ZL50装载机总体及变速箱设计(第二行星排)最终

Zl50G装载机技术参数main performance parameters of ZL50G loaderZL50G装载机主要结构特点和采用的先进技术Main specifications and characters of ZL50G loader1、采用中央铰接式车架，转弯半径小，机动灵活，侧向稳定性好，便于在狭窄场地作业。

Central articulatedframe, small turning radius, mobile and flexible,lateral stability, ease of operation in the narrowspace.2、人性化设计，视野宽阔，驾驶舒适。

Easy-to-read gaugesdisplay and ergonomically designed controls make the driving convenient and comfortable3、采用了气顶油钳盘式四轮制动系统保证行车安全，制动平稳，安全可靠；驻车采用钳盘式制动Air over hydraulic disc brake on 4 wheels system and expire brake is used in brake system, which has large brake force and makes stable brake and high safety4、采用潍柴斯太尔柴油机，动力强劲，扭矩储备达，低耗油，低噪音，性能可靠；标配双级空气滤清器，适合于粉尘较多的作业场所。

Weichai Styer turbo-charged diesel engine is high power and torque, low fuel consumption and noise ,high reliability .Double-stage air filter is standard equipment for dusty fields.5、采用全液压转向，动力换档变速，工作装置液压操纵，整机操作轻便灵活，动作平稳可靠。

ZL50G装载机主要结构特点和采用的先进技术Main specifications and characters of ZL50G loader1、采用中央铰接式车架，转弯半径小，机动灵活，侧向稳定性好，便于在狭窄场地作业。

Central articulatedframe, small turning radius, mobile and flexible,lateral stability, ease of operation in the narrowspace.2、人性化设计，视野宽阔，驾驶舒适。

Easy-to-read gaugesdisplay and ergonomically designed controls makethe driving convenient and comfortable3、采用了气顶油钳盘式四轮制动系统保证行车安全，制动平稳，安全可靠；驻车采用钳盘式制动Air over hydraulic disc brake on 4 wheels system and expire brake is used in brake system, which has large brake force and makes stable brake and high safety4、采用潍柴斯太尔柴油机，动力强劲，扭矩储备达，低耗油，低噪音，性能可靠；标配双级空气滤清器，适合于粉尘较多的作业场所。

Weichai Styer turbo-charged diesel engine is high power and torque, low fuel consumption and noise ,high reliability .Double-stage air filter is standard equipment for dusty fields.5、采用全液压转向，动力换档变速，工作装置液压操纵，整机操作轻便灵活，动作平稳可靠。

图1为我国目前最具代表性的第二代ZL50型轮式装载机的总体结构图。

它主要由柴油机系统1、传统系统2、防滚翻及落物保护装置3、驾驶室4、空调系统5、转向系统6、液压系统7、车架8、工作装置9、制动系统10、电气仪表系统11、复盖件12、操纵系统13等13个部分及系统组成。

空调系统及防滚翻与落物保护装置是第一代没有的，是第二产品新增加的，主要是增加安全舒适性。

其它部件如转向系统、制动系统、驾驶室、工作装置、车架等也有重大变化，在第一代的基础上采用了十多项先进技术及选进结构。

因此，第二代与第一代相比在可靠性、安全舒适性、作业效率等都有相当大的提高，同时外观造型也美观得多。

传动系统图2所示，为我国当前典型的轮式装载机的传动系统。

该系统由变速器（也叫变矩器变速箱总成）3、驱动桥8、传动轴5等组成。

（1）变速器变速器2由液力变矩器3及变速箱4两部分组成。

图示变矩器的一端与柴油机1、另一端与变速箱4直接相连这样结构紧凑、连接可靠，是目前国内外轮式装载机用得最多、最普遍的一种连接方式。

其它还有变速器为一整体与柴油机分置，或变矩器与柴油机直接相连而与变速箱分置，之间用传动轴连接。

目前山工的ZL50D型、常林的ZLM50E型就是变矩器包括分动箱直接与柴油机相连，与变速箱分置，用传动轴相连的结构型式。

图3有柳工ZL50C型变速器结构图。

该变速器为双涡轮液力变矩器加行星式动力换挡变速箱组成。

该变速箱有一个前进、一个后退两个行星排，加上一个直接挡（II挡），共两前进、一后退三个挡。

结构简单、挡位少，完全实现了单杆操纵。

变矩器有两个涡轮，二涡轮直接传给变速箱输入轴（齿轮），为各挡轻载变速状态。

一涡轮是通过超越离合器才传给变速箱输入轴，当各相应挡扭矩加大，速度降低到超越离合器结合时，两个涡轮同时参加工作，为相应挡的低速大扭矩状态，这一切都是由超越离合器通过速度的高低自动实现的。

