裝載機防爆裝置及底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計

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1、裝載機防爆裝置及底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 裝載機防爆裝置及底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 中國礦 業(yè)大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計姓名： 李東學(xué)號： 12214809 學(xué)院： 機電工程學(xué)院專業(yè)： 機械工程及自動化 設(shè)計題目： 裝載機防爆裝置及底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 專題： 指導(dǎo)教師： 李寶林職稱： 教授 二零一四年 六 月 徐州 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任 務(wù)書 學(xué)院機電 專業(yè)年級 機自10-7學(xué)生姓名 李東 任務(wù) 下達(dá)日期： 2014年3月10日畢業(yè)設(shè)計日期： 2014年3月1日至2014年6月20日 畢業(yè)設(shè)計題 目： 裝載機防暴裝置及底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計專題題目： 畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求： 一、題目內(nèi)容：

2、 設(shè)計井下裝載機防爆裝置及底盤結(jié)構(gòu)： 車架整體結(jié)構(gòu)和前后驅(qū)動橋及防爆裝置的設(shè)計。 二、設(shè)計指標(biāo)： 底盤寬度小于2.2m ;發(fā)動機功率為55KW ;防爆凈功率大 于50 kW ;發(fā)動機采用經(jīng)過防爆處理后的柴油機， 配置進(jìn)氣 防爆、尾氣防爆與尾氣水洗、 排氣管采用外套水冷裝載； 檔 位2+1; I檔速度16km/h; n檔速度 24 km/h ;倒檔速度為 16km/h。 三、具體畢業(yè)設(shè)計要求及工作： 完成總體結(jié)構(gòu)設(shè)計： 底盤總體和防爆裝置設(shè)計； 繪制裝配圖、繪制各零件工作 圖，折合零號圖3.5張；英文翻譯3000字。 編寫設(shè)計說明書一份； 院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國礦

3、業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語（① 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力； ③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng) 新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存 在問題；⑧是否同意答辯等）： 成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書 評閱教 師評語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③ 綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；③工作量的大??； ④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評 價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等） ： 成績： 評閱教師簽字： 年 月日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)

4、計評閱教師評閱書 評閱教 師評語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③ 綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；③工作量的大?。? ④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評 價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等） ： 成績： 評閱教師簽字： 年 月日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績 答辯 情況提由問題回答問題正確基本 正確有一 般性錯誤 有原則性錯誤 沒有 回答 答辯委員會評語及建 議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘要 本次設(shè)計的內(nèi)容為裝載機防爆裝置及底 盤設(shè)計，分為轉(zhuǎn)向裝置設(shè)

5、計，車架設(shè)計，主傳動設(shè)計，差速 器設(shè)計，半軸設(shè)計，最終傳動設(shè)計以及輪邊制動設(shè)計。 其中主傳動采用單級主傳動， 錐齒輪采用35。螺旋錐齒輪， 所以主傳動的結(jié)構(gòu)和錐齒輪的基本參數(shù)及幾何參數(shù)的計算 是本次設(shè)計的重點。 設(shè)計完后又對主傳動的各部分進(jìn)行受力分析和校核。 另外對裝載機的行走系、傳動系、制動系以及防爆系等結(jié) 構(gòu)和原理進(jìn)行了分析，同時按設(shè)計條件，對它們的結(jié)構(gòu)和尺 寸進(jìn)行了設(shè)計。 本次設(shè)計差速器選擇普通差速器，半軸采用全浮式，最終 傳動采用輪邊行星減速器，車架為兩點較接車架，后車架采 用擺動式車架。 關(guān)鍵詞： 裝載機；防爆；主傳動；差速器；輪邊減速器 ABSTRACT The

6、design of the content explosion-proof equipment and chassis loader design, Including the steering device design, frame design, the main transmission design, the differential design, axle design, final design and drive wheel brake design . Among those,The main drive single-stage main transmission,bev

7、el gear used 35 bevel gear. So the structure of main transmission and calculation of geometric parameters and basic parameters of bevel gear are focal point of this design. After the design of main drive , I analyze the force and check strength in all parts of the main driving . And I analyze the st

8、ructure and principles of walking system, drive system, braking system and proof system of wheel Loaders. And according to design conditions , I designed the structure and size of their.ln this design , the differential used ordinary differential , axle used full floating axle , final drive used wh

9、eel-side planetary reducer, the frame type used two hinged frame,the rear frame used swing frame . Keywords: Loader; explosion-proof; main drive; differential; wheel reducer 目錄 1 緒論 1 1.1 引言 1 1.2國外裝載機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 2 1.2.1國外裝載機的發(fā)展 現(xiàn)狀2 1.2.2發(fā)展方向5 1.3國內(nèi)裝載機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 6 1.3.1現(xiàn)狀分析6 1.3.2發(fā)展趨勢7 1.4井下裝載機特點及發(fā)展 現(xiàn)狀

10、8 1.4.1井下裝載機的特點8 1.4.2井下裝載機的發(fā)展現(xiàn) 狀9 1.5本章小結(jié)10 2結(jié)構(gòu)分析10 2.1車架的結(jié)構(gòu)10 2.1.1 較鏈?zhǔn)杰嚰芙M成及特點 10 2.1.2較鏈?zhǔn)杰嚰艿妮^銷結(jié)構(gòu) 13 2.2驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)14 2.2.1驅(qū)動橋的組成及作用 14 2.2.2井下 裝載機對驅(qū)動橋的要求 15 2.2.3主傳動16 2.2.4差速器17 2.3 井下裝載機的轉(zhuǎn)向系 20 2.3.1井下裝載機對轉(zhuǎn)向系的要求 20 2.3.2較接轉(zhuǎn)向機構(gòu)的組成及結(jié)構(gòu) 21 2.4井下裝載機的制動系 統(tǒng)21 2.4.1總述21 2.4.2井下裝載機對制動系統(tǒng)的總要求 21 2.4.3半軸制

