ZL15輪式裝載機整車布置設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

ZL15輪式裝載機整車布置設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計論文ZL15輪式裝載機整車布置設(shè)計摘要隨著基建的迅猛發(fā)展，裝載機已成了工程建設(shè)中重要的組成部分。本次設(shè)計主要針對ZL15輪式裝載機的基本參數(shù)進行整車布置設(shè)計，要求既滿足了基本的性能特點，又有具有其優(yōu)點。通過查閱相關(guān)資料期刊，在了解了裝載機基本結(jié)構(gòu)后，進行總體結(jié)構(gòu)的選擇，包括傳動形式，變矩器，變速箱，離合器，驅(qū)動橋，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)系統(tǒng)，制動系統(tǒng)。然后通過實測和參考同類車型，確定一些基本參數(shù)，如軸距，輪距，最小離地間隙等。最后根據(jù)已知參數(shù)進行總體布置設(shè)計和對整體性能的校核驗算。設(shè)計過程先用CAD畫總體裝配圖，并用solidworks三維軟件進行虛擬裝配，畫出了整機三維立體圖。最后利用Matlab軟件對總體性能分析，從而得出所設(shè)計的總體設(shè)計性能參數(shù)曲線，并進行優(yōu)化設(shè)計，從而達到最終目的。關(guān)鍵詞：Zl15輪式裝載機，整車布置,性能分析，Solidworks。ZL15 WHEEL LOADER LAYOUT DESIGNAbstractWith the rapid development of infrastructure, loader has become an important part in engineering construction.The mission of this time is design of overall layout of ZL15 wheel loader.And,it meets the basic performance characteristics,also,has its avantages.This design first refer to the books and journals that about the loader design.To have a comprehensive understanding of loader.Second,on the choice of the general structure, including transmission form, torque converter, gearbox, clutch, axles, steeringSystems, braking system.Through the measured and reference similar models, establish some basic parameters, such as the wheelbase, between, the minimum ground clearance is achieved, etc.According to the parameters that have known to design the general layout.On the overall performance of checking checking. In design process,first use the CAD to draw the overall picture,then,use Solidwords software for the 3d virtual assembly,final,finish the 3d drawing.Last,use the Matlab to analysis the performance of loader,and final to achieve purpose.KEY WORDS: Wheel Loader ,Performance annlysis,Solidworks.目 錄第1章 概述11.1 課題研究的背景及意義11.2 輪式裝載機發(fā)展概況11.3 輪式裝載機未來發(fā)展趨勢11.4 課題研究的主要內(nèi)容及意義21.4.1 課題研究的主要內(nèi)容21.4.2 課題研究的意義2第2章 裝載機總成結(jié)構(gòu)的選擇32.1 傳動形式的選擇32.2 變矩器類型的選擇32.3 變速箱類型的選擇42.4 換擋摩擦元件類型的選擇42.5 驅(qū)動橋的選擇42.6 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計選擇62.7 制動系統(tǒng)的設(shè)計選擇62.8 輪胎的選擇7第3章 裝載機主要參數(shù)及其確定83.1 原始數(shù)據(jù)83.2 最小離地間隙93.3 軸距93.4 輪距93.5 裝載機軸荷分配9第4章 輪式裝載機的整體布置104.1 總布置草圖的基準(zhǔn)選擇104.2 發(fā)動機和傳動系的布置104.3 鉸接點和傳動軸的布置114.4 擺動橋的布置114.5 工作裝置的布置124.6 駕駛室的布置124.7 操縱系、油箱及平衡重的布置134.8 裝載機整體布置圖13第5章 輪式裝載機整體性能的校核驗算155.1 軸荷分配驗算155.2 輪胎驗算165.3 裝載機的穩(wěn)定校核175.4 裝載機動力性分析185.4.1 驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖185.4.2 動力特性圖215.5 輪式裝載機轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的分析235.6 輪式裝載機制動系統(tǒng)的校核235.7 輪式裝載機最小轉(zhuǎn)向半徑分析26第6章 裝載機整機三維建模286.1 Solidworks介紹286.2 Solidworks建模的步驟286.3 ZL15輪式裝載機三維裝配圖30總結(jié)31致謝32參考文獻33附錄34ZL15輪式裝載機整車布置設(shè)計第1章 概述1.1 課題研究的背景及意義 近年來，隨著科技的發(fā)展，裝載機的應(yīng)用越來越廣泛。