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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)
指導(dǎo)老師:郭秀云 李長(zhǎng)歡
設(shè)計(jì)題目:ZL15裝載機(jī)總體及變速箱設(shè)計(jì)(3軸及齒輪) 設(shè)計(jì)人:楊東勝
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說(shuō)明
結(jié)果
總體布置
發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的布置
鉸接點(diǎn)和轉(zhuǎn)向油缸的布置
擺動(dòng)橋的布置
工作裝置的布置
駕駛室的布置
對(duì)軸荷的分配要求
橋荷的分配計(jì)算
驗(yàn)算輪胎載荷
第4章 總體布置
總體布置就是使各部件間的性能協(xié)調(diào)和它們之間相互位置的正確布置,力求達(dá)到較好的整車(chē)性能。在設(shè)計(jì)中是通過(guò)繪制總布置草圖來(lái)控制各總成的尺寸,位置和重量。
總體布置的合理與否,直接影響整車(chē)的使用性能與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),是總體布置的重要任務(wù)之一。因此,一定要認(rèn)真對(duì)待。
為布置各總成部件在整車(chē)上的相互位置和尺寸,必須先找出基準(zhǔn),然后將其逐一繪制在草圖上。目前常用的基準(zhǔn)可以這樣選擇:
1. 以車(chē)架上緣面作為各零件上下位置的基準(zhǔn);
2. 以裝載機(jī)縱向基準(zhǔn)面作為左右位置的基準(zhǔn);
3. 以通過(guò)后橋中心線并與車(chē)架上緣面相垂直的平面作為前后布置的基準(zhǔn)。
首先把預(yù)選的軸距,輪距畫(huà)在草圖上,在進(jìn)行各總成的具體布置。
4.1估計(jì)各部件重量,并確定部件位置坐標(biāo)
根據(jù)樣機(jī)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的方法來(lái)估計(jì)各部件的重量,把前軸中心作為坐標(biāo)原點(diǎn),右面尺寸為正值,左面尺寸為負(fù)值,從而確定各部件位置坐標(biāo),其中工作裝置應(yīng)分別作出在運(yùn)輸位置和動(dòng)臂在最大外伸位置時(shí)之重心位置與離軸中心線的距離。
4.2各部件的布置
4.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的布置
發(fā)動(dòng)機(jī)一般布置于裝載機(jī)的后部,起著對(duì)前置鏟斗中負(fù)荷的平衡作用,并增加了裝載機(jī)的穩(wěn)定性。發(fā)動(dòng)機(jī)是外購(gòu)產(chǎn)品,故主要尺寸均已知。根據(jù)橋荷分配來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的前后位置。
發(fā)動(dòng)機(jī)位置的確定要結(jié)合傳動(dòng)系各總成的結(jié)構(gòu)連接方式與整機(jī)使用性能全面考慮。其中變速箱的位置有重要意義,因?yàn)樽兯傧湟褎?dòng)力傳給前后橋,其前后位置要滿足傳動(dòng)軸長(zhǎng)度最短的原則,對(duì)于鉸接式車(chē)架,還要使變速箱與前驅(qū)動(dòng)橋間的傳動(dòng)軸兩萬(wàn)向節(jié)對(duì)稱(chēng)與車(chē)架鉸接接點(diǎn)的兩側(cè),以保證等速傳動(dòng)。
發(fā)動(dòng)機(jī),變矩器和變速箱的連接方式主要有三種方案:
