轮式装载机驱动桥.doc
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轮式装载机驱动桥.doc
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工程机械课程设计指导书
轮式装载机驱动桥设计
长沙学院
1.绪论
1.1装载机概述
装载机(Loader)是一种往车辆或其他设备装载散状物料的自行式装卸机械。
装载机也可进行轻度的铲掘工作,通过换装相应的工作装置,还可进行推土、起重、装卸木料及钢管等作业。
广泛应用于建筑、铁路、公路、水电、港口、矿山、农田基本建设及国防等工程中。
它具有作业速度快、效率高、操作轻便等优点,故其对加快工程建设速度、减轻劳动强度、提高工程质量、降低工程成本有着重要的作用。
装载机种类很多,根据发动机功率可分为小型(功率小于74千瓦)、中型(功率在74~147千瓦间)、大型(功率在147~515千瓦间)和特大型(功率大于515千瓦)装载机4种。
根据行走系结构可分为轮胎式和履带式两种。
其中轮胎式装载机按其车架结构型式和转向方式又可分为铰接车架折腰转向、整体车架偏转车轮和差速转向装载机3种。
根据卸载方式可分为前卸式(前端式)装载机和回转式装载机两种。
根据作业过程的特点可分为间歇作业式(如单斗装载机)和连续动作式(如螺旋式、圆盘式、转筒式等)装载机。
装载机装载物料时,其技术经济指标在很大程度上取决于作业方式。
常见的作业方式有I形作业法、V形作业法和L形作业法等[1]。
1.1.1轮式装载机的总体构造
轮胎式装载机是由动力装置、车架、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统、液压系统和工作装置等组成。
轮胎式装载机的动力是柴油发动机,大多采用液力变矩器动力、换挡变速箱的液力机械传动形式(小型转载机有的采用液压传动或机械传动),液压操纵、铰接式车体转向、双桥驱动、宽基低压轮胎,工作装置多采用反转连杆机构等。
1.1.2传动系统
装载机的传动有机械传动与液力机械传动两种方式。
机械传动结构简单,但传动系统扭振和冲击载荷较大,影响使用寿命。
液力机械传动,能吸收冲击载荷,提高使用寿命,自动适应外界阻力的变化,改善装载机的使用性能。
因此,大中型轮胎式装载机多采用液力机械传动。
传动系统采用双涡轮变矩器、动力换挡行星变速箱,经过前后传动轴传到前后驱动桥,再经半轴和轮边减速器驱动低压轮胎。
1.1.2.1变矩器
(1)变矩器的外特性
①随着涡轮转速N2的提高,涡轮力矩T2逐渐变小,反之,当N2下降时,T2增大,这就是变矩器的自动适应外阻力变化的无级变速功能;
②当N2>0时,涡轮力矩T2最大;
③该变矩器效率只有一个最大值,此时变矩器损失最小,称为最佳工况,当N2=0时和N2=N2Tmax时,效率为0,即无功率输出。
(2)液力变矩器的类型
液力变矩器的类型较多,由于结构同输出特性差异较大。
①按工作轮在循环圆中的排列顺序(泵能1,涡轮2,导轮3)可分为123型(正转正矩器)和132型(反转正矩器)两种。
123型在正常运转条件下,涡轮旋转方向与泵轮相反。
132型是变矩器由于导轮位于涡轮前,导轮改变了进入涡轮的液流方向,因而有可能改变涡能的旋转方向,由于涡轮位于泵轮前,负荷引起涡轮转速的改变直接影响着泵轮的入口条件,所以132型可适性大。
此外由于液流方向急剧改变,因此这种变矩器的效率较低。
故工程机械中除个别采用132型外,多采用123型变矩器。
②按照插在其它工作轮翼栅间的涡轮翼栅列数,液力变矩器可分为单级、二级和三级,有两翼栅的涡轮称为二级,三列翼栅的涡轮称为三级。
单级变矩器结构简单、效率高、工作可靠,但变矩系数K比多级变矩器小;多级变矩器虽然变矩系数较大,但结构复杂、效率低,故装载机多采用单级变矩器。
③按液力变矩器在工作时可组成几个工况可分为单相,二相,三相和四相等。
④由②、③点综合可将变矩器分为单级单相,单级两相,单级三相,单级四相等机型。
