641.6698.6758.030.76421466.48514.29564044616.92671.73728.880.8378.9419.83462.86508555.23604.59655.990.83347.32384.85424.29465.67508.96554.18601.320.86305.223

29、38.2372.86409.22447.27487.01528.430.92199.98221.58244.29268.11293.04319.07346.220.95126.3139.95154.29169.33185.08201.52218.660.9821.0523.3225.7128.2230.8533.5936.44根據(jù)表（3-1）和表（3-2）繪圖如下：發(fā)動機與液力變矩器輸出曲線3.2.3 YJ375匹配WD615 67G3-28的輸出特性曲線由圖3-2得到Y(jié)J375匹配WD615 67G3-28的輸出特性數(shù)據(jù)如下：表3-4 輸出特性數(shù)據(jù)iKMN.mNr/minPkWgegkW/h

30、MeMtNeNtPePt0.20 2.40 0.48 725 1738.9 2208 442 164 76.3 214.40.25 2.30 0.55 725 1567.1 2208 662 164 102.2 214.40.302.18 0.63725 1395.2 2208 883 164 121.4 214.40.35 2.05 0.68725 1309.3 2208 994 164 128.5 214.40.40 1.92 0.74725 1223.4 2208 1104 164 133.9 214.40.45 1.80 0.78 725 1120.4 2208 1236 164 13

31、8.1 214.40.501.70 0.82 725 1086.0 2208 1281 164 138.9 214.40.55 1.58 0.83 725 1051.6 2208 1325 164 139.5 214.40.60 1.45 0.85 725 1017.3 2208 1369 164 139.8 214.40.62 1.38 0.853725 1000.1 2208 1391 164 139.9 214.40.64 1.36 0.853 724 981.5 2209 1414 163 139.0 214.60.66 1.33 0.852 723 963.1 2211 1437 1

32、62 138.1 214.80.68 1.26 0.847 695 876.4 2213 1505 160 135.8 215.20.70 0.67 0.84 687 833.7 2214 1550 158 133.3 215.60.720.65 0.835 673 752.9 2222 1644 155 128.6 2160.74 0.62 0.83 635 650.2 2232 1741 144 116.5 217.90.76 0.60 0.82 553 500.7 2253 1870 125 105.0 2220.830.910.77435 332.0 2280 2029 115 82.

33、5 228092 0.69 0.685 335 231.9 2342 2155 85 58.1 2300.98 0.55 0.61 65 35.7 2406 2358 20 12.1 242由表3-3的數(shù)據(jù)繪圖3-3如下：圖3-3 YJ375匹配WD615 67G3-28的聯(lián)合輸出特性曲線3.3 發(fā)動機與變矩器聯(lián)合工作的評價發(fā)動機與液力變矩器共同工作是指發(fā)動機與液力變矩器共同工作輸入、輸出特性的變化規(guī)律當發(fā)動機與液力變矩器組合后，可視為一種新的動力裝置，具有新的性能特性發(fā)動機與液力變矩器共同工作輸入、輸出特性的確定是進行液力傳動車輛性能計算的基礎(chǔ)，是液力傳動車輛動力傳動系匹配及其優(yōu)化設(shè)計的前提

34、確定發(fā)動機與液力變矩器共同工作性能就是根據(jù)發(fā)動機的特性和液力變矩器的原始特性，確定共同工作輸入特性、共同工作區(qū)域及其輸出特性。由表3-2和表3-1得出變矩器和發(fā)動機匹配特性圖，如圖3-2所示，由于裝載機工作的特殊性（見第二章），我們應(yīng)該評價與變矩器的匹配，從圖中看出與變矩器高效率的曲線（從0.45-0.8，變矩器效率在80%以上）的交點處于發(fā)動機高功率段上，且處于調(diào)速段附近具有較大的扭矩儲備系數(shù)，因此設(shè)計的該動力裝置具有好的動力性和經(jīng)濟性，匹配合理。匹配之后，可以得到變矩器與發(fā)動機共同工作的輸出特性，亦即聯(lián)合輸出特性曲線，如圖3-3。聯(lián)合輸出特性與發(fā)動機特性有顯著不同，輸出轉(zhuǎn)矩隨的減小而增大，