1.發(fā)動(dòng)機(jī),變矩器和變速箱三者組成一個(gè)整體,其優(yōu)點(diǎn)是:軸向尺寸短,便于軸距短的機(jī)器總體布置;三部件可組成一個(gè)總成一次安裝,使總裝工序簡(jiǎn)化,可減少部件間的油路管道,增加可靠性,但是這種布置方式箱體加工同心度要求較高,當(dāng)其中一個(gè)部件損壞時(shí),需整體吊出車(chē)體,修理費(fèi)高,這種布置方式適應(yīng)于小型輪式裝載機(jī)。
2.變速箱獨(dú)立布置,發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器組成一體。
3.發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立布置,變速箱與變矩器組成一個(gè)整體。
以上兩種布置方案的共同特征是:各總成獨(dú)立支承便于修理,發(fā)動(dòng)機(jī)的前后位置不受變速箱位置的影響,有利于整機(jī)重量的合理分配;另外,可根據(jù)不同的機(jī)型配置不同的變矩器與變速箱,零部件通用性強(qiáng),有利于組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。
綜上所述,該機(jī)選用“三合一”的布置。
4.2.2鉸接點(diǎn)的布置和轉(zhuǎn)向油缸的布置
鉸接式裝載機(jī)前后車(chē)架鉸接點(diǎn)的位置對(duì)整機(jī)性能,運(yùn)行阻力,轉(zhuǎn)向阻力和穩(wěn)定性等均有顯著影響。
目前,國(guó)內(nèi)外大多數(shù)裝載機(jī)的鉸接點(diǎn)均布置在軸距中點(diǎn),車(chē)輛行駛時(shí),其前后輪的軌跡始終相同,因而:
(1)減少運(yùn)行阻力,其車(chē)轍的轉(zhuǎn)彎半徑最小,可通過(guò)窄小,難走的地段。
(2)前橋內(nèi)外側(cè)輪的轉(zhuǎn)速和等于后橋內(nèi)外側(cè)輪的轉(zhuǎn)速和,當(dāng)雙橋驅(qū)動(dòng)時(shí),前后軸間無(wú)轉(zhuǎn)速差,減少了輪胎的磨損。
國(guó)內(nèi)ZL系列轉(zhuǎn)載機(jī)也有采用1/3布置,其優(yōu)點(diǎn):
(1)便于裝載機(jī)傳動(dòng)系的布置,容易滿足雙萬(wàn)向節(jié)等速條件,否則需要采取其他結(jié)構(gòu)支撐措施。
(2)鉸接點(diǎn)的位置靠近前軸,裝載機(jī)前后部最外端(斗尖和發(fā)動(dòng)機(jī)罩)的轉(zhuǎn)向半徑接近相等,可得較小轉(zhuǎn)彎半徑。
(3)裝載機(jī)折腰時(shí),前車(chē)家轉(zhuǎn)角大于后車(chē)架轉(zhuǎn)角,便于使鏟斗均勻地把物料卸至貨車(chē)廂內(nèi),并且司機(jī)有安全感,不易疲勞。
(4)鉸接點(diǎn)愈靠近前橋,則折腰時(shí)前橋偏轉(zhuǎn)角越大,并且愈易繞前橋中點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),可減少轉(zhuǎn)向阻力矩。但鉸接點(diǎn)偏前,裝載機(jī)折腰時(shí),前后橋有轉(zhuǎn)速差,產(chǎn)生循環(huán)功率。
綜上所述并參考同類(lèi)型的機(jī)械,本機(jī)采用1/2布置。
裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向液壓缸一般大型機(jī)采用兩個(gè),小型機(jī)采用一個(gè),本機(jī)采用一個(gè)即可。
轉(zhuǎn)向油缸的布置應(yīng)保證以下條件:
1. 在轉(zhuǎn)向過(guò)程中,各零件不受碰撞和干涉;
2. 油缸要短,轉(zhuǎn)向時(shí)管路變位?。?
