ZL40裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、 摘要 隨著主機(jī)性能要求的提高和變化，逐漸顯現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)ZL40/50裝載機(jī)傳動(dòng)系，配置較單一、陳舊。研究裝載機(jī)的使用工況及在變負(fù)荷工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的特性、液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作特性，研制開發(fā)新的適用于該主機(jī)的傳動(dòng)系對(duì)提高裝載機(jī)的牽引動(dòng)力性能和行駛性能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文對(duì)驅(qū)動(dòng)橋輪邊行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并根據(jù)優(yōu)化結(jié)果對(duì)齒輪采用了不等嚙合角的角度變位，進(jìn)行了變位系數(shù)的分配和尺寸計(jì)算；分析了裝載機(jī)的使用工況特點(diǎn)、在變負(fù)荷工

2、況下發(fā)動(dòng)機(jī)的特性、液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作特性，研究了液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配性能；詳細(xì)討論了新設(shè)計(jì)的動(dòng)力換擋變速器的傳動(dòng)方案圖及擋位、速比、齒輪模數(shù)、離合器等主要參數(shù)的選擇和確定過(guò)程，計(jì)算了各擋離合器的扭矩容量及儲(chǔ)備系數(shù)，開發(fā)設(shè)計(jì)了前四、后四定軸式動(dòng)力換檔變速器?；赯L40裝載機(jī)整機(jī)參數(shù)和新設(shè)計(jì)的液力變速 箱和驅(qū)動(dòng)橋參數(shù)，對(duì)整機(jī)的牽引性能和速度性能進(jìn)行了理論匹配計(jì)算和研究，繪制了牽引力和速度曲線。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的一致性和正確性，進(jìn)行了變矩器性能試驗(yàn)、液力變速箱性能試驗(yàn)和主機(jī)牽引性能試驗(yàn)，表明達(dá)到了主機(jī)的設(shè)計(jì)要求。具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。 關(guān)鍵詞：液力變矩器,動(dòng)力換擋變速器,

3、輪邊行星傳動(dòng),匹配,設(shè)計(jì) Abstract With the work application change and improvement,it gradually emerged that the previous ZL40/50 power train configuration was humdrum and out-of-date.It’s very practical and meaningful for improving the tra

4、ction performance and vehicle speed to study the application condition and the Engine’s output characteristic under varying load,research on the coupling properties between torque converter and Engine.It’s valuable to develop new power train system for wheel loader. In this paper,a method is establ

5、ished to optimum design to wheel end structure of drive axle,analyze work condition features and the Engine out performance under varying loads,research the common work characteristic between the Engine and the torque converter.A kind of power-shift transmission is developed which has 4-forward gear

6、s and 4-reverse gears,more detailed calculation and the choice of main parameter are introduced in the paper.Based on vehicle parameters of ZL50 wheel loader and new power train,lug forces and the machine speeds of every gears are calculated and figure out the traction-speed curve. In order to veri

7、fy the correct and consistent with the calculation and design, several experiments are done including torque converter performance experiment, hydraulic transmission performance experiment,vehicle lug performance test.From these test,got the original parameter of torque converter and basic character

8、istics of the transmission.Based on ZL50 wheel loader machine parameters and new power train,max lug force and the highest speed are proceeded.vehicle traction performance curve.As a result,the wheel loader gets superior lug capability and the higher vehicle speed,it can work efficiently and run fas

9、ter,achieve the design purpose. Key words: torque converter power-shift transmission wheel end match design 目 錄 1 緒論........................................................................................................................6 1.1裝載機(jī)概述................

10、................................................................................................6 1.2 裝載機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展..................................................................................................7 1.3課題研究的意義...........................................................................

11、...............................8 1.4課題研究的主要內(nèi)容..................................................................................................9 2 驅(qū)動(dòng)橋輪邊傳動(dòng)設(shè)計(jì)...........................................................................................10 2.1確定裝載機(jī)類型...................................

12、.....................................................................10 2.2 2K-H（NGW）輪邊行星傳動(dòng)介紹..........................................................................10 2.3 輪邊行星傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)........................................................................................11 2.3.1設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù).....

13、...................................................................................11 2.3.2約束條件............................................................................................................12 2.3.3優(yōu)化方法和結(jié)果................................................................................

14、................17 2.4變位系數(shù)的分配和尺寸計(jì)算.....................................................................................18 2.5強(qiáng)度校核.....................................................................................................................19 2.5.1彎曲疲勞強(qiáng)度校核.................................

15、...........................................................19 2.5.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核....................................................................................20 2.6本章小結(jié)......................................................................................................................21 3 變矩

16、器和變速器傳動(dòng)系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)...............................................................22 3.1發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用調(diào)速特性.............................................................................................22 3.2液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作特性.........................................................................24 3.2.1液力變

17、矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作的輸入特性................................................24 3.2.2液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作的輸出特性....................................................26 3.3動(dòng)力換檔變速器的設(shè)計(jì).............................................................................................26 3.3.1車輛總傳動(dòng)比的確定....................

18、....................................................................27 3.3.2變速器的擋位和傳動(dòng)比的分配........................................................................27 3.3.3變速器齒輪模數(shù)的初選....................................................................................28 3.3.4變速器傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)....

19、................................................................................28 3.3.5片式離合器主要參數(shù)的確定............................................................................29 3.3.6片式離合器的摩擦力矩的計(jì)算........................................................................30 3.3.7離合器的扭矩儲(chǔ)備系數(shù)的計(jì)算.......

