ZL15轮式装载机变速器项目设计方案第1章绪论1.1 选题的背景装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支承结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械。

它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、和矿山等工程建设。

装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可或缺的装备之一[8]。

装载机可以用以下的方法来分类：（1）按用途分。

分为露天装载机，用于露天作业；地下装载机，用于地下作业。

（2）按发动机功率分。

分为小型的，功率小于73.55kw；中型的，功率为73.55~147.10kw；大型的，功率为147.10~514.85kw；特大型的，功率大于514.85kw。

（3）按行走机构类型分。

分为轮胎行走机构（又分带铰接式车架和带有后轮转向的刚性车架两种）；履带行走机构。

（4）按铲斗卸载方式分。

分为前端式（又分为仅可前卸和既可前卸、又可一侧或两侧卸载两种）；后卸式；既可前卸、又可后卸。

（5）按传动形式分。

分为机械传动；全液压驱动；液压机械传动；电传动。

（6）按发动机类型分。

分为柴油机式（燃式）；汽油机式；电动轮机式。

（7）按动臂在卸载时是否回转动分。

分为不回转的；半回转的（回转90°）；全回转的（赚栋360°）。

目前应用最广泛的是液力机械传动、带有铰接式车架、大型轮胎行走的前卸式装载机。

装载机变速器是装载机的重要部件之一，主要实现装载机在行进过程中变速及倒车功能。

它由几十个零件组成，零件之间的装配关系相当复杂。

因此变速箱的设计需要较长的时间和反复的实验。

1.2 国外研究现状1.2.1 国外轮式装载机发展现状在经历了50～60年的发展后，到20世纪90年代中末期国外轮式装载机技术已到达相当高的水平。

基于液压技术、微电子技术和信息技术的各种智能系统已广泛应用于装载机的设计、计算操作控制、检测监控、生产经营和维修服务等各个方面，是国外轮式装载机在原来的基础上更加“精制”，其自动化程度得以提高，从而进一步提高生产效率，改善了司机的作业环境，提高了作业舒适性，降低了噪声、振动和排污量，保护了自然环境，最大限度地简化维修、降低作业成本，使其性能、安全性、可靠性、使用寿命和操作性能都能达到了很高水平。

（1）产品形成系列，更新速度加快并朝大型化和小型化发展产品的系列化、成品化、多品种化成为主流。

为了适应市场需求，各厂商加快了产品的更新换代，如以卡特彼勒为代表的美国，以小松公司为代表的日本和装载机生产第三大集团西欧各厂家都加快推出多功能，全面兼顾动力性、机动性与灵活性的新产品，以满足不同用途用户的需要。

此外，装载机的大小规格向两头延伸，以适应大型露天煤矿或金属矿和狭窄施工场所，如仓库、货栈、农舍、低下等场所的装载作业。

这些产品如美国克拉克公司生产的675型，功率1000W，而日本东阳远搬株式会社生产的310型，斗容量仅0.113m功率9.8W。

此外，装载机还向高卸位、远距离作业方向发展。

如JCB公司开发了伸缩臂式机，小松公司也开发了能扩大作业围带伸出机构的装载机。

（2）采用新结构、新技术，产品性能日趋完善近年开发的产品普遍采用了高性能发动机和自动换挡变速器、大流量负荷传感液压系统、前后防滑差速器多片湿式盘式制动器、行走颠簸减震等先进技术，并综合液压、微电子和信息技术制造，并应用了很多只能系统。

工作装置连杆机构推出新，各种自动功能更趋成熟、完善。

1、发动机为了解决高作业效率与低燃料消耗的矛盾，近年来开始采用发动机管理系统。

发动机管理系统亦称自动控制系统、电脑控制系统等，是电子计算机在工程机械中的应用之一。

它能及时地根据装载机的工作负荷要求调节发动机的输出功率，使装载机更有效地利用发动机的动力，减少动力损失，节约燃料，减少废气排量和噪声，同时可使发动机长期在额定点工作，增加发动机的使用寿命。

2、传动机构以卡特彼勒公司为代表的轮式装载机采用液力机械传动系统，其G系列装载机采用电子自动换挡系统可自动选择档位传动比，使换档在变速箱最佳效率点进行。

换挡离合器采用电子压力控制，行驶和换挡过程平稳，提高了生产率，延长了元件的使用寿命。

3、液压系统为了满足铲掘力和快速装卸两方面的要求，装载机工作装置采用多级液压系统。

例如小松公司的WA450型装载机设有一只转换泵，切入料堆装载时切断阀自动使该泵卸载，通过向工作装置的也流量减少，使发动机功率更多地通过变矩器传给车轮，增加牵引力。

当动臂举升时，转换阀接入，以提高举升速度。

4、工作装置20世纪90年代中末期以来装载机的工作装置已不再采用单一的Z型连杆结构，卡特彼勒公司在继IT综合多用机上开发八杆平行举升机构之后，又在其992G、924G 等轮式装载机上采用了单铸钢动臂的所谓Versa连杆机构，可承受极大的扭矩载荷，具有卓越的可靠性、耐用性及和平行举升机构相类似的作业性能。