实际上该变速器有4个前进挡，2个后退挡，因每个挡都有一个高低速自动换挡。

ZL50轮式装载机传动系统设计[摘要]本次设计内容为ZL50装载机驱动桥设计，大致上分为主传动的设计，差速器的设计，半轴的设计，最终传动的设计四大部分。

其中主传动锥齿轮采用35°螺旋锥齿轮，这种类型的齿轮的基本参数和几何参数的计算是本次设计的重点所在。

将齿轮的几个基本参数，如齿数，模数，从动齿轮的分度圆直径等确定以后，用大量的公式可计算出齿轮的所有几何参数，进而进行齿轮的受力分析和强度校核。

了解了差速器，半轴和最终传动的结构和工作原理以后，结合设计要求，合理选择它们的形式及尺寸。

本次设计差速器齿轮选用直齿圆锥齿轮，半轴采用全浮式，最终传动采用单行星排减速式。

[关键词]ZL50 装载机驱动桥设计The design of ZL50 wheel loader driven bridgeAbstract: The design of ZL50 wheel loader driven bridge, which is mainly separated into four parts, main transmission device design, the differential mechanism design, axle shaft design, and the design of the final drive. The main transmission drive gear adopts 35°spiral bevel gear, the basic parameters and the geometric parameters of this type of gear is the key point of this design. After a few basic parameters of gear, such as number of teeth, modules and the sub-driven gear circle diameter was established, with a plenty of formula to calculate all the geometric parameters of gear, and then gear stress analysis and strength check. Know the structure and working principle of differential device, half-shaft the final drive, combining with the design requirements, a reasonable choice of their form and sizes. The differential device gear adopts straight bevel gears, axle shaft adopts full floating, and ultimately drive single row slowdown planets form.Keywords:ZL50 loader driver bridge目录前言 (1)1 主传动器设计 (3)1.1 螺旋锥齿轮的设计计算 (3)1.1.1 齿数的选择 (3)1.1.2 从动锥齿轮节圆直径d2的选择 (3)1.2 螺旋锥齿轮的强度校核 ................. 错误！未定义书签。

ZL50装载机计算说明书装载机总体布置装载机的总体设计是根据其主要用途，作业条件及生产情况，合理地选择机型、各总成结构形式、性能参数及整体尺寸等并行合理布置。

由于任务书已对部分结构进行规定，再通过对现有机型类比、分析，ZL50装载机总体布置确定如下：1.1 确定机型及总成部件结构形式1.1.1 行走装置的选择从作业条件与对象，作业效率与成本，以及驾驶员的工作条件等因素出发，行走装置选择轮胎式装载机与履带式装载机相比有如下优点：a）自重轻，行走速度快，机动性好，作业循环时间短，作业效率高，运输及修理费用低。

b）轮胎式装载机在碎石硬路面作业时因轮胎有缓冲作用对机器冲击振动较小，可延长机器寿命，减轻家事员疲劳等。

1.1.2 传动形式的选择图1-1轮式装载机行走机构构成框图此次装载机传动系的设计采用液力机械传动系，因为它与机械传动系相比具有以下优点：a）在保持一定插入力的同时举升动臂或转动铲斗以减少铲掘阻力，缩短作业循环时间。

b）可随外载荷的变化而自动调整车速，因而可减少变速箱换挡，简化变速机构与操作。

c）液力机械传动配有动力换挡变速箱，其可在不停车情况下换挡，操作轻便、动力换挡时间短、生产率高。

d）变矩器的可透性小，当运行阻力变化时发动机的转速变化小。

1.1.3 发动机类型的选择和计算1.1.3.1 柴油机的型式工程机械无论采用何种动力传动方式，都是以内燃机作为动力装置，主要采用柴油机, 这是因为工程机械功率较大（如铲土运输机械一般都在60?以上，而且逐步向大型发展)，柴油机的经济性比汽油机好。