20、.................................................................32 3.4車輛車速與牽引力的計(jì)算.........................................................................................33 3.5新傳動(dòng)系的參數(shù)及特點(diǎn).............................................................................................35 3.5.1 ZL40輪式

21、裝載機(jī)主機(jī)和傳動(dòng)系的基本參數(shù)..................................................35 3.5.2新傳動(dòng)系的特點(diǎn)................................................................................................37 3.6本章小結(jié)................................................................................................................

22、.....38 結(jié)論.......................................................................................................................39 致謝.....................................................................................................................................40 參考文獻(xiàn).......................

23、......................................................................................................41 附錄 ...............................................................................................................................42

24、 1 緒論 1.1 裝載機(jī)概述 中國(guó)是世界裝載機(jī)產(chǎn)銷大國(guó)，裝載機(jī)行業(yè)一直由國(guó)人主導(dǎo)，占有非?？捎^的市場(chǎng)份額。我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)投資的持續(xù)高速增長(zhǎng)，擴(kuò)大了工程機(jī)械的市場(chǎng)需求量，促進(jìn)了我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的發(fā)展。又加上市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的影響，我國(guó)裝載機(jī)市場(chǎng)表現(xiàn)出持續(xù)而快速的增長(zhǎng)步伐。然而，面臨國(guó)家信貨政策緊縮與鋼材等原材料價(jià)格上漲等問題，裝載機(jī)行業(yè)受到了很大沖擊。本報(bào)告分析研究了我國(guó)裝載機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，深入了解裝載機(jī)行業(yè)，客觀分析市場(chǎng)發(fā)展存在問題，并提出一定建議，對(duì)我國(guó)裝載機(jī)市場(chǎng)的認(rèn)識(shí)和把握有一定的幫助。 裝載機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、港口、碼頭、煤炭、礦山、水利、國(guó)

25、防等工程和城市建設(shè)等場(chǎng)所的鏟土運(yùn)輸機(jī)械。其主要功能是對(duì)土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料進(jìn)行鏟裝及短距離運(yùn)輸作業(yè)，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路，特別是在高等級(jí)公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一。 我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)起步于50年代末。1958年，上海港口機(jī)械廠首先測(cè)繪并試制了67kw斗容量為1m3的裝載機(jī)。這是我國(guó)自

26、己制造的第一臺(tái)裝載機(jī)。該機(jī)采用單橋驅(qū)動(dòng)、滑動(dòng)齒輪變速。1964年，天津工程機(jī)械研究所和廈門工程機(jī)械廠測(cè)繪并試制了功率為100.57kw斗容量為1.7m3的z435型裝載機(jī)。1962年國(guó)外出現(xiàn)鉸接式裝載機(jī)后,天津工程機(jī)械化研究所與天津交通局于1965年聯(lián)合設(shè)計(jì)了z425型鉸接式裝載機(jī)。 柳州工程機(jī)械廠和天津工程機(jī)械研究所合作，在參考國(guó)外樣機(jī)的基礎(chǔ)上，于1970年設(shè)計(jì)試制了功率為163.9kw(220hp)、斗容量為3m3的zl50型裝載機(jī)。zl50型裝載機(jī)經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐考核，證明性能良好、結(jié)構(gòu)先進(jìn)，為后來(lái)我國(guó)zl系列裝載機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)近40年的發(fā)展，我國(guó)裝載機(jī)從無(wú)到有，產(chǎn)品種類及產(chǎn)

27、量均有較大幅度的提高，已經(jīng)形成獨(dú)立的系列產(chǎn)品和行業(yè)門類。我國(guó)生產(chǎn)的裝載機(jī)以zl系列為主。 近年來(lái)，隨著引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的增加，出現(xiàn)了許多新型。如wa4701為引進(jìn)日本小松公司裝載機(jī)原機(jī)型號(hào)，fl460為引進(jìn)日本古河礦業(yè)公司裝載機(jī)原機(jī)型號(hào)，kld85z和kld95z為引進(jìn)日本川崎重工裝載機(jī)原機(jī)型號(hào)，等等。 裝載機(jī)是工程機(jī)械中發(fā)展最快、產(chǎn)銷量及市場(chǎng)需求最大的機(jī)種之一。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與國(guó)家基建規(guī)模及資金投入的增大，促進(jìn)了我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展。生產(chǎn)企業(yè)由1980年的20家增至現(xiàn)在的100余家，初步形成了規(guī)格為0.8～10t約19個(gè)型號(hào)的系列產(chǎn)品，并已成為工程機(jī)械主力機(jī)種。 1.2 裝載

28、機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展 在我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)市場(chǎng)中，裝載機(jī)市場(chǎng)是一個(gè)發(fā)展最為成熟，也是一個(gè)發(fā)展最為與眾不同的分支市場(chǎng)，其市場(chǎng)銷量最大，但利潤(rùn)卻是最低，而市場(chǎng)銷量又一直保持持續(xù)的增長(zhǎng)走勢(shì)。特別是在2000年裝載機(jī)市場(chǎng)爆發(fā)價(jià)格戰(zhàn)以來(lái)，市場(chǎng)銷量呈現(xiàn)出幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。2009年中國(guó)裝載機(jī)行業(yè)全行業(yè)總銷售量為22萬(wàn)臺(tái)左右，比2008年的19萬(wàn)臺(tái)，增長(zhǎng)了13.6%，凈增了27366臺(tái)，其凈增量超過(guò)了中國(guó)裝載機(jī)行業(yè)“八五”以前任何一年的總銷售量。2007年以來(lái)，中國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的發(fā)展樂觀中充滿曲折，市場(chǎng)需求先揚(yáng)后抑，總體而言，仍創(chuàng)出同期歷史最高水平，市場(chǎng)銷量直逼16萬(wàn)臺(tái)大關(guān)，市場(chǎng)銷量比2000年擴(kuò)大了8倍多。國(guó)內(nèi)產(chǎn)能過(guò)