11、動器21 2.4.4卡式圓盤制動器22 2.5防爆系統(tǒng)23 2.5.1防爆裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23 2.5.2防爆裝置的主要部件的結(jié) 構(gòu)及作用24 2.6本章小結(jié)25 3整車結(jié)構(gòu)及參數(shù)的選擇 25 3.1整車的基本參數(shù)設(shè)定 25 3.2基本結(jié)構(gòu)確定26 3.2.1行走系 26 3.2.2傳動系統(tǒng)26 3.2.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)28 3.2.4制動系統(tǒng)28 3.2.5 防爆系統(tǒng)29 3.3減速比確定30 3.4本章小結(jié)31 4結(jié)構(gòu)及參 數(shù)設(shè)計及校核31 4.1主傳動齒輪基本參數(shù)設(shè)計： 31 4.1.1螺旋錐齒輪的計算載荷的確定 31 4.1.2齒數(shù)選擇32 4.1.3從動輪基本參數(shù)設(shè)計 32

12、4.1.4法向壓力角 a n33 4.1.5齒 面寬b34 4.1.6齒高參數(shù)34 4.1.7齒的中點螺旋角 0 m和螺旋 方向34 4.1.8理論弧齒厚35 4.1.9齒側(cè)間隙Cn35 4.1.10齒輪 的幾何參數(shù)36 4.1.11螺旋錐齒輪的強度計算 37 4.2圓錐直齒 輪差速器設(shè)計40 4.2.1行星齒輪齒數(shù)的選擇 40 4.2.2差速器 錐齒輪的齒數(shù)40 4.2.3行星輪球面半徑的確定 40 4.2.4差速 器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 41 4.2.5壓 力角a 41 4.2.6亍星齒輪安裝孔直徑 ①及其深度L的確定41 4.2.7差速器的幾何尺寸計算

13、42 4.2.8差速器的強度計算 44 4.3輪邊減速器的設(shè)計45 4.3.1選擇行星輪式減速器的傳動類 型45 4.3.2個齒輪齒數(shù)的選擇 46 4.3.3齒數(shù)的選擇46 4.3.4齒 輪材料及加工精度的選擇 47 4.3.5齒輪模數(shù)的計算47 4.3.6 嚙合參數(shù)的計算48 4.3.7幾何尺寸的計算48 4.3.8裝配條件 驗算49 4.4軸承和花鍵選擇設(shè)計 50 4.4.1主傳動中的軸承選 擇50 4.4.2輪邊減速器滾針軸承計算 52 4.4.3花鍵的選擇53 4.5半軸設(shè)計55 4.5.1半軸的計算扭矩 55 4.5.2半軸桿直徑的 計算55 4.5.3強度驗算56 4.6防爆裝

14、置設(shè)計56 4.6.1柴油機 的啟動方式56 4.6.2配套零部件的選擇 56 4.6.3廢氣箱水容 量的計算57 4.7本章小結(jié)57 5總結(jié)58 5.1小結(jié)58 5.2展望 59參考文獻(xiàn)59翻譯部分62英文原文62中文翻譯68致 明f 79 1緒論1.1引言 今年來，我國煤炭事業(yè)高速發(fā)展，之 所以能夠高速發(fā)展，是應(yīng)為煤炭開采的不斷現(xiàn)代化。 而井下開采的無軌化，是礦山開采的現(xiàn)代化標(biāo)志，所以無 軌化開采設(shè)備是礦山機械研究的一項重要課題。 目前，在煤礦井下需要將破碎下來的煤和巖石裝入礦車 或輸送機中運走，因此就必須進(jìn)行裝載作業(yè)，裝載作業(yè)是掘 進(jìn)過程中最繁重和最費工時的工序，其勞動量約占掘

15、進(jìn)循環(huán) 勞動量的40%~70%。 因此裝載工作效率會直接影響到采煤的生產(chǎn)效率。 采用機械裝載，對減輕煤礦職工勞動強度、提高掘進(jìn)效率、 降低費用具有十分重要的意義。 我國從上個世紀(jì)70年代中期開始使用井下裝載機以來， 目前已擁有兩千多臺井下裝載機。 但由于井下裝載機工作環(huán)境十分惡劣，任務(wù)繁重，且機器 的有效使用效率還很低，生產(chǎn)效率并不高。 另外，在井下特殊環(huán)境對裝載機也有特殊的要求，所以設(shè) 計由高效、安全的井下裝載機，無疑是對加快采掘速度，提 高采煤效率，降低采煤成本，改善勞動條件將起著十分重要 的作用。 由于井下的空間狹小、低矮而且易爆等因素，對井下的 裝載機也有特生的要求。 因

16、此井下裝載機要具有低矮、機動、靈活、安全、防爆、 簡單、牢固、維修性能好等特點才能適應(yīng)井下的特由環(huán)境。 在裝載機的機械部分已經(jīng)比較成熟了，因為在地面上很多 輪式裝載機也具有機動、靈活等特點，只要將要將裝載機的 機體稍微修改就可以應(yīng)用于井下使用，比如將駕駛室降低， 將封閉的駕駛室改為開放式的以將降低裝載機的高度。 但由于井下通風(fēng)條件太差且易燃易爆，所以要求對井下的 裝載機要進(jìn)行防爆改裝以及尾氣凈化處理，這也是比較難的 一部分。 因此有很多的井下裝載機采用以電源為直接能源，這種裝 載機雖然防爆效果比較好，但工作的時候總要拖著一根電 纜，影響了裝載機的靈活性和機動性。 所以人們希望能夠解決柴