35、說明力矩的適應(yīng)性很好，即使在阻力矩很大時，泵輪仍然可保持低速旋轉(zhuǎn)，使發(fā)動機不致因阻力矩突然增大而熄火。從這里也可以看出液力變速系統(tǒng)的優(yōu)點。4 變速器的設(shè)計計算4.1 傳動比的確定【5】4.1.1 倒檔最大傳動比的確定倒檔最大傳動比由裝載機的理論最低行駛速度決定。對于輪胎式裝載機由 =0.377 （4-1）式中 液力變矩渦輪最低轉(zhuǎn)速,由液力變矩器輸出特性曲線圖（圖2-3）根據(jù)最低效率p值決定，得=840(r/min)；輪胎滾動半徑，取=0.630m；理論最低行走速度，取=3km/h；得：=0.377x0.63x840/3計算得到=66.503。4.1.2.倒檔最小傳動比的確定倒檔最小傳動比由裝載

36、機的最高行駛速度決定。對于輪胎式裝載機=0.377 （4-2）式中 變矩器渦輪允許的最高轉(zhuǎn)速，由液力變矩器輸出特性曲線圖（圖2-3）根據(jù)最高效率p值決定，得=1940(r/min)；空載最高行速，取=34km/h；得：=0.377x0.63x1940/3計算得到=13.552。4.1.3 檔數(shù)和中間檔傳動比的確定裝載機用于多種用途，需要在多工況下工作，因此前進和后退各設(shè)置四個檔。各檔傳動比、應(yīng)這樣分配，使它們構(gòu)成公比為q的幾何級數(shù)，這樣可使發(fā)動機的利用功率最大，即使 （4-3） 所以q=1.7各檔傳動比的公比q還必須滿足下列條件：q=k，即小于等于液力變矩器渦輪最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比，這樣才能

37、保證液力變矩器的效率總是大于值。4.1.4 確定變速器各檔傳動比傳動系總傳動比等于變速箱、主傳動、輪邊減速器等部件傳動比的乘積，確定了主傳動與輪邊減速的傳動比乘積=18.95，可以得到變速器的傳動比為傳動系傳動比與i的商值。4.1.4.1 倒檔傳動比的確定預(yù)取變速器=3.5，則由滾動阻力Pf1=Gf=13171.2 (N) 換算至變矩器渦輪的轉(zhuǎn)矩為：=140.1939（N.m） （4-4）式中Pf1=13171.2 (N)，=0.630 （m），i=18.95，f=0.08，=3.5，=0.97，=0.92，根據(jù)液力變矩器輸出特性曲線圖（圖3-3），得到渦輪的最大轉(zhuǎn)速為：，由此求出倒退檔空行時

38、的最大行駛速度為：=0.377x=8.451（km/h） （4-5）符合要求。同理根據(jù)可求出其它各倒退檔位的傳動比及相應(yīng)的最高行駛速度。倒退時： =3.5， v=8.451， =2.059， v=13.902 =1.211， v=23.431， =0.712， v=37.746。符合要求。4.1.4.2 前進檔傳動比的確定裝載機前進時需要鏟掘物料，要具有比后退更大的牽引力，因此裝載機在相同的檔位時，前進檔要比后退檔的傳動比略小一些。同理根據(jù)可求出其它各倒前進各檔位的傳動比及相應(yīng)的最高行駛速度。前進時： =3.6， v=8.174， =2.118， v=13.427， =1.287， v=21.

39、416， =0.757， v=35.50符合要求。4.2結(jié)構(gòu)型式及配齒情況目前變速器的結(jié)構(gòu)型式有定軸式和行星式兩種。定軸式動力換擋變速器以其可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、零件通用性好、換擋操作簡便等一系列優(yōu)點在工程機械上得到廣泛應(yīng)用。ZL50裝載機液力變速系統(tǒng)采用四進四退定軸式變速器，其傳動簡圖，如圖所示：圖4-1 變速器傳動簡圖各檔的傳動路線和傳動比如下表【10】：表4-1檔位結(jié)合離合器傳動路線傳動比前進檔B、C2-6-5-10-8-133.533檔B、E2-6-4-9-8-132.092檔B、D2-6-7-12-8-131.239檔B、F2-6-11-8-130.734倒退檔A、C1-3-4-

