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河北建筑工程學院
畢業(yè)設計計算書
指導老師：郭秀云 李長歡
設計題目：ZL15裝載機總體及變速箱設計（3軸及齒輪） 設計人：楊東勝
設計項目
計算與說明
結果
總體布置
發(fā)動機與傳動系的布置
鉸接點和轉(zhuǎn)向油缸的布置
擺動橋的布置
工作裝置的布置
駕駛室的布置
對軸荷的分配要求
橋荷的分配計算
驗算輪胎載荷
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，力求達到較好的整車性能。在設計中是通過繪制總布置草圖來控制各總成的尺寸，位置和重量。
總體布置的合理與否，直接影響整車的使用性能與技術經(jīng)濟指標，是總體布置的重要任務之一。因此，一定要認真對待。
為布置各總成部件在整車上的相互位置和尺寸，必須先找出基準，然后將其逐一繪制在草圖上。目前常用的基準可以這樣選擇：
1. 以車架上緣面作為各零件上下位置的基準；
2. 以裝載機縱向基準面作為左右位置的基準；
3. 以通過后橋中心線并與車架上緣面相垂直的平面作為前后布置的基準。
首先把預選的軸距，輪距畫在草圖上,在進行各總成的具體布置。
4.1估計各部件重量，并確定部件位置坐標
根據(jù)樣機和統(tǒng)計數(shù)據(jù)的方法來估計各部件的重量，把前軸中心作為坐標原點，右面尺寸為正值，左面尺寸為負值，從而確定各部件位置坐標，其中工作裝置應分別作出在運輸位置和動臂在最大外伸位置時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)動機與傳動系的布置
發(fā)動機一般布置于裝載機的后部，起著對前置鏟斗中負荷的平衡作用，并增加了裝載機的穩(wěn)定性。發(fā)動機是外購產(chǎn)品，故主要尺寸均已知。根據(jù)橋荷分配來確定發(fā)動機的前后位置。
發(fā)動機位置的確定要結合傳動系各總成的結構連接方式與整機使用性能全面考慮。其中變速箱的位置有重要意義，因為變速箱要把動力傳給前后橋，其前后位置要滿足傳動軸長度最短的原則，對于鉸接式車架，還要使變速箱與前驅(qū)動橋間的傳動軸兩萬向節(jié)對稱與車架鉸接接點的兩側，以保證等速傳動。
發(fā)動機，變矩器和變速箱的連接方式主要有三種方案：
1.發(fā)動機，變矩器和變速箱三者組成一個整體，其優(yōu)點是：軸向尺寸短，便于軸距短的機器總體布置；三部件可組成一個總成一次安裝，使總裝工序簡化，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，當其中一個部件損壞時，需整體吊出車體，修理費高，這種布置方式適應于小型輪式裝載機。
2.變速箱獨立布置，發(fā)動機與變矩器組成一體。
3.發(fā)動機獨立布置，變速箱與變矩器組成一個整體。
以上兩種布置方案的共同特征是：各總成獨立支承便于修理，發(fā)動機的前后位置不受變速箱位置的影響，有利于整機重量的合理分配；另外，可根據(jù)不同的機型配置不同的變矩器與變速箱，零部件通用性強，有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)。
綜上所述，該機選用“三合一”的布置。
4.2.2鉸接點的布置和轉(zhuǎn)向油缸的布置
鉸接式裝載機前后車架鉸接點的位置對整機性能，運行阻力，轉(zhuǎn)向阻力和穩(wěn)定性等均有顯著影響。
目前，國內(nèi)外大多數(shù)裝載機的鉸接點均布置在軸距中點，車輛行駛時，其前后輪的軌跡始終相同，因而：
(1)減少運行阻力，其車轍的轉(zhuǎn)彎半徑最小，可通過窄小，難走的地段。
(2)前橋內(nèi)外側輪的轉(zhuǎn)速和等于后橋內(nèi)外側輪的轉(zhuǎn)速和，當雙橋驅(qū)動時，前后軸間無轉(zhuǎn)速差，減少了輪胎的磨損。
國內(nèi)ZL系列轉(zhuǎn)載機也有采用1/3布置，其優(yōu)點：
(1)便于裝載機傳動系的布置，容易滿足雙萬向節(jié)等速條件，否則需要采取其他結構支撐措施。
(2)鉸接點的位置靠近前軸，裝載機前后部最外端（斗尖和發(fā)動機罩）的轉(zhuǎn)向半徑接近相等，可得較小轉(zhuǎn)彎半徑。
(3)裝載機折腰時，前車家轉(zhuǎn)角大于后車架轉(zhuǎn)角，便于使鏟斗均勻地把物料卸至貨車廂內(nèi)，并且司機有安全感，不易疲勞。
(4)鉸接點愈靠近前橋，則折腰時前橋偏轉(zhuǎn)角越大，并且愈易繞前橋中點轉(zhuǎn)動，可減少轉(zhuǎn)向阻力矩。但鉸接點偏前，裝載機折腰時，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型的機械，本機采用1/2布置。
裝載機的轉(zhuǎn)向液壓缸一般大型機采用兩個，小型機采用一個，本機采用一個即可。
轉(zhuǎn)向油缸的布置應保證以下條件：
1. 在轉(zhuǎn)向過程中，各零件不受碰撞和干涉；
2. 油缸要短，轉(zhuǎn)向時管路變位?。?