17、油裝載機的防爆問題，使之即能 夠滿足井下對裝載機低矮、機動、靈活的要求，又能夠解決 好安全防爆以及尾氣的凈化問題。 本次畢業(yè)設(shè)計的題目是裝載機地盤及防爆裝置設(shè)計，主 要設(shè)計裝載機的車架較接部分，驅(qū)動橋的主傳動及輪邊減速 制動部分還有裝載機的防爆部分。 也正是這些部分決定了，這種裝載機能否很好地在井下使 用。 所以如果能夠處理好這些部分的設(shè)計要點，對井下裝載機 的發(fā)展以及我國的煤炭開采事業(yè)都有很大的幫助 1.2 國外裝載機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 由于輪式裝載機的技 術(shù)不斷進(jìn)步、性能不斷提高、應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，使用可靠 性、機動性和裝載堅硬物料的適應(yīng)性得到人們的共識，已成 為露天礦和地下礦的主要

18、物料的裝運機械。 目前國外開發(fā)的一些大型輪式裝載機，具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)、性 能優(yōu)越、自動化水平高等特點。 以后的裝載機也將向效率更高、造價更低、維修更方便、 舒適性更好地自動化、智能化方向發(fā)展。 1.2.1 國外裝載機的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1.1工作機構(gòu) 圖1- 1 CAT多用途裝載機 卡特彼勒公司推由的組合式八桿機構(gòu)， 從地面到整個取勝高度范圍內(nèi)具有平行移動的特點它將快 速連接器和塔架式機構(gòu)設(shè)計成整體式工作裝置，通過快速更 換不同的輔助機構(gòu)完成裝卸、 堆垛、掃雪、平地、清掃路面、 推土、吊裝、搬運和地表鉆孔等作業(yè)實現(xiàn)一機多能，減少用 戶設(shè)備投資。 沃爾沃公司在其 L500-L220D等D

19、系列裝載機上推由了 該公司的專利產(chǎn)品 ——扭矩平行連桿機構(gòu)（TP ）,在鏟斗 的整個舉升循環(huán)中可提供更大的傾翻力矩以及舉升能力，這 保證裝載機不僅在配用鏟斗時，而且在配用叉、吊等其它工 作裝置時都具有優(yōu)良的作業(yè)性能。 1.2.1.2傳動機構(gòu) 以卡特彼勒公司為代表的輪式裝載機采 用液力機械傳動系統(tǒng)，其自動動力換檔變速箱自動選擇檔位 傳動比，使換檔在變速箱最佳效率點進(jìn)行。 該公司最近推由的 STIC （轉(zhuǎn)向變速集成）系統(tǒng)，將轉(zhuǎn)向和 換檔功能集成于一操縱手柄上，使操縱更加省力、輕便，換 檔更加平穩(wěn)，可大幅度提高生產(chǎn)率。 以日本小松公司 WA系列中小功率（小于 125KW）為代 表的輪式裝載機

20、采用新型集中式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動橋。 它將主傳動、制動器和行星輪式終傳動都集中在橋的中 部，橋殼斷面變化連續(xù)、平緩，內(nèi)應(yīng)力分布合理，從根本上 防止因傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)橋殼在輪邊支承軸段應(yīng)力集中斷裂。 輪端采用浮動密封結(jié)構(gòu)，安裝簡便，有自動補償功能， 密封性能良好。 該結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、基本零件少、工藝性好， 性能好、可 靠性高。 圖1- 2小松裝載機結(jié)構(gòu)總圖 1.2.1.3轉(zhuǎn)向機構(gòu)J.I凱斯公 司推由的21系列輪式裝載機的前后主機架采用鋼板較接， 采用折腰式動力轉(zhuǎn)向系。 轉(zhuǎn)向中的隨動過程是通過加力器內(nèi)部反饋得以實現(xiàn)的；在 發(fā)動機熄火后，轉(zhuǎn)閥相當(dāng)于一個手搖泵仍可實現(xiàn)整機的轉(zhuǎn) 向；轉(zhuǎn)向角度可達(dá) 40 o

21、 卡特彼勒公司 950G上配用的轉(zhuǎn)向變速集成系統(tǒng)稱為命 令控制系統(tǒng)（CCS）,由液壓回路與機械反饋系統(tǒng)構(gòu)成。 轉(zhuǎn)向時，方向盤轉(zhuǎn)動的角度直接與車身較接角度連接起 來，其特點是方向盤轉(zhuǎn)動半圈即可轉(zhuǎn)向，可提供更快和更精 確的控制。 據(jù)稱，該系統(tǒng)在一個臺班（8h）工作時間內(nèi)可使轉(zhuǎn)向圈數(shù) 從1萬轉(zhuǎn)減少到1千轉(zhuǎn)，極大地減輕司機的操作疲勞，增加 舒適性。 圖1- 3斯凱裝載機主機架示意圖 1.2.1.4駕駛室 圖1- 4 人性化駕駛室近幾年來國外裝載機的設(shè)計和制造進(jìn)一步體 現(xiàn)了以人為本的理念，要為司機提供一個更加舒適的環(huán)境， 以達(dá)到他們稱之為全自動化型的境地。 新型輪式裝載機司機室的設(shè)計充分考慮