裝載機主要用于鐵路、公路、建筑工地、礦山工地、水利電場、港口等部門。 裝載機的設(shè)計過程主要有：任務(wù)的確定，調(diào)查與研究，然后制定設(shè)計任務(wù)方案，進行總體布置，確定整體參數(shù)，進行各個部件的強度計算，工藝設(shè)計，試驗并且修改等一系列階段。1.2輪式裝載機發(fā)展概況裝載機誕生于20世紀(jì)20年代，此后不斷發(fā)展創(chuàng)新。它的傳動系從機械式傳動到液力機械傳動、全液壓傳動和電傳動，目前廣泛采用液力機械傳動。20世紀(jì)40年代開始出現(xiàn)全輪驅(qū)動的裝載機，20世紀(jì)60年代中開始出現(xiàn)鉸接式轉(zhuǎn)向裝載機，如今這些結(jié)構(gòu)被廣泛采用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，到20世紀(jì)80年代，裝載機進入了機-電-液一體化的階段。到21世紀(jì)裝載機在整機性能、作業(yè)的能力、安全性、可靠性以及操作性，舒適性等各個方面都有很大的改善和提升。從20世紀(jì)60年代初中國從開始試生產(chǎn)單斗裝載機到如今已形成了煙臺工程機械廠、廈門工程機械廠、三一工程機械廠、徐州工程機械廠等上百個廠家。裝載機的年產(chǎn)量已達到13000多臺，其中輪胎式裝載機占98。裝載機的規(guī)格型號已有120多個，斗容從0.3t到15t，其中大型機占45.7，小型機占18.8，超小型機僅占1。經(jīng)過40多年的發(fā)展和創(chuàng)新，我國裝載機性能有了很大的發(fā)展。1.3輪式裝載機未來發(fā)展趨勢 未來，國內(nèi)外裝載機的發(fā)展概況可歸結(jié)如下幾個方面。 1）裝載機的大型化與小型化。 2）新材料、新技術(shù)的采用。 3）機電液一體化、數(shù)控化。 4）裝載機的輪胎化。 5) 裝載機多功能化,智能化。1.4 課題研究的主要內(nèi)容及意義1.4.1 課題研究的主要內(nèi)容本次研究主要是針對ZL15輪式裝載機整車布置設(shè)計。根據(jù)該裝載機的一些整車參數(shù)，確定整車的布置方案，并闡述裝載機的使用范圍與功能優(yōu)勢。選型設(shè)計發(fā)動機，變速器，離合器，主減速器，前后橋，確定前驅(qū)或后驅(qū)，選擇大梁，車架制動系統(tǒng)，設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)。 根據(jù)自己的選擇(或廠家提供)的主要總成, 進行該裝載機的布置設(shè)計。在自己的布置設(shè)計方案(或廠家提供的)基礎(chǔ)上,進行裝載機的動力性分析等。對自己設(shè)計的布置方案(或廠家提供的),進行轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的分析并改進。對該系統(tǒng)進行制動系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)校核設(shè)計。進行通過性、最小轉(zhuǎn)向半徑分析等。1.4.2 課題研究的意義本課題研究的目的是研發(fā)新型裝載機機的需要，通過對整體布置設(shè)計后的總體性能參數(shù)分析，得出優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，從而更適用于市場需求。利用Solidworks進行輪式裝載機的總體布置建模，且利用Matlab軟件對總體性能分析，從而得出所設(shè)計的總體設(shè)計性能參數(shù)曲線，并進行優(yōu)化設(shè)計，從而達到最終目的。39第2章 裝載機總成結(jié)構(gòu)的選擇2.1傳動形式的選擇采用液力機械傳動，用此傳動形式相對其他傳動形式具有以下優(yōu)點：1）使車輛具有自動適應(yīng)性；2）提高車輛的使用壽命；3）提高車輛的通過性；4）提高車輛的舒適性；5）簡化了車輛的操縱。圖2-1為裝載機的傳動示意圖。圖2-1 裝載機的傳動系統(tǒng)示意圖 1-發(fā)動機；2-變矩器；3-變矩器回油泵；4-工作油泵；5-轉(zhuǎn)向油泵；6-腳制動；7-手制動；8-驅(qū)動橋；9-輪邊行星減速器2.2 變矩器類型的選擇液力變矩器的正確選擇與否，影響到裝載機的牽引性，生產(chǎn)效率。考慮到裝載機工作時牽引力和車速變化大，工作環(huán)境比較惡劣，需要的變檔系數(shù)K較大，參考同類車型，選用雙渦輪單級液力變矩器。由于本次設(shè)計的裝載機為小型機械，與發(fā)動機的匹配方式，采用全功率匹配，以滿足對插入力（牽引力）的要求。2.3 變速箱類型的選擇選擇動力變檔行星變速箱（如圖2-2），此類型變速箱結(jié)構(gòu)緊湊，剛度大，齒輪壽命長，傳動效率高，同時采用制動器而不是摩擦離合器換擋，避免使用旋轉(zhuǎn)油缸和旋轉(zhuǎn)密封，工作可靠。