其中,单级指变矩器只有一个涡轮,单相指只有一个变矩器。
单级单相变矩器结构简单,效率高,最高效率ηm=0.8但其高效率区较窄(η=0.75以上相当于i=0.6至0.8)使它的工作范围受到限制[2]。
轮式装载机常用的是双涡轮单级两相变矩器。
这种结构形式的变矩器在小传动比范围内具有较大的变矩器在小传动比范围内具有较大的变矩系数和较高的效率。
当装载机在轻载高速时,变矩器只用二级涡轮工作,而在重载低速时,一、二级涡轮同时工作。
这样,变矩器本身在速度转换时,相当于有两挡速度,并随外负荷自动变化,因此,可以减少变速箱的挡数,简化变速箱结构。
与其配套的动力换挡行星变速箱又有两个前进挡,一个倒挡。
1.1.2.2行星式动力换挡变速箱
行星式动力换挡变速箱由箱体、行星齿轮式变速机构、液压动力换挡系统等组成。
其有许多行星排,换挡动作主要靠制动器制动各行星排的齿圈实现的,只要采用少数离合器。
同定轴式动力换挡变速箱比较,行星式动力换挡变速箱的优点是:
(1)由于同时有几个齿轮传递动力,可以采用小模数齿轮;
(2)零件受力平衡,轴承、轴、壳体等受力较小,可以设计得尺寸小,结构紧凑;
(3)结构刚度大,齿轮接触良好,使用寿命长;
(4)由于换挡主要使用制动器,使用固定油缸和固定密封,避免了大量的旋转油缸和旋转密封,操纵系统的可靠性提高;
(5)由于制动器布置于变速箱的外周,尺寸大,容量大,而且控制方便;
(6)许多常用的行星传动形式效率较高。
其主要缺点是:
(1)结构复杂,零件多;
(2)行星架、内齿圈制造工艺难度大,精度要求高;
(3)由于行星传动需要满足的条件较多,设计难度大[3]。
1.1.2.3驱动桥
为了充分利用轮胎式装载机的附着重量,以提供较大的牵引力,都采用全桥驱动。
前后驱动桥之间一般都不装桥间差速器,多在变速箱后装设脱桥机构,作业时采用全桥驱动,高速行驶时利用操纵杆将一个驱动桥脱开,采用单桥驱动。
由于装载机作业速度低,所以驱动桥的减速比都比汽车、拖拉机大的多。
为此,在轮胎式装载机上都采用单级或双级行星轮边减速机构,用较小的结构尺寸得到较大的减速比。
行星轮边减速机构装置在驱动桥轮毂内,便于拆装保养。
为了保证在铲装作业时的稳定性,装载机因车速低一般不装设弹性悬架,多采用将驱动桥和车架由纵向销轴铰接,使它能绕纵向销轴相对车架上下摆动一定角度,摆角由限位块限制。
摆动桥一般布置在轮胎式装载机的后驱动桥上[4]。
1.1.3转向系统
大、中型轮式装载机多采用铰接式转向方式。
这是由于铰接式转向装置的转向径小,机动性好;能使转向机构的布置简化,便于标准化和通用化;车架能摆动,使车轮可适应不平地面,以保证充分利用装载机的附着重量,提高装载机在恶劣地面条件下的通过性;能减小车架的扭转载荷,提高结构的可靠性,车轮相对机体没用相对运动,便于采用大直径宽基低压轮胎,以便于提高装载机在松软地面的通过能力。
其主要缺点是装载机的稳定性较差。
1.1.4制动系统
一个完善的制动系应包括行车制动装置、停车制动装置和紧急制动装置三部分。
行车制动装置广泛采用钳接式制动器(近年来多片湿式制动器发展较快,该制动器完全置于壳内油中,防泥沙及自动调整性能很好)及气推油的气液综合式制动驱动机构,并采用双管路系统,前后轮的制动系统独立一般用脚踏板操纵。
制动器安装在车轮的轮毂内。
停车制动装置多采用带式或蹄式制动器,一般装在变速器或分动器的前输出轴上,直接制动传动轴。
其驱动机构是机械式的,用手操纵。
紧急制动装置是用做紧急制动或当行车制动装置发生故障时使用的。
常装在变速器外的另一输出轴上,有独立的驱动机构,一般亦为钳盘式。
而在中、小型装载机上常与停车制动器合二为一。
1.1.5工作装置
工作装置应根据装载机的用途、作业方式及作业条件等进行选择。
并应考虑结构简单,便于布置。
反转连杆机构工作装置具有掘起力大,运输状态铲斗后倾角大,不易撒落物料,铲斗能自动放平等优点,因而结构简单的反转连杆机构在轮式装载机上采用得较多。
正转连杆机构结构复杂,布置较困难,在装载机上较少使用[5]。