29、剩的壓力和企業(yè)自身走出國(guó)門的目標(biāo)，促使裝載機(jī)的出口銷售增長(zhǎng)迅速。2007年上半年共累計(jì)出口4,111臺(tái)，與2006年同期的1,543臺(tái)相比，增長(zhǎng)2,568臺(tái)，增幅達(dá)166.4%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總銷量23.6%的同期增長(zhǎng)率。盡管如此，裝載機(jī)出口量只占總銷量的5%左右，出口潛力仍然巨大。2008年上半年，我國(guó)裝載機(jī)市場(chǎng)在克服原材料價(jià)格上漲和國(guó)家信貨政策緊縮等不利因素的影響，依然表現(xiàn)出快速的增長(zhǎng)勢(shì)頭。特別是受益出口銷量的增長(zhǎng)，我國(guó)裝載機(jī)市場(chǎng)正呈出一些新的發(fā)展特點(diǎn)。而且隨著整個(gè)工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，以及外資企業(yè)在中國(guó)裝載機(jī)市場(chǎng)的發(fā)力，我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)正進(jìn)入新一輪整合期。 我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的自主品牌通過(guò)十幾年

30、的發(fā)展，在跨國(guó)公司強(qiáng)勢(shì)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(guó)內(nèi)90%以上的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)裝載機(jī)市場(chǎng)的營(yíng)業(yè)額近年來(lái)一直約占我國(guó)整個(gè)工程機(jī)械行業(yè)總營(yíng)業(yè)額的半壁江山，其行業(yè)地位十分重要。同時(shí)國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)產(chǎn)品以其出色的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)開始在國(guó)際市場(chǎng)上嶄露頭腳，呈現(xiàn)出較好的發(fā)展勢(shì)頭。 近幾年, 裝載機(jī)主要生產(chǎn)企業(yè)都在努力采用各種方式擴(kuò)大生產(chǎn)能力, 如利用企業(yè)退城進(jìn)園或退市進(jìn)郊的有利機(jī)會(huì), 多方籌集資金, 以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全面升級(jí)和技術(shù)改造, 柳工、廈工、龍工、臨工和徐工等企業(yè)的裝載機(jī)年產(chǎn)能都達(dá)到了2萬(wàn)臺(tái)以上。經(jīng)過(guò)連續(xù)數(shù)年的高速發(fā)展, 裝載機(jī)等工程機(jī)械傳統(tǒng)產(chǎn)品的市

31、場(chǎng)保有顯著增大, 市場(chǎng)漸趨飽和。因此“十一五” 期間, 裝載機(jī)行業(yè)的發(fā)展將逐步趨于理性, 預(yù)計(jì)裝載機(jī)市場(chǎng)年平均增長(zhǎng)率將在6%左右。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(tái)的企業(yè)。本土與外資兩大陣營(yíng)的格局雛形已經(jīng)顯現(xiàn)。外資的進(jìn)入，使得中國(guó)裝載機(jī)市場(chǎng)高低端產(chǎn)品不再?zèng)芪挤置?。在本土智慧與國(guó)際慣例相互影響的過(guò)程中，競(jìng)爭(zhēng)規(guī)則將會(huì)逐漸改變，中國(guó)裝載機(jī)市場(chǎng)也會(huì)朝著健康的方向發(fā)展。 　　我國(guó)裝載機(jī)正在從低水平、低質(zhì)量、低價(jià)位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價(jià)位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過(guò)渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過(guò)渡，各主要廠家不斷進(jìn)行技術(shù)投入，采用

32、不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)雷同，無(wú)自己特色和優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)狀，從低水平的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的怪圈中脫穎而出，成為裝載機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者。根據(jù)國(guó)外裝載機(jī)的發(fā)展特點(diǎn)及外部環(huán)境影響，專家預(yù)測(cè)未來(lái)裝載機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)是： 　　1)大型化與微型化仍是產(chǎn)品系列化的兩極方向。 　　2)微電子及機(jī)電液儀一體化技術(shù)將獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 　　3)安全性及舒適性是產(chǎn)品發(fā)展的重要目標(biāo)。 　　4) 開發(fā)節(jié)能、高效、可靠、環(huán)保型產(chǎn)品，并研制無(wú)泄漏裝載機(jī)。 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。 1.3課題研究的意義 中國(guó)國(guó)土面積大，各項(xiàng)建設(shè)

33、事業(yè)正處于蓬勃發(fā)展過(guò)程中，對(duì)裝載機(jī)的需求量大。世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家著名的裝載機(jī)制造商幾乎全部進(jìn)入中國(guó)，不少國(guó)有和民營(yíng)企業(yè)也看好中國(guó)的裝載機(jī)市場(chǎng)，紛紛進(jìn)入裝載機(jī)行業(yè)，進(jìn)行裝載機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)和開發(fā)，而且產(chǎn)品的產(chǎn)量隨著市場(chǎng)的需求量的提高而不斷增長(zhǎng)。 中國(guó)已成為世界最大的裝載機(jī)市場(chǎng)，正在成為世界裝載機(jī)的制造中心。但是必須注意，中國(guó)目前雖然已成為裝載機(jī)需求和生產(chǎn)的大國(guó)，但決不是強(qiáng)國(guó)。國(guó)際水平的研發(fā)中心不在中國(guó)，裝載機(jī)關(guān)鍵配套零部件也不在中國(guó)。在裝載機(jī)關(guān)鍵的核心技術(shù)研究與掌握方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)外企業(yè)差距很大，特別是國(guó)內(nèi)企業(yè)在裝載機(jī)的基礎(chǔ)理論研究方面投入的人力、財(cái)力嚴(yán)重不足。這些年來(lái)，我們?nèi)〉昧碎L(zhǎng)足的