22、了人的生理需求， 對儀表位置排列、操作手柄和踏板、司機座椅、能見度 防 噪和隔振、溫度調(diào)節(jié)等均符合人機工程學(xué)，使司機在舒適、 輕松、安全環(huán)境下操作，提高工作效率。 且大中型裝載機駕駛室普遍采用翻車保護(hù)機（ ROPS）和 落物撞擊保護(hù)機構(gòu)（FOPS）,室內(nèi)安裝空調(diào)裝置； 采用防塵、 減震和隔離材料；按人機工程學(xué)設(shè)計的司機座椅可全方位調(diào) 節(jié)，有的已達(dá)轎車座椅的舒適程度，座椅右側(cè)還設(shè)計有擺放 飯盒、水瓶及其它物品的地方，司機臺上安裝 AM/FM立體 聲盒式磁帶收錄機，有的還安裝網(wǎng)絡(luò)電話等，極大地提高了 作業(yè)的舒適性。 1.2.2 發(fā)展方向1.2.2.1微電子技術(shù)、信息技術(shù)的普及和應(yīng) 用 由于

23、計算機技術(shù)的不斷普及，將來由計算機來控制發(fā)動 機管理系統(tǒng)將是裝載機的一個重要的發(fā)展方向 它能及時地根據(jù)裝載機的工作負(fù)荷要求調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸 由功率，使裝載機更有效地利用發(fā)動機的動力，減少動力損 失，節(jié)約燃料，減少廢氣排量和噪聲；同時可使發(fā)動機長期 在額定點工作，增加發(fā)動機的使用壽命。 向計算機管理及故障診斷、監(jiān)控系統(tǒng)方向發(fā)展計算機管 理監(jiān)控系統(tǒng)能連續(xù)管理/監(jiān)控裝載機的數(shù)十項參數(shù)，具有故障 診斷和報警功能，能記錄、處理裝載機作業(yè)的各種信息，并 能用液晶顯示器顯示部件的工作狀態(tài)，尤其在遇到突發(fā)或緊 急情況時很容易顯示，并以聽覺與視覺相結(jié)合的報警信號提 醒司機注意，有的還能提示故障排除的方法和

24、程序。 電子自動換擋變速控制系統(tǒng)能從發(fā)動機油門、變矩器、 變速箱收集的各種數(shù)據(jù)加以處理，然后產(chǎn)生一種電信號，使 變速箱在適當(dāng)?shù)臅r候換擋，可進(jìn)一步減少停車時間，縮短作 業(yè)循環(huán)，降低燃油消耗達(dá) 15%提高作業(yè)效率、作業(yè)經(jīng)濟(jì)性。 隨著科技的不斷發(fā)展，大量的微電子技術(shù)都將和裝載機 的整體機構(gòu)相結(jié)合，提高工作效率，提高操作的舒適性！ 1.2.2.2動臂及工作裝置結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 近年來裝載機的工作裝 置已不再采用單一的 Z型連桿結(jié)構(gòu)，新型的連桿機構(gòu)將不斷 的堆由。 新的結(jié)構(gòu)將可更大的承受扭矩載荷，具有卓越的可靠性、 耐用性，工作裝置能以水平位置提升或降下放在托板上的物 料，可配用多種工作裝置。 這

25、保證裝載機不僅在配用鏟斗時，而且在配用叉、吊等其 他工作裝置是時都具有優(yōu)越的作業(yè)性能。 圖1- 5垂直升降工作機構(gòu) 1.2.2.3強化輔助操作 近年來， 國外裝載機公司已經(jīng)或者正在研制一些能夠幫助司機更有 效地進(jìn)行操作的輔助操作系統(tǒng)，用計算機編制作業(yè)循環(huán)就是 其中的一種。 輪式裝載機上安裝的電子計算機可編制作業(yè)循環(huán)程序，使 鏟裝作業(yè)自動化或部分自動化。 人機工程學(xué)的研究與應(yīng)用已進(jìn)一步改進(jìn)和簡化了司機的 操作，卡特彼勒公司研制了一種用于工程機械操作的選擇控 制系統(tǒng)，稱為直觀控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)可按司機的期望對機器進(jìn)行直觀控制，例如，轉(zhuǎn)動 控制手柄時鏟斗就翻斗，當(dāng)將手柄拉向操作者身邊時動臂便

26、 會向操作者身邊移動。 安裝這種系統(tǒng)后從來沒學(xué)過操作裝載機的人可在兩三個 作業(yè)循環(huán)后學(xué)會操作。 1.3 國內(nèi)裝載機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1.3.1現(xiàn)狀分析 我國 的各生產(chǎn)廠家沒有自己的優(yōu)勢產(chǎn)品，沒有自身的關(guān)鍵技術(shù)及 強有力技術(shù)創(chuàng)新隊伍，主導(dǎo)產(chǎn)品性能差，檔次低，生產(chǎn)成本 高，企業(yè)負(fù)擔(dān)重！ 3t以下的裝載機 ZL10、ZL15、ZL16為 代表，還有一些利用拖拉機底盤改裝的小型裝載機，主要與 日益增多的農(nóng)用運輸車輛配套使用主要零部件均采用一般 性能及質(zhì)量的發(fā)動機、驅(qū)動橋、變速箱、液壓件。 技術(shù)較先進(jìn)的靜液壓傳動產(chǎn)品，液壓件國內(nèi)不易配套，產(chǎn) 品成本居高不下制約了該類產(chǎn)品在國內(nèi)的發(fā)展。 3t