圖2-2 雙級行星輪邊減速2.4 換擋摩擦元件類型的選擇選用濕式片式制動器，因為其具有優(yōu)點:如不易磨損和燒壞，壽命長，所傳遞的力矩可以通過改變摩擦片數(shù)量來改變摩擦元件實習(xí)，結(jié)構(gòu)通用性好，制造工藝性好。2.5 驅(qū)動橋的選擇為了充分利用裝載機的附著重量，最大發(fā)揮其牽引力，采用全橋驅(qū)動，由于減速比較大，采用雙級減速體積大，不易布置，故采用單級主減速器和輪邊減速器組合。這種結(jié)構(gòu)便于布置，又可以獲得較大的傳動比。前橋結(jié)構(gòu)形式如圖2-3,后橋結(jié)構(gòu)形式如圖2-4。圖2-3 前橋總成1-主傳動器；2-管塞；3-透氣管；4-半軸；5-制動器總成；6-油封 ；7-擋油環(huán)；8-卡環(huán)；9-軸承；10-制動鼓；11-輪殼；12-輪胎；13-輪輞；14-行星輪架；15-內(nèi)齒輪；16-墊片；17-行星輪軸 ；18-鋼球；19-滾針；20-行星齒輪；21-太陽輪； 22-擋圈；23-蓋；24-軸承圖2-4 后橋總成1-主傳動器；2-內(nèi)半軸；3-后橋殼體；4-萬向節(jié)；5-外半軸；6-輪邊減速器2.6 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計選擇輪式裝載機轉(zhuǎn)向方式有：整體式和鉸接式。鉸接式轉(zhuǎn)向（鉸接式車架）。1）后輪轉(zhuǎn)向（圖2-5a），此種轉(zhuǎn)向?qū)︸{駛員要求高。2）全輪轉(zhuǎn)向（圖2-5b），轉(zhuǎn)向半徑小，機動性好，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3）前輪轉(zhuǎn)向（圖2-5c），布置困難，不適用。4）鉸接轉(zhuǎn)向（圖2-5d），裝載機的車架不是單一整體，由前后車架構(gòu)成，中間用鉸軸鉸接起來。此種轉(zhuǎn)向類型，轉(zhuǎn)向半徑較小，機動性好。綜上，本次設(shè)計采用鉸接式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。圖2-5 裝載機轉(zhuǎn)向方式 （a）后輪轉(zhuǎn)向；（b）全輪轉(zhuǎn)向；（c）前輪轉(zhuǎn)向；（d）鉸接轉(zhuǎn)向2.7 制動系統(tǒng)的設(shè)計選擇完整的制動系統(tǒng)包括：行車制動系統(tǒng)，停車制動，緊急制動。行車制動系統(tǒng)：選用鉗盤式制動器，裝在輪邊減速裝置上（如圖2-6）。鉗盤式制動器磨損均勻，制動穩(wěn)定性好，能自動補償間隙，拆裝維修更換方便。停車制動系統(tǒng)：采用蹄式結(jié)構(gòu)，裝在變速箱外的傳動軸。緊急制動系統(tǒng)：與駐車制動組合成二合一。圖2-6 鉗盤式制動器在驅(qū)動橋上的布置1-圓盤；2-軸殼；3-夾鉗總成；4-輪轂2.8 輪胎的選擇裝載機工作環(huán)境較惡劣，采用低壓寬面輪胎可以增大接地面積，減少行駛阻力。參考同類車型，選用輪胎規(guī)格16/70-20，輪胎負(fù)荷4500公斤，充氣后外直徑1075mm，斷面寬400mm。第3章 裝載機主要參數(shù)及其確定3.1 原始數(shù)據(jù)如下（表3-1）：表3-1 原始數(shù)據(jù)額定斗容量m³0.9額定裝載質(zhì)量kg1500掘起力kN48最大牽引力kN33傾翻載荷kN30前進一檔km/h0-10前進二檔km/h0-25后退一檔km/h0-10后退二檔km/h0-25卸載高度(加長臂)HImm2460(2900)最大卸載高度時的卸載距離mm900卸載角o45運輸位置時的鏟斗最大收斗角o52鏟斗提升時間/鏟斗下降時間s5.2 /3.4發(fā)動機型號495G1-3或4100G1-3標(biāo)定功率kW40.4或45標(biāo)定轉(zhuǎn)速r/min2400最大轉(zhuǎn)向角(a)o左右35最大爬坡能力%60最小轉(zhuǎn)彎半徑(R)(鏟斗外側(cè)）mm4700整機操作質(zhì)量kg5100(5500)外形尺寸(長*寬*高)mm4830*1950*2715(5415*1950*2715)3.2 最小離地間隙小離地間隙是裝載機通過性的標(biāo)志，參考同類車型，取最小離地間隙290m。3.3 軸距軸距的改變會影響到幾方面的性能，軸距增加，最小轉(zhuǎn)彎半徑會增加；縱向穩(wěn)定性提高。參考同類車型，初步確定軸距為2200mm。3.4 輪距整車的性能跟輪距有很大關(guān)系。輪距增加，橫向穩(wěn)定性提高，最小轉(zhuǎn)彎半徑增加，其大小受到鏟斗寬度和交通運輸?shù)南拗?。輪距?yīng)小些。參考同類車型，初步擬定輪距1400mm。3.5 裝載機軸荷分配為了保證裝載機在作業(yè)中的穩(wěn)定性，牽引性，通過性，以及操縱穩(wěn)定性，輪式裝載機空滿載的橋荷分配為：空載時：前橋占裝載機自重的50%。后橋占裝載機自重的50%。滿載時：前橋負(fù)荷70%82%。后橋負(fù)荷28%30%。第4章 輪式裝載機的整體布置總體布置是否合理，直接影響到整車的性能，使用經(jīng)濟性，是這次設(shè)計的主要任務(wù)。鉸接式裝載機總體的一般布置如圖4-1。圖4-1 裝載機總體的一般布置1-鏟斗；2-播臂；3-動臂；4-轉(zhuǎn)斗油缸；5-前車架；6-前橋；7-動臂油缸； 8-駕駛室；9-變速箱；10-變矩器；11-后車；12-后橋；13-發(fā)動機；14-水箱；15-配重4.1總布置草圖的基準(zhǔn)選擇首先確定軸距，輪距和輪胎尺寸畫在布置草圖上，參考同類車型，確定基準(zhǔn)：1)用通過后橋中心線的水平面作為上下位置基準(zhǔn)面；2)用通過后橋中心線的垂直平面作為前后位置基準(zhǔn)面； 3)用通過裝載機縱向?qū)ΨQ面作為左右位置基準(zhǔn)面。