34、進(jìn)步，大大縮小了與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距，但如果今后技術(shù)創(chuàng)新(包括設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)等方面上稍有懈怠，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距仍然會(huì)拉大，因此可以說(shuō)今后國(guó)內(nèi)裝載機(jī)企業(yè)的任務(wù)仍然十分艱巨。由于歷史的原因，原本的國(guó)有裝載機(jī)企業(yè)因?yàn)槿瞬帕魇ВY金不足，技術(shù)不高，造成自主研發(fā)能力不高，設(shè)計(jì)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(guó)外的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行批量生產(chǎn)，基本不進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以中國(guó)的裝載機(jī)設(shè)計(jì)手段比較落后，常常憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，造成生產(chǎn)的裝載機(jī)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(jì)，對(duì)廠商和買家造成不小的經(jīng)濟(jì)損失。 以往液壓裝載機(jī)的新產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程是前期設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行樣機(jī)

35、試制，然后經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)裝載試驗(yàn)或強(qiáng)度測(cè)試，若發(fā)現(xiàn)問題→改進(jìn)→再試驗(yàn)→再修改，復(fù)修改直到滿足設(shè)計(jì)要求后，再批量投產(chǎn)。這種開發(fā)過(guò)程的周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、上市慢，限制了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)在設(shè)計(jì)裝載機(jī)時(shí)仍以測(cè)繪類比為主，強(qiáng)度計(jì)算仍采用材料力學(xué)方法，對(duì)裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件應(yīng)力分布情況缺乏定量的了解。并且，裝載機(jī)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(jì)上的需要。所以非常有必要將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和有限元方法應(yīng)用于裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能分析，以提高裝載機(jī)工作裝置的可靠性，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、減輕工作裝置重量、提高工作效率、減少能耗，從而提高裝載機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計(jì)水平和自主開發(fā)能力。 1

36、.4課題研究的主要內(nèi)容 （1）驅(qū)動(dòng)橋輪邊行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括2K-H（NGW）型行星傳動(dòng)中太陽(yáng)輪齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、傳動(dòng)比的優(yōu)化，輪邊幾何尺寸計(jì)算及齒輪變位系數(shù)的分配計(jì)算，并對(duì)太陽(yáng)輪進(jìn)行了強(qiáng)度校核。 （2）研究裝載機(jī)的使用工況及在變負(fù)荷工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用外特性、液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作特性，進(jìn)行了變速箱的相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)及車速和牽引力的匹配計(jì)算，并作出了相應(yīng)的牽引力曲線圖。 （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(dòng)力換檔變速器，并通過(guò)變矩器原始特性試驗(yàn)、液力變速器（雙變總成）性能試驗(yàn)和主機(jī)牽引性能試驗(yàn)等，對(duì)理論研究和設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，得出新設(shè)計(jì)

37、的傳動(dòng)系配置合理的結(jié)論，車速和牽引力均較原傳動(dòng)系有所提高。研制開發(fā)新的適用于該主機(jī)的傳動(dòng)系對(duì)提高裝載機(jī)的牽引動(dòng)力性能和行駛性能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。 2 驅(qū)動(dòng)橋輪邊傳動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1確定裝載機(jī)類型 根基設(shè)計(jì)要求要設(shè)計(jì)的裝載機(jī)為前卸輪式裝載機(jī)，采用六桿反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，動(dòng)力換擋，濕式鉗盤制動(dòng)，鉸接式車架，采用液壓操縱。如圖2-1 2.2 2K-H（NGW）輪邊行星傳動(dòng)介紹 驅(qū)動(dòng)橋的主要功用是將變速箱輸入的動(dòng)力經(jīng)降速增扭、改變所傳扭矩的方向后

38、分配到左右驅(qū)動(dòng)輪，使機(jī)械行駛，并允許左右驅(qū)動(dòng)輪可以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。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。主減速器可用以降低轉(zhuǎn)速、增加扭矩、通過(guò)主傳動(dòng)裝置錐齒輪改變傳動(dòng)方向以適應(yīng)機(jī)器的行駛方向；差速器的功用是在必要時(shí)可使兩側(cè)車輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)車輛轉(zhuǎn)彎及在不平道路上行駛；半軸的功用是將扭矩從差速器傳給左、右驅(qū)動(dòng)輪；輪邊減速器是為了進(jìn)一步降速增扭，減少傳動(dòng)系其他構(gòu)件的負(fù)荷，同時(shí)滿足車輛車速的要求。此外，驅(qū)動(dòng)橋還是承重裝置和行走支承裝置。 ZL40輪式裝載機(jī)的驅(qū)動(dòng)橋一般采用單級(jí)傳動(dòng)主傳動(dòng)、普通螺旋錐齒輪差速器和輪邊減速機(jī)構(gòu)。行星傳動(dòng)根據(jù)基本構(gòu)件的組成分

39、為2K-H、3K和K-H-V三種，其中基本構(gòu)件的代號(hào)中K代表中心輪，H代表轉(zhuǎn)臂，V代表輸出軸。基本構(gòu)件是指可圍繞定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)或固定，在工作時(shí)承受外力矩的構(gòu)件。這些構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線稱為主軸線。行星傳動(dòng)還可按齒輪嚙合方式分類，則劃分為NGW型、NW型、NN型、WW型、NGWN型、N型和ZUWGW型等，其中代表類型的字母含義為：N—內(nèi)嚙合，W—外嚙合，G—公用的行星輪，ZU—錐齒輪。驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速行星齒輪傳動(dòng)一般結(jié)構(gòu)為太陽(yáng)輪為主動(dòng)件，與半軸用花鍵相連，從動(dòng)件為行星架，與車輪相連，齒圈固定不動(dòng)，與橋殼相連，因而屬于2K-H（NGW）結(jié)構(gòu)。這種行星傳動(dòng)可得到較大的傳動(dòng)比和較高的傳動(dòng)效率，故輪式機(jī)械的輪邊減速