27、級的裝載機在國內(nèi)的生產(chǎn)廠家比較多，該產(chǎn)品零部件 配置較零亂，生產(chǎn)廠家具有自制的橋箱，風(fēng)格各具特色，質(zhì) 量及性能上相對穩(wěn)定，技術(shù)先進(jìn)性一般。 徐工最近開發(fā)的 ZL30F裝載機，采用點換擋變速箱，使 3t級裝載機技術(shù)上有新的突破。 圖1- 6徐工集團(tuán)的裝載機 6t以上的裝載機是國內(nèi)潛在市 場最大的產(chǎn)品，98年以來大多數(shù)長產(chǎn)廠家均開發(fā)了 ZL60裝 載機，但由于受傳動件的制約，多數(shù)廠家都選擇柳州合資生 產(chǎn)的箱或橋和上柴或斯太爾的發(fā)送機，整機的可靠性上得到 很大的提高，給國內(nèi)大噸位的裝載機帶來了發(fā)展機遇。 目前，裝載機的主要關(guān)鍵技術(shù)還掌握在外國人手里，是 阻礙我國裝載機發(fā)展的一大因素。 1

28、.3.2發(fā)展趨勢 國產(chǎn)輪式裝載機正在從低水平、低質(zhì)量、 低價位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價位、經(jīng)濟(jì)實用 型過渡。 從仿制仿造向自主開發(fā)過渡，各主要廠家不斷進(jìn)行技術(shù)投 入，采用不同的技術(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)計雷同，無自己特色和優(yōu)勢的現(xiàn)狀，從低水 平的無序競爭的怪圈中脫穎而生，成為裝載機行業(yè)的領(lǐng)先 者。 細(xì)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 如動力系統(tǒng)的減振、散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性 能指標(biāo)優(yōu)化及各較點的防塵、工業(yè)造型設(shè)計等。 利用電子技術(shù)及負(fù)荷傳感技術(shù)來實現(xiàn)變速箱的自動換擋 及液壓變量系統(tǒng)的應(yīng)用，提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機 作業(yè)成本。 提高安全性、舒適性。

29、 駕駛室逐步具備 FOPS&ROPS功能，駕駛室內(nèi)環(huán)境將向汽 車方向靠攏，方向盤 座椅、各操縱手柄都能調(diào)節(jié)，使操作 者處于最佳位置工作。 降低噪音和排放，強化環(huán)保指標(biāo)。 隨著人們環(huán)保意識的增強，降低裝載機噪聲和排放的工作 已迫在眉睫，現(xiàn)在許多大城市已經(jīng)制定機動車的噪聲和排放 標(biāo)準(zhǔn)，工程建設(shè)機械若不符合排放標(biāo)準(zhǔn)，將要限制在該地區(qū) 的銷售。 廣泛利用新材料、新工藝、新技術(shù)，特別是機、電、液 一體化技術(shù)，提高產(chǎn)品的壽命和可靠性。 最大限度地簡化維修盡量少保養(yǎng)次數(shù)和維修時間，增大 維修空間，普遍采用電子監(jiān)視及監(jiān)控技術(shù)，進(jìn)一步改善故障 診斷系統(tǒng)，提高司機排除問題的方法。 1.4 井下裝載機特點

30、及發(fā)展現(xiàn)狀 1.4.1井下裝載機的特點 地下采礦設(shè)備的無軌化，是當(dāng)代礦石開采現(xiàn)代化的標(biāo)志。 機動、靈活、高校、多能、使用范圍廣的鏟運機是無規(guī)采 礦的主體設(shè)備，它在世界各國的地下礦山得到廣泛的應(yīng)用。 由于井下的空間狹小、低矮而且易爆等因素，對井下的 裝載機也有特生的要求。 因此井下裝載機要具有低矮、機動、靈活、安全、防爆、 簡單、牢固、維修性能好等特點才能適應(yīng)井下的特由環(huán)境。 圖1- 7工的礦用裝載機 1.4.2井下裝載機的發(fā)展現(xiàn)狀 1.4.2.1 先進(jìn)的發(fā)動機技術(shù) CAT公司2003年開發(fā)的ACERT 技術(shù)是一個降低燃燒排放新系統(tǒng)，其核心的四個系統(tǒng)是空氣 管理系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、電子系

31、統(tǒng)和后處理系統(tǒng)。 ACERT技術(shù)更加能夠滿足今天的嚴(yán)格排放規(guī)則。 它是一個長久的方案。 該方案給用戶提供一個最佳選擇，在不改變發(fā)動機的性能 就可以滿足EPA排放法規(guī)。 載有ACERT技術(shù)發(fā)動機不需要另外的后處理就可以達(dá)到 Tier 3或Stagein A排放標(biāo)準(zhǔn)。 MTI與加拿大聯(lián)邦政府合作計劃在 2006年中期裝配完成 世界上第一臺 Hm70柴油一電動混合動力 LHD之后送 CANMET-MMsL 實驗礦山進(jìn)行試驗與優(yōu)化。 柴油一電動混合車輛包括兩個動力源，發(fā)動機與電動機, 還包括發(fā)電機。 當(dāng)起動與低速以下行駛時，發(fā)動機效率低。 因此關(guān)閉，僅由電動機驅(qū)動。 常規(guī)行駛時，發(fā)

32、動機作主動力源，由動力分離裝置將動力 分成兩路，一路驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，產(chǎn)生的電力驅(qū)動電動機運 轉(zhuǎn)；另一路將直接驅(qū)動車輪。 因此能使發(fā)動機一直保持在最佳狀態(tài)，動力性能好，廢氣 排放低，而且電能來源是發(fā)動機，只需加油即可。 目前混合動力汽車已到實用階段，但混合動力 LHD仍在 試驗之中。 1.4.2.2 多功能工作裝置地下礦山路面維修是一項花費很 大的工作，如果把井下的廢巖石運到露天去破碎，然后又把 破碎的巖石運到井下來修路，花費很大。 如果把地下裝載機的鏟斗換成破碎機，利用地下裝載機的 液壓系統(tǒng)來控制破碎機，就可以解決這個問題。 MT1公司就開發(fā)了這類液壓破碎機， 這不僅充分發(fā)揮地下