1.2国内外轮式装载机的发展概况和发展趋势
1.2.1国内轮式装载机发展概况
我国装载机行业起步于50年代末。
1958年,上海港口机械厂首先测绘并试制了67KW(90hp)、斗容量为1m3的装载机。
这是我国自己制造的第一台装载机。
该机采用单桥驱动、滑动齿轮变速。
1964年,天津工程机械研究所和厦门工程机械厂测绘并试制了功率为100.57KW(135hp)斗容量为1.7m3的Z435型装载机。
1962年国外出现铰接式装载机后,天津工程机械化研究所与天津交通局于1965年联合设计了Z425型铰接式装载机。
柳州工程机械厂和天津工程机械研究所合作,在参考国外样机的基础上,于1970年设计试制了功率为163.9KW(220hp)、斗容量为3m3的ZL50型装载机。
该机采用双涡轮变矩器、动力换挡行星变速箱的液力机械传动方式,Z形连杆机构的工作装置及铰接转抽,并自行设计了“三合一”的机构,以解决液力机械化传动式装载机的拖启动、熄火转向及排气制动问题。
ZL50型装载机经过几年的实践考核,证明性能良好、结构先进,为后来我国ZL系列装载机的发展奠定了基础。
在ZL50的基础上,后又设计发展了ZL100、ZL40、ZL30、ZL20装载机系列产品,并在这个系列的基础上发展了DZL50和DZL40型供地下矿坑和隧道施工用的地下装载机变型产品[6]。
通过近40年的发展,我国装载机从无到有,产品种类及产量均有较大幅度的提高,已经形成独立的系列产品和行业门类。
生产企业由1980年的20家增至现在的100余家,初步形成了规格为0.8-10t约19个型号的系列产品,并已成为工程机械主力机种。
主要生产厂家为:
厦工、柳工、龙工、徐工、常林、临工、山工、成工、宜工、郑工、武林、朝工、山河智能等,这些厂家有长时间的装载机生产经验、较强的实力、较高的市场占有率和较好的售后服务,在用户心目中一直树立着良好的形象,并保持其已有的地位和优势。
其“八五”、“九五”技改的较大投入已逐渐发挥效力和作用,使企业焕发出生机和活力。
“十五”期间,轮式装载机行业出现了井喷式的发展,2001-2004年装载机销量增长率平均为46.98%,大大超过前25年的均值17.86%;2006年中国装载机26家主要企业共销售119895台,同比增长13.3%(不含小装),占据世界装载机的大半壁江山。
中国市场大幅增长,已发展为世界上最大的市场[7]。
国内各生产厂家所在地更加认识到装载机这一产品的巨大市场和效益,纷纷将其列为支柱产业加以扶持并在政策上给予优惠,像福建龙岩、山东蒙岭等一批新成员的加盟,发展势头迅猛,竞争更加激烈。
国际一流公司小松、利渤海尔、沃尔沃、卡特彼勒等在国内成立合资或独资公司后,更加剧了国内装载机市场的竞争。
近几年,ZL10(1t)型以下的装载机迅速发展起来,主要有ZL04(0.4t)、ZL05(0.5t)、ZL06(0.6t)、ZL07(0.7t)、ZL08(0.8t)等,其装载容量也非常小,一般为0.3m3~1.0m3,故称之为小型装载机。
由于这类装载机发展时间非常短,人们对其还比较陌生,但市场却已经非常红火。
2002-2006年,不到5年时间就发展到了6万~8万台。
目前我国小型装载机制造企业已发展到约1000家,已经形成颇具规模的小型装载机行业。
这些制造企业主要集中在山东,特别是青州和莱州。
2005年青州小装的制造企业约有100家,产销量在1万台以上,其中最大的是青州凯丰,2005年小装产销2000多台。
其次是青州威力、信邦、亚东等,2005年小装产销量均超过1000台。
莱州比青州的规模更大,目前莱州有小装制造企业约150家以上,2005年产销量达1.8万~2万台,过千台的企业已有近10家,其中“莱工”、“鲁工”2005年小装的产销量均超5000台。
除青州、莱州外,还有泰安、聊城、潍坊、临沂、德州、青岛等,几乎遍布山东全省各地。
山东临沭的“山东常林”,2005年小装产销量约为3
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