40、大多采用此方案，它可以以較小的輪廓尺寸獲得較大的傳動(dòng)比，從而布置在車輪輪轂內(nèi)部而不使外形尺寸增加。 若用、、分別代表太陽(yáng)輪、齒圈和行星輪的齒數(shù)，則其傳動(dòng)比為 公式中，傳動(dòng)比表示當(dāng)齒圈b固定時(shí)，主動(dòng)件太陽(yáng)輪a對(duì)從動(dòng)件行星架X的傳動(dòng)比；則表示當(dāng)行星架X固定時(shí)，主動(dòng)件太陽(yáng)輪a對(duì)從動(dòng)件齒圈b的傳動(dòng)比。為了改善太陽(yáng)輪與行星輪的嚙合條件，使載荷分布比較均勻，太陽(yáng)輪和半軸外端不加徑向支承，采用完全浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)行星輪均載。由于原ZL40裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋主減速器較為薄弱，擬采用較為可靠的C216橋的主減速器（傳動(dòng)比為5.286）替代原ZL50橋主減速器（傳動(dòng)比為6

41、.167）。然而，這樣替代以后，原ZL50橋的輪邊減速器的傳動(dòng)比3.667便不合適了，輪邊減速器傳動(dòng)比必須重新配算，以保證主減速器與輪邊減速器的總傳動(dòng)比與原總傳動(dòng)比22.61的變化范圍在5%以內(nèi)。基本設(shè)計(jì)要求確定后，對(duì)ZL40/50裝載機(jī)輪邊減速進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定齒數(shù)、變位系數(shù)和主要尺寸。 2.3輪邊行星傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 2.3.1設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù) 輪邊行星減速器主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、行星輪數(shù)、各齒輪寬度。行星輪數(shù)是3～6的離散變量，為簡(jiǎn)化可作為常數(shù)輸入，故設(shè)計(jì)變量為： 式（2.1

42、） 式中： 為太陽(yáng)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(dòng)的傳動(dòng)比， 從節(jié)省材料、減輕重量出發(fā)建立目標(biāo)函數(shù)。由于太陽(yáng)輪與全部行星輪的體積之和能影響和決定齒圈或整個(gè)行星機(jī)構(gòu)的尺寸和體積，因此選擇這項(xiàng)指標(biāo)作為最優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)，即行星傳動(dòng)的體積最小，即 式（2.2） 式中，分別代表太陽(yáng)輪和單個(gè)行星輪的體積； 為行星輪數(shù)目，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，取=3； 分別為太陽(yáng)輪、行星輪的齒數(shù)； B為太陽(yáng)輪、行星輪的齒寬。 2.3.2約束條件 行星齒輪傳動(dòng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本條件有，齒輪的齒數(shù)

43、應(yīng)滿足傳動(dòng)比條件、同心條件、鄰接條件和裝配條件。此外還有模數(shù)區(qū)間，輪齒接觸強(qiáng)度的要求和彎曲強(qiáng)度的要求。 （1）傳動(dòng)比條件 對(duì)于NGW型的行星齒輪傳動(dòng)，按傳動(dòng)比 式（2.3） 可得 式（2.4） 若令 則 式（

44、2.5） 顯然Y必須為整數(shù)值。 （2）同心條件: 對(duì)于2K-H型行星傳動(dòng)，三個(gè)基本構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)軸線必須和主軸線重合。即由太陽(yáng)輪和行星輪組成的所有嚙合副的實(shí)際中心距必須相等，稱之為同心條件。 設(shè)太陽(yáng)輪和行星輪外嚙合副實(shí)際中心距為。行星輪與內(nèi)齒圈內(nèi)嚙合副實(shí)際中心距為應(yīng)保證 = 對(duì)非變位、高度變位、等嚙合角的角度變位傳動(dòng)，則兩嚙合副的齒數(shù)和應(yīng)相等， 即 由此可得： 或

45、 式(2.6) 將代入式（2.6），又可得到同心條件的另一種表達(dá)式： 圖2-2 同心和鄰接條件 式（2.7） 在這種條件下，為了使行星輪的齒數(shù)為整數(shù)，兩個(gè)中心輪（太陽(yáng)輪和齒圈）的齒數(shù)必須同為奇數(shù)或偶數(shù)，也就是說(shuō)Y值必須為偶數(shù)。 當(dāng)采用不等嚙合角的角度變位傳動(dòng)時(shí)，其同心條件可不受式（2.6）和（2.7）的限制，只要變位后外嚙合與內(nèi)嚙合的中心距相等即可，即

46、 = 或 式( 2.8 ) 式中分別為太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒圈的齒數(shù)； 為行星輪與內(nèi)齒圈的實(shí)際嚙合角； 為太陽(yáng)輪與行星輪的實(shí)際嚙合角。 此時(shí)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)。所以采用這種角度變位傳動(dòng)使NGW型傳動(dòng)的齒數(shù)選擇具有很大的靈活性，大大增加了齒數(shù)選擇方案的可能性。設(shè)計(jì)時(shí)，外嚙合宜用大嚙合角，通常取嚙合角=;內(nèi)嚙合可降低些，通常取 （3）鄰接條件： 在設(shè)計(jì)行星齒輪傳動(dòng)時(shí)，為提高承載能力，減小機(jī)構(gòu)尺寸，常在太陽(yáng)輪與內(nèi)齒輪之間均勻、對(duì)稱地布置幾個(gè)行星輪。