33、 裝載機的作用，提高了地下裝載機的利用率，而且還可以節(jié) 約許多運輸費用。 除了換下鏟斗裝上破碎機之外，還可以換上其它一些附件 作壓路機和平地機使用。 1.4.2.3 安全的制動系統(tǒng) Rham公司在2005年推由一種新 型低矮型20HDMk7地下裝載機，該機的一個最大特點是采 用了極安全的制動系統(tǒng)。 此安全系統(tǒng)采用了三個獨特的制動系統(tǒng)。 (1)靜液壓行車制動。 彈簧加載液壓泵中位控制杠控制的閉式液壓回路關(guān)閉主 油泵.流向輪邊油馬達(dá)的流量自動減少，馬達(dá)減速。 再施加制動力使車輛制動住。 正常使用的話，沒有制動摩擦熱產(chǎn)生。 (2)機械行車制動。 液壓油作用到全部浸在油中的車輛

34、油馬達(dá)制動器而使車 輛制動。 (3)彈簧施壓的緊急制動。 當(dāng)操作停車制動開關(guān)或主油路膠管由現(xiàn)故障或發(fā)動機因 莫種原因停止工作時，液壓油從彈簧施壓的車輛油馬達(dá)制動 器中排由產(chǎn)生制動。 1.4.2.4 自動化開采 目前地下砂巖采礦的焦點仍集中在自 動化的研究。 因為它對礦山安全與生產(chǎn)有明顯的效果。 因此仍是地下采礦發(fā)展方向之一。 從2001年以來，最有意義的進(jìn)步就是 Caterpillar公司的 MINEGEM 系統(tǒng)和 Sandvik 司的 AUTOMINE 系統(tǒng)。 這兩個系統(tǒng)都利用激光掃描儀，掃過駕車經(jīng)過的墻壁并與 機械礦井地圖進(jìn)行比較以確定他的位置，這些裝載機同樣都 有交通

35、管理系統(tǒng)，當(dāng)司機在屏幕上看到所有機器工作時，此 交通管理系統(tǒng)就可以知道另外機器在什么地方工作。 自動化礦山（Automine）配置任務(wù)控制系統(tǒng)（McS）鍵盤，鼠 標(biāo)與表示自動化操作實時平面圖形的 MCS顯示屏，為了遠(yuǎn) 距離操作鏟斗裝載，腳踏板控制油門和制動器，左手控制板 有轉(zhuǎn)向操縱桿，機器停車按鈕和電源開關(guān)，在右手控制板上 有控制LHD大臂和鏟斗的操縱桿。 擴(kuò)音器位于機器上以提供聲頻反饋到操作站。 1.5本章小結(jié) 本章主要講述了國內(nèi)外裝載機及井下裝載 機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，以及我國現(xiàn)在井下裝載機發(fā)展所遇到 和必須解決的問題。 同時闡述了本次課程設(shè)計的意義、用途、性能和特點。 2結(jié)構(gòu)分

36、析2.1車架的結(jié)構(gòu) 2.1.1較鏈?zhǔn)杰嚰芙M成及特 點 車架是行走系的骨架，也是整車的骨架。 地下裝載機的主要部件是通過車架固定其位置的。 車架的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足其強度、剛度、耐久性及相互位置 的精度的要求。 為此車架一般由一定厚度焊接性能好、高強度低合金鋼板 （16Mn）焊接而成。 圖2- 1較接車架 車架由前車架和后車架組成。 前車架主要安裝前橋、 工作裝置、多路閥等一些液壓元件； 后車架主要安裝副車架、后橋動力裝置、傳動裝載，大部分 液壓元件和電氣元件駕駛室及操作元件 這兩個車架是通過上下兩個垂直較銷相連。 較鏈?zhǔn)杰嚰艿奶攸c是允許前后車架在水平內(nèi)有 40。左右 的相對轉(zhuǎn)角，

37、從而減少地下裝載機的轉(zhuǎn)彎半徑。 較鏈?zhǔn)杰嚰埽S距尺寸加大，對整機的穩(wěn)定性有所提高連 接前后車架的較鏈點一般布置在軸距的中點，是前后輪轉(zhuǎn)向 半徑相等，轉(zhuǎn)向時前后輪的軌跡重合，可減少轉(zhuǎn)向時的滾動 阻力。 2.1,1.1擺動車架結(jié)構(gòu) 后車架縱軸線上有兩個帶襯套的前 后兩個縱向銷孔，前后銷通過擺動架上前后兩個孔插入后車 架相應(yīng)銷孔中，后橋通過8個螺栓安裝在擺動架的安裝面上。 擺動車架可以繞縱向軸線銷軸左右擺動，從而使兩側(cè)的 車輪可以橫向擺動一個高度， 用限位塊限制角度為 ^0°.有了 擺動架，地下裝載機在不平的路面上行駛時，兩側(cè)車輪可以 保證能同時接觸地面，改善車輪的附著條件。 圖2-