4.2 發(fā)動機與傳動系的布置發(fā)動機置于裝載機后部中央，并根據(jù)橋荷分配來確定相對后橋的位置，并參考同類車型確定發(fā)動機相對車架的高度。選擇發(fā)動機，變矩器和變速箱為整體的方案，采用此布置，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動軸少，便于布置，從而減少了工藝流程，可靠性增加。發(fā)動機，變矩器和變速箱布置簡圖見圖4-2。圖4-2 發(fā)動機，變矩器和變速箱布置簡圖1-變速箱；2-變矩器；3-發(fā)動機組4.3 鉸接點和傳動軸的布置鉸接車架的鉸銷處置在后橋軸線的中間，這樣，車輛行駛的前后輪軌跡相同，減少了運動阻力，轉(zhuǎn)向半徑最小，輪胎的磨損較少，壽命長。但是本次設(shè)計的由于車型較小，為了更合理分配軸荷，將鉸接點布置在中點偏前點。轉(zhuǎn)向油缸布置在交接點的倆側(cè)，油缸體和活塞桿分別接在前后車架上，采用倆個轉(zhuǎn)向油缸，并對稱布置。前后車架繞鉸接點左右轉(zhuǎn)角取35°40°，用擋塊限制最大轉(zhuǎn)角。前后傳動軸布置在裝載機縱向?qū)ΨQ面內(nèi)，并盡可能使其處于水平位置。4.4 擺動橋的布置考慮到裝載機的行駛速度較低，為了保證其作業(yè)時的穩(wěn)定性，不裝彈性懸架。將裝載機的后橋作為擺動橋，用銷軸鉸接固定在副車架上，并且用限位塊來限制它上下擺動的角度（）。結(jié)構(gòu)形式如圖4-3。圖4-3 后擺動橋簡圖 1-車架；2-軸銷；3-副車架；4-擋鐵4.5 工作裝置的布置工作裝置布置在整機的前端，結(jié)合工作裝置的設(shè)計，布置時確定動臂和車架的鉸接位置（如圖4-4）。鉸點位置盡量向后布置，同時也要考慮駕駛員出入的方便，以及在最大轉(zhuǎn)角時，駕駛室不會出現(xiàn)干涉相碰。動臂油缸下端與車架鉸接（圖4-4a），結(jié)構(gòu)簡單，且容易布置。油缸中部與車架鉸接的方式（圖4-4b），布置困難，所以不采用。 圖4-4 工作裝置布置簡圖4.6駕駛室的布置駕駛室的布置應(yīng)使操縱機構(gòu)簡單，操縱者方便省力，并且保證視野，和安全性，舒適性。目前，鉸接式裝載機駕駛室主要有幾種布置方案：a）駕駛室固定在前車架后端（圖4-5a）；b）駕駛室懸臂固定在后車架的前端（圖4-5b）；c）駕駛室布置在后車架的前部（圖4-5c）。考慮到各種布置的優(yōu)缺點，選定第二種布置方案，駕駛室布置在后車架前部，用此方案駕駛員作業(yè)時受沖擊較小，不易疲勞，視野較好。圖4-5 鉸接式裝載機駕駛室布置方案4.7 操縱系、油箱及平衡重的布置操縱系統(tǒng)包括變速桿、停車制動和工作裝置液壓系統(tǒng)操縱桿及踏板等，它們的布置原則應(yīng)是保證駕駛員操縱方便。鉸接式裝載機的燃油箱和工作油箱布置在后車架的兩側(cè)，配重置于裝載機的最后端，以利平衡鏟斗中的載荷。4.8 裝載機整體布置圖 經(jīng)過前面第3章所述，根據(jù)已知的長寬高等參數(shù)，從而確定總體的基本參數(shù)，取軸距L=2200mm，輪距B=1400mm，最小離地間隙h=290mm。參考同類車型和本章所述的基本布置原則，本次ZL15輪式裝載機整體布置圖設(shè)計如圖4-6。圖4-6 ZL15輪式裝載機整體布置圖 第5章 輪式裝載機整體性能的校核驗算裝載機整體性能的驗算是對總布置各個部件之間配合的校核驗算，具有至關(guān)重要的意義。本次設(shè)計主要包括動力性、穩(wěn)定性、制動性能的分析。5.1 軸荷分配驗算實測出各部件重量和相對前軸的力矩（見表5-1）。橋荷的分配贏滿足一定的要求：1） 要保證足夠的附著重量，以發(fā)揮其牽引力。2） 要保證正常的穩(wěn)定性。3） 要保證轉(zhuǎn)向輕便。表5-1 ZL15裝載機的各部分的重量及力矩序號部件名稱數(shù)量總質(zhì)量kg重心坐標(biāo)mm重量矩kgm1鏟斗125012003002搖臂19151246.63動臂25004022014拉桿21861010.985轉(zhuǎn)斗油缸160200126動臂油缸2130164-21.327轉(zhuǎn)向油缸2100-140-148前車架1600-414-248.49前橋傳動軸130-420-12.610前橋1610-82-50.0211駕駛室1150-1620-24312變速箱1180-1636-294.4813后橋傳動軸118-2012-36.21614變矩器162-2010-124.6215發(fā)動機1610-2872-1751.9216后橋1660-2312-1525.9217后車架1650-1712-1112.818燃油及油箱185-1902-161.6719水箱及水115-3312-49.6820平衡重1281-3520-989.12總計245100-6365.191）裝載機空載時重心距離前輪距離： 式中，裝載機各個部件對前軸的力矩之和。載時前后橋的軸荷分配計算： 式中，G1，G2前后橋軸荷；L軸距。2）裝載機滿載時重心距前軸距離: 式中，Q為裝載機的額定載重量，l為額定載荷距前輪的距離。由上面計算的可知，在空滿載時，前后橋均符合鉸式輪式裝載機軸荷分配。5.2 輪胎驗算不同工況下輪胎受載情況，如表5-2：表5-2 不同工況輪胎受載情況載荷狀態(tài)機重前軸負(fù)荷后軸負(fù)荷空載51002202.272897.73滿載660050701530 本次設(shè)計選擇的輪胎型號為16/70-20，輪胎負(fù)荷2925公斤，所以輪胎選用符合要求。