47、為使相鄰兩個(gè)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。通常最小間隙應(yīng)大于模數(shù)之半。這就是鄰接條件。設(shè)相鄰兩個(gè)行星輪中心之間的距離為e，最大行星輪的頂圓直徑為,則鄰接條件為 e> 即 式(2.9) 式中：為行星輪的個(gè)數(shù)； 為太陽(yáng)輪與行星輪嚙合副的中心距； 為行星輪的齒頂圓直徑。 鄰接條件與和之值有關(guān)。即當(dāng)比值一定時(shí)，不能太大；反之當(dāng)一定時(shí)，比值不能太大。前者反映了對(duì)機(jī)構(gòu)承載能力的限制，后者反映了對(duì)

48、機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比的限制。 在不同行星輪個(gè)數(shù)下，按鄰接條件可計(jì)算出所能達(dá)到的最大傳動(dòng)比。在設(shè)計(jì)行星傳動(dòng)時(shí)，通常已知傳動(dòng)比，選取行星輪個(gè)數(shù)。但是行星輪數(shù)的確定還要考慮制造條件、均載條件、結(jié)構(gòu)尺寸等因素，一般多采用=3。當(dāng)需要進(jìn)一步提高承載能力，減小傳動(dòng)裝置的尺寸和重量時(shí)，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。方法之一是提高齒輪及主要零件的制造及安裝精度，但由于受工藝條件的限制，一般很難達(dá)到，而且是很不經(jīng)濟(jì)的；另一個(gè)辦法是從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取措施，使傳動(dòng)裝置在工作過(guò)程中，各構(gòu)件之間能夠自動(dòng)補(bǔ)償各種誤差，從而達(dá)到受載均衡。常見的不同類型的均載機(jī)構(gòu)有：基本構(gòu)件如太

49、陽(yáng)輪、內(nèi)齒圈或行星架浮動(dòng)、彈性元件、杠桿聯(lián)動(dòng)等。 （4）裝配條件 在行星傳動(dòng)中，幾個(gè)行星輪能均勻裝入，并保證與中心輪正確嚙合所應(yīng)具備的齒數(shù)關(guān)系即為裝配條件。它與上述傳動(dòng)比條件、鄰接條件和同心條件是互相依存的。 研究裝配條件的實(shí)質(zhì)是尋求行星傳動(dòng)中各齒輪的齒數(shù)，特別是中心輪（太陽(yáng)輪、內(nèi)齒圈）齒數(shù)與行星輪個(gè)數(shù)之間的關(guān)系。 當(dāng)NGW型行星輪個(gè)數(shù)≠1時(shí)，第一個(gè)行星輪裝入并與兩個(gè)中心輪嚙合后，兩個(gè)中心輪的相對(duì)位置就確定了。如果再要均勻地裝入其他行星輪，就必須滿足一定的條件才能實(shí)現(xiàn)。 如圖2-3所示，2π/為相鄰兩行星輪所夾的中心角。設(shè)第一個(gè)行星輪在位置Ⅰ裝入并與兩中心輪嚙合，然后將行星架X順時(shí)針

50、轉(zhuǎn)過(guò)2π/角度，即讓行星輪轉(zhuǎn)到位置Ⅲ。在這期間，中心輪a轉(zhuǎn)過(guò)的角度由傳動(dòng)比確定，即 為了在位置Ⅰ裝入行星輪，要求此時(shí)中心輪a在位置Ⅰ的相應(yīng)輪齒和它轉(zhuǎn)動(dòng)角之前的位置完全相同。也就是說(shuō)中心輪a轉(zhuǎn)動(dòng)的角必須為其節(jié)距所對(duì)的中心角2π/的整數(shù)倍M。即 M==整數(shù) 將值帶入上式可得 =整數(shù) 式(2.10) 只要滿足上式就可在位置Ⅰ再裝入行星輪。同樣操作，也可在位置Ⅰ再裝入其它行星輪。式（2.8）表明，NGW型

51、行星傳動(dòng)的裝配條件與行星齒輪齒數(shù)無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)與是否采用角度變位傳動(dòng)無(wú)關(guān)，只要兩中心輪齒數(shù)之和為行星輪個(gè)數(shù)的整數(shù)倍即可。 圖2-3NGW型裝配條件的分析 將帶入式（2.8），可得NGW型裝配條件的另一種表達(dá)形式 =整數(shù) 或 整數(shù) 式(2.11) （5）模數(shù)條件 模數(shù)不應(yīng)小于2，即

52、 2-m≤0 式(2.12) （6）行星傳動(dòng)中小齒輪的最小齒數(shù)要求 對(duì)于硬度小于HB350的軟齒面，推薦≥17；對(duì)于硬度大于HB350的硬齒面，推薦 ≥12，故有 12-z≤0 式(2.13) (7)齒寬與模數(shù)之間的關(guān)系必須滿足 5m ≤B≤17m 式(2

53、.14) (8)由傳動(dòng)比變化在5%之內(nèi)，得到 4.06 ≤i≤4.49 式(2.15) 2.3.3優(yōu)化方法和結(jié)果 令設(shè)計(jì)變量為，將傳動(dòng)比條件和同心條件引入目標(biāo)函數(shù)，將其余條件作為約束得到數(shù)學(xué)模型可表示為： S.t. 2-≤0 12-≤0 ≤0 -17≤0 -4.49≤0 4.06-≤0 .=3n n為正整數(shù)