（3）发展多种工作装置，不断满足市场需求所有厂家的产品都强调一机多用，配有快换装置及多种附件，可以换装几种到几十种甚至上百种不同的作业装置。

（4）易于维修、保养，注重环保所有产品都充分考虑可维护、维修性，各关键零部件和维护点都预留了足够的通路，保养点集中并可在地面上进行，普遍采用自动集中润滑。

大量机罩都采用可展开结构，可整体翻转，有些机型的驾驶室还可整体倾翻。

许多产品发动机风扇采用液压驱动。

大部分产品设有微机操作信息中心供维修查询。

各厂家也都十分注重产品的环保，主要从降低污噪节约能源入手[8]。

1.2.2 国轮式装载机发展现状我国轮式装载机行业起步较晚，其制造技术是陆续从美国、德国和日本等国家引进的。

目前，我国轮式装载机生产技术水平只相当与发达国家20世纪90年代的生产制造水平。

虽然目前国轮式装载机生产厂家群雄并立，并且有增无减，但国企业自主开发创新能力较弱，产品更新换代以适应市场需求的能力较差，不能及时适应市场需求。

在生产制造上，工艺装备水平和生产能力低，造成关键零部件技术不过关，整机的可靠性，故障率，使用寿命，机、电、液一体化水平，外观质量，操作的灵活性和舒适性方面与先进国家产品相比差距较大。

目前我国轮式装载机的发展有如下一些特点。

（1）缺乏高科技含量，产品质量不稳定，档次低我国生产的轮式装载机的技术水平普遍较低，高科技附加值少，产品档次低，属中等偏下水平。

产品质量不稳定，国产装载机大故障的部位主要集中在传动系统，小毛病经常出现在液压系统。

（2）设备的灵活性、舒适性较差灵活性是反映装载机工作效率的重要指标。

由于设计和制造等原因，各个部件不能自如运作，工作起来笨拙不堪，现场讲是出工不出力、出力不出活。

现场作业，其环境千差万别，特别是洞室、狭窄恶劣地段工作更需要灵活性，在这方面国外的大吨位设备也远比国小吨位灵活得多。

（3）用途单一，产品规格中间大两头小我国生产的轮式装载机所配备的附属作业装置有限，造成装载机功能少、用途单一。

尽管已能生产出0.4～10t的装载机产品，但产量主要集中在1～5t围，无力生产微型级、大型级产品，造成产品机构中间大两头小的格局。

[8]1.2.3 国轮式装载机发展趋势尽管国产轮式装载机的技术发展水平与西方发达国家存在着很大的差距，但也应该考虑到历史和国情的原因。

目前国产轮式装载机亦正从低水平、低质量、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。

从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家也不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，正从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业中的领先者。

其体现一下一些趋势：（1）大型和小型轮式装载机，在近几年的发展过程中，收到客观条件及市场总需求量的限制。

竞争最为激烈的中型装载机更新速度将越来越快。

（2）各生产厂家根据实际情况，重新进行总体设计，优化各项性能指标，强化结构件的强度及刚度，以使整机可靠性得到提高。

（3）优化系统结构，提高系统性能。

如动力系统的减振、散热系统的结构优化、工作装置的性能指标优化及各铰点的防尘、工业造型设计，逐步引进最新的传动系统和液压系统技术，予以国产化、商业化，降低能耗，提高性能。

（4）利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡级液压变量系统的应用，提高效率、节约能源、降低装载机作业成本。

（5）提高安全性、舒适性。

驾驶室逐步具备FOPS和ROPS功能，通过国际安全要求的认证，达到国际市场的基本要求，获得进入国际市场的许可证。

驾驶室环境将向汽车方向靠拢，转向盘、座椅、各操纵手柄都能调节，使操作者处于最佳位置工作。

（6）降低噪声和排放，强化环保指标。

随着人们环保意识的增强，许多大城市已经制定机动车的噪声和排放标准，工程建设机械若不符合排放标准，将要限制在该地区销售。

（7）广泛利用新材料、新工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品的寿命和可靠性。

（8）最大限度的简化维修，尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提供排除问题的方法。

[8]1.3 目的、依据和意义变速箱又是装载机传动系组成的重要部分，起的是改变来自发动机的转矩与转速，使其配合工作人员和工作环境发挥其应有的作用。

中国民族工程机械正在巩固国市场和扩大国外市场，要配合新国四标准实施，外要与（主要欧洲的排放标准）国际标准接轨，变速箱作为传动系的一大部分，它的改动有益于装载机的动力性与环保性，在它的作用下使装载机既能符合排放标准又能完成各个工况的要求。

1.4 变速器的特点和设计要求及容本次设计主要是依据给定的ZL15轮式装载机有关参数，通过对变速器各部分参数的选择和计算，设计出一种基本符合要求的前2挡后2挡定轴式变速器。

本文主要完成下面一些主要工作：（1）参数计算。

包括变速器传动比计算、中心距计算、齿轮参数计算、各档齿轮齿数的分配；（2）变速器齿轮设计计算。

变速器齿轮几何尺寸计算；变速器齿轮的强度计算及材料选择；计算各轴的扭矩和转速；齿轮强度计算及检验；（3）变速器轴设计计算。

包括各轴直径及长度计算、轴的结构设计、轴的强度计算；（4）变速器轴承的选择及校核；（5）同步器的设计选用和参数选择；（6）变速器箱体的结构设计设计。

第2章装载机基本参数的选定2.1 装载机2.1.1 装载机概述装载机是一种用途十分广泛的工程机械，可以用来铲装、搬运、卸载、平整散装物料，也可以对岩石、硬土等进行轻度的铲掘工作。

此外，还可以刮平地面和牵引其他工程机械等作业。

换装相应的工作装置，装载机还可以进行推土、起重、装卸木料或钢管等作业，其部分可换工作装置如下图2-1[8]。