5.3 裝載機的穩(wěn)定性校核裝載機的穩(wěn)定性是指裝載機在作業(yè)中抗傾翻的性能，是裝載機的重要性能之一。裝載機的穩(wěn)定性用穩(wěn)定比來評價。穩(wěn)定比是指裝載機在外力或外載荷的作用下，所產(chǎn)生的使裝載機有傾翻趨勢的力矩MF與裝載機穩(wěn)定力矩MW之比，用K表示，即： （5-1）裝載機在水平位置，動臂水平伸出時（如圖5-1），其穩(wěn)定比： （5-2）式中，Q-鏟斗中載荷重量； l-Q-的重心與前軸的水平距離； W-空載時裝載機的自重； W2-空載時動臂水平位置的后橋負(fù)荷； L1-裝載機空載時重心到前軸的水平距離； L-軸距。穩(wěn)定比K1，說明穩(wěn)定。穩(wěn)定比K1，說明不穩(wěn)定。規(guī)定在額定載荷Q作用下，穩(wěn)定比K0.5。已知，則穩(wěn)定比 ，所以穩(wěn)定性符合。圖5-1 穩(wěn)定比計算示意圖5.4 裝載機動力性分析車輛的動力性主要評定指標(biāo)有：1） 車輛的最高速度；2） 車輛的加速時間；3） 車輛的最大爬坡度。5.4.1 驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖車輛行駛時的受力情況及其平衡關(guān)系，一般是做出汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖，來確定車輛的動力性。（程序參考附錄1,2,3,4）1) 動力平衡圖（圖5-2,圖5-3）圖5-2 前進動力與行駛阻力平衡圖圖5-3 后退動力與行駛阻力平衡圖 如圖5-2所示，本次設(shè)計的ZL15輪式裝載機在時速15km/h時達到最大牽引力，跟所給參數(shù)33KN相差不大，所以此次整體設(shè)計整車的動力性符合。2) 裝載機行駛加速度曲線（圖5-4,圖5-5）圖5-4 前進加速度曲線圖圖5-5 后退加速度曲線圖 車輛的加速能力可用它在水平良好路面上行駛時產(chǎn)生的加速度來評價，由于實際中加速度值不易測量，所以一般用加速時間來表面車輛的加速能力。利用圖5-2，圖5-3可計算得出裝載機各檔節(jié)氣門全開時的加速度曲線，見圖5-4,圖5-5。由圖可以看出，高檔的加速度小些，一檔的加速度最大。3) 裝載機加速度倒數(shù)曲線（5-6,5-7）圖5-6 前進加速度倒數(shù)曲線圖圖5-7 后退加速度倒數(shù)曲線圖 由加速度圖可以進一步得出裝載機從車速u1加速到車速u2時間。由圖5-6，圖5-7可知，倆曲線沒有交點，所以應(yīng)該在一檔發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速時換人二檔。5.4.2 動力特性圖圖5-8 前進動力因數(shù)數(shù)曲線圖圖5-9 后退動力因數(shù)曲線圖車輛的動力性可以用動力特性曲線圖（圖5-8,圖5-9）來分析。其牽引力平衡方程如下： （5-3） （5-4）為汽車的動力性因數(shù)并用D表示，則 （5-5）車輛在各檔下的動力因數(shù)與車速的關(guān)系性曲線，如圖19。在求最大爬坡度時，所以 （5-6）一檔時爬坡度最大，整理得 （5-7）由圖可知，在一檔時的動力因數(shù)最大，則，滾動阻力很小，參考同類車型，取f=0.02。求得，比所給參數(shù)大，顯然動力性滿足。5.5 裝載機轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的分析考慮到輪式裝載機的整車質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)向阻力也較大，因而采用液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)。因整體式轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置（如圖5-10）具有減少中間傳動環(huán)節(jié)，方向盤空行程減少，靈敏度較高，結(jié)構(gòu)緊湊和可采用標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向器等優(yōu)點，因此采用整體式布置。圖5-10 整體式轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置1-轉(zhuǎn)向軸；2-轉(zhuǎn)向閥；3-轉(zhuǎn)向齒扇；4-轉(zhuǎn)向垂臂；5-隨動桿；6-前車架；7-轉(zhuǎn)向油缸；8-后車架5.6輪式裝載機制動系統(tǒng)的校核1)前后制動力分配曲線當(dāng)前后輪同時抱死,制動時車輛的方向穩(wěn)定性比較好，附著利用率比較高。在附著系數(shù)的路面，前后輪同時抱死的條件是前后輪的制動力等于其附著力，即 （5-8） （5-9）消去變量，得 (5-10)所以制動器的制動力分配比例系數(shù)為 (5-11)式中，為前制動器制動力；為后制動器制動力，所以 （5-12） （5-13）這條直線為前后制動器動力分配線，叫做曲線。根據(jù)已知條件畫出空滿載的曲線和曲線（程序參考附錄5），如圖5-11所示：圖5-11 Zl15輪式裝載機制動力分配曲線由圖，可求出斜率為，從而求出已知同步附著系數(shù) （5-14）從而求得同步附著系數(shù)。又 （5-15）最大制動力矩為 （5-16）2）制動距離制動性能可以用制動距離S來評價。制動距離S由制動距離S1空走路程S2倆部分組成。