54、 這是一個(gè)4維最優(yōu)化設(shè)計(jì)問題并具有多個(gè)不等式約束和等式約束。使用混合懲罰函數(shù)法，即對(duì)于等式約束條件，構(gòu)造外罰函數(shù)，對(duì)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(shí)，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。 根據(jù)模數(shù)的系列化和齒數(shù)為整型變量，采用多層優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化。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(duì)模數(shù)進(jìn)行圓整。此時(shí)模數(shù)是常數(shù)，代入第一層優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，得到新的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，即為第二層優(yōu)化，設(shè)計(jì)變量為齒數(shù)、齒寬和傳動(dòng)比。

55、 2）齒數(shù)圓整后的最優(yōu)解。在第二層優(yōu)化函數(shù)的最優(yōu)解附近，取圓整后的齒數(shù)作為太陽(yáng)輪的齒數(shù)。再把齒數(shù)、模數(shù)視為常量而形成第三個(gè)目標(biāo)函數(shù)及約束條件。如此采用多層優(yōu)化方法，最后得到優(yōu)化結(jié)果如下： ={15，6.5，60，4.4} 2.4變位系數(shù)的分配和尺寸計(jì)算 在輪邊行星傳動(dòng)中，為了保證裝配及同心條件下齒數(shù)的選擇具有較多的可選方案，輪齒采取了不等嚙合角的角度變位，需考慮分配變位系數(shù)。變位系數(shù)選擇和分配的好壞，對(duì)齒輪的承載能力、傳動(dòng)質(zhì)量、磨損的影響很大。 根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，太陽(yáng)輪齒數(shù)=15，模數(shù)為6.5，傳動(dòng)比為4.4，行星輪數(shù)目等于3，確定輪齒的變位系數(shù)和其他尺寸。 1）齒數(shù)的確定 計(jì)算：

56、計(jì)算并初選: ，為適應(yīng)變位需要，初選 按，查參考文獻(xiàn)[10]圖36.2-3，得到預(yù)計(jì)嚙合 角=26，=17.5。 2）a-c傳動(dòng)計(jì)算 計(jì)算未變位時(shí)的中心距 初算中心距變動(dòng)系數(shù) 計(jì)算中心距并圓整：，圓整取a=108 實(shí)際中心距變動(dòng)系數(shù)： 計(jì)算嚙合角得 計(jì)算總變位系數(shù)： 校核：查參考文獻(xiàn)[10]圖35.2-7中，介于曲線P7及P8之間，有利 于提高接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，可用。 分配變位系數(shù)：按參考文獻(xiàn)[10]35.2-8分配，得變位系數(shù)=+0.3383， +0.3565 3）c-b傳動(dòng)計(jì)算 計(jì)算未變位時(shí)的中心

57、距 初算中心距變動(dòng)系數(shù) 計(jì)算嚙合角，得 =1557′46″ 計(jì)算總變位系數(shù)： 計(jì)算： =-0.3487+0.3565=0.0078 至此，得到輪邊設(shè)計(jì)的全部參數(shù)。這樣驅(qū)動(dòng)橋的總傳動(dòng)比為5.2864.4=23.258，與原來(lái)的傳動(dòng)比6.1673.667=22.613相比傳動(dòng)比的變化范圍在5%以內(nèi)，滿足要求。 2.5強(qiáng)度校核 在NGW型行星齒輪傳動(dòng)中，外嚙合的太陽(yáng)輪往往是傳動(dòng)中的薄弱環(huán)節(jié)。它同時(shí)與幾個(gè)行星輪相嚙合，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)多，負(fù)荷大，變形大，工作條件不利。另外，在約束條件中未列出輪齒接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度要求，故需對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核。以變速箱一

58、擋為例，按裝載機(jī)鏟掘工況對(duì)設(shè)計(jì)中較為薄弱的太陽(yáng)輪進(jìn)行強(qiáng)度校核。 2.5.1彎曲疲勞強(qiáng)度校核 太陽(yáng)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(jí)為8級(jí)。 由驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)輸入扭矩為5100N.m，輪邊行星傳動(dòng)中太陽(yáng)輪傳遞的扭矩為 式（2.16） 由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度公式 式（2.17） 式中，為太陽(yáng)輪分度圓上的切向圓周力，故 B為太陽(yáng)輪的寬度，60mm。 為使用系數(shù)，原動(dòng)機(jī)為多缸內(nèi)燃機(jī)，但液力傳動(dòng)減小了載荷

59、沖擊，故取值1.0 為動(dòng)載系數(shù)，經(jīng)計(jì)算得=1.35 為齒向載荷分布系數(shù)，對(duì)硬齒面非對(duì)稱布置取=1.25 為齒間載荷分配系數(shù)，取值為1.2 為復(fù)合齒形系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[10]圖35.2-23查得取值為4.1 為彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的重合度系數(shù)，取值為0.95 經(jīng)計(jì)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(qiáng)度基本值,=920 N.mm?2； 為彎曲強(qiáng)度計(jì)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(yáng)輪的轉(zhuǎn)速為625r/min,若驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)壽命為5000～1000小時(shí)，由參考文獻(xiàn)[18]得太陽(yáng)

60、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(yáng)輪為表面淬火的滲碳鋼查得=1.0； 為相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)，取=1； 為相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)，取Y=0.9； 為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)，查得=0.98； 為彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，按照一般可靠度取1.25 得 = = 648MPa 故有，滿足強(qiáng)度條件要求。 2.5.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 齒面接觸疲勞強(qiáng)度公式 式（2.18） 式中，為節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，=2.3

61、 = 為材料彈性系數(shù)，=189.8 μ==1.13333 則 = ==1124.6 MPa 齒輪強(qiáng)度接觸許用應(yīng)力公式為 式中，為試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力，查得 =1250 N.； 為接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，按照齒根彎曲應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)及太陽(yáng)輪為表面淬火的滲碳鋼查得 =1.15； 為潤(rùn)滑油膜影響系數(shù)，查得=0.95； 為工作硬化系數(shù)，取=1； 為接觸強(qiáng)