3. 液壓缸的擺角要盡量小,以減少轉(zhuǎn)向力臂的變化。
鉸接式裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向液壓缸支點(diǎn)一般布置在后車(chē)架上,活塞桿與前車(chē)架相連,使油管短,管路變位小。
4.2.3擺動(dòng)橋的布置
為保證作業(yè)的穩(wěn)定性,裝載機(jī)一般不設(shè)置彈性懸掛裝置,在不平路面行駛時(shí),為使四輪都著地,以提高機(jī)器的穩(wěn)定性,應(yīng)設(shè)有擺動(dòng)橋。
本機(jī)把后橋設(shè)為擺動(dòng)橋,固定在副車(chē)架上,副車(chē)架用縱向鉸銷(xiāo)與車(chē)架相連,因而后橋可繞縱向鉸銷(xiāo)擺動(dòng)。如圖最大擺角為±12°,用限位塊限制。后橋擺動(dòng)裝載機(jī)作業(yè)時(shí),駕駛員隨車(chē)架一起擺動(dòng),因而易于體會(huì)鏟斗刃口與水平面的傾角,可正確地進(jìn)行水平鏟掘工作。
4.2.4工作裝置的布置
輪式裝載機(jī)工作裝置一般均布置在整機(jī)的前端,結(jié)合工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)確定動(dòng)臂與車(chē)架的鉸接點(diǎn)位置滿足動(dòng)臂在最高位置時(shí)的卸載要求和動(dòng)臂在最低位置時(shí)鏟斗不受干涉的前提下,穩(wěn)定性越好,動(dòng)臂所需轉(zhuǎn)角越小,便于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)臂液壓缸的位置。在滿足卸載要求的條件下,提高動(dòng)臂與車(chē)架的鉸點(diǎn)位置,以增加掘起力。
在確定動(dòng)臂與車(chē)架的鉸點(diǎn)位置時(shí),要考慮工作裝置不妨礙司機(jī)視線和確保司機(jī)的作業(yè)安全。
4.2.5駕駛室的布置
駕駛室的布置應(yīng)使操縱用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作省力,方便,有以下兩種方案:
1. 駕駛室布置在前車(chē)架后端。
這種布置前方視野好,便于對(duì)準(zhǔn)料堆和運(yùn)輸車(chē)輛的車(chē)廂,發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)不易傳給駕駛室,改善了駕駛員的操縱條件,但因駕駛員比較靠近工作裝置,受沖擊載荷大,且不夠安全,同時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)部件均在后車(chē)架,使操縱用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜。
2. 駕駛室布置在后車(chē)架前端。
這種布置前方視野良好,駕駛員能直接了解裝載機(jī)的折腰程度,增加了安全感,如遇意外,在后車(chē)架的駕駛員也較安全,斗的對(duì)準(zhǔn)度不及上一方案高,但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,視野良好,所以應(yīng)用較多。
本機(jī)采用第二種方案
4.3平衡重計(jì)算
橋荷分配是否合理直接影響裝載機(jī)的很多使用性能,如牽引性,通過(guò)性和穩(wěn)定性等,另外還會(huì)影響零部件尺寸選擇和強(qiáng)度計(jì)算,也只有知道了軸荷分配的數(shù)據(jù),才能正確的選擇輪胎規(guī)格。
4.3.1對(duì)軸荷的分配要求
1.保證驅(qū)動(dòng)橋上有足夠的附著重量,以獲得所需的牽引力。軸荷分配不合理,則軸荷過(guò)大者因經(jīng)常超負(fù)荷而損壞;軸荷過(guò)小者則輪胎易打滑,發(fā)揮不出牽引力。
2.應(yīng)保證整機(jī)的穩(wěn)定性。軸荷分配要兼顧到裝載機(jī)在空載和滿載時(shí)的縱向和橫向穩(wěn)定性。
3.應(yīng)保證轉(zhuǎn)向輕便。對(duì)鉸接式裝載機(jī)軸荷分配將影響車(chē)輛轉(zhuǎn)向的運(yùn)動(dòng)軌跡。
4.應(yīng)使每個(gè)輪胎的負(fù)荷能力充分得到應(yīng)用,并使各個(gè)輪胎的壽命大體接近。
5.輪式裝載機(jī)如果前橋軸荷過(guò)大,則縱向穩(wěn)定差,后橋載荷過(guò)大,雖有利于縱向穩(wěn)定性,但往往增加了機(jī)重,并使橫向穩(wěn)定性下降。
綜上所述,對(duì)于鉸接式裝載機(jī),要求空載時(shí)前橋軸荷占整機(jī)重量的45~50%,滿足同樣縱向穩(wěn)定性的前提下,軸距增加,即可減少后橋軸荷,這樣既可減少配重,降低車(chē)重,而且可提高整機(jī)橫向穩(wěn)定性,有利于機(jī)器行駛的平穩(wěn)性。
4.3.2橋荷的分配計(jì)算
1.估計(jì)各部件的重量,列表計(jì)算各部件對(duì)前驅(qū)動(dòng)橋的力矩值,見(jiàn)表4-1.