假定不考慮制動時與車輛相連的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力，并忽略空氣阻力與坡道阻力，則裝載機的以FB的總制動力制動時，可得： (5-17)倆邊各乘以距離的增量ds，得： (5-18)式中，W-整機質(zhì)量（公斤）； V0-制動時裝載機的初速度（m/s），取25km/h； FB-總制動力（公斤）； g-重力加速度9.81m/s2?？兆呗烦蘏2=V0t式中，V0-制動時裝載機的初速度（米/秒）； t1-制動延遲時間，取0.25秒。因此，制動距離S為 (5-19) 求得 因為，裝載機運行時，速度較低，腳制動系統(tǒng)在空載時25km/h行駛,其制動距離不大于12m,所以符合國家標(biāo)準(zhǔn)。5.7輪式裝載機最小轉(zhuǎn)向半徑分析鉸接式裝載機前后輪的轉(zhuǎn)彎半徑一般是不同的，并且隨鉸接點位置不同而變化。鉸接式裝載機其前后外輪轉(zhuǎn)彎半徑可根據(jù)圖5-12來確定。途中o點是前后車架鉸接點，為轉(zhuǎn)向角，L為裝載機軸距，B點位裝載機輪距，F(xiàn)為前后輪的轉(zhuǎn)彎半徑。設(shè)鉸接點距前輪軸距為a，則前車架相對后車架轉(zhuǎn)向角為時，裝載機的轉(zhuǎn)彎半徑R推導(dǎo)如下。圖5-12 鉸接式裝載機轉(zhuǎn)彎半徑前外輪轉(zhuǎn)彎半徑R1 所以 (5-20)后輪轉(zhuǎn)彎半徑R2所以 (5-21)當(dāng)鉸接點在裝載機輪軸的中間a=L/2時，前后外輪的轉(zhuǎn)彎半徑 (5-22)求得R=4283mm，裝載機鏟斗外側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑為4690mm跟所給參數(shù)4700相差不大，因此所選軸距和輪距符合。 第6章 裝載機整機三維建模6.1 Solidwords介紹 Solidworks是一款很實用的三維軟件。用SolidWorks 來設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤并且提高產(chǎn)品質(zhì)量。不管對于初學(xué)者，還是工程師，SolidWorks造作簡單，而且很容易上手。 6.2 Solidwords建模的步驟利用solidworks三維制圖軟件進行繪制的步驟一般是： 1）將畫好二維工程圖紙導(dǎo)入（或者直接在solidworks軟件上草圖繪制）；2）將導(dǎo)入的草圖進行一定的修改；3）利用軟件進行拉伸、旋轉(zhuǎn)等功能繪制零件三維圖，圖6-1為零件輪胎的繪制界面，圖6-2為前車架的繪制界面。4）將畫好的三維零件圖進行裝配，圖6-3為驅(qū)動橋裝配界面。圖6-1 輪胎的繪制界面圖6-2 前車架繪制界面圖6-3 驅(qū)動橋裝配界面6.3 ZL15輪式裝載機三維裝配圖此次設(shè)計的ZL15輪式裝載機最終裝配圖，見圖6-4。圖6-4 ZL15輪式裝載機三維裝配圖總 結(jié) 本次研究主要是針對ZL15輪式裝載機整車布置設(shè)計。根據(jù)該裝載機的一些整車參數(shù)，確定整車的布置方案，并闡述裝載機的使用范圍與功能優(yōu)勢。選型設(shè)計發(fā)動機，變速器，離合器，主減速器，前后橋，確定前驅(qū)或后驅(qū)，選擇大梁，車架制動系統(tǒng)，設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)。根據(jù)自己的選擇(或廠家提供)的主要總成, 進行該裝載機的布置設(shè)計。在自己布置設(shè)計方案(或廠家提供的)基礎(chǔ)上,進行裝載機的動力性分析等。對自己設(shè)計的布置方案(或廠家提供的),進行轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的分析并改進。對該系統(tǒng)進行制動系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)校核設(shè)計。進行通過性、最小轉(zhuǎn)向半徑分析等。 通過本次的設(shè)計，對裝載機設(shè)計有一定的了解，并且學(xué)到了很多知識。同時，在這過程中，將大學(xué)所學(xué)的知識溫習(xí)鞏固了一遍?？偟膩碚f，本次畢業(yè)設(shè)計，收獲頗多。致 謝本次畢業(yè)設(shè)計從選題到設(shè)計順利完成，任志英導(dǎo)師和同學(xué)給了我很大幫助。特別是任老師給我提供了悉心的指導(dǎo)和熱情的幫助。在每周和老師交流的過程中，老師諄諄的教誨和指導(dǎo)，以及鼓勵給了我很大的啟發(fā)和動力，這對我以后的工作發(fā)展有非常大的幫助。借此，我向任志英老師表示真誠的感謝！最后，感謝各位老師對我的論文進行評審，感謝你們給我提出的寶貴意見和建議。參 考 文 獻1 何正忠.裝載機.冶金工業(yè)出版社,1999.1.2 吉林工業(yè)大學(xué)工程機械教研室.中國建筑工業(yè)出版社,1982.11.3 李健成.礦山裝載機設(shè)計M.北京：機械工業(yè)出版社,1985.5. 4 陳家瑞.汽車構(gòu)造（下）第3版.北京：機械工業(yè)出版社,2010.7.5 Chek-Chart.Automotive Brake Systems.Harper Collins Publishers,1987.6 常綠,王國強,李春然.裝載機仿真模塊開發(fā).期刊論文-農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2007,38(1):195-197.7 馮國勝.車輛現(xiàn)代設(shè)計方法M. 北京：科學(xué)出版社,2006.8 譚耿.淺談輪胎式裝載機制動系統(tǒng).企業(yè)科技與發(fā)展,2007(12)：84.9 胡慧云,鄢瑞瑜,劉秀珍.ZL50F型裝載機工作裝置及鏟斗優(yōu)化:期刊文.