38、2 CY-6型井下裝載機擺動車架結(jié)構(gòu)示意圖 1、后橋； 2、前襯套；3、前銷；4、安裝面；5、后銷；6、后襯套 圖 2- 3CY-5型井下裝載機三點式中心擺動較接結(jié)構(gòu)示意圖 1、 后車架下較；2、后車架上較；3、前車架上較；4、連桿；5、 前車架下較2.1.1.2三點中心擺動較鏈結(jié)構(gòu) 前后車架通過三 個較銷和一個連桿相連，其較銷上均為球形自位軸承。 前后車架不僅可以在水平方向轉(zhuǎn)動，而且還可以在垂直方 向擺動 2.1.1.3穩(wěn)定性分析 通過實驗和計算均可得由,在一定工 況下地下裝載機的一個后輪可能與地面不接觸 ，但這是中 心擺動式的地下裝載機仍然處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。 而類似工況下，

39、車橋擺動地下裝載機將在不穩(wěn)定狀態(tài)下工 作，甚至最不穩(wěn)定而達(dá)到傾翻極值。 而且地下裝載機的動態(tài)穩(wěn)定性要比靜態(tài)穩(wěn)定性差。 2.1.2較鏈?zhǔn)杰嚰艿妮^銷結(jié)構(gòu) 目前地下裝載機車架的較 銷廣泛采用球較式和圓錐軸承式兩種。 2.1.2.1球較式 由于井下的作業(yè)條件很惡劣，上下較接體 受力很大，受力狀況很復(fù)雜，上下較接體很容易損壞。 因此國外的設(shè)計者對上下較接體設(shè)計十分重視，不斷改 進(jìn)。 目前比較好的結(jié)構(gòu)一般具有結(jié)構(gòu)簡單、 強度高、裝配方便、 使用維修費用低等特點。 圖2- 4球較銷結(jié)構(gòu)簡圖 1、墊片；2、密封；3、球碗；4、 球頭；5、較銷；6、油嘴；7、擋板2.1.2.2圓錐軸承式 圓 錐

40、滾子軸承較銷結(jié)構(gòu)由于采用圓錐軸承使前后車架偏轉(zhuǎn)更 靈活，既能承受水平力，又能承受垂直力，墊片用來調(diào)節(jié)軸 承預(yù)緊力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高。 圖2- 5Caterpillar井下裝載機較銷結(jié)構(gòu) 1、調(diào)整墊片；2、 密封圈；3、銷軸；4&5、單列錐軸承；6、壓蓋；7、墊圈； 8、螺釘2.2驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu) 2.2.1驅(qū)動橋的組成及作用 井下 裝載機的驅(qū)動橋是井下裝載機的重要組成部分。 它主要由主傳動、差速器、輪邊減速器、制動器、橋殼和 半軸等部件組成。 主傳動的作用是增大扭矩和改變扭矩的傳遞方向；差速 器是使驅(qū)動車輪在轉(zhuǎn)向或不平路面上行駛時，左右驅(qū)動輪以 不同角速度旋轉(zhuǎn)；輪邊減速器進(jìn)一步增大從半軸

41、輸生的扭 矩；制動器用于地下裝載機工作制動；驅(qū)動橋殼把裝載機的 重量傳遞到車輪，并將作用在車輪上的各種力傳到車架，同 時驅(qū)動橋殼又是主傳動、差速器和車輪傳遞裝置的外殼，半 軸則是從差速器將扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞到輪邊減速器。 圖2- 6驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)組成 1&2、主傳動器；3&4、差速器； 5、半軸；6、橋殼；7&8、終傳動器；9、驅(qū)動輪2.2.2井 下裝載機對驅(qū)動橋的要求 (1)合理分配主傳動及論辯減速 器的傳動比，以保證機器的最佳傳動性和經(jīng)濟(jì)性，井下裝載 機作業(yè)行駛速度低，牽引力大，因此要救有較大的傳動比， 一般在12?38 (2)驅(qū)動橋各部件在工作可靠性并保證一定 使用壽命的條件下應(yīng)力求做到重量

42、輕、體積小和保證所要求 的離地間隙。 (3)井下裝載機是在井下工作，路面條件差、彎道多。 因此要求左右車輪差速與扭矩分配，即轉(zhuǎn)彎時，左右驅(qū)動 輪與地面的附著系數(shù)不等時，能使裝載機發(fā)生充分的牽引 力。 (4)由于井下裝載機經(jīng)常在坡道上作業(yè)與運行，因此要 求制動器制動可靠、性能穩(wěn)定、壽命長、以維護(hù)。 (5)要求結(jié)構(gòu)簡單、修理保養(yǎng)方便、制造容易。 (6)工作平穩(wěn)、無噪聲、工作可靠、故障少。 2.2.3 主傳動 圖2- 7配不同差速器的主傳動結(jié)構(gòu)圖 1、 有限打滑差速器(不帶彈簧)；2、NO-SPIN差速器；3、有 限打滑差速器(帶彈簧)；4、普通差速器 單級主傳動結(jié)構(gòu) 簡單，質(zhì)量小，

43、成本低，使用簡單，但主傳動比不能太大， 一般 W 3.6- 6.87。 因為進(jìn)一步提高將增大從動齒輪直徑，從面減少離地間隙 和使從動齒輪熱處理復(fù)雜。 單級主減速器有螺旋錐齒輪、雙曲線面齒輪兩種形式。 螺旋錐齒輪傳動，制造簡單，工作中噪聲大，對齒合精 度很敏感，齒輪副錐頂稍有不吻合便使工作條件急劇變壞， 伴隨磨損增大和噪聲增大。 為保證齒輪副的正確嚙合，必須將軸承頂緊，提高支撐剛 度，增大殼體剛度。 雙曲面齒輪傳動與螺旋錐齒輪傳動不同之處，在于主、 從動軸線不相交而有一偏移。 當(dāng)雙曲面齒輪尺寸和螺旋錐齒輪尺寸想當(dāng)時，雙曲面有更 大的傳動比，當(dāng)傳動比一定，從動齒輪尺寸相同時，雙曲面