62、度計(jì)算的尺寸系數(shù)，查得=1.0； 為接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)，按照一般可靠度取=1.05； 得 = = 1300 可見，，滿足強(qiáng)度要求。 2.6本章小結(jié) 本章對(duì)裝載機(jī)輪邊行星減速傳動(dòng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了齒數(shù)、模數(shù)等主要設(shè)計(jì)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。并按不等嚙合角的角度變位進(jìn)行了配齒，分配了各齒輪的變位系數(shù)，對(duì)輪邊減速進(jìn)行了尺寸計(jì)算，并對(duì)太陽(yáng)輪的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度進(jìn)行了設(shè)計(jì)校核。 3 變矩器和變速器傳動(dòng)系統(tǒng)

63、的研究設(shè)計(jì) 目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠家ZL40裝載機(jī)所采用的液力變速器由雙渦輪液力機(jī)械變矩器和前二后一行星式變速器組成。其中雙渦輪變矩器為我國(guó)六十年代末測(cè)繪美國(guó)ALLISION公司的產(chǎn)品，采用單級(jí)、雙相、四元件變矩器，在低速重載工況下，變矩器的兩個(gè)渦輪同時(shí)工作輸出扭矩至變速器，在高速輕載工況下，變矩器僅有一個(gè)渦輪工作輸出扭矩至變速器，變矩系數(shù)為4.7;與之相配的變速器為有兩個(gè)行星排構(gòu)成的行星傳動(dòng)動(dòng)力變速器，通過(guò)三個(gè)操作件，即兩個(gè)制動(dòng)器和一個(gè)離合器，來(lái)實(shí)現(xiàn)前二后一共三個(gè)擋位，=2.155，=0.578，=1.577。該液力變速器自上世紀(jì)六十年代為各主機(jī)廠家廣為使用，成為國(guó)內(nèi)ZL40/50裝載機(jī)的通

64、用型配置。這種液力變速器的主要問題是：由于超越離合器受力狀況和潤(rùn)滑條件較差，從而影響了主機(jī)的可靠性；采用了功率內(nèi)分流式雙渦輪液力變矩器，功率損失大，造成有效牽引功率、效率較低，高效區(qū)范圍較窄；由于尺寸鏈較長(zhǎng)，不易保證，造成變速器噪音較大；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件加工制造困難，維修不方便。 針對(duì)原裝載機(jī)的以上問題，為了提高車速及牽引效率等，研制開發(fā)了新的液力變矩器。該變速器總成由純液力傳動(dòng)單級(jí)單向三元件變矩器和電液控制動(dòng)力換擋變速器兩部分組成。 純液力傳動(dòng)和液力-機(jī)械串聯(lián)的復(fù)合傳動(dòng)相比，有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）純動(dòng)液傳動(dòng)的平均有效功率、效率值高于液力-機(jī)械串聯(lián)的復(fù)合傳動(dòng)；（2）但效率曲線寬而平，

65、高效工作范圍區(qū)寬；（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造和維修。 定軸式動(dòng)力換擋變速器較之行星式動(dòng)力換擋變速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、可靠性高的特點(diǎn)。同時(shí)定軸式動(dòng)力換擋變速器換擋方便自如、沖擊小、傳動(dòng)比范圍大，在一定范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，對(duì)外載荷的變化具有自適應(yīng)能力，能充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能和提高經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)。如果與電控板、電磁閥、傳感器、電操作開關(guān)等配合使用可方便的實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)，甚至全自動(dòng)換擋。因此研制開發(fā)定軸式動(dòng)力換擋變速器是一種必然趨勢(shì)和發(fā)展方向。 3.1發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用調(diào)速特性 裝載機(jī)是一種廣泛使用的循環(huán)作業(yè)機(jī)械，由鏟掘、舉升、倒車、運(yùn)輸、卸土、前進(jìn)等工序組成，換擋頻繁。由于裝載機(jī)作業(yè)工況的多

66、樣性，在作業(yè)過(guò)程中常常出現(xiàn)短時(shí)間的峰值載荷、超負(fù)荷、行走機(jī)構(gòu)滑轉(zhuǎn)，甚至發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)制性熄火。由于各工序的工作阻力有很大的區(qū)別，需要用多級(jí)變速器通過(guò)變換擋位以實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)不同的工作速度，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀況，適應(yīng)在不同工況下作業(yè)的要求。目前工程機(jī)械用柴油機(jī)已經(jīng)發(fā)展成為一類單獨(dú)的品種。ZL40/50裝載機(jī)多配置直噴式直列6缸發(fā)動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速多在1800～2200r/min，并有調(diào)速特性。發(fā)動(dòng)機(jī)裝車后的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性不僅取決于它本身的特性曲線，與車輛在使用過(guò)程中的負(fù)荷工況也有很大的關(guān)系。實(shí)際上，只有在外部載荷固定不變，且載荷值相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)才能輸出它的最大功率（額定功率）。但由于裝載機(jī)在工作時(shí)其載荷總是在不斷變化的，因而有必要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性及其在變載荷工況的輸出特性做進(jìn)一步的研究。在裝載機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的全部輸出功率并不是全部輸出給變矩器驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，而是要把一部分功率用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他裝置，如工作泵、轉(zhuǎn)向液壓泵、變速油泵等整機(jī)各種輔助裝置。在與變矩器匹配時(shí)，需根據(jù)具體情況從功率或力矩中把這部分功率扣除以確定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出給液力變矩器的有效轉(zhuǎn)矩、有效功率，即發(fā)動(dòng)機(jī)