现代工程机械，以装置水冷四冲程柴油机作为动力源的占绝对优势，只有少数几种机型，采用风冷或二冲程柴油机作为动力源。

这说明，尽管风冷式柴油机对环境温度的适应性强（其缺水、气温变化幅度大的沙漠及高原地区有显著优点），但是，与其相比，水冷式柴油机在结构坚固性，使用可靠性，冷却效果，以及工艺性方面都优于风冷式柴油机。

因此，现代工程机械在选用动力源时，优先选用的还是水冷式柴油机（风冷式柴油机由于不存在漏水问题，故其多用于振动压路机上)。

Zl50G装载机技术参数main performance parameters of ZL50G loaderZL50G装载机主要结构特点和采用的先进技术Main specifications and characters of ZL50G loader1、采用中央铰接式车架，转弯半径小，机动灵活，侧向稳定性好，便于在狭窄场地作业。

Central articulatedframe, small turning radius, mobile and flexible,lateral stability, ease of operation in the narrowspace.2、人性化设计，视野宽阔，驾驶舒适。

Easy-to-read gaugesdisplay and ergonomically designed controls makethe driving convenient and comfortable3、采用了气顶油钳盘式四轮制动系统保证行车安全，制动平稳，安全可靠；驻车采用钳盘式制动Air overhydraulic disc brake on 4 wheels system and expirebrake is used in brake system, which has large brakeforce and makes stable brake and high safety4、采用潍柴斯太尔柴油机，动力强劲，扭矩储备达，低耗油，低噪音，性能可靠；标配双级空气滤清器，适合于粉尘较多的作业场所。

Weichai Styer turbo-chargeddiesel engine is high power and torque, low fuelconsumption and noise ,high reliability .Double-stage air filter is standard equipment for dusty fields.5、采用全液压转向，动力换档变速，工作装置液压操纵，整机操作轻便灵活，动作平稳可靠。

装载机液力机械变速器ZL40/50型使用说明书福建省三明齿轮箱有限责任公司一、基本参数：输入最大功率154KW输入最大转速2200r/min变矩器型式：单级、二相、四元件（双涡轮）变矩器最大变矩比≥4变速箱型式二前一倒/动力换档，行星机构变矩器机械传动比：Ⅰ档 2.155Ⅱ档0.578倒档 1.577取力器输入/输出传动比P.T.O.1 1.0P.T.O.2 1.167操纵油压 1.10~1.50Mpa变矩器进口油压0.30~0.45Mpa变矩器出口油压0.20~0.30Mpa润滑油压0.10~0.20Mpa变矩器出口最高允许温度120℃二、结构原理：液力机械变速器由液力变矩器和动力换档机械变速箱两部分组装而成，其传动原理简图3图3 ZL40/50变速箱传动原理简图1.液力变矩器：变矩器为单级、二相、四元件。

变矩器主要由泵轮、一级涡轮、二级涡轮及导轮组成。

泵轮通过弹性钢板与发动机飞轮连接，泵轮旋转时，驱动循环园内的油液，使之具有一定的动能，而油液又推动一级涡轮和二级涡轮，并通过与它们连接的输出齿轮带动变速箱。

由于变矩器涡轮扭矩和转速可随负载的变化而改变，因而具有自动变矩、变速的功能。

导轮通过导轮座固定在变矩器壳体上。

在液力变矩器负载较小或转速较高时，二级涡轮单独工作；当液力变速器负荷增大，而使转速降低时（此时发动机转速基本不变），变矩器自动地变为一、二级涡轮同时工作。

2.机械变速箱：变矩器二级涡轮的动力经输入二级齿轮传至中间输入轴，变矩器一级涡轮的动力传至输入一级齿轮，在传至大超越离合器外环齿轮。

当外负荷较小时，因变速箱中间输入轴比大超越离合器外环齿轮的转速高，使大超越离合器滚柱空转。

此时二级涡轮单独工作。

当外负荷增加时，迫使变速箱中间输入轴转速逐渐下降，如中间输入轴的转速小于大超越离合器外环齿轮转速时，滚柱被楔紧，由一级涡轮传来的动力经滚柱传至大超越离合器凸轮，由于凸轮与中间输入轴为螺栓联接，故此时一级涡轮与二级涡轮同时工作。