工程機械,2004(04):28-29.10 GB7258-2004.機動車運行安全技術(shù)條件S. 北京：2004.11 王望予.汽車設(shè)計第4版.北京：機械工業(yè)出版社,2004.8.12 余志生.汽車?yán)碚摰?版.北京：機械工業(yè)出版社,2009.3. 13 劉惟信.汽車制動系的機構(gòu)分析與設(shè)計計算.北京：清華大學(xué)出版社,2004.9.14 Omer K.Mehmet U.Multi-objective fuzzy optimization of space trusses by Ms-Excel,2005(08).15 Jay Webster.Automotive suspension.steering and brakes.New York:Delmar Publishers Inc., 1987.附 錄附錄1 動力-阻力平衡曲線程序nmin=600;%發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速nmax=2400;%發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速n=nmin:1:nmax;%發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化向量me=1500;%汽車的裝載質(zhì)量m0=5100;%汽車的整車整備質(zhì)量ma=6660;%汽車的總質(zhì)量g=9.81;%重力加速度r=0.5375;%汽車的車輪半徑nt=0.85;%傳動機械效率f=0.02;%滾動阻力系數(shù)CdA=3.72; If=0.318;%飛輪轉(zhuǎn)動慣量Iw1=3.789;%前倆輪的轉(zhuǎn)動慣量Iw2=3.789;%后倆輪的轉(zhuǎn)動慣量i0=5.01;%主減速比il=3.01;%輪邊減速比i1=1.83;%前進一檔傳動比i2=0.76;%前進一檔傳動比i3=1.79;%后退一檔傳動比i4=0.71;%后退二檔傳動比Ttq=-81.1146+1240.134*(n/1000)-694.848*(n/1000).2+171.6708*(n/10.1469*(n/1000).4;ua1=0.377*r*n/(i0*i1*il);%對應(yīng)轉(zhuǎn)速的速度Ft1=Ttq*i1*i0*il*nt/r;%驅(qū)動力ua=0:0.02:36;Ff=ma*g*f;Fw=CdA*ua.2/21.15;b1=1+(Iw1+Iw2)/(ma*r.2)+If*nt*(i1*i0*il).2/(ma*r.2);%車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)a1=(Ft1-Ff-Fw).(ma*b1);plot(ua1,a1,'r','LineWidth',2); hold on;ua2=0.377*r*n/(i2*i0*il);Ft2=Ttq*i2*i0*il*nt/r;b2=1+(Iw1+Iw2)/(ma*r.2)+If*nt*(i2*i0*il).2/(ma*r.2);a2=(Ft2-Ff-Fw).(ma*b2);plot(ua2,a2,'g','LineWidth',2); xlabel('ua(km/h)');ylabel('1/a（s2/m）'); 附錄2 加速度程序nmin=600;%發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速nmax=2400;%發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速n=nmin:1:nmax;%發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化向量me=1500;%汽車的裝載質(zhì)量m0=5100;%汽車的整車整備質(zhì)量ma=6660;%汽車的總質(zhì)量g=9.81;%重力加速度r=0.5375;%汽車的車輪半徑nt=0.85;%傳動機械效率f=0.02;%滾動阻力系數(shù)CdA=3.72; If=0.318;%飛輪轉(zhuǎn)動慣量Iw1=3.789;%前倆輪的轉(zhuǎn)動慣量Iw2=3.789;%后倆輪的轉(zhuǎn)動慣量i0=5.01;%主減速比il=3.01;%輪邊減速比i1=1.83;%前進一檔傳動比i2=0.76;%前進一檔傳動比i3=1.79;%后退一檔傳動比i4=0.71;%后退二檔傳動比Ttq=-81.1146+1240.134*(n/1000)-694.848*(n/1000).2+171.6708*(n/1000).3-16.1469*(n/1000).4;ua1=0.377*r*n/(i0*i1*il);%對應(yīng)轉(zhuǎn)速的速度Ft1=Ttq*i1*i0*il*nt/r;%驅(qū)動力ua=0:0.02:36;Ff=ma*g*f;Fw=CdA*ua.2/21.15;b1=1+(Iw1+Iw2)/(ma*r.2)+If*nt*(i1*i0*il).2/(ma*r.2);%車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)a1=(Ft1-Ff-Fw)/(ma*b1);plot(ua1,a1,'r','LineWidth',2); hold on;ua2=0.377*r*n/(i2*i0*il);Ft2=Ttq*i2*i0*il*nt/r;b2=1+(Iw1+Iw2)/(ma*r.2)+If*nt*(i2*i0*il).2/(ma*r.2);a2=(Ft2-Ff-Fw)/(ma*b2);plot(ua2,a2,'g','LineWidth',2); xlabel('ua(km/h)');ylabel('a/（m/s2）');附錄3 