2.在總布置草圖上標(biāo)出各部件和附屬設(shè)備的重心位置以及它們離軸中心的距離Xi,工作裝置分別作出運(yùn)輸與動(dòng)臂在最大外伸位置時(shí)之重心位置離軸中心的距離。
3.計(jì)算裝載機(jī)在運(yùn)輸位置時(shí)重心距前軸距離,即可求得裝載機(jī)在空載和滿載時(shí)的前后橋軸荷。
裝載機(jī)空載時(shí)重心距前軸距離L1用以下式子計(jì)算: L1 =∑Mi/G=5026.3/4500=1.12m
式中: ∑Mi —裝載機(jī)在運(yùn)行位置空載時(shí),各部件重量(包括配重)對(duì)前驅(qū)動(dòng)橋之矩的總和。
裝載機(jī)空載時(shí)前后橋的軸荷用以下式子計(jì)算: G2=G×L1/L G1=G-G2
式中: G1 ,G2—前,后橋軸荷
L—軸距
∴ G2 =(4500×1.12)/2050×10-3=2458kg
G1=G-G2=4300-2458=2042kg
G1/G=2042/4500=45.4%
滿載時(shí):后橋橋荷W2=(∑M1-QL2)/L
=(5026.3-1000×1.22)/2.02
=1559kg
前橋負(fù)荷W1=6000-1559=4441kg
W1/(W+Q)=4441/6000=74%
由上述計(jì)算可知滿足橋荷分配要求。
4.4驗(yàn)算輪胎載荷
機(jī)重
前軸負(fù)荷
后軸負(fù)荷
空載
4.5
2.042
2.458
滿載
6.0
4.441
1.559
最大負(fù)荷 Qmax=4441/2=2220.5kg
本機(jī)所選輪胎為11.00-20型低壓寬基輪胎,其承載能力為2945kg,故輪胎合適。(參考[Ⅴ])
表4-1各部件對(duì)前驅(qū)動(dòng)橋的力矩值
序號(hào)
部件名稱(chēng)
部件重量(kg)
重心坐標(biāo)(mm)
重量矩
1
鏟斗
200
1220
-244
2
拉桿
20
590
-218
3
搖臂
80
450
-36
4
動(dòng)臂
150
210
-31.5
5
前橋
600
0
0
6
轉(zhuǎn)斗油缸
50
105
52.5
7
動(dòng)臂油缸
130
290
37.7
8
前傳動(dòng)軸
20
400
8
9
前車(chē)架
600
490
294
10
中間支撐
20
505
10.1
11
轉(zhuǎn)向油缸
50
980
49
12
中間傳動(dòng)軸
20
1080
21.6
13
駕駛室
600
1190
714
14
變速箱
320
1405
449.6
15
后傳動(dòng)軸
20
1660
33.2
16
變矩器
200
1700
340
17
后車(chē)架
600
1980
1188
18
后橋
420
2050
861
19
發(fā)動(dòng)機(jī)
400
2300
920
20
油箱
50
2725
136.3
21
水箱
50
2815
140.8
總計(jì)
4500
5026.3
G2=2458kg
G1=2042kg
G1/G=45.4%
45