ZL50装载机传动系统的分析与改进Analysis and Improvement of Transmission System for ZL50 Wheel Loader摘要随着主机性能要求的提高和变化，逐渐显现目前国内 ZL50 装载机传动系配置较单一、陈旧。

研究装载机的使用工况及在变负荷工况下发动机的特性、液力变矩器和发动机的共同工作特性，研制开发新的适用于该主机的传动系对提高装载机的牵引动力性能和行驶性能具有十分重要的现实意义。

本文分析了装载机的使用工况特点、在变负荷工况下发动机的特性、液力变矩器和发动机的共同工作特性，研究了液力变矩器与发动机的匹配性能；详细讨论了新设计的动力换挡变速器的传动方案图及挡位、速比、齿轮模数等主要参数的选择和确定过程，开发设计了前四、后四定轴式动力换档变速器。

基于 ZL50 装载机整机参数和新设计的液力变速箱和驱动桥参数，对整机的牵引性能和速度性能进行了理论匹配计算和研究。

为了验证设计的一致性和正确性，进行了变矩器性能试验、液力变速箱性能试验和主机牵引性能试验，表明达到了主机的设计要求，具有一定的经济和社会价值。

关键词：液力变矩器,动力换挡变速器,匹配,设计AbstractWith the work application change and improvement, it gradually emerged that the previous ZL50 power train configuration was humdrum and out-of-date. It’s very practical and meaningful for improving the traction performance and vehicle speed to study the application condition and the Engine’s output characteri stic 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, we researched the common work characteristic between the Engine and the torque converter. A kind of power-shift transmission is developed which has 4-forward gears 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 verify 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 characteristics 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 faster, achieve the design purpose.Key words: torque converter, power-shift transmission, match, design目录第1章绪论 .................................................................................................... - 1 -1.1 问题的提出............................................................................................... - 1 -1.2 解决的方法............................................................................................... - 2 -1.3 本文的研究内容和意义........................................................................... - 2 -第2章动力换挡变速箱的设计 ........................................................................ - 4 -2.1 概述....................................................................................................... - 4 -2.2 变速箱的设计........................................................................................... - 4 -2.3 动力换挡控制油路的设计....................................................................... - 6 -2.4 电控系统的工作原理............................................................................... - 6 -第3章动力换挡变速箱主要参数设计............................................................ - 7 -3.1 车辆总传动比的确定............................................................................... - 7 -3.2 变速器的挡位和传动比的分配............................................................... - 7 -3.3 变速器齿轮模数的初选........................................................................... - 8 -3.4 变速器传动方案的设计........................................................................... - 9 -3.5 齿轮强度校验.........................................................................................- 10 -3.6 轴的强度校验......................................................................................... - 11 -第4章液力变矩器与发动机的共同工作特性..............................................- 13 -4.1 液力变矩器特性.....................................................................................- 13 -4.1.1 输入特性曲线 ...............................................................................- 13 -4.1.2 原始特性曲线 ...............................................................................- 14 -4.1.3 液力变矩器的输出特性 ...............................................................- 14 -4.1.4 液力变矩器的自动适应性 ...........................................................- 15 -4.2 发动机的特性.........................................................................................- 15 -4.2.1 柴油机速度特性 ...........................................................................- 15 -4.2.2 柴油机的负荷特性 .......................................................................- 15 -4.2.3 柴油机的万有特性 .......................................................................- 16 -4.2.4 发动机典型工况及主要性能指标 ...............................................- 16 -4.3 发动机与液力变矩器匹配设计.............................................................- 16 -4.3.1 匹配原则 .......................................................................................- 16 -4.3.2 初步选型 .......................................................................................- 17 -4.3.3 发动机外特性曲线的处理 ...........................................................- 17 -4.4 液力变矩器与发动机共同工作的输入输出特性.................................- 19 -4.5 液力变矩器与发动机共同工作的输出特性.........................................- 21 -4.6 匹配设计中应注意的问题.....................................................................- 22 -第5章新传动系的参数及特点 ......................................................................- 23 -5.1 ZL50轮式装载机主机和传动系的基本参数........................................- 23 -5.2 新传动系的特点.....................................................................................- 24 -5.3 本章小结.................................................................................................- 25 -参考文献 ..............................................................................................................- 26 -致谢 ...................................................................................... 错误！未定义书签。