加速度倒數(shù)曲線程序nmin=600;%發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速nmax=2400;%發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速n=nmin:1:nmax;%發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化向量me=1500;%汽車的裝載質(zhì)量m0=5100;%汽車的整車整備質(zhì)量ma=6660;%汽車的總質(zhì)量g=9.81;%重力加速度r=0.5375;%汽車的車輪半徑nt=0.85;%傳動機械效率f=0.02;%滾動阻力系數(shù)CdA=3.72; If=0.318;%飛輪轉(zhuǎn)動慣量Iw1=3.789;%前倆輪的轉(zhuǎn)動慣量Iw2=3.789;%后倆輪的轉(zhuǎn)動慣量i0=5.01;%主減速比il=3.01;%輪邊減速比i1=1.83;%前進一檔傳動比i2=0.76;%前進一檔傳動比i3=1.79;%后退一檔傳動比i4=0.71;%后退二檔傳動比Ttq=-81.1146+1240.134*(n/1000)-694.848*(n/1000).2+171.6708*(n/1000).3-16.1469*(n/1000).4;ua1=0.377*r*n/(i0*i1*il);%對應(yīng)轉(zhuǎn)速的速度Ft1=Ttq*i1*i0*il*nt/r;%驅(qū)動力ua=0:0.02:36;Ff=ma*g*f;Fw=CdA*ua.2/21.15;b1=1+(Iw1+Iw2)/(ma*r.2)+If*nt*(i1*i0*il).2/(ma*r.2);%車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)a1=(Ft1-Ff-Fw).(ma*b1);plot(ua1,a1,'r','LineWidth',2); hold on;ua2=0.377*r*n/(i2*i0*il);Ft2=Ttq*i2*i0*il*nt/r;b2=1+(Iw1+Iw2)/(ma*r.2)+If*nt*(i2*i0*il).2/(ma*r.2);a2=(Ft2-Ff-Fw).(ma*b2);plot(ua2,a2,'g','LineWidth',2); xlabel('ua(km/h)');ylabel('1/a（s2/m）'); 附錄4 動力因數(shù)程序nmin=600;%發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速nmax=2400;%發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速n=nmin:1:nmax;%發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化向量me=1500;%汽車的裝載質(zhì)量m0=5100;%汽車的整車整備質(zhì)量ma=6660;%汽車的總質(zhì)量g=9.81;%重力加速度r=0.5375;%汽車的車輪半徑nt=0.85;%傳動機械效率f=0.02;%滾動阻力系數(shù)CdA=3.72; If=0.318;%飛輪轉(zhuǎn)動慣量Iw1=3.789;%前倆輪的轉(zhuǎn)動慣量Iw2=3.789;%后倆輪的轉(zhuǎn)動慣量i0=5.01;%主減速比il=3.01;%輪邊減速比i1=1.83;%前進一檔傳動比i2=0.76;%前進一檔傳動比i3=1.79;%后退一檔傳動比i4=0.71;%后退二檔傳動比Ttq=-81.1146+1240.134*(n/1000)-694.848*(n/1000).2+171.6708*(n/1000).3-16.1469*(n/1000).4;ua1=0.377*r*n/(i0*i1*il);%對應(yīng)轉(zhuǎn)速的速度Ft1=Ttq*i1*i0*il*nt/r;%驅(qū)動力ua=0:0.02:36;Ff=ma*g*f;Fw=CdA*ua.2/21.15;D1=(Ft1-Fw)/(m0*g);plot(ua1,D1,'r','LineWidth',2); hold on;ua2=0.377*r*n/(i2*i0*il);Ft2=Ttq*i2*i0*il*nt/r;D2=(Ft2-Fw)/(m0*g);plot(ua2,D2,'g','LineWidth',2); xlabel('ua(km/h)');ylabel('D');附錄5 制動力分配曲線程序ma=6.660;m0=5.160;g=9.81;b1=1.69;%滿載重心到后軸距離b2=0.95;L=2.2;%軸距hg1=0.7;%滿載重心位置hg2=0.8;%空載重心位置Ga=ma*g;G0=m0*g;Fu1=0:0.1:22;Fu2=(Ga/hg1).*(4.*Fu1*hg1*L/Ga+b1.2).0.5-(Ga*b1/hg1+2.*Fu1)/2;plot(Fu1,Fu2,'r','LineWidth',2),grid on;hold on;Fu4=0:0.1:30;Fu3=(G0/hg2).*(4.*Fu4*hg2*L/G0+b2.2).0.5-(G0*b2/hg2+2.*Fu4)/2;plot(Fu4,Fu3,'r','LineWidth',2),grid on;xlabel('Fu1(kN)');ylabel('Fu2(KN)');