40、5-10-8-133.5檔A、E1-3-4-9-8-132.059檔A、D1-3-4-7-12-8-131.211檔A、F1-3-4-6-11-8-130.712在保證滿足給定傳動比和裝配條件的要求下，變速器的配齒情況為：表4-2齒輪1234567齒數(shù)28423134245144齒輪8910111213齒數(shù)333846222851變速器的各檔傳動比和各檔最高行駛車速如下表所示：表4-3 各檔傳動比和最高行駛車速F1F2F3F4R1R2R3R4i3.62.1181.2870.7573.52.0591.2110.712v （Km/h）8.17413.42721.41635.508.45113.90

41、223.43137.746變速器各齒輪為直齒圓柱齒輪，齒輪的模數(shù)取m=5,齒寬根據(jù)經(jīng)驗公式取得，壓力角取，各齒輪的幾何要素如下表：分度圓直徑d=mz，齒頂高ha=ha*m，齒跟高hf=（ha*+c*）m，c*=0.25，齒頂圓直徑da=d+2ha，齒根圓直徑df=d-2hf，基圓直徑dd=dcos20表4-4 齒輪幾何要素表【8】齒輪齒數(shù)z模齒寬壓力角/分度圓直徑d/mm齒頂圓直徑da/mm齒根圓直徑df/mm基圓直徑dd/mm數(shù)m/mm/mm12855220140150127.5130.924254620210220197.5196.3533156020155165142.5144.9343

42、454820170180157.5159.752456020120130107.5112.265154820255265242.5238.4374454620220230207.5205.783357220165175152.5155.093855020190200177.5177.65104655820230240217.5215.0511225662011012097.5102.85122856420140150127.5130.9135157820255265242.5238.434.3關(guān)鍵零部件的設(shè)計與強度校核4.3.1齒輪校核計算4.3.1.1 已知條件表4-5前進檔后退檔檔檔檔檔檔

43、檔檔檔傳動比3.602.1181.2870.7573.52.0591.2110.712轉(zhuǎn)矩135.63288.19569.191129.41140.1939296.44604.81200.15轉(zhuǎn)數(shù)23542275220521502360229022702150齒輪各參數(shù)見ZL50裝載機變速器齒輪要素見表4-4 齒輪要素表。4.3.1.2 變速器各軸轉(zhuǎn)速和扭矩的計算【6、7、8】以前進一檔為例對變速器各軸轉(zhuǎn)速的計算：=2354（rpm）【5】 =1938（rpm） =1011（rpm） =654（rpm）同理可得其他檔位時變速器各軸轉(zhuǎn)速，計算結(jié)果見表4-6。因效率對強度校核的扭矩影響比較小，因而

44、在下面的扭矩計算中不考慮效率的影響。以前進一檔為例對變速器各軸扭矩計算如下：135.6(N.m) =164.7(N.m)=315.7 (N.m) =487.9 (N.m)從已知條件看出倒退時各軸的扭矩都比前進時要大，因此作為強度校核只需要計算倒檔的各軸扭矩，根據(jù)上面的計算方法可得出在各倒檔條件下,變速器各軸所受扭矩。計算結(jié)果見下表：表4-6 變速器各軸所受扭矩軸軸軸軸轉(zhuǎn)速 (rpm)扭 矩（N.m）轉(zhuǎn)速 (rpm)扭矩（Nm）轉(zhuǎn)速 (rpm)扭矩（Nm）轉(zhuǎn)速 (rpm)扭矩（N.m）前進2354135.61938164.71011315.7654487.92275288.21873350167

45、5391.21083604.62205569.21815691.52852440184568021501129.417701371.44108591.42654914后退2360140.21943170.21013326.2655504.12290296.4188536016864021090621.32270604,81869734.42937467.31900722.221501200.217701457.44103628.72654971.64.3.1.3各齒輪受力計算以前進檔時軸的2齒輪為例進行受力分析及計算：圓周力 根據(jù)公式 式中-齒輪1的分度圓直徑=2x135.6/0.21=1291（N） （4-6）徑向力 根據(jù)公式 式中為齒輪1的壓力角 =1291tan20=469（N）