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⊙……装…………………………⊙… 图1-4 轮式装载机的传动系统
图1-5 柳工ZL50C型变速器结构图
大，速度降低到超越离合器结合时，两个涡轮同时参加工作，为相应挡的低速大扭矩状态，这一都是由超越离合器通过速度的高低自动实现的。

实际上该变速器有4个前进挡，2个后
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图1-6 柳工ZL50C 驱动桥
图1-6为柳工ZL50C 驱动桥，其结构具有普遍代表性。

前面中所列的国内8个产品的驱动桥全都是这种结构型式。

目前第三代ZL50型轮式装载机驱动桥出现了带内藏湿式多片式制去路器械及防滑差速器的驱动桥，改善了制动性能和恶劣作业条件下的通过性能及作业性能，柳工第三代产品ZL50G 型所用的“ZF”AP400驱动桥就是这种驱动桥。

“ZF”AP400型驱动桥壳为整体式，内藏湿式多片式制动器在桥内部轮边减速器的内侧。

还有一种桥壳为三节式，轮边减速器及内藏湿式多片式制动器都集中在桥的中部，紧靠主传动的两边。

这种结构性能好，但制造难度较大，CA T 的950B 型，小松的W A380-3型驱动桥都是这样的结构。

还有一种与“ZF”的AP400型驱动桥差不多，惟一不同的是内藏湿式多片式制动器在轮边减速器的外侧，这种结构不大
图1-7 柳工ZL50C 装载机全液压转向系统结构示意图
图1-8 全液压流量放大转向系统原理图
量放大转向系统（可带可不带优先系统）有可能取代其它的全液压转向系统。

工作液压系统目前已开始普遍采用先导工作液压系统。

国产的第二代产品，比如柳工。

装载机总体布置装载机的总体设计是根据其主要用途，作业条件及生产情况，合理地选择机型、各总成结构形式、性能参数及整体尺寸等并行合理布置。

由于任务书已对部分结构进行规定，再通过对现有机型类比、分析，ZL50装载机总体布置确定如下：1.1 确定机型及总成部件结构形式1.1.1 行走装置的选择从作业条件与对象，作业效率与成本，以及驾驶员的工作条件等因素出发，行走装置选择轮胎式装载机与履带式装载机相比有如下优点：a）自重轻，行走速度快，机动性好，作业循环时间短，作业效率高，运输及修理费用低。

b）轮胎式装载机在碎石硬路面作业时因轮胎有缓冲作用对机器冲击振动较小，可延长机器寿命，减轻家事员疲劳等。

1.1.2 传动形式的选择图1-1轮式装载机行走机构构成框图此次装载机传动系的设计采用液力机械传动系，因为它与机械传动系相比具有以下优点： a）在保持一定插入力的同时举升动臂或转动铲斗以减少铲掘阻力，缩短作业循环时间。

b）可随外载荷的变化而自动调整车速，因而可减少变速箱换挡，简化变速机构与操作。

c）液力机械传动配有动力换挡变速箱，其可在不停车情况下换挡，操作轻便、动力换挡时间短、生产率高。

d）变矩器的可透性小，当运行阻力变化时发动机的转速变化小。

1.1.3 发动机类型的选择和计算1.1.3.1 柴油机的型式工程机械无论采用何种动力传动方式，都是以内燃机作为动力装置，主要采用柴油机, 这是因为工程机械功率较大（如铲土运输机械一般都在60〜以上，而且逐步向大型发展)， 柴油机的经济性比汽油机好。

现代工程机械，以装置水冷四冲程柴油机作为动力源的占绝对优势，只有少数几种机 型，采用风冷或二冲程柴油机作为动力源。

这说明，尽管风冷式柴油机对环境温度的适应 性强（其缺水、气温变化幅度大的沙漠及高原地区有显著优点），但是，与其相比，水冷 式柴油机在结构坚固性，使用可靠性，冷却效果，以及工艺性方面都优于风冷式柴油机。

因此，现代工程机械在选用动力源时，优先选用的还是水冷式柴油机（风冷式柴油机由于 不存在漏水问题，故其多用于振动压路机上)。