3. 液壓缸的擺角要盡量小，以減少轉(zhuǎn)向力臂的變化。
鉸接式裝載機的轉(zhuǎn)向液壓缸支點一般布置在后車架上，活塞桿與前車架相連，使油管短，管路變位小。
4.2.3擺動橋的布置
為保證作業(yè)的穩(wěn)定性，裝載機一般不設置彈性懸掛裝置，在不平路面行駛時，為使四輪都著地，以提高機器的穩(wěn)定性，應設有擺動橋。
本機把后橋設為擺動橋，固定在副車架上，副車架用縱向鉸銷與車架相連，因而后橋可繞縱向鉸銷擺動。如圖最大擺角為±12°，用限位塊限制。后橋擺動裝載機作業(yè)時，駕駛員隨車架一起擺動，因而易于體會鏟斗刃口與水平面的傾角，可正確地進行水平鏟掘工作。
4.2.4工作裝置的布置
輪式裝載機工作裝置一般均布置在整機的前端，結合工作裝置連桿機構的設計確定動臂與車架的鉸接點位置滿足動臂在最高位置時的卸載要求和動臂在最低位置時鏟斗不受干涉的前提下，穩(wěn)定性越好，動臂所需轉(zhuǎn)角越小，便于機構設計和動臂液壓缸的位置。在滿足卸載要求的條件下，提高動臂與車架的鉸點位置，以增加掘起力。
在確定動臂與車架的鉸點位置時，要考慮工作裝置不妨礙司機視線和確保司機的作業(yè)安全。
4.2.5駕駛室的布置
駕駛室的布置應使操縱用的傳動機構簡單，操作省力，方便，有以下兩種方案：
1. 駕駛室布置在前車架后端。
這種布置前方視野好，便于對準料堆和運輸車輛的車廂，發(fā)動機的噪聲和振動不易傳給駕駛室，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，同時由于發(fā)動機及傳動部件均在后車架，使操縱用的傳動機構復雜。
2. 駕駛室布置在后車架前端。
這種布置前方視野良好，駕駛員能直接了解裝載機的折腰程度，增加了安全感，如遇意外，在后車架的駕駛員也較安全，斗的對準度不及上一方案高，但其結構簡單，視野良好，所以應用較多。
本機采用第二種方案
4.3平衡重計算
橋荷分配是否合理直接影響裝載機的很多使用性能，如牽引性，通過性和穩(wěn)定性等，另外還會影響零部件尺寸選擇和強度計算，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對軸荷的分配要求
1.保證驅(qū)動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，則軸荷過大者因經(jīng)常超負荷而損壞；軸荷過小者則輪胎易打滑，發(fā)揮不出牽引力。
2.應保證整機的穩(wěn)定性。軸荷分配要兼顧到裝載機在空載和滿載時的縱向和橫向穩(wěn)定性。
3.應保證轉(zhuǎn)向輕便。對鉸接式裝載機軸荷分配將影響車輛轉(zhuǎn)向的運動軌跡。
4.應使每個輪胎的負荷能力充分得到應用，并使各個輪胎的壽命大體接近。
5.輪式裝載機如果前橋軸荷過大，則縱向穩(wěn)定差，后橋載荷過大，雖有利于縱向穩(wěn)定性，但往往增加了機重，并使橫向穩(wěn)定性下降。
綜上所述，對于鉸接式裝載機，要求空載時前橋軸荷占整機重量的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，降低車重，而且可提高整機橫向穩(wěn)定性，有利于機器行駛的平穩(wěn)性。
4.3.2橋荷的分配計算
1.估計各部件的重量，列表計算各部件對前驅(qū)動橋的力矩值，見表4-1.
2.在總布置草圖上標出各部件和附屬設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輸與動臂在最大外伸位置時之重心位置離軸中心的距離。
3.計算裝載機在運輸位置時重心距前軸距離，即可求得裝載機在空載和滿載時的前后橋軸荷。
裝載機空載時重心距前軸距離L1用以下式子計算： L1 =∑Mi/G=5026.3/4500=1.12m
式中： ∑Mi —裝載機在運行位置空載時，各部件重量（包括配重）對前驅(qū)動橋之矩的總和。
裝載機空載時前后橋的軸荷用以下式子計算： 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：后橋橋荷W2=(∑M1-QL2)/L
=(5026.3-1000×1.22)/2.02
=1559kg
前橋負荷W1=6000-1559=4441kg
W1/(W+Q)=4441/6000=74%
由上述計算可知滿足橋荷分配要求。
4.4驗算輪胎載荷
機重
前軸負荷
后軸負荷
空載
4.5
2.042
2.458
滿載
6.0
4.441
1.559
最大負荷 Qmax=4441/2=2220.5kg
本機所選輪胎為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各部件對前驅(qū)動橋的力矩值
序號
部件名稱
部件重量(kg)
重心坐標（mm）
重量矩
1
鏟斗
200
1220
-244
2
拉桿
20
590
-218
3
搖臂
80
450
-36
4
動臂
150
210
-31.5
5
前橋
600
0
0
6
轉(zhuǎn)斗油缸
50
105
52.5
7
動臂油缸
130
290
37.7
8
前傳動軸
20
400
8
9
前車架
600
490
294
10
中間支撐
20
505
10.1
11
轉(zhuǎn)向油缸
50
980
49
12
中間傳動軸
20
1080
21.6
13
駕駛室
600
1190
714
14
變速箱
320
1405
449.6
15
后傳動軸
20
1660
33.2
16
變矩器
200
1700
340
17
后車架
600
1980
1188
18
后橋
420
2050
861
19
發(fā)動機
400
2300
920
20
油箱
50
2725
136.3
21
水箱
50
2815
140.8
總計
4500
5026.3
G2=2458kg
G1=2042kg
G1/G=45.4%
45