44、主動齒輪比螺旋錐齒輪有較大直徑，較高的齒輪強度以及較 大的主動齒輪軸和軸承剛度，當(dāng)傳動比和主動齒輪尺寸一定 時，雙曲線從動錐齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋齒輪為小，因而離 地間隙較大。 圖2- 8a-螺旋錐齒輪： ;b-雙曲面齒輪 雙曲面齒輪副在工作過程中， 除了有沿齒高 方向的側(cè)向滑動之外，還有沿齒長方向的縱向滑動。 縱向滑動可改善齒輪的磨合過程，并使其工作安靜平滑。 然而縱向滑動可使摩擦損失增大，降低傳動效率，因此偏 移距不應(yīng)過大。 雙曲面齒輪傳動齒面間大的壓力和大的摩擦功，可能導(dǎo)致 油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死。 因此，雙曲面齒輪傳動必須采用可改善油膜強度和避免齒 面燒結(jié)的特殊潤滑油

45、。 雙曲面齒輪和螺旋錐齒輪的優(yōu)缺點比較列于下表： 表2- 1雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪的優(yōu)缺點比較 因此，在這 里主傳動傘齒輪都采用螺旋齒輪。 2.2.4 差速器 井下裝載機一般采用四輪驅(qū)動行星剛性橋。 它在行駛時，由于多種原因?qū)е萝囕喰谐滩煌?，即在轉(zhuǎn)向 或直線行駛時，左、右側(cè)車輪行程產(chǎn)生差異。 如果用一根整軸以相同的轉(zhuǎn)速驅(qū)動兩側(cè)車輪，必然會引起 車輪在行駛中產(chǎn)生滑移或滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致車輪磨損加劇，功 率損失增加，轉(zhuǎn)向困難，操縱性變壞。 因而橋中一定要設(shè)置差速器。 目前井下裝載機常用的差速器有三種結(jié)構(gòu)形式 ： 一是普通傘齒輪差速器，簡稱普通差速器；二是防滑自鎖差 速器，又稱 NO

46、-SPIN差速器；三是有限打滑差速器，又稱 POSI-TORQ差速器，或限力矩變速器，或防滑差速器。 這三種差速器具結(jié)構(gòu)、原理、特性是不同的，試用范圍也 有差別。 2.2.4.1 三種差速器的結(jié)構(gòu) 1）普通差速器 如下圖所示，普 通差速器主要由十字軸，半軸齒輪，行星錐齒輪，左、右差 速器殼等組成。 動力由法蘭輸入，半軸齒輪輸由，通過半軸傳遞到輪邊， 帶動車輪轉(zhuǎn)動。 普通差速器的差速不差扭”的特性給車輛行駛帶來不利 影響，如一車輪陷入泥濘時，由于附著力不夠，就會產(chǎn)生打 滑。 這時另一車輪的驅(qū)動力不但不會增加，反而減少到與打滑 車輪一樣，致使整機的牽引力大為減少。 如果總的牽引力不能克

47、服行駛阻力，此時打滑的車輪以兩 倍于差速器殼的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動， 而另一側(cè)不轉(zhuǎn)動，整機停止不前。 2）有限打滑差速器有限打滑差速器的結(jié)構(gòu)與普通差速 器基本相同 只是在半軸齒輪大端多內(nèi)、外離合器盤，在小端面多了一 組碟形彈簧和止推盤。 有限打滑差速器有帶彈簧和不帶彈簧兩種，前者去掉碟 形彈簧與止推盤便是后者。 彈簧的作用是增加摩擦盤上的壓力，從而增加車輛牽引 力，使得一側(cè)車輪牽引力為另一側(cè)車輪牽引力的 5倍。 如果運行條件改善，橋中的力矩就會增加，彈簧的效果就 會下降一側(cè)車輪大的牽引力與另側(cè)車輪的牽引力之比 K值 就會減少。 在沒有彈簧的有限打滑差速器中，摩擦離合器的摩擦阻 力與輸入橋

48、的總力矩成正比。 一般K值在橋的輸入力矩中是常數(shù)， K-2?2.75。 在裝載機中一般都設(shè)有帶彈簧的有限打滑差速器。 3）防滑自鎖差速器 防滑自鎖差速器的結(jié)構(gòu)與普通差速 器完全不同。 該差速器沒有行星齒輪，而用兩個被動離合器代替。 被動離合器與十字軸配合。 十字軸在大傘齒輪的帶動下旋轉(zhuǎn)。 對防滑自鎖差速器，只要當(dāng)車輛在平整的地面上前進(jìn)或 后退時，被動離合器與中間十字軸處于鎖死狀態(tài)，此時，兩 邊車輪轉(zhuǎn)速相等。 當(dāng)一邊車輪附著力等于 0或脫離地面時，對應(yīng)的另一車輪 仍能發(fā)揮作用，而且能確保 100%的利用附著力，繼續(xù)驅(qū)動 車輛前進(jìn)，直到兩車輪同時獲得附著力為止，永遠(yuǎn)不會由現(xiàn) 車輪打滑。 圖2- 9防滑自鎖差速器簡圖 1、半軸花鍵；2、彈簧座； 3、彈簧；4、被動離合器；5、消聲環(huán)；6、卡環(huán)；7、十字 軸（主動環(huán)）；8、中心環(huán)2.2.4.2三種差速器的特性